JP5586190B2 - 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線管装置として、回転陽極型Ｘ線管装置が使用されている。回転陽極型Ｘ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型のＸ線管と、ステータコイルと、これらＸ線管及びステータコイルを収容したＸ線管収納容器と、を備えている。Ｘ線管は、すべり軸受ユニットと、陽極と、陰極と、真空外囲器と、を備えている。すべり軸受ユニットは、回転軸を中心に回転可能な筒状の回転体と、この回転体の内部に嵌合され、回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、回転体及び固定体の隙間に充填された金属潤滑剤と、を有している。陽極は、回転体に固定されている。陰極は、陽極に対向配置されている。真空外囲器は、すべり軸受ユニット、陽極及び陰極を収容している。

上記回転陽極型Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイルは回転体に与える磁界を発生するため、回転体及び陽極は回転する。また、陽極には、陰極から電子ビームが入射される。これにより、陽極は、電子と衝突するときにＸ線を放射する。Ｘ線は、Ｘ線管収納容器のＸ線放射口から外部に放射される。

また、一般的に、安全上Ｘ線管装置の表面の温度は制限される。このため、Ｘ線管装置は、温度スイッチ又は温度センサと、Ｘ線管装置が制限温度まで上昇した場合にＸ線管装置への入力を中断又は停止する機構とを備えている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平２−８７４９９号公報 特開２００４−２２０９５５号公報

しかしながら、Ｘ線管装置への入力を中断又は停止した場合、Ｘ線の放射を中断しなければならない。Ｘ線管装置をＸ線画像診断装置に搭載した場合診断を中断しなければならず、また、Ｘ線管装置を非破壊検査装置に搭載した場合検査を中断しなければならない。上記のことから、Ｘ線管装置が制限温度付近まで上昇してもＸ線の放射を継続できるＸ線管装置が求められている。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、Ｘ線の放射を長期に亘って継続できる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、
電子を放出するフィラメント及び前記フィラメントから放出された電子を集束する電子集束部を含んだ陰極と、前記陰極に対向配置され前記陰極により集束された電子からなる電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極と、前記陰極及び陽極を収容し前記陰極及び陽極に絶縁された真空外囲器と、を有したＸ線管と、
前記Ｘ線管を収納したＸ線管収納容器と、
前記Ｘ線管収納容器の内部に充填された絶縁油と、
前記フィラメントに並列に接続されたＮＴＣ特性を示すサーミスタと、を備えている。

この発明によれば、Ｘ線の放射を長期に亘って継続できるＸ線管装置を提供することができる。

この発明の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す概略構成図である。 上記回転陽極型Ｘ線管装置のＸ線管、電源部及びサーミスタの接続関係を示す概略図である。

以下、図面を参照しながらこの発明に係るＸ線管装置を回転陽極型Ｘ線管装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１及び図２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、回転駆動機構として磁界を発生させるステータコイル（電磁コイル）６と、Ｘ線管及びステータコイルを収容したＸ線管収納容器２と、Ｘ線管収納容器内に充填された絶縁油３と、電源部７と、サーミスタ１０とを備えている。

Ｘ線管１は、回転体１２と、固定体１３と、陽極１１と、陰極１６と、真空外囲器１５とを備え、すべり軸受を使っている。
回転体１２は、筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体１２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１２は、回転軸を中心に回転可能である。回転体１２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１３は柱状に形成されている。固定体１３の直径は回転体１２の内径より小さい。固定体１３は、回転体１２と同軸的に設けられ、上記回転軸に沿って延出している。固定体１３は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定体１３の一端部は回転体１２の閉塞された一端部側に位置し、固定体１３の他端部は回転体１２の外側に突出し露出されている。固定体１３は、回転体１２を回転可能に支持している。なお、図示しないが、回転体１２及び固定体１３間の隙間には、潤滑剤として例えば金属潤滑剤が充填されている。

陰極１６は、陰極構体１７に取付けられている。陰極１６は、電子を放出するフィラメント１６ａ及びフィラメントから放出された電子を集束する電子集束部としてのグリッド１６ｂを含んでいる。グリッド１６ｂは、フィラメント１６ａから陽極１１に向かう電子の軌道を取り囲んで設けられている。

