X射线发生器及使用该发生器的光电离器

摘要

为了提供结构紧凑并包含空冷机构的X射线发生器,本发明的X射线发生器使X射线管和驱动X射线管的电源容纳于保护壳内,X射线管含有用电子束辐射靶的阴极,具有地电位的X射线管固定于输出窗内表面,然后固定在设置于管端上的导电和导热输出窗支承上。形成于输出窗支承从而向外突出的突缘部分与导热保护壳接触并固定,结果,在X射线管连续产生的接近100℃的热量被传导至保护壳并向外耗散。

说明书

本发明涉及X射线发生器，特别是涉及如下X射线发生器，其中发射软X射线的小型X射线管容纳在保护壳内。本发明还涉及使用该X射线发生器的光电离器(photoionizer)。

日本专利申请公开平-7-50594公开了一种传统的X射线管。此X射线管中，由流过其中的电流加热的阴极发射电子束，电子束由类似聚焦栅极等加速，并以高速撞击靶。结果，从与靶呈相互隔开的关系而设置的透明X射线窗口向外辐射取决于靶材料的X射线。这种X射线管温度较高，必须冷却。设置固定于靶并从管壳(玻璃泡)突出的靶环，用于空气冷却X射线管，由此保持X射线发生效率，防止损坏靶。这种X射线管容纳在保护壳内，包括用于发生+9.5KV的电压的电源单元，并内置于X射线发生器内。

但是，传统的X射线发生器由于上述构形而存在问题。在靶和透明X射线窗口分开的这类X射线管中，管壳较大，管壳周围需要较大空间来提供自然空气冷却。结果，保护壳也必须较大。开发了把靶和透明X射线窗口(输出窗口)形成为一体的极小型X射线管，来解决上述问题。但是，由于这种X射线管的尺寸极小，管壳直径也小，所以在实现自然空冷和把X射线管装配在现有保护壳方面存在问题。

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种X射线发生器，能包含空气冷却结构，而且同时尺寸紧凑。

根据本发明的X射线发生器具有保护壳，容纳X射线管和驱动X射线管的电源，X射线管中，具有地电位的靶固定在输出窗内表面，然后再固定在设置于管壳端上的导电和导热的输出窗支承上，X射线管包含用电子束辐射靶的阴极。形成在输出窗支承上从而向外突出的突缘部分与导热保护壳接触并固定。

由于此X射线发生器中的靶具有地电位，所以从保护壳内的电源单元向灯丝施加高的负电位例如-9.5KV。从阴极辐射电子束，与地电位的靶撞击，从靶产生X射线，并从输出窗向外辐射。

为了保持X射线的发生效率，避免损坏靶，必须冷却靶和管壳。按此结构，高温靶固定于经过输出窗的输出窗支承部件。管壳也固定于输出窗支承部件。因此，来自靶和管壳的热量传导至形成于输出窗支承部件上的突缘部分，使突缘部分加热至高温。由于突缘部分固定成与导热保护壳接触，所以来自突缘部分的热量传导至保护壳并消散进外部空气。于是，保护壳本身起到冷却装置的作用。因此，从靶、管壳等发生的热量传导至保护壳并释放。由保护壳本身形成最佳冷却环境。由于不必在保护壳内为X射线管创设冷却环境，所以保护壳可以做得较小，X射线发生器的尺寸同样也可减小。

按此结构，在电源壳上设置X射线管容纳单元，用于容纳电源单元。最好在形成在X射线管容纳单元前端的第一支承板与设置在保护壳前端并与第一支承板相对置的第二支承板之间，应设置突缘部分。采用这种结构时，容易把X射线管布置在保护壳内，提高了X射线发生器的组装效率，降低了发生器的生产成本。

另外，可以有效地在第一支承部件与第二支承部件之间定位导热中间部件，使突缘部分通过中间部件夹在这两个支承部件之间。采用这种结构时，中间部件与保护壳上的第二支承板接触，基本扩展了从突级部分向第二支承板传导热量的导热通道，因而加速了热量从保护壳的消散。

