(57)【要約】小型Ｘ線管は、陽極を通して広い角度範囲にわたってＸ線を透過させることのできる陽極アセンブリーを有する。該陽極はＸ線管フレーム軸に沿う軸を有する円錐又は円錐台の形状であって、熱放散のために高い熱伝導率を有する低−Ｚ材料から形成される。該陽極本体上のターゲット材料は薄い層を成しており、その厚さは約０．５ないし５ミクロンであってよい。一実施態様では、該陽極アセンブリーの末端に存する管真空排気ポートがゲッターのための空洞を形成し、該空洞の端部に摘み切られたチュービュレーションがある。
2006518921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管アセンブリーであって：
該Ｘ線管アセンブリーは、Ｘ線管の一部を画定する内部空洞を有する管フレームを含んでおり；
該Ｘ線管アセンブリーは、電子を放出するための、該管フレームの一端に存する陰極アセンブリーを含んでおり；
該Ｘ線管アセンブリーは、該管フレームの反対側端部に存する陽極アセンブリーを含んでおり、該陽極アセンブリーは内部空洞を有する陽極本体を含んでおり、該陽極本体の第１端部は該管フレームの反対側端部と共に密封されて完全なＸ線管空洞を形成し、該陽極本体の第２端部に該管フレームとほぼ同軸の円錐形内面が形成されており；
該Ｘ線管アセンブリーは、該円錐形内面にコーティングされたＸ線発生ターゲットを含む、Ｘ線管アセンブリー。
【請求項２】
該陽極本体は、低−Ｚ、高熱伝導率材料から形成されている、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項３】
陽極本体は、ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、及びこれらの複合物のうちのいずれかから形成される、請求項２のＸ線管アセンブリー。
【請求項４】
該陽極本体は、アルミニウム又はベリリウムと合金化された材料から形成される、請求項２のＸ線管アセンブリー。
【請求項５】
該ターゲット・コーティングの厚さは０．５ないし５ミクロンである、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項６】
該ターゲット材料は、１９より大きな原子番号を有する１つ以上の材料を含む、請求項５のＸ線管アセンブリー。
【請求項７】
該陽極アセンブリーの外面は丸いか或いは弾丸形である、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項８】
該陽極アセンブリーの外面はほぼドーム形である、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項９】
該陽極アセンブリーの外面は、表面積を増やして該アセンブリーの冷却を良くするために、隆起のある渦巻状である、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１０】
該陽極アセンブリーは、該陽極本体に配置された少なくとも１つの排気ポートを含む、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１１】
１つ以上の成分を含むプラグによって気密シールが該排気ポート内に形成されている、請求項１０のＸ線管アセンブリー。
【請求項１２】
前記排気ポートに相対して密封されたチュービュレーションを含む、請求項１０のＸ線管アセンブリー。
【請求項１３】
該陽極本体は該Ｘ線管空洞と流体連通した内部ゲッター・スペースを含み、前記スペース及びチュービュレーションは共同してゲッター材料を包含するゲッター・エンクロージャーを形成し、該チュービュレーションは、該ゲッター・エンクロージャー及びＸ線管空洞の中に真空を含むように気密に封じられた外側端部を有する、請求項１２のＸ線管アセンブリー。
【請求項１４】
該陽極本体は、中間材料を用いて該管フレームに結合される、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１５】
該中間結合材料は、材料コバール、モリブデン及びタンタルのうちの１つを含む、請求項１４のＸ線管アセンブリー。
【請求項１６】
該陽極アセンブリーは少なくとも１つの排気ポートを含んでおり、前記排気ポートの一部分は中にゲッター材料が含まれるゲッター空洞を形成する、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１７】
該陽極本体内の円錐形表面は、閉じた頂点を有する実質的に完全な円錐を含む、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１８】
該陽極本体は、該円錐形表面と該管フレームとの間に、拡大された内径の環状凹所を含んでおり、前記環状凹所の中に環状に形成されたゲッター材料がはめ込まれている、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項１９】
該陽極本体は、前記円錐形表面とほぼ同軸で該Ｘ線管空洞と連通しているゲッター・スペースを更に含んでおり、該ゲッター・スペースの中にゲッター材料が置かれており、該ゲッター材料はほぼ円筒形であり且つ前記円錐形表面とほぼ同軸に整列している、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２０】
