(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管であって、
真空筐体と、
前記真空筐体内に配置され、ターゲット表面を含む陽極と、
前記陽極に対して配置され、フィラメント・アセンブリを含む陰極と、
を備え、前記フィラメント・アセンブリが、前記陽極のターゲット表面に衝突させる電子ビームを同時に放射するように構成された複数のフィラメント・セグメントを含み、各フィラメント・セグメントが、放熱板への放熱経路を含む、Ｘ線管。
【請求項２】
前記放熱板が前記陰極の一部である、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項３】
前記複数のフィラメント・セグメントが、電気的に互いに直列に接続されている、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項４】
前記複数のフィラメント・セグメントが、電気的に互いに並列に接続されている、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項５】
前記複数のフィラメント・セグメントが、前記電子ビームを変更するように熱時定数を制御する、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項６】
前記複数のフィラメント・セグメントが、所定の方法で前記電子ビームを成形するように構成されている、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項７】
前記複数のフィラメント・セグメントが、第１と第２の放熱板の間で互いにほぼ並列に配置されている、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項８】
前記複数のフィラメント・セグメントはそれぞれほぼ同じ長さである、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項９】
前記フィラメント・セグメントはそれぞれ、
前記放熱板への前記熱放射経路の少なくとも一部を画定する第１および第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に介在され、電子を放射するように構成された中心部と
を含む、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１０】
前記中心部は平らであり、前記各端部は前記中心部に対して角度付けられている、請求項９に記載のＸ線管。
【請求項１１】
前記各端部が山形形状を画定する、請求項１０に記載のＸ線管。
【請求項１２】
前記複数のフィラメント・セグメントの中心部が互いに平行で、かつそれぞれ直線であり、前記複数のフィラメント・セグメントの各端部がＬ字形である、請求項９に記載のＸ線管。
【請求項１３】
前記複数のフィラメント・セグメントが、単一の連続伝導性要素から構成されており、前記連続伝導性要素のＵ字形相互接続部によって相互接続されている、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１４】
前記相互接続部は、前記放熱板に画定されたスロット内に収容される、請求項１３に記載のＸ線管。
【請求項１５】
前記複数のフィラメント・セグメントのそれぞれの第１および第２の端部は、伝導性要素の螺旋コイル上に含まれる、請求項９に記載のＸ線管。
【請求項１６】
前記複数のフィラメント・セグメントの中心部は、互いに平行な列で直線的に並べられている、請求項９に記載のＸ線管。
【請求項１７】
前記複数のフィラメント・セグメントが、トリエーティッド・タングステンからなる、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１８】
前記複数のフィラメント・セグメントが、ランタン化タングステンからなる、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項１９】
前記放熱経路は、ろう付け材料で少なくとも部分的に画定される、請求項１に記載のＸ線管。
【請求項２０】
Ｘ線管におけるフィラメント・アセンブリであって、
少なくとも第１の放熱板と、
前記少なくとも第１の放熱板に熱的に接続され、電子ビームを同時に放射するように構成された複数のフィラメント・セグメントと
を備えるフィラメント・アセンブリ。
【請求項２１】
前記複数のフィラメント・セグメントは互いに並列であり、並列な放熱経路を有する、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２２】
各フィラメント・セグメントが、２つの端部の間に介在された中心部を含む、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２３】
前記中心部が前記電子ビームの一部を優先的に放射するように形成されている、請求項２２に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２４】
各端部が前記少なくとも第１の放熱板に熱伝導的に接続されている、請求項２２に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２５】
前記第１の放熱板と前記複数のフィラメント・セグメントとの間に介在された第１の熱伝導性電気絶縁体と、
第２の放熱板と前記複数のフィラメント・セグメントとの間に介在された第２の熱伝導性電気絶縁体と
をさらに備える請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２６】
各フィラメント・セグメントが、複数の螺旋コイルを画定し、丸い断面を有するワイヤであり、前記各フィラメント・セグメントの少なくとも１つの螺旋コイルが電子を放射する、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２７】
各フィラメント・セグメントが、少なくとも１つのコイルを有する中心部と、少なくとも１つのコイルを画定する２つの端部とを有する、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２８】
前記複数のフィラメント・セグメントの少なくともいくつかが、タングステンからなる、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項２９】
前記タングステンがトリエート化されている、請求項２８に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３０】
前記複数のフィラメント・セグメントの少なくとも一部は、そのフィラメント・セグメントの動作機能を変更する手段を備えている、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３１】
前記変更手段は浸炭部を備えている、請求項３０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３２】
前記熱的な接続は、少なくとも部分的に、ろう付け材料によって行われる、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３３】
前記複数のフィラメント・セグメントの少なくとも一部は、前記放熱板内に形成されたスロット内に配置されている、請求項２０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３４】
前記スロットは、少なくとも部分的に、ろう付け材料で満たされている、請求項３３に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３５】
前記ろう付け材料は銅系である、請求項３４に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項３６】
Ｘ線管であって、
真空筐体と、
前記真空筐体内に配置され、ターゲット表面を含む陽極と、
前記陽極に対して配置され、フィラメント・アセンブリを含む陰極と、
を備え、前記フィラメント・アセンブリが、
放熱板と、
前記陽極のターゲット表面に衝突させる電子ビームを同時に放射するように構成され、かつ電気的に直列に接続された複数のフィラメント・セグメントと、
を含み、各フィラメント・セグメントが、
前記放熱板に熱的に接続された第１および第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に介在され、電子を優先的に放射するようにその動作機能が変更された中心部と
