特開 2024-3557 Ｘ線管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024003557

(43)【公開日】2024-01-15

(54)【発明の名称】Ｘ線管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/06 20060101AFI20240105BHJP

   H01J 35/16 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

H01J35/06 E

H01J35/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022102769

(22)【出願日】2022-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】503382542

【氏名又は名称】キヤノン電子管デバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 利巳

(72)【発明者】

【氏名】曽根 準基

(57)【要約】

【課題】 安定した耐電圧性能が維持できる信頼性の高いＸ線管を得るためのＸ線管の製造方法を提供する。
【解決手段】 Ｘ線管において、真空外囲器は、セラミックスからなる絶縁外囲器と、該絶縁外囲器の一端面に設けられ陰極フィラメントを支持する陰極側金属外囲器と、絶縁外囲器の他端面に設けられ、支持体に接合されて支持体を支持する陽極側金属外囲器と、支持体に接続されて陽極ターゲットに高電圧を印加する高圧ケーブルと、高圧ケーブルの周囲に配置された電気絶縁性の放熱体と、放熱体と高圧ケーブルとの間の空間に充填された樹脂材製の電気絶縁体とを備えている。前記電気絶縁体は、樹脂材を溶融状態で注入した後に加熱により硬化するものであり、前記注入と前記加熱による硬化の工程を、複数回行うことで充填する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線を透過する出力窓が形成された真空外囲器と、
前記真空外囲器内に設けられ、前記出力窓に対向した陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットの支持体と、
前記真空外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、を具備するＸ線管において、
前記真空外囲器は、セラミックスからなる絶縁外囲器と、該絶縁外囲器の一端面に設けられ前記陰極フィラメントを支持する陰極側金属外囲器と、前記絶縁外囲器の他端面に設けられ、前記支持体に接合されて前記支持体を支持する陽極側金属外囲器と、前記支持体に接続されて前記陽極ターゲットに高電圧を印加する高圧ケーブルと、前記高圧ケーブルの周囲に配置された電気絶縁性の放熱体と、前記放熱体と前記高圧ケーブルとの間の空間に充填された電気絶縁体とを備え、
前記電気絶縁体は、樹脂材を溶融状態で注入した後に加熱により硬化するものであり、前記注入と前記加熱による硬化の工程を、複数回行うことで充填するＸ線管の製造方法。

【請求項2】

前記支持体は雄ネジ部を有し、前記放熱体は雌ネジ部を有し、前記雌ネジ部は前記放熱体の内周面全体に亘って形成されており、一部のみが前記支持体の前記雄ネジ部に螺合しており、
前記電気絶縁体は、前記支持体の前記雄ネジ部と螺合していない前記放熱体の前記雌ネジ部に最初の溶融樹脂材を塗布した後に加熱により硬化後、次の溶融樹脂材を前記放熱体と前記高圧ケーブルとの間の空間に注入した後に硬化する請求項１に記載のＸ線管の製造方法。

【請求項3】

複数回に分けて注入される樹脂材の主成分は、同一のシリコーン樹脂である請求項１又は２に記載のＸ線管の製造方法。

【請求項4】

複数回に分けて注入される樹脂材において、先に注入される樹脂材の熱膨張率は後から注入される樹脂材の熱膨張率よりも小さい請求項３に記載のＸ線管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、Ｘ線管の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、Ｘ線管として、固定陽極型Ｘ線管が知られている。固定陽極型Ｘ線管は、真空外囲器、陽極ターゲット、陰極フィラメント、支持体、放熱体、電気絶縁体及び高圧ケーブルを備えている。真空外囲器の一端の平坦部にＸ線を透過する出力窓が設けられている。

【0003】

陽極ターゲットは、真空外囲器の内部に配置され、出力窓に対向している。陰極フィラメントは、真空外囲器の内部に配置され、陽極ターゲットに照射する電子を放出するものである。支持体は、真空外囲器内に設けられており、支持体の一端部は、陽極ターゲットを支持している。

