(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持する支持基板と、前記支持基板を内側で保持する管状の陽極部材と、前記ターゲット層と前記陽極部材とを電気的に接続する接続電極層と、を備え、Ｘ線発生管に適用される陽極であって、
前記接続電極層は、前記支持基板と接合された第１の接合界面と、前記陽極部材と接合された第２の接合界面とを有し、
前記第１の接合界面と前記第２の接合界面とは、前記接続電極層に対して同じ側に位置していることを特徴とする陽極。
【請求項２】
前記接続電極層の前記支持基板に支持された面とは反対側の面は、前記陽極部材とは接合されていないことを特徴とする請求項１に記載の陽極。
【請求項３】
前記陽極部材は、前記接続電極層の前記第１の接合界面とは反対側の面に対向する面を持たないことを特徴とする請求項２に記載の陽極。
【請求項４】
前記接続電極層に沿い前記接続電極層の厚さ方向の中央に位置する仮想中間面に対して、前記第２の接合界面は前記第１の接合界面と同じ側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項５】
前記第２の接合界面は前記仮想中間面を跨がずに前記第１の接合界面と連なっていることを特徴とする請求項４に記載の陽極。
【請求項６】
前記接続電極層は、前記陽極部材、前記支持基板、前記ターゲット層のいずれよりもヤング率が低いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項７】
前記支持基板は、前記陽極部材より線膨張係数が低いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項８】
前記支持基板は、ダイヤモンド基板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項９】
前記陽極部材は、タングステン、タンタル、モリブデンの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１０】
前記ターゲット層は、タングステン、タンタル、モリブデンの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１１】
前記支持基板は、環状の接合材を介して前記陽極部材に接合されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１２】
前記接続電極層はその端部において、前記陽極部材を環状に被覆していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１３】
前記ターゲット層は、前記陽極部材の開口よりも、管径方向において内側に位置していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１４】
前記接続電極層は、前記ターゲット層と接合された第３の接合界面を有し、
前記第３の接合界面と前記第１の接合界面とは、前記接続電極層に対して同じ側に位置していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１５】
前記支持基板が前記ターゲット層で発生したＸ線を透過する透過型ターゲットである請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の陽極と、
前記陽極が有する前記ターゲット層に向けて電子を放出する電子放出源を備えた陰極と、
前記陽極と前記陰極とを絶縁し、前記陽極と前記陰極と共に真空容器を構成する絶縁管と、を備えたことを特徴とするＸ線発生管。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管の前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加する駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放出され、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線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御するシステム制御装置と、を備えたことを特徴とするＸ線撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器、非破壊検査装置等に適用可能なＸ線撮影システム、該システムに用いられるＸ線発生装置と、該装置に用いられるＸ線発生管、特にその陽極に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を用いた撮影システムにおいては、一般に、Ｘ線発生管においてフィラメント等のカソードから放出させた電子を、制御電極によってその軌道を制御した後、カソードに対して高電位に印加されたアノード（陽極）に向かって加速させる。