JP7069470B2 - 陽極シールド - Google Patents

Description

Ｘ線アセンブリ及びシステムは、一般に、電子の流れを真空中に導入する陰極及び電子を受け取る陽極を含み得る。電子が陽極上のターゲットにぶつかったとき、エネルギーの一部はＸ線として放出され得、エネルギーの一部は熱として排出され得る。放出されたＸ線は、試料に関する情報を決定するために試料に導かれてもよい。本明細書で別段の指示がない限り、このセクションで説明する手法は、この開示の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、このセクションに含めることによって従来技術であると認めるものではない。

Ｘ線アセンブリの断面図を示す。 Ａは、陽極シールドを備えていない陽極の側面図を示す。Ｂは、陽極シールドを備えた陽極の側面図を示す。Ｃは、陽極シールドを備えた陽極の断面図を示す。 Ａ及びＢは、不均一な第１の断面寸法を有する陽極シールドを備えた陽極の断面図を示す。 Ａ及びＢは、陽極シールドのアセンブリの斜視図を示す。 陽極シールドを備えた陽極を製造する方法の実施例を示すフローチャートである。 銅（Ｃｕ）基板、ロジウム（Ｒｈ）ターゲット及びロジウムコーティングを備えたテーパー付き陽極から発生するＸ線エネルギー準位のスペクトルグラフを示す。 銅基板、ロジウムターゲット及びロジウム陽極シールドを備えた陽極から発生するＸ線エネルギー準位のスペクトルグラフを示す。 Ａ及びＢは、陽極基板の側壁に対して非直交角度を有する陽極シールドを備えた陽極の断面図を示す。

本発明の任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、その出願において、以下の説明に記載されるか、または以下の図面に示される、構成の詳細及び構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態とすることが可能であり、様々な方式で実施または実行することが可能である。フローチャート及びプロセスにおいて提供される番号は、ステップ及び操作の説明を分かりやすくするために提供されるものであり、必ずしも特定の順序またはシーケンスを示すものではない。特に定義されていない限り、「または」という用語は、選択肢の選択（例えば、論理和演算子もしくは排他的ＯＲ）、または選択肢の組み合わせ（例えば、論理積演算子、及び／または（ａｎｄ／ｏｒ）、論理ＯＲもしくはブールＯＲ）を指すことができる。

開示された実施形態は、全体として、陽極ジオメトリ及び陽極シールドによって分析Ｘ線管から発生するＸ線ビームのスペクトル純度を改善するための構造、方法及びシステムに関する。開示された実施形態はまた、全体として、静止Ｘ線管用の陽極シールドに関する。

分析Ｘ線管のＸ線ビームのスペクトル純度は、陽極ジオメトリのいくつかの特徴によって損なわれる可能性がある。具体的には、陽極ジオメトリの特徴が形状において円錐であるか、またはＸ線管の出口窓に対して垂直である場合、後方散乱電子によってこれらの表面から固有Ｘ線が生じる確率が存在する。焦点の衝突領域（またはターゲット領域）と同一の材料によって表面が構成されていない場合、これらの表面から発生するＸ線は、管から意図される固有Ｘ線ではなく、スペクトル汚染をもたらす。開示された陽極シールドは、不必要なスペクトル汚染を測定可能に減少させる手段を提供する。

従来、静止陽極Ｘ線管では、陽極は、ターゲットと、ターゲットを支持し、ターゲットに当たる電子から発生するターゲットから出る熱を伝導する陽極基体または基板とを含む。陽極基体または基板において使用される基板材料に対するターゲットのターゲット材料の比較的高いコスト及び／またはより低い熱伝導率のため、ターゲット材料の組成は、通常、基板材料とは異なる。Ｘ線を発生させるためにターゲットの領域を大きくする必要がないにも関わらず、Ｘ線が発生しているときにターゲットによって生成される熱は、大きな影響を与える可能性がある。この熱によってターゲットの温度が上昇する可能性があり、それにより、発生した熱がターゲット領域から出る熱として伝導されない場合、ターゲット材料が気化し、ターゲットまたはＸ線管が劣化し、かつ／または陽極の他の特徴が融解する可能性がある。通常、高熱伝導性材料を使用する、ターゲット周囲の陽極部位の断面積を増加させる、かつ／またはターゲット周囲の陽極の特徴を冷却する液体を使用するなどして、ターゲットの温度を冷却するか、または低下させ、ターゲットから出る熱を伝導するために機構が使用される。

「Ｘ－ｒａｙ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇ」と題する、２０１８年４月１０日に付与された米国特許第９，９４１，０９２号（「‘０９２特許」）は、その全体が参照によって組み込まれるが、（「‘０９２特許」の図２Ａ及び図３に示されるように）ターゲット８２から陽極基体または基板７４の他端までの断面積を徐々に増加させた従来の陽極の実施例を提供する。例えば、テーパー８８は、（‘０９２特許の図２Ａ及び図３に示されるように）第１の狭窄部分８４と第２の幅広部分８６との間で使用される。

