JP2019036494A - Ｘ線管およびｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陰極とガラス容器との間の異常放電を低減し、信頼性を向上させたＸ線管およびＸ線撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管の陰極１０２ａは、通電によるジュール熱で加熱されて電子を放出するフィラメント４０２と、フィラメント４０２から放出される電子を陽極に向かう電子ビームとして収束させる収束体４０１ａと、を備えてなり、収束体４０１ａは、体積抵抗率１０^１０〜１０^１２Ωｃｍのセラミックスで形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線を発生するＸ線管およびそのＸ線管を適用したＸ線撮影装置に関する。

透過型Ｘ線撮影装置やＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置などのＸ線撮影装置では、Ｘ線を発生するのにＸ線管が用いられる。Ｘ線管は、陰極と陽極とを備えた一種の真空管であり、陰極から放出される電子を高電圧で加速して金属の陽極に衝突させることによりＸ線を発生する。

図９は、Ｘ線管１０１の原理構成およびＸ線管１０１の従来の一般的な駆動回路の例を示した図である。図９に示すように、Ｘ線管１０１の中には、陰極１０２と陽極１０３とが設けられ、陰極１０２と陽極１０３との間には、直流発生装置１０４により、例えば、１４０ｋＶ程度の直流高電圧が印加される。一方、陰極１０２の先端はフィラメントとなっており、その両端には、加熱変圧器１０５が接続されている。したがって、フィラメントは、加熱変圧器１０５から供給される交流により加熱され、フィラメントから電子が放出される。フィラメントから放出された電子は、陰極１０２と陽極１０３の間に生じる直流電界によって加速され、陽極１０３に衝突する。そして、その衝突により、Ｘ線が発生する。

ここで、交流電源１０６から加熱変圧器１０５の１次巻線１０７の端子には、数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の交流電圧が供給され、加熱変圧器１０５の２次巻線１０８の端子からは、数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の交流電圧が出力される。したがって、フィラメントを含む陰極１０２には、数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の振幅を有する交流が重畳された−１４０ｋＶ程度の直流電圧が印加されることとなる。

なお、図９に示したＸ線管１０１の駆動回路は、陽極１０３が設置されていることから、陽極接地型と呼ばれる。この他にも、陰極１０２に負の電圧を陽極１０３に正の電圧をそれぞれ印加する中性点接地型と呼ばれる駆動回路も存在するが、陽極接地型と類似するものであるので、その説明を省略する。

図１０は、従来の一般的なＸ線管１０１の構造の例を示した図である。図１０に示すように、Ｘ線管１０１は、真空にされたガラス容器２０５と、このガラス容器２０５の中に設けられた陰極１０２および陽極１０３と、ガラス容器２０５を保持し収納する保護筐体２０６と、を含んで構成される。

ガラス容器２０５内において、陰極１０２と陽極１０３とは、互いに対向する位置に配置される。そして、陰極１０２には、図示しないフィラメント（図１１参照：フィラメントには３０２ａ，３０２ｂの符号が付されている）が組み込まれており、フィラメントが熱せられることにより電子が放出される。フィラメントから放出された電子は、陰極１０２に印加される−１４０ｋＶ程度の高電圧により加速されて陽極１０３に衝突する。Ｘ線は、その衝突により発生する。

なお、陽極１０３は、ロータ２０３とステータ２０４とからなるモータにより回転するようにされている。したがって、加速された電子が陽極１０３上の同じ位置に衝突することがなくなるので、陽極１０３の過熱が防止される。

陰極１０２および陽極１０３が収納されたガラス容器２０５は、保護筐体２０６の中に収納されおり、保護筐体２０６には、外部に配置される直流発生装置１０４、加熱変圧器１０５（図９参照）などに接続されるブッシング２０７，２０８が設けられている。そして、ガラス容器２０５内の陰極１０２および陽極１０３は、それぞれブッシング２０７，２０８に電気的に接続されている。すなわち、これらのブッシング２０７，２０８を介して、陽極１０３は接地されるとともに、陰極１０２には−１４０ｋＶ程度の高電圧が印加される。なお、ガラス容器２０５と保護筐体２０６との間の空間には、絶縁と冷却のために絶縁油が充填されている。