【0004】

支持体の他端部には、高圧ケーブル及び放熱体が接続されている。高圧ケーブルは、陽極ターゲットに高電圧を印加するためのものである。放熱体は、支持体の他端部において高圧ケーブルを囲む周囲に配置されており、陽極ターゲットで発生して支持体に伝達された熱を放出するためのものである。電気絶縁体は、支持体の端部において高圧ケーブルと放熱体との間に充填されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６４４０１９２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、Ｘ線管の製造工程や市場での使用中に、電気絶縁体中に亀裂や、ボイド、剥離等の欠陥が発生し、Ｘ線管の耐電圧性能が著しく低下するという問題があった。

【0007】

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、安定した耐電圧性能が維持できる信頼性の高いＸ線管を得るためのＸ線管の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の態様に係るＸ線管の製造方法は、Ｘ線を透過する出力窓が形成された真空外囲器と、前記真空外囲器内に設けられ、前記出力窓に対向した陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットの支持体と、前記真空外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、を具備するＸ線管において、前記真空外囲器は、セラミックスからなる絶縁外囲器と、該絶縁外囲器の一端面に設けられ前記陰極フィラメントを支持する陰極側金属外囲器と、前記絶縁外囲器の他端面に設けられ、前記支持体に接合されて前記支持体を支持する陽極側金属外囲器と、前記支持体に接続されて前記陽極ターゲットに高電圧を印加する高圧ケーブルと、前記高圧ケーブルの周囲に配置された電気絶縁性の放熱体と、前記放熱体と前記高圧ケーブルとの間の空間に充填された樹脂材製の電気絶縁体とを備え、前記電気絶縁体は、樹脂材を溶融状態で注入した後に加熱により硬化するものであり、前記注入と前記加熱による硬化の工程を、複数回行うことで充填するＸ線管の製造方法である。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、電気絶縁体中の欠陥の発生の防止を図ることができ、安定した耐電圧性能が維持できる信頼性の高いＸ線管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１実施形態に係るＸ線管の製造方法により製造したＸ線管の概略的構成を示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示すＢ部の拡大図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るＸ線管の製造方法であって、図２において電気絶縁体を充填する前の状態を示す断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るＸ線管の製造方法であって、図２において第１回目の溶融樹脂材を注入した状態を示す断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係るＸ線管の製造方法であって、図２において第２回目の溶融樹脂材を注入した状態を示す断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係るＸ線管の製造方法であって、図２において第２回目の溶融樹脂材を注入した状態を示す断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態に係るＸ線管の製造方法であって、図２において第１回目の溶融樹脂材を注入した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係るＸ線管として固定陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

【0012】

図１に示すように、固定陽極型Ｘ線管１は、真空外囲器３と、陽極ターゲット５と、支持体７と、陰極フィラメント９と、絶縁外囲器１１と、管容器１３と、放熱体１５と、高圧ケーブル１７とを備えている。

【0013】

真空外囲器３は、内部を真空保持しており、先端外径が徐々に細くした筒状であり、先端面の平坦部にＸ線を透過する出力窓１９が設けられている。
この出力窓１９は、Ｘ線の減衰が少ない材料として、例えばベリリウム（Ｂｅ）で形成されている。

【0014】

真空外囲器３の内部には、出力窓１９に対向して陽極ターゲット５が配置され、この陽極ターゲット５の外周側に陰極フィラメント９が配置されている。尚、陽極ターゲット５と陰極フィラメント９との間には、収束電極２１が設けてある。

【0015】

また、真空外囲器３内の中心部には支持体７の先端部７ａが配置されている。支持体７の先端部７ａは収束電極２１の内周側に配置されるとともに先端で陽極ターゲット５を支持している。支持体７の他端部７ｂは、絶縁外囲器１１の他端側から突設してあり、接合体（陽極側金属外囲器）２３がろう付けされて、接合体２３によって絶縁外囲器１１と支持体７との間が封止状態に結合されている。換言すれば、接合体２３は陽極ターゲット５を支持している。
また、絶縁外囲器１１の先端面（一端面）１１ｂには金属膜３６が形成してあり、金属膜３６に陰極フィラメント９を支持する陰極側金属外囲器２４がろう付けされている。

