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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlungsquelle
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Stand der Technik
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Es gibt herkömmlich entwickelte Röntgenstrahlungsquellen, die derart konfiguriert sind, dass eine Röntgenstrahlröhre, ein Hochspannungs-Erzeugungsmodul und andere Einrichtungen in einem Gehäuse mit einem Röntgenstrahlungsfenster aufgenommen sind. Zum Beispiel sind in der industriellen Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung der Patentliteratur 1 die Hochspannungsseite einer Verstärkungsschaltung und die Kathode der Röntgenstrahlröhre nahe zueinander angeordnet. Zum Beispiel ist in der weichen Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtung der Patentliteratur 2 ein Dünnfilm aus Diamantkörnern mit vorbestimmten Korngrößen auf der Oberfläche eines Emitters vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Konfiguration auf, in welcher das gesamte Gehäuse der Röntgenstrahlröhre aus Aluminium ausgebildet ist und ein Metallglied außerhalb der Oberfläche, wo die Kathode der Röntgenstrahlröhre angeordnet ist, vorgesehen ist.
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In den oben beschriebenen Röntgenstrahlungsquellen kann ein alkalihaltiges Glas wie etwa ein Kalknatronglas für eine Bodenplatte des Gehäuses oder ähnliches verwendet werden, um deren Wärmeausdehnungskoeffizienten gleich demjenigen der Stromversorgungsanschlüsse der Röntgenstrahlröhre vorzusehen. Weil der Wärmeausdehnungskoeffizient eines derartigen Glases nahe demjenigen von verschiedenen Elektroden und Dichtungsmaterialien in der Röntgenstrahlröhre ist, kann ein Vakuumgehäuse mit einer hohen Vakuumaufrechterhaltungsleistung ausgebildet werden.
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Referenzliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-49123
- Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007-305565
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn übrigens das alkalihaltige Glas für das Gehäuse der Röntgenstrahlröhre verwendet wird und das Glas zwischen einem Hochspannungsteil wie etwa der Kathode, an der eine negative Hochspannung angelegt wird, und einem Niederspannungsteil wie etwa verschiedenen Steuerschaltungen, an denen eine niedrige Spannung (oder das Erdpotential) angelegt wird, eingeschlossen ist, können Alkaliionen zu dem Potential des Hochspannungsteils gezogen werden und aus dem Glas austreten. Wenn ein derartiges Austreten von Alkaliionen auftritt und die Alkaliionen an der Elektrode oder ähnlichem in der Röntgenstrahlröhre haften, kann sich unserer Erfahrung nach die Potentialbeziehung zwischen den Elektroden ändern und kann unter Umständen eine gewünschte Röntgenstrahlmenge nicht aufrechterhalten werden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, das oben genannte Problem zu lösen, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Röntgenstrahlungsquelle anzugeben, die einen stabilen Betrieb erzielen kann, indem sie das Austreten von Alkaliionen aus dem Gehäuse unterdrückt.
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Problemlösung
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Um das oben genannte Problem zu lösen, umfasst eine Röntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Röntgenstrahlröhre mit einer Kathode, an der eine negative Hochspannung angelegt wird, einem Target, das Röntgenstrahlen mit dem Einfallen von Elektronen von der Kathode erzeugt, und einem Gehäuse, in dem die Kathode und das Target aufgenommen sind und das ein Ausgabefenster zum Ausgeben der von dem Target erzeugten Röntgenstrahlen nach außen aufweist; und eine Stromversorgungseinheit, die die negative Hochspannung für das Anlegen an der Kathode erzeugt; wobei das Gehäuse eine Fensterwand, die mit dem Ausgangsfenster versehen ist, und einen Hauptkörperteil, der mit der Fensterwand verbunden ist, um einen Gehäuseraum für das Aufnehmen der Kathode und des Targets zu bilden, umfasst; wobei der Hauptkörperteil eine Gegenwand aufweist, die gegenüber der Fensterwand angeordnet ist und aus einem alkalihaltigen Glas ausgebildet ist; und wobei die Stromversorgungseinheit einen Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen der negativen Hochspannung und einen mit dem Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt verbundenen Hochspannungsbereich, in dem die Gegenwand angeordnet ist, umfasst.