を含む、Ｘ線管。
【請求項３７】
前記複数のフィラメント・セグメントが、複数の伝導性相互接続部を介して電気的に直列に接続されている、請求項３６に記載のＸ線管。
【請求項３８】
前記第１および第２の放熱板から前記複数の伝導性相互接続部を電気的に絶縁するように、前記放熱板と前記複数の伝導性相互接続部との間に介在された熱伝導性絶縁体をさらに備える請求項３７に記載のＸ線管。
【請求項３９】
前記第１および第２の端部は、前記中心部に対して角度付けられている、請求項３８に記載のＸ線管。
【請求項４０】
前記複数のフィラメント・セグメントの少なくとも１つが、トリエーティッド・タングステンからなる、請求項３９に記載のＸ線管。
【請求項４１】
前記複数のフィラメント・セグメントの少なくとも一部が、そのフィラメント・セグメントの対応する部分の動作機能を変更するように浸炭化されている、請求項４０に記載のＸ線管。
【請求項４２】
前記複数のフィラメント・セグメントが、ほぼ同じ長さで構成されている、請求項４１に記載のＸ線管。
【請求項４３】
前記第１および第２の端部と前記放熱板との間の熱的な接続は、少なくとも部分的に、ろう付け材料によって行われている、請求項３６に記載のＸ線管。
【請求項４４】
前記複数のフィラメント・セグメントのそれぞれの第１および第２の端部は、相互接続部を介して相互接続されており、各相互接続部の少なくとも一部は、前記放熱板内に形成されたスロット内に収容される、請求項３６に記載のＸ線管。
【請求項４５】
前記スロットは、少なくとも部分的に、ろう付け材料で満たされている、請求項４４に記載のＸ線管。
【請求項４６】
前記ろう付け材料は銅系である、請求項４５に記載のＸ線管。
【請求項４７】
フィラメント・アセンブリであって、
複数のスロットを画定する放熱板と、
電子ビームを同時に放射するように構成された複数のフィラメント・セグメントと、
を備え、各フィラメント・セグメントの一部が前記複数のスロットのうちの対応する少なくとも１つ内に配置されており、各フィラメント・セグメントが、
前記放熱板に熱的に接続された第１および第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に介在された中心部と
を含む、フィラメント・アセンブリ。
【請求項４８】
前記複数のフィラメント・セグメントは、電気的に直列に接続されるように、伝導性ワイヤの連続らせん構造によって画定されている、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項４９】
前記複数のフィラメント・セグメントは、電気的に並列に接続されている、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５０】
前記放熱板は、電気絶縁性および熱伝導性材料からなる、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５１】
前記放熱板は、セラミックからなる、請求項５０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５２】
前記放熱板は、窒化アルミニウムからなる、請求項５０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５３】
前記放熱板はさらに、中心部と、２つの外側部と、基部とを有する複合構造を備えており、前記中心部および前記２つの外側部は前記基部の上に配置されている、請求項５０に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５４】
前記放熱板の前記複数のスロットは、前記放熱板の本体を通して全体的に延びている、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５５】
隣接するフィラメント・セグメントは、前記伝導性ワイヤの相互接続部によって相互接続されており、前記相互接続部は前記放熱板の一部に物理的に接続されている、請求項４８に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５６】
前記伝導性ワイヤは、前記放熱板から前記伝導性ワイヤを電気的に絶縁するように絶縁層で被覆されている、請求項４８に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５７】
前記絶縁層が、セラミック材料からなる、請求項５６に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５８】
前記複数のスロットのうちの対応する少なくとも１つから延びる各フィラメント・セグメントの部分が、均一な長さを有する、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【請求項５９】
前記複数のスロットは、少なくとも部分的に、ろう付け材料で満たされている、請求項４７に記載のフィラメント・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、Ｘ線管装置および他のフィラメントを含む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線発生装置は、産業および医療の両方の幅広い応用例で使用される極めて価値のある器具である。このような機器は普通、医療診断検査、放射線治療、半導体製造、および物質解析などの分野で利用される。
【０００３】
利用される応用例に関わらず、ほとんどのＸ線発生装置は同様に動作する。Ｘ線は、電子が放射され、加速され、その後特定の構成の材料の上に衝突される場合に、このような装置内で作り出される。この工程は普通、Ｘ線発生装置内に配置されたＸ線管内で起こる。Ｘ線管は普通、陰極および陽極を含む真空筐体を備えている。陰極は典型的には、陽極によってその後受信される電子を放射するフィラメント構造を備えている。
【０００４】
真空筐体は、銅、ガラス、セラミック、またはその組合せなどの金属で構成することができ、普通は外側ハウジング内に配置される。外側ハウジングの少なくとも一部は、真空筐体内で作り出されたＸ線が逃げるのを防ぐように、遮蔽層（例えば、鉛または同様のＸ線減衰材料で構成されている）で覆うことができる。加えて、絶縁油または同様の冷却剤などの冷却媒体を、真空筐体の表面から放熱するのを防ぐために、外側ハウジングと真空筐体との間に存在する容量内に配置することができる。この構成によって、ポンプおよび流体導管を介して冷却媒体を外部熱交換器に循環させることによって、冷却剤から熱を取り除くことができる。
【０００５】
実際、電流が陰極フィラメントに供給されて、熱イオン放射として知られる工程により電流に電子流を放射させる。電位が陰極と陽極の間に確立されて、電子流が運動エネルギーを得て、陽極上に配置されたターゲット表面に向かって加速する。ターゲット表面上での衝突の際、得られる運動エネルギーの一部は、極めて高い周波数の電磁放射、すなわちＸ線に変換される。
【０００６】
作り出されたＸ線の特定の周波数は少なくとも部分的に、陽極ターゲット表面を形成するのに使用される材料のタイプによる。タングステンまたはタングステン・レニウムなどの高い原子番号（「Ｚ番号」）を有するターゲット表面材料を利用することができるが、応用例によって、他の材料も利用することができる。得られるＸ線は、内科患者などのＸ線被験者内に入射するように、真空筐体および外側ハウジングの所定の領域を通してＸ線装置から出るようにコリメートすることができる。
【０００７】
Ｘ線管の操作で遭遇する１つの問題は、一般に「切換時間」と呼ばれる、陰極のフィラメントによって作り出された電子流を入れたり切ったりすることができる速度に関する。電子流、したがってＸ線の製造を正確に制御するにも関わらず、多くの要因、最も一般的には、本明細書では「熱時定数」とも呼ぶ、フィラメントの熱反応により比較的速いフィラメント切換時間を得ることは従来難しかった。簡単に言えば、熱時定数は、フィラメントが所定の温度に冷却するのに必要な時間の尺度である。熱時定数は、「時定数」、すなわち所定のレベルに電子放射を減らすためにフィラメントに必要な時間の尺度に直接関連している。このように、フィラメントの時定数および切換時間は密接に関連している。したがって、比較的短い時定数は望ましい速い切換時間に対応している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フィラメントの現在の公知の設計は、切換時間の減少を容易に行わない。１つの解決法は、電子ビーム放射を調節する際に使用する、通常、グリッドと呼ばれる第３のフィラメント電極を含んでいる。フィラメント切換時間を許容できるように低くする一方で、グリッドはそれにも関わらずいくつかの望ましくない結果を伴う。余分なグリッド鉛およびこれに電力を与えるのに必要な電源供給装置とは別に、グリッドを使用すると、管構造からグリッド自体までの電気アークが増大するという危険性がある。これは高電圧を利用する管で特に深刻であり、管の損傷につながる可能性がある。
