JP5265906B2

JP5265906B2 - 対流冷却式ｘ線管ターゲット及びその製造方法

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Publication number: JP5265906B2
Application number: JP2007313009A
Authority: JP
Inventors: マーク・エイ・フロンテラ; クリストファー・デイヴィッド・アンガー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: US20080137812A1; US7508916B2; JP2008147188A

Description

本発明は、一般的に云えば、Ｘ線管に関するものであり、より具体的には、対流冷却式Ｘ線ターゲットに関するものである。

Ｘ線システムは、典型的には、Ｘ線管と、検出器と、Ｘ線管及び検出器を支持する軸受組立体を含む。動作について説明すると、その上に対象物が位置決めされた撮像用テーブルを、Ｘ線管と検出器との間に配置する。Ｘ線管が、典型的には、対象物へ向けてＸ線のような放射線を放出する。放射線は、典型的には、撮像用テーブル上の対象物を通過して検出器に入射する。放射線が対象物を通過するとき、対象物の内部構造により、検出器で受けた放射線に空間的変化が生じる。そこで、検出器は受け取ったデータを送出し、システムは放射線の変化を画像に変換する。この画像は対象物の内部構造を評価するために使用することができる。当業者に認められるように、対象物としては、それに限定されないが、医学的撮像手順における患者、及び例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）荷物スキャナ又は検査用ＣＴ装置における荷物内の無生物の物体を挙げることができる。

Ｘ線管は、典型的には、集束した電子ビームを供給する陰極を含み、電子ビームは陽極−陰極間の真空ギャップを横切って加速されて、円板形陽極ターゲットとの衝突時にＸ線を発生する。電子ビームがターゲットに衝突したときに高い温度が生じるので、ターゲットは高い回転速度で回転させることが必要である。ターゲットは、典型的には、ターゲットを支持する片持ち張り式の軸に組み込まれた円筒形回転子に結合された銅製巻線を持つ鉄製固定子構造によって回転させる。

従来では、回転陽極は、回転ターゲットに熱的に結合された蓄熱ユニットを持ち、該蓄熱ユニットは、Ｘ線管の動作中に累積された熱エネルギを蓄積し、且つ蓄積された熱エネルギを放射熱伝達により散逸させる。ターゲットが主に放射熱伝達により冷却されるので、冷却過程は遅く、従って、焦点に加えることのできるピーク・パワーが制限される。その上、回転するターゲットの内部温度は加えられた平均パワーの結果であるので、ターゲットに加えられた平均パワーが増大した場合、加えることのできるピーク・パワーが更に制限される。

より新しい世代のＸ線管の動作条件により、Ｘ線管ターゲットについての要求が増大している。例えば、ＣＴシステムの画像品質は、陰極からターゲットに加えることのできるピーク・パワーに由来する。画像品質はまた焦点の寸法に関係しており、近年では、イメージング業界により焦点の寸法を小さくして、焦点負荷及び焦点軌道負荷を増大することが要望されていた。その上、ガントリ回転速度を高くし且つプロトコルをより高機能なものにすることにより、患者スループットを増大させて、これによりＸ線管ターゲットに加えられる平均パワーが増大し且つ回転陽極についての応力が増大していた。
米国特許出願公開第２００４０２１３３７９号

このことから、ターゲット軌道に加えることのできるピーク・パワー及び平均パワーを増大できるようにターゲット軌道の冷却を効率よくする装置を設けることが望ましい。

本発明は、上述の欠点を克服する装置を提供する。

本発明の一面によれば、陽極組立体を提供し、この陽極組立体は、回転軸を持ち且つ貫通する冷却通路が形成されている回転可能なハブと、該回転可能なハブに取り付けられた磁性流体シールであって、ターゲットを収容する第１の容積(volume)を第２の容積から流体分離する磁性流体シールとを含む。回転可能なハブにターゲットが取り付けられ、ターゲットは回転可能なハブの回転軸と一致した回転軸を持ち、またターゲットの中には、冷却通路に流体結合された室が形成されており、またターゲットは該ターゲットの外面に取り付けられた焦点軌道材料を持つ。

