JP2011233365A - 回転陽極型ｘ線管及び回転陽極型ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高いハイパワーのＸ線出力が可能であり、製品寿命の長期化を図ることが可能である回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置を提供する。
【解決手段】回転陽極型Ｘ線管は、ターゲット基材３５ａと、Ｘ線放射層３５ｂとを含み、複数のスリット１３が形成されている陽極ターゲット３５と、電子の分布範囲の中心が第１方向ｄ１に沿っている電子ビームをＸ線放射層３５ｂに入射させる陰極と、真空外囲器と、を備えている。０＜α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ）である。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置に関する。

Ｘ線管装置は、Ｘ線管を備えている。Ｘ線管は、陽極ターゲットに電子を衝突させてＸ線を発生する構成になっている。このようなＸ線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。以下では代表的な装置として回転陽極型Ｘ線管装置および回転陽極型Ｘ線管について説明する。

回転陽極型Ｘ線管では、陰極から放射された電子は、陰極と陽極ターゲット間の電位勾配により加速、集束され、典型的には２０乃至１５０ｋｅＶのエネルギを持って、回転する陽極ターゲットのＸ線放射層表面にほぼ垂直（９０°±１０°）に衝突してＸ線発生源となる焦点を形成する。焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームはＸ線放射層により急速に減速されるためＸ線が放出される。Ｘ線に変換される割合は、Ｘ線放射層に衝突する電子の運動エネルギの中の１％以下とわずかである。残りのエネルギは熱に変換される。

回転陽極型Ｘ線管の使用時において、陽極ターゲットには、陽極ターゲット自体の回転に伴う遠心力と、陽極ターゲットの外周側のＸ線放射層に加速された電子ビームが衝突することによる陽極ターゲットの外周側及び内周側の温度差に基づく熱応力と、が作用し、陽極ターゲットの内周側に大きな引っ張り歪みがもたらされる。

この歪みは、陽極ターゲットの径が大きい程、また回転数が高い程、さらにまた電子ビームのパワーが高い程大きい。この歪みが許容限度を越えると、陽極ターゲット表面に亀裂が発生して陽極ターゲットが破壊される恐れがある。また、陽極ターゲットに永久変形が発生し、陽極ターゲットが不平衡状態となる結果、陽極ターゲットの回転軸は一層アンバランスとなってしまう。ひいては回転陽極型Ｘ線管の振動が増大し、回転陽極型Ｘ線管に許容できない振動が発生する恐れもある。この場合、回転陽極型Ｘ線管の性能が大きく劣化する恐れがある。

そこで、上記の問題を解決するため、陽極ターゲットの外周面から内側に向って形成された複数のスリットを有したスリット付き陽極ターゲットを採用することが有効であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特公昭４７−３４７９６号公報

上記の回転陽極型Ｘ線管は以下に述べる問題がある。
通常、陰極はＸ線放射層に対向配置され、中心電子ビームはＸ線放射層にほぼ垂直となる方向から上記Ｘ線放射層に入射され、Ｘ線放射層の表面に焦点が形成される。焦点が形成される位置に入射される電子ビームのほとんどは、Ｘ線放射層に垂直な方向を中心に、±１０°位の範囲に分布している。

このため、陽極ターゲットが回転して焦点位置にスリットが重なった場合、多くの電子ビームはスリットを構成するＸ線放射層ではなく、陽極ターゲットのターゲット基材を衝撃することとなる。ターゲット基材の耐熱温度はＸ線放射層のそれよりも低いため、電子ビームの衝撃により融解して内包ガスを放出させたり、ターゲット基材自体が蒸発したりして、陰極及び陽極ターゲット間の放電を誘発させる恐れがある。ハイパワーのＸ線出力が必要とされる循環器診断装置やＸ線ＣＴ装置に使用される回転陽極型Ｘ線管装置ではこのような問題が特に深刻となると予想される。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、信頼性の高いハイパワーのＸ線出力が可能であり、製品寿命の長期化を図ることが可能である回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る回転陽極型Ｘ線管は、
回転軸を中心に回転可能であり、ターゲット基材と、前記ターゲット基材上に設けられ電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するＸ線放射層と、を含み、前記ターゲット基材及びＸ線放射層にそれぞれ外周面から前記回転軸に向かって凹んだ複数のスリットが形成されている陽極ターゲットと、
電子の分布範囲の中心が第１方向に沿っている電子ビームを前記Ｘ線放射層に入射させ、前記Ｘ線放射層に焦点を形成する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を備え、
前記焦点が形成される位置の前記Ｘ線放射層に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記Ｘ線放射層の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、前記焦点を通り前記回転軸に重なった平面を第４平面、前記焦点を通り前記第１平面及び前記第４平面にそれぞれ垂直な平面を第５平面、前記Ｘ線放射層の厚みをｄ、前記スリットの幅をｗ、前記第１方向の前記第５平面への射影が前記第１平面からなす角度をα、とすると、
０＜α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ）である。

