JP2014229388A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】平板フィラメント及び収束電極間の絶縁距離を保持することができ、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器と、を備える。陰極は、平板フィラメント（１１）と、収束電極（１５）と、を有している。収束電極の収容部（１６）は、孔部５３と、穴部５１と、空間部５３と、を具備している。０＜ｄ≰２Ｙ、及び、−２Ｙ≰ｆｄ≰２Ｙ、である。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。

Ｘ線管は、Ｘ線画像診断用途や、非破壊検査用途などに利用されている。Ｘ線管としては、固定陽極型のＸ線管や、回転陽極型のＸ線管があり、用途に対応した方が用いられている。Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器とを備えている。陽極ターゲットは、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出することができる。

陰極は、熱電子放出源と、電子収束カップ（収束電極）とを備えている。熱電子放出源は従来、フィラメントコイルが一般的に使用されて来たが、最近は焦点の解像特性を向上させる目的で、平坦な電子放出面を有する平板状のフィラメント（平板フィラメント）が実用化されている。平板フィラメントは、電子を放出可能な材料として、例えばタングステンを主成分とする材料で形成されている。

陽極ターゲット及び陰極間には、数十乃至数百ｋＶと高い管電圧が印加される。このため、電子収束カップは、電子レンズの役割を果たすことができ、すなわち陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させることができる。電子収束カップは、平板フィラメントが収められる収容部（溝部）を含んでいる。収容部は、上内周壁と、上内周壁に対して陽極ターゲットの反対側に位置し上内周壁よりも幅寸法が小さく、平板フィラメントに近接する下内周壁とを有している。

米国特許第６，１１５，４５３号明細書

ところで、上記特許文献１に記載の平板フィラメントを使用したＸ線管においては、焦点内の電子密度分布が均一であり、かつ、望ましい寸法となる焦点を実現する上で障害となる以下の問題がある。

陽極ターゲットのターゲット面に形成される焦点は、大きく分けて２種類あり、平板フィラメントの上面（陽極ターゲット側の面）から放出された電子が形成する正焦点と、平板フィラメントの側面や下面から放出された電子が形成する副焦点とに分類される。このため、通常は、副焦点が正焦点の内側に収まるように、さらに可能な場合には、正焦点及び副焦点の位置及び寸法がほぼ重なるように、電子収束カップの寸法を選択する。

上内周壁の間隔など電子収束カップの寸法を選択することにより、正焦点および副焦点の位置および寸法が調整でき、焦点を所望の寸法に収めることができればよいが、そのような寸法の解が得られることは少なく、多くの場合は、正焦点及び副焦点のいずれか一方かまたは両方が大きくなり、所望の寸法に収まらなくなってしまう。これは、正焦点または副焦点のいずれかの焦点を調整するために、上内周壁の寸法を変更すると、その寸法変化により変化した電子レンズの作用が、他方の焦点を構成する電子ビームの軌道にも影響を与え、寸法および位置が変化してしまうため、である。

副焦点を抑制する場合、多くは下内周壁の寸法を小さくする（狭める）ことが有効である。しかしながら、下内周壁の寸法を小さくし過ぎると、平板フィラメントが熱や振動によって変形した際、平板フィラメントが電子収束カップに接触してしまう、いわゆるフィラメントタッチが起こり易くなってしまう。フィラメントタッチが起こると平板フィラメントに電流が流れなくなるため、平板フィラメントから電子が放出されなくなってしまう。

また、循環器診断用途などでは、ひとつの技法であるパルス透視の際、平板フィラメントから放出される電子が陽極ターゲットに達しないようにするため、電子収束カップに平板フィラメントに対して負となる電圧を印加している。しかしながら、平板フィラメントが熱や振動により変形し、平板フィラメント及び電子収束カップ間の距離が絶縁破壊距離以下になった場合、電子が陽極ターゲットに達しないようにする制御が出来なくなってしまう。

上記のことから、フィラメントタッチ及び絶縁破壊の発生を防止するため、焦点内の電子密度分布が均一であり、かつ、望ましい寸法となる焦点を得ることには限界があるものである。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、平板フィラメント及び収束電極間の絶縁距離を保持することができ、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管を提供することにある。

