JP4113177B2

JP4113177B2 - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4113177B2
Application number: JP2004327926A
Authority: JP
Inventors: 雅之平野; 隆小池; 務稲鶴
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JP2005116534A

Description

本発明は、Ｘ線発生装置に係り、特に、保護ケース内に小型の軟Ｘ線管を収容したＸ線発生装置に関するものである。

従来から存在するＸ線管の一例として、特公平７−５０５９４号公報がある。この公報に開示されたＸ線管において、フィラメントが通電により熱せられると、電子ビームが放出され、この電子ビームは、フォーカス用グリッドなどにより加速され、ターゲットに高速で衝突し、ターゲットからは、その材料固有のＸ線が放射される。そして、このＸ線は、ターゲットの前方に離間して設けられたＸ線透過窓から外部に放出される。このタイプのＸ線管は高温になるため、その冷却は、ターゲットに固定されて外囲器（バルブ）から突出するターゲットリングからの自然空冷により達成され、Ｘ線の発生効率の維持やターゲットの破損を防止している。さらに、このタイプのＸ線管は、＋９．５ｋＶの電圧を発生する電源部をもった保護ケース内に収められ、Ｘ線発生装置内に組み込まれている。

特公平７−５０５９４号公報

しかしながら、従来のＸ線発生装置は、上述したように構成されているため、次のような課題が存在していた。すなわち、ターゲットとＸ線透過窓とが離れているタイプのＸ線管は、外囲器自体が大きく、自然空冷を目的としているため、外囲器の周囲に大きな空間を必要し、その結果、保護ケースが大型化していた。これに対して、ターゲットとＸ線透過窓（出力窓）とが一体になった超小型のＸ線管が開発され、このタイプのＸ線管は、超小型ゆえに外囲器の径が小さく自然空冷を実現し難く、既存の保護ケースを適用し難いといった問題点を有している。

本発明は、特に、空冷構造をもつと同時にコンパクト化をも可能にしたＸ線発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線発生装置は、バルブの先端に設けられた導電性で且つ熱伝導性の出力窓保持部に固定された出力窓の内面に、接地電位をなすターゲットが固着され、ターゲットに向けて電子ビームを照射するカソードを有し、軟Ｘ線を発生するＸ線管と、このＸ線管を駆動させる電源部とを保護ケース内に並列に収容した静電気除去用のＸ線発生装置であって、電源部は鋼製の電源ケースに収納され、電源ケースは保護ケースに固定されるとともに、出力窓保持部に一体的に形成されて外方に突出するフランジ部を、熱伝導性を有し且つアース可能で、且つ内部に冷却機構を備えることのない保護ケースの内側に接触固定させて熱的及び電気的に連結させ、フランジ部を介して保護ケースから熱及び電気を外部に逃がすことを可能としたことを特徴とする。

このＸ線発生装置においては、ターゲットが接地電位となっているため、保護ケース内の電源部からマイナスの高電位（例えば−９．５ｋＶ）がフィラメントに供給される。この状態で、カソードから電子ビームが照射され、接地電位のターゲットに電子ビームが衝突し、ターゲットからＸ線が放射され、このＸ線が出力窓から外部に放出される。そして、Ｘ線の発生効率の維持やターゲットの破損防止のために、高温のターゲットやバルブ等を冷却する必要がある。この場合、高温のターゲットは出力窓を介して出力窓保持部に固定され、バルブもまた出力窓保持部に固定されているため、これらの熱が、出力窓保持部に形成されたフランジ部を加熱させ、フランジ部を高温にする。そこで、このフランジ部は、熱伝導性をもつ保護ケースに熱的及び電気的に連結させ且つ固定させているため、この熱及び電気は保護ケースを伝って外部に逃げることになり、この保護ケース自体が冷却器として機能することになる。その結果、ターゲットやバルブ等に発生する熱は、保護ケースを伝って外部に放出され、最適な空冷環境が保護ケース自体で作り出される。従って、保護ケース内部にＸ線管の冷却環境を作り出す必要がないので、保護ケースを小さくすることができ、Ｘ線発生装置の小型化が可能になる。

この場合、電源部を収容する電源ケースにＸ線管収容部を設け、このＸ線管収容部の前端に形成された第１保持板と、保護ケースの前端に設けられて第１保持板に対峙する第２保持板とで、フランジ部を挟持すると好ましい。このような構成を採用した場合、Ｘ線管を保護ケースに簡単に組み込むことができるので、Ｘ線発生装置の組立て効率がよく、装置の製造コスト低減を可能にする。

