JP2014089906A

JP2014089906A - Ｘ線管およびその製造方法

Info

Publication number: JP2014089906A
Application number: JP2012240093A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takahashi; 直樹高橋; Katsunori Shimizu; 克則清水
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】出力窓から取り出せるＸ線量の低下を抑制しながら、出力窓の信頼性を向上できるＸ線管を提供する。
【解決手段】真空外囲器11の開口部15を閉塞する出力窓17の外面に、保護膜24を形成する。真空外囲器11の開口部15より外側となる出力窓17の領域における保護膜24の膜厚は、真空外囲器11の開口部15の内側となる出力窓17の領域における保護膜24の膜厚より厚く形成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線を出力するＸ線管およびその製造方法に関する。

従来、分析用のＸ線管の真空外囲器は、先端の径が徐々に細くなり、先端面が平坦になっている。その平坦な先端面に開口部が形成され、この開口部を閉塞するとともにＸ線を透過する出力窓が設けられている。出力窓にはＸ線の減衰が少ない材料として例えばベリリウムが使用され、さらに、Ｘ線の減衰を少なくするために出力窓のベリリウムの厚さが数１０〜数１００μｍと薄くなっている。

真空外囲器の開口部はの周縁部は出力窓の材料であるベリリウムと熱膨張係数が近く接合性のよいステンレス部品で構成され、このステンレス部品に出力窓がろう材により接合され、真空外囲器の真空気密を保つ構造となっている。ステンレス部品は、Ｘ線の減衰が大きいため、真空外囲器の開口部をなるべく大きくしてＸ線を多く取り出せるようになっている。

Ｘ線管を使用するときには、出力窓の外面を試料に接近させるため、試料に含まれる腐食性物質が出力窓の外面に飛来したり、腐食性ガスに出力窓の外面がさらされる。このような環境でＸ線管を使用すると、出力窓の外面が腐食し、出力窓が薄い場合には早期に孔が明き、真空外囲器の真空気密を保つことができなくなる。このため、出力窓の外面全面に均一の膜厚の保護膜をコーティングすることが行われている。

特開２００２−２０８３６７号公報

保護膜の材料としては、Ｘ線の減衰を抑制するためにポリイミドやダイヤモンドライクカーボン等の低元素のものが選ばれるが、Ｘ線の減衰はベリリウムに比べると大きい。例えばＸ線のエネルギーが２ｋｅＶでは、ポリイミドの厚み１μｍは、ベリリウムの厚み４μｍに相当するので、ポリイミドがない場合に比べて、出力窓から取り出せるＸ線量は２０％小さくなる。

本発明が解決しようとする課題は、出力窓から取り出せるＸ線量の低下を抑制しながら、出力窓の信頼性を向上できるＸ線管およびその製造方法を提供することである。

本実施形態のＸ線管は、一部に設けられた開口部、およびこの開口部を閉塞するとともにＸ線を出力する出力窓を有し、この出力窓の周辺部が前記開口部の周縁部の外面に固定されている真空外囲器と、この真空外囲器内に設けられ、前記出力窓に対向された陽極ターゲットと、前記真空外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、前記出力窓の外面に形成されているとともに、前記真空外囲器の開口部より外側となる前記出力窓の領域における膜厚が、前記真空外囲器の開口部の内側となる前記出力窓の領域における膜厚より厚い保護膜とを具備しているものである。

第１の実施形態を示すＸ線管の断面図である。第２の実施形態を示すＸ線管の断面図である。第３の実施形態を示すＸ線管の断面図である。第１ないし第３の実施形態のＸ線管を製造する第１の製造方法を示す説明図である。第１ないし第３の実施形態のＸ線管を製造する第２の製造方法を示す説明図である。

以下、第１の実施形態を、図１を参照して説明する。

図１には、Ｘ線管10の真空外囲器11の一部を示す。この真空外囲器11は筒部12を有し、この筒部12の先端側に径が徐々に細くなる傾斜部13が形成されているとともに先端面に平坦部14が形成されている。平坦部14には、円形の開口部15が形成され、この開口部15の周縁部で大気側となる外面に出力窓取付部16が形成されている。真空外囲器11の少なくとも出力窓取付部16はスレンレスを材料として形成されている。

真空外囲器11の出力窓取付部16には、Ｘ線を出力する出力窓17が開口部15を閉塞して取り付けられている。この出力窓17は、Ｘ線の減衰が少ない材料である例えばベリリウムが使用され、さらに、Ｘ線の減衰を少なくするためにベリリウムの厚さが数１０〜数１００μｍと薄くなっている。そして、出力窓17の周辺部が出力窓取付部16にろう材によって接合され、開口部15を閉塞し、真空外囲器11の真空気密を保つ構造となっている。

