JP5543483B2 - 電子源及びその陰極カップ - Google Patents

Description

本発明は、陰極カップ、斯かる陰極カップを持つ電子源及びＸ線システムに関する。

電子源は、例えば断層撮影（ＣＴ）及び心血管（ＣＶ）システムのようなＸ線システムの異なる用途に対して使用される。これらの電子源は通常、特定の温度に達すると電子を放出する熱電子エミッタを有する。これらの熱電子エミッタを形成するフィラメントは必然的に、タングステン、ランタン又はそれらの合金といった高い融点を持つ金属から作られる。これらの熱電子エミッタは通常、主に電子光学集束エレメントとして機能する陰極カップに固定される。

本発明の目的は、改良された陰極カップ、電子源及びＸ線システムを与えることである。

この目的は、独立請求項に記載の陰極カップを用いて解決される。

図１は、電子源を示す。この電子源は、電子エミッタ１１が固定して保たれる凹部を持つ陰極カップ１０を有する。電子エミッタ１１は、蛇状の放出領域１２を持つ平面プレートとして形成される。電子エミッタ１１に電圧を印加すると、放出領域１２は、電子を放出する。これらの電子を放出するため、露出時間の間、放出領域１２は、２０００°を超える温度に達する。高温は、電子エミッタ１１の物質が、蒸発して、電子エミッタ１１周辺の冷えた表面上に堆積されるという効果をもたらす。

図２は、堆積する物質を持つ図１の電子源を示す。放出領域１２の高温が原因で蒸発される物質は、放出領域１２に直接面する陰極カップ面上に薄膜１３をつくる。

図３は、堆積する物質の分離を示す。異なる用途に応じて、陰極カップ１０の温度は変化する。陰極カップ１０及び電子エミッタ１１に対して異なる物質を使用する場合、異なる熱膨張率が原因で熱機械応力が生じる。結果として生じるせん断力は、接着力を越えることができ、これが、陰極カップ１０の表面からの薄膜１３の分離１４をもたらす。この分離は通常、薄膜１３の境界で始まる。薄膜１３内の温度及び密度分布に基づき、薄膜１３が電子エミッタ１１の方へ曲がって、これと接触するというリスクが存在する。斯かる接触は電流の電気径路を変化させ、電子エミッタ１１の熱及び電気的特性を劇的に変化させる。このことは、電子源の故障をもたらすことになる。

本発明の発明者は、陰極カップ１０に対する薄膜の接着力挙動を変化させることにより、斯かる分離を回避することが有利であると認識した。

本発明のある実施形態によれば、電子エミッタを保持するレセプタクルを有する陰極カップが与えられる。ここで、上記陰極カップが、複数の空腔を有する表面を備える上記電子エミッタに面する領域に少なくとも与えられる。異なる熱膨張率によりもたらされる剥離効果に関する主な理由は、薄膜の端にせん断力が集中すること、及び陰極カップ面上でのその接着力があまりに小さいことにある。電子源特性にその可能として負の影響を与える薄膜の剥離の体裁は、前述の実施形態を用いて克服されることができる。なぜなら、この実施形態において電子エミッタに面する表面の接着力挙動が増加されるからである。

追加的な実施形態によれば、上記空腔が、上記陰極カップの物質において形成される。これは、あまり多くの労力を必要とせず空腔が容易に形成されることができるという利点を与える。

別の実施形態によれば、上記空腔が、少なくとも部分的に上記陰極カップを覆うコーティングにおいて形成される。この実施形態において、陰極カップ面がコーティングで覆われ、空腔がその後、コーティングにおいて形成されることが可能であるか、又はコーティングの構造又はテクスチャの形で空腔を既に有するコーティングで陰極カップ面を覆うことが可能である。

追加的な実施形態によれば、上記空腔が、レーザー穿孔により作られる。この製造は、ひび割れが開始される可能性のある応力集中装置として機能する鋭いエッジが全く生成されないという利点を持つ。

代替的に、上記空腔が、ミリングにより作られる。

その変形例として、上記空腔が、シンク腐食により作られる。

別の実施形態によれば、上記空腔が、落ち込みとして形成され、上記落ち込みの周辺部が互いに接触する。これは、空腔を与えるこの領域が最適に利用されるという利点を与える。

追加的な実施形態によれば、上記レセプタクルが、上記電子エミッタが構成される凹部と、上記電子エミッタを固定するソケットとを有する。凹部内に電子エミッタを与えることにより、陰極カップは、電子光学集束エレメントとして機能することができる。

追加的な実施形態によれば、上記空腔が、上記ソケットの間に与えられる。この領域は、電子が放出される部分に最も近い陰極カップの一部である。従って、空腔がこの領域に与えられることは有利である。

更に、本発明は、上記の説明された実施形態の１つに基づかれる陰極カップを有する電子源及びＸ線システムを与える。これらのデバイスは、上述したのと同じ利点を提供する。陰極カップは、高い放出電流を用いる熱電子エミッタが必要とされる任意の分野に対しても有利に適用可能である。

本発明のこれら及び他の側面が、本書に後述される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

本発明の主旨は、堆積される蒸発物質の分離を回避するため、少なくとも電子エミッタと面する領域において、改善された接着力特性を持つ表面を用いて電子エミッタを保持する陰極カップを与えることである。

電子源を示す図である。 堆積される物質を持つ図１の電子源を示す図である。 堆積される物質の分離を示す図である。 本発明の第１の実施形態による電子源を示す図である。 本発明の第２の実施形態による電子源を示す図である。

