JP6477336B2 - 陰極の製造方法、陰極およびｘ線管装置 - Google Patents

Description

本発明は、陰極の製造方法、陰極およびＸ線管装置に関する。

従来、通電加熱により電子を放出する電子放出部を備える陰極が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

従来、通電加熱により電子を放出する金属製のエミッタ（電子放出部）と、エミッタに通電するための端子とを備える陰極が知られている。ここで、金属の蒸発量は、温度に対して指数関数的に増大することが知られている。そして、従来の通電加熱により電子を放出するエミッタでは、エミッタに通電した際（初期段階）において、エミッタの電子を放出する面（以下、電子放出面という）の温度分布に偏りがある場合、電子放出面のうちの比較的温度の高い領域では、温度の低い領域に比べてエミッタを構成する金属の蒸発量が大きくなる。その結果、電子放出面のうちの比較的温度の高い領域のエミッタの板厚が小さくなることにより電流密度が増大し、さらに、蒸発量が大きくなる。すなわち、初期段階において、エミッタの電子放出面の温度分布に偏りがある場合、電子放出面のうちの比較的温度の高い領域では、低い領域に比べて、加速度的に温度が上昇する。その結果、電子放出面のうちの比較的温度の高い領域が断線し、エミッタが使用できなくなる（寿命を迎える）。言い換えれば、初期段階において、エミッタの電子放出面の温度分布の偏りを小さくすることにより、エミッタの寿命を長くすることが可能になる。

そこで、上記特許文献１に記載の陰極では、エミッタにスリットを設けることにより、エミッタに曲がりくねった形状（ミアンダ形状）の電流通路が形成されている。これにより、電流が流れる流路の断面積が比較的小さくなる。ここで、電流が流れる流路の断面積が比較的大きい場合、流れる電流量が多い流路の中心部近傍と、流れる電流量が小さい外縁部近傍とでは、発熱量に差（温度差）が生じる。この点を考慮して、エミッタに曲がりくねった形状（ミアンダ形状）の電流通路を形成して、電流の流れる流路の断面積を比較的小さくすることにより、エミッタの電子放出面の温度分布の偏りを小さくすることが可能になる。

また、上記特許文献１に記載の陰極では、エミッタに通電するための一対の板形状の端子が設けられている。そして、板形状の端子の幅（断面積）を比較的小さくすることによって、エミッタに通電した際（初期段階）のエミッタの電子放出面の温度分布の偏りをより小さくするように構成されている。

また、上記特許文献１に記載の陰極では、一対の板形状の端子は、電流を供給するための電極に溶接されている。ここで、一対の板形状の端子を電極に溶接する場合では、端子の材質および電極の材質に制限がある。すなわち、端子の材質、電極の材質によっては、溶接できない場合がある。

そこで、従来では、一対の板形状の端子を電極に挿入した状態で、外部から電極に圧力を加えることにより電極を変形させて、一対の板形状の端子を電極に固定する方法が提案されている。この従来の提案された固定方法では、端子の材質および電極の材質にかかわらず、一対の板形状の端子を電極に固定することが可能になる。すなわち、使用可能な電極の材質の種類を多様化することが可能になる。

米国特許第６１１５４５３号

上記特許文献１の陰極に、従来の提案された電極に圧力を加えることにより、断面積の小さい一対の板形状の端子を電極に固定する方法を適用すれば、使用可能な電極（固定部）の材質の種類を多様化しながら、エミッタの電子放出面の温度分布の偏りを小さくすることが可能である一方、ミアンダ形状の電流通路を形成するなどのエミッタ（電子放出部）の形状の工夫、および、板形状の端子（脚部）の断面積を小さくすることには限界があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電子放出部の温度分布を調整することが可能な陰極の製造方法、陰極およびＸ線管装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における陰極の製造方法は、通電加熱により電子を放出する電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部が、金属製の複数の固定部に固定された陰極の製造方法は、固定部の凹部に、脚部を挿入する工程と、少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力とは異なるように、複数の固定部のそれぞれの外部から圧力を加えることにより複数の固定部を変形させて、脚部を固定部に固定することによって、脚部と固定部との間の熱伝達率を少なくとも１つの脚部と他の脚部とで異なるように調整する工程とを備える。これにより、電子放出部の温度分布を調整することができる。例えば温度分布の偏りを小さくすることができる。