一実施形態に係るＸ線管は、
電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
平坦なフィラメント上面を含み電子を放出する平板フィラメントと、前記平板フィラメントが収められる収容部を含み前記平板フィラメントから電子が放出されることにより前記フィラメント上面に対向した前記収容部の電子ビーム放射口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
前記収容部は、
前記フィラメント上面に対する水平方向において前記平板フィラメントに全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁で形成され、前記フィラメント上面に対する垂直方向に延出した孔部と、
前記電子ビーム放射口を形成し、前記孔部に連通するように開口した穴部底面を有し、前記フィラメント上面を露出させ、前記孔部よりも前記水平方向に広がった形状を有した穴部と、
前記垂直方向において前記孔部に対して前記穴部の反対側に位置し、前記孔部に連通するように開口し、前記孔部よりも前記水平方向に広がった形状を有した空間部と、を具備し、
前記隙間の寸法をＹ、前記孔部の前記垂直方向の寸法をｄ、前記穴部底面から前記電子ビーム放射口側への前記フィラメント上面の突出量をｆｄ、とすると、
０＜ｄ≦２Ｙ、及び
−２Ｙ≦ｆｄ≦２Ｙ、
である。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。 図２は、図１に示した陰極を示す拡大断面図である。 図３は、図１及び図２に示した陰極の一部を陽極ターゲット側から見た拡大平面図である。 図４は、上記第１の実施形態に係る実施例の陰極を示す拡大断面図である。 図５は、図４に示した陰極の一部を示す斜視図であり、平板フィラメント、支持部及び保持部を示す図である。 図６は、図４に示した陰極の一部を示す拡大断面図であり、各種の寸法や距離を示す図である。 図７は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の陰極の変形例を示す拡大断面図である。 図８は、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の陰極の他の変形例を示す拡大断面図である。 図９は、第２の実施形態に係るＸ線管装置の陰極を示す拡大断面図である。 図１０は、上記平板フィラメントの変形例を示す斜視図である。 図１１は、上記第１の実施形態に係る比較例の陰極を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。この実施形態において、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管装置である。
図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油４と、を備えている。

Ｘ線管１は、陰極（陰極電子銃）１０と、すべり軸受ユニット２０と、陽極ターゲット６０と、真空外囲器７０と、を備えている。Ｘ線管装置が搭載されるＸ線装置(図示せず)の制御部５は陰極１０に電気的に接続されている。

すべり軸受ユニット２０は、回転体３０と、固定体としての固定シャフト４０と、潤滑材としての図示しない液体金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。

回転体３０は、円筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体３０は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸に沿って延出している。この実施の形態において、上記回転軸は、Ｘ線管１の管軸ａ１と同一であり、以下管軸ａ１として説明する。回転体３０は、管軸ａ１を中心に回転可能である。回転体３０は、この一端部に位置した接続部３１を有している。回転体３０は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。

固定シャフト４０は、回転体３０より寸法の小さい円柱状に形成されている。固定シャフト４０は、回転体３０と同軸的に設けられ、管軸ａ１に沿って延出している。固定シャフト４０は、回転体３０の内部に嵌合されている。固定シャフト４０は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定シャフト４０の一端部は、回転体３０の外部に露出されている。固定シャフト４０は、回転体３０を回転可能に支持している。
液体金属潤滑材は、回転体３０及び固定シャフト４０間の間隙に充填されている。

陽極ターゲット６０は、管軸ａ１に沿った方向に、固定シャフト４０の他端部に対向配置されている。陽極ターゲット６０は、陽極本体６１と、この陽極本体の外面の一部設けられたターゲット層６２と、を有している。

陽極本体６１は、接続部３１を介して回転体３０に固定されている。陽極本体６１は、形状が円盤状であり、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極本体６１は、管軸ａ１を中心に回転可能である。ターゲット層６２は、環状に形成されている。ターゲット層６２は、管軸ａ１に沿った方向に陰極１０に間隔を置いて対向配置されたターゲット面Ｓを有している。陽極ターゲット６０は、ターゲット面Ｓに電子ビームが入射されることにより、ターゲット面Ｓに焦点が形成され、焦点からＸ線を放出する。
陽極ターゲット６０は、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１と電気的に接続されている。

