(57)【要約】【課題】  収容されたフィラメントの完全性を保護するように設計された機構を含む陰極組立品を提供する。【解決手段】  陰極組立品は、フィラメントが陰極組立品の別の部分に偶然接触した場合にフィラメントの損傷を防止するように構成される。ある実施例では、本発明の機構を組み込んだＸ線管が開示される。このＸ線管は、陰極組立品及び陽極を収容した真空筐体を含む。この陰極組立品は、ヘッド表面を有するヘッド部分を含む。溝穴がヘッド表面に画成され、溝穴には電子放射フィラメントが含まれる。保護表面が、フィラメントの中心部分に最も近いヘッド表面に画成される。ある実施例における保護表面は、タングステンで作られ、フィラメントが保護表面に偶然接触した場合に保護表面へのフィラメントの融合を防止するように構成される。【選択図】      図１
2007207757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド表面を画成するヘッド部分と、
前記ヘッド部分に取り付けられたフィラメントであって、電子を放射することのできるフィラメントと、
前記ヘッド部分からの損傷又は汚染から前記フィラメントを保護する手段とを有する陰極組立品。
【請求項２】
前記保護手段が前記ヘッド表面を画成する、請求項１に記載の陰極組立品。
【請求項３】
前記保護手段が、前記フィラメントが前記ヘッド表面に接触した時に前記フィラメントが前記ヘッド部分に融合することを防止する、請求項１に記載の陰極組立品。
【請求項４】
前記保護手段が前記ヘッド部分からの材料の蒸発を制御する、請求項１に記載の陰極組立品。
【請求項５】
前記保護手段の少なくとも一部が前記ヘッド表面に位置付けられる、請求項１に記載の陰極組立品。
【請求項６】
前記保護手段が、前記フィラメントの少なくとも中心部分に最も近い前記ヘッド表面の部分に塗布された耐熱材料の被膜である、請求項５に記載の陰極組立品。
【請求項７】
前記保護手段が耐熱材料で作られたインサートであって、
前記インサートが、前記フィラメントの一部に最も近いヘッド部分に画成された対応するサイズの凹部により受け入れられる、請求項５に記載の陰極組立品。
【請求項８】
陰極ヘッドを画成するステップと、
前記陰極ヘッドの少なくとも一部に耐熱材料を追加するステップと、
前記フィラメントの少なくとも一部が前記耐火材料に最も近く配置されるように、フィラメントを前記陰極ヘッドに取り付けるステップとを有する、陰極ヘッド組立品の製造方法。
【請求項９】
前記耐熱材料を追加するステップが、さらに、
前記耐熱材料で前記陰極ヘッドの表面部分を被覆するステップを有する、請求項８に記載された製造方法。
【請求項１０】
前記耐熱材料が約０．０１２７センチメートル（約０．００５インチ）の厚さに塗布される、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記陰極ヘッドの表面機構が、前記耐熱材料が塗布される前に画成される、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記耐熱材料及び前記フィラメントを構成する材料が概ねほぼ同じである、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記耐熱材料を追加するステップが、さらに、
前記陰極ヘッドの表面部分に凹部を穿孔するステップと、
前記耐熱材料で作られたインサート部分を前記凹部に付けるステップとを有する、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記インサート部分を付けるステップが、さらに、
ロウ付けにより前記インサート部分を付けるステップを有する、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記フィラメントの中心部分が前記耐熱材料に最も近い、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１６】
真空筐体と、
前記真空筐体に収容された陰極組立品であって、前記陰極組立品が、
ヘッド表面を有するヘッド部分であって、開口部を画成するヘッド部分と、
前記開口部に配置された電子放射フィラメントと、
前記ヘッド表面の少なくとも一部に画成された保護表面であって、前記保護表面が、前記フィラメントが前記保護表面に接触した時に前記フィラメントが前記保護表面に融合することを大いに防止するために役立つ材料から成る、保護表面とを含む陰極組立品と、
前記真空筐体に収容され、前記フィラメントにより生成される電子を受け取るように配置された陽極とを有するＸ線管。
【請求項１７】
前記保護表面が、耐熱材料を含む被膜である、請求項１６に記載のＸ線管。