該陽極本体は、該陽極本体内に位置する少なくとも１つの排気ポートを含む、請求項１９のＸ線管アセンブリー。
【請求項２１】
該Ｘ線管アセンブリーは、前記排気ポートに相対して密封されたチュービュレーションを含み、前記チュービュレーションは、該ゲッター材料を含む前記ゲッター・スペースの一部を形成する、請求項２０のＸ線管。
【請求項２２】
該ゲッター材料は、該管軸に沿ってＸ線を顕著に減衰させるために大きなサイズである、請求項１９のＸ線管アセンブリー。
【請求項２３】
該アセンブリーは排気ポートもチュービュレーションも持っていなくて、高真空下で処理され密封される、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２４】
該陽極本体は、勾配のある組成から形成され、該陽極本体内で位置により特性が変化する、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２５】
Ｘ線放射パターンを整形するために、該陽極アセンブリーの外面の一部は１０以上の原子番号を有する１つ以上の材料でコーティングされている、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２６】
該管空洞の内面の一部にデポジットされたゲッター材料を含む、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２７】
該ターゲットは電導性材料から成っていて該陽極として作用する、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２８】
該陽極本体は電導性材料であって、前記円錐形内面は陽極を含む、請求項１のＸ線管アセンブリー。
【請求項２９】
Ｘ線管の一部分を画定する内部空洞を有する管フレームと；
該管の一端部に存する、電子を放出するための陰極アセンブリーと；
該管フレームの反対側端部にあって、該管フレームと一部材をなして１つの一体的本体として形成され、該管フレームとほぼ同軸の円錐形内面を有する陽極アセンブリーと；
該円錐形内面にコーティングされたＸ線発生ターゲットと；
を含むＸ線管アセンブリー。
【請求項３０】
該一体的Ｘ線管本体は低−Ｚ、高熱伝導率材料から形成される、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３１】
該一体的Ｘ線管本体は、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、及びこれらの複合物のうちのいずれかから形成される、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３２】
該ターゲット・コーティングの厚さは０．５ないし５ミクロンである、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３３】
該ターゲット材料は、１９より大きな原子番号を有する１つ以上の材料を含む、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３４】
該一体的Ｘ線管本体の末端は丸いか或いは弾丸形である、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３５】
該アセンブリーは排気ポートもチュービュレーションも持っていなくて、高真空下で処理され密封される、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３６】
該一体的Ｘ線管本体の末端部は渦巻状で、隆起を有する、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３７】
該一体的Ｘ線管本体の末端部は少なくとも１つの排気ポートを含む、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項３８】
１つ以上の成分を含むプラグによって該排気ポートに気密シールが形成されている、請求項３７のＸ線管アセンブリー。
【請求項３９】
前記排気ポートに相対して密封されたチュービュレーションを含む、請求項３７のＸ線管アセンブリー。
【請求項４０】
該一体的Ｘ線管本体は該Ｘ線管空洞と流体連通した内部ゲッター・スペースを含み、前記スペース及びチュービュレーションは共同してゲッター材料を包含するゲッター・エンクロージャーを形成し、該チュービュレーションは、該ゲッター・エンクロージャー及びＸ線管空洞の中に真空を含むように気密に封じられた外側端部を有する、請求項３９のＸ線管アセンブリー。
【請求項４１】
該一体的Ｘ線管本体は少なくとも１つの排気ポートを含んでおり、前記排気ポートの一部分は、中にゲッター材料が含まれているゲッター空洞を形成する、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項４２】
該一体的Ｘ線管本体内の円錐形表面は、頂点が閉じている実質的に完全な円錐を含む、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項４３】
該一体的Ｘ線管本体は、該円錐形表面と該管フレームとの間に、拡大された内径の環状凹所を含んでおり、前記環状凹所の中に環状に形成されたゲッター材料がはめ込まれている、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項４４】
