JP2013232308A

JP2013232308A - X-ray tube

Info

Publication number: JP2013232308A
Application number: JP2012102986A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otani; 良一大谷
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a time from starting until an X-ray tube is made operable.SOLUTION: An X-ray tube comprises a vacuum container having a target for permeating and generating X-rays, and an electron gun housed in the vacuum container and making electron beams collide with the target. The electron gun has: a negative electrode generating electrons; an extraction electrode 22 that extracts the electrons from the negative electrode, and on which an electron passage hole 22a for passing the electrons is formed; and an electrode that forms an electrostatic lens for converging the electrons extracted by the extraction electrode to the electron beams. The extraction electrode 22 comprises: a center region 100 having the electron passage hole 22a; and a peripheral region 101 formed around the center region and supported by a support. Plural openings 102 are provided in the peripheral region.

Description

本発明の実施形態は、微小焦点を有するＸ線管に関する。 Embodiments of the present invention relate to an X-ray tube having a micro focus.

微小焦点を有するＸ線管は、対象物の微小領域や微小対象物を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。このＸ線管は、Ｘ線透過型のターゲットを用いターゲット表面からμｍオーダ径以下のＸ線源を生成する。 An X-ray tube having a micro focus is widely used in a non-destructive inspection apparatus for inspecting a micro area of an object or a micro object with high resolution. This X-ray tube uses an X-ray transmission type target and generates an X-ray source having a diameter of the order of μm or less from the target surface.

このターゲットに電子銃ユニットが組み合わされて、このユニットから発生される電子ビームをターゲット表面に集束させて０．１μｍの微小焦点のＸ線源が得られるまでになっている。 An electron gun unit is combined with this target, and an electron beam generated from this unit is focused on the target surface until an X-ray source with a micro focus of 0.1 μm is obtained.

電子銃ユニットは電子を発生する陰極から電子ビームが通過する管軸すなわち基準軸に沿ってそれぞれ電子通過孔を有する抑制電極、引出電極、加速電極、収束電極、ＮＡアパチャー電極からなり、Ｘ線ターゲットに向けて配置される。上記加速電極、収束電極およびＮＡアパチャー電極が静電レンズを形成し電子ビームをターゲットに集束する。 The electron gun unit is composed of a suppression electrode, an extraction electrode, an accelerating electrode, a converging electrode, and an NA aperture electrode each having an electron passage hole along a tube axis, ie, a reference axis, through which an electron beam passes from a cathode that generates electrons. It is arranged toward. The acceleration electrode, the focusing electrode and the NA aperture electrode form an electrostatic lens to focus the electron beam on the target.

陰極は電子顕微鏡などにも汎用的に利用されている熱電界放出型（ＴＦＥ）電子源を用いるのが一般的である。 As the cathode, it is common to use a thermal field emission (TFE) electron source which is widely used for electron microscopes and the like.

特開２００７−１８８４３１号公報JP 2007-188431 A

このＴＦＥ電子源では、通電加熱されるフィラメントの先端に、電子放出点すなわちエミッタチップが接合されており、エミッタチップの先端が最適温度（約１５００℃）になったときに所定の電子ビーム電流が安定に得られるという特徴がある。そのため、このような微少な電子源では最適温度に達するまでに電子源近傍の電極等の構造物も加熱されて熱平衡状態となることが必要である。フィラメントに定格よりも過大電流を流してエミッタチップを過熱することで、所定温度まで輻射で周囲の電極を加熱し熱平衡を促進することが可能であるが、この過加熱はエミッタの寿命低下が起こすほか、エミッタチップの状態の悪化を招き動作が不安定になる。このため定格フィラメント電流のみでエミッタチップやその周辺の電極を加熱するがエミッタの先端が最適温度に至って安定するまでに要する時間は通常２時間以上かかる。それまでは焦点位置、サイズが安定しないため、実際にＸ線を用いて検査測定するまでにはこのような待機時間が必要になる。この待機時間の短縮化をはかるのが課題である。 In this TFE electron source, an electron emission point, that is, an emitter tip, is bonded to the tip of a filament that is heated by energization. When the tip of the emitter tip reaches an optimum temperature (about 1500 ° C.), a predetermined electron beam current is generated. It is characterized by being obtained stably. Therefore, in such a minute electron source, it is necessary that a structure such as an electrode in the vicinity of the electron source is also heated to reach a thermal equilibrium state until the optimum temperature is reached. It is possible to heat the surrounding electrode with radiation to a predetermined temperature by applying an excessive current to the filament over the rated current to heat the surrounding electrode and promote thermal equilibrium. However, this overheating causes a decrease in the life of the emitter. In addition, the state of the emitter tip is deteriorated and the operation becomes unstable. For this reason, although the emitter tip and its surrounding electrodes are heated only by the rated filament current, it usually takes 2 hours or more for the tip of the emitter to reach the optimum temperature and stabilize. Until then, since the focal position and size are not stable, such a waiting time is required before the inspection measurement is actually performed using X-rays. The challenge is to reduce the waiting time.

