(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するターゲット層と、
前記ターゲット層の周縁より外側に延在し前記ターゲット層を支持する支持面と前記支持面に連なる環状の側面とを有する支持基板と、
前記側面から前記支持面に演出する延出部を有する接合材と、
前記支持基板の側面に前記接合材を介して接合される管状陽極部材と、
前記接合材より高い融点を有し、前記ターゲット層と前記接合材とを電気的に接続する導電層と、を有し、
前記導電層は、前記ターゲット層、前記支持面、及び、前記延出部、のそれぞれの少なくとも一部を被覆する部分を、この順に有することにより、前記延出部の前記ターゲット層の側の端部を被覆していることを特徴とする陽極。
【請求項２】
前記導電層は、前記部分において、前記支持面と接していることを特徴とする請求項１に記載の陽極。
【請求項３】
前記延出部が前記導電層と前記支持面とに挟まれるように、前記導電層が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の陽極。
【請求項４】
前記導電層は、前記ターゲット層と前記接合材とを電気的に接続する接続電極であ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】
前記導電層は、前記ターゲット層の周縁に電気的に接続され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】
前記導電層が、前記ターゲット層であ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７】
前記延出部の前記端部は、前記支持基板の外周に沿った環状であり、前記導電層は、前記端部に沿って環状に前記延出部に電気的に接続されている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】
前記接合材は、前記支持基板、前記ターゲット層、前記管状陽極部材のいずれよりも低い融点を有す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】
前記接合材がろう材であることを特徴とする請求項８に記載の陽極。
【請求項１０】
前記支持基板はダイヤモンドであることを特徴とする請求項８に記載の陽極。
【請求項１１】
前記支持基板は、前記管状陽極部材の管内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】
前記側面は、前記支持面の周縁に沿って環状に連なる面であ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】
前記支持基板は、前記ターゲット層で発生したＸ線を透過し前記支持面と対向する面から放出する支持基板であって、
前記ターゲット層と前記支持基板は透過型ターゲットを構成す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】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の陽極と、
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る陰極と、
前記陽極と前記陰極とを絶縁し、前記陽極と前記陰極とともに真空容器を形成する絶縁管とを備えることを特徴とするＸ線発生管。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管の陰極と陽極とに管電圧を印加する管電圧回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１６】
請求項１５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、例えば医療機器、非破壊検査装置等に適用可能なＸ線を発生するＸ線発生管に用いられるターゲットを備えた陽極に関し、さらには、該陽極を用いたＸ線発生管、該Ｘ線発生管を用いたＸ線発生装置及びＸ線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＸ線発生管は、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。ターゲット層はＸ線を透過させる支持基板に形成されており、ターゲット層で発生したＸ線は係る支持基板を通ってＸ線発生管の外に放出される。
【０００３】
上記Ｘ線発生管は、電子が飛行できる減圧空間を保つため絶縁管の一端にカソードが、他端にアノードが取り付けられた外囲器を有している。また、発生したＸ線を外部に放出する支持基板は、外囲器の一部を成し、周囲の外囲器と真空気密接合されている。真空気密接合としては、ろう付け接合が有力な手段であり、その方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では支持基板（透過窓）の真空側内面にＷ、Ｔｉ等のターゲット層が蒸着され、その周辺部でろう材（Ａｇを主成分）によって該支持基板が外囲器の一部にろう付けされている。また、駆動中のターゲット層の電位を規定するためには、ターゲット層がアノードにろう材、或いは導電部材で電気的に接続されている必要がある。
【０００４】
