JP2001273860A

JP2001273860A - マイクロフォーカスｘ線管装置

Info

Publication number: JP2001273860A
Application number: JP2000089700A
Authority: JP
Inventors: Keiji Koyanagi; 慶二小柳; Hideshi Kanazawa; 英志金澤; Masao Sakai; 昌雄酒井
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロフォーカスＸ線管の許容負荷を向上
する。【解決手段】マイクロフォーカスＸ線管装置10はＸ線
管11と電源部12と制御部13と筐体14とから成る。Ｘ線管
11は電子線源21と、引出し電極22と、電子光学系23と、
加速電極24と、陽極26と、これらを内包し支持する外囲
器35とから成る。陽極26は回転する円板状のターゲット
27と、これを支持する円筒形のロータ31と、ロータ31を
回転自在に支持する固定部32とから成る。ターゲット27
の外周部には薄板状に形成したリング状の電子衝突部28
がある。ロータ31の外周部にはステータ44が配設され、
ターゲット27を回転させる。電子線源21から放出された
電子線25を電子光学系23で微小焦点に集束し、回転する
ターゲット27の電子衝突部28の焦点29に衝突させ、発生
したＸ線45を電子衝突部28を透過させて、Ｘ線放射窓39
から外部に放射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極めて微小な対象
物のＸ線透視像を得るためのＸ線源であるマイクロフォ
ーカスＸ線管装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の産業用Ｘ線透視装置においては、
検査対象物が微小な場合、できるだけ拡大されたＸ線透
視像が得られることが望ましい。そのためには、Ｘ線の
発生領域である焦点(Ｘ線源)の大きさが極めて小さくな
ければならない。そこで、焦点寸法が数μmというマイ
クロフォーカスＸ線管装置が近年普及し始めている。ま
た、マイクロフォーカスＸ線管装置においては、幾何学
的な拡大率を大きくするために、焦点と検査対象物との
間の距離を極力小さくしなければならない。このような
微小な検査対象物を透視するＸ線管としては、多くの場
合陽極のターゲットを透過したＸ線を利用する、いわゆ
る透過型Ｘ線管が用いられている。この理由は、一般的
な回転陽極Ｘ線管の構成では回転駆動機構があるために
透過Ｘ線を利用することができないことによる。

【０００３】Ｘ線を発生させる電子ビーム電流(Ｘ線管
電流)は大きい程得られる透視像の画質が良くなる傾向
にあるために、実用上大きいＸ線管電流が要求される
が、あまり大きいＸ線管電流を流すとターゲットの電子
衝突部(焦点)の発熱によりターゲットが局部的に溶融し
てしまうので、許容される限界値が設けられ制限されて
いた。この許容される陽極負荷の限界値は許容負荷(又
は最大許容負荷)と呼ばれている。

【０００４】マイクロフォーカスＸ線管装置において、
陽極(ターゲット)の溶融時に電子衝突部を移動する方
式、或いは電子照射を中断する方式がＵＳＰNo．4,344,
013号公報、特表平10‐503,618号公報に開示されてい
る。これらの公知例の技術はいずれも陽極表面の溶融を
許容するものであり、溶融現象自体の発生を回避するも
のではない。陽極が溶融した場合には、通常Ｘ線管内の
真空度が劣化し、Ｘ線管に対し、耐電圧性の劣化、電子
ビーム電流の減少などの悪影響を及ぼす。また、上記の
いずれの方式でも、陽極の溶融発生時にはＸ線透視を中
断しなければならず、Ｘ線管使用者にとっても不都合は
避けられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の構成
のマイクロフォーカスＸ線管装置では、一般に広く普及
している回転陽極Ｘ線管と比べて許容負荷が小さく、得
られるＸ線管電流は少ない。また、より高画質の透視画
像を得ようとして、Ｘ線管電流を増加したくとも、固定
陽極Ｘ線管の場合には溶融回避の必要性から殆ど不可能
である。また、一般の回転陽極Ｘ線管の構造をそのまま
採用してＸ線管電流の増加を図ろうとしても、回転駆動
機構の存在のためにターゲット透過Ｘ線を利用すること
はできない。ターゲットから反射する方向のＸ線を利用
する通常方式の反射型Ｘ線管の構成を採用した場合に
は、幾何学的な拡大率を犠牲にせざるを得ず、マイクロ
フォーカスＸ線管の利点が生かされなくなる。

