JP2011181276A - X-ray generating device and static eliminator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線発生装置、及びX線発生装置を用いる除電装置の技術に関する。 The present invention relates to a technique of an X-ray generator and a static eliminator using the X-ray generator.
電子を電子放出部から放出して金属膜からなるターゲットに照射し、X線を発生させるX線発生装置が知られている。X線発生装置としては、電子放出部にフィラメントを用いる熱電子放出型(例えば、特許文献1、2を参照。)や、電子放出部にカーボンナノチューブ等を用いる電界放出型(例えば、特許文献3、4、5)がある。
There is known an X-ray generator that emits electrons from an electron emitting portion and irradiates a target made of a metal film to generate X-rays. Examples of the X-ray generator include a thermionic emission type using a filament for an electron emission part (see, for example,
特許文献1には、熱電子放出型のX線発生装置に関する技術として、X線を発生させる際の熱を抑えるため、X線管に水冷装置を設ける技術が開示されている。特許文献2には、熱電子放出型のX線発生装置に関する技術として、フィラメントが高温になることを抑えるため、X線管を流れる電流を抑制する技術が開示されている。特許文献3には、電界放出型のX線発生装置に関する技術として、発熱量を抑えると共に寿命を延ばすため、電子放出部の表面にダイヤモンド粒子かなる薄膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献4には、電界放出型のX線発生装置に関する技術として、漏洩電流の発生を防止するため、電子放出部とターゲットの間に絶縁部材を設けることでターゲットに照射される電子の範囲を規制する技術が開示されている。更に、特許文献5には、電界放出型のX線発生装置に関する技術として、電子流密度を高めて詳細にフォーカスするため、ターゲットに抵抗を入れて電流を制御する技術が開示されている。
電子を電子放出部から放出して金属膜からなるターゲットに照射し、X線を発生させるX線発生装置として、熱電子放出型のX線発生装置や、電界放出型のX線発生装置が知られている。ここで、例えば、熱電子放出型のX線発生装置の寿命が8000時間であるあるのに対し、電界放出型のX線発生装置の寿命はその10分の1程度若しくはそれ以下とも言われており、熱電子放出型のX線発生装置は、電界放出型のX線発生装置に比べて寿命が長い。但し、熱電子放出型のX線発生装置は、熱電子を放出するために加熱が必要であり、電界放出型のX線発生装置に比べて多くのエネルギーを必要とする。また、熱電子放出型のX線発生装置は、X線を発生する際の熱による弊害を防止するための冷却装置が必要とされる。 As an X-ray generator that emits electrons from an electron-emitting portion and irradiates a target made of a metal film to generate X-rays, a thermionic emission X-ray generator and a field emission X-ray generator are known. It has been. Here, for example, the lifetime of a thermionic emission X-ray generator is 8000 hours, whereas the lifetime of a field emission X-ray generator is said to be about 1/10 or less. The thermionic emission X-ray generator has a longer life than the field emission X-ray generator. However, the thermionic emission X-ray generator requires heating to emit thermoelectrons, and requires more energy than the field emission X-ray generator. Further, the thermionic emission type X-ray generator requires a cooling device for preventing adverse effects caused by heat when X-rays are generated.
一方、電界放出型のX線発生装置は、電子を放出するための加熱が不要であり、X線を発生する際の熱の発生が少ないことから、エネルギー効率の高い技術として種々の分野で普及が望まれている。但し、従来の電界放出型のX線発生装置では、時間の経過に伴う電子放出部の劣化が早いことが懸念されている。電子放出部の劣化は、例えば数kVから数十kVといった高圧電圧をX線管に印加する場合に特に顕著となる。そして劣化の原因としては、X線管の真空管内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レ
ベルでの表面性状の変化(例えば、表面形状の変化)や、ターゲットからスパッタされた物質が電子放出部の表面への付着することなどが挙げられる。このように、従来の電界放出型のX線発生装置は、熱電子放出型のX線発生装置に比べて寿命が短いことから、長寿命化を可能とする技術の開発が望まれている。
On the other hand, field emission type X-ray generators do not require heating to emit electrons and generate little heat when generating X-rays. Is desired. However, in the conventional field emission type X-ray generator, there is a concern that the electron emission portion is rapidly deteriorated with the passage of time. Deterioration of the electron emitting portion is particularly noticeable when a high voltage such as several kV to several tens kV is applied to the X-ray tube. The causes of deterioration include changes in the surface properties at the atomic level of the electron emission part (for example, changes in the surface shape) due to the influence of gas ions and heat remaining in the vacuum tube of the X-ray tube, and sputtering from the target. The adhering substance adheres to the surface of the electron emission part. As described above, the conventional field emission type X-ray generator has a shorter lifetime than that of the thermionic emission type X-ray generator. Therefore, it is desired to develop a technique capable of extending the lifetime.
本発明は、上記の問題に鑑み、電界放出型のX線発生装置において、従来よりも寿命を向上することが可能な技術を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the lifetime of a field emission type X-ray generator as compared with the related art.
本発明は、上述した課題を解決するため、電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、検知される電流に基づいて、電源を制御してX線管の電圧を変化させることとした。 In order to solve the above-described problems, the present invention controls the power supply to change the voltage of the X-ray tube based on the detected current so as to suppress a decrease in the electron emission capability of the electron emission unit. It was.
