JP2007115553A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイル状のフィラメントの長手方向の温度分布を均一にできて，かつ，フィラメントが電子ビーム照射領域からのイオン衝撃を受けないようにして，フィラメントの寿命を長くする。
【解決手段】ウェーネルト電極４４の開口４８の内部にコイル状のフィラメント１０を配置する。フィラメントの幅方向の中心線に対してウェーネルト電極の開口の二つの長辺５６，５８は非対称の位置にある。すなわち，偏心フィラメント構造をしている。これにより，フィラメントは電子ビーム照射領域からのイオン衝撃を受けない。フィラメントは，中央部の巻きピッチよりも端部の巻きピッチが密になっていている。すなわち，端部の複数のターンの巻きピッチが，中央部に近いターンから一番外側のターンに向かって，順次，同じ変化量だけ減少している。これにより，フィラメントの長手方向の温度分布が均一になる。
【選択図】図７

Description

本発明は、フィラメントの寿命を長くするための工夫に特徴のあるＸ線管に関する。

Ｘ線管の部品の中で最も寿命が短いものはフィラメントであり，このフィラメントの寿命を長くできれば，Ｘ線管のメンテナンスにかかる費用と時間は大いに節約される。フィラメントの寿命に影響を及ぼす大きな要因として，フィラメントの長手方向の温度分布の不均一性と，ターゲットからのイオン衝撃とを挙げることができる。

まず，フィラメントの長手方向の温度分布が不均一であることによる寿命低下について説明する。通常のＸ線管用フィラメントは，コイル状であって，その線径や巻きピッチが一様に作られているので，フィラメントの長手方向の中央付近の温度が一番高くなり，両端付近の温度が低くなる。温度が高い部分では，フィラメントの消耗が激しく，その部分では線径が細くなってくる。線径が細くなると，電気抵抗が増加して，その部分の発熱量が増加し，さらに温度が高くなる。そのような悪循環により，ついには，温度の高い中央部分で，フィラメントの断線が生じる。

次に，ターゲットからのイオン衝撃による寿命低下について説明する。フィラメントから放出された電子ビームは，ウェーネルト電極が形成する電界に絞られて，ターゲット上に所定の電子ビーム照射領域を形成する。この電子ビーム照射領域からＸ線が発生する。ところで，この電子ビーム照射領域からは，上述のＸ線のほかに，ターゲット材料を構成する金属原子のイオン（正のイオン）が放出されて，このイオンがフィラメントに衝突することがある。フィラメントがこのイオン衝撃を受けると，フィラメントが侵食されて，ついには，その部分が断線に至る。

上述の二つの問題点に対しては，それぞれ，それらを解決するための対策を従来技術の中から探し出すことができる。

まず，Ｘ線管以外の技術分野においては，コイル状のフィラメントの長手方向の温度分布を均一にするために，中央部の巻きピッチを粗に，端部の巻きピッチを密にすることについて，次の特許文献１及び特許文献２が知られている。
特開昭６３−２３２２６４号公報 実願昭６３−５７３２３号（実開平１−１６１５４７号）のマイクロフィルム

特許文献１は，電子複写機用のハロゲン電球のコイルフィラメントに関するものであるが，端部のコイルピッチを中間部のそれよりも密にすることで，端部での温度低下を防いで，端部での照度を中央部と同じにしている。例えば，中間部のピッチは２６．３ターン／ｃｍであり，端部では３３．８ターン／ｃｍである。

特許文献２は，車両等に使用される電球のコイルフィラメントに関するものであるが，中央部の巻きピッチを両端部の巻きピッチよりも疎にすることで，フィラメントの長手方向の温度分布を均一にしている。さらに，この文献では，一番外側の巻きピッチを一番密にして，一番外側から中央部に向かって，巻きピッチを，順次，疎状態にすることについても開示している。

次に，Ｘ線管の技術分野においては，フィラメントの配置位置を電子ビーム照射領域の対面位置からシフトする技術が，次の特許文献３及び特許文献４に開示されている。
特開平５−２４２８４２号公報 特開２００１−２９７７２５号公報

