WO2020136911A1 - Ｘ線発生管、ｘ線発生装置およびｘ線撮像装置 - Google Patents

Ｘ線発生管、ｘ線発生装置およびｘ線撮像装置 Download PDF

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安藤　洋一
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray generation tube, an X-ray generation device, and an X-ray imaging device.
  • Patent Document 1 describes an X-ray generating tube having an insulating tube, a cathode, an anode, and an inner peripheral anode layer.
  • the insulating tube, the cathode and the anode constitute an envelope defining an inner space, and the inner peripheral anode layer extends from the anode along the inner surface of the insulating tube. Since the inner peripheral anode layer is electrically connected to the anode, it suppresses the charging of the insulating tube.
  • the thickness of the insulation tube in order to reduce the weight of the X-ray generation tube.
  • the strength of the insulating tube or the X-ray generating tube may be reduced.
  • the withstand voltage of the insulating tube is lowered, and the electric field strength tends to be strong. May occur and a leak may occur through the through hole formed thereby.
  • the present invention aims to provide an advantageous technique for reducing the weight of the X-ray generation tube while suppressing the discharge that penetrates the insulation tube and ensuring the strength of the insulation tube.
  • a first aspect of the present invention relates to an X-ray generation tube, wherein the X-ray generation tube has an insulating tube having a first opening end and a second opening end, and an electron emission source.
  • a cathode arranged to close the first opening end, and a target for generating X-rays when electrons from the electron emission source collide with each other, so as to close the second opening end of the insulating tube.
  • a tubular conductive member extending from the anode in the inner space of the insulating tube, the insulating tube being located at a position separated from the first opening end and separated from the second opening end.
  • a tubular rib the tubular rib being arranged in the radial direction when viewed from the end of the tubular conductive member on the cathode side.
  • a second aspect of the present invention relates to an X-ray generating tube, wherein the X-ray generating tube has an insulating tube having a first opening end and a second opening end, and an electron emission source.
  • a cathode arranged to close the first opening end, and a target for generating X-rays when electrons from the electron emission source collide with each other, so as to close the second opening end of the insulating tube.
  • a tubular conductive member extending from the anode in the inner space of the insulating tube, and arranged to cover the outside of the insulating tube, a sheet resistance value smaller than the sheet resistance value of the insulating tube.
  • a third aspect of the present invention relates to an X-ray generation device, wherein the X-ray generation device includes an X-ray generation tube according to the first or second side surface, and a drive circuit that drives the X-ray generation tube. , Is provided.
  • a fourth aspect of the present invention includes the X-ray generator according to the third aspect, and an X-ray detector that detects X-rays emitted from the X-ray generator and transmitted through an object.
  • an advantageous technique is provided for reducing the weight of the X-ray generating tube while suppressing the discharge that penetrates the insulating tube and ensuring the strength of the insulating tube.
  • Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 1st Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 2nd Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 3rd Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 4th Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 5th Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 6th Embodiment of this invention. Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 7th Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 8th Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 9th Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows typically the structure of the X-ray generation tube of 10th Embodiment of this invention.
  • the figure which shows the simulation result which shows the electric potential in an X-ray generation tube.
  • the figure which shows the simulation result which shows the electric potential in an X-ray generation tube.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the X-ray generation tube 1 of the first embodiment may include an insulating tube 10, a cathode 20, an anode 30, and a tubular conductive member 50.
  • the insulating tube 10 has a first opening end OP1 and a second opening end OP2.
  • the insulating tube 10 is made of an insulating material (for example, ceramic or glass) and has a tubular shape extending in the axial direction AD.
  • the tubular shape is a shape that forms a closed figure in a cross section orthogonal to the axial direction AD, and is, for example, a cylindrical shape.
  • the concept of the tubular shape may include shapes having different cross-sectional areas at different positions in the axial direction AD.
  • the cathode 20 is arranged so as to close the first open end OP1 of the insulating tube 10.
  • the cathode 20 has an electron emission source 22 that emits electrons.
  • the electron emission source 22 can include, for example, a filament, a focusing electrode that focuses electrons emitted from the filament, and the like.
  • a potential of ⁇ 100 kV with respect to the anode 30 can be applied to the cathode 20, for example.
  • the anode 30 is arranged so as to close the second opening end OP2 of the insulating tube 10.
  • the anode 30 may include a target 34, a target holding plate 33 that holds the target 34, and an electrode 32 that holds the target holding portion 33.
  • the electrode 32 is electrically connected to the target 34 and gives a potential to the target 34.
  • the target 34 generates X-rays when electrons from the electron emission source 22 collide with the target 34.
  • the generated X-rays pass through the target holding plate 33 and are radiated to the outside of the X-ray generation tube 1.
  • the anode 30 can be maintained at, for example, the ground potential, but may be maintained at another potential.
  • the target 34 may be made of a material having a high melting point and a high X-ray generation efficiency, such as tungsten, tantalum, or molybdenum.
  • the target holding plate 33 can be made of, for example, a material that transmits X-rays, such as beryllium or diamond.
