(57)【要約】  本発明の固定陽極X線管は、電子線を発生する陰極と、前記陰極からの電子線が衝突してX線源の焦点を形成し、その焦点からX線を発生するターゲットを有する陽極と、前記陰極と前記陽極とが対向配置されるように前記陰極と前記陽極を支持し、真空気密に前記陰極と前記陽極を内包し、前記ターゲットからのX線を取り出すX線取り出し部を有した外囲器と、を備えた固定陽極X線管において、少なくとも前記陽極のターゲットの位置が前記外囲器の長手方向の中心軸よりも前記X線取り出し部に近接するようにオフセットして配置される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する陰極と、
前記陰極からの電子線が衝突してX線源の焦点を形成し、その焦点からX線を発生するターゲットを有する陽極と、
前記陰極と前記陽極とが対向配置されるように前記陰極と前記陽極を支持し、真空気密に前記陰極と前記陽極を内包し、前記ターゲットからのX線を取り出すX線取り出し部を有した外囲器とを備えた固定陽極X線管において、
少なくとも前記陽極のターゲットの位置が前記外囲器の長手方向の中心軸よりも前記X線取り出し部に近接するようにオフセットして配置されることを特徴とする固定陽極X線管。
【請求項２】
前記陽極と前記陰極が共に前記X線取り出し部に近接するようにオフセットして配置されることを特徴とする請求項1に記載の固定陽極X線管。
【請求項３】
前記外囲器がX線照射方向の少なくとも一部にX線を取り出すためのX線放射窓をさらに設け、
少なくとも前記陽極のターゲットの位置が前記外囲器の長手方向の中心軸よりも前記X線放射窓に近接するようにオフセットして配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の固定陽極X線管。
【請求項４】
前記オフセット配置される位置が前記外囲器の長手方向の中心軸よりもX線取り出し部に近接するように少なくとも5mm以上移動した位置に配設されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の固定陽極X線管。
【請求項５】
前記陽極は前記ターゲットと、該ターゲットを埋設する陽極母材とを有し、前記陽極母材の陰極と対向する面は管軸と直交する面と管軸に対し傾斜する傾斜面とから成り、前記傾斜面に前記ターゲットが埋設され、その傾斜面はX線放射方向側に配設されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固定陽極X線管。
【請求項６】
前記陰極は熱電子を放出するフィラメントと、該フィラメントを支持し、フィラメントから放出された熱電子を集束して陽極に向かう電子線とする集束電極とを有し、前記集束電極は熱電子を集束するための集束溝を有し、前記集束溝と前記フィラメントの長手方向の中心位置が前記中心軸からX線放射方向側に配設されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の固定陽極X線管。
【請求項７】
前記固定陽極X線管と前記固定陽極X線管に供給する電源を一つの筐体に収容するモノタンクX線管に用いる前記固定陽極X線管であって、前記固定陽極X線管の外囲器にX線を遮蔽するためのX線遮蔽部材を設けることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の固定陽極X線管。
【請求項８】
X線を発生するX線管と、X線管を収納するX線発生部と、照射台に載せられたX線照射を受ける被照射体を透過したX線を検出するX線検出部と、X線検出部の出力信号を画像として表示する表示部と、前記X線発生部を統括して制御する制御部と、前記X線管乃至制御部を収容する筐体とを備えたX線照射装置において、前記X線管は請求項１〜7のいずれかに記載の固定陽極X線管であることを特徴とするX線照射装置。
【請求項９】
X線を発生するX線管と、X線管を収納するX線発生部と、照射台に載せられたX線照射を受ける被検査体を透過したX線を検出するX線検出部と、X線検出部の出力信号を画像として表示する表示部と、前記X線発生部を統括して制御する制御部と、前記X線管乃至制御部を収容する筐体とを備えたX線検査装置において、前記X線管は請求項１〜7のいずれかに記載の固定陽極X線管であることを特徴とするX線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定陽極X線管とそれを用いたX線検査装置及びX線照射装置に係り、特に固定陽極X線管のX線放射角を広角度化するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定陽極X線管の用途は、非破壊検査、医療の分野など多岐に渡っている。非破壊検査の分野においては、空港の手荷物X線検査装置や食品の異物混入X線検査装置などに搭載されている。医療の分野においては、輸血用の血液の殺菌装置として、また研究用としてマウス、微生物、培養細胞などのX線照射装置などに搭載されている。固定陽極X線管はそのX線放射窓にベリリウムなどのX線透過性の良い金属材料を用いている(例えば特許文献1)。【０００３】
