電子線源
【課題】電子放出部材の通電性を向上すると共に、電子放出部材における電子放出面の面積を増加する。
【解決手段】カソード５３は、タングステンで形成された給電部材５８と、タンタルで形成された線材である電子放出部材５９と、を備えている。また、隣接する電子放出部材５９の外周面が互いに接触するように、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回されている。よって、電子放出部材５９では、巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向に沿っても電流が流れるため、電子放出部材５９の通電性が向上される。さらに、巻き回された電子放出部材５９において露出する外周面Ｓ２が電子放出面として機能することから、電子放出部材５９が線材であるため、電子放出面Ｓ２が凹凸の連続するような波状曲面となり、電子放出面Ｓ２の面積が増加される。
【解決手段】カソード５３は、タングステンで形成された給電部材５８と、タンタルで形成された線材である電子放出部材５９と、を備えている。また、隣接する電子放出部材５９の外周面が互いに接触するように、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回されている。よって、電子放出部材５９では、巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向に沿っても電流が流れるため、電子放出部材５９の通電性が向上される。さらに、巻き回された電子放出部材５９において露出する外周面Ｓ２が電子放出面として機能することから、電子放出部材５９が線材であるため、電子放出面Ｓ２が凹凸の連続するような波状曲面となり、電子放出面Ｓ２の面積が増加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子線照射装置やＸ線照射装置等の線源として用いられる電子線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子線源としては、電位が供給される給電部材と、給電部材の少なくとも一部を覆うように給電部材に設けられ電子を放出する電子放出部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１に記載された電子線源では、タングステンからなる給電部材（カソード本体）の凹部にタンタルからなる板状の電子放出部材（電子放出材料）が嵌合されている。また、特許文献２に記載された電子線源では、給電部材（タングステンフィラメント）に電子放出部材（タンタルカーバイド）が被覆されている。また、特許文献３に記載された電子線源では、電子放出部材（線材）が給電部材（心材）にコイル状に巻き回されている。
【特許文献１】特開平５−１７４６９９号公報
【特許文献２】特開昭５０−８７７７４号公報
【特許文献３】特開平１−１５１１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、電子線照射装置やＸ線照射装置等のさらなる高出力化が望まれている。そして、これらの出力を高出力化するにあたっては、電子源からのエミッション量（放出される電子量）を増加させることが重要な要素の一つとなる。よって、上述したような電子源よりもエミッション量を増加させるため、電子放出部材における電子放出面の面積を増やし、且つ電子放出部材における通電性を向上させることが望まれている。
【０００４】
そこで、本発明は、電子放出部材の通電性を向上すると共に、電子放出部材における電子放出面の面積を増加することができる電子線源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子源は、電位が供給される給電部材と、給電部材の少なくとも一部を覆うように給電部材に設けられ、電子を放出する電子放出部材と、を備え、給電部材は、タングステンを含む材料で形成され、電子放出部材は、タンタルを含む材料で形成された線材であり、隣接する電子放出部材の外面が互いに接触するように給電部材に巻き回されていることを特徴とする。
【０００６】
この電子線源では、隣接する電子放出部材の外面が互いに接触するように電子放出部材が給電部材に巻き回されている。よって、電子放出部材においては、その巻き回される巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向に沿っても電流が流れることになる。その結果、電子放出部材の通電性を向上することができる。加えて、巻き回された電子放出部材の露出する表面が電子放出面として機能することから、電子放出部材が線材であるため、電子放出面が凹凸の連続するような波状曲面となる。よって、電子放出面の面積を増加することが可能となり、エミッション量を向上することができる。
【０００７】
また、給電部材は、所定の方向に沿って延在する延在部を有し、電子放出部材は、延在部に巻き回されていることが好ましい。この場合、給電部材の延在部に巻き回された電子放出部材にあっては、隣接する電子放出部材の外面が互いに確実に接触することになる。
【０００８】
また、給電部材は、電子放出部材の巻き進む方向に沿う方向に電子放出部材が移動することを規制する規制部を有することが好ましい。給電部材及び電子放出部材が高温にされたとき、タンタルの熱膨張率がタングステンの熱膨張率よりも大きいため、巻き回された電子放出部材が、その巻き進む方向に沿う方向に熱膨張で移動する（ズレる）ことで隣接する電子放出部材の外面同士が接触しなくなるおそれがある。この点、本発明では、上記のように規制部を有するため、熱膨張した電子放出部材の移動を規制部で規制することができる。従って、隣接する電子放出部材の外面が互いに確実に接触する状態を好適に維持することが可能となる。
【０００９】
このとき、規制部は、給電部材が曲げられて形成された曲部であることが好ましい。この場合、給電部材そのものが規制部となって電子放出部材を係止するため、高温下でも熱膨張した電子放出部材の移動を曲部で安定して規制することができる。
【００１０】
また、給電部材及び電子放出部材は、断面が円形の線材であり、給電部材の径が電子放出部材の径よりも大きいことが好ましい。この場合、電子放出部材を給電部材に容易に巻き回すことができる。
【００１１】
また、電子放出部材には、炭化処理が施されていることが好ましい。この場合、炭化処理により、電子放出部材に炭化タンタルが含まれることになる。ここで、炭化タンタルは、通常のタンタルよりも仕事関数が小さく且つ融点が高いという特性を有する。よって、電子放出部材の仕事関数が低下されてエミッション量が増加され、且つ、電子放出部材の融点が向上されてその消耗が低減される。その結果、電子線源の長寿命化が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子放出部材の通電性を向上すると共に、電子放出部材における電子放出面の面積を増加することができる。その結果、エミッション量を増加させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子線源を含む電子線照射装置の断面図である。図１に示すように、電子線照射装置１は、いわゆるバッチ式のものであり、例えば被照射物Ｍの乾燥、殺菌又は表面改質等を行なうものである。この電子線照射装置１は、チャンバ１０、収容容器２０、電子銃３０及び制御部４０を備えている。
【００１５】
