JP4116402B2

JP4116402B2 - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4116402B2
Application number: JP2002331123A
Authority: JP
Inventors: 達也松村; 知幸岡田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004165052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＸ線非破壊検査のためのＸ線源として用いられるＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線発生装置には、二段コイル型（例えば、特許文献１参照）や単コイル型（例えば、特許文献２参照）といった構造を有するものがある。二段コイル型のＸ線発生装置は、コンデンサコイルとオブジェクトコイルという２つの電磁コイルを用いて、電子銃から出射された電子ビームをターゲットに集束させ、このターゲットからＸ線を放出させるものである。このような二段コイル型のＸ線発生装置によれば、ターゲット上における電子ビームの集束径を小さくすることができ、Ｘ線による解像度を向上させることが可能である。
【０００３】
一方、単コイル型のＸ線発生装置は、１つの電磁コイルを用いて電子ビームをターゲットに集束させるものである。このような単コイル型のＸ線発生装置によれば、装置の小型化、操作の容易化を図ることができ、しかも、電子ビーム利用率（電子銃から出射された電子ビームのうちターゲットに到達する割合）が高いため、ターゲット電流を増加させることが可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１２４８９９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７７０４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二段コイル型のＸ線発生装置にあっては、電子ビーム利用率が低下するため、ターゲット電流を増加させることが一般的に困難である。また、単コイル型のＸ線発生装置にあっては、通常、二段コイル型に比べてターゲット上における電子ビームの集束径が大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ターゲット電流の低下を抑えつつ、ターゲット上における電子ビームの集束径を小さくすることのできるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＸ線発生装置は、電子銃から出射された電子ビームをターゲットに入射させて、ターゲットからＸ線を放出させるＸ線発生装置であって、磁性材料により形成され、電子銃とターゲットとの間に配置されて電子ビームが通過する内筒部と、内筒部を包囲する電磁コイルと、磁性材料により形成され、電磁コイルを包囲する外筒部と、内筒部とターゲットとの間に配置され、ターゲットを保持する保持部材とを備え、保持部材は、導電性且つ磁性材料により形成され、内筒部及び外筒部から離間すると共に、電磁コイルにより生じる磁束が通過する磁気回路を内筒部及び外筒部とにより構成することを特徴とする。
【０００９】
このＸ線発生装置は、電子銃とターゲットとの間において電磁コイルによる電子レンズを形成することで、電子銃から出射された電子ビームをターゲットに集束させる。このＸ線発生装置において、ターゲットを保持する保持部材は、磁性材料により形成されて、電磁コイルの磁気回路の一部を構成している。そのため、保持部材が非磁性材料により形成された場合に比べ、ターゲットと電子レンズのレンズ中心との距離を短くすることができ、ターゲット上における電子ビームの集束径を小さくすることが可能になる。しかも、ターゲットとレンズ中心との距離を短くすることで焦点径の縮小化を図っているため、電子ビーム利用率の低下を防止することができ、ターゲット電流を維持することが可能になる。さらに、保持部材は、導電性を有すると共に内筒部及び外筒部から離間しているため、グランド電位である内筒部及び外筒部に対する保持部材の電位を測定することで、ターゲット電流を検出することが可能になる。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線発生装置においては、内筒部と保持部材との間に、非磁性材料により形成されたスペーサを介在させることが好ましい。磁気回路を構成する内筒部と保持部材との間に非磁性材料からなるスペーサを介在させることで、電子レンズとしての機能を適正に発揮させることが可能になる。
