JP4582517B2 - Ｘ線管陰極フィラメントの製造方法及びｘ線管 - Google Patents

Description

本発明は、一実施形態において、Ｘ線管陰極フィラメントの製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、一実施形態において、単一体の陰極フィラメントを得るために使用することができる方法に関するものである。本発明はまた、一実施形態において、この種の陰極フィラメントを備えたＸ線管に関するものである。

本発明は、一実施形態において、Ｘ線管、特にマンモグラフィ（乳房撮影）、脈管系を研究するために使用される装置又はスキャナにおいて用いられるＸ線管に適用することができる。医学において、電子ビームを放出する陰極（カソード）として一般的に使用される装置は、陰極フィラメントである。陰極フィラメントに面して少なくとも１つの陽極が配置される。陰極フィラメントによって放出される電子は高速で陽極に衝突する。そのとき、陽極はＸ線を放射する。

医学で用いるために、Ｘ線の発生には、陽極に対する陰極の位置決めの精度を高くする必要がある。これらの要素の１つの位置がその予定の位置に対して１０マイクロメータ以上変化すると、Ｘ線発生の厳密な制御に悪影響を及ぼすことがある。Ｘ線発生の際、陰極フィラメントは約２８００℃の温度に達する。従って、陰極フィラメントは膨張する。陰極フィラメントの膨張は、該陰極フィラメントを陽極に対して相対的に移動させることがある。また、この膨張はフィラメントに破損を生じさせる恐れがある。

或る既知の陰極フィラメントは３つの部分を有している。すなわち、２つの脚部によって支えられたフィラメント本体を有している。フィラメントの本体が電子を放出する。フィラメントの２つの脚部は相互に平行であると共に、フィラメント本体に対して直角になっている。これらの脚部は本体の２つの端部にそれぞれハンダ付けされている。ハンダ付け方法は繊細な操作を必要とするばかりでなく、これらのハンダ区域の位置において陰極フィラメントを脆弱にする。従って、フィラメントは膨張中にこれらのハンダ区域の位置において破損する恐れがある。

フィラメントの本体と脚部との間の機械的脆弱さの問題を解決するため、既知の方法では単一体の陰極フィラメントを使用している。このフィラメントはＵ字形に湾曲させた単一のプレートから製造される。従って、フィラメントを形成する本体の２つの脚部が一体に作られる。そこで、ハンダ付け工程は排除される。

得られた単一体のフィラメントは機械的に頑丈である。しかしながら、脚部の厚さは本体の厚さと同じである。従って、得られたフィラメントの剛性は大きい。この種の陰極フィラメントを備えたＸ線管の使用中、陰極フィラメントの本体は膨張の程度が脚部よりも大きくなる。本体の機械抵抗が減少し、これは本体が移動する原因になる。フィラメントの本体の長さはこの膨張により増大する。脚部の膨張は相対的に小さいので、脚部は剛性が大きく、フィラメントの本体が伸張するのを妨げる。従って、フィラメントの本体は湾曲する程度まで塑性変形を受ける。従って、陽極に対する陰極の位置は、最初の位置に対して変更される。一旦変形すると、フィラメント本体はあらゆる方向に電子を放出する。医用工学においては、電子放出面はそれに面する陽極に対して直角に維持すべきことが屡々望ましい。もし本体が無制御に変形すると、フィラメントはもはや使用することができない。
米国特許第５２８３０８５号

従って、従来の陰極フィラメントは満足できるものではない。本体を２つの脚部にハンダ付けしたフィラメントは、フィラメントが膨張するときハンダ区域の位置で破損する恐れがある。また、単一体のフィラメントは膨張する際に変形して、陽極−陰極間距離を変える恐れがある。この事は、フィラメントを封入したＸ線管の効率よい動作とは相反するものである。

本発明は、一実施形態において、上述の問題を解決するために、開示する方法に従って、脚部の厚さを本体の厚さと異ならせることができる単一体の陰極フィラメントを製造する。本発明の一実施形態において得られるフィラメントは単一体のフィラメントであるので、フィラメントの本体に対する脚部の破損の可能性が一般的に避けられる。更に、脚部の厚さと本体の厚さとが独立であるので、これらの厚さは、本体に対して可撓性のある脚部を作るために変えることが可能である。従って、フィラメントが膨張するとき、脚部は外向きに離間するように広がることができる。従って、相互に対面する陰極と陽極との間の距離を変えないようにフィラメントの本体の平面方向の伸張を生じさせることが可能である。製造しようとする陰極フィラメントは、脚部が膨張によるフィラメントの本体の変形を吸収するのに充分な可撓性を持つようにしたフィラメントである。

