TWI766748B - Ｘ射線產生管、ｘ射線產生裝置及ｘ射線攝像裝置 - Google Patents

Ｘ射線產生管、ｘ射線產生裝置及ｘ射線攝像裝置 Download PDF

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Abstract

X射線產生管包含：絕緣管，其具有第1開口端及第2開口端；陰極，其具有電子放出源，被配置為將前述絕緣管的前述第1開口端閉塞；陽極，其具有來自前述電子放出源的電子進行衝撞因而產生X射線的靶材，被配置為將前述絕緣管的前述第2開口端閉塞；和管狀導電構材，其在前述絕緣管的內側空間中從前述陽極延伸。前述絕緣管在從前述第1開口端隔離且從前述第2開口端隔離的位置包含管狀肋體。前述管狀肋體從前述管狀導電構材的在前述陰極之側的端部視看時被配置於放射方向。

Description

Ｘ射線產生管、Ｘ射線產生裝置及Ｘ射線攝像裝置
本發明涉及X射線產生管、X射線產生裝置及X射線攝像裝置。
於專利文獻1，已記載具有絕緣管、陰極、陽極、和內周陽極層之X射線產生管。構成由絕緣管、陰極及陽極界定內部空間的管殼，內周陽極層以沿著絕緣管的內面的方式從陽極延伸。內周陽極層電連接於陽極，故抑制絕緣管的帶電。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-103451號公報
[發明所欲解決之問題]
為了X射線產生管的輕量化，期望薄化絕緣管的厚度。然而，薄化絕緣管的厚度時，絕緣管或X射線產生管的強度可能降低。更甚者，薄化絕緣管的厚度時，絕緣管的耐電壓降低，在電場強度容易變強的內周陽極層的頂端部(陰極側的端部)，在貫通絕緣管的方向上發生放電，可能通過因此而形成的貫通孔而發生洩漏。
本發明目的在於提供一種技術，有利於為了一面抑制貫通絕緣管之放電一面確保絕緣管的強度，同時將X射線產生管輕量化。 [解決問題之技術手段]
本發明之第1方案涉及X射線產生管，前述X射線產生管具備：絕緣管，其具有第1開口端及第2開口端；陰極，其具有電子放出源，被配置為將前述絕緣管的前述第1開口端閉塞；陽極，其具有來自前述電子放出源的電子進行衝撞因而產生X射線的靶材，被配置為將前述絕緣管的前述第2開口端閉塞；和管狀導電構材，其於前述絕緣管的內側空間中從前述陽極延伸；前述絕緣管在從前述第1開口端隔離且從前述第2開口端隔離的位置包含管狀肋體，前述管狀肋體從前述管狀導電構材的在前述陰極之側的端部視看時被配置於放射方向。
本發明之第2方案涉及X射線產生管，前述X射線產生管具備：絕緣管，其具有第1開口端及第2開口端；陰極，其具有電子放出源，被配置為將前述絕緣管的前述第1開口端閉塞；陽極，其具有來自前述電子放出源的電子進行衝撞因而產生X射線的靶材，被配置為將前述絕緣管的前述第2開口端閉塞；管狀導電構材，其於前述絕緣管的內側空間中從前述陽極延伸；和遮蓋構材，其被配置為遮蓋前述絕緣管的外側，具有比前述絕緣管的薄膜電阻值小的薄膜電阻值，被提供電位；前述絕緣管包含從前述管狀導電構材的在前述陰極之側的端部視看時配置於放射方向的管狀肋體。
本發明之第3方案涉及X射線產生裝置，前述X射線產生裝置具備：涉及前述第1或第2側面的X射線產生管、和將前述X射線產生管進行驅動的驅動電路。
本發明之第4方案具備：涉及前述第3方案的X射線產生裝置、和就從前述X射線產生裝置放射並穿透物體的X射線進行檢測的X射線檢測裝置。 [對照先前技術之功效]
依本發明時，提供一種技術，有利於為了一面抑制貫通絕緣管的放電一面確保絕緣管的強度，同時將X射線產生管輕量化。
以下，參照圖式詳細說明實施方式。另外，以下的實施方式非限定申請專利範圍的發明者，此外在實施方式說明的特徵的組合的全部不見得為發明必須者。亦可在實施方式說明的複數個特徵之中兩個以上的特徵被任意組合。此外，對相同或同樣的構成標注相同的參考符號，重複之說明省略。
於圖1，示意性示出本發明的第1實施方式的X射線產生管1的構成。第1實施方式的X射線產生管1可具備絕緣管10、陰極20、陽極30、和管狀導電構材50。絕緣管10具有第1開口端OP1及第2開口端OP2。絕緣管10以絕緣材料(例如，陶瓷或玻璃)構成，具有延伸於軸方向AD的管狀。管狀是於與軸方向AD正交的剖面上構成封閉圖形的形狀，例如為圓筒狀。管狀的概念可包含軸方向AD的彼此不同的位置上截面積彼此不同的形狀。