【００１１】
また、本発明に係るＸ線発生装置においては、スペーサは、電気的絶縁性材料により形成され、保持部材は、スペーサ上に載置されることが好ましい。これにより、内筒部及び外筒部との電気的な絶縁性を維持して、内筒部及び外筒部から離間した所定の位置に保持部材を確実且つ容易に設置することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線発生装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１に示すように、Ｘ線発生装置１は、ターゲットユニットＴや電子銃２のフィラメントＦの交換が可能な開放型と称されるものである。このＸ線発生装置１は、電子銃２を収容する円筒形状の本体部３を有し、この本体部３の前端部（すなわち、電子銃２から出射される電子ビームＥの進行方向側の端部）には、本体部３に対して着脱自在な円筒形状の開放部６がヒンジ部４を介して傾動自在に接続されている。よって、このヒンジ部４を介して開放部６を横倒しにすることで、本体部３の前端部を開放させることができ、フィラメントＦを交換することが可能になる。
【００１４】
開放部６は円筒形状の内筒部８を有し、この内筒部８には、電子ビームＥの出射方向に延在する電子通路７が形成されたステンレス製のパイプ部材９が挿入されている。この電子通路７の後端は本体部３内と連通しており、これにより、電子銃２から出射された電子ビームＥは、電子通路７を通過することになる。さらに、内筒部８は、アルミニウム製のボビン１１にエナメル線を巻き付けてなる電磁コイル１２によって包囲され、この電磁コイル１２は外筒部１３によって包囲されている。
【００１５】
この外筒部１３は、後端部において内筒部８と一体的に接続された断面Ｌ字状の第１の外筒部１３ａと、この第１の外筒部１３ａの前端部に固定ネジ１４により接続された円錐台形状の第２の外筒部１３ｂとを有している。これらの内筒部８及び外筒部１３は、軟鉄等の磁性材料により形成されて、電磁コイル１２により生じる磁束が通過する磁気回路の一部を構成する。
【００１６】
図２に示すように、内筒部８の前端側の開口部には、ステンレス、真鍮或いは銅等の非磁性材料からなるアパーチャ部材１７が挿入されており、このアパーチャ部材１７によって、電子通路７を通過してきた電子ビームＥの周辺部分がカットされる。アパーチャ部材１７の前端部は、内筒部８の前端面８ａから突出しており、この突出部分１７ａには、フランジ部（スペーサ）１７ｂが一体的に形成されている。このフランジ部１７ｂは、第２の外筒部１３ｂの前端側の開口部を塞いで、固定ネジ１８により第２の外筒部１３ｂに固定されている。
【００１７】
さらに、フランジ部１７ｂ上には、セラミックス等の電気的絶縁性材料からなるリング形状の絶縁部材１９が載置され、この絶縁部材１９上には、ターゲットユニットＴを保持する円板形状の保持部材２１が第２の外筒部１３ｂの前端部上に達するよう載置されている。このように内筒部８と保持部材２１との間にフランジ部１７ｂ及び絶縁部材１９を介在させることで、保持部材２１を内筒部８及び第２の外筒部１３ｂから離間させ、第２の外筒部１３ｂと保持部材２１との間に隙間Ｓを生じさせている。
【００１８】
この保持部材２１は、アパーチャ部材１７を通過した電子ビームＥをターゲットユニットＴ側に通過させるための電子通過孔２１ａを有すると共に、固定ネジ２２により第２の外筒部１３ｂに固定されている。このとき、第２の外筒部１３ｂと固定ネジ２２との間にベークライト等の電気的絶縁性材料からなる円筒形状の絶縁カラー２３を介在させることで、固定ネジ２２を通じた第２の外筒部１３ｂと保持部材２１との間の電気の流れを絶っている。
【００１９】
また、保持部材２１は、軟鉄等の導電性且つ磁性材料により形成されると共に、内筒部８及び外筒部１３と協働して、電磁コイル１２により生じる磁束が通過する磁気回路を構成する。この磁気回路においては、第２の外筒部１３ｂと保持部材２１との間の隙間Ｓにより磁界のロスが生じるが、面同士を対向させて両者の対向部分の面積を広くとり、隙間Ｓを１ｍｍ程度と狭くすることで、磁界のロスを最小限に抑えている。
【００２０】
