JP6940723B1 - 回転陽極ユニット及びｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

回転陽極ユニットは、第１金属材料により形成されたターゲットと、第２金属材料により平板状に形成され、第１及び第２表面を有するターゲット支持体と、を備える。第２金属材料の熱伝導率は、第１金属材料の熱伝導率よりも高い。ターゲット支持体の外側部分における第１表面には、第１凹部が形成されている。ターゲットは、第１凹部に配置されている。ターゲット支持体の内側部分における第２表面には、冷媒を流すための流路を画定するように構成された第２凹部が形成されている。第１凹部が形成された第１領域の厚さは、第２凹部が形成された第２領域の厚さよりも厚い。

Description

本開示の一側面は、回転陽極ユニット、及び回転陽極ユニットを備えるＸ線発生装置に関する。

カソードから出射された電子ビームを回転するターゲットに入射させることによりＸ線を発生させるＸ線発生装置が知られている。このようなＸ線発生装置では、電子の吸収によりターゲットが加熱される。ターゲットの冷却に関する技術として、特許第５２６５９０６号公報は、円板状のターゲットをシャフトが接続された背面側から水冷することを開示している。

特許第５２６５９０６号公報

上述したような技術では、ターゲットの熱伝導率が低い場合、又はターゲットとシャフトとの間の熱伝達率が低い場合には、ターゲットを十分に冷却することができない可能性がある。そこで、ターゲットにおける電子入射部分以外の部分を電子入射部分よりも熱伝導率の高い材料により形成することで、冷却性能を向上することが考えられる。しかしながら、単に熱伝導率の高い材料を使用しただけでは、十分な冷却性能を得ることができない。

本開示の一側面は、冷却性能が高められた回転陽極ユニット及びＸ線発生装置を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る回転陽極ユニットは、第１金属材料により円環状に形成され、円環状の電子入射面を構成するターゲットと、第２金属材料により平板状に形成され、回転軸に対して略垂直に延在する第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面を有するターゲット支持体と、を備え、第２金属材料の熱伝導率は、第１金属材料の熱伝導率よりも高く、ターゲット支持体は、ターゲットが固定された外側部分と、外側部分よりも内側に位置し、回転軸を含む内側部分と、を有し、外側部分における第１表面には、第１凹部が形成されており、ターゲットは、第１凹部に配置されており、ターゲットの電子入射面は、第１表面と同一平面上に位置しており、内側部分における第２表面には、冷媒を流すための流路を画定するように構成された第２凹部が形成されており、外側部分において第１凹部が形成された第１領域の厚さは、内側部分において第２凹部が形成された第２領域の厚さよりも厚い。

この回転陽極ユニットでは、ターゲット支持体が、ターゲットを構成する第１金属材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２金属材料により形成されている。これにより、冷却性能を向上することができる。また、ターゲット支持体の外側部分における第１表面には、ターゲットが配置される第１凹部が形成されており、ターゲット支持体の内側部分における第２表面には、冷媒を流すための流路を画定する第２凹部が形成されている。外側部分において第１凹部が形成された第１領域の厚さが、内側部分において第２凹部が形成された第２領域の厚さよりも厚い。これにより、第１領域の熱容量を大きくすることができると共に、第２領域における冷却効率を高めることができる。その結果、ターゲットで発生した熱を第１領域に貯めることができると共に、第１領域に貯められた熱を第２領域において効率良く冷却することができる。よって、この回転陽極ユニットでは、冷却性能が高められている。更に、ターゲットの電子入射面が、ターゲット支持体の回転軸に対して略垂直に延在する第１表面と同一平面上に位置している。これにより、電子入射面及び第１表面の研磨作業の作業性が高められている。

第２領域の厚さとターゲットの厚さとの差は、第１領域の厚さと第２領域の厚さとの差よりも小さくてもよい。この場合、第２領域における冷却効率を一層高めつつ、ターゲットで発生した熱を、熱容量の大きな第１領域に伝えやすくすることができる。

第１凹部の底面、及びターゲットにおいて当該底面と接触する表面の少なくとも一方の表面粗さＲａは、１．６μｍ以下であってもよい。この場合、ターゲットとターゲット支持体とを好適に面接触させることができ、冷却効率を一層高めることができる。

ターゲットの電子入射面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下であってもよい。この場合、電子ビームを入射させた際にターゲットから多くのＸ線を出射させることができる。

ターゲットの厚さをｔとすると、ターゲットと第１凹部の底面との間の接触幅は、２ｔ以上８ｔ以下であってもよい。この場合、接触幅が２ｔ以上であるため、ターゲットとターゲット支持体との間の接触面積を増加させることができ、冷却効率を一層高めることができる。また、接触幅が８ｔ以下であるため、第２領域の面積を確保することができ、第２領域における冷却効率を一層高めることができる。

外側部分には、第１凹部の底面と第２表面との間を貫通する挿通孔が形成されており、ターゲットは、挿通孔に挿通された締結部材によってターゲット支持体に固定されていてもよい。この場合、ターゲットとターゲット支持体とをより密着させて固定することができる。

本開示の一側面に係る回転陽極ユニットは、ターゲット支持体に第２表面側から固定され、第２凹部と共に流路を画定するシャフトを更に備えてもよい。この場合、シャフトを介してターゲット支持体を回転させることができると共に、第２凹部及びシャフトによって流路を画定することができる。

