JP5179797B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を発生させて出力するＸ線発生装置に関するものである。

Ｘ線管は、例えば、ターゲットと、ターゲットに対してＸ線発生用の電子線を供給する電子供給部（電子銃）と、電子供給部に電圧を印加するための一対の電極リードとが密閉容器内に配置されて構成される。また、密閉容器の一部は、Ｘ線を透過させる出力窓となっており、ターゲットで発生したＸ線は、この出力窓を介して外部へと出力される（特許文献１〜５参照）。
特表２００６−５１４４２１号公報 特開２００５−３０２３６８号公報 米国特許第６，５６３，９０８号公報 米国特許第４，６４６，３３８号公報 特表２００５−５２３５５８号公報

上記構成のＸ線管を用いたＸ線発生装置は、近年、液晶パネルや半導体装置などの製造工程における除電（静電気除去）に利用されている（例えば、特許文献１参照）。Ｘ線を用いた除電方法によれば、従来のコロナ放電による方法に比べて塵、電磁ノイズ、オゾン等が発生しないクリーンな除電を実現することが可能である。

具体的には、例えば液晶パネルのガラス基板などの大面積の対象物に対して除電を行う場合、エアーリフトされた基板にＸ線を照射することによって表面を除電するとともに、基板を透過したＸ線によって基板の裏面を同時に除電する方法が用いられている。一方、テレビの大型化などに伴って液晶パネルの大面積化が進んでおり、除電対象となるガラス基板が厚くなりつつある。このため、除電装置として用いられるＸ線発生装置では、厚い対象物の裏面に対して確実に除電を行うため、その高出力化が要求されている。

このようにＸ線発生装置を高出力化する場合、Ｘ線管の使用電圧の高電圧化に対応するための耐圧能、及びＸ線管で発生する熱の増大に対応するための放熱能が問題となる。具体的には、Ｘ線管において、ターゲット（接地電圧）で発生する熱に対する放熱性と、電子供給部（マイナス高電圧）で発生する熱に対する放熱性及び電子供給部に印加される電圧に対する耐圧性、絶縁性とを充分に確保し、それらを両立させることが必要となる。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、Ｘ線管に対する放熱性及び耐圧性をともに向上することが可能なＸ線発生装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明によるＸ線発生装置は、（１）密閉容器、及び密閉容器の所定部位に設けられてＸ線を出力する出力窓を有するＸ線管と、（２）Ｘ線管を収容するとともに、Ｘ線管の出力窓が臨む出力開口部が設けられた筐体前面部を有する金属筐体と、（３）金属筐体内において所定の封止材料でＸ線管を封止し、Ｘ線管で発生した熱を金属筐体を介して外部へと放出するとともに、Ｘ線管の電圧印加部、及び金属筐体の間での絶縁を保持する封止部材とを備え、（４）Ｘ線管は、出力窓の内面側に一体に設けられたＸ線発生用のターゲットと、出力窓及びターゲットを保持するとともに、筐体前面部に熱的に接続された状態で固定されて、Ｘ線の出力方向からみて密閉容器の前方部分を構成する金属材料からなる窓枠部と、窓枠部に対向する位置に設けられて、密閉容器の後方部分を構成する絶縁材料からなる基体部と、ターゲットに対して電子線を供給する電子供給部が一端に固定されるとともに、他端が基体部に固定された一対の電極リードと、一対の電極リードとそれぞれ電気的に接続され、電圧印加部として基体部から外部に突出する一対のリード端子とを有し、（５）封止部材は、基体部から突出した一対のリード端子を少なくとも封止するように、第１封止材料によって形成された内側の第１封止部と、第１封止部を少なくとも封止して、Ｘ線管及び第１封止部と、金属筐体の内面との間に介在するように、第１封止材料よりも放熱性が低くかつ絶縁性が高い第２封止材料によって形成された外側の第２封止部とを有することを特徴とする。

上記したＸ線発生装置においては、出力窓及びターゲットを保持する金属材料の窓枠部と、電子供給部及び電極リードを保持する絶縁材料の基体部とを用いてＸ線管の密閉容器を構成している。そして、Ｘ線管を金属筐体の内部に収容するとともに、金属筐体の筐体前面部に対して窓枠部を熱的に接続している。これにより、Ｘ線管のターゲットで発生する熱が窓枠部を介して金属筐体から外部へと効率的に放出される。また、金属筐体内において、基体部から突出しているリード端子を含むＸ線管を所定の封止材料からなる封止部材によって封止している。これにより、Ｘ線管の電子供給部で発生する熱が電極リード、リード端子、及び封止部材を介して金属筐体から外部へと効率的に放出される。

さらに、上記構成において、金属筐体内でＸ線管を封止する封止部材を、放熱性が高い第１封止材料からなり少なくともリード端子を封止する内側の第１封止部と、絶縁性が高い第２封止材料からなり第１封止部を封止して第１封止部と金属筐体の内面との間に介在する外側の第２封止部とによって構成している。このような構成によれば、電極リードの一端に固定された電子供給部で発生する熱に対する放熱性と、リード端子から電子供給部に印加される電圧に対する絶縁性とを好適に両立して、Ｘ線管に対する放熱性及び耐圧性をともに向上することが可能となる。