これらの特許文献３と特許文献４は，いずれも，１対の偏心フィラメントを組み合わせた例に関するものであるが，フィラメントに対してウェーネルト電極の開口を非対称に設けることで，ターゲット上の電子ビーム照射領域が上述のフィラメント中心延長線から偏心するようにしている。このような構造にすると，フィラメントがイオン衝撃を受けにくくなる。

本発明者らは，Ｘ線管のフィラメントの寿命を長くすることを鋭意研究した結果，フィラメントの温度分布の不均一性（特に，長手方向の中央部の温度がほかの部分よりも高温になること）を解消することと，フィラメントがイオン衝撃を受けにくくすることの両方を同時に解決することが，フィラメントの長寿命化に最も効果的であることを見出した。

そこで，本発明の目的は，コイル状のフィラメントの長手方向の温度分布を均一にできて，かつ，フィラメントが電子ビーム照射領域からのイオン衝撃を受けないようにして，フィラメントの寿命を長くしたＸ線管を提供することにある。

本発明のＸ線管は，細長い開口を有するウェーネルト電極と前記開口の内部に配置されたコイル状のフィラメントとを備える電子銃と，この電子銃から放出される電子ビームを受けてＸ線を発生するターゲットとを備えるものである。そして，ウェーネルト電極の特徴としては，前記フィラメントの幅方向の中心線に対してウェーネルト電極の開口の二つの長辺が非対称の位置にある。すなわち，偏心フィラメント構造をしている。さらに，フィラメントの特徴としては，前記フィラメントは，巻きピッチが同一の複数のターンを有する中央部と，前記中央部の両側にあって，前記中央部の巻きピッチよりも小さい巻きピッチの複数のターンを有する二つの端部とからなる。すなわち，粗密巻きフィラメントを採用している。この粗密巻きフィラメントは，前記端部の複数のターンの巻きピッチが，前記中央部に近いターンから一番外側のターンに向かって，順次，同じ変化量だけ減少している。

粗密巻きフィラメントは，さらに，フィラメントの温度分布をより均一にするために，次のような特徴をもたせることが好ましい。前記中央部の巻きピッチをｐで表し，前記変化量をΔｐで表し，前記フィラメントの全体の巻数をｎで表し，前記二つの端部の合計の巻数をｋで表すと，Δｐ／ｐを０．０１５から０．１までの範囲内とし，ｋ／ｎを０．３から０．８までの範囲内とする。この場合に，前記ｋ／ｎの値は次の数式の範囲内にあることが好ましい。ｋ／ｎ＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２。

ウェーネルト電極の開口の形状については，さらに，ターゲット上の電子ビーム照射領域が湾曲しないように，次のいずれかの特徴をもたせることが好ましい。（１）ウェーネルト電極の表面の法線方向から見て，ウェーネルト電極の開口の二つの長辺を，それぞれ，同じ方向に湾曲させる。その場合に，前記二つの長辺の曲率半径は互いに異ならせるのが好ましい。（２）ウェーネルト電極の表面に平行な視線方向であって，かつ，ウェーネルト電極の開口の長手方向に垂直な視線方向から見て，前記開口の二つの長辺を，互いに逆方向に湾曲させる。（３）ターゲット上の電子ビーム照射領域が細長い形状をしていて，前記電子ビーム照射領域の湾曲係数が０．０１以下となるようにウェーネルト電極の開口の二つの長辺をそれぞれ曲線で形成する。

本発明によれば，上述のように粗密巻きフィラメントと偏心フィラメント構造を同時に採用したことにより，フィラメントの長手方向の温度分布が均一になり，かつ，フィラメントが電子ビーム照射領域からのイオン衝撃を受けにくくなり，それらの相乗効果で，フィラメントの長寿命化が達成された。

