JP2005038825A - Microfocus x-ray tube and x-ray apparatus using the same - Google Patents

Microfocus x-ray tube and x-ray apparatus using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microfocus X-ray tube which reconciles the miniaturization of dimensions at its focus point and an increase in an X-ray tube current. <P>SOLUTION: An electron focusing system 42 of a cathode in an X-ray tube comprises a cathode 40 for emitting an electron beam 64, three grid electrodes (G1 electrode 50, G2 electrode 52, and G3 electrode 54), and a target 18 of an anode 14. The diameter of the aperture 52a of the G2 electrode 52 is smaller than that of the aperture 50a of the G1 electrode 50, and positive potential with respect to the potential of the cathode 40 is applied to the G1 electrode 50, the G2 electrode 52, and the G3 electrode 54. The electron beam 64 emitted from the cathode 40 is increased in current by enhancing an acceleration electric field generated by the G1 electrode 50, and since electrons in the peripheral area of the electron beam 64 are eliminated not only by the G1 electrode 50 but also by the G2 electrode 52 as a result, focusing with a main lens 67 is conducted effectively without spherical aberrations, and a microfocus electron beam is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、工業用あるいは医療用のX線透視装置などに好適なX線発生装置に係り、特に極めて高輝度のX線を発生することができるX線発生装置及びそれを用いたX線装置に関する。   The present invention relates to an X-ray generator suitable for an industrial or medical X-ray fluoroscopy device, and more particularly to an X-ray generator capable of generating X-rays with extremely high luminance and an X-ray device using the X-ray generator. About.

被検体を透過したX線の線量を測定し、その線量に基づいて画像を作成して、被検体の検査あるいは診断を行うX線装置は、工業用としては種々の製品の異物検査や欠陥検査などに、また医療用としてはX線透視装置やX線撮影装置などに広く応用されている。   X-ray equipment that measures the dose of X-rays that have passed through the subject, creates an image based on that dose, and inspects or diagnoses the subject is a foreign product inspection and defect inspection for various products. For medical purposes, it is widely applied to X-ray fluoroscopy devices and X-ray imaging devices.

このようなX線装置では、被検体内の対象物が微小な場合に、よい検査あるいは診断を行うためには、対象物のできるだけ拡大された像を得ることが望ましい。そのためには、X線発生装置またはそれに用いられるＸ線管において、X線の発生領域であるＸ線源（以下、焦点と呼ぶ）の大きさをできるだけ小さくする必要がある。このような要請を受けて、近年焦点の寸法が10μmというマイクロフォーカスＸ線管が普及し始めている（例えば特許文献１）。   In such an X-ray apparatus, it is desirable to obtain an enlarged image of the object as much as possible in order to perform a good examination or diagnosis when the object in the subject is very small. For this purpose, in the X-ray generator or the X-ray tube used therefor, it is necessary to make the size of an X-ray source (hereinafter referred to as a focal point) that is an X-ray generation region as small as possible. In response to such a request, in recent years, a microfocus X-ray tube having a focus size of 10 μm has begun to spread (for example, Patent Document 1).

一方、高画質の透視像を得るためには、X線を発生させる電子線電流（以下、Ｘ線管電流という）はできるだけ大きいことが要求される。例えば、食品中の異物検査などを感度の低いラインセンサーを使用して検査するX線装置や、生産ライン上を流れている検査物（被検体）の画像をイメージインテンシファイア（I・I）カメラのシャッター機能を使用して一瞬の静止画像として得るインラインの自動検査用X線装置などでは、Ｘ線管電流の大電流化による感度向上が要求される。また、医療用X線装置においても、X線フィルム撮影とX線透視を兼用する機器では、撮影時間を短縮するためにＸ線管電流の大電流化による感度向上が必要となる。   On the other hand, in order to obtain a high-quality fluoroscopic image, it is required that an electron beam current for generating X-rays (hereinafter referred to as an X-ray tube current) be as large as possible. For example, image intensifiers (I / I) for X-ray equipment that uses a low-sensitivity line sensor to inspect foreign substances in foods, and images of specimens (subjects) flowing on the production line In an in-line automatic inspection X-ray apparatus that obtains an instantaneous still image using the shutter function of the camera, an improvement in sensitivity is required by increasing the X-ray tube current. Also in the medical X-ray apparatus, in an apparatus that combines X-ray film imaging and X-ray fluoroscopy, it is necessary to improve sensitivity by increasing the X-ray tube current in order to shorten the imaging time.

しかし、マイクロフォーカスＸ線管では、X線管電流の大電流化を防げる因子として電子線自身の電荷による空間電荷効果がある。これは電子のもつ電荷によりお互いの電子が反発され、電子線のビーム径が大きくなってしまう効果である。本発明の対象となるマイクロフォーカスＸ線管では通常電子線を集束するために電界または磁界のレンズ作用を利用しているので、上記の空間電荷効果により、Ｘ線管電流の大電流化と小焦点にするための電子線のビーム径の小径化とは相反発するものとなっている。すなわち、電子線のビーム電流（Ｘ線管電流）が少ない場合には電界または磁界のレンズ作用が空間電荷効果による電子相互の反発作用に打ち勝つことができるため電子線の集束を十分に行うことができるが、電子線のビーム電流が多くなると、上記のレンズ作用が機能しなくなり、電子線の集束を十分に行うことができなくなってしまうという問題がある。   However, in the microfocus X-ray tube, there is a space charge effect due to the charge of the electron beam itself as a factor that prevents an increase in the X-ray tube current. This is an effect that electrons are repelled by charges of electrons and the beam diameter of the electron beam is increased. Since the microfocus X-ray tube which is the subject of the present invention normally uses a lens action of an electric field or a magnetic field to focus an electron beam, the space charge effect makes it possible to increase and decrease the X-ray tube current. This is contrary to the reduction of the beam diameter of the electron beam for focusing. That is, when the electron beam current (X-ray tube current) is small, the lens action of the electric field or magnetic field can overcome the repulsive action of electrons due to the space charge effect, so that the electron beam can be sufficiently focused. However, when the beam current of the electron beam is increased, the above lens action does not function, and there is a problem that the electron beam cannot be sufficiently focused.

本発明の対象とするマイクロフォーカスＸ線管の場合のような極めて小さい焦点を得るための電子集束方法としては、複数の電極を用いて電界レンズを形成する方法がある。この方式の従来技術の代表的なものに陰極線管（Cathode Ray Tube、以下CRTと略称する）用の電子銃がある。以下、CRT用電子銃の構造、動作について簡単に説明する。図12に、CRT用電子銃で最も基本的なIn−line型電子銃の概略構成を示す。図12において、この電子銃200は、カソード202と4個のグリッド電極204、206、208、210とから構成される。カソード202の電子放射面202aから放射された電子線212はカソード202と4個のグリッド204、206、208、210で形成される電子レンズによって集束されて細いビームとなり、蛍光面222に衝突し、蛍光面222上の蛍光体を発光させる。   As an electron focusing method for obtaining an extremely small focus as in the case of the microfocus X-ray tube which is the subject of the present invention, there is a method of forming an electric field lens using a plurality of electrodes. A typical example of this type of prior art is an electron gun for a cathode ray tube (CRT). The structure and operation of the CRT electron gun will be briefly described below. FIG. 12 shows a schematic configuration of the most basic in-line type electron gun for a CRT electron gun. In FIG. 12, the electron gun 200 includes a cathode 202 and four grid electrodes 204, 206, 208 and 210. The electron beam 212 radiated from the electron emission surface 202a of the cathode 202 is focused by an electron lens formed by the cathode 202 and the four grids 204, 206, 208, 210 to form a thin beam, and collides with the phosphor screen 222. The phosphor on the phosphor screen 222 is caused to emit light.

図１２において、4個のグリッド電極204、206、208、210はカソード202から近い順に第1グリッド電極（以下、G1と略称する）204、第2グリッド電極（以下、G2と略称する）206、第3グリッド電極（以下、G3と略称する）208、第4グリッド電極（以下、G4と略称する）210と呼ばれ、それぞれ電子銃200の中心軸に沿って開口204a、206a、208a、210aを有する。電子銃200の5個の電極のうち、カソード202とG１204とG２206の3個の電極によって構成される部分は３極部と呼ばれ、この部分にカソードレンズ214が形成される。また、G２206とG３208との間にはプリフォーカスレンズ216が、G３208とG４210との間には主レンズ218がそれぞれ形成される。   In FIG. 12, four grid electrodes 204, 206, 208, and 210 are a first grid electrode (hereinafter abbreviated as G 1) 204, a second grid electrode (hereinafter abbreviated as G 2) 206 in order from the cathode 202. It is called a third grid electrode (hereinafter abbreviated as G3) 208 and a fourth grid electrode (hereinafter abbreviated as G4) 210, and the openings 204a, 206a, 208a, 210a are formed along the central axis of the electron gun 200, respectively. Have. Of the five electrodes of the electron gun 200, a portion constituted by the three electrodes of the cathode 202, G1204, and G2206 is called a tripolar portion, and a cathode lens 214 is formed in this portion. A prefocus lens 216 is formed between G2206 and G3208, and a main lens 218 is formed between G3208 and G4210.

カソード202は酸化物または含浸形カソードのような熱陰極であり、1000K以上の高温で、空間電荷制限領域で用いられる。カソード202からの電子線の電流量は映像信号を増幅した電圧をカソード202に印加することによって制御される。この電流量はカソード電圧が低いほど増大する。G１204には常にカソード202より低い電圧が与えられ、またG２206にはカソード202の電位に対し400〜1000Ｖ程度高い加速電圧が与えられ、カソード202からの電流は、Ｇ１204の開口204ａを通ってビームとなってＧ２206側に引き出される。この電子線は上記のカソードレンズ214によっていったん集束され、Ｇ２206付近でクロスオーバー（交差点）220を形成し、その後発散しながら上記の主レンズ218に入射する。主レンズ218への入射前に上記のプリフォーカスレンズ216によって若干の集束作用を受ける。上記の3極部とプリフォーカスレンズ216を合わせてビーム形成領域と呼ぶこともある。   Cathode 202 is a hot cathode such as an oxide or impregnated cathode and is used in the space charge limited region at a high temperature of 1000K or higher. The amount of electron beam current from the cathode 202 is controlled by applying a voltage obtained by amplifying the video signal to the cathode 202. This amount of current increases as the cathode voltage decreases. G1204 is always given a voltage lower than that of the cathode 202, and G2206 is given an acceleration voltage about 400 to 1000V higher than the potential of the cathode 202. The current from the cathode 202 is applied to the beam through the opening 204a of the G1204. It is pulled out to the G2206 side. The electron beam is once focused by the cathode lens 214, forms a crossover 220 in the vicinity of G2206, and then enters the main lens 218 while diverging. Before being incident on the main lens 218, the prefocus lens 216 receives a slight focusing action. The tripolar portion and the prefocus lens 216 may be collectively referred to as a beam forming region.

主レンズ218は物点であるクロスオーバー220を蛍光面222上に像点224として投射するレンズである。すなわち、主レンズ218はクロスオーバー220から発散しながら入射してきた電子線212を集束させて、蛍光面222上に微小スポットの像点224を形成する役割を持つ。Ｇ３208には5〜10ｋＶの電圧（フォーカス電圧）が印加され、G４210には20〜30kVの最終加速電圧が印加され、この電位差によって主レンズ218が形成される。電子線212はＧ４210を通過した後は、無電界空間中を蛍光面222まで走行し、蛍光面222上に像点224を形成する。
特開２００１−２７３８６０号公報 The main lens 218 is a lens that projects a crossover 220, which is an object point, onto the phosphor screen 222 as an image point 224. That is, the main lens 218 has a role of focusing the incident electron beam 212 while diverging from the crossover 220 to form an image point 224 of a minute spot on the phosphor screen 222. A voltage (focus voltage) of 5 to 10 kV is applied to G3208, and a final acceleration voltage of 20 to 30 kV is applied to G4210, and the main lens 218 is formed by this potential difference. After passing through G4210, the electron beam 212 travels through the non-electric field space to the phosphor screen 222, and forms an image point 224 on the phosphor screen 222.
JP 2001-273860 A

上記した従来のCRT用電子銃200では、通常電子線212のビーム径を像点224において100μm程度に集束することを想定しているため、10μm以下の焦点寸法を要求しているマイクロフォーカスＸ線管にそのまま適用することはできない。この電子線212のビーム径が大きくなる原因は、主に上記の空間電荷効果とレンズの球面収差による。空間電荷効果は電子線212を構成する電子自身の電荷による互いの反発作用であるが、この反発作用はビーム径を小さく集束しようとすればするほど大きくなり、電子線212の集束は困難になる。また、この空間電荷効果は電子線212の電流が大きい程大きくなるものであり、マイクロフォーカスＸ線管に要求される二つの特性の微小焦点と大電流とは相反する特性である。   In the conventional CRT electron gun 200 described above, since it is assumed that the beam diameter of the electron beam 212 is normally focused to about 100 μm at the image point 224, a microfocus X-ray that requires a focal size of 10 μm or less. It cannot be applied directly to the tube. The cause of the increase in the beam diameter of the electron beam 212 is mainly due to the space charge effect and the spherical aberration of the lens. The space charge effect is a repulsive action of the electrons constituting the electron beam 212, but the repulsive action becomes larger as the beam diameter is made smaller and focusing becomes difficult. . The space charge effect increases as the current of the electron beam 212 increases, and the two characteristics required for the microfocus X-ray tube are contradictory to the large current.

一方、レンズの球面収差は、電子線212を構成する電子の軌道がカソード202と4個のグリッド電極204、206、208、210から成る電子集束系の中心軸から離れている場合に発生するものであり、電子光学系により電子線212を集束する場合には避けられないものである。球面収差をできるだけ小さくするためには、電子線212がレンズ領域に入射する際のビーム径をできるだけ小さくし、それぞれの電子に電子光学系の中心軸からできるだけ離れない電子軌道を描かせるようにすればよいと考えられる。   On the other hand, the spherical aberration of the lens occurs when the electron trajectory constituting the electron beam 212 is away from the central axis of the electron focusing system composed of the cathode 202 and the four grid electrodes 204, 206, 208, 210. This is unavoidable when the electron beam 212 is focused by the electron optical system. In order to minimize the spherical aberration, the beam diameter when the electron beam 212 enters the lens region is made as small as possible so that each electron can draw an electron trajectory that is as far as possible from the central axis of the electron optical system. I think it would be good.

以上のことを考慮して、本発明では、マイクロフォーカスＸ線管の相反する特性である微小焦点と大電流の問題を解決し、微小焦点、大電流を得る電子集束系を備えたマイクロフォーカスＸ線管とそれを用いたＸ線装置を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention solves the problem of micro focus and large current, which are contradictory characteristics of the micro focus X-ray tube, and provides a micro focus X having an electron focusing system that obtains micro focus and large current. An object is to provide a tube and an X-ray apparatus using the same.

上記目的を達成するため、本発明のマイクロフォーカスＸ線管は、電子線を発生するカソードと、前記電子線を細いビームに集束するために前記電子線の経路に配置される複数個のグリッド電極から成る電子集束系と、前記電子線が衝突することによりX線を発生する陽極と、前記カソードと前記電子集束系と前記陽極を真空気密に封入する外囲器とを備え、前記電子集束系の複数個のグリッド電極はそれぞれ前記電子線を通過させるための開口を有し、それぞれのグリッド電極に前記カソードを基準にして電位を印加することにより前記電子線を集束するための電子レンズを形成するマイクロフォーカスX線管において、前記電子集束系は少なくとも３個のグリッド電極から成り、前記グリッド電極のうちの前記カソードに第２番目に近接するグリッド電極（以下、第２グリッド電極という）の開口径を、前記カソードに最も近接するグリッド電極（以下、第１グリッド電極という）の開口径より小さくしたものである（請求項1）。   In order to achieve the above object, a microfocus X-ray tube according to the present invention includes a cathode for generating an electron beam, and a plurality of grid electrodes disposed in a path of the electron beam to focus the electron beam into a narrow beam. An electron focusing system comprising: an anode that generates X-rays when the electron beam collides; and a cathode, the electron focusing system, and an envelope that encloses the anode in a vacuum-tight manner. Each of the plurality of grid electrodes has an opening for allowing the electron beam to pass therethrough, and an electron lens for focusing the electron beam is formed by applying a potential to each grid electrode with respect to the cathode. In the microfocus X-ray tube, the electron focusing system includes at least three grid electrodes, and is second closest to the cathode of the grid electrodes. Grid electrode (hereinafter, referred to as a second grid electrode) the opening diameter of the closest grid electrode to the cathode (hereinafter referred to as the first grid electrode) is obtained by less than the opening diameter of (claim 1).