【０００９】
「ビーム電流」とも呼ばれる、放射された電子ビームを許容可能に切り換え、調節するための他の試みとしては、電子ビームによる低熱質量エミッタの加熱、または陽極に加えられる電位を調整することによる電子ビームの調整が挙げられる。しかし、これらの選択肢はまた、管内でのアーク電流の危険性の相対的な増加の問題がある。
【００１０】
本発明を開示する実施形態は当技術分野の上記および他の必要性に応じて開発された。本発明の実施形態は、Ｘ線放射装置または他のフィラメント含有装置で使用するフィラメント・アセンブリを対象としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示のアセンブリは、フィラメント動作中に比較的小さな熱時定数を提供し、それにより、フィラメント切換時間を正味で小さくする。
一つの実施形態では、ターゲット表面を有する陽極と、陽極に対し位置決めされた陰極とを格納する真空筐体を含むＸ線管が開示されている。陰極は、管動作中に電子ビームを放射するフィラメント・アセンブリを備えている。フィラメント・アセンブリは、放熱板および複数のフィラメント・セグメントを備えている。複数のフィラメント・セグメントは、陽極のターゲット表面に衝突させる電子ビームを同時放射するように構成され、電気的に直列に接続されている。開示の実施形態では、各フィラメント・セグメントは、放熱板と熱的に結合している第１および第２の端部、および選択的電子放射の動作機能を変更する中心部を含んでいる。
【００１２】
別の開示の実施形態では、フィラメント・アセンブリは、第１および第２の放熱板、および複数のフィラメント・セグメントを備えている。複数のフィラメント・セグメントは、両方の放熱板と並列に熱接続されており、それらのフィラメント・セグメントは、陽極ターゲット表面に衝突させる電子ビームを同時に放射するように構成されている。本実施形態によると、フィラメント・セグメントは並列放熱経路を特徴とし、熱時定数を小さくするのを助ける。
【００１３】
さらに別の実施形態では、複数のスロットを画定する放熱板、および対応するスロット内に部分的に配置された複数のフィラメント・セグメントを備えるフィラメント・アセンブリが開示されている。複数のフィラメント・セグメントは、電子ビームを同時放射するように構成されている。各フィラメント・セグメントは、放熱板と熱的に結合された第１および第２の端部、および第１の端部と第２の端部との間に介在された中心部を備えている。開示された１つの実施形態では、複数のフィラメント・セグメントは、踏み台（ｓｔｅｐ  ｌａｄｄｅｒ）構造に形成された伝導性ワイヤの単一の連続らせん構造から画定される。別の方法では、各フィラメント・セグメントは、フィラメント・セグメントが互いに電気的に並列に配置されるように別個の伝導性部材から画定することもできる。任意の選択で、フィラメント・セグメントと放熱板との間の熱的結合は、例えばろう付け材料によって向上させることができる。
【００１４】
フィラメント・アセンブリ内で複数のフィラメント・セグメントの利用を制御する方法も開示されている。特に、その設計の結果として大きな電力拡散および小さな電気インピーダンスに対抗するために、フィラメント・アセンブリの実施形態は、小さな断面直径を有するフィラメント・セグメント・ワイヤを含む。小さなワイヤ直径は、フィラメント・アセンブリの電力拡散を制御する。加えて、トリエーティッド（ｔｈｏｒｉａｔｅｄ）・タングステンの一実施形態で構成されたフィラメント・セグメント・ワイヤを浸炭化することにより、さらにフィラメント・アセンブリの電力拡散を制御することができる。これらの方法はまた、システムの電気インピーダンスを良くして、フィラメント・アセンブリを汎用化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図１８は概して、Ｘ線放射装置または他のフィラメント含有装置で使用されるフィラメント・アセンブリを対象としている。開示のフィラメント・アセンブリの実施形態は、比較的小さな熱時定数を提供し、これによりフィラメント時定数を小さくする。利点として、これは、装置動作中のアセンブリによって放射された電子ビームの電流を変えるのに必要とされる切換時間の正味減少をもたらす。本明細書で使用する「フィラメント」は、使用中に電子を放射することが可能である伝導性エミッタを備えている。
【００１６】
まず、本発明の実施形態を実施することができる、１つの可能な環境を示す図１を参照する。特に、図１は、Ｘ線発生装置の一例として働く、全体を１０で示したＸ線管を示している。Ｘ線管１０は通常、陰極アセンブリ５０および陽極アセンブリ１００を格納する真空筐体２０を備えている。真空筐体２０は、適切なＸ線管動作に必要な遮蔽および冷却を行いながら、管１０の陰極および陽極アセンブリ５０、１００および他の重要な構成部品を格納するのに必要なエンベロープを画定し、提供する。真空筐体２０はさらに、動作中に管１０からの意図しないＸ線放射を防ぐように配置された遮蔽部２２を備えている。なお、他の実施形態では、Ｘ線遮蔽部は真空筐体内に含まれず、むしろ、真空筐体を囲む別個の外側ハウジングに結合される。さらに他の実施形態では、Ｘ線遮蔽部は、真空筐体にも外側ハウジングにも含まれず、別の所定の位置に含めることができる。
【００１７】
より詳細には、陰極アセンブリ５０は、上記したように、Ｘ線を作り出すために電子流を供給することに関与している。他の構成を使用することができるが、図示した実施例では、陰極アセンブリ５０は、陰極ヘッド５６を支持する支持構造５４を備えている。図１の実施例では、陰極開口遮蔽部５８は、全体を６０で示し、以下にさらに詳細に説明する電子生成フィラメント・アセンブリと、そのフィラメント・アセンブリから放射された電子６２が通過可能な陽極１０６との間に配置された開口部５８Ａを画定する。開口遮蔽部５８は、一実施形態では、開口遮蔽部表面に衝突する誤った電子によって開口遮蔽部内に作り出された熱を除去するために、管冷却システム（図示せず）の一部としての冷却媒体によって冷却することができる。図１は、開示したフィラメント・アセンブリを利用することができる環境の一例を示している。しかし、フィラメント・アセンブリの実施形態の使用および応用例に関する多くの他のＸ線管構成および環境があることが理解し得る。
【００１８】
上記したように、陰極ヘッド５６は、管動作中の電子６２の製造のための電子源としてフィラメント・アセンブリ６０を備えている。このように、フィラメント・アセンブリ６０は、高エネルギー電子６２のアセンブリによる製造を可能にするように、電力源（図示せず）に適当に連結されている。
【００１９】
図示した陽極アセンブリ１００は、陽極１０６、および陽極支持アセンブリ１０８を備えている。陽極１０６は、グラファイトで構成されていることが好ましい基板１１０、およびその上に配置されたターゲット表面１１２を備えている。ターゲット表面１１２は、一実施形態では、タングステンまたはタングステン・レニウムを含んでいるが、応用例によって、他の「高い」Ｚ材料／合金を使用することも可能である。ターゲット表面１１２の所定部分は、フィラメント・アセンブリ６０によって放射され、遮蔽開口部５８Ａを通過した電子６２の流れがターゲット表面に衝突して、真空筐体２０からのＸ線透過窓１３２を介した放射によりＸ線１３０を作り出すように、配置されている。
【００２０】
本明細書に記載したＸ線の製造は、相対的に不十分である可能性がある。ターゲット表面上への電子の衝突から得られる動的エネルギーはまた、大量の熱を生じさせ、適切に対処されない場合にＸ線管を損傷する可能性がある。過剰な熱は、いくつかの方法および技術により取り除くことができる。例えば、開示の実施形態では、冷却剤は陽極アセンブリ１００の指定領域および／または管の他の領域を通して循環される。また、陽極アセンブリの構造および構成は、本明細書に記載したものから変更することができるが、それでも本発明の特許請求の範囲内にある。
【００２１】