‘０９２特許に示されているように、ターゲット８２に衝突する電子放出源によって放出された電子の一部のみがターゲットによって吸収され、その結果、放射線（「一次Ｘ線」と呼ばれる）が放出され得る。放出された放射線の特性（例えば、波長、周波数及び／またはエネルギー）は、ターゲットの材料、衝突する電子のエネルギー、Ｘ線管の電圧及び／または他の態様に依存し得る。ターゲットに衝突する残りの電子の一部は、ターゲットによって吸収される代わりに後方散乱され得る。後方散乱電子によって発生するＸ線（「後方散乱Ｘ線」と呼ばれる）の一部も、一次Ｘ線と共にＸ線管のＸ線透過窓を抜ける場合がある。ターゲット材料が基板材料とは異なり得るため、一次Ｘ線は、後方散乱されたＸ線とは異なる放射特性を有し得る。これにより、以下でより詳細に説明するように、スペクトル汚染と呼ばれる、画像または分光分析に対する悪影響がもたらされる可能性がある。

陽極基体または基板の基板材料からのスペクトル汚染を低減するための従来の手法は、‘０９２特許に示したように、（ターゲット８２によって覆われていない）第１の部分８４及びテーパー８８などの、ターゲット近傍の表面上のターゲット材料のコーティングを使用することである。コーティングは、電気メッキによって施すことができる。残念なことに、ターゲット材料を電気メッキすることでは、コーティング下の基板材料によって発生するＸ線を遮断するのに十分な厚さの層が生成されない場合があり、それによってスペクトル汚染が引き起こされる可能性がある。例えば、ロジウム（Ｒｈ）の電気メッキは、Ｘ線管の動作温度におけるフレーキングなどの不所望の特性をコーティングが呈する以前に、１．５マイクロメートル（μｍまたはミクロン）のコーティングを生成するに過ぎない場合がある。ロジウム下の銅から発生する後方散乱Ｘ線からの放射線の９９．９％超を遮蔽するには、厚さ５０ミクロンのロジウムが必要になる場合がある。熱スプレー（例えば、プラズマスプレー）、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、スパッタリングまたはスパッタ堆積、及び高速度酸素燃料スプレー（ＨＶＯＦ）を使用して、不所望の特性を伴わずに電気メッキよりも厚いコーティングを生成してもよいが、処理コストは、電気メッキに比べて非常に高くなり、従って陽極を製造するコストを増加させる場合がある。

別の実施例では、従来の陽極は、２００４年２月１０日に付与された、「Ｓｌｅｅｖｅ ｆｏｒ ａ Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ａｎｏｄｅ ｉｎ ａｎ Ｘ－ｒａｙ Ｔｕｂｅ」と題する米国特許第６，６９０，７６５号（「‘７６５特許」）によって示されるように、静止陽極構造１６の陽極基板１７の一部を覆うために陽極スリーブ３０または３０’を使用してもよく、この特許は、その全体が参照によって組み込まれる。陽極スリーブは、陽極スリーブがより多くの表面を覆うため、以下で説明されるような陽極シールドを使用したものよりも製造がより困難かつより高コストになり得る。

図１は、真空エンクロージャ２３４を備えるＸ線管２３０の断面図を示す。この真空エンクロージャは、真空エンクロージャ２３４の開口２２８を覆うＸ線透過窓２３２を含む真空エンクロージャ２３４、真空エンクロージャ２３４内に配置された陰極アセンブリ２３６及び陽極アセンブリ２３８を含む。

陰極アセンブリ２３６は、電子放出面２４６と、電子を放出するように構成された電子放出源２６２（例えば、陰極フィラメント）などの電子源と、集束スロット２６４）と、集束電極２６０を含むことができる。集束電極２６０は、電子放出面２４６から移動する電子をターゲット２８２に集束させるように構成され得る。集束電極２６０は、少なくとも陽極アセンブリ２３８の陽極基板２７４の第１の部分２８４及び第２の部分２８６を向いた実質的に幾何学的に連続する表面２２０（例えば、角または鋭い縁部を持たない）を含むことができる。

陽極アセンブリ２３８または陽極は、ターゲット２８２に当たる電子からＸ線を発生させるように構成される。陽極２３８は、第１の断面寸法２９４を有する第１の部分２８４及び第１の断面寸法２９４よりも大きい第２の断面寸法２９６を有する第２の部分２８６を備えた基板材料を含む基板２７４、基板２７４の第１の部分２８４の第１の表面に取り付けられたターゲット材料を含むターゲット２８２、ならびに基板２７４の第２の部分２８６の第２の表面に取り付けられたシールド材料を含む陽極シールド２７２を備えることができる。基板材料は、ターゲット材料及びシールド材料とは異なる。

図２Ａ～図２Ｃは、陽極２３８の拡大図を示す。基板２７４の第１の部分２８４、第２の部分２８６及び第３の部分２９２は、楕円柱（例えば、円柱）を形成することができる。テーパー付き部分２９０は、円錐台を形成することができる。基板２７４の第１の部分２８４、第２の部分２８６、テーパー付き部分２９０及び第３の部分２９２を一体化するか、または連続材料とすることが可能であるにも関わらず、線２０４は、第１の部分２８４と第２の部分２８６との間の仮想分離を示し、線２０６は第２の部分２８６とテーパー付き部分２９０との間の仮想分離を示し、線２０８はテーパー付き部分２９０と第３の部分２９２との間の仮想分離を示す。実質的に平行な表面を、第１の部分２８４とターゲット２８２との間に、さらに第１の部分２８４と第２の部分２８６との間に形成することができる。角度に関して「実質的に」とは、１°以内を指す。例えば、実質的に平行とは、互いに１°よりも小さい表面または平面を指す。実質的に垂直または実質的に直交とは、互いに８９°～９１°である表面または平面を指す。

