JP6444693B2 - 反射型ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型Ｘ線発生装置に関し、より特定的には、高性能な反射型Ｘ線発生装置に関する。

従来、Ｘ線撮影は、医療分野における診断や産業機器分野における非破壊検査などに用いられている。

Ｘ線を発生するＸ線発生装置は、電子（電子線）を放出する電子源と、電子源から放出された電子を集束するレンズ電極と、電子が衝突することでＸ線を発生するターゲットとを備えている。Ｘ線発生装置は、電子源から放出された電子をターゲットに衝突させ、その衝突エネルギーによりターゲットからＸ線を発生させる。発生したＸ線は、ウインドウを通じて外部の対象物へ放射される。Ｘ線発生装置には、透過型と反射型という２つの方式がある。透過型は、電子源からターゲットに向かう電子線の進行方向と同じ方面からＸ線を取り出す方式である。反射型は、電子源からターゲットに向かう電子線の進行方向とは異なる方向からＸ線を取り出す方式である。

透過型では、ターゲットはウインドウに接触した位置に保持されるのに対し、反射型では、ターゲットはウインドウから離した位置に保持されるため、反射型は透過型に比べてターゲットを冷却しやすい。したがって、反射型では、電子線の強度を強くすることができ、より高感度なＸ線撮影を行うことができる。

図９は、従来の反射型Ｘ線発生装置の構成を模式的に示す断面図である。

図９を参照して、従来の反射型Ｘ線発生装置は、真空容器１０１と、ターゲット１０２と、ヘッド１０３とを備えている。真空容器１０１は、円筒形状を有している。ターゲット１０２は、真空容器１０１内部に固定されている。ターゲット１０２は、電子線の照射によりＸ線を発生する物質よりなっている。ターゲット１０２は、真空容器１０１の中央部に設けられている。ヘッド１０３は、真空容器１０１の図９中上部に固定されている。真空容器１０１およびヘッド１０３は真空（減圧）の空間を構成している。ヘッド１０３は、ケース部１１１と、ウインドウ１１２とを含んでいる。ケース部１１１は、その上部に開口部を含んでいる。ウインドウ１１２は、ケース部１１１の開口部を塞ぐようにケース部１１１の上部に固定されている。ウインドウ１１２は平板状である。

反射型Ｘ線発生装置は、矢印ＡＲ１０１で示すように電子線をターゲット１０２に照射することにより、ターゲット１０２からＸ線を発生させる。発生したＸ線は、ウインドウ１１２を通じて、矢印ＡＲ１０２で示す方向に照射される。

Ｘ線の照射方向にはワークＷＫおよびＸ線検出装置１０４が設けられている。Ｘ線検出装置１０４は、ワークＷＫを透過したＸ線を受信し、受信したＸ線の強度を示す信号を制御部（図示無し）に送信する。

電子線が衝突することでターゲット１０２は高温になるため、ターゲット１０２は冷却される必要がある。ターゲット１０２を冷却するためには、ターゲット１０２は、真空容器１０１の側壁から離れた位置に設けられる必要がある。加えて、電子源と真空容器１０１の側面との間でのショートを防止するために、ターゲット１０２は、真空容器１０１の側面から離れた位置に設けられる必要がある。

なお、従来のＸ線発生装置は、たとえば下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１には、電子放出源と、電子放出源から放出された電子の照射によりＸ線を発生する平板状のターゲットと、ターゲットから放出されたＸ線を遮蔽する遮蔽部材と、ターゲットの温度を検出するための温度センサーとを備えたＸ線発生装置が開示されている。ターゲットは、ターゲット基板と、ターゲット基板における電子放出源側の面に設けられたターゲット膜とを含んでいる。

特開２０１２−１８６１１１号公報

しかしながら、従来の反射型Ｘ線発生装置には、性能が低いという問題があった。これについて以下に説明する。

図９を参照して、ワークＷＫが、撮影位置よりもＸ線発生装置方向（図９中下方向）に突出した突出部分ＷＫ１を有する場合（ワークＷＫが、たとえばＬ字型の断面形状を有する場合）、ワークの突出部分ＷＫ１は真空容器１０１の側面と干渉するため、ウインドウ１１２を突出部分ＷＫ１に近づけることはできなかった。その結果、従来の反射型Ｘ線発生装置は、突出部分ＷＫ１に近いワークＷＫの根元部分（図９中Ａ部分）にＸ線を照射することができなかった。このため、突出部分ＷＫ１に近いワークＷＫの根元部分を撮影することはできなかった。