本開示の一側面に係る回転陽極ユニットは、シャフト内に配置された筒状部と、筒状部から外側に突出したフランジ部と、を有し、第２凹部及びシャフトと共に流路を画定する流路形成部材を更に備えてもよい。この場合、第２凹部、シャフト及び流路形成部材によって流路を画定することができる。

本開示の一側面に係るＸ線発生装置は、上記回転陽極ユニットを備える。このＸ線発生装置では、上述した理由により、冷却性能が高められている。

本開示の一側面によれば、冷却性能が高められた回転陽極ユニット及びＸ線発生装置を提供することが可能となる。

図１は、実施形態に係るＸ線発生装置の構成図である。 図２は、回転陽極ユニットの一部分の断面図である。 図３は、ターゲット及びターゲット支持体の正面図である。 図４は、ターゲット支持体の底面図である。 図５は、図４のV−V線に沿っての断面図である。 図６は、図１の一部拡大図である。 図７は、回転陽極ユニットの筐体の正面図である。 図８は、変形例に係るターゲット及びターゲット支持体の断面図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［Ｘ線発生装置］

図１に示されるように、Ｘ線発生装置１は、電子銃２と、回転陽極ユニット３と、磁気レンズ４と、排気部５と、筐体６と、を備えている。電子銃２は、筐体６内に配置されており、電子ビームＥＢを出射する。回転陽極ユニット３は、円環板状のターゲット３１を有している。ターゲット３１は、回転軸Ａ周りに回転可能となるように支持されており、回転しながら電子ビームＥＢを受け、Ｘ線ＸＲを発生させる。Ｘ線ＸＲは、回転陽極ユニット３の筐体３６に形成されたＸ線通過孔５３ａから外部に出射される。Ｘ線通過孔５３ａは、窓部材７によって気密に塞がれている。回転軸Ａは、電子ビームＥＢがターゲット３１に入射する方向軸（電子ビームＥＢの出射軸）に対して傾斜している。回転陽極ユニット３の詳細については後述する。

磁気レンズ４は、電子ビームＥＢを制御する。磁気レンズ４は、一又は複数のコイル４ａと、それらのコイル４ａを収容する筐体４ｂと、を有している。各コイル４ａは、電子ビームＥＢが通過する通路８を囲むように配置されている。各コイル４ａは、通電により、電子銃２とターゲット３１との間において電子ビームＥＢに作用する磁力を発生させる電磁コイルである。一又は複数のコイル４ａは、例えば、電子ビームＥＢをターゲット３１に集束させる集束コイルを含んでいる。一又は複数のコイル４ａは、電子ビームＥＢを偏向させる偏向コイルを含んでいてもよい。集束コイル及び偏向コイルは、通路８に沿って並んでいてもよい。

排気部５は、排気管５ａと、真空ポンプ５ｂと、を有している。排気管５ａは、筐体６に設けられており、真空ポンプ５ｂに接続されている。真空ポンプ５ｂは、排気管５ａを介して、筐体６により画定される内部空間Ｓ１を真空引きする。筐体６は、磁気レンズ４の筐体４ｂと共に内部空間Ｓ１を画定しており、内部空間Ｓ１を真空引きされた状態に維持する。真空ポンプ５ｂによる真空引きにより、通路８が真空引きされると共に、回転陽極ユニット３の筐体３６により画定される内部空間Ｓ２も真空引きされる。内部空間Ｓ１，Ｓ２及び通路８が真空引きされた状態で筐体６が気密に封止される場合、真空ポンプ５ｂは設けられなくてもよい。

Ｘ線発生装置１では、内部空間Ｓ１，Ｓ２及び通路８が真空引きされた状態で、電子銃２に電圧が印加され、電子銃２から電子ビームＥＢが出射される。電子ビームＥＢは、磁気レンズ４によってターゲット３１上において所望の焦点となるように集束させられ、回転するターゲット３１に入射する。電子ビームＥＢがターゲット３１に入射すると、ターゲット３１においてＸ線ＸＲが発生し、Ｘ線ＸＲがＸ線通過孔５３ａから外部に出射される。
［回転陽極ユニット］

図２〜図５に示されるように、回転陽極ユニット３は、ターゲット３１と、ターゲット支持体（回転支持体）３２と、シャフト３３と、流路形成部材３４と、を備えている。

ターゲット３１は、円環板状に形成され、円環状の電子入射面３１ａを構成している。ターゲット支持体３２は、円形平板状に形成されている。ターゲット３１は、電子ビームＥＢが入射する電子入射面３１ａと、電子入射面３１ａとは反対側の裏面３１ｂと、電子入射面３１ａ及び裏面３１ｂに接続された内側面３１ｃ及び外側面３１ｄと、を有している。電子入射面３１ａと裏面３１ｂとは、互いに平行となるように対向している。ターゲット支持体３２は、回転軸Ａに対して略垂直に延在する表面（第１表面）３２ａと、表面３２ａとは反対側の裏面（第２表面）３２ｂと、表面３２ａ及び裏面３２ｂに接続された側面３２ｃと、を有している。表面３２ａと裏面３２ｂとは、互いに平行となるように対向している。なお、この例ではターゲット３１は単一の部材で構成されているが、複数の部材で構成されてもよい。

