JP2001185064A

JP2001185064A - 回転陽極型ｘ線管及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001185064A
Application number: JP36454699A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】長期にわたり耐電圧性能を安定に維持し、か
つ、安価で軽量な回転陽極型Ｘ線管およびその製造方法
を提供すること。【解決手段】電子ビームを放出する陰極構体１３と、
電子ビームの衝突によってＸ線を発生する陽極ターゲッ
ト１２ａを有する陽極構体１２と、陰極構体１３および
陽極構体１２を収納し、かつ、陽極ターゲット１２ａ部
分を包囲する中央容器部分１１ａが金属で構成された真
空外囲器１１とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、
中央容器部分１１ａを純鉄または室温における熱伝導率
が４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の鉄合金で形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転陽極型Ｘ線
管およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転陽極型Ｘ線管は、回転状態にある陽
極ターゲットに電子ビームを衝突させ、陽極ターゲット
からＸ線を発生させる電子管で、医療用診断装置などに
利用されている。

【０００３】ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について
図５を参照して説明する。符号３１は収容容器で、収容
容器３１内に回転陽極型Ｘ線管３２が収容されている。
収容容器３２と回転陽極型Ｘ線管３２の隙間に絶縁油が
満たされている。絶縁油は、図示しない冷却器やポンプ
などによって冷却され、かつ、収容容器３１の内部を循
環する構成になっている。

【０００４】回転陽極型Ｘ線管３２は全体が真空外囲器
３３で構成され、真空外囲器３３内に、回転陽極構体３
４および電子ビームを放出する陰極構体３５などが配置
されている。回転陽極構体３４の表面には、電子ビーム
の衝突によってＸ線を発生する陽極ターゲット３４ａが
環状に設けられている。真空外囲器３３は、回転陽極構
体３４や陰極構体３５などの部分を包囲する径の大きい
中央容器部分３３ａ、および、陰極構体３５の支持機構
部分３６を囲む陰極側容器部分３３ｂ、回転陽極構体３
４の回転機構部分３７を囲む陽極側容器部分３３ｃなど
から構成されている。

【０００５】真空外囲器３３の中央容器部分３３ａは、
ＣＴスキャナなどに使用される大容量の回転陽極型Ｘ線
管の場合、通常、金属で構成されている。陰極側容器部
分３３ｂや陽極側容器部分３３ｃはガラスなどの絶縁物
で形成され、これらの各部分は互いに気密接合されてい
る。中央容器部分３３ａには、陽極ターゲット３４ａの
横方向に、Ｘ線を取り出すＸ線放射窓３８が設けられて
いる。Ｘ線放射窓３８の延長上の収容容器３１の側壁に
も、Ｘ線を外部に取り出すＸ線放射窓３９が設けられて
いる。

【０００６】上記の構成において、回転陽極型Ｘ線管３
２を動作させる場合、一方の高電圧ケーブル接続端子４
０から陰極端子３５ａにマイナスの高電圧が印加され
る。また、もう一方の高電圧ケーブル接続端子４１から
陽極端子３４ａにプラスの高電圧が印加される。真空外
囲器３３の中央容器部分３３ａは収容容器３１とともに
接地電位に保たれる。

【０００７】そして、回転する陽極ターゲット３４ａに
陰極３５から電子ビームを衝突させ、陽極ターゲット３
４ａからＸ線を発生させる。発生したＸ線は、矢印Ｙで
示すように、真空外囲器３３に形成されたＸ線放射窓３
８、さらに、収容容器３１に形成されたＸ線放射窓３９
を通して外部に出力される。

【０００８】上記した構成の回転陽極型Ｘ線管３２の場
合、真空外囲器３３の中央容器部分３３ａを構成する金
属には、通常、ステンレスまたは銅が使用されている。
また、陽極ターゲット３４ａが発生した熱を効率的に吸
収できるように、中央容器部分３３ａの内面に、褐色な
いし黒色の酸化膜などからなる熱吸収膜（図示せず）が
形成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転陽極型Ｘ線
管は、真空外囲器の中央容器部分をステンレスで構成し
た場合、ウェット水素処理などによって熱吸収膜を容易
に形成できる。また、ステンレスは、機械的強度が高く
熱変形が少ないため、肉厚を薄くでき、軽量化できる。
しかし、ステンレスは熱伝導率が低く（室温で約１５Ｗ
／ｍ・Ｋ）、熱吸収膜で吸収した熱が中央容器部分の外
面や絶縁油に伝わりにくい。そのため、中央容器部分が
局部的に加熱され、ガスが放出し、管内放電が発生し易
い。また、熱吸収膜に緑色の酸化クロムが多く含まれ、
膜の構成も緻密でなく、黒化度も低いため熱吸収性能が
劣る。