【0016】

支持体７の他端部７ｂの端面には、支持体７の内部に形成された排気路２５を通じて真空外囲器３内を排気するための排気管２７が設けられているとともに、陽極ターゲット５に高電圧を印加するための高圧ケーブル１７が接続される給電部２９が設けられている。

【0017】

放熱体１５は、電気絶縁性を有している。放熱体１５は、円筒形状を成しており、内周面には雌ネジ部３１（図３参照）が形成されている。この雌ネジ部３１が、支持体７の他端部７ｂに形成された雄ネジ部３２に螺合されており、放熱体１５の一端面１５ａは接合体２３に当接されている。図２及び図３から明らかなように、放熱体１５の雌ネジ部３１は、放熱体１５の内周面全体に形成されているが、支持体７の雄ネジ部３２に螺合しているのは、支持体７側に位置する一部分のみである。
放熱体１５は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導特性及び１０ｋＶ／ｍｍ以上の高電圧絶縁性を有するセラミクスで、例えば窒化アルミニウムを用いることにより、９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率が得られる。

【0018】

高圧ケーブル１７は、放熱体１５及び電気絶縁体３３の内周側に位置していると共に絶縁材３３の外部に引き出されている。

【0019】

図３に示すように、支持体７の後端面７ｃと、放熱体１５と、高圧ケーブル１７とで囲まれる空間Ｋには、電気絶縁体３３（図２参照）が充填されている。換言すれば、円筒形状の放熱体１５の内周面と高圧ケーブル１７との間に電気絶縁体３３が充填されている。電気絶縁体３３は、例えばシリコーン樹脂などのポッティング材である。
この電気絶縁体３３の詳細及び充填方法については、後述する。

【0020】

図１に示すように、管容器１３の内周側には、絶縁外囲器１１、接合体２３及び放熱体１５との間に他の電気絶縁体３４が充填されている。他の電気絶縁体３４は、電気絶縁体３３と同様に、シリコーン樹脂などのポッティング材で形成されている。

【0021】

管容器１３の外面には、冷却部３５が配設されている。この冷却部３５には、固定陽極型Ｘ線管１の入力に応じて例えば空冷式若しくは液冷式、又はヒートパイプ式を選択できるが、維持管理が容易な空冷式、又はヒートパイプ式が好ましい。冷却部はラジエータであってもよい。

【0022】

本実施形態の放熱について説明する。
陽極ターゲット５への電子の衝突によって熱が発生し、この陽極ターゲット５の熱が支持体７に伝わり、この支持体７の他端部７ｂに接続されている接合体２３を介して絶縁外囲器１１、電気絶縁体３３及び放熱体１５へ放散及び伝導され、放熱体１５を介して他の電気絶縁体３４及び管容器１３などへ放散及び伝導される。他の電気絶縁体３４や放熱体１５から管容器１３に伝導された熱は、管容器１３の外面を冷却する冷却部３５によって放出される。この実施形態において、放熱体１５は支持体７の他端部７ｂに直に接続されているため、陽極ターゲット５で発生して支持体７に伝達された熱をより効率的に放出できる。

【0023】

次に、電気絶縁体３３の充填について説明する。
電気絶縁体３３は、例えば、約５０℃で溶融状態となり、約１００℃の加熱により硬化するものである。本実施形態では、電気絶縁体３３は、溶融樹脂材による注入と加熱による硬化との工程を、複数回行うことで空間Ｋ（図４参照）に充填する。本実施形態では２回の工程に分けて電気絶縁体３３を充填している。第１回目の注入をする第１樹脂材（溶融樹脂材）３３ａと第２回目の注入をする第２樹脂材（溶融樹脂材）３３ｂとは、共に主成分は、同一のシリコーン樹脂であってもよく、さらに、先に注入される第１樹脂材３３ａの主成分のシリコーン樹脂材の中に熱伝導性やＸ線遮蔽能力を高めるために無機物（例えば、シリカ等）の微粒子を配合して、後で注入される第２樹脂材３３ｂよりも熱膨張率を小さくしても良い。
例えば、シリコーンのみの熱膨張率は、２７０×１０^―６／Ｋであるが、微粒子を配合した場合には、２００～２７０×１０^―６／Ｋ程度とすることができる。

