特許 7484032 Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/16 20060101AFI20240508BHJP

【ＦＩ】

H01J35/16

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2024505630

(86)(22)【出願日】2023-01-25

(86)【国際出願番号】 JP2023002275

【審査請求日】2024-01-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000227294

【氏名又は名称】キヤノンアネルバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塚本 健夫

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１０１８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９５９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１３６９１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０２６３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２２０３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３５／００－３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置され、電子放出部を含むカソードと、前記第２開口端を閉塞するように配置され、前記電子放出部からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを含むアノードとを有するＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管を収容する収容容器と、を備え、
前記収容容器は、第３開口端を有し、前記アノードは、前記第３開口端を閉塞するように配置され、
前記アノードの一部に接するように前記収容容器の中に絶縁性液体が充填され、
前記絶縁管を介した前記カソードと前記アノードとの間の異常放電が低減されるように、前記絶縁管の外側表面の全域および前記カソードの外側表面の全域が部材によって取り囲まれている、
ことを特徴とするＸ線発生装置。

【請求項2】

前記部材がモールド方法によって形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項3】

第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置され、電子放出部を含むカソードと、前記第２開口端を閉塞するように配置され、前記電子放出部からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを含むアノードとを有するＸ線発生管と、
前記Ｘ線発生管を収容する収容容器と、を備え、
前記収容容器は、第３開口端を有し、前記アノードは、前記第３開口端を閉塞するように配置され、
前記アノードの一部に接するように前記収容容器の中に絶縁性液体が充填され、
前記絶縁管を介した前記カソードと前記アノードとの間の異常放電が低減されるように、前記絶縁管の外側表面の一部が部材によって取り囲まれ、
前記部材は、前記第１開口端および前記第２開口端から離隔して配置され、
前記部材と前記カソードとの最短距離は、前記部材と前記アノードとの最短距離より小さい、
ことを特徴とするＸ線発生装置。

【請求項4】

前記部材は、リング形状部を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生装置。

【請求項5】

複数の前記部材が前記絶縁管の軸方向に互いに離隔して配置されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生装置。

【請求項6】

前記リング形状部は、円形状の断面を有する、
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生装置。

【請求項7】

前記収容容器は、筒形状を有する部分を含み、前記部分は、前記アノードによって閉塞された前記第３開口端を有し、前記Ｘ線発生管の一部は、前記部分によって取り囲まれている、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項8】

前記部材は、絶縁材料で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項9】

前記部材は、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）およびフッ素ゴムのいずれかである、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項10】

前記部材は、エポキシである、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項11】

前記絶縁性液体は、絶縁油である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項12】

前記絶縁性液体は、フッ素系不活性液体である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
を備えることを特徴とするＸ線撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、Ｘ線発生管、Ｘ線発生管を駆動する管駆動回路、および、Ｘ線発生管および管駆動回路を収容する収容容器を備えるＸ線発生装置が記載されている。収容容器の中には、絶縁液体が充填され、絶縁液体は、Ｘ線発生管と管駆動回路との間に絶縁性能を担保する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０３４５１号公報

【発明の概要】

【0004】

Ｘ線発生装置を長期間にわたって使用すると、Ｘ線発生管において異常放電が発生することがあった。発明者による調査により、Ｘ線発生管のカソードとアノードとの間で絶縁管の外側表面を介して異常放電が発生することが分かった。異常放電により、Ｘ線発生装置が停止あるいは故障しうる。

【0005】

本発明の１つの側面は、Ｘ線発生装置における異常放電の発生を抑制するために有利な技術を提供する。

【0006】

本発明の１つの側面は、Ｘ線発生装置に関する。前記Ｘ線発生装置は、Ｘ線発生管を備えうる。前記Ｘ線発生管は、第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置され、電子放出部を含むカソードと、前記第２開口端を閉塞するように配置され、前記電子放出源からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを含むアノードとを有しうる。前記Ｘ線発生装置は、前記Ｘ線発生管を収容する収容容器を備えうる。前記収容容器は、第３開口端を有し、前記アノードは、前記第３開口端を閉塞するように配置されうる。前記アノードの一部に接するように前記収容容器の中に絶縁性液体が充填されうる。前記絶縁管を介した前記カソードと前記アノードとの間の異常放電が低減されるように、少なくとも前記絶縁管の外側表面の一部が部材によって取り囲まれうる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示におけるＸ線発生装置の基本構成を説明する図。

