JP2000340146A - Ｘ線発生デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線装置のＸ線発生デバイスの熱放散能力を
向上させる。 【解決手段】 Ｘ線発生デバイスは、循環する冷却用媒
体を保持するケーシングに取り付けられたＸ線管（３
６）を備える。本発明によるＸ線発生デバイスは、発生
したＸ線の焦点アラインメント軌道（５８）をケーシン
グ（４０）に対して調整可能に位置決めできるようにＸ
線発生デバイス内に取り付けられた支持機構（６４）を
備えるると共に、さらに、冷却用媒体を支持機構内に通
すための入口チャンバ（９４）を含む冷却機構（６６）
を備える。さらに、冷却用ステム（１０８）をこの入口
チャンバ内に位置させ、冷却用媒体に露出する熱交換表
面積を増加させることができる。このように、本発明
は、Ｘ線発生デバイスの熱放散能力を向上させるので有
利である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギ管理システ
ムに関し、より詳細にはＸ線管を冷却するためのシステ
ムに関する。

【０００２】

【発明の背景】Ｘ線管内では、陰極により発生された主
電子ビームが、動作時にターゲットを赤熱発光させる程
の極めて大きな熱負荷を陽極ターゲットに与える。通常
は、主電子ビーム・エネルギの１％未満がＸ線に変換さ
れる一方、その残りのエネルギは熱エネルギに変換され
る。高温のターゲットからのこの熱エネルギはＸ線管の
真空容器内の他のコンポーネントへ伝導および放射され
る。通常は、真空容器の外面を覆って循環する流体が、
熱エネルギのある部分を装置の外部へ伝達する。この熱
エネルギによる高温のため、Ｘ線管のコンポーネント
は、Ｘ線管の動作および信頼性に問題を生じる程の大き
な熱ストレスを受ける。

【０００３】通常、Ｘ線ビーム発生デバイスは、Ｘ線管
と呼ばれ、円筒状の真空容器内に封入された対向した電
極を備える。この真空容器は通常、ガラス製であるか、
あるいはステンレス鋼、銅、または銅合金などの金属製
である。上記の電極には、円盤形をした回転する陽極ア
センブリのターゲット軌道からやや離れて位置決めされ
た陰極アセンブリが含まれる。工業利用における場合な
ど、別法として、陽極が静止している場合がある。陽極
のターゲット軌道、すなわち衝突域は、一般に大きな原
子番号を有するタングステンやタングステン合金などの
耐熱金属製である。さらに、電子を加速するため、この
陰極アセンブリと陽極アセンブリの間では、通常６０ｋ
Ｖから１４０ｋＶの電位差が維持される。熱せられた陰
極フィラメントは、この電位差を横切って加速を受ける
熱電子を放出し、この電子が陽極のターゲット域に高速
で衝突する。この電子の運動エネルギのごく一部が高エ
ネルギ電磁放射線、すなわちＸ線に変換される。他方、
残りのエネルギ部分は、後方散乱電子内に留まるか、あ
るいは熱に変換される。Ｘ線は、焦点からあらゆる方向
に放出される。Ｘ線には、焦点アラインメント軌道に沿
って真空容器から外へ導かれるものがある。たとえば金
属製真空容器を有するＸ線管では、Ｘ線透過用窓がこの
金属製真空容器内に作られていて、Ｘ線ビームを所望の
位置で放出することができる。真空容器から放出された
後、このＸ線は、医学的な検査・診断手順の実行のた
め、焦点アラインメント軌道に沿って、被検体たとえば
人体の解剖学的部位などを透過する方向に向けられる。
被検体を透過したＸ線は、検出器あるいはフィルムによ
って捕獲され、人体内部の解剖学的構造の画像が形成さ
れる。さらに、たとえば工業用Ｘ線管では、金属部品に
対する亀裂の有無の検査や空港における荷物の中身の検
査などに用いることがある。

【０００４】医療診断用Ｘ線管で発生させるＸ線は、本
来極めて効率の悪いプロセスにより発生しているため、
Ｘ線発生デバイス内の各コンポーネントは高温で動作す
ることになる。たとえば、陽極焦点の温度は約２７００
℃といった高温となり、また一方、陽極内の他の部分で
は温度が最高約１８００℃となりうる。さらに、Ｘ線管
の各コンポーネントは、かなりの長い持続時間にわたっ
て約４５０℃近くまでの温度となり、Ｘ線管の高温排出
処理に耐えることができねばならない。Ｘ線管の動作中
に発生した熱エネルギは、通常陽極からその他のコンポ
ーネントへ、次に真空容器へと伝達される。真空容器は
通常、熱エネルギをＸ線管から除去するために循環させ
た、たとえば誘電性オイルなどの冷却用流体を満たした
ケーシング内に封入されている。さらに、このケーシン
グはＸ線管を支持しかつ保護しており、Ｘ線管取り付け
用の構造体に対するアタッチメントの役割をする。ま
た、このケーシングは鉛で内張りされており、散乱放射
線を遮蔽することができるＸ線管の動作温度が高いとい
うことは、多くの理由から問題となる。Ｘ線管の各コン
ポーネントは繰り返し高温に曝されるため、その寿命が
短くなり、また信頼性が低下する可能性がある。特に、
陽極アセンブリは通常、ベアリング・アセンブリによっ
て回転自在に支持されている。このベアリング・アセン
ブリは大きな熱負荷に対して極めて敏感である。ベアリ
ング・アセンブリが過熱すると摩擦の増加や騒音の増加
につながることがあり、また最終的にはベアリング・ア
センブリが破損することがある。また、ベアリング・ア
センブリのボールは、高温となるため、通常は固体潤滑
材料でコーティングしてある。好ましい潤滑材料は鉛で
あるが、鉛は融点が低く、また通常４００℃を超える動
作温度に曝されるベアリング・アセンブリでは用いられ
ない。また、この温度限界のため、鉛潤滑材料を用いる
ベアリング・アセンブリを有するＸ線管は、通常、短時
間で、低出力の照射に限られる。４００℃を超える温度
では、通常は銀が潤滑材料として選択される。銀を用い
れば、長時間で、より大きな出力での照射が可能とな
る。しかし銀では、ベアリング・アセンブリが発生させ
る騒音が増加するため、鉛ほど好ましくはない。