本実施形態のＸ線管は、Ｘ線を透過発生するターゲットを備えた真空容器とこの真空容器に収納された電子銃を具備するＸ線管において、前記電子銃は、電子を発生する陰極とこの陰極から電子を引き出しこの電子を通過させる電子通過孔を形成した引出電極とこの引出電極により引き出された電子を前記電子ビームに収束させる静電レンズを形成する電極とを有しており、前記引出電極は前記電子通過孔を有する中央領域とこの中央領域の周囲に形成され支持体により支持される周辺領域とからなり、前記周辺領域に複数の開口が設けられている。 The X-ray tube of this embodiment is an X-ray tube including a vacuum container including a target that transmits X-rays and an electron gun accommodated in the vacuum container. The electron gun includes a cathode that generates electrons. An extraction electrode having an electron passage hole through which electrons are drawn out from the cathode and an electron passage hole through which the electrons pass, and an electrode forming an electrostatic lens for converging the electrons extracted by the extraction electrode into the electron beam, The extraction electrode includes a central region having the electron passage hole and a peripheral region formed around the central region and supported by a support, and a plurality of openings are provided in the peripheral region.

第１の実施形態の略縦断面図。1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment. 第１の実施形態の一部の略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a part of the first embodiment. 第１の実施形態の動作を説明する略図。6 is a schematic diagram for explaining the operation of the first embodiment. 第１の実施形態の引出電極を説明する平面図。The top view explaining the extraction electrode of 1st Embodiment. 第２の実施形態の引出電極を説明する平面図。The top view explaining the extraction electrode of 2nd Embodiment. 第３の実施形態の引出電極を説明する平面図。The top view explaining the extraction electrode of 3rd Embodiment. 第１の実施形態を説明する曲線図。The curve figure explaining 1st Embodiment.

（第１の実施形態）
本実施形態を図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３および図６を参照して説明する。本実施形態のＸ線管１０は円筒状の真空容器１１に備えたＸ線透過型のターゲット１２と真空容器１１内に電子銃１３を収容して構成されている。 (First embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2, 3 and 6. FIG. The X-ray tube 10 of this embodiment is configured by accommodating an X-ray transmission type target 12 provided in a cylindrical vacuum vessel 11 and an electron gun 13 in the vacuum vessel 11.

ターゲット１２は電子銃１３側の面に電子ビームが衝突することによりＸ線を発生し他の面からすなわち真空容器１１外側にＸ線を放射するもので、原子数の大きな金属例えばタングステン板で形成される。ターゲット１２は真空容器１１の一端面を形成するターゲット支持板１４の中央で支持され、ターゲット自体が真空容器の一部を兼ねている。なお軟Ｘ線例えば特性Ｘ線を利用する場合、ターゲットにタングステン以外の金属を用いることもできる。 The target 12 generates X-rays when an electron beam collides with the surface on the electron gun 13 side, and emits X-rays from the other surface, that is, outside the vacuum vessel 11, and is formed of a metal having a large number of atoms, for example, a tungsten plate. Is done. The target 12 is supported at the center of the target support plate 14 that forms one end face of the vacuum vessel 11, and the target itself also serves as a part of the vacuum vessel. When soft X-rays, for example, characteristic X-rays are used, a metal other than tungsten can be used for the target.

