JPS61151956A

JPS61151956A - 回転陽極型ｘ線管

Info

Publication number: JPS61151956A
Application number: JP59278428A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1984-12-25
Publication date: 1986-07-10
Also published as: JPH0334183B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕この発明は一回転陽極型Ｘ線管に関する。〔発明の技術的背景〕一般にＸ線管は、例えばＸ線診断として医療用に利用さ
れているが、胃の検診などの場合には、従来第４図に示
すようなＸＩｉ管が用いられてｈる。このＸ線管は、い
わゆる回転陽極型といわれるもので、外囲器１の一方に
陰極２が配設され、熱電子を放出する陰極フィラメント
及び集束電極を内蔵したカップ３が偏心して設けられて
いる。又、外囲器１の中央付近には、陰極！に対向して
略傘状の陽極ターゲット４が配設されている。この陽極
ターゲット４は、上記陰極ｌとの間に高電位差を設け、
陰極フィラメントから放出された電子を加速して衝突さ
せ、制動輻射によってＸ線を発生させるとともに１その
際に発生する多量の熱を貯蔵および放熱するためのもの
であり、熱発生面積を実効的に広げるために高速度で回
転で睡るようになっている０このような陽極ターゲット
４は支持柱５を介して有蓋円筒状ローター６に連結され
てｈる。このローター６は、外囲器１外に配設されたステータ７
が発生する回転磁界を受けて回転力を生じるもので、ス
テータ２と共に誘導電動＠を形成している。尚、支持柱
５とローター６は一体罠なっている。ローター６の内側
には、軸心に沿って回転軸８が配設され、この回転軸８
の一端はねじ等（図示せず）によジローター６に固着さ
れている。この回転軸６と前記ローター６との間には有
底筒状の固定子９が同軸的に配設され、一端か封着リン
グ１０．１１を介して上記外囲器ＩＫ固定されている。尚、この固定子９は一部が管外に露出しており、Ｘ線管
全体を外部に支持固定する役目も果している。そして固
定子９と上記回転軸８との間には、ベアリング１，２．
１３が介在配設され、回転軸８が自由に一転するように
なっている。さて、動作時には陰極フィラメントから放
出され良電子がターゲット４に到達した時のパワーは、
陽極電圧５０ＫＶ、電流２０ＬＡの場合、ＩＫＷに達す
る。このパワーの９９％以上が熱に変換されるので、タ
ーゲット４は外部への熱輻射と他の部分への熱伝導を伴
いながら高温度に加熱される。熱輻射は温度の４乗に比例し、て増加するので、高温に
なると放熱が大きく増加し、短時間で熱平衡に達する。例えば前記の条件では５分後に１１００’Ｏで平衡する
。一方、熱伝導による熱の伝達は、伝導媒体の他瑞が熱
的にフリーの場合には、長時間かかって徐々に４部が高
温となる。そしてターゲット４の熱は口〜ター６、回転
軸８１Ｃ伝えられ、これらを高温にする。ローター６が
高温になれば、前述したよう忙熱輻射が増加して熱的に
平衡に達する。上記した条件では、支持柱５上の０点は
通電開始後約１５分で８００℃、ローター６の０点では
通電開始後３０分で５５０℃、ベアリング１３の近傍の
０点では通電開始後約５ｏ分で４００　”Ｏで熱平衡に
達する。ベアリングＩ３の熱伝導が悪化すれば、０点の
温度は０点と同一とな！Ｄ、５５０”０にも達すること
になる。ベアリング１２．１３中のボールの回転状況に
よっては熱膨１ａＶｃよシ外翰、内輪とのクリアランス
が不良となシ、上記の不都合が発生することとなる。又
、ベアリング１２．１３がｓ　ｏ　ｏ　”ｏ以上にもな
れば、ボールの硬度低下をきたし、回転停止等の管球破
損が発生することになる。又、熱入力時には陽極ターゲット４の温度は８００〜１
２００°０に保たれるので、陽極ターゲット４からの輻
射熱は陽極ターゲット４の表面積、表面の輻射率、形状
７７クターによって異なるが、通常は２〜４ＫＷになる
