JPWO2013080565A1 - シンチレータアレイとそれを用いたｘ線検出器およびｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

実施形態のシンチレータアレイ１は、複数のシンチレータブロック２と、隣接するシンチレータブロック２間に介在された反射層部３とを具備する。複数のシンチレータブロック２は反射層部３により一体化されている。反射層部３は透明樹脂内に分散された反射粒子を有する。反射粒子は酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子から選ばれる少なくとも１種を含み、かつ２μｍ以下の平均粒子径を有する。反射層部３の５μｍ?５μｍの単位面積当たりに存在する反射粒子の個数は１００個以上２５０個以下の範囲である。

Description

本発明の実施形態は、シンチレータアレイとそれを用いたＸ線検出器およびＸ線検査装置に関する。

医療診断や工業用非破壊検査の分野においては、Ｘ線断層画像撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）のようなＸ線検査装置が用いられている。Ｘ線ＣＴ装置は、扇状のファンビームＸ線を照射するＸ線管（Ｘ線源）と、多数のＸ線検出素子を並列配置したＸ線検出器とを、被検体の断層面を中央として対向配置した構造を有している。Ｘ線ＣＴ装置においては、被検体に対してＸ線管からファンビームＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線吸収データをＸ線検出器で収集する。Ｘ線検出器で収集されたＸ線吸収データは、コンピュータで解析される。具体的には、断層面の個々の位置におけるＸ線吸収率の算出、およびＸ線吸収率に応じた画像の再構成が行われる。これらによって、被検体の断層像が再生される。

Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器としては、Ｘ線の刺激により可視光を放射する固体シンチレータを有する検出器が多用されるようになってきている。固体シンチレータを用いたＸ線検出器では、Ｘ線検出素子を小型化してチャンネル数を増やすことが容易であるため、Ｘ線ＣＴ装置の解像度をより一層高めることができる。固体シンチレータとしては種々の物質が知られているが、特にＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒのような希土類酸硫化物の焼結体からなるセラミックシンチレータが有効である。希土類酸硫化物の焼結体からなるセラミックシンチレータは、Ｘ線吸収係数が大きいために発光効率に優れ、また残光（アフターグロー）が短いことから、Ｘ線検出器用のシンチレータとして好適である。

セラミックシンチレータを構成する希土類酸硫化物蛍光体の焼結体（蛍光体セラミックス）については、光出力の向上、焼結体の高密度化や機械強度の向上等を図るために種々の提案がなされている。例えば、セラミックスシンチレータ（焼結体）中のリン量を制御することで光出力が改善される。しかし、セラミックスシンチレータにはさらなる光出力の向上が求められている。シンチレータの光出力の向上は、Ｘ線検査装置による検査時間の短縮化、つまりは低被ばく化につながる。光出力を向上させるためには、シンチレータ材料の改善が有効な手段として挙げられる。さらに、複数のシンチレータブロック間に反射層を介在させたアレイ構造をセラミックシンチレータに適用する場合、反射層の改善も光出力の向上のための有力な手段として挙げることができる。

従来のシンチレータアレイとしては、隣接するシンチレータブロック間に放射線遮蔽板を介在させると共に、酸化チタン粉末を含む接着剤層でシンチレータブロックを放射線遮蔽板に接着した構造が知られている。シンチレータブロック間に介在された放射線遮蔽板および酸化チタン粉末を含む接着剤層は、シンチレータブロックから放射された可視光の反射効率の向上に寄与する。しかしながら、放射線遮蔽板と酸化チタン粉末を含む接着剤層の両方を用いた場合、シンチレータアレイの製造コストの増加が避けられない。さらに、シンチレータブロックを放射線遮蔽板に接着する接着剤層において、酸化チタン粉末としては平均粒子径が１μｍ以下の微粉末が用いられている。微粉末状の酸化チタンは接着剤層中で凝集しやすく、これにより接着剤層の反射効率が低下する。このような点からも、従来のシンチレータアレイでは放射線遮蔽板を併用している。

特許第４２６６１１４号公報 特許第３１０４６９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、酸化チタン粉末等を樹脂中に分散させて構成した反射層部の反射効率を高めることによって、光出力を向上させることを可能にしたシンチレータアレイと、それを用いたＸ線検出器およびＸ線検査装置を提供することにある。

実施形態のシンチレータアレイは、複数のシンチレータブロックと、複数のシンチレータブロックを一体化するように、隣接するシンチレータブロック間に介在された反射層部とを具備する。反射層部は透明樹脂内に分散された反射粒子を有する。反射粒子は酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子から選ばれる少なくとも１種を含み、かつ２μｍ以下の平均粒子径を有する。反射層部の５μｍ×５μｍの単位面積当たりに存在する反射粒子の個数は１００個以上２５０個以下の範囲である。

実施形態のシンチレータアレイを示す断面図である。 実施形態のシンチレータアレイを示す上面図である。 実施形態のＸ線検出器を示す断面図である。 実施形態のＸ線検出器の変形例を示す断面図である。 実施形態のＸ線検査装置を示す概念図である。 実施形態のシンチレータアレイの製造工程の一例を示す断面図である。 実施形態のシンチレータアレイの他の例を示す断面図である。 図７に示すシンチレータアレイの角部の形状を拡大して示す断面図である。

