(57)【要約】【課題】カソード電極の電子発生面が、発生した電子ビームにより電離されたイオンによって損傷を蒙ることを抑制して、カソード電極の長寿命化を実現できること。【解決手段】電子発生面１３を備えたカソード電極１１と、電子発生面に対向して配置されたアノード電極１２とを有し、カソード電極とアノード電極間に電圧が印加されることで、電子発生面にて発生した電子を加速して電子ビーム１４とする電子ビーム発生装置において、カソード電極１１には、電子発生面１３の周囲の一部に、電子発生面よりもアノード電極１２側へ突出する電極先端部１７が設けられたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子発生面を備えたカソード電極と、前記電子発生面に対向して配置されたアノード電極とを有し、前記カソード電極と前記アノード電極間に電圧が印加されることで、前記電子発生面にて発生した電子を加速してビームとする電子ビーム発生装置において、
前記カソード電極には、前記電子発生面の周囲に、前記電子発生面よりも前記アノード電極側へ突出する電極先端部が設けられたことを特徴とする電子ビーム発生装置。
【請求項２】
前記カソード電極には、前記アノード電極に対向する位置に凹部が設けられ、この凹部の底面に電子発生面を備えると共に、前記凹部の突出部分が電極先端部として構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項３】
前記カソード電極は、前記アノード電極に対向する対向面が前記アノード電極側へ凸の半球面形状に形成されると共に、前記対向面に凹部が設けられ、この凹部の底面に電子発生面を備え、前記対向面における前記凹部との境界部分が電極先端部として構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項４】
前記カソード電極における電極先端部では、少なくとも電子発生面を臨む角部が湾曲面に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子ビーム発生装置。
【請求項５】
前記アノード電極が軸対称に配置され、前記カソード電極における電極先端部が、前記アノード電極の対称軸に対して非対称な形状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子ビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カソード電極とアノード電極とを有し、カソード電極にて生じた電子を加速して電子ビームとする電子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームを発生する装置としては、熱電子放出や電界放出、光電子放出で発生した電子を電場によって加速し、電子ビームとして取り出す電子ビーム発生装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２３８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３４６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の電子ビーム発生装置のうち、光電子放出で電子を発生させる場合には電極の表面状態が重要になるが、電子を発生させると電極の表面状態が劣化して電子の発生効率が低下してしまう。つまり、電子の発生量が多くなると、発生した電子ビームにより電離されたイオンが電極に逆流して電極の表面を損傷し、電子の発生効率が低下してしまうという課題がある。
【０００５】
本発明における実施形態の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、カソード電極の電子発生面が、発生した電子ビームにより電離されたイオンによって損傷を蒙ることを抑制して、カソード電極の長寿命化を実現できる電子ビーム発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態における電子ビーム発生装置は、電子発生面を備えたカソード電極と、前記電子発生面に対向して配置されたアノード電極とを有し、前記カソード電極と前記アノード電極間に電圧が印加されることで、前記電子発生面にて発生した電子を加速してビームとする電子ビーム発生装置において、前記カソード電極には、前記電子発生面の周囲の一部に、前記電子発生面よりも前記アノード電極側へ突出する電極先端部が設けられたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、カソード電極の電子発生面が、発生した電子ビームにより電離されたイオンによって損傷を蒙ることを抑制して、カソード電極の長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図。
【図３】図１の電子ビーム発生装置の変形形態を示す構成図。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、図３のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図。
【図５】第２実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、図５のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図。
【図７】第３実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図。