図示した例では、陽極１０６は、全体的に軸受アセンブリ１１８、支持シャフト１２０、および回転子スリーブ１２２を備えている陽極支持アセンブリ１０８によって支持される。支持シャフト１２０は、陽極１０６が軸受アセンブリ１１８を介して支持シャフトの周りに回転可能に配置されるように真空筐体２０の一部に固定して取り付けられており、それによって陽極が支持シャフトに対して回転することが可能になる。固定子１２４は、中に配置された回転子スリーブ１２２の周りに周方向に配置されている。良く知られているように、回転子は回転子スリーブ１２２を回転させるのに回転電磁場を利用する。回転子スリーブ１２２は陽極１０６に取り付けられており、それによって管動作中の陽極に、必要な回転を与える。なお、本発明の実施形態は、本明細書に記載したものと異なる構成を有する陽極アセンブリで実施することもできる。加えて、さらに他の管実施および応用例では、陽極は固定であってもよい。
【００２２】
次に、フィラメント・アセンブリ６０の実施形態に関するさらなる詳細が与えられている、図２Ａに示すように、この例では、フィラメント・アセンブリ６０は、管動作中の電子（図１では６２で示す）の放射のために構成された複数のフィラメント・セグメントを備えている。この実施形態では、フィラメント・アセンブリ６０は複数のセグメント６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃおよび６４Ｄを備えているが、他の実施形態では、より多くのまたは少ないフィラメント・セグメントをアセンブリ内に含めることができる。図２Ｃから分かるように、図示したフィラメント・アセンブリ６０は、陰極ヘッド５６の表面５６Ｂ内に形成されたキャビティ５６Ａ内に含まれ、表面５６Ｂは全体的に陽極１０６のターゲット表面１１２に向かって面している。
【００２３】
各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、それぞれほぼ平行な一連の螺旋コイル６５を画定するように、コイル状構造で配置された伝導性ワイヤを含んでいる。他の実施形態では、フィラメント・セグメントは、他のコイル形状を画定する、またはコイル内に配置された伝導性箔で構成することができる。さらに、フィラメント・セグメントのワイヤは図示した実施形態では丸い断面を有するが、他の断面ワイヤ形状も考えられる。
【００２４】
各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄのコイル６５は、中心部６６、およびそれぞれ中心部に隣接した２つの端部６８に分割される。この特定の実施形態では、各セグメント６４Ａ〜Ｄは３つのコイルを含んでおり、中心部６６および端部６８はそれぞれ、１つのコイルを含んでいる。しかし、図２Ｂから分かり、以下にさらに説明するように、各フィラメント・セグメント内に含まれるコイルの数は変更することができ、それにより中心部および端部内のそれぞれのコイルの数もそれに応じて変更することができる。通常、中心部６６内の（１つまたは複数の）コイルをフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄのそれぞれ１つから電子を熱イオン放射するのに十分な温度まで加熱するために、各端部６８内に少なくとも１つのコイル６５が必要である。
【００２５】
この実施形態では、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、図２Ａに示すように、放熱板７０，７２間に介在されている。特に、各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの端部６８は、各フィラメント・セグメントと放熱板との間に熱経路を提供するように、それぞれ隣接する放熱板７０，７２と熱的に結合している。この構成は、各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄのいずれかの端部から放熱板までの熱の伝導拡散を行う。そのように置かれているので、フィラメント・セグメントは、この特定の実施形態では互いに並列な熱構造となる。
【００２６】
フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄはまた、それを一体動作させるように、電力源と電気的に接続されている。この実施形態では、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、並列に電気接続しているが、他の実施形態では、他の接続方式が可能である。このように構成されているので、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、管動作中に電子を作り出す際に同時に動作する。このような動作中、熱イオン放射により電子を作り出すのは、各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの中心部６６であり、端部６８は十分な熱蓄積を中心部に起こす。
【００２７】
図２Ａに示すようなフィラメント・アセンブリ６０の構成は、通常はコイル状ワイヤの単一の長さのみを含む公知のフィラメントよりも優れたフィラメント動作を提供する。特に、フィラメント・アセンブリ６０は、電子を放射するコイルの合計数、すなわち典型的なフィラメントに存在するような、図２Ａに示す実施形態でフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの中心部６６を画定する４つのコイルを維持する。しかし、従来の長い単一のフィラメントを、図２Ａに示すように複数のより小さいフィラメント・セグメントに分割することによって、フィラメント・アセンブリ６０は、放熱板７０および７２内で各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの端部６８を介した優れた放熱を行う。
【００２８】
この優れた熱伝導性は、各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄに対する熱時定数を小さくし、ひいては各フィラメント・セグメント時定数を小さくする。フィラメント時定数の減少または短縮は、フィラメント・セグメントに対するより速い切換時間を達成し、これは同時に、各フィラメント・セグメントによって集合的に作り出される電子流、すなわちビーム電流を最小の遅れで好適に変化させる。このようなビーム電流の変化は、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄに供給される電力供給、すなわちフィラメント電流を変化させることによって達成される。図４は、フィラメント長さ（ｘ軸）が小さくなったときの、時定数パフォーマンス（ｙ軸）の有利な改良を示す例示的および代表的なデータを示す曲線８６を含むグラフ８４を示している。
【００２９】
一般的に、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの数および長さは、所定のフィラメント電流でフィラメント・アセンブリによって作り出されるビーム電流に影響を与える。したがって、コイルの寸法および数を含む、フィラメント・セグメントの数および長さは、必要に応じて、図２Ａに示すものから変更することができる。図２Ｂは、フィラメント・アセンブリの１つの可能な構成を示し、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄはそれぞれ伝導性ワイヤの４つのコイル６５を含んでおり、それによって図２Ａに示すものより比較的長いフィラメント・セグメントにつながる。このように構成されているので、各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、動作中に電子を放射する２つのコイルを有する中心部６６、およびそれぞれ１つのコイルを有する２つの端部６８を備えている。もちろん、各中心部および端部を画定するコイルの数は、添付の図面に示すものから変えることができる。また、ここでは同じ長さおよび均一な寸法のコイルを有するように示されているが、これらのパラメータは必要に応じてフィラメント・アセンブリ内で各セグメント間で変更することができる。
【００３０】
次に、一実施形態による、フィラメント・アセンブリに対する１つの可能な熱および電気構成を単純な形で示す、図３Ａを参照する。図示するように、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、各フィラメント・セグメントの端部を通した放熱を可能にするように、複数の伝導性放熱相互接続部７８と並列に熱接続されている。加えて、伝導性相互接続部７８は、互いに、電気的に直列にフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄを確立するように構成されている。このように構成されているので、電力供給は、直列でフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄを介して２つの端子７６間を流れる。フィラメント・セグメントが熱的にも電気的にも並列である、図２Ａおよび２Ｂの構成とこれを比較する。
