JP2005527067A - 回転する陰極ｘ線管ヒートバリア - Google Patents

Abstract

Ｘ線管（１）は、陰極（１０）から放出される熱を封じるヒートシールドを有し、これにより、ベアリングアッセンブリ（６２）の温度を軽減する。ヒートシールドは、外部及び内部同心シリンダー（１３２、１３４）を有しており、バキュームギャップ（１３８）により互いに分離されている。ヒートシールド及びベアリングアッセンブリの固定部分（１１４）は、熱がシリンダーからベアリングアッセンブリには伝わらないが、コールドプレートにより周囲のクーリングコイルに変わって運ばれるように、コールドプレート（１５０）に共に接続されている。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、真空管技術に関し、特に、Ｘ線管用のヒートバリアに関する。ＣＴスキャナー用の回転する陰極Ｘ線管と組み合わせた特定の応用例に見出され、特定の文献に記載されている。しかしながら、本発明は、他の応用例における放射線の生成及び陰極管での適用例にも見出すことが可能である。

Ｘ線を使用する常套的な診断には、Ｘ線フィルム上又は電気的にピックアップされたフルオロスコピー上への、患者のシャドーグラフィック投影画像を含んでおり、視覚可能な現実の影絵画像は、患者を通過した後の蛍光スクリーン上に投影する低い強度のＸ線により生成され、且つ、種々の方向に由来するコンピューター断層撮影（ＣＴ）の投影画像は、容量再構築へと電気的に再構築される。高い強度のＸ線管は、投影画像を生成すべく、患者体部の周囲で、比較的速い速度にて回転される。

高い強度のＸ線管は、典型的に、熱電子陽極及び陰極を含んでおり、真空エンベロープ内部に収納されている。通常、２〜５アンペアの加熱電流は、取り巻く電子雲を生成すべく、フィラメント又は薄層を介して適用される。１００から２００ｋＶの高いポテンシャルは、電子雲から陰極に向かって電子を加速すべく、陽極と陰極との間に適用される。この電子は、電子ビームに集束され、Ｘ線を生成するのに十分なエネルギーにて、陰極の小さい領域又は標的領域上に投射する。Ｘ線放射は、陰極から放射され、典型的にベリリウムウィンドウを介して、ビームに集束される。

電子の加速は、５から２００ｍＡの管又は陰極電流を発生する。電子ビームのエネルギーの小さいフラクションのみがＸ線に変換され、エネルギーの大部分は、熱へと変換され、陰極のホワイトホットを加熱する。

高いエネルギーの管において、陰極は、Ｘ線生成の間、高い速度にて、陽極に相対して回転しており、熱エネルギーを大きな領域全体に伝播しており、標的領域の過熱を阻止している。陰極の回転に起因して、電子ビームは、陰極の小型の投射スポット上に、熱変性を発生するのに十分長い時間存在していない。陰極の径は、十分大きく、陰極が回転する再、電子ビームにより過熱される陰極上の各スポットは、電子ビームにより再過熱されるべく、戻る前に実質的に冷却される。

陰極は、典型的に、誘導モーターにより回転される。この誘導モーターは、駆動コイルを有しており、真空エンベロープの外部に配置され、ローターは、エンベロープの内部にてベアリングアッセンブリにより支持されており、陰極に接続されている。モーターが励起される場合、駆動コイルは、ローター内にて、電流及び磁場を発生し、ローターを回転させる。

陰極の温度は、１，４００℃程度であってもよい。熱の一部は、放射により真空状態を介して移動される。熱の一部は、ローター及びベアリングアッセンブリへと伝導することにより移行される。熱は、ベアリングシャフトを介して、ベアリングレースへと伝わり、レース中の潤滑ベアリングボールへと移行される。ベアリングボール上のこの潤滑剤は、典型的に鉛や銀であり、熱を帯び、蒸発する傾向にある。

ベアリングの温度を軽減する一つの方法は、ベアリングの潤滑剤を標的の熱から分離すべく熱ブロックを供することである。陰極からベアリングシャフトへの熱の伝導を軽減すべく、種々の熱ブロックが開発されてきた。一つの低いパワーを有するデザインにおいて、ローターステムは、スチール製のローターボディーライナーに蝋着されており、ベアリングシャフトにネジ付けされる。このことは、若干のより熱耐性通路を供することとなる。

