JP2017054768A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して真空雰囲気を維持できるＸ線管を安価に提供することである。【解決手段】本実施形態に係るＸ線管は、内部空間が真空雰囲気に密閉され、Ｘ線を外部に透過するＸ線放射窓を有する外囲器と、外囲器内に設けられる陰極支持部材と、陰極支持部材に固定され、電流を通電することで電子を射出し、且つ熱輻射を生じる陰極と、外囲器内でＸ線放射窓に対向して設けられ、陰極から射出される電子が衝撃することでＸ線を放射する陽極ターゲットと、陰極が設置される側で陰極支持部材と熱的に接続され、陰極からの輻射熱によって加熱される陰極支持部材からの熱伝導により加熱されることで、活性化する非蒸発型ゲッタと、を備える。【選択図】図１

Description

実施形態は、非蒸発型ゲッタを有するＸ線管に関する。

従来のＸ線管は、Ｘ線管内の真空雰囲気を維持するために、ガスを吸着する蒸発型ゲッタを備えている。蒸発型ゲッタ（フラッシュゲッタ）は、バリウムを蒸発させて真空外囲器の内部の部品の表面にバリウム蒸着膜を形成する。バリウムは、飽和蒸気圧が高く、比較的低温で再蒸発してしまうため、十分低温である場所にのみ、バリウム蒸着膜を形成せざるを得ない。低温でかつバリウムの蒸発に伴って電気絶縁物の絶縁性が損なわれる恐れがない領域は限定されてしまうため、十分な表面積を与えることができない。従って、バリウム蒸着膜に十分なガス吸着能力をもたせるようにすることは困難である。

一方、蒸着膜を使用しない非蒸発型ゲッタがある。非蒸発型ゲッタは、ジルコニウム微粉末を主成分とする多孔質ブロック状の焼結体である。多孔質ブロック中には加熱ヒータが埋め込まれており、外部に突出された２つの通電端子より所定の加熱電力が供給され、所定の温度に維持される。このような非蒸発型ゲッタは、Ｘ線管の動作とともに、次第にガス分子を吸着／吸蔵する。非蒸発型ゲッタは、蒸着膜を使用しないため、周囲の電気絶縁物の絶縁性が損なわれる恐れがない。

特許第４３０８３３２号公報 特開平１０−１４９８９４号公報

しかしながら、上記した非蒸発型ゲッタは、通電加熱のための通電経路と通電端子をＸ線管に設けるとともに、Ｘ線管が搭載されるＸ線装置もゲッタ加熱用電源およびゲッタ加熱用電源制御ユニットなどを設置する必要がある。このためＸ線管やＸ線管が搭載されるＸ線装置を安価に提供する上で大きな障害となっている。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、安定して真空雰囲気を維持できるＸ線管を安価に提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るＸ線管は、内部空間が真空雰囲気に密閉され、Ｘ線を外部に透過するＸ線放射窓を有する外囲器と、前記外囲器内に設けられる陰極支持部材と、前記陰極支持部材に固定され、電流を通電することで電子を射出し、且つ熱輻射を生じる陰極と、前記外囲器内で前記Ｘ線放射窓に対向して設けられ、前記陰極から射出される電子が衝撃することでＸ線を放射する陽極ターゲットと、前記陰極が設置される側で前記陰極支持部材と熱的に接続され、前記陰極からの輻射熱によって加熱される前記陰極支持部材からの熱伝導により加熱されることで、活性化する非蒸発型ゲッタと、を備える。

図１は、第１の実施形態のＸ線管の一例の断面図である。 図２は、第１の実施形態の非蒸発型ゲッタが取付けられた取付け部材を示す模式図である。 図３は、第１の実施形態のＸ線管の拡大断面図である。 図４は、変形例１のＸ線管の拡大断面図である。 図５は、第２の実施形態のＸ線管の拡大断面図である。 図６は、第２の実施形態の変形例のＸ線管の拡大断面図である。 図７は、変形例２のＸ線管の拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態に係るＸ線管について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のＸ線管１００の一例の断面図である。
Ｘ線管１００は、陰極１と、陽極ターゲット２と、金属外囲器３と、絶縁性外囲器４と、陽極支持部材５と、給電部６と、陰極支持部材７と、非蒸発型ゲッタ８と、取付け部材９と、ウェネルト電極１１と、を備える。以下で、Ｘ線管１００の中心軸を管軸ＴＡと称する。Ｘ線管１００、例えば、固定陽極型Ｘ線管である。

