JP3723904B2 - X線管 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はX線管技術に関する。本発明はCTスキャナおよび同等品とともに使用するためのハイパワーX線管に関連した特定の用途を有するので、特にこの用途を参照して説明する。しかしながら、本発明は他の用途も有すると解すべきである。
【0002】
【従来技術】
一般に、ハイパワーX線管は、真空にされたエンベロープまたはハウジングを含み、このエンベロープは、加熱用電流が流れるカソードフィラメントを保持する。この電流は、電子雲が放射されるよう、すなわち熱放射が生じるようフィラメントを充分高温に加熱する。カソードとアノード(これも真空エンベロープ内に設けられている)との間には100〜200kVの大きさの高電圧が印加されている。この電圧は、真空エンベロープ内の真空領域を通してカソードからアノードへ電子を流す。電子ビームは、アノードの小面積すなわち焦点に入射するが、この時の入射エネルギーはX線を発生する程大きく、かなりの熱が副産物として生じる。
【0003】
高エネルギーX線管ではアノードは高速で回転され、熱変形を生じる程度に長時間にわたって電子ビームがアノードの小スポットに滞留しないようになっている。アノードの径はアノードが一回転する間に、電子ビームにより加熱されたアノードの上のスポッとが電子ビームにより再び加熱されるよう元に戻るまで充分に冷却されるよう、充分大きくなっている。アノードの径が大きくなればなるほど外周長さも長くなるので、熱負荷も大きくなる。従来の回転アノード式X線管では、アノードがエンベロープ内で回転している間エンベロープとカソードは静止したままである。アノードからの熱は、真空を介する熱放射によりエンベロープの外部へ放散されるが、この真空を介したアノードからの熱伝達は、限られていると解すべきである。
【0004】
エンベロープ内のカソードフィラメントは静止しているが、アノードおよび真空エンベロープが回転するようなハイパワーX線管はこれまでに提案されており、このような構成では冷却用流体をアノードに通過させアノードとエンベロープの外部とを直接熱接続することができる。例えば、米国特許第5,046,186号、同第4,788,705号、同第4,878,235号および同第2,111,412号を参照されたい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成における課題の一つは、回転エンベロープ内でどのようにカソードを固定(静止)状態に保持するかということである。エンベロープ内でエンベロープと共に回転する構造体によりカソードアセンブリが指示されていると、カソードアセンブリはアノードおよびエンベロープと共に回転する傾向がある。
【0006】
カソードを静止状態に保持するための一つの方法は、磁石を利用することである。回転容器の外部に一つ以上の固定磁石を取り付け、これらをエンベロープ内のカソードに接続された磁石構造体に結合する。このような装置の問題点の一つは、安定性に欠け、自由に振動してしまうことである。一般に、磁石アセンブリは比較的小径であるか、レバーアーム状になっている。このような短いレバーアームの場合は、振動の問題をさらに悪化させてしまう。磁気結合はスプリングに類似しており、カソードにかかる回転力は磁石からカソードを離間させようと働く。磁石はカソード構造体を元に戻そうとするが、一般にカソード構造体は逆方向に磁石を通り過ごし、磁石はカソード構造体を再び戻すが、また通り過ごしの現象が生じる。このようにして、カソードは前後に振動する。エンベロープないにカソードを支持するベアリングまたは他の構造体を通して伝えられる摩擦力は、このような振動を再開または維持するエネルギーを供給する。当然ながら、かかる振動は電子ビーム、すなわちX線を発生するアノード上の焦点を振動させることになる。このようなX線ビームの焦点の振動は、特にCTスキャナおよび他の構成高性能線装置に悪影響を与える。
【0007】
本発明の目的は、上記問題を解消したX線管を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴によれば、X線管は、真空エンベロープと、エンベロープの一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成され、エンベロープに相互接続されたアノードと、エンベロープ内でエンベロープに対して回転自在に支持されており、アノードに衝突してX線を発生する電子ビームを形成する電子を放出するためのカソード手段を含むカソードアセンブリと、エンベロープおよびアノードを回転するための手段と、エンベロープおよびアノードが回転する際にカソードアセンブリを固定状態に保持するための手段とを備えたX線管であって、カソードアセンブリを固定状態に保持するための手段は、カソードアセンブリに取り付けられると共にエンベロープに密に隣接して配置された複数の外側に突出する突起を構成し、磁化性材料から製造された磁気サセプタと、エンベロープの外部の回りで周方向に配置され、エンベロープに密に隣接し、各々がサセプタ突起の一つにほぼ対向するようキーパーに取り付けられた複数の磁石とを備える。
【0009】
