JP5936895B2 - Ｘ線発生装置のターゲット及びその製造方法並びにｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、高輝度（強度）のＸ線を発生させるために用いられるＸ線発生装置のターゲット及びその製造方法並びにＸ線発生装置に関する。

Ｘ線発生装置としては、一般に、熱電子源であるフィラメントを陰極とし、電子を衝突させる対象であるターゲットを陽極とし、これらの間に、数十キロボルトの高電圧を印加し、高速電子をターゲットに衝突させることによってＸ線を発生させる装置が知られている。

Ｘ線発生装置の最も基本的な性能の１つとして、発生できるＸ線の輝度（以下、Ｘ線強度という）の大きさがあり、従来から、Ｘ線強度増大のために様々な試みがなされている。なお、Ｘ線強度を直接示すかわりに、ターゲット上のＸ線発生領域（焦点）の面積で印加された電力（＝印加電圧×印加電流）を除した値（＝単位面積当たりの印加電力）をもってＸ線強度を示す値として用いられる場合も少なくない。発生されるＸ線の強度が単位面積あたりの印加電力にほぼ比例するからである。本願明細書においても単位面積当たりの印加電力の値をもってＸ線強度を示す値として用いることとする。

上述の通り、Ｘ線強度は、ターゲットに対する単位面積当たりの印加電力の値によって定まる。したがって、Ｘ線強度を増大させるには単位面積当たりの印加電力の値を増大させればよい。印加電力増大のカギは、電子の衝突によって発生した熱をこの衝突部位から如何にすばやく逃がすことができるかという点である。したがって、従来から、その点に的を絞った様々な提案がなされている。

その提案のなかの多くは、衝突部位から効率的に熱を逃がすために、ターゲット部材を小さくもしくは薄く形成し、このターゲット部材よりも熱伝導率の大きい部材（熱拡散部材）を上記ターゲット部材に接触させるというものである（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１（特開平８−１１５７９８号公報）の「段落００３５〜００３６」には、（実施例１）として、直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの多結晶ダイヤモンド基板２（熱伝導率１６．９ｗ／ｃｍ）の中心に、直径０．２ｍｍの貫通孔を設け、この貫通孔に金属Ｃｕを充填してターゲット（対陰極１）とし、裏面にＣｕ膜を形成するとともに、側面を冷却ホルダ５に接触させてセットしたもの（図２）が記載されている。

さらに、特許文献１の「段落００４４」には、（比較例１）として、直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の多結晶ダイヤモンド基板３２の片面に金属Ｃｕ膜３３を蒸着して薄膜ターゲットにし、図２に示したホルダ５に側面を接触させてセットした例が記載されている。

特開平８−１１５７９８号公報

ところで、高出力のＸ線を発生させるためは、例えば、ターゲットの焦点に数十キロボルトで十数ミリアンペア程度の電力を供給する必要がある。ここで、特許文献１に記載のようなターゲットは、電子線が照射されるターゲット物質は導電性であるが、これに接触
するダイヤモンド基板は電気的絶縁性の材料である。このため、特許文献１のように、ダイヤモンド基板の中に小さな円柱状のターゲットを形成したような場合には、このターゲットを電源に接続する接続部が不完全である場合、ターゲットを損傷する虞があるという問題がある。

また、薄膜ターゲットを形成したダイヤモンド板を、従来のターゲット支持方法にならってそのまま従来のターゲット固定用部材に固定しようとしても、ダイヤモンドと固定部材との熱膨張率の差が大きく、高温になり、かつ、温度勾配の大きなＸ線ターゲットとしては安定な接合が難しいという問題があった。

