JPH10255702A - 金属外囲器ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大線量のＸ線照射、高頻度の使用でも真空漏
れの生じないＸ線放射窓を備えた金属外囲器Ｘ線管を提
供する。 【解決手段】 Ｘ線放射窓は金属外囲器部７の外周部に
取り付けられている。窓部１は、極薄円形状の薄板部２
と溝状のろう流れ止め部４と窓枠部３との一体構造とな
っている。窓部は銅製で、窓枠部の外周で銅製の金属外
囲器部と接し、溶接部６で溶接され、薄板部の真空側に
補強用としてベリリウム板８を窓枠部にろう付けする。
Ｘ線透過部はベリリウム板と薄板部とから成り、真空気
密は窓部と金属外囲器部とが分担し、外圧に対する強度
はベリリウム板と窓枠部とのろう付け構造部とが分担す
る。このためベリリウム板への２次電子照射による熱応
力による真空漏れのおそれはなくなり、Ｘ線管の長寿命
化に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属外囲器を有す
るＸ線管に係り、特にそのＸ線放射窓の構造及び製作法
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４には金属外囲器を有する回転陽極Ｘ
線管の一例を示す。回転陽極Ｘ線管１００は、陰極１０
１及び回転ターゲットを有する陽極１０２が対向して、
真空外囲器１０３に真空気密に封入されている。真空外
囲器１０３は、陰極側外囲器１０４と中間部外囲器１０
５と陽極側外囲器１０６とから構成されている。陰極側
外囲器１０４は、主としてガラス等の絶縁物から成り、
陰極１０１を絶縁支持し、陽極側外囲器１０６も主とし
てガラス等の絶縁物から成り、陽極１０２を絶縁支持し
ている。中間部外囲器１０５は金属から成り（以下、中
間部外囲器は金属外囲器部とも呼ぶ）、陰極１０１と陽
極１０２との対向部を囲み、陽極１０２で発生したＸ線
を外部に取り出すためのＸ線放射窓１０７を有する。

【０００３】従来のＸ線放射窓１０７は、窓枠にベリリ
ウム板がろう付けされた構造をしている。窓枠はリング
状で中間部外囲器１０５と同じ材料、例えばステンレス
や銅から成り、ベリリウム板は円板状をしており、窓枠
の内側に嵌合される。窓枠とベリリウム板は純銀ろう又
は銀銅ろうを用いてろう付けされる。あるいは、拡散接
合される場合もある。このＸ線放射窓１０７は、窓枠の
外周部で、中間部外囲器１０５にＴＩＧ溶接などの方法
で真空気密に接合される。また、中間部外囲器１０５が
銅製の場合、ベリリウム板を直接ろう付けしたり、又は
拡散接合したりすることもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線管を使用する際に
は、陰極１０１と陽極１０２との間に高電圧が印加さ
れ、大電流が流れる。このとき、陽極１０２の回転ター
ゲットからＸ線が発生すると同時に２次電子が放出され
る。この２次電子はアース電位になっている中間部外囲
器１０５の中で距離的に最も近い位置にあるＸ線放射窓
１０７を照射する。このため、Ｘ線放射窓１０７はＸ照
射ごとに高温にさらされ、構成部材の熱膨張率の差に起
因する高い熱応力を高頻度で印加されることになる。

【０００５】上記の如く、Ｘ線放射窓１０７は窓枠にベ
リリウム板をろう付け又は拡散接合などにより接合した
ものであり、中間部外囲器１０５に溶接されている。こ
のような構造のＸ線放射窓１０７に上記の高熱応力が高
頻度で印加された場合、窓枠とベリリウム板とのろう付
け部において疲労破壊を生じ、真空漏れを起こす危険性
がある。更に、最近の金属外囲器Ｘ線管ではＸ線照射線
量を増加したり、長時間連続して使用し照射回数を増加
したりする傾向にあるため、上記の熱応力は更に大きく
なり、印加頻度も多くなり、Ｘ線放射窓１０７の真空漏
れの危険性は益々高くなっている。

【０００６】このため、本発明では、大線量のＸ線照
射、高頻度の使用でも真空漏れの生じないＸ線放射窓を
備えた金属外囲器Ｘ線管を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属外囲器Ｘ線管は、金属外囲器部を含む
真空外囲器と、前記金属外囲器部内に対向して配置さ
れ、前記真空外囲器に絶縁支持される陰極及び陽極とを
具備し、前記金属外囲器部に取り付けられたＸ線放射窓
を有する金属外囲器Ｘ線管において、前記Ｘ線放射窓の
Ｘ線透過部が薄板金属板とベリリウム板とで構成されて
いる（請求項１）。

