JP2008300089A - X-ray tube - Google Patents
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Description
本発明は、X線装置に用いる開放型X線管に関する。ここで、開放型X線管とは、高真空状態に保持した真空容器内に加速電極(陽極)やフィラメントが配置され、この真空容器に開閉機構が設けられるとともに真空排気ポンプが接続され、X線管として使用中は容器内が真空状態に維持されてフィラメントが焼き切れることを防止すると共に、フィラメントやターゲットを交換するときに真空容器内を大気に開放することができるようにしたX線管をいう。 The present invention relates to an open type X-ray tube used in an X-ray apparatus. Here, an open X-ray tube means that an accelerating electrode (anode) and a filament are arranged in a vacuum vessel maintained in a high vacuum state, an opening / closing mechanism is provided in the vacuum vessel, and a vacuum exhaust pump is connected thereto. An X-ray tube that keeps the inside of the container in a vacuum state during use as a ray tube, prevents the filament from burning out, and allows the inside of the vacuum container to be opened to the atmosphere when the filament or target is replaced. Say.
被検査物の微細な内部構造を非破壊検査法で観察する手法が各分野で要求されている。例えば半導体パッケージングの開発や実装検査・品質保証のために、微小焦点を有するX線管を使って内部の欠陥などが調べられている。微小焦点を有するX線管は、厚さが薄いタングステンプレートのターゲットを使用し、収束された電子ビームをこのターゲットに打ち込み、そこで発生するX線を放射するものである。このようなX線管はマイクロフォーカスX線管と呼ばれ、真空容器内でフィラメント(熱陰極)から出射した電子ビームを、磁界レンズ(偏向コイル、収束コイル)により収束させてターゲット上の1〜200μmの寸法の微小領域に打ち込み、そこで生じるX線を利用するものである。 A technique for observing the fine internal structure of an inspection object by a nondestructive inspection method is required in each field. For example, for the development of semiconductor packaging, mounting inspection, and quality assurance, internal defects and the like are examined using an X-ray tube having a micro focus. An X-ray tube having a micro focus uses a tungsten plate target having a small thickness, and a focused electron beam is injected into the target to emit X-rays generated there. Such an X-ray tube is called a microfocus X-ray tube, and an electron beam emitted from a filament (hot cathode) in a vacuum vessel is converged by a magnetic lens (deflection coil, converging coil) to be 1 to 1 on the target. An X-ray is generated by implanting into a minute region having a size of 200 μm.
マイクロフォーカスX線管のうち、特に焦点寸法が微小化できるX線管は、開放型と呼ばれるタイプのものである。開放型X線管は、真空容器の開閉機構と真空排気ポンプとを具備しており、X線管として使用中は容器内を高真空状態に維持し、フィラメント(熱陰極)が切れてフィラメントを交換するとき、或いはターゲットやターゲットに不要な電子が衝突するのを避けるアパーチャを交換するときに、容器内を大気に開放することができるようにしてある。(特許文献1参照)。 Among the microfocus X-ray tubes, X-ray tubes whose focal size can be miniaturized are of a type called an open type. The open X-ray tube is equipped with a vacuum container opening / closing mechanism and a vacuum exhaust pump. During use as an X-ray tube, the inside of the container is maintained in a high vacuum state, and the filament (hot cathode) is cut to remove the filament. When exchanging, or when exchanging an aperture that avoids collision of unnecessary electrons with the target or the target, the inside of the container can be opened to the atmosphere. (See Patent Document 1).
開放型X線管は、透過型と反射型と呼ばれる2つのタイプに分類される。透過型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力X線が反対側に位置するのに対し、反射型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力X線が同じ側に位置する。透過型、反射型とも、電子ビームをターゲット上の微小領域に収束してX線の焦点寸法を微細化する構造は同じである。
上記した従来の開放型X線管では、真空容器の中心部に配置されているフィラメントを交換するときはやむを得ないが、電子ビームラインの先端側にあるターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合でも、真空容器内の全ての空間を大気に開放しなければならないので、エア抜きや交換後の真空引きに時間がかかり、交換作業に手間を要した。 In the conventional open type X-ray tube described above, it is unavoidable to replace the filament disposed at the center of the vacuum vessel, but even when replacing the target, aperture, and other parts on the tip side of the electron beam line. Since all the space in the vacuum vessel had to be opened to the atmosphere, it took time to evacuate and to evacuate after the replacement, and the replacement work was troublesome.
そこで、本発明は、電子ビームラインの先端側にあるターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合には、この領域を含む限られた部分だけ大気に開放できるようにして交換にかかる時間と手間を短縮することができるX線透視装置のX線管を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, when replacing parts such as a target and an aperture on the front end side of the electron beam line, only a limited part including this region can be opened to the atmosphere so that the time and labor required for the replacement can be reduced. An object is to provide an X-ray tube of an X-ray fluoroscopic apparatus that can be shortened.