本発明の第2の特徴によれば、X線管は、真空エンベロープと、エンベロープの一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成され、エンベロープに相互接続されたアノードと、 エンベロープ内でエンベロープに対して回転自在に支持されており、アノードを照射してX線を発生する電子ビームを形成する電子を放出するためのカソード手段を含むカソードアセンブリと、エンベロープおよびアノードを回転するための手段と、磁気サセプタ手段および磁石手段の一方はカソードアセンブリに取り付けられ、他方はエンベロープの外周にて、かつ互いに磁気連通するようエンベロープに密に隣接するよう取り付けられた磁気サセプタおよび磁石手段を含み、エンベロープとアノードが回転する際にカソードアセンブリを固定状態に保持するための手段と、カソードアセンブリの振動を減衰するための手段とを備える。
【0010】
外部磁石のうちの少なくとも2つは、共振周波数近くで作動する電磁石で構成できるサセプタ突起が電磁石のうちの一つから離れる際、共振周波数は被動周波数に近づくよう変化し、電磁石の強度を増し、サセプタ突起を元に引き寄せる。サセプタ突起が他の電磁石に接近する際は、共振周波数が変化するが、共振周波数から遠くなるので、磁気の引き寄せ力を小さくする。
【0011】
外部磁石の数が増し、磁石が互いに接近するにつれて結合が強くなるが、磁束は磁気サセプタを透過せずに隣接する磁石を直接透過する傾向が強くなる。隣接する外部磁石の間にブロッキング用磁極を設置し、これらの間を直接透過する磁束の流れをブロックしてもよい。
【0012】
この磁気サセプタは、高温時強磁性の合金で形成でき、ホタテ貝状の外面は、強磁性の非磁化材料の突起および溝を構成する。
【0013】
このサセプタは、回転エンベロープと実質的に同じ径を有する。
【0014】
本発明の一つの利点は、振動を最小にできることである。
【0015】
本発明の別の利点は、静止固定構造体とカソードとの間を剛性結合できることである。
【0016】
本発明の別の利点は、より迅速に制振するよう自動調節されることである。
【0017】
次に、添付図面を参照して非制限的な例により本発明に係わる装置の実施例について説明する。
【0018】
【実施例】
図1を参照する。X線管はアノードAと、カソードアセンブリBとを含む。真空エンベロープC内は、カソードカップ12からアノードの環状面16上の焦点14に電子ビームが移動できるよう真空状態にされている。回転手段DはアノードAおよび真空エンベロープCを回転するが、磁気サセプタ手段Eは、カソードアセンブリBを固定(静止)状態に保持する。
【0019】
アノードAは円周エッジに隣接する部分が面取りされ、アノード表面16を構成している。このアノード面には電子ビーム10が衝突し、X線のビーム18を発生するようになっている。アノード全体はタングステンの一体部品を機械加工して形成できるが、これとは別にアノード表面に沿う焦点通路を伝熱性の高いディスクまたはプレートに接続されたタングステンの環状ストリップで形成することもできる。アノードおよびエンベロープは冷却手段に循環されるオイルをベースにした誘電性流体に浸漬することが好ましい。アノードの表面16を低温に維持するため、冷却流体の間にあるアノード部分は伝熱性の高い材料で形成されている。
【0020】
アノードアセンブリAは真空エンベロープCの一端を形成しており、アノードと、このアノードの反対側の、すなわちカソード端部プレート22との間にセラミックのシリンダ20が接続されている。アノードに密に隣接するシリンダ20の少なくとも環状部分はX線を透過できるようウィンドーを形成しており、このウィンドーからX線ビーム18が放出される。シリンダはアノードAと端部プレート22との間に高電圧差を維持するよう、少なくとも一部を誘電体材料から製造することが好ましい。好ましい実施例では、端部プレートはカソードアセンブリBの電圧、すなわちアノードAよりも負の約100〜200kVの電圧にバイアスがかけられている。
【0021】
カソードアセンブリBはカソードハブ30を含み、このハブはベアリング手段32によりカソードプレート22に回転自在に取り付けられている。カソードハブの周辺延長部にカソードカップ12が取り付けられている。このカソードカップ12はフィラメントまたは他の電子源を含む。カソードカップ、詳細にはフィラメントは、フィラメントドライブトランスアセンブリ34に電気的に接続されている。外部トランスの巻線34aはフィラメントの電源に接続されており、フィラメント電源はカソードフィラメントを流れる電流の量を制限し、よって、熱放射を制限するようになっている。固定トランス巻線34bはセラミック製のエンベロープの壁20を直接横断し、これと磁気的に結合するように取り付けられている。外部トランス巻線34bはカソードフィラメントの両端に電気的に接続されている。オプションとして複数のカソードカップまたはフィラメントを設けることもできる。また、異なるタイプの電子ビーム、例えば焦点の広い電子ビームまたは焦点の狭い電子ビームまたはエネルギーの高い電子ビームまたはエネルギーの低い電子ビーム等を発生するよう、別のカソードカップを使用することもできる。また、このような付加的カソードカップは、第1カップが故障または焼損した場合のバックアップとして機能できる。また内部トランス巻線34bとカソードカップとの間に外部から制御できる電子スイッチング回路(図示せず)を設け、トランスからどのカソードカップが電力を受けるかを選択できるようにできる。また、フィラメントに電力を送るのにサセプタ手段Eに隣接する容量カップリングまたは環状トランスのような他の手段を使用することもできる。
