JP4230016B2

JP4230016B2 - Ｘ線管

Info

Publication number: JP4230016B2
Application number: JP21565798A
Authority: JP
Inventors: 務稲鶴
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2000048746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線を発生させるＸ線管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管は、高真空の封止筐体（管）内に、カソード、ヒータ及びグリッド電極等より成る電子銃と、集束電極と、陽極ターゲットと、を備え、上記カソードをヒータにより加熱して当該カソードから電子を放出させ、この電子を、微小電子レンズ群を構成するグリッド電極、集束電極の各々の開口を介して、高電圧を印加した陽極ターゲットに集束入射することによりＸ線を発生させるものである。
【０００３】
このＸ線管の組立では、筐体と一体化された集束電極に対向して電子銃を筐体内に挿入して当該電子銃の位置（電子進行方向での位置）を決め、電子銃のカソードとは反対側の蓋部分を、筐体に固定して当該筐体を封止する。
【０００４】
ここで、Ｘ線管では所定のＸ線を得るべく、電子銃からの電子ビームを陽極ターゲット上に１０μｍ程度に絞る必要があり、この所定の焦点径を得るには、上記集束電極と電子銃のグリッド電極との間隔を、高精度に所定の間隔とする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｘ線管にあっては、電子銃を集束電極に対向して筐体内に挿入した時点で、当該電子銃の蓋部分により筐体が蓋されて、グリッド電極と集束電極との間の実際の間隔を測定・検査することができないため、電子銃の位置決め調整によりグリッド電極と集束電極との間隔を高精度に所定の間隔とするのは非常に難しく、さらにこの電子銃の位置決め調整に非常に時間を費やすといった問題があった。
【０００６】
因みに、集束電極に対してグリッド電極が所定の間隔に対して例えば１００μｍずれると、所定の焦点径（１０μｍ程度）を得ることはできない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、微小電子レンズを構成するグリッド電極の軸線方向（電極並設方向）での位置決めを正確且つ容易にでき、品質の向上及び組立コストの低減を実現できるＸ線管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】
本発明のＸ線管は、真空に封止された筐体内で、カソードを加熱して電子を放出させ、電子をグリッド電極、集束電極を介して陽極ターゲットに集束させてＸ線を発生させるＸ線管において、グリッド電極は、その中央に電子が通過する開口を有する板状の基部と、この基部に連設されて一体を成し、開口から集束電極に向かう電子が通過可能に筒状にされると共にその端部が集束電極に当接した筒部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
このような本発明に係るＸ線管によれば、カソードからの電子が通過する開口を有して、所定の焦点を得るための微小電子レンズを構成するグリッド電極の基部と、集束電極との間隔は、当該基部の開口から集束電極に向かう電子を遮らないように筒状にされると共に当該基部に連設されて一体を成しその端部が集束電極に当接したグリッド電極の筒部により、所定の間隔に設定される。このため、グリッド電極の基部（微小電子レンズ）の軸線方向（電極並設方向）での位置決めが正確且つ容易になされる。また、陽極ターゲットから集束電極を介してカソード側に向かう余分なＸ線は、筒状を成す筒部及び当該筒部と一体の板状の基部より成るグリッド電極によってカソード側に対して遮蔽される。このため、Ｘ線の筐体からの漏洩がより確実に防止されるようになる。
