JP2016039056A - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質低下が生じない陰極接地のＸ線管装置を提供することである。
【解決手段】本発明の実施形態に係るＸ線管装置は、電子ビームを放出する放出源を有し、接地電位にされる陰極と、陰極に対して正の高電圧が印加され、陰極に対向して設置され、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を有する陽極ターゲットと、陰極と陽極ターゲットを真空気密に収納する真空外囲器と、真空外囲器の壁面部の一部に形成され、陽極ターゲットから放出されるＸ線を外部へ放射を許す放射窓部と、焦点と放射窓部との間に磁場を生成する第１の磁気部と、を有する。
【選択図】図１

Description

実施形態は、Ｘ線管装置に関する。

Ｘ線管装置は、陰極と陽極ターゲットとを有するＸ線管を備えている。Ｘ線管装置は、医療用の診断装置、工業用の非破壊検査装置、または材料分析装置などに利用されている。

従来のＸ線管装置では、陰極から放出された電子ビームは、陰極と陽極ターゲットとの間の電位勾配により加速、集束される。典型的には、電子ビームは、２０〜１５０ｋｅＶのエネルギで、陽極ターゲットのターゲット面にほぼ垂直（９０°±２０°）で衝突し、Ｘ線発生源となる焦点を陽極ターゲット上に形成する。焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝撃すると、電子ビームは、ターゲット材により急速に減速されるためＸ線が放出される。電子ビームがＸ線に変換される割合は、陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギの中のわずか１％以下である。残りの運動エネルギは、熱に変換される。陰極が接地されているＸ線管にあっては、陽極ターゲットで反跳された電子は、接地された真空外囲器内壁で跳ね返され、再び陽極ターゲットに衝撃される。

特開２０１３−１３７９８７号公報 特開２０１４−３５９７７号公報

上記Ｘ線管装置において、反跳電子は、陰極電位と同じ接地電位にある外囲器内面で跳ね返され再びターゲットを衝撃し、反跳電子が焦点近傍を衝撃すると、反跳電子によって発生するＸ線が利用Ｘ線束に混入する。Ｘ線が利用Ｘ線束に混入することによって、例えば、医療用の診断装置等で表示される画像の画質が劣化する可能性がある。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、画質低下が生じない陰極接地のＸ線管装置を提供することである。

本発明の実施形態に係るＸ線管装置は、電子ビームを放出する放出源を有し、接地電位にされる陰極と、陰極に対して正の高電圧が印加され、陰極に対向して設置され、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を有する陽極ターゲットと、陰極と陽極ターゲットを真空気密に収納する真空外囲器と、真空外囲器の壁面部の一部に形成され、陽極ターゲットから放出されるＸ線の外部への放射を許す放射窓部と、焦点と放射窓部との間に磁場を生成する第１の磁気部と、を有する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線管装置におけるＸ線の生成原理を示す模式図である。 図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ったＸ線管装置の断面を示す模式図である。 図３は、第１の実施形態のＸ線管装置の詳細な構造を示す断面図である。 図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿ったＸ線管装置の断面図である。 図５は、図３に示すＸ線管装置内のＸ線管及び第１の磁気偏向部の外観を概略的に示す斜視図である。 図６は、第２の実施形態に係るＸ線管装置におけるＸ線の生成原理を示す模式図である。 図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ったＸ線管装置の断面図である。 図８は、第２の実施形態に係るＸ線管装置において、図３の線ＩＶ−ＩＶに相当する線に沿った断面を示すＸ線管装置の断面図である。 図９は、図８に示すＸ線管装置内のＸ線管及び第１の磁気偏向部の外観を概略的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線管装置におけるＸ線の生成の原理を示す模式図であり、ターゲット面に直交する面内の各構成部分の配置を示している。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ったＸ線管装置の断面図であり、図２内には、Ｘ線管装置の正面構成が示されている。

はじめに、図１及び図２を参照して、Ｘ線管装置１０の基本的な動作原理について説明する。Ｘ線管装置１０は、大別すると、高電圧電源１５と、Ｘ線管３０と、第１の磁気偏向部（第１の磁気部）１１０と、偏向電源１１５とを備えている。詳細は後述するが、Ｘ線管３０は、真空外囲器３１と、側壁３２ａを含む真空容器３２と、Ｘ線放射窓部３３と、陽極ターゲット３５と、陰極３６とを備える。高電圧電源１５は、陽極ターゲット３５と陰極３６との間に電位差を生じさせる。本実施形態において、高電圧電源１５は、陽極ターゲット３５にのみ高電圧（正の高電圧）を印加している。高電圧電源１５は、陽極ターゲット３５に＋Ｖの電圧を印加している。例えば、陽極ターゲット３５には、＋１００ｋＶ以上の正の高電圧が印加される。

