JP2019009141A - Ｘ線発生管、ｘ線発生装置及びｘ線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子の照射によりＸ線を発生するターゲット９及びターゲット９に電気的に接続された陽極部材４３を有する陽極５２と、電子放出部２からターゲット９に電子線を照射する電子放出源３及び電子放出源３に電気的に接続された陰極部材４１を有する陰極５１と、陽極部材４３と陰極部材４１との間において陽極部材４３と陰極部材４１のそれぞれと気密接合される絶縁管１１０とを備えたＸ線発生管１０２において、絶縁管１１０の内面の帯電を、導電膜を用いて確実に防止できるようにする。【解決手段】絶縁管１１０の内周面に内周導電膜１１２を設け、一端側の絶縁管１１０の端面上に端面導電膜１１３を配置し、端面導電膜１１３を介して内周導電膜１１２と陽極部材４３とを電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば医療機器、非破壊検査装置等に適用可能なＸ線を発生するＸ線発生管、それを用いたＸ線発生装置及びＸ線撮影システムに関する。

Ｘ線発生管では、真空容器の中で高電圧を印加し、電子源から電子線を放出させ、タングステン等の原子番号が大きい金属材料で構成されるターゲットに電子を衝突させることによりＸ線を発生させている。

電子源を含む陰極と、ターゲットを含む陽極との間に印加される電圧は、Ｘ線の使用用途によって異なるものの、概ね１０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度である。真空容器は、内部を真空に保つと共に、陰極と陽極の間を電気的に絶縁するために、ガラスやセラミックス材料等の絶縁材料で構成された絶縁管によって胴部が構成されている。

Ｘ線発生管を駆動して電子源から電子を放出させると、Ｘ線発生管内で散乱電子や二次電子が生じ、それらが絶縁管の内面に捕捉されて帯電してしまう場合がある。絶縁管の内面が帯電すると、その電場により電子線の軌道が乱れて電子線の照射位置や焦点径が変化し、放射するＸ線の焦点位置や線量が変動することがあった。また、散乱電子や二次電子の照射位置の分布によって、絶縁管の内面での帯電位置や帯電量のばらつきが生じ、絶縁管の内面で電位差が発生して放電に至り、絶縁管が損傷することがあった。

従来、絶縁管の内周に微細金属粒子群と釉薬とからなる導電膜を形成し、電荷が蓄積するのを防止する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開昭５８−４４６６２号公報

しかしながら、特許文献１では低導電膜と電極との接続に特段の配慮はなされていない。このため、低導電膜と電極との接続が不十分になることで散乱電子や二次電子を逃がすことができず、導電膜自体が帯電状態になることで電子線の軌道が乱れ、Ｘ線の出力が変動するおそれがあった。

本発明は、絶縁管の内面の帯電を、導電膜を用いて確実に防止できるようにすることを目的とする。

本発明の第１は、上記目的を達成するために、電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと前記ターゲットに電気的に接続され該ターゲットを保持する陽極部材とを有する陽極と、電子放出部から前記ターゲットに電子線を照射する電子放出源と前記電子放出源に電気的に接続された陰極部材とを有する陰極と、前記陽極部材と前記陰極部材との間において前記陽極部材と前記陰極部材のそれぞれと気密接合される絶縁管と、を備えるＸ線発生管であって、
前記陽極は、前記絶縁管の内周面において前記陰極から離間して位置する内周導電膜と、前記絶縁管の管軸方向の一端に配置された端面導電膜と、をさらに有し、
前記内周導電膜は、前記端面導電膜を介して前記陽極部材に電気的に接続されていることを特徴とするＸ線発生管を提供するものである。

本発明の第２は、上記本発明の第１に係るＸ線発生管と、前記陽極と前記陰極との間に管電圧を印加する駆動回路とを備えていることを特徴とするＸ線発生装置を提供するものである。

本発明の第３は、上記本発明の第２に係るＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置かから発生し検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを統合して制御するシステム制御部とを有することを特徴とするＸ線撮影システムを提供するものである。

