(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空外囲器内で電子発生ユニットから発せられた電子をターゲットに衝突させ、前記真空外囲器に設けられた出力窓を介して、電子の進行方向と略直交する方向にＸ線を出力するＸ線管において、
前記真空外囲器は、前記ターゲットを収容する筒状の胴部と、前記電子発生ユニットを収容する筒状の収容部とを有し、
前記収容部は、前記胴部の側部に固定され、
前記胴部の軸心はＸ線の出力方向に沿って延在し、前記収容部の軸心は前記胴部の軸心に直交すると共に、前記電子の進行方向に沿って延在し、
前記収容部は、Ｘ線の出力方向における長さをＡとし、前記Ｘ線の出力方向と前記電子の進行方向との双方に直交する方向における長さをＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たすように形成されていることを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
前記収容部の軸心に直交する前記収容部の断面は、多角形状であることを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
【請求項３】
前記収容部の軸心に直交する前記収容部の断面は、楕円形状であることを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
【請求項４】
前記収容部の軸心に直交する前記収容部の断面は、楕円の一部をカットした形状であることを特徴とする請求項１記載のＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管に関し、特に、Ｘ線焦点を極めて微小に設定可能なマイクロフォーカスＸ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Ｘ線管をＸ線発生源として備えるＸ線検査装置が、非破壊検査や非接触検査等に幅広く適用されている。この種のＸ線検査装置に対しては、撮像される透視画像の鮮明度と共に、拡大率をより向上させることが求められる。この場合、Ｘ線管におけるＸ線の焦点位置（Ｘ線発生点）と、検査対象となる試料等との距離を短縮化できれば、Ｘ線検査装置の拡大率を容易に向上させることができる。このため、従来から、Ｘ線の焦点位置と検査対象等との距離を短縮化するために様々な技術が提案されている。
【０００３】
このような技術としては、例えば、特許第２７１３８６０号公報や特開平１１−２２４６２５号公報によって開示されたものが知られている。特許第２７１３８６０号公報に記載されたＸ線管では、ターゲットの周囲に電子通過口を有するフード電極が装着されている。そして、フード電極のＸ線出力窓側の端部には突起が形成されている。このようなフード電極を用いた場合、フード電極とフォーカスグリッド電極との間の等電位面がフォーカスグリッド電極側に近づく。このため、両電極間で加速される電子ビームはＸ線出力窓に向けて屈曲する。この結果、Ｘ線焦点位置とＸ線出力窓との距離（ＦＯＤ：Focus Object Distance）が短縮化される。また、特開平１１−２２４６２５号公報に記載されたＸ線管では、フード電極の電子通過口がＸ線の進行方向と反対側に拡大されている。これにより、フォーカスグリッド電極とフード電極との間で加速される電子ビームはＸ線出力窓に向けてより一層屈曲することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成された従来のＸ線管を用いても、ＦＯＤが十分に短縮化されないことがある。すなわち、フード電極のＸ線出力窓側の端部に設ける突起のサイズには限界がある。従って、このような手法によってＦＯＤを更に短縮化させることは難しい。また、フード電極の電子通過口をＸ線の進行方向と反対側に拡大した場合、ターゲット上における電子の集束特性が悪化してしまい、電子ビームの広がりが大きくなったり、焦点形状が円形ではなくなってしまったりすることがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、収容部の容積を必要十分に確保しつつ、Ｘ線焦点位置とＸ線出力窓との距離を容易かつ確実に短縮化することができるＸ線管の提供を目的とする。
【０００６】
