JP2011146212A

JP2011146212A - 固定陽極ｘ線管装置

Info

Publication number: JP2011146212A
Application number: JP2010005375A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyashita; 隆志宮下; Shuichi Miyazaki; 修一宮崎; Tsuneyuki Kanai; 恒行金井; Makoto Otsuka; 誠大塚
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】高出力化、長寿命化された固定陽極X線管装置を提供する。
【解決手段】電子線を発生する陰極と、前記陰極から発生する電子線を衝突させX線を放出するターゲットを有し、外囲器から支持されて前記陰極に対向して配置された陽極とを備え、前記外囲器は前記陽極と前記陰極とを真空気密に内含して絶縁支持するように構成されているX線管とから成る固定陽極X線管装置において、
前記ターゲットは、基板で保持され、該基板には前記陽極の軸方向に延在する補強部材が間隔を置いて複数個配置されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、固定陽極を有するX線管装置に関し、特に、固定陽極を高出力化、長寿命化する技術に関する。

X線管装置における陽極の基本的構造は、例えば、特許文献1及び特許文献2に示すように制動X線への変換効率が高いタングステンのターゲットと、熱伝導の高い銅から成るものである。
該タングステンと銅は、線膨張係数は数倍異なるため、熱応力を低減することを目的にタングステンと銅の間に緩衝材が設置されている。これによりタングステンと銅の界面の熱応力を緩和し、陽極の強度を保っている。
例えば、特許文献1には、毛状のタングステンをターゲットの後部に配置する例が示されていて、特許文献2には、モリブデンと銅から成る銅合金を配設する例が示されている。

実開昭34-4326号公報特開2006-12591号公報

しかしながら、更にX線管装置を高出力化する場合、陽極への熱の入力が増大するため異種材料間の温度差が更に大きくなりターゲットとの間の熱応力は更に大きくなる。そのため、強度の弱い部材、とりわけ銅が破壊されることがあった。また、更に長寿命化が必要な場合、X線管装置の実動時と停止時のサイクル数が増えるため、陽極にとっては熱応力の繰り返し数が増加することとなる。そのため疲労強度が目的の寿命まで達せず強度の弱い材料、とりわけ銅が破壊されることがあった。

上記の課題を解決するために、本発明は、電子線を発生する陰極と、前記陰極から発生する電子線を衝突させX線を放出するターゲットを有し、外囲器から支持されて前記陰極に対向して配置された陽極とを備え、前記外囲器は前記陽極と前記陰極とを真空気密に内含して絶縁支持するように構成されているX線管とから成る固定陽極X線管装置において、
前記ターゲットは、基板で保持され、該基板には前記陽極の軸方向に延在する補強部材が間隔を置いて複数個配置されていることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。

また、前記補強部材は、網目状であることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、円筒状であることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、同心円状に積層して配置されていることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、柱状であることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、前記ターゲットの配置された面に平行な方向と交差する方向に配置されていることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、銅より強度が高く融点の高い材質であることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記補強部材は、モリブデン又はタングステンであることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。
また、前記間隔は等間隔であることを特徴とする固定陽極X線管装置が提供される。

本発明によれば、高出力化、長寿命化された固定陽極X線管装置が提供される。

本発明のX線管装置の構成を示す図。陽極を銅の鋳造で製作する際の図。緩衝材が毛上のタングステンの場合の例を示す図。陽極の中央部にもメッシュ材が配置されている例を示す図(緩衝材が銅合金の例)。陽極の中央部にもメッシュ材が配置されている例を示す図(緩衝材が毛上のタングステンの例)。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明の固定陽極X線管装置の構成について、図1(a)を用い説明する。図1(a)において、1は電子を発生する陰極である。2は、陽極であり、後述する外囲器に陰極に対して対向した位置に配置されて固定されている。3は陽極上に平板に配置され、陰極から発生する電子線を衝突させてX線を放出するための平面状のターゲットであり、例えばタングステンより構成されていて、陽極が構成する基板により保持されている。

より具体的に、陽極を構成する基板には凹部が設けられ、そこにターゲットが埋め込まれている。4は緩衝材であり、例えば、モリブデンと銅から成る銅合金が配設されている。5は陽極の主たる構成材質である銅である。6は円筒状で網目状の補強部材(以下メッシュ材)であり、陽極が構成する基板内に該陽極の軸方向に延在して間隔を置いて(等間隔でも良い。)複数個埋め込まれているものであり、例えばモリブデン又はタングステンのように、陽極を構成する銅よりも融点が高く、高強度の材質から成る。7は冷媒を流す流路である。8は陽極と陰極とを対向して配置して真空機密に内含して絶縁支持する外囲器である。

