JP2013182868A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の方向に延びた照射領域内で、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができるＸ線管を提供する。
【解決手段】開口部６が形成された４２６合金製の基板４と、基板４の開口部６を塞ぐように設けられたチタン箔のＸ線透過窓５と、基板４に取り付けられて内部が真空状態とされた扁平箱型の容器部３と、容器部３の内部において開口部６に設けられたＸ線ターゲット７と、容器部３の内部にてＸ線ターゲット７に電子を入射させる電子源と、を備える。また、電子源は、線状の陰極９と、陰極９から電子を引き出す第１制御電極１０と、引き出した電子の照射範囲を規制する第２制御電極１１と、を備える。このとき、Ｘ線透過窓５から出射されるＸ線は、開口部６の開口形状から放射状に広がる態様をなす。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空状態とされたパッケージの内部で電子源から電子を出射させてＸ線ターゲットに入射させ、Ｘ線ターゲットから発生したＸ線をパッケージのＸ線透過窓から外部に出射するＸ線管に関するものである。

下記特許文献１には、所定の方向に延びた長尺状のＸ線管の発明が開示されている。このＸ線管は、長尺状の真空容器の内部に、コイル状のフィラメントを収容し、フィラメントからの熱電子を、窓となる陽極に衝突させることでＸ線を発生させ、外部に出射する。

特開平１０−３９１００号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のＸ線管では、真空容器の一面全体を陽極を兼ねた窓で封じているために、真空保持に必要な強度を得るため、窓部材の厚さを大きくする必要がある反面、窓部材の厚さが大きくなれば発生したＸ線を外部に取り出すのが困難となる。つまり、Ｘ線管における真空保持能とＸ線照射能との両立が困難である。また、フィラメントからの電子の放出が均一にならない可能性があり、その場合、窓から出射されるＸ線量も照射領域内で不均一となる。このように、所定の方向に延びた照射領域内で、所望の条件で安定したＸ線照射を行うのは困難であった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、所定の方向に延びた照射領域内で、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができるＸ線管を提供することを目的としている。

請求項１に記載されたＸ線管は、開口部が形成された金属材料からなる基板と、
前記開口部を塞ぐように設けられたＸ線透過窓と、
前記基板に取り付けられて内部が真空状態とされた扁平箱型の容器部と、
前記容器部の内部において前記開口部に設けられ前記Ｘ線透過窓と密着して設けられたＸ線ターゲットと、
前記容器部の内部に設けられ、前記基板の開口部に対応して延在する線状の陰極および該陰極の長手方向に対応する開口を有する複数の制御電極を少なくとも有し、前記陰極から放出された電子を前記複数の制御電極によって制御して前記Ｘ線ターゲットに電子を入射させる電子源と、を備え、前記Ｘ線透過窓から出射されるＸ線が前記開口部の開口形状から放射状に広がる態様をなすことを特徴としている。

請求項２に記載されたＸ線管は、請求項１に記載のＸ線管において、前記制御電極が、前記陰極と前記Ｘ線透過窓の間に配置された第１制御電極と、前記第１制御電極と前記Ｘ線透過窓との間に配置された第２制御電極と、を少なくとも備え、前記第１制御電極および前記第２制御電極の少なくとも一方が、前記陰極を囲うように設けられたことを特徴としている。

請求項３に記載されたＸ線管は、請求項１又は２に記載のＸ線管において、前記第２制御電極が、前記陰極ならびに前記第１制御電極を囲うように設けられたことを特徴としている。

請求項４に記載されたＸ線管は、請求項２又は３に記載のＸ線管において、前記電子源が、前記第１制御電極と対向するように前記容器部の内面に形成された背面電極を備えたことを特徴としている。

請求項５に記載されたＸ線管は、請求項２〜４の何れか一項に記載のＸ線管において、前記第２制御電極の開口は、前記第１制御電極の開口より狭いことを特徴としている。

請求項６に記載されたＸ線管は、請求項１〜５の何れか一項に記載のＸ線管において、前記Ｘ線透過窓にはチタンを用いたことを特徴としている。

請求項７に記載されたＸ線管は、請求項１〜６の何れか一項に記載のＸ線管において、前記基板には４２６合金を用いたことを特徴としている。

請求項８に記載されたＸ線管は、請求項１〜７の何れか一項に記載のＸ線管において、前記制御電極の前記各開口には、格子状又はハニカム状のメッシュが形成されていることを特徴としている。

