JP2019186095A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】真空筐体内における放電の発生を効果的に抑制できるＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管３は、電子銃１１と、電子銃１１から出射された電子を入射させてＸ線を発生させるターゲットＴと、電子銃１１及びターゲットＴを収容する真空筐体１０と、を備える。真空筐体１０は、Ｘ線出射窓３３ａを有する金属部１３と、金属部１３に接続された絶縁バルブ１２と、を有する。金属部１３は、Ｘ線出射窓３３ａが設けられると共に真空筐体１０の管軸ＡＸを包囲する円筒部３１２と、円筒部３１２の端部に接続され、管軸ＡＸを包囲すると共に金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分ＣＰを覆うように突出するテーパ部３１３と、を有する。テーパ部３１３は、先端部３１３ａと管軸ＡＸとの離間距離ｄ１が基端部３１３ｂと管軸ＡＸとの離間距離ｄ２よりも大きくなるように拡径する形状をなしている。【選択図】図３

Description

本発明の一側面は、Ｘ線管に関する。

従来、電子を出射する電子銃と当該電子を入射させてＸ線を発生させるターゲットとを真空筐体内に収容したＸ線管が知られている。真空筐体は、Ｘ線出射窓を有するヘッド部（金属部）と、ヘッド部に接続されるガラス等の絶縁性部材からなるバルブ部とから構成される。上記Ｘ線管において、Ｘ線を発生させるためには、真空筐体内のターゲット又は電子銃に高電圧を印加する必要があるため、真空筐体内における放電を抑制することが重要である。例えば、特許文献１に記載のＸ線管では、Ｘ線管の管軸に沿って配置された棒状陽極（先端部にターゲットが固定された部材）に対して金属部とバルブ部との接合部分を隠すように、Ｘ線管の管軸を中心とする略円筒状に形成された内筒管が設けられている。このような内筒管は、上記接合部分における電界集中を緩和し、上記接合部分における放電を抑制する機能を有する。

特許第４９５４５２６号公報

しかし、内筒部の先端部のように突出した部分には電界が集中し易い。このため、内筒管によって上記接合部分における電界集中を緩和できる一方で、内筒管の先端部への電界集中に起因して、当該先端部における放電が発生し易くなるという問題が生じ得る。特に、Ｘ線の高出力化のために印加される電圧が大きくなる程、真空筐体における低電圧部分（接地電位部分）との電位差が大きくなるため、このような問題が顕著となる。

そこで、本発明の一側面は、真空筐体内における放電の発生を効果的に抑制できるＸ線管を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るＸ線管は、電子を出射する電子銃と、電子銃から出射された電子を入射させてＸ線を発生させるターゲットと、電子銃及びターゲットを収容する真空筐体と、を備え、真空筐体は、Ｘ線を外部に出射させるＸ線出射窓を有する金属部と、絶縁性材料により形成され、金属部に接続されたバルブ部と、を有し、金属部は、Ｘ線出射窓が設けられると共に真空筐体の中心軸を包囲する第１部分と、第１部分のバルブ部側の端部に接続され、中心軸を包囲すると共に金属部とバルブ部との接続部分を覆うように突出する第２部分と、を有し、第２部分は、第１部分に接続される基端部とは反対側の先端部と中心軸との離間距離が基端部と中心軸との離間距離よりも大きくなるように拡径する形状をなしている。

本発明の一側面に係るＸ線管では、金属部とバルブ部との接続部分（すなわち、金属と絶縁体との境界部分であって放電が発生し易い部分）を覆うように突出する第２部分により、当該接続部分における放電の発生が抑制される。さらに、第２部分は、先端部が基端部（第１部分側の端部）よりもＸ線管の中心軸から離間するように拡径する形状（以下「拡径形状」という。）をなしている。これにより、上記拡径形状を採用しない場合と比較して、第２部分の先端部をＸ線管の中心軸に配置される部材（金属部とは反対の電気的極性を有する部材）から遠ざけることができる。その結果、当該先端部における電界集中を緩和し、当該先端部における放電の発生を抑制できる。以上により、上記Ｘ線管によれば、真空筐体内における放電の発生を効果的に抑制できる。

第２部分は、先端部を有すると共にその全体が真空筐体の内部空間に突出する突出部と、基端部を有すると共にその少なくとも一部の外面が外部に露出する基台部とを有し、突出部及び基台部の内壁面が、先端部と中心軸との離間距離が基端部と中心軸との離間距離よりも大きくなるように拡径してもよい。これにより、第１部分の内壁面と、第２部分の内壁面とがなす角度を緩やかにすることができ、第１部分と第２部分との接続部における放電の発生の可能性を低減することができる。

