JP5021716B2

JP5021716B2 - Ｘ線発生装置及び携帯型非破壊検査装置

Info

Publication number: JP5021716B2
Application number: JP2009274147A
Authority: JP
Inventors: 方紀羽場; 義久石黒
Original assignee: MICRO-X JAPAN LTD.
Current assignee: MICRO-X JAPAN LTD.
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: JP2011119084A

Description

本発明は、電子線をターゲットに当ててＸ線を発生するＸ線発生装置とこのＸ線発生装置を組み込んだ携帯型非破壊検査装置に関する。

非破壊検査装置などに組み込まれるＸ線発生装置は、３極管構造をしており、１本のガラス管内に電子源（エミッタ）、ターゲット及びグリッド電極（格子電極）を配置し、電子源とグリッド電極との間に電圧を印加して電子を発生せしめ、またグリッド電極とターゲットとの間に電圧を印加して発生した電子をターゲットに衝突させている。

特許文献１には、第１の導電体と複数個の第２の導電体によって絶縁体を長手方向に挟持し、第１の導電体には負極性高電圧パルスを印加し、第２の導電体はコンデンサまたは抵抗を介して接地することで、絶縁体の陽極対向面で沿面放電により線状の電子ビームを発する内容が開示されている。

特許文献２には、電子源とグリッド電極との間にかける電子発生電圧と、グリット電極とターゲットとの間にかける加速電圧を制御部によって可変制御することで、軟Ｘ線の発生量と軟Ｘ線のエネルギーを個別に制御可能とした汎用性を重視した光除電装置が開示されている。

特許文献３には、カソード電極が形成された基板表面にカーボンナノチューブからなる電子放出層が形成され、この電子放出層の外周側に、電子放出層と同電位の導電層を設け、更に電子放出層の上方にゲート電極を設けた構造が開示されている。

特開平５−７４３９４号公報特開２００６−０６６０７５号公報特開２００２−０９３３０７号公報

上述した従来のＸ線発生装置においては、エミッタ、ターゲット及びグリッド電極を１つのガラス容器内に配置しており、破損しやすい、製作に手間がかかる、冷却が困難などの問題がある。

上記課題を解決するため本発明に係るＸ線発生装置は、エミッタとターゲットとグリッド電極とを備え、前記エミッタとターゲットは個別の容器内に設けられ、これら容器はグリッド電極を備える金属製連結部材で結合されて１つのＸ線発生装置となる。

前記エミッタとターゲットはアルミナ等のセラミック製容器に収納され、前記グリッド電極はステンレスなどの金属製連結部材の一部として形成される。また、承認された者のみの使用が可能となるように、スイッチに指紋などのバイオメトリックスによる本人認証を行う部分を設けることが好ましい。

また、絶縁破壊を防ぐため、前記セラミック製容器の外側を樹脂モールドで覆うことが好ましい。更に、前記金属製連結部材を筒状とし、内部に前記エミッタまたはターゲットが臨み、エミッタに近い側の端部にグリッド電極が一体的に形成された構成が好ましい。

また、本発明に係る携帯型の非破壊検査装置は、前記Ｘ線発生装置を収納する本体部と電源部とが分離可能とされている。

本発明に係るＸ線発生装置及び非破壊検査装置は、Ｘ線発生装置を構成するエミッタ、ターゲット及びグリッド電極を個別の容器に収納若しくは容器と一体として形成しており、個々の部材を小型化でき、更にエミッタ及びターゲットについてはセラミック容器内に入れているので、絶縁破壊されにくく、従来のように絶縁オイル内に浸漬する必要がなく、軽量・小型化できる。

本発明に係るＸ線発生装置を組み込んだ携帯型ＣＴ装置の断面図携帯型非破壊検査装置の本体部分と電源部分を分離した状態の図本発明に係るＸ線発生装置の断面図図３のＡ方向から見た一部断面図Ｘ線発生ユニットの分解図同Ｘ線発生装置の回路の概略構成図エミッタの先端部分の拡大断面図回路の別実施例とＩＶ曲線を示すグラフ別実施例を示す図１と同様の図

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明に係る携帯型非破壊検査装置１は、Ｘ線発生装置を収納する本体部２と電源部３からなり、これら本体部２と電源部３は分離可能とされ、本体部２と電源部３の分離結合はメカニカルキーによって行う。