  • the tubular conductive member 50 is arranged so as to extend from the anode 30 in the inner space of the insulating tube 10.
  • the tubular conductive member 50 has a tubular shape extending in the axial direction AD.
  • the tubular conductive member 50 is electrically connected to the anode 30.
  • the tubular conductive member 50 is separated from the cathode 20.
  • the tubular conductive member 50 may be arranged so as to surround at least a part of the trajectory of the electrons emitted from the electron emission source 22 (the path between the electron emission source 22 and the target 34).
  • the tubular conductive member 50 can function to reduce the influence of the charging of the insulating tube 10 on the trajectory of electrons emitted from the electron emission source 22.
  • the tubular conductive member 50 may be arranged, for example, so as to come into contact with the inner surface of the insulating tube 10, but may be arranged apart from the inner surface of the insulating tube 10.
  • the tubular conductive member 50 may be configured integrally with the anode 30, but may be configured separately from the anode 30 and may be bonded or fixed to the anode 30.
  • the tubular conductive member 50 is formed on the inner surface of the insulating tube 10 by a vapor deposition method such as CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), or a plating method or a coating method, for example. It can be a membrane.
  • the tubular conductive member 50 may be formed separately from the insulating tube 10 and then inserted into the insulating tube 10.
  • the insulating tube 10 may include a tubular rib 12 at a position separated from the first opening end OP1 and separated from the second opening end OP2.
  • the thickness of the portion of the insulating tube 10 where the tubular ribs 12 are arranged is larger than the thickness of other portions of the insulating tube 10.
  • the tubular rib 12 improves the strength of the insulating tube 10. Therefore, the provision of the tubular ribs 12 is advantageous in reducing the thickness of the portion of the insulating tube 10 other than the portion where the tubular ribs 12 are provided, which contributes to the weight reduction of the X-ray generation tube 1. sell.
  • the tubular rib 12 may be arranged so as to face the inner space of the insulating tube 10.
  • the tubular rib 12 may be arranged in the radial direction RD when viewed from the end 52 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side. Since the end portion 52 of the tubular conductive member 50 is a portion where the electric field strength is likely to be high, providing the tubular rib 12 in the radial direction RD of the end portion 52 suppresses the discharge in the direction penetrating the insulating tube 10. It is effective. That is, the tubular ribs 12 are advantageous for simultaneously suppressing discharge that penetrates the insulating tube 10 and ensuring the strength of the insulating tube 10.
  • the end portion 52 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side includes the first virtual plane VPL1 including the end surface of the tubular rib 12 on the cathode 20 side and the second virtual plane VPL1 including the end surface of the tubular rib 12 on the anode 30 side. It may be located between the virtual plane VPL2. As will be described later, from the viewpoint of improving the withstand voltage, the first virtual surface VPL1 and the end surface 51 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side are preferably separated from each other.
  • FIG. 13 shows the simulation result showing the electric potential in the X-ray generation tube.
  • the electric field strength is strong in the portion where the equipotential lines are small.
  • the symbol A it can be seen that the electric field strength at the end of the tubular conductive member 50 is high, and a discharge that penetrates the insulating tube 10 is easily generated at this portion. Therefore, it can be seen that providing the tubular rib 12 at this portion to increase the thickness of the insulating tube 10 is effective for suppressing discharge.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the second embodiment of the present invention. Matters not mentioned in the second embodiment can comply with the first embodiment.
  • the X-ray generation tube 1 of the second embodiment is different from the X-ray generation tube 1 of the first embodiment in that the X-ray generation tube 1 is arranged so as to cover the outside of the insulating tube 10 and includes a coating member 40 to which an electric potential is applied.
  • the covering member 40 may be arranged so as to be electrically connected to the cathode 20 and the anode 30.
  • the covering member 40 may cover the cathode 20, the insulating tube 10, and the anode 30 so as to contact the cathode 20 and the anode 30, for example.
  • the sheet resistance value of the covering member 40 is smaller than the sheet resistance value of the insulating tube 10.
  • the specific resistance of the insulating tube 10 at 100° C. is 1 ⁇ 10 ⁇ m or more and 1 ⁇ 10 15 ⁇ m or less
  • the sheet resistance value of the insulating tube 10 at 100° C. is R s 1
  • the sheet resistance of the covering member 40 at 100° C. Let the value be R s 2.
  • R s 2 /R s 1 is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 5 or more and 1 ⁇ 10 ⁇ 1 or less.
  • the covering member 40 can be made of, for example, a glassy material such as Kovar glass, glaze, or frit glass, or a metal oxide film.
  • Covering the insulating pipe 10 with the covering member 40 is advantageous in that, for example, a smooth surface is formed on the outer side of the insulating pipe 10 and dirt is prevented from entering between particles forming the insulating pipe 10. .. As a result, the creeping withstand voltage on the outer surface of the insulating tube 10 can be improved. Further, since the covering member 40 has low conductivity, even if the outer surface of the insulating tube 10 is charged, the electric charge can be moved before a high potential difference occurs, and the insulating tube 10 is damaged. It is possible to suppress the occurrence of various discharges.
