WO2013154074A1

WO2013154074A1 - Ｘ線管

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Publication number: WO2013154074A1
Application number: PCT/JP2013/060640
Authority: WO
Inventors: 弘司金崎; 高橋　英幸; 恵一三森; 雅敬植木
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝電子管デバイス株式会社
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-10-17
Also published as: US20160099128A1; JPWO2013154074A1; US9741523B2; EP2838106B1; CN104246964A; EP2838106A1; CN104246964B; JP5881815B2; EP2838106A4

Abstract

　Ｘ線管は、陽極ターゲットと、電子放出源及び収束電極を有した陰極と、真空外囲器とを備える。収束電極は、電子放出源が収められる溝部（１６）を含み、電子ビームを収束させる。溝部（１６）は、最近接内周壁（５３）、上内周壁（５１）及び下内周壁（５２）を有している。最近接内周壁（５３）は、溝部の深さ方向において電子放出源の寸法より短く、溝部の幅方向において電子放出源に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向している。上内周壁（５１）は、最近接内周壁（５３）よりも溝部の開口側に位置し、最近接内周壁（５３）よりも幅方向に広がった形状を有する。下内周壁（５２）は、最近接内周壁（５３）に対して上内周壁（５１）の反対側に位置し、最近接内周壁（５３）よりも幅方向に広がった形状を有する。

Description

Ｘ線管

　本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。

　Ｘ線管は、Ｘ線画像診断用途や、非破壊検査用途などに利用されている。Ｘ線管としては、固定陽極型のＸ線管や、回転陽極型のＸ線管があり、用途に対応した方が用いられている。Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器とを備えている。陽極ターゲットは、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出することができる。

　陰極は、フィラメントコイルと、電子収束カップとを備えている。フィラメントコイルは、電子を放出することができる。陽極ターゲット及び陰極間には、数十乃至数百ｋＶと高い管電圧が印加される。このため、電子収束カップは、電子レンズの役割を果たすことができ、すなわち陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させることができる。電子収束カップは、フィラメントコイルが収められる溝部を含んでいる。溝部は、上内周壁と、上内周壁に対して陽極ターゲットの反対側に位置し上内周壁よりも寸法の小さい下内周壁とを有している。

特開平２－１４４８３５号公報実開平５－５３１１５号公報

　ところで、上記のようなＸ線管においては、以下の（１）乃至（４）に挙げる問題がある。　
　（１）焦点内の電子密度分布が均一であり、かつ、望ましい寸法となる焦点を得るための有効な手段が無い問題がある。　
　陽極ターゲットのターゲット面に形成される焦点は、大きく分けて２種類あり、フィラメントコイルの上面（陽極ターゲット側の面）から放出された電子が形成する正焦点と、フィラメントコイルの側・下面から放出された電子が形成する副焦点とに分類される。このため、通常は、副焦点が正焦点の内側に収まるように、さらに可能な場合には、正焦点及び副焦点の位置及び寸法がほぼ重なるように、電子収束カップの寸法を選択する。

　上内周壁の間隔など電子収束カップの寸法を選択することにより、正焦点および副焦点の位置および寸法が調整でき、焦点を所望の寸法に収めることができればよいが、そのような寸法の解が得られることは少なく、多くの場合は、正焦点及び副焦点のいずれか一方かまたは両方が大きくなり、所望の寸法に収まらなくなってしまう。これは、正焦点または副焦点のいずれかの焦点を調整するために、上内周壁の寸法を変更すると、その寸法変化により変化した電子レンズの作用が、他方の焦点を構成する電子ビームの軌道にも影響を与え、寸法および位置が変化してしまうため、である。

　（２）副焦点を抑制し、かつ、下内周壁寸法を大きくするための有効な手段が無い問題がある。　
　副焦点を抑制する場合、多くは下内周壁の寸法を小さくする（狭める）ことが有効である。しかしながら、下内周壁の寸法を小さくし過ぎると、フィラメントコイルが熱や振動によって変形した際、フィラメントコイルが電子収束カップに接触してしまう、いわゆるフィラメントタッチが起こり易くなってしまう。フィラメントタッチが起こるとフィラメントコイルに電流が流れなくなるため、フィラメントコイルから電子が放出されなくなってしまう。

