JP5342317B2 - Ｘ線管 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線画像診断装置や非破壊検査装置などに搭載され、Ｘ線の発生源として使用されるＸ線管装置が知られている。Ｘ線管装置は、陰極、陽極及びガラス材から成る真空外囲器を有したＸ線管を備えている。陰極のフィラメントから発生した熱電子を陽極に照射することにより、陽極からＸ線が発生する。Ｘ線管は、Ｘ線による被写体の撮影に利用されている。

しかし、実使用を経ると共に、真空外囲器の内面（真空側表面）に、フィラメントや陽極などからの誘電物質が徐々に付着し、付着した誘電物質からなる導電層が真空外囲器の内面に形成される問題がある。この場合、真空外囲器の内面において陰極電位が陽極側へと移動し、真空外囲器の内面の絶縁距離が短縮されてしまう。絶縁距離を十分に確保できなくなるため、耐電圧特性が劣化してしまうという問題がある。真空外囲器の耐電圧特性が劣化し始めると、この劣化は加速度的に進行することになる。上記したことは、真空外囲器の内面への誘電物質の付着が続くためである。

一方で、画像診断画像技術の進歩で、フィラメントに長時間通電される場合や、陽極が高温状態で使用される場合が増えてきている。このため、上記の場合でも耐電圧特性の劣化を抑制する技術が求められている。万一、使用中のＸ線画像診断装置の耐電圧特性に劣化が生じた場合、診断停止を余儀なくされる。

耐電圧特性の劣化を抑制するため、真空外囲器を大型化する方法が考えられる。これにより、真空外囲器の内面における陰極及び陽極間の絶縁距離を確保し、耐電圧特性を向上させるものである。しかし、この場合、Ｘ線管装置の大型化に伴う重量増加により、Ｘ線管の操作性が悪化するため、実用的では無い。

そこで、真空外囲器の内面を粗面化することで耐電圧特性の劣化を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特公昭６３−３８８２３号公報

ところで、粗面化にかかる製造コストは高くつく。粗面化する領域が広くなるにつれ、製造コストは上昇する。このため、耐電圧特性の劣化を抑制でき、ひいては製品寿命の長期化を図ることができ、かつ、粗面化にかかる製造コストを抑制できる技術が求められている。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、製品寿命の長期化を図ることができ、製造コストを抑制できるＸ線管を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係るＸ線管は、
電子を放出する電子放出源を有した陰極と、
前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、
ガラスで形成され、前記陰極及び陽極ターゲットを収容し、内面に粗面を有した真空外囲器と、を備え、
前記ターゲット面の延長線上に位置する前記真空外囲器の内面を始点、前記陰極から前記陽極ターゲットに向かって前記真空外囲器の内面を沿った方向を絶縁方向、前記陽極ターゲットの外面に接して前記電子放出源から延びる直線上に位置する前記真空外囲器の内面を基準点、前記基準点より前記絶縁方向に位置する前記真空外囲器の内面を終点、とすると、
前記粗面は、
前記絶縁方向において、前記始点から前記終点の範囲に形成され、
前記真空外囲器の内周に沿った方向において、前記陰極と対向した位置を中心に、前記真空外囲器の内周の１／４乃至１／２の範囲内に形成されている。

この発明によれば、製品寿命の長期化を図ることができ、製造コストを抑制できるＸ線管を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るＸ線管を備えたＸ線管装置を示す断面図である。 上記Ｘ線管の一部を拡大して示す断面図である。 上記Ｘ線管を示す側面図である。 上記Ｘ線管を示す上面図であり、特に、陰極、陽極ターゲット及び真空外囲器を示す図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係るＸ線管について説明する。この実施の形態において、Ｘ線管は回転陽極型のＸ線管であり、以下、回転陽極型のＸ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。

図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油４と、を備えている。
Ｘ線管１は、陰極（陰極電子銃）１０と、陽極２０と、真空外囲器７０とを備えている。陽極２０は、回転軸受ユニット５０と、陽極ターゲット６０とを有している。

