JP2000040480A

JP2000040480A - 回転陽極ｘ線管

Info

Publication number: JP2000040480A
Application number: JP10222444A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Seki; 善隆関
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】焦点位置の移動量を低減させた回転陽極Ｘ線
管を提供する。【解決手段】回転陽極（２０）が、ターゲット（３）
と、これを支持するロータ（４）と、これを支持する回
転軸（５）と、回転軸（５）を回転自在に支持する軸受
（６）と、軸受（６）の外輪（３０）を固定する固定部
（２１）とから成り、固定部（２１）が２層の円筒部、
即ち内円筒部（３１）と外円筒部（３２）から成り、両
円筒部の陰極側端部が接合され、内円筒部（３１）が軸
受（６）の外輪（３０）を固定し、外円筒部（３２）が
外囲器に支持されている。この構成では、ターゲットの
温度上昇時に、固定部の内円筒部は焦点位置を陽極側へ
移動させるように熱膨張する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置など
に使用される回転陽極Ｘ線管に係り、特に焦点位置の移
動量を低減させた回転陽極Ｘ線管に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転陽極Ｘ線管の一例を図３に示
す。図３において、回転陽極Ｘ線管は、負電位を持つ陰
極１と、この陰極１に対向して配置された正電位を持つ
傘形のターゲット３と、このターゲット３に結合された
筒状のロータ４と、このロータ４の内側に同軸に配置さ
れた回転軸５を回転自在に支持する軸受６と、この軸受
６の外輪を固定し、回転軸５とロータ４との間に配設さ
れた固定部７とから成る陽極２と、陰極１と陽極２とを
支持し、真空気密に内部に封入する外囲器８とで構成さ
れる。陰極１は、熱電子ビームを放出するフィラメント
９と、この熱電子ビームをターゲット３上に集束させ
て、所望の寸法の焦点（Ｘ線源）１０を形成するための
集束溝を持つ集束体１１とから成る。

【０００３】回転陽極Ｘ線管には、使用中陰極１と陽極
２との間に百数十ｋＶの高電圧が印加され、フィラメン
ト９から放出された熱電子ビームがターゲット３上の焦
点（Ｘ線源）１０に衝突することによりＸ線が発生する
と共に、ターゲット３に熱が発生する。この熱により、
ターゲット３の全体は約１，０００°Ｃ程度に加熱さ
れ、同時に陽極２を構成する各部も温度上昇し、数百°
Ｃに達する。この陽極２の温度上昇により、陽極２の各
部が熱膨張し、その結果ターゲット３がＸ線管軸方向に
沿って陰極側に、例えば位置ａから位置ｂへ移動する。
Ｘ線管の負荷印加の前後において、ターゲット３の移動
距離ｄ（位置ａとｂの間隔）は、大きいものでは４００
〜５００μｍにも達する。この陽極２の熱膨張に起因す
るターゲット３の移動の結果、焦点（Ｘ線源）１０もＸ
線管軸方向に沿って陰極側へ同量だけ変位することにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本来、焦点（Ｘ線源）
１０はＸ線管のＸ線放射中心にあるべきであるが、Ｘ線
管の負荷印加中に、この焦点（Ｘ線源）１０が陰極側に
移動してしまうことにより、Ｘ線管の放射するＸ線量分
布が変動し、撮像するＸ線画像に多大の悪影響を及ぼ
す。この影響は、Ｘ線ＣＴ装置において顕著に現われ、
特に小さなスライス幅で使用した場合に、画像の劣化が
甚だしい。

【０００５】また、近年、Ｘ線ＣＴ装置では、電離箱式
Ｘ線検出器に代り、Ｘ線検出感度の高い固体シンチレー
タを使用したＸ線固体検出器が主流となっている。この
Ｘ線検出器の高感度化に伴い焦点の移動の影響を受け易
くなっているため、Ｘ線管に対し、焦点１０の移動量を
従来よりも小さくすることが要求されている。

