JP2017111854A - エミッタおよびｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出部の通電加熱時における通電脚部と支え脚部との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することが可能なエミッタを提供する。【解決手段】このエミッタ１は、電子放出部１１と、電子放出部１１からそれぞれ延びる通電脚部１２および支え脚部１３と、通電脚部１２の端部を支持し通電脚部１２に電力供給を行う通電脚部固定部１４と、支え脚部１３の端部を支持する支え脚部固定部１５と、を備える。通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、エミッタ１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直な方向の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減するように、材質および形状の少なくとも一方が互いに異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線管装置およびそれに用いられるエミッタに関する。

従来、通電加熱により電子を放出するエミッタが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、通電加熱により電子を放出する板状の電子放出部と、電子放出部に通電するための一対の板状の通電脚部と、電子放出部への通電には寄与しない板状の支え脚部とを備えたエミッタが開示されている。エミッタは、通電脚部と支え脚部とが、それぞれ個別に固定部に接合されることにより、固定部を介してＸ線管装置内に設置される。

エミッタの使用時（通電加熱時）には、電子放出部が高温に加熱されるため、サグ現象とよばれる重力によるクリープ変形や、外力の作用によって電子の出射面（電子放出部の表面）に変形が生じ、電子放出特性の悪化や、寿命短縮の要因となる。上記特許文献１では、通電脚部の他に支え脚部を設けることにより、サグ現象や外力に起因する電子放出部の出射面の変形を抑制している。

国際公開第２０１４／０４１６３９号

しかしながら、支え脚部は通電加熱には寄与しない（通電は行われない）ように設けられることから、エミッタの使用時（通電加熱時）に、通電を行う通電脚部と通電を行わない支え脚部とで温度差が生じる。そのため、サグ現象や外力に起因する出射面の変形を抑制するだけでなく、電子放出部の通電加熱時における通電脚部と支え脚部との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電子放出部の通電加熱時における通電脚部と支え脚部との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することが可能なエミッタおよびＸ線管装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるエミッタは、Ｘ線管装置に取り付けられ、電子照射によって陽極からＸ線を放出させるためのエミッタであって、電子放出部と、電子放出部からそれぞれ延びる通電脚部および支え脚部と、通電脚部の端部を支持し通電脚部に電力供給を行う通電脚部固定部と、支え脚部の端部を支持する支え脚部固定部と、を備え、通電脚部固定部および支え脚部固定部は、エミッタの通電加熱時における、電子放出部に対して垂直な方向の通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減するように、材質および形状の少なくとも一方が互いに異なっている。

この発明の第１の局面によるエミッタでは、上記のように、エミッタの通電加熱時における、電子放出部に対して垂直な方向の通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減するように、通電脚部固定部および支え脚部固定部の材質および形状の少なくとも一方を互いに異ならせることによって、通電脚部固定部と支え脚部固定部との間での熱変形量および伝熱量の少なくとも一方を異ならせることができる。その結果、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を、通電脚部固定部と支え脚部固定部との熱変形量の差によって低減したり、通電加熱時における通電脚部および支え脚部の温度差を、通電脚部固定部と支え脚部固定部との伝熱量の差によって低減し、それによって通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減することができる。これにより、電子放出部の通電加熱時における通電脚部と支え脚部との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することができる。

好ましくは、支え脚部固定部は、通電脚部固定部よりも大きい熱膨張率を有する材質で形成されている。このように構成すれば、通電によって通電脚部の方が支え脚部よりも高温になるため、支え脚部固定部の熱膨張率を相対的に大きく設定することによって、確実に、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減することができる。

支え脚部固定部が通電脚部固定部よりも大きい熱膨張率を有する材質で形成される構成において、好ましくは、通電脚部固定部は、第１熱膨張率を有する材質で形成され、支え脚部固定部は、第２熱膨張率を有する材質で形成され、エミッタの通電加熱時における通電脚部および通電脚部固定部の熱変形量の合計と、支え脚部および支え脚部固定部の熱変形量の合計とが互いに近付くように、第１熱膨張率と第２熱膨張率とが互いに異なっている。このように構成すれば、通電脚部および通電脚部固定部の全体の熱変形量と、支え脚部および支え脚部固定部の全体の熱変形量とを考慮して、それぞれの熱変形量が互いに近付くように第１熱膨張率および第２熱膨張率を設定することができる。その結果、支え脚部固定部の熱変形量が大きすぎたり、通電脚部固定部の熱変形量が小さすぎたりすることなく、確実かつ効果的に、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減することができる。

