WO2021199563A1

WO2021199563A1 - Ｘ線発生装置

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Publication number: WO2021199563A1
Application number: PCT/JP2021/000685
Authority: WO
Inventors: 川上　博己; 一巳影山; 義人長谷川
Original assignee: 浜松ホトニクス株式会社
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-10-07
Also published as: EP4123680A1; US20230123985A1; CN115210842A; TW202142052A; JPWO2021199563A1

Abstract

Ｘ線発生装置１は、電子線ＥＢを出射する電子銃２と、電子線ＥＢの入射によってＸ線Ｌを発生する複数の長尺のターゲット２２が互いに平行となるように配置されたターゲット部Ｋと、電子銃２及びターゲット部Ｋを収容する筐体４と、筐体４に設けられ、ターゲット部Ｋで発生したＸ線Ｌを筐体４の外部に出射させるＸ線出射窓５と、備え、ターゲット部Ｋでは、ターゲット２２が電子線ＥＢの出射軸に対する所定の傾斜角度θ１をもって電子銃２と対向するように配置され、Ｘ線出射窓５は、ターゲット部Ｋと垂直な方向に発生するＸ線Ｌを透過可能な位置で、ターゲット部Ｋに対して所定の傾斜角度θ２をもって対向するように配置されている。

Description

Ｘ線発生装置

　本開示は、Ｘ線発生装置に関する。

　従来のＸ線発生装置として、例えば特許文献１に記載のＸ線干渉イメージングシステムがある。この従来のＸ線発生装置は、ダイヤモンド基板にタングステン等の複数の金属を埋め込むことによって構成されたターゲット部を有している。電子銃から出射する電子線は、ターゲット部に対して一定の傾斜角度をもって入射する。Ｘ線出射窓は、ターゲット部に対して平行に配置されており、ターゲット部で生じたＸ線は、Ｘ線出射窓において当該ターゲット部から垂直方向に出射するようになっている。

特表２０１７－５１４５８３号公報

　Ｘ線発生装置をイメージ管等の撮像装置と組み合わせる場合、イメージ管等での対象物の撮影像のコントラストを十分に確保するためには、Ｘ線出射窓においてターゲット部から垂直方向にＸ線を出射させることが好ましい。また、イメージ管等で得られる対象物のＸ線像の拡大率は、Ｘ線焦点（Ｘ線発生位置）と対象物との間の距離（ＦＯＤ：Focus to Object Distance）に対するＸ線焦点と撮像位置との間の距離（ＦＩＤ：Focus to Image Distance）の比によって定まる。したがって、Ｘ線発生装置においては、より小さなＦＯＤを備えることが好ましい。

　上述した特許文献１の構成では、Ｘ線出射窓においてターゲット部から垂直方向にＸ線を出射させ、かつより小さなＦＯＤを得るためには、電子銃が配置されたＸ線出射窓とターゲット部との間の空間を狭める必要がある。この場合、電子銃とターゲット部との間の配置関係が変化し、ターゲット部に対してより平行に近い角度で電子線を入射させることになる。しかしながら、ターゲット部に対する電子線の入射角度が平行に近づくと、電子線がターゲット部の内部にまで入射せず、ターゲット部の表面で反射し易くなることが考えられる。この場合、電子線がＸ線の発生に寄与する割合、すなわち、ターゲット部に入射した電子線におけるＸ線への変換効率が低下し、Ｘ線の発生効率が低下するという問題が生じ得る。

　本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、所望のコントラスト及びＦＯＤを得つつ、十分なＸ線の発生効率が得られるＸ線発生装置を提供することを目的とする。

　本開示の一側面に係るＸ線発生装置は、電子線を出射する電子銃部と、電子線の入射によってＸ線を発生する複数の長尺のターゲットが互いに平行となるように配置されたターゲット部と、電子銃部及びターゲット部を収容する筐体部と、筐体部に設けられ、ターゲット部で発生したＸ線を筐体部の外部に出射させるＸ線出射窓部と、備え、ターゲット部では、ターゲットが電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって電子銃部と対向するように配置され、Ｘ線出射窓部は、ターゲット部と垂直な方向に発生するＸ線を透過可能な位置で、ターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されている。

　このＸ線発生装置では、ターゲット部と垂直な方向に発生するＸ線を透過可能な位置にＸ線出射窓部が設けられ、当該位置において、Ｘ線出射窓部がターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されている。このようなＸ線出射窓部の配置により、このＸ線発生装置では、ターゲットに対する電子線の入射角度を平行に近づけることなく、ターゲット部と垂直な方向に発生するＸ線をＸ線出射窓部から取り出すことができる。したがって、所望のコントラスト及びＦＯＤを得つつ、十分なＸ線の発生効率を得ることができる。

　Ｘ線発生装置は、ターゲットが電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって電子銃部と対向するようにターゲット部を支持するターゲット部支持部を備え、ターゲット部の少なくとも一部は、ターゲット部支持部に埋設された状態で支持されていてもよい。この場合、電子線の入射によってターゲット部で発生した熱を効率良くターゲット部支持部に伝えることができる。したがって、ターゲットの消耗を抑制できる。

