JPH10334840A - 高冷却回転陽極ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明では、高冷却率を有するＸ線ＣＴ装置
用回転陽極Ｘ線管を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の回転陽極Ｘ線管では、陰極
（１）と陽極（２）とが対向して配置され、真空外囲器
（３）の金属外囲器部（４）内に真空気密に封入されて
いる。陽極（２）の陽極ターゲット（２１）の陰極対向
面側には円筒状のラジエータ（１１）が接合されてい
る。陽極ターゲット（２１）は、陽極（２）の軸受（２
４）を介して軸受固定部（２５）と、補助陽極（２Ａ）
の補助軸受（１４）を介して補助軸受固定部（１５）と
により両持ち支持されている。ラジエータ（１１）の外
表面には熱輻射率を向上するための表面処理が施されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽極ターゲットの
冷却率を向上させた高冷却回転陽極Ｘ線管に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の回転陽極Ｘ線管の一例を示
す。この回転陽極Ｘ線管は、陽極ターゲットにはグラフ
ァイト部分を有し、外囲器として金属部分を有するもの
で、大容量回転陽極Ｘ線管の代表例である。図３におい
て、真空外囲器３内に、負電位を持つ陰極１と、正電位
を持つ陽極２が対向して配置されている。陰極１には、
フィラメントがあり、フィラメントは使用時加熱されて
熱電子を放出する。陽極２は陽極ターゲット２１と、こ
れを回転させるためのロータ２２、回転軸２３及び軸受
２４と、軸受２４を収納する軸受固定部２５などから構
成される。陽極ターゲット２１は、基盤となるモリブデ
ン部２１Ａと、陰極１からの熱電子が衝突してＸ線を発
生させるタングステン部２１Ｂと、熱容量を大きくする
ためにモリブデン部２１Ａの裏側に接合されたグラファ
イト部２１Ｃとから成る。陽極ターゲット２１は、モリ
ブデン部２１Ａにてロータ２２の先端部と接合されてお
り、ロータ２２は回転軸２３に接合され、回転軸２３は
軸受２４に回転自在に支持されている。

【０００３】真空外囲器３は、ステンレスや銅を用いた
金属外囲器部４と、ガラスやセラミック等の絶縁物を用
いた陰極側外囲器部５及び陽極側外囲器部６から構成さ
れ、金属外囲器部４の側面にはベリリウムなどのＸ線透
過性の良い材料から成るＸ線放射窓７を有する。また、
金属外囲器部４は、円筒部４Ａと板状部４Ｂとから成
り、陰極１と陰極側外囲器部５の接合体はＢ部にて金属
外囲器部４の円筒部４Ａと接合され、陽極２と陽極側外
囲器部６との接合体（Ｄ部で接合）はＣ部にて金属外囲
器部４の板状部４Ｂと接合されている。真空外囲器３の
全体の接合はＡ部で行われる。

【０００４】Ｘ線発生時には、陰極１と陽極２との間に
１００ＫＶ前後の高電圧が印加され、陰極１のフィラメ
ントから放出された熱電子が高速に加速され、陽極ター
ゲット２１のタングステン部２１Ｂに衝突してＸ線が発
生され、Ｘ線放射窓７から外部に取り出される。この時
に、陽極ターゲット２１は熱電子の殆どのエネルギーが
熱エネルギーとして蓄積されるため、陽極ターゲット２
１の温度は上昇する。陽極ターゲット２１の温度は通常
約１０００°Ｃ程度まで許容されている。陽極ターゲッ
ト２１に蓄積された熱は、ロータ２２や回転軸２３を経
由して熱伝導により軸受２４や軸受固定部２５にも伝わ
るが、大部分の熱は熱輻射により真空外囲器３の金属外
囲器部４へ伝熱される。