ターゲット３１を構成する第１金属材料は、例えば、タングステン、銀、ロジウム、モリブデン又はそれらの合金等の重金属である。ターゲット支持体３２を構成する第２金属材料は、例えば、銅、銅合金等である。第１金属材料及び第２金属材料は、第２金属材料の熱伝導率が第１金属材料の熱伝導率よりも高くなるように選択されている。

ターゲット支持体３２は、ターゲット３１が固定された外側部分４１と、回転軸Ａを含む（回転軸Ａが通る）内側部分４２と、を有している。内側部分４２は、円形状に形成されている。外側部分４１は、円環状に形成され、内側部分４２を囲んでいる。外側部分４１における表面３２ａには、第１凹部４３が形成されている。第１凹部４３は、ターゲット３１に対応した円環状の窪み構造を有している。第１凹部４３は、その外側がターゲット支持体３２の外縁に沿って開放されるように延在しており、側面３２ｃに露出している。

内側部分４２における表面３２ａは、回転軸Ａに対して略垂直に延在する円形状の連続した平坦面である。表面３２ａは、例えば、回転軸Ａに対して垂直に延在している。「連続した平坦面である」とは、例えば、孔、凹部又は突起等が形成されておらず、全体が１つの平面上に位置していることを意味する。後述するように、回転陽極ユニット３の製造工程においては、電子入射面３１ａ及び表面３２ａを同時に研磨するため、表面３２ａは、特に、その主体部となる第２凹部４４が形成された第２領域Ｒ２（後述）において、連続した平坦面であってもよい。一方で、第２領域Ｒ２よりも外側の外縁部分には、例えばバランス調整孔４２ｂ（後述）が設けられてもよい。

ターゲット３１は、第１凹部４３に嵌合するように配置されている。ターゲット３１の電子入射面３１ａの全面は、ターゲット支持体３２の表面３２ａと同一平面上に位置している。この例では、電子入射面３１ａは、表面３２ａと隙間無く連続している。回転陽極ユニット３の製造工程においては、ターゲット３１を第１凹部４３に配置した後に、電子入射面３１ａ及び表面３２ａを同時に研磨する。これにより、電子入射面３１ａ及び表面３２ａが同一平面上に位置付けられる。ただし、ターゲット３１を構成する第１金属材料とターゲット支持体３２を構成する第２金属材料との間の硬度の違い等により、電子入射面３１ａと表面３２ａとの間には、僅かな高さの差が存在し得る。例えば、ターゲット３１の厚さが数ｍｍ程度であり、第１金属材料の硬度が第２金属材料の硬度よりも高い場合、電子入射面３１ａは表面３２ａに対して例えば数十μｍ程度だけ突出し得る。「電子入射面３１ａが表面３２ａと同一平面上に位置している」とは、そのような僅かな高さの差が存在するが、実質的に同一平面上に位置すると見なせる場合も含むことを意味する。

ターゲット３１の裏面３１ｂの全面は、第１凹部４３の底面４３ａに接触している。ターゲット３１の内側面３１ｃの全面は、第１凹部４３の側面４３ｂに接触している。ターゲット３１の放熱性の観点から、ターゲット３１の裏面３１ｂ及びターゲット３１の内側面３１ｃの全面が第１凹部４３に面接触していてもよいが、裏面３１ｂ及び内側面３１ｃの少なくとも一部が第１凹部４３に接触していればよい。ターゲット３１の外側面３１ｄは、ターゲット支持体３２の側面３２ｃと同一平面上に位置している。ターゲット３１の外側面３１ｄは、ターゲット支持体３２の側面３２ｃと同一平面上に位置せずに、側面３２ｃから突出していたり、窪んでいてもよい。ターゲット３１の厚さ（最大厚さ）をｔとすると、第１凹部４３の底面４３ａとターゲット３１との間の接触幅Ｗは、２ｔ以上８ｔ以下である。電子入射面３１ａの平面度及び平行度は、１５μｍ以下である。

ターゲット３１の電子入射面３１ａの全面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下である。換言すれば、電子入射面３１ａは、表面粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨されている。そのため、表面３２ａの表面粗さＲａも０．５μｍ以下となっている。ターゲット３１の裏面３１ｂ（第１凹部４３の底面４３ａと接触する表面）、及び第１凹部４３の底面４３ａの双方の表面粗さＲａは、０．８μｍ以下である。裏面３１ｂの表面粗さＲａと底面４３ａの表面粗さＲａの和は、１．６μｍ以下である。換言すれば、裏面３１ｂ及び底面４３ａは、表面粗さＲａが０．８μｍ以下となるように研磨されている。表面粗さＲａは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）で規定された算術平均粗さである。

内側部分４２における裏面３２ｂには、第２凹部４４が形成されている。第２凹部４４は、シャフト３３及び流路形成部材３４と共に、冷媒ＣＬ１を流すための流路４５を画定している。図２及び図５に示されるように、第２凹部４４は、シャフト３３及び流路形成部材３４が配置される第１部分４４ａと、第１部分４４ａに接続され、流路４５を構成する第２部分４４ｂと、を有している。第１部分４４ａは、円柱状に形成されており、第２部分４４ｂは、有底の凹部状に形成されている。第２部分４４ｂの周面は、シャフト３３から遠ざかるほど回転軸Ａに近づくように湾曲した湾曲面となっている。回転軸Ａに平行な方向から見た場合に、第２凹部４４は、第１凹部４３（ターゲット３１）から離間している（重なっていない）。