図１１は、従来の一般的なＸ線管１０１で用いられる陰極１０２の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極１０３側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図である。図１１に示すように、陰極１０２は、フィラメント３０２、収束体３０１などにより構成される。

なお、図１１の例では、２本の大きさの異なるフィラメント３０２ａ，３０２ｂが収束体３０１に組み込まれており、それぞれから放出される電子ビームの太さを変えることができる。収束体３０１は、フィラメント３０２から放出され、加速される電子をまとまった電子ビームに収束させる役割を果たす。なお、図示を省略しているが、通常、収束体３０１とフィラメント３０２の一端とは電気的に接続されている。

フィラメント３０２（３０２ａ，３０２ｂ）は、通常、タングステンを主成分とする金属で構成され、通電によるジュール熱で熱せられると、電子（熱電子）を放出する。ここで、フィラメント３０２は、リード３０３に電気的に接続され、また、リード３０３は、ブッシング２０７（図１０参照）を介して、直流発生装置１０４（図９参照）および加熱変圧器１０５の２次巻線１０８に接続されている。

収束体３０１は、通常、鉄やニッケルを主成分とする金属で構成される。収束体３０１とフィラメント３０２の一端とは同じ電位、すなわち数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の交流が重畳された−１４０ｋＶ程度の電位となる。そのため、フィラメント３０２の発熱により発生した電子は、収束体３０１およびフィラメント３０２を含む陰極１０２から反発する静電気力を受け、陰極１０２から離れていく。そして、フィラメント３０２から放出された電子は、陰極１０２と陽極１０３との間に印加された−１４０ｋＶ程度の電圧によって加速され、電子ビームとなって陽極１０３に衝突する。

以上のように、収束体３０１およびフィラメント３０２を含んだ陰極１０２の電位は、直流−１４０ｋＶ程度に数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度の交流が重畳された電位となる。そのため、ガラス容器２０５（図１０参照）内側の真空内におけるガスや塵埃を原因として、陰極１０２とガラス容器２０５との間で異常放電が発生することがある。異常放電が発生すると、正常な電子ビームの発生ができなくなるとともに、ガラス容器２０５を破壊することもある。したがって、Ｘ線管１０１の信頼性を向上させる上で、陰極１０２からの異常放電を抑制することは解決すべき重要な課題となっている。

特許文献１の請求項１には、「陽極が接地電位とされ、陰極に負電圧が印加されて、前記陰極より放出された電子が前記陽極に当たることによりＸ線を発生する陽極接地型Ｘ線管であって、前記陰極を支持する絶縁体は、基材に、当該基材よりも体積抵抗率が小さいコーティング材を被覆したことを特徴とする陽極接地型Ｘ線管」の例が示されている。さらに、請求項２では、「前記陽極接地型Ｘ線管において、前記コーティング材の体積抵抗率が１０^７〜１０^１４Ω・ｃｍである」という限定が付されている。

このような陽極接地型Ｘ線管では、陰極を支持する絶縁体表面での沿面放電の発生を防止することができるので、Ｘ線管の信頼性を高めることができるとされている。

また、特許文献２の請求項５には、「電子ビームを発生させる電子源と、その電子源からの電子ビームの引き出しを制御するウェネルト電極と、そのウェネルト電極からの電子ビームを加速させる陽極と、その陽極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットと、前記電子源、前記ウェネルト電極、前記陽極および前記ターゲットを収容する容器とを備え、ＤＬＣ（diamond like carbon）が前記ウェネルト電極の表面に成膜されたことを特徴とするＸ線管」が示されている。

このようなＸ線管では、ウェネルト電極がＤＬＣによって保護されるので、陰極と陽極間の絶縁特性が改善されることとなる。その結果、コンディショニング時の放電を低減することができ、陰極と陽極との間の耐電圧を向上させることができるとされている。

さらに、特許文献２の背景技術の項では、陰極と陽極との間の耐電圧を向上させるために「電極に絶縁膜を成膜するのではなく、電極自身を半導電性（体積抵抗率ρ＝１０^６〜１０^１０Ωｃｍ）を有したセラミックで形成するという試みもなされている」などと言及されている。

