JP5370967B2

JP5370967B2 - Ｘ線管

Info

Publication number: JP5370967B2
Application number: JP2009291292A
Authority: JP
Inventors: 敏文田中; 征恵今泉; 延忠青木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011134498A

Description

この発明は、Ｘ線を発生するＸ線管に関する。

一般的な微小焦点を有するＸ線管は、マイクロフォーカスＸ線管として既に製品化がなされている。微小焦点を有するＸ線管は、検査対象物の微小領域を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。微小焦点を有するＸ線管として、例えば、特許文献１によれば、電子ビームを放出するフィラメント、グリッド電極と、放出された電子ビームを加速するアノードと、電子ビームを集束する磁界レンズと、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲットと、ターゲットの下部に配置されたアパーチャと、を備え、フィラメント、グリッド電極ならびにアノードが真空容器内に収納され、フィラメント周囲ならびにフィラメントからターゲットに至る電子ビームラインの周囲が高真空状態に保持された構成が開示されている。

微小焦点を有するＸ線管では、微小な陰極から放出された電子ビームを陽極ターゲットに衝突させることによりＸ線を発生させるため、Ｘ線を安定して放出させるためには、陰極の近傍を超高真空状態にすることが要求される。しかしながら、このようなＸ線管では、陰極から放出された電子ビームを集束させ陽極ターゲットに衝突させるため、陰極から放出された電子ビームが陰極の近傍の電極に衝突することがあり、電極の表面の吸着ガスや電極に内蔵された内蔵ガスなどが放出されてしてしまうことがある。これにより、短時間で陰極の近傍を超高真空状態にすることができないことがある。

特開２００８−３０００８９号公報

この発明の目的は、短時間で所定の真空状態にすることが可能なＸ線管を提供することにある。

この発明の第１の一態様によれば、真空外囲器と、前記真空外囲器に収容されるとともに、陰極と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極を支持し且つ前記真空外囲器に固定された第１電極支持体と、少なくとも３本の柱状体と、前記第２電極を支持するとともに前記柱状体を介して前記第１電極支持体に固定された第２電極支持体と、を有し、電子を放出する電子銃と、前記真空外囲器に保持されるとともに、前記電子銃から放出された電子の衝突によってＸ線を発生する陽極ターゲットと、を備えたことを特徴とするＸ線管が提供される。

この発明の第２の一態様によれば、真空外囲器と、前記真空外囲器に収容されるとともに、陰極と、引出電極と、加速電極と、アパーチャ電極と、前記加速電極を支持し且つ前記真空外囲器に固定された第１支持部と、少なくとも３本の第１柱状体と、前記引出電極を支持するとともに前記第１柱状体を介して前記第１支持部に固定された第２支持部と、少なくとも３本の第２柱状体と、前記アパーチャ電極を支持するとともに前記第２柱状体を介して前記第１支持部に固定された第３支持部と、を有する電子銃と、前記真空外囲器に保持されとともに、前記アパーチャ電極と対向するように配置された陽極ターゲットと、を備えたことを特徴とするＸ線管が提供される。

この発明によれば、短時間で所定の真空状態にすることが可能なＸ線管を提供することができる。

図１は、この発明の一実施の形態に係るＸ線管の構成を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示したＸ線管の電子銃の構成を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すように、Ｘ線管１は、電子銃１０と、陽極ターゲット２０と、真空外囲器３０と、を有している。

電子銃１０は、陰極１１と、抑制電極１２と、引出電極１３と、加速電極１４と、集束電極１５と、アパーチャ電極１６と、第１支持部４１と、第２支持部４２と、第３支持部４３と、を有している。

陰極１１は、熱電界放出型電子源である。陰極１１には、端子部１７が接続されている。陰極１１は、端子部１７を介して電圧が供給されることによって、電子ビームを放出する。

抑制電極１２は、電圧が供給されることによって、陰極１１から放出された電子ビームの放出方向を一定方向に制御する。

引出電極１３は、陰極１１の先端と同軸的に形成された穴部１３Ｈを有している。引出電極１３は、陰極１１と対向するように配置されている。引出電極１３は、第２支持部４２に支持されている。引出電極１３は、電圧が供給されることにより、陰極１１から放出された電子ビームを引き出す。

