JP2007157640A - 回転陽極型ｘ線管及びｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極ターゲットの冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を提供する。
【解決手段】回転陽極型Ｘ線管１は、固定体と、固定体を囲み、固定体を軸に回動可能に設けられた回転体２０と、回転体の外面を囲むように設けられ、回転体と一体化された陽極ターゲット３０と、陽極ターゲットに対向配置された陰極４０と、固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、固定体を固定する真空外囲器５０と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転陽極型Ｘ線管及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置に関する。

一般に、Ｘ線管装置は、医療診断システムや工業診断システム等に用いられている。Ｘ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型Ｘ線管と、ステータコイルと、これら回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体と、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、固定シャフトと、この固定シャフトを軸に回動可能に設けられた回転体と、この回転体の端部に継手部を介して設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットに対向配置された陰極と、これらを収容した真空外囲器と、この真空外囲器内に充填された冷却液とを有している。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイルは回転体に与える磁界を発生するため、回転体及び陽極ターゲットは回動する。また、陰極は陽極ターゲットに対して電子ビームを照射する。これにより、陽極ターゲットは、電子と衝突するときにＸ線を放出する（例えば、特許文献１参照）。

Ｘ線管装置の動作時に、陽極ターゲットは、この陽極ターゲットへの熱入力により高温になる。すなわち、陽極ターゲットは、電子ビームが照射されることにより高温になる。特に、電子が衝突される電子衝撃面（焦点）の温度が高温になる。このため、電子衝撃面の温度は陽極ターゲット材質の溶解温度以下でなくてはならない。このため、陽極ターゲットの許容できる熱入力の大きさは、陽極ターゲットの熱容量と、陽極ターゲットの冷却率とで制限される。このため、陽極ターゲットの許容できる熱入力をより大きくする必要がある。

陽極ターゲットの許容できる熱入力を大きくする手段としては、陽極ターゲットの熱容量の増加と、陽極ターゲットの冷却率の向上とが挙げられる。この内、陽極ターゲットの冷却率の向上において、陽極ターゲットの冷却には、陽極ターゲットからの輻射熱による冷却と、陽極ターゲットから陽極ターゲットに接続させている構造体（継手部、回転体、固定シャフト）への熱伝導による冷却との２つの手段がある。

上記陽極ターゲットは真空外囲器の内部で回動するように設けられているため、陽極ターゲットは、直接陽極ターゲットから真空外囲器への熱伝導によって冷却されることはない。このため、固定シャフトが接合された個所の真空外囲器に冷却液を吐出して固定シャフトの端部を冷却することにより、陽極ターゲットが冷却されている。
特許第２８５１０９７号公報

しかしながら、陽極ターゲットから固定シャフトまで、継手部及び回転体等のいろいろな構造体を介して熱伝導するため、熱伝導パスが長くなってしまい、熱伝導による陽極ターゲットの冷却の効果は十分ではなかった。このため、陽極ターゲットの冷却のほとんどは、陽極ターゲットからの輻射熱による冷却であった。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、陽極ターゲットの冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る回転陽極型Ｘ線管は、
固定体と、
前記固定体を囲み、前記固定体を軸に回動可能に設けられた回転体と、
前記回転体の外面を囲むように設けられ、前記回転体と一体化された陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに対向配置された陰極と、
前記固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、前記固定体を固定する真空外囲器と、を備えている。

また、本発明の他の態様に係るＸ線管装置は、
固定体と、前記固定体を囲み、前記固定体を軸に回動可能に設けられた回転体と、前記回転体の外面を囲むように設けられ、前記回転体と一体化された陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに対向配置された陰極と、前記固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、前記固定体を固定する真空外囲器と、を具備した回転陽極型Ｘ線管と、
前記回転体に与える磁界を発生して前記回転体及び陽極ターゲットを回動させるコイルと、
前記回転陽極型Ｘ線管及びコイルを収容した筐体と、を備えている。

この発明によれば、陽極ターゲットの冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を備えたＸ線管装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。
図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３とを備えている。

回転陽極型Ｘ線管１は、固定体としての固定シャフト１０と、回転体２０と、陽極ターゲット３０と、陰極４０と、真空外囲器５０とを備えている。固定シャフト１０は、形状が円柱状であり、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。固定シャフト１０は、この両底面１１、１２がそれぞれ真空外囲器５０の内壁に接合されて真空外囲器５０に固定されている。

回転体２０は、形状が円筒状であり、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。回転体２０は、固定シャフト１０の側面を囲んでいるとともにこの固定シャフトと同軸的に設けられている。この実施の形態において、回転体２０は固定シャフト１０より短く形成され、回転体２０の両筒先は、固定シャフト１０の先端を超えないように設けられている。