上述X射线发生器尤其适用于光电离器。无需对上述X射线发生器做特别改进，即可用做光电离器。

结合附图并通过以下说明，将可了解本发明的具体特征和优点以及其它目的。

图1是根据本发明第一实施例的X射线发生器结构的水平剖视图。

图2是图1所示X射线发生器的分解部件透视图。

图3是用于本发明第一实施例的X射线发生器的X射线剖视图。

图4是图1所示X射线发生器的相关部件的放大剖视图。

图5是根据本发明第二实施例的X射线发生器结构的剖视图。

图6是图5所示X射线发生器的分解部件的透视图。

图7是图5所示X射线发生器的相关部件的放大剖视图。

以下将结合附图说明本发明优选实施例的X射线发生器。

图1是根据第一实施例的X射线发生器的剖视图。图2是部件分解的X射线发生器的透视图。这些图中所示X射线发生器1包括盒式保护壳2，由高导热性材料如铝、铜、镍形成，并构成四个分离部件。亦即，保护壳2是一个具有四个壁的盒，包括平坦的但在边侧稍向下弯曲类似伸长的字母“c”的顶盖3，形状类似顶盖只是边侧向上弯曲的底盖4，平坦的前板5，和平坦的后板6。在顶盖3的前后两端的内表面形成两张板支承(槽3a和3b，用于分别插入前板5和后板6的顶端。同样，在底盖4的前后两端的内表面形成两张板支承槽4a和4b，用于分别插入前板5和后板6的底端。

组装保护壳2时，用螺钉把加强板29的底侧固定于底盖4的内表面。然后，把前板5和后板6的底端插入底盖4的板支承槽4a和4b中。顶盖3置于底盖4的上部，以使前板5和后板6的顶端插入顶盖3的板支承槽3a和3b中。用螺钉把加强板29的顶侧固定于顶盖3的内表面，从而使顶盖3相对于底盖4牢固地固定。总之，由于前板5和后板6插入并保持在顶盖3和底盖4中，所以保护盒2的组装非常牢固。

X射线管8设置在保护盒2之内，用于发生软X射线，针对各种目的，包括下述的用做光电离器。如图3所示，X射线管8具有由柯伐玻璃制成的圆筒状管壳9。在管壳9的端部上形成管座11。管座11具有抽气管10。由柯伐金属构成的圆筒状输出窗支承部件12熔接在管壳9的开放端。输出窗支承部件12具有中央开口12a。通过银钎焊把圆盘状输出窗13固定于输出窗支承部件12，从而密封中央开口12a。在输出窗13内表面上蒸发靶14，在被电子束辐射时发生X射线。

两个管座管脚15固定在管座11上。灯丝16设置在管壳9内作为在预定电压下发射电子束的阴极。灯丝16固定在管座管脚15的端部。圆筒状不锈钢聚焦17固定在管壳管脚15之一上。由柯伐金属制成的输出窗支承部件12具有导电性和导热性。因此，当与接地的保护壳2电连接时，输出窗支承部件12具有地电位，因而使靶14置于地电位。

下面将要说明的电源21向X射线管8中的管座管脚15提供9.5KV的负高电位，致使灯丝16向地电位靶14辐射电子束。电子束撞击靶14时，靶14发射X射线，并从输出窗口13向外辐射。按此结构，可以使用直径为15mm、长度约为30mm的管壳9，X射线管8的总长可减小至约40mm。但是，极小的X射线管8的靶14的温度高，所以为了保持X射线发生效率，保护靶14不受损坏，必须冷却靶14。

以下说明冷却方法。与输出窗支承部件12一体地形成突缘部分18，从X射线管8向外突出。由于突缘18是导热及导电的，并经过输出窗支承部件12与靶14接触，所以当靶14产生的热使输出窗支承部件12的温度升至约100℃时突缘部分18被加热。如图1和4所示，突缘部分18固定接触于铝前板5的内表板。因此，来自突缘部分18的热可以传输至保护壳2，突缘部分18可设置为零电位。在保护壳2的前板5设置圆形X射线辐射开口5a。使X射线管8的输出窗13与此X射线辐射开口5a对准，可以使X射线从保护壳2内辐射。

再参看图1和2，电源21容纳于保护壳2内，包括低压发生器19和高压发生器20。以电源21向管座管脚15提供9.5KV的负高电位，用于驱动X射线管8。首先，电压由低压发生器19升至-1KV，然后由高压发生器20升至-9.5KV。这种电源21固定在电源钢壳22内。除了电源壳22外，设置X射线管容纳单元23，用于容纳X射线管8的管壳9。此X射线管容纳单元23设置在电源21一侧与之相邻。由于电源21和X射线管容纳单元23相互平行设置，可以缩短保护壳2的长度。

如图2和4所示，在电源壳22上设置平坦的第一支承板24，与前板5平行面对，构成X射线管容纳单元23的前端。在第一支承板24形成开口24a，插入X射线管8的壳。因此，管壳9穿过开口24a时，突缘部分18夹在第一支承板24的前表面与前板5的后表面之间，用做第二支承板。由于电源壳22用螺钉固定在保护壳2的底盖4，所以突缘部分牢固地插在电源壳22的第一支承板24与固定于保护壳2的板支承槽3a和3b的前板5之间。因此，突缘部分18牢固地固定在保护壳2。