以下、実施形態のシンチレータアレイ、Ｘ線検出器、およびＸ線検査装置について、図面を参照して説明する。図１および図２は実施形態のシンチレータアレイの構成を示す図である。これらの図において、１はシンチレータアレイ、２はシンチレータブロック、３は反射層部である。シンチレータアレイ１は複数のシンチレータブロック２を有している。隣接するシンチレータアレイ２間には、反射層部３が介在されている。反射層部３は隣接するシンチレータアレイ２に対して直接接着されている。複数のシンチレータブロック２は、それらに接着された反射層部３で一体化されている。すなわち、シンチレータアレイ１は複数のシンチレータブロック２を反射層部３で一体化した構造を備えている。

シンチレータアレイ１は、複数のシンチレータブロック２を一列に並べた構造、もしくは図２に示すように複数のシンチレータブロック２を縦方向および横方向に所定の個数ずつ２次元的に並べた構造のいずれを有していてもよい。シンチレータアレイ１は多チャンネル構造を有している。複数のシンチレータブロック２を２次元的に配列した場合、縦方向および横方向のシンチレータブロック２間にそれぞれ反射層部３が設けられる。シンチレータブロック２の個数は、Ｘ線検出器の構造や解像度等に応じて適宜に設定される。

反射層部３は２μｍ以下の平均粒子径を有する反射粒子と透明樹脂層とを有している。反射粒子は透明樹脂層中に分散されている。反射粒子は酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子から選ばれる少なくとも１種を含んでいる。反射粒子としては、酸化チタン粒子、酸化タンタル粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化マグネシウム粒子等が挙げられるが、実施形態の反射層部３は反射粒子として酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子から選ばれる少なくとも１種の粒子を必須成分として含んでいる。

酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子は、Ｘ線で励起されたシンチレータブロック２が放射する光の反射率が高いため、反射粒子の必須成分として反射層部３に含まれる。酸化チタンは二酸化チタン（ＴｉＯ_２）であることが好ましい。酸化タンタルは五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）であることが好ましい。これらを用いることで、反射層部３による光の反射率をより高めることができる。二酸化チタン（ＴｉＯ_２）および五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）は４５０〜７００ｎｍの可視光領域の光の反射率が高いため、シンチレータブロック２の材質によらず、シンチレータアレイ１の光出力を向上させることができる。

反射粒子は２μｍ以下の平均粒子径を有している。反射粒子の平均粒子径は１μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．４μｍ以下である。反射粒子の平均粒子径が２μｍを超えると、反射層部３内での分散状態を制御することが困難になる。特に、５μｍ×５μｍの微小な単位面積内での反射粒子の個数を制御するために、平均粒子径が２μｍ以下の反射粒子を使用する。反射粒子の平均粒子径の下限値は特に限定されるものではないが、反射粒子の製造性を考慮すると０．０１μｍ以上であることが好ましい。

実施形態のシンチレータアレイ１において、反射層部３の５μｍ×５μｍの単位面積当たりに存在する反射粒子の個数は１００〜２５０個の範囲である。つまり、反射層部３の任意の単位面積（５μｍ×５μｍ）における反射粒子の個数を測定したとき、シンチレータアレイ１は反射粒子の個数が１００〜２５０個の範囲の反射層部３を備えるものである。５μｍ×５μｍの単位面積という微小領域での反射粒子の個数を制御することによって、シンチレータブロック２から放射される可視光の反射層部３による反射効率を高めることができる。反射層部３の反射効率を高めることで、シンチレータブロック２からの光強度、ひいてはシンチレータアレイ１の光出力を向上させることが可能になる。

反射層部３の単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりに存在する反射粒子の個数が１００個未満であると反射粒子が部分的に不足し、そのためにシンチレータアレイ１の光出力を均一に高めることができない。反射粒子の個数が２５０個を超える場合には、反射層部３内の反射粒子の個数が多すぎるために、シンチレータアレイ１の光出力を均一に高めることができない。反射層部３の単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりに存在する反射粒子の個数は１５０〜２００個の範囲であることが好ましい。単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりの反射粒子の個数は、反射層部３の任意の断面の拡大写真（ＳＥＭ像）を撮影して測定する。拡大写真の倍率は４０００倍以上とする。拡大写真において、単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりの反射粒子の数をカウントする。反射粒子同士が接触した凝集体は、１個の反射粒子としてカウントする。ＥＰＭＡの面分析を併用して観察してもよい。

平均粒子径が２μｍ以下の反射粒子を含む反射層部３において、１０μｍ×１０μｍの単位面積当たりにおける反射粒子の凝集体の面積比は４０％以下（ゼロ％を含む）であることが好ましい。凝集体の面積比が４０％を超えると部分的に反射粒子が多くなり、逆に透明樹脂の割合が部分的に減ることになる。反射層部３における透明樹脂の割合が部分的に減少すると、反射層部３のシンチレータブロック２に対する接着力が低下する。反射層部３によるシンチレータブロック２間の接着力が弱まることで、シンチレータアレイ１としての曲げ強度が低下する。曲げ強度の低下はシンチレータアレイ１の取り扱い性を悪化させる。単位面積（１０μｍ×１０μｍ）当たりの凝集体の面積比は１０％以下（ゼロ％を含む）であることがより好ましい。凝集体の面積比を制御することで、反射層部３の反射効率を高めつつ、シンチレータアレイ１としての強度も向上させることがきる。