ここで、Ｘ線管の窓枠部は、その前面の全体が筐体前面部に熱的に接続された状態で、金属筐体の筐体前面部に対してネジ止めによって固定されていることが好ましい。これにより、窓枠部から金属筐体への熱の伝導効率を高くして、ターゲットで発生する熱に対する窓枠部及び金属筐体を介しての放熱性を向上することができる。

また、金属筐体に対し、その外面上にＸ線管からの熱を外部へと放出するための放熱フィンが設置されていることが好ましい。このように、金属筐体に対して放熱フィンを設けることにより、Ｘ線管のターゲットから窓枠部を介して放出される熱と、電子供給部から電極リード、リード端子、及び封止部材を介して放出される熱とを、金属筐体から外部へと効率良く放熱することができる。

また、金属筐体は、筐体前面部に設けられた出力開口部が、内部のＸ線管側から外側に向かって拡径する形状に形成されていることが好ましい。これにより、Ｘ線管の出力窓から出力開口部を介してのＸ線の外部への出力効率、及びその利用効率を向上することができる。また、このような出力開口部の形状は、金属筐体の表面積の増大による放熱効果の向上の点でも有効である。

また、Ｘ線管において基体部から外部に突出するように設けられた排気管は、一対のリード端子とともに第１封止部によって封止されていることが好ましい。ここで、放熱性が高い第１封止材料は、通常、第２封止材料に比べて熱膨張率が小さい。したがって、上記のように排気管が第１封止部によって封止される構成とすることにより、封止材料の熱膨張によるＸ線管の破損を防止することができる。

また、第１封止部及び第２封止部からなる封止部材の具体的な構成については、金属筐体内において、第２封止部が介在する第１封止部と金属筐体の内面との距離は、一対のリード端子に印加される電圧（Ｘ線管の使用電圧）、及び第２封止部に用いられる第２封止材料の絶縁特性に基づいて設定されていることが好ましい。これにより、Ｘ線管に対する放熱性と、耐圧性とを好適に両立することができる。

また、上記構成のＸ線発生装置は、Ｘ線管及び封止部材を内部に含む金属筐体を収容するとともに、金属筐体の筐体前面部が固定される前面パネルを有するハウジングケースをさらに備えることとしても良い。この場合、ハウジングケースの前面パネルには、金属筐体の出力開口部を介してＸ線管の出力窓が臨む固定開口部を含む筐体固定部が設けられていることが好ましい。このようにハウジングケースを備えるＸ線発生装置は、例えば除電装置として利用することが可能である。

また、上記のようにハウジングケースを備える構成において、金属筐体の筐体前面部には、ハウジングケースの筐体固定部に設けられた固定開口部に嵌合するように出力開口部の外周に形成され、その突出高さが前面パネルの厚さと略一致する固定突出部が設けられていることが好ましい。これにより、ハウジングケースの固定開口部に対して金属筐体を好適に位置決め、固定することができる。また、金属筐体の固定突出部の突出高さがハウジングケースの前面パネルの厚さと略一致しているため、金属筐体を固定した際に、その固定突出部の前面と、ハウジングケースの前面とを面一にすることができる。このような構成は、金属筐体を介しての放熱性の点でも有効である。

また、ハウジングケースに対し、ハウジングケース内において冷却気体を流すことによって装置各部を冷却するための冷却機構が設けられていることが好ましい。これにより、Ｘ線管からの熱の金属筐体を介しての放出、及びそれによるＸ線管の冷却を好適に実現することができる。

この場合、ハウジングケースを、前面パネル、及び金属筐体を側方から囲むとともに冷却機構における冷却気体の流路を構成するケース本体部を含む内部ケースと、内部ケースの前面パネルとともに内部ケースを囲む外部ケースとによって構成しても良い。

また、ハウジングケース内において装置各部を冷却する冷却機構の具体的な構成については、冷却機構は、ハウジングケースの前面パネルに設けられた複数の貫通孔からなり冷却気体をハウジングケース内に導入する吸気部と、冷却に用いられた冷却気体を外部へと排出する管状部材からなる排気部とによって構成されることが好ましい。あるいは、冷却機構は、冷却気体をハウジングケース内に導入する管状部材からなる吸気部と、冷却に用いられた冷却気体を外部へと排出する管状部材からなる排気部とによって構成されることが好ましい。

本発明によるＸ線発生装置によれば、出力窓及びターゲットを保持する金属材料の窓枠部と、電子供給部及び電極リードを保持する絶縁材料の基体部とを用いてＸ線管の密閉容器を構成し、Ｘ線管を金属筐体の内部に収容して金属筐体の筐体前面部に対して窓枠部を熱的に接続し、金属筐体内において、基体部から突出しているリード端子を含むＸ線管を封止部材によって封止するとともに、放熱性が高い第１封止材料からなりリード端子を封止する第１封止部と、絶縁性が高い第２封止材料からなり第１封止部を封止して第１封止部と金属筐体の内面との間に介在する第２封止部とによって封止部材を構成することにより、Ｘ線管に対する放熱性及び耐圧性をともに向上することが可能となる。

