JP7112234B2 - Ｘ線発生装置及びｘ線利用システム - Google Patents

Description

本発明の一形態は、Ｘ線発生装置であり、別の形態はＸ線利用システムである。

Ｘ線発生装置は、ターゲットに対して電子を衝突させることにより、Ｘ線を発生させる。Ｘ線管への入力エネルギは、Ｘ線のエネルギと、熱エネルギとに変換される。例えば、特許文献１に示すように、Ｘ線発生装置は、Ｘ線管が発する熱エネルギを排出する冷却装置を備えている。特許文献２は、Ｘ線発生装置からＸ線を照射する際に冷却装置の動作が影響を及ぼすことを示唆している。例えば、特許文献３は、熱媒体としてのオイルの流れを制御することにより、Ｘ線を安定に照射する技術を開示する。

特開平５－５６９５８号公報 特許第２７６９４３４号公報 特許第５３１５９１４号公報

Ｘ線管が出射するＸ線のエネルギが大きくなるに従い、入力エネルギも大きくなる。その結果、熱エネルギも大きくなる。そこで、冷却装置の出力を上げて、Ｘ線管から発生した熱エネルギを十分に排出させる必要が生じる。しかし、冷却装置の出力の増加に伴って、冷却装置の動作がＸ線発生装置の動作安定性に及ぼす影響も増大する可能性が生じる。

そこで、本発明の一側面及び別の側面は、高い安定性をもって動作することができるＸ線発生装置及びＸ線利用システムを提供することを目的とする。

本発明の一形態であるＸ線発生装置は、Ｘ線管と、モータを有し、Ｘ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供部と、モータの回転数を制御するモータ制御部と、Ｘ線管及び熱媒体提供部が取り付けられる装置筐体と、を備え、モータ制御部は、モータの回転数を、Ｘ線管及び装置筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。

このＸ線発生装置は、熱媒体提供部から提供される熱媒体によってＸ線管の温度が制御される。ここで、熱媒体提供部は、モータを有しており、当該モータの回転数は、モータ制御部から提供される制御信号によって制御される。モータ制御部は、モータの回転数を、Ｘ線管及び装置筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。そうすると、モータが発する振動に起因する共振現象が避けられる。従って、Ｘ線管への振動の影響が低減される。その結果、Ｘ線発生装置は、高い安定性をもって動作することができる。

上記のＸ線発生装置は、Ｘ線管から出力されるＸ線の強度を制御するＸ線制御部をさらに有し、モータ制御部は、Ｘ線の強度に基づいてモータの回転数を制御してもよい。Ｘ線管が発生する熱量は、Ｘ線の強度と関連する。そこで、モータの回転数をＸ線の強度と関連付けることにより、効率のよい冷却を行うことができる。

モータ制御部は、Ｘ線の強度が大きくなるほどモータの回転数を大きくし、Ｘ線の強度が小さくなるほどモータの回転数を小さくしてもよい。Ｘ線の強度が大きくなると、Ｘ線管が発する熱量も多くなる。そこで、モータ制御部は、モータの回転数を大きくし、冷却性能を上げる。一方、Ｘ線の強度が小さくなると、Ｘ線管が発する熱量も少なくなる。そこで、モータ制御部は、モータの回転数を小さくし、冷却性能を下げる。従って、さらに効率のよい冷却を行うことができる。

熱媒体提供部は、モータによって回転するファンを含み、ファンによって熱媒体である気体をＸ線管に提供してもよい。この構成によれば、簡易な構成によってＸ線管の温度を制御することができる。

上記のＸ線発生装置は、Ｘ線管を収容し、装置筐体に取り付けられる収容部をさらに備え、収容部は、熱媒体提供部から離間した位置に配置されてもよい。この構成によれば、装置筐体において熱媒体提供部とＸ線管とが互いに離れた位置に配置される。その結果、熱媒体提供部が発した振動は、Ｘ線管に伝わるまでに減衰し易くなる。従って、熱媒体提供部の動作に起因するＸ線管への影響がさらに抑制されるので、Ｘ線発生装置は、高い安定性をもって動作することができる。

上記のＸ線発生装置は、Ｘ線管に電圧を提供する電源を含む樹脂ブロック部をさらに備え、収容部は、樹脂ブロック部を介して装置筐体に取り付けられてもよい。この構成によれば、装置筐体に伝わった振動は、樹脂ブロック部を介してＸ線管を収容した収容部に伝わる。その結果、振動は、樹脂ブロック部を伝わる間に減衰する。従って、熱媒体提供部の動作に起因するＸ線管への影響がいっそう抑制されるので、Ｘ線発生装置は、高い安定性をもって動作することができる。

本発明の別の形態に係るＸ線利用システムは、Ｘ線管と、モータを有しＸ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供部と、Ｘ線管及び熱媒体提供部が取り付けられる装置筐体と、を有するＸ線発生装置と、モータの回転数を制御するモータ制御装置と、Ｘ線発生装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、モータ制御装置は、モータの回転数を、Ｘ線発生装置及びシステム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。

Ｘ線利用システムでは、モータ制御装置が、モータの回転数を、Ｘ線発生装置及びシステム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。そうすると、当該構造物が共振現象を生じることがない。従って、熱媒体提供装置の動作に起因するＸ線利用システム全体への影響が抑制される。従って、Ｘ線利用システムは、高い安定性をもって動作することができる。

