JP2016029646A - 陽極及びこれを用いたｘ線発生管、ｘ線発生装置、ｘ線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】透過基板と支持部材とを接合材によって接合した透過型ターゲットを備えた陽極において、透過基板の支持部材への接合時やＸ線放出の際に線膨張率差による接合材のクラックの発生を防止する
【解決手段】ターゲット層９を支持する透過基板７と管状陽極部材６とを接合する接合材８の、中心軸Ｐに直交する半径方向の厚さを、管状陽極部材６の中心軸Ｐに沿った方向において変化させることによって、中心軸Ｐに沿った方向において接合材８の周方向の引張応力が軽減される領域を形成し、接合材８におけるクラックの発生を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線発生管に用いられる透過型ターゲットを備えた陽極に関し、さらには、前記陽極を備えたＸ線発生管、前記Ｘ線発生管を備えたＸ線発生装置、前記Ｘ線発生装置を備えたＸ線撮影システムに関する。

透過型ターゲットを備えた透過型Ｘ線発生管が公知である。透過型ターゲットは、電子線が入射される側とは反対側から放出されるＸ線を利用するものである。透過型Ｘ線発生管は、ターゲットをＸ線発生管の端窓として備える形態とすることが可能であり、広い放射角、高い放熱性、Ｘ線発生装置の小型化において有利な特徴を備えている。このような透過型Ｘ線発生管におけるターゲットは、周縁に配置された銀ろう等の接合材を介して管状陽極部材に気密接合されている。

特許文献１には、開孔径に分布を有する管状陽極部材と、前記管状陽極部材に保持された透過型ターゲットを備えた透過型Ｘ線発生管が開示されている。

このような、透過型のターゲットを端窓として備えたＸ線発生管において、Ｘ線発生動作を繰り返すことにより、所望の管電流が得られず、必要なＸ線出力を確保することが困難になる場合があった。安定したＸ線出力が得られる透過型Ｘ線発生管が求められていた。

特開２０１３−５１１５３号公報

しかしながら、Ｘ線発生管は、一般に、Ｘ線放出動作と停止とを繰り返すが、このＸ線発生管の動作−停止サイクルにおいて、透過基板と接合材との間で熱収縮量に差が生じる。そのため、透過基板に対して周状に接する接合材には周方向の引張応力が働く。かかる引張応力が接合材の引張強さに勝り、接合材にクラックが生じ、Ｘ線発生管に真空リークが生じる場合があった。

本発明の課題は、接合材を介して接合された透過型ターゲットと管状陽極部材とを備えた陽極において、Ｘ線発生管の動作−停止サイクルに伴う真空リークの発生を抑制させることにある。さらには、かかる信頼性の高い陽極を備え安定したＸ線出力が得られるＸ線発生管を提供すること、および、信頼性の高いＸ線発生装置、Ｘ線撮影システムを提供することにある。

本発明の第１の態様は、電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層で発生したＸ線を透過する透過基板と、を有する透過型ターゲットと、
管内周において前記透過基板を支持する管状陽極部材と、を備え、前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが接合材により接合された陽極であって、
前記接合材は、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向において厚さが変化していることを特徴とする。

本発明の第２の態様は、電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層で発生したＸ線を透過する透過基板と、を有する透過型ターゲットと、
管内周において前記透過基板を支持する管状陽極部材と、を備え、前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが接合材により接合された陽極であって、
前記接合材は、前記接合材の周方向の引張応力が軽減されるように、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向の少なくとも一方において圧縮応力成分を発生させる断面形状を有していることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、管状の絶縁管と、前記絶縁管の一端に取り付けられた陰極と、前記絶縁管の他端に取り付けられた陽極と、前記絶縁管内に配置され前記陰極に接続された電子放出源とを備えたＸ線発生管であって、
前記陽極が前記本発明の第１又は第２の態様の陽極であることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、Ｘ線発生装置であって、前記本発明の第３の態様のＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管の陰極と陽極とに管電圧を印加する駆動回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、Ｘ線撮影システムであって、前記本発明の第４の態様のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放出され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、
前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の陽極は、ターゲットの透過基板と管状陽極部材とを接合している接合材において、Ｘ線発生管の動作−停止サイクルにおいて発生する周方向の収縮応力が軽減される領域が存在し、クラックの発生が抑制される。よって、前記陽極を用いたＸ線発生管において、Ｘ線放出駆動による真空リークの発生が抑制され、信頼性の高いＸ線発生管が提供される。さらに、前記Ｘ線発生管を用いて信頼性の高いＸ線発生装置、Ｘ線撮影システムが提供される。

