TWI598002B - X光照射源 - Google Patents

Description

X光照射源

本發明係關於X光照射源。

先前，已開發有以於具有X光照射窗之殼體內裝入X光管或高壓產生模組等構成之X光照射源。例如在專利文獻1中記載之工業用X光產生裝置中，係將升壓電路之高壓側與X光管之陰極相接近而配置。又，例如在專利文獻2中記載之軟X光產生裝置中，係於射極之表面設置包含特定粒徑之金剛石粒子之薄膜。在此裝置中X光管之殼體整體以鋁形成，並成為金屬構件位於X光管之陰極配置面之外側之構成。

在如以上之X光照射源中，根據配合與X光管之供電端子之熱膨脹係數之觀點，係考慮將例如鈉鈣玻璃等之包含鹼之玻璃使用於殼體之底板等。此種玻璃之熱膨脹係數，由於接近於與配置於X光管內之各種之電極或密封材料之熱膨脹係數，故可形成真空保持性能較高之真空殼體。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-49123號公報

[專利文獻2]日本特開2007-305565號公報

然而，於X光管之殼體使用包含鹼之玻璃之情形，若以被施加負的高電壓之陰極等之高壓部、與被施加低電壓(或接地電位)之各種之控制電路等之低壓部夾著玻璃，則存在鹼離子受高壓部之電位牽引自玻璃析出之情況。已知若產生此種鹼離子之析出，且鹼離子附著於X光管內之電極等，則因各電極間之電位關係產生變化，而會產生無法保持所需X光量之問題之虞。

本發明係為解決上述問題而完成者，本發明之目的在於提供藉由抑制鹼離子自殼體之析出，可實現穩定之動作之X光照射源及X光管。

為解決上述問題，本發明之X光照射源之特徵在於包含：X光管，其具有：被施加負的高電壓之陰極、藉由來自陰極之電子之入射而產生X光之靶材、及收納陰極與靶材，且具有使自靶材產生之X光向外部射出之輸出窗之殼體；及電源部，其產生施加於陰極之負的高電壓；且殼體具有：窗用壁部，其設置有輸出窗；及本體部，其與窗用壁部接合而形成收納陰極及靶材之收納空間；本體部具有對向壁部，該對向壁部與窗用壁部對向而配置，由包含鹼之玻璃形成；電源部具有：高壓產生部，其產生負的高電壓；及高壓區域，其連接於該高壓產生部且配置對向壁部。

此X光照射源中，X光管之殼體之壁部中由包含鹼之玻璃形成之對向壁部，配置於與產生向陰極所施加之負的高電壓之高電壓產生部連接之高電壓區域。藉由此種構成可抑制於對向壁部產生電場，從而抑制鹼離子自玻璃析出。因此，可抑制因鹼離子之附著而引起之各電極間之電位關係之變化，從而不會產生無法保持所需X光量之問題，且可維持穩定之動作。

又，較好陰極係沿著對向壁部之內表面延伸，高電壓區域係以 沿著陰極之延伸方向延伸。在陰極延伸之情形時於對向壁部雖亦容易產生鹼離子之析出，但藉由使高電壓區域沿著陰極延伸，可較好地抑制鹼離子之析出。

又，較好陰極之電子釋出部與對向壁部隔開，且於電子釋出射部與對向壁部之間，設置被施加與自電源部供給至陰極之負的高電壓大致相同之負的高電壓之背面電極，且背面電極係以與陰極對向之方式沿著對向壁部之內表面延伸而配置。認為若電子釋出部與對向壁部直接面對，則係處於會使對向壁部帶電且電位不穩定，亦使電子之釋出不穩定之情形。因此，藉由使背面電極與陰極對向配置，可防止此問題。另一方面，因更靠近對向壁部之背面電極所形成之電場，於對向壁部容易產生鹼離子析出，但藉由使高電壓區域與背面電極對向，可實現穩定之電子釋出且更較好地抑制鹼離子之析出。

又，較好進而包含電路基板，其載置殼體及電源部，且包含形成高電壓區域之配線部；且高電壓產生部及配線部較好以包圍對向壁部之至少一部分之方式配置。藉由此種高電壓產生部及配線部之配置，可更確實地抑制於對向壁部產生電場。又可實現X光管之穩定固定。