また、本発明の他の態様に係る回転陽極型Ｘ線管装置は、
前記陽極ターゲットを固定し、回転軸に沿って延出して筒状に形成され、前記回転軸を中心に回転可能な回転体と、前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備えた上記回転陽極型Ｘ線管と、
前記回転体に与える磁界を発生して前記回転体及び陽極ターゲットを回転させる回転駆動機構と、
前記回転陽極型Ｘ線管及び回転駆動機構を収容したハウジングと、を備えている。

この発明によれば、信頼性の高いハイパワーのＸ線出力が可能であり、製品寿命の長期化を図ることが可能である回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管を示す模式図である。 図１に示した陽極ターゲットを示す斜視図であり、陽極ターゲットに電子ビームが入射され、陽極ターゲットからＸ線が放出され、陽極ターゲットから反跳電子が飛び出す様子を示す図である。 上記陽極ターゲットを拡大して示す平面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った陽極ターゲットを示す断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖに沿った陽極ターゲットの一部を示す断面図である。 上記陽極ターゲットを示す断面図であり、陽極ターゲット内部に電子ビームが侵入し、陽極ターゲット内部からＸ線が放出される様子を示す図である。 上記Ｘ線管の比較例の陽極ターゲットを示す断面図であり、陽極ターゲット内部に電子ビームが侵入し、陽極ターゲット内部からＸ線が放出される様子を示す図である。 上記陰極、陽極ターゲット及びＸ線放射窓を示す図であり、上記Ｘ線放射窓の位置を変更し、第２方向の向きを変更する様子を示す図である。 上記陽極ターゲットを示す斜視図であり、電子ビームの軌道、陽極ターゲットに形成される焦点の形状を示す図である。 図９に示した焦点を拡大して示す平面図である。 上記陰極、陽極ターゲット及びＸ線放射窓を示す図であり、上記Ｘ線放射窓の位置を変更し、第２方向の向きを変更した状態を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管を含む回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図１２に示した陽極ターゲット、陰極、真空外囲器及びハウジングを取出して示す概略図であり、これらを陰極側から見た図である。 図３に示した陽極ターゲットの変形例を示す平面図である。 図１４に示した陽極ターゲットを示す正面図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。この実施の形態では、回転陽極型Ｘ線管の基本的な概念を説明する。
図１及び図２に示すように、回転陽極型のＸ線管３０は、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、真空外囲器３１とを備えている。

図１乃至図４に示すように、陽極ターゲット３５は、ターゲット基材３５ａと、電子ビームが入射されることによりＸ線を放射するＸ線放射層３５ｂと、を有している。ターゲット基材３５ａは、金属として例えばモリブデン合金で形成されている。Ｘ線放射層３５ｂは、金属として例えばタングステン合金で形成されている。陽極ターゲット３５は、回転軸ａを中心に平衡状態にあり、回転軸ａを中心に回転可能である。陽極ターゲット３５には 、陰極３６に対して相対的に正の電圧が印加される。

ターゲット基材３５ａは、回転軸ａを中心軸とした円盤状に形成されている。ターゲット基材３５ａの一端面の外周側は、環状のテーパ面である。Ｘ線放射層３５ｂは、環状であり、ターゲット基材３５ａのテーパ面上に形成されている。このため、Ｘ線放射層３５ｂの表面もテーパ面である。Ｘ線放射層３５ｂは、陽極ターゲット３５の一端面１０ａの外周側を形成している。

陽極ターゲット３５は、複数のスリット１３を有している。スリット１３は、ターゲット基材３５ａ及びＸ線放射層３５ｂに形成されている。スリット１３は、それぞれ陽極ターゲット３５の外周面１０ｂから回転軸ａに向かって凹んで形成されている。スリット１３は、回転軸ａ側に終端部１３ａを有している。

