JPH01151141A - Ｘ線管装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はＸ線管装置に係り、特にその陰極構体の改良
に関する。

（従来の技術） 一般にＸ線管装置は、例えばＸ線診断装置に取付けて医
療用に利用されているが、胃の検診などの場合には、従
来、第５図に示すようなＸ線管装置が用いられている。

このＸ線管装置はいわゆる回転陽極型で、真空外囲器３
１内に陰極構体且と傘形陽極ターゲット３３が管軸から
偏心して相対向配設されている。

そして陽極ターゲット３３は、ステータ３４により電磁
誘導で回転駆動されるロータ３５により回転するように
なっている。

さて、従来から使用されているＸ線管装置の陰極構体３
２は、第６図に示すように構成され、集束電極１０２の
集束溝１０６内に陰極フィラメント１０１が配設されて
いる。この陰極フィラメント］０１は、熱電子を放出す
るためタングステンコイルからなり、熱電子を集束電極
１０２により集束させる。このため、陰極フィラメント
１０１と集束電極１０２は略同電位に設定されている。

尚、図中、破線１０３は集束電極１０２の近傍の等電位
曲線を表わし、符号１０４は陰極フィラメント１０１の
ほぼ中央部から放出された電子の軌跡を表わし、符号１
０５は陰極フィラメント１０１の側面に近い所から放出
された電子の軌跡を表わしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の陰極構体旦においては、陰極フィラメント１
０１をほぼ温度制限領域で使用するため、陰極フィラメ
ント１０１の近傍の電界を強くする目的で、この陰極フ
ィラメント１０１の一部を集束電極１０２の中に突出さ
せている。このため陰極フィラメント１０１の近傍の等
電位曲線は、破線１０３で示すように陰極フィラメント
１０１の中央で脹らんだ形となり、陰極フィラメント１
０１の略側壁から放出された電子１０５は側方に向うこ
とになる。この電子１０５と、陰極フィラメント１０１
の略中央部から放出されて前方に向う電子１０４とを、
同一方向に集束させることが出来ず、図示したようにこ
れらの軌跡は軸上で交差する。従って、およそ全ての電
子をある程度集束させた位置では、図示したように双峰
性の電子強度分布１０７を示す。

ところが上記のように、陰極フィラメント１０１から放
出された電子を集束電極１０２によって充分小さく集束
出来ないので、陽極ターゲット３３の位置で小さな焦点
を得るために、小さな陰極を用いる必要がある。従って
、陰極温度を高めないと十分な高密度の電子を得ること
が出来ず、陰極フィラメント１０１の信頼性に問題があ
った。

又、陽極ターゲット３３の位置での電子の進行方向が揃
わないため、微小焦点が得られず、更に、電子分布にシ
ャープさがなく、所望した電子分布を得ることが出来な
い。このために十分な高解像度を得ることと、陽極ター
ゲット３３上での電子入射による温度上昇の最高値を低
下させて、入射電子量を増大させることとを両立させる
ことが出来ない。これらは、陽極ターゲット３３から発
生するＸ線によって投影画像を作る場合に、解像度の増
大とフォトンノイズの減少の妨害となり、十分に鮮明な
画像を得ることが出来ない。

この欠点を除去する方法としては、平板状の陰極フィラ
メントを使用することが考えられ、この例として特開昭
５５−６８０５６号公′報に開示されている提案がある
。

この平板状陰極フィラメントを有する従来例は、第７図
及び第８図に示すように構成され、図中の符号２０１は
帯状平板からなり口状に形成された陰極フィラメントで
、その両端が一対のフィラメント支持柱２１５．２１５
に固定され、通電により直熱され熱電子を放出する。こ
の場合、Ｘ線管装置の動作中の陰極フィラメント２０１
の熱膨張により、破線２０１ａに示すように、中央部即
ち電子放出部が湾曲すると共に上方に大きくずれてしま
う。又、両脚部も外方に変形する。特に電子放出部の位
置がフィラメント温度の変化に伴って変化すると、集束
電極２０２の集束溝２０６との相対位置関係が変化し、
陽極ターゲット２０８上の焦点形状が変化してしまう。

このことは又、焦点形状のみならず焦点幅Ｗの大きさな
変化として現われるので、微小焦点の実現の妨げとなる
。

尚、第７図中、破線２０３は集束電極２０２の近傍の等
電位曲線を表わし、符号２０４は陰極フィラメント２０
１のほぼ中央部から放出された電子の軌跡を表わし、符
号２０５は陰極フィラメント２０１の側面に近い所から
放出された電子の軌跡を表わし、符号２０７は電子強度
分布を表わしている。