高エネルギー電子がターゲット材料に当たったときに有意なＸ線を発生させる材料によってターゲットが形成される。同様に、陽極シールド２７２内で使用されるシールド材料は、ターゲット材料と類似の材料を使用してもよい。例えば、ターゲット材料及びシールド材料は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）、炭化ニオブ（ＮｂＣもしくはＮｂ₂Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣ_x）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。一実施例では、ターゲット材料及びシールド材料は、実質的に同一の材料を含む。その結果、ターゲット２８２と類似の材料を使用した陽極シールド２７２において、陽極シールド２７２が段付きターゲットまたはターゲットシールドとも呼ばれてもよく、陽極２３８がシールド付き陽極と呼ばれてもよい。実質的に同一の材料とは、別の材料と同一の化学的組成の９０％、９５％または９９％を有する材料を指すことができる。

Ｘ線管及び真空環境に適した基板材料の材料特性には、高温環境において使用するための高融点、ターゲットから出る熱を伝導する高熱伝導性、及び製造の収益性を改善するための低材料コストが含まれる。融点は、材料が固体から液体に状態を変えるときの温度である。熱伝導率は、熱を伝導する材料の能力の尺度である。列挙された特性を有する好適な基板材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、熱分解炭素もしくは熱分解グラファイト（Ｃ）、またはこれらの組み合わせを含む。銅は、１０８４．６２セルシウス度（Ｃ）または１３５７．７７ケルビン（Ｋ）の融点及び４０１ワット／メートル－ケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の熱伝導率を有する。銀（Ａｇ）は、９６１．７８℃または１２４４．９３ケルビン（Ｋ）の融点及び４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。熱分解炭素または熱分解グラファイト（Ｃ）は、７００℃で、堆積平面に対して垂直に１．２～４．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有し、堆積平面に対して平行に１５０～３１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。熱分解炭素（または熱分解グラファイト）は、グラファイトに類似した材料であるが、そのグラフェンシート間には多少の共有結合性がある。それにより、グラファイトと比べると劈開面に沿ってより熱導電性であり、良好な平面熱伝導体を作る。

一実施例では、基板材料は、９００℃よりも高い融点を有する。一実施例では、基板材料は、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きい熱伝導率を有する。

ターゲット２８２は、ろう付けによって基板２７４の第１の部分２８４に結合されてもよい。ターゲット２８２をろう付けすることは、ろう付けによって公差のより厳密な制御が容易になり、材料の均一な加熱が容易になり、接合された材料の熱的歪みが減少し、かつ／または汚れのない接合部の生成が容易になり得るために有利であり得る。同様に、陽極シールド２７２は、ろう付けによって基板２７４の第２の部分２８６の平坦な表面２２６（図３Ａ～図３Ｂ）に結合されてもよく、または陽極シールドは、基板の第１の部分２８４と第２の部分２８６との間のテーパー付き表面（図示せず）にろう付けによって結合されてもよい。陽極シールドは、第１の部分２８４（もしくは第２の部分２８６）の側壁またはターゲット近傍の陽極構造の円錐部分（焦点を生じさせるために使用される）に対して実質的に垂直な任意の平坦な表面をターゲットと同一の材料で覆うことができる。陽極シールド２７２は、リングまたはワッシャなどの、環状楕円柱または楕円柱シェルとすることができる。陽極シールド２７２は、少なくとも１つの縁部において平坦とするか、または傾斜付きとすることができる。一実施例では、陽極シールド２７２の平坦なシールド表面２１６（図３Ａ～図３Ｂ）及び外側表面は、斜面を有する。一実施例では、ターゲット材料の厚さは、シールド材料の厚さよりも大きい。別の実施例では、シールド材料の厚さは２０ミクロンよりも大きい。別の実施例では、シールド材料の厚さは、陽極シールド２７２下の基板材料から放出されたＫ放射線の９９％超を遮断する。

図３Ａ～図３Ｂは、不均一な第１の断面寸法を有する陽極シールドを備えた陽極の断面図を示す。一実施例では、ターゲット２８２の平坦なターゲット表面２１２は、陽極シールド２７２の平坦なシールド表面２１６に対して実質的に平行である。一実施例では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４または２１８に対して実質的に直交（すなわち、直交または９０°の１°以内）２２２とすることができる。別の実施例では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４または２１８に関して８８°～９２°（すなわち、直交の２°以内）の角度Φを有する。別の実施例では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４または２１８に関して８５°～９５°（すなわち、直交の５°以内）の角度Φを有する。別の実施例では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４または２１８に関して８０°～９０°（すなわち、直交の１０°以内）の角度Φを有する。第１の部分２８４の側壁２１４の角度Φｎ（ファイナロー）が９０°よりも小さくなると、基板は、第１の部分２８４と第２の部分２８６との交線２０４（図２Ａ～図２Ｃに示す）において最も狭くなり、陽極の熱伝導が抑制される。これにより、第１の部分２８４の直交側壁２２２を備えた陽極に同様の電圧及び電力が印加されたときと比較してターゲットの温度が上昇する可能性があり、これによってＸ線管の電力定格及び／または寿命が低下する可能性がある。第１の部分２８４の側壁２１８の角度Φｗ（ファイワイド）が９０°よりも大きくなると、基板は、ターゲット２８２と第２の部分２８６との間の第１の部分２８４の側壁２１８上にテーパーを有し、陽極の熱伝導が改善する。これにより、第１の部分２８４の直交側壁２２２を備えた陽極に同様の電圧及び電力が印加されたときと比較してターゲットの温度を下げることができ、これによってＸ線管の電力定格及び／または寿命を高めることができる。しかし、９０°よりも大きい角度Φｗ（ファイワイド）は、基板材料特性による未遮断の後方散乱Ｘ線が第１の部分２８４の側壁２１８のテーパー付き領域からより多く放出されるため、スペクトル汚染を増加させる場合がある。実験及びシミュレーションでは、９０°よりも大きい角度Φを有する側壁（第２の部分２８６の第２の断面寸法２９６と同様［例えば、２０％以内］の開口断面寸法を有する真空エンクロージャ開口２２８の場合）は、Ｘ線透過窓２３２を通過させる放出角を有する基板材料特性によって後方散乱Ｘ線を放出することが示される。