上記第１の局面によるエミッタにおいて、好ましくは、通電脚部固定部および支え脚部固定部は、エミッタの通電加熱時における通電脚部と支え脚部との温度差を低減するように、電子放出部と平行な方向の断面積が互いに異なる形状を有する。このように構成すれば、通電脚部固定部および支え脚部固定部の伝熱面積を互いに異ならせることにより、通電脚部と支え脚部との温度差を低減し、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減することができる。

この場合、好ましくは、支え脚部固定部は、電子放出部と平行な方向の断面積が通電脚部固定部の電子放出部と平行な方向の断面積よりも小さい部分を含む。このように構成すれば、通電によって通電脚部の方が支え脚部よりも高温になるため、支え脚部固定部の伝熱面積を通電脚部固定部の伝熱面積よりも小さくすることにより、通電脚部と支え脚部との温度差を確実に低減することができる。その結果、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を確実に低減することができる。

上記第１の局面によるエミッタにおいて、好ましくは、通電脚部固定部および支え脚部固定部は、電子放出部に対して垂直な方向に延びる柱状形状を有し、先端部でそれぞれ通電脚部および支え脚部と接続されている。このように構成すれば、電子放出部に対して垂直な方向の熱変形量を容易に算出することができるので、通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減することが可能な通電脚部固定部および支え脚部固定部の材質や形状（外形寸法）を容易に得ることができる。

この発明の第２の局面におけるＸ線管装置は、上記いずれかに記載のエミッタと、エミッタからの電子照射によりＸ線を放出する陽極とを備える。

本発明によれば、上記のように、電子放出部の通電加熱時における通電脚部と支え脚部との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することができる。

本発明の第１〜第３実施形態によるＸ線管装置の概略を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態によるエミッタの斜視図である。 本発明の第１実施形態によるエミッタの平面図である。 エミッタの通電加熱時における各部の熱変形量を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態によるエミッタの斜視図である。 本発明の第３実施形態によるエミッタの斜視図である。 第１、第２実施形態および比較例によるエミッタの通電加熱時の変位量を比較したシミュレーション結果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の変形例によるエミッタの斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（Ｘ線管装置の構成）
まず、図１を参照して、第１実施形態によるＸ線管装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、Ｘ線管装置１００は、Ｘ線を発生させるように構成されている。また、Ｘ線管装置１００は、電子ビームを発生させるエミッタ１と、陽極２と、エミッタ１および陽極２を内部に収容する容器（外囲器）３と、電源回路４および５とを備えている。

エミッタ１は、陽極２に対して電子を放出するように構成されている。エミッタ１は、陽極２に対向するように配置されている。また、エミッタ１と陽極２との間には、電源回路４により所定の電圧が印加されるように構成されている。具体的には、エミッタ１および陽極２は、電源回路４に配線４ａを介して接続されており、陽極２はエミッタ１に対し、相対的に正の電圧が印加されるように構成されている。また、エミッタ１は、電源回路５に配線５ａおよび５ｂを介して接続されている。そして、エミッタ１は、電源回路５により通電されることによって、加熱されるように構成されている。これにより、エミッタ１から陽極２に向かう電子ビーム（熱電子）が発生される。

陽極２は、金属により形成されている。たとえば、陽極２は、銅、モリブデン、コバルト、クロム、鉄、銀などの金属材料により形成されている。陽極２は、エミッタ１から放出される電子ビーム（熱電子）が衝突すると、Ｘ線を発生させる。

容器３の内部には、エミッタ１および陽極２が配置されている。容器３の内部は、略真空状態で密閉されている。容器３は、たとえば、ステンレス（ＳＵＳ）などの非磁性の金属材料により形成されている。また、容器３には、Ｘ線を外部に放出させる窓部（図示せず）が設けられている。

（エミッタの構成）
次に、エミッタ１の構成について詳細に説明する。図２に示すように、エミッタ１は、平板状の電子放出部１１と、通電脚部１２と、支え脚部１３とを一体的に有している。つまり、電子放出部１１、通電脚部１２および支え脚部１３は、同一の部材により一体的に形成されている。電子放出部１１、通電脚部１２および支え脚部１３は、たとえば純タングステンまたはタングステン合金からなる。図２の例では、エミッタ１は、一対（２本）の通電脚部１２を備え、二対（４本）の支え脚部１３ａおよび１３ｂを備えている。

エミッタ１は、いわゆる熱電子放出型のエミッタであり、一対の通電脚部１２を介して通電されて、加熱されるように構成されている。これにより、平板状の電子放出部１１が所定電流で所定温度（約２４００Ｋ〜約２７００Ｋ）に通電加熱されることにより、電子放出部１１から電子が放出される。エミッタ１は、金属製のカバー（図示せず）に覆われている。以下、便宜的に、平板状の電子放出部１１の電子出射面（上面）と直交する方向をＺ方向という。電子放出部１１の電子出射面に平行な平面内で直交する２方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向とする。

