JP4046863B2

JP4046863B2 - Ｘ線管を備えたｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4046863B2
Application number: JP24167198A
Authority: JP
Inventors: 昌義石川
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: JP2000067790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管を備えるＸ線発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線発生装置の一例として、特開平１０−１０６４６３号公報に記載されるものがある。この公報に開示されたＸ線発生装置は、保護ケース内にＸ線管を収容しており、このＸ線管においては、フィラメントが通電により熱せられると、電子ビームが放出され、電子ビームは加速されてターゲットに高速で衝突する。このとき、ターゲットからは、ターゲットを固着した出力窓を通して、ターゲットの材料に固有のＸ線が放射される。ここで、出力窓は、薄板状のベリリウム等からなり、わずかな損傷でＸ線管全体が使用できなくなる場合がある。このため、出力窓が出力窓保持部の内部に固定され、これにより出力窓の表面に対する損傷防止が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のＸ線発生装置において、出力窓の損傷防止策がとられているが、出力窓の表面に損傷が与えられる可能性を少しでも低減させて出力窓の損傷をより確実に防止することが、使用者の安心感を高める上で望ましい。
【０００４】
そこで、本発明は、Ｘ線強度の減衰を抑えつつ、出力窓の損傷をより確実に防止することができるＸ線管を備えたＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、出力窓の損傷をより確実に防止すべく、出力窓のＸ線出射方向に保護体を配置することを見出した。保護体としては、種々のものが考えられるが、本発明者らは、保護体として樹脂等を用い、この樹脂を出力窓の表面にコーティングすることを検討した。しかし、この場合、樹脂により出力窓の損傷は防止されるものの、Ｘ線が樹脂を通過することでその強度が大きく減衰すると共に、樹脂がＸ線の照射により変質してしまうこともある。そこで、本発明者らは、鋭意検討した結果、保護体として特定の構造を採用することで、上記目的を達成できることを見い出した。
【００１２】
すなわち、本発明のＸ線発生装置は、開口端を有し、内部にカソードを有するバルブ、バルブの開口端側に配置される出力窓、バルブの開口端に設けられ、出力窓を保持する出力窓保持部、及び出力窓のバルブ側の内面に設けられ、カソードから放出される電子ビームの照射により発生するＸ線を出力窓を通して出射するターゲットを備えるＸ線管と、Ｘ線管のカソードとターゲットとの間に電圧を供給する電源部と、Ｘ線管及び電源部を内部に収容するケースとを備えるＸ線発生装置であって、ケースには、Ｘ線管の出力窓の外面側であって出力窓に対向する位置に、出力窓から出射されるＸ線を通過させるための複数の開口を画成する仕切り部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、電源部によりカソードとターゲットとの間に電圧が供給されると、カソードからターゲットに向けて電子ビームが照射され、ターゲットでＸ線が発生し、このＸ線は、出力窓を通過して出力窓の外面側に出射される。このとき、Ｘ線は、仕切り部の開口を通過してＸ線管の外部に放射される。また、仕切り部により、使用者の指や突起物などの侵入の可能性が十分に低減される。
【００１４】