以下、図面とともに、本発明による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。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明によるＸ線発生装置の第１実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面断面図である。また、図２は、図１に示したＸ線発生装置に用いられるＸ線管の構成を、その中心線を含む面で破断して示す斜視図である。本実施形態によるＸ線発生装置１Ａは、Ｘ線管１０と、金属筐体３０と、封止部材３５とを備えて構成されている。

Ｘ線管１０は、図２に示すように、密閉容器１５と、密閉容器１５の所定部位に設けられた出力窓１１と、出力窓１１とともに設けられたＸ線発生用のターゲット１２と、ターゲット１２に対してＸ線発生用の電子線を供給する電子供給部（電子銃）であるフィラメント２５とを有する。

本実施形態においては、密閉容器１５は、窓枠部１６と、接続部１７と、基体部１８とによって構成されている。窓枠部１６は、導電性で熱伝導性が高い金属材料、好ましくは銅（Ｃｕ）から形成されており、Ｘ線の出力方向からみて密閉容器１５の前方部分を構成している。窓枠部１６には、本Ｘ線管１０におけるＸ線の出力方向に向けて略円形の開口部１３が設けられており、この開口部１３を塞ぐようにＸ線を出力するための出力窓１１が気密ロウ付けされている。

出力窓１１としては、例えば、Ｘ線を透過するベリリウム薄板（ベリリウム窓）が好適に用いられる。また、出力窓１１の内面側には、電子線の衝突によってＸ線を発生させるターゲット１２が設けられている。ターゲット１２としては、例えば、出力窓１１であるベリリウム薄板に蒸着されたタングステン層を用いることができる。また、このような構成において、窓枠部１６は、出力窓１１及びターゲット１２を保持している。

また、窓枠部１６には、その前面１６ａにおいて、Ｘ線管１０を金属筐体３０に取り付けるためのネジ穴１６ｂが設けられている。これらのネジ穴１６ｂは、図２に示したように、好ましくは、出力窓１１を囲む外縁部において、その中心線１６ｃよりも外側の所定位置に設けられる。

基体部１８は、絶縁材料、好ましくはセラミックス材料から形成されており、窓枠部１６に対向する位置に設けられて密閉容器１５の後方部分を構成している。また、図２に示した構成例では、これらの窓枠部１６と基体部１８とは、好ましくはコバール金属等からなる接続部１７を介して一体に接続され、これによってＸ線管１０の密閉容器１５が構成されている。なお、接続部１７については、不要であれば設けずに、窓枠部１６と基体部１８とが直接に接続される構成としても良い。また、窓枠部１６の金属材料、及び基体部１８の絶縁材料については、上記した銅、及びセラミックス材料以外にも具体的には様々な材料を用いて良い。

基体部１８に対し、一対の電極リード２１、２２が設けられている。これらの電極リード２１、２２は、その一端（前端部）に電子供給部であるフィラメント２５が固定され、他端（後端部）が基体部１８の貫通孔１８ａに固定されている。なお、密閉容器１５内において、フィラメント２５は、電子線の供給対象となるターゲット１２に対して所定位置に配置される。

また、電極リード２１、２２の後端部は、基体部１８を貫通して基体部１８の後面から外部に突出している。本構成例では、この電極リード２１、２２の突出部分が、電極リード２１、２２とそれぞれ電気的に接続され、フィラメント２５に対して必要な電圧を印加するために用いられる電圧印加部として機能する一対のリード端子２３、２４となっている。これらのリード端子２３、２４は、リード線２３ａ、２４ａを介して電圧を供給する電源に接続される。また、基体部１８の後面には、リード端子２３、２４と合わせて、排気管２６が突出して設けられている。

このような構成を有するＸ線管１０は、図１に示すように、金属筐体３０の内部に収容されて設けられている。Ｘ線管１０は、その窓枠部１６が金属筐体３０の筐体前面部３１に直接的に熱的に接続された状態で固定されることによって、金属筐体３０に対して固定される。図１に示した構成例においては、窓枠部１６は、その前面１６ａの全体が筐体前面部３１に熱的に接続された状態で、ネジ穴１６ｂ及びネジ１６ｄによって、筐体前面部３１に対してネジ止め固定されている。なお、金属筐体３０を構成する金属材料については、例えばアルミニウムを用いることができる。

また、この金属筐体３０の筐体前面部３１には、Ｘ線管１０の出力窓１１が臨む出力開口部３２が設けられている。本構成例では、出力開口部３２は、図１に示すように、内部のＸ線管１０側から外側に向かって、すなわちＸ線の出力方向に向かって拡径する形状に形成されている。また、筐体前面部３１には、出力開口部３２の外周に環状に突出する固定突出部３３が設けられている。この固定突出部３３は、後述するように、金属筐体３０をハウジングケースに固定する際に用いられる。また、筐体前面部３１には、同じく金属筐体３０をハウジングケースに固定する際に用いられるネジ穴３１ａが設けられている。

また、金属筐体３０内に収容されたＸ線管１０に対し、金属筐体３０内において所定の封止材料でＸ線管１０を封止する封止部材３５が設けられている。この封止部材３５は、Ｘ線管１０で発生した熱を金属筐体３０を介して外部へと放出（放熱）するとともに、Ｘ線管１０の電圧印加部であるリード端子２３、２４と金属筐体３０との間での絶縁を保持するためのものである。