【０００５】Ｘ線管内の高温に伴う別の問題としては、
Ｘ線管のデューティ・サイクルの低下がある。このデュ
ーティ・サイクルは、Ｘ線管の最高動作温度を決める一
因子である。Ｘ線管の動作温度は、Ｘ線照射の強さおよ
び照射時間を決める一因子であり、また次の照射との間
隔を決める因子でもある。Ｘ線管は、Ｘ線管内の各コン
ポーネントに対する一定の熱容量および熱放散能力に対
応した一定の最高温度で動作するように設計されるのが
一般的である。これらの限度は、一般的には、現行の照
射ルーチンを勘案して設計される。しかし新規の照射ル
ーチンが絶え間なく開発されており、これにより、現行
のＸ線管能力の限界は変更を余儀なくされることもあり
うる。より良い画像を得るために、より大出力で長時間
のＸ線照射を利用する技法が必要となっている。このよ
うに、Ｘ線管が動作限界に達することなくＸ線照射の出
力と照射時間を増やすために、Ｘ線管からできる限り多
くの熱をできる限り迅速に除去するという要求が高まり
つつある。

【０００６】従来の技術では、主にＸ線管からの熱エネ
ルギを、真空容器の周囲を循環させる冷却用流体を介し
て除去することに依ってきた。この方法は、Ｘ線管の陽
極端がこの循環流体に対し十分に露出することが可能で
あるような適用例では満足のゆくものとなりうる。しか
しこの方法は、取り付け機構や調節機構などが原因で、
陽極端の露出に限度があるようなＸ線管では、満足のゆ
くものとならないことが分かっている。この取り付け機
構や調節機構は、Ｘ線管上で焦点アラインメント軌道の
位置を、装置仕様を満たすように調整可能に制御できる
ことが望ましい。多くの場合、焦点アラインメント軌道
に対する装置の要求条件は極めて厳しいため、この調整
が可能であれば極めて有利となる。これらの機構によっ
て、焦点アラインメント軌道を、ケーシングに対して直
線的に、または回転自在に、あるいはこの両方の方法で
移動できる。これらの機構は、焦点アラインメント軌道
を、Ｘ線管およびケーシングの製造、組み上げの時点
で、容易、迅速かつ安価にセットできる点で有益であ
る。これに対し、Ｘ線管によってはケーシングへの取り
付けが困難である場合がある。これら取り付け困難なＸ
線管では、適正な焦点アラインメント軌道を得るために
は、組み合わせるＸ線管とケーシングを精密に機械加工
する必要がある。さらに、Ｘ線管とケーシングが組み上
げられた後では、ケーシングの位置をケーシングが取り
付けられているＸ線装置上で調節することが、その焦点
アラインメント軌道を調節する唯一の方法となる。この
作業は、多くの場合に面倒であり、顧客先においてサー
ビス技術者が行うような、より費用がかかる作業となる
のが通常である。

【０００７】冷却用流体を陽極アセンブリのシャフト内
にある複数の中空チャンバを通して循環させることによ
って、Ｘ線管から熱を除去するのに役立つ別の方法が探
求されている。しかし、これらの方法は、一般にＸ線管
のコンポーネントから熱を除去するために冷却用媒体の
流入を利用していない点で、全体としては成功している
とは言えない。さらに、これらの陽極冷却方法の利用は
固定的に取り付けられたＸ線管に限られるのがふつうで
ある。その理由は、調整可能に取り付けられたＸ線管に
このタイプの冷却機構を追加して組み込むことが困難で
あるためである。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、調整可能に取り付けられたＸ
線管の陽極冷却を向上させる。本発明によるＸ線発生デ
バイスは、電子を焦点で受け取ってＸ線を発生させるよ
うに位置決めされたターゲットを備える。発生したＸ線
は、焦点アラインメント軌道に沿ってこのＸ線発生デバ
イスを出る。このターゲットが支持機構に取り付けられ
る。支持機構は、通常、長手方向中心軸の周りに配置さ
れると共に、近端部および遠端部を有する。ターゲット
は前記遠端部に回転自在に取り付けられ、また支持機構
は焦点アラインメント軌道を調整可能に位置決めできる
ようにＸ線発生デバイス内に取り付けられる。冷却用媒
体を通すための冷却機構が、少なくとも部分的に、支持
機構内に配置される。冷却機構は、支持機構の近端部に
隣接して配置される。冷却機構はまた、外面と内面とを
有する中空部分を備え、かつ該内面は冷却用媒体を受け
取るための入口チャンバを形成する。

【０００９】その上、支持機構の近端部はさらに、冷却
用ステムおよびハウジングを備える。この冷却用ステム
は外面を備え、またこのハウジングは内面を備える。冷
却用ステムの外面とハウジングの内面とが組み合わされ
て環状のチャンバを形成する。この冷却用ステムは入口
チャンバ内に突き出ていることが好ましい。ハウジング
の内面と冷却機構の外面とが組み合わされて冷却用媒体
を受け取るための出口チャンバを形成する。この出口チ
ャンバは入口チャンバと連絡している。入口チャンバ、
出口チャンバおよび冷却用媒体は、Ｘ線装置の熱放散能
力を最大で概ね３０％まで（概ね１０％から３０％であ
ることが好ましい）増加させるのに適当な１つの冷却系
統を構成する。