本発明のさらに別の形態に係るＸ線利用システムは、Ｘ線管と、Ｘ線管が取り付けられる装置筐体と、モータ制御部と、を有するＸ線発生装置と、モータを有しＸ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供装置と、Ｘ線発生装置及び熱媒体提供装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、モータ制御部は、モータの回転数を、Ｘ線発生装置及びシステム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。

このＸ線利用システムによっても、熱媒体提供装置の動作に起因するＸ線利用システム全体への影響が抑制されるので、Ｘ線利用システムは、高い安定性をもって動作することができる。

本発明のさらに別の形態に係るＸ線利用システムは、Ｘ線管と、Ｘ線管が取り付けられる装置筐体と、を有するＸ線発生装置と、モータを有し、Ｘ線発生装置に熱媒体を提供する熱媒体提供装置と、モータの回転数を制御するモータ制御装置と、Ｘ線発生装置及び熱媒体提供装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、モータ制御装置は、モータの回転数を、Ｘ線発生装置及びシステム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずらす。

このＸ線利用システムによっても、熱媒体提供装置の動作に起因するＸ線利用システム全体への影響が抑制されるので、Ｘ線利用システムは、高い安定性をもって動作することができる。

本発明の一側面及び別の側面によれば、高い安定性をもって動作することができるＸ線発生装置及びＸ線利用システムを提供することができる。

第１実施形態のＸ線発生装置の外観を示す斜視図である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った上壁部の断面図である。 Ｘ線管の構成を示す断面図である。 第１実施形態のＸ線発生装置を示す図である。 焦点径とモータ回転数との関係を示すグラフである。 第２実施形態のＸ線検査システムを示す図である。 焦点径とモータ回転数との関係を調整するためのフロー図である。 筐体に対する電源装置及びＸ線管の固定例を示す図である。 第１変形例に係るＸ線検査システムの構成を示す図である。 第２変形例に係るＸ線検査システムの構成を示す図である。 第３変形例に係るＸ線検査システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」、「下」等の所定の方向を示す語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置の外観を示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示されるＸ線発生装置１は、例えば、被検体の内部構造を観察するＸ線非破壊検査に用いられる微小焦点Ｘ線源である。Ｘ線発生装置１は、筐体２（装置筐体）を有する。筐体２の内部には、主に、Ｘ線を発生するＸ線管３と、Ｘ線管３の一部を収容するＸ線管収容部４と、Ｘ線管３に電力を供給する電源部５とが収容されている。筐体２は、第１収容部２１と、第２収容部２２（包囲部）とを有する。

第１収容部２１は、主に電源部５を収容する部分である。第１収容部２１は、底壁部２１１と、上壁部２１２と、側壁部２１３とを有する。底壁部２１１及び上壁部２１２は、それぞれ略正方形状を有する。底壁部２１１の縁部と上壁部２１２の縁部とは、４つの側壁部２１３を介して連結されている。これにより、第１収容部２１は、略直方体状に形成されている。なお、本実施形態では便宜的に、底壁部２１１と上壁部２１２とが互いに対向する方向をＺ方向とし、底壁部２１１側を下方、上壁部２１２側を上方と定義する。また、Ｚ方向に直交し、互いに対向する側壁部２１３同士が対向する方向をＸ方向及びＹ方向とする。

図３は、図２における下側から見た上壁部２１２の断面図である。図３に示されるように、Ｚ方向から見た上壁部２１２の中央部には、円形の開口部２１２ａが設けられている。また、上壁部２１２には、開口部２１２ａを挟んでＸ方向に互いに対向する位置において、一対の開口部２１２ｂ，２１２ｃ（第１開口部，第２開口部）が設けられている。開口部２１２ｂ，２１２ｃは、長手方向がＹ方向に沿った略長方形状を有する。

底壁部２１１と上壁部２１２との間には、底壁部２１１及び上壁部２１２のいずれからも離間した位置に中間壁部２１４が設けられている。このような中間壁部２１４によって、第１収容部２１の内部には、上壁部２１２と側壁部２１３と中間壁部２１４とに囲まれた第１収容空間Ｓ１と、底壁部２１１と側壁部２１３と中間壁部２１４とに囲まれた第２収容空間Ｓ２とが画成されている。第１収容空間Ｓ１において、中間壁部２１４の上面２１４ａには、電源部５が固定されている。第２収容空間Ｓ２において、中間壁部２１４の下面２１４ｂには、制御回路基板７が取り付けられている。制御回路基板７上には、図示しない各種電子部品によってＸ線発生装置１の各部（例えば、電源部５、後述する送風ファン９、及び後述する電子銃１１等）の動作を制御するための制御回路が構成されている。

第２収容部２２は、第１収容部２１の上部に接続され、Ｘ線管３及びＸ線管収容部４を収容する部分である。第２収容部２２は、Ｘ線管３の管軸ＡＸに沿った方向（管軸方向、Ｚ方向）から見て、Ｘ線管収容部４を包囲している。第２収容部２２は、上壁部２１２の上面２１２ｅに対してネジ留め等で固定されている。第２収容部２２の上部には、少なくともＸ線管３のＸ線出射窓３３ａ（図１及び図４参照）を外部に露出させるための開口部２２１ａが設けられている。