本発明の別の面によれば、Ｘ線管を製造する方法を提供し、本方法は、貫通する冷却流路を持つ回転可能なハブを形成する段階と、その中に延在する空洞を持つターゲットであって、当該ターゲットの表面に取り付けられた焦点軌道材料を持つターゲットを組み立てる段階とを含む。本方法は更に、回転可能なハブに磁性流体シールを取り付ける段階と、回転可能なハブにターゲットを取り付ける段階と、空洞に冷却流路を流体結合する段階とを含む。

本発明の更に別の面によれば、ＣＴシステムを提供し、このＣＴシステムは、回転可能なガントリと、熱交換器と、回転可能なガントリに取り付けられたＸ線管とを含む。Ｘ線管は、貫通する通路が形成されていて、熱交換器と流体接触する円筒形シャフトと、円筒形シャフトに取り付けられていて、その上に真空シールを形成する磁性流体シールと、対流冷却システムが中に形成されたターゲットとを含む。

本発明の様々な他の特徴及び利点は、以下の詳しい説明及び図面から明らかになろう。図面は、本発明を実施するために現在考えられる好ましい一実施形態を示す。

本発明の動作環境をコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムに使用されるようなＸ線管の使用に関して説明する。しかしながら、当業者には、本発明がＸ線管の使用を必要とする他のシステムにおいて使用するために等しく適用可能であることが理解されよう。このような使用用途としては、限定するものではないが、（医学的及び非医学的な用途の）Ｘ線イメージング・システム、マンモグラフィ・イメージング・システム、Ｘ線回折システム、及び（Ｘ線エネルギが、限定するものではないが、例えば、２５ＫｅＶ〜５００ＫｅＶである）Ｘ線撮影（ＲＡＤ）システムが挙げられる。

更に、本発明を通常の回転陽極型Ｘ線管に使用することに関連して説明する。しかしながら、当業者には、本発明が、加えることのできる全体のピーク又は平均パワーを制限する材料上で高強度焦点の動作を必要とする他のシステムにも等しく適用可能であることが理解されよう。

また本発明を第３世代の医用ＣＴイメージング・スキャナに関連して説明するが、本発明は荷物スキャナ又は他の非破壊式の工業用途に使用するためのスキャナのような他のＣＴシステムにも等しく適用可能である。更にまた、本発明は、複数のＸ線管、複数のＸ線検出器、及びそれらの組合せを使用するシステム及び装置にも等しく適用可能である。

図１及び図２について説明すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を、「第３世代」のＣＴスキャナを表すガントリ１２を含むものとして示している。ガントリ１２はＸ線管１４を含み、Ｘ線管１４はガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１８へ向けてＸ線ビーム１６を投射する。Ｘ線管１４は、ガントリ１２に装着された熱交換器（図示せず）によって冷却される。検出器アレイ１８は、複数の検出器２０によって形成されており、これらの検出器２０は、患者２２を通過した投射Ｘ線を検知する。各検出器２０は、入射する放射線ビームの強度、したがって患者２２を通過したときの減弱したビームの強度を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための走査中、ガントリ１２及びそれに装着された部品は回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作はＣＴシステム１０の制御機構２６によって統制される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０を含んでいる。制御機構２６内のデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、そのデータをその後の処理のためにディジタル信号へ変換する。画像再構成装置３４がＤＡＳ３２からのサンプリングされディジタル化されたＸ線データを受け取って、高速画像再構成を遂行する。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として供給され、コンピュータ３６は画像を大容量記憶装置３８に記憶させる。

コンピュータ３６はまた、キーボードを持つコンソール４０を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。付設された陰極線管表示装置４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成された画像及び他のデータを観察することができる。コンピュータ３６はオペレータにより供給された指令及びパラメータを使用して、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０へ制御信号及び情報を供給する。更に、コンピュータ３６はテーブル・モータ制御装置４４を作動し、テーブル・モータ制御装置４４は患者２２及びガントリ１２を位置決めするように電動テーブル４６を制御する。特に、テーブル４６はガントリ開口４８の中へ患者２２の部分を移動させる。