。しかるにＩｔ！Ｉ極ターゲターゲット４が低下すると
、絶対温度の４乗に比例して大幅に輻射熱が減少するの
で、十分、冷却するには極めて長い時間を要する０一力、この問題を解決する方法として、流体冷媒（例え
ば水）を陽極ターゲットに流して陽極ターゲットの温度
を低くする方法を採用した回転陽、極型ｘｍ管社、例え
ば米国特許明細書２．９２６，２６９　等により公知で
ある。これらの構造では、全島製陽極ターゲット内に直
接冷媒を流し、陽極ターゲットはハウジングと同じアー
ス電位に保つ構造となっている。〔背景技術の問題点〕とζろで上記のような従来のＸ線管には、次のような欠
点がある。即ち、上述のようにベアリング１２，１３の
内輪祉高温度になシ易いが、外−は低温となっており、
この点の温度は６０°０から５５０℃の間で、ベアリン
グ１２．１３中のボールの回転状況によって変化する。ボールの温度が高くなると、ボールと内輪及び外輪との
クリアランスが不足するだけでなく、これらの間に存在
する潤滑材が蒸発してしまい、ベアリング１２．１３が
破損する場合がある。これらの理由により回転停止事故
が多発し易い欠点がある。この防止の之めにターゲット
４の黒化度の増大、ローター６の表面の黒化度の増大、
ターゲット４とローター６の間に熱！！敷板の設電等が
考えられているが、これらの効果は比較的少なく、ター
ゲット４への入力パワーを過少にしているのが実状であ
る。又、入力時には、上記電子銃３から放射され良熱電子が
高電圧で加速されて陽極ターゲット４に入射する部位（
以後、電子入射面と言う）の許容される温度は、陽極タ
ーゲット４がタングステンでできている場合、再結晶を
抑制するために２８００℃以下に保たなければならない
。上記のように１陽極ターゲツト４の全体の温度が８００
〜１２００℃まで上昇するので、陽極ターゲット４で上
記の電子によって加熱されるリング状の部分（以後、電
子入射軌道面と言う〕の温度が１２００〜１５００　’
Ｏに達するのが普通である。従フて、電子の入射によっ
て許容される電子入射面の温度上昇の最高値ΔＴは１３
００〜１６００ｄｅｇ　　かリミットとな）、可能な入
力電子線パワー、従りてＸ線出力量はΔＴに比例するた
め小さな値に制飼される。特に、電子入射面、従ってＸ
ｉ無焦点小さい場合には顕著である。又、上記のようにＩＩＩ極！−ゲット４からの輻射パワ
ーは、ターゲット温度が低下すると絶対温度の４乗に比
例して低下するため、陽極ターゲット４の温度低下の速
度が極めて遅くなり、ｒａ極メターゲット４十分低い温
度になるためＫは、極めて長い時間、放置する必要があ
る。一方、上記米国特許明細８２，９２６，２６９号の公知
例の場合には、陽極ターゲットがハウジングと同じアー
ス電位釦なっているため、医療用に使用するためＶｃＦ
ｉ、陰極の電位を０〜−１５０ＫＶにする必要があシ、
高電圧電源が大形で高価となるだけでなく、ケーブルが
太くなシ、このＸＩＩＭ！管を１２＃１ｔ、たＸ１ｗ装
置には使用できない欠点があった。〔発明の目的〕この発明の目的は、陽極ターゲットを回転自在に支持す
るシャフト内を通過して流入流出する流体冷媒を陽極タ
ーゲット内に専き、陽極ターゲットの熱を効率よく外部
に叡去って、陽極ターゲットの冷却率を大きな状態に保
つと共に、陽極ターゲット温度を常時低い温度に保ち、
可能な入力電子線パワー、従つてＸ＃！出方量を増大さ
せること、及び陽極ターゲットをハウジング及び冷媒か
ら絶縁して電圧供給端子から正の高電圧を供給し、陰極
には負の高電圧を供給していわゆる中性点接地方式の回
転陽極型Ｘ線管を提供することである。〔発明の概要〕この発明は、磁性流体音使用した真空シール軸受等によ
って管容器を真空内部分と真空外部分とに分離し、当該
真空シール軸受の内部に貫通しｆｃ油筒状金ｊ４製シャ
フト會設け、このシャフトの真空外部分の一端から流体
冷媒を流入流出させ、上記シャフトの真空内の他端には
絶縁物でできたターゲット支持部が同軸的に取付けてあ
り、このターゲット支持部に４ｆｔ属製の陽極ターゲッ
トを装着して、当該絶縁物でできたターゲット支持部を
通して冷媒によって陽極ターゲットを冷却し、陽極ター
ゲットは上記ハウジング及び冷媒及びシャフトから電気