  • FIG. 14 shows a simulation result showing the potential in the X-ray generating tube in which the insulating tube 10 is covered with the covering member 40.
  • the electric field strength (interval between equipotential lines) on the surface of the covering member 40 is made uniform.
  • the electric field strength at the end of the tubular conductive member 50 becomes stronger near the end of the tubular conductive member 50.
  • providing the tubular rib 12 in the radial direction RD of the end portion 52 can exhibit a higher effect in order to suppress the discharge in the direction penetrating the insulating tube 10 in the configuration in which the covering member 40 is provided.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the third embodiment of the present invention. Matters not mentioned as the third embodiment can comply with the first or second embodiment.
  • the covering member 40 that covers the insulating pipe 10 is provided, but the covering member 40 is not an essential configuration of the present invention.
  • the covering member 40 is arranged so as to be electrically connected to the cathode 20 and the anode 30, but is arranged so as not to cover the side surfaces of the cathode 20 and the anode 30.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the fourth embodiment of the present invention. Matters not mentioned as the fourth embodiment can comply with the first or second embodiment.
  • the covering member 40 is arranged so as to be electrically connected to the cathode 20 and the anode 30, but is arranged so as not to cover the side surfaces of the cathode 20 and the anode 30.
  • the cathode 20 has a portion that covers a part of the side surface of the covering member 40
  • the anode 30 has a portion that covers a part of the side surface of the covering member 40.
  • FIG. 5 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the fifth embodiment of the present invention. Matters not mentioned in the fifth embodiment can comply with the first to fourth embodiments.
  • the tubular conductive member 50 is arranged so as to surround the end of the electron emission source 22 on the anode 30 side.
  • FIG. 5 shows an example in which the configuration in which the tubular conductive member 50 is arranged so as to surround the end of the electron emission source 22 on the side of the anode 30 is applied to the X-ray generation tube 1 of the second embodiment.
  • such a configuration is also applicable to the X-ray generation tubes 1 of the first, third, and fourth embodiments.
  • FIG. 6 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the sixth embodiment of the present invention. Matters not mentioned as the sixth embodiment can comply with the first to fifth embodiments.
  • the tubular conductive member 50 is arranged such that a space is formed between the outer surface of the tubular conductive member 50 and the inner surface of the insulating tube 10. Such a configuration is also applicable to the X-ray generation tube 1 of the first to fifth embodiments.
  • FIG. 7 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the seventh embodiment of the present invention. Matters not mentioned in the seventh embodiment can comply with the first to sixth embodiments.
  • the end surface 51 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side belongs to the first virtual plane VPL1 including the end surface of the tubular rib 12 on the cathode 20 side.
  • Such a configuration is also applicable to the X-ray generation tube 1 of the first, third to fifth embodiments.
  • FIG. 8 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the eighth embodiment of the present invention. Matters not mentioned as the eighth embodiment can comply with the first to seventh embodiments.
  • the tubular rib 12 is arranged so as to project toward the outer space of the insulating pipe 10. Such a configuration is also applicable to the X-ray generation tube 1 of the first, third to seventh embodiments.
  • FIG. 9 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the ninth embodiment of the present invention. Matters not mentioned in the ninth embodiment can comply with the first to seventh embodiments.
  • the tubular rib 12 includes an inner tubular rib 121 arranged to face the inner space of the insulating tube 10 and an outer tubular rib 122 arranged to project toward the outer space of the insulating tube 10. including. Such a configuration is also applicable to the X-ray generation tube 1 of the first, third to seventh embodiments.
  • T be the thickness of the portion of the insulating tube 10 that does not have the tubular rib
  • H be the thickness of the tubular rib
  • TT be the thickness of the portion of the insulating tube 10 that has the tubular rib 12.
  • the distance between the first virtual surface VPL1 and the end surface 51 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side is L.
  • the withstand voltage on the creeping surface is lower than the withstand voltage on the bulk, and it is experimentally known that the withstand voltage on the creeping surface is 1/3 to 1/10 times. ..
  • the withstand voltage of the bulk of the insulator forming the insulating tube 10 is E1 (kV/mm), and the withstand voltage of the insulator in the creeping direction is E2 (kV/mm).
  • the withstand voltage (withstand voltage in the path PH1) in the thickness direction of the portion of the insulating tube 10 having the tubular rib 12 is E1 ⁇ TT (kV).
  • the withstand voltage across the creeping surface of the tubular rib 12 (withstand voltage in the path PH2) is E2 ⁇ (L+H)+E1 ⁇ T.
  • the withstand voltage across the creeping surface of the tubular rib 12 (withstand voltage in the path PH2) is E2 ⁇ H+E1 ⁇ T.
  • the configuration of FIG. 10 is superior to the configuration of FIG. 11 in terms of withstand voltage across the surface.
  • FIG. 12 schematically shows the configuration of the X-ray generation tube 1 according to the tenth embodiment of the present invention. Matters not mentioned in the tenth embodiment can comply with the first to ninth embodiments.