【０００６】このため、上記の焦点１０の移動量を低減
する方策がＸ線ＣＴ装置において講じられている。先
ず、Ｘ線管自体での方策としては、Ｘ線管の陰極構造を
変更して焦点１０の移動量を補償する技術が提案されて
いる。例えば、複数のフィラメントを使用して電子ビー
ムを移動させる技術が特開平８−２７３５６７号公報
（公知例１）に開示されている。この公知例１では、陰
極の集束体に複数個の集束溝を平行に設け、これらの集
束溝に、フィラメント長さ方向に予め決められた間隔で
フィラメントの取付位置をずらして、同じ長さの複数個
のフィラメントを平行に取り付け、各フィラメントをＸ
線管軸中心に近いものから順次点灯を切り替えて行くこ
とにより、ターゲット上に形成される焦点の位置をＸ線
管軸中心から外側に向けて移動させている。このフィラ
メントの点灯切り替えをターゲットの移動と同期させて
行うことにより、ターゲットの移動による焦点の移動量
が補償されるものである。しかし、この技術では、複数
のフィラメントを集束体に配置するため集束体の構造が
複雑になること、フィラメントの加熱のためのリード線
が増加するため、リード線を導入するのに、高電圧ケー
ブルの端子数を増加しなければならないことなどの問題
点がある。

【０００７】次に、Ｘ線ＣＴ装置での方策としては、Ｘ
線管を収納したＸ線管装置を支持する支持機構におい
て、Ｘ線管装置をモータ駆動によりＸ線管軸方向に平行
移動させる機構を設け、Ｘ線管のターゲット上の焦点の
移動を計測し、これを補償するようにＸ線管装置を移動
するものである。この手法では、Ｘ線管の陽極の熱膨張
によって生じる焦点移動に対する追従性が悪く、また、
その機構が大がかりとなり、コストが大きいなどの問題
点がある。

【０００８】このため、本発明では、機構が単純で、焦
点移動に対する追従性も良く、また、焦点の移動量の計
測も不要とする低コストの回転陽極Ｘ線管を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回転陽極Ｘ線管は、ターゲットを有する陽
極と、前記ターゲットに対向して配置され、前記ターゲ
ット上に焦点を形成するための熱電子ビームを放出する
陰極と、該陰極と前記陽極とを真空気密に内包し支持す
る外囲器とを具備し、前記陽極が前記ターゲットと、該
ターゲットとを支持するロータと、該ロータを支持する
回転軸と、該回転軸を内輪部にて回転自在に支持する軸
受と、該軸受の外輪部を固定する底付円筒状の固定部と
から成り、該固定部の端部が前記外囲器によって支持さ
れている回転陽極Ｘ線管において、前記ロータ及び固定
部のうちの少なくとも一方が、ターゲットが加熱された
ときに、陽極方向へ熱膨張する構造を具備し、その陽極
方向への熱膨張により焦点位置の陰極方向への移動量を
低減するものである（請求項１）。

【００１０】この構成では、ターゲットが加熱されて陽
極の各部が熱膨張するとき、ロータまたは固定部のうち
の一方または両方の一部において陽極方向へ熱膨張する
ので、これらの部分の熱膨張量がターゲット上の焦点位
置の陰極方向への移動量を減少させる因子として働き、
陽極全体としての焦点位置の陰極方向への移動量は低減
される。

【００１１】本発明の回転陽極Ｘ線管では更に、前記固
定部は２層の円筒部（以下、内側を内円筒部，外側を外
円筒部という）から成り、両円筒部の陰極側端部が接合
され、内円筒部が前記軸受の外輪部を固定し、外円筒部
が前記外囲器によって支持されている（請求項２）。こ
の構成では、固定部を二層構造にし、内円筒部と外円筒
部とを陰極側端部で接合したことにより、この内円筒部
は陽極の温度上昇時に、陽極方向に熱膨張することにな
るため、焦点位置の陰極方向への移動量の低減に効果を
発揮する。

【００１２】本発明の回転陽極Ｘ線管では更に、前記ロ
ータは前記ターゲットを支持する支持軸部と、該支持軸
部を保持し、前記回転軸に接続される肩部と、該肩部に
接続される円筒部とから成り、前記肩部が内側に折り返
し部を有し、該折り返し部の陽極側端部に前記支持軸部
の端部が接続されている（請求項３）。この構成では、
ロータの肩部に折り返し部が設けられているので、この
折り返し部は陽極の温度上昇時に陽極方向に熱膨張する
ことになり、焦点位置の陰極方向への移動量の低減に効
果を発揮する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。

