JP4899858B2

JP4899858B2 - 外囲器回転型ｘ線管装置

Info

Publication number: JP4899858B2
Application number: JP2006352688A
Authority: JP
Inventors: 辰也吉澤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008166059A

Description

この発明は、外囲器回転型のＸ線管装置に関する。

従来のＸ線管装置としては、ボールベアリングを用いた回転陽極と、電子放出源としてフィラメントを用いた陰極と、ガラス製の外囲器とを備えた回転陽極Ｘ線管装置がある。これに対し、陽極が外囲器と一体となり、高速回転し、軸中心に設けられた陰極の電子源からの電子流を偏向コイルにより偏向させて、ターゲットディスク上の所定位置に焦点を形成する外囲器回転型Ｘ線管装置が最近実用化されている（以下、従来技術１という。例えば特許文献１参照）。また、陽極が外囲器と一体となり、高速回転し、陰極が静止した状態で、偏心した位置から電子を放出し、陰極と対向するターゲットディスク上の所定位置に焦点を形成する外囲器回転型Ｘ線管装置も実用化されている（以下、従来技術２という。例えば特許文献２参照）。
特開平１０−６９８６９号公報（第３頁、図１）米国特許第５５８１５９１号明細書（Ｆｉｇ．１）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
回転陽極Ｘ線管装置においては、回転陽極が一旦熱を蓄え、輻射により熱を逃そうとするので、陽極温度が高くなるのが一般的である。一方、外囲器回転型Ｘ線管装置においては、陽極が外囲器と一体となるので、陽極で発生した熱量を熱伝導で管外に逃すことができる。従来技術１の外囲器回転型Ｘ線管装置の場合、電子源も高速で回転するが、円形の電子源として使用されるものは線材であったり、薄板状のフィラメントであったり、機械的強度があまり強くなく、高温使用で機械的強度が低下したり、高速回転による遠心力で変形をする場合がある。また、電子源が回転するので、電子流は電子源からの放出直後は円形であり、単に集束させるだけでなく、所定の焦点を形成するためには、静電レンズまたは磁界により集束、拡散が必要である。従来技術２の外囲器回転型Ｘ線管装置の場合、陰極が偏心している分だけ、陰極側の外囲器の形状が従来技術１の外囲器回転型Ｘ線管装置よりも大きくなる。その結果、従来と同じ駆動系のままでは回転効率が低下し、駆動系を大きくすればＸ線管装置が大型化するという問題がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、焦点の形成を単純に行うことができ、かつ、外囲器の形状がコンパクトな外囲器回転型Ｘ線管装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成を採る。
すなわち、請求項１に記載の発明は、陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置において、前記回転する外囲器の回転中心に設けた陰極と、前記陰極を保持する陰極保持部と、前記陰極保持部と前記外囲器の回転軸との間に介在され、前記回転する外囲器に対して前記陰極保持部を相対的に回転自在に支持する軸受と、前記軸受によって相対的に回転自在に支持される前記陰極保持部を前記回転する外囲器に対して磁力によって静止させる磁石とを備えたことを特徴とする。

［作用・効果］
請求項１に記載された発明によれば、陰極は回転する外囲器の回転中心に設けられ、陰極保持部はこの陰極を保持し、軸受はこの陰極保持部と外囲器の回転軸との間に介在されるとともに回転する外囲器に対して陰極保持部を相対的に回転自在に支持し、磁石は軸受によって相対的に回転自在に支持される陰極保持部を回転する外囲器に対して磁力によって静止させるので、陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器に対し、外囲器の回転中心に設けた陰極を相対的に回転自在に支えることで静止させることができる。したがって、陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置において、従来は陰極の形状に依らずに電子流は円形になったが、この発明においては陰極が静止した状態であるので、陰極から放出された直後の電子流の形状は陰極の形状に委ねられるようになった結果、焦点の形成を単純に行うことができる。また、陰極が外囲器の回転中心に設けられているので、陰極が偏心することがなくなった結果、陰極側の外囲器の形状がコンパクトになり、回転効率を上げることができる。

さらに、外囲器の回転が陰極に伝わることを防ぎ、さらに真空状態の外囲器の中で陰極が回転しないようにできる。

この発明において、互いに非接触で電力を伝達する給電部と受電部を備え、前記外囲器の外部にある前記給電部から電力を送り、前記外囲器の内部にある前記受電部で電力を受けて前記陰極に供給する電力伝達手段を備えることが好ましい（請求項２記載の発明）。これにより、回転する外囲器に対し非接触で陰極に電力を供給できる。