また、本発明のＸ線発生装置においては、仕切り部は、ケースとＸ線管との間で挟持されていることが好ましい。この場合、Ｘ線管の作動中に、ターゲットで発生し続ける熱によりＸ線管が高温になる場合には、Ｘ線管の熱が仕切り部のみならずケースにも伝えられ、仕切り部及びケースの双方から放熱されることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明のＸ線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るＸ線発生装置を示す断面図であり、図２は、Ｘ線発生装置の分解斜視図である。これら図面に示すＸ線発生装置１は、ボックスタイプからなる保護ケース２を有し、この保護ケース２は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムからなり、４分割されている。すなわち、図２に示すように、保護ケース２は、断面コ字状の上蓋３と断面コ字状の下蓋４と平板状の正面パネル５と平板状の背面パネル６とからなり、４分割型のボックスを構成している。また、上蓋３の前端及び後端には、正面パネル５及び背面パネル６の上端を差し込むためのパネル支持溝３ａ及び３ｂが形成され、下蓋４の前端及び後端には、正面パネル５及び背面パネル６の下端を差し込むためのパネル支持溝４ａ及び４ｂが形成されている。
【００１７】
そこで、保護ケース２を組み立てる場合、補強板２９の下側を下蓋４の内面にネジ固定した後、下蓋４のパネル支持溝４ａ，４ｂに正面パネル５及び背面パネル６の下端をそれぞれ差し込み、上蓋３のパネル支持溝３ａ，３ｂに正面パネル５及び背面パネル６の上端を上蓋３のパネル支持溝３ａ，３ｂに差し込むようにして、上蓋３と下蓋４とを合わせ、補強板２９の上側を上蓋３の内面にネジ固定することで、下蓋４に対して上蓋３をしっかりと固定する。すなわち、保護ケース２は、正面パネル５及び背面パネル６を上蓋３と下蓋４とで挟み込む構造になっている。
【００１８】
この保護ケース２内には、軟Ｘ線を発生させて静電気の除去等に利用されるＸ線管８が配置されている。このＸ線管８は、図３に示すように、コバールガラス製の円筒状バルブ９を有し、このバルブ９の末端には、排気管１０をもったステム１１が形成され、バルブ９の開口端５０には、円筒状をなすコバール金属製の出力窓保持部１２が融着接続されている。この出力窓保持部１２は、内方に突出し中央開口１２ａを形成する着座部１２ｂを有し、この着座部１２ｂには、中央開口１２ａを塞ぐように円板状の出力窓１３がＡｇろう付けにより固定されている。出力窓１３のバルブ９側の内面１３ａには、電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲット１４が蒸着されている。
【００１９】
更に、ステム１１には２本のステムピン１５が固定され、バルブ９内には、所定の電圧で電子ビームを放出するカソードとしてのフィラメント１６が設けられ、このフィラメント１６は、ステムピン１５の先端に固定されている。また、一方のステムピン１５には、円筒状をなすステンレス製フォーカス１７が固定されている。そして、この出力窓保持部１２は、コバール金属からなるので、熱伝導性及び導電性をもち、アースされた保護ケース２に電気的に接続されることで接地電位となり、ターゲット１４を接地電位にしている。
【００２０】
ところで、Ｘ線管８に用いられる出力窓１３は、薄板状のベリリウム（Ｂｅ）からなり、わずかな損傷でＸ線管８を使用できなくなる場合がある。このため、円筒状の出力窓保持部１２の内部に出力窓１３が収容され、これにより出力窓１３の表面に対して与えられる損傷の防止が図られている。しかしながら、出力窓１３の表面に損傷が与えられる可能性を少しでも低減させて、出力窓１３の損傷をより確実に防止することが、使用者の安心感を高める上で望ましい。
【００２１】
そこで、Ｘ線管８には、出力窓１３を保護するための仕切り部４７が設けられており、仕切り部４７は、環状部４８を介して出力窓保持部１２のフランジ部１８に接着固定されている。ここで、環状部４８は、図４に示すように、フランジ部１８に接着固定される環状の保持リング３８と、保持リング３８の周縁部に接着固定される環状の押えリング３９とで構成され、仕切り部４７は、この保持リング３８と、押えリング３９とによって挟持されている。仕切り部４７は、出力窓１３の外面側であって、出力窓１３に対向する位置に配置されている（図５参照）。
