JP4762436B2

JP4762436B2 - カソードユニット及び開放型ｘ線発生装置

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Publication number: JP4762436B2
Application number: JP2001146680A
Authority: JP
Inventors: 欣治高瀬; 千洋八木; 豊落合
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: CN100343941C; TW584880B; JP2002343289A; WO2002093614A1; CN1509492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カソードユニットと、このカソードユニットを用いた開放型Ｘ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のカソードユニット（開放型Ｘ線発生装置）として、たとえば特開平４−２７２６３９号公報に開示されたようなものが知られている。特開平４−２７２６３９号公報に開示されたカソードユニット（開放型Ｘ線発生装置）は、円錐状の尖頭部を有する陰極素子と、陰極素子の前方に所定間隔で配設された集束電極（第１の集束電極）とを備えており、陰極素子は、両端がそれぞれ陰極支持棒に固定された加熱ヒータに溶接されている。集束電極（第１の集束電極）は有蓋筒状であり、ビーム通過孔を有した蓋部と陰極素子を取り囲む側部とを有している。また、陰極支持棒は絶縁性の板状支持部材に支持され、この支持部材は集束電極（第１の集束電極）の側部内面に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等の調査研究の結果、上述したような構成のカソードユニット（開放型Ｘ線発生装置）においては、以下のような問題点を有していることが判明した。
【０００４】
陰極素子を集束電極に対して取付ける際に、陰極素子が適切な電位を受けて効率よく電子を放出するように、集束電極の蓋部表面から陰極素子の先端部までの距離を所望の長さに設定する必要がある。このため、蓋部の厚さが厚い場合、陰極素子が適切な電位を受けるように集束電極の蓋部表面から陰極素子の先端部までの距離を上述した所望の長さに設定しようとすると、陰極素子の先端部がビーム通過孔の内側に位置することがある。このように、陰極素子の先端部がビーム通過孔の内側に位置していると、ビーム通過孔の内径が小さいこともあって、陰極素子のセンタリングのために陰極素子側を移動させる際に、陰極素子の先端部がビーム通過孔の内壁に接触して、陰極素子が損傷、脱落してしまう。また、陰極素子の先端部とビーム通過孔の内壁とが近いため、不安定な放電が発生して、陰極素子が損傷してしまう。以上のことから、陰極素子の先端部がビーム通過孔の内壁に接触する、あるいは、陰極素子の先端部とビーム通過孔の内壁とが近づいてしまうの防ぐためには、集束電極のビーム貫通孔が形成される部分（蓋部）の厚さを薄くする必要があることが判明した。
【０００５】
一方、集束電極のビーム貫通孔が形成される部分（蓋部）の厚さを薄くするために、集束電極全体（蓋部及び側部）をプレス成形等にて形成した場合、Ｘ線発生装置の作動時に陰極素子（加熱ヒータ）にて発生した熱により、集束電極全体が高温となって変形する惧れがあることが判明した。このように、集束電極全体が変形してしまうと、集束電極と陰極素子との位置が変化して陰極素子が受ける電位が適正でなくなり、電子を放出する効率が著しく低下してしまう。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、電子を効率よく継続して放出することが可能なカソードユニット及び開放型Ｘ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るカソードユニットは、電子放出部を有するフィラメントと、フィラメントが電気的に接続されるフィラメント支持ピンと、絶縁性材料からなり、フィラメント支持ピンが固定されるベース部材と、フィラメントの周囲を取り囲むようベース部材に設けられ、フィラメントの電子放出方向側に開口を有する側壁部材と、開口を被うよう側壁部材に設けられ、フィラメントの電子放出方向前方に開口を有する薄板状のアパーチャ部材と、を備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るカソードユニットでは、フィラメントの電子放出方向前方に開口を有するアパーチャ部材が薄板状であるので、フィラメント（陰極素子）が適切な電位を受けて効率よく電子を放出するように、アパーチャ部材（集束電極）の表面からフィラメントの先端部までの距離を所望の長さに設定した場合においても、フィラメントの電子放出部がアパーチャ部材の開口内部に位置することはない。これにより、フィラメント（電子放出部）のセンタリングのためにフィラメント側を移動させる際に、フィラメントの電子放出部がアパーチャ部材の開口内壁に接触することはなく、フィラメントの電子放出部が損傷、脱落するのを防ぐことができる。また、フィラメントの電子放出部とアパーチャ部材の開口内壁とが電子放出方向に見て離れているため、不安定な放電が発生することはなく、フィラメントの電子放出部が損傷するようなことはない。
