JPS6124134A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はＸ線管に関するもので、更に詳しく言えば、一
定の焦点サイズを維持しながら焦点外放射を低減させる
ために半径方向寸法の限定された焦点軌道を有するＸ線
管陽極に関する。

Ｘ線管のターゲットは、通例、比較的低い密度の材料（
たとえばモリブデン）から成る基体とその上に環状を成
して配置された高密度の耐熱金属から成る焦点軌道とか
ら構成されている。焦点“軌道の半径方向幅は、電子ビ
ームの両側にはみ出すよう十分に大きく選定されるのが
普通である。このようにすれば、電子ビームが焦点軌道
上のどこかに位置する限りは一定サイズの焦点が得られ
るから、陰極と陽極との相対的な整列状態は特に厳密で
ある必要はなくなる。

従来のＸ線管ターゲットに関連する問題の１つに焦点外
放射があるが、それの主たる原因は電子ビームからの迷
走電子の存在（いわゆる「電子の漏れ」）にある。この
問題は、フード付き陽極またはその他のコリメーション
手段を用いて固定された電子流路を設けることによって
実質的に緩和される。しかしながら、このような解決策
には構造の１ｉ錐化や原価の上昇が伴うのである。

焦点外放射のもう１つの原因は、二次電子によって引起
こされる放射である。電子ビームが規定の半径方向範囲
内の焦点軌道を衝撃した場合、Ｘ線の発生に加えて二次
電子が放出され、そして散乱した二次電子は規定の半径
方向範囲外に位置する部分の焦点軌道を衝撃することが
ある。これが起こると、規定の半径方向範囲外の部分か
らもＸ線管が発生される。これも焦点外放射の一因であ
って、その結果として分解能の低下が生じるのである。

焦点外放射を低減させる方法の１つは、焦点゛軌道の半
径方向幅を投射される電子ビームの半径方向幅と同じに
することである。かかる構造は米国特許第３７９５８３
２号明細書中に示されている。

焦点軌道および電子ビームの半径方向幅が等しい場合の
欠点は、相対的な位置狂いが生じた時に焦点のサイズが
縮小することｐある。゛かかる位置狂いは電子ビームの
偏移によって生じることがあるが、このような状態はあ
る種の集束装置（たとえば陰極カップ）によって実質的
に抑制することができる。位置狂いのもう１つの原因は
全表示回転振れ（ＴＩＲ）であって、これは必ずと言っ
ていいほど存在するものである。ＴＩＲとは、回転の中
心と焦点軌道の外縁との半径方向距離が陽極の回転と共
に変化し、その結果として焦点軌道が電子ビームに対し
て動揺するという現象である。

多少のＴＩＲが存在することは避けられないから、電−
子ビームおよび焦点軌道の半径方向幅が等しいＸ線管に
おいては焦点のサイズが周期的に変化するわけである。

３番目の、そして最も起こり易い位置狂いの原因は、フ
ィラメントの半径方向位置が適正でなく、そのため放出
される電子ビームが焦点軌道と正しく整列しないことに
ある。

従って本発明の目的の１つは、焦点外放射が低減された
Ｘ線管を提供することである。

また、Ｘ線管において、焦点サイズの変化を伴うことな
しに焦点外放射を低減させることも本発明の目的の１つ
である。

更にまた。安価に製造し得る実用的なＸ線管を提供する
ことも本発明の目的の１つである。

これらの目的およびその他の特徴や利点は、添付の図面
を参照しながら以下の説明を読めば一層容易に理解され
よう。

発明の概要 本発明の一特徴に従って簡単に述べれば、焦点軌道の半
径方向幅がそれに対応する陰極から放出される電子ビー
ムの半径方向幅よりもやや小さくなるようにＸ線管の陽
極が構成される。半径方向幅の差は、電子ビームと焦点
軌道との間において予想される半径方向の位置狂いに等
しい所定の゛寸法を有するよう選定されることが好まし
い。なお、そのような位置狂いは電子ビームの位置の公
差および陽極の全表示回転振れ（ＴＩＲ＞に依存するも
のである。このよう′にすれば、焦点のサイズは一定に
保たれると同時に、陽極基体の衝撃によって生じる熱も
最少限に抑えられる。

本発明の別の特徴に従って述べれば、陽極基体はＸ線を
ほとんど発生せずかつ高い昇華温度を有する黒鉛材料か
ら成る。他方、焦点軌道は基体に予め形成された溝の中
に配置された高密度のタングステン材料から成る。基体
の黒鉛材料は、タングステン材料の熱膨脹率に整合した
熱膨脹率を有するものである。こ′れは、タングステン
材料の加熱時（すなわち、ＸｗｉＡ管の動作時）におい
てタングステン材料と黒鉛材料との界面での熱膨張の差
をほとんどゼロにし、それによって基体と焦点軌道との
間における冶金的結合の信頼性を向上させるために役立
つ。なお、焦点軌道のタングステン材料中に炭素が高温
拡散するのを防止するため、適当な材料（たとえばレニ
ウム）から成る中間保護層を設置することもできる。