この実施の形態において、スリット１３は、回転軸ａから放射状に直線的に形成されている。スリット１３は、回転軸ａに同軸の周りで等間隔に位置している。スリット１３の終端部１３ａの幅ｂは、スリット１３の外周面１０ｂ側の幅ｗより大きい。スリット１３の終端部１３ａは、断面形状が円形であり、直径が幅ｂであり、回転軸ａに沿った方向に延びた貫通孔で形成されている。

図１及び図２に示すように、陰極３６は、電子の分布範囲の中心が第１方向ｄ１に沿っている電子ビームをＸ線放射層３５ｂに入射させ、Ｘ線放射層３５ｂに焦点Ｆを形成する。焦点Ｆに入射する電子ビームのほとんどは、第１方向ｄ１を中心に、±１０°位の範囲に分布している。陰極３６には 、陽極ターゲット３５に対して相対的に負の電圧が印加される。陰極３６の電子放出源３６ａには陰極３６に印加される電圧及び電流が供給される。電子放出源３６ａは、電極や、コイル状のフィラメント等で形成されている。ここでは、電子放出源３６ａは、矩形状の電極で形成されている。

真空外囲器３１は、陽極ターゲット３５及び陰極３６を収容している。真空外囲器３１は、真空容器３２、Ｘ線放射窓３３及び金属表面部３４を有している。真空外囲器３１の内部は真空状態である。真空容器３２は、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属で形成されている。Ｘ線放射窓３３は、焦点Ｆから第２方向ｄ２に沿って位置している。Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２に気密に設けられている。ここでは、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。金属表面部３４は、真空側のＸ線放射窓３３の表面側を含む真空外囲器３１の内側に設けられ、接地電位（０Ｖ）に設定される。

この実施の形態において、真空容器３２及びＸ線放射窓３３は金属で形成されているため、真空外囲器３１は、真空側の金属表面部３４だけでなく全体が金属で形成されている。

図１乃至図５に示すように、ここで、焦点Ｆが形成される位置のＸ線放射層３５ｂに接する平面を第１平面Ｓ１とする。焦点Ｆを通りＸ線放射層３５ｂの上方を向き第１平面Ｓ１に垂直な方向を第３方向ｄ３とする。第１方向ｄ１及び第３方向ｄ３に沿った平面を第２平面Ｓ２とする。第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３に沿った平面を第３平面Ｓ３とする。焦点Ｆを通り回転軸ａに重なった平面を第４平面Ｓ４とする。焦点Ｆを通り、第１平面及び第４平面に垂直な平面を第５平面Ｓ５とする。

この実施の形態においては、第２平面Ｓ２は第５平面Ｓ５と同一であり、従って第２平面Ｓ２は第１平面Ｓ１及び第４平面Ｓ４にそれぞれ垂直である。

また、第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３が内側になす角度をδ(＞０)とする。Ｘ線放射層３５ｂの厚みをｄとする。第１方向ｄ１が第１平面Ｓ１からなす角度をα(＞０)とする。第２方向ｄ２が第１平面Ｓ１からなす角度をβ(＞０)とする。
ここで、スリット１３を形成するターゲット基材３５ａへの電子ビームの衝撃を防止するための関係式は、角度αを使用すると次の式（１）に示す通りである。

α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ）…（１）
０＜αであるから、上記式（１）は暗に１０°＜arctan（ｄ／ｗ）、すなわち
ｄ／ｗ＞tan１０°＝０．１７６ …（２） を仮定している。通常ｄは０．３乃至２．０ｍｍ、
ｗは０．５乃至２．０ｍｍの範囲が実用上好ましく、その場合上記式（２）が成立している。

角度αが上記式（１）の関係を満たすことにより、スリット１３を形成するターゲット基材３５ａへの電子ビームの衝撃を防止することができる。

角度αは、上記式（１）の関係を満たした上で、８°乃至３０°の範囲内の何れかであるとより好ましい。角度βの範囲は、特に限定されるものではないが、角度βとしては、５°乃至２５°の範囲内の何れかであると好ましい。
角度δは、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度δは、９０°である。このため、第３平面Ｓ３は第４平面Ｓ４に重なっている。

Ｘ線管３０には、高電圧電源１５が接続されている。高電圧電源１５は、陰極３６及び陽極ターゲット３５に高電圧を供給するためのものである。この実施の形態において、高電圧電源１５は、陰極３６にのみ高電圧を供給する。