本発明によれば、絶縁管の一端側の端面と陽極部材との間に狭持されて陽極部材に電気的に接続された端面導電膜を介して内周導電膜と陽極部材との電気的接続がなされている。このため、内周導電膜と陽極部材との電気的接続の信頼性を向上させることができ、絶縁管の内面の帯電を確実に防止することで、Ｘ線の出力変動が抑制されたＸ線発生管を提供することができる。また、Ｘ線の出力変動が抑制された信頼性の高いＸ線発生管を備えたＸ線発生装置及びＸ線撮影システムを提供することが可能となる。

本発明に係るＸ線発生管の一例についての説明図で、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は絶縁管と陽極部材の環状外周部付近の拡大断面図、（ｃ）は絶縁管端面の平面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ絶縁管と陽極部材の環状外周部付近の構造の他の例を示す拡大断面図である。 本発明に係るＸ線発生装置の一例を示す概略構成図である。 本発明のＸ線撮影システムの一例を示す概略構成図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、この発明の範囲を限定する趣旨のものではない。なお、以下に説明する図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

＜Ｘ線発生管＞
図１（ａ）には、電子放出源３とターゲット９とを備えた透過型のＸ線発生管１０２の概略構成が示されている。

Ｘ線発生管１０２の外囲器１１１は、真空度を維持するための気密性と大気圧に耐える堅牢性とを備える部材から構成されることが好ましい。本例の外囲器１１１は、絶縁管１１０と、電子銃等の電子放出源３を備えた陰極５１と、ターゲット保持部４３ａに保持されたターゲット９及び陽極部材４３を備えた陽極５２とから構成されている。陰極５１及び陽極５２は、絶縁管１１０の一端側に陽極部材４３が接合され、他端側に陰極部材４１が接合されていることにより、外囲器１１１の一部分を構成している。また、ターゲット９は、その構成部材である透過基板２１が、ターゲット層２２への電子線の照射により発生したＸ線束１１をＸ線発生管１０２の外に取り出す透過窓の役割を担うとともに、外囲器１１１の一部分を構成している。絶縁管１１０と接合されている陰極部材４１及び陽極部材４３は、絶縁管１１０と線膨張係数が近い金属材料で構成されていることが好ましい。例えば、コバール（ＣＲＳ Ｈｏｌｄｉｎｇｓの米国登録商標）、モネル（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの米国登録商標）等の材料が用いられる。なお、絶縁管１１０及び絶縁管１１０と陽極部材４３の接合については後で詳述する。

Ｘ線発生管１０２は、電子放出源３が備える電子放出部２から放出された電子線束５をターゲット９のターゲット層２２に照射することによりＸ線束１１を発生させるように構成されている。ターゲット層２２のＸ線が発生する領域１１ａを、Ｘ線束１１の焦点と呼ぶ。ターゲット層２２は、Ｘ線を透過する透過基板２１の電子放出源３側に配置され、電子放出源３の電子放出部２はターゲット２２に対向して配置されている。ターゲット層２２としては、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、等が用いられる。

本例の陽極５２は、電子の照射によりＸ線を発生するターゲット９と、ターゲット９の陽極電位を規定する陽極部材４３とを備えている。陽極部材４３は、ターゲット９を保持するターゲット保持部４３ａと、絶縁管１１０との接合面積を確保する目的において設けられた環状外周部４３ｂとを備えている。陽極５２に含まれる陽極部材４３は、コバール、タングステン、モリブデン、ステンレス等の金属が選ばれる。絶縁管１１０との線膨張係数を整合する観点においては、コバール、モネル等が選択される。

環状外周部４３ｂは、ターゲット保持部４３ａから陰極５１に向かって延びるスリーブ状の形状をなしている。また、環状外周部４３ｂは、陽極５２のうち陰極側の陽極電位を規定している。従って、環状外周部４３ｂの陰極５１側の端部のターゲット保持部４３ａからの距離は、周方向において一定であることが陽極側の電位分布の面内対称性の観点から好ましい。電位分布の面内対称性とは、陽極部材４２に平行な面内おける電位分布が管周方向に連続であって、管周方向おいて局所的に高電界な領域が無いことを意味する。

ターゲット保持部４３ａは、ターゲット９と接合され、ターゲット９を保持する役割を担っている。また、ターゲット保持部４３ａは、貫通孔４２を有しており、ターゲット９はこの貫通孔４２の途中に、貫通孔４２を閉鎖する状態で保持されている。少なくとも、ターゲット保持部４３ａの、ターゲット９より外囲器１１１の外側方向に延出した部分を、タングステン、タンタル等の重金属又は重金属を含有した材料で構成しておくことで、Ｘ線束１１の放出角を制限するコリメータとして機能させることができる。ターゲット保持部４３ａと環状外周部４３ｂは、継ぎ目のない一連一体の部材として構成しても良いし、別々に形成した後に接合して一体化した構成としても良い。

