JP2003142016A

JP2003142016A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2003142016A
Application number: JP2001335843A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Takahashi; 良一高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP3866558B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シールド構造体の冷却効率を上げることで装置
の冷却能力を向上し、連続運転を可能とするとともに、
長寿命のＸ線発生装置を提供すること。【解決手段】陽極ターゲット３３と電子銃２０との間に
配置されたシールド構造体４０は、電子ビームが通過す
る開口部４２を有するとともに、陽極ターゲット３３に
て発生した電子を捕獲する本体４１と、本体４１内部に
形成され、開口部４２に隣接する内周部に設けられると
ともに冷却液循環系５０から冷却液が導入される冷却液
導入口４６を有する内側流路４４と、内側流路４４の開
口部４２側からみて外周側に仕切壁４３を介して設けら
れるとともに、内側流路４４を通過した冷却液が導入さ
れ、冷却液が冷却液循環系５０へ排出される冷却液排出
口４７を有する外側流路４５とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＴスキャナ等に
用いられる大容量のＸ線発生装置に関し、特に、シール
ド構造体を流体で冷却するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線検出器のデジタル信号処理、画像再
構成アルゴリズム及びコンピュータ能力の最近の進歩
は、高速で信頼性の高いヘリカルＣＴスキャナの開発を
可能にした。ヘリカルＣＴスキャナの処理能力は、Ｘ線
発生装置の能力に左右される。

【０００３】従来のＸ線発生装置は、冷却能力が乏し
く、Ｘ線の連続発生が困難であった。この結果、ヘリカ
ルＣＴスキャナの運転は、Ｘ線の発生、つまり、ＣＴ撮
影と、Ｘ線発生装置の冷却のための一時的な停止の繰り
返しとなり、稼動率が低下していた。

【０００４】従来のＸ線発生装置は、真空容器を伴った
ハウジングで構成される。さらに真空容器は、軸方向に
配置された陰極と陽極から構成される。Ｘ線は、原子量
の大きなターゲット金属（以下、「陽極」と称する）上
で電子がすばやく減速し分散する間に発生する。陽極と
しては、タングステンやレニウムが使われる。電子は、
加熱されたタングステンフィラメントから発射され、負
にチャージされた陰極と正にチャージされた陽極の間を
通過する間に加速される。そして、電子は、一般的に１
２０〜１４０ｋｅＶのエネルギを持って、陽極表面に衝
突する。陽極に衝突する電子がもつ運動エネルギのごく
わずかの一部が、Ｘ線に変換される。

【０００５】一方、残ったエネルギは熱となることか
ら、陽極の集光スポット材料は、数ミリ秒の放射の間に
２０００℃以上に達する。この熱を広い領域に拡散させ
るために、最も小さなＸ線発生装置でさえも、陽極は真
空下で回転している。熱が拡散する領域をフォーカルト
ラックと呼んでいる。性能向上のために電子ビームパワ
ーを増加させると、フォーカルトラックの温度が上昇す
ることから、フォーカルトラック表面に大きな応力が発
生し、クラックが発生する。このクラックは、Ｘ線発生
装置の寿命を短くする。

【０００６】エネルギを持った電子が陽極に衝突すると
きに、入射した電子の約半数は、逆方向に散乱する。逆
方向に散乱した電子のほとんどは、最初から持っていた
運動エネルギの多くの部分を持ちながら陽極の表面から
離れるが、その後、陽極上の、Ｘ線を発生する集光スポ
ットからある一定の距離の位置に再度衝突し、Ｘ線を放
射する。この逆方向に散乱した電子によって生じる、集
光スポットでない部分からの放射（以下、「オフフォー
カル放射」と呼ぶ）は、Ｘ線の強度を低下させ、そし
て、Ｘ線の放射が正確な点光源からの放射でなくなるた
め、ＣＴ画像の画質を低下させる。

【０００７】逆方向に散乱した電子はＣＴ画像を悪化さ
せるだけでなく、Ｘ線チューブの陽極以外の部分にダメ
ージを与える。例えば、電子のいくつかは、十分なエネ
ルギを持ち、真空容器の壁やＸ線が出てくる窓に衝突
し、真空容器とベリリウム窓を加熱する。冷媒がオイル
の場合、真空容器の加熱された部分が３５０℃に達する
と、冷却オイルが沸騰し、破壊され始める。この沸騰現
象もＣＴ画像にアーチファクトを発生させる原因とな
る。また、冷却オイルの破壊は、カーボンを発生させ、
時間の経過とともに、Ｘ線が出てくる窓や真空容器に堆
積する。