【００２２】
仕切り部４７としては、図４に示すように、例えば格子状に組み立てられた線状部材３５ａ〜３５ｄが用いられる。この場合、平行に配置される線状部材３５ｃ，３５ｄに対して、別の平行に配置した線状部材３５ａ，３５ｂが直交した状態で固定されている。なお、線状部材３５ａ〜３５ｄを相互にしっかりと固定するため、線状部材３５ｃ，３５ｄにはそれぞれ２つずつ凹部３６が形成されており、線状部材３５ａ，３５ｂを線状部材３５ａ，３５ｂに直交させた状態で、線状部材３５ａ，３５ｂがこれらの凹部３６に収容されている。このように、線状部材３５ａ〜３５ｄを格子状に交差させることで、出力窓１３から出射されるＸ線を通過させることができ、Ｘ線管８の外部から指や突起物が入り込む可能性を一層低減させることが可能となる。
【００２３】
線状部材３５ａ〜３５ｄを構成する材料としては、放熱性及び熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムやステンレスなどが用いられる。また、線状部材３５ａ〜３５ｄのそれぞれの平均径は、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。線状部材３５ａ〜３５ｄのそれぞれの平均径が０．１ｍｍ未満では、線状部材３５ａ〜３５ｄの機械的強度が低下し、仕切り部４７が破損しやすくなる傾向があり、０．５ｍｍを超えると、Ｘ線が線状部材３５ａ〜３５ｄによって大きく減衰される傾向がある。
【００２４】
仕切り部４７は、環状部４８の保持リング３８と押さえリング３９とによって挟持されている。ここで、図４に示すように、保持リング３８の周縁部には、線状部材３５ａ〜３５ｄの各端部を収容するための８つの収容溝３７ａ〜３７ｈが形成され、線状部材３５ａ〜３５ｄの各端部が収容溝３７ａ〜３７ｈに嵌合されることで、線状部材３５ａ〜３５ｄが保持リング３８に保持されている。また、保持リング３８の周縁部には、環状の押えリング３９が接着固定され、これにより線状部材３５ａ〜３５ｄが保持リング３８から外れないようになっている。
【００２５】
なお、保持リング３８を構成する材料としては、出力窓１３で発生した熱が出力窓保持部１２を介して伝達されるよう導電性及び熱伝導性を有する材料、例えばアルミニウムやステンレスなどが用いられ、押えリング３９を構成する材料としては、例えばアルミニウムやステンレスが用いられる。
【００２６】
また、図５に示すように、保持リング３８と押えリング３９とで仕切り部４７を挟持した場合、仕切り部４７は、環状部４８の内側に９個の開口４７ａを画成することになる。ここで、仕切り部４７の中央には、中央開口４７ｂ（４８ａ）が形成され、この中央開口４７ｂは、出力窓１３の中央部１３ａに対向している。従って、出力窓１３の中央部１３ａから出射される極大強度を有するＸ線が、線状部材３５ａ〜３５ｄによって減衰されることなく仕切り部４７の開口４７ａを通過することとなり、Ｘ線管８から有用なＸ線を放射することができる。
【００２７】
図６は、仕切り部４７を固定した環状部４８を有するＸ線管８を正面パネル５に取り付けた状態を示す断面図である。図６に示すように、フランジ部１８は、ターゲット１４に対して熱的及び電気的に導通状態にあるため、ターゲット１４で発生し続ける熱により、出力窓保持部１２が１００℃前後の高温になり、フランジ部１８が加熱されることになる。そこで、フランジ部１８に伝えられる熱を逃すため、仕切り部４７は、アルミ製の正面パネル５に接着固定され、フランジ部１８も直接正面パネル５に接着固定されている。従って、仕切り部４７は、保護ケース２の出力窓１３に対向する位置に設けられると共に、保護ケース２とＸ線管８との間に挟持されることになる。なお、保護ケース２の正面パネル５には円形のＸ線照射口５ａが設けられ、このＸ線照射口５ａにＸ線管８の出力窓１３を位置合わせすることで、保護ケース２内からのＸ線の放射を可能にしている。
