JP5625965B2 - X-ray tube - Google Patents

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Description

この発明は、工業分野、医療分野などに用いられるX線管に係り、特に、電極の耐電圧の技術に関する。 The present invention relates to an X-ray tube used in the industrial field, the medical field, and the like, and more particularly to a technique for withstanding voltage of an electrode.

X線管や電子銃においては、電子源(エミッタ)を囲むウェネルト電極(X線管では「フォーカスカップ電極」とも呼ばれている)と、陽極との間に10kVを越えるような高電圧を印加する必要がある。電極間の電圧を徐々に上げながら放電を故意に誘発することによって電極間の耐電圧を向上させる手法(コンディショニング)が一般的に行われている。   In X-ray tubes and electron guns, a high voltage exceeding 10 kV is applied between the Wehnelt electrode (also called “focus cup electrode” in the X-ray tube) surrounding the electron source (emitter) and the anode. There is a need to. In general, a technique (conditioning) for improving the withstand voltage between the electrodes by intentionally inducing a discharge while gradually increasing the voltage between the electrodes is performed.

図5にマイクロフォーカスX線管の従来のコンディショニングの様子を示す。図5の横軸は時間を、図5の上段の縦軸はコンディショニング電圧(管電圧)を、図5の下段の縦軸は放電による放電電流(管電流)をそれぞれ示す。コンディショニング中では、電圧をコンディショニング用の閾値(絶縁電圧)まで徐々に上げるまでに、放電が起こることで電圧がその都度降下する。特に、放電電流が高電圧電源の保護回路の閾値を上回ると、電圧印加が中断するように、通常はプログラミングされている。図5に示すように、電圧を上げながら放電を何度も起こすことで耐電圧が徐々に改善され、コンディショニング用の閾値(絶縁電圧)まで電圧が達すると一連のコンディショニングを終了する。   FIG. 5 shows the conventional conditioning of a microfocus X-ray tube. The horizontal axis in FIG. 5 represents time, the vertical axis in the upper part of FIG. 5 represents the conditioning voltage (tube voltage), and the vertical axis in the lower part of FIG. 5 represents the discharge current (tube current) due to discharge. During conditioning, the voltage drops each time due to the occurrence of discharge until the voltage is gradually raised to the conditioning threshold (insulation voltage). In particular, it is usually programmed so that the voltage application is interrupted when the discharge current exceeds the threshold of the protection circuit of the high voltage power supply. As shown in FIG. 5, the withstand voltage is gradually improved by causing the discharge many times while raising the voltage. When the voltage reaches the conditioning threshold value (insulation voltage), a series of conditioning ends.

これは、電子源上に存在する微小な突起から電界電子放出(FE: field emission)が生じて陽極に当たり、電子ビームが陽極を加熱したり、あるいは吸着残留ガスを脱ガスすることで放電が誘起されると考えられている。そして、放電のエネルギによって微小突起が次々とつぶれていくので、電極間の耐電圧特性(耐圧特性)は改善される。   This is because field emission (FE) occurs from minute protrusions on the electron source and strikes the anode, and the electron beam heats the anode or degass the adsorbed residual gas. It is thought to be done. And since the microprotrusions are crushed one after another by the energy of discharge, the withstand voltage characteristic (withstand voltage characteristic) between the electrodes is improved.

一般に、高圧印加を行う電子管(電子銃、それを用いたX線管)においては、コンディショニング操作を繰り返し(例えば毎朝)行う必要がある。これは、電極間の電圧をOFFしてから、しばらく放置すると耐電圧(耐圧)がまた下がってしまうからである。   In general, in an electron tube (an electron gun, an X-ray tube using the same) that applies a high voltage, it is necessary to repeat a conditioning operation (for example, every morning). This is because the withstand voltage (withstand voltage) is lowered if the voltage between the electrodes is turned off for a while after being turned off.

コンディショニング操作は、高圧印加を行う電子管(X線管や電子銃)では必須のプロセスとみなされている。しかし、特に大気解放した後の真空引き(すなわち大気圧から減圧して真空化した)後のコンディショニングでは、所望の電極間の電圧(絶縁電圧)に達するまでに多くの放電を伴い時間がかかる。ひいては、高電圧電源の損傷事故につながることも少なくない。また、可能であればコンディショニングなし、あるいは短時間のコンディショニング操作で所望の絶縁電圧が得られるようになることが望ましい。また、到達できる絶縁電圧を上げることも強く望まれている。   The conditioning operation is regarded as an essential process in an electron tube (X-ray tube or electron gun) that applies a high voltage. However, especially in the conditioning after evacuation after being released to the atmosphere (that is, evacuation is performed by reducing the pressure from the atmospheric pressure), it takes time to reach a desired voltage between the electrodes (insulation voltage) with much discharge. As a result, damage to the high-voltage power supply often occurs. If possible, it is desirable that a desired insulation voltage can be obtained without conditioning or by a short-time conditioning operation. It is also strongly desired to increase the reachable insulation voltage.