さらに、保持部材２１上には、ターゲットユニットＴが載置されている。このターゲットユニットＴは、保持部材２１に当接する薄板状のステンレス製固定枠２６を有し、この固定枠２６には、ベリリウム製のＸ線出射板２７が固定されている。このＸ線出射板２７の裏面（後面）には、タングステンターゲット２８が形成され、このターゲット２８は、保持部材２１の電子通過孔２１ａに臨んでいる。したがって、ターゲット２８は、固定枠２６及びＸ線出射板２７を介して保持部材２１により保持されることになる。また、ターゲットユニットＴは、保持部材２１の側面に螺合する袋ナット状のキャップ２９により着脱自在とされている。
【００２１】
なお、Ｘ線発生装置１の動作時には、本体部３内や電子通路７等の電子ビームＥが通過する空間を真空引きする必要があるため、図１及び図２に示すように、本体部３と開放部６との間、アパーチャ部材１７とパイプ部材９との間、フランジ部１７ｂと絶縁部材１９との間、絶縁部材１９と保持部材２１との間、及び保持部材２１と固定枠２６との間等には、気密用のＯリング３１が配されている。
【００２２】
以上のように構成されたＸ線発生装置１においては、動作時に電磁コイル１２により電子レンズが形成されて、電子銃２から出射された電子ビームＥがターゲット２８に集束され、ターゲット２８からＸ線出射板２７を介して前方にＸ線が放出される。このＸ線発生装置１において、ターゲット２８を保持する保持部材２１は、磁性材料により形成されて、電磁コイル１２の磁気回路の一部を構成している。そのため、保持部材２１が非磁性材料により形成された場合に比べ、ターゲット２８は磁気回路に近接することになり、ターゲット２８と電子レンズのレンズ中心Ｃ（図２参照）との距離を短くすることができる。したがって、ターゲット２８上における電子ビームＥの集束径を小さくすることが可能になる。
【００２３】
これは、ターゲット２８上における電子ビームＥの集束径が、フィラメントＦとレンズ中心Ｃとの距離及びレンズ中心Ｃとターゲット２８との距離に依存し、フィラメントＦとレンズ中心Ｃとの距離に対してレンズ中心Ｃとターゲット２８との距離を短くすると、電子ビームＥの焦点径を小さくすることができるからである。
【００２４】
しかも、ターゲット２８とレンズ中心Ｃとの距離を短くすることによって集束径を小さくしているため、電子銃２から出射された電子ビームＥのうちターゲット２８に到達する割合である電子ビーム利用率の低下を防止することができ、ターゲット電流を維持することが可能になる。
【００２５】
さらに、保持部材２１は、導電性を有すると共に内筒部８及び第２の外筒部１３ｂから離間しているため、グランド電位である内筒部８及び外筒部１３に対する保持部材２１の電位を測定することで、ターゲット電流を検出することが可能になる。
【００２６】
また、Ｘ線発生装置１においては、磁気回路を構成する内筒部８と保持部材２１との間に非磁性材料からなるフランジ部１７ｂを介在させているため、電子レンズとしての機能を適正に発揮させることが可能になる。
【００２７】
［第２の実施形態］
次に、上記Ｘ線発生装置１とターゲットユニットＴの周辺構成を異にするＸ線発生装置１０について説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、Ｘ線発生装置１０において、内筒部８の前端側の開口部には、セラミックス等の電気的絶縁性且つ非磁性材料からなる円筒形状の連結部材３３が挿入されている。この連結部材３３の前端部は、内筒部８の前端面８ａから突出しており、この突出部分３３ａには、フランジ部（スペーサ）３３ｂが一体的に形成されている。このフランジ部３３ｂは、第２の外筒部１３ｂの前端側の開口部を塞いで、固定ネジ１８により第２の外筒部１３ｂに固定されている。また、連結部材３３内には、ステンレス等の非磁性材料からなるアパーチャ部材１７が挿入され、セラミックス等の電気的絶縁性且つ非磁性材料からなる固定リング３４により固定されている。
【００２９】
さらに、連結部材３３のフランジ部３３ｂ上には、ターゲットユニットＴを保持する円板形状の保持部材２１が第２の外筒部１３ｂの前端部上に達するよう載置されている。このように内筒部８と保持部材２１との間にフランジ部３３ｂを介在させることで、保持部材２１を内筒部８及び第２の外筒部１３ｂから離間させ、第２の外筒部１３ｂと保持部材２１との間に隙間Ｓを生じさせている。
【００３０】
この保持部材２１は、軟鉄等の導電性且つ磁性材料により形成されると共に、内筒部８及び外筒部１３と協働して、電磁コイル１２により生じる磁束が通過する磁気回路を構成する。このとき、第２の外筒部１３ｂと保持部材２１との間の隙間Ｓによる磁界のロスを最小限に抑えるため、互いに面同士を対向させてそれぞれの対向部分の面積を広くとり、隙間Ｓを１ｍｍ程度と狭くしている。