電子放出源３は、電子放出部２からターゲット９へ電子線を照射するもので、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３は、電子線束５のビーム径、電子電流密度、オン・オフタイミング等の制御を目的として、不図示のグリッド電極、静電レンズを備えたものとすることができる。電子線束５に含まれる電子は、陰極５１と陽極５２とに挟まれたＸ線発生管１０２の内部空間１３に形成された加速電界により、ターゲット層２２でＸ線を発生させるために必要なエネルギーまで加速される。

Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、電子線束５の平均自由工程を確保することを目的として、真空となっている。内部空間１３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３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好ましい。Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、不図示の排気管及び真空ポンプを用いて真空排気した後、かかる排気管を封止することにより、真空とすることが可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３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。

Ｘ線発生管１０２は、陰極電位に規定される電子放出源３と、陽極電位に規定されるターゲット層２２との間の電気的絶縁を図る目的で、胴部に絶縁管１１０を備えている。絶縁管１１０は、ガラス材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成されている。絶縁管１１０は、電子放出部２とターゲット層２２との間隔を規定する機能を有する形態としても良い。

次に、絶縁管１１０の構造及び絶縁管１１０と陽極５２の接合構造並びにこれらの形成方法について説明する。

図１（ｂ）及び（ｃ）に示されているように、絶縁管１１０の内周面には、陰極５１から離間して位置する内周導電膜１１２が形成されている。この内周導電膜１１２は、ターゲット保持部４３ａ側の内周導電膜１１２の端部から絶縁管１１０のターゲット保持部４３ａ側の端面上に延出した端面導電膜１１３を介して陽極部材４３と接続されている。端面導電膜１１３は、絶縁管１１０のターゲット保持部４３ａ側の端面とターゲット保持部４３ａの間に狭持されて、陽極部材４３に電気的に接続されている。従って、Ｘ線発生管１０２のアノードとして考えると、内周導電膜１１２、端面導電膜１１３は、陽極５２に含まれるとも言える。

内周導電膜１１２としては、例えば銀、銅、錫、金、亜鉛、チタン、モリブデン、マンガン、クロム、アルミニウム、マグネシウム等の金属膜、これらの金属を含む導電膜、金属酸化膜等が適用できる。材料の選択は、絶縁管１１０の内表面との密着性を考慮して行うことができる。内周導電膜１１２は、導電性物質と有機溶剤、バインダー等を混合したペーストを作成して塗布する方法、蒸着やスパッタ等の任意の成膜方法等により形成することができる。

内周導電膜１１２の膜厚は、１００ｎｍ〜５００μｍとし、十分な導電性を有し、内周導電膜１１２の形成範囲で絶縁管１１０の内表面が露出しないよう、管周方向及び長さ方向に連続した膜とすることが好ましい。図１（ａ）に示されるように、内周導電膜１１２は、絶縁管１１０のターゲット保持部４３ａの側の端部から長さ方向の中間部に亘って設けられていることが好ましい。特に内周導電膜１１２の陰極部材４１側の端部は、絶縁管１１０の管軸方向において、電子源３と重なる位置であって、絶縁管１１０の管軸方向の中点よりターゲット保持部４３ａの側に位置することが好ましい。反射電子が到達しやすい絶縁管１１０の内面を覆い、反射電子による絶縁管１１０の帯電による放電を抑制すると共に、陰極５１と陽極５２の絶縁耐圧が損なわれないようにするためである。また、設置領域の帯電をむらなく防止できるよう、内周導電膜１１２は、絶縁管１１０の管周方向及び長さ方向に連続して設けられていることが好ましい。

端面導電膜１１３は、内周導電膜１１２と同様の材料、形成方法、膜厚を用いることができ、内周導電膜１１２と連続するように形成する。工程簡略化のため及び内周導電膜１１２と連続した膜を形成しやすくするために、端面導電膜１１３は、内周導電膜１１２と同時に形成することが好ましい。