以上述べてきたような困難さのために、ダイヤモンド基板の上に薄膜のターゲットを形成するという方式は、いまだ実験的レベルと思われる文献がある程度あって、製品として採用できるような実用的技術はほとんど提案されていないのが現状である。
本願発明は、上述の背景の下でなされたものであり、高強度のＸ線を安定して発生させることができるＸ線発生用ターゲット、Ｘ線発生装置、及びＸ線発生用ターゲットの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）Ｘ線発生装置の内部に配置されて加速された電子が照射されることでＸ線を発生するＸ線発生装置のターゲットであって、
導電性材料で構成され、開口部を備えたホルダ部と、
前記ホルダ部の上記開口部を塞ぐように気密に接合されたダイヤモンド板と、
前記ダイヤモンド板の表面に設けられた薄膜ターゲットとを備え、
前記薄膜ターゲットはその外周部が前記ホルダ部に至るまでそのまま延長して設けられて前記ホルダ部に電気的に接続されたものであり、
前記ホルダ部はＸ線発生装置の電源に電気的に接続されるように構成されたものであり、
前記ダイヤモンド板は、前記薄膜ターゲットが形成された側が真空雰囲気に配置され、前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側が冷媒に熱的に接触されて冷却される側に配置されるようにＸ線発生装置に組み込まれるものであることを特徴とするＸ線発生装置のターゲット。
（２）前記ダイヤモンド板は、前記薄膜ターゲットが形成された側が真空雰囲気に配置され、前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側が冷媒に直接接触して冷却される側に配置されるようにＸ線発生装置に組み込まれるものであることを特徴とする（１）に記載のＸ線発生装置のターゲット。
（３）前記ダイヤモンド板は、結晶学的空間群Ｆｄ３ｍに属する結晶構造を持つダイヤモンド材料からなることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸ線発生装置のターゲット。
（４）前記薄膜ターゲットは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｓｍ、Ｌａなどの導電性金属物質で構成されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
（５）前記ダイヤモンド板は、厚さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、直径２ｍｍ〜２５ｍｍの円板状もしくは楕円板状であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
（６）前記薄膜ターゲットと前記ダイヤモンド板との間に厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍの下地膜が形成されていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
（７）前記下地膜が、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏのいずれかであることを特徴とする（６）に記載のＸ線発生装置のターゲット。
（８）前記ダイヤモンド板の前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側に、厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍ厚の下地膜をつけ、その上に、５μｍ〜１０μｍの耐腐食性膜を形成したことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
（９）前記下地膜がＣｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏのいずれかであり、前記耐腐食性膜がＡｕ、Ｃｒのいずれかであることを特徴とする（８）に記載のＸ線発生装置のターゲット。
（１０）前記ホルダ部は円筒状をなしたものであり、
前記ダイヤモンド板は、前記円筒状ホルダ部の上部開口部を塞ぐように該円筒状ホルダ部に気密に接合されたものであり、
前記円筒状ホルダ部は、この円筒状ホルダ部と前記ダイヤモンド板との熱膨張の差によって前記円筒状ホルダ部に接合されたダイヤモンド板が破壊しない程度に変形可能な展性を備えたものであることを特徴とする（１）〜（９）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
（１１）（１）〜（１０）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲットを製造するＸ線発生装置のターゲット製造方法であって、
前記ダイヤモンド板を前記ホルダ部に接合した状態で、前記ダイヤモンド板表面と前記ホルダ部表面とを含む領域にイオンビームスパッタなどの薄膜形成法を用いて導電性のターゲット物質を堆積させることによって、前記ダイヤモンド板表面に薄膜ターゲットを形成するとともに、前記薄膜ターゲットの外周部が前記ホルダ部に至るまでそのまま延長するようにして設けられて前記薄膜ターゲットが前記ホルダ部に電気的に接続されるように形成することを特徴とするＸ線発生装置のターゲット製造方法。
（１２）（１）〜（１０）のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲットをＸ線発生用ターゲットとして内部に組み込んで用いたことを特徴とするＸ線発生装置。

上述の手段（１）〜（９）によれば、導電性材料のホルダ部の開口部を塞ぐようにダイヤモンド板を気密に接合してその表面に薄膜ターゲットを設け、その薄膜ターゲットの外周部をホルダ部に至るまでそのまま延長してホルダ部に電気的に接続するようにしたことにより、薄膜ターゲットの膜を非常に薄くしてもＸ線焦点への電力供給を良好に行うことを可能にしている。そして、薄膜ターゲットの膜厚を薄くできたことにより、ターゲットで発生した熱を素早く高い熱伝導率を有するダイヤモンド板に逃がすことを可能にし、さらに、タイヤモンド板の裏面を冷却するようにしたことにより、ターゲットからの熱を最短距離で外部に放散させることを可能にしている。これにより、より強力なＸ線の発生を可能としている。なお、上述の手段（２）において、ダイヤモンド板が冷媒に直接接触して冷却される場合とは、ダイヤモンド板がなんらの介在物も介さずに直接冷媒に接触する場合の他に、非常に薄い膜を介在させるが、熱的には実質的に直接接触する場合と略等しいような場合も含まれる意味である。
上述の手段（１０）によれば、前記ホルダ部は円筒状をなしたものであり、ホルダ部を円筒状にし、この円筒状ホルダ部とダイヤモンド板との熱膨張の差によって前記円筒状ホルダ部に接合されたダイヤモンド板が破壊しない程度に変形可能な展性を備えたものにすることによって、ダイヤモンド板を薄くしても破壊の虞を防止可能としている。これにより、冷却効率のさらなる向上と、コスト削減とを可能にしている。