陰極20被配置為將絕緣管10的第1開口端OP1閉塞。陰極20具有放出電子的電子放出源22。電子放出源22例如可包含絲極及將從絲極放出的電子予以聚焦的聚焦電極等。對陰極20，例如能以陽極30為基準而施加 -100kV的電位。
陽極30被配置為將絕緣管10的第2開口端OP2閉塞。陽極30可包含靶材34、將靶材34進行保持的靶材保持板33、和將靶材保持部33進行保持的電極32。電極32是與靶材34電連接，對靶材34提供電位。靶材34是來自電子放出源22的電子衝撞於靶材34從而產生X射線。產生的X射線穿透靶材保持板33而朝X射線產生管1的外部放射。陽極30例如可維持為接地電位，惟亦可維持為其他電位。靶材34能以熔點高、X射線的產生效率高的材料如鎢、鉭或鉬而構成。靶材保持板33例如能以穿透X射線的材料如鈹、鑽石等構成。
管狀導電構材50被配置為在絕緣管10的內側空間中從陽極30延伸。管狀導電構材50具有延伸於軸方向AD的管狀。管狀導電構材50電連接於陽極30。管狀導電構材50與陰極20隔離。管狀導電構材50可被配置為將從電子放出源22放出的電子的軌道(電子放出源22與靶材34之間的路徑)的至少一部分包圍。管狀導電構材50可作用為減低絕緣管10的帶電對從電子放出源22放出的電子的軌道造成的影響。管狀導電構材50例如雖可被配置為與絕緣管10的內側面接觸，亦可被配置為與絕緣管10的內側面隔離。管狀導電構材50可被與陽極30一體地構成，惟亦可被與陽極30個別地構成，亦可結合或固定於陽極30。管狀導電構材50例如可為在絕緣管10的內側面上，透過CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)等的氣相沉積法、鍍層法、或塗布法等而形成的膜。或者，管狀導電構材50亦可在與絕緣管10分開形成後插入絕緣管10。
絕緣管10可在從第1開口端OP1隔離且從第2開口端OP2隔離的位置包含管狀肋體12。在絕緣管10之配置有管狀肋體12的部分的厚度比在絕緣管10之其他部分的厚度大。管狀肋體12提升絕緣管10的強度。因此，設置管狀肋體12有利於為了薄化絕緣管10的設置有管狀肋體12的部分以外的部分的厚度，此可有助於X射線產生管1的輕量化。管狀肋體12可被配置為面向絕緣管10的內側空間。
管狀肋體12可在從管狀導電構材50的在陰極20之側的端部52視看時配置於放射方向RD。管狀導電構材50的端部52為電場強度容易變高的部分，故將管狀肋體12設置於端部52的放射方向RD在為了抑制貫通絕緣管10的方向的放電時具有效果。亦即，管狀肋體12有利於為了同時達成貫通絕緣管10的放電的抑制與絕緣管10的強度的確保。例如，管狀導電構材50的在陰極20之側的端部52可位於第1假想平面VPL1與第2假想平面VPL2之間，該第1假想平面VPL1包含管狀肋體12的在陰極20之側的端面，該第2假想平面VPL2包含管狀肋體12的在陽極30之側的端面。如後述，從耐電壓的提升的觀點言之，第1假想面VPL1與管狀導電構材50的在陰極20之側的端面51優選上被隔離。
於圖13，示出顯示在X射線產生管之電位的模擬結果。電場強度在等電位線之間隔小的部分強。如以符號A表示，可得知在管狀導電構材50的端部之電場強度強，在此部分容易發生如貫通絕緣管10的放電。所以，可得知在此部分設置管狀肋體12而增加絕緣管10的厚度在為了抑制放電時具有效果。
於圖2，示意性示出本發明的第2實施方式的X射線產生管1的構成。第2實施方式中未言及的事項可遵照第1實施方式。第2實施方式的X射線產生管1在具備被配置為將絕緣管10的外側遮蓋並被提供電位的遮蓋構材40的點上與第1實施方式的X射線產生管1不同。遮蓋構材40可被配置為電連接於陰極20及陽極30。遮蓋構材40例如能以與陰極20及陽極30接觸的方式遮蓋陰極20、絕緣管10及陽極30。遮蓋構材40的薄膜電阻值比絕緣管10的薄膜電阻值小。
於一例中，使絕緣管10的100℃下的比電阻為1×10Ωm以上且1×1015 Ωm以下，使絕緣管10的100℃下的薄膜電阻值為Rs 1，使遮蓋構材40的100℃下的薄膜電阻值為Rs 2。此情況下，優選上Rs 2/Rs 1為1×10-5 以上且1×10-1 以下。遮蓋構材40例如能以科伐玻璃、釉料、繞結玻璃等的玻璃質材料、或金屬氧化膜而構成。