Ｘ線管収容部４は、高い熱伝導率を有する（放熱性が高い）金属により形成されている。Ｘ線管収容部４の材料は、例えばアルミニウムや、鉄、銅、及びそれらを含む合金等が好ましく、本実施形態においてはアルミニウム（またはその合金）である。Ｘ線管収容部４は、Ｘ線管３の管軸方向（Ｚ方向）における両端に開口を有する筒状をなしている。Ｘ線管収容部４の管軸は、Ｘ線管３の管軸ＡＸと一致している。Ｘ線管収容部４は、保持部４１と、円筒部４２と、フランジ部４４とを有する。保持部４１は、図示しない固定部材を用いて、Ｘ線管３をフランジ部３１１において保持する部分であり、Ｘ線管３とともにＸ線管収容部４の上部開口を気密に封止している。円筒部４２は、保持部４１の下端に接続され、Ｚ方向に延びる円筒状に形成された部分である。フランジ部４４は、円筒部４２の端部に接続され、Ｚ方向から見て外側に延びる部分である。フランジ部４４は、Ｚ方向から見て、上壁部２１２の開口部２１２ａを包囲する位置において、上壁部２１２の上面２１２ｅに対して気密に固定されている。本実施形態では、フランジ部４４は、上壁部２１２の上面２１２ｅに熱的に接続（熱伝導可能に接触）している。Ｘ線管収容部４の内部には、電気絶縁性の液体である絶縁オイル４５が気密に封入（充填）されている。

電源部５は、Ｘ線管３に数ｋＶ～数百ｋＶ程度の電力を供給する部分である。電源部５は、固体のエポキシ樹脂からなる絶縁ブロック５１（樹脂ブロック部）と、絶縁ブロック５１内にモールドされた高電圧発生回路を含む内部基板５２とを有する。絶縁ブロック５１は、略直方体状をなしている。絶縁ブロック５１の上面中央部は、上壁部２１２の開口部２１２ａを貫通し、突出している。一方、絶縁ブロック５１の上面縁部５１ａは、上壁部２１２の下面２１２ｆに対して気密に固定されている。絶縁ブロック５１の上面中央部には、内部基板５２に電気的に接続された円筒状のソケットを含む高圧給電部５４が配置されている。電源部５は、高圧給電部５４を介してＸ線管３に電気的に接続されている。

開口部２１２ａに挿通された絶縁ブロック５１の突出部分の外径は、開口部２１２ａの内径と同じか僅かに小さくされている。

本実施形態では、Ｘ方向に互いに対向する側壁部２１３Ａ，２１３Ｂの各々に、通風孔部Ａが設けられている。通風孔部Ａには、第１収容空間Ｓ１と外部とを連通させる複数の通風孔２１３ａが設けられている。一方の側壁部２１３Ａの内側には、冷却部として送風ファン９（熱媒体提供部）が設けられている。送風ファン９は、筐体２内に形成された空間構成を利用することにより、Ｘ線管収容部４、電源部５及び制御回路基板７等の各部を効率的に冷却する。

具体的には、送風ファン９は、側壁部２１３Ａに設けられた通風孔部Ａから外気を取り込むことにより冷却気体を発生させ、当該冷却気体を第１収容空間Ｓ１のうち側壁部２１３Ａと電源部５との間の空間Ｓ１１に送風する。空間Ｓ１１内に送風された冷却気体により、電源部５が冷却される。

空間Ｓ１１内を流通する冷却気体の一部は、上壁部２１２の開口部２１２ｂを介して、Ｘ線管収容部４の外面（円筒部４２の外面）と第２収容部２２の内面との間に画成された包囲空間Ｓ３に流入する。また、包囲空間Ｓ３は、Ｘ線管３と第２収容部２２の内面との間にも画成されている。包囲空間Ｓ３は、Ｚ方向から見てＸ線管収容部４を取り囲むように形成されている。包囲空間Ｓ３に流入した冷却気体は、Ｘ線管収容部４の周囲を通過することによりＸ線管３及びＸ線管収容部４の外面を冷却する。そして、当該冷却気体は、上壁部２１２の開口部２１２ｃを介して、再度第１収容空間Ｓ１（第１収容空間Ｓ１のうち側壁部２１３Ｂと電源部５との間の空間Ｓ１２）に流入し、側壁部２１３Ｂに形成された通風孔部Ａ（排気部）から外部に排出される。

中間壁部２１４には、空間Ｓ１１と第２収容空間Ｓ２とを連通させる開口部２１４ｃと、空間Ｓ１２と第２収容空間Ｓ２とを連通させる開口部２１４ｄとが形成されている。これにより、空間Ｓ１１内を流通する冷却気体の一部は、中間壁部２１４の開口部２１４ｃを介して第２収容空間Ｓ２に流入する。第２収容空間Ｓ２に流入した冷却気体により、制御回路基板７が冷却される。そして、当該冷却気体は、中間壁部２１４の開口部２１４ｄを介して、再度第１収容空間Ｓ１（空間Ｓ１２）に流入し、側壁部２１３Ｂに形成された通風孔部Ａから外部に排出される。

次に、Ｘ線管３の構成について説明する。図４に示されるように、Ｘ線管３は、いわゆる反射型Ｘ線管と呼ばれるものである。Ｘ線管３は、内部を真空に保持する真空外囲器としての真空筐体１０と、電子発生ユニットとしての電子銃１１と、ターゲットＴとを備えている。電子銃１１は、例えば、高融点金属材料等からなる基体に易電子放射物質を含浸させたカソードＣを有する。また、ターゲットＴは、例えば、タングステン等の高融点金属材料からなる板状部材である。ターゲットＴの中心は、Ｘ線管３の管軸ＡＸ上に位置している。電子銃１１及びターゲットＴは、真空筐体１０の内部に収容されており、電子銃１１から出射された電子がターゲットＴに入射するとＸ線が発生する。Ｘ線はターゲットＴを基点に放射状に発生する。Ｘ線出射窓３３ａ側に向かうＸ線の成分のうち、Ｘ線出射窓３３ａを介して外部に取り出されたＸ線が、求められるＸ線として利用される。