【請求項１８】
前記保護表面材料が、前記フィラメントが作られている材料の融点と概ね等しいか又はそれより高い融点を有する、請求項１６に記載のＸ線管。
【請求項１９】
前記保護表面が、前記ヘッド部分に画成された凹部内に付けられたインサートに含まれる、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項２０】
前記インサートがタングステンで作られる、請求項１９に記載のＸ線管。
【請求項２１】
前記開口部が溝穴として形成され、さらに第１及び第２の延長表面により画成され、前記延長表面が前記フィラメントの軸長に沿って広がる、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２２】
各延長表面の一部及び前記溝穴の一部が前記インサートにより画成される、請求項２１に記載のＸ線管。
【請求項２３】
前記ヘッド部分がニッケル、鉄、銅、モリブデン、並びにニッケル、鉄、銅及びモリブデンの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項２２に記載のＸ線管。
【請求項２４】
前記保護表面材料がタングステン、レニウム、タンタル、モリブデン、オスミウム、ニオブ、イリジウム、ハフニウム、炭化タンタル、炭化ハフニウム、炭化ニオブ及び炭化ジルコニウムからなる群から選択される、請求項２３に記載のＸ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、Ｘ線発生デバイスに関するものである。特に本発明は、Ｘ線管の陰極に実装するための機構、例えば高温動作中にフィラメントの汚染又は損傷を防止する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管のようなＸ線生成デバイスは、工業と医用の両方の幅広い適用において使用される非常に価値ある道具である。例えば、かかる装置は、医療診断検査及び放射線治療、半導体製造及び組み立て並びに材料分析のような分野で広く用いられる。
【０００３】
適用用途に関係なく、Ｘ線管はほぼ同じように動作する。概してＸ線は、電子が放射されて加速され、その後、特殊な組成の材料に衝突した際に生成される。このプロセスは通常、Ｘ線管の真空筐体内で起こる。真空筐体内には陰極すなわち電子供給源、及び、陰極により放射された電子を受け取るように方向を合わせられた陽極が配置される。陽極は、管の内部に固定されるか、又は回転子軸に取り付けられた環状回転ディスクの形態であってもよく、かかる回転子軸が次には、軸受け組立品により回転可能に支持される。真空筐体は通常、誘電油のような冷却剤貯蔵器としても役立つ外部ハウジング内に収容され、かかる冷却剤は、Ｘ線管の冷却と、管と外部ハウジングとの間に電気的絶縁を提供することの両方に役立つ。
【０００４】
動作中は電流が陰極のフィラメント部分に供給され、かかる電流により熱イオン放射として知られるプロセスを経て電子雲が放射される。電子雲に流れを形成させ、陽極の標的表面に配置された焦点に向かって加速させるために、高電圧ポテンシャルが陰極と陽極の間に置かれる。標的表面にぶつかり次第、電子の運動エネルギーの一部は、非常に高い周波数の電磁放射すなわちＸ線の形態で放出される。生成されるＸ線の固有周波数は、主に、陽極標的表面を形成するために使用される材料の種類によって決まる。高い原子番号（「Ｚ番号」）を有する標的表面材料が通常用いられる。陽極の標的表面は、真空筐体及び外部ハウジングに画成された窓を通ってＸ線がビームとして放射されるように方向付けられる。放射されたＸ線ビームはその後、Ｘ線画像を生成するように医療患者などのＸ線対象の方に向けられる。
【０００５】
できるだけ集束したＸ線ビームを生成するためには、陰極フィラメントから放射される電子流を最初に成形又は集束することが通常望ましい。陰極でのかかる電子放射制御が、次には、望ましく集束したＸ線放射のために陽極標的表面において望まれる位置での高精度の電子衝撃をもたらす。同様に、陰極ヘッドによる電子流の成形は、非集束電子流である「ウイング」を防止する。かかるウイングは、結果的に生じるＸ線画像の明瞭さを低下させる以外、いかなる目的のためにも役立たない。
【０００６】
このようなものとして、Ｘ線管及びその他のフィラメント収容デバイスで使用される陰極は、通常、フィラメントを収納するヘッド部分を含む。陰極ヘッドは、上記の通りに、フィラメントにより生成される電子を望ましく集束させるように成形され得る。しばしば、フィラメントは、電子集束のために陰極ヘッドに画成された１つ以上の溝穴又は類似の構造に位置付けられる。さらに、フィラメントと陰極ヘッド表面との間の空間を最小限に抑えると、別の方法で可能であるはずの電圧よりも相対的に低い陰極制御電圧で、電子流が非集束ウイングに成形されることを最小限に抑えられると認識されてきたために、狭い許容差が、溝穴構造を画成するヘッド表面とフィラメントとの間にはしばしば存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