Ｘ線発生管の製造において、ターゲット層を形成した上記支持基板を真空中でろう付けする際にはろう材を７８０℃乃至９００℃まで加熱して溶融させる必要があったが、この時、溶融したろう材がターゲット層上にまで流れ込む場合があった。特にターゲットとしてＷやＴｉを蒸着した金属表面は、ろう材との親和性が高く、流動したろう材がターゲット層の電子衝突部分まで覆ってしまう場合があった。このようなターゲット層に電子が衝突すると、ターゲット層を覆っているろう材の金属、例えばＡｇ、Ｃｕの特性Ｘ線等の不要なＸ線が放射され、本来必要とするＸ線のスペクトルが得られない。この課題に対して特許文献２では、前記ターゲットの周囲に、流れ出た前記ろう材を堰き止める障壁を設けることによって不要なＸ線の発生を抑制している。また、係る障壁を導電性とすることで、ターゲット層と接合材との電気的な接続をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８０６６０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０９９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示された構成では、Ｘ線発生管の製造時にターゲット層上にろう材が流れ込むのは低減できるものの、Ｘ線放出動作を繰り返しているうちに、放出Ｘ線の線質の低下が観測される場合があった。
【０００７】
本発明の課題は、Ｘ線発生管の動作履歴により生じる放出Ｘ線の線質の低下を低減した陽極を提供することにある。また、本発明は係る陽極を用いてＸ線の特性に優れたＸ線放出管、さらには、係るＸ線放出管を用いた信頼性の高いＸ線放出装置、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】
【０００８】
本発明の第１は、Ｘ線を発生するターゲット層と、
前記ターゲット層の周縁より外側に延在し前記ターゲット層を支持する支持面と前記支持面に連なる環状の側面とを有する支持基板と、
前記側面から前記支持面に演出する延出部を有する接合材と、
前記支持基板の側面に前記接合材を介して接合される管状陽極部材と、
前記接合材より高い融点を有し、前記ターゲット層と前接合材とを電気的に接続する導電層と、を有し、
前記導電層は、前記ターゲット層、前記支持面、及び、前記延出部、のそれぞれの少なくとも一部を被覆する部分を、この順に有することにより、前記延出部の前記ターゲット層の側の端部を被覆していることを特徴とする陽極である。
【０００９】
本発明の第２は、上記本発明の第１の陽極と、
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る陰極と、
前記陽極と前記陰極とを絶縁し、前記陽極と前記陰極とともに真空容器を形成する絶縁管とを備えることを特徴とするＸ線発生管である。
【００１０】
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線発生管の陰極と陽極とに管電圧を印加する管電圧回路と、を備えたことを特徴とするＸ線発生装置である。
【００１１】
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線撮影システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｘ線放出動作時に接合材がターゲット層に至ることがないため、放出Ｘ線の線質が低下することがなく、所望のＸ線を得ることができる。よって、Ｘ線の特性に優れたＸ線放出管が得られ、信頼性の高いＸ線放出装置、Ｘ線撮影システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の陽極の一実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＸ線放出管の陰極側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】本発明の陽極の他の実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＸ線放出管の陰極側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の陽極の他の実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＸ線放出管の陰極側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】本発明の陽極の他の実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＸ線放出管の陰極側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】本発明のＸ線放出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断面図である。
【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。
【図９】本発明の比較例の陽極の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＸ線放出管の陰極側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。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。
【００１５】
＜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。本例のＸ線発生管１０２は、ターゲット層２２を支持する支持基板２１がＸ線を透過する透過基板である透過型ターゲットを備えた透過型のＸ線発生管である。尚、本発明において支持基板２１は透過基板に限定されない。
【００１６】
Ｘ線発生管１０２は、電子放出源３が備える電子放出部２から放出された電子線束５をターゲット層２２に照射することによりＸ線束１１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２２は支持基板２１の電子放出源３側に配置され、電子放出部２はターゲット層２２に対向して配置されている。