エミッタ１は、通電脚部１２の端部を支持し通電脚部１２に電力供給を行う通電脚部固定部１４と、支え脚部１３の端部を支持する支え脚部固定部１５と、を備える。図２の例では、エミッタ１は、通電脚部１２に対応して、一対（２本）の通電脚部固定部１４を備え、支え脚部１３に対応して、二対（４本）の支え脚部固定部１５を備えている。

複数の通電脚部１２は、対応する通電脚部固定部１４に、それぞれ個別に固定されている。同様に、複数の支え脚部１３は、対応する支え脚部固定部１５に、それぞれ個別に固定されている。一対の通電脚部固定部１４には、それぞれ、配線５ａおよび５ｂ（図１参照）が接続されている。なお、支え脚部固定部１５には、それぞれ、配線が接続されておらず、電気的に浮いた状態（フローティング状態）になっている。したがって、支え脚部１３および支え脚部固定部１５は、エミッタ１の通電加熱には寄与せず、通電加熱時にも実質的に電流が流れない状態で維持される。

図２および図３に示すように、電子放出部１１は、曲がりくねった形状（ミアンダ形状）の電流通路１１ａによって平板状に形成されている。電子放出部１１は、平面的に見て（Ｚ方向から見て）、略円形状に形成されている。

電流通路１１ａは、略一定の通路幅Ｗ（図３参照）で形成されている。電流通路１１ａは、略一定の厚みｔ（図２参照）を有する平板形状に形成されている。なお、電子放出部１１、通電脚部１２および支え脚部１３は、共通の厚みｔを有している。電流通路１１ａの両端は、それぞれ、一対の通電脚部１２の各々と接続されている。電流通路１１ａは、平面的に見て、略点対称に形成されている。

また、一対の通電脚部１２は、電子放出部１１から延びるとともにＺ２方向に曲げられることにより形成されている。通電脚部１２の一方端は、それぞれ、電流通路１１ａ（電子放出部１１）の端部に接続されている。また、一対の通電脚部１２の他方端は、それぞれ、通電脚部固定部１４に接続されている。また、一対の通電脚部１２は、互いに略等しい形状（対称形状）を有している。一対の通電脚部１２は、屈曲した板形状を有する。

また、支え脚部１３は、電子放出部１１から延びるとともにＺ２方向に曲げられることにより形成されている。支え脚部１３は、通電脚部１２とは別個に設けられ、電子放出部１１を支持するように形成されている。支え脚部１３の一方端は、それぞれ、電子放出部１１（電流通路１１ａの端部間の中間部分）に個別に接続されている。支え脚部１３の他方端は、それぞれ、電気的に浮いた状態の支え脚部固定部１５に別個に接続されている。また、一対の支え脚部１３ａは、互いに略等しい形状を有し、直線状の板形状を有している。また、一対の支え脚部１３ｂは、互いに略等しい形状を有し、屈曲した板形状を有している。それぞれの支え脚部１３ａおよび１３ｂには、板厚方向に貫通する貫通孔が長手方向に沿って長穴状に形成されている。

通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５には、通電脚部１２および支え脚部１３（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ挿入されるとともに接合される凹部１４ａ、１５ａがそれぞれ設けられている。具体的には、凹部１４ａ、１５ａは、それぞれ、通電脚部１２および支え脚部１３の厚みｔに対応させたスリット状に形成されている。通電脚部１２、支え脚部１３を対応する凹部１４ａ、１５ａ内に挿入した状態で、外部から挟み込むように押圧して変形させるカシメ加工によって、通電脚部１２および支え脚部１３がそれぞれ通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５に固定（接合）されている。なお、通電脚部１２および支え脚部１３の各々は、たとえば溶接などの他の方法により、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５に固定されてもよい。

通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、それぞれ、電子放出部１１に対して垂直なＺ方向に延びる柱状形状を有し、Ｚ１方向側の先端部でそれぞれ通電脚部１２および支え脚部１３と接続されている。通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、Ｚ２方向側の先端部でそれぞれ容器３に固定されている。

ここで、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、エミッタ１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直な方向（Ｚ方向）の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１（図４参照）を低減するように、材質および形状の少なくとも一方が互いに異なっている。

第１実施形態では、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質が互いに異なっている例を示す。図２の例では、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の形状は同一である。具体的には、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、直径ｄ１および長さＬが互いに略等しい、Ｚ方向に延びる円柱形状（棒形状）を有する。