これらの目的(コンディショニングなし、短時間のコンディショニング操作あるいは絶縁電圧の向上)のために古くから知られているひとつの方法は、電極の表面に絶縁膜を成膜することである(例えば、非特許文献1参照)。アルミニウムで形成された電極にエポキシフィルムを成膜したときには、アルミニウムのみの電極の耐圧と比べて2倍近く向上することが確認されている。また、放電電流についても、エポキシフィルムを成膜したときには、アルミニウムのみの電極と比べて低減されている。   One of the long-known methods for these purposes (no conditioning, short-time conditioning operation or improvement of insulation voltage) is to form an insulating film on the surface of the electrode (for example, non-patent Reference 1). It has been confirmed that when an epoxy film is formed on an electrode made of aluminum, the pressure resistance of the electrode made only of aluminum is almost doubled. Also, the discharge current is reduced when an epoxy film is formed as compared with an aluminum-only electrode.

電極への絶縁膜の成膜が効果をもつのは、FEを誘起する電極上にできた微小突起や付着微粒子を平らにならして、いわゆる「埋め込んで」しまうからだと考えられている。数μm以上の絶縁膜で覆うことによってFEによる電子放出が抑制されるので、コンディショニングにおいて耐圧改善が速やかになされるものと推測される。   It is considered that the formation of the insulating film on the electrode is effective because the minute protrusions and attached fine particles formed on the electrode that induces FE are flattened and so-called “embedded”. Since electron emission due to FE is suppressed by covering with an insulating film of several μm or more, it is presumed that the withstand voltage is quickly improved in conditioning.

しかしながら、効果が長続きしないという理由で、上述した電極への絶縁膜成膜はこれまでのところ実用となっていない。成膜当初は大きな効果が認められるが、何回かの放電によって膜が破壊されると絶縁特性が劣化して回復できなくなるからである。絶縁膜の電極への密着性が不十分で、静電力によって膜が破壊し、膜が剥がれてしまうためと考えられる。   However, the above-described formation of the insulating film on the electrode has not been put into practical use so far because the effect does not last long. This is because a great effect is recognized at the beginning of the film formation, but if the film is broken by several discharges, the insulating characteristics deteriorate and cannot be recovered. This is presumably because the adhesion of the insulating film to the electrode is insufficient, the film is broken by the electrostatic force, and the film is peeled off.

このため、電極に絶縁膜を成膜するのではなく、電極自身を半導電性(体積抵抗率ρ=10〜1010Ωcm)を有したセラミックで形成するという試みもなされている(例えば、特許文献1参照)。なお、高圧印加を行う電子管にセラミックを用いる場合、アルミナ(Al)のような抵抗率の高いセラミックではチャージアップが生じてしまうので、ある程度の導電性は必要である。 For this reason, instead of forming an insulating film on the electrode, an attempt has been made to form the electrode itself with a ceramic having semiconductivity (volume resistivity ρ = 10 6 to 10 10 Ωcm) (for example, Patent Document 1). When a ceramic is used for an electron tube to which a high voltage is applied, a ceramic having a high resistivity such as alumina (Al 2 O 3 ) is charged up, so that a certain degree of conductivity is required.

特開2002−33066号公報(第1−3頁、図1,2)JP 2002-33066 A (page 1-3, FIGS. 1 and 2)

[1] L. Jedynak, Vacuum Insulation of High Voltages Utilizing Dielectric Coated Electrodes, J. Appl. Phys. 35, 1727 (1964);[1] L. Jedynak, Vacuum Insulation of High Voltages Utilizing Dielectric Coated Electrodes, J. Appl. Phys. 35, 1727 (1964);

しかしながら、このような材料は高価で、かつ加工性も悪く、金属電極への絶縁膜の成膜手法よりも生産性で劣る。   However, such a material is expensive and has poor workability, and is inferior in productivity to a method for forming an insulating film on a metal electrode.

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電極への密着性に優れ、電極の耐電圧を簡易に向上させることができるX線管を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an X-ray tube that has excellent adhesion to an electrode and can easily improve the withstand voltage of the electrode.

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration .

すなわち、この発明に係るX線管は、X線を発生させるX線管であって、電子ビームを発生させる電子源と、その電子源からの電子ビームの引き出しを制御するウェネルト電極と、そのウェネルト電極からの電子ビームを加速させる陽極と、その陽極からの電子ビームの衝突によりX線を発生させるターゲットと、前記電子源、前記ウェネルト電極、前記陽極および前記ターゲットを収容する容器とを備え、DLCが前記ウェネルト電極の前記陽極側の表面に成膜され、前記電子源に対向した裏面に成膜されないことを特徴とするものである。 That is, the X-ray tube according to the present invention is an X-ray tube for generating X-rays, an electron source for generating an electron beam, a Wehnelt electrode for controlling extraction of the electron beam from the electron source, and the Wehnelt An anode for accelerating the electron beam from the electrode, a target for generating X-rays by collision of the electron beam from the anode, a container for accommodating the electron source, the Wehnelt electrode, the anode and the target, Is formed on the anode-side surface of the Wehnelt electrode and is not formed on the back surface facing the electron source .