本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＸ線装置の分解斜視図である。 図３に示すＸ線装置の断面図である。 Ｘ線発生試験後のターゲットの表面状態を示す図であって図５（Ａ）は従来のＣｕバルクターゲットの表面状態を示す図であり図５（Ｂ）が本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの表面状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係るＸ線装置のターゲットの断面図である。

（第１実施形態に係るＸ線装置のターゲット）
図１は本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図、図２は、本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの断面図、図３は、本発明の第１実施形態に係るＸ線装置を分解状態で示す斜視図、図４は、 図３に示すＸ線装置の断面図で
ある。以下、これらの図面に基づき本発明の実施形態に係るＸ線装置のターゲット、Ｘ線装置のターゲット製造方法及びＸ線装置を説明する。

図１及び図２において、Ｘ線発生装置のターゲット１００は、導電性の材料で円筒状に形成されたホルダ部１２０の上部開口部を塞ぐように円板状のダイヤモンド板１１０が気密的に接合され、このダイヤモンド板１１０の表面１１０ａに導電性材料からなる薄膜ターゲット１１１が設けられ、さらに、この薄膜ターゲット１１１を構成する薄膜層がダイヤモンド板１１０の側面及びホルダ部１２０の表面に至るまでそのまま延長して設けられてホルダ部１２０に電気的に接続されたものである。

すなわち、ホルダ部１２０は、円筒状をなし、その上端部は、円筒の内周面１２０ｄの内径より内径がわずかに大きい部位が設けられて段差状に形成されており、その大径部の内周面１２０ｂから小径部の内周面、つまりは円筒の内周面１２０ｄに続く部位は、円筒の中心軸と直交あるいはそこから所定の角度θをもつ平面と平行な面とされて上端面１２０ｃとされ、円筒状ホルダ部１２０の図中もっとも上端に位置する面がやはり円筒の中心軸と直交あるいはそこから所定の角度をもつ平面と平行な面とされて最上端面１２０ａとされている。そして、上記大径部の内径が上記ダイヤモンド板１１０の外径とほぼ同じか僅かに大きく形成され、また、上記大径部の高さ、つまりは大径部の内周面１２０ｂの高さもしくは段差の高さは、上記ダイヤモンド板１１０の厚さとほぼ同じに形成されている。

ダイヤモンド板１１０は、上記上端面１２０ｃ上に配置されて真空雰囲気を維持できる程度に気密的に接合される。この接合は、ろう付け等の接合方法で行うことができる。このダイヤモンド板１１０の表面１１０ａには、薄膜ターゲット１１１が形成され、また、この薄膜ターゲット１１１を構成する薄膜層は、ホルダ部１２０の最上端面１２０ａ及び大径部の外周面１２０ｅにも連続して形成される。これによって、薄膜ターゲット１１１がホルダ部１２０に電気的に接続されることになる。この薄膜層の形成は、例えば、イオンビームスパッタのような薄膜堆積法によって行うことができる。なお、後述するように、ダイヤモンド板１１０の薄膜ターゲット１１１が形成された側が真空雰囲気とされ、ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃ側が冷媒側（大気側）とされる。

図２に示されるように、ホルダ部１２０の下端部は、ターゲット支持体１３０の上端部に気密的に接合固定される。すなわち、ターゲット支持体１３０は、下方にいくにしたがって段階的に拡径する略円筒状の台座であり、その上端部に形成された取付孔１３２に上記ホルダ部１２０の下端部が嵌め込まれてろう付けなどによって気密的に結合固定されている。この取付孔１３２のすぐ下にこの取付孔１３２よりわずかに小径である小径部１３３を形成することで段差部を形成し、取付孔１３２から小径部１３３に到る部位を円筒の中心軸と直交あるいはそこから所定の角度θをもつ平面と平行な面として下端面１３２ａ
とし、この下端面１３２ａにホルダ部１２０の下端部をろう付け等で気密的に接合したものである。また、これによってホルダ部１２０とターゲット支持体１３０とは電気的にも結合されることになる。