外側部分４１において第１凹部４３が形成された第１領域Ｒ１の厚さＴ１は、内側部分４２において第２凹部４４が形成された第２領域Ｒ２の厚さＴ２よりも厚い。厚さＴ１は、第１領域Ｒ１における最大厚さである。厚さＴ２は、第２領域Ｒ２における最小厚さである。第２領域Ｒ２の厚さＴ２とターゲット３１の厚さｔ（第１凹部４３の深さ）との差は、第１領域Ｒ１の厚さＴ１と第２領域Ｒ２の厚さＴ２との差よりも小さい。この例では、第２領域Ｒ２の厚さＴ２は、ターゲット３１の厚さｔ（第１凹部４３の深さ）よりも薄い。

外側部分４１には、第１凹部４３の底面４３ａとターゲット支持体３２の裏面３２ｂとの間を貫通する複数（この例では１６個）の挿通孔４１ａが形成されている。複数の挿通孔４１ａは、回転軸Ａを中心とする円の周方向に沿って、等間隔で並んでいる。ターゲット３１には、電子入射面３１ａと裏面３１ｂとの間を貫通する複数（この例では１６個）の締結孔３１ｅが形成されている。ターゲット３１は、挿通孔４１ａに挿通された締結部材（図示省略）が締結孔３１ｅに締結されることにより、ターゲット支持体３２に着脱可能に固定されている。締結部材は、例えばボルトであってもよい。ターゲット３１とターゲット支持体３２との固定には、締結構造以外にも、ロウ付け又は拡散接合等が用いられてもよい。

内側部分４２における裏面３２ｂには、シャフト３３を固定するための複数（この例では６個）の締結孔４２ａが形成されている。複数の締結孔４２ａは、第２凹部４４の縁に沿って、且つ回転軸Ａを中心とする円の周方向に沿って、等間隔で並んでいる。シャフト３３は、シャフト３３の挿通孔３３ａに挿通された締結部材（図示省略）が締結孔４２ａに締結されることにより、ターゲット支持体３２に着脱可能に固定されている。締結部材は、例えばボルトであってもよい。

内側部分４２における裏面３２ｂには、回転陽極ユニット３の重量バランスを調整するための複数（この例では３６個）のバランス調整孔４２ｂが形成されている。複数のバランス調整孔４２ｂは、回転軸Ａを中心とする円の周方向に沿って、等間隔で並んでいる。例えば、重り（図示省略）を複数のバランス調整孔４２ｂから選択された一又は複数の孔に固定することで、回転陽極ユニット３の重量バランスを調整することができる。重りは、例えば、ボルト等の締結部材をバランス調整孔４２ｂに締結することにより、ターゲット支持体３２に固定されてもよい。逆に、バランス調整孔４２ｂを削ること等によって孔を大きくしたりすることで、回転陽極ユニット３の重量バランスが調整されてもよい。前述したように、表面３２ａにおける第２領域Ｒ２よりも外側の外縁部分に、バランス調整孔４２ｂが設けられてもよい。ターゲット支持体３２におけるバランス調整孔４２ｂ以外の場所に対して、重りを追加したり、一部を除去することで、回転陽極ユニット３の重量バランスが調整されてもよい。このように、回転軸Ａに対して外縁となる領域、特に流路４５の形成領域よりも外側の領域に、回転陽極ユニット３の重量バランスを調整するための構成が備えられてもよい。

シャフト３３及び流路形成部材３４は、ターゲット支持体３２に裏面３２ｂ側から固定されている。シャフト３３の一部は、第２凹部４４の第１部分４４ａに配置されている。シャフト３３は、上述したとおり、締結孔４２ａに締結された締結部材によってターゲット支持体３２に固定されている。流路形成部材３４は、筒状部３４ａと、筒状部３４ａの端部から外側に突出したフランジ部３４ｂと、を有している。筒状部３４ａは、円筒状に形成され、シャフト３３内に配置されている。フランジ部３４ｂは、円板状に形成され、第２凹部４４の表面及びシャフト３３の各々と間隔を空けて向かい合っている。流路形成部材３４は、ターゲット支持体３２及びシャフト３３と一緒に回転しないように、図示しない回転陽極ユニット３の非回転部に固定されている。

第２凹部４４、シャフト３３及び流路形成部材３４により、冷媒ＣＬ１を流すための流路４５が画定されている。冷媒ＣＬ１は、例えば水又は不凍液等の液体冷媒である。流路４５は、シャフト３３と流路形成部材３４の筒状部３４ａ及びフランジ部３４ｂとの間に形成された第１部分４５ａと、ターゲット支持体３２と流路形成部材３４のフランジ部３４ｂとの間に形成された第２部分４５ｂと、流路形成部材３４の筒状部３４ａ内に形成された第３部分４５ｃと、を有している。第１部分４５ａには、例えば、冷媒供給装置（図示省略）から冷媒ＣＬ１が供給される。冷媒供給装置は、所定の温度に調整された冷媒ＣＬ１を供給可能なチラーであってもよい。第１部分４５ａに供給された冷媒ＣＬ１は、第２部分４５ｂを流れ、第３部分４５ｃにおいて排出される。

