JP5960237B2 - 放射線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線発生装置に関する。特に、本発明は、ターゲットに対する電子ビーム照射を使用して放射線を発生させることが可能な放射線発生装置に関する。

Ｘ線管は、工業的試験、医学的診断、又は医学的治療の分野で応用可能なＸ線を生成可能な撮像装置である。一般に、Ｘ線管は電子ビーム発生装置とターゲットとを含む。電子ビーム発生装置は高電圧電源及びタングステンフィラメントで構成され得る。高電圧電源からタングステンフィラメントに十分な電流が供給されるとタングステンフィラメントによって電子ビームが生成され、電子ビームがターゲットに対して照射され、これによりＸ線が発生する。

上述の処理プロセスでは、ターゲットに対して照射される電子ビームのエネルギーの大部分が熱に変換され、これによりターゲットの温度が上昇する。このようにすると、高電力動作の際に高エネルギーの電子ビームがＸ線ターゲットに連続的に衝突することになり、その結果Ｘ線ターゲットの過熱や摩耗が生じてＸ線ターゲットの寿命が短くなるおそれがある。さらに、Ｘ線管の設計のなかには電子ビーム発生装置及びターゲット以外にもターゲットの冷却に使用する冷却系等の構成要素が含まれるため、Ｘ線管の体積が増加しユーザ要件に適合しないものもある。

高エネルギーの電子ビームがＸ線ターゲットに連続的に衝突することにより、Ｘ線ターゲットの過熱や摩耗が生じてＸ線ターゲットの寿命が短くなるおそれがある。

本発明は、ターゲットベースと、ターゲットと、保持アセンブリと、電子ビーム発生装置と、第１の駆動ユニットとを含む放射線発生装置を提供する。ターゲットはターゲットベース上に配設される。保持アセンブリは、ターゲットベースを保持し、軸線方向及び半径方向を有する。電子ビーム発生装置は、ターゲットに対して軸線方向に照射されて放射線を発生させる電子ビームを発生させるように適合される。前記第１の駆動ユニットは、ターゲットベースを駆動して半径方向に移動させるように適合される。

本発明の一実施形態において、前記ターゲット、前記保持アセンブリ、及び前記電子ビーム発生装置は、前記ターゲットベースの同じ側に位置する。

本発明の一実施形態において、前記第１の駆動ユニットは、前記保持アセンブリ上に配設され、前記保持アセンブリを駆動して前記半径方向に移動させるように適合される。

本発明の一実施形態において、前記保持アセンブリは、第２の駆動ユニットと、回転部材とを含み、前記回転部材は、前記第２の駆動ユニットと前記ターゲットベースとの間に連結され、前記第２の駆動ユニットは、前記回転部材及び前記ターゲットベースを駆動して前記軸線方向を中心に回転させるように適合される。

本発明の一実施形態において、前記回転部材は、中空ハウジングであり、前記ターゲット及び前記電子ビーム発生装置は、前記中空ハウジング内に位置する。

本発明の一実施形態において、前記放射線発生装置は、電源ユニットと、連結要素とを更に含み、前記電源ユニットは、前記中空ハウジングの外側に配設され、前記回転軸は、中空軸であり、前記第１の駆動ユニットは、前記中空軸内に配設され、前記連結要素は、前記中空軸内を貫通して前記電子ビーム発生装置と前記電源ユニットとの間に連結される。

本発明の一実施形態において、前記回転部材は、回転軸であり、前記ターゲットは、前記回転軸を取り囲む環状であり、前記第２の駆動ユニットは、前記回転軸及び前記ターゲットベースを駆動して前記軸線方向を中心に回転させるように適合される。

本発明の一実施形態において、前記第１の駆動ユニットは、前記ターゲットベースを駆動して前記半径方向に振動させるように適合される。

本発明の一実施形態において、前記ターゲットはＸ線ターゲットであり、前記放射線はＸ線である。

本発明の一実施形態において、前記放射線は、前記ターゲットベースを貫通して外部に放出される。

上記のとおり、本発明の放射線発生装置は、第１の駆動ユニットを介してターゲットベースを駆動して保持アセンブリの半径方向に移動させる。したがって、電子ビーム発生装置によって生成された電子ビームがターゲットに対して保持アセンブリの軸線方向に照射されるときに、ターゲットをターゲットベースの移動に合わせて半径方向に連続的に移動させることにより、電子ビームが衝突するターゲットの領域を連続的に変化させることができる。このようにすればターゲットの各領域に電子ビームが衝突しない期間が長くなる故にターゲットの冷却効率が改善し、したがって電子ビームの衝突によるターゲットの過熱が回避され、ターゲットの寿命が長くなる。

