JP2015041585A - Ｘ線源、ｘ線装置、及び構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメント交換に伴う電子線のアライメント作業を不要にすることができるＸ線源およびＸ線装置を提供する。【解決手段】電子を放出するフィラメント１３と、電子を集束してターゲット１４に導く電子光学系と、フィラメント１３を収容し、電子の経路を囲む収容チャンバと、収容チャンバの内部を少なくとも排気するポンプとを備え、収容チャンバには、フィラメントの近傍部でかつ電子の進行方向に対して側方に内部空間と外部空間とを接続状態または遮蔽状態にする開閉部２５が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、Ｘ線源、Ｘ線装置、及び構造物の製造方法に関するものである。

物体の内部の情報を非破壊で取得する装置として、物体にＸ線を照射するＸ線源を有し、その物体を透過した透過Ｘ線を検出する検出装置を備えるＸ線装置が知られている。このようなＸ線装置に用いられるＸ線源として、例えば、下記特許文献１に開示されたものが知られている。

米国特許第６８８５７２８号明細書

Ｘ線源は、電子を放出するフィラメントが消耗品であるため、交換する必要がある。Ｘ線を発生させる為には、フィラメントから放出された電子をＸ線ターゲット上に集束させるコイル等の電子光学系を有する。フィラメントの交換時には、フィラメントを収容するフィラメント収容部に対して、コイル（電子光学系）を収容するコイル収容部を取り外し、該フィラメントの交換を行う。しかしながら、フィラメント交換後にコイル収容部を元の位置に戻しても、電子線の光軸がずれることがあり、電子線のアライメント（光軸調整）をやり直す必要が生じる場合があった。

本発明の態様は、フィラメント交換に伴う電子線のアライメント作業を不要にすることができるＸ線源、Ｘ線装置、及び構造物の製造方法を提供すること目的としている。

本発明の第１の態様に従えば、電子を放出するフィラメントと、前記フィラメントから放出された前記電子を集束してターゲットに導く電子光学系と、前記フィラメントを収容し、前記電子が前記フィラメントから前記ターゲットに入射するまでの経路を囲む収容チャンバと、前記収容チャンバの内部を少なくとも排気するポンプと、を備え、前記収容チャンバには、前記フィラメントの近傍部でかつ前記電子の進行方向に対して側方に前記収容チャンバの内部空間と外部空間とを接続状態または遮蔽状態にする開閉部が形成されているＸ線源が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様に係るＸ線源と、前記Ｘ線源で発生したＸ線を物体に照射して前記物体を通過した透過Ｘ線を検出する検出部と、を備えるＸ線装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報を作成する設計工程と、前記設計情報に基づいて前記構造物を作成する成形工程と、作成された前記構造物の形状を第２の態様に係るＸ線装置を用いて計測する測定工程と、前記測定工程で取得した形状情報と前記設計情報とを比較する検査工程と、を含むことを特徴とする構造物の製造方法が提供される。

本発明によれば、フィラメント交換に伴う電子線のアライメント作業を不要にすることができる。

第１実施形態に係るＸ線装置の一例を示す概略構成図。 第１実施形態に係るＸ線源の概略断面構成を示す図。 第１実施形態に係るフィラメント部の周辺構成を示す拡大断面図。 第１実施形態に係るＸ線源における全体の外観構成を示す斜視図。 第１実施形態に係るＸ線源における要部構成を示す拡大断面図。 第１実施形態に係るＸ線源においてフィラメント部の取り外しに用いる治具の一例に係る構成を示す図。 第２実施形態に係る構造物製造システムの一例を示すブロック構成図。 第２実施形態に係る構造物製造システムにおける処理の流れを示したフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。
また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、各実施形態及び変形例で引用したＸ線源及び検出装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは垂直に交わる。Ｘ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。
本実施形態において、Ｘ線装置は、測定物にＸ線を照射して、その測定物を透過した透過Ｘ線を検出する。Ｘ線は、例えば波長１ｐｍ〜３０ｎｍ程度の電磁波である。

本実施形態において、Ｘ線装置は、測定物にＸ線を照射して、その測定物を透過した透過Ｘ線を検出して、その測定物の内部の情報（例えば、内部構造）を非破壊で取得するＸ線ＣＴ検査装置を含む。本実施形態において、測定物は、例えば機械部品、電子部品その他の産業用部品を含む。Ｘ線ＣＴ検査装置は、産業用部品にＸ線を照射して、その産業用部品を検査する産業用Ｘ線ＣＴ検査装置を含む。

図１は、本実施形態に係るＸ線装置１の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、Ｘ線装置１は、Ｘ線を射出するＸ線源２と、Ｘ線源２からのＸ線が照射される測定物Ｓを保持して移動可能なステージ装置３と、Ｘ線源２から射出され、ステージ装置３に保持された測定物Ｓを通過したＸ線（透過Ｘ線）の少なくとも一部を検出する検出装置４と、Ｘ線装置１全体の動作を制御する制御装置５とを備えている。

また、Ｘ線装置１は、Ｘ線源２から射出されるＸ線が進行する内部空間ＳＰを形成するキャビネット部６を備えている。本実施形態において、Ｘ線源２、ステージ装置３、及び検出装置４は、内部空間ＳＰに配置される。

キャビネット部６は、支持面ＦＲ上に配置される。支持面ＦＲは、工場等の床面を含む。キャビネット部６は、複数の脚部６Ｓに支持される。キャビネット部６は、脚部６Ｓを介して、支持面ＦＲ上に配置される。脚部６Ｓにより、キャビネット部６の下面と、支持面ＦＲとは離れる。すなわち、キャビネット部６の下面と支持面ＦＲとの間に空間が形成される。なお、キャビネット部６の下面の少なくとも一部と支持面ＦＲとが接触してもよい。

