JP2014232579A - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管装置のタンク内収納時の構造に影響を与えることなく、陽極の熱膨張によるＸ線の照射分布が変動を効果的に防止することを課題とする。【解決手段】Ｘ線管装置１００は、電子線を発生する陰極２０と、陰極２０からの電子線を受けて電子線の進行方向（Ｘ方向）と異なる方向にＸ線を放出する傾斜ターゲット面１１を有する陽極１０と、真空の内部空間を有し、当該内部空間に陰極２０及び陽極１０を対向配置して収納する外囲器３０と、陽極１０の熱膨張に伴って、電子線の進行方向と直交する方向（Ｙ方向）における傾斜ターゲット面１１の位置を変化させる調整部材４０とを備える。調整部材４０は、傾斜ターゲット面１１近傍に配置され、陽極の熱膨張に伴いそれ自体熱膨張することによってＹ方向に変位し、それにより陽極熱膨張による焦点位置の移動をキャンセルするように傾斜ターゲット面１１を移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、陰極と陽極を真空外囲器に内封してなるＸ線管装置に係り、特に陽極の支持構造に関する。

Ｘ線管装置では、陰極から放出した電子を陽極のターゲットに衝突させて、そのエネルギーによってターゲットから放出されるＸ線を外囲器に設けられたＸ線照射窓部から取り出す。電子が衝突するターゲットが配置された陽極の面は、電子の進行方向と直交する面に対し傾斜しており、Ｘ線は電子の進行方向とほぼ直交する方向に照射される。

電子によりターゲットに与えられるエネルギーのうちＸ線に変換されるエネルギーは１％程度であり、９９％は熱となり陽極を伝わり、陽極端部から排熱される。このため陽極には熱伝導率の高い材料、例えば銅が使用されている。

しかし銅は線膨張率が高く、Ｘ線を曝射し続けると陽極の温度が飽和するまで陽極が熱膨張し、電子が衝突するターゲットの焦点位置が動いてしまう。このためＸ線の照射分布が変動し検査の精度が低下するという問題があった。

陽極の加熱に伴う焦点移動を低減する手法が種々提案されており、例えば、特許文献１では、陰極と陽極を収納する外囲器の熱膨張を利用し、熱膨張時に外囲器が焦点の移動方向と反対方向に移動できる支持構造を採用することによって、陽極の焦点移動をキャンセルするようにしたＸ線管装置が提案されている。

特開２００７−３２３８９８号公報

通常Ｘ線管装置は、絶縁油を満たしたタンク内に収納した状態で使用され、Ｘ線管装置のＸ線照射窓部と、タンクのＸ線照射窓部とはＯリングを配置した状態で、ねじ等で固定される。

特許文献１に提案されるＸ線管装置は、タンクに収納した状態で外囲器の熱膨張による移動を許容するために、Ｘ線照射窓部のフランジとタンクのＸ線照射窓部との間に隙間を設ける必要がある。そのため、フランジとタンクのＸ線照射窓との間の空間にも絶縁油を満たすこととなり、絶縁油によりＸ線量が減衰するという新たな問題を生じる。

本発明は、Ｘ線管装置のタンク内収納時の構造に影響を与えることなく、陽極の熱膨張によるＸ線照射分布の変動を効果的に防止することを課題とする。

上記課題を解決するため本発明のＸ線管装置は、陽極を電子の進行方向と直交する方向に移動可能にする陽極支持構造を採用する。

すなわち本発明のＸ線管装置は、電子線を発生する陰極と、前記陰極からの電子線を受けて電子線の進行方向と異なる方向にＸ線を放出する傾斜ターゲット面を有する陽極と、真空の内部空間を有し、当該内部空間に前記陰極及び前記陽極を対向配置して収納する外囲器と、前記陽極の熱膨張に伴って、前記電子線の進行方向と直交する方向における前記傾斜ターゲット面の位置を変化させる調整部材とを備える。調整部材は、前記陽極の熱膨張に伴い変位する可動要素を含む。