図１、図２及び図３に示すように、陰極１０は、１つ又は複数の電子放出源と、収束電極としての電子収束カップ１５とを有している。この実施形態において、陰極１０は、電子放出源としての第１平板フィラメント１１、第２平板フィラメント１２及び第３平板フィラメント１３を有している。第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、陽極ターゲット６０の回転方向に間隔を置いて位置している。第１平板フィラメント１１及び第３平板フィラメント１３は、傾斜面上にそれぞれ設置されている。ここでは、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、タングステンを主成分とする材料で形成されている。第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３及び電子収束カップ１５は、端子８１、８２、８３、８４、８５に電気的に接続されている。

電子収束カップ１５は、平板フィラメントが収められる１つ又は複数の収容部を含んでいる。この実施形態において、電子収束カップ１５は、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３が個別に収められる３つの収容部（第１収容部１６、第２収容部１７及び第３収容部１８）を含んでいる。

第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３には、電流（フィラメント電流）が与えられる。これにより、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、電子（熱電子）を放出する。

陽極ターゲット６０には、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１より相対的に正の電圧が与えられる。第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３及び電子収束カップ１５には、端子８１乃至８４、及び端子８５より相対的に負の電圧が与えられる。

陽極ターゲット６０及び陰極１０間にＸ線管電圧（以下、管電圧と称する）が加えられるため、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面Ｓに入射される。

電子収束カップ１５は、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３から電子が放出されることにより第１乃至第３収容部１６乃至１８の電子ビーム放射口（開口）１６ａ乃至１８ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。

図１に示すように、真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は、ガラス及びセラミックなどの絶縁材や金属などの組合せで形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット６０と対向した個所の径は、回転体３０と対向した個所の径より大きい。真空外囲器７０は、開口部７１を有している。真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７１は、固定シャフト４０の一端部に密着している。真空外囲器７０は、固定シャフト４０を固定している。真空外囲器７０は、この内壁に陰極１０を取付けている。真空外囲器７０は、密閉され、陰極１０、すべり軸受ユニット２０及び陽極ターゲット６０などを収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。

ステータコイル２は、回転体３０の側面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。ステータコイル２は、端子９２、９３(図示せず)と電気的に接続され、端子９２、９３を介して駆動される。

筐体３は、陰極１０と対向したターゲット層６２付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓３ａを有している。筐体３の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、絶縁油４が充填されている。

制御部５は、端子８１、８２、８３、８４、８５を介し陰極１０に電気的に接続されている。制御部５は、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３の何れか１つを駆動したり、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３の２つ以上を同時に駆動したり、または電子収束カップ１５に平板フィラメントに対して負となる電圧を印加するなどの制御をすることができる。

次に、Ｘ線を放出するための上記Ｘ線管装置の動作について説明する。
図１乃至図３に示すように、Ｘ線管装置の動作時、まず、ステータコイル２は、端子９２、９３を介して駆動され、磁界を発生する。すなわち、ステータコイル２は回転体３０に与える回転トルクを発生させる。このため、回転体は回転し、陽極ターゲット６０も回転することになる。

次いで、制御部５は、端子８１乃至８４を介して第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３の少なくとも１つを駆動させる電流を与える。駆動させる平板フィラメントには相対的に負の電圧が与えられる。陽極ターゲット６０には端子９１を介して相対的に正の電圧が与えられる。

平板フィラメント（陰極１０）及び陽極ターゲット６０間に管電圧が加えられるため、平板フィラメントから放出された電子は、収束及び加速され、ターゲット層６２に衝突される。すなわち、陰極１０からターゲット面Ｓ上の焦点にＸ線管電流（以下、管電流と称する）が流れる。

ターゲット層６２は電子ビームが入射されることによりＸ線を放出し、焦点から放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓３ａを介して筐体３の外部に放出される。これにより、Ｘ線撮影を実施することができる。

ここで、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３の構成について説明する。第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、同様に形成されているため、ここでは、第１平板フィラメント１１に着目し、代表して説明する。