【図2】第１実施形態のＸ線発生装置の構成が例示的かつ模式的に示す図。

【図3】第２実施形態のＸ線発生装置の構成が例示的かつ模式的に示す図。

【図4】第３実施形態のＸ線発生装置の構成が例示的かつ模式的に示す図。

【図5】第４実施形態のＸ線発生装置の構成が例示的かつ模式的に示す図。

【図6】異常放電の発生を模式的に示す図。

【図7】絶縁性液体との摩擦帯電における帯電列を例示する図。

【図8】一実施形態のＸ線撮像装置の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

まず、図１を参照しながら本開示におけるＸ線発生装置１００の基本構成を説明する。Ｘ線発生装置１００は、Ｘ線発生管１と、Ｘ線発生管１を収容する収容容器５０とを備えうる。Ｘ線発生装置１００は、Ｘ線発生管１を駆動する駆動回路４０を更に備えてもよく、駆動回路４０は、収容容器５０に収容され、ケーブル４２を介してＸ線発生管１に接続されうる。Ｘ線発生管１の一部（後述のアノード２０）は、収容容器５０の外部空間（Ｘ線発生装置１００の外部空間）に露出しうる。収容容器５０の内部空間には、絶縁性液体６０が充填される。他の観点において、収容容器５０の内部空間は、収容容器５０に収容された構成要素（Ｘ線発生管１、ケーブル４２等）が占める空間を除いて、絶縁性液体６０によって満たされる。絶縁性液体６０は、例えば、鉱物油、化学合成油等の絶縁油でありうる。あるいは、絶縁性液体６０は、絶縁油以外の液体、例えば、フッ素系不活性液体（例えば、フロリナート（商標））であってもよい。

【0010】

Ｘ線発生管１は、絶縁管１０、カソード３０、および、アノード２０を含みうる。Ｘ線発生管１の内部空間は、真空に維持される。絶縁管１０は、第１開口端ＯＰ１および第２開口端ＯＰ２を有しうる。絶縁管１０は、円筒形状等の筒形状を有しうる。絶縁管１０は、絶縁管１０の内部空間の真空気密性および絶縁性を提供するように構成されうる。絶縁管１０は、例えば、アルミナまたはジルコニア等を主成分とするセラミック材料で構成されうる。絶縁管１０は、あるいは、ボロシリケートガラス等のガラス材料で構成されうる。

【0011】

カソード３０は、絶縁管１０の第１開口端ＯＰ１を閉塞するように配置されうる。カソード３０は、電子放出部３２を含む。アノード２０は、絶縁管１０の第２開口端ＯＰ２を閉塞するように配置されうる。アノード２０は、電子放出部３２からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲット２３を含みうる。アノード２０は、ターゲット２３を保持するターゲット保持板２２と、ターゲット保持板２２を支持する電極２１とを含みうる。電極２１は、導電体で構成され、ターゲット２３に電気的に接続され、ターゲット２３に電位を与える。アノード２０は、例えば、接地電位に維持されうるが、他の電位に維持されてもよい。ターゲット２３は、融点が高く、Ｘ線の発生効率が高い材料、例えば、タングステン、タンタルまたはモリブデン等で構成されうる。ターゲット保持板２２は、例えば、Ｘ線を透過し易い材料、例えば、ベリリウム、ダイヤモンド等で構成されうる。