請求項１に記載の本発明によるＸ線管は、真空外囲器内で電子発生ユニットから発せられた電子をターゲットに衝突させ、真空外囲器に設けられた出力窓を介して、電子の進行方向と略直交する方向にＸ線を出力するＸ線管において、真空外囲器は、ターゲットを収容する筒状の胴部と、電子発生ユニットを収容する筒状の収容部とを有し、収容部は、胴部の側部に固定され、胴部の軸心はＸ線の出力方向に沿って延在し、収容部の軸心は胴部の軸心に直交すると共に、電子の進行方向に沿って延在し、収容部は、Ｘ線の出力方向における長さをＡとし、前記Ｘ線の出力方向と前記電子の進行方向との双方に直交する方向における長さをＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たすように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このＸ線管は、例えばＸ線検査装置等のＸ線発生源として利用すると好適なものであり、電子を発生するカソード等を含む電子発生ユニット、陽極となるターゲット、及び、これらを収容する真空外囲器を備える。この真空外囲器は、電子発生ユニットを収容するための収容部を有する。また、真空外囲器には、電子発生ユニットから発せられる電子の進行方向と平行をなすように出力窓が設けられている。そして、電子発生ユニットからの電子を受容するカソードは、電子の進行方向と出力窓とに対して傾斜するように真空外囲器内に配置されている。これにより、このＸ線管では、真空外囲器で電子発生ユニットから発せられた電子がターゲットに衝突すると、真空外囲器の出力窓から、Ｘ線が電子の進行方向と略直交する方向に出力される。
【０００８】
さて、この種のＸ線管が備えられるＸ線検査装置等では、従来から、拡大率をより向上させることが求められている。これを実現するためには、Ｘ線管側では、Ｘ線焦点位置とＸ線出力窓との距離（ＦＯＤ）をより短縮化する必要がある。このため、本発明者らは、ＦＯＤをより短縮化するべく、鋭意検討を重ねた。そして、様々な研究検討を踏まえた上で、このＸ線管では、電子発生ユニットを収容する収容部のＸ線の出力方向における長さをＡとし、Ｘ線の出力方向と電子の進行方向との双方に直交する方向における長さをＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たすように収容部を形成することとした。
【０００９】
このように、電子の進行方向とＸ線の出力方向とが直交するＸ線管において、Ｂ＞Ａを満たすように収容部を形成するということは、出力窓を下側にした時の収容部の断面における高さを幅よりも小さくするということである。これにより、収容部の容積を必要十分に確保しつつ、電子発生ユニットにおける電子の発生点を出力窓側に近づけることができる。そして、電子発生ユニットにおける電子の発生点が出力窓側に近づけば、ターゲットにおけるＸ線焦点位置は、必然的にＸ線出力窓に近づくことになる。この結果、このＸ線管によれば、Ｘ線焦点位置とＸ線出力窓との距離（ＦＯＤ）を容易かつ確実に短縮化することができる。
【００１１】
さらに、収容部を、その底側が出力窓と面一になるように構成し、出力窓よりもＸ線の出力方向に突出しないようにするので、Ｘ線管全体を検査対象等に対して接近させる際に収容部が障害となってしまうことを防止することができる。これにより、このＸ線管を採用したＸ線検査装置等では、容易に拡大率を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、電子発生ユニットを収容する収容部の断面形状は、Ｂ＞Ａを満たす範囲内で、様々な形状を採用することができる。すなわち、収容部の軸心に直交する断面は、長方形や五角形等の多角形状であると好ましく、また、楕円形状であってもよい。更に、収容部の断面として、楕円の一部を直線や緩い曲線でカットした形状（真円の一部を直線等でカットした形状を含む）を採用してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるＸ線管の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるＸ線管を示す断面図である。同図に示すＸ線管１は、例えばＸ線検査装置のＸ線発生源として用いると好適なものであり、真空外囲器２、電子発生ユニット（電子銃）３、及び、ターゲットＴを備える。電子発生ユニット３は、多孔質タングステン等にＢａＯ等を含浸させたカソードＣを有する。また、ターゲットＴは、炭素層上に保護層を介してタングステン等からなるＸ線発生膜を積層させたものである。これら電子発生ユニット３とターゲットＴとは、真空外囲器２の内部に収容されており、真空外囲器２の内部で電子発生ユニット３から発せられた電子がターゲットＴに衝突するとＸ線が出力される。真空外囲器２は、図１に示すように、主として、外囲器本体４とバルブ１０とから構成されている。
【００１５】