図１に示したＸ線発生装置１Ａにおいては、封止部材３５は、第１封止部３６と、第２封止部３７とによって構成されている。第１封止部３６は、Ｘ線管１０の基体部１８から突出した一対のリード端子２３、２４を少なくとも封止するように、第１封止材料によって形成されている。また、本構成例では、Ｘ線管１０において基体部１８から外部に突出するように設けられた排気管２６についても、リード端子２３、２４とともに第１封止部３６によって封止されている。

第２封止部３７は、上記した第１封止部３６を封止するように、第１封止材料とは異なる第２封止材料によって形成されている。これにより、第２封止部３７は、Ｘ線管１０及び第１封止部３６と、金属筐体３０の内面との間に介在する構成となっている。ただし、Ｘ線管１０の窓枠部１６の前面１６ａは、上記したように金属筐体３０の筐体前面部３１に対して直接に接触している。また、第１封止部３６と第２封止部３７とは、その境界の全体において直接的に接触している。

具体的には、第２封止部３７の第２封止材料としては、第１封止材料よりも放熱性が低く、かつ絶縁性が高い封止材料が用いられる。すなわち、金属筐体３０内においてＸ線管１０を封止する封止部材３５のうち、Ｘ線管１０側の第１封止部３６は放熱特性に優れた封止材料によって形成されている。また、金属筐体３０側の第２封止部３７は絶縁特性に優れた封止材料によって形成されている。

上記実施形態によるＸ線発生装置１Ａの効果について説明する。

図１及び図２に示したＸ線発生装置１Ａにおいては、出力窓１１及びターゲット１２を保持する金属材料の窓枠部１６と、電子供給部であるフィラメント２５及び電極リード２１、２２を保持する絶縁材料の基体部１８とを用いて、Ｘ線管１０の密閉容器１５を構成している。そして、Ｘ線管１０を金属筐体３０の内部に収容するとともに、Ｘ線管１０の窓枠部１６の前面を金属筐体３０の筐体前面部３１に直接的に接触させて、金属筐体３０の筐体前面部３１に対して窓枠部１６を熱的に接続している。

これにより、Ｘ線管１０のターゲット１２で発生する熱が窓枠部１６を介して金属筐体３０から外部へと効率的に放出される。また、金属筐体３０内において、基体部１８から突出しているリード端子２３、２４を含むＸ線管１０を所定の封止材料からなる封止部材３５によって封止している。これにより、Ｘ線管１０のフィラメント２５等で発生する熱が電極リード２１、２２、リード端子２３、２４、及び封止部材３５を介して、金属筐体３０から外部へと効率的に放出される。

さらに、上記構成において、金属筐体３０内でＸ線管１０を封止する封止部材３５を、放熱性が高い第１封止材料からなり少なくともリード端子２３、２４を封止する内側の第１封止部３６と、絶縁性が高い第２封止材料からなり第１封止部３６を封止して第１封止部３６と金属筐体３０の内面との間に介在する外側の第２封止部３７とによって構成している。このような構成によれば、電極リード２１、２２の一端に固定されたフィラメント２５で発生する熱に対する放熱性と、リード端子２３、２４からフィラメント２５に印加される電圧に対する絶縁性とを好適に両立して、Ｘ線管１０に対する放熱性及び耐圧性をともに向上することが可能となる。

すなわち、金属筐体３０内でＸ線管１０を封止する封止部材３５については、放熱性と絶縁性（耐圧性）とがともに高い封止材料を用いることが好ましいが、現段階では、そのような材料は存在していない。これに対して、本実施形態によるＸ線発生装置１Ａの構成では、リード端子２３、２４を含むＸ線管１０側の第１封止部３６において放熱性が高い封止材料を用いることにより、フィラメント２５等で発生した熱の放出が効率良く実現される。また、金属筐体３０側の第２封止部３７において絶縁性が高い封止材料を用いることにより、Ｘ線管１０と金属筐体３０との間での絶縁が確実に保持される。

第１封止部３６を構成する放熱性が高い第１封止材料としては、例えば、ポッティング材として用いられる信越シリコーン社製のシリコーンゴムＫＥ１８６１を用いることができる。また、第２封止部３７を構成する絶縁性が高い第２封止材料としては、例えば、信越シリコーン社製のシリコーンゴムＫＥ１２０６を用いることができる。また、具体的な封止材料については、上記以外にも様々な封止材料を用いることが可能である。

ここで、封止材料の放熱性については、熱伝導率の値を参照することができる。上記した例では、第１封止材料のＫＥ１８６１の熱伝導率が０．８３Ｗ／ｍ・Ｋとなっているのに対し、第２封止材料のＫＥ１２０６の熱伝導率は０．１８Ｗ／ｍ・Ｋであり、第１封止材料の方が高い放熱性を有している。

また、封止材料の絶縁性については、誘電率の値を参照することができる。上記した例では、第１封止材料のＫＥ１８６１の誘電率は５０Ｈｚで４．０となっているのに対し、第２封止材料のＫＥ１２０６の誘電率は非常に小さい値であり、第２封止材料の方が高い絶縁性を有している。

