JP4886760B2 - X-ray equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ターゲットに電子ビームを照射してX線を発生させるX線装置に関する。 The present invention relates to an X-ray apparatus that generates X-rays by irradiating a target with an electron beam.
従来、この種のX線を発生させるX線装置としては、マイクロフォーカスX線発生装置に用いる透過型マイクロフォーカスX線発生管球がある。 Conventionally, as an X-ray apparatus that generates this type of X-ray, there is a transmission type microfocus X-ray generation tube used for the microfocus X-ray generation apparatus.
そして、反射型マイクロフォーカスX線発生管球の場合には、大半で寿命の問題は存在しなかった。一方、透過型マイクロフォーカスX線管発生管球は、小型で検査物とX線源を接近して配設できるため、拡大倍率を大きくでき、超精密なX線透過検査ができる。ところが、透過型マイクロフォーカスX線発生管球の場合には、ターゲットに電子ビームを照射してX線を発生させているが、ターゲットの微小面積に大きな電力の電子ビームを照射し、この電子ビームのエネルギのほとんどが熱となるため、ターゲットが劣化してターゲットに寿命の問題がある。そこで、透過型マイクロフォーカスX線発生装置では開放型としてターゲットを定期的に交換する必要があり、構造は複雑になり大型で高価なものである。また、このような構造を取る必要があるため、X線源となるターゲットから測定物までの距離を接近させることが困難で、X線検査の拡大率の性能には限界がある。 In the case of the reflective microfocus X-ray generation tube, there is no problem of the lifetime in most cases. On the other hand, the transmission-type microfocus X-ray tube generating tube is small and can be disposed close to the inspection object and the X-ray source. Therefore, the magnification can be increased and an ultra-precise X-ray transmission inspection can be performed. However, in the case of a transmission type microfocus X-ray generation tube, an X-ray is generated by irradiating a target with an electron beam. Since most of the energy becomes heat, the target deteriorates, and the target has a problem of life. Therefore, in the transmission type microfocus X-ray generator, it is necessary to periodically replace the target as an open type, and the structure becomes complicated and large and expensive. In addition, since it is necessary to adopt such a structure, it is difficult to make the distance from the target as the X-ray source to the measurement object, and the performance of the magnification rate of the X-ray inspection is limited.
近年、小型で構成の簡単な封止切りの透過型マイクロフォーカスX線発生管球が開発されているが、ターゲットの熱的な劣化のために寿命が短くなり、焦点サイズが5μmのもので2W程度の入力がターゲットの限界である。 In recent years, a transparent microfocus X-ray generation tube having a small size and a simple structure has been developed. However, the lifetime is shortened due to thermal degradation of the target, and the focus size is 5 μm and 2 W. The degree of input is the target limit.
そこで、たとえばターゲットの寿命を延ばす構造として、真空容器内に電子ビームを照射する陰極およびこの陰極からの電子ビームを照射してX線を発生するターゲットを配設し、このターゲットを電子ビームの軸方向に対して直交する方向に移動可能に配設し、このターゲットを真空容器の外部の磁石により移動させ、電子ビームが照射されるターゲットの位置を異ならせ、ターゲットの電子ビームが照射されるある位置が寿命になった場合に、磁石によりターゲットを移動させて初期の性能を回復するものが知られている(たとえば特許文献1参照)。
しかしながら、上述のように真空容器内のターゲットを移動させる場合、ターゲット自体を移動可能にするとともに、ターゲットを移動させるための磁石を配設するなど構造が複雑になる問題を有している。 However, when the target in the vacuum vessel is moved as described above, there is a problem that the structure itself becomes complicated, such as making the target itself movable and arranging a magnet for moving the target.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、簡単な構成で長寿命化を図ったX線装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an X-ray apparatus that has a simple configuration and has a long life.