上述のように冷却やショートの問題を回避するために、ウインドウ１１２は真空容器１０１の側面から距離をおいて設けられる必要があったため、ウインドウ１１２を真空容器１０１の側面に近い位置に設けることはできなかった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、高性能な反射型Ｘ線発生装置を提供することである。

本発明の一の局面に従う反射型Ｘ線発生装置は、円筒形状の真空容器と、真空容器の側面を覆うケース部と、ケース部に取り付けられたヘッドとを備えたＸ線発生装置であって、ケース部は、ヘッドを固定する平面状のケース端部と、円筒形状の側部と、ケース端部と側部との間に設けられ、円錐台の側面の形状を有する傾斜面とを含み、ヘッドは、傾斜面を構成する曲面よりもケース端部から離れた位置まで突出しており、ヘッドは、ケース端部を構成する平面に対して傾斜した第１および第２の平面と、真空容器の内部で発生したＸ線を対象物へ導くウインドウとを含み、ウインドウは第１の平面に面しており、第２の平面に面していない。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ヘッドは、ケース端部に固定される円筒形状の本体部と、本体部よりもケース端部から離れる方向に突出し、本体部の円筒形状の一部を切断することにより形成された突出部とをさらに含み、第１および第２の平面の各々は、突出部に設けられており、本体部の側面と隣接している。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ケース端部の法線と、ウインドウからのＸ線の照射方向とを含む断面で見た場合に、突出部は、本体部の幅よりも小さい幅を有する。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ヘッドは、第２の平面に設けられたターゲット固定部をさらに含み、ターゲット固定部は、Ｘ線の発生源であるターゲットを固定する。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ヘッドは、ケース端部の法線と、ウインドウからのＸ線の照射方向とを含む断面で見た場合に、第１の平面と第２の平面との間に設けられ、第１の平面に対して垂直な第３の平面をさらに含む。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ケース部は、ケース端部とは反対側に設けられた平面状の端部である逆端部をさらに含み、ケース端部の平面と逆端部の平面とは、３０度以上６０度以下の角度をなす。

本発明によれば、高性能な反射型Ｘ線発生装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す正面図である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す底面図（図２中ＩＩＩで示す方向から見た図）である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す左側面図（図２中ＩＶで示す方向から見た図）である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す上面図（図２中Ｖで示す方向から見た図）である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す右側面（図２中ＶＩで示す方向から見た図）である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の効果を説明する図である。 本発明の一の変形例におけるＸ線発生装置の構成を模式的に示す断面図である。 従来の反射型Ｘ線発生装置の構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［Ｘ線撮影装置の概略的な構成］

始めに、本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の概略的な構成について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の構成を模式的に示す断面図である。なお図１は、ケース部４１の端部４１ａの法線と、ウインドウ１２からのＸ線の照射方向（矢印ＡＲ２）とを含む断面で見た場合の断面図である。

図１を参照して、本実施の形態のＸ線撮影装置は、Ｘ線発生装置１と、Ｘ線検出装置５０と、制御部８０と、操作部９０などを備えている。

Ｘ線発生装置１は、反射型であり、ヘッド１０と、ターゲット１３と、チャンバー４０とを主に含んでいる。チャンバー４０は、ケース部４１と、真空容器４２と、絶縁部４３とを含んでいる。真空容器４２は、円筒形状を有している。真空容器４２は、ガラスやセラミックスなどよりなっている。

ケース部４１は、真空容器４２の側面を覆っている。ケース部４１は、端部４１ａ（ケース端部の一例）と、端部４１ｂ（逆端部の一例）と、側部４１ｃと、傾斜面３５とを含んでいる。端部４１ａには、ヘッド１０が固定されている。端部４１ｂは、端部４１ａとは反対側に設けられた端部である。端部４１ａおよび４１ｂは、いずれも平面状である。側部４１ｃは、端部４１ａと端部４１ｂとの間に設けられている。側部４１ｃは、円筒形状を有している。傾斜面３５は、端部４１ａと側部４１ｃとの間に設けられている。傾斜面３５は、略円錐台の側面の形状を有している。ケース部４１および傾斜面３５は、たとえばステンレスなどの金属よりなっている。