図５に示すように、第１平板フィラメント１１は、平坦なフィラメント上面（電子放出面）１１ａを有する平板状のフィラメントである。フィラメント上面１１ａは、互いに直交する第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面である。第１平板フィラメント１１は、第１方向ｄａに長軸を有し、第１方向ｄａに延出して形成されている。第１平板フィラメント１１は、電子を放出可能な材料として、例えばタングステンを主成分とする材料で形成されている。

第１平板フィラメント１１が分断されることの無いように、第１平板フィラメント１１にはスリットＳＬが形成されている。これにより、第１平板フィラメント１１に熱膨張が生じた場合に、第１平板フィラメント１１自体に生じる反りを防止することができる。

第１方向ｄａにおける第１平板フィラメント１１の両端部には、平板状の支持部材１１ｓが接続されている。このため、支持部材１１ｓは第１平板フィラメント１１を支持し、第１平板フィラメント１１の位置を固定している。また、支持部材１１ｓは、導電材料で形成され、第１平板フィラメント１１に電圧や電流を与える導電部材としても機能している。例えば、支持部材１１ｓを第１平板フィラメント１１と同一材料で形成することが可能である。
支持部材１１ｓは、電気絶縁材料で形成された保持部材１１ｈで保持されている。

次に、本実施形態に係る実施例のＸ線管装置の構成と、比較例のＸ線管装置の構成について説明する。実施例及び比較例のＸ線管装置において、電子収束カップ１５の収容部以外は同様に形成されている。第１乃至第３収容部１６乃至１８は、同様に形成されているため、ここでは、第１収容部１６に着目し、代表して説明する。

（比較例）
図１１及び図３に示すように、第１収容部１６の電子ビーム放射口１６ａは、第１平板フィラメント１１の延在した方向である第１方向ｄａに沿った辺及び第１方向ｄａに直交した第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。第１収容部１６の深さ方向は、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに直交した第３方向ｄｃに沿っている。なお、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂを含む面方向がフィラメント上面１１ａに対する水平方向であり、第３方向ｄｃがフィラメント上面１１ａに対する垂直方向である。

第１収容部１６は、上内周壁５１ａ及び穴部底面５１ｂで形成された穴部５１と、下内周壁５２ａで形成された空間部５２とを有している。
上内周壁５１ａは、第１収容部１６の電子ビーム放射口１６ａを形成し、すなわち第１収容部１６の上方に位置している。上内周壁５１ａは、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において電子ビーム放射口１６ａと同一の寸法に形成されている。すなわち、上内周壁５１ａは、第３方向ｄｃに直線状に延出している。穴部底面５１ｂは、空間部５２に連通するように開口している。穴部５１は、フィラメント上面を露出させている。

空間部５２は、穴部５１に対して電子ビームの照射方向の反対側、すなわち穴部５１よりも第１収容部１６の下方に位置している。下内周壁５２ａは、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において上内周壁５１ａよりも小さい寸法に形成されている。すなわち、空間部５２は、穴部５１よりも第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った面方向に狭まった形状を有している。

本比較例において、第１平板フィラメント１１の幅（第２方向ｄｂの長さ）をＷａ、穴部５１の幅（第２方向ｄｂの長さ）をＬ１ａ、穴部５１の深さ（第３方向ｄｃに沿った電子ビーム放射口１６ａから穴部底面５１ｂまでの長さ）をＤ１ａ、空間部５２の幅（第２方向ｄｂの長さ）をＬ２ａ、穴部底面５１ｂから電子ビーム放射口１６ａ側へのフィラメント上面１１ａの突出量を示すｆｄ値をｆｄａ、フィラメント上面１１ａに対する水平方向における第１平板フィラメント１１と下内周壁５２ａとの間の隙間の寸法（第２方向ｄｂの間隔）をＹａとした。

（実施例）
図４及び図６、並びに図３に示すように、第１収容部１６の電子ビーム放射口１６ａは、第１方向ｄａに沿った辺及び第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。第１収容部１６の深さ方向は、第３方向ｄｃである。

第１収容部１６は、上内周壁５１ａ及び穴部底面５１ｂで形成された穴部５１と、内周壁５２ｂで形成された空間部５２と、最近接内周壁５３ａで形成された孔部５３と、を有している。