加速させた電子は、アノードに設置されたターゲット層に衝突し、Ｘ線を発生させる。発生したＸ線は透過窓を通ってＸ線発生管の外部に放出され、被照射体に照射され、被照射体を透過したＸ線をＸ線検出器にて検出することにより、被照射体内部の撮影又は検査を行う。この時、ターゲット層に衝突した電子がターゲット層に滞留すると、所謂チャージアップ時の現象として知られる電子ビーム軌道の不安定化、Ｘ線発生管内の耐圧の低下を招くことがあり、安定したＸ線量の維持が困難となる場合がある。そのため、ターゲット層に衝突した電子を、予め設定された導電経路に流し込むことが一般には必要とされる。特許文献１には、電子の導電経路として、ターゲット層の支持基板が取り付けられた陽極部材とターゲット層とに電気的に接続された導電層が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５１１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｘ線発生管において電子がターゲット層に衝突してＸ線が発生する効率、所謂「Ｘ線発生効率」は１％程度であり、ターゲット層に投入されたエネルギーのほとんどは熱に変換され、Ｘ線発生中のターゲット層近傍は温度が上昇する。そして、Ｘ線発生管の駆動におけるＸ線の発生・非発生の制御は、ターゲット層への電子衝突の制御となるため、Ｘ線の発生・非発生を繰り返すことは、ターゲット層の温度上昇・下降が繰り返されることとなる。その結果、ターゲット層のみならず、ターゲット層の支持基板や陽極部材、ターゲット層と陽極部材とに接続された導電層が、温度上昇・下降を繰り返し、それぞれの材料の熱膨張率に従い膨張と収縮を行う。特許文献１に開示された構成では、薄膜である導電層の一端が、バルク状の構造部材である陽極部材とターゲット支持基板とに挟まれる構成となっている。係る構成においては、導電層と陽極部材、導電層とターゲット支持基板とが互いに接合されている。そのため、係る端部において、温度上昇・下降の繰り返しによって、導電層と他の部材との接合界面に応力集中と応力緩和が繰り返され、薄膜である導電層にクラックを発生させる恐れがある。導電層にクラックが生じると、導電層の導電性が低下し、陽極電位規定の不安定化やターゲット層への電子の滞留が生じ、安定したＸ線量の維持が困難になる恐れがあった。
【０００５】
本発明の課題は、Ｘ線発生管において、ターゲット層と陽極部材とを電気的に接続する導電層へのクラックの発生を防止して、安定したＸ線量を維持することができる陽極を提供することにある。さらには、該陽極を用いて、Ｘ線量の安定したＸ線発生管を構成し、信頼性の高いＸ線発生装置、Ｘ線撮影システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、電子線の入射によりＸ線を発生するターゲット層と、前記ターゲット層を支持する支持基板と、前記支持基板を内側で保持する管状の陽極部材と、前記ターゲット層と前記陽極部材とを電気的に接続する接続電極層と、を備え、Ｘ線発生管に適用される陽極であって、
前記接続電極層は、前記支持基板と接合された第１の接合界面と、前記陽極部材と接合された第２の接合界面とを有し、
前記第１の接合界面と前記第２の接合界面とは、前記接続電極層に対して同じ側に位置していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２は、上記本発明の第１の陽極と、
前記陽極が有する前記ターゲット層に向けて電子を放出する電子放出源を備えた陰極と、
前記陽極と前記陰極とを絶縁し、前記陽極と前記陰極と共に真空容器を構成する絶縁管と、を備えたことを特徴とするＸ線発生管を提供する。
【０００８】
本発明の第３は、上記本発明の第２のＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管の前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加する駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置を提供する。
【０００９】
本発明の第４は、上記本発明の第３のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放出され、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線発生装置と前記Ｘ線検出装置とを連携制御するシステム制御装置と、を備えたことを特徴とするＸ線撮影システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｘ線駆動時の温度上昇・下降が繰り返されても、接続電極層と他の部材との界面に大きな応力が発生する構造がないため、接続電極層におけるクラックの発生によるＸ線量の変動が低減し、安定したＸ線量が得られる。