電子銃１３は真空容器１１の内部に収容され内壁で固定され、真空容器１１の他端面に設置されるステム１５から各電極に電圧が印加されて、電子を収束して電子ビームとしターゲットに衝突させる。電子銃１３は管軸ｍに沿って、陰極２０、抑制電極２１、引出電極２２、加速電極２３、収束電極２４、ＮＡアパチャー電極２５を配列して構成され、加速電極２３、収束電極２４およびＮＡアパチャー電極２５で単電位型静電レンズを形成している。各電極２１〜２５は陰極２０からを放出された電子が通過する電子通過孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａを備えている。 The electron gun 13 is housed inside the vacuum vessel 11 and fixed on the inner wall, and a voltage is applied to each electrode from a stem 15 installed on the other end surface of the vacuum vessel 11 to converge the electrons and collide with the target as an electron beam. Let The electron gun 13 is configured by arranging a cathode 20, a suppression electrode 21, an extraction electrode 22, an acceleration electrode 23, a convergence electrode 24, and an NA aperture electrode 25 along the tube axis m. The acceleration electrode 23, the convergence electrode 24, and the NA A single potential electrostatic lens is formed by the aperture electrode 25. Each of the electrodes 21 to 25 includes electron passing holes 21a, 22a, 23a, 24a, and 25a through which electrons emitted from the cathode 20 pass.

陰極２０は通電により加熱されるフィラメント２０ａとその折り曲げた先端に溶接したエミッタチップ２０ｂで構成されており、エミッタチップ２０ｂはタングステンなどの高融点金属やまたその表面を電子放出物質で処理した構造で、ＴＦＥ（Thermal Field Emission：熱電界放出型）電子源である。 The cathode 20 is composed of a filament 20a heated by energization and an emitter tip 20b welded to the bent tip. The emitter tip 20b has a structure in which a refractory metal such as tungsten or the surface thereof is treated with an electron emitting material. , TFE (Thermal Field Emission) electron source.

抑制電極２１は陰極２０を基準にして負電位に印加されてエミッタチップ先端が配置される電子通過孔２１ａを有してその他の部分を覆い、エミッタチップ２０ｂから放出される電子を制御する。さらにチップ先端から放出される電子を管軸ｍすなわち基準軸ｍ上に絞り、チップ周辺から放出される電子を抑制する。 The suppression electrode 21 is applied to a negative potential with respect to the cathode 20, has an electron passage hole 21a in which the tip of the emitter tip is disposed, covers other portions, and controls electrons emitted from the emitter tip 20b. Further, the electrons emitted from the tip of the chip are narrowed down to the tube axis m, that is, the reference axis m, and the electrons emitted from the periphery of the chip are suppressed.

引出電極２２は陰極２０に対して正電圧が印加され、エミッタチップの先端から放出される電子を引き出すように構成されている。引出電極２２の中心には、電子ビームが通過する円形の電子通過孔２２ａが形成されており、エミッタチップ先端に対して電子通過孔２２ａ中心が高い精度でアライメントされる。引出電極２２の外縁は金属支持筒３２によりセラミック絶縁体３１に固定される。金属支持筒３２は筒壁に排気を円滑にするための開口部が形成されている。 The extraction electrode 22 is configured to apply a positive voltage to the cathode 20 and extract electrons emitted from the tip of the emitter tip. A circular electron passage hole 22a through which an electron beam passes is formed at the center of the extraction electrode 22, and the center of the electron passage hole 22a is aligned with high accuracy with respect to the tip of the emitter chip. The outer edge of the extraction electrode 22 is fixed to the ceramic insulator 31 by a metal support cylinder 32. The metal support cylinder 32 has an opening for smooth exhaust in the cylinder wall.

このようにして陰極２０は絶縁体を介して抑制電極２１および引出電極２２に絶縁して取り付けられ、電子銃１３に組み込まれている。 In this way, the cathode 20 is attached insulatively to the suppression electrode 21 and the extraction electrode 22 via the insulator, and is incorporated in the electron gun 13.

図３を参照して説明すると、引出電極２２はオーステナイト系ステンレス鋼の金属円板で、中心に電子が通過する電子通過孔２２ａを形成した中央領域１００とフランジとなる周辺領域１０１とを有している。周辺領域１０１は中央領域１００を囲んで複数の開口１０２（図示では８個）が設けられ、質量は約１／２に低下可能となる。 Referring to FIG. 3, the extraction electrode 22 is an austenitic stainless steel metal disk, and has a central region 100 in which an electron passage hole 22a through which electrons pass is formed at the center and a peripheral region 101 serving as a flange. ing. The peripheral region 101 is provided with a plurality of openings 102 (eight in the drawing) surrounding the central region 100, and the mass can be reduced to about ½.

