(57)【要約】【課題】間欠放電事象やストレイエミッションを抑止できるメージインテンシファイアを提供する。【解決手段】酸化クロム膜24を、電極19と絶縁体21，22と真空とが交わる三重点部位23に形成する。酸化クロム膜24により、電極19と絶縁体21，22との界面のアーキングや三重点部位23の存在による沿面放電を防止し、間欠放電現象やストレイエミッションを抑止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成され、内部を真空状態に保つ真空外囲器と、
この真空外囲器内で入力窓側に設けられ入射する放射線に対応する電子ビームを放出する入力面と、
前記真空外囲器内で出力窓側に設けられ前記電子ビームを可視光像に変換する出力面と、
前記入力面と前記出力面との間で前記電子ビームの進路上に電子レンズを構成する複数の電極と、
これら電極間を絶縁する絶縁体と、
前記電極と前記絶縁体と前記真空とが交わる三重点部位に形成された酸化クロム膜と
を具備していることを特徴とするイメージインテンシファイア。
【請求項２】
三重点部位は、アノード電極、グリッド電極およびカソード電極のいずれかである電極と、ガラスおよびセラミックスのいずれかである絶縁体と、真空とが交わる部位である
ことを特徴とする請求項１記載のイメージインテンシファイア。
【請求項３】
酸化クロム膜の組成比率が、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載のイメージインテンシファイア。
【請求項４】
アルカリ金属が、カリウムである
ことを特徴とする請求項３記載のイメージインテンシファイア。
【請求項５】
酸化クロム膜中の酸化クロム粒子の平均粒径が、０．５〜１．５μｍである
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載のイメージインテンシファイア。
【請求項６】
酸化クロム膜の膜厚が、５〜１００μｍである
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載のイメージインテンシファイア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線像を可視光像に変換するイメージインテンシファイアに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージインテンシファイアを用いた医用のＸ線診断装置や産業用の非破壊検査装置、宇宙観測用の紫外線検出機などでは、被検体を透過したＸ線、紫外線、中性子線などの放射線像を、イメージインテンシファイアで可視光像に変換し、この可視光像を撮像カメラで撮影し、この撮影映像をモニタで表示して観察を可能としている。
【０００３】
従来のイメージインテンシファイアは、Ｘ線の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成された真空容器を備えている。この真空容器内には、入力窓の内側にＸ線を電子ビームに変換して放出する光電面を有する入力面が設けられ、出力窓の内側に電子ビームを可視光像に変換して出力する出力面が設けられ、入力面から出力面に向かって進行する電子ビームの進路に沿って電子ビームを加速したり集束する電子レンズが設けられている。この電子レンズは、入力面に負の電圧を加えるカソード電極、出力面に高い正の電圧を加えるアノード電極、これらカソード電極とアノード電極との間の複数のグリッド電極などの複数の電極で構成されている。
【０００４】
このようなイメージインテンシファイアに管駆動の高電圧を印加することにより、例えばグリッド電極とアノード電極との間の電位差は６ｋＶ／ｍｍ以上にも達し、このような電界強度が強く、電位傾度が高い部位では、グリッド電極から電子が電界放出され易くなり、このグリッド電極上に金属異物が位置した場合には電界放出の確率がさらに高まる。また、電子放出に伴う熱でグリッド電極からガスが発生し、このガスが電子で電離、イオン化されてグリッド電極に衝突し、二次電子放出が発生する。このことで局所異常放電は持続され、その放電が入力面に達し、入力面の光電面より不正光電子を発生し、この不正光電子が出力面を蛍光させ、イメージインテンシファイアのいわゆる不正発光の主因となる。また、不正光電子は各種電極の電位を変化させ、イメージインテンシファイアの動作をも不安定にする。
【０００５】
その抑止策としては、二次電子放出係数が低い反面ある程度の導電性をも持つ物質でグリッド電極などの電位傾度を有する部位を被覆することが有効であり、代表的物質としては、酸化クロム膜がある。
