JP2007311195A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子源の位置決めを確実に行うことによりＸ線照射特性を広範囲に安定化すること。
【解決手段】 Ｘ線管１は、真空外囲器５と、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃを有する金属線７ａ，７ｂ，７ｃを含み、両端が真空外囲器５によって保持されることによって真空外囲器５内に配置された電子源８ａ，８ｂ，８ｃと、真空外囲器５内において電子源８ａ，８ｂ，８ｃに対向して設けられ、電子源８ａ，８ｂ，８ｃからの電子の入射に応じてＸ線を発生するターゲット材１５と、真空外囲器５に取り付けられ、ターゲット材１５から発生したＸ線を外部に取り出すための貫通孔１３及びシリコン薄膜１４と、真空外囲器５の内面３ａ上において、電子源８ａ，８ｂ，８ｃとターゲット材１５との間に設けられた引出電極１１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線を照射させるＸ線管に関し、特に、幅広い範囲にＸ線を照射するのに適した構造を有するＸ線管に関するものである。

Ｘ線管は、高真空の管内において電子源を用いて電子を発生させ、その電子をターゲットに入射させることによってＸ線を発生する装置である。このようなＸ線管としては、例えば、下記特許文献１に示されたＸ線装置がある。このＸ線装置では、平面状陰極から放出された電子線がターゲットである平面状陽極に衝突し、平面状陽極から発生したＸ線が取り出し窓を通して外部に取り出される。
特開２００３−２８８８５３号公報

ところで、上述した平面状の電子源を有するＸ線管は小型化に有利であるが、その一方で、より広範囲に照射可能なＸ線管が望まれている。例えば、管に対して相対移動する物体に対してＸ線を照射するような状況下では、移動方向に対して交わる方向（例えば、垂直方向）に延びるように、広範囲にＸ線を照射可能なＸ線管が好ましく、このようなＸ線管に用いる電子源として線状部材を用いることが考えられる。また、このように表面に電子放出材料を設けた冷陰極の電子源としての線状部材は、主に引出電極との間に形成される電界によって電子放出を制御されるために、線状部材の真空管内での位置決めが重要となる。そして、このような線状部材を用いてより広範囲の照射を実現するためには、線状部材を広範囲にわたって配置することになるために、その位置決めは容易でないため電子放出の制御を難しくする傾向にある。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、電子源の位置決めを確実に行うことによりＸ線照射特性を広範囲に安定化することが可能なＸ線管を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＸ線管は、少なくとも一部に絶縁部材を含む真空外囲器と、炭素系電子放出材料を表面に有する線状部材を含み、線状部材の両端が真空外囲器によって保持されることによって真空外囲器内に配置された電子源と、真空外囲器内において電子源に対向して設けられ、電子源からの電子の入射に応じてＸ線を発生するターゲットと、真空外囲器に取り付けられ、ターゲットから発生したＸ線を外部に取り出すためのＸ線取出窓と、真空外囲器の絶縁部材の内面上において、電子源とターゲットとの間に設けられた引出電極とを備える。

このようなＸ線管によれば、電子源を構成する線状部材が、その両端を真空を保持するために十分な強度を有する真空外囲器によって保持されることによって、真空外囲器内において位置決めされるとともに、真空外囲器の絶縁部材の内面上における電子源とターゲットとの間には引出電極が設けられる。このような構成において、線状部材の表面の炭素系電子放出材料から放出された電子がターゲットに入射することによってＸ線が発生し、このＸ線はＸ線取出窓を通じて外部に取り出されるが、線状部材と引出電極との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。

絶縁部材には、ターゲットと対向するように開口部が設けられ、Ｘ線取出窓は、開口部を覆うように設けられていることが好ましい。この場合、電子の入射方向に対して異なる方向にＸ線を取り出すような、いわゆる反射型のターゲットを利用した場合に、外部の広範囲にＸ線を照射することができる。

また、平板状の絶縁部材の内面には、線状部材に対応した溝部が形成されており、線状部材は、溝部によって囲まれた空間内に配置され、引出電極は、絶縁部材の溝部を挟んだ内面に沿って布設されていることも好ましい。こうすれば、電子源を構成する線状部材の全体に渡って引出電極に対する位置決めが容易に為され、電子源からの電子放出がより均一化される。

さらに、平板状の絶縁部材の内面には、線状部材に対応した溝部が形成されており、線状部材は、溝部によって囲まれた空間内に配置され、引出電極は、絶縁部材の溝部を挟んで、前記ターゲットの内面に垂直な中心軸線側が低くなるように形成された内面に沿って布設されていることも好ましい。このような構成により、電子源を構成する線状部材の全体に渡って引出電極に対する位置決めが容易に為され、電子源からの電子放出がより均一化されるとともに、ターゲットに電子を効率的に入射させることができる。