外囲器本体４は、陽極となるターゲットＴが収容される胴部５と、陰極となる電子発生ユニット３が収容される電子銃収容部６とからなる。胴部５は、金属等によって筒状に形成されており、内部空間５ａを有する。また、胴部５の外周には、図示しないＸ線検査装置の筐体等に固定されるフランジ部５ｂが設けられている。そして、胴部５の図１における下部には、出力窓７ａを有する蓋板７が固定されており、この蓋板７によって内部空間５ａの一端側が閉鎖されている。一方、電子銃収容部６は、図２に示すように筒状に形成されており、胴部５の側部下方に接続（固定）されている。図１に示すように、胴部５の軸心と電子銃収容部６の軸心とは略直交し、電子銃収容部６の内部は、アパーチャ６ａを介して、胴部５の内部空間５ａと連通する。
【００１６】
電子銃収容部６内に収容される電子発生ユニット３について説明すると、図１及び図３に示すように、電子発生ユニット３には、カソードＣ、ヒータ３０、第１グリッド電極３１および第２グリッド電極３２が含まれる。これらカソードＣ、ヒータ３０、第１グリッド電極３１および第２グリッド電極３２は、それぞれ平行に延びる複数（本実施形態では、８本）のピン３３ａ〜３３ｈを介して、ステム基板３４に取り付けられている。具体的には、カソードＣは、ステム基板３４に固定されたピン３３ａ（図２参照）に取り付けられており、このピン３３ａを介して外部から給電される。同様に、ヒータ３０は、ステム基板３４に固定されたピン３３ｂ，３３ｃ（図２参照）に取り付けられており、これらピン３３ｂ，３３ｃを介して外部から給電される。
【００１７】
更に、第１グリッド電極３１は、ステム基板３４に固定されたピン３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３ｇに取り付けられており、これらピン３３ｄ〜３３ｇを介して外部から給電される。また、第２グリッド電極３２は、ステム基板３４に固定されたピン３３ｈに取り付けられており、このピン３３ｈを介して外部から給電される。このようにしてカソードＣ等をステム基板３４に一体化させた電子発生ユニット３は、アパーチャ６ａと反対側の端部から電子銃収容部６内に挿入され、ステム基板３４は、電子銃収容部６の端部に固定される。
【００１８】
一方、外囲器本体４と共に真空外囲器２を構成するバルブ１０は、ガラスやセラミック等の絶縁体によって略筒状に形成されている。図１に示すように、バルブ１０の一端側（図１における下端側）には、金属等からなるリング部材８が融着されている。そして、このリング部材８は、外囲器本体４を構成する胴部５に接合（溶接）される。このように、バルブ１０の一端側は、外囲器本体４に接合される。
【００１９】
これに対して、バルブ１０の他端側（図１における上端側）には、図１に示すように、内方に向けて延びる円筒状の内筒部１０ａが設けられている。つまり、バルブ１０の他端部（上端部）は、中央部に孔部が画成されるように、全周にわたって内側に折り返されている。これにより、バルブ１０の他端側は、内筒部１０ａの内部を介して外部に開放される。そして、バルブ１０の内筒部１０ａには、ターゲットＴを胴部５内に支持するための金属管１１が取り付けられる。
【００２０】
金属管１１は、図１に示すように、基本的にバルブ１０の内筒部１０ａの内径よりも小さい外径を有する。また、金属管１１は、その一端側（図１における下端側）の外周に、張出部１１ａを有する。すなわち、金属管１１の一端部は、全周にわたって外側に折り返されており、金属管１１の一端側の外周には、バルブ１０の内筒部１０ａと略同径の筒状部（外筒部）が形成されている。そして、金属管１１の他端側（図１における上端側）は、バルブ１０の内筒部１０ａに挿通させることができる。
【００２１】
金属管１１の他端側をバルブ１０の内筒部１０ａに挿通させていくと、張出部１１ａの端面は、バルブ１０に設けられている内筒部１０ａの端面と当接する。内筒部１０ａと張出部１１ａとが当接した際には、金属管１１の他端部は、図１に示すように、内筒部１０ａを介してバルブ１０から外方に突出する。そして、バルブ１０の端面と張出部１１ａの端面とは互いに融着させられる。
【００２２】
このようにしてバルブ１０に取り付けられる金属管１１には、一端側にターゲットＴを支持するターゲット支持体１２の他端側が挿通される。ターゲット支持体１２は、銅材等により棒状に形成されており、一端側（図１において下端側）に、バルブ１０側から胴部５側に（図１において上側から下側に）向かうにつれて電子発生ユニット３から遠ざかるように傾斜する傾斜面１２ａを有する（図１参照）。ターゲットＴは、この傾斜面１２ａと面一になるようにターゲット支持体１２の端部に埋設されている。
【００２３】