この発明に係る外囲器回転型Ｘ線管装置によれば、陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器に対し、外囲器の回転中心に設けた陰極を相対的に回転自在に支えることで静止させることができる。したがって、陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置において、陰極が静止した状態であるので、陰極から放出された直後の電子流の形状は陰極の形状に委ねられるようになった結果、焦点の形成を単純に行うことができる。また、陰極が外囲器の回転中心に設けられているので、陰極が偏心することがなくなった結果、陰極側の外囲器の形状がコンパクトになり、回転効率を上げることができる。さらに、外囲器の回転が陰極に伝わることを防ぎ、さらに真空状態の外囲器の中で陰極が回転しないようにできる。

以下、図面を参照しながらこの発明の一実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例の模式的な断面図である。

本実施例に係わる外囲器回転型Ｘ線管装置１は、真空排気された外囲器２を備える。この外囲器２内には、高温に加熱され熱電子を放出するフィラメント３と、このフィラメント３を溝の中に取り付けた集束電極４とが備えられ、この２つで陰極５を構成する。陰極５は、陰極保持円筒６に固定されている。陰極保持円筒６は、外囲器２内に挿入された回転軸７に軸受８、９を介して保持されている。外囲器２の後端部（すなわち、電子流の放出側とは逆側）を挟んで、一次コイル１０と二次コイル１１が互いに対向している。二次コイル１１は陰極保持円筒６の後端に配設されている。また、永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、陰極保持円筒６を挟んで互いに平行に設けられている。また、永久磁石１３Ａ、１３Ｂは、外囲器２を挟んで互いに平行に設けられている。陰極５と対向位置の外囲器２の端面には陽極１４が設けられている。陰極５と陽極１４には、図示しないスリップリング機構により陰極側回転軸７および陽極側回転軸２０を介して、高電圧発生源１５から高電圧が印加されている。一次コイル１０、二次コイル１１から給電され加熱されたフィラメント３は電子流１６を発生する。電子流１６は高電圧が作る電界により陽極１４に向けて加速する。電子流１６は、外囲器２外に設けられた偏向コイル１７により偏向され、陽極１４のターゲットディスク傾斜部１８に衝突し、焦点１９を形成し、Ｘ線２１を発生させる。Ｘ線２１は外囲器２の放射口２２から放射される。外囲器２の形状は、円筒状の陰極５側から陽極１４側へ向かうに従って径が大きくなり陽極１４の位置で最大となる。外囲器２の陰極５側には回転軸７が挿入され、陽極１４側にも回転軸２０が装着されている。陽極１４側の回転軸２０は図示されない回転駆動部に連結されて回転し、これに伴い外囲器２も回転する。なお、陰極保持円筒６は、この発明の陰極保持部に相当する。永久磁石１２Ａ、１２Ｂは、この発明の陰極保持部を磁力で静止させる磁石に相当する。一次コイル１０は、この発明の電力伝達手段の給電部に相当する。二次コイル１１は、この発明の電力伝達手段の受電部に相当する。

外囲器２は、ステンレス鋼などの金属で形成される。これにより、高速回転を行う上で、金属を削り加工にすることで１／１００mm台の真円精度を出すことができる。また、回転体としての機械的強度を増すことができる。なお、Ｘ線２１が放射される放射口２２は、アルミニウム、チタンなどのＸ線透過性のよい金属で形成されている。

フィラメント３は、電子源として線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントが用いられる。

陰極保持円筒６は、上述したように外囲器２内に挿入された回転軸７に軸受８、９を介して保持されている。これにより、回転軸７の回転が陰極保持円筒６に伝わることを防ぐことができる。さらに、陰極保持円筒６は、陰極保持円筒６の所定位置に装着された永久磁石１２Ａ、１２Ｂと、外囲器２を挟んで対向配置された永久磁石１３Ａ、１３Ｂとにより、磁力によって一定位置に固定されている。これにより、真空状態の外囲器２内で陰極保持円筒６が回転しないようにしている。この軸受８、９と永久磁石１２Ａと１２Ｂ、１３Ａと１３Ｂとにより、陰極保持円筒６は回転する外囲器２に対し静止した状態を保つことができる。また、外囲器２の後端部（すなわち、電子流の放出側とは逆側）を挟んで、一次コイル１０と二次コイル１１が互いに対向している。二次コイル１１は、陰極保持円筒６の後端に配設されている。この一次コイル１０と二次コイル１１には、外部から交流電流が供給され、二次コイルに誘導電流が流れる。この電流が陰極５のフィラメント３に供給されている。

