JP5845342B2 - X線管およびx線管用電子放出素子 - Google Patents

X線管およびx線管用電子放出素子 Download PDF

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Description

本発明は、X線管およびX線管用電子放出素子に関する。
X線管は、工業および医療の両方で幅広い用途に使用される、非常に重要なツールである。X線管は、通常、真空筐体内に位置付けられた陰極および陽極を含む。陰極は電子放出素子を含み、陽極は、電子放出素子によって放出された電子を受領するように配向された標的表面を含む。X線管の作動中、電流は電子放出素子に印加され、これにより電子が熱電子放出によって生成される。次いで電子は、陰極と陽極との高電位差を印加することにより、陽極の標的表面に向かって加速される。電子が陽極の標的表面に当たると、電子の運動エネルギーによりX線が生成される。X線は、全方向性の様式で生成され、有益な部分がX線管内の窓を通って最終的にX線管から出て、材料試料、患者、または他の対象と相互作用し、残りは、他の構造によって吸収され、これらの構造には、無益な軌道またはエネルギーをもつX線の吸収を特に目的としている構造を含む。
典型的なX線管の製造中、電子放出素子の組立には問題がある可能性がある。電子放出素子は、通常、組立中に損傷しやすい可能性がある、非常に脆弱なX線管の構成部品から形成される。たとえば、組立中に電子放出素子を蝋付けすることにより、電子放出素子を損傷して直接または最終的に故障を導くことが多いので、X線管の耐用期間が短くなる。
本明細書に主張される主題は、あらゆる不利益を解決する、または上述のような環境においてのみ作動する実施形態に限定されない。むしろこの背景は、本明細書に記載された一部の実施形態が実施され得る、一例示的技術領域を示すために提供される。
概して、例示的実施形態は、X線管用電子放出素子に関する。とりわけ、本明細書に開示された例示的電子放出素子は、組立中に電子放出素子への損傷を除去しないにしても、低減するように構成される。したがって本明細書に開示された例示的電子放出素子は、中に例示的電子放出素子が組み立てられるX線管の耐用期間を延長させる。
一例示的実施形態では、X線管用電子放出素子は、電子フィラメント複数の電気リード線、および1つ以上のスリーブを含む。電子フィラメントは、複数の開口を画定する。1つ以上のスリーブは、リード線の少なくとも1つを包囲するとともにフィラメントに隣接するように固定される。各リード線は、開口の1つを通って延在するように位置付けられ、各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、開口に近接したフィラメントに機械的および電気的に接続される。
別の例示的実施形態では、X線管用電子放出素子は、電子フィラメントおよび複数の電気リード線を含む。電子フィラメントは、複数のフランジを画定する。各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、抵抗溶接を介してフランジの1つに接続される。
さらに別の例示的実施形態では、X線管は、真空筐体、真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陽極、および真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陰極を含む。陰極は電子放出素子を含む。電子放出素子は、少なくとも1つの開口を画定する少なくとも1つのフランジを含む電子フィラメントおよび複数の電気リード線を含む。複数の電気リード線のうちの少なくとも1つは、フランジによって画定される開口を通して延びるように位置付けられた円筒部と、同円筒部に連結されるとともにフランジに隣接する拡大された部分と、少なくとも1つのリード線を包囲するとともに電子フィラメントのフランジに隣接するように固定される1つ以上のスリーブとを含む。各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、フィラメントに機械的および電気的に接続される。
本発明の例示的実施形態のこれらの態様および他の態様は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明白になる。
本発明のある種の態様をさらに明確にするために、添付図面に開示されたその例示的実施形態を参照に、本発明のより特定の説明が示される。これらの図面は、本発明の例示的実施形態のみを示すものであり、したがってその範囲を限定するとみなされるべきではないことが理解される。本発明の例示的実施形態の態様を、添付図面の使用を通してさらに具体的に詳細に記載し説明する。