　また、循環器診断用途などでは、ひとつの技法であるパルス透視の際、フィラメントコイルから放出される電子が陽極ターゲットに達しないようにするため、電子収束カップにフィラメントコイルに対して負となる電圧を印加している。しかしながら、フィラメントコイルが熱や振動により変形し、フィラメントコイル及び電子収束カップ間の距離が絶縁破壊距離以下になった場合、電子が陽極ターゲットに達しないようにする制御が出来なくなってしまう。　
　上記のことから、フィラメントタッチ及び絶縁破壊の発生を防止するため、焦点の寸法を一定値以下に小さくすることには限界があるものである。

　（３）副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得るための有効な手段が無い問題がある。　
　電子収束カップの寸法変更とともに、陽極ターゲット面で正焦点及び副焦点の位置及び寸法がほぼ重なるように、陰極（陰極アッセンブリ）の設計変更の際に陽極ターゲット及び陰極間のギャップを変化させると、望ましい寸法の焦点を得ることができる。

　しかしながら、陽極ターゲット及び陰極間のギャップには、陽極ターゲット及び陰極間の電圧耐久性を維持するために必要な下限値と、フィラメントコイルから性能上要求される量の電子を引き出すために必要な上限値があるため、望ましい寸法の焦点を得るための有効な設計パラメータとはならないものである。

　（４）上記（３）の他、上内周壁の形状を湾曲させることにより、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができる。しかしながら、設計コスト及び加工コストが増大してしまうため、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得るための有効な設計パラメータとはならないものである。

　この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管を提供することにある。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。図２は、図１に示した陰極を示す拡大断面図である。図３は、図１及び図２に示した陰極の一部を陽極ターゲット側から見た拡大平面図である。図４は、上記第１の実施形態に係る実施例の陰極を示す拡大断面図である。図５は、上記実施例の陰極及び陽極ターゲットを示す概略図であり、第１フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。図６は、図５に示した第１フィラメントコイル及び第１溝部を示す拡大断面図である。図７は、上記実施例のＸ線管において、ピンホールカメラ法に相当するように計算された焦点像Ｆｂを示す図である。図８は、第２の実施形態に係るＸ線管装置の陰極を示す拡大断面図である。図９は、上記第２の実施形態に係るＸ線管装置の陰極の変形例を示す拡大断面図である。図１０は、上記第２の実施形態に係るＸ線管装置の陰極の他の変形例を示す拡大断面図である。図１１は、第３の実施形態に係るＸ線管装置の陰極を示す拡大断面図である。図１２は、上記第１の実施形態に係る比較例の陰極を示す拡大断面図である。図１３は、上記比較例の第１フィラメントコイル及び第１溝部を示す拡大断面図であり、第１フィラメントコイルから電子ビームが照射されている状態を示す図である。図１４は、上記比較例のＸ線管において、ピンホールカメラ法に相当するように計算された焦点像Ｆｂを示す図である。

　一実施形態に係るＸ線管は、
　電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
　電子を放出する電子放出源と、前記電子放出源が収められる溝部を含み、前記電子放出源から電子が放出されることにより前記溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
　前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
　前記溝部は、
　前記溝部の深さ方向において前記電子放出源の寸法より短く、前記溝部の幅方向において前記電子放出源に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁と、
　前記最近接内周壁よりも前記溝部の開口側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する上内周壁と、
　前記最近接内周壁に対して前記上内周壁の反対側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する下内周壁と、
を有していることを特徴としている。

　以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。この実施形態において、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管装置である。　
　図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油４と、を備えている。

　Ｘ線管１は、陰極（陰極電子銃）１０と、すべり軸受ユニット２０と、陽極ターゲット６０と、真空外囲器７０と、を備えている。Ｘ線管装置が搭載されるＸ線装置(図示せず)の制御部５は陰極１０に電気的に接続されている。

　すべり軸受ユニット２０は、回転体３０と、固定体としての固定シャフト４０と、潤滑材としての図示しない液体金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。

　回転体３０は、円筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体３０は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸に沿って延出している。この実施の形態において、上記回転軸は、Ｘ線管１の管軸ａ１と同一であり、以下管軸ａ１として説明する。回転体３０は、管軸ａ１を中心に回転可能である。回転体３０は、この一端部に位置した継手部３１を有している。回転体３０は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。