孔部５３は、フィラメント上面１１ａに対する水平方向において第１平板フィラメント１１に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁５３ａで形成されている。孔部５３は、第３方向ｄｃに延出している。本実施例において、最近接内周壁５３ａは概略矩形枠状に形成されている。

穴部５１は、電子ビーム放射口１６ａを形成している。穴部５１は、孔部５３に連通するように開口した穴部底面５１ｂを有している。穴部５１は、フィラメント上面１１ａを露出させている。穴部５１は、孔部５３よりも上記水平方向（第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂを含む面方向）に広がった形状を有している。

本実施例では、上記水平方向において、上記上内周壁５１ａは、矩形枠状に形成され、電子ビーム放射口１６ａと同一の寸法に形成され、最近接内周壁５３ａよりも幅方向に広がった形状を有するように形成されている。このため、上内周壁５１ａは、第３方向ｄｃに直線状に延出している。

空間部５２は、第３方向ｄｃにおいて孔部５３に対して穴部５１の反対側に位置している。空間部５２は、孔部５３に連通するように開口している。空間部５２は、孔部５３よりも水平方向（第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂを含む面方向）に広がった形状を有している。

本実施形態において、空間部５２を形成する内周壁５２ｂは、第１方向ｄａに延出（例えば、直線状に延出）して形成されている。第１方向ｄａに直交する面方向において、内周壁５２ｂは長円形枠状に形成されている。内周壁５２ｂは、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において最近接内周壁５３ａよりも幅方向に広がった形状を有するように形成されている。

空間部５２（内周壁５２ｂ）の加工は、たとえばボールエンドミルの回転軸を第１方向ｄａに平行な方向にして、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに送り加工することにより実施することができる。このため放電加工が必要となる矩形枠状である場合に比べて加工コストを安価にすることが可能である。ボールエンドミル加工の前に、予め同じ方向に貫通ドリル穴を明けておいても良い。

本実施例において、第１平板フィラメント１１の幅（第２方向ｄｂの長さ）をＷｂ、穴部５１の幅（第２方向ｄｂの長さ）をＬ１ｂ、穴部５１の深さ（第３方向ｄｃに沿った電子ビーム放射口１６ａから穴部底面５１ｂまでの長さ）をＤ１ｂ、最近接内周壁５３ａの第２方向ｄｂに沿った最小幅をＬ３ｂ、孔部５３の深さ（電子ビーム放射口１６ａから最遠方の孔部５３の端部と、電子ビーム放射口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ３ｂ、空間部５２の最大幅（第２方向ｄｂの最大の長さ）をＬ２ｂ、空間部５２の深さ（電子ビーム放射口１６ａから最遠方の空間部５２の端部と、電子ビーム放射口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ２ｂ、穴部底面５１ｂから電子ビーム放射口１６ａ側へのフィラメント上面１１ａの突出量を示すｆｄ値をｆｄｂ、フィラメント上面１１ａに対する水平方向における第１平板フィラメント１１と最近接内周壁５３ａとの間の隙間の寸法（第２方向ｄｂの間隔）をＹｂ、孔部５３（最近接内周壁５３ａ）の第３方向ｄｃの寸法をｄ、とした。

ここで、上記穴部底面５１ｂは、電子ビーム放射口１６ａから最遠方の穴部５１の底面である。また、ｆｄ値は、第３方向ｄｃにおいて空間部５２から穴部５１に向かう方向を正に採っている。

次に、上記実施例に係る第１収容部１６及び第１平板フィラメント１１の寸法を比較例に係る第１収容部１６及び第１平板フィラメント１１の寸法と対比した結果を示す。
Ｗｂ＝Ｗａ
Ｙｂ＝Ｙａ＋Ｘ
Ｌ１ａ≦Ｌ１ｂ≦Ｌ１ａ＋２・０．７５ｍｍ・Ｘ
Ｌ３ｂ＝Ｌ２ａ＋２・Ｘ
実施例に係る第１収容部１６の寸法は、次の関係も満たしている。

１．５・Ｌ３ｂ≦Ｌ２ｂ≦２．０・Ｌ３ｂ
Ｄ１ｂ＜Ｄ３ｂ＜Ｄ１ｂ＋０．５ｍｍ
なお、Ｘは、第１平板フィラメント１１及び第１収容部１６間の第２方向ｄｂに沿った隙間の拡大量を示す。