端面導電膜１３は、絶縁管１１０の陽極部材４３側の端面の管周方向の一部に設けられていることが好ましい。例えば、図１（ｃ）のように、絶縁管１１０の端面に、幅１００μｍ〜５ｍｍの端面導電膜１１３を、２〜１０箇所に離散的に複数配置することが好ましい。絶縁管１１０の端面の一部にだけ端面導電膜１１３を形成する方法としては、ペースト材料を部分的に直接塗布する方法、パターン印刷法、マスキングを配置した状態で成膜した後にマスキングを除去する方法等を用いることができる。

上記のように内周導電膜１１２と端面導電膜１１３を形成した絶縁管１１０の端面に陽極部材４３の周縁部を向い合せて、絶縁管１１０と陽極部材４３を接合する。この時、端面導電膜１１３を絶縁管１１０の端面の管周方向の一部にだけ形成しているため、絶縁管１１０の端面と陽極部材４３の挟み付け圧力が端面導電膜１１３に集中し、端面導電膜１１３と陽極部材４３が強く圧接されて接触しやすくなる効果がある。また、離散的に複数の端面導電膜１１３を形成することにより、圧力集中の効果を保ちながら、端面導電膜１１３と陽極部材４３の接触確率を向上させることができる。

これにより、内周導電膜１１２が、端面導電膜１１３を介して、陽極部材４３と物理的に接続されることで、内周導電膜１１２と陽極部材４３の電気的接続の信頼性を向上させることができる。更に、陽極部材４３は、陽極５２として駆動回路１０３に接続されているため、Ｘ線発生管１０２内の散乱電子や二次電子による電荷を、内周導電膜１１２及び端面導電膜１１３を介して外部に逃がすことができる。よって、絶縁管１１０の内面の帯電を防止することができ、Ｘ線の出力変動が抑制されたＸ線発生管１０２を提供することができる。

端面導電膜１１３としては、陽極部材４３及び絶縁管１１０よりもヤング率の小さい材料を用いることが好ましい。これにより、端面導電膜１１３が変形して陽極部材４３と密着し、端面導電膜１１３と陽極部材４３の電気的接続の信頼性をより向上させることができる。前記のように、絶縁管１１０は、通常、ガラス材料やセラミックス材料等で構成されており、金属よりもヤング率が大きい。従って、端面導電膜１１３の材料として銅、銀、チタン、亜鉛、アルミニウム等を用い、陽極部材４３の材料としてコバール、ニッケル、モリブデン、タングステン等を用いると良い。

また、Ｘ線発生管１０１内を真空に保つために、絶縁管１１０と陽極部材４３とは気密接合されている。図１の例では、陽極部材４３側の絶縁管１１０の外周面を囲んで、陽極部材４３から環状に環状外周部４３ｂが延出しており、絶縁管１１０の外周面と環状外周部４３ｂとの間に介在された接合材１１５で陽極部材４３と絶縁管１１０とが接合されている。このようにして接合すると、端面導電膜１１３が形成されていない領域の絶縁管１１０の端面と陽極部材４３の間に、端面導電膜１１３の厚さに対応する隙間を生じても、Ｘ線発生管１０１の外囲器１１１内の気密性を保つことができる。

気密接合は、接合材１１５としてろう材を用いたろう付けによって行うことができる。ろう材としては、例えばＡｕ−Ｃｕを主成分とするろう材、ニッケルろう、黄銅ろう、銀ろうを用いることができる。

次に、図２を用いて、絶縁管と陽極部材の環状外周部付近の構造の他の例を説明する。

図２（ａ）の例においては、陽極部材４３側の絶縁管１１０の外周面上に、端面導電膜１１３に電気的に接続された外周導電膜１１４が設けられており、この外周導電膜１１４が環状外周部４３ｂと電気的に接続されている。絶縁管１１０と陽極部材４３が接合材１１５で気密接合されているのは図１で説明した例と同様である。しかし、本例においては、絶縁管１１０の外周面に設けられている外周導電膜１１４を絶縁管１１０との間に挟んだ状態で、絶縁管１１０と環状外周部４３ｂとの間に接合材１１５が狭持されている。外周導電膜１１４を設けることにより、内周導電膜１１２と陽極部材４３との電気的接続の信頼性をより向上させることができる。外周導電膜１１４は、端面導電膜１１３を絶縁管１１０の外周側へ延長させることで、絶縁管１１０の管周方向に断続的に設けることもできるが、接合材１１５を隙間なく密着させやすくするために、絶縁管１１０の全周に亘って連続して設けることが好ましい。また、外周導電膜１１４と端面導電膜１１３は、両者の電気的接続を確実にするために、連続膜とすることが好ましい。

