JP5370965B2 - Ｘ線管及びｘ線管装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線管及びＸ線管装置に関する。

Ｘ線管装置は、Ｘ線管を備えている。Ｘ線管は、陽極ターゲットに電子ビームを衝突させてＸ線を発生する構成になっている。このようなＸ線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。

Ｘ線管装置では、陰極から放射された電子ビームは、陰極と陽極ターゲット間の電位勾配により加速、集束され、典型的には２０〜１５０ｋｅＶのエネルギを持って、陽極ターゲットのターゲット面にほぼ垂直（９０°±２０°）に衝突してＸ線発生源となる焦点を形成する。焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームはターゲット材により急速に減速されるためＸ線が放出される。Ｘ線に変換される割合は、陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギの中の１％以下とわずかである。残りのエネルギは熱に変換される。

そこで、Ｘ線管のＸ線出力を増大させる技術が開示されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。

この方式のＸ線管は、焦点とＸ線放射窓との位置関係は、従来のＸ線管とほぼ同様である。また、上記Ｘ線管は、従来の他のＸ線管と異なり、ターゲット面に対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点を形成させることにより、Ｘ線放射窓から放出されるＸ線出力を増大させている。電子ビーム強度を同一とした条件において、上記Ｘ線管は、従来のＸ線管に比べてＸ線出力を最大で１．５倍に増大させることができる。

米国特許第３７１９８４６号明細書 米国特許第４６０７３８０号明細書 米国特許第５１２８９７７号明細書 米国特許第５８２８７２７号明細書 米国特許第７０６８７４９号明細書

上記のＸ線管によれば、以下に述べる問題がある。
Ｘ線放射窓の電位は、陽極ターゲットと同電位か、もしくは陰極電位及び陽極電位のほぼ中間の電位である。Ｘ線放射窓方向に飛び出した反跳電子はＸ線放射窓を直撃するため、Ｘ線放射窓の加熱を低減させることは困難である。

反跳電子は、焦点からＸ線放射窓に向かう方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。従って、反跳電子がＸ線放射窓を直撃することによるＸ線放射窓の加熱は、従来のＸ線管に比べてより深刻であると予想される。
上記したことが原因となって、Ｘ線出力を増大させることに限界が生じてしまうという問題がある。この問題は、特にＸ線放射窓が陽極と同電位である場合に深刻である。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、Ｘ線出力を増大させることができ、Ｘ線放射窓への反跳電子の直撃を抑制することができるＸ線管及びＸ線管装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係るＸ線管は、
電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、
前記ターゲット面に第１方向から電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を備え、
前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、とすると、
前記第２平面及び第３平面が内側になす角度は、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかであり、
前記第１方向が前記第１平面からなす角度は、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。

また、本発明の他の態様に係るＸ線管装置は、
電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、前記ターゲット面に第１方向から電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を具備したＸ線管を備え、
前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、とすると、
前記第２平面及び第３平面が内側になす角度は、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかであり、
前記第１方向が前記第１平面からなす角度は、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。

この発明によれば、Ｘ線出力を増大させることができ、Ｘ線放射窓への反跳電子の直撃を抑制することができるＸ線管及びＸ線管装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＸ線管を示す模式図である。 図１に示した陽極ターゲットを示す斜視図であり、陽極ターゲットに電子ビームが入射され、陽極ターゲットからＸ線が放出され、陽極ターゲットから反跳電子が飛び出す様子を示す図である。 上記陽極ターゲットを示す断面図であり、陽極ターゲット内部に電子ビームが侵入し、陽極ターゲット内部からＸ線が放出される様子を示す図である。 上記Ｘ線管の比較例の陽極ターゲットを示す断面図であり、陽極ターゲット内部に電子ビームが侵入し、陽極ターゲット内部からＸ線が放出される様子を示す図である。 上記陰極、陽極ターゲット及びＸ線放射窓を示す図であり、上記陰極の位置を変更し、第１方向の向きを変更する様子を示す図である。 上記陽極ターゲットを示す斜視図であり、電子ビームの軌道、陽極ターゲットに形成される焦点の形状を示す図である。 図６に示した焦点を拡大して示す平面図である。 上記陰極、陽極ターゲット及びＸ線放射窓を示す図であり、上記陰極の位置を変更し、第１方向の向きを変更した状態を示す図である。 図８に示した陰極の電子放出源及び焦点を示す概略構成図である。 図８に示した陰極の電子放出源及び焦点を示す概略構成図であり、図９と異なる角度から見た図である。 図８に示した陰極の電子放出源及び焦点を示す概略構成図であり、図９及び図１０と異なる角度から見た図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＸ線管を含むＸ線管装置を示す断面図である。 図１２に示した陽極ターゲット、陰極、真空外囲器及びハウジングを取出して示す概略図であり、これらを陰極側から見た図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＸ線管を含むＸ線管装置を示す断面図である。 図１４に示した陽極ターゲット、陰極、真空外囲器及びハウジングを取出して示す概略図であり、これらを陰極側から見た図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係るＸ線管について詳細に説明する。第１の実施の形態では、Ｘ線管の基本的な概念を説明する。
図１及び図２に示すように、Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、真空外囲器３１とを備えている。

