JP2021118129A

JP2021118129A - Ｘ線管及びｘ線管の製造方法

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Publication number: JP2021118129A
Application number: JP2020011831A
Authority: JP
Inventors: 準基曽根; Junki Sone
Original assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: JP7500204B2

Abstract

【課題】部品の寸法公差や組み立て時のガタの影響を吸収し、陽極ターゲットにおける焦点形状のばらつきを小さくすることができるＸ線管及びＸ線管の製造方法を提供する。【解決手段】内部を真空に保持する外囲器と、外囲器内に設けて熱電子の衝突によりＸ線を発生させる陽極ターゲットと、外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるＸ線管であって、金属製で筒状の支持体固定部を有し、外囲器を構成する外囲器アッセンブリと、先端部に陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、を備え、支持体固定部には、内周側に陰極アッセンブリの支持体が溶接により固定されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管及びＸ線管の製造方法に関する。

分析用やその他の用途のＸ線管において、内部を真空に保持する外囲器は、金属と、セラミックス、ガラス等の絶縁体で形成されている。Ｘ線管の各部材は、組立の工程において、ろう接、溶接、又はガラス封着等によって接合され、真空を保持する構造を持っている。特に、セラミックス部材及び金属部材間の接合、並びに金属部材同士の接合は、ろう接（ろう付け）又は溶接により接合されている。

ところで、各部材には寸法公差が設けられているが、特に嵌合部や接続部では、ガタを生じる上に、組立部材の数に応じて各寸法公差やガタが積みあがり、完成形状での陽極ターゲットに対する焦点ずれや陰極電子銃との距離のガタが大きくなり、焦点の形状に大きなばらつきが生じるおそれがあった。

特許第３１５２７１７号公報特許第５３７０９６７号公報

焦点の形状は分析性能だけでなく、Ｘ線管としての寿命にも影響する。例えば、焦点が必要以上に小さくなると、分析性能としてのＸ線強度や分解能は高くなるが、焦点面の温度が上昇し、焦点面の融解を早め、Ｘ線管としての寿命が短くなる。逆に焦点が大きくなるとＸ線管としての寿命は長くなるが、分解性能としてのＸ線強度や分解能は低くなる。
このため、焦点形状のばらつきを小さくすることができるＸ線管及びＸ線管の製造方法が望まれていた。

本実施形態は、部品の寸法公差や組み立て時のガタの影響を吸収し、陽極ターゲットにおける焦点形状のばらつきを小さくすることができるＸ線管及びＸ線管の製造方法を提供する。

一実施形態は、内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるＸ線管であって、先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する支持体固定部を有すると共に前記外囲器を構成する外囲器アッセンブリと、を備え、前記支持体固定部は金属製の筒状であり、内周側に前記陰極アッセンブリの前記支持体が溶接により固定されている。

他の一実施形態は、内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるＸ線管の製造方法であって、先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する金属製で筒状の支持体固定部と、セラミックス製で筒状の外囲器本体と、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面との間を金属製の接続部材で接続した外囲器アッセンブリと、前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にＸ線透過窓を有する陽極アッセンブリと、を備え、前記陰極アッセンブリを前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部の内側に、先端から前記外囲器アッセンブリの内部へ挿入する挿入工程と、挿入工程の後に前記陰極アッセンブリの前記先端部の位置を所定位置に位置決めする陰極アッセンブリ位置決め工程と、前記陰極アッセンブリ位置決め工程の後に前記陰極アッセンブリの前記支持体の後端を前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部に溶接により固定する陰極アッセンブリ溶接工程とを備える。

図１は、一実施形態に係るＸ線管の概略的構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示す外囲器アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。図３は、図１に示す陰極アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。図４は、図１に示す陽極アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。図５は、外囲器アッセンブリに陰極アッセンブリの組付けを説明する縦断面である。

