JPH10116579A - 回転陽極x線管及び同装置 - Google Patents

回転陽極x線管及び同装置

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JPH10116579A
JPH10116579A JP27218496A JP27218496A JPH10116579A JP H10116579 A JPH10116579 A JP H10116579A JP 27218496 A JP27218496 A JP 27218496A JP 27218496 A JP27218496 A JP 27218496A JP H10116579 A JPH10116579 A JP H10116579A
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JP
Japan
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filament
anode
ray tube
electric field
ray
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Application number
JP27218496A
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English (en)
Inventor
Keiji Koyanagi
慶二 小柳
Yoichi Ose
洋一 小瀬
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、回転陽極X線管の陽極部材の熱膨張
によるX線発生源(焦点)の移動を補償し、動作中にX
線発生源(焦点)を常に一定の位置に維持できる回転陽
極X線管および同装置を提供することを目的とする。 【解決手段】フィラメント4の両側方に電圧を印加する
電極板10A、10Bを設置し、電極板10A、10B
は、フィラメント4の深さが、フィラメント4の端部は
深く、中央部は浅くなるようにフィラメント4の軸に沿
って変化する形状を有し、フィラメント4の長手方向に
わたり少なくとも2分割、絶縁されていて、分割された
電極板10A、10Bにはそれぞれに異なる電位を与え
て、フィラメント4の表面電界強度分布を制御してフィ
ラメント4の電子放出部位を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は医療用、工業用等の
X線装置に使用される回転陽極X線管および同装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の回転陽極X線管および同
装置の断面図を示したものである。図に示すように、回
転陽極X線管は陰極部材1、陽極部材20および外囲器
3から構成されており、陰極部材1は熱電子を放出する
コイル状のフィラメント4と、フィラメント4からの熱
電子5を集束する集束体(集束電極11、通常溝構造を
もつ)とを有し、陽極部材20は、陰極部材1と対向し
て配置された陽極ターゲット2と、陽極ターゲット2の
回転軸を回転自在に支持する回転機構部(筒状のロータ
2Aと、ロータ2Aの内部に同軸に配置された回転軸2
Bと、回転軸2Bとロータ2Aの間に配設された筒状の
固定部2Cと、固定部2Cと回転軸2Bの間に回転軸2
Bを固定部2Cに対して回転自在に支持する軸受2Dと
から構成される)とを有する。また、回転陽極X線管装
置として、該回転陽極X線管の外側を覆うように、ロー
タ2Aに回転力を与えるステータコイル7が配置されて
いる。
【0003】前記回転陽極X線管では、使用中陰極部材
1と陽極部材20との間に百数十kVの高電圧が印加さ
れ、陰極部材1に含まれるフィラメント4から放出され
た熱電子5が陽極ターゲット2に衝突することによっ
て、X線が発生されると共に、陽極ターゲット2が約
1,000℃に加熱され、同時に陽極部材20の各部も
温度上昇し、数百℃に達する。この温度上昇により陽極
部材20の各部は熱膨張し、X線発生源である陽極ター
ゲット2上の焦点6が管軸方向に移動する。この焦点6
の移動は、負荷印加の前後において、大きいものでは5
00μm以上にもなる。