陽極ターゲット３５は、この陽極ターゲットの外面の一部に設けられたターゲット面３５ｂを有している。ターゲット面３５ｂは、陰極３６から放射される電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する。陽極ターゲット３５は、タングステン合金等の金属で形成されている。陽極ターゲット３５には相対的に正の電圧が印加される。

陰極３６は、ターゲット面３５ｂに第１方向ｄ１から電子ビームを入射させ、ターゲット面３５ｂに焦点Ｆを形成する。陰極３６には相対的に負の電圧が印加される。陰極３６の電子放出源３６ａには陰極３６に印加される電圧及び電流が供給される。電子放出源３６ａは、電極や、コイル状のフィラメント等で形成されている。ここでは、電子放出源３６ａは、矩形状の電極で形成されている。

真空外囲器３１は、陽極ターゲット３５及び陰極３６を収容している。真空外囲器３１は、真空容器３２、Ｘ線放射窓３３及び金属表面部３４を有している。真空外囲器３１の内部は真空状態である。真空容器３２は、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属で形成されている。Ｘ線放射窓３３は、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置している。Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２に気密に設けられている。ここでは、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。金属表面部３４は、真空側のＸ線放射窓３３の表面側を含む真空外囲器３１の内側に設けられ、接地電位（０Ｖ）に設定される。

この実施の形態において、真空容器３２及びＸ線放射窓３３は金属で形成されているため、真空外囲器３１は、真空側の金属表面部３４だけでなく全体が金属で形成されている。

ここで、焦点Ｆが形成される位置のターゲット面３５ｂに接する平面を第１平面Ｓ１とする。焦点Ｆを通りターゲット面３５ｂの上方を向き第１平面Ｓ１に垂直な方向を第３方向ｄ３とする。第１方向ｄ１及び第３方向ｄ３に沿った平面を第２平面Ｓ２とする。第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３に沿った平面を第３平面Ｓ３とする。

また、第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３が内側になす角度をδとする。第１方向ｄ１が第１平面Ｓ１からなす角度をαとする。第２方向ｄ２が第１平面Ｓ１からなす角度をβとする。

角度δは、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度δは、９０°である。角度αは、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度αは１５°である。角度βの範囲は、特に限定されるものではないが、角度βとしては、５°乃至２５°の範囲内の何れかであると好ましい。

Ｘ線管３０には、高電圧電源１５が接続されている。高電圧電源１５は、陰極３６及び陽極ターゲット３５に高電圧を供給するためのものである。この実施の形態において、高電圧電源１５は、陰極３６にのみ高電圧を供給する。

Ｘ線管３０の陰極３６及び陽極ターゲット３５間に、管電圧Ｖが印加されている。陽極ターゲット３５の電位をＶＡ、陰極３６の電位をＶＣとすると、管電圧Ｖは、ＶＡ−ＶＣである。管電圧Ｖは、２０ｋＶ乃至１００ｋＶである。

この実施の形態において、高電圧電源１５は、陰極３６に−Ｖの電圧を供給している。陽極ターゲット３５、及びＸ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は接地されている（０Ｖ）。

陰極３６の電位は、−Ｖに限定されるものではなく、−Ｖ乃至−Ｖ／２の範囲内の何れかに設定されていればよい（−Ｖ≦ＶＣ≦−Ｖ／２）。陽極ターゲット３５の電位は、接地電位に限定されるものではなく、接地電位以上、＋Ｖ／２以下の範囲内の何れかに設定されていればよい（０≦ＶＡ≦＋Ｖ／２）。

このように構成されたＸ線管３０では、例えば、陰極３６に−１００ｋＶ以上の負の高電圧を印加する。陽極ターゲット３５及び真空外囲器３１は接地されている。陰極３６の電子放出源３６ａには、±１００Ｖ以下の低電圧及び電流がさらに与えられる。

これにより、陰極３６から陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに電子ビームが放射され、ターゲット面３５ｂに形成される焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３を透過して外部へ放射される。

図３は、上記実施の形態において、陽極ターゲット３５に電子ビームが入射され、陽極ターゲット３５からＸ線が放出される様子を示す図であり、第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３を一平面に展開して示す図である。

