(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、その寿命予測が可能なＸ線管装置を提供する。【解決手段】電子を放出する電子源および前記電子源から放出される電子を集束する集束体からなる陰極と、前記陰極と所定の間隔を有して対向して設けられ、前記電子源から放出された電子が入射することによりＸ線を放出する陽極と、前記陰極および前記陽極を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器と、前記陰極と前記陽極間、或いは、前記陰極と前記真空外囲器間を流れる電流値を測定する電流計と、前記電子源に電圧を印加する第１の電源と、前記電子源および前記集束体間に電圧を印加する第２の電源と、を有することを特徴とするＸ線管装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源および前記電子源から放出される電子を集束する集束体からなる陰極と、
前記陰極と所定の間隔を有して対向して設けられ、前記電子源から放出された電子が入射することによりＸ線を放出する陽極と、
前記陰極および前記陽極を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器と、
前記陰極と前記陽極間、或いは、前記陰極と前記真空外囲器間を流れる電流値を測定する電流計と、
前記電子源に電圧を印加する第１の電源と、
前記電子源および前記集束体間に電圧を印加する第２の電源と、を有することを特徴とするＸ線管装置。
【請求項２】
前記第１の電源により前記電子源に第１の電圧を印加し、
前記第２の電源により前記電子源および前記集束体間に第２の電圧を印加し、
前記陰極と前記陽極間、或いは、前記陰極と前記真空外囲器間を流れる電流値から前記真空外囲器内の真空度を測定することを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
【請求項３】
前記第１の電源により前記電子源に第１の電圧を印加し、
前記第２の電源により前記電子源および前記集束体間に第２の電圧を印加し、
前記第１の電圧値および前記電子源に流れる電流値から前記電子源の寿命を予測することを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
【請求項４】
前記Ｘ線管装置は、前記真空外囲器内にガス分子を吸着するゲッターを備え、
前記ゲッターの活性化前後の前記真空外囲器内の真空度を比較することにより前記ゲッターの吸着能力を予測することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線管装置。
【請求項５】
前記Ｘ線管装置は、前記電子源と前記集束体とを電気的に接続、或いは、電気的に絶縁するスイッチを備え、
Ｘ線発生時は前記スイッチにより前記電子源と前記集束体とを電気的に接続し、
前記真空外囲器内の真空度測定時は前記スイッチにより前記電子源と前記集束体とを電気的に絶縁することを特徴とする請求項２に記載のＸ線管装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線管装置を用いたＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管装置およびそれを用いたＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は、その発生Ｘ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線の線量を測定し、その測定線量に基づいてＸ線画像を作成して、被検体の検査または診断を行うＸ線装置に用いられている。Ｘ線管を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置やＸ線撮影装置などに、また工業用の分野では種々の製品の欠陥検査や異物検査などに広く利用されている。
【０００３】
Ｘ線管装置においては、Ｘ線を発生させるために陰極から放出した電子を陽極に衝突させる。陰極の電子を陽極に衝突させるため、このＸ線管装置には十数万Ｖの高電圧がかけられる。このためＸ線管球内は真空に保たれ、絶縁性を高めている。
【０００４】