特許文献1には、陽極と陰極と対向配置されて外囲器に収容され、外囲器の長手方向での中心軸(以下では「管軸」ともいう)に沿って前記陰極の電子線源と前記陽極のターゲットが配置されている。
【特許文献１】特開2003-36806号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、［特許文献1］によって開示された技術は、次のニーズとその解決策について言及されていない。
第1のニーズは、空港の手荷物X線検査装置や研究用のX線照射装置などは、その設置場所が搭乗口や研究室などの限られた空間であるため、固定陽極X線管などのX線装置は小型化が望まれている。
第2のニーズは、食物異物X線検査装置や血液X線照射装置などの場合、検査効率を上げるため一回のX線照射でより多くの数量を処理することが必要とされている。
第3のニーズは、手荷物X線検査装置などでは、現在の装置の設置スペースを変えずに大きな手荷物の検査に対応した照射野が必要である。【０００５】
これらのニーズに対応するためには、X線管の側では、X線放射角度を広角化することが必要である。【０００６】
他方、X線放射角度の広角化はX線管を大型化する第1の代案も有る。この第1の代案はX線管が大型化するので、そのX線管が組み込まれるX線検査装置やX線照射装置も大型化することになるから、上記ニーズに対応することができない。【０００７】
また、X線放射窓を大きくする第２の代案も有る。この第2の代案はX線照射野を大きくできるが、X線照射野の周辺部分では所望のX線強度を得ることができないので、均一な解像度のX線画像を得ることができないから、特に第2、第3のニーズに対応することができない。【０００８】
また、X線管のX線放射窓の材料であるベリリウムが環境に有害であるから、その使用量を抑制する必要がある。【０００９】
本発明の目的は、X線管を大型化することなく、またX線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなく、X線放射角度の広角化を可能とする固定陽極X線管とそれを用いたX線検査装置及びX線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固定陽極X線管は、電子線を発生する陰極と、前記陰極からの電子線が衝突してX線源の焦点を形成し、その焦点からX線を発生するターゲットを有する陽極と、前記陰極と前記陽極とが対向配置されるように前記陰極と前記陽極を支持し、真空気密に前記陰極と前記陽極を内包し、前記ターゲットからのX線を取り出すX線取り出し部を有した外囲器と、を備えた固定陽極X線管において、少なくとも前記陽極のターゲットの位置が前記外囲器の長手方向の中心軸よりも前記X線取り出し部に近接するようにオフセットして配置される。【００１１】
これによって、X線放射角度を広角化することができる。【００１２】
また、本発明のX線照射(検査)装置は、X線を発生するX線管と、X線管を収納するX線発生部と、照射台に載せられたX線照射を受ける被照射体(被検査体)を透過したX線を検出するX線検出部と、X線検出部の出力信号を画像として表示する表示部と、前記X線発生部を統括して制御する制御部と、前記X線管乃至制御部を収容する筐体とを備えたX線照射(検査)装置において、前記X線管は本発明の固定陽極X線管であることを特徴とする。【００１３】
これら本発明のX線照射(検査)装置は、この装置に組み込まれる本発明の固定陽極X線管によりそのX線放射角度が広角化することに伴い、固定陽極X線管のX線焦点とX線検査又はX線照射される対象物との距離を短くすることができる。
つまり、焦点と被照射体又は被検査体(対象物)間の距離に平行な方向のX線照射(検査)装置の長さを従来に比べて短くすることが可能となるから、X線照射(検査)装置の設置スペースを小さくすることができる。【００１４】
また、本発明のX線照射(検査)装置は、この装置に組み込まれる本発明の固定陽極X線管によりそのX線放射角度が広角化することに伴い、X線焦点とX線検査又はX線照射される対象物との距離が従来と同じであっても従来測定可能であった所定の大きさの対象物よりも大きさの大きい対象物に対してX線照射(検査)をすることができる。つまり、X線照射(検査)装置の設置スペースが従来の大きさであっても従来よりも大きな対象物を取り扱うことができる。また、食品用のX線検査装置や血液用のX線照射装置では一度のX線照射でより多くの対象物を検査又は照射することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、X線管を大型化することなく、またX線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなく、X線放射角度の広角化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る固定陽極X線管の第1の実施形態の構造図である。
【図２】本実施形態のX線管の陽極の製作方法を説明するための図である。