例示的X線管の斜視図である。 図1Aの例示的X線管の側断面図である。 図1Aの例示的X線管の例示的陰極の斜視図である。 図2Aの例示的陰極の側面図である。 図2Aの例示的陰極の例示的電子放出素子の斜視図である。 図3Aの例示的電子放出素子の1つのフィラメントの斜視図である。 例示的リード線に接続された、図3Bの例示的フィラメントの一部の側面図である。 例示的スリーブにも接続された、図3Cの接続された例示的フィラメントおよび例示的リード線の側面図である。 図2Aの例示的陰極の一部の断面斜視図である。 図2Aの例示的陰極の一部の上面図である。 図2Aの例示的陰極の一部の側面図である。 別の例示的電子放出素子の一部の側断面図である。 別の例示的電子放出素子の一部の側断面図である。 別の例示的電子放出素子の一部の側断面図である。 別の例示的電子放出素子の一部の側断面図である。 別の例示的電子放出素子の一部の斜視図である。 別の例示的電子放出素子の一部の斜視図である。 別の例示的電子放出素子の一部の斜視図である。 別の例示的電子放出素子の一部の斜視図である。
本発明の例示的実施形態は、X線管用電子放出素子に関する。ここで本発明の例示的実施形態の様々な態様を説明するために、図面を参照する。図面は、このような例示的実施形態の図表示および略図であり、本発明を限定するものではなく、また必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。
(1.例示的X線管)
まず図1Aおよび図1Bを参照すると、例示的X線管100が開示されている。例示的X線管100は、マンモグラフィーの用途に使用するように構成されているが、本明細書に開示された例示的電子放出素子を、これに限定されないが、コンピュータ断層撮影(CT)、診断、または工業を含む、他の用途に使用するように構成されたX線管に利用することができることが理解される。
図1Aに開示されたように、例示的X線管100は、概して缶102、缶102に可動に取り付けられた高圧連結部104、缶102に取り付けられた固定子106、および缶102に取り付けられたX線管窓108を含む。X線管窓108は、ベリリウムまたは他の適切な材料(複数可)などのX線透過材料からなる。缶102は、304ステンレス鋼などのステンレス鋼から形成されてもよい。
図1Bに開示されたように、X線管窓108および缶102は、中に陰極200および回転可能な陽極114が位置付けられている真空筐体110を、少なくとも部分的に画定する。より詳細には、陰極200は缶102の中に延在し、陽極114も缶102の中に位置付けられる。陽極114は陰極200から離間され、陰極200に対向して配置され、少なくとも一部は、たとえば、タングステンまたはモリブデン合金などの熱伝導材料から構成されてもよい。陽極114および陰極200は、陽極114と陰極200との高電位差の印加が可能な電気回路において接続される。陰極200は、図3A〜3Eに関して以下に論じるように、適切な電源(図示せず)に接続された例示的電子放出素子を含む。陽極114は固定子106によって回転される。
続けて図1Bを参照すると、例示的X線管100を作動する前に、真空を生成するために真空筐体110を抜く。次いで、例示的X線管100の作動中、電流が陰極200の例示的電子放出素子を通過することによって、電子が陰極200から熱イオン放出によって放出される。次いで陽極114と陰極200との高電位差の印加により、電子が陰極200から加速され、回転している陽極114上に位置付けられた回転している焦点軌道116に向かう。焦点軌道116は、たとえば、タングステンまたは高原子(「高Z」)番号を有する他の材料(複数可)から構成されてもよい。電子が加速すると、電子は運動エネルギーの相当量を獲得し、回転している焦点軌道116上の標的材料に当たると、この運動エネルギーの一部はX線に変換される。
焦点軌道116は、多くの放出されたX線がX線管窓108に向くように配向される。X線管窓108はX線透過材料からなるので、焦点軌道116から放出されたX線は、所期の標的(図示せず)に当たってX線画像(図示せず)を生成するために、X線管窓108を通過する。したがって、窓108は、X線管100の真空筐体110の真空をX線管100の外側の大気圧から密閉し、さらに回転している陽極114によって生成されたX線がX線管100から出ることができる。
例示的X線管100は回転可能な陽極X線管として示されているが、本明細書に開示された例示的実施形態は、他のタイプのX線管に利用されてもよい。したがって、本明細書に開示された例示的電子放出素子は、別法として、たとえば、固定された陽極X線管に利用されてもよい。