該Ｘ線管本体は、前記円錐形表面とほぼ同軸で該Ｘ線管空洞と連通しているゲッター・スペースを更に含んでおり、該ゲッター・スペースの中にゲッター材料が置かれており、該ゲッター材料はほぼ円筒形であり且つ前記円錐形表面とほぼ同軸に整列している、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項４５】
該一体的Ｘ線管本体は少なくとも１つの排気ポートを含む、請求項４４のＸ線管アセンブリー。
【請求項４６】
該Ｘ線管アセンブリーは前記排気ポートに相対して密封されたチュービュレーションを含んでおり、前記チュービュレーションは該ゲッター材料を含む前記ゲッター・スペースの一部を形成する、請求項４５のＸ線管。
【請求項４７】
該ゲッター材料は、軸に沿ってのＸ線の最小限の減衰を提供するように最小の直径を与えられている、請求項４４のＸ線管アセンブリー。
【請求項４８】
該管軸に沿ってＸ線を顕著に減衰させるために該ゲッター材料のサイズは大きい、請求項４４のＸ線管アセンブリー。
【請求項４９】
該一体的Ｘ線管本体は、勾配のある組成から形成され、該一体的Ｘ線管本体内で位置と共に特性が変化する、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項５０】
該一体的Ｘ線管本体の外面の一部分は、１０以上の原子番号を有する１つ以上の材料でコーティングされている、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項５１】
該一体的Ｘ線管本体内面の一部分にデポジットされたゲッター材料を含む、請求項２９のＸ線管アセンブリー。
【請求項５２】
Ｘ線管アセンブリーであって：
該Ｘ線管アセンブリーは該Ｘ線管の一部分を画定する内部空洞を有する管フレームを含んでおり；
該Ｘ線管アセンブリーは電子を放出するために該管フレームの一端部に存する陰極アセンブリーを含んでおり；
該Ｘ線管アセンブリーは排気を提供するために該管フレームの反対側端部と共に密封されたチュービュレーション・アセンブリーを含んでおり；
該Ｘ線管アセンブリーは該チュービュレーション・アセンブリーの、該管フレームとは反対の側の端部に存する陽極アセンブリーを含んでおり、該陽極アセンブリーは内部空洞を有する陽極本体を含んでおり、該陽極本体の第１端部は該チュービュレーション・アセンブリーの前記反対側端部と共に密封されて完全なＸ線管空洞を形成し、該陽極本体の第２端部に該管フレームとほぼ同軸の円錐形内面が形成されており；
該Ｘ線管アセンブリーは、該円錐形内面にコーティングされたＸ線発生ターゲットを含む、Ｘ線管アセンブリー。
【請求項５３】
該陽極本体は低−Ｚ、高熱伝導率材料から形成されている、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項５４】
該陽極本体は、ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、及びこれらの複合物のうちのいずれかから形成される、請求項５３のＸ線管アセンブリー。
【請求項５５】
該陽極本体は、アルミニウム又はベリリウムと合金化された材料から形成される、請求項５３のＸ線管アセンブリー。
【請求項５６】
該ターゲット・コーティングの厚さは０．５ないし５ミクロンである、請求項５３のＸ線管アセンブリー。
【請求項５７】
該ターゲット材料は、１９より大きな原子番号を有する１つ以上の材料を含む、請求項５６のＸ線管アセンブリー。
【請求項５８】
該陽極アセンブリーの外面は丸いか或いは弾丸形である、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項５９】
該陽極アセンブリーの外面は、表面積を増やして該アセンブリーの冷却を良くするために、隆起のある渦巻状である、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６０】
該陽極本体は該Ｘ線管空洞と流体連通している内部ゲッター・スペースを含み、前記スペース及びチュービュレーションは共同してゲッター材料を包含するゲッター・エンクロージャーを形成し、該チュービュレーションは、該ゲッター・エンクロージャー及びＸ線管空洞の中に真空を含むように気密に封じられた外側端部を有する、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６１】
該陽極本体内の円錐形表面は、閉じた頂点を有する実質的に完全な円錐を含む、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６２】
該陽極本体は、該円錐形表面と該管フレームとの間に、拡大された内径の環状凹所を含んでおり、前記環状凹所の中に環状に形成されたゲッター材料がはめ込まれている、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６３】
該陽極本体は、勾配のある組成から形成され、該陽極本体内で位置と共に特性が変化する、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６４】
Ｘ線放射パターンを整形するために、該陽極アセンブリーの外面の一部は１０以上の原子番号を有する１つ以上の材料でコーティングされている、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６５】