ここでは、上記実施例に係る第１収容部１６及び第１平板フィラメント１１の寸法は、次に示す通りである。

Ｗｂ＝１．２３ｍｍ
Ｌ１ｂ＝７．５ｍｍ
Ｄ１ｂ＝４．１ｍｍ
Ｌ３ｂ＝２．２ｍｍ
Ｄ３ｂ＝４．２ｍｍ
Ｌ２ｂ＝３．０ｍｍ
Ｄ２ｂ＝６ｍｍ
ｆｄｂ＝０．３００ｍｍ
Ｙｂ＝０．４８５ｍｍ
ｄ＝０．１ｍｍ
上記のように構成された第１の実施形態に係る実施例のＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット６０と、第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３及び電子収束カップ１５を有した陰極１０と、陽極ターゲット６０及び陰極１０を収容した真空外囲器７０と、を備えている。第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、平坦なフィラメント上面（１１ａ）を含み電子を放出する。

平板フィラメント（第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３）が収められる収容部（第１乃至第３収容部１６乃至１８）を含んでいる。電子収束カップ１５は、平板フィラメントから電子が放出されることによりフィラメント上面（１１ａ）に対向した収容部（第１乃至第３収容部１６乃至１８）の電子ビーム放射口（１６ａ）を通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。

収容部（第１乃至第３収容部１６乃至１８）を第１収容部１６で説明すると、第１収容部１６は、孔部５３と、穴部５１と、空間部５２と、を有している。
孔部５３は、フィラメント上面１１ａに対する水平方向において第１平板フィラメント１１に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁５３ａで形成されている。孔部５３は、フィラメント上面１１ａに対する垂直方向に延出している。

穴部５１は、電子ビーム放射口１６ａを形成している。穴部５１は、孔部５３に連通するように開口した穴部底面５１ｂを有している。穴部５１はフィラメント上面１１ａを露出させている。穴部５１は、孔部５３よりも上記水平方向に広がった形状を有している。

空間部５２は、上記垂直方向において孔部５３に対して穴部５１の反対側に位置している。空間部５２は、孔部５３に連通するように開口している。空間部５２は、孔部５３よりも上記水平方向に広がった形状を有している。

ｄ＝０．１ｍｍ、Ｙｂ＝０．４８５ｍｍ、ｆｄｂ＝０．３００ｍｍである。
このため、実施例のＸ線管装置は、以下に挙げるような効果を得ることができる。また、以下に挙げる効果は、０＜ｄ≦２・Ｙｂ、であり、−２・Ｙｂ≦ｆｄｂ≦２・Ｙｂ、である場合に同様の効果を得ることができる。

（１）比較例のＸ線管装置では、焦点内の電子密度分布の均一化を図るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、焦点内の電子密度分布の均一化を図るための有効な手段はあるものである。そして、実施例のＸ線管装置では、副焦点が正焦点の内側に収まるように、さらに可能な場合には、正焦点及び副焦点の位置及び寸法がほぼ重なるように、Ｘ線管１を形成することができるものである。

収容部が、孔部５３、穴部５１及び空間部５２を有することにより、平板フィラメント及び収容部（最近接内周壁５３ａ）間の隙間を比較例より大きくしても電子ビームを良好に収束することができ、また、平板フィラメントの側面及び裏面から放出された電子が陽極ターゲットに到達しにくくすることができ、副焦点の電子密度分布も低く抑えることができる。

（２）比較例のＸ線管装置では、焦点の寸法の小型化を図るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、焦点の寸法の小型化を図るための有効な手段はあるものである。

比較例において隙間Ｙａを０．１５ｍｍ程度にした場合と、実施例において隙間Ｙｂを０．４８５ｍｍにした場合とで、同一の寸法の焦点を得ることができる。このため、隙間Ｙｂを０．４８５ｍｍより小さくすることも可能であり、これにより焦点の寸法をより小さくすることができる。

この際、隙間Ｙｂを０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上に設定することにより、フィラメントタッチ並びにフィラメント及び電子収束カップ１５間の絶縁破壊の発生を防止しつつ焦点の寸法の小型化を図ることができる。