【００１０】真空外囲器の中央容器部分を銅で構成した
場合、銅は熱伝導率が高く（室温で約３９０Ｗ／ｍ・
Ｋ）、伝熱性に優れている。しかし、機械的強度が弱
く、また、製造プロセス中のアニーリングによる強度の
低下があり、動作中に変形し易いという問題がある。そ
のため、中央容器部分の肉厚を厚くしなければならず、
重量が大きくなる。また、中央容器部分の内面に熱吸収
膜を形成する場合、溶射法やイオンプレーティング法な
ど、特殊なコーティング方法が必要となり、製造コスト
が高くなる。また、中央容器部分は、製造上の都合か
ら、通常、２分割した構造に形成され、その後の工程
で、分割されたどうしを気密溶接する構造になってい
る。このため、溶接し易い鉄合金でできた溶接用部品
を、２分割した銅製の中央容器部分に予めろう付けする
必要があり、製造コストが増大する。

【００１１】この発明は、上記した欠点を解決し、長期
にわたり耐電圧性能を安定に維持し、かつ、安価で軽量
な回転陽極型Ｘ線管およびその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子ビームを
放出する陰極構体と、前記電子ビームの衝突によってＸ
線を発生する陽極ターゲットを有する陽極構体と、前記
陰極構体および前記陽極構体を収納し、かつ、前記陽極
ターゲット部分を包囲する容器部分が金属で構成された
真空外囲器とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前
記容器部分の材質が純鉄または室温における熱伝導率が
４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の鉄合金であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の回転陽極型Ｘ線管の製造方
法は、回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器のうちそ
の中央部に位置する中央容器部分を純鉄または鉄合金で
形成する第１工程と、純鉄または鉄合金で形成された前
記中央容器部分を、酸素または酸素を含むガス雰囲気中
で加熱して前記中央容器部分の内面に酸化鉄からなる熱
吸収膜を形成する第２工程と、前記熱吸収膜が形成され
た前記中央容器部分を気密に接合する第３工程とからな
っている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、完成
状態の要部を示した図１を参照して説明する。符号１１
は、回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器で、真空外
囲器１１内に、回転陽極構体１２および電子ビームを放
出する陰極構体１３などが配置されている。回転陽極構
体１２の表面には、電子ビームの衝突でＸ線を発生する
陽極ターゲット１２ａが環状に設けられている。回転陽
極構体１２は、回転体や固定体などで構成された回転機
構１４に連結され、回転機構１４部分を通して真空外囲
器１１の一端に固定されている。陰極構体１３はその支
持機構１５部分を通して真空外囲器１１の他端に固定さ
れている。

【００１５】真空外囲器１１は、回転陽極構体１２や陰
極構体１３などの各部分を包囲する径の大きい中央容器
部分１１ａ、および、陰極構体１３の支持機構１５部分
を包囲する陰極側容器部分１１ｂ、回転陽極構体１２の
回転機構１４部分を包囲する陽極側容器部分１１ｃなど
から構成されている。中央容器部分１１ａには、陽極タ
ーゲット１２ａの横方向に、Ｘ線を出力するＸ線放射窓
１６が設けられている。

【００１６】真空外囲器１１の中央容器部分１１ａは、
たとえば純鉄などの金属で構成され、陰極側容器部分１
１ｂや陽極側容器部分１１ｃはガラスなどの絶縁物で構
成されている。中央容器部分１１ａと陰極側容器部分１
１ｂは、それぞれに固定された封着リング１７、１８の
ヘリアーク溶接部Ｗによって気密接合されている。中央
容器部分１１ａと陽極側容器部分１１ｃは、それぞれに
固定された封着リング１９、２０のヘリアーク溶接部Ｗ
によって気密接合されている。中央容器部分１１ａの両
端に位置するコロナリング部２１ａ、２１ｂは、それぞ
れ陰極側容器部分１１ｂや陽極側容器部分１１ｃの内側
に入り込む形になっている。