【0022】
続けて図1を参照し、更に図2も参照する。磁気サセプタ手段Eはエンベロープの円筒形内面に従ったサセプタ40を含む。サセプタの円筒形状はX線管内の他の構造体を収納するよう、不連続にすることができる。例えばサセプタはフィラメントトランス34を収納するよう取り除いた弧状セグメント42を有する。サセプタは歯すなわち突起44と、谷すなわち溝46を交互に有する。サセプタはディスク部分48のようなレバーアーム手段に取り付けられており、ディスク部分48はエンベロープ20が許容する最大のレバーアーム半径の磁気サセプタの歯の部分を保持している。このサセプタ部分はX線管で生じ得る高温でも、高い磁気感受率を有する材料から製造されている。
【0023】
エンベロープの外側の回りにはキーパーすなわち他のフレーム構造体50が強固に取り付けられている。磁気サセプタの歯の部分の各々に対向して複数の磁石52(好ましくは高強度の永久磁石)が位置している。これら磁石はX線管に関連する作動温度が高くなるために、キュリー温度の高い材料、例えばアルニコ8、ネオジウム−鉄−ホウ素、サマリウム−コバルトまたは他の高温時永久磁石から製造される。図3を参照すると、隣接する磁石は磁気サセプタ40に対向する面が逆極性となるように、キーパー50に磁石52が取り付けられている。これにより、隣接する磁石の間にある磁気サセプタを磁束通路54が貫通する。
【0024】
続けて図3を参照し、次に図4および図5も参照する。サセプタの回りに位置する磁石52の数が多くなればなるほど、カソードアセンブリは強固に所定位置に保持される。しかしながら、磁石が互いに密になるにつれて、最大の力の点56に達する。その後、磁石をより密に配置すればレセプタを通らず磁石の間を直接漏洩磁束58が生じ、力は劇的に低下する。図6に示す別の実施例では、この漏洩磁束は、隣接する磁石52の間にてキーパー50にブロッキング用磁石60を配置することにより防止している。このブロッキング用磁石は最も近い磁石に同じ磁極が向くように4つの極を有するよう配置されている。
【0025】
キーパー上に配置された磁石52の数を最大にすることにより、最大の剛性力が得られる。この目的のため、磁気サセプタの最大円周部は磁気スペースにより分割されており、最大力を発生するようになっている。隣接する磁石は逆極性となるので、キーパー50の回りには偶数の磁石を配置することが好ましい。このため、最小のスペースにより円周部を分割することによって得られる磁石の数は、最も近い偶数の全整数まで近似させることが好ましい。
【0026】
本発明の別の特徴によれば、磁気サセプタの歯の部分44の少なくとも一部は、アルニコ8、ネオジウム−鉄−ホウ素、サマリウム−コバルト、または他の高温時永久磁石62から製造される。各歯にある磁石は最も近くに隣接する固定磁石52の極性と逆極性となるような極を有する。
【0027】
このように磁気接続部分の剛性を最適にしてもまだ振動の問題が生じ得る。剛性スプリングでも振動する。図7を参照する。制振手段は磁気サセプタの全てまたは一部の回りに配置された導電性の非磁化性層64を含む。磁石52に対して磁気サセプタが運動すると、この導電性層64内に渦電流が発生し、この渦電流は磁界を発生し、磁界は最も近くに隣接する磁気に反発する。この磁気の反発はサセプタと磁石がずれる動きを防ぐ力を発生させる。
【0028】
図8を参照する。別の制振手段はカソードアセンブリにトルクを加える手段を含む。この作用はスプリングを一定方向に伸ばすように働く力を加えることに類似する。この回転トルクは種々の態様で加えることができる。例えば、小さなトルクを加えるとこれによりカソードアセンブリは若干移動され、磁気サセプタの歯の部分がわずかに動き、磁石52との最適整合状態からわずかにはずれるような十分な引っ張り力を有するようにベアリング32を製造してもよい。他の制振手段はカソードアセンブリに取り付けられた導電性ディスク66とエンベロープに取り付けられた磁石68から成る。磁石は回転する際に磁石は導電性ディスク66内に渦電流を誘導し、ディスクを磁石とともに回転させるような力、すなわち引っ張り力を生じさせる。この磁石の寸法は、カソードがごくわずかシフトし、エンベロープと共には回転しないような値に選択される。当然ながら、ディスクはハウジングと共に回転してもよいし、カソードプレート22の一部でもよく、磁石はカソードアセンブリに接続し、これと共に固定状態でもよい。このように外部の磁石に対する歯付き磁気サセプタの若干の運動により好ましく振動が吸収される。
【0029】
図9を参照する。ここには能動的制振システムが示されている。この実施例では、一対の電磁石70、72に交流が供給される。これら2つの電磁石は磁気サセプタの歯44の一つから、一方は時計方向に、他方は反時計方向に位置している。これら電磁石はサセプタの磁気感受率がコイルの共振周波数に影響する程度に歯に十分接近している。磁気サセプタがコイルに接近したり離間することにより、それぞれの共振周波数が変わる。コイルに供給されている電流の周波数は、共振点からはずれており、共振点より若干低いことが好ましい。サセプタの歯の突起が電磁石の一方に接近すると、その自己インダクタンスが増加し、コイルを通って流れる電流が減少する。すなわち、歯の一つが磁石に接近すると磁力すなわち引き寄せ力が小さくなる。これと同じように歯の部分が一方の電磁石から離間する際、その自己インダクタンスは小さくなり、コイルを流れる電流量が増加し、歯の部分を元の位置へ戻そうとする力が増加する。このようにして電磁石歯積極的な制振を行う。
