(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管真空容器（１８）用のＸ線透過窓アセンブリ（２８）であって、
診断用Ｘ線を効率的に透過させる十分に低いＸ線減衰係数を有するアルミニウムを含む延性透過窓（２４）と、
金属を含み、前記透過窓（２４）と共に真空封止継手（３１）を形成する移行層（３０）とを備え、
重ね合わされた前記透過窓（２４）と前記移行層（３０）とが爆発溶接されることにより、前記真空封止継手（３１）が形成され、
前記真空封止継手（３１）が前記Ｘ線管真空容器（１８）の動作環境に耐え得る真空封止能力を有する、Ｘ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項２】
前記移行層（３０）がステンレス鋼、銅、チタン、モリブデン、ニッケル及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなる、請求項１記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項３】
前記移行層（３０）が前記透過窓（２４）の周縁にフレームを形成する、請求項２記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項４】
Ｘ線減衰用中間層（３４）をさらに備え、前記透過窓（２４）と該中間層（３４）と該移行層（３０）の間に真空封止継手（３１）が形成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項５】
前記移行層（３０）と前記中間層（３４）が前記透過窓（２４）の周縁にフレームを形成し、前記Ｘ線管真空容器（１８）が前記透過窓（２４）に対するカットアウトを形成するインサート（１４０、２４０）を有している、請求項４記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項６】
前記移行層（３０）がステンレス鋼、銅、チタン、タングステン、モリブデン、ニッケル及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなり、かつ前記中間層（３４）がタングステン、タンタル、モリブデン、チタン、銅及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなる、請求項４又は請求項５記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項７】
前記真空封止継手（３１）が前記透過窓（２４）と前記中間層（３４）と前記移行層（３０）の間の爆発溶接によって形成される、請求項４乃至６のいずれかに記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のＸ線透過窓アセンブリ（２８）と、
Ｘ線管真空容器（１８）と、
を備えるＸ線発生装置。
【請求項９】
Ｘ線透過窓アセンブリ（２８）を備えるＸ線管真空容器（１８）の製造方法であって、
移行層（３０）の材料のシートとアルミニウムを含む延性透過窓（２４）の材料のシートを爆発溶接して、二層窓アセンブリ（２８）を作成する段階と、
前記二層窓アセンブリ（２８）の中央部から前記移行層（３０）の材料を取り除き、前記透過窓（２４）を作成する段階と、
前記二層窓アセンブリ（２８）の周縁で前記延性透過窓（２４）の材料を取り除き、前記真空容器（１８）に溶接するための溶接フランジ（３０ａ）を作成する段階と、
前記溶接フランジ（３０ａ）を前記真空容器（１８）に溶接して継手（２６）を形成する段階と、
を含み、
前記爆発溶接により、前記透過窓（２４）と前記移行層（３０）との間に真空封止継手（３１）が形成される、Ｘ線管真空容器（１８）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線発生装置に関するものであり、さらに具体的にはＸ線管真空容器のＸ線透過窓に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