【０００９】
また、本発明に係るカソードユニットにおいては、側壁部材が薄板状のアパーチャ部材とは別体にて構成されていることから、側壁部材をフィラメントにて発生する熱を考慮して設計、製作することが可能となり、側壁部材の熱変形を抑制することができる。このように、側壁部材の熱変形を抑制することにより、アパーチャ部材（開口）とフィラメントの電子放射部との位置が変化するのが防止され、フィラメントの電子放出部が受ける電位を適正に保つことができる。
【００１０】
これらの結果、本発明によれば、フィラメントの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することができる。
【００１１】
また、側壁部材を位置決め挿入可能な形状に内面が形成されたホルダ部材を更に備え、アパーチャ部材は、側壁部材をホルダ部材に挿入しホルダ部材と側壁部材とで挟み込むことにより固定されており、ホルダ部材には、アパーチャ部材の開口に対応する位置に開口を有していることが好ましい。このように構成した場合、アパーチャ部材が、ホルダ部材に位置決めされた側壁部材とホルダ部材とで挟み込むことにより固定されるので、ホルダ部材に側壁部材が取付けられた状態では、アパーチャ部材が移動することはなく、アパーチャ部材（開口）の位置がフィラメントの電子放射部に対してずれることはない。また、アパーチャ部材がホルダ部材と側壁部材とにより挟み込まれるので、アパーチャ部材自体の熱変形による歪みの発生が抑制されることになる。これらの結果、アパーチャ部材とフィラメントの電子放射部との位置関係を確実に保つことができる。
【００１２】
また、アパーチャ部材は、側壁部材に複数箇所にて溶接固定されていることが好ましい。このように構成した場合、アパーチャ部材自体の熱変形を吸収することが可能となり、アパーチャ部材の歪みを少なくすることができる。この結果、アパーチャ部材とフィラメントの電子放射部との位置関係を確実に保つことができる。
【００１３】
また、アパーチャ部材は、側壁部材に一箇所にて溶接固定されていることが好ましい。このように構成した場合、アパーチャ部材自体の熱変形を効率よく吸収することが可能となり、アパーチャ部材の歪みを極めて少なくすることができる。この結果、アパーチャ部材とフィラメントの電子放射部との位置関係をより一層確実に保つことができる。
【００１４】
また、側壁部材は、貫通孔を有していることが好ましい。このように構成した場合、ベース部材、側壁部材等から放出される吸蔵ガスを側壁部材にて囲まれる空間から貫通孔を介して側壁部材の外部に導くことができる。
【００１５】
また、電子放出部は、円錐形状を呈し、６ホウ化ランタンからなる尖頭部を含んでいることが好ましい。このように構成した場合、放出電子の焦点径を小さくして、単位面積当りの電子密度を高めることができる。
【００１６】
また、ベース部材には、フィラメント支持ピンが固定された位置と側壁部材が当接する位置との間に溝が形成されていることが好ましい。このように構成した場合、フィラメントの電子放出部からのスパッタ物が付着して、側壁部材とフィラメント支持ピンとが導通状態となるのを防ぐことができる。
【００１７】
一方、本発明に係る開放型Ｘ線発生装置は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のカソードユニットと、内部にコイル部を有すると共に、コイル部によって包囲された電子通路を有し、ポンプによって真空引きされる筒状部と、筒状部の先端側に設けられ、電子通路の先端側に位置するターゲットと、筒状部の基端側に固定されると共に、高圧発生部と、高圧発生部とアパーチャ部材とを電気的に接続させるための第１接続配線と、高圧発生部とフィラメント支持ピンとを電気的に接続させるための第２接続配線とを樹脂モールド内に封入したモールド電源部と、を備えており、カソードユニットは、電子通路を挟んでターゲットに対峙するようにモールド電源部に装着されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明に係る開放型Ｘ線発生装置では、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のカソードユニットを備えているので、上述したようにフィラメントの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することができ、動作の安定した開放型Ｘ線発生装置を実現できる。また、高圧発生部、第１接続配線及び第２接続配線を樹脂モールド内に閉じ込めることで、モールド内における高圧発生部の構成の自由度や配線の曲げ自由度が格段に向上すると共に、装置の取り扱い性が格段に向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明によるカソードユニット及び開放型Ｘ線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１に示すように、このＸ線発生装置１は、開放型であり、使い捨てに供される閉鎖型と異なり、真空状態を任意に作り出すことができ、消耗品であるフィラメントＦを含むカソード端子部ＣＴやターゲット１０の交換を可能にしている。このＸ線発生装置１は、動作時に真空状態になる円筒形状のステンレス鋼製筒状部２を有している。この筒状部２は、下側に位置する固定部３と上側に位置する着脱部４とで二分割され、着脱部４はヒンジ部５を介して固定部３に取り付けられている。従って、着脱部４が、ヒンジ部５を介して横倒しになるように回動することで、固定部３の上部を開放させることができ、固定部３内に収容されているカソード端子部ＣＴへのアクセスを可能にする。