またさらに、線状部材の両端は、真空外囲器の絶縁部材によって保持されていることも好ましい。このようにすることで、線状部材における絶縁不良を防止することができる。

さらにまた、引出電極は、線状部材の長手方向に沿って複数に分割されていることも好ましい。かかる引出電極を備えれば、線状部材の長手方向に沿って分割領域毎に電子の引出量を制御することができ、線状部材の長手方向に沿って分割領域内で任意のＸ線照射特性を得ることができる。

本発明によるＸ線管によれば、電子源の位置決めを確実に行うことによりＸ線照射特性を広範囲に安定化することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るＸ線管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては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、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態であるＸ線管１の平面図、図２は、図１のＸ線管１の上部面板を取り除いた状態を示す平面図、図３は、図１のIII−III線に沿った断面図、図４は、図１のIV−IV線に沿った断面図である。これらの図に示すように、Ｘ線管１は、平板状のガラス等の絶縁部材からなる上部面板２及び下部面板３と、ガラス等の絶縁部材からなる四角柱状の側壁４とから構成される真空外囲器５を有している。上部面板２、下部面板３、及び側壁４は、ガラスによって形成され、上部面板２及び下部面板３がフリットガラス等により側壁４の開口端と封着されることにより真空外囲器５の内部が気密に保たれている。

この真空外囲器５の一部を構成する下部面板３の内面３ａ上には、周面に炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃがＣＶＤ法、スプレー法、印刷法等でそれぞれ被覆された金属線（線状部材）７ａ，７ｂ，７ｃによって構成される電子源８ａ，８ｂ，８ｃが配置されている。ここで、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃは、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等に代表され、電界の作用によって電子を外部に放出する性質を有するいわゆる電界放出型の電子放出材料である。それぞれの電子源８ａ，８ｂ，８ｃにおいては、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端部を除く周面の全体に渡って炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが被覆されている。また、以下、内面３ａとは、下部面板３ａの真空側を向いた面であって、側壁４との接合部分を含む面のことを示すものとする。

上記のような構成を有する電子源８ａ，８ｂ，８ｃは、それぞれ、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端部が、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの全体に一定のテンションがかかった状態で下部面板３の内面３ａの溝部９ａ，９ｂ，９ｃに嵌め込まれることによって、側壁４の長手方向に沿って互いに平行に等間隔になるように保持されている（図３参照）。この溝部９ａ，９ｂ，９ｃは、側壁４の短手方向に沿った壁のそれぞれと内面３ａとの接合部分において金属線７ａ，７ｂ，７ｃの径とほぼ同一の幅で形成されることによって、電子源８ａ，８ｂ，８ｃの真空外囲器５の内部における位置決めを確実にしている。このとき、溝部９ａ，９ｂ，９ｃの底面が内面３ａに対して一定の深さになるように形成されて金属線７ａ，７ｂ，７ｃがその底面に接触することによって、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの全長に渡っての内面３ａとの距離が安定に保たれている。さらに、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端部が溝部９ａ，９ｂ，９ｃに嵌め込まれた上で、フリットガラス等を用いて溝部９ａ，９ｂ，９ｃを封止することにより、真空外囲器５の内部を気密に保っている。なお、金属線７ａ，７ｂ，７ｃをフリットガラスを用いて溝部９ａ，９ｂ，９ｃに固定する際には、位置ズレ防止のために治具を用いることが好ましい。

また、下部面板３の内面３ａの側壁４との接合部分を除く中央部には、溝部９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれと同一線上に繋がるように、金属線７ａ，７ｂ，７ｃに対応した溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。この溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃを含む金属線７ａ，７ｂ，７ｃの径より大きな幅を有し、溝部９ａ，９ｂ，９ｃより深く形成されている。金属線７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの側面及び底面に接触しないように、真空外囲器５内の溝部９ａ，９ｂ，９ｃで囲まれる空間内に一直線状に張架されている。

下部面板３の内面３ａの中央部には、網目状の引出電極１１が、溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ内に配置された電子源８ａ，８ｂ，８ｃを覆うように、溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの両側を挟む内面３ａ上に亘って布設されている（図２）。この引出電極１１は、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの長手方向に沿って３分割されて布設され、分割された引出電極１１毎に印加電圧を調整できるように、分割された引出電極１１毎に独立に接続された外部接続用の複数のピン１２が真空外囲器５から外部に貫通して設けられている。このような構成の引出電極１１は、真空外囲器５内において、電子源８ａ，８ｂ，８ｃと後述するターゲット材１５との間に位置することになる。