　ターゲットの少なくとも一部は、ターゲット部支持部に当接していてもよい。この場合、電子線の入射によってターゲットで発生した熱を直接ターゲット部支持部に伝えることができる。したがって、ターゲットの消耗を一層抑制できる。

　筐体部は、ターゲット部支持部を収容する支持部収容部を有し、支持部収容部は、電子銃部からの電子線をターゲット部に向けて導入するアパーチャ部と、ターゲット部支持部を包囲すると共に、Ｘ線出射窓部を保持する窓部保持部と、を有していてもよい。このように、アパーチャ部及び窓保持部を組み合わせて支持部収容部を構成することにより、ターゲット部に対する適切な電子入射及び適切なＸ線出射窓部の配置を両立できる。

　窓部保持部は、Ｘ線出射窓部が固定される固定部と、固定部を包囲するように筐体の内側から外側に突出する凸部とを備えていてもよい。この場合、反射電子（例えばターゲット部等で反射した電子線に起因する電子等）がＸ線出射窓部や固定部に入射して熱が発生したとしても、その熱が熱容量の大きな凸部の方に伝わることで、Ｘ線出射窓部や固定部の破損といった悪影響を抑制できる。

　アパーチャ部の厚さは、固定部の厚さよりも大きくなっていてもよい。この場合、アパーチャ部の熱容量を大きくすることができる。このため、例えば電子銃からの電子線のうち、アパーチャ部に入射してしまった電子による熱の影響を抑制できる。

　支持部収容部は、ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、放熱部の厚さは、凸部及びアパーチャ部の厚さの少なくとも一方よりも大きくなっている。この場合、ターゲット部で発生した熱がターゲット部支持部に伝わり、その熱が熱容量の大きな放熱部に伝わることで、ターゲット部で発生した熱を効率的に取り除くことができる。

　支持部収容部の壁部内には、冷却媒体を循環させる冷却部が設けられていてもよい。冷却部に冷却媒体を循環させることで、支持部収容部を効率的に冷却できる。

　支持部収容部は、ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、冷却部は、少なくともアパーチャ部及び放熱部に配置されていてもよい。これにより、支持体収容部を効率的に冷却できる。

　ターゲットの配置領域は、ターゲット部への電子線の入射領域を内包する大きさとなっていてもよい。この場合、電子線の入射位置及び大きさの変動、或いはターゲット部の熱膨張によるターゲットの位置の移動などに起因してターゲット部への電子線の入射領域がターゲットの配置領域から外れてしまうことを抑制できる。したがって、Ｘ線を確実に発生させることができる。

　本開示によれば、所望のコントラスト及びＦＯＤを得つつ、十分なＸ線の発生効率が得られる。

Ｘ線発生装置の一実施形態を示す概略的な断面図である。ターゲットの構成の一例を示す概略図である。冷却機構の配置構成を示す概略的な断面図である。図３におけるＩＶ－ＩＶ線断面図である。図３におけるＶ－Ｖ線断面図である。ターゲットの構成の別例を示す概略図である。

　以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係るＸ線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

　図１は、Ｘ線発生装置の一実施形態を示す概略的な断面図である。同図に示すように、Ｘ線発生装置１は、電子線ＥＢを出射する電子銃（電子銃部）２と、電子線ＥＢの入射によってＸ線Ｌを発生する複数の長尺のターゲット２２（図２参照）が互いに平行となるように配置されたターゲット部Ｋを支持するターゲット支持体（ターゲット部支持部）３と、電子銃２及びターゲット支持体３を収容する筐体（筐体部）４と、筐体４に設けられ、ターゲット支持体３で発生したＸ線Ｌを筐体４の外部に出射させるＸ線出射窓５と、備えている。図１の例では、Ｘ線発生装置１は、対象物Ｓの非破壊検査装置に組み込まれている。

　電子銃２は、例えば数ｋｅＶから数１００ｋｅＶ程度のエネルギーを持つ電子線ＥＢを発生し、出射する部分である。電子銃２は、フィラメント、グリッド、及びフィラメントに接続された内部配線等を有している。フィラメントは、電子線ＥＢとなる電子を放出する電子放出部材であり、例えばタングステンを主成分とした材料により形成されている。グリッドは、電子を引き出すと共に拡散を抑制するための電界形成部材であり、フィラメントを覆うように配置されている。

　電子銃２を保持するベース部６は、例えばセラミック等の絶縁性材料によって形成されている。ベース部６の端部には、Ｘ線発生装置１の外部から数ｋＶから数１００ｋＶ程度の電源電圧の供給を受けるための高耐電圧型コネクタ（不図示）が取り付けられている。フィラメントに接続された内部配線は、ベース部６の内部を通って高耐電圧型コネクタに接続されている。