【００２１】
この着脱部４内には、電磁偏向レンズとして機能する上下一対の筒状のコイル部６，７が設けられると共に、コイル部６，７の中心を通るよう、筒状部２の長手方向に電子通路８が延在し、この電子通路８はコイル部６，７で包囲される。また、着脱部４の下端にはディスク板９が蓋をするように固定され、このディスク板９の中心には、電子通路８の下端側に一致させる電子導入孔９ａが形成されている。
【００２２】
更に、着脱部４の上端は円錐台に形成され、この頂部には、電子通路８の上端側に位置して電子透過型のＸ線出射窓を形成するディスク状ターゲット１０が装着されている。このターゲット１０は、カソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）から発生して電子通路８を通過した電子をＸ線に変換する部材からなると共に、着脱自在な回転式キャップ部１１内にアースさせた状態で収容されている。従って、キャップ部１１の取り外しによって、消耗品であるターゲット１０の交換も可能になる。
【００２３】
これに対し、固定部３にはターボポンプ１２が固定され、このターボポンプ１２は筒状部２内全体を高真空状態にするためのものである。すなわち、Ｘ線発生装置１がターボポンプ１２を装備することによって、消耗品であるカソード端子部ＣＴやターゲット１０の交換が可能になっている。
【００２４】
ここで、筒状部２の基端側には、電子銃１６との一体化が図られたモールド電源部１４が固定されている。このモールド電源部１４は、電気絶縁性の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でモールド成形させたものであると共に、金属製のケース４０内に収容されている。そして、筒状部２の固定部３の下端（基端）は、ケース４０の上板４０ｂに対し、シールさせた状態でネジ止め等によりしっかりと固定されている。
【００２５】
図２に示すように、このモールド電源部１４内には、高電圧（例えば、ターゲット１０をアースさせる場合には最大−１６０ｋＶ）を発生させるようなトランスを構成させた高圧発生部１５が封入されている。具体的に、このモールド電源部１４は、下側に位置して直方体形状をなすブロック状の電源本体部１４ａと、この電源本体部１４ａから上方に向けて固定部３内に突出する円柱状のネック部１４ｂとからなる。この高圧発生部１５は、重い部品であるから電源本体部１４ａ内に封入され、装置１全体の重量バランスから、できるだけ下側に配置させることが好ましい。
【００２６】
また、ネック部１４ｂの先端部には、電子通路８を挟むように、ターゲット１０に対峙させるよう配置させた電子銃１６（カソード端子部ＣＴ）が装着されている。この電子銃１６は、図３に示すように、ネック部１４ｂに装着させるグリッドベース１７を有し、このグリッドベース１７は、ネック部１４ｂの先端面に埋め込まれたグリッド用端子１８に対してネジ部１９を介して固定されている。
【００２７】
また、ネック部１４ｂには、その先端面にフィラメント用端子２０が埋め込まれている。この端子２０には、ヒータソケット２１がねじ込まれており、このヒータソケット２１の先端にカソード端子部ＣＴが着脱自在に取り付けられている。
【００２８】
カソードユニットＣＵは、図３及び図４に示すように、カソード端子部ＣＴと、ホルダ部材２７とを備えている。カソード端子部ＣＴは、図４〜図６に示すように、フィラメントＦと、フィラメント支持ピン２２と、ベース部材２３と、側壁部材２４と、アパーチャ部材２５とを含んでいる。
【００２９】
フィラメントＦは、電子放出効率の良い材料（たとえば、ＴｈＷ線等）からなり、中央部をＶ字状又はＵ字状に曲げたヘアピン形状を呈している。フィラメントＦにおけるＶ字状又はＵ字状に曲げられた中央部が、電子を放出する電子放出部として機能する。なお、フィラメントＦは、図７に示すように、電子放出部として、円錐形状を呈し、６ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）からなる尖頭部Ｐを含んでいてもよい。
【００３０】
フィラメント支持ピン２２は、導電性の材料（たとえば、コバール（フェルニコ）等）からなる。フィラメント支持ピン２２の先端部分にはフィラメントＦの端部が固着されており、フィラメントＦとフィラメント支持ピン２２とが電気的に接続されている。フィラメント支持ピン２２は、ヒータソケット２１に対して取り外し可能に差し込まれる。
【００３１】
ベース部材２３は、絶縁性材料（たとえば、セラミックス等）からなり、フィラメント支持ピン２２が固定されている。このベース部材２３には、フィラメント支持ピン２２が固定された位置と側壁部材２４が当接する位置との間に溝２３ａが形成されている。
【００３２】
側壁部材２４は、略筒形状を呈した導電性の材料（たとえば、ステンレス鋼）からなり、フィラメントＦの電子放出方向側に開口２４ａを有している。側壁部材２４は、フィラメントＦの周囲を取り囲むようベース部材２３に設けられており、フィラメントＦは側壁部材２４の内側に位置している。ベース部材２３と側壁部材２４とは、ビスＳｃ１により固定されている。また、側壁部材２４は、貫通孔２４ｂを有している。