【0012】

収容容器５０は、第３開口端ＯＰ３を有しうる。収容容器５０は、例えば、第１部分５２、第２部分５３、第３部分５４、第４部分５５および第５部分５６を含みうる。第１部分５２は、円筒形状等の筒形状を有しうる。第１部分５２は、収容容器５０の第３開口端ＯＰ３を規定しうる。換言すると、第１部分５２は、第３開口端ＯＰ３を有しうる。第２部分５３は、導電体で構成され、Ｘ線発生管１のアノード２０と電気的に接続される。第２部分５３は、電極２１とともにアノードを構成するものとして理解されてもよい。第２部分５３は、リング形状あるいは枠形状を有しうる。第２部分５３は、絶縁性液体６０と接触するように配置されうる。あるいは、電極２１および第２部分５３を含む導電性部材は、絶縁性液体６０と接触するように配置されうる。電極２１および第２部分５３は、同一材料でシングルピースとして構成されてもよい。第４部分５５は、円筒形状や角筒形状等の筒形状を有しうる。第３部分５４は、第４部分５５の一端に連結され、リング形状あるいは枠形状を有しうる。第１部分５２は、第３部分５４から突出するように第３部分５４に連結されうる。第５部分は、第４部分の他端に連結されうる。または、第３部分５４と第４部分５５、第５部分５６が一体となって中空の球体形状としてもよい（第１部分５２との接合部分を除いて）。

【0013】

絶縁性液体６０は、収容容器５０の内部空間において対流しうる。絶縁管１０の外側表面１４の全体が絶縁性液体６０と接触している場合、絶縁管１０の外側表面１４と絶縁性液体６０との摩擦によって絶縁管１０と絶縁性液体６０とが帯電しうる。このような帯電は、摩擦帯電と呼ばれる。一般に、摩擦帯電とは、異なる二種類の材料が摩擦されることによって二種類の材料間で電荷が移動し、一方の材料が正極性に、他方の材料が負極性に帯電する現象をいう。本発明者は、対流する絶縁油（絶縁性液体）の中に絶縁管を放置した後に絶縁管の外側表面の電位を表面電位計によって測定する実験を行った。その結果、絶縁管の外側表面が正極性側に帯電すること、そして、その帯電量が時間に比例して増えることを確認した。摩擦によって帯電する極性は、摩擦する物質の特性に依存する。物質の特性として、帯電列および比誘電率を挙げることができる。図７は、絶縁油に対する帯電列の一例を示している。帯電列は、摩擦された材料が正極性または負極性のいずれに帯電するか、および、帯電のしやすさを示す序列を示している。帯電列において、より正極性側に位置する材料は正極性に帯電しやすく、より負極性側に位置する材料は負極性に帯電しやすい。

【0014】

絶縁管１０の外側表面１４が正極性側に帯電することにより、カソード３０とアノード２０との間の絶縁性能が低下しうる。カソード３０とアノード２０との間の絶縁性能は、カソード３０とアノード２０との間の電位差、カソード３０とアノード２０との間の抵抗、カソード３０とアノード２０との距離等に依存しうる。実験の結果、絶縁管１０が正極性側に帯電すると、図６に太い矢印で模式的に示されるように、カソード３０とアノード２０とが絶縁管１０の外側表面１４を介して短絡することが分かった。また、実験の結果、絶縁管１０の外側表面１４、カソード３０および絶縁性液体６０が三重点を形成する場合に、電子雪崩によって異常放電が発生しやすいことも分かった。

【0015】

以下、図２、図３、図４、図５にそれぞれ示された複数の実施形態を通して本開示のＸ線発生装置１００について例示的に説明する。以下で言及しない事項は、図１を参照しながら説明した基本構成に従いうる。

【0016】

図２には、第１実施形態のＸ線発生装置１００の構成が例示的かつ模式的に示されている。アノードの一部（例えば、第２部分５３）に接し、かつ絶縁管１０の外側表面１４およびカソード３０の外側表面３４を覆うように収容容器５０の中に絶縁性液体６０が充填されうる。第１実施形態のＸ線発生装置１００では、絶縁管１０を介したカソード３０とアノード２０との間の異常放電が低減されるように、少なくとも絶縁管１０の一部が部材７２によって取り囲まれている。部材７２は、絶縁材料で構成されうる。より詳しくは、第１実施形態のＸ線発生装置１００では、絶縁管１０の外側表面１４の全域が部材７２によって取り囲まれうる。他の観点において、絶縁管１０の外側表面１４の全域が部材７２によって被覆されうる。また、絶縁管１０の外側表面１４の全域の他、カソード３０の外側表面３４の全域が部材７２によって被覆されうる。第１実施形態は、絶縁管１０の外側表面１４、カソード３０および絶縁性液体６０が三重点を形成することを回避するために有効で、これにより異常放電の発生が低減されうる。

