JP6705507B2 - 荷電粒子線装置、電子線発生装置、x線源、x線装置および構造物の製造方法 - Google Patents
荷電粒子線装置、電子線発生装置、x線源、x線装置および構造物の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の第2の態様によると、荷電粒子線装置は、減圧または真空領域を形成するための隔壁部と、前記隔壁部の外部に配置された励起部材と、前記隔壁部の内部に配置された、前記励起部材からの磁場により磁極となる内部磁極、及び荷電粒子を前記隔壁部内に射出する射出源とを有し、前記励起部材は、前記磁場を生成するためのコイルと、前記磁場を前記荷電粒子に作用させるためのヨークとを備え、前記ヨークの一方の端部と前記内部磁極との間に、前記隔壁部を構成する隔壁部材が配置される。
本発明の第3の態様によると、第1または第2の態様の荷電粒子線装置において、前記隔壁部材のうち前記ヨークの一方の端部と前記内部磁極とによって挟まれる第1領域の厚さは、前記隔壁部材の前記第1領域とは異なる第2領域の厚さよりも小さい。
本発明の第4の態様によると、第1乃至第3の何れかの態様の荷電粒子線装置において、前記内部磁極は、前記ヨークよりも表面積が小さい。
本発明の第5の態様によると、第3の態様または第3の態様を引用する第6の態様の荷電粒子線装置において、前記内部磁極は、前記隔壁部材の前記第1領域よりも、前記励起部材を含む電子光学系の光軸の近くに配置される。
本発明の第6の態様によると、第5の態様の荷電粒子線装置において、前記隔壁部材を形成する材料と前記ヨーク及び前記内部磁極を形成する材料とは互いに異なる。
本発明の第7の態様によると、第1乃至第6の何れかの態様の荷電粒子線装置において、前記ヨークの他方の端部は、前記隔壁部の外部に配置される。
本発明の第8の態様によると、第7の態様の荷電粒子線装置において、前記内部磁極は、前記射出源の近傍における前記隔壁部に配置されている。
本発明の第9の態様によると、第8の態様の荷電粒子線装置において、前記射出源の近傍に前記真空領域を形成するために排気を行う第1排気部を有し、前記射出源と前記荷電粒子を照射する対象物が配置された空間との間に、前記荷電粒子が通過するように前記隔壁部の内側に形成された狭小部が形成され、前記狭小部の開口寸法は、前記荷電粒子の伝搬方向における寸法が前記荷電粒子の伝搬方向とは直交する方向に対して小さい。
本発明の第10の態様によると、第9の態様の荷電粒子線装置において、前記荷電粒子を照射する対象物の近傍に前記真空領域を形成するために排気を行う第2排気部を、更に備える。
本発明の第11の態様によると、第1乃至第10の何れかの態様の荷電粒子線装置において、前記内部磁極の少なくとも前記減圧または真空領域に露出されている表面には、被膜層が形成されている。
本発明の第12の態様によると、第1乃至第11の何れかの態様の荷電粒子線装置において、前記ヨークの一方の端部が前記内部磁極の近傍に配置される。
本発明の第13の態様によると、電子線発生装置は、第1乃至第12の何れかの態様の荷電粒子線装置を有し、前記射出源は、電子線を出射するフィラメントを有し、さらに前記電子線を照射する対象物と前記射出源との間にアノード電極を備え、前記内部磁極は前記アノード電極と前記射出源の間に配置される。
本発明の第14の態様によると、第13の態様の電子線発生装置において、前記射出源は、前記フィラメントに対して負のバイアス電圧が印加されるウェネルト電極をさらに有し、前記内部磁極は、前記ウェネルト電極の近傍に配置される。
本発明の第15の態様によると、X線源は、第13または第14の態様の電子線発生装置を有し、前記電子線を照射する対象物は金属材料とする。
本発明の第16の態様によると、X線装置は、第15の態様のX線源と、前記X線源から放射され、被測定物を通過したX線を検出する検出部と、前記被測定物に対して前記X線源および前記検出部を相対的に移動させる移動部とを備える。
本発明の第17の態様によると、第16の態様のX線装置において、前記被測定物に対する前記X線源および前記検出部の位置が異なる状態で、前記検出部により検出された複数の投影データに基づいて、前記被測定物の内部構造情報を生成する再構成部を備える。
本発明の第18の態様によると、構造物の製造方法は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、作成された前記構造物の形状を、第16の態様のX線装置を用いて計測して形状情報を取得し、前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する。