該管空洞の内面の一部にデポジットされたゲッター材料を含む、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６６】
該ターゲットは電導性材料から成っていて該陽極として作用する、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【請求項６７】
該陽極本体は電導性材料であって、前記円錐形内面は陽極を含む、請求項５２のＸ線管アセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管のための、特に小型Ｘ線管のための陽極アセンブリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は特許第４，１４３，２７５号、特許第５，１５３，９００号、特許第５，４２８，６５８号、特許第５，４２２，９２６号、特許第５，４２２，６７８号、特許第５，４５２，７２０号、特許第５，６２１，７８０号、再発行特許第３４，４２１号、及び特許第６，３１９，１８８号に記載されており、これらのうちの幾つかは小型Ｘ線管に関する。本書で使われる小型Ｘ線管という用語は、特に、治療及び診断の医療目的に、また材料分析に有益な約１０ｍｍ以下の直径のＸ線管を意味するように意図されている。
【０００３】
Ｘ線管の陽極は非常に重要な要素である。幾つかのアプリケーションでは、陽極は自分を通してＸ線を伝導して、Ｘ線をほぼ半径方向のみに放射するのではなくて該管からＸ線の放射に広い角度範囲を提供するべきである。
【０００４】
エックスオフトマイクロチューブ（Ｘｏｆｔ  ｍｉｃｒｏＴｕｂｅ）の、上で引用された特許第６，３１９，１８８号は、陽極が概して平らであって、いろいろな実施態様で種々の角度範囲を通してＸ線放射が行われるようになっている小型Ｘ線管を記述している。
【０００５】
本発明に何らかの関連のある他の特許は、特許第３，５８４，２１９号、特許第５，３６９，６７９号、特許第５，５２８，６５２号、特許第５，５６６，２２１号、再発行特許第３５，３８３号、特許第６，０９５，９６６号、特許第６，１３４，３００号及び国際公報ＷＯ０９７／０７７４０を含む。
【０００６】
本発明の目的は、Ｘ線管の陽極アセンブリーの形状寸法及び構造を改善して、Ｘ線出力、シールの完全性或いは効率を犠牲にせずに広い放射角を提供すると共に管の耐用寿命のために必要なゲッターの効率的配置を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好ましい実施態様では、Ｘ線管は、管フレームと、陰極アセンブリーと陽極アセンブリーとを有し、該陽極アセンブリーは、該管又はフレームと同軸の円錐形ターゲットを伴なう透過陽極を含む。陰極から電子ビームを受け取る該円錐形ターゲットの凹面側は該管の反対側端部に位置する。低原子番号（低−Ｚ）、高熱伝導率の材料から形成されて、陽極はＸ線放射に関して高度に透過性であって、約０．５ないし５ミクロンの厚さの薄いターゲット膜を支持する。
【０００８】
一実施態様では、陽極は、陰極から最も遠い端部に頂点を有する完全な円錐体である。陽極ハウジングは外側が丸いか或いは弾丸形であり、該円錐体は陽極本体の内面として形成され、陽極本体が電気伝導性である場合には陽極自体を含む。好ましくは薄膜を含むターゲットは円錐面上にデポジットされる。陽極本体が電気伝導性でなければ、ターゲットは、伝導性材料でなければならず、陽極本体の外面に至る伝導路を持っていなければならない。
【０００９】
ゲッターは陽極アセンブリーに収容されうるのが有利である。この目的のために、陽極アセンブリー内側の、該円錐体の基部に近い環状の拡大された領域又は凹部は円柱状のゲッターを包含することができる。該Ｘ線管の真空排気は、真空チャンバー内で該管の処理及び最終密封を行うことにより、或いは該管アセンブリー上の他の場所に位置する真空排気ポートによって行われうる。
【００１０】
陽極本体材料はベリリウム、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、シリコン又は他の低−Ｚで高熱伝導性の材料であって良く、陽極薄膜ターゲット材料は白金、金、タングステンなどであって良い。更に、これらの材料は電子管両立性で密封可能である。低−Ｚ本体と円錐形状とは、所望ならば、軸方向を含む、陽極のドーム型端部の周囲における実際上全方向へのＸ線の放射のための備えである。
【００１１】
第２実施態様では陽極アセンブリーは円錐形内壁を有するが、その円錐の頂点があるところに、ゲッター材料のための空洞と真空排気ポートとに通じる軸穴を有する。この構成の１つの形では、陽極アセンブリーは基部側の端部に、該管フレームの内部空洞の残部への結合のための円柱状空洞を有し、陽極アセンブリーの円柱状空洞は先細端部に至る、すなわち、該円錐が陽極として役立つ。該円錐の穴から少し末端側に、ゲッター材料のための空洞又はチャンバーに通じる通路がある。この実施態様においてチュービュレーションが陽極本体の端部に相対して密封され、このチュービュレーション自体はゲッター・チャンバーの延長部を形成することができる。このチュービュレーションの末端部は、真空排気後に挟みつぶされる。
【００１２】