残念ながら、溝穴の側部又はその他類似の機構のような陰極ヘッド部分のすぐそばにフィラメントを配置すると、望ましくないことに、Ｘ線管のような陰極収容デバイスの動作中にフィラメントと陰極ヘッド表面とが偶然接触するリスクが高くなる。詳しくは、管動作中にフィラメントは、熱イオン放射により電子を生成するために高温で電気的にエネルギーを与えられる。このような時期に、最も近い陰極ヘッド表面とフィラメントとの不慮の接触が生じることがある。かかる接触は、陰極への機械的衝撃、相対電圧スパイク又は何らかのその他の出来事のような過渡現象により突然引き起こされる場合がある。
【０００８】
フィラメントと陰極ヘッド構造との間に不要の接触が生じた場合、フィラメントが損傷する場合がある。特に、フィラメントは通常、熱イオン放射が達成されるために必要な熱に耐えるようにタングステンのような高融点耐熱材料で作られる。対照的に陰極ヘッドは、高電圧適合性及び機械加工性に関して選択された材料で作られることが多い。かかる材料の例はニッケル及びニッケル合金、鋼鉄、ステンレス鋼、鉄及び鉄合金並びに銅を含む。これらの材料は、タングステンの融点よりも低い融点を有する。従って、高温フィラメントが陰極ヘッドに偶然接触すると、フィラメントは陰極ヘッド表面に融合し、よって、フィラメントを電気的にショートさせて陰極を使用不能にする恐れが高い。
【０００９】
その他の既知の陰極ヘッド構成では、フィラメントと陰極ヘッド表面との接触は、損傷がそれでもなおフィラメントに生じるためには必要でない。例えば、動作中にフィラメントから放出された熱は、フィラメントに最も近いヘッド構造の部分により吸収される。最も近いヘッド構造がニッケルのような低融点材料で作られている場合、ヘッドからニッケルの蒸発が起こる。蒸発したニッケルはその後、フィラメント表面に再析出し、それによりフィラメントを汚染してその性能を低下させる恐れが高い。このフィラメント汚染効果は、フィラメントがヘッド表面に接触したがヘッド表面に永続的に溶着しなかった場合にも起こる恐れが高い。
【００１０】
上記の課題は、フィラメントとヘッド構造との間の相対電位を選択的に変えることにより陰極からの電子放射をさらに制御するために用いられる手法である「グリッド」を用いる陰極ヘッドでは悪化する可能性が高い。しかし残念なことにグリッドは、フィラメントとヘッド構造との間の相対電気引力を増大させることが多く、それにより、フィラメントとヘッド構造との望ましくない接触の機会が増える恐れが高い。
【００１１】
上記の課題を緩和するための従前の試みは、限られた成功を収めたに過ぎない。例えば、陰極ヘッド設計は、フィラメントとヘッド表面との接触の尤度を下げるためにフィラメントとヘッド表面の間の空間を増すように変更された。しかし、これにより残念なことに、相対的により大量の電圧が、陰極動作中にフィラメント電子流を制御するために使用されることが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の考察を踏まえて、上記の課題を解決するフィラメント及び陰極組立品に対するニーズが目下存在する。特に、デバイス動作中に最も近い構造からのフィラメントの損傷及び破壊を防止するＸ線デバイス及びその他の陰極収容デバイスで、使用するために適した陰極組立品に対するニーズが存在する。解決法は、固定式及び回転式の陽極Ｘ線管で用いられるフィラメントのみならず、高温フィラメントの非意図的な溶着又は汚染がリスクであるデバイスで用いられるフィラメントにも適するべきである。
【００１３】
本発明は、当該技術における上記ニーズ及びその他のニーズに応えて開発された。簡単に要約すると、本発明の実施例は、収容されたフィラメントの完全性を保護するように設
計された機構を含む陰極組立品を対象とするものである。特に、この陰極組立品は、フィラメントが陰極組立品の別の部分に偶然接触した場合にフィラメントの損傷を防止するように構成される。既知の陰極組立品とは対照的に、本発明の実施例は、過渡衝撃現象によりフィラメントが陰極ヘッド表面の一部に瞬間的に接触した場合の、陰極ヘッド表面へのフィラメントの融合を防止する。加えて、高温フィラメント動作中に陰極ヘッド表面から蒸発した材料によるフィラメントの汚染もまた、本発明の実施例を実装した陰極組立品では低減又は排除される。
【００１４】