上部面板２は、それぞれの電子源８ａ，８ｂ，８ｃに対向する位置に略矩形状の貫通孔１３が形成されることによって、Ｘ線を外部に取り出すためのＸ線取出窓として機能する（図１）。これらの貫通孔１３は、電子源８ａ，８ｂ，８ｃの長手方向に沿って２個ずつに分割されて合計６個配列されている。また、上部面板２の外側表面には、全ての貫通孔１３を覆うようにシリコン薄膜１４が陽極接合によって接合されており、真空外囲器５の内部の気密封止が実現される。さらに、シリコン薄膜１４の内面の貫通孔１３から露出する部位には、タングステン等のターゲット材１５が蒸着により形成されている（図４）。このターゲット材１５は、電子源８ａ，８ｂ，８ｃからの電子の入射に応じてＸ線を発生させる性質を有する。このように、ターゲット材１５が真空外囲器５内で電子源８ａ，８ｂ，８ｃに対向して設けられることにより、引出電極１１に印加された電圧に応じて各電子源８ａ，８ｂ，８ｃから放出された電子がターゲット材１５に入射し、それに応じてターゲット材１５から発生したＸ線がシリコン薄膜１４を透過して外部に取り出される。なお、貫通孔１３の内壁も含めて、上部面板２の真空側にもタングステン等の導電性部材が蒸着されている。電子源８からの電子は、絶縁部材である上部面板２にも入射するため、上部面板２が帯電し、真空容器５内に形成される電界に影響を与えてしまう場合がある。そのため、導電性部材で電子入射側を覆うことによって、帯電を防止している。なお、本実施形態においては、ターゲット材１５と一体に蒸着形成されている。また、ターゲット材１５への電圧供給も、真空外囲器５から外部に貫通して設けられた外部接続用ピン１７と接触する導電性部材を介して行われる。

以上説明したＸ線管１においては、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの表面の炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃから放出された電子がターゲット材１５に入射することによってＸ線が発生し、このＸ線は貫通孔１３及びシリコン薄膜１４を通じて外部に取り出される。このとき、金属線７ａ，７ｂ，７ｃと引出電極１１及びターゲット材１５との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。

具体的には、電子源８ａ，８ｂ，８ｃを構成する金属線７ａ，７ｂ，７ｃが、その両端を真空を保持するために十分な強度を有する真空外囲器５の下部面板３によって保持されることによって、真空外囲器５内の高さ方向（内面３ａに対して垂直な方向）及び横方向（内面３ａに対して平行な方向）において位置決めされる。すなわち、金属線７ａ，７ｂ，７ｃが一定のテンションが与えられた状態で溝部９ａ，９ｂ，９ｃに嵌め込まれることによって、電子源８ａ，８ｂ，８ｃと下部面板３の内面３ａとの距離が一定に保たれる。一方、絶縁部材からなる真空外囲器５の下部面板３の内面３ａ上において電子源８ａ，８ｂ，８ｃとターゲット材１５との間に引出電極１１が布設されることによって、電子源８ａ，８ｂ，８ｃと引出電極１１との距離が保たれる結果、電子源８ａ，８ｂ，８ｃからの電子のエミッション量が均一化される。特に、Ｘ線管１においては、電子源８ａ，８ｂ，８ｃと引出電極１１との間の電界強度が２V／μm〜３Ｖ／μm程度と大きく、炭素系電子放出材料から放出される電流密度も２〜５０ｍＡ／ｃｍ^２程度と大きいため電子エミッション量の安定化の効果は大きい。さらには、一般的なＸ線管においては電流量を大きくする必要があり、電子源８ａ，８ｂ，８ｃを構成する金属線７ａ，７ｂ，７ｃを0.5mm〜数mm程度に太くする必要があるので、真空外囲器５によって保持されることによる電子源の位置安定化の効果も大きい。

また、端部における保持構造を採ることにより電子源８ａ，８ｂ，８ｃと溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの底面及び側面とが接触することがないので、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃの剥がれに起因する電子放出特性の劣化や、剥がれた炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが電極等に接触することによる絶縁不良を防止することができる。

また、下部面板３の内面３ａには、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの延びる方向に沿った方向に溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されており、金属線７ａ，７ｂ，７ｃは、溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって囲まれた空間内に配置され、引出電極１１は、溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを挟んだ内面３ａに沿って布設されているので、電子源８ａ，８ｂ，８ｃを構成する金属線７ａ，７ｂ，７ｃの全体に渡って引出電極１１に対する位置決めが容易に為され、電子源８ａ，８ｂ，８ｃからの電子放出がより均一化される。

また、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端は、絶縁部材であるガラス製の下部面板３によって保持されているので、金属線７ａ，７ｂ，７ｃにおける絶縁不良をより一層防止することができる。