【００１７】
尚、電子線束５に含まれる電子は、陰極５１と陽極５２とに挟まれたＸ線発生管１０２の内部空間１３に形成された加速電界により、ターゲット層２２でＸ線を発生させるために必要な入射エネルギーまで加速される。
【００１８】
陽極５２は、ターゲット９と管状陽極部材４２とを少なくとも備え、Ｘ線発生管１０２の陽極電位を規定する電極として機能している。
【００１９】
管状陽極部材４２は、導電性材料からなりターゲット層２２と電気的に接続される。管状陽極部材４２の管内周にはターゲット９の支持基板２１が接合材（図５においては不図示）を介して接合され、これによりターゲット９が管状陽極部材４２に保持される。管状陽極部材４２は、タングステン、タンタル等の重金属を含有し、図５に示すように、ターゲット９の前方側（Ｘ線発生管１０２の外部側）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Ｘ線の放出角を制限するコリメータとして機能する。
【００２０】
Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、電子線束５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、１×１０-8Ｐａ以上１×１０-4Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源３の寿命の観点からは、１×１０-8Ｐａ以上１×１０-6Ｐａ以下であることがより一層好ましい。電子放出部２及びターゲット層２２は、それぞれ、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３又は内面に配置されている。
【００２１】
Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、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、係る排気管を封止することにより真空とすることが可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３には、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。
【００２２】
Ｘ線発生管１０２は、陰極電位に規定される電子放出源３と、陽極電位に規定されるターゲット層２２との間の電気的絶縁を図る目的において、胴部に絶縁管１１０を備えている。絶縁管１１０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１１０は、管軸方向の一端が管状陽極部材４２に、他端が陰極部材４１に接続されている。よって、図５のように、電子放出部２とターゲット層２２との間隔を規定する機能を有する形態とすることができる。
【００２３】
外囲器１１１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。外囲器１１１は、絶縁管１１０と、電子放出源３を備えた陰極５１と、ターゲット９を備えた陽極５２とから構成された真空容器である。陰極５１及び陽極５２は、絶縁管１１０の対向する両端にそれぞれ接続されることにより、外囲器１１１の部分を構成している。同様にして、支持基板２１は、ターゲット層２２で発生したＸ線を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、外囲器１１１の部分を構成しているとも言える。
【００２４】
尚、電子放出源３は、電子放出部２がターゲット９のターゲット層２２に対向するように設けられている。電子放出源３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３は、電子線束５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。
【００２５】
また、陰極５１は、導電性の陰極部材４１と電子放出源３とを備えている。陰極部材４１は、外囲器１１１の構成部材であるために、絶縁管１１０と線膨張係数が近い金属材料が選択される。
【００２６】
＜陽極＞
図１に本発明の陽極の一実施形態の構成を模式的に示す。図１（ａ）は本例の陽極５２をＸ線放出管において陰極５１側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。また、図２乃至図４は後述する他の実施形態の構成を模式的に示す図であり、図１と同様に、各図において（ａ）は各例の陽極５２をＸ線放出管において陰極５１側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【００２７】
上記したように、本発明の陽極５２は、管状陽極部材４２とターゲット９とを備えている。ターゲット９は、ターゲット金属を含有するターゲット層２２とターゲット層２２を支持面にて支持する支持基板２１とを少なくとも備えている。ここで、支持基板２１の支持面は、Ｘ線発生管１０２において、電子放出部２に対向する側の面である。ターゲット９は、ターゲット層２２において電子照射を受け、ターゲット層２２が形成された支持基板２１の支持面とは反対側の面からＸ線が放出される。従って、管状陽極部材４２の管内のうち、ターゲット層２２を臨む一方は電子線束５の通路となっており、他方はＸ線束１１の取出し路となっている。
【００２８】
支持基板２１の外形は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ターゲット層２２が形成された支持面とそれとは反対側の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。本例ではディスク状の構成を示した。
【００２９】