【００１１】
また、本発明において、ターゲット層を接続電極層で覆って電気的に接続することで、Ｘ線駆動時の温度上昇・下降の繰り返しによっても、ターゲット層へのクラックの発生及びターゲット層と支持基板との界面への微少な隙間の発生が低減される。よって、係るクラックや隙間の発生によるＸ線量の変動が低減し、安定したＸ線量が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の陽極の一実施形態を示す模式図であり、（ａ）は電子線通路側から見た平面図、（ｂ）は管軸方向の断面図であり、（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】図１（ｂ）の拡大図であり、（ａ）は接続電極層と陽極部材との接続部の近傍を、（ｂ）は接続電極層とターゲット層との接続部の近傍を、それぞれ示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係る陽極部材の他の構造例を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係る陽極部材の他の構造例を示す断面模式図である。
【図５】本発明のＸ線発生管の一実施形態の構成を模式的に示す管軸方向の断面図である。
【図６】本発明のＸ線発生装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明のＸ線撮影システムの一実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施例のＸ線発生装置の評価システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。これらの実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲を限定するものではない。尚、本明細書で特に図示又は記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。尚、本発明において「管軸方向」及び「管径方向」とは、後述する絶縁管の管軸方向及び管径方向である。また、本発明において「接合」とは、拡散層を介して二つの層が外力を用いることなく固定されている状態を意味し、「接合界面」とは、互いに接合されている上記二つの層間の界面である。
【００１４】
＜陽極＞
本発明の陽極の構成を、実施形態を挙げて図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の陽極の一実施形態を電子線通路の側から見た平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、後述する絶縁管の管軸方向の管軸を含む断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の陽極６は、ターゲット層１とターゲット層１を支持する支持基板２とからなるターゲット５と、係るターゲット５を保持する管状の陽極部材３とを備えている。ターゲット層１は、陽極部材３の開口よりも、管径方向において内側に位置しているため、本発明においては、ターゲット層１と陽極部材３を電気的に接続する接続電極層４を備えている。ここで陽極部材３は、開孔の内面と支持基板２の周囲とにおいて接合され、ターゲット５を機械的に保持する機能、及び気密封止の機能を有している。
【００１６】
ターゲット５は、ターゲット層１において電子照射を受け、支持基板２のターゲット層１を支持する支持面とは反対側の面（Ｘ線放出面）からＸ線が取出されて動作する透過型ターゲットである。尚、管状の陽極部材３の管内のうち、ターゲット層１を臨む一方は電子線通路、他方はＸ線取出し通路である。
【００１７】
陽極部材３は、Ｘ線を遮蔽する導電性材料で形成される。具体的には、３０ｋＶ乃至１５０ｋＶで発生するＸ線を遮蔽しうるタンタル、モリブデン、タングステンが好ましく用いられる。
【００１８】
ターゲット層１は、電子線の照射によりＸ線を発生する部材であり、高い原子番号、高融点、高比重の金属元素を、ターゲット金属として有する。ターゲット金属は、原子番号４２以上の金属元素から選択されるが、支持基板２との親和性の観点からは、炭化物の標準生成自由エネルギーが負を呈するタンタル、モリブデン、タングステンの群から選択することがより好ましい。また、ターゲット層１は、上記ターゲット金属の単一組成又は合金組成の純金属として形成されていても良いし、当該金属の炭化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物で形成されていても良い。ターゲット層１の層厚は、０．５μｍ以上１５μｍ以下の範囲から選択される。ターゲット層１の層厚の下限と上限は、それぞれ、Ｘ線出力強度の確保、界面応力の低減の観点から定められ、２μｍ以上８μｍ以下の範囲とすることが、より好ましい。