図１に示すＸ線管１００において、管軸ＴＡに水平は方向で、陽極ターゲット２の方向を前方、前方と反対方向を後方と称する。また、管軸ＴＡに垂直な方向を半径方向と称する。半径方向で、管軸ＴＡに近づく方向を内側、管軸ＴＡから離れる方向を外側と称する。

金属外囲器３は、有底の略円筒形状の容器である。金属外囲器３は、金属部材で形成されている。金属外囲器３は、Ｘ線放射窓３１を備える。Ｘ線放射窓３１は、Ｘ線を透過する部材、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）で形成される。

絶縁性外囲器４は、円筒形状の容器である。絶縁性外囲器４は、絶縁性部材で形成される。図１に示すように、金属外囲器３と絶縁性外囲器４とは、陰極支持部材７を間に介して、開口部が互いに対向するように接合されている。
以下で、金属外囲器３、及び絶縁性外囲器４をまとめて、真空外囲器（外囲器）４１と称する場合もある。

真空外囲器４１は、陰極（陰極フィラメント）１と、陽極ターゲット２と、陽極支持部材５と、陰極支持部材７と、非蒸発型ゲッタ８と、取付け部材９とを内部に収納する。真空外囲器４１は、内部が真空雰囲気に維持されている。

陰極支持部材７は、金属外囲器３と絶縁性外囲器４との間で、外側から内側に亘って設けられている。陰極支持部材７において、外周側の一部を外周支持部７ａとし、内周側の一部分を内周支持部７ｂとする。外周支持部７ａの一部は、金属外囲器３と絶縁性外囲器４との間で真空気密に挟持されている。内周支持部７ｂは、金属外囲器３の内壁部から内側へ延びている。内周支持部７ｂは、例えば、中空の略円板状に形成されている。内周支持部７ｂは、後方側の一部に端子２１が設けられている。陰極支持部材７は、金属部材で形成されている。

真空外囲器４１内において、ウェネルト電極１１は、略円筒形状に形成されている。ウェネルト電極１１は、内周支持部７ｂの内側に接して設けられる。

陽極ターゲット２は、ウェネルト電極１１の内側で、陽極支持部材５の一端部に固着されている。このとき、陽極ターゲット２は、管軸ＴＡと同軸でＸ線放射窓３１と対向して設けられている。

陽極支持部材５は、略円柱状に形成されている。陽極支持部材５は、Ｘ線管１００の内部のガスを排出するための通路が一部に形成されている。陽極支持部材５は、陽極ターゲット２が固着されている端部と反対側の他端部は真空外囲器４１の外部に露出している。この他端部には、給電部６が接続されている。給電部６は、陽極ターゲット２に正の高電圧を印加するために電力を供給する。

陰極（陰極フィラメント）１は、リング状に形成されたフィラメントである。陰極１は、例えば、タングステン（Ｗ）で形成されている。陰極１は、電力が供給されることによって電子を射出する。陰極１は、電流が通電することによって熱輻射を生じる。陰極１は、内周支持部７ｂの前方、且つウェネルト電極１１の外側の位置で、陽極ターゲット２の周囲を包囲するように設けられている。このとき、陰極１は、内周支持部７ｂの前方の表面の一部に取り付けられた幾つかの支柱によって支持されている。これら支柱は、例えば、タングステン（Ｗ）で形成されている。

非蒸発型ゲッタ８は、真空外囲器４１内のガス分子を吸着／吸蔵する。非蒸発型ゲッタ８は、例えば、ジルコニウム微粉末を主成分とする多孔質ブロック状の焼結体である。多孔質ブロック中には通電加熱用のヒータが埋め込まれており、２つの脚部（通電端子）８ａが外部に突出されている。この通電して加熱する通電加熱タイプのゲッタを非通電で使用している。

非蒸発型ゲッタ８として、たとえば、サエス・ゲッタース・ジャパン株式会社から商品化されているヒータ内蔵非蒸発型ゲッタＳｔ１７１、又はＳｔ１７２を採用することができる。非蒸発型ゲッタ８は、温度が高くなることで表面が活性化し、吸着したガスが内部に拡散する。すなわち、非蒸発型ゲッタ８は、温度が高くなることで、ガス吸着能力が向上する。非蒸発型ゲッタ８は、温度が低すぎると、ガス吸着能力が低下する。

