JP2018060621A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、収束電極の大型化を抑制することのできるＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管は、陽極ターゲットと、第１フィラメント及び収束電極を有する陰極１０と、真空外囲器と、を備える。収束電極は、平坦な前面Ｓｆと、平坦な第１面Ｓ１と、第１溝部１６と、一対の第１突出部Ｐ１と、を有する。一対の第１突出部Ｐ１は、第１面Ｓ１から前面Ｓｆ側に突出して形成され第１長さ方向ｄＬ１に第１溝部１６を挟んでいる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。

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

陰極は、フィラメントコイルと、電子収束カップとを備えている。フィラメントコイルは、電子を放出することができる。陽極ターゲット及び陰極間には、数十乃至百数十ｋＶと高い管電圧が印加される。このため、電子収束カップは、電子レンズの役割を果たすことができ、すなわち陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させることができる。

回転陽極型のＸ線管は医療診断用途に用いられることが一般的である。通常、Ｘ線管は、寸法が大きく大電流を入力できる大焦点と、寸法が小さく入力は少なくなるが解像度の高い小焦点との２焦点を持っている。中には３焦点を持つＸ線管もある。この各焦点の寸法はフィラメントコイルと電子収束カップとのそれぞれの形状と位置関係に依存し、通常は固定されている。大焦点又は小焦点を使用する場合は、診断の用途に応じて空間分解能と入力電流（コントラスト、ノイズに影響）とを判断して撮影条件を決定し、大焦点と小焦点を使い分けている。

しかし、２焦点のみでは撮影条件が不連続でＸ線画像診断において必要な画像を得ることができない場合がある。特にＸ線ＣＴ装置におけるヘリカルスキャンなどの被写体の軸方向に連続して撮影を行う際に、不連続な２焦点による入力の可変では画質における連続性が保たれず正確な画像診断ができない場合がある。そこで、複数の電極の電圧を電気信号に応じて可変することで、焦点寸法を可変させる方法などがある。

しかし、これらの焦点寸法可変方法では、制御・構造が複雑になったり、管電流と焦点寸法の比を調整することに複雑な制御が必要になったりする。また、焦点寸法により入力できる管電流は制限されるが、電流と焦点寸法制御が別々のシステムであると、電流制御と寸法制御が不一致を起こした場合に、過電流となる可能性があり、Ｘ線管の破損につながる。

また、焦点寸法を可変する場合、焦点を所望の寸法に制御することは難しい。例えば、電子収束カップに印加するバイアス電圧の変化に対し、焦点の長さと幅の変化量が大きく異なる。このため、焦点寸法の比と電流量を適切な量に同時に調整することは難しい。そこで、焦点の長さを制御する電極と、焦点の幅を制御する電極とをそれぞれ用意し、焦点を所望の寸法に制御する技術が提案されている。

特開平４−８７２９９号公報 特開２００５−５６８４３号公報 特開２００９−１５８１３８号公報 国際公開第２０１４／００７１６７号

ところで、上記技術を利用して焦点を所望の寸法に制御する場合、負の高電圧の中で、２つ又は３つ以上の電極の電圧を制御することになる。電源の負荷、Ｘ線管までの配線耐圧、並びにＸ線管内の電極構造の耐電圧等の工夫が必要となる。また、Ｘ線管の構造や制御が煩雑となる。

さらに、電極に印加する負電圧を高くした場合、Ｘ線管電流が制約を受けて、必要なＸ線管電流が得られない恐れがある。これを防ぐために、フィラメントコイルの寸法、特に、フィラメントコイルの長軸方向の寸法を大きくすることが考えられる。しかしながら、フィラメントコイルの長軸方向の寸法を大きくすると、所望の焦点寸法を得るためには、電子収束カップの溝部を深くする必要がある。なお、フィラメントコイルの幅方向の寸法を考慮すると、溝部は深すぎる溝となる。このため、溝部を深く形成しない替わりに、電極の寸法を大きくしたり、フィラメントコイルの径を小さくしたり、などする必要がある。

但し、陰極の寸法には制約があり、陰極を大きく形成し難いと言う問題がある。また、フィラメントコイルの径を小さくすると、必要なＸ線管電流が得られない問題がある。
本実施形態は、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、収束電極の大型化を抑制することのできるＸ線管を提供する。

