JP3171502B2 - Ｘ線診断装置及びｘ線管装置並びにｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規なＸ線診断装置及
びＸ線管装置並びにＸ線ＣＴ装置にかかわり、特にＸ線
管の改良により大容量でもクイックスタートに好適な長
寿命のＸ線管球であり、タイムリでかつ多頻度使用に最
適なＸ線診断装置及びＸ線管装置並びにＸ線ＣＴ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線診断装置の１つであるＸ線ＣＴ（Co
mputed Tomography)装置は患者に曝射して透過したＸ線
を検出器で検出し、得た情報をコンピュータで画像処理
する。ここでＸ線を発生するキー・コンポーネントはＸ
線管である。Ｘ線管はＸ線放射窓を有するハウベ内にＸ
線管球とその周囲の空間を満たす冷却媒体（通常は絶縁
油を循環して冷却する）とを有し、前記Ｘ線管球内に電
子線を放出する陰極と電子線の照射を受けてＸ線を放射
するＸ線ターゲットと該Ｘ線ターゲットの回転機構を有
する。Ｘ線管の入力は電圧１００〜１４０ｋＶ，電流１
００〜６００ｍＡであり、陰極から放出された電子線の
エネルギーがＸ線ターゲット表面で熱に変換されるた
め、Ｘ線ターゲットは3000〜10,000rpm の回転を与えて
熱の拡散を図る。なお、Ｘ線管球は耐電圧の点で１０^-6
〜１０^-7Torrの真空管である。

【０００３】近年、Ｘ線ＣＴ装置の普及に伴い要求され
る特性はスキャン時間を短縮すること及び高精細な画像
を得ることである。前者は、Ｘ線の線状ビームを広角扇
状ビームとし、検出器を数個から５００個程度まで増や
すことでスキャン時間が５分から２〜５秒程度まで短縮
された。スキャン時間が長いと患者の体動で偽像が出現
するためである。また、急救患者等を多数診断する場合
にはスループット処理能力を向上せねばならない。一方
後者は、Ｘ線の焦点を１mm以下に小さくし、かつＸ線の
エネルギーを大きくして形状を知る空間分解及びＸ線の
吸収差で濃淡をより明確にする密度分解能を向上せねば
ならない。

【０００４】従って、Ｘ線管は小焦点で短時間に多数の
Ｘ線を発生するための大熱容量化が必要である。さら
に、循環器用の診断システムにおいては、造影剤及びカ
テーテル等を用いた血流や臓器の動きに対してタイムリ
ーに撮影・診断するためのＸ線管のクイックスタート化
が求められている。

【０００５】Ｘ線管の大熱容量化のためには、陰極から
の電子線の照射を受けるＸ線ターゲットの体積を大きく
すればよいが、従来から用いられている金属製（Ｗ−Ｒ
ｅ／Ｍｏ）や金属製の裏面に黒鉛を接合した金属が主体
のＸ線ターゲットでは重量が重い。軽量の黒鉛基板のＸ
線ターゲットとしては特公昭４７―８２６３号公報、Ｘ
線管としては特開昭６３―２２８５５３号公報がある。
一方、金属外囲器のＸ線管は特開昭６２―６４０３２号
公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線管に要求される性
能は、大容量化（１ＭＨＵ以上），長寿命化（１００ｋ
スキャン以上），クイックスタート化（１秒以下）等が
あげられるが、従来公知のＸ線管では満足するものが得
られていない。具体的には金属が主体のＸ線ターゲット
は慣性力が大きいため、クイックスタートに不向きであ
り最小でも２.５秒程度までが限界である。また、回転
系に起因する不良が発生した。一方、軽量の黒鉛基板の
Ｘ線ターゲットは、同形の金属製ターゲットに比べて重
量が３分の１以下と軽量であり、熱容量的には２倍以上
のターゲットができるため、大容量化及びクイックスタ
ート化の性能を満足する。しかし、欠点は、Ｘ線管球を
加熱して脱ガスする排気工程に時間を要すること及びＸ
線断層撮影装置に搭載したＸ線管の寿命が５０〜６０ｋ
スキャンで性能を満足しない。さらに、陽極回転機構に
おける回転軸と固定軸間に位置する軸受が内・外輪をも
つころがり軸受はターゲットからの伝熱で不均一な温度
上昇となり、クリアランスが一定でないこと及び潤滑剤
に二硫化モリブデン等を用いると摩耗粉が発生すること
などから騒音，耐電圧不良等の発生原因となった。

【０００７】本発明の目的は、１秒以内のクイックスタ
ートが可能で、更に１秒以内の短時間スキャンが可能で
ある長寿命のＸ線管球を用いたＸ線診断装置及びＸ線管
装置並びにＸ線ＣＴ装置を提供するにある。

【０００８】

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のＸ線診断装置
は、真空管内に電子線を照射する陰極と、該陰極に対向
して配設された回転陽極となるＸ線管用ターゲットとを
具備し、該ターゲットは黒鉛基体上の電子線が照射され
る面に基体側よりレニウム層及びタングステン層又は、
該タングステン層の上にタングステン−レニウム合金層
が順次積層され、これら金属層の全体の厚さが６００μ
ｍ以上であるＸ線発生金属層及び回転機構を有するＸ線
管球として、前記真空管は前記回転陽極が存在する対応
部分が金属製及び該金属製以外がガラス製であることを
特徴とする。好ましくは、その内周面に前記真空管内に
放出されるガス物質に対してゲッター作用を有する金属
薄膜を設け、両者を一体に接合して、陽極と陰極とを互
いに絶縁し、１０万スキャンに相当する電子線の入射に
よって加熱され、該加熱によって前記タングステン層に
タングステン炭化物層が形成され、該炭化物層が熱歪に
よって割れが生じる厚さに成長しない程度の温度に保持
されるように前述の所望の大きさの前記ターゲットを有
するものである。