本実施形態において、キャビネット部６は、鉛を含む。キャビネット部６は、内部空間ＳＰを伝搬するＸ線が、キャビネット部６の外部空間ＲＰに漏出することを抑制する。

Ｘ線源２は、測定物ＳにＸ線を照射する。Ｘ線源２は、Ｘ線を射出する射出部７を有する。射出部７の近傍には、電子の衝突又は電子の透過によりＸ線を発生するターゲット１４が設けられている。

Ｘ線源２は、点Ｘ線源を形成する。本実施形態において、射出部７は、点Ｘ線源を含む。Ｘ線源２は、測定物Ｓに円錐状のＸ線（所謂、コーンビーム）を照射する。コーンビームの中心を伝搬するＸ線がＺ軸方向と平行な方向となるように、射出部７が配置されている。Ｘ線源２は、射出するＸ線の強度を調整可能である。測定物ＳのＸ線吸収特性に基づいて、Ｘ線源２から射出されるＸ線の強度が調整されてもよい。なお、Ｘ線源２から射出されるＸ線が拡がる形状は、円錐状に限らず、例えば扇状のＸ線（所謂、ファンビーム）でもよい。なお、Ｘ線源２から射出されるＸ線が、射出される方向（Ｚ軸方向）において一定の線状のＸ線（所謂、ペンシルビーム）でもよい。

本実施形態において、Ｘ線源２からのＸ線の少なくとも一部は、内部空間ＳＰにおいてＺ軸方向に進行する。射出部７は、＋Ｚ方向を向いている。射出部７から射出されたＸ線の少なくとも一部は、内部空間ＳＰにおいて、＋Ｚ方向に進行する。すなわち、本実施形態において、Ｘ線の照射方向は、Ｚ軸方向である。

本実施形態において、Ｘ線源２とステージ装置３と検出装置４とは、Ｚ軸方向に配置される。ステージ装置３は、Ｘ線源２の＋Ｚ側に配置される。検出装置４は、ステージ装置３の＋Ｚ側に配置される。

本実施形態において、Ｘ線装置１は、Ｘ線源２、ステージ装置３、及び検出装置４を支持するベース部８を備えている。ベース部８は、キャビネット部６の内部空間ＳＰに配置される。ベース部８は、内部空間ＳＰの底面６Ｔに配置される。ベース部８の位置は、内部空間ＳＰにおいて、実質的に固定される。なお、ベース部８の配置場所は、底面６Ｔのみに限定されることは無く、内部空間ＳＰにおける側面に配置しても良いし、内部空間ＳＰの上面に配置しても良い。

本実施形態において、ベース部８は、１つの部材で構成される。なお、ベース部８が、複数の部材の組み合わせでもよい。複数の部材から構成される場合において、ベース部８の各部材を内部空間ＳＰの底面６Ｔ以外の場所（上面、側面）に配置しても良い。

本実施形態において、ベース部８は、第１支持部材５０を介してステージ装置３及びＸ線源２を支持する。また、ベース部８は、第２支持部材５５を介して検出装置４を支持する。

第１支持部材５０は、全体形状が略門柱状から構成される。第１支持部材５０は、ステージ装置３及びＸ線源２を保持する保持台５１と、保持台５１を支持してベース部８に固定する支持脚部５２と、保持台５１及び支持脚部５２間に設けられる防振部材５３と、を有する。

本実施形態において、Ｘ線源２は、射出部７（すなわち、ターゲット１４）を鉛直方向上方（＋Ｚ方向）に向けつつ下端部がベース部８から離間した状態となるように保持台５１に固定されている。防振部材５３は、保持台５１に宙づり状態で保持されるＸ線源２に床からの振動が伝わることを抑制する。

ステージ装置３は、内部空間ＳＰにおいて移動可能である。ステージ装置３は、内部空間ＳＰのうち、射出部７よりも＋Ｚ側の空間で移動可能である。ステージ装置３は、保持台５１上において移動可能である。本実施形態において、ステージ装置３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。ステージ装置３は、駆動システム９の作動により移動可能である。駆動システム９の動作は、制御装置５により制御される。駆動システム９の作動により、ステージ装置３に保持された測定物Ｓは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。駆動システム９は、例えばリニアモータ、ボイスコイルモータなどのローレンツ力により作動するモータを含む。なお、駆動システム９が、ピエゾ素子を含んでもよい。例えば、駆動システム９は、ピエゾ素子を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺの少なくとも一つの方向にステージ装置３（測定物Ｓ）を移動させてもよい。
このような構成に基づいて、ステージ装置３は、内部空間ＳＰのうち、Ｘ線源２と検出装置４との間の空間を移動可能である。

ステージ装置３は、測定物Ｓを載置する載置部３ａを有する。載置部３ａは、例えば、Ｘ線を透過させる部材から構成される。なお、載置部３ａとしてＸ線を透過させない部材にＸ線を透過させる開口を形成しても良い。
ステージ装置３は、射出部７から射出されたＸ線が検出装置４に向けて通過する経路上に、ステージ装置３に配置された測定物Ｓを位置決めすることができる。ステージ装置３は、例えば、載置部３ａに載置した測定物Ｓを、射出部７と対向する位置に配置可能である。

検出装置４は、内部空間ＳＰにおいて、Ｘ線源２及びステージ装置３よりも＋Ｚ側に配置される。検出装置４は、第２支持部材５５によりベース部８に固定される。第２支持部材５５は、全体形状が略門柱状から構成される。第２支持部材５５は、検出装置４を保持する保持板５６と、保持板５６を支持して保持台５１に固定する支持脚部５７と、を有する。保持台５１は、防振部材５３を介してベース部８に支持される。そのため、検出装置４は、振動による影響が抑制され、良好な検出結果を得ることができる。