Ｘ線管球内の部品及びＸ線管球は高真空になるよう十分に脱ガス処理が行われる。しかしながら、Ｘ線管の使用および経過年数により管内の真空度は徐々に劣化してしまう。真空度が劣化するとＸ線管は放電が多くなり検査に支障をきたす。多くの場合はアーキングが頻発してから管球交換、または十分に余裕がある状態での交換も多い。そのため真空度が劣化し始め、検査に支障をきたす直前での事前の交換が望まれる。
【０００５】
Ｘ線管の寿命を管理するものとして、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「内部に収容可能な容器、電子を放出するエミッタを備えた陰極、およびこの陰極に離間対向して前記容器内に設けられ前記陰極のエミッタから放出された電子の入射によってＸ線を放出する陽極を備えたＸ線管と、このＸ線管のエミッタから電子を放出させて前記陽極からＸ線を放出させている際の前記エミッタに流れる電流値を測定する測定手段とを具備したことを特徴としたＸ線装置」が開示されている。
【０００６】
上記特許文献１のＸ線装置によれば、Ｘ線放出時のエミッタに流れる電流値、Ｘ線放出時の陽極の温度およびＸ線の放出時間、あるいは容器内の真空度のいずれかを測定手段にて測定することにより、Ｘ線管の寿命を算出できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１００１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、Ｘ線管装置においては、真空度劣化によるアーキングで検査に支障をきたさないようにアーキングが多発する前に管球すなわちＸ線管装置を事前に交換するのが望ましい。
【０００９】
そこで、特許文献１のように、Ｘ線管の真空度を測定する真空度測定装置をＸ線管に取り付けることが考えられる。しかしながら、真空度測定装置をＸ線管に取り付けると、その分Ｘ線管装置が大きくなり、また、コストも高くなる。従来のＸ線管内にある部品を用いることができれば、Ｘ線管装置が大きくならずに、且つ、コストも抑えられる。また、Ｘ線管装置の寿命予測だけでなく、アーキングが発生しないようにすることが望まれる。さらに、真空度劣化によるアーキングだけでなくフィラメント自体の劣化により断線で検査ができないことがないようフィラメントの寿命予測を行うことも重要な課題である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、比較的簡単な構造で、その寿命予測が可能なＸ線管装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別の目的は、比較的簡単な構造で、搭載するＸ線管装置の寿命予測が可能なＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、電子を放出する電子源および前記電子源から放出される電子を集束する集束体からなる陰極と、前記陰極と所定の間隔を有して対向して設けられ、前記電子源から放出された電子が入射することによりＸ線を放出する陽極と、前記陰極および前記陽極を内包し、内部を真空に保持する真空外囲器と、前記陰極と前記陽極間、或いは、前記陰極と前記真空外囲器間を流れる電流値を測定する電流計と、前記電子源に電圧を印加する第１の電源と、前記電子源および前記集束体間に電圧を印加する第２の電源と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、比較的簡単な構造で、その寿命予測が可能なＸ線管装置を実現することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、比較的簡単な構造で、搭載するＸ線管装置の寿命予測が可能なＸ線装置を実現することができる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線管装置の全体概要を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＸ線管装置の一部断面を含む概要を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＸ線管の配線概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＸ線管の配線概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＸ線管におけるスイッチの状態を示す図である。