上記課題を解決するためになされた本発明のX線管は、電子ビームを放出するフィラメントと、グリッド電極と、放出された電子ビームを加速するアノードと、電子ビームを集束する磁界レンズと、X線透過窓上に設けられたターゲット並びにターゲット下部に配置されたアパーチャとを備え、フィラメント周囲並びにフィラメントからターゲットに至る電子ビームラインの周囲が高真空状態に保持されているX線管であって、前記アノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分に、電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッターが設けられており、このシャッターによって隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブが設けている構造とした。 The X-ray tube of the present invention made to solve the above problems includes a filament that emits an electron beam, a grid electrode, an anode that accelerates the emitted electron beam, a magnetic lens that focuses the electron beam, and an X-ray tube. An X-ray tube comprising a target provided on a line transmission window and an aperture disposed at a lower part of the target, wherein the periphery of the filament and the periphery of the electron beam line from the filament to the target are maintained in a high vacuum state, An openable / closable shutter that partitions the vacuum space of the electron beam line is provided at an intermediate portion of the electron beam line from the anode to the target, and the target-side vacuum space partitioned by the shutter is opened to the atmosphere. The air vent valve is provided.
ここで上記磁界レンズとは、一般的に電子レンズや集束コイルとも呼ばれ、これらを包括するものである。また、シャッターは、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの真空空間を高気密状態で開閉可能に遮断できる構造のものであれば、どのような構造のものであっても良い。また、シャッターの開閉は電動、手動の何れであっても良い。 Here, the magnetic lens is generally called an electron lens or a focusing coil, and encompasses these. Further, the shutter may have any structure as long as it has a structure capable of blocking the vacuum space of the electron beam line from the anode to the target in a highly airtight state so as to be opened and closed. Further, the opening and closing of the shutter may be either electric or manual.
本発明のX線管によれば、ターゲットやアパーチャ等の部品を交換する場合には、シャッターでアノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分の真空空間を遮断して、隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放することにより、真空を破る領域を部分的に且つ小さくすることができ、これにより、交換にかかる時間と手間を短縮することができるといった効果がある。 According to the X-ray tube of the present invention, when replacing parts such as the target and the aperture, the vacuum space in the middle part of the electron beam line from the anode to the target is shut off by the shutter, and the partition side of the target side is separated. By opening the vacuum space to the atmosphere, the area where the vacuum is broken can be partially and reduced, thereby reducing the time and labor required for replacement.
(その他の課題を解決するための手段および効果)
上記発明において、フィラメント、グリッド電極並びにアノードが真空容器内に収納され、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの周囲がパイプで気密保持されており、パイプの中間に前記シャッターが設けられている構造とするのが望ましい。
これによれば、アノードからターゲットに至る電子ビームラインの真空空間が細径の、例えば直径15mm〜20mmのパイプで形成することができるので、ターゲット交換時の真空を破る領域、即ち容積を少なくすることができると共に、パイプに対するシャッターの組み付けが容易となる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the filament, grid electrode, and anode are housed in a vacuum vessel, the periphery of the electron beam line from the anode to the target is hermetically held by a pipe, and the shutter is provided in the middle of the pipe. It is desirable to do.
According to this, since the vacuum space of the electron beam line from the anode to the target can be formed with a thin diameter pipe, for example, with a diameter of 15 mm to 20 mm, the area where the vacuum is broken when the target is replaced, that is, the volume is reduced. In addition, the shutter can be easily assembled to the pipe.
また、上記発明において、シャッターが、パイプを側面から貫通するプランジャーと、パイプ外部に位置するプランジャーの外側面をスライド自在に気密保持するシリンダーと、前記プランジャーを往復動させる駆動部とから構成され、プランジャーの往復運動によって、パイプ内の真空空間を分断及び連通するように形成されている構成とするのがよい。
これにより、気密性のあるシャッターを簡単な構造で製作することができる。
In the above invention, the shutter includes a plunger penetrating the pipe from the side surface, a cylinder that slidably holds the outer surface of the plunger positioned outside the pipe, and a drive unit that reciprocates the plunger. It is good to have the structure comprised so that the vacuum space in a pipe may be divided | segmented and connected by the reciprocating motion of a plunger.
Thereby, an airtight shutter can be manufactured with a simple structure.