[作用・効果]この発明に係るX線管によれば、硬質や耐摩耗性等の用途に用いられているDLC(diamond like carbon)に着目して、このDLCをウェネルト電極の陽極側の表面に成膜し、電子源に対向した裏面に成膜しないことで、放電エネルギにも耐えることができる密着性の優れた絶縁膜でウェネルト電極を覆う。これにより、絶縁膜による電極間の絶縁特性の改善手法をDLCにより実用に供することが可能となる。このように、DLCをウェネルト電極に成膜すると電極間の絶縁特性が改善され耐電圧を簡易に向上させることができるので、例えば、コンディショニング時の放電が減りコンディショニングを短時間で終わらせることができ、装置使用前の準備時間が短く済む。また、放電が減ると高電圧電源へのダメージも軽減されるので、損傷事故の防止にもなる。その結果、電極への密着性に優れ、陽極・ウェネルト電極の電極間の耐電圧を簡易に向上させることができる。もし、従来の耐電圧と同性能にするのであれば、電子源、ウェネルト電極、陽極およびターゲットを収容する容器のサイズを小さくしても放電が起こりにくく、X線管をコンパクトにすることができる。また、従来の容器と同じサイズ(同じ形状)にするのであれば、耐電圧を向上させることができる結果、高性能のX線管を実現することができる。 [Operation / Effect] According to the X-ray tube of the present invention, focusing on DLC (diamond like carbon) used for applications such as hardness and wear resistance, the DLC is used as the anode side surface of the Wehnelt electrode. the deposited, by not deposited on the rear surface facing the electron source, covers the Wehnelt electrode in the adhesion excellent insulating film capable of withstanding discharge energy. Thereby, it becomes possible to use the technique for improving the insulating property between the electrodes by the insulating film practically by DLC. As described above, when the DLC film is formed on the Wehnelt electrode, the insulation characteristics between the electrodes can be improved and the withstand voltage can be easily improved. The preparation time before using the apparatus can be shortened. In addition, if the discharge is reduced, damage to the high-voltage power supply is reduced, so that a damage accident can be prevented. As a result, the adhesion to the electrodes is excellent, and the withstand voltage between the anode and Wehnelt electrodes can be easily improved. If the same performance as the conventional withstand voltage is achieved, even if the size of the container containing the electron source, Wehnelt electrode, anode, and target is reduced, the discharge hardly occurs and the X-ray tube can be made compact. . In addition, if the same size (same shape) as that of the conventional container is used, the withstand voltage can be improved, so that a high-performance X-ray tube can be realized.

この発明(X線管)において、プラズマ・イオン注入によってDLCが成膜されるのが好ましい。プラズマ・イオン注入の場合には、処理室(真空チャンバ)全体にプラズマによりカーボンイオンが拡散されるので、ウェネルト電極の表裏面にわたってDLCを全体に成膜することができる。なお、成膜して欲しくない箇所(例えば電子源に対向したウェネルト電極の面)については、当該箇所に金属等を接触させて覆うことで、成膜して欲しい箇所に対してのみDLCをウェネルト電極の表面全体に成膜することができる。 In the present invention ( X-ray tube ), the DLC film is preferably formed by plasma ion implantation. In the case of plasma ion implantation, carbon ions are diffused by plasma throughout the processing chamber (vacuum chamber), so that the DLC film can be formed over the entire surface of the Wehnelt electrode. It should be noted that a portion where the film is not desired to be deposited (for example, the surface of the Wehnelt electrode facing the electron source) is covered with a metal or the like so as to cover the portion, so that DLC is deposited only on the portion desired to be deposited. A film can be formed on the entire surface of the electrode.

また、通常は、ウェネルト電極は、複数の部品から組み立てられて構成されるので、これらの部品を先に組み立てた状態で、プラズマ・イオン注入によってDLCを成膜する方が好ましい。もし、各部品をプラズマ・イオン注入によってDLCを成膜した後で組み立てると、組み立て箇所にまでDLCが成膜される結果、組み立てにくくなる可能性がある。また、これらの部品を先に組み立てた状態で、プラズマ・イオン注入によってDLCを成膜して、電子銃やX線管を組み立てる際に電子源をウェネルト電極内に収容するために、成膜後の各部品に分解しても成膜後のDLCが分解によって剥がれることなく、分解することができることが確認されている。   In general, a Wehnelt electrode is constructed by assembling a plurality of parts. Therefore, it is preferable to form a DLC film by plasma ion implantation with these parts assembled in advance. If each component is assembled after the DLC film is formed by plasma ion implantation, the DLC film may be formed up to the assembly location, which may make it difficult to assemble. In addition, after assembling these components, a DLC film is formed by plasma ion implantation, and an electron source is accommodated in the Wehnelt electrode when an electron gun or an X-ray tube is assembled. It has been confirmed that the DLC after film formation can be decomposed without being peeled off by the decomposition even if it is decomposed into the respective parts.