なお、封止材料の絶縁破壊の強さについてみると、第１封止材料のＫＥ１８６１が２５ｋＶ／ｍｍ、第２封止材料のＫＥ１２０６が２４ｋＶ／ｍｍとなっており、ＫＥ１８６１の方が大きい値となっている。ただし、この絶縁破壊の強さは瞬間的な耐圧性を示すものであり、例えばフィラーが混入されている材料など誘電率を持ってしまう封止材料の場合には、連続状態での耐圧は半分から１／１．４程度まで耐圧が低下する。したがって、連続的な耐圧に関する絶縁性については、上記したように誘電率の値によって評価することが好ましい。

ここで、Ｘ線管１０の窓枠部１６は、図１に示したように、その前面１６ａの全体が筐体前面部３１に熱的に接続された状態で、金属筐体３０の筐体前面部３１に対してネジ止めによって固定されていることが好ましい。これにより、窓枠部１６と金属筐体３０とを面接触させつつその密着性を高め、窓枠部１６から金属筐体３０への熱の伝導効率を高くして、ターゲット１２で発生する熱に対する窓枠部１６及び金属筐体３０を介しての放熱性を向上することができる。ただし、窓枠部１６の前面の一部が筐体前面部３１に熱的に接続される構成としても良い。

また、金属筐体３０に対するＸ線管１０のネジ止めに用いられる窓枠部１６のネジ穴１６ｂについては、上記したように、出力窓１１を囲む窓枠部１６の外縁部において、その中心線１６ｃよりも外側の所定位置にネジ穴１６ｂを設けることが好ましい。このような構成では、ネジ穴１６ｂと固定用のネジとの界面が、より高温となるターゲット１２から遠ざけた位置とすることができる。これにより、ターゲット１２から窓枠部１６を介しての金属筐体３０への放熱効率を向上することができる。

また、金属筐体３０は、筐体前面部３１に設けられた出力開口部３２が、内部のＸ線管１０側から外側に向かって拡径する形状に形成されていることが好ましい。これにより、Ｘ線管１０からのＸ線の出力範囲、出力角度を広くとることができ、Ｘ線管１０の出力窓１１から出力開口部３２を介してのＸ線の外部への出力効率、及びその利用効率を向上することができる。また、このような出力開口部３２の形状は、金属筐体３０の表面積の増大による放熱効果の向上の点でも有効である。

また、Ｘ線管１０において基体部１８から外部に突出するように設けられた排気管２６は、リード端子２３、２４とともに第１封止部３６によって封止されていることが好ましい。ここで、リード端子２３、２４を封止する第１封止部３６に用いられている放熱性が高い第１封止材料は、通常、第２封止部３７の第２封止材料に比べて熱膨張率が小さい。したがって、上記のように排気管２６が第１封止部３６によって封止される構成とすることにより、封止材料の熱膨張によるＸ線管１０の破損を防止することができる。

また、封止部材３５の具体的な構成については、金属筐体３０内において、第２封止部３７が介在する第１封止部３６と金属筐体３０の内面との距離は、リード端子２３、２４に印加される電圧（Ｘ線管１０の使用電圧）、及び第２封止部３７に用いられる第２封止材料の絶縁特性に基づいて設定されていることが好ましい。これにより、Ｘ線管１０に対する放熱性と、耐圧性とを好適に両立することができる。

この場合、第２封止材料の絶縁特性としては、材料の絶縁破壊の強さを参照することができる。具体的には、図１の断面図（ｂ）の構成において第１封止部３６と金属筐体３０の側面との距離、及び第１封止部３６と金属筐体３０の後面との距離について考えると、この距離Ｄは、第２封止部３７を構成する第２封止材料の絶縁破壊の強さと、Ｘ線管１０の使用電圧とに基づいて決定することが好ましい。なお、図１（ｂ）の構成において、金属筐体３０に対して電気的に接続されている銅製などの窓枠部１６、及びコバール金属製などの接続部１７については、金属筐体３０とともに接地電位となる。

一例として、図１の正面図（ａ）において金属筐体３０の縦横の幅を４２ｍｍとし、断面図（ｂ）において金属筐体３０の長さを８５ｍｍ、金属筐体の厚さを１ｍｍ、Ｘ線管１０の基体部１８の幅を２８ｍｍとした構成において、第２封止材料の絶縁破壊の強さをＰ＝２４ｋＶ／ｍｍ、Ｘ線管の使用電圧をＶ＝１５ｋＶとした場合の耐圧について考える。

このとき、使用電圧に対して１０倍の絶縁耐圧設計を考えると、第１封止部３６と金属筐体３０の内面との間で必要な最少距離は、１０×Ｖ／Ｐ＝６．２５ｍｍと求められる。このように、１０倍の絶縁耐圧設計とすることで、Ｘ線管１０が多少動いたり、偏芯した場合であっても、充分な耐圧性が保持される設計とすることができる。また、この場合の第１封止部３６、及び第２封止部３７の具体的な構造設計については、第１封止部３６の容積を耐圧最少距離まで大きくとって、第２封止部３７に対する境界面積を確保して熱容量を増大させることで、必要な耐圧性、絶縁性を確保しつつ、Ｘ線管１０で発生する熱についての放熱性を充分に向上することができる。

図３は、Ｘ線発生装置の第２実施形態の構成を示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は平面図である。本実施形態において、Ｘ線管１０、金属筐体３０、及び封止部材３５の構成については、図１、図２に示した第１実施形態と同様である。