加速電極１４は、陰極１１の先端と同軸的に形成された穴部１４Ｈを有している。加速電極１４は、引出電極１３と対向するように配置されている。つまり、引出電極１３は、陰極１１と加速電極１４との間に配置されている。加速電極１４は、第１支持部４１に支持されている。加速電極１４は、電圧が供給されることにより、引出電極１３の穴部１３Ｈを通過した電子ビームを加速させる。

集束電極１５は、陰極１１の先端と同軸的に形成された円筒部１５Ｈを有している。集束電極１５は、加速電極１４と対向するように配置されている。集束電極１５は、電圧が供給されることにより、加速電極１４の穴部１４Ｈを通過した電子ビームを集束させる。

アパーチャ電極１６は、陰極１１の先端と同軸的に形成された穴部１６Ｈを有している。アパーチャ電極１６は、集束電極１５と対向するように配置されている。つまり、集束電極１５は、加速電極１４とアパーチャ電極１６との間に配置されている。アパーチャ電極１６は、第３支持部４３に支持されている。アパーチャ電極１６は、電圧が供給されることにより、集束電極１５の円筒部１５Ｈを通過した不要な電子ビームを阻止する。

なお、引出電極１３、加速電極１４、集束電極１５、アパーチャ電極１６などの中心軸が陰極１１の中心軸から１０μｍ以内に納まるように組み立てられている。

陽極ターゲット２０は、真空外囲器３０に保持されている。この陽極ターゲット２０は、電子銃１０のアパーチャ電極１６と対向するように配置されている。つまり、アパーチャ電極１６は、陽極ターゲット２０と加速電極１４との間に配置されている。陽極ターゲット２０は、電子銃１０から放出された電子が衝突する微小焦点（電子衝突面）を有し、電子の衝突によってＸ線を発生する。

このような構成の電子銃１０は、真空外囲器３０の内部に収容されている。真空外囲器３０の内部には、ゲッタ１８が収容されており、ゲッタ１８によって真空状態に保持されている。なお、真空状態を保持する手段として、ゲッタ１８に限らず、イオンポンプなどの真空ポンプを用いてもよい。

真空外囲器３０は、陰極１１の先端と同軸的に形成されたＸ線透過窓部Ｗを有している。Ｘ線透過窓部Ｗは、例えば、ベリリウムによって形成された薄板の窓である。真空外囲器３０には、Ｘ線透過窓部Ｗと対向するように陽極ターゲット２０の一部が固定されている。

真空外囲器３０は、電子銃１０と陽極ターゲット２０とが対向するように、電子銃１０と陽極ターゲット２０とを支持している。以下に、電子銃１０の支持構造について説明する。

第１支持部４１は、真空外囲器３０に固定されている。これにより、電子銃１０は、真空外囲器３０の内部に固定されている。より詳細には、抑制電極１２と第２支持部４２とは、第１絶縁筒５１を介して接続されている。第１絶縁筒５１は、抑制電極１２と第２支持部４２との間に配置されている。抑制電極１２と第１絶縁筒５１との間、及び、第２支持部４２と第１絶縁筒５１との間は、それぞれ封着金属５５を介して接続されている。この第１絶縁筒５１は、陰極１１及び抑制電極１２と、引出電極１３とを電気的に絶縁している。第１絶縁筒５１は、例えば、セラミックによって形成されている。

また、第１支持部４１と第２支持部４２とは、第２絶縁筒５２及び第１柱状体６１を介して接続されている。第２絶縁筒５２は、第１支持部４１と第２支持部４２との間に配置されている。第２支持部４２は、接着金属５５を介して第２絶縁筒５２と接続されている。第２絶縁筒５２は、引出電極１３と加速電極１４とを電気的に絶縁している。第２絶縁筒５２は、例えば、セラミックによって形成されている。

また、第１柱状体６１は、第１支持部４１と、第２支持部４２との間に配置されている。第１柱状体６１は、第２絶縁筒５２と第１支持部４１との間にロウ付けされ固定されている。第１柱状体６１は、例えば、金属材料によって形成されている。このような第２絶縁筒５２及び第１柱状体６１は、引出電極１３と加速電極１４との間の距離を保っている。