特開２０１２−０９９４３５号公報 特開２０１２−１６４４２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたＸ線管において基材よりも体積抵抗率が小さいコーティング材で被覆されるのは、陰極ではなく、陰極を支持する絶縁体である。したがって、陰極を支持する絶縁体表面での沿面放電は、低減可能ではあっても、陰極からの異常放電を低減できるとは限らない。

また、特許文献２に開示されたＸ線管では、ウェネルト電極（陰極）の表面にＤＬＣが成膜されていることにより、コンディショニング時の放電を低減できるものの、これは、陰極からの異常放電の低減を保証するものではない。また、電極自身を半導電性（体積抵抗率ρ＝１０^６〜１０^１０Ωｃｍ）のセラミックで形成するとしても、後記する発明者らの試験結果によれば、その体積抵抗率は、陰極からの異常放電を低減する上で必ずしも適切であるとはいえない。

本発明の目的は、陰極からの異常放電を低減し、動作の信頼性を向上させることが可能なＸ線管およびそのＸ線管を用いたＸ線撮影装置を提供することにある。

前記発明の目的を達成するために、本発明に係るＸ線管は、陰極と陽極とを備え、前記陰極から放出される電子を、前記陰極と前記陽極の間に印加される高電圧で加速して前記陽極に衝突させ、その衝突によってＸ線を発生させるＸ線管であって、前記陰極は、前記電子を放出するフィラメントと、前記フィラメントから放出される前記電子を前記陽極に向かう電子ビームとして収束させる収束体と、を備えてなり、前記収束体の外側表面部の体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍであることを特徴とする。

本発明によれば、陰極からの異常放電を低減し、動作の信頼性を向上させることが可能なＸ線管およびそのＸ線管を用いたＸ線撮影装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係るＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。 図１に示した陰極の構造を有するＸ線管の耐電圧試験の結果の例を示したグラフである。 収束体表面における最大誤差表面電圧の計測結果の例を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。 本発明の第１〜第５の実施形態に係るＸ線管を用いた透過型Ｘ線撮影装置の構成の例を模式的に示した図である。 Ｘ線管の原理構成およびＸ線管の従来の一般的な駆動回路の例を示した図である。 従来の一般的なＸ線管の構造の例を示した図である。 従来の一般的なＸ線管で用いられる陰極の構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線管１０１で用いられる陰極１０２ａの構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。なお、この陰極１０２ａの構造を除けば、第１の実施形態に係るＸ線管の実質的な構造は、図１０に示した従来の一般的なＸ線管１０１の構造と同じである。以下、図１では、陽極接地型のＸ線管を例に陰極１０２ａの構造を説明するが、中性点接地型のＸ線管でもその陰極の構造は同様である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る陰極１０２ａは、電子を放出するフィラメント４０２と、陽極１０３に向かう電子を収束させるセラミックス製の収束体４０１ａと、フィラメント４０２に電流を供給するリード４０３と、を含んで構成される。なお、本実施形態では、説明の煩雑さを避けるためにフィラメント４０２は１本で構成されるものとするが、従来の場合（図１１参照）と同様に２本で構成されても構わない。

本実施形態では、収束体４０１ａは、体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍのセラミックスで形成されているものとする。この場合のセラミックは、例えば、次の［１］〜［３］のような組成を有するものが好ましいが、これに限定されず、他の組成のものであってもよい。
［１］主原料のＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）に、Ｔｉ（チタン）の単体、酸化物または炭化物を２０％以下混入したセラミックス。
［２］主原料のＺｒＯ_２（ジルコニア）に、３０％以下のＴｅ（鉄）の単体または酸化物と５％以下のＹ（イットリウム）の酸化物を混入したセラミックス。
［３］主原料のＳｉＣ（炭化ケイ素）に、１％以下のＢ（ホウ素）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）またはＹ_２Ｏ_３（イットリア）を混入したセラミックス。

収束体４０１ａは、全体を一体とした構造でも、複数部分に分割した構造でもよい。分割した構造である場合、分割した各部分を電気的に接続するために、接続箇所に対し、メタライズ、メッキ、導電性塗料の塗布などの処理を施しても構わない。

フィラメント４０２は、収束体４０１ａの正面側に形成された溝部４０９の中に配設される。この溝部４０９の形状は、Ｘ線管１０１の使用用途に応じて、フィラメント４０２から放出される電子が陽極１０３に向かう電子ビームとして効果的に収束するように決定される。したがって、図１に示した溝部４０９の形状は一例であり、図示する形状に限定されない。