【００１９】
支持基板２の外形は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ターゲット層１の支持面とその反対側のＸ線放出面とを有した平板形態とし、例えば、直方体状、ディスク状、円錐台形状が採用される。ディスク状の支持基板２の一方の面は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の幅、即ち直径を有することにより、必要な電子線焦点が形成可能なターゲット層１を設けることが可能となる。ディスク状の支持基板２の厚さは、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、面方向の熱伝達特性とＸ線の透過性とを得ることが可能となる。直方体状のダイヤモンド基板とする場合は、前述の直径の範囲を、直方体が有する面の短辺と長辺のそれぞれの長さに置き換えれば良い。また、本発明において、支持基板２は陽極部材３よりも線膨張係数が小さいことが好ましく、代表的な低線膨張係数材料であるダイヤモンド基板が好ましく用いられる。
【００２０】
陽極６において、支持基板２と陽極部材３は、ろう付けにより真空気密接合される。ろう付けにおいて使用されるろう材は、金、銀、銅、錫等を含有する合金であって、被接合部材に応じて合金組成を適宜選択することにより、支持基板２、陽極部材３等の異種材料間の接合性を担保することができる。支持基板２の材料として、ダイヤモンド、セラミックス等の非金属を用いる場合には、より強固に高気密なろう付けが行えるように、支持基板２の側面にメタライズ処理を行い、金属と中間層を持つ不図示のメタライズ層を形成するのが好ましい。メタライズ層を構成する材料としては、Ｔｉを含む金属やＭｏ−Ｍｎ等が好適に用いられる。尚、メタライズ層は本発明のＸ線発生管を構成する部材として必須のものではない。
【００２１】
支持基板２と陽極部材３とのろう付けは、ろう材を両者の隙間、或いは特別にろう材を配置する箇所を設けて充填する。好ましくは、支持基板２の側面に連続して環状にろう材を、配置する。支持基板２と陽極部材３の隙間は数μｍ乃至３０μｍ程度となるべく狭くなるよう精密に加工を行い、充填するろう材の量も流動後にターゲット層１に流れ込まずに、かつ不足して気密を保てないことが無いように精密に調整する。その後、用いたろう材に適した温度でろう付けを行う。ろう材としてＢＡｇ−８（ＪＩＳ規格）を用いた場合には、７８０℃乃至９００℃でろう付けが可能であり、部材の酸化を防ぐために真空中、不活性ガス又は還元ガス雰囲気中でろう付けを行うのが好ましい。良好な真空気密性を確保するためには、狭い空間までろう材を浸透させる必要がある。このため、ろう材としては、流動性が高いもの、特に金属表面で流動性が高いものを用いることが好ましい。このようにして支持基板２の側面と陽極部材３とを気密性を持たせて接合する。尚、先述したターゲット層１はこの後の工程でスパッタ、或いは蒸着で形成しても構わない。
【００２２】
図１においては、陽極部材３の内側の開孔が、Ｘ線取出し通路が電子線通路より広くなっており、支持基板２の支持面に対向するように内側に突出した部位において、陽極部材３の突出部と支持基板２の支持面とが重なっている。係る領域は接合しても、しなくても良い。接合する場合には、係る領域にもろう材を付すか、或いは、上記した支持基板２の側面と陽極部材３との接合時のろう材を、支持基板２の支持面側にオーバーフローさせることで接合することができる。
【００２３】
更に陽極６において、ターゲット層１に衝突する電子を滞留させないための導電路として接続電極層４が形成される。接続電極層４の材料としては、ターゲット層１や支持基板２、陽極部材３よりもヤング率の小さい材料を用いることがクラック防止の上で好ましい。好ましい組み合わせとしては、ターゲット層１及び陽極部材３がタングステン、タンタル、モリブデンのいずれかであり、支持基板２がダイヤモンド、接続電極層４がアルミニウム、チタン、銅である。また、上記ターゲット層１及び陽極部材３、支持基板２に対して、接続電極層４として銀粒子をベースとする耐熱接着剤であるアレムコ社製のパイロダクト５９７Ａ（融点９２７℃）等の導電性を有する無機接着材料等が好ましく使用される。この材料の形成方法は、例えばマイクロディスペンサー法が選択可能である。また、接続電極層４の膜厚としては数μｍから１０μｍ程度あればよい。以上の手段により、ターゲット層１の一部、及び陽極部材３の一部を被覆した上で導電路を確保した本発明の陽極６が形成可能である。
【００２４】
図２は、図１（ｂ）の部分拡大断面図であり、（ａ）は接続電極層４と陽極部材３との接続部の近傍を、（ｂ）は接続電極層４とターゲット層１との接続部の近傍を示す。本発明の陽極６は、ターゲット５を陽極部材３の管内に取り付けた後に、ターゲット層１と陽極部材３とを電気的に接続する接続電極層４が成膜される。接続電極層４の成膜時には、ターゲット層１及び陽極部材３のそれぞれと確実に電気的に接続するように、ターゲット層１及び陽極部材３を部分的に被覆するように接続電極層４のパターンが形成される。その結果、陽極部材３との接合側においては、接続電極層４の端部が陽極部材３の内側側面に乗り上げるように該側面を部分的に被覆する。
