WO2004064106A1 - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

Ｘ線管球（１）は、陰極（18）から照射した電子ビームをターゲット（36）に衝突させてＸ線を射出する。Ｘ線管球（１）の動作時には、一定時間毎に磁石部（40）を回転させ、所定の回転位置に位置決めする。磁石部（40）の回転により、永久磁石（42）により形成される磁界が変化し、電子ビームのターゲット（36）上の照射位置が移動する。これにより、ターゲット（36）上の新しい位置に電子ビームが照射され、初期性能と等しいＸ線量を発生する。

Description

明 細 書

X線装置

技術分野

本発明は、 ターゲッ ト に電子ビームを照射して X線を発生 させる X線装置に関する。

背景技術

従来、 X線装置と して、 例えば、 マイ ク ロ フォーカス X線 発生装置に用いる透過型マイ ク 口 フォーカス X線発生管球

(以下、 単に X線管球と称する） が知られている。 この X線 管球は、 小型で検查物と X線源を接近して配設でき るため、 拡大倍率を大き く でき、 超精密な X線透過検査ができ る。

と ころが、 この種の X線管球では、 ターゲッ トに電子ビー ムを照射して X線を発生させてお り 、 ターゲッ トの微小面積 に大きな電力の電子ビームを照射し、 この電子ビームのエネ ルギのほと んどが熱と なるため、 ターゲッ トが劣化してター ゲッ トに寿命の問題がある。 そこで、 透過型マイ ク ロ フォー カス X線発生装置では、 装置を開放可能な構造に して、 ター ゲッ トを定期的に交換する必要があ り 、 構造が複雑にな り 大 型で高価なものになる。

近年、 小型で構成の簡単な封止切 り の X線管球が開発され ている。 しかし、 ターゲッ トの熱的な劣化のために寿命が短 く な り 、 焦点サイズが 5 μ πιのも ので 2 W程度の入力がター ゲッ トの限界である。

そこで、 たと えばターゲッ トの寿命を延ばす構造と して、 真空容器内に電子ビームを照射する陰極およびこ の陰極から の電子ビームを照射して χ線を発生するターゲッ ト を配設し、 このターゲッ ト を電子ビームの軸方向に対して直交する方向 に移動可能に配設し、 このターゲッ ト を真空容器の外部の磁 石によ り 移動させ、 電子ビームが照射される ターゲッ ト上の 位置を異な らせ、 ターゲッ トの電子ビームが照射されるある 位置が寿命になった場合に、 磁石によ り ターゲッ ト を移動さ せて初期の性能を回復する ものが知られている （たと えば、 特開平 3 — 2 2 3 3 1 号公報 （第 2頁一第 3 頁、 第 1 図） 参 照、 ) 。

しかしなが ら、 上述のよ う に真空容器内のターゲッ ト を移 動させる場合、 ターゲッ ト 自体を移動可能にする と どもに、 ターゲッ ト を移動させるための磁石を配設するなど構造が複 雑になる問題を有している。

発明の開示

本発明の 目 的は、 簡単な構成で長寿命化を図った X線装置 を提供する こ と にある。

本発明の実施例に係る X線装置は、 電子ビームを照射する 陰極と 、 この電子ビームが照射されて X線を発生するターグ ッ ト と、 こ のターゲッ トに照射される電子ビームの照射位置 を移動させる磁石部と を具備している。 このため、 電子ビー ムを照射して X線を発生させていたターゲッ ト上の照射位置 が寿命になっても、 磁石部を回転させる こ と によ り 、 ターゲ ッ トの他の位置に電子ビームの照射位置を移動させる こ とが でき るため、 初期の性能を得る こ とができ、 長寿命化を図れ る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の実施例に係るマイ ク ロ フォーカス X線発 生管球の断面図である。

