(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴とする放射線透過窓構体。
【請求項２】
放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記出力窓の変形に伴って前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴とする放射線透過窓構体。
【請求項３】
応力緩衝材が、出力窓またはＸ線を発生するターゲットと同じ材料である請求項１または請求項２記載の放射線透過窓構体。
【請求項４】
出力窓および応力緩衝材がＢｅ製である請求項１または請求項２記載の放射線透過窓構体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線管などに使用される放射線透過窓構体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管や比例計数管、Ｘ線増倍管などの電子管は、管内に発生したＸ線などの放射線を外部に出力し、あるいは、放射線を管内に入力する構成になっている。そのため、これらの電子管では、電子管を構成する真空外囲器の一部に放射線を透過する放射線透過窓が設けられている。
【０００３】
ここで、従来の放射線透過窓構体について図４を参照して説明する。符号５１は真空外囲器で、真空外囲器５１は、たとえば金属やガラスなどで形成された円筒状部５２および円筒状部５２の端部に接合されたステンレス製の接合リング５３などから構成されている。接合リング５３は全体が筒状に形成され、その中間に、内側に突出する突出部５４が形成されている。突出部５４の上面５５は平坦部５５ａと弧状部５５ｂとで形成され、下面５６は平坦に形成されている。そして、突出部５４の上面５５に、Ｘ線など放射線を透過する出力窓５７が接合されている。
【０００４】
突出部５４の上面５５と出力窓５７は、中間材５８たとえば０．１ｍｍ程度の厚さのろう材のシートを介して、ろう付けや拡散接合などの方法で接合されている。ろう付けや拡散接合で接合した場合、出力窓５７と中間材５８の間に拡散層５９が形成される。
【０００５】
上記した構成の放射線透過窓構体は、真空外囲器５１の外側が大気で、内側が真空となっている。そのため内外の圧力差で、図４に示すように出力窓５７は真空側に凹んだ形で変形する。このとき、出力窓５７の一部が突出部５４の上面に設けられた弧状部５５ｂの面と接触し、出力窓５７の内側への曲がりを小さくさせ、接合リング５３と出力窓５７との接合部分の近傍に応力が集中しないようにしている。
【０００６】
次に、従来の他の放射線透過窓構体について、分析用Ｘ線管を例にとり図５を参照して説明する。符号６１はＸ線管を構成する真空外囲器で、真空外囲器６１は先端の外径が徐々に細くなり、前面６２は平坦に形成されている。前面６２中央に開口６３が設けられ、その開口６３部分にＸ線を透過する出力窓６４が設けられている。出力窓６４は、Ｘ線の減衰が少ない材料たとえばベリリウム（以下Ｂｅという）が使用され、Ｘ線の減衰を少なくするために厚さは数１０μｍ〜数１００μｍに設定されている。真空外囲器６１と出力窓６４は銀ろうなどのろう材６５を用いてろう接されている。
【０００７】
また、真空外囲器６１内の中央に支持体６６が配置され、支持体６６上の出力窓６４と対向する位置に陽極ターゲット６７が配置されている。陽極ターゲット６７の外側に収束電極６８が配置され、収束電極６８の外側に陰極フィラメント６９が配置されている。陰極フィラメント６９は、収束電極６８の外周部に固定された環状の支持部材７０に支持されている。陽極ターゲット６７を支持する支持体６６の内部空間７１は、陽極部分を冷却する冷却水路になっている。また、真空外囲器６１の一部に、真空外囲器６１部分を冷却する冷却水路７２が設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す放射線透過窓構体の場合、出力窓５７に対し、Ｘ線など放射線を効率よく透過すること、および、真空外囲器５１内を真空に維持できるように、真空外囲器５１の内外の圧力差で破損しない機械的強度を有することが求められている。このため、出力窓５７の厚さは、通常、数１０μｍ〜１００μｍの範囲に設定されている。
【０００９】
しかし、出力窓５７と接合リング５３をろう付で接合した場合、出力窓５７と中間材５８との間に、拡散層５９が数１０μｍ程度の厚さに形成される。拡散層５９は機械的強度が弱く、出力窓５７の接合部分に、真空気密を保つに十分な機械的強度をもつ厚さが確保されない場合がある。
【００１０】