第３の実施態様では、円錐形内面を有する陽極と管フレームとは，Ｘ線管製造プロセス中に陽極とフレームとを結合させる必要をなくする一体のアセンブリーとして形成される。この一体化された陽極及びフレームの構造は、ゲッター材料のための内部空洞を包含することができ、或いは、ゲッター・チャンバーの延長部を形成するチュービュレーションを有する真空排気ポートを持つことができる。この実施態様のＸ線管の真空排気は、真空チャンバー内で該管を組み立てることにより、或いは該アセンブリーに位置する排気ポートを通して、実行されうる。
【００１３】
第４の実施態様では、排気を提供するためのチュービュレーション・アセンブリーは、一端では管フレームと、反対側の端では円錐形内面を有する陽極と互いに密封され、これにより完成したＸ線管空洞を提供する。このチュービュレーション・アセンブリーは、ゲッター材料のための内部空洞を提供することもできる。この実施態様のＸ線管の真空排気は、チュービュレーション・アセンブリーに配置された排気ポートを通して実行されうる。
【００１４】
ゲッターが効率的に包含されていて陽極構造が該アセンブリーの末端からの殆ど全方向へのＸ線放射を許すＸ線管の、特に小型Ｘ線管の効率的陽極構造を提供することが本発明の主要な目的のうちの１つである。本発明のこれらの、及びその他の目的、利点及び特徴は、好ましい実施態様についての以下の記述を図面と共に検討することから明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面において、図１は、本発明による陽極端部１２を含むＸ線管アセンブリー１０の一部分を示す。陽極アセンブリー１２は、この実施態様では、低−Ｚ、高熱伝導率材料を含む陽極本体１６により形成された弾丸状、ドーム状又は概して半球形又は丸い末端部１４を有する。例は、ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ダイヤモンド又は酸化アルミニウムである。他の望ましい材料は、アルミニウム或いはベリリウムの合金、或いはその組み合わせである。この様な材料は、Ｘ線放射に対しては非常に僅かな障壁となるだけであり、一方、陽極アセンブリー及びＸ線管から熱を効率よく伝導除去することを可能にする。本体材料はＸ線に対して殆ど透明である。
【００１６】
この陽極本体１６は、円錐形又は本質的に円錐形で、電子により衝撃が与えられたときにＸ線を生じさせるための薄膜ターゲット２０でコーティングされている内面１８を有する。円錐形状は、半球形状と比べると、電子ビーム２２の全ての部分が陽極表面に本質的に同じ角度で衝突するという利点を有する。これは、管軸から電子ビームまでの距離が異なれば入射角が顕著に変化する半球形又はその他の形状と比べて、より再現可能なＸ線出力を生じさせる。円錐形陽極は、電子ビーム形状の変化に対して同様に鈍感である。本書で使われている“円錐形”は、頂点を有する実質的に完全な円錐と、円錐台との両方を含む。４５ｋＶの電子ビーム・エネルギーで動作する好ましい実施態様では、円錐の頂点円錐角は６０度である。円錐角は、特定の電子ビーム・エネルギー、又は例えば２０ないし５０ｋｅＶなどの或る範囲の電子ビーム・エネルギーでの動作に合うように最適化されうる。
【００１７】
陽極上の薄膜ターゲット２０は、円錐形内面１８上にコーティング又はデポジットされた材料から構成される。その様な薄膜材料は、白金、金、タングステンなどの、電子衝撃に応答してＸ線を放射すると良く知られている高−Ｚ材料であって良い。薄膜ターゲットは、特定のＸ線スペクトル分布を必要とする特殊なＸ線管アプリケーションのためにチタン、クロム、銅などの低−Ｚ材料であっても良い。薄膜ターゲットの厚さは、ターゲット材料、電子ビーム・エネルギー及び所望のＸ線スペクトル分布及び空間分布により約１ないし５ミクロンの範囲内にあって良く、より好ましくは、約０．５ないし５ミクロンであって良い。１つの好ましい実施態様では、薄膜ターゲットは約２ミクロンの厚さの白金を含む。他の特定の実施態様では、ターゲット薄膜は、０．１ミクロンの厚さのチタン及びタングステンの第１層（付着のためのベース層）と、１ミクロンの厚さの金の第２層とを含む。一般的に、薄膜ターゲットは１９より大きな原子番号を有する１つ以上の物質を含む。陽極円錐角と、いろいろな厚さ及び組成の２ないし５つの層を含む薄膜ターゲットとの選択は、２０ないし７０ｋｅＶなどの電子ビーム・エネルギーの１つの範囲にわたる動作のためにＸ線空間分布及びエネルギーを調整することを可能にする。
【００１８】
もし陽極本体１６が電導性でなければ、薄膜ターゲット２０が伝導性陽極として役立つ。薄膜ターゲット２０との電気的接続は電導性陽極−フレーム間シール２３と陽極本体内の内部コーティングとを介して行われて良く、或いは内面１８から外部への導体で満たされた穴を通して行われても良い。これは、全ての実施態様に当てはまることである。
【００１９】
陽極アセンブリー１２の構成は、内面１８が円錐形であってもなくても、有意な能動的体積を持つゲッター２４をＸ線管内に配置するための効率的な場所を提供する。図１は、図示されているように陽極本体内の凹所として形成された陽極本体内の円筒状或いは環状の凹所２６に収容された円筒環状部材としてゲッター２４を示している。リング状のゲッター２４は、管内の中央のスペース又はその他のスペースを占める固形のゲッター・ペレットと比べて面積及び体積の両方において比較的に大きくてよい。本発明のＸ線管は好ましくは小型Ｘ線管であり、付加的なゲッター面積及び体積は、管内圧力を低下させることによりＸ線管の寿命を改善するための重要な考慮事項であり得る。
【００２０】