調整部材により、陽極の傾斜ターゲット面が電子線の進行方向（Ｘ方向とする）と直交する方向（Ｙ方向）に移動すると、電子線が衝突する傾斜ターゲット面上の位置（すなわち焦点位置）は電子線の進行方向（Ｘ方向）に変位する。このＸ方向の変位量は、傾斜ターゲット面のＹ方向の移動量と傾斜ターゲット面の傾斜角度に依存する。調整部材は、傾斜ターゲット面のＹ方向の移動による焦点位置のＸ方向変位量が、陽極の熱膨張によるＸ方向の移動量を相殺する変位量となるように、傾斜ターゲット面をＹ方向に移動する。これにより、焦点の移動を防止でき、Ｘ線の照射分布の変動を防止し、Ｘ線照射の精度を向上できる。

第一実施形態の固定陽極Ｘ線管装置の全体概要を示す図 第一実施形態のＸ線管装置の、外囲器端部における陽極の支持構造を示す図 第一実施形態のＸ線管装置の、外囲器における陽極の調整部材の構造を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は傾斜ターゲット面側から見た図 第一実施形態のＸ線管装置における調整部材の機能を説明する図 第一実施形態のＸ線管装置の変更例を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は傾斜ターゲット面側から見た図 第二実施形態のＸ線管装置の全体概要を示す図 第二実施形態のＸ線管装置の制御ブロック図 第二実施形態のＸ線管装置の制御手順を示す図 第一実施形態及び第二実施形態における、焦点移動量の時間推移を示すグラフ

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の各実施形態のＸ線管装置に共通する構成は、次のとおりである。

Ｘ線管装置は、電子線を発生する陰極（２０）と、陰極（２０）からの電子線を受けて電子線の進行方向と異なる方向にＸ線を放出する傾斜ターゲット面（１１）を有する陽極（１０）と、真空の内部空間を有し、当該内部空間に陰極（２０）及び陽極（１０）を対向配置して収納する外囲器（３０）と、傾斜ターゲット面の、前記電子線の進行方向と直交する方向（単に直交方向という）の位置を調整する調整部材（４０）とを備える。調整部材（４０）は、陽極の熱膨張に伴い変位する可動要素（４２）を含む。可動要素（４１）は、その変位によって傾斜ターゲット面（１１）の前記直交方向における位置を変化させる。外囲器（３０）はその端部（３０ａ）において、前記直交方向における陽極の移動を許容する陽極支持構造を有する。

＜第一実施形態＞
本実施形態のＸ線管装置は、上述した共通する構成に加えて、調整部材（４０）が、外囲器（３０）の内面に固定された固定部（４１）と、陽極（１０）に固定された支持部（４２）と、固定部（４１）と支持部（４２）とを連結する緩衝材（４３）とを備える。支持部（４２）は熱膨張率が前記陽極と同じかそれより高い材料とすることができる。また固定部（４１）は、外囲器（３０）の内面に固定された端面と緩衝材（４３）が固定された端面との間の側面に凹凸構造が形成されたものとすることができる。支持部（４２）は、固定部（４１）に対する端面の位置が変化可能な可動要素である。

支持部（４１）は、例えば、一端が陽極（１０）にろう付けされている、或いは陽極（１０）に形成された孔に嵌合している。

以下、図１〜図４を参照して、本実施形態の固定陽極Ｘ線管装置を説明する。本実施形態のＸ線管装置１００は、図１に示すように、真空の内部空間を有する外囲器３０と、外囲器３０内に密封された陽極１０と陰極２０とを備えている。Ｘ線管装置１００は、通常、絶縁油で満たされたＸ線管容器（以下、タンクという）５０内に収納されている。また図１には示していないが、Ｘ線管装置１００は、外囲器３０の外側に、陽極１０及び陰極２０に高圧電圧を印加する電源回路や電源回路を制御する制御回路などを備えている。