【０００８】従来のＸ線発生装置に用いられる冷媒は、
オイルのような電気的な絶縁体であり、Ｘ線発生装置の
中を循環するように設計されている。このようなＸ線発
生装置の一例として例えば、冷却オイルが陽極のシャフ
トの中を循環するものが米国特許４，３０９，６３７に
で開示されている。さらにこの改良型として、オフフォ
ーカル放射の効果を低減させるために、陽極の周囲を囲
うシュラウドを設けることが提案されている。

【０００９】しかしながら、シュラウドは電子源に向か
って伸びていくため、電子ビームは、陽極に向かってシ
ュラウドの穴を通過することになる。上記の米国特許に
記載されたシュラウドは、冷却オイルがその中を流れる
ように中空構造である。このシュラウドがあるために、
電子ビームは長い漂流領域を通過するため、電子ビーム
のぼけが発生する。また、このシュラウドでは、対流に
よる熱伝達がもっとも必要であるにもかかわらず、冷却
流体の流速は低い。さらに、陽極とカソード間の距離の
増加に伴ってＸ線発生装置全体が大型化する。

【００１０】このような欠点を改善したシールド構造体
が米国特許５，６８９，５４２に開示されている。図１
４はこのようなシールド構造体を用いたＸ線発生装置の
要部を示す図である。図１４中１は真空容器、２は電子
銃、３は陽極、４はシールド構造体を示している。電子
銃２から照射された電子Ｅが陽極３に衝突するときに、
入射した電子Ｅの約半数は、逆方向に散乱する。逆方向
に散乱した電子Ｅは、前述したオフフォーカル放射の原
因となる。また、陽極３の熱負荷を減少させるために
は、陽極３に再衝突する前に電子を捕獲しなければなら
ない。シールド構造体４はこのような逆方向に散乱した
電子Ｅを捕獲する機能を有している。シールド構造体４
に捕獲された電子Ｅのもつエネルギのほとんど全ては熱
に変換される。よって、シールド構造体４は高度な冷却
機能を持つ必要がある。

【００１１】シールド構造体４は、高効率な対流熱伝達
を実現することで高度な冷却機能を必要とする。例え
ば、７２ｋＷのＸ線発生装置の最大熱流束はシールド構
造体４の内壁４ａで発生し、１０００Ｗ／ｃｍ^２以上
となる。また、凹面壁４ｂでは、数百Ｗ／ｃｍ^２であ
る。シールド構造体４の陽極３側の平らな壁面４ｃで
は、陽極３からの熱放射（ふく射）により少量の熱負荷
と、逆方向に散乱した電子Ｅによる熱負荷を受けるが、
これは極少量である。

【００１２】シールド構造体４の内部は、図１５の
（ａ）〜（ｃ）に示すように構成されている。すなわ
ち、内部が中空状に形成されたドーナツ状の本体５を備
えている。本体５は電子ビーム及び反射した電子Ｅが通
過する開口部５ａを備えている。本体５内部には仕切壁
６が設けられ、第１流路６ａと第２流路６ｂとが形成さ
れている。第１流路６ａには冷却液導入口７ａが設けら
れ、第２流路６ｂには冷却液排出７ｂが設けられてい
る。また、仕切壁６の開口部５ａ側には隙間６ｃが設け
られており、第１流路６ａと第２流路６ｂとが連通して
いる。なお、電子Ｅが本体５に捕獲される外壁部が伝熱
面８ａ，８ｂとなる。