さらに、反射層部３における単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりの反射粒子の個数と単位面積（１０μｍ×１０μｍ）当たりの反射粒子の凝集体の割合を制御することによって、透明樹脂が固化したときの反射層部３の収縮割合が均一化される。従って、製造工程および製造後のシンチレータアレイ１の反りを抑制することができる。これはシンチレータアレイ１の反り直し工程の負担の軽減に繋がる。また、透明樹脂が固化した際のシンチレータブロック２の位置ずれ（ピッチずれ）も抑制することができる。反射層部３を構成する透明樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましい。透明樹脂は特に限定されるものではないが、図２に示したように２次元的に配置したシンチレータブロック２間に反射粒子を含有する透明樹脂を充填する場合、流動性を有する樹脂を塗布した後に、樹脂を固化することが好ましい。このような特性を有する樹脂として、エポキシ樹脂が挙げられる。

反射層部３の幅（隣接するシンチレータブロック２間の距離／図１の幅Ｗ）は１０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。反射層部３の幅は、後述する光電変換素子の画素上にシンチレータブロック２が配置される形状であれば特に限定されるものではない。ただし、反射層部３の幅が１０μｍ未満の場合、反射層部３の接着層としての機能が低下し、反射層部３のシンチレータブロック２に対する接着強度が低下しやすい。これによって、シンチレータアレイ１としての強度が低下するおそれがある。反射層部３の幅が１００μｍを超えると、シンチレータアレイ１が必要以上に大型化してしまう。反射層部３の幅は２０〜８０μｍの範囲であることがより好ましい。図２に示したシンチレータアレイ１において、縦方向と横方向で反射層部３の幅が同じでなくてもよい。

さらに、反射層部３はその内部に存在するボイドの割合が低減されていることが好ましい。具体的には、反射層部３の厚さ方向（図１の厚さＴ方向）の断面におけるボイドの存在割合が１％以下であることが好ましい。反射層部３中にボイドが存在しない（存在割合が０％）ことが最も好ましい。ただし、反射層部３を上記したような狭い幅に設ける場合、反射層部３内のボイドを完全に無くすことは生産上の負荷が大きい。実施形態の反射層部３においては、微小領域（５μｍ×５μｍの単位面積）における反射粒子の個数を制御しているため、厚さ方向におけるボイドの存在割合が１％程度であっても、接着層としての機能を有する反射層部３として使用可能がある。厚さ方向の断面におけるボイドの存在割合は０．５％以下がより好ましく、さらに好ましくは０．１％以下である。

反射層部３の厚さ方向の断面におけるボイドの存在割合は、以下のようにして測定するものとする。まず、反射層部３を厚さ方向に切断して断面を得る。反射層部３の切断は任意の箇所で実施される。反射層部３の任意の断面において、断面内に存在する個々のボイドの反射層部３の厚さ方向に対する長さを求め、これらボイドの長さを合計する。ボイドの合計長さ（反射層部３の厚さ方向に対する個々のボイドの合計長さ）と反射層部３の厚さとから、以下の式によりボイドの存在割合を求める。
ボイドの存在割合［％］＝（ボイドの合計長さ／反射層部の厚さ）×１００

シンチレータブロック２は、金属酸化物、金属硫化物、金属酸硫化物の単結晶体または多結晶体からなる固体シンチレータであることが好ましい。固体シンチレータを構成する金属酸化物蛍光体としては、ガーネット構造を有する金属酸化物が挙げられる。ガーネット型金属酸化物は、下記の式（１）で表される組成を有するアルミニウムガーネットであることが好ましい。
（Ｇｄ_{１−α−β−γ}Ｔｂ_αＬｕ_βＣｅ_γ）_３（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_ａＯ_ｂ …（１）
ここで、αおよびβは０＜α≦０．５、０＜β≦０．５、α＋β≦０．８５を満足する数（原子比）、γは０．０００１≦γ≦０．１を満足する数（原子比）、ｘは０＜ｘ＜１を満足する数（原子比）、ａは４．８≦ａ≦５．２を満足する数（原子比）、ｂは１１．６≦ｂ≦１２．４を満足する数（原子比）である。

固体シンチレータを構成する金属硫化物蛍光体は、希土類硫化物であることが好ましく、例えばＮａＧｄＳ_２：Ｂｉのような複合硫化物が挙げられる。金属酸硫化物蛍光体としては、希土類酸硫化物が挙げられる。希土類酸硫化物は、下記の式（２）で表される組成を有する酸硫化ガドリニウムであることが好ましい。
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ:Ｐｒ_ａ …（２）
ここで、ａは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）1モルに対するプラセオジム（Ｐｒ）の付活量であり、０．０００１〜０．００５モルの範囲であることが好ましい。

上述した金属酸化物、金属硫化物、金属酸硫化物の単結晶体または多結晶体からなるシンチレータブロック２は、Ｘ線で励起された際に発光しやすく、また光感度も高いことから、Ｘ線検出器に好適である。さらに、上述した材料はエポキシ樹脂等の透明樹脂を硬化させる際の熱に対しても安定であるため、反射層部３で接着一体化されるシンチレータブロック２の構成材料として好適である。シンチレータブロック２は、式（１）で表される組成を有するアルミニウムガーネットの焼結体、および式（２）で表される組成を有する酸硫化ガドリニウムの焼結体から選ばれる少なくとも１つを備えることがより好ましい。

シンチレータブロック２の厚さは０．５〜３ｍｍの範囲であることが好ましく、さらに１〜２ｍｍの範囲であることがより好ましい。シンチレータブロック２の厚さが０．５ｍｍ未満であると、シンチレータブロック２を透過するＸ線成分が増加し、光出力が低下するおそれがある。シンチレータブロック２の厚さが３ｍｍを超えても、それ以上の光出力の改善が見られないだけでなく、製造コストの増加要因となる。シンチレータブロック２の縦方向および横方向の長さは、特に限定されるものではない。シンチレータブロック２がバータイプ（棒状）である場合、縦方向の長さが２０〜５０ｍｍの範囲、横方向の長さが１〜３ｍｍの範囲が好ましい。図２に示すように、シンチレータブロック２を２次元的に並べる場合、縦方向および横方向の長さが共に０．５〜２ｍｍの範囲が好ましい。