陰極３６は、電子を放出する射出源を有する電子放出源３６ａと、集束電極（集束カップ）３６ｂとを有している。陰極３６及び真空外囲器３１の内表面部（表面部）３４は、接地されている（０Ｖ）。陰極３６の電子放出源３６ａには、電流が供給されている。電子放出源３６ａは、第１の方向ｄ１に電子ビームを放出する。本実施形態では、第１の方向ｄ１は、電子放出源３６ａにおける電子を射出する射出面に対して垂直な方向である。集束電極３６ｂは、電子ビームを集束し、電子ビーム（電子の分布形状）を整形（適正化）する。陰極３６の集束電極３６ｂには電子ビームを整形するための電圧が印加される。陰極３６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ている。電子放出源３６ａにも、陰極３６に印加された電圧が印加されている。本実施形態では、陰極３６は、接地電位に設定されている。集束電極３６ｂには、電子ビームを整形するために１０ｋＶ以下の電圧が印加されている。ここで、集束電極３６ｂに印加される電圧が変更されると、発生される電子ビームの形状が変更される。

陽極ターゲット３５は、ターゲット面３５ｂを備える。ターゲット面３５ｂは、第１の方向ｄ１から電子ビームが入射される焦点Ｆを形成されている。焦点Ｆに電子が入射することによって、陽極ターゲット３５からＸ線が放出される。Ｘ線は、全方位に放射されるが、多くのＸ線は、Ｘ線放射窓部３３の方向へ放出される。ここで、第１の方向ｄ１に直交し、且つ、Ｘ線放射窓３３側に向かう方向を第２の方向ｄ２と称する。Ｘ線は、ほとんどが第２の方向ｄ２へ放出される。また、陽極ターゲット３５の焦点Ｆに衝撃する電子の一部は、反跳電子として散乱する。反跳電子は、ほとんどがＸ線放射窓３３の方向へ散乱するが、真空外囲器３１の内表面部３４が陰極３６と同電位にあることから、内表面部３４から陽極ターゲット３５に向けて押し戻される。このとき、反跳電子は、例えば、サイクロイド曲線、又はトロコイド曲線のような軌道で陽極ターゲット３５へ押し戻される。

詳細は後述するが、本実施形態においては、反跳電子の軌道を偏向するために、第１の磁気偏向部１１０が設けられている。図１に示すように、第１の磁気偏向部１１０は、対向する２つの部材で構成されている。これら対向する２つの部材は、例えば、各々、平板で構成されている。これら対向する２つの平板から成る第1の磁気偏向部１１０は、Ｘ線管３０の外側で、且つ、陽極ターゲット３５及びＸ線放射窓３３の間を挟むように設置されている。第１の磁気偏向部１１０の対向する２つの部材は、内表面部３４を有する真空外囲器３１の内部に磁場Ｈａを生成する。図１に示すように、例えば、磁場Ｈａは、磁界の向きがＸ線装置の第１の方向ｄ１に平行な方向に生成される。本実施形態では、磁界の向きが陽極ターゲット３５側から陰極３６側へ向かうように、磁場Ｈａが生成されている。図２に示すように、磁場Ｈａによって、反跳電子の軌道が偏向される。

以下で、図３、図４及び図５を参照して、本実施形態に係るＸ線管装置１０の詳細な構造について説明する。

図３は、Ｘ線管装置の詳細な構造を示す断面図である。図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿ったＸ線管装置の断面図であり、Ｘ線管装置１０の正面外形が示されている。図５は、本実施形態のＸ線管装置１０における、Ｘ線管３０及び第１の磁気偏向部１１０を含む外形構成を示す斜視図である。