この工業において使用されてきた別の熱ブロックは、トップハットデザイン（ｔｏｐ ｈａｔ ｄｅｓｉｇｎ）として公知である。ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）やインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）などの低い熱伝導性を有する材料の断片の形状のトップハットは、Ｘ線ベアリングシャフトのハブ上にネジ付けされる。このローター体は、スクリュー、ウェルド又はその他の締め付け手段にてトップハットのブリム（ｂｒｉｍ）に接続される。ローター体からベアリングへと至る熱伝導路は、トップハット長にて伸展される。分析結果が示すのは、トップハットデザインが使用された場合、前面のベアリングレースにて、２０から５０℃の温度の減少が達成される可能性があるということである。他の熱ブロックは、高い反射表面を有する薄モリブデンコーンを使用し、ベアリングアッセンブリを伴った標的を結合するステムに固定される。このコーンは、標的の輪郭を追いかけ、ベアリングアッセンブリから標的の監視をブロックする。コーンは、標的から放射される熱を反射し、ベアリングアッセンブリへと熱の移行の放射モードを軽減する。

熱伝導を軽減する他の方法は、スパイラル状の溝ベアリングシャフトを使用することである。このスパイラル状の溝ベアリングは、比較的複雑で大きなベアリングであって、熱移行にガリウム合金を使用している。このベアリングシャフトは、約６０Ｈｚの回転速度に制限されている。これは、Ｘ線管の制御パワーを制限している。

Ｘ線写真術におけるより短くなるＸ線曝露時間に関する傾向は、より大きな放射強度を有し、且つ、より高い電流を有するという強調を存在させている。強度の増加は、Ｘ線管陰極の過熱を惹き起こす可能性がある。かかるより高いパワーのＸ線管が開発されるにつれ、回転する陰極の半径及び重量は、成長し続ける。さらに、Ｘ線管が、常套的なＣＴスキャナーと組み合わされた場合、Ｘ線管を保持するガントリー（ｇａｎｔｒｙ）は、患者の完全な画像を得るべく、患者の体部の周囲を回転される。今日、典型的なＣＴスキャナーは、１分間当たり６０から１２０回転（ＲＰＭ）にて、患者の体部の周囲において、Ｘ線管を回転させている。この増加された回転速度は、ローターステム及びベアリングシャフト上へのストレスの増加をもたらす。適切にＸ線管を制御するため、陰極は、それ自身の回転の効果から支持され安定化される必要があり、場合によって、患者体部の周囲にてＸ線管の回転により生み出される遠心力から支持され安定化される必要がある。

非臨界的レベルにおけるこれらのストレスを軽減する一つの方法は、断面積が増加する一方で、ローターステムの長さを減少させることである。しかしながら、このことは、標的からベアリングシャフトへと至る熱伝導路を短くもし、且つ、幅広くもし、高い熱移行性をもたらすことになる。最近、陰極がベアリングシャルとを取り巻くＸ線管が開発され、例えば、米国特許第５，７９８，４７７号明細書にて公知である。しかしながら、コーンが接続されてもよいステムを有していないため、コーンデザインなどの、多くの常套的なタイプの熱放射ブロックは、かかる構成において使用するのに適していない。

本発明は、新規で向上されたＸ線管及び上述の問題その他を克服する方法を提供する。

（本発明の概略）
本発明の一面によると、Ｘ線管が設けられている。このＸ線管は、真空チャンバーを包含するエンベロープを含んでいる。チャンバー内部に配置された陽極は、電子源を提供している。チャンバー内部に配置された陰極は、電子により投射されるべく配置され、Ｘ線を生成している。ベアリングアッセンブリは、この陰極に取り囲まれており、ベアリングアッセンブリは、固定部分及び回転可能部分を有している。この回転可能部分は、陰極に接続され、Ｘ線管の制御中、上記の固定部分に相対して陰極を回転させている。ベアリングアッセンブリと陰極との間のヒートシールドは、陰極からベアリングアッセンブリへと至る熱の放射移行を軽減している。

本発明の別の面によりと、Ｘ線管の制御方法が提供されている。この方法は、ベアリングアッセンブリ上に回転する陰極を支持することを含んでいる。このベアリングアッセンブリは、ベアリングアッセンブリが陰極の引力の中心に向かって前方及び後方へと延びるように、中央開口部を介して陰極に受け入れられている。本方法は、さらに、陰極とベアリングアッセンブリとの間にヒートシールドを挿入し、陰極がＸ線を生成し、ベアリングアッセンブリに向かって熱を放散するように、Ｘ線管を制御し、且つ、陰極から放散された熱の一部をヒートシールドにて封じることを含んでいる。