本実施形態のＸ線発生装置１Ｂでは、金属筐体３０に対し、その外面上にＸ線管１０からの熱を外部へと放出するための放熱フィンが設置されている。具体的には、図３に示した構成では、金属筐体３０の上面上に、金属製の放熱フィン４１が取り付けられている。また、金属筐体３０の左右の側面上に、それぞれ放熱フィン４２、４３が取り付けられている。このように、金属筐体３０に対して放熱フィン４１〜４３を設けることにより、Ｘ線管１０のターゲット１２から窓枠部１６を介して放出される熱と、電子供給部のフィラメント２５から電極リード２１、２２、リード端子２３、２４、及び封止部材３５を介して放出される熱とを、金属筐体３０から外部へと効率良く放熱することができる。

図４及び図５は、Ｘ線発生装置の第３実施形態の構成を示す図であり、図４は正面図、図５は側面図である。本実施形態において、Ｘ線管１０、金属筐体３０、及び封止部材３５の構成については、図１、図２に示した第１実施形態と同様である。

本実施形態のＸ線発生装置１Ｃでは、Ｘ線管１０、封止部材３５、及びそれらを内部に含む金属筐体３０に加え、金属筐体３０を内部に収容して、それらを保護するハウジングケース５０が設けられている。なお、図５においては、説明のため、ハウジングケース５０内に収容される金属筐体３０、及びＸ線管１０等について、破線によって概略的に図示している。

ハウジングケース５０は、金属筐体３０の筐体前面部３１が固定される前面パネル５１と、金属筐体３０を側方から囲むケース本体部５５と、金属筐体３０の後方の後面部５８とによって構成されている。図４に示した構成例においては、金属筐体３０は、筐体前面部３１のネジ穴３１ａ（図１（ａ）参照）及びネジ３１ｂによって、前面パネル５１に対してネジ止め固定されている。

前面パネル５１には固定開口部５２が設けられており、これらの固定開口部５２及び必要なネジ穴によって、金属筐体３０を固定するための筐体固定部５３が構成されている。固定開口部５２は、金属筐体３０の出力開口部３２を介してＸ線管１０の出力窓１１が臨む円形の開口部となっている。また、固定開口部５２の開口径は、筐体前面部３１に環状に設けられた固定突出部３３の外径と略一致している。

これにより、本構成例では、ハウジングケース５０の前面パネル５１に金属筐体３０を固定したときに、金属筐体３０の固定突出部３３が前面パネル５１の固定開口部５２と嵌合する構成となっている。また、固定突出部３３は、その突出高さが前面パネル５１の厚さと略一致するように設定されている。これにより、図５に示すように、固定突出部３３の前面と、前面パネル５１の前面とが面一となる。

ケース本体部５５は、金属筐体３０を下方から囲む板状の底面部５６と、金属筐体３０を左右及び上方から囲む側面部５７とによって構成されている。金属筐体３０は、底面部５６上に載置された状態で前面パネル５１に固定されている。また、底面部５６には、本ハウジングケース５０を他のケース等に固定する場合に用いられるネジ用の貫通孔５６ａが設けられている。また、側面部５７には、左右それぞれにおいて、その後方の所定位置に通気口５７ａが設けられている。

また、本実施形態においては、図４に示すように、複数の貫通孔５４が設けられた板状金属部材であるパンチングメタルによって前面パネル５１を構成している。このような貫通孔５４は、Ｘ線管１０及び金属筐体３０を冷却用の気体（例えば空気）によって冷却する場合に、通気口として機能する。Ｘ線管１０及び金属筐体３０の冷却については、詳しくは後述する。

このように、Ｘ線管１０及び金属筐体３０に対して、それらを内部に収容するハウジングケース５０を備えるＸ線発生装置１Ｃは、例えば除電装置として、あるいは除電装置の構成要素として、好適に利用することが可能である。なお、ハウジングケース５０の具体的な構成については、例えば、図５に示す構成において、後面部５８を設けない構成としても良い。また、ハウジングケース５０内への金属筐体３０の収容については、図３に示したように、その外面上に放熱フィン４１〜４３を取り付けた状態で金属筐体３０をハウジングケース５０内に配置する構成としても良い。

また、本実施形態では、金属筐体３０の筐体前面部３１において、ハウジングケース５０の固定開口部５２に嵌合するように出力開口部３２の外周に形成された固定突出部３３を設けた構成としている。これにより、ハウジングケース５０の固定開口部５２に対して金属筐体３０を好適に位置決め、固定することができる。また、金属筐体３０の固定突出部３３の突出高さがハウジングケース５０の前面パネル５１の厚さと略一致する構成としている。この場合、金属筐体３０を固定した際に、その固定突出部３３の前面と、ハウジングケース５０の前面とを面一にすることができる。このような構成は、金属筐体３０を介しての放熱性などの点でも有効である。

図６及び図７は、Ｘ線発生装置の第４実施形態の構成を示す図であり、図６は平面断面図、図７は正面図である。本実施形態において、Ｘ線管１０、金属筐体３０、及び封止部材３５の構成については、図１、図２に示した第１実施形態と同様である。

