JPH07282992A - プラズマ式x線発生装置 - Google Patents

プラズマ式x線発生装置

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JPH07282992A
JPH07282992A JP7676394A JP7676394A JPH07282992A JP H07282992 A JPH07282992 A JP H07282992A JP 7676394 A JP7676394 A JP 7676394A JP 7676394 A JP7676394 A JP 7676394A JP H07282992 A JPH07282992 A JP H07282992A
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JP
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cathode
cavity
ray generator
ray
plasma
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JP7676394A
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Inventor
Muneya Hirota
統也 広田
Sukeyuki Yasui
祐之 安井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】陰極の表面の溶融を防ぎ、安定した強度のX線
を出力することができるプラズマ式X線発生装置を得
る。 【構成】T字形の陰極6Aの内部に空洞6bを形成す
る。この空洞6bに外部から冷媒を供給し排出する流路
を陰極6Aの後部に設けて、この流路に接続した接続管
10から純水9を空洞6bに供給し、陰極6Aの頭部を冷
却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用した電
子ビーム源からX線を発生させるX線発生装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、プリント基板にはんだ付された
小形電子部品、特に、ICなどのボンディング状態や一
般工業用セラミックスの内部の欠陥などの検査には、非
破壊検査用X線装置が使われている。
【0003】以下、従来の非破壊検査用X線発生装置に
ついて説明する。
【0004】図5の縦断面図に示すように、内部に供給
された気体を電離させる複数の陽極ワイヤ1を収納した
球状のイオン化室2の片側に抽出グリッド3が挿入さ
れ、この抽出グリッド3を介してイオン化室2と連通す
る円筒状の高電圧室4が配設されている。
【0005】イオン化室2の他側には、X線発生用ター
ゲット5が配置されている。高電圧室4には、抽出グリ
ッド3と対向するように陰極16が収納され、この陰極16
の下端は高電圧導入端子7に接続され、絶縁ブッシング
8を介して高電圧室4の外部に引き出されている。
【0006】高電圧室4には、図示していない排気口が
形成されており、この排気口は、図示しない排気装置に
接続され、この排気装置によってイオン化室2及び高電
圧室4の内部の圧力が所定の値に制御されている。
【0007】通常、供給された気体の陽イオン化を効率
よく行うために、イオン化室2及び高電圧室4の圧力
は、10〜30mTorrという低い状態に保たれている。供給
される気体には、陰極6でのイオン衝撃による二次電子
放出比に優れたヘリウムが用いられる。また、イオン化
室2および高電圧室4のケースは接地されており、抽出
グリッド3はX線発生用ターゲット5と等電位状態にあ
る。
【0008】陰極6は、高電圧導入端子7を介して図示
しない高電圧供給源に接続されており、約 150kVの高い
負のバイアス電圧が印加されている。一方、X線発生用
ターゲット5は、陰極6から入射する電子に対してX線
変換効率の高い厚さ数μmほどのタングステンもしくは
タンタルで構成されている。
【0009】X線発生装置を作動させる場合には、陽極
ワイヤ1に3kV程度のパルス電圧もしくは直流電圧を印