この発明に係るX線管によれば、DLCをウェネルト電極の陽極側の表面に成膜し、電子源に対向した裏面に成膜しないことで、電極への密着性に優れ、電極間の耐電圧を簡易に向上させることができる。 According to the X-ray tube of the present invention, the DLC film is formed on the anode side surface of the Wehnelt electrode and not formed on the back surface facing the electron source. The voltage can be improved easily.

実施例に係るマイクロフォーカスX線管の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the micro focus X-ray tube which concerns on an Example. DLCが表面に成膜されたフォーカスカップ電極(ウェネルト電極)の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the focus cup electrode (Wernert electrode) in which DLC was formed into a film on the surface. プラズマ・イオン注入によるDLCのフォーカスカップ電極(ウェネルト電極)への成膜の概略図である。It is the schematic of the film-forming to the focus cup electrode (Wernert electrode) of DLC by plasma ion implantation. DLCを成膜したマイクロフォーカスX線管のコンディショニングの様子である。It is a state of conditioning of the micro focus X-ray tube which formed DLC into a film. マイクロフォーカスX線管の従来のコンディショニングの様子である。It is the state of the conventional conditioning of a micro focus X-ray tube.

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図1は、実施例に係るマイクロフォーカスX線管の構成を示す概略断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a microfocus X-ray tube according to an embodiment.

図1に示す(マイクロフォーカス)X線管1は、電子銃10と偏向コイル20とフォーカスコイル30とターゲット40とを備えるとともに、これらを収容した容器50を備えている。電子銃10は、支持体11と電子源(エミッタ)12とフォーカスカップ電極13と陽極14とを備えている。電子銃10の箇所では、容器50は真空容器となっており、真空引きされる構造となっている。X線管1は、この発明におけるX線管に相当し、電子銃10は、この発明における電子銃に相当し、電子源12は、この発明における電子源に相当し、フォーカスカップ電極13は、この発明におけるウェネルト電極に相当し、陽極14は、この発明における陽極に相当し、ターゲット40は、この発明におけるターゲットに相当し、容器50は、この発明における容器に相当する。   A (microfocus) X-ray tube 1 shown in FIG. 1 includes an electron gun 10, a deflection coil 20, a focus coil 30, and a target 40, and a container 50 that accommodates them. The electron gun 10 includes a support 11, an electron source (emitter) 12, a focus cup electrode 13, and an anode 14. At the position of the electron gun 10, the container 50 is a vacuum container and is structured to be evacuated. The X-ray tube 1 corresponds to the X-ray tube in the present invention, the electron gun 10 corresponds to the electron gun in the present invention, the electron source 12 corresponds to the electron source in the present invention, and the focus cup electrode 13 The anode 14 corresponds to the anode in the present invention, the target 40 corresponds to the target in the present invention, and the container 50 corresponds to the container in the present invention.

電子銃10は、電子ビームBを出射させる構造である。具体的には、支持体11は容器50に支持されて、電子源12を支持する。本実施例では、支持体11は、ガラスで形成されているが、電子源12を支持する構造物であって、絶縁物であれば、支持体を形成する物質については、特に限定されない。   The electron gun 10 has a structure for emitting an electron beam B. Specifically, the support 11 is supported by the container 50 and supports the electron source 12. In this embodiment, the support 11 is made of glass. However, the support 11 is a structure that supports the electron source 12 and is not particularly limited as long as it is an insulator.

電子源12は電子ビームBを発生させる。本実施例では、電子源12として6ほう化ランタン(LaB)や6ほう化セリウム(CeB)などで形成された単結晶あるいは焼結体のチップを加熱することで電子ビームBを発生させる熱電子放出型を採用している。あるいは電子源12として、酸化ジルコニウム(ZrO)をコーティングした単結晶の細いタングステンワイヤに強電界をかけることで電子ビームBを発生させる電界放出型を採用することも可能である。 The electron source 12 generates an electron beam B. In this embodiment, an electron beam B is generated by heating a single crystal or sintered chip formed of lanthanum hexaboride (LaB 6 ) or cerium hexaboride (CeB 6 ) as the electron source 12. Thermionic emission type is adopted. Alternatively, a field emission type in which an electron beam B is generated by applying a strong electric field to a single crystal thin tungsten wire coated with zirconium oxide (ZrO) as the electron source 12 may be employed.