（３）比較例のＸ線管装置では、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得るための有効な手段はあるものである。

上記のように、収容部が、孔部５３、穴部５１及び空間部５２を有し、これらの寸法を調整することにより、陽極ターゲット６０及び陰極１０間のギャップを調整すること無しに、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得ることができるものである。このため、陽極ターゲット６０及び陰極１０間の電圧耐久性を維持しつつ、焦点内の電子密度分布が均一であり、かつ、望ましい寸法となる焦点を得ることができる、と言い換えることができる。

さらに、本実施形態に係る実施例のＸ線管１において、内周壁５２ｂは、電子収束カップ１５に第１方向ｄａに延在した貫通孔を形成することにより形成される。上記貫通孔を形成するのみで内周壁５２ｂを形作ることができ、その後、上記貫通孔を閉塞する等の加工を必要としない。このため、内周壁５２ｂの加工コストを安価にすることができる。

上記のことから、平板フィラメント及び電子収束カップ間の絶縁距離を保持することができ、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。

次に、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の変形例について説明する。
図７に示すように、穴部５１は、第３方向ｄｃにおいて電子ビーム放射口１６ａに近づくにつれて水平方向（第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂを含む面方向）の寸法が段階的に大きくなる多段状の上内周壁５１ａで形成されている。この実施形態において、上内周壁５１ａは２段に形成されている。上内周壁５１ａの各段は、矩形枠状に形成されている。

上内周壁５１ａの最近接内周壁５３ａ側の段は、最近接内周壁５３ａよりも上記水平方向に広がった形状を有している。上内周壁５１ａの電子ビーム放射口１６ａ側の段は、上記水平方向において電子ビーム放射口（開口）１６ａと同一の寸法に形成され、上内周壁５１ａの最近接内周壁５３ａ側の段よりも幅方向（第２方向ｄｂ）に広がった形状を有している。

この場合も、上内周壁５１ａの寸法を調整することにより上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上内周壁５１ａを多段状に形成することにより、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、より望ましい寸法の焦点を得ることが可能となるメリットがあるものである。なお、上内周壁５１ａを３段以上に形成してもよく、この場合も、上内周壁５１ａの寸法を調整することにより、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、上記第１の実施形態に係るＸ線管装置の他の変形例について説明する。
図８に示すように、上内周壁５１ａは、曲面形状を有している。詳しくは、第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面において、上内周壁５１ａの断面は曲面形状を有している。

そして、穴部５１は、第３方向ｄｃにおいて電子ビーム放射口１６ａに近づくにつれて上記水平方向の寸法が次第に大きくなる曲面形状を有する上内周壁５１ａで形成されている。

この場合も、上内周壁５１ａの曲面形状を調整することにより上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上内周壁５１ａを曲面形状とすることにより、より焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、より望ましい寸法の焦点を得ることが可能となるメリットがあるものである。

次に、第２の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、空間部５２を形成する下内周壁５２ｃは、曲面形状を有している。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面において、下内周壁５２ｃの断面は、円形の一部のような曲面形状を有している。下内周壁５２ｃは、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において最近接内周壁５３ａよりも水平方向（第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂを含む面方向）に広がった形状を有するように形成されている。下内周壁５２ｃの加工は、たとえばボールエンドミルの回転軸を第３方向ｄｃにして、第１方向ｄａ及び第３方向ｄｃに送り加工することにより実施することができる。

上記のように構成された第３の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、空間部５２の形状以外、上記第１の実施形態に係る実施例のＸ線管１と同様に形成されている。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における下内周壁５２ｃの断面は、曲面形状を有していてもよく、この場合も下内周壁５２ｃの寸法を調整することにより上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

下内周壁５２ｃは、ボールエンドミルを使用することにより形成される。このため、上記第１の実施形態に比べて空間部５２を形成するための加工コストを安価にすることができる。

上記のことから、平板フィラメント及び電子収束カップ間の絶縁距離を保持することができ、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、収容部（第１乃至第３収容部１６乃至１８）は、フィラメント上面に対する水平方向において平板フィラメントに全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した１つ又は複数の他の最近接内周壁をさらに有していてもよい。