図４は、図３の比較例を示す図である。図４は、比較例の陽極ターゲット３５に電子ビームが入射され、陽極ターゲット３５からＸ線が放出される様子を示す図であり、第３平面Ｓ３を示す図である。

図３に示すように、角度αは、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。角度αは１５°である。陽極ターゲット３５への電子ビームの浸入深さをｄとする。なお、深さｄは、特定の長さである。すると、陽極ターゲット３５内をＸ線が透過する距離は、ｄ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βとなる。ｄ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値が小さいほど、すなわち、角度αが０°に近いほど、陽極ターゲット３５によるＸ線の吸収を抑制することができ、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量を増大させることができる。

図３の例のように、角度αは１５°の場合、ｄ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値を小さくできるため、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量を増大させることができる。

一方、ｄ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値が大きいほど、すなわち、角度αが９０°に近いほど、陽極ターゲット３５によるＸ線の吸収量が大きくなり、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量が減少することになる。

図４に示すように、このため、第１平面Ｓ１に垂直な方向から陽極ターゲット３５に電子ビームが入射される場合、陽極ターゲット３５内をＸ線が透過する距離は、ｄ×ｓｉｎ ９０°／ｓｉｎ β＝ｄ／ｓｉｎ βとなる。この場合、ｄ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値を小さくできないため、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量が減少する。

上記のように構成された第１の実施の形態に係るＸ線管３０によれば、Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、真空外囲器３１とを備えている。陰極３６は負の高電位に設定され、陽極ターゲット３５は接地電位乃至正の高電位の範囲内に設定され、Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は接地されている。

角度δは、９０°である。Ｘ線放射窓３３は、第２平面Ｓ２上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Ｆから第２平面Ｓ２に沿った方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、Ｘ線放射窓３３は第２平面Ｓ２上に位置していないため、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の加熱を抑制することができる。そして、Ｘ線放射窓３３の破損を防止することができる。なお、焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どは、Ｘ線放射窓３３から外れた真空容器３２の内面に衝撃を与えることとなる。
上記の効果は、角度δが４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである場合に得ることができる。

角度αは１５°である。ターゲット面３５ｂに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成させているため、Ｘ線放射窓３３から放出されるＸ線出力を増大させることができる。

また、ターゲット面３５ｂの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、焦点Ｆ近傍を含むターゲット面３５ｂへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、ターゲット面３５ｂ（焦点Ｆ）の温度上昇や、ターゲット面３５ｂに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やＸ線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点Ｆ以外からのＸ線の放射を抑制できるため、Ｘ線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
上記の効果は、角度αが８°乃至３０°の範囲内の何れかである場合に得ることができる。

上記したことから、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の過度の温度上昇を伴わずにＸ線出力を増大させることができるＸ線管３０を得ることができる。

次に、角度δを、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかに設定するための手法について説明する。上記角度δを得るため、例えば、図５に示すように、陰極３６の位置を変更すればよい。第１方向ｄ１の向きを変更することにより、対応することができる。

その他、上記角度δを得るため、図示しないが、陰極３６の位置を変えず、Ｘ線放射窓３３の位置を変更してもよい。第２方向ｄ２の向きを変更することにより、対応することができる。

次に、電子放出源３６ａが、長軸を有した電極、又はコイル状のフィラメントで形成されている場合について説明する。ここでは、電子放出源３６ａがコイル状のフィラメントで形成されている場合を例に説明する。

図１、図６及び図７に示すように、陰極３６は、陰極３６（電子放出源３６ａ）から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。この断面は、長軸を有している。

焦点Ｆは、矩形状に形成されている。焦点Ｆは、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａ及び長軸ａに直交した短軸を有している。この例では、角度δが９０°であるため、焦点Ｆの形状は、長方形である。

次に、電子放出源３６ａがコイル状のフィラメントで形成され、角度δが９０°ではない場合について説明する。この場合、焦点Ｆの形状は平行四辺形である。
図８、図９、図１０及び図１１に示すように、電子放出源３６ａの一端の位置を点Ａ１、他端の位置を点Ｂ１、点Ａ１及び点Ｂ１の中央の位置を点Ｃ１、とする。焦点Ｆの形状は、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａを有した平行四辺形である。焦点Ｆの一端の位置を点Ａ２、他端の位置を点Ｂ２、点Ａ２及び点Ｂ２の中央の位置を点Ｃ２、とする。点Ａ２は、電子放出源３６ａの点Ａ１から放出される電子が衝突する点である。点Ｂ２は、電子放出源３６ａの点Ｂ１から放出される電子が衝突する点である。