（ａ）は本発明のＸ線発生管の一実施形態の構成を模式的に示す図であり、断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ線発生管の陽極の部分拡大断面図である。 本発明の陽極の一実施形態における接合材内に発生する収縮応力を示す図であり、（ａ）は陽極の部分平面図、（ｂ）及び（ｃ）は管状陽極部材の中心軸に沿った部分断面図であり、図１（ｂ）の拡大図である。 （ａ）は本発明の陽極の接合材内における歪の大きさを示すための接合材の断面図であり、（ｂ）は接合材内に発生する収縮応力の緩和領域を示す断面図であり、いずれも管状陽極部材の中心軸に沿った断面図である。 本発明の陽極の他の実施形態の構成と収縮応力緩和効果とを模式的に示す断面図であり、管状陽極部材の中心軸に沿った断面図である。 本発明の陽極の他の実施形態の構成と収縮応力緩和効果とを模式的に示す断面図であり、管状陽極部材の中心軸に沿った断面図である。 本発明のＸ線発生装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 本発明のＸ線撮影システムの一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、前記技術分野の周知又は公知技術を適用する。

＜Ｘ線発生管＞
図１（ａ）は本発明のＸ線発生管の一実施形態の構成を模式的に示す図である。図１（ａ）に示されるように、本発明のＸ線発生管１０２は、管状の絶縁管３と、前記絶縁管３の一端に取り付けられた陰極２と、他端に取り付けられた陽極１と、前記絶縁管内に配置され陰極２に接続された電子放出源５とを備えている。

電子放出源５は電子放出部５ａを備えており、陽極１は、前記電子放出部５ａに対向する位置にターゲット１０を備えている。本発明においてターゲット１０は電子線１１の入射によりＸ線を発生するターゲット層９と、前記ターゲット層９で発生したＸ線を透過する透過基板７とを備えた透過型ターゲットである。陽極１は、さらに、管状で且つ管内周においてターゲット１０の透過基板７を支持する管状陽極部材６を備え、本例においては、前記管状陽極部材６は陽極板４を介して絶縁管３の他端に取り付けられている。管状陽極部材６と透過基板７とは接合材８を介して互いに接合されている。

係る構成において、陰極２と陽極１との間に管電圧が印加されると、電子放出部５ａから電子線１１が放出され、前記電子線１１がターゲット層９に入射し、Ｘ線１２を発生する。

尚、電子線１１に含まれる電子は、電子放出源５とターゲット１０との間の電界により、Ｘ線１２を発生させるのに必要な入射エネルギーに加速される。係る加速電界は、後述する駆動回路から出力される管電圧Ｖａにより、陰極電位を電子放出源５に、陽極電位をターゲット１０に、それぞれ電位規定することによりＸ線発生管１０２内の密閉空間に形成される。

本発明のＸ線発生管１０２は、陰極電位に規定される電子放出源５と、陽極電位に規定されるターゲット１０との間の電気的な絶縁を図る目的で設けられる絶縁管３によって胴部が構成されている。絶縁管３は、ガラス材料やセラミクス材料等の絶縁性材料で構成され、電子放出源５とターゲット層９との間隔を規定する機能を持たせることも可能である。

Ｘ線発生管１０２内は、電子放出源５を機能させるために減圧されている。Ｘ線発生管１０２の内部の真空度は、１０^-8Ｐａ以上１０^-4Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源５の寿命の観点からは、１０^-8Ｐａ以上１０^-6Ｐａ以下であることがより一層好ましい。Ｘ線発生管１０２は、真空容器として、かかる真空度を維持するための気密性と耐大気圧強度とを備えることが好ましい。Ｘ線発生管１０２内部の減圧は、不図示の排気管を介して不図示の真空ポンプで真空排気した後、係る排気管を封止する方法をとることが可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部には、真空度の維持を目的として、不図示のゲッターを配置しても良い。