このような構成に基づき、検出装置４の位置は、内部空間ＳＰにおいて、実質的に固定される。なお、検出装置４が移動可能な構成を採用してもよい。

検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を含むＸ線源２からのＸ線が入射する入射面１０を有するシンチレータ部１１と、シンチレータ部１１において発生した光を受光する受光部１２とを有する。検出装置４の入射面１０は、ステージ装置３に保持された測定物Ｓと対向可能である。検出装置４は複数の画素からなり、各画素は図中Ｘ軸方向とＹ軸方向に所定のピッチで配列されている。したがって、検出装置４では測定物Ｓを透過した透過Ｘ線像を取得することができる。

シンチレータ部１１は、Ｘ線が当たることによって、そのＸ線とは異なる波長の光を発生させるシンチレーション物質を含む。受光部１２は、光電子倍増管を含む。光電子倍増管は、光電効果により光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電管を含む。受光部１２は、シンチレータ部１１において発生した光を増幅し、電気信号に変換して出力する。

シンチレータ部１１は画素毎に独立した構造を有している。シンチレータ部１１は、ＸＹ平面内において複数配置される。シンチレータ部１１は、アレイ状に配置される。受光部１２は、複数のシンチレータ部１１のそれぞれに接続されるように、複数配置される。なお、検出装置４は、入射するＸ線を、光に変換せずに、直接電気信号に変換してもよい。

図２は、本実施形態に係るＸ線源２の概略断面構成を示す図であり、図３はフィラメント部の周辺構成を示す拡大断面図であり、図４は、Ｘ線源２における全体の外観構成を示す斜視図である。

図１、２に示すように、Ｘ線源２は、フィラメント部１３と、電子の衝突又は電子の透過によりＸ線を発生するターゲット１４と、電子をターゲット１４に導く複数の導電子部材（電子光学系）１５と、フィラメント部１３を収容する収容チャンバ１６と、外装本体１７と、を備えている。

フィラメント部１３は、図３に示すように、電子を放出する電子源であるフィラメント１３ａと、フィラメント１３ａを中心に環状の導電性材料で形成されたウェネルト電極１３ｂと、台座部１３ｃと、コネクタ部１３ｄと、を含み、これらがユニット化された構成からなる。フィラメント部１３は、フィラメント保持部１８の先端側に着脱可能とされる。フィラメント保持部１８は、フィラメント部１３のコネクタ部１３ｄに接続されるフィラメント用端子１８ａと、ウェネルト電極１３ｂと同電位となるリング状部材１８ｂと、ラッチ部１８ｃと、を含む。なお、２本のフィラメント用端子１８ａが図示されているが、それらは僅かながら電位差を有した状態で図示していない高電圧電源に接続されている。フィラメント保持部１８にフィラメント部１３を接続するとヒータ１３ｅの間に僅かながら電流が流れ、ヒータ１３ｅが加熱する。また、フィラメント１３ａはヒータ１３ｅに導通しているため、ターゲットに対して大きな電位差を有するように高電圧が印加することができる。

フィラメント１３ａは、例えば六ホウ化ランタンを含む。フィラメント１３ａは、ターゲット１４に向かって先鋭化した形状の円錐形状を有している。フィラメント１３ａに電流が流れ、その電流によってフィラメント１３ａが加熱されると、フィラメント１３ａから電子（熱電子）が放出される。フィラメント１３ａの先端は、尖っている。フィラメント１３ａの尖った部分から電子が放出される。なお、フィラメント１３ａは、タングステン線をヘアピン状に曲げたものでもよく、ターゲット１４に向かって折れ曲がったタングステン線の間隔が狭まるように屈曲された形状であることが好ましい。

フィラメント部１３は、ウェネルト電極１３ｂの下端部にラッチ部１８ｃに係合する凸部１９を有する。凸部１９は、下方から上方に向かって外径が大きくなるテーパー面１９ａと、下方から上方に向かって外径が小さくなる逆テーパー面１９ｂと、テーパー面１９ａ及び逆テーパー面１９ｂ間を接続する平坦面１９ｃと、を含む。

ラッチ部１８ｃは、凸部１９の表面（テーパー面１９ａ、逆テーパー面１９ｂ、及び平坦面１９ｃ）に当接するローラー部材を含み、凸部１９を係合可能なように内側に付勢された状態となっている。フィラメント部１３は、コネクタ部１３ｄとフィラメント用端子１８ａとを位置合わせした状態で下方に押し込まれることでフィラメント保持部１８に装着される。ラッチ部１８ｃは、フィラメント部１３が押し込まれるとテーパー面１９ａに沿って外側に移動し、やがて平坦面１９ｃに当接する。さらにフィラメント部１３が押し込まれると、ラッチ部１８ｃは、付勢力によって逆テーパー面１９ｂに沿って内側に移動する。コネクタ部１３ｄ及びフィラメント用端子１８ａが完全に接続された状態において、ラッチ部１８ｃは、凸部１９に係合状態となる。

これにより、ラッチ部１８ｃは、フィラメント部１３のフィラメント保持部１８に対する装着状態を保持する。なお、フィラメント部１３は、フィラメント保持部１８に保持された状態でフィラメント１３ａの中心軸が電子経路２１の中心軸に一致する。すなわち、フィラメント部１３がフィラメント保持部１８に装着されると、電子線のアライメントが完了する。

ターゲット１４は、例えばタングステンを含み、電子の衝突又は電子の進行方向の変化によりＸ線を発生する。本実施形態において、Ｘ線源２は、所謂、透過型である。本実施形態において、ターゲット１４は、電子の通過により、Ｘ線を発生する。