第２平面Ｓ２に直交する平面からなす第２方向ｄ２の角度をεとする。第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２が交差する直線に沿った方向において、点Ａ２及び点Ｃ２間の長さ、並びに点Ｂ２及び点Ｃ２間の長さをｘとする。第３方向ｄ３に沿った方向において、点Ａ１及び点Ｃ１間の長さ、並びに点Ｂ１及び点Ｃ１間の長さをｙとする。第１平面Ｓ１に沿った方向において、点Ａ１及び点Ｃ１間の長さ、並びに点Ｂ１及び点Ｃ１間の長さをＬとする。第１平面Ｓ１に平行な平面からなす電子放出源３６ａの角度をζとする。

上記長さｘ、長さｙ、長さＬ、及び角度α、角度ε、角度ζから、次に示す関係式が成り立つ。

ｘ／Ｌ＝ｔａｎ ε
ｙ／ｘ＝ｔａｎ α
さらに、上記関係式から、次に示す関係式が成り立つ。

ｙ／Ｌ＝ｔａｎ ζ＝ｔａｎ α・ｔａｎ ε
上記関係式から、角度δが９０°ではない場合、電子放出源３６ａを傾かせればよく、これにより、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａを有した焦点Ｆを形成することができる。

次に、この発明の第２の実施の形態に係るＸ線管について説明する。この実施の形態において、Ｘ線管は回転陽極型のＸ線管であり、以下、回転陽極型のＸ線管を備えた回転陽極型のＸ線管装置について説明する。この実施の形態において、上記第１の実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１２及び図１３に示すように、Ｘ線管装置１０は、筒状のハウジング２０と、ハウジング２０内に収納されたＸ線管３０と、ハウジング２０の内部に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たす冷却液７と、回転駆動装置としてのステータコイル９１０とを備えている。ハウジング２０には、ゴムベローズ２１が設けられ、冷却液７の圧力調整が行われている。ハウジング２０は、Ｘ線をハウジング２０外部に放射する放射窓２４を有している。

Ｘ線管３０は、真空外囲器３１を備えている。真空外囲器３１は、金属で形成された真空容器３２と、絶縁部材４０と、絶縁部材５０とを備えている。この実施の形態において、絶縁部材５０は、高電圧絶縁部材で形成されている。絶縁部材４０には陽極ターゲット３５が間接的に取り付けられ、絶縁部材５０には陰極３６が間接的に取り付けられている。陰極３６は、陽極ターゲット３５に電子ビームを放射するものである。陽極ターゲット３５及び陰極３６は、真空外囲器３１に収納されている。

真空外囲器３１の内部は真空状態である。Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２に気密に設けられている。ここでは、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。金属表面部３４は、真空側のＸ線放射窓３３の表面側を含む真空容器３２の内側に設けられ、接地電位に設定される。

陽極ターゲット３５は、円環状に形成されている。陽極ターゲット３５は、この陽極ターゲットの外面の一部に設けられたターゲット層３５ａを有している。ターゲット層３５ａは、陰極３６から放射される電子ビームが衝突されることによりＸ線を放出する。ターゲット層３５ａは、モリブデン、モリブデン合金、タングステン合金等の金属で形成されている。陽極ターゲット３５は、管軸を中心に回転可能である。この実施の形態において、陽極ターゲット３５は接地電位に設定される。

陰極３６には陰極支持部材３７が接続されている。電圧供給端子５４は、陰極支持部材３７の内部を通って陰極３６に接続されている。電圧供給端子５４は、陰極３６に負の高電圧を印加するともに陰極３６の電子放出源３６ａに電圧及び電流を供給するものである。

Ｘ線管３０は、ロータ９２０、軸受け９３０、固定体１及び回転体２を備えている。固定体１は円柱状に形成され、絶縁部材４０に固定されている。固定体１は回転体２を回転可能に支持する。回転体２は筒状に形成され、固定体１と同軸的に設けられている。回転体２の外面にロータ９２０が取り付けられている。回転体２及び陽極ターゲット３５は、継手部３５ｃを介して接合されている。回転体２は、陽極ターゲット３５とともに回転可能に設けられている。

絶縁部材４０は、真空外囲器３１の一部を形成している。絶縁部材４０は、筒部４６と、筒部４６の一端側を閉塞した底部４７とで形成されている。絶縁部材４０は、ハウジング２０に液密に設けられている。

絶縁部材５０は、真空外囲器３１の一部を形成している。絶縁部材５０は、ハウジング２０の外部に露出した外部端面５０Ｓを有している。この実施の形態において、外部端面５０Ｓは平面である。

絶縁部材５０の内部には、陰極３６に接続され、外部端面５０Ｓ側へ導出する電圧供給端子５４が設けられている。この実施の形態において、電圧供給端子５４は高電圧供給端子である。電圧供給端子５４は、外部端面５０Ｓを貫通して設けられ、陰極３６に高電圧を供給するものである。電圧供給端子５４は低膨張合金であるＫＯＶ部材５５で支持されている。ＫＯＶ部材５５及び陰極支持部材３７間、並びにＫＯＶ部材５５及び絶縁部材５０間は、ろう付けされている。