図３及び図４を参照して、Ｘ線管装置１０の構造について詳細に説明する。Ｘ線管装置１０は、さらに、ハウジング２０と、高電圧絶縁部材４０と、電圧供給端子４４と、高電圧コネクタ３００と、ステータコイル９１０と、ロータ９２０と、軸受け９３０と、固定軸９５０と、回転体９６０とを有している。ここで、ステータコイル９１０は、ロータ９２０に向けて磁界を発生してこのロータ９２０を回転する。回転体９６０には、陽極ターゲット３５に連結されているロータ９２０に固定され、ロータ９２０の回転に伴い、陽極ターゲット３５が回転される。

ハウジング２０は、円筒状のハウジング本体２０ａと、このハウジング本体２０ａを密閉する蓋部２０ｂとを有する。ハウジング本体２０ａは、例えば、Ｘ線の放射を許すＸ線放射窓２４を有する。ハウジング本体２０ａの開口端は、蓋部２０ｂで塞がれている。ハウジング本体２０ａ及び蓋部２０ｂは、図示しない締め具により締め付け固定されている。ハウジング本体２０ａ及び蓋部２０ｂの間の隙間は、図示しないＯリングにより液密にシールされている。このＯリングは、ハウジング２０の内部から外部への冷却液６の漏洩を防止している。蓋部２０ｂには、冷却液６の圧力調整機構、例えば、ゴムベローズ（ゴム膜）２１が設けられ、ゴムベローズ（ゴム膜）２１によって冷却液６の圧力が調整される。

なお、Ｘ線放射窓２４は、ハウジング本体２０ａに代えて蓋部２０ｂに設けられていてもよい。また、ゴムベローズ２１は、蓋部２０ｂに代えてハウジング本体２０ａに設けられていてもよい。

Ｘ線管３０をハウジング２０に支持する支持部材２５は、蓋部２０ｂに対して反対側のハウジング本体２０ａの端部に嵌め込まれている。支持部材２５は、円環状に形成されている。支持部材２５は、後述する高電圧絶縁部材４０を支持し、ハウジング２０に液密に固定されている。

前述したように、Ｘ線管３０は、真空外囲器３１と、陽極ターゲット３５と、陰極３６と、を備えている。Ｘ線管３０においては、陰極３６及び陽極ターゲット３５間には、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、電位差（ＶＡ−ＶＣ）に相当している。通常、管電圧Ｖは、２０ｋＶ乃至１５０ｋＶに定められている。

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、内表面部３４を有し、真空容器３２と、Ｘ線放射窓３３と、絶縁部材３８と、モールド絶縁部材３９と、高電圧絶縁部材４０と、電圧供給端子５４と、ＫＯＶ部材５５とを具備している。真空外囲器３１の内部は、真空状態に維持されている。真空外囲器３１の内部に後述する磁場Ｈａを生じさせるために、真空容器３２（真空外囲器３１）は、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム等の非磁性の金属、或いは、ガラス、セラミックス等の絶縁物で形成される。本実施形態において、真空容器３２は、銅で形成されている。真空容器３２は、側壁３２ａを有している。

Ｘ線放射窓３３は、真空容器３２の側壁３２ａの開口部に気密に設けられている。Ｘ線放射窓３３は、利用Ｘ線束を透過させる部材で形成される。本実施形態において、Ｘ線放射窓３３は、ベリリウムで形成されている。なお、Ｘ線放射窓３３を形成する材料は、ベリリウムより安価な材料でも形成されてもよい。例えば、Ｘ線放射窓３３は、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、クロム鋼、鉄合金のうちの何れか１つを主成分として形成されてもよい。例えば、Ｘ線放射窓３３は、円盤状に形成されている。図１及び図２に示すように、Ｘ線放射窓３３は、直径Ｄ１を有している。また、Ｘ線放射窓３３のＸ線が透過される方向（ｄ２）の厚みを有し、この厚みが例えば、０．１乃至３ｍｍに定められている。

Ｘ線放射窓３３は、反跳電子が多く散乱する空間側に配置されている。しかし、真空外囲器３１の内表面部３４（Ｘ線放射窓３３付近の内表面部３４）が陰極３６と同電位（接地電位）に設定されているため、内表面部３４付近の電界の影響により、焦点ＦからＸ線放射窓３３に向かって放出される反跳電子が押し戻される。この結果、Ｘ線放射窓３３への反跳電子の直撃が防止され、Ｘ線放射窓３３の温度上昇が抑制される。その結果、Ｘ線放射窓３３の破損が防止される。