シンチレータブロック２は算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１）で５μｍ以下の表面粗さを有することが好ましい。シンチレータブロック２の表面を表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下の平坦面とすることで、Ｘ線の乱反射を抑制することができる。すなわち、シンチレータブロック２へのＸ線の入射量を増加させることができる。従って、シンチレータブロック２によるＸ線の測定精度が向上する。シンチレータブロック２の表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下がより好ましく、０．１μｍ以下がさらに好ましい。

反射層部３は波長が５１０ｎｍの光に対して９３％以上の反射率を有することが好ましい。さらに、反射層部３は波長が６７０ｎｍの光に対して９０％以上の反射率を有することが好ましい。Ｘ線検出器は、シンチレータブロック２をＸ線で励起して可視光を放射させ、この可視光を光電変換素子で電気信号に変えて検出するものである。従って、反射層部３には可視光領域である４５０〜７００ｎｍの波長の光に対して反射率が高いことが求められる。これら全ての可視光領域の光に対する反射率が９０％以上であることがより好ましい。前述した酸硫化ガドリニウム蛍光体は、Ｘ線で励起した際の発光スペクトルとして５００〜５２０ｎｍの範囲および６５０〜６８０ｎｍの範囲にそれぞれ大きな発光ピークを有する。従って、反射層部３の上記波長領域の光に対する反射率を向上させることによって、シンチレータアレイ１の光出力をさらに高めることが可能となる。

次に、実施形態のＸ線検出器およびＸ線検査装置について、図面を参照して説明する。図３および図４は実施形態のＸ線検出器の構成を示す図である。これらの図において、４は光電変換素子、５はＸ線検出器、６は表面反射層である。シンチレータアレイ１はＸ線入射面１ａを有し、Ｘ線照射面１ａとは反対側の面１ｂには光電変換素子４が一体的に設置されている。光電変換素子４としては、例えばフォトダイオードが使用される。光電変換素子４は、シンチレータアレイ１を構成するシンチレータブロック２に対応する位置に配置されている。図４に示すように、シンチレータアレイ１のＸ線入射面１ａに表面反射層６を設けてもよい。これらによって、Ｘ線検出器５が構成されている。

表面反射層６は、シンチレータアレイ１のＸ線入射面１ａに限らず、光電変換素子４の設置面１ｂに設けてもよい。さらに、表面反射層６はシンチレータアレイ１のＸ線入射面１ａおよび素子設置面１ｂの両方に設けてもよい。シンチレータアレイ１に表面反射層６を設けることによって、シンチレータブロック２から放射される可視光の反射効率がさらに向上し、ひいてはシンチレータアレイ１の光出力を高めることができる。表面反射層６には、反射粒子と透明樹脂との混合物やラッカー系塗料等が用いられる。反射粒子と透明樹脂との混合物は、反射層部３と同様な反射粒子の分散状態を有していることが好ましい。表面反射層６の厚さは５０〜２５０μｍの範囲が好ましい。表面反射層６の厚さが５０μｍ未満であると、反射効率の向上効果を十分に得ることができない。表面反射層６の厚さが２５０μｍを超えると、透過するＸ線量が低下して検出感度が低下する。

図５は実施形態のＸ線検査装置の一例であるＸ線ＣＴ装置１０を示している。図５において、１０はＸ線ＣＴ装置、１１は被検体、１２はＸ線管、１３はコンピュータ、１４はディスプレイ、１５は被検体画像である。Ｘ線ＣＴ装置１０は、実施形態のＸ線検出器５を備えている。Ｘ線検出器５は被検体１１の撮像部位を安置する円筒の内壁面に貼り付けられている。Ｘ線検出器５が貼り付けられた円筒の円弧の略中心には、Ｘ線を出射するＸ線管１２が設置されている。Ｘ線検出器５とＸ線管１２との間には被検体１１が配置される。Ｘ線検出器５のＸ線入射面側には、図示しないコリメータが設けられている。

Ｘ線検出器５およびＸ線管１２は、被検体１１を中心にしてＸ線による撮影を行いながら回転するように構成されている。被検体１１の画像情報が異なる角度から立体的に集められる。Ｘ線撮影により得られた信号（光電変換素子により変換された電気信号）はコンピュータ１３で処理され、ディスプレイ１４上に被検体画像１５として表示される。被検体画像１５は、例えば被検体１１の断層像である。図２に示すように、シンチレータブロック２を２次元的に配置したシンチレータアレイ１を用いることによって、マルチ断層像タイプのＸ線ＣＴ装置１を構成することも可能である。この場合、被検体１１の断層像が複数同時に撮影され、例えば撮影結果を立体的に描写することもできる。

図５に示すＸ線ＣＴ装置１０は、実施形態のシンチレータアレイ１を有するＸ線検出器５を具備している。前述したように、実施形態のシンチレータアレイ１は反射層部３の構成等に基づいて、シンチレータブロック２から放射される可視光の反射効率が高いため、優れた光出力を有している。このようなシンチレータアレイ１を有するＸ線検出器５を使用することによって、Ｘ線ＣＴ装置１０による撮影時間を短くすることができる。その結果、被検体１１の被ばく時間を短くすることができ、低被ばく化を実現することが可能になる。実施形態のＸ線検査装置（Ｘ線ＣＴ装置１０）は、人体の医療診断用のＸ線検査に限らず、動物のＸ線検査や工業用途のＸ線検査等に対しても適用可能である。