回転陽極ユニット３は、ターゲット３１、ターゲット支持体３２及びシャフト３３を回転駆動させる駆動部３５と、ターゲット３１、ターゲット支持体３２、シャフト３３及び流路形成部材３４を収容する筐体３６と、を更に備えている（図１）。駆動部３５は、駆動源としてモータを有していてもよい。駆動部３５によりシャフト３３が回転させられることで、ターゲット３１、ターゲット支持体３２及びシャフト３３が、回転軸Ａ周りに一体的に回転する。

以上説明したように、回転陽極ユニット３では、ターゲット支持体３２が、ターゲット３１を構成する第１金属材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２金属材料により形成されている。これにより、冷却性能を向上することができる。また、ターゲット支持体３２の外側部分４１における表面３２ａには、ターゲット３１が配置される第１凹部４３が形成されており、ターゲット支持体３２の内側部分４２における裏面３２ｂには、冷媒ＣＬ１を流すための流路４５を画定する第２凹部４４が形成されている。外側部分４１において第１凹部４３が形成された第１領域Ｒ１の厚さＴ１が、内側部分４２において第２凹部４４が形成された第２領域Ｒ２の厚さＴ２よりも厚い。これにより、第１領域Ｒ１の熱容量を大きくすることができると共に、第２領域Ｒ２における冷却効率を高めることができる。その結果、ターゲット３１で発生した熱を第１領域Ｒ１に貯めることができると共に、第１領域Ｒ１に貯められた熱を第２領域Ｒ２において効率良く冷却することができる。よって、回転陽極ユニット３では、冷却性能が高められている。更に、ターゲット３１の電子入射面３１ａが、ターゲット支持体３２の回転軸Ａに対して略垂直に延在する表面３２ａと同一平面上に位置している。これにより、電子入射面３１ａ及び表面３２ａの研磨作業の作業性が高められている。

確認実験として、Ｘ線発生装置１を作成し、その評価を行った。冷却性能が十分でない場合、ターゲット支持体３２が１００℃以上の高温状態となり、冷媒ＣＬ１が沸騰してしまうことが考えられるが、１０００時間の動作の間、冷媒ＣＬ１は沸騰するまで加熱されなかった。ターゲット３１の変形又は損傷は発生しなかった。Ｘ線ＸＲの線量に３％以上の変化は生じなかった。

第２領域Ｒ２の厚さＴ２とターゲット３１の厚さｔとの差は、第１領域Ｒ１の厚さＴ１と第２領域Ｒ２の厚さＴ２との差よりも小さい。これにより、第２領域Ｒ２における冷却効率を一層高めつつ、ターゲット３１で発生した熱を、熱容量の大きな第１領域Ｒ１に伝えやすくすることができる。

第１凹部４３の底面４３ａ、及びターゲット３１において当該底面４３ａと接触する裏面３１ｂの双方の表面粗さＲａが、１．６μｍ以下である。これにより、ターゲット３１とターゲット支持体３２とを好適に面接触させることができ、冷却効率を一層高めることができる。すなわち、ターゲット３１とターゲット支持体３２との間の接触面の表面積を増加させることができる。

ターゲット３１の電子入射面３１ａの表面粗さＲａが、０．５μｍ以下である。これにより、電子ビームを入射させた際にターゲット３１から多くのＸ線を出射させることができる。すなわち、ターゲット３１から出射するＸ線が電子入射面３１ａの表面の凹凸により遮られる自己吸収を抑制することができる。また、電子入射面３１ａの表面に凹凸があると、凹凸部位において応力集中が生じるが、電子入射面３１ａの表面粗さを小さくすることで、そのような応力集中を緩和することができる。

ターゲット３１と第１凹部４３の底面４３ａとの間の接触幅Ｗが、２ｔ以上８ｔ以下である。接触幅Ｗが２ｔ以上であるため、ターゲット３１とターゲット支持体３２との間の接触面積を増加させることができ、冷却効率を一層高めることができる。また、接触幅Ｗが８ｔ以下であるため、第２領域Ｒ２の面積を確保することができ、第２領域Ｒ２における冷却効率を一層高めることができる。

外側部分４１には、第１凹部４３の底面４３ａとターゲット支持体３２の裏面３２ｂとの間を貫通する挿通孔４１ａが形成されており、ターゲット３１は、挿通孔４１ａに挿通された締結部材によってターゲット支持体３２に固定されている。これにより、ターゲット３１とターゲット支持体３２とをより密着させて固定することができる。

回転陽極ユニット３が、ターゲット支持体３２に裏面３２ｂ側から固定され、第２凹部４４と共に流路４５を画定するシャフト３３を備える。これにより、シャフト３３を介してターゲット支持体３２を回転させることができると共に、第２凹部４４及びシャフト３３によって流路４５を画定することができる。