ここで、正面パネル５において、Ｘ線照射口５ａを形成する周縁部には、フランジ部１８及び環状部４８を収容させる環状の凹部５ｂが形成されている。従って、この凹部５ｂにフランジ部１８及び環状部４８を嵌め込むことで、正面パネル５に対するフランジ部１８及び環状部４８の着座性が良くなると同時に、Ｘ線管８の出力窓１３と正面パネル５のＸ線照射口５ａとの位置合わせを容易にすることができる。
【００２８】
また、図１及び図２に示すように、保護ケース２内には、低電圧発生部１９と高電圧発生部２０とからなる電源部２１が収容されている。この電源部２１は、−９．５ｋＶの高電位をステムピン１５に供給して、フィラメント１６とターゲット１４との間に電圧を供給するためのものであり、先ず、低電圧発生部１９で、−１ｋＶまで電位を上げ、次に高電圧発生部２０で−９．５ｋＶまで電位を上げている。このような電源部２１は、鋼製の電源ケース２２に固定され、この電源ケース２２には、電源部２１を収容する部分とは別に、電源部２１の側方でこれに隣接する位置にＸ線管８のバルブ９を収納するためのＸ線管収容部２３が設けられている。
【００２９】
図６に示すように、電源ケース２２には、Ｘ線管収容部２３の前端を形成し且つ正面パネル５に対して平行に対峙する保持板２４が設けられ、この保持板２４には、Ｘ線管８のバルブ９を挿入するための開口部２４ａが形成されている。そこで、この開口部２４ａにＸ線管８のバルブ９を挿入した場合、Ｘ線管８のフランジ部１８は、保持板２４の前面と正面パネル５の背面とで挟持される。この場合、電源ケース２２は、保護ケース２の下蓋４にネジ固定されているので、Ｘ線管８のフランジ部１８は、電源ケース２２の保持板２４と、保護ケース２のパネル支持溝３ａ，４ａに固定された正面パネル５とでしっかり挟み付けられることになり、保護ケース２内でしっかりと固定される。ここで、保持板２４と正面パネル５との間には、シリコンラバーからなる中間部材２５が設けられている。この中間部材２５は、保持板２４と正面パネル５との間を略埋めるような形状を有すると共に、Ｘ線管８のバルブ９を挿入させるための開口部２５ａを有している。
【００３０】
また、図１及び図２に示すように、Ｘ線管収容部２３内には、Ｘ線管８を保護ケース２内で保持するための振れ止め部材２６が設けられ、この振れ止め部材２６は、ウレタン樹脂からなると共に、円弧状の押圧面２６ａでＸ線管８のバルブ９を挟み込むように２分割されている。そこで、保護ケース２の側壁に固定された保護板２９と電源ケース２２内の隔壁２２ａとに各振れ止め部材２６を当接させ、円弧状の各押圧面２６ａでＸ線管８のバルブ９を挟み込むことで、Ｘ線管８を、保護ケース２内にしっかりと保持させることができる。
【００３１】
なお、Ｘ線発生装置１は、電源部２１の低電圧発生部１９に所定の電圧を供給するための外部リード線３１を有している。この外部リード線３１はゴム製のキャップ３０をもち、このキャップ３０を背面パネル６の開口部６ａに嵌め込むことで、外部リード線３１は保護ケース２に固定される。また、高電圧発生部２０にはカソード用リード線３２が設けられ、このリード線３２をＸ線管８のステムピン１５に接続することで、−９．５ｋＶの高電圧がフィラメント１６に供給される。
【００３２】
以上のような構成を有するＸ線発生装置１によれば、電源部２１からＸ線管８のステムピン１５に−９．５ｋＶの高電位を供給し、フィラメント１６から接地電位のターゲット１４に向けて電子ビームを照射する。このとき、電子ビームの衝突によりターゲット１４からＸ線が放射され、このＸ線が出力窓１３を透過してＸ線管８の外部に出射される。このとき、Ｘ線は、仕切り部４７の開口４７ａを通過するので、樹脂などを出力窓にコーティングする場合に比べてＸ線強度の減衰が抑えられる。ここで、仕切り部４７の中央には、中央開口４７ｂが形成され、この中央開口４７ｂが出力窓１３の中央部１３ａに対向する。このため、極大強度のＸ線が、線状部材３５ａ〜３５ｄによって減衰されることなく仕切り部４７の開口４７ａを通過し、Ｘ線管８から有用なＸ線が出射されることになる。