【０００６】以上の如き問題点を考慮して、本発明で
は、許容負荷を向上したマイクロフォーカスＸ線管装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のマイクロフォーカスＸ線管装置は、電子線
発生源と、該電子線を細いビームに集束する電子光学系
と、前記電子線が衝突してＸ線を発生する陽極と、該陽
極と前記電子光学系と前記電子線発生源を真空気密に内
包する外囲器とから成るマイクロフォーカスＸ線管と、
該マイクロフォーカスＸ線管に電力を供給する電源部
と、該電源部を制御する制御部とを具備するマイクロフ
ォーカスＸ線管装置において、前記陽極は回転する円板
形状部を備え、該円板形状部に前記電子線が衝突するよ
うに構成されている(請求項1)。

【０００８】この構成では、電子線が衝突する陽極の円
板形状部（ターゲット）が回転するので、ターゲットの
焦点面の温度を低減することができ、Ｘ線管に入力でき
る負荷を増加することができる。その結果、ターゲット
から放射するＸ線量を増加することができるので、Ｘ線
透視画像の画質を向上することができる。

【０００９】本発明のマイクロフォーカスＸ線管装置で
は更に、前記陽極の円板形状部の前記電子線が衝突しＸ
線を発生する電子衝突部を薄板状とし、Ｘ線が電子衝突
部を透過して、裏面から放射されるように構成する。こ
の構成では、Ｘ線がＸ線管軸方向と同じ方向に放射され
るので、Ｘ線管の軸方向の長さを短くすることができ、
Ｘ線管装置全体として小型、コンパクトに構成すること
ができる。また、検査対象物も焦点に近接して配置する
ことができるので、Ｘ線透視像の幾何学的拡大率を大き
くすることができる。

【００１０】本発明のマイクロフォーカスＸ線管装置で
は更に、前記陽極が前記円板形状部と、これを支持する
円筒状のロータと、該ロータを回転軸及び軸受を介して
回転自在に支持する固定部とを具備し、前記陽極は前記
ロータの外周部に配設されたステータによって回転駆動
されるものである。この構成では、陽極ロータと外部に
配設したステータとの組合せで陽極を回転することがで
きるので、陽極のターゲットに入力できる負荷を増加す
ることができ、放射Ｘ線量を増加することができる。

【００１１】本発明のマイクロフォーカスＸ線管装置で
は更に、前記陽極の円板形状部はピボット軸受によって
回転自在に支持されている。また、前記ピボット軸受は
前記円板形状部の中心軸に、かつ該円板形状部の両側に
配設されている。この構成では、陽極の円板形状部が両
面側からピボット軸受によって支持されているので、Ｘ
線管の陽極の長さが短くなり、その結果として、Ｘ線管
装置全体として小型、コンパクトになる。

【００１２】本発明のマイクロフォーカスＸ線管装置で
は更に、前記陽極の円板形状部の一方の面に1個以上の
磁極が貼付され、前記外囲器の外部の前記磁極に対向す
る位置に、回転磁界を生成するリング状の回転磁界発生
手段が配設され、該回転磁界を前記磁極に作用すること
により前記陽極の回転駆動力を得るものである。この構
成では、ピボット軸受支持方式の陽極と、リング状の回
転磁界発生手段との組み合わせにより、陽極の回転駆動
力が得られ、かつＸ線管装置としての陽極部分の長さを
短くすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に沿って説明する。図1に、本発明に係わるマイクロフ
ォーカスＸ線管装置の第1の実施例の概略構成図を示
す。図1において、本実施例のマイクロフォーカスＸ線
管装置10は、微小焦点からＸ線を放射するマイクロフォ
ーカスＸ線管11と、マイクロフォーカスＸ線管11に種々
の電力を供給する電源部12と、電源部12を介してマイク
ロフォーカスＸ線管11を制御する制御部13と、マイクロ
フォーカスＸ線管11と電源部12と制御部13を収納する筐
体14とから構成される。