【０００５】Ｘ線ＣＴ装置に使用される場合の如く、陽
極ターゲット２１に蓄積される熱量が多い場合には、陽
極ターゲット２１の熱容量及び冷却率の大きな回転陽極
Ｘ線管が使用されている。図３の例でも、陽極ターゲッ
ト２１のモリブデン基盤部２１Ａの裏面側にはグラファ
イト部２１Ｃが接合されて、熱容量の増加及び冷却率の
向上が図られている。グラファイト部２１Ｃを構成要素
とする陽極ターゲット２１は、グラファイトの比熱が大
きいこと、その表面が黒色であることから、寸法的に大
きいにもかかわらず、軽量であるという特徴を有してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線ＣＴ装置に用いら
れる回転陽極Ｘ線管では、陽極ターゲット２１の更なる
熱容量の増加及び高冷却化のニーズが高く、これに対処
するため従来構造品では陽極ターゲット２１の外径を大
きくするとか、厚さを増やすとかして、熱容量の増加及
び熱輻射面積の増加が図られている。しかし、これらの
対策では、同時に陽極ターゲット２１の重量が増大し、
回転陽極Ｘ線管の外径が大径化するため、Ｘ線管装置を
Ｘ線ＣＴ装置システムに搭載する場合に重量，大きさの
点で問題が生じたり、また、高速スキャンのＸ線ＣＴス
キャナーに搭載したときにＸ線管の軸受の荷重の増大に
伴う回転軸の強度や軸受寿命への悪影響の問題がある。
また、冷却特性に関しては、その特性の向上率は陽極タ
ーゲット２１の重量の増加の割合に比べて小さいという
問題もあった。

【０００７】このため、本発明では、高冷却率を有する
Ｘ線ＣＴ装置用回転陽極Ｘ線管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、本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管は、陰極部材と、該
陰極部材と対向して配置された陽極ターゲットと、該陽
極ターゲットを回転させるためのロータ及び第１の軸受
と、前記陰極部材と陽極ターゲットを内包し真空気密に
封入する真空外囲器とから成る回転陽極Ｘ線管におい
て、前記陽極ターゲットの前記陰極部材と対向する面側
に、円筒状のラジエータを接合し、該ラジエータの外表
面に熱輻射を高める表面処理を施したものである（請求
項１）。

【０００９】この構成では、陽極ターゲットの陰極に対
向する側の面に円筒状のラジエータを接合することによ
り、陽極の外表面積が大幅に増加し、真空外囲器の中央
部から陰極側へ向けての熱放散性が向上するので、陽極
ターゲットの冷却特性を格段に向上することができる。

【００１０】本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管では更に、
前記ラジエータが円筒状の高融点金属材料から成り、該
ラジエータの外表面に耐熱性を有する金属酸化物を塗布
焼付して前記外表面を黒化処理したものである（請求項
２）。

【００１１】この構成では、ラジエータがモリブデンな
どの高融点金属材料から成り、その表面が黒化処理され
ているので、ラジエータは陽極ターゲットと同等の耐熱
性を有し、またその表面からの熱輻射はグラファイトと
同等以上の特性を示すため、陽極ターゲットの冷却特性
はラジエータの外表面積の増加に比例して向上する。

【００１２】本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管では更に、
前記陽極ターゲットのラジエータ接合側に前記第１の軸
受と同軸に第２の軸受を配置し、前記第１及び第２の軸
受にて前記陽極ターゲットを両持ち支持したものである
（請求項３）。

【００１３】この構成では、陽極ターゲットを陽極側に
配置した第１の軸受と陰極側に配置した第２の軸受によ
り両持ち支持しているので、陽極ターゲットへのラジエ
ータの接合による重量増加、陽極ターゲットの大形化に
伴う陽極ターゲット部分の重量増加にもかかわらず、陽
極ターゲットを支持する部分の機械的応力の軽減、軸受
の長寿命化を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。なお、図面の符号に関しては、従
来の技術の説明で使用した図面に図示したものと同じ機
能のものには同じ符号を付すことにする。

【００１５】図１には、本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管
の第１の実施例を示す。図１において、陰極１と陽極２
とは対向して配置され、真空外囲器３内に真空気密に封
入されている。真空外囲器３は中央の金属外囲器部４
と、陰極１を絶縁支持する陰極側外囲器部５と、陽極２
を絶縁支持する陽極側外囲器部６と、補助陽極２Ａを絶
縁支持する補助陽極側外囲器部８とから成る。