ケーブル１０２は、ハウジング２０の外部に露出した固定体１の端部に接続されている。ケーブル１０２は、固定体１等を介して陽極ターゲット３５を接地電位に設定するものである。

高電圧コネクタ２００は、有底筒状のハウジング２０１と、ハウジング２０１内にその先端が挿入されたケーブル２０２と、ハウジング２０１内に充填され、ケーブル２０２の端子をハウジング２０１の開口部側に向けて固定するエポキシ樹脂材製の固定部２０３と、この固定部２０３と絶縁部材５０の外部端面５０Ｓとの間に挿入されたシリコーン樹脂材製のシリコーンプレート２０４とを備えている。この実施の形態において、ケーブル２０２は高電圧ケーブルである。固定部２０３は、電気絶縁材である。

この実施の形態において、高電圧コネクタ２００の電気絶縁材としての固定部２０３は、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓに間接的に密着されている。なお、固定部２０３は、外部端面５０Ｓに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ２００は、電圧供給端子５４に高電圧を与えるものである。

このように構成されたＸ線管装置では、次のように用いられる。高電圧コネクタ２００をハウジング２０に取り付ける際に、シリコーンプレート２０４が、それぞれ固定部２０３と、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓとに密着するように押圧する。

Ｘ線遮蔽部としてのＸ線遮蔽キャップ４００は、高電圧コネクタ２００を覆うようにハウジング２０に着脱可能に取り付けられている。Ｘ線遮蔽キャップ４００は、Ｘ線不透過材を含む材料で形成されている。

焦点Ｆ及び陰極３６間には、集束電極９が位置している。集束電極９は、電子ビームを集束するものである。集束電極９は、陰極３６から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。集束電極９は、例えば、陰極支持部材３７に取り付けられている。集束電極９は、負の高電圧に設定される。

冷却液７は、ハウジング２０内に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たしている。冷却液７としては、絶縁油又は水系冷却液を用いることができる。この実施の形態において、冷却液７として水系冷却液を用いている。

このように構成されたＸ線管装置１０では、ステータコイル９１０に所定の電流を印加することでロータ９２０が回転し、陽極ターゲット３５が回転する。次に、高電圧コネクタ２００にそれぞれ所定の高電圧を印加する。

ケーブル１０２を介し、固定体１、軸受け９３０、回転体２、継手部３５ｃ、及び陽極ターゲット３５は接地電位に設定される。高電圧コネクタ２００に印加された高電圧は、電圧供給端子５４を介して陰極３６に与えられる。Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は、接地されている。陰極３６の電位は、−Ｖに設定される。陽極ターゲット３５の電位は、接地電位に設定される。

これにより、陰極３６から陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに電子ビームが放射され、ターゲット面３５ｂに形成された焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３及び放射窓２４を透過して外部へ放射される。

次に、図２を参照しながら図１２及び図１３に示すＸ線管装置１０について説明する。
陰極３６は、ターゲット面３５ｂに第１方向ｄ１から電子ビームを入射させ、ターゲット面３５ｂに焦点Ｆを形成する。陰極３６は、陰極３６から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。焦点Ｆは、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａを有し、矩形状に形成されている。焦点Ｆの長軸ａは、陽極ターゲット３５の回転方向に対して直交している。

Ｘ線放射窓３３は、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置している。第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３が内側になす角度δは、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度δは９０°である。第１方向ｄ１が第１平面Ｓ１からなす角度αは、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。

上記のように構成された第２の実施の形態に係るＸ線管３０及びＸ線管装置１０によれば、Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、第１方向ｄ１から電子ビームを入射させ、ターゲット面３５ｂに焦点Ｆを形成する陰極３６と、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置したＸ線放射窓３３を有した真空外囲器３１と、を備えている。陰極３６は負の高電位に設定され、陽極ターゲット３５は接地電位に設定され、Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は接地される。

角度δは、９０°である。Ｘ線放射窓３３は、第２平面Ｓ２上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Ｆから第２平面Ｓ２に沿った方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、Ｘ線放射窓３３は第２平面Ｓ２上に位置していないため、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の加熱を抑制することができる。そして、Ｘ線放射窓３３の破損を防止することができる。なお、焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どは、Ｘ線放射窓３３から外れた真空容器３２の内面に衝撃を与えることとなる。
上記の効果は、角度δが４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである場合に得ることができる。

角度αは８°乃至３０°の範囲内の何れかである。ターゲット面３５ｂに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成させているため、Ｘ線放射窓３３から放出されるＸ線出力を増大させることができる。