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記第2グリッド電極の開口径を、前記第1グリッド電極の開口径の1／2以下としたものである。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the aperture diameter of the second grid electrode is further set to be 1/2 or less of the aperture diameter of the first grid electrode.

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、前記第１グリッド電極に、前記カソードの電位に対し正の電位を印加している（請求項2）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, a positive potential is applied to the first grid electrode with respect to the potential of the cathode (claim 2).

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記第1グリッド電極に印加する電位（以下、第1グリッド電極電位という）と前記第2グリッド電極に印加する電位（以下、第2グリッド電極電位という）と前記カソードに第3番目に近接するグリッド電極（以下、第3グリッド電極という）に印加する電位（以下、第3グリッド電極電位という）を前記カソードの電位に対し、正の電位とするものである。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the potential applied to the first grid electrode (hereinafter referred to as the first grid electrode potential) and the potential applied to the second grid electrode (hereinafter referred to as the second grid electrode potential). And the potential applied to the grid electrode (hereinafter referred to as the third grid electrode) that is the third closest to the cathode (hereinafter referred to as the third grid electrode potential) is a positive potential with respect to the cathode potential. Is.

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記電子集束系の複数個のグリッド電極のうち少なくとも第１グリッド電極と第２グリッド電極を融点2000℃以上の高融点金属材料またはその合金で構成したものである（請求項3）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes of the electron focusing system are made of a refractory metal material having a melting point of 2000 ° C. or higher or an alloy thereof. (Claim 3).

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記高融点金属材料はモリブデン、タングステン、またはタンタルのうちの一つである。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the refractory metal material is one of molybdenum, tungsten, or tantalum.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、更に前記複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極の表面に放熱処理を施したものである（請求項4）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, at least the surfaces of the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes are subjected to heat dissipation treatment (claim 4).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、更に前記放熱処理は黒化処理または粗面化処理のうちの一つである。 In the microfocus X-ray tube of the present invention, the heat dissipation process is one of a blackening process or a roughening process.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、更に前記複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極に放熱フィンを取り付けたものである（請求項5）。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, heat radiation fins are further attached to at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes (claim 5).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、更に前記複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極に表面の放熱処理及び放熱フィンの取りつけを行うものである。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, the surface heat radiation treatment and the radiation fins are attached to at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes.

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記電子集束系において電子線を集束するための最終加速電圧として前記陽極に印加されるＸ線管電圧を利用するものである。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, an X-ray tube voltage applied to the anode is used as a final acceleration voltage for focusing the electron beam in the electron focusing system.

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、更に前記陽極を回転陽極構造とするものである。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, the anode further has a rotating anode structure.

また、本発明のＸ線発生装置は、微小焦点を有する本発明に係るマイクロフォーカスX線管と、該マイクロフォーカスＸ線管に高電圧を供給する高電圧電源部と、前記マイクロフォーカスX線管の陰極の複数個のグリッド電極にグリッド電圧を供給するグリッド電源部と、前記マイクロフォーカスＸ線管の電極を絶縁支持する電極絶縁支持部と、前記マイクロフォーカスＸ線管と前記高電圧電源部と前記グリッド電源部と前記電極絶縁支持部を内包し支持する筺体と、前記筐体内に充填され、前記マイクロフォーカスＸ線管およびその他構成要素を浸漬して絶縁する絶縁油と、該絶縁油の膨張、収縮を緩衝するために前記筺体に取り付けられたベローズを含むものである（請求項６）。   The X-ray generator of the present invention includes a microfocus X-ray tube according to the present invention having a micro focus, a high-voltage power supply unit that supplies a high voltage to the microfocus X-ray tube, and the microfocus X-ray tube A grid power supply for supplying a grid voltage to a plurality of grid electrodes of the cathode of the electrode, an electrode insulation support for insulatingly supporting the electrodes of the microfocus X-ray tube, the microfocus X-ray tube and the high voltage power supply A casing that encloses and supports the grid power supply unit and the electrode insulating support unit, an insulating oil that is filled in the casing and that immerses and insulates the microfocus X-ray tube and other components, and expansion of the insulating oil And a bellows attached to the housing for buffering the contraction (Claim 6).

また、本発明のＸ線発生装置では、更に、マイクロフォーカスＸ線管の陽極は回転陽極構造であり、前記筺体内に前記マイクロフォーカスＸ線管の陽極を回転駆動するためのステータと、該ステータに印加する電圧を供給するためのステータ電源が内包される。   Further, in the X-ray generator of the present invention, the anode of the microfocus X-ray tube has a rotating anode structure, a stator for rotationally driving the anode of the microfocus X-ray tube in the housing, and the stator A stator power supply for supplying a voltage to be applied to is included.

また、本発明のＸ線装置は、X線を発生する本発明に係るＸ線発生装置と、前記X線発生装置から発生し、被検体を透過したX線を検出するX線検出装置と、前記X線検出装置から出力される検出X線量に対応する信号を入力して前記披検体のX線画像を作成する画像形成装置と、前記X線発生装置、前記X線検出装置および前記画像形成装置を制御する制御装置とを有する（請求項７）。   An X-ray apparatus of the present invention includes an X-ray generation apparatus according to the present invention that generates X-rays, an X-ray detection apparatus that detects X-rays generated from the X-ray generation apparatus and transmitted through the subject, An image forming apparatus for generating an X-ray image of the specimen by inputting a signal corresponding to a detected X-ray dose output from the X-ray detection apparatus, the X-ray generation apparatus, the X-ray detection apparatus, and the image formation And a control device for controlling the device (claim 7).

本発明のマイクロフォーカスX線管では、その陰極の電子集束系を構成する第2グリッド電極の開口径を第１グリッド電極の開口径より小さくしているので、カソードの電子放射面から放射された電子線のうち、中心軸から離れた外側の電子は、先ず第1グリッド電極の開口の近傍に衝突して除去され、次に第2グリッド電極の開口の近傍に衝突して除去されることになり、第2グリッド電極の開口を通過した電子線は、大部分が中心軸に近い軌道を走行する電子で構成されることになる。その結果、その後に形成されている電子レンズ（主レンズ）による集束において、球面収差が殆んどなく集束されるので、陽極のターゲット上に非常に小さい焦点を形成することができる（請求項1）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, since the aperture diameter of the second grid electrode constituting the electron focusing system of the cathode is made smaller than the aperture diameter of the first grid electrode, it is emitted from the electron emission surface of the cathode. Out of the electron beam, electrons outside the central axis are first removed by colliding with the vicinity of the opening of the first grid electrode, and then by colliding with the vicinity of the opening of the second grid electrode. Thus, most of the electron beam that has passed through the opening of the second grid electrode is made up of electrons that travel on an orbit close to the central axis. As a result, in the focusing by the electron lens (main lens) formed thereafter, the spherical aberration is almost completely focused, so that a very small focal point can be formed on the anode target (claim 1). ).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、更に第2グリッド電極の開口径を第1グリッド電極の開口径の1／2以下としているので、第2グリッド電極による電子線のうちの外周部の電子の除去作用は、この範囲で効果的に働く。第2グリッド電極の開口径が第1グリッド電極の開口径の1／2より大きい範囲ではその開口の近傍部への電子線の衝突は少なく、第1グリッド電極の開口径の1／2より小さくなるにつれて電子線の衝突が急激に多くなり、電子線のうちの外周部の電子の除去作用は顕著に向上する。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, the opening diameter of the second grid electrode is set to 1/2 or less of the opening diameter of the first grid electrode. The electron removal action works effectively in this range. In the range where the opening diameter of the second grid electrode is larger than 1/2 of the opening diameter of the first grid electrode, the collision of the electron beam to the vicinity of the opening is small and smaller than 1/2 of the opening diameter of the first grid electrode. As the electron beam collides, the number of collisions of electron beams increases rapidly, and the action of removing electrons from the outer periphery of the electron beam is significantly improved.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、その陰極の第2グリッド電極の開口径を第1グリッド電極の開口径より小さくし、第1グリッド電極にカソードの電位に対し正の電位を印加しているので、第1グリッド電極の電位がカソードの電子放射面から放射された電子線を第1グリッド電極に向けて加速して、X線管電流を増加させるとともに、第1グリッド電極と第2グリッド電極がその開口の近傍で電子線の中心軸から離れた外側の軌道を走行する電子を効率良く除去して、焦点寸法の微小化をはかることができる（請求項2）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the aperture diameter of the cathode second grid electrode is made smaller than the aperture diameter of the first grid electrode, and a positive potential is applied to the first grid electrode with respect to the cathode potential. Therefore, the potential of the first grid electrode accelerates the electron beam emitted from the electron emission surface of the cathode toward the first grid electrode to increase the X-ray tube current, and the first grid electrode and the second grid electrode The grid electrode can efficiently remove the electrons traveling on the outer orbit away from the central axis of the electron beam in the vicinity of the opening, thereby miniaturizing the focal dimension (claim 2).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、その陰極の電子集束系のグリッド電極への電圧印加において、第1グリッド電極電位と第2グリッド電極電位と第3グリッド電極電位をカソードの電位に対し、正の電位としているので、正電位の第1グリッド電極電位と第2グリッド電極電位によってX線管電流を大きくするとともに、正電位の第3グリッド電極電位によって第2グリッド電極と第3グリッド電極と陽極のターゲットで形成される主レンズによる電子線の過集束を防止することができる。すなわち、X線管では陽極電位が非常に高いため、第3グリッド電極電位を負にした場合には、主レンズによる電子線の集束が過集束となり、焦点寸法が大きくなってしまうので、第3グリッド電極電位も正の電位とすることにより、適正な主レンズが形成され、電子線が適正に集束される。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, the first grid electrode potential, the second grid electrode potential, and the third grid electrode potential are set to the cathode potential in the voltage application to the grid electrode of the electron focusing system of the cathode. Since the positive potential is increased, the X-ray tube current is increased by the positive first grid electrode potential and the second grid electrode potential, and the second and third grid electrodes are increased by the positive third grid electrode potential. And overfocusing of the electron beam by the main lens formed by the anode target can be prevented. That is, since the anode potential is very high in the X-ray tube, if the third grid electrode potential is negative, the focusing of the electron beam by the main lens becomes overfocusing, and the focal size becomes large. By setting the grid electrode potential to a positive potential, an appropriate main lens is formed, and the electron beam is properly focused.

また、本発明のマイクロフォーカスＸ線管では、その陰極の電子集束系の第１グリッド電極と第２グリッド電極を融点2000℃以上の高融点金属材料またはその合金で構成しているので、両グリッド電極の開口の近傍がカソードから放射された一部の電子線の衝突によって加熱されて温度上昇しても、熱変形や2次電子放出などが起らず、X線管の焦点寸法およびX線管電流などの特性は安定した動作を示すことができる（請求項3）。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the first grid electrode and the second grid electrode of the electron focusing system of the cathode are made of a refractory metal material having a melting point of 2000 ° C. or higher or an alloy thereof. Even if the vicinity of the electrode opening is heated by the collision of some electron beams emitted from the cathode and the temperature rises, thermal deformation and secondary electron emission do not occur. Characteristics such as tube current can show stable operation (claim 3).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、第1グリッド電極と第2グリッド電極を構成する高融点金属材料として、モリブデン、タングステン、またはタンタルのうちの一つを採用しているので、両グリッド電極の開口の近傍に電子線の一部が衝突しても熱変形や2次電子放出などを起こさず、安定した動作を維持することができる。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, one of molybdenum, tungsten, or tantalum is used as the refractory metal material constituting the first grid electrode and the second grid electrode. Even if a part of the electron beam collides with the vicinity of the opening of the electrode, stable operation can be maintained without causing thermal deformation or secondary electron emission.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極の表面に放熱処理を施しているので、両グリッド電極の放熱が十分行われることにより、温度上昇が抑制され、両グリッド電極に電子線の一部が衝突しても熱変形や2次電子放出などを起こさず、また両グリッド電極を支持する絶縁物の過熱も防止されるため、X線管は安定した動作を維持することができる。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, since heat treatment is performed on the surfaces of at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes, the heat radiation of both grid electrodes is sufficiently performed. This suppresses the temperature rise, prevents thermal deformation and secondary electron emission even if part of the electron beam collides with both grid electrodes, and prevents overheating of the insulator supporting both grid electrodes. The X-ray tube can maintain stable operation.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極の表面の放熱処理として黒化処理または租面化処理を行っているので、両グリッド電極の放熱が十分に行われることにより、温度上昇が抑制され、熱変形や2次電子放出などを起こさず、また両グリッド電極を支持する絶縁物の過熱も防止されるため、安定した動作を維持することができる。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, the blackening process or the roughening process is performed as the heat dissipation process on the surfaces of at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes. Sufficient heat dissipation of the grid electrode suppresses temperature rise, does not cause thermal deformation or secondary electron emission, and prevents overheating of the insulator that supports both grid electrodes, so stable operation Can be maintained.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極に放熱フィンを取り付けているので、両グリッド電極の放熱が十分行われることにより、温度上昇は抑制され、両グリッド電極に電子線の一部が衝突しても熱変形や2次電子放出などを起こさず、また両グリッド電極を支持する絶縁物の過熱を防止するため、X線管は安定した動作を維持することができる（請求項5）。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, since the heat radiation fins are attached to at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes, the heat radiation of both grid electrodes is sufficiently performed, X-rays are used to prevent temperature rise, prevent thermal deformation and secondary electron emission even if part of the electron beam collides with both grid electrodes, and prevent overheating of the insulator that supports both grid electrodes. The tube can maintain stable operation (claim 5).

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、その陰極の電子集束系における電子線を集束するための最終加速電圧として、陽極に印加されるX線管電圧を利用しているので、電子集束系の主レンズの形成するために、特別に追加のグリッド電極を設けることも、またこれに印加するグリッド電圧の電源を設けることも不要となり、X線管およびX線発生装置の簡略化並びにコストの低減が図ることができる。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the X-ray tube voltage applied to the anode is used as the final acceleration voltage for focusing the electron beam in the cathode electron focusing system. In order to form the main lens, it is not necessary to provide a special additional grid electrode or a power source for the grid voltage applied to the main lens, simplifying the X-ray tube and the X-ray generator and reducing the cost. Reduction can be achieved.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管では、陽極を回転陽極構造としているので、ターゲット上の電子線の衝突する焦点位置が回転移動するため、実効的な焦点面積は固定陽極構造のものに比べて格段に大きくなり、耐負荷性を大幅に向上することができる。   Further, in the microfocus X-ray tube of the present invention, since the anode has a rotating anode structure, the focal position where the electron beam collides with the target rotates, so that the effective focal area is larger than that of the fixed anode structure. The load resistance can be greatly improved.

また、本発明のX線発生装置では、微小焦点を有する本発明に係るマイクロフォーカスX線管と共に、高電圧電源部やグリッド電源部などを一つの筺体内に収容して一体に纏められているので、低圧交流電圧供給用の電源コードを接続するのみで、マイクロフォーカスX線管を駆動させることができる。その結果、X線発生装置は非常にコンパクトに纏まり、その取り扱いは非常に簡便になっている（請求項6）。   Further, in the X-ray generator of the present invention, together with the microfocus X-ray tube according to the present invention having a micro focus, a high voltage power supply unit, a grid power supply unit, and the like are accommodated in one casing and integrated together. Therefore, the microfocus X-ray tube can be driven only by connecting a power cord for supplying a low voltage AC voltage. As a result, the X-ray generator is very compact and easy to handle (claim 6).

また、本発明のX線発生装置では、マイクロフォーカスX線管の陽極が回転陽極構造であるので、X線管の実効的な焦点寸法を固定陽極構造のものに比べて格段に大きくすることができ、耐負荷性を大幅に向上することができる。   In the X-ray generator of the present invention, since the anode of the microfocus X-ray tube has a rotating anode structure, the effective focal size of the X-ray tube can be significantly increased compared to that of the fixed anode structure. And the load resistance can be greatly improved.