図１Ｂに示すように、中央領域１００の半径はエミッタチップ先端部の電界に影響を与えない範囲を含めばよく、一例として、エミッタ先端から放射角θが約１７０度の領域で引出電極２２の機能を要しているため、その外側域は引出電極中央領域を支持する構造であればよく、中央領域１００を最小約８ｍｍとすれば機能する。これらの開口１０２の存在により周辺領域は開口間に梁１０３だけが形成される。したがって梁構造で中央領域１００が支持されるため引出電極の熱容量が開口のない場合よりも小さくなり、Ｘ線管動作の立ち上げ時にエミッタチップから放射された輻射熱により引出電極２２の温度が所定動作温度に到達し電子ビームスポットが安定するまでの時間が短縮される。 As shown in FIG. 1B, the radius of the central region 100 may include a range that does not affect the electric field at the tip of the emitter tip. As an example, the radius of the extraction electrode 22 is about 170 degrees from the emitter tip. Since the function is required, the outer region may be a structure that supports the extraction electrode central region, and functions if the central region 100 is at least about 8 mm. Due to the presence of these openings 102, only the beam 103 is formed between the openings in the peripheral region. Accordingly, since the central region 100 is supported by the beam structure, the heat capacity of the extraction electrode is smaller than that without an opening, and the temperature of the extraction electrode 22 is set to a predetermined operation by the radiant heat radiated from the emitter tip when the X-ray tube operation is started. The time until the electron beam spot is stabilized after reaching the temperature is shortened.

加速電極２３は、引出電極２２よりさらに高い正電圧が印加され、引出電極２２によって引き出された電子ビームを加速するように構成されている。加速電極２３の中心には、電子ビームが通過する円形の電子通過孔２３ａが形成されている。 The acceleration electrode 23 is configured such that a higher positive voltage than that of the extraction electrode 22 is applied and the electron beam extracted by the extraction electrode 22 is accelerated. At the center of the acceleration electrode 23, a circular electron passage hole 23a through which an electron beam passes is formed.

収束電極２４は、加速電極２３とＮＡアパチャー電極２５に挟まれた空間に配置される。加速電極２３とＮＡアパチャー電極２５を同電位にしたときに収束電極２４はこれらの電極と異なる正電位に印加され、これらの電極２３，２４，２５によって電子ビームを収束する単電位型の静電レンズが形成される。収束電極２４の中心には、電子ビームが通過する円筒の電子通過孔２４ａが形成される。 The focusing electrode 24 is disposed in a space between the acceleration electrode 23 and the NA aperture electrode 25. When the accelerating electrode 23 and the NA aperture electrode 25 are set to the same potential, the converging electrode 24 is applied to a positive potential different from these electrodes, and a single-potential type electrostatic that converges the electron beam by these electrodes 23, 24, 25. A lens is formed. In the center of the focusing electrode 24, a cylindrical electron passage hole 24a through which an electron beam passes is formed.

ＮＡアパチャー電極２５は加速電極２３と同電位にされて静電レンズの一部を形成し、静電レンズの出口側に配置されており、ＮＡアパチャー電極２５中心に電子ビームを絞り込む円形の電子通過孔２５ａが形成されてさらに収束された電子ビームの周辺部をカットする。 The NA aperture electrode 25 is set to the same potential as the acceleration electrode 23 to form a part of the electrostatic lens, and is disposed on the exit side of the electrostatic lens. A circular electron passage that narrows the electron beam at the center of the NA aperture electrode 25 is provided. A hole 25a is formed and the peripheral portion of the converged electron beam is cut.

