WO2018198517A1

WO2018198517A1 - Ｘ線管及びｘ線発生装置

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Publication number: WO2018198517A1
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Inventors: 一隆鈴木
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Abstract

Ｘ線管は、真空の内部空間を有する真空筐体と、内部空間に配置され、電子ビームの入射によりＸ線を発生するターゲットとターゲットを支持し且つターゲットで発生したＸ線を透過させるターゲット支持部とを含むターゲット部と、ターゲット支持部と対向するように設けられ、真空筐体の開口部を封止し、ターゲット支持部を透過したＸ線を透過させるＸ線出射窓と、を備え、Ｘ線出射窓の少なくとも一部は、ターゲット支持部と接触している。

Description

Ｘ線管及びＸ線発生装置

　本発明の一側面は、Ｘ線管及びＸ線発生装置に関する。

　従来のＸ線管として、特許文献１に記載された固定陽極Ｘ線管が知られている。特許文献１に記載された固定陽極Ｘ線管では、真空筐体（陽極ベース）の内部において、ターゲット基板に形成されたターゲットに熱電子が衝突し、Ｘ線を発生する。発生したＸ線は、ターゲット基板を透過し、さらに、真空筐体に取り付けられたＸ線出射窓（窓板）を透過して、被写体に照射される。

特開平４－２６２３４８号公報

　上述したようなＸ線管では、ターゲットの放熱性を向上し、熱によるターゲットの損傷を抑制することが望まれている。

　そこで、本発明の一側面は、熱によるターゲットの損傷を抑制できるＸ線管及びＸ線発生装置を提供することを課題とする。

　本発明の一側面に係るＸ線管は、真空の内部空間を有する真空筐体と、内部空間に配置され、電子ビームの入射によりＸ線を発生するターゲットとターゲットを支持し且つターゲットで発生したＸ線を透過させるターゲット支持部とを含むターゲット部と、ターゲット支持部と対向するように設けられ、真空筐体の開口部を封止し、ターゲット支持部を透過したＸ線を透過させるＸ線出射窓と、を備え、Ｘ線出射窓の少なくとも一部は、ターゲット支持部と接触している。

　このＸ線管では、Ｘ線出射窓の少なくとも一部がターゲット支持部と接触していることから、ターゲットの熱をターゲット支持部を介してＸ線出射窓へ熱伝導によって伝えることができる。これにより、ターゲットの放熱性を高め、熱によるターゲットの損傷を抑制することが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線管では、Ｘ線出射窓のＸ線出射方向から見て、ターゲット支持部は、Ｘ線出射窓に含まれていてもよい。この構成によれば、ターゲットの熱をターゲット支持部を介してＸ線出射窓により放熱させる効率（以下、単に「放熱効率」ともいう）を向上させることが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線管では、Ｘ線出射窓の一部は、ターゲット支持部と接触し、Ｘ線出射窓の他部は、ターゲット支持部と離間していてもよい。この構成によれば、Ｘ線出射窓の一部をターゲット支持部に接触させてターゲットの放熱性を高めつつ、Ｘ線出射窓の他部をターゲット支持部と離間させることで、内部空間の真空保持に起因する応力の影響がターゲット支持部に及ぶことを抑制できる。

　本発明の一側面に係るＸ線管では、Ｘ線出射窓の一部は、ターゲット支持部におけるターゲットの電子入射領域と対向する領域であり、Ｘ線出射窓の他部は、Ｘ線出射窓の周縁部であってもよい。この構成によれば、特に高温化しやすい領域にＸ線出射窓を接触させることができ、放熱効率を向上させることが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線管では、Ｘ線出射窓は、ターゲット支持部側に突出してターゲット支持部と接触する凸形状を有していてもよい。この場合、Ｘ線出射窓とターゲット支持部とを接触させるためにターゲット支持部にて要される構成を少なくできる。ターゲット支持部の構成の自由度を高めることができる。

　本発明の一側面に係るＸ線管では、ターゲット支持部は、Ｘ線出射窓側に突出してＸ線出射窓と接触する凸形状を有していてもよい。この場合、ターゲット支持部でＸ線出射窓を支持することができる。これにより、Ｘ線出射窓の厚さを薄くでき、Ｘ線出射窓のＸ線出射効率を向上させることが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線管は、ターゲット部を電子ビームの入射方向と交差する方向に沿って移動させるターゲット移動部を備えていてもよい。これにより、ターゲット移動部によりターゲット部を移動させることで、ターゲットを移動させてターゲットにおける電子ビームの入射箇所を変更させることができる。ターゲットの寿命特性を向上させることが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線管は、ターゲット部をＸ線出射窓に近づく方向に押圧する弾性部材を備えていてもよい。これにより、ターゲットをＸ線出射窓に近づけることができ、Ｘ線焦点から被検体までの距離であるＦＯＤ（Focus　to　Object　Distance）を小さくすることが可能となる。

　本発明の一側面に係るＸ線発生装置は、上記Ｘ線管と、Ｘ線管の少なくとも一部を収容すると共に、絶縁油が封入された筐体と、Ｘ線管に給電部を介して電気的に接続された電源部と、を備える。

　このＸ線発生装置においても、上記Ｘ線管により、熱によるターゲットの損傷を抑制することが可能となるという上記効果が奏される。

　本発明の一側面によれば、熱によるターゲットの損傷を抑制できるＸ線管及びＸ線発生装置を提供することが可能となる。

図１は、実施形態に係るＸ線発生装置を示す縦断面図である。図２は、実施形態に係るＸ線管を示す縦断面図である。図３は、実施形態に係るＸ線管のＸ線出射側を示す縦断面図である。図４は、（ａ）は、図３のターゲット部の移動を説明する拡大縦断面図である。図４は、（ｂ）は、図３のターゲット部の移動を説明する他の拡大縦断面図である。図５は、図３のターゲット部を示す分解斜視図である。図６は、図３のターゲット移動板の下面側を示す斜視図である。図７は、変形例に係るＸ線管のターゲット部の移動を説明する拡大縦断面図である。

　以下、図面を参照しつつ実施形態について詳細に説明する。以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