電子放出源５は、ターゲット１０が備えるターゲット層９に対向して設けられている。電子放出源５としては、例えばタングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、カーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源５は、電子線１１のビーム径及び電子電流密度、オンオフ制御を目的として、不図示のグリッド電極、静電レンズ電極を備えることが可能である。

＜陽極＞
図１（ｂ）は、図１（ａ）の陽極１の部分拡大断面図である。係る陽極１は、本発明の陽極の一実施形態である。本発明の陽極において、ターゲット１０は、前記ターゲット１０の支持部材である管状陽極部材６の管内周が、ターゲット１０が備える透過基板７の側面に接合材８を介して接合されることにより支持されている。

本発明に係るターゲット１０は透過基板７とターゲット層９とを備えた透過型ターゲットである。ターゲット層９は、含有するターゲット層材料とその層厚とを、管電圧Ｖａと共に適宜選択することにより、必要な線種を放出するＸ線発生層となる。ターゲット層材料としては、例えば、モリブデン、タンタル、タングステン等の原子番号４０以上の高い原子番号の金属材料を含有することが可能である。ターゲット層９は、透過基板７上に、蒸着法、スパッタ法等の任意の成膜方法により形成することが可能である。

透過基板７は、ベリリウム、天然ダイアモンド、人工ダイアモンド等のＸ線透過性が高く、耐熱性の高い材料で構成される。このうち、放熱性、再現性、均質性、コスト等の観点から、高温高圧合成法、化学的気相成長法で形成された人工ダイアモンドとすることが好ましい。透過基板７は、ターゲット層９で発生したＸ線をＸ線発生管１０２の外に取り出すための透過窓の役割を担うとともに、他の部材と共に真空容器を構成する部材としての役割も有している。

透過基板７は、直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のディスク状が好ましく、必要な焦点径を形成可能なターゲット層９を設けることが可能である。また、透過基板７を直方体形状とする場合には、前述の直径の範囲を、直方体が有する面の短辺と長辺のそれぞれの長さに置き換えればよい。さらに、厚さ０．３ｍｍ以上４．０ｍｍ以下とすることがより好ましく、大気圧に対する強度を保ちつつ、Ｘ線１２の透過性を確保することが可能となる。

管状陽極部材６は、ターゲット層９の陽極電位を規定する機能を有するとともに、ターゲット１０を支持する機能を備える。管状陽極部材６は、不図示の電極により、ターゲット１０に電気的に接続される。また、管状陽極部材６とターゲット１０の透過基板７とは、接合材８を介して接合される。

接合材８は、銀ろう、金ろう、銅ろうをはじめとする各種ろう材や、半田等により接合することが可能である。この中でも銀ろうは、真空容器を高温で焼成しても再溶融することがない程度にろう付け温度が高く、かつ、その中でも比較的低温でのろう付けが可能であるため好ましい。

また、管状陽極部材６は、高比重の材料から構成することによりＸ線遮蔽機能を持たせることが可能である。管状陽極部材６を構成する材料としては、質量減弱係数μ／ρ［ｍ²／ｋｇ］と密度［ｋｇ／ｍ³］との積が大であることが、管状陽極部材６の小型化の点で好ましい。さらに、管状陽極部材６を構成する材料としては、ターゲット層９から発生するＸ線１２の線質に基づいて、固有の吸収端エネルギーを有する金属元素を適宜選択することが、より一層の小型化の点で好ましい。管状陽極部材６は、銅、銀、モリブデン、タンタル、タングステン等からなる一種或いは二種以上の合金で構成することが可能であり、ターゲット層９が含有するターゲット金属と同じ金属元素を含有することも可能である。

管状陽極部材６は、ターゲット１０を囲む管状とすることにより、ターゲット層９から放出されたＸ線１２の放出角の範囲を規定する前方遮蔽体としての機能を備える。好ましくは円管状である。さらに、管状陽極部材６は、ターゲット層９から電子放出源５の方向に向けて、後方散乱した不図示の反射電子又は不図示の後方散乱Ｘ線の到達する範囲を制限する後方遮蔽体としての機能を有する。