図 2 は、 図 1 の X線管球の平面図である。

図 3 は、 図 1 の X線管球の真空外囲器の係止孔を拡大して 示す断面図である。

図 4 は、 他の実施例に係る X線管球の外付け金具を拡大し て示す断面図である。

図 5 は、 また他の実施例に係る X線管球を示す平面図であ る。

図 6 は、 さ らに他の実施例に係る X線管球を示す平面図で ある。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施例に係る X線装置と して、 マイ ク ロ フ オーカス X線発生装置の透過型のマイ ク' 口 フォーカス X線発 生管球 （以下、 単に X線管球と称する） について、 図面を参 照 して説明する。

図 1 には X線管球 1 の断面図を示してある。 X線管球 1 は 真空気密を保つ真空容器と しての真空外囲器 2 を有する。 こ の真空外囲器 2 は、 円筒状の筒状部 3 を有し、 こ の筒状部 3 には真空排気用の排気管 （図示せず） を取 り 付けるための排 気管取付部 4が形成されている。 なお、 こ の排気管取付部 4 は、 真空外囲器 2 を真空排気した後、 封止切 り される。

筒状部 3 の基端側 （図中下端側） には、 円環フ ラ ンジ状の 管球取付金具 5 が取り 付けられている。 こ の管球取付金具 5 は、 複数のねじ揷通孔 6 を有する。 ねじ揷通孔 6 には、 管球 取付金具 5 を固定するためのねじを挿通する。 管球取付金具 5 の背面側 （図中下面側） には、 冷却用の油が漏出する こ と を防止する O リ ング （図示せず） を装着するための環状の装 着溝 7が形成されている。

筒状部 3 の基端側と なる管球取付金具 5 の背面側には、 基 端側が閉塞された二重筒状のガラス容器 1 1 が取り 付けられ ている。 ガラス容器 1 1 の開放している外筒の先端には、 金 属性の円環状の外筒接続体 1 2がガラス容器 1 1 に溶着される な どして一体的に取り 付けられている。 この外筒接続体 1 2 は、 管球取付金具 5 に溶接されて気密に封止される。

また、 ガラス容器 1 1 の内筒の内周側には内筒を閉塞する 閉塞部 1 3 が形成されている。 さ らに、 ガラス容器 1 1 の内筒 の先端には、 金属性の円環状の内筒接続体 1 4がガラス容器 1 1 に溶着されるなどして一体的に取り 付け られている。 こ の内筒接続体 1 4 の先端には、 支持体 1 5 が接続されている。

支持体 1 5 の先端には、 円環板状の保持体 1 6 が取り 付け ら れている。 こ の保持体 1 6 の内部には陰極保持体 1 7が取り 付 け られている。 そ して、 この陰極保持体 1 7 に陰極 1 8 が装着 されている。 陰極 1 8 は、 図示しないフ ィ ラ メ ン トを内蔵し . こ のブイ ラメ ン ト を加熱して熱電子ビームを放出する。

また、 陰極 1 8 は、 その基端側にフ ィ ラ メ ン ト支持部 2 1 を 有する。 このフ ィ ラ メ ン ト支持部 2 1 には、 ガラス容器 1 1 の 閉塞部 1 3 を気密状態で貫通したフィ ラメ ン ト端子 22 が,接続 される。 そして、 このフィ ラメ ン ト端子 22 力 らフイ ラメ ン ト支持部 2 1 を介して、 外部からの電力が陰極 1 8 に供給され る。

保持体 1 6 には、 一体的に形成された電子レンズと なる静 電型の集束電極体 23 が取 り 付け られている。 そ して、 この 集束電極体 23 および陰極 1 8 によ り 微小焦点電子銃が形成さ れている。

集束電極体 23 は、 保持体 1 6 に取り 付け られた棒状の電極 保持絶縁体 24 を有し、 この電極保持絶縁体 24 に沿って陰極 側から順に、 第 1集束電極 25、 第 2集束電極 26、 およぴ第

3集束電極 27 を有する。 第 1 集束電極 25 は、 マイナス数百 Vの電圧を印加する。 第 2集束電極 26 は、 プラス数 k Vの 電圧を印加する。 第 3集束電極 27 は、 第 2集束電極 26 に対 してやや大きめの間隙を介して配置され、 プラス数 k Vの電 圧を印加する。

