JP7414640B2

JP7414640B2 - 固定陽極ｘ線管

Info

Publication number: JP7414640B2
Application number: JP2020092307A
Authority: JP
Inventors: 崇之伊藤
Original assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: WO2021240834A1; JP2021190217A

Description

本発明の実施形態は、固定陽極Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管は、電子を真空空間中に放出する陰極と、陰極との電位差により電子を急速に引き付ける陽極と、電子が飛行する空間を真空に保つための外囲器と、を備えており、陽極には、電子を衝突させてＸ線を放射させるためのターゲットが設けられている。ターゲットは陽極本体に保持されている。

係る固定陽極Ｘ線管では、ターゲットは電子の衝突エネルギーにより非常に強く加熱されるため、融点の高い材質のものが用いられており、陽極本体には熱を逃すために熱伝導率の高い材質のものが用いられている。

特開２０１９－００８９４３号公報

しかし、ターゲットと陽極本体では、材質の相違から熱膨張率も異なり、ターゲットと陽極本体との間で熱膨張率の相違に基づく応力を受けることにより、ターゲットの剥離や隙間の発生が生じ、固定陽極Ｘ線管としての寿命が短くなるという不都合があった。

本実施形態は、寿命を長くできる固定陽極Ｘ線管を提供する。

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と、前記外囲器内に設けて前記陽極に向けて前記熱電子を放出する陰極とを備える固定陽極Ｘ線管であって、前記陽極は、前記熱電子を受けるターゲットと、前記ターゲットと異なる熱膨張係数の材質でできており且つ前記ターゲットを天面に保持する陽極本体とを有し、前記陽極本体には、前記ターゲットから離れた位置で熱膨張による応力を緩和する応力緩和部が設けてある固定陽極Ｘ線管である。

図１は、第１実施形態に係る固定陽極Ｘ線管の概略的構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示す陽極を拡大して示す縦断面図である。図３は、図２に示す陽極の平面図である。図４は、第２実施形態に係る固定陽極Ｘ線管の陽極を拡大して示す縦断面図である。図５は、第３実施形態に係る固定陽極Ｘ線管の陽極を拡大して示す縦断面図である。図６は、比較例に係る固定陽極Ｘ線管であって、熱膨張したときの陽極を拡大して示す縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係る固定陽極Ｘ線管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、固定陽極Ｘ線管１は、内部を真空に保持する外囲器３と、外囲器３内に設けた陰極５と、陽極７とを備えており、陽極７には、ターゲット９及びターゲット９を保持する陽極本体１１が設けられている。
係る固定陽極Ｘ線管１では、陰極５から放出させた熱電子２をターゲット９に衝突させてＸ線を発生させる。

図２及び図３に示すように、ターゲット９は、所定の厚みＭを有する円盤状であるが、
ターゲット９の形状は、円盤形状に限らず、平面視多角形等の他の形状であっても良い。

このターゲット９には、その表面９ａに陰極５（図１参照）から放出され且つ収束された熱電子が衝突する実焦点Ｆが形成されている。
ターゲット９は、陽極本体１１の天面１１ａに保持されている。天面１１ａは、陰極５に対向する面である。ターゲット９の表面９ａと、陽極本体１１の天面１１ａとは面一にしてある。

図２に示すように、陽極本体１１の天面１１ａには、ターゲット９を保持する凹部１３が形成されている。ターゲット９は陽極本体１１の凹部１３に接合されている。ターゲット９の接合は、従来から知られている方法で接合されており、例えば、鋳造やロウ付け等により接合されている。
ターゲット９と陽極本体１１との接合は、凹部１３の底面１３ａと側面１３ｂが接合面となって接合されている。

陽極本体１１には、ターゲット９から離れた位置に、応力緩和部１５が設けられている。第１実施の形態では、応力緩和部１５は、天面１１ａに形成された溝であり、溝はターゲット９の外周側で、ターゲット９の外周全体に亘って連続して形成されている。
応力緩和部１５の深さＨは、ターゲット９の厚みＭよりも深くしてある。
応力緩和部１５の溝は、陽極本体１１の天面１１ａに治具で削り出して形成しても良いし、陽極本体１１の鋳造時に型抜きにより形成しても良い。

ここで、ターゲット９と陽極本体１１の材質について説明する。
ターゲット９は、熱電子の衝突エネルギーにより、非常に強く加熱される。このときの熱負荷は、陽極負荷と呼ばれるが、この陽極負荷が加えられたときに実焦点Ｆ付近のターゲット材料が溶解しないよう、ターゲット９に適切な材料を選定するとともに、実焦点Ｆから陽極本体１１を介して真空外気３の外部に向けて熱を素早く伝達して放熱し、実焦点Ｆの温度を低く保つ必要がある。
係る観点から、ターゲット９の材質は、融点の高いタングステンがよく用いられる。タングステンは熱伝導率が低いことから、陽極７をすべてタングステンとした場合は外囲器３の外部（管球外部）に熱を素早く伝達することができない。陽極７のうち実焦点Ｆからある程度離れた場所は比較的温度が高くならないことから、融点が低い代わりに熱伝導率の高い銅が陽極本体１１に用いられることが好ましい。

また、陽極本体１１とターゲット９とは、ターゲット９のタングステンから陽極本体１１の銅に熱を伝達することから、ターゲット９と陽極本体１１との間は隙間なく接合されたうえで、その状態が維持される必要がある。
一方、熱膨張率は、タングステンよりも銅の方が大きい。
したがって、実施形態では、ターゲット９にはタングステンが用いられ、陽極本体１１には、銅が用いられる。そして、ターゲット９と陽極本体１１との熱膨張率の違いにより生じる応力は、応力緩和部１５により、以下のように、緩和される。