上記第１の局面による陰極の製造方法において、好ましくは、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、固定部の凹部に脚部を挿入する前の電子放出部の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部の部分の近傍から延びる脚部に対する圧力を、相対的に温度の低い電子放出部の部分の近傍から延びる脚部に対する圧力よりも大きくすることにより、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む。これにより、相対的に温度の高い電子放出部の部分の温度を低下させることができ、電子放出部の温度分布の偏りを小さくできる。

上記第１の局面による陰極の製造方法において、好ましくは、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力とは異ならせることに加えて、少なくとも１つの固定部の材質が他の固定部の材質とは異なる複数の固定部に、脚部を固定することによって、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む。

上記第１の局面による陰極の製造方法において、好ましくは、少なくとも１つの固定部の形状が他の固定部の形状とは異なっている。

この発明の第２の局面における陰極の製造方法は、通電加熱により電子を放出する電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部が、金属製の複数の固定部に固定された陰極の製造方法は、固定部の凹部に、脚部を挿入する工程と、少なくとも１つの固定部の材質が他の固定部の材質とは異なる複数の固定部に、脚部を固定することによって、脚部と固定部との間の熱伝達率を、少なくとも１つの固定部と他の固定部とで異なるように調整する工程とを備え、複数の固定部は、それぞれ長手方向を有し、複数の脚部の各々の、長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積は、複数の固定部の各々の、長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積よりも小さい。これにより、電子放出部の温度分布を調整することができる。例えば温度分布の偏りを小さくすることができる。

上記第２の局面による陰極の製造方法において、好ましくは、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、固定部の凹部に脚部を挿入する前の電子放出部の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部の熱伝導率が、相対的に温度の低い電子放出部の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部の熱伝導率よりも大きくなるように固定部の材質を選択することにより、脚部と固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む。これにより、相対的に温度の高い電子放出部の部分の温度を低下させることができ、電子放出部の温度分布の偏りを小さくできる。

この発明の第３の局面における陰極は、通電加熱により電子を放出する電子放出部と、電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部と、脚部が挿入されるとともに接合される凹部を有する金属製の複数の固定部とを備え、少なくとも１つの脚部の固定部に対する接合強度が、他の脚部の固定部に対する接合強度と異なり、脚部と固定部との間の熱伝達率が、少なくとも１つの脚部と他の脚部とで異なっている。

この発明の第４の局面における陰極は、通電加熱により電子を放出する電子放出部と、電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部と、脚部が挿入されるとともに接合される凹部を有する金属製の複数の固定部とを備え、少なくとも１つの固定部の材質が他の固定部の材質とは異なり、脚部と固定部との間の熱伝達率が、少なくとも１つの固定部と他の固定部とで異なっており、複数の固定部は、それぞれ長手方向を有し、複数の脚部の各々の、長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積は、複数の固定部の各々の、長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積よりも小さい。

この発明の第５の局面におけるＸ線管装置は、陽極と、いずれかの陰極とを備える。

本発明によれば、上記のように、電子放出部の温度分布を調整することが可能な陰極の製造方法、陰極およびＸ線管装置を提供することができる。

本発明の第１〜第４実施形態によるＸ線管装置の概略を示したブロック図である。 本発明の第１および第２実施形態による陰極の斜視図である。 接合強度（圧力）と熱伝達率との関係を確認するための実験に用いられたタングステン板および固定部を示す側面図である。 接合強度（圧力）と熱伝達率との関係を確認するための実験に用いられたタングステン板および固定部を示す上面図である。 図４の拡大上面図である。 接合強度（圧力）と熱伝達率との関係を確認するための実験の結果を示す図である。 本発明の第３実施形態による陰極の斜視図である。 本発明の第４実施形態による陰極の斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（Ｘ線管装置の構成）
まず、図１を参照して、第１実施形態によるＸ線管装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、Ｘ線管装置１００は、Ｘ線を発生させるように構成されている。また、Ｘ線管装置１００は、電子ビームを発生させる陰極１と、陽極２と、陰極１および陽極２を内部に収容する容器３と、電源回路４および５とを備えている。

