(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に真空室を形成する装置本体と熱電子を放出する電子銃と回転対陰極とを備えたＸ線発生装置における反射型Ｘ線管ターゲットにおいて、
（ａ）傾斜を有する円錐台形形状をなし、
（ｂ）基材として銅を用い、該銅の表面をタングステン（Ｗ）膜で被覆し、該Ｗ膜の厚さを０．１μｍから０．７μｍとなし、
（ｃ）電子ビームの入射角が１０°から５０°で、かつ、Ｗ−連続Ｘ線の取り出し角が４０°から９０°の範囲にあることを特徴とするＸ線管ターゲット。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が３０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０. ３μｍであることを特徴とするＸ線管ターゲット。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が４０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０. ５μｍであることを特徴とするＸ線管ターゲット。
【請求項４】
請求項１記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が５０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０. ７μｍであることを特徴とするＸ線管ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線発生装置に係り、開放型Ｘ線発生装置に用いられる回転対陰極（又は回転陽極）Ｘ線管のターゲット（対陰極）構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管はＸ線回折装置やＸ線医療診断装置等のＸ線発生源として必須のものであり、電子銃に対向してターゲットを配置し、電子銃から出射された電子をターゲットの表面に衝突させて、ターゲットの表面からＸ線を発生させる構造になっている。代表的なＸ線管では、電子ビームによる焦点スポットに発生する熱を分散させる目的で、ターゲットを回転させる回転対陰極構造が取られている。
【０００３】
ターゲットの表面部は銅、タングステン、クロム、コバルトなどの各種の金属が用いられている。この材料に応じて、発生するＸ線の波長等の特性が異なる。ターゲットは高温になるため、ターゲットには冷却機構が備えられている。
【０００４】
また、ターゲットは熱伝導の良好な銅に各種金属を被覆している。表面部材は通常、銅のディスクに各種金属をメッキ等で処理を施したり、各種金属をはめ込み等で作製するため、ターゲットは数ｍｍの厚さを有している。
【０００５】
電子ビームの照射により、被照射スポットは高温になる。これを避けるため、ターゲットを冷却すると同時に、６０００から１００００ｒｐｍで高速回転させる。これにより表面部の温度は約１０００℃以下に抑えられる。
【０００６】
回転対陰極型Ｘ線管は長年、基本的な構造は変わっていないが、応用面が広くなり、より大きな強度のＸ線、実験室でのより小型の装置が求められている。
【０００７】
一方、Ｘ線はディスクに垂直に電子ビームが当てられている。すなわち、金属面に対して９０°に入射している。取り出し角は面に対して３から１２°、通常６°近辺で用いられている。
【０００８】
先行している関連特許出願では、ターゲットとしては特開平９−１６１６７３号、特開平１１−２１３８８０号、熱対策としては特開平１０−２３３１６０号、特開２０００−３４０１４８号、管球構造として、斜めターゲット形状を有する特開平９−６９３９６号などが挙げられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＸ線管ターゲットでは、表面金属の膜厚が経験的に１００μｍになっていることを見直した。一方、Ｘ線はディスクに垂直に電子ビームが当てられている金属面に対して９０°に入射している。取り出し角は面に対して３から１２°、通常６°近辺で用いられている。この値も経験的であり、見直すことにより、効率よくＸ線を取り出す方法を検討した。
【００１０】
その結果、本発明は、上記状況に鑑みて、表面金属の厚みをより薄くして、基材である銅により熱伝導を高め、冷却効果を向上させるとともに、効率よくＸ線を取り出すことができるＸ線管ターゲットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕内部に真空室を形成する装置本体と熱電子を放出する電子銃と回転対陰極とを備えたＸ線発生装置における反射型Ｘ線管ターゲットにおいて、（ａ）傾斜を有する円錐台形形状をなし、（ｂ）基材として銅を用い、その銅の表面をタングステン（Ｗ）膜で被覆し、このＷ膜の厚さを０．１μｍから０．７μｍとなし、（ｃ）電子ビームの入射角が１０°から５０°で、かつ、Ｗ−連続Ｘ線の取り出し角が４０°から９０°の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が３０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０．３μｍであることを特徴とする。