そして、Ｘ線発生装置１の作動中にフランジ部１８で発生した熱は、環状部４８及びフランジ部１８が保護ケース２の正面パネル５に接触しているので、正面パネル５に伝えられて放熱されるだけでなく、環状部４８の保持リング３８を介して仕切り部４７にも伝えられて、仕切り部４７で放熱されることになる。従って、仕切り部４７がない場合に比べて放熱効果が向上する。また、出力窓１３が出力窓保持部１２の内部に保持されているため使用者の指や突起物などが侵入しにくくなっている上に、仕切り部４７により、使用者の指や突起物などが侵入する可能性が十分に低減され、出力窓１３の損傷がより確実に防止されることになる。
【００３３】
次に、第２の実施形態に係るＸ線発生装置について説明する。なお、前述したＸ線発生装置１と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
図７に示すように、本実施形態に係るＸ線発生装置４０は、線状部材３５ａ〜３５ｄのうちの線状部材３５ａの表面にシンチレータ４１を塗布した点で第１の実施形態に係るＸ線発生装置１と異なる。シンチレータ４１としては、例えばＺｎＳが用いられる。この場合、Ｘ線がシンチレータ４１に照射されると、シンチレータ４１が発光するため、Ｘ線の照射を目視で確認することができる。なお、シンチレータ４１は、Ｘ線の放射が目視で確認できる限り、１本の線状部材３５ａに限定されず、もう１本の線状部材３５ｂに塗布されてもよく、残り全ての線状部材３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに塗布されてもよい。
【００３５】
次に、第３の実施形態に係るＸ線発生装置について説明する。なお、前述したＸ線発生装置１と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
図８に示すように、本実施形態に係るＸ線発生装置４２は、仕切り部４７として、シンチレーションファイバ４３の端部を有する点で第１又は第２実施形態に係るＸ線発生装置１，４０と異なる。すなわち、図９に示すように、Ｘ線発生装置４２においては、Ｘ線管８における線状部材３５ａ〜３５ｄのうちの１本の線状部材３５ａがシンチレーションファイバ４３の一端部４３ａとなっている。ここで、シンチレーションファイバ４３は、例えばプラスチックシンチレータからなるコア４４と、コア４４の外側に被覆されコア４４よりも屈折率の低いプラスチック材料からなるクラッド４５とで構成されるもの、又はプラスチックシンチレータ材料のみで構成されるものである。なお、Ｘ線発生装置４２においては、シンチレーションファイバ４３が、上述したように仕切り部４７の一部を構成する場合、すなわち線状部材３５ａの代わりとして用いられる場合に限定されず、線状部材３５ａ〜３５ｄのいずれかの上に接着固定される場合も可能である。
【００３７】
シンチレーションファイバ４３は、長尺状となっており、その他端部４３ｂには、例えばシリコンフォトダイオード等の光検出器４６に接続されている。従って、Ｘ線がシンチレーションファイバ４３の一端部４３ａに照射されると、シンチレーションファイバ４３が発光してその光をコア４４を通して導光し、その光が光検出器４６で検出される。従って、検出される光強度に基づき、Ｘ線の強度変化を直接的にモニタすることができ、Ｘ線管８の寿命を検知することができる。
【００３８】
なお、図８において、ターゲット１４が高電圧発生部２０に接続されており、ステムピン１５が低電圧発生部１９に接続されている。このため、ターゲット１４が正の高電位となり、ステムピン１５が低電位となり、フィラメント１６とターゲット１４との間で電位差が形成される。