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In dieser Röntgenstrahlungsquelle ist die aus dem alkalihaltigen Glas ausgebildete Gegenwand aus den Wänden des Gehäuses der Röntgenstrahlröhre in dem Hochspannungsbereich angeordnet, der mit dem Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen der negativen Hochspannung für das Anlegen an der Kathode verbunden ist. Diese Konfiguration verhindert, dass ein elektrisches Feld in der Gegenwand erzeugt wird, und unterdrückt auf diese Weise ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas. Dadurch wird eine durch die Haftung von Alkaliionen verursachte Änderung in der Potentialbeziehung zwischen Elektroden verhindert und kann ein stabiler Betrieb ohne Probleme beim Aufrechterhalten der gewünschten Röntgenstrahlmenge erhalten werden.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Kathode entlang einer Innenfläche der Gegenwand und erstreckt sich der Hochspannungsbereich entlang einer Erstreckungsrichtung der Kathode. Wenn die Kathode mit dieser Erstreckung angeordnet ist, ist ein Austreten von Alkaliionen aus der Gegenwand wahrscheinlicher, wobei jedoch das Austreten von Alkaliionen unterdrückt werden kann, indem der Hochspannungsbereich derart angeordnet wird, dass er sich entlang der Kathode erstreckt.
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Vorzugsweise ist ein Elektronenemissionsteil der Kathode von der Gegenwand getrennt; ist zwischen dem Elektronenemissionsteil und der Gegenwand eine Rückelektrode angeordnet, an der eine negative Hochspannung, die im Wesentlichen gleich der zu der Kathode geführten negativen Hochspannung ist, von der Stromversorgungseinheit angelegt wird; und ist die Rückelektrode derart angeordnet, dass sie sich entlang einer Innenfläche der Gegenwand derart erstreckt, dass sie der Kathode zugewandt ist. Wenn also der Elektronenemissionsteil derart angeordnet ist, dass er der Gegenwand direkt zugewandt ist, wird die Gegenwand aufgeladen, wodurch das Potential instabil wird und auch die Emission von Elektronen instabil wird. Dieses Problem kann verhindert werden, indem die Rückelektrode der Kathode zugewandt angeordnet wird. Andererseits wird ein Austreten von Alkaliionen von der Gegenwand wahrscheinlicher, wenn ein durch die Rückelektrode erzeugtes elektrisches Feld näher an der Gegenwand ist, wobei ein Austreten von Alkaliionen jedoch besser unterdrückt werden kann und eine stabile Elektronenemission erzielt werden kann, indem der Hochspannungsbereich und die Rückelektrode einander zugewandt angeordnet werden.
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Vorzugsweise umfasst die Röntgenstrahlungsquelle weiterhin ein Schaltungssubstrat, auf dem das Gehäuse und die Stromversorgungseinheit montiert sind und das einen Verdrahtungsabschnitt zum Bilden des Hochspannungsbereichs aufweist; wobei der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt und der Verdrahtungsabschnitt derart angeordnet sind, dass sie wenigstens einen Teil der Gegenwand umgeben. Diese Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsabschnitts und des Verdrahtungsabschnitts ermöglicht es, die Erzeugung eines elektrischen Felds in der Gegenwand zuverlässiger zu verhindern. Außerdem kann die Röntgenstrahlröhre stabil fixiert werden.
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Vorzugsweise umfasst die Röntgenstrahlungsquelle weiterhin ein Schaltungssubstrat, auf dem das Gehäuse und die Stromversorgungseinheit montiert sind und das einen Verdrahtungsabschnitt zum Bilden des Hochspannungsbereichs aufweist; wobei das Gehäuse über ein Abstandsglied an dem Schaltungssubstrat fixiert ist; und wobei der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt und der Verdrahtungsabschnitt derart, dass sie wenigstens einen Teil des Abstandsglieds zwischen dem Gehäuse und dem Schaltungssubstrat umgeben, an einer Position gegenüber der Gegenwand angeordnet sind. Diese Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsabschnitts und des Verdrahtungsabschnitts ermöglicht es, die Erzeugung eines elektrischen Fels in der Gegenwand zuverlässiger zu verhindern. Und während die Röntgenstrahlröhre stabil durch das Abstandsglied fixiert wird, sind der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt und der Verdrahtungsabschnitt an der Position gegenüber der Gegenwand angeordnet, wodurch eine effektive Nutzung des Schaltungssubstrats und eine Verkleinerung der Vorrichtung erzielt werden.
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Vorzugsweise umfasst die Röntgenstrahlungsquelle weiterhin ein Schaltungssubstrat, auf dem das Gehäuse und die Stromversorgungseinheit montiert sind und das einen Verdrahtungsabschnitt zum Bilden des Hochspannungsbereichs aufweist; wobei der Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt und der Verdrahtungsabschnitt auf der zu einer montierten Fläche des Gehäuses gegenüberliegenden Flächenseite in dem Schaltungssubstrat an einer Position gegenüber der Gegenwand angeordnet sind. Diese Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsabschnitts und des Verdrahtungsabschnitts ermöglicht es auch, die Erzeugung eines elektrischen Felds in der Gegenwand zuverlässig zu verhindern. Außerdem wird die Konfiguration um das Gehäuse herum vereinfacht und wird eine Verkleinerung der Vorrichtung erzielt.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung realisiert einen stabilen Betrieb, indem sie ein Austreten von Alkaliionen aus dem Gehäuse unterdrückt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zeigt, die konfiguriert ist, um die Röntgenstrahlungsquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu enthalten.