本発明の上記及び他の特徴並びに利点の理解を助けるために、以下では添付図面を参照しながらいくつかの例示的な実施形態について詳述する。

添付図面は、本発明の理解を助けるために本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する。各図面は、本明細書の記載と併せて本発明の実施形態を例示し、本発明の原理を説明するために利用されるものである。

本発明の一実施形態による放射線発生装置の概略図である。 図１のターゲットに衝突する電子ビームの軌道を示す概略図である。 本発明の別の実施形態による、ターゲットに衝突する電子ビームの軌道を示す概略図である。 本発明の別の実施形態による放射線発生装置の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態による放射線発生装置の概略図である。図１を参照すると、本実施形態の放射線発生装置１００は、例えば工業的試験、医学的診断、又は医学的治療用途の透過型Ｘ線管であり、ターゲットベース１１０、ターゲット１２０、保持アセンブリ１３０、電子ビーム発生装置１４０、及び管部１５０を含む。管部１５０は、例えばＸ線管に適した真空管であり、保持アセンブリ１３０は、管部１５０内に配設され、ターゲットベース１１０を保持する。ターゲット１２０は、例えばＸ線ターゲットであり、ターゲットベース１１０上に配設される。電子ビーム発生装置１４０は、管部１５０内に配設され、電子ビームＥを発生させるように適合される。電子ビームＥは、ターゲット１２０に対して保持アセンブリ１３０の軸線方向Ｄ１に照射され、それによってＸ線等の放射線Ｒが発生する。放射線Ｒは、ターゲットベース１１０を貫通して外部に放出される。

図１に示すように、ターゲット１２０、保持アセンブリ１３０、及び電子ビーム発生装置１４０は、それぞれターゲットベース１１０の両側に配設されるのではなく、すべてターゲットベース１１０の同じ側（図１ではターゲットベース１１０の右側）に位置するため、放射線発生装置１００の体積が効果的に減少し、したがって放射線発生装置１００の占有空間が小さくなりユーザ要件に適合することになる。

本実施形態において、放射線発生装置１００は、第１の駆動ユニット１６０を更に含み、前記第１の駆動ユニット１６０は、保持アセンブリ１３０上に配設され、保持アセンブリ１３０及びターゲットベース１１０を駆動して保持アセンブリ１３０の半径方向Ｄ２に移動させるように適合される。さらに、保持アセンブリ１３０は、第２の駆動ユニット１３２と、回転部材１３４とを含み、回転部材１３４は、第２の駆動ユニット１３２とターゲットベース１１０との間に連結され、第２の駆動ユニット１３２は、回転部材１３４及びターゲットベース１１０を駆動して保持アセンブリ１３０の軸線方向Ｄ１を中心に回転させるように適合される。

上述の作動方法によれば、電子ビーム発生装置１４０によって生成された電子ビームＥがターゲット１２０に対して軸線方向Ｄ１に照射されるときに、ターゲット１２０を第２の駆動ユニット１３２によって駆動して軸線方向Ｄ１を中心に回転させるとともに、ターゲット１２０を第１の駆動ユニット１６０によって駆動して半径方向Ｄ２に連続的に移動させることにより、電子ビームＥが衝突するターゲット１２０の領域を連続的に変化させることができる。このようにすればターゲット１２０の各領域に電子ビームＥが衝突しない期間が長くなることで冷却効率が改善し、したがって電子ビームＥの衝突によるターゲット１２０の過熱が回避され、ターゲット１２０の寿命が長くなる。

詳細には、本実施形態の回転部材１３４は、回転軸１３４ａと、中空ハウジング１３４ｂとを含む。回転軸１３４ａは、中空ハウジング１３４ｂと第２の駆動ユニット１３２との間に連結され、中空ハウジング１３４ｂは、ターゲットベース１１０と連結され、ターゲット１２０及び電子ビーム発生装置１４０は、中空ハウジング１３４ｂ内に位置する。中空ハウジング１３４ｂは、例えば電子ビーム発生装置１４０の電流漏れを防止する絶縁ハウジングである。