【００１０】
ここで、筒部の端部と集束電極とは、嵌合部により嵌め合わされているのが好ましい。
【００１１】
このような構成を採用した場合、嵌合部の嵌め合いにより、筒部の端部の上記電極並設方向に直交する方向での位置決めが正確且つ容易になされると共に、当該筒部の端部が集束電極に支持されて、耐震性が向上される。
【００１２】
また、筐体は、冷却媒体により冷却されているのが好ましい。
【００１３】
このような構成を採用した場合、グリッド電極の熱は、当該グリッド電極の筒部が当接する集束電極、筐体を介して積極的に冷却媒体に放熱される。このため、グリッド電極での異常発熱が防止されるようになる。
【００１４】
また、筒部は、周壁にガス抜き用の穴を備えているのが好ましい。
【００１５】
このような構成を採用した場合、筒部及び基部を境界部として画成される陽極ターゲット側の空間部とカソード側の空間部とが、ガス抜き用の穴により連通されるため、筐体内の真空引きが容易になされるようになる。
【００１６】
また、グリッド電極には所定の電位が供給され、集束電極は筐体に電気的に接続されているのが好ましい。
【００１７】
このような構成を採用した場合、所定の電位がグリッド電極、集束電極を介して筐体に供給され、グリッド電極、集束電極及び筐体の電位は常に所定に維持される。このため、カソードからの電子は正常に陽極ターゲットに集束されると共に、筐体に電位を別に供給するのが不要にされる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線管の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、第１実施形態に係るＸ線管の要部を示す断面図である。図１に示すように、Ｘ線管１は、マイクロフォーカスＸ線管であり、電子８０を発生・放出する電子銃部２と、この電子銃部２からの電子８０を受けてＸ線８１を発生させるＸ線発生部３と、を備えている。これらの電子銃部２及びＸ線発生部３は、各構成部品を収容する筐体としての筒状の容器２１，３１より各々の外郭が構成される。これらの容器２１，３１は導電体より成り、互いに直交するように連結されている。容器２１内と容器３１内とは、容器２１，３１の境界部に形成された集束電極２５により仕切られると共に、この集束電極２５に形成された開口２５ａを通して連通され、容器２１内には電子銃５０が、容器３１内には陽極ターゲット３２が、各々配置されている。また、容器２１，３１は密封されて、その内部は真空状態にされている。
【００２０】
容器２１内に配置された電子銃５０は概略、発熱源としてのヒータ７６と、このヒータ７６により加熱されて電子８０を発生・放出する熱電子源としてのカソード７３と、このカソード７３から放出された電子８０を加速・集束させる第１、第２グリッド電極７１，７９と、これらの第１、第２グリッド電極７１，７９、ヒータ７６、カソード７３に所定の電圧を容器外部より供給するための複数のピン５と、これらのピン５が貫通固定されると共に容器の蓋部として機能するステム４と、を備える。
【００２１】
上記ステム４、ヒータ７６、カソード７３及び第１、第２グリッド電極７１，７９は、集束電極２５側に向かってこの順に並設され、これら構成部品の各軸心が一致すると共に集束電極２５の開口２５ａの軸心、筒状を成す容器２１の軸心と同軸に位置するように配置されている。
【００２２】
さらに詳細に説明すれば、上記カソード７３は、絶縁体より成る筒体７４の先端に設けられ、この筒体７４内に、当該カソード７３を加熱する上記ヒータ７６が設けられている。上記第１グリッド電極７１は、カソード７３より集束電極２５側に配置され、この第１グリッド電極７１より集束電極２５側に、上記第２グリッド電極７９が配置される。
【００２３】
第１グリッド電極７１は略円板状を成し、この第１グリッド電極７１の集束電極２５側とは反対側に、上記カソード７３及びヒータ７６を有する筒体７４が、絶縁体７５を介して支持されている。
【００２４】