内表面部３４は、側壁３２ａ及びＸ線放射窓３３を含む領域の真空側の内表面に形成されている。ここでは、内表面部３４は、金属で形成され、陰極と同様に接地されている。図１に示すように、内表面部３４が陰極３６と同電位であるため、焦点ＦからＸ線放射窓３３に向かって放出される反跳電子は、陽極ターゲット３５に向けて押し戻され、後述する反跳電子を捕捉する反跳電子捕捉面（捕捉面）３５ｄに衝撃される。

絶縁部材３８及びモールド絶縁部材（絶縁部材）３９は、真空外囲器３１の一部を形成する。絶縁部材３８には、電圧供給端子５４が固定されている。電圧供給端子５４は、防水加工が施され、絶縁部材３８を貫通して設けられている。電圧供給端子５４は、ＫＯＶ部材５５で支持されている。ＫＯＶ部材５５は、例えば、低膨張合金で形成されている。ＫＯＶ部材５５は、陰極３６及び絶縁部材３８の間に設けられる。ＫＯＶ部材５５は、両端部が夫々陰極３６または絶縁部材３８にろう付けによって接合されている。また、電圧供給端子５４は、モールド絶縁部材３９で覆われている。モールド絶縁部材３９は、真空容器３１の外において、絶縁部材３８に密着するように絶縁部材３８上に積層されている。モールド絶縁部３９は、ゴム部材等のモールド絶縁部材で形成されている。電圧供給端子５４は、モールド絶縁部３９内部でケーブル２０２に接続されている。ケーブル２０２は、ハウジング２０の外部へ延出する。陰極電圧及び陰極電流は、ケーブル２０２から電圧供給端子５４を介して陰極３６に印加され、また、陰極３６に供給される。

高電圧絶縁部材４０は、真空外囲器３１の一部を形成している。高電圧絶縁部材４０は、空洞を有する筒部４６と、筒部４６の空洞内空間を狭小化している底部４７と、この底部４７に連接する外部端面部４８とを有する。筒部４６の空洞部には、後述する陽極ターゲット３５のステータコイル９１０と、ロータ９２０と、軸受け９３０と、固定軸９５０と、回転体９６０とが配置されている。また、筒部４６は、底部４７が設けられた一端部側とは反対側に開口端部を有し、この開口端部に連結された真空外囲器３内に陽極ターゲット３５が配置されている。外部端面部４８は、その略中心に空洞が設けられ、外部側に平坦な端面を有するように形成される。外部端面部４８の空洞内には、電圧供給端子４４がその空洞内を延出するように設けられている。電圧供給端子４４は、後述の固定軸９５０に固定されている。電圧供給端子４４は、固定軸９５０を介して陽極ターゲットに高電圧を供給する。

陽極ターゲット３５は、略円盤形状で形成されている。陽極ターゲット３５は、ターゲット面３５ｂを有するターゲット層３５ａと、反跳電子を捕捉する捕捉面３５ｄとを有し、接続部３５ｃに連結されている。陽極ターゲット３５は、モリブデンなどの金属で形成されている。陽極ターゲット３５は、陰極３６に対して正の電圧が印加される。

陽極ターゲット３５は、接続部３５ｃを介して回転体９６０に接続されている。陽極ターゲット３５は、回転体９６０とともに回転する。回転体９６０は、筒状に形成されている。回転体９６０は、その内側に軸受け９３０及び固定軸９５０が設けられ、外側にロータ９２０が設けられている。固定軸９５０は、円柱状に形成され、高電圧絶縁部材４０に固定されている。固定軸９５０は、軸受け９３０を介して回転体９６０を回転可能に支持する。ロータ９２０は、円筒状に形成されたステータコイル９１０の内側に設けられている。回転駆動装置であるステータコイル９１０に電流を供給することによって、ロータ９２０が回転するとともに、陽極ターゲット３５が回転する。

ターゲット層３５ａは、陰極３６と対向する方向の陽極ターゲット３５の層である。ターゲット層３５ａは、モリブデン、モリブデン合金、タングステン合金等の金属で形成されている。ターゲット層３５ａには、第１の方向ｄ１から電子ビームが入射されることにより、図１に示したように第２方向ｄ２に利用Ｘ線束を放出する焦点Ｆが形成される。