フィラメント４０２は、Ｗ（タングステン）を主成分とすることが好ましい。また、フィラメント４０２の形状として、図１では、らせん形状のものが図示されているが、他の形状であっても構わない。

フィラメント４０２の両端には、リード４０３が接続されており、リード４０３は、収束体４０１ａに形成された孔部４０８を通って、収束体４０１ａの裏面側に到る。なお、図１では図示されていないが、リード４０３は、Ｘ線管１０１（図１０参照）のブッシング２０７に接続される。

また、図１には示されていないが、フィラメント４０２の一端と収束体４０１ａの一端とは、電気的に接続されていてもよいし、フィラメント４０２の一端と収束体４０１ａの一端との間に印加する電圧を外部から制御可能な構成であってもよい。

本実施形態では、前記したように、収束体４０１ａを形成するセラミックスの適切な体積抵抗率の範囲を１０^１０〜１０^１２Ωｃｍとしているが、この範囲は、図２および図３に示す試験結果に基づき決定したものである。

図２は、図１に示した陰極１０２ａの構造を有するＸ線管１０１の耐電圧試験の結果の例を示したグラフである。ここで、グラフの横軸は、収束体４０１ａを形成するセラミックスの体積抵抗率であり、縦軸は、セラミックスの体積抵抗率が１０^１５Ωｃｍの場合の耐電圧を１として規格化したときの規格化耐電圧である。

図２によれば、体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍの領域では、規格化耐電圧が１．８程度以上と、他の領域よりも大きくなっており、耐電圧の向上が認められる。これは、体積抵抗率が１０^１０〜１０^１３Ωｃｍの領域であれば、例えば、１０^１５Ωｃｍのセラミックスに比べて異常放電が相当に抑制されていることを意味する。

図３は、収束体４０１ａ表面における最大誤差表面電圧の計測結果の例を示したグラフである。最大誤差表面電圧とは、収束体４０１ａに印加された電圧と収束体４０１ａの表面で計測された電圧との差の最大値をいう。なお、図３において、グラフの横軸は、収束体４０１ａを形成するセラミックスの体積抵抗率であり、縦軸は、セラミックスの体積抵抗率が１０^１５Ωｃｍの場合の最大誤差表面電圧を１としたときの規格化最大誤差表面電圧である。

図３によれば、収束体４０１ａの体積抵抗率が１０^１２Ωｃｍ以下である場合には、収束体４０１ａの規格化最大誤差表面電圧は、１０^−２すなわち測定感度以下となっている。一方、収束体４０１ａの体積抵抗率が１０^１５Ωｃｍである場合には、収束体４０１ａの規格化最大誤差表面電圧は１と大きくなっている。これは、収束体４０１ａの体積抵抗率が、例えば１０^１３Ωｃｍを超えて大きくなると、収束体４０１ａは誘電体としての性質が大きくなり、陽極１０３の電位の影響を受けて、局所的にせよ収束体４０１ａの表面電圧に誤差が発生するからだと考えられる。そして、収束体４０１ａの表面電圧に誤差が発生すると、場合によっては、フィラメント４０２から放出される電子を適切に加速し、適切に収束させることができなくなる可能性がある。

以上、図２および図３の結果に基づけば、収束体４０１ａの体積抵抗率は、１０^１０〜１０^１２Ωｃｍの範囲が適切であるといえる。

すなわち、本実施形態では、適切な範囲の体積抵抗率を有するセラミックス製の収束体４０１ａを採用することにより、異常放電が発生しにくいＸ線管１０１を実現することができる。ちなみに、本実施形態では、仕事関数の小さい金属製の収束体に比べると、真空中に電子が電界放出されにくくなるため、異常放電のきっかけの一つである電子放出が抑制される。また、セラミックスは金属に比べて体積抵抗率が高いため、収束体４０１ａ内を流れる電流が抑制されるため、異常放電が発生しにくくなるともいえる。さらには、体積抵抗率が大きい誘電体に比べると、陽極１０３によって収束体４０１ａ表面に誘起される電子を低減することができるので、その誘起電子をきっかけとする異常放電を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＸ線管１０１で用いられる陰極１０２ｂの構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。