回転陽極ユニット３が、シャフト３３内に配置された筒状部３４ａと、筒状部３４ａから外側に突出したフランジ部３４ｂと、を有し、第２凹部４４及びシャフト３３と共に流路４５を画定する流路形成部材３４を備える。これにより、第２凹部４４、シャフト３３及び流路形成部材３４によって流路４５を画定することができる。
［磁気レンズの冷却機構］

図６に示されるように、回転陽極ユニット３の筐体３６は、壁部５１を有している。壁部５１は、第１壁５２と、第２壁５３と、を含んでいる。第１壁５２は、ターゲット３１と向かい合うようにターゲット３１と磁気レンズ４のコイル４ａとの間に配置されている。第１壁５２は、板状に形成され、回転軸Ａ及びＸ方向（電子通過孔５２ａを電子ビームＥＢが通過する第１方向）と交差するように延在している。第１壁５２には、電子ビームＥＢが通過する電子通過孔５２ａが形成されている。電子通過孔５２ａは、Ｘ方向（Ｘ線発生装置１の管軸に沿った方向であって、電子ビームＥＢの出射軸に沿った方向）に沿って第１壁５２を貫通しており、磁気レンズ４の通路８に接続されている。

第２壁５３は、板状に形成され、Ｘ方向に沿って第１壁５２から延在している。第２壁５３には、ターゲット３１から出射されたＸ線ＸＲが通過するＸ線通過孔５３ａが形成されている。Ｘ線通過孔５３ａは、Ｘ方向に垂直なＺ方向（第３方向）に沿って第２壁５３を貫通している。第２壁５３の外面には、Ｘ線通過孔５３ａを気密に塞ぐように窓部材７が設けられている。窓部材７は、例えば金属材料により平板状に形成されており、Ｘ線ＸＲを透過させる。窓部材７を構成する金属材料の例としては、ベリリウム（Ｂｅ）が挙げられる。

図６に示されるように、第１壁５２は、第１表面５２ｂと、第１表面５２ｂとは反対側の第２表面５２ｃと、を有している。第１表面５２ｂは、ターゲット３１の電子入射面３１ａ、及びターゲット支持体３２の表面３２ａと向かい合っている。第１表面５２ｂは、電子入射面３１ａ及び表面３２ａと平行に延在しており、Ｘ方向及びＺ方向に対して傾斜している。

第２表面５２ｃは、磁気レンズ４の筐体４ｂと向かい合っている。この例では、第２表面５２ｃと筐体４ｂとは接触している。第２表面５２ｃは、突当部分５２ｄを含んでいる。突当部分５２ｄは、平坦面であり、Ｘ方向に垂直に延在している。磁気レンズ４の筐体４ｂの外面は、突当部分５２ｄに突き当てられている。筐体４ｂ及び筐体６の外面と第２表面５２ｃ（突当部分５２ｄ）とは、例えば、ろう付け又は拡散接合により接合されている。回転陽極ユニット３の筐体３６は、筐体４ｂ及び筐体６に対して着脱自在に取り付けられていてもよい。その場合、第２表面５２ｃ（突当部分５２ｄ）と筐体４ｂ及び筐体６との間には、Ｏリング等の気密封止用部材が介在していてもよい。

第１壁５２には、冷媒ＣＬ２を流すための流路６１が形成されている。第１壁５２の第２表面５２ｃの突当部分５２ｄには、溝６２が形成されている。流路６１は、溝６２が磁気レンズ４の筐体４ｂにより塞がれることによって画定されている。流路６１には、例えば、冷媒供給装置（図示省略）から冷媒ＣＬ２が供給される。冷媒供給装置は、所定の温度に調整された冷媒ＣＬ２を供給可能なチラーであってもよい。冷媒ＣＬ２は、例えば水又は不凍液等の液体冷媒である。

図７は、第１壁５２の第２表面５２ｃをＸ方向から見た図である。以下、図７を参照しつつ、Ｘ方向から見た場合の流路６１の形状を説明する。図７では、理解の容易化のため、流路６１にハッチングが施されている。流路６１は、冷媒ＣＬ２が供給される供給位置Ｐ１と冷媒ＣＬ２が排出される排出位置Ｐ２との間を蛇行して延在している。流路６１は、電子通過孔５２ａを中心とする円の周方向に沿って延在する複数（この例では４つ）の湾曲部分６３を含んでいる。複数の湾曲部分６３は、Ｚ方向（第１方向に垂直な第３方向）に沿って略等間隔で並んでいる。

流路６１は、複数の湾曲部分６３を互い違いに接続する複数（この例では３つ）の接続部６４Ａ〜６４Ｃを含んでいる。接続部６４Ａ〜６４Ｃは、湾曲して延在している。流路６１は、供給位置Ｐ１と湾曲部分６３とを接続する直線状部分６５と、湾曲部分６３と排出位置Ｐ２とを接続する直線状部分６６と、を更に含んでいる。

複数の湾曲部分６３のうち最も電子通過孔５２ａに近い湾曲部分６３Ａは、Ｙ方向（第１方向に垂直な第２方向）において電子通過孔５２ａの両側に位置している。換言すれば、流路６１は、Ｙ方向において電子通過孔５２ａの両側に、電子通過孔５２ａを挟む（Ｕ字状に包囲する）ように延在している。