【００１３】冷却液導入口７ａから導入された冷却液は
第１流路６ａを通流し、伝熱面８ａを介して加熱され
る。さらに、冷却液は隙間６ｃを通って第２流路６ｂに
導入される。導入された冷却液は第２流路６ｂを通流
し、伝熱面８ｂを介して加熱される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したＸ線発生装置
には次のような問題があった。図１５の（ｃ）はシール
ド構造体４における冷却液の流れを概念的に示す図であ
る。すなわち、冷却液は第１流路６ａ内で図中二点鎖線
Ｆで示すように渦状に流れる。加熱された冷却液（暖か
い）が新たに流入した冷却液（冷たい）と合流するため
冷却液の温度が上昇する。よって、生温い冷却液が伝熱
面８ａ，８ｂに接するため、冷却液が沸騰しやすくな
り、バーンアウト現象を引き起こす可能性が大となる。

【００１５】ここでバーンアウト現象、核沸騰熱伝達、
膜沸騰熱伝達を説明する。

【００１６】核沸騰熱伝達は、蒸気による小さな気泡が
伝熱面に発生する状態である。大きな熱流束が得られる
のが特徴である。核沸騰熱伝達を維持するためには、局
所的に発生する小さな気泡が大きな気泡へと合体した
り、膜状の気体に成長したりする前に、局所的な気泡
を、加熱された表面からすばやく除去する必要がある。
このためには、速い流速と適切な温度の多量の冷媒を必
要とする。気泡は、周囲の大量の冷媒によって直ちに凝
集し、冷媒の温度を沸騰しない程度に上昇させる。そし
て熱は、グツグツと沸騰している表面から除去される。

【００１７】核沸騰熱伝達を維持するためには、局所的
な流速は少なくとも１ｍ／ｓ以上必要である。そして、
好ましい値は、その倍以上である。

【００１８】次に膜沸騰熱伝達を説明する。これは、熱
負荷が大きくなって、気泡が大きな気泡へと合体し熱源
をとり囲むように膜状の気体に成長した状態である。こ
の膜は熱を通さず、断熱材として作用するので、核沸騰
熱伝達と比較して熱伝達率が大幅に低下して、パイプ壁
面は高温（ほとんどの場合、金属の融点以上）になり、
パイプは損傷する。これをバーンアウト現象という。

【００１９】そこで本発明は、シールド構造体の冷却効
率を上げ、逆方向に散乱する電子の捕獲により生じる加
熱現象を最小化することで装置の冷却能力を向上し、連
続運転を可能とするとともに、長寿命のＸ線発生装置を
提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のＸ線発生装置は次のように構
成されている。

【００２１】（１）陽極ターゲットと、この陽極ターゲ
ットに電子ビームを照射する電子銃と、上記陽極ターゲ
ットと上記電子銃との間に配置されたシールド構造体
と、このシールド構造体内部に冷媒を循環させる冷却液
循環部とを備え、上記シールド構造体は、上記電子ビー
ムが通過する開口部を有するとともに、上記陽極ターゲ
ットにて発生した電子を捕獲するボディ部と、このボデ
ィ部内部に形成され、上記開口部に隣接する内周部に設
けられるとともに上記冷却液循環部から冷却液が導入さ
れる導入口を有する内側流路と、この内側流路の前記開
口部側からみて外周側に壁面を介して設けられるととも
に、上記内側流路を通過した上記冷却液が導入され、上
記冷却液が上記冷却液循環部へ排出される排出口を有す
る外側流路とを具備することを特徴とする。

【００２２】（２）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記内側流路と上記外側流路とは、接続口
により接続されるとともに、この接続口は上記内側流路
における上記導入口に対して最下流側に設けられ、か
つ、上記外側流路における上記排出口に対して最上流側
に設けられていることを特徴とする。

【００２３】（３）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記内側流路の外周側で、かつ、上記外側
流路の内周側に上記内側流路及び上記外側流路と壁面を
介して設けられるとともに、上記内側流路を通過した上
記冷却液が導入され、かつ、上記外側流路にその内部を
通過した冷却液を供給する中間流路が設けられているこ
とを特徴とする。

【００２４】（４）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記内側流路は、上記陽極ターゲット側か
ら上記電子銃側にかけて複数の流路に分割されているこ
とを特徴とする。

【００２５】（５）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記シールド構造体は、熱負荷が集中する
部分に所定の熱伝導率を有する第１の材料を使用し、そ
れ以外の部分に上記第１の材料よりも高い熱伝導率を有
する第２の材料を使用したことを特徴とする。

【００２６】（６）上記（５）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記第１の材料はステンレス鋼であり、上
記第２の材料は銅又はタングステンの少なくとも一方で
あることを特徴とする。