【0030】
好ましい実施例を参照して、本発明を説明したが、上記の詳細な説明を読んで理解すれば、変形例および変更例を思いつくことができることは明きかである。本発明は特許請求の範囲またはその均等物の範囲内にあるかかる変形例および変更例を含むものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる回転エンベロープおよびアノード/固定カソードX線管の横断面図である。
【図2】トランスを取り除いた図1の2−2線に沿った部分断面図である。
【図3】図1および図2のサセプタを通る磁束通路を示す。
【図4】磁力と磁気間隔との関係を示すグラフである。
【図5】磁気サセプタおよび磁気アセンブリの第2実施例の2−2線に沿った断面図である。
【図6】磁石を互いに接近して配置できるようにブロッキング用磁石を設けた第3実施例を示す図である。
【図7】制振手段が渦電流による制動を行う第4実施例を示す図である。
【図8】制振手段が誘導引っ張り装置である第5実施例を示す図である。
【図9】能動的制振手段を備えた第6実施例を示す図である。
【符号の説明】
A アノード
B カソードアセンブリ
C エンベロープ
D 回転手段
E サセプタ手段
12 カソードカップ
16 アノード表面
50 キーパー
52 磁石
54 磁束通路
【産業上の利用分野】
本発明はX線管技術に関する。本発明はCTスキャナおよび同等品とともに使用するためのハイパワーX線管に関連した特定の用途を有するので、特にこの用途を参照して説明する。しかしながら、本発明は他の用途も有すると解すべきである。
【0002】
【従来技術】
一般に、ハイパワーX線管は、真空にされたエンベロープまたはハウジングを含み、このエンベロープは、加熱用電流が流れるカソードフィラメントを保持する。この電流は、電子雲が放射されるよう、すなわち熱放射が生じるようフィラメントを充分高温に加熱する。カソードとアノード(これも真空エンベロープ内に設けられている)との間には100〜200kVの大きさの高電圧が印加されている。この電圧は、真空エンベロープ内の真空領域を通してカソードからアノードへ電子を流す。電子ビームは、アノードの小面積すなわち焦点に入射するが、この時の入射エネルギーはX線を発生する程大きく、かなりの熱が副産物として生じる。
【0003】
高エネルギーX線管ではアノードは高速で回転され、熱変形を生じる程度に長時間にわたって電子ビームがアノードの小スポットに滞留しないようになっている。アノードの径はアノードが一回転する間に、電子ビームにより加熱されたアノードの上のスポッとが電子ビームにより再び加熱されるよう元に戻るまで充分に冷却されるよう、充分大きくなっている。アノードの径が大きくなればなるほど外周長さも長くなるので、熱負荷も大きくなる。従来の回転アノード式X線管では、アノードがエンベロープ内で回転している間エンベロープとカソードは静止したままである。アノードからの熱は、真空を介する熱放射によりエンベロープの外部へ放散されるが、この真空を介したアノードからの熱伝達は、限られていると解すべきである。
【0004】
エンベロープ内のカソードフィラメントは静止しているが、アノードおよび真空エンベロープが回転するようなハイパワーX線管はこれまでに提案されており、このような構成では冷却用流体をアノードに通過させアノードとエンベロープの外部とを直接熱接続することができる。例えば、米国特許第5,046,186号、同第4,788,705号、同第4,878,235号および同第2,111,412号を参照されたい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成における課題の一つは、回転エンベロープ内でどのようにカソードを固定(静止)状態に保持するかということである。エンベロープ内でエンベロープと共に回転する構造体によりカソードアセンブリが指示されていると、カソードアセンブリはアノードおよびエンベロープと共に回転する傾向がある。
【0006】
カソードを静止状態に保持するための一つの方法は、磁石を利用することである。回転容器の外部に一つ以上の固定磁石を取り付け、これらをエンベロープ内のカソードに接続された磁石構造体に結合する。このような装置の問題点の一つは、安定性に欠け、自由に振動してしまうことである。一般に、磁石アセンブリは比較的小径であるか、レバーアーム状になっている。このような短いレバーアームの場合は、振動の問題をさらに悪化させてしまう。磁気結合はスプリングに類似しており、カソードにかかる回転力は磁石からカソードを離間させようと働く。磁石はカソード構造体を元に戻そうとするが、一般にカソード構造体は逆方向に磁石を通り過ごし、磁石はカソード構造体を再び戻すが、また通り過ごしの現象が生じる。このようにして、カソードは前後に振動する。エンベロープないにカソードを支持するベアリングまたは他の構造体を通して伝えられる摩擦力は、このような振動を再開または維持するエネルギーを供給する。当然ながら、かかる振動は電子ビーム、すなわちX線を発生するアノード上の焦点を振動させることになる。このようなX線ビームの焦点の振動は、特にCTスキャナおよび他の構成高性能線装置に悪影響を与える。