ターゲット支持体１３０の下部の内部は、上記小径部１３３の下方に続く部位に大径部１３４が形成され、この大径部１３４の下方に続く部位に、下方に行くにしたがって徐々に拡径していく拡径部１３５が形成され、この拡径部１３５の下方に続く部位に最大径部１３６が形成されている。そして、ターゲット支持体１３０の外周部は、最上端面である上端面１３１ａから続く外周面であって，内周部における上記取付孔１３２と小径部１３３と大径部１３４とを含む領域の外周部である小径の外周部１３４ａとされ、内周部における上記拡径部１３５の下端部近傍に到るまでの領域の外周部が大径の外周部１３５ｂとされ、その下部にフランジ部１３７が形成されている。

上記フランジ部１３７は、後述するＸ線発生装置たるＸ線管球の管球フランジ２（図３参照）に取り付けられるようになっている。なお、管球フランジ２の中心部には環状突起１８ａが設けられ、この環状突起１８ａにキャップ１８が固定されるようになっている。キャップ１８は、上端部が閉じられ、下端部が開口された円筒状のキャップであり、閉じられた上端部にスリット状もしくは細孔状をなしたスリット２８が形成され、下端部の開口部が上記環状突起１８ａにはめ込まれて固定されるものである。ターゲット支持体１３０とキャップ１８とが管球フランジ２に固定されると、キャップ１８のスリット２８が上記ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃの近くに対向して位置するようになっている。

上記キャップ１８の内部には、冷却媒体としての水を導入する冷却液通路２６が結合され、この冷却液通路２６を通じて導入された水が上記スリット２８を通じて上記ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃに向けて噴出してこれを冷却し、その後、キャップ１８の外周面とホルダ部１２０の内周面との間通り、冷却液通路２７を通じて外部に排出されるようになっている。

上述のダイヤモンド板１１０は、ＣＶＤ法で製造された結晶ダイヤモンドであり、結晶学的な空間群がＦｄ３ｍである結晶構造を有し、熱伝導率が１６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上を有するものである。薄膜ターゲット１１１は、Ｃｕの薄膜であり、イオンスパッタリング法で堆積したものである。ダイヤモンド板１１０は、外径約９ｍｍ、厚さ約５００μｍであり、薄膜ターゲットは、厚さが約１０μｍである。また、ホルダ部１２０の肉厚は約０．５ｍｍである。なお、ダイヤモンド板１１０の外径は、４ｍｍ〜２５ｍｍ、厚さは、３００μｍ〜８００μｍ、薄膜ターゲットの厚さは３μｍ〜１５μｍ、ホルダ部１２０の肉厚は０．７ｍｍ〜１．５ｍｍが好ましいが、より好ましくは、ダイヤモンド板１１０の外径は、３ｍｍ〜１０ｍｍ、厚さは、４００μｍ〜６００μｍ、薄膜ターゲットの厚さは８μｍ〜１２μｍ、ホルダ部１２０の肉厚は０．４ｍｍ〜０．６ｍｍが望ましい。

ダイヤモンド板１１０の外径の下限に特に制限はないが、水冷機構等の構造上の制約から４ｍｍ程度以上であることが望ましい。また、２５ｍｍを超えると、耐真空と冷却水の圧力とが同一方向にかかるため、機械的強度を保持するための構造が複雑になってしまうという不都合がある。また、ダイヤモンド板１１０の厚さが３００μｍ未満だと、真空を保てないという不都合があり、８００μｍを超えると冷却効果が不十分になるという不都合がある。

薄膜ターゲットの厚さが３μｍ未満だと、電子がターゲット膜を突き抜けて基板のダイヤモンドに侵入するという不都合があり、１５μｍを超えると、熱の逃げが不十分になるという不都合がある。ホルダ部１２０の肉厚が０．７ｍｍ未満だと強度不足という不都合があり、１．５ｍｍを超えると、圧縮応力によってダイヤモンド板に損傷を与える虞があ
るという不都合がある。