第２部分の内壁面は、基端部から先端部に向かうにつれて中心軸との離間距離が線形に増加するテーパ形状をなしていてもよい。また、第２部分の内壁面は、基端部から先端部に向かうにつれて中心軸との離間距離が連続的に増加する湾曲形状をなしていてもよい。また、第２部分の内壁面は、基端部から先端部に向かうにつれて中心軸との離間距離が段階的に増加する階段形状をなしていてもよい。上記いずれの構成によっても、比較的加工し易い形状によって、上述した拡径形状を実現できる。

上記Ｘ線管においては、ターゲットを有する陽極が、中心軸に沿って延在するように配置されていてもよいし、電子銃が、中心軸に沿って延在するように配置されていてもよい。上記いずれの構成によっても、先端部における電界集中を緩和し、先端部と陽極又は電子銃との間における放電の発生を抑制できる。以上により、上記Ｘ線管によれば、真空筐体内における放電の発生を効果的に抑制できる。

本発明の一側面によれば、真空筐体内における放電の発生を効果的に抑制できるＸ線管を提供することができる。

一実施形態のＸ線発生装置の外観を示す斜視図である。 図１におけるII-II線に沿った断面図である。 Ｘ線管の構成を示す断面図である。 実施例に係るＸ線管の電界解析結果を示す図である。 比較例に係るＸ線管の電界解析結果を示す図である。 第１変形例及び第２変形例に係るＸ線管の要部を示す断面図である。 第３変形例に係るＸ線管の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」、「下」等の所定の方向を示す語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線管を含むＸ線発生装置の外観を示す斜視図である。図２は、図１におけるII-II線に沿った断面図である。図１及び図２に示されるＸ線発生装置１は、例えば、被検体の内部構造を観察するＸ線非破壊検査に用いられる微小焦点Ｘ線源である。Ｘ線発生装置１は、筐体２を有する。筐体２の内部には、主に、Ｘ線を発生させるＸ線管３と、Ｘ線管３に電力を供給する電源部５とが収容されている。筐体２は、Ｘ線管３の一部を収容するＸ線管収容部４と、収容部２１とを有する。

収容部２１は、主に電源部５を収容する部分である。収容部２１は、底壁部２１１と、上壁部２１２と、側壁部２１３とを有する。底壁部２１１及び上壁部２１２は、それぞれ略正方形状を有する。底壁部２１１の縁部と上壁部２１２の縁部とは、４つの側壁部２１３を介して連結されている。これにより、収容部２１は、略直方体状に形成されている。なお、本実施形態では便宜的に、底壁部２１１と上壁部２１２とが互いに対向する方向をＺ方向とし、底壁部２１１側を下方、上壁部２１２側を上方と定義する。また、Ｚ方向に直交し、互いに対向する側壁部２１３同士が対向する方向をＸ方向及びＹ方向とする。Ｚ方向から見た上壁部２１２の中央部には、円形の貫通孔である開口部２１２ａが設けられている。

Ｘ線管収容部４は、高い熱伝導率を有する（放熱性が高い）金属により形成されている。Ｘ線管収容部４の材料としては、例えばアルミニウム、鉄、銅、及びそれらを含む合金等が挙げられる。本実施形態では、Ｘ線管収容部４の材料はアルミニウム（又はその合金）である。Ｘ線管収容部４は、Ｘ線管３の管軸方向（Ｚ方向）における両端に開口を有する筒状をなしている。Ｘ線管収容部４の管軸は、Ｘ線管３の管軸ＡＸと一致している。Ｘ線管収容部４は、保持部４１と、円筒部４２と、テーパ部４３と、フランジ部４４とを有する。保持部４１は、図示しない固定部材を用いて、Ｘ線管３をフランジ部３１１において保持する部分であり、Ｘ線管３と共にＸ線管収容部４の上部開口を気密に封止している。円筒部４２は、保持部４１の下端に接続され、Ｚ方向に沿って延びる壁面を備えた円筒状に形成された部分である。テーパ部４３は、円筒部４２の端部に接続され、当該端部からＺ方向に沿って円筒部４２から遠ざかるにつれて連続してなだらかに拡径する壁面を備えた部分である。円筒部４２及びテーパ部４３は、ＺＸ平面及びＺＹ平面での断面において、互いに平面状である円筒部４２及びテーパ部４３の壁面同士のなす角度が鈍角となるように、接続されている。フランジ部４４は、テーパ部４３の端部に接続され、Ｚ方向から見て外側に延びる部分である。フランジ部４４は、円筒部４２及びテーパ部４３よりも肉厚なリング状部材となるように構成されている。これにより、熱容量が大きくされており、放熱性が向上されている。フランジ部４４は、Ｚ方向から見て、上壁部２１２の開口部２１２ａを包囲する位置において、上壁部２１２の上面２１２ｅに対して気密に固定されている。本実施形態では、フランジ部４４は、上壁部２１２の上面２１２ｅに熱的に接続（熱伝導可能に接触）している。Ｘ線管収容部４の内部には、電気絶縁性の液体である絶縁オイル４５が気密に封入（充填）されている。