実施形態のシンチレータアレイ１は、例えば以下のようにして製造される。以下に実施形態のシンチレータアレイ１を効率よく製造する方法について述べる。実施形態のシンチレータアレイ１の製造方法は、これに限定されるものではない。シンチレータアレイ１は前述した構成を具備するものであればよく、その製造方法に限定されるものではない。

まず、平均粒子径が２μｍ以下の反射粒子を用意する。反射粒子は０．２〜０．３μｍの範囲にピークが存在する粒度分布を有することが好ましい。反射層部３内での反射粒子の凝集を防ぐために、超音波振動機等で反射粒子の凝集体を予め粉砕しておくことが好ましい。反射粒子中の不純物成分量は１質量％以下であることが好ましい。次に、透明樹脂を用意する。透明樹脂は、シンチレータブロック２の光が透過するものであれば特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。

反射粒子と透明樹脂とを混合する。透明樹脂内に反射粒子を所定の個数で存在させるためには、反射粒子の体積と透明樹脂の体積との比を考慮して、反射粒子と透明樹脂とを混合することが好ましい。反射粒子と透明樹脂とは、三本ロールを使用して混合することが好ましい。三本ロールは文字通り３本のロールを使って混合する混合機である。３本のロールを同時に動かして混合するため、混合方向が複数方向になり、混合工程中に凝集体が形成しにくくなる。三本ロールを使用した混合工程は１０時間以上行うことが好ましい。また必要に応じて、有機溶媒を混合して透明樹脂の粘性を低下させて混合することも効果的である。反射粒子を透明樹脂と混合するにあたり、全ての反射粒子を一気に混合するのではなく、少しずつ（例えば３分の１ずつ）混合することが好ましい。

所定形状に加工されたシンチレータブロック２を一定の間隔で複数個配置する。反射粒子と透明樹脂との混合物（以下、樹脂混合物と記す）を、隣接するシンチレータブロック２間に充填する。樹脂混合物の粘度を０．５〜２．５Ｐａ・ｓ（５００〜２５００ｃｐｓ）にすることで、樹脂混合物をシンチレータブロック２間にスムーズに充填することができる。樹脂混合物の粘度が０．５Ｐａ・ｓ（５００ｃｐｓ未満）であると粘度が低すぎて、透明樹脂を硬化させたときに反射粒子の分散状態を良好に制御できないおそがある。樹脂混合物の粘度が２．５Ｐａ・ｓ（２５００ｃｐｓ）を超えると粘度が高すぎて、シンチレータブロック２間に均一に充填しにくくなる。

充填工程は真空中で行うことが好ましい。これによって、反射層部３内にボイドが形成されることを抑制できる。充填時の真空度は４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）以下が好ましい。４ｋＰａ以下の真空雰囲気中であれば、反射層部３の厚さ方向におけるボイドの存在割合を０．１％以下に制御しやすい。シンチレータブロック２の表面は、表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下となるように平坦に加工しておくことが好ましい。樹脂混合物を充填した後、透明樹脂を硬化させる熱処理を行う。熱処理は透明樹脂の硬化温度に応じて、例えば８０〜１６０℃の範囲の温度で行うことが好ましい。酸硫化ガドリニウム焼結体やアルミニウムガーネット焼結体からなるシンチレータブロック２は、熱処理工程で変質しないために好ましい。硬化させる前の透明樹脂内で反射粒子が沈積するのを防ぐために、反射粒子を混合した透明樹脂を充填してから３時間以内に熱処理することが好ましい。

反射粒子を混合した透明樹脂（樹脂混合物）の他の充填方法について、図６を参照して説明する。図６において、７はシンチレータブロック素体、８は溝部である。シンチレータブロック素体７は、個々のシンチレータブロック２に切り出す前の板状素体である。図６（ａ）に示すように、反射層部３の形成箇所となる溝部８をシンチレータブロック素体７に形成する。溝部８はシンチレータブロック素体７の裏面まで貫通しないように、シンチレータブロック素体７を一定の深さまで加工して形成する。シンチレータブロック素体７に縦溝および横溝を設け、最終的に所定サイズのシンチレータブロックサイズ２が得られるように、シンチレータブロック素体７に溝加工を施す。

次に、図６（ｂ）に示すように、シンチレータブロック素体７に設けた溝部８内に樹脂混合物を充填する。樹脂混合物の粘度を０．５〜２．５Ｐａ・ｓの範囲にすることによって、樹脂混合物を溝部８内にスムーズに充填することができる。さらに、樹脂混合物を真空中で溝部８内に充填することで、ボイドの発生を抑制することができる。充填時の真空度は４ｋＰａ以下が好ましい。４ｋＰａ以下の真空雰囲気中であれば、反射層部３の厚さ方向におけるボイドの存在割合を０．１％以下に制御しやすい。

反射粒子を混合した透明樹脂（樹脂混合物）を、遠心機を使用して溝部６に充填することも有効である。遠心機による遠心力を利用することで、シンチレータブロック素体７に多数設けられた溝部８内に均一に樹脂混合物を充填することができる。遠心機は、多数のシンチレータブロック素体７に一度に樹脂混合物を充填する場合や大型のシンチレータブロック素体７に樹脂混合物を充填する場合に有効である。さらに、真空中で樹脂混合物の充填を行うことも有効である。遠心機を用いて樹脂混合物を充填する場合、遠心機の回転速度を５００〜３０００ｒｐｍとし、回転時間を３０分以上とすることが好ましい。