【０００８】本発明の金属外囲器Ｘ線管のＸ線放射窓は
Ｘ線透過部としてベリリウム板の他に薄板金属板を有す
ることを特徴とする。薄板金属板側は真空気密の役割を
分担し、ベリリウム板側は薄板金属板の機械的強度の補
強の役割を分担する。このため、ベリリウム板の部分で
の真空漏れの問題はなくなる。

【０００９】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
Ｘ線放射窓が前記ベリリウム板と、前記薄板金属板を中
央部に持ち、前記ベリリウム板を支持する窓枠部を外周
部に持つ窓部とから成り、前記窓枠部の外周において前
記金属外囲器部に真空気密に接合されている（請求項
２）。

【００１０】この構成では、Ｘ線放射窓の窓枠が薄板金
属板と窓枠部とから成り、窓枠部がＸ線透過部であるベ
リリウム板と薄板金属板を支持している。真空気密は、
窓部と、窓枠部と金属外囲器部との接合部とで保持され
ている。

【００１１】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
窓部は前記薄板金属板を底面とし、前記窓枠部を外周面
とする円形凹み部を有し、前記窓枠部が前記円形凹み部
にてベリリウム板を支持する（請求項３）。この構成で
は、窓部が薄板金属板を底とし、窓枠部を外周とする円
形凹み部を有し、その円形凹み部にベリリウム板を収容
して支持している。この結果、ベリリウム板と薄板金属
板は近接して配置されるので、ベリリウム板は薄板金属
板の補強をすることができる。

【００１２】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
Ｘ線放射窓が、前記薄板金属板を中央部に持ち、その外
周に折り曲げ部を持つ窓部と、前記ベリリウム板と、該
ベリリウム板をその内周側に支持するリング状の窓枠部
とから成り、前記折り曲げ部と前記窓枠部の外周部とが
前記金属外囲器部に真空気密に接合されている（請求項
４）。

【００１３】この構成では、窓部（薄板金属板と折り曲
げ部）と、窓部と金属外囲器部との接合部とで真空気密
を保持している。ベリリウム板は、薄板金属板に対する
補強の役割を担っている。

【００１４】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
ベリリウム板と前記窓枠部とがろう付けにより接合され
ている（請求項５）。この構成では、ベリリウム板が窓
枠にろう付けされることにより、薄板金属板の補強を行
って外気圧に耐えると共に、ベリリウム板への２次電子
照射による熱を窓枠を介してＸ線管外へ逃がす働きをし
ている。

【００１５】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
窓部の薄板金属板の部分の周囲であって、前記ベリリウ
ム板に面する側に凹状の溝を設けたものである（請求項
６）。 この構成では、ベリリウム板を窓枠部にろう付
けするときに、ろう材がベリリウム板と薄板金属板との
隙間に流れることはなくなるので、Ｘ線放射窓のＸ線透
過部のＸ線吸収が全体的又は部分的に増加することはな
く、均一なＸ線透過が得られる。

【００１６】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
薄板金属板の材料が銅である（請求項７）。この構成で
は、薄板金属板がＸ線装置に付加される銅フィルターの
役割を果たすので、更に銅フィルターを追加する必要は
なくなる。また、窓部と金属外囲器部が同じ材料である
ので、両者の接合が容易になる。

【００１７】本発明の金属外囲器Ｘ線管では更に、前記
薄板金属板の材料がアルミニウムである（請求項８）。
この構成は、請求項６の代替構成であり、薄板銅板の代
りに薄板アルミニウム板も可能である。薄板アルミニウ
ム板の場合、追加の銅フィルターは必要である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って説明する。図１に本発明の第１の実施例である
Ｘ線放射窓の断面図を示す。このＸ線放射窓が取り付け
られている金属外囲器Ｘ線管の構造は従来の技術で説明
した図４に示したものと同じであるので、以下の説明で
は図４についても参照する。図１に示すＸ線放射窓は図
４のＸ線放射窓１０７と同様に中間部外囲器１０５に取
り付けられている。図１において、１は窓部、２は窓部
１の薄板部（薄板金属板）、３は窓部１の窓枠部、４は
ろう流れ止め部、５は絶縁油、６は溶接部、７は金属外
囲器部（中間部外囲器１０５に同じ）、８はベリリウム
板、９はろう材である。