　固定シャフト４０は、回転体３０より寸法の小さい円柱状に形成されている。固定シャフト４０は、回転体３０と同軸的に設けられ、管軸ａ１に沿って延出している。固定シャフト４０は、回転体３０の内部に嵌合されている。固定シャフト４０は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定シャフト４０の一端部は、回転体３０の外部に露出されている。固定シャフト４０は、回転体３０を回転可能に支持している。　
　液体金属潤滑材は、回転体３０及び固定シャフト４０間の間隙に充填されている。

　陽極ターゲット６０は、管軸ａ１に沿った方向に、固定シャフト４０の他端部に対向配置されている。陽極ターゲット６０は、陽極本体６１と、この陽極本体の外面の一部設けられたターゲット層６２と、を有している。

　陽極本体６１は、継手部３１を介して回転体３０に固定されている。陽極本体６１は、形状が円盤状であり、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極本体６１は、管軸ａ１を中心に回転可能である。ターゲット層６２は、環状に形成されている。ターゲット層６２は、管軸ａ１に沿った方向に陰極１０に間隔を置いて対向配置されたターゲット面Ｓを有している。陽極ターゲット６０は、ターゲット面Ｓに電子ビームが入射されることにより、ターゲット面Ｓに焦点が形成され、焦点からＸ線を放出する。　
　陽極ターゲット６０は、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１と電気的に接続されている。

　図１、図２及び図３に示すように、陰極１０は、１つ又は複数の電子放出源と、収束電極としての電子収束カップ１５とを有している。この実施形態において、陰極１０は、電子放出源としての第１フィラメントコイル１１、第２フィラメントコイル１２及び第３フィラメントコイル１３を有している。第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３は、陽極ターゲット６０の回転方向に間隔を置いて位置している。第１フィラメントコイル１１及び第３フィラメントコイル１３は、傾斜面上にそれぞれ設置されている。ここでは、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３は、タングステンを主成分とする材料で形成されている。

第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３及び電子収束カップ１５は、端子８１、８２、８３、８４、８５に電気的に接続されている。

　電子収束カップ１５は、フィラメントコイル（電子放出源）が収められる１つ又は複数の溝部を含んでいる。この実施形態において、電子収束カップ１５は、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３が個別に収められる３つの溝部（第１溝部１６、第２溝部１７及び第３溝部１８）を含んでいる。

　第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３には、電流（フィラメント電流）が与えられる。これにより、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３は、電子（熱電子）を放出する。

　陽極ターゲット６０には、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１より相対的に正の電圧が与えられる。第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３及び電子収束カップ１５には、端子８１乃至８４、及び端子８５より相対的に負の電圧が与えられる。

　陽極ターゲット６０及び陰極１０間にＸ線管電圧（以下、管電圧と称する）が加えられるため、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面Ｓに入射される。

　電子収束カップ１５は、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３から電子が放出されることにより第１乃至第３溝部１６乃至１８の開口１６ａ乃至１８ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。

　図１に示すように、真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は、ガラス及びセラミックなどの絶縁材や金属などの組合せで形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット６０と対向した個所の径は、回転体３０と対向した個所の径より大きい。真空外囲器７０は、開口部７１を有している。真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７１は、固定シャフト４０の一端部に密着している。真空外囲器７０は、固定シャフト４０を固定している。真空外囲器７０は、この内壁に陰極１０を取付けている。真空外囲器７０は、密閉され、陰極１０、すべり軸受ユニット２０及び陽極ターゲット６０などを収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。

　ステータコイル２は、回転体３０の側面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。ステータコイル２は、端子９２、９３(図示せず)と電気的に接続され、端子９２、９３を介して駆動される。

　筐体３は、陰極１０と対向したターゲット層６２付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓３ａを有している。筐体３の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、絶縁油４が充填されている。

　制御部５は、端子８１、８２、８３、８４、８５を介し、陰極１０に電気的に接続されている。制御部５は、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３の何れか１つを駆動したり、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３の２つ以上を同時に駆動したり、または電子収束カップ１５にフィラメントコイルに対して負となる電圧を印加するなどの制御をすることができる。

　次に、Ｘ線を放出するための上記Ｘ線管装置の動作について説明する。　
　図１乃至図３に示すように、Ｘ線管装置の動作時、まず、ステータコイル２は、端子９２、９３を介して駆動され、磁界を発生する。すなわち、ステータコイル２は回転体３０に与える回転トルクを発生させる。このため、回転体は回転し、陽極ターゲット６０も回転することになる。