本発明は、真空容器と、この真空容器内に配置され、電子ビームを照射する陰極と、前記真空容器内に配置され、前記陰極に対して正の電圧が印加され、前記電子ビームが照射されてX線を発生するターゲットと、前記真空容器内の前記ターゲットと陰極との間に配置され、前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の負の電圧が印加された静電型の第1集束電極と、この第1集束電極と前記ターゲットとの間に配置され、前記第1集束電極に印加された電圧の値よりも大きく前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の正の電圧が印加された静電型の第2集束電極と、この第2集束電極と前記ターゲットとの間に、前記第1集束電極と前記陰極との間隔および前記第1集束電極と前記第2集束電極との間隔よりも広い間隔で前記第2集束電極から離間されて配置され、前記第1集束電極に印加された電圧の値よりも大きく前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の正の電圧が印加された静電型の第3集束電極と、前記真空容器外に取り付けられた永久磁石を備え、電子ビームの軸方向に沿った中心位置が前記第3集束電極と陰極との間に位置し、ターゲットに照射される電子ビームの照射位置を前記永久磁石により移動させる磁石部とを具備したもので、電子ビームを照射してX線を発生させていた照射位置が寿命になっても、ターゲットの他の位置に磁石部の真空外囲器外に取り付けられた永久磁石により電子ビームの照射位置を移動させることができるため、照射位置をターゲットの寿命になってない位置に変えることにより初期の性能を得ることができ、長寿命化を図れるとともに、磁石部の電子ビームの軸方向に沿った中心位置が、陰極と、静電型の第1ないし第3集束電極のうち最もターゲット側に位置する第3集束電極との間に位置することで、陰極から放出される電子の初期段階で磁界によるスピンがかかることにより焦点形状の歪みやボケが最小になる。 The present invention provides a vacuum container, a cathode disposed in the vacuum container and irradiating an electron beam, and disposed in the vacuum container, a positive voltage is applied to the cathode, and the electron beam is irradiated. An electrostatic type electrode that is disposed between a target that generates X-rays and the target and the cathode in the vacuum vessel, and to which a negative voltage smaller than the voltage applied to the target is applied. A first focusing electrode, and is disposed between the first focusing electrode and the target, and has a value larger than a voltage value applied to the first focusing electrode and smaller than a voltage value applied to the target. An electrostatic type second focusing electrode to which a positive voltage is applied, a distance between the first focusing electrode and the cathode, and the first focusing electrode and the first between the second focusing electrode and the target. Wider than the distance between the two focusing electrodes Are arranged intervals by spaced apart from the second focusing electrode, wherein the positive voltage of a value smaller than the value of the voltage applied to increase the target than the value of the first focusing electrode to the applied voltage is applied An electrostatic type third focusing electrode and a permanent magnet attached to the outside of the vacuum vessel are provided, and the center position along the axial direction of the electron beam is located between the third focusing electrode and the cathode, And a magnet portion that moves the irradiation position of the irradiated electron beam by the permanent magnet, and even if the irradiation position where the X-rays are generated by irradiating the electron beam reaches the end of its life, Since the irradiation position of the electron beam can be moved by a permanent magnet attached to the position outside the vacuum envelope of the magnet part, the initial performance can be improved by changing the irradiation position to a position where the target life is not reached. Rukoto can, together attained the life of, the center position in the axial direction of the electron beam of the magnet unit is located on the most target side of the cathode and the first to third focusing electrodes of the electrostatic By being positioned between the three focusing electrodes, a spin due to a magnetic field is applied in the initial stage of electrons emitted from the cathode, thereby minimizing distortion and blurring of the focal shape.
