(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状のＸ線管用フィラメントにおいて，
巻きピッチが同一の複数のターンを有する中央部と，前記中央部の両側にあって，前記中央部の巻きピッチよりも小さい巻きピッチの複数のターンを有する二つの端部とからなり，
前記端部の複数のターンの巻きピッチは，前記中央部に近いターンから一番外側のターンに向かって，順次，同じ変化量だけ減少していき，
前記中央部の巻きピッチをｐで表し，前記変化量をΔｐで表し，前記フィラメントの全体の巻数をｎで表し，前記二つの端部の合計の巻数をｋで表すと，Δｐ／ｐが０．０１５から０．１までの範囲内にあり，ｋ／ｎが０．３から０．８までの範囲内にあり，前記全体の巻数ｎが１７以上であることを特徴とするＸ線管用フィラメント。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線管用フィラメントにおいて，前記ｋ／ｎの値が次の数式の範囲内にあることを特徴とするＸ線管用フィラメント。
ｋ／ｎ＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２
【請求項３】
請求項１または２に記載のＸ線管用フィラメントを備えるＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管用フィラメントに関し，特に，コイル状のフィラメントの長手方向の温度分布を均一にするための工夫に特徴のあるフィラメントに関する。また，本発明は，そのようなフィラメントを備えるＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイル状のＸ線管用フィラメントは，コイルの全長にわたって，温度分布をできるだけ均一にすることが望ましい。通常のＸ線管用フィラメントは，線径や巻きピッチが一様に作られているので，中央付近の温度が一番高くなり，両端付近の温度が低くなる。これに対して，フィラメントの温度分布を均一にすると，そのフィラメントから放出される電子ビームの強度分布が均一になり，その電子ビームがＸ線管のターゲット（対陰極）に照射されることで形成されるＸ線焦点の輝度分布も均一になる。また，コイルの温度分布が均一になると，温度分布が均一でないフィラメントと比較すると，コイルの線径の減少が一様になって，寿命が長くなる。さらには，コイルの温度分布が均一になると，温度分布が均一でないフィラメントと比較して，同じ管電流を得る場合でも，フィラメントの最高温度を下げることができて，やはり，フィラメントの寿命を長くできる。
【０００３】
本発明は，Ｘ線管用フィラメントのコイルの巻きピッチに変化を与えることに関係しているが，これに最も関連が深い技術として，次の特許文献１が知られている。なお，実用新案の文献であっても，広義の特許文献と称することにする。
【特許文献１】実開平６−９０４７号公報
【０００４】
この特許文献１は，Ｘ線管用フィラメントのコイルの巻きピッチについて，中央部を密に，両端を粗にすることで，コイルの中央付近の温度を高くして，電子密度分布をガウス分布にしている。したがって，温度分布を均一にするのではなく，むしろ，中央部の温度は，巻きピッチが均一な通常のコイルよりも高くなると考えられる。この特許文献１のコイルフィラメントは，例えば，中央部のピッチが８０巻き／インチであり，両端部が５０巻き／インチである。
【０００５】
一方，Ｘ線管以外の技術分野においては，コイル状のフィラメントの中央のピッチを粗に，両端部のピッチを密にして，コイルの長さ方向の温度分布を均一することが知られており，例えば，次の特許文献２及び特許文献３が存在する。
【特許文献２】特開昭６３−２３２２６４号公報
【特許文献３】実願昭６３−５７３２３号（実開平１−１６１５４７号）のマイクロフィルム
【０００６】
特許文献２は，電子複写機用のハロゲン電球のコイルフィラメントに関するものであるが，端部のコイルピッチを中間部のそれよりも密にすることで，端部での温度低下を防いで，端部での照度を中央部と同じにしている。例えば，中間部のピッチは２６．３ターン／ｃｍであり，端部では３３．８ターン／ｃｍである。
【０００７】