また、本発明のX線装置は、本発明に係るマイクロフォーカスX線管を内包するX線発生装置を用いているので、10μm以下の焦点寸法と実用的な値のX線管電流が得られ、このX線装置を用いて、微小焦点によるX線拡大撮影による精密診断や工業製品などの微細な内部構造の非破壊検査などを効果的に実施することができる（請求項7）。   In addition, since the X-ray apparatus of the present invention uses the X-ray generator including the microfocus X-ray tube according to the present invention, a focal dimension of 10 μm or less and a practical value of the X-ray tube current can be obtained. Using this X-ray apparatus, it is possible to effectively carry out precision diagnosis by X-ray magnified photography with a micro focus and non-destructive inspection of minute internal structures of industrial products (Claim 7).

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、図1〜図3を用いて、本発明に係るマイクロフォーカスＸ線管の第1の実施例の構造および動作について説明する。図1は本発明に係るマイクロフォーカスＸ線管の第1の実施例の全体構造図、図2は図1の要部である陰極部の拡大断面図、図3は図1の要部となる電子集束系の構成を説明するための図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the structure and operation of the first embodiment of the microfocus X-ray tube according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall structural view of a first embodiment of a microfocus X-ray tube according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a cathode part which is a main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a main part of FIG. It is a figure for demonstrating the structure of an electron focusing system.

図1において、本実施例のマイクロフォーカスＸ線管（以下、Ｘ線管と略称する）10は、電子線を発生する陰極12と、電子線が衝突してＸ線を発生する陽極14と、陰極12と陽極14を真空気密に内包し、絶縁支持する外囲器16とから構成される。本実施例のＸ線管10では、マイクロフォーカスを形成するための陰極12の構成に特徴があるので、その構成、動作については後で図２、図3を用いて詳しく説明する。それに先立って、図1により他の部分の構造を説明する。   In FIG. 1, a microfocus X-ray tube (hereinafter abbreviated as an X-ray tube) 10 of the present embodiment includes a cathode 12 that generates an electron beam, an anode 14 that generates an X-ray when the electron beam collides, It comprises an envelope 16 that encloses the cathode 12 and the anode 14 in a vacuum-tight manner and supports them in an insulating manner. The X-ray tube 10 of this embodiment is characterized by the configuration of the cathode 12 for forming the microfocus, and the configuration and operation will be described in detail later with reference to FIGS. Prior to that, the structure of other parts will be described with reference to FIG.

図1において、陽極14は回転陽極形の構造を採用している。この陽極（以下、回転陽極とも呼ぶ）14はこれに限定されず、固定陽極形のものでもよい。しかし、本発明のＸ線管の特徴となる小焦点、大電流の特性を有効に活用するためには回転により実効的な焦点面積が大きくなる回転陽極形のものの方が格段に有利である。回転陽極14はＸ線発生源となるターゲット18と、ターゲット18を支持するロータ20と、ロータ20を支持する回転軸22と、回転軸22を回転自在に支持する軸受24と、軸受24を支持する固定部26などから構成される。この回転陽極14は全体としては、汎用の医療用回転陽極Ｘ線管の回転陽極とほぼ同じ構造をしている。ターゲット18は傘型で円盤状をしており、タングステンなどの高原子番号で、高融点の金属材料から成る。ターゲット18の傾斜面には、陰極12からビーム状の電子線が衝突し、焦点28を形成する。ロータ20はターゲット18を支持する細径部20ａと、ロータ10の外周に配置されるステータとの組み合わせでモータを構成する大径部20ｂを有する。細径部20ａはモリブデンなどの高融点で高強度の金属材料から成る。大径部20ｂは底付きの円筒形状をしていて、円筒部は主として銅などの高導電性の金属材料から成り、底部はモリブデンやステンレスなどの高強度材料から成る。大径部20ｂは、その底部において細径部20ａと結合されている。回転軸22はロータ20の大径部20bの底部と結合する円板状の部分と、軸受24の内輪と結合する細径棒状の部分とを有し、高強度の鋼材などから成る。軸受24は内輪、ボール、外輪などから構成され、その材料は高強度の鋼材などから成る。軸受24は真空中で使用されるため、銀、鉛、二硫化モリブデンなどで潤滑されている。軸受24は2個使用されており、回転軸22を2箇所で支持している。固定部26は2個の軸受24の外輪を固定する円筒部26ａと、外囲器16に結合され、陽極電位が付与される陽極端26ｂとから構成される。固定部26は主として銅などの熱伝導性の良い金属材料から成る。   In FIG. 1, the anode 14 adopts a rotary anode type structure. The anode (hereinafter also referred to as a rotating anode) 14 is not limited to this and may be a fixed anode type. However, in order to effectively utilize the characteristics of the small focal point and the large current, which are the characteristics of the X-ray tube of the present invention, the rotating anode type in which the effective focal area increases by rotation is much more advantageous. The rotary anode 14 supports an X-ray generation target 18, a rotor 20 that supports the target 18, a rotary shaft 22 that supports the rotor 20, a bearing 24 that rotatably supports the rotary shaft 22, and a bearing 24. It comprises a fixed part 26 and the like. The rotary anode 14 as a whole has substantially the same structure as the rotary anode of a general-purpose medical rotary anode X-ray tube. The target 18 is an umbrella-shaped disk and is made of a metal material having a high atomic number such as tungsten and having a high melting point. A beam-shaped electron beam collides with the inclined surface of the target 18 from the cathode 12 to form a focal point 28. The rotor 20 has a large-diameter portion 20b that constitutes a motor by combining a small-diameter portion 20a that supports the target 18 and a stator that is disposed on the outer periphery of the rotor 10. The small diameter portion 20a is made of a high melting point and high strength metal material such as molybdenum. The large-diameter portion 20b has a bottomed cylindrical shape. The cylindrical portion is mainly made of a highly conductive metal material such as copper, and the bottom portion is made of a high-strength material such as molybdenum or stainless steel. The large diameter portion 20b is coupled to the small diameter portion 20a at the bottom. The rotating shaft 22 has a disk-shaped portion that is coupled to the bottom of the large-diameter portion 20b of the rotor 20 and a thin-diameter rod-shaped portion that is coupled to the inner ring of the bearing 24, and is made of a high-strength steel material or the like. The bearing 24 is composed of an inner ring, a ball, an outer ring and the like, and the material thereof is composed of a high strength steel material or the like. Since the bearing 24 is used in a vacuum, it is lubricated with silver, lead, molybdenum disulfide, or the like. Two bearings 24 are used, and the rotating shaft 22 is supported at two locations. The fixed portion 26 is composed of a cylindrical portion 26a for fixing the outer rings of the two bearings 24, and an anode end 26b that is coupled to the envelope 16 and to which an anode potential is applied. The fixing portion 26 is mainly made of a metal material having good thermal conductivity such as copper.

次に、外囲器16は回転陽極14のターゲット18と陰極12の先端部を囲み、アース電位に保持される大径部30と、回転陽極14の固定部26と結合されて、これを絶縁支持する陽極絶縁部32と、陰極12を絶縁支持する陰極絶縁部34とから構成される。大径部30は大径の円板30ａと大径肉厚の円筒30ｂとが結合されたものであり、円板30ａと円筒30ｂは銅やステンレス鋼などの金属材料から成る。円板３０ａのターゲット18上の焦点２８に近接する部分に設けた円形の開口にＸ線放射窓36が取り付けられている。Ｘ線放射窓３６はＸ線透過性の良いベリリウムなどから成り、窓枠などを介して、溶接またはろう付けによって円板30ａの開口に結合されている。円筒30ｂの肉厚部分にはＸ線管10を支持するために用いられる複数個（例えば、3乃至6個）の穴が中心軸方向に沿ってあけられている。円筒30ｂの開口側（円板30ａと反対側）には、陽極絶縁部32が円筒30ｂと同軸に結合されている。陽極絶縁部32はロータ20の外径より少し太い円筒部32ａと大径部30の円筒30ｂに結合するためにコーン状に広げられたフレア部32ｂと、回転陽極14の固定部26と結合するための陽極接続部32ｃとから構成される。陽極絶縁部32は大部分が耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁物から成り、両端の大径部30や回転陽極14の固定部26との接続部分には絶縁物となじみの良い金属材料が使用されている。大径部30の円筒30ｂの側面には、回転陽極14の中心軸とほぼ直交する方向に、陰極絶縁部34が結合されている。陰極絶縁部34は細い外径の円筒形状をしており、その一端の近傍において大径部30の円筒30ｂの側面に結合され、その他端において陰極12のステム48と結合されている。陰極絶縁部34は大部分が耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁物から成る。また、大径部30の円筒30ｂの側面の陰極絶縁部34と対向する部分に、Ｘ線管10の真空排気に用いられる排気管38が取り付けられている。   Next, the envelope 16 surrounds the target 18 of the rotating anode 14 and the tip of the cathode 12, and is coupled to the large-diameter portion 30 held at the ground potential and the fixed portion 26 of the rotating anode 14 to insulate them. It comprises an anode insulating part 32 for supporting and a cathode insulating part 34 for insulatingly supporting the cathode 12. The large-diameter portion 30 is a combination of a large-diameter disk 30a and a large-diameter thick cylinder 30b, and the disk 30a and the cylinder 30b are made of a metal material such as copper or stainless steel. An X-ray radiation window 36 is attached to a circular opening provided in a portion of the disk 30a close to the focal point 28 on the target 18. The X-ray radiation window 36 is made of beryllium or the like having good X-ray transparency, and is coupled to the opening of the disk 30a by welding or brazing via a window frame or the like. A plurality of (for example, 3 to 6) holes used for supporting the X-ray tube 10 are formed in the thick portion of the cylinder 30b along the central axis direction. An anode insulating portion 32 is coaxially coupled to the cylinder 30b on the opening side of the cylinder 30b (the side opposite to the disk 30a). The anode insulating part 32 is connected to a cylindrical part 32 a slightly thicker than the outer diameter of the rotor 20 and a flare part 32 b which is widened in a cone shape so as to be connected to the cylinder 30 b of the large diameter part 30, and a fixed part 26 of the rotating anode 14. And an anode connecting portion 32c for the purpose. Most of the anode insulation part 32 is made of an insulating material such as heat-resistant glass or ceramic, and a metal material that is compatible with the insulation is used for the connecting part with the large-diameter part 30 on both ends and the fixed part 26 of the rotating anode 14 Has been. A cathode insulating portion 34 is coupled to the side surface of the cylinder 30b of the large diameter portion 30 in a direction substantially perpendicular to the central axis of the rotating anode 14. The cathode insulating portion 34 has a cylindrical shape with a thin outer diameter, and is coupled to the side surface of the cylinder 30b of the large diameter portion 30 in the vicinity of one end thereof and to the stem 48 of the cathode 12 at the other end. The cathode insulating portion 34 is mostly made of an insulating material such as heat resistant glass or ceramic. Further, an exhaust pipe 38 used for evacuating the X-ray tube 10 is attached to a portion of the side surface of the cylinder 30b of the large diameter portion 30 facing the cathode insulating part 34.

次に、図2、図3を用いて、本実施例のＸ線管10の要部である陰極12の構成と動作について説明する。先ず、図2より、Ｘ線管10の陰極12の構造について説明する。図2の中の図2（a）は陰極12全体の構造図で、図2（b）は電子集束系の拡大図である。図2において、陰極12は電子線を発生するカソード40と、電子線を集束する電子集束系42と、電子集束系42の電界を緩和するための電界緩和シールド43と、カソード40を支持するカソード支持体44と、電子集束系42を構成する3個のグリッド電極を絶縁支持する電子集束系絶縁体46と、カソード40や電子集束系42などを支持するステム48などで構成される。   Next, the configuration and operation of the cathode 12, which is a main part of the X-ray tube 10 of this embodiment, will be described with reference to FIGS. First, the structure of the cathode 12 of the X-ray tube 10 will be described with reference to FIG. 2A in FIG. 2 is a structural diagram of the entire cathode 12, and FIG. 2B is an enlarged view of the electron focusing system. In FIG. 2, the cathode 12 includes a cathode 40 that generates an electron beam, an electron focusing system 42 that focuses the electron beam, an electric field relaxation shield 43 that relaxes the electric field of the electron focusing system 42, and a cathode that supports the cathode 40. A support body 44, an electron focusing system insulator 46 that insulates and supports the three grid electrodes constituting the electron focusing system 42, a stem 48 that supports the cathode 40, the electron focusing system 42, and the like are included.

カソード40は、酸化物また含浸形のカソードで、加熱用のヒータ41を備えており、1000K以上の高温で熱電子を放射する。カソード40は底付きの円筒形状をしており、円筒の内側に加熱用のヒータ41が絶縁して配設され、底の外表面（以下、電子放射面という）40ａから熱電子が放射される。カソード40は耐熱性金属材料または絶縁材料から成るカソード支持体44に支持され、更に電子集束系42を介して電子集束系絶縁体46に支持される。電子集束系42は3個のグリッド電極、すなわち第1グリッド電極（以下、Ｇ１電極と略称する）50と、第2グリッド電極（以下、Ｇ２電極と略称する）52と、第3グリッド電極（以下、Ｇ3電極と略称する）54とから構成される。3個のグリッド電極50、52、54はそれぞれ中心部に電子線を通す開口50ａ、52ａ、54ａを有し、カソード40と陽極14のターゲット18との間に、カソード40の側からＧ１電極50、Ｇ２電極52、Ｇ３電極54の順で、適当な間隔をとって同軸に配置される。Ｇ１電極50とＧ２電極52は板状体で、その中心部に小さな開口50ａ、52ａが設けられており、全体としては取り付けなどを考慮してカップ状に形成されている。Ｇ３電極54は中心部に大きな開口54ａが設けられており、全体としては円筒形に近い形状をしている。Ｇ１電極50、Ｇ２電極52、Ｇ３電極54の開口径やそれぞれの間の間隔は後述する如く、所望の焦点寸法やそれぞれのグリッド電極に印加する電圧と関係して決定される。グリッド電極50、52、54の材料としては耐熱性金属材料が使用される。   The cathode 40 is an oxide or impregnated cathode and includes a heater 41 for heating, and emits thermoelectrons at a high temperature of 1000K or higher. The cathode 40 has a bottomed cylindrical shape, and a heater 41 for heating is insulated and disposed inside the cylinder, and thermal electrons are emitted from an outer surface (hereinafter referred to as an electron emission surface) 40a of the bottom. . The cathode 40 is supported by a cathode support 44 made of a refractory metal material or an insulating material, and further supported by an electron focusing system insulator 46 via an electron focusing system 42. The electron focusing system 42 includes three grid electrodes, that is, a first grid electrode (hereinafter abbreviated as G1 electrode) 50, a second grid electrode (hereinafter abbreviated as G2 electrode) 52, and a third grid electrode (hereinafter abbreviated as G1 electrode). , Abbreviated as G3 electrode) 54. Each of the three grid electrodes 50, 52, 54 has openings 50a, 52a, 54a through which electron beams pass in the center, and between the cathode 40 and the target 18 of the anode 14, the G1 electrode 50 is formed from the cathode 40 side. The G2 electrode 52 and the G3 electrode 54 are arranged coaxially at an appropriate interval. The G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 are plate-like bodies and are provided with small openings 50a and 52a at the center thereof, and are formed in a cup shape as a whole in consideration of mounting and the like. The G3 electrode 54 is provided with a large opening 54a in the center, and has a shape close to a cylindrical shape as a whole. As will be described later, the opening diameters of the G1 electrode 50, the G2 electrode 52, and the G3 electrode 54 and the distance between them are determined in relation to the desired focal size and the voltage applied to each grid electrode. As the material of the grid electrodes 50, 52, 54, a heat resistant metal material is used.