通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、たとえば、タングステン、レニウム、タンタル、オスミウム、モリブデン、ニッケル、ニオブ、イリジウム、ホウ素、ルテニウム、ハフニウムなどの金属、これらの金属を使用した合金、ステンレスなど材質からなる。したがって、第１実施形態では、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、これらの材質のうちから選定された互いに異なる材質からなる。なお、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、これらの金属以外の材質により形成されてもよい。一対の通電脚部固定部１４同士、二対の支え脚部固定部１５同士は、互いに同一の材質からなる。

第１実施形態では、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５は、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差を低減するように熱膨張率が互いに異なる材質により構成されている。より具体的には、支え脚部固定部１５は、通電脚部固定部１４よりも大きい熱膨張率を有する材質で形成されている。すなわち、通電脚部固定部１４は、第１熱膨張率Ｐ１を有する材質で形成され、支え脚部固定部１５は、第２熱膨張率Ｐ２を有する材質で形成されており、第１実施形態では、第１熱膨張率Ｐ１＜第２熱膨張率Ｐ２となっている。

図４に示した模式図を用いてエミッタ１の通電加熱時における熱変形量の関係について説明する。エミッタ１では、通電加熱時の温度上昇により各部が熱変形（熱膨張）を発生することにより、電子放出部１１が非通電加熱時と比較してＺ方向に変位する。エミッタ１には、当然、Ｘ方向およびＹ方向への熱変形（熱膨張）も生じるが、ここでは便宜的にＸ方向およびＹ方向への熱変形（熱膨張）を無視して説明する。

まず、通電脚部１２と支え脚部１３とは、共通の材質により形成されているため熱膨張率は等しい。通電加熱時には、電流によって通電脚部１２の温度Ｔ１の方が支え脚部１３の温度Ｔ２よりも高くなるため、通電脚部１２のＺ方向の熱変形量Ｄ１は、支え脚部１３のＺ方向の熱変形量Ｄ２よりも大きくなる（Ｄ１＞Ｄ２）。電子放出部１１が約２４００Ｋ〜約２７００Ｋに加熱される通電加熱時には、たとえば通電脚部１２と支え脚部１３との間に数百度の温度差が生じる。

このとき、通電脚部固定部１４のＺ方向の熱変形量はＤ３であり、支え脚部固定部１５のＺ方向の熱変形量はＤ４であるとする。したがって、電子放出部１１と通電脚部１２との接続部分Ｓ１（通電脚部１２の一方端部）の変位量は、（Ｄ１＋Ｄ３）に相当する。電子放出部１１と支え脚部１３との接続部分Ｓ２（支え脚部１３の一方端部）の通電加熱時の熱による変位量は、（Ｄ２＋Ｄ４）に相当する。

通電脚部固定部１４の温度と支え脚部固定部１５の温度との大小関係は通電脚部１２の温度Ｔ１と支え脚部１３の温度Ｔ２との関係（Ｔ１＞Ｔ２）と同じになる。そのため、たとえば通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質（熱膨張率）および形状を共通にする場合、接続部分Ｓ１の変位量（Ｄ１＋Ｄ３）＞接続部分Ｓ２の変位量（Ｄ２＋Ｄ４）となり、電子放出部１１の電子出射面が傾斜して変形が生じてしまう。

これに対して、第１実施形態では、第１熱膨張率Ｐ１＜第２熱膨張率Ｐ２の関係となるように材質を選定することによって、通電脚部固定部１４のＺ方向の熱変形量Ｄ３よりも、支え脚部固定部１５のＺ方向の熱変形量Ｄ４の方が大きくなる（Ｄ３＜Ｄ４）ようにエミッタ１が構成されている。すなわち、第１実施形態では、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２および通電脚部固定部１４の熱変形量の合計（Ｄ１＋Ｄ３）と、支え脚部１３および支え脚部固定部１５の熱変形量の合計（Ｄ２＋Ｄ４）とが互いに近付くように、第１熱膨張率Ｐ１と第２熱膨張率Ｐ２とが互いに異なっている。

これにより、第１実施形態のエミッタ１は、通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差Ｅ１（＝Ｄ１−Ｄ２）を、通電脚部固定部１４と支え脚部固定部１５との熱変形量の差Ｅ２（＝Ｄ３−Ｄ４）によって打ち消し、通電加熱時における電子放出部１１の電子出射面の変位量が略等しくなるように構成されている。

このような通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差に応じた通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質選定は、たとえばシミュレーションなどの計算的手法によってそれぞれの熱変形量を取得し、得られた通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差を低減する第１熱膨張率Ｐ１および第２熱膨張率Ｐ２を算出することにより、適切な熱膨張率を有する材質を選択することが可能である。