【図３】本実施形態の固定陽極X線管を使用したX線照射装置の一例の構成図である。
【図４】本発明に係る固定陽極X線管の第2の実施形態の構造図である。
【図５】本発明に係る固定陽極X線管の第3の実施形態の構造図である。
【図６】本発明に係る固定陽極X線管を使用した場合に対象物に近接させる場合の原理を説明する図である。
【図７】図6で焦点距離を変えた場合のX線照射角度の変化の関係を示す図である。
【図８】図6で焦点距離を変えた場合のX線照射範囲の変化の関係を示す図である。
【図９】図6で焦点距離を変えた場合の焦点と対象物との間の距離の変化の関係を示す図である。
【図１０】照射外X線を遮蔽するためにX線管の外囲器に鉛を装着した例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に従って固定陽極X線管の好ましい実施の形態について詳説する。
図1は本発明に係る固定陽極X線管の第1の実施形態の構造図である。
X線管10は、電子線22を発生する陰極12と、陰極12からの電子線22が衝突するとX線38を発生するターゲット26を備えた陽極14と、陰極12と陽極14とを対向させて絶縁支持し、真空気密に内包する外囲器16などから構成される。
外囲器16の側面にはX線38を外部に取り出すための放射窓部34が取り付けられている。
本実施形態のX線管では、陽極14および陰極12の構造に特徴があり、少なくとも陽極14上においてX線源(焦点)40が従来品よりも外囲器16の放射窓部34へ接近させて形成される。【００１８】
陰極12は、熱電子を放出するフィラメント18と、この熱電子を集束して陽極14のターゲット26に向かう細いビーム状の電子線22を形成する集束電極20と、集束電極20を支持する集束電極支持部21と、集束電極支持部21を絶縁支持するステム24などから構成される。フィラメント18はタングステン線などをコイル状に巻いたもので、集束電極20の集束溝20a内に支持される。フィラメント18は集束溝20ａ内の支持部と電気的に絶縁されている。【００１９】
集束電極20は鉄やステンレス鋼などの金属材料から成り、陽極14のターゲット26と対向して配置され、そのターゲット26と対向する面側にフィラメント18を取り付ける集束溝20aが設けられている。集束溝20ａの形状、寸法は、陰極12と陽極14との間に高電圧が印加されたときに、フィラメント18の周辺にフィラメント18から放出された熱電子を集束するための集束電界が作られるように設計されている。この集束溝20aの長手方向の中心位置(フィラメント18の長さ方向の中心位置にほぼ対応する)はX線管10の中心軸(以下、管軸と略称する)17に対して数mmから約20mm程度ずらしてある。(このずらす寸法の上限値は陽極の外径に依存し、陽極の外径が大きいほど大きくなる。以下同じ。)この結果、フィラメント18から放出される電子線22が管軸17からずれた位置を走行し、陽極14のターゲット26上の管軸17からずれたX線放射窓により近い位置で衝突し、X線焦点40を形成する。【００２０】
集束電極支持部21は通常円筒形状をしており、ステンレス鋼などの金属材料から成る。ステム24は主として耐熱性ガラスなどの絶縁物から成り、大略円筒形状をしており、集束電極支持部21と接続される円筒部と、外囲器16の端部と接続されるフレア部と、円筒部の内側にあって複数本のリード線25を真空気密に封入しているリード線封入部などから構成される。このリード線25はフィラメント18と集束電極20に接続され、フィラメント加熱電圧および陰極電位の供給に用いられる。他に集束電極支持部21の支持などにも用いられる。【００２１】
陽極14は、ターゲット26とこれが埋設される陽極母材28などから構成される。ターゲット26はタングステンなどの高電子番号の高融点金属材料またはその合金から成り、長方形または円形の板状体である。陽極母材28は銅などの高熱伝導率の金属材料から成り、大略円柱状の棒状体である。陽極母材28の陰極12に対向する面は管軸17に対して直交する面と傾斜する面(以下、傾斜面という)15から成り、この傾斜面15にターゲット26が埋設されている。
ここで、ターゲット角度とは、傾斜面15すなわちターゲット26の表面とX線38の取り出し方向(以下、X線放射方向という)39との間の角度である。X線放射角度を広角化するため約25度以上としている。ターゲット角度はX線放射角度の大きいX線管では約40度前後になっている。X線源40に対応するターゲット26の中心位置は、陰極12の集束電極20の集束溝20ａの中心位置と同様に、陽極14の中心軸(管軸17に相当)に対して数mmから約20mmずれた位置にある。このターゲット26の中心位置には陰極12からの電子線22が衝突し、焦点40を形成することになるが、このターゲット26の中心位置、すなわち焦点40の位置と管軸17との距離を、以下焦点偏移距離と呼ぶことにする。ターゲット26の陽極母材28への埋設は鋳造などによって行われる。陽極母材28の傾斜面15と反対側の端部(以下、陽極端という)29は少し細目の円柱状に加工されており、X線管外に露出されている。この陽極端29に陽極電位が供給される。【００２２】