【００１０】金属層の厚さは６００μｍ以上有し、上限
は２０００μｍ以下が好ましい。

【００１１】本発明は、前記金属層は前記基体側より厚
さ５〜２０μｍのレニウム層及び厚さ４００〜１０００
μｍの柱状晶からなるタングステン層又は、該タングス
テン層の上に厚さ５０〜３００μｍの粒状晶からなるタ
ングステン−レニウム合金層を有し、これらの全厚さを
６００μｍ以上とするものである。

【００１２】黒鉛基体としては黒鉛単独、黒鉛とセラミ
ックスとの積層複合体又は黒鉛と炭素繊維との複合基体
のいずれかを用いることができ、黒鉛基体は黒鉛の理論
密度に対し重量で７５〜８５％の密度を有し、３点曲げ
強度が４００ＭＰａ以上で、不純物として金属量が５０
ppm以下のものを用いること、更に、黒鉛基体はそれを
回転する回転軸がその相対スベリ防止構造を有すること
が好ましい。

【００１３】本発明は、真空管内に電子線を照射する陰
極と、該陰極に対向して配設された回転陽極となるＸ線
管用ターゲットとを具備し、該ターゲットは黒鉛基体上
の電子線が照射される面にＸ線発生金属層を有するＸ線
管球として、前記真空管は前記回転陽極を有する部分が
金属製及び他の部分をガラス製とし、両者一体に接合し
て、陽極と陰極とを絶縁し、好ましくは、その内周面に
前記真空管内に放出されるガス物質に対してゲッター作
用を有する金属薄膜を設け、前記金属層は前述のように
厚さを６００μｍ以上とするものである。

【００１４】本発明は、真空管内面の金属製の部分の内
面に真空管内に放出されるガス物質をゲッター作用を有
する金属薄膜が設けることが好ましい。

【００１５】金属薄膜としては、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ等の
酸素との親和性の高い金属がメッキ，蒸着等により設け
られ、そのメッキ膜として黒色となるように処理し、熱
輻射を高め冷却効率を高めるものが良い。特にＣｒの黒
化処理が好ましい。

【００１６】真空管の金属部分は銅，オーステナイトス
テンレス鋼，アルミニウム等の非磁性材からなる。この
真空管外囲器の少なくとも陰極対向面が導電性でハウベ
に接地され、電荷を除くようにする。

【００１７】本発明のＸ線管球は、真空管内に電子線を
照射する陰極と、該陰極に対向して配設された回転陽極
となるＸ線管用ターゲットとを具備し、該ターゲットは
黒鉛基体上の電子線が照射される面に前述の金属層と厚
さ６００μｍ以上のＸ線発生金属層及び回転機構を有
し、該回転機構が前記ターゲットを回転させる回転軸と
該回転軸に固定された円筒状ロータ、該ロータと前記回
転軸との間に配設された固定軸及び両軸間に配設された
軸受からなり、該軸受は前記回転軸に設けられた円周溝
に接して配設されたボールを介して接して配設されてお
り、前記真空管は前記回転陽極を有する部分が金属製及
び他の部分をガラス製とし、両者一体に接合して、陽極
と陰極とを互いに絶縁し、好ましくはその内周面に前記
真空管内に放出されるガス物質に対してゲッター作用を
有する金属薄膜が設けられているものである。

【００１８】本発明は、Ｘ線放射窓を有する金属製容器
内にＸ線管球及び該Ｘ線管球の周囲の空間を満たす冷却
媒体を有し、前記Ｘ線管球は真空管内に電子線を照射す
る陰極と、該陰極に対向して配設された回転陽極となる
Ｘ線管用ターゲットとを具備し、該ターゲットは黒鉛基
体上の電子線が照射される面に前述のＸ線発生金属層及
び回転軸構造を有し、前記ターゲットはその熱容量が１
ＭＨＵ以上で10,000rpm 以上で回転させる駆動機構を有
し、前記真空管は前述と同様であり、０から10,000rpm
までの到達時間が１秒以下で回転させる駆動機構を有す
ることを特徴とするＸ線管装置である。

【００１９】本発明は、Ｘ線管装置を被照射体の全周に
わたって高速スキャン可能に配設されたガントリーと、
前記被照射体を載置する寝台と、前記Ｘ線管装置に高電
圧を与える高電圧発生装置と、前記Ｘ線管装置より照射
され前記被照射体より出たＸ線を検出し該検出した信号
を記憶するメモリシステムと、該メモリより出力された
信号を画像にするモニタとを備えたＸ線ＣＴ装置におい
て、前記Ｘ線管装置よりＸ線を１秒以内で発生させるＸ
線発生機構を有し、かつ前記被照射体全周を１秒以内で
高速スキャンさせる回転部制御装置を有し、前記Ｘ線管
装置は前述のＸ線管装置からなることを特徴とするＸ線
ＣＴ装置にある。本発明のＸ線ＣＴ装置は前述記載の各
構成を適宜組合わせからなることを特徴とする。

【００２０】

【００２１】

【作用】本発明のＸ線管球は、Ｘ線管用ターゲット，外
囲器、さらには軸受の構成を十分考慮して総合的にそれ
ぞれの特性を生かすことができる新規のＸ線管であり、
それを搭載したＸ線診断装置で効果が発揮できるもので
ある。

【００２２】（イ）Ｘ線管用ターゲット 本発明のＸ線ターゲットは、基体が等方性黒鉛が好まし
い。黒鉛基体は、金属に比べて熱容量が大きい上に熱の
輻射率もよい。しかも軽量である。基体はまた、高回転
強度材として黒鉛とセラミックス，黒鉛と炭素繊維等の
複合体から構成することができる。材質的には高速回転
（〜10,000rpm)に耐えうるため回転強度（安全率２以
上）が得られるかさ密度が１.７５ｇ／cm³（理論密度に
対し７５〜８５％）以上の等方性黒鉛が好ましい。この
ような密度とすることにより適当な空隙が存在し、被覆
金属層のデポジットにおいて基体内へのくい込みが得ら
れ、強固な結合が得られる。また、Ｘ線管球製造の排気
工程を短縮するため、不純物（例えばＦｅ，Ｓｉ，Ａ
ｌ，灰分等）含有量が５０ppm 以下、好ましくは２０pp
m 以下、より１０ppm 以下の高純度材が好ましい。不純
物を５００〜１０００ppm 含有するノーマルグレード材
は、加熱排気で不純物の触媒作用でガス放出量が多く、
寿命が低下するとともに、排気に長時間を要する。ま
た、黒鉛基体として３点曲げ強度として４００ＭＰａ以
上とする。基体として、黒鉛の他黒鉛とセラミックス
（ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，サイアロン等）との積層体、炭素
繊維を分散した複合材を用いることができる。