ターゲット面３５ｂは、陰極３６と対向している。ターゲット面３５ｂは、陽極ターゲット３５の外面の一部として形成され、例えば、陽極ターゲット３５の円の縁部に形成されている。ターゲット面３５ｂは、例えば、円の縁から中心に向かって上がる傾斜を有している。ターゲット面３５ｂは、タングステンやタングステン合金など陽極ターゲット３５より融点の高い金属で形成される。ターゲット面３５ｂには、第１の方向ｄ１から電子ビームが入射されることにより、反跳電子が多く散乱する側となる第２方向ｄ２に利用Ｘ線束を放出する焦点Ｆが形成される。なお、第２方向ｄ２は、利用Ｘ線束の中心を通るようなＸ線の進行方向に略平行な方向として定められている。

接続部３５ｃは、後述する回転体９６０を介して印加される高電圧を陽極ターゲット３５へ供給する。

反跳電子を捕捉する捕捉面３５ｄは、ターゲット面３５ｂから陰極３６とは反対の方向に延出し、Ｘ線照射窓３３に対向する陽極ターゲット３５に側面を与えるように形成される。捕捉面３５ｄは、例えば、傾斜を有するように形成される。捕捉面３５ｄは、反跳電子を捕捉する。例えば、内表示部３４によって押し返された反跳電子が衝撃される。

陰極３６は、図１に示すように電子放出源３６ａと、集束電極（集束カップ）３６ｂとを有している。電子放出源３６ａは、第１の方向ｄ１に電子ビームを放出する。電子放出源３６ａは、平板状又はコイル状のフィラメント等で形成されている。集束電極３６ｂは、環状に形成され、電子放出源３６ａから陽極ターゲット３５に向かう電子の軌道を囲んでいる。集束電極３６ｂは、電子ビームを集束し、電子ビーム（電子の分布形状）を整形（適正化）する。

陰極３６には、陽極ターゲット３５に対して負の電圧が印加される。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。この実施形態において、陰極３６（電子放出源３６ａ）は、接地（接地電位に設定）されている。電子ビームを整形するため、集束電極３６ｂには、１０ｋＶ以下の電圧が印加されている。集束電極３６ｂに与える電圧値を変更可能であるとより好ましい。上記電圧値の変更により、電子ビームの形状を変更させ、後述する焦点Ｆのサイズを調整することができる。

図５は、本実施形態のＸ線管装置の一部を示す斜視図である。

第１の磁気偏向部１１０は、図示しない２個の磁極と、磁極を接続したヨーク１１２と、ヨーク１１２に巻かれたコイル１１３とを有している。本実施形態において、第１の磁気偏向部１１０は、電磁石を利用しているが、これに限定されるものではなく永久磁石を利用するものであってもよい。第１の磁気偏向部１１０は、磁場Ｈａを生成し、ローレンツ力を利用して電子ビームを偏向する。第１の磁気偏向部１１０は、磁場ＨａをＸ線放射窓３３と焦点Ｆとの間の空間の少なくとも一部に生成する。磁場Ｈａは、反跳電子の軌道を連続的に変化させる。なお、第１の磁気偏向部１１０は、磁界Ｈａの強さ（磁束密度）を調整できてもよい。

図５に示すように、第１の磁気偏向部１１０では、一対のヨーク１１２がコの字形状を形成するように互いに連結されている。一対のヨーク１１２は、例えば、真空外囲器３１を覆うように連結される。第１の磁気偏向部１１０は、Ｘ線管１０の一部が一対のヨーク１１２の対向端間に収納されるように配置されている。より詳細には、第１の磁気偏向部１１０は、真空外囲器３１の外側に、一対のヨーク１１２の対向端が真空外囲器３１を挟むように設置されている。これらのヨーク１１２の対向端は、例えば、平板形状に形成されている。ここで、一対のヨーク１１２の対向端は、焦点Ｆ及びＸ線放射窓３３の間に亘る幅を有する。

偏向電源１１５は、第１の磁気偏向部１１０に電気的に接続され、コイル１１３に電流を供給するものである。第１の磁気偏向部１１０及び偏向電源１１５は、偏向磁場発生ユニットを形成している。

