(57)【要約】【課題】傾斜ターゲット構造を備えたＸ線発生管を有するＸ線発生装置において、ターゲットと陽極部材との接合部におけるクラックの発生によるＸ線放出動作の不具合の発生を防止する。【解決手段】ターゲット２０を傾斜して保持する突出部１６において、ターゲット２０と突出部１６とを接合する接合材の融点における突出部１６の外周の最長部の長さＬ１、最短部の長さＬ２、２５℃における最長部の長さＬ１’、最短部の長さＬ２’を、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２’＞（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１’となるように、突出部１６を線膨張係数の互いに異なる二種類の材料で形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生管と、収納容器と、前記収納容器の内部の余剰空間に充填された絶縁性流体と、を備え、
前記Ｘ線発生管が、絶縁管と、前記絶縁管の一方の開口に接合された陰極と、前記絶縁管の他方の開口に接合された陽極とを有し、
前記陽極は、ターゲットと、接合材を介して前記ターゲットを保持する陽極部材とからなり、
前記収納容器に設けられた開口に前記陽極部材が固定され、
前記陽極部材は、前記絶縁管の管軸方向において前記絶縁管から離れる方向に突出する突出部を有し、前記突出部において前記ターゲットが前記管軸に直交する面に対して傾斜して保持され、前記突出部における前記ターゲットの保持部の外周において、前記収納容器に前記陽極部材が固定された固定位置から前記保持部までの前記管軸方向の長さが最も長い最長部と最も短い最短部とが、前記ターゲットを挟んで前記ターゲットの傾斜方向に配置しているＸ線発生装置であって、
前記最長部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ１、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ１’、前記最短部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ２、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ２’とした時、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１で示される前記最長部の熱膨張率Ｌ１ｅｍと、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２で示される前記最短部の熱膨張率Ｌ２ｅｍとが、Ｌ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍの関係を満たすことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記Ｌ１、前記Ｌ２、前記Ｌ１ｅｍ、前記Ｌ２ｅｍが、（Ｌ１／Ｌ２）2＞Ｌ２ｅｍ／Ｌ１ｅｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記Ｌ１、前記Ｌ１’、前記Ｌ２、前記Ｌ２’が、｜（Ｌ１−Ｌ１’）／（Ｌ２−Ｌ２’）｜≧０．８の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記Ｌ１、前記Ｌ１’、前記Ｌ２、前記Ｌ２’が、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記突出部は、矩形の先端面を有し、前記先端面に前記保持部を有しており、前記先端面の外周の相対する一対の辺が、前記管軸に直交する面に平行に配置し、前記一対の辺の一方が前記最長部、他方が前記最短部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項６】
異なる温度Ｔ１［℃］，Ｔ２［℃］において前記突出部を測長することにより求められた前記最長部と前記最短部の熱膨張率がＬ１ｓ、Ｌ２ｓであり、前記接合材の融点がＴｍ［℃］であり、Ｔｍ＞Ｔ２＞Ｔ１である時、前記Ｌ１ｅｍと前記Ｌ２ｅｍとは、それぞれ、
Ｌ１ｅｍ＝Ｌ１ｓ×（Ｔｍ−２５）／（Ｔ２−Ｔ１）
Ｌ２ｅｍ＝Ｌ２ｓ×（Ｔｍ−２５）／（Ｔ２−Ｔ１）
で与えられる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Ｘ線発生装置。
【請求項７】
前記突出部は互いに線膨張係数が異なる二種類の材料から構成され、前記最長部及び前記最短部において、前記二種類の材料の含有量が異な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Ｘ線発生装置。
【請求項８】
前記最長部が前記二種類の材料で構成され、前記最短部がより線膨張係数の大きい材料のみで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線発生装置。
【請求項９】
前記最長部においては前記二種類の材料が前記管軸方向に積層され、前記最長部から前記最短部に向かって、より線膨張係数の小さい材料の厚さが漸減する請求項８に記載のＸ線発生装置。
【請求項１０】
前記突出部が前記二種類の材料を混合して形成され、前記最長部から最短部に向かって、より線膨張係数の小さい材料の含有量が漸減する請求項８に記載のＸ線発生装置。
【請求項１１】
Ｘ線発生管と、前記Ｘ線発生管を収納した収納容器と、前記収納容器の内部の余剰空間に充填された絶縁性流体と、を備え、
前記Ｘ線発生管が、絶縁管と、前記絶縁管の一方の開口に接合された陰極と、前記絶縁管の他方の開口に接合された陽極とを有し、
前記陽極は、ターゲットと、接合材を介して前記ターゲットを保持する陽極部材とからなり、
前記収納容器に設けられた開口に前記陽極部材が固定され、