請求項１に記載されたＸ線管によれば、扁平箱型の容器部を備えたＸ線管において、基板を金属材料で構成し、その開口部を塞ぐようにＸ線透過窓を設けているので、Ｘ線管における真空保持能とＸ線照射能との両立ができる。さらに、電子源に線状の陰極と複数の制御電極を有し、しかも線状陰極の延在方向と制御電極の開口とが前記基板の開口部の形状に対応しているため、Ｘ線を基板の開口部の略全ての領域から均一に取り出すことができる。よって、所定の方向に延びた照射領域内で、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができる。

請求項２に記載されたＸ線管によれば、制御電極を、第１制御電極ならびに第２制御電極で構成し、かつ第１制御電極および第２制御電極の少なくとも一方が線状の陰極を取り囲む構成としたので、陰極周囲の電位を安定させ、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができる。

請求項３に記載されたＸ線管によれば、第２制御電極が、陰極ならびに第１制御電極を囲うように設けられているので、陰極周囲の電位をより安定させることができ、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができる。

請求項４に記載されたＸ線管によれば、第１制御電極と対向するように容器部の内面に形成された背面電極を備えているので、陰極と対向する容器内面への電子入射を抑制し、陰極周囲の電位をより安定させることができるので、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができる。

請求項５に記載されたＸ線管によれば、第２制御電極の開口を第１制御電極の開口よりも狭くすることによって、電子の取り出し位置を規制し、Ｘ線ターゲットに電子が集中するように第２制御電極からの電子の出射位置を規制することができるため、基板の不必要な範囲へ、電子が衝突することを防止することができ、所望の条件で安定したＸ線照射を行うことができる。

請求項６に記載されたＸ線管によれば、ベリリウムのように毒性を生じる物質をＸ線透過窓に使用しないために安全であるという効果が得られる。

請求項７に記載されたＸ線管によれば、基板の強度が向上するという効果が得られる。特に基板は開口部が形成されることから強度が得難いが、４６２合金を用いることにより、開口部があっても十分な強度が得られるようになる。

請求項８に記載されたＸ線管によれば、制御電極の開口に格子状又はハニカム状のメッシュを設けたので、制御電極の強度が向上し、電子源内の電位を安定させる効果が得られる。

本発明の実施形態の断面図である。 本発明の実施形態の正面図である。 本発明の実施形態における電極構造を示す分解拡散斜視図である。

本発明の一実施形態を図１〜３を参照して説明する。
図１に示すように、Ｘ線管１は、扁平箱型のパッケージ２を本体としている。このパッケージ２は、ガラス板を扁平箱型に組み立てた容器部３の開放側周縁部に、後述するＸ線透過窓５が設けられた基板４を取り付けて封止したものであり、その内部は真空状態に排気されている。基板４は、４２６合金からなる矩形板である。４２６合金は、４２％Ｎｉ、６％Ｃｒ、残りがＦｅなどの合金であり、容器部３を構成するソーダライムガラスと熱膨張係数が略等しい。
なお、前記容器部３の材質がソーダライムガラス以外のガラス板の場合、前記基板４は、前記容器部３の熱膨張係数に略等しくなるように他の材質の金属板を使用しても良い。

図２に示すように、基板４の中央には長手方向に沿って細長い矩形状の開口部６が形成されている。この開口部６は、図示の例では横長の矩形状であるが、更に細くしてスリット状に形成されていても良い。

図１に示すように、基板４の一方の面（パッケージ２の外側となる面）において開口部６を塞ぐようにＸ線透過窓５が設けられている。Ｘ線透過窓５にはチタン箔を用いている。チタンは、ベリリウムのように毒性を生じることがなく、Ｘ線透過性が良好な点においても、Ｘ線透過窓５に適した材料である。
図１に示すように、基板４の容器部３内に位置した他方の面（パッケージ２の内側となる面）において開口部６にはＸ線ターゲット７が設けられている。Ｘ線ターゲット７は、前記開口部６の内側から前記Ｘ線透過窓５の内面に密着するように、タングステンの膜が蒸着されることで形成されている。また、Ｘ線ターゲット７としては、モリブデン等のタングステン以外の金属を用いても良い。