　次いで、制御部５は、端子８１乃至８４を介して第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３の少なくとも１つを駆動させる電流を与える。駆動させるフィラメントコイルには相対的に負の電圧が与えられる。陽極ターゲット６０には端子９１を介して相対的に正の電圧が与えられる。

　フィラメントコイル（陰極１０）及び陽極ターゲット６０間に管電圧が加えられるため、フィラメントコイルから放出された電子は、収束及び加速され、ターゲット層６２に衝突される。すなわち、陰極１０からターゲット面Ｓ上の焦点にＸ線管電流（以下、管電流と称する）が流れる。

　ターゲット層６２は電子ビームが入射されることによりＸ線を放出し、焦点から放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓３ａを介して筐体３の外部に放出される。これにより、Ｘ線撮影を実施することができる。

　次に、本実施形態に係る実施例のＸ線管装置の構成と、比較例のＸ線管装置の構成について説明する。実施例及び比較例のＸ線管装置において、電子収束カップ１５の溝部以外は同様に形成されている。第１乃至第３溝部１６乃至１８は、同様に形成されているため、ここでは、第１溝部１６に着目し、代表して説明する。

　（比較例）
　図１２及び図３に示すように、第１溝部１６の開口１６ａは、第１フィラメントコイル１１の延在した方向である第１方向ｄａに沿った辺及び第１方向ｄａに直交した第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。第１溝部１６の深さ方向は、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに直交した第３方向ｄｃである。

　第１溝部１６は、上内周壁５１及び下内周壁５２を有している。　
　上内周壁５１は、第１溝部１６の開口１６ａ側に位置し、すなわち第１溝部１６の上方に位置している。上内周壁５１は、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において開口１６ａと同一の寸法に形成されている。

　下内周壁５２は、上内周壁５１に対して電子ビームの照射方向の反対側、すなわち上内周壁５１よりも第１溝部１６の下方に位置している。下内周壁５２は、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において上内周壁５１よりも小さい寸法に形成されている。

　この比較例において、第１フィラメントコイル１１の直径をＯＳＤａ、上内周壁５１の第２方向ｄｂに沿った幅をＬ１ａ、上内周壁５１の深さ（開口１６ａから最遠方の上内周壁５１の端部と、開口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ１ａ、下内周壁５２の第２方向ｄｂに沿った幅をＬ２ａ、上内周壁５１及び下内周壁５２の境界から開口１６ａ側への第１フィラメントコイル１１の突出量を示すｆｄ値をｆｄａ、第１フィラメントコイル１１及び下内周壁５２間の第２方向ｄｂに沿った隙間をＹａとした。

　（実施例）
　図４、並びに図２及び図３に示すように、第１溝部１６の開口１６ａは、第１方向ｄａに沿った辺及び第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。第１溝部１６の深さ方向は、第３方向ｄｃである。

　第１溝部１６は、最近接内周壁５３、上内周壁５１及び下内周壁５２を有している。　
　最近接内周壁５３は、第３方向ｄｃにおいて第１フィラメントコイル１１の寸法（直径）より短い。最近接内周壁５３は矩形枠状に形成されている。最近接内周壁５３は、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った第１溝部１６の幅方向において、第１フィラメントコイル１１に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向している。

　上内周壁５１は、最近接内周壁５３よりも第１溝部１６の開口１６ａ側に位置している。上内周壁５１は、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において開口１６ａと同一の寸法に形成され、最近接内周壁５３よりも大きい寸法に形成されている。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における上内周壁５１は、第３方向ｄｃに直線状に延出している。上内周壁５１は、最近接内周壁５３よりも幅方向（第２方向ｄｂ）に広がった形状を有している。

　下内周壁５２は、最近接内周壁５３に対して上内周壁５１の反対側に位置している。下内周壁５２は、矩形枠状に形成され、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において最近接内周壁５３よりも大きい寸法に形成されている。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における下内周壁５２は、第３方向ｄｃに直線状に延出している。下内周壁５２は、最近接内周壁５３よりも幅方向（第２方向ｄｂ）に広がった形状を有している。