以下，図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。まず，粗密巻きフィラメントについて説明する。図１は本発明のＸ線管で使用するフィラメントについての正面図である。このフィラメント１０は線径ｄの線材１２を，外径Ｄになるように，巻数ｎ（すなわち，ｎターン）でコイル状に巻いたものである。両端にはリード線１４が一体につながっている。この例は，巻数ｎが２０である。図において，一番左側のターンを第１ターンと呼び，以下，第２ターン，第３ターンとなり，一番右側のターンが第２０ターンである。第１ターンの巻きピッチはｐ₁であり，第２ターンの巻きピッチはｐ₂であり，以下，同様である。一番右側の第２０ターンの巻きピッチはｐ₂₀である。これを一般的に表すと，第ｉターンの巻きピッチはｐ_iであり，ｉ＝１〜ｎである。以下，巻きピッチを単にピッチと略称する。

図示のフィラメントは，第６ターンから第１５ターンまでのピッチが同一の値になっている。ピッチが同一の複数のターンからなる部分を中央部と呼び，そのピッチをｐで表す。すなわち，ｐ₆＝ｐ₇＝…＝ｐ₁₅＝ｐである。第１ターンから第５ターンまでは，そのピッチが中央部のピッチよりも小さくなっている。すなわち，ピッチが中央部よりも密になっている。第１６ターンから第２０ターンまでも同様である。このように，中央部よりもピッチが小さくなっている部分を端部と呼ぶ。第５ターンのピッチｐ₅は，中央部のピッチｐよりも，Δｐだけ小さくなっている。さらに，第４ターンのピッチｐ₄は，ピッチｐ₅よりもΔｐだけ小さくなっている。以下，同様に，第１ターンまで，ピッチが順に減少していく。すなわち，図示の左側の端部において，第５ターン（中央部に近いターン）から第１ターン（一番外側のターン）に向かって，順次，Δｐだけ，ピッチが減少していく。これを数式で表すと，ｐ−ｐ₅＝ｐ₅−ｐ₄＝ｐ₄−ｐ₃＝ｐ₃−ｐ₂＝ｐ₂−ｐ₁＝Δｐである。図示の右側の端部でも同様であり，ｐ−ｐ₁₆＝ｐ₁₆−ｐ₁₇＝ｐ₁₇−ｐ₁₈＝ｐ₁₈−ｐ₁₉＝ｐ₁₉−ｐ₂₀＝Δｐである。

図２は，図１のフィラメントにおけるピッチの変化を示したグラフである。横軸はターン番号であり，縦軸は各ターンのピッチである。この例では，第６ターンから第１５ターンまでの中央部では，ピッチｐは０．６５ｍｍ（６５０μｍ）で一定である。第５ターンのピッチｐ₅は，中央部のピッチｐよりも，Δｐ＝３０μｍだけ小さくなっている，したがって，ｐ₅＝０．６２ｍｍである。以下，同様に，同じ変化量Δｐだけ減少していく。すなわち，ｐ₄＝０．５９ｍｍ，ｐ₃＝０．５６ｍｍ，ｐ₂＝０．５３ｍｍ，ｐ₁＝０．５０ｍｍとなる。図示の右側の端部でも，同様に，ｐ₁₆＝０．６２ｍｍ，ｐ₁₇＝０．５９ｍｍ，ｐ₁₈＝０．５６ｍｍ，ｐ₁₉＝０．５３ｍｍ，ｐ₂₀＝０．５０ｍｍとなる。

左側の端部では，中央部と比較してピッチが変化している巻数ｉは５個である。右側の端部でも，中央部と比較してピッチが変化している巻数ｊは５個である。それらの合計ｋは１０個になる。したがって，このフィラメントの例では，中央部に含まれる巻数は１０個であり，二つの端部に含まれる巻数（ピッチが変化する巻数）の合計ｋは１０個である。