【００１４】図１に、本発明の回転陽極Ｘ線管の第１の
実施例を示す。図１は、本実施例の回転陽極Ｘ線管の回
転陽極の断面図である。回転陽極は、回転軸を中心にし
てほぼ軸対称に構成されているため、図１では上半分の
みを示し、下半分を省略した。回転陽極以外の部分は、
図３の従来例とほぼ同様な構造をしている。また、他の
実施例についても同様である。本実施例の回転陽極２０
は、陰極からの熱電子ビームが衝突する焦点１０を有す
るターゲット３と、ターゲット３を支持するロータ４
と、ロータ４の内側に配置された回転軸５と回転軸５を
回転自在に支持する２個の軸受６と、軸受６の外輪を固
定する固定部２１とで構成されている。本実施例では、
従来の回転陽極と比べて、固定部２１の構造に特徴があ
る。

【００１５】ターゲット３は、傘形の形状をしており、
その傾斜面に焦点１０を有する。ターゲット３の傾斜面
は高耐熱性，重金属のタングステン又はタングステン合
金から成り、その裏面にはモリブデン又はモリブデン合
金が接合されている。更に、大容量の回転陽極Ｘ線管で
は、モリブデン等の裏面にグラファイト等の軽量で熱容
量の大きい材料が接合され、ターゲット３の熱容量を大
きくしている。

【００１６】ロータ４は、ターゲット３と結合されるモ
リブデン軸部２２とステンレス鋼などから成る肩部２４
と、銅等から成る円筒部２３とで構成されている。肩部
２４はロータ４の強度を上げるために挿入されるもの
で、三者はろう付けによって接合されている。この構造
はターゲット３の重量が大きいもの、ターゲット３の外
径が大きいものの場合に適している。肩部２４の強度を
必要としない場合には、ロータ４はモリブデン軸部２２
と有底の円筒部２３とで構成され、両者は鋳造などで接
合されている。ターゲット３はロータ４のモリブデン軸
部２２にモリブデン等から成るナット２５で固定されて
いる。

【００１７】回転軸５は、帽子状の断熱キャップ２６と
一端にフランジを有するＴ字形の回転軸本体２７とから
構成されている。断熱キャップ２６と回転軸本体２７は
耐熱鋼等から成り、両者は回転軸本体２７のフランジ部
にてねじ締結又はろう付けにより接合されている。ロー
タ４の肩部２４（又は円筒部２３）と断熱キャップ２６
のフランジ部との間はねじ締結などにより結合されてい
る。前記の断熱キャップ２６は、ロータ４から回転軸本
体２７（又は軸受６）への熱抵抗を大きくするために挿
入されているもので、熱経路長を長くしている。回転軸
本体２７の軸部の外周には、軸受６のための内輪溝２８
が適当な間隔をおいて設けられている。２個の軸受６の
ボール２９及び外輪３０は前記内輪溝２８を基準にして
回転軸本体２７に取り付けられている。回転軸本体２７
と軸受６との組合せは、固定部２１の円形穴に挿入され
て固定される。

【００１８】固定部２１は底の付いた円筒体で、内円筒
部３１とこれを収容する外円筒部３２とから構成されて
いる。内円筒部３１は内周の一端に段部３１Ａを有する
円筒で、銅やステンレス鋼等の熱膨張率の大きい材料か
ら成る。外円筒部３２は有底円筒体で、内側の円形穴部
に内円筒部３１を収容し、開口側（陰極側）の端部３２
Ｂにて、内円筒部３１の開口側端部３１Ｂと溶接などに
より接合されている。このため、外円筒部３２の開口側
端部３２Ｂは薄肉に加工されている。外円筒部３２の他
端は棒状に加工されていて、陽極端３２Ａとなる。この
部分には、外囲器８との結合部（図示せず）が設けられ
ている。外円筒部３２は、鉄や鋼材等の熱膨張率の小さ
い材料から成る。固定部２１の外周には、ロータ４を回
転させるための外部のステータからの回転磁界の磁場強
度を高めるために、鉄等の強磁性体から成る円筒状の磁
性部３３が取り付けられている。