更に、上記発明において、前記プランジャーに、スプリングによってアノード側に付勢されて、分断されたアノード側のパイプの開口部を密封するボール弁と、電子ビームラインに沿ったビーム通過穴とが設けられており、プランジャーの往復動によって、ボール弁がパイプ開口部に嵌る閉位置と、ビーム通過穴がパイプ内孔に連なる開位置とに選択できるようにするのが望ましい。
これにより、電子ビームラインの真空空間の遮断時には、ボール弁がスプリングの弾圧力によってパイプ開口部に弾力的に嵌り込んで該開口部を封止し、シャッターからフィラメント側の真空を一層確実に維持することができる。
Furthermore, in the above invention, the plunger is provided with a ball valve which is biased toward the anode side by a spring and seals the divided anode side pipe opening, and a beam passage hole along the electron beam line. It is desirable that the reciprocating motion of the plunger can be selected between a closed position where the ball valve fits into the pipe opening and an open position where the beam passage hole is continuous with the pipe inner hole.
As a result, when the vacuum space of the electron beam line is interrupted, the ball valve is elastically fitted into the pipe opening by the spring pressure of the spring to seal the opening, and the vacuum on the filament side from the shutter is more reliably maintained. can do.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It cannot be overemphasized that various aspects are included in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
図1は、開放型X線管を用いたX線透視装置の構成例を示す図である。このX線透視装置は、主に、開放型X線管Aと、試料12を載せる試料台13と、X線検出器14とからなる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an X-ray fluoroscopic apparatus using an open X-ray tube. The X-ray fluoroscopic apparatus mainly includes an open X-ray tube A, a
開放型X線管Aは、加熱により熱電子を放出するフィラメント1(熱陰極)と、放出された熱電子を加速するアノード3と、フィラメント1とアノード3との間に配置され、フィラメント1から放出された熱電子がアノード3に向かうのを制限するグリッド電極2(ウェネルト電極)と、熱電子により形成される電子ビームの方向を偏向する偏向コイル4と、偏向された電子ビームを集束する磁界レンズ(収束コイル)5と、X線透過窓上に設けられたターゲット6と、ターゲット6に不要な電子が衝突するのを避けるためにターゲット6の下方に配置されたアパーチャ7とから構成されている。前記グリッド電極2は、フィラメントから放出される熱電子を制限できる形状であればよいが、電子を収束するために、すり鉢状にしてウェネルト電極としても機能するようにするのが好ましい。
The open X-ray tube A is disposed between a filament 1 (hot cathode) that emits thermoelectrons by heating, an
開放型X線管10における前記フィラメント1、グリッド電極2並びにアノード3は真空容器8で密閉され、アノード3からターゲット6に至る細い電子ビームライン9の周囲は気密保持されている。本実施例では、アノード3からターゲット6に至るこの電子ビームライン9の周囲はパイプ10並びに磁界レンズ5で気密保持されている。前記パイプ10は、直径15mm〜20mm、好ましくは直径16mmの細径パイプで形成される。
また、真空容器8には真空排気ポンプ11が設けられていて、このポンプによる真空引きにより、真空容器8の内部並びにアノード3からターゲット6に至る電子ビームライン9が高真空状態に保持されている。
The filament 1,
The vacuum vessel 8 is provided with an evacuation pump 11, and the
開放型X線管Aのターゲット6の外側には、試料12を載置する試料台13を挟んでX線検出器14が対向配置してあり、ターゲット6から照射されたX線を検出することができるようにしてある。X線検出器14の検出信号は、図示外の制御系の画像作成部により画像処理されて、X線輝度信号が作成され、モニタ画面に表示される。あるいは、X線検出器14として、X線検出器本体と画像作成部とが一体化されたフラットパネル検出器を用いた場合には、X線検出器14内で検出信号からX線輝度信号(画像データ)が作成されてモニタ画面に表示される。また、前記フィラメント1は、電源ケーブルを介して図示外の電源に接続される。
An
更に、前記アノード3からターゲット6に至る電子ビームライン9の中間部分に、電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッター15が設けられている。このシャッター15は気密性の優れた構造のものであればどのようなものであってもよいが、本実施例では図2並びに図3に示すように、パイプ10を側面から貫通するプランジャー16と、このプランジャー16の外側面をスライド自在に保持するシリンダー17と、前記プランジャー16を往復動させる駆動部22とから構成されている。前記プランジャー16には、スプリングによって常時下方に付勢されて分断された下側のパイプ10の開口部を密封するボール弁18と、電子ビームライン9に沿ったビーム通過穴19とが設けられており、プランジャー16の往復動によって図2に示す閉位置と図3に示す開位置とが選択できるように構成されている。また、シャッター15によって隔壁されたターゲット6側のパイプ10の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブ20がパイプ10に設けられている。
前記プランジャー16を駆動する駆動部22は電磁石を利用したソレノイドが好ましいが、モーターと歯車を組み合わせた機械的なものであっても良い。また、駆動部22を手動操作用のグリップとして手動で開閉操作するようにしても良い。
また、プランジャー16とシリンダー17との摺接面やパイプ10とシリンダー17との接合面がOリング等のシール材21でシールされて気密性が保持されている。
Furthermore, an openable /
The
Further, the sliding contact surface between the
尚、前記した開放型X線管Aと、試料12を載せる試料台13と、X線検出器14とは、散乱X線防護用のX線防護ボックス(図示せず)内に格納されている。