フォーカスカップ電極13は電子源12を囲む形状となっており、電子源12からの電子ビームBの引き出しを制御する働きを持つ。フォーカスカップ電極13と陽極14との間に10kVを越える高電圧が印加されている。電子ビームBは陽極14に向かって加速される。つまり、フォーカスカップ電極13は電子銃10でのウェネルト電極の機能を有している。本実施例のようにX線管1に用いられる場合にはウェネルト電極は「フォーカスカップ電極」と呼ばれている。また、フォーカスカップ電極13の表面にはDLCが成膜されている。DLCの成膜については後述する。   The focus cup electrode 13 has a shape surrounding the electron source 12 and has a function of controlling extraction of the electron beam B from the electron source 12. A high voltage exceeding 10 kV is applied between the focus cup electrode 13 and the anode 14. The electron beam B is accelerated toward the anode 14. That is, the focus cup electrode 13 has the function of a Wehnelt electrode in the electron gun 10. When used in the X-ray tube 1 as in this embodiment, the Wehnelt electrode is called a “focus cup electrode”. A DLC film is formed on the surface of the focus cup electrode 13. The film formation of DLC will be described later.

偏向コイル20は、2つのコイルを1組として、X方向(水平面内の横方向)およびY方向(水平面内の縦方向)に2組存在する。そして、X方向に2つのコイルを向かい合わせて電子ビームBを挟んだ構造となっており、同様にY方向にも2つのコイルを向かい合わせて電子ビームBを挟んだ構造となっている(図1では1組のみ図示)。フォーカスコイル30は円環状に構成されている。偏向コイル20は電子ビームBを偏向し、フォーカスコイル30は電子ビームBを集束させる。これらのコイル20,30に電流を流すことで磁界を発生させて、光学系のレンズと同様に電子ビームBの偏向や集束を行う。   There are two deflection coils 20 in the X direction (horizontal direction in the horizontal plane) and Y direction (vertical direction in the horizontal plane), with two coils as one set. And it has the structure which sandwiched the electron beam B with two coils facing each other in the X direction, and similarly has the structure which sandwiched the electron beam B with two coils facing each other also in the Y direction (FIG. 1 shows only one set). The focus coil 30 is formed in an annular shape. The deflection coil 20 deflects the electron beam B, and the focus coil 30 focuses the electron beam B. A magnetic field is generated by passing an electric current through these coils 20 and 30, and the electron beam B is deflected and focused in the same manner as the lens of the optical system.

ターゲット40は、陽極14からコイル20,30を経由した電子ビームBの衝突によりX線Rを発生させる。本実施例では、ターゲット40としてタングステンを用いている。もちろん、タングステン以外のX線発生物質によってターゲット40を形成してもよい。容器50は金属で形成されており、接地されている。   The target 40 generates X-rays R by the collision of the electron beam B from the anode 14 via the coils 20 and 30. In this embodiment, tungsten is used as the target 40. Of course, the target 40 may be formed of an X-ray generating material other than tungsten. The container 50 is made of metal and is grounded.

次に、DLCの成膜について、図2および図3を参照して説明する。図2は、DLCが表面に成膜されたフォーカスカップ電極(ウェネルト電極)の概略断面図であり、図3は、プラズマ・イオン注入によるDLCのフォーカスカップ電極(ウェネルト電極)への成膜の概略図である。   Next, DLC film formation will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a focus cup electrode (Wernert electrode) on which DLC is formed, and FIG. 3 is an outline of film formation on the focus cup electrode (Welnert electrode) of DLC by plasma ion implantation. FIG.

図2に示すように、裏面も含めてフォーカスカップ電極13の表面にDLC膜Fが形成されている。図2では、表裏面にわたって成膜されたDLC膜Fを図示しているが、成膜して欲しくない箇所(例えば電子源12に対向したフォーカスカップ電極13の裏面)については、DLC膜Fは成膜されない。   As shown in FIG. 2, the DLC film F is formed on the surface of the focus cup electrode 13 including the back surface. In FIG. 2, the DLC film F formed over the front and back surfaces is illustrated. However, the DLC film F is not formed in a portion where the film is not desired to be formed (for example, the back surface of the focus cup electrode 13 facing the electron source 12). No film is formed.

近年、各種工具等の特性改善(硬質や耐摩耗性等)にDLC表面処理が行われるようになってきた。その目的上、DLC膜Fを金属などの基板に密着性よく成膜する必要があり、密着性の優れた成膜法が開発されている。膜の厚みtについても、微小突起の埋め込みなどに必要なt≧1μmの成膜が実現されている。   In recent years, DLC surface treatment has been performed to improve characteristics (hardness, wear resistance, etc.) of various tools. For this purpose, it is necessary to form the DLC film F on a substrate such as a metal with good adhesion, and a film forming method with excellent adhesion has been developed. With respect to the thickness t of the film, the film formation of t ≧ 1 μm necessary for embedding the minute protrusions is realized.

例えば、プラズマ・イオン注入によってDLC膜Fをフォーカスカップ電極13の表面に形成する場合には、図3に示すように、接地された処理室(真空チャンバ)C内にフォーカスカップ電極13の試料Sを収容する。なお、真空チャンバCのサイズに応じて、複数個の試料Sを収容して、DLC膜Fが表面に成膜された複数のフォーカスカップ電極13を同時に製作することが可能である。   For example, when the DLC film F is formed on the surface of the focus cup electrode 13 by plasma ion implantation, the sample S of the focus cup electrode 13 is placed in a grounded processing chamber (vacuum chamber) C as shown in FIG. To accommodate. Depending on the size of the vacuum chamber C, it is possible to accommodate a plurality of samples S and simultaneously produce a plurality of focus cup electrodes 13 having a DLC film F formed on the surface.