　図１は、実施形態に係るＸ線発生装置を示す縦断面図である。図２は、実施形態に係るＸ線管を示す縦断面図である。図１に示されるように、Ｘ線発生装置１００は、例えば、被検体の内部構造を観察するＸ線非破壊検査に用いられる微小焦点Ｘ線源である。Ｘ線発生装置１００は、Ｘ線管１、筐体Ｃ及び電源部８０を備える。

　図２に示されるように、Ｘ線管１は、ターゲットＴに対して、電子銃１１０からの電子ビームＢが入射することにより発生し且つ当該ターゲットＴ自身を透過したＸ線Ｘを、Ｘ線出射窓３０から出射する透過型のＸ線管である。Ｘ線管１は、真空の内部空間Ｒを有する真空筐体１０を備えた、部品交換等が不要な真空封止型のＸ線管である。

　真空筐体１０は、略円柱状の外形を呈する。真空筐体１０は、金属材料（例えばステンレス鋼）により形成されたヘッド部４と、絶縁性材料（例えばガラス）により形成された絶縁バルブ２と、を備える。ヘッド部４には、Ｘ線出射窓３０が固定されている。ヘッド部４は、本体部１１及び上蓋１２を有する。絶縁バルブ２には、電子銃１１０が固定されている。絶縁バルブ２は、Ｘ線出射窓３０と対向する端部側からＸ線出射窓３０側に向かって折り返されるように延在して形成された凹部１１６を有する。また、絶縁バルブ２は、凹部１１６のＸ線出射窓３０側の端部を封止するように設けられたステム部１１５を有する。ステム部１１５は、給電等に用いるステムピンＳを介して内部空間Ｒの所定位置で電子銃１１０を保持する。つまり、凹部１１６によって、ヘッド部４と電子銃１１０との沿面距離を延ばして耐電圧特性を向上させると共に、内部空間Ｒ内において電子銃１１０をターゲットＴに近づけて配置することで、電子ビームＢを微小焦点化させやすくしている。

　電子銃１１０は、通電によって発熱するフィラメントにより形成されたヒーター１１１と、ヒーター１１１によって加熱され電子放出源となるカソード１１２と、カソード１１２から放出される電子の量を制御する第１グリッド電極１１３と、第１グリッド電極１１３を通過した電子をターゲットＴに向けて集束する円筒状の第２グリッド電極１１４と、を備える。Ｘ線管１は、後述の筒部材７０の一端側に固定されている。なお、Ｘ線管１には、図示しない排気管が付設され、この排気管を介して内部が真空引きされることによって真空封止されている。

　Ｘ線発生装置１００の筐体Ｃは、筒部材７０と、電源部８０を収容する電源部ケース８４と、を備える。筒部材７０は、金属により形成されている。筒部材７０は、その両端に開口を有する円筒状を呈する。筒部材７０は、その一端側の開口７０ａにＸ線管１の絶縁バルブ２が挿入されている。これにより、筒部材７０は、Ｘ線管１の少なくとも一部を収容する。筒部材７０の一端面には、Ｘ線管１の取付フランジ３が当接され且つネジ等で固定されている。これにより、Ｘ線管１は、筒部材７０の開口７０ａにて固定されつつ、開口７０ａを封止している。筒部材７０の内部には、液状の電気絶縁性物質である絶縁油７１が封入されている。

　電源部８０は、Ｘ線管１に電力を供給する機能を有する。電源部８０は、エポキシ樹脂からなる絶縁ブロック８１と、絶縁ブロック８１中にモールドされた高電圧発生回路を含む内部基板８２と、を有し、矩形箱状を呈する電源部ケース８４に収容される。電源部８０には、筒部材７０の他端側（Ｘ線管１側である一端側とは反対側）が固定されている。これにより、筒部材７０の他端側の開口７０ｂが封止され、絶縁油７１が筒部材７０の内部に気密に封入される。

　絶縁ブロック８１上には、内部基板８２に電気的に接続された円筒状のソケットを含む高圧給電部９０が配置されている。電源部８０は、高圧給電部９０を介してＸ線管１に電気的に接続されている。より詳細には、高圧給電部９０のＸ線管１側である一端側が、Ｘ線管１の絶縁バルブ２の凹部１１６内に挿入されてステム部１１５から突出するステムピンＳと電気的に接続されている。これと共に、高圧給電部９０の電源部８０側である他端側が、内部基板８２に電気的に接続された状態で絶縁ブロック８１に固定されている。絶縁ブロック８１には、Ｘ線管１と同軸の環状の壁部８３が、Ｘ線管１及び筒部材７０と離間した状態で、筒部材７０と電源部８０との接続部を高圧給電部９０から遮蔽するように突設されている。なお、本実施形態においては、ターゲットＴ（アノード）を接地電位とし、電源部８０からはマイナスの高電圧（例えば－１０ｋＶ～－５００ｋＶ）が高圧給電部９０を介して電子銃１１０に供給される。

　図３は、実施形態に係るＸ線管のＸ線出射側を示す縦断面図である。図４は、ターゲット部の移動を説明する拡大縦断面図である。図５は、ターゲット部を示す分解斜視図である。図３及び図４に示されるように、Ｘ線管１は、真空筐体１０と、ターゲット部２０と、Ｘ線出射窓３０と、弾性部材４０と、移動機構（ターゲット移動部）５０と、を備える。

　なお、本実施形態の説明では、Ｘ線管１がＸ線を出射する方向側を単に「Ｘ線出射側」又は「上側」と称する。また、Ｘ線管１の管軸を「軸ＴＡ」，電子ビームＢのターゲットＴへの入射方向軸を「軸ＢＡ」、及び、Ｘ線Ｘの出射方向軸を「軸ＸＡ」とすると、本実施形態においては、電子銃１１０から出射された電子ビームＢは、軸ＴＡと同軸になるように内部空間ＲをターゲットＴに向かって進行し、軸ＴＡ上でターゲットＴに垂直に入射し、Ｘ線を発生する。つまり、軸ＴＡ，軸ＢＡ、軸ＸＡは全て同軸となっているため、これらをまとめて軸ＡＸとも称する。

