CN103311079B - X线管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X线管，其目的在改进使X线穿透至封装件(2)的外部的X线穿透窗(5)附近的构造，且提升封装件的强度，并且使X线穿透窗相对于基板的形成及基板的处理容易。该X线管(1)具备：基板，由形成有蜂窝构造(7)的开口部(6)的426合金所构成的两片的第一基板(4a)、第二基板(4b)、及被第一基板(4a)与第二基板(4b)所包夹而用于封闭开口部的钛箔制X线穿透窗(5)所构成；箱型容器部(3)，安装在前述基板，且内部设为高真空状态；X线靶(8)，在容器部的内部设于前述第一基板(4a)的开口部；及阴极(10)，设在容器部内，用于供给电子至X线靶。由于以基板的蜂窝构造从两面补强X线穿透窗，因此基板及X线穿透窗不会变形，而提升了封装件强度。

Description

X线管

技术领域

本发明涉及一种在设为高真空状态的封装件(package)的内部从电子源释出电子而与X线靶(target)撞击，且将从X线靶发出的X线从封装件的X线穿透窗放射至外部的X线管，尤有关于通过X线穿透窗的改进来提升封装件的强度的X线管。

背景技术

在下述专利文献1中，揭示一种将X线照射于空气，用于产生离子气体(iongas)的X线产生装置。用在该X线产生装置的X线管，其以圆柱状的封装件(灯泡(bulb))为本体，在封装件中，从灯丝(filament)释出的电子，通过焦距(focus)聚焦，再与X线靶撞击而产生X线，而该X线则穿透输出窗(X线穿透窗)再射出至封装件的外部。

图8与上述的专利文献1的X线管相同，为将玻璃制圆柱状封装件100作为本体的所谓圆型管形态的X线管的剖面图。该圆柱状封装件100的位于其一端面的圆形开口以由铍(beryllium)膜所构成的X线穿透窗101封闭，而内部则保持为高真空状态。在封装件100的内部中，于X线穿透窗101的内面设有X线靶102。此外，在封装件100的另一端面侧，设有属于电子源的阴极(cathode)103与控制电极104。此外，从阴极103释出的电子在控制电极104被加速，并聚焦后与X线靶102撞击，而得以从X线穿透窗101放射X线至封装件100的外部。另外，图8中以符号X显示从X线穿透窗101放射至封装件100的外部的X线的示意图，并且以P来显示X线穿透窗101中的X线的放射的中心。

[背景技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2005-116534号公报

发明内容

[发明所欲解决的课题]

然而，在图8所示的现有的X线管中，由于来自阴极103的电子线缩小为射束(beam)状，以撞击X线靶102的位置为中心，X线为扩展成放射状的点状的X线照射(图8中以符号P显示的点为中心)，而X线从X线穿透窗101穿出后扩展成圆锥状(在图8中以符号X显示)，因此会有相对于照射对象物的大小，有效照射范围(area)较窄的问题。因此，为了以此方式使用照射范围较窄的圆形管的X线管来照射X线于较广的范围，需使用多个X线管，并将此等予以并排使用，而在设备成本或维修面上的负担较大。

此外，若要将X线广范围地照射，虽也可考虑例如远离对象物来照射X线，但若要对于照射对象物照射所希望的X线，必须加强X线的照射强度。这样一来，会将X线照射到不必要之处，而产生X线泄漏的问题。

因此，本案发明的发明人等，为了解决此种现有的圆形管形态的X线管的问题点，而发明了如图6及图7所示的平型管形态的X线管。此X线管以在将玻璃板组装成箱型的容器部51的开放侧周缘部，安装由形成有细缝(slit)状开口部52(例如宽度2mm左右)的X线非穿透性金属所构成的基板53并封闭，更进一步将由钛(titanium)箔所构成的X线穿透窗54从基板53的外侧安装在开口部52并封闭而成的封装件55作为本体。封装件55的内部保持为高真空状态。在封装件55内，于露出在基板53的开口部52的X线穿透窗54中设有钨(tungsten)等的靶56。此外，在封装件55的内部，在X线穿透窗54相反侧的内面设有背面电极57，而在其下方依序配设有灯丝状阴极58、从阴极58引出电子的第一控制电极59、及将第一控制电极59所引出的电子予以加速的第二控制电极60。