前記電源部３はトランス４と電池収納部５を一体化しており、トランス４からは端子６が突出し、電池収納部５には把持部７が取り付けられ、この把持部７にスイッチ８を設けている。

本体部２と電源部３とを切り離し可能としたことで、使用しないときには別々に保管して他人が使用できないようにしているが、更にセキュリティー性を高めるべく前記スイッチ８に指紋認証部などのバイオメトリクスによって本人認証を行う部分を設け、仮に認証されていない人間の場合はスイッチが入らないようにしたり、逆に大電流を流してＸ線発生装置を破壊することが考えられる。

本体部２はステンレス製ケース内にＸ線発生装置１０が収納されている。Ｘ線発生装置１０はエミッタユニット２０、ターゲットユニット３０及びこれらをつなぐ連結ユニット４０からなる。

エミッタユニット２０はセラミック製の容器２１内にエミッタ２２が設けられ、このエミッタ２２の先端は連結ユニット４０内に臨み、また容器２１の外側はシリコーンやエポキシなどの樹脂でモールド２３されている。また樹脂モールド２３内には導線２４が埋設され、この導線は受け端子２５に接続されている。

ターゲットユニット３０はセラミック製の容器３１内にタングステンなどのターゲット３２が設けられ、容器３１の外側はシリコーンやエポキシなどの樹脂でモールド３３され、モールド３３から露出するターゲット３２の後端にはアルミナ製の放熱部材３４が接触し、更に樹脂モールド３３内には導線３５が埋設され、この導線は受け端子３６に接続されている。

また、前記放熱部材３４に近接する本体部２内には放熱部材３４を冷却するファン３７が配置されている。

連結ユニット４０はステンレスなどの金属製とし、筒状をなしている。そして、前記エミッタ２２に近い箇所に一体的にグリッド電極４１を形成し、エミッタ２２から発生した電子線を絞って前記ターゲット３２に当てるようにしている。

また、連結ユニット４０の一側にはゲッター４２を配置し、このゲッター４２と対向する側面にはエミッタユニット２０、ターゲットユニット３０及び連結ユニット４０を連結してＸ線発生装置１０を組み立てた後にＸ線発生装置１０内を真空状態にする排気管４３を接続している。この排気管４３は吸引後に封着される。

図６に示すように、エミッタ２２とグリッド電極４１との間には電子発生回路５１が設けられ、前記グリッド電極４１とターゲット３２との間には電子加速回路５２が設けられ、グリット電極４１を基準としてエミッタ２２には例えば−４０ｋＶが印加され、ターゲット３２には＋４０ｋＶが印加される。

前記電子発生回路５１では検出器５３で電流値を検出し、この検出値を制御部５４に送り当該検出電流値が一定範囲に収まるようにフィードバック制御を行う。また、前記電子加速回路５２では、検出器５５で電圧値を検出し、この検出値を制御部５４に送り当該検出電圧値が一定範囲に収まるようにフィードバック制御を行う。

前記電子発生回路５１での一定電圧となるように制御された印加電圧によってＸ線の発生量（管電流）が決まり、前記電子加速回路５２での印加電圧によってＸ線のエネルギー（管電圧＝陰極側電圧＋陽極側電圧）が決まる。

前記エミッタ２２はステンレスなどを材料とする基板６０、炭素膜６１および前記基板６０の周囲を囲むように設けられたガード電極６２から構成される。

基板６０は長尺状をなすとともに電子発生回路５１の陰極側に接続され、電子加速回路５２の陽極側に接続されたターゲット３２に対向する面を電子放出面６３とし、この電子放出面６３の表面に前記炭素膜６１を形成している。

前記電子放出面６３は電子の出射方向を基準として前記ガード電極６２の先端よりも後退した位置に設けられている。電子放出面６３のガード電極６２の先端からの後退量に比例して電子放出面にかかる電圧が低下する。したがって、ガード電極の先端からの後退量を調整することで発生する電子線の強度をコントロールできる。電子放出面６３は凹球面とされ、この凹面は一定の曲率半径を有し、平行な光線が入射したと仮定すると収束する焦点Ｆが存在する。