また、第１保持板と第２保持板との間に熱伝導性をもつ中間部材を配置し、この中間部材を介して、フランジ部を第１保持板と第２保持板とで挟持すると好ましい。このような構成を採用した場合、第１保持板と第２保持板とでフランジ部を挟持するにあたって、中間部材が保護ケースの第２保持板に接触することで、フランジ部から第２保持板に伝わる熱伝達経路が実質的に拡張されることになり、保護ケースでの放熱が一層促進される。

また、中間部材は、シリコンラバーであると好ましい。このシリコンラバーは熱伝導性が高く柔軟性をもっている。

また、電源部とＸ線管を収容するＸ線管収容部とが並列に配置され、Ｘ線管収容部内にＸ線管のバルブが収容されていると好ましい。このような構成を採用すると、保護ケースの長さを短くすることができる。

本発明によれば、空冷構造をもつと同時にコンパクト化をも可能にしている。

以下、図面と共に本発明によるＸ線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＸ線発生装置を示す断面図であり、図２は、Ｘ線発生装置の分解斜視図である。これら図面に示すＸ線発生装置１は、ボックスタイプからなる保護ケース２を有し、この保護ケース２は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムからなり、４分割されている。すなわち、保護ケース２は、断面コ字状の上蓋３と断面コ字状の下蓋４と平板状の正面パネル５と平板状の背面パネル６とからなり、４分割型のボックスを構成している。また、上蓋３の前端及び後端には、正面パネル５及び背面パネル６の上端を差し込むためのパネル支持溝３ａ及び３ｂが形成され、下蓋４の前端及び後端には、正面パネル５及び背面パネル６の下端を差し込むためのパネル支持溝４ａ及び４ｂが形成されている。

そこで、保護ケース２を組み立てる場合、補強板２９の下側を下蓋４の内面にネジ固定した後、下蓋４のパネル支持溝４ａ，４ｂに正面パネル５及び背面パネル６の下端をそれぞれ差し込み、上蓋３のパネル支持溝３ａ，３ｂに正面パネル５及び背面パネル６の上端を上蓋３のパネル支持溝３ａ，３ｂに差し込むようにして、上蓋３と下蓋４とを合わせ、補強板２９の上側を上蓋３の内面にネジ固定することで、下蓋４に対して上蓋３をしっかりと固定する。すなわち、保護ケース２は、正面パネル５及び背面パネル６を上蓋３と下蓋４とで挟み込む構造になっているので、この組立て作業性が極めて良い。

この保護ケース２内には、軟Ｘ線を発生させて静電気の除去等に利用されるＸ線管８が配置されている。このＸ線管８は、図３に示すように、コバールガラス製の円筒状バルブ９を有し、このバルブ９の末端には、排気管１０をもったステム１１が形成され、バルブ９の開放端には、円筒状をなすコバール金属製の出力窓保持部１２が融着接続されている。この出力窓保持部１２には、その中央開口１２ａを塞ぐように円板状の出力窓１３がＡｇろう付けにより固定され、出力窓１３の内面側には、電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲット１４が蒸着されている。

更に、ステム１１には２本のステムピン１５が固定され、バルブ９内には、所定の電圧で電子ビームを放出するカソードとしてのフィラメント１６が設けられ、このフィラメント１６は、ステムピン１５の先端に固定されている。また、一方のステムピン１５には、円筒状をなすステンレス製フォーカス１７が固定されている。そして、この出力窓保持部１２は、コバール金属からなるので、熱伝導性及び導電性をもち、アースされた保護ケース２に電気的に接続されることで接地電位となり、ターゲット１４を接地電位にしている。

そこで、Ｘ線管８のステムピン１５に、後述する電源部２１から−９．５ｋＶの高電位を供給し、フィラメント１６から接地電位のターゲット１４に向けて電子ビームを照射する。このとき、電子ビームの衝突によりターゲット１４からＸ線が放射され、このＸ線が出力窓１３から外部に放出される。このようにＸ線管８を構成することで直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度のバルブ９が可能になり、Ｘ線管８は、その全長が４０ｍｍ程度の超小型になっている。なお、超小型のＸ線管８のターゲット１４は高温になっており、Ｘ線の発生効率の維持やターゲットの破損防止のためにターゲット１４を冷却する必要がある。