  • the insulating tube 10 includes the tubular ribs 12 arranged in the radial direction when viewed from the end of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side.
  • the end portion 52 of the tubular conductive member 50 on the cathode 20 side includes a first virtual plane VPL1 including the end surface of the tubular rib 12 on the cathode 20 side and a second virtual plane including the end surface of the tubular rib 12 on the anode 30 side. It may be located between VPL2.
  • the second virtual plane VPL2 can form an end surface of the insulating tube 10 on the anode 30 side.
  • the end surface of the tubular rib 12 on the side of the anode 30 may belong to the same plane as the end surface of the insulating tube 10 on the side of the anode 30.
  • the tubular rib 12 may be placed in contact with the anode 30.
  • the X-ray generation tube 1 of the tenth embodiment may include a covering member 40 that is arranged so as to cover the outside of the insulating tube 10 and that is provided with an electric potential.
  • the covering member 40 may be arranged so as to be electrically connected to the cathode 20 and the anode 30.
  • the covering member 40 may cover the cathode 20, the insulating tube 10, and the anode 30 so as to contact the cathode 20 and the anode 30, for example.
  • the sheet resistance value of the covering member 40 is smaller than the sheet resistance value of the insulating tube 10.
  • FIG. 15 shows the configuration of the X-ray generator 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the X-ray generation device 100 may include an X-ray generation tube 1 and a drive circuit 3 that drives the X-ray generation tube 1.
  • the X-ray generation device 100 may further include a booster circuit 2 that supplies a boosted voltage to the drive circuit 3.
  • the X-ray generation device 100 may further include a storage container 4 that stores the X-ray generation tube 1, the drive circuit 3, and the booster circuit 2.
  • the storage container 4 may be filled with insulating oil.
  • FIG. 16 shows the configuration of the X-ray imaging apparatus 200 according to the embodiment of the present invention.
  • the X-ray imaging apparatus 200 may include the X-ray generation apparatus 100 and an X-ray detection apparatus 110 that detects the X-rays 104 emitted from the X-ray generation apparatus 100 and transmitted through the object 106.
  • the X-ray imaging apparatus 200 may further include a control device 120 and a display device 130.
  • the X-ray detection device 110 may include an X-ray detector 112 and a signal processing unit 114.
  • the control device 120 can control the X-ray generation device 100 and the X-ray detection device 110.
  • the X-ray detector 112 detects or images the X-rays 104 emitted from the X-ray generator 100 and transmitted through the object 106.
  • the signal processing unit 114 may process the signal output from the X-ray detector 112 and supply the processed signal to the control device 120.