そして、ターゲット支持体１２の他端部（図１における上端部）は、バルブ１０から突出している金属管１１の端部に溶接されている。これにより、ターゲット支持体１２は、バルブ１０および胴部５の軸心と略平行に延在する一方、電子発生ユニット３からの電子の進行方向ｙとは略直交する。従って、真空外囲器２の内部において、電子発生ユニット（電子銃）３から発せられた電子がターゲットＴに衝突すると、ターゲットＴの表面から、電子の進行方向と略直交する方向にＸ線が出力される。Ｘ線は、胴部５の開放端（バルブ１０側と反対側の端部）を覆う蓋板７の出力窓７ａを介して外部に放出される。なお、バルブ１０内には、内筒部１０ａと金属管１１の張出部１１ａとの融着部を覆うように、カバー電極１４が装着される。
【００２４】
さて、上述したように構成されたＸ線管１が備えられるＸ線検査装置等では、従来から、拡大率をより向上させることが求められている。これを実現するためには、Ｘ線管側では、Ｘ線焦点位置と出力窓７ａとの距離（ＦＯＤ）をより短縮化する必要がある。このため、本発明者らは、ＦＯＤをより短縮化するべく、鋭意検討を重ねた。そして、様々な研究検討を踏まえた上で、このＸ線管１では、図２に示すように、電子発生ユニット３を収容する電子銃収容部６のＸ線の出力方向ｘ（図１参照）における長さをＡとし、Ｘ線の出力方向ｘと電子の進行方向ｙ（図１参照）との双方に直交する方向ｚ（図２参照）における長さをＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たすように電子銃収容部６が形成されている。
【００２５】
すなわち、図２に示すように、Ｘ線管１の電子銃収容部６は、出力窓７ａを下側にした時に、断面における高さＡが幅Ｂよりも小さい略長方形状の断面を有し、これに合わせて、ステム基板３４も長方形状の断面を有する。これにより、電子銃収容部６の容積を必要十分に確保しつつ、電子発生ユニット３における電子の発生点を図１に示すｘ方向において出力窓７ａ側に近づけることができる。このように、電子発生ユニット３における電子の発生点が出力窓７ａ側に近づけば、ターゲットＴにおけるＸ線焦点位置は、必然的に出力窓７ａに近づくことになる。従って、Ｘ線管１によれば、Ｘ線焦点位置と出力窓７ａとの距離（ＦＯＤ）を容易かつ確実に短縮化することができる。
【００２６】
また、図１に示すように、Ｘ線管１では、電子銃収容部６は、その底部６ｂが出力窓７ａを有する蓋板７と面一になるように胴部５に接合されている。つまり、Ｘ線管１の電子銃収容部６は、出力窓７ａよりもＸ線の出力方向ｘに突出していない。このように、電子銃収容部６を、その底部６ｂが出力窓７ａと少なくとも面一になるように構成し、出力窓７ａよりもＸ線の出力方向ｘに突出しないようにすれば、Ｘ線管１全体を検査対象等に対して接近させる際に電子銃収容部６が障害となってしまうことを防止することができる。これにより、このＸ線管１を採用したＸ線検査装置等では、容易に拡大率を向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、上述したように、電子銃収容部６に固定されるステム基板３４には、複数のピン３３ａ〜３３ｈが取り付けられ、カソードＣ等には、これらピン３３ａ等を介して電力が供給される。このため、耐電圧の面から、各ピン３３ａ〜３３ｈ同士の間隔をある程度を大きく保つ必要があり、ステム基板３４には、ある程度の面積が必要とされる。この点を踏まえれば、電子銃収容部６の断面における幅Ｂをある程度大きく設定するのが好ましい。これにより、電子銃収容部６の容積を十分に確保可能となると共に、ステム基板３４における各ピン３３ａ〜３３ｈ同士の間隔を十分に保つことができる。
【００２８】
図４〜図７に本発明によるＸ線管の他の実施形態を示す。これらの図面に示すように、電子発生ユニット３を収容する電子銃収容部６の断面形状としては、Ｂ＞Ａを満たす範囲内で、様々な形状を採用することができる。
【００２９】
例えば、図４に示すＸ線管１Ａには、略五角形状の断面を有する電子銃収容部６Ａが備えられている。同図に示すＸ線管１Ａでは、電子発生ユニット３を構成するカソード、ヒータ、第１グリッド電極および第２グリッド電極（何れも図示省略）をステム基板３４に一体化させるピンの数が、図１〜図３に示すＸ線管１よりも減らされている。この場合、カソード等は、７本のピン３５ａ〜３５ｇを介して、断面五角形状を有するステム基板３４Ａに取り付けられている。
【００３０】
Ｘ線管１Ａにおけるカソード等とピンとの対応を例示すると、カソードは、ステム基板３４の図中左上端に固定されたピン３５ａに取り付けられ、ヒータは、ステム基板３４の中央下側に固定された２本のピン３５ｂ，３５ｃに取り付けられる。また、第１グリッド電極は、ステム基板３４の中央上側および左右下側に固定された３本のピン３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに取り付けられる。そして、第２グリッド電極は、ステム基板３４の右上側に固定されたピン３５ｇに取り付けられる。
【００３１】