図４Ａ～図４Ｂは、陽極シールドのアセンブリの斜視図を示す。図５は、陽極シールドを備えた陽極を製造する方法４００を示すフローチャートである。陽極は、ステップ４１０のように、基板材料を含む基板２７４を提供することと、ステップ４２０のように、ターゲット材料を含むターゲット２８２を基板２７４にろう付けすることと、ステップ４３０のように、第１の断面積２９４を有する基板２７４の第１の部分２８４及び第１の断面積２９４よりも大きい第２の断面積２９６を有する第２の部分２８６を形成することであって、第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４にターゲット２８２がろう付けされる、形成することと、ステップ４４０のように、シールド材料を含む陽極シールド２７２を第２の部分２８６の平坦な第２の部分の表面２２６にろう付けすることとを含むプロセスによって製造することができる。基板２７４の第１の部分２８４及び第２の部分２８６を形成することは、第１の部分２８４を第２の部分２８６よりも小さい断面寸法に機械加工することを含むことができる。陽極シールド２７２をろう付けすることは、基板２７４を陽極シールド２７２に付着させるためのろう付け材料を追加することを含むことができる。自動化を利用して陽極を製造してもよい。いくつかの実施形態では、ターゲット２８２を基板２７４の第１の部分２８４にろう付けする前に、陽極シールド２７２を基板２７４の第２の部分２８６にろう付けしてもよい。

分析Ｘ線管を使用して蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）を発生させてもよい。この蛍光Ｘ線は、高エネルギーのＸ線またはガンマ線を射突させることによって励起された材料からの固有の「二次」（または蛍光）Ｘ線の放出である。ＸＲＦ現象は、元素分析及び化学分析のために広く使用されている。Ｘ線分光法とは、Ｘ線励起を使用することによって材料を特徴付けるためのいくつかの分光技術を指す。Ｘ線などの光子のエネルギーによって原子の内殻からの電子が励起されるとき、電子は、より高いエネルギー準位に移動する。電子が低いエネルギー準位に再度戻るとき、励起によって電子が予め得たエネルギーは、元素に固有の波長を有する光子として放出され、これは、元素毎にいくつかの固有波長を含むことができる。Ｘ線分光法では、アルファ線は、多くの産業用途において注目される（元素に固有の様々なスペクトル線からの）主要なスペクトル線であることが多い。例えば、Ｋ－アルファ輝線は、２番目の殻すなわち「Ｌ」殻（主量子数２を有する）の２ｐ電子軌道から最内の「Ｋ」殻（主量子数１）に電子が遷移するときに生じる。Ｋ－アルファ放射は、Ｋ－アルファ₁及びＫ－アルファ₂の２つのスペクトル線で構成される。Ｋ－アルファ₁放射はよりエネルギーが高いため、Ｋ－アルファ₂放射よりも短い波長を有する。Ｋ－アルファ₂（Ｌ₂－－＞Ｋ）遷移と比較してより多数の電子がＫ－アルファ₁遷移（Ｌ₃－－＞Ｋ）に従うことにより、Ｋ－アルファ₁放射がＫ－アルファ₂よりも強くなる。Ｋ－アルファ放射に類似したＫ－ベータ放射は、３番目の殻すなわち「Ｍ」殻（主量子数３を有する）の３ｐ軌道から最内の「Ｋ」殻（主量子数１）に電子が遷移するときに生じる。Ｋ－ベータ放射によって発生するエネルギーは、通常、Ｋ－アルファ放射よりも小さい。元素に固有のスペクトル線に名前を付けるために、Ｘ線分光法ではジークバーン表記及び国際純正・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）表記が使用される。

図６は、銅（Ｃｕ）基板、ロジウム（Ｒｈ）ターゲット、及び第１の部分８４（１８４）上の１．５ミクロンのロジウムコーティング、‘０９２特許の図２Ａ及び図３（図４）に示したようなテーパー８８（１８８）を備えたテーパー付き陽極から発生するＸ線エネルギー準位のスペクトルグラフを示す。銅は、シーグバーン表記を使用した８．０５キロ電子ボルト（ｋｅＶ）のＫ－アルファ₁（Ｋα₁）及びＩＵＰＡＣ表記を使用した８．０５ｋｅＶのＫ－Ｌ₃、ならびにシーグバーン表記を使用した８．９０ｋｅＶのＫ－ベータ₁（Ｋβ₁）及びＩＵＰＡＣ表記を使用した８．９０ｋｅＶのＫ－Ｍ₃を有する。ロジウムは、２０．２１ｋｅＶのＫ－アルファ₁（Ｋα₁）及び２２．７２ｋｅＶのＫ－ベータ₁（Ｋβ₁）を有する。ロジウムターゲットから発生するＫ－アルファ₁（Ｋα₁）及びＫ－ベータ₁（Ｋβ₁）スペクトル線と共に、図示したように、銅基板から発生するＫ－アルファ₁（Ｋα₁）スペクトル線もまた、薄い１．５ミクロンのロジウムコーティングを用いても発生している。このコーティングは、銅基板から発生し、Ｘ線透過窓２３２を抜ける後方散乱Ｘ線の実質的に全て（すなわち、９９％よりも大きい）を遮断またはフィルタ除去しない。銅基板から寄与するＫ－アルファ₁（Ｋα₁）スペクトル線の追加によってスペクトル汚染（銅汚染または銅スペクトル汚染）が発生する。これにより、銅を有する工業材料の分析が困難かつ不正確になる。