  • the control device 120 causes the display device 130 to display an image based on the signal supplied from the signal processing unit 114.

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Abstract

Ｘ線発生管は、第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、電子放出源を有し、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置された陰極と、前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを有し、前記絶縁管の前記第２開口端を閉塞するように配置された陽極と、前記絶縁管の内側空間において前記陽極から延びた管状導電部材とを含む。前記絶縁管は、前記第１開口端から離隔しかつ前記第２開口端から離隔した位置に管状リブを含む。前記管状リブは、前記管状導電部材における前記陰極の側の端部から見て放射方向に配置される。

Description

Ｘ線発生管、Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置
　本発明は、Ｘ線発生管、Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置に関するものである。
　特許文献１には、絶縁管と、陰極と、陽極と、内周陽極層とを有するＸ線発生管が記載されている。絶縁管、陰極および陽極によって内部空間を規定する外囲器が構成され、内周陽極層は、絶縁管の内面に沿うように陽極から延びている。内周陽極層は、陽極に電気的に接続されているので、絶縁管の帯電を抑制する。
特開２０１６－１０３４５１号公報
　Ｘ線発生管の軽量化のために、絶縁管の厚さを薄くすることが望まれている。しかしながら、絶縁管の厚さを薄くすると、絶縁管あるいはＸ線発生管の強度が低下しうる。しかも、絶縁管の厚さを薄くすると、絶縁管の耐電圧が低下し、電界強度が強くなり易い内周陽極層の先端部（陰極側の端部）において、絶縁管を貫通する方向に放電が発生し、これによって形成される貫通孔を通してリークが発生しうる。
　本発明は、絶縁管を貫通する放電を抑制しつつ絶縁管の強度を確保しながらＸ線発生管を軽量化するために有利な技術を提供することを目的とする。
　本発明の第１の側面は、Ｘ線発生管に係り、前記Ｘ線発生管は、第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、電子放出源を有し、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置された陰極と、前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを有し、前記絶縁管の前記第２開口端を閉塞するように配置された陽極と、前記絶縁管の内側空間において前記陽極から延びた管状導電部材と、を備え、前記絶縁管は、前記第１開口端から離隔しかつ前記第２開口端から離隔した位置に管状リブを含み、前記管状リブは、前記管状導電部材における前記陰極の側の端部から見て放射方向に配置されている。
　本発明の第２の側面は、Ｘ線発生管に係り、前記Ｘ線発生管は、第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、電子放出源を有し、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置された陰極と、前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを有し、前記絶縁管の前記第２開口端を閉塞するように配置された陽極と、前記絶縁管の内側空間において前記陽極から延びた管状導電部材と、前記絶縁管の外側を被覆するように配置され、前記絶縁管のシート抵抗値より小さいシート抵抗値を有し、電位が与えられる被覆部材と、を備え、前記絶縁管は、前記管状導電部材における前記陰極の側の端部から見て放射方向に配置された管状リブを含む。
　本発明の第３の側面は、Ｘ線発生装置に係り、前記Ｘ線発生装置は、前記第１又は第２の側面に係るＸ線発生管と、前記Ｘ線発生管を駆動する駆動回路と、を備える。
　本発明の第４の側面は、前記第３の側面に係るＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から放射され物体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、を備える。
　本発明によれば、絶縁管を貫通する放電を抑制しつつ絶縁管の強度を確保しながらＸ線発生管を軽量化するために有利な技術を提供する。
本発明の第１実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第２実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第３実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第４実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第５実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第６実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第７実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第８実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 本発明の第９実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 管状リブおよび管状導電部材の設計方法を例示的に説明する図。 管状リブおよび管状導電部材の設計方法を例示的に説明する図。 本発明の第１０実施形態のＸ線発生管の構成を模式的に示す断面図。 Ｘ線発生管における電位を示すシミュレーション結果を示す図。 Ｘ線発生管における電位を示すシミュレーション結果を示す図。 本発明の一実施形態のＸ線発生装置の構成を例示する図。 本発明の一実施形態のＸ線検出装置の構成を例示する図。
　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
　図１には、本発明の第１実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第１実施形態のＸ線発生管１は、絶縁管１０と、陰極２０と、陽極３０と、管状導電部材５０とを備えうる。絶縁管１０は、第１開口端ＯＰ１および第２開口端ＯＰ２を有する。絶縁管１０は、絶縁材料（例えば、セラミック又はガラス）で構成され、軸方向ＡＤに延びる管形状を有する。管形状は、軸方向ＡＤに直交する断面において、閉図形を構成する形状であり、例えば、円筒形状である。管形状の概念は、軸方向ＡＤの互いに異なる位置において断面積が互いに異なる形状を含みうる。