詳細には、本発明は、電子を放出する冷陰極としての電子放出部と、前記電子放出部から放出された電子が照射されることでX線を発生する対極としてのターゲットと、前記ターゲットと接続され、該ターゲットで発生したX線を外部に放出する透過窓とを含むX線管を備えるX線発生装置であって、前記X線管に対して所定の電圧を印加する電源部と、前記X線管を流れる電流の電流値を検知する電流検知部と、前記電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、前記電流検知部によって検知される電流値に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備える。 Specifically, the present invention includes an electron emission portion as a cold cathode that emits electrons, a target as a counter electrode that generates X-rays when irradiated with electrons emitted from the electron emission portion, and the target. An X-ray generation apparatus comprising an X-ray tube connected and including a transmission window for emitting X-rays generated at the target to the outside, a power supply unit for applying a predetermined voltage to the X-ray tube; Based on the current value detected by the current detection unit so as to suppress a decrease in the electron emission capability of the electron emission unit and a current detection unit that detects a current value of the current flowing through the X-ray tube, A control unit that controls the power supply unit.
本発明に係るX線発生装置は、冷陰極としての電子放出部を備える、いわゆる電界放出型のX線発生装置である。従って、本発明に係るX線発生装置では、電子を放出するための加熱が不要であり、X線を発生する際の熱の発生が少ないことから、エネルギー効率が高い。また、制御部が、電流検知部によって検知される電流に基づいて電源を制御してX線管の電圧を変化させることで、電子放出部の電子の放出能力の低下が抑制される。つまり、電子放出部の劣化が抑制されることから、従来の電子放出型のX線発生装置よりも寿命を向上させることができる。 The X-ray generator according to the present invention is a so-called field emission X-ray generator provided with an electron emission portion as a cold cathode. Therefore, the X-ray generator according to the present invention does not require heating for emitting electrons, and generates less heat when generating X-rays, so that energy efficiency is high. In addition, the control unit controls the power source based on the current detected by the current detection unit to change the voltage of the X-ray tube, thereby suppressing a decrease in the electron emission capability of the electron emission unit. That is, since the deterioration of the electron emission portion is suppressed, the lifetime can be improved as compared with the conventional electron emission type X-ray generator.
ここで、本発明において、冷陰極とは、熱電子放出型のX線発生装置に用いられるフィラメント等の加熱を必要とする熱陰極と区別されるものである。つまり、本発明の冷陰極としての電子放出部は、所定の電圧を印加することで加熱をせずに電子を放出する。所定の電圧は、X線発生装置を用いる用途などに応じて適宜設定できる他、本発明では電子放出部を活性化可能な値として設定される。なお、X線管に印加される所定の電圧、換言すると、X線管の電圧とは、電子放出部とターゲット間の電位差であり、負電圧であることが好ましい。X線管を流れる電流とは、電子放出部から放出された電子がターゲットに照射されることで、X線管内を流れる電流である。また、電子の放出能力とは、換言すると、所定の電圧下において電子を放出できる能力をいい、従来の電界放出型のX線発生装置では、この電子の放出能力が時間の経過と共に低下することが懸念されていた。なお、電子の放出能力の低下は、X線発生装置から照射するX線の線量の低下を意味する。 Here, in the present invention, a cold cathode is distinguished from a hot cathode that requires heating of a filament or the like used in a thermionic emission type X-ray generator. That is, the electron emission part as the cold cathode of the present invention emits electrons without heating by applying a predetermined voltage. The predetermined voltage can be set as appropriate according to the use of the X-ray generator, and is set as a value that can activate the electron-emitting portion in the present invention. The predetermined voltage applied to the X-ray tube, in other words, the voltage of the X-ray tube is a potential difference between the electron emission portion and the target, and is preferably a negative voltage. The current flowing through the X-ray tube is a current flowing through the X-ray tube by irradiating the target with electrons emitted from the electron emission unit. In addition, the electron emission ability means, in other words, the ability to emit electrons under a predetermined voltage. In a conventional field emission type X-ray generator, the electron emission ability decreases with time. There was concern. Note that the decrease in the electron emission capability means a decrease in the dose of X-rays emitted from the X-ray generator.
本発明の制御部による処理は、換言すると、電子の放出能力の低下を抑制するように、電源部を制御することでX線管に印加される電圧を昇圧又は減圧させるものである。電圧を昇圧するとは、換言すると、負電圧側により大きくすることを意味する。そして、この昇圧又は減圧は、X線管を流れる電流の電流値に基づいて行われる。X線管を流れる電流の電流値に基づく、X線管に印加される電圧の昇圧や減圧の態様としては、電流値が所定の値を下回った場合に電圧を昇圧させる態様や、電流が一定の値に保持されるよう電圧を昇圧又は減圧させる態様が例示される。 In other words, the processing by the control unit of the present invention is to increase or decrease the voltage applied to the X-ray tube by controlling the power supply unit so as to suppress a decrease in the electron emission capability. In other words, boosting the voltage means increasing the voltage to the negative voltage side. And this pressure increase or pressure reduction is performed based on the current value of the current flowing through the X-ray tube. Based on the current value of the current flowing through the X-ray tube, the voltage applied to the X-ray tube is boosted or reduced in pressure when the current value falls below a predetermined value, or the current is constant. A mode in which the voltage is boosted or depressurized so as to be held at the value of is exemplified.