(2.例示的陰極)
次に図2A〜2Dを参照すると、例示的陰極200のさらなる態様が開示されている。図2Aおよび図2Bに開示されたように、例示的陰極200は、陰極先端部202、タブ204および206、下部絶縁ロッド208、上部絶縁ロッド210、ならびに例示的電子放出素子300および350を含む。図2Bに開示されたように、例示的電子放出素子300の一部は、タブ204および陰極先端部202によって上部絶縁ロッド210と下部絶縁ロッド208との間に挟まれる。同様に、例示的電子放出素子350の一部は、タブ206および陰極先端部202によって、上部絶縁ロッド210と下部絶縁ロッド208との間に挟まれる。タブ204および206は、例示的電子放出素子300および350を固定し、かつ例示的電子放出素子300および350のそれぞれにより生成された電子ビームを、回転している陽極114(図1B参照)上に位置付けられた、回転している焦点軌道116に向かって形状し配向する、両方の機能をする。タブ204および206は、たとえば、ねじもしくは他の締結具または溶接を使用して、陰極先端部202に取り付けられてもよい。
(3.例示的電子放出素子)
ここで図3A〜3Gを参照すると、例示的電子放出素子300および350のさらなる態様が開示されている。図3Aに開示されたように、例示的電子放出素子300は、電子フィラメント302、1対の電気リード線304、および1対のスリーブ306を含む。同様に、例示的電子放出素子350は、電子フィラメント352、1対の電気リード線354、および1対のスリーブ356を含む。電気リード線354およびスリーブ356は、電気リード線304およびスリーブ306とそれぞれ同一である。フィラメント302および352は、たとえば、電流がフィラメント302および352を通過する際に電子を放出するために、タングステン箔から形成することができる。
図3Bに開示されたように、例示的電子放出素子300の電子フィラメント302は、それぞれが開口310を画定するフランジ308を画定する。さらに各フランジ308は、開口310の周囲の複数の内面歯312を画定する。図3Cに開示されたように、各電気リード線304は、実質的な円筒部314、および実質的な円筒部314に接続された実質的に平坦な先端部316を含む。
図3Cに開示されたように、例示的電子放出素子300の組立中に、リード線304は、実質的な円筒部314が開口310を通って延在するように位置付けられ、実質的に平坦な先端部316がフィラメント302のフランジ308に平行に当接して位置付けられるように、上から開口310を通って押圧される。一旦そのように位置付けられると、開口310の周囲に位置付けられた歯312は、リード線304が、蝋付け材料の存在なしに、開口310に隣接したフィラメント302に機械的および電気的に接続されるように、リード線304の実質的な円筒部314に対して付勢される。
次に図3Dに開示されたように、スリーブ306を、実質的に平坦な先端部316とスリーブ306との間にフィラメント302のフランジ308を挟むために、リード線304の実質的な円筒部314に沿って上に摺動することができる。次いでスリーブ306は、たとえば、レーザー溶接または圧着を使用して、リード線304の実質的な円筒部314に518において取り付けられてもよい。
次に図3E、図3F、および図3Gに開示されたように、下部絶縁ロッド208を、陰極先端部202上に位置付けてもよく、例示的電子放出素子300および350のフィラメント302および352を、陰極先端部202内に画定された開口212を通って(4つの開口212のうち2つのみが図3Eに示されている)リード線304および354を挿入することにより、下部絶縁ロッド208上に位置付けることができる。また、絶縁スリーブ214を、さらにリード線304および354を陰極先端部202から絶縁するために、リード線304および354に沿って上に摺動してもよい。最後に、図2Aおよび図2Bに開示されたように、上部絶縁ロッド210を、フィラメント302および352上に設置することができ、タブ204および206を、例示的陰極200の組立を完了するために、陰極先端部202に取り付けることができる。
上述のように、リード線304および354は、蝋付けせずに、フィラメント302および352のそれぞれに機械的および電気的に接続される。したがってこれらの機械的および電気的接続は、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷なしに達成される。したがって、電子放出素子300および350は、組立中に電子放出素子300および350への損傷を除去しないにしても、低減するように構成され、その結果、中で電子放出素子300および350が組み立てられるX線管100(図1Aおよび図1B参照)の耐用期間が延びる。
