(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管容器内部の絶縁油中に陽極保持部と陰極保持部によって保持され、絶縁物からなるＸ線管外囲器の高真空中に、高速回転する傘状の陽極と、陰極とを対向配置した回転陽極Ｘ線管を備え、この回転陽極Ｘ線管から放射するＸ線を、前記管容器に設けられたＸ線放射窓から外部に照射する回転陽極Ｘ線管装置において、前記Ｘ線放射窓の内側にアース電位部材を配置し、前記Ｘ線放射窓に前記アース電位部材よりＸ線管外囲器に近接して凹部を設けたことを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項２】
前記Ｘ線放射窓に設けられた凹部をＸ線管焦点幅方向に曲面としたことを特徴とする請求項１記載の回転陽極Ｘ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス製のＸ線管外囲器を用いた回転陽極Ｘ線管を、管容器の絶縁油中に封入した回転陽極Ｘ線管装置に係わり、特に、管容器の構造に対する回転陽極Ｘ線管の電位分布の安定性と固有ろ過に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の回転陽極Ｘ線管装置の構造を示し、図４は、そのＸ線放射窓１６の部分を拡大表示するものであり、（ａ）は管軸方向の断面図、（ｂ）は側面方向の断面図である。
ガラス製のＸ線管外囲器１０を有したＸ線管１は、絶縁油１５が封入された管容器１２内に設けられた陽極保持部７と陰極保持部６とに保持されている。回転陽極１４は、タングステンの傘状のターゲット１４ａと回転子とが一体となり、陽極側の固定部の軸受に支えられて高速回転する。陰極１３は、シリンダに保持されて、その位置は管軸より外れ、集束電極とタングステンフィラメントから構成される。回転陽極１４は、管容器１２内の陽極側に設けられたステータ２のモータコイルの誘導回転磁界により高速で回転する。タングステンディスクのターゲット１４ａの電子衝撃面積は回転することにより増大し、焦点の単位面積当たりの入力は大きくなる。回転機構の軸受は多くはボールベアリングが真空中で用いられ、ベアリングケースに保持されて、鉛、銀などの薄い膜が潤滑剤として使われている。Ｘ線管外囲器１０のガラスバルブは硬質ガラス製のものが多く用いられ、内部を高真空にするために陰極側のガラスのＸ線管外囲器１０の端面側からガラス製の細いチップ管で真空排気され、排気終了後、このチップ管は融着・封じ切られる。管容器１２の内側はＸ線の漏洩を防ぐために防護鉛５が内張りされている。また、Ｘ線管１の動作によって内部の温度が上昇し絶縁油１５の体積が膨張するので、陰極側にベローズ８が設けられている。
【０００３】
Ｘ線管１は、絶縁油１５が封入された管容器１２に収納され、動作時は管容器１２の円筒両側に設けられたケーブルレセプタクル４から、負の高電圧及びフィラメント電流が陰極１３に、正の高電圧が回転陽極１４に、外部から供給される。そして、陰極１３のフィラメントから放出する電子流が集束電極によって集束され、高速回転する回転陽極１４のタングステン面をもつ傘状のターゲット１４ａ面に電子衝撃する。その時、衝撃を受けたタングステン面からＸ線が放射し、Ｘ線管外囲器１０のガラス壁と絶縁油１５を透過し、管容器１２のＸ線放射口に、押え板３ａによって押えられアース電位のマスク１７を備えた樹脂などの絶縁物からなるＸ線放射窓１６から外部に放射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転陽極Ｘ線管装置は以上のように構成されているが、Ｘ線透視および撮影を繰り返すと、電子流の陽極への衝突により発生したエネルギーは大部分が熱に変換されるため、回転陽極１４のターゲット１４ａのタングステン面は高温度になる。その熱の一部は回転陽極１４の陽極保持部７側の方向に伝導されるが、大部分の熱はタングステン面からの輻射熱となって陰極１３の方向、Ｘ線管外囲器１０のガラスバルブを通して管容器１２の絶縁油１５の方向、ステータ２の方向に伝わる。したがって陰極１３の集束電極およびフィラメントは高温度になる。さらに、フィラメントから電子を回転陽極１４のターゲット１４ａに向かって放出するために、フィラメントに電流を流して加熱し、普通動作温度は２、５００°Ｋぐらいで寿命は、１０、０００時間程度であるが、この温度での利用し得る最大エミッションは０．５Ａ／ｃｍ２である。寿命はタングステンの蒸発によって決まる。直径が最初の９０％になると、それ以後は加速的に温度が上がり、さらに蒸発速度を増して急速に溶断する。Ｘ線管１の真空度が悪くて１０−５〜１０−４ｍｍＨｇ程度以下になると、残留ガスの酸化作用およびイオン衝撃によってタングステンの蒸発が促進されて、寿命が低下する。蒸発したタングステンは比較的温度の低いＸ線管外囲器１０のガラスバルブの内壁にＷ飛散膜として付着する。