依据此X线管，通过第一控制电极59从阴极58所引出的电子是通过第二控制电极60加速。此外，与X线靶56撞击而产生的X线，穿透X线穿透窗54而放射至封装件55的外部。如此，在此X线管中，是使用X线穿透性良好且强度高的钛作为X线穿透窗54的素材，并未使用当氧化时会有害的铍。此外，由于X线从被基板53的开口部52所限制的X线穿透窗54放射，因此只要将开口部52的细长细缝形状的尺寸设定为所希望的尺寸，就可使接受X线放射的区域实质为线状，而使X线以X线穿透窗54的细缝宽度扩展，因此易于与对象物大小对应而以较高的弹性来设定有效宽广的照射范围，而可获得照射范围狭窄的圆形管X线管所未有的效果。此外，只要将开口部52的尺寸、形状形成为所希望尺寸的矩形沟状等，在X线穿透窗54中接受X线放射的区域，相比于圆形的X线穿透窗，就较为容易从外形来判断，因此较容易进行将X线精确地引导至预定位置的路径的设定。

然而，依据本案发明的发明人等所提出的图6及图7所示的平型管形态的X线管，会有金属制基板53、及设在基板53的开口部52的由钛箔所构成的X线穿透窗54，因为封装件55内的真空气体环境受到外压而变形，且依情况不同而破损而无法保持真空状态的情形的问题。

此外，由于X线穿透窗54本身的机械性强度较弱，稍微受力就会破损，因此非但难以安装至基板53，还要在将X线穿透窗54安装至基板53后注意基板53处理的问题。

本发明为有鉴于上述问题而研创者，其目的提供一种在设为高真空状态的封装件的内部具有电子源及X线靶的平型管形态的X线管，该X线管通过改进将X线放射至封装件外部的X线穿透窗附近的构造，来提升封装件的强度，并且使X线穿透窗相对于基板的形成及X线穿透窗形成后的基板的处理更为容易。

[解决课题的手段]

本发明提供一种X线管，其特征为具备：基板，其由形成有矩形或细缝状且具有梁构造的开口部而且为金属材料所构成的X线非穿透性的第一基板以及第二基板所构成，且具有为前述第一基板及前述第二基板所包夹而用于封闭前述开口部的X线穿透窗；箱型容器部，其安装于前述基板且内部设为高真空状态；X线靶，其在前述容器部的内部设在位于内侧的前述基板的前述开口部且与前述X线穿透窗密接所设；及电子源，其设在前述容器部的内部，至少具有与前述基板的开口部对应而延伸的线状阴极及多个具有与前述阴极的长度方向对应的开口的控制电极，且通过前述多个控制电极引出从前述阴极释出的电子而将电子供给至前述X线靶，前述电子源至少具备：形成于容器部内面的背面电极；前述线状阴极；与前述线状阴极的长度方向对应而具有网眼(mesh)状开口的第一控制电极；及围绕前述线状阴极及第一控制电极所设且具有较前述第一控制电极的开口较窄开口的第二控制电极。

优选的，所述的X线管，其中，在前述第一控制电极及第二控制电极的开口，形成有格子或蜂窝(honeycomb)状的网眼。

优选的，所述的X线管，其中，前述基板的前述第一基板及第二基板由426合金所构成，而前述开口部的前述梁构造通过蚀刻或冲压(press)加工而形成，并且前述X线穿透窗是由钛所构成，通过将前述X线穿透窗夹在前述第一基板与前述第二基板之间经由热扩散接合而形成。