加する。この電圧が印加されると、陽極ワイヤ1と接地
電位にあるイオン化室2を構成するケースとの間に放電
が発生し、イオン化室2の内部にプラズマが生成され
る。一方、高電圧室4の内部に収納された陰極6は、抽
出グリッド3を通してこのプラズマからイオンを引き出
す。
【0010】このイオンは、イオン化室2と高電圧室4
との間に挿入された抽出グリッド3を経て高電圧室4の
内部に侵入し、高エネルギーに加速されて陰極6に衝突
する。すると、陽極6の表面から図7(a)に示すよう
に二次電子が平行に放出される。このようにして放出さ
れた二次電子は、イオンの進行方向とは逆方向の抽出グ
リッド3に向かって加速され、イオン化室2を通過し
て、X線発生用ターゲット5に衝突し、その結果高エネ
ルギーのX線が出力される。
【0011】ここで、抽出グリッド3の近辺における初
期エネルギーを無視し、負のバイアス電圧をVHT、イオ
ンの電荷量をeとすれば、単一の荷電イオンに関係があ
ることを念頭におき、イオンはe・VHTに等しいエネル
ギをもって陰極6に到達するものと考えられる。
【0012】また、抽出グリッド3から引き出されたイ
オンが陰極6に衝突することによって放出される二次電
子は、抽出グリッド3に向かって加速され、e・VHT
エネルギーに到達する。これらの状態において、1個の
イオンとこのイオンによって放出される電子は、同じ電
場線に対応して、ほぼ重畳する軌道を呈する。
【0013】このようなX線発生装置は前述したよう
に、プリント基板にはんだ付された小形電子部品、主に
ICなどのボンディング状態や、一般工業用セラミック
スの内部の欠陥などの非破壊検査に使われる。また、X
線発生装置は、イオン化室2とX線発生用ターゲット5
の間に電子ビーム収束用の磁界レンズを設けることで、
X線焦点の小さい、検査解像度を向上させたX線発生装
置に適用される。
【0014】ところで、従来のX線発生装置では、高電
圧陰極6に対して冷却機能が施されていない。陰極表面
上でのイオン衝突によるエネルギは 0.5×106 W/mm2
なり、これは陰極表面温度に換算すると約1000℃とな
る。
【0015】陰極表面上のイオン衝突領域において、そ
の中心部は周辺部より熱が逃げにくい。したがって、陰
極表面上の中心部に図6に示すような融解部19が形成さ
れるおそれがある。もし、この融解部19が形成される
と、陰極6の前面の電位分布を乱し、イオンの衝突によ
り生ずる電子の進行方向を図7(b)に示すように著し
く乱す。
【0016】したがって、図7(a)に示したような平
行な電子ビームが得られないのでこの電子ビームがター
ゲット5に透過して発生するX線も所定の強度を得るこ
とができなくなる。また、この融解部19が絶えず進行し
て形状が変動すると、電子ビームとX線の強度は不安定
となる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のX
線発生装置においては、イオンの衝突による発熱によっ
て、陰極表面の中心部が融解し、この融解によって発生
する電子ビームの方向が大きく発散してしまい、その結
果、所要の断面積で、かつ、強度の電子ビームおよびX
線を取り出すことは非常に困難である。
【0018】そのため、従来のプラズマ式X線発生装置
においては、頻繁に陰極を交換する方法も採られてきた
が、すると、プラズマ式X線発生装置の保守のために稼
働率が低下して、製品の生産高が制約される。
【0019】そこで、本発明の目的は、イオン衝突での
発熱による表面上の融解を防ぐことができ、必要かつ安
定した強度の電子ビームおよびX線を出力することので
きるプラズマ式X線発生装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、気体を電離する陽極が収納され片側にX線発生用タ
ーゲットが設けられ他側に抽出グリッドが設けられたイ
オン化室と、このイオン化室の他側と連通し二次電子を
放出する陰極が収納された高電圧室を備えたプラズマ式
X線発生装置において、外部と連通する空洞を陰極に形
成したことを特徴とする。
【0021】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の空洞に冷却流体を貯留したことを特徴とする。