前記陽極部材は、前記絶縁管の管軸方向において前記絶縁管から離れる方向に突出する突出部を有し、前記突出部において前記ターゲットが前記管軸に直交する面に対して傾斜して保持され、前記突出部における前記ターゲットの保持部の外周において、前記収納容器に前記陽極部材が固定された固定位置から前記保持部までの前記管軸方向の長さが最も長い最長部と最も短い最短部とが、前記ターゲットを挟んで前記ターゲットの傾斜方向に配置しているＸ線発生装置であって、
前記最長部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ１、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ１’、前記最短部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ２、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ２’とした時、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１’で示される前記最長部の熱膨張率Ｌ１ｅｒと、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２’で示される前記最短部の熱膨張率Ｌ２ｅｒとが、Ｌ２ｅｒ＞Ｌ１ｅｒの関係を満たすことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１２】
前記Ｌ１’、前記Ｌ２’、前記Ｌ１ｅｒ、前記Ｌ２ｅｒが、（Ｌ１’／Ｌ２’）2＞Ｌ２ｅｒ／Ｌ１ｅｒの関係を満たすことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線発生装置。
【請求項１３】
前記Ｌ１、前記Ｌ１’、前記Ｌ２、前記Ｌ２’が、｜（Ｌ１−Ｌ１’）／（Ｌ２−Ｌ２’）｜≧０．８の関係を満たすことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線発生装置。
【請求項１４】
前記Ｌ１、前記Ｌ１’、前記Ｌ２、前記Ｌ２’が、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’の関係を満たすことを特徴とする請求項１３に記載のＸ線発生装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の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、医療機器における診断応用及び産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用されるＸ線発生装置及びそれを備えたＸ線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線発生装置はＸ線発生管を備えており、Ｘ線発生管は陰極に設けた電子放出源から放出された電子を高電圧で加速し、陽極に設けたタングステン等の金属で構成されるターゲットに照射してＸ線を発生させる。ターゲットは貫通孔を有する陽極部材の該貫通孔に接合材を介して気密に接合されるが、電子が入射する側とは反対側からＸ線を放出させる透過型のターゲットの場合、通常は、電子が入射する表面の法線が電子の入射方向と一致するように固定される。これに対して、被照射物との干渉を防ぐことやＸ線の取り出し方向を変える等の目的でターゲット表面の法線が電子の入射方向に対して傾斜するように、ターゲットを取り付けた傾斜ターゲット構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたような、傾斜ターゲット構造では、通常の傾斜していないターゲット構造に比べて、Ｘ線放出駆動を繰り返す間に、ターゲットと陽極部材との間の接合部にクラックが発生しやすいという問題があった。ターゲットと陽極部材との接合部にクラックが発生した場合、Ｘ線発生管の気密が低下し、Ｘ線放出動作に不具合を生じてしまう。
【０００５】
本発明の課題は、Ｘ線発生管が傾斜ターゲット構造を備えたＸ線発生装置において、ターゲットと陽極部材との接合部におけるクラックの発生によるＸ線放出動作の不具合の発生を防止することにある。さらに、係るＸ線発生装置を用いて、動作が安定した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】
本発明の第一は、Ｘ線発生管と、前記Ｘ線発生管を収納した収納容器と、前記収納容器の内部の余剰空間に充填された絶縁性流体と、を備え、
前記Ｘ線発生管が、絶縁管と、前記絶縁管の一方の開口に接合された陰極と、前記絶縁管の他方の開口に接合された陽極とを有し、
前記陽極は、ターゲットと、接合材を介して前記ターゲットを保持する陽極部材とからなり、
前記収納容器に設けられた開口に前記陽極部材が固定され、
前記陽極部材は、前記絶縁管の管軸方向において前記絶縁管から離れる方向に突出する突出部を有し、前記突出部において前記ターゲットが前記管軸に直交する面に対して傾斜して保持され、前記突出部における前記ターゲットの保持部の外周において、前記収納容器に前記陽極部材が固定された固定位置から前記保持部までの前記管軸方向の長さが最も長い最長部と最も短い最短部とが、前記ターゲットを挟んで前記ターゲットの傾斜方向に配置しているＸ線発生装置であって、