【００２７】（７）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記シールド構造体は、上記内側流路又は
外側流路の内壁面に凹凸部が設けられていることを特徴
とする。

【００２８】（８）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記内側流路又は上記外側流路には、整流
板が設けられていることを特徴とする。

【００２９】（９）上記（１）に記載されたＸ線発生装
置であって、上記内側流路と上記外側流路の断面積の比
は、１：４〜１：７であることを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
に係るＸ線発生装置１０を示す断面図である。Ｘ線発生
装置１０は、図示しないヘリカルＣＴスキャナ内に配置
され冷却槽を構成する容器１１と、この容器１１内に設
けられた真空容器１２とを備えている。容器１１及び真
空容器１２にはそれぞれ発生したＸ線を透過させる窓１
１ａ，１２ａが設けられている。真空容器１２内部は減
圧されている。

【００３１】真空容器１２内には、陰極を構成する電子
銃２０と、陽極を構成する陽極部３０と、これら電子銃
２０と陽極部３０との間に配置されたシールド構造体４
０とが配置されている。また、図１中５０は、Ｘ線発生
装置１０を冷却する冷却液を循環させる冷却循環系を示
している。冷却液としては、鉱油、水、不凍液を混ぜた
水、ナトリウム等が考えられるが、流体ならば何でもよ
い。

【００３２】電子銃２０は、高電圧電源２１に接続さ
れ、後述する陽極板３３に向けて電子ビームを発射する
機能を有している。陽極部３０は、真空容器１２内壁面
に設けられた軸受部３１と、この軸受部３１に回転自在
に支持される軸部３２と、この軸部３２に取り付けられ
た陽極板３３とを備えている。

【００３３】シールド構造体４０は、ドーナツ状の本体
４１を備えている。本体４１は電子ビーム及び反射した
電子が通過する開口部４２を備えている。本体４１内部
には仕切壁４３が設けられており、開口部４２側の内側
流路４４とその外側に配置された外側流路４５とを備え
ている。

【００３４】内側流路４４には冷却液導入口４６が設け
られ、外側流路４５には冷却液排出４７が設けられてい
る。また、内側流路４４と外側流路４５との間には接続
口４８が設けられている。接続口４８は内側流路４４に
おける最下流側、外側流路４５における最上流側に配置
されている。

【００３５】冷却循環系５０は、冷却槽５１と、循環ポ
ンプ５２とを備え、容器１１と冷却槽５１を接続する配
管５３と、冷却槽５１と循環ポンプ５２を接続する配管
５４と、循環ポンプ５２とシールド構造体４０を接続す
る配管５５と、シールド構造体４０と容器１１とを接続
する配管５６とを備えている。なお、冷却循環系５０
は、冷却槽５１で冷却された冷却液を循環ポンプ５２を
用いてシールド構造体４０内に送り込むとともに、シー
ルド構造体４０内で温度上昇した冷却液を冷却槽５１に
回収する機能を有している。

【００３６】このように構成されたＸ線発生装置１０
は、次のようにしてＸ線を発生する。すなわち、電子銃
２０から出た電子ビームは、回転する陽極板３３に衝突
し、Ｘ線を発生する。Ｘ線は、真空容器１２と容器１１
に設けられた窓１２ａ，１１ａを通って放射される。

【００３７】衝突した電子ビームは陽極板３３を加熱す
る。熱は、熱放射、及び、軸受３１を介した熱伝導によ
り、陽極板３３から真空容器１２に伝熱される。一方、
シールド構造体４０は、陽極板３３から逆方向に散乱す
る電子Ｅを捕獲することで、陽極板３３の熱負荷を低減
するとともに、オフフォーカル放射を防止する（図１４
参照）。

【００３８】一方、電子Ｅが入射したシールド構造体４
０の伝熱面においては熱が内側流路４４或は外側流路４
５内の冷却液に伝達される。すなわち、冷却液導入口４
６から導入された冷却液は内側流路４４を通流し、伝熱
面を介して加熱される。冷却液は加熱されることで沸騰
しない状態又は核沸騰状態により、熱が冷却液に伝達さ
れる。さらに、冷却液は接続口４８を通って外側流路４
５に導入される。導入された冷却液は外側流路４５を通
流し、伝熱面を介して加熱される。そして、冷却液排出
口４７より冷却液は外部に排出される。