　真空筐体１０のＸ線出射側には、内部空間Ｒを画成する壁部としてヘッド部４を備える。ヘッド部４は、金属材料（例えばステンレス鋼）により形成された本体部１１及び上蓋１２を含む。ヘッド部４は、電位的にＸ線管１のアノードに相当する。本体部１１は、円筒状を呈する。本体部１１は、電位的にＸ線管１のアノードに相当する。本体部１１は、両端に開口を備えた、軸ＡＸと同軸の略円筒状を呈する。本体部１１におけるＸ線出射側の一端側の開口１１ａには、上蓋１２が固定されている。本体部１１は、電子銃１１０側の他端側の開口において、軸ＡＸと同軸の絶縁バルブ２と連通する（図２参照）。本体部１１の壁面の一部には、移動機構５０を収容する収容空間Ｉとなる凹部が形成されている。収容空間Ｉの径方向内側且つ上側は、連通孔１１ｂを介して内部空間Ｒと連通する。連通孔１１ｂには、移動機構５０の後述のピン５１が挿通されている。

　上蓋１２は、本体部１１と電気的に接続された状態で、本体部１１おけるＸ線出射側の一端側の開口１１ａを塞ぐように設けられている。上蓋１２は、軸ＡＸと同軸の円板状を呈する。上蓋１２の上面には、当該上蓋１２と同心の断面円形の凹部１３が形成されている。凹部１３の底面には、上蓋１２と同心の断面円形の開口部１４が形成されており、軸ＡＸと同軸のＸ線通過孔となっている。

　真空筐体１０は、支持台（弾性部材支持部）１５をさらに含む。支持台１５は、軸ＡＸと同軸に配置された円板状を呈する。支持台１５は、内部空間Ｒにおいて、ターゲットＴ（ターゲット部２０）の配置空間と電子銃１１０の配置空間とを仕切るように、上蓋１２に対して所定間隔を空けて平行に配置されている。支持台１５は、ターゲット部２０の下側（Ｘ線出射窓３０側とは反対側の電子銃１１０側）に設置されている。支持台１５上には、ターゲット部２０が弾性部材４０を介して載せられている。支持台１５は、ターゲット部２０を弾性部材４０を介して支持する。支持台１５には、軸ＡＸと同軸、つまり当該支持台１５と同心の断面円形の貫通孔であってターゲットＴに向かう電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔１６が形成されている。ターゲットＴ（ターゲット部２０）の配置空間と電子銃１１０の配置空間とは、少なくとも電子ビーム通過孔１６を介して連通されている。

　ターゲット部２０は、内部空間Ｒに配置されている。ターゲット部２０は、ターゲットＴ、ターゲット移動板（ターゲット保持部）２１及びターゲット支持基板（ターゲット支持部）２３を有する。ターゲットＴは、電子ビームＢの入射によりＸ線を発生する。ターゲットＴとしては、例えばタングステンが用いられている。ターゲットＴは、後述するように、少なくともターゲット支持基板２３の下面に膜状に形成されている。

　ターゲット移動板２１は、ターゲットＴ及びターゲット支持基板２３を保持する。ターゲット移動板２１は、電子ビームＢの入射方向（照射方向）と交差する所定方向である移動方向Ａに沿って、ターゲットＴを移動させる。ここでの移動方向Ａは、ターゲットＴに対する電子ビームＢの入射方向、つまり軸ＢＡ（軸ＡＸ）に対して直交する一方向であって、真空筐体１０の径方向である。ターゲット移動板２１は、軸ＢＡ（軸ＡＸ）に沿った方向に延びる中心軸を持った円板状を呈する。ターゲット移動板２１は、当該中心軸が移動方向Ａに沿って平行移動するように移動機構５０によって移動される。ターゲット移動板２１は、熱伝導性が一定値よりも高く、且つ、熱膨張率がターゲット支持基板２３に近く、ターゲット支持基板２３よりも擦れによる破損又は異物発生の少ない材料で形成されている。例えばターゲット移動板２１は、モリブデンで形成されている。ターゲット移動板２１は、上蓋１２の内壁面と当接すると共に、上蓋１２と平行に配置されている。

　ターゲット移動板２１の上面には、ターゲット移動板２１と同軸の円形凸部２４が形成されている。円形凸部２４は、ターゲット移動板２１と上蓋１２とが当接した状態において、上蓋１２の開口部１４内に進入する。円形凸部２４は、開口部１４の内径よりも小さい外径を有する。より詳細には、円形凸部２４は、開口部１４が構成する後述の空間Ｒ２内において移動方向Ａに沿って所定距離移動可能な外形を有する。円形凸部２４には、ターゲット移動板２１と同心の断面円形の貫通孔２５が形成されており、この貫通孔２５は、ターゲットＴに向かう電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔となる。ターゲット移動板２１は、移動機構５０のピン５１が挿入される孔であって移動方向Ａにおける一方側に形成された孔部２７を有する。ターゲット移動板２１は、孔部２７を介して移動機構５０と接続されている。

　図２～図５に示されるように、ターゲット支持基板２３は、ターゲットＴを支持する。ターゲット支持基板２３は、ターゲットＴで発生したＸ線を透過させる第１のＸ線透過窓を構成する。ターゲット支持基板２３は、円板状を呈する。ターゲット支持基板２３は、例えばダイヤモンド又はベリリウム等のＸ線透過性の高い材料で形成されている。ターゲット支持基板２３の厚さは５０μｍ～５００μｍであって、本実施形態においては２５０μｍである。ターゲット支持基板２３の外径は、ターゲット移動板２１の円形凸部２４の外径に対応してもよい。なお、ターゲット支持基板２３の外径は、円形凸部２４の外径に対して多少の大小があってもよい。ターゲット支持基板２３は、円形凸部２４上に、貫通孔２５を塞ぐように環状のシール部材２８を介して設けられている。シール部材２８は、ターゲット移動板２１とターゲット支持基板２３とを接合する。シール部材２８は、例えばアルミニウムで形成されている。ターゲット支持基板２３及びシール部材２８は、ターゲット移動板２１と同軸に配置されている。