高電圧コネクタ３００は、ハウジング３０１と、ケーブル３０２と、固定部３０３と、外部端面部４８を構成するシリコーンプレート３０４と、を有する。高電圧コネクタ３００は、電圧供給端子４４に高電圧を供給する。ケーブル３０２の端子３０２ａを含む先端部は、ハウジング３０１内に挿入される。固定部３０３は、外部端面部４８を押圧するように外部端面部４８としてのシリコーンプレート３０４に密着して設けられている。固定部３０３は、端子３０２ａを電圧供給端子４４側に向けて固定する。固定部３０３は、絶縁部材である。固定部３０３は、例えば、エポキシ樹脂系の部材で形成されている。シリコーンプレート３０４は、底部４７と固定部３０３との間に設けられている。シリコーンプレート３０４は、シリコーン樹脂系の部材で形成されている。

本実施形態では、陰極３６の電子放出源３６ａから電子ビームが、陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに向けて第１の方向ｄ１の方向へ射出される。電子ビームは、集束電極３６ｂによって整形され、焦点Ｆに入射する。ターゲット面３５ｂの焦点Ｆに入射した電子ビームによって、焦点Ｆから第２の方向ｄ２に向けてＸ線が放射される。Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３を透過して外部へ放射される。ここで、電子ビームの一部は、反跳電子としてＸ線と同様に第２の方向ｄ２に散乱する。第２の方向に散乱した反跳電子は、陰極３６と実質的に同電位の内表面部３４付近に生じる電界の作用によって押し返される。さらに図１及び図２に示すように、押し返された反跳電子は、磁界Ｈａによって軌道を一方向に偏向され続けるために、焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃する。また、例えば、Ｘ線放射窓３３が陽極ターゲット３５上に投影されて定められる投影範囲外に、多くの反跳電子が陽極ターゲット３５上に散乱して入射されるように、第１の磁気偏向部１１０が生成する磁界Ｈａの大きさが設定されてもよい。

本実施形態において、第１の磁気偏向部１１０によって、磁界Ｈａが生成される。磁界Ｈａは、内表面部３４付近に生じる電界の作用によって押し返された反跳電子の軌道を偏向し続ける。反跳電子は、焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃する。その結果、焦点Ｆの温度上昇が低減される。また、反跳電子が焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃するために、反跳電子による焦点Ｆ近傍でのＸ線の発生が低減される。この結果、反跳電子によって発生するＸ線が利用Ｘ線へ混入することが低減される。

次に他の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
以下で第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のＸ線管装置は、さらに磁気偏向部を備えていること異なる。

図６は、第２の実施形態に係るＸ線管装置の原理を示す模式図であり、ターゲット面に沿った方向から見た図である。図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ったＸ線管装置の断面図であり、一部にＸ線管装置の正面図を含んでいる図である。

第２の実施形態のＸ線管装置１０は、さらに、第２の磁気偏向部（第２の磁気部）１２０と、偏向電源１２５とをさらに備えている。

第２の磁気偏向部１２０は、磁界Ｈｂを生成する。磁界Ｈｂによって陽極ターゲット３５へ入射する電子ビームの軌道が偏向される。図７に示すように、磁界Ｈｂは、第１の方向ｄ１と第２の方向ｄ２との２つの方向に広がる平面（第１の平面Ｓ１）に対して垂直な方向（第３の方向ｄ３）に生成されている。磁界Ｈｂの向きは、例えば、第２の方向ｄ２と第３の方向ｄ３と２つの方向に広がる平面（第２の平面Ｓ２）において第２の方向から右回りに９０°の向きで生成される。

本実施形態において、第２の磁気偏向部１２０によって生成された磁界Ｈｂによって入射する電子ビームの軌道が偏向される。電子ビームは、磁界Ｈｂの作用を受け続けるため、電子ビームの進行方向は第１の方向ｄ１から屈曲方向ｄ１２に連続的に変化する。このとき、電子ビームはターゲット面３５ｂに対して浅い角度で入射する。一様電界と一様電界とが直交する単純化した場合に、電子ビームの軌道がサイクロイド曲線となる。したがって、図６に示すように、屈曲方向ｄ１２は、サイクロイド曲線のような軌道となる。このように、陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに対して比較的に浅い角度で入射させることによって、ターゲット面３５ｂから放出されるＸ線の出力が増大する。なお、ターゲット面３５ｂへの電子ビームの入射角α（ターゲット面３５ｂと屈曲方向ｄ１２との角度）は、磁場Ｈｂの大きさを調整することにより、目的とする角度（向き）に設定可能である。