アノード電極２０とフィラメント１３ａの間は、所定の電位差を有している。例えば、１６０ＫｅＶや２２５ＫｅＶに相当する電位差が付与される。アノード電極２０とフィラメント１３ａとの間に電圧が加えられると、フィラメント１３ａから飛び出した熱電子が、ターゲット１４に向かって加速し、ターゲット１４に照射される。これにより、ターゲット１４からＸ線が発生する。本実施形態においては、ターゲット１４に照射される熱電子のうち９９％は熱に変換し、１％がＸ線に変換される。

収容チャンバ１６は、フィラメント１３ａ（フィラメント部１３）を収容し、電子がフィラメント１３ａから導電子部材１５の近傍を通過してターゲットに入射するまでの電子経路２１を囲む。本実施形態において、収容チャンバ１６は、フィラメント側チャンバ２６と、チューブ状チャンバ２７とを含む。この収容チャンバ１６は、電子がターゲット１４まで到達できるように、その内部の真空度を高いレベルで保つような構造を有している。

フィラメント側チャンバ２６は、フィラメント１３ａの周囲を外部空間（キャビネット部６の内部空間ＳＰ）に対して遮蔽する。本実施形態において、フィラメント側チャンバ２６は、フィラメント保持部１８の先端部（フィラメント部１３の取付部分）を内部空間に収容している。

チューブ状チャンバ２７は、フィラメント側チャンバ２６の上方を覆う底板部２７ａと、該底板部２７ａ上に延出する円環状の円環部２７ｂと、を含む。底板部２７ａには、フィラメント１３ａから放出された電子を通過させるための貫通孔２８が形成されている。

チューブ状チャンバ２７は、上記電子経路２１をキャビネット部６の内部空間ＳＰに対して遮蔽する。チューブ状チャンバ２７は、底板部２７ａの内面側にアノード電極２０が設けられている。アノード電極２０には、フィラメント１３ａから放出された電子を通過させるための貫通孔２０ａが形成されている。アノード電極２０は、フィラメント保持部１８に保持されたフィラメント部１３に対するクリアランスが例えば２０ｍｍとなるように配置される。

導電子部材１５は、フィラメント１３ａとターゲット１４との間において、フィラメント１３ａからの電子の通路の周囲の少なくとも一部に配置される。本実施形態において、複数の導電子部材１５がチューブ状チャンバ２７の周囲に配置され、フィラメント１３ａからの電子を所定の位置に集束する。

導電子部材１５は、例えば集束レンズ及び対物レンズ等の電磁レンズ、若しくは偏光器を含む。また、導電子部材１５は、ターゲット１４での収差を低減する部材でもよい。導電子部材１５は、例えば、光軸上の非点収差を補正するスティグメータでもよい。導電子部材１５は、フィラメント１３ａからの電子を集束させてターゲット１４に導く。導電子部材１５は、ターゲット１４の一部の領域（Ｘ線焦点）に電子を衝突させる。本実施形態において、ターゲット１４において電子が衝突する領域である射出部７は、実質的に点Ｘ線源を構成する。また、この導電子部材１５と同じＺ位置で、電子の通路上にアパーチャーを設け、電子束の中心から離れた位置を通る電子を遮蔽し、電子束の中心近傍の電子のみを通過させるようにしても良い。これにより、電子線のターゲット１４上でのスポットの大きさを非常に小さくすることができる。例えば、図２であれば、ターゲット１４側から数えて、２番目の導電子部材１５がおかれたＺ位置に配置することが好ましい。なお、この２番目の導電子部材１５と３番目の導電子部材１５はどちらも電磁レンズであり、電子を収束するような磁場を形成している。

外装本体１７は、チューブ状チャンバ２７を覆うものであり、底板部２７ａに固定される。外装本体１７は、上記複数の導電子部材１５を支持する支持部材として機能する。また、外装本体１７は、＋Ｚ軸方向における先端側において、ターゲット１４を保持する保持部材として機能する。

フィラメント側チャンバ２６の内部空間は、真空装置３０と接続されている。真空装置３０は、内部空間の空気を外に排出するためのポンプ３０ａを含む。
本実施形態において、フィラメント側チャンバ２６及びチューブ状チャンバ２７は、電子経路２１を介して互いに連通している。そのため、上記真空装置３０によりフィラメント側チャンバ２６及びチューブ状チャンバ２７の内部空間は、実質的に真空に保たれている。

本実施形態においては、Ｘ線源２は、フィラメント部１３に対して電力を供給する電源部２２を備える。電源部２２は、フィラメント保持部１８と一体に形成され、フィラメント側チャンバ２６の下方に配置される。

Ｘ線源２は、外装本体１７の温度を一定に保つための冷却装置２３を含む。冷却装置２３により、特に、ターゲット１４、導電子部材１５から生ずる発熱量を効率よく吸収するので、外装本体１７の温度上昇が抑えられる。なお、外装本体１７の温度を一定に保つための冷却装置とターゲット１４の温度を一定に保つための冷却装置とは別の装置でもよい。

Ｘ線源２は、図４に示すように、フィラメント側チャンバ２６に開閉部２５が形成されている。なお、図４は、開閉部２５がフィラメント側チャンバ２６に対して開いた状態を図示したものである。

開閉部２５は、フィラメント側チャンバ２６に対して開閉する扉部２５ａからなる。開閉部２５（扉部２５ａ）は、フィラメント部１３の近傍部でかつ電子の進行方向（Ｚ方向）に対して側方（Ｘ方向の側面）に設置しており、開閉部２５の開閉操作により、フィラメント側チャンバ２６の内部空間と外部空間（キャビネット部６の内部空間ＳＰ）とを接続状態または遮蔽状態にすることができる。