絶縁管１１０は、陽極部材４３側である一端から陰極部材４１側である他端に向かう管軸方向において、管外径が増大する環状の領域を有していることが好ましい。図２（ｂ）の例は、この環状の領域を、内周導電膜１１２を囲む環状の段差１１０ａとして有するものである。図２（ｂ）の例においては、陽極部材４３側の絶縁管１１０の外径に比して、陰極部材４１側に隣接する領域の外径が、絶縁管１１０の外周面に形成された段差１１０ａを介して大きくなっている。環状外周部４３ｂは、外径が小さい、陽極部材４３側の領域と対向しており、接合材１１５は、絶縁管１１０の外径が小さい領域の外周面と、環状外周部４３ｂとの間に狭持されている。このようにすると、接合材１１５による接合時に溶けた接合材１１５が流動しても、段差１１０ａによって堰き止められるので、段差１１０ａを越えて陰極部材４１側へ流れ出して陰極５１と陽極５２間の絶縁耐圧が損なわれるのを防止できる。なお、図面上は外周導電膜１１４を備えたものとなっているが、外周導電膜１１４を設けない構成とすることもできる。

＜Ｘ線発生装置＞
図３には、Ｘ線束１１をＸ線透過窓１２１の前方に向けて取り出すＸ線発生装置１０１の実施形態が示されている。このＸ線発生装置１０１は、Ｘ線透過窓１２１を有する収納容器１２０の内部に、Ｘ線発生管１０２及びＸ線発生管１０２を駆動するための駆動回路１０３を有している。駆動回路１０３により、陰極５１、及び陽極５２の間に管電圧Ｖａが印加され、ターゲット層２２と電子放出部２との間に加速電界が形成される。ターゲット層２２の層厚と、その構成金属の種類とに対応して、管電圧Ｖａを適宜設定することにより、撮影に必要な線種を選択することができる。

Ｘ線発生管１０２及び駆動回路１０３を収納する収納容器１２０は、容器としての十分な強度を有し、か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、例えば真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が用いられる。

収納容器１２０内に収容されているＸ線発生管１０２と駆動回路１０３が占めている空間以外の収納容器１２０内の余剰空間には、絶縁性液体１０９が充填されている。絶縁性液体１０９は、電気絶縁性を有する液体で、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１０９としては、鉱油、シリコーン油、パーフロオロ系オイル等の電気絶縁油を用いることが好ましい。

＜Ｘ線撮影システム＞
次に、図４を用いて、本発明のＸ線発生管１０２を備えるＸ線撮影システムの構成例について説明する。

システム制御ユニット２０２は、Ｘ線発生装置１０１とＸ線検出器２０６とを統合制御する。駆動回路１０３は、システム制御ユニット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。駆動回路１０３が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線束１１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線束１１は、可動絞りを備えた不図示のコリメータユニットによりその照射範囲を調整されて、Ｘ線発生装置１０１の外部に放出され、被検体２０４を透過して検出器２０６で検出される。検出器２０６は、検出したＸ線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、システム制御ユニット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ユニット２０２に出力する。システム制御ユニット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の表示信号を出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。

本発明のＸ線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や、人体や動物の病理診断に用いることができる。

実施例１
図１に示した絶縁管１１０及び絶縁管１１０と陽極部材４３の接合構造を持つＸ線発生管１０２を作製し、Ｘ線発生装置１０１に搭載した。

図１（ｂ）のように、アルミナ製の絶縁管１１０の陽極５２側の内周に、セラミックスのメタライズ材料として使用されるＴｉ−Ｃｕ系の内周導電膜１１２を形成した。また、図１（ｃ）のように、内周導電膜１１２と同様の材料を用いて、絶縁管１１０の陽極５２側の端面に内周導電膜１１２と連続した幅２ｍｍの端面導電膜１１３を４箇所形成した。内周導電膜１１２及び端面導電膜１１３は、Ｔｉ−Ｃｕ系粉末を含んだペーストを作製し、絶縁管１１０に直接塗布して乾燥した後、１０００℃の真空熱処理を行うことで形成した。熱処理後の内周導電膜１１２、及び端面導電膜１１３の膜厚は平均８μｍであった。

