JP2018181410A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントを支持する部品の温度上昇を抑制し、長期使用時における信頼性の低下を抑制できるＸ線管を提供する。【解決手段】電子ビームを放出するフィラメントを有する陰極と、前記電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び前記陽極ターゲットを収容し、内部が真空状態である真空外囲器と、を具備したＸ線管において、前記フィラメントは、コイル状の第１部分と、前記第１部分に接続された第２部分と、前記第２部分に接続された第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間に接続された第４部分と、を備え、前記陰極は、さらに、前記第３部分を支持する支持体と、前記第４部分と電気的に接続されたリード線と、を備える、Ｘ線管。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。

Ｘ線管において、Ｘ線の焦点寸法を管理するためには、集束電極に対するフィラメントの位置を厳しく管理する必要がある。一例では、フィラメントの端部はフィラメント端子に接続され、フィラメント端子はスリーブに固定され、スリーブは絶縁性の筒部に取り付けられ、筒部はフィラメント支持体あるいは集束電極に取り付けられている。

棒状のフィラメント端子及び筒状のスリーブは、例えば溶接によって固定されている。フィラメント端子及びスリーブが溶接点以外で接触した場合、フィラメント端子に流れるべき電流の一部がスリーブに流れ、発熱することがある。このような発熱に起因した局部的な温度上昇は、スリーブの変形やフィラメント端子の位置ずれを生じさせ、フィラメントと集束電極との接触を招くおそれがある。

特開２０１７−４７４９号公報

本実施形態の目的は、フィラメントを支持する部品の温度上昇を抑制し、長期使用時における信頼性の低下を抑制できるＸ線管を提供することにある。

本実施形態によれば、
電子ビームを放出するフィラメントを有する陰極と、
前記電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
前記陰極及び前記陽極ターゲットを収容し、内部が真空状態である真空外囲器と、を具備したＸ線管において、
前記フィラメントは、コイル状の第１部分と、前記第１部分に接続された第２部分と、前記第２部分に接続された第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間に接続された第４部分と、を備え、
前記陰極は、さらに、前記第３部分を支持する支持体と、前記第４部分と電気的に接続されたリード線と、を備える、Ｘ線管が提供される。

図１は、本実施形態に係るＸ線管１の内部構造を概略的に示す断面図である。 図２は、図１に示したフィラメント１１の一形状例を示す図である。 図３は、図１に示したフィラメント１１の他の形状例を示す図である。 図４は、図１に示した陰極１０の構造例を示す断面図である。 図５は、図４に示した固定部材１５を拡大した断面図である。 図６は、図５に示したＡ−Ｂ線に沿った位置における支持体１３及び固定部材１５を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態に係るＸ線管１の内部構造を概略的に示す断面図である。

Ｘ線管１は、電子ビームを放出する陰極（カソード）１０と、陰極１０と対向して配置される陽極（アノード）２０と、真空雰囲気に密閉された筒状の真空外囲器３０と、を備えている。Ｘ線管１は、例えば、固定陽極型Ｘ線管である。Ｘ線管１は、管軸ＴＡを中心軸とする略円柱形状に形成されている。陰極１０及び陽極２０は、真空外囲器３０内に収納されている。また、外部電源、例えば、高電圧プラグ(図示せず）等が陰極１０及び陽極２０に接続されて高電圧（管電圧）が陰極１０及び陽極２０の間に印加される。Ｘ線管１は、動作時に高温となる陽極２０を冷却するための冷却機構を備えていてもよい。

陰極１０は、電子ビームを放出する電子放出源としてのフィラメント１１と、放出された電子を後述する陽極ターゲット２１に向けて集束するための集束電極１２と、を備えている。以下で、説明の便宜上、電子ビームを電子と表現する場合もある。陰極１０は、略円柱形状に形成され、陰極１０の円の中心を管軸ＴＡが通るように、陰極１０が設置されている。陰極１０には、陽極２０に対して相対的に負の管電圧が印加されている。

フィラメント１１は、例えば、２つの端子を有している。電流の供給によってフィラメント１１が加熱され、加熱されたフィラメント１１から電子（熱電子）が放出され陽極ターゲット２１に向けて加速される。

外部電源の端子、例えば、高電圧プラグ等がＸ線管１に装着されると、フィラメント１１及び集束電極１２に高電圧が印加される。またフィラメント電流が前述のようにフィラメント１１に供給され、熱電子として放出される。集束電極１２は、電子が通る軌跡の周囲に配置されてフィラメント１１から放出される電子を陽極ターゲット２１に向けて集束させる。

陽極２０は、陽極ターゲット２１と、陽極母材２２と、を備えている。陽極ターゲット２１は、陰極１０のフィラメント１１と対向して配置されている。陽極ターゲット２１は、後述する陽極母材２２の陰極１０の方向の先端部で、陽極母材２２の表面の中心位置に埋め込まれている。陽極ターゲット２１は、例えばモリブデン（Ｍｏ）または、タングステン（Ｗ）で形成されている。陽極２０には、陰極１０に対して相対的に正の管電圧が印加されている。陽極ターゲット２１と陰極１０との間の電位差によって、陰極１０から放出された電子は、陽極ターゲット２１に向けて加速され、集束電極１２によって集束され、陽極ターゲット２１に衝突する。加速集束された電子が陽極ターゲット２１に衝突すると、制動放射により陽極ターゲット２１からＸ線が放射される。以下で、陽極ターゲット２１において、電子ビームが衝突する点を焦点と記載する場合もある。

