JP5361478B2 - Ｘ線管装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線管装置に関する。

一般に、Ｘ線管装置は、医療診断システムや工業診断システム等に用いられている。Ｘ線管装置は、Ｘ線を放射するＸ線管と、Ｘ線管を収容した筐体と、筐体内に充填された絶縁油とを備えている。Ｘ線管は、電子を放出するフィラメント及びグリッドを有したカソード、フィラメントから放出された電子が衝突されることによりＸ線を放出するアノード、並びにカソード及びアノードを収容した真空外囲器を有している。

筐体には、アノード用のレセプタクルと、カソード用のレセプタクルとがそれぞれ取付けられている（例えば、特許文献１参照）。例えば、カソード用のレセプタクルは、フィラメント端子及びグリッド端子を有している。

フィラメントにはフィラメント回路が接続され、フィラメント回路はＸ線管の外側に引き出され、絶縁油中を通ってフィラメント端子に接続されている。グリッドにはグリッド回路が接続され、グリッド回路はＸ線管の外側に引き出され、絶縁油中を通ってグリッド端子に接続されている。

アノードには、高電圧電源からアノード給電高圧ケーブル及びアノード用のレセプタクルを介してアノード電圧が供給される。フィラメントには、高電圧電源のマイナス側からカソード給電高圧ケーブル、フィラメント端子及びフィラメント回路を介してフィラメント電圧が供給される。グリッドには、高電圧電源のマイナス側からカソード給電高圧ケーブル、グリッド端子及びグリッド回路を介してグリッド電圧が供給される。このため、上記カソード給電高圧ケーブルは、内部に互いに絶縁された２つの芯導線を含んでいる。なお、グリッドにはさらにバイアス電圧が給電されている。
特開平５−１５２０９３号公報

ところで、上記グリッド及びアノード間で放電が生じる場合がある。放電が生じた場合、グリッドに高電圧が誘起されるため、フィラメント（フィラメント回路）との間に大きな電位差が生じる。放電が生じた瞬間のグリッド及びフィラメント間の電位差は、最大で高圧電源電圧の値に達する。このため、カソード用のレセプタクル内のグリッド端子及びフィラメント端子間に絶縁破壊が生じてしまう恐れがある。

これに耐えるようにグリッド端子及びフィラメント端子間の絶縁耐力を高める為に、グリッド端子及びフィラメント端子間に十分な距離を設けたり、高絶縁耐力の材料を使用したり、或いは、フィラメント回路及びグリッド回路間にバリスタやアレスタ等のサージアブソーバーを組み込むなどの手段で対策を講じることが考えられる。しかし、寸法的な制約或いはサージアブソーバーの耐久性、信頼性から上記手段を採用することは、実用的には困難を極めるものである。信頼性の高いＸ線管装置を提供する為に、グリッド用端子及びフィラメント用端子間の絶縁破壊を確実に防止することが求められる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、信頼性の高いＸ線管装置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線管装置は、
電子が衝突されることによりＸ線を放出するアノード、前記アノードに衝突される電子を放出するフィラメント及び前記フィラメントから前記アノードに向かう電子の軌道を取り囲んで設けられたグリッドを有したカソード、並びに前記アノード及びカソードを収容した真空外囲器を含んだＸ線管と、
前記Ｘ線管を収容した筐体と、
前記筐体の内部に充填された絶縁油と、
前記フィラメントにフィラメント電圧を供給するフィラメント端子及び前記グリッドにグリッド電圧を供給するグリッド端子を有し、前記筐体に取付けられた絶縁性のレセプタクルと、
前記フィラメントに接続されているとともに前記Ｘ線管の外側に引き出され、前記絶縁油中を通って前記フィラメント端子に接続されたフィラメント回路と、
前記グリッドに接続されているとともに前記Ｘ線管の外側に引き出され、前記絶縁油中を通って前記グリッド端子に接続されたグリッド回路と、を備え、
前記絶縁油を介した前記フィラメント回路及びグリッド回路間の放電開始電圧は、前記レセプタクルの前記フィラメント端子及びグリッド端子間の絶縁破壊電圧未満である。