　図４に示されるように、ターゲット支持基板２３の下面には、ターゲットＴが膜状に形成されている。具体的には、ターゲット支持基板２３の下面、ターゲット移動板２１の貫通孔２５の内面及びターゲット移動板２１の下面を含む領域に、ターゲットＴが蒸着によって膜状に形成されている。ターゲットＴの膜厚は０．５μｍ～１０μｍであって、本実施形態においては２μｍである。

　Ｘ線出射窓３０は、真空筐体１０の上蓋１２において、ターゲット支持基板２３と対向するように設けられている。Ｘ線出射窓３０は、軸ＡＸと同軸方向視において（つまり、上方から見て、或いは、Ｘ線出射窓３０を外側から対面するように見て）、常にターゲット支持基板２３のＸ線出射部分を含むような大きさ及び配置とされている。Ｘ線出射窓３０は、ターゲット支持基板２３を透過したＸ線を透過させる第２のＸ線透過窓を構成する。Ｘ線出射窓３０は、円板状を呈する。Ｘ線出射窓３０は、例えばベリリウム又はダイヤモンド等のＸ線透過性の高い材料で形成されている。Ｘ線出射窓３０は、上蓋１２の凹部１３の底面に軸ＡＸと同軸に配置されている。Ｘ線出射窓３０は、真空筐体１０の開口部１４を封止する。具体的には、Ｘ線出射窓３０は、開口部１４であってターゲット部２０と対面するＸ線出射部分を封止して真空保持する。Ｘ線出射窓３０の厚さは５０μｍ～１０００μｍであって、本実施形態においては３００μｍである。Ｘ線出射窓３０は、そのＸ線出射方向から見て、ターゲット支持基板２３よりも大きく、ターゲット支持基板２３を含む。換言すると、Ｘ線出射窓３０のＸ線出射方向から見て、ターゲット支持基板２３は、Ｘ線出射窓３０に含まれる。

　Ｘ線出射窓３０の一部は、ターゲット支持基板２３と接触する。具体的には、Ｘ線出射窓３０の中央部は、ターゲット支持基板２３のＸ線出射窓３０側の面であるＸ線出射窓側面２３ａと接触する。より具体的には、Ｘ線出射窓３０の内部空間Ｒ側の面における、ターゲット支持基板２３のターゲットＴ側の面であるターゲット側面２３ｂ上に設けられたターゲットＴの電子入射領域（Ｘ線発生領域）ＴＥと対向する領域は、ターゲット支持基板２３のＸ線出射窓側面２３ａと接触する。電子入射領域ＴＥは、ターゲットＴにおける電子ビームＢが入射される領域であり、その結果、Ｘ線Ｘが発生する領域でもある。図示する例では、電子入射領域ＴＥは、支持台１５の電子ビーム通過孔１６に対向する領域（電子ビーム通過孔１６上の領域）である。なお、接触面積としては、ターゲット支持基板２３のＸ線出射窓側面２３ａの面積の１％～１００％であって、より具体的には２０％～５０％である。さらに、接触領域は、ターゲット支持基板２３のターゲットＴの電子入射領域ＴＥにおいて、略円状に上記範囲を満たすことが効果的である。

　Ｘ線出射窓３０の他部は、ターゲット支持基板２３と離間する。具体的には、Ｘ線出射窓３０の周縁部は、ターゲット支持基板２３と離間する。Ｘ線出射窓３０は、ターゲット支持基板２３側に突出してターゲット支持基板２３と接触する凸形状を有する。換言すると、Ｘ線出射窓３０は、その中央部分が下方へ円弧状に撓むような形状を有する。また、Ｘ線出射窓３０は、下方に突出する錐形状ないし錐台形状を有してもよく、少なくともその頂部でターゲット支持基板２３と接触する。

　弾性部材４０は、ターゲット部２０をＸ線出射窓３０に近づく方向に押圧する。弾性部材４０としては、例えばターゲット移動板２１と同軸の略円錐形状のコイルばねが用いられている。弾性部材４０は、金属により形成されている。例えば弾性部材４０は、ニッケルクロム系の合金により形成されている。弾性部材４０は、ターゲット部２０が上蓋１２の下面（真空筐体１０の内壁面）に接触するようにターゲット部２０を押圧する。

　弾性部材４０は、ターゲット移動板２１と支持台１５との間に介在されている。具体的には、弾性部材４０は、コイルばねの略円錐形状を圧縮して、側面の傾斜がより緩やかな略円錐形状に変形させた状態でターゲット移動板２１と支持台１５との間に配置されている。弾性部材４０は、ターゲット移動板２１の下面を支持台１５の上面を基準にＸ線出射側へ押し付ける。例えば円錐コイルばねである弾性部材４０のバネ定数は、０．０１～１Ｎ／ｍｍであり、より具体的には、０．０５～０．５Ｎ／ｍｍである。

　移動機構５０は、弾性部材４０で押圧された状態のターゲット部２０を移動方向Ａに沿って移動させる機構である。移動機構５０は、ネジを利用してターゲット部２０を移動させる。移動機構５０は、ピン５１、リューズ５２、螺合機構５３及び蛇腹５４を有する。

　ピン５１は、本体部１１の収容空間Ｉから本体部１１の連通孔１１ｂを通じてターゲット移動板２１の孔部２７に挿入されている。ピン５１は、移動方向Ａに沿って進退（前進及び後退）する。連通孔１１ｂは、ピン５１の移動範囲以上の径の断面円形で形成されている。リューズ５２は、移動機構５０を操作するつまみ部分であり、収容空間Ｉの外部に配置されている。螺合機構５３は、リューズ５２の回転をピン５１の直進運動へ変換させる機構である。蛇腹５４は、収容空間Ｉ内に設けられている。蛇腹５４は、収容空間Ｉを封止して真空保持すると共に、収容空間Ｉを真空保持したままピン５１の移動に伴って伸縮する。蛇腹５４は、金属により形成されており、蛇腹５４からのガス放出が抑制されている。

　本実施形態では、ターゲット移動板２１における上面（上蓋１２に当接する領域）と上蓋１２における下面（ターゲット移動板２１に当接する領域）とのうちの少なくとも一方は、ターゲット支持基板２３の表面よりも表面粗さが粗い粗面部とされている。ここでは、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面との少なくとも一方に粗面処理が施されている。ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面との少なくとも一方の表面粗さは、例えばＲｚ２５～０．０２５であり、より具体的には、Ｒｚ６．３～０．４である。