陽極母材２２は、管軸ＴＡを中心軸とする略円柱形状に形成されている。具体的には、陽極母材２２は、外周が円形に形成され、陰極１０との対向面は傾斜して形成されている。陽極母材２２は、陽極ターゲット２１で発生した熱を放散させる。陽極母材２２は、熱伝導率の高い銅などで形成される。

陽極２０は、陰極１０側に位置する一端部と、その反対側の他端部とを備え、他端部に金属部材２５が接合されている。金属部材２５は、真空外囲器３０に封着されている。

真空外囲器３０は、管軸ＴＡを中心軸とする略円筒形状で形成されている。真空外囲器３０は、例えば、ガラスおよび／又はセラミックスで形成される。真空外囲器３０の内部は、真空状態である。

図２は、図１に示したフィラメント１１の一形状例を示す図である。

フィラメント１１は、コイル状の第１部分１１１と、第１部分１１１に接続された第２部分１１２と、第２部分１１２に接続された第３部分１１３と、第２部分１１２と第３部分１１３との間に接続された第４部分１１４とを備えている。ここでは、第１部分１１１の右側の部分について着目して説明するが、第１部分１１１の左側の部分については右側の部分と同一構造であり、その説明を省略する。第２部分１１２及び第３部分１１３は、同一直線上に沿って延出している。第３部分１１３は、第２部分１１２よりも第１部分１１１から離間している。第３部分１１３は、後述する支持体１３によって支持されている。第４部分１１４は、Ｕ字状、あるいは、Ｌ字状に屈曲している。第４部分１１４の一端は、第３部分１１３に接続されている。支持体１３は、第３部分１１３と第４部分１１４との接続位置１１５から離間している。つまり、支持体１３は、第３部分１１３の先端側（第２部分１１２と接続される側とは反対側）を支持しており、第３部分１１３の接続位置１１５の近傍、及び、第２部分１１２は支持していない。

ところで、フィラメント１１は、一連のワイヤＷを備え、このワイヤＷを加工することで図示した形状を得る。第３部分１１３は、第２部分１１２及び第４部分１１４からそれぞれ延びたワイヤＷのより線部である。すなわち、一連のワイヤＷのうち、コイル状の第１部分１１１ではない部分を折り返した後に、この折り返し部をより線にすることで、図示した第３部分１１３が形成される。

図３は、図１に示したフィラメント１１の他の形状例を示す図である。

図３に示した形状例は、図２に示した形状例と比較して、フィラメント１１が少なくとも２本のワイヤＷ１及びＷ２を備えた点で相違している。

フィラメント１１は、第１部分１１１及び第２部分１１２を形成する第１ワイヤＷ１と、第４部分１１４を形成する第２ワイヤＷ２とを備え、これらの第１ワイヤＷ１及び第２ワイヤＷ２を加工することで図示した形状を得る。第３部分１１３は、第２部分１１２から延びた第１ワイヤＷ１と第４部分１１４から延びた第２ワイヤＷ２とのより線部である。すなわち、第１ワイヤＷ１のうち、コイル状の第１部分１１１を除いて直線状に延びた先部分と、第２ワイヤＷ２のうちの直線状に延びた先端部とを合わせてより線にすることで、図示した第３部分１１３が形成される。

図４は、図１に示した陰極１０の構造例を示す断面図である。

陰極１０は、フィラメント１１と、集束電極１２と、支持体１３と、絶縁部材１４と、固定部材１５と、リード線１６と、を備えている。

フィラメント１１は、図２あるいは図３に示したように、第１部分１１１、第２部分１１２、第３部分１１３、及び、第４部分１１４を備えている。集束電極１２は、金属製であり、円筒状に形成されている。集束電極１２は、フィラメント１１のうち、第１部分１１１及び第２部分１１２を囲んでいる。また、集束電極１２は、第４部分１１４の一部も囲んでいる。集束電極１２は、絶縁部材１４を収容する凹部１２１を備えている。

支持体１３は、第３部分１１３を支持している。支持体１３は、鉄などの金属製であり、棒状に形成されている。支持体１３と第３部分１１３とは、例えば、溶接によって固定されている。

絶縁部材１４は、集束電極１２の凹部１２１に固定されている。絶縁部材１４は、ステアタイトやセラミックなどの絶縁材料によって形成されている。絶縁部材１４は、第１貫通孔Ｈ１と、第２貫通孔Ｈ２とを備えている。第１貫通孔Ｈ１には、支持体１３が配置されている。第２貫通孔Ｈ２には、第４部分１１４が配置されている。支持体１３は、第１貫通孔Ｈ１を貫通しており、一端部は集束電極１２によって囲まれ、他端部は固定部材１５に固定されている。固定部材１５は、金属製であり、筒状に形成されている。固定部材１５は、絶縁部材１４に固定され、支持体１３を絶縁部材１４に固定している。