优选的，所述的X线管，其中，设在前述基板的前述开口的梁构造为格子或蜂窝构造。

[发明的功效]

本发明所提供的X线管，由于通过形成有具有梁构造的开口部而且由金属材料所构成的X线非穿透性的第一基板、第二基板包夹X线穿透窗，从两面侧以梁构造而补强了X线穿透窗，因此在平型管形态的X线管中，基板及X线穿透窗不易变形，而获得封装件强度提升等的效果。因此，可较弹性地设定由开口部所规定的X线穿透窗的形状，未必要限定于细缝状，也可设定具有某程度面积的纵横比小的矩形、正方形的X线穿透窗。此外，构成X线穿透窗的金属箔并未直接露出于X线管的外面，而形成于基板的开口部的梁构造位于较X线穿透窗更外侧而形成保护X线穿透窗的构造，因此也可获得即使操作者的手指或某物体要从封装件的外侧接触X线穿透窗，该操作者手指或某物体也不易产生直接接触X线穿透窗的状况的效果。此外，由于电子源具有线状阴极与多个控制电极，而且线状阴极的延伸方向与控制电极的开口与前述基板的开口部的形状对应，因此X线可从基板的开口部的大致全部区域均匀地取出，而使X线从相当于基板的开口部的X线穿透窗放射，由此而获得可正确特定X线的放射位置(区域)的效果。此外，由于不使用多数个X线管也可进行X线的广范围照射，因此可降低设备成本及维修所花费的费用。

本发明所提供的X线管，由于是将电子源的构造，设为以背面电极与第一控制电极及第二控制电极包围线状阴极的构成，因此具有抑制带电至容器部内面，使阴极周围电位安定的效果。此外，通过将第二控制电极的开口设为较第一控制电极的开口更窄，即可限制电子的取出位置，且可限制来自第二控制电极的电子的照射位置，以使电子仅在X线靶的基板开口部(X线靶的位于基板开口部的部分)及其附近撞击，而可防止电子撞击至基板的非必要的范围。

本发明所提供的X线管，由于在第一控制电极及第二控制电极的开口设置了格子或蜂窝状网眼，因此第一控制电极及第二控制电极的强度提升，而可获得使电子源内的电位安定的效果。

本发明所提供的X线管，由于是以蚀刻或冲压加工将开口部的梁构造一体构成在426合金的基板，且以426合金的基板包夹X线穿透窗的钛予以热扩散接合，因此可获得基板及X线穿透窗的强度更进一步提升，封装件强度的改进更为确实的效果。

本发明所提供的X线管，在基板的开口具有格子或蜂窝状梁构造且以2片基板包夹X线穿透窗的构造中确保基板的强度，而使封装件强度改进的程度更进一步提升。此外，通过设为格子或蜂窝构造而谋求开口率的提升，可增加X线照射量。