また、引出電極１１は、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの長手方向に沿って複数に分割され、それぞれの引出電極１１ごとに電圧を調整可能なので、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの長手方向に沿って電子の引出量を制御することができる結果、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの長手方向に沿って均一なＸ線照射特性を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第２実施形態であるＸ線管２１の上部面板を取り除いた状態を示す平面図、図６は、図５のＸ線管２１の上部面板を含んだ状態におけるVI−VI線に沿った断面図である。本実施形態にかかるＸ線管２１では、下部面板３の内面３ａ上に設けられた引出電極の構成が第１実施形態のものと異なる。なお、Ｘ線管２１のＸ線取出窓として機能する上部面板２の構成は第１実施形態と同一である。

詳細には、図５及び図６に示すように、下部面板３の内面３ａ上には、アルミ金属膜、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜等の導電性薄膜からなる引出電極３１が形成されている。この引出電極３１は、溝部１０ａと溝部１０ｂとで挟まれる内面３ａ上，溝部１０ｂと溝部１０ｃとで挟まれる内面３ａ上、及びこれら２箇所の内面３ａ上の部位とで溝部１０ａ，１０ｃを挟むような内面３ａ上において、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが塗布された部分と平行に帯状で形成されている。また、引出電極３１には、真空外囲器５から外部に貫通して設けられた外部接続用の端子３２が接続されている。

このようなＸ線管２１によっても、引出電極３１等によって形成された電界により金属線７ａ，７ｂ，７ｃの表面の炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃからターゲット材１５に向けて電子が放出されてＸ線が発生し、このＸ線はシリコン薄膜１４を通じて外部に取り出されるが、金属線７ａ，７ｂ，７ｃと引出電極３１との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。特に、この引出電極３１として内面３ａ上に成膜された導電性薄膜を用いることで、電子源８ａ，８ｂ，８ｃから放出された電子が引出電極に吸収されることを防ぐことができ、電子放出量の損失を低減することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７は、本発明の第３実施形態であるＸ線管４１の上部面板を取り除いた状態を示す平面図、図８は、図７のＸ線管４１の上部面板を含んだ状態におけるVIII−VIII線に沿った断面図、図９は、図７のＸ線管４１の上部面板を含んだ状態におけるIX−IX線に沿った断面図である。本実施形態にかかるＸ線管４１では、電子源８ａ，８ｂ，８ｃが真空外囲器５の側壁４に形成された溝によって保持される点が第１実施形態のものと異なる。また、Ｘ線管４１のＸ線取出窓として機能する上部面板２の構成は第１実施形態と同一である。

すなわち、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端部は、それぞれ、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの全体に一定のテンションがかかった状態で、側壁４において下部面板３との接合面から上方に形成された溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃに嵌め込まれることによって、互いに平行に等間隔になるように保持されている（図８参照）。この溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃは、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの径とほぼ同一の幅で形成されることによって、電子源８ａ，８ｂ，８ｃの真空外囲器５の内部における位置決めを確実にしている。このとき、金属線７ａ，７ｂ，７ｃが溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃに収容される際には、内面３ａに接触することによって金属線７ａ，７ｂ，７ｃの全長に亘って上下方向の位置が安定に保たれている。さらに、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの両端部が溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃに嵌め込まれた上で、フリットガラス等を用いて溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃを封止することにより、真空外囲器５の内部が気密に保たれている。なお、金属線７ａ，７ｂ，７ｃをフリットガラスを用いて溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃに固定する際には、位置ズレ防止のために治具を用いることが好ましい。

また、下部面板３の内面３ａの側壁４との接合部分を除く中央部には、溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃと同一線上に繋がるように、それぞれ、金属線７ａ，７ｂ，７ｃに対応した溝部５０ａ，５０ｂ，５０ｃが形成されている。この溝部５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃを含む金属線７ａ，７ｂ，７ｃの径より大きな幅を有して形成されている。金属線７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが溝部５０ａ，５０ｂ，５０ｃの側面及び底面に接触しないように、真空外囲器５内の溝部４９ａ，４９ｂ，４９ｃで囲まれる空間内に一直線状に張架されている。

下部面板３の内面３ａの中央部には、導電性薄膜の引出電極５１が、溝部５０ａ，５０ｂ，５０ｃの両側を挟む凸部５６上に、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの炭素系電子放出材料６ａ，６ｂ，６ｃが塗布された部分と平行に帯状で形成されている（図９）。この引出電極５１は、金属線７ａ，７ｂ，７ｃ毎にそれぞれの金属線の両側に分割して設けられ、それぞれの引出電極５１は、金属線７ａ，７ｂ，７ｃの長手方向に沿って２分割されて布設されている（図７）。さらに、分割された引出電極５１毎に印加電圧を調整できるように、分割された引出電極５１毎に独立に接続された外部接続用の端子５２が真空外囲器５から外部に貫通して設けられている。