また、第１支持部４１と第３支持部４３とは、第２柱状体６２を介して接続されている。第２柱状体６２は、第１支持部４１と第３支持部４３との間に配置されている。第２柱状体６２は、第１支持部４１と第３支持部４３との間にロウ付けされ固定されている。第２柱状体６２は、加速電極１４とアパーチャ電極１６との間の距離を保っている。第２柱状体６２は、例えば、金属材料によって形成されている。

また、第１支持部４１は、第３絶縁筒５３を介して集束電極１５と接続されている。第１支持部４１及び集束電極１５は、封着金属５５を介して第３絶縁筒５３と接続されている。第３絶縁筒５３は、第１支持部４１と第３支持部４３との間に配置された第２柱状体６２よりも内側に配置されている。第３絶縁筒５３は、加速電極１４と集束電極１５とを電気的に絶縁している。また、第３絶縁筒５３は、加速電極１４と集束電極１５との間の距離を保っている。

なお、加速電極１４が第１電極に相当し、第１支持部４１が第１電極支持体に相当する。また、引出電極１３が第２電極に相当するとき、第２電極支持体は、第２支持部４２に相当し、第２電極支持体が柱状体を介して第１電極支持体に固定されるとは、第２支持部４２が第１柱状体６１を介して第１支持部４１に固定されているということに相当する。また、アパーチャ電極１６が第２電極に相当するとき、第２電極支持体は、第３支持部４３に相当し、第２電極支持体が柱状体を介して第１電極支持体に固定されるとは、第３支持部４３が第２柱状体６２を介して第１支持部４１に固定されているということに相当する。

なお、柱状体は、第１支持部４１と第２支持部４２との間、第１支持部４１と第３支持部４３との間のいずれか一方に配置されていても良い。柱状体（第１柱状体）６１が第１支持部４１と第２支持部４２との間に配置されている場合、第１支持部４１と第３支持部４３との間には円筒部品が配置されていても良い。また、柱状体（第２柱状体）６２が第１支持部４１と第３支持部４３との間に配置されている場合、第１支持部４１と第２支持部４２との間には円筒部品が配置されていても良い。

図２は、図１に示したＸ線管１の電子銃１０の構造を概略的に示す斜視図である。

図２に示すように、第１柱状体６１は、第１支持部４１と第２支持部４２との間に少なくとも３本配置されている。ここでは、３本の第１柱状体６１が第２絶縁筒５２と第２支持部４２との間に配置されている。第１柱状体６１は、等間隔に配置されている。また、３本の第１柱状体６１の長さは略同等である。なお、ここでは、第１支持部４１と第２支持部４２との間に３本の第１柱状体６１を配置した例を示したが、３本以上の第１柱状体６１を配置してもよい。

また、第２柱状体６２は、第１支持部４１と第３支持部４３との間に少なくとも３本配置されている。ここでは、３本の第２柱状体６２が第１支持部４１と第３支持部４３との間に配置されている。第２柱状体６２は、等間隔に配置されている。また、３本の第２柱状体６２の長さは略同等である。なお、ここでは、第１支持部４１と第３支持部４３との間に３本の第２柱状体６２を配置した例を示したが、３本以上の第２柱状体６２を配置してもよい。

また、第１支持部４１は、端部から突出部４１Ｐを有している。突出部４１Ｐは、真空外囲器３０に固定されている。なお、ここでは、第１支持部４１は、３つの突出部４１Ｐを有しているが、この例に限らない。

なお、電子銃１０は、陽極ターゲット２０において、電子ビームの直径が２００ｎｍで焦点を結ぶように、電子計算機による電子軌道シミュレーションによって設計される。

このようなＸ線管１の動作時において、電子銃１０の陰極１１に電圧が供給され、陰極１１から電子ビームが放出される。抑制電極１２に電圧が供給され、陰極１１から放出された電子ビームの放出される方向性が制御される。加速電極１４に電圧が供給され、電子ビームは加速される。集束電極１５に電圧が供給され、電子ビームが押し込まれ、集束される。集束された電子ビームは、アパーチャ電極１６によって不要な電子ビームをカットされ、陽極ターゲット２０に衝突する。陽極ターゲット２０に電子ビームが衝突し、Ｘ線が発生する。Ｘ線は、Ｘ線透過窓部Ｗを透過して放出される。