【００１９】固定部２１に挿入された回転軸本体２７と
軸受６との組合せは、軸受６の外輪３０が内円筒部３１
の内周に固定される。２個の軸受６の外輪３０は、間に
間隔をとるための円筒状のスリーブ３４を挾んで、陽極
側の外輪３０が内円筒部３１の段部３１Ａに突き当たる
まで押し込まれた後、内円筒部３１の開口側にて耐熱性
金属から成るばね３５を介して、止め輪３６などにより
固定されている。このとき、内円筒部３１の内周には、
止め輪３６を嵌め込むための溝が設けられている。

【００２０】上記のような回転陽極２０を有する回転陽
極Ｘ線管を使用するにあたって、回転陽極２０のターゲ
ット３に負荷が印加されると、ターゲット３に熱が蓄積
され、ターゲット３の温度が上昇する。ターゲット３に
蓄積された熱は、一部は熱輻射により外囲器８を通して
Ｘ線管の外部にある絶縁油などに放熱され、残りは熱伝
導により、ロータ４のモリブデン軸部２２，ロータ４の
肩部２４（又は円筒部２３），断熱キャップ２６，回転
軸５，軸受６，固定部２１の内円筒部３１，固定部２１
の外円筒部３２を経由してＸ線管の外部に放熱される。
後者の熱伝導により回転陽極２０の各部は温度上昇し、
熱膨張する。その結果、従来の回転陽極２では、ターゲ
ット３上の焦点１０の位置が固定部２１の陽極端３２Ａ
を基準にして陰極側に変位することになる。しかし、本
実施例では、固定部２１を二層構造にしたことにより、
外円筒部３２は従来と同様に陰極側へ熱膨張するのに対
し、内円筒部３１は陽極側へ熱膨張するために、この内
円筒部３１の陽極側への伸びが他の部分の陰極側への伸
びを補償することになり、回転陽極２０全体としての陰
極側への伸び量を低減させ、その結果として、焦点１０
の移動量を低減させる。

【００２１】表１及び表２に、本実施例と従来例の回転
陽極各部の熱膨張による伸び量の計算例を示す。いずれ
の場合も、ターゲット温度が１，０００°Ｃに上昇した
ときの計算例である。従来例では、４４０μｍの伸びが
発生していたのに対し、本実施例では伸び量は２５０μ
ｍ程度まで低下し、従来例に比べ、約半減させることが
できる。

【００２２】上記計算例においては、本実施例の回転陽
極各部の材質を従来例の場合とほぼ同様としたが、第１
の実施例の構造のままで回転陽極各部の材質を変更する
ことによって回転陽極の伸び量を低減させることができ
る。すなわち、図１の回転陽極各部の部材のうち、陰極
側に伸びる部材については熱膨張率のできるだけ小さい
材質を選択し、陽極側に伸びる部材については熱膨張率
のできるだけ大きい材質を選択することにより、回転陽
極の伸び量を低減することができる。第１の実施例の場
合、ロータ４の肩部２４や回転軸５や外円筒部３２は陰
極側に伸びる部材であるので、これらの部材を熱膨張率
のできるだけ小さい材質のものに変え、断熱キャップ２
６や内円筒部３１は陽極側に伸びる部材であるので、こ
れらの部材を熱膨張率のできるだけ大きい材質のものに
変えればよい。

【００２３】第１の実施例の回転陽極構造のもので、構
成部材の材質を上記に従って変更した場合の例につい
て、回転陽極の伸び量の計算例を説明する。この例で
は、ロータ４の肩部２４の材質を熱膨張率の大きいステ
ンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から熱膨張率の小さいモリブ
デンに変更したものである。この変更の結果、ロータ４
の肩部２４の温度は殆ど変化なく、熱膨張率が１２．５
×１０‐⁶／°Ｃだけ減少するので、回転陽極の伸び量
は１４０μｍ減少し、最大伸び量は１１０μｍとなる。

【００２４】このような効果は、外円筒部３２の材質を
熱膨張率の大きい銅から鉄又は鋼などに変更することに
よっても得られるので、上記第１の実施例の固定部２１
を二層構造にすることと、回転陽極各部の材質としてそ
の部材の伸びる方向に従って熱膨張率を増加又は減少さ
せた材料を選択することとの組合せにより、回転陽極の
伸び量をほぼ零とし、焦点移動のほとんど無いものにす
ることができる。