図７は、銅基板２７４、ロジウムターゲット２８２及びロジウム陽極シールド２７２を備えた陽極から発生するＸ線エネルギー準位のスペクトルグラフを示す。図示したように、Ｋ－アルファ₁（Ｋα₁）及びＫ－ベータ₁（Ｋβ₁）スペクトル線は、何らかのスペクトル線または汚染も伴わず、銅基板から寄与する量の実質的な減少も伴わずにロジウムターゲットから発生する。５０ミクロンの厚さを有する陽極シールド２７２は、銅基板から発生し、Ｘ線透過窓２３２を抜ける後方散乱Ｘ線からのＣｕ Ｋ放射線を９９．９％超遮蔽することができる。陽極シールド２７２の厚さの実施例として５０ミクロンが使用されているが、他の実施形態では、厚さは上記の説明とは異なってもよく、銅基板からの寄与を依然として低減し得る。

図８Ａ～図８Ｂは、基板２７４の第１の部分２８４の側面２２２に対して非直交角度θを有する陽極シールドを備えた陽極の断面図を示す。図３Ａ～図３Ｂと同様に、ターゲット２８２の平坦なターゲット表面２１２は、陽極シールド２７２の平坦なシールド表面２１６に対して実質的に平行である。図８Ａでは、第１の部分２８４と第２の部分２８６との間の基板２７４の領域または部位は、第１の部分２８４から第２の部分２８６へのテーパー２２６Ｂを備えた楕円または円形の円錐台形状を有することができる。第１の部分２８４の側面２２２からのテーパー２２６Ｂの角度θｗ（シータワイド）は９０°よりも大きい。一実施例では、角度θｗは９０°～９５°（すなわち、直交の５度以内）である。別の実施例では、角度θｗは９１°～１００°（すなわち、直交の１０°以内）である。別の実施例では、角度θｗは９５°～１２０°（すなわち、直交の３０°以内）である。別の実施例では、角度θｗは９５°～１３５°（すなわち、直交の４５°以内）である。陽極シールド２７２Ｂは、テーパー２２６Ｂに対応する形状を有する。一実施例では、陽極シールド２７２Ｂは、中空の楕円円錐台である。一実施例では、外向きの表面２１６Ｂは、内向きの表面２２６Ｂと実質的に平行である。

図８Ｂでは、第１の部分２８４と第２の部分２８６との間の基板２７４の領域または部位は、楕円形もしくは円形の球面キャップ形状、ボウル形状、または第１の部分２８４から第２の部分２８６への傾斜２２６Ｃを備えた逆の楕円形もしくは円形の円錐台形状を含むことができる。第１の部分２８４の側面２２２からの傾斜２２６Ｃの角度θｎ（シータナロー）は９０°よりも小さい。一実施例では、角度θｎは８５°～９０°（すなわち、直交の５°以内）である。別の実施例では、角度θｎは８０°～８９°（すなわち、直交の１０°以内）である。別の実施例では、角度θｎは６０°～８５°（すなわち、直交の３０°以内）である。別の実施例では、角度θｎは４５°～８５°（すなわち、直交の４５°以内）である。陽極シールド２７２Ｃは、傾斜２２６Ｃに対応する形状を有する。一実施例では、陽極シールド２７２Ｃは、中空の楕円円錐台である。一実施例では、外向きの表面２１６Ｃは、内向きの表面２２６Ｃに関して実質的に平行である。

図８Ａ～図８Ｂは、陽極の第１の部分２８４の均一な第１の断面寸法２９４を示す。他の実施例では、図８Ａ～図８Ｂに示した陽極基板及び陽極シールド２７２Ｂ、２７２Ｃは、図３Ａ～図３Ｂに記載した不均一な第１の断面寸法２９４と組み合わせることができる。

図１～図４Ｂ及び図８Ａ～図８Ｂは、均一な厚さ及び比較的滑らかな外表面２１６、２１６Ｂ、２１６Ｃを有する陽極シールド２７２、２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃを示す。いくつかの実施例では、厚さは、外縁部をより薄くし、内縁部をより厚くする（図示せず）、または外縁部をより厚くし、内縁部をより薄くする（図示せず）、または外表面２１６、２１６Ｂ、２１６Ｃ上の何らかの他の不均一な厚さもしくはパターンなど、不均一なものにすることができる。いくつかの実施例では、陽極シールド２７２、２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃの外表面２１６、２１６Ｂ、２１６Ｃは、撚り、表面の起伏、及びうねりの様々な特性を備えた表面テクスチャまたは表面仕上げを有することができる。