附图说明

图1为本发明的实施例的剖面图；

图2为本发明的实施例的平面图；

图3为显示本发明的实施例的电极构造的分解扩散斜视图；

图4为显示本发明的实施例的蜂窝构造的一边长度与施加于钛箔的应力的关系的曲线图；

图5为显示本发明的实施例的属于基板的426合金的厚度与产生的应力的关系的曲线图；

图6为本发明的发明人等所发明的X线管的剖面图；

图7为本发明的发明人等所发明的X线管的正面图；及

图8为显示现有的圆形管的剖面图、及X线照射区域的示意图。

主要组件符号说明

1X线管

2、55、100封装件

3容器部

4、53基板

4a第一基板

4b第二基板

5、54、101X线穿透窗

6、52开口部

7作为梁构造的蜂窝构造

8、56、102X线靶

9、57背面电极

10、58、103阴极

11、59第一控制电极

11a、13开口

12、60第二控制电极

14网眼

51容器部

104控制电极。

具体实施方式

兹参照图1至图5来说明本发明的一实施例。

图1所示的平型管形态的X线管1以箱型封装件2为本体。该封装件2为在将玻璃板组装成箱型的容器部3的开方侧周缘部，安装以两片第一基板4a、第二基板4b包夹钛箔的X线穿透窗5的构成的基板4而加以封闭者，内部排气成为高真空状态。基板4为由X线非穿透性的426合金所构成的矩形板。所谓426合金是指42％Ni、6％Cr、其余为Fe等的合金，而热膨胀系数与构成容器部3的钠钙玻璃(soda-limeglass)大致相等。

此外，如图2所示，在第一基板4a、第二基板4b的中央沿着长度方向形成有细长的矩形(或细缝状)的开口部6，此外，在该开口部6的内部，形成有相同形状的蜂窝构造7而构成梁构造。此外，X线穿透窗5为与第一基板4a、第二基板4b大致相同大小的钛箔，在将该钛箔包夹在前述第一基板4a、第二基板4b之间的状态下，在真空或惰性气体环境中通过热扩散接合予以一体化而构成基板4。此外，由于将基板4构成为金属材料，因此与由金属箔构成的X线穿透窗5的接合性良好。

在此，所谓热扩散接合为使母材密接，在母材的熔点以下的温度条件下使用接合面间所产生的原子的扩散而接合的方法。

因此，钛箔的X线穿透窗5在蜂窝构造7的存在有梁的部分中，必然会被上下所包夹而一体化，而被牢固的构造所支撑。此外，在第一基板4a与第二基板4b的其它部分，钛箔也会发挥固定剂的作用，使第一基板4a与第二基板4b牢牢地固定，而有使基板4的强度提升的效果。

此种开口部6及蜂窝构造7，在构成容器部3的钠钙玻璃的板材中，加工虽较为困难，但426合金等的金属材料，随着强度较高，加工性也较佳，而开口部6及蜂窝构造7可通过蚀刻或冲压加工而易于作出。

此外，在封装件2的内部中，在位于内侧的第一基板4a的开口部6、蜂窝构造7及从该等观看的钛箔的X线穿透窗5的内面，通过蒸镀钨膜而形成有X线靶8，以从前述开口部6的内侧与X线穿透窗5的内面密接。另外，以X线靶8而言，也可使用钼等的钨以外的金属。

接着说明封装件2内部的电极构成。

如图1及图3所示，在封装件2的内部，于X线穿透窗5相反侧的容器部3的内面，设有用于防止带电至玻璃的背面电极9。在背面电极9的下方，张设有属于电子源的线状阴极10，而在阴极10的下方则设有用于从阴极10引出电子的具有网眼状开口11a的第一控制电极11，而在该第一控制电极11下方设有用于限制电子线照射范围的第二控制电极12。此外，通过背面电极9、阴极10、第一控制电极11、第二控制电极12而构成电子源。

另外，前述阴极10在由钨等所构成的线(wire)上的芯线的表面施有碳酸盐者，通过将芯线通电加热，可将热电子释出者。

此外，第一控制电极11与第二控制电极12与线状阴极10对应而具有网眼状开口，而第二控制电极12为周围四方被板体包围的箱型电极构件，而在与线状阴极10对应的部分具有细长细缝的开口13而且在该开口13形成有网眼14。该第二控制电极12的开口13及网眼14，构成为与前述的第一基板4a的开口部6及设在其附近的X线靶8对应，用于限制从阴极10释出的电子从第二控制电极放射的范围，通过将电子碰撞第一基板4a侧的X线穿透窗5的X线靶8及其附近，有效率地产生X线而可取出至封装件2的外部。此外，第二控制电极12与X线靶8的距离，也设定为适于电子在适当状态下与X线穿透窗5撞击的值。