これら陰極２０、抑制電極２１、引出電極２２、加速電極２３、収束電極２４は互いに絶縁状態で各電子通過孔が基準軸ｍに対して高精度に位置合わせされセラミックスの環状または筒状の絶縁支持体３１，３３，３４により支持される。さらに、ＮＡアパチャー電極２５は加速電極２３の周辺領域に金属の支持体３５により高精度に支持されて、電子銃ユニットを構成する。この構成で、エミッタチップの先端と、引出電極、加速電極、収束電極およびＮＡアパチャー電極の電子通過孔中心は基準軸ｍに対して１００μｍ以下、一般的な高精度加工技術を適用すれば、５０μｍ以下の精度をもたせることができる。 The cathode 20, the suppression electrode 21, the extraction electrode 22, the acceleration electrode 23, and the convergence electrode 24 are insulated from each other, and the electron passage holes are aligned with respect to the reference axis m with high accuracy, and the ceramic annular or cylindrical insulating support Supported by the bodies 31, 33, 34. Further, the NA aperture electrode 25 is supported with high precision by a metal support 35 in the peripheral region of the acceleration electrode 23 to constitute an electron gun unit. With this configuration, the tip of the emitter tip and the electron passage hole center of the extraction electrode, acceleration electrode, converging electrode, and NA aperture electrode are 100 μm or less with respect to the reference axis m, and 50 μm if a general high-precision processing technique is applied. The following accuracy can be provided.

このようにして構成された電子銃１３の各電極はセラミック絶縁体のステム１５に植設された筒状または柱状の導入端子３６〜４０に接続される。引出電極２２は金属筒体３２および金属フランジ３０を介して導入端子３９に接続される。電子銃１３は、電子銃ユニットとして加速電極２３の外周に周辺領域を突出して形成した支持フランジ２３Ａを、真空容器内壁に取り付けることにより装着され真空容器１１に収納される。ステム１５外周と真空容器１１側壁の他端面とが封着されて真空容器が作製され、電子銃１３の動作に必要な到達真空度になるまで真空容器１１が加熱脱ガスされ真空排気後、封じ切る措置が取られてＸ線管１０が完成する。 Each electrode of the electron gun 13 thus configured is connected to cylindrical or columnar introduction terminals 36 to 40 that are implanted in the stem 15 of the ceramic insulator. The extraction electrode 22 is connected to the introduction terminal 39 via the metal cylinder 32 and the metal flange 30. The electron gun 13 is mounted and accommodated in the vacuum container 11 by attaching a support flange 23A formed as an electron gun unit with a peripheral region protruding from the outer periphery of the acceleration electrode 23 to the inner wall of the vacuum container. The outer periphery of the stem 15 and the other end surface of the side wall of the vacuum vessel 11 are sealed to produce a vacuum vessel, and the vacuum vessel 11 is heated and degassed until the required vacuum level for the operation of the electron gun 13 is reached. The X-ray tube 10 is completed by taking measures to cut it.

本実施形態の構成材料は金属部分が陰極およびターゲットを除いてはオーステナイト系ステンレス鋼である。すなわち各電極は電子通過孔の位置精度、垂直度、耐震動正、耐温度性能などから、耐熱性と、超高真空下で利用可能な金属が必要であり、ステンレス鋼を用いることが好ましい。またステムおよび各電極の絶縁支持はアルミナなどのセラミックスにすることが好ましい。 The constituent material of the present embodiment is austenitic stainless steel except for the metal part except the cathode and the target. That is, each electrode requires heat resistance and a metal that can be used under an ultra-high vacuum from the position accuracy of the electron passage hole, verticality, vibration resistance, temperature resistance, etc., and stainless steel is preferably used. The insulating support of the stem and each electrode is preferably made of ceramics such as alumina.

図３に示すように、引出電極２２は電子通過孔２２ａを有する中央領域１００とその外周の周辺領域１０１からなるが、本実施形態では引出電極材質をＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼とし、電子通過孔２２ａを精密に形成するために、中央領域１００と周辺領域１０１を分離して製造する。あらかじめ電子通過孔を精密に形成した金属円板からなる中央領域１００を、開口を設けた周辺領域１０１に一体に接合して組み立てている。一例として中央領域１００の厚みは０．３ｍｍ、周辺領域１０１の厚みは１．０ｍｍ、周辺領域を外縁で支持する金属支持筒３２の厚みは１．０ｍｍである。また電子通過孔２２ａの径は０．６ｍｍ、引出電極の中央領域１００の径は約８ｍｍ、周辺領域１０１の径は約２５ｍｍ、開口１０２は基準軸から半径１６ｍｍの部分に中心をもつ例えば６ｍｍ径の円孔である。 As shown in FIG. 3, the extraction electrode 22 is composed of a central region 100 having an electron passage hole 22a and a peripheral region 101 on the outer periphery thereof. In this embodiment, the extraction electrode material is austenitic stainless steel such as SUS304, SUS316, In order to precisely form the electron passage hole 22a, the central region 100 and the peripheral region 101 are separately manufactured. A central region 100 made of a metal disk in which an electron passage hole is precisely formed in advance is integrally joined to a peripheral region 101 provided with an opening. As an example, the thickness of the central region 100 is 0.3 mm, the thickness of the peripheral region 101 is 1.0 mm, and the thickness of the metal support cylinder 32 that supports the peripheral region with the outer edge is 1.0 mm. Further, the diameter of the electron passage hole 22a is 0.6 mm, the diameter of the central region 100 of the extraction electrode is about 8 mm, the diameter of the peripheral region 101 is about 25 mm, and the opening 102 has a center at a portion having a radius of 16 mm from the reference axis. This is a circular hole.