本発明の別の面によると、Ｘ線管が設けられている。このＸ線管は、真空エンベロープ及びこのエンベロープに取り付けられたコールドプレートを含んでいる。円柱ベアリングアッセンブリは、このコールドプレートに取り付けられている。陰極は、エンベロープに相対して回転すべく、ベアリングアッセンブリ上に取り付けられている。第１のほぼ円柱状のヒートシールドは、このコールドプレートに取り付けられている。この第１ヒートシールドは、陰極からベアリングアッセンブリへと延び且つ分離された配置されており、陰極からベアリングアッセンブリへと向かって放散する熱エネルギーを封じている。陽極は、陰極の反対側のエンベロープ内に配置されている。

本発明における少なくとも一つの実施例における一つの利点は、陰極の標的からＸ線管のベアリングアッセンブリへの放射熱移行が軽減されていることである。

本発明における少なくとも一つの実施例における別の利点は、Ｘ線管のベアリングアッセンブリ上の標的の引力の中心を中心化することである。

本発明における少なくとも一つの実施例における別の利点は、ベアリングの寿命が増加されていることである。

本発明のさらに別の利点は、好適実施例に関する以下の詳細な記述を読むことにより、当業者に理解されるであろう。

（図面の簡単な説明）
本発明は、種々のコンポーネント及びコンポーネントの配置を取ってもよく、且つ、種々のステップ及びステップの配置をとってもよい。図面は、好適実施例を示す目的を有するのみであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

（好適実施例に関する詳細な記載）
図１を参照すると、ＣＴスキャナーなどの医療用診断システムに使用するタイプの、Ｘ線放射ビームを提供するための、回転するＸ線管１が示されている。この管は、典型的にガラス、セラミック若しくは金属製のエンベロープ又はフレーム１４により規定される真空チャンバー１２に回転可能により付けられた陰極１０を含んでいる。エンベロープ内部の過熱要素陽極アッセンブリ１８は、電子ビームＡを供給し、集束する。この陽極は、陰極に相対してバイアス化され、電子ビームは、陰極へと流れ、且つ、陰極の標的領域２０に投射する。この標的領域に投射するビームの一部は、Ｘ線Ｂに変換され、Ｘ線管からエンベロープ内のウィンドウ２２を介して放射される。熱移行及び電気的絶縁性流動体、例えば、オイルを充填されたハウジング３０は、このエンベロープを取り巻く。

陰極１０は、フロントプレート又はディスク４０を有するものとして示されており、モリブデン合金にて形成され、バック熱放射プレート４２は、グラファイト製である。陰極のフロントプレート４０は、標的領域２０を規定する環状部分を含んでおり、Ｘ線の生成を補助すべく、タングステン及びレニウムコンポジット製である。しかしながら、種々の適した物質で製造された、他の単一又は多重的な断片の陰極配置を代替的に使用してもよいことは理解されるであろう。陰極は、中心ボア４４を伴った環状の形態である。ほぼ円柱状で伸張型のネック部分５０は、フロントプレートの前表面５２へと前方に向かって延びており、以下に詳述する（「前方」及び「後方」又はこれに類する用語は、ここでは、それぞれ、陰極に近接して、及びさらに離れることを示すべく、用いられている）。好ましくは、このネック部分は、制限された熱伝導性を有している。

陽極アッセンブリは、陰極集束カップ５６内に取り付けられた陽極フィラメント５４を含んでおり、診断的画像化、治療的処置及びこれに類する行為のためのＸ線を生成すべく、陰極１０に向かって加速される電子を放射すべく励起される。陰極集束カップ５６は、陰極標的領域上のフォーカルスポット５８に向かって陽極フィラメント５４から放射された電子を集束すべく機能している。好適実施例において、陰極集束カップ５６は、グラウンドに対して約−７５，０００ボルトの電気ポテンシャルを有しており、陰極１０は、グラウンドに対して約＋７５，０００ボルトの電気ポテンシャルを有しており、これら二つのコンポーネントのポテンシャル差は、約１５０，０００ボルトである。陽極フィラメント５４から標的領域への電子の衝撃は、約１１００℃から１４００℃に陰極１０を発熱させる。

Ｘ線管陰極アッセンブリ１０は、５２に一般的に示されているベアリングアッセンブリを介して軸６０の周囲で回転するように取り付けられている。さらに特に、この陰極アッセンブリのフロントプレート４０は、伸張されたネック部分５０を介して、シャフト７０及びローター７４に強固に結合されている。ローター７４は、軸６０の周囲でシャフト及び陰極アッセンブリを回転すべく誘導モーター８０に取り付けられている。この誘導モーターは、エンベロープの外部にてステーター８１を含んでおり、ローター７４及びシャフトを回転する。陰極は、管の制御中、高速で回転される。また、本発明は、固定陰極Ｘ線管、回転陽極管、及びその他の電極陰極管にも適用可能であることを理解されるであろう。