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、陰極
フィラメントの形状を改良することによリ、均一な電子
強度分布を有するＸ線焦点と十分なＸ線強度を得、且つ
フィラメントの位置精度が高く出来、高温になっても位
置ずれ・変形を起こさないため、Ｘ線焦点の大きさ・位
置の精度が高いＸ線管装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、平板状陰極フィラメントが、電子ビーム軸
に垂直に形成された高温になる熱電子放出部と、この熱
電子放出部の両端からそれぞれ垂直に折曲された第１の
脚部と、この第１の脚部端に一端部が固着され他端部が
熱電子放出部の方向に延長されたうえフィラメント支持
柱に固着された平板状の第２の脚部とからなるＸ線管装
置である。

（作用） この発明によれば、熱電子放出部が平板状であるので、
熱電子の放出方向が一致しており、電子の集束性が良く
、均一な電子強度分布を有するＸ線焦点を得ることが出
来る。

又、平板状陰極フィラメントを取付ける時に、その位置
の微調整が出来、高精度で取付は位置のバラツキを極め
て少なく出来る。

更に、熱電子放出部が高温度、例えば２３００°Ｃにな
った場合でも、脚部の熱膨張が吸収され、位置の変化は
極めて小さくなる。従って、従来この分野で認められて
いた焦点の範囲を狭く抑えることが出来、許容される入
力パワーが上昇し、同一の公称焦点サイズでのＸ線出力
が増加する。

又、第２の脚部の材質や厚さを第１の脚部と異ならしめ
ことが出来るため、フィラメント支持柱の温度を充分低
くすることも出来るし、陰極フィラメントの共振周波数
を高くして、動作時に陽極ターゲットの回転等によって
生じる振動により、周囲金属との接触による破損や、電
極との相対的な位置ずれに起因する管電流の不安定等は
生じない。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明する。尚、同一部分は同一符号で表す。

この発明を、例えば***撮影用として陽極電圧３０ＫＶ
、最大陽極電流３００　ｍＡ、　ＸＮ８焦点カ５０μｍ
乃至０．５ｍｍの範囲で変えられるＸ線管装置に適用し
た場合を例に示す。

即ち、この発明によるＸ線管装置の要部は第１図乃至第
４図に示すように構成され、第３図及び第４図に示すよ
うに、図示しない真空外囲器内に陽極ターゲット３３及
びこれに対向して陰極構体３００が設けられている。こ
の陰極構体３００は、モリブデン等からなる一対のフィ
ラメント支持柱３０２．３０２に支持された直熱型陰極
フィラメント３０１、熱遮蔽板３１８、熱伝達体３１６
、熱遮蔽筒３１７及び集束電極３０３より構成されてい
る。

この場合、陰極フィラメント３０１は第１図及び第２図
から明らがなように平板状にして、例えば幅りが約２ｍ
ｍであり、厚さが０．０１２ｍｍ程度に設定されている
。そして、高温に加熱されて熱電子を放出するための熱
電子放出部３０１ａと、この熱電子放出部３０１ａの両
端がらそれそれ一体に垂直に折曲された第１の脚部３０
１ｂ。

３０１ｂと１．：、（７）第１の脚部３０１ｂ、３０１
ｂの各端部にそれぞれ一端部が固着され他端部が熱電子
放出部３０１ａの方向に延長されたうえフィラメント支
持柱３０２．３０２に固着された平板状の第２の脚部３
０１ｃ、３０１ｃとがら構成されている。そして、第１
の脚部３０１ｂ。

３０１ｂと第２の脚部３０１ｃ、：３０１ｃとによりＵ
字状又は７字状に形成されている。第２の脚部３０１ｃ
、３０１ｃの先端部は、熱電子放出部３０１ａに近い高
さの所でフィラメント支持柱３０２．３０２に溶接され
電気的に接続されている。

尚、上記の場合、熱電子放出部３０１ａと第１の脚部３
０１ｂ、３０１ｂは、純タングステンの他、レニウムを
１〜５％程度含有するタングステンやランタンモリブデ
ンのような高融点合金材がらなっている。

又、第２の脚部３０１ｃ、３０１ｃは、第１の脚部３０
１ｂ１３０１ｂより熱膨張係数が大きく且つ熱伝導率が
小さい材料例えばステンレス鋼から出来ており、第１の
脚部３０１ｂ、３０１ｂより低い温度であるために、熱
膨張が第１の脚部３０１ｂ、３０１ｂと同じになってい
る。