以下に説明する図面中には、好適な実施の態様が示され
ている。とは言え、本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなしにその他各種の変更態様が可能であることは
言うまでもない。

好適な実施例の説明 先ず第１図を見ると、ＸＩＩ管の回転陽極１１に本発明
を適用したー態様が１０に示されている。

１１極１１は、円板状の基体１２およびその基体のベベ
ル面１４内に環状を成して形成された焦点軌道１３から
構成されている。

基体１２は比較的低い密度の材料（たとえば黒鉛）から
成っていて、焦点軌道１３を支持すると共に、Ｘ１／Ｑ
発生時に生じる熱の放熱器としても役立つ。陽極１１は
、常法に従い、陰極１６から放出される電子ビーム１７
が焦点軌道を衝撃してＸ線を発生させるよう陰極１６に
近接して回転可能に設置されている。

焦点軌道１３は、耐熱金属（たとえばタングステン）で
作られた高密度の環状体１８から成っ・でいる。環状体
１８は、蒸着、ろう付け、プラズマ溶射および機械的結
合のごとき各種方法のいずれかによって基体１２内に設
置することができる。

ろう付けは、適当な高温ろう材（たとえばジルコニウム
や白金）を用いて行えばよい。機械的結合は、前述の米
国特許第３７９５８３２号明５ｉｉｔ中に記載されたも
のと同様な方法に従って行えばよい。とは言え、好適な
方法は化学的蒸着法である。

焦点軌道１３を収容するため、図示のごとく円形の溝１
９が基体１２内に形成される。次いで、基体からの炭素
が環状体１８中に高温拡散するのを防止し、それによっ
て焦点軌道１３の炭化物脆化を防止するため、適当な材
料（たとえばレニウムから成る拡散障壁２１が溝１９の
中に設置される。その後、タングステンまたはタングス
テン−レニウム合金から成る環状体１８が図示のごとく
溝１９を埋めるように化学蒸着される。

本発明の目的に適することが判明した黒鉛材料としては
、フランス国パリ市所在のカルボーヌ・ロレーヌ・イン
ダストリーズ・コーポレーション（ｃａｒｂｏｎｅ　　
１ｏｒｒａｉｎｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｃｏｒｐｏ
ｒａｔｉｏｎ）から商業的に入手し得るカルボーヌ・ロ
レーヌ・グレード　１１１６　Ｐ　Ｔ　（ｃａｒｂｏｎ
ｅ　　Ｌ　ｏｒｒａｉｎｅ　Ｇｒａｄｅ　　１１１６Ｐ
Ｔ）黒鉛がある。この銘柄の黒鉛は、通常、タングステ
ン（またはタンクステンーレニウム合金）の熱膨脹率よ
り僅かに大ぎい熱膨脹率を有し、それによって界面を横
切る温度勾配を補償し得るものである。その結果、２秤
の材料はＸ線管の動作時に熱膨張の差をはと／υど示す
ことなしに接合することができる。

ここで第１図を参照しながら、通常の製造過程において
起こり得るような焦点軌道１３と陰極１６との間におけ
る半径方向の位置狂いがもたらす結果を考察しよう。好
適な位置関係は、図示のごどく、（寸法ｒによって規定
されるような）焦点軌道１３の小さな半径方向幅が（寸
法Ｒによって規定されるような）電子ビームの大きな半
径方向幅の中央に位置するようなものである。その場合
、寸法△ｒによって示されるような半径方向幅の斧は電
子ビームのはみ出し部分の幅を表わすが１．これは焦点
の位置またはサイズに影響を及ぼすことなしに相対的な
位置狂いが許容されるような範囲を意味するわ（プであ
る。たとえば、電子ビーム１７は半径方向に沿って（す
なわち、第１図において左方または右方に）距離△ｒだ
け移動してもよいのであって、その場合でも図示のごと
く寸法りを有する焦点が一定の位置に得られることにな
る。

それに対し、電子ビーム１７および焦点軌道１３の半径
方向幅が等しい場合には、かかる位置狂いの結果として
寸法りより小さい寸法を持った焦点が得られることは容
易に理解されよう。

次に、１”ｌＲが焦点軌道に及ぼす影響について考察し
よう。第２図には、電子ビームの半径方向幅が焦点軌道
１３の半径方向幅ｒに等しいような従来のＸ線管ターゲ
ット構造が示されている。図示のごとく、両者が完全に
整列した時に得られる焦点は寸法Ｄ゛を有している。し
かるに、点線で示されるごとく、ＴＩＲの結果として陽
極１１の外縁および焦点軌道１３の位置が△Ｌだけずれ
た場合を考えると、電子ビーム１７の有用な部分は減少
し、従って焦点のサイズは図示のごとき寸法Ｄ′に縮小
することになる。

次に第３図を見ると、焦点軌道が半径方向幅ｒを有しか
つ電子ビームが半径方向幅（ｒ、＋−２△ｒ）を有する
ような本発明のターゲット構造が示されている。ここで
再び、点線で示されるごとく、ＴＩＲの結果として焦点
軌道１３の位置が半径方向に△１だけずれたものと仮定
しよう。その場合でも、電子ビーム１７のはみ出し部分
があるために焦点のサイズは縮小しないことがわかろう
。すなわら、図示のごとく、寸法りを有する焦点が一定
の位置に得られるのである。