特許文献３は，車両等に使用される電球のコイルフィラメントに関するものであるが，中央部の巻きピッチを両端部の巻きピッチよりも疎にすることで，フィラメントの長手方向の温度分布を均一にしている。さらに，この文献では，一番外側の巻きピッチを一番密にして，一番外側から中央部に向かって，巻きピッチを，順次，疎状態にすることについても開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献２及び特許文献３によれば，コイルフィラメントの両端付近の巻きピッチを中央部よりも密にすれば，フィラメントの長手方向の温度分布が均一になることが理解できる。そこで，本発明者らは，そのような理解のもとにＸ線管用のフィラメントを開発したところ，単にそのような工夫をしただけでは，温度分布の均一性が不十分であることが分かった。
【０００９】
Ｘ線管のフィラメントの温度分布は，フィラメントから発生する電子ビームの密度分布に影響を及ぼし，それがターゲット上のＸ線焦点の輝度分布に反映される。単にフィラメント寿命を延ばすだけであれば，上述の特許文献２及び特許文献３に開示の技術を用いれば済むが，Ｘ線焦点の輝度の均一性まで考慮すると，温度分布の均一性は，より厳密性が要求される。
【００１０】
そこで，本発明の目的は，フィラメントの長手方向の温度分布の均一性をきわめて良好にできるＸ線管用フィラメントを提供することにある。また，本発明の別の目的は，そのようなＸ線管用フィラメントを備えるＸ線管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＸ線管用フィラメントは，コイル状のフィラメントであり，巻きピッチが同一の複数のターンを有する中央部と，前記中央部の両側にあって，前記中央部の巻きピッチよりも小さい巻きピッチの複数のターンを有する二つの端部とからなる。前記端部の複数のターンの巻きピッチは，前記中央部に近いターンから一番外側のターンに向かって，順次，同じ変化量だけ減少している。そして，前記中央部の巻きピッチをｐで表し，前記変化量をΔｐで表し，前記フィラメントの全体の巻数をｎで表し，前記二つの端部の合計の巻数をｋで表すと，Δｐ／ｐが０．０１５から０．１までの範囲内にあり，ｋ／ｎが０．３から０．８までの範囲内にあり，前記全体の巻数ｎが１７以上である。
【００１２】
前記ｋ／ｎの値は，次の数式の範囲内にあることが好ましい。ｋ／ｎ＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２。
【００１３】
本発明のＸ線管は，上述のような特徴を有するＸ線管用フィラメントを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，上述のように巻きピッチを工夫したことにより，コイル状のフィラメントの長手方向の温度分布が均一になる。例えば，フィラメントを２５００℃程度の温度に加熱した場合に，一番外側のそれぞれ２ターンを除けば，フィラメントの長手方向の温度分布は，５０℃以内の範囲に収まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。図１は本発明の一実施例のフィラメントの正面図である。このフィラメント１０は線径ｄの線材１２を，外径Ｄになるように，巻数ｎ（すなわち，ｎターン）でコイル状に巻いたものである。両端にはリード線１４が一体につながっている。この例は，巻数ｎが２０である。図において，一番左側のターンを第１ターンと呼び，以下，第２ターン，第３ターンとなり，一番右側のターンが第２０ターンである。第１ターンの巻きピッチはｐ1であり，第２ターンの巻きピッチはｐ2であり，以下，同様である。一番右側の第２０ターンの巻きピッチはｐ20である。これを一般的に表すと，第ｉターンの巻きピッチはｐiであり，ｉ＝１〜ｎである。以下，巻きピッチを単にピッチと略称する。
【００１６】