このようなＸ線管４１によっても、電子源８ａ，８ｂ，８ｃを構成する金属線７ａ，７ｂ，７ｃが、その両端を真空を保持するために十分な強度を有する真空外囲器５の側壁４及び下部面板３によって保持されることによって、真空外囲器５内の高さ方向（内面３ａに対して垂直な方向）及び横方向（内面３ａに対して平行な方向）において位置決めされる結果、金属線７ａ，７ｂ，７ｃと引出電極３１との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。

また、引出電極５１は、金属線７ａ，７ｂ，７ｃ毎に金属線の長手方向に沿って複数に分割され、それぞれの引出電極５１ごとに電圧を調整可能なので、金属線毎又は金属線間での引出電極との距離のばらつきや炭素系電子放出材料のコーティング量のばらつきがあっても、金属線７ａ，７ｂ，７ｃごとに長手方向に沿って電子の引出量を制御することができる結果、全体で均一なＸ線照射特性を得ることができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。図１０は、本発明の第４実施形態であるＸ線管６１の平面図、図１１は、図１０のＸ線管６１の上部面板を取り除いた状態を示す平面図、図１２は、図１０のＸ線管６１のXII−XII線に沿った断面図、図１３は、図１０のＸ線管６１のXIII−XIII線に沿った断面図である。本実施形態にかかるＸ線管６１は、下部面板３上に設けられた電子源から放出された電子に応じて、上部面板２に設けられたターゲット７５より放射されるＸ線を、下部面板３側に設けられたＸ線取出窓から照射する、いわゆる反射型のＸ線管である。

具体的には、真空外囲器５内の下部面板３上には、２本の電子源８ａ，８ｂが側壁４の長手方向に平行になるように設けられ、これらの電子源８ａ，８ｂを構成する金属線７ａ，７ｂの両端部は、金属線７ａ，７ｂの全体に一定のテンションがかかった状態で下部面板３の内面３ａの溝部６９ａ，６９ｂに嵌め込まれている（図１２参照）。この溝部６９ａ，６９ｂは、側壁４の短手方向に沿った壁のそれぞれと内面３ａとの接合部分において金属線７ａ，７ｂの径とほぼ同一の幅で形成されることによって、電子源８ａ，８ｂの真空外囲器５の内部における位置決めを確実にしている。このとき、溝部６９ａ，６９ｂの底面が内面３ａに対して一定の深さになるように形成されて金属線７ａ，７ｂがその底面において接触することによって、金属線７ａ，７ｂの全長に亘って内面３ａとの距離が安定に保たれている。さらに、金属線７ａ，７ｂの両端部が溝部６９ａ，６９ｂに嵌め込まれた上で、フリットガラス等を用いて溝部６９ａ，６９ｂを封止することにより、真空外囲器５の内部が気密に保たれている。

また、下部面板３の内面３ａの側壁４との接合部分を除く中央部には、溝部６９ａ，６９ｂと同一線上に繋がるように、それぞれ、金属線７ａ，７ｂに対応した溝部７０ａ，７０ｂが形成されている（図１１及び図１３）。この溝部７０ａ，７０ｂは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂを含む金属線７ａ，７ｂの径より大きな幅を有し、溝部６９ａ，６９ｂより深く形成されている。金属線７ａ，７ｂは、それぞれ、炭素系電子放出材料６ａ，６ｂが溝部７０ａ，７０ｂの側面及び底面に接触しないように、真空外囲器５内の溝部６９ａ，６９ｂで囲まれる空間内に一直線状に張架されている。

下部面板３の内面３ａ上には、導電性薄膜からなる引出電極７１が布設されている。この引出電極７１は、溝部７０ａ及び溝部７０ｂの外側（側壁４の長手方向に沿った壁に近い側）の内面３ａ上、及び溝部７０ａ及び溝部７０ｂの内側に形成された凸部７６上において、金属線７ａ，７ｂの炭素系電子放出材料６ａ，６ｂが塗布された部分と平行になるように帯状に形成されている。ここで、引出電極７１は、溝部６９ａ，６９ｂの底面からの高さに関して、溝部７０ａ，７０ｂを挟んだ内側、すなわち、後述するターゲット７５の内面に垂直なターゲット７５の中心軸線Ｌ１に近い側（後述する貫通孔（開口部）７３側）が溝部７０ａ，７０ｂの外側よりも低くなるように配置されている。また、これらの引出電極３１には、真空外囲器５から外部に貫通して設けられた外部接続用の端子７２が接続されている。