いくつかの実施形態は、基板材料を含む基板２７４であって、第１の断面寸法２９４を有する第１の部分２８４と、第１の断面寸法２９４よりも大きい第２の断面寸法２９６を有する第２の部分２８６とを含む基板２７４と、基板の第１の部分２８４の第１の表面２２４に取り付けられたターゲット材料を含むターゲット２８２と、基板の第２の部分２８６の第２の表面に取り付けられたシールド材料を含む陽極シールド２７２であって、基板材料がターゲット材料及びシールド材料とは異なる、陽極シールド２７２とを備える、陽極を含む。

いくつかの実施形態では、ターゲット２８２は、基板２７４の第１の部分２８４にろう付けされ、陽極シールド２７２は、基板２７４の第２の部分２８６にろう付けされる。いくつかの実施形態では、陽極は、陽極シールド２７２と、第２の部分２８６の平坦な第２の部分の表面２２６との間にろう付け材料をさらに含む。

いくつかの実施形態では、陽極シールド２７２は、環状楕円柱、楕円柱シェル、または中空楕円円錐台である。いくつかの実施形態では、ターゲット２８２の平坦なターゲット表面２１２は、陽極シールド２７２の平坦なシールド表面２１６に対して実質的に平行である。いくつかの実施形態では、基板の第１の部分２８４及び第２の部分２８６は、実質的に平行な表面を有する楕円柱を形成する。いくつかの実施形態では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４に対して実質的に直交する。

いくつかの実施形態では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４に関して８５°～９５°の角度Φを有する。いくつかの実施形態では、基板の第１の部分２８４の平坦な第１の部分の表面２２４は、第１の部分２８４の側面２１４に関して９０°よりも小さい角度Φ_nを有する。

いくつかの実施形態では、ターゲット材料の厚さは、シールド材料の厚さよりも大きい。いくつかの実施形態では、シールド材料の厚さは、２０ミクロン（μｍ）よりも大きい。いくつかの実施形態では、シールド材料の厚さは、陽極シールド２７２下の基板材料から放出されたＫ放射線の９９％超を遮断する。

いくつかの実施形態では、基板材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、熱分解炭素もしくは熱分解グラファイト、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ターゲット材料及びシールド材料は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）、炭化ニオブ（ＮｂＣもしくはＮｂ₂Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣ_x）、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ターゲット材料及びシールド材料は、実質的に同一の材料を含む。いくつかの実施形態では、ターゲット材料及びシールド材料は、基板材料のＫ－アルファ₁（Ｋα₁）エネルギーレベルよりも１．５倍大きいＫ－アルファ₁エネルギーレベルを有する。いくつかの実施形態では、陽極シールド２７２の平坦なシールド表面２１６及び外側表面は斜面を有する。

いくつかの実施形態は、真空エンクロージャ２３４であって、この真空エンクロージャの開口２２８を覆うＸ線透過窓２３２を含む真空エンクロージャ２３４と、真空エンクロージャ内に配置された陰極アセンブリ２３６であって、電子を放出するように構成された電子源２６２を含む陰極アセンブリ２３６と、真空エンクロージャ内に配置された先に記載の陽極であって、ターゲット２８２に当たる電子からＸ線を発生させるように構成された陽極とを備えるＸ線管を含む。

いくつかの実施形態では、陰極アセンブリ２３６は、基板の第１の部分２８４及び第２の部分２８６と向き合う実質的に幾何学的に連続する表面２２０を含む集束電極をさらに含む。いくつかの実施形態では、真空エンクロージャの開口２２８は、第２の部分２８６の第２の断面寸法の２０％以内の開口断面寸法を有する。

いくつかの実施形態は、陽極を製造する方法を使用し、この方法は、基板材料を含む基板を提供することと、ターゲット材料を含むターゲット２８２を基板にろう付けすることと、第１の断面積を有する基板２７４の第１の部分２８４及び第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有する第２の部分２８６を形成することであって、ターゲットが第１の部分２８６の平坦な第１の部分の表面２２４にろう付けされる、形成することと、シールド材料を含む陽極シールド２７２を第２の部分２８６の平坦な第２の部分の表面２２６にろう付けすることとを含む。

いくつかの実施形態では、基板２７４の第１の部分２８４及び第２の部分２８６を形成することは、第１の部分２８４を第２の部分２８６よりも小さい断面寸法に機械加工することを含む。いくつかの実施形態では、陽極シールドをろう付けすることは、基板２７４を陽極シールド２７２に付着させるためのろう付け材料を追加することを含む。いくつかの実施形態では、複数の命令を含む少なくとも１つの非一時的な機械可読記憶媒体が、上記の方法を実施すべく実行されるように適合される。

いくつかの実施形態は、電子がターゲットに当たったときにＸ線を発生させるためのターゲット材料を含むターゲット手段と、ターゲットを支持し、ターゲットから出る熱を伝導するための基板材料を含む基板手段であって、第２の断面寸法よりも小さい第１の断面寸法を有する、基板手段と、基板手段の第１の断面寸法と重なっていない第２の断面寸法から発生する後方散乱Ｘ線を遮断するためのシールド材料を含む陽極シールド手段とを備える陽極を含む。基板材料は、ターゲット材料及びシールド材料とは異なる。ターゲット手段の実施例はターゲット２８２を含む。基板手段の実施例は、基板２７４、第１の部分２８４、第２の部分２８６、テーパー付き部分２９０、及び第３の部分２９２を含む。一実施例では、第１の断面寸法２９４と重なっていない第２の断面寸法２９６とは、第１の部分２８４によって覆われていない第２の部分２８６の領域を指す。陽極シールド手段の実施例は、陽極シールド２７２、２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃを含む。