そこで、本発明に係るX線発生装置において、前記制御部は、前記検知部によって検知
される電流値が下限電流値を下回った場合、前記X線管に印加される電圧を昇圧(負電圧側により大きくする)させるようにしてもよい。X線管に印加する電圧を昇圧することで、X線管内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの表面性状の変化(例えば、表面形状の変化)が改善され、また、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。表面形状の変化については、電子放出部が真空容器内に封入されていることから外部からの確認は基本的には困難であるが、本発明者らは次のように考えている。すなわち、針状の先端部が消耗することで、鋭角な形状から丸みを帯びた形状となり、昇圧により再び先端が鋭化すると考える。更に、昇圧による容器内部の高温化が不純物の離脱を促進すると考えている。換言すると、時間の経過によって劣化した電子放出部が活性化され、電子放出部の電子の放出能力が回復する。つまり、X線管を流れる電流値を再び高めることができる。
Therefore, in the X-ray generator according to the present invention, when the current value detected by the detection unit falls below a lower limit current value, the control unit boosts the voltage applied to the X-ray tube (on the negative voltage side). It may be made larger). By increasing the voltage applied to the X-ray tube, changes in the surface properties at the atomic level of the electron emission part (for example, changes in the surface shape) due to the influence of ions and heat of the gas remaining in the X-ray tube are improved. In addition, the substance sputtered from the target and attached to the surface of the electron emission portion is released. Regarding the change of the surface shape, since the electron emission portion is sealed in the vacuum vessel, it is basically difficult to confirm from the outside, but the present inventors consider as follows. That is, when the needle-shaped tip is consumed, the sharp shape is changed to a rounded shape, and the tip is sharpened again by pressure increase. Furthermore, it is considered that the high temperature inside the container by pressurization promotes the detachment of impurities. In other words, the electron emission part deteriorated with the passage of time is activated, and the electron emission ability of the electron emission part is restored. That is, the value of the current flowing through the X-ray tube can be increased again.
下限電流値は、時間の経過と共に低下する電子の放出能力の傾向、換言すると、時間の経過と共に低下するX線発生装置から照射されるX線線量の低下の傾向と、低下した際のX線管を流れる電流の電流値とに基づいて予め設定することができる。例えば、下限電流値は、少なくとも所定のX線線量を照射可能な時点の電流値として設定することができる。なお、X線管に印加される電圧を昇圧するに際しては、電子放出部を活性化できる電圧値として予め設定した所定の電圧値まで昇圧することが好ましい。また、過剰な昇圧は、過剰な電流の上昇を招き、X線発生装置の故障などにつながる虞があることから、制御部は、検知部によって検知される電流値が所定の電流値を上回った場合、昇圧を解除するようにしてもよい。換言すると、制御部は、検知部によって検知される電流値が、X線発生装置の動作開始時におけるX線管を流れる電流の電流値を上回った場合、通常の電圧値に戻すようにしてもよい。所定の電流値は、X線発生装置の動作開始時における電流よりも高い値として、X線発生装置に故障などの支障をきたさない上限電流値としてもよい。 The lower limit current value is the tendency of the electron emission ability to decrease with the passage of time, in other words, the tendency of the X-ray dose to be emitted from the X-ray generator that decreases with the passage of time, and the X-rays at the time of reduction. It can be preset based on the current value of the current flowing through the tube. For example, the lower limit current value can be set as a current value at the time when at least a predetermined X-ray dose can be irradiated. When boosting the voltage applied to the X-ray tube, it is preferable to boost the voltage to a predetermined voltage value set in advance as a voltage value that can activate the electron emission portion. In addition, since excessive boosting may cause an excessive current increase and lead to failure of the X-ray generator, the control unit has exceeded the predetermined current value detected by the detection unit. In this case, the boosting may be released. In other words, when the current value detected by the detection unit exceeds the current value of the current flowing through the X-ray tube at the start of the operation of the X-ray generator, the control unit may return the current value to a normal voltage value. Good. The predetermined current value may be a value higher than the current at the start of the operation of the X-ray generator, and may be an upper limit current value that does not cause trouble such as failure in the X-ray generator.
また、本発明に係るX線発生装置において、前記制御部は、前記検知部によって検知される電流が一定の電流値となるよう、前記X線管に印加される電圧を繰り返し昇圧させ、前記昇圧に伴って前記検知部によって検知される電流値が上限電流値に達した場合、前記X線管に印加される電圧を減圧させるようにしてもよい。一定の電流値は、X線発生装置の動作開始時におけるX線管を流れる電流とすることができる。これにより、時間の経過によって劣化する電子放出部を常時活性化することができ、電子放出部の放出能力をX線発生装置の動作開始時の能力に維持することができる。つまり、電子放出部の劣化を常に抑制することで、X線発生装置の寿命を向上することができる。なお、上限電流値は、X線発生装置の動作開始時における電流よりも高い値として、X線発生装置に故障などの支障をきたさない値とすることができる。 Further, in the X-ray generator according to the present invention, the control unit repeatedly boosts the voltage applied to the X-ray tube so that the current detected by the detection unit has a constant current value. Accordingly, when the current value detected by the detection unit reaches the upper limit current value, the voltage applied to the X-ray tube may be reduced. The constant current value can be a current flowing through the X-ray tube at the start of operation of the X-ray generator. Thereby, the electron emission part which deteriorates with the passage of time can always be activated, and the emission capability of the electron emission part can be maintained at the capability at the start of the operation of the X-ray generator. That is, the life of the X-ray generator can be improved by always suppressing the deterioration of the electron emission portion. Note that the upper limit current value can be set to a value that does not cause trouble such as a failure in the X-ray generator as a value higher than the current at the start of operation of the X-ray generator.