【0007】
本発明の目的は、上記問題を解消したX線管を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴によれば、X線管は、真空エンベロープと、エンベロープの一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成され、エンベロープに相互接続されたアノードと、エンベロープ内でエンベロープに対して回転自在に支持されており、アノードに衝突してX線を発生する電子ビームを形成する電子を放出するためのカソード手段を含むカソードアセンブリと、エンベロープおよびアノードを回転するための手段と、エンベロープおよびアノードが回転する際にカソードアセンブリを固定状態に保持するための手段とを備えたX線管であって、カソードアセンブリを固定状態に保持するための手段は、カソードアセンブリに取り付けられると共にエンベロープに密に隣接して配置された複数の外側に突出する突起を構成し、磁化性材料から製造された磁気サセプタと、エンベロープの外部の回りで周方向に配置され、エンベロープに密に隣接し、各々がサセプタ突起の一つにほぼ対向するようキーパーに取り付けられた複数の磁石とを備える。
【0009】
本発明の第2の特徴によれば、X線管は、真空エンベロープと、エンベロープの一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成され、エンベロープに相互接続されたアノードと、 エンベロープ内でエンベロープに対して回転自在に支持されており、アノードを照射してX線を発生する電子ビームを形成する電子を放出するためのカソード手段を含むカソードアセンブリと、エンベロープおよびアノードを回転するための手段と、磁気サセプタ手段および磁石手段の一方はカソードアセンブリに取り付けられ、他方はエンベロープの外周にて、かつ互いに磁気連通するようエンベロープに密に隣接するよう取り付けられた磁気サセプタおよび磁石手段を含み、エンベロープとアノードが回転する際にカソードアセンブリを固定状態に保持するための手段と、カソードアセンブリの振動を減衰するための手段とを備える。
【0010】
外部磁石のうちの少なくとも2つは、共振周波数近くで作動する電磁石で構成できるサセプタ突起が電磁石のうちの一つから離れる際、共振周波数は被動周波数に近づくよう変化し、電磁石の強度を増し、サセプタ突起を元に引き寄せる。サセプタ突起が他の電磁石に接近する際は、共振周波数が変化するが、共振周波数から遠くなるので、磁気の引き寄せ力を小さくする。
【0011】
外部磁石の数が増し、磁石が互いに接近するにつれて結合が強くなるが、磁束は磁気サセプタを透過せずに隣接する磁石を直接透過する傾向が強くなる。隣接する外部磁石の間にブロッキング用磁極を設置し、これらの間を直接透過する磁束の流れをブロックしてもよい。
【0012】
この磁気サセプタは、高温時強磁性の合金で形成でき、ホタテ貝状の外面は、強磁性の非磁化材料の突起および溝を構成する。
【0013】
このサセプタは、回転エンベロープと実質的に同じ径を有する。
【0014】
本発明の一つの利点は、振動を最小にできることである。
【0015】
本発明の別の利点は、静止固定構造体とカソードとの間を剛性結合できることである。
【0016】
本発明の別の利点は、より迅速に制振するよう自動調節されることである。
【0017】
次に、添付図面を参照して非制限的な例により本発明に係わる装置の実施例について説明する。
【0018】
【実施例】
図1を参照する。X線管はアノードAと、カソードアセンブリBとを含む。真空エンベロープC内は、カソードカップ12からアノードの環状面16上の焦点14に電子ビームが移動できるよう真空状態にされている。回転手段DはアノードAおよび真空エンベロープCを回転するが、磁気サセプタ手段Eは、カソードアセンブリBを固定(静止)状態に保持する。
【0019】
アノードAは円周エッジに隣接する部分が面取りされ、アノード表面16を構成している。このアノード面には電子ビーム10が衝突し、X線のビーム18を発生するようになっている。アノード全体はタングステンの一体部品を機械加工して形成できるが、これとは別にアノード表面に沿う焦点通路を伝熱性の高いディスクまたはプレートに接続されたタングステンの環状ストリップで形成することもできる。アノードおよびエンベロープは冷却手段に循環されるオイルをベースにした誘電性流体に浸漬することが好ましい。アノードの表面16を低温に維持するため、冷却流体の間にあるアノード部分は伝熱性の高い材料で形成されている。
【0020】
アノードアセンブリAは真空エンベロープCの一端を形成しており、アノードと、このアノードの反対側の、すなわちカソード端部プレート22との間にセラミックのシリンダ20が接続されている。アノードに密に隣接するシリンダ20の少なくとも環状部分はX線を透過できるようウィンドーを形成しており、このウィンドーからX線ビーム18が放出される。シリンダはアノードAと端部プレート22との間に高電圧差を維持するよう、少なくとも一部を誘電体材料から製造することが好ましい。好ましい実施例では、端部プレートはカソードアセンブリBの電圧、すなわちアノードAよりも負の約100〜200kVの電圧にバイアスがかけられている。