図２Ａは、陽極アセンブリー１２の末端部１４の軸方向図であり、この端部は滑らかな外面を有する。図２Ｂは、熱伝達効率を改善するために表面積が大きくされている代わりの末端部１４の軸方向図である。表面積は、図２Ｂに示されているように実質的に半球状の端部形状に真っ直ぐな溝又は渦巻き２８を付け加え、或いは図２Ｃに示されているように螺旋形のみぞ又は渦巻き３０を付け加えることによって大きくされ得る。熱伝達効率をなお高めながら溝又は渦巻きの数及び形状を大幅に変化させることができる。
【００２１】
図３は、異なる陽極アセンブリー３４を有するけれども、円錐の一部分を画定する内面３６をなお包含しているＸ線管アセンブリー３２の一部分を示す。この陽極アセンブリーでは、薄膜ターゲット３８は円錐形内面３６から端部窓４０を横断して広がっている。この構成の目的は、好ましくは小型Ｘ線管であるＸ線管からのＸ線フラックスを増大させることである。陽極は本質的に細長く、端部には端部窓４０がある。円錐形内面３６と端部窓４０との上の薄膜ターゲット３８で発生したＸ線は、所望の場合には軸方向を含む広い角度範囲にわたって放射され得る。この切頭円錐構造は、材料の単一の部材から製造された陽極本体でも達成され得る。
【００２２】
図４は、本発明の他の重要な実施態様を含むＸ線管アセンブリー４２の一部分を横断面図で示す。本発明のこの形は好ましくは約１ｍｍ程度の外径を有する小型Ｘ線管で具体化されるけれども、同様の構造をより大きな管に適用することができる。陽極アセンブリー４４は、Ｘ線管の末端部に示されていて、端部には真空排気ポート４６と、図面では摘み切られて示されている好ましくは銅を含むチュービュレーション４８とがある。該陽極アセンブリーの主要な構成要素は陽極本体５０であり、これは、ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、或いはアルミニウム−ベリリウム合金などの低−Ｚ、高熱伝導率材料から形成されていて、図示されているように軸方向穴を有する。窒化アルミニウムは、効率的製造と、容認しうるＸ線透過率及び熱伝導率とに配慮して、使用されている。多くのアプリケーションについての１つの付加的な利点は、窒化アルミニウムがベリリウム或いはダイヤモンドなどの材料より大きな低エネルギーＸ線吸収を提供することであり、このことは、放射照射量が高エネルギーＸ線のみに関して最良に管理される場合に望ましい。管フレーム５８は、陽極−フレーム間シール６０の箇所で陽極アセンブリー４４に相対して密封される。このシールは、好ましい実施態様では、銅−銀・活性金属ろう付け合金であるクシルエービーエー（Ｃｕｓｉｌ  ＡＢＡ）などの材料を用いるろう付けにより達成される。その代わりとして、陽極本体５０及び管フレーム５８のそれの中間の熱膨張特性を有するコバール、モリブデン又はタンタルなどの中間材を用いることができる。陽極−フレーム間シール６０は、これら２つの構成部分の間に高完全性のシールを作るためにろう付け温度に熱せられるろう付け材料に加えてコバール、モリブデン又はタンタルのワッシャーを含むことができる。
【００２３】
この陽極本体は、より小さな直径まで先細にされ、或いは図４に示されているように末端部を丸くされても良い。陽極本体５０の末端部はチュービュレーション・シール５２の箇所でチュービュレーション４８と接し、それは、もしチュービュレーション４８が銅から形成されるのであれば、銅−銀・活性金属合金結合材であって良い。図示されているように、この実施態様では、陽極アセンブリー４４はチュービュレーション４８と共に、ゲッター５６を包含するゲッター空洞５４を形成する。このゲッター５６は、図４に示されているようにペレットの形であって良く、或いはストリップ又はリングであっても良い。
【００２４】
図１，３及び４において組み立てられている構成部分の全ては軸対称である。しかし、チュービュレーション４８は、陽極本体上の他の場所に置かれても良い。
【００２５】
図４において、陽極アセンブリー４４は、真空排気ポート４６で終わる円錐台状の内面６２を有する。円錐形内面６２にコーティングされている薄膜ターゲット２０は陽極自体を含む。真空排気ポート４６は、図示されている実施態様においてより大きな直径の通路６４に開いて、チュービュレーション４８と共同してゲッター空洞５４を形成する。
【００２６】
該ゲッター位置は、血管又は他の管腔におけるＸ線治療などの一定のアプリケーションのために追加の利点を提供することができる。管の末端６６からの軸方向６８に沿ってのＸ線の伝導を妨げることが重要であることが良くある。図５Ａに示されているように、ゲッター５６とチュービュレーション４８とは厳密な軸方向へのＸ線放射を或る程度妨げる。ゲッター５６とチュービュレーション４８とは、最小限の軸方向遮断が望ましければ、最小限の直径を持つことができ、遮断された領域７０は軸に沿う細い円錐として示されている。Ｘ線は、ターゲットの全ての部分から放射される。放射されるＸ線の分布は、アプリケーションの必要に応じて、より等方性であるように或いはより特殊化するように、調整され得る。末端の、軸方向に組み込まれたゲッターは、該ゲッターの半径方向及び軸方向の大きさを調整することによって、前方への放射分布を大幅に変化させることができる。図５Ｂは、薄膜ターゲット２０を支持する円錐形内面６２ａの角度を大きくし、またチュービュレーション４８及びゲッター５６の直径を大きくすることによって、放射の前方分布が大きく広く減少させられることが示されている。