陰極１は、陽極２に対して電子を放出するように構成されている。陰極１は、陽極２に対向するように配置されている。また、陰極１と陽極２との間には、電源回路４により所定の電圧が印加されるように構成されている。具体的には、陰極１および陽極２は、電源回路４に配線４ａを介して接続されており、陽極２は陰極１に対し、相対的に正の電圧が印加されるように構成されている。また、陰極１は、電源回路５に配線５ａおよび５ｂを介して接続されている。そして、陰極１は、電源回路５により通電されることによって、加熱されるように構成されている。これにより、陰極１から陽極２に向かう電子ビーム（熱電子）が発生される。

陽極２は、金属により形成されている。たとえば、陽極２は、銅、モリブデン、コバルト、クロム、鉄、銀などの金属材料により形成されている。陽極２は、陰極１から放出される電子ビーム（熱電子）が衝突すると、Ｘ線を発生させる。

容器３の内部には、陰極１および陽極２が配置されている。容器３の内部は、真空排気されている。容器３は、たとえば、ステンレス（ＳＵＳ）などの非磁性の金属材料により形成されている。また、容器３には、Ｘ線を外部に放出させる窓部が設けられている。

（陰極の構成）
次に、陰極１の構成について詳細に説明する。図２に示すように、陰極１は、純タングステンまたはタングステン合金からなり、平板状の電子放出部１１と、一対の端子用脚部１２ａおよび端子用脚部１２ｂと、一対の支持用脚部１３ａおよび支持用脚部１３ｂとを一体的に有している。つまり、電子放出部１１、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、同一の部材により一体的に形成されている。なお、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、特許請求の範囲の「脚部」の一例である。

陰極１は、いわゆる熱電子放出型のエミッタであり、一対の端子用脚部１２ａ、１２ｂを介して通電されて、加熱されるように構成されている。これにより、平板状の電子放出部１１が所定電流で所定温度（約２４００Ｋ〜約２７００Ｋ）に通電加熱されることにより、電子放出部１１から電子が放出される。陰極１は、金属製のカバー（図示せず）に覆われている。また、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、それぞれ、固定部１４ａ〜１４ｄに固定されている。端子用脚部１２ａ、１２ｂが固定されている固定部１４ａおよび１４ｂには、それぞれ、配線５ａおよび５ｂ（図１参照）が接続されている。なお、支持用脚部１３ａ、１３ｂが固定されている固定部１４ｃおよび１４ｄには、それぞれ、配線が接続されておらず、電気的に浮いた状態（フローティング状態）になっている。

図２に示すように、電子放出部１１は、曲がりくねった形状（ミアンダ形状）の電流通路１１ａによって平板状に形成されている。電子放出部１１は、平面的に見て（Ｚ方向から見て）、略円形状に形成されている。

図２に示すように、電流通路１１ａは、略一定の通路幅Ｗで形成されている。電流通路１１ａは、略一定の厚みｔを有する平板形状に形成されている。電流通路１１ａの両端は、それぞれ、端子用脚部１２ａ、１２ｂと接続されている。電流通路１１ａは、平面的に見て、略点対称に形成されている。

また、一対の端子用脚部１２ａ、１２ｂは、電子放出部１１から延びるとともにＺ２方向に曲げられることにより形成されている。端子用脚部１２ａ、１２ｂの一方端は、それぞれ、電流通路１１ａ（電子放出部１１）の端部に接続されている。また、一対の端子用脚部１２ａ、１２ｂの他方端は、それぞれ、固定部１４ａおよび１４ｂに接続されている。また、端子用脚部１２ａ、１２ｂは、互いに略等しい形状を有している。具体的には、略直線状の板形状を有している。

また、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、電子放出部１１から延びるとともにＺ２方向に曲げられることにより形成されている。支持用脚部１３ａ、１３ｂは、端子用脚部１２ａ、１２ｂとは別個に設けられ、電子放出部１１を支持するように形成されている。支持用脚部１３ａ、１３ｂの一方端は、電子放出部１１（電流通路１１ａの端部間の部分）に接続されている。支持用脚部１３ａ、１３ｂの他方端は、電気的に浮いた状態の固定部１４ｃおよび１４ｄに接続されている。また、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、互いに略等しい形状を有している。具体的には、支持用脚部１３ａ、１３ｂは、屈曲した板形状を有している。