いくつかの実施例では、基板手段の基板材料は、９００℃よりも高い融点を有する。いくつかの実施例では、基板手段の基板材料は、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きい熱伝導率を有する。いくつかの実施例では、ターゲット材料及びシールド材料は、基板材料のＫ－アルファ₁（Ｋα₁）エネルギーレベルよりも５０％大きいＫ－アルファ₁エネルギーレベルを有する。いくつかの実施例では、シールド材料の厚さは、陽極シールド手段の基板材料から放出されたＫ放射線の９９％超を遮断する。

上記で提供された要約は例示であり、決して限定を意図するものではない。上記で説明された実施例に加えて、本発明のさらなる態様、特徴及び利点は、図面、以下の詳細な説明、及び添付された特許請求の範囲を参照することによって明らかになるであろう。

本明細書全体を通した「実施例（ｅｘａｍｐｌｅ）」または「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施例に関連して説明された特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通した様々な箇所における「実施例」または「実施形態」の語の出現が、必ずしも全て同じ実施形態を言及しているわけではない。

さらに、説明された特徴、構造または特性は、１つ以上の実施形態において適切な方法で組み合わされてもよい。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が提供される（例えば、レイアウト及びデザインの実施例）。しかしながら、当業者は、特定の詳細のうちの１つ以上を用いずに、または他の方法、構成要素、レイアウトなどを用いて本発明が実施可能であることを認識するであろう。他の例では、本発明の態様を曖昧にすることを避けるために、周知の構造、構成要素または操作は、図示されていないか、または詳細に説明されていない。

この書面での開示に続く特許請求の範囲は、ここで本書面での開示に明確に組み込まれ、各請求項は別個の実施形態としてそれ自体で成立する。本開示は、独立請求項とその従属請求項についての全ての変形例を含む。さらに、以下の独立請求項及び従属請求項から派生することが可能である追加の実施形態も、本書面での説明に明示的に組み込まれる。これらの追加の実施形態は、所与の従属請求項の依存関係を語句「請求項［ｘ］で始まり、この請求項の直前の請求項で終わる請求項のいずれか」に置き換えることによって決定される。ここで、括弧付きの用語「［ｘ］」は、直近に記載された独立請求項の番号に置き換えられる。例えば、独立請求項１で始まる第１の請求項の組について、請求項３が請求項１及び２のいずれかに従属し、これらの別々の従属関係によって２つの異なる実施形態を得ることができ、請求項４が請求項１、２または３のいずれか１項に従属し、これらの別々の従属関係によって３つの異なる実施形態を得ることができ、請求項５が請求項１、２、３または４のいずれか１項に従属し、これらの別々の従属関係によって４つの異なる実施形態を得ることができ、以下同様である。

特徴または要素に関する用語「第１」の請求項における記載は、第２の、または追加のそのような特徴または要素の存在を必ずしも示唆するものではない。存在する場合、ミーンズ・プラス・ファンクション形式で具体的に記載された要素は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃセクション１１２（ｆ）に従って、本明細書で説明された対応する構造、材料または動作及びそれらの均等物を網羅するように解釈されることが意図される。排他的な所有または特権が請求される本発明の実施形態は、以下のように定められる。

Claims (20)