【００１９】窓部１は、円形状をしており、極薄の薄板
部２とろう流れ止め部４と窓枠部３との一体構造となっ
ている。この窓部１の材料は銅であり、熱伝導が良いの
で、回転ターゲットからの２次電子照射を受けたとき、
それにより発生する熱は比較的速く金属外囲器外の絶縁
油５へ伝達される。窓部１は窓枠部３の外周において銅
製の金属外囲器部７と接し、溶接部６でＴＩＧ溶接など
で溶接されている。窓枠部３と金属外囲器部７とは同種
金属であるためＴＩＧ溶接を容易に行うことができる。

【００２０】薄板部２は非常に薄く比較的軟らかい銅製
であるため強度的に弱いので、補強用としてＸ線透過性
の良い厚さ１〜２ｍｍで円形状のベリリウム板８を窓枠
部３にろう付けしている。ベリリウム板８と窓枠部３と
のろう付けのろう材９としては、純銀ろう又は銀銅ろう
が用いられる。ベリリウム板８は外圧に対し強度的に補
強するのみであるので、このろう付けは真空気密を保証
する必要はなく、真空気密については窓部１が分担して
いる。図１の実施例では、ベリリウム板８は外部の絶縁
油５の側にあるが、内部の真空側にあってもよい。その
場合には、窓枠部３のベリリウム板８の収容部を真空側
に設けることになる。

【００２１】次に、ベリリウム板８と窓枠部３とのろう
付けについて説明する。ベリリウム板８と窓枠部３とを
ろう付けすると、溶けたろう材９がベリリウム板８と薄
板部２との隙間に流れ込み、その流れ込んだろう材９が
Ｘ線を吸収し、Ｘ線透過の妨げとなる問題がある。これ
に対し本発明では、窓部１の薄板部２の周囲に凹状の溝
から成るろう流れ止め部４を設けて対処している。ベリ
リウム板８の側面で溶けたろう材９はベリリウム板８と
薄板部２との隙間に流れ込もうとするが、ろう流れ止め
部４によって阻止される。この理由は、ろう流れ止め部
４の溝にてベリリウム板８と薄板部２との隙間が大きく
なることにより、毛細管現象の条件が破れるためであ
る。

【００２２】図２にろう流れ止め部４を有する窓部１の
加工手順を示す。先ず、図２（ａ）に示す円板状の母材
２１を切り出す。この母材２１の材料は銅である。次
に、図２（ｂ）に示すように、切削加工により内周側に
ベリリウム板８を収容するための凹み２２と、窓枠部３
（溶接部６を含む）を加工する。次に、図２（ｃ）に示
すように、上型２３と下型２４とを用いて、ろう流れ止
め部４の溝をプレス加工することにより、図２（ｄ）に
示すろう流れ止め部４を有する窓部１が完成する。

【００２３】更に、ベリリウム板８の薄板部２に接する
面については、予め５μｍ程度の酸化膜を付けておくこ
とにより、ベリリウム板８と薄板部２との隙間へのろう
流れを防止することができる。この方法は、ろう流れ止
め部を設ける方法と一緒に適用することによりろう流れ
防止効果がより完全になる。ベリリウム板８に酸化膜を
付ける手順は、先ずベリリウム板８を酸化させない面を
マスキング処理した状態で脱ガス処理した金属又はカー
ボンの容器に入れて８００°Ｃ以上で真空加熱を行い、
その後６００〜８００゜Ｃの温度で大気中にさらすこと
で、酸化膜を形成することができる。

【００２４】ベリリウム板８と窓枠部３のろう付け作業
としては、ベリリウム板８の側面にろう材９を巻いて窓
枠部３内に挿入した後、ベリリウム板８と薄板部２とを
Ｃ型クランプで挾むか、又はベリリウム板８の上におも
りを乗せて加圧するかして、ろう材９が両者の隙間に流
れ込まないように配慮した上で、真空中でろう付けを行
う。

【００２５】次に、窓部１の薄板部２の厚さについて説
明する。薄板部２は、Ｘ線の透過を考慮して、その厚さ
を極力薄くしているが、材料が銅であるためＸ線の吸収
によるＸ線量の減少は免れない。しかし、Ｘ線管がＸ線
ＣＴ装置に搭載される場合には、従来銅フィルターが付
加されていたので、この薄板部２を銅フィルターの代り
を担わせることができる。Ｘ線ＣＴ装置ではＸ線管のＸ
線放射窓と断層撮影のスライス幅を調整するコリメータ
との間に通常厚さ０．３ｍｍの銅フィルターが挿入され
ている。この銅フィルターは、Ｘ線管から放射されるＸ
線から、撮影像のかぶりの原因となる長波長のＸ線を吸
収する役割をしている。従って、窓部１の薄板部２のＸ
線吸収によるＸ線量の減少の問題は銅フィルターをＸ線
ＣＴ装置から取り出し、代りに薄板部２の厚さを０．３
ｍｍとすることで解決する。