ディスク状の支持基板２１の一方の面は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の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２２を設けることが可能となる。支持基板２１の厚さは、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることにより、基板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材とする場合は、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。
【００３０】
ターゲット層２２は、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含有する。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２１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、ターゲット金属は、ターゲット層２２に、単一組成又は合金組成の純金属として含有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として含有されていても良い。
【００３１】
尚、ターゲット層２２の層厚は、１μｍ以上１２μｍ以下の範囲から選択される。ターゲット層２２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。
【００３２】
ターゲット９は、図１（ａ）に示すように、支持基板２１の側面２１ａを管状陽極部材４２の内周に接合材４８を介して接合することにより、管状陽極部材４２に気密接合され、外囲器１１１の一部をなす。接合材４８としては、金、銀、銅、錫等を含有する合金からなるろう材が用いられ、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、異種材料間の接着性を担保することができる。
【００３３】
支持基板２１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２１の側面２１ａにメタライズ処理を行い、金属と中間層を持つ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１０２を構成する部材として必須のものではない。支持基板２１と管状陽極部材４２との接合は、接合材４８を両者の隙間、或いは特別に接合材４８を配置する箇所を設けて充填する。支持基板２１と管状陽極部材４２の内周との隙間は数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、充填する接合材４８の量も流動後にターゲット層２２上に流れ込まずに、且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、用いた接合材４８に適した温度で接合する。ろう材ＢＡｇ−８（ＪＩＳ規格）を用いる場合には、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。
【００３４】
良好な真空気密性を確保するためには、狭い空間まで接合材４８を浸透させる必要がある。このため、接合材４８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２１の側面２１ａと管状陽極部材４２の管内周とを気密性を持たせて接合する。
【００３５】
上記したように、ターゲット９と管状陽極部材４２との接合に際して、接合材４８の量は過不足がないように精密に調整される。さらに、本発明では、ターゲット層２２の周縁より外側に支持基板２１が延在するように、支持基板２１の支持面よりも小さくターゲット層２２が形成される。これにより、ターゲット層２２の周囲には、ターゲット層２２が形成される支持基板２１の支持面が露出する。接合材４８は、ターゲット層２２に比べて支持基板２１との親和性が低く、接合時の加熱によって溶融した場合であっても、支持基板２１上には流れにくい。従って、接合時にターゲット層２２に到達するまで流れ込みにくい。
【００３６】
しかしながら、接合材４８の量が多かった場合には、加熱によって流動した接合材４８が、図１に示すように、ターゲット層２２を形成した支持基板２１の支持面上にあふれて延出部４８ａを形成してしまう場合がある。Ｘ線放出動作では電子線束５がターゲット層２２の中心に衝突した際、Ｘ線の放射と共にそのエネルギーの９０％以上が熱に変換される。そのために、管状陽極部材４２の管径方向において、ターゲット層２２の外周から中心に向かって同心円状に支持基板２１の温度が高くなる温度勾配が形成される。その結果、支持基板２１上に形成された延出部４８ａは、支持基板２１と管状陽極部材４２間に挟まれた部位よりも高温になり、粘度が低下してターゲット層２２に流れ込み易くなる。
【００３７】
本発明では、係る接合材４８の延出部４８ａの端部４８ｂを導電層４７で被覆して延出部４８ａから接合材４８がターゲット層２２上にまで流れ込むのを低減する。同時に、導電層４７をターゲット層２２にも接続して、導電層４７を、接合材４８とターゲット層２２との電気的接続を図る接続電極として用いる。
【００３８】
導電層４７は、接合材４８よりも高融点であり、接合材４８の延出部４８ａの、支持基板２１の支持面内の端部４８ｂを少なくとも被覆しており、好ましくは、図１に示すように、延出部４８ａ全体を被覆している。また、接合材４８は、支持基板２１、ターゲット層２２、管状陽極部材４２よりも低融点である。よって、係る構成において、延出部４８ａを含めて接合材４８が高温になって熱膨張する際には、延出部４８ａが支持基板２１の外周に向かって押し戻されるように膨張するため、接合材４８を覆っている導電層４７上に接合材４８が乗り上げにくい。そのため、Ｘ線放出動作時に支持基板２１が高温になり、延出部４８ａが低粘度化した場合であっても、ターゲット層２２に近づく方向に延出部４８ａが広がりにくい。よって、Ｘ線放出動作時に接合材４８がターゲット層２２上に至って放出されるＸ線の線質を低下させる恐れが少ない。