図１に示すように、シャフト７０は、好ましくは、中空であって、後方端部８４からシャフトへと延びる軸ボア８２を規定している。しかしながら、このシャフトは、代替的に、図２に示すように固形であってもよく、或いは、より高い熱伝導性材料のコアを含んでいてもよい。

図３及び図４に示すように、シャフト７０は、シャフトの軸ボア８２に近接して、内部ベアリングレース８６、８８のペアを規定している。複数のボール又は他のベアリングメンバー９０は、外部ベアリングメンバー９４により規定された内部ベアリングレース８６と前方外部ベアリングレース９２との間に受け入れられる。同様に、複数のボール又はその他のベアリングメンバー９６は、外部ベアリングメンバー１００により規定される内部ベアリングレース８８との間に受け入れられる。ベアリングメンバー９０、９６は、軸６０の周囲での陰極アッセンブリの回転を提供している。

図４に示すように、シャフト７０は、フロントプレートの前表面５２の前方へと延び、且つ、陰極のバック熱放射プレート４２の後方表面１０２とほぼ同じレベルに後方へと伸びている。この方式において、陰極１０の重量は、ベアリングメンバー９０とベアリングメンバー９６との間の軸６０に横たわる陰極の重量の中心ＣＧにて、ベアリングアッセンブリ６２の周囲でバランス取りされる。ベアリングアッセンブリ６２は、陰極の中心ボア４４を介して通過し、ベアリングアッセンブリの一部は、陰極の重量の中心の後方に横たわり、且つ、一部は、陰極の重量の中心の前方に横たわっている。

外部ベアリングメンバー９４、１００は、ほぼ円柱の形状であり、スペーサー１０６により互いに分離されている。外部ベアリングメンバー９４、１００及びスペーサー１０６は、ベアリングハウジング１１０により規定されたキャビティー１０８の内部に配置されている。このベアリングハウジングは、その後方端部において、固形ベース部分１１４にてほぼ円柱状の管状部分１１２を有している。ベアリングハウジングは、銅、モリブデン、又はアルミナやベリリア（ｂｅｒｙｌｌｉａ）などのセラミックなどの金属により形成されてもよい。

保持スプリング１１６は、ベアリングハウジング１１０の固形ベース部分１１４に近接してキャビティー１０８の内部に配置され、スナップスプリング１１８は、キャビティー１０８の反対部分において、ベアリングハウジング１１０に強固に固定されている。保持スプリング１１６及びスナップスプリング１１８は、摺動するようにサンドイッチすべく機能し、且つ、キャビティー１０８の内部で、外部ベアリングメンバー９４、１００及びスペーサー１０６を固定している。狭真空ギャップ１２０は、シャフト７０と外部ベアリングメンバー９４、１００との間に空間を開けている。

ベアリングハウジング１１０、外部ベアリングメンバー９４、１００、及びスペーサー１０６は、好ましくは、銅で製造されるが、他の適切な材料を代替的に使用してもよい。

陰極は、ヒートシールド１３０によりベアリングハウジング１１０から離れて配置されている。従って、真空を介して、陰極によりベアリングに向かって放出された熱は、このヒートシールドにより大部分又は有意に封じられる。図３及び図４に示したように、Ｘ線管の陰極は、このベアリングアッセンブリを取り囲んでいる。特に、標的領域２０は、前方と後方のベアリング９０、９６との間のほぼ中間に長軸方向に分離されている。陰極から内部に放出された熱は、ヒートシールド１３０に関してではない場合、外部ベアリングメンバー１００に向かった直線に進行してもよい。従って、ヒートシールドは、少なくとも陰極の標的領域２０とベアリングアッセンブリとの間に空間を開けており、好ましくは、陰極の全体は、ベアリングハウジングから直接みた部分から、特に、フロントプレート４０及びバック熱放射プレート４２から遮蔽されている。

ヒートシールドは、一つ以上の同心中空管又はシリンダー１３２、１３４を好ましく有している。二つのシリンダー１３２、１３４は、図３及び図４に示されているが、種々の複数のシリンダーを使用してもよいことは理解されるであろう。さらに、このシリンダーは、Ｘ線管の軸６０に中心化された円柱断面を有するように示されているが、例えば、楕円形、八角形又はその他の断面を有する他の構成にて代替的に使用されてもよい。さらに別の実施例において、外部管１３２の径は、後方端部１３６に近接した大径から前方端部のより小さな径へと傾斜しており、図５に示すように、標的とヒートシールドとの間のビューファクターの値（ｖａｌｕｅ ｏｆ ｖｉｅｗ ｆａｃｔｏｒ）を増加している。好ましくは、管１３２は、陰極内部表面の境界線に続いている。図５は、外部管１３２の厚みを示しており、後方端部１３６に向かって増加しているが、この外部管は、全長にわたって同様の厚みを有していてもよいことは理解されるであろう。