図４に示すように、第２の実施形態における陰極１０２ｂの構造は、第１の実施形態における陰極１０２ａ（図１参照）の構造とほとんど同じであるが、セラミックス製の収束体４０１ｂが内部中空の略半球の殻状となっている点でのみ相違している。すなわち、本実施形態では、収束体４０１ｂは、第１の実施形態での収束体４０１ａのうち陽極１０３と反対側から見た場合の内部が中空で略半球の殻状のセラミックスによって構成される。そして、この略半球の殻状の収束体４０１ｂでも、陽極１０３に対向する部分には、第１の実施形態の場合と同様に、フィラメント４０２が配設される溝部４０９が設けられ、リード４０３を通すための孔部４０８が設けられている。

また、この略半球の殻状の収束体４０１ｂは、第１の実施形態と同様の材料のセラミックスで形成され、同様の体積抵抗率１０^１０〜１０^１２Ωｃｍを有する。したがって、第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、異常放電が発生しにくいＸ線管１０１を実現することができる。さらに、第２の実施形態では、収束体４０１ｂが略半球の殻状（内部が中空）であることから、収束体４０１ｂを軽量化することができ、Ｘ線管１０１のコストダウンを図ることができる。

なお、第２の実施形態でも、フィラメント４０２の一端と収束体４０１ｂの一端とは、電気的に接続されていてもよいし、フィラメント４０２の一端と収束体４０１ａの一端との間に印加する電圧を外部から制御可能な構成であってもよい。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＸ線管１０１で用いられる陰極１０２ｃの構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。

図５に示すように、第３の実施形態における陰極１０２ｃの構造は、第１の実施形態における陰極１０２ａ（図１参照）の構造とほとんど同じであるが、収束体４０１ｃがセラミックス収束体４０１ｐおよび金属収束体４０１ｑの２重構造となっている点で相違している。すなわち、本実施形態では、収束体４０１ｃは、金属収束体４０１ｑのうち、溝部４０９および陽極１０３と反対側の面を除く部分がセラミックス収束体４０１ｐで覆われたような構造をしている。

ここで、セラミックス収束体４０１ｐは、第１の実施形態での収束体４０１ａと同様の材料のセラミックスで形成され、同様の体積抵抗率１０^１０〜１０^１２Ωｃｍを有する。また、金属収束体４０１ｑは、電気的な良導体であり、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）などを主成分とする金属または合金であるのが好ましい。

そして、セラミックス収束体４０１ｐと金属収束体４０１ｑとは、機械的に接触してもよいし、接触しなくてもよい。また、両者が電気的に接続され、両者が同電位であってもよいし、両者が互いに絶縁され、両者には外部から制御可能な別々の電圧が印加されるものであってもよい。さらに、セラミックス収束体４０１ｐおよび金属収束体４０１ｑのそれぞれは、フィラメント４０２の一端と電気的に接続されていてもよいし、それぞれに、外部から制御可能な別々の電圧が印加されるものであってもよい。

また、それぞれ別に製造したセラミックス収束体４０１ｐおよび金属収束体４０１ｑを組み合わせる形で収束体４０１ｃを製造してもよいし、金属収束体４０１ｑの表面にセラミックの薄膜を形成することにより、収束体４０１ｃを製造してもよい。

以上のような構成の収束体４０１ｃを備えたＸ線管１０１は、第１の実施形態の場合と同様に、異常放電が発生しにくいＸ線管１０１を実現することができる。また、フィラメント４０２が配設される溝部４０９が金属収束体４０１ｑ部分に形成されるため、その金属収束体４０１ｑを介してフィラメント４０２から発生する熱を外部に容易に逃がすことができるようになる。その結果、熱伝導率の低いセラミックス収束体４０１ｐが過熱して破損するなどの事故を抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＸ線管１０１で用いられる陰極１０２ｄの構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。

図６に示すように、第４の実施形態における陰極１０２ｄの構造は、第２の実施形態における陰極１０２ｂ（図４参照）とほとんど同様の構造を有しているが、略半球の殻状の収束体４０１ｂに偏向電極４０４ａ，４０４ｂが組み込まれている点で相違している。