図３は，図１とは別のフィラメントの温度分布のグラフである。このフィラメントは，巻数ｎが２２であり，ｄ＝０．４ｍｍ，Ｄ＝３ｍｍ，ｐ＝０．６５ｍｍ，Δｐ＝０．０３ｍｍ，ｉ＝５，ｊ＝５（すなわち，ｋ＝１０）である。このフィラメントについて，電流を印加して２５００℃付近まで加熱したときの，フィラメントの長手方向の温度分布を実測した。横軸はターン番号，縦軸は温度である。各ターンでの温度は，図１に示すように各ターンの頂点１６のところで，光学式パイロメータで測定した。このフィラメントは，端部においてピッチが密になっているために，中央部の温度が両端に比べて高くなるようなことがない。むしろ，この例では，中央部の温度が若干低くなっている。そして，第３ターンから第２０ターンまでの範囲では，温度分布は５０℃の範囲内に収まっている。第１ターン，第２ターン，第２１ターン，及び，第２２ターンだけが，５０℃の範囲内から外れている。

このような温度分布については，図３に示す実測値のほかに，理論計算によっても算出した。理論計算では，有限要素法を使って，電流と熱輻射を変数にして，温度分布を算出し，その温度分布ができるだけ均一になるように，Δｐとｋ（＝ｉ＋ｊ）の値を定めた。そのときの計算上の温度分布は，図３に示す実測の温度分布とほぼ同じ傾向を示した。したがって，以下の検討では，温度分布ができるだけ均一になるように，理論計算によってΔｐとｋの値を求めている。

図４は解析結果の一覧表である。この一覧表では，さまざまなコイル仕様のフィラメントについて，ピッチ変化量Δｐをパラメータとして，２５００℃付近の温度において，フィラメントの長手方向の温度分布が５０℃の温度範囲に収まるように（ただし，両端のそれぞれ二つのターンの温度だけは除く），最適なｋの値を求めた。コイル仕様としては，線径ｄ，コイル外径Ｄ，巻数ｎ，中央部のピッチｐがある。解析結果は，ピッチ変化量Δｐをパラメータとして，そのΔｐのときに，ｋの値をどの程度にしたら，上述のような良好な温度分布になるかを求めたものである。

例えば，ｄ＝０．２ｍｍ，Ｄ＝１．１３ｍｍ，ｎ＝２０，ｐ＝０．６５ｍｍのコイル仕様のフィラメントについては，Δｐ＝２０μｍの条件でフィラメントの端部のピッチを変化させると，ｉ＋ｊ＝ｋ＝８〜１０にしたときに，温度分布が５０℃の範囲内になる，というものである。図４におけるｋの欄の右隣の「平均」は，ｋの最適範囲（例えば，８〜１０）についての平均値である。最適なｋの値が８〜１０である場合には，両側の４ターンまたは５ターンについて，中央部に近い方から，順次，ピッチを減らしていくことになる。

図５は，図４に示す解析結果をグラフに示したものである。横軸はピッチ変化量Δｐであり，縦軸はピッチが変化する巻数ｋの値である。すべてのコイル仕様についてのデータを，同一のグラフの中で示している。このグラフは，コイル仕様にかかわらず，Δｐとｋの関係が同じ傾向になることを示している。ピッチ変化量Δｐを大きくすると，それに最適なｋの値は小さくなる傾向にある。各データの分布の中心を通る直線２０，厳密に言えば最小二乗法で得られた直線２０は，「ｋ＝１３．７−０．１３６Δｐ」という数式になる。この直線２０を用いると，例えば，Δｐ＝２５μｍを選択したときは，温度分布が最も均一になる最適なｋは１０〜１１であることが分かる。

直線２０のｋの値に２をプラスしたものと，２をマイナスしたものが，直線２２と２４である。各データは，直線２２と２４の範囲内にほぼ収まっている。したがって，「ｋ＝１３．７−０．１３６Δｐ±２」という数式を満足するように，Δｐとｋを選択すれば，温度分布が均一なフィラメントが得られることになる。