バキュームギャップ１３８は、内部シリンダー１３２と外部シリンダー１３４とを分離しており、シリンダー間の熱の移動が、伝導よりもむしろ初期的に真空を介して放出されている。同様に、バキュームギャップ１４２は、陰極１０と内部シリンダー１３２とを分離しており、真空ギャップ１４４は、ベアリングハウジング１１０から内部シリンダー１３４を分離している。シリンダー１３２、１３４を組み合わせた３つのギャップ１３８、１４２、１４４は、ヒートシールド及び熱除去システムとして機能し、ベアリングハウジング及び最終的にベアリングへの熱の移動を減少している。また、図４の矢印Ｆにて示しているように、伝導により陰極から陰極ネック５０を介してシャフト７０に沿って流れる熱も減少させる。

最外のシールドのシリンダー１３２（つまり、陰極に最も近接した一つ）は、モリブデン、タングステン、又はその他の熱耐性材料により好ましく形成されている。「熱耐性」により意味されるのは、この材料が有意な変形を伴うことなく、約８００から１０００℃の高温に耐えることができる、ということである。内部シリンダー又はその他の続くシリンダーは、一般に熱に対してそれほど抵抗するものではなく、従って、熱に対抗性を有さない材料で形成されてもよいが、銅又は銅−ベリリウム合金などの銅の合金などのより高い熱伝導性を有してもよく、モリブデンは全てのシリンダーに使用されてもよい。代替的に、一つ以上のシリンダー１３２、１３４の表面は、図６に示したように、熱耐性材料にてコート又はラミネート加工されてもよい。例えば、外部シリンダー１３２は、モリブデンなどの熱耐性材料の外部層１４０及び銅又は銅−ベリリウム合金などの熱伝導性材料の内部層１４２を有している。「熱耐性」により意味するのは、この材料は、周囲の真空よりもより多くの熱移行を実質的に伝導する熱パスウェイを形成することである。

図６に示された一つの好適実施例において、外部シリンダーの少なくとも外部表面１４４は、矢印Ｄに示すように、熱が、少なくとも部分的にベアリングから反射されるように反射性を有している（例えば研磨金属など）。

図４に示すように別の好適実施例において、標的とシリンダーとの熱移行を増加すべく、シリンダー１３２、１３４の表面又は外部シリンダー１３２のみに放出コーティング１４６を適用されている。この放出コーティングは、陰極１０から放出されヒートシールドへと向かう熱を吸収する。この熱は、図４の矢印Ｅに示すように、この放出コーティングを介してシリンダーへと伝導され、且つ、伝導によりシリンダーに沿って運ばれる。放出コーティングは、カーボンブラックなどの熱伝導性を有する粒状材料にて好ましく形成され、シリンダー１３２の外部表面上に塗装又はその他の方法により堆積される。

この実施例及び図５に示した実施例において、外部シリンダー１３２及び任意で内部シリンダー１３２は、ヒートシンクとして機能し、陰極から熱を運び出す。この実施例において、シリンダーは、銅などの熱伝導性材料にて好ましく形成されるか、あるいは、少なくとも一部は、熱伝導性材料により形成され、エンベロープ１４の外側にてコールドプレート若しくはクーリングプレート１５０又はその他のヒートシンクに熱的に接続されている。モリブデンなどの比較的低い熱伝導性を有する材料であっても、ヒートシンクに接続されている場合、ベアリングアセンブリから熱を伝導するであろう。

図４に示すように、シリンダーは、好ましくは、このコールドプレートに好ましく蝋着され、或いは、その他の強固な方法により直接接続されている。熱は、矢印Ｅに示したように、シリンダー１３２、１３４を介してコールドプレート１５０へと伝導され、且つ、オイル又は空気などのへと至る。図４の実施例において、二つのシリンダーは、分離して鋳造されるか、或いは、他の方法により、外部端部１５６、１５８において、クーリングブロック１５０に熱的に接続され、従って、コールドプレートにより互いに分離して配置されている。このことは、外部シリンダー１３２から内部シリンダー１３４へと、且つ、内部シリンダーからベアリングアッセンブリへと伝導されることにより移行される熱量を制限している。冷却オイルは、ブロック全体を流動し、熱をブロックから移行させる。