一実施形態に係るＸ線管は、
電子が入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
電子を放出する第１フィラメントと、前記第１フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極と、を有する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
前記収束電極は、
前記陽極ターゲットに最も近接する平坦な前面と、
前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第１面と、
前記第１面に開口し前記第１フィラメントを収納し、前記第１フィラメントの長軸に沿った第１長さ方向を有する第１溝部と、
前記第１面から前記前面側に突出して形成され前記第１長さ方向に前記第１溝部を挟んだ一対の第１突出部と、を有する。

図１は、一実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。 図２は、上記実施形態の実施例に係る陰極を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図と、（ｄ）他の断面図とで示す図である。 図３は、上記実施例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップに印加するバイアス電圧をフィラメント電圧と同じ０Ｖとした場合に第１フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図４は、上記実施例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップにフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧を印加した場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図５は、上記実施例に係るバイアス電圧を０Ｖとした場合において、第１フィラメントコイルに与えるフィラメント電流に対する管電流の変化をグラフで示した図である。 図６は、上記実施例に係る電子収束カップに負のバイアス電圧を印加した場合において、第１フィラメントコイルに与えるフィラメント電流に対する管電流の変化をグラフで示した図である。 図７は、上記実施例において、第１焦点を形成するために第１フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かう電子ビームの軌道と、第２焦点を形成するために第２フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かう電子ビームの軌道と、を説明するための図であり、第１焦点と第２焦点とが重なり合っている状態を示す図である。但し、第１フィラメントコイル及び第２フィラメントコイルから同時に電子を放出することは意図していない。 図８は、上記実施例に係るＸ線管装置の陰極の第１変形例を示す断面図である。 図９は、上記実施例に係るＸ線管装置の陰極の第２変形例を示す断面図である。 図１０は、上記実施例に係るＸ線管装置の陰極の第３変形例を示す断面図である。 図１１は、比較例に係る陰極を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図と、（ｄ）他の断面図とで示す図である。 図１２は、上記比較例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップに印加するバイアス電圧を０Ｖ、すなわち電子収束カップとフィラメントが同電位とした場合に第１フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図１３は、上記比較例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップにフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧を印加した場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図１４は、上記比較例に係るバイアス電圧を０Ｖとした場合において、第１フィラメントコイルに与えるフィラメント電流に対する管電流の変化をグラフで示した図である。 図１５は、上記比較例に係る電子収束カップに負のバイアス電圧を印加した場合において、第１フィラメントコイルに与えるフィラメント電流に対する管電流の変化をグラフで示した図である。 図１６は、上記比較例において、第１焦点を形成するために第１フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かう電子ビームの軌道と、第２焦点を形成するために第２フィラメントコイルから陽極ターゲットに向かう電子ビームの軌道と、を説明するための図であり、第１焦点と第２焦点とが重なり合っている状態を示す図である。但し、第１フィラメントコイル及び第２フィラメントコイルから同時に電子を放出することは意図していない。

以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、一実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。この実施形態において、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管装置である。
図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油４と、制御部５と、を備えている。

Ｘ線管１は、陰極（陰極電子銃）１０と、すべり軸受ユニット２０と、陽極ターゲット６０と、真空外囲器７０と、を備えている。
すべり軸受ユニット２０は、回転体３０と、固定体としての固定シャフト４０と、潤滑材としての図示しない金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。

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

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

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

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

図１及び図２に示すように、陰極１０は、単個又は複数のフィラメントと、収束電極としての電子収束カップ１５とを有している。この実施形態において、陰極１０は、第１フィラメントとしての第１フィラメントコイル１１と、第２フィラメントとしての第２フィラメントコイル１２と、を有している。ここでは、第１フィラメントコイル１１及び第２フィラメントコイル１２は、タングステンを主成分とする材料で形成されている。第１フィラメントコイル１１及び第２フィラメントコイル１２は、直線状に延出して形成されている。第１フィラメントコイル１１、第２フィラメントコイル１２及び電子収束カップ１５は、端子８１，８２，８３，８４，８５に電気的に接続されている。