また、 第 1集束電極 25、 第 2集束電極 26 の中心には、 図 示しない電子ビーム揷通孔が開口形成されている。 そ して、 第 3集束電極 27 の中心には、 第 1 集束電極 25およぴ第 2集 束電極 26 の電子ビーム揷通孔の延長線上に直線的に連通す る電子ビーム揷通孔 28 が形成されている。

筒状部 3 の先端側には、 先端に向けて径小と なる蓋体 3 1 が取り 付けられている。 蓋体 3 1 の先端には、 開口 3 3 を有 する取付部 32が形成されている。 取付部 32 には、 開口 3 5 を有するターゲッ ト保持体 34が保持されている。 そ して、 ターゲッ ト保持体 34には、 窓と なる透過型のターゲッ ト 3 6 が真空外囲器 2 の一部と して気密に取り付け られている。 ターゲッ ト 3 6 は、 第 1 集束電極 25 の電子ビーム挿通孔、 第 2集束電極 26 の電子ビーム挿通孔、 および第 3集束電極 の電子ビーム揷通孔 28 を介して陰極 1 8 に対向 して配設され ている。 また、 ターゲッ ト 3 6 は、 真空気密の隔壁と して機 能するため、 厚さ数百 μ πιのベリ リ ゥム薄板や A 1 基板など の X線の透過損失が少ない板材によ り形成される。 そして、 この板材の真空側に例えば厚さ 5 μπιない し 1 0 μ ιηのタ ン ダステン等の X線源と なる薄膜を成膜してある。 なお、 タ ン ダステ ン薄膜の厚さは、 電子ビーム の潜り 込む深さ と発生し た X線の減衰量と に基づき設計されている。

さ らに、 図 2 にも示すよ う に、 真空外囲器 2 の外周には磁 石部 40が取り 付け られている。 磁石部 40 は、 真空外囲器 2 と の間に間隙を介して配設された円環状の磁石保持体 4 1 を 有する。 磁石保持体 41 は、 真空外囲器 2 に対して例えば手 動によ り 回転自在に取り付け られている。 磁石保持体 4 1 の 径方向に対向 した位置には、 永久磁石 42 , 42 が取 り 付けら れている。 永久磁石 42、 42 は、 電子ビームが通過する経路 で約 1 0 ガウスないし 5 0 ガウスの強さの磁束を形成する よ う に、 互いに異なる極が対向する状態で方向性を持って配設 されている。

図 3 にも示すよ う に、 真空外囲器 2 の外周には、 例えば 1 8 °毎に 2 0箇所に円錐状の係止孔 43 が形成されている。 一 方、 磁石保持体 4 1 の内周には、. 9 0 °毎に 4箇所に穴溝 44 が形成され、 こ の穴溝 44内にボール押しスプ リ ング 45 が挿 入され、 このボール押しスプリ ング 45 の先端に穴溝 44 に揷 入可能な大き さの位置決め用のボール 46が取 り 付けられて いる。

そして、 ポール押しスプリ ング 45 によ り磁石保持体 4 1 の 'ボール 46が真空外囲器 2 の中心方向に付勢されて真空外囲 器 2 の係止孔 43 に係止されるこ と によ り 、 磁石保持体 4 1 が 所定の回転位置に位置決めされる。 なお、 互いに対向する永 久磁石 42 は、 両者を結ぶ径方向に延びた線がターゲッ ト 3 6 の中心を通る軸線と交差し、 且つ軸方向に沿った位置が陰極 1 8 の先端から最もターゲッ ト 36側に位置する第 3集束電極 27 までの間の図 1 中 Lの範囲に含まれる位置に配置される。