如上所述，由于前述阴极10形成为周围被施加有预定电位的电极所包围的构成，因此不会受到容器部内面的带电的影响，而可使阴极10周围的电位安定。

此外，在第二控制电极12也具有遮蔽阴极10侧的功能，以避免被第一控制电极11所引出的电子与X线穿透窗5以外的场所，例如封装件2的内壁等撞击而使属于阳极的X线靶8与阴极10的绝缘性恶化。

另外，只要充分保持容器部3与线状阴极10的距离，就可减少电子带电至容器部3的影响而使背面电极9不需要。此外，控制电极除第一控制电极、第二控制电极之外，还可视线状阴极10与X线靶8的距离、管电压、或从X线穿透窗5取出的X线的聚焦程度来追加。

此外，前述容器部3的材质为钠钙玻璃以外的玻璃板的情形下，前述基板4也可使用其它材质的金属板，以与前述容器部3的热膨胀系数大致相等。

此外，第一控制电极11及第二控制电极12与前述基板4相同，为了使容器部3的热膨胀系数大致相等，为以使用426合金为佳。

依据本实施例的X线管1，可将X线照射至空气等而产生经离子化的气体，再将此气体送至带电的被除电体而进行除电处理。

接着，调查前述开口部6的蜂窝构造7的一边长度(六角形的1边的长度)的较佳条件。首先，准备无蜂窝构造的形成有各种尺寸开口部(细缝)的基板，将钛箔厚度设为10μm并实际制作X线管，再调查钛箔会不会因为内部真空所形成的外压而使钛箔破损。结果，只要细缝宽度至少为2mm以下，钛箔就不会破损。

因此，通过仿真，调查了开口部的钛箔不会破损的施加于钛箔的应力的上限。结果，得知应力的上限为281kgf/mm2。此外，通过仿真，调查了将钛箔厚度固定为10μm且使开口部(细缝)的蜂窝构造的一边长度的长度变化时，施加于钛箔的应力不超过先前的上限值的范围。结果，如图4所示，可得知只要蜂窝构造7的一边长度至少为2.2mm以下，则在钛箔产生的应力不会超过281kgf/mm2(图4中箭头符号F1的范围内)，而不会破损。

此外，对于重叠2片所使用的426合金制基板4的理想厚度，通过仿真调查了条件。426合金的厚度、与在板部分及蜂窝构造7的各部分产生的应力的关系如图5所示。

如该图所示，由于蜂窝构造7位于基板4的中央部分，故应力较板部分高，因此破裂强度在蜂窝构造7的部分需进行检讨。此外，426合金的破裂强度被认为大致为37kgf/mm2(图5中箭头符号F2的范围内)，因此所需的426合金的厚度大致为0.2mm，故重叠2片所使用的本实施例的426合金的一片的厚度至少需0.1mm以上。

考虑上述的仿真等，具体作成了以具备具有蜂窝构造7的开口部6的2片基板4包夹钛箔(X线穿透窗5)的构造的X线管1。以此时的条件而言，钛箔的厚度为10μm，而封装件2的尺寸为纵18.5mm、横65mm、厚度12.8mm，而开口部6为4mm×30mm，蜂窝构造7的一边长度则为1.5mm，而线径为50μm。只要是此种构成，就可获得封装件2的强度充分，而且X线穿透窗5的强度也充分的X线管1。此外，将蜂窝构造7的一边长度设为1.5mm，且改变钛箔的厚度进行相同的实验之后，发现钛箔的厚度为3μm时虽产生了破损，但在5μm以上20μm以下时则未产生问题。