陰極１０は、電子放出源としてのフィラメント１１を有している。陰極１０には、コネクタの端子８１、８２、８３より相対的に負の電圧が与えられる。フィラメント１１には、端子８１、８２、８３より相対的に負の電圧と電流が与えられる。これにより、フィラメント１１は電子（熱電子）を放出する。陰極１０は、図示しない収束電極も有している。収束電極は、フィラメント１１から放出された電子を収束する。このため、陰極１０は、電子を収束して放出することができる。

回転軸受ユニット５０は、回転体３０と、固定体としての固定シャフト４０と、潤滑材としての図示しない金属潤滑材又はベアリングとを備え、陽極ターゲット６０を回転させている。

回転体３０は、円筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体３０は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸に沿って延出している。この実施の形態において、上記回転軸は、Ｘ線管１の管軸ａ１と同一であり、以下管軸ａ１として説明する。回転体３０は、管軸ａ１を中心に回転可能である。回転体３０は、この一端部に位置した接続部３１を有しており、陽極ターゲットと締結されている。

固定シャフト４０は、回転体３０よりサイズの小さい円柱状に形成されている。固定シャフト４０は、回転体３０と同軸的に設けられ、管軸ａ１に沿って延出している。固定シャフト４０は、回転体３０の内部に嵌合されている。固定シャフト４０の一端部は、回転体３０の外部に露出されている。固定シャフト４０は、回転体３０を回転可能に支持している。

陽極ターゲット６０は、管軸ａ１に沿った方向に、固定シャフト４０の他端部に対向配置されている。陽極ターゲット６０は、この陽極ターゲットの外面の一部設けられたターゲット層６１を有している。

陽極ターゲット６０は、接続部３１を介して回転体３０に固定されている。陽極ターゲット６０は、形状が円盤状であり、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極ターゲット６０は、管軸ａ１を中心に回転可能である。ターゲット層６１は、管軸ａ１に沿った方向に陰極１０に間隔を置いて対向配置されたターゲット面Ｓを有している。
陽極ターゲット６０には、固定シャフト４０及び回転体３０を介し、コネクタの端子９１、９２、９３より相対的に正の電圧が与えられる。

真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は、ガラスで形成されている。真空外囲器７０は、陽極ターゲット６０と対向した径大部７１と、すべり軸受ユニット５０と対向した径小部７２と、径大部７１及び径小部７２を繋いだ継手部７３とを有している。径小部７２は、径大部７１より径が小さい。

真空外囲器７０は、開口部７５を有している。真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７５は、固定シャフト４０の一端部に密着している。真空外囲器７０は、固定シャフト４０を固定している。真空外囲器７０は、この内壁に陰極１０を取付けている。真空外囲器７０は、密閉され、陰極１０、回転軸受ユニット５０及び陽極ターゲット６０等を収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。

ステータコイル２は、回転体３０の側面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。
筐体３は、陰極１０と対向したターゲット層６１付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓３ａを有している。筐体３の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、絶縁油４が充填されている。

次に、真空外囲器７０について詳細に説明する。
図１乃至図４に示すように、真空外囲器７０は、内面に粗面７０ａを有している。粗面７０ａは凹凸状に形成されている。粗面７０ａは、真空外囲器７０の内面に、適当なサイズのガラスビーズをフロスト装置にて高圧で噴きつけることで形成される。上記のフロスト処理の他、ホーニング処理を施すことで粗面７０ａを形成しても良い。

粗面７０ａは、管軸ａ１に垂直な方向において、陰極１０（フィラメント１１）と対向した位置を中心に形成されている。粗面７０ａは、管軸ａ１を中心とする真空外囲器７０の内周の１／４乃至１／２の範囲内に形成されている。この実施の形態において、粗面７０ａは、真空外囲器７０の内周の１／４の範囲に形成されている。真空外囲器７０の内周に沿った方向において、粗面７０ａは、領域Ｒ１に形成されている。

ターゲット面Ｓの延長線Ｌ１上に位置する真空外囲器７０の内面を始点Ｐｓとする。陰極１０から陽極ターゲット６０に向かって真空外囲器７０の内面を沿った方向を絶縁方向ｄ１とする。陽極ターゲット６０の外面に接してフィラメント１１から延びる直線Ｌ２上に位置する真空外囲器７０の内面を基準点Ｐｒとする。詳しくは、上記陽極ターゲット６０の外面とは、管軸ａ１に垂直な方向における陽極ターゲット６０の外縁である。基準点Ｐｒより絶縁方向ｄ１に位置する真空外囲器７０の内面を終点Ｐｅとする。