【００３１】
図３Ｂは、図３Ａに示すフィラメント・アセンブリ構成の１つの可能な実施を示している。特に、図３Ｂは上記説明したように、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄを含むようなフィラメント・アセンブリ６０を示している。各フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの端部６８は、複数のフィラメント・セグメントを直列に電気接続することで、伝導性相互接続部７８Ａに電気接続されている。図示した実施形態では、このような５つの伝導性相互接続部７８Ａが示されているが、各相互接続部はそれぞれ隣接するフィラメント・セグメントの端部を電気結合する。図３Ａに示すように、電源が伝導性接続部７８Ａに供給される。このように構成されているので、直列電気経路が、伝導性相互接続部およびフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄを介してフィラメント・アセンブリ６０を通して確立される。
【００３２】
伝導性接続部７８Ａは、介在された２つの絶縁体７８Ｂによって、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄが間に介在される２つの放熱板７８Ｃから電気的に絶縁されている。絶縁体７８Ｂは、熱伝導によって放熱板７８Ｃ内に放熱するように、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄによって作り出された熱を、それぞれの端部６８、伝導性相互接続部７８Ａ、最後に絶縁体７８Ｂを通して通過させる一方、伝導性相互接続部７８Ａ内で直列に供給された電流を制限するように、電気絶縁性、さらに熱伝導性であるように構成されている。このように、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは熱的には並列であるが、電気的には直列に接続されている。なお、本明細書に記載した熱的に並列で、かつ電気的に直列な構成を達成するための方法として、フィラメント・アセンブリの様々な他の物理的構成が可能である。
【００３３】
一実施形態によると、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは、本明細書に記載するようなフィラメント・アセンブリ設計によって誘発される特定の影響を許容可能に補償するように構成される。特に、ワイヤ長さＬを有するフィラメントに対する熱時定数τは以下の式（１）によって規定される。
【００３４】
τ＝ＣｈＬ２／８Ｋ  （１）
式中、ＣｈおよびＫはそれぞれワイヤの比熱および熱伝導率である。等式（１）から分かるように、フィラメントのワイヤ長さＬが減少すると、熱時定数τも減少する。図示した実施形態の内容では、フィラメント・セグメントはそれぞれ、当技術分野で知られているようなより長い単一のフィラメントに対して小さなワイヤ長さを有する。したがって、フィラメント・アセンブリ６０内での多数の短い長さのフィラメント・セグメントの使用は、当技術分野で知られているような比較的長い単一のフィラメントの使用に対して小さな熱時定数をもたらすことができるので有利である。なお、ワイヤの熱伝導率Ｋが大きくなることによっても、小さな熱時定数がもたらされる。しかし、フィラメント・アセンブリに対するより高い電力拡散およびより低い電気インピーダンスが、本明細書に記載するようにフィラメント・アセンブリを実施する場合にも実現され、対処しなければならない。
【００３５】
一実施形態では、電力拡散の増加は、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄが形成される伝導性ワイヤ／伝導性部材の直径／断面積を小さくすることによって調節することができる。但し、熱時定数τは等式（１）で分かるように、ワイヤ断面とは無関係である。ワイヤ直径の減少は、フィラメント・セグメント脆弱性に悪い影響を与えない。というのは、各セグメントは知られている単一のフィラメントにわたって短い長さを有するからである。必要に応じて、小さいワイヤ直径のフィラメント・セグメントを有するフィラメント・アセンブリによって作り出される得られる電子ビームの寸法のあらゆる妥協は、例えば図２Ａにわたって図２Ｂから分かるように、フィラメント・セグメント中心部の電子放射コイルの数を多くすることによって補償することができる。
【００３６】
電力拡散の増加はさらに、他の方法でも調節することができる。例えば、フィラメント・セグメントはその動作機能を選択的に変更するように変えることができる。これは例えば、フィラメント・セグメントの所定の部分に動作機能変更材料を選択的に被着させることによって、またはフィラメント・セグメントの所定の部分を浸炭化、あるいは変換および／または拡散させることによって達成することができる。１つの非限定的な例では、トリエーティッド・タングステン・ワイヤで構成された各フィラメント・セグメントの選択された部分が浸炭化あるいは処理されて、フィラメント・セグメントを作り出す。フィラメント・セグメントの浸炭部分、好ましくは１つの実施形態では各セグメントの中心部は、非浸炭セグメント部以外の比較的低い動作機能を有する。フィラメント・セグメントに対するあらゆる他の適切な材料も使用することができる。例えば、ランタン（ランタン化）タングステンおよび他の材料を使用することもできる。
【００３７】
上記したようにフィラメント・セグメントの動作機能を変更することにより、各セグメントが標準的なタングステン上で小さな熱伝導性を示し、それによってフィラメント・セグメントを通した電力損失が小さくなる。さらに、動作機能で変更されるフィラメント・セグメントの部分の電子生成に必要なフィラメント温度が好適に低下する。フィラメントの動作機能の変更に関する追加の詳細は、２００６年２月８日に出願された名称「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｔｕｂｅｓ」の米国特許出願第１１／３５０９７５号公報（以下、９７５出願という）に記載されており、全体を本明細書に参照として援用する。
【００３８】
したがって、基準を変更する上記動作機能は、フィラメント・ワイヤ直径を小さくする必要性を少なくし、例えば一実施形態では、４〜６ミルのフィラメント・ワイヤ直径の増加が可能になる。図５に示すグラフ８８はこのような概念を示しており、曲線９０Ａは時定数がトリエーティッド・タングステン・ワイヤなしで改善された場合の電力増加のレベル（ｙ軸）を示しており、曲線９０Ｂはトリエーティッド・タングステン・ワイヤがフィラメント・セグメントに使用される場合に存在する小さな電力増加を示している。
【００３９】
上記したような第２の結果、すなわちフィラメント・アセンブリ内の小さな電気インピーダンスに関して、フィラメント・セグメント・ワイヤ直径を小さくすると、電気インピーダンスも増加する。さらに、フィラメント・セグメント・ワイヤを浸炭化することにより、電気インピーダンスが増加する。したがって、フィラメント・アセンブリ６０に対する電力拡散を改善するためにとる工程はまた、電気インピーダンスの損失を好適に改善する。
【００４０】
次に、動作中にフィラメント・アセンブリによって放射される電子ビームを望ましく成形するのに利用することができる、フィラメント・アセンブリ６０の追加の構成を説明する図６および７を参照する。一実施形態では、フィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄは端部を上にしてみた場合、角度付けられた構成で配置されている。図６に示すように、フィラメント・セグメントは山形パターンで配置されており、一対のフィラメント・セグメント６４Ａおよび６４Ｂと、一対のフィラメント・セグメント６４Ｃおよび６４Ｄは、図に示すｚ軸と平行な垂直線で角度θ１を形成する仮想線に沿って配置されている。一実施形態では、角度θ１は普通は「ピアス角度（ｐｉｅｒｃｅ  ａｎｇｌｅ）」として知られる約６７度であるが、θ１に対する他の値も可能である。
【００４１】
このようなフィラメント・セグメント６４Ａ〜Ｄの配置は有利には、動作中にｚ方向にフィラメント・アセンブリ６０から前進するように、ｙ−ｚ平面で電子の自己収束ビーム９２を作り出す。
【００４２】