(4.別の例示的電子放出素子)
次に図4を参照すると、別の例示的電子放出素子400の態様が開示されている。図4に開示されたように、例示的電子放出素子400は、電子フィラメント402、1対の電気リード線404(そのうちの1つのみが図4に示されている)、および1対のスリーブ406(そのうちの1つのみが図4に示されている)を含む。図4に開示されたように、例示的電子放出素子400の電子フィラメント402は、それぞれが開口410を画定するフランジ408(そのうちの1つのみが図4に示されている)を画定する。
図4に開示されたように、電気リード線404は、実質的な円筒部414、および実質的な円筒部414に連結された実質的に平坦な先端部416を含む。しかし、上に論じられたリード線304の実質的な円筒部314と異なり、リード線404の実質的な円筒部414は、スリーブ406より短い。したがって、スリーブ406は、電力をフィラメント402に供給するために中空電気リード線として機能する。
組立中に、スリーブ406を、フィラメント402のフランジ408に隣接し、実質的に平坦な先端部416とスリーブ406との間にフランジ408を挟むために、リード線404の実質的な円筒部414に沿って上に摺動させることができる。次いでスリーブ406を、たとえば、レーザー溶接または圧着を使用して、リード線404の実質的な円筒部414に418において取り付けてもよい。
したがって、各リード線404は、蝋付けせずに、開口410の1つに隣接したフィラメント402に機械的および電気的に接続され、それによって、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷が回避される。
(5.別の例示的電子放出素子)
次に図5を参照すると、別の例示的電子放出素子500の態様が開示されている。図5に開示されたように、例示的電子放出素子500は、電子フィラメント502、1対の電気リード線504(そのうちの1つのみが図5に示されている)、1対のスリーブ506(そのうちの1つのみが図5に示されている)、および1対のスリーブ508(そのうちの1つのみが図5に示されている)を含む。図5に開示されたように、例示的電子放出素子500の電子フィラメント502は、それぞれが開口512を画定するフランジ510(そのうちの1つのみが図5に示されている)を画定する。
図5に開示されたように、電気リード線504は、実質的な円筒であり、実質的に平坦な先端部を含まない。組立中に、スリーブ506を、フィラメント502のフランジ510に下から隣接するために、実質的に円筒のリード線504に沿って上に摺動させ、514において取り付けることができる。同様に、スリーブ508を、フィラメント502のフランジ510に上から隣接するために、実質的に円筒のリード線504に沿って下に摺動させ、516において取り付けることができる。したがって、スリーブ506および508は、スリーブ506と508との間にフィラメント502のフランジ510を挟むように協働することができる。
したがって、各リード線504は、蝋付けせずに、開口512の1つに隣接したフィラメント502に機械的および電気的に接続され、それによって、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷が回避される。
(6.別の例示的電子放出素子)
次に図6Aおよび図6Bを参照すると、別の例示的電子放出素子600の態様が開示されている。図6Aに開示されたように、例示的電子放出素子600は、電子フィラメント602、1対の電気リード線604(そのうちの1つのみが図6に示されている)、および1対のスリーブ606(そのうちの1つのみが図6に示されている)を含む。例示的電子放出素子600の電子フィラメント602は、それぞれが開口610を画定するフランジ608(そのうちの1つのみが図6に示されている)を画定する。
図6Aに開示されたように、電気リード線604は、実質的な円筒であり、実質的に平坦な先端部を含まない。組立中に、スリーブ606を、フィラメント602のフランジ608に下から隣接するために、実質的に円筒のリード線604に沿って上に摺動させ、612において取り付けることができる。次いで、図6Aおよび図6Bに開示されたように、リード線604を、スリーブ606とリード線604の拡大部616との間にフィラメント602のフランジ608を挟むために、たとえば、レーザー溶接を使用して614で変形させることができる。