【００３９】なお、外部に排出された冷却液は容器１１
から配管５３を介して冷却槽５１に送られ、所定温度ま
で冷却される。そして、配管５４から循環ポンプ５２に
送られ、さらに配管ポンプ５５を介してシールド構造体
４０の冷却液導入口４６に送られる。

【００４０】図３はシールド構造体４０内部の冷却液の
流れをシミュレートした図を示す。解析は、シールド構
造体４０を１／４に分割した形状で行った。図中二点鎖
線Ｆ１，Ｆ２で示すように内側流路４４では安定した流
れが形成されている。冷却液の流量を０．０００３ｍ
^３／Ｓ程度を想定しているが、流量はＸ線発生装置１
０の容量によって決定されるため、流量は任意である。

【００４１】冷却液の流路を内側流路４４と外側流路４
５とに分けることで、内側流路４４内部の幅が狭くな
る。このため、内側流路４４内で冷却液が渦状の流れを
発生させて停滞することがない。したがって、冷却液導
入口４６から導入された冷却液は円滑に接続口４８へ向
かうこととなる。したがって、内側流路４４の断面積と
冷却液循環系５０による冷却液の流量とに基づいて、熱
負荷が最大となる内側流路４４の内壁近傍の流速を自由
にコントロールすることができ、安定した核沸騰熱伝達
状態を維持でき、バーンアウト現象を避けることができ
る。熱流束が最高になる領域だけに、そのような大きな
流速が必要であるが、熱流束が大きくない領域で、大き
な流速で流れていると、冷却系に必要としない圧力損失
を引き起こすが、外側流路４５の断面積を大きくするこ
とにより、流速は小さくなる。よって、外側流路４５で
は不要な圧力損失を発生させない。

【００４２】なお、内側流路４４又は外側流路４５の内
壁面に微細な凹凸をつけることにより、流れの乱流度合
いを大きくして冷却効率をより向上させるようにしても
よい。また、陽極板３３とシールド構造体４０とを接地
している。しかし、陽極板３３をプラスの電位、シール
ド構造体４０に任意の電位としても、同様の効果が得ら
れる。

【００４３】なお、内側流路４４と外側流路４５の断面
積の比は、１：４〜１：７であることが好ましい。これ
は本体４１が受ける熱流束を内側流路４４及び外側流路
４５に通流する冷却液に伝達する際の温度差を同等のも
のとするためである。したがって、本体４１の形状及び
Ｘ線発生装置１０の出力及び冷却液の流量に基づいて断
面積の比を算出する。

【００４４】図４の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ａを示す図であ
る。なお、図４において図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００４５】本変形例に係るシールド構造体４０Ａの本
体４１の電子銃２０側の壁面４１ａは凹状の曲面に形成
されている。このように構成されたシールド構造体４０
Ａが組み込まれたＸ線発生装置１０でも同様の効果を得
ることができる。

【００４６】図５の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ｂを示す図であ
る。なお、図５において図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００４７】本変形例に係るシールド構造体４０Ｂの本
体４１の電子銃２０側の壁面４１ａは電子ビームの進行
方向に対し直交する平面状に形成されている。このよう
に構成されたシールド構造体４０Ｂが組み込まれたＸ線
発生装置１０でも同様の効果を得ることができる。

【００４８】図６の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ｃを示す図であ
る。なお、図６において図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００４９】本変形例に係るシールド構造体４０Ｃの外
側流路４５には整流板６０が設けられている。この整流
板６０の作用により、冷却液は外側流路４５内で渦状の
流れになることはなく、内部で停滞することがない。こ
のように構成されたシールド構造体４０Ｃが組み込まれ
たＸ線発生装置１０でも同様の効果を得ることができ
る。

【００５０】図７の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ｄを示す図であ
る。なお、図７において図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００５１】本変形例に係るシールド構造体４０Ｄは内
側流路４４及び外側流路４５がそれぞれ２つずつ設けら
れている。このように構成されたシールド構造体４０Ｄ
が組み込まれたＸ線発生装置１０でも同様の効果を得る
ことができる。