通例、Ｘ線発生装置（Ｘ線管と呼ばれる）は円筒形真空容器内に封入された対向電極を含んでなる。真空容器は通例ガラス管或いはステンレス鋼や銅や銅合金のような金属製の円筒である。電極の一つは陰極アセンブリであり、回転円盤形陽極アセンブリのターゲットトラックから幾らか離れた距離に位置している。陽極の衝突帯は概してタングステン又はタングステン合金のような原子番号の大きい耐火金属で作られている。陰極と陽極の間には典型的には８０ｋＶ〜１４０ｋＶの電圧差が印加される。高温陰極フィラメントによって熱電子が放出され、電位差によって加速されて陽極のターゲット帯に高速で衝突する。電子の運動エネルギーのごく一部が高エネルギー電磁波であるＸ線に変換するが、残りは熱に変換される。Ｘ線は焦点からあらゆる方向に放射される。Ｘ線ビームが所望の位置で放出されるようにＸ線透過窓が真空容器に作られる。
【０００３】
真空容器から放出された後、Ｘ線は医療検査や診断手続きのための人体の解剖学的構造部分のような物体に当たりこれを通り抜ける。物体を透過したＸ線は検出器で遮断され、内部解剖学的組織の像が形成される。さらに、工業用Ｘ線管は例えば金属部品の亀裂の検査や空港での荷物の中身の検査に用い得る。
【０００４】
診断用Ｘ線管におけるＸ線の発生はその性質上非常に非効率的なプロセスである。通例、投入電力の１％未満しかＸ線に変換されず、残りは陽極で熱に変換される。従って、Ｘ線発生装置内の部品は高温で動作する。例えば、陽極の焦点は約２７００℃もの高温になり、陽極の大部分は約１７００℃に達する。陽極からの過剰の熱は真空容器を通して伝達し、冷却流体によって除去しなければならない。Ｘ線窓は焦点のごく近傍にあるので、Ｘ線窓は熱輻射及びターゲットからの後方散乱電子に起因する非常に高い熱負荷を受ける。真空容器Ｘ線透過窓に加わるこうした高い熱負荷のため、特に真空保全性に関して、Ｘ線管の耐用年数を通して窓が確実に無傷のまま保たれるように注意深く設計する必要が生じる。大きな繰返し熱応力のために窓の継手に真空漏れが起こり、Ｘ線管の早期破壊を生じる可能性がある。
【０００５】
真空容器は通例循環絶縁油で満たされたケーシング内に封入される。ケーシングはＸ線管を支持し保護する。迷放射線を遮蔽すべくケーシングは鉛で裏打ちされることが多い。絶縁油は二つの役目を果たしている。一つは真空容器のまわりに循環することで真空容器を冷却して熱を奪い去ることであり、次に陽極接続と陰極接続の間の高電圧絶縁を与えることである。別法として、幾つかの従来技術の装置では循環空気でＸ線管を冷却することが試みられている。通例アルミニウムで作られるケーシングは真空容器よりも格段に低い温度で動作する。ケーシングは高温陽極にも後方散乱電子にも直接暴露されないからである。
【０００６】
約８０ｋＶ〜１５０ｋＶの医療診断用エネルギー域でのガラスのＸ線減衰は比較的低いので、ガラス真空容器のＸ線管は通例独立したＸ線透過窓を含んでいない。ガラス管は真空容器の壁を窓として用いる。しかし、金属製真空容器（通例ステンレス鋼又は銅合金で作られる）を有するＸ線管では、金属壁のＸ線減衰（吸収）が非常に大きいのでＸ線透過窓を金属製容器の開口部に取り付けなければならない。
【０００７】
Ｘ線管真空容器用のＸ線透過窓の選定に当たっては数多くの特性が望ましいと考えられる。第一に、窓材料のＸ線減衰係数は、最大Ｘ線束が透過するように問題とするＸ線エネルギー域の全域にわたって低くなければならない。第二に、窓はＸ線管の高温動作環境に耐え得るものでなければならない。第三に、窓材料は真空容器に接合することができて大気圧及び高い熱応力下で確かなハーメチックシールを形成するものでなければならない。
【０００８】
窓は、Ｘ線出力を最大限にすべく、１ｍｍのオーダーの比較的薄いものであるべきである。窓自体は一般に原子番号の小さい材料から製造されるが、これらの材料は本質的に低いＸ線減衰を有する。ここで一般にチタン（原子番号２２）よりも原子番号の大きい窓材料は除外される。そのため、銅（原子番号２９）やステンレス鋼製の窓は効率的には使えない。Ｘ線管で材料を接合するための最も一般的な方法は高温ろう付と溶接の二つである。溶接は同種金属の接合に最も適している。Ｘ線透過窓と真空容器には通例異なる材料が使われるので、それらは概して溶接には向いていない。信頼できる真空系ろう付は一般に液相線温度が６５０℃よりも高い硬ろうで実施される。従って、窓材料は高いろう付温度に耐え得るものでなければならない。
【０００９】
従来技術のＸ線発生装置では、数多くの理由からベリリウムが金属製Ｘ線管真空容器のＸ線透過窓の材料として選ばれてきた。ベリリウムは極めて低いＸ線減数係数を有しており、事実上あらゆるレベルのＸ線を透過させる。ある材料の減衰係数はその材料の原子番号に関係する。ベリリウムの原子番号は４であり、それ自体が利用可能な最も透過性の高い材料の一つである。また、ベリリウムは１２７７℃という高い融点、低い蒸気圧及び良好な熱伝導性を有しており、そのためベリリウムは真空窓の優れた材料となる。さらに、その高い融点のため、ベリリウムは真空容器の金属壁にろう付することができ、ハーメチックシールを与える。