電源部５は、Ｘ線管３に数ｋＶ〜数百ｋＶ程度の電力を供給する部分である。電源部５は、固体のエポキシ樹脂からなる電気絶縁性の絶縁ブロック５１と、絶縁ブロック５１内にモールドされた高電圧発生回路を含む内部基板５２とを有する。絶縁ブロック５１は、略直方体状をなしている。絶縁ブロック５１の上面中央部は、上壁部２１２の開口部２１２ａを貫通し、突出している。一方、絶縁ブロック５１の上面縁部５１ａは、上壁部２１２の下面２１２ｆに対して気密に固定されている。絶縁ブロック５１の上面中央部には、内部基板５２に電気的に接続された円筒状のソケットを含む高圧給電部５４が配置されている。電源部５は、高圧給電部５４を介してＸ線管３に電気的に接続されている。

開口部２１２ａに挿通された絶縁ブロック５１の部分（すなわち、上面中央部）の外径は、開口部２１２ａの内径と同じか僅かに小さくされている。

次に、Ｘ線管３の構成について説明する。図３に示されるように、Ｘ線管３は、いわゆる反射型Ｘ線管と呼ばれるものである。Ｘ線管３は、内部を真空に保持する真空外囲器としての真空筐体１０と、電子発生ユニットとしての電子銃１１と、ターゲットＴとを備えている。電子銃１１は、例えば、高融点金属材料等からなる基体に易電子放射物質を含浸させたカソードＣを有する。また、ターゲットＴは、例えば、タングステン等の高融点金属材料からなる板状部材である。ターゲットＴの中心は、Ｘ線管３の管軸ＡＸ上に位置している。電子銃１１及びターゲットＴは、真空筐体１０の内部に収容されており、電子銃１１から出射された電子がターゲットＴに入射するとＸ線が発生する。発生したＸ線は、Ｘ線出射窓３３ａを介して外部に照射される。

真空筐体１０は、主として、絶縁性材料（例えばガラス）により形成された絶縁バルブ１２（バルブ部）と、Ｘ線出射窓３３ａを有する金属部１３とから構成されており、内部空間Ｓを有している。金属部１３は、ターゲットＴが収容される本体部３１と、陰極となる電子銃１１が収容される電子銃収容部３２とを有する。

本体部３１は、筒状に形成されている。本体部３１の一端部（外側端部）には、Ｘ線出射窓３３ａを有する蓋板３３が固定されている。Ｘ線出射窓３３ａの材料は、Ｘ線透過材料であって、例えばベリリウムやアルミニウム等である。蓋板３３によって、内部空間Ｓの一端側が閉鎖されている。本体部３１は、フランジ部３１１と、円筒部３１２と、テーパ部３１３とを有する。フランジ部３１１は、本体部３１の外周に設けられており、上述したＸ線管収容部４の保持部４１に固定される部分である。円筒部３１２は、本体部３１の一端部側において円筒状に形成された部分である。テーパ部３１３は、円筒部３１２の他端部に接続され、Ｘ線管３の管軸方向（Ｚ方向）に沿って円筒部３１２から遠ざかるにつれて拡径する部分である。テーパ部３１３は、絶縁バルブ１２と後述するリング部材１４との接続部を後述するターゲット支持部６０から遮蔽するように内部空間Ｓに突出している。

電子銃収容部３２は、円筒状に形成されており、本体部３１の一端部側の側部に固定されている。本体部３１の中心軸線（すなわち、Ｘ線管３の管軸ＡＸ）と電子銃収容部３２の中心軸線とは、略直交している。電子銃収容部３２の内部は、電子銃収容部３２の本体部３１側の端部に設けられた開口３２ａを介して、本体部３１の内部空間Ｓと連通している。