【０００５】
一方、負の高電圧が供給され非対称形状をしたＸ線放射窓１６の近くに位置する陰極１３と、正の高電圧が供給される回転陽極１４のターゲット１４ａと、アース電位を保ち防護鉛５が内張りされ、絶縁物の樹脂からなるＸ線放射窓１６を備えた管容器１２との中間に位置するＸ線管外囲器１０であるガラスバルブの内外表面は、正及び負の電荷がチャージアップされる。電荷が溜まり安定するまでに少なくとも、数ｍｓｅｃの時間を要する。そして、絶縁物であるＸ線放射窓１６が近くに存在するため、上記のＷ飛散膜が加わって、Ｘ線管１のＸ線管外囲器１０におけるＸ線放射窓１６の周辺部分のガラスバルブの内外表面は、非常に不安定な電位状態になる。
このように不安定な電位分布状態が存在すると、ガラスバルブの内表面を介して陰極１３と回転陽極１４のターゲット１４ａ間で放電したり、ガラスバルブを介してアース電位である管容器１２間で放電してガラスバルブを破壊したり、また、上記のＷ飛散膜が浮遊電位となり、電荷を貯めて放電を誘発する。その誘発された放電によって、残留ガスのイオンがフィラメントの表面をたたき、フィラメントからタングステンをさらに蒸発させ、フィラメントの寿命をさらに低下させるという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するために、Ｘ線放射窓１６の内側にマスク１７を配置することが提案されている。このマスク１７は導電性のもので、鉛やアルミニウムが用いられ、アース電位とされる。しかし、マスク１７とＸ線管外囲器１０との間には、絶縁のための隙間を設けなければならない。通常この隙間には絶縁油が充填されており、ターゲット１４ａから放射されるＸ線がこの部分で散乱・減衰する。即ち、固有ろ過値が大きくなり、Ｘ線の有効利用という観点から、この隙間を小さくし、且つＸ線放射窓１６、及びＸ線管外囲器１０のＸ線放射窓１６近傍における電位分布を一様にして、安定して使用したいという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、管容器のＸ線放射窓の近傍に位置するＸ線管ガラスバルブの電位分布を安定させ放電を抑制し、且つ、放射Ｘ線に対する固有ろ過値を少なくした回転陽極Ｘ線管装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の回転陽極Ｘ線管装置は、管容器内部の絶縁油中に陽極保持部と陰極保持部によって保持され、絶縁物からなるＸ線管外囲器の高真空中に、高速回転する傘状の陽極と、陰極とを対向配置した回転陽極Ｘ線管を備え、この回転陽極Ｘ線管から放射するＸ線を、前記管容器に設けられたＸ線放射窓から外部に照射する回転陽極Ｘ線管装置において、前記Ｘ線放射窓の内側にアース電位部材を配置し、前記Ｘ線放射窓に前記アース電位部材よりＸ線管外囲器に近接して凹部を設けたものである。
【０００９】
そして、請求項２記載の回転陽極Ｘ線管は、前記Ｘ線放射窓に設けられた凹部をＸ線管焦点幅方向に曲面としたものである。
【００１０】
本発明の回転陽極Ｘ線管装置は上記のように構成されており、回転陽極Ｘ線管から放射するＸ線を、外部に照射するために管容器に設けられたＸ線放射窓の内側に、アース電位部材を配置し、そのアース電位部材よりＸ線管外囲器に近接して絶縁物のＸ線放射窓に凹部を設けたものである。そして、Ｘ線放射窓に設けられた凹部をＸ線管焦点幅方向に曲面形状にしたものである。
それによって、Ｘ線管のＸ線管外囲器が、絶縁油を介してＸ線放射窓近傍もアース電位にされ、管容器に一様に覆われることになり、Ｘ線放射窓近傍のＸ線管外囲器のガラスバルブ内外表面に、安定した電位分布を形成することができる。そして、絶縁物のＸ線放射窓の凹部が、Ｘ線管焦点幅方向に曲面を有し、アース電位部材よりＸ線管外囲器に一様に近接して設けられているので、絶縁油によるＸ線の散乱・減衰が少なくなり、固有ろ過値が小さくなって、Ｘ線を有効に外部に放射することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の回転陽極Ｘ線管装置の実施例を、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の回転陽極Ｘ線管装置の断面構造を示し、図２は、Ｘ線放射窓３の部分を拡大表示したもので、（ａ）はＸ線管１の管軸方向の断面を示し、（ｂ）は側面方向の断面を示す図である。