【００２６】薄板部２の厚さは、上記の如く０．３ｍｍ
程度で、非常に薄いので、窓枠部３と一体物として切削
加工によって製作するのは難しい。このため、図２の窓
部１の加工手順において、図２（ｂ）では薄板部２の厚
さを少し厚目に、例えば０．４〜０．６ｍｍになるよう
に切削加工し、その後の図２（ｃ）のプレス加工時に、
ろう流れ止め部４の溝を加工すると同時に、薄板部２の
厚さを０．３ｍｍまで均一に圧縮させることで対策され
ている。

【００２７】図３に本発明のＸ線放射窓の第２の実施例
を示す。本実施例では、図１の第１の実施例に対し、窓
枠部及び薄板部の構造を変更したものである。図３にお
いて、Ｘ線放射窓は窓枠１０と、窓部１１と、ベリリウ
ム板８とから構成されている。窓枠１０及び窓部１１の
材料は銅である。窓部１１は中央部が薄板部１４で外周
部が折り曲げ部１５である。先ず、窓枠１０とベリリウ
ム板８はろう材９により第１の実施例と同様にろう付け
されている。次に、窓部１１の薄板部１４をベリリウム
板８の上に重ねて置き、窓部１１の折り曲げ部１５の外
周、窓枠１０の外周、金属外囲器部７の内周の各々の突
出部を図示の溶接部６にて位置合わせして、一緒にＴＩ
Ｇ溶接する。この実施例においても、真空気密の役割を
窓部１１と窓枠１０、金属外囲器部７の溶接部６にて分
担し、強度的に外気圧に耐える役割をベリリウム板８と
窓枠１０とのろう付け構造で分担する構成になってい
る。

【００２８】本実施例の構造では、ベリリウム板８と窓
部１１との間に隙間が存在したり、ベリリウム板８と窓
枠１０との間に小さな空間１３が存在したりして、ベリ
リウム板８の周辺に小さな空間１３が発生する場合があ
る。このような状態のままＸ線管を製造すると、上記の
空間１３にＸ線放射窓の製造過程で発生するガスが残留
してしまう。この場合、ろう材９が溶着している部分が
真空気密を保持している間は問題ないが、熱応力疲労破
壊によって真空気密が破れた場合には、空間１３内の残
留ガスがＸ線管内に放出され、耐電圧不良を招くおそれ
がある。このため、本実施例では、図３の部分拡大図に
示す如く、窓枠１０の側面にガス抜き穴１２を１〜３箇
所設けておき、空間１３内の残留ガスがＸ線管の排気時
に排出される構造になっている。

【００２９】又、窓部１１の薄板部１４は、第１の実施
例の薄板部２と同様、真空気密と同時にＸ線透過部とし
ての役割を分担するので、その薄板部１４の厚さは約
０．３ｍｍに加工される。加工は、０．３ｍｍの銅板を
プレス加工により、円板状に打ち抜き、外周部を折り曲
げることにより行われる。

【００３０】次に、本実施例のＸ線放射窓の第３の実施
例について説明する。本実施例では、第２の実施例にお
ける窓部１１の材料をアルミニウムにしたものである。
この場合、窓部の材料を銅からアルミニウムに変更した
ことに伴い、Ｘ線放射窓におけるＸ線の透過量が変化す
るので、アルミニウムの薄板部、ベリリウム板、銅フィ
ルターの厚さの調整が必要である。例えば、Ｘ線ＣＴ装
置の銅フィルターの厚さを０．３ｍｍとした場合には、
アルミニウムの薄板部の厚さを０．１ｍｍ、ベリリウム
板の厚さを１ｍｍとすると、これに銅フィルターを付加
した状態で、従来と同程度のＸ線量が得られる。また、
Ｘ線放射窓の部分のＸ線透過量を第１，第２の実施例と
同様にする場合には、アルミニウムの薄板部及びベリリ
ウム板８の厚さは第１，第２の実施例と同等の厚さと
し、不足分のフィルターを銅フィルターとしてＸ線ＣＴ
装置に追加すればよい。

【００３１】０．１ｍｍのアルミニウムの薄板部の強度
については、アルミニウムの薄板部がベリリウム板８に
接しており、ベリリウム板８に支えられるため問題はな
い。また、１ｍｍのベリリウム板の強度については、真
空気密材料としてベリリウムを用いる場合、０．５ｍｍ
以上の厚さがあれば強度的に安全であることから、１ｍ
ｍの厚さがあれば十分である。

