JP3756289B2 - Ｘ線管及びｘ線生成法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管の分野に関する。本発明は、特にＣＴスキャナで用いるような高パワー回転陽極Ｘ線管に関し、以下にこれに関連して説明する。しかしながら、本発明は、低パワー回転陽極Ｘ線管、回転陰極Ｘ線管などにおいても用いることができることを理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
典型的には、回転陽極Ｘ線管が、陽極及び陰極を保持する真空エンベロープを備えた。ディスク状の陽極と、伸長された中心シャフトが、真空内で一組のオイルレス軸受に回転可能に取り付けられる。
回転陽極と、対向して配置される陰極の間に印加される高電圧が、陰極により放出される電子を陽極に衝突させ、Ｘ線を発生させる。これらの電子は、金属陽極、その中心シャフト、及び金属軸受を通って、アースに流れる。この電流は、回転軸受レースからロール面を通り、軸受ボール又はローラに流れ、さらにボール及びローラ間の界面を通って固定軸受レースに流れ、アーク放電を生じる傾向がある。アーク放電中に、少量の材料が一方の面から別の面に移り、ピット及びでこぼこ又は別の表面の凹凸を生じさせる。軸受の表面の凹凸がレースに接触し、レースの表面の凹凸が軸受又はローラに接触する際に、滑らかに研磨された表面に損傷が生じさせられる。さらに、この表面の凹凸は軸受をぐらつかせる。このぐらつきは、回転陽極に望ましくないぐらつきを生じさせるだけでなく、軸受にアーク放電が生じる蓋然性を大きくする。当然のことながら、アーク放電が多く発生すると、表面に凹凸が多く形成され、軸受及びＸ線管の故障が多くなる。
【０００３】
【発明の概要】
本発明は、真空エンベロープと、該真空エンベロープ内に位置する陽極及び陰極であって、その一方が、真空エンベロープに回転不能に取り付けられ、他方が、真空エンベロープに対して回転可能に取り付けられている陽極及び陰極と、回転可能に取り付けられた電極と真空エンベロープの外部を接続する導電路とを備えたＸ線管であって、該導電路が、真空エンベロープと、回転可能に取り付けられた電極又はそれに接続する部材とを接続する少なくとも１つのロールリング組立体を含んでいるＸ線管を提供する。
本発明は、真空エンベロープ内の陰極及び陽極を備え、この電極の一方が真空エンベロープに対して回転可能に取り付けられているＸ線管の中で、電子の流れが十分なエネルギを伴って陰極から陽極に進み、この流れが衝突する陽極でＸ線を生成する方法を提供し、その方法が、電流を、真空エンベロープと回転可能に取り付けられた電極の間のロールリングに流すステップを有する。
【０００４】
本発明の態様を特定すると、ロールリング組立体が、回転可能に取り付けられた電極又はそれに接続した部材により支持されたトラックと、真空エンベロープに支持されたトラックと、そのトラックの間に回転するように支持された金属リングとを備える。
本発明を別に特定した態様においては、真空エンベロープに取り付けられた陽極が、それとともに陰極に対して回転できる。
本発明を別に特定した態様においては、陽極が、陰極と、陰極が取り付けられる真空エンベロープに対して回転できる。陽極を回転するモータ組立体が、真空エンベロープ内に設けられる。
本発明によるＸ線管及びＸ線を生成する方法が、以下に添付図面を参照して例示される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１及び２を参照すると、Ｘ線管１０が、陰極１４と陽極１６を収容する真空エンベロープ１２を有する。この陽極１６は、伸長する中心金属シャフト１８に接続される。この中心シャフトは、上部の潤滑油のないボール又はローラ軸受２０と下部のボール又はローラ軸受２２を備えた、一組の軸受に回転可能に支持される。それぞれの軸受は、中心シャフト１８に固定されて一緒に回転する回転レースと、真空エンベロープ１２に取り付けられる固定外側レースを備える。ボール又はローラのリングが、レースの間に配置される。
誘導モータが陽極１６を回転する。特に、始動コイル２４が真空エンベロープ１２の外側に固定して取り付けられ、ロータコイル２６が真空エンベロープ１２内で中心シャフト１８に取り付けられる。当然のことながら、別のタイプのモータも用いることができる。
【０００６】
陰極１４が、加熱又はフィラメント電流が通過する陰極フィラメント３０を備える。この電流が、電子雲が放出される、すなわち熱電子の放出が起こるほど十分にフィラメント３０を加熱する。典型的には100-200kV のオーダの高電圧が、陰極１４と陽極１６の間で与えられる。この電圧は、管の電子流３２を陰極１４から陽極１６に流す。この電子ビーム３２は、十分なエネルギをもって陽極１６の周面トラック上の小さい領域又は焦点３４に衝突し、Ｘ線３６が生成されて、副産物として過剰な熱が発生する。