陽極１１は、上記回転軸に沿った方向に、固定体１３の一端部に対向配置されている。陽極１１は、この陽極の外面に位置したターゲット層１１ａを有している。ターゲット層１１ａは、陰極１６に間隔を置いて対向配置されている。陽極１１は、回転体１２の閉塞された一端部にナット１４で固定されている。

陽極１１は、形状が円環状であり、例えば重金属で形成されている。陽極１１は、回転体１２及び固定体１３と同軸的に設けられている。陽極１１は、上記回転軸を中心に回転可能である。陽極１１は、陰極１６により集束された電子からなる電子ビームが入射されることによりＸ線を放出するものである。

真空外囲器１５は、円筒状に形成されている。真空外囲器１５は金属及びガラスで形成されている。真空外囲器１５は、真空外囲器１５の気密状態を維持するよう、固定体１３の他端部及び陰極構体１７と接合されている。真空外囲器１５は、陰極１６と対向したターゲット層１１ａ付近にＸ線を外部に放射させるＸ線放射口１５ａを有している。真空外囲器１５は、密閉され、回転体１２、固定体１３、陽極１１及び陰極１６等を収容している。真空外囲器１５の内部は真空状態に維持されている。

ステータコイル６は、回転体１２の側面に対向して真空外囲器１５の外側を囲むように設けられている。ステータコイル６は回転体１２を回転させるものである。ステータコイル６に所定の電流が供給されることで回転体１２が所定の速度で回転され、陽極１１が所定の速度で回転される。

Ｘ線管収納容器２は、陰極１６と対向したターゲット層１１ａ付近にＸ線を外部に放射させるＸ線放射口２ａを有している。Ｘ線管収納容器２の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル６が収容されている他、絶縁油３が充填されている。なお、陽極コネクタ２１はＸ線管収納容器２に気密に取付けられている。陰極コネクタ２０は、陽極コネクタ２１とは独立してＸ線管収納容器２に気密に取付けられている。

サーミスタ１０は、フィラメント１６ａに並列に接続されている。より詳しくは、フィラメント１６ａにフィラメント通電導入端子１９が接続されている。サーミスタ１０は、フィラメント通電導入端子１９を介してフィラメント１６ａに接続されている。

サーミスタ１０は、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）特性を示すものである。このため、サーミスタ１０は、温度上昇につれ電気抵抗が連続的に減少するものである。サーミスタ１０は、絶縁油３中に位置し、絶縁油３に接している。サーミスタ１０は、Ｘ線管収納容器２、ステータコイル６等の回転陽極型Ｘ線管装置の構成部品に絶縁されている。

電源部７は、Ｘ線管収納容器２の外側に設けられている。電源部７は、高電圧電源８及びフィラメント電源９を有している。
フィラメント電源９は、陰極コネクタ２０を介してフィラメント１６ａに直列に接続されている。フィラメント電源９は、サーミスタ１０に並列に接続されている。フィラメント電源９は、定電流の出力電流Ｉｏを出力するものであり、これにより、フィラメント１６ａに定電流のフィラメント電流Ｉｆが加えられる。また、出力電流Ｉｏは、サーミスタ１０の電気抵抗値に応じてサーミスタ１０にも分流され、この場合、サーミスタ１０にサーミスタ電流Ｉｔが加えられる。なお、フィラメント１６ａにフィラメント電流Ｉｆが加えられることにより、フィラメント１６ａは加熱され、電子（熱電子）を放出する。

高電圧電源８は、陰極コネクタ２０等を介して陰極１６に接続され、陽極コネクタ２１等を介して陽極１１に接続されている。高電圧電源８は、陽極１１及び陰極１６（フィラメント１６ａ及びグリッド１６ｂ）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８は、陽極１１側に７０ｋＶの電圧を供給し、陰極１６側に−７０ｋＶの電圧を供給している。高電圧電源８は、２つの電源部８ａを備えている。電界強度を一定にするため、電源部８ａ間の導線は接地されている。

上記のように、陽極１１には相対的に正の電圧が供給され、陰極１６には相対的に負の電圧が供給される。フィラメント１６ａには、フィラメント電流Ｉｆが与えられる。Ｘ線管１には管電圧及び管電流Ｉｐが加えられる。管電圧は、陽極１１及び陰極１６間に加えられる電位差である。管電流Ｉｐは、陽極１１に入射する電子ビームの電流である。
上記したように、回転陽極型Ｘ線管装置が構成されている。