ある実施例では、本発明の機構を組み込んだＸ線管が開示される。このＸ線管は、陰極組立品及び陽極を収容した真空筐体を含む。この陰極組立品は、ヘッド表面を有するヘッド部分を含む。凹部がヘッド表面に画成され、凹部には電子放射フィラメントが含まれる。保護表面が、フィラメントの中心部分に最も近いヘッド表面に画成される。ある実施例における保護表面は、タングステンで作られ、フィラメントが保護表面に偶然接触した場合に陰極ヘッドへのフィラメントの融合を防止するように構成される。保護表面は、フィラメント接触が最も起こりそうなヘッド表面に配置され、それにより、フィラメントがヘッド表面の接触部分に融合することを防止することが望ましい。
【００１５】
ある実施例では、陰極ヘッドの保護表面は、同ヘッドに画成された凹部に付けられたタングステン・インサートに画成される。別の実装では、保護表面は、陰極ヘッド表面の一部に塗布されたタングステン被膜である。フィラメントは通常タングステンで作られるので、タングステン・フィラメントとタングステン保護表面との接触は、一方の表面の他方への溶着及び融合を防止する。その他の実施例では、その他の耐熱材料及び追加材料が、保護表面を形成するために使用できる。
【００１６】
本発明のこれらの機構及びその他の機構は、次のような説明及び添付の請求項から、より完全に明らかになるはずであり、でなければ、下記通りの本発明の実践によって分かる場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の上記の利点及び機構並びにその他の利点及び機構をさらに明らかにするために、本発明のより具体的な説明が、添付の図面に示された特定の実施例を参照することにより行われる。これらの図面が、本発明の代表的な実施例を示すものに過ぎず、従って、本発明の適用範囲を限定するものと見なされてはならないことが正しく理解される。本発明は、添付の図面の使用を通じて特定性及び詳細を追加しながら記述され説明される。
【００１８】
図面を参照すると、類似の構造には類似の参照呼称が与えられている。図面は、本発明の例示的な実施例の図式表現及び図解表現であって本発明を限定するものではなく、また、必ずしも縮尺通りに示されているわけでもないことが理解される。
【００１９】
図１〜６は、本発明の実施例の様々な機構を示すものであり、本発明は動作中に陰極ヘッド組立品のフィラメント部分の損傷を低減又は防止するように設計された機構を有する陰極ヘッド組立品を概ね対象とするものである。ある実施例には、陰極ヘッド組立品がＸ線管デバイスの構成部品として含まれ、Ｘ線生成の準備として電子を生成するためにフィラメントが用いられる。しかしながら、その他の高温フィラメント収容デバイスも、本明細書で説明される原理から利益を得ることが認識される。従って、以下の考察は単に、本発明のより広い原理を例示するものと見なされるべきである。
【００２０】
まず、図１を参照する。同図には、包括的に１０と呼ばれる従来の回転陽極型Ｘ線管の簡易構造が示されている。Ｘ線管１０は外部ハウジング１１を含み、同ハウジング内には真空筐体１２が配置される。冷却剤１３も、外部ハウジング１１により画成された内部貯
蔵器内に配置される。冷却剤は、真空筐体１２及び同筐体に収容された構成部品の冷却を助けるように、真空筐体の少なくとも一部を包む。加えて冷却剤は、真空筐体と外部ハウジングとの間に電気的絶縁を提供するように多くの場合、誘電体である。ある実施例では冷却剤１３は、望ましい断熱性及び電気的絶縁性を提供する誘電油媒質を含む。しかしながら、いくつかの異なる冷却媒質のいずれもが利用できるはずである。その他の実装では液体冷却剤は用いられず、管は例えば空気循環により冷却される。
【００２１】
示された実施例では、真空筐体１２内には回転陽極１４及び陰極１６が配置されている。この図では陽極１４は、陰極１６から離され空間を置いて陰極の反対側に配置され、少なくとも部分的には銅又はモリブデン合金のような熱伝導性金属で作られる。もっとも、その他の実装も利用できるはずである。この実施例では陽極１４は、回転子組立品１７により回転可能に支持される。回転子組立品１７は、固定子１８により提供される回転力を介して管動作中に陽極１４の回転を提供する。その他の実施例では陽極が、固定陽極Ｘ線管内に配置された固定陽極である可能性が高いことに注意すること。
【００２２】
陰極１６は、以下でさらに考察されるフィラメントを含み、かかるフィラメントは、２０と呼ばれる電子を熱イオン放射により陰極から放射させるように管動作中に電流がフィラメントを通過するほど適切な電力ソース（示されていない）に接続される。陽極１４と陰極１６の間に高電位を掛けると、フィラメントから放射される電子２０は陰極から、回転陽極１４の標的表面２４に配置された焦点軌道２２に向かって加速する。焦点軌道２２は通常、タングステン又は高原子（「高Ｚ」）番号を有する類似の物質で作られる。電子２０は加速するにつれて相当量の運動エネルギーを獲得し、焦点軌道２２の標的材料にぶつかり次第、この運動エネルギーの一部は、非常に高い周波数の電磁波、すなわち図１に示されたＸ線２６に変換される。