非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの輻射熱を利用して活性化することで、連続的にガスを吸着／吸蔵するゲッタ機能を維持することができる。例えば、非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの熱輻射によって加熱された周辺部材からの熱伝導によって加熱される。したがって、非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの熱輻射を受けやすい内周支持部７ｂの前方に熱的に接続される。非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの熱輻射による輻射熱を受けやすいように、熱輻射率の高い（輻射熱を受けて温度が上昇し易い）取付け部材９に取付けされていてもよい。

以下で図面を参照して、本実施形態の非蒸発型ゲッタ８の設置位置の一例を示す。
図２は、本実施形態の非蒸発型ゲッタ８が取付けられた取付け部材９を示す模式図である。図３は、本実施形態のＸ線管の拡大断面図である。

非蒸発型ゲッタ８は、例えば、取付け部材９に取付けるために、２つの脚部（通電端子）８ａを有し、これらの脚部８ａが取付け部材９の内側の表面に溶接等により固定される。これら脚部８ａは、導体であり、金属部材で形成される。

取付け部材９は、熱輻射率が高い部材で形成される。取付け部材９は、陰極１からの輻射熱によって加熱される。加熱されることで取付け部材９に生じた熱は、非蒸発型ゲッタ８に熱伝導する。例えば、取付け部材９は、鉄、鋼（ＳＵＳ）、及びセラミック等の熱輻射率の高い材料で形成される。取付け部材９は、例えば、Ｌ字状に形成される。また、取付け部材９は、コの字型（図示せず）であってもよいし、１枚の板（図示せず）であってもよい。

内周支持部７ｂは、非蒸発型ゲッタ８が取付けられた取付け部材９を容易に設置するために、前方に開口する矩形形状の穴部が形成される。非蒸発型ゲッタ８が取付けられた取付け部材９は、この矩形形状の穴部に固着される。例えば、図３に示すように、内周支持部７ｂは、金属外囲器３の内壁との境界部に段差状の穴部が形成されている。非蒸発型ゲッタ８が取付けられた取付け部材９は、この段差部分に嵌合して固着されている。
以上の非蒸発型ゲッタ８の設置位置の一例のように、非蒸発型ゲッタ８が設置されることにより、十分加熱されることで活性化し、ガス吸着／吸蔵能力を維持することができる。

本実施形態では、Ｘ線管１００は、動作時に、陽極ターゲット２に正の高電圧を印加する。このとき、金属外囲器３とウェネルト電極１１とは、接地されている。陰極１から射出される電子は、陽極ターゲット２、金属外囲器３及びウェネルト電極１１によって生成される高電圧の電場の影響を受けて、陽極ターゲット２へ衝撃する。このとき、内周支持部７ｂは、陰極１からの輻射熱により加熱されることで、高温になる。例えば、内周支持部７ｂは、８０〜２００℃の温度になる。また、取付け部材９は、陰極１からの輻射熱よって直接加熱されたり、陰極１からの輻射熱によって加熱された内周支持部７ｂからの熱伝導により加熱されたりすることで、高温になる。非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの輻射熱によって直接加熱されたり、取付け部材９からの熱伝導により加熱されたりすることで、温度が上昇する。非蒸発型ゲッタ８は、温度が上昇することにより活性化され、ガス分子を吸着／吸蔵し、真空外囲器４１の内部の真空雰囲気を維持する。

本実施形態によれば、Ｘ線管１００は、陰極１からの輻射熱を受ける位置に非蒸発型ゲッタ８を配置することにより、非蒸発型ゲッタ８を通電することなく、効率的に活性化することができる。したがって、Ｘ線管１００は、内部を真空雰囲気に安定的に維持することができ、高電圧を印加した際に発生し得る放電を防止できる。その結果、信頼性の高いＸ線管を実現できる。

次に第１の実施形態に係るＸ線管の変形例について説明する。実施形態の変形例において、前述した実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（変形例１）
変形例１のＸ線管１００は、非蒸発型ゲッタ８が、内周支持部７ｂに直接設置されている。

図４は、変形例１のＸ線管１００の拡大断面図である。変形例１のＸ線管１００では、非蒸発型ゲッタ８は、内周支持部７ｂの一部に直接設置されている。例えば、図４に示すように、内周支持部７ｂは、非蒸発型ゲッタ８を容易に設置するために、前方に開口する矩形形状の穴部が形成されている。このとき、内周支持部７ｂは、熱輻射率の高い材料、例えば、鉄、及びＳＵＳ等で形成されている。非蒸発型ゲッタ８は、この矩形形状の穴部の内壁に固定される。

