JP2006086000A - X-ray tube device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、医療診断、工業検査等に使用されるX線管装置に関し、とくに回転陽極型のX線管装置に関する。 The present invention relates to an X-ray tube apparatus used for medical diagnosis, industrial inspection, and the like, and more particularly to a rotary anode type X-ray tube apparatus.
従来、回転陽極型X線管装置は、電子放出源としてフィラメントを用いたカソード(陰極)が、回転するアノード(陽極)のターゲットに対向するよう、これら陰極と陽極とをガラス製の真空外囲器内に封入して構成している。回転陽極はボールベアリングにより回転自在に保持するのが通例である。ところが、ボールベアリングは固体潤滑材により潤滑されるので、長期間の使用においては潤滑材が磨耗し、潤滑切れを起こし、最後には寿命が尽きる。そこで、近年、回転部分の長寿命化のため、動圧グルーブ軸受が導入されるに至っている。 Conventionally, a rotary anode type X-ray tube apparatus is made of a glass vacuum envelope in which a cathode (cathode) using a filament as an electron emission source is opposed to a rotating anode (anode) target. Enclosed in a vessel. The rotating anode is usually held rotatably by a ball bearing. However, since the ball bearing is lubricated by the solid lubricant, the lubricant is worn out for a long period of use, and the lubrication is lost. Therefore, in recent years, dynamic pressure groove bearings have been introduced to extend the life of rotating parts.
一方、フィラメントは長時間使用していると、徐々に蒸発し、蒸発したフィラメント材料であるタングステンがガラス外囲器の内面に付着し、ガラス外囲器の沿面耐電圧を劣化させ、耐電圧特性の劣化原因となる。 On the other hand, when the filament is used for a long time, it gradually evaporates, and tungsten, which is the evaporated filament material, adheres to the inner surface of the glass envelope, which deteriorates the creeping withstand voltage of the glass envelope, and withstand voltage characteristics Cause deterioration.
そのため、動圧グルーブ軸受の導入によって長寿命化が図られた回転部分に見合う耐電圧寿命を得るべく、外囲器の中央部分を金属とした金属製外囲器を用いて、フィラメント蒸着が起こっても耐電圧特性の劣化が生じないようにしている。これは、金属によって外囲器を形成するとともにその金属をアース電位とすることとすれば、フィラメント材料が外囲器内面に付着しても耐電圧特性の劣化を引き起こすことがなく、耐電圧特性を長期間維持できることによるものである。 For this reason, filament deposition occurs using a metal envelope with a metal central portion of the envelope in order to obtain a withstand voltage life that is commensurate with the rotating part whose life has been extended by introducing a dynamic pressure groove bearing. However, the breakdown voltage characteristics are not deteriorated. This is because if the envelope is made of metal and the metal is grounded, the withstand voltage characteristic will not be deteriorated even if the filament material adheres to the inner surface of the envelope. This is because it can be maintained for a long time.
しかし、金属製外囲器は、ガラス製外囲器に比べて、構造が複雑で製造に多くの工程を要し、高価であるという欠点がある。すなわち、金属製外囲器は、接合部分が多く、部品点数が多くて、組み立てが容易でなく、部品コストや組み立てコストが高い。 However, the metal envelope has a drawback that it has a complicated structure, requires many steps for manufacturing, and is expensive as compared with a glass envelope. That is, the metal envelope has many joints, has a large number of parts, is not easy to assemble, and has high component costs and assembly costs.
ところで、最近、たとえば下記の非特許文献1に示すようにカーボンナノチューブを電子源としたX線管の実現に向けた研究がなされている。このX線管は、従来のフィラメントからの熱電子放出の代わりに、カーボンナノチューブ先端からの電界電子放出を利用して電子源を形成し、この電子源からの電子線をターゲットに照射してX線を取り出そうというものである。
また、下記の特許文献1にも、カーボンナノチューブを用いたX線管に関する記載が見られる。しかし、平面状陰極表面に設けた平面状のカーボンナノ構造体から電界放出によって平面状で一様な電子線を効率よく発生させるという構造をとることにより、X線管装置の小型化と低消費電力化と高速パルス動作の可能性とが追求されているにすぎず、上記の回転陽極型X線管装置における問題についてはなんら触れられていない。
この発明の課題は、カーボンナノチューブを電子源としたX線管についての研究成果を取り入れるとともに、カーボンナノチューブ電子源の特質に着目して、上記の回転陽極型X線管装置における問題の解決を目指し、製造の容易性かつ低製造コストと全体としての長寿命化との両立を図ることができるX線管装置を提供することにある。 The object of the present invention is to incorporate research results on an X-ray tube using carbon nanotubes as an electron source, and to focus on the characteristics of the carbon nanotube electron source and to solve the problems in the above-described rotary anode X-ray tube device An object of the present invention is to provide an X-ray tube apparatus capable of achieving both ease of manufacture, low manufacturing cost and long life as a whole.