【0017】

絶縁管１０を介したカソード３０とアノード２０との間の異常放電を低減するためには、部材７２と絶縁性液体６０との摩擦帯電によって部材７２が負極性に帯電し、絶縁性液体６０が正極性に帯電するように、部材７２の材料を決定すればよい。絶縁性液体６０として絶縁油を採用する場合、例えば、図７に例示された帯電列に従って、部材７２と絶縁油との摩擦帯電によって部材７２が負極性に帯電するように部材７２の材料が選択されうる。部材７２の材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（商標））、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、エポキシおよびフッ素ゴム（例えば、バイトン（商標））が好適である。部材７２は、例えば、絶縁管１０の外側表面１４およびカソード３０の外側表面３４の全域を被覆するように配置されてよく、そのために、例えば、モールド方法、スプレー法またはディップ法等が適用されうる。

【0018】

絶縁管１０を介したカソード３０とアノード２０との間の異常放電を低減するためには、部材７２と絶縁性液体６０との比誘電率差が部材７２と絶縁管１０との比誘電率差よりも小さいように部材７２の材料が決定されうる。例えば、部材７２は、比誘電率が３であるバイトン、または、比誘電率が２．１であるポリテトラフルオロエチレンで構成され、絶縁管１０は、比誘電率が４．９であるボロシリケートガラス、または、比誘電率が９であるアルミナで構成される。ここで、部材７２と絶縁性液体６０との比誘電率差が部材７２と絶縁管１０との比誘電率差よりも小さいという事実は、Ｘ線を発生させる際の温度において評価されてもよいし、室温（例えば、２５℃）において評価されてもよい。ただし、前者と後者との間に大きな差はない。

【0019】

ここで、Ｘ線発生管１（絶縁管１０の外側表面１４、カソード３０の外側表面３４）を被覆するように部材７２を形成するために好適なモールド方法を説明する。部材７２の材料、即ち被覆材料は、あらかじめ混錬装置によって気泡が入らないように主剤と硬化補助剤を混錬し、適当な流動を保つように一定の温度に保持されうる。エポキシ系樹脂の場合、その温度は、例えば１００℃前後であるが、その温度は使用する材料に応じて適宜決定されうる。被覆対象であるＸ線発生管１よりも一回り大きな容器に被覆材料が流し入れられうる。その際、容器と被覆材料との温度差により被覆材料が急冷されて被覆材料の流動性が低下しうる。これを防止するために容器を事前に加熱することが望ましい。容器に流し入れられた被覆材料を容器からオーバーフローさせた後、引けなどの問題が生じないよう適当な冷却速度および温度分布において被覆材量が固化されうる。

【0020】

Ｘ線発生管１では、アノード２０とカソード３０との間に高電圧が印加されるので、被覆材料で構成される部材７２に誘電率が小さい気泡が存在すると、そこに電界が集中し、これが異常放電を誘発しうる。これを避けるため、被覆材料を充填する処理が行われる空間は、真空ポンプを用いて数百～数千Ｐａ程度の真空度になるまで事前に排気されうる。また、被覆材料とＸ線発生管１との密着性を高めるために、Ｘ線発生管１の表面にプライマー材を塗布したり、ブラスト処理によって凹凸を形成したりした後に部材７２による被覆が行われてもよい。部材７２の厚さは、Ｘ線発生管１の放熱の観点から薄いことが望ましい。部材７２の厚さは、例えば、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下が更に好ましい。部材７２の厚さは、例えば、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上が更に好ましい。

【0021】

図３には、第２実施形態のＸ線発生装置１００の構成が例示的かつ模式的に示されている。第２実施形態の説明として言及しない事項は、第１実施形態、または図１を参照しながら説明した基本構成に従いうる。部材７２は、カソード３０と絶縁管１０との接触部Ｃを覆うように配置されうる。また、部材７２は、カソード３０を覆うように配置されうる。第２実施形態も、絶縁管１０の外側表面１４、カソード３０および絶縁性液体６０が三重点を形成することを回避するために有効で、これにより異常放電の発生が低減されうる。