第２図は第１の脚部３０１ｂ、３０１ｂと第２の脚部３
０１ｃ、３０１ｃの分解斜視図であり、接合前の状態を
示している。組み立てに当たり、第２の脚部３０１ｃ、
３０１ｃは予め一対のフィラメント支持柱３０２．３０
２に接合されている。

この一対の第２の脚部３０１ｃ、３０１ｃの間に、電子
放出部３０１ａと一体になった第１の脚部３０１ｂ、３
０１ｂを矢印方向に差し込み、高さ及び位置の調整をし
た後、第２の脚部３０１Ｃ。

３０１ｃの遊端部を折り曲げて第１の脚部３０１ｂ、３
０１ｂを固定する。その後、レーザビーム溶接等により
固着する。

更に、第３図及び第４図に示すように、陰極フィラメン
ト３０１の熱電子放出部３０１ａの下側には、熱遮蔽板
３１８が設けられ、熱伝達体３１６に接合されている。

この熱伝達体３１６には熱遮蔽筒３１７が接合され、こ
の熱遮蔽筒３１７は第１の脚部３０１ｂ、３０１ｂを取
巻くように位置している。

このような陰極フィラメント３０１を取囲むように、円
形カップ状にして電子ビームを集束する集束電極３０３
が配設され、この集束電極３０３にフィラメント支持柱
３０２．３０２の少なくとも一方が絶縁性支持柱（図示
せず）を介して固定されている。更に、集束電極３０３
には、陰極フィラメント３０１の熱電子放出部３０１ａ
に対向して、電子ビーム制限孔３０４が形成されている
。

この電子ビーム制限孔３０４は、熱電子放出部３０１ａ
の面積より小さい面積の例えば長方形にして、熱電子放
出部３０１ａの約０．７ｍｍ　（寸法ｄ＋）前方に位置
しており、熱電子放出部３０１ａ側の開口面は熱電子放
出部３０１ａと実質的に平行となっている。このような
電子ビーム制限孔３０４に連続して、その前方に集束溝
３０５が集束電極３０３に穿設されている。この集束溝
３０５は電子ビーム制限孔３０４より径大な例えば長方
形にして、電子ビーム制限孔３０４、熱電子放出部３０
１ａと共に同軸的に形成され、深さ（ｄ２）が十分深い
寸法に形成されている。

そして、集束溝３０５の底面は、電子ビーム制限孔３０
４にかけてテーパ状に形成されている。このテーバ面の
中心軸（Ｃ）方向に沿う寸法は、深さ（ｄ２）に対して
数分の１以下の僅かな寸法となるように形成されている
。

第３図中の符号３０６は交流電源、３０７．３０８は直
流電源である。

尚、上記以外は従来のＸ線管装置（第５図）と同様構成
ゆえ、詳細な説明を省略する。

上記のような陰極構体３００を有するこの発明のＸ線管
装置の使用中においては、陰極フィラメント３０１の熱
電子放出部３０１ａは２３００℃程度の高温に加熱され
る。陰極フィラメント３０１の第１の脚部３０１ｂ、３
０１ｂでは、第２の脚部３０１ｃ、３０１ｃへの熱伝導
により、急激な温度勾配を持って端部は１０００℃程度
の低温になる。更に、第２の脚部３０１ｃ。

３０１Ｃはその一端が大きな熱容量を持ったフィラメン
ト支持柱３０２．３０２に固着されているので、フィラ
メント支持柱３０２．３０２の先端は６００℃程度に更
に低温となる。このようにフィラメント支持柱３０２．
３０２の温度は、第１の脚部３０１ｂ、、３０１ｂの温
度よりも低くなる。

更に、熱電子放出部３０１ａはフィラメント支持柱３０
２．３０２の先端より位置が高くなっている。しかしな
がら、第２の脚部３０１ｃ。

３０１Ｃは熱膨張差を打消すように第１の脚部３０１ｂ
、３０１ｂより熱膨張係数が大きい材質例えばステンレ
ス鋼で出来ているので、いかなる状態においても、熱電
子放出部３０１ａの相対的な位置ずれが極めて小さいよ
うになっている。

尚、陰極フィラメント３０１は、温度分布が上記条件を
満たすように、その幅及び厚さが選ばれている。更に、
共振周波数が充分に高くなるように第２の脚部３０１ｃ
、３０１ｃの剛性は充分な値に設定されている。熱電子
放出部３０１ａの長さ方向の熱膨張は第２の脚部３０１
ｃ、３０１ｃ及び第１の脚部３０１ｂ、３０１ｂとて構
成されるＵ字状又はＶ字状の構造で完全に吸収され、何
等変形することはない。