遠心力を適用して樹脂混合物を溝部８内に充填する場合、透明樹脂に含まれるボイドは遠心力によって外に放出される。このとき、樹脂混合物の粘度が２．５Ｐａ・ｓを超えると、遠心力によりボイドが外に排出されにくい。樹脂混合物の粘度が０．５Ｐａ・ｓ未満であると、遠心力を作用させたときに樹脂混合物がシンチレータブロック素体７の外側に流れ落ちてしまうおそれがある。樹脂混合物の粘度は０．５〜２．５Ｐａ・ｓの範囲が好ましい。さらに、シンチレータブロック素体７に設けた溝部８内に樹脂混合物を均一に充填するためには、ある程度の回転速度が必要である。遠心機の回転速度は５００ｒｐｍ以上が好ましい。回転速度が速すぎると樹脂混合物がシンチレータブロック素体７の外側に流れ落ちてしまうおそれがある。遠心機の回転速度は３０００ｒｐｍ以下が好ましい。

上述したように、反射粒子を含有する透明樹脂（樹脂混合物）の粘度、充填工程中の真空度、遠心機の回転数や回転時間等を調整することによって、シンチレータブロック素体７に設けた溝部８内に樹脂混合物を均一に充填することができる。これによって、反射層部３における単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりの反射粒子の個数を良好に制御することができる。さらに、反射層部３の厚さ方向におけるボイドの存在割合を１％以下、さらには０．１％以下、またさらには０％（検出限界以下）にすることができる。

次に、溝部８内に充填した樹脂混合物中の透明樹脂（例えば熱硬化性樹脂組成物）を硬化させる。透明樹脂を硬化させることによって、反射層部３を有するシンチレータアレイ素体７を形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、反射層部３を有するシンチレータアレイ素体７を研磨加工することによって、シンチレータアレイ素体７を個々のシンチレータブロック２に個片化すると同時に、反射層部３がシンチレータアレイ１の表裏を貫通する形状を有するように加工する。研磨加工はシンチレータアレイ素体７の片面および両面のいずれに対して行ってもよい。シンチレータアレイ素体７の研磨加工は、シンチレータブロック２の表面粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下となるように行うことが好ましい。

シンチレータアレイ素体７の表面を研磨加工するにあたって、シンチレータブロック２の端部にＲ形状部が形成されてもよい。図７に端部にＲ形状部９を有するシンチレータブロック２を備えるシンチレータアレイ１を示す。シンチレータアレイ素体７の研磨加工には、例えばダイヤモンド砥粒を使用したラップ研磨加工が適用される。ラップ研磨加工を行った場合、柔らかい反射層部３よりも硬いシンチレータブロック２の端部の方が研磨されやすい。ダイヤモント砥粒の番数（砥粒の大きさ）を変えていきながら徐々に研磨することで、Ｒ形状部が形成されにくいようにする方法もある。ただし、この方法は時間やコストがかかる。そこで、Ｒ形状部９の形状が所定のサイズ以内に収まるように研磨加工を施すことによって、シンチレータアレイ１の製造コストを低減することができる。

図８にシンチレータブロック２のＲ形状部９の具体的な形状例を示す。図９において、Ｔ１がシンチレータブロック２の厚さ、Ｔ２がＲ形状部９の厚さ、Ｗ１がシンチレータブロック２の幅、Ｗ２はＲ形状部９の幅である。シンチレータブロック２がＲ形状部９を有する場合、Ｒ形状部９はＷ２／Ｗ１≦０．０２を満足する形状、さらにＴ２／Ｔ１≦０．０２を満足する形状を有することが好ましい。Ｗ２／Ｗ１が０．０２を超える、もしくはＴ２／ｔ１が０．０２を超えると、シンチレータブロック２と反射層部３との間の反射特性が不均一になるおそれがある。さらに、図４に示す表面反射層６を設ける場合に、反射層部３と表面反射層６における反射粒子の分散状態が異なると、Ｒ形状部９に反射特性の異なる表面反射層６が入り込み、反射特性にばらつきが生じる原因となる。このようなことから、Ｒ形状部９はＷ２／Ｗ１≦０．０２およびＴ２／Ｔ１≦０．０２を満足する形状を有することが好ましく、さらにはＷ２／Ｗ１≦０．０１およびＴ２／Ｔ１≦０．０１を満足する形状を有することがより好ましい。

また必要に応じて、透明樹脂を硬化させた後のシンチレータアレイ１に反り直し工程を行ってもよい。反り量はシンチレータアレイ１の長辺方向および短辺方向について０．２ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下がより好ましい。作製したシンチレータアレイ１の反り量が０．２ｍｍを超える場合には、反り直し工程を行うことが好ましい。シンチレータアレイ１の反り直し工程としては、上下面を押圧しながら熱処理する方法が挙げられる。透明樹脂が熱硬化性樹脂である場合、押圧力と熱の両方を付加することで反り直しすることができる。シンチレータアレイ１のＸ線入射面および素子設置面の少なくとも一方には、必要に応じて表面反射層が形成される。

次に、実施例とその評価結果について述べる。

（実施例１）
反射粒子として平均粒子径が０．２μｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を用意した。酸化チタン粉末は０．２２μｍにピークが存在する粒度分布を有している。酸化チタン粉末を超音波振動機にかけて凝集体を粉砕した後、透明樹脂としてのエポキシ樹脂と混合した。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合工程は、三本ロール混合機を用いて実施した。三本ロール混合機による混合時間は２０時間とした。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合物（樹脂混合物）の粘度は２Ｐａ・ｓとした。