電子銃１１は、カソードＣと、ヒータ１１１と、第１グリッド電極１１２と、第２グリッド電極１１３とを備えており、各構成の協働によって発生する電子ビームの径を小さくすること（微小焦点化）ができる。カソードＣ、ヒータ１１１、第１グリッド電極１１２及び第２グリッド電極１１３は、それぞれ平行に延びる複数の給電ピン１１４を介して、ステム基板１１５に取り付けられている。カソードＣ、ヒータ１１１、第１グリッド電極１１２及び第２グリッド電極１１３は、それぞれに対応する給電ピン１１４を介して外部から給電される。

絶縁バルブ１２は、略筒状に形成されている。絶縁バルブ１２の一端部には、金属等からなるリング部材１４が融着されている。リング部材１４は、本体部３１に接合されている。これにより、絶縁バルブ１２の一端側は、リング部材１４を介して本体部３１に接続されている。一方、絶縁バルブ１２の他端側には、内方に向けて延びる円筒状の内筒部１２ａが設けられている。つまり、絶縁バルブ１２の他端部は、Ｚ方向から見た絶縁バルブ１２の中央部に孔部が画成されるように、全周にわたって内側に折り返されている。

絶縁バルブ１２の内筒部１２ａは、固定部１５（詳しくは後述）を介して、陽極６１（ターゲットＴが先端に固定されたターゲット支持部６０）を保持している。ターゲット支持部６０は、例えば銅材等により棒状（円柱状）に形成されており、Ｚ方向に延在している。ターゲット支持部６０の先端側には、絶縁バルブ１２側から本体部３１側に向かうにつれて電子銃１１から遠ざかるように傾斜する傾斜面６０ａが形成されている。ターゲットＴは、傾斜面６０ａと面一になるように、ターゲット支持部６０の端部に埋設されている。

ターゲット支持部６０（陽極６１）の基端部６０ｂは、絶縁バルブ１２の下端部（すなわち、折り返し位置）よりも外側に突出しており、電源部５の高圧給電部５４（図２参照）に接続されている。本実施形態では、真空筐体１０（金属部１３）が接地電位とされており、高圧給電部５４において陽極６１（ターゲット支持部６０）にプラスの高電圧が供給される。ただし、電圧印加形態は、上記例に限られない。

固定部１５は、金属等からなる。固定部１５は、ターゲット支持部６０を絶縁バルブ１２の他端部（内筒部１２ａの上端部）に対して固定するための部材である。固定部１５は、その一端側がターゲット支持部６０に固定され、他端側が内筒部１２ａの端部に融着されることで、ターゲット支持部６０（陽極６１）を管軸ＡＸに沿って（同軸に）延在するように固定するとともに、真空封止を行う。

カバー電極１９は、絶縁バルブ１２の内筒部１２ａと固定部１５との融着部分（接合部分）を外方から包囲する電極部材である。カバー電極１９は、ターゲット支持部６０に固定される略円錐台状の先端部と、円筒状の基端部とが、滑らかに接続された略円筒形状に形成されている。カバー電極１９は、特に発生しやすい上記融着部分への放電による絶縁バルブ１２の損傷を防止するために設けられる。

［作用効果］
次に、本実施形態の一側面に係る作用効果について説明する。上述したように、Ｘ線管３は、電子を出射する電子銃１１と、電子銃１１から出射された電子を入射させてＸ線を発生させるターゲットＴと、電子銃１１及びターゲットＴを収容する真空筐体１０と、を備えている。真空筐体１０は、Ｘ線を外部に出射させるＸ線出射窓３３ａを有する金属部１３と、絶縁性材料（例えばガラス）により形成され、金属部１３に接続された絶縁バルブ１２と、を有する。なお、「金属部１３に接続された」とは、金属部１３と直接的に接続されることを含むと共に、本実施形態のように介在部材（リング部材１４）を介して間接的に接続されることを含む。

金属部１３は、Ｘ線出射窓３３ａが設けられると共に真空筐体１０の管軸ＡＸ（中心軸）を包囲する円筒部３１２（第１部分）と、円筒部３１２の絶縁バルブ１２側の端部に接続され、管軸ＡＸを包囲すると共に金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分を覆うように突出するテーパ部３１３（第２部分）と、を有する。ここで、「金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分ＣＰ」とは、導電性材料である金属と絶縁性材料（電気絶縁体）との境界となる部分である。本実施形態では、絶縁バルブ１２とリング部材１４との接続部が接続部分ＣＰに相当する。一方、金属部１３と絶縁バルブ１２とが直接的に接続される場合（本実施形態の金属部１３とリング部材１４とが一体化されている場合を含む）には、金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部が接続部分ＣＰに相当する。また、「金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分を覆う」とは、金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分を、少なくとも真空筐体１０の内部空間Ｓ内に収容された陽極６１（ターゲット支持部６０）から直接見通せないように遮蔽することを言う。