　陰極２０は、絶縁管１０の第１開口端ＯＰ１を閉塞するように配置される。陰極２０は、電子を放出する電子放出源２２を有する。電子放出源２２は、例えば、フィラメント、および、フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極等を含みうる。陰極２０には、例えば、陽極３０を基準として－１００ｋＶの電位が印加されうる。
　陽極３０は、絶縁管１０の第２開口端ＯＰ２を閉塞するように配置される。陽極３０は、ターゲット３４と、ターゲット３４を保持するターゲット保持板３３と、ターゲット保持部３３を保持する電極３２とを含みうる。電極３２は、ターゲット３４に電気的に接続されていて、ターゲット３４に電位を与える。ターゲット３４は、電子放出源２２からの電子がターゲット３４に衝突することによってＸ線を発生する。発生したＸ線は、ターゲット保持板３３を透過してＸ線発生管１の外部に放射される。陽極３０は、例えば、接地電位に維持されうるが、他の電位に維持されてもよい。ターゲット３４は、融点が高く、Ｘ線の発生効率が高い材料、例えば、タングステン、タンタルまたはモリブデンで構成されうる。ターゲット保持板３３は、例えば、Ｘ線を透過する材料、例えば、ベリリウム、ダイヤモンド等で構成されうる。
　管状導電部材５０は、絶縁管１０の内側空間において陽極３０から延びるように配置されている。管状導電部材５０は、軸方向ＡＤに延びる管形状を有する。管状導電部材５０は、陽極３０に電気的に接続されている。管状導電部材５０は、陰極２０とは離隔している。管状導電部材５０は、電子放出源２２から放出される電子の軌道（電子放出源２２とターゲット３４との間の経路）の少なくとも一部を取り囲むように配置されうる。管状導電部材５０は、絶縁管１０の帯電が電子放出源２２から放出される電子の軌道に与える影響を低減するように機能しうる。管状導電部材５０は、例えば、絶縁管１０の内側面に接触するように配置されうるが、絶縁管１０の内側面から離隔して配置されてもよい。管状導電部材５０は、陽極３０と一体的に構成されてもよいが、陽極３０とは別に構成され、陽極３０に結合または固定されてもよい。管状導電部材５０は、例えば、絶縁管１０の内側面上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の気相成長法、または、めっき法、または、塗布法等によって形成された膜でありうる。あるいは、管状導電部材５０は、絶縁管１０とは分離して形成された後に絶縁管１０に挿入されてもよい。
　絶縁管１０は、第１開口端ＯＰ１から離隔しかつ第２開口端ＯＰ２から離隔した位置に管状リブ１２を含みうる。絶縁管１０における管状リブ１２が配置された部分の厚さは、絶縁管１０における他の部分の厚さより大きい。管状リブ１２は、絶縁管１０の強度を向上する。よって、管状リブ１２を設けることは、絶縁管１０の管状リブ１２が設けられた部分以外の部分の厚さを薄くするために有利であり、これはＸ線発生管１の軽量化に寄与しうる。管状リブ１２は、絶縁管１０の内側空間に面するように配置されうる。
　管状リブ１２は、管状導電部材５０における陰極２０の側の端部５２から見て放射方向ＲＤに配置されうる。管状導電部材５０の端部５２は電界強度が高くなり易い部分であるので、端部５２の放射方向ＲＤに管状リブ１２を設けることは、絶縁管１０を貫通する方向の放電を抑制するために効果的である。つまり、管状リブ１２は、絶縁管１０を貫通する放電の抑制と絶縁管１０の強度の確保とを同時に達成するために有利である。例えば、管状導電部材５０における陰極２０の側の端部５２は、管状リブ１２における陰極２０の側の端面を含む第１仮想平面ＶＰＬ１と、管状リブ１２の陽極３０の側の端面を含む第２仮想平面ＶＰＬ２との間に位置しうる。後述するように、耐電圧の向上の観点で、第１仮想面ＶＰＬ１と管状導電部材５０における陰極２０の側の端面５１とは、離隔していることが好ましい。
　図１３には、Ｘ線発生管における電位を示すシミュレーション結果が示されている。電界強度は、等電位線の間隔が小さい部分において強い。符号Ａで示されるように、管状導電部材５０の端部における電界強度が強く、この部分において絶縁管１０を貫通するような放電が発生し易いことが分かる。そこで、この部分に管状リブ１２を設けて絶縁管１０の厚さを増すことは、放電を抑制するために効果的であることが分かる。
　図２には、本発明の第２実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態のＸ線発生管１は、絶縁管１０の外側を被覆するように配置され、電位が与えられる被覆部材４０を備える点で第１実施形態のＸ線発生管１と異なる。被覆部材４０は、陰極２０および陽極３０に電気的に接続されるように配置されうる。被覆部材４０は、例えば、陰極２０および陽極３０に接触するように、陰極２０、絶縁管１０および陽極３０を被覆しうる。被覆部材４０のシート抵抗値は、絶縁管１０のシート抵抗値より小さい。
　一例において、絶縁管１０の１００℃における比抵抗を１×１０Ωｍ以上かつ１×１０１５Ωｍ以下で、絶縁管１０の１００℃におけるシート抵抗値をＲs１、被覆部材４０の１００℃におけるシート抵抗値をＲs２とする。この場合、Ｒs２／Ｒs１が１×１０－５以上かつ１×１０－１以下であることが好ましい。被覆部材４０は、例えば、コバールガラス、釉薬、フリットガラス等のガラス質材料、または、金属酸化膜で構成されうる。
　被覆部材４０によって絶縁管１０を被覆することは、例えば、絶縁管１０の外側に平滑な面を形成するとともに、絶縁管１０を構成する粒子間に汚れが入り込むことを抑制するために有利である。その結果、絶縁管１０の外側表面における沿面耐電圧を向上させることができる。また、被覆部材４０が低い導電性を有することで、絶縁管１０の外側表面に帯電が起きたとしても、高電位差が生じる前に電荷を移動させることができ、絶縁管１０が損傷を受けるような放電が発生することを抑制できる。
　しかし、一方で、図１４に示されるように、絶縁管１０を被覆部材４０によって被覆することによって、管状導電部材５０の端部における電界強度がより強くなりうる。図１４には、絶縁管１０を被覆部材４０で被覆したＸ線発生管における電位を示すシミュレーション結果が示されている。被覆部材４０を設けることによって、被覆部材４０の表面における電界強度（等電位線の間隔）は均一化される。しかし、それによって、符号Ａで示されるように、管状導電部材５０の端部の近傍において、管状導電部材５０の端部における電界強度がより強くなる。
　したがって、端部５２の放射方向ＲＤに管状リブ１２を設けることは、被覆部材４０を設けた構成において、絶縁管１０を貫通する方向の放電を抑制するために、より高い効果を発揮しうる。