【００２３】一方、黒鉛基体の少なくとも陰極からの電
子線を受けてＸ線を発生するためのタングステンまたは
タングステン−レニウム合金層の厚さは、耐負荷性の点
で０.３ 〜１mmの厚さとすることが好ましい。被覆層の
全厚さは黒鉛と金属層との界面での温度に関係し、薄い
と高温になり易く、そのためＷとの炭化物が形成され易
く、熱歪によって割れが発生するので、出来るだけ高温
にならないように電子線の照射を受ける部分での周速と
金属被覆層の厚さとを考慮して界面の温度を炭化物の形
成が少ない１５００℃以下になるようにすることが好ま
しい。そのため特に回転数として７０００rpm〜１万rpm
が好ましく、１〜５ＭＨＵにおいて好ましくは8000〜1
0,000rpm 、ターゲットの直径は１００〜２００mmが好
ましく、０.３ＭＨＵ で１００mmから５ＭＨＵで２００
mmと大きくするとよい。

【００２４】従って、Ｘ線ターゲットの形状は要求され
る熱容量で黒鉛基体を設計すればよいが、例えば熱容量
２ＭＨＵ（ＨＵ：Heat Unit，１ＨＵ＝０.７２ジュール
に相当）のＸ線ターゲットであれば黒鉛基板の厚さに対
するタングステンまたはタングステン−レニウム合金層
の厚さは１０分の１以下で耐負荷性能を満足できる。タ
ングステンまたはタングステン−レニウム合金層は、ろ
う付け，溶射，化学気相蒸着，めっき等の方法で黒鉛基
体上に設けることができるが、化学気相蒸着法が好適で
ある。また、タングステンやタングステン合金層と黒鉛
基板の中間層にレニウムを設けることは界面の耐熱性等
の信頼性を確保するために最適であり、これもまた、化
学気相蒸着法で作製できる。なお、Ｘ線ターゲットの電
子線の照射表面は２０００℃以上の高温になるため熱応
力によって金属表面にクラックが発生する。断面方向に
クラックが進展すると電子線のもぐり込みでＸ線量の低
下をまねくとともに表面が粗れることから、例えばタン
グステンとタングステン合金を複層構造にして耐クラッ
ク性の向上を図ることは有効である。ここで、電子線の
照射を受けるＸ線ターゲットの最表面は耐負荷性のよい
タングステン−レニウム合金が適している。

【００２５】ＣＶＤ法によって形成する場合、レニウム
層は５〜２０μｍ、タングステン層は５００〜８００μ
ｍ、タングステンーレニウム層は５０〜３００μｍが好
ましい。特に、全厚さを６００〜１０００μｍとするこ
とが好ましい。タングステン層は柱状晶及びタングステ
ンーレニウム層を粒状晶とするのがよい。

【００２６】また、Ｒｅ層とＷ層とするものでは、Ｒｅ
層は前述と同様とし、Ｗ層を粒状とするとともに厚さを
５００〜１０００μｍ、好ましくは６００〜８００μｍ
とする。Ｗ層を粒状にするにはＣＶＤ法においてハロゲ
ン化物の供給速度をコントロールすることにより得るこ
とができる。

【００２７】金属中間層の総厚さのうち、黒鉛基体の表
面を覆っている部分の厚さは、３μｍ以上、通常は５〜
１０μｍもあれば十分である。金属中間層は、黒鉛基体
上に脆い炭化物層を生成させないためのバリヤとして作
用する。金属中間層の厚さが薄い場合には、層の内部を
黒鉛が拡散してＸ線発生金属層と反応し、炭化物が金属
中間層とＸ線発生金属層との界面に生成する。この場合
の炭化物の存在は、Ｘ線発生金属層と金属中間層との接
着性を損う厚さに成長しないようにする。

【００２８】Ｘ線発生金属層から黒鉛基体への熱伝導性
をより良くするために、Ｘ線発生金属層を柱状晶組織と
することが望ましい。このような柱状晶組織は、化学気
相めっきの手法を用いて被覆することによって容易に得
られる。このように柱状晶組織とした場合には、電子線
の衝突によって微細な割れが発生しやすく、この割れが
進展してＸ線減量につながるおそれがある。このことか
ら、Ｘ線発生金属層を二層にし、電子線が当たる最表面
層を微細組織とし、その下部を柱状晶組織とすることが
望ましい。最表面層の微細組織は、その下部の柱状晶よ
りも微細とする。

【００２９】合金は電子線を入射したときより高い温度
に耐えることができる。このことから、最表面層を合金
で形成し、その下部の柱状晶を純金属で形成することが
望ましい。粒径１０μｍ以下の粒状のタングステン，レ
ニウム合金よりなる最表面層とその下部の直径１００μ
ｍ以下、特にＷ−Ｒｅ面側で１０〜５０μｍの直径の柱
状晶の純タングステン柱状晶とからなる二層構造のＸ線
発生金属被覆層にすることは、高熱容量且つ高熱伝導性
のＸ線ターゲットを実現するためにきわめて望ましい。
この場合のタングステン・レニウム合金の成分組成は、
レニウムが１〜１０重量％、特に、３〜７％が好まし
く、残りタングステンとすることが望ましい。