次に、サーミスタ１０について詳しく説明する。
Ｘ線管１及びステータコイル６で発生する熱は、絶縁油３を介してサーミスタ１０に伝導する。サーミスタ１０はフィラメント１６ａと並列して配線されているのでフィラメント電源９から供給される出力電流Ｉｏはフィラメント１６ａ（フィラメント電流Ｉｆ）及びサーミスタ１０（サーミスタ電流Ｉｔ）に分流される。

サーミスタ１０が低温の場合、サーミスタ１０の電気抵抗が大きいため、出力電流Ｉｏは、ほとんどフィラメント電流Ｉｆとして流れる。サーミスタ１０が高温の場合、サーミスタ１０の電気抵抗が所定の値になるように設定し、フィラメント電流Ｉｆの数％程度のサーミスタ電流Ｉｔをサーミスタ１０に流す。

上記のことから、サーミスタ１０の温度が高温（例えば８０℃）の時、サーミスタ１０は、外部からの制御無しに、Ｘ線管１の管電流Ｉｐを低下させることができるものである。なお、サーミスタ１０の温度が８０℃の時、Ｘ線管１は高温である。管電流Ｉｐを低下させる際、Ｘ線の線量が減少しすぎないように管電流Ｉｐを低下させるのが好ましい。

このため、実際は、サーミスタ１０の温度が高温（例えば８０℃）の時、管電流Ｉｐの低下率が５乃至１０％となるように、サーミスタ１０の特性を設定することが望ましい。これにより、Ｘ線画像診断装置においては診断に、非破壊検査装置においては検査に、悪影響をそれほど与えることなく、診断又は検査を継続することができる。

サーミスタ１０の常温時の電気抵抗は、できれば無限大が好ましいが、概ね１０００Ω以上あれば良い。サーミスタ１０の温度が８０℃の時、サーミスタ１０の電気抵抗値が１００乃至２００Ωとなれば良い。フィラメント１６ａとサーミスタ１０との電気抵抗の比は、１：５乃至１：１０であれば良い。これにより、サーミスタ１０の温度が８０℃の時、管電流Ｉｐを５乃至１０％低下させることができる。

以上のように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、回転陽極型Ｘ線管装置は、Ｘ線管１と、Ｘ線管収納容器２と、絶縁油３と、ＮＴＣ特性を示すサーミスタ１０とを備えている。Ｘ線管１は、フィラメント１６ａ及びグリッド１６ｂを含んだ陰極１６と、陽極１１と、真空外囲器１５と、を有している。サーミスタ１０は、フィラメント１６ａに並列に接続されている。サーミスタ１０は、温度上昇につれ電気抵抗が連続的に減少する。

このため、Ｘ線管１等の温度が上昇し、Ｘ線管１等からの熱が絶縁油３を介してＸ線管収納容器２に伝導し、Ｘ線管収納容器２の表面の温度が制限温度（例えば、８５℃）に接近しても、サーミスタ１０は、温度に対応して管電流Ｉｐを低下させるため、Ｘ線管収納容器２の表面等の温度上昇を緩やかにすることができる。これにより、Ｘ線の放射を長期に亘って継続できるため、Ｘ線の放射の中断を遅らせることができる。

Ｘ線管収納容器２や絶縁油３等の温度が低下すれば、サーミスタ１０の温度も低下するため、サーミスタ１０は、外部からの制御無しに、Ｘ線管１の管電流Ｉｐを元の状態に戻すことができる。

回転陽極型Ｘ線管装置は、従来種々の温度センサと制御装置を有し細かく計算して実施していた温度制御機能を持たなくても良い。回転陽極型Ｘ線管装置は、サーミスタ１０を備えているため、上記温度制御機能と類似の温度制御をすることができる。

陽極１１、Ｘ線管収納容器２等の温度が上昇している場合、サーミスタ１０は、過入力となる電子ビームを温度上昇につれ減少させることができる。これにより、陽極１１、特に、ターゲット層１１ａへのダメージを抑制することができる。さらに、上記ダメージに起因した異常放電の発生を抑制することができ、製品信頼性を向上させることができる。