本実施形態では、Ｘ線管１００は、動作時に、陽極ターゲット２に正の高電圧を印加する。このとき、金属外囲器３とウェネルト電極１１とは、接地されている。陰極１から射出される電子は、陽極ターゲット２、金属外囲器３、及びウェネルト電極１１によって生成される高電圧の電場の影響を受けて、陽極ターゲット２へ衝撃する。このとき、内周支持部７ｂは、陰極１からの輻射熱によって加熱されることで、高温になる。例えば、内周支持部７ｂは、８０〜２００℃の温度になる。非蒸発型ゲッタ８は、陰極１からの輻射熱によって加熱されたり、陰極１からの輻射熱によって加熱された内周支持部７ｂからの熱伝導により加熱されたりすることで、温度が上昇する。非蒸発型ゲッタ８は、温度が上昇することにより活性化され、ガス分子を吸着／吸蔵し、真空外囲器４１の内部の真空雰囲気を維持する。
変形例１によれば、Ｘ線管１００は、前述の実施形態のＸ線管１００よりも少ない部材点数で、非蒸発型ゲッタ８を通電することなく、効率的に活性化することができる。

前述の第１の実施形態およびその変形例では、非蒸発型ゲッタ８は、通電加熱タイプのゲッタを非通電で使用しているが、非通電で使用するタイプのヒータを内蔵していない非蒸発型ゲッタを使用することもできる。その場合、通電端子と類似した金属製の脚部８ａを備えるようにしておけば、上記した実施例と同じように組み立てることができる。また、そのような脚部８ａを有していない場合には、たとえば、非蒸発型ゲッタ８の複数個所を金属ワイヤでなどで押さえつける構造を採用することができる。

前述の第１の実施形態およびその変形例では、Ｘ線管１００の動作時に陰極１から発生する蒸発物（スパッタ）が非蒸発型ゲッタ８に付着することにより、徐々に非蒸発型ゲッタ８の吸着／吸蔵能力が低下するが、その低下の悪影響は、当初の本発明者らの予想に反して少なく、従来に比べてより長期に亙って安定して真空雰囲気を維持することが可能であった。

次に他の実施形態に係るＸ線管装置について説明する。他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
（第２の実施形態）
第２の実施形態のＸ線管１００は、陰極１と非蒸発型ゲッタ８との間に壁部を備えている。

図５は、第２の実施形態のＸ線管１００の拡大図である。
Ｘ線管１００は、動作時に陰極１から発生する蒸発物（スパッタ）が非蒸発型ゲッタ８に付着するのを防ぐために、陰極１と非蒸発型ゲッタ８の間に壁部を備えている。

例えば、図５に示すように、内周支持部７ｂは、外側に開口する矩形形状の穴部が形成される。非蒸発型ゲッタ８は、内周支持部７ｂの穴部の内壁に固定される。このとき、内周支持部７ｂは、陰極１と非蒸発型ゲッタ８との間に、管軸ＴＡに水平な方向に所定の厚みを有する壁部７ｃが形成される。壁部７ｃは、陰極１が設けられている前方の空間に貫通する穴部が形成されている。内周支持部７ｂは、熱輻射率の高い材料、例えば、鉄、及びＳＵＳ等で形成されている。

本実施形態によれば、Ｘ線管１００は、動作時に、陰極１からの輻射熱を受ける位置に非蒸発型ゲッタ８を配置することにより、非蒸発型ゲッタ８を通電することなく、効率的に活性化することができるとともに、陰極１から飛散する蒸発物（スパッタ）が非蒸発型ゲッタ８に付着することを防止することができる。その結果、Ｘ線管１００は、前述の実施形態よりもさらに長い期間、非蒸発型ゲッタ８のガス吸着／吸蔵能力を維持することができる。

なお、第２の実施形態では、壁部７ｃを内周支持部７ｂ（陰極支持部材７）の一部としたが、別体であってもよい。例えば、図６に示すように、第２の実施形態の壁部７ｃが取り除かれた位置に、板状の壁部材（壁部）１０が設置されてもよい。非蒸発型ゲッタ８は、壁部材１０の一面に固定されている。非蒸発型ゲッタ８が取付けられた壁部材１０は、非蒸発型ゲッタ８が内周支持部７ｂの穴部に挿入されるように設置される。