流路６１においては、供給位置Ｐ１から排出位置Ｐ２へ冷媒ＣＬ２が流れる。流路６１では、上流側（供給位置Ｐ１に近い側）の部分が、下流側（排出位置Ｐ２側）の部分と比べて、電子通過孔５２ａの近くに配置されている。例えば、湾曲部分６３Ａは、湾曲部分６３Ａ以外の湾曲部分６３よりも電子通過孔５２ａの近くに配置されている。換言すれば、流路６１は、第１部分（湾曲部分６３Ａ）と、第１部分に接続され、第１部分に対して電子通過孔５２ａとは反対側に位置する第２部分（湾曲部分６３Ａ以外の湾曲部分６３）と、を含み、Ｘ線発生装置１は、第１部分から第２部分へ冷媒ＣＬ２が流れるように構成されている。このように、電子通過孔５２ａに近い領域に、最初に冷媒が導入される（より低温な冷媒が導入される）ため、電子通過孔５２ａの近傍構造の冷却効率を向上させることができる。電子通過孔５２ａの近傍では、電子ビームＥＢの影響（特にターゲット３１からの反射電子の影響）を受けて温度が上がりやすい。

第１壁５２において流路６１が形成された領域ＲＧの中心Ｃは、電子通過孔５２ａに対してＸ線通過孔５３ａとは反対側（図７中の上側）に位置している。すなわち、流路６１は、電子通過孔５２ａに対してＸ線通過孔５３ａとは反対側寄りに形成されている。

以上説明したように、Ｘ線発生装置１では、回転陽極ユニット３が、ターゲット３１を回転させるように構成されている。これにより、回転するターゲット３１に電子ビームＥＢを入射させることができ、ターゲット３１に電子ビームＥＢが局所的に入射するのを回避することができる。その結果、電子ビームＥＢの入射量を増加させることが可能となる。また、ターゲット３１とコイル４ａとの間に配置されてターゲット３１と向かい合う第１壁５２（壁部５１）に、電子ビームＥＢが通過する電子通過孔５２ａに加えて、冷媒ＣＬ２が流れるように構成された流路６１が形成されている。これにより、流路６１に冷媒ＣＬ２を流すことで、壁部５１及び磁気レンズ４を冷却することができる。したがって、ターゲット３１への電子ビームＥＢの入射量が増加して、ターゲット３１からの反射電子が増加した場合でも、壁部５１及び磁気レンズ４が高温化するのを抑制することができる。よって、Ｘ線発生装置１によれば、反射電子による発熱に起因する不具合の発生を抑制することができる。すなわち、ターゲット３１で吸収されずに反射する反射電子により壁部５１に生じる熱と、通電によりコイル４ａで生じる熱が相俟ってコイル４ａの周辺が高温化することに起因する不具合の発生を抑制することができる。そのような不具合としては、コイル４ａによる電子ビームＥＢの制御性の低下や、周辺部材の破損が挙げられる。コイル４ａが高温化した場合、電子ビームＥＢの制御性が低下することで、Ｘ線ＸＲの焦点の寸法又は位置が変動してしまう可能性がある。また、窓部材７又は筐体３６が破損することで真空が破れる可能性もある。Ｘ線発生装置１によれば、そのような不具合の発生を抑制することができる。

確認実験として、Ｘ線発生装置１を作成し、その評価を行った。その結果、壁部５１及び磁気レンズ４の高温化が抑制されていることを確認した。１０００時間の動作の間、Ｘ線ＸＲの焦点の寸法及び位置が大きく変動することはなかった。窓部材７に異常は生じなかった。

流路６１が、Ｘ方向から見た場合に、Ｙ方向において電子通過孔５２ａの両側に位置するように延在している。これにより、反射電子が多く入射する電子通過孔５２ａの周辺を効果的に冷却することができる。

流路６１が、Ｘ方向から見た場合に、電子通過孔５２ａを中心とする円の周方向に沿って延在する複数の湾曲部分６３を含んでいる。これにより、電子通過孔５２ａの周辺を効果的に冷却することができる。

流路６１が、Ｚ方向に沿って並んだ複数の湾曲部分６３を含んでいる。これにより、電子通過孔５２ａの周辺を効果的に冷却することができる。

流路６１が、第１部分（湾曲部分６３Ａ）と、第１部分に接続され、第１部分に対して電子通過孔５２ａとは反対側に位置する第２部分（湾曲部分６３Ａ以外の湾曲部分６３）と、を含み、Ｘ線発生装置１が、第１部分から第２部分へ冷媒ＣＬ２が流れるように構成されている。換言すれば、Ｘ線発生装置１は、第１部分から第２部分へ冷媒ＣＬ２を流すように構成された冷媒供給装置を備えている。これにより、流路６１に第１部分及び第２部分が含まれるため、冷媒ＣＬ２が流れる経路を長くすることができ、壁部５１及び磁気レンズ４を効果的に冷却することができる。また、電子通過孔５２ａに近い第１部分に冷媒ＣＬ２が先に流れるため、電子通過孔５２ａの周辺を効果的に冷却することができる。