第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３は、互いに異なる種類であり、これらの特性（電子放出量）も互いに異なっていてもよい。例えば、平板フィラメントの寸法を異ならせることにより、焦点の寸法を異ならせてもよい。陰極１０の備える平板フィラメント（電子放出源）及び収容部の数は、３つに限定されるものではなく、種々変形可能であり、１つ、２つ又は４つ以上であってもよい。

電子放出源は、種々変形可能であり例えば任意の熱電子放出源を利用することができる。例えば、平板フィラメントの形状は種々変形可能である。図１０に示すように、例えば第１平板フィラメント１１（第１乃至第３平板フィラメント１１乃至１３）は、円形の板状であってもよい。

空間部５２の第３方向ｄｃを含む一平面上（第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃ）の断面は、円形、長円形、又はそれらの一部であってもよい。また、空間部５２の第３方向ｄｃを含む一平面上（第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃ）の断面は、矩形でであってもよい。さらにまた、空間部５２は、第１方向ｄａに沿った辺及び第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状の下内周壁で形成されていてもよい。

収容部（第１乃至第３収容部１６乃至１８）は、孔部５３に対して穴部５１の反対側に位置し、孔部５３よりも寸法の大きい１つ又は複数の他の空間部をさらに有していてもよい。

この発明のＸ線管装置は、上述したＸ線管装置に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種のＸ線管装置に適用可能である。例えば、この発明のＸ線管装置は、固定陽極型のＸ線管装置にも適用可能である。

１…Ｘ線管、１０…陰極、１１…第１平板フィラメント、１１ａ…フィラメント上面、１２…第２平板フィラメント、１３…第３平板フィラメント、１５…電子収束カップ、１６…第１収容部、１７…第２収容部、１８…第３収容部、１６ａ，１７ａ，１８ａ…電子ビーム放射口、５１…穴部、５１ａ…上内周壁、５１ｂ…穴部底面、５２…空間部、５２ｂ…内周壁、５２ｃ…下内周壁、５３…孔部、５３ａ…最近接内周壁、６０…陽極ターゲット、７０…真空外囲器、Ｙｂ…隙間、ｄ…寸法、ｆｄｂ…突出量、ｄａ…第１方向、ｄｂ…第２方向、ｄｃ…第３方向。

Claims (7)

1. 電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
   平坦なフィラメント上面を含み電子を放出する平板フィラメントと、前記平板フィラメントが収められる収容部を含み前記平板フィラメントから電子が放出されることにより前記フィラメント上面に対向した前記収容部の電子ビーム放射口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
   前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
   前記収容部は、
   前記フィラメント上面に対する水平方向において前記平板フィラメントに全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁で形成され、前記フィラメント上面に対する垂直方向に延出した孔部と、
   前記電子ビーム放射口を形成し、前記孔部に連通するように開口した穴部底面を有し、前記フィラメント上面を露出させ、前記孔部よりも前記水平方向に広がった形状を有した穴部と、
   前記垂直方向において前記孔部に対して前記穴部の反対側に位置し、前記孔部に連通するように開口し、前記孔部よりも前記水平方向に広がった形状を有した空間部と、を具備し、
   前記隙間の寸法をＹ、前記孔部の前記垂直方向の寸法をｄ、前記穴部底面から前記電子ビーム放射口側への前記フィラメント上面の突出量をｆｄ、とすると、
   ０＜ｄ≦２Ｙ、及び
   −２Ｙ≦ｆｄ≦２Ｙ、
   であることを特徴とするＸ線管。
2. 前記穴部は、前記垂直方向に直線状に延出した上内周壁で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記穴部は、前記垂直方向において前記電子ビーム放射口に近づくにつれて前記水平方向の寸法が段階的に大きくなる多段状の上内周壁で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記穴部は、前記垂直方向において前記電子ビーム放射口に近づくにつれて前記水平方向の寸法が次第に大きくなる曲面形状を有する上内周壁で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
5. 前記空間部の前記垂直方向を含む一平面上の断面は、矩形であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
6. 前記空間部の前記垂直方向を含む一平面上の断面は、円形、長円形、又はそれらの一部であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
7. ０．１ｍｍ≦Ｙ、
   であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。

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