1. ターゲットが取り付けられ、ターゲット方向に電子を放出する陽極であって、
   基板材料を含む基板（２７４）であって、
   前記ターゲット方向に直交する方向に第１の断面寸法（２９４）を有する第１の部分（２８４）と、
   前記第１の断面寸法（２９４）よりも大きく、前記ターゲット方向に直交する方向に第２の断面寸法（２９６）を有し、第１の部分に対して前記ターゲット方向とは反対の方向に位置する第２の部分（２８６）と
   を含む、前記基板（２７４）と、
   前記基板（２７４）の前記第１の部分（２８４）の前記ターゲット方向を向いた第１の表面に取り付けられたターゲット材料を含むターゲット（２８２）と、
   前記基板（２７４）の前記第２の部分（２８６）の前記ターゲット方向を向いた第２の表面に取り付けられたシールド材料を含む陽極シールド（２７２）であって、前記陽極シールド（２７２）が前記第１の部分（２８４）の前記ターゲット方向と平行な側面を開放し、前記基板材料が前記ターゲット材料及び前記シールド材料とは異なる、前記陽極シールド（２７２）と
   を備える、陽極。
2. 前記ターゲット（２８２）が前記基板（２７４）の前記第１の部分（２８４）にろう付けされ、前記陽極シールド（２７２）が前記基板（２７４）の前記第２の部分（２８６）にろう付けされる、請求項１に記載の陽極。
3. 前記陽極シールド（２７２）が、環状楕円柱、楕円柱シェル、または中空楕円円錐台である、請求項１または２に記載の陽極。
4. 前記基板の前記第１の部分（２８４）及び第２の部分（２８６）が、実質的に平行な表面を有する楕円柱を形成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の陽極。
5. 前記ターゲット（２８２）の平坦なターゲット表面（２１２）が前記陽極シールド（２７２）の平坦なシールド表面（２１６）に対して実質的に平行であるか、または
   前記基板の前記第１の部分（２８４）の平坦な第１の部分の前記ターゲット方向を向いた端面である表面（２２４）が、前記第１の部分（２８４）の側面（２１４）に対して実質的に直交する、請求項１～４のいずれか１項に記載の陽極。
6. 前記基板の前記第１の部分（２８４）の平坦な第１の部分の前記ターゲット方向を向いた端面である表面（２２４）が、
   前記第１の部分（２８４）の側面（２１４）に関して８５°～９５°の角度（Φ）を有するか、または
   前記第１の部分（２８４）の側面（２１４）に関して９０°よりも小さい角度（Φｎ）を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の陽極。
7. 前記ターゲット材料の厚さが、
   前記シールド材料の厚さよりも大きいか、または
   ２０ミクロンよりも大きい、請求項１～６のいずれか１項に記載の陽極。
8. 前記基板材料が、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、熱分解炭素もしくは熱分解グラファイト、またはこれらの組み合わせを含み、
   前記ターゲット材料及び前記シールド材料が、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）、炭化ニオブ（ＮｂＣもしくはＮｂ２Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣｘ）、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の陽極。
9. 前記ターゲット材料及び前記シールド材料が、実質的に同一の材料を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の陽極。
10. 前記ターゲット材料及び前記シールド材料が、前記基板材料のＫ－アルファ１（Ｋα１）エネルギーレベルよりも１．５倍大きいＫ－アルファ１エネルギーレベルを有する、請求項１～９のいずれか１項に記載の陽極。
11. Ｘ線管であって、
    真空エンクロージャ（２３４）であって、前記真空エンクロージャの開口（２２８）を覆うＸ線透過窓（２３２）を含む、前記真空エンクロージャ（２３４）と、
    前記真空エンクロージャ内に配置された陰極アセンブリ（２３６）であって、電子を放出するように構成された電子源（２６２）を含む、前記陰極アセンブリ（２３６）と、
    前記真空エンクロージャ内に配置された請求項１～１０のいずれか１項に記載の陽極であって、前記ターゲット（２８２）に当たる電子からＸ線を発生させるように構成された、前記陽極と
    を備える、Ｘ線管。
12. 前記陰極アセンブリ（２３６）が、前記基板の前記第１の部分（２８４）及び前記第２の部分（２８６）と向き合う実質的に幾何学的に連続する表面（２２０）を含む集束電極をさらに含む、請求項１１に記載のＸ線管。
13. 前記真空エンクロージャの前記開口（２２８）が、前記第２の部分（２８６）の前記第２の断面寸法の２０％以内の開口断面寸法を有する、請求項１１または１２に記載のＸ線管。
14. ターゲットが取り付けられ、ターゲット方向に電子を放出する陽極を製造する方法であって、
    基板材料を含む基板を提供することと、
    ターゲット材料を含むターゲット（２８２）を前記基板にろう付けすることと、
    前記ターゲット方向に直交する方向に第１の断面積を有する前記基板（２７４）の第１の部分（２８４）及び前記ターゲット方向に直交する方向に前記第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有し、前記第１の部分に対して前記ターゲット方向とは反対の方向に位置する第２の部分（２８６）を形成することであって、前記ターゲットが前記第１の部分（２８６）の平坦な前記ターゲット方向を向いた第１の部分の表面（２２４）にろう付けされる、前記形成することと、
    シールド材料を含む陽極シールド（２７２）を前記第２の部分（２８６）の平坦な前記ターゲット方向を向いた第２の部分の表面（２２６）にろう付けすることであって、前記陽極シールド（２７２）が前記第１の部分（２８４）の前記ターゲット方向と平行な側面を開放することと、
    を含む、方法。
15. 前記基板（２７４）の前記第１の部分（２８４）及び前記第２の部分（２８６）を形成することが、前記第１の部分（２８４）を前記第２の部分（２８６）よりも小さい断面寸法に機械加工することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記陽極シールドをろう付けすることが、前記基板（２７４）を前記陽極シールド（２７２）に付着させるためのろう付け材料を追加することを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
17. ターゲットが取り付けられ、ターゲット方向に電子を放出する陽極であって、
    電子がターゲットに当たったときにＸ線を発生させるためのターゲット材料を含むターゲット手段と、
    前記ターゲットを支持し、前記ターゲットから出る熱を伝導するための基板材料を含む基板手段であって、前記ターゲット方向に直交する方向に第２の断面寸法を有する第２の部分よりも小さい、前記ターゲット方向に直交する方向に第１の断面寸法を有する第１の部分を有し、前記第２の部分は前記第１の部分に対して前記ターゲット方向とは反対の方向に位置する、前記基板手段と、
    前記基板手段の前記第１の部分と重なっていない前記第２の部分から発生する後方散乱Ｘ線を遮断するためのシールド材料を含む陽極シールド手段であって、前記陽極シールド手段が前記基板手段の前記第１の部分の前記ターゲット方向と平行な側面を開放し、前記基板材料が前記ターゲット材料及び前記シールド材料とは異なる、前記陽極シールド手段と
    を備える、陽極。
18. 前記基板手段の前記基板材料が、９００℃よりも高い融点を有するか、または３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きい熱伝導率を有する、請求項１７に記載の陽極。
19. 前記ターゲット材料及び前記シールド材料が、前記基板材料のＫ－アルファ１（Ｋα１）エネルギーレベルよりも５０％大きいＫ－アルファ１エネルギーレベルを有する、請求項１７または１８に記載の陽極。
20. 前記シールド材料の厚さが、前記基板材料から放出されたＫ放射線の９９％超を遮断する、請求項１～１０または請求項１７～１９のいずれか１項に記載の陽極。

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