図６は，Δｐとｋを，ｐとｎで規格化してから示したグラフである。横軸は，ピッチ変化量Δｐを中央部のピッチｐで除したものであり，縦軸は，ピッチが変化する巻数ｋを全部の巻数ｎで除したものである。このように規格化することで，巻数ｎ及びピッチｐに依存しない関係，すなわち，より一般的な関係になる。各データは，Δｐ／ｐが０．０１５から０．１の範囲内にあり，ｋ／ｎが０．３から０．８までの範囲内にある。この範囲内のデータについて，２５００℃付近での温度分布が５０℃以内になるようなフィラメントが得られたので，Δｐ／ｐとｋ／ｎは，まずは，このような範囲内にするのが好ましい。

そして，各データの分布の中心を通る直線２６を求めると，この直線２６は，「（ｋ／ｎ）＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）」という数式になる。そして，この直線２６の上下にプラス０．１２及びマイナス０．１２の直線２８，３０を引くと，各データはこの直線２８，３０の範囲内にほぼ収まる。この範囲内は「（ｋ／ｎ）＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２」という数式になる。この数式を満足するように，Δｐ／ｐとｋ／ｎを選択すれば，温度分布が均一なフィラメントが得られることになる。

次に，本発明のＸ線管で使用するウェーネルト電極，すなわち，偏心フィラメント構造のウェーネルト電極，について説明する。図７は，偏心フィラメント構造のウェーネルト電極を有するＸ線管の要部の断面図である。この図は，回転するターゲット（回転対陰極）４０に電子銃４２が対向している様子を示している。電子銃４２はウェーネルト電極４４とコイル状のフィラメント１０を備えている。フィラメント１０はウェーネルト電極４４に形成した開口４８の内部に配置されている。開口４８とフィラメント１０は，紙面に垂直な方向に細長く延びている。フィラメント１０の幅方向の中心位置を通る線分であって，ウェーネルト電極４４の表面５０に垂直な線分５２をフィラメント中心延長線と呼ぶことにする。偏心フィラメント構造では，このフィラメント中心延長線５２に対して，ターゲット４０上の電子ビーム照射領域の幅方向の中心位置が距離Ｅだけ偏心している。距離Ｅは，おおよそ，フィラメント１０の幅方向の２分の１である。換言すれば，そのように電子ビーム５４が偏心するように，ウェーネルト電極４４の開口４８が，フィラメント１０の幅方向の中心に対して非対称に形成されている。すなわち，上述のフィラメント中心延長線５２から，開口４８の一方の長辺５６（紙面に垂直な方向に延びている）までの距離Ａは，上述のフィラメント中心延長線５２から，開口４８の他方の長辺５８（紙面に垂直な方向に延びている）までの距離Ｂとは異なっていて，距離Ａは距離Ｂよりも短くなっている。それゆえに，ウェーネルト電極４４の形成する電界が電子ビーム５４に及ぼす影響は非対称になり，図７の下向きになるように電子ビーム５４は曲げられて，上述のように距離Ｅだけ電子ビーム照射領域が偏心する。

図９はウェーネルト電極の開口４８とフィラメント１０の位置関係を示している。開口４８とフィラメント１０は全体として細長い形状をしており，フィラメント１０の幅方向の中心線６４から，開口４８の一方の長辺５６までの距離Ａと，他方の長辺５８までの距離Ｂとは，互いに異なっている。長辺５６，５８は直線である。

図８は偏心フィラメント構造の電子銃の基本的な形状を示す正面図である。ウェーネルト電極４４には細長い開口４８が形成されていて，その開口４８の内部に細長いコイル状のフィラメント１０が配置されている。図７における電子銃４２の断面図は，図８の７−７線断面図に相当する。図９はウェーネルト電極１４の開口４８の拡大図である。開口４８は，概略，細長い矩形をしていて，二つの長辺５６，５８を備えている。開口４８は，さらに，フィラメント収容空間４９につながっている。このフィラメント収容空間４９は，ウェーネルト電極４４の正面から見て，開口４８よりも小さい矩形である。図７に示すように，フィラメント収容空間４９はウェーネルト電極４４の表面５０から所定距離だけ深い位置にある。図９において，フィラメント１０の幅方向の中心線６４から測って，開口４８の一方の長辺５６までの距離はＡであり，他方の長辺５８までの距離はＢである。距離Ｂは距離Ａよりも大きくなっている。