【００２７】
図６は，Ｘ線管の処理の後に真空排気ポート４６を密封するように陽極本体１６に直接組み込まれた陽極シール７２を含む他の実施態様を示す。陽極シール７２はインジウム又は金などの単一の材料から形成され得るけれども、図６に示されているように２つの材料から形成されても良い。２つの材料を用いれば、陽極からのＸ線放射パターンをより柔軟に形成することが可能になる。金などの高−Ｚ陽極プラグ７４は管軸に沿ってのＸ線伝導を阻止することができ、インジウムなどの別の材料は気密シール７６を提供することができる。陽極本体１６が酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ダイヤモンド又は酸化アルミニウムなどの非伝導性材料を含むならば、高−Ｚ陽極プラグ７４と気密シール７６とは薄膜ターゲット２０との電気接続のためにも使用され得る。
【００２８】
不均一な組成を有する陽極本体を製造することにより、１つ以上の利点が得られる。第１に、より高いＺの元素の割合を陽極本体内における位置と共に変化させることによってＸ線放射の空間分布及び／又はエネルギー分布を変化させることができる。第２に、陽極本体の組成を変化させることによって熱膨張係数を変化させ、これにより陽極を異種のフレーム材料およびチュービュレーション材料に結合させる能力を高めることができる。第３に、陽極の熱伝導率を組成で調整してより効率的な熱伝達プロフィールを提供することができる。その様な段階的組成を達成するために、窒化アルミニウムをいろいろな濃度の、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化サマリウム又は他の希土類酸化物などの焼結材料と組み合わせることができる。
【００２９】
図７Ａは、図７Ｃの付随線図８２で概略的に示された半径方向組成勾配で成分Ｂ８０を通して分布させられた成分Ａ７８から構成された陽極本体１６を示している。線図８２において、原子番号が半径と共に変化するパーセンテージとして示されている。図７Ａの破線は成分Ａ７８の濃度変化を表す。図７Ａにおいて、成分Ａの濃度は陽極表面で高くて、中心軸の方に向かって低下する。このタイプの勾配は，Ｘ線分布を整形するために望ましい可能性がある。
【００３０】
図７Ｂは、成分Ｃ８４及び成分Ｄ８６から構成される陽極本体１６を示し、軸方向組成勾配が図７Ｄの付随線図８８に概略的に示されている。線図８８において、原子番号が軸方向位置と共に変化するパーセンテージとして示されている。図７Ａの破線は、成分Ｄ８６の濃度変化を表す。この軸方向組成勾配は、たとえば、物理蒸着法或いは化学蒸着法により、或いは溶融物或いはスラリーからのシーケンシャルなデポジションにより得られうる。成分Ｃ８４の濃度は陽極本体の基端部で高く、末端部に向かって低下する。このタイプの勾配は、熱膨張係数又は熱伝導率、またＸ線分布を変化させるために望ましい可能性がある。
【００３１】
図７Ａ及び７Ｂの例は２つの成分に言及しているけれども、これらの構想は３種類以上の元素で実現され得る。
【００３２】
図７Ａ−７Ｄに示されている勾配の代わりとして、陽極本体の外面の選択的コーティングによってＸ線放射パターンの整形及び平均Ｘ線放射エネルギーを達成することができる。例えば、窒化アルミニウムのような低−Ｚ元素と１９以上のＺを有する銀などの１つ以上の元素との物理蒸着或いは化学蒸着により、この目的を達成することができる。
【００３３】
構成を簡単にするために、おそらく，Ｘ線管アセンブリーの内面にゲッター材料を直接デポジットするのが望ましいであろう。この構想が図８に示されていて、薄膜ゲッター９０が陽極本体１６の内面１８にデポジットされる。薄膜ゲッター９０は、Ｘ線管の動作に影響を及ぼすことなく陽極−フレーム間シール６０を横断して管フレーム５８の中に広がることができる。
【００３４】
図９は、陽極本体材料１６と管フレーム５８とがＸ線管本体９２を形成する一体部材である実施態様を示す。この実施態様の利点は、前の図に示されている陽極アセンブリーとフレームとの間の陽極−フレーム間シール６０が削除されてＸ線管アセンブリーが簡単化されていることである。この実施態様では、陽極シール７２が幾つかの機能を実行する。Ｘ線管本体９２が酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ダイヤモンド或いは酸化アルミニウムなどの絶縁材料から製造されるならば、高Ｚ陽極プラグ７４と、陽極シール７２を構成する気密シール７６とは薄膜ターゲット２０との電気的接触を提供する。高Ｚ陽極プラグ７４は、また、軸方向６８に沿ってのＸ線放射を遮る。管軸に沿ってより多くのＸ線透過が望まれるならば、低Ｚ導体を使用することができる。気密シール７６だけで有効な陽極シール７２を達成することができる。
【００３５】
図９に示されている一体のＸ線管本体９２は、図１に示されているゲッター２４、図８に示されているデポジットされた薄膜ゲッター９０、或いはその他の、前述された小型Ｘ線源構造の特徴物を含むように構成され得る。
【００３６】
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の重要な実施態様を含むＸ線管の２つの横断面を示す。本発明のこの形は、好ましくは、約１ｍｍ程度の外径を有する小型Ｘ線管で具体化されるが、同様の構成をより大きな管に適用することができる。図１０Ａは、Ｘ線管の末端部に薄膜ターゲット２０を有する陽極本体１６と、陽極−フレーム間シール６０と、該管の基端部に近い陰極アセンブリー９６及び陰極−フレーム間シール９８を有するＸ線管フレーム５８とを含むＸ線管アセンブリー９４の横断面を示す。管フレーム５８は該管の全長の主要な部分を画定する。真空排気された管は、おおよそ図に示されているポイントＡ’及びＢ’の間に延在する。