テーパ部３１３は、テーパ部３１３の先端部３１３ａ（円筒部３１２に接続される基端部３１３ｂとは反対側の端部）と管軸ＡＸとの離間距離ｄ１が基端部３１３ｂと管軸ＡＸとの離間距離ｄ２よりも大きくなるように拡径する形状をなしている。より詳細には、テーパ部３１３は、突出部３１３Ｐと基台部３１３Ｂとからなる。突出部３１３Ｐは、先端部３１３ａを有すると共に、その全体が真空筐体１０の内部空間Ｓに突出する円環状部材である。突出部３１３Ｐの内壁面は、全周にわたって陽極６１（ターゲット支持部６０）と対向して包囲する。一方、突出部３１３Ｐの外壁面は、全周にわたって接続部分ＣＰと対向した状態で接続部分ＣＰを覆う。基台部３１３Ｂは、基端部３１３ｂを有すると共に、その内壁面が全周にわたって陽極６１（ターゲット支持部６０）と対向して陽極６１を包囲する部分である。基台部３１３Ｂは、その少なくとも一部の外面が内部空間Ｓの外部に露出する円環状部材である。そして、突出部３１３Ｐ及び基台部３１３Ｂの内壁面が、先端部３１３ａと管軸ＡＸとの離間距離ｄ１が基端部３１３ｂと管軸ＡＸとの離間距離ｄ２よりも大きくなるように拡径している。つまり、テーパ部３１３の内壁面３１３ｃは、突出部３１３Ｐの内壁面と、基台部３１３Ｂの内壁面とで形成されている。また、先端部３１３ａは、角部での放電を抑制するため、角部が面取りされた円弧状の表面を有している。

以上述べたＸ線管３では、金属部１３と絶縁バルブ１２との接続部分ＣＰ（すなわち、金属と絶縁体との境界部分であって放電が発生し易い部分）を覆うように突出するテーパ部３１３により、接続部分ＣＰにおける放電の発生が抑制される。さらに、テーパ部３１３は、先端部３１３ａが基端部３１３ｂよりも管軸ＡＸから離間するように拡径する形状（以下「拡径形状」という。）をなしている。これにより、上記拡径形状を採用しない場合と比較して、テーパ部３１３の先端部３１３ａをＸ線管３の管軸ＡＸに配置される部材（金属部１３とは反対の電気的極性を有する部材）から遠ざけることができる。本実施形態では、当該部材は、高電圧が印加された陽極６１（ターゲット支持部６０）である。その結果、先端部３１３ａにおける電界集中を緩和し、先端部３１３ａにおける放電の発生を抑制できる。以上により、Ｘ線管３によれば、真空筐体１０内における放電の発生を効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、図３に示されるように、テーパ部３１３は、先端部３１３ａを有すると共にその全体が真空筐体１０の内部空間Ｓに突出する突出部３１３Ｐと、基端部３１３ｂを有すると共にその少なくとも一部の外面が外部に露出する基台部３１３Ｂとを有している。突出部３１３Ｐ及び基台部３１３Ｂの内壁面が、先端部３１３ａと管軸ＡＸとの離間距離ｄ１が基端部３１３ｂと管軸ＡＸとの離間距離ｄ２よりも大きくなるように拡径している。これにより、円筒部３１２の内壁面とテーパ部３１３の内壁面とがなす角度を緩やかにすることができ、円筒部３１２とテーパ部３１３との接続部における放電の発生の可能性を低減することができる。より詳細には、仮にテーパ部３１３を突出部３１３Ｐのみによって構成した場合、同じ離間距離ｄ１を得るためには、拡径する角度（管軸ＡＸに対する傾斜角度）を大きくするか、突出部３１３Ｐの全長を延ばす必要がある。拡径する角度を大きくした場合は、円筒部３１２の内壁面とテーパ部３１３の内壁面とがなす角度が大きくなり、円筒部３１２とテーパ部３１３との接続部における放電の発生の可能性が高くなる。一方、突出部３１３Ｐの全長を延ばすと、カバー電極１９等の突出部３１３Ｐとは異なる電位の部材と突出部３１３Ｐとの距離が短くなり、やはり放電の発生の可能性が高くなる。これに対して、基台部３１３Ｂを設け、その内壁面を拡径形状とすることで、上述したような放電の発生の可能性を低減することができる。また、本実施形態では、テーパ部３１３の内壁面３１３ｃにおける管軸ＡＸに対する傾斜角度が、Ｘ線管収容部４のテーパ部４３における管軸ＡＸに対する傾斜角度と略等しくなっている。つまり、テーパ部３１３の内壁面３１３ｃに沿った仮想平面と、Ｘ線管収容部４のテーパ部４３に沿った仮想平面とが、略平行となっている。これにより、テーパ部３１３によって形成された内部空間Ｓ内の電界に対して、外部のＸ線管収容部４が影響を及ぼすことを抑制することができる。