由遮蓋構材40遮蓋絕緣管10例如有利於為了在絕緣管10的外側形成平滑的面，同時抑制污物進入構成絕緣管10的粒子間。其結果，可使在絕緣管10的外側表面之沿面耐電壓提升。此外，遮蓋構材40具有低的導電性，使得即使在絕緣管10的外側表面引起帶電，仍可在產生高電位差之前使電荷移動，可抑制發生如絕緣管10受損傷的放電。
然而，另一方面，如示於圖14，將絕緣管10透過遮蓋構材40遮蓋，使得在管狀導電構材50的端部之電場強度可能變更強。於圖14，就顯示在將絕緣管10以遮蓋構材40遮蓋的X射線產生管之電位的模擬結果進行繪示。設置遮蓋構材40，使得在遮蓋構材40的表面之電場強度(等電位線之間隔)被均勻化。然而，據此，如以符號A表示，在管狀導電構材50的端部的附近，在管狀導電構材50的端部之電場強度變更強。
因此，將管狀肋體12設置於端部52的放射方向RD可於設置遮蓋構材40的構成方面，為了抑制貫通絕緣管10的方向的放電，發揮更高的功效。
於圖3，示意性示出本發明的第3實施方式的X射線產生管1的構成。第3實施方式中未言及的事項可遵照第1或第2實施方式。另外，於之後的全部的實施方式，雖設置將絕緣管10遮蓋的遮蓋構材40，惟遮蓋構材40非在本發明之必須的構成。在第3實施方式，遮蓋構材40雖被配置為電連接於陰極20及陽極30，惟被配置為不遮蓋陰極20及陽極30之側面。
於圖4，示意性示出本發明的第4實施方式的X射線產生管1的構成。第4實施方式中未言及的事項可遵照第1或第2實施方式。在第4實施方式，遮蓋構材40雖被配置為電連接於陰極20及陽極30，惟被配置為不遮蓋陰極20及陽極30之側面。陰極20具有將遮蓋構材40之側面的一部分遮蓋的部分，及/或陽極30具有將遮蓋構材40之側面的一部分遮蓋的部分。
於圖5，示意性示出本發明的第5實施方式的X射線產生管1的構成。第5實施方式中未言及的事項可遵照第1～第4實施方式。在第5實施方式，管狀導電構材50被配置為包圍電子放出源22的在陽極30之側的端部。於圖5，雖示出被配置為管狀導電構材50包圍電子放出源22的在陽極30之側的端部的構成被應用於第2實施方式的X射線產生管1之例，惟如此之構成亦可適用於第1、第3、第4實施方式的X射線產生管1。
於圖6，示意性示出本發明的第6實施方式的X射線產生管1的構成。第6實施方式中未言及的事項可遵照第1～第5實施方式。在第6實施方式，管狀導電構材50被配置為在管狀導電構材50的外側面與絕緣管10的內側面之間構成有空間。如此之構成亦可應用於第1～第5實施方式的X射線產生管1。
於圖7，示意性示出本發明的第7實施方式的X射線產生管1的構成。第7實施方式中未言及的事項可遵照第1～第6實施方式。在第7實施方式，管狀導電構材50的在陰極20之側的端面51歸屬於包含管狀肋體12的在陰極20之側的端面之第1假想平面VPL1。如此之構成亦可應用於第1、第3～第5實施方式的X射線產生管1。
於圖8，示意性示出本發明的第8實施方式的X射線產生管1的構成。第8實施方式中未言及的事項可遵照第1～第7實施方式。在第8實施方式，管狀肋體12被配置為朝向絕緣管10的外側空間而突出。如此之構成亦可應用於第1、第3～第7實施方式的X射線產生管1。
於圖9，示意性示出本發明的第9實施方式的X射線產生管1的構成。第9實施方式中未言及的事項可遵照第1～第7實施方式。在第9實施方式，管狀肋體12包含被配置為面向絕緣管10的內側空間的內側管狀肋體121、和被配置為朝向絕緣管10的外側空間而突出的外側管狀肋體122。如此之構成亦可應用於第1、第3～第7實施方式的X射線產生管1。
以下，一面參照圖10及圖11一面例示地就管狀肋體12及管狀導電構材50的設計方法進行說明。使絕緣管10之中不具有管狀肋體12的部分的厚度為T，使管狀肋體12的厚度為H，使絕緣管10之中具有管狀肋體12的部分的厚度為TT。使第1假想面VPL1與管狀導電構材50的在陰極20之側的端面51的距離為L。