又，較好進而包含電路基板，其載置殼體及電源部，且包含形成高電壓區域之配線部；且殼體介隔間隔件而固定於電路基板；高電壓產生部及配線部較好係以在殼體與電路基板之間包圍間隔件之至少一部分之方式，配置於與對向壁部對向之位置。此種高電壓產生部及配線部之配置亦可確實地抑制於對向壁部產生電場。又，藉由間隔件穩定地固定X光管，且將高電壓產生部及配線部配置於與對向壁部對向之位置，藉此可有效地利用電路基板，從而謀求裝置之小型化。

又，較好進而包含電路基板，其載置殼體及電源部，且包含形成高電壓區域之配線部；且高電壓產生部及配線部在與對向壁部對向 之位置，配置於電路基板之與殼體之載置面相反面側。在此種高電壓產生部及配線部之配置，亦可確實地抑制於對向壁部產生電場。又，可使殼體周圍之構成簡單化，從而謀求裝置之小型化。

根據本發明，藉由抑制鹼離子自殼體之析出，可實現穩定之動作。

1‧‧‧X光照射裝置

2‧‧‧X光照射源

3‧‧‧控制器

11‧‧‧控制電路

21‧‧‧X光管

22‧‧‧高壓產生模組(電源部、高電壓產生部)

23‧‧‧驅動電路

31‧‧‧殼體

31a‧‧‧壁部

31b‧‧‧側壁部

31c‧‧‧蓋部

32‧‧‧第1電路基板(電路基板)

33‧‧‧第2電路基板

34‧‧‧X光射出窗

35‧‧‧本體部

38‧‧‧配線部(電源部)

51‧‧‧殼體

51a‧‧‧窗用壁部

51b‧‧‧對向壁部

51c‧‧‧側壁部

51d‧‧‧開口部

52‧‧‧燈絲(陰極)

52a‧‧‧電子放射部

53‧‧‧柵極

54‧‧‧靶材

55‧‧‧供電引腳

56‧‧‧窗材

57‧‧‧輸出窗

58‧‧‧背面電極

60‧‧‧間隔件構件

73‧‧‧間隔件

82‧‧‧間隔件構件

C‧‧‧連接纜線

VH‧‧‧高電壓區域

VL‧‧‧低電壓區域

圖1係顯示包含本發明之第1實施形態之X光照射源而構成之X光照射裝置之立體圖。

圖2係顯示圖1所示之X光照射裝置之功能性構成要件之方塊圖。

圖3係圖1所示之X光照射源之立體圖。

圖4係圖3之俯視圖。

圖5係圖4之V-V線剖面圖。

圖6係圖5之VI-VI線剖面圖。

圖7係顯示變形例之X光照射源之俯視圖。

圖8係顯示本發明之第2實施形態之X光照射源之X光管與電路基板之結合狀態之剖面圖。

圖9係顯示本發明之第3實施形態之X光照射源之俯視圖。

圖10係顯示圖9所示之X光照射源之X光管與電路基板之結合狀態之剖面圖。

圖11係顯示本發明之效果確認試驗結果之圖，(a)係實施例1，(b)係實施例2之結果。

以下，一邊參照圖式並詳細地說明本發明之X光照射源之較佳實施形態。

圖1係顯示包含本發明之第1實施形態之X光照射源而構成之X光 照射裝置之立體圖。該圖所示之X光照射裝置1係作為例如處理大型玻璃之生產線上設置於無塵室等，且藉由X光之照射進行大型玻璃之除靜電之光電離器(光照射式除靜電裝置)而構成。此X光照射裝置1包含照射X光之X光照射源2、及控制X光照射源2之控制器3而構成。

圖2係顯示X光照射裝置1之功能性構成要件之方塊圖。如該圖所示，控制器3包含控制電路11而構成。控制電路11包含例如向內置於X光照射源2之X光管21供給電力之電源電路、及向X光管21發送控制驅動及停止之控制信號之控制信號發送電路等而構成。此控制電路11藉由連接纜線C而與X光照射源2連接。