次に、縦１ｍｍ×横１ｍｍ×厚さ１ｍｍの酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ）の焼結体からなるシンチレータブロックを用意した。シンチレータブロックは表面粗さ（Ｒａ）が１μｍとなるように研磨加工したものである。隣接するシンチレータブロックの間隔を８０μｍに統一して、長辺方向に６４個、短辺方向に２４個となるようにシンチレータブロックを並べた。隣接するシンチレータブロック間に樹脂混合物を含浸させた。樹脂混合物の含浸工程は４ｋＰａ以下の真空中で行った。樹脂混合物を含浸した後、３時間以内に１００℃の温度で熱処理してエポキシ樹脂（透明樹脂）を硬化させた。

（実施例２〜５）
表１に示す平均粒子径および材質を有する反射粒子を使用する以外は、実施例１と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。

（比較例１）
透明樹脂に反射粒子を混合しない以外は、実施例１と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。比較例１は反射粒子を含まない透明樹脂層を備えるものである。

（比較例２）
平均粒子径が３μｍのＴｉＯ_２粉末を反射粒子として使用する以外は、実施例１と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。

（比較例３）
酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合比や混合条件を変更する以外は、実施例１と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。比較例３は反射層部の単位面積当たりに存在する反射粒子の個数を本発明の範囲外としたものである。

実施例１〜５および比較例１〜３のシンチレータアレイについて、反射層部の単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりに存在する反射粒子の個数、単位面積（１０μｍ×１０μｍ）当たりにおける反射粒子の凝集体の面積比、および反射層部の厚さ方向のボイドの存在割合を測定した。それらの結果を表１に示す。さらに、シンチレータアレイの反り量、反射層部の光反射率、シンチレータアレイの光出力を求めた。その結果を表２に示す。反り量はシンチレータアレイの長手方向および短手方向の反り量を測定し、反りが大きな方の値を示した。光出力は比較例１の光出力を１００としたときの相対値を示す。

表２から明らかなように、実施例１〜５のシンチレータアレイは光出力に優れている。つまり、同じシンチレータブロックを用いた場合であっても、反射層部の反射粒子の分散状態を制御することでシンチレータアレイの光出力を向上させることができる。

（実施例６）
反射粒子として平均粒子径が０．２５μｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を用意した。酸化チタン粉末は０．２８μｍにピークが存在する粒度分布を有している。酸化チタン粉末を超音波振動機にかけて凝集体を粉砕した後、透明樹脂としてのエポキシ樹脂と混合した。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合工程は、三本ロール混合機を用いて実施した。三本ロール混合機による混合時間は２５時間とした。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合物（樹脂混合物）の粘度は１．８Ｐａ・ｓとした。

次に、縦１ｍｍ×横１ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウムガーネット（（Ｇｄ_０．４９Ｔｂ_０．２０Ｌｕ_０．３０Ｃｅ_０．０１）_３（Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４）_５Ｏ_１２）の焼結体からなるシンチレータブロックを用意した。シンチレータブロックは表面粗さ（Ｒａ）が１μｍとなるように研磨加工したものである。隣接するシンチレータブロックの間隔を８０μｍに統一して、長辺方向に６４個、短辺方向に２４個となるようにシンチレータブロックを並べた。隣接するシンチレータブロック間に樹脂混合物を含浸させた。樹脂混合物の含浸工程は４ｋＰａ以下の真空中で行った。樹脂混合物を含浸した後、３時間以内に１００℃の温度で熱処理してエポキシ樹脂（透明樹脂）を硬化させた。

（実施例７〜１０）
表３に示す平均粒子径を有する反射粒子を使用する以外は、実施例６と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。

（比較例４）
透明樹脂に反射粒子を混合しない以外は、実施例６と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。比較例６は反射粒子を含まない透明樹脂層を備えるものである。

（比較例５）
平均粒子径が３μｍのＴｉＯ_２粉末を反射粒子として使用する以外は、実施例６と同様の方法を適用してシンチレータアレイを作製した。

実施例６〜１０および比較例４〜５のシンチレータアレイについて、反射層部の単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりに存在する反射粒子の個数、単位面積（１０μｍ×１０μｍ）当たりにおける反射粒子の凝集体の面積比、および反射層部の厚さ方向のボイドの存在割合を測定した。それらの結果を表３に示す。さらに、シンチレータアレイの反り量、反射層部の光反射率、シンチレータアレイの光出力を求めた。その結果を表４に示す。各測定は実施例１と同様にして実施した。

表４から明らかなように、実施例６〜１０のシンチレータアレイは光出力に優れている。つまり、同じシンチレータブロックを用いた場合であっても、反射層部の反射粒子の分散状態を制御することでシンチレータアレイの光出力を向上させることができる。

（実施例１Ａ〜１０Ａ）
実施例１〜１０のシンチレータアレイの一方の面に、反射層部と同じ反射粒子の分散状態を有する表面反射層を形成して光出力を求めた。その結果を表５に示す。光出力は、実施例１Ａ〜５Ａについて比較例１を１００としたときの相対値、実施例６〜１０については比較例４を１００としたときの相対値である。実施例１Ａ〜５Ａは表面反射層の厚さを１００μｍとし、実施例６Ａ〜１０Ａは表面反射層の厚さを１５０μｍとした。

表５から明らかなように、表面反射層を設けることで光出力がさらに向上する。上記したように、実施例に係るシンチレータアレイはいずれも光出力が向上している。従って、Ｘ線ＣＴ装置等のＸ線検査装置に適用した場合、検査精度を向上させることができ、さらに測定時間を短くする、つまりは低被ばく化を実現することができる。