　フィラメントは、外部電源からの電流供給を受けて高温に加熱されると共に、－数ｋＶから－数百ｋＶ程度の負の高電圧が印加されることにより、電子を放出する。フィラメントから放出された電子は、グリッドの一部に形成された孔から電子線ＥＢとして出射される。フィラメントに負の高電圧が印加される一方で、筐体４及びアノードとなるターゲット部Ｋ（及びターゲット支持体３）は、グランド電位（接地電位）となっている。このため、電子銃２から出射した電子線ＥＢは、フィラメントとターゲット部Ｋとの電位差により加速した状態でターゲット部Ｋに入射する。ターゲット部Ｋにおけるターゲット２２では、入射した電子線ＥＢによりＸ線Ｌが発生する。ターゲット部Ｋへの入射位置Ｐにおける電子線ＥＢの大きさ（ビームサイズ）、つまり、電子線ＥＢの入射領域ＥＲ（図２参照）は、例えばφ１ｍｍ程度となっている。

　筐体４は、電子銃２を収容する電子銃収容部１１と、ターゲット支持体３を収容する支持体収容部（支持部収容部）１２とを有している。筐体４は、電子銃収容部１１と支持体収容部１２とが互いに気密に結合されることにより、全体として略円筒形状の真空容器を構成している。電子銃収容部１１は、例えばステンレス等の金属材料によって中空の円筒形状に形成され、電子銃２を取り囲むように配置されている。電子銃収容部１１の先端部分（電子線ＥＢの出射側）は、支持体収容部１２のアパーチャ部１３（後述）に対して気密に結合されている。電子銃収容部１１の基端部分には、例えば断面円形の開口部が設けられ、当該開口部には、上述した高耐電圧型コネクタが設けられた蓋部が気密に結合されている。

　支持体収容部１２は、例えば銅などの導電性及び伝熱性に優れる金属材料によって形成されている。本実施形態では、支持体収容部１２は、電子銃２からの電子線ＥＢをターゲット部Ｋに向けて導入するアパーチャ部１３と、ターゲット支持体３の基端部分３ａと熱的に結合された放熱部１４と、ターゲット支持体３を包囲すると共に、Ｘ線出射窓５を保持する窓保持部（窓部保持部）１５と、を有している。窓保持部１５は、中空の円筒形状に形成され、アパーチャ部１３及び放熱部１４は、円盤状に形成されている。支持体収容部１２は、窓保持部１５の一端側（電子銃２側）にアパーチャ部１３が気密に結合され、窓保持部１５の他端側（電子銃２の反対側）に放熱部１４が気密に結合されることにより、ターゲット支持体３を取り囲むように全体として円筒形状に形成されている。

　アパーチャ部１３は、例えば電子銃収容部１１の外径と略同径の外径を有する円盤状をなしている。アパーチャ部１３の略中央部分には、当該アパーチャ部１３の厚さ方向に貫通する断面円形の開口部（アパーチャ）１３ａが設けられている。電子銃２から出射した電子線ＥＢは、開口部１３ａを通って支持体収容部１２内に導入される。

　放熱部１４は、例えばアパーチャ部１３よりも僅かに小径の円盤状をなしている。放熱部１４において、アパーチャ部１３との対向面側には、アパーチャ部１３側に向かって突出し、窓保持部１５内に位置するターゲット支持体３が設けられている。ここでは、ターゲット支持体３と放熱部１４とは、一体的に形成されているが、これらは別体であってもよい。ターゲット支持体３の一面側は、窓保持部１５の内周面１５ａに対応する円弧状をなしており、当該内周面１５ａに気密に結合されている。これにより、アパーチャ部１３側に向かって突出するターゲット支持体３は、窓保持部１５に対しても熱的に結合された状態となっている。

　ターゲット支持体３の他面側であるターゲット支持面１６には、ターゲット２２が電子線ＥＢの出射軸に対する所定の傾斜角度θ１をもって電子銃２と対向するように、ターゲット部Ｋが配置されている。より具体的には、ターゲット支持面１６には凹部が形成されており、当該凹部にターゲット部Ｋが埋設されている。凹部の内面には、ターゲット部Ｋの裏面Ｋｂ及び側面Ｋｓ（図２参照）が直接又は熱伝導性に優れた接合部材を介して接触し、ターゲット支持面１６と、ターゲット部Ｋにおいて電子入射側となる表面Ｋｆとは、面一となっている。つまり、ターゲット支持面１６は、ターゲット部Ｋの表面Ｋｆと同一平面上に配置されるように構成されており、電子線ＥＢの出射軸に対するターゲット支持面１６の傾斜角度θ１は、例えば２０°～７０°となっている。図１の例では、傾斜角度θ１は、３０°となっている。

　図１及び図２（ａ）に示すように、ターゲット部Ｋは、ターゲット支持面１６に埋設されている。ターゲット支持面１６に埋設されたターゲット部Ｋは、図２（ｂ）に示すように、基板２１の表面２１ｆ上に形成した複数の長尺の溝部２１ａにターゲット２２を埋設することによって形成されている。基板２１は、例えばダイヤモンドによって円板状に形成されている。基板２１は、電子線入射側面である表面２１ｆと、表面２１ｆの対向面であってターゲット支持体３との物理的かつ熱的接続部となる裏面２１ｂと、表面２１ｆと裏面２１ｂとを接続すると共にターゲット支持体３との物理的かつ熱的接続部となる側面２１ｓとを備えている。