図１及び３に示すように、容器部３の内部、すなわち、パッケージ２の内部には、Ｘ線透過窓５と対向する内面にガラスへの電子入射による帯電を防止するための背面電極８が設けられている。背面電極８の下方（Ｘ線透過窓５側）には、Ｘ線ターゲット７に入射する電子を供給する線状の陰極９が張設されており、陰極９とＸ線透過窓５の間には、この陰極９から電子を引き出すための制御電極（第１制御電極１０）が、第１制御電極１０とＸ線透過窓５の間には、第１制御電極１０が引き出した電子を加速する制御電極（第２制御電極１１）が順次配設されている。
なお、線状の陰極９は、タングステン等からなるワイヤー状の芯線の表面に炭酸塩を施したもので、芯線を通電加熱することで、熱電子を放出するものである。また、背面電極８は、第１制御電極１０に対して、線状の陰極９を挟んで対向するようにして設けられた板状の電極である。

また、第１制御電極１０と第２制御電極１１は、線状の陰極９と対向して延びる平面部を有する電極であり、平面部には陰極９に対応する位置にメッシュ状の開口を有している。より具体的には、第１制御電極１０は、陰極９と直接対面する制御電極であって、メッシュ状の開口部が設けられた平面部は、Ｘ線透過窓５側から見て線状の陰極９よりも広い範囲を覆っている。一方、第２制御電極１１は線状の陰極９と対応する平面部に、第１制御電極１０の開口よりも狭い大きさ（Ｘ線透過窓５側から見て第１制御電極１０の開口に含まれる大きさ）であって、長手方向に沿った細長いスリット状である開口１２にメッシュ１３が設けられている。第２制御電極１１の開口１２及びメッシュ１３は、前述した基板４の開口部６及びその近傍に設けられたＸ線ターゲット７に対応しており、陰極９から放出された電子が放射される範囲を規制し、Ｘ線ターゲット７に電子を当てることによって、効率的にＸ線を発生させてパッケージ２外に取り出せるように構成されている。また、第２制御電極１１は、その平面部から陰極９側の容器部３平面に向かって略垂直に延びた側壁部を備えることで、側方の四方を板体に囲まれた箱型形状を為しており、その内部空間に背面電極８、陰極９、第１制御電極１０を収容するようにして、それらを囲んでいる。

そして、背面電極８、陰極９、第１制御電極１０、第２制御電極１１によって電子源を構成している。そのため、陰極９は、その周囲が所定の電位が印加された電極で囲われた構成になるので、容器部３内面の帯電の影響を受けることなく、陰極９周囲の電位を安定させることができる。
さらに、第２制御電極１１は、その内部空間に背面電極８、陰極９、第１制御電極１０を収容するようにして、それらを囲んでいるので、第１制御電極１０により陰極９から引き出された電子がＸ線ターゲット７以外の場所、例えば容器部３の内面等に入射して、容器部３の内面が帯電すること自体を抑制する機能も有している。

なお、背面電極８は、容器部３と線状の陰極９との距離が十分保たれていれば、容器部３への電子の入射による帯電の影響が少ないため無くても良い。また、制御電極は、第１制御電極１０、第２制御電極１１に加えて、線状の陰極９とＸ線ターゲット７の距離、管電圧、あるいはＸ線透過窓５から取り出すＸ線の集束度合いに応じて追加しても良い。
また、第１制御電極１０ならびに第２制御電極１１は、前記基板４と同様、容器部３の熱膨張係数を略等しくするために、４２６合金を使用することが望ましい。