次に、図2を用いて本実施形態のX線管10の陽極14の製作方法について説明する。本実施形態の陽極14の陽極母材28は真空鋳造によって作られる。図2は、真空鋳造によってターゲット26を陽極母材28に埋め込んだ状態を示しており、鋳造冶具の中に、陽極母材28の素材となる陽極鋳造体42が納まっている。図2において、鋳造治具は、円筒状のルツボ44と、ルツボ44を支持するルツボ台46とから成る。ルツボ44やルツボ台46はグラファイトなどの耐熱性材料から成る。ルツボ台46はルツボ44の底部に置かれるが、その上面はルツボ44の底面44aに平行な平面46aとターゲット角度に相当する角度で傾斜した傾斜面46bとから成る。平面46aと傾斜面46bとの境界線46cはX線管10の仕様に基づいて適宜決められる。鋳造作業時には準備作業として、ターゲット26をルツボ台46の傾斜面46bに耐熱性の線材などで固定するが、その位置としてはターゲット26の中心位置がルツボ台46の中心軸に対し、焦点偏移距離だけずれた位置にくるように設定される。ターゲット26の固定後、ルツボ台46をルツボ44の中に挿入し、ルツボ台46の上に無酸素銅などの銅材料を必要な量だけ載せる。準備作業の終ったルツボ44を真空加熱炉に入れ、真空雰囲気中で銅材料を溶解する。その後、冷却して固化すると陽極鋳造体42が得られる。陽極鋳造体42は陽極母材28としての外形寸法を出す加工をした後、ターゲット20の表面の研磨作業を行うことにより陽極14が完成する。【００２３】
外囲器16は、中央に位置し、その側面に放射窓部34が取り付けられた金属外囲器30と、陰極絶縁部32と、陽極絶縁部33などから構成される。金属外囲器30は大略円筒形状をしており、陰極12の集束電極20と陽極14のターゲット26を覆うような中央の位置に管軸17に平行に配設されている。金属外囲器30の側面の、ターゲット26に近接する位置にX線放射方向39を向くように、放射窓部34が取り付けられている。放射窓部34は外側に広がるコーン状をしており、その底部にX線窓36が結合されている。【００２４】
金属外囲器30は、ステンレス鋼や銅などから成り、その両端には陰極絶縁部32と陽極絶縁部33の一端が結合されている。陰極絶縁部32と陽極絶縁部33は両者とも大略円筒形状をしており、耐熱性ガラスまたはセラミックなどの絶縁物から成る。金属外囲器30と陰極絶縁部32および陽極絶縁部33との間には通常上記絶縁物と熱的になじみのよいコバールなどの金属材料から成る薄肉の円筒30a，30bが挿入される。陰極絶縁部32の他端は陰極12のステム24のフレア部に結合され、陽極絶縁部33の他端は陽極14の陽極母材28の陽極端29の付け根の部分に金属円筒28aを介して結合されている。この金属円筒28aも上記外囲器16の絶縁物と熱的になじみのよいコバールなどの金属材料から成る。金属外囲器30と円筒30a，30bとの間、および陽極母材28と円筒28aとの間はろう付けによって結合される。【００２５】
放射窓部34は、内、外周面ともコーン状の形状であり、X線放射方向39を中心軸とする円錐面にほぼ一致するように加工されている。この円錐面は放射窓部34の内周面34aの全面または一部はターゲット26上の焦点40を頂点とし、X線放射方向39を中心軸とする円錐面である。X線窓36は放射窓部34の内側開口34cの底の部分に取り付けられている。放射窓部34の前面34bは平坦面であり、この平坦な部分はX線装置などへの搭載時にX線管10の固定のために利用される。放射窓部34はステンレス鋼などの鉄鋼材料から成り、X線窓36はベリリウムなどのX線透過性の良い金属材料から成る。X線窓36は通常薄い円板が用いられ、窓枠にろう付けされた後に、溶接などにより放射窓部34に結合される。また放射窓部34は金属外囲器30にろう付けまたは溶接によって結合されるが、ろう付けされる場合には、X線窓36の取り付けはろう付け後に行われる。本実施形態では放射窓部34の外形をコーン状としたが、これに限定されず他の形状、例えば四角形などであってもよい。【００２６】
X線管10の組立時には、陽極14のターゲット26の中心位置と陰極12の集束電極20の集束溝20aの中心位置とが対向し、放射窓部34のX線窓36の中心位置とターゲット26の中心位置とが対向するように、外囲器16と陽極14および陰極12との封止作業を行う。このようにX線管10の組立を行うことにより、ターゲット26の中心位置と放射窓部34のX線窓36との距離を従来品に比べ大幅に短縮することができる。【００２７】
本発明の対象となる固定陽極X線管10では、陽極14の陽極母材28の外径は概ね約30mmから約60mmまでの範囲にあり、管軸17と外囲器16のX線窓36までの距離または外囲器16の円筒形状をした中央部の半径は概ね約20mmから約40mmまでの範囲にあり、外囲器16のX線窓36の半径は概ね約10mmから約20mmまでの範囲にある。陽極14のターゲット26の中心位置は陽極母材28の外径の範囲の中で移動可能であるが、管軸17からの移動距離が小さい場合、例えば5mm未満の場合にはX線放射角度の増加量が小さく、また陽極母材28の外周に近付くと陰極12からの電子線22がターゲット26から外れてしまう恐れが生ずる。このため、焦点40の管軸17からの移動距離、すなわち、焦点偏移距離としては、概ね数mmから約20mmまでの範囲が適当である。焦点偏移距離の上限値は陽極母材28の半径によって制限され、陽極母材28の半径から5mm乃至10mm減じた値を選択するとよい。【００２８】