図３は、本発明の一実施形態による図１のＸ線管１４の断面図を示す。Ｘ線管１４はフレーム５０及び陽極背板５２を含む。フレーム５０及び陽極背板５２は、内部を真空にしたＸ線管容積５６を密閉し、該Ｘ線管容積５６の中には陽極又はターゲット５８及び陰極６２が収容されている。陰極６２からターゲット５８へ両者間の電位差、例えば、ＣＴ用途では６万ボルト以上の電位差により差し向けられた高速の電子が急激に減速されたときに、Ｘ線が発生される。Ｘ線１６は放射線放出通路５４を通って図２の検出器アレイ１８のような検出器アレイへ向けて放出される。電子によるターゲット５８の過熱を防止するために、回転子６４及び中心シャフト６６が、中心線６８を中心にして、例えば、９０〜２５０Ｋｚの高速度でターゲット５８を回転させる。ターゲット５８は中心シャフト６６の第１の端部７４に取り付けられ、また回転子６４は中心シャフト６６の第２の端部７６に取り付けられる。

軸受組立体６０が前部軸受７０及び後部軸受７２を含み、これらの軸受は一緒に中心シャフト６６を支持し、この中心シャフト６６にはターゲット５８が取り付けられる。好ましい実施形態では、前部及び後部軸受７０，７２はグリース又はオイルを使用して潤滑される。前部及び後部軸受７０，７２は中心シャフト６６に取り付けられ且つステム７８内に装着されており、ステム７８は陽極背板５２によって支持される。固定子８０が、中心シャフト６６に取り付けられたターゲット５８を回転駆動するために、中心シャフト６６に取り付けられた回転子６４を回転駆動する。

Ｘ線管１４は、中心シャフト６６の周りに配置された磁性流体シール組立体８８を含み、これは、取付け板８２、固定子ハウジング８４、固定子取付け構造８６及びステム７８と共に、副室９０を画成する。副室９０の中には軸受組立体６０及び回転子６４が配置され、また中心シャフト６６の第２の端部７６が副室９０の中まで延在する。中心シャフト６６は、Ｘ線管容積５６から磁性流体シール組立体８８を通って副室９０の中まで延在する。一実施形態では、中心シャフト６６は取付け板８２を通って周囲環境８３の中まで延在する。磁性流体シール組立体８８は、その中で中心シャフト６６を回転可能にしながら、Ｘ線管容積５６を副室９０から気密封止する。従って、磁性流体シール組立体８８は、内部を高真空にしたＸ線管容積５６の外で、冷却入口１１８及び冷却出口１３２への直接的なアクセスを可能にする。

ステム７８に熱的に接続された磁性流体シール組立体８８を冷却するために、冷却通路９２が陽極背板５２を通ってステム７８の中に冷却剤９３を運ぶ。冷却剤９３は冷却通路９２を通ってながれて、磁性流体シール組立体８８を冷却する。冷却剤９３はまた、軸受組立体６０と熱的接触して流れることによって軸受組立体６０を冷却する。冷却入口１１８及び出口１３２は、「Ｄｅｕｂｌｉｎ（登録商標）」などのような単一の又は複数の回転液体シール１３９を介して、熱交換器１３に接続される。「Ｄｅｕｂｌｉｎ（登録商標）」シールは、米国、イリノイ州、６００８５−６７４７、ウォーキガン、ノーマン・ドライブ・ウェスト、２０５０所在のドュブリン・カンパニイ(Deublin Company) から入手可能である。

図４は、本発明の一実施形態に従ったターゲット５８及び中心シャフト６６用の対流冷却システム５７の断面図を示す。ターゲット５８の第１のターゲット・キャップ半部１２４とターゲット５８の第２のターゲット・キャップ半部１２６とが一緒に結合されたときに、ターゲット５８内に室１０６（これは、空洞又は中空領域とも呼ぶ）が形成される。以下に説明するように、室１０６はターゲット５８についての流体の対流による冷却を可能にする。半部１２４，１２６を一緒に接合する前に、ステム１１１を持ち且つ該ステム１１１を貫通して形成された供給流路１１４を持つ分流器１１０が該半部の間に配置されて、半部１２４，１２６を一緒に接合したときに半部１２４，１２６と分流器１１０との間に隙間１１３が形成されるようにする。冷却システムの部材１１１及び１３６の質量を支えるためにスリーブ又は流体軸受（図示せず）を追加することができる。通路１０８（これは、冷却剤流路又は通路とも呼ばれる）が中心シャフト６６を貫通して形成される。中心シャフト６６は、分流器１１０のステム１１１が通路１０８を通り抜けるようにターゲット５８に接合される。通路１０８の壁１０９とステム１１１との間に隙間すなわち戻り流路１１２が形成される。従って、隙間１１３が隙間１１２と供給流路１１４とに流体接続される。分流器１１０はＸ線管１４に関して静止したものとすることができ、或いはステム１１１又はターゲット室１０６内の接触点を介してターゲット５８に堅固に結合することができる。ターゲット５８の外面は、ターゲット５８の放射熱伝達及び冷却を向上させるために放射性被膜で被覆することができる。