チャンバ１０は、電子銃３０が取り付けられる第１チャンバ部１１と、収容容器２０が取り付けられる第２チャンバ部１２と、を有している。第１チャンバ部１１は、金属により円柱状に形成されている。この第１チャンバ部１１には、その軸線方向（図示上下方法；以下「Ｚ方向」という）に沿って延在する断面円形状の電子線通過孔１３が設けられている。この電子線通過孔１３は、小径部１３ａと大径部１３ｂとが連続された形状とされている。
【００１６】
第２チャンバ部１２は、金属により台形板状に形成され、第１チャンバ部１１の小径部１３ａ側にボルトで固定されている。この第２チャンバ部１２には、電子線通過孔１３に連通すると共に、Ｚ方向視において断面矩形状の電子線通過孔１４が設けられている。また、この電子線通過孔１４は、外側（図示下側）に向かって末広がりの形状とされている。また、チャンバ１０の電子線通過孔１３，１４には、当該電子線通過孔１３，１４内を真空引きするための真空ポンプ（不図示）が連結されている。
【００１７】
収容容器２０は、その内部に被照射物Ｍを収容する。この収容容器２０は、その外壁２０ａに設けられた連結口２１に第２チャンバ部１２が気密に連結されている。これにより、収容容器２０の内部と電子線通過孔１４とが互いに連通するようになっている。また、収容容器２０には、収容容器２０内を真空引きするため真空ポンプ（不図示）が連結されている。
【００１８】
電子銃３０は、電子線ＥＢをＺ方向に出射するものであり、ケース３１、基部３２及びコネクタ３３を有している。ケース３１は、金属により直方体状に形成され、第１チャンバ部１１に気密に連結されている。基部３２は、ケース３１内に収容され、電子線通過孔１３の大径部１３ｂ内に突出している。また、この基部３２は、その先端部が電子線通過孔１３の小径部１３ａに対向するように配設されている。
【００１９】
コネクタ３３は、外部の電源装置（不図示）からカソード５３（後述）に高電圧を供給するためのものである。このコネクタ３３は、ケース３１の外壁３１ａにおいてＺ方向に交差する方向（図示左右方法；以下「Ｘ方向」という）側から差し込まれ、基部３２中に埋没されて固定されている。コネクタ３３の先端には、一対の内部配線３４，３４が接続されている。
【００２０】
内部配線３４，３４は、コネクタ３３の先端から基部３２の中心に向かってＸ方向に延在すると共に、基部３２の中心で折り曲げられて先端部まで延在している。この内部配線３４，３４には、基部３２の先端部に埋設されたソケット３５，３５を介して、電子線放出ユニット５０に連結されている。
【００２１】
図２は、電子線放出ユニットを示す断面図である。図２に示すように、電子線放出ユニット５０は基部３２の先端部に対して着脱自在に設けられたものであり、各部材の消耗等に伴って交換が可能となっている。この電子線放出ユニット５０は、絶縁基体５１と、給電導体５２，５２と、カソード（電子線源）５３と、包囲部材５６と、蓋部材５７と、を備えている。
【００２２】
絶縁基体５１は、例えばセラミック等の絶縁性材料で形成されており、給電導体５２，５２と、カソード５３と、包囲部材５６と、蓋部材５７とを支持している。給電導体５２，５２は、例えばコバール金属からなる略円柱状の給電用ピンであり、電子放出方向であるＺ方向に突出するように絶縁基体５１に貫通保持されている。これらの給電導体５２，５２の一端部は、ソケット３５，３５を介して内部配線３４，３４に電気的に連結されている。給電導体５２の他端部（先端部）は、その一部が切り欠かれたような半円柱状を呈している。さらに、給電導体５２の他端部には、カソード５３を連結するためのものとして、カソード５３の支持部５８ａ（後述）の軸線に沿った面である平坦面５２ａが形成されている（図４参照）。換言すると、支持部５８ａと線接触又は面接触するように、平坦面５２ａが給電導体５２の他端部に形成されている。
【００２３】
カソード５３は、電子線ＥＢとなる電子を発生させて放出するものである。カソード５３は、給電導体５２，５２の先端部に掛け渡されるように形成されている。このカソード５３の周囲には、いわゆるグリッドである中間電極５４が設けられている。中間電極５４は、カソード５３の一端と電気的に接続されてカソード５３の一端と同電位になっている。この中間電極５４は、その中心側の開口に向かって傾斜した凹構造によって、電子が集束するような電界を発生させると共に、電子線放出ユニット５０を基部３２に押さえ付けるように固定する。また、必要に応じて、バイアス抵抗で誘起される所定バイアス電圧を中間電極５４に印加することで、所望の電界を形成することができる。このカソード５３の絶縁基体５１側には、一方の給電導体５２に支持された反射板５５が配設されていてもよい。反射板５５は、カソード５３から放出された電子をＺ方向側に反射することで、電子線ＥＢの線量を増加させることができる。
【００２４】
また、絶縁基体５１上には、給電導体５２，５２の前端部を包囲する導電体からなる包囲部材５６が固定されている。包囲部材５６の前端面には、包囲部材５６の開口を覆い塞ぐ導電体からなる薄板状の蓋部材５７が配置されている。蓋部材５７には、長方形状のアパーチャ５７ａ（図３参照）が設けられている。このアパーチャ５７ａは、Ｚ軸方向から見て、カソード５３を含むように構成されている。包囲部材５６及び蓋部材５７は、中間電極５４と接触され、中間電極５４と同電位とされている。
【００２５】
図１に戻り、制御部４０は、電子線照射装置１の全体を制御するためのものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等で構成されている。
【００２６】
次に、上述したカソード５３について詳細に説明する。図３はカソードを示す一部断面拡大図、図４はカソードの接続部分を示す拡大図である。図３に示すように、カソード５３は、コの字状のピン形状を呈しており、電位が供給される給電部材５８と、この給電部材５８に隙間なく巻き回され（密巻きされ）電子を放出する電子放出部材５９と、を備えている。
【００２７】
給電部材５８は、タングステンで形成され、円形断面の線状を呈している。ここでは、給電部材５８の径は、１５０μｍとしている。この給電部材５８は、コの字状に屈曲されて（曲げられて）形成されている。具体的には、給電部材５８は、Ｚ方向に延在し且つ給電導体５２に接続される支持部５８ａ，５８ａと、Ｚ方向に直交する方向（つまり、電子線放出ユニット５０では蓋部材５７の前面に沿う方向（所定の方向））に延在する延在部５８ｂと、を有している。そして、給電部材５８の略直角な角部である曲部（規制部）５８ｃ，５８ｃを介して、支持部５８ａ，５８ａ及び延在部５８ｂが連続している。
【００２８】
電子放出部材５９は、タンタルで形成され、円形断面の線状を呈している。ここでは、電子放出部材５９の径は、１００μｍとしている。つまり、この電子放出部材５９としては、その径が給電部材５８の径よりも小さい（給電部材５８の径が電子放出部材５９の径よりも大きい）ものが用いられている。
【００２９】
また、電子放出部材５９は、給電部材５８（支持部５８ａ，５８ａ及び延在部５８ｂ）を覆うように当該給電部材５８に設けられている。具体的には、図５（ａ）に示すように、電子放出部材５９は、その外周面Ｓのうち隣接する電子放出部材５９の外周面（外面）Ｓ１が互いに接触するように、給電部材５８の一端から他端に向かって順次に巻き回されている。そして、延在部５８ｂを覆う電子放出部材５９が、電子放出源の主要部として機能する。
【００３０】
また、この電子放出部材５９には、例えば炭化水素系のガスによる炭化処理が施されていてもよい。ここでは、電子放出部材５９において外周面Ｓのうち露出する外周面Ｓ２を含む所定領域が、炭化タンタルとなっている。なお、炭化処理として、炭素を付着（浸炭）させた後に真空中にて通電させてもよい。
【００３１】