図1において、X線照射野は、X線管10の焦点40を頂点とし、この焦点40と放射窓部34の内周面34aの全面または一部とで作られる円錐により形成される。X線放射角度は前記円錐の頂角θで表される。このX線放射角度θはターゲット角度のほぼ2倍になっている。本実施形態では、上記の如く、ターゲット26の中心位置が放射窓部34のX線窓36に焦点偏移距離だけ接近して組み立てられているため、その焦点偏移距離の分だけ焦点40とX線窓36との距離が接近することになり、その結果、焦点40とX線窓36の外周と放射窓部34の内周面34aとで作られるX線放射角度θは焦点偏移距離に対応する分変化し、約10mmの焦点偏移距離をとることによりX線放射角度は従来品に比べ約30％以上増加する。【００２９】
また、X線管のX線放射角度θを更に大きくしたい場合には、上記実施形態において、外囲器16の放射窓部34のX線窓36の外径を大きくすることや、X線窓36を陽極14の陽極母材28(すなわちターゲット26)に接近させることなどを付加すればよい。これらの付加によって、X線放射角度θを従来品の2倍以上にすることが可能である。前者の場合、X線窓36の外径が大きくなることになるが、その増加率は従来品に比べ格段に小さく、凡そ半分以下に押さえることができる。【００３０】
以上説明した如く、本実施形態の効果は、X線管の外形寸法が維持されたまま、X線放射角度を大きくすることができることである。X線管は従来品のように大型化する必要がないので、X線管の製造コストの上昇は抑制される。
特に、X線窓の材料であるベリリウム板が小径のもので済むので、製造コストの低減とともに、廃棄処理を考慮した場合環境への影響を小さく押さえることができる。【００３１】
また、本発明に係るX線管10をX線照射装置などに搭載した場合、X線管10が小型であるため、装置のX線管搭載部を大きくすることなく、X線放射角度の広角化を図ることができるので、被照射体などとX線管との距離を小さくすることができ、X線照射装置などの小型化が可能となる。図3を用いて、X線照射装置の場合について説明する。【００３２】
図3は、本実施形態のX線管10を搭載したX線照射装置の一例の構成図を示したものである。図3において、図3(a)は被照射体54が1個の場合の例、図3(b)は被照射体54が2個の場合の例である。X線照射装置50は、X線管10を収納するX線発生装置52と、X線照射を受ける物体(以下、被照射体という)54を載せる照射台56と、被照射体54を透過したX線を検出するX線検出装置58と、X線検出装置58の出力信号を画像として表示するモニター60と、X線発生装置52などの装置を制御する制御装置62と、それらの装置を収容する筐体64などから構成される。【００３３】
X線発生装置52には、通常X線管10の他に高電圧を発生する高電圧電源やフィラメント加熱電源などが収納される。X線発生装置52としては、容量が大きいときには、X線管10を収容するX線管装置と電源部が別々に分けられる場合もある。照射台56は上下方向に移動可能で、X線発生装置52のX線源との距離を変えることができる。被照射体54が小さい場合には、図3(a)に示す如く、X線源に近づけてX線照射することができ、また、被照射体54が大きい場合やその個数が多い場合などには、図3(b)に示す如く、X線源から離してX線照射することができる。図3の例では、照射台56の移動に連動して、装置の高さHが、H1，H2と変化しているが、照射台56の移動は装置の中だけで行ってもよい。照射台56のなかには、前後左右に移動できるものもあり、その移動によって被照射体54とX線源との位置合わせを行うことができる。筐体64は、X線発生装置52を収容するX線源搭載室53と、被照射体54を収容するX線照射室57と、X線検出装置58などを収容するX線検出器室59などに分かれており、通常それらの室が上下方向に配列されている。X線検出器室59には、底部にX線検出装置58が設置され、前面にモニター60が設置され、内部に制御装置62が収容されている。【００３４】
このX線照射装置50には、本実施形態のX線管10を搭載したX線発生装置52が含まれているため、本実施形態のX線管10の小型で、広角なX線放射角度の特長に起因して、装置の小型化、検査効率の向上が図られる。先ず、X線管10の外形が、X線放射角度の広角化にもかかわらず、小型に維持されているので、X線発生装置52は小型に維持され、X線発生装置52を収容するX線源搭載室53を小さくすることができる。その結果、X線照射装置50の幅寸法Wおよび高さ寸法H(H1，H2)を小さくすることができる。また、X線照射装置50の小型化に伴い、製造コストの低減にも寄与する。次に、X線放射角度の広角化に伴い、X線発生装置52のX線照射野が広がるため、大きな被照射体への照射が可能になり、また1回のX線照射で従来よりも数多くの被照射体への照射が可能となり、検査効率を向上することができる。