综上所述，依据本实施例的X线管1，通过第一控制电极11从阴极10所引出的电子在第二控制电极12的电场被限制而使照射范围限制在基板4的开口部6附近，而电子则在开口部6及其附近与X线靶8撞击而产生X线，而该X线则从被基板4的开口部6所限制的X线穿透窗5放射。因此，只要将开口部6的尺寸、形状形成为所希望的尺寸的矩形沟状等，就可使接受X线放射的区域实质为大致线状，而使X线以X线穿透窗5的宽度照射，因此在以例如解除带电用的X线照射等的目的使用情形下，也可易于与对象物大小、范围等对应而以较高的弹性来设定有效宽广的照射范围。此外，只要将开口部6的尺寸、形状形成为所希望尺寸的矩形沟状等，在X线穿透窗54中接受X线放射的区域，相比于圆形的X线穿透窗的情形，就更易于理解，故也较容易进行将X线精确地引导至预定位置的机器类等的配置。

在以上说明的实施例中，虽已说明了钛箔厚度为10μm的例，但X线穿透窗的膜厚也可作各种变更。

此外，开口部6的蜂窝构造7的一边长度，只要作成2片重叠的第一基板4a、第二基板4b的厚度、或钛箔的厚度愈厚，就愈可加长1边长度，但反之较薄时，则需缩短1边长度。

除此之外，由于通过梁构造而提升了X线穿透窗5的强度，因此X线穿透窗5的形状不限定于细长的细缝状，也可为宽度更大的面状。在此情形下，线状阴极10可依据基板4的开口部6的面积来并列张设所需要的数量。此外，设在基板4的开口部6的梁构造并不限定于蜂窝构造7，也可为格子状(开口形状不仅为方形还包括菱形)其它规则性的重复构造。另外，只要梁构造为蜂窝构造或格子状，就可既保持开口形状较圆形者更必要的强度，又可提升开口部6的开口率。

此外，钛不会如铍在氧化时产生毒性，而在X线穿透性良好的观点上，也适用于X线穿透窗5。

此外，前述实施例的X线管1，虽已说明了用在将X线照射于对象物来进行除电的用途，但当然不限定用途，也可用在其它用途。

除此之外，在前述实施例中，于该步骤中，以由两片426合金所构成的第一基板4a与第二基板4b来包夹钛箔而进行热扩散接合，因此426合金与钛箔虽接合，但426合金彼此并未完全接合，因此可将该等基板4予以多数重叠而一次进行热扩散接合，因此可有效率地进行基板4的制造。

Claims (4)

1.一种X线管，其具备：

基板，其由形成有矩形或细缝状且具有梁构造的开口部而且为金属材料所构成的X线非穿透性的第一基板以及第二基板所构成，且具有为前述第一基板及前述第二基板所包夹而用于封闭前述开口部的X线穿透窗；

箱型容器部，其安装于前述基板且内部设为高真空状态

X线靶，其在前述容器部的内部设在位于内侧的前述基板的前述开口部且与前述X线穿透窗密接所设；及

电子源，其设在前述容器部的内部，至少具有与前述基板的开口部对应而延伸的线状阴极及多个具有与前述线状阴极的长度方向对应的开口的控制电极，且通过前述多个控制电极引出从前述线状阴极释出的电子而将电子供给至前述X线靶；

前述电子源至少具备：形成于容器部内面的背面电极；前述线状阴极；与前述线状阴极的长度方向对应而具有网眼状开口的第一控制电极；及围绕前述线状阴极及第一控制电极所设且具有较前述第一控制电极的开口较窄开口的第二控制电极。

2.根据权利要求1所述的X线管，其特征在于，在前述第一控制电极及第二控制电极的开口，形成有格子或蜂窝状的网眼。

3.根据权利要求1所述的X线管，其特征在于，前述基板的前述第一基板及第二基板是由426合金所构成，而前述开口部的前述梁构造是通过蚀刻或冲压加工而形成，并且前述X线穿透窗由钛所构成，通过将前述X线穿透窗夹在前述第一基板与前述第二基板之间一面加热一面压接，而使前述X线穿透窗与前述第一基板与前述第二基板热扩散接合而形成。

4.根据权利要求1至3中任一所述的X线管，其特征在于，设在前述基板的前述开口的梁构造为格子或蜂窝构造。