冷却剤１１６は、熱交換器１３から入口１１８を介して供給流路１１４の中へ矢印の方向１１９に供給され又は圧送される。ターゲット５８の隙間１１３を通過した後、冷却剤１１６は矢印の方向１２１に戻り流路１１２を通って戻る。冷却剤１１６には、限定するものではないが、誘電体絶縁油、冷却油、水、エチレン・グリコール、プロピレン・グリコール、及びそれらの混合物などの内の１つ又は複数を含むことができる。冷却剤１１６は供給流路１１４を通って室１０６へ流入する。冷却剤１１６は半径方向外側領域１２０に流入する。半径方向外側領域１２０は、一実施形態では、焦点軌道１２２が半径方向外側領域１２０とオーバーラップするように、焦点軌道１２２に隣接している。別の実施形態によれば、半径方向外側領域１２０は焦点軌道１２２とオーバーラップしていず、その代わりに、例えば、破線で示す半径方向中間領域に達し、その領域において壁１３５がターゲット５８に形成されており、これにより分流器１１０と壁１３５との間に隙間１３６が形成される。この実施形態では、ターゲットの蓄熱を増大させるために、黒鉛又は炭素−炭素複合材のような炭素を含む蓄熱材料１４０をターゲットに取り付ることができる。ターゲット５８が全て金属で設計されている場合、陽極の回転速度をより高速にすることができる。当業者に認められるように、半径方向外側領域１２０は半径方向に更に延在、例えば、ターゲット５８の中心から半径の３／４まで延在することができる。

冷却剤は更に、戻り流路１１２及び出口１３２へ向けて流れてそれらを通り、熱交換器１３に戻る。本書で述べるいずれの実施形態でも、室１０６の壁は、代替案として、過大な瞬時温度から保護するために熱絶縁材料又は高度に一方向性の伝導材料１３３で被覆又はメッキすることができる。当業者には、上記の流れの方向を逆向きにすることができることが認められよう。すなわち、冷却剤１１６は１３２を入口として冷却システム５７に入力され、そして１１８を出口として冷却のために熱交換器１３に戻るようにすることができる。

ターゲット５８に取り付けられた複数の撹拌素子又はフィン１３０が、室１０６内でターゲット５８から冷却剤１１６への対流熱伝達を向上させるために表面積を増大させる。撹拌素子又はフィン１３０はまた、冷却剤１１６の流れを崩壊させて、室１０６内に乱流を生じさせることにより、冷却剤１１６への対流熱伝達を更に向上させる。撹拌素子又はフィン１３０はまた、ターゲット５８が回転しているとき、ポンプ機構として作用して、冷却システム５７全体を通る冷却剤１１６の圧送を向上させる。

更に図４を参照して、動作について説明すると、陰極６２（図３に示す）から放出された電子がターゲット５８の焦点軌道１２２に衝突させられる。冷却剤１１６が供給流路１１４に流入させられて、ターゲット５８全体を通るように圧送される。前に述べたように、この圧送作用は撹拌素子又はフィン１３０の動作によって更に高められる。焦点軌道１２２内で生じた熱はターゲット５８内を伝導して、冷却剤１１６へ対流により伝達され、その結果、冷却剤１１６の温度を上昇させる。冷却剤１１６は戻り流路１１２を通って、液体シール１３９を介して出口１３２からターゲット組立体（５８，６６）を出て、熱交換器１３によって冷却される。このように、焦点軌道１２２で発生された熱は冷却剤１１６によって直接的に冷却されて、熱交換器１３へ効率よく運ばれ、もってターゲット５８に加えることのできるピーク・パワー及び平均パワーを増大させることができる。冷却剤１１６は、焦点軌道１２２で発生された熱を単一又は多相熱伝達機構を介して伝達することができる。