また、ここでは、X線照射装置の例を説明したが、X線検査装置でも本実施形態の固定陽極X線管を用いることにより、装置の小型化やより大きな被検査体の検査を行うことができる。【００３５】
次に、図4を用いて、本発明に係る固定陽極X線管の第2の実施形態について説明する。図4は、本実施形態の構造図を示したものであり、図1と同じ構成要素は同じ符号で示している。図4において、本実施形態のX線管70は陰極12と陽極14と外囲器72とから構成されるが、第1の実施形態と比較した場合、陰極12と陽極14の構造は同じであるが、外囲器72の構造が異なる。外囲器72は、耐熱性ガラスやセラミックなどの耐熱性絶縁物から成る一体物で、大略円筒形状をしている。外囲器72の中央部72ａは両端部72b，72cより外径が大きく、この部分に陰極12と陽極14が対向して配置されている。外囲器72の陰極側端部72ｂおよび陽極側端部72cは第1の実施形態の外囲器16の陰極絶縁部32および陽極絶縁部33とほぼ同じ構造をしており、それぞれ陰極12のステム24と陽極14の陽極母材28に結合されている。【００３６】
陰極12の集束電極20の集束溝20aおよびフィラメント18の長手方向の中心位置および陽極12のターゲット26の中心位置は、第1の実施形態と同様に、管軸17から同じ方向(X線放射方向39)に数mmから約20mmだけずれている。その結果、陰極12で発生する電子線22およびターゲット26上に形成されるX線源(焦点)40も、X線放射方向39に数mmから約20mmだけずれた位置に生成されることになる。また、陽極14のターゲット26の傾斜面15とX線放射方向39が作る角度、すなわちターゲット角度も、第1の実施形態と同様に、従来品の約20度より大きい角度、例えば30度以上としている。【００３７】
本実施形態の如く放射窓部の付いていないX線管では、X線放射角度は、このX線管を搭載するX線発生装置(またはX線管装置)のX線放射窓部の構造およびターゲット角度によって決定されるが、X線発生装置側では通常X線放射角度としてターゲット角度の2倍の角度が得られるようにX線放射窓部の設計を行っている。このため、本実施形態での効果としては、ターゲット角度の増加とともに、X線管70の焦点40の位置が外囲器72の外周面に数mmから約20mmだけ、すなわち焦点偏移距離だけ接近したことを取り上げることができる。【００３８】
本実施形態の場合も、X線発生装置に搭載したときに、第1の実施形態と同様に、X線管70の焦点40が外囲器70の外周面に焦点偏移距離だけ接近した効果が得られる。すなわち、X線発生装置のX線放射窓部のX線窓が小さいままでも、X線窓と焦点との間の距離が焦点偏移距離だけ短くなっているので、X線放射角度を従来品よりも大きくすることができること、およびX線管の小型化が維持されているので、X線発生装置、更にはX線装置も小型に維持され、X線装置の製造コストの上昇を抑制することができることなどの利点が得られる。【００３９】
次に、図5を用いて、本発明に係る固定陽極X線管の第3の実施形態について説明する。図5は、本実施形態の構造図を示したものであり、図1と同じ構成要素は同じ符号で示している。第3の実施形態の固定陽極X線管では、金属のX線放射窓を用いているため、通常外囲器の中央部が金属で構成されている。このタイプの固定陽極X線管の構造図を図5に示す。図5において、固定陽極X線管(以下、X線管と略称する)100は電子線22を発生する陰極102と、電子線22が衝突してX線38を発生するターゲット110を有する陽極104と、陰極102と陽極104とを真空気密に内包する外囲器106とから構成される。陰極102と陽極104はX線管100の中心軸(以下、管軸と略称する)17に沿って対向して配置され、陽極104の傾斜している面(傾斜面)105にターゲット110が埋設されている。この場合は陰極102と陽極104を全体として管軸よりX線照射方向に向けて移動させた構造となっている。【００４０】
本実施形態の場合も、X線発生装置に搭載したときに、第1の実施形態と同様に、X線管70の焦点40が外囲器70の外周面に焦点偏移距離だけ接近した効果が得られる。すなわち、X線発生装置のX線放射窓部のX線窓が小さいままでも、X線窓と焦点との間の距離が焦点偏移距離だけ短くなっているので、X線放射角度を従来品よりも大きくすることができること、およびX線管の小型化が維持されているので、X線発生装置、更にはX線装置も小型に維持され、X線装置の製造コストの上昇を抑制することができることなどの利点が得られる。【００４１】
次に、図6を用いて、本発明に係る固定陽極X線管について管軸よりずらす意義について説明する。図6は、本発明に係る固定陽極X線管を使用した場合に対象物に近接させる場合の原理を示したものである。【００４２】
図6にX線管の断面図を示す。焦点からX線透過窓までの距離をa、X線透過窓外径をb、焦点位置の移動距離をcとすると、照射角度αは(1)式で表せる。
α＝２tan−１(b／２／(a−c)    …  (１)
(1)式より被写体位置での照射範囲Bは(2)式で表せる。