〔第１の実施形態〕
本発明の陽極１の第１の実施形態について説明する。本例は、管状陽極部材６が円管状で、ターゲット９の透過基板７が、平面形状が管状陽極部材６の内周と同心円であるディスク状とした例である。図１（ｂ）に示すように、本発明の陽極は、管状の管状陽極部材６の中心軸Ｐ（以下、「中心軸Ｐ」と記す）に沿った方向において接合材８の厚さが変化していることにある。尚、本発明において、接合材８の厚さとは、管状陽極部材６の中心軸Ｐに直交する方向、即ち本例では管状陽極部材６の半径方向の接合材８の幅であり、図１（ｂ）においては紙面左右方向の幅である。尚、接合材８の厚さは、中心軸Ｐを中心とする周方向においては均一である。

また、管状陽極部材６が環状の接合材８を介して透過基板７と接合されている。接合材８は、管状陽極部材６の管軸の周りを囲むように管軸に沿って延在している。本願発明の作用機序は、管軸沿いに圧縮応力成分を局所的に形成することにより、管軸を囲む環状の接合材８に沿って生じる引っ張り応力を軽減することにある。

本願明細書において、管状陽極部材６の中心軸Ｐは、管状陽極部材６の管軸の一であるとも言える。

本発明においては、接合材８の厚さを変化させるため、接合面となる透過基板７の側面７ａ又は管状陽極部材６の内周面６ａのいずれかを中心軸Ｐに対して傾斜させる。図１（ｂ）は透過基板７の側面７ａを傾斜させた例であり、中心軸Ｐに沿ってターゲット層９から透過基板７に向かう方向において接合材８の厚さが減少している例である。また、図１（ｂ）は中心軸Ｐに直交する方向の透過基板７の断面積が、中心軸Ｐに沿ってターゲット層９から透過基板７に向かう方向において広がる形態である。

本発明においては、中心軸Ｐに沿った方向において接合材８の厚さ分布を形成したことにより、透過基板７と管状陽極部材６との接合時やＸ線放出時における接合材８のクラックの発生が抑制される。この作用機序を図２乃至図３を用いて説明する。

図２は、高温になった接合材８が冷却されたときに前記接合材８に発生する引張応力を示す模式図であり、（ａ）は図１（ｂ）を紙面上方から見た時の部分平面図であり、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）の拡大図である。図２において、中心軸Ｐに沿った方向をｚ方向、中心軸Ｐを中心とする円に沿う周方向をθ方向、中心軸Ｐから放射状に延びる半径方向をＲ方向とする。

図２（ａ）に示すように、高温の接合材８の温度が低下すると、透過基板７と接合材８との線膨張率が透過基板７＜接合材８の関係にあるため、その差によって接合材８にθ方向に引張応力２１が働く。この引張応力２１が、接合材８に対して全周に亘って働くことにより、接合材８に発生するクラックの原因となっているものと推定される。

図２（ｂ）に示すように、Ｒ方向についても、接合材８には引張応力２２が働き、接合材８内に歪が生じる。透過基板７及び管状陽極部材６は接合材８よりも線膨張率が小さいために、接合材８はＲ方向において収縮できず、よって引張応力２２を低減することはできない。

また、ｚ方向においても、図２（ｃ）に示すように、引張応力２３が働くが、接合材８はｚ方向の両端が開放されており、透過基板７及び管状陽極部材６によって拘束されていないため、ｚ方向において収縮することができる。接合材８の収縮は、図３（ａ）に示すように、歪３１が０となる面２５を折り返し地点として生じ、係る面２５から離れるに従って歪３１が大きくなる。従って、接合材８のｚ方向の収縮後の両端は、図３（ａ）に３２ａ、３２ｂで示すように内側に引き込まれた曲面となる。