前記最長部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ１、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ１’、前記最短部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ２、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ２’とした時、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１で示される前記最長部の熱膨張率Ｌ１ｅｍと、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２で示される前記最短部の熱膨張率Ｌ２ｅｍとが、Ｌ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍの関係を満たすことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第二は、Ｘ線発生管と、前記Ｘ線発生管を収納した収納容器と、前記収納容器の内部の余剰空間に充填された絶縁性流体と、を備え、
前記Ｘ線発生管が、絶縁管と、前記絶縁管の一方の開口に接合された陰極と、前記絶縁管の他方の開口に接合された陽極とを有し、
前記陽極は、ターゲットと、接合材を介して前記ターゲットを保持する陽極部材とからなり、
前記収納容器に設けられた開口に前記陽極部材が固定され、
前記陽極部材は、前記絶縁管の管軸方向において前記絶縁管から離れる方向に突出する突出部を有し、前記突出部において前記ターゲットが前記管軸に直交する面に対して傾斜して保持され、前記突出部における前記ターゲットの保持部の外周において、前記収納容器に前記陽極部材が固定された固定位置から前記保持部までの前記管軸方向の長さが最も長い最長部と最も短い最短部とが、前記ターゲットを挟んで前記ターゲットの傾斜方向に配置しているＸ線発生装置であって、
前記最長部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ１、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ１’、前記最短部において、前記接合材の融点における前記管軸方向の長さをＬ２、２５℃における前記管軸方向の長さをＬ２’とした時、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１’で示される前記最長部の熱膨張率Ｌ１ｅｒと、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２’で示される前記最短部の熱膨張率Ｌ２ｅｒとが、Ｌ２ｅｒ＞Ｌ１ｅｒの関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第三は、前記本発明の第一又は第二の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】
【０００９】
本発明によれば、ターゲットと陽極部材との接合工程において、室温にまで冷却した際に接合部に生じる応力が低減される。よって、本発明のＸ線発生装置においては、Ｘ線放出駆動時の温度変化によってＸ線発生管の陽極部材が熱膨張と収縮を繰り返しても、ターゲットと陽極部材との接合部にクラックが生じにくく、安定した動作が得られる。よって、Ｘ線発生装置、さらにはＸ線撮影システムにおいて長期にわたって安定した動作が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るＸ線発生管の一実施形態の管軸方向の断面模式図である。
【図２】図１中の陽極部材の部分拡大図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は突出部の斜視図である。
【図３】本発明に係るＸ線発生管の他の実施形態の陽極部材を示す模式図であり、（ａ）は管軸方向の断面図、（ｂ）は突出部の斜視図である。
【図４】本発明に係るＸ線発生管の他の実施形態の陽極部材を示す模式図であり、（ａ）は管軸方向の断面図、（ｂ）は突出部の斜視図である。
【図５】本発明に係るＸ線発生管の他の実施形態の陽極部材を示す管軸方向の断面模式図である。
【図６】本発明に係る陽極部材の突出部の積層構成を示す正面図である。
【図７】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８】本発明のＸ線発生装置の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者等は、傾斜ターゲット構造を備えたＸ線発生管において、ターゲットを陽極部材との接合部に生じるクラックについて詳細に検証したところ、クラックの原因がターゲットと陽極部材との接合工程における温度と室温との温度差にあることを見出した。即ち、係る接合工程においては、ターゲットと陽極部材と接合材とを接合材の溶融温度以上にまで加熱した後、室温にまで冷却することで、溶融した接合材がターゲットと陽極部材とを接合する。この時、陽極部材は熱膨張した後に収縮するが、ターゲットが傾斜していることから、ターゲット外周の位置によって、陽極部材の管軸方向の収縮量が異なり、接合材の溶融温度付近から室温に至るまでの間に、接合材に応力が発生してしまう。係る応力はＸ線駆動時にはターゲットの温度上昇に伴う陽極部材の熱膨張によって一旦は緩和されるが、駆動が終了して室温に戻ることで再び増大する。よって、Ｘ線放出駆動を繰り返すことで、接合材には応力の緩和・増大が繰り返され、その結果、クラックが発生する。
【００１２】
本発明においては、陽極部材の熱膨張率をターゲットを囲む周方向で異ならせることで、ターゲットと陽極部材との接合工程において生じる応力を低減し、クラックの発生を防止したものである。
【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。
【００１４】