Ｂ＝(a−c)tan(α／２)          …  (２)
また、c=0の時の照射範囲B0を一定とした場合、焦点から被写体までの距離Aは(3)式で表せる。
Ａ＝Ｂ０／tanα                …  (３)
(1)式より、焦点位置をX線透過窓方向へ移動することで、照射角度αを大きくできることがわかる。その効果として(2)式より照射範囲Ｂを広げることができる。また、(3)式より照射角度を一定とすれば、X線管と被写体の距離を縮めることができる。【００４３】
例として、一般的な検査用X線管装置(照射角度35乃至40°、焦点から被写体までの距離600乃至1000mm)である場合を考える。いま、焦点位置移動距離c=0の時の各寸法を焦点からX線透過窓までの距離a＝35mm、X線透過窓外径b=φ24mm、焦点から対象物(被写体)までの距離A0=600mmとすると、照射角度α0=37.8°となり、被写体位置での照射範囲B0=411.4mmとなる。このX線管の焦点位置をX線透過窓側へc(mm)を移動したときの照射角度α、照射範囲B、B=B0(一定)時の焦点から被写体までの距離Aは上記各値を代入することで求められる。【００４４】
図7乃至9はその結果の一例を示す。図7乃至9では、実際にずらす量cを0〜10mmとし、実際にずらした部分をグラフ上の「■」で示し、そのずれ量に対する変化率をグラフ上の「◆」で示している。
これにより、10％以上の照射角度(図7参照)、及び10％以上の照射範囲の拡大(図8参照)、焦点から被写体位置までの距離を80％への縮小(図9参照)のそれぞれの効果を奏するには焦点移動距離cが5mm程度と適当であるといえる。【００４５】
また、焦点から被写体距離が縮小できるので、例えば焦点から被写体距離が10％短くなったとするとX線量は1.2倍となり、得られる画像のコントラストが向上する。【００４６】
さらに、X線量は管電流に比例するため、従来と同じX線量を得るには管電流を20％低減できるので、それを適用した場合、管電流の自乗に比例する発熱量は理論上で約64％程度に低減することができる。【００４７】
また、図10に示されるように、X線管は自身に供給する電源162を絶縁油163を封入した1つの筐体164に収容するモノタンク型と呼ばれるものもある。このモノタンク型の容器は鉛などのX線遮蔽のための材料が貼り付けられるため、重量化が問題となっている。そこで、モノタンク型の小型軽量化のために、X線管の外囲器部分に特に照射外X線が多い陰極部に鉛などのX線遮蔽部材161を取り付けることとした。これは、陰極とX線放射窓の電位が等電位であるため鉛などのX線遮蔽部材161を直接取り付けることができるものである。これによって、X線遮蔽材161がX線管の外囲器に取り付けられ、モノタンクの筐体側のX線遮蔽部材の使用量を低減できるから、モノタンク型において小型軽量化を図ることができる。【００４８】
また、本実施形態の固定陽極X線管では、前記ターゲットおよび前記陰極の電子線発生源の中心位置が管軸からX線放射方向に向けて5mm以上移動した位置に配設されている。この移動した位置への配設はターゲットとフィラメントを移動させる場合、陰極と陽極を相対移動させる場合の何れの場合も含む。
これによって、上記例で10％以上の照射角度、及び10％以上の照射範囲の拡大、焦点から被写体位置までの距離を80％への縮小が可能となる。この効果は一例であって、X線管の放射窓の外形寸法などに依存し、この寸法の大きさによって照射角度、及び照射範囲の拡大、焦点から被写体位置までの距離の縮小の効果で有意な差異があれば、本実施形態の技術思想に包含される。【００４９】
また、本実施形態の固定陽極X線管では、前記陽極は前記ターゲットと、該ターゲットを埋設する陽極母材とを有し、前記陽極母材の陰極と対向する面は管軸と直交する面と管軸に対し傾斜する面(以下、傾斜面という)とから成り、前記傾斜面に前記ターゲットが埋設されている。また、前記陽極の少なくとも傾斜面は、X線放射方向側に配設されている。【００５０】
また、本実施形態の固定陽極X線管では、前記陰極は熱電子を放出するフィラメントと、該フィラメントを支持し、フィラメントから放出された熱電子を集束して陽極に向かう電子線とする集束電極とを有し、前記集束電極は熱電子を集束するための集束溝を有し、前記集束溝と前記フィラメントの長手方向の中心位置が少なくとも管軸からX線放射方向に向けて移動した位置に配設されている。【００５１】
また、本実施形態の固定陽極X線管では、前記外囲器は絶縁物と金属材料との組合せから成り、前記外囲器の金属材料の部分は円筒形状をしており、陽極のターゲットの近傍を覆うように配設された金属外囲器と、該金属外囲器の側面のX線放射方向に取り付けられ、その内周面がX線照射野の外周の一部を形成する放射窓部とから構成され、前記放射窓部の焦点に近接する底部に、X線透過性の良い金属材料から成るX線窓が取り付けられている。【００５２】
また、本実施形態の固定陽極X線管(以下、X線管と略称する)では、前記外囲器は絶縁物から成り、大略円筒形状をしている。【００５３】