ベアリングハウジング１１０の固形ベース部分１１４はもまたクーリングブロックに鋳造され又はその他の方法により接続されている。固形ベース部分１１４は、クーリングブロック１５０を介するよりもシリンダー１３２からベアリングハウジングへの熱の直接的な伝導路が存在しないように、内部同心シリンダー１３４から好ましく分離され配置される。任意で、このベース１１４は、シャフトキャビティー８２へと延びるが、この形状から分離されている高度に熱導電性材料の伸張部を有していてもよい。図４に示すように、熱は、放出によりシリンダーからベアリングハウジングへと到達するが、シリンダーが存在しない場合よりはより少ない頻度である。加えて、一つ以上のシリンダーを有することにより、ベアリングハウジングに至る放出熱量は軽減する。なぜなら、両方のシリンダーは、ヒートシンクに接続されており、且つ、熱除去にそれぞれ貢献しているからである。外部シリンダー１３２により放出される熱量は、放射により外部シリンダーに到達するよりも少なく、言い換えると、内部シリンダー１３４は、外部シリンダーから受け入れるよりも少ない熱を放出し、ベアリングハウジングに到達する放出された熱量は、外部シリンダーに投射する熱よりもより少ない。

これら熱除去に関する両方法は、同時に使用してもよいことをも包含しており、つまり、熱の第１部分の反射は、シリンダーに投射し、且つ、熱の第２部分は、冷却媒体へと伝導する。従って、図６に示すシリンダーは、図４及び図５に示すタイプのコールドブロック１５０へも好ましく接続されている。

図４に示し、且つ上述のように、陰極アッセンブリ１０からの熱は、矢印Ｆにて示す熱伝導路を介して、ベアリング９０、９２へも至る。さらに特に、矢印の通路Ｆは、陰極フィラメントから放出される電子と接する陰極１０の周辺端部にて開始し、シャフト７０への陰極の伸張されたネック部分５０に沿って移動する。矢印の通路Ｆは、シャフト７０の回転軸６０に実質的に平行にシャフトに沿って、ベアリングレース８６、８８へと至り、さらに、ベアリング９０、９２へと至っている。本発明の目的に関して、「熱伝導路」なる用語及びその類語は、熱が、真空、空気又はガスを介するよりもむしろ、二つの地点間で移行される方法による通路を含んでいる。

この通路に続く熱の比率は、出来る限り小さく通路の断面を製作することにより及び／又はできる限り長く通路を製作することにより最小限化されてもよい。図４の実施例において、比較的狭い断面の伸張されたネック部分５０を製作することにより、且つシャフトホロー７０を製作することにより減少された断面が達成されている。加えて、この通路長は、ネック５０から延びシャフト長を増加している比較的狭いカップ部分１６０を介して、ネック５０をシャフト７０へと接続することにより増加されている。熱のいくらかは、ボルト１６４により第１カップ部分にボルト付けされているが、他は、真空スペース１６６いより第１カップ部分から分離されている第２カップ部分１６２により、ネック部分５０から運ばれている。この熱は、第２カップ部分１６２を介してローター７４へと至り、且つ、そこから周囲の真空チャンバー１２に放出される。

ヒートシールドを用いることにより、ベアリング９０、９２上に配置された熱ストレスは、軽減され、ベアリング潤滑剤の蒸発もまた軽減され、これにより、ベアリングの制御寿命が延長され、且つＸ線管１の制御寿命も延長される。

制御中、ステーター８１（図１）は、陰極１０に強固に取り付けられている、ローター７４を回転する。陰極１０は、言い換えると、シャフト７０に強固に取り付けられている。このように、陰極１０及びシャフト７０は、ベアリングアッセンブリ６２に支持されながら、軸６０の周囲でともに回転される。ベアリング９０、９６は、内部ベアリングレースの回転を介してシャフト７０により回転される。内部ベアリングレースの回転は、ベアリングアッセンブリ６２の内部レース８６、８８（図３）の回転を含んでおり、静止位置にて、外部レース９２、９８を保持している。内部レース８６、８８は、シャフト７０により規定されているので、内部ベアリングレースの回転は、シャフト７０の回転により達成される。内部ベアリングレースの回転は、ベアリング９０、９６上の剥離を導く表面速度を最小限化している。なぜなら、陰極１０の単一の回転は、外部ベアリングレースの回転よりもベアリングに対する若干の移動を起こすためであり、これは、シャフト及び外部ベアリングの相対的な外周に起因し、Ｘ線管１０の寿命を延長する。