【0022】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
に記載の空洞に冷却流体を吹き付けたことを特徴とす
る。
【0023】また、請求項4に記載の発明は、気体を電
離する陽極が収納され片側にX線発生用ターゲットが設
けられ他側に抽出グリッドが設けられたイオン化室と、
このイオン化室の他側と連通し二次電子を放出する陰極
が収納された高電圧室を備えたプラズマ式X線発生装置
において、外部から供給される冷却流体の流路を陰極に
形成したことを特徴とする。
【0024】また、請求項5に記載の発明は、請求項4
に記載の冷却流体の流路を、陰極の軸心に形成された流
入路と、この流入路と陰極頭部で連通し陰極の外周に形
成された流出路で構成したことを特徴とする。
【0025】さらに、請求項6に記載の発明は、請求項
1に記載の空洞の前面側に、冷却流体が気化する環状の
空洞部を形成したことを特徴とする。
【0026】
【作用】請求項1に記載の発明においては、イオンの衝
突によって加熱された陰極の熱は、空洞の内部の冷媒に
よって冷却される。
【0027】また、請求項2に記載の発明においては、
イオンの衝突によって加熱された陰極の熱は、空洞の内
部に貯留された冷媒によって冷却される。
【0028】また、請求項3に記載の発明においては、
イオンの衝突によって加熱された陰極の熱は、空洞の内
部に吹き付けられる冷却流体によって冷却される。
【0029】また、請求項4に記載の発明においては、
イオンの衝突によって加熱された陰極の熱は、陰極に形
成された冷却流体の流路に供給される流体によって冷却
される。
【0030】また、請求項5に記載の発明においては、
イオンの衝突によって加熱された陰極の熱は、陰極の軸
心に形成された流入路から頭部に流入し電極の外周に形
成された流出路から排出される冷却流体によって冷却さ
れる。
【0031】さらに、請求項6に記載の発明において
は、イオンの衝突によって加熱された陰極の熱は、空洞
の内部の冷却流体に接する陰極の中央部によって冷却さ
れ、加熱によって膨脹した冷却流体による内圧上昇は、
環状の空洞部に気化する蒸気によって緩和される。
【0032】
【実施例】以下、本発明のプラズマ式X線発生装置の一
実施例を図面を参照して説明する。図1は、請求項1及
び請求項2に記載の発明のプラズマ式X線発生装置を示
す部分縦断図で、従来の技術で示した図5に対応する図
である。なお、図5で示したイオン化室2は省略した
が、構成は同一である。
【0033】図1において、高電圧室4の下端中央部に
は、円柱状の絶縁ブッソング8が気密に貫設され、この
絶縁ブッシング8には、高電圧室4の内部に突き出た部
分の軸心に、外形が略T字形の陰極6の下端が挿入され
固定されている。
【0034】陰極6の内部には、略T字状の空洞6aが
形成され、この空洞6aには、純水9が注入されてい
る。陰極6の下端には、高電圧導入端子7の上端があら
かじめろう付され、この高電圧導入端子7の下端は、図
示しない約 150kVの負のバイアス電源に接続されてい
る。
【0035】このように陰極が構成されたプラズマ式X
線発生装置においては、図5で示した抽出グリッド3を
経て加速されたイオンの衝突によって発生した陰極前面
の熱は、空洞6aに注入された純水9によって冷却され
るので、陰極前面の温度上昇を減らすことができ、この
温度上昇に伴う図7(b)で示す溶解部19の形成を防ぐ
ことができる。したがって、図7(a)で示すような、
平行な電子ビームを図5で示したイオン化室2の上端に
位置するX線発生用ターゲット5に照射することができ
る。
【0036】なお、上記実施例において、陰極6の加熱
による純水9の膨脹に伴って、陰極6が破損する事態を
防ぐために、陰極6の下部から絶縁ブッシング8を経
て、外部に高温の純水又は蒸気を排出するための連通穴
を形成してもよい。
【0037】また、純水9が沸騰しないような使用条件
のときには、陰極6の下部と絶縁ブッシング8との境界
面の一部にステンレス製の蛇腹を設け、絶縁ブッシング
8には空洞を形成して、純水の膨脹による体積の増加を