固定部１４ａ〜１４ｄは、互いに同一の形状を有する。具体的には、固定部１４ａ〜１４ｄは、直径Ｒ１および長さＬが互いに略等しい、Ｚ方向に延びる円柱形状（棒形状）を有する。また、固定部１４ａ〜１４ｄは、たとえば、タングステン、レニウム、タンタル、オスミウム、モリブデン、ニオブ、イリジウム、ホウ素、ルテニウム、ハフニウムなどの金属、これらの金属を使用した合金、ステンレスなどからなる。なお、第１実施形態では、固定部１４ａ〜１４ｄは、互いに同一の材質（たとえば、モリブデン）からなる。

また、固定部１４ａ〜１４ｄには、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂがそれぞれ挿入されるとともに接合される凹部１５ａ〜１５ｄが設けられている。具体的には、第１実施形態では、凹部１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、固定部１４ａ〜１４ｄが挿入される方向（Ｚ２方向）と直交する方向に貫通するスリット状に形成されている。

ここで、第１実施形態では、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも１つの固定部（対応する固定部１４ａ〜１４ｄ）に対する接合強度を、他の固定部に対する接合強度と異ならせることによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率が調整されている。具体的には、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄのそれぞれに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを挿入する前の電子放出部１１の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部（端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂ）に対する接合強度を、相対的に温度の低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する接合強度よりも大きくすることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率が調整されている。たとえば、固定部１４ａ〜１４ｄに挿入（接合）される前の、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが接続されている電子放出部１１の部分近傍が、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの順に温度が高い場合には、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの順に接合強度が大きくなるように構成されている。

（第１実施形態の構造の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂがそれぞれ挿入されるとともに接合される凹部１５ａ〜１５ｄを有する金属製の固定部１４ａ〜１４ｄを設けて、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも１つの脚部の固定部に対する接合強度を、他の脚部の固定部に対する接合強度と異ならせることによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する。これにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂに対する接合強度（圧力）を異ならせることによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の密着性（端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂ、および、固定部１４ａ〜１４ｄの接合強度）を異ならせることができる。すなわち、微視的に見た場合に、接合強度を異ならせることによって、接触界面における微細な凹凸の平坦化度合いが変化されるので、接合面積も変化し、その結果、密着性（接合強度）が変化すると考えられる。これにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率が調整されるので、電子放出部１１の温度分布の偏りを小さくすることができる。また、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの材質、および、固定部１４ａ〜１４ｄの材質にかかわらず、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを、固定部１４ａ〜１４ｄに固定することができるので、使用可能な固定部１４ａ〜１４ｄの材質の種類を多様化することができる。その結果、使用可能な固定部１４ａ〜１４ｄの材質の種類を多様化しながら、電子放出部１１の形状の工夫、および、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの断面積を小さくすることとは別個に、電子放出部１１の温度分布の偏りを小さくすることができる。なお、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂに対する圧力（接触強度）を異ならせることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率が調整できることは、後述する発明者による実験により確認済みである。

また、第１実施形態では、上記のように、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが挿入される方向と交差する方向に貫通するスリット状に形成されている。これにより、脚部が挿入される方向と交差する方向に貫通しない凹部と異なり、凹部１５ａ〜１５ｄへの、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの挿入が容易になるとともに、固定部１４ａ〜１４ｄの変形を容易にすることができる。

（陰極の製造方法）
次に、陰極１の製造方法について説明する。

（脚部の挿入工程）
まず、図２に示すように、複数の固定部１４ａ〜１４ｄのそれぞれの、脚部（端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂ）が挿入される方向（Ｚ方向）と交差する方向に貫通するスリット状の凹部１５ａ〜１５ｄに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを挿入する。

（熱伝達率の調整工程）
次に、第１実施形態では、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄにそれぞれに挿入された端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも１つに対する圧力を、他に対する圧力とは異なるように、固定部１４ａ〜１４ｄのそれぞれの外部から圧力を加えることにより固定部１４ａ〜１４ｄを変形させて、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのそれぞれを固定部１４ａ〜１４ｄに固定する（カシメる）。具体的には、空気などの圧力により固定部１４ａ〜１４ｄを押圧する治具（図示せず）によって、固定部１４ａ〜１４ｄのそれぞれの外部から圧力を加えることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのそれぞれを固定部１４ａ〜１４ｄに固定する。これにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する。