下部面板３は、その中央部において、電子源８ａ，８ｂの長手方向に沿って２分割された略矩形状の貫通孔（開口部）７３が形成されることによって、Ｘ線を外部に取り出すためのＸ線取出窓として機能する（図１１）。また、下部面板３の外面には、貫通孔７３を覆うようにシリコン薄膜７４が陽極接合によって接合されており、真空外囲器５の内部の気密封止が実現されている。さらに、上部面板２の内面の貫通孔７３と対向する部位に、ターゲット材７５が蒸着により形成されている（図１３）。なお、本実施形態においては、上部面板２の帯電防止のための導電性部材として、上部面板２の真空側のほぼ全面にわたってタングステンをターゲット材７５と一体に蒸着形成している。また、ターゲット材７５への電圧供給も、真空外囲器５から外部に貫通して設けられた外部接続用ピン７７と接触する導電性部材を介して行われる。このように、ターゲット材７５が真空外囲器５内で電子源８ａ，８ｂ及び貫通孔７３に対向して設けられることにより、引出電極７１に印加された電圧に応じて各電子源８ａ，８ｂから放出された電子がターゲット材７５に入射し、それに応じてターゲット材７５から発生したＸ線がシリコン薄膜７４を透過して外部に取り出される。

以上説明したＸ線管６１においても、金属線７ａ，７ｂの表面の炭素系電子放出材料６ａ，６ｂから放出された電子がターゲット材７５に入射することによってＸ線が発生し、このＸ線は、下部面板３のターゲット材７５に対向する位置に設けられた貫通孔７３及びシリコン薄膜７４を通じて外部に取り出される。このとき、金属線７ａ，７ｂと引出電極７１及びターゲット材７５との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。

また、引出電極７１は、溝部７０ａ，７０ｂを挟んで貫通孔７３側が低くなるように形成されており、電子源８ａ，８ｂから放出された電子がターゲット材７５の中央部に向けられるので、反射型Ｘ線管におけるターゲット材７５に効率的に電子を入射させることができる。その結果、Ｘ線照射量が向上する。

また、本実施形態は反射型のＸ線管であり、Ｘ線取出窓（シリコン薄膜７４）とターゲット材７５とが別体に設けられているために、ターゲット材７５への電子入射に伴って発生する熱が、シリコン薄膜７４へ及ぼす影響が少ない。特に、本実施形態においては、Ｘ線取出窓（シリコン薄膜７４）とターゲット材７５とが対面するように配置されているために、真空外囲器５を介した沿面的にも、また空間的にも距離が大きく、特に影響を受けにくい。さらに、ターゲット材７５を介してＸ線を取り出す必要がないために、ターゲット材７５の厚みを厚くすることもできる。そのため、多量のＸ線を得るべく、電子流量を大きくするような場合に特に好ましい。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１４は、本発明の第５実施形態であるＸ線管８１の上部面板を取り除いた状態を示す平面図、図１５は、図１４のＸ線管８１の上部面板を含んだ状態におけるXV−XV線に沿った断面図、図１６は、図１４のＸ線管８１の上部面板を含んだ状態におけるXVI−XVI線に沿った断面図である。本実施形態にかかるＸ線管８１では、線状の電子源が１本であり、その電子源の中央部はＸ線取出窓である貫通孔７３内に収容される点で第４実施形態のものと異なる。なお、ターゲット材７５が形成された上部面板２の構成は第４実施形態と同一である。

すなわち、電子源８ａを構成する金属線７ａの両端部は、下部面板３の内面３ａに形成された溝部８９ａに嵌め込まれることによって、側壁４と平行に保持されている（図１４及び図１５）。この金属線７ａの炭素系電子放出材料６ａが形成された部分は、下部面板３の貫通孔７３内において貫通孔７３の側壁及びシリコン薄膜７４に接触しないように保持されている（図１６）。

一方、下部面板３の内面３ａ上には、貫通孔７３の開口及び金属線７ａの周面に形成された炭素系電子放出材料６ａを覆うように網目状の引出電極９１が布設されている。なお、この引出電極９１及び金属線７ａの材料としては、これらがＸ線通過領域に配置されることから、できるだけ原子番号の小さい軽金属元素を用いると、発生したＸ線がこれらを透過しやすくなり、Ｘ線量が減少しないため好適である。

このようなＸ線管８１によっても、金属線７ａの表面の炭素系電子放出材料６ａから放出された電子がターゲット材７５に入射することによってＸ線が発生し、このＸ線は、下部面板３のターゲット材７５に対向する位置に設けられた貫通孔７３及びシリコン薄膜７４を通じて外部に取り出される。このとき、金属線７ａと引出電極９１及びターゲット材７５との位置関係が安定化されることにより広範囲に渡って安定したＸ線照射特性が得られる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、引出電極としては、電子源ごとに対応して分割して設けられてもよいし、電子源の長手方向に沿って分割して設けられていてもよい。このとき、分割された引出電極毎に外部接続用の端子が接続されていてもよい。