電子集束系42とターゲット18との間には、電子集束系42の電界を緩和するためにセラミックなどの絶縁物から成る電界緩和シールド43が配置される。この電界緩和シールド43は円板状をしており、その外周は外囲器16の陰極絶縁部34の一端に直接結合されている。この電界緩和シールド43と陰極絶縁部34との結合体は電子集束系42全体を覆うように配置されている。電界緩和シールド43の中心部にはＧ３電極54の開口54ａよりも直径の大きな開口43ａが設けられており、電界緩和シールド43はその開口43ａが電子集束系42の中心軸と同軸で、Ｇ３電極54の開口54ａに近接するように配置されている。     Between the electron focusing system 42 and the target 18, an electric field relaxation shield 43 made of an insulating material such as ceramic is disposed in order to relax the electric field of the electron focusing system 42. The electric field relaxation shield 43 has a disk shape, and its outer periphery is directly coupled to one end of the cathode insulating portion 34 of the envelope 16. The combined body of the electric field relaxation shield 43 and the cathode insulating part 34 is disposed so as to cover the entire electron focusing system 42. An opening 43a having a diameter larger than the opening 54a of the G3 electrode 54 is provided at the center of the electric field relaxation shield 43. The opening 43a of the electric field relaxation shield 43 is coaxial with the central axis of the electron focusing system 42, and the G3 electrode It arrange | positions so that it may adjoin to 54 opening 54a.

電子集束系42の3個のグリッド電極50，52，54は、その外側に配置された電子集束系絶縁体46によって絶縁して支持される。電子集束系絶縁体46は円筒、または複数個（例えば3乃至6個）の棒状体を環状に配列したもの（ここでは、棒状体を4個配列したものを示している）で、主としてガラスやセラミックなどの絶縁物から成る。グリッド電極50，52，54の支持はグリッド電極50，52，54の外周に結合された支持金具を電子集束系絶縁体46にろう付けしたり、埋め込んだり（加熱して溶着する）して結合することにより行われる。また、カソード支持体44はＧ１電極50に絶縁支持され、Ｇ１電極50を介して電子集束系絶縁体46に支持される。電子集束系絶縁体46のステム48側の端部には、ステム48に接続するための接続金具47が結合される。この接続金具47は円筒形状をした金具で、他のグリッド電極と同様に支持金具を介して電子集束系絶縁体46に結合されている。   The three grid electrodes 50, 52, and 54 of the electron focusing system 42 are insulated and supported by an electron focusing system insulator 46 disposed on the outside thereof. The electron focusing insulator 46 is a cylinder or a plurality of (for example, 3 to 6) rod-like bodies arranged in a ring shape (here, four rod-like bodies are arranged), and is mainly made of glass or Made of an insulator such as ceramic. The grid electrodes 50, 52, 54 are supported by brazing or embedding (heating and welding) the support fittings coupled to the outer periphery of the grid electrodes 50, 52, 54 to the electron focusing system insulator 46. Is done. The cathode support 44 is insulated and supported by the G1 electrode 50, and is supported by the electron focusing system insulator 46 via the G1 electrode 50. A connection fitting 47 for connecting to the stem 48 is coupled to the end of the electron focusing insulator 46 on the stem 48 side. The connection fitting 47 is a cylindrical fitting and is coupled to the electron focusing insulator 46 via a support fitting in the same manner as other grid electrodes.

ステム48は、円板状の支持板58と、この支持板58を貫通してＸ線管内に導かれる複数本の導入リード線60と、支持板58に結合された電子集束系支持体62とから構成される。支持板58はセラミックやガラスなどの絶縁物から成り、導入リード線60は支持板58と熱的になじみの良い金属線から成る。導入リード線60としてはカソード用として1本、ヒータ用として2本、グリッド電極用として3本、その他用（ゲッタ蒸飛用など）として1本以上となるので、兼用のものを考慮しても6本以上必要となる。導入リード線60は支持板58にろう付けまたは溶着により結合、支持される。また、本実施例では電子集束系絶縁体46を支持するために円筒状の電子集束系支持体62が設けられ、この端部に電子集束系絶縁体46の接続金具47が溶接などにより結合されている。陰極12を構成する電極と導入リード線60との接続は電子集束系支持体62または電子集束系絶縁体46の内側で行われる。ステム48は陰極絶縁部34に溶接、ろう付けまたは溶着により結合される。図示の例では、ステム48の支持体58の外周に金属リングをろう付けによって取り付け、陰極絶縁部34の端部にろう付けによって取り付けたリングと溶接によって結合されている。   The stem 48 includes a disk-shaped support plate 58, a plurality of lead wires 60 that pass through the support plate 58 and guided into the X-ray tube, and an electron focusing system support 62 coupled to the support plate 58. Consists of The support plate 58 is made of an insulating material such as ceramic or glass, and the lead-in lead wire 60 is made of a metal wire that is thermally compatible with the support plate 58. There are 1 lead wire 60 for the cathode, 2 for the heater, 3 for the grid electrode, and 1 or more for the other (getter evaporating, etc.). 6 or more are required. The introduction lead wire 60 is coupled and supported to the support plate 58 by brazing or welding. Further, in this embodiment, a cylindrical electron focusing system support 62 is provided to support the electron focusing system insulator 46, and a connection fitting 47 of the electron focusing system insulator 46 is coupled to this end by welding or the like. ing. The connection between the electrode constituting the cathode 12 and the lead-in lead 60 is made inside the electron focusing system support 62 or the electron focusing system insulator 46. The stem 48 is coupled to the cathode insulating portion 34 by welding, brazing or welding. In the illustrated example, a metal ring is attached to the outer periphery of the support body 58 of the stem 48 by brazing, and is joined to the ring attached to the end of the cathode insulating portion 34 by welding.

次に、図3を用いて、図2を参照しながら、本実施例の電子集束系の構成の細部と動作について説明する。図3は本実施例の要部である電子集束系の構成を模式的に示したものである。図3において、カソード40の電子放射面40ａとターゲット18との間に電子集束系42のＧ１電極50とＧ２電極52とＧ３電極54が同軸に順次配列されている。電子線64が通過するそれぞれのグリッド電極50、52、54の開口50ａ、52ａ、54ａの中心は電子集束系42の中心軸に一致させている。図3から判るように、Ｇ２電極52の開口52ａの直径はＧ１電極50の開口50ａの直径より小さくしてある。Ｇ３電極54の開口54ａの直径はＧ１電極50のものより格段に、例えば数倍以上に大きくしてある。Ｇ１電極50とＧ２電極52は厚さ0.2mm以上の薄板を使用しているのに対し、Ｇ３電極54の厚さ（電子集束系の中心軸方向の長さ）は数mmであり、Ｇ１電極50、Ｇ２電極52に比べ格段に厚くなっている。また、電子集束系42の電極間隔は、カソード40とＧ１電極50との間の間隔（以下、Ｋ−Ｇ１間隔と略称する）およびＧ１電極50とＧ２電極52との間の間隔（以下、Ｇ１−Ｇ２間隔と略称する）についてはＧ１電極50、Ｇ２電極52の板厚とほぼ同等の間隔（0.1〜0.5mm）であるのに対し、Ｇ2電極52とＧ3電極54の間の間隔（以下、Ｇ２−Ｇ3間隔と略称する）については1mm以上、Ｇ３電極54と陽極14のターゲット18との間の間隔（以下、Ｇ３−Ａ間隔と略称する）については10ｍｍ以上であり、広い間隔をとっている。   Next, the details and operation of the configuration of the electron focusing system of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 schematically shows a configuration of an electron focusing system which is a main part of the present embodiment. In FIG. 3, the G1 electrode 50, the G2 electrode 52, and the G3 electrode 54 of the electron focusing system 42 are sequentially arranged coaxially between the electron emission surface 40a of the cathode 40 and the target 18. The centers of the openings 50a, 52a, 54a of the grid electrodes 50, 52, 54 through which the electron beam 64 passes are aligned with the central axis of the electron focusing system 42. As can be seen from FIG. 3, the diameter of the opening 52a of the G2 electrode 52 is smaller than the diameter of the opening 50a of the G1 electrode 50. The diameter of the opening 54a of the G3 electrode 54 is significantly larger than that of the G1 electrode 50, for example, several times or more. The G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 use thin plates having a thickness of 0.2 mm or more, whereas the G3 electrode 54 has a thickness (the length in the central axis direction of the electron focusing system) of several millimeters. 50 and G2 electrode 52 are much thicker. Further, the electrode interval of the electron focusing system 42 is the interval between the cathode 40 and the G1 electrode 50 (hereinafter referred to as K-G1 interval) and the interval between the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 (hereinafter referred to as G1). -G2 interval) is approximately the same as the thickness of the G1 electrode 50 and G2 electrode 52 (0.1 to 0.5 mm), whereas the interval between the G2 electrode 52 and the G3 electrode 54 (hereinafter referred to as "G2 interval"). The distance between the G3 electrode 54 and the target 18 of the anode 14 (hereinafter abbreviated as G3-A distance) is 10 mm or more. Yes.

また、電子集束系42の各電極に印加する電圧としては、Ｇ１電極50にはカソード40の電位（以下、カソード電位という）に対し数＋Ｖ程度の正の電位（以下、Ｇ１電位という）が、Ｇ２電極52にはカソード電位に対し数百Ｖ程度の正の電位（以下、Ｇ２電位という）が、Ｇ３電極54にはカソード電位に対し数百Ｖ程度の正の電位（以下、Ｇ３電位という）が、それぞれ印加される。更に、ターゲット18にはＸ線管の動作電圧（本実施例では、カソード電位に対し＋10〜＋150kV程度、以下、Ｘ線管電圧という）が印加される。このようにグリッド電極50、52、54およびターゲット18に電圧を印加することにより、Ｇ１電極50の近くにカソードレンズ65が、Ｇ２電極52の近傍にプリフォーカスレンズ66が、Ｇ３電極54の近くに主レンズ67がそれぞれ形成され、電子線64の集束を行う。上記のグリッド電極50、52、54に印加する電圧の値は所望する焦点寸法や電子線の電流（以下、Ｘ線管電流ともいう）に応じて制御される。   As for the voltage applied to each electrode of the electron focusing system 42, the G1 electrode 50 has a positive potential (hereinafter referred to as G1 potential) of about several volts relative to the potential of the cathode 40 (hereinafter referred to as cathode potential). The G2 electrode 52 has a positive potential of about several hundred volts with respect to the cathode potential (hereinafter referred to as G2 potential), and the G3 electrode 54 has a positive potential of about several hundred volts with respect to the cathode potential (hereinafter referred to as G3 potential). Are applied respectively. Further, an X-ray tube operating voltage (in this embodiment, about +10 to +150 kV with respect to the cathode potential, hereinafter referred to as an X-ray tube voltage) is applied to the target 18. By thus applying voltages to the grid electrodes 50, 52, 54 and the target 18, the cathode lens 65 is located near the G1 electrode 50, the prefocus lens 66 is located near the G2 electrode 52, and the G3 electrode 54 is located nearby. Main lenses 67 are formed to focus the electron beam 64. The value of the voltage applied to the grid electrodes 50, 52 and 54 is controlled in accordance with the desired focal size and electron beam current (hereinafter also referred to as X-ray tube current).

本実施例のＸ線管10の電子集束系42では、微小焦点を得るために、（1）Ｇ２電極52の開口52ａの開口径をＧ１電極50の開口50ａの開口径より小さくしたこと、（2）Ｇ１電極50の電位、すなわちＧ１電位をカソード40の電位より高くしたこと、（3）Ｇ１電極50およびＧ２電極52を高融点金属で構成したこと、などに特徴がある。以下、その内容と効果について詳細に説明する。   In the electron focusing system 42 of the X-ray tube 10 of this embodiment, in order to obtain a micro focus, (1) the opening diameter of the opening 52a of the G2 electrode 52 is made smaller than the opening diameter of the opening 50a of the G1 electrode 50; 2) The potential of the G1 electrode 50, that is, the G1 potential is made higher than the potential of the cathode 40, and (3) the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 are made of a refractory metal. Hereinafter, the contents and effects will be described in detail.

図3において、カソード40をヒータ41で加熱して、その動作温度まで上昇させることにより、カソード40の電子放射面40ａから熱電子が放射され、この熱電子はＧ１電極50の正電位により引き出され、かつ加速されて、電子線64を形成する。この電子線64の電流量は、カソード40が十分に加熱されて動作温度に達しておれば、カソード40の電子放射面40ａの前面の電界強度の3／２乗に比例する。従って、より多くのX線管電流を得るためには、Ｇ１電極50に正電位を印加して、電子放射面40ａの前面の電界強度をより高くすることは有効な手段となる。本実施例では上記の如く、カソード40に対し約数＋V程度の正の電位をＧ1電極50に印加しているので、カソード40の電子放射面40aの前面には加速電界が形成され、X線管電流が増大する。これに対し、従来例で示したＣＲＴ用電子銃の例では、Ｇ１電極には負電位が印加されており、カソードの電子放射面における電子放射の有効放射面積を調整して、電子線の得られる電流量を制御している。   In FIG. 3, the cathode 40 is heated by the heater 41 and raised to its operating temperature, whereby thermoelectrons are emitted from the electron emission surface 40a of the cathode 40, and these thermoelectrons are drawn out by the positive potential of the G1 electrode 50. And accelerated to form an electron beam 64. The amount of current of the electron beam 64 is proportional to the third power of the electric field strength of the front surface of the electron emission surface 40a of the cathode 40 if the cathode 40 is sufficiently heated to reach the operating temperature. Therefore, in order to obtain more X-ray tube current, it is an effective means to apply a positive potential to the G1 electrode 50 to increase the electric field strength on the front surface of the electron emission surface 40a. In this embodiment, as described above, since a positive potential of about several + V is applied to the G1 electrode 50 with respect to the cathode 40, an accelerating electric field is formed in front of the electron emission surface 40a of the cathode 40, and X-rays are generated. The tube current increases. On the other hand, in the example of the electron gun for CRT shown in the conventional example, a negative potential is applied to the G1 electrode, and the effective emission area of electron emission on the electron emission surface of the cathode is adjusted to obtain an electron beam. The amount of current that is generated is controlled.

本実施例では、Ｇ１電極50の開口50ａを加速されながら通過した電子線64は、Ｇ２電極52によって更に加速される。すなわち、Ｇ２電極52にはＧ１電極50の正電位より高い正電位が印加されているため、Ｇ２電極52によってもう一段の加速が行われることになる。また、Ｇ１電極50とＧ２電極52との間にはＧ２電極52とＧ１電極50との電位差により電子線64を集束するカソードレンズ65が形成される。このカソードレンズ65の電子集束作用によって、電子線64は集束される。この集束作用によって電子線64はＧ２電極54の開口54ａに向かうとともに物点としてのクロスオーバー68を形成する。   In this embodiment, the electron beam 64 passing through the opening 50a of the G1 electrode 50 while being accelerated is further accelerated by the G2 electrode 52. In other words, since a positive potential higher than the positive potential of the G1 electrode 50 is applied to the G2 electrode 52, another acceleration is performed by the G2 electrode 52. A cathode lens 65 that focuses the electron beam 64 is formed between the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 by the potential difference between the G2 electrode 52 and the G1 electrode 50. The electron beam 64 is focused by the electron focusing action of the cathode lens 65. By this focusing action, the electron beam 64 goes to the opening 54a of the G2 electrode 54 and forms a crossover 68 as an object point.

このようにＧ１電極50とＧ２電極52に正電位を印加しているために、Ｇ１電極50とＧ２電極52の開口50ａ、52ａの周辺にカソード40からの電子線64が衝突するのは避けられない。この電子線64の衝突によりＧ１電極50とＧ２電極52、特にそれらの開口50ａ、52ａの周辺は温度上昇する。その結果、Ｇ１電極50とＧ２電極52の熱変形や電子レンズの集束作用の変化が起るので、これらを防止するため、本実施例では、Ｇ１電極50とＧ２電極52を高融点、例えば2000℃以上の融点で、高強度の金属材料で構成している。これらの金属材料としては、例えば、モリブデン、タングステン、タンタルなど、またはこれらの合金の中から選んで用いている。中でも、モリブデンは加工性がよく、入手も容易であるので、最も適している。   Since a positive potential is applied to the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 in this way, it is unavoidable that the electron beam 64 from the cathode 40 collides around the openings 50a and 52a of the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52. Absent. Due to the collision of the electron beam 64, the temperature of the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52, particularly around the openings 50a and 52a, rises. As a result, thermal deformation of the G1 electrode 50 and G2 electrode 52 and changes in the focusing action of the electron lens occur. In order to prevent these, in this embodiment, the G1 electrode 50 and G2 electrode 52 are made to have a high melting point, for example 2000 It is composed of a high-strength metal material with a melting point of ℃ or higher. As these metal materials, for example, molybdenum, tungsten, tantalum, etc., or alloys thereof are selected and used. Among these, molybdenum is most suitable because it has good workability and is easily available.