【００２５】
本発明においては、図２（ａ）に示すように、接続電極層４が、支持基板２と接合された第１の接合界面と、陽極部材３と接合された第２の接合界面とが、接続電極層４に対して同じ側に位置している。尚、第１の接合界面とは、図１（ｂ）において、符号４１から４３に至る界面であり、第２の接合界面とは、図１（ｂ）、図２（ａ）において、符号４１から４２に至る界面である。つまり、接続電極層４の端部が支持基板２と陽極部材３とに挟まれていない。換言すれば、接続電極層４の、支持基板２に支持された面とは反対側の面が、陽極部材３と接合されておらず、陽極部材３は、該面と対向する面を備えていない。即ち、陽極部材３は、支持基板２の支持面側に突出する部位を有していない。
【００２６】
また、上記第２の接合界面は、接続電極層４の厚さ方向の中央に位置する仮想中間面３１を跨がず、該仮想中間面３１に対して同じ側で第１の接合界面と第２の接合界面とが連なっているということもできる。図１（ｂ）、図２（ａ）においては、符号４１で示される位置が、第１の接合界面と第２の接合界面とが連なる位置である。尚、ここで仮想中間面３１は、接続電極層４の厚さ方向の中央を繋いで形成される仮想面であり、陽極部材３との接合領域においては、接続電極層４の露出表面と陽極部材３との最短距離の中央を繋いで形成される仮想面である。
【００２７】
また、図１には、陽極部材３として、内側の電子線通路が円筒形である形態を示したが、本発明においては、図３に示すように、ターゲット層１から電子線入射側の開口に向かって開口領域が漸増する形態であってもよい。
【００２８】
さらに、図１、図３には、ターゲット５の前後において、電子線通路よりもＸ線取出し通路の方が開口領域が広く、陽極部材３が支持基板２の支持面と部分的に重なっている形態を示したが、本発明においては、係る形態に限定されない。例えば、図４に示すように、陽極部材３の内側の通路の開口領域がターゲット５の前後で均一であってもよい。
【００２９】
またさらに、図１，図３においては、接続電極層４はターゲット層１と陽極部材３とを一部において電気的に接続しているが、本発明においては、支持基板２の支持面を全て覆って、陽極部材３に環状に接続されていてもよい。
【００３０】
また、本発明において、接続電極層４の成膜工程よりも前に支持基板２上にターゲット層１を形成しておくことで、ターゲット層１の端部を接続電極層４が被覆する形態となる。即ち、接続電極層４がターゲット層１と接合された第３の接合界面が、接続電極層４に対して前記第１及び第２の接合界面と同じ側にある構成である。尚、第３の接合界面とは、図１（ｂ）、図２（ｂ）において、符号４３から４４に至る界面である。このように、接続電極層４がターゲット層１と支持基板２との間に挟まれない構造とすることによって、Ｘ線駆動時の温度上昇・下降の繰り返しによって、各部材の熱膨張・収縮が繰り返されても、各部材間の界面に発生する応力が小さくなる。その結果、ターゲット層１にクラックが発生したり、ターゲット層１と支持基板２との間に微少な隙間が発生したりする恐れが低減され、Ｘ線放出が安定する。
【００３１】
尚、上記した第１乃至第３の接合界面において、第１乃至第３とは、成膜工程上の順序、積層順序を制限する意図で用いるものでは無い。
【００３２】
＜Ｘ線発生管＞
図５に、本発明のＸ線発生管の一実施形態の構成を模式的に示す。図５は、後述する絶縁管１５の管軸方向の該管軸を含む断面模式図である。尚、図５及び後述する図６乃至図８においては、便宜上、接続電極層４を省略する。本発明のＸ線発生管１０２は、図１にも例示した本発明の陽極６を備え、さらに、ターゲット層１に向けて電子を放出する電子放出源８を備えた陰極７と、陽極６と陰極７とを絶縁し、これらと共に真空容器を構成する絶縁管１５とを備えている。
【００３３】
陰極７は、電子放出部９と導入端子１０からなる電子放出源８と陰極部材１１からなる。電子放出部９としては、例えばタングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、カーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源８は、電子線束１２のビーム径及び電子電流密度、オン・オフタイミング等の制御を目的として、不図示のグリッド電極、静電レンズ電極を備えることが可能である。
【００３４】
Ｘ線発生管１０２は、陰極電位に規定される陰極７と、陽極電位に規定される陽極６との間の電気的絶縁を図る目的において、胴部に絶縁管１５を備えている。絶縁管１５は、ガラス材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成される。絶縁管１５は、図６のように、電子放出部９とターゲット層１との間隔を規定する機能を有する形態としてもよい。