【００１４】図1において、マイクロフォーカスＸ線管1
1は、電子線25を発生する電子線源21と、電子線源21で
発生した電子線25を引き出す引出し電極22と、電子線25
を微小焦点を形成するように集束する電子光学系23と、
電子線25を所望のエネルギーまで加速する加速電極24
と、電子線25の衝突によってＸ線45を発生する陽極26
と、電子線源21と引出し電極22と電子光学系23と加速電
極24と陽極26を支持し、真空気密に内包する外囲器35と
から構成される。

【００１５】電子線25を発生する電子線源21は、通常タ
ングステンや6硼化ランタンなどの電子放出特性の優れ
た材料を、先端形状が細くなるように加工を施したもの
である。引出し電極22は、端部に電子線25を通す開口部
(穴)が設けられた底付円筒形状をしており、その円筒の
内部に電子線源21を収容している。電子線源21の電位及
び引出し電極22の電位はそれぞれ電子線源リード49及び
引出し電極リード50を介して電源部12より印加される。

【００１６】電子光学系23は数段の電極又は磁極によっ
て電子線25を集束するための電子レンズを構成するもの
であり、各電極又は磁極には、各電位を印加する電源又
は励磁電流を流す電源及びそれらの電源を制御する制御
系が接続されている。各電位又は励磁電流は電源部12か
ら電子光学系リード51を介して印加される。加速電極24
は電子線25にＸ線を発生するために必要なエネルギーを
与えるための電極である。加速電圧は電子線源21と加速
電極24との間に電源部12より加速電極リード52を介して
印加される。

【００１７】陽極26はごく薄い円盤状のターゲット27
と、ターゲット27を支持するロータ31と、ロータ31を回
転自在に支持する固定部32とから構成される。ターゲッ
ト27は通常Ｘ線の発生効率の良い高原子番号の材料、例
えばタングステンやタンタルなどから構成される。ター
ゲット27の電子線25が衝突してＸ線を発生する部分28
(以下、電子衝突部という)は薄く加工されている。この
電子衝突部28には電子線25の衝突によってＸ線源(焦点)
29が形成され、発生したＸ線は電子衝突部28を透過し
て、透過Ｘ線として外部に放射される。ターゲット27の
電子衝突部28は透過Ｘ線の減衰を極力抑えるために極め
て薄く作られているが、他の部分は強度を確保するため
に厚く構成されている。

【００１８】上記において、ターゲット27の構造として
1種類の材料で構成する場合について説明したが、ター
ゲット27としては2種類以上の材料で構成してもよい。1
例をあげると、ターゲット27の基盤をＸ線透過性の良い
低原子番号の材料で作り、電子衝突部28にＸ線の発生効
率の良い高原子番号の材料の薄膜で被うものである。低
原子番号材料としては、例えば鉄、銅、ベリリウムなど
が用いられる。また、薄膜の厚さとしては、少なくとも
5μｍ以上必要であり、メッキや蒸着などによって形成
することができる。

【００１９】ターゲット27は、円盤の中心部においてロ
ータ31の支持軸30に結合されている。ターゲット27と支
持軸30との結合は、ねじによる締結又はろう付けなどに
よって行われている。ロータ31は固定部32に回転軸(図
示せず)や軸受(図示せず)などを介して回転自在に支持
されている。ロータ31、回転軸、軸受、固定部32などの
構造や材料については、一般の医用回転陽極Ｘ線管の技
術を適用することができる。

【００２０】陽極26の回転駆動はロータ31とその外周に
配置されたステータ44との組合せによって行われる。ス
テータ44には電源部12からステータリード53を介してス
テータ駆動電圧が印加され、このステータ駆動電圧によ
ってステータ44に励磁電流が流れ、回転磁界が発生し、
ターゲット27を支持するロータ31を回転させる。ターゲ
ット27の回転数については商用周波数の電源を用いれ
ば、最高3,000ｒｐｍ又は3,600ｒｐｍに近付けることが
できるが、もっと低い周波数の電源を用いて低速で回転
してもよい。

【００２１】陽極26の固定部32及びステータ44の配置
は、図示の如く、電子線25の集束系と並行することによ
り、ターゲット27を透過したＸ線45の放射を阻害しない
ようにしている。