【0004】また、陽極ターゲット2上への電子線到達
位置を制御する手段としては、集束電極11を分割、絶
縁し、どちらか一方にバイアス電圧を印加する方法、陽
極−陰極間に電子線を偏向する偏向電極を設ける方法等
が既に公知となっている。(米国特許第4,689,8
09号明細書)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の回転陽極X線管においては、陰極部材1から放出
された熱電子5が陽極ターゲット2に衝突することによ
って生ずる熱エネルギーは陽極ターゲット2に蓄積され
る。この熱の一部は輻射により陽極ターゲット2から外
囲器3に放射され、さらに外囲器3から外部の絶縁油
(図示せず)に伝達され冷却される。他の一部は、陽極
ターゲット2からロータ2Aへ輻射又は伝導で放熱さ
れ、ロータ2Aからは熱輻射で外囲器3経由絶縁油へ、
又は熱伝導で回転軸2B、固定部2C、軸受2D経由絶
縁油へと伝熱され冷却される。このとき、陽極部材20
を構成するロータ2A、回転軸2B、固定部2C,軸受
2Dは加熱され、熱膨張し、固定部2Cを基準にしたと
き陽極部材20の全長が陰極側に向かって延びる。この
結果として、陽極ターゲット2上のX線発生源である焦
点6が陰極側に移動する。焦点6は本来外囲器3のX線
放射窓6Aの中央部にあるべきであるが、上述のよう
に、焦点6がX線放射窓6Aの中央部に対し、陰極側に
移動することになるため、その結果としてX線線量分布
が変動し、X線画像に多大きな影響を与える。この影響
はX線CT装置において小さなスライス幅で使用する場
合は特に大きくなるという問題がある。
【0006】また、集束電極11を分割、絶縁し、バイ
アス電圧を印加する方法、陽極−陰極間に偏向電極を設
ける方法等従来の方法は構造が複雑になり高価になると
いう問題がある。
【0007】本発明は、上述の問題点に対し、回転陽極
X線管の陽極部材の熱膨張によるX線発生源である焦点
6の移動を補償し、動作中に焦点6を常に一定の位置に
維持できる回転陽極X線管および同装置を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、熱電子を放出するフィラメントおよび該フィラメン
トからの熱電子を集束する集束体を有する陰極部材と、
該陰極部材に対向して配置された陽極ターゲットおよび
該陽極ターゲットを回転自在に支持する回転機構部を有
する陽極部材と、前記陰極部材および前記陽極部材を真
空機密に封入する外囲器とを具備する回転陽極X線管に
おいて、前記フィラメントの両側方に、前記フィラメン
トと所定の間隔を隔て、所定の形状を有する少なくとも
2個の電極板で構成され、前記フィラメントの長手方向
の表面電界強度分布を制御する電界強度分布制御手段を
設ける。
【0009】また、前記電界強度分布制御手段の前記電
極板は、前記フィラメントの深さが、フィラメント端部
は深く、中央部は浅くなるように前記フィラメントの軸
に沿って変化する形状を持たせ、前記フィラメントの長
手方向にわたり少なくとも2分割し、絶縁する。
【0010】また、前記電界強度分布制御手段の前記電
極板は、前記フィラメントからの距離が、前記フィラメ
ントの端部は近く中央部は遠くなるように前記フィラメ
ントの軸に沿って変化する形状を持たせ、前記フィラメ
ントの長手方向にわたり少なくとも2分割し、絶縁す
る。
【0011】また、前記回転陽極X線管装置において、
前記電極板への印加電圧と、X線発生源である焦点の移
動量との関係に関する情報に基づき、前記印加電圧を制
御する制御手段を設ける。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る回転陽極X線
管および同装置の実施の形態を示す全体構成図、図2は
本発明の回転陽極X線管の陰極部材を(a)側面(b)
正面(c)上面から見た概略図である。なお、図2に
は、大焦点と小焦点の2つの焦点サイズを形成できる2
個のフィラメントを持つ場合を示した。
【0013】図1に示すように、図5の従来の回転陽極
X線管の構成に加えて、フィラメント4の長手方向の表
面電界強度分布を制御する電界強度分布制御手段とし
て、次のような構成要素で構成される部品、装置が追加