【００３３】
アパーチャ部材２５は、薄板状の導電性の材料（たとえば、ステンレス鋼）からなり、開口２４ａを被うよう側壁部材２４に設けられている。アパーチャ部材２５は、フィラメントＦの電子放出方向前方に開口２５ａを有している。本実施形態においては、アパーチャ部材２５の厚さは０．１〜０．２５ｍｍ程度に設定されており、開口２５ａの直径は１．０〜１．５ｍｍ程度に設定されている。
【００３４】
アパーチャ部材２５は、図８に示すように、側壁部材２４に一箇所（図中「＊」を付した位置）にて溶接固定されている。なお、アパーチャ部材２５は、図９又は図１０に示すように、側壁部材２４に複数箇所（図中「＊」を付した位置）にて溶接固定されてもよい。図９においては、アパーチャ部材２５は二箇所にて溶接固定されており、図１０においては、アパーチャ部材２５は三箇所にて溶接固定されている。
【００３５】
また、側壁部材２４の外側形状は、図４〜図６に示す二段形状に限られるものではなく、図１１〜図１３に示すように、一段形状であってもよい。この場合、図１１に示すように、側壁部材２４には開口２４ａの側方に突部２４ｃを設け、アパーチャ部材２５には突部２４ｃに対応する位置に孔２５ｂを設けて、突部２４ｃと孔２５ｂとが係合するようアパーチャ部材２５を側壁部材２４に嵌め込むようにしてもよい。また、アパーチャ部材２５は、図１２及び図１３に示すように、側壁部材２４に一箇所もしくは複数箇所（図中「＊」を付した位置）にて溶接固定されてもよい。また、側壁部材２４の内側形状は、図１３の破線で示すように、開口２４ａ側の部分が、開口２４ａに向けてその径を縮小したテーパ形状としてもよい。
【００３６】
アパーチャ部材２５が設けられた側壁部材２４をビスＳｃ１によりベース部材２３に固定した状態において、フィラメントＦの先端部（電子放射部として機能する中央部）がアパーチャ部材２５の開口２５ａの中心に位置するようになっている。また、側壁部材２４をベース部材２３に固定した状態におけるアパーチャ部材２５の表面からフィラメントＦの先端部（電子放射部として機能する中央部）までの距離は、アパーチャ部材２５の厚さよりも大きい値（たとえば、０．３ｍｍ程度）に設定されている。このため、フィラメントＦの先端部がアパーチャ部材２５の開口２５ａ内部に位置することはない。
【００３７】
カソード端子部ＣＴは、図３及び図４に示すように、ホルダ部材２７によって蓋がなされるように被せられ、押えリング２８をホルダ部材２７の内側に締め込むことにより、ホルダ部材２７に固定されることになる。カソード端子部ＣＴが固定されたホルダ部材２７は、グリッド固定リング２９を被せて、このグリッド固定リング２９をグリッドベース１７にねじ込むことにより、グリッドベース１７に固定されることになる。このようにして、カソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）は、必要に応じて交換できる構成となる。
【００３８】
ホルダ部材２７は、導電性の材料（たとえば、ステンレス鋼）からなり、側壁部材２４を位置決め挿入可能な形状に内面が形成されている。本実施形態においては、ホルダ部材２７の外側からビスＳｃ２をねじ込んでビスＳｃ２の端部をホルダ部材２７の内面から突出させることにより、ホルダ部材２７の内面を側壁部材２４を位置決め挿入可能な形状としている。ベース部材２３の外周部には、ホルダ部材２７の内面から突出したビスＳｃ２の端部と係合可能なガイド溝２３ｂが設けられており、カソード端子部ＣＴをホルダ部材２７に挿入してカソードユニットＣＵを構成する際に、ビスＳｃ２の端部とガイド溝２３ｂとが係合することにより、ホルダ部材２７と側壁部材２４（カソード端子部ＣＴ）との位置決めがなされることになる。側壁部材２４には、カソード端子部ＣＴに被せる際にビスＳｃ２の端部と側壁部材２４とが干渉しないように、ガイド溝２３ｂに対応する位置にガイド溝２４ｄが設けられている。
【００３９】
ホルダ部材２７は、アパーチャ部材２５の開口２５ａに対応する位置に開口２７ａを有している。ホルダ部材２７の開口２７ａの直径は、６ｍｍ程度に設定されており、アパーチャ部材の直径（１２ｍｍ程度）よりも小さく、開口２５ａの直径よりも大きい値に設定されている。これにより、アパーチャ部材２５は、側壁部材２４（カソード端子部ＣＴ）をホルダ部材２７に挿入しホルダ部材２７（開口２７ａの縁部）と側壁部材２４とで挟み込むことにより固定されることになる。また、ホルダ部材２７は、貫通穴２７ｂを有している。
【００４０】
このような構成の電子銃１６は、グリッド用端子１８に電気的に接続させたグリッドベース１７とグリッド固定リング２９とホルダ部材２７とによってグリッド電極（集束電極）部３０が構成される。これに対して、ヒータソケット２１を介してフィラメント用端子２０に電気的に接続させたカソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）がカソード電極部を構成する。
【００４１】