上記の目的を達成するため、この発明によるX線管装置においては、動圧グルーブ軸受により回転自在に保持される回転アノードと、該回転アノードに対向配置される、カーボンナノチューブを電子源としたカソードと、該回転アノードとカソードとが真空封入される、ガラスにより形成された外囲器とが備えられることが特徴となっている。 In order to achieve the above object, in an X-ray tube apparatus according to the present invention, a rotating anode rotatably supported by a dynamic pressure groove bearing, and a cathode using carbon nanotubes as an electron source disposed opposite to the rotating anode. And an envelope made of glass in which the rotating anode and the cathode are vacuum-sealed.
カソードの電子源としてカーボンナノチューブが用いられており、電界放出により電子を放出するので、フィラメントを用いた場合のように加熱することがない。そのため、フィラメント材料が蒸発して外囲器内面に付着し耐電圧特性を劣化させる、ということも起こらない。このことは、外囲器をガラスで形成しても、長期間にわたり、耐電圧特性が劣化しないことを意味している。そこで、カーボンナノチューブ電子源を有するカソードを用いることにより、ガラス製外囲器でも、動圧グルーブ軸受の寿命に見合う長い寿命を持つX線管装置を得ることの道が開ける。外囲器をガラスで作製することができるなら、製造は容易であり、かつ製造コストも低いもので済む。そのため、製造容易で低製造コストでありながらX線管装置全体の長寿命化を図ることができる。 Carbon nanotubes are used as the electron source of the cathode, and electrons are emitted by field emission. Therefore, heating is not performed unlike the case of using a filament. Therefore, it does not occur that the filament material evaporates and adheres to the inner surface of the envelope to deteriorate the withstand voltage characteristics. This means that the withstand voltage characteristics do not deteriorate over a long period of time even if the envelope is made of glass. Therefore, the use of a cathode having a carbon nanotube electron source opens the way to obtain an X-ray tube apparatus having a long life corresponding to the life of a dynamic pressure groove bearing even in a glass envelope. If the envelope can be made of glass, the manufacturing is easy and the manufacturing cost is low. Therefore, the life of the entire X-ray tube apparatus can be extended while being easy to manufacture and at low manufacturing costs.
つぎに、この発明を実施したX線管装置について図面を参照して説明する。 Next, an X-ray tube apparatus embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施例の模式的な断面図である。この図1において、一実施例にかかる回転陽極型X線管装置10は、円盤状のアノード11を有しており、この円盤状のアノード11はロータ12に取り付けられ、動圧グルーブ軸受13により回転自在に保持されている。アノード11に対向するようカソード14が配置され、このカソード14に設けられた電極板15の表面にはカーボンナノチューブ膜16が形成され、さらにこのカーボンナノチューブ膜16の前面にメッシュ状の導電性金属でなるゲート17が配置されている。これら回転アノード11やカソード14はガラスにより形成された外囲器18中に真空封入される。
FIG. 1 is a schematic sectional view of one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a rotary anode X-ray tube apparatus 10 according to an embodiment has a disk-like anode 11, which is attached to a
ガラス製外囲器18の外部には固定子(図示しない)が設けられ、この固定子により形成された回転磁界によって、ロータ12に誘導電流が流されトルクが発生して、このロータ12が高速に回転し、アノード11もこれと一体に高速に回転する。カソード14においては、カーボンナノチューブ膜16が形成された電極板15に対してプラスの電位がゲート17に加えられることにより、カーボンナノチューブ膜16より電子が引き出され、電子流はさらにプラスの高電位とされたアノード11へと向かい、アノード11表面のターゲットに衝突してX線を発生する。
A stator (not shown) is provided outside the
ベアリングを用いてアノードを回転自在に保持する従来の回転陽極型X線管装置では、ベアリングの寿命を考慮してX線を発生する(負荷を印加する)ときのみ所定の回転数に立ち上げるが、この実施例の回転陽極型X線管装置では、上記のように磨耗が発生せず長寿命の動圧グルーブ軸受13を採用しているため、使用時には、常時負荷をかけることができるように連続的に高速回転させておくことができる。これにより、負荷をかけるための準備として回転を立ち上げる時間が不要となる。 In a conventional rotary anode type X-ray tube apparatus that rotatably supports an anode using a bearing, the rotational speed is increased to a predetermined number only when X-rays are generated (a load is applied) in consideration of the life of the bearing. In the rotary anode type X-ray tube apparatus of this embodiment, since wear is not generated as described above and the long-life dynamic pressure groove bearing 13 is employed, a load can be constantly applied during use. It can be continuously rotated at a high speed. This eliminates the need for time to start up rotation as a preparation for applying a load.