　基板２１の表面２１ｆに形成された複数の溝部２１ａは、断面矩形状をなし、いずれも表面２１ｆ上に延在するように形成されている。より具体的には、溝部２１ａは、互いに平行に形成され、対向する位置にある基板２１の側面２１ｓ同士を結ぶように直線状に設けられている。溝部２１ａの端部は、側面２１ｓまで到達しており、溝部２１ａの両端は、いずれも開放端となっている。このため、図２（ａ）の例のように基板２１が円板形である場合、各溝部２１ａの表面２１ｆ上における長さは、それぞれ異なっている。基板２１が矩形である場合は、各溝部２１ａの表面２１ｆ上における長さが互いに等しくなる場合もある。

　溝部２１ａは、例えば誘導結合型の反応性イオンエッチング（ICP-RIE: Inductive Coupled Plasma-Reactive IonEtching）によって形成されている。本実施形態では、基板２１の径はφ８ｍｍ、基板２１の厚さは０．５ｍｍとなっている。また、溝部２１ａのピッチ（隣り合う溝部同士の中心間距離）は２０μｍ、溝部２１ａの幅は６μｍ、溝部２１ａの深さは１０μｍとなっている。つまり、この例では、溝部２１ａは、ピッチ≧深さ≧幅を満たすような溝となっている。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、溝部２１ａの構成が理解しやすいような概念図となっており、上述した数値を反映したものではない。溝部２１ａは、深さ≧ピッチ≧幅を満たすような溝であってもよい。

　ターゲット２２の構成材料としては、例えばタングステンが用いられる。溝部２１ａへのターゲット２２の埋設は、例えば化学気相蒸着（CVD: Chemical Vapor Deposition）により行われる。化学気相蒸着により溝部２１ａ内にターゲット２２を形成した後、基板２１の表面に付着したターゲット２２の余剰部分を化学機械研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing)等によって除去することにより、ターゲット部Ｋが形成されている。

　また、ターゲット部Ｋにおけるターゲット２２の配置領域Ｒは、ターゲット部Ｋへの入射位置Ｐ（図１参照）における電子線ＥＢの大きさ（ビームサイズ）、すなわち、電子線ＥＢの入射領域ＥＲよりも大きくなっている。ここでは、ターゲット部Ｋの配置領域Ｒは、基板２１における溝部２１ａの形成領域、すなわち、ターゲット２２の埋設領域によって画成されている。本実施形態では、基板２１の略全面がターゲット部Ｋの配置領域Ｒとなっており、ターゲット部Ｋへの入射位置Ｐにおける電子線ＥＢの入射領域ＥＲがφ１ｍｍ程度であるのに対し、ターゲット部Ｋの配置領域Ｒは、φ７ｍｍ程度となっている。ターゲット部Ｋは、アパーチャ部１３の開口部１３ａを通って支持体収容部１２に導入された電子線ＥＢがターゲット部Ｋの配置領域Ｒの中心に位置するように、ターゲット支持面１６に配置されている。

　窓保持部１５は、図１に示すように、放熱部１４と同径の円筒形状をなしている。窓保持部１５において、ターゲット支持面１６と対向する周壁部１７には、Ｘ線出射窓５が固定される固定部Ｆと、固定部Ｆを包囲するように筐体４（支持体収容部１２）の内側から外側に向かう断面矩形の凸部１８が設けられている。具体的には、本実施形態では、Ｘ線出射窓５は、例えばベリリウムなどのＸ線透過材料によって、厚さ０．５ｍｍ程度の矩形板状に形成されている。

　固定部Ｆには、Ｘ線出射窓５よりも一回り小さい寸法の矩形の開口部Ｆａが形成されている。開口部Ｆａの端縁部分には、Ｘ線出射窓５の周縁部分がロウ付けなどにより気密に接合され、これにより、開口部ＦａがＸ線出射窓５で封止された状態となっている。固定部Ｆに固定されたＸ線出射窓５は、ターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）と垂直な方向に発生するＸ線Ｌを透過可能な位置で、ターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）に対する所定の傾斜角度θ２をもってターゲット部Ｋと対向配置されている。ターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）に対するＸ線出射窓５の傾斜角度θ２は、例えば２０°～７０°となっている。図１の例では、傾斜角度θ２は、３０°となっている。

　なお、Ｘ線出射窓５から得られるＸ線をより好ましい状態、すなわち、個々のターゲット２２から出射されたＸ線の出射軸が互いに平行な状態とするには、ターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）と垂直な方向にＸ線Ｌが発生することが好適である。このためには、ターゲット部Ｋを厚さ方向の断面から見た場合に（図２（ｂ）参照）、個々のターゲット２２がターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）に対して垂直方向（裏面Ｋｂ方向）に延在し、かつ互いに分離して（間に基板２１が挟まれた状態で）配置されていることが好ましい。