【００１０】

【発明の詳しい記載】図１を参照すると、本発明による
Ｘ線装置１０は、経路が調節可能であるＸ線１４を発生
させ、かつ改良された熱伝達能力を有するＸ線発生デバ
イス１２を備える。Ｘ線１４は検出器１６によって受け
取られて、画像ボリューム２０内の人体の解剖学的構造
などの被検体１８の像を形成する。検出器１６は、受け
取ったＸ線１４を電気信号に変換するためのデバイスを
含み、この電気信号は制御ユニット２２に送られる。制
御ユニット２２は、この電気信号をビデオ・モニタなど
のディスプレイ２４上に表示するための画像に再構成す
る。この代わりに、検出器１６は、現像して画像を形成
するための放射線写真フィルムを含んでいてよい。制御
ユニット２２は、コンピュータ・デバイスを備えてお
り、Ｘ線発生デバイス１２並びに関連する熱交換装置２
６及び電源装置２８を動作させるためにも用いられる。
熱交換装置２６は、誘電性オイルその他同様の流体など
である冷却用媒体３２をＸ線発生デバイス１２内に循環
させるためのポンプ３０を備える。熱交換装置２６はさ
らに、Ｘ線発生デバイス１２から冷却用媒体３２に伝達
された熱を除去するラジエータ３４を備える。電源装置
２８は、Ｘ線発生デバイス１２と連絡した電気接続を備
え、装置に電気を供給する。Ｘ線装置１０としては、脈
管撮影、透視装置、動脈造影撮影、一般撮影、乳腺撮
影、コンピュータ断層撮影および可搬型Ｘ線撮影のため
の撮影装置、あるいはこれと同様の装置などがある。

【００１１】図２を参照すると、Ｘ線発生デバイス１２
は、ケーシング４０のチャンバ３８内に調整可能に位置
決めできるＸ線管３６を含む。Ｘ線管３６は、ケーシン
グ４０に対する固定的アタッチメントを介してＸ線管を
支持する取付けデバイス４２に調整可能に装着される。
さらに、チャンバ３８は、Ｘ線管内で発生した熱を除去
するためにＸ線管３６の外面４４の周りを循環する冷却
用媒体３２を収容する。Ｘ線管３６はさらに、容器５０
内の真空中に配置された陽極アセンブリ４６と陰極アセ
ンブリ４８とを備える。電源装置２８（図１）の陰極ア
センブリ４８および陽極アセンブリ４６に接続された電
気回路に電気が供給されると、電子ストリーム５２が真
空中に送り出され、陽極アセンブリに向かって加速され
る。電子ストリーム５２は、陽極アセンブリの、好まし
くは回転する円盤状のターゲット５６上の焦点５４に衝
突して、高周波数電磁波１４（すなわちＸ線）を発生す
ると共に残余エネルギを生じる。この残余エネルギはＸ
線発生デバイス１２内の各コンポーネントによって、熱
として吸収される。Ｘ線１４は、真空中に送り出され、
焦点アラインメント軌道に沿って、第１の窓６０を通り
Ｘ線管の外に出る。続いてＸ線１４は、同様に容器５０
およびケーシング４０の間を循環する冷却用媒体３２を
通過し、ケーシングの壁内に配置された第２の窓６２を
通りＸ線発生デバイス１２の外に出る。窓６０と窓６２
は、Ｘ線を効率よく通過させる材料、たとえばベリリウ
ム、チタン、アルミニウムなどの材料で構成される。ケ
ーシング４０はアルミニウムで構成されるのが通常であ
り、また容器５０に適する材料としてはステンレス鋼、
銅、ガラスなどがある。このようにＸ線１４は、焦点ア
ラインメント軌道に沿って、Ｘ線発生デバイス１２の外
に導かれ検出器１６に向けられる（図１参照）。

【００１２】本発明によるＸ線発生デバイス１２は、焦
点アラインメント軌道５８をケーシング４０に対して調
整可能に位置決めできること、陽極アセンブリ４６の冷
却が向上すること、並びに取付けデバイス４２と組み合
わせて支持機構６４および冷却機構６６を利用すること
でＸ線管３６の機械的支持の信頼性が高いこと、などの
点で有利である。取付けデバイス４２による機械的支持
によりケーシング内のＸ線管３６を高信頼性に装着でき
るため、取付けデバイス４２の使用は有利である。取付
けデバイス４２により、Ｘ線管３６およびケーシング４
０の相対的位置関係を一定に保ったままで、Ｘ線装置１
０においてＸ線発生デバイス１２を任意の位置に向ける
ことが可能となる。さらに、通常取付けデバイス４２
は、ケーシング４０に対する焦点アラインメント軌道５
８の回転的および直線的な位置決めを可能とする調整機
構を備えると有益である（詳細は以下で説明する）。こ
の位置決め機能は、Ｘ線装置１０に対し規定された仕様
の範囲内にＸ線管３６の焦点アラインメント軌道５８を
位置させることが可能になるため重要である。しかし通
常は、取付けデバイス４２のような機械的支持体を使用
することは、陽極アセンブリ４６への冷却用媒体３２の
接近を阻害することになるため、熱放散の観点からは有
利ではない。陽極アセンブリ４６およびそのコンポーネ
ントへの冷却用媒体３２の接近が阻害されると、これに
よって陽極アセンブリから冷却用媒体への熱の伝達が減
少する。これに対して、本発明では、支持機構６４と冷
却機構６６と取付けデバイス４２とを協働するように一
体化し、冷却用媒体３２の流れが直接陽極アセンブリ４
６に露出することができる通路を提供する。このよう
に、本発明では、調整可能に位置決めできる焦点アライ
ンメント軌道５８と、Ｘ線管３６に対する高信頼性の機
械的支持体とを有するという恩恵を受けると共に、陽極
アセンブリ４６からの熱エネルギの伝達が高まるという
利点も生ずる。

【００１３】この結果、Ｘ線管３６の連続的な熱放散能
力が向上する。これに応じて、陽極アセンブリ４６の動
作温度、特に支持機構６４および付属のベアリング・コ
ンポーネントの動作温度が比例して減少する。さらに、
陽極アセンブリ４６の近端部での冷却用媒体３２の冷却
能力は、陽極アセンブリ内の流体通路によって付加され
た熱交換表面積に比例して大きくなる。したがって、本
発明では、Ｘ線管３６が高出力で長時間動作できるた
め、診断画像の品質が向上すること、患者スループット
が向上すること、結果的に装置の全体としての経済性が
高まること、などの点で有利である。