【００２３】
陽極標的表面で生成されたＸ線２６の大部分は真空筐体１２を通過し、外部ハウジング１１に配置された窓３０を抜けてその外に向けられる。Ｘ線２６はその後、意図された適用に従って様々な目的のために使用されることが可能である。例えば、Ｘ線管１０が医用Ｘ線画像デバイス内に配置されている場合、Ｘ線管から放射されたＸ線２６は、身体の一部のＸ線撮影画像を生成する目的のために医学評価中、透過のために患者の身体などの対象内に向けられる。
【００２４】
図１と併せて、図２〜４を参照しながら、本発明のある実施例の様々な機構について説明する。特に、包括的に１００と呼ばれる陰極ヘッドを含め、陰極組立品が開示される。その他の管構成部品に対する、特に回転陽極１４に対する陰極ヘッド１００の位置は、図１で見ることができる。図２〜４は、陰極ヘッド１００及びその各構成部品の様々な斜視図及び断面図を示す。
【００２５】
陰極ヘッド１００は、管１０の真空環境での使用に適した材料から製造される。ある実施例では陰極ヘッド１００はニッケルで作られるが、ニッケル合金、鉄及び鉄合金並びに銅も使用できる。
【００２６】
示された通り、ヘッド１００は、表面１０２を画成し、包括的に１１０と呼ばれるフィラメントが配置された凹部を含む。示された例ではフィラメント１１０は、ヘッド１００の表面に画成された第１の溝穴１１２に配置される。次いで第１の溝穴１１２が、より大きい第２の溝穴１１４に含まれる。溝穴１１２，１１４の形成については以下でさらに検討され、溝穴の構成及び存在もしくは構成又は存在を含め、陰極ヘッド表面の詳細が、本明細書で説明されたものとは異なりながら、なお、本発明の意図された適用範囲内にあることが認識される。
【００２７】
図３は、本実施例におけるフィラメント１１０が複数のコイル１１６を画成するように成形された伝導性ワイヤで、ワイヤの両端にストレート・リード部１１８があることを示す。リード部１１８は、ヘッド表面１０２に画成された孔１２０を経て絶縁体１２２内に受け入れられる。本実施例におけるフィラメント・ワイヤは、標準的なフィラメント材料であるタングステンで作られる。その他の適した組成もあり得る。
【００２８】
図２，４で最も良く分かる通り、第１の溝穴１１２は部分的には、１対の延長表面１３０Ａ，１３０Ｂにより画成される。延長表面１３０Ａ，１３０Ｂは、ヘッド表面１０２により画成され、第１の溝穴１１２と隣り合った第２の溝穴１１４の床から立ち上がってフィラメント１１０の軸長と平行に走る。
【００２９】
延長表面１３０Ａ，１３０Ｂは、フィラメント１１０により生成される電子の放出プロファイルを成形するように構成される。詳しくは、各延長表面１３０Ａ，１３０Ｂは、フィラメント・コイル１１６の曲率に対応する成形内表面１３２を含む。成形内表面１３２は、延長表面１３０Ａ，１３０Ｂがフィラメント表面に概ね最も近く配置されることを可能にする。この最も近い表面配置の利益には２つの面がある。まず第１に、かかる配置は、図４で指定された通りの各コイルの上部領域１３４を除き、各フィラメント・コイル１１６のすべての部分からの電子生成を抑制する。第２に、かかる配置は、相対的に低規模の陰圧ヘッド制御電圧がフィラメントの動作制御時に使用されることを可能にする。このような方法で、フィラメント１１０からの電子放射は、陽極１４（図１）の方に向けられて明確に画成された電子流を非集束電子（すなわち「ウィング」）なしで生成するために制御されることができる。
【００３０】
継続的に図２〜４を参照して、本発明に従ってフィラメント１１０を損傷又は汚染から保護するための手段に関する様々な詳細を説明する。ある実施例では図２〜４に示された通り、フィラメント１１０を保護するための手段は、包括的に１４０と呼ばれる陰極ヘッド・インサートとして実装され、かかるインサートは、陰極ヘッド１００の一部を形成して、当該技術における前記の弱点を解決する。
【００３１】
さらに詳しくは、ヘッド・インサート１４０は、フィラメント１１０の一部のまわりに配置され、底面部分１４２Ａ，１４２Ｂのみならず、延長表面部分１４４Ａ，１４４Ｂをも画成する。ヘッド・インサート１４０のインサート底面部分１４２Ａ，１４２Ｂは、それらが第２の溝穴１１４の床の画成に寄与するように構成される一方で、延長表面部分１４４Ａ，１４４Ｂは、延長表面１３０Ａ，１３０Ｂの構造及び画成に、また、それに対応して成形内表面１３２の構造及び画成に寄与するように構成される。このようなものとして、ヘッド・インサート１４０のこれらの各部分は、考察の目的のために第２の溝穴１１４並びに延長表面１３０Ａ，１３０Ｂの一部と見なされる。