　以上のようなターゲット部Ｋ及びＸ線出射窓５の構成により、ターゲット部Ｋ上のターゲット２２には、傾斜角度θ１をもって電子線ＥＢが入射し、電子線ＥＢの入射によってターゲット２２で発生したＸ線Ｌのうち、ターゲット部Ｋ（より詳細には表面Ｋｆ）と垂直な方向に発生するＸ線Ｌは、傾斜角度θ３をもってＸ線出射窓５を透過し、Ｘ線発生装置１の外部に取り出される。傾斜角度θ３は、（９０°－θ１）で求められる。図１の例では、傾斜角度θ３は、６０°となっている。

　固定部Ｆは、上述したように、凸部１８に包囲された状態で窓保持部１５の周壁部１７に形成されている。つまり、凸部１８の厚さＴ２は、固定部Ｆの厚さＴ１に比べて十分に大きくなっている。本実施形態では、アパーチャ部１３の厚さＴ３についても、固定部Ｆの厚さＴ１より大きくなっている。また、本実施形態では、放熱部１４の厚さ（ターゲット支持体３を除いた部分の厚さ）Ｔ４は、凸部１８の厚さＴ２及びアパーチャ部１３の厚さＴ３よりも大きくなっている。

　本実施形態では、図１に示すように、上述した筐体４の外側を覆うケース２５が更に設けられている。ケース２５は、例えば金属などの導電性材料によって略直方体形状に形成されている。ケース２５において、Ｘ線出射窓５の固定部Ｆに対応する位置には、当該固定部Ｆの平面形状と同形状の開口部２５ａが設けられている。すなわち、Ｘ線出射窓５が配置される固定部Ｆは、ケース２５の開口部２５ａと連通しており、Ｘ線出射窓５を透過したＸ線Ｌは、開口部２５ａを通ってＸ線発生装置１の外部に取り出される。ケース２５の内面側には、開口部２５ａの位置を除いてＸ線遮蔽部材２６が配置されている。Ｘ線遮蔽部材２６は、Ｘ線遮蔽能の高い材料（例えば鉛などの重金属材料）からなり、ケース２５と筐体４との間に介在している。これにより、無用なＸ線の漏洩が抑制されると共に、ケース２５と筐体４との間が電気的に接続され、Ｘ線発生装置１のグランド電位が安定に確保されている。

　図１の例では、電子銃収容部１１の外径及び支持体収容部１２におけるアパーチャ部１３の外径は、支持体収容部１２における放熱部１４の外径及び窓保持部１５の外径よりも大きくなっている。このため、ケース２５における開口部２５ａの近傍には、アパーチャ部１３と窓保持部１５との外径差に基づく段差部２５ｂが形成されている。Ｘ線出射窓５及び開口部２５ａを通って取り出されるＸ線Ｌが遮蔽されることを防止する観点、及び対象物ＳをＸ線焦点に一層近接させる（ＦＯＤをより小さくする）観点から、Ｘ線出射窓５が配置される凸部１８及び開口部２５ａは、段差部２５ｂから離間して形成されていることが好ましい。

　また、本実施形態では、支持体収容部１２を冷却する冷却機構３１が設けられている。図３は、冷却機構の配置構成を示す概略的な断面図である。また、図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ線断面図であり、図５は、図３におけるＶ－Ｖ線断面図である。図３～図５に示すように、冷却機構３１は、冷却媒体Ｍを導入及び排出するための一対の接続管３２と、支持体収容部１２の壁部内に冷却媒体Ｍを循環させる冷却流路（冷却部）３３とによって構成されている。冷却流路３３は、いずれも支持体収容部１２を構成する壁部の内部に形成された貫通孔であり、少なくとも放熱部１４及びアパーチャ部１３に配置されている。本実施形態では、冷却流路３３は、放熱部１４内に設けられた第１の冷却流路３３Ａと、窓保持部１５内に設けられた一対の第２の冷却流路３３Ｂと、アパーチャ部１３内に設けられた第３の冷却流路３３Ｃとによって構成されている。冷却媒体Ｍとしては、例えば水或いはエチレングリコールが用いられる。

　一対の接続管３２は、図３及び図４に示すように、支持体収容部１２における放熱部１４の周面において冷却流路３３に接続され、ケース２５の外部に引き出されている。一方の接続管３２は、外部の循環装置から冷却流路３３に冷却媒体Ｍを導入する管として機能し、他方の接続管３２は、冷却流路３３を循環させた冷却媒体Ｍを外部の循環装置に搬出する管として機能する。第１の冷却流路３３Ａは、図４に示すように、支持体収容部１２の長手方向（Ｘ線発生装置１の）から見て、放熱部１４の中心軸回りに二重の円弧状となるように設けられている。二重の第１の冷却流路３３Ａの一端は、後述の第２の冷却流路３３Ｂとの接続位置で合流して一方の接続管３２に接続され、二重の第１の冷却流路３３Ａの他端は、後述の第２の冷却流路３３Ｂとの接続位置で合流して他方の接続管３２に接続されている。

