(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-07
(45)【発行日】2024-06-17
(54)【発明の名称】X線管及びX線管の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 35/06 20060101AFI20240610BHJP
H01J 35/16 20060101ALI20240610BHJP
H01J 35/08 20060101ALI20240610BHJP
H01J 35/18 20060101ALI20240610BHJP
【FI】
H01J35/06 A
H01J35/16
H01J35/08 E
H01J35/18
(21)【出願番号】P 2020011831
(22)【出願日】2020-01-28
【審査請求日】2022-11-25
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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】曽根 準基
【審査官】田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】特表2005-516367(JP,A)
【文献】特開2017-004749(JP,A)
【文献】特開2016-046145(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01J 35/00-35/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりX線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるX線管であって、
先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、
前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する支持体固定部を有すると共に前記外囲器を構成する外囲器アッセンブリと、を備え、
前記陰極アッセンブリの前記支持体は先端から後端に至る全体が金属製の筒状であり、先端側には外周面の内周側に陰極電子銃が配置されており、
前記支持体固定部は金属製の筒状であり、内周側に前記陰極アッセンブリの前記支持体
の後端が溶接により固定されており、
前記外囲器アッセンブリは、セラミックス製で筒状の外囲器本体を有し、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面とが金属製の接続部材で
接続されているX線管。
【請求項2】
前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にX線透過窓を有する陽極アッセンブリを更に備え、前記陽極アッセンブリの前記有底筒部の開口端部が前記外囲器本体の他端に固定されている請求項1に記載のX線管。
【請求項3】
内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりX線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるX線管の製造方法であって、
先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、
前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する金属製で筒状の支持体固定部と、セラミックス製で筒状の外囲器本体と、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面との間を金属製の接続部材で接続した外囲器アッセンブリと、
前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にX線透過窓を有する陽極アッセンブリと、を準備し、
前記陰極アッセンブリの前記支持体は先端から後端に至る全体が金属製の筒状であり、先端側には外周面の内周側に陰極電子銃7が配置されており、
前記陰極アッセンブリを前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部の内側に、先端から前記外囲器アッセンブリの内部へスライドして挿入する挿入工程と、挿入工程の後に前記陰極アッセンブリの前記先端部の位置をスライドにより所定位置に位置決めする陰極アッセンブリ位置決め工程と、前記陰極アッセンブリ位置決め工程の後に前記陰極アッセンブリの前記支持体の後端を前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部に溶接により固定する陰極アッセンブリ溶接工程とを備えるX線管の製造方法。
【請求項4】