本実施形態のＸ線発生装置１Ｄでは、Ｘ線管１０、封止部材３５、及びそれらを内部に含む金属筐体３０に加え、金属筐体３０を内部に収容して、それらを保護するハウジングケース６０が設けられている。また、本構成例でのハウジングケース６０は、前面パネル５１及びケース本体部５５を含む内部ケース５０と、内部ケース５０の前面パネル５１とともに内部ケース５０を囲んで装置外面を構成する外部ケース５９とによって構成されている。なお、内部ケース５０の構成については、図４及び図５に示したハウジングケース５０と同様である。

外部ケース５９の内部には、図６に示すように、Ｘ線管１０及び金属筐体３０が収容された内部ケース５０と、Ｘ線管１０に対して必要な電圧を供給する電源部６１と、Ｘ線管１０の動作を制御する制御部６２とが収容されている。これにより、除電装置などとして利用可能なＸ線発生装置を好適に構成することができる。また、外部ケース５９の前面部には開口部６３が設けられており、図７に示すように、この開口部６３から金属筐体３０が取り付けられた内部ケースの前面パネル５１が外部に露出している。

また、本実施形態のＸ線発生装置１Ｄでは、ハウジングケース６０に対し、ハウジングケース６０内において冷却気体を流すことによって装置各部を冷却するための冷却機構が設けられている。このように、ハウジングケース６０に対して冷却機構を設けることにより、Ｘ線管１０からの熱の金属筐体３０を介しての放出、及びそれによるＸ線管１０の冷却を好適に実現することができる。

具体的には、図６に示す構成では、気体流による冷却機構を構成する吸気部及び排気部について、内部ケース５０の前面パネル５１に設けられた複数の貫通孔５４によって、冷却気体をハウジングケース６０内に導入する吸気部を構成している。また、内部ケース５０の後面部５８から外部ケース５９の後面部へと延びる管状部材（ホース、パイプ等）６５によって、冷却に用いられた冷却気体を外部へと排出する排気部を構成している。

このような冷却機構の構成は、Ｘ線発生装置１Ｄを除電装置としてクリーンルーム内で用いる場合に有効である。すなわち、クリーンルームは、その室内圧が外気に対して正圧である。したがって、上記のようにハウジングケース６０の前面パネル５１に設けられた貫通孔５４を吸気部とすることで、ハウジングケース６０内での気体流を好適に形成することができる。また、図６に示す構成では、内部ケース５０のケース本体部５５が、冷却気体の流路を構成する流路部材として機能している。このような構成は、Ｘ線管１０及び金属筐体３０を効率的に冷却する上で有効である。

図８は、Ｘ線発生装置の第５実施形態の構成を示す平面断面図である。本実施形態におけるＸ線発生装置１Ｅの構成は、ハウジングケース６０に対して設けられた冷却機構の構成以外は、図６、図７に示した第４実施形態と同様である。

本実施形態のＸ線発生装置１Ｅでは、内部ケース５０の前面パネル５１には貫通孔５４が設けられておらず、冷却機構の吸気部及び排気部の両者について管状部材を用いる構成となっている。

具体的には、図８に示す構成では、気体流による冷却機構を構成する吸気部及び排気部について、外部ケース５９の後面部から内部ケース５０の後面部５８へと延びる管状部材６６によって、冷却気体をハウジングケース６０内に導入する吸気部を構成している。また、内部ケース５０の後面部５８から外部ケース５９の後面部へと延びる管状部材６７によって、冷却に用いられた冷却気体を外部へと排出する排気部を構成している。このような構成によっても、Ｘ線管１０及び金属筐体３０を好適に冷却することができる。

本発明によるＸ線発生装置は、上記実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、Ｘ線管の構成については、図２はその一例を示すものであり、具体的には様々な構成のＸ線管を用いて良い。また、金属筐体、ハウジングケース等の構成についても、上記した構成以外にも具体的には様々な構成を用いて良い。

本発明は、Ｘ線管に対する放熱性及び耐圧性をともに向上することが可能なＸ線発生装置として利用可能である。

Ｘ線発生装置の第１実施形態の構成を示す（ａ）正面図、及び（ｂ）平面断面図である。 Ｘ線管の構成を中心線を含む面で破断して示す斜視図である。 Ｘ線発生装置の第２実施形態の構成を示す（ａ）正面図、及び（ｂ）平面図である。 Ｘ線発生装置の第３実施形態の構成を示す正面図である。 Ｘ線発生装置の第３実施形態の構成を示す側面図である。 Ｘ線発生装置の第４実施形態の構成を示す平面断面図である。 Ｘ線発生装置の第４実施形態の構成を示す正面図である。 Ｘ線発生装置の第５実施形態の構成を示す平面断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ…Ｘ線発生装置、１０…Ｘ線管、１１…出力窓、１２…ターゲット、１３…開口部、１５…密閉容器、１６…窓枠部、１７…接続部、１８…基体部、２１、２２…電極リード、２３、２４…リード端子（電圧印加部）、２３ａ、２４ａ…リード線、２５…フィラメント（電子供給部）、２６…排気管、３０…金属筐体、３１…筐体前面部、３２…出力開口部、３３…固定突出部、３５…封止部材、３６…第１封止部、３７…第２封止部、４１〜４３…放熱フィン、
５０…内部ケース（ハウジングケース）、５１…前面パネル、５２…固定開口部、５３…筐体固定部、５４…貫通孔、５５…ケース本体部、５６…底面部、５７…側面部、５８…後面部、５９…外部ケース、６０…ハウジングケース、６１…電源部、６２…制御部、６３…開口部、６５…管状部材（排気部）、６６…管状部材（吸気部）、６７…管状部材（排気部）。