【０００６】
ただし、従来の酸化クロム膜は、電極等との付着力および粒子間結着力に乏しく、製造工程や実使用時の振動や衝撃、または環境の急激な変化によって剥がれ落ち易い。この酸化クロム膜が剥がれ落ちた場合には、剥がれ落ちた部位より二次電子放出が発生し、上述した不正発光や動作の不安定性を招くばかりか、剥がれた膜片は管内異物となるために不良となり、製造歩留りの低下や品質の低下を招く。また、付着力および粒子間結着力を高めるためには、例えば水ガラスなどをバインダー材として含有することが知られているが、酸化クロム膜の導電性が損なわれ易く、二次電子放出性は低くても電気絶縁性で帯電し、塵誘引の原因となったり、管内電位分布が不安定になる問題がある。
【０００７】
そこで、酸化クロム膜の組成比率を、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成することを提案している。この酸化クロム膜の組成比率により、適度な導電性と低い二次電子放出性とを得て塵誘引や不正発光等を防止できるうえに、膜形成部位との付着力や粒子間結着力を確保して膜剥がれを防止でき、この膜剥がれに伴う二次電子放出や管内異物による不良を防止可能とした。
【０００８】
ただし、金属異物が介在した場合、例えばグリッド電極とアノード電極との間の電位差は６ｋＶ／ｍｍに遥かに及ばない箇所においても放電源に成りうる。
【０００９】
金属異物とは、電極加工時に生成するバリや電極類を管内に組み込む際の擦れ、溶接時などさまざまな要因によって産出するものであり、バリ除去処理や組み込み法改善、溶接条件改正により管内への持ち込みを低減し、さらにはタッピングや管内洗浄によりある程度排出することは可能だが、万全ではなく、管内金属異物を撲滅することは略不可能である。
【００１０】
この金属異物の材質はＳＵＳやＡＬ、Ｃｕなどで、５０〜２００ミクロンの針状を呈している場合が多い。この程度のサイズだと、０．５ｋＶ／ｍｍ以上の電界下において、クーロン力が作用し動き回るようになる。イメージインテンシファイアの実稼動時の動作中、管内に潜んでいた金属異物がグリッド電極上に載り、異物にクーロン力が作用してアノード電極に向かい起立浮上しようとすることにより、ここに電界が集中して放電し、放電電流が流れて金属異物がグリッド電極に溶着し、放電持続といったプロセスにより、イメージインテンシファイアは使用に耐えなくなってしまうことが多い旨、諸実験で明らかになった。
【００１１】
この問題に関しては、酸化クロム膜を電界強度が０．５ｋＶ／ｍｍ以上に成りうる電極部位に少なくとも形成させることで解決した。電界強度０．５ｋＶ／ｍｍというのは、金属異物がクーロン力で移動しうる境界値である。上述のようにクーロン力によって金属異物が起立し、電界集中がおきてもグリッド電極が酸化クロムで保護されていれば放電は抑止される。たとえ放電が起きても、金属異物はグリッド電極と直接溶着はしないから、致命的な持続放電に至ることはない（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２６８１９７号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、金属異物などを介して生ずる連続放電事象に関しては抜本的な解決がなされたものの、複数の電極間およびこれらを絶縁する絶縁体などを源とするいわゆる間欠放電事象については未解決のままであった。また、Ｘ線の入射時に発現する出力蛍光体の不正発光事象、いわゆるストレイエミッションについても未解決であった。このストレイエミッションは真空度が悪化することに伴い生ずるいわゆるイオンスポットとは区別される。
【００１３】
そして、いくつかの計算、実験、試作により、間欠放電事象に関する以下の客観的事実が明らかになった。
【００１４】
まず、間欠放電事象の源は複数の電極間とこれらを絶縁する絶縁体との界面にて生ずる間欠的なアーキングであった。例えば、典型的な９インチサイズのイメージ管でも、アノード電極と拡大電極として機能するグリッド電極との間には２７ｋＶもの高電圧が印加される。通常は、例えばガラスバルブなどの絶縁体によって両者を絶縁支持している。グリッド電極から電界放出した電子は絶縁体を負に帯電させていき、絶縁体とアノード電極との間の電位差は拡がり、これが絶縁破壊の閾値を越えた際に、絶縁体とアノード電極との界面でアーキングが発生する。アーキング光は入力面に入射し、入力面の光電面から不正光電子を射出させ、さらにこの不正光電子は出力面を不正に蛍光させる。その後、上記帯電が始まり、やがてアーキングに至り、出力蛍光を導く。このようなプロセスの繰り返しが間欠放電事象を生み出す。間欠の間隔は管球構造、印加電圧などによりさまざまであるが、一般的に数百ｍｓｅｃから数百ｓｅｃとなる。この間欠放電事象は医療や非破壊検査の現場において、その診断性を阻害するものである。