図５は、Ｘ線源２における要部構成を示す拡大断面図である。
扉部２５ａは、図５に示すように、フィラメント側チャンバ２６の側壁の一部を構成する開閉可能な遮蔽板（可動遮蔽板）３１と、該遮蔽板３１をフィラメント側チャンバ２６の側面に対して開閉可能に支持するヒンジ部３２と、を含む。

フィラメント側チャンバ２６は、側面に開口２６ａが形成されている。開口２６ａは、扉部２５ａの遮蔽板３１が閉じることで、フィラメント側チャンバ２６の内部空間と外部空間とが遮蔽状態となる。本実施形態において、開口２６ａの大きさは、フィラメント側チャンバ２６の内部空間に設置されたフィラメント部１３の大きさよりも大きい。

図５に示すように、フィラメント側チャンバ２６の側面と遮蔽板３１との間には、シール部材（例えば、Ｏリング）４１が開口２６ａの周囲を囲むように設置されており、フィラメント側チャンバ２６の内部空間を実質的に真空に保持する。また、チューブ状チャンバ２７の底板部２７ａとフィラメント側チャンバ２６との間には、シール部材（例えば、Ｏリング）４２がフィラメント側チャンバ２６の側壁上部の全周に亘って設置されており、フィラメント側チャンバ２６の内部空間を実質的に真空に保持する。また、フィラメント側チャンバ２６と電源部２２との間には、シール部材（例えば、Ｏリング）４３がフィラメント側チャンバ２６の側壁下部の全周に亘って設置されており、フィラメント側チャンバ２６の内部空間を実質的に真空に保持する。

本実施形態において、真空装置３０のポンプ３０ａは、遮蔽板３１に配置されている。例えば、ポンプ３０ａは、遮蔽板３１に対して螺子部材３１ａを介して固定されている。図５に示すように、遮蔽板３１とポンプ３０ａの内面（吸入ポート３０ｂが形成された側の面）との間には、シール部材（例えば、Ｏリング）４０が設けられており、ポンプ３０ａにより排気されたフィラメント側チャンバ２６の内部空間を実質的に真空に保持する。

ここで、フィラメント側チャンバ２６の内部空間を所望の真空度（例えば、１．０×１０^−５Ｐａ）にするため、フィラメント部１３の近傍空間からポンプ３０ａへのコンダクタンスを大きくする必要がある。すなわち、ポンプ３０ａとしては、吸入ポート３０ｂの径が比較的大きなものを用いるのが望ましい。

これに対し、本実施形態では、扉部２５ａの遮蔽板３１の大きさをポンプ３０ａの吸入ポート３０ｂの径に応じて設定した。すなわち、遮蔽板３１は、ポンプ３０ａの吸入ポート３０ｂの径よりも広い面積を有する。このように本実施形態においては、比較的大型の遮蔽板３１によりポンプ３０ａを確実に保持している。また、遮蔽板３１として比較的大型のものを用いることで大きな開口２６ａであっても確実に遮蔽することができる。このように開口２６ａが大型化することで該開口２６ａを介したフィラメント部１３へのアクセスが容易となり、フィラメント部１３の交換作業を効率良く行う事が可能となる。

本実施形態によれば、ポンプ３０ａを取り付けるために必須となる開口２６ａを遮蔽する遮蔽板３１を開閉可能な構成とし、且つ該遮蔽板３１にポンプ３０ａを配置している。そのため、フィラメント側チャンバ２６の側面に内部空間に配置されるフィラメント部１３にアクセスするための開口及び該開口を遮蔽するための扉部を別途設ける構成に比べ、Ｘ線源自体が大型化するのを抑制できる。よって、Ｘ線源の小型化を図ることで結果的に該Ｘ線源を備えたＸ線装置１における支持面ＦＲに対する接地面積（フットプリント）を小さくすることができる。

本実施形態においては、Ｘ線の照射方向をＺ軸方向に設定するようにＸ線源２を設置する場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、Ｘ線の照射方向をＸ軸又はＹ軸方向に設定するようにＸ線源２を設置してもよい。この場合において、ヒンジ部３２の回転軸をＺ軸方向に沿って設置すれば、Ｘ線源２が設置された状態で扉部２５ａが左右方向に可動可能とすることができる。
また、例えば、Ｘ線の照射方向をＺ軸方向に傾斜するようにＸ線源２を設置してもよい。この場合において、ヒンジ部３２の回転軸をＺ軸方向に沿って設置すれば、Ｘ線源２が設置された状態で、扉部２５ａが左右方向に可動可能とすることができる。

また、本実施形態では、Ｘ線源２が設置された状態で、扉部２５ａが左右方向に可動可能な場合を例に挙げたが、設置状態において扉部２５ａが上下方向に可動可能な構成としてもよい。

また、冷却装置２３は、ターゲット１４の温度が所定温度を超えないように、そのターゲット１４の温度調整をしてもよい。なお、本実施形態においては、Ｘ線源２が冷却装置２３を備えているが、Ｘ線源２が冷却装置２３を備えていなくてもよい。例えば、キャビネット部６が冷却装置を備えてもよい。また、例えば、Ｘ線装置１が冷却装置を備えていなくてもよい。Ｘ線装置１とは別の装置が冷却装置を備えてもよい。

また、本記実施形態においては、ポンプ３０ａが遮蔽板３１に対して螺子部材３１ａを介して固定される場合を例に挙げたが、ポンプ３０ａの遮蔽板３１に対する固定方法はこれに限定されない。例えば、遮蔽板３１に形成した開口に雌ねじを形成し、ポンプ３０ａの内面側に雄ねじを形成することで、ポンプ３０ａの開口に螺合させることで固定しても良い。