本発明の一実施形態は、少なくとも２つの脚部と１つの本体とを有していて、単一体のフィラメントであるＸ線管用陰極フィラメントを製造する方法を対象とする。本方法の一実施形態は、例えばプラズマ吹付け(plasma spraying) や他の堆積手法によって支持体上に少なくとも１種類の材料を吹き付けて、支持体上にモールド成形されたフィラメントを得る工程と、得られたフィラメントを支持体から分離する工程とを有する。本発明の一実施形態はまた、方法の一実施形態によって提供された少なくとも１つの陰極フィラメントを備えたＸ線管を対象とする。

本発明の一実施形態は以下の説明及び添付の図面からより明確に理解されよう。図面は単に表示のためであり、決して本発明の範囲を制限するものではない。

本発明の一実施形態では、プラズマ吹付けによって陰極フィラメントを作ることを提案する。プラズマ吹付けは溶射(thermal spraying)処理である。固体の生成物を、熱源によって融解又は軟化させて、前もって調製した表面上に微粒子の形態で吹き付ける。この目的のために、プラズマ・ジェットからの燃焼エネルギを使用する。プラズマはイオン化媒体、すなわち、イオンと電子と励起できる又は励起できない中性化学種との混合物によって構成された媒体である。プラズマ吹付けを実施するために、２つの電極を有するトーチを使用する。トーチは、ノズルを形成する円筒形陽極内の円錐形陰極の形態を取る。アルゴンのような不活性ガスを２つの電極の間に流し、そこでガスをイオン化してプラズマを形成する。吹き付けるべき材料を粉末の形態でプラズマ・ジェットの中に導入するために管を使用する。吹き付けるべき材料自体は中性ガスによって搬送する。噴射された粒子は、毎秒数百メートルの範囲内の高い速度で、高度に融解した状態で基板に到達する。粒子は基板の中へ突っ込んで急速に冷却して、互いに積み重なり、こうして次第に堆積物を形成する。

本発明の一実施形態では、プラズマ吹付けを使用して、所望の材料からフィラメントを製造する。

図１は、プラズマ吹付けによって支持体２上に作ったフィラメント１を示している。製造方法は、支持体２の製造で開始する。支持体２の外面輪郭は、フィラメント１について得ようとする輪郭に対応させる。陰極フィラメント１に与えるべき機械的特性に応じて、支持体上に粉末形態で吹き付けるべき１種類又は複数の種類の材料を選択する。例えば、タングステン粉末を吹き付ける。このようにして、プラズマ吹付け操作の終了時に、タングステンより成る陰極フィラメント１が得られる。

別の模範的な実施形態では、吹き付けられるプラズマは、タングステン粉末とレニウム粉末との合金とすることができる。具体的に述べると、得られたタングステン／レニウム混合物は、陰極フィラメント１に老化防止特性を与える。タングステンは経年変化により巨大結晶を形成することが知られている。これらの巨大結晶はフィラメント１の構造を脆弱化し、又はフィラメント１の剛性を低下させる。他方、レニウムは、フィラメント１を形成する構造全体にわたる巨大結晶の広がりを制限することが知られている。従って、この種のレニウム−タングステン・フィラメントの製造は陰極フィラメント１の寿命を長くする。

別の模範的な実施形態では、幾つかの相次ぐプラズマ吹付けを、各回に異なる材料を使用して実施することも可能である。従って、得られた陰極フィラメント１は単一体のユニットであるが、混合組成物を持つユニットである。換言すれば、陰極フィラメントは、異なる材料の幾つかの相次ぐ層によって形成される。使用される材料は、ユーザの要求に応じて、それらの機械的又は化学的特性の関数として選択することができる。

プラズマ吹付けによって陰極フィラメント１を製造する方法の一実施形態では、必要とされる厚さの陰極フィラメント１が得られる。フィラメント１の厚さは、支持体にプラズマ吹付けを施す時間に従って変化する。また、フィラメント１の本体８をモールド成形するための支持体２内の部分６に施すプラズマ吹付け５の時間は、フィラメント１の脚部９をモールド成形するための支持体２内の部分７にプラズマ吹付け操作３及び４を適用する時間よりも長くすることができる。