図１乃至図３に、本発明のＸ線発生装置に用いられるＸ線発生管の一実施形態の構成を模式的に示す。図１は後述する絶縁管３の管軸方向に沿った断面模式図であり、図２は図１の陽極部材１７付近の部分拡大図であり、（ａ）は管軸方向の断面図、（ｂ）は斜視図である。尚、図２（ａ）は図２（ｂ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【００１５】
本発明に係るＸ線発生管１は、図１に示すように、絶縁管３と、絶縁管３の一方の開口に接合された陰極４と、他方の開口に接合された陽極２とを有する。陽極２は、ターゲット２０と、該ターゲット２０を接合材（不図示）を介して保持する陽極部材１７とからなる。本発明の陽極部材１７は、絶縁管３の管軸方向において、絶縁管３から離れる方向に突出する突出部１６を有しており、ターゲット２０は突出部１６において、絶縁管３の管軸に直交する面に対して傾斜して保持されている。換言すれば、ターゲット２０は、表面の法線が電子線１３の入射方向（絶縁管３の管軸）に対して傾斜している。
【００１６】
陽極部材１７は、中央に貫通孔を有するフランジ部１５の外周縁において絶縁管３に接合されており、フランジ部１５の貫通孔は突出部１６の貫通孔と連通して、陽極部材１７の電子通過孔１７ａとなっている。一方、陰極４は、電子放出部１２ａを有する電子放出源１２と、陰極部材１１とからなり、陰極部材１１の外周縁において絶縁管３と接合されている。
【００１７】
本発明において、絶縁管３はガラスやセラミックス等で構成することができ、Ｘ線発生管１の内部は真空排気（減圧）された空間となっている。Ｘ線発生管１の内部は、平均自由行程として、電子放出源１２とＸ線を放出するターゲット層１９との間の距離を、少なくとも電子が飛翔可能なだけの圧力下で実現される程度で空度であれば良く、１×１０-4Ｐａ以下の真空圧力が適用可能である。使用する電子放出源１２や、動作する温度等を考慮して適宜選択することが可能であり、冷陰極型電子放出源等の場合は、１×１０-6Ｐａ以下の真空圧力とするのがより好ましい。Ｘ線発生管１内の真空圧力の維持の為に、ゲッター（不図示）を絶縁管３内部に配置するか、もしくは内部空間に連通している補助スペース（不図示）に設置することも可能である。
【００１８】
陰極４に接続された電子放出源１２の電子放出機構としては、真空容器の外部から電子放出量を制御可能な電子放出源であれば良く、熱陰極型電子放出源、冷陰極型電子放出源等を適宜適用することが可能である。電子放出源１２は、電子放出量及び電子放出のオン・オフ状態を制御するための外部の駆動回路と電気的に接続することができるようになっている。
【００１９】
ターゲット２０は、Ｘ線透過性の支持基板１８とターゲット層１９とから構成され、電子放出源１２から射出された電子線５がターゲット２０に照射されることでＸ線が発生する。支持基板１８は、Ｘ線の透過性が高く、熱伝導が良く、真空封止に耐える必要がある。例えば、ダイヤモンド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミ、グラファイト、ベリリウム等を用いることができる。より好ましくは、Ｘ線の透過率がアルミニウムよりも小さく熱伝導率がタングステンよりも大きい、ダイヤモンド、窒化アルミ、窒化ケイ素が望ましい。支持基板１８の厚さは、上記の機能を満足すれば良く、材料によって異なるが、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。特に、ダイヤモンドは、他の材料に比べて熱伝導性が極めて大きく、Ｘ線の透過性も高く、真空を保持しやすいためより優れている。
【００２０】
ターゲット層１９には、通常、原子番号２６以上の金属材料を用いることができる。より好適には、熱伝導率が大きく融点が高いものほど良い。具体的には、タングステン、モリブデン、クロム、銅、コバルト、鉄、ロジウム、レニウム等の金属材料、又はこれらの合金材料を好適に用いることができる。ターゲット層１９の厚さは、加速電圧によってターゲット層１９への電子線５の浸入深さ、即ちＸ線の発生領域が異なるため、最適な値は異なるが、１μｍ乃至１５μｍである。支持基板１８へのターゲット層１９の形成は、スパッタ、蒸着、スクリーン印刷等の手段により行なうことができ、ターゲットとすることができる。また、別の方法としては、別途、圧延や研磨により所定の厚さのターゲット層１９を作製し、支持基板１８に高温高圧下で拡散接合することによりターゲット２０とすることも可能である。
【００２１】
陽極部材１７への支持基板１８の設置は、接合材によって行なわれる。接合に当たっては、絶縁管３の内部を真空状態に維持できるような接合状態とすることが重要である。ターゲット２０及び陽極部材２は、ターゲット２０の支持基板１８の側面部又は周縁部の一方もしくは両方で、全周にわたって気密性を保った状態で接合されている。この時、陽極部材１７の電子通過孔１７ａを、支持基板１８よりも若干小さく形成し、該電子通過孔１７ａの突出部１６先端側の開口端に、支持基板１８を受ける段差を形成し、該段差にて接合材を介して支持基板１８を保持する。
【００２２】
本発明においては、ターゲット２０は電子線１３が照射された反対側からＸ線が放出される透過型であり、Ｘ線発生管１のＸ線放出口を兼ねている。即ち、本発明に係るＸ線発生管１は透過型Ｘ線発生管である。本発明に係るＸ線発生管１は、陰極４と陽極２との間に３０ｋＶ乃至１５０ｋＶの管電圧を印加し、電子放出源１２の電子放出部１２ａより放出された電子線１３をターゲット２０に衝突させることでＸ線を発生する。
【００２３】
次に、本発明の陽極部材１７の構成について説明する。
【００２４】
本発明の陽極部材１７は、図１、図２に例示するように、突出部１６を備えており、該突出部１６においてターゲット２０が傾斜して保持されている。本例では、突出部１６の先端面にターゲット２０が固定され、突出部１６はターゲット２０が固定された先端とは反対側の後端においてフランジ部１５に固定されている。本例では突出部１６とフランジ部１５とは別体で成形した後、一体に接合された構成を示したが、突出部１６はフランジ部１５と一体で成形されていてもよい。