詳細には、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄのそれぞれに、固定部１４ａ〜１４ｄを挿入する前の電子放出部１１の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部（端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂ）に対する圧力を、相対的に温度の低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する圧力よりも大きくすることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する。

たとえば、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが接続されている電子放出部１１の部分近傍が、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの順に温度が高い場合には、固定部１４ａ〜１４ｄのそれぞれの外部から、Ａ［Ｐａ］、Ｂ［Ｐａ］Ｃ［Ｐａ］、Ｄ［Ｐａ］（Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ）の圧力が加えられることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが、それぞれ、固定部１４ａ〜１４ｄに固定される。

その後、固定部１４ａ〜１４ｄに端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが固定された陰極１を、Ｘ線管装置１００の所定の位置に配置することにより、Ｘ線管装置１００が完成する。

（第１実施形態の製造方法の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄのそれぞれに挿入された複数の脚部（端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂ）のうちの少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力とは異なるように、固定部１４ａ〜１４ｄのそれぞれの外部から圧力を加えることにより固定部１４ａ〜１４ｄを変形させて、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのそれぞれを固定部１４ａ〜１４ｄに固定することによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する工程を備える。これにより、上記第１実施形態の構造の効果と同様に、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂに対する接合強度（圧力）を異ならせることによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率が調整されるので、電子放出部１１の温度分布の偏りを小さくすることができる。その結果、使用可能な固定部の材質の種類を多様化しながら、電子放出部１１の形状の工夫、および、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの断面積を小さくすることとは別個に、電子放出部１１の温度分布の偏りを小さくすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する工程は、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄのそれぞれに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを挿入する前の電子放出部１１の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する圧力を、相対的に温度の低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する圧力よりも大きくすることにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する工程を含む。これにより、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部と固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を、相対的に温度の低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部と固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率よりも大きくすることができる。これにより、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の温度を低下させることができるので、電子放出部１１の温度分布の偏りを効果的に小さくすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが挿入される方向と交差する方向に貫通するスリット状に形成されている。そして、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを挿入する工程は、固定部１４ａ〜１４ｄのスリット状の凹部１５ａ〜１５ｄに、それぞれ、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを挿入する工程を含む。これにより、脚部が挿入される方向と交差する方向に貫通しない凹部と異なり、凹部１５ａ〜１５ｄへの、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂの挿入が容易になるとともに、固定部１４ａ〜１４ｄの変形を容易にすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、電子放出部１１に通電するための端子用脚部１２ａ、１２ｂと、端子用脚部１２ａ、１２ｂとは別個に設けられ、電子放出部１１を支持する支持用脚部１３ａ、１３ｂとを設ける。そして、固定部１４ａ〜１４ｄの凹部１５ａ〜１５ｄのそれぞれに挿入された端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくも１つに対する圧力を、他に対する圧力とは異なるように、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのそれぞれの外部から圧力を加えることにより固定部１４ａ〜１４ｄを変形させて、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのそれぞれを固定部１４ａ〜１４ｄに固定することによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部１４ａ〜１４ｄとの間の熱伝達率を調整する。これにより、端子用脚部１２ａ、１２ｂに加えて、支持用脚部１３ａ、１３ｂによっても電子放出部１１の温度分布の偏りを調整することができるので、電子放出部１１の温度分布の偏りをさらに小さくすることができる。

（実験）
次に、図３〜図６を参照して、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを、それぞれ、固定部１４ａ〜１４ｄに固定するための圧力（接合強度）と、熱伝達率との関係を確認するための実験について説明する。