The open X-ray tube A, the
このようなX線管Aにおいて、フィラメント1に電流が流され、熱電子が放出されると、熱電子は加速電極3によりターゲット6に向けて加速され、電子ビームを形成するようになる。
電子ビームはアノード3の中央開口を通過し、偏向コイル4により電子ビームの進行方向が調整される。そして、磁界レンズ5によって、微小な径の電子ビームに収束され、ターゲット6に突入する。
ターゲット6には、例えば、厚さが50μm程度のタングステンが使われる。あるいはターゲット材を線透過窓に直接成膜することにより形成される。このターゲット6に電子ビームが突入するとX線を放射する。放射されるX線のうちX線透過窓を透過する方向のX線ビームが試料台13に載せられた試料12に照射されて、試料を透過した透過X線がX線検出器14により検出される。その検出信号が図示外の制御系に送られ、信号処理によりX線輝度信号が作成され、モニタにX線画像として表示される。
In such an X-ray tube A, when a current is passed through the filament 1 and thermoelectrons are emitted, the thermoelectrons are accelerated toward the target 6 by the
The electron beam passes through the central opening of the
For the target 6, for example, tungsten having a thickness of about 50 μm is used. Alternatively, the target material is formed directly on the line transmission window. When an electron beam enters the target 6, X-rays are emitted. Of the radiated X-rays, an X-ray beam in a direction that passes through the X-ray transmission window is irradiated onto the
X線管におけるターゲット6やアパーチャ7は汚れを洗浄したり、新品に交換する場合に取り外す必要がある。殊にアパーチャ7は、分解能や輝度に応じて衝突領域を調整する場合に別に用意した開口面積の異なるアパーチャと交換する必要がある。このような場合、シャッター15でアノード3からターゲット6に至る電子ビームライン9の中間部分の真空空間を遮断して、隔壁されたターゲット側の真空空間をエア抜きバルブ20で大気に開放することにより、真空を破る領域をシャッター15からターゲット6までの小さな容積に抑えることができ、交換にかかる時間を短縮することができる。
The target 6 and the aperture 7 in the X-ray tube need to be removed when the dirt is washed or replaced with a new one. In particular, the aperture 7 needs to be replaced with an aperture having a different opening area prepared separately when adjusting the collision area in accordance with the resolution and brightness. In such a case, the vacuum space at the intermediate portion of the
上記実施例で示したシャッター15のプランジャー16には、気密性を向上させるためにボール弁18を設けたが、図4に示すように、プランジャー16とシリンダー17との摺接面やパイプ10とシリンダー17との接合面がOリング等のシール材21で確実に気密性が維持できるのであれば前記したボール弁18は省略することが可能である。
The
本発明は、開放型X線管を搭載したX線透視装置やX線検査装に利用することができる。 The present invention can be used for an X-ray fluoroscopy device or an X-ray inspection apparatus equipped with an open X-ray tube.
A: X線管
1: フィラメント
2: グリッド電極
3: アノード
5: 磁界レンズ
6: ターゲット
7: アパーチャ
8: 真空容器
9: 電子ビームライン
10: パイプ
15: シャッター
16: プランジャー
17: シリンダー
18: ボール弁
19: ビーム通過穴
20: エア抜きバルブ
22: 駆動部
A: X-ray tube 1: Filament 2: Grid electrode 3: Anode 5: Magnetic lens 6: Target 7: Aperture 8: Vacuum container 9: Electron beam line 10: Pipe 15: Shutter 16: Plunger 17: Cylinder 18: Ball Valve 19: Beam passage hole 20: Air vent valve 22: Drive unit
Claims (4)
前記アノードからターゲットに至る電子ビームラインの中間部分に、この電子ビームラインの真空空間を隔壁する開閉可能なシャッターが設けられており、更に、このシャッターによって隔壁されたターゲット側の真空空間を大気に開放するためのエア抜きバルブが設けられていることを特徴とするX線管。 Filament that emits an electron beam, grid electrode, anode that accelerates the emitted electron beam, a magnetic lens that focuses the electron beam, a target provided on the X-ray transmission window, and an aperture disposed below the target An X-ray tube in which the periphery of the filament and the periphery of the electron beam line from the filament to the target are maintained in a high vacuum state,
An openable / closable shutter that partitions the vacuum space of the electron beam line is provided at an intermediate portion of the electron beam line from the anode to the target, and the target-side vacuum space partitioned by the shutter is opened to the atmosphere. An X-ray tube comprising an air bleeding valve for opening.
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