Ｘ線管３０の陰極３６及び陽極ターゲット３５間に、管電圧Ｖが印加されている。陽極ターゲット３５の電位をＶＡ、陰極３６の電位をＶＣとすると、管電圧Ｖは、ＶＡ−ＶＣである。管電圧Ｖは、２０ｋＶ乃至１００ｋＶである。

この実施の形態において、高電圧電源１５は、陰極３６に−Ｖの電圧を供給している。陽極ターゲット３５、及びＸ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は接地されている（０Ｖ）。

陰極３６の電位は、−Ｖに限定されるものではなく、−Ｖ乃至−Ｖ／２の範囲内の何れかに設定されていればよい（−Ｖ≦ＶＣ≦−Ｖ／２）。陽極ターゲット３５の電位は、接地電位に限定されるものではなく、接地電位以上、＋Ｖ／２以下の範囲内の何れかに設定されていればよい（０≦ＶＡ≦＋Ｖ／２）。

このように構成されたＸ線管３０では、例えば、陰極３６に−１００ｋＶ程度の負の高電圧を印加する。陽極ターゲット３５及び真空外囲器３１は接地されている。陰極３６の電子放出源３６ａには、±１００Ｖ以下の低電圧及び電流がさらに与えられる。

これにより、陰極３６から陽極ターゲット３５のＸ線放射層３５ｂに電子ビームが放射され、Ｘ線放射層３５ｂに形成される焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３を透過して外部へ放射される。

図６は、上記実施の形態において、陽極ターゲット３５に電子ビームが入射され、陽極ターゲット３５からＸ線が放出される様子を示す図であり、第２平面Ｓ２及び第３平面Ｓ３を一平面に展開して示す図である。

図７は、図６の比較例を示す図である。図７は、比較例の陽極ターゲット３５に電子ビームが入射され、陽極ターゲット３５からＸ線が放出される様子を示す図であり、第３平面Ｓ３を示す図である。

図６に示すように、角度αは、８°乃至３０°の範囲内の何れかである。陽極ターゲット３５への電子ビームの浸入深さをＬとする。なお、深さＬは、特定の長さである。すると、陽極ターゲット３５内をＸ線が透過する最大距離は、Ｌ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βとなる。Ｌ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値が小さいほど、すなわち、角度αが０°に近いほど、陽極ターゲット３５による陽極ターゲット３５内部で発生したＸ線の吸収を抑制することができる。このことが陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量が増大する理由の一つである。また、陽極ターゲット３５内部で発生する反跳電子は従来よりも陽極ターゲット３５の表面側を通過する成分が増える。陽極ターゲット３５内部でのＸ線の発生は、最初の電子ビームが陽極ターゲット３５でエネルギを失う過程で生じるだけでなく、電子ビームの一部がエネルギをほとんど失わずに弾性散乱してできる反跳電子がエネルギを失う過程でも発生する。この反跳電子に起因して陽極ターゲット３５内部で発生するＸ線は、従来よりも陽極ターゲット３５の表面側で発生するため、陽極ターゲット３５から放出され易くなる。このことはＸ線量が従来よりも増大するもう一つの要因となっていると考えられる。

図６の例のように、角度αは８°乃至３０°の範囲内の何れかであるため、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量を増大させることができる。

一方、Ｌ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値が大きいほど、すなわち、角度αが９０°に近いほど、陽極ターゲット３５によるＸ線の吸収量が大きくなり、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量が減少することになる。また、陽極ターゲット３５内部で発生する反跳電子は図４の場合よりも陽極ターゲット３５の深い部分を通過する成分が増えるため、反跳電子に起因して陽極ターゲット３５内部で発生するＸ線は図４の場合よりも陽極ターゲット３５に吸収されて、外部に放出され難くなる。このことはＸ線量が減少するもう一つの要因となっていると考えられる。

図７に示すように、このため、第１平面Ｓ１に垂直な方向から陽極ターゲット３５に電子ビームが入射される場合、陽極ターゲット３５内をＸ線が透過する距離は、Ｌ×ｓｉｎ ９０°／ｓｉｎ β＝Ｌ／ｓｉｎ βとなる。この場合、Ｌ×ｓｉｎ α／ｓｉｎ βの値を小さくできないため、陽極ターゲット３５から放出されるＸ線量が減少する。

以上のように構成された上記実施の形態に係る回転陽極型のＸ線管３０によれば、Ｘ線管３０は、ターゲット基材３５ａと、Ｘ線放射層３５ｂと、を含み、複数のスリット１３が形成されている陽極ターゲット３５と、電子の分布範囲の中心が第１方向ｄ１に沿っている電子ビームをＸ線放射層３５ｂに入射させ、Ｘ線放射層３５ｂに焦点Ｆを形成する陰極３６と、真空外囲器３１とを備えている。