（第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットの製造方法）
上述のＸ線発生装置のターゲットは以下のようにして製造される。まず、導電性の材料で円筒状に形成されたホルダ部１２０と、ダイヤモンド板１１０とを用意する。次に、このホルダ部１２０の上部開口部を塞ぐように円板状のダイヤモンド板１１０を、上記ホルダ部１２０に、ろう付けにより気密的に接合する。

次に、ダイヤモンド板１１０が接合された状態で、ダイヤモンド板１１０の表面１１０ａ、ダイヤモンド板１１０の側面１１０ｂ、ホルダ部１２０の上端面１２０ｃ、ホルダ部１２０の大径部の内周面１２０ｂ、及びホルダ部１２０の最上端面１２０ａに蒸着法によってＣｕ膜を約５〜１５μｍの厚さに堆積させる。この堆積は、例えば、高真空に保持されたイオンスパッタリング装置を用いて行う。

次に、上記ホルダ部１２０の下端部を、上記ターゲット支持体１３０の下端面１３２ａにホルダ部１２０の下端部をろう付け等で気密的に接合する。こうしてＸ線発生装置のターゲット１００が取り付けられたターゲット支持体１３０は、後述するＸ線発生装置たるＸ線管球の管球フランジ２（図２、図３参照）に取り付けられる。

（第１実施形態に係るＸ線装置）
図３は本発明の第１実施形態に係るＸ線装置の分解斜視図であり、封入型Ｘ線発生装置に適用した場合の例を示している。ここに示す封入型Ｘ線発生装置は、管球本体１と管球フランジ２とを結合して成るＸ線管球３と、管球本体１の全体を収容すると共に管球フランジ２が結合されるチューブシールド４とを有する。チューブシールド４は、例えば、真鍮によって形成される。

本実施形態の場合は、１つの筐体部分としてのチューブシールド４と、もう１つの筐体部分としての管球フランジ２とを互いに接合することによって１つの筐体が構成される。

管球本体１は、ガラス製の先端部６と、その先端部６につながる金属製の基部７と、その基部７の適所に形成したＸ線通過窓８とを有する。先端部６は、図４に示すように、内側ガラス壁９ａと外側ガラス壁９ｂとによって形成される２重ガラス構造を有し、その内側ガラス壁９ａの内部に円筒状の凹部１１が形成される。そして、その凹部１１の底部に電圧供給用の端子１２が設けられる。

内側ガラス壁９ａと外側ガラス壁９ｂとによって囲まれる凹部１１の周囲部分及びその周囲部分に連通する基部７の内部は気密に密封されており、それらの内部は高真空状態に保持されている。基部７の内部には端子１２に導電接続されたフィラメント１３が設けられ、そのフィラメント１３のまわりにはウエネルト１４が設けられる。また、フィラメント１３に対向する位置にはターゲット１００が設けられる。

管球本体１の基部７の底面に結合される管球フランジ２は、図３に示すように、正方形又は長方形といった方形状のベース１７と、そのベース１７の中央部に設けたキャップ１８と、そのキャップ１８の周囲に円形のリング状に設けた嵌合突起１９とを有する。キャップ１８の頂面にはスリット２８が形成されている。ベース１７及びキャップ１８は、例えば、真鍮によって形成される。

ベース１７の１つの隅部には冷却液流入口２１が形成され、反対側の隅部には冷却液排出口２２が設けられる。また、キャップ１８の近傍のベース１７には冷却液回収口２３が設けられる。図４において、キャップ１８の内部に位置するベース１７には冷却液出射口
２４が設けられ、この冷却液出射口２４と冷却液流入口２１とはベース１７の内部に形成された冷却液通路２６によって結ばれる。また、冷却液回収口２３と冷却液排出口２２はベース１７の内部に形成された冷却液通路２７によって結ばれる。

Ｘ線管球３は、管球フランジ２のベース１７を管球本体１の基部７の底部に結合することによって形成されるが、この結合方法は任意の方法によって達成できる。例えば、基部７の底部に雌ネジを形成し、ベース１７の対応する部分に貫通穴を形成し、その貫通穴を貫通させたボルトを上記雌ネジにねじ込むことにより、ベース１７を基部７の底部に固定結合できる。