以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係るＸ線管及びＸ線管の製造方法について詳細に説明する。なお、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に示すように、Ｘ線管１は、内部を真空に保持する外囲器３と、前記外囲器３内に設けた陽極ターゲット５と陰極電子銃７とを備えており、陰極電子銃７から放出させた熱電子２を陽極ターゲット５に衝突させてＸ線４を発生させる。
このＸ線管１は、外囲器アッセンブリ１１と、陰極アッセンブリ１３と、陽極アッセンブリ１５との、３つのアッセンブリから構成されている。

図２及び図１に示すように、外囲器アッセンブリ１１は、外囲器本体１７と、陰極アッセンブリ１３の支持体（後述する）を固定する支持体固定部１９と、外囲器本体１７の一端に設けて外囲器本体１７と支持体固定部１９とを接続する第１接続部材２１と、外囲器本体１７の他端に設けた第２接続部材２３と、を備えている。
外囲器本体１７は、セラミックス製で筒状に形成されている。外囲器本体１７の一端１７ａと他端１７ｂとはそれぞれメタライズ部１８が形成されており、金属面となっている。
支持体固定部１９は、ステンレス鋼等の金属製で筒状に形成されている。図１に示すように、支持体固定部１９の内側に陰極アッセンブリ１３が挿入されており、支持体固定部１９の内周面１９ａは陰極アッセンブリ１３の摺動面になっている。
第１接続部材２１は、コバール（ＫＯＶ）等の金属製で外囲器本体１７の一端１７ａと支持体固定部１９の外周面１９ｂとの間に配置されており、これらの間を外囲器３の一部として塞いでいる（図１参照）。この接続部材２１は、リング状を成している。
第１接続部材２１の支持体固定部１９側の端（内周端）２１ａは支持体固定部１９の外周面１９ｂにろう接されている。第１接続部材２１の外囲器本体１７側の端（外周端）２１ｂは、外囲器本体１７の一端１７ａにろう接されている。
また、外囲器本体１７の他端１７ｂには第２接続部材２３の一端２３ａがろう接されている。第２接続部材２３は、コバール（ＫＯＶ）等の金属製であり、外囲器本体１７の他端１７ｂの形状に沿った環状を成しており、本実施の形態ではリング状である。

図３及び図１に示すように、陰極アッセンブリ１３は、陰極電子銃７と、陰極電子銃７を支持する支持体２７とを備えている。
支持体２７は、ステンレス鋼等の金属製で筒状であり、先端２７ａに陰極電子銃７を保持している。図１に示すように、支持体２７は外囲器アッセンブリ１１の支持体固定部１９の内周に挿入されており、支持体２７の後端２７ｂは支持体固定部１９の外側端１９ｃに溶接により固定されている。
支持体２７の先端２７ａは、陰極電子銃７を配置する凹状の電子銃保持部２７ｃを有し、陰極電子銃７の先端と面一もしくはいずれかが出っ張った形状になっている。
支持体２７は筒形状であり、筒の内側で、外囲器アッセンブリ１１の支持体固定部１９に対応する位置には、セラミックス製の封止部材２９が設けてある。陰極電子銃７の配線７ａ、７ｂは、支持体２７の内側で、封止部材２９を通って外囲器３の外側に引き出されている。

図４及び図１に示すように、陽極アッセンブリ１５は、外囲器３の一部を構成する純銅等の金属製の有底筒部３１有している。有底筒部３１は、筒状の側面部３１ａと筒の一端部を塞ぐ底部３１ｂとからなり、底部３１ｂの内側底面に前記陽極ターゲット５が保持されている。側面部３１ａには、Ｘ線透過窓３３が設けてある。Ｘ線透過窓３３は、ベリリウム（Ｂｅ）等の軽元素でできている。
図１に示すように、有底筒部３１の端面３１ｃには、第２接続部材２３の他端２３ｂが溶接により固定されている。