偏向電極４０４ａ，４０４ｂは、フィラメント４０２の近傍に設けられる。そして、偏向電極４０４ａ，４０４ｂには、リード４０５ａ，４０５ｂを介して外部から制御可能な電圧が印加される。この電圧は、電子ビームを偏向させるための電界を発生させるためのものであり、フィラメント４０２が設けられている空間およびフィラメント４０２と陽極１０３との間の空間に、例えば、１０Ｖ／ｍ以上の電界を発生させるものであるとする。

なお、図６では、偏向電極４０４ａ，４０４ｂは、１組しか描かれていないが、Ｘ線管１０１の使用目的に応じて、収束体４０１ｂには複数組の偏向電極４０４ａ，４０４ｂが組み込まれていてもよい。また、偏向電極４０４ａ，４０４ｂの形状は、Ｘ線管１０１の使用目的に応じて適宜決定される。

以上、本実施形態では、収束体４０１ｂに偏向電極４０４ａ，４０４ｂを組み込んだことにより、フィラメント４０２で発生した電子による陽極１０３に向かう電子ビームの軌跡を適宜制御できるようになる。これにより、電子ビームが陽極１０３に衝突する位置を制御することが可能となり、さらには、陽極１０３で発生するＸ線の方向などを適宜制御することが可能になる。これは、Ｘ線管１０１に新たな機能が追加されることを意味するので、本実施形態では、第２の実施形態と同様の効果に加え、Ｘ線管１０１の適用先が拡大されるなどの効果を期待することができる。

＜第５の実施形態＞
図７は、本発明の第５の実施形態に係るＸ線管１０１で用いられる陰極１０２ｅの構造の例を拡大して示した図であり、（ａ）は、陽極側から見たときの正面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ’の断面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ’の断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ’の断面図である。

図７に示すように、第５の実施形態における陰極１０２ｅの構造は、第２の実施形態における陰極１０２ｂ（図４参照）とほとんど同様の構造を有しているが、略半球の殻状の収束体４０１ｂにコイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂが組み込まれている点で相違している。

コイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂは、フィラメント４０２の近傍に設けられる。そして、コイル４０６ａには、図示しないリードを介して、外部から制御可能な電流を供給することが可能なようにされている。コイル４０６ａに電流を流すことにより、フィラメント４０２が設けられている空間およびフィラメント４０２と陽極１０３との間の空間に、電子ビームを偏向させるための磁界を発生させることができる。なお、このとき、コイル４０６ａに流す電流は、例えば、１０^−４Ｔ（テスラ）以上の磁界を発生させるものとする。

なお、図７では、コイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂの組が１組しか描かれていないが、Ｘ線管１０１の使用目的に応じて、収束体４０１ｂには、複数組のコイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂが設けられていてもよい。また、鉄心４０６ｂの形状は、Ｘ線管１０１の使用目的に応じて適宜決定される。

以上、本実施形態では、コイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂを組み込んだことにより、フィラメント４０２で発生した電子による陽極１０３に向かう電子ビームの軌跡を適宜制御できるようになる。これにより、電子ビームが陽極１０３に衝突する位置を制御することが可能となり、さらには、陽極１０３で発生するＸ線の方向などを適宜制御することが可能になる。これは、Ｘ線管１０１に新たな機能が追加されることを意味する。したがって、本実施形態では、第２の実施形態と同様の効果に加え、Ｘ線管１０１の適用先が拡大されるなどの効果も期待することができる。

なお、第４の実施形態および第５の実施形態では、偏向電極４０４ａ，４０４ｂまたはコイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂが第２の実施形態での収束体４０１ｂに組み込まれるものとしているが、これらが組み込まれる対象はこれに限定されない。偏向電極４０４ａ，４０４ｂまたはコイル４０６ａおよび鉄心４０６ｂが組み込まれるのは、第１の実施形態での収束体４０１ａや、第３の実施形態での収束体４０１ｃであってもよい。

＜第６の実施形態＞
図８は、本発明の第１〜第５の実施形態に係るＸ線管１０１を用いた透過型Ｘ線撮影装置１の構成の例を模式的に示した図である。透過型Ｘ線撮影装置１は、テーブル３上に載置された被写体７に上方に配置されたＸ線管１０１からＸ線６を照射し、被写体７を透過したＸ線６をテーブル３の下側に配置されたＸ線検出器２で検知することによって、被写体７のＸ線透過像を撮影する装置である。