接著，針對上述之X光照射源2之構成進行詳細地說明。

圖3係圖1所示之X光照射源之立體圖。又，圖4係圖3之俯視圖，圖5係圖4之V-V線剖面圖。如圖3~圖5所示，X光照射源2於金屬製之大致長方體形狀之殼體31內，具有X光管21及高壓產生模組(電源部、高電壓產生部)22、與搭載驅動電路23之至少一部分之第1電路基板32及第2電路基板33。

如圖3及圖4所示，殼體31包含：本體部35，其具有：形成有使自X光管21產生之X光向外部射出之X光射出窗34之長方形狀之壁部31a、及設置於此壁部31a之各邊之側壁部31b，且一面側開口；及蓋部31c，其與壁部31a對向，並以蓋住本體部35之開口部分之方式安裝。X光射出窗34係由在壁部31a之大致中央部分中沿著殼體31之長邊方向形成為長方形狀之開口部而構成。

如圖5所示，X光管21於較殼體31充分小之大致長方體形狀之殼體51內，具有產生電子束之燈絲(陰極)52、使電子束加速之柵極53、及根據電子束之入射而產生X光之靶材54。殼體51包含設置有輸出窗57之窗用壁部51a，與接合於窗用壁部51a而形成收納燈絲52、柵極53、及靶材54之收納空間之本體部。此本體部由與該窗用壁部51a對 向之對向壁部51b、與沿著窗用壁部51a及對向壁部51b之外緣之側壁部51c構成。窗用壁部51a由例如不鏽鋼等之金屬板形成。對向壁部51由例如鈉鈣玻璃或硼矽酸玻璃等之包含鹼(此處為鈉)之玻璃等之絕緣性材料形成。又，側壁部51c由例如玻璃等之絕緣性材料形成。

側壁部51c之高度小於窗用壁部51a及對向壁部51b之長邊方向之長度。即，殼體51成為可將窗用壁部51a及對向壁部51b當作平板平面之平板狀之大致長方體形狀。於窗用壁部51a之大致中央部分中，較X光射出窗34小一圈之開口部51d，沿著殼體51之長邊方向(窗用壁部51a及對向壁部51b之長邊方向)形成為長方形狀。此開口部51d構成輸出窗57。

燈絲52配置於對向壁部51b側，柵極53配置於燈絲52與靶材54之間。燈絲52及柵極53沿著殼體51之長邊方向延伸，且如圖6所示，分別連接有複數個供電引腳55。供電引腳55通過側壁部51c與對向壁部51b之間，分別向殼體51之寬度方向之兩側凸出，且與第1電路基板32上之配線部38(後述)電性連接。對燈絲52自高壓產生模組22經由配線部38及供電引腳55，施加例如-5kV左右之負的高電壓。

又，如圖5所示，燈絲52之電子釋出部52a與對向壁部51b隔開，且於電子釋出部52a與對向壁部51b之間，以與燈絲52對向之方式配置背面電極58。背面電極58形成為其長邊方向沿著燈絲52之電子釋出部52a延伸，且其短邊方向相對於燈絲52之直徑具有充分大之長度之矩形狀(參照圖6)，以密著載置於對向壁部51b之內表面之狀態配置。於背面電極58上連接有複數個與連接於燈絲52之供電引腳55不同之供電引腳55，且與燈絲52同樣地，對背面電極58自高壓產生模組22經由配線部38及供電引腳55，施加-5kV左右之負的高電壓。

另一方面，於窗用壁部51a之外面側，如圖5所示，以密封開口部51d之方式，密著固定例如包含例如鈦等之X光透過性良好且具備導 電性之材料之長方形之窗材56，從而構成使在靶材54產生之X光向X光管21之外部輸出之輸出窗57。另，於窗材56之內表面形成包含例如鎢等之靶材54。

於第1電路基板32上，如圖4所示，配置上述驅動電路23之一部分、及包含配線部38之高壓產生模組22。第1電路基板32上之驅動電路23係以於長邊方向隔著X光管21之方式，分別配置於第1電路基板32之長邊方向之兩端部之大致長方形狀之區域。對驅動電路23施加與自高壓產生模組22施加於X光管21之電壓相比充分低之電壓，而在第1電路基板32上形成低電壓區域VL。另，如圖5所示，驅動電路23之一部分亦配置於第2電路基板33上。