このように熱電子放出部３０１ａの位置が変動しないた
め、これを用いたＸ線管ではＸ線出力か極めて安定であ
るだけでなく、Ｘ線焦点サイズのバラツキが少なくなり
、同一公称焦点に対して大きな入力が可能となる。

又、第２の脚部３０１ｃ、３０１ｃの電気抵抗を適当に
選ぶことにより、発熱部を実質的に第１の脚部３０］、
ｂ、３０１ｂに限定することが出来、加熱に必要な陰極
フィラメント加熱用電力を少なく出来る。

（変形例） 上記実施例では、陰極フィラメント３０１は全体が同一
の幅としたが、その幅は途中で特に第１の脚部３０１ｂ
、３０１ｂと第２の脚部３０１Ｃ％３０１Ｃで幅広にす
ると、都合の良い温度分布が得られる。更に、陰極フィ
ラメント３０１の厚みは変化させても良い。特に、熱電
子放出部３０１ａの一部又は全部を第１及び第２の脚部
３０１ｂ。

３０　ｌ　ｂ　、　３０１　ｃ　、　３０　］、　ｃよ
り肉薄にすると、更に良好な温度分布が得られる。又、
第２の脚部３０１ｃ、３０１ｃの幅及び厚みは、熱電子
放出部３０１ａ及び第１の脚部３０１ｂ、３０１ｂとは
異なっても良い。

又、上記実施例における第２の脚部３０１Ｃ１３０１Ｃ
とフィラメント支持柱３０２．３０２との間に、第３の
脚部を設けても良い。

［発明の効果］ この発明によれば、次のような優れた効果が得られる。

■均一な電子強度分布を有するＸ線焦点が得られ、Ｘ線
画像の解像度が向上する。

■Ｘ線焦点のサイズのバラツキが少なくなり、高精度の
Ｘ線強度制御が出来る。

■陰極フィラメントの加熱用電力が少なくなり、特に加
熱用電流が少なくてよく、従来のＸ線管装置を使用して
いるＸ線撮影装置を大きく改造することなく使用出来る
。

■陰極フィラメントの熱膨脹による変形が防止出来、十
分な信頼性のあるＸ線管装置を提供することが出来る。

■陰極フィラメントの共振周波数が高くなり、高温時に
おいても陰極フィラメントの位置ずれを生じることなく
、焦点ボケや周囲との接触等力（生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例番こ係るＸ線管
装置の要部（陰極フィラメント付近）を示す斜視図と分
解斜視図、第３図及び第４図ｉｔこの発明の一実施例に
係るＸ線管装置の陰極構体を示す断面図、第５図は従来
のＸ線管装置の全体を示す概略構成図、第６図及び第７
図は従来のＸ線管装置の陰極構体（２例）を示す断面図
、第８図Ｃよ第７図の要部（陰極フィラメント付近）を
示す断面図である。 ３１・・・真空外囲器、 ３３・・・陽極ターゲット、３００・・陰極構体、３０
１・・・陰極フィラメント、３０１ａ・・・熱電子放出
部、＝　　１７　− ３０１ｂ・・第１の脚部、３０１Ｃ・・・第２の脚部、
３０２・・・フィラメント支持柱。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 −１８＝ 第３図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空外囲器内に陰極構体と陽極ターゲットが対向
   して配設され、上記陰極構体はフィラメント支持柱に支
   持された平板状陰極フィラメント、及びその前方に設け
   られた集束電極を備えてなるＸ線管装置において、 上記平板状陰極フィラメントは、電子ビーム軸に垂直に
   形成された高温になる熱電子放出部と、この熱電子放出
   部の両端からそれぞれ垂直に折曲された第１の脚部と、
   この第１の脚部端に一端部が固着され他端部が上記熱電
   子放出部の方向に延長されたうえ上記フィラメント支持
   柱に固着された平板状の第２の脚部とからなることを特
   徴とするＸ線管装置。
2. （２）上記平板状陰極フィラメントは、タングステン又
   はその合金からなる特許請求の範囲第１項記載のＸ線管
   装置。
3. （３）上記第２の脚部は、熱膨張係数が上記第１の脚部
   の熱膨張係数より大きい特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載のＸ線管装置。
4. （４）上記第２の脚部は、熱伝導率が上記第１の脚部の
   熱伝導率より小さい特許請求の範囲第１項又は第２項又
   は第３項記載のＸ線管装置。