【００１０】
しかし、ベリリウムには、特に製造の容易さ、安全性及びコストに関して、幾つかの重大な短所がある。ベリリウムの機械加工及び処理には、ベリリウムダストの毒性のため、特別な予防策を要する。高温では、その表面にベリリウムの酸化物が形成され、適切に扱わないと環境中に離散してしまうおそれがある。ベリリウムは幾分脆い材料でもあり、そのため複雑な形状に制作するのが難しい。さらに、ベリリウムは非常に低い減衰係数を有するので、診断用Ｘ線だけでなく低エネルギーＸ線も透過する。多くの事例では、低エネルギーＸ線は患者に対する線量を単に増すだけなので、追加のフィルターによってさらに減衰させる必要が生じる。通例、ベリリウム窓を用いた場合、低エネルギーＸ線を遮断するためＸ線管の下流に別のＸ線フィルターを加えなければならない。このように、ベリリウムはＸ線透過窓として数多くの重大な欠点を有する。
【００１１】
従来技術で用いられてきたもう一つの透過窓材料はチタンである。チタンの減衰係数はベリリウムよりも格段に大きく、そのため、同程度のＸ線透過率を与えるにはチタン窓を非常に薄くしなければならない。チタン窓の相対的な薄さは構造的な問題を生じ、窓に加わる大気圧による力のため窓の大きさが制限される。さらに、チタンの熱的性質はベリリウムに比べると格段に劣る。チタンの不十分な熱的性質のため窓温度及び熱応力が非常に高くなる。従って、チタンもＸ線透過窓としては数多くの重大な欠点をもつ。
【００１２】
アルミニウム製透過窓がＸ線管ケーシングの窓又はイメージインテンシファイア用の窓等のＸ線用途に利用されているが、一般にＸ線管真空容器の高温・高応力環境下では利用されていない。例えば、米国特許第４０４５６９９号、同第４１５３８５４号及び同第４７６３０４２号には、放射線イメージインテンシファイアに利用されるアルミニウム製Ｘ線透過窓が開示されている。放射線イメージインテンシファイアは、放射線に暴露された物体の輝度増強像を与えるため放射線を電子に変換する電子部品を含んでなる真空容器である。イメージインテンシファイアは、高温ではその精密な電子部品が損傷したり動作不良を起こしかねないので、通例室温付近で動作する。さらに、イメージインテンシファイアは非常に大きな機械的及び熱作用応力には付されない。従って、イメージインテンシファイアにおける透過窓の環境はＸ線管真空容器の透過窓とは著しく異なる。
【００１３】
イメージインテンシファイア用の二層Ｘ線透過窓が米国特許第４０５４６９９号に開示されている。一層はＸ線透過部を含んでなる軽金属からなり、第二層はイメージインテンシファイアの金属フレームに溶接可能な移行部を含んでなる重金属で形成される。軽金属材料として具体的に記載された材料はアルミニウムとチタンであり、重金属材料は銅又は鉄である。この積層材料は２つの材料を高圧下で圧延することにより商業プロセスで形成される。このタイプの接合プロセスはイメージインテンシファイアのような低温で動作する真空容器には適している。しかし、このタイプの継手はＸ線管真空容器の高温・高応力環境では信頼性の高い長期シールは形成しない。アルミニウム−銅及びアルミニウム−鉄継手は金属間化合物層を形成し易いが、かかる金属間化合物層は継手を脆くするとともに真空シールの保全性を特にＸ線管真空容器の激しい熱サイクルに付されたとき低下させる。さらに、米国特許第４０４５６９９号と同一人に譲渡された米国特許第４１５３８５４号で指摘されている通り、高圧圧延で形成された二層シートは質の均一性に欠けるとともに特に二層間での均一なガス透過密着性をもたないので不都合である。加えて、二層化窓はＸ線管真空容器の高応力・高温環境ではなくて放射線イメージインテンシファイアの比較的穏やかな低温環境で使用することを意図したものであった。米国特許第４０４５６９９号に開示された二層窓間の真空シールの信頼性はそれだけではＸ線管真空容器に使用するには不十分である。
【００１４】
そこで、金属Ｘ線管真空容器において上述の課題が解決されるＸ線減衰率の低いＸ線透過窓に対するニーズが存在する。
【００１５】
【発明の概要】
本発明の一つの態様では、Ｘ線管真空容器用のＸ線透過窓アセンブリは、診断用Ｘ線を効率的に透過させる十分に低いＸ線減衰係数を有するとともにＸ線管真空容器の動作環境において十分な構造支持と真空封止能力をもたらす無毒性延性透過窓を備えてなる。好ましくは、透過窓はアルミニウム又はアルミニウム合金を含んでなる。さらに、窓アセンブリは透過窓と真空封止継手を形成する移行層をさらに備えてなり、該継手は爆発溶接によって形成される。移行層はステンレス鋼、銅、チタン、モリブデン、ニッケル及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなる。加えて、移行層材料は窓アセンブリの中央部から除去されて、透過窓の周縁にフレームを形成する。