　一対の第２の冷却流路３３Ｂは、図３に示すように、窓保持部１５の周壁部１７を支持体収容部１２の長手方向に貫通するように延在している。図３の例では、一対の第２の冷却流路３３Ｂは、いずれも周壁部１７における凸部１８と反対側の位置に設けられている。一方の第２の冷却流路３３Ｂの一端は、二重の第１の冷却流路３３Ａの一端と一方の接続管３２との接続位置の近傍で当該二重の第１の冷却流路３３Ａと連通しており、他方の第２の冷却流路３３Ｂの一端は、二重の第１の冷却流路３３Ａの他端と他方の接続管３２との接続位置の近傍で当該二重の第１の冷却流路３３Ａと連通している。

　第３の冷却流路３３Ｃは、図５に示すように、支持体収容部１２の長手方向から見て、アパーチャ部１３の開口部１３ａ回りに、当該開口部１３ａを包囲するように略円弧状に設けられている。第３の冷却流路３３Ｃの一端は、一方の第２の冷却流路３３Ｂの他端と連通しており、第３の冷却流路３３Ｃの他端は、他方の第２の冷却流路３３Ｂの他端と連通している。

　なお、本実施形態では、高温になりやすいターゲット支持体３と熱的に結合された放熱部１４の冷却効率を向上すべく、第１の冷却流路３３Ａの断面積を第３の冷却流路３３Ｃの断面積よりも多少を小さくした上で、第１の冷却流路３３Ａを二重に配置して、第１の冷却流路３３Ａの総断面積を大きくしている。しかしながら、第１の冷却流路３３Ａの構成は、これに限られるものではなく、第３の冷却流路３３Ｃの断面積と同程度の断面席を有する一重の第１の冷却流路３３Ａを放熱部１４の中心軸回りに設ける構成としてもよい。

　このような構成を有する冷却機構３１では、一方の接続管３２から導入された冷却媒体Ｍが第１の冷却流路３３Ａを流れ、他方の接続管３２から排出される。また、一方の接続管３２から第１の冷却流路３３Ａに導入された冷却媒体Ｍの一部は、第１の冷却流路３３Ａから分岐して一方の第２の冷却流路３３Ｂを流れ、第３の冷却流路３３Ｃに導入される。第３の冷却流路３３Ｃを流れた冷却媒体Ｍは、他方の第２の冷却流路３３Ｂを流れて第１の冷却流路３３Ａに回帰し、他方の接続管３２から排出される。

　以上説明したように、Ｘ線発生装置１では、ターゲット部Ｋと垂直な方向に発生するＸ線Ｌを透過可能な位置にＸ線出射窓５が設けられ、当該位置において、Ｘ線出射窓５がターゲット部Ｋ６に対して所定の傾斜角度θ２をもって対向するように配置されている。Ｘ線発生装置１をイメージ管等の撮像装置と組み合わせて対象物Ｓの非破壊検査装置を構成する場合、イメージ管等での対象物Ｓの撮影像のコントラストを十分に確保するためには、Ｘ線出射窓５においてターゲット部Ｋから垂直方向にＸ線Ｌを出射させることが好ましい。また、イメージ管等で得られる対象物ＳのＸ線像の拡大率は、Ｘ線焦点（Ｘ線発生位置：ターゲット部Ｋへの電子線ＥＢの入射位置Ｐ）と対象物Ｓとの間の距離（ＦＯＤ：Focus to Object Distance）に対するＸ線焦点と撮像位置との間の距離（ＦＩＤ：Focus to Image Distance）の比によって定まる。Ｘ線発生装置１では、上述したＸ線出射窓５の傾斜配置により、ターゲット２２に対する電子線ＥＢの入射角度を平行に近づけることなく、ターゲット部Ｋと垂直な方向に発生するＸ線ＬをＸ線出射窓５から取り出すことができる。したがって、このＸ線発生装置１では、所望のコントラスト及びＦＯＤを得つつ、十分なＸ線Ｌの発生効率を得ることができる。

　また、Ｘ線発生装置１では、ターゲット２２が電子線ＥＢの出射軸に対する所定の傾斜角度θ１をもって電子銃２と対向するようにターゲット部Ｋを支持するターゲット支持体３が設けられ、ターゲット部Ｋの少なくとも一部がターゲット支持体３に埋設された状態で支持されている。これにより、電子線ＥＢの入射によってターゲット部Ｋで発生した熱を効率良くターゲット支持体３に伝えることができる。したがって、ターゲット２２の消耗を抑制できる。

　また、Ｘ線発生装置１では、ターゲット２２の少なくとも一部がターゲット支持体３に当接している。これにより、電子線ＥＢの入射によってターゲット２２で発生した熱を直接ターゲット支持体３に伝えることができる。したがって、ターゲット２２の消耗を一層抑制できる。