次に、本実施形態に係るＸ線装置１の動作の一例について説明する。検出において、ステージ装置３の載置部３ａに測定物Ｓが載置される。制御装置５は、ステージ装置３を制御して、載置部３ａに載置される測定物ＳをＸ線源２と検出装置４との間に配置する。

制御装置５は、真空装置３０のポンプ３０ａを駆動する。ポンプ３０ａは、フィラメント側チャンバ２６の内部空間（電子経路２１）を排気する。こにより、フィラメント部１３が収容される空間が実質的に真空に保持される。内部空間を真空にした後、制御装置５は、Ｘ線源２からＸ線を射出するために、フィラメント１３ａに電流を流す。これにより、フィラメント１３ａが加熱され、フィラメント１３ａから電子が放出される。フィラメント１３ａから放出された電子は、アノード電極２０によって加速され、電子経路２１を経てターゲット１４に照射される。これにより、ターゲット１４からＸ線が発生する。

Ｘ線源２から発生したＸ線の少なくとも一部は、載置部３ａを介して測定物Ｓに照射される。測定物ＳにＸ線源２からのＸ線が照射されると、その測定物Ｓに照射されたＸ線の少なくとも一部は、測定物Ｓを透過する。測定物Ｓを透過した透過Ｘ線は、検出装置４の入射面１０に入射する。検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出する。検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線に基づいて得られた測定物Ｓの像を検出する。検出装置４の検出結果は、制御装置５に出力される。

本実施形態において、制御装置５は、測定物ＳにおけるＸ線源２からのＸ線の照射領域を変えるために、測定物Ｓの位置を変えながら、その測定物ＳにＸ線源２からのＸ線を照射する。すなわち、制御装置５は、複数の測定物Ｓの位置ごとで、測定物ＳにＸ線源２からのＸ線を照射し、その測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を、検出装置４で検出する。

本実施形態において、制御装置５は、測定物Ｓを保持したステージ装置３（ステージ装置３のうち、測定物Ｓを保持する保持部）を回転して、Ｘ線源２に対する測定物Ｓの位置を変えることによって、測定物ＳにおけるＸ線源２からのＸ線の照射領域を変える。

すなわち、本実施形態において、Ｘ線が測定物Ｓに照射される期間の少なくとも一部において、ステージ装置３は、載置部３ａ上の測定物ＳをθＹ方向に移動（回転）させる。制御装置５は、測定物Ｓを保持したステージ装置３（測定物Ｓを載置する載置部３ａ）を回転させながら、その測定物ＳにＸ線を照射する。ステージ装置３の各位置（各回転角度）において測定物Ｓを通過した透過Ｘ線（Ｘ線透過データ）は、検出装置４に検出される。検出装置４は、各位置における測定物Ｓの像を取得する。

制御装置５は、検出装置４の検出結果から、測定物Ｓの内部構造を算出する。本実施形態において、制御装置５は、測定物Ｓの各位置（各回転角度）のそれぞれにおいて測定物Ｓを通過した透過Ｘ線（Ｘ線透過データ）に基づく測定物Ｓの像を取得する。すなわち、制御装置５は、測定物Ｓの像を複数取得する。

制御装置５は、測定物Ｓを回転させつつその測定物ＳにＸ線を照射することにより得られた複数のＸ線透過データ（像）に基づいて演算を行って、測定物Ｓの断層画像を再構成して、測定物Ｓの内部構造の三次元データ（三次元構造）を取得する。これにより、測定物Ｓの内部構造が算出される。測定物の断層画像の再構成方法としては、例えば、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、及び逐次近似法が挙げられる。逆投影法及びフィルタ補正逆投影法に関しては、例えば、米国特許出願公開第２００２／０１５４７２８号に記載されている。また、逐次近似法に関しては、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２２０９０８号に記載されている。

ところで、フィラメント１３ａは消耗品であるため、所定のタイミングで交換する必要がある。本実施形態において、フィラメント１３ａを含むフィラメント部１３がフィラメント保持部１８に対して着脱可能とされている。よって、フィラメント部１３をフィラメント保持部１８から取り外して新しいフィラメント部１３に交換することで良好にＸ線を発生させることが可能となる。

フィラメント部１３をフィラメント保持部１８から取り外す場合、まず、制御装置５は、ポンプ３０ａの駆動を停止する。そして、制御装置５は、例えば、不図示の大気解放バルブを開くことで、収容チャンバ１６における内部空間を大気圧に戻す。これにより、開閉部２５の開閉動作が可能となる。

大気解放後、フィラメント交換を行う作業者は、開閉部の扉部２５ａを開くことで開口２６ａ内にフィラメント部１３を臨ませる。本実施形態において、扉部２５ａは、Ｘ線源２が設置された状態において、フィラメント側チャンバ２６の側方に対して左右方向に可動可能な構成のため、例えば、開閉途中に扉部２５ａが自重によって閉まるといった不具合の発生が抑制され、作業者は、開閉作業を安全に実行することができる。

作業者は、開口２６ａを介してフィラメント部１３にアクセスし、該フィラメント部１３をフィラメント保持部１８から取り外す。フィラメント部１３を取り外す際、フィラメント部１３におけるウェネルト電極１３ｂと、フィラメント保持部１８におけるリング状部材１８ｂとの隙間Ｔに取り外し用治具を挿入する。

図６は、取り外し用治具の一例の構成を示す図である。図６に示すように、取り外し用治具６０は、例えば、２つの腕部６１が連結された平面視略Ｕ字形状からなるものである。取り外し用治具６０には、作業者が把持するための把持部６０ａが形成されている。各腕部６１は、先端６１ａから基部６１ｂ側に向かって漸次厚みが大きくなる構成を有する。