具体的には、図１７に示すＸ線管１０１のように、第２実施形態であるＸ線管２１に対して、溝部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの両側の内面３ａ上に電子源８ａ，８ｂ，８ｃ毎に分割して引出電極１１１を布設して、電子源８ａ，８ｂ，８ｃに対応するそれぞれの引出電極１１１に端子１１２を接続するようにしてもよい。また、図１８に示すＸ線管１２１のように、さらに電子源８ａ，８ｂ，８ｃの長手方向に分割された引出電極１３１を設けて、分割された引出電極１３１毎に端子１３２を接続してもよい。このように引出電極を分割することで、電子源間における引出電極との位置関係、１つの電子源の長手方向における引出電極との位置関係にずれがあったり、電子源間や１つの電子源において電子放出材料のコーティング量にばらつきがあった場合でも、電子源からの電子放出量を均一にすることができる。なお、分割された引出電極間の耐電圧性向上のためには、引出電極間に適切な厚さのリブを配置することが好適である。

さらに、図１９には、Ｘ線管８１に対して、電子源８ａに長手方向に沿って２分割された引出電極１５１を有するＸ線管１４１が示されている。このＸ線管１４１においては、分割された引出電極１５１の間に、電子源８ａに垂直な方向に沿ってリブ１５７が立設されている。また、図２０には、Ｘ線管６１に対して、電子源８ａ，８ｂの長手方向に沿って２分割された引出電極１７１を有するＸ線管１６１が示されている。

また、電子源の中央部は下部面板３上の溝部内に配置される場合には限られず、また、引出電極は下部面板３上に配置される場合には限られない。図２１は、Ｘ線管４１に対する変形例であるＸ線管１８１の平面図、図２２は、図２１のＸ線管１８１のXXII−XXII線に沿った断面図である。これらの図に示すように、側壁４においては下部面板３に向けて貫通する互いに平行な３つの溝部１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃが形成され、電子源８ａ，８ｂ，８ｃの中央部は、それぞれ、溝部１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃと内面３ａとで囲まれる空間内において、側壁４及び内面３ａに接触しないように保持されている。このX線管１８１においては、引出電極５１が、側壁４における溝部１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃを挟む内面上に、電子源８ａ，８ｂ，８ｃと平行になるように布設されている。ここで言う側壁４の内面とは、側壁４の真空側を向いた面のことを示している。

また、本発明のＸ線管は、電子源が真空外囲器５の端部において保持される構成には限定されない。図２３において、（ａ）は、本発明の変形例であるＸ線管の主要部分を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ線管の電子源の軸線方向に沿った断面図である。これらの図に示すＸ線管においては、電子源８ａの全体が下部面板３の溝部１０ａ内に収まるように配置され、金属線７ａの端部は、溝部１０ａの底面上に形成された平坦面を有する凸部２０３ａ上に載置される。さらに、金属線７ａの両端の上部には、ある程度の強度を有するリード線２０７ａが溶接等により接続され、リード線２０７ａが溝部９ａを通って下部面板３から外部に貫通されている。このとき、フリットガラス等を用いて溝部９ａを封止することにより、金属線７ａ全体にテンションが加えられるとともに真空外囲器５の内部が気密に保たれている。

このような構成とすれば、金属線７ａを直接フリットガラスによって真空外囲器５に封着することによる電子源８ａの上下方向の数〜数十μｍの位置ずれを防止することで、X線管全体のＸ線放出量の均一化及びＸ線管の特性の固体差の低減を実現することができる。これは、溝部１０ａの底面上に形成した凸部２０３ａ上に電子源８ａを載置することで、真空外囲器５内での電子源の高精度の位置出しを図ることができるからである。また、図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属線７ａの中間において炭素系電子放出材料６ａが塗布されていない中間部位を設けて、その中間部位の下方から金属線７ａを支持するために、溝部１０ａの底面における凸部２０３ａの間にさらに凸部２０３ｂを形成してもよい。

また、Ｘ線管６１の構成を、上部面板２側にＸ線取出窓を有する、いわゆる透過型Ｘ線管に適用してもよい。すなわち、図２５に示すＸ線管２２１のように、上部面板２の短手方向の中央部に貫通孔２３３を形成し、上部面板２の外側に貫通孔２３３を覆うようにシリコン薄膜１４を配置し、シリコン薄膜１４の内面の貫通孔１３から露出する部位にターゲット材２３５を形成してもよい。このような構成においても、引出電極７１が、溝部６９ａ，６９ｂの底面からの高さに関して、溝部７０ａ，７０ｂを挟んだ内側、すなわち、ターゲット２３５の内面に垂直なターゲット２３５の中心軸線Ｌ２に近い側が溝部７０ａ，７０ｂの外側よりも低くなるように配置されることで、ターゲット材２３５に効率的に電子を入射させることができる。また、１つのＸ線取出窓に対して複数の電子源からの電子ビームを入射可能になるので、１つのＸ線取出窓あたりのＸ線出射量を増やすことができる。