図示のフィラメントは，第６ターンから第１５ターンまでのピッチが同一の値になっている。ピッチが同一の複数のターンからなる部分を中央部と呼び，そのピッチをｐで表す。すなわち，ｐ6＝ｐ7＝…＝ｐ15＝ｐである。第１ターンから第５ターンまでは，そのピッチが中央部のピッチよりも小さくなっている。すなわち，ピッチが中央部よりも密になっている。第１６ターンから第２０ターンまでも同様である。このように，中央部よりもピッチが小さくなっている部分を端部と呼ぶ。第５ターンのピッチｐ5は，中央部のピッチｐよりも，Δｐだけ小さくなっている。さらに，第４ターンのピッチｐ4は，ピッチｐ5よりもΔｐだけ小さくなっている。以下，同様に，第１ターンまで，ピッチが順に減少していく。すなわち，図示の左側の端部において，第５ターン（中央部に近いターン）から第１ターン（一番外側のターン）に向かって，順次，Δｐだけ，ピッチが減少していく。これを数式で表すと，ｐ−ｐ5＝ｐ5−ｐ4＝ｐ4−ｐ3＝ｐ3−ｐ2＝ｐ2−ｐ1＝Δｐである。図示の右側の端部でも同様であり，ｐ−ｐ16＝ｐ16−ｐ17＝ｐ17−ｐ18＝ｐ18−ｐ19＝ｐ19−ｐ20＝Δｐである。
【００１７】
図２は，図１のフィラメントにおけるピッチの変化を示したグラフである。横軸はターン番号であり，縦軸は各ターンのピッチである。この例では，第６ターンから第１５ターンまでの中央部では，ピッチｐは０．６５ｍｍ（６５０μｍ）で一定である。第５ターンのピッチｐ5は，中央部のピッチｐよりも，Δｐ＝３０μｍだけ小さくなっている，したがって，ｐ5＝０．６２ｍｍである。以下，同様に，同じ変化量Δｐだけ減少していく。すなわち，ｐ4＝０．５９ｍｍ，ｐ3＝０．５６ｍｍ，ｐ2＝０．５３ｍｍ，ｐ1＝０．５０ｍｍとなる。図示の右側の端部でも，同様に，ｐ16＝０．６２ｍｍ，ｐ17＝０．５９ｍｍ，ｐ18＝０．５６ｍｍ，ｐ19＝０．５３ｍｍ，ｐ20＝０．５０ｍｍとなる。
【００１８】
左側の端部では，中央部と比較してピッチが変化している巻数ｉは５個である。右側の端部でも，中央部と比較してピッチが変化している巻数ｊは５個である。それらの合計ｋは１０個になる。したがって，このフィラメントの例では，中央部に含まれる巻数は１０個であり，二つの端部に含まれる巻数（ピッチが変化する巻数）の合計ｋは１０個である。
【００１９】
図３は，図１とは別のフィラメントの温度分布のグラフである。このフィラメントは，巻数ｎが２２であり，ｄ＝０．４ｍｍ，Ｄ＝３ｍｍ，ｐ＝０．６５ｍｍ，Δｐ＝０．０３ｍｍ，ｉ＝５，ｊ＝５（すなわち，ｋ＝１０）である。このフィラメントについて，電流を流して２５００℃付近まで加熱したときの，フィラメントの長手方向の温度分布を実測したものである。横軸はターン番号，縦軸は温度である。各ターンでの温度は，図１に示すように各ターンの頂点１６のところで，光学式パイロメータで測定した。このフィラメントは，端部においてピッチが密になっているために，中央部の温度が両端に比べて高くなるようなことがない。むしろ，この例では，中央部の温度が若干低くなっている。そして，第３ターンから第２０ターンまでの範囲では，温度分布は５０℃の範囲内に収まっている。第１ターン，第２ターン，第２１ターン，及び，第２２ターンだけが，５０℃の範囲内から外れている。
【００２０】
このような温度分布については，図３に示す実測値のほかに，理論計算によっても算出した。理論計算では，有限要素法を使って，電流と熱輻射を変数にして，温度分布を算出し，その温度分布ができるだけ均一になるように，Δｐとｋ（＝ｉ＋ｊ）の値を定めた。そのときの計算上の温度分布は，図３に示す実測の温度分布とほぼ同じ傾向を示した。したがって，以下の検討では，温度分布ができるだけ均一になるように，理論計算によってΔｐとｋの値を求めている。
【００２１】
図４は解析結果の一覧表である。この一覧表では，さまざまなコイル仕様のフィラメントについて，ピッチ変化量Δｐをパラメータとして，２５００℃付近の温度において，フィラメントの長手方向の温度分布が５０℃の温度範囲に収まるように（ただし，両端のそれぞれ二つのターンの温度だけは除く），最適なｋの値を求めた。コイル仕様としては，線径ｄ，コイル外径Ｄ，巻数ｎ，中央部のピッチｐがある。解析結果は，ピッチ変化量Δｐをパラメータとして，そのΔｐのときに，ｋの値をどの程度にしたら，上述のような良好な温度分布になるかを求めたものである。
【００２２】