ｚ方向において接合材８が収縮することによって、ポアソン比に応じてθ方向の引張応力を緩和することになる。応力σは、接合材８のヤング率Ｅ（Ｐａ）及び歪率εの積で表され、σ＝Ｅεであるから、歪の大きい接合材８のｚ方向の両端で前記応力σの緩和量が大きくなり、θ方向の引張応力が軽減される。ここで、本発明では、接合材８がｚ方向において厚さ分布を有するため、ｚ方向において収縮による応力σの緩和量に違いを生じる。

ｚ方向において歪が０となる面２５は、接合材８が透過基板７の側面７ａ及び管状陽極部材６の内周面６ａに拘束されている接合領域の長さと、拘束されていない開放領域の長さとによって決定される。即ち、図２（ｃ）に示される、中心軸Ｐを含む仮想平面において、ｚ方向において歪が０となる面２５を挟んで一方の側の接合領域の長さと開放領域の長さとの差が、他方の側の接合領域の長さと開放領域の長さとの差と一致する地点が、歪が０となる面２５となる。図２（ｃ）の場合は、ａ＋ｃ−ｅ＝ｂ＋ｄ−ｆ、且つａ／ｂ＝ｃ／ｄである。よって、本発明においては、接合材８の厚さがより厚い側において歪が大きくなり、収縮による圧縮応力σも大きくなって、θ方向の引張応力がより大きく軽減される。図３においては破線で囲まれた領域３３がθ方向の引張応力がより大きく軽減される領域である。

すなわち、接合材８は、接合材８の周方向の引張応力２１が軽減されるように、管状陽極部材６の管軸に沿った方向の少なくとも一方において圧縮応力成分を発生させる断面形状（例えば、他の断面とは面積が異なる断面形状）を有している。

なお、管状陽極部材６の管軸に沿った方向において、本実施形態の接合材８の両端面は、他の部材とは接していない構成、あるいは線膨張率が接合材８よりも大きい他の部材と接している構成をとる。

本発明においては、ｚ方向において接合材８にθ方向の引張応力が大きく軽減される領域を形成することにより、係る領域で接合材８のクラックの発生を抑制することができる。

さらに、図３（ｂ）に示すように、本例においては、接合面である透過基板７の側面７ａが傾斜していることにより、接合材８が収縮しようとする力によって、前記側面７ａには前記側面７ａの法線方向に沿った矢印３４で示される力が働く。係る力は側面７ａをＲ方向に沿った矢印３４ａで示される方向と、ｚ方向に沿った矢印３３ｂで示される方向とに分けられる。矢印３４ｂ方向は、透過基板７が変形の自由度を有する方向であるから、係る方向に変形することによって、接合材８内のθ方向の引張応力はさらに軽減されることになる。

また、本発明の陽極１がＸ線発生管１０２に取り付けられた際には、ターゲット層９がＸ線発生管１０２内に向く。Ｘ線発生管１０２内は減圧されており、外部は後述するように絶縁性流体を充填した状態となるため、Ｘ線発生管１０２内よりも圧力が高くなる。そのため、Ｘ線発生管１０２内外の圧力差によって、透過基板７には図３（ｂ）の矢印３４ｂの方向に力が働くため、さらに接合材８を圧縮する力が働き、結果として接合材８内のθ方向の引張応力はさらに軽減されることになる。

本発明において、接合材８に働くθ方向の引張応力の緩和作用は、Ｘ線発生管１０２の内部側でより大きく作用されることが好ましい。従って、接合材８の厚さ分布は、ｚ方向においてターゲット層９から透過基板７に向かって厚さが減少するように形成することが好ましい。

接合材８の厚さ分布が、図１乃至図３に示した実施形態のように、ｚ方向においてターゲット層９から透過基板７に向かって厚さが減少するような形態としては、管状陽極部材６の内周面６ａを傾斜させることでも実施できる。図４はその一実施形態の断面図である。本例においても、図１乃至図３の例と同様に、接合材８の厚さが厚い側にθ方向の引張応力がより大きく緩和される領域３６が形成される。本例においても、接合材８の収縮により管状陽極部材６の内周面６ａを、前記内周面６ａの法線方向に沿った矢印３５で示される力が働き、前記力の向きは矢印３５ａと矢印３５ｂとに分けられる。しかしながら、矢印３５ｂの向きの力が管状陽極部材６に働いても、管状陽極部材６は接合材８を圧縮する方向には動かないため、図３（ｂ）で示したような、透過基板７が接合材８を圧縮する作用は得られない。また、透過基板７の側面７ａが中心軸Ｐに平行であるため、Ｘ線発生管１０２内外の圧力差によって透過基板７が接合材８を圧縮する作用も得られない。