【００１５】
また、沿面放電も同様に間欠放電事象をもたらす。絶縁体上における沿面放電は、高電圧の電極と絶縁体と真空とが交わる三重点部位において、それぞれの誘電率の相違から電界集中が起きやすく、三重点部位からの電界電子放出、絶縁体の沿面における二次電子なだれ現象、および絶縁体への電子衝突に伴う気体放出などが組合わさって放電に至る。
【００１６】
併せて、いくつかの計算、実験、試作により、ストレイエミッションに関する以下の客観的事実も明らかになった。
【００１７】
ストレイエミッションは、真空外囲器内の入力面以外に不正形成された光電面から射出される不要電子に起因する出力蛍光体の不要発光事象であるとされてきた。確かにそれは要因ではあるが、それだけではなく、上述した沿面放電との複合要因であることが判明した。沿面放電はＸ線の入射とは無関係に起きるものである。沿面放電の発光は入力面の光電面を照らし、その刺激で光電面からは光電子が射出され、出力面から不正蛍光をもたらす。しかし、Ｘ線入射時には、不正光電面に起因する不正蛍光と相乗して出力面から蛍光させ、見掛けのストレイエミッションを増大させる。すなわち、不正形成された光電面から射出される不要電子を断じても、ストレイエミッションは消失することなく残存し、実使用時のコントラスト減少など、画質低下を招く問題がある。
【００１８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、間欠放電事象やストレイエミッションを抑止できるイメージインテンシファイアを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、放射線の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成され、内部を真空状態に保つ真空外囲器と、この真空外囲器内で入力窓側に設けられ入射する放射線に対応する電子ビームを放出する入力面と、前記真空外囲器内で出力窓側に設けられ前記電子ビームを可視光像に変換する出力面と、前記入力面と前記出力面との間で前記電子ビームの進路上に電子レンズを構成する複数の電極と、これら電極間を絶縁する絶縁体と、前記電極と前記絶縁体と前記真空とが交わる三重点部位に形成された酸化クロム膜とを具備しているものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電極と絶縁体と真空とが交わる三重点部位に酸化クロム膜を形成したことにより、電極と絶縁体との界面のアーキングや三重点部位の存在による沿面放電を防止できるので、間欠放電現象やストレイエミッションを抑止できるイメージインテンシファイアを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
【００２２】
図１において、11はイメージインテンシファイアの内部を真空状態に保つ真空外囲器で、この真空外囲器11のＸ線、紫外線、中性子線などの放射線12の入射側には入力窓13が形成され、入力窓13に対して反対側には出力窓14が形成されている。真空外囲器11内には、入力窓13の内側に放射線12を電子ビーム15に変換して放出する光電面を有する入力面16が設けられ、出力窓14の内側に電子ビーム15を可視光像に変換して出力する出力面17が設けられている。
【００２３】
入力面16から出力面17に向かって進行する電子ビーム15の進路に沿って、電子ビーム15を加速したり集束する電子レンズ18が配設されている。この電子レンズ18は、入力面16に負の電圧を加えるカソード電極Ｋや出力面17に高い正の電圧を加えるアノード電極Ａ、これらカソード電極Ｋとアノード電極Ａとの間の複数のグリッド電極G1，G2，G3などの複数の電極19で構成されている。
【００２４】
また、アノード電極Ａとグリッド電極G3とは、真空外囲器11のガラスバルブあるいはセラミックスなどで構成される絶縁体21を介して絶縁状態に支持されている。
【００２５】
グリッド電極G3とグリッド電極G2とは、例えば棒状のガラスあるいはセラミックスなどで構成される絶縁体22を介して絶縁状態に支持されている。
【００２６】