真空筐体１０は、主として、絶縁性材料（例えばガラス）により形成された絶縁バルブ１２と、Ｘ線出射窓３３ａを有する金属部１３とから構成されている。金属部１３は、陽極となるターゲットＴが収容される本体部３１と、陰極となる電子銃１１が収容される電子銃収容部３２とを有する。

本体部３１は、筒状に形成されており、内部空間Ｓを有している。本体部３１の一端部（外側端部）には、Ｘ線出射窓３３ａを有する蓋板３３が固定されている。Ｘ線出射窓３３ａの材料は、Ｘ線透過材料であって、例えばベリリウムやアルミニウム等である。蓋板３３によって、内部空間Ｓの一端側が閉鎖されている。本体部３１は、フランジ部３１１と、円筒部３１２とを有する。フランジ部３１１は、本体部３１の外周に設けられており、上述したＸ線管収容部４の保持部４１に固定される部分である。円筒部３１２は、本体部３１の一端部側において円筒状に形成された部分である。

電子銃収容部３２は、円筒状に形成されており、本体部３１の一端部側の側部に固定されている。本体部３１の中心軸線（すなわち、Ｘ線管３の管軸ＡＸ）と電子銃収容部３２の中心軸線とは、略直交している。電子銃収容部３２の内部は、電子銃収容部３２の本体部３１側の端部に設けられた開口３２ａを介して、本体部３１の内部空間Ｓと連通している。

電子銃１１は、カソードＣと、ヒータ１１１と、第１グリッド電極１１２と、第２グリッド電極１１３とを備えており、各構成の協働によって発生する電子ビームの径を小さくすること（微小焦点化）ができる。カソードＣ、ヒータ１１１、第１グリッド電極１１２及び第２グリッド電極１１３は、それぞれ平行に延びる複数の給電ピン１１４を介して、ステム基板１１５に取り付けられている。カソードＣ、ヒータ１１１、第１グリッド電極１１２及び第２グリッド電極１１３は、それぞれに対応する給電ピン１１４を介して外部から給電される。

絶縁バルブ１２は、略筒状に形成されている。絶縁バルブ１２の一端側は、本体部３１に接続されている。絶縁バルブ１２は、その他端側において、ターゲットＴが先端に固定されたターゲット支持部６０を保持している。ターゲット支持部６０は、例えば銅材等により円柱状に形成されており、Ｚ方向に延在している。ターゲット支持部６０の先端側には、絶縁バルブ１２側から本体部３１側に向かうにつれて電子銃１１から遠ざかるように傾斜する傾斜面６０ａが形成されている。ターゲットＴは、傾斜面６０ａと面一になるように、ターゲット支持部６０の端部に埋設されている。

ターゲット支持部６０の基端部６０ｂは、絶縁バルブ１２の下端部よりも外側に突出しており、電源部５の高圧給電部５４（図２参照）に接続されている。本実施形態では、真空筐体１０（金属部１３）が接地電位とされており、高圧給電部５４においてターゲット支持部６０にプラスの高電圧が供給される。ただし、電圧印加形態は、上記例に限られない。

［送風ファンの制御］
ところで、上記のＸ線発生装置１が備えるＸ線管３は、Ｘ線の発生原理から入射したエネルギの大部分を熱として放出する。その結果、Ｘ線の出力を高めるほど発生する熱量が多くなる。その結果、Ｘ線管３の熱により、動作安定性の低下や構成部材の劣化等、様々な影響が生じる。そこで、Ｘ線管３から発生した熱を効率よく排出するための構成を要する。当該構成として本実施形態におけるＸ線発生装置１は、強制空冷方式を採用し、熱媒体としての空気を提供するための送風ファン９を有する。

図５に示すように、送風ファン９は、ファン９ａとモータ９ｂとを有する。モータ９ｂは回転機械であるので、動作中に機械的な振動を発生させることがある。この振動Ｖは、送風ファン９が固定された筐体２に伝わる。この筐体２には、Ｘ線発生装置１を構成する種々の部品が取り付けられている。Ｘ線管３もその部品の一つである。そうすると、モータ９ｂが発した振動Ｖは、Ｘ線管３にも伝達され得る。

Ｘ線管３では、ターゲットＴに対して高い位置精度を持って電子を照射する必要がある。Ｘ線管３に振動が伝播されると、ターゲットＴと電子銃１１との相対的な位置関係の変動を生じさせる可能性がある。その結果、Ｘ線の焦点の大きさ（以下「焦点径」と呼ぶ）やＸ線焦点の位置（以下「焦点位置」と呼ぶ）のふらつきが生じるので、得られるＸ線が安定しない。その結果、例えば連続撮影時において、得られる複数のＸ線画像におけるＸ線照射条件がそれぞれ一定ではなくなり、撮影の質が低下してしまう。また、撮影された画像の鮮鋭度も低下してしまう。