この発明によれば、信頼性の高いＸ線管装置を提供することができる。

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線管装置について詳細に説明する。
図１、図２及び図３に示すように、Ｘ線管装置は、Ｘ線管１、筐体２０、絶縁油９、アノードコネクタ１４、カソードコネクタ１６、アノード給電高圧ケーブル１３、カソード給電高圧ケーブル１５、フィラメント回路３、グリッド回路４及び高電圧電源１２を備えている。この実施の形態において、Ｘ線管１は回転アノード型Ｘ線管である。

Ｘ線管１は、回転体５、固定体６、カソード１０、アノード１１及び真空外囲器１９を備えている。
回転体５は、筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体５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。回転体５は、上記回転軸を中心に回転可能である。回転体５は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。

固定体６は柱状に形成されている。固定体６の直径は回転体５の内径より小さい。固定体６は、回転体５と同軸的に設けられ、回転軸に沿って延出している。固定体６は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定体６は、回転体５に嵌合され、また、真空外囲器１９に固定されている。なお、図示しないが、回転体５及び固定体６間の隙間にガリウム・インジウム・錫合金（ＧａＩｎＳｎ）等の金属潤滑剤が充填されている。このため、Ｘ線管１はすべり軸受けを使っている。

アノード１１は、回転軸に沿った方向に、固定体６の一端部に対向配置されている。アノード１１は、アノードの外面に位置したターゲット層１１ａを有している。アノード１１は、回転体５の閉塞された一端部にナット７で固定されている。アノード１１は、形状が円環状であり、重金属等の材料で形成されている。アノード１１は、例えばＭｏで形成されている。

アノード１１は、回転体５及び固定体６と同軸的に設けられている。アノード１１は、回転軸を中心に回転可能である。アノード１１は、カソード１０から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出するものである。アノード１１には、相対的に正の電圧が供給される。

カソード１０は、フィラメント１７及びグリッド１８を有している。カソード１０は、アノード１１のターゲット層１１ａに間隔を置いて対向配置されている。フィラメント１７はアノード１１に衝突される電子を放出するものである。グリッド１８は、フィラメント１７からアノード１１に向かう電子の軌道を取り囲んで設けられている。フィラメント１７及びグリッド１８には、相対的に負の電圧と電流が与えられる。これにより、上記のようにフィラメント１７は電子（熱電子）を放出する。

真空外囲器１９は、アノード１１及びカソード１０を収容している。真空外囲器１９は、ガラス及びセラミックなどの絶縁材又は、絶縁材と金属などの導電部材との組合せで形成されている。真空外囲器１９は密閉され、内部は真空状態に維持されている。真空外囲器１９は、カソード１０と対向したターゲット層１１ａ付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓１９ａを有している。

筐体２０は、Ｘ線管１、フィラメント回路３及びグリッド回路４を収容している。筐体２０は、カソード１０と対向したターゲット層１１ａ付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓２０ａを有している。筐体２０の内部には、Ｘ線管１等が収容されている他、冷却液としての絶縁油９が充填されている。

このため、Ｘ線管１、フィラメント回路３及びグリッド回路４等は絶縁油９に浸漬されている。なお、図示しないが、筐体２０の内部には、回転体５を回転させるステータコイルも収容されている。

アノードコネクタ１４は、レセプタクル１４ａ及びプラグ１４ｂを有している。レセプタクル１４ａ及びプラグ１４ｂは、着脱可能に形成されている。レセプタクル１４ａは、筐体２０に気密に取付けられている。レセプタクル１４ａは、絶縁性の材料として、例えば樹脂で形成されている。アノードコネクタ１４は、アノード１１に接続され、アノード１１にアノード電圧を供給するものである。