静電レンズを形成する加速電極２３、収束電極２４、ＮＡアパチャー電極２５もそれぞれ中央領域と周辺領域を別個に製造し最終的に一体に接合する。加速電極２３およびＮＡアパチャー電極２５の中央領域を金属円板で形成し、収束電極２４の中央領域を金属筒体で形成している。各電極の周辺領域は別個に製造することで高精度加工上の制約が緩和される。 The acceleration electrode 23, the converging electrode 24, and the NA aperture electrode 25 that form the electrostatic lens are also manufactured separately in the central region and the peripheral region, and finally joined together. The central region of the acceleration electrode 23 and the NA aperture electrode 25 is formed of a metal disk, and the central region of the focusing electrode 24 is formed of a metal cylinder. The peripheral area of each electrode is manufactured separately, so that restrictions on high-precision processing are eased.

なお変形例として各電極の中央領域とフランジになる周辺領域を同一円板で形成することができる。 As a modification, the central region of each electrode and the peripheral region that becomes the flange can be formed of the same disk.

図２に示すように、Ｘ線管１０の電子銃１３の各電極への電圧供給は電源４１にケーブル４２を接続して供給される。一例として陰極２０を基準電圧０Ｖとすると、抑制電極２１に−５００Ｖ（Ｖ１）、引出電極２２に５ｋＶ（Ｖ２）、加速電極２３、ＮＡアパチャー電極２５およびターゲット１２に３０ｋＶ（Ｖ３）、収束電極２４には約５００Ｖ（Ｖ４）を印加する。真空容器１１もターゲット１２と同電位である。通常、真空容器を接地電位にするので、陰極２０の基準電位は相対的に−３０ｋＶになる。なおこれらの印加電圧はＸ線管に要求される動作に対応して可変される。 As shown in FIG. 2, voltage supply to each electrode of the electron gun 13 of the X-ray tube 10 is supplied by connecting a cable 42 to a power source 41. As an example, when the cathode 20 has a reference voltage of 0 V, the suppression electrode 21 is −500 V (V1), the extraction electrode 22 is 5 kV (V2), the acceleration electrode 23, the NA aperture electrode 25, and the target 12 are 30 kV (V3). Is applied with about 500V (V4). The vacuum vessel 11 is also at the same potential as the target 12. Usually, since the vacuum vessel is set to the ground potential, the reference potential of the cathode 20 is relatively −30 kV. These applied voltages can be varied in accordance with the operation required for the X-ray tube.

Ｘ線管１０の起動時は電源４１から陰極フィラメントに電流例えばフィラメント抵抗値を１Ωとするとき一例として２．５Ａを流して加熱する。エミッタチップが加熱され、輻射熱で抑制電極２１および引出電極２２が加熱される。エミッタチップが１５００℃になり、電極の電子通過孔や間隔寸法も熱平衡状態になると、電子ビームのターゲット面の焦点が安定するので各電極に電圧を印加してＸ線を発生できる状態になる。 When the X-ray tube 10 is activated, 2.5 A is supplied as an example to heat the cathode filament from the power supply 41 to the cathode filament, for example, when the resistance value of the filament is 1Ω. The emitter tip is heated, and the suppression electrode 21 and the extraction electrode 22 are heated by radiant heat. When the emitter tip reaches 1500 ° C. and the electron passage holes and the distance between the electrodes are in a thermal equilibrium state, the focal point of the target surface of the electron beam is stabilized, so that a voltage can be applied to each electrode to generate X-rays.