電子ビームは、真空外囲器３１の内表面部３４と陽極ターゲット３５との間に作用する電界の影響を受けるが、電子ビームには、第２の磁気偏向部１２０によりターゲット面３５ｂに平行で、かつ第１平面に垂直に生成される磁場Ｈｂが作用される。しかも、磁場Ｈｂは、陰極３６と陽極ターゲット３５のターゲット面（表面）３５ｂとの間の空間全域に亘って生じる。これらの磁界Ｈｂによって、屈曲方向ｄ１２から電子ビームをターゲット面３５ｂに入射させることができる。なお、磁場Ｈｂは、管電圧Ｖに応じて設定される。

このように浅い角度αで電子ビームをターゲット面３５ｂに入射させることによって、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。ここで、角度αは、図６に示すように電子ビームがターゲット面３５ｂに対して成す角として定義される。

前述のような効果は、角度αが０°より大きく４０°以下の範囲内の何れかある場合（０°＜α≦４０°）に得ることができる。さらに、これらの効果をより高めるためには、角度α５°より大きく３０°以下の範囲内の何れかである（５°＜α≦３０°）ことがより好ましい。

ターゲット面３５ｂに入射する電子ビームの一部は、反跳電子として第２の方向ｄ２へ散乱する。これら反跳電子の軌道を偏向するために、第１の実施形態と同様に、第１の磁気偏向部１１０が設けられている。

以下で、図８及び図９を参照して、第２の実施形態に係るＸ線管装置１０の詳細な構造について説明する。

図８は、本実施形態における図３の線ＩＶ−ＩＶに沿ったＸ線管装置の断面図であり、一部にＸ線管装置の正面図を含んでいる図である。図９は、本実施形態のＸ線管装置における磁気偏向部を含む一部を示す斜視図である。

本実施形態において、Ｘ線管１０の一部の断面図は、図３と同等である。また、図８に示すように、Ｘ線管１０において、第２の磁気偏向部１２０は、ハウジング２０の内側で真空外囲器３１の外側に設置されている。

第２の磁気偏向部１２０は、２個の磁極１２１と、磁極を接続したヨーク１２２と、ヨーク１２２に巻かれたコイル１２３とを有している。本実施形態において、第２の磁気偏向部１２０は、電磁石を利用しているが、これに限定されるものではなく永久磁石を利用するものであってもよい。第２の磁気偏向部１２０は、陰極３６からターゲット面３５ｂに向かう電子ビームの軌跡を横切るように磁場Ｈｂを生成し、ローレンツ力を利用して電子ビームを偏向する。第２の磁気偏向部１２０は、磁場Ｈｂを陰極３６とターゲット面３５ｂとの間の空間全域に亘って生成する。磁場Ｈｂは、入射電子の軌道を連続的に変化させる。なお、第２の磁気偏向部１２０は、磁界Ｈｂの強さ（磁束密度）を調整できてもよい。

図９に示すように、第２の磁気偏向部１２０においては、一対のヨーク１２２がコ字形状を成すように形成されている。第２の磁気偏向部１２０においては、Ｘ線管１０が一対のヨーク１２２の端面間に配置されている。また、第２の磁気偏向部１２０においては、真空外囲器３１の外側に位置する２つのヨーク１２２が真空外囲器３１を挟んで対向するように設置されている。これらのヨーク１２２は、例えば、平板形状の端面を有するように形成されている。図８及び図９に示すように、一対のヨーク１２２は、例えば、ターゲット面３５ｂを覆う大きさを有するように連結される。ここで、複数のヨーク１２２の端面は、例えば、陰極３６及び焦点Ｆの間に亘る奥行き幅を有する。

偏向電源１２５は、第２の磁気偏向部１２０に電気的に接続され、コイル１２３に電流を供給するものである。第２の磁気偏向部１２０及び偏向電源１２５は、偏向磁場発生ユニットを形成している。