【００２５】
本発明においては、ターゲット２０が突出部１６に傾斜して固定されている。そのため、図２（ｂ）に示すように、ターゲット２０を保持した突出部１６の保持部の外周において、管軸方向において後端から先端までの長さが最も長い最長部と最も短い最短部とがターゲット２０を挟んでターゲット２０の傾斜方向に位置する。陽極部材１７を均一な素材で構成した場合には、陽極部材１７が熱膨張、或いは冷却により収縮する際には、全体が一定の熱膨張係数で膨張或いは収縮する。そのため、後端がフランジ部１５に固定された突出部１６の上記保持部の外周においては、管軸方向の膨張量及び収縮量が周方向の位置によって異なり、上記最長部で最大、最短部で最小となる。
【００２６】
ターゲット２０を突出部１６に取り付ける際には、ターゲット２０と突出部１６との間に不図示の接合材を介在させ、接合材の融点まで加熱して接合材を溶融させ、次いで、冷却することによって接合材を固化させて接合する。陽極部材１６は接合材の融点まで加熱された時点で熱膨張し、続く冷却工程で再び元の大きさにまで収縮する。ここで、接合材の融点以下にまで冷却された時点で、ターゲット２０と突出部１６とは接合材を介して固定される。そのため、引き続き室温まで冷却される間に、最長部と最短部との収縮量の違いにより、ターゲット２０を保持する突出部１６の保持部、即ちターゲット２０との接合部に応力が生じてしまう。
【００２７】
本発明においては、突出部１６の最長部の熱膨張率が最短部の熱膨張率よりも小さくなるように設定することで、接合材の融点から室温までの間の、最長部及び最短部における収縮量の差を低減して応力を低減する。尚、陽極部材１７の熱収縮が開始され応力が発生する開始温度（基準温度）は、接合材の融点として定義される。本願明細書においては、固有の融点を有さずに連続的に粘度が変化する接合材については、粘度が１×１０13.5Ｐａ・ｓｅｃを呈する温度を融点として扱う。
【００２８】
具体的には、接合材の融点及び２５℃における最長部の管軸方向の長さをＬ１、Ｌ１’、最短部における管軸方向の長さをＬ２，Ｌ２’とする。よって、接合材の融点から２５℃まで冷却した際の、最長部の収縮量はＬ１−Ｌ１’、最短部の収縮量はＬ２−Ｌ２’である。ここで、最長部における熱膨張率Ｌ１ｅｍを（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１、最短部における熱膨張率Ｌ２ｅｍを（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２とすると、Ｌ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍとなるように、突出部１６を構成することで、接合工程で発生する応力が低減される。尚、本明細書において、添え字ｍは、接合材の融点（ｍｅｌｔｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の基準長で規格かしたものを示すものである。
【００２９】
接合工程で発生する応力が理想である０となるのは、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’である。また、最短部の収縮量が最長部の収縮量よりも大きくなり、極端にＬ２ｅが大きくなった場合にも、応力が大きくなってしまう。よって、Ｌ２ｅｍの上限としては、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’からＬ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍとなる範囲と同等の領域である。即ち、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ２＞（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ１であり、上記Ｌ１ｅｍ、Ｌ２ｅｍで示すと、（Ｌ１／Ｌ２）2＞Ｌ２ｅｍ／Ｌ１ｅｍとなる。
【００３０】
よって、本発明においては、（Ｌ１／Ｌ２）2＞Ｌ２ｅｍ／Ｌ１ｅｍ＞１であり、より好ましくは、｜（Ｌ１−Ｌ１’）／（Ｌ２−Ｌ２’）｜≧０．８である。
【００３１】
図１、図２に示した例では、突出部１６が角筒形であり、先端面及びターゲット２０の支持基板１８が矩形である。そして、先端面の外周の相対する一対の辺が、管軸に直交する面に平行に配置している。よって、図２（ｂ）に示すように、突出部１６の最長部、最短部はそれぞれ、管軸に直交する面に平行に配置しており、どの位置でも一定の値で得られる。本発明では、突出部１６の先端面でターゲット２０を保持する場合に、図３に示すように、ターゲット２０を保持する領域だけが傾斜し、それ以外の領域は管軸に直交する面に平行であってもよい。図３は本発明の他の実施形態の陽極部材１７付近の部分拡大図であり、（ａ）は管軸方向の断面図、（ｂ）は斜視図である。また、図３（ａ）は図３（ｂ）中のＡ−Ａ’断面図である。
【００３２】
また、図４に示すように、突出部１６が円筒形であった場合には、突出部１６の管軸方向の長さがターゲット２０の傾斜方向だけでなく、周方向においても連続して変化する。尚、図４において、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は斜視図であり、（ａ）は（ｂ）中のＡ−Ａ’断面図である。このような形態では、好ましくは、最長部及び最短部の近傍において平均値を求める。具体的には、ターゲット２０の傾斜方向において、ターゲット２０から突出部１６の先端面の外周に投影された投影領域１６ａ，１６ｂのそれぞれの任意の位置において、接合材の融点及び２５℃における後端から先端までの管軸方向の長さＬ、Ｌ’を求める。そして、Ｌｅ＝（Ｌ−Ｌ’）／Ｌで示される熱膨張率Ｌｅを求め、投影領域１６ａ，１６ｂのそれぞれにおいて、Ｌｅを平均して最長部、最短部の熱膨張率Ｌ１ｅｍ、Ｌ２ｅｍとする。
