JP2015519705A - 電熱平面陰極 - Google Patents

Abstract

小型Ｘ線管用の電熱平面陰極は、粒子安定化特性を有する薄いタンタル合金リボン箔（１１６）からレーザーカットされたらせんデザインとすることができる。裸のリボンに最低の張力を与えるような方法によりそのリボンを窒化アルミニウム基板（１１０）の基板に取り付けてから、らせんパターン（１１８）に機械加工する。らせんパターンは、電気的特性、熱的特性および放出特性に関して最適化することができる。【選択図】図１Ｃ

Description

Ｘ線管は、Ｘ線を発生する真空管である。Ｘ線管は、電子を真空中に放出する陰極および電子を収集する陽極を含んでいる。電子を加速するために陰極と陽極の間に高電圧電源が接続される。ある装置においては、非常に高い解像度の画像を必要とし、かつ、非常に小さい焦点サイズを形成することができるＸ線管を必要とする。

ある種類の陰極は、電球のフィラメントと同様に、らせん形状にらせん巻きされたタングステン・フィラメントを含んでいる。巻かれたフィラメントの問題は、加速電界に垂直でない表面から電子が放出されることである。これは、Ｘ線ターゲット上のコンパクトなスポットに電子を集中することを非常に困難にする。

小型Ｘ線管用の電熱平面陰極は、薄いタンタル合金リボン箔（それは、粒子安定化特性を有し得る）などの箔からレーザーカットされたらせんデザインを含んでいる。裸のリボンに最低の張力を与えるような方法により、そのリボンを窒化アルミニウム基板などの基板にろう付けしてから、幾何学的パターン、例えば、らせん状に機械加工する。これは、カットプロセスまたは取り扱いおよび実装による平面パターンのねじれを防止する。任意選択で、らせんパターンは、電気特性および熱的特性について最適化することができる。結果の陰極アセンブリをヘッダーに搭載し、Ｘ線管の他の構成要素と機械的および電気的に接続する。

図１Ａは、カット前の平面陰極構造を示す。 図１Ｂは、レーザーカット後の平面電極構造を示す。 図１Ｃは、実装された平面陰極構造を示す。 図２は、図１Ａおよび図１Ｂに示した平面陰極のプロセス・フロー・チャートを示す。

小型Ｘ線管用の電熱平面陰極は、薄いタンタル合金リボン箔（粒子安定化特性を有する）からレーザーカットされたらせんデザインを含んでいる。裸のリボンに最低の張力を与えるような方法によりそのリボンを窒化アルミニウム基板にろう付けしてから、幾何学的パターン、例えば、らせん状に機械加工する。これは、カットプロセスまたは取り扱いおよび実装による平面パターンのねじれを防止する。らせんパターンは、電気特性および熱的特性について最適化することができる。結果の陰極アセンブリをヘッダー（「第１基板」と呼ばれることもある）に搭載し、Ｘ線管の他の構成要素と機械的および電気的に接続する。陰極らせんの外側の残ったタンタル・テープは等電位面を形成し、それは、平行度が非常に高く集束の容易な電子ビームの形成を助ける。

特定の実装形態は、機械加工に先立つ箔の基板への実装により、このような構造の脆弱性の問題を解決する。粒子安定化タンタルなどの粒子安定化箔または粒子安定化金属の使用は、重要である。なぜなら、陰極が動作温度で働くときに誘起される粒子成長により機械的ねじれ又は歪みが生ずる可能性があるからである。このねじれは、らせんをタンタル・リボンの平面から引き離す。

図１Ａは、カット前の平面陰極の構造を示している。ＡｌＮ基板１１０は、任意選択のアラインメント機構１１２および穴１１４を含んでいる。ＡｌＮ基板１１０にろう付けされるタンタル・リボン１１６は、穴１１４上に取り付けられる。リボン（例えば、タンタル）は基板とわずかに重なり合っており、動作時に基板が迷走放出電流を吸収することを可能にしている。穴１１４は、例示的に、必要な大きさより大きく示されている。

図１Ｂは、レーザーカット後の平面陰極構造を示している。らせん切込み（カット）１１８が導入されている。らせんカットの入口と出口は、鋭いコーナーを最小限に抑えるために丸められており又は曲線的であり、したがって迷走放出電流を低減する。この実施形態では、らせん切込みの入口と出口は、コーナーの最小化を分かりやすく示すために誇張されている。

この実例実施形態では、基板１１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製である。

この実施形態は基板１１０中の開口部１１４上に浮かせているタンタル・リボン１１６の幾何学的パターン（具体的には、らせんカットが示されている）を示しているが、開口部は任意選択である。幾何学的パターンと基板１１０の間に熱的分離を設ける必要がある。実例により説明すると、熱的分離は、開口部、空洞により、または隙間が生ずるようにパターンを基板１１０の上に浮かせることにより実現することができる。