本実施形態では、陰極３６の電子放出源３６ａから電子ビームが、陽極ターゲット３５のターゲット面３５ｂに向けて第１の方向ｄ１の方向へ射出される。電子ビームは、集束電極３６ｂによって整形され、焦点Ｆに入射する。第２の磁気偏向部１２０によって生成される磁界Ｈｂによって、電子ビームは、偏向され続け屈曲方向ｄ１２の方向へ屈曲される。電子ビームは、サイクロイド曲線のような軌道で焦点Ｆに入射する。ターゲット面３５ｂの焦点Ｆに入射した電子ビームによって、焦点Ｆから第２の方向ｄ２に向けてＸ線が放射される。Ｘ線は、Ｘ線放射窓３３を透過して外部へ放射される。ここで、電子ビームの一部は、反跳電子としてＸ線と同様に第２の方向ｄ２に散乱する。第２の方向に散乱した反跳電子は、陰極３６と実質的に同電位の内表面部３４付近に生じる電界の作用によって押し返される。さらに図１及び図２に示すように、押し返された反跳電子は、磁界Ｈａによって軌道を一方向に偏向され続けるために、焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃する。また、例えば、Ｘ線放射窓３３が陽極ターゲット３５上に投影されて定められる投影範囲外に多くの反跳電子が散乱するように、第１の磁気偏向部１０１が生成する磁界Ｈａの大きさが設定されてもよい。

本実施形態において、第２の磁気偏向部１２０が生成する磁場Ｈｂの作用よって、陰極３６から射出される電子ビームは、浅い角度αでターゲット面３５ｂに入射する。ターゲット面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が形成されているため、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。角度αがより小さい程、より大きなＸ線出力が得られる。

前述の実施形態において、第１の磁気偏向部１１０によって、磁界Ｈａが生成される。磁界Ｈａは、内表面部３４付近に生じる電界の作用によって押し返された反跳電子の軌道を偏向し続ける。そのため、反跳電子は、焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃する。その結果、焦点Ｆの温度上昇が低減される。また、反跳電子が焦点Ｆから離れた陽極ターゲット３５上に衝撃するために、反跳電子による焦点Ｆ近傍でのＸ線の発生が低減される。この結果、反跳電子によって発生するＸ線が利用Ｘ線へ混入することが低減される。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものでなく、その実施の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現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合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。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…Ｘ線管装置、１５…高電圧電源、３０…Ｘ線管、３１…真空外囲器、３２…真空容器、３２ａ…側壁、３３…Ｘ線放射窓部、３４…内表面部、３５…陽極ターゲット、３５ａ…ターゲット層、３５ｂ…ターゲット面、３５ｄ…反跳電子捕捉面、３６…陰極、３６ａ…電子放出源、３６ｂ…集束電極（集束カップ）、１１０…第１の磁気偏向部、１１２、１２２…ヨーク、１１３、１２３…コイル、１１５、１２５…偏向電源、１２０…第２の磁気偏向部、１２１…磁極。

Claims (7)

1. 電子ビームを放出する放出源を有し、接地電位にされる陰極と、
   前記陰極に対して正の高電圧が印加され、前記陰極に対向して設置され、前記電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する焦点が形成されるターゲット面を有する陽極ターゲットと、
   前記陰極と前記陽極ターゲットを真空気密に収納する真空外囲器と、
   前記真空外囲器の壁面部の一部に形成され、前記陽極ターゲットから放出されるＸ線を外部へ放射を許す放射窓部と、
   前記焦点と前記放射窓部との間に磁場を生成する第１の磁気部と、を有するＸ線管装置。
2. 前記第１の磁気部は、前記焦点と前記放射窓部の中心とに沿った平面に対して垂直な方向の磁場を生成する、請求項１のＸ線管装置。
3. 前記第１の磁気部は、前記陽極ターゲットから前記陰極に向かう方向に沿った磁場を生成する、請求項２のＸ線管装置。
4. 前記真空外囲器は、前記放射窓部を形成される壁面部である表面部を有し、
   前記表面部は、前記陰極と同電位に維持される、請求項３のＸ線管装置。
5. 前記陰極と前記陽極ターゲットとの間に磁場を生成する第２の磁気部と、を有する請求項４のＸ線管装置。
6. 前記第２の磁気部は、前記陰極の電子ビームの放出する放出源の中心と前記焦点とに沿った平面に対して垂直な方向の磁場を生成する、請求項５のＸ線管装置。
7. 前記陰極から放出された電子ビームが、前記第２の磁気部によって生成される磁場によって湾曲して前記陽極ターゲットに入射する際に、当該電子ビームの入射角度は、前記陽極ターゲットの表面から１°より大きく４０°以下の範囲のいずれかの角度になるように、前記第２の磁気部が設定される請求項６に記載のＸ線管装置。

Images