【００３２】
本実施例ではヘッド・インサート１４０は、フィラメントが陰極ヘッド１００の一部に接触した場合にフィラメントを損傷又は汚染から保護するという目的に適した材料で作られる。このようなものとしてヘッド・インサート１４０は、フィラメントの完全性を保つために適した「保護表面」を画成する。特に、ヘッド・インサート１４０は、フィラメントが作られている材料の融点と少なくとも概ね等しい融点を有する材料で作られる。さらに、ヘッド・インサート１４０の材料は、フィラメント材料の融点よりもかなり低い融点を有するフィラメント材料とは合金を形成するべきではない。フィラメントが当該技術において一般的である通りにタングステンで作られている場合、ヘッド・インサートを作ることのできる適切な材料は、タングステン、レニウム、タンタル及びこれらの合金を含め、耐熱材料である。さらに、モリブデン、オスミウム、ニオブ、イリジウム、ハフニウム、炭化タンタル、炭化ハフニウム、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、並びに、ハフニウムを添加した炭素耐熱金属などのその他の耐熱材料のような、その他の材料が代替物として
使用できるはずである。フィラメントが作られる材料に応じて、その他の材料又は材料組み合わせが使用できるはずである。
【００３３】
添付の図面に示された通りのヘッド・インサートの配置は、ある実施例では陰極ヘッド１００自体の製造中に行われる。特に、タングステン又はその他の耐熱材料のような適した材料製の円筒形のプラグが、図４に１４６で輪郭を示された円筒形の領域に対応するように画成される。溝穴１１２，１１４の画成が完了する前に、適したサイズの凹部が穿孔、機械加工又はその他の方法により陰極ヘッド１１０に画成され、凹部は、領域１４６により指定された通りのヘッド・インサートになる予定のプラグのサイズとぴったりと一致する。
【００３４】
プラグは、凹部内の適所に挿入され、その後、ロウ付け、機械的締め付け又はその他の適した手法などの方法により付けられる。プラグ及びプラグに対応する凹部がその他の形状、例えば正方形、矩形などを画成することができるものの、円筒形の当初のヘッド・インサート・プラグが陰極ヘッドへのロウ付けに十分向いており、プラグと孔との間に不要の空隙を持ち込まないことに、留意すること。
【００３５】
符号１４６によって画成された領域を占めるためにヘッド・インサート・プラグが陰極ヘッド内にいったん適切に付けられた後は、陰極ヘッドは、第１及び第２の溝穴１１２，１１４のみならず延長表面１３０Ａ，１３０Ｂも含め、様々な表面機構を画成するためにさらに機械加工される。このヘッド機械加工は、上記機構を画成するためにインサート・プラグがヘッドのその他の部分と併せて機械加工されるほど精密に制御される。従って、第１の溝穴１１２、第２の溝穴１１４、延長表面１３０Ａ，１３０Ｂ並びに成形内表面１３２の諸部分は、ヘッド・インサート材料ばかりでなく地の陰極ヘッド材料においても、同時に画成される。
【００３６】
上記ヘッド表面機構の画成は、ある実施例ではワイヤＥＤＭプロセスにより行われる。プランジＥＤＭ機械加工も、ある実施例ではヘッド表面機構の少なくともいくつかを画成するために使用できる。当業者は、これらのプロセス及びその他のプロセスが、本明細書で考察され示された通りの陰極ヘッドを画成するために利用できることを認識するはずである。
【００３７】
今度は図５を参照する。陰極ヘッド１００及びヘッド・インサート１４０は、Ｘ線管の性能が妨げられないほどフィラメント１１０を保護してその完全性を保つように構成される。詳しくは、ヘッド・インサート１４０は、フィラメント１１０の長軸に沿って、特に、図３に示されたフィラメント中心部分１４８のまわりに、中心を位置合わせされる。上記の通り、管動作中には物理的又は電気的な過渡衝撃現象が生じる恐れが高く、かかる現象によりフィラメント１１０は陰極ヘッド１１０の一部に接触するものの、フィラメントは電子を生成するために動作中であるということがあり得る。特に、かかる現象の間、フィラメント１１０は延長表面の成形内表面の一方に接触する可能性がある。かかる接触は、それが生じる場合、フィラメントの最大の平行移動自由が存在するフィラメント１１０の中心部分１４８により行われる。フィラメント中心部分１４８は、フィラメント接触が生じた場合には図５に示された通りにヘッド・インサート１４０の成形内表面１４４Ａ又は１４４Ｂの部分に接触するように、ヘッド・インサート１４０の部分に対応している。しかしながら、ヘッド・インサート１４０はある実施例では、フィラメント１１０の材料と概ね等しい融点を有する耐熱材料で作られるので、接触により高温フィラメントとヘッド表面との融合が生じることはない。むしろ、フィラメント１１０は、図４に示された望ましい位置に自由に跳ね戻ることができる。よって、フィラメントの損傷は防止される。