このような構成を採用しても、電子銃収容部６Ａの容積を必要十分に確保しつつ、Ｘ線焦点位置と出力窓との距離（ＦＯＤ）を容易かつ確実に短縮化することができる。また、ピンの数や取付位置を適宜設定すれば、電子銃収容部の断面として、五角形を始めとする各種多角形（例えば、三角形等）を採用することができる。
【００３２】
また、図５に示すＸ線管１Ｂには、略楕円形状の断面を有する電子銃収容部６Ｂが備えられている。同図に示すＸ線管１Ｂでは、電子発生ユニット３を構成するカソード、ヒータ、第１グリッド電極および第２グリッド電極（何れも図示省略）をステム基板３４に一体化させるピンの数が、図１〜図３に示すＸ線管１や図４に示すＸ線管１Ａよりも更に減らされている。この場合、カソード等は、６本のピン３６ａ〜３６ｆを介して、断面楕円形状を有するステム基板３４Ｂに取り付けられている。
【００３３】
Ｘ線管１Ｂにおけるカソード等とピンとの対応を例示すると、カソードは、ステム基板３４の図中左上端に固定されたピン３６ａに取り付けられ、ヒータは、ステム基板３４の中央上下に固定された２本のピン３６ｂ，３６ｃに取り付けられる。また、第１グリッド電極は、ステム基板３４の左右下側に固定された２本のピン３６ｄ，３６ｅに取り付けられる。そして、第２グリッド電極は、ステム基板３４の右上側に固定されたピン３６ｆに取り付けられる。このような構成を採用しても、電子銃収容部６Ｂの容積を必要十分に確保しつつ、Ｘ線焦点位置と出力窓との距離（ＦＯＤ）を容易かつ確実に短縮化することができる。
【００３４】
更に、図６に示すＸ線管１Ｃには、楕円形の一部を直線でカットした形状の断面を有する電子銃収容部６Ｃが備えられている。また、図７に示すＸ線管１Ｄには、円形の一部を直線でカットした形状、すなわち、略半円形状の断面を有する電子銃収容部６Ｄが備えられている。これらの構成を採用しても、電子銃収容部６Ｃ，６Ｄの容積を必要十分に確保しつつ、Ｘ線焦点位置と出力窓との距離（ＦＯＤ）を容易かつ確実に短縮化することができる。なお、これらの場合も、ステム基板３４Ｃ，３４Ｄの形状を電子銃収容部６Ｃ，６Ｄに合わせるのはいうまでもない。また、Ｘ線管１Ｃ，１Ｄにおけるカソード等とピンとの対応関係としては、図５に例示したものと同様のものが採用可能である。更に、図示を省略するが、電子銃収容部の断面として、楕円（真円）の一部を緩い曲線（Ｘ線の進行方向側に張り出す曲線）でカットした形状を採用してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるＸ線管は、真空外囲器内で電子発生ユニットから発せられた電子をターゲットに衝突させ、真空外囲器に設けられた出力窓を介して、電子の進行方向と略直交する方向にＸ線を出力するものであって、電子発生ユニットの収容部が、Ｘ線の出力方向における長さをＡとし、Ｘ線の出力方向と電子の進行方向との双方に直交する方向における長さをＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たすように形成されている。従って、このＸ線管では、収容部の容積を必要十分に確保しつつ、Ｘ線焦点位置とＸ線出力窓との距離を容易かつ確実に短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線管を示す断面図である。
【図２】本発明によるＸ線管を示す側面図である。
【図３】図１および図２に示すＸ線管の電子銃収容部内の構成を説明するための断面図である。
【図４】本発明によるＸ線管の第２の実施形態を示す側面図である。
【図５】本発明によるＸ線管の第３の実施形態を示す側面図である。
【図６】本発明によるＸ線管の第４の実施形態を示す側面図である。
【図７】本発明によるＸ線管の第５の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ．１Ｂ．１Ｃ．１Ｄ…Ｘ線管、２…真空外囲器、３…電子発生ユニット、４…外囲器本体、５…胴部、５ａ…内部空間、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…電子銃収容部、６ａ…アパーチャ、６ｂ…底部、７…蓋板、７ａ…出力窓、１０…バルブ、１２…ターゲット支持体、１４…カバー電極、３０…ヒータ、３１…第１グリッド電極、３２…第２グリッド電極、３３ａ〜３３ｈ，３５ａ〜３５ｇ，３６ａ〜３６ｆ…ピン、３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ…ステム基板、Ｃ…カソード、Ｔ…ターゲット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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