カソードコネクタ１６は、レセプタクル１６ａ及びプラグ１６ｂを有している。レセプタクル１６ａ及びプラグ１６ｂは、着脱可能に形成されている。レセプタクル１６ａは、レセプタクル１４ａとは独立して筐体２０に気密に取付けられている。レセプタクル１６ａは、絶縁性の材料として、例えば樹脂で形成されている。

レセプタクル１６ａは、フィラメント１７にフィラメント電圧を供給するフィラメント端子３１及びグリッド１８にグリッド電圧を供給するグリッド端子３２を有している。フィラメント端子３１は、フィラメント１７に接続され、フィラメント１７にフィラメント電圧を供給するものである。グリッド端子３２は、グリッド１８に接続され、グリッド１８にグリッド電圧を供給するものである。

フィラメント回路３は、フィラメント１７に接続されているとともにＸ線管１の外側に引き出され、絶縁油９中を通ってフィラメント端子３１に接続されている。グリッド回路４は、グリッド１８に接続されているとともにＸ線管１の外側に引き出され、絶縁油９中を通ってグリッド端子３２に接続されている。

高電圧電源１２は、アノード１１及びカソード１０に高電圧を供給するためのものである。この実施の形態において、高電圧電源１２は、アノード１１側に７０ｋＶの電圧を供給し、カソード１０側に−７０ｋＶの電圧を供給している。高電圧電源１２は、２つの電源部１２ａを備えている。電界強度を一定にするため、電源部１２ａ間の導線は接地されている。

アノード給電高圧ケーブル１３は、高電圧電源１２のプラス側及びアノードコネクタ１４に接続されている。アノード給電高圧ケーブル１３は、高電圧電源１２からアノードコネクタ１４にアノード電圧を供給するものである。

カソード給電高圧ケーブル１５は、高電圧電源１２のマイナス側及びカソードコネクタ１６に接続されている。より詳しくは、カソード給電高圧ケーブル１５は、内部に互いに絶縁された２つの芯導線を含んでいる。これら芯導線の一端は、高電圧電源１２のマイナス側に接続されている。芯導線の一方の他端はフィラメント端子３１に接続され、芯導線の他方の他端はグリッド端子３２に接続されている。カソード給電高圧ケーブル１５は、高電圧電源１２からフィラメント端子３１にフィラメント電圧を、グリッド端子３２にグリッド電圧をそれぞれ供給する。

なお、フィラメント端子３１に接続された芯導線に、フィラメント電源２２が接続されている。グリッド端子３２に接続された芯導線に、バイアス電源２１が接続されている。このため、グリッド１８には、フィラメント１７に対して約３ｋＶの負のバイアス電圧が給電される。

Ｘ線管１は、絶縁油９に接し、フィラメント回路３及びグリッド回路４が取付けられたステム部２をさらに備えている。フィラメント回路３は、ステム部２に取付けられた絶縁部２４ａと、絶縁部２４ａで囲まれたフィラメント用のリード線２５ａとを有している。グリッド回路４は、ステム部２に取付けられた絶縁部２４ｂと、絶縁部２４ｂで囲まれたグリッド用のリード線２５ｂとを有している。絶縁部２４ａ、２４ｂは、例えば複数のセラミック材で形成されている。リード線２５ａ、２５ｂは、例えばニッケルで形成されている。

絶縁油９を介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧は、レセプタクル１６ａのフィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧未満である。より詳しくは、絶縁油９及び両絶縁部２４ａ、２４ｂを介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧は、レセプタクル１６ａのフィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧未満である。言い方を変えると、上記放電開始電圧は、フィラメント回路３及びグリッド回路４を絶縁する絶縁部２４ａ、２４ｂの油中沿面の絶縁破壊電圧である。

次に、ステム部２について詳細に説明する。
ガラスバルブ２８にはコバールリング２９が溶着されている。コバールリング２９の端部はカソードホルダ２７に気密に接合されている。カソードホルダ２７、ガラスバルブ２８及びコバールリング２９は、真空外囲器１９の一部を構成している。ステム基板２３には絶縁部２４ａが金属製の絶縁部ホルダ２６ａを介して溶接及び、ろう付けにより植設されている。同様に、ステム基板２３には絶縁部２４ｂが金属製の絶縁部ホルダ２６ｂを介して溶接及び、ろう付けにより植設されている。