【図６】経過時間と測定電流の関係を示す図である。
【図７】真空度と測定電流の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１８】
図１および図２を用いて、本実施例におけるＸ線管およびＸ線管装置について説明する。図１はＸ線管装置の全体概要を示し、図２はＸ線管の内部構造がより分かり易いようにＸ線管内の一部を断面化して示している。
【００１９】
本実施例のＸ線管は、真空外囲器４により内部を真空に保持されている。真空外囲器４は、バルブと呼ばれるガラス製の管球や金属製のものがあり、用途や設置位置に応じて使い分けられている。
【００２０】
真空外囲器４の内部には、電子（電子線）を放出するフィラメント１０、および所定の間隔をおいてフィラメント１０に対向して設けられ、フィラメント１０から放出された電子（電子線）が入射することによりＸ線を放出するターゲット９が内包されている。
【００２１】
電子源であるフィラメント１０、およびフィラメント１０から放出される電子（電子線）を集束する集束体８により陰極が構成されている。集束体８とフィラメント１０は、所定の間隔をおいて設けられている。フィラメント１０に対向するターゲット９は陽極を構成している。
【００２２】
フィラメント１０に１０Ｖ程度の電圧を印加することにより、フィラメント１０から熱電子を発生させる。また、陰極を構成する集束体８およびフィラメント１０に−７５ｋＶ程度の電圧を印加し、陽極であるターゲット９に＋７５ｋＶ程度の電圧を印加する。つまり、陰極と陽極との間に１５０ｋＶ程度の電圧を印加する。
【００２３】
フィラメント１０から飛び出した熱電子は、集束体８により集束される。集束体８により集束された熱電子は、陰極と陽極間において陽極に向かって加速され、陽極であるターゲット９に衝突する。この衝突時に２種類のＸ線すなわち特性Ｘ線と連続Ｘ線が放射される。
【００２４】
本実施例におけるＸ線管装置１は、筐体２により全体が覆われている。筐体２内にはＸ線管が配置され、その他の部分は絶縁性を保つ為の液体などの絶縁体５によって満たされている。この絶縁体５には、例えば、鉱物油のような絶縁油を用いることができる。
【００２５】
上記のように、Ｘ線管は陰極と陽極を有し、真空外囲器４により陰極と陽極を真空気密に内包している。図１および図２において、陰極は集束体８およびフィラメント１０を含む部分であり、陽極は陰極と所定の間隔を置いて対向して設けられているターゲット９を含む部分である。
【００２６】
陽極は、回転陽極または固定陽極のいずれを用いても良いが、ここでは、回転陽極の例を用いて説明する。陽極はターゲット９を有し、回転陽極の場合には図１および図２に示すように、回転体支持機構７が設けられ、軸受やロータ、固定部が取り付けられている。軸受には、玉軸受、すべり軸受、流体軸受などを用いることができる。ステータコイル６によってロータすなわち回転体支持機構７およびターゲット９が回転する。
【００２７】
Ｘ線管においては、上記で説明したように、陰極から放出された熱電子が陰極−陽極間で加速され、ターゲットである陽極に衝突してＸ線を放出する。この熱電子が陽極に衝突する際の熱の発生が大きいため、ターゲットである陽極を高速回転させることにより、熱対策を行っている。
【００２８】
回転陽極型のＸ線管装置では、ターゲットである陽極が回転体支持機構７により高速回転する構造になっており、ターゲット９の熱電子と衝突し高温になる部分が常に移動している。このため、熱電子と衝突する陽極の実面積が増大し、大きな管電流を流すことができる。
【００２９】
陰極は電子を集束させるための集束体８や電子を出すフィラメント１０などから構成されている。Ｘ線を発生させるために陰極から放出された電子は陽極のターゲット９の焦点面に衝突し、Ｘ線に変換される。Ｘ線を発生させるためにＸ線管内には高い電圧をかける必要があり、そのため、真空気密になっている。
【００３０】
真空度を劣化させるガス分子は、Ｘ線管内の部品から出る吸蔵ガスや電子衝突による熱により発生し浮遊する。Ｘ線管内に浮遊するガス分子は放電を引き起こす可能性があるため、Ｘ線管内のガス分子をできる限り少なくし、真空度の悪化を抑えることはとても重要である。そこで、真空度の悪化を防ぐ為にＸ線管内のガス分子を吸着させるゲッター１１をＸ線管内に設けている。