导热中间部件25夹在第一支承板24与前板5之间，用做第二支承板。此中间部件25由硅橡胶制成，呈柔性并高度导热，形成用来基本填充第一支承板24和前板5之间的空间。此外，中间部件25具有插入管壳9的开口25a。按此结构，当突缘部分18夹在开口24a的周围边缘与X射线辐射开口5a的周围边缘之间时，中间部件25的开口25a的周围边缘接触突缘部分18，同时几乎中间部件25的整个表面与第一支承板24和前板5接触。结果，用于从突缘部分18向前板5传导热量的热传导通道被基本延长，有助于通过铝保护壳2的热消散。另外，由于中间部件25是柔性的，所以突缘部分18可以压紧前板5，提高了X射线管8吸收震动的能力。

如图1和2所示，在X射线管容纳单元23内设置一对减振器26，用于在保护壳2内保持X射线管8。这些由尿脘树脂制成的减振器26包括卡住管壳9的弧压表面26a。一个减振器26与固定在保护壳2的侧壁上的增强板29接触，另一个减振器26与电源壳22内的壁接触。通过把管壳9夹在弧压表面26a之间，可使X射线管8牢固地保持在保护壳2内。

X射线发生器1还包括外引线31，用于向电源21的低压发生器19提供特定电压。外引线31具有橡胶套30。通过把此套30装入后板6中形成的开口6a，把外引线31固定在保护壳2。另外，从高压发生器20引出阴极引线32。把阴极引线32连接于X射线管8的管座管脚15，由此可向灯丝16提供-9.5KV的高压。

接着，将结合附图说明第二实施例的X射线发生器41，其中X射线发生器41具有与X射线发生器11相同的结构，相同的部件和元件标以相同的参考标号，以避免重复说明。

如图5和6所示，保护壳42形成为细长状。细长的电源壳43容纳于保护壳42中。电源壳43的前部包括用于容纳X射线8的X射线管容纳单元44和减振器26，而电源壳43的后部包括电源21。按此结构，通过把电源21和X射线容纳单元44串联布置，可把保护壳42形成为细长，这样有利于在狭窄空间安装X射线发生器41。其它结构例如前板5和中间部件25简单地缩小，以适应保护壳42的形成，同时这些结构的功能和性质保持与第一实施例的X射线发生器1相同。

如上所述构成的X射线发生器用于光电离器时最为适合。光电离器是用于清除物体例如半导体晶片上的静电荷的装置。在集成电路(IC)、液晶显示器(LCD)或其它类似物的制造工艺期间，因静电吸引而产生的灰尘颗粒或其它污染物的吸附是严重的问题。光电离器通过擦掉或去除产品上产生的静电荷可以解决这类问题。当从光电离器向被静电充电为例如正电的产品辐射X射线时，产生空气的氮气和其它成份气体的正负离子。由此产生的负离子被静电吸引至相反极性的电荷累积，然后使此累积中性化。光电离器产生3至9.5KeV的X射线。对于此水平的X射线，0.5mm厚的钢板或1mm厚的玻璃板足以屏蔽离子化空间。

尽管详细地说明了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员将会认识到，在仍保持本发明的许多新特征和优点的同时，存在对这些示例性实施例做出改进和变化的许多可能性。因此，所有这些改进和变化均应包含在权利要求书的范围内。

例如，如图7所示，可以在用于在前板5形成X射线辐射开口5a的周边缘形成环形凹处5b，容纳突缘部分18。因此，凹处5b不仅改善了突缘部分18在前板5的配合，而且有助于X射线管8中的输出窗13和前板5中的X射线辐射开口5a的对准。此外，可以利用图中未示出的螺钉和粘合剂把突缘部分18固定为与前板5接触。

本发明的X射线发生器具有以下优点。X射线发生器在保护壳内容纳X射线管和驱动X射线管的电源两者，X射线管包含用电子束辐射靶的阴极，在此X射线管内，具有地电位的靶固定在输出窗内表面，然后再固定于设置在管壳端上的导电和导热输出窗支承上。形成于输出窗支承上从而向外突出的突缘部分与导热保护壳接触固定。结果，常常是X射线发生效率降低的原因和靶损坏原因的发热，可传导至保护壳向外消散，同时可使X射线管的冷却结构紧凑并且降低成本。此外，通过X射线管和适当冷却，电源内的电路也不会受到不利影响。