ここで、本発明に係るX線発生装置において、前記電流検知部は、前記X線管を流れる電流の電流値として、前記X線管の前後の電流値を検知し、前記制御部は、前記X線管の前後の電流値の差分に基づいて、漏洩電流の有無を判断するようにしてもよい。X線管の前後のうち、X線管の前とは、X線管の上流側、換言すると、電源部とX線管の間におけるX線管の近傍である。また、X線管の後とは、X線管の下流側、換言すると、X線管と接地の間におけるX線管の近傍である。また、漏洩電流とは、X線管以外に流れる電流である。漏洩電流の有無を判断することで、制御部による制御の精度をより高めることができる。漏洩電流が認められる場合における電流の低下は、時間経過による電流の低下とは異なるものである。そして、漏洩電流が認められる場合において、電源部を制御して電圧を高めても電子放出部の十分な活性化を実現することはできない。従って、漏洩電流の発生が認められる場合には、これを報知するなどして、漏洩電流の発生が認められない場合と区別される処理を行うことで、制御部による制御の精度をより高めることができ、その結果、より確実に電子放出部を活性化することができる。 Here, in the X-ray generator according to the present invention, the current detection unit detects a current value before and after the X-ray tube as a current value of the current flowing through the X-ray tube, and the control unit The presence or absence of leakage current may be determined based on the difference between the current values before and after the X-ray tube. Of the front and rear of the X-ray tube, the front of the X-ray tube is the upstream side of the X-ray tube, in other words, the vicinity of the X-ray tube between the power supply unit and the X-ray tube. The term “after the X-ray tube” refers to the downstream side of the X-ray tube, in other words, the vicinity of the X-ray tube between the X-ray tube and the ground. The leakage current is a current that flows outside the X-ray tube. By determining the presence or absence of leakage current, the accuracy of control by the control unit can be further increased. The decrease in current when leakage current is observed is different from the decrease in current over time. And when leakage current is recognized, sufficient activation of the electron emission part cannot be realized even if the voltage is increased by controlling the power supply part. Therefore, when the occurrence of leakage current is recognized, this is informed so that the accuracy of control by the control unit is further improved by performing processing that is different from the case where the occurrence of leakage current is not recognized. As a result, the electron emission portion can be more reliably activated.
漏洩電流の有無を制御部によって判断させる場合には、漏洩電流の有無を外部に対して出力する出力部を更に設けることが好ましい。これにより、漏洩電流の有無を報知することが可能となる。なお、X線管の前後の電流を検知することで、制御部による制御の精度をより高めることができるが、電流検知部は、X線管の前若しくは後の何れか一方の電流を検知するものでもよい。 When the control unit determines whether or not there is a leakage current, it is preferable to further provide an output unit that outputs the presence or absence of the leakage current to the outside. Thereby, it is possible to notify the presence or absence of leakage current. Although the accuracy of control by the control unit can be further improved by detecting the current before and after the X-ray tube, the current detection unit detects either the current before or after the X-ray tube. It may be a thing.
ここで、本発明に係るX線発生装置において、前記電源部は、前記X線管に対して、−9kVから−16kVの負電圧を印加し、前記X線管には、0.15mAから1.0mAの電流が流れるようにしてもよい。X線管に印加される所定の電圧の範囲は、特に限定されるものではない。但し、電子放出部の劣化は、高電圧を印加した場合により顕著となることから、本発明は、上記のような高圧電源を用いるX線発生装置としてより好適に用いることができる。 Here, in the X-ray generator according to the present invention, the power supply unit applies a negative voltage of −9 kV to −16 kV to the X-ray tube, and 0.15 mA to 1 is applied to the X-ray tube. A current of 0.0 mA may flow. The range of the predetermined voltage applied to the X-ray tube is not particularly limited. However, since the deterioration of the electron emission portion becomes more conspicuous when a high voltage is applied, the present invention can be more suitably used as an X-ray generator using the above-described high-voltage power supply.
上述した本発明に係るX線発生装置は、X線写真を撮影するX線写真装置、試料を分析する蛍光X線分析装置など、X線発生装置を要する種々の分野で用いることができる。また、本発明に係るX線発生装置は、熱の発生がなく、エネルギー効率が高く、更に、高圧電源を印加しても十分な寿命を有することから、半導体集積回路、液晶パネルなどの製造工場における静電気対策としての除電装置に特に好適である。 The X-ray generation apparatus according to the present invention described above can be used in various fields that require an X-ray generation apparatus, such as an X-ray photography apparatus that takes an X-ray photograph and a fluorescent X-ray analysis apparatus that analyzes a sample. The X-ray generator according to the present invention does not generate heat, has high energy efficiency, and has a sufficient life even when a high-voltage power supply is applied, so that it is a manufacturing factory for semiconductor integrated circuits, liquid crystal panels, etc. It is particularly suitable for a static eliminator as a countermeasure against static electricity.