この冷却対策について以下説明する。前述したＸ線管８には、コバール金属製の出力窓保持部１２に一体形成されて、外部に突出するフランジ部１８が設けられている。このフランジ部１８は、ターゲット１４に対して熱的及び電気的に導通状態にあるため、ターゲット１４で発生し続ける熱により、出力窓保持部１２が１００℃前後の高温になり、フランジ部１８が加熱されることになる。そこで、図１及び図４に示すように、このフランジ部１８は、アルミ製の正面パネル５の内面側に接触固定されている。フランジ部１８の熱を保護ケース２に伝えることができ、フランジ部１８を接地電位にすることができる。この場合、保護ケース２の正面パネル５には円形のＸ線照射口５ａが設けられ、このＸ線照射口５ａにＸ線管８の出力窓１３を位置合わせすることで、保護ケース２内からのＸ線の放射を可能にしている。

また、保護ケース２内には、低電圧発生部１９と高電圧発生部２０とからなる電源部２１が収容されている。この電源部２１は、−９．５ｋＶの高電位をステムピン１５に供給して、Ｘ線管８を駆動させるためのものであり、先ず、低電圧発生部１９で、−１ｋＶまで電位を上げ、次に高電圧発生部２０で−９．５ｋＶまで電位を上げている。このような電源部２１は、鋼製の電源ケース２２に固定され、この電源ケース２２には、電源部２１を収容する部分とは別に、Ｘ線管８のバルブ９を収納するためのＸ線管収容部２３が設けられている。このＸ線管収容部２３は、電源部２１の側方でこれに隣接する位置に設けられている。その結果、電源部２１とＸ線管収容部２３とが並列に配置され、保護ケース２の長さを短くしている。

図４に示すように、電源ケース２２には、Ｘ線管収容部２３の前端を形成し且つ正面パネル５に対して平行に対峙する板状の第１保持板２４が設けられ、この第１保持板２４には、Ｘ線管８のバルブ９を挿入するための開口部２４ａが形成されている。そこで、この開口部２４ａにＸ線管８のバルブ９を挿入した場合、Ｘ線管８のフランジ部１８は、第１保持板２４の前面と第２保持板としての正面パネル５の背面とで挟持される。この場合、電源ケース２２は、保護ケース２の下蓋４にネジ固定されているので、Ｘ線管８のフランジ部１８は、電源ケース２２の第１保持板２４と、保護ケース２のパネル支持溝３ａ，４ａに固定された正面パネル５とでしっかり挟み付けられることになり、保護ケース２内でしっかりと固定される。

ここで、第１保持板２４と正面パネル（第２保持板）５との間には、熱伝導性を有する中間部材２５が設けられ、この中間部材２５は、熱伝導性が高く柔軟性をもったシリコンラバーからなる。この中間部材２５は、第１保持板２４と正面パネル５との間を略埋めるような形状を有すると共に、Ｘ線管８のバルブ９を挿入させるための開口部２５ａを有している。このように、開口部２５ａに挿入されたＸ線管８のフランジ部１８を、第１保持板２４の開口部２４ａの周縁と正面パネル５の開口部５ａの周縁とで挟持した場合、中間部材２５の開口部２５ａの周縁が、Ｘ線管８のフランジ部１８に接触すると同時に、中間部材２５の略全面が、保護ケース２の正面パネル５及び第１保持板２４に接触する。その結果、フランジ部１８から正面パネル５に伝わる熱伝達経路が実質的に拡張されることになり、アルミ製の保護ケース２での放熱が一層促進されることになる。また、中間部材２５は、柔軟性をもっているので、フランジ部１８を正面パネル５に圧着させることができ、Ｘ線管８に対する衝撃吸収性を高めている。