フィラメント１０の寸法の一例を示すと，フィラメント１０のコイルの外径は２．４ｍｍであり，フィラメント１０の長さは１０．５ｍｍである。そして，ウェーネルト電極４４の正面から見て（すなわち，表面の法線方向から見て），開口４８の寸法は１６ｍｍ×８．２ｍｍであり，フィラメント収容空間４９の寸法は１５ｍｍ×４ｍｍである。距離Ａは２．９ｍｍであり，距離Ｂは５．３ｍｍである。

図７において，フィラメント１０にはターゲット４０に対して負の高電圧（加速電圧）Ｖ１が印加され，一方，ウェーネルト電極４４はフィラメント１０に対して負のバイアス電圧Ｖ２が印加される。この実施例では，例えば，加速電圧Ｖ１は４５ｋＶであり，バイアス電圧Ｖ２は２００Ｖである。ウェーネルト電極４４の表面５０からターゲット１０の表面までの距離Ｃは１０．５ｍｍである。このとき，偏心距離Ｅは約１．２ｍｍであり，この値は，フィラメント１０のコイルの外径のほぼ半分に等しい。

上述のように偏心フィラメント構造を採用すると，ターゲット上の電子ビーム照射領域が湾曲する。すなわち，図１４（Ａ）に示すように，電子ビーム照射領域６０が湾曲する。このような湾曲が問題になるような用途においては，以下に述べるような，ウェーネルト電極の開口の変更例を採用することが好ましい。

図１０はウェーネルト電極の開口形状を工夫した第１変更例である。この図は，ウェーネルト電極の表面の法線方向から見たものである。開口４８ａは，概略，細長い矩形をしているが，二つの長辺５６ａ，５８ａが，同じ方向に湾曲する曲線になっている。すなわち，一方の長辺５６ａは曲率半径Ｒ１で湾曲しており，他方の長辺５８ａは曲率半径Ｒ２で湾曲している。このように開口の長辺を湾曲させることで，ターゲット上の電子ビーム照射領域が，ほぼ直線状になる。この実施例では，Ｒ１は１５０ｍｍであり，Ｒ２は６４．７ｍｍである。図１４（Ｂ）は，図１０に示す開口４８ａを備えた電子銃で得られたターゲット上の電子ビーム照射領域６０ａの形状を示している。Ｗ＝０．４３ｍｍ，Ｌ＝６．３５ｍｍである。なお，電子ビーム照射領域６０ａの形状は，この電子ビーム照射領域から発生するＸ線の焦点形状を測定して決定したものである。

図１２は図１０に示す開口４８ａの斜視図であり，ウェーネルト電極の一部を切り取って，開口４８ａの長手方向の中央のところでウェーネルト電極を切断した状態を示している。ウェーネルト電極４４の表面５０は平坦である。開口４８ａの二つの長辺５６ａ，５８ａは，通常の図９に示す開口４８の二つの長辺（想像線５６，５８で示している）と比較して，湾曲している。

次に，開口の二つの長辺についての最適な曲率半径の決定方法を説明する。図１５は電子ビーム照射領域の形状を測定する原理を示す平面図である。フィラメント１０（紙面に垂直な方向に細長く延びている）から放出された電子ビーム５４がロータターゲット４０の表面に当たり，そこからＸ線６６が発生して，このＸ線６６がＸ線管６８の取り出し窓７０から取り出されて，２次元Ｘ線検出器７２で検出される。この実施例では，２次元Ｘ線検出器７２として，ＣＭＯＳで構成された半導体Ｘ線検出器を用いている。取り出し窓７０の直後には，ピンホール７４が配置されていて，２次元Ｘ線検出器では，Ｘ線焦点７６の形状についてのピンホール写真が得られるようになっている。ピンホール７４の孔径は１０μｍである。Ｘ線焦点７６からピンホール７４までの距離は７０ｍｍであり，ピンホール７４から２次元Ｘ線検出器７２までの距離は６３０ｍｍである。したがって，９倍の倍率のピンホール写真が得られる。図１４（Ｂ）は，そのようにして得られたＸ線焦点形状を示している。なお，Ｘ線焦点形状内で，Ｘ線強度は一定ではなくて特有の強度分布を示しており，周辺にいくにしたがってＸ線強度が低下していくことになる。この場合，Ｘ線焦点形状の境界位置は，最大Ｘ線強度の半分の強度になるような位置であると定義している。