図２に示すように、モールド電源部１４の電源本体部１４ａ内には、高圧発生部１５に電気的に接続させた電子放出制御部３１が封入され、この電子放出制御部３１によって、電子の放出のタイミングや管電流などを制御している。そして、この電子放出制御部３１が、グリッド用端子１８及びフィラメント用端子２０に対し、グリッド接続配線３２（第１接続配線）及びフィラメント接続配線３３（第２接続配線）を介してそれぞれ接続され、各接続配線３２，３３は、供に高電圧に印加されるゆえにネック部１４ｂ内に封入される。
【００４２】
すなわち、高圧発生部１５はもとより、グリッド電極部３０に給電するグリッド接続配線３２及びカソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）に給電するフィラメント接続配線３３は、高電圧化することになる。具体的には、ターゲット１０がアースされる場合、最大−１６０ｋＶを高圧発生部１５で作り出すことができる。このとき、高圧（−１６０ｋＶ）にフローティングされた状態でグリッド接続配線３２には、−数百Ｖが印加され、フィラメント接続配線３３には、−２〜３Ｖが印加される。
【００４３】
従って、高電圧化するこのような各給電部品を電気絶縁性の樹脂モールド内に閉じ込めることにより、高圧発生部１５の構成の自由度や配線３２，３３の曲げ自由度を格段に向上させることができ、これによって、モールド電源部１４の小型化を促進させることができ、結果的に装置自体の小型化が図られ、装置１の取り扱い性が格段に向上することになる。
【００４４】
更に、図１〜図３に示すように、電源本体部１４ａには、ネック部１４ｂの付け根部分を環状に包囲する溝３４が設けられている。この溝３４によって、グリッドベース１７とケース４０との沿面距離が増大され、モールド電源部１４の表面で引き起こされる沿面放電を有効に回避させることができる。また、電源本体部１４ａから筒状部２内に向けて延びるネック部１４ｂによって、モールド電源部１４との沿面距離を増大させることができ、モールド電源部１４が真空状態において、モールド電源部１４の表面で引き起こされる沿面放電を適切に防止することができる。
【００４５】
ここで、図２及び図１４に示すように、電源本体部１４ａは、金属製のケース４０内に収容され、電源本体部１４ａとケース４０との間に隙間Ｓを設け、この隙間Ｓ内に高電圧制御部４１を配置させる。このケース４０には、外部電源に接続させるための電源用端子４３が固定され、高電圧制御部４１はこの電源用端子４３に接続されると共に、モールド電源部１４内の高圧発生部１５及び電子放出制御部３１に対してそれぞれ配線４４，４５を介して接続されている。また、外部からの制御信号に基づき、高電圧制御部４１によって、トランスを構成する高圧発生部１５で発生させ得る電圧を、高電圧（例えば１６０ｋＶ）から低電圧（０Ｖ）までコントロールしている。更に、電子放出制御部３１により、電子の放出のタイミングや管電流などをコントロールする。このように、モールド電源部１４の直近に高電圧制御部４１を配置させ、ケース４０内に高電圧制御部４１を格納することで、装置１の取り扱い性が格段に向上する。
【００４６】
このような高電圧制御部４１には様々な電子部品が実装されている。従って、各部品の動作特性を安定させるにあたって冷却させることが肝要である。そこで、ケース４０には冷却ファン４６が取り付けられ、この冷却ファン４６によって、隙間Ｓ内で空気が流動する結果、高電圧制御部４１が強制的に冷却されることになる。
【００４７】
更に、図１５に示すように、この隙間Ｓは、電源本体部１４ａの外周を包囲するように、ケース４０の内周面４０ａと電源本体部１４ａの外壁面１４ａＡとで形成されている。そして、ケース４０の側面には左右一対の吸気口４７が設けられている。従って、この吸気口４７と冷却ファン４６との協働により、高電圧制御部４１が冷却されるのみならず、モールド電源部１４の表面も冷却することが可能となる。これにより、モールド電源部１４内にモールドされている様々な部品の動作特性を安定させることができ、モールド電源部１４の延命化が図られている。なお、符号４７を排気口とし、冷却ファン４６で空気を導入させるようにしてもよい。
【００４８】
このＸ線発生装置１において、図１６に示すように、ケース４０には、ターミナル部４８が固定されている。このターミナル部４８には、外部電源に接続させるコントローラ４９を、着脱自在な配線６０，６２を介して連結させるための電源用端子４３が設けられている。なお、一方の端子４３は高電圧制御部４１に接続され、他方の端子４３はコイル用端子５６に接続されている。このような端子４３を利用することで、Ｘ線発生装置１への適切な給電が行われる。更に、ターミナル部４８にはコイル用端子５６が設けられ、この端子５６には着脱自在な２本のコイル制御配線５０，５１がそれぞれ接続され、各コイル制御配線５０，５１は各コイル部６，７にそれぞれ接続される。これによって、各コイル部６，７への個別的な給電制御を行っている。
【００４９】
従って、コントローラ４９の制御に基づき、一方の端子４３を介して、ケース４０内の高電圧制御部４１から、モールド電源部１４の高圧発生部１５及び電子放出制御部３１に電力及び制御信号がそれぞれ供給される。それと同時に、他方の端子４３に接続させた配線５０，５１を介してコイル部６，７にも給電される。その結果、カソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）から適切な加速度をもって電子が出射され、制御させたコイル部６，７で電子を適切に収束させ、ターゲット１０に電子が衝突することで、Ｘ線が外部に照射されることになる。