また、図４に示すように、カソード５３の端部は、平坦面５２ａと対向する部分の全体が接合部Ｇとなるように給電導体５２に連結されている。具体的には、例えば抵抗溶接やレーザ溶接等によって平坦面５２ａにおける接合部Ｇ領域が溶融され、カソード５３が埋入するように溶接されて接合されている。つまり、給電導体５２が平坦面５２ａを有することで、カソード５３は、給電導体５２に面状の接合部Ｇを介して接合されている。これにより、カソード５３にあっては、給電導体５２に電気的にも強度的にも安定して接続され、給電導体５２に保持される。さらに、接合部Ｇが小さい場合、通電時に接合部Ｇの抵抗（接触抵抗）が大きくなることにより熱を発生し、接合部Ｇが溶融して給電導体５２とカソード５３とが互いに離れてしまうおそれがあるが、本実施形態においては接合部Ｇを十分に大きく取れるため、安定な保持が可能となる。
【００３２】
次に、上述した電子線照射装置１の動作について説明する。
【００３３】
まず、収容容器２０の内部に被照射物Ｍを配置し、この収容容器２０の内部及び電子線通過孔１３，１４内を真空ポンプで真空引きする。続いて、内部配線３４，３４、ソケット３５，３５及び給電導体５２，５２を介してカソード５３に電圧を印加する。
【００３４】
カソード５３に電圧を印加することで、給電部材５８が通電加熱され、この熱が電子放出部材５９に伝わり、電子を放出可能な所定温度まで電子放出部材５９が加熱される。そして、内部配線３４の一方に高電圧を印加することで、電子放出部材５９に電流が流れ、電子放出部材５９から電子が放出される。具体的には、電子放出部材５９には、給電導体５２，５２を介して電流が流れると共に、給電部材５８と電子放出部材５９との接触面を介して電流が流れる。これにより、電子放出部材５９の露出する外周面Ｓ２から電子を放出される。
【００３５】
この放出された電子は、中間電極５４で発生させられた電界により加速及び集束され、電子線ＥＢとして電子銃３０から出射される。そして、電子線ＥＢは、電子線通過孔１３，１４を順次通過して被照射物Ｍに照射されることになる。
【００３６】
ところで、図５（ｂ）に示すように、電子放出部材５９がコイル状である従来のカソード５３ａでは、電子放出部材５９を流れる電流は、その巻き回される巻回方向（電子放出部材５９の軸線方向、図示Ｂ方向）に沿って電流が流れる。
【００３７】
これに対し、本実施形態にあっては、図５（ａ）に示すように、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに接触するように、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回されている。よって、電子放出部材５９においては、巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向（図示Ａ方向）に沿っても電流が流れることになる。その結果、電子放出部材５９の通電性を向上することが可能となる。なお、電子放出部材５９を構成するタンタルは、柔軟性があるため、隙間無く巻き回すことが比較的容易であるのに加え、給電部材５８を構成するタングステンは、その融点温度が非常に高く、熱変形を起こし難いため、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに接触する状態を安定に保持することができる。
【００３８】
さらに、電子放出部材５９の露出する外周面Ｓ２が電子放出面として機能することから、電子放出部材５９が線状であるため、電子放出面Ｓ２が凹凸の連続するような波状曲面を呈することになる。よって、従来のカソード５３ａや電子放出面が平面で構成された電子源に比べて、一定の平面面積に占める電子放出面Ｓ２の面積を増加することが可能となる。従って、本実施形態によれば、エミッション量ひいてはエミッション特性（電子放出能）を向上することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、上述したように、給電部材５８が延在部５８ｂを有し、電子放出部材５９が延在部５８ｂに巻き回されている。この場合、電子放出源の主要部として機能する延在部５８ｂに巻き回された電子放出部材５９にあっては、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触することになる。
【００４０】
また、カソード５３に電圧が印加され、給電部材５８及び電子放出部材５９が高温化されたとき、タンタルの熱膨張率がタングステンの熱膨張率よりも大きいことから、電子放出部材５９がその巻き進む方向に移動してしまう（ズレてしまう）おそれがある。これに対し、本実施形態では、上述したように、曲部５８ｃが延在部５８ｂの両端に形成されている。よって、熱膨張した電子放出部材５９は、両端の曲部５８ｃでその巻き進む方向に沿う方向に挟み込まれるように係止されることになる。そのため、熱膨張した電子放出部材５９の移動を曲部５８ｃで規制することができ、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触する状態を好適に維持することができる。
【００４１】
なお、電子放出部材５９の巻き回し程度が経年変化や使用頻度等により緩く（甘く）なる場合があるため、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように巻き回された状態を維持するという上記効果は特に有効である。さらに、曲部５８ｃの形成に際しては、給電部材５８を曲げることで足り、別部材によって規制部を設ける必要がない。よって、かかる効果を、高温環境下でも規制部の破損や脱落のおそれなく安定に実現することができると共に、低廉且つ簡易に実現することが可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、上述したように、給電部材５８及び電子放出部材５９が円形断面の線材であって、給電部材５８の径が電子放出部材５９の径よりも大きくなっている。そのため、電子放出部材５９を給電部材５８に容易に巻き回すことができると共に、電子放出面Ｓ２の面積を一層増加することができる。
【００４３】
ここで、従来のカソードでは、タングステンからなる合金で給電部材５８と電子放出部材５９とが区別無く一体に形成される場合がある。この場合、エミッション量を増やすため、動作温度を高温（例えば、約２，３００℃）にせざるを得ない。よって、カソードに局部的な消耗が生じた場合、消耗部の抵抗値が大きくなることで消耗部が高温化し、高温化した消耗部に電子放出が集中することでさらに局所的な消耗が進展してしまう。そして、この場合、最終的にはカソード本体が破断に到ることで、カソードの寿命が短寿命となってしまうおそれがあった。
【００４４】
この点、本実施形態では、タングステンからなる給電部材５８にタンタルからなる電子放出部材５９を巻き回してカソード５３が形成されることから、次の効果を奏する。すなわち、下表１に示すように、従来のカソードの電子放出部として使用されていたタングステンに比較して電子放出部材５９の仕事関数が低下されるため、動作温度を約２，０５０℃に低下させることが可能となる。その結果、同じ動作温度でもエミッション量を増加することでき、エミッション特性を向上することが可能となる。また、同じエミッション量を得るための動作温度が低下されることから、給電部材５８及び電子放出部材５９の再結晶化を抑制できると共に、給電部材５８からの電子放出が抑制されることで電子放出による給電部材５８の消耗が抑制されるため、カソード５３自体の破断を抑制でき、カソード５３の長寿命化が可能となる。動作温度が高い程、電子放出部材５９の硬度が低下し脆くなる点からも、動作温度が低下される上記効果は特に有効である。
【００４５】