　この実施例において、第１フィラメントコイル１１の直径をＯＳＤｂ、上内周壁５１の第２方向ｄｂに沿った幅をＬ１ｂ、上内周壁５１の深さ（開口１６ａから最遠方の上内周壁５１の端部と、開口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ１ｂ、最近接内周壁５３の第２方向ｄｂに沿った幅（最小幅）をＬ３ｂ、最近接内周壁５３の深さ（開口１６ａから最遠方の最近接内周壁５３の端部と、開口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ３ｂ、下内周壁５２の第２方向ｄｂに沿った幅（最大幅）をＬ２ｂ、下内周壁５２の深さ（開口１６ａから最遠方の下内周壁５２の端部と、開口１６ａとの第３方向ｄｃに沿った長さ）をＤ２ｂ、上内周壁５１及び最近接内周壁５３の境界から開口１６ａ側への第１フィラメントコイル１１の突出量を示すｆｄ値をｆｄｂ、第１フィラメントコイル１１及び最近接内周壁５３間の第２方向ｄｂに沿った隙間をＹｂとした。

　次に、上記実施例に係る第１溝部１６及び第１フィラメントコイル１１の寸法を比較例に係る第１溝部１６及び第１フィラメントコイル１１の寸法と対比した結果を示す。　
ＯＳＤｂ＝ＯＳＤａ
Ｙｂ＝Ｙａ＋Ｘ
Ｌ１ａ≦Ｌ１ｂ≦Ｌ１ａ＋２・０．７５ｍｍ・Ｘ
Ｌ３ｂ＝Ｌ２ａ＋２・Ｘ
　また、上記実施例に係る第１溝部１６の寸法は、次の関係も満たしている。

１．５・Ｌ３ｂ≦Ｌ２ｂ≦２．０・Ｌ３ｂ
Ｄ１ｂ＜Ｄ３ｂ＜Ｄ１ｂ＋０．５ｍｍ
　なお、Ｘは、第１フィラメントコイル１１及び第１溝部１６間の第２方向ｄｂに沿った隙間の拡大量を示す。

　ここでは、上記実施例に係る第１溝部１６及び第１フィラメントコイル１１の寸法は、次に示す通りである。

ＯＳＤｂ＝１．２３ｍｍ
Ｌ１ｂ＝７．５ｍｍ
Ｄ１ｂ＝４．１ｍｍ
Ｌ３ｂ＝２．２ｍｍ
Ｄ３ｂ＝４．２ｍｍ
Ｌ２ｂ＝３．０ｍｍ
Ｄ２ｂ＝６ｍｍ
ｆｄｂ＝０．３００ｍｍ
Ｙｂ＝０．４８５ｍｍ
　ここで、本願発明者は、上記実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションと、上記比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションとを行った。この際、第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３の中、第１フィラメントコイル１１のみを駆動して行った。このため、ターゲット面Ｓ上に形成される焦点は、単焦点である。また、シミュレーションは、同一条件の下で行った。

　始めに、実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。　
　図５及び図６に示すように、上記実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出する際、第１フィラメントコイル１１のみを駆動した。第１フィラメントコイル１１から放出された電子は、電子ビームとして陽極ターゲット６０のターゲット面Ｓに入射される。電子ビームは、電子収束カップ１５の第１溝部１６によって形成される電界の作用により収束される。

　そして、第１フィラメントコイル１１の上面（陽極ターゲット６０側の面）から放出された電子が形成する正焦点と、第１フィラメントコイル１１の側面から放出された電子が形成する副焦点との位置及び寸法をほぼ重ねた。

　焦点の電子密度分布は、図７に示す結果となった。電子密度が最大となる領域を１００％として示した。図７では、管軸ａ１に垂直な方向からターゲット面Ｓを見た場合の電子密度分布を示している。

　陽極ターゲット６０の回転方向に沿った方向ｄｄにおける実効焦点Ｆｂの幅は、０．５５２ｍｍであった。管軸ａ１に沿った方向ｄｅにおける実効焦点Ｆｂの長さは、１．００４ｍｍであった。なお、ＩＥＣ規格に準拠するように、実効焦点Ｆｂの幅は０．７５ｍｍ以下であればよく、実効焦点Ｆｂの長さは１．１ｍｍ以下であればよい。

　次に、比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。　
　図１３に示すように、上記比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出する際、第１フィラメントコイル１１のみを駆動した。第１フィラメントコイル１１から放出された電子は、電子ビームとして陽極ターゲット６０のターゲット面Ｓに入射される。電子ビームは、電子収束カップ１５の第１溝部１６によって形成される電界の作用により収束される。