【００５２】図８の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ｅを示す図であ
る。なお、図８において図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００５３】本変形例に係るシールド構造体４０Ｅは内
側流路４４と外側流路４５との間に中間流路７０が設け
られている。このように構成されたシールド構造体４０
Ｅが組み込まれたＸ線発生装置１０でも同様の効果を得
ることができる。

【００５４】図９の（ａ），（ｂ）はシールド構造体４
０の変形例に係るシールド構造体４０Ｆを示す図、図１
０はシールド構造体４０Ｆの分解斜視図である。なお、
図９，図１０において図２と同一機能部分には同一符号
を付し、その詳細な説明は省略する。

【００５５】図９に示すように、シールド構造体４０Ｆ
においては内側流路４４の代わりに第１内側流路８０及
び第２内側流路８１が設けられている。これら第１内側
流路８０及び第２内側流路８１は電子ビームの進行方向
に沿って並設されている。このように内側流路が２つあ
ると、冷却液と壁面とが接触する伝熱面積が大きくなる
ことからさらに冷却効率が向上する。

【００５６】また、シールド構造体４０Ｆは電子銃２０
側から３つの部材９０，９１，９２から構成されてい
る。これらの部材９０〜９２のうち大きな熱流束を受け
る部材９０，９１においては、熱流束を受ける壁部９０
ａ，９１ａから壁部９０ｂ，９１ｂまで熱が伝導され
る。したがって、第１内側流路８０を通流する冷却液に
効率よく熱伝達される。このように構成されたシールド
構造体４０Ｆが組み込まれたＸ線発生装置１０でも同様
の効果を得ることができる。

【００５７】図１１は本発明の第２の実施の形態に係る
Ｘ線発生装置に組み込まれるシールド構造体１００の要
部を示す断面図である。

【００５８】シールド構造体１００は、銅材製の本体１
０１を備えており、この本体１０１の内部には内側流路
１０２及び外側流路１０３が設けられている。内側流路
１０２を構成する壁面１０１ａの一部は切欠されオース
チナイト系ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）製の板材１
０４がろう付けにより接合されている。なお、銅は高熱
伝導率（３８４Ｗ／ｍＫ）である第２の材料であり、Ｓ
ＵＳ３０４は低熱伝導率（１５Ｗ／ｍＫ）である第１の
材料である。

【００５９】図１２の（ａ），（ｂ）は本実施の形態に
係るシールド構造体１００の作用を説明するための図で
ある。すなわち、図１２の（ａ）は単一の材料（銅）に
より形成されている場合を示している。すなわち、Ｘ線
発生装置の熱負荷がさらに大きくなり、内壁の熱流束が
増大した場合、バーンアウト現象を避けるために冷却液
の質量流量をより大きくする必要がある。しかし、この
方法には限界がある。第１の限界は流量増大に伴う圧力
損失の増大である。また、第２の限界は質量流量を増大
しても冷却能力が頭打ちになる現象である。このため、
内壁の熱流束が非常に大きい場合、どれだけ多くの冷却
液を流しても、膜沸騰状態が形成され、熱流束が集中す
る部位Ｈにおいてバーンアウト現象が発生する。

【００６０】図１２の（ｂ）は熱流束が集中する部位Ｈ
にＳＵＳ３０４製の板材１０４を配置する。これによ
り、熱は熱伝導率の小さなステンレス鋼を迂回して流れ
るから、熱流束を分散することができる。このため、バ
ーンアウト現象の発生を防止することができる。

【００６１】本実施の形態に係るＸ線発生装置によれ
ば、より大きい出力を有する場合であっても連続稼動が
可能となるとともに、装置の寿命を延ばすことができ
る。

【００６２】なお、第１の材料としてオーステナイト系
ステンレス鋼、第２の材料として銅を用いて説明した
が、熱伝導率の大きな材料と小さな材料の組み合わせな
ら、どのような材料を用いてもよい。

【００６３】図１３はシールド構造体１００の変形例に
係るシールド構造体１１０を示す要部断面図である。シ
ールド構造体１１０は、銅材製の本体１０１を備えてお
り、この本体１０１の内部には並行して設けられる２段
構造の内側流路１０２ａ，１０２ｂ及び外側流路１０３
が設けられている。内側流路１０２ａ，１０２ｂを構成
する壁面１０１ａの一部は切欠されオースチナイト系ス
テンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）製の板材１０４ａ，１０
４ｂがろう付けにより接合されている。本変形例におい
ても同様の効果が得られる。