一例として、第１実施形態では、通電脚部固定部１４は、モリブデンからなり、第１熱膨張率Ｐ１は４．９×１０^−６［／Ｋ］である。支え脚部固定部１５は、ニッケルからなり、第２熱膨張率Ｐ２は１３．３×１０^−６［／Ｋ］である。通電脚部１２および支え脚部１３の形状および材質や、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の形状等によって、望ましい熱膨張率は変化するため、これらのパラメータに応じて適切な材質が選定されることが好ましい。たとえばタンタルの熱膨張率は６．３×１０^−６［／Ｋ］であり、ＳＵＳ３０４の熱膨張率は１７．３×１０^−６［／Ｋ］である。そのため、通電脚部固定部１４をタンタルとし、支え脚部固定部１５をＳＵＳ３０４としてもよい。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、エミッタ１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直な方向（Ｚ方向）の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減するように、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質を互いに異ならせる。これにより、通電脚部固定部１４と支え脚部固定部１５との間での熱変形量を異ならせることができる。その結果、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を、通電脚部固定部１４と支え脚部固定部１５との熱変形量の差Ｅ２によって低減することができる。これにより、電子放出部１１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５を、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差Ｅ１を低減するように熱膨張率が互いに異なる材質により構成する。これにより、熱膨張率に適切な差を設けるように通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質を選定することによって、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の熱変形量の差Ｅ２によって相殺して、効果的に低減させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、支え脚部固定部１５を、通電脚部固定部１４よりも大きい熱膨張率を有する材質で形成する。この結果、通電によって通電脚部１２の方が支え脚部１３よりも高温になるため、支え脚部固定部１５の熱膨張率を相対的に大きく設定することによって、確実に、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２および通電脚部固定部１４の熱変形量の合計（Ｄ１＋Ｄ３）と、支え脚部１３および支え脚部固定部１５の熱変形量の合計（Ｄ２＋Ｄ４）とが互いに近付くように、通電脚部固定部１４の第１熱膨張率Ｐ１と支え脚部固定部１５の第２熱膨張率Ｐ２とを互いに異ならせる。これにより、通電脚部１２および通電脚部固定部１４の全体の熱変形量と、支え脚部１３および支え脚部固定部１５の全体の熱変形量とを考慮して、それぞれの熱変形量が互いに近付くように第１熱膨張率Ｐ１および第２熱膨張率Ｐ２を設定することができる。その結果、支え脚部固定部１５の熱変形量が大きすぎたり、通電脚部固定部１４の熱変形量が小さすぎたりすることなく、確実かつ効果的に、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５を、電子放出部１１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に延びる柱状形状に形成し、先端部でそれぞれ通電脚部１２および支え脚部１３と接続させる。これにより、電子放出部１１に対して垂直な方向の熱変形量を容易に算出することができるので、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することが可能な通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質や形状（外形寸法）を容易に得ることができる。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態によるエミッタ３１（Ｘ線管装置１０１、図１参照）について説明する。第２実施形態では、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５が互いに異なる材質により形成されている上記第１実施形態とは異なり、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５が互いに異なる形状に形成されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態によるエミッタ３１（Ｘ線管装置１０１）では、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、エミッタ３１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直な方向の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減するように、形状が互いに異なっている。

ここで、第２実施形態では、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、同一の材質により形成されている。通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の材質は、上述した材質例のうちから選定され、たとえばモリブデンである。このため、図４に示したように、通電加熱時に通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の間（通電脚部１２および支え脚部１３の間）で温度差があれば、その温度差に相応する熱変形量の差分が生じることになる。

そこで、第２実施形態では、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との温度差を低減するように、電子放出部１１と平行な方向の断面積が互いに異なる形状を有する。より具体的には、支え脚部固定部３５は、電子放出部１１と平行な方向（ＸＹ方向）の断面積Ａ２が通電脚部固定部３４の電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ１よりも小さい部分を含む。ここで、凹部１４ａおよび１５ａの形成箇所は、それぞれ通電脚部１２および支え脚部１３との接続箇所であるため、除外して考えてよい。

なお、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の基本的形状は、上記第１実施形態と同様である。すなわち、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、電子放出部１１に対して垂直な方向に延びる柱状形状を有し、先端部でそれぞれ通電脚部１２および支え脚部１３と接続されている。図５では通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５が円柱状に形成されている例を示しているため、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、直径（外径）が互いに異なることによって、断面積が互いに異なっている。