また、真空外囲器11の内部には、出力窓17の内面と対向して陽極ターゲット19が配置され、この陽極ターゲット19の外側に図示しない集束電極が配置され、この集束電極の外側に陰極フィラメント20が配置されている。そして、陰極フィラメント20から放出された電子21が陽極ターゲット19に照射され、これにより陽極ターゲット19から放射されるＸ線22が出力窓17を透過して外部に取り出される。

また、出力窓17の大気側となる外面には、例えばダイヤモンドライクカーボンなど材料の保護膜24が形成されている。この保護膜24は、真空外囲器11の開口部15より外側となる出力窓17の周辺部の領域ａにおける膜厚は、真空外囲器11の開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける膜厚より厚く形成されている。出力窓17の周辺部の領域ａは出力窓17と真空外囲器11とを接合している接合領域でもあり、出力窓17の中央の領域ｂは出力窓17と真空外囲器11とを接合している接合領域より内側の非接合領域であってＸ線透過領域でもある。

そして、真空外囲器11の製造時において、出力窓17と出力窓取付部16とをろう材によって接合する際、出力窓17および出力窓取付部16の温度が上昇する。このとき、出力窓17のベリリウムと出力窓取付部16のステンレスとに熱膨張差により、出力窓取付部16が出力窓17より大きく膨張した状態で接合される。大きく膨張した出力窓取付部16が接合後に冷却されて縮むことにより、出力窓17には中心方向に圧縮する力が作用する。この熱応力は、出力窓17が固定されている出力窓取付部16の近辺に強く存在することになる。

保護膜24が形成されていないＸ線管10を用いて、試料に含まれる腐食性物質が出力窓17に飛来したり、腐食性ガスに出力窓17がさらされる環境で使用する試験を行うと、出力窓17の熱応力が残留している開口部15より外側となる出力窓17の周辺部分に応力腐食割れが高い確率で発生すること、および熱応力が無視できる開口部15の内側の出力窓17の中央部分では応力腐食割れが発生する確率が小さいということが分かった。

そこで、真空外囲器11の開口部15より外側となる出力窓17の周辺部の領域ａにおける保護膜24の膜厚を、真空外囲器11の開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける保護膜24の膜厚より厚く形成する。これにより、応力腐食割れが発生しやすい出力窓17の周辺部であって出力窓取付部16との接合部分が腐食雰囲気から遮断され、応力腐食割れの発生を防止することができる。また、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける保護膜24の膜厚は薄いが、この部分での熱応力は無視できるため、応力腐食割れが発生することはない。そして、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける保護膜24の厚みが薄いので、出力されるＸ線量の低下を抑制できる。

したがって、Ｘ線管10によれば、出力窓17から取り出せるＸ線量の低下を抑制しながら、出力窓17の信頼性を向上できる。

次に、図２に第２の実施形態を示す。上記第１の実施形態と同じ構成および作用効果は同じ符号を用いてその説明を省略する。

保護膜24が、出力窓17の外面でかつ真空外囲器11の開口部15より外側となる出力窓17の領域ａにのみ形成されている。

保護膜24により、応力腐食割れが発生しやすい出力窓17の周辺部であって出力窓取付部16との接合部分が腐食雰囲気から遮断され、応力腐食割れの発生を防止することができる。また、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂに保護膜24が形成されないが、この部分での熱応力は無視できるため、応力腐食割れが発生することはない。そして、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂに保護膜24が形成されていないので、出力されるＸ線量の低下を抑制できる。

次に、図３に第３の実施形態を示す。上記各実施形態と同じ構成および作用効果は同じ符号を用いてその説明を省略する。

保護膜24は、真空外囲器11の開口部15より外側となる出力窓17の領域ａに形成されている第１の保護膜24aと、真空外囲器11の開口部15の内側となる出力窓17の領域ｂに第１の保護膜24aの膜厚より薄く形成されている第２の保護膜24bとを備えている
第１の保護膜24aにより、応力腐食割れが発生しやすい出力窓17の周辺部であって出力窓取付部16との接合部分が腐食雰囲気から遮断され、応力腐食割れの発生を防止することができる。また、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける第２の保護膜24bの膜厚は薄いが、この部分での熱応力は無視できるため、応力腐食割れが発生することはない。そして、開口部15の内側となる出力窓17の中央の領域ｂにおける第２の保護膜24bの厚みが薄いので、出力されるＸ線量の低下を抑制できる。