図３において、Ｘ線管球３の管球本体１を収容するチューブシールド４の底部には、管球フランジ２に設けた嵌合突起１９の外周面に嵌合する円形状の嵌合穴２９が形成され、その嵌合穴２９を開口とする円筒状の凹部空間３１が形成されている。この凹部空間３１は、管球本体１の外径よりもわずかに大きい内径を有し、さらにその管球本体１の長さよりも長い長さを有しており、管球本体１はその凹部空間３１内へ収容される。

チューブシールド４の嵌合穴２９に対向する端部には、先端に高圧端子３３を備えた筒状の高圧中継子３２が装着される。高圧端子３３は高圧ケーブル３４につながっていて、その高圧ケーブル３４を通して高圧端子３３に高電圧が印加される。また、チューブシールド４の内部であって凹部空間３１の外側位置には２本の冷却液通路３５が設けられる。

Ｘ線管球３とチューブシールド４とを組み付ける場合には、図３において、Ｘ線管球３の管球本体１をチューブシールド４の開口すなわち嵌合穴２９を通して凹部空間３１の内部へ挿入し、そして、管球フランジ２をチューブシールド４の底面に接触させる。このとき、チューブシールド４の嵌合穴２９は、図２に示すように、管球フランジ２の嵌合突起１９の外周に嵌合する。

その後、適宜の結合方法によって管球フランジ２をチューブシールド４の底面に固定連結する。この締結方法としては任意の方法を用いることができるが、例えば、図３において、管球フランジ２のベース１７の１つの隅部に貫通穴３６を設け、反対側の隅部にも貫通穴（図示せず）を設け、さらに、それらの貫通穴に対応するチューブシールド４の底面に雌ネジ（図示せず）を形成し、貫通穴３６等を貫通させたボルト（図示せず）をチューブシールド４の底面の雌ネジに締め付けることにより、管球フランジ２をチューブシールド４の底面に固定結合することができ、これにより、図４に示すようなＸ線発生装置が組み立てられる。

Ｘ線管球３がチューブシールド４の凹部空間３１の内部に収容されると、チューブシールド４側の高圧端子３３とＸ線管球３側の端子１２とが導電接続される。高圧ケーブル３４を通して高電圧が供給されると、フィラメント１３に通電が成され、さらにフィラメント１３とターゲット１００との間に高電圧が印加され、さらにフィラメント１３とウエネルト１４との間に所定の制御用電圧が印加される。また、管球フランジ２のベース１７がチューブシールド４の底面に結合されると、ベース１７の冷却液流入口２１及び冷却液排出口２２がチューブシールド４の冷却液通路３５にそれぞれ連通する。

フィラメント１３は通電によって発熱して熱電子を放出し、その放出された熱電子はウエネルト１４に印加された制御用電圧によって進行方向を制御されながら、フィラメント１３とターゲット１００との間に印加された高電圧によって加速されてターゲット１００に衝突し、その衝突の際にターゲット１００からＸ線が発生して広い角度領域内に発散する。

ターゲット１００からＸ線が発生される間、冷却液流入口２１を通してベース１７の冷却液通路２６へ導入された冷却液、例えば冷却水が冷却液出射口２４及びキャップ１８のスリット２８（スリット状もしくは細孔状をなしたもの）を通してターゲット１００の裏面に向けて噴射され、これにより、ターゲット１００が異常な高温になるのを防止する。冷却処理後の冷却水は、キャップ１８の近傍に設けた冷却液回収口２３からベース１７の内部の冷却液通路２７へ回収され、さらに冷却液排出口２２を通して外部へ排出される。

チューブシールド４の底面に近い適所には、Ｘ線通路を開閉できるＸ線シャッタ３７が設けられており、ターゲット１００から発散するＸ線はＸ線通過窓８を通過した後にＸ線シャッタ３７に到達する。このＸ線シャッタ３７が開状態に設定されていれば、そのＸ線シャッタ３７を通過したＸ線が外部へ取り出され、一方、Ｘ線シャッタ３７が閉状態に設定されていれば、チューブシールド４の外側へのＸ線の取り出しが止められる。