【0022】

図４には、第３実施形態のＸ線発生装置１００の構成が例示的かつ模式的に示されている。第３実施形態の説明として言及しない事項は、第１又は第２実施形態、または図１を参照しながら説明した基本構成に従いうる。第３実施形態では、部材７２と絶縁管１０との間に中間層７５が設けられている。中間層７５は、絶縁材料で構成されうる。中間層７５は、絶縁管１０を被覆するように構成されうる。部材７２は、中間層７５を被覆するように構成されうる。中間層７５は、例えば、コバールガラス、ナイロン、および、シリカを主成分とする金属酸化物を含む混合物の少なくとも１つで構成されうる。中間層７５を設けることは、例えば、絶縁管１０の外側表面１４を覆うように平滑面を形成するために有利である。また、中間層７５を形成することは、絶縁管１０を構成する粒子間に異物が入り込むことを抑制するために有利である。その結果、絶縁管１０の覆うように配置された部材７２の表面における沿面耐電圧を向上させることができる。これにより異常放電を防止し、Ｘ線発生装置１００を長寿命化することができる。

【0023】

図５には、第４実施形態のＸ線発生装置１００の構成が例示的かつ模式的に示されている。第４実施形態の説明として言及しない事項は、第１乃至第３実施形態、または図１を参照しながら説明した基本構成に従いうる。第３実施形態では、部材７２は、リング形状部を含みうる。あるいは、部材７２は、リング形状部でありうる。リング形状部は、絶縁管１０の外側表面１４の軸方向（絶縁管１０の軸方向であり、電子放出部３２から電子線が放射される方向でもある）における一部を全周にわたって取り囲みうる。絶縁管１０の外側表面１４は、部材７２によって囲まれた領域以外の領域において、絶縁性液体６０と接触しうる。部材７２とカソード３０との最短距離は、部材７２とアノード２０との最短距離より小さいことが好ましい。絶縁管１０は、複数の部材７２（リング形状部）によって取り囲まれてもよい。複数の部材７２は、絶縁管１０の軸方向に関して互いに離隔して配置されうる。部材７２は、例えば、バイトンで構成されうる。絶縁管１０の外側表面１４が正極性側に帯電しても、部材７２が負極性側に帯電することによって、絶縁管１０の外側表面１４の全体における正極性側への帯電量を減らすことができる。これによって異常放電の発生が低減されうる。

【0024】

図８には、一実施形態のＸ線撮像装置２００の構成が示されている。Ｘ線撮像装置２００は、Ｘ線発生装置１００と、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出するＸ線検出装置１１０を備えうる。Ｘ線撮像装置２００は、制御装置１２０および表示装置１３０を更に備えてもよい。Ｘ線検出装置１１０は、Ｘ線検出器１１２と、信号処理部１１４とを含みうる。制御装置１２０は、Ｘ線発生装置１００およびＸ線検出装置１１０を制御しうる。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出あるいは撮像する。信号処理部１１４は、Ｘ線検出器１１２から出力される信号を処理して、処理された信号を制御装置１２０に供給しうる。制御装置１２０は、信号処理部１１４から供給される信号に基づいて、表示装置１３０に画像を表示させる。

【0025】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【要約】

Ｘ線発生装置は、Ｘ線発生管を備えうる。前記Ｘ線発生管は、第１開口端および第２開口端を有する絶縁管と、前記絶縁管の前記第１開口端を閉塞するように配置され、電子放出部を含むカソードと、前記第２開口端を閉塞するように配置され、前記電子放出部からの電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを含むアノードとを有しうる。前記Ｘ線発生装置は、前記Ｘ線発生管を収容する収容容器を備えうる。前記収容容器は、第３開口端を有し、前記アノードは、前記第３開口端を閉塞するように配置されうる。前記アノードの一部に接するように前記収容容器の中に絶縁性液体が充填されうる。前記絶縁管を介した前記カソードと前記アノードとの間の異常放電が低減されるように、少なくとも前記絶縁管の外側表面の一部が部材によって取り囲まれうる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】