例えば，ｄ＝０．２ｍｍ，Ｄ＝１．１３ｍｍ，ｎ＝２０，ｐ＝０．６５ｍｍのコイル仕様のフィラメントについては，Δｐ＝２０μｍの条件でフィラメントの端部のピッチを変化させると，ｉ＋ｊ＝ｋ＝８〜１０にしたときに，温度分布が５０℃の範囲内になる，というものである。図４におけるｋの欄の右隣の「平均」は，ｋの最適範囲（例えば，８〜１０）についての平均値である。最適なｋの値が８〜１０である場合には，両側の４ターンまたは５ターンについて，中央部に近い方から，順次，ピッチを減らしていくことになる。
【００２３】
図５は，図４に示す解析結果をグラフに示したものである。横軸はピッチ変化量Δｐであり，縦軸はピッチが変化する巻数ｋの値である。すべてのコイル仕様についてのデータを，同一のグラフの中で示している。このグラフは，コイル仕様にかかわらず，Δｐとｋの関係が同じ傾向になることを示している。ピッチ変化量Δｐを大きくすると，それに最適なｋの値は小さくなる傾向にある。各データの分布の中心を通る直線２０，厳密に言えば最小二乗法で得られた直線２０は，「ｋ＝１３．７−０．１３６Δｐ」という数式になる。この直線２０を用いると，例えば，Δｐ＝２５μｍを選択したときは，温度分布が最も均一になる最適なｋは１０〜１１であることが分かる。
【００２４】
直線２０のｋの値に２をプラスしたものと，２をマイナスしたものが，直線２２と２４である。各データは，直線２２と２４の範囲内にほぼ収まっている。したがって，「ｋ＝１３．７−０．１３６Δｐ±２」という数式を満足するように，Δｐとｋを選択すれば，温度分布が均一なフィラメントが得られることになる。
【００２５】
図６は，Δｐとｋを，ｐとｎで規格化してから示したグラフである。横軸は，ピッチ変化量Δｐを中央部のピッチｐで除したものであり，縦軸は，ピッチが変化する巻数ｋを全部の巻数ｎで除したものである。このように規格化することで，巻数ｎ及びピッチｐに依存しない関係，すなわち，より一般的な関係になる。各データは，Δｐ／ｐが０．０１５から０．１の範囲内にあり，ｋ／ｎが０．３から０．８までの範囲内にある。この範囲内のデータについて，２５００℃付近での温度分布が５０℃以内になるようなフィラメントが得られたので，Δｐ／ｐとｋ／ｎは，まずは，このような範囲内にするのが好ましい。
【００２６】
そして，各データの分布の中心を通る直線２６を求めると，この直線２６は，「（ｋ／ｎ）＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）」という数式になる。そして，この直線２６の上下にプラス０．１２及びマイナス０．１２の直線２８，３０を引くと，各データはこの直線２８，３０の範囲内にほぼ収まる。この範囲内は「（ｋ／ｎ）＝０．７２−４．６６（Δｐ／ｐ）±０．１２」という数式になる。この数式を満足するように，Δｐ／ｐとｋ／ｎを選択すれば，温度分布が均一なフィラメントが得られることになる。
【００２７】
図７は，上述のような工夫を施したフィラメントを備えたＸ線管の要部の斜視図である。フィラメント１０に電流を流し，フィラメント１０と回転対陰極３２の間に高電圧を印加すると，フィラメント１０から電子ビーム３４が発生する。この電子ビーム３４が回転対陰極３２の外周面に照射されて，そこからＸ線ビームが発生する。そして，例えば，ポイントフォーカスのＸ線ビーム３６や，ラインフォーカスのＸ線ビーム３８を取り出すことができる。
【００２８】
本発明のフィラメントは，上述の回転対陰極のＸ線管に限らずに，固定ターゲット（静止するターゲット）のＸ線管にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例のフィラメントの正面図である。
【図２】図１のフィラメントにおけるピッチの変化を図示したグラフである。
【図３】フィラメントの長手方向の温度分布のグラフである。
【図４】解析結果の一覧表である。
【図５】解析結果のグラフである。
【図６】解析結果の別のグラフである。
【図７】本発明のフィラメントを備えたＸ線管の要部の斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  フィラメント
１２  線材
１４  リード線
１６  頂点
３２  回転対陰極
３４  電子ビーム
３６，３８  Ｘ線ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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