　図３には、本発明の第３実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。なお、以降の全ての実施形態において、絶縁管１０を被覆する被覆部材４０が設けられているが、被覆部材４０は、本発明における必須の構成ではない。第３実施形態では、被覆部材４０は、陰極２０および陽極３０に電気的に接続されるように配置されているが、陰極２０および陽極３０の側面を覆わないように配置さている。
　図４には、本発明の第４実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第４実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。第４実施形態では、被覆部材４０は、陰極２０および陽極３０に電気的に接続されるように配置されているが、陰極２０および陽極３０の側面を覆わないように配置さている。陰極２０は、被覆部材４０の側面の一部を覆う部分を有し、および／または、陽極３０は、被覆部材４０の側面の一部を覆う部分を有する。
　図５には、本発明の第５実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第５実施形態として言及しない事項は、第１乃至第４実施形態に従いうる。第５実施形態では、管状導電部材５０は、電子放出源２２における陽極３０の側の端部を取り囲むように配置されている。図５には、管状導電部材５０が電子放出源２２における陽極３０の側の端部を取り囲むように配置された構成が第２実施形態のＸ線発生管１に適用された例が示されているが、このような構成は、第１、第３、第４実施形態のＸ線発生管１にも適用可能である。
　図６には、本発明の第６実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第６実施形態として言及しない事項は、第１乃至第５実施形態に従いうる。第６実施形態では、管状導電部材５０は、管状導電部材５０の外側面と絶縁管１０の内側面との間に空間が構成されるように配置されている。このような構成は、第１乃至第５実施形態のＸ線発生管１にも適用可能である。
　図７には、本発明の第７実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第７実施形態として言及しない事項は、第１乃至第６実施形態に従いうる。第７実施形態では、管状導電部材５０における陰極２０の側の端面５１は、管状リブ１２における陰極２０の側の端面を含む第１仮想平面ＶＰＬ１に属する。このような構成は、第１、第３乃至第５実施形態のＸ線発生管１にも適用可能である。
　図８には、本発明の第８実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第８実施形態として言及しない事項は、第１乃至第７実施形態に従いうる。第８実施形態では、管状リブ１２は、絶縁管１０の外側空間に向けて突出する配置されている。このような構成は、第１、第３乃至第７実施形態のＸ線発生管１にも適用可能である。
　図９には、本発明の第９実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第９実施形態として言及しない事項は、第１乃至第７実施形態に従いうる。第９実施形態では、管状リブ１２は、絶縁管１０の内側空間に面するように配置された内側管状リブ１２１と、絶縁管１０の外側空間に向けて突出する配置された外側管状リブ１２２とを含む。このような構成は、第１、第３乃至第７実施形態のＸ線発生管１にも適用可能である。
　以下、図１０および図１１を参照しながら管状リブ１２および管状導電部材５０の設計方法を例示的に説明する。絶縁管１０のうち管状リブ１２を有しない部分の厚さをＴ、管状リブ１２の厚さをＨ、絶縁管１０のうち管状リブ１２を有する部分の厚さをＴＴとする。第１仮想面ＶＰＬ１と管状導電部材５０における陰極２０の側の端面５１との距離をＬとする。
　一般的に絶縁体においては、沿面の耐電圧は、バルクの耐電圧と比べて低く、実験的に、沿面の耐電圧は、１／３倍～１／１０倍であることが知られている。絶縁管１０を構成する絶縁体のバルクの耐電圧をＥ１（ｋＶ／ｍｍ）、該絶縁体の沿面方向の耐電圧をＥ２（ｋＶ／ｍｍ）とする。絶縁管１０のうち管状リブ１２を有する部分の厚さ方向の耐電圧（経路ＰＨ１における耐電圧）は、Ｅ１×ＴＴ（ｋＶ）である。図１０の例では、管状リブ１２の沿面を介した耐電圧（経路ＰＨ２における耐電圧）は、Ｅ２×（Ｌ＋Ｈ）＋Ｅ１×Ｔである。図１１の例では、管状リブ１２の沿面を介した耐電圧（経路ＰＨ２における耐電圧）は、Ｅ２×Ｈ＋Ｅ１×Ｔである。図１０の構成が図１１の構成よりも、沿面を介した耐電圧の点で優れている。
　以下、図１０の構成について説明する。沿面を介した放電を避けるためには、Ｅ２×（Ｌ＋Ｈ）＋Ｅ１×Ｔ≧Ｅ１×ＴＴであることが好ましい。ＴＴ＝Ｔ＋Ｈであるから、Ｌ≧（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ２×Ｈである。よって、沿面の耐電圧がバルクの耐電圧の１／３倍である場合（Ｅ１＝３×Ｅ２）、Ｌ≧２Ｈであることが好ましく、沿面の耐電圧がバルクの耐電圧の１／１０倍である場合（Ｅ１＝１０×Ｅ２）、Ｌ≧９Ｈであることが好ましい。ここで、Ｘ線発生管１の軽量化の観点からＴＴを５ｍｍに設定した場合、Ｌ≧６ｍｍであることが好ましく、Ｌ≧２７ｍｍであることが更に好ましい。
　図１２には、本発明の第１０実施形態のＸ線発生管１の構成が模式的に示されている。第１０実施形態として言及しない事項は、第１乃至第９実施形態に従いうる。第１０実施形態では、絶縁管１０は、管状導電部材５０における陰極２０の側の端部から見て放射方向に配置された管状リブ１２を含む。管状導電部材５０における陰極２０の側の端部５２は、管状リブ１２における陰極２０の側の端面を含む第１仮想平面ＶＰＬ１と、管状リブ１２の陽極３０の側の端面を含む第２仮想平面ＶＰＬ２との間に位置しうる。第２仮想平面ＶＰＬ２は、絶縁管１０における陽極３０の側の端面を形成しうる。換言すると、管状リブ１２における陽極３０の側の端面は、絶縁管１０における陽極３０の側の端面と同一平面に属しうる。他の観点において、管状リブ１２は、陽極３０と接触するように配置されうる。
　第１０実施形態のＸ線発生管１は、絶縁管１０の外側を被覆するように配置され、電位が与えられる被覆部材４０を備えうる。被覆部材４０は、陰極２０および陽極３０に電気的に接続されるように配置されうる。被覆部材４０は、例えば、陰極２０および陽極３０に接触するように、陰極２０、絶縁管１０および陽極３０を被覆しうる。被覆部材４０のシート抵抗値は、絶縁管１０のシート抵抗値より小さい。
　図１５には、本発明の一実施形態のＸ線発生装置１００の構成が示されている。Ｘ線発生装置１００は、Ｘ線発生管１と、Ｘ線発生管１を駆動する駆動回路３とを備えうる。Ｘ線発生装置１００は、駆動回路３に昇圧された電圧を供給する昇圧回路２を更に備えうる。Ｘ線発生装置１００は、Ｘ線発生管１、駆動回路３および昇圧回路２を収納する収納容器４を更に備えうる。収納容器４の中には、絶縁油が充填されうる。