上記のＧ１電極50の温度上昇により、Ｇ１電極50の開口50a周辺の高温部からわずかではあるが熱電子が発生し、カソード40からの電子線64に付加される。このような副次的な迷走電子は、電子線64の電子軌道の半径方向の拡がりを大きくするため、焦点寸法を大きくしてしまうという悪影響を与えることになる。また、カソード40から正常に放射された電子線64においても、小さい焦点寸法を得るためには電子線64の電子軌道の半径方向の拡がりはできるだけ小さい方が好ましい。これらのことを考慮して、本発明では、Ｇ２電極52の開口径をＧ１電極50の開口径に比べて小さくしている。焦点寸法のみを考慮した場合には、Ｇ２電極52の開口径は小さければ小さい程よいが、Ｘ線管電流が十分得られなくなる問題があるので、実用的にはＧ２電極52の開口径はＧ１電極50の開口径の1／2以下から1／10程度が適当である。以下に示す図4の計算例では、Ｇ２電極52の開口径をＧ１電極50の開口径の1／5にしたもので、約5μmの焦点寸法が得られている。   Due to the temperature rise of the G1 electrode 50 described above, thermal electrons are generated slightly from the high temperature portion around the opening 50a of the G1 electrode 50, and are added to the electron beam 64 from the cathode 40. Such secondary stray electrons increase the radius of the electron trajectory of the electron beam 64 in the radial direction, which adversely affects the focal spot size. Further, even in the electron beam 64 normally emitted from the cathode 40, in order to obtain a small focal size, it is preferable that the radial expansion of the electron trajectory of the electron beam 64 is as small as possible. Considering these, in the present invention, the opening diameter of the G2 electrode 52 is made smaller than the opening diameter of the G1 electrode 50. When only the focal size is considered, the smaller the aperture diameter of the G2 electrode 52 is, the better. However, since there is a problem that the X-ray tube current cannot be sufficiently obtained, the aperture diameter of the G2 electrode 52 is practically set to the G1 electrode. A suitable value is about 1/2 to 1/10 of the 50 opening diameter. In the calculation example of FIG. 4 shown below, the aperture diameter of the G2 electrode 52 is set to 1/5 of the aperture diameter of the G1 electrode 50, and a focal size of about 5 μm is obtained.

Ｇ2電極52の開口径をＧ1電極50の開口径に比べて小さくすることにより、上記のＧ1電極50やＧ2電極52などから発生する迷走電子がＧ2電極52より先に進むのを防止することができる。これによって同時に、電子線64がＧ2電極52とＧ3電極54と陽極14のターゲット18とで形成されるプリフォーカスレンズ67に入射するときの電子軌道の半径方向の拡がりが小さくなるため、電子集束系42の球面収差を小さくすることができ、電子線64を小さい焦点に集束することができる。   By making the opening diameter of the G2 electrode 52 smaller than the opening diameter of the G1 electrode 50, stray electrons generated from the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 can be prevented from proceeding beyond the G2 electrode 52. it can. At the same time, since the electron beam 64 enters the prefocus lens 67 formed by the G2 electrode 52, the G3 electrode 54, and the target 18 of the anode 14, the radial expansion of the electron trajectory is reduced. The spherical aberration of 42 can be reduced, and the electron beam 64 can be focused on a small focal point.

また、Ｇ1電極50に正電位のＧ1電圧を印加して、電子線64を加速することにより、Ｇ２電極52の開口52aに向かう電子線64の入射方向が電子集束系42の中心軸に平行な方向により近くなり、かつ電子軌道の半径方向の拡がりが小さくなるので、主レンズ67による球面収差を小さくすることができる。   Further, by applying a positive G1 voltage to the G1 electrode 50 and accelerating the electron beam 64, the incident direction of the electron beam 64 toward the opening 52a of the G2 electrode 52 is parallel to the central axis of the electron focusing system 42. Since the expansion in the radial direction of the electron trajectory becomes smaller and closer to the direction, the spherical aberration due to the main lens 67 can be reduced.

Ｇ２電極52の開口52aを通過した電子線64は電子集束系42で形成される主レンズ67によって所望の焦点寸法に集束される。ここで、主レンズ67はＧ２電極52とＧ3電極54と陽極14の電位差によって形成される。一例を上げると、陽極14に150kVを印加したとき、Ｇ1電極50に約30Vの正電位、Ｇ2電極52に約500Vの正電位、Ｇ3電極54に約300Vの正電位を印加すると、陽極14のターゲット18上に10μm以下の焦点を形成することができる。   The electron beam 64 that has passed through the opening 52a of the G2 electrode 52 is focused to a desired focal size by the main lens 67 formed by the electron focusing system. Here, the main lens 67 is formed by a potential difference among the G2 electrode 52, the G3 electrode 54, and the anode 14. For example, when 150 kV is applied to the anode 14, a positive potential of about 30 V is applied to the G 1 electrode 50, a positive potential of about 500 V is applied to the G 2 electrode 52, and a positive potential of about 300 V is applied to the G 3 electrode 54. A focal point of 10 μm or less can be formed on the target 18.

電子集束系42を構成する3個のグリッド電極50、52、54に印加するＧ1電位、Ｇ２電位、Ｇ3電位については、焦点寸法とX線管電流と関連付けて検討しているが、焦点寸法を小さくするためにはＧ1電位、Ｇ２電位、Ｇ3電位ともカソード40の電位に対して正電位であることが有効である。Ｇ1電位を正電位にすることの有効性については前述したが、更にＧ２電位とＧ3電位も正電位にした方が電子集束系42が形成する電子レンズの集束作用は有効に働く。発明者の計算および実験による検討では、Ｇ２電位とＧ3電位のうちの少なくとも一方を負電位とした場合には、焦点寸法が大きくなってしまうという結果が得られている。これは、陽極14のターゲット18の電位が100kV以上の高い正電位であるため、Ｇ２電位またはＧ3電位とターゲット18の電位との間で電位差がつき過ぎて、過集束となり、焦点寸法がかえって大きくなってしまうものと判断される。   The G1, G2, and G3 potentials applied to the three grid electrodes 50, 52, and 54 constituting the electron focusing system 42 are examined in relation to the focal dimension and the X-ray tube current. In order to make it smaller, it is effective that the G1, G2, and G3 potentials are positive with respect to the cathode 40 potential. Although the effectiveness of setting the G1 potential to the positive potential has been described above, the focusing action of the electron lens formed by the electron focusing system 42 works more effectively when the G2 potential and the G3 potential are also set to the positive potential. According to the inventor's calculations and examinations, it has been found that when at least one of the G2 potential and the G3 potential is a negative potential, the focal spot size becomes large. This is because the potential of the target 18 of the anode 14 is a high positive potential of 100 kV or more, so that a potential difference between the G2 potential or the G3 potential and the potential of the target 18 becomes excessive, resulting in overfocusing and a large focal size. It is judged that it will become.

本実施例のX線管10の電子集束系42において、焦点寸法を10μm以下にするためには、Ｇ1電極50のＧ1電位を＋30〜＋150V程度、Ｇ２電極52のＧ２電位を＋500〜＋1500V程度、Ｇ3電極54のＧ3電位を0〜＋3000V程度にするのが適当である。本実施例ではこれらのグリッド電位を適当に組み合わせることにより、10μm以下の焦点寸法が得られ、またＧ1電位を正電位に保持していることから、実用的なX線管電流も得られている。   In the electron focusing system 42 of the X-ray tube 10 of the present embodiment, in order to make the focal size 10 μm or less, the G1 potential of the G1 electrode 50 is about +30 to +150 V, the G2 potential of the G2 electrode 52 is about +500 to +1500 V, It is appropriate to set the G3 potential of the G3 electrode 54 to about 0 to + 3000V. In this embodiment, by appropriately combining these grid potentials, a focal size of 10 μm or less is obtained, and since the G1 potential is held at a positive potential, a practical X-ray tube current is also obtained. .

図4、図5を用いて、本実施例のマイクロフォーカスX線管の電子集束系における電位分布と電子軌道の一例について説明する。図4は、本実施例のマイクロフォーカスX線管の電子集束系内の電位分布と電子軌道の計算例の中の一例を示したものである。図5は、図4のカソードからＧ２電極までの範囲の拡大図である。このX線管10の電子集束系42の構成としては、カソード40は含浸型カソード、Ｇ1電極50は板厚0.2〜0.3mm、開口径0.5mm、Ｇ２電極52は板厚0.2〜0.3mm、開口径0.1mm、Ｇ3電極54は厚さ（または全長）3mm、開口径4mmで、K−Ｇ1間隔とＧ1−Ｇ２間隔は0.2mm、G2−Ｇ3間隔は約1.5mm、Ｇ3−A間隔は約15ｍｍである。また、各電極に印加する電位としては、カソード40の電位を基準にして、Ｇ1電位は＋30V、Ｇ２電位は＋525V、Ｇ3電位は＋1900V、陽極電位は＋150kVである。また、グリッド電極材料としては、Ｇ1電極50とＧ２電極52にはモリブデンを使用し、Ｇ3電極54にはステンレス鋼を使用している。   An example of the potential distribution and the electron trajectory in the electron focusing system of the microfocus X-ray tube of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an example of calculation examples of potential distribution and electron trajectory in the electron focusing system of the microfocus X-ray tube of this embodiment. FIG. 5 is an enlarged view of a range from the cathode of FIG. 4 to the G2 electrode. The electron focusing system 42 of the X-ray tube 10 is composed of an impregnated cathode, a G1 electrode 50 having a thickness of 0.2 to 0.3 mm, an opening diameter of 0.5 mm, and a G2 electrode 52 having a thickness of 0.2 to 0.3 mm. The diameter is 0.1mm, the G3 electrode 54 is 3mm thick (or the total length), the opening diameter is 4mm, the K-G1 and G1-G2 intervals are 0.2mm, the G2-G3 intervals are about 1.5mm, and the G3-A intervals are about 15mm. It is. In addition, with respect to the potential applied to each electrode, with reference to the potential of the cathode 40, the G1 potential is + 30V, the G2 potential is + 525V, the G3 potential is + 1900V, and the anode potential is + 150kV. As the grid electrode material, molybdenum is used for the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52, and stainless steel is used for the G3 electrode 54.

この計算例では、ターゲット18上の焦点寸法は5μm、X線管電流は0.4mAが得られている。図4において、電子線64はＧ２電極52の近傍でクロスオーバー68を形成し、Ｇ3電極54の開口52a内で最大のビーム径となり、その後主レンズ67で集束され、ターゲット18上で、最小ビーム径の像点として焦点28を形成している。また、図5の拡大図によれば、カソード40の電子放射面40aから放射された電子線64のうち外周部分から放射されたものは、Ｇ1電極50の開口50aの近傍部に衝突して除去され、更にG1電極50の開口50aを通過した電子線64はＧ1電極50とＧ２電極52の間でビーム径が急激に絞られていることが判る。これは、Ｇ1電極50に正電位を印加したことと、Ｇ1電極50とＧ２電極52の間に形成されるカソードレンズ65の集束作用の効果と考えられる。また、Ｇ1電極50の開口50aを通過した電子線64のうちの外周のわずかな量の電子線64がＧ２電極52の開口52aの近傍部に衝突して除去されている。クロスオーバー68は電子線64がＧ２電極52の開口52aを出て、Ｇ3電極54に向かって少し進んだ位置に形成されている。クロスオーバー68に到達した電子線64は、Ｇ1電極50およびＧ２電極52によって、その中心軸から離れた位置にある電子が2段階にわたって除去されているので、中心軸により近い電子のみで構成されることになる。その結果、Ｇ２電極52とＧ3電極54と陽極14のターゲット18とで形成する主レンズ67によって電子線64を集束する際に殆んど球面収差なく集束することができるので、所望の焦点寸法（ここでは、5μm）の焦点28をターゲット18上に形成することができる。本実施例では、電子集束系42を3個のグリッド電極で構成しているが、グリッド電極の個数はこれに限定されず、必要に応じ4個以上にしてもよいことは言うまでもない。   In this calculation example, the focal size on the target 18 is 5 μm, and the X-ray tube current is 0.4 mA. In FIG. 4, the electron beam 64 forms a crossover 68 in the vicinity of the G2 electrode 52, becomes the maximum beam diameter in the opening 52a of the G3 electrode 54, and then is focused by the main lens 67, and the minimum beam on the target 18 A focal point 28 is formed as a diameter image point. Further, according to the enlarged view of FIG. 5, the electron beam 64 radiated from the electron emission surface 40a of the cathode 40 collides with the vicinity of the opening 50a of the G1 electrode 50 and is removed. Further, it can be seen that the beam diameter of the electron beam 64 that has passed through the opening 50a of the G1 electrode 50 is sharply reduced between the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52. This is considered to be the effect of applying a positive potential to the G1 electrode 50 and the focusing action of the cathode lens 65 formed between the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52. Further, a slight amount of the electron beam 64 on the outer periphery of the electron beam 64 that has passed through the opening 50a of the G1 electrode 50 collides with the vicinity of the opening 52a of the G2 electrode 52 and is removed. The crossover 68 is formed at a position where the electron beam 64 exits the opening 52a of the G2 electrode 52 and advances slightly toward the G3 electrode 54. The electron beam 64 that has reached the crossover 68 is composed of only electrons closer to the central axis because electrons at positions away from the central axis are removed in two stages by the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52. It will be. As a result, when the electron beam 64 is focused by the main lens 67 formed by the G2 electrode 52, the G3 electrode 54, and the target 18 of the anode 14, the beam can be focused with almost no spherical aberration. Here, a focal point 28 of 5 μm) can be formed on the target 18. In this embodiment, the electron focusing system 42 is composed of three grid electrodes, but the number of grid electrodes is not limited to this, and it goes without saying that it may be four or more as required.

図5において、上記の如く、カソード40からの電子線64の一部分がＧ1電極50の開口50aの近傍部とＧ２電極52の開口52aの近傍部に衝突しているので、これらの部分は温度上昇が大きくなる。しかし、本実施例では、Ｇ1電極50およびＧ２電極52を高融点金属材料（ここでは、モリブデン）で構成しているので、熱変形や2次電子放出を抑制することができる。   In FIG. 5, as described above, a part of the electron beam 64 from the cathode 40 collides with the vicinity of the opening 50a of the G1 electrode 50 and the vicinity of the opening 52a of the G2 electrode 52. Becomes larger. However, in this embodiment, since the G1 electrode 50 and the G2 electrode 52 are made of a refractory metal material (here, molybdenum), thermal deformation and secondary electron emission can be suppressed.

次に、図6及び図7を用いて、本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第2及び第3の実施例の構造について説明する。これらの実施例はいずれも陰極の電子集束系、特に第1グリッド電極と第2グリッド電極の放熱の改善を行い、温度上昇の抑制を図っている。先ず、図6により、本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第2の実施例の構造を説明する。図6は、本実施例の陰極部の拡大図で、図6（a）は陰極全体の構造図、図6（b）は電子集束系の拡大図である。図6（a）は電子集束系42aを除いて前掲の図2（a）とほぼ同じ構造をしている。   Next, the structures of the second and third embodiments of the microfocus X-ray tube according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each of these embodiments, the heat dissipation of the cathode electron focusing system, particularly the first grid electrode and the second grid electrode, is improved, and the temperature rise is suppressed. First, the structure of the second embodiment of the microfocus X-ray tube according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an enlarged view of the cathode part of this embodiment, FIG. 6 (a) is a structural diagram of the entire cathode, and FIG. 6 (b) is an enlarged view of the electron focusing system. FIG. 6 (a) has almost the same structure as FIG. 2 (a) except for the electron focusing system 42a.