また、Ｘ線発生装置１は、撮影画像の鮮鋭度を向上するため、得られるＸ線の焦点を数十μｍ～数ｎｍにまで微小化したもの、いわゆるマイクロフォーカスＸ線源である。マイクロフォーカスＸ線源では、Ｘ線出力に基づいて焦点径を制御する場合がある。Ｘ線出力が増加すると、ターゲットＴに提供するエネルギが増加する。その際、単位面積あたりの入射エネルギが大きくなりすぎると、ターゲットＴにダメージを与えることがある。そのため、ターゲットＴの損傷を防止する観点から、単位面積あたりのターゲットＴへの入射エネルギを一定に保つ制御を行う場合がある。例えば、Ｘ線出力を増大したときは、焦点径を大きくする。逆に、Ｘ線出力を減少したときは、焦点径を小さくする。以下、当該条件を「本条件」と呼ぶ。

以下においては、本条件下において、Ｘ線発生装置１がＸ線出力に基づいて送風ファン９を制御する場合を記載する。Ｘ線発生装置１は、制御回路基板７を有しており、当該制御回路基板７は、モータ制御部７ａと、電源制御部７ｂ（Ｘ線制御部）と、を含む。送風ファン９の制御は、制御回路基板７が有するモータ制御部７ａにより行われる。モータ制御部７ａは、第１の制御として、Ｘ線出力に基づいて、モータ９ｂの回転数を増減させる。例えば、Ｘ線出力が小さいときには、ターゲットＴに提供するエネルギが小さいので、Ｘ線管３が発する熱量も小さくなる。つまり、過大な冷却能力は必要なく、Ｘ線管３が発する熱量の排出に必要な気体、例えば空気を提供すればよい。そして、Ｘ線管３への空気の提供量は、ファン９ａの回転数によって制御される。従って、Ｘ線出力が小さいときには、ファン９ａを回転させるモータ９ｂの回転数を小さくする。本条件においては、Ｘ線出力が小さい場合には、焦点径も小さい。つまり、焦点径が小さいときには、モータ９ｂの回転数を小さくする。逆に、Ｘ線出力が大きい場合には、焦点径も大きい。つまり、焦点径が大きいときには、モータ９ｂの回転数を大きくする。

この焦点径と回転数との関係は、一次関数で示される直線状であってもよい（図６の（ａ）部参照）。また、焦点径と回転数との関係は、ステップ状であってもよい（図６の（ｂ）部参照）。つまり、焦点径をいくつかの範囲に区分し、区分ごとに所定の回転数を設定する。例えば、焦点径が１マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下であるとき、回転数を第１の回転数（Ｒ１）に設定する。焦点径が１０マイクロメートル以上３０マイクロメートル以下であるとき、回転数を第２の回転数（Ｒ２）に設定する。焦点径が３０マイクロメートル以上であるとき、回転数を第３の回転数（Ｒ３）に設定する。なお、それぞれの回転数は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３を満たす。

ここで、送風ファン９からＸ線管３へ振動が伝わるとき、所定の条件下においてはＸ線管３の振動が急激に増大することがあり得る。具体的には、送風ファン９を加振源と仮定し、筐体２及びＸ線管３等を振動系と仮定したとき、送風ファン９が発する振動の周波数が、振動系の有する共振周波数に一致すると共振現象が生じる。この共振現象によって、振幅が増大されるので、焦点径や焦点位置のふらつきも大きくなり得る。ここで、第１実施形態でいう共振周波数とは、Ｘ線管３において、モータ９ｂの動作に起因する変位或いは加速度の振幅が最大となるモータ９ｂの回転数を周波数に換算したものである。このような共振周波数は、例えば、Ｘ線発生装置１の構造解析によって得てもよい。また、モーダルサーベイ（共振点探査）といった試験を行って実測してもよい。

そこで、モータ制御部７ａは、第２の制御として、モータ９ｂが発する振動の周波数を共振周波数とずらす。モータ９ｂが発する振動の周波数は、モータ９ｂの回転数に起因する。つまり、振動の周波数が共振周波数と重複しないように、モータ９ｂの回転数を制御する。

図６の（ｃ）部に示すように、共振周波数には回転数（Ｒｅ）が対応する。この回転数（Ｒｅ）の近傍においては、回転数をステップ状に設定する。例えば、このステップの幅は、いわゆる半値幅を利用して設定してよい。回転数（Ｒｅ）が共振周波数に対応するとき（つまり共振状態）の振動エネルギに対して、振動エネルギがその半値となる別の周波数は、共振のピークを挟んで２個存在する（ω１、ω２）。半値幅は、周波数（ω１）から周波数（ω２）までの幅である。そして、周波数（ω１）が回転数（Ｒｅ１）に対応し、周波数（ω２）が回転数（Ｒｅ２）に対応するとする。そして、焦点径が回転数（Ｒｅ１）に対応する大きさ（ｆｃ１）以上であり、且つ、回転数（Ｒｅ２）に対応する大きさ（ｆｃ２）以下であるとき、回転数は、（Ｒｅ２）の一定値に設定する。なお、回転数は、（Ｒｅ１）の一定値としてもよい。

なお、上記の半値幅を利用する設定手法は、例示であって、その他の設定手法を用いてもよい。

また、図６の（ｂ）部に例示したステップ状に回転数を制御する場合では、第１、第２、第３の回転数は、共振周波数に対応する回転数と一致させない。つまり、ステップ状に変化する部分と共振周波数を示すラインとを交差させる。