【0021】
カソードアセンブリBはカソードハブ30を含み、このハブはベアリング手段32によりカソードプレート22に回転自在に取り付けられている。カソードハブの周辺延長部にカソードカップ12が取り付けられている。このカソードカップ12はフィラメントまたは他の電子源を含む。カソードカップ、詳細にはフィラメントは、フィラメントドライブトランスアセンブリ34に電気的に接続されている。外部トランスの巻線34aはフィラメントの電源に接続されており、フィラメント電源はカソードフィラメントを流れる電流の量を制限し、よって、熱放射を制限するようになっている。固定トランス巻線34bはセラミック製のエンベロープの壁20を直接横断し、これと磁気的に結合するように取り付けられている。外部トランス巻線34bはカソードフィラメントの両端に電気的に接続されている。オプションとして複数のカソードカップまたはフィラメントを設けることもできる。また、異なるタイプの電子ビーム、例えば焦点の広い電子ビームまたは焦点の狭い電子ビームまたはエネルギーの高い電子ビームまたはエネルギーの低い電子ビーム等を発生するよう、別のカソードカップを使用することもできる。また、このような付加的カソードカップは、第1カップが故障または焼損した場合のバックアップとして機能できる。また内部トランス巻線34bとカソードカップとの間に外部から制御できる電子スイッチング回路(図示せず)を設け、トランスからどのカソードカップが電力を受けるかを選択できるようにできる。また、フィラメントに電力を送るのにサセプタ手段Eに隣接する容量カップリングまたは環状トランスのような他の手段を使用することもできる。
【0022】
続けて図1を参照し、更に図2も参照する。磁気サセプタ手段Eはエンベロープの円筒形内面に従ったサセプタ40を含む。サセプタの円筒形状はX線管内の他の構造体を収納するよう、不連続にすることができる。例えばサセプタはフィラメントトランス34を収納するよう取り除いた弧状セグメント42を有する。サセプタは歯すなわち突起44と、谷すなわち溝46を交互に有する。サセプタはディスク部分48のようなレバーアーム手段に取り付けられており、ディスク部分48はエンベロープ20が許容する最大のレバーアーム半径の磁気サセプタの歯の部分を保持している。このサセプタ部分はX線管で生じ得る高温でも、高い磁気感受率を有する材料から製造されている。
【0023】
エンベロープの外側の回りにはキーパーすなわち他のフレーム構造体50が強固に取り付けられている。磁気サセプタの歯の部分の各々に対向して複数の磁石52(好ましくは高強度の永久磁石)が位置している。これら磁石はX線管に関連する作動温度が高くなるために、キュリー温度の高い材料、例えばアルニコ8、ネオジウム−鉄−ホウ素、サマリウム−コバルトまたは他の高温時永久磁石から製造される。図3を参照すると、隣接する磁石は磁気サセプタ40に対向する面が逆極性となるように、キーパー50に磁石52が取り付けられている。これにより、隣接する磁石の間にある磁気サセプタを磁束通路54が貫通する。
【0024】
続けて図3を参照し、次に図4および図5も参照する。サセプタの回りに位置する磁石52の数が多くなればなるほど、カソードアセンブリは強固に所定位置に保持される。しかしながら、磁石が互いに密になるにつれて、最大の力の点56に達する。その後、磁石をより密に配置すればレセプタを通らず磁石の間を直接漏洩磁束58が生じ、力は劇的に低下する。図6に示す別の実施例では、この漏洩磁束は、隣接する磁石52の間にてキーパー50にブロッキング用磁石60を配置することにより防止している。このブロッキング用磁石は最も近い磁石に同じ磁極が向くように4つの極を有するよう配置されている。
【0025】
キーパー上に配置された磁石52の数を最大にすることにより、最大の剛性力が得られる。この目的のため、磁気サセプタの最大円周部は磁気スペースにより分割されており、最大力を発生するようになっている。隣接する磁石は逆極性となるので、キーパー50の回りには偶数の磁石を配置することが好ましい。このため、最小のスペースにより円周部を分割することによって得られる磁石の数は、最も近い偶数の全整数まで近似させることが好ましい。
【0026】
本発明の別の特徴によれば、磁気サセプタの歯の部分44の少なくとも一部は、アルニコ8、ネオジウム−鉄−ホウ素、サマリウム−コバルト、または他の高温時永久磁石62から製造される。各歯にある磁石は最も近くに隣接する固定磁石52の極性と逆極性となるような極を有する。
【0027】
このように磁気接続部分の剛性を最適にしてもまだ振動の問題が生じ得る。剛性スプリングでも振動する。図7を参照する。制振手段は磁気サセプタの全てまたは一部の回りに配置された導電性の非磁化性層64を含む。磁石52に対して磁気サセプタが運動すると、この導電性層64内に渦電流が発生し、この渦電流は磁界を発生し、磁界は最も近くに隣接する磁気に反発する。この磁気の反発はサセプタと磁石がずれる動きを防ぐ力を発生させる。
【0028】