真空チャンバCを真空ポンプPにより真空引きして、試料Sを真空チャンバC内に収容した状態で、炭化水素などのように炭素を含んだガスをガス供給ラインLから真空チャンバC内に導入する。そして、図示を省略するRF高周波電源(RF: Radio Frequency)により真空チャンバC内にプラズマPMをプラズマ発生器Gは生成する。その後、試料Sに負の高電圧パルスを印加して周辺にあるプラズマPMのカーボンイオンを加速させて、試料Sに引き込んで注入・成膜することができる。   The vacuum chamber C is evacuated by the vacuum pump P, and a gas containing carbon such as hydrocarbon is introduced from the gas supply line L into the vacuum chamber C in a state where the sample S is accommodated in the vacuum chamber C. . Then, the plasma generator G generates plasma PM in the vacuum chamber C by an RF radio frequency (RF) (not shown). Thereafter, a negative high voltage pulse is applied to the sample S to accelerate the carbon ions in the surrounding plasma PM, and the sample S is drawn into the sample S for implantation and film formation.

図1〜図3に示すように、フォーカスカップ電極13に関して凹凸のある複雑な形状に対してもDLC成膜を難なく行うことが可能である。また、複数の部品を組み立てた状態で成膜することで、絶縁特性の改善が必要な表面全体にわたってDLC膜Fを形成することができる。   As shown in FIGS. 1 to 3, it is possible to perform DLC film formation without difficulty even for a complicated shape with unevenness with respect to the focus cup electrode 13. Further, by forming a film in a state where a plurality of parts are assembled, it is possible to form the DLC film F over the entire surface where the insulation characteristics need to be improved.

次に、DLCの成膜後のコンディショニングについて、図4を参照して説明する。図4は、DLCを成膜したマイクロフォーカスX線管のコンディショニングの様子である。従来の図5と同様に、図4の横軸は時間を、図4の上段の縦軸はコンディショニング電圧(管電圧)を、図4の下段の縦軸は放電による放電電流(管電流)をそれぞれ示す。従来の図5では、放電電流が高電圧電源の保護回路の閾値を上回ってしまい、電圧印加が何度か中断されているが、図4に示すようにDLCの成膜後では電圧印加の中断が一切起こらず、所望の絶縁電圧にまで速やかに達していることが確認されている。また、放電が起こってもDLC膜へのダメージは、数10μmの穴があく程度であり、絶縁特性の悪化はほとんど見られない。   Next, conditioning after DLC film formation will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the conditioning of the microfocus X-ray tube on which DLC is formed. 4, the horizontal axis in FIG. 4 represents time, the vertical axis in the upper part of FIG. 4 represents the conditioning voltage (tube voltage), and the vertical axis in the lower part of FIG. 4 represents the discharge current (tube current) due to discharge. Each is shown. In FIG. 5 of the related art, the discharge current exceeds the threshold value of the protection circuit of the high voltage power supply, and the voltage application is interrupted several times. However, as shown in FIG. It has been confirmed that the desired insulation voltage is reached quickly without any occurrence. Moreover, even if discharge occurs, the damage to the DLC film is such that a hole of several tens of μm is formed, and the deterioration of the insulating characteristics is hardly observed.

硬質や耐摩耗性等の用途に用いられているDLC(diamond like carbon)に着目して、本実施例ではこのDLCをウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)への成膜に適用する。すなわち、以上のように構成されたフォーカスカップ電極13によれば、DLC(図2ではDLC膜F)をフォーカスカップ電極13の表面に成膜することで、放電エネルギにも耐えることができる密着性の優れた絶縁膜でフォーカスカップ電極13を覆う。これにより、絶縁膜による電極間の絶縁特性の改善手法をDLCにより実用に供することが可能となる。このように、DLCをフォーカスカップ電極13に成膜すると電極間の絶縁特性が改善され耐電圧を簡易に向上させることができるので、例えば、コンディショニング時の放電が減りコンディショニングを短時間で終わらせることができ、装置使用前の準備時間が短く済む。また、放電が減ると高電圧電源へのダメージも軽減されるので、損傷事故の防止にもなる。   Focusing on DLC (diamond like carbon) used for applications such as hardness and wear resistance, in this embodiment, this DLC is applied to film formation on a Wehnelt electrode (focus cup electrode 13 in this embodiment). . That is, according to the focus cup electrode 13 configured as described above, the adhesion that can withstand the discharge energy by forming the DLC (the DLC film F in FIG. 2) on the surface of the focus cup electrode 13. The focus cup electrode 13 is covered with an excellent insulating film. Thereby, it becomes possible to use the technique for improving the insulating property between the electrodes by the insulating film practically by DLC. Thus, when the DLC film is formed on the focus cup electrode 13, the insulation characteristics between the electrodes can be improved and the withstand voltage can be easily improved. For example, the discharge during conditioning is reduced and the conditioning can be completed in a short time. And the preparation time before using the device can be shortened. In addition, if the discharge is reduced, damage to the high-voltage power supply is reduced, so that a damage accident can be prevented.