【００１６】陰極側外囲器部５，陽極側外囲器部６及び
補助陽極側外囲器部８は、ガラスやセラミック等の絶縁
物で構成される。金属外囲器部４は円筒部４Ａと板状部
４Ｂとから成り、その材料としては、一般に銅やステン
レス鋼が使用されている。円筒部４Ａの外周にはベリリ
ウム等のＸ線透過性の良い材料から成るＸ線放射窓７が
取り付けられている。陽極２の端部と陽極側外囲器部６
との封着はＤ部にて行われ、補助陽極２Ａの端部と補助
陽極側外囲器部８との封着はＥ部にて行われる。陰極１
及び陽極２と真空外囲器３との封着は、金属外囲器部４
を基準にして行われる。陽極側外囲器部６が金属外囲器
４の板状部４ＢにＣ部にて封着された後に、円筒部４Ａ
が板状部４ＡにＡ部にて封着される。その後、円筒部４
ＡのＦ部に補助陽極側外囲器部８が、円筒部４ＡのＢ部
に陰極側外囲器部５がそれぞれ封着される。

【００１７】陰極１には熱電子を放出するフィラメント
や熱電子を陽極２上の焦点に集束する集束電極が含まれ
ている。陽極２は、陰極１からの熱電子流を受けてＸ線
を発生させる陽極ターゲット２１と、陽極ターゲット２
１に接続され、Ｘ線管の外部からの回転磁界を受けて陽
極ターゲット２１を回転させるロータ２２と、陽極ター
ゲット２１とロータ２２とを回転自在に支持する回転軸
２３及び軸受２４と、軸受２４を支持、収納する軸受固
定部２５とから構成される。陽極ターゲット２１はモリ
ブデン部２１Ａとタングステン部２１Ｂとグラファイト
部２１Ｃとから成り、モリブデン部２１Ａを基盤とし
て、陰極１との対向面に薄板状のタングステン部２１Ｂ
が接合されている。このタングステン部２１Ｂには、陰
極１からの熱電子が衝突し、Ｘ線を発生させる。モリブ
デン部２１Ａの裏面側にグラファイト部２１Ｃが接合さ
れていて、この部分の体積が主に陽極ターゲット２１の
熱容量を支配し、その表面積は陽極ターゲット２１の冷
却率を支配する。

【００１８】陽極ターゲット２１の陰極対向面側には更
に、ラジエータ１１と補助陽極２Ａとが結合されてい
る。ラジエータ１１は円筒状をしており、陽極ターゲッ
ト２１のモリブデン部２１Ａに接合されている。ラジエ
ータ１１は陽極ターゲット２１の熱輻射の向上を図るも
ので、陽極ターゲット２１と同等の耐熱性を有するこ
と、熱輻射率が高いこと、表面積が大きいこと等が要求
される。本実施例では、ラジエータ１１の材料としてモ
リブデン，タンタル，グラファイトなどの高融点材料が
用いられている。ラジエータ１１の表面には黒化処理や
粗面化処理が施されている。モリブデンなどの金属性円
筒の場合、その表面にチタンやクロムなどの酸化物を塗
布焼付けすることにより、黒化及び粗面化処理ができ
る。グラファイト製円筒の場合には、グラファイト自体
が黒色物質であるので、黒化処理は必要なく、また粗面
化処理も表面に機械的に溝加工する程度でよい。ラジエ
ータ１１と陽極ターゲット２１のモリブデン部２１Ａと
の接合はろう付けにより行われ、例えばモリブデンなど
の金属性円筒の場合にはろう材として融点の高いジルコ
ニウムやパラジウム等が単体又は他の金属との合金の形
で使用される。