逃がすようにしてもよい。
【0038】また、上記実施例では、陰極6の空洞6a
に注入された冷媒は純水にしたときで説明したが、陰極
6の温度上昇条件によって、例えば、フロリナートや絶
縁油などを注入してもよい。さらに、冷媒は液体だけで
なくてもよく、陰極6の温度上昇によっては、六フッ化
硫黄ガス(SF6 ガス)を使ってもよい。この場合に
は、体積の膨脹による圧力上昇を防ぐ手段を省いてもよ
い。
【0039】図2(a)は、請求項4に記載の発明のプ
ラズマ式X線発生装置を示す部分縦断面図で、図1に対
応する図である。図2(a)においては、陰極6Aの頭
部の内部に形成された空洞9Aの形状は、図1とほぼ同
一形状であるが、頭部の下部の軸部の直径が図1の電極
6と比べて太くなっている。
【0040】この軸部には、空洞9Aに貫通する一対の
流路が形成され、陰極6Aの下端には、各流路に接続管
10が接続されている。陰極6Aの下端中央には、図1で
示した高電圧導入端子7と比べて僅かに短い高電圧導入
端子7Aの片側が接続され、この高電圧導入端子7の他
端は、図1と同様に図示し内約150 kVの負のバイアス
電源に接続されている。
【0041】このように陰極6Aが構成されたプラズマ
式X線発生装置においては、矢印Aで示すように片側の
接続管10を経て陰極6Aの空洞6bの内部に供給された
純水9は、陰極6Aの頭部に形成された空洞6bに注入
され、この空洞6bで流速を落して電極6Aの熱を吸収
した後、U字形に反転し他側の接続管10から外部の冷却
装置に環流する。
【0042】この場合には、プラズマ式X線発生装置の
起動と同時に、接続管10の冷却装置側の図示しない弁を
開くことで、電極6Aで発生した熱を外部から供給する
冷却純水で冷却することで、陰極6Aの加熱を防ぐこと
ができ、図7(a)で示した平行な電子ビームをX線発
生用ターゲットに照射することができる。
【0043】このように構成された陰極においても、図
1で述べた冷媒と同様に、フロリナートや絶縁油を使っ
てもよく、また、六フッ化硫黄ガスのような気体を使っ
てもよい。また、冷媒は液体を環流させる代りに、圧縮
空気とともに接続管10から陰極6Aの空洞6bの内部に
吹き付けて請求項3に記載の発明としてもよい。
【0044】図2(b)は、請求項5に記載の発明のプ
ラズマ式X線発生装置を示す部分縦断面図で、図1及び
図2に対応する図である。図2(b)において図2
(a)と異なるところは、陰極6Bの頭部の内部に形成
された空洞6cの形状は、ほぼ図1及び図2(a)で示
した空洞6a,6bと同一であるが、陰極6Bの軸部に
は、軸心に直径が大きい流路11Aが形成され、この流路
11Aの両側に流路11Aの直径よりも細い流路11Bが形成
されている。
【0045】この場合には、冷媒は、矢印C1で示すよ
うに陰極6Bの下端に接続された接続管を介して陰極6
Bの軸心の流路に供給された後、頭部の空洞6cに供給
されて陰極6Bの熱を吸収した後、左右の流路11Bを経
て矢印D1,D2に示すように図示しない冷却装置に環
流される。
【0046】また、この場合には、抵抗の低い流路11A
から空洞6cに供給された冷媒は、空洞6cの前面側の
中央部に当って放射状に広がり、陰極6Bの熱によって
加熱された後環流するが、空洞6cに流入した冷媒は、
陰極6Bのなかで最高温部となる中心部にまず接触する
ので、冷媒効果を上げることができる利点がある。この
場合にも、図2(a)と同様に冷媒を圧縮空気とともに
空洞6cの内部に吹き付けてもよい。
【0047】図3(a)は、請求項6に記載の発明のプ
ラズマ式X線発生装置を示す部分縦断面図で、図1,図
2(a),図2(b)に対応する図である。図3(a)
においては、陰極6Cの形状は図1で示した陰極6とほ
ぼ同形であるが、空洞6dの上端には図示しない平面図
では環状となる冷媒幾何部6d1が形成されている。
【0048】この場合には、陰極6Cの中央部は内面が
冷媒に接しているので、熱伝達がよく、この熱伝達によ
って加熱され気化した冷媒は冷媒気化部6d1に上昇す
る。したがって、図1で前述した内圧を逃がすための連
通穴や蛇腹を省くことができる利点がある。
【0049】図3(b)は、請求項6に記載の発明のプ