　図１４は、ターゲット面Ｓ上に形成された実効焦点Ｆａを示している。陽極ターゲット６０の回転方向に沿った方向ｄｄにおける実効焦点Ｆａの幅は、実施例とより大きく０．７５３ｍｍであった。また、管軸ａ１に沿った方向ｄｅにおける実効焦点Ｆａの長さは、実施例よりやや大きく１．０４０ｍｍであった。

　次に、実施例の電子ビームの照射状態と、比較例の電子ビームの照射状態とを対比する。　
　図６及び図１３に示すように、実施例では、フィラメントコイル１１の側面からでた電子が最近接内周壁５３に衝突するか、または同内周壁５３により生じた電界により曲げられて、陽極ターゲットに到達しない場合があるのに対し、比較例では、フィラメントコイル側面から出た電子は下内周壁５２により曲げられるが陽極ターゲットに到達する。実施例ではフィラメントコイル側面から出た電子は焦点形成に寄与しないが、比較例では下内周壁により曲げられた電子は、ターゲット面Ｓ上の望ましくない正焦点の外側部分に到達し、副焦点となって、焦点が所望のサイズに入らないことになる。

　次に、実施例の焦点の状態と、比較例の焦点の状態とを対比する。　
　図７及び図１４に示すように、実施例では、わずかながら副焦点がみられるものの、ほぼ方形の焦点が得られており、比較例では副焦点が強くなり、焦点が方形ではなくなっている。

　上記のように構成された第１の実施形態に係る実施例のＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット６０と、電子収束カップ１５と、を有した陰極１０と、陽極ターゲット６０及び陰極１０を収容した真空外囲器７０と、を備えている。

　電子収束カップ１５は、電子を放出するフィラメントコイル（第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３）と、フィラメントコイルが収められる溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）を含んでいる。電子収束カップ１５は、フィラメントコイルから電子が放出されることにより溝部の開口（開口１６ａ乃至１８ａ）を通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。

　溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）は、最近接内周壁５３と、上内周壁５１と、下内周壁５２と、を有している。最近接内周壁５３は、溝部の深さ方向（第３方向ｄｃ）においてフィラメントコイルの寸法より短く、溝部の幅方向においてフィラメントコイルに全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向している。上内周壁５１は、最近接内周壁５３よりも溝部の開口側に位置し、最近接内周壁５３よりも幅方向に広がった形状を有するように形成されている。下内周壁５２は、最近接内周壁５３に対して上内周壁５１の反対側に位置し、最近接内周壁５３よりも幅方向に広がった形状を有するように形成されている。

　このため、実施例のＸ線管装置は、以下に挙げるような効果を得ることができる。　
　（１）比較例のＸ線管装置では、焦点内の電子密度分布の均一化を図るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、焦点内の電子密度分布の均一化を図るための有効な手段はあるものである。そして、実施例のＸ線管装置では、副焦点が正焦点の内側に収まるように、さらに可能な場合には、正焦点及び副焦点の位置及び寸法がほぼ重なるように、Ｘ線管１を形成することができるものである。

　溝部が、最近接内周壁５３、上内周壁５１及び下内周壁５２を有することにより、フィラメントコイル及び溝部（最近接内周壁５３）間の隙間を比較例より大きくしても電子ビームを良好に収束することができ、また、最近接内周壁５３によりフィラメントコイルの側面から放出された電子が陽極ターゲットに到達しにくくすることができ、副焦点の電子密度分布も低く抑えることができる。

　（２）比較例のＸ線管装置では、焦点の寸法の小型化を図るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、焦点の寸法の小型化を図るための有効な手段はあるものである。

　比較例において隙間Ｙａを０．１５ｍｍ程度にした場合と、実施例において隙間Ｙｂを０．４８５ｍｍにした場合とで、同一の寸法の焦点を得ることができる。このため、隙間Ｙｂをより小さくすることにより、焦点の寸法を小さくすることができる。

　この際、隙間Ｙｂを０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上に設定することにより、フィラメントタッチ並びにフィラメントコイル及び電子収束カップ１５間の絶縁破壊の発生を防止しつつ焦点の寸法の小型化を図ることができる。

　（３）比較例のＸ線管装置では、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得るための有効な手段はないが、実施例のＸ線管装置では、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得るための有効な手段はあるものである。

　上記のように、溝部が、最近接内周壁５３、上内周壁５１及び下内周壁５２を有し、これらの寸法を調整することにより、陽極ターゲット６０及び陰極１０間のギャップを調整すること無しに、副焦点を抑制し、望ましい寸法の焦点を得ることができるものである。このため、陽極ターゲット６０及び陰極１０間の電圧耐久性を維持しつつ、焦点内の電子密度分布が均一であり、かつ、望ましい寸法となる焦点を得ることができる、と言い換えることができる。