【００１９】陽極ターゲット２１の陰極側には、補助陽
極２Ａが配置され、陽極ターゲット２１は、陽極２の軸
受固定部２５と補助陽極２Ａとで両持ち支持されてい
る。陽極ターゲット２１の突出部２１Ｄにパイプ状のタ
ーゲット支持体１２が接続され、このターゲット支持体
１２が補助回転軸１３に接続され、この補助回転軸１３
が補助軸受１４に回転自在に支持されている。この補助
軸受１４は、陽極２の軸受２４と同軸に配置されてお
り、補助軸受固定部１５に収納されている。ターゲット
支持体１２は、ラジエータ１１と同様高融点の材料、例
えばモリブデンなどから成り、補助軸受１４への熱伝導
を低減するため、薄肉パイプ状にしてある。また、陽極
ターゲット２１との接合は、ろう付け又はねじ締結構造
にて行われている。補助回転軸１３は、回転軸２３と同
様耐熱性鋼などから成る。ターゲット支持体１２と補助
回転軸１３との接合は、図示の如く両者に接合フランジ
を設けてねじで締め付けするとか、両フランジをろう付
けするとかして行われる。補助軸受固定部１５は軸受固
定部２５と同様銅又はステンレス鋼などの材料から成
る。

【００２０】本実施例の回転陽極Ｘ線管をＸ線ＣＴ装置
に装着して使用した場合、Ｘ線放射時に、陰極１のフィ
ラメントからの熱電子が陽極ターゲット２１のタングス
テン部２１Ｂに衝突し、陽極ターゲット２１のタングス
テン部２１Ｂにて熱が発生し、陽極ターゲット２１全体
は約１，０００°Ｃまで昇温する。陽極ターゲット２１
に蓄積された熱は、主として陽極ターゲット２１の外周
面及び裏面から熱輻射により金属外囲器部４に伝達され
る。本実施例では、更に、ラジエータ１１へも熱伝導に
より伝達され、ラジエータ１１が温度上昇して、ラジエ
ータ１１の表面から熱輻射により、金属外囲器部４に伝
達されるので、陽極ターゲット２１の熱冷却率は一段と
高くなる。その結果、陽極ターゲット２１の温度を早く
低下させることができるので、Ｘ線の曝射頻度を向上さ
せることができる。

【００２１】本実施例において、例えば、陽極ターゲッ
ト２１の最大径を１４０ｍｍ、厚さを４０ｍｍとし、ラ
ジエータ１１の外径を８０ｍｍ、内径を７０ｍｍ、長さ
を６０ｍｍとした場合に、陽極ターゲットの温度を１，
０００°Ｃまで上昇したとすると、ラジエータ１１を取
り付けたことにより、陽極ターゲット２１の熱冷却率が
約４５％以上増加する。

【００２２】本実施例の場合、陽極ターゲット２１にラ
ジエータ１１を取り付けたこと、陽極ターゲット２１の
熱容量を大きくしていることなどにより、陽極ターゲッ
ト部分全体の重量が重くなっている。しかし、陰極側に
補助陽極２Ａを配置して、補助軸受１４と陽極２側の軸
受２４とで陽極ターゲット２１を両持ち支持しているの
で、軸受の耐荷重性は片持ち支持の場合より向上してい
る。その結果、陽極各部の機械的応力が軽減され、軸受
の長寿命化が図られる。また、高速スキャンのＸ線ＣＴ
装置に本実施例の回転陽極Ｘ線管を搭載した場合、陽極
ターゲット２１にＣＴスキャナ回転による遠心力が働
き、Ｘ線管軸と垂直方向の荷重を受けることになるが、
両持ち支持により回転軸等にかかる応力が低減されてい
るので問題はない。