陽極１０は、円筒状の部材で、陰極２０と対向する端面には、タングステン等からなるターゲット１２がその表面が陽極端面と同一面となるように埋め込まれており、ターゲット面１１を形成している。このターゲット面は陽極１０の軸方向すなわち陰極２０からの電子線の照射方向（進行方向）と直交する面に対し所定の角度（例えば２２度）傾斜した傾斜面であり、陰極２０からの電子線を受けてターゲット１２から発生するＸ線が電子線の進行方向に対し概ね垂直な方向（直交方向）に照射されるように構成されている。図中、電子線の進行方向を矢印Ａで示し、直交方向を矢印Ｂで示している。なお以下の説明では、電子線の進行方向をＸ方向、直交方向をＹ方向という。

陽極１０は、ターゲット１２で発生する熱を効率よく陽極１０端部から放熱するために、熱伝導性のよい材料、典型的には銅で構成されている。図示していないが陽極１０の端面（ターゲット１２が埋め込まれた凹部）とターゲット１２との間には、両者の熱膨張率の差に起因する熱応力を緩和するための緩衝材などを配置してもよい。また陽極１０の内部に冷媒を循環させる冷媒循環路を形成してもよい。緩衝材や冷媒循環路に関しては、例えば特開２０１１−１４６２１２号公報や特開２０１２−１１９２０７４号公報に記載された技術を採用することができる。

陰極２０は、フィラメント２１、収束電極、ステムなどを備え、ステムが外囲器３０の端部３０ｂに固定されている。このとき、フィラメント２１が陽極１０のターゲット１２と所定の間隔をもって対向しており、フィラメント２１から発生し陽極１０側に向かう電子線は、収束電極によってターゲット１２のほぼ中心が焦点１２ａとなるように照射される。

外囲器３０は、概ね円筒状の形状を有し、その両端側の径が円筒の中央部分の径よりも小さく、その小径となった両端部３０ａ、３０ｂに、陽極１０及び陰極２０がそれぞれ固定されている。外囲器３０の両端部に挟まれた円筒部３０ｃは、ステンレス鋼や銅などの金属材料から成り、両側の小径の円筒部分は絶縁物から成る。金属製の円筒部３０ｃのほぼ中央には、陽極１０のターゲットから発生されるＸ線を透過するためのＸ線放射窓３３が形成されている。Ｘ線照射窓３３は、Ｘ線調の減衰を極力小さくするためＸ線透過性に優れたベリリウムが用いられる。外囲器３０の外側の、Ｘ線照射窓３３の周囲にはフランジ３５が固定されている。このＸ線照射窓３３のフランジ３５は、タンク５０に形成されたＸ線照射窓にＯリング（不図示）を介して固定されている。これによりＸ線照射窓３３とフランジ３５で囲まれる空間は密閉され、Ｘ線を減衰させる絶縁油が入り込まない構成となっている。

外囲器３０の陽極１０が固定される端部（陽極支持部）３０ａは、コバール等の熱膨張率の低い材料からなり、円筒部３０ｃとの間に、図２に示すような蛇腹状の部材３７が設けられている。部材３７の両端面は、それぞれ外囲器３０及び陽極支持部３０ａと溶接等で接合されている。このように、陽極支持部３０ａと外囲器３０の円筒部３０ｃとの間に蛇腹状の部材３７を配置した陽極支持構造とすることにより、陽極１０の熱膨張に伴う変位（Ｘ方向の変位）及び後述する調整部材による変位（Ｙ方向の変位）を吸収することができる。

また外囲器３０の円筒部３０ｃの内面と、陽極１０の側面との間に、調整部材４０が配置されている。調整部材４０は、陽極１０の側面に固定される端面が、陽極１０の軸方向Ａ（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に変位することが可能であり、これにより陽極１０のＹ方向の位置を調整する機能を持つ。図３に、調整部材４０の詳細を示す。図３の（ａ）は、電子線の進行方向Ａに平行な側断面図、（ｂ）は傾斜ターゲット面１１側から見た図である。図示するように、調整部材４０は、傾斜ターゲット面１１の近くであって、その長手方向が陽極１０の円筒の半径方向（図中、上方向）に延びるように、配置されている。