ケース部４１は２つに折れ曲がった形状を有している。端部４１ａの平面と端部４１ｂの平面とは、たとえば３０度以上６０度以下の角度をなしている。これにより、真空容器４２の延在方向に沿ったチャンバー４０のサイズを小さくすることができる。

絶縁部４３は、ケース部４１と真空容器４２との間に充填されている。絶縁部４３は液体であってもよい。

ヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ウインドウ１２とを含んでいる。ヘッド本体１１は、ケース部４１の端部４１ａに固定されている。ヘッド本体１１は、たとえば銅などよりなっている。ウインドウ１２は、平板状であり、ヘッド本体１１に固定されている。ウインドウ１２は、ヘッド本体１１よりも高いＸ線透過率を有している。ヘッド１０は、ケース部４１に対して着脱可能であってもよいし、着脱不可であってもよい。ヘッド１０は、真空容器４２とともに真空（減圧）の内部空間を構成している。

ターゲット１３は、真空容器４２およびヘッド１０で構成された空間に設けられており、ヘッド本体１１に固定されている。ターゲット１３は、電子線の照射によりＸ線を発生するＸ線の発生源である。ターゲット１３は、通常、原子番号２６以上の金属材料よりなっている。ターゲット１３は、熱伝導率が大きく融点が高いものが好ましい。具体的には、ターゲット１３は、タングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、もしくはレニウムなどの金属、またはこれらの合金材料よりなっている。ターゲット１３の厚みは、材料によって異なるが、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。ターゲット１３は、スパッタや蒸着などの方法で形成されることが好ましい。またターゲット１３は、圧延や研磨などにより作製された薄膜によって形成されてもよい。

Ｘ線発生装置１は、電子線発生部３２と、集束電極３３と、筐体３４とをさらに含んでいる。電子線発生部３２および集束電極３３は、真空容器４２およびヘッド１０で構成された空間に設けられている。真空容器４２およびヘッド１０で構成された空間は、少なくとも、電子線発生部３２とターゲット１３との間を電子が飛翔することができる程度の真空度（たとえば１×１０^-4Ｐａ以下の真空度）を有している。真空容器４２およびヘッド１０で構成される空間の真空度は、使用する電子線発生部３２の種類や、電子線発生部３２の動作温度などを考慮して適宜設定されることが好ましい。

電子線発生部３２は、電子線を発生する。電子線発生部３２は、熱陰極型であっても冷陰極型であってもよい。電子線発生部３２は、真空容器４２を貫通するように配置されている。

集束電極３３は、電子線発生部３２よりもヘッド１０側の位置において、電子線発生部３２と所定の間隔を空けて配置されている。集束電極３３に所定の電圧が印加されることにより、集束電極３３から電界が発生する。この電界により、電子線発生部３２から発生した電子が真空中に引き出されて電子線となる。また、この電界のレンズ効果によって、電子線発生部３２から発生した電子線は集束されて、ターゲット１３に照射される。

筐体３４は、端部４１ｂに固定されている。筐体３４には、制御部８０の構成や、Ｘ線発生装置１の内部を減圧するための真空ポンプや、電子線発生部３２に対して電力を供給する電源装置などが収容されている。

Ｘ線発生装置１は、矢印ＡＲ１で示すように、ターゲット１３に対して電子線を照射することにより、ターゲット１３からＸ線を発生させる。Ｘ線発生装置１の内部で発生したＸ線は、矢印ＡＲ２で示すように、ヘッド１０によって、Ｘ線発生装置１の外部に配置されたワーク（図示なし）へ導かれる。

Ｘ線検出装置５０は、ワークを透過したＸ線を受信し、受信したＸ線の強度を示す信号を制御部８０に送信する。

制御部８０は、Ｘ線発生装置１、Ｘ線検出装置５０、および操作部９０の各々と電気的に接続されており、Ｘ線撮影装置全体の制御を行う。制御部８０は、Ｘ線発生制御部８１と、位置角度調節部８２と、画像生成部８３とを含んでいる。