また、図３に示されるように、テーパ部３１３の内壁面３１３ｃは、基端部３１３ｂから先端部３１３ａに向かうにつれて管軸ＡＸとの離間距離が線形に増加するテーパ形状をなしている。これにより、比較的加工し易い形状によって、上述した拡径形状を実現できる。また、内壁面３１３ｃが平滑であるため、内壁面３１３ｃにおける放電の発生の可能性を低減することができる。

また、Ｘ線管３においては、ターゲットＴを有する陽極６１（ターゲット支持部６０）が、管軸ＡＸに沿って延在するように配置されている。本実施形態では、このような、いわゆる反射型Ｘ線管において、上述した効果が奏される。すなわち、テーパ部３１３が上述した拡径形状を有していることにより、テーパ部３１３が上述した拡径形状を有していない場合と比較して、高電位である陽極６１（ターゲット支持部６０）と低電位（接地電位）である金属部１３の先端部（テーパ部３１３の先端部３１３ａ）との離間距離を大きくすることができる。これにより、陽極６１（ターゲット支持部６０）と先端部３１３ａとの離間距離が小さいことに起因して先端部３１３ａに電界が集中することを抑制し、先端部３１３ａにおける放電を効果的に抑制できる。なお、本実施形態においては、陽極６１（ターゲット支持部６０）が接地電位とされ、金属部１３にマイナスの電圧（接地電位よりも低い電圧）が供給されてもよい。

次に、図４及び図５に示される電界解析結果（シミュレーション結果）を参照して、上記実施形態による電界緩和の効果について説明する。図４は、実施例に係るＸ線管についての電界解析結果を示す図である。同図に示される実施例に係るＸ線管は、説明及び解析を簡略化するために、テーパ部３１３の効果が十分に示される範囲内で、各構成を簡略化している。本解析は、真空筐体（本体部３１）を接地電位として、陽極６１に１００ｋＶの電圧を印加するという解析条件の下で行われた。図４は、電位が等しい位置を結んだ等電位線を示している。上述の通り、陽極６１に高電圧が印加されているため、陽極６１及びカバー電極１９に近づくほど高電位となっており、テーパ部３１３及び絶縁バルブ１２の外筒部分に近づくほど低電位となっている。

図５は、比較例に係るＸ線管についての電界解析結果を示す図である。同図に示される比較例に係るＸ線管は、絶縁バルブ１２と本体部３１（金属部１３）との接続部分（リング部材１４と絶縁バルブ１２との接続部）を覆う部分を円筒部４００（円筒部３１２と同径の円筒部）によって構成した従来同様のＸ線管である。解析条件は、上記実施例と同様である。また、図５は、図４と同様に等電位線を示している。

図５に示されるように、上述した拡径形状を有さない比較例に係るＸ線管では、円筒部４００の先端部４００ａと陽極６１及びカバー電極１９との離間距離が小さいため、先端部４００ａにおいて電界が集中している。具体的には、先端部４００ａにおける等電位線の密度が比較的大きい状態となっている。すなわち、先端部４００ａ付近において電位の勾配（すなわち電界）が比較的大きい状態となっている。これに対し、図４に示されるように、上述した拡径形状（テーパ形状）を有する実施例に係るＸ線管では、比較例に係るＸ線管と比較して、テーパ部３１３の先端部３１３ａと陽極６１及びカバー電極１９との離間距離が大きいため、先端部３１３ａにおける電界集中が緩和されている。具体的には、先端部３１３ａにおける等電位線の密度は、比較例よりも小さくなっている。すなわち、先端部３１３ａ付近における電位の勾配（電界）は、先端部４００ａ付近における電界よりも小さくなっている。以上の解析結果から、上述した拡径形状を有するテーパ部３１３を設けることにより、先端部３１３ａにおける電界集中を効果的に抑制できることが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。すなわち、Ｘ線発生装置の各部の形状及び材料等は、上記実施形態で示した具体的な形状及び材料等に限定されない。