陽極ターゲット３５は、スリット１３を有している。これにより、陽極ターゲット３５に発生する恐れのある永久変形を低減することができ、ひいてはＸ線管３０に発生する恐れのある不所望な振動を低減することができる。このため、Ｘ線管３０は、低振動の安定した動作が可能であり、性能の劣化を低減することができる。

スリット１３の終端部１３ａの幅ｂは、スリット１３の外周面１０ｂ側の幅ｗより大きい。これにより、終端部１３ａへの応力（熱応力及び遠心力）の集中を抑制することができる。終端部１３ａは、断面形状が円形の貫通孔で形成されている。終端部１３ａの形状を円形にすることにより、終端部１３ａへの熱応力の集中を一層抑制することができる。

Ｘ線管３０は上記式（１）の関係を満たしている（α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ））。陽極ターゲット３５が回転して焦点位置にスリット１３が重なった場合、電子ビームはスリットを形成するＸ線放射層３５ｂに衝撃する。スリットを形成するターゲット基材３５ａへの電子ビームの衝撃を防止することができる。このため、ターゲット基材３５ａの融解に起因した内包ガスの放出や、ターゲット基材３５ａ自体の蒸発に起因した陰極３６及び陽極ターゲット３５間の放電を低減することができる。

角度δは、９０°である。Ｘ線放射窓３３は、第２平面Ｓ２上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Ｆから第２平面Ｓ２に沿った方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、Ｘ線放射窓３３は第２平面Ｓ２上に位置していないため、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃を抑制することができ、Ｘ線放射窓３３の加熱を抑制することができる。そして、Ｘ線放射窓３３の破損を防止することができる。なお、焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どは、Ｘ線放射窓３３から外れた真空容器３２の内面に衝撃を与えることとなる。
上記の効果は、角度δが４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである場合に得ることができる。

角度αは８°乃至３０°の範囲内の何れかである。Ｘ線放射層３５ｂに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Ｆを形成させているため、Ｘ線放射窓３３から放出されるＸ線出力を増大させることができる。
上記の効果は、角度αが少なくとも４０°以下である場合に得ることができる。

また、Ｘ線放射層３５ｂの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、焦点Ｆ近傍を含むＸ線放射層３５ｂへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、Ｘ線放射層３５ｂ（焦点Ｆ）の温度上昇や、Ｘ線放射層３５ｂに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やＸ線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点Ｆ以外からのＸ線の放射を抑制できるため、Ｘ線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
上記したことから、信頼性の高いハイパワーのＸ線出力が可能であり、製品寿命の長期化を図ることが可能である回転陽極型のＸ線管３０を得ることができる。

次に、角度δを、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかに設定するための手法について説明する。上記角度δを得るため、図８に示すように、Ｘ線放射窓３３の位置を変更することにより、対応することができる。

次に、電子放出源３６ａが、長軸を有した電極、又はコイル状のフィラメントで形成されている場合について説明する。ここでは、電子放出源３６ａが長軸を有した矩形状の電極で形成されている場合を例に説明する。

図１、図９及び図１０に示すように、陰極３６は、陰極３６（電子放出源３６ａ）から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。この断面は、長軸を有している。

焦点Ｆは、矩形状に形成されている。焦点Ｆは、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａｘ及び長軸ａｘに直交した短軸を有している。この例では、角度δが９０°であるため、焦点Ｆの形状は、長方形である。

次に、電子放出源３６ａが長軸を有した矩形状の電極で形成され、角度δが９０°ではない場合について説明する。この場合、図１１に示すように、焦点Ｆの形状は平行四辺形である。角度δが９０°ではない場合、電子放出源３６ａを傾かせることで対応することができ、これにより、第３平面Ｓ３に沿った長軸ａｘを有した焦点Ｆを形成することができる。

次に、この発明の他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について説明する。この実施の形態において、上記実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１２及び図１３に示すように、回転陽極型のＸ線管装置は、筒状のハウジング２０と、ハウジング２０内に収納されたＸ線管３０と、ハウジング２０の内部に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たす冷却液７と、回転駆動機構としてのステータコイル９１０とを備えている。ハウジング２０には、ゴムベローズ２１が設けられ、冷却液７の圧力調整が行われている。ハウジング２０は、Ｘ線をハウジング２０外部に放射する放射窓２４を有している。