また、ターゲット面３５ｂの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、焦点Ｆ近傍を含むターゲット面３５ｂへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、ターゲット面３５ｂ（焦点Ｆ）の温度上昇や、ターゲット面３５ｂに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やＸ線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点Ｆ以外からのＸ線の放射を抑制できるため、Ｘ線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。

冷却液７として、熱伝達率が最も高い、水を主成分とする水系冷却液を用いることができる。このため、冷却液７は、真空容器３２や絶縁部材４０、５０に伝わる熱を最も有効に奪うことができる。また、水系冷却液は、絶縁油に比べて、比熱が大きい（絶縁油の約２倍）ため、Ｘ線管３０の放熱による冷却液の温度上昇が低く抑えられる。

絶縁部材４０は冷却液７に接するため、陽極ターゲット３５からの熱を効果的に冷却液７に放散することができる。絶縁部材５０は冷却液７に接するため、陰極３６からの熱を効果的に冷却液７に放散でき、絶縁部材５０に接続された高電圧コネクタ２００の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ２００の絶縁性を確保することができる。真空容器３２はその内面が焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どが衝撃したり、高温となった陽極ターゲット３５からの熱輻射を受けて加熱されるが、真空容器３２の外面は冷却液７に接するため、これらの熱を効果的に冷却液７に放散することができる。

上記したことから、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の過度の温度上昇を伴わずにＸ線出力を増大させることができるＸ線管３０及びＸ線管装置１０を得ることができる。また、熱の放出特性を向上させることができ、しかも、長期にわたって信頼性の高いＸ線管３０及びＸ線管装置１０を得ることができる。

次に、この発明の第３の実施の形態に係るＸ線管について説明する。この実施の形態において、Ｘ線管は回転陽極型のＸ線管であり、以下、回転陽極型のＸ線管を備えた回転陽極型のＸ線管装置について説明する。この実施の形態において、上記実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１４及び図１５に示すように、Ｘ線管装置１０は、筒状のハウジング２０と、ハウジング２０内に収納されたＸ線管３０と、ハウジング２０の内部に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たす冷却液７と、回転駆動装置としてのステータコイル９１０とを備えている。

Ｘ線管３０は、真空外囲器３１を備えている。真空外囲器３１は、真空容器３２と、絶縁部材４０、５０と、を備えている。絶縁部材４０には陽極ターゲット３５が間接的に取り付けられ、絶縁部材５０には陰極３６が間接的に取り付けられている。陰極３６は、陽極ターゲット３５に電子ビームを放射するものである。陽極ターゲット３５及び陰極３６は、真空外囲器３１に収納されている。

Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２に気密に設けられている。金属表面部３４は、真空側のＸ線放射窓３３の表面側を含む真空容器３２の内側に設けられ、接地電位に設定される。

陰極３６には電圧供給端子５４が接続されている。電圧供給端子５４は、陰極３６に負の電圧を印加するともに陰極３６の電子放出源３６ａに電圧及び電流を供給するものである。

この実施の形態において、絶縁部材４０は高電圧絶縁部材である。絶縁部材４０は、ハウジング２０の外部に露出した外部端面４０Ｓを有している。この実施の形態において、外部端面４０Ｓは平面である。

外部端面４０Ｓ上には、電圧供給端子４４が設けられている。電圧供給端子４４は固定体１に接続されている。この実施の形態において、電圧供給端子４４は高電圧供給端子である。電圧供給端子４４は、固定体１等を介して陽極ターゲット３５に高電圧を供給するものである。

支持部材２５は、円環状に形成されている。支持部材２５は、絶縁部材４０をハウジング２０に対し液密に支持するものである。
この実施の形態において、絶縁部材５０は高電圧絶縁部材である。

高電圧コネクタ１００は、有底筒状のハウジング１０１と、ハウジング１０１内にその先端が挿入されたケーブル１０２と、ハウジング１０１内に充填され、ケーブル１０２の端子１０２ａをハウジング１０１の開口部側に向けて固定するエポキシ樹脂材製の固定部１０３と、この固定部１０３と底部４７の外部端面４０Ｓとの間に挿入されたシリコーン樹脂材製のシリコーンプレート１０４とを備えている。この実施の形態において、ケーブル１０２は、高電圧ケーブルである。固定部１０３は、電気絶縁材である。

この実施の形態において、高電圧コネクタ１００の電気絶縁材としての固定部１０３は、底部４７の外部端面４０Ｓに間接的に密着されている。なお、固定部１０３は、外部端面４０Ｓに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ１００は、電圧供給端子４４に高電圧を与えるものである。