【００１６】
本発明のもう一つの態様では、窓アセンブリは、透過窓と移行層の間の高温での脆性金属中間層の形成を防ぐ拡散障壁をもたらすと同時にＸ線を減衰するための中間層をさらに備えていてもよい。この窓アセンブリは、透過窓と中間層と移行層の間に爆発溶接によって形成された真空封止継手を含んでいる。この態様において、移行層と中間層は共に窓アセンブリの中央部から除去されて、透過窓の周縁にフレームを形成する。中間層は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、銅及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなるものとし得る。
【００１７】
本発明のもう一つの態様では、Ｘ線発生装置は、Ｘ線管真空容器と、診断用Ｘ線を効率的に透過させる十分に低いＸ線減衰係数を有するとともにＸ線管真空容器の動作環境において十分な構造支持と真空封止能力をもたらす無毒性延性透過窓を備えてなるＸ線透過窓アセンブリとを備えてなる。上記と同様に、透過窓はアルミニウム又はアルミニウム合金を含んでなるものとし得る。さらに、この透過窓アセンブリは、透過窓と好ましくは爆発溶接によって形成される真空封止継手を形成する移行層をさらに備えてなる。移行層はステンレス鋼、銅、チタン、タングステン、モリブデン、ニッケル及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなる。また、移行層材料は透過窓の周縁にフレームを形成する。
【００１８】
さらに、上記装置は、Ｘ線を減衰するための中間層をさらに備えていてもよく、爆発溶接した真空封止継手が透過窓と中間層と移行層の間に形成される。移行層と中間層は透過窓の周縁にフレームを形成する。中間層は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、銅及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含んでなる。
【００１９】
【発明の詳しい説明】
本発明の一つの態様では、Ｘ線管真空容器用のＸ線透過窓は、比較的安価で診断用Ｘ線を効率的に透過させる十分に低いＸ線減衰係数を有する無毒性延性材料を含んでなる。本発明のＸ線透過窓は好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金を含んでなる。さらに、このＸ線透過窓はＸ線管真空容器の動作環境において十分な構造支持と真空封止能力をもたらす。Ｘ線透過材は爆発溶接として知られるプロセスによって別の材料からなる１又はそれ以上の追加層に適切に接合される。爆発溶接は極めて高い圧力の下で異種金属を接合するための固相金属プロセスである。爆薬を制御したやり方で爆轟して１又はそれ以上の金属板を押しつけて非常に強力で信頼性の高い超高真空継手が生ずるようにする。
【００２０】
本発明のもう一つの態様では、Ｘ線透過窓アセンブリは、伝統的な溶接技術を用いての真空容器への窓の接合を容易にするための移行層をさらに備えてなる。移行層は好ましくは窓の周縁に形成され、窓を真空容器に接合して真空容器内部の真空圧に耐えるのに十分な継手を形成する。さらに、窓と継手は真空容器を通して窓と継手に加わる荷重に耐える十分な構造支持を与える。移行層は有益には爆発溶接によってＸ線透過窓材料に接合され、次いで真空容器に慣用法で溶接されて真空継手を形成する。移行層は通例真空容器に対する十分な溶接能力を与える材料を含んでなる。例えば、アルミニウム製Ｘ線透過窓とステンレス鋼製真空容器については、移行材料は好ましくはステンレス鋼である。アルミニウム製窓と銅製真空容器では、移行層は好ましくは銅である。
【００２１】