【００３９】
導電層４７の材料としては、接合材４８の流動温度よりも高い温度に流動点を持つことに意味があるので、例えば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使用可能である。また、タングステン、白金などのヘキサカルボニル化合物ガスを電子ビーム或いはイオンビームで分解、堆積を行うことによって成膜する、部分ＣＶＤで形成しても良い。タングステン（融点３４２２℃）や白金（融点１７６８℃）のＣＶＤ膜であれば膜質にもよるが金属の融点近くの温度まで流動することが無い導電層４７を形成することができる。導電層４７の膜厚としては接合材４８が流動した際に破壊されないように数μｍ乃至１０μｍ程度あればよい。
【００４０】
尚、図１の例では、導電層４７はターゲット層２２の端部を覆っているが、ターゲット層２２を導電層４７の後から成膜して、両者の接続をとっても良い。
【００４１】
また、図１の例では、延出部４８ａが支持基板２１の外周の一部にのみ存在していたが、図２に示すように、外周に沿って環状に存在する際には、図２に示すように、延出部４８ａの端部４８ｂを全て覆うように導電層４７を環状に形成すればよい。さらに、図３に示すように、導電層４７で接合材４８全体を覆ってもかまわない。
【００４２】
また、導電層４７としては、ターゲット層２２の形成材料を用いることも可能である。図４は図１と同様に、支持基板２１の外周の一部に延出部４８ａが存在する場合に、ターゲット層２２を延出部４８ａにまで広げて後から成膜することにより、延出部４８ａの端部４８ｂを覆うと同時にターゲット層２２と接合材４８とを電気的に接続した例である。このようなターゲット層２２は先述した部分ＣＶＤ法で形成することができる。
【００４３】
＜Ｘ線発生装置＞
図６には、Ｘ線束１１をＸ線透過窓１２１の前方に向けて取り出すＸ線発生装置１０１の実施形態が示されている。Ｘ線発生装置１０１は、Ｘ線透過窓１２１を有する収納容器１２０の内部に、上記した本発明の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１０３を有している。図中、１６は接地電極である。駆動回路１０３は、陰極５１と陽極５２間に管電圧Ｖａを印加する管電圧回路を少なくとも備えるが、電子銃（電子放出源３）の電子放出量、ビーム径を制御するブランキング回路、静電レンズ回路等を備えた形態とすることも可能である。
【００４４】
駆動回路１０３により、陰極５１及び陽極５２の間に管電圧Ｖａが印加されると、ターゲット層２２と電子放出部２との間に加速電界が形成される。ターゲット層２２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。
【００４５】
Ｘ線発生管１０２及び駆動回路１０３を収納する収納容器１２０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。
【００４６】
Ｘ線発生管１０２と駆動回路１０３以外の収納容器１２０内の余空間には、絶縁性液体１０９が充填されている。絶縁性液体１０９は、電気絶縁性を有する液体で、収納容器１２０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１０９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。
【００４７】
＜Ｘ線撮影システム＞
次に、図７を用いて、本発明のＸ線発生装置１０１を備えたＸ線撮影システムの構成例について説明する。
【００４８】
システム制御装置２０２は、Ｘ線発生装置１０１とＸ線検出器２０６とを連携制御する。駆動回路１０３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１０３は収納容器１２０の内部にＸ線発生管１０２とともに収納されているが、収納容器１２０の外部に配置しても良い。駆動回路１０３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１１の放出状態が制御される。
【００４９】
Ｘ線発生装置１０１から放出されたＸ線束１１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Ｘ線検出装置２０６で検出される。Ｘ線検出装置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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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】
【００５４】
［実施例１］
本実施例では、図２に示した陽極５２を用いたＸ線発生管を作製し、更にこのＸ線発生管を用いて図５に示すＸ線発生装置１０１を作製した。
【００５５】