次に、 上述した X線管球 1 の動作について説明する。

まず、 陰極 1 8 に内蔵されたフィ ラメ ン ト を通電加熱して 陰極 1 8から熱電子ビームを放出する。 電子ビームは、 集束 電極体 23 を介してターゲッ ト 36 に照射される。 具体的には、 陰極 1 8 から放出 された電子ビームは、 第 1 集束電極 25 のマ ィナス数百 Vの電圧による電子レンズで集束され、 第 2集束 電極 26およぴ第 3集束電極 27 のプラス数 k Vの電圧でさ ら に集束され、 ターゲッ ト 3 6 に約 1 0 0 k Vの電圧が印加さ れて、 2 μ πιない し 5 μ πιた とえば約 5 μ πιの直径の電子ビー ム となって、 ターゲッ ト 3 6 の真空側面に結像する。

このと き、 電子ビームは、 磁石部 40 の永久磁石 42 によ り 形成される磁界によ り 、 ターゲッ ト 36 の中心よ り ややずれ た位置に結像する。

そ して、 このターゲッ ト 3 6 の真空側面に結像した電子ビ ームの衝突によ り 、 ターゲッ ト 3 6 のタ ングステン薄膜から X線が発生し、 こ の X線がベリ リ ゥム薄板を透過して外部に 取り 出され、 精密検査装置の X線源と して利用 される。

と ころが、 数ミ ク ロ ンメ ータの焦点径に数 wのエネルギが 付与されるため、 タングステ ン薄膜などの X線源の成膜面が 高温になって劣化し、 経時的に X線の発生量が低下する。 そ して、 タ ングステン薄膜が数百時間ない し 1 0 0 0 時間程度 で寿命と なる。

そこで、 タ ングステ ン薄膜が寿命と なる数百時間、 たと え ば 3 0 0 時間から 8 0 0時間程度で磁石部 40 の磁石保持体 4 1 を真空外囲器 2 の中心を回転軸と して 1 8 °手動あるいは 機械的に回転させるよ う に した。 磁石保持体 4 1 を回転させ る と、 ボール 46がボール押しスプリ ング 45 の付勢力に抗し て穴溝 44 内にー且収容され、 隣合う係止孔 43 の位置で再び ボール押しスプリ ング 45 によ り ボール 46 が真空外囲器 2 の 中心方向に付勢されて真空外囲器 2 の係止孔 43 に係止され る。 これによ り 、 回転した磁石保持体 4 1 が 1 8 °移動した所 定の位置に位置決めされる。

こ の磁石保持体 41 の回転によ り 、 永久磁石 42 によ り 形成 される磁界の径方向の角度が変わるため、 電子ビームがター ゲッ ト 36 の以前照射された位置と異なる、 たと えば 5 0 μ mから 1 0 0 μ πι程度ずれた位置に結像する。 こ の電子ビー ムの結像位置の変更によ り 、 電子ビームはターゲッ ト 36 の タ ングステン薄膜上の新しい位置に衝突する こ と にな り 、 初 期性能と等しい X線量を発生する。 なお、 この回転動作によ り 、 磁石保持体 4 1 を 2 0通 り の異なる回転位置に位置決め でき るため、 電子ビームのターゲッ ト 3 6上の照射位置を 2 0 回変更する こ と ができ る。

なお、 磁石保持体 4 1 を回転する こ と によ り X線の照射位 置が最初の位置から順次動いていく が、 その移動距離は 0 . 3 m m以下であるため、 X線を照射した後の検套装置の受像 側の調整は不要である。

以上のよ う に本実施例によ る と、 一定時間毎に磁石保持体 4 1 を順次回転させる こ と で、 焦点サイ ズが数 μ πιの封止切 り透過型のマイ ク ロ フォーカス X線発生管球 1 と して、 1 万 時間を越える寿命を実現できた。

また、 永久磁石 42 の磁力を強く する こ と によ り 、 磁石保 持体 4 1 の回転角度に対する照射位置の移動距離を大き く す る こ と もでき、 目的あるいは装置の大き さにあわせて電子ビ ームの照射位置の移動量を任意に設定でき る。 なお、 本実施 例のよ う に永久磁石 42 を用いて電子ビームの焦点をずらす 方式を採用 した場合、 電子レンズと なる第 1 集束電極 25、 第 2集束電極 26および第 3集束電極 27 の性能を悪化させな いでターゲッ ト 3 6 に結像させる こ とが必要である。