本回転陽極Ｘ線管装置は、高真空に排気された硬質ガラスからなるＸ線管外囲器１０と、そのＸ線管外囲器１０の一端に配置されステータ２の回転磁界によって高速回転するターゲット１４ａを有する回転陽極１４と、それに対向して配置されたフィラメントと集束電極によって電子を放出する陰極１３と、Ｘ線管外囲器１０と回転陽極１４と陰極１３とから構成されるＸ線管１を陽極保持部７と陰極保持部６とによって保持し絶縁油１５中に封入され内壁に防護鉛５を内張りした管容器１２と、回転陽極１４に正の高電圧を供給し同時に陰極１３に負の高電圧とフィラメントに電流を供給するためのケーブルレセプタクル４と、ターゲット１４ａに陰極１３からの電子が衝突しＸ線が放射されそのＸ線を外部に照射するために管容器１２に押え板３ａで取付けられ、内側にアース電位のマスク９を配置し、Ｘ線管外囲器１０に近接しＸ線管焦点幅方向に曲面を有した凹部１１が設けられた樹脂製のＸ線放射窓３と、内部の温度上昇によって絶縁油１５が膨張したとき、その容積を調節するベローズ８とから構成される。
【００１２】
Ｘ線管外囲器１０は、硬質ガラス製またはセラミックス製のものが用いられ、陰極側に設けられたチップ管で内部を高真空に真空排気され、排気終了後このチップ管は融着・封じ切られる。
回転陽極１４は、正の高電圧がケーブルレセプタクル４から印加され、絶縁油１５中に設けられたステータ２のモータコイルの回転磁界により高真空中で高速回転する。そのターゲット１４ａには傘状のタングステンなどが使われ、回転機構の軸受はボールベアリングが用いられる。
陰極１３は、シリンダに保持されて、その位置は管軸より外れ、負の高電圧がケーブルレセプタクル４から印加され同時にフィラメントに電流が供給される。フィラメントにはタングステンが用いられ、モリブデンアンカによって支えられており、インシュレータによって片側が絶縁され、一方は集束電極に取付けられている。
管容器１２は、内部に絶縁油１５が封入され、内側に陽極保持部７と陰極保持部６が設けられ、それにＸ線管１が保持される。そして、ステータ２に対応する位置に回転陽極１４の回転部がセットされ、同時に、Ｘ線放射方向がＸ線放射窓３に対応するようにセットされる。そして、ケーブルレセプタクル４からの導線が、回転陽極１４と陰極１３に接続される。動作中に内部は温度が上昇し絶縁油１５の体積が膨張するので、管容器１２の端面にベローズ８が備えられている。
【００１３】
Ｘ線放射窓３は、Ｘ線を外部に照射するために管容器１２に押え板３ａによって取付けられ、Ｘ線に対して耐性を有し、Ｘ線透過性の良い樹脂製の窓である。そして、本発明の回転陽極Ｘ線管装置のＸ線放射窓３は、内側にアース電位の鉛製や導電塗料のマスク９を配置し、Ｘ線管外囲器１０に近接して、Ｘ線管焦点幅方向に曲面形状を有した凹部１１が設けられた樹脂製の窓である。
従来の図３に示す回転陽極Ｘ線管装置のＸ線管外囲器１０は硬質ガラス製で、Ｘ線放射窓１６は耐Ｘ線の良い樹脂で製作されており、これはＸ線をよく透過するとともに高電圧に耐え得るように絶縁性を持たせたものである。しかし、このような構成では、Ｘ線管１に高電圧が印加された瞬間などにＸ線管外囲器１０の内面における電位分布がきわめて不安定になりやすい。これは、Ｘ線管外囲器１０のみならずＸ線放射窓１６にも電荷がたまり安定するまでに少なくとも数ｍｓｅｃの時間を要するためである。このような流動的な電位分布は微小放電につながり、さらにこれがトリガーとした大放電を発生しやすくしている。このため、Ｘ線放射窓１６の内側にマスク１７を配置している。このマスク１７は、導電性のもので作られ、電位的にはアース電位とされ、鉛、アルミニウム等が使われている。また、Ｘ線放射窓１６自体はＸ線透過を考慮して樹脂製としている。しかし、ターゲット１４ａから放射されるＸ線は、硬質ガラス製のＸ線管外囲器１０の壁を透過し、絶縁油１５を透過し、樹脂製のＸ線放射窓１６を透過して外部に照射される。これらの各部でＸ線は散乱・減衰して吸収され、固有ろ過によってＸ線スペクトル特性が低エネルギー領域で低下し、有効にＸ線を利用するということができない。そのため、この固有ろ過値をできるだけ小さくするために、本発明の回転陽極Ｘ線管装置のＸ線放射窓３は、図２に示すように、Ｘ線管外囲器１０側に近接して、絶縁油１５の層を減らし、Ｘ線管１の幅方向に関しても周辺部分の絶縁油１５の層が厚くならないように、Ｘ線管焦点幅方向に曲面形状を有した凹部１１が設けられている。これによりＸ線管外囲器１０とＸ線放射窓３間の隙間（絶縁油１５）が小さくなり、固有ろ過値を小さくすることができる。