　（４）実施例のＸ線管装置では、上内周壁５１を湾曲させること無しに、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるものである。このため、上内周壁５１を湾曲させる場合に比べ、設計コスト及び加工コストを低減することができる。

　上記のことから、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。

　次に、第２の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

　図８に示すように、第１溝部１６は、最近接内周壁５３、上内周壁５１及び下内周壁５２を有している。最近接内周壁５３は概略矩形枠状に形成されている。下内周壁５２は、電子収束カップ１５を第１方向ｄａに貫通して形成されている。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における下内周壁５２の断面は、長円形枠状に形成されている。

　次に、下内周壁５２を加工する方法について説明する。　
　下内周壁５２の加工は、例えばボールエンドミルを使用して行う。例えばボールエンドミルの回転軸を第１方向ｄａに設定し、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに送り加工することにより実施することができる。このため、放電加工が必要となる場合（下内周壁５２が矩形枠状である場合）に比べて加工コストを安価にすることが可能である。ボールエンドミル加工の前に、予め同じ方向に電子収束カップ１５に貫通ドリル穴を空けておいても良い。

　上記のように構成された第２の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット６０と、電子収束カップ１５と、を有した陰極１０と、陽極ターゲット６０及び陰極１０を収容した真空外囲器７０と、を備えている。

　溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）は、最近接内周壁５３と、上内周壁５１と、下内周壁５２と、を有している。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における下内周壁５２の断面は、長円形枠状に形成されていてもよく、この場合も下内周壁５２の寸法を調整することにより上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　下内周壁５２は、電子収束カップ１５に第１方向ｄａに延在した貫通孔を形成することにより形成される。上記貫通孔を形成するのみで下内周壁５２を形作ることができ、その後、上記貫通孔を閉塞する等の加工を必要としない。このため、上記第１の実施形態に比べて下内周壁５２の加工コストを安価にすることができる。

　上記のことから、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、望ましい寸法の焦点を得ることができるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。そして、上記Ｘ線管１は、同時に、フィラメントタッチ並びにフィラメントコイル及び電子収束カップ１５間の絶縁破壊の発生を防止することができる。

　次に、上記第２の実施形態に係るＸ線管装置の変形例について説明する。　
　図９に示すように、上内周壁５１は、多段状に形成されている。この実施形態において、上内周壁５１は２段に形成されている。上内周壁５１の各段は、矩形枠状に形成されている。上内周壁５１の最近接内周壁５３側の段は、最近接内周壁５３よりも幅方向（第２方向ｄｂ）に広がった形状を有している。上内周壁５１の最近接内周壁５３側の段は、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において開口（開口１６ａ）と同一の寸法に形成され、上内周壁５１の最近接内周壁５３側の段よりも幅方向（第２方向ｄｂ）に広がった形状を有している。

　この場合も、上内周壁５１の寸法を調整することにより上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上内周壁５１を多段状に形成することにより、焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、より望ましい寸法の焦点を得ることが可能となるメリットがあるものである。

　次に、上記第２の実施形態に係るＸ線管装置の他の変形例について説明する。　
　図１０に示すように、上内周壁５１は、曲面形状を有している。詳しくは、第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面において、上内周壁５１の断面は曲面形状を有している。

　この場合も、上内周壁５１の曲面形状を調整することにより上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上内周壁５１を曲面形状とすることにより、より焦点内の電子密度分布の均一化を図ることができ、より望ましい寸法の焦点を得ることが可能となるメリットがあるものである。

　次に、第３の実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

　図１１に示すように、下内周壁５２は、曲面形状を有している。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面において、下内周壁５２の断面は、円形の一部のような曲面形状を有している。下内周壁５２は、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面において最近接内周壁５３よりも幅方向（第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂ）に広がった形状を有するように形成されている。下内周壁５２の加工は、たとえばボールエンドミルの回転軸を第３方向ｄｃにして、第１方向ｄａ及び第３方向ｄｃに送り加工することにより実施することができる。

　電子収束カップ１５には絶縁部材１００が固定されている。絶縁部材１００は、下内周壁５２と対向している。この実施形態において、絶縁部材１００は、セラミクスで形成され、電子収束カップ１５にろう付けされている。絶縁部材１００は、フィラメントコイル（第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３）を支持し、フィラメントコイルの位置を規制（固定）している。