【００１７】中央容器部分１１ａの内外両面には、図示
の円Ｒ内を拡大して示すように、保護層２２ａ、２２ｂ
が形成されている。保護層２２ａ、２２ｂは、ニッケ
ル、クロム、銀、金の中から選択された金属、または、
その少なくとも１つを主体とする合金で形成されてい
る。そして、中央容器部分１１ａの内面には、たとえば
保護層２２ａ上に褐色ないし黒色の酸化膜、いわゆる熱
吸収膜２３が形成されている。この場合、中央容器部分
１１ａと陰極側容器部分１１ｂの接続部、および、中央
容器部分１１ａと陽極側容器部分１１ｃの接続部をそれ
ぞれ覆うコロナリング部２１ａ、２１ｂの内面に、熱吸
収膜２３が形成されないようにし、コロナリング部２１
ａ、２１ｂの内面の平滑性を高め、帯電や放電を防止し
ている。

【００１８】上記の構成において、回転陽極型Ｘ線管を
動作させる場合、陰極構体１３にマイナスの高電圧を印
加し、回転陽極構体１２にプラスの高電圧を印加する。
真空外囲器１１の中央容器部分１１ａは接地電位に保た
れる。そして、回転する陽極ターゲット１２ａに陰極構
体１３から電子ビームを衝突させ、陽極ターゲット１２
ａからＸ線を発生させる。発生したＸ線は、真空外囲器
１１に形成されたＸ線放射窓１６を通して出力される。

【００１９】次に、上記した構成の回転陽極型Ｘ線管の
製造方法について図１および図２を参照して説明する。
図２では、図１に対応する部分には同じ符号を付し、重
複する説明は一部省略する。

【００２０】まず、中央容器部分１１ａが、陽極側の漏
斗状部１１１と陰極側の漏斗状部１１２との２つに分け
て製作される。その後、漏斗状部１１１の両端開口部
に、薄肉のステンレス鋼からなる封着リング１９、２４
を気密ろう接する。また、漏斗状部１１２の両端開口部
に、薄肉のステンレス鋼からなる封着リング１７、２５
を気密ろう接する。

【００２１】次に、各漏斗状部１１１、１１２の内面お
よび外面に保護層２２ａ、２２ｂ、たとえばニッケルの
めっき層を約１０μｍの厚さに付着形成する。

【００２２】次に、各漏斗状部１１１、１１２をベルジ
ャ内に配置し、同時に、コロナリング部２１ａ、２１ｂ
の内面およびＸ線放射窓１６近傍の内面を所定範囲にわ
たってマスキングする。そして、ベルジャ内を、酸素を
含む所定の減圧状態にして鉄を蒸発させることにより、
各漏斗状部１１１、１１２の内面に、褐色ないし黒色の
酸化膜、いわゆる熱吸収膜２３を形成する。このとき、
各漏斗状部１１１、１１２の内面に形成された保護層２
２ａたとえばニッケルのめっき層が多孔質であるため、
熱吸収膜２３と保護層２２ａとの間には高い付着強度が
得られる。

【００２３】次に、保護層２２ａ、２２ｂや熱吸収膜２
３を形成した漏斗状部１１１の封着リング１９に、陽極
側容器部分１１ｃの封着リング２０を合わせ、封着リン
グ１９と封着リング２０をヘリアーク溶接部Ｗ１（図
１）で気密接合する。その後、気密接合された漏斗状部
１１１と陽極側容器部分１１ｃの内側に、回転陽極構体
１２および回転機構１４を収納し、たとえば回転機構１
４部分を陽極側容器部分１１ｃの端部に気密接合し、陽
極側組立体を完成する。

【００２４】また、他方の漏斗状部１１２の封着リング
１７に、陰極側容器部分１１ｂの封着リング１８を合わ
せ、封着リング１７と封着リング１８をヘリアーク溶接
部Ｗ２で気密接合する。その後、気密接合された漏斗状
部１１２と陰極側容器部分１１ｂの内側に、陰極構体１
３およびその支持機構１５を収納し、支持機構１５部分
を陰極側容器部分１１ｂの端部に気密接合し、陰極側組
立体を完成する。

【００２５】次に、上記の方法で組み立てた陽極側組立
体および陰極側組立体を、それぞれの漏斗状部１１１、
１１２の開口部にろう接されている２つの封着リング２
４、２５どうしを密に嵌合させ、その先端部分をヘリア
ーク溶接したヘリアーク溶接部Ｗ３（図１）によって気
密接合して一体化する。

【００２６】次に、Ｘ線管内を排気して回転陽極型Ｘ線
管を完成する。その後、回転陽極型Ｘ線管は、たとえば
図３に示すように、収容容器内に固定される。さらに、
収容容器内の回転陽極型Ｘ線管との隙間に絶縁油が満た
される。