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2 ist ein Blockdiagramm, das funktionelle Komponenten der Röntgenstrahlungsvorrichtung von 1 zeigt.
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3 ist eine perspektivische Ansicht der Röntgenstrahlungsquelle von 1.
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4 ist eine Draufsicht in Entsprechung zu 3.
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5 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V von 4.
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6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI von 5.
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7 ist eine Draufsicht auf die Röntgenstrahlungsquelle gemäß einem Modifikationsbeispiel
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8 ist eine Querschnittansicht, die einen Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre und einem Schaltungssubstrat in der Röntgenstrahlungsquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist eine Draufsicht auf die Röntgenstrahlungsquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 ist eine Querschnittansicht, die einen Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre und dem Schaltungssubstrat in der Röntgenstrahlungsquelle von 9 zeigt.
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11 enthält Diagramme, die das Ergebnis eines Tests zum Bestätigen des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei (a) das Ergebnis eines Beispiels 1 zeigt und (b) das Ergebnis eines Beispiels 2 zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Röntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zeigt, die konfiguriert ist, um die Röntgenstrahlungsquelle gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu enthalten. Die gezeigte Röntgenstrahlungsvorrichtung 1 wird zum Beispiel in einem Reinraum oder ähnlichem an einer Produktionslinie installiert, um Glas mit großen Abmessungen zu handhaben, und ist als ein Photoionisierer (eine Neutralisierungseinrichtung des Lichtstrahlungstyps) konfiguriert, um statische Ladungen von Glas mit großen Abmessungen durch die Bestrahlung mit Röntgenstrahlen zu entfernen. Die Röntgenstrahlungsvorrichtung 1 ist mit der Röntgenstrahlungsquelle 2 für das Ausstrahlen von Röntgenstrahlen und mit einer Steuereinrichtung 3 zum Steuern der Röntgenstrahlungsquelle 2 konfiguriert.
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2 ist ein Blockdiagramm, das funktionelle Komponenten der Röntgenstrahlungsvorrichtung 1 zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Steuereinrichtung 3 mit einer Steuerschaltung 11 konfiguriert. Die Steuerschaltung 11 ist zum Beispiel mit einer Stromversorgungsschaltung zum Zuführen von Strom zu einer Röntgenstrahlröhre 21 in der Röntgenstrahlungsquelle 2, einer Steuersignal-Sendeschaltung zum Senden eines Steuersignals für das Steuern einer Aktivierung und Deaktivierung an die Röntgenstrahlröhre 21 usw. konfiguriert. Die Steuerschaltung 11 ist mit der Röntgenstrahlungsquelle 2 über ein Verbindungskabel C verbunden.
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Im Folgenden wird die Konfiguration der oben genannten Röntgenstrahlungsquelle 2 im Detail beschrieben.
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3 ist eine perspektivische Ansicht der Röntgenstrahlungsquelle von 1. 4 ist eine Draufsicht in Entsprechung zu 3. Und 5 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V von 4. Wie in 3 bis 5 gezeigt, enthält die Röntgenstrahlungsquelle 2 die Röntgenstrahlröhre 21 und ein Hochspannungs-Erzeugungsmodul (Stromversorgungseinheit, Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt) 22, ein erstes Schaltungssubstrat 32 und ein zweites Schaltungssubstrat 33, auf denen jeweils wenigstens ein Teil einer Ansteuerschaltung 23 montiert ist, in einem Gehäuse 31 mit einer im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedform aus Metall.
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Das Gehäuse 31 ist wie in 3 und 4 gezeigt mit einem Hauptkörperteil 35 versehen, der eine Wand 31a mit einer rechteckigen Form, in der ein Röntgenstrahl-Ausgabefenster 34 ausgebildet ist, um von der Röntgenstrahlröhre 21 erzeugte Röntgenstrahlen nach außen auszugeben, und Seitenwände 31b, die auf entsprechenden Seiten der Wand 31a vorgesehen sind, umfasst. Der Hauptkörperteil 35 öffnet sich auf einer Seite und ist weiterhin mit einem Deckel 31c versehen, der gegenüber der Wand 31a vorgesehen und derart angebracht ist, dass er die Öffnung des Hauptkörperteils 35 schließt. Das Röntgenstrahl-Ausgabefenster 34 umfasst eine Öffnung, die mit einer rechteckigen Form entlang der Längsrichtung des Gehäuses 31 in einem im Wesentlichen mittigen Bereich der Wand 31a ausgebildet ist.