サーミスタ１０は、フィラメント１６ａに並列に接続されている。サーミスタ１０は、フィラメント１６ａに直列に接続されていないため、サーミスタ１０に断線等が生じてサーミスタ１０が破損しても、フィラメント１６ａにフィラメント電流Ｉｆ（出力電流Ｉｏ）を加えることができ、Ｘ線の放射を維持することができる。
上記のことがら、Ｘ線の放射を長期に亘って継続できる回転陽極型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。

例えば、回転陽極型Ｘ線管装置は、フィラメント１６ａに並列に接続され、ＮＴＣ特性を示す他のサーミスタをさらに備えていても良い。他のサーミスタは、サーミスタ１０に並列又は直列に接続されていれば良い。この場合、サーミスタ１０及び他のサーミスタの温度が８０℃の時、管電流Ｉｐを５乃至１０％低下させることができれば上述した効果を得ることができる。

サーミスタ１０及び他のサーミスタは、互いに異なるＮＴＣ特性を示すものであっても良い。これにより、バリエーションに富んだ管電流Ｉｐの制御を行うことができる。
回転陽極型Ｘ線管装置は、サーミスタを３つ以上備えていても良い。

上記管電圧を得るため、陽極１１側を接地し、陰極１６側に負の高電圧を供給しても良い。
サーミスタの回転陽極型Ｘ線管装置の構成部品に対する絶縁状態を維持するため、絶縁部材によりサーミスタの位置を固定しても良い。
この発明は、回転陽極型Ｘ線管装置に限らず、各種Ｘ線管装置に適用することができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］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放出された電子を集束する電子集束部を含んだ陰極と、前記陰極に対向配置され前記陰極により集束された電子からなる電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極と、前記陰極及び陽極を収容し前記陰極及び陽極に絶縁された真空外囲器と、を有したＸ線管と、
前記Ｘ線管を収納したＸ線管収納容器と、
前記Ｘ線管収納容器の内部に充填された絶縁油と、
前記フィラメントに並列に接続されたＮＴＣ特性を示すサーミスタと、を備えているＸ線管装置。
［２］前記サーミスタは、前記絶縁油中に位置し、Ｘ線管収納容器に絶縁されている［１］に記載のＸ線管装置。
［３］前記フィラメントに直列に接続され、前記サーミスタに並列に接続され、定電流の出力電流を出力し、前記フィラメントに定電流のフィラメント電流を加えるフィラメント電源をさらに備えている［１］に記載のＸ線管装置。
［４］前記サーミスタは、温度が８０℃の時に、前記陽極に入射する電子ビームの電流を５乃至１０％低下させる［１］に記載のＸ線管装置。
［５］前記フィラメントに並列に接続され、ＮＴＣ特性を示す他のサーミスタを備えている［１］に記載のＸ線管装置。
［６］前記サーミスタ及び他のサーミスタは、互いに異なるＮＴＣ特性を示す［５］に記載のＸ線管装置。

１…Ｘ線管、２…Ｘ線管収納容器、２ａ…Ｘ線放射口、３…絶縁油、６…ステータコイル、７…電源部、８…高電圧電源、８ａ…電源部、９…フィラメント電源、１０…サーミスタ、１１…陽極、１１ａ…ターゲット層、１２…回転体、１３…固定体、１５…真空外囲器、１６…陰極、１６ａ…フィラメント、１６ｂ…グリッド、Ｉｏ…出力電流、Ｉｆ…フィラメント電流、Ｉｔ…サーミスタ電流、Ｉｐ…管電流。

Claims (4)

1. 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放出された電子を集束する電子集束部を含んだ陰極と、前記陰極に対向配置され前記陰極により集束された電子からなる電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極と、前記陰極及び陽極を収容し前記陰極及び陽極に絶縁された真空外囲器と、を有したＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収納したＸ線管収納容器と、
   前記Ｘ線管収納容器の内部に充填された絶縁油と、
   前記フィラメントに並列に接続されたＮＴＣ特性を示すサーミスタと、を備えているＸ線管装置。
2. 前記サーミスタは、前記絶縁油中に位置し、前記Ｘ線管収納容器に絶縁されている請求項１に記載のＸ線管装置。
3. 前記フィラメントに並列に接続され、ＮＴＣ特性を示す他のサーミスタを備えている請求項１に記載のＸ線管装置。
4. 前記サーミスタ及び他のサーミスタは、互いに異なるＮＴＣ特性を示す請求項３に記載のＸ線管装置。

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