しかしながら、外部ベアリングレースの回転に使用するＸ線管は、図７に示すように使用してもよいことも意図している。かかる実施例において、中空のシャフト７０は、内部静止ベアリングシャフト１７０の周囲を回転する。ベアリングシャフト１７０は、図７に示すように中空であってもよいし、固形であってもよい。これは、その後方端部において又は、コールドプレート１５０などのヒートシンクに好ましく取り付けられている。

本発明の範囲を限定することを意図することなく、以下の例は、本発明のヒートシールドを用いたベアリングレース温度において達成されてもよい向上性を示している。

（例）
ベアリングレースの温度に対する一つ以上のヒートシールドの効果は、単一のヒートシールドを伴ったシステムの温度プロファイル（図８Ａ）と、図４に示したタイプの二つの同心ヒートシールドを伴ったシステムの温度プロファイル（図８Ｂ）と、図５に示したタイプの二つの同心ヒートシールドを有するシステムであって、その外部が伸張されているシステム（図８Ｃ）とを比較して同定した。これら３つのシステムの温度は、Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ分析を用いたコンピューターモデル化技術により同定された。１２００℃の温度ソースは、陰極の位置にモデル化した。放出及び伝導性温度移行は、数学的にモデル化した。

図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃを参照すると、これらの条件下にて制御されたベアリングアッセンブリの温度プロファイルが示すのは、単一のヒートシールドシリンダーを用いた場合（図８Ａ）にのみ、ベアリングハウジングの中心地点（ベアリングレース間の中間）において、８７２Ｋの温度を有していた、ということである。二つの同心ヒートシールドの場合（図８Ｂ）、等価な温度は、７７７Ｋであって、傾斜外部シリンダーの場合（図８Ｃ）、等価な温度は４７７Ｋであった。従って二つのヒートシールドは、単一ヒートシールドに対して有意な向上性を提供する。傾斜ヒートシールドに関して、より大きな向上性が認識した。従って、期待可能なのは、本発明におけるＸ線管は、潤滑剤がベアリングレースから蒸発する前に、常套的なＸ線管に比べてより長い時間可動であるということである。

本発明による回転する陰極Ｘ線管に関する概略的な断面図である。 図１のＣ−Ｃの線でみた、ベアリングアッセンブリ、ヒートシールド及び陰極に関する断面図である。 図１のベアリングアッセンブリ、ヒートシールド、及び陰極に関するスリークウォーター等角図である。 図３の陰極及びベアリングアッセンブリを組み合わせたヒートシールドに関する側面断面図である。 図１の陰極、及びＸ線管のベアリングアッセンブリを組み合わせたヒートシールドに関する第２実施例における側面断面図である。 図１の陰極、及びＸ線管のベアリングアッセンブリを組み合わせたヒートシールドに関する第３実施例における側面断面図である。 本発明による、Ｘ線管用の陰極及びベアリングアッセンブリに関する第４実施例における断面図である。 単一のヒートシールドを有するＸ線管におけるベアリング温度をコンピューターで生成させたプロットを示している。 二重のヒートシールドを有するＸ線管におけるベアリング温度をコンピューターで生成させたプロットを示している。 傾斜外部シールドを有するヒートシールドと傾斜していない内部シールドとを有するＸ線管におけるベアリング温度をコンピューターで生成させたプロットを示している。

Claims (23)