本発明によれば、電子ビームを照射してX線を発生させていた照射位置が寿命になっても、真空容器外に位置する磁石部の永久磁石により電子ビームの照射位置をターゲットの他の位置に移動させることができるため、照射位置をターゲットの寿命になってない位置に変えることにより初期の性能を得ることができ、長寿命化を図ることができるとともに、磁石部の電子ビームの軸方向に沿った中心位置が、陰極と、静電型の第1ないし第3集束電極のうち最もターゲット側に位置する第3集束電極との間に位置することで、陰極から放出される電子の初期段階で磁界によるスピンがかかることにより焦点形状の歪みやボケを最小にできる。 According to the present invention, even when the irradiation position where the X-rays are generated by irradiating the electron beam reaches the end of its life, the irradiation position of the electron beam is changed by the permanent magnet of the magnet portion located outside the vacuum container. Since it can be moved to a position, the initial performance can be obtained by changing the irradiation position to a position where the life of the target is not reached, the life can be extended, and the axis of the electron beam of the magnet part The center position along the direction is located between the cathode and the third focusing electrode located closest to the target among the electrostatic first to third focusing electrodes, so that the electrons emitted from the cathode By applying a spin due to a magnetic field in the initial stage, distortion and blurring of the focal shape can be minimized.
以下、本発明の一実施の形態のマイクロフォーカスX線装置の透過型のマイクロフォーカスX線管球を図面を参照して説明する。 Hereinafter, a transmission type microfocus X-ray tube of a microfocus X-ray apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、1はX線装置としての真空管であるマイクロフォーカスX線発生装置の透過型のマイクロフォーカスX線発生管球で、このマイクロフォーカスX線発生管球1は、真空気密を保つ真空容器としての真空外囲器2を有し、この真空外囲器2は円筒状の筒状部3を有し、この筒状部3には真空排気用の排気管を取り付ける排気管取付部4が形成されている。なお、この排気管は真空排気後封止切りされる。
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a transmission type microfocus X-ray generation tube of a microfocus X-ray generation device which is a vacuum tube as an X-ray device. The microfocus X-ray generation tube 1 is vacuum-tight. A
また、筒状部3の基端側には、円環のフランジ状の管球取付金具5が取り付けられる。この管球取付金具5は、この管球取付金具5を固定するねじなどを挿通するねじ挿通孔6が複数形成され、この管球取付金具5の背面側には、冷却用の油がこの管球取付金具5に沿って漏出することを防止する図示しないOリングを装着する装着溝7が全周にわたって形成されている。
An annular flange-shaped
さらに、筒状部3の基端側となる管球取付金具5の背面側には、基端側が閉塞された二重筒状のガラス容器11が位置し、このガラス容器11の開放している外筒の先端には、金属性の円環状の外筒接続体12がガラス容器11に溶着されるなどして一体的に取り付けられ、この外筒接続体12が管球取付金具5に溶接されて気密に封止されている。また、ガラス容器11の内筒の内周側には内筒を閉塞する閉塞部13が形成されている。さらに、ガラス容器11の内筒の先端には、金属性の円環状の内筒接続体14がガラス容器11に溶着されるなどして一体的に取り付けられ、この内筒接続体14の先端には支持体15が接続されている。
Further, a double-
そして、この支持体15の先端には環状板の保持体16が取り付けられ、この保持体16の内部には陰極保持体17が取り付けられ、この陰極保持体17に陰極18が装着されている。この陰極18は図示しないフィラメントを内蔵し、このフィラメントを加熱して熱電子となり電子ビームを放出する。また、陰極18はフィラメント21を有し、このフィラメント21にはガラス容器11の閉塞部13を気密状態で貫通するフィラメント端子22が接続され、このフィラメント端子22からフィラメント21を介して、外部からの電力が陰極18に供給される。
An