陽極１６は、高速（例えば、3,000 から10,000 rpm）で回転されて、電子ビームが熱変形を生じさせるほど長くは焦点３４に残らないようにする。陽極１６の径が十分に大きく、一回転する間に、電子ビーム３２により加熱された陽極１６上の各点が、電子ビームにより再び加熱される位置に戻る前にほぼ冷却された。より大きい径をもつ陽極は、より大きい円周を有し、従って、より大きい熱負荷容量を有することになる。典型的に、陽極の径は 7.5から17.5cmである。
【０００７】
陽極１６に衝突した後、電子が、アースに達する前に、陽極１６、中心シャフト１８、ロールリング電気接続部４０を流れる。
図１及び２、さらには図３を参照すると、ロールリング組立体が、真空エンベロープ１２の内面の周りの固定レース４２を備える。整合レース４４が、中心シャフト１８に形成され、又は支持される。導電性スプリング材料の円形ループ又はリング４６が、レース４２及び４４の間に僅かに圧縮された状態で取り付けられる。リング４６の変形は、そのリングを両方のレースに固く摩擦接触させ、それらの間にアーク放電のない電気的な連通を与える。この圧縮は、ロールリングが、形成する僅かな表面酸化を横切る(cut through) のに十分な大きさであるが、中心シャフト１８又は陽極１６を傾けないほどに十分に小さいものである。内側レース４４が回転するとき、ロールリング４６との固い摩擦接続が、リングをスライドさせることなく回転させる。同様に、リングと外側レースの間の固い摩擦接触が、内側レースに対してリングを回転させる。内側及び外側レースの異なる経路長により、リングが回転中に中心シャフトの周りを動く。
【０００８】
図４を参照すると、ロールリング組立体４０が、陽極１６又はシャフト１８と、エンベロープ１２上のレース又はトラックの間のほとんどの場所に配置されることができる。図４に例示される実施例においては、回転レース又はトラック５２を有する金属フランジ５０が、陽極１６の周りに接続される。固定トラック又はレース５４が、真空エンベロープ１２の周りに延びる。任意的に、１つ以上の付加的なロールリング組立体５６が、電気的な冗長度を与え、冷却を促進するために陽極からの付加的な熱経路を設ける。
図５を参照すると、いくつかの高パワーＸ線管において、陽極１６’及び真空エンベロープ１２’が、固定して接続され、一緒に回転する。この構成を用いると、冷却用流体を、陽極の反対側に直接与えることができる。陰極組立体１４’が、軸受組立体２０’により真空エンベロープに回転可能に取り付けられる。陰極組立体に取り付けられた磁石６０と、回転真空エンベロープの外側に固定して取り付けられた磁石５８とが、真空エンベロープ１２’が回転する際に、陰極組立体１４’を固定して保持する。複数のロールリング組立体４０'₁、４０'₂、４０'₃....が、固定陰極組立体１４’と回転真空エンベロープ１２’の間に電気的な接続を提供する。各陰極組立体は、真空エンベロープ１２’に取り付けられる外側レース４２’を備える。電気的ワイヤが、外側レース４２’から真空エンベロープ１２’を通って延びる。２つのスリップリング、別のロールリング組立体、又は適切な接続が、回転真空エンベロープから延びるリードと固定電子制御回路（図示せず）の間に電気的な接続を形成するために設けられる。僅かに圧縮された銅又は別の導電性材料の回転リング４６'₁、４６'₂....が、各外側レース４２’と内側レース４４’の間に取り付けられる。
【０００９】
図５に例示される実施例においては、ロールリング組立体４０'₁及び４０'₂の内側レースが、第１陰極３０'₁に接続される。付加的な陰極３０'₂等が陰極組立体１４’に取り付けられるのも好ましい。付加的な陰極は、第１陰極と同じものであって、第１陰極が消耗した場合に、第１陰極の位置に回転し、動作できるのが好ましい。別に異なるサイズのフィラメントを備えた別の陰極が設けられてもよい。付加的なロールリング組立体は、付加的な陰極に、又はそこから電流を流し、又は陰極組立体１４’に取り付けられた別の電子制御回路に流すことができる。
陰極が真空エンベロープに対して回転可能に取り付けられた実施例においては、陽極及びエンベロープが、陰極が固定して保持される際に回転する。複数のロールリング組立体４０'₁、４０'₂....が、回転ハウジングの外側に配置された電気制御回路と、陰極組立体１４’の間に電気的な連通を与える。この電気的な連通により、電流が、陰極組立体の陰極３０'₁、３０'₂のフィラメントに与えられる。
【００１０】