次に第２の実施形態に係るＸ線管の変形例について説明する。実施形態の変形例において、前述した実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（変形例２）
変形例２のＸ線管１００は、非蒸発型ゲッタ８の設置位置が異なる。
図７は、変形例２のＸ線管１００の拡大断面図である。
変形例２のＸ線管１００では、非蒸発型ゲッタ８は、取付け部材９に固定されている。取付け部材９は、陰極１と非蒸発型ゲッタ８との間に位置するように、内周支持部７ｂの前方の一部に設置される。例えば、図７に示すように、取付け部材９は、は、内周支持部７ｂの前方の表面上に、Ｌ字の一端が固定され、Ｌ字の他端が金属外囲器３の内壁に対向するように設置される。

変形例２によれば、Ｘ線管１００は、第２の実施形態のＸ線管１００と比べて、内周支持部７ｂに新たな加工を施すことなく、陰極１の熱輻射によって非蒸発型ゲッタ８を活性化することができ、且つ陰極１から飛散するスパッタが非蒸発型ゲッタ８に付着することを防止することができる。

前述の第２の実施形態およびその変形例では、非蒸発型ゲッタ８は、通電加熱タイプのゲッタを非通電で使用しており、脚部（通電端子）８ａを壁部（７ｃ、１０、９）に溶接により固定しているが、非蒸発型ゲッタ８を内周支持部７ｂと壁部（７ｃ、１０、９）との間に挟み込んで固定することができる。

前述の第２の実施形態およびその変形例では、非蒸発型ゲッタ８は、通電加熱タイプのゲッタを非通電で使用しているが、非通電で使用するタイプのヒータを内蔵していない非蒸発型ゲッタを使用することもできる。その場合、通電端子と類似した金属製の脚部８ａを備えるようにしておけば、上記した実施例と同じように組み立てることができる。また、そのような脚部８ａを有していない場合には、たとえば、非蒸発型ゲッタ８を内周支持部７ｂと壁部（７ｃ、１０、９）との間に挟み込んで固定することができる。
前述の実施形態は、Ｘ線管１００は、一例として、固定陽極型Ｘ線管であるとしたが、回転陽極型Ｘ線管であってもよい。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものでなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…陰極、２…陽極ターゲット、３…金属外囲器、４…絶縁性外囲器、５…陽極支持部材、６…給電部、７…陰極支持部材、７ａ…外周支持部材、７ｂ…内周支持部、８…非蒸発型ゲッタ、８ａ…脚部、９…取付け部材、１０…壁部材、１１…ウェネルト電極、２１…端子、３１…Ｘ線放射窓、４１…真空外囲器、１００…Ｘ線管。

Claims (9)

1. 内部空間が真空雰囲気に密閉され、Ｘ線を外部に透過するＸ線放射窓を有する外囲器と、
   前記外囲器内に設けられる陰極支持部材と、
   前記陰極支持部材に固定され、電流を通電することで電子を射出し、且つ熱輻射を生じる陰極と、
   前記外囲器内で前記Ｘ線放射窓に対向して設けられ、前記陰極から射出される電子が衝撃することでＸ線を放射する陽極ターゲットと、
   前記陰極が設置される側で前記陰極支持部材と熱的に接続され、前記陰極からの輻射熱によって加熱される前記陰極支持部材からの熱伝導により加熱されることで、活性化する非蒸発型ゲッタと、を備えるＸ線管。
2. 前記非蒸発型ゲッタは、通電加熱タイプのゲッタであり、かつ通電されない状態で前記外囲器内に設けられる、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記非蒸発型ゲッタは、前記陰極支持部材の前記陰極が設置される側に備えられる穴部に設置される、請求項１又は２に記載のＸ線管。
4. 熱輻射率の高い部材であり、前記非蒸発型ゲッタが取付けられた状態で、前記陰極支持部材の前記陰極が設置される側の一部に設置される取付け部材をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１に記載のＸ線管。
5. 前記陰極と前記非蒸発型ゲッタとの間に設けられた壁部をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１に記載のＸ線管。
6. 前記取付け部材は、前記非蒸発型ゲッタと前記陰極との間に位置するように配置される、請求項４に記載のＸ線管。
7. 前記陰極支持部材は、熱輻射率の高い部材である、請求項１乃至６のいずれか１に記載のＸ線管。
8. 前記取付け部材は、鉄、ＳＵＳ、又はセラミックで形成された部材である、請求項４又は６に記載のＸ線管。
9. 前記陰極支持部材は、鉄、又はＳＵＳで形成された部材である、請求項７に記載のＸ線管。

Images