第２グリッド電極７９は、例えばステンレス等の導電体より成り、円板状の基部７７と、この基部７７に連設されて一体を成す筒状の筒部７８と、から構成される。これらの基部７７及び筒部７８は、例えば、後方押出し等の鍛造技術等により一体に成形され、基部７７が、第１グリッド電極７１の集束電極２５側に、複数のセラミック棒（絶縁体）９を介して支持されている。
【００２５】
第１グリッド電極７１及び第２のグリッド電極７９の基部７７は、各々の上記カソード７３に対向する位置に、カソード７３からの電子８０が通過する開口７１ａ，７７ａを備える。第２グリッド電極７９の基部７７は、カソード７３からの電子８０を容器３１内のターゲット３２側に引っ張る電極である。また、第１グリッド電極７１は、第２グリッド電極７９の基部７７によりターゲット３２側に引っ張られる電子８０をカソード７３側に押し戻す電極であり、この第１グリッド電極７１に供給する電圧を調整することで、ターゲット３２側に向かう電子８０が増減される。また、第１グリッド電極７１の開口７１ａ及び第２のグリッド電極７９の基部７７の開口７７ａによって、図２に示すように、カソード７３からの電子８０をターゲット３２に集束させる微小電子レンズ群が構成されている。
【００２６】
図１に戻って、第２グリッド電極７９の基部７７と一体を成す筒部７８は、カソード７３からターゲット３２に向かう電子８０が通過可能に筒状にされると共に軸線方向に所定長を有し、開放端部７８ｂが集束電極２５に当接される。この所定長を有する筒部７８が集束電極２５に当接することで、第２グリッド電極７９の基部７７と集束電極２５との間隔が所定の間隔に設定されている。ここで言う所定の間隔とは、所望の焦点径を得るのに必要な第２グリッド電極７９の基部７７（微小電子レンズ）と集束電極２５との間隔である。
【００２７】
また、上記第２グリッド電極７９の筒部７８は、その周壁に、当該筒部７８及び基部７７を境界部として画成されるターゲット３２側の空間部とカソード７３側の空間部とを連通するガス抜き用の穴７８ａを、複数個備えている。
【００２８】
前述した第１グリッド電極７１は、そのターゲット３２側とは反対側に植設された複数のピン５を有している。これらのピン５は、例えばセラミックス等の絶縁体より成る円板状のステム基板４ａを貫通して当該ステム基板４ａに固定されている。すなわち、上記第２グリッド電極７９、筒体７４等を支持する第１グリッド電極７１は、複数のピン５を介してステム基板４ａに支持されている。
【００２９】
このステム基板４ａには、図示を省略した複数の他のピンも貫通固定されている。この複数の他のピンの各々に対しては、上記第２グリッド電極７９のリード線７９ｆ、上記カソード７３及びヒータ７６の図示を省略したリード線が各々接続されている。また、このステム基板４ａの外周には、円環状のステムリング４ｂが接合されている。
【００３０】
以上のように電子銃５０は構成される。この電子銃５０のステムリング４ｂは、容器２１の端部に形成された開口部２２に、例えばロウ付け（鑞付け）等により固着されている。このステムリング４ｂが容器２１の開口部２２に固着されることで、当該開口部２２がステム基板４ａ及びステムリング４ｂより構成されるステム４により蓋されて容器２１，３１は密封されている。
【００３１】
上記第１グリッド電極７１に対しては、前述したピン５を介して所定の負の電圧が容器外部より供給される。また、ヒータ７６、カソード７３に対しては、他のピン、リード線を介して所定の電圧が容器外部より供給される。また、第２グリッド電極７９に対しては、さらに他のピン、リード線７９ｆを介してグランド電位が容器外部より供給される。この第２グリッド電極７９に供給されるグランド電位は、筒部７８に当接する集束電極２５、集束電極２５を支持する容器２１，３１にも供給される。
【００３２】
また、容器２１，３１の境界に位置する上記集束電極２５の開口２５ａは、図３に示すように、第１、第２グリッド電極７１，７９により集束した電子ビームを楕円形とするように長方形状にされている。
【００３３】