作業者は、フィラメント部１３を取り外す際、把持部６０ａを把持して取り外し用治具６０の腕部６１の先端６１ａ側を上記隙間Ｔに挿入する。取り外し用治具６０は、腕部６１が押し込まれるに従って、フィラメント部１３を上方へと持ち上げる。フィラメント部１３は、上方に持ち上がるに従って、ラッチ部１８ｃに対する凸部１９の当接位置が変化する。具体的に、ラッチ部１８ｃは、フィラメント部１３が持ち上がるに従って、逆テーパー面１９ｂに沿って外側に押しひろげられて、やがて平坦面１９ｃに当接する。

さらに腕部６１が押し込まれてフィラメント部１３が持ち上がると、ラッチ部１８ｃは付勢力によってテーパー面１９ａに沿って内側に移動していく。ラッチ部１８ｃは、付勢力によってテーパー面１９ａを内側に押し込むことでフィラメント部１３を上方へと押し出す。これにより、ラッチ部１８ｃによるフィラメント部１３の凸部１９に対する係合状態が解除される。

本実施形態において、フィラメント保持部１８との係合状態が解除されたフィラメント部１３におけるアノード電極２０に対するクリアランスは、例えば１０ｍｍに設定されている。

また、本実施形態においては、吸入ポート３０ｂの径が大きいポンプ３０ａを確実に保持する比較的大型の遮蔽板３１によって開口２６ａを遮蔽するため、開口２６ａ自体を大型化している。よって、開口２６ａの大きさがフィラメント部１３の大きさよりも大きいため、作業者はフィラメント部１３をアノード電極２０に接触させることなく、開口２６ａを介して外部に容易に取り出すことができる。

一方、作業者は、フィラメント部１３をフィラメント保持部１８に装着する場合、開口２６ａから内部空間に新しいフィラメント部１３を搬入する。そして、フィラメント部１３とフィラメント保持部１８とを位置合わせする。フィラメント部１３は、例えば、コネクタ部１３ｄとフィラメント用端子１８ａとを位置合わせした状態で下方に押し込まれることで、ラッチ部１８ｃが凸部１９に係合する。これにより、フィラメント部１３は、フィラメント保持部１８に確実に装着される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ポンプ３０ａを保持する開閉部（扉部２５ａ）を開閉することでフィラメント側チャンバ２６の側方に開口２６ａを生じさせるようにしたので、該開口２６ａを介して内部空間に配置されたフィラメント部１３に容易にアクセスすることができる。したがって、フィラメント部１３の交換時に、電子経路２１とフィラメント保持部１８との相対位置が変化しないため、電子線のアライメント調整作業を不要にできる。よって、フィラメント交換に伴う電子線アライメント作業に要する時間を抑制することで、生産性の高いＸ線装置１を提供できる。

また、Ｘ線源２の先端側は、Ｘ線の放射に伴って温度上昇する。そのため、Ｘ線源２の先端側は、熱により膨張するおそれがある。ここで、ベース部８にＸ線源２の下部側（電源部２２側）が固定された場合、先端部側が熱膨張した場合、ベース部８に対して移動し、射出部７と測定物Ｓとの距離が変化してしまう。この場合、Ｘ線測定における測定倍率が変化してしまい良好な測定結果が得られなくなってしまう。

これに対し、本実施形態では、Ｘ線源２の先端側を保持台５１に固定している。保持台５１は、ベース部８に固定される。すなわち、本実施形態において、Ｘ線源２は、先端側においてベース部８に固定されている。
これによれば、Ｘ線源２はＸ線の放射によって熱が生じた場合であっても、保持台５１に先端側が固定されるため、測定物Ｓに対する射出部７の位置が変化することが抑制される。よって、Ｘ線測定における測定倍率が変化することが抑制され、良好な測定結果を継続的に得ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

本実施形態においては、上述したＸ線装置（１など）を備えた構造物製造システムについて説明する。

図７は、本実施形態に係る構造物製造システム２００の一例を示すブロック構成図である。構造物製造システム２００は、上述の各実施形態で説明したＸ線装置（検査装置）１と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御システム１３０と、リペア装置１４０とを備える。本実施形態において、Ｘ線装置１は、構造物の形状に関する座標を測定する形状測定装置として機能する。制御システム１３０は、座標記憶部１３１及び検査部１３２を有する。

本実施形態においては、構造物製造システム２００は、自動車のドア部分、エンジン部品、ギア部品、及び回路基板を備える電子部品等の成形品を作成する。

本実施形態においては、構造物製造システム２００において、構造物の形状に関する設計情報が作成される設計工程と、設計情報に基づいて構造物が作成される成形工程と、作成された構造物の形状がＸ線装置により計測される測定工程と、測定工程で取得された形状情報と設計情報とが比較される検査工程とが行われる。

また、本実施形態においては、構造物製造システム２００において、検査工程の比較結果に基づいて、構造物の再加工が実施されるリペア工程が行われる。

設計工程において、設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作成する。設計装置１１０は、作成した設計情報を、成形装置１２０に送信する。設計情報は、成形装置１２０に入力される。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を、制御システム１３０に送信する。設計情報は、制御システム１３０の座標記憶部１３１に記憶される。

設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。

成形工程において、成形装置１２０は、構造物を作成する。成形装置１２０は、設計装置１１０からの設計情報に基づいて、構造物を作成する。成形工程において、鋳造、鍛造、及び切削の少なくとも一つが行われてもよい。

測定工程において、Ｘ線装置１は、作成された構造物の形状を測定する。Ｘ線装置１は、測定した座標を示す情報を制御システム１３０へ送信する。

検査工程において、検査部１３２は、測定工程で取得された形状情報と、設計工程で作成された設計情報とを比較する。制御システム１３０の座標記憶部１３１には、設計装置１１０から送信された設計情報が記憶されている。検査部１３２は、座標記憶部１３１から設計情報を読み出す。