図５は、本発明の代替実施形態によるターゲット５８及び中心シャフト６６用の対流冷却システム５７の断面図を示す。グリッドコップ(glidcop) のような熱伝導材料１０７がターゲット５８の第１及び第２の半部１２４，１２６の間の室１０６内に配置される。好ましくは、熱伝導材料１０７は、中心に貫通して形成された中孔１２５を持つ環状のリングである。分流器１１０のステム１１１は、ステム１１１と第２の半部１２６との間に隙間１２９が形成されるように且つステム１１１と熱伝導材料１０７との間に隙間１３１が形成されるように、中孔１２５の中まで延在する。従って、領域１３１にある冷却剤１１６は熱伝導材料１０７と接触して、その中の熱を吸収する。冷却剤１１６は熱交換器１３から入口１１８へ流されて、液体シール１３９を通り、供給流路１１４に入る。次いで、冷却剤１１６は隙間１２９，１３１を通って流れて、戻り流路１１２を介して液体シール１３９へ戻る。冷却剤１１６は出口１３２で液体シール１３９を出て、熱交換器１３へ流れる。このように、焦点軌道１２２で発生された熱は材料１０７によって伝導により冷却され、材料１０７は冷却剤１１６によって直接的に且つ伝導により冷却され、もってターゲット５８に加えることのできるピーク・パワー及び平均パワーを増大させることができる。当業者には、領域１３１を室１０６の中へ半径方向に延在させることができること、また室１０７を拡大し及び／又は対応的に分流器１１０を延在させることによって冷却剤１１６をそれに差し向けることができることが認められよう。当業者には、焦点軌道１２２と半径方向にオーバーラップするように図示されているが、熱伝導材料１０７を半径方向に焦点軌道１２２の手前で止めて、焦点軌道１２２付近には半径方向に通常のターゲット・キャップ材料を配置することができることが認められよう。また当業者には、ターゲット５８の熱的性能を増強するために、蓄熱材料１４０を第１の半部１２４に取り付けることができることが認められよう。

図６は、図３の磁性流体シール組立体８８の断面図を示す。磁性流体シールは、典型的には、回転部品と非回転部品との間に一連の環状領域を含む。これらの環状領域は磁性流体によって占められており、磁性流体は、典型的には、炭化水素ベースの油、シリコーン・ベースの油、又は過フッ化炭化水素ベースの油の中に磁性粒子を懸濁させたものである。粒子は、磁場の存在下で粒子の凝集を防止する安定剤又は界面活性剤で被覆されている。磁場の存在下で、磁性流体により環状領域の各々の間にシールを形成するようにする。各環状領域すなわち各段のシールは、別々に、典型的には１〜３ｐｓｉの圧力に耐えることができ、従って、各段が直列に配置されたとき、組立体全体は一方の側での大気圧から他方の側での高真空まで変化する圧力に耐えることができる。

一対の環状の磁極片９６，９８がステム７８の内面９９に突合せ接触し且つ中心シャフト６６を取り囲む。環状の永久磁石１００が磁極片９６と磁極片９８との間に配置される。好ましい実施形態では、中心シャフト６６はそこから磁極片９６，９８へ向かって延在する環状のリング９４を含む。しかしながら、この代わりに、磁極片９６，９８が、中心シャフト６６の環状のリング９４の代わりに又はそれに加えて、中心シャフト６６へ向かって延在する環状のリングを含むことができる。磁性流体１０２は各々の環状のリング９４とその対応する磁極片９６，９８との間に配置されて、空洞１０４を形成する。永久磁石１００からの磁化により、各々の環状のリング９４とその対応する磁極片９６，９８との間に配置された磁性流体１０２が所定位置に保持される。このようにして、図３の副室９０内のガスの圧力を、Ｘ線管容積５６中に形成された高真空から気密封止する磁性流体１０２の複数の段が形成される。図示のように、図６は８段の磁性流体１０２を示す。各段の磁性流体１０２は１〜３ｐｓｉのガス圧力を耐える。このことから、当業者には、副室９０とＸ線管容積５６との間の圧力の差に依存して、磁性流体１０２の段数及び間隔を増減できることが認められよう。