従って、図２に示されているように、本体８の厚さＤが脚部８の厚さｄよりも大きいフィラメント１を作ることが可能である。これにより、脚部９は本体８よりも撓みやすい。フィラメント１の本体８に対する脚部９のこの可撓性により、本体８が直線的且つ平面方向に伸張することができると共に、それぞれの脚部９はフィラメント１の本体８に対して外向きに捩れる。例えば、本体８の厚さＤは１００〜３００ミクロンにし、脚部の厚さｄは５０〜１５０ミクロンにする。特定の一例では、２つの脚部９の厚さｄは同一である。本発明の特定の模範的な一実施形態では、陰極フィラメント１は、本体８の厚さＤが約２００ミクロンで、その脚部９の厚さが約１００ミクロンになるように作られる。

本発明の製造方法の一実施形態では、前もって製造した支持体２上に１種類又は複数の種類の材料をプラズマ吹付け３，４及び５によって吹き付ける工程を有する。このようにして得られたフィラメント１は、該フィラメント１を支持体２から分離することによって取り出される。支持体２は、その後に化学溶液内で選択的に溶解することができるような１種類又は複数の種類の材料から作ることができる。用語「選択的に溶解」とは、支持体２のみが溶解され、フィラメント１はその部分が化学溶液内で非溶解性であることを意味していることが判る。次の工程で、この支持体２上にタングステン粉末を吹き付ける。このようにして１つ又は複数の所望の厚さｄ及びＤを持つ所望の陰極フィラメント１が得られた後、タングステン製のフィラメント１とチタン、ジルコニウム及びモリブデン製の支持体２とによって形成されたユニットを特殊な溶液の中に浸漬する。この溶液の中で、支持体２が溶解されるが、フィラメント１は溶解されない。

本発明の別の模範的な実施形態では、支持体２はグラファイト（黒鉛）で作ることができる。グラファイトは化学溶液によって選択的に溶解することができない。しかしながら、グラファイト製の支持体２を選択的に且つ化学的に溶解可能である中間層で被覆するように計画することができる。例えば、レニウム製の中間層を、プラズマ吹付けによってグラファイト製の支持体２上に吹き付ける。レニウムは、例えば、硝酸を含有する溶液内で選択的に溶解する。このように支持体２をレニウム製の中間層で被覆した後、陰極フィラメント１を形成するために選ばれた材料（１種類又は複数の種類）でプラズマ吹付け３、４及び５を実施する。次いで、支持体２とフィラメント１とによって形成されたユニットを、４０〜５０℃の硝酸含有溶液内に、溶解すべきレニウム製の中間層の厚さに応じて決まる１〜１５分の範囲内の期間の間、浸漬する。一旦レニウム製の中間層が溶解すると、陰極フィラメント１及びグラファイト製の支持体２が別々に取り出される。

本発明の方法の一実施形態では、あらゆる形状の陰極フィラメント１を製造することが可能である。支持体２の外面輪郭に応じて、フィラメント１は異なる輪郭を持つ。

また、図２に示されているような巻線形状を持つ陰極フィラメント１の本体８を作ることも可能である。機械加工は、例えば、「電食（放電加工）」によって行われる。用語「電食」とは、ワイヤ・カッティングを意味するものと理解される。ワイヤと切削すべき部品との間に電気アークを形成するために、ワイヤが高速で回転駆動される。ワイヤを切削すべき部品に接近させたとき、物質は非常に正確に遊離される。従って、４０〜８０ミクロン、好ましくは５０〜６０ミクロンの幅を持ち、且つ０．５〜３ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍの深さを持つ切欠き１０を作ることができる。ユーザの要求と、フィラメント１の本体８の最初の長さとに応じて、様々な数の切欠き１０を作ることが可能である。本発明の特定の一実施形態では、１０個の切欠きを作って、フィラメント１の本体８の各側部１１及び１２に５個ずつの配列で分布させる。

本方法の模範的な一実施例では、フィラメント１が未だ支持体２上に存在しているときに、フィラメント１を機械加工する。フィラメント１と支持体２とに機械加工により切欠き１０を作った後、この支持体２を溶解して、巻線フィラメント１を取り出す。

本方法の別の模範的な一実施例では、機械加工により切欠き１０を作る前に、支持体２からフィラメント１を分離することも可能である。本発明の方法の一実施形態によって得られたフィラメント１の機械抵抗は、支持体２から分離されたフィラメント１の機械加工を可能にするほどの大きさになり得る。

陰極フィラメント１の製造方法の一実施形態は、所望の可変の厚さｄ及びＤを持つ単一体のフィラメント１を得るために使用することができる。これらの厚さｄ及びＤは本体８及び脚部９の位置で異なる値にしてよく、また両方の脚部９の厚さｄはまた互いに異なる値にしてもよい。