しかしながら、図４の例の場合、透過基板７と管状陽極部材６とで接合面の長さの違いによる効果が得られる。図４に示されるように、本例では中心軸Ｐを含む仮想平面において、透過基板７の側面７ａの長さｇが、管状陽極部材６の接合材８との接合領域の長さｈよりも短い。透過基板７，管状陽極部材６，接合材８の一般的な材料を用いた組み合わせでは、線膨張率は透過基板７＜管状陽極部材６＜接合材８の関係を満たし、透過基板７の接合領域での線膨張率の差よりも管状陽極部材６の接合領域での線膨張率の差が小さい。図４の例では、線膨張率の差に起因する接合材８の剥がれやクラックの発生といった損傷が出やすい側の透過基板７の接合領域の方が管状陽極部材６の接合領域よりも短くなっているため、逆の場合よりも接合材８の損傷が出にくくなっている。

本発明において、係る効果を得るための材料の組み合わせとしては、透過基板７がダイアモンドであり、管状陽極部材６がタングステン或いは銅であり、接合材８がろう材である。

本発明においては、接合材８のθ方向の引張応力がより大きく軽減される領域３３，３６は、Ｘ線発生管１０２内に近い側に設けることが、Ｘ線発生管１０２の信頼性を高める上で好ましい。よって、接合材８は、管状陽極部材６の中心軸Ｐに沿った方向で、ターゲット層９から透過基板７に向かう方向において厚さが減少することが好ましい。

また、本例において、接合材８の最薄部の厚さｔｍｉｎに対する最厚部ｔｍａｘの比ｔｍａｘ／ｔｍｉｎは、製造効率や効果を鑑みて、１．０５以上１．９０以下が好ましく、より好ましくは１．２０以上１．７０以下である。図１乃至図３に示した形態では、図２（ｃ）に示したｅがｔｍｉｎ、ｆがｔｍａｘである。

〔第２の実施形態〕
図５は、本発明の陽極の好ましい他の実施形態の構成を模式的に示す部分断面図である。本実施形態では、透過基板７は、ターゲット層８を支持する支持面７ｂを有している。また、管状陽極部材６は、透過基板７を支持する管内周を有している。さらに、本実施形態の管状陽極部材６は、かかる管内周より管径方向において内側に突出する環状突出部４１を有している点において、図１乃至図３に記載の第１の実施形態と相違する。環状突出部４１は、支持面７ｂの周縁に対向する座面４１ａを有している。接合材８は、側面７ａと管内周６ａとの間の管軸方向に延びる管軸方向間隙から、支持面７ｂと座面４１ａとの間の管径方向に延びる管径方向間隙（領域４３）にまで延在している。なお、本例においては、管状陽極部材６が円管状であるから、環状突出部４１の内径は、管内周の内径よりも小さい形態となっている。

図３を用いて説明したように、透過基板７の傾斜した側面７ａに対しては、収縮過程にある接合材８によって前記側面７ａの法線方向に沿った矢印４４で示される力が働き、矢印４４ｂで示される力が透過基板７に働く。なお、図３（ｂ）と同様に、矢印４４は水平方向の力成分である矢印４４ａと垂直方向の力成分である４４ｂとの合力を示す。接合材８が収縮する過程において、透過基板７がターゲット層９の側に押され、透過基板７の支持面７ｂが座面４１ａとの間で接合材８を押しつける。ここで、支持面７ｂによって押しつけられた接合材８によって、接合材８のポワソン比に応じて圧縮応力がθ方向に働き、領域４３において、θ方向に生じていた引張応力が軽減される。