［作用効果］
このＸ線発生装置１は、送風ファン９から提供される空気ＷによってＸ線管３から熱が排出される。ここで、送風ファン９は、モータ９ｂを有しており、当該モータ９ｂの回転数は、モータ制御部７ａから提供される制御信号によって制御される。モータ制御部７ａは、モータ９ｂの回転数を、Ｘ線管３及び筐体２を含む構造物が有する共振周波数からずらす。そうすると、モータ９ｂが発する振動に起因する共振現象が避けられる。従って、Ｘ線管３への振動の影響が低減される。その結果、Ｘ線発生装置１は、高い安定性をもって動作することができる。特に、同じ振幅であっても、その影響は焦点径が小さいほど大きい、つまり、振動の影響は焦点径が小さくなるほど顕著になるため、本発明は本実施形態のようなマイクロフォーカスＸ線源において特に好ましい。

制御回路基板７は、Ｘ線管３から出力されるＸ線の強度を制御する制御信号を生成し、制御回路基板７が有するモータ制御部７ａは、Ｘ線の強度に基づいてモータ９ｂの回転数を制御する制御信号を生成する。Ｘ線管３が発生する熱量は、Ｘ線の強度と関連する。そこで、モータ９ｂの回転数をＸ線の強度と関連付けることにより、効率のよい冷却を行うことができる。

モータ制御部７ａは、Ｘ線の強度が大きくなるほどモータ９ｂの回転数を大きくし、Ｘ線の強度が小さくなるほどモータ９ｂの回転数を小さくする。Ｘ線の強度が大きくなると、Ｘ線管３が発する熱量も多くなる。そこで、モータ制御部７ａは、モータ９ｂの回転数を大きくし、冷却性能を上げる。一方、Ｘ線の強度が小さくなると、Ｘ線管３が発する熱量も少なくなる。そこで、モータ制御部７ａは、モータ９ｂの回転数を小さくし、冷却性能を下げる。従って、さらに効率のよい冷却を行うことができる。

送風ファン９は、モータ９ｂによって回転するファン９ａを含み、ファン９ａによって熱媒体である空気ＷをＸ線管３に提供する。この構成によれば、簡易な構成によってＸ線管３を冷却することができる。また、熱媒体は空気に限らず、他の気体（例えば不活性ガスとしての窒素等）でもよく、さらに、熱媒体は気体に限らず、水等の液体でもよい。この場合、モータ９ｂは、ポンプ（チラー）等の液体の給排水機構の駆動源として使用される。

Ｘ線発生装置１は、Ｘ線管３を収容するＸ線管収容部４をさらに備え、Ｘ線管収容部４は、送風ファン９から離間した位置に配置される。この構成によれば、筐体２において送風ファン９とＸ線管３とが互いに離れた位置に配置される。その結果、送風ファン９が発した振動は、Ｘ線管３に伝わるまでに減衰し易くなる。従って、送風ファン９の動作に起因するＸ線管３への影響がさらに抑制されるので、高い安定性をもって動作することができる。

上記のＸ線発生装置１は、Ｘ線管３に電圧を提供する電源部５を含む絶縁ブロック５１をさらに備え、Ｘ線管収容部４は、絶縁ブロック５１を介して筐体２の中間壁部２１４に取り付けられる。この構成によれば、中間壁部２１４に伝わった振動は、絶縁ブロック５１を介してＸ線管収容部４に伝わる。その結果、振動は、絶縁ブロック５１を伝わる間に減衰する。従って、送風ファン９の動作に起因するＸ線管３への影響がいっそう抑制されるので、高い安定性をもって動作することができる。

［第２実施形態］
ところで、Ｘ線発生装置１は、Ｘ線を利用するＸ線検査システムなどに利用される。つまり、Ｘ線発生装置１は、それ単体で用いられず、Ｘ線検査システムの構成要素として用いられることがある。図７に示すように、Ｘ線検査システム２００（Ｘ線利用システム）は、Ｘ線発生装置２０１と、検査装置２０２と、システム筐体２０３と、を有する。Ｘ線発生装置２０１は、Ｘ線Ｒを検査装置２０２に提供する。検査装置２０２は、当該Ｘ線Ｒを利用して、種々の検査を行う。そして、Ｘ線発生装置２０１及び検査装置２０２は、共通のシステム筐体２０３に取り付けられる。

Ｘ線管３における共振周波数は、システム筐体２０３の機械的特性、システム筐体２０３に対する構成要素の固定位置、システム筐体２０３に対する構成要素の固定構造などの影響に起因して、変化する可能性がある。ここで、第２実施形態でいう共振周波数とは、Ｘ線管３において、モータ９ｂの動作に起因する変位或いは加速度の振幅が最大となるモータ９ｂの回転数を周波数に換算したものである。そうすると、Ｘ線発生装置２０１を単体で用いる場合に最適となるモータ９ｂの制御態様は、Ｘ線検査システム２００へ組み込んだ場合に必ずしも最適とならない場合が生じ得る。

そこで、制御回路基板７のモータ制御部７ａは、焦点径と回転数との関係（以下「制御パターン」と呼ぶ）を調整する。

図８は、調整動作の一例を示すフロー図である。この動作を行う前に、Ｘ線発生装置２０１の単体において所望の性能を発揮可能な制御パターンを得る。ここでいう所望の性能とは、所望の焦点径のＸ線がＸ線発生装置２０１から出射されることとしてよい。つまり、制御パターンによれば、想定される動作範囲において、焦点径を基準値以下とすることが可能である。そして、制御パターンに基づく焦点径と回転数との制御によって、実際に得られる焦点径の測定値を得る。この測定値を、当該Ｘ線発生装置１の実力値である基準焦点径データして記録しておく。