図７は、本発明の一実施形態に従って第１の半部１２４又は第２の半部１２６（図示せず）に取り付けられた複数の撹拌素子／フィン１４２を例示する斜視図である。撹拌素子／フィン１４２は大体矩形の断面を持ち、その矩形の長軸が分流器１１０の円周方向１４１に大体沿っている。撹拌素子／フィン１４２はそれらの間に空隙１４４を持ち、これにより図４の冷却剤１１６をそれらの撹拌素子／フィンの周囲に流れさせることができる。

図８は、本発明の一実施形態に従って第１の半部１２４又は第２の半部１２６（図示せず）に取り付けられた複数の撹拌素子／フィン１４６を例示する斜視図である。撹拌素子／フィン１４６は大体矩形の断面を持ち、その矩形の長軸が分流器１１０の半径方向１４７に大体沿っている。撹拌素子／フィン１４６はそれらの間に空隙１４８を持ち、これにより図４の冷却剤１１６をそれらの撹拌素子／フィンの周囲に流れさせることができる。

図９は、本発明の一実施形態に従って第１の半部１２４又は第２の半部１２６（図示せず）に取り付けられた複数の撹拌素子／フィン１５０を例示する斜視図である。撹拌素子／フィン１５０は大体円形の断面を持つ。撹拌素子／フィン１５０はそれらの間に空隙１５２を持ち、これにより図４の冷却剤１１６をそれらの撹拌素子／フィンの周囲に流れさせることができる。

図１０は、本発明の一実施形態に従って第１の半部１２４又は第２の半部１２６（図示せず）に取り付けられた複数の撹拌素子／フィン１５４を例示する斜視図である。撹拌素子／フィン１５４は大体三角形の輪郭を持ち且つその上に形成された先端部を持つ。撹拌素子／フィン１５４はそれらの間に空隙１５６を持ち、これにより図４の冷却剤１１６をそれらの撹拌素子／フィンの周囲に流れさせることができる。

図１１は、非侵襲性荷物検査システムに使用するためのＣＴシステムの絵画的斜視図である。荷物／手荷物検査システム５１０は、荷物又は手荷物を通すことのできる開口５１４を持つ回転可能なガントリ５１２を含む。回転可能なガントリ５１２は、本発明の一実施形態に従った高周波電磁エネルギ源５１６と、複数のシンチレータ素子より成るシンチレータ・アレイを持つ検出器組立体５１８とを収容している。また、コンベヤー・システム５２０が設けられ、コンベヤー・システム５２０は、走査すべき荷物又は手荷物５２６を開口５１４に自動的に且つ連続的に通すために構体５２４によって支持されたコンベヤー・ベルト５２２を含む。対象物５２６がコンベヤー・ベルト５２２によって開口５１４に通すように供給されて、画像データが取得され、次いでコンベヤー・ベルト５２２が荷物５２６を開口５１４から制御された連続的な態様で取り去る。結果として、郵便検査官、手荷物取扱者、及びその他の警備担当者が、爆発物、ナイフ、銃、禁制品などについて、荷物５２６の中味を非侵襲式に検査することができる。更に、このようにシステムは、部品や組立体を非破壊式に評価するための工業用途に使用することができる。

従って、本発明の一実施形態に従って、陽極組立体は、回転軸を持ち且つ貫通する冷却通路が形成されている回転可能なハブと、該回転可能なハブに取り付けられた磁性流体シールであって、ターゲットを収容する第１の容積を第２の容積から流体分離する磁性流体シールとを含む。ターゲットが回転可能なハブに取り付けられ、ターゲットは回転可能なハブの回転軸と一致した回転軸を持ち、またターゲットの中には、冷却通路に流体結合された室が形成されており、またターゲットは該ターゲットの外面に取り付けられた焦点軌道材料を持つ。