ラズマ式X線発生装置の他の実施例を示す図で、図2
(a)で示した陰極6Aの空洞6bの前面側に冷媒気化
部6d1を形成したときを示す。
【0050】この場合には、陰極6Dに接続管10を介し
て供給される冷媒の流量の変動で、空洞6d内の冷媒が
急峻に高温となっても、冷媒気化部6d1によって陰極
6Dにかかる内圧の上昇を抑えることができ、陰極6D
の破損を防ぐことができる利点がある。
【0051】図4は、請求項6に記載の発明のプラズマ
式X線発生装置の異なる他の実施例を示す部分縦断面図
で、図2(b)で示した陰極6Bの空洞6cの前面側に
冷媒気化部6d1を形成したときを示す。この冷媒気化
部6d1の作用・効果も、図3(a),(b)で述べた
冷媒気化部6d1と同一である。
【0052】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
気体を電離する陽極が収納され片側にX線発生用ターゲ
ットが設けられ他側に抽出グリッドが設けられたイオン
化室と、このイオン化室の他側と連通し二次電子を放出
する陰極が収納された高電圧室を備えたプラズマ式X線
発生装置において、外部と連通する空洞を陰極に形成す
ることで、イオンの衝突によって加熱された陰極の熱を
空洞の内部の冷媒によって冷却したので、イオン衝突で
の発熱による陰極表面の融解を防ぐことができ、必要か
つ安定した強度の電子ビームおよびX線を出力すること
のできるプラズマ式X線発生装置を提供することができ
る。
【0053】また、請求項2に記載の発明によれば、請
求項1に記載のプラズマ式X線発生装置において、空洞
に冷却流体を貯留することで、イオンの衝突によって加
熱された陰極の熱を空洞の内部に貯留された冷媒によっ
て冷却したので、イオン衝突での発熱による陰極表面の
融解を防ぐことができ、必要かつ安定した強度の電子ビ
ームおよびX線を出力することのできるプラズマ式X線
発生装置を提供することができる。
【0054】また、請求項3に記載の発明によれば、請
求項1に記載のプラズマ式X線発生装置において、空洞
に冷却流体を吹き付けることで、イオンの衝突によって
加熱された陰極の熱を空洞の内部に吹き付けられる冷却
流体によって冷却したので、イオン衝突での発熱による
陰極表面の融解を防ぐことができ、必要かつ安定した強
度の電子ビームおよびX線を出力することのできるプラ
ズマ式X線発生装置を提供することができる。
【0055】また、請求項4に記載の発明によれば、気
体を電離する陽極が収納され片側にX線発生用ターゲッ
トが設けられ他側に抽出グリッドが設けられたイオン化
室と、このイオン化室の他側と連通し二次電子を放出す
る陰極が収納された高電圧室を備えたプラズマ式X線発
生装置において、外部から供給される冷却流体の流路を
陰極に形成することで、イオンの衝突によって加熱され
た陰極の熱を陰極に形成された冷却流体の流路に供給さ
れる流体によって冷却したので、イオン衝突での発熱に
よる陰極表面の融解を防ぐことができ、必要かつ安定し
た強度の電子ビームおよびX線を出力することのできる
プラズマ式X線発生装置を提供することができる。
【0056】また、請求項5に記載の発明によれば、請
求項4に記載のプラズマ式X線発生装置において、冷却
流体の流路を、陰極の軸心に形成された流入路と、この
流入路と陰極頭部で連通し陰極の外周に形成された流出
路で構成することで、イオンの衝突によって加熱された
陰極の熱を陰極の軸心に形成された流入路から頭部に流
入し電極の外周に形成された流出路から排出される冷却
流体によって冷却したので、イオンの衝突によって加熱
された陰極の熱を陰極に形成された冷却流体の流路に供
給される流体によって冷却したので、イオン衝突での発
熱による陰極表面の融解を防ぐことができ、必要かつ安
定した強度の電子ビームおよびX線を出力することので
きるプラズマ式X線発生装置を提供することができる。
【0057】さらに、請求項6に記載の発明によれば、
請求項1に記載のプラズマ式X線発生装置において、陰
極内部の前面側に、冷却流体が気化する環状の空洞部を
形成することで、イオンの衝突によって加熱された陰極
の熱を空洞の内部の冷却流体に接する陰極の中央部によ