エミッタチップ先端から引出電極２２によって引き出された電子ビームが、加速電極２３によって加速され、収束電極２４によって収束され、ＮＡアパチャー２５を通過してターゲット１２の表面に入射する。ターゲットの表面には電子ビームの焦点（収束スポット）が形成され、そこで発生するＸ線がターゲット１２を透過して容器外部に放出される。対象物４３を透過したＸ線はＸ線平面検出器等の検出器４４等で可視画像に変換される。 The electron beam extracted from the tip of the emitter tip by the extraction electrode 22 is accelerated by the acceleration electrode 23, converged by the convergence electrode 24, passes through the NA aperture 25, and enters the surface of the target 12. A focus (focusing spot) of the electron beam is formed on the surface of the target, and X-rays generated there are transmitted through the target 12 and emitted outside the container. X-rays that have passed through the object 43 are converted into a visible image by a detector 44 such as an X-ray flat panel detector.

図６はＸ線管の動作に至る待機時間を、本実施形態の引出電極の一例の特性Ａと、周辺領域に開口のない円板単板で形成された引出電極構造の比較例の特性Ｂとを比較して示す曲線図を示している。比較例の立ち上がり時間が２時間以上かかるのに対して、本実施形態では約１時間の短縮になっている。 FIG. 6 shows the waiting time until the operation of the X-ray tube, the characteristic A of an example of the extraction electrode of the present embodiment and the characteristic B of a comparative example of the extraction electrode structure formed of a single disk without an opening in the peripheral region. The curve figure shown by comparing is shown. While the rise time of the comparative example takes 2 hours or more, in the present embodiment, it is shortened by about 1 hour.

（第２実施形態）
本実施形態は図４に示すように第１実施形態と異なる部分は引出電極２２の周辺領域１０１形状にある。他は同じ構造である。本実施形態では複数の開口１０４を扇形状にし、金属梁１０５部分を車輪のスポークのようにハブに相当する内側環状体１０６から、半径方向に放射状に延ばし周縁部である外側環状体１０７に接続したものである。金属梁１０５は中央領域側で細く周縁で太く形成されている。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 4, this embodiment is different from the first embodiment in the shape of the peripheral region 101 of the extraction electrode 22. Others have the same structure. In this embodiment, the plurality of openings 104 are fan-shaped, and the metal beam 105 is radially extended from the inner annular body 106 corresponding to the hub like a wheel spoke and connected to the outer annular body 107 which is the peripheral edge. It is a thing. The metal beam 105 is formed thin at the center region side and thick at the periphery.

梁構造により開口面積を拡げることができ、引出電極の周辺領域の熱容量を減らすことができるため、起動から熱平衡に至る安定なＸ線焦点が得られるまでの時間を短縮することができる。 Since the opening area can be expanded by the beam structure and the heat capacity of the peripheral region of the extraction electrode can be reduced, it is possible to shorten the time until a stable X-ray focal point from starting to thermal equilibrium is obtained.

（第３実施形態）
図５に示すように、本実施形態は引出電極２２の周辺領域１０１の梁１０８をセラミックスの絶縁性梁で形成したものである。他の部分は第２実施形態と同様の構成である。すなわち周辺領域１０１は中央領域１００に接する金属の内側環状体１０６と周縁で支持筒３２に固定される外側環状体１０７の間に絶縁性梁１０８を半径方向に延長しており、梁の間には複数の開口１０４を有している。中央領域１００を熱容量の小さな（比熱×質量ではステンレス金属よりも約６３％に低減できる）セラミックスの絶縁性梁１０８で支持することによって、周辺領域が金属で形成される構造よりもエミッタチップの輻射熱による熱平衡をより短時間に達成することができる。 (Third embodiment)
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the beam 108 in the peripheral region 101 of the extraction electrode 22 is formed of an insulating ceramic beam. Other parts have the same configuration as in the second embodiment. That is, the peripheral region 101 has an insulative beam 108 extending in a radial direction between an inner annular body 106 of metal that is in contact with the central region 100 and an outer annular body 107 that is fixed to the support cylinder 32 at the periphery. Has a plurality of openings 104. By supporting the central region 100 with an insulating beam 108 made of ceramics having a small heat capacity (specific heat x mass can be reduced to about 63% compared to stainless steel), the radiant heat of the emitter chip is higher than the structure in which the peripheral region is made of metal. The thermal equilibrium due to can be achieved in a shorter time.