図７では、隣接する端部コイル６５で角度θ２を画定するように配置された中心部コイル６５を有する、代表的なフィラメント・セグメント６４Ａが示されている。一実施形態では、角度θ２がピアス角度、約６７度であるが、θ２に対する他の値も可能である。このようなフィラメント・セグメント・コイル６５の配置はさらに、動作中にｚ方向にフィラメント・アセンブリから前進するように、ｘ−ｚ平面内に電子ビーム９２を収束させる。
【００４３】
このように角度付けられたコイル構成は、各フィラメント・セグメントの中心部および端部のコイルの数と関係なく達成することができる。なお、図６および７に示すようなものと同様の異なる角度構成を必要に応じて各フィラメント・セグメント上に含めることもできる。図７に示す方法でのフィラメント・セグメントの成形は、公知の長いフィラメントに対し、各セグメントの相対的により短い長さによって可能になる。
【００４４】
次に、図８Ａ〜１２を全体的に参照する。上記したように、フィラメント・アセンブリのフィラメント・セグメントは、本発明の特許請求の範囲内にある他の構成を含むことができる。図８Ａおよび８Ｂは、この１つの可能な実施例を示しており、フィラメント・アセンブリ１６０は図では陰極ヘッド１５６内に配置されている。フィラメント・アセンブリは、細長い伝導性部材１５６によって画定された、前述の実施形態と同様の複数ｎ個のフィラメント・セグメント１６４Ａ、Ｂ・・・Ｎを備えている。フィラメント・アセンブリ１６０は、陰極ヘッド５６の表面５６Ａ内に画定されたキャビティ５６Ａ内に配置されている。このように配置されているので、フィラメント・アセンブリ１６０はエネルギーが付与されると電子流を放射するように配向されている。陰極ヘッド表面５６Ａ上で中心に配置されているが、フィラメント・アセンブリは他の実施形態では、必要に応じて、陰極ヘッド中心に対して軸ずれして配置することもできる。この可能性は、本明細書に記載する各実施形態と共に存在する。
【００４５】
各フィラメント・セグメント１６４Ａ〜Ｎは、図８Ｂから良く分かるように、特定の構成で成形されている。前記と同様に、各フィラメント・セグメント１６４Ａ〜Ｎは、２つの隣接する端部１６８の間に介在された、フィラメント・アセンブリ動作中に電子を放射するように構成された中心部１６６を備えている。図８Ｂに示す斜視図では、中心部１６６は陰極ヘッド表面５６Ｂに対して比較的平らであり、各端部１６８は山形形状で角度付けられており、各山形の側部は図８Ｂに示すように角度θ３を画定する。各端部山形はまた、中心部１６６で角度θ４を画定する。端部１６８のこのような角度構成、および中心部１６６に対するそれぞれの位置は、中心部から放射される電子に対して自己収束効果を与える。
【００４６】
フィラメント・セグメント１６４Ａ〜Ｎは互いに、電気的に直列にセグメントを配置するように、複数の相互接続部１７８を介して相互接続されている。２つの外側フィラメント・セグメント１６４Ａおよび１６４Ｎは、それぞれの端子１７６に電気接続されている。ここでは電気的に直列に示されているが、フィラメント・セグメントは別の方法では必要に応じて電気的に並列に配置することもできる。
【００４７】
フィラメント・セグメント相互接続部１７８は、陰極ヘッド・キャビティ５６Ａの両端部に配置された２つの熱伝導性絶縁体１８０の一方に取り付けられている。これにより、陰極ヘッドに対するフィラメント・アセンブリの放熱を可能にしながら、陰極ヘッド５６に対するフィラメント・アセンブリ１６０の電気的絶縁が行われる。
【００４８】
次に、本発明のさらに別の実施形態によるフィラメント・アセンブリを記載した図９Ａおよび９Ｂを参照する。特に、トリエーティッド・タングステン・ワイヤなどの細長い伝導性部材２６５によって一体的に画定され、「はしご（ｌａｄｄｅｒ）」型構成で互いに並列に配置された複数のフィラメント・セグメント２６４Ａ、Ｂ・・・Ｎを有するフィラメント・アセンブリ２６０が示されている。前記の実施形態と同様に、各フィラメント・セグメント２６４Ａ〜Ｎは、２つの隣接した端部２６８によって結合された電子放射中心部２６６を備えている。フィラメント・セグメント２６４Ａ〜Ｎは、伝導性部材２６５の屈曲した相互接続部２６９によって相互接続されている。このように、相互接続部はフィラメント・セグメント２６４の一部と考えられる。伝導性部材２６５の各端部は、フィラメント・アセンブリ２６０を電力源（図示せず）に電気接続させるように端子２７６を画定する。
【００４９】
図９Ｂから良く分かるように、フィラメント・アセンブリ２６０は、放熱構造２７０内に画定された２つのスロット２７３に挿入される。スロットは、相互接続部２６９、および各フィラメント・セグメント２６４Ａ〜Ｎの端部２６８の一部を収容するような寸法をしている。熱伝導性絶縁体２８０はまた、伝導性部材２６５および放熱構造２７０の電気的絶縁を行うように、スロット２７３内に含まれている。このように、他の実施形態と同様に、各フィラメント・セグメント２６４Ａ〜Ｎは放熱構造２７０に対して放熱されて、陰極動作中のより速い熱時定数が可能になる。ここでは単一の一体型ワイヤとして形成されているが、伝導性部材２６５は他の実施形態では、複数の結合要素として構成することができる。
【００５０】
図１０は、それぞれ単一巻きのフィラメント・コイルとして提供される複数のフィラメント・セグメント３６４Ａ〜Ｎを備えた、３６０で示すフィラメント・アセンブリのさらに別の可能な実施形態を示している。各コイル状フィラメント・セグメント３６４Ａ〜Ｎは、隣接する端部３６８によって結合された、主に動作中の電子の放射に関与する中心部３６６を備えている。複数の伝導性相互接続部３７８は、フィラメント・セグメント３６４Ａ〜Ｎを直列に電気接続するように含まれている。伝導性相互接続部３７８は、フィラメント・セグメント３６４Ａ〜Ｎからの比較的急速な熱除去を可能にするように、放熱板３７０に熱結合されている。同様に、フィラメント・セグメントは、電気的に直列（図示するように）または並列であってもよい。加えて、当業者に分かるように、あらゆる数のコイルが、各フィラメント・セグメントの中心部および／または端部を画定することができる。
【００５１】
全体を４６０で示したフィラメント・アセンブリのさらに別の可能な実施形態を記載する、図１１Ａ〜１１Ｄを参照する。フィラメント・アセンブリ４６０は、図９Ａおよび９Ｂに示す実施形態と同様の、伝導性ワイヤ４６５などの連続長さの伝導性材料から画定された複数のフィラメント・セグメント４６４Ａ〜４６４Ｎを備えている。
【００５２】
放熱／支持構造（放熱板）４７０は、フィラメント・アセンブリ４６０に含まれている。放熱板４７０は、この特定の例示的実施形態では、２つの外側部４７０Ｂ，４７０Ｃ間に横に介在された中心部４７０Ａを含む、多部品構造として構成されている。中心部および外側部４７０Ａ〜Ｃは、基部４７０Ｄの上に配置されたブロック構造を画定する。
【００５３】
中心部４７０Ａおよび外側部４７０Ｂおよび４７０Ｃは、放熱板４７０を通して２列のスロット４７３を画定するように協働する。スロット４７３は、図１１Ａに示す方法でセグメントを放熱板４７０内に部分的に挿入可能とするように、フィラメント・セグメント４６４Ａ〜Ｎの一部分をそれぞれ収容するようになっており、これにより、放熱板は、図に示すように所望の位置でフィラメントを支持する。スロット列の各終端部に配置されたスロット４７３は、フィラメント・アセンブリを放熱板４７０を通過させて適切な電力源に電気接続するように、伝導性ワイヤ４６５の対応する端子４７６と同じ寸法をしている。これは、図１１Ｂおよび１１Ｄからも理解し得る。
【００５４】
放熱板４７０の中心部４７０Ａおよび外側部４７０Ｂ，４７０Ｃは、本実施形態では、電気的絶縁性を有し、熱伝導性でもある材料で構成されている。このような材料により、伝導性ワイヤ４６５を電気的に絶縁にし、同時に必要に応じて各フィラメント・セグメント４６４Ａ〜Ｎからの熱除去に適切な熱経路を提供する。１つの例示的実施形態では、例えば、放熱板４７０の構成部品は、所望の電気絶縁および熱伝導性を提供する、窒化アルミニウムなどの熱伝導性および電気絶縁性セラミックで構成されている。このような材料の使用により、例えば図９Ａ〜９Ｂに示す実施形態では２８０で示す別個の電気絶縁構成部品をなくすことが可能になる。
【００５５】
別の実施形態では、フィラメント・セグメントを形成する伝導性材料は、熱伝導性であるが電気絶縁性である外部表面を含むように処理される。例えば、図１１Ａ〜１１Ｄの各フィラメント・セグメントを画定し、トリエーティッド・タングステンなどの伝導性材料で構成された伝導性ワイヤは、ワイヤの外部表面を薄いセラミック層で被覆する、セラミック電気泳動処理を行うことができる。このセラミック層は、ステンレス鋼または他の金属などの電気および／または熱伝導性放熱板に熱を伝えるセグメントの能力を保持しながら、伝導性ワイヤおよび画定するフィラメント・セグメントの電気絶縁を行う。