具体的には、通電脚部固定部３４は、長さＬおよび直径ｄ２を有し、支え脚部固定部３５は、長さＬおよび直径ｄ３を有する。通電脚部固定部３４の直径ｄ２は、支え脚部固定部３５の直径ｄ３よりも大きい（ｄ１＞ｄ２）。したがって、凹部１４ａ、１５ａの形成箇所よりもＺ２方向側の部位において、支え脚部固定部３５は、電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ２が通電脚部固定部３４の電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ１よりも小さい。この結果、支え脚部固定部３５の伝熱面積（＝Ａ２）が通電脚部固定部３４の伝熱面積（＝Ａ１）よりも小さくなっている。

通電加熱により電子放出部１１に発生した熱は、支え脚部１３、支え脚部固定部３５を介してＺ２方向の端部まで伝わり、容器３などのエミッタ３１の外部に放出される。そのため、支え脚部固定部３５の伝熱面積Ａ２を相対的に小さくすることによって、支え脚部固定部３５の放熱性能が通電脚部固定部３４の放熱性能よりも相対的に低くなり、支え脚部１３および支え脚部固定部３５が相対的に高温に維持されるようになる。その結果、エミッタ３１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との温度差（Ｔ１−Ｔ２、図４参照）および通電脚部固定部３４と支え脚部固定部３５との温度差が、同一形状の場合と比較して小さくなる。このように第２実施形態のエミッタ３１は、通電脚部１２と支え脚部１３との温度差（Ｔ１−Ｔ２）を小さくすることにより、電子放出部１１に対して垂直な方向の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を小さくするように構成されている。

第２実施形態では、一例として、通電脚部固定部３４の直径ｄ２は、支え脚部固定部３５の直径ｄ３の１．５倍に設定されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、エミッタ３１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直なＺ方向の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減するように、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の形状を互いに異ならせる。これにより、通電加熱時における通電脚部１２および支え脚部１３の温度差（Ｔ１−Ｔ２）を、通電脚部固定部３４と支え脚部固定部３５との伝熱量の差によって低減し、それによって通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することができる。これにより、電子放出部１１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量に差が生じることに起因する出射面の変形を抑制することができる。

第２実施形態では、上記のように、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５は、エミッタ３１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との温度差を低減するように、電子放出部１１と平行な方向の断面積が互いに異なる形状を有する。これにより、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の伝熱面積を互いに異ならせることにより、通電脚部１２と支え脚部１３との温度差を低減し、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、支え脚部固定部３５に、電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ２が通電脚部固定部３４の電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ１よりも小さい部分を設ける。これにより、通電によって通電脚部１２の方が支え脚部１３よりも高温になるため、支え脚部固定部３５の伝熱面積Ａ２を通電脚部固定部３４の伝熱面積Ａ１よりも小さくすることにより、通電脚部１２と支え脚部１３との温度差を低減することができる。その結果、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減することができる。

［第３実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態によるエミッタ４１（Ｘ線管装置１０２、図１参照）について説明する。第３実施形態では、通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５の材質および形状の両方が異なっている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、第３実施形態によるエミッタ４１（Ｘ線管装置１０２）では、通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５は、エミッタ１の通電加熱時における、電子放出部１１に対して垂直な方向の通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を低減するように、材質および形状の両方が互いに異なっている。

通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５の材質については、上記第１実施形態と同様である。通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５は、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との熱変形量の差Ｅ１（図４参照）を低減するように熱膨張率が互いに異なる材質により構成されている。すなわち、通電脚部固定部４４は、第１熱膨張率Ｐ３を有する材質で形成され、支え脚部固定部４５は、第２熱膨張率Ｐ４を有する材質で形成され、第１熱膨張率Ｐ３＜第２熱膨張率Ｐ４となっている。

通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５の形状については、上記第２実施形態と同様である。通電脚部固定部４４および支え脚部固定部４５は、エミッタ１の通電加熱時における通電脚部１２と支え脚部１３との温度差を低減するように、電子放出部１１と平行な方向（ＸＹ方向）の断面積が互いに異なる形状を有する。すなわち、支え脚部固定部４５の直径ｄ５は、通電脚部固定部４４の直径ｄ４よりも小さく、支え脚部固定部４５は、電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ４が通電脚部固定部４４の電子放出部１１と平行な方向の断面積Ａ３よりも小さい。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。第３実施形態では、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（シミュレーション結果の説明）
次に、図７を参照して、上記第１実施形態および上記第２実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションの結果について説明する。

シミュレーションは、第１実施形態によるエミッタ１（図２参照）、第２実施形態によるエミッタ３１（図５参照）、および比較例によるエミッタ（図示せず）について行った。具体的には、通電加熱を行った場合における、通電脚部と電子放出部との接続箇所Ｓ１のＺ方向の変位量と、支え脚部と電子放出部との接続箇所Ｓ２のＺ方向の変位量とを、それぞれ算出して比較した。変位量は、Ｚ１方向を正とし、通電加熱を行わない状態からの変位量とした。