Ｘ線発生制御部８１は、電子線発生部３２および集束電極３３に印加する電圧、ならびにＸ線発生装置１の内部の真空度などを制御することにより、Ｘ線発生装置１から発生するＸ線を制御する。電子線発生部３２は、真空容器４２の外部に露出した電流導入端子３２ａを介して制御部８０に電気的に接続されている。これにより、電子線発生部３２での電子線の強度がＸ線発生制御部８１によって制御される。

位置角度調節部８２は、Ｘ線発生装置１を移動させることにより、Ｘ線発生装置１の位置（ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の各々の位置）および角度（ｚ軸に対するＸ線の照射角度）を調節する。

画像生成部８３は、Ｘ線検出装置５０から受信した信号に基づいて、ワークのＸ線画像を生成する。

操作部９０は、Ｘ線検出装置５０に関する各種操作を操作者から受け付け、受け付けた操作に基づく信号を制御部８０に送信する。

［ヘッドの外観形状］

続いて、ヘッドの外観形状について、図２〜図６を用いて詳細に説明する。

図２〜図６は、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の外観を示す図である。図２は正面図である。図３は底面図（図２中ＩＩＩで示す方向から見た図）である。図４は左側面図（図２中ＩＶで示す方向から見た図）である。図５は上面図（図２中Ｖで示す方向から見た図）である。図６は右側面（図２中ＶＩで示す方向から見た図）である。

特に図２、図５、および図６を参照して、ヘッド１０は、環状に設けられた複数のヘッド固定部３６によって端部４１ａに固定されている。ヘッド固定部３６は、たとえばボルトおよびナットにより構成されている。ヘッド１０のヘッド本体１１は、本体部２１と、突出部２２とを含んでいる。本体部２１は、端部４１ａに固定される部分である。本体部２１は円筒形状であり、円筒形状の側面１０ａを含んでいる。突出部２２は、ケース部４１の傾斜面３５を構成する曲面ＰＬよりも端部４１ａから離れた位置まで突出している。突出部２２は、本体部２１の円筒形状の一部を切断することにより形成された部分である。図１に示す断面で見た場合に、突出部２２は、本体部２１の幅よりも小さい幅（図２中矢印ＡＲ３で示す方向の長さ）を有している。

突出部２２は、平面１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅ、および１０ｆと、円筒形状の側面１０ａとを含んでいる。平面１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅの各々は、円筒形状を互いに異なる平面で切断することにより得られた平面である。平面１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、および１０ｅの各々は、端部４１ａの平面に対して傾斜している。平面１０ｆは、端部４１ａに対して平行である。平面１０ｂ、１０ｆ、１０ｅ、および１０ｃの各々は、図２に示す断面で見た場合に、この順序で隣接している。ウインドウ１２は、平面１０ｂにのみ面している。ウインドウ１２は、突出部２２を構成する他の平面には面していない。

平面１０ｂと平面１０ｃとは、ほぼ逆方向を向いている。平面１０ｂおよび１０ｃの各々は、本体部２１の側面１０ａと隣接している。平面１０ｅ（第３の平面の一例）は、平面１０ａに対して垂直である。平面１０ｄは、２つの平面により構成されている。２つの平面１０ｄは、ヘッド１０の周方向で平面１０ｂを挟んでいる。２つの平面１０ｄの各々は、ヘッド１０の周方向で側面１０ａと隣接している。

特に図６を参照して、ヘッド１０は、平面１０ｃおよび１０ｅに設けられたターゲット固定部３７をさらに含んでいる。ターゲット固定部３７は、ターゲット１３を固定する。ターゲット固定部３７は、たとえばボルトおよびナットにより構成されている。

［実施の形態の効果］

次に、本実施の形態の効果について説明する。

図７は、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の効果を説明する図である。

図７を参照して、本実施の形態において、ヘッド１０は、傾斜面３５を構成する曲面ＰＬよりも端部４１ａから離れた位置まで突出している。このため、ワークＷＫが、撮影位置よりもＸ線発生装置方向（図７中下方向）に突出した突出部分ＷＫ１を有する場合（ワークＷＫが、たとえばＬ字型の断面形状を有する場合）であっても、突出部分ＷＫ１はチャンバー４０の側面と干渉しない。また、チャンバー４０の端部４１ａの外縁部の角が傾斜面３５によって削り取られているので、突出部分ＷＫ１はチャンバー４０の端部４１ａとも干渉しない。その結果、突出部分ＷＫ１に近いワークＷＫの根元部分（図７中Ａ部分）にＸ線を照射することができ、突出部分ＷＫ１に近いワークＷＫの根元部分を撮影することができる。