【００２７】上記した構成によれば、真空外囲器を構成
する中央容器部分を純鉄で構成している。純鉄は機械的
強度が高いため、厚さを薄くでき、軽量で熱変形の少な
い真空外囲器を構成できる。また、純鉄を用いているた
め、熱吸収膜の形成も容易で、中央容器部分の温度上昇
が抑えられ、ガスの放出を防止できる。その結果、長期
にわたって耐電圧性能が安定で、かつ、安価で軽量な回
転陽極型Ｘ線管が得られる。

【００２８】本発明の他の実施形態について、完成状態
の要部を示した図３を参照して説明する。保護膜２２
ａ、２２ｂ及び熱吸収膜２３の被着形態及び被着部位が
異なる以外は前記の実施例と全く同一であるので、対応
する部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略す
る。

【００２９】中央容器部分１１ａのＸ線放射窓１６近傍
の内面と、コロナリング部２１ａ、２１ｂの内面以外の
内面には保護層は形成されていない。容器１１ａの内面
と容器１１ａの外面には、図示の円Ｒ内を拡大して示す
ように、褐色ないし黒色の酸化膜、いわゆる熱吸収膜２
３と保護層２２ｂが形成されている。保護層２２ａ、２
２ｂは、ニッケル、クロム、銀、金の中から選択された
金属、または、その少なくとも１つを主体とする合金で
形成されている。

【００３０】この場合、中央容器部分１１ａのＸ線放射
窓１６近傍の内面と、中央容器部分１１ａと陰極側容器
部分１１ｂの接続部、および、中央容器部分１１ａと陽
極側容器部分１１ｃの接続部をそれぞれ覆うコロナリン
グ部２１ａ、２１ｂの内面には熱吸収膜２３が形成され
ないようにして表面の平滑性を高め、帯電や放電を防止
している。

【００３１】上記の構成において、回転陽極型Ｘ線管を
動作させる場合、陰極構体１３にマイナスの高電圧を印
加し、回転陽極構体１２にプラスの高電圧を印加する。
真空外囲器１１の中央容器部分１１ａは接地電位に保た
れる。そして、回転する陽極ターゲット１２ａに陰極構
体１３から電子ビームを衝突させ、陽極ターゲット１２
ａからＸ線を発生させる。発生したＸ線は、真空外囲器
１１に形成されたＸ線放射窓１６を通して出力される。

【００３２】次に、上記した構成の回転陽極型Ｘ線管の
製造方法について図３および図４を参照して説明する。
図４では、図３に対応する部分には同じ符号を付し、重
複する説明は一部省略する。

【００３３】まず、中央容器部分１１ａが、陽極側の漏
斗状部１１１と陰極側の漏斗状部１１２との２つに分け
て製作される。その後、漏斗状部１１１の両端開口部
に、薄肉のステンレス鋼からなる封着リング１９、２４
を気密ろう接する。また、漏斗状部１１２の両端開口部
に、薄肉のステンレス鋼からなる封着リング１７、２５
を気密ろう接する。

【００３４】次に、各漏斗状部１１１、１１２の外面
と、コロナリング部２１ａ、２１ｂの内面およびＸ線放
射窓１６近傍の内面に保護層２２ａ、２２ｂ、たとえば
ニッケルのめっき層を約１０μｍの厚さに付着形成す
る。

【００３５】次に、各漏斗状部１１１、１１２を電気炉
内に配置し、酸素または酸素を含むガス雰囲気中にて、
５６０℃の温度で約２時間加熱し、各漏斗状部１１１、
１１２の保護層２２ａ、２２ｂが被着されていない表面
に、黒色の酸化膜、いわゆる熱吸収膜２３を形成する。
このとき、各漏斗状部１１１、１１２の保護層２２ａ、
２２ｂが形成された表面も酸化されるが、熱吸収膜とし
て機能する着色は発生しない。

【００３６】上記した構成によれば、真空外囲器を構成
する中央容器部分を純鉄で構成している。純鉄は機械的
強度が高いため、厚さを薄くでき、軽量で熱変形の少な
い真空外囲器を構成できる。また、純鉄を用いているた
め、熱吸収膜の形成も容易で、中央容器部分の温度上昇
が抑えられ、ガスの放出を防止できる。その結果、長期
にわたって耐電圧性能が安定で、かつ、安価で軽量な回
転陽極型Ｘ線管が得られる。