好適なＸ線透過窓材料は、問題とするＸ線エネルギー域での低い減衰性、高い熱伝導率、高温での高い耐力、低い蒸気圧、低毒性を有し、しかも製造の容易なものである。アルミニウム及びその合金がこれらすべての点で優れた材料である。診断エネルギー域におけるアルミニウムの透過性はベリリウムのそれに非常に近い。例えば、１．５ｍｍ厚アルミニウム窓についての７５ｋＶから１２０ｋＶまでの積分強度は同じ厚さのベリリウム窓で透過される強度の９６％である。アルミニウムの熱伝導性は高温においてベリリウムよりも優れており、熱を効率的に伝えて除去することができる。アルミニウム及びその普通の合金はおよそ６３０℃の融点を有しており、Ｘ線管真空容器の動作環境に耐えることができる。焼きなましアルミニウムの降伏強さは約６０００ｐｓｉである。この強さは大気圧及び熱負荷による機械的応力に耐えるのに十分である。さらに、アルミニウムは延性で無毒性の材料であり、容易かつ安価に製造される。アルミニウムの蒸気圧はＸ線管動作温度においてベリリウムと同等である。
【００２２】
さらに、本発明のアルミニウム製透過窓は好都合なことに診断用Ｘ線を効率的に透過させるに十分な低いＸ線減衰係数を有するが、一方で、同程度の厚さのベリリウム製窓に比べて低エネルギー側の非診断用Ｘ線を阻止する率が大きい。有用なＸ線の定義は用途に応じて異なる。例えば、コンピューター断層撮影用途では、有用な診断用エネルギー域は約８０ｋｅＶ〜１４０ｋｅＶである。電子ボルト（ｅＶ）はエネルギーの単位であり、真空中で電子が１ボルトの電位差を通して加速されたときに電子によって獲得されるエネルギーに等しい。８０ｋｅＶ未満のＸ線は画像生成には用いられないが、患者の受ける放射線量には寄与するのでかかるレベルの放射線への被爆はできれば避けるべきである。本発明の透過窓は好ましくは同じ厚さのベリリウムに比べて８０ｋｅＶ未満のＸ線の透過を阻止する率が大きい。
【００２３】
本発明では、アルミニウム製窓材料を移行層材料に接合するのに爆発溶接を有益に利用し、移行層材料は伝統的な方法で真空容器に溶接される。この構成は信頼性のある真空シールを生じ、他の金属へのアルミニウムの接合に付随した従来の問題が解決される。ステンレス鋼又は銅製真空容器へのアルミニウム製窓の接合は数多くの理由のため問題であった。アルミニウムと真空容器の異種金属との間では適当な溶接継手は容易には作ることができない。また、アルミニウムの表面には硬ろうの濡れを阻害する自然酸化層が存在するので、適当なろう接継手を作るのが困難である。さらに、ろう付プロセスの高温でアルミニウム及びその合金（通例約６００〜６５０℃の範囲に融点をもつ）が融解するであろう。この融点に係る制約は重要である。Ｘ線管の真空環境で十分な性能を発揮する液相線温度約６５０℃未満のろう付材は仮にあったとしても少数だからである。さらに、伝統的な溶接及びろう付は接合した材料間に平坦で平面的な界面を生ずる。しかし、爆発溶接は２つの材料間に波状の絡み合った界面を形成する。この波状の絡み合った界面は材料を一つに接合するための表面積を大きくし、その結果、より強固でより信頼性の高い結合が生じる。このように本発明では移行層に爆発溶接した透過窓を提供することにより、他の金属へのアルミニウムの接合に伴う伝統的な問題を解決する。
【００２４】
さらに別の態様において、本発明は、動作中のＸ線管真空容器環境又は動作前の装置の高温排気処理のような高温に継手を付したときに起こるアルミニウム−銅継手又はアルミニウム−ステンレス鋼継手間での拡散及び脆性金属間化合物の形成という伝統的問題を解決する。本発明では、高温でのアルミニウムと移行層との継手中での脆性金属間化合物の形成を防ぐ拡散障壁として機能する第三の材料、すなわち中間層をアルミニウム製窓と移行層材料の間に配設するのが有益である。この中間層は透過窓領域の周縁部の外でＸ線を効率的に減衰するためのアパーチャー又はマスクとして作用するという追加の利点を有する。このアパーチャー／マスクは、焦点の外れた放射線及び周縁放射線の透過を阻止してＸ線管真空容器から放出されるＸ線ビームの形を画定するのに役立つ。これにより、画像の質が向上し、患者又は物体の受ける非イメージングＸ線線量が低減する。このアパーチャー／マスクは好ましくはタンタルであるが、タングステン、モリブデン、チタン及びこれらの合金或いはその他同種の材料で高エネルギーＸ線を減衰しアルミニウムと移行材料の間に拡散障壁を与えるものでもよい。
【００２５】
図１を参照すると、典型的なＸ線発生装置１０はＸ線管真空容器１８における真空室１６内に陰極アセンブリ１２と回転円盤形陽極アセンブリ１４を備えてなる。陰極アセンブリ１２と陽極アセンブリ１４を接続する電気回路を付勢すると、電子の流れ２０が陽極アセンブリ１４に向かって加速される。電子の流れ２０は陽極アセンブリ１４の表面に衝突して高振動数電磁波すなわちＸ線２２を生じる。Ｘ線２２は真空室１６を通り、透過窓２４を通して真空容器１８を出る。透過窓２４と真空容器１８は継手２６で接合しており、継手２６は真空室１６の真空保全性を確保するためのシールを提供する。
【００２６】