以上のように構成された電子銃10によれば、DLC(図2ではDLC膜F)をウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)の表面に成膜することで、本実施例に係るフォーカスカップ電極13でも述べたように、電極への密着性に優れ、陽極14・ウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)の電極間の耐電圧を簡易に向上させることができる。   According to the electron gun 10 configured as described above, the DLC (the DLC film F in FIG. 2) is formed on the surface of the Wehnelt electrode (the focus cup electrode 13 in this embodiment), so that As described with respect to the focus cup electrode 13, the adhesion to the electrode is excellent, and the withstand voltage between the anode 14 and the Wehnelt electrode (the focus cup electrode 13 in this embodiment) can be easily improved.

以上のように構成されたX線管1によれば、DLC(図2ではDLC膜F)をウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)の表面に成膜することで、本実施例に係るフォーカスカップ電極13および電子銃10でも述べたように、電極への密着性に優れ、陽極14・ウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)の電極間の耐電圧を簡易に向上させることができる。もし、従来の耐電圧と同性能にするのであれば、電子源12、フォーカスカップ電極13、陽極14およびターゲット40を収容する容器50のサイズを小さくしても放電が起こりにくく、X線管1をコンパクトにすることができる。また、従来の容器50と同じサイズ(同じ形状)にするのであれば、耐電圧を向上させることができる結果、高性能のX線管1を実現することができる。   According to the X-ray tube 1 configured as described above, the DLC (the DLC film F in FIG. 2) is formed on the surface of the Wehnelt electrode (the focus cup electrode 13 in this embodiment). As described with respect to the focus cup electrode 13 and the electron gun 10, the adhesion to the electrode is excellent, and the withstand voltage between the electrodes of the anode 14 and the Wehnelt electrode (in this embodiment, the focus cup electrode 13) can be easily improved. Can do. If the performance is the same as the conventional withstand voltage, even if the size of the container 50 that accommodates the electron source 12, the focus cup electrode 13, the anode 14, and the target 40 is reduced, the discharge hardly occurs, and the X-ray tube 1 Can be made compact. Further, if the same size (same shape) as that of the conventional container 50 is used, the withstand voltage can be improved, so that the high-performance X-ray tube 1 can be realized.

本実施例では、好ましくは、本実施例に係るウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)、電子銃10並びにX線管1において、プラズマ・イオン注入によってDLCが成膜されている。プラズマ・イオン注入の場合には、処理室(真空チャンバ)Cがプラズマによりカーボンイオンが拡散されるので、フォーカスカップ電極13の表裏面にわたってDLCを全体に成膜することができる。なお、成膜して欲しくない箇所(例えば電子源12に対向したウェネルト電極の面:本実施例ではフォーカスカップ電極13の裏面)については、当該箇所に金属等を接触させて覆うことで、成膜して欲しい箇所に対してのみDLCをフォーカスカップ電極13の表面全体に成膜することができる。   In this embodiment, it is preferable that a DLC film is formed by plasma ion implantation in the Wehnelt electrode (the focus cup electrode 13 in this embodiment), the electron gun 10 and the X-ray tube 1 according to this embodiment. In the case of plasma ion implantation, carbon ions are diffused by plasma in the processing chamber (vacuum chamber) C, so that the DLC film can be formed over the entire surface of the focus cup electrode 13. Note that a portion where film formation is not desired (for example, the surface of the Wehnelt electrode facing the electron source 12: the back surface of the focus cup electrode 13 in this embodiment) is covered with a metal or the like so as to cover the portion. The DLC can be formed on the entire surface of the focus cup electrode 13 only at the location where the film is desired.

また、通常は、フォーカスカップ電極13は、複数の部品から組み立てられて構成されるので、これらの部品を先に組み立てた状態で、プラズマ・イオン注入によってDLCを成膜する方が好ましい。もし、各部品をプラズマ・イオン注入によってDLCを成膜した後で組み立てると、組み立て箇所にまでDLCが成膜される結果、組み立てにくくなる可能性がある。また、これらの部品を先に組み立てた状態で、プラズマ・イオン注入によってDLCを成膜して、電子銃10やX線管1を組み立てる際に電子源12をウェネルト電極(本実施例ではフォーカスカップ電極13)内に収容するために、成膜後の各部品に分解しても成膜後のDLCが分解によって剥がれることなく、分解することができることが確認されている。   In general, since the focus cup electrode 13 is constructed by assembling a plurality of components, it is preferable to form a DLC film by plasma ion implantation with these components assembled in advance. If each component is assembled after the DLC film is formed by plasma ion implantation, the DLC film may be formed up to the assembly location, which may make it difficult to assemble. In addition, when these parts are assembled in advance, a DLC film is formed by plasma ion implantation, and when the electron gun 10 or the X-ray tube 1 is assembled, the electron source 12 is a Wehnelt electrode (in this embodiment, a focus cup). It has been confirmed that the DLC after film formation can be decomposed without being peeled off by decomposition even if it is decomposed into each component after film formation for accommodating in the electrode 13).