　図６は、ターゲット移動板の下面側を示す斜視図である。図４及び図６に示されるように、ターゲット移動板２１の下面には、ターゲット移動板２１と同心の円環状溝部（位置決め部）２９が形成されている。円環状溝部２９は、その軸方向に沿う断面が矩形状を有する。円環状溝部２９は、その内部に弾性部材４０の少なくとも一部を収容する。円環状溝部２９の内面は、底面２９ａと、外周側に存在する側面２９ｂと、内周側に存在する側面２９ｃと、を含む。側面２９ｂ及び側面２９ｃは、底面２９ａを径方向に挟むように対向する。弾性部材４０は、少なくとも底面２９ａに接触すると共に、側面２９ｂ及び側面２９ｃの少なくとも一方に接触して嵌まり込んだ状態で位置決めされている。これにより、円環状溝部２９は、ターゲット移動板２１に対する弾性部材４０の位置を位置決めする。なお、本実施形態においては、弾性部材４０は、底面２９ａ、側面２９ｂ及び側面２９ｃの何れにも接触し、円環状溝部２９に嵌まり込んだ状態で位置決めされている。支持台１５の上面は、平面であって、弾性部材４０が移動方向Ａに摺動可能とされている。このような構成により、弾性部材４０は、ターゲット部２０と支持台１５と間において、円環状溝部２９に収容された状態で支持台１５の上面に対して摺動可能に保持される。弾性部材４０は、ターゲット部２０の移動の際、円環状溝部２９に収容され、円環状溝部２９を構成する面と接触することにより円環状溝部２９内で位置決めされながら支持台１５の上面を摺動し、ターゲット部２０に連れ立って移動する。

　ターゲット移動板２１は、円形凸部２４の周辺に、円形凸部２４を挟むように形成された一対の貫通孔２６を有する。一対の貫通孔２６は、円形凸部２４の移動方向Ａにおける一方側と他方側とのそれぞれにおいて、ターゲット移動板２１を厚さ方向に貫通する。貫通孔２６は、内部空間Ｒにおけるターゲット支持基板２３とＸ線出射窓３０との間に画成された空間Ｒ２内から、当該空間Ｒ２外へ通じる。貫通孔２６は、真空筐体１０内の真空引き時に、空間Ｒ２の空気を空間Ｒ２外へ流通させる。

　また、Ｘ線管１は、移動機構５０によるターゲット部２０の移動をガイドするガイド部６０を備える。ガイド部６０は、ターゲット移動板２１の下面に設けられ移動方向Ａに沿って長尺の凹部６１と、支持台１５の上面において支持台１５と同心となるように電子ビーム通過孔１６を包囲する円形に設けられた凸部６２と、を含んで構成されている。ターゲット部２０と支持台１５とは、凹部６１の下側面と凸部６２の上側面とが互いに接触することなく空間的に離れるように、弾性部材４０の弾性力によって離間されている。凹部６１は、移動方向Ａにおいて所定長を有する。凹部６１は、ターゲット移動板２１の円環状溝部２９の径方向内側に、貫通孔２５及び一対の貫通孔２６を包囲した状態で、ターゲット移動板２１と同心で形成されている。また、凹部６１の短軸長（移動方向Ａと直交する方向の長さ）は凸部６２の直径とほぼ等しく、凹部６１の長軸長（移動方向Ａにおける所定長）は凸部６２の直径よりも大きい。より詳しくは、凹部６１は、移動方向Ａに沿って凸部６２が所定距離移動した際の軌跡（凸部６２が通る領域）を投影させた形状と略等しい形状を有している。凸部６２は、支持台１５と同心の円形で上方に突出する。凸部６２は、その先端側が凹部６１内に進入する。

　これにより、凹部６１ひいてはターゲット移動板２１（ターゲット部２０）は、Ｘ線出射方向と直交する方向のうち、移動方向Ａにおける所定長の範囲の移動は許容される（凸部６２が凹部６１と干渉しない）。一方、凹部６１ひいてはターゲット移動板２１（ターゲット部２０）は、Ｘ線出射方向と直交する方向のうち、移動方向Ａ以外の方向における移動は規制される（凸部６２が凹部６１と干渉する）。

　以上のように構成されたＸ線管１では、内部空間Ｒに配置された電子銃１１０から電子ビームＢが出射され、この電子ビームＢがターゲットＴに入射することによってＸ線Ｘが発生する。発生したＸ線Ｘは、ターゲット支持基板２３を透過した後にＸ線出射窓３０を透過し、Ｘ線管１外へ出射され、被検体に照射される。

　ここで、ターゲットＴに電子ビームＢが入射することで発生した熱は、ターゲット支持基板２３を介してＸ線出射窓３０に伝導し、Ｘ線出射窓３０において上蓋１２等の周縁部へ広がるように伝播されて、効率よく放熱される。

　Ｘ線管１では、移動機構５０のリューズ５２を回すことにより、螺合機構５３の螺合作用でピン５１が移動方向Ａに沿って移動する。これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、弾性部材４０で上方に押圧されているターゲット部２０は、ターゲット移動板２１が上蓋１２の内壁面と摺動するように移動方向Ａに沿って移動される。その結果、ターゲットＴが移動方向Ａに沿って移動され、ターゲットＴにおける電子ビームＢが入射される入射箇所が、移動方向Ａに沿って移動（変更）することになる。換言すれば、ターゲットＴにおける軸ＢＡ（軸ＡＸ）との交差点が、ターゲットＴの移動方向Ａに沿って移動（変更）することになる。なお、ターゲットＴが移動方向Ａに沿った一方側に移動すると、ターゲットＴにおける電子ビームＢが入射される入射箇所（ターゲットＴにおける軸ＢＡ（軸ＡＸ）との交差点）は、移動方向Ａに沿った他方側に移動する。