一般而言於絕緣體方面，沿面的耐電壓比體積的耐電壓低，已知實驗上，沿面的耐電壓為1/3倍～1/10倍。使構成絕緣管10的絕緣體的體積的耐電壓為E1(kV/mm)，使該絕緣體的沿面方向的耐電壓為E2(kV/mm)。絕緣管10之中具有管狀肋體12的部分的厚度方向的耐電壓(路徑PH1方面的耐電壓)為E1×TT(kV)。在圖10之例，經由管狀肋體12的沿面之耐電壓(路徑PH2方面的耐電壓)為E2×(L＋H)＋E1×T。在圖11之例，經由管狀肋體12的沿面之耐電壓(路徑PH2方面的耐電壓)為E2×H＋E1×T。圖10的構成比圖11的構成，在經由沿面之耐電壓的點上優異。
以下，就圖10的構成進行說明。要避開經由沿面的放電，優選上E2×(L＋H)＋E1×T≧E1×TT。TT=T＋H，故L≧(E1-E2)/E2×H。因此，沿面的耐電壓為體積的耐電壓的1/3倍的情況(E1=3×E2)下，優選上L≧2H，沿面的耐電壓為體積的耐電壓的1/10倍的情況(E1=10×E2)下，優選上L≧9H。於此，從X射線產生管1的輕量化的觀點言之，將TT設定為5mm的情況下，優選上L≧6mm，更優選上L≧27mm。
於圖12，示意性示出本發明的第10實施方式的X射線產生管1的構成。第10實施方式中未言及的事項可遵照第1～第9實施方式。在第10實施方式，絕緣管10包含從管狀導電構材50的在陰極20之側的端部視看時配置於放射方向的管狀肋體12。管狀導電構材50的在陰極20之側的端部52可位於第1假想平面VPL1和第2假想平面VPL2之間，該第1假想平面VPL1包含管狀肋體12的在陰極20之側的端面，該第2假想平面VPL2包含管狀肋體12的在陽極30之側的端面。第2假想平面VPL2可形成絕緣管10的在陽極30之側的端面。換言之，在管狀肋體12的在陽極30之側的端面可與絕緣管10的在陽極30之側的端面歸屬於相同平面。其他觀點方面，管狀肋體12可被配置為與陽極30接觸。
第10實施方式的X射線產生管1可具備被配置為將絕緣管10的外側遮蓋並被提供電位的遮蓋構材40。遮蓋構材40可被配置為電連接於陰極20及陽極30。遮蓋構材40例如能以與陰極20及陽極30接觸的方式遮蓋陰極20、絕緣管10及陽極30。遮蓋構材40的薄膜電阻值比絕緣管10的薄膜電阻值小。
於圖15，示出本發明的一實施方式的X射線產生裝置100的構成。X射線產生裝置100可具備X射線產生管1和將X射線產生管1驅動的驅動電路3。X射線產生裝置100可進一步具備對驅動電路3供應被升壓的電壓的升壓電路2。X射線產生裝置100可進一步具備收納X射線產生管1、驅動電路3及升壓電路2的收納容器4。在收納容器4之中，可填充絕緣油。
於圖16，示出本發明的一實施方式的X射線攝像裝置200的構成。X射線攝像裝置200可具備X射線產生裝置100、和就從X射線產生裝置100放射的穿透物體106的X射線104進行檢測的X射線檢測裝置110。X射線攝像裝置200亦可進一步具備控制裝置120及顯示裝置130。X射線檢測裝置110可包含X射線檢測器112和信號處理部114。控制裝置120可控制X射線產生裝置100及X射線檢測裝置110。X射線檢測器112就從X射線產生裝置100放射並穿透物體106的X射線104進行檢測或攝像。信號處理部114可將從X射線檢測器112輸出的信號進行處理，將被處理的信號對控制裝置120供應。控制裝置120根據從信號處理部114供應的信號，使圖像顯示於顯示裝置130。
發明不受上述的實施方式限制，在發明的要旨的範圍內，可進行各種的變形、變更。
1:X射線產生管 2:升壓電路 3:驅動電路 4:收納容器 10:絕緣管 12:管狀肋體 20:陰極 22:電子放出源 30:陽極 32:電極 33:靶材保持板 34:靶材 40:遮蓋構材 50:管狀導電構材 51:端面 52:端部 100:X射線產生裝置 104:X射線 106:物體 110:X射線檢測裝置 112:X射線檢測器 114:信號處理部 120:控制裝置 121:內側管狀肋體 122:外側管狀肋體 130:顯示裝置 200:X射線攝像裝置 AD:軸方向 H:管狀肋體12的厚度 L:第1假想平面VPL1與管狀導電構材50的在陰極20之側的端面51的距離 OP1:第1開口端 OP2:第2開口端 PH1:路徑 PH2:路徑 RD:放射方向 T:絕緣管10之中不具有管狀肋體12的部分的厚度 TT:絕緣管10之中具有管狀肋體12的部分的厚度 VPL1:第1假想平面 VPL2:第2假想平面