電子収束カップ１５は、フィラメント（電子放出源）が収められる単個又は複数の溝部を含んでいる。この実施形態において、電子収束カップ１５は、第１フィラメントコイル１１が収められる第１溝部１６と、第２フィラメントコイル１２が収められる第１溝部１７と、を含んでいる。第１フィラメントコイル１１は、第１溝部１６に収納され、第１溝部１６の内面（側面及び底面）に隙間を置いて位置している。第１フィラメントコイル１１には、電流（フィラメント電流）が与えられる。これにより、第１フィラメントコイル１１は、電子（熱電子）を放出する。第２フィラメントコイル１２は、第２溝部１７に収納され、第２溝部１７の内面（側面及び底面）に隙間を置いて位置している。第２フィラメントコイル１２には、電流（フィラメント電流）が与えられる。これにより、第２フィラメントコイル１２は、電子（熱電子）を放出する。

ここで、第１フィラメントコイル１１から放出される電子と、第２フィラメントコイル１２から放出される電子とが、ターゲット面６２Ｓの概ね同じ位置に衝突するよう、第１溝部１６及び第２溝部１７は、傾斜している。また、第１溝部１６及び第２溝部１７は、それぞれ、下溝と、下溝よりターゲット面６２Ｓ側に位置し下溝より寸法の大きい上溝と、を有している。

陽極ターゲット６０には、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１より相対的に正の電圧が与えられる。第１フィラメントコイル１１、第２フィラメントコイル１２及び電子収束カップ１５には、端子８１乃至８３より相対的に負の電圧が与えられる。本実施形態において、Ｘ線管１は、陽極接地型のＸ線管であり、陽極ターゲット６０は接地電位に設定され、陰極１０には負の高電圧が与えられる。
但し、本実施形態と異なり、Ｘ線管１は、中性点接地型のＸ線管又は陰極接地型のＸ線管であってもよい。中性点接地型のＸ線管の場合、陽極ターゲット６０に正の高電圧が与えられ、陰極１０に負の高電圧が与えられる。陰極接地型のＸ線管の場合、陽極ターゲット６０に正の高電圧が与えられ、陰極１０は接地電位に設定される。

陽極ターゲット６０及び陰極１０間にＸ線管電圧（以下、管電圧と称する）が加えられるため、第１フィラメントコイル１１から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面６２Ｓに入射される。同様に、第２フィラメントコイル１２から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面６２Ｓに入射される。電子収束カップ１５は、一方で、第１フィラメントコイル１１から第１溝部１６の開口１６ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させ、他方で、第２フィラメントコイル１２から第２溝部１７の開口１７ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。

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

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

筐体３は、陰極１０と対向したターゲット層６２付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓３ａを有している。筐体３の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、絶縁油４が充填されている。
制御部５は、端子８１，８２，８３，８４，８５を介し、陰極１０に電気的に接続されている。制御部５は、第１フィラメントコイル１１、第２フィラメントコイル１２及び電子収束カップ１５を駆動したり、制御したりすることができる。制御部５は、第１フィラメントコイル１１及び第２フィラメントコイル１２を選択的に駆動する。

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

次いで、制御部５は、端子８１乃至８５を介して第１フィラメントコイル１１又は第２フィラメントコイル１２を駆動させる電流を与える。すると、第１フィラメントコイル１１（第２フィラメントコイル１２）及び電子収束カップ１５には負の高電圧（共通の電圧）が与えられる。上記負の高電圧としては、例えば−数十ｋＶ乃至−１５０ｋＶ程度である。第１フィラメントコイル１１（第２フィラメントコイル１２）にはさらに電流が与えられる。電子収束カップ１５には、−５ｋＶ乃至０Ｖのバイアス電圧（フィラメント電圧を基準とした重畳電圧）が印加される。陽極ターゲット６０は端子９１を介して接地される。

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

ターゲット層６２は電子ビームが入射されることによりＸ線を放出し、焦点から放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓３ａを介して筐体３の外部に放出される。ここで、焦点は、電子ビームが入射されることにより、フィラメントコイルの長軸に対応した長さと、フィラメントコイルの短軸に対応した幅とを有している。これにより、Ｘ線撮影を実施することができる。

次に、本実施形態に係る実施例のＸ線管装置の構成及び動作と、比較例のＸ線管装置の構成及び動作について説明する。実施例及び比較例のＸ線管装置において、電子収束カップ１５以外は同様に形成されている。