焦点１９の形成について説明する。本実施例に係る外囲器回転型Ｘ線管装置１では、フィラメント３から放出された電子流１６の形状がそのまま陽極１４のターゲットディスク傾斜部１８に現れて焦点１９（実焦点）の形状となる。例えば、長方形の実焦点を得る場合、線状のフィラメント３から放出される電子流１６は長方形であるので、実焦点と同じ寸法になるよう集束して小さくすれば、実焦点を得ることができる。したがって、本実施例では、電子流１６を集束して形状を小さくする集束電極４と、電子流１６を偏向する偏向コイル１７を備えるだけで、焦点１９を形成することができる。

この点、従来の外囲器回転型Ｘ線管装置では、外囲器が回転すると、外囲器に固定された陰極も回転するので、電子源に線状のフィラメントを用いても、放出された電子流の形状は円形になる。また、初めから円形薄板状のフィラメントが用いられることもある。しかし、電子流の形状が円形であると実焦点の形状も円形に近くなるので、実用的に有効な細長い楕円の実焦点を形成するには、電子流を電界によって集束する集束電極だけでなく、電子流の形状を引き伸ばす構成を備えることが必要となる。

本実施例の外囲器回転型Ｘ線管装置１によれば、陽極１４が外囲器２と一体となって回転する構造の外囲器に対し、外囲器２の回転中心に設けた陰極を相対的に回転自在に支えることで静止させることができる。したがって、陰極５から放出された直後の電子流１６の形状はフィラメント３の形状に委ねられるので、集束電極４と偏向コイル１７を備えるだけで焦点１９を形成できる。また、陰極４が外囲器２の回転中心に設けられているので、陰極５が偏心することがなくなった結果、陰極５側の外囲器２の形状がコンパクトになり、回転効率を上げることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、外囲器２を金属で形成されたものとして説明したが、ガラスやセラミックス等の金属以外のものでも構わない。

（２）上述した実施例では、陰極４をタングステンコイル等のフィラメントであるとして説明したが、電界放出により電子を発生する電子源であっても構わない。

（３）上述した実施例では、陰極保持円筒６を静止させる機構として永久磁石を用いると説明したが、電磁石でも構わない。

（４）上述した実施例では、陰極の形状は長方形に限らない。

（５）上述した実施例では、陰極保持部の形状は円筒に限らない。

（７）上述した実施例に係る発明は、医用に用いられてもよいし、工業用に用いられてもよい。

（８）上述した実施例に係る発明は、Ｘ線透視撮影装置に用いられてもよいし、Ｘ線ＣＴ装置に用いられてもよい。

この発明の一実施例の模式的な断面図である。

符号の説明

１ …外囲器回転型Ｘ線管装置
２ …外囲器
３ …フィラメント
４ …集束電極
５ …陰極
６ …陰極保持円筒
７ …回転軸（陰極側）
８、９ …軸受
１０、１１ …一次コイル、二次コイル
１２、１３ …永久磁石
１４ …陽極
１５ …高電圧発生源
１６ …電子流
１７ …偏向コイル
１８ …ターゲットディスク傾斜部
１９ …焦点
２０ …回転軸（陽極側）
２１ …Ｘ線
２２ …放射口

Claims

陽極が外囲器と一体となって回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置において、前記回転する外囲器の回転中心に設けた陰極と、前記陰極を保持する陰極保持部と、前記陰極保持部と前記外囲器の回転軸との間に介在され、前記回転する外囲器に対して前記陰極保持部を相対的に回転自在に支持する軸受と、前記軸受によって相対的に回転自在に支持される前記陰極保持部を前記回転する外囲器に対して磁力によって静止させる磁石とを備えたことを特徴とする外囲器回転型Ｘ線管装置。
請求項１に記載の外囲器回転型Ｘ線管装置において、互いに非接触で電力を伝達する給電部と受電部を備え、前記外囲器の外部にある前記給電部から電力を送り、前記外囲器の内部にある前記受電部で電力を受けて前記陰極に供給する電力伝達手段を備えることを特徴とする外囲器回転型Ｘ線管装置。