本発明によれば、電界放出型のX線発生装置において、従来よりも寿命を向上することが可能な技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the field emission type | mold X-ray generator, the technique which can improve a lifetime compared with the past can be provided.
次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and the present invention is not limited to the embodiment described below.
<構成>
図1は、実施形態に係るX線発生装置1の構成を示す。実施形態に係るX線発生装置1は、X線管2、電流モニタ回路3A、3B、制御部4を備える。実施形態に係るX線発生装置1は、箱型形状を有するが、細長のバー形状としてもよく、また、円筒形としてもよい。
<Configuration>
FIG. 1 shows a configuration of an
実施形態に係るX線管2は、X線管の筐体21、電子放出部としてのエミッタ22、ターゲット23、透過窓24を備える。
The
X線管の筐体21は、6枚の板によって構成され内部に密閉空間を有する。X線管の筐体21は、絶縁体であるガラスによって構成してもよく、また、外部をAl(アルミニウム)等によって構成し、内側面に絶縁処理を施すようにしてもよい。
The
X線管の筐体21の内部には、エミッタ22とターゲット23が対向して平行に配置されている。エミッタ22は、本発明の電子放出部に相当し、導線を介して電源部5と接続されており、電源部5からの電力供給を受けて電子を放出する。エミッタ22は、例えばニッケル板といった導電性基板と、その表面に形成されるカーボンナノチューブなどの薄膜を備える。このようなエミッタ22は、フィラメントのような加熱が不要であり、冷陰極と称される。なお、薄膜は、カーボンナノダイヤモンドでもよい。
Inside the
ターゲット23は、エミッタ22から放出された電子が照射されることでX線を発生する。ターゲット23は、電子が照射されることでX線を発生させることが可能な材料であるタングステンによって構成することができる。なお、ターゲット23は、タングステン(W)に代えて、チタン(Ti)、モリブデン(M)、銅(Cu)によって構成してもよい。なお、ターゲット23は、透過窓24を介して接地されている。
The
透過窓24は、ターゲット23と接続され、ターゲット23で発生したX線を外部に放出する。図1では簡略化されているが、実際には、透過窓24の内面側にターゲット23が成膜されている。透過窓24は、例えばX線の透過能力に優れたベリウム(Be)によって構成することができる。なお、透過窓24は、ベリウム以外の材料によって構成することができるが、透過窓24の材料には、X線の透過能力が高く、かつ、X線管の筐体21の構成部材として機械的強度を有しているものが好ましい。透過窓24は、接地されており、また、透過窓24とターゲット23は接地電位に維持されている。
The
電流モニタ回路3A、3B(以下、両者を纏めて単に電源モニタ回路3とも称する。)は、本発明の電流検知部に相当し、X線管2を流れる電流の値を検知する。実施形態では、図1に示すように、X線管2の上流側及び下流側の2箇所に抵抗R1、抵抗R2(以下、抵抗R1、抵抗R2を単に抵抗ともいう。)が設けられ、抵抗毎に設けられた電流モニタ回路3は、X線管2の上流側、下流側の電流を検知する。各電流モニタ回路3で検知された電流値は信号として制御部4へ送られる。実施形態では、抵抗R1がX線管2の上流側、換言すると電源部5とX線管2の間に設けられている。また、抵抗R2は、X線管2の下流側、換言するとX線管2と接地の間に設けられている。このように、X線管2の上流側及び下流側の双方の電流を検知することで、制御部4による制御の精度をより高めることが可能となる。その結果、より確実に電子放出部を活性化することができる。
The
なお、実施形態では、X線管2の上流側と下流側の双方から2つの電流値を検知したが、X線発生装置1をより簡易な構成とするため、電流値の検知は、X線管の上流側と下流側のうちいずれか一方で行うようにしてもよい。
In the embodiment, two current values are detected from both the upstream side and the downstream side of the
電源部5は、接地され、また、高圧発生部51、電圧制御回路部52、及び電流制御回路部53を有し、所定の電圧をX線管2に対して印加する。例えば、電源部5は、X線発生装置1が設置される室内等に設けられている電源と接続することで必要な電力を得る。高圧発生部51は、例えば、−9kVから−16kVといった高圧の負電圧を発生させる。電圧制御回路部52は、制御部4からの信号に基づいて、X線管2に印加する電圧を調整する。電流制御回路部53は、制御部4からの信号に基づいて、X線管2を流れる電流を調整する。
The
制御部4は、エミッタ22から放出される電子の放出能力の低下を抑制するように、電流モニタ回路3によって検知される電流値に基づいて、X線管2に印加する電圧を変化させる。制御部4は、CPU(Central Processing Unit)41、メモリ42を有するコン
ピュータと、コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現される。具体的には、制御部4は、電流値取得部43、判断部44、実行部45を含む機能部を備える。そして、これら機能部の有する機能がコンピュータによって実行されることで、X線管2に印加
される電圧やX線管2を流れる電流が調整される。なお、これらの機能部は、専用のプロセッサとして構成してもよい。
The control unit 4 changes the voltage applied to the
電流値取得部43は、電流モニタ回路3で検知されたX線管2を流れる電流の電流値を電気信号として取得する。取得されるX線管2の電流値には、X線管2の上流側で取得された電流値と、X線管2の下流側で取得された電流値が含まれる。
The current
判断部44は、電流値取得部43で取得された電流値が下限電流値を下回っていないか否かの判断を含め、X線発生装置1で行われる必要な判断を行う。詳細については、後述する。
The
実行部45は、判断部44の判断結果に基づいて、電源部5、すなわち、高圧発生部51、電圧制御回路部52、及び電流制御回路部53を制御する。詳細については、後述する。
The
(昇圧制御処理)
ここで、図2は、X線発生装置1で実行される昇圧制御処理フローを示す。まず、ステップS01では、X線管2を流れる電流の電流値が取得される。具体的には、電流モニタ回路3が、X線管2の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する(以下、上流側の電流値を上流側電流値、下流側の電流値を下流側電流値とも称する。)。各電流モニタ回路3で検知された電流値は電気信号として制御部4の電流値取得部43へ送られ、電流値取得部43は、電流値を取得する。電流値が取得されるとステップS02へ進む。