ここで、Ｘ線管１０１は、Ｘ線管保持体５に保持され、被写体７の体軸方向および体軸に直交する方向に沿って自在に移動可能なように構成されている。また、Ｘ線管保持体５は、支柱４によりテーブル３または床に支持されるとともに、支柱４を伸縮させることにより、Ｘ線管１０１と被写体７との距離を調節可能に構成されている。さらに、Ｘ線管保持体５は、支柱４を被写体７の体軸を中心に傾斜または回転可能にも構成されている。

被写体７の撮影時に、Ｘ線管１０１を移動させたり、傾斜（回転）させたりする制御は、撮影制御装置１０によって行われる。また、撮影制御装置１０は、Ｘ線管１０１でのＸ線発生タイミングを制御するとともに、Ｘ線検出器２で取得されたＸ線の強度データに基づいて、被写体７のＸ線透過像を生成する。

当然ではあるが、本発明の第１〜第５の実施形態に係るＸ線管１０１は、医療用などで多用されているＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置にも適用することができる。Ｘ線ＣＴ装置は、透過型Ｘ線撮影装置１に被写体７の複数角度からのＸ線透過像取得機能を拡充した上で、被写体７の複数角度からのＸ線透過像を用いて、被写体７の断層撮影像を撮影する機能を追加したものである。

よって、本実施形態では、陰極からの異常放電が低減し、動作の信頼性が向上したＸ線管を用いた透過型Ｘ線撮影装置１やＸ線ＣＴ装置が実現される。

なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。

１ 透過型Ｘ線撮影装置（Ｘ線撮影装置）
２ Ｘ線検出器
３ テーブル
４ 支柱
５ Ｘ線管保持体
６ Ｘ線
７ 被写体
１０ 撮影制御装置
１０１ Ｘ線管
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅ 陰極
１０３ 陽極
１０４ 直流発生装置
１０５ 加熱変圧器
１０６ 交流電源
１０７ １次巻線
１０８ ２次巻線
２０３ ロータ
２０４ ステータ
２０５ ガラス容器
２０６ 保護筐体
２０７，２０８ ブッシング
３０１ 収束体
３０２，３０２ａ，３０２ｂ フィラメント
３０３ リード
４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃ 収束体
４０１ｐ セラミックス収束体
４０１ｑ 金属収束体
４０２ フィラメント
４０３ リード
４０４ａ，４０４ｂ 偏向電極
４０５ａ，４０５ｂ リード
４０６ａ コイル
４０６ｂ 鉄心
４０８ 孔部
４０９ 溝部

Claims (9)

1. 陰極と陽極とを備え、前記陰極から放出される電子を、前記陰極と前記陽極の間に印加される高電圧で加速して前記陽極に衝突させ、その衝突によってＸ線を発生させるＸ線管であって、
   前記陰極は、前記電子を放出するフィラメントと、前記フィラメントから放出される前記電子を前記陽極に向かう電子ビームとして収束させる収束体と、を備えてなり、
   前記収束体の外側表面部の体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍであること
   を特徴とするＸ線管。
2. 前記収束体は、体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍのセラミックス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. 前記収束体は、内部が中空の殻状であること
   を特徴とする請求項２に記載のＸ線管。
4. 前記収束体は、前記フィラメントが配設される溝部を有する金属収束体と、前記金属収束体の前記溝部を除いた部分の外側を覆うセラミックス収束体と、によって構成され、
   前記セラミックス収束体は、体積抵抗率１０^１０〜１０^１２Ωｃｍのセラミックス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. 前記陰極の前記フィラメントの近傍には、前記電子ビームを偏向させる電界を発生する偏向電極が設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
6. 前記陰極の前記フィラメントの近傍には、前記電子ビームを偏向させる磁界を発生するコイルおよび鉄心が設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
7. 前記フィラメントの一端と前記収束体の外側表面部の一端とは電気的に接続されていること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
8. 前記フィラメントの一端と前記収束体の外側表面部の一端との間には外部から制御可能な電圧が印加されること
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のＸ線管を備えたこと
   を特徴とするＸ線撮影装置。

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