粗面７０ａは、絶縁方向ｄ１において、少なくとも、始点Ｐｓから終点Ｐｅの範囲に形成されている。終点Ｐｅは、径小部７２に接した継手部７３の内面に位置している。

粗面７０ａは、径大部７１から継手部７３に亘って形成されている。この実施の形態において、粗面７０ａは、絶縁方向ｄ１において、継手部７３の内面全体に形成されている。絶縁方向ｄ１に沿った方向において、粗面７０ａは、領域Ｒ２に形成されている。

上記のように、粗面７０ａは凹凸状の面であるが、粗面７０ａから外れた真空外囲器７０の内面と、真空外囲器７０の外面とは滑らかな面である。粗面７０ａに重なった真空外囲器７０は、内部を識別不能に遮った状態であり、白濁した状態である。粗面７０ａから外れた真空外囲器７０は、内部を識別可能に透き通った状態である。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、フィラメント１１に相対的に負の電圧及び電流が与えられ、陽極ターゲット６０に相対的に正の電圧が与えられる。ここでは、フィラメント１１（陰極１０）に−７５ｋＶの高電圧が与えられ、陽極ターゲット６０に＋７５ｋＶの高電圧が与えられる。

陰極１０及び陽極ターゲット６０間にＸ線管電圧が加えられるため、陰極１０が収束された電子を放出すると、この電子は加速され、ターゲット層６１の焦点Ｆに衝突される。すなわち、陰極１０からターゲット層６１の焦点ＦにＸ線管電流が流れる。
これにより、ターゲット層６１は電子と衝突するときにＸ線を放出し、焦点Ｆから放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓３ａを透過して筐体３の外部に放出される。

ここで、本願発明者が調査したところ、陽極ターゲット６０の焦点Ｆ及びフィラメント１１から放出される誘電物質の大半は、陰極１０と対向した位置を中心に、真空外囲器７０の内周の１／４の範囲（領域Ｒ１）に集中することが分かった。また、見かけ上、粗面７０ａの絶縁距離は、粗面７０ａから外れた真空外囲器７０の内面の絶縁距離の約２倍になることが分かった。

そこで、領域Ｒ１及び領域Ｒ２で規定される範囲に粗面７０ａを形成したところ、耐電圧特性の劣化を抑制できることが分かった。粗面７０ａの耐電圧特性は、粗面７０ａから外れた真空外囲器７０の内面の耐電圧特性の３乃至５倍に上昇することが分かった。さらに、上記の結果、耐電圧特性の劣化となるまでのＸ線管１の寿命を約５倍以上に向上できることが分かった。

このため、真空外囲器７０の内周に沿った方向において、陰極１０と対向した位置を中心に、少なくとも真空外囲器７０の内周の１／４の範囲に粗面７０ａを形成すれば、耐電圧特性の劣化を抑制できることが分かる。

以上のように構成されたＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、陰極１０と、陽極ターゲット６０と、真空外囲器７０とを備えている。真空外囲器７０は、ガラスで形成され、内面に粗面７０ａを有している。粗面７０ａは、絶縁方向ｄ１において、始点Ｐｓから終点Ｐｅの範囲に形成されている。また、粗面７０ａは、陰極１０と対向した位置を中心に、真空外囲器７０の内周の１／４の範囲に形成されている。このため、耐電圧特性の劣化を抑制でき、ひいては製品寿命の長期化を図ることができる。

陽極ターゲット６０の焦点Ｆ及びフィラメント１１から放出される誘電物質は、基準点Ｐｒから終点Ｐｅの範囲に付着することは殆どないが、始点Ｐｓから基準点Ｐｒの範囲への付着は進むことになる。誘電物質の付着が進むと、真空外囲器７０の絶縁距離は、始点Ｐｓから基準点Ｐｒの範囲の分、短縮されるが、基準点Ｐｒから終点Ｐｅの範囲の粗面７０ａの優れた耐電圧特性は維持される。このため、誘電物質の付着が進んでも耐電圧特性の劣化を抑制することができる。