【００１４】図２乃至図５を参照すると、支持機構６４
および冷却機構６６は、陽極アセンブリ４６の一部をな
すと言える。支持機構６４は、回転ターゲット５６を支
持する固定ベースをなしている。支持機構６４は、遠端
部６８および近端部７０を有すると共に、真空容器５０
内で長手方向の中心軸７２の周りに配置されるシャフト
を備える。支持機構６４として適当な材料としては、
銅、ベルギーのＳＣＭメタルズ（SCM Metals）製のグリ
ッドコップ（Glidcop ；登録商標）合金、ステンレス
鋼、ベリリウム、その他熱伝導率が大きく高温性能の良
い同様の材料などがある。シャフト７４は、支持機構６
４の遠端部６８の位置にあるベアリング・ハウジング７
６内で回転自在に固定されている。ターゲット５６は、
シャフト７４の端部に形成された熱バリア７８およびハ
ブ８０を介して、シャフト７４に固定的に装着されてい
る。熱バリア７８は、陽極アセンブリ４６の残りの部分
を回転する高温のターゲット５６から遮断するため、熱
伝導率の低い材料を含む。さらにシャフト７４は、ハブ
８０および熱バリア７８を介して、回転子８２に固定的
に装着され、支持機構６４を取り囲む円筒状のスカート
を形成している。回転子８２は、容器５０の外側で陽極
アセンブリ４６を覆うように位置する固定子８４と連携
して通電時にターゲット５６を回転させるための電磁石
モータを形成する巻き線を含む。さらに、シャフト７４
を回転自在に支持できるようにするためのベアリング・
アセンブリ８６が、ハウジング７６内で支持機構６４の
遠端部６８の位置で回転自在に固定されている。ベアリ
ング・アセンブリ８６は、前部ベアリング・セットおよ
び後部ベアリング・セットを備えることが好ましい。こ
のベアリング・セットの各々は、外側レースおよび内側
レースの間に位置する複数のボール・ベアリングを備え
る。内側レースは機械加工などによって、シャフト７４
上に形成することが好ましい。さらに、ベアリング・ア
センブリ８６は、ベアリング・アセンブリ内の摩擦およ
び騒音を減少させるため、固体潤滑材料８８を含む。固
体潤滑材料８８は、ボール・ベアリングの外面上でコー
ティング層となっていることが好ましい。潤滑材料８８
として適当な材料としては、銀や鉛などがある。

【００１５】陽極アセンブリ４６からの熱を伝達するた
めの冷却機構６６は、支持機構６４のターゲット５６か
ら見て反対側の端に中心軸７２に沿って配置されること
が好ましい。冷却機構６６は、静止した支持機構６４の
近端部７０内で、近端部７０から張り出すように位置す
る。冷却機構６６はまた、冷却用媒体３２を受け取るの
に適した入口チャンバ９４を形成する内面９２を有す
る、中空で筒状の部材を備える。冷却機構６６として適
当な材料としては、ステンレス鋼、銅、グリッドコップ
（Glidcop ；登録商標）合金、その他の同様の材料があ
る。さらに、出口チャンバ９６は、冷却機構６６の外面
９８とハウジング９０の内面１００の間に形成されてい
る。出口チャンバ９６はさらに、冷却機構６６から半径
方向で外向きに延びたフランジ１１８内に形成された通
路１１６を備える。出口チャンバ９６と、入口チャンバ
９４と、これらの両チャンバに接合され且つ冷却機構６
６の端面１０４とハウジング９０の内部面１０６との間
に形成された折返しチャンバ１０２とは、冷却用媒体３
２が薄膜状となって陽極アセンブリ４６内を流れること
ができるような通路を形成すると有利である。これによ
って、入口チャンバ９４、折返しチャンバ１０２および
出口チャンバ９６は、冷却用媒体３２を支持機構６４内
の熱交換表面域に接近させることができる。この熱交換
表面域は、ハウジング９０の内面１００および内部面１
０６を含む。このように、本発明では、冷却用媒体３２
を支持機構６４内の熱交換表面域に直接に露出させるこ
とにより、陽極アセンブリ４６からの熱エネルギを冷却
用媒体に伝達して、装置の外へ放出させる。

【００１６】熱交換表面の有効表面積を有益に増加さ
せ、これによりＸ線管３６の熱放散能力を高めるため
に、本発明では、支持機構６４の冷却用ステム１０８を
ハウジング９０内に突き出させているので有利である。
これにより、環状チャンバ１１０が、ハウジング９０の
内面１００と冷却用ステム１０８の外面１１２との間に
形成される。冷却機構６６の一方の端は、冷却用ステム
が入口チャンバ９４内に延長できるように、環状チャン
バ１１０内に位置させるのが好ましい。このため、冷却
用ステム１０８の外面１１２は、熱エネルギを冷却用媒
体３２に伝達するための熱交換表面域を入口チャンバ９
４内に補足するので有利である。ハウジングの内部面１
０６および内面１００が提供する熱交換表面域に加え
て、冷却用ステム１０８が提供する熱交換表面域のこの
追加部分があるため、冷却用媒体３２への熱エネルギの
伝達が増加し、所定のＸ線照射が可能となる。この熱エ
ネルギ伝達の増加によって、陽極アセンブリ４６内の動
作温度が低下し、これにより騒音が減少し、また信頼
性、寿命および性能が向するので有利である。このよう
に、冷却機構６６および冷却用ステム１０８により、冷
却用媒体３２に接触する熱交換表面積の増加に比例し
て、熱放散能力が高まる。