【００１４】
次に、回転陽極Ｘ線管装置の動作について説明する。まず、ステータ２の電磁コイルに電流を流し回転陽極１４を高速で回転させ、陰極１３のフィラメントに加熱電流を流す。そして、Ｘ線制御器から高電圧発生装置を制御して、陰極１３に負の高電圧を、回転陽極１４に正の高電圧を印加する。そのときＸ線管１の陰極１３と回転陽極１４との間の静電容量、及び陰極１３とアース電位の管容器１２との間、回転陽極１４と管容器１２との間には、Ｘ線管外囲器１０のガラス絶縁物と絶縁油１５が存在し、静電容量が存在するので、初期の電圧立ち上がり時には高電圧が印加された瞬時に、その波形は上記静電容量に相当するチャージ分によってなまった波形になる。そして、陰極１３から熱電子が飛び出し、回転陽極１４のターゲット１４ａに衝突すると、Ｘ線を発生するが、それ以外に２次電子や反射電子も発生する。その二次電子及び反射電子は再びターゲット１４ａに衝突するものもあるが、一部はＸ線管外囲器１０の内壁にチャージアップする。その電荷に対してＸ線管外囲器１０の外面に、正の電荷をもったものが誘起される。本実施例ではＸ線放射窓３の内側に、アース電位を形成するマスク９が設けられているので、Ｘ線管外囲器１０の内壁にチャージアップする電荷は、安定して定在する。
従来のような樹脂製のＸ線放射窓１６のみであれば、不安定な状態でＸ線管外囲器１０の内壁で電荷が浮遊移動し、Ｘ線管外囲器１０の内壁にスパッタしたフィラメントのタングステン飛散膜も加わって浮遊電位となり、電荷を貯めて放電を誘発する。その誘発された放電によって、残留ガスのイオンがフィラメントの表面をたたき、フィラメントからタングステンをさらに蒸発させ、フィラメントの寿命をさらに低下させていた。また、その周辺の電界強度が刻々と変化して、電荷の消滅と発生が繰り返され、小さな放電が発生し、それによって大放電を誘起しＸ線管１を故障させていた。本発明ではＸ線管外囲器１０の内壁の電荷は、外部の一様なアース電位によって定在するので、安定してＸ線管１を動作させることができる。
そして、Ｘ線放射窓３に、Ｘ線管外囲器１０側に近接してＸ線管焦点幅方向に曲面形状を有した凹部１１が設けられており、Ｘ線管外囲器１０とＸ線放射窓３間の隙間（絶縁油１５）が小さくなり、Ｘ線の散乱・減衰による固有ろ過値を小さくすることができ、低エネルギー領域の低減の少ないＸ線スペクトルを外部に照射することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の回転陽極Ｘ線管装置は上記のように構成されており、回転陽極Ｘ線管の管容器に設けられたＸ線放射窓の内側に、アース電位部材を配置し、そのアース電位部材よりＸ線管外囲器に近接して絶縁物のＸ線放射窓に、Ｘ線管焦点幅方向に曲面形状の凹部を設けているので、Ｘ線放射窓近傍もアース電位になり、Ｘ線管外囲器のガラスバルブ内外表面に安定した電位分布が形成され、微小放電、さらには大放電の発生を抑制することができ、Ｘ線管の寿命を延ばすことができる。そして、絶縁物のＸ線放射窓の凹部が、Ｘ線管外囲器に一様により近接して設けられているので、絶縁油によるＸ線の散乱・減衰が少なくなり、固有ろ過値が小さくなり、低エネルギー領域のＸ線スペクトルも有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の回転陽極Ｘ線管装置の一実施例を示す図である。
【図２】  本発明の回転陽極Ｘ線管装置のＸ線放射窓部の断面構造を示す図である。
【図３】  従来の回転陽極Ｘ線管装置を示す図である。
【図４】  従来の回転陽極Ｘ線管装置のＸ線放射窓部の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線管
２…ステータ
３、１６…Ｘ線放射窓
３ａ…押え板
４…ケーブルレセプタクル
５…防護鉛
６…陰極保持部
７…陽極保持部
８…ベローズ
９、１７…マスク
１０…Ｘ線管外囲器
１１…凹部
１２…管容器
１３…陰極
１４…回転陽極
１４ａ…ターゲット
１５…絶縁油
【図１】
0003760858.tif 000002
【図２】
0003760858.tif 000003
【図３】
0003760858.tif 000004
【図４】
0003760858.tif 000005