また、保持体16には、一体的に形成された電子レンズとなる静電型の集束電極体23が取り付けられ、この集束電極体23および陰極18により微小焦点電子銃が形成されている。この集束電極体23は、保持体16に棒状の電極保持絶縁体24が取り付けられ、この電極保持絶縁体24は陰極側から、マイナス数百Vの電圧を印加する第1集束電極25、プラス数kVの電圧を印加する第2集束電極26、やや大きめの間隙を介してプラス数kVの電圧を印加する第3集束電極27が所定の寸法に従い順次配設されている。また、第1集束電極25、第2集束電極26の中心には図示しない電子ビーム挿通孔が開口形成され、第3集束電極27の中心には、第1集束電極25および第2集束電極26の電子ビーム挿通孔との延長軸上に直線的に連通する電子ビーム挿通孔28が電子ビームの照射方向に沿って直線的に配設されている。
The
一方、筒状部3の先端側には、先端に向けて径小となる蓋体31が取り付けられ、この蓋体31の先端には取付部32が形成され、この取付部32には開口33が形成され、取付部32にはターゲット保持体34が保持され、このターゲット保持体34は開口35を有し、このターゲット保持体34に窓となる透過型のターゲット36が真空外囲器2の一部として気密に取り付けられている。このターゲット36は、第1集束電極25の電子ビーム挿通孔、第2集束電極26の電子ビーム挿通孔および第3集束電極27の電子ビーム挿通孔28を介して陰極18に対向して配設されている。また、ターゲット36は、真空気密の隔壁を目的とし厚さ数百μmのX線の透過損失が少ないX線透過窓となるベリリウム薄板やAl基板等を基板とし、このベリリウム薄板等の真空側に例えば約5μmないし10μmのX線の発生性能が優れているタングステン等のX線源となる薄膜を成膜して形成されている。ベリリウム薄板等は、真空気密の隔壁の目的で、X線の透過損失が少ない材料として選ばれている。なお、タングステン薄膜厚さは、電子ビームの潜り込む深さと発生したX線の減衰量とに基づき設計されている。
On the other hand, a
さらに、図2にも示すように、真空外囲器2の外周には磁石部40が取り付けられ、この磁石部40は真空外囲器2と間隙を介して円環状の磁石保持体41がたとえば手動により回転自在に取り付けられ、磁石保持体41の径方向に沿って対向し電子ビームが通過する経路で約10ガウスないし50ガウスの強さの磁束を形成する永久磁石42,42が異なる極が対向した状態で方向性を持って配設されている。また、真空外囲器2の周囲には、掘込構造が採られて例えば18°毎に20箇所に円錐状の係止孔43が形成されている。一方、図3に示すように、磁石保持体41には90°毎に4箇所に穴溝44が径方向に沿って形成され、この穴溝44にはボール押しスプリング45が挿入され、このボール押しスプリング45の先端には穴溝44に挿入可能な大きさの位置決め用のボール46が位置している。そして、ボール押しスプリング45により磁石保持体41のボール46が真空外囲器2の中心方向に付勢されて真空外囲器2の係止孔43に係止されることにより、所定の位置に位置決めされる。なお、対向する永久磁石42の周方向の中心を結ぶ線はターゲット36の中心を通り、永久磁石42の電子ビームの軸方向に沿った位置は、中心が陰極18の先端ないし最もターゲット36側に位置する第3集束電極27の間のLの中に含まれる位置に位置する。
Further, as shown in FIG. 2, a
次に、上記実施の形態の動作について説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be described.
まず、陰極18に電圧を印加すると、フィラメントが加熱されて熱電子となり電子ビームを放出し、集束電極体23を介してターゲット36に照射される。具体的には、陰極18から放出された電子ビームは、第1集束電極25のマイナス数百Vの電圧の電子レンズで集束され、第2集束電極26および第3集束電極27のプラス数kVの電圧でさらに集束され、ターゲット36に約100kVの電圧で印加され、2μmないし5μmたとえば約5μmの直径の電子ビームとなって、ターゲット36の真空側面に結像する。
First, when a voltage is applied to the cathode 18, the filament is heated to become thermoelectrons to emit an electron beam, and the
また、磁石部40の永久磁石42により形成される磁界により、永久磁石42の位置に従い電子ビームはターゲット36の中心よりややずれた位置に結像する。
Further, due to the magnetic field formed by the
そして、このターゲット36の真空側面に結像した電子ビームは、このターゲット36のタングステン薄膜に衝突してX線となり、このX線はベリリウム薄板を透過して外部に取り出され、精密検査装置のX線源として利用される。
Then, the electron beam focused on the vacuum side surface of the
ところが、数ミクロンメータの焦点径に数Wのエネルギが入力されるためタングステン薄膜等のX線源の成膜面が高温になって劣化し、経時的に徐々にX線の発生量が低下するため、タングステン薄膜等のX線源の寿命が数百時間ないし1000時間程度で寿命となる。 However, since energy of several watts is input to a focal diameter of several micrometers, the film formation surface of an X-ray source such as a tungsten thin film becomes high temperature and deteriorates, and the amount of X-ray generation gradually decreases with time. Therefore, the lifetime of an X-ray source such as a tungsten thin film becomes a lifetime in the order of several hundred hours to 1000 hours.