される。すなわち、2分割された電極板10A、10B
がフィラメント4の両側方に設置され、さらに、焦点6
の位置を制御する電圧制御部12が設けられている。図
2に示すように、フィラメント4の両側方に設けられた
2組の電極板10A、10Bは、フィラメント4の深さ
が、フィラメント4の端部では深く、中央部では浅くな
るようにフィラメント4の長手方向に沿って変化する形
状で、フィラメント4の長手方向の中央部で分割、絶縁
されている。この様な構成のフィラメント4から放出さ
れる熱電子5はフィラメント4の中央部で多くなり、端
部では少なくなるか、あるいは出なくなる。分割された
電極板10A、10Bの各々に印加する電圧を変える
と、フィラメント4の表面電界強度分布を制御すること
ができ、電子放出部位13が移動し、X線発生源となる
焦点6を移動させることができる。
【0014】図3に本実施の形態における電極板10
A、10Bの形状(a)、印加電圧とフィラメント4の
電子放出部位13の移動量との関係(b)、(c)を示
した。図に示すように、電圧制御部12によって、電極
板10Aに正電圧を印加し、同時に電極板10Bに負電
圧を印加すると、電子放出部位13は電極板10A側に
拡がり、電極板10B側は狭くなり、全体として電子軌
道全体が電極板10A側に移動する。すなわち、初期状
態として、図3(b)に示すように、フィラメント4の
電圧V0を(−37.5kV)、電極板10A、10B
の電圧を(V0−1kV)とすると電子放出部位13は
12.5mmの幅となる。次に、図3(c)ここで電極
板10Aに(V0+0.6kV)、電極板10Bに(V0
−2kV)を印加すると、電子放出部位13は4mm電
極板10A側に移動する。このように電子放出部位13
を移動させ、それに伴って陽極ターゲット2上の電子線
到達位置も移動させるとX線発生源(焦点6)を実効的
に陽極側へずらす効果があり、陽極部材20の熱膨張に
よるX線発生源(焦点6)の移動を補償することができ
る。
【0015】電子放出部位13の移動は、次のように行
われる。加熱されたフィラメント4から放出された熱電
子5は、陰極−陽極間の電圧(管電圧)によって陽極方
向に引き出される。その際、集束の為の溝を持っている
集束体11により熱電子5に集束効果が働く。さらに、
フィラメント4の両側方電極板10A、10Bを設置す
ると、電極板10A、10Bに挟まれた部分のフィラメ
ント4の表面には、電子を引き出すための電界が入り込
みにくくなる。フィラメント4の表面電界強度が弱い
と、熱電子5がフィラメント2表面付近に溜る。この熱
電子5の集まりによりフィラメント4表面付近に負電界
が形成され、負電荷を持つ熱電子5は、フィラメント4
から放出しにくくなり、引き出される電子ビーム電流は
少なくなる。これは、フィラメント4が奥に入れば入る
ほど、あるいは電極板10A、10Bに印加する電圧を
フィラメント4に比べて低くすればするほど電界が入り
込みにくくなり、やがては電子ビームが出なくなる。従
って、フィラメント4の長手方向に沿ってフィラメント
4の深さが変化する電極板10A、10Bを用いて、こ
れに印加する電圧によって電子放出部位13が移動す
る。
【0016】図4は本発明の別の実施の形態を示した陰
極部材の構成図である。図2では、フイラメント4の深
さが長手方向に変化したが、図4では、フイラメント4
の深さは一定で、電極板10A、10Bとフィラメント
4との間隔をフィラメント4の長手方向に変化させる。
フィラメント4と電極板10A、10Bの間隔が狭けれ
ば狭い程、あるいは電極板10A、10Bに印加する電
圧をフィラメント4に比べて低くすればするほど電界が
入り込みにくくなり、やがては熱電子5が出にくくなり
電子ビームは減少し、図2の場合と同様の効果を得るこ
とができる。
【0017】さらに、電極板10A、10Bへの印加電
圧と、X線発生源(焦点6)の移動量との関係を予め求
めておき、その情報に基づき、陽極部材20の熱膨張に
よるX線発生源(焦点6)の移動量をキャンセルする電
子放出部位13の移動を行うように印加電圧を制御する
制御手段(電圧制御部12)を設けた。電圧制御部12
により、外部のX線検出器6Bから見たX線発生源(焦
点6)の移動量が極小になるように制御することができ
る。
【0018】以上説明したように、電極板の構造と印加