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Die Röntgenstrahlröhre 21 umfasst wie in 5 gezeigt einen Faden (Kathode) 52 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, ein Gitter 53 zum Beschleunigen des Elektronenstrahls und ein Target 54 zum Erzeugen von Röntgenstrahlen in Verbindung mit dem Einfall des Elektronenstrahls in einem Gehäuse 51 mit einer im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedform, die ausreichend kleiner als das Gehäuse 31 ist. Das Gehäuse 51 ist mit einer Fensterwand 51a versehen, die ein Ausgabefenster 57 aufweist, und mit einem Hauptkörperteil, der mit der Fensterwand 51a verbunden ist, um einen Gehäuseraum zum Aufnehmen des Fadens 52, des Gitters 53 und des Targets 54 zu bilden. Der Hauptkörperteil besteht aus einer Gegenwand 51b gegenüber der Fensterwand 51a und aus Seitenwänden 51c entlang der Außenkanten der Fensterwand 51a und der Gegenwand 51b. Die Fensterwand 51a ist zum Beispiel aus einer Metallplatte aus Edelstahl oder ähnlichem ausgebildet. Die Gegenwand 51b ist zum Beispiel aus einem isolierenden Material wie etwa einem Alkali (hier Natrium) enthaltenden Glas wie zum Beispiel Kalknatronglas oder Borosilikatglas ausgebildet. Die Seitenwände 51c sind zum Beispiel aus einem isolierenden Material wie etwa Glas ausgebildet.
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Die Höhe der Seitenwände 51c ist kleiner als die Länge der Fensterwand 51a und der Gegenwand 51b. Das Gehäuse 51 weist nämlich eine tafelförmige, im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform auf, wobei die Fensterwand 51a und die Gegenwand 51b als eine Tafelfläche betrachtet werden können. In einem im Wesentlichen mittigen Bereich der Fensterwand 51a ist eine Öffnung 51d, die etwas kleiner als das Röntgenstrahl-Ausgabefenster 34 ist, mit einer rechteckigen Form entlang der Längsrichtung des Gehäuses 51 (Längsrichtung der Fensterwand 51a und der Gegenwand 51b) ausgebildet. Diese Öffnung 51d bildet das Ausgabefenster 57.
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Der Faden 52 ist auf der Seite der Gegenwand 51b angeordnet, und das Gitter 53 ist zwischen dem Faden 52 und dem Target 54 angeordnet. Wie in 6 gezeigt, erstrecken sich der Faden 52 und das Gitter 53 entlang der Längsrichtung des Gehäuses 51 und ist eine Vielzahl von Stromversorgungsstiften 55 jeweils mit diesen verbunden. Die Stromversorgungsstifte 55 erstrecken sich jeweils zwischen den Seitenwänden 51c und der Gegenwand 51b, um nach außen zu den zwei Seiten in der Breitenrichtung des Gehäuses 51 vorzustehen, und sind mit einem Verdrahtungsabschnitt 38 (weiter unten beschrieben) an dem ersten Schaltungssubstrat 32 verbunden. An dem Faden 52 wird über den Verdrahtungsabschnitt 38 und die Stromversorgungsstifte 55 eine negative Hochspannung von z. B. ungefähr –5 kV von dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 angelegt.
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Wie in 5 gezeigt, ist ein Elektronenemissionsteil 52a des Fadens 52 von der Gegenwand 51b getrennt. Und eine Rückelektrode 58 ist derart, dass sie dem Faden zugewandt ist, zwischen dem Elektronenemissionsteil 52a und der Gegenwand 51b angeordnet. Die Rückelektrode 58 ist mit einer rechteckigen Form ausgebildet, wobei sich ihre Längsrichtung entlang des Elektronenemissionsteils 52a des Fadens 52 erstreckt und ihre Breite ausreichend größer als der Durchmesser des Fadens 52 ist (siehe 6), und ist in einem engen Kontakt mit der Innenfläche der Gegenwand 51b montiert. Eine Vielzahl von Stromversorgungsstiften 55, die sich von den mit den Faden 52 verbundenen Stromversorgungsstiften 55 unterscheiden, sind mit der Rückelektrode 58 verbunden, wobei eine negative Hochspannung von ungefähr –5 kV von dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 über den Verdrahtungsabschnitt 38 und die Stromversorgungsstifte 55 ähnlich wie im Fall des Fadens 52 angelegt wird.
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Weiterhin ist ein Fenstermaterial 56 mit einer rechteckigen Form aus einem hochfunktransparenten und elektrisch leitenden Material wie z. B. Titan in einem engen Kontakt mit der Außenflächenseite der Fensterwand 51a fixiert, um die Öffnung 51d wie in 5 gezeigt abzudichten und dadurch das Ausgabefenster 57 für das Ausgeben von durch das Target 54 erzeugten Röntgenstrahlen aus der Röntgenstrahlröhre 21 nach außen zu bilden. Das Target 54 ist zum Beispiel aus Wolfram oder ähnlichem an der Innenfläche des Fenstermaterials 56 ausgebildet.