また、プラズマ吹付けを実施するのに適切な材料を選ぶことによってフィラメント１の機械的特性を変えることも可能である。また、特定の合金から作られたフィラメント１を形成するために異なる材料の化学的且つ機械的特性を組み合わせて、精密な要件を満足させることも可能である。フィラメント１を脆弱化する恐れのある如何なるハンダ付け工程も必要とせずに、複雑な形状のフィラメント１を簡単に作ることが可能である。

本発明の一実施形態によって得られるフィラメント１は、陽極（図示せず）に対する陰極の確実な位置決めを行える。フィラメント１の本体８に生じる膨張は、陽極に対する前記本体８の位置を変更しない。フィラメント１の本体８に対する脚部９の可撓性の結果として、本体８は直線的且つ平面方向に伸張し、また脚部９はそれぞれフィラメント１の本体８に対して外向きに捩れる。

本発明の一実施形態はまた、上述した方法の様々な実施例に従って作られた陰極フィラメント１を備えたＸ線管に関する。

当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、開示した実施形態及びそれらの等価な形態の機能及び／又は方法及び／又は結果及び／又は構造及び／又は工程に様々な変更をなすことができよう。

フィラメントを形成するために支持体上に材料をプラズマ吹付けする操作の例を示す概要図である。 得られた陰極フィラメントを示す斜視図である。

符号の説明

１ フィラメント
２ 支持体
３、４、５ プラズマ吹付け操作
６ フィラメントの本体をモールド成形するための支持体部分
７ フィラメントの脚部をモールド成形するための支持体部分
８ フィラメントの本体
９ フィラメントの脚部
１０ 切欠き
１１、１２ 側部

Claims (15)

1. Ｘ線管の陰極フィラメントを製造する方法であって、
   当該方法は、少なくとも２つの脚部と１つの本体とを有していて、単一体のフィラメントであるフィラメントを構成する工程を有し、この工程は、
   プラズマ吹付けによって支持体上に少なくとも１種類の材料を吹き付けて、前記支持体上にモールド成形されたフィラメントを得る工程と、
   この得られたフィラメントを前記支持体から分離する工程と、
   を含んでいることを特徴とする方法。
2. フィラメントを形成するためにプラズマ吹付けによって吹き付けられる前記材料がタングステンである、請求項１記載の方法。
3. フィラメントを形成するためにプラズマ吹付けによって吹き付けられる前記材料がタングステンとレニウムとの合金である、請求項１又は２記載の方法。
4. プラズマ吹付けによって前記支持体上に異なる材料を相次いで吹き付けて、混合組成物のフィラメントを形成する工程を含んでいる請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. フィラメントの脚部の厚さ（ｄ）がフィラメントの本体の厚さ（Ｄ）とは異なっているフィラメントを得るようにプラズマ吹付けを実施する工程を含んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記本体の厚さが１００ミクロン〜３００ミクロンであり、前記脚部の厚さが５０ミクロン〜１５０ミクロンである、請求項５記載の方法。
7. 前記支持体を選択的に且つ化学的に溶解可能である材料から作る工程と、
   前記フィラメントをプラズマ吹付けによって作った後で前記支持体を溶解する工程と、
   を含んでいる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記支持体が、チタンとジルコニウムとモリブデンの合金で形成される、請求項７記載の方法。
9. 前記支持体を化学的に溶解可能でない材料から作る工程と、
   選択的に且つ化学的に溶解可能である材料によって形成される中間層で前記支持体をプラズマ吹付けによって被覆する工程と、
   前記フィラメントをプラズマ吹付けによって作った後で前記中間層を溶解する工程と、
   を含んでいる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
10. 非溶解性の前記支持体がグラファイトで作られ、また前記中間層を形成する材料がレニウムである、請求項９記載の方法。
11. 巻線形状を持つ本体を得るように前記フィラメントの本体を機械加工する工程を含んでいる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記支持体上のフィラメントの本体を機械加工する工程と、
    この機械加工されたフィラメントを前記支持体から分離する工程と、
    を含んでいる請求項１１記載の方法。
13. 前記フィラメントを前記支持体から分離する工程と、
    前記フィラメントの本体を機械加工する工程と、
    を含んでいる請求項１１記載の方法。
14. 前記フィラメントの本体が電食によって機械加工される、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法によって得られた陰極フィラメントを備えたＸ線管。

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