図３および図４に示すように、モリブデンからなる固定部２２のスリット２３（図５参照）に、タングステン板２１を挿入した状態で、固定部２２に圧力を加えることにより、固定部２２を変形させて、タングステン板２１を固定部２２に固定した。この実験では、固定部２２に０．４Ｍ［Ｐａ］の圧力を加えてタングステン板２１を固定部２２に固定したサンプルと、０．６Ｍ［Ｐａ］の圧力を加えてタングステン板２１を固定部２２に固定したサンプルとを準備した。そして、図５に示すように、それぞれのサンプルの固定部２２に通電して、タングステン板２１を加熱し、タングステン板２１のスリット２３に挿入された部分（Ａ点）の温度と、固定部２２のスリット２３の近傍の部分（Ｂ点）とを測定した。

図６に示すように、通電の結果、０．４Ｍ［Ｐａ］の圧力によりタングステン板２１を固定したサンプルでは、電流が１５［Ａ］、電圧が２．２９［Ｖ］、Ａ点の温度が１９６０［Ｋ］、Ｂ点の温度が１３８１［Ｋ］になることが確認された。すなわち、Ａ点とＢ点との温度差は、５７９［Ｋ］になることが判明した。また、０．６Ｍ［Ｐａ］の圧力によりタングステン板２１を固定したサンプルでは、電流が２１［Ａ］、電圧が４．２２［Ｖ］、Ａ点の温度が１９３２［Ｋ］、Ｂ点の温度が１６８２［Ｋ］になることが確認された。すなわち、Ａ点とＢ点との温度差は、２５０［Ｋ］になることが判明した。この結果、タングステン板２１と固定部２２との熱伝達率が、タングステン板２１を固定する圧力に依存することが確認された。具体的には、タングステン板２１を固定する圧力（接合強度）を大きくすることにより、熱伝達率が大きくなることが確認された。

［第２実施形態］
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態による陰極３１（Ｘ線管装置１０１、図１参照）について説明する。第２実施形態では、固定部１４ａ〜１４ｄが互いに同一の材質により形成されている上記第１実施形態とは異なり、固定部３４ａ〜３４ｄのうちの少なくとも１つの材質が他の材質とは異なっている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図２に示すように、第２実施形態による陰極３１（Ｘ線管装置１０１）では、固定部３４ａ〜３４ｄのうちの少なくとも１つの固定部の材質が他の固定部の材質とは異なる固定部３４ａ〜３４ｄに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを固定することによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部３４ａ〜３４ｄとの間の熱伝達率が調整されている。具体的には、固定部３４ａ〜３４ｄの材質が互いに異なるように構成されている。たとえば、固定部３４ａ〜３４ｄは、それぞれ、モリブデン、タングステン、レニウム、タンタルからなる。すなわち、固定部３４ａ〜３４ｄの材質を異ならせることにより、材質毎の熱伝導率が異なるので、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部３４ａ〜３４ｄとの間の熱伝達率が調整される。各金属の３００Ｋにおける熱伝導率は、大きい順に、タングステンが１７３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、モリブデンが１３８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、タンタルが５７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、レニウムが４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。固定部３４ａ〜３４ｄの凹部３５ａ〜３５ｄに脚部を挿入する前の電子放出部１１の温度分布において、相対的に温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部の熱伝導率が、相対的に温度の低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部の熱伝導率よりも大きくなるように固定部の材質が選択される。一例として、温度の高い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部をタングステンとし、その他の温度が低い電子放出部１１の部分の近傍から延びる脚部に対する固定部をタンタルとする。なお、第１実施形態と同様に、固定部３４ａ〜３４ｄの凹部３５ａ〜３５ｄのそれぞれに挿入された端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力と異ならせても良く、同じにしても良い。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、固定部３４ａ〜３４ｄのうちの少なくとも１つの固定部の材質が他の固定部の材質とは異なる固定部３４ａ〜３４ｄに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを固定することによって、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂと、固定部３４ａ〜３４ｄとの間の熱伝達率を、少なくとも１つの固定部と他の固定部との間で異なるように調整する。これにより、固定部３４ａ〜３４ｄの材質によって電子放出部１１の温度分布の偏りを調整することができるので、電子放出部１１の温度分布の偏りを効果的に小さくすることができる。