図示していないが、グリッド電極G1は、真空外囲器11にガラスあるいはセラミックスなどで構成される絶縁体を介して絶縁状態に支持されている。
【００２７】
また、アノード電極Ａと絶縁体21と真空とが交わる三重点部位23、およびグリッド電極G3と絶縁体21と真空とが交わる三重点部位23を覆うように酸化クロム膜24が形成され、さらに、これら異なる電位にある三重点部位23を連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されている。すなわち、酸化クロム膜24は、アノード電極Ａ、絶縁体21およびグリッド電極G3の表面に形成されている。
【００２８】
アノード電極Ａとグリッド電極G3との間には高電圧が印加されるので、アノード電極Ａと絶縁体21との界面やグリッド電極G3と絶縁体21との界面においてアーキングや沿面放電が発生し易いが、酸化クロム膜24により、アノード電極Ａと絶縁体21と真空とが交わる三重点部位23、およびグリッド電極G3と絶縁体21と真空とが交わる三重点部位23が、酸化クロム膜24と真空との二重点部位とされ、さらに、これら異なる電位にある三重点部位23を連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されているため、アーキングや沿面放電の発生を防止できる。
【００２９】
また、グリッド電極G3と絶縁体22と真空とが交わる三重点部位23、およびグリッド電極G2と絶縁体22と真空とが交わる三重点部位23に酸化クロム膜24が形成され、さらに、これら異なる電位にある三重点部位23を連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されている。すなわち、酸化クロム膜24は、グリッド電極G3、絶縁体22およびグリッド電極G2の表面に形成されている。
【００３０】
グリッド電極G3とグリッド電極G2との電位差は特に拡大モードにおいては１０ｋＶ程度にまで昇圧するので、アーキングや沿面放電の発生に至る場合があるが、酸化クロム膜24により、グリッド電極G3と絶縁体22と真空とが交わる三重点部位23、およびグリッド電極G2と絶縁体22と真空とが交わる三重点部位23が、酸化クロム膜24と真空との二重点部位とされ、さらに、これら異なる電位にある三重点部位23の間を連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されているため、アーキングや沿面放電の発生を防止できる。
【００３１】
また、図示していないが、グリッド電極G3とグリッド電極G1との電位差も特に拡大モードにおいては１０ｋＶ程度にまで昇圧するので、アーキングや沿面放電の発生に至る場合があるが、グリッド電極G1と絶縁体と真空とが交わる三重点部位23に酸化クロム膜24が形成されることにより、酸化クロム膜24と真空との二重点部位とされ、さらに、これら異なる電位にある三重点部位23の間に連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されることにより、アーキングや沿面放電の発生を防止できる。
【００３２】
そして、酸化クロム膜24の組成比率は、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属としてカリウム０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成されている。また、酸化クロム膜24中の酸化クロム粒子の平均粒径は、０．５〜１．５μｍで構成されている。酸化クロム膜24の膜厚は、５〜１００μｍで形成されている。
【００３３】
ここで、酸化クロム膜24の形成方法の一例について説明する。まず、平均粒径０．９μｍのＣｒ2Ｏ3の粉末とＳｉＯ2／Ｋ2Ｏとが３モル比となる水ガラス水溶液を、上述した酸化クロム膜24の組成比率の範囲になるよう計量、混合する。この際、分散促進剤としてアンモニアを添加してもよい。次いで、スプレー法、筆塗り法などで目的の部位に塗布する。次いで、４００〜５５０℃の温度で焼成を施す。この際、雰囲気は真空、空気、水素などのいずれを用いても構わないが、真空雰囲気が最も安定した導電率を得ることができる。
【００３４】
この焼成後は、必要に応じて表面抵抗値や膜厚、外観検査を行い、他の部品と組み立て、入力面16および出力面17を封止し、排気して光電面を形成し、イメージインテンシファイアを形成する。
【００３５】