　また、Ｘ線発生装置１では、筐体４がターゲット支持体３を収容する支持体収容部１２を有している。この支持体収容部１２は、電子銃２からの電子線ＥＢをターゲット部Ｋに向けて導入するアパーチャ部１３と、ターゲット支持体３を包囲すると共に、Ｘ線出射窓５を保持する窓保持部１５とを有している。このように、アパーチャ部１３及び窓保持部１５を組み合わせて支持体収容部１２を設けることにより、ターゲット部Ｋに対する適切な電子入射及び適切なＸ線出射窓５の配置を両立できる。また、本実施形態のように、支持体収容部１２に冷却機構３１を設ける場合には、冷却流路３３の作製も容易となる。

　また、Ｘ線発生装置１では、窓保持部１５の周壁部１７において、Ｘ線出射窓５が固定される固定部Ｆと、固定部Ｆを包囲するように筐体４の内側から外側に突出する凸部１８とが設けられている。これにより、反射電子（例えばターゲット部Ｋ等で反射した電子線ＥＢに起因する電子等）がＸ線出射窓５や固定部Ｆに入射して熱が発生したとしても、その熱が熱容量の大きな凸部１８の方に伝わることで、Ｘ線出射窓５や固定部Ｆの破損といった悪影響を抑制できる。

　また、本実施形態では、アパーチャ部１３の厚さＴ３が固定部Ｆの厚さＴ１よりも大きくなっている。これにより、アパーチャ部１３の熱容量を大きくすることが可能となり、例えば電子銃２からの電子線ＥＢのうち、アパーチャ部１３に入射してしまった電子による熱の影響を抑制できる。さらに、本実施形態では、支持体収容部１２がターゲット支持体３の基端部分と熱的に結合された放熱部１４を備え、放熱部１４の厚さＴ４が凸部１８の厚さＴ２及びアパーチャ部１３の厚さＴ３の少なくとも一方よりも大きくなっている。このため、ターゲット部Ｋで発生した熱がターゲット支持体３に伝わり、その熱が熱容量の大きな放熱部１４に伝わることで、ターゲット部Ｋで発生した熱を効率的に取り除くことができる。

　また、Ｘ線発生装置１では、支持体収容部１２の壁部内に冷却媒体Ｍを循環させる冷却流路３３が配置されている。冷却流路３３に冷却媒体Ｍを循環させることで、電子線ＥＢの照射時において、支持体収容部１２を効率的に冷却することができる。本実施形態では、放熱部１４内に設けられた第１の冷却流路３３Ａと、窓保持部１５内に設けられた第２の冷却流路３３Ｂと、アパーチャ部１３内に設けられた第３の冷却流路３３Ｃとによって冷却流路３３が構成されている。これにより、電子線ＥＢの照射時において、支持体収容部１２の全体を迅速に冷却できる。

　また、Ｘ線発生装置１では、ターゲット部Ｋの配置領域Ｒがターゲット部Ｋへの電子線ＥＢの入射領域ＥＲを内包する大きさとなっている。これにより、電子線ＥＢの入射位置及び大きさの変動、或いはターゲット部Ｋの熱膨張によるターゲット部Ｋの位置の移動などに起因してターゲット部Ｋへの電子線ＥＢの入射領域ＥＲがターゲット部Ｋの配置領域Ｒから外れてしまうことを抑制できる。したがって、Ｘ線Ｌの発生効率の変動を抑制できる。また、長期間にわたる電子線ＥＢの照射などによりターゲット２２にダメージが生じた場合、例えば磁力などを用いて電子線ＥＢの入射位置Ｐをずらし、ターゲット２２のダメージの生じていない部分に電子線ＥＢを照射することも可能となる。

　本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、支持体収容部１２がアパーチャ部１３、放熱部１４、及び窓保持部１５を組み合わせて構成されているが、支持体収容部１２の構成はこれに限られない。例えばアパーチャ部１３と一体化された窓保持部１５が放熱部１４に結合されて支持体収容部１２が構成されていてもよく、放熱部１４と一体化された窓保持部１５がアパーチャ部１３と結合されて支持体収容部１２が構成されていてもよい。

　また、上記実施形態では、基板２１に形成された複数の溝部２１ａの両端が側面２１ｓまで到達して開放端を形成しているが、複数の溝部２１ａの両端が側面２１ｓまで到達せず、複数の溝部２１ａの両端が開放端とならない構成であってもよい。冷却流路３３の構成も上記実施形態に限られず、例えば放熱部１４内の第１の冷却流路３３Ａ、窓保持部１５内の第２の冷却流路３３Ｂ、及びアパーチャ部１３内の第３の冷却流路３３Ｃがそれぞれ独立した冷却媒体Ｍの循環経路となっていてもよい。第１の冷却流路３３Ａ、第２の冷却流路３３Ｂ、及び第３の冷却流路３３Ｃのいずれかが省略された構成であってもよい。