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.

(1)上述した実施例では、電子銃10はX線管1に用いられていたが、電子源とウェネルト電極と陽極とを備え、DLCがウェネルト電極の表面に成膜された電子銃であれば、当該電子銃をX線管以外の装置(例えば走査電子顕微鏡や電子線マイクロアナライザーや透過電子顕微鏡や電子ビームリソグラフィーや検査機器など)に適用してもよい。また、電子銃単体に使用してもよい。   (1) Although the electron gun 10 is used in the X-ray tube 1 in the above-described embodiment, the electron gun 10 may be an electron gun including an electron source, a Wehnelt electrode, and an anode, and a DLC film formed on the surface of the Wehnelt electrode. For example, the electron gun may be applied to apparatuses other than the X-ray tube (for example, a scanning electron microscope, an electron beam microanalyzer, a transmission electron microscope, electron beam lithography, an inspection device, etc.). Moreover, you may use for an electron gun single-piece | unit.

(2)上述した実施例では、ウェネルト電極(実施例ではフォーカスカップ電極13)は電子銃10に用いられていたが、DLCがウェネルト電極の表面に成膜された構造であれば、ウェネルト電極単体に使用してもよい。   (2) In the embodiment described above, the Wehnelt electrode (in the embodiment, the focus cup electrode 13) is used in the electron gun 10. However, if the DLC is formed on the surface of the Wehnelt electrode, the Wehnelt electrode alone is used. May be used for

(3)上述した実施例では、プラズマ・イオン注入によってDLCをウェネルト電極(実施例ではフォーカスカップ電極13)の表面に成膜したが、プラズマ・イオン注入に限定されない。スパッタ法に例示されるように、通常において用いられる成膜法であればよい。なお、スパッタ法の場合には、成膜できる面が限られてしまうので、ウェネルト電極を回転させるあるいは移動させるなどして成膜できる面が全面になるように、成膜中にウェネルト電極に対して回転・移動制御すればよい。   (3) In the above-described embodiment, DLC is formed on the surface of the Wehnelt electrode (the focus cup electrode 13 in the embodiment) by plasma ion implantation. However, the present invention is not limited to plasma ion implantation. As exemplified by the sputtering method, any film forming method that is normally used may be used. In the case of sputtering, since the surface on which the film can be formed is limited, the surface on which the film can be formed by rotating or moving the Wehnelt electrode becomes the entire surface so that the surface can be formed during the film formation. Rotation and movement control.

(4)上述した実施例では、X線管1は、偏向コイル20やフォーカスコイル30をそれぞれ備えたが、コイルが不要の場合には必ずしもこれらのコイルを備える必要はない。   (4) In the above-described embodiment, the X-ray tube 1 includes the deflection coil 20 and the focus coil 30, but it is not always necessary to include these coils when the coils are unnecessary.

1 … X線管
10 … 電子銃
12 … 電子源(エミッタ)
13 … フォーカスカップ電極
14 … 陽極
40 … ターゲット
50 … 容器
B … 電子ビーム
F … DLC膜
R … X線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray tube 10 ... Electron gun 12 ... Electron source (emitter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Focus cup electrode 14 ... Anode 40 ... Target 50 ... Container B ... Electron beam F ... DLC film R ... X-ray

Claims (2)

X線を発生させるX線管であって、
電子ビームを発生させる電子源と、
その電子源からの電子ビームの引き出しを制御するウェネルト電極と、
そのウェネルト電極からの電子ビームを加速させる陽極と、
その陽極からの電子ビームの衝突によりX線を発生させるターゲットと、
前記電子源、前記ウェネルト電極、前記陽極および前記ターゲットを収容する容器と
を備え、
DLCが前記ウェネルト電極の前記陽極側の表面に成膜され、前記電子源に対向した裏面に成膜されないことを特徴とするX線管。
An X-ray tube for generating X-rays,
An electron source for generating an electron beam;
A Wehnelt electrode that controls extraction of the electron beam from the electron source;
An anode for accelerating the electron beam from the Wehnelt electrode;
A target that generates X-rays by collision of an electron beam from the anode;
A container for accommodating the electron source, the Wehnelt electrode, the anode, and the target;
An X-ray tube characterized in that DLC is deposited on the anode-side surface of the Wehnelt electrode and not on the back surface facing the electron source .
請求項1に記載のX線管において、
プラズマ・イオン注入によって前記DLCが成膜されていることを特徴とするX線管。
The X-ray tube according to claim 1 ,
An X-ray tube, wherein the DLC film is formed by plasma ion implantation.
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