図8を参照する。別の制振手段はカソードアセンブリにトルクを加える手段を含む。この作用はスプリングを一定方向に伸ばすように働く力を加えることに類似する。この回転トルクは種々の態様で加えることができる。例えば、小さなトルクを加えるとこれによりカソードアセンブリは若干移動され、磁気サセプタの歯の部分がわずかに動き、磁石52との最適整合状態からわずかにはずれるような十分な引っ張り力を有するようにベアリング32を製造してもよい。他の制振手段はカソードアセンブリに取り付けられた導電性ディスク66とエンベロープに取り付けられた磁石68から成る。磁石は回転する際に磁石は導電性ディスク66内に渦電流を誘導し、ディスクを磁石とともに回転させるような力、すなわち引っ張り力を生じさせる。この磁石の寸法は、カソードがごくわずかシフトし、エンベロープと共には回転しないような値に選択される。当然ながら、ディスクはハウジングと共に回転してもよいし、カソードプレート22の一部でもよく、磁石はカソードアセンブリに接続し、これと共に固定状態でもよい。このように外部の磁石に対する歯付き磁気サセプタの若干の運動により好ましく振動が吸収される。
【0029】
図9を参照する。ここには能動的制振システムが示されている。この実施例では、一対の電磁石70、72に交流が供給される。これら2つの電磁石は磁気サセプタの歯44の一つから、一方は時計方向に、他方は反時計方向に位置している。これら電磁石はサセプタの磁気感受率がコイルの共振周波数に影響する程度に歯に十分接近している。磁気サセプタがコイルに接近したり離間することにより、それぞれの共振周波数が変わる。コイルに供給されている電流の周波数は、共振点からはずれており、共振点より若干低いことが好ましい。サセプタの歯の突起が電磁石の一方に接近すると、その自己インダクタンスが増加し、コイルを通って流れる電流が減少する。すなわち、歯の一つが磁石に接近すると磁力すなわち引き寄せ力が小さくなる。これと同じように歯の部分が一方の電磁石から離間する際、その自己インダクタンスは小さくなり、コイルを流れる電流量が増加し、歯の部分を元の位置へ戻そうとする力が増加する。このようにして電磁石歯積極的な制振を行う。
【0030】
好ましい実施例を参照して、本発明を説明したが、上記の詳細な説明を読んで理解すれば、変形例および変更例を思いつくことができることは明きかである。本発明は特許請求の範囲またはその均等物の範囲内にあるかかる変形例および変更例を含むものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる回転エンベロープおよびアノード/固定カソードX線管の横断面図である。
【図2】トランスを取り除いた図1の2−2線に沿った部分断面図である。
【図3】図1および図2のサセプタを通る磁束通路を示す。
【図4】磁力と磁気間隔との関係を示すグラフである。
【図5】磁気サセプタおよび磁気アセンブリの第2実施例の2−2線に沿った断面図である。
【図6】磁石を互いに接近して配置できるようにブロッキング用磁石を設けた第3実施例を示す図である。
【図7】制振手段が渦電流による制動を行う第4実施例を示す図である。
【図8】制振手段が誘導引っ張り装置である第5実施例を示す図である。
【図9】能動的制振手段を備えた第6実施例を示す図である。
【符号の説明】
A アノード
B カソードアセンブリ
C エンベロープ
D 回転手段
E サセプタ手段
12 カソードカップ
16 アノード表面
50 キーパー
52 磁石
54 磁束通路
Claims (17)
- 真空エンベロープ(C)と、
前記真空エンベロープ(C)の一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成されたアノード(A)であって、
前記真空エンベロープ(C)と前記アノード(A)が相互接続されており、
前記真空エンベロープ(C)内で、前記真空エンベロープ(C)に対して回転自在に支持されたカソードアセンブリ(B)であって、
前記カソードアセンブリ(B)が、前記アノード(A)に衝突してX線を発生する電子ビーム(10)を形成する電子を放出するためのカソード(12)を備えており、
前記真空エンベロープ(C)および前記アノード(A)を回転するための手段(D)と、
前記真空エンベロープ(C)および前記アノード(A)が回転する際に前記カソードアセンブリ(B)を固定状態に保持するための手段とを有し、
前記カソードアセンブリ(B)を固定状態に保持するための手段は、
前記カソードアセンブリ(B)に取り付けられると共に、前記真空エンベロープ(C)に密に近接して配置された複数の外側に突出するサセプタ突起(44)を構成し、磁化性材料から製造された磁気サセプタ(40)と、
前記真空エンベロープ(C)の外部の回りで周方向に配置され、前記真空エンベロープ(C)に密に近接し、各々が前記サセプタ突起(44)の一つにほぼ対向するよう固定キーパー(50)に取り付けられた複数の磁石(52)と、
を具備し、
前記複数の磁石(52)に対向する前記磁気サセプタ(40)と前記カソードアセンブリ(B)の振動を減衰させる制振手段(64、66、68、70、72)を備えることを特徴とするX線管。 - 前記制振手段が、前記固定キーパーに取り付けられた前記磁石に対向する前記磁気サセプタと前記カソードアセンブリの振動を減衰させる制振手段であることを更に含む請求項1記載のX線管。
- 前記制振手段は前記磁石に対する前記磁気サセプタの運動によって導電性材料内に渦電流を誘導し、この渦電流が前記磁石と相互作用し、移動を減衰させるような力を発生するように前記磁気サセプタに隣接して配置された導電性の非磁化性材料から成る請求項2記載のX線管。
