JP3608822B2

JP3608822B2 - 電子銃

Info

Publication number: JP3608822B2
Application number: JP20940794A
Authority: JP
Inventors: 元達土肥; 英志金澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH0855594A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、医療用Ｘ線装置のＸ線管に用いられる電子銃のように、大電流が通電される電子銃に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管は、大きな電子流を限られた寸法の焦点に当てて、輝度の高いＸ線を出射できるように改良が重ねられている。従来、このようなＸ線管には、コイル状のフィラメントが使用されている。
【０００３】
一方、電子ビームを用いて、真空中で被加熱体を溶解する装置等では、大電流を必要とするために平板状フィラメントが多く用いられている。平板状フィラメントは、コイル状のフィラメントより、被照射面に対向するフィラメントの面積を大きく取ることができるが、一方では、熱膨張によってフィラメント自体が変形したり、切損が生じる等の問題や、輻射放熱による冷却が大きいために全体的には電子発生効率が低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
特開平５−３２５８５５号公報には、発熱源であるフィラメントを電子発生源であるカソードに絶縁接着剤で接合して、フィラメントから発生する熱をカソードへ伝えて放散させて、フィラメントやカソードの変形を防ぎ、電子発生効率の向上を図るようにした電子銃が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術では、カソードが１７００℃程度で動作する電子銃であれば、カソードとフィラメントとを接合している絶縁接着剤が熱によって劣化することもなく問題はないが、フィラメントの材料として、例えばタングステン等、より高温で動作する材料を用いた場合には、絶縁接着剤が熱で劣化してしまい、所期の目的を達することができないという問題点がある。
【０００６】
また、フィラメント材料が２０００〜２５００℃の高温になると、熱伝導による熱の伝達に加えて、熱輻射によって周辺の物体に熱が伝達されてしまうため、入力電力をかなり大きくしないとフィラメントを所望の温度まで加熱することができない。したがって、結果的に陰極を加熱するために大きな電力が必要となってしまうという問題点もある。
【０００７】
本発明の目的は、このような問題点を解決すべくなされたものであり、フィラメント材料として、タングステン等の２０００℃以上の高温で動作する材料を用いた場合でも、フィラメントやカソードが変形することなく、小さい電力で効率良く熱電子を発生させることができる電子銃を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、蛇行して連なるように形成され通電により熱電子を発生するフィラメント（１）と、このフィラメント（１）の屈曲部と屈曲部との間毎に設けられ、三角形の面の頂点と前記フィラメント（１）の屈曲部と屈曲部との間のほぼ中央部とがそれぞれ点接触することにより前記フィラメント（１）を支持する複数の支持体（２）と、これらの支持体（２）のそれぞれを絶縁材料により接着して支持する支持板（３）と、を備えたことにより達成される。
【０００９】
【作用】
本発明にかかる電子銃では、フィラメント材料を蛇行して連なるよう配設しているため、フィラメントとして電気抵抗が大きくなり、少ない電流で効果的に昇温する。また、フィラメント材料は、支持板の上に配設したフィラメント支持体の頂点に点接触によって接合されているため、支持体との接触部における熱の流路が小さく、フィラメント材料に通電した時のフィラメント支持体への伝熱量が小さい。一方、フィラメント支持体へ伝わった熱は、絶縁材料を介して支持板へ伝わるが、フィラメント支持板と支持体とは面接触であるため、その流路は広く伝熱量は多くなる。したがって、フィラメント支持体は入熱量に比べて排熱量がはるかに多くなるため、絶縁材料の温度は上昇しない。更に、フィラメント材料はフィラメント支持体に点接触で支持されているだけなので、昇温時に熱膨張が生じても膨張する方向において支持が開放されており、切損や変形が生じることがない。
なお、支持板のフィラメント材料に対向する面を鏡面に仕上げれば、フィラメント材料からの輻射熱を反射して、フィラメント材料の放熱量を減少させ得る。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明による電子銃の要部（平板状フィラメント）の一例を示す平面図、図２は、図１中の平板状フィラメントのフィラメント支持体の構成例を拡大して示す斜視図である。
【００１１】
図１において、１は平板状のフィラメント材料であり、本実施例ではタングステン製のものを使用している。図１に示すように、フィラメント材料１は支持板３の上に、フィラメント支持体２を介して蛇行して連なるように配設されている。フィラメント材料１と支持板３との間には、図１に示すように、蛇行するフィラメント材料１のそれぞれの屈曲部と屈曲部との間毎にフィラメント支持体２が設けられており、フィラメント材料１を支持している。なお、フィラメント材料１の両端は、図１には示していないが、折り曲げられてリード部が形成されている。
【００１２】