（実施例）
図１及び図２に示すように、電子収束カップ１５は、前面Ｓｆと、第１面Ｓ１と、第１溝部１６と、一対の第１突出部Ｐ１と、第２面Ｓ２と、第２溝部１７と、を備えている。なお、図２（ａ）において、第１突出部Ｐ１には斜線を付している。前面Ｓｆは、平坦な面であり、電子収束カップ１５のうち陽極ターゲット６０に最も近接する面である。第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、それぞれ前面Ｓｆに対して陽極ターゲット６０の反対側に位置した平坦な面である。

第１溝部１６は、第１面Ｓ１に開口し第１フィラメントコイル１１を収納している。第１溝部１６は、第１フィラメントコイル１１の長軸に沿った第１長さ方向ｄＬ１と、第１深さ方向ｄＤ１と、第１深さ方向ｄＤ１及び第１長さ方向ｄＬ１にそれぞれ垂直な第１幅方向ｄＷ１と、を有している。
第２溝部１７は、第２面Ｓ２に開口し第２フィラメントコイル１２を収納している。第２溝部１７は、第２フィラメントコイル１２の長軸に沿った第２長さ方向ｄＬ２と、第２深さ方向ｄＤ２と、第２深さ方向ｄＤ２及び第２長さ方向ｄＬ２にそれぞれ垂直な第２幅方向ｄＷ２と、を有している。

一対の第１突出部Ｐ１は、第１面Ｓ１から前面Ｓｆ側に突出して形成され、第１長さ方向ｄＬ１に第１溝部１６を挟んで設けられている。なお、第１突出部Ｐ１が前面Ｓｆを越えて陽極ターゲット６０側に突出することは無い。一対の第１突出部Ｐ１は、第１長さ方向ｄＬ１に互いに対向する第１側面Ｓｓ１を有している。本実施例において、第１側面Ｓｓ１は、第１深さ方向ｄＤ１及び第１幅方向ｄＷ１で規定される第１仮想平面と平行であり、平坦な面である。一対の第１突出部Ｐ１のそれぞれの第１側面Ｓｓ１は、同一の寸法を有している。但し、一対の第１突出部Ｐ１の構成は、本実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、第１側面Ｓｓ１は、上記第１仮想平面と平行な面でなくともよく、また、平坦な面でなくともよい。
各々の第１突出部Ｐ１は、陽極ターゲット６０と対向する側に上面ＳＵ１を有している。上面ＳＵ１は、互いに異なる方向に傾斜した複数の平坦な傾斜面で形成されている。本実施例において、上面ＳＵ１は、２つの平坦な傾斜面で形成されている。

（比較例）
図１及び図１１に示すように、比較例のＸ線管装置は、上記実施例のＸ線管装置と比較し、電子収束カップ１５の構成が相違している。詳しくは、比較例の電子収束カップ１５は、上記実施例と比較し、一対の第１突出部Ｐ１無しに形成されている点、第１溝部１６（第１溝部１６の上溝）が深く形成されている点、第１長さ方向ｄＬ１における第１溝部１６及び第１フィラメントコイル１１が短く形成されている点、で相違している。

ここで、本願発明者は、上記実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションと、上記比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションとを行った。この際、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を調整して行った。ターゲット面６２Ｓ上に形成される焦点は、単焦点である。また、シミュレーションは、同一条件の下で行った。

始めに、実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。
図１、図２及び図３に示すように、まず、上記実施例に係るＸ線管装置を用い、第１フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を０Ｖとし、ターゲット面６２Ｓに焦点（大焦点）Ｆ１を形成した。電子は、第１フィラメントコイル１１全域からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。電子ビームは、電子収束カップ１５の第１溝部１６及び第１突出部Ｐ１によって形成される電界の作用により収束される。形成された焦点（実効焦点）Ｆ１の長さをＬ１、幅をＷ２とする。

図１、図２及び図４に示すように、次に、上記実施例に係るＸ線管装置を用い、第１フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５にフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面６２Ｓに焦点（小焦点）Ｆ１を形成した。電子は、第１フィラメントコイル１１の中央部からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。第１突出部Ｐ１の作用により、第１フィラメントコイル１１の端部は、第１フィラメントコイル１１の中央部より電界の作用が大きい。第１フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量は減少しなかった。電子ビームは、電子収束カップ１５の第１溝部１６及び第１突出部Ｐ１によって形成される電界の作用により収束される。
形成された焦点（実効焦点）Ｆ１の幅はＷ２であった。また、上記のように第１フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、焦点（実効焦点）Ｆ１の長さは上記長さＬ１より僅かに小さいＬ２であった。なお、Ｗ２＜Ｗ１であり、Ｌ２＜Ｌ１である。そして、図３の焦点（大焦点）Ｆ１と、図４の焦点（小焦点）Ｆ１と、を比較すると、長さの変化は、幅の変化と比べて小さいことが分かる。