【図８】図１のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、図７及び図８のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、第１実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図である。また、図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図である。これらの図１及び図２に示すように、電子ビーム発生装置１０は、陰極であるカソード電極１１と、陽極であるアノード電極１２とを有してなり、カソード電極１１におけるアノード電極１２に対向する面に電子発生面１３が設けられる。
【００１０】
アノード電極１２は、貫通孔１５が形成された板状部材で構成される。また、カソード電極１１の電子発生面１３は、例えばレーザ光（不図示）が照射されることで光電効果により電子を発生する。この電子発生面１３にて発生した電子は、カソード電極１１とアノード電極１２間に電圧が印加されることで加速されてアノード電極１２側へ向かって移動し、アノード電極１２の貫通孔１５を通過する電子ビーム１４として取り出される。
【００１１】
ところで、カソード電極１１には、アノード電極１２に対向する位置に非貫通状態の凹部１６が設けられる。この凹部１６の底面に電子発生面１３が配置されると共に、この凹部１６におけるアノード電極１２側への突出部分が電極先端部１７として構成される。この電極先端部１７は、カソード電極１１において電子発生面１３よりもアノード電極１２側へ突出して、アノード電極１２に最も近い位置に設けられると共に、電子発生面１３の周囲の少なくとも一部に設けられる。
【００１２】
つまり、この電極先端部１７は、図２（Ａ）に示すように電子発生面１３の全周囲に設けられる。または、電極先端部１７は、電子発生面１３の周囲の一部、例えば図２（Ｂ）に示すように電子発生面１３を挟んでその両側に対峙して設置される。
【００１３】
また、図３及び図４に示すように、カソード電極１１に凹部１６を形成する代わりに、カソード電極１１におけるアノード電極１２に対向する面に電子発生面１３を設けると共に、この電子発生面１３の周囲の少なくとも一部に突起物１８を固着し、この突起物１８を電極先端部１７としてもよい。この突起物１８（つまり電極先端部１７）も、図４（Ａ）に示すように電子発生面１３の全周囲に設けられてもよく、または電子発生面１３の周囲の一部、例えば図４（Ｂ）に示すように、電子発生面１３の周囲に点在して複数個設置されてもよい。
【００１４】
上述のように電子発生面１３の周囲の少なくとも一部に設置された電極先端部１７は、電子ビーム発生装置１０で発生した電子ビーム１０により電離されたイオン２０によって、電子発生面１３が損傷を蒙ることを抑制する機能を果たす。
【００１５】
即ち、図１に示すように、電子ビーム発生装置１０にて発生した電子が加速されて電子ビーム１４になると、この電子ビーム１４は、環境中の残留ガスと反応して、プラスに帯電したイオン２０を生成する。一方、カソード電極１１とアノード電極１２との間の空間には、カソード電極１１とアノード電極１２間に電圧が印加されることで電場２１が形成され、この電場２１の等電位面２２は、電極先端部１７を避け電子発生面１３へ向かって凸となる形状に形成される。
【００１６】
前記イオン２０は、プラスに帯電しているためカソード電極１１の方向へ移動するが、電場２１の等電位面２２に垂直な方向の力、つまりカソード電極１１の電極先端部１７へ向かう方向の力を受けてこの電極先端部１７に衝突し、電子発生面１３に到達し難くなる。これにより、電子発生面１３が、イオン２０によって損傷を蒙ることが抑制されるのである。
【００１７】
ここで、カソード電極１１における電極先端部１７では、電子発生面１３を臨む角部２３、つまり電子発生面１３を臨む側面２４と、この側面２４に隣接する頂面２５との境界の角部２３は、図１の２点鎖線に示すように湾曲面２６で面取り加工されてもよい。更に、電極先端部１７の外側の角部２７や、図３及び図４に示すカソード電極１１におけるアノード電極１２に対向する面の外側角部２８にも、同様な湾曲面２６が形成されていることが好ましい。この湾曲面２６による面取り加工によって、電極先端部１７の角部２３に電場２１の等電位面２２が集中して放電が発生することが防止される。
【００１８】
以上のように構成されたことから、この第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）カソード電極１１における電子発生面１３の周囲の少なくとも一部に、電子発生面１３よりもアノード電極１２側へ突出する電極先端部１７が設けられたので、発生した電子ビーム１４により電離されたイオン２０は、カソード電極１１とアノード電極１２間に生じた電場２１の作用で、この電場２１の等電位面２２に垂直な方向の力、つまりカソード電極１１の電極先端部１７へ向かう方向の力を受けてこの電極先端部１７に衝突し、電子発生面１３に到達し難くなる。従って、カソード電極１１の電子発生面１３が、発生した電子ビームにより電離されたイオン２０によって損傷を蒙ることを抑制できるので、電子発生面１３からの電子の発生効率を長期間好適に維持でき、カソード電極１１の長寿命化を実現できる。
【００１９】
（２）カソード電極１１の電極先端部１７における電子発生面１３を臨む角部２３、電極先端部１７の外側の角部２７、及びカソード電極１１におけるアノード電極１２に対向する面の外側角部２８が湾曲面２６で面取り加工されたので、電場２１の等電位面２２が角部２３に集中して放電が発生することを防止できる。
【００２０】
［Ｂ］第２実施形態（図５、図６）
図５は、第２実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図である。また、図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分は、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２１】