この集束電極２５の開口２５ａを介して容器２１内に連通する容器３１内には、図１に示すように、上記ターゲット３２が設置されている。このターゲット３２は、電子銃５０からの電子８０を受けてＸ線８１を発生させるものであり、金属製の棒状体を成し、その軸方向を電子８０が進入してくる方向に対して交差する向きに配置されている。このターゲット３２の先端面３２ａは、電子銃５０からの電子８０を受ける面であり、その電子８０が進入してくる前方の位置に配置され、入射される電子８０と出射されるＸ線８１が直交するように傾斜面にされる。また、ターゲット３２には、正の高電圧が印加されている。
【００３４】
容器３１には、Ｘ線出射窓３３が設けられている。このＸ線出射窓３３は、ターゲット３２から発せられたＸ線８１を容器３１の外部へ出射させるための窓であり、例えば、Ｘ線透過材であるＢｅ材から成る板体等により構成される。このＸ線出射窓３３は、ターゲット３２の先端の前方に配置され、その中心がターゲット３２の中心軸の延長上に位置するように形成されている。
【００３５】
次に、上記Ｘ線管１の組立手順について説明する。先ず、作業者は、ステムリング４ｂを除いて電子銃５０を組み立てる。この時、筒部７８の軸線方向の寸法精度は予め高精度に所定長にされている。次いで、ステムリング４ｂを、ステム基板４ａに接合する。次いで、ターゲット３２を容器３１内に配置すると共に、上記組み立てられた電子銃５０を、容器２１内に開口部２２から挿入する。
【００３６】
そして、電子銃５０が突き当たるまで、すなわち、第２グリッド電極７９の筒部７８の端部７８ｂが集束電極２５に当接するまで挿入していく。筒部７８の端部７８ｂが集束電極２５に当接すると、当該筒部７８により、第２グリッド電極７９の基部７７と集束電極２５との間隔が所定の間隔に設定されて、所望の焦点径を得るのに必要な間隔にされる。
【００３７】
このようにして電子銃５０の軸線方向での位置決めがなされたら、ステムリング４ｂを容器２１の開口部２２に接合して容器２１，３１を密封する。
【００３８】
このように、本実施形態においては、所定の焦点を得るための開口７７ａを有して微小電子レンズを構成する第２グリッド電極７９の基部７７と一体を成し、集束電極２５に当接する第２グリッド電極７９の筒部７８により、第２グリッド電極７９の基部７７（電子銃５０）の軸線方向での位置決めを正確且つ容易に行うことができる。
【００３９】
ところで、上記組み立てられたＸ線管１の容器２１、３１内は、前述したように、真空状態にされている。この容器２１、３１内を真空とする真空引きは、容器２１側または容器３１側から行われる。この時、前述した第２グリッド電極７９の筒部７８の複数個のガス抜き用の穴７８ａにより、筒部７８及び基部７７を境界部として画成されるターゲット３２側の空間部とカソード７３側の空間部とが連通されているため、当該真空引きを容易に行うことができる。
【００４０】
次に、このように構成されたＸ線管１の動作について説明する。先ず、上記Ｘ線管１を、冷却媒体としての例えば絶縁油に浸漬し、次いで、第１グリッド電極７１に負の電圧を、第２グリッド電極７９にグランド電位を、ターゲット３２に正の高電圧を、各々供給した状態にて、ヒータ７６を加熱する。すると、カソード７３から電子８０が放出される。電子８０は、第１、第２グリッド電極７１，７９の開口７１ａ，７７ａを通過して加速・集束され、さらに集束電極２５の開口２５ａを通過する（図２参照）。
【００４１】
ここで、集束電極２５の開口２５ａは、図３に示したように、長方形状を成しているため、開口２５ａを通過した電子ビームは楕円となって、ターゲット３２の先端面３２ａに集束入射される。この時、先端面３２ａは傾斜面にされているため、先端面３２ａから放出されるＸ線８１は真円となる。そして、このＸ線８１は、Ｘ線出射窓３３を通してＸ線管１外へ出射される。
【００４２】
この時、前述したように、第２グリッド電極７９の筒部７８により、第２グリッド電極７９の開口７７ａを有する基部７７と集束電極２５との間隔が所定の間隔に設定されて、第２グリッド電極７９の基部７７（電子銃５０）の軸線方向での位置決めが正確になされているため、ターゲット３２の先端面３２ａにて所定の焦点径が得られ、これにより、所定のＸ線８１を得ることができる。