前記ガード電極６２の先端部は凸曲面とされ、この凸曲面の外周側の曲率半径（Ｒ１）を炭素膜を囲む内周側の曲率半径（Ｒ２）以上（Ｒ１≧Ｒ２）とすることで、炭素膜６１の表面での局部的な電界集中を抑制し、熱劣化に伴う電流劣化や放電現象を防止している。

また、ターゲット３２とグリッド電極４１との距離をｄ、印加電圧をＶとすると、電界の強さＥは、Ｅ＝Ｖ／ｄとなる。そして、ガード電極６２の先端部から電子放出面６３を後退させることで、電子放出面６３にかかる電圧が小さくなる。電子線の場合には高電圧を必要としないので、電子放出面６３をガード電極６２の先端から後退（ｈ）させてターゲットの破損を防止している。後退量は０．５〜２．０ｍｍが好ましい。

前記電子放出面６３の表面に形成された炭素膜６１は数μｍ〜数十μｍの厚さで、多数の突起が面状に展開して構成され、更に突起は電子放出面６３の表面に形成される***部とこの***部から伸びる針状部からなる。

図８は認証されていない人間がスイッチを押した場合に大電流を流してＸ線発生装置を破壊する構造の一例を示す図であり、この図に示すように、エミッタ２２とガード電極６２との間に絶縁体６４を介在させて離し、ガード電極６２は電子発生回路５１とグランドとを切替え可能となっている。

そして、認証されていない人間がスイッチを押すとガード電極６２がグランド側に切り替わる。すると、エミッタ２２とガード電極６２とが分離しているためグリッド電極４１よりもガード電極６２に電流が流れ、これによってＸ線の発生が抑制される。更に、ターゲット３２（陽極）とグリッド電極４１間には数１０ＫＶの負電圧が印加されているので、ターゲット３２には行かず、グリッド電極４１よりも近いガード電極６２に放電電流が流れ、それによりエミッタ２２が破壊される。

図９は別実施例を示す図１と同様の図であり、この実施例にあってはターゲット３２を金属製の連結部材４０の内部に臨ませ、この連結部材４０に窓部４４を形成し、この窓部４４をベリリウムの薄板４５で覆うことで、Ｘ線の減衰を抑え効率よくＸ線を外部に放出できる構造にしている。

本発明に係るＸ線発生装置は携帯型の非破壊検査装置や携帯型の蛍光Ｘ線用Ｘ線発生装置として利用することができる。

１…非破壊検査装置、２…本体部、３…電源部、４…トランス、５…電池収納部、６…端子、７…把持部、８…スイッチ、１０…Ｘ線発生装置、２０…エミッタユニット、３０…ターゲットユニット、４０…連結ユニット、２１…容器、２２…エミッタ、２３…樹脂モールド、２４…導線、２５…受け端子、３１…容器、３２…ターゲット、３３…樹脂モールド、３４…放熱部材、３５…導線、３６…受け端子、４１…グリッド電極、４２…ゲッター、４３…排気管、４４…窓部、４５…ベリリウム薄膜、５１…電子発生回路、５２…電子加速回路、５３…検出器、５４…制御部、５５…検出器、６０…基板、６１…炭素膜、６２…ガード電極、６３…電子放出面、６４…絶縁体。

Claims

エミッタとターゲットとグリッド電極とを備えたＸ線発生装置において、前記エミッタと前記ターゲットはそれぞれ別の容器内に設けられ、前記各容器は前記グリッド電極を備える連結部材で結合されることを特徴とするＸ線発生装置。
前記容器はセラミック製であり、かつ、前記連結部材は金属製であるとともに、前記グリッド電極は前記連結部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
さらに、スイッチを備え、該スイッチには指紋などのバイオメトリックスによる本人認証を行う手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。
前記容器の外側は樹脂モールドで覆われていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記連結部材は筒状をなし、内部に前記エミッタまたはターゲットが臨み、前記エミッタに近い側の端部に前記グリッド電極が一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
請求項１乃至５の何れかに記載のＸ線発生装置が組み込まれた本体部と、電源部と、を備えた携帯型非破壊検査装置であって、
前記本体部と前記電源部が分離可能に構成されていることを特徴とする携帯型非破壊検査装置。