図１及び図２に示すように、Ｘ線管収容部２３内には、Ｘ線管８を保護ケース２内で保持するための振れ止め部材２６が設けられ、この振れ止め部材２６は、ウレタン樹脂からなると共に、円弧状の押圧面２６ａでＸ線管８のバルブ９を挟み込むように２分割されている。そこで、保護ケース２の側壁に固定された保護板２９と電源ケース２２内の隔壁２２ａとに各振れ止め部材２６を当接させ、円弧状の各押圧面２６ａでＸ線管８のバルブ９を挟み込むことで、Ｘ線管８を、保護ケース２内にしっかりと保持させることができる。なお、Ｘ線発生装置１は、電源部２１の低電圧発生部１９に所定の電圧を供給するための外部リード線３１を有している。この外部リード線３１はゴム製のキャップ３０をもち、このキャップ３０を背面パネル６の開口部６ａに嵌め込むことで、外部リード線３１は保護ケース２に固定される。また、高電圧発生部２０にはカソード用リード線３２が設けられ、このリード線３２をＸ線管８のステムピン１５に接続することで、−９．５ｋＶの高電圧をフィラメント１６に供給している。

次に、第２の実施形態に係るＸ線発生装置４１について説明する。なお、前述したＸ線発生装置１と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５及び図６に示すように、保護ケース４２は細長く形成され、この保護ケース４２内には、細長い電源ケース４３が収容されている。電源ケース４３の前部は、Ｘ線管８及び振れ止め部材２６を収容するＸ線管収容部４４を有し、電源ケース４３の後部は電源部２１を有している。このように、電源部２１とＸ線管収容部４４とを直列に配置することで、保護ケース４２を細長くすることができ、Ｘ線発生装置４１を狭い場所に設置させる場合に有効である。なお、これ以外の構成、例えば正面パネル５や中間部材２５等は、保護ケース４２の形状に合わせて小さくなっているだけで、これらの機能や材質は図１に示されたＸ線発生装置１と同じである。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、正面パネル５において、Ｘ線照射口５ａを形成する周縁部には、フランジ部１８を収容させる環状の凹部５ｂが形成されている。従って、この凹部５ｂにフランジ部１８を嵌め込むことで、正面パネル５に対するフランジ部１８の着座性が良くなると同時に、Ｘ線管８の出力窓１３と正面パネル５のＸ線照射口５ａとの位置合わせが容易となる。また、図示しないが、Ｘ線管８のフランジ部１８は、正面パネル５に対して接触するようにネジ固定又は接着剤固定されてもよい。

本発明に係るＸ線発生装置の第１の実施形態を示す断面図である。図１に示したＸ線発生装置の分解斜視図である。本発明のＸ線発生装置に適用するＸ線管を示す断面図である。図１に示したＸ線発生装置の要部を示す拡大断面図である。本発明に係るＸ線発生装置の第２の実施形態を示す断面図である。図５に示したＸ線発生装置の分解斜視図である。図５に示したＸ線発生装置の要部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１，４１…Ｘ線発生装置、２，４２…保護ケース、５…正面パネル（第２保持板）、８…Ｘ線管、９…バルブ、１２…出力窓保持部、１３…出力窓、１４…ターゲット、１６…フィラメント（カソード）、１８…フランジ部、２１…電源部、２２，４３…電源ケース、２３，４４…Ｘ線管収容部、２４…第１保持板、２５…中間部材。

Claims

バルブの先端に設けられた導電性で且つ熱伝導性の出力窓保持部に固定された出力窓の内面に、接地電位をなすターゲットが固着され、前記ターゲットに向けて電子ビームを照射するカソードを有し、軟Ｘ線を発生するＸ線管と、このＸ線管を駆動させる電源部とを保護ケース内に並列に収容した静電気除去用のＸ線発生装置であって、
前記電源部は鋼製の電源ケースに収納され、前記電源ケースは前記保護ケースに固定されるとともに、
前記出力窓保持部に一体的に形成されて外方に突出するフランジ部を、熱伝導性を有し且つアース可能で、且つ内部に冷却機構を備えることのない前記保護ケースの内側に接触固定させて熱的及び電気的に連結させ、フランジ部を介して前記保護ケースから熱及び電気を外部に逃がすことを可能としたことを特徴とするＸ線発生装置。
前記保護ケースの正面には円形のＸ線照射口が形成されており、前記照射口と前記Ｘ線管の前記出力窓が位置合わせされており、前記保護ケース内からＸ線が保護ケース外に放射される請求項１記載のＸ線発生装置。
前記電源部の高電圧発生部に設けられたリード線と前記Ｘ線管のカソードに電気的に接続されるステムピンとを電気的に接続することで、Ｘ線管のカソードに電圧を供給する請求項１又は２記載のＸ線発生装置。