このように構成されたＸ線管装置では、次のように用いられる。高電圧コネクタ１００をハウジング２０に取り付ける際に、シリコーンプレート１０４が、それぞれ固定部１０３と、絶縁部材４０の外部端面４０Ｓとに密着するように押圧する。

高電圧コネクタ２００は、ハウジング２０１と、ケーブル２０２と、固定部２０３と、シリコーンプレート２０４とを備えている。この実施の形態において、ケーブル２０２は高電圧ケーブルである。固定部２０３は、電気絶縁材である。

この実施の形態において、高電圧コネクタ２００の電気絶縁材としての固定部２０３は、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓに間接的に密着されている。なお、固定部２０３は、外部端面５０Ｓに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ２００は、電圧供給端子５４に高電圧を与えるものである。

このように構成されたＸ線管装置では、次のように用いられる。高電圧コネクタ２００をハウジング２０に取り付ける際に、シリコーンプレート２０４が、それぞれ固定部２０３と、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓとに密着するように押圧する。

Ｘ線遮蔽部としてのＸ線遮蔽キャップ３００は、高電圧コネクタ１００を覆うようにハウジング２０に着脱可能に取り付けられている。Ｘ線遮蔽部としてのＸ線遮蔽キャップ４００は、高電圧コネクタ２００を覆うようにハウジング２０に着脱可能に取り付けられている。Ｘ線遮蔽キャップ３００及びＸ線遮蔽キャップ４００は、Ｘ線不透過材を含む材料で形成されている。

なお、陽極ターゲット３５をモリブデンやモリブデン合金で形成した場合、陽極ターゲット３５はＸ線を遮蔽することができる。この場合、Ｘ線管装置１０にＸ線遮蔽キャップ３００は設けなくとも良い。

焦点Ｆ及び陰極３６間には、集束電極９が位置している。集束電極９は、電子ビームを集束するものである。集束電極９は、陰極３６から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。集束電極９は、固定体１に取り付けられている。

冷却液７は、ハウジング２０内に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たしている。冷却液７としては、絶縁油又は水系冷却液を用いることができる。この実施の形態において、冷却液７として水系冷却液を用いている。

このように構成されたＸ線管装置１０では、ステータコイル９１０に所定の電流を印加することでロータ９２０が回転し、陽極ターゲット３５が回転する。次に、高電圧コネクタ１００、２００にそれぞれ所定の高電圧を印加する。

高電圧コネクタ１００に印加された高電圧は、電圧供給端子４４、固定体１、軸受け９３０、回転体２及び継手部３５ｃを介して陽極ターゲット３５及び集束電極９に与えられる。高電圧コネクタ２００に印加された高電圧は、電圧供給端子５４を介して陰極３６に与えられる。Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は、接地されている。陰極３６の電位は、−Ｖ／２に設定される。陽極ターゲット３５の電位は、＋Ｖ／２に設定される。

これにより、陰極３６から陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに電子ビームが放射され、ターゲット面３５ｂに形成された焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３及び放射窓２４を透過して外部へ放射される。

次に、図２を参照しながら図１４及び図１５に示すＸ線管装置１０について説明する。
陰極３６は、ターゲット面３５ｂに第１方向ｄ１から電子ビームを入射させ、ターゲット面３５ｂに焦点Ｆを形成する。陰極３６は、陰極３６から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。焦点Ｆは、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａを有し、矩形状に形成されている。Ｘ線放射窓３３は、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置している。第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３が内側になす角度δは、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度δは９０°である。第１方向ｄ１が第１平面Ｓ１からなす角度αは、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。

上記のように構成された第３の実施の形態に係るＸ線管３０及びＸ線管装置１０によれば、Ｘ線管３０は、陽極ターゲット３５と、第１方向ｄ１から電子ビームを入射させ、ターゲット面３５ｂに焦点Ｆを形成する陰極３６と、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置したＸ線放射窓３３を有した真空外囲器３１と、を備えている。陰極３６は負の高電位に設定され、陽極ターゲット３５は正の高電位に設定され、Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は接地される。

角度δは、９０°である。Ｘ線放射窓３３は、第２平面Ｓ２上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Ｆから第２平面Ｓ２に沿った方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、Ｘ線放射窓３３は第２平面Ｓ２上に位置していないため、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の加熱を抑制することができる。そして、Ｘ線放射窓３３の破損を防止することができる。なお、焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どは、Ｘ線放射窓３３から外れた真空容器３２の内面に衝撃を与えることとなる。
上記の効果は、角度δが４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである場合に得ることができる。

角度αは８°乃至３０°の範囲内の何れかである。ターゲット面３５ｂに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成させているため、Ｘ線放射窓３３から放出されるＸ線出力を増大させることができる。