図１５に示した測定法で電子ビーム照射領域の形状を測定して，図１４（Ｂ）に示すように湾曲がほとんどない直線状の電子ビーム照射領域になるように，ウェーネルト電極の開口の二つの長辺の曲線形状を形成すればよい。さまざまな曲率半径の開口を形成して，そのそれぞれについて，図１５に示すような測定を実施すれば，最適な曲率半径を決定することができる。これに対して，本件出願の発明者らは，図１５に示す測定を多数実施することなく，さまざまな曲率半径について，まず，理論計算により，電子ビーム照射領域の形状を求めて，最適と思われる曲率半径を決定して，それから，その曲率半径の開口を実際に作って，図１５に示す測定を実施した。その結果として得られたものが，上述の，Ｒ１＝１５０ｍｍ，Ｒ２＝６４．７ｍｍの値である。理論計算による電子ビーム照射領域の形状と，実測による形状は，ほぼ一致した。

ここで，理論計算方法について簡単に述べる。有限要素法を用いて，フィラメントとウェーネルト電極とターゲットとを含む空間での電界計算を行って，フィラメントから放出される電子軌道を計算することができ，それに基づいて，ターゲット上での電子ビーム照射領域の形状を求めることができる。

図１４（Ａ）に示す湾曲量ΔＷの計算結果について述べると，図９に示す開口の場合，すなわち，二つの長辺が直線状の場合，ΔＷ／Ｗ＝０．０２２である。Ｒ１＝１００ｍｍ，Ｒ２＝８１．８ｍｍの場合，ΔＷ／Ｗ＝０．００８６である。Ｒ１＝１５０ｍｍ，Ｒ２＝６４．７ｍｍの場合，ΔＷ／Ｗ＝０．００４３である。

次に，ウェーネルト電極の開口の第２変更例を説明する。図１１は第２変更例についてのウェーネルト電極の開口の近傍の断面図である。この第２変更例は，ウェーネルト電極の開口の形状は，正面から見たときは，図９に示す形状と同じである。ただし，二つの長辺が，ウェーネルト電極の表面に垂直な方向に湾曲している。図１１は，第２実施例における，図９の１１−１１線断面図である。開口４８ｂの一方の長辺５６ｂは，その中央が，正面から見て（図１１の右側から見て）奥に下がるように湾曲している。これに対して，他方の長辺５８ｂは，正面から見て，手前に突き出るように湾曲している。これを言い換えると，「ウェーネルト電極の表面に平行な視線方向であって，かつ，開口の長手方向に垂直な視線方向」（図１１の紙面に垂直な方向）から見て，開口の二つの長辺５６ｂ，５８ｂが，互いに逆方向に湾曲している。このように湾曲させても，図１４（Ｂ）に示すような，ほぼ直線状の電子ビーム照射領域を得ることができる。最適な曲率半径を求めるには，図１０に示す第１変更例の場合と同様の作業を実施すればよい。

図１３は，図１１に示す第２変更例についての，図１２と同様の斜視図である。この第２変更例の場合は，ウェーネルト電極４４の表面は，平坦ではなく湾曲している。開口４８ｂの一方の長辺５６ｂ側では，ウェーネルト電極４４の表面７８は，下に凸になるように湾曲し，他方の長辺５８ｂ側では，ウェーネルト電極４４の表面８０は，上に凸になるように湾曲している。通常の開口の二つの長辺は，想像線５６，５８で示している。