リード線２５ａ、２５ｂは、絶縁部２４ａ、２４ｂの中心部を貫通し、互いに絶縁を保ちながらＸ線管１内部のグリッド１８及びフィラメント１７に給電を可能としている。Ｘ線管１は筐体２０内を満たす絶縁油９中に置かれるので、絶縁部２４ａ、２４ｂもまた筐体２０内を満たす絶縁油９中にある。これにより、絶縁部２４ａ、２４ｂ間に、十分に高い絶縁が得られる。

絶縁油９及び両絶縁部２４ａ、２４ｂを介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧の値は、絶縁部２４ａ、２４ｂの高さと絶縁油９の特性で決まるものであり、グリッド１８及びフィラメント１７間に印加されるバイアス電圧３ｋＶに十分耐える絶縁能力を得るように設定（設計）されている。

通常、Ｘ線管１内部のグリッド１８及びアノード１１間で放電が発生した場合、グリッド１８及びフィラメント１７の間には高圧電源電圧に近い電位差が生じるが、ステム基板２３を含むカソードホルダ２７はグリッド１８と同電位となるよう接続されているので、絶縁部２４ａ、２４ｂは直接この誘起電圧に晒される。一方、絶縁油９及び両絶縁部２４ａ、２４ｂを介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧の値は、この値を下回るから、絶縁油９中での絶縁破壊（放電）を誘発させることができる。

この実施の形態において、絶縁部２４ａ、２４ｂの高さは２．２ｍｍである。高電圧電源１２が直流電圧を出力した場合のフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧の分布する範囲は１７乃至２３ｋＶであり、バイアス電圧３ｋＶに対しては十分に高い値（範囲）となっている。一方、レセプタクル１６ａのフィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧は、３５乃至４９ｋＶの範囲となる。フィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧の値は、フィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧の値を完全に超えているため、レセプタクル１６ａの絶縁破壊を完全に防止することができる。

次に、上記のように構成されたＸ線管装置を用いてＸ線を放出する場合について説明する。
まず、高電圧電源１２は、アノード１１にアノード電圧を供給し、フィラメント１７にフィラメント電圧を供給し、グリッド１８にグリッド電圧を供給する。バイアス電源２１は、グリッド１８にバイアス電圧を供給する。

これにより、フィラメント１７及びアノード１１間にＸ線管電圧（以下、管電圧と称する）が加えられる。より詳しくは、フィラメント電流により、フィラメント１７からターゲット層１１ａの焦点に流れるＸ線管電流（以下、管電流と称する）の値が制御され、グリッド１８に印加されるバイアス電圧により、管電流のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

このため、フィラメント１７から放出された電子は、加速され、アノード１１のターゲット層１１ａに衝突される。アノード１１は電子と衝突するときにＸ線を放出し、放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓１９ａ、２０ａを介して筐体２０の外部に放出される。
上記のように、Ｘ線管装置はＸ線を放出することができる。

以上のように構成されたＸ線管装置によれば、Ｘ線管装置は、ステム部２を有したＸ線管１と、筐体２０と、絶縁油９と、フィラメント端子３１及びグリッド端子３２を有したレセプタクル１６ａと、フィラメント回路３と、グリッド回路４とを備えている。フィラメント回路３は、ステム部２に取付けられた絶縁部２４ａと、絶縁部２４ａで囲まれたリード線２５ａとを有している。グリッド回路４は、ステム部２に取付けられた絶縁部２４ｂと、絶縁部２４ｂで囲まれたリード線２５ｂとを有している。