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Wie in 4 gezeigt, sind an dem ersten Schaltungssubstrat 32 ein Teil der oben genannten Ansteuerschaltung 23 und das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 einschließlich des Verdrahtungsabschnitts 38 angeordnet. Die Ansteuerschaltung 23 an dem ersten Schaltungssubstrat 32 ist in Bereichen mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form an zwei Längsenden des ersten Schaltungssubstrats 32 derart angeordnet, dass dazwischen die Röntgenstrahlröhre 21 in der Längsrichtung angeordnet ist. Eine Spannung, die ausreichend kleiner als die an der Röntgenstrahlröhre 21 von dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 angelegte Spannung ist, wird an der Ansteuerschaltung 23 angelegt, um Niederspannungsbereiche VL an dem ersten Schaltungssubstrat 32 zu bilden. Wie in 5 gezeigt, ist ein Teil der Ansteuerschaltung 23 auch an dem zweiten Schaltungssubstrat 33 angeordnet.
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Andererseits bilden das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 einen Teil der Stromversorgungseinheit in der vorliegenden Erfindung und sind wie in 4 gezeigt etwas von der Röntgenstrahlröhre 21 getrennt in einer rechteckigen Rahmenform in einem mittigen Bereich des ersten Schaltungssubstrats 32 derart angeordnet, dass sie die gesamte Gegenwand 51b des Gehäuses 51 umgeben. Die negative Hochspannung wird in dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 erzeugt, und der mit dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 verbundene Verdrahtungsabschnitt 38 wird als ein Stromversorgungspfad verwendet, wodurch ein Hochspannungsbereich VH in dem rechteckigen Rahmen und in einem inneren Bereich desselben gebildet wird. Die Röntgenstrahlröhre 21 ist an dem ersten Schaltungssubstrat 32 derart fixiert, dass die Gegenwand 51b des Gehäuses 51 und der Hochspannungsbereich VH einander gegenüberliegen und sich der Hochspannungsbereich VH entlang der Erstreckungsrichtung des Fadens 52 in dem Gehäuse 51 erstreckt und dabei dem Faden 52 und der Rückelektrode 58 zugewandt ist (siehe 5).
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Abstandsglieder 60 werden wie in 5 gezeigt verwendet, um die Röntgenstrahlröhre 21, das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22, das erste Schaltungssubstrat 32 und das zweite Schaltungssubstrat 33 in dem Gehäuse 31 zu fixieren. Die Abstandsglieder 60 sind zum Beispiel aus einer Keramik stabförmig ausgebildet und sind nicht elektrisch leitend. Die Abstandsglieder 60 sind aufrecht auf die Innenflächenseite des Deckels 31c in dem Gehäuse 31 gesetzt und halten das erste Schaltungssubstrat 32 mit der daran montierten Röntgenstrahlröhre 21 und dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und das zweite Schaltungssubstrat 33 mit dem daran montierten Teil der Ansteuerschaltung 23 im Wesentlichen parallel. Der Deckel 31c mit dem weiter oben genannten Aufbau ist an dem Hauptkörperteil 35 fixiert, wobei das Ausgabefenster 57 der Röntgenstrahlröhre 21 derart angeordnet ist, dass es von dem Röntgenstrahl-Ausgabefenster 34 des Gehäuses 31 freiliegt.
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In der Röntgenstrahlungsquelle 2 mit dem oben beschriebenen Aufbau ist die aus dem alkalihaltigen Glas ausgebildete Gegenwand 51b aus den Wänden des Gehäuses 51 der Röntgenstrahlröhre 21 gegenüber dem Hochspannungsbereich VH der Stromversorgungseinheit angeordnet, die das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 zum Erzeugen der negativen Hochspannung für das Anlegen an dem Faden 52 enthält. Diese Konfiguration verhindert, dass ein elektrisches Feld in der Gegenwand 51b erzeugt wird, und unterdrückt somit ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas.
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Wenn Alkaliionen aus dem Glas austreten, treten die nachfolgend beschriebenen Probleme auf. Wenn zum Beispiel ausgetretene Alkaliionen an der Oberfläche eines isolierenden Glieds wie etwa der Innenwandfläche des Gehäuses 51 haften, kann sich die Stehspannungsleistung verschlechtern. Dies kann auch zu einer Verschlechterung der Stehspannungsleistung zwischen Elektroden mit verschiedenen Potentialen wie etwa dem Faden 52, dem Gitter 53 und dem Target 54 führen, sodass es unter Umständen schwierig wird, die für das Ansteuern der Röntgenstrahlröhre 21 erforderlichen Spannungen zwischen den Elektroden anzulegen. Wenn die ausgetretenen Alkaliionen an dem Gitter 53 haften, kann sich eine Potentialbeziehung mit dem Faden 52 aufgrund einer Differenz zwischen den Arbeitsfunktionen des Materials des Gitters 53 und den daran haftenden Alkaliionen ändern, sodass es unter Umständen schwierig wird, Elektronen stabil aus dem Faden 52 zu extrahieren.