固定シャフト１０及び回転体２０は互いに隙間を置いて設けられている。固定シャフト１０及び回転体２０間の隙間には、液体潤滑材としての液体金属６０が充填されている。この実施の形態において、液体金属６０は、ガリウム・インジウム・錫合金（ＧａＩｎＳｎ）である。上記固定シャフト１０及び回転体２０は、すべり軸受けを形成している。

陽極ターゲット３０は、陽極３１と、この陽極の外面の一部に設けられたターゲット層３２とを有している。陽極３１は、回転体２０に対して固定シャフト１０の反対側に設けられている。陽極３１は、回転体２０の外面に設けられている。より詳しくは、陽極３１は、回転体２０の側面を囲むように設けられている。陽極３１は、形状が環状であり、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極３１は、固定シャフト１０及び回転体２０と同軸的に設けられている。

陽極３１は、回転体２０と一体化されている。この実施の形態において、陽極３１及び回転体２０は、陽極３１が回転体２０の側面から突出した突出部２１にネジ止めされて一体化されている。ターゲット層３２は、固定シャフト１０及び回転体２０を囲むように設けられ、Ｗ（タングステン）等の材料で形成されている。

陰極４０は、陽極ターゲット３０のターゲット層３２に間隔を置いて対向配置されている。陰極４０は、真空外囲器５０の内壁に取付けられている。真空外囲器５０は、円筒状に形成され、両底面は閉塞されている。真空外囲器５０において、陽極ターゲット３０及び陰極４０が設けられた個所の径は大きく、それ以外の個所の径は小さい。真空外囲器５０は、密閉され、固定シャフト１０、回転体２０、陽極ターゲット３０及び陰極４０等を収容している。真空外囲器５０の内部は真空状態に維持されている。

ステータコイル２は、回転体２０の側面に対向して真空外囲器５０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。ステータコイル２は、陽極ターゲット３０に対して陰極４０の反対側に設けられている。

筐体３は、陰極４０と対向したターゲット層３２付近にＸ線を透過させる筐体窓３ａを有している。筐体３内部には、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、冷却液が充填されている。冷却液は、筐体３と、この筐体に接続された図示しない冷却器との間で循環され、冷却器で冷却される。また、図示しないが、冷却された冷却液は、固定シャフト１０の底面１２が接合された個所の真空外囲器５０に吐出される。これにより、固定シャフト１０の底面１２側が特に冷却され、ひいては陽極ターゲットも冷却される。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイル２は回転体２０に与える磁界を発生するため、回転体は回動する。これにより、陽極ターゲット３０も回動する。また、陰極４０は陽極ターゲット３０のターゲット層３２に対して電子ビームを照射する。これにより、ターゲット層３２は、電子と衝突するときにＸ線を放出し、放出されたＸ線は筐体窓３ａを介して筐体３外部に放出される。

上記したように構成されたＸ線管装置によれば、陽極ターゲット３０及び回転体２０は一体化されている。Ｘ線を放出する際、陽極ターゲット３０、特にターゲット層３２が高温になるが、この熱は、熱伝導により、回転体２０を介して固定シャフト１０に伝えられる。陽極ターゲット３０から固定シャフト１０までの熱伝導パスが短い。また、固定シャフト１０は冷却液により冷却される。

上記したことから、陽極ターゲット３０の冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管１及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を提供することができる。これにより、陽極ターゲット３０の許容できる熱入力を大きくすることができる。

次に、この発明の第２の実施の形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、陽極ターゲット３０及び回転体２０は一体化されている。固定シャフト１０は、形状が円筒状である。真空外囲器５０は、固定シャフト１０の両筒先１３、１４と対向した個所に開口部５１、５２が設けられている。固定シャフト１０は、この内部と開口部５１、５２とが連通するように両筒先１３、１４がそれぞれ真空外囲器５０に接合されている。より詳しくは、両筒先１３、１４は、開口部５１、５２を囲むよう真空外囲器５０の内壁に接合されている。固定シャフト１０の内部を除き、真空外囲器５０の内部は真空状態に維持されている。

固定シャフト１０の内部は、冷却液が流れる流路として機能する。この場合、図示しないが、冷却された冷却液は、開口部５２に吐出され、固定シャフト１０の内部を流れる。これにより、固定シャフト１０が冷却され、ひいては陽極ターゲットも冷却される。

上記したように構成されたＸ線管装置によれば、陽極ターゲット３０及び回転体２０は一体化されている。Ｘ線を放出する際、陽極ターゲット３０、特にターゲット層３２が高温になるが、この熱は、熱伝導により、回転体２０を介して固定シャフト１０に伝えられる。陽極ターゲット３０から固定シャフト１０までの熱伝導パスが短い。また、冷却液は固定シャフト１０の内部を流れるため固定シャフトは一層冷却される。