本発明の別の実施形態に従って、Ｘ線管を製造する方法は、貫通する冷却流路を持つ回転可能なハブを形成する段階と、その中に延在する空洞を持つターゲットであって、当該ターゲットの表面に取り付けられた焦点軌道材料を持つターゲットを組み立てる段階とを含む。本方法は更に、回転可能なハブに磁性流体シールを取り付ける段階と、回転可能なハブにターゲットを取り付ける段階と、空洞に冷却流路を流体結合する段階とを含む。

本発明の更に別の実施形態に従って、ＣＴシステムは、回転可能なガントリと、熱交換器と、回転可能なガントリに取り付けられたＸ線管とを含む。Ｘ線管は、貫通する通路が形成されていて、熱交換器と流体接触する円筒形シャフトと、円筒形シャフトに取り付けられていて、その上に真空シールを形成する磁性流体シールと、対流冷却システムが中に形成されたターゲットとを含む。

本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、以上に説明したもの以外に、特許請求の範囲内で等価物の利用、代替物の利用、及び修正が可能であることが認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態を取り入れるＣＴイメージング・システムの絵画的略図である。図１に示されたシステムの概略ブロック図である。本発明の一実施形態を取り入れたＸ線管の断面図である。本発明の一実施形態によるＸ線管ターゲットの断面図である。本発明の一実施形態によるＸ線管ターゲットの断面図である。図３に示された磁性流体シール組立体の断面図である。本発明の一実施形態による図４のターゲット・キャップを示す概略図である。本発明の一実施形態による図４のターゲット・キャップを示す概略図である。本発明の一実施形態による図４のターゲット・キャップを示す概略図である。本発明の一実施形態による図４のターゲット・キャップを示す概略図である。本発明の一実施形態を取り入れて非侵襲性荷物検査システムと共に使用するためのＣＴシステムの絵画的略図である。

符号の説明

１０コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム
１２ガントリ
１３熱交換器
１４Ｘ線源
１６Ｘ線ビーム
１８検出器アレイ
２０検出器
２２患者
２４回転中心
２６制御機構
４２表示装置
４８開口
５０フレーム
５２陽極背板
５４放射線放出通路
５６Ｘ線管容積
５７対流冷却システム
５８陽極又はターゲット
６０軸受組立体
６２陰極
６４回転子
６６中心シャフト
６８中心線
７０前部軸受
７２後部軸受
７４中心シャフトの第１の端部
７６中心シャフトの第２の端部
７８ステム
８０固定子
８２取付け板
８３周囲環境
８４固定子ハウジング
８６固定子取付け構造
８８磁性流体シール組立体
９０副室
９２冷却通路
９３冷却剤
９４環状のリング
９６磁極片
９８磁極片
９９内面
１００永久磁石
１０２磁性流体
１０４空洞
１０６室
１０７熱伝導材料
１０８通路
１０９壁
１１０分流器
１１１ステム
１１２戻り流路
１１３隙間
１１４供給流路
１１６冷却剤
１１８冷却入口
１１９方向
１２０半径方向外側領域
１２１方向
１２２焦点軌道
１２４第１のターゲット・キャップ半部
１２５中孔
１２６第２のターゲット・キャップ半部
１２９隙間
１３０撹拌素子又はフィン
１３１隙間
１３２冷却出口
１３３熱絶縁材料
１３５壁
１３６隙間
１３９液体シール
１４０蓄熱材料
１４１円周方向
１４２複数の撹拌素子／フィン
１４４空隙
１４６複数の撹拌素子／フィン
１４７半径方向
１４８空隙
１５０複数の撹拌素子／フィン
１５２空隙
１５４複数の撹拌素子／フィン
１５６空隙
５１０荷物／手荷物検査システム
５１２回転可能なガントリ
５１４開口
５１６高周波電磁エネルギ源
５１８検出器組立体
５２０コンベヤー・システム
５２２コンベヤー・ベルト
５２４構体
５２６荷物又は手荷物