【００１３】
〔３〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が４０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０．５μｍであることを特徴とする。
【００１４】
〔４〕上記〔１〕記載のＸ線管ターゲットにおいて、前記電子ビームの加速度電圧が５０ｋＶにおいて、前記Ｗ膜の厚さが、略０．７μｍであることを特徴とする。
【００１５】
上記したように、Ｗ膜の厚さは、好ましくは０．１μｍから０．７μｍである。それは、０．１μｍ以下になると、不要な下地からのＸ線が出ることになり、不具合なためである。
【００１６】
また、照射された電子ビームがそのエネルギー損失量の７０％から９０％を基材金属（例えば、銅）内でなされるようにする。従来は、被覆金属が１００μｍの厚さであり、電子ビームのエネルギーはすべて被覆金属内で消滅している。冷却効率が比較的悪い被覆金属を最小限の厚さとし、冷却効率の良い銅をぎりぎりまで広げる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例を示すＸ線管ターゲットの構成断面図である。
【００１９】
この図において、１は円錐台形Ｘ線管ターゲット、２はそのＸ線管ターゲット１の内部に形成される基材（材質は銅）、３はその基材を被覆している金属被覆膜（材質はＷ）、４はＸ線管ターゲット１の回転中心軸、５は金属被覆膜の表面に対する垂直線（法線）、６は入射電子ビーム、７は取り出されるＸ線、α1 は入射角（入射電子ビームが照射される面の法線５と入射電子ビーム６とのなす角）、θ1 は取り出し角〔入射電子ビーム６が照射される面（金属被覆膜面）と取り出しＸ線７のなす角度〕である。ここでは、α1 は４７°、θ1 は４５°、金属被覆膜３の膜厚を１μｍ以下にすることにより、実用的に優れたものを得ることができる。
【００２０】
図２は従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットとのＸ線スペクトル特性図であり、縦軸に強さ／電子、横軸にエネルギー（ｋｅＶ）を示している。なお、従来のＸ線管ターゲットの照射面と入射ビームのなす角は９０°、取り出し角は１０°である。また、図２における、ａは本発明のＸ線管ターゲットとのＸ線スペクトル特性、ｂは従来例を示している。
【００２１】
この図から明らかなように、本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットのＸ線スペクトル特性が優れていることが分かる。
【００２２】
また、入射電子ビームの加速電圧によって金属被覆膜の厚さは最適なものを選定するのが望ましい。
【００２３】
以下、その点について詳細に説明する。
【００２４】
図３は本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧３０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グラフの◆はＸ線強度を、■は冷却効率を示している。
【００２５】
この図から明らかなように、Ｘ線強度及び冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さは、０．３μｍ程度であることがわかる。
【００２６】
ここで、冷却効率の評価は下記の通りである。
【００２７】
図４は本発明にかかるＸ線管ターゲットの冷却効率の評価の説明図である。
【００２８】
この図において、８は（ｄＥ／ｄＺ）Cu：Ｃｕ基材中でのエネルギー損失、９は（ｄＥ／ｄＺ）W ：Ｗ被覆膜中でのエネルギー損失であり、エネルギー損失は発生する熱に比例するとすると、
冷却効率＝〔（ｄＥ／ｄＺ）Cu×σCu〕／〔（ｄＥ／ｄＺ）Cu×σCu〕＋
（ｄＥ／ｄＺ）W σW   …（１）
ここで、σCuは銅の熱伝導度
σW はタングステンの熱伝導度であり、
σCu／σW （５７３°Ｋにおいて）≒３．８／１．５を用いている。
【００２９】
上記（１）式は、Ｃｕ中でのエネルギー損失が大きい程、冷却効果が大きい（Ｃｕは水を流して冷却されている）。
【００３０】
一方、Ｗ中でのエネルギー損失が大きい程、冷却効果が低くなると考えて、上記（１）のような式で冷却効率を評価することにした。
【００３１】