次に、絶縁管１１０の外周の環状外周部４３ｂと接触する部分に、Ｔｉを含む銀ろうペーストを接合材１１５として塗布し、乾燥した。その後、陽極部材４３と絶縁管１１０の端面導電膜１１３とが接触し、更に、環状外周部４３ｂと絶縁管１１０の外周の接合材１１５とが接触するように配置し、８００℃の真空熱処理を行うことによって、ろう付けした。この時、端面導電膜１１３と陽極部材４３との圧接を促すため、熱処理時に陽極部材４３の上に重石を配置した。また、Ｔｉが含まれたろう材を用いることによってアルミナをメタライズし、気密ろう付けを実現することができた。陽極部材４３及び環状外周部４３ｂの材料はコバールとした。

次に、本実施形態のＸ線発生管１０２を、図４に示したＸ線撮影システムに搭載し、Ｘ線の出力変動を評価した。Ｘ線発生管１０２を駆動させ、Ｘ線束１１の焦点１１ａの位置の時間変動を評価した結果、焦点１１ａの中心位置の変動が１０μｍ以下と良好な結果となった。なお、本評価時は、被検体２０４を配置することなく行った。

比較例１
実施例１との比較のために、端面導電膜１１３を形成していないＸ線発生管１０２を作製した。その他の構成、及び作製方法は実施例１と同様にした。

次に、実施例１と同様に、Ｘ線束１１の焦点１１ａの位置の変動を評価した結果、焦点１１ａの中心位置が駆動初期から３０分後に５０μｍ移動していた。また、評価終了後に、Ｘ線発生管１０２から陰極５１を切り離し、陽極５２側の内周導電膜１１２と陽極部材４３との電気抵抗値をテスターで測定した結果、測定限界以上の１０ＭΩ以上となっていた。

よって、内周導電膜１１２が陽極４３と電気的に接続できていなく、絶縁管１１０の内面がＸ線発生管１０２の駆動中に徐々に帯電し、電子ビームの軌道が曲がって焦点１１ａの位置変動が起こったと推定された。

実施例２
図２（ｂ）に示した絶縁管１１０及び絶縁管１１０と陽極部材４３の接合構造を持つＸ線発生管１０２を作製し、Ｘ線発生装置１０１に搭載した。

実施例１と同様に、Ｔｉ−Ｃｕ系の内周導電膜１１２及び端面導電膜１１３を形成し、同じ材料、形成方法により絶縁管１１０の外周面に端面導電膜１１３と連続する外周導電膜１１４を形成した。

次に、絶縁管１１０の段差１１０ａより陽極部材４３寄りの外周に接合材１１５として銀ろうの線材を巻き付けて配置した。その後、陽極部材４３と絶縁管１１０の端面導電膜１１３とが接触し、更に、スリーブ４３ａと絶縁管１１０の外周のろう材１１５とが接触するように配置し、８００℃の真空熱処理を行うことによって、ろう付けした。この時、端面導電膜１１３と陽極部材４３の圧接を促すため、熱処理時に陽極部材４３の上に重石を配置した。また、Ｔｉ−Ｃｕ系の外周導電膜１１４は、アルミナをメタライズする効果を兼ねており、気密ろう付けを実現することができた。陽極部材４３の材料はコバールとした。なお、接合材１１５としてろう材の線材を用いる場合、絶縁管１１０に線材を保持するための溝部（不図示）を設け、この溝部に線材を配置することもできる。

次に、実施例１と同様に本実施形態のＸ線発生管１０２をＸ線撮影システムに搭載し、Ｘ線の出力変動を評価した結果、焦点の中心位置の変動が１０μｍ以下と良好な結果が得られた。

実施例３
本実施例においては、実施例１に記載のＸ線発生装置１０１を用いて、図４に記載のＸ線撮影システムを作製した。本実施例のＸ線撮影システムにおいては、Ｘ線出力の変動が抑制されたＸ線発生装置１０１を備えることにより、ＳＮ比の高いＸ線撮影画像を取得することができた。