また、本実施形態において、電子放出部材５９に炭化処理が施されている場合、電子放出部材５９に炭化タンタルが含まれることになる。炭化タンタルは、仕事関数が一層小さく且つ融点が一層高いという特性（下表１参照）を有している。よって、カソード５３の一層の長寿命化が可能となる。さらに、炭化タンタルは、ガス被毒特性が高いため、真空度の低い環境下においてもカソード５３を好適に使用することができる。よって、被照射物の交換の度に真空排気を行うような場合に特に好ましいといえる。
【００４６】
［表１］
物性値 Ｗ（タングステン） Ｔａ（タンタル） ＴａＣ（炭化タンタル）
仕事関数（ｅＶ） ４．５５ ４．１０ ３．６１
融点（℃） ３４２０ ３０２０ ３９８０
【００４７】
また、本実施形態では、上述したように、電子放出部材５９が給電部材５８に密巻きされていることから、以下の効果をさらに奏する。すなわち、電子放出部材５９の一部が破断した場合でも、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１を介しても通電しているため、電子放出部材５９における電流の流れが遮断されることがなく、電子の放出を持続させることができる。さらに、電子放出部材５９の一部が破断したとしても、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回された状態で保持されているため、電子放出部材５９が脱落するのを防止することができる。給電部材５８の露出面積を抑制でき、給電部材５８の酸化反応を抑制できる。給電部材５８に電子放出部材５９が巻き回されているだけなので、低コスト化が実現できる。
【００４８】
また、上述したように、電子放出部材５９が給電部材５８に対して隙間無く密着するように巻き回されているため、電気抵抗が均一化され発生するジュール熱が均一になる結果、電子放出部材５９の全体を均一に加熱することができ、電子放出部材５９の各部から均一に電子を放出することができる。
【００４９】
ここで、説明したカソード５３と、カソード５３と同一構造ながら電子放出部材をタングステンで形成した従来のカソードと、に関し、エミッション量と動作温度との関係を実測して比較した。その結果、同じエミッション量が、カソード５３では２，０５０℃のとき、従来のカソードでは２，３００℃のときに得られることが確認できた。これにより、動作温度の低減等の上記効果を確認することができた。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、カソード５３を電子線照射装置１に用いたが、Ｘ線管（Ｘ線照射装置）に用いてもよい。
【００５１】
図６は、本発明の一実施形態に係る電子線源を含むＸ線管の断面図である。図６に示すように、Ｘ線管６０は、印加電圧が１０ｋｅＶ程度の低電力用のものであり、円筒状のバルブ６１を有している。このバルブ６１の基端には、ステム６２が形成されている一方、バルブ６１の開放端には、出力窓６３が形成されている。出力窓６３には、Ｘ線を発生させるためのターゲット６４が蒸着されている。ステム６２には２本の給電導体５２，５２が固定され、これらの給電導体５２，５２の先端部にはカソード５３が掛け渡されている。カソード５３は、給電導体５２に抵抗溶接されている。また、カソード５３を構成する給電部材は、径が５０μｍの円形断面の線状のタングステンをコの字状のピン形状としたものであり、カソード５３を構成する電子放出部材は、径が２５μｍの円形断面の線状のタンタルを給電部材に巻き回したものであり、必要に応じて炭化処理が施されている。
【００５２】
このＸ線管６０においても、上記効果と同様な効果、すなわち、電子放出部材５９の通電性を向上させると共に電子放出面Ｓ２の面積を増加させるという効果を奏する。また、このＸ線管６０では、電子放射の影響でカソード５３の径が細くなりカソード５３が破断してしまうということを防止できる。
【００５３】
また、上記実施形態では、給電部材５８の一端から他端に亘る領域に、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように電子放出部材５９を巻き回したが、これに限定されるものではない。少なくとも電子放出源の主要部として機能する延在部５８ｂ（給電部材５８の少なくとも一部）に、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように巻き回しておけば、支持部５８ａが露出するように電子放出部材を巻き回してもよいし、支持部５８ａに電子放出部材を巻き回さなくてもよい。また、上記実施形態では、電子放出部材５９に炭化処理を施したが、この炭化処理を施さない場合がある。
【００５４】
また、上記実施形態では、給電部材５８及び電子放出部材５９の断面を円形としたが、これらの断面は、楕円形であってもよく、多角形であってもよい。また、給電部材５８を線状としたが、薄板状であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、給電部材５８をタングステンで、電子放出部材５９をタンタルで形成したが、給電部材５８をタングステンを含む合金（材料）で形成してもよく、また、電子放出部材５９をタンタルを含む合金で形成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、カソード５３の端部において平坦面５２ａと対向する部分が接合部Ｇとなるように、カソード５３と給電導体５２とを溶接によって直接接合したが（図４参照）、図６及び図７に示すように、パイプ８１を用いてカソード５３と給電導体５２と接合してもよい。具体的には、パイプ８１は、円筒状の導電材料からなり、カソード５３の端部と電気的に接続されるように当該カソード５３の端部を覆っている。パイプ８１を構成する導電材料は、ニッケルやコバール等のカソード５３を構成する材料よりも融点の低い金属としている。そして、接合の際、給電導体５２と同様にパイプ８１が溶融されている。これにより、給電導体５２とカソード５３とを一層強く接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子線源を含む電子線照射装置の断面図である。
【図２】電子線放出ユニットを示す断面図である。
【図３】カソードを示す一部断面拡大図である。
【図４】カソードの接続部分を示す拡大図である。
【図５】カソードにおける電流の流れを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電子線源を含むＸ線管の断面図である。
【図７】カソードの接続部分の他の例を示す拡大図である。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う一部断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
５３…カソード（電子線源）、５８…給電部材、５８ｂ…延在部、５８ｃ…曲部（規制部）、Ｓ１…外周面（外面）、５９…電子放出部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子線照射装置やＸ線照射装置等の線源として用いられる電子線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子線源としては、電位が供給される給電部材と、給電部材の少なくとも一部を覆うように給電部材に設けられ電子を放出する電子放出部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１に記載された電子線源では、タングステンからなる給電部材（カソード本体）の凹部にタンタルからなる板状の電子放出部材（電子放出材料）が嵌合されている。また、特許文献２に記載された電子線源では、給電部材（タングステンフィラメント）に電子放出部材（タンタルカーバイド）が被覆されている。また、特許文献３に記載された電子線源では、電子放出部材（線材）が給電部材（心材）にコイル状に巻き回されている。