【００３８】
フィラメントを上記の融合損傷から保護することに加えて、さらにヘッド・インサート
１４０は、フィラメントを汚染からも保護する。詳しくは、ヘッド・インサート１４０は、フィラメント１１０の相対的に最高温の中心部分１４８に最も近い陰極ヘッド表面１０２の部分を占めるように配置されることが望ましい。このようにして、フィラメント１１０へのニッケルの蒸着を引き起こすために十分な動作フィラメントからの高熱曝露に従前さらされていたニッケル陰極ヘッド表面１０２の領域は、本実施例では今度はタングステンで作られ、かかるタングステンが蒸発することなく熱を吸収する。さらに、フィラメントがタングステンで作られ、かつ、ヘッド・インサート１４０からいくらかの蒸発が生じた場合にも、タングステン・フィラメントの頂上への蒸発タングステンの析出は、材料が同一であるために何ら汚染を引き起こさない。
【００３９】
上記の考察から、本発明の実施例が、当該技術に関する様々な改善を規定するために役立つことが分かる。フィラメントの融合又は汚染をあらかじめ排除することに加えて、ヘッド・インサートは、相対的により近いヘッド構造とフィラメント間の空間を可能にし、それにより、相対的により低い制御電圧を用いて、フィラメントにより生成される電子流の集束を制御することを可能にする。フィラメント設計は、フィラメントと陰極ヘッド表面との偶発的接触がフィラメント損傷をもたらすことはないという了解の下で、相対的により大きいフィラメントの揺れを可能にするように自由化できる。
【００４０】
上記の利点に加えて、なお一層の利益が本発明の実施例のヘッド・インサートから導き出される。例えば、ヘッド・インサートは高電界及び高温環境に十分適した材料で作られる。これは、フィラメントに最も近い陰極ヘッドの部分、すなわちヘッド・インサートの熱安定性、寸法安定性及び電気安定性がより良好になったことに等しい。かかる熱安定性、寸法安定性及び電気安定性は、タングステン・ヘッド・インサート材料による加熱時のヘッド変形の最小化、及びウイスカ（ひげ結晶）（高電界又は高温場において材料表面に小さな「尖端」が形成されること）の減少によりはっきりと示される。さらに、フィラメントの最高温部分のそばにヘッド・インサートを配置すると、ニッケル又はその他の従来の陰極材料がフィラメントに近い位置に置かれた場合には時折生じる真空環境内での触媒相互作用が減少する。また、固有のＸ線遮蔽利益も、タングステンのようなＸ線吸収材料で作られたヘッド・インサートの上記配置により得られる。
【００４１】
ある実施例ではヘッド・インサートは、耐用年数の終わりに達した他の管構成部品又は材料から製造できる。例えば、ヘッド・インサートを画成するために使用されるヘッド・インサート・プラグは、もはや陽極として使用不可能なタングステン製の回転陽極から切り出されることができる。これは、別の方法であればただ廃棄されるだけのはずの潜在的に問題のある廃棄物の量を減らす重要なリサイクル・オプションを表す。
【００４２】
今度は図６を参照する。同図には、本発明の別の実施例の詳細が示されている。上記の通り、図２〜４に示されたヘッド・インサート１４０は、陰極フィラメントを損傷又は汚染から保護するための１つの例示的手段として役立つ。同様に図６には、包括的に２００で示される被膜が示され、かかる被膜は、フィラメントを損傷又は汚染から保護するためのさらに別の例示的手段として役立つ。このようなものとして、下記の被膜が、ヘッド・インサートに関連する上記の数多くの機構及び利益を保ちつつフィラメントを保護する保護表面としてヘッド・インサートの適所で使用できることが正しく理解される。
【００４３】
さらに詳しくは、被膜２００は、フィラメント１１０に最も近い陰極ヘッド表面１０２の既定表面に十分な厚さで塗布される。示された実施例では被膜は、図３に示された中心フィラメント部分１４８のようなフィラメント１１０の中心部分と隣り合った第１の溝穴１１２並びに延長表面１３０Ａ，１３０Ｂの諸部分に、成形内表面１３２を含め、塗布される。そのように塗布された場合、被膜２００は、図２〜４に見られる通りのヘッド・インサート１４０により占められた領域と概ね同じ、陰極ヘッド表面１０２上の領域を覆う
。
【００４４】
本実施例では被膜２００は、タングステンで作られ、過渡衝撃現象の間にフィラメントが被膜に接触した場合の融合リスクを防止するため、及び、ヘッド材料の蒸着によるフィラメントの汚染を防止するために十分な厚さで陰極ヘッド表面の領域に塗布される。ある実施例では被膜の厚さは、タングステン被膜に関しては約０．０１２７センチメートル（約０．００５インチ）であるが、この厚さは、被膜組成、並びに陰極及びフィラメントの意図された適用に従って変更できる。