また、図５の例では、図３（ｂ）で説明した、Ｘ線発生管１０２内外の圧力差によるθ方向の引張応力緩和作用も得られる。また、図４の例と同様に、透過基板７の接合領域の長さ（ｇ１＋ｇ２）よりも、管状陽極部材６の接合領域の長さ（ｈ１＋ｈ２）の方が長く、線膨張率が透過基板７＜管状陽極部材６＜接合材８の関係を満たす組み合わせにおいて、接合材８の損傷をより低くすることができる。

本例では、接合材８のθ方向の引張応力がより大きく軽減される領域４３が、Ｘ線発生管１０２内に近い側に形成されるため、Ｘ線発生管１０２の信頼性をより高めることができる。

本例においても、透過基板７の側面７ａと管状陽極部材６の内周面６ａとが対向する領域において、接合材８の最薄部の厚さｔｍｉｎに対する最厚部ｔｍａｘの比ｔｍａｘ／ｔｍｉｎは、製造効率や効果を鑑みて、１．０５以上１．９０以下が好ましい。より好ましくは１．２０以上１．７０以下である。

上記第１及び第２の実施形態において、管状陽極部材６は周方向においてより連続性が高い円管状として示したが、本発明において管状陽極部材６は円管状に限定されず、不図示の多角形状の開孔断面を有する形態も本発明に含まれる。本発明において、管状陽極部材を円管状とした場合には、接合材の管軸方向に沿った厚さ分布による引張応力の低減効果を、周方向全体に亘りもたらすことが可能となるため好ましい。

＜Ｘ線発生装置＞
図６は、本発明のＸ線発生装置の一実施形態の構成を示す断面模式図である。本発明のＸ線発生装置１０１は、本発明の陽極１を用いたＸ線発生管１０２と、前記Ｘ線発生管１０２の陰極２と陽極１とに管電圧を印加する駆動回路１０３と、を備えたことを特徴とする。

本例では、Ｘ線透過窓１２１を有する収納容器１２０内に、Ｘ線源である本発明のＸ線発生管１０２、及びＸ線発生管１０２の陰極２と陽極１との間に印加される管電圧を出力する駆動回路１０３を有している。

Ｘ線発生管１０２及び駆動回路１０３を内蔵する収納容器１２０は、容器としての十分な強度を有し、且つ放熱性に優れたものが望ましく、その構成材料としては、真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が好適に用いられる。

本例においては、収納容器１２０内の内部のＸ線発生管１０２と駆動回路１０３以外の余空間は、絶縁性流体１０９で満たされている。絶縁性流体１０９は、液体でも気体でも良く、電気絶縁性を有し、収納容器１２０の内部の電気的絶縁性を維持する役割と、Ｘ線発生管１０２の冷却媒体としての役割とを有する。絶縁性液体の場合には、鉱油、シリコーン油、パーフルオロ系オイル等の電気絶縁油を用いるのが好ましい。

＜Ｘ線撮影システム＞
図７は、本発明のＸ線撮影システムの一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。

システム制御装置２０２は、Ｘ線発生装置１０１と関連するその他の装置を連携制御する。駆動回路１０３は、システム制御装置２０２による制御の下に、Ｘ線発生管１０２に各種の制御信号を出力する。制御信号により、Ｘ線発生装置１０１から放出されるＸ線１２の放出状態が制御される。Ｘ線発生装置１０１から放出されたＸ線１２は、被検体２０４を透過してＸ線検出装置２０６で検出される。Ｘ線検出装置２０６は、検出したＸ線１２を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。信号処理部２０５は、システム制御装置２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置２０２に出力する。システム制御装置２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるために表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像をスクリーンに表示する。

１：陽極、２：陰極、３：絶縁管、５：電子放出源、５ａ：電子放出部、６：管状陽極部材、６ａ：管状陽極部材の内周面、７：透過基板、７ａ：透過基板の側面、７ｂ：透過基板の支持面、８：接合材、９：ターゲット層、１０：透過型ターゲット、１１：電子線、１２：Ｘ線、４１：環状突出部、４１ａ：座面、１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線発生管、１０３：駆動回路、２０２：システム制御装置、２０４：被検体、２０６：Ｘ線検出装置

Claims (19)