【特許文献１】特開平５−１７４６９９号公報
【特許文献２】特開昭５０−８７７７４号公報
【特許文献３】特開平１−１５１１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、電子線照射装置やＸ線照射装置等のさらなる高出力化が望まれている。そして、これらの出力を高出力化するにあたっては、電子源からのエミッション量（放出される電子量）を増加させることが重要な要素の一つとなる。よって、上述したような電子源よりもエミッション量を増加させるため、電子放出部材における電子放出面の面積を増やし、且つ電子放出部材における通電性を向上させることが望まれている。
【０００４】
そこで、本発明は、電子放出部材の通電性を向上すると共に、電子放出部材における電子放出面の面積を増加することができる電子線源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る電子源は、電位が供給される給電部材と、給電部材の少なくとも一部を覆うように給電部材に設けられ、電子を放出する電子放出部材と、を備え、給電部材は、タングステンを含む材料で形成され、電子放出部材は、タンタルを含む材料で形成された線材であり、隣接する電子放出部材の外面が互いに接触するように給電部材に巻き回されていることを特徴とする。
【０００６】
この電子線源では、隣接する電子放出部材の外面が互いに接触するように電子放出部材が給電部材に巻き回されている。よって、電子放出部材においては、その巻き回される巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向に沿っても電流が流れることになる。その結果、電子放出部材の通電性を向上することができる。加えて、巻き回された電子放出部材の露出する表面が電子放出面として機能することから、電子放出部材が線材であるため、電子放出面が凹凸の連続するような波状曲面となる。よって、電子放出面の面積を増加することが可能となり、エミッション量を向上することができる。
【０００７】
また、給電部材は、所定の方向に沿って延在する延在部を有し、電子放出部材は、延在部に巻き回されていることが好ましい。この場合、給電部材の延在部に巻き回された電子放出部材にあっては、隣接する電子放出部材の外面が互いに確実に接触することになる。
【０００８】
また、給電部材は、電子放出部材の巻き進む方向に沿う方向に電子放出部材が移動することを規制する規制部を有することが好ましい。給電部材及び電子放出部材が高温にされたとき、タンタルの熱膨張率がタングステンの熱膨張率よりも大きいため、巻き回された電子放出部材が、その巻き進む方向に沿う方向に熱膨張で移動する（ズレる）ことで隣接する電子放出部材の外面同士が接触しなくなるおそれがある。この点、本発明では、上記のように規制部を有するため、熱膨張した電子放出部材の移動を規制部で規制することができる。従って、隣接する電子放出部材の外面が互いに確実に接触する状態を好適に維持することが可能となる。
【０００９】
このとき、規制部は、給電部材が曲げられて形成された曲部であることが好ましい。この場合、給電部材そのものが規制部となって電子放出部材を係止するため、高温下でも熱膨張した電子放出部材の移動を曲部で安定して規制することができる。
【００１０】
また、給電部材及び電子放出部材は、断面が円形の線材であり、給電部材の径が電子放出部材の径よりも大きいことが好ましい。この場合、電子放出部材を給電部材に容易に巻き回すことができる。
【００１１】
また、電子放出部材には、炭化処理が施されていることが好ましい。この場合、炭化処理により、電子放出部材に炭化タンタルが含まれることになる。ここで、炭化タンタルは、通常のタンタルよりも仕事関数が小さく且つ融点が高いという特性を有する。よって、電子放出部材の仕事関数が低下されてエミッション量が増加され、且つ、電子放出部材の融点が向上されてその消耗が低減される。その結果、電子線源の長寿命化が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子放出部材の通電性を向上すると共に、電子放出部材における電子放出面の面積を増加することができる。その結果、エミッション量を増加させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子線源を含む電子線照射装置の断面図である。図１に示すように、電子線照射装置１は、いわゆるバッチ式のものであり、例えば被照射物Ｍの乾燥、殺菌又は表面改質等を行なうものである。この電子線照射装置１は、チャンバ１０、収容容器２０、電子銃３０及び制御部４０を備えている。
【００１５】
チャンバ１０は、電子銃３０が取り付けられる第１チャンバ部１１と、収容容器２０が取り付けられる第２チャンバ部１２と、を有している。第１チャンバ部１１は、金属により円柱状に形成されている。この第１チャンバ部１１には、その軸線方向（図示上下方法；以下「Ｚ方向」という）に沿って延在する断面円形状の電子線通過孔１３が設けられている。この電子線通過孔１３は、小径部１３ａと大径部１３ｂとが連続された形状とされている。
【００１６】
第２チャンバ部１２は、金属により台形板状に形成され、第１チャンバ部１１の小径部１３ａ側にボルトで固定されている。この第２チャンバ部１２には、電子線通過孔１３に連通すると共に、Ｚ方向視において断面矩形状の電子線通過孔１４が設けられている。また、この電子線通過孔１４は、外側（図示下側）に向かって末広がりの形状とされている。また、チャンバ１０の電子線通過孔１３，１４には、当該電子線通過孔１３，１４内を真空引きするための真空ポンプ（不図示）が連結されている。
【００１７】
収容容器２０は、その内部に被照射物Ｍを収容する。この収容容器２０は、その外壁２０ａに設けられた連結口２１に第２チャンバ部１２が気密に連結されている。これにより、収容容器２０の内部と電子線通過孔１４とが互いに連通するようになっている。また、収容容器２０には、収容容器２０内を真空引きするため真空ポンプ（不図示）が連結されている。
【００１８】
電子銃３０は、電子線ＥＢをＺ方向に出射するものであり、ケース３１、基部３２及びコネクタ３３を有している。ケース３１は、金属により直方体状に形成され、第１チャンバ部１１に気密に連結されている。基部３２は、ケース３１内に収容され、電子線通過孔１３の大径部１３ｂ内に突出している。また、この基部３２は、その先端部が電子線通過孔１３の小径部１３ａに対向するように配設されている。
【００１９】
コネクタ３３は、外部の電源装置（不図示）からカソード５３（後述）に高電圧を供給するためのものである。このコネクタ３３は、ケース３１の外壁３１ａにおいてＺ方向に交差する方向（図示左右方法；以下「Ｘ方向」という）側から差し込まれ、基部３２中に埋没されて固定されている。コネクタ３３の先端には、一対の内部配線３４，３４が接続されている。
【００２０】
内部配線３４，３４は、コネクタ３３の先端から基部３２の中心に向かってＸ方向に延在すると共に、基部３２の中心で折り曲げられて先端部まで延在している。この内部配線３４，３４には、基部３２の先端部に埋設されたソケット３５，３５を介して、電子線放出ユニット５０に連結されている。
【００２１】
図２は、電子線放出ユニットを示す断面図である。図２に示すように、電子線放出ユニット５０は基部３２の先端部に対して着脱自在に設けられたものであり、各部材の消耗等に伴って交換が可能となっている。この電子線放出ユニット５０は、絶縁基体５１と、給電導体５２，５２と、カソード（電子線源）５３と、包囲部材５６と、蓋部材５７と、を備えている。