調整部材４０は、外囲器３０の円筒部３０ｃの内面に固定される固定部４１と、陽極１０の側面に固定される支持部４２と、固定部４１及び支持部４２とを接続する緩衝材４３とからなる。これら調整部材４０の各要素間の接合、外囲器３０と固定部４１との接合、及び陽極１０金属と支持部４２との接合は、金銅ろう（ＢＡｕ−１Ｖ）等の高融点ろう材を用いたろう付けとすることが好ましい。金銅ろうの融点は約９８０℃であり、高電圧投入時の固定陽極の温度（８００℃程度）に対しても十分耐熱性がある。

固定部４１は、低熱膨張率、低熱伝導率の材料、例えばアルミナ、窒化アルミなどのセラミックからなる。支持部４２は、陽極１０を構成する材料と同程度かそれ以上の線膨張係数の材料からなる。具体的には、銅や銀が用いられる。銀の線膨張率は、２．５９×１０^−５：１０００Ｋ（７２７℃）、銅の線膨張率は、２．２４×１０^−５：１０００Ｋ（７２７℃）である。支持部４２は、電子線照射エネルギーで加熱された陽極１０からの伝導熱で熱膨張し、軸方向の長さが変化し（延び）、これにより陽極１０を、調整部材４０が固定された側と反対側に押し下げ、その位置を変化させる。

緩衝材４３は、陽極１０金属と支持部４２の熱膨張による固定部４１の熱応力を緩和するためのもので、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）やＦｅ−Ｎｉ合金などの合金が用いられる。

次に以上の構成によるＸ線管装置において、焦点位置を一定にするための調整部材４０の機能を、図４を用いて説明する。

陰極２０のフィラメント２１から電子線がターゲット１２（その焦点）に照射されると、ターゲット１２からＸ線が発生し、傾斜ターゲット面１１からＸ線照射窓３３に向かってＸ線が照射される。このとき，Ｘ線発生に利用される電子線のエネルギーは１％程度であり、大半は熱となって、ターゲット１２材料（タングステン）から陽極１０に伝達される。この熱は陽極１０の端部から放熱されるが、高出力（例えば入力電力３５０Ｗ）のＸ線管装置の場合、陽極１０の傾斜ターゲット面１１近傍は８００℃近くまで加熱される。これに伴い陽極１０は熱膨張し、陰極２０のフィラメント２１とターゲット焦点１２ａとの距離ｄが変化し（距離が縮まり）、そのままだと、Ｘ線照射窓３３から照射されるＸ線の照射分布が変動する。陽極１０が熱膨張した状態を図４中、一点鎖線で示している。

ここで傾斜ターゲット面１１を、図４に点線で示すように、直交方向（Ｙ方向：下側）に移動させると、傾斜ターゲット面１１の位置を、熱膨張する前の傾斜ターゲット面１１の位置と同じ位置にすることができる。すなわち、傾斜ターゲット面１１のＹ方向に対する角度をθ、Ｙ方向の移動量をΔＹ、としたとき、陽極１０をＹ方向に移動させることにより生じるフィラメント２１と傾斜ターゲット面１１との距離ｄの変化Δｘは、
Δｘ＝ΔＹ×ｔａｎθ
であり、傾斜ターゲット面１１はこの変位量Δｘだけ、もとの位置から後退したのと同様になる。一方、陽極１０の熱膨張により傾斜ターゲット面１１は、もとの位置からフィラメント２１側に移動するので、この熱膨張による移動量Δｄと、Ｙ方向の移動によって生じる変位Δｘとが同じ（符号は逆）となるようにＹ方向の位置を調整することにより、熱膨張による陽極１０の移動をキャンセルできる。