　また、上記実施形態では、図２（ａ）に示したように、ターゲット部Ｋが基板２１の表面２１ｆ上に形成した複数の長尺の溝部２１ａにターゲット２２を埋設することによって形成されているが、ターゲット部Ｋの構成はこれに限られるものではない。例えば図６に示すように、ターゲット２２は、その長手方向に沿って複数に分割されていてもよい。図６の例では、ターゲット２２は、その長手方向に沿った直線状に配列された複数の溝部（不図示）にそれぞれ埋設された複数の分割ターゲット２２ａによって構成されている。

　複数の分割ターゲット２２ａのそれぞれは、基板２１の平面視において互いに合同な矩形状をなし、ターゲット２２の長手方向に等間隔に配置されている。また、隣り合うターゲット２２における複数の分割ターゲット２２ａのそれぞれは、ターゲット２２の短手方向に等間隔に配置されている。したがって、ターゲット２２の全体としては、複数の分割ターゲット２２ａは、ｎ×ｍのマトリクス状に配置された状態となっている（ｎ，ｍはいずれも１以上の整数）。このように、ターゲット部Ｋの構成を変更することで、ターゲット支持体３で発生するＸ線Ｌを異なる条件で筐体４の外部に出射させることが可能となる。

　なお、ターゲット２２の長手方向における分割ターゲット２２ａ，２２ａ同士の間隔と、ターゲット２２の短手方向における分割ターゲット２２ａ，２２ａ同士の間隔とは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。これらの間隔を変更することで、Ｘ線Ｌの出射条件を更に幅広く調整できる。

　１…Ｘ線発生装置、２…電子銃（電子銃部）、３…ターゲット支持体（ターゲット部支持部）、４…筐体（筐体部）、５…Ｘ線出射窓（Ｘ線出射窓部）、１２…支持体収容部（支持部収容部）、１３…アパーチャ部、１４…放熱部、１５…窓保持部（窓部保持部）、１８…凸部、２２…ターゲット、２２ａ…分割ターゲット（ターゲット）、３３…冷却流路、ＥＢ…電子線、Ｆ…固定部、Ｌ…Ｘ線、ＥＲ…入射領域、Ｋ…ターゲット部、Ｒ…配置領域、Ｐ…入射位置、Ｔ１…固定部の厚さ、Ｔ２…アパーチャ部の厚さ、Ｔ３…放熱部の厚さ、Ｍ…冷却媒体、θ１，θ２…傾斜角度。

Claims

　電子線を出射する電子銃部と、
　前記電子線の入射によってＸ線を発生する複数の長尺のターゲットが互いに平行となるように配置されたターゲット部と、
　前記電子銃部及び前記ターゲット部を収容する筐体部と、
　前記筐体部に設けられ、前記ターゲット部で発生したＸ線を前記筐体部の外部に出射させるＸ線出射窓部と、備え、
　前記ターゲット部では、前記ターゲットが前記電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって前記電子銃部と対向するように配置され、
　前記Ｘ線出射窓部は、前記ターゲット部と垂直な方向に発生するＸ線を透過可能な位置で、前記ターゲット部に対して所定の傾斜角度をもって対向するように配置されているＸ線発生装置。
　前記ターゲットが前記電子線の出射軸に対する所定の傾斜角度をもって前記電子銃部と対向するように前記ターゲット部を支持するターゲット部支持部を備え、
　前記ターゲット部の少なくとも一部は、前記ターゲット部支持部に埋設された状態で支持されている請求項１記載のＸ線発生装置。
　前記ターゲットの少なくとも一部は、前記ターゲット部支持部に当接している請求項２記載のＸ線発生装置。
　前記筐体部は、前記ターゲット部支持部を収容する支持部収容部を有し、
　前記支持部収容部は、
　前記電子銃部からの前記電子線を前記ターゲット部に向けて導入するアパーチャ部と、
　前記ターゲット部支持部を包囲すると共に、前記Ｘ線出射窓部を保持する窓部保持部と、を有している請求項２又は３記載のＸ線発生装置。
　前記窓部保持部は、前記Ｘ線出射窓部が固定される固定部と、前記固定部を包囲するように前記筐体の内側から外側に突出する凸部とを備えている請求項４記載のＸ線発生装置。
　前記アパーチャ部の厚さは、前記固定部の厚さよりも大きくなっている請求項５記載のＸ線発生装置。
　前記支持部収容部は、前記ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、
　前記放熱部の厚さは、前記凸部及び前記アパーチャ部の厚さの少なくとも一方よりも大きくなっている請求項５又は６記載のＸ線発生装置。
　前記支持部収容部の壁部内には、冷却媒体を循環させる冷却部が設けられている請求項４～７のいずれか一項記載のＸ線発生装置。
　前記支持部収容部は、前記ターゲット部支持部の基端部分と熱的に結合された放熱部を備え、
　前記冷却部は、少なくとも前記アパーチャ部及び前記放熱部に配置されている請求項８記載のＸ線発生装置。
　前記ターゲットの配置領域は、前記ターゲット部への前記電子線の入射領域を内包する大きさとなっている請求項１～９のいずれか一項記載のＸ線発生装置。