図１Ｃは、典型的なヘッダー１３０に実装された平面陰極およびレンズ・アセンブリ１２０を示す。

図２は、図１Ａおよび図１Ｂに示した平面陰極のプロセス・フロー・チャートである。ステップ１２において、タンタル箔をＡｌＮ基板にろう付けする。このろう付けは、箔により、ＡｌＮ基板に活性ろう付け材料を使用して積層板を形成することにより、または基板を金属化し、かつ、通常のろう付けプロセスを使用して積層板を形成することにより、行うことができる。ステップ１４において、らせんパターンをレーザーカットするか、またはエッチングする。その結果の陰極は、基板のおかげで、らせんパターンを傷つけずに取り扱うことができる。任意選択のアライメント機構は、基板の製造中に付加する。なぜなら、ろう付けまたはカット後にそれを機械加工することは、らせんを損傷する恐れがあるからである。このプロセスでは、らせんをカットする前に、アラインメント機構を使用して位置を較正し、らせんがアラインメント機構の中間に位置するようにする。ステップ１８において、アラインメント機構を介して陰極アセンブリをヘッダー１３０に取り付けることにより、陰極と他の電子光学構成要素との電気的接続および機械的整列を与える。

説明のための実例において、タンタル・リボンは、ＡｌＮ基板にろう付けされている。なぜならそれらは同様の熱膨張係数を有しているからである。陰極が裁断されると、それは平面のままである。

この概念は、時間の経過とともに蒸発もねじれもしないその他の材料に拡張することができる。箔材料は、タングステン・レニウム、トリエーテッド・タングステン、タングステン合金、ハフニウム、および６ｅＶ未満の電子仕事関数を示すその他のタンタル・ベース材料を含むがそれらには限られない。コーティングをらせんに付加してらせんの仕事関数を低減し、それにより種々のらせん材料の使用を可能とし、かつ、十分な電子束を形成するために必要な温度および電力を低減することができる。

Claims (18)

1. 第１基板と、
   箔および第２基板の積層板であって、前記箔および前記第２基板が一致する熱膨張係数を有し、前記積層板が前記第１基板に付着される、箔および第２基板の積層板と、
   を含む平面陰極であって、
   前記箔は、所定の幾何学的パターンに形成され、前記箔は、面積、電圧、電流、電力、および電子放出を含む群から選択された性能パラメータを有し、
   前記幾何学的パターンと前記第１基板との間は、熱的に分離されている、平面陰極。
2. 前記第１基板は、さらにアラインメント機構を含み、
   前記アラインメント機構は、穴、機械的機構、および光学的機構を含む群から選択された、請求項１に記載の平面陰極。
3. 前記箔および前記第２基板の前記積層板は、ＡｌＮ基板にろう付けされたタンタル箔である、請求項１に記載の平面陰極。
4. 前記所定の幾何学的パターンが、前記箔上のらせん状切込みである、請求項１に記載の平面陰極。
5. 前記らせん状切込みが、曲線的な入口および曲線的な出口を含む、請求項４に記載の平面陰極。
6. 前記箔が、タングステン・レニウム、トリエーテッド・タングステン、タングステン合金、ハフニウム、および６ｅＶ未満の仕事関数を有するタンタル・ベース材料を含む群から選択された、請求項１に記載の平面陰極。
7. 前記箔が、６ｅｖ未満の電子仕事関数を示すようにコーティングされた、請求項１に記載の平面陰極。
8. 箔を基板にろう付けして積層板を形成するステップと、
   前記積層板の前記箔を所定の幾何学的パターンに形成するステップと、
   前記積層板をヘッダーに搭載するステップと、
   を含む平面陰極を製造する方法。
9. 前記所定の幾何学的パターンがらせんである、請求項８に記載の方法。
10. 前記らせんが、曲線的な入口および曲線的な出口を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記箔が、タングステン・レニウム、トリエーテッド・タングステン、タングステン合金、およびその他の耐熱性物質ベースの熱電子放出材料を含む群から選択されるか、または低仕事関数放出コーティング加工された陰極である、請求項８に記載の方法。
12. 前記箔が、タングステン・レニウム、トリエーテッド・タングステン、タングステン合金、ハフニウム、および６ｅＶ未満の仕事関数を有するタンタル・ベース材料を含む群から選択される、請求項８に記載の方法。
13. 前記箔にコーティングを施して、６ｅＶ未満の電子仕事関数を示すようにするステップを含む、請求項８に記載の方法。
14. 前記箔がＡｌＮ基板にろう付けされる、請求項８に記載の方法。
15. 前記箔が粒子安定化箔を含む、請求項１に記載の平面陰極。
16. 前記箔が粒子安定化タンタル箔を含む、請求項１に記載の平面陰極。
17. 前記基板がＡｌＮ基板を含む、請求項１６に記載の平面陰極。
18. 前記箔が、タングステン・レニウム、トリエーテッド・タングステン、タングステン合金、ハフニウム、および６ｅＶ未満の仕事関数を有するタンタル・ベース材料から選択された、請求項１に記載の平面陰極。

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