仮に、傾斜ターゲット面の陽極の軸方向（Ｘ方向）と直交する面に対する角度が２２度であって電子線照射方向における傾斜ターゲット面１１の熱膨張時の移動量（フィラメントとの距離の変化Δｄ）が２００μｍであるとすると、Ｙ方向（図３（ａ）の上下方向）の移動量ΔＹが４９５μｍであるときに、傾斜ターゲット面１１とフィラメントとの距離は熱膨張前と同じにすることができる。

本実施形態では、傾斜ターゲット面１１の近傍に位置する調整部材４０（支持部４２）が、上述した陽極からの熱により熱膨張し、直交方向の長さが変化することにより、傾斜ターゲット面１１近傍の陽極を押し下げ、移動量ΔＹの移動を実現する。変位量ΔＹは、材料の線膨張率を用いて予め計算することができ、所定の変位量が得られる材料を選択する。一例として、上述した材料の線膨張率を用いて、室温（２０℃）から１０００Ｋ（７２７℃）までの上下方向（方向Ｂ）の寸法変化を計算すると、例えば、陽極１０の材料が銅で、直径が２８．５ｍｍ、支持部４２の材料が銅で長さが３ｍｍの場合、次式（１）より変位量は４９９μｍとなる。
［数１］
（３＋２８．５）×２．２４×１０^−５×（７２７−２０）＝４９９μｍ・・・（１）

また陽極１０の材料が銅で、直径が２８．５ｍｍ、支持部４２の材料が銀で長さが２．５ｍｍの場合、次式（２）より変位量は４９７μｍとなる。
［数２］
（２．５×２．５９×１０^−５＋２８．５×２．２４×１０^−５）×（７２７−２０）＝４９７μｍ・・・（２）

式（１）及び式（２）で得られる変位量（４９９μｍ、４９７μｍ）は、前述したＸ方向の変位量２００μｍを得るためのＹ方向移動量４９５μｍとほぼ同程度であり、上記材料を選択することにより、傾斜ターゲット面の軸方向の焦点移動量をキャンセルすることができることがわかる。

以上、具体的な数字を挙げて調整部材４０の機能を説明したが、所定の電力でＸ線管装置を動作させた場合の陽極１０の温度とそれによる傾斜ターゲット面１１の軸方向（Ｘ方向）の変位Δｄは予め計測しておくことができるので、その結果を用いて、変位Δｄをキャンセルする支持部４２の材料及び長さを設計することができる。

なお陽極１０が軸方向に移動することによって、陽極１０に固定された支持部４２は、外囲器３０に固定された固定部４１に対し軸方向にずれることになるが、支持部４２と固定部４１とを緩衝材４３によって結合しているので、緩衝材４３がこの軸方向のずれを吸収し、固定部４１に応力がかかるのを防止する。

また陽極１０が軸方向と直交する方向（Ｙ方向）に移動することによって、陽極１０と外囲器３０の端部３０ａとの固定部分にも応力が発生するが、陽極１０を支持するための陽極支持構造を、図２に示したように、直交方向の変位を吸収できる部材例えば蛇腹状の部材３７で構成することにより、応力を緩和することができる。

本実施形態のＸ線管装置によれば、外囲器３０と陽極１０との間に、陽極１０を軸方向と直交する方向に変位させる可動要素（支持部４２）を含む調整部材４０を設けたことにより、Ｘ線管装置が収納されるタンク等の設計に影響を与えることなく、焦点と陰極フィラメント間の距離を一定に保つことができ、Ｘ線照射分布の変動を抑制することができる。

また本実施形態のＸ線管装置によれば、調整部材４０の支持部４２を、緩衝材４３を介して外囲器３０に結合した構造としたことにより、調整部材４０と外囲器３０との結合部分にかかる応力を緩和することができる。

さらに本実施形態のＸ線管装置によれば、外囲器３０の陽極支持構造として、陽極１０の軸方向と直交する方向に対する変位を吸収する構造を採用したことにより、調整部材４０による陽極位置の調整を円滑にすることができる。