1. 電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層で発生したＸ線を透過する透過基板と、を有する透過型ターゲットと、
   管内周において前記透過基板を支持する管状陽極部材と、を備え、前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが接合材により接合された陽極であって、
   前記接合材は、前記管状陽極部材の中心軸に沿った方向において厚さが変化していることを特徴とする陽極。
2. 前記接合材は、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向であって、前記ターゲット層から前記透過基板に向かう方向において厚さが減少することを特徴とする請求項１に記載の陽極。
3. 前記透過基板は、前記ターゲット層を支持する支持面を有し、
   前記管状陽極部材が、前記透過基板を支持する管内周から内側に突出する環状突出部を備え、
   前記突出部は、前記支持面の周縁と対向する座面を有し、
   前記側面と前記管内周との間の管軸方向間隙から前記座面と前記支持面との間の管径方向間隙まで前記接合材が延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の陽極。
4. 前記接合材は、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向であって、前記ターゲット層から前記透過基板に向かう方向において、厚さが減少し、
   前記透過基板は、前記管状陽極部材の管軸に直交する断面積が、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向であって前記ターゲット層から前記透過基板に向かう方向において、増加していることを特徴とする請求項１又は３に記載の陽極。
5. 前記透過基板と管状陽極部材と接合材のそれぞれの線膨張率が、透過基板＜管状陽極部材＜接合材の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の陽極。
6. 前記管状陽極部材の管軸を含む仮想平面において、前記透過基板と前記接合材との接合領域の長さが、前記管状陽極部材と前記接合材との接合領域の長さよりも短いことを特徴とする請求項５に記載の陽極。
7. 前記接合材がろう材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の陽極。
8. 前記透過基板がダイアモンドであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の陽極。
9. 前記管状陽極部材がタングステン又は銅であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の陽極。
10. 前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが対向する領域に配置された接合材において、最薄部の厚さｔｍｉｎに対する最厚部ｔｍａｘの比ｔｍａｘ／ｔｍｉｎが１．０５以上１．９０以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の陽極。
11. 前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが対向する領域に配置された接合材において、最薄部の厚さｔｍｉｎに対する最厚部ｔｍａｘの比ｔｍａｘ／ｔｍｉｎが１．２０以上１．７０以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の陽極。
12. 前記管状陽極部材が円管状であり、前記透過基板がディスク状であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の陽極。
13. 管状の絶縁管と、前記絶縁管の一端に取り付けられた陰極と、前記絶縁管の他端に取り付けられた陽極と、前記絶縁管内に配置され前記陰極に接続された電子放出源とを備えたＸ線発生管であって、
    前記陽極が請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の陽極であることを特徴とするＸ線発生管。
14. 請求項１３に記載のＸ線発生管と、
    前記Ｘ線発生管の陰極と陽極とに管電圧を印加する駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
15. 請求項１４に記載のＸ線発生装置と、
    前記Ｘ線発生装置から放出され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と
    前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御するシステム制御装置と、を備えたことを特徴とするＸ線撮影システム。
16. 電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層で発生したＸ線を透過する透過基板と、を有する透過型ターゲットと、
    管内周において前記透過基板を支持する管状陽極部材と、を備え、前記透過基板の側面と前記管状陽極部材の管内周とが接合材により接合された陽極であって、
    前記接合材は、前記接合材の周方向の引張応力が軽減されるように、前記管状陽極部材の管軸に沿った方向の少なくとも一方において圧縮応力成分を発生させる断面形状を有していることを特徴とする陽極。
17. 管状の絶縁管と、前記絶縁管の一端に取り付けられた陰極と、前記絶縁管の他端に取り付けられた陽極と、前記絶縁管内に配置され前記陰極に接続された電子放出源と、を備えたＸ線発生管であって、
    前記陽極が請求項１６に記載の陽極であることを特徴とするＸ線発生管。
18. 請求項１７に記載のＸ線発生管と、
    前記Ｘ線発生管の陰極と陽極とに管電圧を印加する駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
19. 請求項１８に記載のＸ線発生装置と、
    前記Ｘ線発生装置から放出され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、
    前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御するシステム制御装置と、を備えたことを特徴とするＸ線撮影システム。

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