【００３５】
絶縁管１５と陰極７と陽極６とは、真空度を維持するための気密性と耐大気圧性を有する堅牢性とを備える部材から構成されることが好ましい。陰極７及び陽極６は、絶縁管１５の対向する両端にそれぞれ接合材を介して接合されることにより、真空容器の一部を構成している。陽極６は陽極部材３の外周に設けられたフランジ部の外周縁を絶縁管１５に接合して、陰極７は陰極部材１１の外周縁を絶縁管１５に接合して、それぞれ取り付けられる。同様にして、支持基板２は、ターゲット層１で発生したＸ線束１３をＸ線発生管１０２の外に取り出す透過窓の役割を担うとともに、真空容器の一部を構成している。また陰極部材１１は、真空容器の構成部材であるために、絶縁管１５と線膨張係数が近い金属材料が選択される。
【００３６】
Ｘ線発生管１０２の内部空間は、電子線束１２の平均自由行程を確保することを目的として、真空となっている。Ｘ線発生管１０２の内部の真空度は、１×１０-4Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源８の寿命の観点からは、１×１０-6Ｐａ以下であることがより一層好ましい。係る真空度の達成のためには、予め不図示の排気管及び真空ポンプを用いて真空排気した後、かかる排気管を封止する手段が適用可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部空間に真空度の維持を目的として、不図示のゲッターを配置しても良い。
【００３７】
Ｘ線発生管１０２は、電子放出源８が備える電子放出部９から放出された電子線束１２をターゲット層１に照射することによりＸ線を発生させるように構成されている。このため、ターゲット層１と電子放出部９は互いに対向して配置されている。電子線束１２に含まれる電子は、陽極６と陰極７とに挟まれたＸ線発生管１０２の内部空間に形成された加速電界により、ターゲット層１でＸ線を発生させる為に必要な入射エネルギーまで加速される。
【００３８】
また、Ｘ線発生管１０２において、ターゲット層１で発生したＸ線は、必要に応じてターゲット５の前方に配置されるコリメータ（不図示）により放出角が制限され、Ｘ線束１３に成形される。ここでは、陽極部材３を、ターゲット５の前方側において開口を残して延長された部分を有する形態とすることでコリメータとしても機能させることができる。  
【００３９】
＜Ｘ線発生装置＞
図６は、本発明のＸ線発生装置１０１の一実施形態である。Ｘ線発生装置１０１は、Ｘ線透過窓１７を有する収納容器１８の内部に、Ｘ線発生管１０２、及び、Ｘ線発生管１０２を駆動するための駆動回路１９を有している。係る駆動回路１９により、陰極７及び陽極６の間に管電圧が印加され、ターゲット層１と電子放出部９との間に電界が形成される。ここでターゲット層１の層厚と金属種とに対応して、管電圧Ｖａを適宜設定することにより、撮影に必要な線種を選択することができる。
【００４０】
Ｘ線発生管１０２及び駆動回路１９を収納する収納容器１８は、容器としての十分な強度を有し、且つ放熱性に優れたものが望ましく、その構成材料として、例えば真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が用いられる。
【００４１】
収納容器１８内の内部のＸ線発生管１０２と駆動回路１９以外の余空間には、絶縁性液体２１が充填されている。絶縁性液体２１は、電気絶縁性を有する液体で、収納容器１８の内部の電気的絶縁性を維持する役割と、Ｘ線発生管１０２の冷却媒体としての役割とを有する。絶縁性液体２１としては、鉱油、シリコーン油、パーフロオロ系オイル等の電気絶縁油を用いるのが好ましい。
【００４２】
＜Ｘ線撮影システム＞
次に、図７を用いて、本発明のＸ線撮影システムの構成例について説明する。
【００４３】
システム制御装置２０２は、Ｘ線発生装置１０１とＸ線検出装置２０６とを連携制御する。駆動回路１９は、システム制御装置２０２による制御の下に、Ｘ線発生管１０２に各種の制御信号を出力する。本実施形態においては、駆動回路１９は収納容器１８の内部にＸ線発生管１０２と共に収納されているが、収納容器１８の外部に配置しても良い。駆動回路１９が出力する制御信号により、Ｘ線発生装置１０１から放出されるＸ線束１３の放出状態が制御される。
【００４４】
Ｘ線発生装置１０１から放出されたＸ線束１３は、可動絞りを備えた不図示のコリメータユニットによりその照射範囲を調整されてＸ線発生装置１０１の外部に放出され、被検体２０４を透過して検出装置２０６で検出される。検出装置２０６は、検出したＸ線を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。
【００４５】