【００３０】金属中間層は、黒鉛基体の表面近傍の空孔
内に浸透させるのが好ましく、このため常圧又は常圧近
辺の圧力下で化学気相めっき（ＣＶＤ）して形成するこ
とが必要である。

【００３１】金属中間層を化学気相めっきによって形成
する場合には、黒鉛基体を加熱しておくことが望まし
く、この加熱温度と常圧とによって黒鉛基体内の空隙、
空孔内にデポジットされ最大浸透深さを１０μｍ以上に
できる。黒鉛基体の好適な加熱温度は２００〜４００℃
で浸透深さを５０μｍ以上とできる。加熱温度が低いと
熱分解が進みにくく、黒鉛基体の内部にまで十分に金属
中間層を生成浸透させることができない。加熱温度が高
すぎると、黒鉛基体の表面上でのみ熱分解が進行し、黒
鉛基体の表面上に金属中間層が析出して内部に浸透しな
い。

【００３２】中間層としてＲｅ層は２５０〜３５０℃で
行うのが好ましい。これによりＲｅの浸透深さを１００
μｍ以上にできる。

【００３３】Ｘ線発生金属層を二層構造とし、微細な組
織の最表面層とその下部の柱状晶層を単一の工程で形成
する場合には、化学気相めっきを採用し、最表面層形成
時に被覆層形成用ガスの組成，圧力，温度，還元性ガス
などをコントロールすることにより実現可能である。

【００３４】タングステン層は５５０〜６５０℃、Ｗ−
Ｒｅ合金層は４００〜５５０℃で、前述のＲｅ層の形成
と同じく７００〜７６０TorrでＣＶＤ法による形成が好
ましい。これらのＣＶＤ法による膜形成後、真空中で焼
鈍し、ダイヤモンド砥石等により機械的に研磨した後、
回転によるバランスをとった。

【００３５】Ｘ線ターゲットの黒鉛基体は、焼結によっ
て作ることができる。焼結によって作られた黒鉛基体
は、そのままで多くの空孔を有しており、本発明のＸ線
ターゲットにおける黒鉛基体の要件すなわち多孔質黒鉛
基体であるという要件を具備する。

【００３６】黒鉛基体の表面近傍の空孔を更に多くした
い場合には、大気中で加熱したのち熱湯中に浸漬して表
面を粗らしてもよいし、或いは薬品中に浸漬して人工的
に空孔を作ってもよい。

【００３７】黒鉛基体の高純度化は１８００℃以上の高
温の塩素雰囲気中で加熱することにより基体内の金属分
を除去することができる。

【００３８】（ロ）外囲器 本発明の外囲器は陽極を有する部分を金属とし、他をガ
ラスとして陽極と陰極とを互いに絶縁することが好まし
く、外囲器の少なくとも陰極対向面が導電性を有し、Ｘ
線放射窓を有するハウベに接地する。さらには前記陰極
対向面は実質的に銅，ステンレス鋼またはアルミニウム
のいずれかの非磁性合金であって、内面にはクロム，ジ
ルコニウム，チタンの易酸化性の被覆層を設ける。

【００３９】Ｘ線ターゲットに黒鉛基体のターゲットを
用いる場合、外囲器がガラス製ではＸ線管球の脱ガスの
ための加熱排気工程で黒鉛基体からの輻射熱が多くガラ
スの温度上昇さらにはガス放出が増加する。さらに金属
製ターゲットに比べて一酸化炭素やハイドロカーボン等
のガス放出が多いため陰極に対向した外囲器内面に例え
ば熱分解炭素等の導電性の物質が付着する。この面には
電荷がチャージされる結果、放電の原因となるためさけ
ねばならない。

【００４０】従って、外囲器の陰極対向面があらかじめ
導電性で、ハウベに接地されていれば電荷のチャージが
ないため放電を防止できる。さらに、外囲器内面にクロ
ム，ジルコニウム，チタン等の易酸化性の被覆層特に、
輻射熱を逃がすために黒色等の黒系の色のものを設ける
ことにより冷却効率を高め、更にそれを設けることでガ
ス吸着能を付与できるため排気工程を短縮することがで
きる。陰極から放出される電子線の照射を受けるＸ線タ
ーゲットが金属製外囲器で囲まれていればガラス外囲器
に比べて熱の伝導が大きくできることは言うまでもな
い。なお、金属外囲器内面への被覆層はめっき，蒸着，
スパッタリング等の方法で被覆でき、幾何学的表面積の
数倍以上の凹凸表面になっているためガス吸着能がより
向上する。特に、Ｃｒメッキは黒色メッキとして酸化物
によって形成されるが、高温高真空での排気処理によっ
て金属Ｃｒとなり、これが排気時間の短縮につながって
いる。

【００４１】金属外囲器は高真空化でき、ターゲット部
分が金属でアースされるとともに内面をゲッター作用を
有する金属で被覆されているので、５万枚以上、好まし
くは１０万枚以上を撮影できる大きなメリットがあり、
長寿命化ができる。より好ましくは２０万枚以上の撮影
が可能になる。

【００４２】前述のように、外囲器として金属容器とガ
ラス容器との接合構造とするもので、コバール等のガラ
スの熱膨脹率に合う金属を介して一体に接合し、真空容
器を形成する。金属容器には予めゲッターとなる金属薄
膜が形成される。

【００４３】（ハ）軸受 本発明の軸受は、Ｘ線ターゲットを固定して支持する回
転軸両端に内輪溝を設け、玉軸受を用いたころがり軸受
の内輪をなくし回転軸に設けて一体化した。軸受のボー
ルと接する軸方向に対し熱膨脹による変化を調整するた
め外径が大きくなるようにテーパが設けられる。一体化
により内輪と回転軸のはめ合いが無くなる、回転軸が太
くできる等から回転精度が向上できる。さらに、潤滑剤
には軟質金属の錫，鉛等で潤滑できる。潤滑剤としては
金，銀等も考えられるが高価であること及び温度に対す
る摩擦力の変化が大きい。厚さ０.０２ 〜１μｍの潤滑
剤は金属又はセラミックスボール表面に蒸着，イオンプ
レーテング等によって形成される。好ましくは０.１〜
０.３μｍである。