したがって、各リード線604は、蝋付けせずに、開口610に隣接したフィラメント602に機械的および電気的に接続され、それによって、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷が回避される。
(7.他の例示的電子放出素子)
次に図7A、図7B、図8A、および図8Bを参照すると、他の例示的電子放出素子700、700’、800、および800’の態様がそれぞれに開示されている。
図7Aおよび図7Bに開示されたように、例示的電子放出素子700および700’のそれぞれは、電子フィラメント702、および1対の電気リード線704(そのうちの1つのみが図7Aおよび図7Bに示されている)を含む。例示的電子放出素子700の電子フィラメント702は、フランジ708を画定する。
各リード線704(そのうちの1つのみが、図7Aおよび図7Bのそれぞれに示されている)は、フランジ708の1つに、たとえば抵抗溶接を使用して機械的および電気的に接続される。各フランジ708は、それにリード線704が接続されるフランジの一部が、リード線704に実質的に平行であるように、曲げられる。例示的電子放出素子700’において、曲げられたフランジ708は、曲げられたフランジ708が接続されるリード線704の終端を跨いで曲げられる。
したがって、各リード線704は、蝋付けせずに、フィラメント702に機械的および電気的に接続され、それによって、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷が回避される。
図8Aおよび図8Bに開示されたように、例示的電子放出素子800および800’は、それぞれが電子フィラメント802および802’のそれぞれ、および1対の電気リード線804(そのうちの1つのみが図8Aおよび図8Bに示されている)を含む。例示的電子放出素子800の電子フィラメント802はフランジ808を画定し、例示的電子放出素子800’の電子フィラメント802’はフランジ808’を画定する。
各リード線804(そのうちの1つのみが、図8Aおよび図8Bのそれぞれに示されている)は、フランジ808または808’の1つに、たとえば抵抗溶接を使用して機械的および電気的に接続される。各リード線804は、フランジ808または808’が接続されるリード線804の一部が、フランジ808または808’に実質的に平行であるように、曲げられる。さらに、例示的電子放出素子800において、曲げられたフランジ808は、フランジ808が接続されるリード線804の曲げられた部分を跨いで曲げられる。
したがって、各リード線804は、蝋付けせずに、フィラメント802または802’に機械的および電気的に接続され、それによって、蝋付けプロセス中にこれらのフランジ構成部品にもたらすことが多い損傷が回避される。
本明細書に開示された例示的実施形態は、他の特定の形態において実施されてもよい。したがって、本明細書に開示された例示的実施形態は、あらゆる点で例示にすぎず、限定ではないとみなされるべきである。
付記1. X線管用電子放出素子であって、
複数のフランジを画定する電子フィラメントと、
複数の電気リード線であって、各リード線は蝋付け材料の存在なしに、抵抗溶接を介して前記フランジの1つに接続される、複数の電気リード線と、
を備える、電子放出素子。
付記2. 前記フランジの少なくとも1つは、前記フランジの部分であって、それに前記リード線が抵抗溶接された前記フランジの部分が、前記リード線に実質的に平行であるように曲げられる、付記1に記載の電子放出素子。
付記3. 前記曲げられたフランジは、前記リード線であって、それに前記曲げられたフランジが抵抗溶接された、前記リード線の終端を跨いで曲げられる、付記2に記載の電子放出素子。
付記4. 前記曲げられたフランジは、前記リード線の曲げられた部分であって、それに前記フランジが抵抗溶接された、前記リード線の曲げられた部分を跨いで曲げられる、付記2に記載の電子放出素子。
付記5. 前記リード線の少なくとも1つは、前記リード線の部分であって、それに前記フランジが抵抗溶接された前記リード線の部分が、前記フランジに実質的に平行であるように曲げられる、付記1に記載の電子放出素子。
付記6. 真空筐体と、
前記真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陽極と、
前記真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陰極であって、前記陰極は、
電子フィラメントと、