【００５６】
放熱板４７０のより少ない構成部品は全て、必要に応じて窒化アルミニウムで構成することもできる。ここでは多片構成部品として示したが、放熱板４７０は一実施形態では、単一の一体型片として画定することもできる。このタイプの解決法の一例が図１２Ａに示され、放熱板４７０は単一の一体型片として形成されている。
【００５７】
他の実施形態で記載したように、フィラメント・セグメント４６４Ａ〜Ｎは、フィラメント・セグメントを画定する伝導性ワイヤの屈曲した相互接続部４６９によって相互接続されている。図示した実施形態では、フィラメント・セグメントの一部と考えられる相互接続部４６９は、放熱板４７０と直接物理的に接触し、したがって放熱板で直接放熱される。これに対して、放熱板４７０の中心部４７０Ａを超えて延びる、図１１Ａ〜１１Ｄの各フィラメント・セグメント４６４の一部は、放熱板４７０から露出される、即ち、直接放熱されないと考えられる。これにも関わらず、各フィラメント・セグメント４６４は、放熱を行う相互接続部４６９と連続して形成された各フィラメント・セグメントの端部を介して放熱板への伝導性熱経路を画定する。この配置により、各フィラメント・セグメントからの熱を主に伝導により放熱板４７０に伝達することが可能になる。放熱板４７０の中心部から露出された、図１１Ａに示す各フィラメント・セグメント４６４の一部は、図１１Ａに「Ｌ」で示した長さを有する。図１１Ａに示す各フィラメント・セグメント４６４は同じ長さＬであるが、他の実施形態では、フィラメント・セグメントは必要に応じてそれぞれ異なる長さを有することもできる。
【００５８】
図示した様々な実施形態により本明細書に開示されたフィラメント・アセンブリの１つの利点は、以下の等式によって示される。
【００５９】
【数１】
0004937987.tif 000002
式中、Ｐは例示的なフィラメント・セグメントを推進するのに必要な動力であり、τは上記説明したように、フィラメント・セグメントの熱時定数である。等式（２）が示するように、図１１Ａ〜１１Ｃに示すフィラメント・セグメント４６４のいずれかのような長さＬのフィラメント・セグメントを推進するのに必要な動力は、熱時定数τの平方根に反比例する。したがって、熱時定数τがフィラメント・セグメント長さＬ（等式（１））を小さくすることによって小さくなると、フィラメント・セグメントを推進するのに必要な動力Ｐが増加する。
【００６０】
寸法は特定の応用例により変更することができるが、一実施形態では、図１１Ａ〜１１Ｄに示すフィラメント・アセンブリ４６０の各フィラメント・セグメントは約３００ミルの長さＬを有し、フィラメント・セグメントを画定する伝導性ワイヤは約７ミルの直径を有し、フィラメント・セグメントの中心部は互いに２７ミルの距離だけ離れている。
【００６１】
本発明の実施形態の範囲内にあるままで、図１１Ａ〜１１Ｄに示すフィラメント・アセンブリ構成を変更することができることが分かる。例えば、図１２Ｂはこのような１つの変更形態を示しており、フィラメント・アセンブリ４６０の中心部４７０Ａは、中に画定されたスロット４７３が全体的に本体を通して延びないが、そこを通して部分的にのみ延びるような寸法をしている。この構成により、フィラメント・セグメント４６４Ａ〜４６４Ｎが、対応するスロット４７３内にあることが可能になる。例えば、図１２Ｂに示すスロット４７３は、中心部４７０Ａの高さの約２／３だけ延びている。図１２Ｂに示す各フィラメント・セグメント４６４は、図１１Ａに示す実施形態では中心部からフィラメント・セグメントが延びるのと同様の距離だけ中心部４７０Ａの上に延びている。もちろん、露出されたフィラメント・セグメントの量は、必要に応じてまたは特定の応用例により変更することができる。
【００６２】
図１２の外側部４７０Ｂおよび４７０Ｃはそれぞれ、外側部が中心部と結合される場合に、中にフィラメント・ワイヤを固定するようにスロット４７３と噛み合う複数の挿入部４８０を備えている。フィラメント・ワイヤは、スロット４７３内でろう付け、あるいは適切に固定することができる。
【００６３】
上記したように、フィラメント・セグメントの一部は、フィラメント・セグメントと放熱板との間に熱的結合の経路を画定するように、放熱板と物理的に接触している。代替実施形態は、この熱経路を良くするさらに別の熱伝導性材料を利用することができる。例えば、スロット内にフィラメント・ワイヤを固定するのにろう付け材料を利用するのに加えて、ろう付け材料はワイヤ・セグメントと放熱板との間の熱伝導を良くするのに利用することができる。１つの例示的な方法が図１２Ａに示されている。図示するように、スロット４７３は、４７５で示すろう付け材料で実質的に満たされている。スロット内にワイヤを固定することに加えて、ろう付け材料はワイヤと放熱板との間の熱接触を大きくし、それによってワイヤから放熱板への熱伝達が良くなる。ろうは、優れた熱伝導性を示し、フィラメント材料と悪い相互作用をしない材料からなることが好ましい。さらに、ろうは、好ましくはセラミック（または、どんな放熱板材料が使用されても）に対して濡れ性があるべきであり、フィラメント動作中に固体を保持するのに十分高い温度で溶融すべきである。例えば、トリエーティッド・タングステン・ワイヤがフィラメントに使用される場合、Ｗｅｓｇｏ（登録商標）社のＣｏｐｐｅｒ−ＡＢＡ（登録商標）ろうなどの銅系ろうを使用することができる。
【００６４】
フィラメント・セグメントの形状および構成は、図１１Ａ〜１２に示したものから変更することができる。例えば、踏み台（ｓｔｅｐ  ｌａｄｄｅｒ）型構成の代わりに、フィラメント・セグメントは一実施形態では角度付けされた、すなわち螺旋構造を画定することもできる。このような場合、放熱板のスロットは必要に応じて、螺旋形状の伝導性らせん構造（ｓｔｒａｎｄ）の所定部分を収容するように成形される。または、ここでは単一の連続ワイヤによって画定されるように示されているが、図１２のフィラメント・セグメントは別の方法ではそれぞれ、互いに電気的に並列な個別のワイヤによって画定することもできる。これらのおよび他の可能な変更形態はしたがって、本発明の原理内に含まれるものとして考えられる。
【００６５】
上記のものと同様に、図８Ａ〜１２に関連して説明した実施形態は、上記した「９７５出願」にさらに記載されているように、選択部分から電子を優先的に放射するように動作機能を変更する選択部分を有するフィラメント・アセンブリを備えることもできる。例えば、図８Ａ〜８Ｂ、９Ａ〜９Ｂ、および１０〜１２に示すフィラメント・セグメントの中心部は、フィラメント・セグメントの未処理部分に対してそれぞれのフィラメント・セグメントの動作機能を変更するように形成することができる。上記したように、これは陰極動作中の電子放射および全体のフィラメント・セグメント性能を良くする目的で行われる。
【００６６】
図１３〜１８は、フィラメント・アセンブリおよび放熱構造の追加の実施形態を示している。また、これらの実施形態は全て上記説明した実施形態の変更形態であり、特定の応用例の必要に応じて、異なる熱、動力および／または電子密度特徴を提供および達成するように代替実施を提供する。
【００６７】
例えば、図１３〜１５の実施形態は、放熱板（例えば、図１５Ａおよび１５Ｂでは５７０）のスロット内に配置されたフィラメント・セグメントの伝導ワイヤ部（これらの特定の実施形態では、５６５、６６５）がどのように、互いに様々な長さを有するかを示している。例えば、図１３の実施形態では、端部位置５６８での長さは、フィラメント・アセンブリ５６０Ａの中心部５６６の長さと比べて相対的に長い。これに対して、図１４および１５のフィラメント・アセンブリ５６０Ｂでは、端部位置６６８の領域でのフィラメント・セグメントの長さは相対的により短く、中心部６６６に向かって増加する。理解し得るように、これらの異なるフィラメント・アセンブリを、上記説明したものと同様の放熱構造に関連して使用することができる。例えば、図１５は、どのように図１４のフィラメント・アセンブリ５６０Ｂを図１１に関連して上記したものと同様の全体を５７０で示した放熱板に関連して使用することができるかを示している。これらの詳細はここでは省略する。
【００６８】
また、図１６〜１７の実施形態で示すように、放熱部の形状は、所与の応用例に必要な特定の熱反応および出力電力の必要に応じて変えることもできる。例えば、図１６の実施形態では、フィラメント・アセンブリ４６４Ａ（上記した図１１に関連）は、６７０で示すような代替構成を有する放熱板を機能的に備えることができる。この例で示すように、放熱板６７０の上表面６７０Ａは外向きに湾曲した形状を有する。別の方法では、図１７に示すように、放熱板７７０は内向きに湾曲した形状および構成を有する上表面７７０Ａを備えることができる。これらの代替放熱板構成が特定のフィラメント・アセンブリで示されているが、例えば図１３および１４の構成を含む他のアセンブリ構成も使用することができる。