【００４４】回転軸，外輪となる軸受及び玉はともに剛
性の高いもので構成することが高精度の回転が得られる
ことからロックウェル硬さＨ_RＣ で６０以上の高速度鋼
を用いることが好ましい。合金組成として、Ｃ０.７〜
０.９％，Ｓｉ，Ｍｏ０.５％以下、Ｃｒ３〜５％，Ｗ１
５〜２０％，Ｖ１〜２％，Ｃｏ５〜２０％，残Ｆｅの焼
入焼戻し材が好ましい。

【００４５】（ニ）Ｘ線管装置 本発明におけるＸ線管装置は強度が高く軽量の黒鉛基体
を用い、電子線の照射によって炭化物の形成が生じにく
い所望の厚さの金属層を有し、回転精度の高い軸受構造
とすることにより、１ＭＨＵ以上の大容量において０か
ら10,000rpm までの到達時間を１秒以内、好ましくは
０.８ 秒以内に出来、また、診断に際してその間中10,0
00rpm 回転以上を連続して行うことができる。特に、タ
ーゲット容量として２，３又は４ＭＨＵにおいては前述
のようにターゲットの重量が各々約１,０００ｇ，１,５
００ｇ 及び２,０００ｇ以下と大きくなるが、金属ター
ゲットにくらべ約１／３の重さとなり、前述の如く１秒
以内のクイックスタートが出来、タイミングのよい短時
間の診断ができるとともに、高画質，低騒音（約５０〜
６０ｄＢ）となり、多頻度使用に適している。新しい診
断として被照射体に造影剤を投与した後に陽極の回転を
スタートさせ、１秒以内で撮影を行うことができる。

【００４６】

【実施例】（実施例１）図１及び図２は、本発明のＸ線
管及び回転陽極の一例である。Ｘ線放射窓１２を有する
密閉容器(ハウベ)１０内にＸ線管球１００とＸ線管球１
００の周囲の空間を満たす絶縁油からなる冷却媒体１５
とを有し、冷却器によって冷却媒体を循環して冷却され
る。またＸ線管球１００内に電子線１３１を放出する陰
極１３０と回転陽極１２０を具備し、回転陽極１２０が
電子線１３１の照射を受けてＸ線１６を放射するＸ線タ
ーゲット１２１とＸ線ターゲット１２１を固定して支持
する回転軸１２２と回転軸１２２の周囲に位置して回転
軸１２２を支える固定軸１２４及び両軸間に位置する軸
受１２６を有する。Ｘ線１６はＸ線管球１００のＢｅ金
属よりなる窓を経てＸ線放射窓１２より出る。Ｘ線ター
ゲット１２１は黒鉛基体１と電子線１３１の照射面をＸ
線１６を発生するためのＸ線発生金属被覆層２とし、等
方性黒鉛基体１の厚さ４０mm（直径１３０mm）に対して
Ｘ線発生金属被覆層２の厚さを０.８mm とした。Ｘ線管
球１００の外囲器は陰極１３０とＸ線ターゲット１２１
の円周を囲むように深絞り塑性加工のSUS316ステンレス
鋼の金属製外囲器１０１とその上側外囲器１０２と下側
外囲器１０３をガラス製とした。金属製外囲器１０１の
内面には厚さ２〜３μｍの黒色のクロムめっき被覆層１
０４を設けた。さらに軸受はボール１２５と外輪１２６
であり、ボール１２５には厚さ０.１〜０.３μｍの鉛イ
オンプレーテング潤滑膜を設けた。Ｘ線ターゲット１２
１の回転は、Ｘ線管球１００の回転陽極１２０に対向し
て設けたステータ１３２によって回転稼働力が与えられ
る。Ｘ線管球１００の真空排気は、ハウベ１０に組込む
前段階で、１０^-8Torr以下でのベーキング，高周波加
熱、さらには実負荷相当の入力を与えるこれらの操作を
くり返し行い、真空度が１０^-8Torrレベルの安定した状
態が得られた時点で真空封止部１１１を封じて真空管と
した。このＸ線管は、Ｘ線ターゲット１２１が黒鉛基体
であるため、金属製ターゲットに比べて重量が約３分の
１と軽く、排気時間は金属製ターゲットと同等であっ
た。金属製外囲器１０１とガラス製外囲器１０２とはコ
バール１３３によって接続した。金属製外囲器の内周面
全面にＣｒメッキを施した。

【００４７】ＣｒメッキはＣｒＯ₃ ，氷酢酸及び純水か
らなる水溶液中にて電解によって得たもので黒色であっ
た。メッキ形成後、真空中６００℃で熱処理し、ガス抜
きを行った。このＣｒメッキ膜は使用中に管内に発生す
るガスを吸収するゲッター作用を有し、真空排気処理時
間を短縮することができた。

【００４８】回転軸１２２，ボール１２５及び軸受１２
６を各々Ｈ_RＣ６５ のＳＫＨ４材を使い、ストッパ１２
７にSUS403材を用いた。尚、ストッパ１２７は分割する
ことによって温度上昇による膨脹を緩和させることがで
きる。

【００４９】ロータ１２３は銅合金製、ターゲット１２
１を固定する軸１１２はＭｏ合金製の一体構造材とし
た。これはターゲット固定軸１１２のＭｏ合金をロータ
１２３の銅合金で鋳ぐるんでから加工することが好まし
い。

【００５０】等方性黒鉛基体にＸ線発生金属被覆層を設
けたＸ線ターゲットは軽量であるが、金属製ターゲット
に比べて排気に若干時間を要する。そこで、直径１２５
mm，厚さ２０mm（熱容量850KHU級）の金属製ターゲット
と黒鉛基体ターゲットをガラス製外囲器に組込んでベー
キング，高周波加熱および１次，２次及び３次の負荷排
気のくり返しを行った。