上述の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲット１００に、０．１ｍｍ×１．１ｍｍ（＝焦点サイズ）に絞った電子線を連続して照射したところ、５.４Ｋｗ／ｍｍ^２の負荷で
長時間安定したＸ線が得られた。ターゲットの最大負荷は焦点サイズに依存するので、上記値を２０μｍ×８０μｍの焦点サイズに換算すると、４０ｋＷ／ｍｍ^２となる。一方で、バルクＣｕを用いた通常のＣｕターゲットの場合、この値は半分以下である。なお、図５に、Ｘ線発生試験後のターゲットの表面状態を示した。すなわち、図５（Ａ）は従来のＣｕバルクターゲットに４０ｋＶ・１１ｍＡ（＝４４０Ｗ＝４ｋＷ／ｍｍ^２）で約１時間負荷をかけた後の表面状態であり、表面が完全に損傷されていることがわかる。一方、図５（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るＸ線装置のターゲットに４０ｋＶ・１５ｍＡ（＝６００Ｗ＝５.４５ｋＷ／ｍｍ^２）で約１００時間負荷をかけた後の表面状態であり、
表面が全く正常状態であることがわかる。なお、焦点サイズは両者とも０．１ｍｍ×１．１ｍｍである。

（第２実施形態に係るＸ線装置のターゲット）
図６は、本発明の第２実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図である。図６に示されるように、この実施形態は、ダイヤモンド板１１０の表面１１０ａに、厚さ約１０ｎｍのＣｒ膜の下地膜１１２を形成し、その上に第１実施形態と同様の薄膜ターゲット１１１を形成し、さらに、ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃに、下地膜１１４を形成し、その上に耐腐食性膜１１３を形成したものであり、そのほか構成は第１実施形態と同じである。下地膜１１４は、厚さ約１０ｎｍのＣｒ膜であり、耐腐食性膜１１３は、厚さ１０μｍのＡｕ膜である。

なお、前記薄膜ターゲット１１１と前記ダイヤモンド板１１０との間に設けられる下地膜１１２の厚さは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲で適切な値を選び、用いる材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏのいずれかで、薄膜ターゲットの材質により選択する。また、ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃに設けられる下地膜１１４は、厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲で、材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏの中から適切に選択する。さらに、下地膜１１４の上に形成される耐腐食性膜１１３は、厚さが５μｍ〜１０μｍのＡｕまたはＣｒの膜が好ましい。この実施形態によれば、下地膜１１２を形成したことにより、タイヤモンド板１１０と薄膜ターゲット１１１との結合がより強固になり、耐久性をより向上できる。また、ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃに、下地膜１１４と耐腐食性膜１１３を形成したことにより、冷却用冷媒によってダイヤモンド板が経年劣化する虞を防止することができる。なお、ここで、ダイヤモンド板１１０の裏面１１０ｃに設ける膜としては、下地膜１１４を設けずに、耐腐食性膜１１３のみを設けるだけでもよい。

図７は、本発明の第３実施形態に係るＸ線装置のターゲットの部分拡大断面図である。本実施の形態では、図７に示されるように、円筒状ホルダ部１２０の上端部の内周面の一
部を除去して薄肉部１２１を設け、この薄肉部１２１を設けたことによって形成される部位である上端面１２０ｃの上にダイヤモンド板１１０を載せて接合するようにしたものであり、そのほか構成は第１実施形態と同じである。この実施の形態によれば、ホルダ部１２０を、円筒体の上端部の内周面の一部を切削により除去するだけで簡単に製作できるというメリットがある。

図８は、本発明の第４実施形態に係るＸ線装置のターゲットの断面図である。本実施の形態では、図８に示されるように、ターゲット支持体１３０が第１実施形態（＝第３実施形態）と異なるほかは、第３実施形態と同じである。この実施形態におけるターゲット支持体１３０は、略円柱状体に上記ホルダ部１２０の外径よりわずかに大きい内径を有する円形孔１３１を形成し、この円形孔の下端部に第１の小径部１３２及びこの第１の小径部よりさらにわずかに小径である第２の小径部１３３を順次形成することで段差部を形成し、第１の小径部１３２から第２の小径部１３３に到る部位を円筒の中心軸と直行する平面と平行な面として下端面１３２ａとし、この下端面１３２ａにホルダ部１２０の下端部をろう付け等で気密的に接合したものである。この実施の形態によれば、ターゲット支持体１３０の熱容量が増大することによって、放熱効果を向上でき、また、ターゲットの周囲を導電体で囲むことによって電界分布を良好にしてターゲット上における電子のフォーカス形状を整えるという利点がある。