本発明の第19の態様によると、第18の態様の構造物の製造方法において、前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う。
本発明の第20の態様によると、第19の態様の構造物の製造方法において、前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う。
図面を参照しながら、第1の実施の形態によるX線装置について説明する。X線装置は、被測定物にX線を照射して、被測定物を透過した透過X線を検出することにより、被測定物の内部情報(たとえば内部構造)等を被測定物を破壊することなく取得する。機械部品や電子部品等の産業用部品を対象とするX線装置は、産業用X線CT検査装置と呼ばれる。
X線装置100は、筐体1、X線源2、載置部3、検出器4および制御装置5を備えている。筐体1は、その下面が工場等の床面に実質的に平行(水平)となるように配置される。筐体1の内部には、X線源2と、載置部3と、検出器4とが収容される。筐体1は、X線が筐体1の外部に漏洩しないようにするため、X線遮蔽材料を含む。なお、X線遮蔽材料として鉛を含む。
本実施の形態では、真空領域28は、真空容器隔壁30によって外部と隔てられる。真空容器隔壁30は、たとえばステンレス鋼(SUS)、ニッケル、アルミニウム、チタン等を材料により構成される。また、真空容器隔壁30は加速電極215と同じグランド電位に設定されている。なお、真空容器隔壁30の材料として、真空領域28に対して、放出ガスの発生が少ない材料を用いることが好ましい。
図4に、この場合の電子線発生部21と第1電子光学部材23とを含む領域を拡大して示す断面図である。図4に示すように、第1電子光学部材23の光軸Zs近傍のヨーク232の側面部232aは、下端側において高真空領域28a内に配置される第1部分232a1と、高真空領域28aおよび低真空領域28b外に配置される第2部分232a2とからなる。コイル231で励磁された磁界による磁束線は、側面部232aの第1部分232a1が一方の磁極となり、ここから高真空領域28aに磁束が他方の磁極となる底面部232cに向けて生成される。そして、第1部分232a1と底面部232cとの間に生成される磁束線で表現できる磁場は、フィラメント210から放射される電子線に作用する。第1部分232a1と第2部分232a2との間には、真空容器隔壁30が介在する。真空容器隔壁30のうち、第1部分232a1と第2部分232a2との間の真空容器隔壁30、すなわち分離領域301の厚みは、それ以外の本体領域302の厚みより薄い。なお、言うまでもなく、この場合には、ヨーク232の底面部232cの第1部分232c1は不要となり、底面部232cの全領域は真空領域28の外部に配置される。
制御装置5は、第1排気部25と第2排気部26との駆動を制御する。第1排気部25は電子線発生部21が配置された高真空領域28aおよび低真空領域28bを主に排気する。第2排気部26はターゲット22が配置された第3チャンバ28cを主に排気する。これにより、真空領域28内の全領域が減圧され所定の真空度となる。X線制御部51は、フィラメント210の加熱用の電源回路217を制御して、フィラメント210に電流を流すことにより、フィラメント210を加熱する。X線制御部51は、ウェネルト電源212と、第1電源214と、第2電源216とを制御して、ウェネルト電極211と、引出電極213と、加速電極215とのそれぞれに電圧を印加する。加熱されたフィラメント210から放出された電子線は、ウェネルト電極211により絞られ、引出電極213および加速電極215により加速されターゲット22へ向かう。その過程で、電子線は第1電子光学部材23および第2電子光学部材24により集束される。
(1)X線源2は、真空領域を形成するための真空容器隔壁30と、真空領域内に配置され、電子線を真空領域に射出する電子線発生部21と、真空領域に対し真空容器隔壁30に対して外部に配置された第1電子光学部材23と、真空領域の内部に配置され、第1電子光学部材23からの磁場により磁極となる第1部分232c1と、を有する。
第1電子光学部材23の磁場を電子線に作用させる際、第1電子光学部材23が電子線に近い位置にあるほど、電子線に対する作用は大きい。しかし、第1電子光学部材23を真空領域28内に配置すると、排気装置により真空領域28内が減圧された際に、第1電子光学部材23を構成するコイル231やヨーク232から放出ガスが大量に発生する虞がある。放出ガスが大量に発生する場合、排気装置の排気能力を高める必要性が生じることとなり、装置全体が大型化してしまう。