【００２５】図２に、本発明の回転陽極Ｘ線管の第２の
実施例を示す。図２についても、図１と同様回転陽極の
上半分のみを示した。図２において、回転陽極４０はロ
ータ４１を除いて第１の実施例とほぼ同じ構造である。
本実施例において、ロータ４１は円筒部２３と肩部４２
とリング部４３とモリブデン軸部４４とから構成され
る。この構成で、モリブデン軸部４４とリング部４３，
リング部４３と肩部４２，肩部４２と円筒部２３との間
はろう付け又は溶接により接合されている。ロータ４１
の構成部材の中で、リング部４３は折り返し構造となっ
ており、リング部４３の陽極側端部４３Ａがモリブデン
軸４４の陽極側端部４４Ａと接続され、リング部４３の
陰極側端部４３Ｂが肩部４２の陰極側端部４２Ｂと接続
されている。このため、回転陽極４０が温度上昇したと
きに、モリブデン軸４４と肩部４２が陰極側に伸びるの
に対し、折り返し部であるリング部４３は陽極側に伸び
ることになる。従って、本実施例の場合、ロータ４１の
部分での陰極側への伸び量はリング部４３の分だけ減少
する。

【００２６】本実施例においては、ロータ４１のリング
部４３の材質としてはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４），
肩部の材質としてはモリブデンを用いている。固定部２
１の構造は第１の実施例と同様二層構造で、材質も同じ
にしている。本実施例の回転陽極各部の熱膨張による伸
び量の計算例を表３に示す。本実施例での回転陽極の伸
び量は１０μｍ程度であり、焦点１０の移動については
無視することができる程度まで低減されている。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、回
転陽極を構成する固定部やロータなどに温度上昇時に陽
極側に伸びる部分として、折り返し部を設け、必要な場
合には当該部分の材料を熱膨張率の大きな材質とするこ
とにより、回転陽極の陰極側への伸び量を低減すること
ができ、その結果焦点の移動量を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転陽極Ｘ線管の第１の実施例。

【図２】本発明の回転陽極Ｘ線管の第２の実施例。

【図３】従来の回転陽極Ｘ線管の構造例。

【符号の説明】

１陰極２陽極（回転陽極）３ターゲット４，４１ロータ５回転軸６軸受７，２１固定部８外囲器１０焦点（Ｘ線源）２０，４０回転陽極２２，４４モリブデン軸部２３円筒部２４，４２肩部２６断熱キャップ２７回転軸本体２８内輪溝２９ボール３０外輪３１内円筒部３１Ａ段部３１Ｂ，３２Ｂ開口側端部３２外円筒部３２Ａ陽極端４２Ｂ，４３Ｂ陰極側端部４３リング部４３Ａ，４４Ａ陽極側端部

【表１】

【表２】

【表３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットを有する陽極と、前記ターゲ
ットに対向して配置され、前記ターゲット上に焦点を形
成するための熱電子ビームを放出する陰極と、該陰極と
前記陽極とを真空気密に内包し支持する外囲器とを具備
し、前記陽極が前記ターゲットと、該ターゲットとを支
持するロータと、該ロータを支持する回転軸と、該回転
軸を内輪部にて回転自在に支持する軸受と、該軸受の外
輪部を固定する底付円筒状の固定部とから成り、該固定
部の端部が前記外囲器によって支持されている回転陽極
Ｘ線管において、前記ロータ及び固定部のうちの少なく
とも一方が、ターゲットが加熱されたときに、陽極方向
へ熱膨張する構造を具備し、その陽極方向への熱膨張に
より焦点位置の陰極方向への移動量を低減することを特
徴とする回転陽極Ｘ線管。
【請求項２】請求項１記載の回転陽極Ｘ線管におい
て、前記固定部は２層の円筒部（以下、内側を内円筒
部、外側を外円筒部という）から成り、両円筒部の陰極
側端部が接合され、内円筒部が前記軸受の外輪部を固定
し、外円筒部が前記外囲器によって支持されていること
を特徴とする回転陽極Ｘ線管。
【請求項３】請求項１記載の回転陽極Ｘ線管におい
て、前記ロータは前記ターゲットを支持する支持軸部
と、該支持軸部を保持し、前記回転軸に接続される肩部
と、該肩部に接続される円筒部とから成り、前記肩部が
内側に折り返し部を有し、該折り返し部の陽極側端部に
前記支持軸部の端部が接続されていることを特徴とする
回転陽極Ｘ線管。