【００３３】
また、上記Ｌ１ｅｍとＬ２ｅｍとは、異なる温度Ｔ１［℃］，Ｔ２［℃］で突出部１６を測長することにより求められた最長部と最短部の熱膨張率Ｌ１ｓ、Ｌ２ｓから求めることもできる。即ち、接合材の融点をＴｍ［℃］とした時、Ｔｍ＞Ｔ２＞Ｔ１である場合に、Ｌ１ｅｍ＝Ｌ１ｓ×（Ｔｍ−２５）／（Ｔ２−Ｔ１）及びＬ２ｅｍ＝Ｌ２ｓ×（Ｔｍ−２５）／（Ｔ２−Ｔ１）として求められる。
【００３４】
尚、上記熱膨張率Ｌ１ｅｍ、Ｌ２ｅｍはそれぞれ接合材の融点での最長部、最短部の長さＬ１、Ｌ２を基準に算出しているが、本発明においては、熱膨張率を２５℃における最長部、最短部の長さＬ１’、Ｌ２’を基準として算出しても良い。即ち、本発明においては、（Ｌ１−Ｌ１’）／Ｌ１’で示される前記最長部の熱膨張率Ｌ１ｅｒと、（Ｌ２−Ｌ２’）／Ｌ２’で示される前記最短部の熱膨張率Ｌ２ｅｒとが、Ｌ２ｅｒ＞Ｌ１ｅｒの関係を満たしていればよい。また、この場合も、（Ｌ１’／Ｌ２’）2＞Ｌ２ｅｒ／Ｌ１ｅｒの関係を満たすことが好ましく、より好ましくは｜（Ｌ１−Ｌ１’）／（Ｌ２−Ｌ２’）｜≧０．８であり、望ましくは、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’である。尚、本明細書において添え字ｒは、２５℃、即ち室温（ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の基準長で規格化したことを示すものである。
【００３５】
上記実施形態では、ターゲット２０を突出部１６の先端面で保持した形態を示したが、本発明においては、突出部１６の先端がターゲット２０よりも突出している形態でもかまわない。また、その場合には、ターゲット２０を含む突出部１６の断面を仮想面として、該仮想面を図１、図４の突出部１６の先端面と仮定して最長部、最短部を求めれば良い。また、この場合、突出部１６の先端面は傾斜していなくても良い。
【００３６】
また、図１乃至図４においては、突出部１６の下端をフランジ部１５に接合した形態を示したが、図５に示すように、筒形の部材をフランジ部１５の貫通孔内に挿入した形態でも良い。この場合、突出部１６の最長部、最短部の基準となる陽極部材１７の固定位置はそれぞれ、フランジ部１５のターゲット２０側表面である。
【００３７】
本発明において、突出部１６の最長部、最短部の長さＬ１，Ｌ１’、Ｌ２、Ｌ２’は、ターゲット２０との接合部に応力を生じせしめる膨張及び収縮の基準となる固定位置から先端までの距離である。突出部１６が膨張及び収縮する際に、ターゲット２０の接合部に生じる応力は、上記したように、最長部と最短部の管軸方向の膨張量及び収縮量が異なるため生じる。係る膨張量及び収縮量は、陽極部材１７が後述するＸ線発生装置の収納容器に固定された固定位置を基準に決まる。よって、膨張及び収縮の基準となる固定位置は、図７に示すように、収納容器３２がフランジ部１５の表面（突出部１６側）に接合された場合には、突出部１６の後端であり、フランジ部１５のターゲット２０側表面と突出部１６の側面とが接する部位３５である。また、図５の形態では、フランジ部１５のターゲット２０側の表面と筒形の部材の側面とが接する部位である。また、図８に示すように、収納容器３２が陽極部材１７の突出部１６の側面に固定された場合には、収納容器のターゲット２０側の表面と突出部１６の側面とが接する位置３７である。
【００３８】
本発明において、上記したように最長部と最短部とが特定の関係を満たすように突出部１６を構成する具体的な方法としては、互いに線膨張係数が異なる二種類の材料を積層して、或いは混合して用いる方法が挙げられる。前者の方法としては、図６に示すように、最長部において二種類の材料を管軸方向に積層し、最長部から最短部に向かって、より線膨張係数の小さい材料からなる下層１６ｄの厚さが漸減するように調整する。この時、図６に示すように、より線膨張係数の大きい材料からなる上層１６ｃの厚さを、最長部から最短部に向かって、厚さが漸増するように調整することで、前記したＬ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’の関係を満たすことができる。また、後者の方法としては、最長部から最短部に向かって、より線膨張係数の小さい材料の含有量が漸減するように組成に分布を持たせれば良い。作製方法としては、二種類の材料の粉末を混合して成形し焼結する粉末冶金やより線膨張係数の小さい材料の粉末を成形、焼結し、その後、より線膨張係数の高い材料を溶かして先の焼結体中に含浸させる溶浸法などがある。このように、最長部から最短部に向かって二種類の材料を含有量が連続的に異なるように構成することで、線膨張係数を連続的に変化させることができる。
【００３９】
尚、図６には、上層１６ｃをより線膨張係数が大きい材料で形成した場合を例示したが、より線膨張係数が大きい材料の層を下層とし、上層により線膨張係数が小さい材料の層を積層しても良い。この場合も、より線膨張係数が小さい材料の層の厚さが、最長部から最短部に向かって漸減する形状とする。
【００４０】
本発明において、陽極部材１７は、放熱体としての機能を有し、電子線１３がターゲット２０に照射されることで発生した熱は陽極部材１７を通じて外部へ放熱される。陽極部材１７を構成する材料は、放熱体としての観点からは熱伝導率の高いものが好ましい。よって、上記したより線膨張係数の大きい材料、フランジ部１５、及び陰極部材１１には、銅、アルミニウム等の金属などが用いられる。また、突出部１６に用いられる上記より線膨張係数の小さい材料としては、例えば、タンタル、タングステン、モリブデン等の金属材料を用いることができる。又、セラミック等の絶縁部材を用いることもできる。