次に、本実施形態にかかるＸ線管１の製造方法について説明する。
まず、各アッセンブリ１１、１３、１５の製造について説明する。
図２に示すように、外囲器アッセンブリ１１では、筒状の外囲器本体１７の一端１７ａと他端１７ｂにメタライズ部１８を形成し、一端１７ａに第１接続部材２１の外囲器本体１７側の端（外周端）２１ｂを、他端１７ｂに第２接続部材２３の一端２３ａを治具等を用いて所定位置で位置決めする。
次に、第１接続部材２１の一端（内周端）２１ａに筒状の支持体固定部１９をスライド挿入して、治具等を用いて所定位置で位置決めする。位置決めは、外囲器本体１７の他端１７ｂと支持体固定部１９の外側端１９ｃとの間の距離Ｈ２が所定距離になるように支持体固定部１９を位置決めする。
支持体固定部１９の位置決めをした後、筒状の外囲器本体１７の一端１７ａと第１接続部材２１の他端２１ｂ、外囲器本体１７の他端１７ｂと第２接続部材２３の一端２３ａ、第１接続部材２１の一端２１ａと支持体固定部１９の外周面１９ｂとをろう接して、固定する。

図３に示すように、陰極アッセンブリ１３は、支持体２７の先端２７ａに陰極電子銃７を設置して、電子銃の配線７ａ、７ｂを、封止部材２９を貫通して支持体２７の外に引き出す。

図４に示すように、陽極アッセンブリ１５は、有底筒形状に形成して、底部３１ｂには内側面に陽極ターゲット５を設置する。側面部３１ａにはＸ線透過窓３３を形成する。

続いて、各アッセンブリ１１、１３、１５の組み立てについて説明する。
図２に示すように、外囲器アッセンブリ１１において、外囲器本体１７の他端側に位置決め治具３５を配置する。この位置決め治具３５は、図１に示すように、陰極アッセンブリ１３と陽極アッセンブリ１５とを外囲器アッセンブリ１１に組付けたときに、陰極アッセンブリ１３の陰極電子銃７と陽極ターゲット５とが所定の距離Ｈ３となるように規定するものである。そのため、位置決め治具３５は、外囲器アッセンブリ１１に対する陰極アッセンブリ１３の陰極電子銃７の位置を位置決めする。
具体的には、図５に示すように、外囲器アッセンブリ１１の第２接続部材２３に位置決め治具３５を取り付け、図５に符号Ａで示すように、陰極アッセンブリ１３の支持体２７を、筒状の支持体固定部１９の内側に挿入する。支持体２７は、陰極電子銃７を外囲器本体１７の内側に向けて挿入する。
次に、図５に符号Ｂで示すように、陰極電子銃７を保持している支持体２７の下端を位置決め治具３５に当接させて、陰極アッセンブリ１３の位置決めをする。
図１に示すように、支持体固定部１９に対して陰極アッセンブリ１３の支持体２７を位置決めした後、その位置で支持体２７の後端２７ｂと支持体固定部１９の外側端１９ｃとを溶接により固定する。

次に、図１に示すように、外囲器アッセンブリ１１の外囲器本体１７において、第２接続部材２３の他端２３ｂに、陽極アッセンブリ１５の有底筒部３１の端面３１ｃを溶接により固定する。
以上のようにして、外囲器アッセンブリ１１と、陰極アッセンブリ１３と、陽極アッセンブリ１５を組付けて、Ｘ線管１を製造する。

Ｘ線管１の作用を説明する。
図１に示すように、陰極電子銃７から発生した熱電子2が高電圧で加速され陽極ターゲット５に衝突し、Ｘ線4を発生させる。発生したＸ線４はＸ線透過窓３３から取り出され分析等に利用される。

本実施の形態にかかるＸ線管１の効果について説明する。
図１に示すように、外囲器３内において、陰極電子銃７と陽極ターゲット５との間の距離Ｈ３は、図５に示すように、陰極電子銃７を保持する支持体２７を外囲器アッセンブリ１１の支持体固定部１９をスライドして位置決めできるから、陽極ターゲット５に対する陰極電子銃７の位置決めが正確に且つ容易にできる。
特に、陽極ターゲット５に対する陰極電子銃７を直接位置決めすることで、セラミックス製である外囲器本体１７の距離Ｈ１に公差があってもその影響を低減できる。
陰極電子銃７を保持する支持体２７の位置決めは、支持体２７の先端２７ａを、陽極ターゲット５の位置に対応した位置決め治具３５に当接させることで位置決めできるから、位置決めが容易にできる。
本実施の形態によれば、Ｘ線管の焦点形状を左右する陰極電子銃７と陽極ターゲット５との距離を、0.1mm以内の誤差範囲で製造することができる。