図７に示すように、第１実施形態によるエミッタ１は、通電脚部固定部１４をモリブデン、支え脚部固定部１５をニッケルにより構成した。形状は、長さＬ、直径ｄ１＝１．２４ｍｍである。

第２実施形態によるエミッタ３１は、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の材質を、共にモリブデンとした。通電脚部固定部３４の形状は、長さＬ、直径ｄ２＝１．５ｍｍである。支え脚部固定部３５の形状は、長さＬ、直径ｄ３＝１．０ｍｍである。

比較例によるエミッタは、通電脚部固定部および支え脚部固定部を、同一材質および同一形状により構成した。材質は、モリブデンであり、形状は、長さＬ、直径ｄ＝１．２４ｍｍである。

図７に示すように、比較例によるエミッタでは、通電脚部と電子放出部との接続箇所Ｓ１のＺ方向の変位量が８８μｍ、支え脚部と電子放出部との接続箇所Ｓ２のＺ方向の変位量が６９μｍであった。変位量の差分は１９μｍであり、通電加熱前の状態と比較して、電子放出部の出射面に１９μｍ分の変形（傾きあるいは歪み）が生じたことになる。

第１実施形態によるエミッタ１では、通電脚部１２と電子放出部１１との接続箇所Ｓ１のＺ方向の変位量が９２μｍ、支え脚部１３と電子放出部１１との接続箇所Ｓ２のＺ方向の変位量が１００μｍであった。変位量の差分は８μｍであり、比較例と比べて、変位量の差分が小さく抑制されることが確認された。

第２実施形態によるエミッタ３１では、通電脚部１２と電子放出部１１との接続箇所Ｓ１のＺ方向の変位量が８６μｍ、支え脚部１３と電子放出部１１との接続箇所Ｓ２のＺ方向の変位量が６９μｍであった。変位量の差分は１７μｍであり、比較例と比べて、変位量の差分が小さく抑制されることが確認された。

以上の比較により、通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質および形状の一方を互いに異ならせることの効果が確認された。特に、第１実施形態によるエミッタ１では、相対的に低温になる支え脚部１３側の変位量（１００μｍ）が通電脚部１２側の変位量（９２μｍ）を上回っており、第１熱膨張率Ｐ１と第２熱膨張率Ｐ２との相違によって、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１を効果的に低減できることが明らかとなった。

また、第３実施形態によるエミッタ４１については、上記の結果から、第１実施形態および第２実施形態と同等以上に出射面の変形を抑制できることは明らかである。通電脚部固定部１４および支え脚部固定部１５の材質および形状の両方を最適化することにより、通電脚部１２および支え脚部１３の熱変形量の差Ｅ１をさらに低減可能であることが示唆された。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、エミッタに二対（４本）の支え脚部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図８に示した変形例のように、エミッタが４本以外の数の支え脚部を備えていてもよい。図８の変形例によるエミッタ５１は、一対（２本）の通電脚部５４と、一対（２本）の支え脚部５５とを備えている。

また、上記第１〜第３実施形態では、一対の通電脚部固定部同士、および２対（４本）の支え脚部固定部同士の間では、材質および形状を共通にした例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば図２において、支え脚部１３ａが固定された支え脚部固定部１５と、支え脚部１３ｂが固定された支え脚部固定部１５とで、材質および形状の少なくとも一方を異ならせてもよい。通電脚部１２と支え脚部１３との間の熱変形量の差Ｅ１に比べると影響は非常に小さいものの、支え脚部１３ａと支え脚部１３ｂとで形状が異なるため、これに応じて支え脚部固定部１５の材質および形状の少なくとも一方を異ならせてもよい。通電脚部固定部同士についても同様である。

また、上記第１〜第３実施形態では、通電脚部固定部および支え脚部固定部を円柱状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、通電脚部固定部および支え脚部固定部を四角柱や多角柱などの円柱形状以外の形状に形成してもよい。また、通電脚部固定部および支え脚部固定部が円筒や角筒などの筒状形状であってもよい。また、通電脚部固定部および支え脚部固定部が折れ曲がった形状または曲線状に湾曲した形状であってもよい。

また、上記第２および第３実施形態では、円柱状の通電脚部固定部および支え脚部固定部の直径を互いに異ならせることにより、伝熱面積を互いに異ならせた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図８に示した変形例のように、通電脚部固定部５４と等しい直径ｄ６を有する支え脚部固定部５５の一部に、直径が小さくなる絞り部５５ａを設けてもよい。絞り部５５ａは、通電脚部固定部５４の直径ｄ６よりも小さい直径ｄ７を有する。これにより、支え脚部固定部５５の伝熱面積（電子放出部と平行な方向の断面積）は、絞り部５５ａによって通電脚部固定部５４の伝熱面積よりも小さくなっている。