的に絶縁され、上記絶縁物からできたターゲット支持部
の先端部の外表面に設けた導電体及びその回転軸上に設
けた回転接触子を通してターゲット電位を決めるように
し九回転陽他型Ｘ線管である。〔発明の実施例〕この発明の回転陽極型ＸＭ管は第１図に示すように構成
され、従来例（第３図）と同一箇所ｉｔ同一符号を付す
とと忙する。即ち、ハウジングＬは金属製忙してアース電位に保たれ
ており、真空容器１０１を構成している０この真空容器
１０１内には、陰極２が配設され、絶縁物１０；ｌｔ−
介してハウジング１に固定されている。そしてハウジン
グＬＦｉ中央部構体ｉｏｓと、電圧供給部１０４と、軸
受部１０５とからなってお勺、これらｈｏ−リング１０
６．１０’ｌを介してそれぞれ真空的に接続されている
。上記軸受部１ｏ５１Ｃは、ベアリング１０８，１０９
を介してシャフトハウジング１１０が取付けられている
。又、軸受部１０５の内部Ｋｎ、軸方向に虫化した磁石
１ノ１がを付けてあシ、その両端部には磁極１１２，１
１３がＯ−リング１１４，１１５ｔ−介して軸受部１０
５に暇付けられている。上記磁極１１２゜１１３とシャ
フトハウジング１１０の間には、磁性流体１１６が塗布
してあり、シャフトハウジング１１０と磁極１１２，１
１３の間で真空シールした状態で回転自在となっている
。シャフトハウジング１１０Ｆｉ中空部１１１を介して
シャ７）Ｊ７＃に固定されておシ、中空部１１２は真空
状態であシ、シャフトの熱が上記磁性流体１１１５に伝
わｂｅ＜なっている。シャフトハウジング１１０の内筒
の先端部には割込みがあシ、ナツト１１９Ｖｃよって締
付けられるようになフているロシャフトハウジング１１
０の後端部には、０−リング１ｌｌｆ：ｋｊ付はナツト
１２０で密着させてお９、シャフトハウジング１１０と
シャフト１１８との真空シールの働きをしている。上記シャフト１１８は例えばステンレス鋼等の金属でで
きてお）、その大気圧側の一端は筒状ＦＣ開口し、真空
側の一端っｔ）ターゲット支持部１１ｇ−ａは閉口され
ている。そして、このターゲット支持部１１　ｇ　−ａ
には、ターゲット４が同軸的に取付けられている。シャ
フト１１８のターゲット支持部１１Ｂ−１の内部には、
冷媒だめ１１Ｂ−１−４があり、この冷媒だめ１１Ｂ−
１−ａの冷媒によってシャフト１１８のターゲット支持
部１１ｇ−１を、従ってターゲット４を冷却する。冷媒
として例えば水のように導電性のものを使用した場合で
も、この冷媒とターゲット４とは電気的に絶縁されてお
り、ターゲット４を冷媒とは別の任意の電位に保つこと
ができる。ターゲット４とターゲット支持部１１８−１
とは、適轟な弾性パツキン（図示せず）を介してナツト
１２ノで圧着しても良いし、あるいはホットプレス等に
より固着しても良い。そして、上記した冷却効果が大き
いので、陽極ターゲット４とターゲット支持部１１Ｂ−
１との接合部の温度Ｆ１６００℃以下に保たれるため、
好適には両者を鑞付けする構造がよい。絶縁物でできた
ターゲット支持部１１１１−１の表面に、Ｆｉ導電体１
２２が固着されてお９、回転中心部ＶＣＦｉ硬質の金ａ
例えば５ＫＨ９からなる突起部を設け、これに接触子１
２３の一部を接触させてターゲット４に電位を与える。上記接触子１２３は絶縁筒１２４を介してハウジングＬ
の電圧供給部１０４と固定されている。ターゲット支持部１１Ｂ−２の周囲にリング１２５が上
記ターゲット支持部１１８−７と同軸的に取付けである
ので、ターゲット４の電子入射面から飛来した２次電圧
の付着による耐電圧の劣化を防止している。ハウジングｌには、例えばベリリウムのようにＸ線透過
率が大きい材質でできたＸ線放射窓１２６が取付けであ
る。又、ハウジングｌの電圧供給部１０４には、小形イ
オンポンプ等の真空ポンプ１２２が敞付けられている。この真空ポンプ１２７の磁界が電子銃３からターゲット
４に至る電子の軌道に悪影響を及ぼさないために１例え
ばパーマロイのような透磁率が大きい材質で磁気シール
ド（図示せず）している。シャフト１１８１１Ｃは誘導モーターのローター１２８
が固着されておシ、その周囲のステーター２によ・て発
生する回転磁界によ・て高速度　　　；で回転する。こ