図1に示す固定陽極X線管装置において、陰極より出射した電子は陽極電位により加速されターゲット3に衝突する。そのときの電子の運動エネルギーの1％はX線となり99％は熱に変換される。陽極2に蓄積される熱は主に陽極2内を伝わり、X線管周囲に満たされた冷媒へ排熱される。陽極2にクラックが入り陽極の熱抵抗が増大した場合、ターゲット3の温度が上がり溶融してしまう。このため、陽極3のクラックを防止する必要がある。

ここで、陽極3に発生する熱応力は、ターゲット3、緩衝材4、銅5の界面に発生するせん断応力であり、平板状のターゲットの配置された面に平行な方向(両方向矢印の向き)である。このせん断応力が銅5に歪をもたらし、銅5が破壊する。この応力に耐え得るように陽極2の熱伝導率を保持しつつ、強度を増す必要がある。

その方法として、本実施例では、円筒状で網目状の補強部材を(以下、メッシュ材)を銅に発生するせん断応力と交差する方向、すなわち、平板状のターゲットの配置された面に平行な方向と交差する方向に配置する。図1(b)は図1(a)をA-A’で切った断面であり、補強部材6は円筒状に(同心円状に積層して)複数配置されている。メッシュ材を埋め込む方法は、図2に示すように陽極を銅5の鋳造で製作する際に、ターゲット3、緩衝材4、メッシュ材6を一緒に鋳込むことで実現できる。ただし、図2に示す例では、緩衝材が銅合金で、メッシュ材が陽極の比較的外周部のみに設けてある例である。

本実施例によれば、メッシュ材6近傍の銅5は結晶の移動がメッシュ材により妨げられるため、結晶の粗大化を防止でき、銅5の強度を保持することができる。

次に、せん断力方向に交差する方向にメッシュ材が入っているため、銅5の補強となり強度が向上する。また、銅5にクラックが生じた場合、クラックの進展はクラックの起点からメッシュ材6で止るため、廃熱に影響するような大きなクラックの生成を防止することができる。

一方、メッシュ材により陽極2中の銅5の比率は低下するが、メッシュはターゲットから冷媒の流路がある7への熱の伝導方向に平行に挿入されるため、排熱方向の熱伝導を殆ど低下させることはない。

熱の熱伝導率の低下率を低減しながら高強度化した材料にアルミナ分散銅があり、これを陽極として用いる方法がある。しかしながら、上述の方法は以下の点で、アルミナ分散銅を用いる方法より優れている。

先ず、アルミナ分散銅を用いる方法は、鋳造方法により製造すると、アルミナ分散が不均一になり性能が低下するため、ろうづけする必要がある。ろうづけによりタングステンから成るターゲットに接合する際、ターゲットの実動温度を考慮すると金系の(ニッケルあるいは金の)高融点のろう材が必要となる。ここでニッケルあるいは金を銅に固溶すると、熱伝導率が著しく低下し、陽極としての機能が低下してしまうため、上述の方法はアルミナ分散銅を用いる方法より優れている。例えばニッケルを銅に固溶して10Ni-Cuとすると、熱伝導率は純銅の9分の1程度となり、金を銅に固溶して35Au-65Cuとすると、熱伝導率は、純銅の4分の1程度となるからである。

本発明の他の実施例を図1(c)及び図3〜図5を用いて説明する。図1(c)は、図1(b)と同様に図1(a)をA-A’で切った断面であり、柱状の補強部材を配置した例である。
また、図2では緩衝材が銅合金、メッシュ材が陽極の比較的外周部のみに設けてある例であった。図3は、緩衝材が毛上のタングステンの場合である。図4、図5は強度を更に増やした例であり、陽極の中央部にもメッシュ材が配置されている例である。ただし、図4は緩衝材が銅合金の例であり、図5は緩衝材が毛上のタングステンの場合である。

本発明は、固定陽極X線管装置またはこれを用いたX線診断装置、X線CT装置に利用することができる。

1 陰極、2 陽極、3 ターゲット、4 緩衝材、5 銅、6 補強部材、7 流路

Claims

電子線を発生する陰極と、前記陰極から発生する電子線を衝突させＸ線を放出するターゲットを有し、外囲器から支持されて前記陰極に対向して配置された陽極とを備え、前記外囲器は前記陽極と前記陰極とを真空気密に内含して絶縁支持するように構成されているＸ線管とから成る固定陽極Ｘ線管装置において、
前記ターゲットは、基板で保持され、該基板には前記陽極の軸方向に延在する補強部材が間隔を置いて複数個配置されていることを特徴とする固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、網目状であることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、同心円状に積層して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、柱状であることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、前記ターゲットの配置された面に平行な方向と交差する方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、銅より強度が高く融点の高い材質であることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記補強部材は、モリブデン又はタングステンであることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。
前記間隔は等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の固定陽極Ｘ線管装置。