前記外囲器アッセンブリにおいて、前記接続部材に対する前記支持体固定部の位置を位置決めする支持体固定部位置決め工程を更に備える請求項3に記載のX線管の製造方法。
【請求項5】
前記陰極アッセンブリ位置決め工程は、前記外囲器本体の他端側に位置決め治具を設置し、この位置決め治具に前記陰極アッセンブリの先端を当接させて位置決めする請求項3に記載のX線管の製造方法。
【請求項6】
前記陰極アッセンブリ溶接工程の後に、前記外囲器アッセンブリの他端に前記陽極アッセンブリの前記有底筒部の開口端部を接続する陽極アッセンブリ接続工程を備える請求項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】
本発明の実施形態は、X線管及びX線管の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
分析用やその他の用途のX線管において、内部を真空に保持する外囲器は、金属と、セラミックス、ガラス等の絶縁体で形成されている。X線管の各部材は、組立の工程において、ろう接、溶接、又はガラス封着等によって接合され、真空を保持する構造を持っている。特に、セラミックス部材及び金属部材間の接合、並びに金属部材同士の接合は、ろう接(ろう付け)又は溶接により接合されている。
【0003】
ところで、各部材には寸法公差が設けられているが、特に嵌合部や接続部では、ガタを生じる上に、組立部材の数に応じて各寸法公差やガタが積みあがり、完成形状での陽極ターゲットに対する焦点ずれや陰極電子銃との距離のガタが大きくなり、焦点の形状に大きなばらつきが生じるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第3152717号公報
【文献】特許第5370967号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
焦点の形状は分析性能だけでなく、X線管としての寿命にも影響する。例えば、焦点が必要以上に小さくなると、分析性能としてのX線強度や分解能は高くなるが、焦点面の温度が上昇し、焦点面の融解を早め、X線管としての寿命が短くなる。逆に焦点が大きくなるとX線管としての寿命は長くなるが、分解性能としてのX線強度や分解能は低くなる。
このため、焦点形状のばらつきを小さくすることができるX線管及びX線管の製造方法が望まれていた。
【0006】
本実施形態は、部品の寸法公差や組み立て時のガタの影響を吸収し、陽極ターゲットにおける焦点形状のばらつきを小さくすることができるX線管及びX線管の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一実施形態は、内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりX線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるX線管であって、先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する支持体固定部を有すると共に前記外囲器を構成する外囲器アッセンブリと、を備え、前記支持体固定部は金属製の筒状であり、内周側に前記陰極アッセンブリの前記支持体が溶接により固定されている。
【0008】
他の一実施形態は、内部を真空に保持する外囲器と、前記外囲器内に設けて熱電子の衝突によりX線を発生させる陽極ターゲットと、前記外囲器内に設けて前記陽極ターゲットに向けて熱電子を放出する陰極電子銃とを備えるX線管の製造方法であって、先端部に前記陰極電子銃を保持した金属製の支持体を有する陰極アッセンブリと、前記陰極アッセンブリの前記支持体を固定する金属製で筒状の支持体固定部と、セラミックス製で筒状の外囲器本体と、前記外囲器本体の一端と前記支持体固定部の外周面との間を金属製の接続部材で接続した外囲器アッセンブリと、前記外囲器の一部を構成する金属製の有底筒部を有し、前記有底筒部の内側底面に前記陽極ターゲットを保持し、前記有底筒部の側面にX線透過窓を有する陽極アッセンブリと、を備え、前記陰極アッセンブリを前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部の内側に、先端から前記外囲器アッセンブリの内部へ挿入する挿入工程と、挿入工程の後に前記陰極アッセンブリの前記先端部の位置を所定位置に位置決めする陰極アッセンブリ位置決め工程と、前記陰極アッセンブリ位置決め工程の後に前記陰極アッセンブリの前記支持体の後端を前記外囲器アッセンブリの前記支持体固定部に溶接により固定する陰極アッセンブリ溶接工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は、一実施形態に係るX線管の概略的構成を示す縦断面図である。
【
図2】
図2は、
図1に示す外囲器アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。