まず、Ｘ線発生装置２０１をＸ線検査システム２００に組み込む。次に、基準となるＸ線画像を得る（工程ＳＴ１）。次に、Ｘ線画像を利用して、焦点径を算出焦点径データとして得る（工程ＳＴ２）。例えば、Ｘ線画像の半影から、焦点径に換算してもよい。次に、算出焦点径データと基準焦点径データとを比較する（工程ＳＴ３）。具体的には、算出焦点径データが基準焦点径データ以下であるか否かを判定する。そして、算出焦点径データが基準焦点径データ以下であるとき、システムへの組み付けに伴う共振周波数の変化は、Ｘ線発生装置１の実力を損なわないものと判断できる。従って、当初設定した当該制御パターンを利用して、実際の検査工程を開始する（工程ＳＴ５）。一方、算出焦点径データが基準焦点径データ以上であるとき、システムへの組み付けに伴う共振周波数の変化がＸ線発生装置１の動作に影響を及ぼしていると判断できる。そこで、焦点径と回転数との関係を調整する（工程ＳＴ４）。そして、再び工程ＳＴ１から順に処理を行い、工程ＳＴ３が満たされるまで当該サイクルを繰り返す。

この処理によれば、システムへの組み付けによって生じ得る共振周波数の変化に対応して、Ｘ線発生装置２０１を所望の性能を発揮できる状態に再設定することができる。

なお、この調整フローは、制御パターンを決定する際にも利用できる。図９に示されるように、Ｘ線発生装置１は、いくつかの構造を採用し得る。なお、ここでは説明を簡易化するために、Ｘ線発生装置１としてＸ線管３と電源部５のみを模式的に図示する。例えば、筐体２に電源部５を介して固定するものがある（図９の（ａ）部参照）。また、Ｘ線管３と電源部５との境界近傍で筐体２に固定するものもある（図９の（ｂ）部参照）。さらに、筐体２にＸ線管３を介して固定するものもある（図９の（ｃ）部参照）。これらの構造の違いは、共振周波数の違いとして現れることもある。さらに、同じ構造であっても固定の態様によって共振周波数が異なる場合もあり得る。要するに、Ｘ線発生装置１の共振周波数は、種々の要因によってばらつく。

そこで、焦点径と回転数との関係を設定するときに、焦点径の要求値を基準として当該要求値を満たし得る回転数を順次設定してよい。この場合には、共振周波数を直接に利用することはないが、要求値を満たし得る回転数は、結果的に共振周波数を避けたものとなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、Ｘ線管３は、ターゲットに対する電子入射方向と異なる方向からＸ線を取り出す反射型Ｘ線管であるが、ターゲットに対する電子入射方向に沿ってＸ線を取り出す（ターゲットで発生したＸ線がターゲット自体を透過してＸ線出射窓から取り出される）透過型Ｘ線管でもよい。また、送風ファン９は、外部からの気体を送風するものに限らず、内部の気体を外部へ吸い出すことで気体を流通させる吸引ファンでもよい。また、送風ファン９（熱媒体提供部）は、熱媒体として、冷風（冷却気体）だけでなく温風を流通させる機能を有していてもよい。例えば、送風ファン９は、冷風を送風するモードと温風を送風するモードとを切替可能に構成された、Ｘ線管３の温度制御部として機能してもよい。Ｘ線発生装置１を起動した後、Ｘ線管３の動作を安定化させるために、Ｘ線管収容部４内の温度（すなわち、絶縁オイル４５の温度）を一定の温度まで上昇させたい場合があり得る。このような場合に、温風を送風するように送風ファン９を切り替えることにより、包囲空間Ｓ３内に温風を流通させ、Ｘ線管収容部４内の温度を効率良く上昇させることができる。その結果、Ｘ線発生装置１を起動してからＸ線管３の動作を安定化させるまでの時間を短縮できる。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

［第１変形例］
上記実施形態では、Ｘ線発生装置２０１が送風ファン９及びモータ制御部７ａを備えていたが、例えば、図１０に示すように、Ｘ線発生装置２０１Ａは、モータ制御部７ａを備えておらず、Ｘ線検査システム２００Ａがモータ制御装置２０７を備えていてもよい。この場合、モータ制御装置２０７は、制御回路基板７Ａから焦点径に関するデータを受け取る。そして、当該焦点径に対応するモータ９ｂの回転数に関するデータを制御回路基板７Ａに提供する。なお、モータ制御装置２０７は、制御回路基板７Ａを介することなく、制御信号をモータ９ｂへ直接に送信してもよい。このＸ線検査システム２００Ａによっても、送風ファン９の動作に起因するＸ線発生装置２０１Ａへの影響が抑制される。その結果、Ｘ線検査システム２００Ａは所望の性能を発揮することができる。

［第２変形例］
また、図１１に示すように、Ｘ線発生装置２０１Ｂは、送風ファン９を備えておらず、送風ファン２０９（熱媒体提供装置）は、Ｘ線検査システム２００Ｂの構成要素としてもよい。この場合、モータ制御部７ａは制御信号を送風ファン２０９へ出力する。このＸ線検査システム２００Ｂによっても、送風ファン２０９の動作に起因するＸ線発生装置２０１Ｂへの影響が抑制される。その結果、Ｘ線検査システム２００Ｂは所望の性能を発揮することができる。