図５は本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧４０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グラフの▲はＸ線強度を、■は冷却効率を示している。
【００３２】
この図から明らかなように、Ｘ線強度及び冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さは、０．５μｍ程度である。
【００３３】
図６は本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧５０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図であり、横軸にＷ被覆膜の厚さ（μｍ）、左側の縦軸にＸ線強度（任意単位）、右側の縦軸に冷却効率（任意単位）が示されている。また、グラフの■はＸ線強度を、●は冷却効率を示している。
【００３４】
この図から明らかなように、Ｘ線強度及び冷却効率を総合的に見ると、最適な金属被覆膜の厚さは、０．７μｍ程度であることがわかる。
【００３５】
図７は本発明の第２実施例を示すＸ線管ターゲットの構成断面図である。
【００３６】
この図において、１１は円錐台形のＸ線管ターゲット、１２はそのＸ線管ターゲット１１の内部に形成される基材、１３はその基材を被覆している金属被覆膜、１４はＸ線管ターゲットの回転中心軸、１５は金属被覆膜の表面に対する垂直線（法線）、１６は入射電子ビーム、１７は取り出されるＸ線、α2 は入射角（入射電子ビーム１６が照射される面の法線１５と入射電子ビーム１６とのなす角）、θ2 は取り出し角〔入射電子ビーム１６が照射される面（金属被覆膜面）と取り出しＸ線１７のなす角度〕である。ここでは、α2 は４７°、θ2 は９０°、金属被覆膜１３の膜厚は１μｍ以下にすることにより、第１実施例に比べて数％Ｘ線強度を大きくすることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３９】
（Ａ）表面金属（被覆金属膜）の厚みを０．１μｍから０．７μｍと薄くして、基材である銅により熱伝導を高め、冷却効果を向上させるとともに、効率よくＸ線を取り出すことができる。
【００４０】
（Ｂ）所定の入射角度及び取り出し角度で、表面金属（被覆金属膜）の厚さは、例えば、入射電子ビームの加速電圧３０ｋＶで０．３μｍ、入射電子ビームの加速電圧４０ｋＶで０．５μｍ、入射電子ビームの加速電圧５０ｋＶで０．７μｍがＸ線強度及び冷却効率が最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示すＸ線管ターゲットの構成断面図である。
【図２】  従来のＸ線管ターゲットと本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットとのＸ線スペクトル特性図である。
【図３】  本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットとの入射電子ビームの加速電圧３０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図である。
【図４】  本発明にかかるＸ線管ターゲットの冷却効率の評価の説明図である。
【図５】  本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧４０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図である。
【図６】  本発明の第１実施例におけるＸ線管ターゲットの入射電子ビームの加速電圧５０ｋＶでのＸ線強度及び冷却効率の金属被覆膜の厚さ依存特性図である。
【図７】  本発明の第２実施例を示すＸ線管ターゲットの構成断面図である。
【符号の説明】
１，１１    円錐台形Ｘ線管ターゲット
２，１２    Ｘ線管ターゲットの内部に形成される基材（材質は銅）
３，１３    金属被覆膜（材質はＷ）
４，１４    Ｘ線管ターゲットの回転中心軸
５，１５    金属被覆膜の表面に対する垂直線（法線）
６，１６    入射電子ビーム
７，１７    取り出されるＸ線
８    （ｄＥ／ｄＺ）Cu：Ｃｕ基材中でのエネルギー損失
９    （ｄＥ／ｄＺ）W ：Ｗ被覆膜中でのエネルギー損失
【図１】
0004010391.tif 000002
【図２】
0004010391.tif 000003
【図３】
0004010391.tif 000004
【図４】
0004010391.tif 000005
【図５】
0004010391.tif 000006
【図６】
0004010391.tif 000007
【図７】
0004010391.tif 000008