【
図3】
図3は、
図1に示す陰極アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。
【
図4】
図4は、
図1に示す陽極アッセンブリの概略的構成を示す縦断面である。
【
図5】
図5は、外囲器アッセンブリに陰極アッセンブリの組付けを説明する縦断面である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係るX線管及びX線管の製造方法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。
【0011】
図1に示すように、X線管1は、内部を真空に保持する外囲器3と、前記外囲器3内に設けた陽極ターゲット5と陰極電子銃7とを備えており、陰極電子銃7から放出させた熱電子2を陽極ターゲット5に衝突させてX線4を発生させる。
このX線管1は、外囲器アッセンブリ11と、陰極アッセンブリ13と、陽極アッセンブリ15との、3つのアッセンブリから構成されている。
【0012】
図2及び
図1に示すように、外囲器アッセンブリ11は、外囲器本体17と、陰極アッセンブリ13の支持体(後述する)を固定する支持体固定部19と、外囲器本体17の一端に設けて外囲器本体17と支持体固定部19とを接続する第1接続部材21と、外囲器本体17の他端に設けた第2接続部材23と、を備えている。
外囲器本体17は、セラミックス製で筒状に形成されている。外囲器本体17の一端17aと他端17bとはそれぞれメタライズ部18が形成されており、金属面となっている。
支持体固定部19は、ステンレス鋼等の金属製で筒状に形成されている。
図1に示すように、支持体固定部19の内側に陰極アッセンブリ13が挿入されており、支持体固定部19の内周面19aは陰極アッセンブリ13の摺動面になっている。
第1接続部材21は、コバール(KOV)等の金属製で外囲器本体17の一端17aと支持体固定部19の外周面19bとの間に配置されており、これらの間を外囲器3の一部として塞いでいる(
図1参照)。この接続部材21は、リング状を成している。
第1接続部材21の支持体固定部19側の端(内周端)21aは支持体固定部19の外周面19bにろう接されている。第1接続部材21の外囲器本体17側の端(外周端)21bは、外囲器本体17の一端17aにろう接されている。
また、外囲器本体17の他端17bには第2接続部材23の一端23aがろう接されている。第2接続部材23は、コバール(KOV)等の金属製であり、外囲器本体17の他端17bの形状に沿った環状を成しており、本実施の形態ではリング状である。
【0013】
図3及び
図1に示すように、陰極アッセンブリ13は、陰極電子銃7と、陰極電子銃7を支持する支持体27とを備えている。
支持体27は、ステンレス鋼等の金属製で筒状であり、先端27aに陰極電子銃7を保持している。
図1に示すように、支持体27は外囲器アッセンブリ11の支持体固定部19の内周に挿入されており、支持体27の後端27bは支持体固定部19の外側端19cに溶接により固定されている。
支持体27の先端27aは、陰極電子銃7を配置する凹状の電子銃保持部27cを有し、陰極電子銃7の先端と面一もしくはいずれかが出っ張った形状になっている。
支持体27は筒形状であり、筒の内側で、外囲器アッセンブリ11の支持体固定部19に対応する位置には、セラミックス製の封止部材29が設けてある。陰極電子銃7の配線7a、7bは、支持体27の内側で、封止部材29を通って外囲器3の外側に引き出されている。
【0014】
図4及び
図1に示すように、陽極アッセンブリ15は、外囲器3の一部を構成する純銅等の金属製の有底筒部31有している。有底筒部31は、筒状の側面部31aと筒の一端部を塞ぐ底部31bとからなり、底部31bの内側底面に前記陽極ターゲット5が保持されている。側面部31aには、X線透過窓33が設けてある。X線透過窓33は、ベリリウム(Be)等の軽元素でできている。
図1に示すように、有底筒部31の端面31cには、第2接続部材23の他端23bが溶接により固定されている。
【0015】
次に、本実施形態にかかるX線管1の製造方法について説明する。
まず、各アッセンブリ11、13、15の製造について説明する。
図2に示すように、外囲器アッセンブリ11では、筒状の外囲器本体17の一端17aと他端17bにメタライズ部18を形成し、一端17aに第1接続部材21の外囲器本体17側の端(外周端)21bを、他端17bに第2接続部材23の一端23aを治具等を用いて所定位置で位置決めする。
次に、第1接続部材21の一端(内周端)21aに筒状の支持体固定部19をスライド挿入して、治具等を用いて所定位置で位置決めする。位置決めは、外囲器本体17の他端17bと支持体固定部19の外側端19cとの間の距離H2が所定距離になるように支持体固定部19を位置決めする。