＜第一実施形態の変更例＞
第一実施形態のＸ線管装置では、調整部材４０の支持部４２が陽極１０の側面にろう付けによって固定されている場合を示したが、陽極１０の一部が支持部４２を兼ねていてもよい。逆に言えば、支持部４２が陽極１０の内部に嵌めこまれていて、陽極１０の一部と一体化していてもよい。この変更例を図５に示す。図５の（ａ）は、電子線の進行方向（Ｘ方向）に平行な側断面図、（ｂ）は傾斜ターゲット面１１側から見た図である。

変更例のＸ線管装置でも、調整部材４０が、固定部４１と支持部４２とそれらを連結する緩衝材４３とで構成されること、調整部材４０が、傾斜ターゲット面１１の近くであって、その中心軸が図５（ａ）の断面上にあって且つ陽極１０の円筒の半径方向（図中、上方向）に延びるように、配置されていることは、図３に示すＸ線管装置と同様である。ただし変更例では、支持部４２は陽極１０を貫通し、その断面内に含まれている。

この変更例では、例えば、支持部４２として陽極１０の材料（たとえば銅）よりも線膨張率の大きい材料（たとえば銀）を用いることにより、熱膨張時における、陽極１０の軸方向と直交する方向の移動量を大きくすることができる。具体的には、陽極１０の直径が２８．５ｍｍ、支持部４２の材料が銀で、陽極１０から突出している部分の長さが２．７ｍｍの場合、次式（３）より変位量は７７１μｍとなる。
［数３］
（３１．２）×２．５９×１０^−５×（７２７−２０）＝７７１μｍ・・・（３）

従って、この変更例によれば、陽極への入力が高く、陽極１０（傾斜ターゲット面１１）の軸方向の移動量が多い場合にも、対応することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のＸ線管装置も、傾斜ターゲット面近傍の外囲器３０と陽極１０との間に調整部材を設けることは第一実施形態と同様である。本実施形態のＸ線管装置は、この調整部材に加熱手段を設けたことが特徴である。

以下、本実施形態のＸ線管装置を、図６〜図８を参照して説明する。図６は、本実施形態のＸ線管装置の全体概要を示す図であり、図１のＸ線管装置と同じ要素は同じ符号で示している。図７は、本実施形態のＸ線管装置の制御ブロック図、図８は本実施形態のＸ線管装置の制御の手順を示す図である。以下、第一実施形態のＸ線管装置と異なる要素について説明し、共通する要素の説明は省略する。

本実施形態のＸ線管装置２００は、陽極１０及び陰極２０を収納する外囲器３０の外側に、陽極１０及び陰極２０に高圧電圧を印加する電源回路２１０、電源回路２１０を制御する制御回路２２０、陽極１０の焦点の移動を検知する焦点移動センサー２３０、検査用Ｘ線センサー２４０などを備えている。制御回路２２０は、焦点移動センサー２３０や検査用Ｘ線センサー２４０からの検知信号を入力し、それによって電源回路２１０及び後述する調整部材の加熱手段を制御する。

検査用Ｘ線センサー２４０は、Ｘ線照射窓３３から照射されるＸ線を検出し、その強度や分布を計測する。焦点移動センサー２３０は、陽極１０の熱膨張等による焦点位置の変化を検知するもので、検査用Ｘ線センサー２４０が検出したＸ線強度分布の変化から焦点位置の移動を検知する。

外囲器３０内に陽極１０と陰極２０が対向配置されていることは第一実施形態と同様であるが、この実施形態では、陽極１０と外囲器３０とは、Ａｇ等の熱膨張率の高い材料からなる支持棒４５（調整部材）で連結されている。支持棒４５は、内部にヒーター４７が組み込まれている。支持棒４５は、陽極１０の側面にろう付けにより固定されていてもよいし、第一実施形態の変更例と同様に、その一部が陽極１０を貫通するように陽極１０に嵌合していてもよい。ヒーター４７としては、出力が２０〜３０Ｗ程度の、金属或いは非金属の抵抗発熱体を用いることができ、ヒーター４７の導線（不図示）は、例えば、外囲器３０の円筒部３０ｃに設けられた真空用電流導入端子及びタンク５０の端子を介して外部に引き出され、所定の電源２５０に接続される。電源２５０の駆動は、制御回路２２０によって制御される。