また、上記Ｘ線管１では、粗面７０ａを必要最小限に形成すればよく、真空外囲器７０の内周全体に形成しなくともよい。このため、内周全体に粗面を形成した場合に比べ、粗面化にかかる製造コストを抑制することができる。さらに、絶縁方向ｄ１において、始点Ｐｓから終点Ｐｅの範囲外に粗面７０ａを形成しなくともよいため、一層製造コストを抑制することができる。そして、必要最小限の領域に粗面７０ａを形成することにより、製造コストを従来製品とほぼ同等に維持することができる。

Ｘ線管１の製造工程において、陽極ターゲット６０及び陰極１０間の距離を測定して位置合わせする際、粗面７０ａによって視界が遮られることはないため、上記位置合わせを良好に行うことができる。また、陽極ターゲット６０及び陰極１０と対向した個所の真空外囲器７０の内周全体に粗面を形成した場合に必要と思われる覗き窓を、マスキングなどにより真空外囲器７０に形成する必要もないため、製造コストを抑制することができる。

その他、フィラメント１１点灯状態や、焦点Ｆの位置等も粗面７０ａの影響を受けずに確認することができる。このため、粗面７０ａによって視界が遮られることによる悪影響を排除することができる。
上記のことから、製品寿命の長期化を図ることができ、製造コストを抑制できるＸ線管を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、終点Ｐｅの位置は種々変形可能であり、終点Ｐｅは、基準点Ｐｒより絶縁方向ｄ１に位置していれば良い。

絶縁方向ｄ１に沿った方向において、粗面７０ａは、始点Ｐｓから終点Ｐｅの範囲だけでなく、始点Ｐｓから終点Ｐｅの範囲外に形成されていてもよい。この場合であっても、粗面７０ａが真空外囲器７０の内周の１／４乃至１／２の範囲内に形成されていれば上述した効果を得ることができる。

この発明は、回転陽極型のＸ線管及び回転陽極型のＸ線管装置に限定されることなく種々変形可能であり、固定陽極型のＸ線管及び固定陽極型のＸ線管装置等、他のＸ線管及びＸ線管装置にも適用することができる。

１…Ｘ線管、１０…陰極、１１…フィラメント、２０…陽極、６０…陽極ターゲット、６１…ターゲット層、７０…真空外囲器、７０ａ…粗面、７１…径大部、７２…径小部、７３…継手部、Ｓ…ターゲット面、Ｌ１…延長線、Ｌ２…直線、ｄ１…絶縁方向、Ｐｓ…始点、Ｐｅ…終点、Ｐｒ…基準点。

Claims (4)

1. 電子を放出する電子放出源を有した陰極と、
   前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、
   ガラスで形成され、前記陰極及び陽極ターゲットを収容し、内面に粗面を有した真空外囲器と、を備え、
   前記ターゲット面の延長線上に位置する前記真空外囲器の内面を始点、前記陰極から前記陽極ターゲットに向かって前記真空外囲器の内面を沿った方向を絶縁方向、前記陽極ターゲットの外面に接して前記電子放出源から延びる直線上に位置する前記真空外囲器の内面を基準点、前記基準点より前記絶縁方向に位置する前記真空外囲器の内面を終点、とすると、
   前記粗面は、
   前記絶縁方向において、前記始点から前記終点の範囲に形成され、
   前記真空外囲器の内周に沿った方向において、前記陰極と対向した位置を中心に、前記真空外囲器の内周の１／４乃至１／２の範囲内に形成されているＸ線管。
2. 前記粗面に重なった前記真空外囲器は、内部を識別不能に遮った状態であり、
   前記粗面から外れた前記真空外囲器は、内部を識別可能に透き通った状態である請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記真空外囲器は、前記陽極ターゲットと対向した径大部と、前記径大部より径の小さい径小部と、前記径大部及び径小部を繋いだ継手部と、を有し、
   前記粗面は、前記径大部から前記継手部に亘って形成されている請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記粗面は、前記絶縁方向において、前記継手部全体に形成されている請求項３に記載のＸ線管。

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