図２に示すように、外囲器アッセンブリ１１において、支持体固定部１９と、外囲器本体１７と、第１接続部材２１をろう接により固定対する際に、外囲器本体１７の他端１７ｂと支持体固定部１９の外側端１９ｃとの距離Ｈ２を位置決めしているから、外囲器アッセンブリ１１の寸法精度を高めることができ、陰極アッセンブリ１３を組み立てたときの、陰極電子銃７と陽極ターゲット５との間の距離Ｈ３（図１参照）を更に正確に位置決めできる。
本実施の形態にかかるＸ線管１は、焦点の形状を左右する陰極電子銃７と陽極ターゲット５との距離Ｈ３に関係する部品のうち、セラミックス製の外囲器本体１７以外は金属製の部品であるから、精密な加工と接合が容易にできる。
本実施の形態によれば、Ｘ線管１は、外囲器アッセンブリ１１と、陰極アッセンブリ１３と、陽極アッセンブリ１５との、３つのアッセンブリから構成されていると共に各アッセンブリ１１、１３、１５を位置決めしながら組み立てるので、効率的な製造ができる。

上述した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…Ｘ線管、３…外囲器、５…陽極ターゲット、７…陰極電子銃、１１…外囲器アッセンブリ、１３…陰極アッセンブリ、１５…陽極アッセンブリ、１７…外囲器本体、１９…支持体固定部、２１…第１接続部材、２７…支持体、３１…有底筒部、３５…位置決め治具。

Claims

内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるＸ線管であって、
先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、
前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する支持体固定部を有すると共に前記外囲器を構成する外囲器アッセンブリと、を備え、
前記支持体固定部は金属製の筒状であり、内周側に前記陰極アッセンブリの前記支持体が溶接により固定されているＸ線管。
前記外囲器アッセンブリは、セラミックス製で筒状の外囲器本体を有し、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面とが金属製の接続部材で接続されている請求項１に記載のＸ線管。
前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にＸ線透過窓を有する陽極アッセンブリを更に備え、前記陽極アッセンブリの前記有底筒部の開口端部が前記外囲器本体の他端に固定されている請求項２に記載のＸ線管。
内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりＸ線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるＸ線管の製造方法であって、
先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、
前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する金属製で筒状の支持体固定部と、セラミックス製で筒状の外囲器本体と、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面との間を金属製の接続部材で接続した外囲器アッセンブリと、
前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にＸ線透過窓を有する陽極アッセンブリと、を備え、
前記陰極アッセンブリを前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部の内側に、先端から前記外囲器アッセンブリの内部へ挿入する挿入工程と、挿入工程の後に前記陰極アッセンブリの前記先端部の位置を所定位置に位置決めする陰極アッセンブリ位置決め工程と、前記陰極アッセンブリ位置決め工程の後に前記陰極アッセンブリの前記支持体の後端を前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部に溶接により固定する陰極アッセンブリ溶接工程とを備えるＸ線管の製造方法。
前記外囲器アッセンブリにおいて、前記接続部材に対する前記支持体固定部の位置を位置決めする支持体固定部位置決め工程を更に備える請求項４に記載のＸ線管の製造方法。
前記陰極アッセンブリ位置決め工程は、前記外囲器本体の他端側に位置決め治具を設置し、この位置決め治具に前記陰極アッセンブリの先端を当接させて位置決めする請求項４に記載のＸ線管の製造方法。
前記陰極アッセンブリ溶接工程の後に、前記外囲器アッセンブリの前記他端に前記陽極アッセンブリの前記有底筒部の開口端部を接続する陽極アッセンブリ接続工程を備える請求項４に記載のＸ線管の製造方法。