真空容器１８は、高温環境において真空室１６及び回転陽極アセンブリ１４によって発生する荷重を構造的に取り扱うことのできる材料で構成される。真空容器１８は好ましくはステンレス鋼であるが、銅、ニッケル、モリブデン、これらの合金又はその他同様の金属であってもよく、周知の製造法を用いて作られる。真空容器１８はＸ線発生装置１０環境の高温に耐え得るものでなければならない。例えば、陽極１４は約５００〜２７００℃で動作し、陰極１２は約６００℃に達し、真空容器１８は約３００℃に達する温度で動作する。真空容器１８は真空室１６内の動作温度によるほか、真空室１６内でのＸ線２２、散乱電子及び赤外（熱）線の吸収によっても加熱される。
【００２７】
図２〜５を参照すると、本発明の一つの実施形態では、Ｘ線管真空容器１８における二層窓アセンブリ２８は移行層３０に爆発溶接したアルミニウム又はアルミニウム合金製透過窓２４を備えてなる。移行層３０の材料はアセンブリ２８の中央部から取り除かれ、Ｘ線透過窓２４をもたらす。アセンブリ２８の周縁では、真空容器１８に溶接可能な移行層３０材料の適当な溶接フランジ３０ａを残して窓２４の材料が取り除かれる。爆発溶接プロセスで形成された窓２４と移行層３０の間の継手３１は高温・高応力環境において高い信頼性をもつ真空継手である。移行層３０は好ましくはステンレス鋼からなるが、タングステン、チタン、銅、モリブデン、ニッケル、これらの合金及びその他同様に真空容器１８に容易に溶接可能な金属であってもよい。
【００２８】
窓アセンブリ２８は一回の爆発プロセスで透過窓２４の材料のシートを移行層３０のシートに爆発溶接することによって形成される。得られた積層パネルを次にフライス削りのような慣用法を用いて機械加工して、パネルの中央部から移行層を取り除く。同様に、パネルの縁から窓材料を機械加工で取り去って、溶接フランジ３０ａを露出させる。このようにして移行層３０は、透過窓２４の周りに、窓２４の縁の外に延在する周縁フレームを形成して、窓アセンブリ２８を形成する。この窓アセンブリを形成する材料の組み合わせは典型的なベリリウム窓のように脆くはないので、窓アセンブリ２８はどんな所要の曲率にも成形できる。最後に、溶接フランジ３０ａを真空容器１８に慣用法で溶接して継手２６を形成する。溶接フランジ３０ａは、アーク溶接、電子ビーム溶接、トーチ溶接、レーザー溶接等の慣用法を用いて真空容器１８に接合し得る。そこで、窓アセンブリ２８は真空封止継手３１及び２６の組み合わせで真空室１８を封止するが、継手３１は透過窓２４と移行層３０の間で爆発溶接により形成され、継手２６は移行層３０とＸ線管真空容器１８の間で慣用的な溶接により形成される。
【００２９】
上述の通り、窓２４、移行層３０及び真空容器１８に使う材料には多数の組み合わせが可能である。そうした二層窓アセンブリ２８用の組み合わせの若干の具体例には以下のものがある。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
上記の材料或いはその他同様の材料の如何なる組み合わせも本発明に利用し得る。
【００３２】
図６を参照すると、本発明の別の実施形態では、Ｘ線管真空容器における多層窓アセンブリ３２は中間層３４と移行層３０の双方に爆発溶接した窓２４を備えてなる。窓２４及び移行層３０は上記で説明したものと同じ材料を含んでなるが、中間層３４は好ましくは中間層がＸ線の通過を阻止するように比較的高いＸ線減衰係数を有する材料を含んでなる。その結果、中間層３４はＸ線管真空容器から出るＸ線を集束するのに役立つ。中間層は好ましくはタングステンであるが、タンタル、モリブデン、チタン、銅、これらの合金、その他同様の材料も利用し得る。
【００３３】
多層窓アセンブリ３２は、上述の二層窓アセンブリ２８と同様にして形成される。ただし、爆発溶接プロセスでは、信頼性のある高温・高応力真空継手３１を形成すべく、中間層３４用材料のシートを窓２４と移行層３０の間に挿入、結合する。中間層３４の材料は多層窓アセンブリ３２の中央部及び周縁部から上述のプロセスと同様にして取り除かれる。窓アセンブリ３２は溶接フランジ３０ａにて真空容器１８に慣用法で溶接され、真空継手２６を形成する。その結果、中間層３４は、焦点の外れた放射線及び周縁放射線の透過を阻止してＸ線管真空容器１８から出るＸ線ビームの形状を画定するアパーチャー／マスクとして機能する。これにより、画像の質が向上するとともに、患者の受ける非イメージングＸ線線量が低減する。加えて、透過窓２４と移行層３０の間に配置される中間層３４は、高温での透過窓と移行層の間の継手における脆性金属間化合物の形成を防ぐ拡散障壁として機能する。