図４は、本発明の第１の実施形態による電子源を示す。図示された電子源は、円筒状形を持つ陰極カップ２０を有する。ここで、表面側（図４における上部側）に、この陰極カップ２０は、矩形の断面領域を持ち、円筒状フォームの直径に沿って先導する凹部を具備する。凹部の底面は、電子エミッタ２１を保持する２つのソケットを具備する。電子エミッタ２１は、実質的に矩形の平面プレートである。このプレートの中央領域は、電子エミッタ２１の幅のほぼ８０〜９０パーセントの長さを持つ切断を持ち込むことにより蛇状に形成される放出領域２２を形成する。これは、代替的に電子エミッタ２１の１つの側又は他の側に対して開かれる。電子エミッタ２１に電圧を印加すると、放出領域２２は、電子を放出する。このため、蛇状の形式は、電流の流動経路に沿って断面領域を減少させる。その結果、電子エミッタの抵抗が放出領域２２において増加される。電子エミッタ２１は、陰極カップ２０のソケットに適合するピンを持つ陰極カップ２０に面する側に与えられる。電子エミッタ２１は、ピンをソケットに適合させることにより、陰極カップ２０によって固定して保持されることができる。電子エミッタ２１は、例えばタングステン、ランタン又はそれらの合金といった高い融点を持つ金属でできている。放出領域２２に面する陰極カップ２０の表面は、レーザー穿孔、ミリング又はシンク腐食により実現されることができる空腔２３を具備する。空腔１５は、落ち込む形で２つのソケットの間に形成される。この落ち込みの周辺部は互いに接触する。これが好ましい形態である場合であっても、空腔２３は複数の可能な形を持つことができる。例えば、図における垂直方向に沿ったスルーホール、カウンタボア、ボア形成される穴、一番下に対して狭くなっていく円錐穴、円筒形穴、へこみ、穿孔、溝、ひび等である。

電子エミッタ２１に電圧を印可すると、放出領域２２は、電流により増加された抵抗が原因で２０００°を超える温度にまで加熱される。この温度に達すると、電子が放出され、放出物質が蒸発される。図２に関連して説明されるように、薄膜が、放出領域２２に面する陰極カップ面上に沈着する。この動作の間、陰極カップ２０は、摂氏数百度の温度に達する。電子エミッタ２１がスイッチオフにされると、陰極カップ２０は冷え、堆積される物質の薄膜と陰極カップ２０との間のインタフェース内に剪断応力が生じる。応力最大は、薄膜の境界に配置される。この実施形態によれば、陰極カップ２０の表面からの薄膜の分離は、薄膜と陰極カップ２０の表面との間のインタフェース内の最大剪断応力を減らすことにより回避されることができる。最大剪断応力の斯かる削減は、平坦面の場合の純粋な剪断応力を横方向（せん断力）及び垂直方向（張力又は包括力）要素に分割することにより実現されることができる。これは、本実施形態においては、空腔２３を持つ堆積面を構築することにより実現される。即ち、これは、上述したような形を持つ空腔を備える表面を構築することにより、エミッタに面する陰極表面のトポロジを変化させることにより実現される。空腔２３のサイズは、膜破壊の場合にさえ、薄膜の断片が空腔２３内に残るよう、堆積された膜の推定厚さに基づき最適化される。

図５は、本発明の第２の実施形態による電子源を示す。反復を避けるために、第１の実施形態と異なる側面だけが、この実施形態に関して説明される。空腔２３が陰極カップ２０の物質において直接形成されないという点で、この実施形態は第１の実施形態とは異なる。代わりに、放出領域２２に面する領域である２つのソケットの間の陰極カップ２０の表面は、コーティング２４で覆われる。このコーティング２４は、空腔を有する陰極カップ２０にこれが適用される前に、テクスチャ又は構造体をすでに有するか、又はこのコーティング２４は、陰極カップ２０に適用され、その後、空腔２３は、第１の実施形態に関連して説明された処理を用いてコーティング２４へと形成される。

本発明が図面及び前述の記載において図示及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられるべきであり、拘束的なものではなく、本発明を開示された実施形態に限定することを目的とするものではない。単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に述べられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (9)

1. 電子源であって、
   電子エミッタと、
   電子エミッタを保持するレセプタクルを含む陰極カップとを有し、
   前記陰極カップが、複数の空腔を有する表面を備える前記電子エミッタに面する領域に少なくとも与えられ、
   前記レセプタクルが、前記電子エミッタを固定するソケットを含み、
   前記空腔が、前記ソケットの間に与えられ、
   前記空腔が、落ち込みとして形成され、前記落ち込みの周辺部が互いに接触する、電子源。
2. 前記空腔が、前記陰極カップの物質において形成される、請求項１に記載の電子源。
3. 前記空腔が、少なくとも部分的に前記陰極カップを覆うコーティングにおいて形成される、請求項１に記載の電子源。
4. 前記空腔が、レーザー穿孔により作られる、請求項１乃至３の一項に記載の電子源。
5. 前記空腔が、ミリングにより作られる、請求項１乃至４の一項に記載の電子源。
6. 前記空腔が、シンク腐食により作られる、請求項１乃至５の一項に記載の電子源。
7. 前記レセプタクルが、凹部を有し、前記凹部に前記電子エミッタが構成される、請求項１乃至６の一項に記載の電子源。
8. 増加された電気抵抗を持つ前記電子エミッタの領域が、前記空腔に面する、請求項１乃至７に記載の電子源。
9. 請求項１乃至８の一項に記載の電子源を有する、Ｘ線システム。

Images