【００１７】冷却機構６６および支持機構６４は、互い
に固定し合っているが、取付けデバイス４２に対して
は、コレット・アセンブリなどの調節機構１１４を介し
て調整可能に位置決めできる。支持機構６４は、フラン
ジ１１８を介して冷却機構６６に固定的に装着されてい
る。フランジ１１８は、冷却機構６６の外面９８に、た
とえばろう接や溶接などによって固定的に装着された外
面１２０を備える。冷却機構６６は、調節機構１１４お
よび取付けデバイス４２に調整可能に固定されている。
調節機構１１４により、中心軸７２に沿った直線的な移
動および中心軸７２の周りの回転運動に関し、冷却機構
６６を可動的に位置決めできる。Ｘ線管３６の位置を適
正に決めた後、調節機構１１４により、冷却機構６６を
取付けデバイス４２に固定的に装着し、ケーシング４０
内でのＸ線管の相対的な動きを防止する。調節機構１１
４の各コンポーネントについては、以下でさらに詳細に
記載する。このように、取付けデバイス４２および調節
機構１１４を組み合わせることにより、Ｘ線管３６の位
置を調整可能に決定でき、これによって焦点アラインメ
ント軌道５８のケーシング４０に対する位置も調整可能
に位置決めできる。

【００１８】さらに、スリーブ１２２を利用し、支持機
構６４を真空容器５０にハーメチック・シールする。ま
たスリーブ１２２は、冷却用媒体３２の流れを出口チャ
ンバ９６から流し出すためにも利用される。真空容器５
０の近端部を絶縁材１６８を介してスリーブ１２２に接
合するハーメチック・シールによって、真空容器５０内
の真空が保たれる。絶縁材１６８は、プラスチックなど
の電気的に非電導の材料である。絶縁リング１６８は、
外面が真空容器５０にハーメチック・シールされ、内面
はシール・リング１７０とハーメチック・シールされて
いる。シール・リング１７０は、絶縁リング１６８およ
びスリーブ１２２に、たとえばろう接や溶接などによっ
て固定的に装着されている。次に、スリーブ１２２は、
たとえばろう接や溶接などによって支持機構６４に固定
的に装着されている。シール・リング１７０およびスリ
ーブ１２２として適当な材料としては、ステンレス鋼、
ウェスティング・エレクトリック・アンド・マニュファ
クチャリング・カンパニイ（Westinghouse Electric &
Manufacturing Company ）製のコバール（Kovar;登録商
標）合金、その他の同様の材料がある。こうして、調節
機構１１４によって、容器５０内が真空に保たれ、かつ
Ｘ線管が全体としてケーシング４０および取付けデバイ
ス４２に対して移動可能となる。

【００１９】スリーブ１２２は、近端チャンバ１３０を
形成する内部表面１２８を有するハウジング１２６を備
える。チャンバ１３０は、フランジ１１８内の通路１１
６を介して出口チャンバ９６と連通すると共に、その一
部を形成している。スリーブ１２２内のチャンバ１３０
は、冷却機構６６および調節機構１１４の各コンポーネ
ントと交差しつつ、環状チャンバを形成している。

【００２０】焦点アラインメント軌道５８の位置を中心
軸７２に沿って直線状に調整するため、調節用ねじ１４
０を冷却機構６６に対して回転させる。冷却機構６６の
近端部１３６の位置で、その外面９８は、調節用ねじ１
４０の内腔１３８内のねじ切り部分に対応したねじ山を
備える。調節用ねじ１４０はさらに、取付けデバイス４
２の内部表面と突合せ接触する外部フランジ１４１を備
える。こうして、調節用ねじ１４０と冷却機構との相対
的回転によって、Ｘ線管３６が取付けデバイス４２に対
して相対的に直線移動できる。

【００２１】焦点アラインメント軌道５８を直線的に適
正に位置決めした後、ロック用デバイス１５０を利用し
て、調節用ねじ１４０および冷却機構６６の相対的位置
を固定する。ロック用デバイス１５０は、冷却機構６６
の内面９２の対応するねじ切り部分１６４に噛み合うね
じ切り部分１６２を有する外面１６０を備える。冷却機
構６６内でロック用デバイス１５０を相対的回転させる
ことによって、ロック用デバイス１５０のクランプ用ヘ
ッド１５６が、調節用ねじ１４０の内部フランジ１３４
上の近端面１３２に押し当てられる。この結果、調節用
ねじ１４０と冷却機構６６との相対的位置が固定され
る。

【００２２】焦点アラインメント軌道５８に対する中心
軸７２の周りの回転上の位置を調整するため、Ｘ線管３
６を取付けデバイス４２に対して回転させる。調節用ね
じ１４０の外面１４２は、調節用ガイド１４４および取
付けデバイス４２を介して、内腔内で移動可能である。
このように、調節用ねじ１４０と冷却機構６６との相対
的位置がロック用デバイス１５０によって固定されるた
め、Ｘ線管３６を全体として回転自在に位置決めでき
る。焦点アラインメント軌道５８の回転上の位置を所望
に決定した後、調節用ガイド１４４および調節用ねじ１
４０の外部フランジ１４１は、ねじなどの止め具１４６
によって取付けデバイス４２に締着される。ねじ１４６
は、それぞれねじ切り部を有し、クランプ板１４８内の
穴および取付けデバイス４２内の穴を貫通するように位
置決めし、調節用ガイド１４４に噛み合わせる。調節用
ガイド１４４およびねじ１４６は、相対的に回転させる
と調節用ガイドおよび調節用ねじ１４０を取付けデバイ
ス４２に締着できるような、対応したねじ山の配列を有
することが好ましい。このため、ねじ１４６および調節
用ガイド１４４は緩めることもでき、これによりＸ線管
３６を回転させて、焦点アラインメント軌道５８の位置
合わせを行い、再び締め付けてその位置を固定させるこ
とが可能である。