【００２２】
絶縁基体５１は、例えばセラミック等の絶縁性材料で形成されており、給電導体５２，５２と、カソード５３と、包囲部材５６と、蓋部材５７とを支持している。給電導体５２，５２は、例えばコバール金属からなる略円柱状の給電用ピンであり、電子放出方向であるＺ方向に突出するように絶縁基体５１に貫通保持されている。これらの給電導体５２，５２の一端部は、ソケット３５，３５を介して内部配線３４，３４に電気的に連結されている。給電導体５２の他端部（先端部）は、その一部が切り欠かれたような半円柱状を呈している。さらに、給電導体５２の他端部には、カソード５３を連結するためのものとして、カソード５３の支持部５８ａ（後述）の軸線に沿った面である平坦面５２ａが形成されている（図４参照）。換言すると、支持部５８ａと線接触又は面接触するように、平坦面５２ａが給電導体５２の他端部に形成されている。
【００２３】
カソード５３は、電子線ＥＢとなる電子を発生させて放出するものである。カソード５３は、給電導体５２，５２の先端部に掛け渡されるように形成されている。このカソード５３の周囲には、いわゆるグリッドである中間電極５４が設けられている。中間電極５４は、カソード５３の一端と電気的に接続されてカソード５３の一端と同電位になっている。この中間電極５４は、その中心側の開口に向かって傾斜した凹構造によって、電子が集束するような電界を発生させると共に、電子線放出ユニット５０を基部３２に押さえ付けるように固定する。また、必要に応じて、バイアス抵抗で誘起される所定バイアス電圧を中間電極５４に印加することで、所望の電界を形成することができる。このカソード５３の絶縁基体５１側には、一方の給電導体５２に支持された反射板５５が配設されていてもよい。反射板５５は、カソード５３から放出された電子をＺ方向側に反射することで、電子線ＥＢの線量を増加させることができる。
【００２４】
また、絶縁基体５１上には、給電導体５２，５２の前端部を包囲する導電体からなる包囲部材５６が固定されている。包囲部材５６の前端面には、包囲部材５６の開口を覆い塞ぐ導電体からなる薄板状の蓋部材５７が配置されている。蓋部材５７には、長方形状のアパーチャ５７ａ（図３参照）が設けられている。このアパーチャ５７ａは、Ｚ軸方向から見て、カソード５３を含むように構成されている。包囲部材５６及び蓋部材５７は、中間電極５４と接触され、中間電極５４と同電位とされている。
【００２５】
図１に戻り、制御部４０は、電子線照射装置１の全体を制御するためのものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等で構成されている。
【００２６】
次に、上述したカソード５３について詳細に説明する。図３はカソードを示す一部断面拡大図、図４はカソードの接続部分を示す拡大図である。図３に示すように、カソード５３は、コの字状のピン形状を呈しており、電位が供給される給電部材５８と、この給電部材５８に隙間なく巻き回され（密巻きされ）電子を放出する電子放出部材５９と、を備えている。
【００２７】
給電部材５８は、タングステンで形成され、円形断面の線状を呈している。ここでは、給電部材５８の径は、１５０μｍとしている。この給電部材５８は、コの字状に屈曲されて（曲げられて）形成されている。具体的には、給電部材５８は、Ｚ方向に延在し且つ給電導体５２に接続される支持部５８ａ，５８ａと、Ｚ方向に直交する方向（つまり、電子線放出ユニット５０では蓋部材５７の前面に沿う方向（所定の方向））に延在する延在部５８ｂと、を有している。そして、給電部材５８の略直角な角部である曲部（規制部）５８ｃ，５８ｃを介して、支持部５８ａ，５８ａ及び延在部５８ｂが連続している。
【００２８】
電子放出部材５９は、タンタルで形成され、円形断面の線状を呈している。ここでは、電子放出部材５９の径は、１００μｍとしている。つまり、この電子放出部材５９としては、その径が給電部材５８の径よりも小さい（給電部材５８の径が電子放出部材５９の径よりも大きい）ものが用いられている。
【００２９】
また、電子放出部材５９は、給電部材５８（支持部５８ａ，５８ａ及び延在部５８ｂ）を覆うように当該給電部材５８に設けられている。具体的には、図５（ａ）に示すように、電子放出部材５９は、その外周面Ｓのうち隣接する電子放出部材５９の外周面（外面）Ｓ１が互いに接触するように、給電部材５８の一端から他端に向かって順次に巻き回されている。そして、延在部５８ｂを覆う電子放出部材５９が、電子放出源の主要部として機能する。
【００３０】
また、この電子放出部材５９には、例えば炭化水素系のガスによる炭化処理が施されていてもよい。ここでは、電子放出部材５９において外周面Ｓのうち露出する外周面Ｓ２を含む所定領域が、炭化タンタルとなっている。なお、炭化処理として、炭素を付着（浸炭）させた後に真空中にて通電させてもよい。
【００３１】
また、図４に示すように、カソード５３の端部は、平坦面５２ａと対向する部分の全体が接合部Ｇとなるように給電導体５２に連結されている。具体的には、例えば抵抗溶接やレーザ溶接等によって平坦面５２ａにおける接合部Ｇ領域が溶融され、カソード５３が埋入するように溶接されて接合されている。つまり、給電導体５２が平坦面５２ａを有することで、カソード５３は、給電導体５２に面状の接合部Ｇを介して接合されている。これにより、カソード５３にあっては、給電導体５２に電気的にも強度的にも安定して接続され、給電導体５２に保持される。さらに、接合部Ｇが小さい場合、通電時に接合部Ｇの抵抗（接触抵抗）が大きくなることにより熱を発生し、接合部Ｇが溶融して給電導体５２とカソード５３とが互いに離れてしまうおそれがあるが、本実施形態においては接合部Ｇを十分に大きく取れるため、安定な保持が可能となる。
【００３２】
次に、上述した電子線照射装置１の動作について説明する。
【００３３】
まず、収容容器２０の内部に被照射物Ｍを配置し、この収容容器２０の内部及び電子線通過孔１３，１４内を真空ポンプで真空引きする。続いて、内部配線３４，３４、ソケット３５，３５及び給電導体５２，５２を介してカソード５３に電圧を印加する。
【００３４】
カソード５３に電圧を印加することで、給電部材５８が通電加熱され、この熱が電子放出部材５９に伝わり、電子を放出可能な所定温度まで電子放出部材５９が加熱される。そして、内部配線３４の一方に高電圧を印加することで、電子放出部材５９に電流が流れ、電子放出部材５９から電子が放出される。具体的には、電子放出部材５９には、給電導体５２，５２を介して電流が流れると共に、給電部材５８と電子放出部材５９との接触面を介して電流が流れる。これにより、電子放出部材５９の露出する外周面Ｓ２から電子を放出される。
【００３５】
この放出された電子は、中間電極５４で発生させられた電界により加速及び集束され、電子線ＥＢとして電子銃３０から出射される。そして、電子線ＥＢは、電子線通過孔１３，１４を順次通過して被照射物Ｍに照射されることになる。
【００３６】
ところで、図５（ｂ）に示すように、電子放出部材５９がコイル状である従来のカソード５３ａでは、電子放出部材５９を流れる電流は、その巻き回される巻回方向（電子放出部材５９の軸線方向、図示Ｂ方向）に沿って電流が流れる。
【００３７】