　図１６には、本発明の一実施形態のＸ線撮像装置２００の構成が示されている。Ｘ線撮像装置２００は、Ｘ線発生装置１００と、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出するＸ線検出装置１１０を備えうる。Ｘ線撮像装置２００は、制御装置１２０および表示装置１３０を更に備えてもよい。Ｘ線検出装置１１０は、Ｘ線検出器１１２と、信号処理部１１４とを含みうる。制御装置１２０は、Ｘ線発生装置１００およびＸ線検出装置１１０を制御しうる。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出あるいは撮像する。信号処理部１１４は、Ｘ線検出器１１２から出力される信号を処理して、処理された信号を制御装置１２０に供給しうる。制御装置１２０は、信号処理部１１４から供給される信号に基づいて、表示装置１３０に画像を表示させる。
　発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims (16)

  1. 　第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、
    　電子放出源を有し、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置された陰極と、
    　前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを有し、前記絶縁管の前記第２開口端を閉塞するように配置された陽極と、
    　前記絶縁管の内側空間において前記陽極から延びた管状導電部材と、を備え、
    　前記絶縁管は、前記第１開口端から離隔しかつ前記第２開口端から離隔した位置に管状リブを含み、
    　前記管状リブは、前記管状導電部材における前記陰極の側の端部から見て放射方向に配置されている、
    　ことを特徴とするＸ線発生管。
  2. 　前記管状導電部材における前記陰極の側の端部は、前記管状リブにおける前記陰極の側の端面を含む第１仮想平面と、前記管状リブにおける前記陽極の側の端面を含む第２仮想平面との間に位置する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
  3. 　前記管状導電部材における前記陰極の側の端面は、前記管状リブにおける前記陰極の側の端面を含む第１仮想平面に属する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
  4. 　前記管状導電部材は、前記管状導電部材の外側面と前記絶縁管の内側面との間に空間が構成されるように配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  5. 　前記管状リブは、前記内側空間に面するように配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  6. 　前記管状リブは、前記絶縁管の外側空間に向けて突出するように配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  7. 　前記管状リブは、前記内側空間に面するように配置された内側管状リブと、前記絶縁管の外側空間に向けて突出するように配置された外側管状リブと、を含む、
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  8. 　前記絶縁管の外側を被覆するように配置され、電位が与えられる被覆部材を更に備え、
    　前記被覆部材のシート抵抗値は、前記絶縁管のシート抵抗値より小さい、
    　ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  9. 　前記被覆部材は、前記陰極および前記陽極に電気的に接続されている、
    　ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生管。
  10. 　前記管状導電部材は、前記電子放出源における前記陽極の側の端部を取り囲むように配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  11. 　第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、
    　電子放出源を有し、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置された陰極と、
    　前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを有し、前記絶縁管の前記第２開口端を閉塞するように配置された陽極と、
    　前記絶縁管の内側空間において前記陽極から延びた管状導電部材と、
    　前記絶縁管の外側を被覆するように配置され、前記絶縁管のシート抵抗値より小さいシート抵抗値を有し、電位が与えられる被覆部材と、を備え、
    　前記絶縁管は、前記管状導電部材における前記陰極の側の端部から見て放射方向に配置された管状リブを含む、
    　ことを特徴とするＸ線発生管。
  12. 　前記被覆部材は、前記陰極および前記陽極に電気的に接続されている、
    　ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線発生管。
  13. 　前記管状導電部材の前記陰極の側の端部は、前記管状リブの前記陰極の側の端面を含む仮想平面と、前記第２開口端を含む仮想平面との間に位置する、
    　ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のＸ線発生管。
  14. 　前記管状導電部材は、前記電子放出源における前記陽極の側の端部を取り囲むように配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
  15. 　請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＸ線発生管と、
    　前記Ｘ線発生管を駆動する駆動回路と、
    　を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
  16. 　請求項１５に記載のＸ線発生装置と、
    　前記Ｘ線発生装置から放射され物体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、
    　を備えることを特徴とするＸ線撮像装置。
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