中央領域１００の電気的接続は接続線１０９を用いて周縁の金属支持筒３２に接続することで得られる。また梁の表面に金属被覆を施して、接続線にすることができる。 The electrical connection of the central region 100 can be obtained by connecting to the peripheral metal support tube 32 using the connection line 109. In addition, the surface of the beam can be coated with metal to form a connection line.

以上の実施形態は引出電極の支持体を金属支持筒で形成しているが、絶縁筒体で形成することもできる。また、電子銃を単電位型で説明したが複数電位型など他の型の電子銃にも同様に適用することができるものである。 In the above embodiment, the support for the extraction electrode is formed of a metal support cylinder, but it can also be formed of an insulating cylinder. Further, although the electron gun has been described as a single potential type, the present invention can be similarly applied to other types of electron guns such as a multiple potential type.

また以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Moreover, embodiment described above is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０：Ｘ線管
１１：真空容器
１２：ターゲット
１３：電子銃
１４：ターゲット支持板
１５：ステム
２０：陰極
２０ａ：フィラメント
２０ｂ：エミッタチップ
２１：抑制電極
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ：電子通過孔
２２：引出電極
２３：加速電極
２４：収束電極
２５：ＮＡアパチャー電極
３１，３３，３４：絶縁体
３２：金属支持筒
３６，３７，３８，３９，４０：導入端子
４１：電源
４２：ケーブル
４３：対象物
４４：検出器
１００：中央領域
１０１：周辺領域
１０２，１０４：開口
１０３，１０５：金属梁
１０６：内側環状体
１０７：外側環状体
１０８：絶縁性梁
１０９：接続線 10: X-ray tube 11: Vacuum vessel 12: Target 13: Electron gun 14: Target support plate 15: Stem 20: Cathode 20a: Filament 20b: Emitter tip 21: Suppression electrodes 21a, 22a, 23a, 24a, 25a: Electron passage Hole 22: Extraction electrode 23: Acceleration electrode 24: Focusing electrode 25: NA aperture electrodes 31, 33, 34: Insulator 32: Metal support cylinders 36, 37, 38, 39, 40: Introduction terminal 41: Power supply 42: Cable 43 : Object 44: Detector 100: Central region 101: Peripheral region 102, 104: Opening 103, 105: Metal beam 106: Inner ring body 107: Outer ring body 108: Insulating beam 109: Connection line

Claims

Ｘ線を透過発生するターゲットを備えた真空容器とこの真空容器に収納され前記ターゲットに電子ビームを衝突させる電子銃を具備するＸ線管において、前記電子銃は、電子を発生する陰極とこの陰極から電子を引き出しこの電子を通過させる電子通過孔を形成した引出電極とこの引出電極により引き出された電子を前記電子ビームに収束させる静電レンズを形成する電極とを有しており、前記引出電極は前記電子通過孔を有する中央領域とこの中央領域の周囲に形成され支持体により支持される周辺領域とからなり、前記周辺領域に複数の開口が設けられていることを特徴とするＸ線管。 In an X-ray tube comprising a vacuum container having a target that transmits X-rays and an electron gun that is housed in the vacuum container and causes an electron beam to collide with the target, the electron gun includes a cathode that generates electrons and the cathode An extraction electrode formed with an electron passage hole through which electrons are extracted and an electrode that forms an electrostatic lens for converging the electrons extracted by the extraction electrode into the electron beam. X-ray tube comprising a central region having the electron passage hole and a peripheral region formed around the central region and supported by a support, and a plurality of openings are provided in the peripheral region .

前記周辺領域は前記開口間に複数の梁を具備していることを特徴とする請求項１記載のＸ線管。 The X-ray tube according to claim 1, wherein the peripheral region includes a plurality of beams between the openings.

前記複数の梁が金属で形成されていることを特徴とする請求項２記載のＸ線管。 The X-ray tube according to claim 2, wherein the plurality of beams are made of metal.

前記複数の梁が絶縁体で形成されていることを特徴とする請求項２記載のＸ線管。 The X-ray tube according to claim 2, wherein the plurality of beams are formed of an insulator.