これに対し、本実施形態にあっては、図５（ａ）に示すように、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに接触するように、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回されている。よって、電子放出部材５９においては、巻回方向に沿って電流が流れるだけでなく、巻き進む方向（図示Ａ方向）に沿っても電流が流れることになる。その結果、電子放出部材５９の通電性を向上することが可能となる。なお、電子放出部材５９を構成するタンタルは、柔軟性があるため、隙間無く巻き回すことが比較的容易であるのに加え、給電部材５８を構成するタングステンは、その融点温度が非常に高く、熱変形を起こし難いため、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに接触する状態を安定に保持することができる。
【００３８】
さらに、電子放出部材５９の露出する外周面Ｓ２が電子放出面として機能することから、電子放出部材５９が線状であるため、電子放出面Ｓ２が凹凸の連続するような波状曲面を呈することになる。よって、従来のカソード５３ａや電子放出面が平面で構成された電子源に比べて、一定の平面面積に占める電子放出面Ｓ２の面積を増加することが可能となる。従って、本実施形態によれば、エミッション量ひいてはエミッション特性（電子放出能）を向上することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、上述したように、給電部材５８が延在部５８ｂを有し、電子放出部材５９が延在部５８ｂに巻き回されている。この場合、電子放出源の主要部として機能する延在部５８ｂに巻き回された電子放出部材５９にあっては、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触することになる。
【００４０】
また、カソード５３に電圧が印加され、給電部材５８及び電子放出部材５９が高温化されたとき、タンタルの熱膨張率がタングステンの熱膨張率よりも大きいことから、電子放出部材５９がその巻き進む方向に移動してしまう（ズレてしまう）おそれがある。これに対し、本実施形態では、上述したように、曲部５８ｃが延在部５８ｂの両端に形成されている。よって、熱膨張した電子放出部材５９は、両端の曲部５８ｃでその巻き進む方向に沿う方向に挟み込まれるように係止されることになる。そのため、熱膨張した電子放出部材５９の移動を曲部５８ｃで規制することができ、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触する状態を好適に維持することができる。
【００４１】
なお、電子放出部材５９の巻き回し程度が経年変化や使用頻度等により緩く（甘く）なる場合があるため、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように巻き回された状態を維持するという上記効果は特に有効である。さらに、曲部５８ｃの形成に際しては、給電部材５８を曲げることで足り、別部材によって規制部を設ける必要がない。よって、かかる効果を、高温環境下でも規制部の破損や脱落のおそれなく安定に実現することができると共に、低廉且つ簡易に実現することが可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、上述したように、給電部材５８及び電子放出部材５９が円形断面の線材であって、給電部材５８の径が電子放出部材５９の径よりも大きくなっている。そのため、電子放出部材５９を給電部材５８に容易に巻き回すことができると共に、電子放出面Ｓ２の面積を一層増加することができる。
【００４３】
ここで、従来のカソードでは、タングステンからなる合金で給電部材５８と電子放出部材５９とが区別無く一体に形成される場合がある。この場合、エミッション量を増やすため、動作温度を高温（例えば、約２，３００℃）にせざるを得ない。よって、カソードに局部的な消耗が生じた場合、消耗部の抵抗値が大きくなることで消耗部が高温化し、高温化した消耗部に電子放出が集中することでさらに局所的な消耗が進展してしまう。そして、この場合、最終的にはカソード本体が破断に到ることで、カソードの寿命が短寿命となってしまうおそれがあった。
【００４４】
この点、本実施形態では、タングステンからなる給電部材５８にタンタルからなる電子放出部材５９を巻き回してカソード５３が形成されることから、次の効果を奏する。すなわち、下表１に示すように、従来のカソードの電子放出部として使用されていたタングステンに比較して電子放出部材５９の仕事関数が低下されるため、動作温度を約２，０５０℃に低下させることが可能となる。その結果、同じ動作温度でもエミッション量を増加することでき、エミッション特性を向上することが可能となる。また、同じエミッション量を得るための動作温度が低下されることから、給電部材５８及び電子放出部材５９の再結晶化を抑制できると共に、給電部材５８からの電子放出が抑制されることで電子放出による給電部材５８の消耗が抑制されるため、カソード５３自体の破断を抑制でき、カソード５３の長寿命化が可能となる。動作温度が高い程、電子放出部材５９の硬度が低下し脆くなる点からも、動作温度が低下される上記効果は特に有効である。
【００４５】
また、本実施形態において、電子放出部材５９に炭化処理が施されている場合、電子放出部材５９に炭化タンタルが含まれることになる。炭化タンタルは、仕事関数が一層小さく且つ融点が一層高いという特性（下表１参照）を有している。よって、カソード５３の一層の長寿命化が可能となる。さらに、炭化タンタルは、ガス被毒特性が高いため、真空度の低い環境下においてもカソード５３を好適に使用することができる。よって、被照射物の交換の度に真空排気を行うような場合に特に好ましいといえる。
【００４６】
［表１］
物性値 Ｗ（タングステン） Ｔａ（タンタル） ＴａＣ（炭化タンタル）
仕事関数（ｅＶ） ４．５５ ４．１０ ３．６１
融点（℃） ３４２０ ３０２０ ３９８０
【００４７】
また、本実施形態では、上述したように、電子放出部材５９が給電部材５８に密巻きされていることから、以下の効果をさらに奏する。すなわち、電子放出部材５９の一部が破断した場合でも、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１を介しても通電しているため、電子放出部材５９における電流の流れが遮断されることがなく、電子の放出を持続させることができる。さらに、電子放出部材５９の一部が破断したとしても、電子放出部材５９が給電部材５８に巻き回された状態で保持されているため、電子放出部材５９が脱落するのを防止することができる。給電部材５８の露出面積を抑制でき、給電部材５８の酸化反応を抑制できる。給電部材５８に電子放出部材５９が巻き回されているだけなので、低コスト化が実現できる。
【００４８】
また、上述したように、電子放出部材５９が給電部材５８に対して隙間無く密着するように巻き回されているため、電気抵抗が均一化され発生するジュール熱が均一になる結果、電子放出部材５９の全体を均一に加熱することができ、電子放出部材５９の各部から均一に電子を放出することができる。
【００４９】
ここで、説明したカソード５３と、カソード５３と同一構造ながら電子放出部材をタングステンで形成した従来のカソードと、に関し、エミッション量と動作温度との関係を実測して比較した。その結果、同じエミッション量が、カソード５３では２，０５０℃のとき、従来のカソードでは２，３００℃のときに得られることが確認できた。これにより、動作温度の低減等の上記効果を確認することができた。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、カソード５３を電子線照射装置１に用いたが、Ｘ線管（Ｘ線照射装置）に用いてもよい。
【００５１】