１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線発生管、１０３：駆動回路、１０９：絶縁性液体、１１：Ｘ線束、１１ａ：Ｘ線焦点、１１０：絶縁管、１１０ａ：段差、１１１：外囲器、１１２：内周導電膜、１１３：端面導電膜、１１４：外周導電膜、１１５：接合材、１２１：Ｘ線取り出し窓、１３：内部空間、２：電子放出部、２１：透過基板、２２：ターゲット層、２０２：システム制御ユニット、２０３：表示装置、２０４：被検体、２０５：信号処理部、２０６：検出器、３：電子放出源、４：電圧導入端子、４１：陰極部材、４２：貫通孔、４３：陽極部材、４３ａ：ターゲット保持部、４３ｂ：環状外周部、５：電子線束、５１：陰極、５２：陽極、９：ターゲット

Ｘ線発生管１０２は、電子放出源３が備える電子放出部２から放出された電子線束５をターゲット９のターゲット層２２に照射することによりＸ線束１１を発生させるように構成されている。ターゲット層２２のＸ線が発生する領域１１ａを、Ｘ線束１１の焦点と呼ぶ。ターゲット層２２は、Ｘ線を透過する透過基板２１の電子放出源３側に配置され、電子放出源３の電子放出部２はターゲット層２２に対向して配置されている。ターゲット層２２としては、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、等が用いられる。

環状外周部４３ｂは、ターゲット保持部４３ａから陰極５１に向かって延びるスリーブ状の形状をなしている。また、環状外周部４３ｂは、陽極５２のうち陰極側の陽極電位を規定している。従って、環状外周部４３ｂの陰極５１側の端部のターゲット保持部４３ａからの距離は、周方向において一定であることが陽極側の電位分布の面内対称性の観点から好ましい。電位分布の面内対称性とは、陽極部材４３に平行な面内おける電位分布が管周方向に連続であって、管周方向において局所的に高電界な領域が無いことを意味する。

内周導電膜１１２の膜厚は、１００ｎｍ〜５００μｍとし、十分な導電性を有し、内周導電膜１１２の形成範囲で絶縁管１１０の内表面が露出しないよう、管周方向及び長さ方向に連続した膜とすることが好ましい。図１（ａ）に示されるように、内周導電膜１１２は、絶縁管１１０のターゲット保持部４３ａの側の端部から長さ方向の中間部に亘って設けられていることが好ましい。特に内周導電膜１１２の陰極部材４１側の端部は、絶縁管１１０の管軸方向において、電子放出源３と重なる位置であって、絶縁管１１０の管軸方向の中点よりターゲット保持部４３ａの側に位置することが好ましい。反射電子が到達しやすい絶縁管１１０の内面を覆い、反射電子による絶縁管１１０の帯電による放電を抑制すると共に、陰極５１と陽極５２の絶縁耐圧が損なわれないようにするためである。また、設置領域の帯電をむらなく防止できるよう、内周導電膜１１２は、絶縁管１１０の管周方向及び長さ方向に連続して設けられていることが好ましい。

端面導電膜１１３は、絶縁管１１０の陽極部材４３側の端面の管周方向の一部に設けられていることが好ましい。例えば、図１（ｃ）のように、絶縁管１１０の端面に、幅１００μｍ〜５ｍｍの端面導電膜１１３を、２〜１０箇所に離散的に複数配置することが好ましい。絶縁管１１０の端面の一部にだけ端面導電膜１１３を形成する方法としては、ペースト材料を部分的に直接塗布する方法、パターン印刷法、マスキングを配置した状態で成膜した後にマスキングを除去する方法等を用いることができる。

また、Ｘ線発生管１０２内を真空に保つために、絶縁管１１０と陽極部材４３とは気密接合されている。図１の例では、陽極部材４３側の絶縁管１１０の外周面を囲んで、陽極部材４３から環状に環状外周部４３ｂが延出しており、絶縁管１１０の外周面と環状外周部４３ｂとの間に介在された接合材１１５で陽極部材４３と絶縁管１１０とが接合されている。このようにして接合すると、端面導電膜１１３が形成されていない領域の絶縁管１１０の端面と陽極部材４３の間に、端面導電膜１１３の厚さに対応する隙間を生じても、Ｘ線発生管１０２の外囲器１１１内の気密性を保つことができる。