【００２３】したがって、調節用ねじ１４０、調節用ガ
イド１４４、止め具１４６、クランプ板１４８およびロ
ック用デバイス１５０はすべて、調節機構１１４の一部
をなしている。調節機構１１４に適当な材料としては、
たとえばステンレス鋼などがあり、一方取付けデバイス
４２に適当な材料としては、たとえば ゼネラル・エレ
クトリック・カンパニイ製のウルテム（Ultem ；登録商
標）などがある。

【００２４】したがって、調節機構１１４により、真空
容器５０内で陽極アセンブリを、片持ち型に支持するこ
とができる。調節機構１１４によって、焦点アラインメ
ント軌道５８をケーシング４０に対し調整可能に位置決
めができる。すなわち、長手方向の中心軸７２に沿った
直線上の位置関係および中心軸の周りの回転位置の調整
が可能となる。調節機構１１４によって、焦点アライン
メント軌道５８をあらかじめ定めた仕様を満たすように
位置決めできるので有利である。この位置決めは、客先
においてではなく、Ｘ線発生デバイス１２を製造し組み
立てる時点で行うのが好ましく、これによりＸ線発生デ
バイスの据え付け費用が低減される。さらに、本発明で
は焦点アラインメント軌道５８を調整可能に位置決めで
きるため、Ｘ線管３６およびケーシング４０の両接続面
を精密に機械加工することにより固定的取付けを確保し
て、仕様域内の焦点アラインメント軌道を得ようとする
固定的取付法に比して有利である。

【００２５】ロック用デバイス１５０はさらに、取付け
デバイス４２を貫通して中心軸７２に沿って移動する、
中空のコレット・ボルトあるいはコレットねじを備え
る。ロック用デバイス１５０は、チャンバ１５４を形成
する内面１５２を備える。ロック用デバイス１５０のチ
ャンバ１５４および調節用ねじ１４０の内腔１３８は、
それぞれ入口チャンバ９４と連通すると共に、その一部
を形成している。

【００２６】動作時には、図２および図４に示すよう
に、冷却用媒体３２をケーシング４０内およびＸ線管の
周囲に循環させることにより、Ｘ線管３６を冷却する。
冷却用媒体３２は、熱交換装置（図１参照）から入口装
置１７２を通りケーシング４０に供給される。この入口
装置は、通常、パイプ状部分を含んでおり、また冷却用
媒体を加速し且つ方向を定めるための（図示しない）ノ
ズルを含んでいてよい。ケーシング内に供給された冷却
用媒体３２の第１の部分１７４は、中空のロック用デバ
イス１５０を通り冷却機構６６内に流入するように送り
出される。冷却用媒体３２の第１の部分１７４は、入口
チャンバを通り、支持機構６４の遠端部６８の方向に流
れる。冷却用媒体３２の第１の部分１７４は、冷却用ス
テム１０８の周囲を流れ、これにより支持機構６４から
（したがって陽極アセンブリ４６から）の熱を取り去る
ことが好ましい。しかし、この流れは、乱流（turbulen
t flow）ではないと想定される。冷却用媒体３２の第１
の部分１７４の冷却用ステム１０８周囲の流れは、境界
層に影響を与える薄膜状の流れとなり、これにより伝熱
係数が上昇する。

【００２７】冷却用ステムが入口チャンバ９４内につく
るこの薄膜流の通路により、概ね８００から１２００Ｗ
／ｍ² ℃の範囲、好ましくは概ね９５０から１０５０Ｗ
／ｍ ² ℃の伝熱係数が得られるので有利である。これと
比して、非薄膜流の層内（すなわち入口チャンバが広い
場合）での伝熱係数は、概ね３００Ｗ／ｍ² ℃未満の範
囲にある。このように、本発明では、陽極アセンブリ４
６と冷却用媒体３２の間の伝熱係数（より詳細には、支
持機構６４と冷却用媒体３２の間の伝熱係数）が３：１
の割合で向上するので有益である。

【００２８】冷却用媒体３２の第１の部分１７４の流れ
は、折返しチャンバ１０２を通り半径方向の外側に進
み、続いて出口チャンバ９６を通り支持機構６４の近端
部７０の方向に進み、熱交換表面域を介して陽極アセン
ブリ４６からより多くの熱を引き取ることができる。冷
却用媒体３２の第１の部分１７４は、スリーブ１２２の
近端チャンバ１３０を通り、冷却機構６６から流れ出
る。

【００２９】冷却用媒体３２が支持機構６４内の熱交換
表面域に対して露出することにより、従来の技術である
閉端方式と比較して、陽極アセンブリ４６と冷却用媒体
３２の間での熱放散能力を向上させることができる。熱
放散能力の向上は、熱交換表面積に比例する。たとえ
ば、入口チャンバ９４、折返しチャンバ１０２および出
口チャンバ９６により、冷却用媒体３２が流れて支持機
構６４に作用するための通路が提供され、これにより熱
放散能力が最大で概ね３０％、好ましくは１０％から３
０％増加する。

【００３０】入口チャンバ９４、折返しチャンバ１０２
および出口チャンバ９６による薄膜流部分は、熱交換表
面域と冷却用媒体３２の第１の部分１７４との間の伝熱
係数を最大とするような十分な幅を有する。一般に、伝
熱係数が増加するに伴い、チャンバ９４、１０２および
９６を狭めることにより圧力を低下させバランスをとる
必要がある。これらのチャンバは十分に狭くすることが
できるが、狭くし過ぎると圧力の低下によって、伝熱係
数が減少するところまで流れを減らすことになってしま
う。このようにチャンバ９４、１０２および９６は、冷
却用媒体３２の境界層に影響を与えるような寸法とし、
これらチャンバの熱交換表面域と冷却用媒体３２との間
の伝熱係数が最大となるような十分な圧力低下をこれら
チャンバにより与えるようにする。