また、ターゲット面３５ｂの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、焦点Ｆ近傍を含むターゲット面３５ｂへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、ターゲット面３５ｂ（焦点Ｆ）の温度上昇や、ターゲット面３５ｂに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やＸ線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点Ｆ以外からのＸ線の放射を抑制できるため、Ｘ線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。

冷却液７として、熱伝達率が最も高い、水を主成分とする水系冷却液を用いることができる。このため、冷却液７は、真空容器３２や絶縁部材４０、５０に伝わる熱を最も有効に奪うことができる。また、水系冷却液は、絶縁油に比べて、比熱が大きい（絶縁油の約２倍）ため、Ｘ線管３０の放熱による冷却液の温度上昇が低く抑えられる。

絶縁部材４０、５０は冷却液７に接するため、陽極ターゲット３５及び陰極３６からの熱を効果的に冷却液７に放散でき、絶縁部材４０、５０に接続された高電圧コネクタ１００、２００の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ１００、２００の絶縁性を確保することができる。真空容器３２はその内面が焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どが衝撃したり、高温となった陽極ターゲット３５からの熱輻射を受けて加熱されるが、真空容器３２の外面は冷却液７に接するため、これらの熱を効果的に冷却液７に放散することができる。

上記したことから、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の過度の温度上昇を伴わずにＸ線出力を増大させることができるＸ線管３０及びＸ線管装置１０を得ることができる。また、熱の放出特性を向上させることができ、しかも、長期にわたって信頼性の高いＸ線管３０及びＸ線管装置１０を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。たとえば上記実施例では
反跳電子の殆どが真空外囲器３２の内面を衝撃する構造であるが、反跳電子の殆どの衝撃
を受ける構造体を真空外囲器３２の内部に配置させることも可能である。

この発明は、上記Ｘ線管及びＸ線管装置に限らず、各種Ｘ線管及びＸ線管装置に適用することができる。

１…固定体、２…回転体、７…冷却液、９…集束電極、１０…Ｘ線管装置、２０…ハウジング、３０…Ｘ線管、３１…真空外囲器、３２…真空容器、３３…Ｘ線放射窓、３４…金属表面部、３５…陽極ターゲット、３５ｂ…ターゲット面、３６…陰極、３６ａ…電子放出源、４０，５０…絶縁部材、ａ…長軸、Ｆ…焦点、ｄ１…第１方向、ｄ２…第２方向、ｄ３…第３方向、Ｓ１…第１平面、Ｓ２…第２平面、Ｓ３…第３平面、α，β，δ，ε，ζ…角度。

Claims (9)

1. 電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、
   前記ターゲット面に第１方向から電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、
   前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を備え、
   前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、とすると、
   前記第２平面及び第３平面が内側になす角度は、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかであり、
   前記第１方向が前記第１平面からなす角度は、８°乃至３０°の範囲内の何れかであるＸ線管。
2. 前記陽極ターゲットは、接地電位に設定される請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記真空外囲器は、真空側の前記Ｘ線放射窓の表面側を含む内側に設けられ、接地電位に設定される金属表面部さらに有している請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記第２方向が前記第１平面からなす角度は、５°乃至２５°の範囲内の何れかである請求項１に記載のＸ線管。
5. 前記陰極は、前記陰極から前記焦点に向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射し、
   前記焦点は、前記第３平面に沿った長軸を有し、矩形状に形成されている請求項１に記載のＸ線管。
6. 前記陽極ターゲットを固定し、回転軸に沿って延出して筒状に形成され、前記回転軸を中心に回転可能な回転体と、
   前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、
   前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備え、
   前記焦点の長軸は、前記回転軸を中心とする前記陽極ターゲットの回転方向に対して直交している請求項５に記載のＸ線管。
7. 前記陽極ターゲットを固定し、回転軸に沿って延出して筒状に形成され、前記回転軸を中心に回転可能な回転体と、
   前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、
   前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備え、
   前記焦点の長軸は、前記回転軸を中心とする前記陽極ターゲットの回転方向に平行である請求項５に記載のＸ線管。
8. 前記陽極ターゲットを固定し、回転軸に沿って延出して筒状に形成され、前記回転軸を中心に回転可能な回転体と、
   前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部を貫通して形成され、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、
   前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、
   前記焦点及び陰極間に位置し、前記陰極から前記焦点に向かう電子ビームの軌道を取り囲み、前記固定体に取り付けられた集束電極と、をさらに備えている請求項５に記載のＸ線管。
9. 電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、前記ターゲット面に第１方向から電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を具備したＸ線管を備え、
   前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記ターゲット面の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、とすると、
   前記第２平面及び第３平面が内側になす角度は、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかであり、
   前記第１方向が前記第１平面からなす角度は、８°乃至３０°の範囲内の何れかであるＸ線管装置。

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