【００３７】
図１０Ｂは，Ｘ線管の末端部に存する薄膜ターゲット２０を有する一体のＸ線管フレーム９２と、該管の基端部に近い陰極アセンブリー９６及び陰極シール９８とを含むＸ線管アセンブリー１００の横断面を示す。該管は、図１０Ａの場合と同様にＸ線管アセンブリー１００の全長にわたって延在する。
【００３８】
図１１は、本発明の他の重要な実施態様を含むＸ線管アセンブリー４２の一部を横断面図で示す。陽極アセンブリー４４はＸ線管の末端部に示されて、チュービュレーション・アセンブリー１０２に相対して密封されており、該チュービュレーション・アセンブリーは、真空排気ポート１０６を有するチュービュレーション・カラー１０４と、図面においては摘み切られて図示されている好ましくは銅を含むチュービュレーション１０８とを含む。陽極アセンブリー４４は、陽極−チュービュレーション・アセンブリー間シール１１０においてチュービュレーション・アセンブリー１０２に相対して密封されている。陽極−チュービュレーション間シール１１０は１つの好ましい実施態様では銅−銀活性金属ろう付け合金を含む。管フレーム５８は、フレーム−チュービュレーション・アセンブリー間シール１１２においてチュービュレーション・アセンブリー１０２の反対側端部に相対して密封されている。これらのシールは、１つの好ましい実施態様では、クシル（Ｃｕｓｉｌ）などの材料を用いてろう付けにより達成される。チュービュレーション・カラー１０４は、コバール、モリブデン又はタンタルなどの材料を含むことができる。チュービュレーション・カラー１０４は、チュービュレーション・シール１１４を介してチュービュレーション１０８に相対して密封されている。チュービュレーション・シール１１４は、１つの好ましい実施態様では、クシル又は５０％銅−５０％金合金から成る。この実施態様に示されているように、チュービュレーション・アセンブリー１０２はゲッター１１８を包含するゲッター空洞１１６を形成する。ゲッター１１８は、１つの好ましい実施態様では、ストリップ又はリングであって良い。或いは、ゲッター１１８は、図１１Ｂに示されているようにチュービュレーション１０８の中に置かれても良い。
【００３９】
上記のように、これらの好ましい実施態様におけるＸ線管アセンブリー９４又は１００のサイズは非常に小さい。該管の外部直径は約１ｍｍ程度であって良く、該管の陰極から陽極までの長さは約８或いは９ｍｍであって良い。これは、治療のための非常に局所化されたＸ線線量を管理するために身体の管腔その他の空洞で使用され得る小型の切り替え可能なＸ線源を提供する。
【００４０】
上記の好ましい実施態様は、本発明の原理を具体的に説明するように意図されているが、その範囲を限定するように意図されてはいない。他の実施態様と、この好ましい実施態様に対する変更とは、当業者にとっては明白であって、次に述べる請求項において定義されている発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】Ｘ線管アセンブリーの陽極端部の一部分を示す横断面側面図である。
【図２Ａ．２Ｂ．２Ｃ】３つの代替表面外形を示す、陽極末端部の軸方向図である。
【図３】陽極端部を含む、他の実施態様のＸ線管の一部分を示す立面横断面図である。
【図４】陽極端部を示す、Ｘ線管の別の実施態様を示す横断面側面図である。
【図５Ａ．５Ｂ】２つの別々の構成でのＸ線放射ブロッケージを示す図４の実施態様の側面横断面図である。
【図６】軸方向陽極シールを有するＸ線管の別の実施態様を示す側面横断面図である。
【図７Ａ．７Ｂ．７Ｃ．７Ｄ】図７Ａ及び７Ｂは、陽極本体における組成勾配を示す側面横断面図である。    図７Ｃ及び７Ｄは、夫々図７Ａ及び７Ｂにおける組成勾配を示す添付グラフである。
【図８】薄膜ゲッターと、陽極本体におけるその閉じ込めとを示す側面横断面図である。
【図９】本発明のＸ線管における一体化された管及び陽極本体を示す側面横断面図である。
【図１０Ａ．１０Ｂ】本書に記載されている陽極アセンブリーと陰極アセンブリーとを各々含む本発明のＸ線管の実施態様を示す側面横断面図である。
【図１１Ａ】チュービュレーション・アセンブリーを含む他の実施態様のＸ線管アセンブリーの一部分を示す横断面側面図である。
【図１１Ｂ】ゲッター配置に関して部分的に変更された実施態様を示す、図１１Ａに類似する図である。
【図１】
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【図２Ａ．２Ｂ．２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ．５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ．７Ｂ．７Ｃ．７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ．１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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