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Weil die aus dem alkalihaltigen Glas ausgebildete Gegenwand 51b gegenüber dem Hochspannungsbereich VH der Stromversorgungseinheit einschließlich des Hochspannungs-Erzeugungsmoduls 22 zum Erzeugen der negativen Hochspannung für das Anlegen an dem Faden 52 angeordnet ist, kann eine Änderung der Potentialbeziehung zwischen Elektroden mit verschiedenen Potentialen wie etwa dem Faden 52, dem Gitter 53 und dem Target 54 unterdrückt werden und kann ein stabiler Betrieb ohne Probleme beim Aufrechterhalten der gewünschten Röntgenstrahlmenge erhalten werden. Wenn die ausgetretenen Alkaliionen an dem Faden 52 haften, ändert sich die Oberflächenbedingung des Fadens 52, was auch zu einer Änderung in der Elektronenemissionsfähigkeit führen kann. Dieses Problem kann jedoch ebenfalls vermieden werden, indem ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas unterdrückt wird.
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In der Röntgenstrahlungsquelle 2 ist der Elektronenemissionsteil 52a des Fadens 52 von der Gegenwand 51b getrennt und ist die Rückelektrode 58, an der die negative Hochspannung, die annähernd gleich der zu dem Faden 52 geführten negativen Hochspannung ist, von dem Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 angelegt wird, derart, dass sie sich entlang der Innenfläche der Gegenwand 51b erstreckt und dem Faden 52 zugewandt ist, zwischen dem Elektronenemissionsteil 52a und der Gegenwand 51b angeordnet. Weiterhin erstreckt sich der Hochspannungsbereich VH entlang der Erstreckungsrichtung des Fadens 52 derart, dass er der Rückelektrode 58 zugewandt ist.
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Wenn also der Elektronenemissionsteil 52a derart angeordnet ist, dass er der Gegenwand 51b direkt zugewandt ist, kann die Gegenwand 51b aufgeladen werden, sodass das Potential instabil wird und auch die Emission von Elektronen instabil wird. Dieses Problem kann verhindert werden, indem die Rückelektrode 58 derart angeordnet wird, dass sie dem Faden 52 zugewandt ist. Andererseits wird ein Austreten von Alkaliionen aus der Gegenwand 51b wahrscheinlicher, wenn ein durch die Rückelektrode erzeugtes elektrisches Feld näher an der Gegenwand 51b als an dem Faden 52 ist. Deshalb sind in dieser Ausführungsform der Hochspannungsbereich VH und die Rückelektrode 58 derart angeordnet, dass sie einander zugewandt sind, sodass ein Austreten von Alkaliionen aus der Gegenwand 51b zuverlässiger unterdrückt werden kann und eine stabile Elektronenemission erzielt werden kann.
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In der Röntgenstrahlungsquelle 2 sind das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 zum Bilden des Hochspannungsbereichs VH vorzugsweise derart angeordnet, dass sie die gesamte Gegenwand 51b an dem ersten Schaltungssubstrat 32 umgeben. Bei dieser Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsmoduls 22 und des Verdrahtungsabschnitts 38 ist die Gegenwand 51b zuverlässiger in dem Hochspannungsbereich VH angeordnet, sodass eine Erzeugung eines elektrischen Felds in der Gegenwand 51b zuverlässiger verhindert wird. Die Röntgenstrahlröhre 21 ist an dem ersten Schaltungssubstrat 32 fixiert, sodass eine stabile Fixierung der Röntgenstrahlröhre 21 in der Röntgenstrahlungsquelle 2 realisiert werden kann.
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Es ist zu beachten, dass das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 nicht unbedingt derart angeordnet sein müssen, dass sie die gesamte Gegenwand 51b an dem ersten Schaltungssubstrat 32 umgeben. Zum Beispiel kann der Verdrahtungsabschnitt wie in 7 gezeigt derart angeordnet sein, dass er drei Seiten der Gegenwand 51b mit Ausnahme von einer Querseite der Gegenwand 51b umgibt. Auch in diesem Fall wird der gleiche Effekt wie in der oben beschriebenen Ausführungsform erhalten.