支持体固定部19の位置決めをした後、筒状の外囲器本体17の一端17aと第1接続部材21の他端21b、外囲器本体17の他端17bと第2接続部材23の一端23a、第1接続部材21の一端21aと支持体固定部19の外周面19bとをろう接して、固定する。
【0016】
図3に示すように、陰極アッセンブリ13は、支持体27の先端27aに陰極電子銃7を設置して、電子銃の配線7a、7bを、封止部材29を貫通して支持体27の外に引き出す。
【0017】
図4に示すように、陽極アッセンブリ15は、有底筒形状に形成して、底部31bには内側面に陽極ターゲット5を設置する。側面部31aにはX線透過窓33を形成する。
【0018】
続いて、各アッセンブリ11、13、15の組み立てについて説明する。
図2に示すように、外囲器アッセンブリ11において、外囲器本体17の他端側に位置決め治具35を配置する。この位置決め治具35は、
図1に示すように、陰極アッセンブリ13と陽極アッセンブリ15とを外囲器アッセンブリ11に組付けたときに、陰極アッセンブリ13の陰極電子銃7と陽極ターゲット5とが所定の距離H3となるように規定するものである。そのため、位置決め治具35は、外囲器アッセンブリ11に対する陰極アッセンブリ13の陰極電子銃7の位置を位置決めする。
具体的には、
図5に示すように、外囲器アッセンブリ11の第2接続部材23に位置決め治具35を取り付け、
図5に符号Aで示すように、陰極アッセンブリ13の支持体27を、筒状の支持体固定部19の内側に挿入する。支持体27は、陰極電子銃7を外囲器本体17の内側に向けて挿入する。
次に、
図5に符号Bで示すように、陰極電子銃7を保持している支持体27の下端を位置決め治具35に当接させて、陰極アッセンブリ13の位置決めをする。
図1に示すように、支持体固定部19に対して陰極アッセンブリ13の支持体27を位置決めした後、その位置で支持体27の後端27bと支持体固定部19の外側端19cとを溶接により固定する。
【0019】
次に、
図1に示すように、外囲器アッセンブリ11の外囲器本体17において、第2接続部材23の他端23bに、陽極アッセンブリ15の有底筒部31の端面31cを溶接により固定する。
以上のようにして、外囲器アッセンブリ11と、陰極アッセンブリ13と、陽極アッセンブリ15を組付けて、X線管1を製造する。
【0020】
X線管1の作用を説明する。
図1に示すように、陰極電子銃7から発生した熱電子2が高電圧で加速され陽極ターゲット5に衝突し、X線4を発生させる。発生したX線4はX線透過窓33から取り出され分析等に利用される。
【0021】
本実施の形態にかかるX線管1の効果について説明する。
図1に示すように、外囲器3内において、陰極電子銃7と陽極ターゲット5との間の距離H3は、
図5に示すように、陰極電子銃7を保持する支持体27を外囲器アッセンブリ11の支持体固定部19をスライドして位置決めできるから、陽極ターゲット5に対する陰極電子銃7の位置決めが正確に且つ容易にできる。
特に、陽極ターゲット5に対する陰極電子銃7を直接位置決めすることで、セラミックス製である外囲器本体17の距離H1に公差があってもその影響を低減できる。
陰極電子銃7を保持する支持体27の位置決めは、支持体27の先端27aを、陽極ターゲット5の位置に対応した位置決め治具35に当接させることで位置決めできるから、位置決めが容易にできる。
本実施の形態によれば、X線管の焦点形状を左右する陰極電子銃7と陽極ターゲット5との距離を、0.1mm以内の誤差範囲で製造することができる。
【0022】
図2に示すように、外囲器アッセンブリ11において、支持体固定部19と、外囲器本体17と、第1接続部材21をろう接により固定対する際に、外囲器本体17の他端17bと支持体固定部19の外側端19cとの距離H2を位置決めしているから、外囲器アッセンブリ11の寸法精度を高めることができ、陰極アッセンブリ13を組み立てたときの、陰極電子銃7と陽極ターゲット5との間の距離H3(
図1参照)を更に正確に位置決めできる。
本実施の形態にかかるX線管1は、焦点の形状を左右する陰極電子銃7と陽極ターゲット5との距離H3に関係する部品のうち、セラミックス製の外囲器本体17以外は金属製の部品であるから、精密な加工と接合が容易にできる。
本実施の形態によれば、X線管1は、外囲器アッセンブリ11と、陰極アッセンブリ13と、陽極アッセンブリ15との、3つのアッセンブリから構成されていると共に各アッセンブリ11、13、15を位置決めしながら組み立てるので、効率的な製造ができる。
【0023】
上述した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0024】
1…X線管、3…外囲器、5…陽極ターゲット、7…陰極電子銃、11…外囲器アッセンブリ、13…陰極アッセンブリ、15…陽極アッセンブリ、17…外囲器本体、19…支持体固定部、21…第1接続部材、27…支持体、31…有底筒部、35…位置決め治具。