上述した実施例の１つの利点は、電子を軸受組立体ではなくロールリング組立体に流すことであり、それによって軸受にわたるアーク放電を減らし、「ピット」及び金属疲労を減らすことができる。別の利点は、軸受によるノイズレベルが小さくされることである。別の利点は、軸受と比較して、大きな許容電流があることである。別の利点は、性能が軸受速度に依存しないことである。別の利点は、非金属の軸受が利用できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線管の横断面である。
【図２】図１に例示するＸ線管の拡大横断面である。
【図３】図１のセクション３−３の断面である。
【図４】別のＸ線管の横断面である。
【図５】別のＸ線管の横断面である。

Claims (11)

1. 真空エンベロープ（１２、１２’）と、
   真空エンベロープ（１２、１２’）内に配置される陽極（１６、１６’）及び陰極（１４、１４’）であって、この電極の一方が、真空エンベロープ（１２、１２’）に回転不能に取り付けられ、この電極の他方が、真空エンベロープ（１２、１２’）に対して回転可能に取り付けられている、陽極及び陰極と、
   回転可能に取り付けられた電極と真空エンベロープの外部を接続する導電路とを備えており、
   該導電路が、真空エンベロープ（１２、１２’）と、回転可能に取り付けられた電極（１６、１４’）又はそれに接続する部材（１８、５０）とを接続する少なくとも１つのロールリング組立体（４０、４０'₁、４０'₂、４０'₃）を含むようになったＸ線管。
2. ロールリング組立体（４０、４０'₁、４０'₂、４０'₃）が、回転可能に取り付けられた電極（１６、１４’）又はそれに接続する部材（１８、５０）により支持されたトラック（４４、４４’）、真空エンベロープ（１２、１２’）により支持されるトラック（４２、４２’）、及び、トラック間（４２、４４、４２’、４４’）の間で回転するように支持される金属リング（４６、４６’）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管。
3. 真空エンベロープ（１２’）に取り付けられた陽極（１６’）が、ともに陰極（１４’）に対して回転可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線管。
4. 複数のロールリング組立体が、真空エンベロープ（１２’）と陰極（１４’）の間に接続され、該ロールリング組立体が、電流を供給するために第１陰極および第２陰極に接続され、２つの陰極のうちのいずれかが選択的に動作可能となることを特徴とする請求項３に記載のＸ線管。
5. 陽極（１６、１６’）が、陰極（１４、１４’）と、陰極（１４、１４’）が取り付けられる真空エンベロープ（１２、１２’）に対して回転可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線管。
6. 陽極（１６）がシャフト（１８）に取り付けられ、ロールリング組立体（４０）がシャフト（１８）と真空エンベロープ（１２）の間を接続することを特徴とする請求項５に記載のＸ線管。
7. ロールリング組立体（４０）が、電気的に陽極（１６）に接続され、且つ、真空エンベロープ（１２）に接続されることを特徴とする請求項５又は６に記載のＸ線管。
8. 真空エンベロープ（１２）内で陽極（１６）を回転するモータ組立体（２４、２６）を備えることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のＸ線管。
9. 一方が真空エンベロープ（１２、１２’）に対して回転可能に取り付けられる真空エンベロープ（１２、１２’）内の陰極（１４、１４’）及び陽極（１６、１６’）を備えるＸ線管を用いて、
   Ｘ線管内で、電子流（３２）が十分なエネルギをもって陰極（１４、１４’）から陽極（１６、１６’）に進んで、この電子流（３２）が衝突する陽極（１６、１６’）でＸ線（３６）を生成するＸ線生成法であって、
   電流を、真空エンベロープ（１２、１２’）と回転可能に取り付けられた電極の間のロールリング（４０、４０'₁、４０'₂、４０'₃）に通すステップを有することを特徴とするＸ線生成法。
10. シャフト（１８）を含んだ陽極（１６）が、真空エンベロープ（１２）に支持された軸受（２０、２２）に回転可能に取り付けられ、前記電流は、陽極（１６）に衝突して、陽極（１６）、シャフト（１８）、シャフト（１８）に接続される回転トラック（４４）、回転リング（４０）及びアースを通る電子流（３２）に起因することを特徴とする請求項９に記載のＸ線生成法。
11. 真空エンベロープ（１２’）に取り付けられた陽極（１６’）が、ともに陰極（１４’）に対して回転可能であることを特徴とする請求項９に記載のＸ線生成法。

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