また図２に示すように、フィラメント支持体２はフィラメント材料１と同種の材料からなる平板の一部を上方に折曲げ形成されてなる。フィラメント支持体２の底面２ａは絶縁接着剤４を介して支持板３に接合されており、一方、折曲げ部２ｂは三角形をなしてその頂点２ｃと前記フィラメント材料１とが拡散接合されている。フィラメント支持体２と支持板３を接合する絶縁接着材４としては、耐熱温度が１３００〜１７００℃程度のセラミックス系の絶縁材を用いる。
【００１３】
このような構成の平板状フィラメントを備えた電子銃は、動作時にはフィラメント材料１が最高２５００℃程度まで加熱されて、熱電子を発生する。フィラメント材料１がこのように昇温すると、輻射による放熱が著しくなるため、従来構造のフィラメントでは、加熱電源からの電力量をかなり増やす必要がある。しかし本発明によれば、フィラメント材料１の裏面（支持板３に対向する面）が支持体２との点接触によって熱的にほぼ絶縁していることにより、またフィラメント材料１に対向する支持板３の面を鏡面にして輻射による伝熱量を減少させたことによって、フィラメント材料１を少ない電力で効率よく加熱することができる。
【００１４】
フィラメント材料１とフィラメント支持体２とは点接触で支持されており、接触面積が０．１ｍｍ^２以下と非常に小さいため、この接触部において熱抵抗が大きくなり、熱伝導による伝熱量は極めて小さくなる。一方、フィラメント支持体２と支持板３とは、３ｍｍ^２以上の面積で、絶縁接着剤４を介して接合されているため、フィラメント支持体２は入熱量に比べて、支持板３への放熱量が著しく大きくなる。したがって、フィラメント支持体２の温度は頂点２ｃにおいてはフィラメント材料１の温度とほぼ等しいが、頂点２ｃから離れるにつれて急激に低下し、支持板３と接合されている底面２ａでは１３００℃以下になる。したがって、フィラメント材料１の温度が２５００℃程度になっても、フィラメント支持体２の底面２ａの温度が絶縁接着剤の耐熱温度を超えて上昇することはない。
【００１５】
フィラメント材料１の温度が２５００℃程度まで上がると、従来の平板状フィラメントでは、フィラメント材料の熱膨張量が大きくなり、支持の仕方によってはフィラメント材料が切損してしまう。ここで、タングステンの熱膨張率は４．３×１０^−６であり、鉄系の材料に比べると小さいが、フィラメント材料を単純な平板に構成して、長さ２０ｍｍのフィラメント材料を２５００℃まで加熱すると、熱膨張量は０．２ｍｍとなり、支持部の剛性を小さくしないとフィラメント材料が切損してしまう。
【００１６】
本実施例の平板状フィラメントでは、フィラメント材料１を蛇行して連なるように配設すると共に、フィラメント材料１の屈曲部と屈曲部との間のほぼ中央部で、フィラメント支持体２の頂点２ｃと点接触させて支持するようにしている。したがって、フィラメント材料１の熱膨張は、その支持点、すなわちフィラメント支持体２の頂点２ｃとの接触点を中心に左右対称に生じる。更に、フィラメント材料１はこの支持点のみでフィラメント支持体２に接触しているだけなので、前記屈曲部と屈曲部との間の両端部において、熱膨張によって生じる応力が開放されている。したがって、フィラメント材料１が昇温して、熱膨張が生じた場合でも、切損を防止することができ、フィラメント材料１の変形を最小限にとどめることが可能となる。また、フィラメント材料１の互いに隣り合う屈曲部と屈曲部との間の間隔が、０．１ｍｍ以上あれば、昇温しても互いに接触することはなく、熱電子の放射面を広く取ることが可能となる。
【００１７】
なお上述実施例では、フィラメント材料１とフィラメント支持体２とを拡散接合によって接合するようにしたが、機械的な方法を用いて接合するようにしてもよい。また、フィラメント支持体２の形状は、上述実施例のものに限定されることはなく、例えば円錐形にしてその頂点をフィラメント材料１に接合するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィラメント材料から支持体への熱伝導による放熱を小さくし、フィラメント支持体の温度を低く抑えることができるので、フィラメントが高温になっても絶縁接着剤が熱的に劣化することがない。また、フィラメント材料はフィラメント支持体に点接触で支持されているだけなので、昇温時に熱膨張が生じても膨張する方向において支持が開放されており、切損や変形が生じることがない等の効果がある。
更に、支持板を鏡面にすれば、フィラメント材料からの輻射放熱が抑えられ、少ない電流で、フィラメント材料を昇温させて、効率良く熱電子を放射させることができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子銃の要部の一例を示す平面図
【図２】図１に示す平板状フィラメントのフィラメント支持体を拡大して示す斜視図
【符号の説明】
１フィラメント材料
２フィラメント支持体
２ａ支持体底面
２ｂ支持体折曲げ部
２ｃ支持体頂点
３支持板
４絶縁接着剤

Claims

蛇行して連なるように形成され通電により熱電子を発生するフィラメント（１）と、このフィラメント（１）の屈曲部と屈曲部との間毎に設けられ、三角形の面の頂点と前記フィラメント（１）の屈曲部と屈曲部との間のほぼ中央部とがそれぞれ点接触することにより前記フィラメント（１）を支持する複数の支持体（２）と、これらの支持体（２）のそれぞれを絶縁材料により接着して支持する支持板（３）と、を備えたことを特徴とする電子銃。
前記支持板（３）は、前記フィラメント（１）に対向する面が、鏡面にて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電子銃。