制御回路２２０によるヒーター４７の制御は、焦点移動量によるフィードバック制御とすることができる。図７に示すように、制御回路２２０は焦点移動センサー２３０からの焦点移動量を監視し、熱膨張による焦点移動がなくなるまでヒーター４７を駆動する。
具体的には、図８に示すように、陽極１０が加熱することによって、陽極１０がその軸方向に移動し、焦点位置が変化したことを焦点移動センサー２３０が検出すると（Ｓ８０１、Ｓ８０２）、ヒーター４７を駆動する（Ｓ８０３）。支持棒４は陽極１０からの熱量とヒーター４７からの熱量の合計を受けて、その長手方向すなわち陽極の軸方向と直交する方向に延びる。支持棒４が延びることにより、陽極１０は、図４に示したように、軸方向と直交する方向に変位し、これによって焦点位置は軸方向に後退したのと同じ効果を与える。つまり軸方向の熱延びをキャンセルし、焦点移動量は縮小する。ヒーター４７の駆動は、移動量がゼロになるまで続けられ（Ｓ８０４）、移動量がゼロになると駆動が停止される（Ｓ８０５）。このようにヒーター４７は、常に焦点移動量がゼロとなるように制御され（Ｓ８０１〜Ｓ８０６）、焦点位置の変動が最小限に抑制される。

本実施形態によれば、調整部材である支持棒４５に加熱手段４７を設けるとともに、加熱手段４７を、焦点移動量を用いてフィードバック制御することにより、高い精度で焦点位置変動を抑制することができる。

なお上記実施形態では、陽極１０と外囲器３０とを単一の部材である支持棒４５で連結した場合を説明したが、第一実施形態における固定部４１、緩衝材４３及び支持部４２から構成される調整部材４０の、支持部４２をヒーター付き支持棒４５に置き換えてもよい。その場合にも同様の効果を得ることができ、さらに緩衝材４３によって、支持棒４５と陽極１０との接合部及び支持棒４５と外囲器３０内面との接合部に発生する応力を緩和することができる。

また図７では、ヒーター４７を焦点移動センサー２３０からの出力を用いてフィードバック制御する場合を説明したが、制御の手法は図７や図８の実施形態に限定されない。例えば、陽極１０の軸方向の移動量と支持棒４５の直交方向の移動量との関係を予め計測しておき、支持棒４５について所定の移動量となる温度範囲にヒーター４７を制御することも可能である。

一般的な固定陽極Ｘ線管装置（下記の陽極）について、３５０Ｗ入力時の焦点移動量をシミュレーションにより計算した（参考例）。
陽極−材料：銅、長さ：７０ｍｍ、直径：１５ｍｍ

またこのＸ線管装置の外囲器と陽極との間に支持棒（銀製、長さ：２２ｍｍ、直径：２ｍｍ）を配置した場合（実施例１）及び同様に支持棒内にヒーターを配置し、焦点位置に応じてヒーター（２５Ｗ）を駆動した場合（実施例２）について、それぞれ焦点移動量を計算した。結果を図９に示す。