【0024】

電気絶縁体３３の充填は、以下の順序でおこなう。
（１）図３に示すように、支持体７の給電部２９に高圧ケーブル１７を接続し、支持体７の他端部７ｂの雄ネジ部３２に、放熱体１５の雌ネジ部３１を螺合して、放熱体１５の一端面１５ａが接合体２３に当接するまで螺進する。
これにより、高圧ケーブル１７と、支持体７の他端部７ｂと放熱体１５とで囲まれる空間Ｋが形成される。この空間Ｋは電気絶縁体３３を充填する空間である。

【0025】

（２）図４に示すように、放熱体１５の雌ネジ部３１（図３参照）に第１樹脂材３３ａを塗布し、加熱して硬化する。
第１樹脂材３３ａの塗布は、例えば、刷毛で雌ネジ部３１に塗るが、雌ネジ部３１のネジ溝が埋まるように盛り付ける。樹脂材は、例えば、５０℃の溶融した状態で塗布し、その後炉に入れて約１００℃に加熱することで硬化する。

【0026】

（３）次に、図４に示すように第１樹脂材３３ａが硬化した後、その内側の空間（残りの空間）Ｋ１に第２樹脂材３３ｂを注ぎ込む（図２参照）。このとき、溶融状態の第２樹脂材３３ｂは、支持体７を下に向けて（図４の状態から上下反転）空間Ｋ１に上から充填し、その後炉に入れて加熱することで硬化する。

【0027】

（４）最後に、第１樹脂材３３ａ及び第２樹脂材３３ｂを硬化した状態で、常温まで冷却して、電気絶縁体３３となる。

【0028】

第１実施形態の効果について説明する。
第１実施形態によれば、第１樹脂材３３ａを塗布した後に加熱硬化し、その後第２樹脂材３３ｂを注入した後に加熱硬化することで、電気絶縁体３３を複数回に分けて充填しているので、各回に形成する電気絶縁体の体積を小さくしているから、製造工程中の位相変化（溶融樹脂→加熱硬化→冷却）で発生する電気絶縁体内部の残留応力の緩和を図ることができる。特に、充填する体積を分けて少なくしているから冷却時に生じる体積収縮による悪影響を低減できる。

【0029】

即ち、電気絶縁体３３は、膨張した状態で硬化し、その後の冷却時に体積収縮すること及び電気絶縁体３３が隣接するＸ線管の部材がそれぞれ異なる収縮率で収縮することから、電気絶縁体３３の樹脂材中に内部応力が発生するが、電気絶縁体３３について、位相変化する体積を小さくしているので、発生する電気絶縁体内部の残留応力の緩和を図ることができ、電気絶縁体３３中の欠陥の発生を防止することが可能となる。これにより、安定した耐電圧性能が維持できる信頼性の高いＸ線管を得ることができる。

【0030】

また、第１樹脂材３３ａを放熱体１５の雌ネジ部３１に塗布することにより、放熱体１５に接触する樹脂材を第１樹脂材３３ａのみとし、第２樹脂材３３ｂは放熱体１５との接触による影響（膨張率の相違による影響）を受けなくて済むから、これによっても高圧ケーブル１７と放熱体１５との間の電気絶縁体３３中の欠陥の発生を防止することが可能となる。例えば、第１樹脂材３３ａについて、シリコーンのみの熱膨張率は、２７０×１０^―６／Ｋであるのに対して、放熱体１５を形成する窒化アルミニウムの熱膨張率は、４～５×１０^―６／Ｋである。