　以上、本実施形態に係るＸ線管１及びＸ線発生装置１００では、Ｘ線出射窓３０の少なくとも一部がターゲット支持基板２３と接触している。これにより、熱伝導性の悪い真空内に収容されたターゲット部２０におけるターゲットＴの熱を、ターゲット支持基板２３を介してＸ線出射窓３０へ熱伝導によって伝えることができる。その結果、ターゲットＴの放熱性を高め、熱によるターゲットＴの損傷を抑制することが可能となる。ターゲットＴの寿命特性を向上させることが可能となる。

　本実施形態では、Ｘ線出射窓３０のＸ線出射方向から見て、換言すれば、軸ＡＸと同軸方向視において（つまり、上方から見て、或いは、Ｘ線出射窓３０を外側から対面するように見て）、ターゲット支持基板２３は、Ｘ線出射窓３０に含まれている。この構成によれば、Ｘ線出射窓３０の熱容量が大きいため、ターゲット支持基板２３からＸ線出射窓３０に効果的に熱を伝えることができる。例えばＸ線出射窓３０がターゲット支持基板２３に含まれている場合に比べて、放熱効率を向上させることが可能となる。

　本実施形態では、Ｘ線出射窓３０の一部がターゲット支持基板２３と接触し、Ｘ線出射窓３０の他部がターゲット支持基板２３と離間している。この構成によれば、Ｘ線出射窓３０の一部をターゲット支持基板２３に接触させてターゲットＴの放熱性を高めつつ、Ｘ線出射窓３０の他部をターゲット支持基板２３と離間させることで、内部空間Ｒの真空保持に起因する応力の影響がターゲット支持基板２３に及ぶことを抑制できる。また、Ｘ線出射窓３０とターゲット支持基板２３とが全面的に接触していると、ターゲット部２０を移動方向Ａに沿って移動させる際、両部材の擦れによる破損の可能性が高くなるが、両部材の一部が接触し、他部が離間することで、放熱性と移動性との両立が可能となる。

　本実施形態では、Ｘ線出射窓３０におけるターゲット支持基板２３と接触する一部は、ターゲット支持基板２３におけるターゲットＴの電子入射領域ＴＥと対向する領域である。Ｘ線出射窓３０におけるターゲット支持基板２３と離間する他部は、Ｘ線出射窓３０の周縁部である。この構成によれば、特に高温化しやすい領域にＸ線出射窓３０を接触させることができ、放熱効率を向上させることが可能となる。ターゲットＴにおいて特に発熱する電子入射領域ＴＥからＸ線出射窓３０へ熱を伝えやすくすることが可能となる。また、ターゲット部２０を移動方向Ａに沿って移動させる際にも、Ｘ線出射窓３０の中央部が接触し、周縁部が離間しているので、Ｘ線出射窓３０にかかる応力の偏りを低減しつつ、何れの方向に移動しても均一な力で移動させることができる。

　本実施形態では、Ｘ線出射窓３０は、ターゲット支持基板２３側に突出してターゲット支持基板２３と接触する凸形状を有している。この場合、Ｘ線出射窓３０とターゲット支持基板２３とを接触させるためにターゲット支持基板２３にて要される構成を少なくでき、ターゲット支持基板２３の構成の自由度を高めることができる。よって、ターゲット支持基板２３は、Ｘ線を発生させる上で有効な構成を優先させた状態でＸ線出射窓３０と接触させることが容易に可能となる。

　本実施形態は、ターゲット部２０を移動方向Ａに沿って移動させる移動機構５０を備えている。これにより、移動機構５０によりターゲット部２０を移動させることで、ターゲットＴを移動させてターゲットＴにおける電子ビームＢの入射箇所を変更させることができる。ターゲットＴの寿命特性を向上させることが可能となる。

　本実施形態は、ターゲット部２０をＸ線出射窓３０に近づく方向に押圧する弾性部材４０を備えている。これにより、ターゲットＴをＸ線出射窓３０に近づけることができ、Ｘ線焦点から被検体までの距離であるＦＯＤ（Focus　to　Object　Distance）を小さくすることが可能となる。

　なお、本実施形態では、以下の効果も奏される。

　ターゲット部２０がターゲット移動板２１を含み、弾性部材４０がターゲット移動板２１を押圧することから、ターゲット部２０の移動及び弾性部材４０の押圧に起因する物理的な応力が、ターゲットＴ及びターゲット支持基板２３に直接加わることを抑制できる。Ｘ線の発生に対する影響の大きいターゲットＴ及びターゲット支持基板２３に物理的な応力の悪影響が及ぶことを抑制し、安定したＸ線を得ることができる。また、ターゲットＴ及びターゲット支持基板２３の材料選択時において、物理的な応力に対する強度を考慮する必要がないので、Ｘ線発生に関する特性又は放熱性を重視した材料選択を行うことができる。

　弾性部材４０が金属により形成されていることから、弾性部材４０からのガス放出を抑制でき、安定したＸ線を得ることができる。また、Ｘ線管１を真空排気する際には、より真空度を高めるために加熱して排気してもよいが、弾性部材４０を金属で形成することで、加熱による弾性部材４０の材料の変質又は弾性の変化等を抑制することが可能となる。ターゲット部２０のターゲット移動板２１の下面に、弾性部材４０を位置決めする位置決め部として円環状溝部２９が設けられていることから、弾性部材４０を位置決めし、弾性部材４０の位置を一定に保ち（安定化するよう保持し）、ＦＯＤの変化を抑制することが可能となる。

　弾性部材４０は、ターゲット部２０と支持台１５と間において、円環状溝部２９に収容された状態で支持台１５の上面に対して摺動可能に保持されていることから、ターゲット部２０の移動の際、円環状溝部２９に弾性部材４０が確実に位置決めされつつ、支持台１５上を摺動するため、ターゲット部２０の移動の影響で弾性部材４０の押圧方向が変化することを抑制できる。ターゲット部２０とＸ線出射窓３０との配置関係を一定に保つことができる。ターゲット部２０の移動の際、弾性部材４０をターゲット部２０に連れ立って移動でき、弾性部材４０とターゲット部２０との位置関係を一定に保つことができるため、当該移動の影響でターゲット部２０に加わる押圧力が偏ったり、その分布が変化したりすることを抑制できる。