リード線１６は、真空外囲器３０を貫通し、真空気密に取り付けられている。リード線１６は、第４部分１１４と直接、あるいは、他のリード線などの中継部品を介して電気的に接続されている。リード線１６は、管球外からフィラメント１１に対してフィラメント電流を通電する。

図５は、図４に示した固定部材１５を拡大した断面図である。固定部材１５は、第１端部１５１と、第２端部１５２とを備えている。第１端部１５１は、絶縁部材１４にろう付けやカシメなどによって固定されている。第２端部１５２は、支持体１３に溶接などによって固定されている。固定部材１５は、第１端部１５１と第２端部１５２との間において、支持体１３から離間している。なお、支持体１３は、第１貫通孔Ｈ１において、絶縁部材１４から離間している。

図６は、図５に示したＡ−Ｂ線に沿った位置における支持体１３及び固定部材１５を示す図である。固定部材１５は、内周面１５３を備えている。内周面１５３は、その全周に亘って、支持体１３の外周面１３１から離間している。

上記のＸ線管１において実際の管球動作では、フィラメント１１にフィラメント電流が通電されることにより、フィラメント１１が加熱され、フィラメント１１から熱電子が放出される。

本実施形態によれば、フィラメント１１は、フィラメント電流の経路と、フィラメント１１を支持する部分とを別々に備えている。すなわち、フィラメント電流の経路は、第４部分１１４、第２部分１１２、第１部分１１１である。このため、第３部分１１３のフィラメント電流の通電による発熱を抑制することができる。また、フィラメント１１を支持する第３部分１１３のみならず、第３部分１１３を支持する支持体１３、支持体１３に固定された固定部材１５においても、フィラメント１１の発熱に起因した温度上昇を抑制することができる。

また、図５及び図６を参照して説明したように、固定部材１５は、絶縁部材１４に固定される第１端部１５１と支持体１３に固定される第２端部１５２との間において、その内周面１５３が支持体１３の外周面１３１から離間するように配置される。しかしながら、たとえ内周面１５３の一部が外周面１３１と接触していたとしても、支持体１３及び固定部材１５にはフィラメント電流が通電されないため、支持体１３及び固定部材１５における不均一な発熱を抑制することができる。

このように、フィラメント１１を支持する部品の温度上昇、及び、不均一な熱膨張を抑制することができ、長期使用時におけるフィラメント１１の位置ずれ、あるいは、フィラメント１１の位置ずれによるフィラメント１１と集束電極１２との接触を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、フィラメントを支持する部品の温度上昇を抑制し、長期使用時における信頼性の低下を抑制できるＸ線管を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…Ｘ線管
１０…陰極
１１…フィラメント １１１…第１部分 １１２…第２部分 １１３…第３部分 １１４…第４部分 １１５…接続位置
Ｗ…ワイヤ Ｗ１…第１ワイヤ Ｗ２…第２ワイヤ
１２…集束電極 １２１…凹部
１３…支持体 １３１…外周面
１４…絶縁部材 Ｈ１…第１貫通孔 Ｈ２…第２貫通孔
１５…固定部材 １５１…第１端部 １５２…第２端部 １５３…内周面
１６…リード線
２０…陽極 ２１…陽極ターゲット ２２…陽極母材
２５…金属部材
３０…真空外囲器

Claims (6)

1. 電子ビームを放出するフィラメントを有する陰極と、
   前記電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
   前記陰極及び前記陽極ターゲットを収容し、内部が真空状態である真空外囲器と、を具備したＸ線管において、
   前記フィラメントは、コイル状の第１部分と、前記第１部分に接続された第２部分と、前記第２部分に接続された第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間に接続された第４部分と、を備え、
   前記陰極は、さらに、前記第３部分を支持する支持体と、前記第４部分と電気的に接続されたリード線と、を備える、Ｘ線管。
2. 前記フィラメントは、一連のワイヤを備え、
   前記第３部分は、前記第２部分及び前記第４部分からそれぞれ延びた前記ワイヤのより線部である、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記フィラメントは、前記第２部分を形成する第１ワイヤと、前記第４部分を形成する第２ワイヤとを備え、
   前記第３部分は、前記第２部分から延びた前記第１ワイヤと前記第４部分から延びた前記第２ワイヤとのより線部である、請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記支持体は、前記第３部分と前記第４部分との接続位置から離間している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線管。
5. さらに、前記第１部分及び前記第２部分を囲む集束電極と、前記集束電極に固定された絶縁部材と、前記支持体を前記絶縁部材に固定する固定部材と、を備え、
   前記絶縁部材は、前記支持体が配置される第１貫通孔と、前記第４部分が配置される第２貫通孔と、を備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線管。
6. 前記固定部材は、筒状に形成され、前記絶縁部材に固定される第１端部と、前記支持体に固定される第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間で前記支持体の外周面から離間した内周面と、を備える、請求項５に記載のＸ線管。

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