また、カーボンナノチューブ膜16からの電界電子放出により電子源を形成しているため、ゲート17にプラス電位をかければ瞬時に電子を発生させてX線を発生させることができる。この点は、従来のフィラメントを用いたカソードの場合と対照的である。フィラメントからの熱電子を利用する場合、フィラメントを加熱する必要があるため、その加熱に0.5秒から1.5秒程度の時間を要してしまうが、この時間が不要となる。
In addition, since the electron source is formed by field electron emission from the carbon nanotube film 16, if a positive potential is applied to the
さらにフィラメントを用いる場合、加熱されたフィラメントからタングステンなどのフィラメント材料が蒸発し、外囲器内面に付着するが、カーボンナノチューブ膜16からの電界電子放出を用いることにより、このような蒸発・付着とは無縁となる。そこで、外囲器18をガラス製としても、フィラメント材料が蒸発して外囲器18の内面に付着することがないのであるから、耐電圧特性の劣化・寿命の短縮は生じることがない。したがって、外囲器18をガラスで形成しても、その耐電圧特性を、動圧グルーブ軸受13の長寿命性に見合うほどに長寿命化することが可能である。
Further, when a filament is used, a filament material such as tungsten evaporates from the heated filament and adheres to the inner surface of the envelope. By using field electron emission from the carbon nanotube film 16, such evaporation and adhesion can be prevented. Is unrelated. Therefore, even if the
そして、外囲器18をガラスで形成することにすれば、金属製外囲器のように部品点数や製造工程数が多いということはなく、少ない部品を用いて簡単な製造工程で製造することができるため、部品コストや組み立てコストが高くなることを回避できる。すなわち、ガラス製外囲器18を用いることにより、金属製外囲器の場合と比較して部品コストおよび組み立てコストを低くし、回転陽極型X線管装置全体を安価に製造することができる。
If the
なお、本発明はこの実施例に限定されることなく、具体的な構造などは種々に構成できることはもちろんである。 Of course, the present invention is not limited to this embodiment, and the specific structure can be variously configured.
この発明の回転陽極型のX線管装置によれば、カーボンナノチューブでの電界電子放出の性質に着目してカーボンナノチューブを電子源として用いたので、ガラス製外囲器を用いても耐電圧特性の長寿命化が達成でき、そのため動圧グローブ軸受の長寿命に見合うほどに耐電圧特性を長寿命化した外囲器をガラスで形成することを可能とし、低コストで製造することができる。また、陽極を常時回転させておくことができるので回転立ち上げに要する時間が不要となり、しかもフィラメント加熱に要する時間も不要なので、ただちにX線を発生させることができる。 According to the rotating anode type X-ray tube apparatus of the present invention, since the carbon nanotube is used as an electron source by paying attention to the property of the field electron emission from the carbon nanotube, the withstand voltage characteristic even when the glass envelope is used. Therefore, it is possible to form an envelope having a withstand voltage characteristic that is long enough to meet the long life of the dynamic pressure glove bearing, and can be manufactured at low cost. Further, since the anode can be always rotated, the time required for starting up the rotation is not required, and the time required for heating the filament is not required, so that X-rays can be generated immediately.
10……回転陽極型X線管装置
11……回転アノード
12……ロータ
13……動圧グローブ軸受
14……カソード
15……電極板
16……カーボンナノチューブ膜
17……ゲート
18……ガラス製外囲器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotary anode type X-ray tube apparatus 11 ...
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JP2004269002A JP2006086000A (en) | 2004-09-15 | 2004-09-15 | X-ray tube device |
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WO2020054174A1 (en) * | 2018-09-11 | 2020-03-19 | 株式会社島津製作所 | X-ray device |
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2004
- 2004-09-15 JP JP2004269002A patent/JP2006086000A/en active Pending
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WO2020054174A1 (en) * | 2018-09-11 | 2020-03-19 | 株式会社島津製作所 | X-ray device |
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