上記したことから、陽極ターゲット３０の冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管１及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を提供することができる。これにより、陽極ターゲット３０の許容できる熱入力を大きくすることができる。

次に、この発明の第３の実施の形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第２の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、陽極ターゲット３０及び回転体２０は一体化されている。この実施の形態おいて、陽極ターゲット３０及び回転体２０は一体成形により形成されている。陽極ターゲット３０及び回転体２０は、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極ターゲット３０の陽極３１は、この外側から回転体２０に向かって体積が大きくなるように形成されている。固定シャフト１０は、形状が円筒状である。

上記したように構成されたＸ線管装置によれば、陽極ターゲット３０及び回転体２０は、一体成形により一体化されている。Ｘ線を放出する際、陽極ターゲット３０、特にターゲット層３２が高温になるが、この熱は、熱伝導により、回転体２０を介して固定シャフト１０に伝えられる。陽極ターゲット３０から固定シャフト１０までの熱伝導パスが短い。さらに、陽極３１は、回転体２０に向かって体積が大きくなるように形成されているため、熱が陽極３１から固定シャフト１０に伝えられる面積が大きい。また、冷却液は固定シャフト１０の内部を流れるため固定シャフトは一層冷却される。

上記したことから、陽極ターゲット３０の冷却率の優れた回転陽極型Ｘ線管１及びこの回転陽極型Ｘ線管を備えたＸ線管装置を提供することができる。これにより、陽極ターゲット３０の許容できる熱入力を大きくすることができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図４及び図５に示すように、陽極ターゲット３０及び回転体２０は、一体成形により一体化されていても良い。なお、図４において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、図５において、他の構成は上述した第２の実施の形態と同一であり、それぞれ同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略した。

この発明の第１の実施の形態に係るＸ線管装置を示す断面図。 この発明の第２の実施の形態に係るＸ線管装置を示す断面図。 この発明の第３の実施の形態に係るＸ線管装置を示す断面図。 上記Ｘ線管装置の変形例を示す断面図。 上記Ｘ線管装置の他の変形例を示す断面図。

符号の説明

１…回転陽極型Ｘ線管、２…ステータコイル、３…筐体、１０…固定シャフト、１１，１２…底面、１３，１４…筒先、２０…回転体、３０…陽極ターゲット、３１…陽極、３２…ターゲット層、４０…陰極、５０…真空外囲器、５１，５２…開口部、６０…液体金属。

Claims (8)

1. 固定体と、
   前記固定体を囲み、前記固定体を軸に回動可能に設けられた回転体と、
   前記回転体の外面を囲むように設けられ、前記回転体と一体化された陽極ターゲットと、
   前記陽極ターゲットに対向配置された陰極と、
   前記固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、前記固定体を固定する真空外囲器と、を備えた回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記固定体及び回転体は互いに隙間を置いて設けられ、
   前記固定体及び回転体間の隙間に充填された液体金属を備えている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記固定体は、この内部に冷却液が流れる流路が形成されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記陽極ターゲットは、この外側から前記回転体に向かって体積が大きくなるように形成されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記回転体及び陽極ターゲットは一体成形されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. 円柱状の固定体と、
   前記固定体の側面を囲んでいるとともに前記固定体と同軸的に設けられ、前記固定体を軸に回動可能な円筒状の回転体と、
   前記回転体の側面を囲むように設けられ、前記回転体と一体化された環状の陽極ターゲットと、
   前記陽極ターゲットに対向配置された陰極と、
   前記固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、前記固定体の両底面がそれぞれ接合されて前記固定体を固定する真空外囲器と、を備えた回転陽極型Ｘ線管。
7. 円筒状の固定体と、
   前記固定体の側面を囲んでいるとともに前記固定体と同軸的に設けられ、前記固定体を軸に回動可能な円筒状の回転体と、
   前記回転体の側面を囲むように設けられ、前記回転体と一体化された環状の陽極ターゲットと、
   前記陽極ターゲットに対向配置された陰極と、
   前記固定体、回転体、陽極ターゲット及び陰極を収容し、前記固定体の両筒先と対向した個所にそれぞれ開口部を有し、前記固定体の内部及び開口部を連通するとともに前記固定体の両筒先がそれぞれ接合されて前記固定体を固定する真空外囲器と、を備えた回転陽極型Ｘ線管。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管と、
   前記回転体に与える磁界を発生して前記回転体及び陽極ターゲットを回動させるコイルと、
   前記回転陽極型Ｘ線管及びコイルを収容した筐体と、を備えているＸ線管装置。

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