絶縁油９を介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧は、レセプタクル１６ａのフィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧未満である。より詳しくは、絶縁油９及び両絶縁部２４ａ、２４ｂを介したフィラメント回路３及びグリッド回路４間の放電開始電圧は、レセプタクル１６ａのフィラメント端子３１及びグリッド端子３２間の絶縁破壊電圧未満である。

Ｘ線管１内のグリッド１８とアノード１１との間で放電が生じた場合、絶縁部２４ａ、２４ｂの油中沿面で絶縁破壊が生じるが、実質的に一時的な油の絶縁破壊であり放電が治まれば絶縁は回復するので、Ｘ線管装置としての機能を損なうことは全く起こらない。ここで、本願発明者等が上述したＸ線管装置を用いて調査したところ、レセプタクル１６ａが絶縁破壊する事故は皆無であった。上記のように、Ｘ線管装置は、回復可能な油中絶縁破壊を利用して回復不可能なレセプタクル１６ａの絶縁破壊を防止することができる。
上記したことから、信頼性の高いＸ線管装置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。

この発明の実施の形態に係るＸ線管装置を示す概略構成図。 図１に示したＸ線管装置の一部を示す断面図であり、特に、Ｘ線管、筐体、絶縁油、フィラメント回路、グリッド回路及びレセプタクルを取出して示す図。 図２に示したステム部を示す拡大断面図。

１…Ｘ線管、２…ステム部、３…フィラメント回路、４…グリッド回路、５…回転体、６…固定体、９…絶縁油、１０…カソード、１１…アノード、１１ａ…ターゲット層、１２…高電圧電源、１３…アノード給電高圧ケーブル、１４…アノードコネクタ、１４ａ…レセプタクル、１４ｂ…プラグ、１５…カソード給電高圧ケーブル、１６…カソードコネクタ、１６ａ…レセプタクル、１６ｂ…プラグ、１７…フィラメント、１８…グリッド、１９…真空外囲器、２０…筐体、２１…バイアス電源、２２…フィラメント電源、２３…ステム基板、２４ａ，２４ｂ…絶縁部、２５ａ，２５ｂ…リード線、３１…フィラメント端子、３２…グリッド端子。

Claims (2)

1. 電子が衝突されることによりＸ線を放出するアノード、前記アノードに衝突される電子を放出するフィラメント及び前記フィラメントから前記アノードに向かう電子の軌道を取り囲んで設けられたグリッドを有したカソード、並びに前記アノード及びカソードを収容した真空外囲器を含んだＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収容した筐体と、
   前記筐体の内部に充填された絶縁油と、
   前記フィラメントにフィラメント電圧を供給するフィラメント端子及び前記グリッドにグリッド電圧を供給するグリッド端子を有し、前記筐体に取付けられた絶縁性のレセプタクルと、
   前記フィラメントに接続されているとともに前記Ｘ線管の外側に引き出され、前記絶縁油中を通って前記フィラメント端子に接続されたフィラメント回路と、
   前記グリッドに接続されているとともに前記Ｘ線管の外側に引き出され、前記絶縁油中を通って前記グリッド端子に接続されたグリッド回路と、を備え、
   前記絶縁油を介した前記フィラメント回路及びグリッド回路間の放電開始電圧は、前記レセプタクルの前記フィラメント端子及びグリッド端子間の絶縁破壊電圧未満であるＸ線管装置。
2. 前記Ｘ線管は、前記絶縁油に接し、前記フィラメント回路及びグリッド回路が取付けられたステム部をさらに備え、
   前記フィラメント回路は、前記ステム部に取付けられた絶縁部と、前記絶縁部で囲まれたフィラメント用のリード線と、を有し、
   前記グリッド回路は、前記ステム部に取付けられた絶縁部と、前記絶縁部で囲まれたグリッド用のリード線と、を有し、
   前記絶縁油及び両絶縁部を介した前記フィラメント回路及びグリッド回路間の放電開始電圧は、前記レセプタクルの前記フィラメント端子及びグリッド端子間の絶縁破壊電圧未満である請求項１に記載のＸ線管装置。

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