複数の電気リード線であって、各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、前記フィラメントに機械的および電気的に接続される、複数の電気リード線と、
を備える電子放出素子を含む、陰極と、
を備え、
前記電子放出素子は複数のフランジを画定し、
各リード線は、抵抗溶接を介して前記フランジの1つに接続される、X線管。
付記7. 前記フランジの少なくとも1つは、前記フランジの部分であって、それに前記リード線が抵抗溶接される前記フランジの部分が、前記リード線に実質的に平行であるように曲げられる、付記6に記載のX線管。

Claims (12)

  1. X線管用電子放出素子であって、
    複数の開口を画定する電子フィラメントと、
    複数の電気リード線であって、各リード線は前記開口の1つを通って延在するように位置付けられ複数の電気リード線と、
    同リード線の少なくとも1つを包囲するとともに前記フィラメントに隣接するように固定される1つ以上のスリーブとを備え、
    各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、前記開口に近接した前記フィラメントに機械的および電気的に接続される、電子放出素子。
  2. 前記電子フィラメントは、前記開口を通って延在するように位置付けられた、前記対応するリード線に対して付勢される、各開口の周囲の複数の内面歯をさらに画定する、請求項1に記載の電子放出素子。
  3. 前記1つ以上のスリーブは、前記リード線に溶接または圧着され、前記フィラメントに隣接する、請求項1に記載の電子放出素子。
  4. 前記電子フィラメントは、前記複数の開口のうちの少なくとも1つを画定する少なくとも1つのフランジをさらに含み、各リード線は、
    前記開口を通って延在するように位置付けられた円筒部と、
    記円筒部に連結され、前記フィラメントの前記フランジに平行に当接して位置付けられる平坦な先端部と、を備える、請求項1に記載の電子放出素子。
  5. 各リード線は、前記スリーブが前記電子フィラメントに電力を供給する中空の電気リード線であるように、前記リード線を包囲する前記スリーブより短い、請求項に記載の電子放出素子。
  6. 前記電子フィラメントは、前記複数の開口のうちの少なくとも1つを画定する少なくとも1つのフランジをさらに含み、各リード線は、前記フランジに隣接する拡大された部分を含む、請求項に記載の電子放出素子。
  7. 前記1つ以上のスリーブは、少なくとも1つのリード線に固定される1対のスリーブをさらに含み同1対のスリーブの各スリーブは、前記フィラメントに隣接する、請求項1に記載の電子放出素子
  8. 真空筐体と、
    前記真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陽極と、
    前記真空筐体内に少なくとも部分的に位置付けられた陰極であって、前記陰極は、
    少なくとも1つの開口を画定する少なくとも1つのフランジを含む電子フィラメントと、
    複数の電気リード線とを備える電子放出素子を含む、陰極と、
    を備え、前記複数の電気リード線のうちの少なくとも1つは、
    前記フランジによって画定される前記開口を通して延びるように位置付けられた円筒部と、
    同円筒部に連結されるとともに前記フランジに隣接する拡大された部分と、
    前記少なくとも1つのリード線を包囲するとともに前記電子フィラメントの前記フランジに隣接するように固定される1つ以上のスリーブとを含み
    各リード線は、蝋付け材料の存在なしに、前記フィラメントに機械的および電気的に接続される、X線管
  9. 前記電子フィラメントは、前記開口を通って延在するように位置付けられた、前記対応するリード線に対して付勢される、各開口の周囲の複数の内面歯をさらに画定する、請求項に記載のX線管。
  10. 前記スリーブは、前記フィラメントの前記フランジに隣接するように固定されるべく溶接または圧着される、請求項に記載のX線管。
  11. 前記電子フィラメントは、前記複数の開口のうちの少なくとも1つを画定する少なくとも1つのフランジをさらに含み、各リード線は、
    前記開口を通って延在するように位置付けられた円筒部と、
    記円筒部に連結され、前記フランジに隣接する、平坦な先端部と、
    を備える、請求項10に記載のX線管。
  12. 前記電子フィラメントは、前記複数の開口のうちの少なくとも1つを画定する少なくとも1つのフランジをさらに含み、各リード線は、前記フランジに隣接する拡大された部分を含む、請求項10に記載のX線管
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