【００５０】
また、カソード端子部ＣＴ（フィラメントＦ）やターゲット１０の交換時に利用されるポンプコントローラ５２は、配線５３，５４を介してターボポンプ１２及び排気ポンプ５５をそれぞれ制御している。更に、ターボポンプ１２と排気ポンプ５５とを配管６１を介して接続させる。このような２段ポンプの構成によって、筒状部２内で高い真空度を達成させることができる。
【００５１】
また、ターミナル部４８のポンプ用端子５７には、着脱自在な配線５８を介してターボポンプ１２からの真空度測定信号が送り込まれる。これに対し、他方のポンプ用端子５７は、着脱自在な配線５９を介してコントローラ４９に接続される。よって、筒状部２内の真空度が、配線５８，５９を介してコントローラ４９で適切に管理されることになる。
【００５２】
以上のことから、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）では、フィラメントＦの電子放出方向前方に開口２５ａを有するアパーチャ部材２５が薄板状の部材からなるので、フィラメントＦが適切な電位を受けて効率よく電子を放出するように、アパーチャ部材２５の表面からフィラメントＦの先端部までの距離を所望の長さに設定した場合においても、フィラメントＦの先端部（電子放出部）がアパーチャ部材２５の開口２５ａ内部に位置することはない。これにより、フィラメントＦ（電子放出部）のセンタリングのためにフィラメントＦ側を移動させる際に、フィラメントＦの電子放出部がアパーチャ部材２５の開口２５ａ内壁に接触することはなく、フィラメントＦの電子放出部が損傷、脱落するのを防ぐことができる。また、フィラメントＦの電子放出部とアパーチャ部材２５の開口２５ａ内壁とが電子放出方向に見て離れているため、不安定な放電が発生することはなく、フィラメントＦの電子放出部が損傷するようなことはない。
【００５３】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）においては、側壁部材２４がアパーチャ部材２５とは別体にて構成されていることから、側壁部材２４をフィラメントＦにて発生する熱を考慮して設計、製作することが可能となり、側壁部材２４の熱変形を抑制することができる。このように、側壁部材２４の熱変形を抑制することにより、アパーチャ部材２５（開口２５ａ）とフィラメントＦの電子放射部との位置が変化するのが防止され、フィラメントＦの電子放出部が受ける電位を適正に保つことができる。
【００５４】
これらの結果、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）によれば、フィラメントＦの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することができる。また、フィラメントＦを位置精度よく交換できる。
【００５５】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵにおいては、ホルダ部材２７を更に備え、アパーチャ部材２５は、側壁部材２４（カソード端子部ＣＴ）をホルダ部材２７に挿入しホルダ部材２７と側壁部材２４とで挟み込むことにより固定されており、ホルダ部材２７には、アパーチャ部材２５の開口２５ａに対応する位置に開口２７ａを有している。これにより、アパーチャ部材２５が、ホルダ部材２７に位置決めされた側壁部材２４とホルダ部材２７とで挟み込むことにより固定されるので、アパーチャ部材２５と側壁部材２４との溶接が外れたとしても、アパーチャ部材２５が移動することはなく、アパーチャ部材２５（開口２５ａ）の位置がフィラメントＦの電子放射部に対してずれることはない。また、アパーチャ部材２５がホルダ部材２７と側壁部材２４とにより挟み込まれるので、アパーチャ部材２５自体の熱変形による歪みの発生が抑制されることになる。これらの結果、アパーチャ部材２５とフィラメントＦの電子放射部との位置関係を確実に保つことができる。
【００５６】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）において、アパーチャ部材２５は、側壁部材２４に複数箇所にて溶接固定されている。これにより、アパーチャ部材２５自体の熱変形を吸収することが可能となり、アパーチャ部材２５の歪みを少なくすることができる。この結果、アパーチャ部材２５とフィラメントＦの電子放射部との位置関係を確実に保つことができる。
【００５７】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）において、アパーチャ部材２５は、側壁部材２４に一箇所にて溶接固定されている。これにより、アパーチャ部材２５自体の熱変形を効率よく吸収することが可能となり、アパーチャ部材２５の歪みを極めて少なくすることができる。この結果、アパーチャ部材２５とフィラメントＦの電子放射部との位置関係をより一層確実に保つことができる。
【００５８】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）において、側壁部材２４は、貫通孔２４ｂを有している。これにより、ベース部材２３、側壁部材２４等から放出される吸蔵ガスを側壁部材２４にて囲まれる空間（フィラメントＦが位置する空間）から貫通孔２４ｂを介して側壁部材２４の外部に導くことができる。なお、貫通孔２４ｂを介して側壁部材２４の外部に導かれた吸蔵ガスは、ターボポンプ１２及び排気ポンプ５５にて吸引されて、開放型Ｘ線発生装置１外部に排出される。