【００３９】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、仕切り部４７としては、格子状に構成された線状部材３５ａ〜３５ｄを環状部４８で挟持したものに限らず、種々のものを用いることが可能である。例えば、仕切り部４７と環状部４８とをエッチングにより一体に形成することも可能である。この場合、エッチングにより形成された仕切り部４７の形状は、円形の環状部４８の内側に形成される仕切り部４７により、複数の開口を画成するような形状となっている。仕切り部４７の形状としては、例えば図１０（ａ）〜（ｇ）に示すものが用いられる。図１０(ａ)，（ｄ）は、４つの開口４７ａを画成する仕切り部４７、（ｂ）は、３つの開口４７ａを画成する仕切り部４７、（ｃ），（ｇ）は９つの開口４７ａを画成する仕切り部４７、（ｅ）は、５つの開口４７ａを画成する仕切り部４７、（ｆ）は７つの開口４７ａを画成する仕切り部４７である。これらのうち、中央に開口４７ｂを有することから、仕切り部４７の形状としては、（ｃ）〜（ｇ）に示される形状が好ましい。
【００４０】
また、本発明のＸ線発生装置においては、仕切り部４７がＸ線管８及び保護ケース２の間に挟持された構成に限らず、保護ケース２にのみ取り付けられた構成とすることも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によるＸ線管及びＸ線発生装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、ターゲットで発生するＸ線が出力窓を通過して出力窓の外面側に出射されるとき、Ｘ線は、仕切り部の開口を通過するので、樹脂等を出力窓にコーティングする場合に比べて、Ｘ線強度の減衰を抑えることができる。そして、Ｘ線管の作動中に、ターゲットで発生し続ける熱は、出力窓保持部を介して仕切り部に伝えられて仕切り部で放熱されるので、仕切り部がない場合に比べて放熱効果が向上する。また、仕切り部により、使用者の指や突起物などの侵入の可能性が十分に防止され、出力窓の破損をより確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線発生装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示したＸ線発生装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示したＸ線管を示す断面図である。
【図４】図３に示したＸ線管の要部を示す分解斜視図である。
【図５】図４に示したＸ線管の要部を示す正面図である。
【図６】図３に示したＸ線管を保護ケースに取り付けた状態を示す拡大断面図である。
【図７】本発明に係るＸ線発生装置の第２の実施形態の要部を示す正面図である。
【図８】本発明に係るＸ線発生装置の第３の実施形態を示す概略断面図である。
【図９】図８に示した環状部及び仕切り部を示す斜視図である。
【図１０】仕切り部の形状の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１，４０，４２…Ｘ線発生装置、８…Ｘ線管、９…バルブ、１２…出力窓保持部、１３…出力窓、１３ａ…出力窓の中央部、１４…ターゲット、１６…フィラメント（カソード）、２１…電源部、３５ａ〜３５ｄ…線状部材、４１…シンチレータ、４３…シンチレーションファイバ、４７…仕切り部、４７ａ…開口、５０…開口端。

Claims

開口端を有し、内部にカソードを有するバルブ、前記バルブの前記開口端側に配置される出力窓、及び前記出力窓の前記バルブ側の内面に設けられ、前記カソードから放出される電子ビームの照射により発生するＸ線を前記出力窓を通して出射するターゲットを備えるＸ線管と、
前記Ｘ線管の前記カソード及び前記ターゲットの間に電圧を供給する電源部と、
前記Ｘ線管及び前記電源部を内部に収容するケースと、
を備えるＸ線発生装置であって、
前記ケースには、前記Ｘ線管の前記出力窓の外面側であって前記出力窓に対向する位置に、前記出力窓から出射されるＸ線を通過させるための複数の開口を画成する仕切り部が設けられていることを特徴とするＸ線発生装置。
前記仕切り部は、前記ケースと前記Ｘ線管との間で挟持されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。