本第２実施形態の電子ビーム発生装置３０が第１実施形態と異なる点は、カソード電極３１におけるアノード電極１２に対向する対向面３２が、アノード電極１２側へ凸の半球面形状に形成された点である。
【００２２】
更に、このカソード電極３１では、半球面形状の対向面３２に凹部３３が形成され、この凹部３３の底面に電子発生面１３が配置される。そして、対向面３２における凹部３３との境界部分が、アノード電極１２に最も近い位置の電極先端部３４として構成される。このカソード電極３４においても、電極先端部３４は、図６（Ａ）に示すように電子発生面１３の全周囲に設けられてもよく、または電子発生面１３の周囲の一部、例えば図６（Ｂ）に示すように、電子発生面１３を挟んでその両側に対峙して設置されてもよい。更に、このカソード電極３１においても、電極先端部３４における電子発生面１３を臨む角部３５は、湾曲面２６に面取り加工して形成されている。
【００２３】
従って、本第２実施形態の電子ビーム発生装置３０においても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。
【００２４】
（３）カソード電極３１における電極先端部３４を含む対向面３２が半球面形状に形成され、且つ電極先端部３４における電子発生面１３を臨む角部３５が湾曲面２６に面取り加工されている。従って、カソード電極３１の対向面３２に略直角形状の鋭利な角部が存在しなくなり、電場２１の等電位面２２の集中による放電の発生を、より一層確実に防止できる。
【００２５】
［Ｃ］第３実施形態（図７〜図９）
図７は、第３実施形態に係る電子ビーム発生装置を示す構成図である。また、図８は、図１のカソード電極をアノード電極側から目視して示す構成図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２６】
本第３実施形態の電子ビーム発生装置４０が第１実施形態と異なる点は、アノード電極１２が対称軸Ｏに対して軸対称に配置されると共に、カソード電極４１の電極先端部４２が、アノード電極１２の対称軸Ｏに対して非対称な形状に形成された点である。
【００２７】
つまり、この電子ビーム発生装置４０では、カソード電極４１とアノード電極１２は、アノード電極１２の対称軸Ｏをそれぞれの中心軸Ｐとして、中心が位置するように配置されている。また、カソード電極４１におけるアノード電極１２に対向する面には、電子発生面４３が設けられると共に、この電子発生面４３の周囲の一部を囲むようにして電極先端部４２が、電子発生面４３よりもアノード電極１２側へ突出して設置される。
【００２８】
電極先端部４２は、更に、アノード電極１２の対称軸Ｏに対して非対称な形状、例えば図８に示すような正面視でコ字形状、図９（Ａ）に示すような正面視でＩ字形状、または図９（Ｂ）に示すように、アノード電極１２の対称軸Ｏ（カソード電極４１の中心軸Ｐ）を中心として略直角位置に配置された２本の円柱形状にそれぞれ構成される。そして、電子発生面４３は、図８、図９（Ａ）及び（Ｂ）のハッチングで示すように、カソード電極４１の中心軸Ｐを含み、電極先端部４２に一部が囲まれると共に、この電極先端部４２に囲まれずに電極先端部４２から離れた領域まで延在して設けられる。
【００２９】
図７に示すように、カソード電極４１とアノード電極１２との間に電圧が印加されることで、カソード電極４１の電子発生面４３に例えば光電効果により生じた電子は加速されて、アノード電極１２の貫通孔１５を通過する電子ビーム１４となるが、この電子ビーム１４によりイオン２０が電離して生成される。一方、カソード電極４１とアノード電極１２との間に形成される電場４４は、カソード電極４１側の等電位面４５が、電極先端部４２を避けるようにアノード電極１２側へ向かって凸となる形状に形成されている。
【００３０】
従って、プラスに帯電したイオン２０は、電場４４の等電位面４５に垂直な方向の力、つまりカソード電極４１の電極先端部４２へ向かう方向の力を受けてこの電極先端部４２に衝突する。このとき、電子発生面４３が電極先端部４２から離れた領域まで延在して設けられているので、この電子発生面４３において電子を、電極先端部４２から離れてイオン２０が到達し難い領域で発生させることが可能になる。
【００３１】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）奏する。
【００３２】
（４）カソード電極４１における電極先端部４２が、アノード電極１２の対称軸Ｏに対して非対称な形状に形成されると共に、この電極先端部４２に一部が囲まれる電子発生面４３が、電極先端部４２から離れた領域まで延在して設けられている。従って、電子発生面４３において、電極先端部４２に囲まれずにこの電極先端部４２から離れた領域で電子を発生させることができるので、カソード電極４１において電子を発生させる電子発生面４３が、電子ビーム１４により電離されたイオン２０によって損傷を蒙ることをより一層抑制でき、カソード電極４１の長寿命化を実現できる。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…電子ビーム発生装置、１１…カソード電極、１２…アノード電極、１３…電子発生面、１４…電子ビーム、１６…凹部、１７…電極先端部、２０…イオン、２１…電場、２３…角部、２６…湾曲面、３０…電子ビーム発生装置、３１…カソード電極、３２…対向面、３３…凹部、３４…電極先端部、４０…電子ビーム発生装置、４１…カソード電極、４２…電極先端部、４３…電子発生面、Ｏ…対称軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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