また、 永久磁石 42 の強さ と照射位置の移動距離と焦点の 直径と ターゲッ ト 36 の使用寿命との関係から、 永久磁石 42 の最適な配置位置を設定する。 永久磁石 42 の電子ビームの 軸方向に沿った位置は、 第 1 集束電極 25 からターゲッ ト 36 までの間にあれば、 照射位置と なる焦点位置を移動する こ と は可能であるが、 第 3集束電極 27からターゲッ ト 36までの 間にある と、 磁石保持体 4 1 の回動に伴なつて焦点サイ ズが 不均一になった り 周辺がボケた り するなど不安定とな り 、 性 能が劣化するおそれがある。

したがって、 永久磁石 42 の電子ビームの軸方向に沿った 位置は、 陰極 1 8 から第 3集束電極 27 の間にある こ とが重要 と なる。 これによ り 、 陰極 1 8 から放出される電子ビームに 対し、 初期段階で磁界によるス ピンがかかり 、 焦点形状の歪 みやボケを最小にできる。

次に、 本発明の他の実施例について図 4 を参照 して説明す る。

図 4 に示す実施例では、 真空外囲器 2 の外周に係止孔 43 を有さない従来の X線管球の真空外囲器 2 に断面 L字状の環 状の外付け金具 5 1 を嵌合させ、 こ の外付け金具 5 1 の外側に 上述した磁石部 4 0 を取り付けた。 外付け金具 5 1 には、 図 1 ない し図 3 で説明 した実施例の係止孔 43 と 同様に機能す る係止孔 52 を予め形成した。 つま り 、 こ の係止孔 52 に磁石 保持体 4 1 のボール 46 を係止させる こ と によ り 、 磁石保持体 41 を所定の回転位置に位置決めする よ う にした。

以上のよ う に、 本実施例によ る と 、 X線管球自体を改造す る こ と なく 外付け金具 5 1 を真空外囲器 2 に取 り 付け、 この 外付け金具 5 1 の外側に磁石保持体 41 を取り 付けるこ と によ り 、 従来の磁石部 40 を有さない X線管球にも本発明を適用 でき る。 つま り 、 本実施例でも、 ターゲッ ト 36上の電子ビ ームの照射位置を移動させる こ とができ、 X線装置の長寿命 化を図る こ とができる よ う になる。 次に、 本発明のまた他の実施例について図 5 を参照 して説 明する。

図 5 に示す実施例は、 基本的には図 1 ない し図 3 を用いて 説明 した実施例と同様であるが、 磁石部 60 は、 永久磁石 42 に代えて真空外囲器 2 の周囲に等間隔に 1 2個の電磁石 6 1 を固定して配設したものに した。 各電磁石 6 1 は、 通電方向 を変える こ とによ り 磁極の向き を変える こ と ができ る。

こ の X線管球 1 を動作させる場合、 径方向に対向する一対 の電磁石 6 1 を選択し、 これら一対の電磁石 6 1 に異なる極が 対向する よ う に通電し、 磁界を発生させる。 そ して、 ターゲ ッ ト 36 の寿命に基づく 一定時間が経過 した ら、 通電する電 磁石 6 1 の組を変更し、 電子ビームのターゲッ ト 3 6上の照射 位置をターゲッ ト 3 6 の周方向に移動させる。 こ の動作を繰 り 返し、 ターゲッ ト 36 の周方向に沿った異なる 1 2箇所に 電子ビームを順次照射する。 さ らに、 電磁石 6 1 の磁界の強 さ を変化させる こ と によ り 、 電子ビームの照射位置をターゲ ッ ト 36 の径方向の異なる位置に変更するこ と もでき る。 以上のよ う に、 本実施例によ る と 、 機械的に動く 部分を無 く して、 電磁石 6 1 を選択的に通電させる と と もに、 電流値 を変化させる電気的制御のみで、 ターゲッ ト 3 6 の任意の位 置に電子ビームを照射でき、 電子ビームの照射位置を移動で き る。 つま り 、 本実施例でも、 X線装置の長寿命化を図る こ とができ る。 なお、 電磁石 6 1 の磁束は、 第 1集束電極 25 ないし第 3集 束電極 27 の集束に影響を与えない範囲の強さ と し、 集束に 悪影響を与えないよ う にする。