【００５１】図３は比較のガラス製外囲器及び図４は本
発明の外囲器からなるＸ線管の排気時間と真空度との関
係を示す線図である。尚、各負荷前には前述のように高
温高真空でのベーキングとそれより高温での高周波加熱
を行った。図に示すように５×１０^-8Torrの安定した真
空度を得るのに要した排気時間は、金属製ターゲットで
金属外囲器からなるＸ線管球では黒鉛ターゲットで、全
ガラス外囲気器に比較しその７５％の排気を要したのに
対して、Ｘ線発生金属を被覆した黒鉛基体ターゲットで
ガラス外囲器のＸ線管球では３次負荷でも十分真空度が
上らず、長時間要した。しかし、外囲器として図１のよ
うに中央をクロムめっきをほどこしたステンレス鋼製と
し、上下をガラス製としたＸ線管球では、前記と同様の
排気試験を行った結果、Ｘ線発生金属を被覆した黒鉛基
体ターゲットの排気時間は２次負荷でほぼ所望の真空度
となり、更に３次負荷でほぼ完全な真空度となり、金属
製ターゲットと同等であり、黒鉛基体の欠点を金属製外
囲器の採用で改善できた。Ｘ線発生金属被覆層はまず黒
鉛基体上に約５μｍの厚さのレニウム中間層を設け、つ
いでタングステンを２００μｍ，タングステン−５重量
％レニウム合金を１００μｍ程度順次いずれも化学気相
蒸着（ＣＶＤ）法で被覆したものであり、Ｗ−Ｒｅ層は
砥石によって研摩した後の厚さである。ＣＶＤでの圧力
は常圧から若干それより低い圧力の７００Torr下で行っ
た。

【００５２】等方性黒鉛基体にはかさ比重１.７７ｇ／c
m³、曲げ強度400MPa以上のものを用い、約２０００℃の
ハロゲンガス雰囲気下で加熱し、黒鉛中のＦｅ，Ｃｕ等
の金属成分を除去する処理を行った後、真空中で脱ガス
処理を施した。Ｒｅ層は黒鉛基体の空隙内部にもよくデ
ポジットされ、強固に成膜された。本実施例におけるＸ
線ターゲット１２１の重量は４００ｇ程度である。

【００５３】尚、タングステン層は柱状晶で、Ｗ−Ｒｅ
層は粒状晶にした。本実施例における金属層の全厚さは
３０５μｍであるが、後述のようにより厚くすることに
より熱容量の大きいものとすることができる。

【００５４】金属製外囲器１０１はアース（図示なし）
されている。

【００５５】本実施例における軸受は回転軸１２２の両
端に所定の間隔でボール１２５が保持されるように全周
にわたり半円形溝を設けた。軸受外輪１２６は図２に示
すようにボールと接する部分が熱膨脹による広がりを吸
収し互いに密着してギャップとならないようテーパ状に
形成したものである。これにより回転精度が向上し、更
に回転軸自身を太径にできることから９０００rpm 以上
の高速回転するとともに、０〜10,000rpm までの到達時
間を０.８秒 とすることができた。また、軸受のすきま
を小さくできることからうなり音を小さくできた。冷却
媒体１５には絶縁油が用いられ、外部に設けられた冷却
器により絶縁油を循環することにより行われる。その最
大冷却率は195KHU／分である。

【００５６】上述のＸ線発生金属被覆層を設けたＸ線タ
ーゲットで外囲器がガラス製の従来のＸ線管球と外囲器
の中央がステンレス鋼製の本発明のＸ線管球をSUS316製
ハウベ１０に組込み、Ｘ線管としての寿命試験を実施し
た。金属同志はろう付，金属とガラスとはガラスの溶融
によって接合した。負荷条件は１２０ｋＶ，４００ｍＡ
で４.５秒 スキャン（１３４パルス／秒）の標準的なも
のである。その結果、図５のように本発明のＸ線管は１
００ｋスキャン（スキャン数は断層撮影枚数に相当す
る）後も健全であった。比較したガラス製外囲器のＸ線
管は５０ｋスキャン以後で急激に放電が多発し、耐電圧
不良となった。

【００５７】（実施例２）実施例１と同じ黒鉛基体を用
い同様の製法によって得た研摩後の厚さ約７５０μｍの
金属層を有し、Ｃｒメッキを有する金属製外囲器よりな
るＸ線管球を医療用レントゲン装置に採用した熱容量35
0KHU級でターゲットでは、従来の金属製ターゲットのＸ
線管が０から10,000rpm の使用回転数に上げる時間が
１.２秒 を要したのに対し、本発明のＸ線管では０.８
秒 以下のクイックスタートが可能であった。さらに２
００ｋスキャン後も健全であり、長寿命Ｘ線管であっ
た。

【００５８】また、スポット撮影による画質の向上や多
頻度使用(スループット性能が高い)に適したＸ線診断装
置が得られる。

【００５９】尚、金属層はＲｅ層１０μｍ，柱状晶Ｗ層
６００μｍ，粒状晶Ｗ−Ｒｅ層140μｍからなる。本実
施例でのターゲットの重量は約２５０ｇと軽量にでき
た。

【００６０】（実施例３）実施例１と同様に黒鉛基体に
実施例１と同様の方法によりＲｅ層１５μｍ及び研摩後
の厚さで粒状晶のＷ層を８００μｍとし、同様にＣｒメ
ッキ黒化層を施した金属外囲器よりなるＸ線管球を得
た。本実施例における５×１０^-8Torrまでの真空排気時
間は実施例１と同等であり、０から10,000rpm までの回
転到達時間が０.８秒というクイックスタートが可能で
あった。尚、回転陽極容量は１.５MHUで、直径１５０m
m，最大厚さを４０mmとした図２に示すタイプの形状と
したものである。