［第３実施形態］
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態による陰極４１（Ｘ線管装置１０２、図１参照）について説明する。第３実施形態では、固定部１４ａ〜１４ｄが互いに同一の形状を有している上記第１実施形態とは異なり、固定部４４ａ〜４４ｄの形状のうちの少なくとも１つの固定部の形状が他の固定部の形状と異なっている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、第３実施形態による陰極４１（Ｘ線管装置１０２）では、固定部４４ａ〜４４ｄのうちの少なくとも１つの固定部の形状が他の固定部の形状とは異なる固定部４４ａ〜４４ｄに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを固定する。固定部４４ａ〜４４ｄのうち少なくとも１つの固定部の形状を他の固定部の形状と異ならせると、少なくとも１つの固定部の熱流束を他の固定部と異ならせることができる。その結果、電子放出部１１の温度分布を均一化することが可能となる。具体的には、固定部４４ｃおよび４４ｄは、直径Ｒ１の円柱形状を有している。また、固定部４４ａは、直径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）の円柱形状を有している。また、固定部４４ｂは、中央部の直径Ｒ３が、他の部分の直径Ｒ１よりも小さくなる形状を有している。なお、第１実施形態と同様に、固定部４４ａ〜４４ｄの凹部４５ａ〜４５ｄのそれぞれに挿入された端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂのうちの少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力と異ならせてもよく、同じにしてもよい。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、固定部４４ａ〜４４ｄのうちの少なくとも１つの固定部の形状が他の固定部の形状とは異なる固定部４４ａ〜４４ｄに、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂを固定することによって、電子放出部１１の温度分布の偏りを調整することができるので、電子放出部１１の温度分布の偏りをより効果的に小さくすることができる。

［第４実施形態］
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態による陰極５１（Ｘ線管装置１０３、図１参照）について説明する。第４実施形態では、端子用脚部１２ａ、１２ｂ、支持用脚部１３ａ、１３ｂが設けられる上記第１実施形態とは異なり、端子用脚部５２ａおよび５２ｂのみが設けられている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、端子用脚部５２ａおよび５２ｂは、特許請求の範囲の「脚部」の一例である。

陰極５１は、純タングステンまたはタングステン合金からなり、平板状の電子放出部５１ａと、一対の端子用脚部５２ａおよび５２ｂとを一体的に有している。また、端子用脚部５２ａおよび５２ｂは、それぞれ、固定部５４ａおよび５４ｂに固定されている。固定部５４ａおよび５４ｂは、同一の形状を有するとともに、同一の材質（たとえば、モリブデン）からなる。ここで、第４実施形態では、端子用脚部５２ａの固定部５４ａに対する接合強度（圧力）は、端子用脚部５２ｂの固定部５４ｂに対する接合強度（圧力）とは異なるように構成されている。

なお、第４実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、複数の脚部（端子用脚部、支持用脚部）に対する圧力を互いに異ならせる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の脚部のうちの少なくとも１つの脚部に対する圧力を、他の脚部に対する圧力と異ならせればよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、複数の固定部の凹部は、それぞれ、脚部（端子用脚部、支持用脚部）が挿入される方向と交差する方向に貫通するスリット状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の固定部の凹部は、脚部（端子用脚部、支持用脚部）が挿入される方向と交差する方向に貫通しない穴状に形成されていてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、陰極に一対の支持用脚部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、陰極に１つの支持用脚部、または、３つ以上の支持用脚部が設けられていてもよい。

また、上記第３実施形態では、４つの固定部の形状のうちの２つの固定部の形状が、他の２つの固定部の形状とは異なる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の固定部のうちの少なくとも１つの固定部の形状が他の固定部の形状と異なっていればよい。

また、上記第２実施形態では、複数の固定部の材質が互いに異なるとともに、上記第３実施形態では、複数の固定部の形状が異なる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の固定部の材質、および、複数の固定部の形状を共に、異ならせてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、端子用脚部および支持用脚部が板形状に形成されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、端子用脚部および支持用脚部を板形状以外の形状にしてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、固定部が円柱形状に形成されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、固定部が円柱形状以外の形状（たとえば、直方体状、折れ曲がった形状など）に形成されていてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の陰極をＸ線管装置に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の陰極をＸ線管装置以外の装置（ヒータなど）に適用してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、電子放出部の温度分布の偏りが小さくなるように熱伝達率を調整する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電子放出部の温度分布の偏りを意図的に大きくしたい場合にも、本発明は適用可能である。