【００６４】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではない。例えば、接合方法としてろう付けを例
示したが、熱が十分に伝導させることができるものであ
れば、電子ビーム溶接や固相拡散接合等の他の接合方法
でもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施可能であるのは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、シールド構造体の冷却
効率を上げ、逆方向に散乱する電子の捕獲により生じる
加熱現象を最小化することで装置の冷却能力を向上し、
連続運転を可能とすることができる。さらに、陽極ター
ゲットの温度の上昇に伴うクラックの発生を防止できる
ことにより装置の長寿命化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線発生装置
を示す断面図。

【図２】同Ｘ線発生装置に組み込まれたシールド構造体
を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中
Ｘ−Ｘ線で切断して矢印方向に見た断面図。

【図３】同シールド構造体内部の冷却液の流れのシミュ
レーションを示す説明図。

【図４】同シールド構造体の第１変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図５】同シールド構造体の第２変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図６】同シールド構造体の第３変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図７】同シールド構造体の第４変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図８】同シールド構造体の第５変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図９】同シールド構造体の第６変形例を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｘ−Ｘ線で切断
して矢印方向に見た断面図。

【図１０】同シールド構造体を示す分解斜視図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線発生装
置に組み込まれたシールド構造体の要部を示す断面図。

【図１２】同シールド構造体の作用を示す説明図。

【図１３】同シールド構造体の変形例を示す断面図。

【図１４】従来のＸ線発生装置の要部を示す断面図。

【図１５】同Ｘ線発生装置に組み込まれたシールド構造
体を示す図。

【符号の説明】

１０…Ｘ線発生装置１２…真空容器２０…電子銃３０…陽極部４０…シールド構造体４４…内側流路４５…外側流路５０…冷却循環系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極ターゲットと、この陽極ターゲットに電子ビームを照射する電子銃と、上記陽極ターゲットと上記電子銃との間に配置されたシ
ールド構造体と、このシールド構造体内部に冷媒を循環させる冷却液循環
部とを備え、上記シールド構造体は、上記電子ビームが通過する開口
部を有するとともに、上記陽極ターゲットにて発生した
電子を捕獲するボディ部と、このボディ部内部に形成され、上記開口部に隣接する内
周部に設けられるとともに上記冷却液循環部から冷却液
が導入される導入口を有する内側流路と、この内側流路の前記開口部側からみて外周側に壁面を介
して設けられるとともに、上記内側流路を通過した上記
冷却液が導入され、上記冷却液が上記冷却液循環部へ排
出される排出口を有する外側流路とを具備することを特
徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】上記内側流路と上記外側流路とは、接続口
により接続されるとともに、この接続口は上記内側流路
における上記導入口に対して最下流側に設けられ、か
つ、上記外側流路における上記排出口に対して最上流側
に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＸ
線発生装置。
【請求項３】上記内側流路の外周側で、かつ、上記外側
流路の内周側に上記内側流路及び上記外側流路と壁面を
介して設けられるとともに、上記内側流路を通過した上
記冷却液が導入され、かつ、上記外側流路にその内部を
通過した冷却液を供給する中間流路が設けられているこ
とを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】上記内側流路は、上記陽極ターゲット側か
ら上記電子銃側にかけて複数の流路に分割されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】上記シールド構造体は、熱負荷が集中する
部分に所定の熱伝導率を有する第１の材料を使用し、そ
れ以外の部分に上記第１の材料よりも高い熱伝導率を有
する第２の材料を使用したことを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項６】上記第１の材料はステンレス鋼であり、上
記第２の材料は銅又はタングステンの少なくとも一方で
あることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
【請求項７】上記シールド構造体は、上記内側流路又は
外側流路の内壁面に凹凸部が設けられていることを特徴
とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項８】上記内側流路又は上記外側流路には、整流
板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
Ｘ線発生装置。
【請求項９】上記内側流路と上記外側流路の断面積の比
は、１：４〜１：７であることを特徴とする請求項１に
記載のＸ線発生装置。