次に、 本発明のさ らに他の実施例について図 6 を参照して 説明する。

図 6 に示す実施例は、 基本的には図 5 を用いて説明 した実 施例と 同様に電磁石を用いる ものであるが、 磁石部 65 は真 空外囲器 2 の周囲に 9 0 °毎の等間隔で 2対で合計 4個の電 磁石 66 を固定して配設し、 これら電磁石 66 を制御手段 67 によって通電制御する よ う に した。

こ の X線管球 1 を動作させる場合、 制御手段 67 によって 4つの電磁石 66 の通電量おょぴ電流方向を制御し、 管軸上 で交差する 2つの磁束の方向および強さ を変化させ、 任意の 磁束を合成する。 これによ り 、 ターゲッ ト 3 6上の任意の位 置に電子ビームを照射できる。

したがって、 本実施例においても、 よ り 少ない電磁石 66 を用いてターゲッ ト 36上の任意の位置に電子ビームを照射 する こ と ができ、 電子ビームの照射位置を自 由に移動でき る。 つま り 、 本実施例でも、 X線装置の長寿命化を図るこ とがで さる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、 電子ビームを照射して X線を発生させて いた照射位置が寿命になっても、 磁石部の作用によって、 タ ーゲッ トの他の位置に電子ビームの照射位置を移動させるこ とができ るため、 照射位置をターゲッ トの寿命になってなレヽ 位置に変える こ と によ り 初期の性能を得る こ と ができ、 長寿 命化を図る こ と ができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電子ビームを照射する陰極と、

この電子ビームが照射されて X線を発生する ターゲッ ト と、 このターゲッ トに照射される電子ビームの照射位置を移動 させる磁石部と

を具備したこ と を特徴とする X線装置。

2 . 上記ターゲッ トは、 上記陰極に対して固定的に配置さ れているこ と を特徴とする請求項 1 に記載の X線装置。

3 . 上記磁石部は、 上記電子ビームを横切る磁界を発生す る こ と を特徴とする請求項 2 に記載の X線装置。

4 . 上記磁石部は、 電子ビームの軸方向を中心と して回転 可能に設けられ、 こ の回転によ り 電子ビームの照射位置を変 化させるこ と を特徴とする請求項 1 に記載の X線装置。

5 . 上記磁石部は、 その回転の径方向に離間 して異なる磁 極を対向せしめた一対の磁石を有する こ と を特徴とする請求 項 4 に記載の X線装置。

6 . 上記磁石部は、 電子ビームを挟んで対向 して配設され る こ と を特徴とする請求項 4 に記載の X線装置。

7 . 上記磁石部は、 電子ビームを挟んで対向 した複数対の 電磁石と、 これら電磁石で形成される合成磁界を変化きせる 制御手段と を備えたこ と を特徴とする請求項 1 に記載の X線

8 . 上記制御手段は、 上記複数対の電磁石の通電量おょぴ 電流方向の少な く と も一方を制御する こ と を特徴とする請求 項 7 に記載の X線装置。

9 . 上記磁石部は、 電子ビームを挟んで対向 した複数対の 電磁石を有し、

選択した一対の電磁石に通電して電子ビーム の上記ターゲ ッ ト上の照射位置を制御し、 一定時間経過後に、 他の組の電 磁石に通電する こ と を特徴とする請求項 1 に記載の X線装置 _c

1 0 . 上記ターゲッ ト と上記陰極と の間に複数の集束電極 を さ らに具備し、

上記磁石部は電子ビームの軸方向の位置が最もターゲッ ト 側の集束電極と陰極との間に位置する こ と を特徴とする請求 項 1 ない し請求項 9 のいずれかに記載の X線装置。