本実施形態のX線管は、ターゲット上に形成されるX線源(焦点)の位置がX線放射方向において管軸から離れて外囲器の内面に接近するように、ターゲットおよび陰極の電子線の発生源の位置が管軸からX線放射方向に向けて移動した位置に配設されているので、X線管のX線源(焦点)は外囲器に設けられるX線窓の位置に接近することになる。X線源を頂点とし、X線源とX線窓で作る円錐の頂角はX線放射角度に相当するので、X線窓の大きさが同じ場合でも、本発明のX線管のようにX線源がX線窓に接近すれば、それに対応してX線放射角度が大きくなる。このように本発明のX線管では、外囲器の外形寸法やX線窓の大きさを大きくしなくても、X線放射角度を大きくすることができるので、X線管を搭載するX線発生装置やX線装置の大きさを大きくすることなく、X線放射角度を大きくすることができる。X線放射角度が増加することにより、1回のX線照射で検査できる【００５４】
さらに、被照射体の大きさを大きくしたり、被照射体の個数を多くしたりすることができるので、X線装置の検査効率を高めることができる。また、X線管やX線装置の大きさを小型に維持したまま、X線放射角度を大きくできるので、製造コストの上昇を抑制する効果も得られる。また、本発明のX線管では、X線窓の大きさを大きくすることなくX線放射角度を大きくできるので、X線窓の材料として使用されるベリリウムの使用量を増やす必要がないため、ベリリウムの廃棄処理作業およびその費用の増加がなく、環境の面およびコストの面で有効である。【００５５】
また、本発明のX線管では、ターゲットおよび陰極の電子線発生源の中心位置が管軸からX線放射方向に向けて5mm以上移動した位置に配設されているので、ターゲット上に形成されるX線源は外囲器に設けられるX線窓に従来品よりも5mm以上接近することになり、X線放射角度の顕著な増加が見られる。焦点位置のX線窓への接近によるX線放射角度の増加率は焦点位置がX線窓に近付くにつれて大きくなり、5mm以上の接近によりX線放射角度の実用的な意味での増加が認められる。【００５６】
また、本実施形態のX線管では、陽極の陽極母材の陰極との対向面は管軸と直交する面と管軸に対し傾斜する傾斜面とから成り、この傾斜面にターゲットが埋設されているので、陰極とターゲットとの間隔を従来品よりも広げることなく、陰極と陽極とを対向させることができ、電子線の集束を従来品と同様に行うことができ、また、X線管の全長も従来品と同様に維持することができる。また、陽極の陽極母材のターゲットを埋設している傾斜面をX線放射方向側に配設しているので、ターゲット上に形成される焦点の位置は陰極から電子線の位置をX線放射方向にずらすことにより、X線窓に接近させることができる。【００５７】
また、本実施形態のX線管では、陰極の集束電極の集束溝およびフィラメントの長手方向の中心位置が管軸からX線放射方向に向けて移動した位置に配設されているので、フィラメントから放射された熱電子が集束電極の集束溝によって作られる集束電界によって集束されて電子線となり、この電子線が管軸に平行に走行し、陽極のターゲット上の管軸からX線放射方向に向けて移動した位置に焦点が形成される。その結果、焦点はX線窓に接近した位置に形成されている。【００５８】
また、本実施形態のX線管では、外囲器が絶縁物と金属材料との組合せから成り、金属材料の部分は円筒形状をしており、陽極のターゲットを覆うように配置された金属外囲器と、金属外囲器の側面のX線放射方向に取り付けられ、その内周面がX線照射野の外周の一部を形成する放射窓部から構成され、放射窓部の焦点に近接する底部にX線透過性の良い金属材料から成るX線窓が取り付けられているので、X線管の焦点がX線窓に接近したことにより、X線窓を含めて放射窓部および外囲器の寸法を変えずに、すなわちX線管の外形寸法を小型に維持したまま、X線放射角度を大きくすることができる。【００５９】
また、本実施形態のX線管では、外囲器は絶縁物から成り、大略円筒形状をしているので、X線放射角度は金属材料から成る放射窓部の構造の影響を受けることなく、容易に大きくすることができる。しかし、このX線管をX線発生装置などの搭載したとき、X線発生装置などの放射窓部の構造がX線管の放射窓部と同様な制限因子となるが、本実施形態のX線管では焦点の位置が外囲器の内面に接近しているため、その効果としてX線発生装置の放射窓部を介してX線放射角度を大きくすることができる。【００６０】
本出願は、2004年7月15日に出願された日本特許出願第2004−208753号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
【産業上の利用性】
【００６１】
本発明の固定陽極X線管とそれを用いたX線検査装置及びX線照射装置は、X線管を大型化することなく、またX線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなく、X線放射を広角度にするための技術に関するものである。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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