よって、内周導電膜１１２が陽極部材４３と電気的に接続できていなく、絶縁管１１０の内面がＸ線発生管１０２の駆動中に徐々に帯電し、電子ビームの軌道が曲がって焦点１１ａの位置変動が起こったと推定された。

次に、絶縁管１１０の段差１１０ａより陽極部材４３寄りの外周に接合材１１５として銀ろうの線材を巻き付けて配置した。その後、陽極部材４３と絶縁管１１０の端面導電膜１１３とが接触し、更に、環状外周部４３ｂと絶縁管１１０の外周のろう材１１５とが接触するように配置し、８００℃の真空熱処理を行うことによって、ろう付けした。この時、端面導電膜１１３と陽極部材４３の圧接を促すため、熱処理時に陽極部材４３の上に重石を配置した。また、Ｔｉ−Ｃｕ系の外周導電膜１１４は、アルミナをメタライズする効果を兼ねており、気密ろう付けを実現することができた。陽極部材４３の材料はコバールとした。なお、接合材１１５としてろう材の線材を用いる場合、絶縁管１１０に線材を保持するための溝部（不図示）を設け、この溝部に線材を配置することもできる。

Claims (17)

1. 電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと前記ターゲットに電気的に接続され該ターゲットを保持する陽極部材とを有する陽極と、電子放出部から前記ターゲットに電子線を照射する電子放出源と前記電子放出源に電気的に接続された陰極部材とを有する陰極と、前記陽極部材と前記陰極部材との間において前記陽極部材と前記陰極部材のそれぞれと気密接合される絶縁管と、を備えるＸ線発生管であって、
   前記陽極は、前記絶縁管の内周面において前記陰極から離間して位置する内周導電膜と、前記絶縁管の管軸方向の一端に配置された端面導電膜と、をさらに有し、
   前記内周導電膜は、前記端面導電膜を介して前記陽極部材に電気的に接続されていることを特徴とするＸ線発生管。
2. 前記端面導電膜は、前記一端と前記陽極部材との間に狭持されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
3. 前記端面導電膜は、前記一端と前記陽極部材による挟み付け圧力が前記絶縁管の管周方向の一部に集中するように配置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線発生管。
4. 前記端面導電膜は、前記陽極部材と前記端面導電膜との接触確率が高められた圧接領域が前記管周方向において離散的に複数存在するように前記一端に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
5. 前記端面導電膜は、前記絶縁管の管周方向に離散的に複数配置されている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Ｘ線発生管。
6. 前記内周導電膜は、前記絶縁管の管周方向及び管軸方向に連続して設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
7. 前記内周導電膜は、前記絶縁管の前記一端側の端部から長さ方向の中間部に亘って設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線発生管。
8. 前記端面導電膜のヤング率は、前記陽極部材及び前記絶縁管のヤング率よりも低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線発生管。
9. 前記内周導電膜と前記端面導電膜とは連続膜を構成していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＸ線発生管。
10. 前記内周導電膜は、前記端面導電膜を介して前記陽極部材に接続されてい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Ｘ線発生管。
11. 前記陽極部材は、前記一端側の前記絶縁管の外周面を囲むように前記陽極部材から延出する環状外周部を有しており、前記外周面と前記環状外周部との間に配置された接合材を介して前記陽極部材と前記絶縁管とが接合されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＸ線発生管。
12. 前記一端側の前記絶縁管の外周面上に、前記端面導電膜に電気的に接続された外周導電膜が設けられており、該外周導電膜が前記環状外周部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線発生装置。
13. 前記端面導電膜と前記外周導電膜とは連続膜を構成していることを特徴とする請求項１１２に記載のＸ線発生管。
14. 前記絶縁管は、前記一端から他端に向かう管軸方向において、管外径が増大する環状の領域を有していることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のＸ線発生管。
15. 前記環状の領域は、前記内周導電膜を囲む環状の段差であることを特徴とする請求項１４に記載のＸ線発生管。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＸ線発生管と、前記陽極と前記陰極との間に管電圧を印加する駆動回路とを備えていることを特徴とするＸ線発生装置。
17. 請求項１６に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置かから発生し検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを統合して制御するシステム制御ユニットとを有することを特徴とするＸ線撮影システム。

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