【００３１】
そして、上記Ｘ線発生装置１と同様に、保持部材２１上にはターゲットユニットＴが載置され、固定キャップ２９により着脱自在とされている。なお、Ｘ線発生装置１０においては、本体部３と開放部６との間、連結部材３３とパイプ部材９との間、フランジ部３３ｂと保持部材２１との間、及び保持部材２１と固定枠２６との間等にＯリング３１が配され、電子通路７等の気密性が確保されている。
【００３２】
以上のように構成されたＸ線発生装置１０においては、フランジ部３３ｂが電気的絶縁性且つ非磁性材料により形成され、このフランジ部３３ｂ上に保持部材２１が載置されるため、内筒部８及び第２の外筒部１３ｂとの電気的な絶縁性を維持して、内筒部８及び第２の外筒部１３ｂから離間させた所定の位置に保持部材２１を確実且つ容易に設置することが可能になる。これにより、グランド電位である内筒部８及び外筒部１３に対する保持部材２１の電位を測定してターゲット電流を検出することが可能になる。しかも、内筒部８と保持部材２１との間に非磁性材料からなるフランジ部３３ｂを介在させるため、電子レンズとしての機能を適正に発揮させることが可能になる。
【００３３】
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上述したＸ線発生装置１，１０はいずれも単コイル型の構造を有するものであったが、本発明は、二段コイル型のＸ線発生装置にも適用可能である。この場合にも、ターゲット電流を維持しつつ、ターゲット上における電子ビームの集束径のさらなる縮小化を図ることができる。換言すれば、ターゲット上における電子ビームの集束径を従来と同程度に維持して、ターゲット電流を増加させることが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＸ線発生装置によれば、ターゲット電流の低下を抑えつつ、ターゲット上における電子ビームの集束径を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すＸ線発生装置の要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係るＸ線発生装置の他の実施形態の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１０…Ｘ線発生装置、２…電子銃、８…内筒部、１２…電磁コイル、１３…外筒部、１３ａ…第１の外筒部、１３ｂ…第２の外筒部、１７…アパーチャ部材、１７ｂ…フランジ部（スペーサ）、２１…保持部材、２８…ターゲット、３３…連結部材、３３ｂ…フランジ部（スペーサ）、Ｅ…電子ビーム、Ｔ…ターゲットユニット。

Claims

電子銃から出射された電子ビームをターゲットに入射させて、前記ターゲットからＸ線を放出させるＸ線発生装置であって、
磁性材料により形成され、前記電子銃と前記ターゲットとの間に配置されて前記電子ビームが通過する内筒部と、
前記内筒部を包囲する電磁コイルと、
磁性材料により形成され、前記電磁コイルを包囲する外筒部と、
前記内筒部と前記ターゲットとの間に配置され、前記ターゲットを保持する保持部材とを備え、
前記保持部材は、導電性且つ磁性材料により形成され、前記内筒部及び前記外筒部から離間すると共に、前記電磁コイルにより生じる磁束が通過する磁気回路を前記内筒部及び前記外筒部とにより構成することを特徴とするＸ線発生装置。
前記内筒部と前記保持部材との間に、非磁性材料により形成されたスペーサを介在させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記スペーサは、前記電子ビームの周辺部分をカットするアパーチャ部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記保持部材は、スペーサ上に載置された絶縁部材上に載置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線発生装置。
前記保持部材は、固定ネジにより前記外筒部に固定されており、
前記外筒部と前記固定ネジとの間には、電気絶縁性材料により形成された絶縁カラーが介在させられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
前記スペーサは、電気的絶縁性材料により形成され、
前記保持部材は、前記スペーサ上に載置されることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。