【００４５】
被膜２００は、ワイヤＥＤＭ又はその他の適した機械加工プロセスにより陰極表面機構が画成された後で、陰極ヘッド表面１０２に塗布されることができる。許容できる塗布方法は化学気相成長法、プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、塩浴などを含む。
【００４６】
上記の通り、被膜２００は、動作中にフィラメントを保護するという点では機能的にヘッド・インサートとほぼ同じである。事実上、被膜２００は、フィラメントとの接触が生じた場合にフィラメントとの融合を防止する接触表面を陰極ヘッド１００に提供する。上記の通り、ある実施例では、フィラメント１１０と被膜２００の両方はタングステンで作られ、それにより、これら２つの表面が互いに接触した場合のフィラメント融合のリスクが低減される。加えて、被膜２００は、陰極ヘッド表面１０２の、フィラメント１１０に最も近く、従って同フィラメントの動作中に同フィラメントにより最も加熱される部分に存在する。被膜組成は、これらの加熱領域での蒸発が被膜の存在により防止されるように、又は、被膜及びフィラメントの組成が概ね同一である場合のように、被膜表面からフィラメント１１０への蒸着がフィラメントを汚染しないように選択される。
【００４７】
さらに別の実施例では、フィラメント動作中にフィラメントがヘッド表面に偶然接触した場合にフィラメントと陰極ヘッドとの間の電流を制限するようにフィラメントとヘッド・インサート又は被膜との間に限られた伝導性が存在するほど、陰極を構成することが望ましい場合がある。ある実施例では、これは、フィラメントと比べて低い伝導性を有するほど、ヘッド・インサート又は被膜の材料組成を変えることにより達成できる。別の実施例では、抵抗器のような抵抗回路又は抵抗デバイスが、フィラメントとその共通接続もしくは接地接続との間に直列接続で配置できる。このような方法で、フィラメントと陰極ヘッドとの間の電流は、フィラメントがヘッド・インサート又は被膜に接触した時に低減され、それにより、陰極ヘッドで生じる恐れのある電気的損傷の量が減少して、別の方法であれば有害な高周波現象になる恐れが高い現象をあらかじめ排除する。
【００４８】
本発明の実施例が、シングル・エンド管、ダブル・エンド管、回転陽極管及び固定陽極管などを含め、多くの異なる設計及び構成のＸ線管デバイスで使用できることに注意すること。様々な異なる構成を有する陰極ヘッドも、本発明の実施例を用いることができる。例えば、表面にフィラメントを取り付けられ溝穴又は延長表面を有さない陰極ヘッドが、それでもなお、フィラメントの最も近くにヘッド・インサート、被膜、又はフィラメントを損傷もしくは汚染から保護するためのその他の手段を含むことができるはずである。あるいは、異なる設計、形状及び構成を有するフィラメントが使用できるはずである。さらに、本発明の原理の適用は、Ｘ線技術に限られるべきではなく、むしろ、フィラメントの損傷及び汚染に関する懸念が存在するその他のデバイスで用いられる陰極構造及びフィラメント構造を含むように拡大されるべきである。
【００４９】
本発明は、その精神又は本質的特徴から逸脱することなく、その他の特定の形態で具体化される場合がある。説明された実施例は、すべての点において制限ではなく単なる例示と見なされるべきである。従って、本発明の適用範囲は、上述の説明によってよりもむしろ、添付の特許請求の範囲によって指定される。本特許請求の範囲と同等の意味及び範囲
に収まるすべての変更は、本特許請求の範囲の適用範囲内に包含されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のある実施例に従って構成された陰極を含む回転陽極Ｘ線管の簡略化された断面図。
【図２】ある実施例に従って構成された陰極ヘッドの一部の斜視図。
【図３】図２の２Ｂ−２Ｂ線に沿った陰極ヘッドの断面側面図であり、その様々な機構が示されている。
【図４】図２の２Ｃ−２Ｃ線に沿った陰極ヘッドの断面端面図であり、その様々な機構が示されている。
【図５】図２の陰極ヘッドの断面端面図であり、陰極ヘッド表面に接触した状態のフィラメントが示されている。
【図６】別の実施例に従って構成された陰極ヘッドの断面端面図。
【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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【外国語明細書】
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