（実施例１１〜１５）
シンチレータブロック素体として、縦１００ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍの酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ）の焼結体を用意した。シンチレータブロック素体に表６に示すブロックサイズおよび溝部形状となるようにワイヤソー加工を行った。

反射粒子として平均粒子径が０．２μｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を用意した。酸化チタン粉末は０．２２μｍにピークが存在する粒度分布を有している。酸化チタン粉末を超音波振動機にかけて凝集体を粉砕した後、透明樹脂としてのエポキシ樹脂と混合した。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合工程は、三本ロール混合機を用いて実施した。三本ロール混合機による混合時間は１０〜５０時間とした。酸化チタン粉末とエポキシ樹脂との混合物（樹脂混合物）の粘度は表７に示す値に調整した。

粘度を調整した樹脂混合物を、溝部を形成したシンチレータブロック素体の表面に塗布した。次いで、遠心機を用いて樹脂混合物を溝部内に充填した。樹脂混合物の充填条件は表７に示す通りである。溝部内に樹脂混合物を充填した後、熱処理を施してエポキシ樹脂（透明樹脂）を硬化させた。この後、反射層部を有するシンチレータブロック素体を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工した。研磨加工の条件は表７に示す通りである。

得られたシンチレータアレイについて、シンチレータブロックの形状を評価した。シンチレータブロックの端部にはＲ形状部が形成されていた。シンチレータブロックの表面粗さ（Ｒａ）およびＲ形状部の形状を測定した。それらの結果を表８に示す。さらに、シンチレータアレイの反り量を測定したところ、いずれも０．０１ｍｍ未満であった。そのため、シンチレータアレイの反り直し工程は不要であった。

実施例１１〜１５のシンチレータアレイについて、反射層部の単位面積（５μｍ×５μｍ）当たりに存在する反射粒子の個数、単位面積（１０μｍ×１０μｍ）当たりにおける反射粒子の凝集体の面積比、反射層部の光反射率、シンチレータアレイの光出力を測定した。その結果を表９に示す。各測定は実施例１と同様にして実施した。

表９から明らかなように、実施例１１〜１５のシンチレータアレイは光出力に優れている。さらに、実施例１１〜１５のシンチレータアレイはシンチレータブロック素体を用いて製造しているために量産性に優れている。

（実施例１１Ａ〜１５Ａ）
実施例１１〜１５のシンチレータアレイの一方の面に、反射層部と同じ反射粒子の分散状態を有する表面反射層を形成して光出力を求めた。その結果を表１０に示す。光出力は比較例１を１００としたときの相対値である。実施例１Ａ〜５Ａは表面反射層の厚さを１００μｍとし、実施例６Ａ〜１０Ａは表面反射層の厚さを１５０μｍとした。

表１０から明らかなように、表面反射層を設けることで光出力がさらに向上する。上記したように、実施例に係るシンチレータアレイはいずれも光出力が向上している。従って、Ｘ線ＣＴ装置等のＸ線検査装置に適用した場合、検査精度を向上させることができ、さらに測定時間を短くする、つまりは低被ばく化を実現することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (15)

1. 複数のシンチレータブロックと、
   前記複数のシンチレータブロックを一体化するように、隣接する前記シンチレータブロック間に介在された反射層部であって、透明樹脂と、前記透明樹脂内に分散され、酸化チタン粒子および酸化タンタル粒子から選ばれる少なくとも１種を含み、かつ２μｍ以下の平均粒子径を有する反射粒子とを備える反射層部とを具備し、
   前記反射層部の５μｍ×５μｍの単位面積当たりに存在する前記反射粒子の個数が１００個以上２５０個以下の範囲であることを特徴とするシンチレータアレイ。
2. 前記反射層部の１０μｍ×１０μｍの単位面積当たりにおける前記反射粒子の凝集体の面積比が４０％以下（０％を含む）である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
3. 前記反射層部は前記隣接するシンチレータブロックにそれぞれ直接接着されている、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
4. 前記反射層部の厚さ方向の断面におけるボイドの存在割合が１％以下である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
5. 前記シンチレータブロックは算術平均粗さＲａで５μｍ以下の表面粗さを有する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
6. 前記シンチレータブロックは端部にＲ形状部を有し、前記Ｒ形状部は前記シンチレータブロックの幅Ｗ１に対する前記Ｒ形状部の幅Ｗ２の比が０．０２以下である形状を有する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
7. 前記Ｒ形状部は前記シンチレータブロックの厚さＴ１に対する前記Ｒ形状部の厚さＴ２の比が０．０２以下である形状を有する、請求項６に記載のシンチレータアレイ。
8. 前記シンチレータブロックは、酸硫化ガドリニウム焼結体およびアルミニウムガーネット焼結体から選ばれる少なくとも１種を備える、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
9. 前記反射粒子の平均粒子径は１μｍ以下である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
10. 前記透明樹脂はエポキシ樹脂を備える、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
11. 波長が５１０ｎｍの光に対する前記反射層部の反射率が９３％以上である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
12. 波長が６７０ｎｍの光に対する前記反射層部の反射率が９０％以上である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
13. さらに、前記シンチレータアレイの少なくとも一方の面に設けられた表面反射層を具備する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。
14. 請求項１に記載のシンチレータアレイを具備することを特徴とするＸ線検出器。
15. 請求項１４に記載のＸ線検出器を具備することを特徴とするＸ線検査装置。

Images