［第１変形例］
図６の（Ａ）は、第１変形例に係るＸ線管３Ａの要部を示す断面図である。Ｘ線管３Ａは、テーパ部３１３の代わりに湾曲した断面形状（湾曲形状）を有する拡径部１３１３（第２部分）を有する点で、Ｘ線管３と相違している。拡径部１３１３は、拡径部１３１３の基端側から先端側（先端部１３１３ａ側）に向かうにつれて、拡径部１３１３の内壁面と管軸ＡＸとの離間距離が連続的に増加する形状を有している。本変形例では、管軸ＡＸに沿った単位距離当たりの離間距離の変化幅が、先端部１３１３ａ側に向かうにつれて徐々に減少することにより、拡径部１３１３は、外側に凸となる湾曲形状（Ｒ形状）をなしている。このような拡径部１３１３によっても、上記実施形態のテーパ部３１３を備える場合と同様の効果が得られる。特に、拡径部１３１３では、先端部１３１３ａ以外の内壁面においても、陽極６１（ターゲット支持部６０）との離間距離が比較的大きい領域が多くなるので、より放電の可能性を低減することができる。

［第２変形例］
図６の（Ｂ）は、第２変形例に係るＸ線管３Ａの要部を示す断面図である。Ｘ線管３Ｂは、テーパ部３１３の代わりに段階的に拡径する断面形状（階段形状）を有する拡径部２３１３（第２部分）を有する点で、Ｘ線管３と相違している。拡径部２３１３は、拡径部２３１３の基端側から先端側（先端部２３１３ａ側）に向かうにつれて、拡径部２３１３の内壁面と管軸ＡＸとの離間距離が段階的（離散的、不連続的）に増加する形状を有している。このような拡径部２３１３によっても、上記実施形態のテーパ部３１３を備える場合と同様の効果が得られる。また、このような拡径部２３１３は、加工が容易である。

［第３変形例］
図７は、第３変形例に係るＸ線管３Ｃの断面図である。同図に示されるように、Ｘ線管３Ｃは、管軸ＡＸ上に電子銃収容部５０が配置されている点で、管軸ＡＸ上に陽極６１（ターゲット支持部６０）が配置されているＸ線管３と相違している。加えて、Ｘ線管３Ｃは、いわゆる透過型のＸ線管である点でも、いわゆる反射型のＸ線管であるＸ線管３と相違している。具体的には、Ｘ線管３Ｃでは、Ｘ線出射窓３３ａは、Ｘ線管３と同様に、円筒部３１２の上端部（テーパ部３１３側とは反対側の端部）に固定された蓋板３３において、管軸ＡＸに交差するように設けられている。一方、Ｘ線管３Ｃでは、ターゲットＴは、Ｘ線出射窓３３ａの内側に設けられると共に、ターゲットＴのＸ線出射窓３３ａとは反対側の面（図７における下面）に電子を入射させることにより発生したＸ線をＸ線出射窓３３ａに向けて上方に出射するように構成されている。

電子銃収容部５０（電子銃）は、上述した電子銃収容部３２と同様の内部構成を備えた円筒状の部材である。電子銃収容部５０は、その先端側においてターゲットＴに向けて電子を出射するように管軸ＡＸに沿って（同軸に）延在すると共に、その基端側において絶縁バルブ１２に接続されている。本実施形態では、電子銃収容部５０は、Ｘ線管３における陽極６１（ターゲット支持部６０）と同様に、固定部１５を介して絶縁バルブ１２の内筒部１２ａの端部に接続され、その接続部がカバー電極１９によって包囲されている。

金属部１３を含む真空筐体１０は、ターゲットＴと同電位とされている。例えば、ターゲットＴ及び真空筐体１０が接地電位とされ、電子銃にマイナスの高電圧（接地電位に対してマイナスの高電圧）が供給されてもよいし、電子銃が接地電位とされ、ターゲットＴ及び真空筐体１０にはプラスの高電圧が供給されてもよい。