【００５９】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）において、フィラメントＦの電子放出部は、円錐形状を呈し、６ホウ化ランタンからなる尖頭部Ｐを含んでいる。これにより、放出電子の焦点径を小さくして、単位面積当りの電子密度を高めることができる。
【００６０】
また、本実施形態のカソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）においてはベース部材２３に、フィラメント支持ピン２２が固定された位置と側壁部材２４が当接する位置との間に溝２３ａが形成されている。これにより、フィラメントＦの電子放出部からのスパッタ物が付着して、側壁部材２４とフィラメント支持ピン２２とが導通状態となるのを防ぐことができる。
【００６１】
一方、本実施形態の開放型Ｘ線発生装置１においては、カソードユニットＣＵ（カソード端子部ＣＴ）を備えているので、上述したようにフィラメントＦの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することができ、動作の安定した開放型Ｘ線発生装置を実現できる。
【００６２】
次に、前述した開放型Ｘ線発生装置１が利用される一例として、非破壊検査装置７０について説明する。
【００６３】
図１７に示すように、この非破壊検査装置７０は、回路基板（検査対象物）７１に実装させた電子部品のリード等の接合箇所の良否検査に利用されるものである。Ｘ線発生装置１は、ターゲット１０を上にして、重量のあるモールド電源部１４を下にした状態で、非破壊検査装置７０の下部に据え付け固定される。このような据え付けは、Ｘ線発生装置１の重量バランスを考慮した配置であり、転倒しにくいＸ線発生装置１の安定した設置を可能にする。従って、Ｘ線発生装置１の重心位置が下方にある結果、カソード端子部ＣＴを交換するにあたって、着脱部４を、ヒンジ部５を介して横に倒れるように回動させた場合でも、Ｘ線発生装置１を安定した状態に保つことが容易となる（図１参照）。
【００６４】
また、このＸ線発生装置１は、前述した構成から分るように、太くて曲げ自由度の極めて少ない高圧ケーブルを必要としない。その結果、Ｘ線発生装置１を宙づり状態で非破壊検査装置７０に設置させることを必要とせず、ベース板７３に載せるような設置を可能にし、その設置の自由度が極めて高いといえる。
【００６５】
更に、Ｘ線発生装置１は、ゴム材等からなる振動吸収板７２を介して、非破壊検査装置７０のベース板７３に固定される。この振動吸収板７２の採用により、Ｘ線発生装置１をマイクロフォーカスＸ線源として適切に利用することが可能となる。
【００６６】
具体的には、図１に示すように、モールド電源部１４における電源本体部１４ａの下面には雌ネジ７４がモールド成形時に一体に埋め込まれる。そして、この雌ネジ７４と雄ネジ７５との協働により、ケース４０の底面に振動吸収板７２を固定させる。また、この振動吸収板７２は、据え付けネジ７６によって非破壊検査装置７０のベース板７３に固定される。このように、高圧ケーブルの無いＸ線発生装置１は、ネジのような簡単な締結手段のみで据え付けることができ、作業性の向上に大きく寄与するものである。
【００６７】
このように据え付けられたＸ線発生装置１を有する非破壊検査装置７０では、図１７に示すように、ターゲット１０に対峙するような真上にＸ線カメラ８０が設置され、回路基板７１を透過したＸ線はＸ線カメラ８０で撮像される。また、回路基板７１は、駆動回路８１で制御されたマニュプレータ８２によって適切な角度をもって傾けられる。
【００６８】
したがって、回路基板７１を適切にスイングさせることで、電子部品のリード部分の接合状態を立体的に観察することが可能となる。また、Ｘ線カメラ８０で捕らえられた像は、画像処理装置８３に送られてモニター８４によって画面に写し出されることになる。なお、コントローラ４９、駆動回路８１、画像処理装置８３及びモニター８４は、入出力可能なパーソナルコンピュータ８５によって管理されている。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明のカソードユニットによれば、フィラメントの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することが可能なカソードユニットを提供することができる。
【００７０】
また、本発明の開放型Ｘ線発生装置によれば、フィラメントの電子放出部から電子を効率よく継続して放出することが可能となり、動作の安定した開放型Ｘ線発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る開放型Ｘ線発生装置を示す部分断面図である。
【図２】図１に示した開放型Ｘ線発生装置のモールド電源部を示す断面図である。
【図３】図１に示した開放型Ｘ線発生装置の電子銃を示す部分断面図である。
【図４】図１に示した開放型Ｘ線発生装置の電子銃を示す断面図である。
【図５】図４に示した電子銃のカソードユニットを示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った部分断面図である。