(Boosting control process)
Here, FIG. 2 shows a boost control processing flow executed by the
ステップS02では、判断部44は、電流値が下限電流値を下回っていないか判断する。下限電流値は、時間の経過と共に低下する電子の放出能力の傾向、換言すると、時間の経過と共に低下するX線発生装置1から照射されるX線線量の低下の傾向と、低下した際のX線管2を流れる電流とに基づいて予め設定することができる。例えば、下限電流値は、少なくとも所定のX線線量を照射可能な時点の電流値として設定することができる。電流値が下限電流値を下回っていると判断された場合には、ステップS03へ進む。一方、電流値が下限電流値を下回っていると判断されなかった場合には、再度ステップS01へ進む。
In step S02, the
ステップS03では、電圧制御回路部52は、X線管2に対して過電圧を印加する。具体的には、判断部44の判断結果が電気信号として実行部45に入力され、実行部45は、電圧制御回路部52に対して負電圧としての過電圧を印加するよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部52は、実行部45からの命令に従って所定の過電圧を印加する。印加する電圧値は、エミッタ22を活性化できる電圧値として予め設定した値とすることができる。過電圧が印加されるとステップS04へ進む。
In step S <b> 03, the voltage
ステップS04では、X線管2を流れる電流の電流値が再取得される。具体的には、電流モニタ回路3が、各電流モニタ回路3によって、X線管2の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する。各電流モニタ回路3で検知された電流値は電気信号として制御部4の電流値取得部43へ送られ、電流値取得部43は、電流値を再取得する。電流値が再取得されるとステップS05へ進む。
In step S04, the current value of the current flowing through the
ステップS05では、判断部44は、再取得された電流値が初期電流値を上回ったか否かを判断する。初期電流値は、X線発生装置1の動作開始時におけるX線管2を流れる電流値として設定することができる。再取得された電流値が初期電流値を上回った場合には、ステップS06へ進む。一方、再取得された電流値が初期電流値を上回っていない場合には、再度ステップS03へ進む。
In step S05, the
ステップS06では、電圧制御回路部52は、X線管2に対して初期電圧を印加する。具体的には、判断部44の判断結果が電気信号として実行部45に入力され、実行部45は、電圧制御回路部52に対して初期電圧を印加するよう電気信号を送る。換言すると、実行部45は、電圧制御回路部52に対して初期電圧に戻すよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部52は、実行部45からの命令に従って初期電圧を印加する。初期電圧は、X線発生装置1の動作開始時におけるX線管2に印加される電圧値として設定することができる。その後、再度ステップS01へ進み、昇圧制御処理が繰り返し実行される。
In step S06, the voltage
以上説明した昇圧制御処理が実行されることで、X線管2内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの表面性状の変化(例えば、表面形状の変化)が改善される。また、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。すなわち、時間の経過によって劣化したエミッタ22が活性化され、エミッタ22の電子の放出能力が回復する。つまり、過電圧を印加することで、X線発生装置1の寿命を向上することができる。
By performing the pressure increase control processing described above, the surface property change (for example, the surface shape change) at the atomic level of the electron emission portion due to the influence of ions and heat of the gas remaining in the
(定電流制御処理)
ここで、図3は、X線発生装置1で実行される定電流制御処理フローを示す。まず、ステップS11では、昇圧制御処理におけるステップ01と同じく、X線管2を流れる電流の電流値が取得される。電流値が取得されるとステップS12へ進む。
(Constant current control processing)
Here, FIG. 3 shows a constant current control processing flow executed in the
ステップS12では、X線管2を流れる電流の電流値が一定となるよう電圧が印加される。ステップS12における処理は、換言するとフィードバック処理であり、電流値の取得と電圧の印加が繰り返し行われることで、X線管2を流れる電流の電流値が一定の値に維持される。電流値が一定となるよう電圧が印加されるとステップS13へ進む。
In step S12, a voltage is applied so that the current value of the current flowing through the
ステップS13では、X線管2を流れる電流の電流値が再取得される。具体的には、電流モニタ回路3が、X線管2の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する。各電流モニタ回路3で検知された電流値は電気信号として制御部4の電流値取得部43へ送られ、電流値取得部43は、電流値を再取得する。電流値が再取得されるとステップS14へ進む。
In step S13, the current value of the current flowing through the
ステップS14では、判断部44は、再取得された電流値が上限電流値を上回ったか否かを判断する。上限電流値は、X線管2に過電流が流れることでX線発生装置1に故障などの支障をきたさない電流値として設定することができる。なお、上限電流値は、上述した初期電流値としてもよい。再取得された電流値が上限電流値を上回った場合には、ステップS15へ進む。一方、再取得された電流値が上限電流値を上回っていない場合には、再度ステップS11へ進む。
In step S14, the
ステップS15では、電圧制御回路部52は、X線管2に対して初期電圧を印加する。具体的には、判断部44の判断結果が電気信号として実行部45に入力され、実行部45は、電圧制御回路部52に対して初期電圧を印加するよう電気信号を送る。換言すると、実行部45は、電圧制御回路部52に対して初期電圧に戻すよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部52は、実行部45からの命令に従って初期電圧を印加する。初期電圧は、X線発生装置1の動作開始時におけるX線管2に印加される電圧値として設定することができる。その後、再度ステップS11へ進み、定電流制御処理が繰り返し実行される。