図９の参考例に示すように、約１０００秒（約１７分）でほぼ温度は飽和し、焦点位置もほぼ安定するが、飽和するまでは焦点位置が大きく変動し、この間は安定した検査を行うことができない。これに対し、陽極よりも熱膨張率の大きい材料からなる支持棒を外囲器と陽極との間に配置した場合（実施例１）には、約２００秒（約３分）で焦点位置が安定した。また焦点移動量も参考例では飽和時に３５０μｍであったのに対し、３０μｍであり、大幅な抑制効果が確認された。なお焦点移動量の抑制効果３２０μｍのうち、３００μｍは、陽極１０の実質的な支持位置を、外囲器の端部から陽極のターゲット面近傍に移動したことによる効果、２０μｍは支持棒の熱膨張による効果である。さらに支持棒の温度をヒーターで制御した場合（実施例２）には、電力投入後から焦点移動量をほぼゼロ（５μｍ以下）に抑制することができた。

本発明によれば、固定陽極Ｘ線管装置における陽極熱膨張に起因する焦点移動の問題を解決し、電力投入直後から安定した強度分布のＸ線照射が実現できるＸ線管装置が提供される。

１０・・・陽極、１１・・・傾斜ターゲット面、１２・・・ターゲット、２０・・・陰極、３０・・・外囲器、３０ａ、３０ｂ・・・外囲器の端部、３０ｃ・・・円筒部、３３・・・Ｘ線照射窓、３７・・・蛇腹状の部材、４０・・・調整部材、４１・・・固定部、４２・・・支持部（可動要素）、４３・・・緩衝材、４５・・・支持棒（調整部材）、４７・・・ヒーター（加熱手段）、５０・・・タンク、１００、２００・・・Ｘ線管装置、２２０・・・制御回路。

Claims (12)

1. 電子線を発生する陰極と、前記陰極からの電子線を受けて電子線の進行方向と異なる方向にＸ線を放出する傾斜ターゲット面を有する陽極と、真空の内部空間を有し、当該内部空間に前記陰極及び前記陽極を対向配置して収納する外囲器と、前記陽極の熱膨張に伴って、前記電子線の進行方向と直交する方向における前記傾斜ターゲット面の位置を変化させる調整部材とを備えたことを特徴とするＸ線管装置。
2. 請求項１に記載のＸ線管装置において、
   前記外囲器はその端部において、前記電子線の進行方向と直交する方向における前記陽極の移動を許容する陽極支持構造を有することを特徴とするＸ線管装置。
3. 請求項２に記載のＸ線管装置であって、前記陽極支持構造は蛇腹状の部材を含むことを特徴とするＸ線管装置。
4. 請求項１または２に記載のＸ線管装置において、
   前記調整部材は、前記陽極の熱膨張に伴って熱膨張する可動要素を含むことを特徴とするＸ線管装置。
5. 請求項１または２に記載のＸ線管装置であって、前記調整部材は、前記外囲器の内面に固定された固定部と、前記陽極に固定され、前記陽極の熱膨張に伴って熱膨張する可動要素と、前記固定部と前記可動要素とを連結する緩衝材とを備えることを特徴とするＸ線管装置。
6. 請求項５に記載のＸ線管装置であって、前記固定部は、前記外囲器の内面に固定された端面と前記緩衝材が固定された端面との間の側面に凹凸構造が形成されていることを特徴とするＸ線管装置。
7. 請求項４又は５に記載のＸ線管装置であって、前記可動要素は、熱膨張率が前記陽極と同じかそれより高い材料から成ることを特徴とするＸ線管装置。
8. 請求項４又は５に記載のＸ線管装置であって、前記可動要素は、一端が前記陽極にろう付けされていることを特徴とするＸ線管装置。
9. 請求項４又は５記載のＸ線管装置であって、前記可動要素は、前記陽極に形成された孔に嵌合していることを特徴とするＸ線管装置。
10. 請求項１または２に記載のＸ線管装置であって、前記調整部材は、加熱手段を備えることを特徴とするＸ線管装置。
11. 請求項１０に記載のＸ線管装置であって、前記加熱手段を制御する制御部を備えることを特徴とするＸ線管装置。
12. 請求項１１に記載のＸ線管装置であって、前記制御部は、前記調整部材の温度を前記陽極の温度と等しくなるように前記加熱手段を制御することを特徴とするＸ線管装置。

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