【００３４】
図７を参照すると、本発明の別の実施形態には、窓１２４に対するカットアウトを形成するインサート１４０を有する真空容器１１８を備えてなるＸ線発生装置１１０が包含される。インサート１４０はろう付、溶接その他の慣用手段によって真空容器１１８に接合し得る。インサート１４０の好適な材料には、移行層３０について上記で列挙したものと同じ材料が含まれるほか、その他容器１１８と接合して真空シールを形成し得る材料も含まれる。窓１２４は移行層１３０に爆発溶接されて二層窓アセンブリ１２８を形成する。インサート１４０は、以前にベリリウム窓を装着していた真空容器のような真空容器１１８の窓アセンブリ１２８を改装するときに望ましいことがある。窓アセンブリ１２８とインサート１４０の組み合わせは互いに信頼性のある真空シールを形成するだけでなく、真空容器１１８とも信頼性のある真空シールを形成する。
【００３５】
図８を参照すると、本発明のまた別の実施形態には、窓２２４に対するカットアウトを形成するインサート２４０を有する真空容器２１８を備えてなるＸ線発生装置２１０が包含される。インサート２４０はろう付、溶接その他の慣用手段によって真空容器２１８に接合し得る。インサート２４０の好適な材料には、移行層３０について上記で列挙したものと同じ材料が含まれるほか、その他容器２１８と接合して真空シールを形成し得る材料も含まれる。窓２２４は中間層２３４及び移行層２３０に爆発溶接されて多層窓アセンブリ２２８を形成する。中間層２３４は上記で説明した中間層に類似のものであり、焦点の外れた放射線に対するフィルター及び脆性金属間化合物の形成を防ぐ拡散障壁を与える。インサート２４０は、以前にベリリウム窓を装着していた真空容器のような真空容器２１８の窓アセンブリ２２８を改装するときに望ましいことがある。窓アセンブリ２２８とインサート２４０の組み合わせは互いに信頼性のある真空シールを形成するだけでなく、真空容器２１８とも信頼性のある真空シールを形成する。
【００３６】
図９ａ〜９ｂを参照すると、本発明は通例Ｘ線装置４０に利用される。典型的なＸ線装置４０は、油ポンプ４２、陽極端部４４、陰極端部４６、及び陽極端部と陰極端部の間に位置していて図１のＸ線発生装置すなわちＸ線管１０を収容する中央セクション４８を備えてなる。Ｘ線発生装置１０は、鉛裏打ちケーシング５２内部の流体室５０に封入されている（図９ｂ）。室５０は通例絶縁油のような流体６８で満たされているが、空気を始めとするその他の流体も利用し得る。流体６８は、Ｘ線発生装置を冷却するとともにケーシング５２を真空容器１８内の高電荷から絶縁するために、装置４０内を循環する。流体６８を冷却するためのラジエーター５４が中央セクションの片側に配設されているが、ラジエーター内を高温油が循環する際にラジエーターに冷却空気流を通すべくラジエーター５４と機能的に接続したファン５６及び５８を有していてもよい。油ポンプ４２は油を装置４２及びラジエーター５４等に循環するために配設される。装置４０を付勢するため、陽極レセプタクル６０及び陰極レセプタクルに電気的接続が配設される（図９ｂ）。
【００３７】
図９ｂを参照すると、Ｘ線装置４０は、好ましくはアルミニウムでできていて、Ｘ線の通過を遮蔽するための鉛で裏打ちされたケーシング５２を備えてなる。装置４０内のＸ線発生装置もしくはＸ線管１０は図１に関して上記で説明した通りである。上述の通り、Ｘ線発生装置１０には非常に高い電圧及び電流が利用され、電圧は約８０ｋＶ〜１５０ｋＶの範囲であり、電流は約２５０〜５５０ｍＡの範囲である。真空容器１８外側で鉛裏打ちケーシング５２の内部には固定子が回転円盤形ターゲット陽極１４に対して配置されている。装置４０から物体（上述した通り）に向けてＸ線を放射する窓６６がケーシング５２に、真空容器１８の透過窓２４に対して機能的に形成されている。
【００３８】
ケーシング５２は主に室５０内部に循環流体６８を収容しており、発生したＸ線５２を窓６４以外のすべての領域で遮断し、かつＸ線発生装置１０を収納する。ケーシング５２は真空容器１８に付随しているような高温及び真空圧には付されない。
【００３９】
要約すると、本発明の爆発溶接アルミニウム製透過窓の利点としては、ベリリウムよりも安価であること、特に予防策を講じなくても容易に機械加工、曲げ加工、圧延及び成形できること、処分に特別の条件を要しないこと、無害な材料であること、爆発溶接が非常に高い強度及び真空保全性をもつこと、並びに一体マスク／アパーチャーがビーム形状を規定するとともに焦点の外れたＸ線の透過を阻止することがある。中間層は、また、Ｘ線透過窓材料と移行層の継手における脆性金属間化合物の形成を防ぐ。