そこで、タングステン薄膜等のX線源の寿命となる数百時間、たとえば300時間から800時間程度で磁石部40の磁石保持体41を真空外囲器2の中心を回転軸として18°手動あるいは機械的に回動させ、ボール46がボール押しスプリング45の付勢に抗して穴溝44内に収容され、隣合う係止孔43の位置で再びボール押しスプリング45により磁石保持体41のボール46が真空外囲器2の中心方向に付勢されて真空外囲器2の係止孔43に係止されることにより、18°移動した所定の位置に位置決めされる。そして、この磁石保持体41の回動により、永久磁石42により形成される磁界の径方向の角度が変わることにより、永久磁石42の位置に従い電子ビームはターゲット36の以前照射された位置と異なる、たとえば50μmから100μm程度ずれた位置に結像する。この電子ビームの結像位置の変更により、電子ビームはターゲット36の新しいタングステン薄膜等のX線源の位置に衝突することになり、X線はターゲット36の新しい位置で初期性能と等しいX線量を発生する。なお、この動作は、磁石保持体41の所定の停止位置に従い磁界の方向との関係も含め、全部で20通りのターゲット36の照射位置を設定できる。
Therefore, the
なお、磁石保持体41の回動により最初の位置からX線の照射位置が順次動いていくが、寿命終了までにおよそ0.3mm以下の動きであり、X線を照射した後の検査装置の受像側の調整は不要である。
Although the X-ray irradiation position sequentially moves from the initial position by the rotation of the
このようにして、規定使用時間毎に磁石保持体41を順次回転させることで、焦点サイズが数μmの封止切り透過型のマイクロフォーカスX線発生管球1として、1万時間を越える寿命を実現できた。
In this way, by rotating the
また、永久磁石42の磁力を強くすると一度の磁石保持体41の回動による移動距離は大きくなり、目的あるいは装置の大きさにあわせて移動量を設定調整できる。なお、永久磁石42で電子の焦点をずらす方式では、電子レンズとなる第1集束電極25、第2集束電極26および第3集束電極27の性能を悪化させないでターゲット36に結像させることが必要である。
In addition, when the magnetic force of the
また、永久磁石42の強さと焦点寸法の移動と焦点直径の寸法と寿命時間との関係から、永久磁石42の最適位置を設定する。なお、永久磁石42の電子ビームの軸方向に沿った位置は、第1集束電極25からターゲット36までの間にあれば、照射位置となる焦点位置を移動することは可能であるが、第3集束電極27からターゲット36までの間にあると、磁石保持体41の回動に伴なって焦点サイズが不均一になったり周辺がボケたりするなど不安定となり、性能が劣化するおそれがある。したがって、永久磁石42の電子ビームの軸方向に沿った位置は、陰極18から第3集束電極27の間にあることにより、陰極18から放出される電子の初期段階で磁界によるスピンがかかることにより焦点形状の歪みやボケを最小にできる。
Further, the optimum position of the
次に、他の実施の形態を図4を参照して説明する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
この図4に示す実施の形態は、真空外囲器2の外周に係止孔43を有さない従来のものに、真空外囲器2に断面L字状の環状の外付け金具51を嵌合させ、この外付け金具51に、図1ないし図3に示す実施の形態の係止孔43と同様に係止孔52を形成し、この外付け金具51の周囲に、磁石部40の磁石保持体41を真空外囲器2に対して回転自在に取り付け、この係止孔52に磁石保持体41のボール46を係止させるものである。
In the embodiment shown in FIG. 4, an annular
このように、マイクロフォーカスX線発生管球1自体を改造することなく外付け金具51を真空外囲器2に取り付け、この外付け金具51に磁石保持体41を取り付けることにより、従来の磁石部40を有さないマイクロフォーカスX線発生管球1も、電子ビームを移動させることができるようになり、長寿命化を図ることができるようになる。
In this way, by attaching the
1 X線装置としてのマイクロフォーカスX線発生管球
2 真空容器としての真空外囲器
18 陰極
25 第1集束電極
26 第2集束電極
27 第3集束電極
36 ターゲット
40 磁石部
42 永久磁石
1 Microfocus X-ray generator tube as an X-ray device
2 Vacuum envelope as a vacuum vessel
18 Cathode
25 First focusing electrode
26 Second focusing electrode
27 Third focusing electrode
36 targets
40 Magnet part
42 Permanent magnet
Claims (3)
この真空容器内に配置され、電子ビームを照射する陰極と、
前記真空容器内に配置され、前記陰極に対して正の電圧が印加され、前記電子ビームが照射されてX線を発生するターゲットと、
前記真空容器内の前記ターゲットと陰極との間に配置され、前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の負の電圧が印加された静電型の第1集束電極と、