【００３１】一方、冷却用媒体３２のうち入口チャンバ
９４に流入しない部分（以下、第２の部分１７６とい
う）は、取付けデバイス４２の外面１５８の周囲に送ら
れる。第１の部分１７４は絶縁リング１６８と取付けデ
バイス４２の間を流れ、一方第２の部分１７６は、取付
けデバイス４２の外面１５８の周囲を流れ、冷却用媒体
３２は取付けデバイスの外周部に配置された複数の貫通
穴１７８を通り、第１の部分と第２の部分は合流する。
冷却用媒体３２は固定子８４の巻き線を通過して流れ続
け、Ｘ線管３６の陰極アセンブリ４８を収容する側の端
の周囲を流れ、出口装置１８０からケーシング４０の外
に出る。出口装置１８０により、冷却用媒体３２は熱交
換装置２６（図１参照）に戻される。このように、入口
チャンバ９４、折返しチャンバ１０２、出口チャンバ９
６および冷却用媒体３２により、陽極アセンブリ４６で
の熱放散能力が向上するのに適当である、より詳細に
は、支持機構６４での熱放散能力を最大で概ね３０％
（好ましくは概ね１０％から３０％）向上させる１つの
冷却系統が構成される。

【００３２】要約すると、本発明の一特徴は、陽極アセ
ンブリ内の冷却能力を優先的に高めることにより、熱性
能とデューティ・サイクルを向上させたＸ線発生デバイ
スを有するＸ線装置を提供することである。本発明の別
の特徴は、好ましくは、焦点アラインメント軌道を調節
する機能と上記の冷却能力を結合させたことである。本
発明のまた別の特徴は、冷却用媒体に対し露出する熱交
換表面積が有益に増加するため、冷却能力がさらに向上
することである。このように、特に高まりつつある高出
力で長時間のＸ線照射への需要に対し、本発明は、より
多くの熱エネルギすなわち熱をＸ線発生デバイス内のＸ
線管から除去するための一つの解決法を提供する。

【００３３】上述の好ましい実施態様を参照しながら、
本発明を説明してきたが、他の実施態様によっても同様
の結果が達成可能である。本発明に対する変更および修
正は当業者には明らかであり、また特許請求の範囲に記
載した請求項は、これらの修正や等価なもののすべてを
包含するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を表す略図である。

【図２】本発明によるＸ線発生デバイスの実施態様の断
面図である。

【図３】本発明の拡大した分解断面図である。

【図４】本発明の拡大した断面図である。

【図５】本発明によるＸ線発生デバイスを図４の５−５
線に沿って見た断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・オー・デラクシャン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ウェ スト・アリス、サウス・102エヌディ・ス トリート、1977番 (72)発明者 ウェイン・フレデリック・ブロック アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、サセ ックス、パイン・テラス、ダブリュ236・ エヌ6210 (72)発明者 チャールズ・ビー・ケンドール アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ブル クフィールド、ウィロウ・リッジ・レー ン、16825番