　移動機構５０によるターゲット部２０の移動をガイドするガイド部６０を備えていることから、ターゲット部２０が意図しない方向へ移動してしまうことを抑制できる。ターゲット部２０がランダムな方向に移動してしまうことを抑制できるため、ターゲットＴにおける電子入射位置を確実に把握でき、以前にＸ線発生に用いた部位を再度使用してしまうことを抑制できる。ガイド部６０は、ターゲット移動板２１に設けられた凹部６１と、支持台１５に設けられ凹部６１内に進入する凸部６２と、を有することから、凹部６１及び凸部６２によりターゲット部２０の移動をガイドできる。ガイド部６０を簡易な構成で実現できる。

　弾性部材４０は、ターゲット部２０が上蓋１２の下面に接触するようにターゲット部２０を押圧することから、ターゲット部２０を上蓋１２の下面で位置決めし、ターゲット部２０の位置を一定に保ち（安定化するよう保持し）、ＦＯＤの変化を抑制することが可能となる。また、ターゲット部２０の熱を上蓋１２に伝えやすくなるので、ターゲットＴの放熱性を向上することができる。

　ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面との少なくとも一方が、ターゲット支持基板２３の表面よりも表面粗さが粗い粗面部とされていることから、当接するターゲット部２０と真空筐体１０との間の接触面積を低減し、ターゲット部２０の移動の際における抵抗を低減することが可能となる。また、ターゲット部２０の移動の際における抵抗を低減するためには、ターゲット移動板２１と上蓋１２との接触部、つまりターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面とが互いに異なる材料で形成されることが望まれる。この点、本実施形態では、ターゲット移動板２１がモリブデンで形成され、上蓋１２がステンレスで形成されている。なお、真空下において滑面部材が面接触する場合、その位置関係を変更するためには大きな力を必要とする可能性があるため、移動機構５０又はターゲット移動板２１の破損といった可能性があるが、粗面部を設けることで、ターゲット部２０の移動が容易となり、移動機構５０又はターゲット移動板２１の破損を抑制することができる。

　ターゲット部２０には、空間Ｒ２の内外に通じる貫通孔２６が形成されていることから、貫通孔２６を利用しての真空排気を効率よく行うことができる。電子ビームＢの入射によって高温化するターゲットＴの近傍空間である空間Ｒ２に空気等のガスが残留していると、当該空間Ｒ２近傍の部材（例えば、ターゲット支持基板２３又はＸ線出射窓３０等）がガスと反応して劣化しやすくなる。そのため、空間Ｒ２の真空排気を効率よく行うことでガスの残留を抑制し、部材の劣化を抑制することが可能となる。

　Ｘ線管１は、真空密封型のＸ線管が採用されており、メンテナンスの煩雑さを抑制できる。弾性部材４０及び蛇腹５４が金属で形成されていることから、樹脂で形成される場合に比べて、ガス放出によってＸ線管１内の真空度が低下してしまうことを抑制でき、また、温度耐性を高めて管球ベーキング工程に対応できる。

　以上、実施形態について説明したが、本発明の一態様は、上記実施形態に限られるものではない。

　上記実施形態では、ターゲット支持基板２３は、Ｘ線出射窓３０側に突出してＸ線出射窓３０と接触する凸形状（例えば、錐形状又は錐台形状）を有していてもよい。この場合、ターゲット支持基板２３でＸ線出射窓３０を支持できる。これにより、Ｘ線出射窓３０の厚さを薄くでき、Ｘ線出射窓３０のＸ線出射効率を向上させることが可能となる。

　上記実施形態では、Ｘ線出射窓３０におけるターゲット支持基板２３に接触する部分は特に限定されず、Ｘ線出射窓３０の中央部分でなくともよい。Ｘ線出射窓３０の何れかの箇所がターゲット支持基板２３に接触していればよい。Ｘ線出射窓３０の少なくとも一部がターゲット支持基板２３に接触していればよい。

　上記実施形態では、電子入射領域ＴＥは、ターゲット移動板２１の貫通孔２５に対応する領域として捉えることもできる。Ｘ線出射窓３０におけるターゲット支持基板２３と接触する一部は、ターゲット支持基板２３における電子入射領域ＴＥと対向する領域の少なくとも一部を含んでいればよい。

　上記実施形態では、弾性部材４０として金属の略円錐形状のコイルばねを用いたが、弾性部材４０の数、材質、構造及び種類等は限定されない。ターゲット部２０をＸ線出射窓３０に近づく方向に押圧できれば、種々の部材を用いることができる。例えば弾性部材４０として、複数のコイルバネを用いてもよいし、板バネを用いてもよい。また、上記実施形態のように弾性部材支持部である支持台１５を設けるのではなく、本体部１１又は上蓋１２に弾性部材４０を固定してもよい。

　上記実施形態では、ターゲット部２０が移動方向Ａに沿って移動するが、ターゲット部２０が移動する方向は限定されず、電子ビームＢの入射方向（図２の上下方向）と交差する方向であればよい。また、ターゲット部２０の移動は直線移動に限らず、例えば図７に示されるような回転移動でもよい。図７に示される例では、軸ＡＸと同軸に配置された支持台１５において、円形状の凸部６２が軸ＡＸとは偏心して設けられている。支持台１５の電子ビーム通過孔１６は、軸ＡＸと同軸に設けられている。一方、ターゲット部２０は、ターゲット部２０自身が軸ＡＸとは偏心して設けられている。ターゲット部２０のターゲット移動板２１の凹部６１は、ターゲット部２０と同心に設けられ、凸部６２の外径よりも僅かに大きな内径を有する円形状を呈している。凹部６１に凸部６２が進入することで、ターゲット部２０は、軸ＡＸに対して偏心して設けられ、凸部６２の中心軸であると共に軸ＡＸに対して偏心した回転軸である軸ＲＡを中心に回転移動が可能となっている。そして、ターゲット部２０を図示しない移動機構（例えば、磁力を用いてターゲット部２０を回転させたり、ギアを設けて回転させたりする機構）によって回転させることで、ターゲット部２０が電子ビームＢの入射方向と交差する方向（軸ＲＡを中心した回転方向）に沿って移動する。さらにまた、ターゲット部２０の移動は、直線移動又は回転移動のそれぞれに限らず、直線移動と回転移動とを組み合わせた移動であってもよい。