In step S <b> 15, the voltage
以上説明した定電流制御処理が実行されて、上限電流値に対応した電圧の印加に至ることで、X線管2内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの
表面性状の変化が改善され、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。すなわち、時間の経過によって劣化した電子放出部が活性化され、エミッタ22の電子の放出能力が回復する。つまり、過電圧を印加することで、X線管2を流れる電流の電流が上昇して回復することから、X線発生装置1の寿命を向上することができる。なお、上述した昇圧制御処理では、X線管2を流れる電流の電流値が連続的に低下する傾向を示すが、定電流制御処理によれば、初期電流値を維持する制御であることから、印加する電圧の出力の変動幅を抑えることができる。そして、例えば管電圧が一定の上限に達した後に降圧させることで、エミッタの破損その他の故障を防止し、装置寿命を長く維持することができる。
The constant current control process described above is executed, and the application of a voltage corresponding to the upper limit current value leads to the atomic level of the electron emission portion due to the influence of the ions of the gas remaining in the
(漏洩電流判断処理)
次に、漏洩電流判断処理について説明する。この漏洩電流判断処理は、上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理とともに実行することで、より精度の高い処理を実現することができる。漏洩電流とは、X線管2以外に流れる電流であり、このような漏洩電流の有無を判断することで、より精度の高い処理が実現する。すなわち、漏洩電流が認められる場合における電流の低下は、時間経過による電流の低下とは異なるものであり、漏洩電流が認められる場合において、上述した処理を実行してもエミッタ22の十分な活性化を実現することはできない。そこで、以下に説明する漏洩電流判断処理では、漏洩電流の発生が認められる場合には、これを報知し、漏洩電流の発生が認められない場合のみ上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理を行うものである。
(Leakage current judgment processing)
Next, the leakage current determination process will be described. By executing this leakage current determination process together with the above-described boost control process or constant current control process, a process with higher accuracy can be realized. The leakage current is a current that flows outside the
図4は、X線発生装置1で実行される漏洩電流判断処理フローを示す。まず、ステップS21では、X線管2を流れる電流の電流値が取得される。具体的には、電流モニタ回路3が、上流側電流値と下流側電流値を検知する。各電流モニタ回路3で検知された上流側電流値と下流側電流値電流値は電気信号として夫々制御部4の電流値取得部43へ送られ、電流値取得部43は、上流側電流値と下流側電流値電流値を取得する。上流側電流値と下流側電流値電流値が取得されるとステップS22へ進む。
FIG. 4 shows a leakage current determination processing flow executed by the
ステップS22では、判断部44は、上流側電流値と下流側電流値との差分が所定の範囲内であるか否かを判断する。所定の範囲は、測定誤差等を考慮して設定することができる。上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断された場合には、ステップS01へ進む。ステップS01へ進むと、上述した図2に示すステップS01からステップS06からなる昇圧制御処理が実行される。また、上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断された場合には、ステップS11へ進むようにしてもよい。この場合、上述した図3に示すステップS11からステップS15からなる定電流制御処理が実行される。一方、上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断されなかった場合には、ステップS23へ進む。
In step S22, the
ステップS23では、報知部は、漏洩電流が発生していることを外部に対して報知する。報知の態様として、ランプを点灯させるなどの視覚を通じた報知や、音を鳴らすなどの聴覚を通じた報知が例示される。 In step S23, the notification unit notifies the outside that a leakage current has occurred. Examples of the notification mode include visual notification such as lighting a lamp and notification through hearing such as sounding.
以上説明した漏洩電流判断処理を実行することで、漏洩電流の発生が認められない場合のみ上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理が行われるので、より精度の高い処理が実現可能となる。また、漏洩電流の発生が認められる場合には、その旨が報知されるので、修理等による対応が可能となる。 By executing the leakage current determination process described above, the above-described step-up control process or constant current control process is performed only when the occurrence of a leakage current is not recognized, so that a more accurate process can be realized. Further, when the occurrence of leakage current is recognized, the fact is notified, so that it is possible to deal with repairs or the like.