信号処理部２０５は、システム制御装置２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置２０２に出力する。システム制御装置２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像としてスクリーンに表示する。
【００４６】
本発明のＸ線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
本実施例では、図１に示した陽極６を用いたＸ線発生管を作製し、更にこのＸ線発生管を備えるＸ線発生装置を作製した。
【００４８】
先ず支持基板２として直径５ｍｍ、厚さ２ｍｍの人工ダイヤモンドである住友電気工業株式会社製のスミクリスタルを用い、支持基板２側面をＴｉ含有ペーストでメタライズ処理し不図示のメタライズ層を形成した。次に、支持基板２の片面の中央部直径３ｍｍの範囲に対して厚さ６μｍのタングステンからなるターゲット層１をスパッタ法によって形成した。係る形成においては、キャリアガスとしてアルゴンガスを、スパッタターゲットとしてタングステンの焼結体を用いた。更に、ターゲット層１が形成された係る支持基板２をタングステン製の陽極部材３の内側に入れ、東洋理研株式会社製のろう材ＢＡ−１０８を用い、真空雰囲気中で８４０℃の高温ろう付けを行い、不図示のろう付け部を形成し真空気密封止した。最後に接続電極層４としてパイロダクト５９７−Ａを用いてターゲット層１と陽極部材３を電気的に接続して陽極６とした。係る接続においては、マイクロディスペンサーを使って接続電極層４の一端がターゲット層１の端部を、他端が陽極部材３の一部を、それぞれ被覆するように接続電極層４を形成した。
【００４９】
以上の様に形成した陽極６を用いたＸ線発生管１０２の静耐圧を試験したところ、連続１０分間、管電圧１５０ｋＶを無放電で維持することができた。静耐圧試験は、本実施例においては、Ｘ線発生管１０２の電子放出源８から電子線束を発生させずに、陽極６と陰極７間に管電圧を印加し放電耐圧を評価するものである。
【００５０】
次に、陰極７と陽極６に対して管電圧を出力する管電圧出力部を有する駆動回路１９をＸ線発生管１０２に接続し、さらに、収納容器１８の内部に収納して、図６に示すＸ線発生装置１０１を作製した。
【００５１】
係るＸ線発生装置１０１の耐放電性能と陽極電流の安定性を評価するために、図８に示す評価系を準備した。評価系は、Ｘ線発生装置１０１のＸ線放出窓１７の１ｍ前方の位置に線量計２０１が配置されている。線量計２０１は、測定制御装置２０８を介して駆動回路１９に接続されることにより、Ｘ線発生装置１０１の放射出力強度を測定可能となっている。本実施例のＸ線発生装置１０１に対する駆動条件は、Ｘ線発生管１０２の管電圧を＋１１０ｋＶとし、ターゲット層１に照射される電子線の電流密度を２０ｍＡ／ｍｍ2、電子照射期間３秒と非照射期間５７秒とを交互に繰り返すパルス駆動とした。作製したＸ線発生装置１０１について、安定性を評価したところパルスを５０００回印加してもＸ線の出力変動は２％以内に収まっており安定した駆動を行うことが出来た。
【００５２】
更に、本実施例のＸ線発生装置１０１を用いてＸ線撮影システムを作製したところ、放電が抑制され、陽極電流の変動が低減されていることから、撮影毎の撮影品質にバラツキが無く、ＳＮ比が高いＸ線撮影画像を取得することができた。
【００５３】
尚、駆動評価終了後に陽極６を分解してターゲット５を観察したところ、接続電極層４及びターゲット層１にクラックの発生がなく、ターゲット層１と支持基板２の間の隙間も無く、ターゲット５を形成した際の形態を保っていることを確認した。
【００５４】
（実施例２）
陽極部材３として、図３に示した電子線通路が電子放出部に向かって広がっている形態のものを用いた以外は、実施例１と同様にしてＸ線発生管、さらにはＸ線発生装置を作製し、評価を行った。本実施例に用いた陽極６は、陽極部材３の電子線通路が、外側に向かっていることから、陽極部材３と接続電極層４の接触面積が大きくなり、導通の信頼性が向上する。本実施例においても静耐圧も問題無く、安定した駆動が可能であり、撮影毎の撮影品質にバラツキも無いＳＮ比が高いＸ線撮影画像を取得することができた。
【００５５】
また、駆動評価終了後に陽極６を分解してターゲット５を観察したところ、接続電極層４及びターゲット層１にクラックの発生がなく、ターゲット層１と支持基板２の間の隙間も無く、ターゲット５を形成した際の形態を保っていることを確認した。
【符号の説明】
【００５６】
１：ターゲット層、２：支持基板、３：陽極部材、４：接続電極層、６：陽極、７：陰極、１５：絶縁管、１９：駆動回路、１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線発生管、２０２：システム制御装置、２０４：被検体、２０６：Ｘ線検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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