このような構成によれば、真空筐体１０の管軸ＡＸに沿って延在するように電子銃（電子銃収容部５０）が配置される方式のＸ線管３Ｃにおいて、上記実施形態に係るＸ線管３と同様の効果を奏することができる。すなわち、テーパ部３１３が上述した拡径形状を有していることにより、テーパ部３１３が上述した拡径形状を有していない場合と比較して、低電位（例えば、接地電位に対してマイナスの電位）である電子銃と、高電位（例えば、接地電位）であるターゲットＴと同電位である金属部１３の先端部（テーパ部３１３の先端部３１３ａ）との離間距離を大きくすることができる。これにより、電子銃と先端部３１３ａとの離間距離が小さいことに起因して先端部３１３ａに電界が集中することを抑制し、先端部３１３ａにおける放電を効果的に抑制できる。

［他の変形例］
また、上述した反射型のＸ線管３，３Ａ，３Ｂでは、ターゲットＴの上方にＸ線出射窓３３ａが形成され、ターゲットＴの側方に電子銃１１が配置されていたが、Ｘ線の取り出し方式は、いわゆるサイドウィンドウ方式（すなわち、Ｘ線出射窓がターゲットＴの側方に設けられている方式）であってもよい。具体的には、Ｘ線出射窓３３ａが設けられていた位置（すなわち、ターゲットＴの上方）に、ターゲットＴに対して管軸方向（Ｚ方向）に沿って下方に電子を出射する電子銃が配置されると共に、電子銃１１が設けられていた位置（すなわち、ターゲットＴの側方）に、Ｘ線出射窓が配置されてもよい。

また、上記実施形態及び各変形例では、金属部１３と絶縁バルブ１２との接合部を覆うように突出する第２部分（テーパ部３１３，拡径部１３１３，２３１３）が本体部３１の一部によって構成される場合を例示したが、第２部分は、本体部３１とは別の部材として構成されてもよい。

１…Ｘ線発生装置、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…Ｘ線管、１０…真空筐体、１１…電子銃、１２…絶縁バルブ（バルブ部）、１３…金属部、１９…カバー電極、３３ａ…Ｘ線出射窓、５０…電子銃収容部（電子銃）、６０…ターゲット支持部、６０ａ…傾斜面（先端部）、６０ｂ…基端部、６１…陽極、３１２…円筒部（第１部分）、３１３…テーパ部（第２部分）、３１３Ｂ…基台部、３１３Ｐ…突出部、３１３ａ，１３１３ａ，２３１３ａ…先端部、３１３ｂ…基端部、３１３ｃ…内壁面、１３１３，２３１３…拡径部（第２部分）、ＡＸ…管軸（中心軸）、Ｔ…ターゲット。

Claims (7)

1. 電子を出射する電子銃と、
   前記電子銃から出射された電子を入射させてＸ線を発生させるターゲットと、
   前記電子銃及び前記ターゲットを収容する真空筐体と、
   を備え、
   前記真空筐体は、前記Ｘ線を外部に出射させるＸ線出射窓を有する金属部と、絶縁性材料により形成され、前記金属部に接続されたバルブ部と、を有し、
   前記金属部は、前記Ｘ線出射窓が設けられると共に前記真空筐体の中心軸を包囲する第１部分と、前記第１部分の前記バルブ部側の端部に接続され、前記中心軸を包囲すると共に前記金属部と前記バルブ部との接続部分を覆うように突出する第２部分と、を有し、
   前記第２部分は、前記第１部分に接続される基端部とは反対側の先端部と前記中心軸との離間距離が前記基端部と前記中心軸との離間距離よりも大きくなるように拡径する形状をなしている、Ｘ線管。
2. 前記第２部分は、前記先端部を有すると共にその全体が前記真空筐体の内部空間に突出する突出部と、前記基端部を有すると共にその少なくとも一部の外面が外部に露出する基台部とを有し、
   前記突出部及び前記基台部の内壁面が、前記先端部と前記中心軸との離間距離が前記基端部と前記中心軸との離間距離よりも大きくなるように拡径する、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記第２部分の内壁面は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて前記中心軸との離間距離が線形に増加するテーパ形状をなしている、請求項１又は２に記載のＸ線管。
4. 前記第２部分の内壁面は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて前記中心軸との離間距離が連続的に増加する湾曲形状をなしている、請求項１又は２に記載のＸ線管。
5. 前記第２部分の内壁面は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて前記中心軸との離間距離が段階的に増加する階段形状をなしている、請求項１又は２に記載のＸ線管。
6. 前記ターゲットを有する陽極が、前記中心軸に沿って延在するように配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線管。
7. 前記電子銃が、前記中心軸に沿って延在するように配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線管。

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