検査部１３２は、Ｘ線装置１から送信された座標を示す情報から、作成された構造物を示す情報（形状情報）を作成する。検査部１３２は、Ｘ線装置１から送信された座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部１３１から読み出した設計情報とを比較する。検査部１３２は、比較結果に基づいて、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。
換言すれば、検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。

検査部１３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１３２は、比較結果に基づいて、不良部位と修復量とを算出する。検査部１３２は、不良部位を示す情報と修復量を示す情報とをリペア装置１４０に送信する。

リペア工程において、リペア装置１４０は、制御システム１３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づいて、構造物の不良部位を加工する。リペア工程において、構造物の再加工が実施される。リペア工程において、成形工程が再実行される。

図８は、構造物製造システム２００における処理の流れを示したフローチャートである。

設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。

次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて構造物を作成する（ステップＳ１０２）。

次に、Ｘ線装置１は、構造物の形状に関する座標を計測する（ステップＳ１０３）。

次に，制御システム１３０の検査部１３２は、Ｘ線装置１によって作成された構造物の形状情報と、設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成された否かを検査する（ステップＳ１０４）。

次に、制御システム１３０の検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

作成された構造物が良品である場合（ステップＳ１０５においてＹＥＳと判断された場合）、構造物製造システム２００は、その処理を終了する。

作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ１０５においてＮＯと判断された場合）、制御システム１３０の検査部１３２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。

作成された構造物が修復できる場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳと判断された場合）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。

作成された構造物が修復できない場合（ステップＳ１０６においてＮＯと判断された場合）、構造物製造システム２００は、その処理を終了する。

以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、Ｘ線装置１が構造物の座標を正確に測定できるため、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、構造物の欠陥の検出のみならず、構造物の内部の情報を非破壊で取得する非破壊検査を行うことができる。また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、構造物の外形の寸法を計測することができる。また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、リバースエンジニアリングを行うことができる。

なお、上述の各実施形態においては、Ｘ線装置がＸ線源を有することとしたが、Ｘ線源がＸ線装置に対する外部装置でもよい。換言すれば、Ｘ線源がＸ線装置の少なくとも一部を構成しなくてもよい。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００５／０２５４６２１号、米国特許第７２３３６４４号等に開示されているような、複数のＸ線源を備えたＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００７／６８５９８５号、米国特許出願公開第２００１／８０２４６８号等に開示されているような、被検物を回転させる回転軸に沿って、被検物を順次移動させるヘリカル方式のＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、米国特許出願公開第２０１０／０２２０８３４号に開示されているような、被検物中を進む際にＸ線に生じるわずかな偏向を評価する位相コントラスト方式のＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００９／０００３５１４号、米国特許出願公開第２００７／０２３０６５７号等に開示されているような、ベルトコンベアーで手荷物を移動し、Ｘ線により手荷物の含有物を明らかにするようなＸ線装置にも適用することができる。

１…Ｘ線装置、２…Ｘ線源、３…ステージ装置、４…検出装置、１３…フィラメント、１４…ターゲット、１５，１５Ａ…導電子部材、１６…アパーチャーユニット、１６ａ…アパーチャー部、１７…外装本体、２７…ハウジング、２８…シール部材（第１封止部材）、３０…熱伝導層、３０ａ…樹脂層、３０ｂ…熱伝導性粒子、３１…ターゲット保持部、３２ａ，３２ｂ…シール部材、２００…構造物製造システム、Ｓ…測定物

Claims (12)

1. 電子を放出するフィラメントと、
   前記フィラメントから放出された前記電子を集束してターゲットに導く電子光学系と、
   前記フィラメントを収容し、前記電子が前記フィラメントから前記ターゲットに入射するまでの経路を囲む収容チャンバと、
   前記収容チャンバの内部を少なくとも排気するポンプと、を備え、
   前記収容チャンバには、前記フィラメントの近傍部でかつ前記電子の進行方向に対して側方に前記収容チャンバの内部空間と外部空間とを接続状態または遮蔽状態にする開閉部が形成されているＸ線源。
2. 前記フィラメントを中心に環状の導電性材料で形成されたウェネルト電極をさらに備える請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記収容チャンバは、前記フィラメント及び前記ウェネルト電極からなるフィラメント部を着脱可能に保持する保持部を備える請求項２に記載のＸ線源。
4. 前記開閉部は、前記収容チャンバの内部空間と前記外部空間とを前記接続状態にしている場合、前記開閉部で形成される開口の大きさが、前記フィラメントの大きさよりも大きい請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線源。
5. 前記開閉部は、扉部からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線源。
6. 前記扉部は、本Ｘ線源が設置された状態において、前記電子の進行方向を上下方向とした場合に、左右方向に可動可能である請求項５に記載のＸ線源。
7. 前記ポンプは、前記扉部に配置されている請求項５又は６に記載のＸ線源。
8. 前記扉部の可動遮蔽板は、前記ポンプの吸入ポートの径より広い面積を有する請求項７に記載のＸ線源。
9. 前記ポンプは、前記開閉部に形成される開口に螺合することで前記収容チャンバに装着される請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線源。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のＸ線源と、
    前記Ｘ線源で発生したＸ線を物体に照射して前記物体を通過した透過Ｘ線を検出する検出部と、を備えるＸ線装置。
11. 構造物の形状に関する設計情報を作成する設計工程と、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作成する成形工程と、
    作成された前記構造物の形状を請求項１０に記載のＸ線装置を用いて計測する測定工程と、
    前記測定工程で取得した形状情報と前記設計情報とを比較する検査工程と、を含むことを特徴とする構造物の製造方法。
12. 前記検査工程の比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を実施するリペア工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の構造物の製造方法。

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