ところで、クロムが２５原子％未満であると、導電性の欠如ばかりか、二次電子放出抑制機能が損なわれ、不正発光不良が起き易くなる。また、クロムが４０原子％を超えると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が欠乏し、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。そのため、クロムは、２５〜４０原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は３２〜３６原子％である。
【００３６】
珪素が１原子％未満であると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が損なわれ、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。また、珪素が８原子％を超えると、膜の導電性が不十分になる。そのため、珪素は、１〜８原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は３〜６原子％である。
【００３７】
カリウムが０．７原子％未満であると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が損なわれ、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。また、カリウムが５原子％を超えると、膜の導電性が不十分になる。そのため、カリウムは、０．７〜５原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は２〜４原子％である。また、珪素に対するカリウムの原子存在比率は０．６〜０．７％の範囲が好ましい。
【００３８】
また、以上の酸化クロム膜24の組成比率を前提として、酸化クロム粒子の平均粒径は、０．５〜１．５μｍの範囲が好ましい。０．５μｍより細かいと、塗布時に凝集しやすいうえ、導電性が高くなり過ぎるし、また、１．５μｍより粗いと、導電性が損なわれ、絶縁膜に近くなる。
【００３９】
さらに、酸化クロム膜24の膜厚は、５〜１００μｍの範囲が好ましい。５μｍより薄いと、二次放電放出抑制機能が損なわれ、不正発光不良が増加し、また、１００μｍより厚いと、膜が割れ易くなる。そのため、５〜１００μｍの範囲が好ましく、低い二次電子放出性が確実に得られて割れにくくするには、１０〜１５μｍの範囲がより好ましい。
【００４０】
また、酸化クロム膜24の組成中のアルカリ金属としては、カリウムが好ましいが、ナトリウムに置き換えることもでき、あるいはカリウムとナトリウムとの両方を用いることもできる。
【００４１】
そして、真空外囲器11は管容器26に収容され、この管容器26には複数の電極19に高電圧を印加する高電圧電源27や出力面17に結像された可視光像を撮影するカメラ28などが配置され、イメージインテンシファイアが形成されている。
【００４２】
したがって、このイメージインテンシファイアでは、電極19と絶縁体21，22と真空とが交わる三重点部位23に酸化クロム膜24を形成したことにより、電極19と絶縁体21，22との界面のアーキングや三重点部位23の存在による沿面放電を防止できるので、間欠放電現象やストレイエミッションを抑止できるイメージインテンシファイアを提供できる。さらに、異なる電位にある三重点部位23の間を連続して接続するように酸化クロム膜24が形成されることにより、アーキングや沿面放電の発生をより確実に防止できる。
【００４３】
しかも、上述した組成の酸化クロム膜24は、電気的に非帯電性の半導体であり、例えばグリッド電極G3から電子放出を受けてもこれを荷電することなく常にアノード電極Ａに逃がす役割を担う。もちろんアノード電極Ａとグリッド電極G3と間の電気的絶縁という相反する機能も併せ持つから絶縁不良を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態を示すイメージインテンシファイアの概念図である。
【符号の説明】
【００４５】
11    真空外囲器
12    放射線
13    入力窓
14    出力窓
16    入力面
17    出力面
18    電子レンズ
19    電極
21，22    絶縁体
23    三重点部位
24    酸化クロム膜
Ａ    アノード電極
G3    グリッド電極
Ｋ    カソード電極
【図１】
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