另一方面，高壓產生模組22及配線部38係構成本發明之電源部之一部分者，如圖4所示，以與X光管稍微隔開之狀態包圍殼體51之對向壁部51b整體之方式，在第1電路基板32之中央部設置成矩形之框狀。在高壓產生模組22中產生負的高電壓，並將連接於高壓產生模組22之配線部38作為供電路，藉此形成矩形之框及於其內側之高電壓區域VH。X光管21以與殼體51之對向壁部51b及高電壓區域VH對向之方式，固定於第1電路基板32，高電壓區域VH沿著殼體51內之燈絲52之延伸方向延伸，成為與燈絲52及背面電極58對向之狀態(參照圖5)。

對於殼體31內中之X光管21、高壓產生模組22、第1電路基板32、及第2電路基板33之固定，係採用如圖5所示之間隔件構件60。間隔件構件60藉由例如陶瓷形成為棒狀，呈非導電性。間隔件構件60直立設置於殼體31之蓋部31c之內表面側，並大致平行地支撐搭載X光管21及高壓產生模組22之第1電路基板32、與搭載驅動電路23之一部分之第2電路基板33。設置此構造之蓋部31c，以使X光管21之輸出窗57自殼體31之X光射出窗34露出之方式經位置對準，而固定於本體部35。

具有以上構成之X光照射源2中，X光管21之殼體51之壁部中由包含鹼之玻璃形成之對向壁部51b，係與包含產生施加於燈絲52之負的高電壓之高壓產生模組22之電源部的高電壓區域VH對向配置。藉由此構成，可抑制於對向壁部51b產生電場，從而抑制鹼離子自玻璃析出。

若鹼離子自玻璃析出，則會產生如以下問題。例如當析出之鹼離子附著於殼體51之內壁面等之絕緣構件之表面，則有耐電壓能降低之可能性。因此，有燈絲52、或柵極53、靶材54等之不同電位之電極間之耐電壓能亦降低，且有難以於各電極間施加為了驅動X光管21所需之電壓之可能性。又，若析出之鹼離子附著於柵極53，則因構成柵極53之材料與所附著之鹼離子之功函數之差異，在與燈絲52之間之電位關係有產生變化之可能性，且有難以自燈絲52穩定地取出電子之可能性。

因此，將由包含鹼之玻璃形成之對向壁部51b與包含產生施加於燈絲52之負的高電壓之高壓產生模組22之電源部的高電壓區域VH對向而配置，藉此，可抑制燈絲52、柵極53、及靶材54等之不同電位之電極間之電位關係之變化，不會產生無法保持所需X光量之問題，而可維持穩定之動作。再者，若經析出之鹼離子附著於燈絲52，則有因燈絲52之表面狀態產生變化故而電子釋出能亦產生變化之可能性，但藉由抑制鹼離子自玻璃析出，亦可抑制此種問題。

又，在X光照射源2中，燈絲52之電子釋出部52a與對向壁部51b隔開，且於電子釋出部52a與對向壁部51b之間，以與燈絲52對向之方式沿著對向壁部51b之內表面延伸而配置被施加與自高壓產生模組22供給至燈絲52之負的高電壓大致相同之負的高電壓之背面電極58。再者，高電壓區域VH沿著燈絲52之延伸方向延伸，成為與背面電極58對向之狀態。

認為若電子釋出部52a與對向壁部51b直接面對，則會有對向壁部51b帶電且電位變得不穩定，電子之釋出亦變得不穩定之情形。因此，藉由將背面電極58與燈絲52對向而配置，可防止此問題。另一方面，因較燈絲52更靠近對向壁部51b之背面電極58所形成之電場，於對向壁部51b容易產生鹼離子之析出。對此，本實施形態中藉由將高電壓區域VH與背面電極58對向，可實現穩定之電子釋出且更確實地抑制鹼自對向壁部51b之析出。

又，在X光照射源2中，形成高電壓區域VH之高壓產生模組22及配線部38較好以包圍對向壁部51b整體之方式配置於第1電路基板32。藉由此種高壓產生模組22及配線38之配置，對向壁部51更確實地配置於高電壓區域VH，從而可更確實地抑制於對向壁部51b產生電場。又，藉由將X光管固定於第1電路基板32，可實現X光照射源2內之X光管21之穩定固定。