次に、応力緩和部１５の作用効果について説明する。
図６に比較例を示すように、応力緩和部１５が無い場合には、陽極本体１１が熱膨張した場合には、熱膨張前の状態を二点鎖線で示す形状から、熱膨張後の状態を実線で示すように、ターゲット９及び陽極本体１１が熱膨張するが、陽極本体１１がターゲット９よりも大きく膨張し、膨張率の差から凹部１３における底面（接合面）１３ａ及び側面（接合面）１３ｂには、応力が印加される。
特に、短時間で陽極負荷と冷却が繰り返しながら使用されると（熱サイクル）、陽極本体１１とターゲット９の膨張による応力の印加と緩和が繰り返されることで、陽極本体１１とターゲット９の接合面である底面１３ａ及び側面１３ｂが破壊され、ターゲット９から陽極本体１１への熱伝達が不十分となり、固定陽極Ｘ線管１が使用不能になるおそれがある。

これに対して、図２及び図３に示すように、本実施形態では、陽極本体１１には、応力緩和部１５が設けてあり、陽極本体１１とターゲット９との熱膨張差により生じる応力は、応力緩和部１５に逃がすことができるので、換言すれば、陽極本体１１の変形を応力緩和部で吸収するので、陽極本体１１に対するターゲット９の引き剥がされや隙間の発生を防止できる。これにより、固定陽極Ｘ線管１の寿命を長くすることができる。

特に、熱膨張率の大きい陽極本体１１に応力緩和部１５を形成することで凹部１３における、ターゲット９との接合面（底面及び側面）１３ａ、１３ｂに与える影響を小さくすることができる。

応力緩和部１５は、溝であるから、応力緩和部１５の形成が容易にできる。
応力緩和部１５は、ターゲット９の周囲に亘って形成しているから、ターゲットの周囲全体に亘って万遍なく応力を緩和することができる。
応力緩和部１５の深さＨは、ターゲット９の厚みＭよりも深くしてあるから、ターゲット９の厚み方向全体に亘る応力の緩和も図ることができる。

以下に、他の実施形態について説明するが、以下に説明する他の実施形態において、上述した第１実施形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では、第１実施形態と主に異なる点について説明する。
図４に第２実施形態に係る陽極７を示す。この第２実施形態では、応力緩和部１５は、陽極本体１１の側面１１ｂに形成したことが、第１実施形態と異なっている。
応力緩和部１５は第１実施形態と同様に溝であり、陽極本体１１の側面１１ｂの周方向全体に亘って連続して形成されている。
また、応力緩和部１５、ターゲット９の厚Ｍ方向において、ターゲット９を保持する凹部１３の底面１３ａから離れた位置に形成されている。また、応力緩和部１５の深さＨは、側面１３ｂから凹部１３の側面１３ｂまでの寸法よりも短い深さで形成されている。
この第２実施形態においても、陽極本体１１とターゲット９との熱膨張差により陽極本体１１に生じる応力は、陽極本体１１に形成した応力緩和部１５で緩和するので、上述した第１実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

図５に第３実施形態に係る陽極７を示す。この第３実施形態では、第１実施形態と同様に、陽極本体１１の天面１１ａに応力緩和部１５を形成すると共に、第２実施形態と同様に陽極本体１１の側面１１ｂに応力緩和部１５を形成したものである。即ち、第３実施形態では、陽極本体１１の天面１１ａにおいてターゲット９の外周に周方向に連続した応力緩和部１５と、陽極本体１１の側面で、ターゲット９の下方位置で陽極本体１１の周方向に亘る応力緩和部１５を形成している。
この第３実施の形態では、陽極本体１１の天面１１ａと側面１１ｂとに応力緩和部１５を形成しているから、上述した第１及び第２実施形態よりも、陽極本体１１に作用する応力を更に緩和することができる。

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。
例えば、応力緩和部１５は連続した溝に限らず、不連続な溝や、列状に形成した凹みや孔であっても良い。

１…固定陽極Ｘ線管、３…外囲器、５…陰極、７…陽極、９…ターゲット、１１…陽極本体、１１ａ…天面、１１ｂ…側面、１５…応力緩和部。

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と、前記外囲器内に設けて前記陽極に向けて前記熱電子を放出する陰極とを備える固定陽極Ｘ線管であって、
前記陽極は、前記熱電子を受けるターゲットと、前記ターゲットと異なる熱膨張係数の材質でできており且つ前記ターゲットを天面に保持する陽極本体とを有し、
前記陽極本体には、前記天面にターゲットを保持する凹部が形成されており、前記ターゲットは、その底面と外周面とを対向する前記凹部の底面と側面とに鋳造により接合されており且つ前記ターゲットの表面と前記陽極本体の天面とは面一であり、
前記陽極本体には、前記ターゲットから離れた位置で前記陽極本体の熱膨張による応力を緩和する応力緩和部が設けてあり、
前記応力緩和部は、前記陽極本体の天面において、ターゲットの外周側で且つターゲットの厚み方向の深さを有する溝である固定陽極Ｘ線管。
前記溝は、前記天面において、前記ターゲットを囲む全周に亘って形成されている請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管。
前記応力緩和部は、更に前記陽極本体の側面の全周に亘って形成されている溝を含む請求項２に記載の固定陽極Ｘ線管。