図６は、本発明の一実施形態に係る電子線源を含むＸ線管の断面図である。図６に示すように、Ｘ線管６０は、印加電圧が１０ｋｅＶ程度の低電力用のものであり、円筒状のバルブ６１を有している。このバルブ６１の基端には、ステム６２が形成されている一方、バルブ６１の開放端には、出力窓６３が形成されている。出力窓６３には、Ｘ線を発生させるためのターゲット６４が蒸着されている。ステム６２には２本の給電導体５２，５２が固定され、これらの給電導体５２，５２の先端部にはカソード５３が掛け渡されている。カソード５３は、給電導体５２に抵抗溶接されている。また、カソード５３を構成する給電部材は、径が５０μｍの円形断面の線状のタングステンをコの字状のピン形状としたものであり、カソード５３を構成する電子放出部材は、径が２５μｍの円形断面の線状のタンタルを給電部材に巻き回したものであり、必要に応じて炭化処理が施されている。
【００５２】
このＸ線管６０においても、上記効果と同様な効果、すなわち、電子放出部材５９の通電性を向上させると共に電子放出面Ｓ２の面積を増加させるという効果を奏する。また、このＸ線管６０では、電子放射の影響でカソード５３の径が細くなりカソード５３が破断してしまうということを防止できる。
【００５３】
また、上記実施形態では、給電部材５８の一端から他端に亘る領域に、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように電子放出部材５９を巻き回したが、これに限定されるものではない。少なくとも電子放出源の主要部として機能する延在部５８ｂ（給電部材５８の少なくとも一部）に、隣接する電子放出部材５９の外周面Ｓ１が互いに確実に接触するように巻き回しておけば、支持部５８ａが露出するように電子放出部材を巻き回してもよいし、支持部５８ａに電子放出部材を巻き回さなくてもよい。また、上記実施形態では、電子放出部材５９に炭化処理を施したが、この炭化処理を施さない場合がある。
【００５４】
また、上記実施形態では、給電部材５８及び電子放出部材５９の断面を円形としたが、これらの断面は、楕円形であってもよく、多角形であってもよい。また、給電部材５８を線状としたが、薄板状であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、給電部材５８をタングステンで、電子放出部材５９をタンタルで形成したが、給電部材５８をタングステンを含む合金（材料）で形成してもよく、また、電子放出部材５９をタンタルを含む合金で形成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、カソード５３の端部において平坦面５２ａと対向する部分が接合部Ｇとなるように、カソード５３と給電導体５２とを溶接によって直接接合したが（図４参照）、図６及び図７に示すように、パイプ８１を用いてカソード５３と給電導体５２と接合してもよい。具体的には、パイプ８１は、円筒状の導電材料からなり、カソード５３の端部と電気的に接続されるように当該カソード５３の端部を覆っている。パイプ８１を構成する導電材料は、ニッケルやコバール等のカソード５３を構成する材料よりも融点の低い金属としている。そして、接合の際、給電導体５２と同様にパイプ８１が溶融されている。これにより、給電導体５２とカソード５３とを一層強く接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子線源を含む電子線照射装置の断面図である。
【図２】電子線放出ユニットを示す断面図である。
【図３】カソードを示す一部断面拡大図である。
【図４】カソードの接続部分を示す拡大図である。
【図５】カソードにおける電流の流れを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る電子線源を含むＸ線管の断面図である。
【図７】カソードの接続部分の他の例を示す拡大図である。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う一部断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
５３…カソード（電子線源）、５８…給電部材、５８ｂ…延在部、５８ｃ…曲部（規制部）、Ｓ１…外周面（外面）、５９…電子放出部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位が供給される給電部材と、
前記給電部材の少なくとも一部を覆うように前記給電部材に設けられ、電子を放出する電子放出部材と、を備え、
前記給電部材は、タングステンを含む材料で形成され、
前記電子放出部材は、タンタルを含む材料で形成された線材であり、隣接する前記電子放出部材の外面が互いに接触するように前記給電部材に巻き回されていることを特徴とする電子線源。
【請求項２】
前記給電部材は、所定の方向に沿って延在する延在部を有し、
前記電子放出部材は、前記延在部に巻き回されていることを特徴とする請求項１記載の電子線源。
【請求項３】
前記給電部材は、前記電子放出部材の巻き進む方向に沿う方向に前記電子放出部材が移動することを規制する規制部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電子線源。
【請求項４】
前記規制部は、前記給電部材が曲げられて形成された曲部であることを特徴とする請求項３記載の電子線源。
【請求項５】
前記給電部材及び前記電子放出部材は、断面が円形の線材であり、
前記給電部材の径が前記電子放出部材の径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の電子線源。
【請求項６】
前記電子放出部材には、炭化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の電子線源。
【請求項１】
電位が供給される給電部材と、
前記給電部材の少なくとも一部を覆うように前記給電部材に設けられ、電子を放出する電子放出部材と、を備え、
前記給電部材は、タングステンを含む材料で形成され、
前記電子放出部材は、タンタルを含む材料で形成された線材であり、隣接する前記電子放出部材の外面が互いに接触するように前記給電部材に巻き回されていることを特徴とする電子線源。
【請求項２】
前記給電部材は、所定の方向に沿って延在する延在部を有し、
前記電子放出部材は、前記延在部に巻き回されていることを特徴とする請求項１記載の電子線源。
【請求項３】
前記給電部材は、前記電子放出部材の巻き進む方向に沿う方向に前記電子放出部材が移動することを規制する規制部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電子線源。
【請求項４】
前記規制部は、前記給電部材が曲げられて形成された曲部であることを特徴とする請求項３記載の電子線源。
【請求項５】
前記給電部材及び前記電子放出部材は、断面が円形の線材であり、
前記給電部材の径が前記電子放出部材の径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の電子線源。
【請求項６】
前記電子放出部材には、炭化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の電子線源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１１７１３３（Ｐ２００９−１１７１３３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８７６７６（Ｐ２００７−２８７６７６）
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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