【００４０】
ステンレス鋼にろう付したベリリウムのような従来技術の真空継手は、これら２つの材料間の熱膨張率の不一致による破壊を起こしやすい。爆発溶接は材料を完全に一体化して接合する一体継手を生じるので、本発明の継手はステンレス鋼とベリリウムのろう接継手よりも堅固である。爆発で生じた継手は母材よりも強いことが多い。さらに、真空容器と移行層の間の溶接は、特にステンレス鋼／ステンレス鋼及び銅／銅等の移行層／真空容器の組み合わせのように２つの同じ材料を用いた場合、ベリリウムとステンレス鋼のろう付けよりも堅固である。
【００４１】
本発明のまた別の有益な特徴は、アルミニウム窓はベリリウム又はチタン製Ｘ線真空容器窓よりも一段と容易に機械加工及び成形されることである。ベリリウムは余りに脆いので、多くの従来技術のＸ線管真空容器は平らなベリリウム窓が使用できるように機械加工された平坦領域を有していた。しかし、本発明では、特に窓用の平坦領域を機械加工しなくても、真空容器の輪郭と調和するようにアルミニウム窓を容易に成形することができ、かくして全体的経済性が改善される。
【００４２】
加えて、アルミニウムは空気に暴露されると無毒性の安定な酸化物層を形成する。一方、空気に暴露されたベリリウム窓には特に高温で酸化ベリリウムが形成される。酸化ベリリウムは非常に毒性が高く、吸入すると危険である。この問題を避けるため、高温で空気に暴露される用途にベリリウムを使うときは、空気からベリリウムを封止しておくためベリリウムを被覆しなければならない。Ｘ線管真空容器で冷却用空気を利用する場合には、このことで製品に余計な懸念と生産コストが加わる。そこで、本発明のアルミニウム製透過窓は好都合にも、健康及び環境問題についての特段の加工処理も心配も伴わずに、空気に暴露することができる。
【００４３】
最後に、本発明のアルミニウム製透過窓は好都合にも低エネルギーＸ線を透過しない。図１０を参照すると、グラフは各種材料の１．５ｍｍ厚の窓について様々なエネルギーレベルでの相対的Ｘ線透過性を表す。低エネルギー側では、アルミニウムはベリリウムよりも格段に透過性が低い。ただし、診断用エネルギーレベルでは、アルミニウムはベリリウムの約９６％程の透過性である。このように、本発明のアルミニウム製透過窓は好都合なことに、ベリリウム窓を用いたときに往々にして必要とされるような低エネルギーＸ線を遮断するための余計な下流フィルターを必要としない。
【００４４】
本発明をその好ましい実施形態に関して説明してきたが、その他の実施形態でも同じ結果を得ることができる。本発明の様々な変更及び修正は当業者には自明であり、特許請求の範囲はかかる修正及び均等すべてをカバーするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明のＸ線発生装置の部分断面側面図である。
【図２】  図２はその下面図である。
【図３】  図３はＸ線発生装置内側からみた真空容器及び透過窓の部分平面図である。
【図４】  図４は図３の線４−４に沿ったＸ線透過窓の断面図である。
【図５】  図５はＸ線発生装置外側からみた真空容器及び透過窓の部分平面図である。
【図６】  図６はＸ線透過窓の一つの好ましい実施形態の図４と同様の断面図である。
【図７】  図７はＸ線発生装置用透過窓のさらに別の実施形態の図４及び図６と同様の断面図である。
【図８】  図８はＸ線発生装置用透過窓の別の実施形態の図７と同様の断面図である。
【図９】  図９ａはＸ線発生装置又はその内部に設置されたＸ線管を有する代表的なＸ線装置の平面図である。図９ｂは図９ａのＸ線装置から取り外したＸ線発生装置を含む部品の断面図である。
【図１０】  図１０は、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素グラファイト（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）及び銅（Ｃｕ）の１．５ｍｍ厚窓の相対的Ｘ線透過率を示すグラフであり、窓の透過性の相対的な強度を縦軸に、千電子ボルト単位で表すエネルギーを横軸に示す。
【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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【図１０】
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