電子ビーム１７が黒鉛製の基体１２上にはみ出している
結果、ある程度の基体加熱が起こることが認められる。

その結果、放熱のための要求条件を満たすため、基体を
やや大きくしなければならない場合がある。それ故、上
記のはみ出し部分の幅をできるだけ小さくすること、す
なわち電子ビーム１７ど焦点軌道１３との間において予
想される総合位置狂いを補償するために必要な最小値に
制限することが好ましい。かかる総合位置狂いは、（１
）陽極１１の設置に付随して導入されるＴＩＲおよび（
２）初期設置に際しての陰極１６と焦点軌道１３との相
対的な位置ずれの両者によって決定される。第２の原因
（すなわら、陰極の位置ずれ）を排除することができる
と仮定しても、ＴＩＲを補償する必゛要はある。従って
、焦点軌道の各々の側における電子ビームのはみ出し部
分（△ｒ）は少なくとも０１ＯＯ’１インチでなければ
ならない。また、陰極の位置ずれを補償するためには、
はみ出し部分の幅を最大０．’１２５インチにまで増加
させることが好ましい。この上限値は、電子の直接衝撃
によって黒鉛中に生じる熱を制限するように設定された
ものである。

以上、好適な実施の態様に関連して本発明を記載したが
、本発明の着想はその他の態様に対しても容易に適用し
得るものである。それ故、本発明の精神から逸脱するこ
となしに上記の構造を改変し得ることは当業者にとって
自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例に従って製造されたＸ線
管陽極の略図、第２図は先行技術に従って形成された焦
点を有するＸ線管ターゲットの略図、そして第３図′は
本発明の好適な実施例に従って形成された焦点を有゛す
るＸ線管ターゲットの略図である。 図中、１１は陽極、１２は基体、１３は焦点軌道、１６
は陰極、１７は電子ビーム、１８は環状体、１９は渦、
そして２１は拡散障壁を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極上の焦点軌道を衝撃するための電子ビームを放
   出する陰極を具備した回転陽極Ｘ線管用の陽極において
   、（ａ）前記電子ビームが所定の半径方向寸法にわたっ
   て投射されるよう概して陰極に向けて配置し得る円形面
   を有する基体および（ｂ）前記基体の前記円形面上に配
   置されかつ前記所定の半径方向寸法より小さい半径方向
   寸法を有する耐熱金属製の円形の焦点軌道から成ること
   を特徴とする陽極。 ２、前記基体が黒鉛材料から成る特許請求の範囲第１項
   記載の陽極。 ３、前記焦点軌道がタングステン材料から成る特許請求
   の範囲第１項記載の陽極。 ４、前記基体と前記焦点軌道との間に配置されかつ炭化
   物の生成を防止する材料から成る障壁を追加包含する特
   許請求の範囲第１項記載の陽極。 ５、前記基体が前記焦点軌道の熱膨脹率と実質的に等し
   い熱膨脹率を有する特許請求の範囲第１項記載の陽極。 ６、前記電子ビームの半径方向寸法と前記焦点軌道の半
   径方向寸法との差が０．００２〜０．２５０インチの範
   囲内にある特許請求の範囲第１項記載の陽極。 ７、陰極からの電子ビームの衝撃を受けてＸ線を発生す
   るための環状焦点軌道が接合された回転陽極基体を具備
   するＸ線管において、（ａ）比較的低い密度の材料から
   成る陽極基体、（ｂ）前記基体に接合された比較的高い
   密度の材料から成りかつ所定の半径方向寸法を有する焦
   点軌道、および（ｃ）前記焦点軌道の前記所定の半径方
   向寸法よりやや大きい半径方向寸法を持った電子ビーム
   を放出するための陰極を含むことを特徴とするＸ線管。 ８、前記基体が黒鉛材料から成る特許請求の範囲第７項
   記載のＸ線管。 ９、前記焦点軌道がタングステン材料から成る特許請求
   の範囲第７項記載のＸ線管。 １０、前記基体の熱膨脹率が前記焦点軌道の熱膨脹率と
   実質的に等しい特許請求の範囲第７項記載のＸ線管。 １１、陰極からの電子ビームの衝撃を受けてＸ線を発生
   するための環状焦点軌道が接合された回転陽極基体を具
   備するＸ線管において、前記焦点軌道の半径方向寸法が
   前記電子ビームの半径方向寸法よりやや小さいことを特
   徴とするＸ線管。 １２、前記焦点軌道の半径方向寸法と前記電子ビームの
   半径方向寸法との差が０．００２〜０．２５０インチの
   範囲内にある特許請求の範囲第１１項記載のＸ線管。 １３、前記基体が黒鉛材料から成る特許請求の範囲第１
   １項記載のＸ線管。 １４、前記焦点軌道がタングステン材料から成る特許請
   求の範囲第１１項記載のＸ線管。 １５、前記基体の熱膨脹率が前記焦点軌道の熱膨脹率と
   実質的に等しい特許請求の範囲第１１項記載のＸ線管。