放射線発生装置１００は更に、電源ユニット１７０及び連結要素１８０も含む。電源ユニット１７０は、中空ハウジング１３４ｂの外側に配設され、回転軸１３４ａは、中空軸であり、第１の駆動ユニット１６０は、中空軸内に配設されて回転部材１３４及びターゲットベース１１０を駆動して回転させ、連結要素１８０は、中空軸を貫通して電子ビーム発生装置１４０と電源ユニット１７０との間に連結される。連結要素１８０は、電子ビーム発生装置１４０を保持するのに使用され、回路を含む。電子ビーム発生装置１４０は、この回路を介して電源ユニット１７０と電気的に接続される。電源ユニット１７０は、例えば保持構造体１９０内に配設され、保持構造体１９０は、放射線発生装置１００の管部１５０に固定され、保持アセンブリ１３０及びターゲットベース１１０を保持するように保持アセンブリ１３０と連結される。第２の駆動ユニット１３２は、回転軸１３４ａを駆動して回転させ、それにより中空ハウジング１３４ｂ、ターゲットベース１１０、及び第１の駆動ユニット１６０を駆動して軸線方向Ｄ１を中心に回転させるように適合される。ここで、電子ビーム発生装置１４０、連結要素１８０、電源ユニット１７０、及び保持構造体１９０は回転しない。

図２は、図１のターゲットに衝突する電子ビームの軌道を示す概略図である。本実施形態において、第１の駆動ユニット１６０は、例えば振動子であり、ターゲットベース１１０を駆動して半径方向Ｄ２に振動させるように適合される。軸線方向Ｄ１を中心とするターゲットベース１１０の回転に応じて、電子ビームＥがターゲット１２０に衝突する軌道として、図２に示すような軌道Ｔが得られる。ここで、軌道Ｔは半径方向Ｄ２の連続往復運動軌道である。また、本発明では特に限定するものではないが、第１の駆動ユニット１６０と回転シャフト１３４ａの内壁との間に減衰構成を設けてもよい。さらに、第１の駆動ユニット１６０がターゲットベース１１０及びターゲット１２０を駆動する方法についても本発明では特に限定するものではないが、以下、添付図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の別の実施形態による、電子ビームがターゲットに衝突する軌道を示す概略図である。本実施形態において、第１の駆動ユニット１６０は振動子ではない。第１の駆動ユニット１６０は、ターゲットベース１１０を駆動して半径方向Ｄ２に適切に移動させるように適合される。軸線方向Ｄ１を中心とするターゲットベース１１０の回転に応じて、電子ビームＥがターゲット１２０に衝突する軌道として、図３に示すような軌道Ｔ’が得られる。軌道Ｔ’の半径方向Ｄ２の移動範囲が大きいため、ターゲット１２０の利用率が向上する。本発明では特に限定するものではないが、他の実施形態では、軸線方向Ｄ１を中心に回転するターゲットベース１１０の回転速度及び半径方向Ｄ２に移動するターゲットベース１１０の移動様式を実際の要件に合わせて変更することにより、電子ビームＥがターゲット１２０に衝突する軌道を調整してもよい。

図４は、本発明の別の実施形態による放射線発生装置の概略図である。図４の放射線発生装置２００において、ターゲットベース２１０、ターゲット２２０、保持アセンブリ２３０、電子ビーム発生装置２４０、管部２５０、第１の駆動ユニット２６０、及び保持構造体２９０の動作は、ターゲットベース１１０、ターゲット１２０、保持アセンブリ１３０、電子ビーム発生装置１４０、管部１５０、第１の駆動ユニット１６０、及び保持構造体１９０の動作と同様であるので詳細な説明は省略する。放射線発生装置２００と放射線発生装置１００との違いは、保持アセンブリ２３０の回転部材２３４が回転軸である点、ターゲット２２０が回転軸を取り囲む環状である点、電子ビーム発生装置２４０が保持アセンブリ２３０の外側に配設される点、及び第１の駆動ユニット２６０が回転軸の外側に配設される点である。第１の駆動ユニット２６０がターゲットベース２１０を駆動して半径方向Ｄ２’に移動させるときに、保持アセンブリ２３０の第２の駆動ユニット２３２は、回転軸及びターゲットベース２１０を駆動して軸線方向Ｄ１’を中心に回転させるように適合される。