【００２２】外囲器35は、電子線25の集束系を内包する
陰極外囲器36と、陽極26のターゲット27を内包する陽極
外囲器37と、陽極26のロータ31を内包するロータ外囲器
38とから構成される。外囲器35の全体的な形状として
は、円形筐体のような形をした陽極外囲器37に、大きい
円筒形状の陽極外囲器36と小さい円筒形状のロータ外囲
器38が並置して取り付けられた形状をしている。陽極外
囲器37の電子衝突部29の近傍にはＸ線放射窓39が取り付
けられている。外囲器35の材料としては、金属又は絶縁
物が使用され、高電圧絶縁の必要な陰極の端部又は陽極
の端部には絶縁物が使用され、アース電位に近い部分に
は金属が用いられている。図1において、陰極外囲器36
の大部分(電子線源21に近い部分)とロータ外囲器38は絶
縁物で構成されている。

【００２３】外囲器35に使用される金属材料としては、
ステンレス鋼、銅、モリブデン、コバールなどが使用さ
れ、絶縁材料としては、ガラスやセラミックなどが使用
される。ガラスやセラミックとの接続部にはコバールや
モリブデンなどが用いられて、溶着やろう付けなどで接
続されている。金属間の接続は、溶接又はろう付けによ
って行われる。また、Ｘ線放射窓39の材料としてはＸ線
透過性の良いベリリウム(板状体)などが用いられる。陽
極外囲器37の材料として絶縁物を用いている場合には、
絶縁物をそのままＸ線放射窓39として用いることもでき
る。

【００２４】次に、本発明のマイクロフォーカスＸ線管
装置の動作について簡単に説明する。図1において、マ
イクロフォーカスＸ線管11の電子線源21と引出し電極22
との間に電源部12より電子線引出し電圧が印加される
と、この電子線引出し電圧によって作られた電界によっ
て電子線源21の先端から電子線25が発生し、引出し電極
22の穴からビーム状に放出される。この電子線25は電子
光学系23によって作られる電子レンズによって所望の焦
点寸法となるように細く集束される。更に、この電子線
25は電源部12より加速電極24に印加される加速電圧によ
って高速に加速され、ターゲット27の電子衝突部28の焦
点29に衝突し、制動Ｘ線を発生させる。

【００２５】焦点29で発生したＸ線45は、ターゲット27
の薄肉の電子衝突部28を透過し、陽極外囲器37に設けら
れたＸ線放射窓39を通して外部に取り出される。外部に
取り出されたＸ線45は、フィルタ46などによって線質の
調整をされた後、検査対象物に照射され、検査対象物を
透過したＸ線45がＸ線検出部60に入射する。Ｘ線検出部
60では、入射Ｘ線は画像信号に変換されて、検査対象物
のＸ線透視画像が得られる。この画像は画像表示部61に
て、Ｘ線透視画像として表示される。

【００２６】通常マイクロフォーカスＸ線管装置では、
Ｘ線管電圧100kV程度、Ｘ線管電流0.1mA程度の負荷が陽
極26に印加されるために、この負荷量の熱がターゲット
27の電子衝突部28にはいることになる。この程度の量の
熱が電子衝突部に入力すると、従来の固定陽極Ｘ線管で
タングステンをターゲットとした場合には、電子衝突部
の温度は3,600℃にも上昇し、タングステンの融点を越
え、ターゲットが溶融するという現象が起こり、最悪の
場合には、外囲器に穴があいて、真空が破れてしまうこ
とがある。

【００２７】本発明では、陽極26を回転させることによ
り、電子衝突部28の焦点29の実効的な面積が広がるの
で、同じ量の負荷でも電子衝突部28の焦点29の温度上昇
を低く抑えることができる。例えば、ターゲット27の電
子衝突部28の移動速度が２m/sとなるような回転数にて
陽極26を回転した場合、電子衝突部28の温度は2,500℃
以下となる。このことは、陽極26を回転することによ
り、電子衝突部28の温度を低下させることができるの
で、より多くの負荷をターゲット27に入力させることが
できることを意味する。