１００ Ｘ線装置のターゲット
１１０ ダイヤモンド板
１１１ 薄膜ターゲット
１１２，１１４ 下地膜
１１３ 耐腐食性膜
１ 管球本体
２ 管球フランジ（筐体部分）
３ Ｘ線管球
４ チューブシールド（筐体部分）
６ 管球本体の先端部
７ 管球本体の基部
８ Ｘ線通過窓
９ａ，９ｂ ガラス壁
１１ 凹部
１３ フィラメント（Ｘ線源）
１７ ベース
１９ 嵌合突起
２８ スリット
２９ 嵌合穴
３１ 凹部空間
３７ Ｘ線シャッタ

Claims (13)

1. Ｘ線発生装置の内部に配置されて加速された電子が照射されることでＸ線を発生するＸ線発生装置のターゲットであって、
   導電性材料で構成され、開口部を備えた筒状をなし、その上端部に筒内径より大径の部位が設けられて段差状に形成されたホルダ部と、
   前記ホルダ部の上端部に形成された段差の高さと同じ厚さに形成され、該段差を構成する上端面上に配置されて前記開口部を塞ぐように気密に接合されたダイヤモンド板と、
   前記ダイヤモンド板の表面に設けられた薄膜ターゲットとを備え、
   前記薄膜ターゲットはその外周部が少なくとも前記ホルダ部の最上端面に至るまでそのまま延長して設けられて前記ホルダ部に電気的に接続されたものであり、
   前記ホルダ部はＸ線発生装置の電源に電気的に接続されるように構成されたものであり、
   前記ダイヤモンド板は、前記薄膜ターゲットが形成された側が真空雰囲気に配置され、前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側が冷媒に熱的に接触されて冷却される側に配置されるようにＸ線発生装置に組み込まれるものであることを特徴とするＸ線発生装置のターゲット。
2. 前記ダイヤモンド板は、前記薄膜ターゲットが形成された側が真空雰囲気に配置され、前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側が冷媒に直接接触して冷却される側に配置されるようにＸ線発生装置に組み込まれるものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置のターゲット。
3. 前記ダイヤモンド板は、結晶学的空間群Ｆｄ３ｍに属する結晶構造を持つダイヤモンド材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線発生装置のターゲット。
4. 前記薄膜ターゲットは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｓｍ、Ｌａなどの導電性金属物質で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
5. 前記ダイヤモンド板は、厚さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、直径２ｍｍ〜２５ｍｍの円板状
   もしくは楕円板状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
6. 前記薄膜ターゲットと前記ダイヤモンド板との間に厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍの下地膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
7. 前記下地膜が、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置のターゲット。
8. 前記ダイヤモンド板の前記薄膜ターゲットが形成された側と反対側に、厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍ厚の下地膜をつけ、その上に、５μｍ〜１０μｍの耐腐食性膜を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
9. 前記下地膜がＣｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏのいずれかであり、前記耐腐食性膜がＡｕ、Ｃｒのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置のターゲット。
10. 前記ホルダ部は円筒状をなしたものであり、
    前記ダイヤモンド板は、前記円筒状ホルダ部の上部開口部を塞ぐように該円筒状ホルダ部に気密に接合されたものであり、
    前記円筒状ホルダ部は、この円筒状ホルダ部と前記ダイヤモンド板との熱膨張の差によって前記円筒状ホルダ部に接合されたダイヤモンド板が破壊しない程度に変形可能な展性を備えたものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
11. 導電体からなるターゲット支持体によって周囲が囲まれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲット。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲットを製造するＸ線発生装置のターゲット製造方法であって、
    前記ダイヤモンド板を前記ホルダ部に接合した状態で、前記ダイヤモンド板表面と前記ホルダ部表面とを含む領域にイオンスパッタなどの薄膜形成法を用いて導電性のターゲット物質を堆積させることによって、前記ダイヤモンド板表面に薄膜ターゲットを形成するとともに、前記薄膜ターゲットの外周部が前記ホルダ部に至るまでそのまま延長するようにして設けられて前記薄膜ターゲットが前記ホルダ部に電気的に接続されるように形成することを特徴とするＸ線発生装置のターゲット製造方法。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載のＸ線発生装置のターゲットをＸ線発生用ターゲットとして内部に組み込んで用いたことを特徴とするＸ線発生装置。