１、３１、４１、５１ 陰極
２ 陽極
１１、５１ａ 電子放出部
１２ａ、１２ｂ、５２ａ、５２ｂ 端子用脚部（脚部）
１３ａ、１３ｂ 支持用脚部（脚部）
１４ａ〜１４ｄ、４４ａ〜４４ｄ、５４ａ、５４ｂ 固定部
１５ａ〜１５ｄ、３５ａ〜３５ｄ、４５ａ〜４５ｄ 凹部
１００、１０１、１０２、１０３ Ｘ線管装置

Claims (9)

1. 通電加熱により電子を放出する電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部が、金属製の複数の固定部に固定された陰極の製造方法であって、
   前記固定部の凹部に、前記脚部を挿入する工程と、
   少なくとも１つの前記脚部に対する圧力を、他の前記脚部に対する圧力とは異なるように、前記複数の固定部のそれぞれの外部から圧力を加えることにより前記複数の固定部を変形させて、前記脚部を前記固定部に固定することによって、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を少なくとも１つの前記脚部と他の前記脚部とで異なるように調整する工程とを備える、陰極の製造方法。
2. 前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、前記固定部の凹部に前記脚部を挿入する前の前記電子放出部の温度分布において、相対的に温度の高い前記電子放出部の部分の近傍から延びる前記脚部に対する圧力を、相対的に温度の低い前記電子放出部の部分の近傍から延びる前記脚部に対する圧力よりも大きくすることにより、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む、請求項１に記載の陰極の製造方法。
3. 前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、少なくとも１つの前記脚部に対する圧力を、他の前記脚部に対する圧力とは異ならせることに加えて、少なくとも１つの前記固定部の材質が他の前記固定部の材質とは異なる前記複数の固定部に、前記脚部を固定することによって、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む、請求項１または２に記載の陰極の製造方法。
4. 少なくとも１つの前記固定部の形状が他の前記固定部の形状とは異なっている、請求項１または２に記載の陰極の製造方法。
5. 通電加熱により電子を放出する電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部が、金属製の複数の固定部に固定された陰極の製造方法であって、
   前記固定部の凹部に、前記脚部を挿入する工程と、
   少なくとも１つの前記固定部の材質が他の前記固定部の材質とは異なる前記複数の固定部に、前記脚部を固定することによって、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を、少なくとも１つの前記固定部と他の前記固定部とで異なるように調整する工程とを備え、
   前記複数の固定部は、それぞれ長手方向を有し、
   前記複数の脚部の各々の、前記長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積は、前記複数の固定部の各々の、前記長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積よりも小さい、陰極の製造方法。
6. 前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程は、前記固定部の凹部に前記脚部を挿入する前の前記電子放出部の温度分布において、相対的に温度の高い前記電子放出部の部分の近傍から延びる前記脚部に対する前記固定部の熱伝導率が、相対的に温度の低い前記電子放出部の部分の近傍から延びる前記脚部に対する前記固定部の熱伝導率よりも大きくなるように前記固定部の材質を選択することにより、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率を調整する工程を含む、請求項５に記載の陰極の製造方法。
7. 通電加熱により電子を放出する電子放出部と、
   前記電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部と、
   前記脚部が挿入されるとともに接合される凹部を有する金属製の複数の固定部とを備え、
   少なくとも１つの前記脚部の前記固定部に対する接合強度が、他の前記脚部の前記固定部に対する接合強度と異なり、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率が、少なくとも１つの前記脚部と他の前記脚部とで異なっている、陰極。
8. 通電加熱により電子を放出する電子放出部と、
   前記電子放出部からそれぞれ延びる複数の脚部と、
   前記脚部が挿入されるとともに接合される凹部を有する金属製の複数の固定部とを備え、
   少なくとも１つの前記固定部の材質が他の前記固定部の材質とは異なり、前記脚部と前記固定部との間の熱伝達率が、少なくとも１つの前記固定部と他の前記固定部とで異なっており、
   前記複数の固定部は、それぞれ長手方向を有し、
   前記複数の脚部の各々の、前記長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積は、前記複数の固定部の各々の、前記長手方向に垂直な方向に切った断面の断面積よりも小さい、陰極。
9. 陽極と、請求項７または８に記載の陰極とを備える、Ｘ線管装置。

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