另，在第1電路基板32中，高壓產生模組22及配線部38並非一定包圍對向壁部51b整體。例如如圖7所示，亦可以包圍除對向壁部51b之短邊方向之一邊以外之對向壁部51b之3邊之方式，配置配線部38。即使為此情形，仍可發揮與上述實施形態相同之作用效果。

[第2實施形態]

圖8係顯示本發明之第2實施形態之X光照射源之X光管與電路基板之結合狀態之剖面圖。如該圖所示，第2實施形態之X光照射源中，X光管21與第1電路基板32之結合狀態、與高壓產生模組22及配線部38之配置不同於第1實施形態。

更具體而言，在本實施形態，係藉由將間隔件73配置於X光管21之殼體51與第1電路基板32之間，使X光管21之殼體51與第1電路基板32隔開，並介隔間隔件73結合殼體51與第1電路基板32。間隔件73係包含絕緣性材料之塊狀之構件，包含例如矽氧橡膠。間隔件73例如形 成為較背面電極58小一圈之扁平之大致正方體形狀，且分別接著於對向壁部51b及第1電路基板32之大致中央部分。又，於本實施形態中，在藉由間隔件73而於對向壁部51b與第1電路基板32之間形成之空隙中，配置高壓產生模組22及配線部38。高壓產生模組22及配線部38在第1電路基板32上，以不與對向壁部51b接觸之厚度包圍間隔件73之方式，設置成矩形之框狀。

即使此種構成，X光管21之殼體51之壁部中由包含鹼之玻璃形成之對向壁部51b，係與包含產生施加於燈絲52之負的高電壓之高壓產生模組22之電源部之高電壓區域VH對向而配置。藉此，可抑制於對向壁部51b產生電場，從而抑制鹼離子自玻璃析出。因此，可抑制燈絲52、或柵極53、靶材54等之不同電位之電極間之電位關係之變化，不會產生無法保持所需X光量之問題，且可維持穩定之動作。

又，因可藉由間隔件73穩定地固定X光管21，且在形成於對向壁部51b與第1電路基板32之間之空隙中配置高壓產生模組22及配線部38，故可有效地利用第1電路基板32。藉此，可抑制第1電路基板32之大型化，從而實現X光照射源2之小型化。再者，藉由隔板73包含絕緣性材料，亦可抑制對於對向壁部51b之電性影響。

另，間隔件73可為矽氧樹脂或聚胺基甲酸酯等，亦可為包含導電性材料者。對於對向壁部51b、間隔件73、及第1電路基板32之結合較好以如密封或接著劑等之可確保面彼此之密著性之方法。又，絕緣材料亦較好使用自身熔接性之材料。

[第3實施形態]

圖9係本發明之第3實施形態之X光照射源之俯視圖。又，圖10係顯示此X光管與電路基板之結合狀態之剖面圖。如圖9及圖10所示，第3實施形態之X光照射源中，X光管21與第1電路基板32之結合狀態、與高壓產生模組22及配線部38之配置更不同於第1實施形態。

更具體而言，在本實施形態中係使用面積較圖4及圖5所示之第1電路基板32更大之殼體31及第1電路基板32，在第1電路基板32之一面側於X光管21之寬度方向之雙方，設置使X光管21驅動之驅動電路23。又，不使用第2電路基板33，而將框狀之間隔件構件82固定於蓋部31c，且於間隔件構件82之前端固定第1電路基板32。且，高壓產生模組22及配線部38係以與對向壁部51b對向之方式，設置於第1電路基板32之與殼體51之載置面相反之面。

此種構成中，X光管21之殼體51之壁部中由包含鹼之玻璃形成之對向壁部51b，係與包含產生施加於燈絲52之負的高電壓之高壓產生模組22之電源部的高電壓區域VH對向而配置。藉此，可抑制於對向壁部51b產生電場，從而抑制鹼離子自玻璃析出。藉此，可抑制燈絲52、或柵極53、靶材54等之不同電位之電極間之電位關係之變化，防止產生無法保持所需X光量之問題，且可維持穩定之動作。又，藉由電路基板之數量減少，除可進一步縮小殼體31之厚度外，亦可使殼體51周圍之構成簡單化。

[本發明之效果確認試驗]