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[Zweite Ausführungsform]
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8 ist eine Querschnittansicht, die einen Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre und dem Schaltungssubstrat in der Röntgenstrahlungsquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Figur gezeigt, unterscheidet sich die Röntgenstrahlungsquelle gemäß der zweiten Ausführungsform durch den Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre 21 und dem ersten Schaltungssubstrat 32 und die Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsmoduls 22 und des Verdrahtungsabschnitts 38 von der ersten Ausführungsform.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung derart konfiguriert, dass ein Abstandsglied 73 zwischen dem Gehäuse 51 der Röntgenstrahlröhre 21 und dem ersten Schaltungssubstrat 32 angeordnet ist, wodurch das Gehäuse 51 der Röntgenstrahlröhre 21 von dem ersten Schaltungssubstrat 32 getrennt wird, während das Gehäuse 51 und das erste Schaltungssubstrat 32 über das Abstandsglied 73 miteinander gekoppelt werden. Das Abstandsglied 73 ist ein Blockglied, das aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel einem Silikongummi ausgebildet ist. Das Abstandsglied 73 weist zum Beispiel eine flache, im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform auf, die etwas kleiner als die Rückelektrode 58 ist, und ist auf im Wesentlichen mittige Bereiche der Gegenwand 51b und des ersten Schaltungssubstrats 32 geklebt. In dieser Ausführungsform sind das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 in einem Zwischenraum angeordnet, der durch das Abstandsglied 73 zwischen der Gegenwand 51b und dem ersten Schaltungssubstrat 32 gebildet wird. Das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 sind in einer rechteckigen Rahmenform derart vorgesehen, dass sie das Abstandsglied 73 mit einer ausreichend kleinen Dicke, um einen Kontakt mit der Gegenwand 51b zu vermeiden, an dem ersten Schaltungssubstrat 32 umgeben.
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In dieser Konfiguration ist die aus dem alkalihaltigen Glas ausgebildete Gegenwand 51b aus den Wänden des Gehäuses 51 der Röntgenstrahlröhre 21 auch gegenüber dem Hochspannungsbereich VH der Stromversorgungseinheit angeordnet, die das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 zum Erzeugen der negativen Hochspannung für das Anlegen an dem Faden 52 enthält. Dadurch wird verhindert, dass ein elektrisches Feld in der Gegenwand 51b erzeugt wird, und wird ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas unterdrückt. Auf diese Weise kann eine Änderung der Potentialbeziehung zwischen Elektroden mit verschiedenen Potentialen wie etwa dem Faden 52, dem Gitter 53 und dem Target 54 unterdrückt werden und wird ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas unterdrückt. Auf diese Weise kann eine Änderung der Potentialbeziehung zwischen Elektroden mit verschiedenen Potentialen wie etwa dem Faden 52, dem Gitter 53 und dem Target 54 unterdrückt werden und kann das Auftreten eines Problems beim Aufrechterhalten der gewünschten Röntgenstrahlmenge verhindert werden, sodass ein stabiler Betrieb erhalten werden kann.
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Weil das Abstandsglied 73 ermöglicht, dass das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 in dem Zwischenraum zwischen der Gegenwand 51b und dem ersten Schaltungssubstrat 32 angeordnet werden und die Röntgenstrahlröhre 21 stabil fixiert wird, kann das erste Schaltungssubstrat 32 effektiv genutzt werden. Dadurch wird eine Vergrößerung des ersten Schaltungssubstrats 32 unterdrückt und wird eine Verkleinerung der Röntgenstrahlungsquelle 2 erzielt. Und weil das Abstandsglied 73 aus dem isolierenden Material hergestellt wird, können elektrische Effekte an der Gegenwand 51b unterdrückt werden.
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Das Abstandsglied 73 kann aus Siliziumharz, Urethan oder ähnlichem bestehen oder kann aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein. Die Kopplung der Gegenwand 51b, des Abstandsglieds 73 und des ersten Schaltungssubstrats 32 wird vorzugsweise durch eine Technik implementiert, die eine Haftung zwischen Flächen sicherstellen kann, wobei es sich um eine Dichtung oder einen Kleber handeln kann. Vorzugsweise wird ein Material mit einer Selbstverschmelzungseigenschaft als das isolierende Material verwendet.
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[Dritte Ausführungsform]
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9 ist eine Draufsicht auf die Röntgenstrahlungsquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 ist eine Querschnittansicht, die einen Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre und dem Schaltungssubstrat zeigt. Wie in 9 und 10 gezeigt, unterscheidet sich die Röntgenstrahlungsquelle gemäß der dritten Ausführungsform durch den Kopplungszustand zwischen der Röntgenstrahlröhre 21 und dem ersten Schaltungssubstrat 32 und die Anordnung des Hochspannungs-Erzeugungsmoduls 22 und dem Verdrahtungsabschnitt 38 von der ersten Ausführungsform.