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線発生デバイスであって、 焦点に電子を受け取ってＸ線を発生し、該Ｘ線が焦点ア
   ラインメント軌道に沿って前記Ｘ線発生デバイスから出
   るように位置決めされたターゲットと、 前記ターゲットを取り付けるための支持機構であって、
   該支持機構は長手方向中心軸の周りに配置されていて、
   近端部と前記ターゲットを回転自在に取り付けるための
   遠端部とを有すると共に、前記焦点アラインメント軌道
   を調整可能に位置決めできるように前記Ｘ線発生デバイ
   ス内に取り付けられている支持機構と、 前記支持機構内に冷却用媒体を通すための冷却機構であ
   って、該冷却機構は少なくともその一部が前記支持機構
   内に位置し、かつ前記支持機構の前記近端部に隣接して
   配置されると共に、外面と前記冷却用媒体を受け取るた
   めの入口チャンバを形成する内面とを有する中空部分を
   含んでいる冷却機構と、を備えているＸ線発生デバイ
   ス。
2. 【請求項２】 前記支持機構の前記近端部がさらに、外
   面を持つ冷却用ステムと内面を持つハウジングとを含
   み、前記冷却用ステムの前記外面と前記ハウジングの前
   記内面とが組み合わさって環状チャンバを形成している
   請求項１に記載のＸ線発生デバイス。
3. 【請求項３】 前記冷却機構は、少なくともその一部が
   前記支持機構の前記ハウジング内に配置されており、前
   記ハウジングの前記内面と前記冷却機構の前記外面とが
   組み合わさって前記冷却用媒体を受け入れるための前記
   入口チャンバと連通する出口チャンバを形成している請
   求項２に記載のＸ線発生デバイス。
4. 【請求項４】 前記入口チャンバ、前記出口チャンバお
   よび前記冷却用媒体が、前記支持機構の熱放散能力を最
   大で概ね３０％増加させるのに適当な１つの冷却系統を
   構成する請求項３に記載のＸ線発生デバイス。
5. 【請求項５】 前記冷却用ステムが前記入口チャンバ内
   に突き出ている請求項３に記載のＸ線発生デバイス。
6. 【請求項６】 前記冷却ステムと前記冷却用媒体との間
   の伝熱係数が、概ね８００Ｗ／ｍ² ℃から１２００Ｗ／
   ｍ² ℃の範囲である請求項５に記載のＸ線発生デバイ
   ス。
7. 【請求項７】 前記冷却用ステムと前記入口チャンバ
   が、長手方向中心軸に中心合わせして配置されている請
   求項５に記載のＸ線発生デバイス。
8. 【請求項８】 前記支持機構により、前記焦点アライン
   メント軌道を、前記長手方向軸に沿った直線方向と前記
   長手方向軸の周りの回転方向とに関し調整可能に位置決
   めできる請求項７に記載のＸ線発生デバイス。
9. 【請求項９】 真空チャンバを形成する内面を有する真
   空容器と、 前記真空チャンバ内に配置された、電子のストリームを
   発生させるための陰極アセンブリと、 前記電子を焦点に受け取ってＸ線を発生し、該Ｘ線が焦
   点アラインメント軌道に沿って前記真空容器から出るよ
   うに位置決め可能なターゲットを備える陽極アセンブリ
   と、 前記ターゲットに固定的に取り付けられた回転自在なシ
   ャフトと、 前記シャフトを支持するための支持機構であって、前記
   支持機構は第１のハウジングを含む近端部と第２のハウ
   ジングを含む遠端部とを有し、前記第１のハウジングは
   内面を有し、前記シャフトは前記支持機構の前記遠端部
   に前記第２のハウジング内に回転自在に取り付けられ、
   かつ前記支持機構は前記真空容器内に前記焦点アライン
   メント軌道を調整可能に位置決めできるように取り付け
   られている支持機構と、 前記支持機構の前記近端部に位置で前記第１のハウジン
   グ内に前記支持機構に対して固定的に配置された、前記
   支持機構内に冷却用媒体を通すための冷却管であって、
   前記冷却管は内面と外面を有すると共に、前記冷却管の
   前記内面が入口チャンバを形成し、前記冷却管の前記外
   面が前記第１のチャンバの前記内面と組み合わされて出
   口チャンバを形成し、前記入口チャンバと前記出口チャ
   ンバとが前記冷却用媒体を流せるように連絡している冷
   却管と、を備えているＸ線発生デバイス。
10. 【請求項１０】 前記支持機構の前記近端部がさらに、
    外面を持つ冷却用ステムと内面を持つハウジングとを含
    んでおり、前記冷却用ステムの前記外面と前記ハウジン
    グの前記内面とが組み合わさって環状チャンバを形成し
    ている請求項９に記載のＸ線発生デバイス。
11. 【請求項１１】 前記冷却機構は、少なくともその一部
    が前記支持機構の前記ハウジング内に配置されており、
    前記ハウジングの前記内面と前記冷却機構の前記外面と
    が組み合わさって前記冷却用媒体を受け入れるために前
    記入口チャンバと連通する出口チャンバを形成している
    請求項１０に記載のＸ線発生デバイス。
12. 【請求項１２】 前記入口チャンバ、前記出口チャンバ
    および前記冷却用媒体が、前記支持機構の熱放散能力を
    最大で概ね３０％増加させるのに適当な１つの冷却系統
    を構成する請求項１１に記載のＸ線発生デバイス。
13. 【請求項１３】 前記冷却用ステムが前記入口チャンバ
    内に突き出ている請求項１１に記載のＸ線発生デバイ
    ス。
14. 【請求項１４】 前記冷却用ステムと前記入口チャンバ
    が、長手方向中心軸に中心合わせして配置されている請
    求項１３に記載のＸ線発生デバイス。
15. 【請求項１５】 前記支持機構により、前記焦点アライ
    ンメント軌道が、前記長手方向軸に沿った直線方向と前
    記長手方向軸の周りの回転方向とに関し調整可能に位置
    決め可能である請求項１４に記載のＸ線発生デバイス。
16. 【請求項１６】 Ｘ線装置であって、 １つのチャンバを形成する内面と、前記Ｘ線装置に着脱
    可能に取り付けた外面とを有する壁を含むケーシング
    と、 前記チャンバ内に位置する支持機構であって、該支持機
    構は第１のハウジングを含む近端部と第２のハウジング
    を含む遠端部とを有し、かつ前記第１のハウジングは内
    面を有している支持機構と、 前記支持機構の前記遠端部の位置で前記第２のハウジン
    グ内に固定的に配置され、かつ潤滑用媒体を含んでいる
    ベアリング・アセンブリと、 前記ベアリング・アセンブリに回転自在に取り付けられ
    たシャフトと、 前記シャフトに固定的に取り付けられたターゲットであ
    って、焦点に電子を受け取って、焦点アラインメント軌
    道に沿った方向に向けてＸ線を発生するターゲットと、 前記支持機構に対して固定的に配置された、前記支持機
    構内に冷却用媒体を通すための冷却管であって、該冷却
    管は少なくともその一部が前記第１のハウジング内で前
    記支持機構の前記近端部に配置されていて、かつ内面と
    外面とを有し、前記冷却管の前記内面が入口チャンバを
    形成し、前記冷却管の前記外面が前記第１のチャンバの
    前記内面と組み合わされて出口チャンバを形成し、前記
    入口チャンバと前記出口チャンバとが前記冷却用媒体を
    流せるように連絡している冷却管と、 前記冷却管の近傍で前記ケーシングの前記壁内に配置さ
    れた、前記冷却用媒体を供給するための入口装置であっ
    て、前記冷却用媒体の流れの少なくとも一部を前記入口
    チャンバ内へ導くための入口装置と、 前記チャンバ内に配置され、かつ前記ケーシングに固定
    的に取り付けられた、前記支持機構と前記冷却管を支持
    するための取付けデバイスであって、該取付けデバイス
    は前記焦点アラインメント軌道を前記ケーシングに対し
    て調整可能に位置決めできるように前記支持機構に取り
    付けられている取付けデバイスと、を備えているＸ線装
    置。
17. 【請求項１７】 前記支持機構がさらに、前記支持機構
    の表面積を増加させるための冷却用ステムを含み、該冷
    却用ステムは、外面を有し、かつ前記第１のハウジング
    内で前記近端部に配置されており、前記第１のハウジン
    グの前記内面と前記冷却用ステムの前記外面との間には
    環状チャンバが形成されている請求項１６に記載のＸ線
    装置。
18. 【請求項１８】 前記冷却用ステムが前記入口チャンバ
    内に突き出ている請求項１７に記載のＸ線装置。
19. 【請求項１９】 前記入口チャンバ、前記出口チャンバ
    および前記冷却用媒体が、前記支持機構の熱放散能力を
    最大で概ね３０％増加させるのに適当な１つの冷却系統
    を構成する請求項１８に記載のＸ線装置。
20. 【請求項２０】 前記Ｘ線装置が、脈管撮影装置、透視
    装置、動脈造影撮影装置、一般撮影装置、乳腺撮影装
    置、コンピュータ断層装置および可搬型Ｘ線装置により
    構成されるグループから選択される装置である請求項１
    ８に記載のＸ線装置。