【図７】図６に示したカソードユニットのフィラメントの変形例を示す要部側面図である。
【図８】図５に示した電子銃のカソードユニットを示す斜視図である。
【図９】図５に示した電子銃のカソードユニットの変形例を示す斜視図である。
【図１０】図５に示した電子銃のカソードユニットの変形例を示す斜視図である。
【図１１】図５に示した電子銃のカソードユニットの変形例を示す分解斜視図である。
【図１２】図５に示した電子銃のカソードユニットの変形例を示す斜視図である。
【図１３】図５に示した電子銃のカソードユニットの変形例を示す斜視図である。
【図１４】図２に示したモールド電源部の外観を示す側面図である。
【図１５】図４に示したモールド電源部のケースの断面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る開放型Ｘ線発生装置の駆動制御部分を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る開放型Ｘ線発生装置を適用させた非破壊検査装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…開放型Ｘ線発生装置、２…筒状部、６，７…コイル部、８…電子通路、１０…ターゲット、１４…モールド電源部、１５…高圧発生部、１６…電子銃、１７…グリッドベース、１８…グリッド用端子、２０…フィラメント用端子、２１…ヒータソケット、２２…フィラメント支持ピン、２３…ベース部材、２３ａ…溝、２３ｂ…ガイド溝、２４…側壁部材、２４ａ…開口、２４ｂ…貫通孔、２５…アパーチャ部材、２５ａ…開口、２７…ホルダ部材、２７ａ…開口、２８…押えリング、２９…グリッド固定リング、３１…電子放出制御部、３２…グリッド接続配線（第１接続配線）、３３…フィラメント接続配線（第２接続配線）、７０…非破壊検査装置、ＣＵ…カソードユニット、ＣＴ…カソード端子部、Ｆ…フィラメント、Ｐ…尖頭部。

Claims

電子放出部を有するフィラメントと、
前記フィラメントが電気的に接続されるフィラメント支持ピンと、
絶縁性材料からなり、前記フィラメント支持ピンが固定されるベース部材と、
前記フィラメントの周囲を取り囲むよう前記ベース部材の上面に固定され、前記フィラメントの電子放出方向側に開口を有する側壁部材と、
前記開口を被うよう前記側壁部材の前記開口側の端面に固定され、前記フィラメントの前記電子放出方向前方に開口を有する薄板状のアパーチャ部材と、
一体化された前記ベース部材と前記側壁部材と前記アパーチャ部材とに被せられるホルダ部材と、を備えていることを特徴とするカソードユニット。
前記ホルダ部材は、前記側壁部材を位置決め挿入可能な形状に内面が形成され、
前記アパーチャ部材は、前記側壁部材を前記ホルダ部材に挿入し前記ホルダ部材と前記側壁部材とで挟み込むことにより固定されており、
前記ホルダ部材には、前記アパーチャ部材の前記開口に対応する位置に開口を有していることを特徴とする請求項１に記載のカソードユニット。
前記ホルダ部材の内側に締め込まれて、前記ホルダ部材に固定される押えリングを更に備え、
前記一体化された前記ベース部材と前記側壁部材と前記アパーチャ部材とは、前記押えリングが前記ホルダ部材の内側に締め込まれることにより、前記押えリングと前記ホルダ部材とに挟まれて、固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカソードユニット。
前記アパーチャ部材は、前記側壁部材に複数箇所にて溶接固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカソードユニット。
前記アパーチャ部材は、前記側壁部材に一箇所にて溶接固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカソードユニット。
前記側壁部材は、貫通孔を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のカソードユニット。
前記電子放出部は、円錐形状を呈し、６ホウ化ランタンからなる尖頭部を含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のカソードユニット。
前記ベース部材には、前記フィラメント支持ピンが固定された位置と前記側壁部材が当接する位置との間に溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のカソードユニット。
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のカソードユニットと、
内部にコイル部を有すると共に、前記コイル部によって包囲された電子通路を有し、ポンプによって真空引きされる筒状部と、
前記筒状部の先端側に設けられ、前記電子通路の先端側に位置するターゲットと、
前記筒状部の基端側に固定されると共に、高圧発生部と、前記高圧発生部と前記アパーチャ部材とを電気的に接続させるための第１接続配線と、前記高圧発生部と前記フィラメント支持ピンとを電気的に接続させるための第２接続配線とを樹脂モールド内に封入したモールド電源部と、を備えており、
前記カソードユニットは、前記電子通路を挟んで前記ターゲットに対峙するように前記モールド電源部に装着されていることを特徴とする開放型Ｘ線発生装置。