【００６１】（実施例４）図６は実施例１と同様の黒鉛
基体１にＸ線発生金属被覆層２を設けた本発明にかかわ
るＸ線ターゲットの一例である。本実施例のＸ線管装置
は実施例１と同じである。黒鉛基体１の外周が２段構造
であり、上段の直径が１３０mm，下段の直径が１４５m
m，厚さは４０mmである。Ｘ線発生金属被覆層２の厚さ
はＲｅ層１０μｍ，Ｗ層６５０μｍ，Ｗ−５ｗｔ％Ｒｅ
層１４０μｍ，全厚さ０.８mm である。本被覆層はダイ
ヤモンド砥石によって冷却しながら研摩した後の厚さで
ある。このＸ線ターゲットは蓄積熱容量が３ＭＨＵ級の
大容量であり、Ｘ線ターゲットの側面が管壁面に近づけ
た構造としたことにより冷却率が大きい特長をもってい
る。上段の直径が下段の直径に比べて小さいことは外囲
器との距離を大きくして電界の集中を防ぎ、下段の直径
を大きくして表面積を広くして冷却特性を改善した。こ
こで、下段の肩部までＸ線発生金属被覆層２を設けたこ
とは黒鉛基体が陰極から放出される電子線や散乱電子の
照射をさける（温度上昇によるガス放出がＸ線管の寿命
を左右する）ためである。さらに、黒鉛基体１の表面に
凹部を設け、ツメ付きワッシャー３を介して回転軸に固
定することは０から10,000rpm までを１秒以内で到達で
きるクイックスタートが可能になり、診断の信頼性を高
めることができた。

【００６２】尚、本実施例で得られたＸ線ターゲットの
重量は約１.２kg と非常に軽量にできた。

【００６３】図７は、本実施例のＸ線ターゲットを用い
た全身用Ｘ線コンピュータ断層装置の全体システム図で
ある。本装置は、Ｘ線管を被照射体の全周にわたって高
速回転させるスキャナ本体，寝台，コンソール，画像表
示，高電圧発生装置，Ｘ線制御装置からなる。

【００６４】ＩＰとメモリシステムは合わせて高速プロ
セッサシステムを構成させ、メモリシステムは３２Ｍバ
イト以上の大容量であり、リアルタイムのシネ表示を可
能にした。高速ディスクシステムは複数台の磁気ディス
クを並列に制御し、高速動作を可能にした。短いスキャ
ン時間でも十分に線量を得るため高周波インバータ方式
によるＧＴＯサイリスタを用いて高速スイッチングを行
い、全周を１秒以内でのスキャンに必要な３ＭＨＵの大
容量が得られる。空間分解能は０.５mmφ 以下の高い分
解能が可能である。

【００６５】検出器は３６０°リング状に９００チャン
ネル以上構成したもので、シンチレータとフォトダイオ
ードが実装されている。

【００６６】図に示すように、リング状になったレール
とこれにバネで押し付けられたブラシとの接触によって
高圧の電力及び低圧の信号を伝送する高圧と低圧のスリ
ップリングを用いることにより最短の１秒以内の連続高
速スキャンが可能になった。その結果、スライス幅１mm
以下でのシーケンススキャン及びヘリカルスキャンが可
能になった。

【００６７】造影剤を静脈から注入してその短時間の急
激な濃度変化を１秒以内の瞬間で見ることにより小さな
病変や、腫瘍を見つけること、血管内の造影剤の流れを
精密に知ることができる。また、頭がい内疾患において
細い静脈などを明りょうに抽出でき、異常循環動態の把
握ができる。このような診断に際し、造影剤の投与後に
その都度陽極の回転をスタートさせるので、安心して撮
影ができる。

【００６８】連続スキャン中に被写体をゆっくり移動す
るヘリカルスキャンにより、胸部疾患において呼吸によ
るろっ骨と肺の相対的な動きを目視し胸膜癒着を診断で
きること、眼球や間接などの動く部分の診断ができる。

【００６９】すい臓は呼吸によって位置が変ってしまう
が、１回の呼吸の間にスキャンすれば造影効果の高いタ
イミングで撮影できることからすい臓がんの発見能を向
上できる。小さな臓器に対して位置ずれのない正確な検
査ができる。このように、短時間に広い範囲をスキャン
するために高速で天板を移動するもので、２０秒間に最
大１０スライスのスキャンができる。

【００７０】主な仕様は次の通りである。

【００７１】 スキャン時間 ０.２〜２０秒 スキャンサイクル ２.５秒以下 撮影領域 １５０〜６００mmφ スライス幅 ０.５〜１０mm ガントリー開口径とチルト角 ７２０mm；±２５° 天板幅 ４７０mm Ｘ線管電圧 １２０ｋＶ Ｘ線管電流 ５０〜５００ｍＡ Ｘ線管容量 ３０００ＫＨＵ

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ線管熱容量１.０Ｍ
ＨＵ 以上の大容量化において１０万スキャン以上の長
寿命化が達成された。また、１秒以内のクイックスター
トが可能となり、Ｘ線断層撮影装置等の診断装置の性能
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線管装置の断面図。

【図２】Ｘ線管装置のターゲットと回転機構を示す断面
図。

【図３】全ガラス製外囲器からなるＸ線管球の真空度と
排気時間との関係を示す線図。

【図４】金属とガラス製外囲器からなるＸ線管球の真空
度と排気時間との関係を示す線図。

【図５】本発明のＸ線管のスキャン数と放電頻度の関係
を示す特性図。

【図６】本発明の他の実施例のＸ線管用ターゲットの断
面図。

【図７】Ｘ線ＣＴ装置の全体システム構成図。

【符号の説明】

１…黒鉛基体、２…Ｘ線発生金属層、３…ワッシャー、
１０…Ｘ線管、１２…Ｘ線放射窓、１５…冷却媒体、１
６…Ｘ線、１００…Ｘ線管球、１０１…SUS316金属製外
囲器、１０２，１０３…ガラス製外囲器、１０４…被覆
層、１１１…真空封止部、１１２…ターゲット固定軸、
１２０…回転陽極、１２１…Ｘ線ターゲット、１２２…
回転軸、１２４…固定軸、１２５…ボール、１２６…外
輪、132…ステータ、１３０…陰極、１３１…電子線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近崎 充夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 児島 慶享 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 木津谷 稔 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株式会社 日立メディコ内 (72)発明者 土肥 元達 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株式会社 日立メディコ内 (72)発明者 広瀬 一弘 茨城県勝田市堀口832番地の２ 株式会 社 日立製作所 素形材事業部内 (72)発明者 松本 敏夫 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株式会社 日立メディコ内 (56)参考文献 特開 平４−363843（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26317（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−297241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−61252（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−76864（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−110754（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−80493（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 35/10 H01J 35/20