【００６９】
フィラメント・アセンブリ自体は、特定の構成の必要によって、代替構成を有することもできる。例えば、異なる電子ビーム強度を得るために、フィラメント・セグメントは異なる位置に配向することができる。このような方法の１つの例が図１８の実施形態に示されており、フィラメント・セグメントが屈曲される、または角度付けられている。ここで、セグメント８６４Ａ・・・Ｎは、アセンブリの中心部８６６に向かって物理的に配向されている。また、この方法は、図１３および１４の実施形態などの、本明細書で説明した他の構成と組み合わせることもできる。
【００７０】
本明細書に記載するフィラメント・アセンブリのフィラメント・セグメントは、陽極のターゲット表面に衝突するように電子ビームを同時に放射する複数の手段の例として働くことが、上記説明から理解し得る。しかし、本明細書のフィラメント・セグメント・アセンブリはこのような複数の手段の単なるいくつかの例であることを理解し得る。実際、他の構造、構成部品、またはアセンブリはまた、同時電子放射の複数の手段として働くことができるが、それも本発明の特許請求の範囲内にある。このように、本発明は本明細書に記載したものに限定されない。
【００７１】
本発明の実施形態によると、本明細書に記載のフィラメント・アセンブリは、フィラメントの熱時定数を下げることによって、比較的速いフィラメント切換時間を得ることができる。多数の比較的短いフィラメント・セグメントの使用は、フィラメント・アセンブリの機械的耐久性を大きくする。鋭いビーム・プロファイルを作り出すのに、自己収束構成を利用することができる。必要に応じて、トリエーティッド・フィラメントは、従来のフィラメント設計より本設計でより容易に利用することができる。さらに、電力拡散および電気インピーダンスを許容範囲内に制御しながら、切換時間の改善が達成される。
【００７２】
本発明は、その技術思想および基本的特徴から逸脱しない範囲で、他の特定の形態でも実現することができる。上記した実施形態は、全ての面で単に例示的なものであり、限定的なものではない。本発明の範囲はしたがって、前述の記載によってではなく、特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の同等物の意味および範囲内にある全ての変形が、その範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態による一つの可能な環境で機能するＸ線管の側断面図。
【図２Ａ】一実施形態によるフィラメント・アセンブリの上面図。
【図２Ｂ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの上面図。
【図２Ｃ】一実施形態による、陰極アセンブリの一部に含まれたフィラメント・アセンブリの一部の斜視図。
【図３Ａ】一実施形態によるフィラメント・アセンブリの単純図。
【図３Ｂ】図３Ａに示す設計により構成されたフィラメント・アセンブリの上面図。
【図４】本発明の実施形態により構成されたフィラメントに対してモデリングおよび実現された切換時間改良を示すグラフ。
【図５】本発明の実施形態により構成されたフィラメントに対する相対的な電力増加体時定数改良を示すグラフ。
【図６】一実施形態による、フィラメント・セグメントの１つの可能な配向を示すフィラメント・アセンブリの単純斜視図。
【図７】本発明の一実施形態による、フィラメント・セグメントの１つの可能な成形を示すフィラメント・セグメントの側面図。
【図８Ａ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリを含む陰極ヘッドの斜視図。
【図８Ｂ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリを含む陰極ヘッドの側面図。
【図９Ａ】更に別の実施形態により構成されたフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図９Ｂ】更に別の実施形態により構成されたフィラメント・アセンブリの拡大図。
【図１０】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１１Ａ】本発明の更に別の実施形態により構成されたフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１１Ｂ】図１１Ａのフィラメント・アセンブリの展開図。
【図１１Ｃ】図１１Ａのフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１１Ｄ】図１１Ａのフィラメント・アセンブリの底部斜視図。
【図１２Ａ】別の例示的実施形態により構成されたフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１２Ｂ】更に別の例示的実施形態により構成されたフィラメント・アセンブリの展開斜視図。
【図１３Ａ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１３Ｂ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの側面図。
【図１３Ｃ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１３Ｄ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１４Ａ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１４Ｂ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの側面図。
【図１４Ｃ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１４Ｄ】別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１５Ａ】図１４のフィラメント・アセンブリの追加の斜視図。
【図１５Ｂ】図１４のフィラメント・アセンブリの追加の斜視図。
【図１６Ａ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１６Ｂ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの側面図。
【図１６Ｃ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１６Ｄ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１６Ｅ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１７Ａ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１７Ｂ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの側面図。
【図１７Ｃ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１７Ｄ】代替放熱構造を備えたフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１８Ａ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの斜視図。
【図１８Ｂ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの側面図。
【図１８Ｃ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの上面図。
【図１８Ｄ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１８Ｅ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１８Ｆ】更に別の実施形態によるフィラメント・アセンブリの端面図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図４】
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