本実施例では、図6（b）において、電子集束系42aの第1グリッド電極50、第2グリッド電極52、および第3グリッド電極54の表面に黒化処理55を施している。黒化処理55としては黒色クロムめっきなどが行われる。この黒化処理55により、各グリッド電極表面の熱輻射率はおよそ0.2から0.8にまで増加する。黒化処理55を行う範囲としては、図示では、各グリッド電極の外側表面（太い黒線で示す）としているが、これに限定されず、内側表面など他の表面に行ってもよい。まだ、本実施例では、全てのグリッド電極に対して黒化処理55を行っているが、この黒化処理55の範囲はカソード40からの電子線の入射量が多く、温度上昇の大きい第1グリッド電極50と第2グリッド電極52にのみ限定し、電子線の入射量が少なく、温度上昇の小さい第3グリッド電極54については除外してもよい。本実施例では、グリッド電極表面の熱輻射率の向上により、グリッド電極表面からの放熱作用が大幅に改善され、グリッド電極の温度上昇が抑制されている。   In this embodiment, in FIG. 6B, the blackening process 55 is applied to the surfaces of the first grid electrode 50, the second grid electrode 52, and the third grid electrode 54 of the electron focusing system 42a. As the blackening treatment 55, black chrome plating or the like is performed. By this blackening process 55, the thermal radiation rate of the surface of each grid electrode increases from about 0.2 to 0.8. In the drawing, the blackening process 55 is performed on the outer surface of each grid electrode (indicated by a thick black line). However, the present invention is not limited to this and may be performed on another surface such as the inner surface. In this embodiment, the blackening process 55 is performed on all grid electrodes. However, the range of the blackening process 55 is the first in which the amount of incident electron beams from the cathode 40 is large and the temperature rises greatly. Only the grid electrode 50 and the second grid electrode 52 are limited, and the third grid electrode 54 with a small amount of incident electron beams and a small temperature rise may be excluded. In the present embodiment, the heat radiation effect from the grid electrode surface is greatly improved and the temperature rise of the grid electrode is suppressed by improving the thermal emissivity of the grid electrode surface.

本発明のマイクロフォーカスX線管では、電子集束系のグリッド電極にモリブデンなどの耐熱性金属を用いて、グリッド電極に正電位を印加したことによる電子線の衝突の増加に耐え得る構造としているが、更なるX線出力向上を意図するためには、これらのグリッド電極を支持する絶縁物（電子集束系絶縁体46など）の耐熱限界を考慮する必要がある。この絶縁物の耐熱限界に至るほどの大量のX線管電流（電子線量）を得ようとする場合には、この絶縁物の過熱を防ぐために、グリッド電極の放熱効果を高めようというのが、本実施例のグリッド電極表面の黒化処理55の主な目的である。上記の黒化処理55の結果、グリッド電極表面の熱輻射率はおよそ0.2から0.8にまで上昇するので、グリッド電極表面からの放熱量も増加し、グリッド電極の温度上昇は抑制され、冷却効果が得られる。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, a heat-resistant metal such as molybdenum is used for the grid electrode of the electron focusing system, and a structure capable of withstanding an increase in collisions of electron beams caused by applying a positive potential to the grid electrode is used. In order to further improve the X-ray output, it is necessary to consider the heat resistance limit of the insulator (such as the electron focusing insulator 46) that supports these grid electrodes. When trying to obtain a large amount of X-ray tube current (electron dose) that reaches the heat resistance limit of this insulator, in order to prevent overheating of this insulator, it is intended to enhance the heat dissipation effect of the grid electrode. This is the main purpose of the blackening process 55 on the surface of the grid electrode of this embodiment. As a result of the above blackening treatment 55, the thermal emissivity of the grid electrode surface increases from about 0.2 to 0.8, so the heat dissipation from the grid electrode surface also increases, the temperature rise of the grid electrode is suppressed, and the cooling effect is improved. can get.

上記のグリッド電極表面の黒化処理55によるグリッド電極の冷却効果としては概略下記のものが得られる。本実施例では、電子集束系42aは真空中にあり、伝熱要素のうちの熱伝導要素は電圧を印加する導入リード線60だけであり、これは細線であるため放熱効果は小さく、電子集束系42aから周囲の陰極絶縁部34や電界緩和シールド43への熱輻射要素が支配的となっている。熱輻射による2物体間の伝熱は数１で表される。

Figure 2005038825
ここで、Qは伝熱量、σはステファンーボルツマンの定数、εは熱輻射率、T1はグリッド電極の温度、T2は周囲の物体の温度である。数１を用いて、黒化処理前後のグリッド電極の温度の差を概算してみることにする。黒化処理前のグリッド電極の温度をT10、熱輻射率をε10、黒化処理後のグリッド電極の温度をT11、熱輻射率をε11とする。周囲の物体は通常グリッド電極に比べて熱容量が大きいため、グリッド電極の黒化処理にかかわらず温度（T2）は変わらないと考え、簡単のため、T2＝0とおく。グリッド電極の黒化処理の前後で入力熱量が同じで、かつ周囲の物体の温度（T2）が変わらないということから、グリッド電極からの放熱量（Q）も黒化処理の前後で等しい。従って、数１から数2が成り立つ。
Figure 2005038825
 黒化処理によりグリッド電極の熱輻射率εがε10＝0.2からε11＝0.8に向上するので、数２の変形により数３が得られる。
Figure 2005038825
 As the grid electrode cooling effect by the blackening treatment 55 on the grid electrode surface, the following is roughly obtained. In the present embodiment, the electron focusing system 42a is in a vacuum, and the heat conduction element among the heat transfer elements is only the lead lead 60 that applies a voltage, and since this is a thin line, the heat dissipation effect is small, and the electron focusing The thermal radiation elements from the system 42a to the surrounding cathode insulating part 34 and the electric field relaxation shield 43 are dominant. The heat transfer between two objects due to heat radiation is expressed by Equation 1.
Figure 2005038825
 Here, Q is the amount of heat transfer, σ is the Stefan-Boltzmann constant, ε is the thermal emissivity, T1 is the temperature of the grid electrode, and T2 is the temperature of the surrounding object. Using Equation 1, the temperature difference between the grid electrodes before and after the blackening process is approximated. It is assumed that the temperature of the grid electrode before blackening treatment is T10, the thermal radiation rate is ε10, the temperature of the grid electrode after blackening treatment is T11, and the thermal radiation rate is ε11. Since the surrounding object usually has a larger heat capacity than the grid electrode, it is assumed that the temperature (T2) does not change regardless of the blackening process of the grid electrode. For simplicity, T2 = 0 is set. Since the amount of input heat is the same before and after the blackening process of the grid electrode and the temperature (T2) of the surrounding object does not change, the amount of heat released from the grid electrode (Q) is also the same before and after the blackening process. Therefore, Equation 1 to Equation 2 hold.
Figure 2005038825
 Since the heat emissivity ε of the grid electrode is improved from ε10 = 0.2 to ε11 = 0.8 by the blackening process, Equation 3 is obtained by the transformation of Equation 2.
Figure 2005038825

黒化処理をしないときのグリッド電極の温度は500℃前後であったので、数3を適用すると、グリッド電極の温度は約270℃前後まで低下することになり、大幅な冷却効果が得られる。グリッド電極を支持する絶縁物は、例えばガラスを用いた場合には、700℃付近で軟化が始まるが、本実施例によりグリッド電極の温度が大幅に低下するため、熱的問題は解消される。この結果、これまではグリッド電極の温度によって制限されていたX線管電流値を増大することが可能となる。   Since the temperature of the grid electrode when the blackening treatment was not performed was around 500 ° C., applying Equation 3 would reduce the temperature of the grid electrode to around 270 ° C., thereby obtaining a significant cooling effect. For example, when glass is used as the insulator supporting the grid electrode, softening starts at around 700 ° C. However, since the temperature of the grid electrode is greatly reduced by this embodiment, the thermal problem is solved. As a result, it is possible to increase the X-ray tube current value that has been limited so far by the temperature of the grid electrode.

また、本実施例では、グリッド電極の表面に黒化処理を行って、放熱効果を高めているが、その他の放熱処理とし、グリッド電極の表面を粗面化処理を行うことによっても類似の放熱効果が得られる。粗面化処理としては、グリッド電極表面にサンドブラスト処理などが行われる。粗面化処理の範囲は上記の黒化処理の場合と同様である。放熱効果は黒化処理よりも若干劣るが、作業は簡単となる。   In this embodiment, the surface of the grid electrode is blackened to enhance the heat dissipation effect. However, similar heat dissipation can be achieved by using other heat dissipation treatment and roughening the surface of the grid electrode. An effect is obtained. As the surface roughening treatment, a sandblast treatment or the like is performed on the surface of the grid electrode. The range of the roughening process is the same as that of the blackening process. The heat dissipation effect is slightly inferior to the blackening treatment, but the operation is simple.

次に、図7により、本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第3の実施例の構造を説明する。図7は、本実施例の陰極の電子集束系の拡大図である。本実施例は陰極の電子集束系42bを除いて本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第1の実施例及び第2の実施例の構造と同じであるので、図7では、他の部分を省略している。本実施例では、図7において、電子集束系42bの第1グリッド電極50及び第2グリッド電極52の外周面に放熱フィン56が取り付けられている。この放熱フィン56は図示の如く板状体をT字形に加工したものやL字形に加工したものや板状体そのままなどから成り、複数個、例えば3個または6個の放熱フィン56が各グリッド電極の外周表面に間隔をとって取り付けられている。放熱フィン56の材料としては、高熱伝導率の金属材料が適当で、グリッド電極と同じ材料または銅や銅合金などが用いられる。放熱フィン56とグリッド電極との結合はろう付けまた溶接などによって行われる。本実施例の場合、放熱フィン56がグリッド電極の外周面から突出することになるため、電子集束系絶縁体46としては複数個の棒状体を環状に配列したものがよく、放熱フィン56はその棒状体の間に入るように配列される。   Next, the structure of the third embodiment of the microfocus X-ray tube according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an enlarged view of the electron focusing system of the cathode of this example. Since this embodiment is the same as the structure of the first embodiment and the second embodiment of the microfocus X-ray tube according to the present invention except for the electron focusing system 42b of the cathode, the other parts are shown in FIG. Omitted. In the present embodiment, in FIG. 7, radiating fins 56 are attached to the outer peripheral surfaces of the first grid electrode 50 and the second grid electrode 52 of the electron focusing system 42b. The radiating fins 56 are formed by processing a plate-like body into a T-shape, L-shape as shown, or a plate-like body as it is, and a plurality of, for example, three or six radiating fins 56 are provided on each grid. Attached to the outer peripheral surface of the electrode with a gap. As a material of the heat radiation fin 56, a metal material having high thermal conductivity is suitable, and the same material as that of the grid electrode or copper or copper alloy is used. The coupling between the radiation fin 56 and the grid electrode is performed by brazing or welding. In the case of the present embodiment, since the radiating fin 56 protrudes from the outer peripheral surface of the grid electrode, the electron focusing system insulator 46 is preferably an annular arrangement of a plurality of rod-shaped bodies, and the radiating fin 56 is It arranges so that it may enter between rods.

本実施例では、第1グリッド電極50と第2グリッド電極52の外周面に放熱フィン56を取り付けたことにより、両グリッド電極の放熱作用が改善され、第2の実施例と同様に両グリッド電極の温度が抑制される。その結果、電子集束系絶縁体46などの絶縁物の過熱を防止することができ、X線管電流を増加することが可能となる。   In the present embodiment, by dissipating the heat radiation fins 56 on the outer peripheral surfaces of the first grid electrode 50 and the second grid electrode 52, the heat radiation action of both grid electrodes is improved, and both grid electrodes are the same as in the second embodiment. The temperature of is suppressed. As a result, overheating of insulators such as the electron focusing insulator 46 can be prevented, and the X-ray tube current can be increased.

本実施例で、放射フィン56を第1グリッド電極50と第2グリッド電極52に取り付けているが、この放射フィン56は第3グリッド電極54に取り付けてもよい。この場合には、第3グリッド電極54でも放熱作用は向上し、温度上昇の抑制効果が得られる。また、本実施例において、第1グリッド電極50と第2グリッド電極52の外周面に放熱フィン56を取り付けるとともに、電極表面の黒化処理55を施してもよい。このとき、放熱フィン56の表面にも黒化処理55を施すとよい。この場合、グリッド電極の放熱作用は第2の実施例よりも向上するので、X線管電流を更に増加させたい場合に有効である。   In this embodiment, the radiation fin 56 is attached to the first grid electrode 50 and the second grid electrode 52, but the radiation fin 56 may be attached to the third grid electrode 54. In this case, the third grid electrode 54 also improves the heat dissipation action, and an effect of suppressing the temperature rise is obtained. In the present embodiment, the fins 56 may be attached to the outer peripheral surfaces of the first grid electrode 50 and the second grid electrode 52, and the electrode surface may be blackened 55. At this time, the blackening process 55 may be performed on the surface of the heat radiation fin 56. In this case, the heat radiation effect of the grid electrode is improved as compared with the second embodiment, which is effective when it is desired to further increase the X-ray tube current.

次に、図８〜図11を用いて、本発明に係るX線装置の一実施例の構成について説明する。図８は、本発明に係るX線装置の一実施例の概略構成図である。図８において、本実施例のX線装置70は、X線を発生するX線発生装置72と、被検体74を透過したX線量を検出するX線検出装置76と、X線検出装置76からの出力信号に基づいて被検体74のX線画像を形成する画像形成装置78と、X線発生装置72、X線検出装置76、画像形成装置78の動作を制御する制御装置80などから構成される。ここで、X線発生装置72には本発明に係るマイクロフォーカスX線管10が含まれる。   Next, the configuration of an embodiment of the X-ray apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the X-ray apparatus according to the present invention. In FIG. 8, the X-ray apparatus 70 of this embodiment includes an X-ray generation apparatus 72 that generates X-rays, an X-ray detection apparatus 76 that detects an X-ray dose that has passed through a subject 74, and an X-ray detection apparatus 76. An image forming apparatus 78 that forms an X-ray image of the subject 74 based on the output signal, an X-ray generator 72, an X-ray detector 76, a controller 80 that controls the operation of the image forming apparatus 78, and the like. The Here, the X-ray generator 72 includes the microfocus X-ray tube 10 according to the present invention.

X線発生装置72は、本発明に係るマイクロフォーカスX線管10の他に、高電圧電源やグリッド電源などを含むものであり、その詳細については図9〜図11を用いて後述する。X線検出装置76としては、ラインセンサーのようにX線検出素子を線状に配列したものや、イメージインテンシファイア（I.I.）などのようにX線検出素子を面状に配列したものなどが用いられる。X線検出装置76からは通常受光したＸ線量に応じた強度の電気信号が出力されるので、画像形成装置78では、X線検出装置76からの線状分布また面状分布の電気信号に基づいて、面状の画像であるX線画像を形成する。また、X線検出手段としてX線フィルムを用いる場合には、X線フィルムがX線検出装置76に対応し、フィルム現像装置などが画像形成装置78に対応することになる。制御装置80では、マイクロフォーカスX線管10を駆動するための条件の制御、X線検出装置76のX線検出動作の制御や画像形成装置78の画像作成動作の制御などを行う。また、制御装置80は、X線発生装置72をはじめとする他の装置への電源電圧の供給なども行う。   The X-ray generator 72 includes a high-voltage power source, a grid power source and the like in addition to the microfocus X-ray tube 10 according to the present invention, and details thereof will be described later with reference to FIGS. Examples of the X-ray detection device 76 include those in which X-ray detection elements are arranged in a line like a line sensor, and those in which X-ray detection elements are arranged in a plane like an image intensifier (II), etc. Used. Since the X-ray detection device 76 outputs an electrical signal having an intensity corresponding to the normally received X-ray dose, the image forming device 78 uses the linear distribution or planar distribution electrical signal from the X-ray detection device 76. Thus, an X-ray image that is a planar image is formed. When an X-ray film is used as the X-ray detection means, the X-ray film corresponds to the X-ray detection device 76, and the film developing device corresponds to the image forming device 78. The control device 80 performs control of conditions for driving the microfocus X-ray tube 10, control of the X-ray detection operation of the X-ray detection device 76, control of the image creation operation of the image forming device 78, and the like. The control device 80 also supplies power supply voltage to other devices such as the X-ray generator 72.