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Insbesondere verwendet die vorliegende Ausführungsform das Gehäuse 31 und das erste Schaltungssubstrat 32 mit einer größeren Fläche als bei dem ersten Schaltungssubstrat 32 von 4 und 5, wobei die Ansteuerschaltung 23 zum Ansteuern der Röntgenstrahlröhre 21 auf beiden Seiten in der Breitenrichtung der Röntgenstrahlröhre 21 auf einer Flächenseite des ersten Schaltungssubstrats 32 vorgesehen ist. Ohne die Verwendung des zweiten Schaltungssubstrats 33 ist ein Abstandsglied 82 mit einer Rahmenform an dem Deckel 31c fixiert und ist das erste Schaltungssubstrat 32 an dem oberen Ende des Abstandsglieds 82 fixiert. Das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 und der Verdrahtungsabschnitt 38 sind derart vorgesehen, dass sie der Gegenwand 51b auf der zu der montierten Fläche des Gehäuses 51 gegenüberliegenden Fläche in dem ersten Schaltungssubstrat 32 vorgesehen sind.
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Bei dieser Konfiguration ist die aus dem alkalihaltigen Glas ausgebildete Gegenwand 51b aus den Wänden des Gehäuses 51 der Röntgenstrahlröhre 21 auch gegenüber dem Hochspannungsbereich VH der Stromversorgungseinheit angeordnet, die das Hochspannungs-Erzeugungsmodul 22 zum Erzeugen der negativen Hochspannung für das Anlegen an dem Faden 52 enthält. Dadurch wird verhindert, dass ein elektrisches Feld in der Gegenwand 51b erzeugt wird, und wird ein Austreten von Alkaliionen aus dem Glas unterdrückt. Deshalb wird eine Änderung der Potentialbeziehung zwischen Elektroden mit verschiedenen Potentialen wie etwa dem Faden 52, dem Gitter 53 und dem Target 54 unterdrückt und wird das Auftreten eines Problems beim Aufrechterhalten der gewünschten Röntgenstrahlmenge verhindert, sodass ein stabiler Betrieb erhalten werden kann. Außerdem ist die Anzahl von Schaltungssubstraten reduziert, sodass die Dicke des Gehäuses 31 kleiner vorgesehen werden kann und die Konfiguration um das Gehäuse 51 herum vereinfacht werden kann.
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[Test zum Bestätigen des Effekts der Erfindung]
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11 enthält Diagramme, die das Ergebnis eines Tests zum Bestätigen des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigen. In diesem Test wurde eine Potentialverteilung um das Gehäuse der Röntgenstrahlröhre herum simuliert, und zwar für ein Beispiel, in dem der Verdrahtungsabschnitt zum Bilden des Hochspannungsbereichs an dem ersten Schaltungssubstrat derart angeordnet war, dass er die Gegenwand umgab (Beispiel 1), und für ein Beispiel, in dem der Verdrahtungsabschnitt zum Bilden des Hochspannungsbereichs derart an dem ersten Schaltungssubstrat angeordnet war, dass er drei Seiten der Gegenwand mit Ausnahme von einer Seite derselben auf der Seite des Niederspannungsbereichs umgab (Beispiel 2). Es wurde angenommen, dass in den beiden Beispielen auf dem ersten Schaltungssubstrat der Hochspannungsbereich um die Gegenwand herum angeordnet war und der Niederspannungsbereich von dem Hochspannungsbereich getrennt war, während nur der Niederspannungsbereich auf dem zweiten Schaltungssubstrat angeordnet war. Das zweite Schaltungssubstrat war in dem Beispiel 2 näher an dem ersten Schaltungssubstrat angeordnet als in dem Beispiel 1.
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Wie in 11(a) und 11(b) gezeigt, konnte bestätigt werden, dass, obwohl in dem Beispiel 1 und in dem Beispiel 2 ein geringes elektrisches Feld an den Längsenden der Gegenwand erzeugt wurde, kein elektrisches Feld in der Gegenwand außer in den oben genannten Bereichen erzeugt wurde. Durch dieses Ergebnis konnte bestätigt werden, dass die Erzeugung eines elektrischen Felds in der Gegenwand unterdrückt wurde, indem die Gegenwand der Röntgenstrahlröhre in dem Hochspannungsbereich gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet wurde.
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Liste der Bezugszeichen
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- 2: Röntgenstrahlungsquelle; 21: Röntgenstrahlröhre; 22: Hochspannungs-Erzeugungsmodul (Stromversorgungseinheit, Hochspannungs-Erzeugungsabschnitt); 32: erstes Schaltungssubstrat (Leiterplatte); 38: Verdrahtungsabschnitt (Stromversorgungseinheit); 51: Gehäuse; 51a: Fensterwand; 51b: Gegenwand; 52: Faden (Kathode); 52a: Elektronenemissionsteil; 54: Target; 57: Ausgabefenster; 58: Rückelektrode; 73: Abstandsglied.