この第1集束電極と前記ターゲットとの間に配置され、前記第1集束電極に印加された電圧の値よりも大きく前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の正の電圧が印加された静電型の第2集束電極と、
この第2集束電極と前記ターゲットとの間に、前記第1集束電極と前記陰極との間隔および前記第1集束電極と前記第2集束電極との間隔よりも広い間隔で前記第2集束電極から離間されて配置され、前記第1集束電極に印加された電圧の値よりも大きく前記ターゲットに印加された電圧の値よりも小さい値の正の電圧が印加された静電型の第3集束電極と、
前記真空容器外に取り付けられた永久磁石を備え、電子ビームの軸方向に沿った中心位置が前記第3集束電極と陰極との間に位置し、ターゲットに照射される電子ビームの照射位置を前記永久磁石により移動させる磁石部と
を具備したことを特徴とするX線装置。 A vacuum vessel;
A cathode disposed in the vacuum vessel and irradiating an electron beam;
A target disposed in the vacuum vessel, applied with a positive voltage to the cathode, and irradiated with the electron beam to generate X-rays;
An electrostatic first focusing electrode disposed between the target and the cathode in the vacuum vessel, to which a negative voltage smaller than the voltage applied to the target is applied;
A positive voltage which is disposed between the first focusing electrode and the target and which is larger than the voltage applied to the first focusing electrode and smaller than the voltage applied to the target is applied. An electrostatic second focusing electrode;
Between the second focusing electrode and the target, the distance from the second focusing electrode is wider than the distance between the first focusing electrode and the cathode and the distance between the first focusing electrode and the second focusing electrode. An electrostatic third focusing electrode that is spaced apart and applied with a positive voltage that is larger than the voltage applied to the first focusing electrode and smaller than the voltage applied to the target. When,
A permanent magnet attached to the outside of the vacuum vessel, the center position along the axial direction of the electron beam is located between the third focusing electrode and the cathode, and the irradiation position of the electron beam irradiated to the target is An X-ray apparatus comprising: a magnet unit that is moved by a permanent magnet.
ことを特徴とする請求項1記載のX線装置。 The X-ray apparatus according to claim 1, wherein the magnet portion is rotatable around the axial direction of the electron beam, and the irradiation position of the electron beam is changed by the rotation.
ことを特徴とする請求項2記載のX線装置。 The X-ray apparatus according to claim 2, wherein the magnet portions are disposed to face each other with the electron beam interposed therebetween.
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