　上記のように構成された第３の実施形態に係るＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット６０と、電子収束カップ１５と、を有した陰極１０と、陽極ターゲット６０及び陰極１０を収容した真空外囲器７０と、を備えている。

　溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）は、最近接内周壁５３と、上内周壁５１と、下内周壁５２と、を有している。第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃに沿った平面における下内周壁５２の断面は、曲面形状を有していてもよく、この場合も下内周壁５２の寸法を調整することにより上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　下内周壁５２は、ボールエンドミルを使用することにより形成される。このため、上記第１の実施形態に比べて下内周壁５２の加工コストを安価にすることができる。

　本発明の一つの実施形態を説明したが、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されることが可能であり、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ともに、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。

　例えば、溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）は、最近接内周壁５３よりも溝部の開口（開口１６ａ乃至１８ａ）側に位置し、最近接内周壁５３よりも寸法の大きい１つ又は複数の他の上内周壁と、最近接内周壁５３に対して上内周壁５１の反対側に位置し、最近接内周壁５３よりも寸法の大きい１つ又は複数の他の下内周壁と、の少なくとも一方をさらに有していてもよい。

　溝部（第１乃至第３溝部１６乃至１８）は、溝部の深さ方向（第３方向ｄｃ）においてフィラメントコイル（電子放出源）の寸法より短く、溝部の幅方向においてフィラメントコイルに全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した１つ又は複数の他の最近接内周壁をさらに有していてもよい。　
　下内周壁５２の幅方向（第２方向ｄｂ及び第３方向ｄｃ）の断面形状は、円形、長円形、又はそれらの一部であってもよい。

　第１乃至第３フィラメントコイル１１乃至１３は、互いに異なる種類であり、これらの特性（電子放出量）も互いに異なっていてもよい。例えば、フィラメントコイルの寸法を異ならせることにより、焦点の寸法を異ならせてもよい。

　陰極１０の備えるフィラメントコイル（電子放出源）及び溝部の数は、３つに限定されるものではなく、種々変形可能であり、１つ、２つ又は４つ以上であってもよい。　
　電子放出源は、種々変形可能であり例えば任意の熱電子放出源を利用することができる。　例えば熱電子放出源はフィラメントコイルでなくともよい。電子を放出可能な材料として、例えばＬａＢ_６（ホウ化ランタン）を主成分とする材料で形成することができる。

　この発明のＸ線管装置は、上述したＸ線管装置に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種のＸ線管装置に適用可能である。例えば、この発明のＸ線管装置は、固定陽極型のＸ線管装置にも適用可能である。

Claims

　電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
　電子を放出する電子放出源と、前記電子放出源が収められる溝部を含み、前記電子放出源から電子が放出されることにより前記溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
　前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
　前記溝部は、
　前記溝部の深さ方向において前記電子放出源の寸法より短く、前記溝部の幅方向において前記電子放出源に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した最近接内周壁と、
　前記最近接内周壁よりも前記溝部の開口側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する上内周壁と、
　前記最近接内周壁に対して前記上内周壁の反対側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する下内周壁と、
を有しているＸ線管。
　前記電子放出源は、タングステンを主成分とする材料で形成されている請求項１に記載のＸ線管。
　前記溝部は、
　前記最近接内周壁よりも前記溝部の開口側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する１つ又は複数の他の上内周壁と、
　前記最近接内周壁に対して前記上内周壁の反対側に位置し、前記最近接内周壁よりも幅方向に広がった形状を有する１つ又は複数の他の下内周壁と、
の少なくとも一方をさらに有している請求項１に記載のＸ線管。
　前記溝部は、
　前記溝部の深さ方向において前記電子放出源の寸法より短く、前記溝部の幅方向において前記電子放出源に全周に亘って最も狭い隙間を置いて対向した１つ又は複数の他の最近接内周壁をさらに有している請求項１に記載のＸ線管。
　前記電子放出源及び最近接内周壁間の前記隙間は、０．２ｍｍ以上である請求項１に記載のＸ線管。
　前記上内周壁は、曲面形状を有している請求項１に記載のＸ線管。
　前記下内周壁の幅方向の断面形状は、円形、長円形、又はそれらの一部である請求項１に記載のＸ線管。