また、出力窓５７と接合リング５３を拡散接合で接合した場合は、中間材５８が接合部分にある程度の厚さで残り、出力窓５７に十分な厚さが確保できなくなる。また、中間材５８が残ると、真空外囲器５１内外の圧力差で出力窓５７が内側に変形した場合に、突出部５４上面の弧状部５５ｂと出力窓５７が接触しにくくなる。その結果、出力窓５７の内側への曲がりが大きくなり、中間材５８との接合部分の近傍に応力が集中し、出力窓５７が破損し、真空外囲器５１内を真空気密を維持できないことがある。
【００１１】
図５の例で説明した分析用Ｘ線管では分析精度の向上が求められている。分析精度の向上にはＸ線強度を高める必要があり、一般に、出力窓は薄く形成される。たとえば分析用のＸ線にはＫα線やＬα線が使用される。軽元素分析などに使用されるＬα線は出力窓での吸収が大きいため、出力窓はできるだけ薄くしている。その一方、真空気密を保つために機械的強度が求められており、出力窓を薄くすると、出力窓の外周部にかかる単位面積当たりの応力が強くなり、出力窓が破損することがある。
【００１２】
この発明は、上記した欠点を解決し、出力窓の破損が少ない放射線透過窓構体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放射線を透過する出力窓の外周部が真空外囲器の前面に設けられた開口に隣接する縁部分に接合された放射線透過窓構体において、前記真空外囲器の縁部分と前記出力窓との間に、内周部が前記真空外囲器の前記開口の中まで伸び、前記真空外囲器の内側に変形した応力緩衝材が配置され、前記真空外囲器の縁部分と前記応力緩衝材および前記応力緩衝材と前記出力窓がろう付けされたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１１は真空外囲器で、真空外囲器１１は、金属あるいはガラスなどで形成された円筒状部１２および円筒状部１２の端部に接合されたステンレス製の接合リング１３などから構成されている。接合リング１３は全体が筒状に形成され、その中間に、内側に突出する突出部１４が環状に形成されている。突出部１４の上面１５は外側が平坦部１５ａに形成され、内側の開口側に近い部分が弧状部１５ｂに形成されている。下面１６は平坦に形成されている。弧状部１５ｂは、上面１５の平坦部１５ａから下面１６方向に断面が円弧を描くように形成されている。そして、真空外囲器１１の開口部たとえば突出部上面１５の平坦部１５ａに、真空外囲器１１の開口を塞ぐように、Ｘ線など放射線を透過するＢｅ製の出力窓１７が接合されている。
【００１５】
突出部上面１５に出力窓１７を接合する場合、たとえば接合リング１３を構成する突出部上面１５の平坦部１５ａに、中間材１８たとえば銀ろうなどの金属膜を、あらかじめメッキなどによって数μｍ程度の厚さに形成する。その後、突出部上面１５の中間材１８が付着形成された領域に、出力窓１７を拡散接合、たとえば接合領域に圧力を加え、中間材１８が溶けない程度の温度に加熱する方法で接合する。なお、中間材１８としては、上記の銀ろうに限らず、銅および銀、これら各金属の合金の少なくとも１つの金属を用いることができる。
【００１６】
接合リング１３と出力窓１７とを拡散接合で接合した場合、出力窓１７と中間材１８との間に数μｍ程度の厚さでＢｅとＣｕの拡散層１９が形成される。しかし、上記したように、あらかじめ中間材１８の金属膜をめっきなどで形成し、その後、出力窓１７を拡散接合する方法は、拡散層１９の厚さが薄く、接合部分における出力窓１７に十分の厚さが確保され、破損などの事故が防止される。また、中間材１８が数μｍ程度と薄いため、真空外囲器１１内外の圧力差で出力窓１７が内側に変形した場合に、出力窓１７が突出部上面１５の弧状部１５ｂと確実に接触する。したがって、出力窓１７の内側への曲がりが小さくなり、出力窓１７の外周部への応力集中が回避され、破損が防止される。
【００１７】
なお、図１では、接合リング１３と出力窓１７とを拡散接合している。しかし、接合リング１３と出力窓１７とをろう付け、すなわち、中間材１８に対する加熱温度を高くし、中間材１８を溶かして接合する方法の場合でも同様な効果が得られる。
【００１８】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２では、図１に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
この実施形態は、接合リング１３の材料として、Ｂｅとの真空気密接合に適するたとえば銅を使用している。この場合、接合リング１３の銅と出力窓１７のＢｅは容易に拡散する性質がある。したがって、図１の実施形態のように中間材を使用することなくなく、接合リング１３と出力窓１７とを拡散接合で直接接合している。接合リング１３と出力窓１７の接合部分には、図１の実施形態の場合と同様、ＣｕとＢｅの拡散層１９が形成される。
【００２０】
