WO2006009053A1

WO2006009053A1 - 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

Info

Publication number: WO2006009053A1
Application number: PCT/JP2005/012989
Authority: WO
Inventors: Takashi Miyashita; Makoto Otsuka
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-01-26
Also published as: JPWO2006009053A1

Abstract

　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。

Description

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!、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、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、る。

特許文献 1：特開 2003-36806号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[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、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力 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ぐまた X線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなぐ 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

V、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、その焦点カゝら 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] これによつて、 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ぐまた X線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなぐ 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力の電子線 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など力構成される。

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に向力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力成り、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、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力約 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力も成り、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などカゝら構成される。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力成り、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力成り、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にタ一ゲット 26が埋設されて!、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 4 0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力約 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力このターゲット 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への埋設は铸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は真空铸造によって作られる。図 2は、真空铸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、铸造冶具の中に、陽極母材 28の素材となる陽極铸造体 42が納まっている。図 2において、铸造治具は、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はグラフアイトなどの耐熱性材料力も成る。ルツボ台 46はルツボ 44の底部に置かれる力その上面はルツボ 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。铸造作業時には準備作業として、タ一ゲット 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力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铸造体 42が得られる。陽極铸造体 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など力構成される。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、る。

[0024] 金属外囲器 30は、ステンレス鋼や銅など力成り、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ヽる。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力成る。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力成る薄肉の円筒 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力成る。金属外囲器 30と円筒 30a, 30bとの間、および陽極母材 2 8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カ卩ェされて、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力も成り、 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!/、。

[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力約 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力約 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力ゝ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ぐまた陽極母材 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力約 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 2 8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、上記の如ぐターゲット 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ょ、。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ぐ凡そ半分以下に押さえることができる。

[0030] 以上説明した如ぐ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!、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ぐ 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力 1個の場合の例、図 3(b)は被照射体 5 4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 5 4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ゃフイ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)に示す如ぐ 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)に示す如ぐ X線源力離して 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、 HI, H2と変化している力照射台 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 5 7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線放射角度の広角ィ匕にもかかわらず、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 7 2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より外径が大きぐこの部分に陰極 12と陽極 14が対向して配置されて、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力ゝら約 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力ゝら約 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線発生装置ほたは 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力約 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つているので、 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と力も構成される。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、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、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つているので、 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 aは (1)式で表せる。

a = 2tan- l(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( a /2) … (2)

また、 c=0の時の照射範囲 B0を一定とした場合、焦点力被写体までの距離 Aは (3) 式で表せる。

A=BO/tan a … (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力る。その効果として (2)式より照射範囲 Β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力も X線透過窓までの距離 a=35mm、 X線透過窓外径 b= φ 24mm,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《0=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 (—定)時の焦点力も被写体までの距離 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「國」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)、焦点力も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% 短くなつたとすると 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、重量ィ匕が問題となっている。そこで、モノタンク型の小型軽量ィ匕のために、 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。これによつて、 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、て小型軽量ィ匕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カゝら 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!/、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。

これによつて、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つて、 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イラメントと、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 ^^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力も 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、その内周面力 ¾ (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力成る X線窓が取り付けられて、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、て管軸力も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力 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〖こなる。 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ぐ 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ぐ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カゝら 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力 ¾ (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ぐ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ヽる傾斜面を X線放射方向側に配設してヽるので、ターゲット上に形成される焦点の位置は陰極力電子線の位置を 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力も 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力も 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力成り、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カゝら構成され、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力成る 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、外囲器は絶縁物力成り、大略円筒形状をしているので、 X線放射角度は金属材料力成る放射窓部の構造の影響を受けることなぐ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力本実施形態の 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ぐまた X線放射窓のベリリウムの使用量を増やすことなぐ 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。

Claims

請求の範囲

[1] 電子線を発生する陰極と、

前記陰極力も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。

[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。

[3] 前記外囲器力 ¾ (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。

[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。

[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。

[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カゝら 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。

[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。

[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線照射装置にぉ、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。

[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線検査装置にぉ、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線検查装置。