壁部５１には、ターゲット３１から出射されたＸ線が通過するＸ線通過孔５３ａが形成されており、Ｘ方向から見た場合に、壁部５１において流路６１が形成された領域ＲＧの中心Ｃが、電子通過孔５２ａに対してＸ線通過孔５３ａとは反対側（図７中の上側）に位置している。これにより、Ｘ線通過孔５３ａに関する設計自由度を向上することができる。例えば、電子通過孔５２ａに対してＸ線通過孔５３ａ側に流路６１を形成しようとすると、Ｘ線通過孔５３ａが形成される第２壁５３を厚くする必要が生じる可能性があるが、上記実施形態では、そのような事態が生じない。

Ｘ線通過孔５３ａが第２壁５３に形成されており、電子通過孔５２ａ及び流路６１が第１壁５２に形成されている。これにより、Ｘ線通過孔５３ａに関する設計自由度を向上することができる。

壁部５１の第２表面５２ｃに溝６２が形成されており、流路６１は、溝６２が磁気レンズ４の筐体４ｂにより塞がれることによって画定されている。これにより、磁気レンズ４を効果的に冷却することができる。また、流路６１を壁部５１内に形成する場合と比べて、製造工程を容易化することができる。

壁部５１が、回転陽極ユニット３の筐体３６を構成している。これにより、回転陽極ユニット３の筐体３６を用いて冷却を行うことができる。
［変形例］

図８に示される変形例のようにターゲット３１及びターゲット支持体３２が構成されてもよい。変形例では、ターゲット３１が断面Ｌ字状に形成されている。ターゲット３１は、第１部分３１ｆ及び第２部分３１ｇを有している。第１部分３１ｆは、電子入射面３１ａを含み、第２部分３１ｇは、裏面３１ｂを含む。第１部分３１ｆの幅は、第２部分３１ｇの幅よりも狭い。電子入射面３１ａとターゲット支持体３２の表面３２ａとの間には隙間が形成されている。変形例においても、電子入射面３１ａは、表面３２ａと同一平面上に位置している。ターゲット３１は、裏面３１ｂと第１凹部４３の底面４３ａとがロウ材により接合される又は拡散接合されることにより、ターゲット支持体３２に固定されている。このような変形例においても、上記実施形態と同様に、冷却性能が高められると共に、ターゲット３１の電子入射面３１ａ及びターゲット支持体３２の表面３２ａの研磨作業の作業性が高められる。

本開示は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。上記実施形態では、第１凹部４３の底面４３ａ及びターゲット３１の裏面３１ｂの双方の表面粗さＲａが０．８μｍ以下であったが、両者の表面粗さＲａの和が１．６μｍ以下であれば、互いの表面粗さＲａに差があってもよい。上記実施形態では、溝６２が磁気レンズ４の筐体４ｂにより塞がれることによって流路６１が画定されていたが、流路６１は、壁部５１内に孔として形成されてもよい。或いは、壁部５１自体が、溝６２を塞ぐための蓋状部材を備えていてもよい。流路６１は、回転陽極ユニット３の筐体３６を構成する壁部５１に代えて、磁気レンズ４の筐体４ｂを構成する壁部に形成されてもよい。

Claims (9)

1. 第１金属材料により形成され、円環状の電子入射面を構成するターゲットと、
   第２金属材料により平板状に形成され、回転軸に対して略垂直に延在する第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面を有するターゲット支持体と、を備え、
   前記第２金属材料の熱伝導率は、前記第１金属材料の熱伝導率よりも高く、
   前記ターゲット支持体は、前記回転軸を含む内側部分と、前記ターゲットが固定された外側部分と、を有し、
   前記外側部分における前記第１表面には、第１凹部が形成されており、
   前記ターゲットは、前記第１凹部に配置されており、前記ターゲットの前記電子入射面は、前記第１表面と同一平面上に位置しており、
   前記内側部分における前記第２表面には、冷媒を流すための流路を画定するように構成された第２凹部が形成されており、
   前記外側部分において前記第１凹部が形成された第１領域の厚さは、前記内側部分において前記第２凹部が形成された第２領域の厚さよりも厚い、回転陽極ユニット。
2. 前記第２領域の厚さと前記ターゲットの厚さとの差は、前記第１領域の厚さと前記第２領域の厚さとの差よりも小さい、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
3. 前記第１凹部の底面、及び前記ターゲットにおいて前記底面と接触する表面の少なくとも一方の表面粗さＲａは、１．６μｍ以下である、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
4. 前記ターゲットの前記電子入射面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下である、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
5. 前記ターゲットの厚さをｔとすると、前記ターゲットと前記第１凹部の底面との間の接触幅は、２ｔ以上８ｔ以下である、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
6. 前記外側部分には、前記第１凹部の底面と前記第２表面との間を貫通する挿通孔が形成されており、
   前記ターゲットは、前記挿通孔に挿通された締結部材によって前記ターゲット支持体に固定されている、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
7. 前記ターゲット支持体に前記第２表面側から固定され、前記第２凹部と共に前記流路を画定するシャフトを更に備える、請求項１に記載の回転陽極ユニット。
8. 前記シャフト内に配置された筒状部と、前記筒状部から外側に突出したフランジ部と、を有し、前記第２凹部及び前記シャフトと共に前記流路を画定する流路形成部材を更に備える、請求項７に記載の回転陽極ユニット。
9. 請求項１に記載の回転陽極ユニットを備えるＸ線発生装置。

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