さらに、第１の保護膜24aにはＸ線22が減衰しやすくても保護性能の高い材料を用いたり、第２の保護膜24bには保護性能が低くてもＸ線22が減衰しにくい材料を用いるなど、材料の選択の自由度を高くでき、Ｘ線量の低下の抑制と出力窓17の信頼性とをバランスよく適切に設定できる。

次に、図４に第１ないし第３の実施形態のＸ線管10を製造する第１の製造方法を示す。

出力窓17の外面の周縁部の領域ａに対向してリング状の永久磁石30を配置した状態で、プラズマＣＶＤ法により、出力窓17の外面に保護膜24を形成する。

プラズマの電子31は永久磁石30の磁力線30aに巻き付く性質があるため、永久磁石30の近くのプラズマは強くなり、出力窓17の外面の周辺部の領域ａに保護膜24が形成されやすい。

そして、永久磁石30の形状および磁力、永久磁石30と出力窓17との位置関係などを適宜設定することにより、第１および第２の実施形態の保護膜24を形成することができる。なお、第２の実施形態のように、出力窓17の中央の領域ｂに保護膜24を形成しない場合には、その領域ｂをマスクでマスキングするようにしてもよい。

次に、図５に第１ないし第３の実施形態のＸ線管10を製造する第２の製造方法を示す。

出力窓17の外面の中央の領域ｂに対向してその領域ｂをマスキングするように円板状の永久磁石32を配置した状態で、プラズマＣＶＤ法により、出力窓17の外面に保護膜24を形成する。

プラズマの電子31は永久磁石32の磁力線30aに巻き付く性質があるため、永久磁石32の近くのプラズマは強くなり、出力窓17の外面の周辺部の領域ａに保護膜24が形成されやすい。

そして、永久磁石32の形状および磁力、永久磁石32と出力窓17との位置関係などを適宜設定することにより、第１および第２の実施形態の保護膜24を形成することができる。

また、第３の実施形態の保護膜24を形成する場合には、第１または第２の製造方法を用いて第１の保護膜24aおよび第２の保護膜24bを順に形成するか、第２の保護膜24bおよび第１の保護膜24aを順に形成すればよい。この場合、領域ａ、領域ｂを選択的にマスクでマスキングし、第１の保護膜24aおよび第２の保護膜24bを選択的に形成するようにしてもよい。なお、第１の保護膜24aと第２の保護膜24bとは積層されていてもよい。

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。これら新規な実施形態は、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る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

10 Ｘ線管
11 真空外囲器
15 開口部
17 出力窓
19 陽極ターゲット
20 陰極フィラメント
21 電子
22 Ｘ線
24 保護膜
24a 第１の保護膜
24b 第２の保護膜
30 永久磁石
32 永久磁石

Claims

一部に設けられた開口部、およびこの開口部を閉塞するとともにＸ線を出力する出力窓を有し、この出力窓の周辺部が前記開口部の周縁部の外面に固定されている真空外囲器と、
この真空外囲器内に設けられ、前記出力窓に対向された陽極ターゲットと、
前記真空外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、
前記出力窓の外面に形成されているとともに、前記真空外囲器の開口部より外側となる前記出力窓の領域における膜厚が、前記真空外囲器の開口部の内側となる前記出力窓の領域における膜厚より厚い保護膜と
を具備していることを特徴とするＸ線管。
一部に設けられた開口部、およびこの開口部を閉塞するとともにＸ線を出力する出力窓を有し、この出力窓の周辺部が前記開口部の周縁部の外面に固定されている真空外囲器と、
この真空外囲器内に設けられ、前記出力窓に対向された陽極ターゲットと、
前記真空外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、
前記出力窓の外面でかつ前記真空外囲器の開口部より外側となる前記出力窓の領域にのみ形成されている保護膜と
を具備していることを特徴とするＸ線管。
前記保護膜は、前記真空外囲器の開口部より外側となる前記出力窓の領域に形成されている第１の保護膜と、前記真空外囲器の開口部の内側となる前記出力窓の領域に前記第１の保護膜の膜厚より薄く形成されている第２の保護膜とを備えている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
前記出力窓は、ベリリウムからなる
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のＸ線管。
前記保護膜は、ダイヤモンドライクカーボンからなる
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のＸ線管。
請求項１ないし５いずれか一記載のＸ線管の保護膜を、前記出力窓の外側にリング状の永久磁石を配置してプラズマＣＶＤ法により形成する
ことを特徴とするＸ線管の製造方法。
請求項１ないし５いずれか一記載のＸ線管の保護膜を、前記出力窓の外側に円板状の永久磁石を配置してプラズマＣＶＤ法により形成する
ことを特徴とするＸ線管の製造方法。