- 前記制振手段は導電性ディスクと磁石アセンブリとを備え、この導電性ディスクおよびこの磁石の一方は前記真空エンベロープと共に回転するように前記真空エンベロープに接続されており、この磁石の他方は前記磁気サセプタおよび前記カソードアセンブリに接続され、このため前記真空エンベロープが前記カソードアセンブリに対して回転する際、前記磁石アセンブリは前記ディスク内に渦電流を誘導し、このため前記カソードアセンブリに回転力が加えられる請求項2記載のX線管。
- 前記制振手段は前記カソードアセンブリと一体である前記磁気サセプタの前記サセプタ突起に近接して配置された一対の電磁コイルを含み、
この電磁コイルは、その共振周波数に影響する程度に前記サセプタ突起と十分に近接して配置されており、前記制振手段は、
前記磁気サセプタが前記電磁コイルの一方に接近する際、その一方の前記電磁コイルの自己インダクタンスが増加し、前記サセプタ突起を引き寄せる磁力が減少するように、
かつ前記サセプタ突起が他方の前記電磁コイルから離間する際、前記他方の電磁コイルの自己インダクタンスが減少し、前記サセプタ突起を引き寄せる前記他方の電磁コイルの磁力が増加するように、
前記電磁コイルの共振周波数の近くであるが、これよりずれた周波数の振動電流を供給するための電流源手段を更に備えた請求項2記載のX線管。 - 前記磁気サセプタの前記サセプタ突起に対して磁極が交互に変わるように複数の前記磁石を取り付けた請求項1記載のX線管。
- 前記磁石は前記サセプタ突起に対面して磁極を交互に有し、更に前記磁気サセプタを通過せずに近接する前記磁石の間の空隙を通って磁束が短絡することを防止するように配され、各前記磁石対の間に配置された磁石を更に含む請求項1記載のX線管。
- 前記サセプタ突起に取り付けられた永久磁石を更に含む請求項1記載のX線管。
- 前記磁気サセプタに沿って取り付けられた複数の永久磁石を更に含む請求項1記載のX線管。
- 真空エンベロープと、
この真空エンベロープの一端に隣接する少なくとも環状表面に沿って形成され、前記真空エンベロープに相互接続されたアノードと、
前記真空エンベロープ内で前記真空エンベロープに対して回転自在に支持されており、前記アノードを照射してX線を発生する電子ビームを形成する電子を放出するためのカソード手段を含むカソードアセンブリと、
前記真空エンベロープおよび前記アノードを回転するための手段と、
磁気サセプタ手段および磁石手段の一方は前記カソードアセンブリに取り付けられ、他方は前記真空エンベロープの外周にて、かつ互いに磁気連通するよう前記真空エンベロープに密に近接させて取り付けられた前記磁気サセプタ手段および前記磁石手段であって、前記真空エンベロープと前記アノードが回転する際に前記カソードアセンブリを固定状態に保持するための手段と、
前記カソードアセンブリの振動を減衰するための制振手段と
を備えたことを特徴とするX線管。 - 前記制振手段は前記磁石手段に対向する前記磁気サセプタ手段の運動によって導電性材料内に渦電流を誘導し、この渦電流が前記磁石手段と相互作用し、移動を減衰させるような力を発生するように前記磁気サセプタ手段に隣接して配置された前記導電性の非磁化性材料から成る請求項10記載のX線管。
- 前記制振手段は導電性ディスクと磁石アセンブリとを備え、この導電性ディスクおよびこの磁石の一方は前記真空エンベロープと共に回転するように前記真空エンベロープに接続されており、他方は前記磁気サセプタ手段および前記カソードアセンブリに接続され、このため前記真空エンベロープが前記カソードアセンブリに対して回転する際、前記磁石はディスク内に渦電流を誘導し、このため前記カソードアセンブリに回転力が加えられる請求項10記載のX線管。
- 前記制振手段は前記磁気サセプタ手段に近接して配置された一対の電磁コイルを含み、この電磁コイルは前記磁気サセプタ手段が前記電磁コイルの共振周波数に影響する程度に前記磁気サセプタ手段に十分に近接して配置されており、前記制振手段は更に前記磁気サセプタ手段が前記電磁コイルの一方に接近する際、自己インダクタンスが増加し、前記磁気サセプタ手段を引き寄せる磁力が減少するように、かつ前記磁気サセプタ手段が他方の前記電磁コイルから離間する際、前記他方の電磁コイルの自己インダクタンスが減少し、前記磁気サセプタ手段を引き寄せる前記他方の電磁コイルの磁力が増加するように、コイルの共振周波数の近くであるが、これよりずれた周波数の振動電流を供給するための電流源手段を備えた請求項10記載のX線管。
- 前記磁石手段は前記磁気サセプタ手段に向かって磁極が交互に変わるように取り付けられた複数の磁石を備えた請求項10記載のX線管。
- 前記真空エンベロープの外側に複数の磁石が取り付けられ、前記真空エンベロープ内で前記カソードアセンブリに前記磁気サセプタ手段が取り付けられている請求項14記載のX線管。
- 前記磁気サセプタ手段は前記磁石手段の複数の磁石に対向して取り付けられた複数の永久磁石を備えた請求項14記載のX線管。
- 前記磁気サセプタ手段は永久磁石の各々に近接する外側に突出した歯を備えたほぼ円筒形部分を含む請求項14記載のX線管。
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