ところで、微小焦点を有するＸ線管１において、陰極１１の先端から放出された電子ビームを陽極ターゲット２０に衝突させることによりＸ線が発生するため、Ｘ線を安定して放出させるたには、陰極１１の近傍、例えば、引出電極１３、加速電極１４、集束電極１５、アパーチャ電極１６の近傍を約１０^−７Ｐａの超高真空状態にする必要がある。

しかしながら、微小焦点を有するＸ線管１において、陰極１１から放出された電子ビームを集束させ陽極ターゲット２０に衝突させるため、陰極１１から放出された電子ビームが引出電極１３、加速電極１４、集束電極１５、アパーチャ電極１６に衝突してしまうことがある。これにより、これらの電極の表面の付着ガスや電極に内蔵された内蔵ガスが放出されてしまうことがある。

これに対して、本実施の形態において、第１支持部４１と第２支持部４２との間に３本の第１柱状体６１が配置されているため、電極から放出された付着ガスや内部ガスを第１柱状体６１間から外側に容易に排除することができる。外側に排除された付着ガスや内蔵ガスは、ゲッタ１８によって吸着される。したがって、短時間で陰極１１の近傍を超高真空状態にすることができる。

また、本実施の形態において、第１支持部４１と第３支持部４３との間に３本の第２柱状体６２が配置されているため、電極から放出された付着ガスや内部ガスを第２柱状体６２間から外側に容易に排除することができる。外側に排除された付着ガスや内部ガスは、ゲッタ１８によって吸着される。したがって、短時間で陰極１１の近傍を超高真空状態にすることができる。

また、本実施の形態において、引出電極１３と加速電極１４とを第１柱状体６１が支持するため、第１柱状体６１と第２絶縁筒５２との接触面積が小さく、第１柱状体６１を第２絶縁筒５２にロウ付けすることによる第２絶縁筒５２への熱の影響を小さくすることができる。これにより、第２絶縁筒５２の熱膨張を抑制することができ、第２絶縁筒５２の割れ防止につながる。

さらに、本実施の形態において、電極から放出された付着ガスや内部ガスを排除する構成として第１柱状体６１及び第２柱状体６２を設けているため、部品の形状を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

３０・・・真空外囲器１０…電子銃１１…陰極１４…第１電極１３（１６）…第２電極４１…第１電極支持体４２（４３）…第２電極支持体器６１（６２）…柱状体２０…陽極ターゲット

Claims

真空外囲器と、
前記真空外囲器に収容されるとともに、陰極と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極を支持し且つ前記真空外囲器に固定された第１電極支持体と、少なくとも３本の柱状体と、前記第２電極を支持するとともに前記柱状体を介して前記第１電極支持体に固定された第２電極支持体と、を有し、電子を放出する電子銃と、
前記真空外囲器に保持されるとともに、前記電子銃から放出された電子の衝突によってＸ線を発生する陽極ターゲットと、
を備えたことを特徴とするＸ線管。
前記第１電極は加速電極であり、
前記第２電極は前記陰極と前記第１電極との間に位置する引出電極であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
前記第１電極は加速電極であり、
前記第２電極は前記陽極ターゲットと前記第１電極との間に位置するアパーチャ電極であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
真空外囲器と、
前記真空外囲器に収容されるとともに、陰極と、引出電極と、加速電極と、アパーチャ電極と、前記加速電極を支持し且つ前記真空外囲器に固定された第１支持部と、少なくとも３本の第１柱状体と、前記引出電極を支持するとともに前記第１柱状体を介して前記第１支持部に固定された第２支持部と、少なくとも３本の第２柱状体と、前記アパーチャ電極を支持するとともに前記第２柱状体を介して前記第１支持部に固定された第３支持部と、を有する電子銃と、
前記真空外囲器に保持されるとともに、前記アパーチャ電極と対向するように配置された陽極ターゲットと、
を備えたことを特徴とするＸ線管。
さらに、前記真空外囲器の内部にゲッタを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線管。