支持基板２１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２１の側面２１ａをＴｉ含有ペーストでメタライズ処理しメタライズ層を形成した。次に、支持基板２１の支持面の中央３ｍｍの範囲に対して、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、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て、タングステンを６μｍの層厚で堆積させターゲット層２２とした。その後、タングステン製の管状陽極部材４２の内周に入れ、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℃の温度でろう付けを行い、気密封止した。流れ出たろう材４８は支持基板２１の周状に端部４８ｂを形成した状態ではみ出して延出部４８ａを形成した。次にマイクロディスペンサーを用いてパイロダクト５９７−Ａを、延出部４８ａの端部４８ｂとターゲット層２２の端部とをそれぞれ被覆するように塗布して環状の導電層４７を形成し、本例の陽極５２とした。
【００５６】
さらに、本実施例の陽極５２を用いて、図５に示すＸ線発生管１０２を作製し、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３から電子線束５を発生させずに、陽極５２と陰極５１間に管電圧を印加し、放電耐圧を評価するものである。
【００５７】
次に、陰極５１と陽極５２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１０３をＸ線発生管１０２に接続し、さらに、収納容器１２０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。
【００５８】
次に、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線透過窓１２１の１ｍ前方の位置に線量計２６が配置されている。線量計２６は、測定制御装置２０３を介して駆動回路１０３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。
【００５９】
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２２に照射される電子線束５の電流密度を２０ｍＡ／ｍｍ2、電子照射期間を３秒と非照射期間を５７秒とを交互に繰り返すパルス駆動とした。ターゲット層２２から接地電極１６に流れる管電流を陽極電流として電流計測装置７６で計測する。
【００６０】
作製したＸ線発生装置について、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できた。尚、駆動評価終了後に陽極５２を分解して支持基板２１上のろう材４８を観察したところ、ろう材４８のターゲット層２２への流れ込みは無く、導電層４７が延出部４８ａを覆った被覆部は形状が保たれていた。
【００６１】
［比較例１］
本例では、支持基板２１上にターゲット層２２を形成し、次いでターゲット層２２に電気的に接続された導電層４７を形成した後に、支持基板２１と管状陽極部材４２とをろう材４８で接合し、導電層４７とろう材４８とを電気的に接合した。本例の陽極５２は、図９に示すように、導電層４７上にろう材４８が延出していた。尚、図９において（ａ）は本例の陽極をＸ線放出管において陰極側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【００６２】
本例の陽極５２を用いて実施例１と同様にＸ線発生管、さらにはＸ線発生装置を作製し、駆動評価を行った。すると、パルスを３０回程印加した時点でＸ線の出力が１０％以上落ち、５００回を越したところで放電が発生して駆動できなくなった。評価後、Ｘ線発生管を分解して陽極を観察したところ、ろう材４８がターゲット層２２上の一部まで流れ出した上、真空気密を保持していた管状陽極部材４２と支持基板２１との隙間のろう材４８も一部流出して真空リークを起こしていたことが判った。
【００６３】
本例において、Ｘ線の出力低下、さらには真空リークを発生した過程は次のように考えられる。Ｘ線放出動作時に、電子線の照射によるターゲット層２２及び支持基板２１の温度上昇に伴い、ろう材４８が高温になって低粘度化する。そしてこの時、延出部４８ａは端部４８ｂがターゲット層２２に近づく方向に熱膨張する。導電層４７はろう材４８との親和性が高いため、低粘度化し、熱膨張した延出部４８ａは導電層４７上をターゲット層２２に向かって流動する。ターゲット層２２に近づいた延出部４８ａはより高温になり、より低粘度化する。このようにして、Ｘ線放出動作を繰り返しているうちに、低粘度化したろう材４８が導電層４７を超えてターゲット層２２に至り、本来のＸ線の放出が妨げられてＸ線の出力が低下したものと考えられる。さらに、ろう材４８が導電層４７上に流れ出すことによって、管状陽極部材４２と支持基板２１との間隙に充填されていたろう材４８が支持基板２１上に流れ出し、真空リークを発生したものと考えられる。
【００６４】
［実施例２］
本実施例においては、実施例１のＸ線発生装置を用いて、図７に記載のＸ線撮影システムを作製した。
【００６５】
本実施例のＸ線撮影システムにおいては、放電が抑制され、陽極電流の変動が低減されたＸ線発生装置１０１を備えることにより、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。
【符号の説明】
【００６６】
２：電子放出部、３：電子放出源、９：ターゲット、５：電子線束、１１：Ｘ線束、２１：支持基板、２１ａ：側面、２２：ターゲット層、４２：管状陽極部材、４７：導電層、４８：接合材（ろう材）、４８ａ：延出部、４８ｂ：延出部の端部、５１：陽極、５２：陰極、１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線発生管、１０３：駆動回路、１１０：絶縁管、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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【図９】
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