電圧を調節してフィラメントの電子放出部位を移動させ
ることが可能となり、また、制御手段を用い陽極部材の
熱膨張に起因するX線発生源である焦点の移動を補償す
ることが出来、回転陽極X線管動作中の焦点の位置を常
に一定位置に維持して、X線断層写真等において鮮明な
X線像を得ることができた。
【0019】以上の実施の形態は、電極板が2分割され
た例を示したが、電極板が3分割以上n分割(nは任意
の数)された場合も2分割の場合と同様な効果が得られ
ることは当然である。
【0020】さらに、上記の電界強度分布制御手段によ
り、制御方法をより精細化して、焦点の位置のみでな
く、焦点の形状を変化させることも可能であることは当
然である。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、電極板の構造と印加電圧を調節してフィラメントの
電子放出部位を移動させることにより、また、制御手段
を用い陽極部材の熱膨張に起因するX線発生源である焦
点の移動を補償することにより、回転陽極X線管動作中
の焦点の位置を常に一定位置に維持でき、X線断層写真
等において鮮明なX線像を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回転陽極X線管および同装置の実
施の形態を示す全体構成の概略図である。
【図2】本発明の回転陽極X線管の陰極部材を3方向か
ら見た概略図である。
【図3】本発明の回転陽極X線管陰極部材の電極板の形
状、印加電圧、電子放出部位の移動量等を示す図であ
る。
【図4】本発明の他の実施の形態を示す陰極部材の概略
図である。
【図5】従来の回転陽極X線管および同装置の全体構成
の概略図である。
【符号の説明】
1……陰極部材 2……陽極ターゲット 2A…ロータ 2B…回転軸 2C…固定部 2D…軸受 3……外囲器 4……フィラメント 5……熱電子 6……焦点 6A…X線放出窓 6B…X線検出器 7……ステータコイル 10A…電極板 10B…電極板 11……集束電極 12……電圧制御部 13……電子放出部位 20……陽極部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱電子を放出するフィラメントおよび該フ
    ィラメントからの熱電子を集束する集束体を有する陰極
    部材と、該陰極部材に対向して配置された陽極ターゲッ
    トおよび該陽極ターゲットを回転自在に支持する回転機
    構部を有する陽極部材と、前記陰極部材および前記陽極
    部材を真空機密に封入する外囲器とを具備する回転陽極
    X線管において、前記フィラメントの両側方に、前記フ
    ィラメントと所定の間隔を隔て、所定の形状を有する少
    なくとも2個の電極板で構成され、前記フィラメントの
    長手方向の表面電界強度分布を制御する電界強度分布制
    御手段を有することを特徴とする回転陽極X線管。
  2. 【請求項2】前記電界強度分布制御手段の前記電極板
    は、前記フィラメントの深さが、フィラメント端部は深
    く、中央部は浅くなるように前記フィラメントの軸に沿
    って変化する形状を有し、前記フィラメントの長手方向
    にわたり少なくとも2分割、絶縁されていることを特徴
    とする請求項1に記載の回転陽極X線管。
  3. 【請求項3】前記電界強度分布制御手段の前記電極板
    は、前記フィラメントからの距離が、前記フィラメント
    の端部は近く中央部は遠くなるように前記フィラメント
    の軸に沿って変化する形状を有し、前記フィラメントの
    長手方向にわたり少なくとも2分割、絶縁されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の回転陽極X線管。
  4. 【請求項4】請求項1、2または3に記載の回転陽極X
    線管を具備し、前記電極板への印加電圧と、X線発生源
    である焦点の移動量との関係に関する情報に基づき、前
    記印加電圧を制御する制御手段を有することを特徴とす
    る回転陽極X線管装置。
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