Claims (13)

1. 密閉容器、及び前記密閉容器の所定部位に設けられてＸ線を出力する出力窓を有するＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収容するとともに、前記Ｘ線管の前記出力窓が臨む出力開口部が設けられた筐体前面部を有する金属筐体と、
   前記金属筐体内において所定の封止材料で前記Ｘ線管を封止し、前記Ｘ線管で発生した熱を前記金属筐体を介して外部へと放出するとともに、前記Ｘ線管の電圧印加部及び前記金属筐体の間での絶縁を保持する封止部材とを備え、
   前記Ｘ線管は、
   前記出力窓の内面側に一体に設けられたＸ線発生用のターゲットと、
   前記出力窓及び前記ターゲットを保持するとともに、前記筐体前面部に熱的に接続された状態で固定されて、Ｘ線の出力方向からみて前記密閉容器の前方部分を構成する金属材料からなる窓枠部と、
   前記窓枠部に対向する位置に設けられて、前記密閉容器の後方部分を構成する絶縁材料からなる基体部と、
   前記ターゲットに対して電子線を供給する電子供給部が一端に固定されるとともに、他端が前記基体部に固定された一対の電極リードと、
   前記一対の電極リードとそれぞれ電気的に接続され、前記電圧印加部として前記基体部から外部に突出する一対のリード端子とを有し、
   前記封止部材は、
   前記基体部から突出した前記一対のリード端子を少なくとも封止するように、第１封止材料によって形成された内側の第１封止部と、
   前記第１封止部を少なくとも封止して、前記Ｘ線管及び前記第１封止部と、前記金属筐体の内面との間に介在するように、前記第１封止材料よりも放熱性が低くかつ絶縁性が高い第２封止材料によって形成された外側の第２封止部とを有することを特徴とするＸ線発生装置。
2. 前記窓枠部は、その前面の全体が前記筐体前面部に熱的に接続された状態で、前記筐体前面部に対してネジ止めによって固定されていることを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
3. 前記金属筐体に対し、その外面上に前記Ｘ線管からの熱を外部へと放出するための放熱フィンが設置されていることを特徴とする請求項１または２記載のＸ線発生装置。
4. 前記金属筐体は、前記筐体前面部に設けられた前記出力開口部が、内部の前記Ｘ線管側から外側に向かって拡径する形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のＸ線発生装置。
5. 前記Ｘ線管において前記基体部から外部に突出するように設けられた排気管は、前記一対のリード端子とともに前記第１封止部によって封止されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のＸ線発生装置。
6. 前記金属筐体内において、前記第２封止部が介在する前記第１封止部と前記金属筐体の内面との距離は、前記一対のリード端子に印加される電圧、及び前記第２封止部に用いられる前記第２封止材料の絶縁特性に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のＸ線発生装置。
7. 前記Ｘ線管及び前記封止部材を内部に含む前記金属筐体を収容するとともに、前記金属筐体の前記筐体前面部が固定される前面パネルを有するハウジングケースを備え、
   前記前面パネルには、前記金属筐体の前記出力開口部を介して前記Ｘ線管の前記出力窓が臨む固定開口部を含む筐体固定部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のＸ線発生装置。
8. 前記金属筐体の前記筐体前面部には、前記ハウジングケースの前記筐体固定部に設けられた前記固定開口部に嵌合するように前記出力開口部の外周に形成され、その突出高さが前記前面パネルの厚さと略一致する固定突出部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のＸ線発生装置。
9. 前記ハウジングケースに対し、前記ハウジングケース内において冷却気体を流すことによって装置各部を冷却するための冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載のＸ線発生装置。
10. 前記ハウジングケースは、前記前面パネル、及び前記金属筐体を側方から囲むとともに前記冷却機構における前記冷却気体の流路を構成するケース本体部を含む内部ケースと、
    前記内部ケースの前記前面パネルとともに前記内部ケースを囲む外部ケースとによって構成されていることを特徴とする請求項９記載のＸ線発生装置。
11. 前記冷却機構は、前記ハウジングケースの前記前面パネルに設けられた複数の貫通孔からなり前記冷却気体を前記ハウジングケース内に導入する吸気部と、冷却に用いられた前記冷却気体を外部へと排出する管状部材からなる排気部とによって構成されることを特徴とする請求項９または１０記載のＸ線発生装置。
12. 前記冷却機構は、前記冷却気体を前記ハウジングケース内に導入する管状部材からなる吸気部と、冷却に用いられた前記冷却気体を外部へと排出する管状部材からなる排気部とによって構成されることを特徴とする請求項９または１０記載のＸ線発生装置。
13. 前記一対のリード端子は、前記第１封止部内においてそれぞれ対応するリード線に接続され、前記リード線は、前記第１封止部内及び前記第２封止部内を通って、前記金属筐体外へと延びていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載のＸ線発生装置。

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