Ｘ線管３０は、真空外囲器３１を備えている。真空外囲器３１は、金属で形成された真空容器３２と、絶縁部材４０と、絶縁部材５０とを備えている。この実施の形態において、絶縁部材５０は、高電圧絶縁部材で形成されている。絶縁部材４０には陽極ターゲット３５が間接的に取り付けられ、絶縁部材５０には陰極３６が間接的に取り付けられている。陰極３６は、陽極ターゲット３５に電子ビームを放射するものである。陽極ターゲット３５及び陰極３６は、真空外囲器３１に収納されている。

真空外囲器３１の内部は真空状態である。Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２に気密に設けられている。ここでは、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。金属表面部３４は、真空側のＸ線放射窓３３の表面側を含む真空容器３２の内側に設けられ、接地電位に設定される。

陽極ターゲット３５は、上記の実施の形態の陽極ターゲットと同様に形成されている。陽極ターゲット３５は接地電位に設定される。
陰極３６には陰極支持部材３７が接続されている。電圧供給端子５４は、陰極支持部材３７の内部を通って陰極３６に接続されている。電圧供給端子５４は、陰極３６に負の高電圧を印加するともに陰極３６の電子放出源３６ａに電圧及び電流を供給するものである。

Ｘ線管３０は、ロータ９２０、軸受け９３０、固定体１及び回転体２を備えている。固定体１は、回転軸ａに沿って延出して円柱状に形成され、絶縁部材４０に固定されている。固定体１は、回転体２の内部に設けられ、回転体２を回転可能に支持する。

回転体２は回転軸ａに沿って延出して筒状に形成され、固定体１と同軸的に設けられている。回転体２及び陽極ターゲット３５は、継手部３５ｃを介して接合されている。回転体２は、陽極ターゲット３５を間接的に固定している。回転体２は、回転軸ａを中心に陽極ターゲット３５とともに回転可能に設けられている。回転体２の外面にロータ９２０が取り付けられている。
軸受け９３０は固定体１及び回転体２間に設けられている。

絶縁部材４０は、真空外囲器３１の一部を形成している。絶縁部材４０は、筒部４６と、筒部４６の一端側を閉塞した底部４７とで形成されている。絶縁部材４０は、ハウジング２０に液密に設けられている。

絶縁部材５０は、真空外囲器３１の一部を形成している。絶縁部材５０は、ハウジング２０の外部に露出した外部端面５０Ｓを有している。この実施の形態において、外部端面５０Ｓは平面である。

絶縁部材５０の内部には、陰極３６に接続され、外部端面５０Ｓ側へ導出する電圧供給端子５４が設けられている。この実施の形態において、電圧供給端子５４は高電圧供給端子である。電圧供給端子５４は、外部端面５０Ｓを貫通して設けられ、陰極３６に高電圧を供給するものである。電圧供給端子５４は低膨張合金であるＫＯＶ部材５５で支持されている。ＫＯＶ部材５５及び陰極支持部材３７間、並びにＫＯＶ部材５５及び絶縁部材５０間は、ろう付けされている。

ケーブル１０２は、ハウジング２０の外部に露出した固定体１の端部に接続されている。ケーブル１０２は、固定体１等を介して陽極ターゲット３５を接地電位に設定するものである。

高電圧コネクタ２００は、有底筒状のハウジング２０１と、ハウジング２０１内にその先端が挿入されたケーブル２０２と、ハウジング２０１内に充填され、ケーブル２０２の端子をハウジング２０１の開口部側に向けて固定するエポキシ樹脂材製の固定部２０３と、この固定部２０３と絶縁部材５０の外部端面５０Ｓとの間に挿入されたシリコーン樹脂材製のシリコーンプレート２０４とを備えている。この実施の形態において、ケーブル２０２は高電圧ケーブルである。固定部２０３は、電気絶縁材である。

この実施の形態において、高電圧コネクタ２００の電気絶縁材としての固定部２０３は、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓに間接的に密着されている。なお、固定部２０３は、外部端面５０Ｓに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ２００は、電圧供給端子５４に高電圧を与えるものである。

このように構成されたＸ線管装置では、次のように用いられる。高電圧コネクタ２００をハウジング２０に取り付ける際に、シリコーンプレート２０４が、それぞれ固定部２０３と、絶縁部材５０の外部端面５０Ｓとに密着するように押圧する。