【００２３】図２には、本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管
の第２の実施例を示す。本実施例では、第１の実施例に
対しラジエータの構造を変えたものである。図２におい
て、ラジエータは円筒状のラジエータ１１と円板状のラ
ジエータ板１６とで構成されている。円筒状のラジエー
タ１１は図１のものとほぼ同じ構造をしている。円板状
のラジエータ板１６はモリブデンやタンタル等の高融点
材料から成り、その外表面は円筒状のラジエータ１１と
同様に黒化処理及び粗面化処理が行われている。ラジエ
ータ１１とラジエータ板１６との接合は熱伝達を良くす
るためにろう付けなどにより行われている。ラジエータ
板１６はターゲット支持体１２とその突出部１６Ａにお
いて接合されている。この接合はろう付け又はねじ締結
構造にて行われている。ラジエータ１１の内部１７は陽
極ターゲット２１，ラジエータ１１，ラジエータ板１６
で囲まれることになるので、外側との間に空気等の流通
を図るため、ラジエータ１１，ラジエータ板１６の両方
又は一方に複数個の穴（例えば、３〜５ｍｍ径の穴を１
０個以上）があけられている。また、ターゲット支持体
１２の長さは、ほぼラジエータ部の長さの分だけ短くな
っている。本実施例では、ターゲット支持体１２が直接
陽極ターゲット２１を支持せず、ラジエータ板１６を支
持しているため、ラジエータ板１６との接合部の温度は
陽極ターゲット２１よりかなり低くなるので、ターゲッ
ト支持体１２の耐熱性は第１の実施例に比べて低くてよ
い。このため、ターゲット支持体１２を省略して、補助
回転軸１３を延長してラジエータ板１６を直接支持して
もよい。

【００２４】本実施例の場合も、第１の実施例と同様、
陽極ターゲット２１の熱冷却率が向上し、軸受の耐荷重
性，軸強度を向上させることができる。本実施例では、
ラジエータ板１６を介して陽極ターゲット２１を支持し
ているので、陽極ターゲット２１の支持系の剛性は第１
の実施例に比べて大幅に増加し、陽極ターゲット２１の
回転振動を低減する効果も得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の高冷却回転
陽極Ｘ線管では、陽極ターゲットにラジエータを接合し
たことにより陽極ターゲットの冷却率を大幅に向上でき
るとともに、補助陽極を設けて陽極ターゲットを両持ち
支持したことにより、陽極各部の機械的応力を軽減し、
軸受の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管の第１の実施
例。

【図２】本発明の高冷却回転陽極Ｘ線管の第２の実施
例。

【図３】従来の回転陽極Ｘ線管の一例。

【符号の説明】

１ 陰極 ２ 陽極 ２Ａ 補助陽極 ３ 真空外囲器 ４ 金属外囲器部 ４Ａ 円筒部 ４Ｂ 板状部 ５ 陰極側外囲器部 ６ 陽極側外囲器部 ７ Ｘ線放射窓 ８ 補助陽極側外囲器部 １１ ラジエータ １２ ターゲット支持体 １３ 補助回転軸 １４ 補助軸受 １５ 補助軸受固定部 １６ ラジエータ板 １６Ａ 突出部 １７ 内部 ２１ 陽極ターゲット ２１Ａ モリブデン部 ２１Ｂ タングステン部 ２１Ｃ グラファイト部 ２１Ｄ 突出部 ２２ ロータ ２３ 回転軸 ２４ 軸受 ２５ 軸受固定部 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 封着部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極部材と、該陰極部材と対向して配置
   された陽極ターゲットと、該陽極ターゲットを回転させ
   るためのロータ及び第１の軸受と、前記陰極部材と陽極
   ターゲットを内包し真空気密に封入する真空外囲器とか
   ら成る回転陽極Ｘ線管において、前記陽極ターゲットの
   前記陰極部材と対向する面側に、円筒状のラジエータを
   接合し、該ラジエータの外表面に熱輻射を高める表面処
   理を施したことを特徴とする高冷却回転陽極Ｘ線管。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高冷却回転陽極Ｘ線管に
   おいて、前記ラジエータが円筒状の高融点金属材料から
   成り、該ラジエータの外表面に耐熱性を有する金属酸化
   物を塗布焼付して前記外表面を黒化処理したことを特徴
   とする高冷却回転陽極Ｘ線管。
3. 【請求項３】 請求項１及び２記載の高冷却回転陽極Ｘ
   線管において、前記陽極ターゲットのラジエータ接合側
   に前記第１の軸受と同軸に第２の軸受を配置し、前記第
   １及び第２の軸受にて前記陽極ターゲットを両持ち支持
   したことを特徴とする高冷却回転陽極Ｘ線管。