圖11係顯示本發明之效果確認試驗之結果之圖。本試驗係針對以包圍對向壁部之方式形成高電壓區域之配線部配置於第1電路基板上之例(實施例1)、與以除低電壓區域側以外包含對向壁部之3邊之方式形成高電壓區域之配線部配置於第1電路基板上之例(實施例2)，模擬X光管之殼體周邊之電位分布者。在任一例中，均係假定於第1電路基板上均存在對向壁部周圍之高電壓區域、與與高電壓區域隔開之低電壓區域，且僅低電壓區域位於第2電路基板。又，實施例2與實施例1相比，第2電路基板更接近第1電路基板。

如圖11(a)及圖11(b)所示，可確認實施例1及實施例2均於對向壁部之長邊方向之端部稍微產生電場，除該部分外未產生電場。根據此 結果，可確認如本發明般藉由將X光管之對向壁部配置於高電壓區域，可抑制在對向壁部產生電場。

2‧‧‧X光照射源

21‧‧‧X光管

22‧‧‧高壓產生模組(電源部、高電壓產生部)

23‧‧‧驅動電路

31‧‧‧殼體

31a‧‧‧壁部

31b‧‧‧側壁部

32‧‧‧第1電路基板(電路基板)

34‧‧‧X光射出窗

35‧‧‧本體部

38‧‧‧配線部(電源部)

51‧‧‧殼體

51a‧‧‧窗用壁部

51b‧‧‧對向壁部

57‧‧‧輸出窗

VH‧‧‧高電壓區域

VL‧‧‧低電壓區域

Claims (7)

1. 一種X光照射源，其特徵在於包含：X光管，其包含：陰極，其被施加負的高電壓；靶材，其藉由來自上述陰極之電子之入射而產生X光；及殼體，其收納上述陰極與上述靶材，且包含使自上述靶材產生之上述X光向外部射出之輸出窗；及電源部，其產生施加於上述陰極之上述負的高電壓；且上述殼體包含：窗用壁部，其設置有上述輸出窗；及本體部，其與上述窗用壁部接合而形成收納上述陰極及上述靶材之收納空間；上述本體部包含對向壁部，該對向壁部與上述窗用壁部對向而配置，由包含鹼之玻璃形成；上述電源部包含：高電壓產生部，其產生上述負的高電壓；及高電壓區域，其連接於該高電壓產生部且配置上述對向壁部。
2. 如請求項1之X光照射源，其中上述陰極沿著上述對向壁部之內表面延伸；且上述高電壓區域沿著上述陰極之延伸方向延伸。
3. 如請求項1之X光照射源，其中上述陰極之電子釋出部與上述對向壁部隔開；且於上述電子釋出部與上述對向壁部之間設置背面電極，其被施加與自上述電源部供給至上述陰極之上述負的高電壓大致相同之負的高電壓；上述背面電極係以與上述陰極對向之方式沿著上述對向壁部之內表面延伸而配置。
4. 如請求項2之X光照射源，其中上述陰極之電子釋出部與上述對向壁部隔開；且於上述電子釋出部與上述對向壁部之間設置背面電極，其被施加與自上述電源部供給至上述陰極之上述負的高電壓大致相同之負的高電壓；上述背面電極係以與上述陰極對向之方式沿著上述對向壁部之內表面延伸而配置。
5. 如請求項1至4中任一項之X光照射源，其進而包含：電路基板，其載置上述殼體及上述電源部，且包含形成上述高電壓區域之配線部；且上述高電壓產生部及上述配線部係以包圍上述對向壁部之至少一部分之方式配置。
6. 如請求項1至4中任一項之X光照射源，其進而包含：電路基板，其載置上述殼體及上述電源部，且包含形成上述高電壓區域之配線部；且上述殼體介隔間隔件而固定於上述電路基板；上述高電壓產生部及上述配線部以在上述殼體與上述電路基板之間包圍上述間隔件之至少一部分之方式，配置於與上述對向壁部對向之位置。
7. 如請求項1至4中任一項之X光照射源，其進而包含：電路基板，其載置上述殼體及上述電源部，且包含形成上述高電壓區域之配線部；且上述高電壓產生部及上述配線部在與上述對向壁部對向之位置，配置於上述電路基板之與上述殼體之載置面相反面側。