Ｘ線遮蔽部としてのＸ線遮蔽キャップ４００は、高電圧コネクタ２００を覆うようにハウジング２０に着脱可能に取り付けられている。Ｘ線遮蔽キャップ４００は、Ｘ線不透過材を含む材料で形成されている。

焦点Ｆ及び陰極３６間には、加速／集束電極９が位置している。加速／集束電極９は、電子ビームが陽極ターゲット表面に斜め方向から入射するように電子ビームを加速／集束するものである。加速／集束電極９は、陰極３６から焦点Ｆに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。加速／集束電極９は、例えば、真空外囲器３１に取り付けられている。加速／集束電極９は、接地電位に設定される。

冷却液７は、ハウジング２０内に充填され、Ｘ線管３０及びハウジング２０間を満たしている。冷却液７としては、絶縁油又は水系冷却液を用いることができる。この実施の形態において、冷却液７として水系冷却液を用いている。

このように構成されたＸ線管装置では、ステータコイル９１０に所定の電流を印加することで、ステータコイル９１０は、ロータ９２０（回転体２）に与える磁界を発生して回転体２及び陽極ターゲット３５を回転させる。次に、高電圧コネクタ２００に所定の高電圧を印加する。

ケーブル１０２を介し、固定体１、軸受け９３０、回転体２、継手部３５ｃ、及び陽極ターゲット３５は接地電位に設定される。高電圧コネクタ２００に印加された高電圧は、電圧供給端子５４を介して陰極３６に与えられる。Ｘ線放射窓３３を含む真空外囲器３１は、接地されている。陰極３６の電位は、−Ｖに設定される。陽極ターゲット３５の電位は、接地電位に設定される。

これにより、陰極３６から陽極ターゲット３５のＸ線放射層３５ｂに電子ビームが放射され、Ｘ線放射層３５ｂに形成された焦点ＦからＸ線が放射され、Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３及び放射窓２４を透過して外部へ放射される。

次に、図２及び図５を参照しながら図１２及び図１３に示すＸ線管装置について説明する。
第２平面Ｓ２は、第１平面Ｓ１及び第４平面Ｓ４にそれぞれ垂直である。角度αは、上記式（２）の関係を満たしている（α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ））。角度αは、上記式（２）の関係を満たし、さらに８°乃至３０°の範囲内の何れかである。角度βの範囲は、特に限定されるものではないが、角度βとしては、５°乃至２５°の範囲内の何れかであると好ましい。

角度δは、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度δは、９０°である。このため、第３平面Ｓ３は第４平面Ｓ４に重なっている。焦点Ｆの長軸ａｘは、陽極ターゲット３５の回転方向に対して直交している。

以上のように構成された他の実施の形態に係る回転陽極型のＸ線管３０及び回転陽極型のＸ線管装置によれば、この実施の形態のＸ線管３０は、上述した実施の形態のＸ線管と同様の効果を得ることができる。

冷却液７として、熱伝達率が最も高い、水を主成分とする水系冷却液を用いることができる。このため、冷却液７は、真空容器３２や絶縁部材４０、５０に伝わる熱を最も有効に奪うことができる。また、水系冷却液は、絶縁油に比べて、比熱が大きい（絶縁油の約２倍）ため、Ｘ線管３０の放熱による冷却液の温度上昇が低く抑えられる。

絶縁部材４０は冷却液７に接するため、陽極ターゲット３５からの熱を効果的に冷却液７に放散することができる。絶縁部材５０は冷却液７に接するため、陰極３６からの熱を効果的に冷却液７に放散でき、絶縁部材５０に接続された高電圧コネクタ２００の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ２００の絶縁性を確保することができる。真空容器３２はその内面が焦点Ｆから飛び出す反跳電子の殆どの衝撃を受けたり、高温となった陽極ターゲット３５からの熱輻射を受けて加熱されたりするが、真空容器３２の外面は冷却液７に接するため、これらの熱を効果的に冷却液７に放散することができる。

上記したことから、信頼性の高いハイパワーのＸ線出力が可能であり、製品寿命の長期化を図ることが可能である回転陽極型のＸ線管３０及び回転陽極型のＸ線管装置を得ることができる。また、熱の放出特性を向上させることができる回転陽極型のＸ線管３０及び回転陽極型のＸ線管装置を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、図３に示したＸ線放射層１２は、陽極ターゲット１０の一端面１０ａを形成しているが、これに限らず種々変形可能である。例えば、図１４及び図１５に示すように、Ｘ線放射層１２は、陽極ターゲット１０の外周面１０ｂを形成していてもよい。なお、この例では、陽極ターゲット１０の一端面１０ａは平坦である。