また、図５及び図６に示すように、第１フィラメントコイル１１に与えるフィラメント電流を連続的に変化させ、管電流を測定した。本実施例では、バイアス電圧値が０Ｖであっても−５ｋＶであっても、フィラメント電流を大きくするほど、管電流を大きくできることがわかる。

そして、図７に示すように、第１フィラメントコイル１１から放出された電子が形成する焦点Ｆ１と、第２フィラメントコイル１２から放出された電子が形成する焦点Ｆ２と、が概ね同じ位置に形成できることがわかる。このため、第１突出部Ｐ１が、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２との重なり合いに悪影響を及ぼしていないことがわかる。

次に、比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。
図１、図１１及び図１２に示すように、まず、上記比較例に係るＸ線管装置を用い、第１フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を０Ｖとし、ターゲット面６２Ｓに焦点（大焦点）Ｆ１を形成した。比較例の焦点（実効焦点）Ｆ１は、実施例と同じ寸法に形成され、長さがＬ１、幅がＷ１である。但し、比較例の方が実施例より、第１フィラメントコイル１１が短い分、焦点Ｆ１の電子密度が低くなり、管電流が小さくなる。

図１、図１１及び図１３に示すように、次に、上記比較例に係るＸ線管装置を用い、第１フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面６２Ｓに焦点（小焦点）Ｆ１を形成した。電子は、第１フィラメントコイル１１の中央部からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。第１フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量は減少しなかった。

形成された焦点（実効焦点）Ｆ１の幅はＷ２であった。また、上記のように第１フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、比較例の焦点（実効焦点）Ｆ１は、実施例と同じ寸法に形成され、長さがＬ２、幅がＷ２であった。但し、上述したように、比較例の方が実施例より、第１フィラメントコイル１１が短い分、焦点Ｆ１の電子密度が低くなり、管電流が小さくなる。

また、図１４及び図１５に示すように、第１フィラメントコイル１１に与えるフィラメント電流を連続的に変化させ、管電流を測定した。本変形例では、バイアス電圧値が０Ｖであれば、フィラメント電流を大きくするほど、管電流を大きくできることがわかる。

但し、バイアス電圧値を数百Ｖ、例えば−１ｋＶに設定すると、図１５に示すように、フィラメント電を大きくしても、管電流が大きくなり難くなることがわかる。

そして、図１６に示すように、本比較例において、第１フィラメントコイル１１から放出された電子が形成する焦点Ｆ１と、第２フィラメントコイル１２から放出された電子が形成する焦点Ｆ２とが、実施例（図７）と同様に、概ね同じ位置に形成できることがわかる。

以上のように構成された一実施形態に係る実施例のＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、陽極ターゲット６０と、第１フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５を有する陰極１０と、真空外囲器７０と、を備えている。電子収束カップ１５は、前面Ｓｆと、第１面Ｓ１と、第１溝部１６と、一対の第１突出部Ｐ１と、を有している。一対の第１突出部Ｐ１は、第１面Ｓ１から前面Ｓｆ側に突出して形成され第１長さ方向ｄＬ１に第１溝部１６を挟んでいる。

このため、長い第１フィラメントコイル１１を利用する場合であっても、焦点Ｆ１の長さを所望の値に設定しつつ、管電流を大きくすることができる。又は、浅く第１溝部１６を形成した場合であっても、焦点Ｆ１の寸法を所望の値に設定しつつ、管電流を大きくすることができる。
上記のことから、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、電子収束カップ１５の大型化を抑制することのできるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。