【００２８】このように、陽極26を回転することによ
り、より多くの負荷をターゲット27に入力することがで
きるので、ターゲット27で発生するＸ線量はより多く得
られる。この結果、検査対象物の透過Ｘ線像を画像化す
る場合にも、検査対象物の透過Ｘ線が増加するため、Ｘ
線検査部60で光電変換された画像化のための画像信号の
強度を大きくすることができ、画像表示部61でより鮮明
なＸ線透視画像を得ることができる。

【００２９】図2に、本発明に係わるマイクロフォーカ
スＸ線管装置の第2の実施例の概略構成図を示す。本実
施例は、第1の実施例に対し、陽極の構造を変更したも
のである。図2において、陽極70は円盤状のターゲット2
7と、この円盤状のターゲット27を回転自在に支持する
ピボット軸受7とから構成されている。ターゲット27に
第1の実施例と同様に、電子衝突部28が形成されてお
り、この電子衝突部28に電子線25が衝突することによ
り、Ｘ線源(焦点)29が形成される。

【００３０】図2において、ターゲット27の中央部の上
下面にピボット軸受72、73の凹部が取り付けられ、陽極
外囲器37の前記凹部に対向する部分にピボット軸受72、
73のピボットが取り付けられている。また、ターゲット
27の一方の面のピボット軸受72の周囲には第1の磁極71
が取り付けられている。この第1の磁極71としては耐熱
性の磁石が用いられ、ターゲット27に溝を設けて埋め込
まれている。第1の磁極71に対向して、陽極外囲器37の
外側の面に第2の磁極74が取り付けられている。この第2
の磁極74は回転磁界を作る回転磁界発生手段で、例えば
磁極をリング状に配置したステータなどが用いられる。
第2の磁極74には電源部12から磁極リード75を介して回
転磁界発生のための電力が供給される。第2の磁極74に
電圧が印加されると、回転磁界が発生し、第1の磁極71
との相互作用により、ターゲット27を回転させる回転駆
動力が得られる。

【００３１】本実施例では、陽極70にロータ部分が無い
ため、外囲器35Ａにはロータ外囲器が不要となり削除さ
れている。その結果、マイクロフォーカスＸ線管11全体
としての外形が単純な形状になり、その大きさが第1の
実施例よりもかなり小さくなり、装置全体としても小
型、コンパクト化される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のマイクロフ
ォーカスＸ線管装置によれば、陽極を回転可能にしたこ
とにより、ターゲットの許容負荷を増大させ、Ｘ線量を
増加させることができるので、より鮮明なＸ線透視画像
を得ることができる。また、陽極にピボット軸受などを
配設することにより、Ｘ線管装置全体を小型、コンパク
ト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるマイクロフォーカスＸ線管装置
の第1の実施例の概略構成図。

【図2】本発明に係わるマイクロフォーカスＸ線管装置
の第２の実施例の概略構成図。

【符号の説明】

10…マイクロフォーカスＸ線管装置 11、11Ａ…マイクロフォーカスＸ線管 12…電源部 13…制御部 14…筐体 21…電子線源 22…引出し電極 23…電子光学系 24…加速電極 25…電子線 26、70…陽極 27…ターゲット 28…電子衝突部 29…Ｘ線源(焦点) 30…回転軸 31…ロータ 32…固定部 35、35Ａ…外囲器 36…陰極外囲器 37…陽極外囲器 38…ロータ外囲器 39…Ｘ線放射窓 44…ステータ 45…Ｘ線(Ｘ線ビーム) 49…電子線源リード 50…引出し電極リード 51…電子光学系リード 52…加速電極リード 53…ステータリード 60…Ｘ線検出部 61…画像表示部 71…第1の磁極 72、73…ピボット軸受 74…第2の磁極 75…磁極リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線発生源と、該電子線を細いビーム
に集束する電子光学系と、前記電子線が衝突してＸ線を
発生する陽極と、該陽極と前記電子光学系と前記電子線
発生源を真空気密に内包する外囲器とから成るマイクロ
フォーカスＸ線管と、該マイクロフォーカスＸ線管に電
力を供給する電源部と、該電源部を制御する制御部とを
具備するマイクロフォーカスＸ線管装置において、前記
陽極は回転する円板形状部を備え、該円板形状部に前記
電子線が衝突するように構成されていることを特徴とす
るマイクロフォーカスＸ線管装置。