まとめると、本発明の放射線発生装置では、ターゲット、保持アセンブリ、及び電子ビーム発生装置は、ターゲットベースの両側にそれぞれ配設されるのではなく、すべてターゲットベースの同じ側に配設されるため、放射線発生装置の体積が効果的に減少し、したがって放射線発生装置の占有空間が小さくなりユーザ要件に適合することになる。さらに、電子ビーム発生装置によって生成された電子ビームがターゲットに対して保持アセンブリの軸線方向に照射されるときに、ターゲットを第２の駆動ユニットによって駆動して軸線方向を中心に回転させるとともに、ターゲットを第１の駆動ユニットによって駆動して半径方向に連続的に移動させることにより、電子ビームが衝突するターゲットの領域を連続的に変化させることができる。このようにすればターゲットの各領域に電子ビームが衝突しない期間が長くなる故にターゲットの冷却効率が改善し、したがって電子ビームの衝突によるターゲットの過熱が回避され、ターゲットの寿命が長くなる。

本発明の構造には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない様々な修正及び変更を施すことができることが当業者には理解されるであろう。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載する各請求項及びその等価物の範囲に含まれる、発明の諸種の修正形態及び変更形態を包含するものである。

本願の放射線発生装置は、工業的試験、医学的診断、又は医学的治療の分野で応用されるＸ線管として利用可能である。

１００、２００ 放射線発生装置
１１０、２１０ ターゲットベース
１２０、２２０ ターゲット
１３０、２３０ 保持アセンブリ
１３２、２３２ 第２の駆動ユニット
１３４、２３４ 回転部材
１３４ａ 回転軸
１３４ｂ 中空ハウジング
１４０、２４０ 電子ビーム発生装置
１５０、２５０ 管部
１６０、２６０ 第１の駆動ユニット
１７０ 電源ユニット
１８０ 連結要素
１９０、２９０ 保持構造体
Ｄ１、Ｄ１’ 軸線方向
Ｄ２、Ｄ２’ 半径方向
Ｅ 電子ビーム
Ｒ 放射線
Ｔ、Ｔ’ 軌道

Claims (10)

1. 放射線発生装置であり、
   ターゲットベースと、
   前記ターゲットベース上に配設されるターゲットと、
   前記ターゲットベースを保持し、軸線方向及び半径方向を有する保持アセンブリと、
   前記ターゲットに対して前記軸線方向に照射されて放射線を発生させる電子ビームを発生させるように適合される電子ビーム発生装置と、
   前記ターゲットベースを駆動して前記半径方向に移動させるように適合される第１の駆動ユニットとを備え、
   前記第１の駆動ユニットは、前記保持アセンブリ内に位置する、放射線発生装置。
2. 請求項１に記載の放射線発生装置であり、前記ターゲット、前記保持アセンブリ、及び前記電子ビーム発生装置は、前記ターゲットベースの同じ側に位置する放射線発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の放射線発生装置であり、前記第１の駆動ユニットは、前記保持アセンブリ上に配設され、前記保持アセンブリを駆動して前記半径方向に移動させるように適合される放射線発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線発生装置であり、前記保持アセンブリは、第２の駆動ユニットと、回転部材とを備え、前記回転部材は、前記第２の駆動ユニットと前記ターゲットベースとの間に連結され、前記第２の駆動ユニットは、前記回転部材及び前記ターゲットベースを駆動して前記軸線方向を中心に回転させるように適合される放射線発生装置。
5. 請求項４に記載の放射線発生装置であり、前記回転部材は、中空ハウジングであり、前記ターゲット及び前記電子ビーム発生装置は、前記中空ハウジング内に位置する放射線発生装置。
6. 請求項５に記載の放射線発生装置であり、電源ユニットと、連結要素とを更に含み、前記電源ユニットは、前記中空ハウジングの外側に配設され、前記回転軸は、中空軸であり、前記第１の駆動ユニットは、前記中空軸内に配設され、前記連結要素は、前記中空軸内を貫通して前記電子ビーム発生装置と前記電源ユニットとの間に連結される放射線発生装置。
7. 請求項４に記載の放射線発生装置であり、前記回転部材は、回転軸であり、前記ターゲットは、前記回転軸を取り囲む環状であり、前記第２の駆動ユニットは、前記回転軸及び前記ターゲットベースを駆動して前記軸線方向を中心に回転させるように適合される放射線発生装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の放射線発生装置であり、前記第１の駆動ユニットは、前記ターゲットベースを駆動して前記半径方向に振動させるように適合される放射線発生装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の放射線発生装置であり、前記ターゲットはＸ線ターゲットであり、前記放射線はＸ線である放射線発生装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の放射線発生装置であり、前記放射線は前記ターゲットベースを貫通して外部に放出される放射線発生装置。