1. 真空チャンバーを収納するエンベロープ、
   電子源を供する前記チャンバー内に配置された陽極、及び
   前記電子により投射されるように、且つ、Ｘ線を発生するように、前記チャンバー内に配置された陰極、
   を有し、
   ベアリングアッセンブリは、前記陰極により取り囲まれており、
   前記ベアリングアッセンブリは、静止部分と回転可能部分とを有し、
   前記回転可能部分は、前記陰極に接続され、且つ、当該Ｘ線管の制御中、前記静置部分に相対して前記陰極にて回転し；
   ヒートシールドは、前記ベアリングアッセンブリと前記陰極との間に配置され、前記陰極から前記ベアリングアッセンブリへの熱の放出移行を減少している；
   ことを特徴とするＸ線管。
2. 前記ヒートシールドは、略円柱体を有し、前記陰極の標的部分を前記ベアリングアッセンブリから空間を置いて配置させていることをさらに特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記ヒートシールドは二つの略円柱体を有し、真空ギャップにより互いに分離して配置されていることをさらに特徴とする請求項２に記載のＸ線管。
4. 前記円柱体は、前記ベアリングアッセンブリの周囲で同心に配置されていることをさらに特徴とする請求項３に記載のＸ線管。
5. 前記円柱体は、前記陰極の標的部分から、真空ギャップにより分離されていることをさらに特徴とする請求項３又は４に記載のＸ線管。
6. 前記円柱体の外部の表面は、前記真空ギャップを介して前記陰極により放出された熱を反射することをさらに特徴とする請求項５に記載のＸ線管。
7. 前記陰極に最も近接する前記円柱体は、前記陰極の近接する表面のプロファイルに続くように、輪郭付けされていることをさらに特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載のＸ線管。
8. 前記円柱体の外部表面上の放射コーティングは、前記陰極から前記円柱体へと放出された熱を吸収することをさらに特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載のＸ線管。
9. 前記放射コーティングは、カーボンブラックを有することをさらに特徴とする請求項７又は８に記載のＸ線管。
10. 前記円柱体は、前記陰極から前記円柱体に放出された熱が、ヒートシンクに流れるように、前記ヒートシンクに熱的に接続されていることをさらに特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載のＸ線管。
11. 前記円柱体は、前記陰極に最も近接した熱耐性材料の第１層と、前記陰極に最も遠い熱伝導性材料の第２層とを有することをさらに特徴とする請求項２乃至１０のいずれか一項に記載のＸ線管。
12. 前記熱耐性材料は、モリブデンを含み、且つ、前記熱伝導性材料は銅を含むことをさらに特徴とする請求項１１に記載のＸ線管。
13. 前記静止部分は、前記エンベロープ外部のヒートシンクに熱的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のＸ線管。
14. 前記ヒートシールドは、前記陰極から前記ヒートシールドへと放出された熱が、前記ヒートシールドを介して前記ヒートシンクへと、且つ、前記ベアリングアッセンブリから離れて伝導されるように、前記ヒートシンクに接続されていることをさらに特徴とする請求項１３に記載のＸ線管。
15. 前記ヒートシールドは、前記ヒートシールドから前記ベアリングアッセンブリへ伝導熱移行が最小限にされるように、前記ヒートシンクにより、前記ベアリングアッセンブリの前記静止部分から分離されていることをさらに特徴とする請求項１４に記載のＸ線管。
16. 第２ヒートシールドは、前記ヒートシンクに取り付けられており、
    前記第２ヒートシールドは、前記第１ヒートシールドに同心であり、且つ、前記第１ヒートシールドから分離されており、且つ、前記陰極と前記第１ヒートシールドとの間に配置されていることをさらに特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載のＸ線管。
17. 前記陰極は、前記ベアリングアッセンブリを取り囲むように取り付けられ；且つ
    前記第２ヒートシールドは、前記陰極の内部表面に従って輪郭付けされており、且つ、前記ヒートシンクに近接した厚みを増加させている；
    ことをさらに特徴とする請求項１６に記載のＸ線管。
18. 前記第２ヒートシールドの外部表面上のコーティングは、前記陰極に面していることをさらに特徴とする請求項１６又は１７に記載のＸ線管。
19. 前記ヒートシンクは、コールドプレートを有していることをさらに特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載のＸ線管。
20. Ｘ線管の制御方法であって：
    ベアリングアッセンブリが、陰極の重力の中心の前方及び後方に延びるように、中心開口部を介して受け入れられる前記ベアリングアッセンブリ上に回転陰極を支持し；
    前記陰極と前記ベアリングアッセンブリとの間にヒートシールドを挿入し；
    前記陰極がＸ線を発生するように、且つ、前記ベアリングアッセンブリに向かって熱を放出するように、前記Ｘ線管を制御し；且つ
    前記陰極から放出される熱の一部を前記ヒートシールドにて封止する；
    ことにより特徴づけられる方法。
21. 前記ヒートシールドからの前記の封止された熱の一部をヒートシンクに伝導することをさらに特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記の封止された熱の一部を前記陰極に向かって反射することをさらに特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
23. 真空エンベロープ；
    前記エンベロープに取り付けられたコールドプレート；
    前記コールドプレートに取り付けられた円柱ベアリングアッセンブリ；
    前記エンベロープに相対して回転する、前記ベアリングアッセンブリ上に取り付けられた陰極；
    前記陰極から前記ベアリングアッセンブリへと移行する放射熱エネルギーを封止するように前記陰極と前記ベアリングアッセンブリとの間で延び且つ前記陰極及び前記ベアリングアッセンブリから分離された、前記コールドプレートに取り付けられた第１略円柱ヒートシールド；並びに
    前記陰極の反対の前記エンベロープに配置された陽極；
    を有するＸ線管。

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