図9〜図11は、本発明に係るX線発生装置の一実施例の構成を示したもので、図９はX線発生装置をX線放射窓の方向から見たときの断面図、図10はX線発生装置をX線管の陽極および陰極の中心軸に沿って切断した断面図、図11は図9、図10と直交する方向から見た断面図である。図9において、X線発生装置72は1個の直方体の装置として纏められており、直方体のケース82の中にマイクロフォーカスX線管10、高電圧電源84、グリッド電源86、ステータ電源88などが絶縁油90に浸漬されて収納されている。ケース82は鋼板などの金属板から成り、溶接やねじ止めなどにより全体としてほぼ直方体の筺体に組み立てられている。このケース82には低圧電流を導入するための低圧電源プラグ92、X線を外部に取り出すためのX線窓94、絶縁油90を内部に注入するための注油口96などが設けられている。   9 to 11 show the configuration of an embodiment of the X-ray generator according to the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of the X-ray generator when viewed from the X-ray emission window. 10 is a cross-sectional view of the X-ray generator cut along the central axis of the anode and cathode of the X-ray tube, and FIG. 11 is a cross-sectional view seen from the direction orthogonal to FIGS. In FIG. 9, the X-ray generator 72 is collected as a single rectangular parallelepiped device, and a microfocus X-ray tube 10, a high voltage power supply 84, a grid power supply 86, a stator power supply 88, etc. are contained in a rectangular parallelepiped case 82. It is immersed in the insulating oil 90 and stored. The case 82 is made of a metal plate such as a steel plate, and is assembled into a substantially rectangular parallelepiped casing as a whole by welding or screwing. The case 82 is provided with a low-voltage power plug 92 for introducing a low-voltage current, an X-ray window 94 for taking out X-rays to the outside, an oil inlet 96 for injecting insulating oil 90 into the inside, and the like.

図9〜図11において、X線管10は外囲器16の大径部30をケース82の上面内壁に、陽極14の固定部26を陽極支持体98に、それぞれ結合することにより支持されている。X線管10の陽極14のロータ20の外周には、このロータ20を回転駆動するためのステータ100が配設されている。図11においてX線管10の外囲器16の大径部30は、ケース82の上面内壁に設けられた複数本、例えば3本のねじ102によって、X線放射窓36の取り付けられた円板部30aがケース82の上面内壁に密着するように固定されている。このとき、大径部30の円板部30aとケース82との油密は0リング104などで行っている。また、X線管10のX線放射窓36とケース82のX線窓94との位置合わせも行われている。   9 to 11, the X-ray tube 10 is supported by coupling the large-diameter portion 30 of the envelope 16 to the upper inner wall of the case 82 and the fixing portion 26 of the anode 14 to the anode support 98. Yes. A stator 100 for rotationally driving the rotor 20 is disposed on the outer periphery of the rotor 20 of the anode 14 of the X-ray tube 10. In FIG. 11, the large-diameter portion 30 of the envelope 16 of the X-ray tube 10 is a disk to which the X-ray radiation window 36 is attached by a plurality of, for example, three screws 102 provided on the upper inner wall of the case 82. The portion 30a is fixed so as to be in close contact with the inner wall of the upper surface of the case 82. At this time, oil tightness between the disk portion 30a of the large diameter portion 30 and the case 82 is performed by the 0 ring 104 or the like. The X-ray emission window 36 of the X-ray tube 10 and the X-ray window 94 of the case 82 are also aligned.

また、X線管10の陽極14の大部分とステータ100を囲む位置に底付き円筒状のX線管シールド106が配設されている。X線管10の陽極14は、このX線管シールド106を介して、ケース82の側面内壁に支持されている。X線管シールド106は円筒部108と底板部110とから構成され、円筒部108は金属材料または絶縁物から成り、底板部110は高強度の金属材料から成る。円筒部108の内壁にはX線を遮蔽するために鉛板などから成るシールド板112が貼り付けられている。円筒部108の上端部はX線管10の外囲器16の陰極絶縁部34および大径部30の近くまで延在しており、下端部には陽極側の高電圧リード線（以下、陽極リード線という）149を導入するための陽極リード導入口116が取り付けられている。陽極リード導入口116はパイプ状をしており、エポキシ樹脂などの絶縁物から成る。この陽極リード導入口116は円筒部108の壁面を貫通して配設されている。底板部110はX線管10の陽極14を間接的に支持する底部110aと、X線シールド106全体をケース82の側面内壁に固定するための固定部110bとを有し、固定部110bはねじ111などによりケース82の側面内壁に固定されている。   A cylindrical X-ray tube shield 106 with a bottom is disposed at a position surrounding most of the anode 14 of the X-ray tube 10 and the stator 100. The anode 14 of the X-ray tube 10 is supported by the side inner wall of the case 82 through the X-ray tube shield 106. The X-ray tube shield 106 includes a cylindrical portion 108 and a bottom plate portion 110. The cylindrical portion 108 is made of a metal material or an insulator, and the bottom plate portion 110 is made of a high-strength metal material. A shield plate 112 made of a lead plate or the like is attached to the inner wall of the cylindrical portion 108 to shield X-rays. The upper end portion of the cylindrical portion 108 extends to the vicinity of the cathode insulating portion 34 and the large diameter portion 30 of the envelope 16 of the X-ray tube 10, and the lower end portion has a high-voltage lead wire (hereinafter referred to as an anode) on the anode side. An anode lead introduction port 116 for introducing 149 (referred to as a lead wire) is attached. The anode lead introduction port 116 has a pipe shape and is made of an insulating material such as an epoxy resin. The anode lead introduction port 116 is disposed through the wall surface of the cylindrical portion 108. The bottom plate portion 110 has a bottom portion 110a that indirectly supports the anode 14 of the X-ray tube 10, and a fixing portion 110b for fixing the entire X-ray shield 106 to the side wall of the case 82. The fixing portion 110b is a screw. It is fixed to the side wall of the case 82 by 111 or the like.

X線管10の陽極14を支持する陽極支持体98は導電性のよい金属材料から成り、陽極絶縁支持体118に結合され、支持されている。更に、陽極絶縁支持体118はX線管シールド106の底板部110に結合され、支持されている。陽極支持体98は陽極14の固定部26と結合する小径の円筒形状部98aと、陽極絶縁支持体118に結合される円形フランジ部98bを有し、この円形フランジ部98bに陽極リード線149が接続されている。陽極絶縁支持体118は陽極支持体98の円形フランジ部98bと結合する円筒部118aと、X線管シールド106の底板部110と結合する厚肉の円形フランジ部118bを有し、充填剤入りのエポキシ樹脂などの高強度の絶縁材料から成る。陽極支持体98と陽極絶縁支持体118との結合は大径ねじにより陽極支持体98の円形フランジ部98bを締付け固定することによって行われている。モールド成型により陽極支持体98の円形フランジ部98bを陽極絶縁支持体118に埋め込む場合などもある。陽極絶縁支持体118とX線管シールド106の底板部110との結合は、ねじ固定や接着により行われている。   The anode support 98 that supports the anode 14 of the X-ray tube 10 is made of a metal material having good conductivity, and is bonded to and supported by the anode insulating support 118. Further, the anode insulating support 118 is coupled to and supported by the bottom plate part 110 of the X-ray tube shield 106. The anode support 98 has a small-diameter cylindrical portion 98a that is coupled to the fixed portion 26 of the anode 14, and a circular flange portion 98b that is coupled to the anode insulating support 118, and an anode lead wire 149 is provided on the circular flange portion 98b. It is connected. The anode insulating support 118 has a cylindrical portion 118a that is coupled to the circular flange portion 98b of the anode support 98, and a thick circular flange portion 118b that is coupled to the bottom plate portion 110 of the X-ray tube shield 106. Made of high-strength insulating material such as epoxy resin. The anode support 98 and the anode insulating support 118 are joined by tightening and fixing the circular flange portion 98b of the anode support 98 with a large diameter screw. In some cases, the circular flange portion 98b of the anode support 98 is embedded in the anode insulating support 118 by molding. The anode insulating support 118 and the bottom plate portion 110 of the X-ray tube shield 106 are coupled by screw fixing or adhesion.

ステータ100とX線管10の外囲器16の陽極絶縁部32との間にはステータ絶縁筒120が配設されている。ステータ絶縁筒120は肉厚の薄い円筒部120aと、外側に広がったフランジ部120bを有し、エポキシ樹脂などの絶縁材料から成る。ステータ100は外周に配設されたステータ支持体122によって支持されている。また、このステータ支持体122は陽極絶縁支持体118に結合、支持されている。ステータ支持体122は、ステータ100をその外周で保持する円筒形のリング部122aと、リング部122aと陽極絶縁支持体118とを接続する絶縁支持部122bとを有する。リング部122aは金属材料または絶縁材料から成り、ステータ100との結合はねじなどで行われている。絶縁支持部122bは複数本、例えば3本の支柱と、これらの支柱をひとまとめにして支える支持部とを有し、支柱はその両端を上記のリング部122aと支持部にねじなどで結合され、支持部は陽極絶縁支持体118の円筒部118aの上部の内周にねじで締結されている。絶縁支持部122bの全体または大部分はエポキシ樹脂などの絶縁材料から成る。   A stator insulating cylinder 120 is disposed between the stator 100 and the anode insulating portion 32 of the envelope 16 of the X-ray tube 10. The stator insulating cylinder 120 has a thin cylindrical portion 120a and a flange portion 120b spreading outward, and is made of an insulating material such as epoxy resin. The stator 100 is supported by a stator support 122 arranged on the outer periphery. The stator support 122 is coupled to and supported by the anode insulating support 118. The stator support 122 includes a cylindrical ring portion 122a that holds the stator 100 on its outer periphery, and an insulating support portion 122b that connects the ring portion 122a and the anode insulating support 118. The ring portion 122a is made of a metal material or an insulating material, and is coupled to the stator 100 with screws or the like. The insulating support part 122b has a plurality of, for example, three pillars and a support part that supports these pillars collectively, and both ends of the pillar are coupled to the ring part 122a and the support part with screws or the like, The support portion is fastened to the inner periphery of the upper portion of the cylindrical portion 118a of the anode insulating support 118 with screws. The whole or most of the insulating support 122b is made of an insulating material such as an epoxy resin.

図10において、ケース82の下面内壁には絶縁油90の熱による膨張および収縮を緩衝するためのベローズ124が取り付けられている。ベローズ124は全体として軸対称形の袋状をしており、その開口部には油密を保持するための0リング部124aが設けられている。ベローズ124は耐油性のゴムなどから成り、0リング部124aを除いた袋状部124bは薄肉に加工されており、絶縁油90の膨張、収縮に対応して変形する。ベローズ124はケース82の下面内壁に設けられたリング部126、押え板128、ねじ130などを用いて固定される。ケース82の下面内壁のベローズ124の固定された板面には空気抜け用の開口132が設けられる。   In FIG. 10, a bellows 124 for buffering expansion and contraction of the insulating oil 90 due to heat is attached to the inner wall of the lower surface of the case 82. The bellows 124 has an axisymmetric bag shape as a whole, and an 0-ring portion 124a for maintaining oil tightness is provided at the opening. The bellows 124 is made of oil-resistant rubber or the like, and the bag-like portion 124b excluding the 0-ring portion 124a is processed to be thin and deforms in response to the expansion and contraction of the insulating oil 90. The bellows 124 is fixed using a ring portion 126, a pressing plate 128, a screw 130, and the like provided on the inner wall of the lower surface of the case 82. An air vent opening 132 is provided on the surface of the lower wall of the case 82 on which the bellows 124 is fixed.

次に、図9及び図11により高電圧電源84について説明する。高電圧電源84は中性点接地方式のコッククロフト・ウォールトン回路で、陽極高電圧発生部140と陰極高電圧発生部142とを有する。それぞれの高電圧発生部140、142は変圧器144とコンデンサ146と抵抗147とから成り、低圧電源プラグ92から導入した低圧交流電圧を変圧器144で昇圧した後、複数段のコンデンサ146と抵抗147の組合せによって、更に直流の高電圧に昇圧される。高電圧発生部140、142のコンデンサ146と抵抗147の個数は高電圧電源84の出力電圧の値に対応して決められる。本実施例では、X線管10の定格電圧が150kVであるので、それぞれの高電圧発生部140、142では75kVずつ発生することになり、例えば5段ずつのコンデンサ146と抵抗147の組合せで昇圧する場合には、1個のコンデンサ146で15kVの電圧を分担することになる。高電圧電源84を構成する変圧器144、コンデンサ146、抵抗147などの素子は高電圧電源基板148の上に配列され、高電圧電源基板148はケース82の内壁に絶縁支持される。   Next, the high voltage power supply 84 will be described with reference to FIGS. The high voltage power source 84 is a neutral point grounding type cockcroft-Wallton circuit, and includes an anode high voltage generator 140 and a cathode high voltage generator 142. Each of the high voltage generators 140 and 142 includes a transformer 144, a capacitor 146, and a resistor 147. After the low-voltage AC voltage introduced from the low-voltage power plug 92 is boosted by the transformer 144, a plurality of stages of capacitors 146 and resistors 147 are provided. The voltage is further boosted to a DC high voltage. The number of capacitors 146 and resistors 147 in the high voltage generators 140 and 142 is determined according to the value of the output voltage of the high voltage power supply 84. In this embodiment, since the rated voltage of the X-ray tube 10 is 150 kV, each high voltage generator 140, 142 generates 75 kV. For example, the boosting is performed by a combination of the capacitor 146 and the resistor 147 in five stages. In this case, a voltage of 15 kV is shared by one capacitor 146. Elements such as the transformer 144, the capacitor 146, and the resistor 147 constituting the high voltage power supply 84 are arranged on the high voltage power supply board 148, and the high voltage power supply board 148 is insulated and supported on the inner wall of the case 82.

高電圧電源84とX線管10との間の接続に関しては、先ず陽極高電圧発生部140の高電圧側端子から引き出した陽極リード線149は、X線管シールド106に配設した陽極リード導入口116を通して、陽極支持体98の円形フランジ部98bに導かれ、これをねじなどにより円形フランジ部98bに結合される。次に、陰極高電圧発生部142の高電圧側端子から引き出した陰極側の高電圧リード線（以下、陰極リード線という）150は、X線管10の陰極12のステム48に導かれ、ステム48の導入リード線60の中のカソードリード60aに接続される。   Regarding the connection between the high voltage power source 84 and the X-ray tube 10, first, the anode lead wire 149 drawn from the high voltage side terminal of the anode high voltage generating unit 140 is introduced into the X-ray tube shield 106. Through the opening 116, it is led to the circular flange portion 98b of the anode support 98, and this is coupled to the circular flange portion 98b by a screw or the like. Next, a cathode-side high-voltage lead wire (hereinafter referred to as a cathode lead wire) 150 drawn from the high-voltage side terminal of the cathode high-voltage generator 142 is led to the stem 48 of the cathode 12 of the X-ray tube 10, and the stem Connected to cathode lead 60a among 48 lead wires 60.

次に、図9及び図10によりグリッド電源86について説明する。グリッド電源86はX線管10の陰極12の3個のグリッド電極50、52、54に陰極12のカソード40の電位を基準とするグリッド電圧を印加するものである。陰極12のカソード40の電位が負の高電位にあるため、グリッド電源86から出力されるグリッド電圧も負の高電位にある。このためグリッド電源86は高電圧電源84と同様に絶縁物から成るグリッド電源基板152の上に配列される。グリッド電源86は通常絶縁変圧器154と整流素子156などからなり、低圧電源プラグ92から導入した低圧の交流電圧を入力して、絶縁変圧器154で昇圧し、これを整流素子156で整流して直流電圧とし、これを分圧器155で分圧して、Ｇ1電圧、Ｇ２電圧、Ｇ3電圧を生成する。また、グリッド電圧については、Ｇ1電圧、Ｇ２電圧、Ｇ3電圧を別々に独立して生成してもよい。この場合には絶縁変圧器154と整流素子156が3組必要となる。後者の場合、それぞれのグリッド電圧を別々に調整する必要があるときなどには有利である。カソード40を加熱するためのヒータ電圧もここでグリッド電源86の一部として生成される。ヒータ電圧は絶縁変圧器153を用いて、低圧交流電圧から生成される。   Next, the grid power supply 86 will be described with reference to FIGS. The grid power supply 86 applies a grid voltage based on the potential of the cathode 40 of the cathode 12 to the three grid electrodes 50, 52, 54 of the cathode 12 of the X-ray tube 10. Since the potential of the cathode 40 of the cathode 12 is at a negative high potential, the grid voltage output from the grid power supply 86 is also at a negative high potential. For this reason, the grid power supply 86 is arranged on a grid power supply substrate 152 made of an insulating material, like the high voltage power supply 84. The grid power supply 86 is usually composed of an insulation transformer 154 and a rectifying element 156, etc., and a low-voltage AC voltage introduced from the low-voltage power plug 92 is input, boosted by the insulation transformer 154, and rectified by the rectifying element 156. The DC voltage is divided by the voltage divider 155 to generate the G1, G2, and G3 voltages. As for the grid voltage, the G1, G2, and G3 voltages may be generated separately and independently. In this case, three sets of insulating transformer 154 and rectifying element 156 are required. The latter case is advantageous when it is necessary to adjust each grid voltage separately. A heater voltage for heating the cathode 40 is also generated here as part of the grid power supply 86. The heater voltage is generated from the low-voltage AC voltage using the insulation transformer 153.