<実施例>
次に上述した実施形態に係るX線発生装置1におけるエミッタの活性化について、実施例に基づいて説明する。以下、上述した昇圧制御処理に対応する第一実施例と、上述した
定電流制御処理に対応する第二実施例について説明する。第一実施例と第二実施例では、いずれもX線管2の筐体21の材料には、ガラスを用い、エミッタ22には、グラファイトを用い、ターゲット23には、タングステンを用い、透過窓24には、ベリウムを用いた。
<Example>
Next, activation of the emitter in the
(第一実施例)
図5は、試作したX線発生装置1のX線管2を流れる電流の時間依存性であって、昇圧制御処理を行った場合を示す。以下、X線管2を流れる電流は、管電流とも称し、また、X線管2に印加される電圧は、管電圧とも称する。図5に示す例では、初期出力は、管電圧−10kV、管電流500μAである。なお、第一実施例では、上流側電流値と下流側電流値の双方の値が下限電流値300μAを下回った場合に昇圧するよう設定した。図5によれば、X線発生装置1の動作時間の経過に伴い、管電流が減少、すなわち、X線管2が劣化していることが確認できる。動作開始から約1000時間経過後、管電流が予め設定した電流下限値に達した時点で、管電圧を−12kに昇圧した。すると、管電流は、増加し、その後しばらくすると急激に増加し、設定した上限電流値(過電流−1000μA)に達した時点で、管電圧を初期電圧である−10kVに戻した。その結果、管電流は、再度500μAとなり、エミッタ22が活性化され、電子放出性能が動作初期と同等の性能に塑性されたことが実証された。すなわち、高電圧の印加によりエミッタ22の先端部分の形状変化が改善され、若しくは、吸着物質の再離脱が生じさせることで、エミッタ22の電子放出能力が改善されることが確認された。すなわち、昇圧制御処理によりエミッタ22の寿命、すなわちX線発生装置1の寿命が向上できることが確認された。
(First Example)
FIG. 5 shows the time dependence of the current flowing through the
(第二実施例)
第二実施例では、試作したX線発生装置1において定電流制御処理を行った。図6は、試作したX線発生装置1のX線管2を流れる電流の時間依存性であって、定電流制御処理を行った場合を示す。第二実施例では、管電流が500μAで一定となるよう設定した。その結果、図6に示すように、管電圧は徐々に上昇し(負電圧側に大きくなり)、管電圧が一定の値(−12kV)を超えたときにエミッタ22が活性化されることが確認された。すなわち、定電流制御処理によっても、X線発生装置1の寿命が向上できることが確認された。
(Second embodiment)
In the second embodiment, constant current control processing was performed in the
以上説明したように、実施形態に係るX線発生装置1によれば、昇圧制御処理、定電流制御処理のいずれによってもX線発生装置1の寿命を向上可能であることが確認された。ここで、X線管2から照射されるX線の線量は、管電圧の2乗に比例することから、昇圧制御処理では、下限電流で決定されるX線線量以上が補償されることになる。また、定電流制御処理では、X線発生装置1の動作開始時の管電圧の値及び管電流の値で決定されるX線線量以上が補償されることになる。このように、実施形態に係るX線発生装置1によれば、何れの制御処理によってもX線管の寿命を向上することができる。
As described above, according to the
(用途)
上述した実施形態に係るX線発生装置1は、除電装置として好適に用いることができる。例えば、X線発生装置1を備える除電装置をフラットパネルディスプレイ、半導体、フィルム等の製造装置に設置する。除電装置には、上記製造装置に設置されている直流電源から電力が供給され、X線管には、例えば、−9kVから−16kVといった高圧の負電圧が印加される。その結果、軟X線(エネルギーが低くて透過性の弱いX線)が上記製造
装置内に照射される。その結果、空気中の分子がイオン化され、上記製造装置内に存在する半導体集積回路や液晶パネルなどが除電される。
(Use)
The
また、実施形態に係るX線発生装置1は、X線写真を撮影するX線写真装置、試料を分析する蛍光X線分析装置など、X線発生装置を要する種々の分野で用いることができる。
Further, the
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係るX線発生装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the X-ray generator which concerns on this invention is not restricted to these, It can include these combinations as much as possible.
1・・・X線発生装置
2・・・X線管
3・・・電流モニタ回路
4・・・制御部
5・・・電源部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記X線管に対して所定の電圧を印加する電源部と、
前記X線管を流れる電流の電流値を検知する電流検知部と、
前記電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、前記電流検知部によって検知される電流値に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、
を備えるX線発生装置。 An electron emitting portion serving as a cold cathode that emits electrons, a target serving as a counter electrode that generates X-rays by irradiation with electrons emitted from the electron emitting portion, and the target is connected to the target and generated at the target. An X-ray generator comprising an X-ray tube including a transmission window for emitting X-rays to the outside,
A power supply unit for applying a predetermined voltage to the X-ray tube;
A current detector for detecting a current value of a current flowing through the X-ray tube;
A control unit for controlling the power supply unit based on a current value detected by the current detection unit so as to suppress a decrease in the electron emission capability of the electron emission unit;
An X-ray generator comprising:
前記制御部は、前記X線管の前後の電流値の差分に基づいて、漏洩電流の有無を判断する、請求項1から3の何れか1項に記載のX線発生装置。 The current detection unit detects a current value before and after the X-ray tube as a current value of a current flowing through the X-ray tube,
The X-ray generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit determines whether or not there is a leakage current based on a difference between current values before and after the X-ray tube.
前記X線管には、0.15mAから1.0mAの電流が流れる、請求項1から4の何れか1項に記載のX線発生装置。 The power supply unit applies a negative voltage of −9 kV to −16 kV to the X-ray tube,
The X-ray generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a current of 0.15 mA to 1.0 mA flows through the X-ray tube.
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