図２の場合も、拡散層１９の厚さが薄く、接合部分における出力窓１７に十分の厚さが確保され、機械的強度が大きくなり、破損などの事故が防止される。また、真空外囲器１１内外の圧力差で出力窓１７が内側に変形した場合に、出力窓１７が突出部上面１５の弧状部１５ｂと接触し、出力窓１７の内側への曲がりが小さくなる。したがって、出力窓１７の外周部への応力集中が回避され、破損が防止される。
【００２１】
次に、本発明の他の実施形態について、分析用Ｘ線管を例にとり図３を参照して説明する。符号３１はＸ線管を構成するたとえばステンレス製の真空外囲器で、真空外囲器３１の先端は外径が徐々に細くなり、前面３２は平坦に形成されている。前面３２の中央に開口３３が設けられ、開口３３を塞ぐ形でＸ線を透過する出力窓３４が設けられている。このとき、開口３３に隣接する前面３２の縁部分に厚さの薄い肉薄部３５が設けられ、その肉薄部３５の面に出力窓３４の外周部が接合されている。
【００２２】
真空外囲器３１と出力窓３４は、たとえば銀ろうなどのろう材３６を用いてろう付けで接合されている。このとき、出力窓３４と肉薄部３５との間に、たとえば出力窓３４と同じ材料のＢｅ製で環状の応力緩衝部材３７が配置されている。応力緩衝部材３７は、外周部が出力窓３４と肉薄部３５に挟まれ、内周部は開口３３部分の中まで伸びている。なお、図３では、真空外囲器３１の内外の圧力差で出力窓３４が内側に変形し、これに伴い、応力緩衝部材３７も内側に変形した形で示されている。
【００２３】
出力窓３４には、Ｘ線の減衰が少ないＢｅなどの材料が使用され、透過するＸ線の減衰を少なくするために、厚さは１００μｍ以下、たとえば数１０μｍ〜１００μｍと薄く形成されている。
【００２４】
また、真空外囲器３１内の中央に支持体３８が配置され、支持体３８の端部には、出力窓３４と対向する位置に陽極ターゲット３９が支持されている。陽極ターゲット３９の外側に収束電極４０が配置され、収束電極４０の外側に陰極フィラメント４１が配置されている。陰極フィラメント４１は、収束電極４０の外周部に固定された環状の支持部材４２に支持されている。陽極ターゲット３９を支える支持体３８の内部空間４３は陽極部分を冷却する冷却水路になっている。また、真空外囲器３１の一部に、真空外囲器３１部分を冷却する冷却水路４４が設けられている。
【００２５】
上記した構成において、真空外囲器３１の前面３２に形成された肉薄部３５に出力窓３４を接合する場合、たとえば肉薄部３４に銀ろうなどのろう材３６を載せ、さらに平板状の応力緩衝材３７および銀ろうなどのろう材３６、出力窓３４を順に重ね、これらの部分に熱を加えろう付けされる。
【００２６】
上記した構成によれば、出力窓３４の真空側に応力緩衝材３７が配置されている。そのため、真空外囲器３１の内外の圧力差で出力窓３４が内側に変形した場合に、出力窓３４の一部が応力緩衝材３７と接触する。その結果、出力窓３４の内側への大きな曲がりが抑えられ、出力窓３４の外周部に加わる単位面積当たりの応力が緩和され、出力窓３４の破損が防止される。
【００２７】
また、上記した構成によれば、出力窓３４の厚さを数１０μｍ程度と薄くすることができ、高出力化が図れる。また、応力緩衝材３７として出力窓３４と同じ材料のＢｅを使用した場合、応力緩衝材３７と出力窓３４の熱膨張率が同じになり、接合部分近辺などへの局部的な応力が低下し、確実な効果が得られる。
【００２８】
なお、上記の実施形態では、応力緩衝材３７として出力窓３４と同じ材料のＢｅを使用している。しかし、Ｂｅに代えて、陽極ターゲット３９と同じ材料、たとえばロジウム（Ｒｈ）を用いることもできる。このように、応力緩衝材３７に対し、Ｂｅや陽極ターゲット３９と同じ材料を用いた場合、発生するＸ線の純度の低下を防止できる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、出力窓の破損が少ない放射線透過窓構体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図３】本発明を分析用Ｘ線管に適用した場合の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図４】従来例を説明するための断面図である。
【図５】分析用Ｘ線管に用いられた他の従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１…真空外囲器
１２…円筒状部
１３…接合リング
１４…接合リングの突出部
１５…突出部の上面
１５ａ…突出部の上面の平坦部
１５ｂ…突出部の上面の弧状部
１６…突出部の下面
１７…出力窓
１８…中間材
１９…拡散層
【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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