【００４３】
また、ターゲット３２の先端面３２ａから集束電極２５の開口２５ａを介してカソード７３側に向かう余分なＸ線は、筒状を成す筒部７８及び当該筒部７８と一体の基部７７より成る第２グリッド電極７９によって、カソード７３側に対して遮蔽されるため、Ｘ線の容器２１からの漏洩をより確実に防止できる。
【００４４】
また、Ｘ線管１は絶縁油に浸漬されているため、第２グリッド電極７９の熱は、筒部７８、この筒部７８が当接する集束電極２５、容器２１，３１を介して積極的に絶縁油に放熱され、これにより第２グリッド電極７９での異常発熱を防止できる。
【００４５】
また、第２グリッド電極７９にグランド電位が供給され、このグランド電位が、集束電極２５を介して容器２１，３１に供給されて、第２グリッド電極７９、集束電極２５及び容器２１，３１の電位が常にグランド電位に維持されるため、カソード７３からの電子８０を正常にターゲット３２の先端面３２ａに集束できる。
【００４６】
さらにまた、集束電極２５を介して容器２１，３１にもグランド電位が供給されるため、別のグランド電位供給手段を用いて容器２１，３１にグランド電位を供給する必要がなく、部品点数の減少を図ることができる。
【００４７】
図４は、第２実施形態に係るＸ線管の要部を示す断面図である。この第２実施形態のＸ線管が第１実施形態のそれと違う点は、集束電極２５の外周部のカソード７３側を厚肉とすると共に、この厚肉部２５ｂの内周面２５ｃを、筒部７８の端部７８ｂ外周面に対する嵌合面とした点である。
【００４８】
この厚肉部２５ｂの内周面２５ｃは、その軸心が電子銃５０の構成部品及び集束電極２５の開口２５ａの軸心と一致するように形成される。
【００４９】
そして、当該筒部７８の端部７８ｂ外周面が、厚肉部２５ｂの内周面２５ｃに嵌合された状態で、当該筒部７８の端部７８ｂが、第１実施形態と同様に、集束電極２５の端面に当接されている。
【００５０】
このように構成しても、第１実施形態と同様な効果を得ることができるというのはいうまでもなく、加えて、筒部７８の端部７８ｂが集束電極２５に嵌合される構成のため、当該筒部７８の端部７８ｂの電極並設方向に直交する方向（図示上下方向）での位置決めを正確且つ容易にできる。
【００５１】
また、上記嵌合により、筒部７８の端部７８ｂが集束電極２５に支持されて、第２グリッド電極７９が両端支持にされるため、耐震性を向上できる。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるというのはいうまでもなく、例えば、上記実施形態においては、第２グリッド電極７９を安価だとして、例えばステンレスより構成しているが、他の導電体として例えばアルミニウム、銅等の非磁性金属より構成することも勿論可能である。
【００５３】
また、上記実施形態においては、冷却媒体を絶縁油としているが、これに限定されるものではなく、例えば絶縁性ガス、絶縁性冷媒を用いることもできる。
【００５４】
また、上記実施形態においては、Ｘ線管として反射型のマイクロフォーカスＸ線管を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば透過型のマイクロフォーカスＸ線管にも適用できる。
【００５５】
さらにまた、焦点径もマイクロフォーカスに限らず、どのような焦点径を持つＸ線管に対しても同様に適用できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によるＸ線管は、カソードからの電子が通過する開口を有して、所定の焦点を得るための微小電子レンズを構成するグリッド電極の基部と、集束電極との間隔を、当該基部の開口から集束電極に向かう電子を遮らないように筒状を成すと共に当該基部に連設されて一体を成しその端部が集束電極に当接したグリッド電極の筒部により、所定の間隔に設定するように構成したものであるから、グリッド電極の基部（微小電子レンズ）の軸線方向（電極並設方向）での位置決めを正確且つ容易にでき、品質の向上及び組立コストの低減を実現することが可能となる。また、陽極ターゲットから集束電極を介してカソード側に向かう余分なＸ線を、筒状を成す筒部及び当該筒部と一体の基部より成るグリッド電極によって、カソード側に対して遮蔽するように構成したものであるから、Ｘ線の筐体からの漏洩をより確実に防止でき、Ｘ線管の信頼性を一層向上することが可能となる。