本実施の形態のX線源2では、第1電子光学部材23を、真空領域外に配置し、磁場を電子線に作用させる磁極となる第1部分232c1のみを真空領域内に配置することで、磁極を電子線に近付ける。これにより、放出ガスの発生を抑制できるので、第1排気部25の排気能力を増加させる必要がなくなり、第1排気部25の排気能力を高めることによるX線源2の大型化を抑制できる。
(7)第1部分232c1のうち、少なくとも高真空領域28a内に露出されている表面には、被膜層が形成される。これにより、第1部分232c1からの放出ガスの発生を抑制することができる。
(9)第1部分232c1は、真空容器隔壁30の分離領域301よりも、第1電子光学部材23の光軸Zsの近くに配置される。これにより、生成された磁場を電子線に作用させることができる。
(11)第1部分232c1は、電子線発生部21近傍における真空容器隔壁30に配置される。これにより、磁場により磁極として機能する第1部分232c1を第2部分232c2とは別体として配置して、電子線に磁場を作用させることができる。
(12)第1部分232c1は、フィラメント210と加速電極215との間に配置される。これにより、フィラメント210から出射された電子線を集束させて加速電極215へ伝搬させることができるので、球面収差の低減が可能となる。
(1)ヨーク232の第1部分232c1と第2部分232c2との間に真空容器隔壁30が設けられるものに代えて、ヨーク232の底面部232cによって真空容器隔壁30が分断されても良い。この場合のX線源2の内部の各構成の配置について詳細に説明する。図5は、X線源2のうち電子線発生部21と第1電子光学部材23とを含む領域を拡大して示す断面図である。以下の説明は、図3を用いて説明した第1の実施の形態と異なる点を主として行い、特に説明を行わない点については第1の実施の形態と同様である。
図面を参照して、本発明の実施の形態による構造物製造システムを説明する。本実施の形態の構造物製造システムは、たとえば自動車のドア部分、エンジン部分、ギア部分および回路基板を備える電子部品等の成型品を作成する。
ステップS1では、設計装置410は設計処理により構造物の形状に関する設計情報を作成してステップS2へ進む。ステップS2では、成形装置420は成形処理により、設計情報に基づいて構造物を作成、成形してステップS3へ進む。ステップS3においては、X線装置100は測定処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップS4へ進む。
(1)X線装置100は、設計装置410の設計処理に基づいて成形装置420により作成された構造物の形状情報を取得する測定処理を行い、制御システム430の検査部432は、測定処理にて取得された形状情報と設計処理にて作成された設計情報とを比較する検査処理を行う。したがって、構造物の欠陥の検査や構造物の内部の情報を非破壊検査によって取得し、構造物が設計情報の通りに作成された良品であるか否かを判定できるので、構造物の品質管理に寄与する。
5…制御装置、21…電子線発生部、22…ターゲット、
23…第1電子光学部材、24…第2電子光学部材、25…第1排気部、
26…第2排気部、27…絞り部、28…真空領域、
30…真空容器隔壁、51…X線制御部、52…載置台制御部、
53…画像生成部、54…画像再構成部、100…X線装置、
210…フィラメント、211…ウェネルト電極、
212…ウェネルト電源、213…引出電極、214…第1電源、
215…加速電極、216…第2電源、231…コイル、
232、250…ヨーク、400…構造物製造システム、410…設計装置、
420…成形装置、430…制御システム、432…検査部、
440…リペア装置
Claims (20)
- 減圧または真空領域を形成するための隔壁部と、
前記減圧または真空領域内に配置され、荷電粒子を前記隔壁部内に射出する射出源と、
前記減圧または真空領域に対し前記隔壁部を介して外部に配置された励起部材と、
前記減圧または真空領域の内部に配置され、前記励起部材からの磁場により磁極となる内部磁極と、を有し、
前記励起部材は、前記磁場を生成するためのコイルと、前記磁場を前記荷電粒子に作用させるためのヨークとを備え、
前記ヨークの一方の端部と前記内部磁極との間に、前記隔壁部を構成する隔壁部材が配置される荷電粒子線装置。 - 減圧または真空領域を形成するための隔壁部と、
前記隔壁部の外部に配置された励起部材と、
前記隔壁部の内部に配置された、前記励起部材からの磁場により磁極となる内部磁極、及び荷電粒子を前記隔壁部内に射出する射出源とを有し、
前記励起部材は、前記磁場を生成するためのコイルと、前記磁場を前記荷電粒子に作用させるためのヨークとを備え、