【００３２】上記の実施例で、窓部の材料を銅又はアル
ミニウムなどの場合について説明して来たが、これらの
材料は他の材料、例えばステンレス鋼などであってもよ
い。金属外囲器部の材料としては、銅以外にステンレス
鋼なども使用されるので、そのような場合には好適であ
る。窓部の材料としてステンレス鋼を使用した場合に
は、強度的に強いので、銅を使用した場合よりも薄板部
を薄くすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のＸ線放射窓
を有するＸ線管では、Ｘ線放射窓のＸ線を透過する部分
が極薄の金属板から成り、この金属板が窓枠と一体とな
って、金属外囲器部に接合されて、この部分で真空気密
を保持しているため、ベリリウム板と窓枠とのろう付け
部では真空気密を保持する必要がなくなり、ベリリウム
板への２次電子照射による熱応力によって真空漏れを起
こすおそれはなくなるので、Ｘ線管の長寿命化に寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線放射窓の第１の実施例を示す図。

【図２】ろう流れ止め部を有する放射窓の加工手順。

【図３】本発明のＸ線放射窓の第２の実施例を示す図。

【図４】金属外囲器を有する回転陽極Ｘ線管の一例。

【符号の説明】

１，１１ 窓部 ２，１４ 薄板部（薄板金属板） ３ 窓枠部 ４ ろう流れ止め部 ５ 絶縁油 ６ 溶接部 ７，１０５ 金属外囲器部（中間部外囲器） ８ ベリリウム板 ９ ろう材 １０ 窓枠 １２ ガス抜き穴 １３ 空間 １５ 折り曲げ部 ２１ 母材 ２２ 凹み ２３ 上型 ２４ 下型 １０３ 真空外囲器 １０７ Ｘ線放射窓

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属外囲器部を含む真空外囲器と、前記
   金属外囲器部内に対向して配置され、前記真空外囲器に
   絶縁支持される陰極及び陽極とを具備し、前記金属外囲
   器部に取り付けられたＸ線放射窓を有する金属外囲器Ｘ
   線管において、前記Ｘ線放射窓のＸ線透過部が薄板金属
   板とベリリウム板とで構成されていることを特徴とする
   金属外囲器Ｘ線管。
2. 【請求項２】 請求項１記載の金属外囲器Ｘ線管におい
   て、前記Ｘ線放射窓が前記ベリリウム板と、前記薄板金
   属板を中央部に持ち、前記ベリリウム板を支持する窓枠
   部を外周部に持つ窓部とから成り、前記窓枠部の外周に
   おいて前記金属外囲器部に真空気密に接合されているこ
   とを特徴とする金属外囲器Ｘ線管。
3. 【請求項３】 請求項２記載の金属外囲器Ｘ線管におい
   て、前記窓部は前記薄板金属板を底面とし、前記窓枠部
   を外周面とする円形凹み部を有し、前記窓枠部が前記円
   形凹み部にてベリリウム板を支持することを特徴とする
   金属外囲器Ｘ線管。
4. 【請求項４】 請求項１記載の金属外囲器Ｘ線管におい
   て、前記Ｘ線放射窓が、前記薄板金属板を中央部に持
   ち、その外周に折り曲げ部を持つ窓部と、前記ベリリウ
   ム板と、該ベリリウム板をその内周側に支持するリング
   状の窓枠部とから成り、前記折り曲げ部と前記窓枠部の
   外周部とが前記金属外囲器部に真空気密に接合されてい
   ることを特徴とする金属外囲器Ｘ線管。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４記載の金属外囲器Ｘ線管
   において、前記ベリリウム板と前記窓枠部とがろう付け
   により接合されていることを特徴とする金属外囲器Ｘ線
   管。
6. 【請求項６】 請求項２，３，５記載の金属外囲器Ｘ線
   管において、前記窓部の薄板金属板の部分の周囲であっ
   て、前記ベリリウム板に面する側に凹状の溝を設けたこ
   とを特徴とする金属外囲器Ｘ線管。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６記載の金属外囲器Ｘ線管
   において、前記薄板金属板の材料が銅であることを特徴
   とする金属外囲器Ｘ線管。
8. 【請求項８】 請求項４記載の金属外囲器Ｘ線管におい
   て、前記薄板金属板の材料がアルミニウムであることを
   特徴とする金属外囲器Ｘ線管。