【００５７】
また、本発明によるＸ線管は、グリッド電極の筒部の端部と集束電極とを、嵌合部により嵌め合うように構成したものであるから、当該端部の電極並設方向に直交する方向での位置決めを正確且つ容易にでき、品質の一層の向上及び組立コストの一層の低減を実現することが可能となる。また、上記嵌合部の嵌め合いにより、筒部の端部を集束電極に支持させるように構成したものであるから、耐震性を向上でき、Ｘ線管の信頼性を一層向上することが可能となる。
【００５８】
また、本発明によるＸ線管は、グリッド電極の熱を、当該グリッド電極の筒部が当接する集束電極、筐体を介して積極的に冷却媒体に放熱するように構成したものであるから、グリッド電極での異常発熱を防止でき、Ｘ線管の正常動作を確保することが可能となる。
【００５９】
また、本発明によるＸ線管は、筒部の周壁にガス抜き用の穴を設け、筒部及び基部を境界部として画成される陽極ターゲット側の空間部とカソード側の空間部とを、ガス抜き用の穴により連通するように構成したものであるから、筐体内の真空引きを容易にでき、組立コストの一層の低減を実現することが可能となる。
【００６０】
さらにまた、本発明によるＸ線管は、グリッド電極に所定の電位を供給し、この電位を、集束電極を介して筐体に供給して、グリッド電極、集束電極及び筐体の電位を常に所定に維持するように構成したものであるから、カソードからの電子を正常に陽極ターゲットに集束でき、Ｘ線管の正常動作を一層確保することが可能となると共に、筐体に電位を別に供給するのを不要にでき、低コスト化を一層図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るＸ線管の要部を示す断面図である。
【図２】カソードから陽極ターゲットまでの電子ビームの様子を示す説明図である。
【図３】集束電極を介して陽極ターゲットへ入射する電子ビーム及び陽極ターゲットから出射するＸ線の様子を示す説明図である。
【図４】第２実施形態に係るＸ線管の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２１，３１…容器（筐体）、２５…集束電極、２５ａ…集束電極の開口、２５ｃ…集束電極の嵌合部、３２…陽極ターゲット、３２ａ…陽極ターゲットの先端面、５０…電子銃、７３…カソード、７６…ヒータ、７７…基部、７７ａ…開口、７８…筒部、７８ａ…ガス抜き用の穴、７８ｂ…筒部の端部（筒部の嵌合部）、７９…第２グリッド電極、７９ｆ…リード線、８０…電子、８１…Ｘ線。

Claims

真空に封止された筐体内で、カソードを加熱して電子を放出させ、前記電子をグリッド電極、集束電極を介して陽極ターゲットに集束させてＸ線を発生させるＸ線管において、
前記グリッド電極は、その中央に前記電子が通過する開口を有する板状の基部と、
この基部に連設されて一体を成し、前記開口から前記集束電極に向かう電子が通過可能に筒状にされると共にその端部が前記集束電極に当接した筒部と、
を備えることを特徴とするＸ線管。
前記筒部の端部と前記集束電極とは、嵌合部により嵌め合わされていることを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
前記筐体は、冷却媒体により冷却されることを特徴とする請求項１または２記載のＸ線管。
前記筒部は、周壁にガス抜き用の穴を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線管。
前記グリッド電極には所定の電位が供給され、前記集束電極は前記筐体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のＸ線管。