前記ヨークの一方の端部と前記内部磁極との間に、前記隔壁部を構成する隔壁部材が配置される荷電粒子線装置。 - 請求項1または2に記載の荷電粒子線装置において、
前記隔壁部材のうち前記ヨークの一方の端部と前記内部磁極とによって挟まれる第1領域の厚さは、前記隔壁部材の前記第1領域とは異なる第2領域の厚さよりも小さい荷電粒子線装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
前記内部磁極は、前記ヨークよりも表面積が小さい荷電粒子線装置。 - 請求項3または請求項3に従属する請求項4に記載の荷電粒子線装置において、
前記内部磁極は、前記隔壁部材の前記第1領域よりも、前記励起部材を含む電子光学系の光軸の近くに配置される荷電粒子線装置。 - 請求項5に記載の荷電粒子線装置において、
前記隔壁部材を形成する材料と前記ヨーク及び前記内部磁極を形成する材料とは互いに異なる荷電粒子線装置。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
前記ヨークの他方の端部は、前記隔壁部の外部に配置される荷電粒子線装置。 - 請求項7に記載の荷電粒子線装置において、
前記内部磁極は、前記射出源の近傍における前記隔壁部に配置されている荷電粒子線装置。 - 請求項8に記載の荷電粒子線装置において、
前記射出源の近傍に前記真空領域を形成するために排気を行う第1排気部を有し、
前記射出源と前記荷電粒子を照射する対象物が配置された空間との間に、前記荷電粒子が通過するように前記隔壁部の内側に形成された狭小部が形成され、
前記狭小部の開口寸法は、前記荷電粒子の伝搬方向における寸法が前記荷電粒子の伝搬方向とは直交する方向に対して小さい荷電粒子線装置。 - 請求項9に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子を照射する対象物の近傍に前記真空領域を形成するために排気を行う第2排気部を、更に備える荷電粒子線装置。 - 請求項1乃至10の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
前記内部磁極の少なくとも前記減圧または真空領域に露出されている表面には、被膜層が形成されている荷電粒子線装置。 - 請求項1乃至11の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
前記ヨークの一方の端部が前記内部磁極の近傍に配置される荷電粒子線装置。 - 請求項1乃至12の何れか一項に記載の荷電粒子線装置を有し、
前記射出源は、電子線を出射するフィラメントを有し、
さらに前記電子線を照射する対象物と前記射出源との間にアノード電極を備え、
前記内部磁極は前記アノード電極と前記射出源の間に配置された電子線発生装置。 - 請求項13に記載の電子線発生装置において、
前記射出源は、前記フィラメントに対して負のバイアス電圧が印加されるウェネルト電極をさらに有し、
前記内部磁極は、前記ウェネルト電極の近傍に配置される電子線発生装置。 - 請求項13または14に記載の電子線発生装置を有し、
前記電子線を照射する対象物は金属材料とするX線源。 - 請求項15に記載のX線源と、
前記X線源から放射され、被測定物を通過したX線を検出する検出部と、
前記被測定物に対して前記X線源および前記検出部を相対的に移動させる移動部とを備えるX線装置。 - 請求項16に記載のX線装置において、
前記被測定物に対する前記X線源および前記検出部の位置が異なる状態で、前記検出部により検出された複数の投影データに基づいて、前記被測定物の内部構造情報を生成する再構成部を備えるX線装置。 - 構造物の形状に関する設計情報を作成し、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、
作成された前記構造物の形状を、請求項16に記載のX線装置を用いて計測して形状情報を取得し、
前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する構造物の製造方法。 - 請求項18に記載の構造物の製造方法において、
前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う構造物の製造方法。 - 請求項19に記載の構造物の製造方法において、
前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う構造物の製造方法。
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