【００３１】
Ｘ線管内で発生したＸ線は、Ｘ線管装置１の放射窓３から外部に放出され、Ｘ線透視装置やＸ線撮影装置などのＸ線装置に用いられる。
【００３２】
図３乃至図５を用いて、本実施例におけるＸ線管およびＸ線管装置によるＸ線管の真空度の測定について説明する。図３は、本実施例におけるＸ線管のＸ線発生時の配線概略図を示している。図４は、本実施例におけるＸ線管の真空度測定時の配線概略図を示している。また、図５は、図３および図４中に示す各スイッチ、すなわちスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４のＸ線発生時（図３）および真空度測定時（図４）の各々の状態を示している。
【００３３】
図３および図４に示すように、本実施例におけるＸ線管は、陰極１２および陽極１３の間に電圧を印加する電源供給ラインと並列に、電流計１４が設けられた別の電源供給ラインを有している。陰極１２および陽極１３の間に電圧を印加する電源供給ラインにはスイッチＳＷ３が設けられており、並列に設けられた別の電源供給ラインにはスイッチＳＷ４が設けられている。
【００３４】
なお、図３および図４に示すＸ線管では、電流計１４が設けられている電源供給ラインの電源を、陰極１２および陽極１３の間に電圧を印加する電源供給ラインとは反対の極性の電圧を印加する構成としているが、同じ極性の電圧を印加する構成であってもよい。
【００３５】
図３および図４に示すＸ線管には、フィラメント１０に１０Ｖ程度の電圧を印加し、フィラメント１０から熱電子を放出させるための電源（第１の電源）が設けられている。また、フィラメント１０および集束体８の間に１００Ｖ程度の電圧を印加する電源（第２の電源）が設けられている。
【００３６】
上記の第２の電源ライン、すなわちフィラメント１０および集束体８の間に１００Ｖ程度の電圧を印加する電源ラインには、スイッチＳＷ１が設けられている。また、第２の電源ラインと並列に設けられたラインにはスイッチＳＷ２が設けられており、スイッチＳＷ１がＯＦＦ（オープン）の時、つまりフィラメント１０および集束体８の間に電圧を印加しない状態では、スイッチＳＷ２をＯＮ（クローズ）させることにより、フィラメント１０および集束体８の間を同電位とする構成になっている。
【００３７】
上記で説明した図３および図４のＸ線管を用いて、電離真空計の原理に似た方法により、Ｘ線管内の真空度を測定する方法を説明する。図３および図４に示すように、陰極１２の集束体８とフィラメント１０の間は同電位または数百ボルトの電圧印加が任意に切り替えられるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２が設けられており、集束体８とフィラメント１０との間で電圧がかけられる状態にある。なお、これらのスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２は、Ｘ線管内に設けてもよく、Ｘ線管装置１の筐体２内に設けてもよい。
【００３８】
本実施例のＸ線管装置を搭載したＸ線装置で被検体を検査する際、つまり、Ｘ線管装置１によるＸ線発生時は、図３に示すように、スイッチＳＷ１をＯＦＦ（オープン）にし、スイッチＳＷ２をＯＮ（クローズ）することにより、集束体８とフィラメント１０を同電位にする。また、電流計１４が設けられた電源供給ラインのスイッチＳＷ４はＯＦＦ（オープン）にし、陰極１２および陽極１３間に電圧を印加する電源ラインのスイッチＳＷ３をＯＮ（クローズ）することにより、フィラメント１０から放出された電子（電子線）を陰極１２および陽極１３間で加速し、陽極１３に衝突させてＸ線を発生させる。
【００３９】
一方、Ｘ線管内の真空度を測定する際は、図４に示すように、集束体８とフィラメント１０との間に電圧をかけるため、スイッチＳＷ２をＯＦＦ（オープン）にし、絶縁状態にする。また、スイッチＳＷ１をＯＮ（クローズ）することにより、フィラメント１０と集束体８の間に１００Ｖ程度の電圧を印加する。フィラメントに１０Ｖ程度の電圧を印加し、フィラメント１０に電流を流し、点灯させる。
【００４０】
図５に、図３および図４における各スイッチ、すなわちスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４のＸ線発生時および真空度測定時の状態を示す。
【００４１】