この他、伝熱面積（電子放出部と平行な方向の断面積）を小さくする方法として、支え脚部固定部に切り欠きや、貫通孔などを形成したり、筒形状などの中空形状に形成したりしてもよい。

また、上記シミュレーションでは、第２実施形態によるエミッタ３１における通電脚部固定部３４の直径ｄ２と支え脚部固定部３５の直径ｄ３とを、それぞれ１．５ｍｍおよび１ｍｍとした例を示したが、本発明はこれに限られない。直径ｄ２および直径ｄ３は、１．５ｍｍおよび１ｍｍ以外のどのような値であってもよい。実際上は、通電脚部固定部３４および支え脚部固定部３５の機械的強度などの各種要因により、直径のとりうる範囲が決定されるため、その範囲内で最適な値を設定すればよい。

また、上記第２および第３実施形態では、通電脚部固定部および支え脚部固定部の形状を異ならせる一例として、直径（電子放出部と平行な方向の断面積）を異ならせる例を示したが、本発明はこれに限られない。通電脚部固定部および支え脚部固定部の形状としては、たとえばＺ方向の長さＬを互いに異ならせてもよい。Ｚ方向の長さＬが大きければＺ方向の熱変形量も大きくなるため、通電脚部固定部および支え脚部固定部のＺ方向の長さＬを異ならせることによって、通電脚部と支え脚部との間の熱変形量の差を抑制することが可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、通電脚部および支え脚部が板形状に形成されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、通電脚部および支え脚部を板形状以外の形状にしてもよい。

また、支え脚部固定部を通電脚部固定部よりも大きい熱膨張率を有する材料で形成したことにより、支え脚部固定部が通電脚部固定部よりも熱変形量が大きくなる場合、支え脚部固定部は、電子放出部と平行な方向の断面積が通電脚部固定部の電子放出部と平行な方向の断面積よりも大きい部分を含むように構成することで、熱変形量の差を低減することができる。

１、３１、４１、５１ エミッタ
２ 陽極
１１ 電子放出部
１２、５２ 通電脚部
１３（１３ａ、１３ｂ）、５３ 支え脚部
１４、３４、４４、５４ 通電脚部固定部
１５、３５、４５、５５ 支え脚部固定部
１００、１０１、１０２ Ｘ線管装置

Claims (7)

1. Ｘ線管装置に取り付けられ、電子照射によって陽極からＸ線を放出させるためのエミッタであって、
   電子放出部と、
   前記電子放出部からそれぞれ延びる通電脚部および支え脚部と、
   前記通電脚部の端部を支持し前記通電脚部に電力供給を行う通電脚部固定部と、
   前記支え脚部の端部を支持する支え脚部固定部とを備え、
   前記通電脚部固定部および前記支え脚部固定部は、前記エミッタの通電加熱時における、前記電子放出部に対して垂直な方向の前記通電脚部および支え脚部の熱変形量の差を低減するように、材質および形状の少なくとも一方が互いに異なっている、エミッタ。
2. 前記支え脚部固定部は、前記通電脚部固定部よりも大きい熱膨張率を有する材質で形成されている、請求項１に記載のエミッタ。
3. 前記通電脚部固定部は、第１熱膨張率を有する材質で形成され、
   前記支え脚部固定部は、第２熱膨張率を有する材質で形成され、
   前記エミッタの通電加熱時における前記通電脚部および前記通電脚部固定部の熱変形量の合計と、前記支え脚部および前記支え脚部固定部の熱変形量の合計とが互いに近付くように、前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率とが互いに異なっている、請求項２に記載のエミッタ。
4. 前記通電脚部固定部および前記支え脚部固定部は、前記エミッタの通電加熱時における前記通電脚部と支え脚部との温度差を低減するように、前記電子放出部と平行な方向の断面積が互いに異なる形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエミッタ。
5. 前記支え脚部固定部は、前記電子放出部と平行な方向の断面積が前記通電脚部固定部の前記電子放出部と平行な方向の断面積よりも小さい部分を含む、請求項４に記載のエミッタ。
6. 前記通電脚部固定部および前記支え脚部固定部は、前記電子放出部に対して垂直な方向に延びる柱状形状を有し、先端部でそれぞれ前記通電脚部および前記支え脚部と接続されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエミッタ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のエミッタと、
   前記エミッタからの電子照射によりＸ線を放出する陽極とを備える、Ｘ線管装置。

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