[圖1]示意性就本發明的第1實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖2]示意性就本發明的第2實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖3]示意性就本發明的第3實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖4]示意性就本發明的第4實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖5]示意性就本發明的第5實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖6]示意性就本發明的第6實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖7]示意性就本發明的第7實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖8]示意性就本發明的第8實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖9]示意性就本發明的第9實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖10]例示性就管狀肋體及管狀導電構材的設計方法進行說明的圖。 [圖11]例示性就管狀肋體及管狀導電構材的設計方法進行說明的圖。 [圖12]示意性就本發明的第10實施方式的X射線產生管的構成進行繪示的剖面圖。 [圖13]就顯示在X射線產生管之電位的模擬結果進行繪示的圖。 [圖14]就顯示在X射線產生管之電位的模擬結果進行繪示的圖。 [圖15]就本發明的一實施方式的X射線產生裝置的構成進行例示的圖。 [圖16]就本發明的一實施方式的X射線檢測裝置的構成進行例示的圖。
1:X射線產生管
10:絕緣管
12:管狀肋體
20:陰極
22:電子放出源
30:陽極
32:電極
33:靶材保持板
34:靶材
50:管狀導電構材
51:端面
52:端部
AD:軸方向
OP1:第1開口端
OP2:第2開口端
RD:放射方向
VPL1:第1假想平面
VPL2:第2假想平面

Claims (8)

  1. 一種X射線產生管，其具備：絕緣管，其具有第1開口端及第2開口端；陰極，其具有電子放出源，並被配置為將前述絕緣管的前述第1開口端閉塞；陽極，其具有來自前述電子放出源的電子進行衝撞因而產生X射線的靶材，並被配置為將前述絕緣管的前述第2開口端閉塞；和管狀導電構材，其於前述絕緣管的內側空間中從前述陽極延伸；前述絕緣管在從前述第1開口端隔離且從前述第2開口端隔離的位置包含管狀肋體，前述管狀導電構材的在前述陰極之側的端部位於第1假想平面與第2假想平面之間，該第1假想平面包含前述管狀肋體的在前述陰極之側的端面，該第2假想平面之間包含在前述管狀肋體的前述陽極之側的端面，或前述管狀導電構材的在前述陰極之側的端面歸屬於包含前述管狀肋體的在前述陰極之側的端面的第1假想平面。
  2. 如請求項1的X射線產生管，其中，前述管狀導電構材被配置為在前述管狀導電構材的外側面與前述絕緣管的內側面之間構成有空間。
  3. 如請求項1的X射線產生管，其中，前述管狀肋體被配置為面向前述內側空間。
  4. 如請求項1的X射線產生管，其中，前述 管狀肋體被配置為朝前述絕緣管的外側空間突出。
  5. 如請求項1的X射線產生管，其中，前述管狀肋體包含被配置為面向前述內側空間的內側管狀肋體、和被配置為朝向前述絕緣管的外側空間突出的外側管狀肋體。
  6. 如請求項1的X射線產生管，其中，前述管狀導電構材被配置為包圍前述電子放出源的在前述陽極之側的端部。
  7. 一種X射線產生裝置，其具備：如請求項1至6中任一項之X射線產生管；和將前述X射線產生管進行驅動的驅動電路。
  8. 一種X射線攝像裝置，其具備：如請求項7的X射線產生裝置；和就從前述X射線產生裝置放射並穿透物體的X射線進行檢測的X射線檢測裝置。
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