【００４１】
次に、本発明のＸ線発生装置について説明する。図７は図１のＸ線発生管１を備えるＸ線発生装置３０の構成の一例を示す断面模式図である。
【００４２】
本発明のＸ線発生装置３０は、図７に示すように、上記した傾斜ターゲット構造を有するＸ線発生管１と、これを収容する収納容器３２とを備え、収納容器３２の余剰空間には冷却媒体として絶縁性流体３３が充填されている。また、収納容器３２は開口３６を有し、該開口３６において、Ｘ線発生管１の陽極部材１７が収納容器３２に固定される。
【００４３】
図７の例では収納容器３２の開口部３６において、陽極部材１７のフランジ部１５に収納容器３２が接続されているが、図８に示すように、突出部１６の側面に収納容器３２が接続されていても良い。図７の場合、突出部１６の最長部と最短部の長さＬ１，Ｌ１’、Ｌ２，Ｌ２’の基準となる固定位置は、突出部１６の後端のフランジ部１５との接合位置３５である。また、図８の場合は、突出部１６に収納容器３２が接続された部位の最もターゲット２０に近い位置３７である。
【００４４】
よって、図８の場合に、突出部１６を線膨張係数が互いに異なる二種類の材料からなる図６の積層構造とする際に、Ｌ１，Ｌ１’、Ｌ２，Ｌ２’の基準となる固定位置は図８の収納容器３２が接続された部位の最もターゲット２０に近い位置３７となる。また、突出部１６を、先に説明した、線膨張係数が互いに異なる二種類の材料を混合する構造とする場合においても、基準となる固定位置は図８の収納容器３２が接続された部位の最もターゲット２０に近い位置３７となる。
【００４５】
陽極部材１７と収納容器３２との接続は、絶縁性流体３３の漏れを防ぐために、陽極部材１７と収納容器３２とを機械的に接続し密閉容器を形成する。例えば、陽極部材１７と収納容器３２を溶接する方法、半田、金属ロウ材、接着剤などで接続する方法、Ｏリングや金属シール材を介してネジ止めする方法、などを用いることができる。また、陽極部材１７と収納容器３２とは熱的に接続されていることで、ターゲット２０で発生した熱を陽極部材１７を介して収納容器３２に放熱することで、ターゲット２０の温度上昇を抑制することができ、好ましい。
【００４６】
収納容器３２の内部には、不図示の回路基板及び絶縁トランス等から構成される駆動回路３４を設けても良い。駆動回路３４を設けた場合、例えばＸ線発生管１に駆動回路３４から所定の電圧信号が印加され、Ｘ線の発生を制御することができる。
【００４７】
収納容器３２は、容器としての十分な強度を有していれば良く、金属やプラスチックス材料等から構成される。絶縁性流体３３は、電気絶縁性が高く、冷却能力が高く、熱による変質の少ない絶縁性液体が好ましく、例えば、シリコーン油、トランス油、フッ素系オイル等の電気絶縁油、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系の絶縁性液体等が使用可能である。
【００４８】
次に、図９に基づいて、本発明のＸ線撮影システムの一実施形態を説明する。
【００４９】
図９に示すように、本発明のＸ線発生装置３０には、突出部１６を有するＸ線発生管１が搭載されている。
【００５０】
システム制御装置４２は、Ｘ線発生装置３０とＸ線検出装置４１とを連携制御する。駆動回路３４は、システム制御装置４２による制御の下に、Ｘ線発生管１に各種の制御信号を出力する。この制御信号により、Ｘ線発生装置３０から放出されるＸ線４７の放出状態が制御される。Ｘ線発生装置３０から放出されたＸ線４７は、被検体４４を透過して検出器４６で検出される。検出器４６は、検出したＸ線を画像信号に変換して信号処理部４５に出力する。信号処理部４５は、システム制御装置４２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４２に出力する。システム制御装置４２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置４３に画像を表示させるための表示信号を表示装置４３に出力する。表示装置４３は、表示信号に基づく画像を、被検体４４の撮影画像としてスクリーンに表示する。
【００５１】
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】
【００５２】
（実施例１）
本実施例では、図１、図２に示す構成のＸ線発生管１を作製し、図７の放射線発生装置を構成した。作製方法を以下に示す。
【００５３】
一辺１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの正方形状の合成ダイヤモンド基板を支持基板１８として用意し、予め、ＵＶ−オゾンアッシャにより、表面の有機物を除去した。このダイヤモンド基板の一方の面上に、スパッタ法によりターゲット層１９として直径３ｍｍ、厚さ６μｍのタングステン膜をメタルマスクを使用して形成し、ターゲット２０とした。尚、本実施例ではタングステン膜のパターン形成をメタルマスクを使用して行ったが、フォトリソグラフィを使用しても良いし、印刷法等を使用することも可能である。
【００５４】
図２で示す陽極部材１７は、フランジ部１５と突出部１６からなり、突出部１６は図６に示すように、銅からなる上層１６ｃとタングステンからなる下層１６ｄの積層構成とした。またフランジ部１５は銅で形成した。係る突出部１６は５００℃において、最長部の長さＬ１を５０ｍｍ、最短部の長さＬ２を２５ｍｍとして、幅Ｌ３と奥行きのＬ４はそれぞれ２５ｍｍである。また、５００℃における、最長部の長さＬ１のうち下層１６ｄの厚さＬ１Ｌは３３．６ｍｍ、上層１６ｃの厚さＬ１Ｈは１６．５ｍｍとした。さらに、最短部では上層１６ｄのみとなるように、最長部から最短部に向かって、下層１６ｄの厚さが漸減するように形成した。陽極部材１７は、タングステンを銅に圧入した後、機械加工で図２に示すような形状に加工した。