本発明の上記実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第１突出部Ｐ１の上面ＳＵ１は、３つ以上の平坦な傾斜面で形成されていてもよい。
図８に示すように、第１突出部Ｐ１の上面ＳＵ１は、３つの平坦な傾斜面で形成されている。
図９に示すように、第１突出部Ｐ１の上面ＳＵ１は、円弧状の曲面で形成されていてもよい。
図１０に示すように、電子収束カップ１５は、一対の第２突出部Ｐ２をさらに有していてもよい。一対の第２突出部Ｐ２は、第２面Ｓ２から前面Ｓｆ側に突出して形成され、第２長さ方向ｄＬ２に第２溝部１７を挟んでいる。なお、第２突出部Ｐ２は、陽極ターゲット６０と対向する側に上面ＳＵ２を有するなどし、上記第１突出部Ｐ１と同様に形成されている。

上記実施形態において、第１フィラメントコイル１１が第２フィラメントコイル１２より短い場合を例に説明した。しかし、陰極１０が複数のフィラメントコイルを有している場合、複数のフィラメントコイルは、同一の種類であってもよく、互いに異なる種類であってもよい。種類を異ならせることにより、複数の異なる寸法の焦点を選択することができる。同一の種類の場合には、交互に使用してフィラメントの寿命を延ばすことができる。

電子収束カップ１５が複数の溝部を有している場合、少なくとも１つの溝部が上述した実施例の溝部と同様に突出部とセットで形成されていればよく、他の溝部は突出部を利用せずに形成されていてもよい。

電子放出源としてのフィラメントは、フィラメントコイルに限定されるものではなく、各種のフィラメントを利用することが可能である。例えば、陰極１０は、フィラメントコイルの替わりに平板フィラメントを有していてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。平板フィラメントは、平面として平坦なフィラメント上面（電子放出面）及び裏面を有する平板状のフィラメントである。

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

１…Ｘ線管、６０…陽極ターゲット、７０…真空外囲器、１０…陰極、
１１…第１フィラメントコイル、１２…第２フィラメントコイル、
１５…電子収束カップ、１６…第１溝部、１７…第２溝部、
ｄＬ１…第１長さ方向、ｄＤ１…第１深さ方向、ｄＷ１…第１幅方向、
ｄＬ２…第２長さ方向、ｄＤ２…第２深さ方向、ｄＷ２…第２幅方向、
Ｓｆ…前面、Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面、
Ｐ１…第１突出部、Ｐ２…第２突出部、ＳＵ１，ＳＵ２…上面、Ｓｓ１…第１側面、
Ｆ１，Ｆ２…焦点。

Claims (7)

1. 電子が入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
   電子を放出する第１フィラメントと、前記第１フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極と、を有する陰極と、
   前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
   前記収束電極は、
   前記陽極ターゲットに最も近接する平坦な前面と、
   前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第１面と、
   前記第１面に開口し前記第１フィラメントを収納し、前記第１フィラメントの長軸に沿った第１長さ方向を有する第１溝部と、
   前記第１面から前記前面側に突出して形成され前記第１長さ方向に前記第１溝部を挟んだ一対の第１突出部と、を有する、
   Ｘ線管。
2. 前記一対の第１突出部は、前記第１長さ方向に互いに対向する第１側面を有する、
   請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記第１溝部は、前記第１溝部の第１深さ方向及び前記第１長さ方向にそれぞれ垂直な第１幅方向を有し、
   各々の前記第１側面は、前記第１深さ方向及び前記第１幅方向で規定される第１仮想平面と平行である、
   請求項２に記載のＸ線管。
4. 前記一対の第１突出部のそれぞれの前記第１側面は、同一の寸法を有している、
   請求項２に記載のＸ線管。
5. 各々の前記第１突出部の前記陽極ターゲットと対向する側の上面は、互いに異なる方向に傾斜した複数の平坦な傾斜面で形成されている、
   請求項２に記載のＸ線管。
6. 各々の前記第１突出部の前記陽極ターゲットと対向する側の上面は、円弧状の曲面で形成されている、
   請求項２に記載のＸ線管。
7. 前記陰極は、電子を放出する第２フィラメントをさらに有し、
   前記収束電極は、前記第２フィラメントから放出された電子をさらに収束させ、
   前記収束電極は、
   前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第２面と、
   前記第２面に開口し前記第２フィラメントを収納し、前記第２フィラメントの長軸に沿った第２長さ方向を有する第２溝部と、
   前記第２面から前記前面側に突出して形成され前記第２長さ方向に前記第２溝部を挟んだ一対の第２突出部と、をさらに有する、
   請求項１に記載のＸ線管。

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