Claims

Ｘ線管用の陽極組立体であって、
中空のステム（７８）と、
前記ステム（７８）内に配置され、回転軸（６８）を持ち且つ貫通する冷却通路（１１４）が形成されている、前記ステム（７８）に対して回転可能なハブ（６６）と、
前記ステム（７８）と前記回転可能なハブ（６６）との間に取り付けられた磁性流体シール（８８）であって、ターゲット（５８）を収容する第１の容積（５６）を該第１の容積（５６）よりも高い気圧を持つ第２の容積（９０）から流体分離する磁性流体シール（８８）と、
第１及び第２の外面を有し、前記回転可能なハブ（６６）に取り付けられたターゲット（５８）であって、前記回転可能なハブ（６６）の回転軸（６８）と一致した回転軸（６８）を持ち、また内部に形成されていて、前記冷却通路（１１４）に流体結合された室（１０６）を持ち、また当該ターゲット（５８）の前記第１の外面に取り付けられ、前記室（１０６）にオーバーラップしていない焦点軌道材料（１２２）を持つターゲット（５８）と、
前記ターゲット（５８）の前記第２の外面に取り付けられ且つ前記焦点軌道材料（１２２）にオーバーラップして前記焦点軌道材料（１２２）に熱的に接続された蓄熱材料（１４０）と、
を有する陽極組立体。
更に、入口供給流路（１１４）を持つ分流器（１１０）であって、当該分流器（１１０）と前記室（１０６）の壁（１０９）との間に隙間（１０８）が形成されるように前記室（１０６）内に配置され、且つ当該分流器（１１０）と前記冷却通路（１１４）の壁との間に隙間（１１３）が形成されるように前記冷却通路（１１４）の中へ延在している分流器（１１０）を含んでいる請求項１記載の陽極組立体。
前記焦点軌道（１２２）に向けて電子を放出する陰極（６２）と、
前記ターゲット（５８）の前記外面に配置された放射性被膜を含んでいる請求項１または２に記載の陽極組立体。
更に、
前記回転可能なハブ（６６）を回転可能に支持する軸受組立体（６０）と、
前記ステム（７８）と前記回転可能なハブ（６６）との間に配置された第２の冷却通路（９２）とを有し、
前記磁性流体シール（８８）は、前記ターゲット（５８）と前記軸受組立体（６０）との間に配置され、
前記第２の冷却通路（９２）を流れる冷却剤（９３）は前記磁性流体シール（８８）と前記軸受組立体（６０）を冷却する、請求項１乃至３のいずれかに記載の陽極組立体。
更に、
前記第２の容積（９０）を形成し、前記回転可能なハブ（６６）を回転駆動する固定子（８０）及び回転子（６４）と、
前記第１の容積（５６）を密閉するフレーム（５０）及び陽極背板（５２）と、
を有し、
前記ステム（７８）は前記陽極背板（５２）によって支持され、
前記第２の冷却通路（９２）が前記陽極背板（５２）を通って前記ステム（７８）の中に前記冷却剤（９３）を運ぶ、請求項４に記載の陽極組立体。
前記磁性流体シール（８８）は、
磁性流体（１０２）と、
前記ステム（７８）の内面９９に突合せ接触し且つ前記回転可能なハブ（６６）を取り囲
む一対の環状の磁極片（９６，９８）と、
前記一対の環状の磁極片（９６，９８）の間に配置される環状の永久磁石（１００）と、
を備え、
前記回転可能なハブ（６６）はそこから前記一対の環状の磁極片（９６，９８）へ向かって延在する複数の環状のリング（９４）を含み、
前記磁性流体（１０２）は各々の前記複数の環状のリング（９４）とその対応する前記一対の環状の磁極片（９６，９８）との間に配置されて、複数の空洞（１０４）を形成する、請求項１乃至５のいずれかに記載の陽極組立体。
前記蓄熱材料は黒鉛及び炭素−炭素複合材の内の一方である、請求項１乃至６のいずれかに記載の陽極組立体。
更に、前記室（１０６）内に配置された冷却剤（１１６）を含んでおり、
前記冷却剤（１１６）は、誘電体絶縁油、冷却油、水、エチレン・グリコール及びプロピレン・グリコールの内の少なくとも１つを含んでいる請求項１乃至７のいずれかに記載の陽極組立体。
更に、前記室（１０６）内に配置されて前記ターゲット（５８）に取り付けられ、且つ前記冷却通路（１１４）に流体結合されている熱伝導材料（１０７）を含んでいる請求項１乃至８のいずれかに記載の陽極組立体。