って冷却し、加熱によって膨脹した冷却流体による内圧
上昇は、環状の空洞部に気化する蒸気によって緩和した
ので、イオン衝突での発熱による陰極表面の融解を防ぐ
ことができ、必要かつ安定した強度の電子ビームおよび
X線を出力することのできるプラズマ式X線発生装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1及び請求項2に記載の発明のプラズマ
式X線発生装置の一実施例を示す部分縦断面図。
【図2】(a)は、請求項3及び請求項4に記載の発明
のプラズマ式X線発生装置の一実施例を示す部分縦断面
図。(b)は、請求項5に記載の発明のプラズマ式X線
発生装置の一実施例を示す部分縦断面図。
【図3】(a)は、請求項6に記載の発明のプラズマ式
X線発生装置の一実施例を示す部分縦断面図。(b)
は、請求項6に記載の発明のプラズマ式X線発生装置の
他の実施例を示す部分縦断面図。
【図4】請求項6に記載の発明のプラズマ式X線発生装
置の異なる他の実施例を示す部分縦断面図。
【図5】従来のプラズマ式X線発生装置の一例を示す縦
断面図。
【図6】従来のプラズマ式X線発生装置の作用を示す部
分詳細図。
【図7】(a)は、従来のプラズマ式X線発生装置の陰
極正常時の作用を示す部分詳細図。(b)は、従来のプ
ラズマ式X線発生装置の陰極溶融時の作用を示す部分詳
細図。
【符号の説明】 4…高電圧室、5…X線発生用ターゲット、6,6A,
6B,6C,6D,6E…陰極、6a,6b,6c,6
d,6e…空洞,7,7A…高電圧導入端子、8,8
A,8B…絶縁ブッシング、9…純水、10…接続管、11
A,11B…流路。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体を電離する陽極が収納され片側にX
    線発生用ターゲットが設けられ他側に抽出グリッドが設
    けられたイオン化室と、このイオン化室の他側と連通し
    二次電子を放出する陰極が収納された高電圧室を備えた
    プラズマ式X線発生装置において、外部と連通する空洞
    を前記陰極に形成したことを特徴とするプラズマ式X線
    発生装置。
  2. 【請求項2】 空洞に冷却流体を貯留したことを特徴と
    する請求項1に記載のプラズマ式X線発生装置。
  3. 【請求項3】 空洞に冷却流体を吹き付けたことを特徴
    とする請求項1に記載のプラズマ式X線発生装置。
  4. 【請求項4】 気体を電離する陽極が収納され片側にX
    線発生用ターゲットが設けられ他側に抽出グリッドが設
    けられたイオン化室と、このイオン化室の他側と連通し
    二次電子を放出する陰極が収納された高電圧室を備えた
    プラズマ式X線発生装置において、外部から供給される
    冷却流体の流路を前記陰極に形成したことを特徴とする
    プラズマ式X線発生装置。
  5. 【請求項5】 冷却流体の流路を、陰極の軸心に形成さ
    れた流入路と、この流入路と陰極頭部で連通し前記陰極
    の外周に形成された流出路で構成したことを特徴とする
    請求項4に記載のプラズマ式X線発生装置。
  6. 【請求項6】 陰極内部の前面側に、冷却流体が気化す
    る環状の空洞部を形成したことを特徴とする請求項1に
    記載のプラズマ式X線発生装置。
JP7676394A 1994-04-15 1994-04-15 プラズマ式x線発生装置 Pending JPH07282992A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7676394A JPH07282992A (ja) 1994-04-15 1994-04-15 プラズマ式x線発生装置

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JP7676394A JPH07282992A (ja) 1994-04-15 1994-04-15 プラズマ式x線発生装置

Publications (1)

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