本実施形態のＸ線管１によれば、第１制御電極１０によって陰極９から引き出された電子は、第２制御電極１１の電界で照射範囲がＸ線ターゲット７近傍に規制され、電子はＸ線ターゲット７に入射してＸ線を発生させ、このＸ線は基板４の開口部６で規制されたＸ線透過窓５から放射される。このとき、図１に二点鎖線で示すように、Ｘ線透過窓５からは開口部６の開口形状から放射状に広がる態様でＸ線が放射される。すなわち、Ｘ線の照射範囲は広範囲となり、図２に示すように、開口部６が横長の矩形状であればその照射は面状となる。よって、このＸ線管１によれば、例えば空気などにＸ線を照射してイオン化したガスを生成し、このガスを帯電した被除電体に送って除電処理を行う目的等において、好適に使用できる。

また、開口部６を所望の寸法・形状に形成すれば、所望のＸ線照射領域を形成することができ、例えば帯電解消用のＸ線照射等の目的で用いる場合にも、対象物の大きさ、範囲等に対応した照射領域を比較的高い自由度で容易に設定することができる。

以上説明した実施形態のＸ線管１は、対象物にＸ線を照射して除電を行う用途に用いられるものとして説明したが、もちろん用途を限定するものではなく、例えば殺菌等その他の用途に使用してもかまわない。

１…Ｘ線管
３…容器部
４…基板
５…Ｘ線透過窓
６…開口
７…Ｘ線ターゲット
９…陰極
１０…制御電極（第１制御電極）
１１…制御電極（第２制御電極）

請求項７に記載されたＸ線管によれば、基板の強度が向上するという効果が得られる。特に基板は開口部が形成されることから強度が得難いが、４２６合金を用いることにより、開口部があっても十分な強度が得られるようになる。

本実施形態のＸ線管１によれば、第１制御電極１０によって陰極９から引き出された電子は、第２制御電極１１の電界で照射範囲がＸ線ターゲット７近傍に規制され、電子はＸ線ターゲット７に入射してＸ線を発生させ、このＸ線は基板４の開口部６で規制されたＸ線透過窓５から放射される。このとき、図１に二点鎖線で示すように、Ｘ線透過窓５からは開口部６の開口形状から放射状に広がる態様でＸ線が放射される。すなわち、Ｘ線の照射範囲は広範囲となり、図２に示すように、開口部６が横長の矩形状であればその照射は面状となる。よって、このＸ線管１によれば、例えば空気などにＸ線を照射してイオン化したガスを生成し、このガスで帯電した被除電体の除電処理を行う目的等において、好適に使用できる。

Claims (8)

1. 開口部が形成された金属材料からなる基板と、
   前記開口部を塞ぐように設けられたＸ線透過窓と、
   前記基板に取り付けられて内部が真空状態とされた扁平箱型の容器部と、
   前記容器部の内部において前記開口部に設けられ前記Ｘ線透過窓と密着して設けられたＸ線ターゲットと、
   前記容器部の内部に設けられ、前記基板の開口部に対応して延在する線状の陰極および該陰極の長手方向に対応する開口を有する複数の制御電極を少なくとも有し、前記陰極から放出された電子を前記複数の制御電極によって制御して前記Ｘ線ターゲットに電子を入射させる電子源と、を備え、前記Ｘ線透過窓から出射されるＸ線が前記開口部の開口形状から放射状に広がる態様をなすことを特徴とするＸ線管。
2. 前記制御電極が、前記陰極と前記Ｘ線透過窓の間に配置された第１制御電極と、前記第１制御電極と前記Ｘ線透過窓との間に配置された第２制御電極と、を少なくとも備え、前記第１制御電極および前記第２制御電極の少なくとも一方が、前記陰極を囲うように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記第２制御電極が、前記陰極ならびに前記第１制御電極を囲うように設けられたことを特徴とする請求項２に記載のＸ線管。
4. 前記電子源が、前記第１制御電極と対向するように前記容器部の内面に形成された背面電極を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線管。
5. 前記第２制御電極の開口は、前記第１制御電極の開口より狭いことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のＸ線管。
6. 前記Ｘ線透過窓にはチタンを用いたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のＸ線管。
7. 前記基板には４２６合金を用いたことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のＸ線管。
8. 前記制御電極の前記各開口には、格子状又はハニカム状のメッシュが形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のＸ線管。

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