上述の実施例では，ロータターゲットを例にして説明しているが，本発明は，静止するターゲット（固定ターゲット）を備えるＸ線管にも適用できる。

本発明のＸ線管で使用するフィラメントの正面図である。 図１のフィラメントにおけるピッチの変化を図示したグラフである。 フィラメントの長手方向の温度分布のグラフである。 解析結果の一覧表である。 解析結果のグラフである。 解析結果の別のグラフである。 偏心フィラメント構造を示す断面図である。 偏心フィラメント構造の電子銃の基本的な形状を示す正面図である。 ウェーネルト電極の開口の拡大図である。 ウェーネルト電極の開口の第１変更例を示したものである。 ウェーネルト電極の開口の第２変更例の断面図である。 図１０に示す開口の斜視図である。 図１１に示す第２変更例についての，図１２と同様の斜視図である。 電子ビーム照射領域の形状を示す説明図である。 電子ビーム照射領域の形状を測定する原理を示す平面図である。

符号の説明

１０ フィラメント
１２ 線材
１４ リード線
１６ 頂点
４０ ターゲット
４２ 電子銃
４４ ウェーネルト電極
４８ 開口
５０ ウェーネルト電極の表面
５２ フィラメント中心延長線
５４ 電子ビーム
５６ 長辺
５８ 長辺
６０ 電子ビーム照射領域
６２ 線分
６４ 中心線
６６ Ｘ線
６８ Ｘ線管
７０ 取り出し窓
７２ ２次元Ｘ線検出器
７４ ピンホール
７６ Ｘ線焦点
７８ 下に凸に湾曲した表面
８０ 上に凸に湾曲した表面

Claims (7)

1. 細長い開口を有するウェーネルト電極と前記開口の内部に配置されたコイル状のフィラメントとを備える電子銃と，この電子銃から放出される電子ビームを受けてＸ線を発生するターゲットとを備えるＸ線管において，
   前記フィラメントの幅方向の中心線に対して前記開口の二つの長辺が非対称の位置にあり，
   前記フィラメントは，巻きピッチが同一の複数のターンを有する中央部と，前記中央部の両側にあって，前記中央部の巻きピッチよりも小さい巻きピッチの複数のターンを有する二つの端部とからなり，
   前記端部の複数のターンの巻きピッチは，前記中央部に近いターンから一番外側のターンに向かって，順次，同じ変化量だけ減少していることを特徴とするＸ線管。
2. 請求項１に記載のＸ線管において，前記中央部の巻きピッチをｐで表し，前記変化量をΔｐで表し，前記フィラメントの全体の巻数をｎで表し，前記二つの端部の合計の巻数をｋで表すと，Δｐ／ｐが０．０１５から０．１までの範囲内にあり，ｋ／ｎが０．３から０．８までの範囲内にあることを特徴とするＸ線管。
3. 請求項２に記載のＸ線管において，前記ｋ／ｎの値が次の数式の範囲内にあることを特徴とするＸ線管。
   ｋ／ｎ＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２
4. 請求項１に記載のＸ線管において，前記ウェーネルト電極の表面の法線方向から見て，前記開口の二つの長辺が，それぞれ，同じ方向に湾曲していることを特徴とするＸ線管。
5. 請求項４に記載のＸ線管において，前記二つの長辺の曲率半径が互いに異なっていることを特徴とするＸ線管。
6. 請求項１に記載のＸ線管において，前記ウェーネルト電極の表面に平行な視線方向であって，かつ，前記開口の長手方向に垂直な視線方向から見て，前記開口の二つの長辺が，互いに逆方向に湾曲していることを特徴とするＸ線管。
7. 請求項１に記載のＸ線管において，前記ターゲット上の電子ビーム照射領域が細長い形状をしていて，前記電子ビーム照射領域の湾曲係数が０．０１以下となるように前記開口の二つの長辺がそれぞれ曲線で形成されていることを特徴とするＸ線管。

Images