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線を発生し、該Ｘ線を被照射体に照射す
   るＸ線管装置と、前記被照射体を載置する寝台と、前記
   Ｘ線管装置に高電圧を与える高電圧発生装置と、前記Ｘ
   線管装置より照射され前記被照射体より出たＸ線を検出
   し該検出した信号を記憶するメモリシステムと、前記信
   号に基づいて又は前記メモリより出力された信号に基づ
   いて画像を形成するモニタとを備えたＸ線診断装置にお
   いて、前記Ｘ線管装置はＸ線放射窓を有する金属製容器
   内にＸ線管球及び該Ｘ線管球の周囲の空間を満たす冷却
   媒体を有し、前記Ｘ線管球は真空管内に電子線を照射す
   る陰極と該陰極に対向して配設され高速回転する回転陽
   極となるＸ線管用ターゲットとを具備し、該ターゲット
   は黒鉛基体上の電子線が照射される面に前記基体側より
   レニウム層及びタングステン層又は、該タングステン層
   の上にタングステンーレニウム合金層が順次積層され、
   これら金属層の全体の厚さが６００μｍ以上であるＸ線
   発生金属層及び回転機構を有し、前記真空管は前記回転
   陽極が存在する対応部分が金属製及び該金属製以外の部
   分がガラス製であり、前記Ｘ線管装置を１秒以内で前記
   被照射体全周を高速スキャンさせる回転部制御装置を有
   することを特徴とするＸ線診断装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記金属層は前記基体
   側より厚さ５〜２０μｍのレニウム層及び厚さ４００〜
   １０００μｍの柱状晶からなるタングステン層又は、該
   タングステン層の上に厚さ５０〜３００μｍの粒状晶か
   らなるタングステン−レニウム合金層が順次形成されて
   いることを特徴とするＸ線診断装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記黒鉛基体は
   黒鉛の理論密度に対し７５〜８５重量％の密度を有し、
   ３点曲げ強度４００ＭＰａ以上及び不純物としての金属
   量が５０ppm以下であることを特徴とするＸ線診断装
   置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記黒
   鉛基体は該基体を回転する回転軸挿入口を有し、かつ前
   記基体に該基体と回転軸との相対スベリを防止する防止
   手段を有することを特徴とするＸ線診断装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記回
   転機構が前記ターゲットを回転させる回転軸と、該回転
   軸に固定された円筒状ロータと、該ロータと前記回転軸
   との間に配設された固定軸と、両軸間に配設された軸受
   とを有し、該軸受は前記回転軸に設けられた円周溝に配
   設されたボールを介して配設されていることを特徴とす
   るＸ線診断装置。
6. 【請求項６】Ｘ線放射窓を有する金属製容器内にＸ線管
   球及び該Ｘ線管球の周囲の空間を満たす冷却媒体を有
   し、前記Ｘ線管球は真空管内に電子線を照射する陰極
   と、該陰極に対向して配設された回転陽極となるＸ線管
   用ターゲットとを具備し、該ターゲットは黒鉛基体上の
   電子線が照射される面に前記基体側よりレニウム層及び
   タングステン層又は、該タングステン層の上にタングス
   テンーレニウム合金層が順次積層され、これら金属層の
   全体の厚さが６００μｍ以上であるＸ線発生金属層を有
   し、且つ前記ターゲットは０から10,000rpm までの回転
   到達時間が１秒以内で回転する回転機構を有し、前記真
   空管は前記回転陽極が存在する対応部分が金属製及び該
   金属製以外の部分がガラス製であることを特徴とするＸ
   線管装置。
7. 【請求項７】請求項６において、前記金属層は前記基体
   側より厚さ５〜２０μｍのレニウム層及び厚さ４００〜
   １０００μｍの柱状晶からなるタングステン層又は、該
   タングステン層の上に厚さ５０〜３００μｍの粒状晶か
   らなるタングステン−レニウム合金層が順次形成されて
   いることを特徴とするＸ線管装置。
8. 【請求項８】Ｘ線管装置を被照射体の全周にわたってス
   キャン可能に配設されたガントリーと、前記被照射体を
   載置する寝台と、前記Ｘ線管装置に高電圧を与える高電
   圧発生装置と、前記Ｘ線管装置より照射され前記被照射
   体より出たＸ線を検出し該検出した信号を記憶するメモ
   リシステムと、前記信号に基づいて又は前記メモリより
   出力された信号に基づいて画像を形成するモニタとを備
   えたＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線管装置はＸ線放射
   窓を有する金属製容器内にＸ線管球及び該Ｘ線管球の周
   囲の空間を満たす冷却媒体を有し、前記Ｘ線管球は真空
   管内に電子線を照射する陰極と該陰極に対向して配設さ
   れた回転陽極となるＸ線管用ターゲットとを具備し、該
   ターゲットは黒鉛基体上の電子線が照射される面に前記
   基体側よりレニウム層及びタングステン層又は、該タン
   グステン層の上にタングステンーレニウム合金層が順次
   積層され、これらの金属層の全体の厚さが６００μｍ以
   上であるＸ線発生金属層を有し、前記真空管は前記回転
   陽極が存在する対応部分が金属製及び該金属製以外の部
   分がガラス製であり、前記被照射体全周を１秒以内で高
   速スキャンさせる回転部制御装置を有することを特徴と
   するＸ線ＣＴ装置。