上記で説明したように、Ｘ線発生時においては、スイッチＳＷ１をＯＦＦ（オープン）にし、スイッチＳＷ２をＯＮ（クローズ）にすることにより、集束体８とフィラメント１０を同電位にする。また、スイッチＳＷ３をＯＮ（クローズ）にし、スイッチＳＷ４をＯＦＦ（オープン）にすることにより、陰極１２および陽極１３間に１５０ｋＶ程度の電圧を掛け、Ｘ線を発生させる。
【００４２】
一方、Ｘ線管内の真空度測定時においては、スイッチＳＷ１をＯＮ（クローズ）にし、スイッチＳＷ２をＯＦＦ（オープン）にすることにより、集束体８とフィラメント１０との間に流れる電子がＸ線管内の微量のガス分子をイオン化させる。また、スイッチＳＷ３をＯＦＦ（オープン）にし、スイッチＳＷ４をＯＮ（クローズ）にすることにより、イオン化されたものが陽極１３に流れ込み、その微小な電流値からＸ線管内の真空度を測定することができる。
【００４３】
図６および図７を用いて、上記の方法で測定したＸ線管内の真空度から、どの程度真空度が劣化したか、今後どのくらいの期間でどこまで劣化するかを予測し、Ｘ線管装置の寿命を予測する方法について説明する。
【００４４】
図４に示す方法により測定した測定電流とＸ線管内の真空度との相関関係を図７に示す。図７に示すように、測定電流とＸ線管内の真空度は比例関係になっている。Ｘ線管内の真空度（圧力）が高くなるほど、Ｘ線管内のイオン化されるガス分子や原子が増加するため、測定電流も増加する。つまり、Ｘ線管内の真空度が劣化すると、測定電流は高くなる傾向にある。
【００４５】
上記の測定電流とＸ線管内の真空度との相関関係を利用してＸ線管の寿命を予測する方法について説明する。図６に、経過時間すなわちＸ線管の使用時間と測定電流との相関関係を示す。
【００４６】
前述の通り、Ｘ線管の使用および経過年数によりＸ線管内の真空度は徐々に劣化する。そこで、例えば、予め複数のＸ線管のサンプルについて測定電流と経過時間のデータを取得しておき、Ｘ線管の寿命となるしきい値を決定しておく。Ｘ線管内の真空度を測定することにより、現時点（測定時点）の測定電流を把握し、Ｘ線管の寿命であるしきい値までの経過時間つまり残りの寿命を予測する。
【００４７】
このときにフィラメント１０の両端の電圧および電流値も合わせて記録し、フィラメント１０の電圧および電流がどのような経緯にあるか、今後どうなるかを予測し、フィラメントの寿命を予測する。
【００４８】
また、図２に示すようにＸ線管内にはガス分子を吸着させるゲッター１１が設けられている。このゲッター１１の活性化前後での真空度を測定することにより、ゲッターのガス吸着能力を調べ、Ｘ線管装置の寿命予測に役立てることもできる。
【００４９】
なお、上記で説明したように、真空度測定時に、集束体とフィラメントとの間に電流を流すことにより、集束体は温められ表面の吸着ガスを飛ばすことができ、その脱離したガスをゲッターに吸着させることで、少しでもアーキングを抑制することができる。
【００５０】
この真空度の測定は集束体８とフィラメント１０との間に電圧をかけることに限定せず、Ｘ線管内すなわち真空外囲器４内のガス分子をイオン化することができれば、フィラメント１０と他の構成部品との間に電圧を掛けてもよい。
【００５１】
また、Ｘ線管内でガス分子をイオン化することにより流れる微小な電流の測定は、陰極および陽極間に限定せず、例えば、真空外囲器４が金属製である場合には、陰極と真空外囲器間に流れる電流を測定する方法もある。
【００５２】
また、真空度測定のフィラメントをＸ線発生時に用いるフィラメント１０とは別にＸ線管内に設けてもよい。Ｘ線管内に別のフィラメントだけを設けるのであれば、Ｘ線管装置を必要以上に大きくすることなく、真空度を測定することができる。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１…Ｘ線管装置、２…筐体、３…放射窓、４…真空外囲器、５…絶縁体、６…ステータコイル、７…回転体支持機構、８…集束体、９…ターゲット、１０…フィラメント、１１…ゲッター、１２…陰極、１３…陽極、１４…電流計、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチ。
【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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