［その他］

図８は、本発明の一の変形例におけるＸ線発生装置の構成を模式的に示す断面図である。

図８を参照して、本変形例のＸ線発生装置１において、ケース部４１は折れ曲がっておらず、直線的に延在した形状（円筒形状）を有している。端部４１ａの平面と端部４１ｂの平面とは互いに平行である。これにより、ケース部４１を簡易な形状で構成することができる。

なお、ヘッド１０の外観の形状は任意である。ヘッド１０は、曲面ＰＬよりも端部４１ａから離れた位置に存在し、端部４１ａを構成する平面に対して傾斜した第１および第２の平面を含むものであればよい。

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ Ｘ線発生装置
１０，１０３ ヘッド
１０ａ ヘッドの円筒形状の側面
１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ ヘッドの平面
１１ ヘッド本体
１２，１１２ ウインドウ
１３，１０２ ターゲット
２１ ヘッド本体の本体部
２２ ヘッド本体の突出部
３２ 電子線発生部
３２ａ 電子線発生部の電流導入端子
３３ 集束電極
３４ 筐体
３５ 傾斜面
３６ ヘッド固定部
３７ ターゲット固定部
４０ チャンバー
４１，１１１ ケース部
４１ａ，４１ｂ ケース部の端部
４１ｃ ケース部の側部
４２，１０１ 真空容器
４３ 絶縁部
５０，１０４ Ｘ線検出装置
８０ 制御部
８１ Ｘ線発生制御部
８２ 位置角度調節部
８３ 画像生成部
９０ 操作部
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ１０１，ＡＲ１０２ 矢印
ＰＬ ケース部の傾斜面を構成する曲面
ＷＫ ワーク
ＷＫ１ ワークの突出部分

Claims (6)

1. 円筒形状の真空容器と、
   前記真空容器の側面を覆うケース部と、
   前記ケース部に固定されたヘッドとを備えたＸ線発生装置であって、
   前記ケース部は、
   前記ヘッドを固定する平面状のケース端部と、
   円筒形状の側部と、
   前記ケース端部と前記側部との間に設けられ、円錐台の側面の形状を有する傾斜面とを含み、
   前記ヘッドは、前記傾斜面を構成する曲面よりも前記ケース端部から離れた位置まで突出しており、
   前記ヘッドは、
   前記ケース端部を構成する平面に対して傾斜した第１および第２の平面と、
   前記真空容器の内部で発生したＸ線を対象物へ導くウインドウとを含み、
   前記ウインドウは前記第１の平面に面しており、前記第２の平面に面していない、反射型Ｘ線発生装置。
2. 前記ヘッドは、
   前記ケース端部に固定される円筒形状の本体部と、
   前記本体部よりも前記ケース端部から離れる方向に突出し、前記本体部の円筒形状の一部を切断することにより形成された突出部とをさらに含み、
   前記第１および第２の平面の各々は、前記突出部に設けられており、前記本体部の側面と隣接している、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
3. 前記ケース端部の法線と、前記ウインドウからのＸ線の照射方向とを含む断面で見た場合に、前記突出部は、前記本体部の幅よりも小さい幅を有する、請求項２に記載の反射型Ｘ線発生装置。
4. 前記ヘッドは、前記第２の平面に設けられたターゲット固定部をさらに含み、
   前記ターゲット固定部は、Ｘ線の発生源であるターゲットを固定する、請求項１〜３のいずれかに記載の反射型Ｘ線発生装置。
5. 前記ヘッドは、前記ケース端部の法線と、前記ウインドウからのＸ線の照射方向とを含む断面で見た場合に、前記第１の平面と前記第２の平面との間に設けられ、前記第１の平面に対して垂直な第３の平面をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の反射型Ｘ線発生装置。
6. 前記ケース部は、前記ケース端部とは反対側に設けられた平面状の端部である逆端部をさらに含み、
   前記ケース端部の平面と前記逆端部の平面とは、３０度以上６０度以下の角度をなす、請求項１〜５のいずれかに記載の反射型Ｘ線発生装置。