【0031】

以下に他の実施形態を説明するが、以下に説明する実施形態において、上述した一実施形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では一実施形態と主に異なる点を説明する。

【0032】

図５に第２実施形態を示す。この第２実施形態では、電気絶縁体３３を構成する樹脂材を３回に分けて充填するものであり、具体的には第１樹脂材３３ａ、第２樹脂材３３ｂ、第３樹脂材３３ｃに分けてこの順序で注入する。第１樹脂材３３ａは、上述した第１実施形態と同様に放熱体１５の雌ネジ部３１に塗布した後に加熱硬化し、第２樹脂材３３ｂは第１樹脂材３３ａの内周側に厚めに盛るようにして塗布した後に加熱硬化し、残りの空間Ｋ２に第３樹脂材３３ｃを充填した後加熱硬化する。

【0033】

この第２実施形態によれば、電気絶縁体３３を構成する樹脂材３３ａ、３３ｂ、３３ｃを３回に分けて充填しているので、一回当たりの位相変化する体積を２回に分ける場合よりも小さくできるから、高圧ケーブル１７と放熱体１５との間の電気絶縁体３３中の欠陥の発生を更に防止することができる。

【0034】

図６に第３実施形態を示す。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に電気絶縁体３３を構成する樹脂材を３回に分けて充填している。第１樹脂材３３ａは、上述した第１実施形態と同様に放熱体１５の雌ネジ部３１に塗布した後に加熱硬化し、第２樹脂材３３ｂは高圧ケーブル１７の外周面に塗布した後に加熱硬化し、第１樹脂材３３ａと第２樹脂材３３ｂとの間の残り空間Ｋ３に第３樹脂材３３ｃを充填した後加熱硬化する。

【0035】

この第３実施形態では、高圧ケーブル１７の被覆材（シリコーン樹脂等）や放熱体１５（窒化アルミ等）との界面部分を第１樹脂材３３ａ、第２樹脂材３３ｂで塗布した後硬化し、第１樹脂材３３ａと第２樹脂材３３ｂの間の空間Ｋ３に同じ成分の第３樹脂材３３ｃを注入しているので、第３樹脂材３３ｃはその境界面が同じ成分となるからなじみが良いので、電気絶縁体３３中の欠陥の発生を更に防止することができる。この場合にも、高圧ケーブル１７との界面部分や放熱体１５との界面部分に接触する第１樹脂材３３ａ、第２樹脂材３３ｂは、第３樹脂材３３ｃよりも熱膨張率を小さくすることが望ましい。

【0036】

図７に第４実施形態を示す。
第４実施形態では、図７において、支持体７の他端部７ｂを下にするように上下反転した状態にして、空間Ｋに第１樹脂材３３ａ、第２樹脂材３３ｂを上下に重ねるように順次充填する。この実施形態では電気絶縁体３３を第１樹脂材３３ａ、第２樹脂材３３ｂの２回に分けて充填する例を示しているが、３回や４回に分けて充填しても良い。

【0037】

この第４実施形態でも、電気絶縁体３３は、複数回に分けて樹脂材３３ａ、３３ｂを充填することで、製造工程中（溶融樹脂→加熱硬化→冷却）位相変化する体積を分けて小さくできるから、高圧ケーブル１７と放熱体１５との間の電気絶縁体３３中の欠陥の発生を防止できる。
また、複数回に分けて充填する樹脂材３３ａ、３３ｂ等は、上下に順次重ねて注入すれば良いので充填し易い。

【0038】

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0039】

１…固定陽極型Ｘ線管、３…真空外囲器、５…陽極ターゲット、７…支持体、９…陰極フィラメント、１１…絶縁外囲器、１５…放熱体、１７…高圧ケーブル、２３…接合体（陽極側金属外囲器）、３１…雌ネジ、３２…雄ネジ、３３…電気絶縁体、３３ａ…第１樹脂材、３３ｂ…第２樹脂材、Ｋ…樹脂の充填空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】