［第３変形例］
さらに、図１２に示すように、Ｘ線発生装置２０１Ｃは、送風ファン９及びモータ制御部７ａを備えておらず、送風ファン２０９及びモータ制御装置２０７は、Ｘ線検査システム２００Ｃの構成要素としてもよい。このＸ線検査システム２００Ｃによっても、送風ファン２０９の動作に起因するＸ線発生装置２０１Ｃへの影響が抑制される。その結果、Ｘ線検査システム２００Ｃは所望の性能を発揮することができる。

１…Ｘ線発生装置、２…筐体、３…Ｘ線管、４…Ｘ線管収容部、５…電源部、７…制御回路基板、７ａ…モータ制御部、９…送風ファン（熱媒体提供部）、２１…第１収容部（収容部）、２２…第２収容部（包囲部）、４５…絶縁オイル（絶縁性の液体）、２１２…上壁部、２１２ｂ…開口部（第１開口部）、２１２ｃ…開口部（第２開口部）、ＡＸ…管軸、Ｓ１…第１収容空間、Ｓ２…第２収容空間、Ｓ３…包囲空間。

Claims (9)

1. Ｘ線管と、
   モータを有し、前記Ｘ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供部と、
   前記モータの回転数を制御するモータ制御部と、
   前記Ｘ線管及び前記熱媒体提供部が取り付けられる装置筐体と、を備え、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置は、前記モータの回転に起因して発生する振動の影響を前記装置筐体を介して受け、
   前記モータ制御部は、前記Ｘ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置のふらつきの少なくとも一方に対して要求される条件を満たすために、前記モータの回転数に基づく前記モータの振動の周波数が、前記Ｘ線管及び前記装置筐体を含む構造物が有する共振周波数からずれるように、前記モータの回転数を制御する、Ｘ線発生装置。
2. 前記Ｘ線管から出力されるＸ線の強度を制御するＸ線制御部をさらに有し、
   前記モータ制御部は、前記Ｘ線の強度に基づいて前記モータの回転数を制御する、請求項１に記載のＸ線発生装置。
3. 前記モータ制御部は、前記Ｘ線の強度が大きくなるほど前記モータの回転数を大きくし、
   前記Ｘ線の強度が小さくなるほど前記モータの回転数を小さくする、請求項２に記載のＸ線発生装置。
4. 前記熱媒体提供部は、前記モータによって回転するファンを含み、前記ファンによって前記熱媒体である気体を前記Ｘ線管に提供する、請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。
5. 前記Ｘ線管を収容し、前記装置筐体に取り付けられる収容部をさらに備え、
   前記収容部は、前記熱媒体提供部から離間した位置に配置される、請求項１～４の何れか一項に記載のＸ線発生装置。
6. 前記Ｘ線管に電圧を提供する電源を含む樹脂ブロック部をさらに備え、
   前記収容部は、前記樹脂ブロック部を介して前記装置筐体に取り付けられる、請求項５に記載のＸ線発生装置。
7. Ｘ線管と、モータを有し前記Ｘ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供部と、前記Ｘ線管及び前記熱媒体提供部が取り付けられる装置筐体と、を有するＸ線発生装置と、
   前記モータの回転数を制御するモータ制御装置と、
   前記Ｘ線発生装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置は、前記モータの回転に起因して発生する振動の影響を前記システム筐体を介して受け、
   前記モータ制御装置は、前記Ｘ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置のふらつきの少なくとも一方に対して要求される条件を満たすために、前記モータの回転数に基づく前記モータの振動の周波数が、前記Ｘ線発生装置及び前記システム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずれるように、前記モータの回転数を制御する、Ｘ線利用システム。
8. Ｘ線管と、前記Ｘ線管が取り付けられる装置筐体と、モータ制御部と、を有するＸ線発生装置と、
   モータを有し前記Ｘ線管に熱媒体を提供する熱媒体提供装置と、
   前記Ｘ線発生装置及び前記熱媒体提供装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置は、前記モータの回転に起因して発生する振動の影響を前記システム筐体を介して受け、
   前記モータ制御部は、前記Ｘ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置のふらつきの少なくとも一方に対して要求される条件を満たすために、前記モータの回転数に基づく前記モータの振動の周波数が、前記Ｘ線発生装置及び前記システム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずれるように、前記モータの回転数を制御する、Ｘ線利用システム。
9. Ｘ線管と、前記Ｘ線管が取り付けられる装置筐体と、を有するＸ線発生装置と、
   モータを有し、前記Ｘ線発生装置に熱媒体を提供する熱媒体提供装置と、
   前記モータの回転数を制御するモータ制御装置と、
   前記Ｘ線発生装置及び前記熱媒体提供装置が取り付けられるシステム筐体と、を備え、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置は、前記モータの回転に起因して発生する振動の影響を前記システム筐体を介して受け、
   前記モータ制御装置は、前記Ｘ線の焦点径及び前記Ｘ線の焦点位置のふらつきの少なくとも一方に対して要求される条件を満たすために、前記モータの回転数に基づく前記モータの振動の周波数が、前記Ｘ線発生装置及び前記システム筐体を含む構造物が有する共振周波数からずれるように、前記モータの回転数を制御する、Ｘ線利用システム。

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