グリッド電源86とX線管10との間の接続では、グリッド電源86の全ての電圧はX線管10の陰極12に供給されるので、グリッド電源86からの全てのリード線157はX線管10の陰極12のステム48の導入リード線60に接続される。グリッド電源86の出力端子のうちの電位0Vの端子（カソード電位の端子）からのリード線157aがカソード40のリード60aに、Ｇ1電圧の端子からのリード線157bがＧ1電極50のリード60bに、Ｇ２電圧の端子からのリード線157cがＧ２電極52のリード60cに、Ｇ3電圧の端子からのリード線157dがＧ3電極54のリード60dに、それぞれ接続される。更に、ヒータ41を加熱するためのヒータ電圧の端子からのリード線157e、157fはヒータ41の2本のリード60e、60fに接続される。   In the connection between the grid power supply 86 and the X-ray tube 10, all the voltages of the grid power supply 86 are supplied to the cathode 12 of the X-ray tube 10, so all the leads 157 from the grid power supply 86 are connected to the X-ray tube. Connected to the lead lead 60 of the stem 48 of the ten cathodes 12. Of the output terminals of the grid power supply 86, the lead wire 157a from the 0V terminal (cathode potential terminal) is the lead 60a of the cathode 40, the lead wire 157b from the G1 voltage terminal is the lead 60b of the G1 electrode 50, The lead wire 157c from the G2 voltage terminal is connected to the lead 60c of the G2 electrode 52, and the lead wire 157d from the G3 voltage terminal is connected to the lead 60d of the G3 electrode 54, respectively. Furthermore, lead wires 157e and 157f from a heater voltage terminal for heating the heater 41 are connected to the two leads 60e and 60f of the heater 41.

次に、図9及び図10によりステータ電源88について説明する。ステータ電源88には低圧交流電圧が用いられる。ステータ100は通常単相コンデンサ・ラン方式のもの（3相方式のものもある）であり、主コイルと進相用の補助コイルとから構成されているため、ステータ100の駆動には商用周波数の交流電圧と、これをコンデンサで進相させた交流電圧が用いられる。本実施例では、この2相の交流電圧をケース82の内部で生成しているため、ステータ電源基板158上に進相用コンデンサ160が配設され、この進相用コンデンサ160に低圧電源プラグ92を経由して低圧交流電圧を供給している。この進相用コンデンサ160に低圧交流電圧を入力すると、進相交流電圧が出力されるので、入力電圧と出力電圧の両方の電圧がステータ100のコイル端子に接続される。上記の2相の交流電圧はケース82の外部で生成することも可能であり、その場合には、それらの電圧は低圧電源プラグ92からケース82内に導入され、ステータ100のコイル端子に接続される。この場合にはステータ電源基板158などは、ケース92内部ではなく、制御装置80内に設けられる。   Next, the stator power supply 88 will be described with reference to FIGS. A low voltage AC voltage is used for the stator power supply 88. The stator 100 is usually a single-phase capacitor-run type (some are three-phase type) and is composed of a main coil and a phase advance auxiliary coil. An AC voltage and an AC voltage obtained by advancing this with a capacitor are used. In the present embodiment, since the two-phase AC voltage is generated inside the case 82, the phase advance capacitor 160 is disposed on the stator power supply board 158, and the phase advance capacitor 160 is connected to the low voltage power plug 92. Low voltage AC voltage is supplied via When a low voltage AC voltage is input to the phase advance capacitor 160, a phase advance AC voltage is output, so that both the input voltage and the output voltage are connected to the coil terminal of the stator 100. The two-phase AC voltage can be generated outside the case 82. In that case, these voltages are introduced into the case 82 from the low voltage power plug 92 and connected to the coil terminal of the stator 100. The In this case, the stator power supply board 158 and the like are provided not in the case 92 but in the control device 80.

上記実施例では、X線管10の陽極14が回転陽極形であるとしたが、本発明はこれに限定されず、X線管の陽極が固定陽極形である場合にも適用できる。この場合には、X線管の陽極の外周に配置したステータ100が不要となり、それに伴いステータ100を駆動するためのステータ電源88も不要となる。更に、X線管の陽極が固定陽極形になるのに伴い、X線管の形状が細い円柱状にすることができ、かつ簡略化されるため、X線発生装置全体としてコンパクト化される。   In the above embodiment, the anode 14 of the X-ray tube 10 is a rotary anode type. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a case where the anode of the X-ray tube is a fixed anode type. In this case, the stator 100 disposed on the outer periphery of the anode of the X-ray tube is unnecessary, and accordingly, the stator power supply 88 for driving the stator 100 is also unnecessary. Further, as the anode of the X-ray tube becomes a fixed anode shape, the shape of the X-ray tube can be made into a thin columnar shape and simplified, so that the X-ray generator as a whole is made compact.

本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第1の実施例の全体構造図。1 is an overall structural diagram of a first embodiment of a microfocus X-ray tube according to the present invention. 図1の要部である陰極部の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a cathode part which is a main part of FIG. 図1の要部となる電子集束系の構成を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of an electron focusing system which is a main part of FIG. 図1の電子集束系における電位分布と電子軌道の計算例の中の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of calculation examples of potential distribution and electron trajectory in the electron focusing system of FIG. 図4のカソードからＧ2電極までの範囲の拡大図。FIG. 5 is an enlarged view of a range from the cathode of FIG. 4 to the G2 electrode. 本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第2の実施例の陰極部の拡大図。The enlarged view of the cathode part of the 2nd Example of the microfocus X-ray tube which concerns on this invention. 本発明に係るマイクロフォーカスX線管の第3の実施例の陰極部の拡大図。FIG. 6 is an enlarged view of a cathode portion of a third embodiment of the microfocus X-ray tube according to the present invention. 本発明に係るX線装置の一実施例の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an X-ray apparatus according to the present invention. 本発明に係るX線発生装置の一実施例のX線放射窓の方向から見たときの断面図。Sectional drawing when it sees from the direction of the X-ray radiation window of one Example of the X-ray generator which concerns on this invention. 図９のX線発生装置をX線管の陽極および陰極の中心軸に沿って切断した断面図。Sectional drawing which cut | disconnected the X-ray generator of FIG. 9 along the central axis of the anode and cathode of an X-ray tube. 図９のX線発生装置を図9、図10と直交する方向から見た断面図。Sectional drawing which looked at the X-ray generator of FIG. 9 from the direction orthogonal to FIG. 9, FIG. CTR用電子銃の一例のIn‐line型電子銃の概略構成図。The schematic block diagram of the In-line type | mold electron gun of an example of the electron gun for CTR.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・マイクロフォーカスX線管（X線管）
12・・・陰極
14・・・陽極（回転陽極）
16・・・外囲器
18・・・ターゲット
20・・・ロータ
26・・・固定部
28・・・焦点（X線源）
30・・・大径部
32・・・陽極絶縁部
34・・・陰極絶縁部
36・・・X線放射窓
40・・・カソード
41・・・ヒータ
42・・・電子集束系
46・・・電子集束系絶縁体
48・・・ステム
50・・・第1グリッド電極（Ｇ1電極）
50a、52a、54a・・・開口
52・・・第2グリッド電極（Ｇ2電極）
54・・・第3グリッド電極（Ｇ3電極）
55・・・黒化処理
56・・・放熱フィン
60・・・導入リード線
62・・・電子集束系支持体
64・・・電子線
65・・・カソードレンズ
67・・・主レンズ
68・・・クロスオーバー
70・・・X線装置
72・・・X線発生装置
76・・・X線検出装置
78・・・画像形成装置
80・・・制御装置
82・・・ケース
84・・・高電圧電源
86・・・グリッド電源
88・・・ステータ電源
90・・・絶縁油
92・・・低圧電源プラグ
98・・・陽極支持体
100・・・ステータ
106・・・X線管シールド
118・・・陽極絶縁支持体
124・・・ベローズ
140・・・陽極電圧発生部
142・・・陰極電圧発生部
144・・・変圧器
146・・・コンデンサ
147・・・抵抗
148・・・高電圧電源基板
152・・・グリッド電源基板
153、154・・・絶縁変圧器
156・・・整流素子
158・・・ステータ電源基板
160・・・進相用コンデンサ
10 ... Microfocus X-ray tube (X-ray tube)
12 ... Cathode
14 ... Anode (rotary anode)
16 ... Envelope
18 ... Target
20 ... Rotor
26 ・ ・ ・ Fixing part
28 ... Focus (X-ray source)
30 ... Large diameter part
32 ... Anode insulation
34 ・ ・ ・ Cathode insulation
36 ... X-ray radiation window
40 ... Cathode
41 ... Heater
42 ... Electron focusing system
46 ... Electronic focusing insulator
48 ... Stem
50 ・ ・ ・ First grid electrode (G1 electrode)
50a, 52a, 54a ... opening
52 ・ ・ ・ Second grid electrode (G2 electrode)
54 ... Third grid electrode (G3 electrode)
55 ・ ・ ・ Blackening treatment
56 ... Heat radiation fin
60 ... Lead wire
62 ... Electronic focusing system support
64 ... electron beam
65 ... Cathode lens
67 ... Main lens
68 ... Crossover
70 ・ ・ ・ X-ray equipment
72 ・ ・ ・ X-ray generator
76 ... X-ray detector
78 ... Image forming apparatus
80 ... Control device
82 ・ ・ ・ Case
84 ・ ・ ・ High voltage power supply
86 ・ ・ ・ Grid power supply
88 ... Stator power supply
90 ・ ・ ・ Insulating oil
92 ... Low-voltage power plug
98 ... Anode support
100 ... stator
106 ... X-ray tube shield
118 ・ ・ ・ Anode insulation support
124 ... Bellows
140 ... Anode voltage generator
142 ... Cathode voltage generator
144 ... Transformer
146: Capacitor
147 ... resistance
148 ... High voltage power supply board
152 ... Grid power supply board
153,154 ... Insulation transformer
156 ... Rectifying element
158 ... Stator power supply board
160 ... Phase advance capacitor

Claims (7)

電子線を発生するカソードと、前記電子線を細いビームに集束するために前記電子線の経路に配置される複数個のグリッド電極から成る電子集束系と、前記電子線が衝突することによりX線を発生する陽極と、前記カソードと前記電子集束系と前記陽極を真空気密に封入する外囲器とを備え、前記電子集束系の複数個のグリッド電極はそれぞれ前記電子線を通過させるための開口を有し、それぞれのグリッド電極に前記カソードを基準にして電位を印加することにより前記電子線を集束するための電子レンズを形成するマイクロフォーカスX線管において、前記電子集束系は少なくとも３個のグリッド電極から成り、前記グリッド電極のうちの前記カソードに第２番目に近接するグリッド電極（以下、第２グリッド電極という）の開口径を、前記カソードに最も近接するグリッド電極（以下、第１グリッド電極という）の開口径より小さくしたことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。   The electron beam collides with the cathode that generates the electron beam, the electron focusing system including a plurality of grid electrodes arranged in the path of the electron beam to focus the electron beam into a narrow beam, and the X-ray An anode for generating the cathode, the cathode, the electron focusing system, and an envelope for sealing the anode in a vacuum-tight manner, and a plurality of grid electrodes of the electron focusing system each have an opening for allowing the electron beam to pass therethrough. A microfocus X-ray tube that forms an electron lens for focusing the electron beam by applying a potential to each grid electrode with reference to the cathode, and the electron focusing system includes at least three electron focusing systems. An opening diameter of a grid electrode (hereinafter referred to as a second grid electrode) that is composed of a grid electrode and is second closest to the cathode among the grid electrodes Grid electrode (hereinafter referred to as the first grid electrode) which is closest to the cathode microfocus X-ray tube, characterized in that it has less than the opening diameter of. 請求項１記載のマイクロフォーカスX線管において、前記第１グリッド電極に、前記カソードの電位に対し正の電位を印加したことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。   2. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein a positive potential is applied to the first grid electrode with respect to the potential of the cathode. 請求項１および２記載のマイクロフォーカスX線管において、前記電子集束系の複数個のグリッド電極のうち少なくとも第１グリッド電極と第２グリッド電極を融点2000℃以上の高融点金属材料またはその合金で構成したことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。   3. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes of the electron focusing system are made of a refractory metal material having a melting point of 2000 ° C. or higher or an alloy thereof. A microfocus X-ray tube that is constructed. 請求項1乃至3記載のマイクロフォーカスX線管において、前記複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極の表面に放熱処理を施したことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。 4. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein a heat dissipation process is performed on at least surfaces of the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes. . 請求項1乃至3記載のマイクロフォーカスX線管において、前記複数個のグリッド電極のうち少なくとも第1グリッド電極と第2グリッド電極に放熱フィンを取り付けたことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。   4. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein a radiation fin is attached to at least the first grid electrode and the second grid electrode among the plurality of grid electrodes. 微小焦点を有するマイクロフォーカスX線管と、該マイクロフォーカスＸ線管に高電圧を供給する高電圧電源部と、前記マイクロフォーカスX線管の陰極の複数個のグリッド電極にグリッド電圧を供給するグリッド電源部と、前記マイクロフォーカスＸ線管の電極を絶縁支持する電極絶縁支持部と、前記マイクロフォーカスＸ線管と前記高電圧電源部と前記グリッド電源部と前記電極絶縁支持部を内包し支持する筺体と、前記筐体内に充填され、前記マイクロフォーカスＸ線管およびその他構成要素を浸漬して絶縁する絶縁油と、該絶縁油の膨張、収縮を緩衝するために前記筺体に取り付けられたベローズを含むＸ線発生装置において、前記マイクロフォーカスＸ線管として請求項１乃至５記載のマイクロフォーカスＸ線管を用いたことを特徴とするX線発生装置。   A microfocus X-ray tube having a micro focus, a high voltage power supply unit for supplying a high voltage to the microfocus X-ray tube, and a grid for supplying a grid voltage to a plurality of grid electrodes of the cathode of the microfocus X-ray tube A power supply, an electrode insulation support that insulates and supports the electrodes of the microfocus X-ray tube, the microfocus X-ray tube, the high-voltage power supply, the grid power supply, and the electrode insulation support are included and supported. A housing, an insulating oil filled in the housing and dipping and insulating the microfocus X-ray tube and other components, and a bellows attached to the housing to buffer expansion and contraction of the insulating oil An X-ray generator including the microfocus X-ray tube according to claim 1 as the microfocus X-ray tube. X-ray generator for. X線を発生するＸ線発生装置と、前記X線発生装置から発生し、被検体を透過したX線を検出するX線検出装置と、前記X線検出装置から出力される検出X線量に対応する信号を入力して前記披検体のX線画像を作成する画像形成装置と、前記X線発生装置、前記X線検出装置および前記画作形成装置を制御する制御装置とを有するX線装置において、前記X線発生装置として請求項６記載のX線発生装置を用いたことを特徴とするX線装置。
Corresponding to the X-ray generator that generates X-rays, the X-ray detector that detects X-rays generated from the X-ray generator and transmitted through the subject, and the detected X-ray dose output from the X-ray detector In an X-ray apparatus having an image forming apparatus that inputs a signal to generate an X-ray image of the specimen, and a control device that controls the X-ray generation apparatus, the X-ray detection apparatus, and the image forming apparatus, An X-ray apparatus using the X-ray generator according to claim 6 as the X-ray generator.
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