上記したすべての実施の形態においては、第２平面Ｓ２は第５平面Ｓ５と同一であり、従って第２平面Ｓ２は第１平面Ｓ１及び第４平面Ｓ４にそれぞれ垂直である。しかし、第２平面Ｓ２と第５平面Ｓ５とが同一であるものに限定されるものではなく、同一でない場合でも、いままで「第１方向」について行ってきた説明は、「第１方向」に換えて「第１方向の第５平面への射影」に置き換えることにより成立するため、その詳細な説明は省略する。

この発明は、上記回転陽極型のＸ線管３０及び回転陽極型のＸ線管装置に限らず、各種の回転陽極型のＸ線管及び回転陽極型のＸ線管装置に適用することができる。

１…固定体、２…回転体、７…冷却液、１０ａ…一端面、１０ｂ…外周面、１０…陽極ターゲット、１２…Ｘ線放射層、１３…スリット、２０…ハウジング、３０…Ｘ線管、３１…真空外囲器、３３…Ｘ線放射窓、３５…陽極ターゲット、３５ａ…ターゲット基材、３５ｂ…Ｘ線放射層、３６…陰極、３６ａ…電子放出源、９１０…ステータコイル、９２０…ロータ、Ｆ…焦点、ａ…回転軸、ａｘ…長軸、Ｓ１…第１平面、Ｓ２…第２平面、Ｓ３…第３平面、Ｓ４…第４平面、Ｓ５…第５平面、ｄ１…第１方向、ｄ２…第２方向、ｄ３…第３方向、α，β，δ…角度。

Claims (9)

1. 回転軸を中心に回転可能であり、ターゲット基材と、前記ターゲット基材上に設けられ電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するＸ線放射層と、を含み、前記ターゲット基材及びＸ線放射層にそれぞれ外周面から前記回転軸に向かって凹んだ複数のスリットが形成されている陽極ターゲットと、
   電子の分布範囲の中心が第１方向に沿っている電子ビームを前記Ｘ線放射層に入射させ、前記Ｘ線放射層に焦点を形成する陰極と、
   前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から第２方向に沿って位置したＸ線放射窓を有した真空外囲器と、を備え、
   前記焦点が形成される位置の前記Ｘ線放射層に接する平面を第１平面、前記焦点を通り前記Ｘ線放射層の上方を向き前記第１平面に垂直な方向を第３方向、前記第１方向及び第３方向に沿った平面を第２平面、前記第２方向及び第３方向に沿った平面を第３平面、前記焦点を通り前記回転軸に重なった平面を第４平面、前記焦点を通り前記第１平面及び前記第４平面にそれぞれ垂直な平面を第５平面、前記Ｘ線放射層の厚みをｄ、前記スリットの幅をｗ、前記第１方向の前記第５平面への射影が前記第１平面からなす角度をα、とすると、
   ０＜α＜−１０°＋arctan（ｄ／ｗ）である回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記角度αは、少なくとも４０°以下である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記陽極ターゲットは、両端面及び外周面を有した円盤状に形成され、
   前記Ｘ線放射層は、前記陽極ターゲットの一端面を形成している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記陽極ターゲットは、両端面及び外周面を有した円盤状に形成され、
   前記Ｘ線放射層は、前記陽極ターゲットの外周面を形成している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記第２平面及び第３平面が内側になす角度は、４５°乃至１３５°の範囲内の何れかである請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. 前記第２方向が前記第１平面からなす角度は、５°乃至２５°の範囲内の何れかである請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
7. 前記第２平面は、前記第１平面及び第４平面にそれぞれ垂直である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
8. 前記陰極は、前記陰極から前記焦点に向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射し、
   前記焦点は、前記第３平面に沿った長軸を有し、矩形状に形成されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
9. 前記陽極ターゲットを固定し、回転軸に沿って延出して筒状に形成され、前記回転軸を中心に回転可能な回転体と、前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備えた請求項１乃至７の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管と、
   前記回転体に与える磁界を発生して前記回転体及び陽極ターゲットを回転させる回転駆動機構と、
   前記回転陽極型Ｘ線管及び回転駆動機構を収容したハウジングと、を備えている回転陽極型Ｘ線管装置。

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