また、引出電極を分割して設けた場合は、各分割領域毎の電子放出量を均一にするように印加電圧を設定するのみでなく、所望の分割領域において所望の電子放出量になるように、引出電極の各分割領域への印加電圧を変えてもよい。

また、真空外囲器５の長手方向に沿って電子源を配置したが、短手方向に沿って配置してもよい。この場合、長手方向に複数の電子源を並べるように配置するのが好ましい。

また、真空外囲器５は、長手方向と短手方向の辺の長さが等しくてもよい。

また、真空外囲器５を構成する部材は絶縁材料に限らず、例えば上部面板３に導電性部材を用いても良い。また、貫通孔１３を覆う窓材としては、シリコンに限らず、ベリリウム等のＸ線透過が良好な材料を用いれば良い。

また、上部面板２の真空側に蒸着された導電性部材としては、ターゲット材と一体に形成される場合に限らず、ターゲット材とは異なる導電性材料を用いたもの、例えばアルミニウムや、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等による薄膜でもよい。

本発明の第１実施形態であるＸ線管の平面図である。 図１のＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図１のＸ線管のIII−III線に沿った断面図である。 図１のＸ線管のIV−IV線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図５のＸ線管の上部面板を含んだ状態におけるVI−VI線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図７のＸ線管の上部面板を含んだ状態におけるVIII−VIII線に沿った断面図である。 図７のＸ線管の上部面板を含んだ状態におけるIX−IX線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態であるＸ線管の平面図である。 図１０のＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図１０のＸ線管のXII−XII線に沿った断面図である。 図１０のＸ線管のXIII−XIII線に沿った断面図である。 本発明の第５実施形態であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図１４のＸ線管の上部面板を含んだ状態におけるXV−XV線に沿った断面図である。 図１４のＸ線管の上部面板を含んだ状態におけるXVI−XVI線に沿った断面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の上部面板を取り除いた状態を示す平面図である。 図２１のＸ線管のXXII−XXII線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の変形例であるＸ線管の主要部分を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ線管の電子源の軸線方向に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の変形例であるＸ線管の主要部分を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ線管の電子源の軸線方向に沿った断面図である。 本発明の変形例であるＸ線管の断面図である。

符号の説明

１，２１，４１，６１，８１，１０１，１２１，１４１，１６１，１８１…Ｘ線管、２…上部面板、３…下部面板、３ａ…内面、４…側壁、５…真空外囲器、６ａ，６ｂ，６ｃ…炭素系電子放出材料、７ａ，７ｂ，７ｃ…金属線（線状部材）、８ａ，８ｂ，８ｃ…電子源、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，７０ａ，７０ｂ，１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃ…溝部、１１，３１，５１，７１，９１，１１１，１３１，１５１，１７１…引出電極、１３…貫通孔、１５，７５…ターゲット材、５６，７６…凸部（内面）、７３…貫通孔（開口部）。

Claims (6)

1. 少なくとも一部に絶縁部材を含む真空外囲器と、
   炭素系電子放出材料を表面に有する線状部材を含み、前記線状部材の両端が前記真空外囲器によって保持されることによって前記真空外囲器内に配置された電子源と、
   前記真空外囲器内において前記電子源に対向して設けられ、前記電子源からの電子の入射に応じてＸ線を発生するターゲットと、
   前記真空外囲器に取り付けられ、前記ターゲットから発生したＸ線を外部に取り出すためのＸ線取出窓と、
   前記真空外囲器の前記絶縁部材の内面上において、前記電子源と前記ターゲットとの間に設けられた引出電極と、
   を備えることを特徴とするＸ線管。
2. 前記絶縁部材には、前記ターゲットと対向するように開口部が設けられ、
   前記Ｘ線取出窓は、前記開口部を覆うように設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. 平板状の前記絶縁部材の内面には、前記線状部材に対応した溝部が形成されており、
   前記線状部材は、前記溝部によって囲まれた空間内に配置され、
   前記引出電極は、前記絶縁部材の前記溝部を挟んだ内面に沿って布設されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線管。
4. 平板状の前記絶縁部材の内面には、前記線状部材に対応した溝部が形成されており、
   前記線状部材は、前記溝部によって囲まれた空間内に配置され、
   前記引出電極は、前記絶縁部材の前記溝部を挟んで、前記ターゲットの内面に垂直な中心軸線側が低くなるように形成された内面に沿って布設されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線管。
5. 前記線状部材の両端は、前記真空外囲器の前記絶縁部材によって保持されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線管。
6. 前記引出電極は、前記線状部材の長手方向に沿って複数に分割されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線管。

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