【００３７】この実施形態では各漏斗状部１１１、１１
２を電気炉内に配置し、酸素または酸素を含むガス雰囲
気中にて、５６０℃の温度で約２時間加熱し、各漏斗状
部１１１、１１２の保護層２２ａ、２２ｂが被着されて
いない表面に、黒色の酸化膜、いわゆる熱吸収膜２３を
形成させたが、この熱吸収膜２３を形成させるための電
気炉の加熱条件は９００℃以下の様々な温度条件を選択
することができる。９００℃以上の温度での加熱では赤
錆（Ｆｅ_２Ｏ_３）が形成されるため好ましくない。６５
０℃以上、９００℃以下の温度での加熱では主に褐色の
ＦｅＯが形成されるが、その後５７０℃以下の温度を持
続させることにより、ＦｅＯが黒色のＦｅ_３Ｏ_４に変化
し好ましい熱吸収膜２３が形成される。６５０℃以下の
温度での加熱では、主に黒色のＦｅ_３Ｏ_４が形成され
る。また、更に望ましくは、各漏斗状部１１１、１１２
に熱吸収膜２３を形成させた後、他の部品と気密接合し
て一体化する前に、真空中で例えば７００℃の温度にて
加熱して、熱吸収膜２３を安定化させる工程を実施する
のが良い。

【００３８】なお、上記２つの実施形態では、中央容器
部分を純鉄で構成している。しかし、室温における熱伝
導率が４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の鉄合金を使用しても同様な
効果が得られる。

【００３９】また、中央容器部分の内面および外面に形
成されるニッケルめっきなどの保護層の厚さは、３〜２
０μｍの範囲が望ましい。また、保護層を形成する材料
としては、ニッケルの他、クロム、銀、金の中から選択
された金属、または、その少なくとも１つを主体とする
合金であってもよい。これらの材料は、絶縁油と比較的
高温で接触しても反応が生じにくく、真空容器外面の保
護層として好適である。

【００４０】また、上記の実施形態では、中央容器部分
の外面に保護層を設けているが、必ずしも外面に保護層
を設けなくても良い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、長期にわたり耐電圧性
能が安定で、かつ、安価で軽量な回転陽極型Ｘ線管およ
びその製造方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための概略の構造
図で、右半分を断面で示している。

【図２】本発明の実施形態で使用される真空外囲器部分
の製造方法を説明するための概略の構造図で、右半分を
断面で示している。

【図３】本発明の他の実施形態を説明するための概略の
構造図で、右半分を断面で示している。

【図４】本発明の他の実施形態で使用される真空外囲器
部分の製造方法を説明するための概略の構造図で、右半
分を断面で示している。

【図５】従来例を説明するための概略の構造図で、一部
を断面で示している。

【符号の説明】

１１…真空外囲器１１ａ…中央容器部分１１ｂ…陰極側容器部分１１ｃ…陽極側容器部分１２…回転陽極構体１２ａ…陽極ターゲット１３…陰極構体１４…回転機構１５…陰極構体の支持機構１６…Ｘ線放射窓１７〜２０…封着リング２２ａ、２２ｂ…保護層２３…熱吸収膜Ｗ１〜Ｗ３…ヘリアーク溶接部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを放出する陰極構体と、前記
電子ビームの衝突によってＸ線を発生する陽極ターゲッ
トを有する陽極構体と、前記陰極構体および前記陽極構
体を収納し、かつ、前記陽極ターゲット部分を包囲する
容器部分が金属で構成された真空外囲器とを具備した回
転陽極型Ｘ線管において、前記容器部分の材質が純鉄ま
たは室温における熱伝導率が４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の鉄合
金であることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】容器部分の内面に、直接または保護層を
介して熱吸収膜が形成された請求項１記載の回転陽極型
Ｘ線管。
【請求項３】熱吸収膜が酸化鉄である請求項１記載の
回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】容器部分の内面および外面の少なくとも
一方に、ニッケルおよびクロム、銀、金の中から選択さ
れた金属、または、これらの金属の少なくとも１つを主
体とする合金からなる保護層が形成されている請求項１
記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器
のうちその中央部に位置する中央容器部分を純鉄または
鉄合金で形成する第１工程と、純鉄または鉄合金で形成
された前記中央容器部分を、酸素または酸素を含むガス
雰囲気中で加熱して前記中央容器部分の内面に酸化鉄か
らなる熱吸収膜を形成する第２工程と、前記熱吸収膜が
形成された前記中央容器部分を気密接合する第３工程と
からなる回転陽極型Ｘ線管の製造方法。
【請求項６】前記第２工程と前記第３工程との間に、
前記中央容器部分を真空中で加熱する脱ガス工程を有す
る請求項５記載の回転陽極型Ｘ線管の製造方法。