【００５５】
上記突出部１６の先端の開口に接合材を介して上記ターゲット２０の支持基板１８を取り付けた。接合材は銀、銅、チタンを含有し、融点は５００℃である。ターゲット２０は、突出部１６の先端において陽極部材１７に保持され、ターゲット２０への電子の入射方向に垂直でなく、傾斜して固定された。
【００５６】
次に、図１に示すように、ターゲット２０と一体となった陽極部材１７を、含浸型の熱陰極を有する電子放出源１２と対向させて、電子線１３がターゲット２０に照射されるように位置決めし、真空封止した。この際、絶縁管３内にはゲッタ（不図示）も配置した。このようにして作製したＸ線発生管１を図７に示す収納容器３２内に不図示の部材で取り付け、絶縁性流体３３として電気絶縁油を封入した。この際、陽極２と収納容器３２との接続は、絶縁性流体３３の漏れを防ぐために、陽極部材１７のフランジ部１５と収納容器３２とを溶接にて接続した。よって、本実施例では突出部１６の最長部及び最短部の長さＬ１，Ｌ１’及びＬ２，Ｌ２’の基準となる固定位置３５は突出部１６の後端である。
【００５７】
銅の線膨張係数は１６．８×１０-6［１／Ｋ］であるため、５００℃から２５℃までの温度範囲での最長部における上層１６ｃのＬ１Ｈ＝１６．５ｍｍからの収縮量は１３０．８μｍである。また、タングステンの線膨張係数は４．３×１０-6［１／Ｋ］であるため、５００℃から２５℃までの温度範囲での最長部における下層１６ｄの３３．６ｍｍからの収縮量は６８．６μｍである。よって、最長部全体の収縮量は合計１９９．４μｍとなり、２５℃での長さＬ１’は４９．８００６ｍｍとなる。一方最短部において、５００℃から２５℃までの温度範囲での収縮量は１９９．５μｍで、２５℃での長さＬ２’は２４．８００５ｍｍであった。よってＬ１ｅｍ＝０．１９９４／５０＝０．００３９９、Ｌ２ｅｍ＝０．１９９５／２５＝０．００７９８となり、Ｌ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍであり、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’＝１９９．４５±０．０５μｍであった。
【００５８】
本例においては、接合時の高温からの冷却においても突出部１６に不均一な縮みが発生せず、ターゲット２０へかかる熱応力が小さくなり、ターゲット２０と陽極部材１７との気密性が低下することなく、長時間安定してＸ線を発生させることができた。
【００５９】
（実施例２）
本実施例では、図４に示す形状の突出部１６を備えた陽極部材１７を用いた。係る突出部１６は外形が直径１５ｍｍの円筒形で、ターゲット２０は直径５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円形状の合成ダイヤモンド基板を支持基板１８として用いた。ここでターゲット２０の作製方法及びターゲット２０の突出部１６の先端への接合方法は実施例１と同様である。
【００６０】
突出部１６は、銅にタングステンの微粒子が分散された構造となっており、最長部の熱膨張率Ｌ１ｅが最短部の熱膨張率Ｌ２ｅよりも小さくなるように、最長部においてタングステン微粒子の含有量が多くなっている。また、最長部から最短部に向かって、タングステン微粒子の含有量が漸減した構造となっている。突出部１６の作製方法は、タングステンと銅の粉末を混合して成形し焼結する粉末冶金法を使用して、所望の熱膨張率になるように、位置により混合割合を変化させることで形成した。本例の突出部１６の外周における最長部の線膨張係数は８×１０-6［１／Ｋ］、最短部の線膨張係数は１４．４×１０-6［１／Ｋ］となるように形成した。
【００６１】
本例のＸ線発生管を図８に示す収納容器３２内に不図示の部材で取り付け、絶縁流体３３として電気絶縁油を封入した。この際、陽極２と収納容器３２との接続は、絶縁性流体３３の漏れを防ぐために、突出部１６と収納容器３２とを不図示の接着剤によって接続した。よって、本実施例では突出部１６の最長部及び最短部の長さＬ１，Ｌ１’及びＬ２，Ｌ２’の基準となる固定位置３７は、突出部１６と収納容器３２との接着箇所のターゲット２０側端部である。
【００６２】
本例において、５００℃における突出部１６の外周の、上記収納容器３２との固定位置のターゲット２０側を基準とする最長部の長さＬ１は４５ｍｍ、最短部の長さＬ２は２５ｍｍである。本例は、突出部１６が円筒形であるため、突出部１６の外周におけるターゲット２０の幅５ｍｍの傾斜方向の投影領域１６ａ、１６ｂ内において熱膨張率を求め、その平均値を算出した。その結果、最長部を含む投影領域１６ａにおける熱膨張率の平均値はＬ１ｅｍ＝０．００３８、最短部を含む投影領域１６ｂにおける熱膨張率の平均値はＬ２ｅｍ＝０．００６８４あった。また、最長部における収縮量及び最短部における収縮量は等しく１７１μｍであった。よって、本例においてもＬ２ｅｍ＞Ｌ１ｅｍであり、Ｌ１−Ｌ１’＝Ｌ２−Ｌ２’であった。
【００６３】
本例においては、接合時の温度からの冷却においても突出部１６に不均一な縮みが発生せず、ターゲット２０へかかる熱応力が小さくなり、ターゲット２０と陽極部材１７との気密性が低下することなく、長時間安定してＸ線を発生させることができた。
【符号の説明】
【００６４】
１：Ｘ線発生管、２：陽極、３：絶縁管、４：陰極、１６：突出部、１６ａ：最長部、１６ｂ：最短部、１６ｃ：上層、１６ｄ：下層、１７：陽極部材、２０：ターゲット、３０：Ｘ線発生装置、３２：収納容器、３３：絶縁性流体、３４：駆動回路、３５，３７：固定位置、４１：Ｘ線検出装置、４２：システム制御装置、４４：被検体
【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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