　上記実施形態では、軸ＴＡ，軸ＸＡ及び軸ＢＡは全て同軸となっていたが、それぞれ異なる軸であってもよい。上記実施形態では、ネジを利用してターゲット部２０を移動させる移動機構５０を用いたが、移動機構５０は特に限定されない。弾性部材４０で押圧されたターゲット部２０を移動方向Ａに沿って移動させ得る機構であれば、種々の機構を用いることができる。移動機構５０は、ターゲット部２０を手動で移動させる機構であってもよいし、電気的に自動で移動させる機構であってもよい。

　上記実施形態では、凹部６１及び凸部６２によってガイド部６０を構成したが、ガイド部６０は特に限定されず、移動機構５０によるターゲット部２０の移動をガイドできればよい。上記実施形態では、ターゲット移動板２１に弾性部材４０の位置決め部としての円環状溝部２９を設けたが、これに代えて若しくは加えて、支持台１５に位置決め部を設けてもよい。この場合、弾性部材４０は、支持台１５の上面に対して摺動可能に保持されるのに代えて若しくは加えて、ターゲット移動板２１に対して摺動可能に保持されていてもよい。

　上記実施形態では、弾性部材４０の位置決め部は、弾性部材４０の固定を行うものではなく、弾性部材４０の移動を所定範囲内に制限（規制）するものでもよい。その場合、ターゲット部２０の移動の際、弾性部材４０が位置決め部において所定範囲内で摺動してもよい。

　上記実施形態では、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面とのうちの少なくとも一方を粗面部としたが、これに限定されない。ターゲット移動板２１の上面の一部のみを粗面部としてもよいし、上蓋１２の下面の一部のみを粗面部としてもよい。或いは、これらの少なくとも１つの組合せとしてもよい。

　上記実施形態では、ターゲット移動板２１の上面及び上蓋１２の下面に表面処理を特に施していないが、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面とのうちの少なくとも一方に、相手側に結合しにくくなるような表面処理（酸化処理又は窒化処理等）を施してもよい。上記実施形態では、ターゲット移動板２１の上面及び上蓋１２の下面に被膜を特に形成していないが、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面とのうちの少なくとも一方に、摩擦力を低減するような被膜（例えばターゲット移動板２１の上面又は上蓋１２の下面よりも柔らかい金属被膜）を形成してもよい。上記実施形態では、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面とを接触させたが、ターゲット移動板２１の上面と上蓋１２の下面との間にベアリング又は球状部材を介在させることで、ターゲット部２０の移動の際における抵抗を低減してもよい。

　上記実施形態では、支持台１５とＸ線出射窓３０との間に空間を形成したが、支持台１５とＸ線出射窓３０との間の当該空間に、熱伝導性のよい部材を充填してもよい。これにより、ターゲット部２０の熱がＸ線出射窓３０に伝えやすくなり、ターゲット部２０の放熱性が向上する。なお、その際、当該部材は電子ビームＢの入射又はＸ線Ｘの出射に影響のないよう、電子ビームＢ又はＸ線Ｘの経路上には充填しなくてもよい。

　上記において、「接触」には、直接的（つまり、他の部材を介さずに直に）に接触することが含まれる。「接触」には、熱的に接触（熱伝導可能に接触）することが含まれる。なお、「接触」には、間接的（つまり、他の部材を介して）に接触することが含まれていてもよい。

　１…Ｘ線管、１０…真空筐体、１４…開口部、２０…ターゲット部、２３…ターゲット支持基板（ターゲット支持部）、３０…Ｘ線出射窓、４０…弾性部材、５０…移動機構（ターゲット移動部）、７０…筒部材、７１…絶縁油、８０…電源部、Ｂ…電子ビーム、Ｒ…内部空間、Ｔ…ターゲット、ＴＥ…電子入射領域。

Claims

　真空の内部空間を有する真空筐体と、
　前記内部空間に配置され、電子ビームの入射によりＸ線を発生するターゲットと前記ターゲットを支持し且つ前記ターゲットで発生した前記Ｘ線を透過させるターゲット支持部とを含むターゲット部と、
　前記ターゲット支持部と対向するように設けられ、前記真空筐体の開口部を封止し、前記ターゲット支持部を透過した前記Ｘ線を透過させるＸ線出射窓と、を備え、
　前記Ｘ線出射窓の少なくとも一部は、前記ターゲット支持部と接触している、Ｘ線管。
　前記Ｘ線出射窓のＸ線出射方向から見て、前記ターゲット支持部は、前記Ｘ線出射窓に含まれる、請求項１に記載のＸ線管。
　前記Ｘ線出射窓の一部は、前記ターゲット支持部と接触し、
　前記Ｘ線出射窓の他部は、前記ターゲット支持部と離間する、請求項１又は２に記載のＸ線管。
　前記Ｘ線出射窓の一部は、前記ターゲット支持部における前記ターゲットの電子入射領域と対向する領域であり、
　前記Ｘ線出射窓の他部は、前記Ｘ線出射窓の周縁部である、請求項３に記載のＸ線管。
　前記Ｘ線出射窓は、前記ターゲット支持部側に突出して前記ターゲット支持部と接触する凸形状を有する、請求項３又は４に記載のＸ線管。
　前記ターゲット支持部は、前記Ｘ線出射窓側に突出して前記Ｘ線出射窓と接触する凸形状を有する、請求項３～５の何れか一項に記載のＸ線管。
　前記ターゲット部を前記電子ビームの入射方向と交差する方向に沿って移動させるターゲット移動部を備える、請求項１～６の何れか一項に記載のＸ線管。
　前記ターゲット部を前記Ｘ線出射窓に近づく方向に押圧する弾性部材を備える、請求項１～７の何れか一項に記載のＸ線管。
　請求項１～８の何れか一項に記載のＸ線管と、
　前記Ｘ線管の少なくとも一部を収容すると共に、絶縁油が封入された筐体と、
　前記Ｘ線管に給電部を介して電気的に接続された電源部と、を備えるＸ線発生装置。