のときローター１２８又はシャフト１１８にファン

〔発明の効果〕

この発明によれば、次のような顕著な効果を得ることが
できる。 ■　陽極ターゲット４の冷却率が常に大きな値となり、
陽極ターゲット４が十分冷却されるまでの時間が数十分
の１に短縮され、極めてデエテイ（ｄｕｔｙ）が大きい
使用ができるので、例えばＣＴ　（Ｃｏｍｐｕｔｏｒ　
Ｔｏｍｏｇｒｏｐｈ７　）装置に使用された場合には、
患者処理能力（患者スループット）が大幅に改良される
。 ■　陽極ターゲット４が常時低温に保たれるため、瞬時
可能入力が１．８倍（同一回転速度、同−ターゲットサ
イズ、同−焦点下で〕Ｋも改善され、同−Ｘ線出力を得
蔦ためＫは焦点の大きさｔ−０，６７倍に小さくするこ
とができ、これを使用したＸ６診断装置の解像度を著し
く改善できる。 ■　陽極ターゲラトイを正の高電圧忙、ハウジングＬを
アース電位に、電子銃３を負の高電圧に保りて動作させ
られるため、上記の効果を有しながら従来の中性点接地
方式の高電圧電源で使用することができ、何ら変更を要
せずにＸ線診断装置に適用できる。 ■　回転軸受部１０５が低温に保たれるため、極めて高
い信頼性を有するようになシ、低振動、低騒音の長寿命
Ｘ線管を提供することができる。 ■　ハウジングＬが管容器を兼ねる丸め、小形、軽量に
なる。 ■　ハウジング１がディマランタプル構造になってシシ
、不良部分を交換することが可能で、価格が低減する。 ■　回転軸受部１０５の温度が低いため、高速回転が可
能であシ、更にＸ線出力を増すことができる。〔発明の変形例〕シャフト１１ｇの真空側端部１１Ｂ−ａと陽極ターゲッ
ト４との接合は、絶縁物でできたＪＪ８−ＩＬの表面を
メタライズして、両者を鑞付けしても良いし、金属層１
４）を厚い金属カップに変え、予めシャフト１１８の端
部１１ｇ−ａと一体で作るか、鑞付けしておいて気密を
保ち、その上に絶縁物でできたターゲット支持部１１Ｂ
−１ｔ−欧付けてもよい。この場合は、ターゲット支持
部１１ｇ−１とシャフト１１８との間は気密である必要
はない。第２図に示すように、金晶層１４）は放射状の
隔壁１４ノー１を設けてターゲット支持部１１Ｂ−１と
冷媒との熱伝達の効率を良くするとよい。上記実施例では、円管ノ３４をシャ７　）　１１８鷺とは分離して固定しているが、シャ７）１１Ｂ　　　　
’と円管１３４を一体に作るか、又は円管１３４をシャ
７）　１１　＃で支持する構造にして、シャフト１１Ｂ
と共に円管１３４を共に回転させるべく変形してもよい
。この場合、円管１３４の一部にロータリージ璽インド
（図示せず）が必要なことは言う迄もない。シャフトＩＩ８のうちシャフトハウジング１１０よシ大
気側の端Ｗまでの外表面をメタライズ処理することによ
り、ローター１２８をベアリングＪＯＢ、１０９を通し
てアース電位に保てば動作が安定となる。シャ７）１１Ｂとシャフトハウジング１１０の固定に際
し、シャフト１１８及びシャフトハウジング１１０のタ
ーゲット側の一端會テーパーにして嵌合させ、この嵌合
部の近くのシャフトハウジング１１０の一部に縦方向の
割シ溝を設けて弾性力を持たせて熱膨張時にガタをなく
し、而も回転時の軸の振れを起こさないだけの強い力を
持たせておく。更に、シャフトハウジング１１０の他端
に、はシャフト１１８とシャフトハウジング１１０の内
側にスズリングアクシ９ンを持たせる材質（例えば円筒
状バネ）を挿入して締め付けておくと、上記の効果が更
忙向上する。ローター１２８とシャフト１１８との取付方法は、上記
と同様にしてもよい。電子銃３は複数個取付けても良い
ことは勿論である。又、陽極ターゲット４及びハウジング１０表面の一部又
は全部を黒化処理して輻射率を向上させても良いことは
勿論である。更忙、ハウジング１の周囲に例えば鉛のような重金属を
貼シ合せてシ〈と、Ｘ１ｍ漏洩を少なくすることができ
る。冷媒は気温よシも高い温度、例えば４０℃に保っておく
と、露結がなく信頼性が向上する。冷媒は熱交換器を備えた閉ループ回路を流し、この熱交
換器を水冷又は強制空冷で冷却してもよい。又、上記実施例では、高電圧供給部Ｌ１」。Ｌｌ」は管軸と平行な方向に設けられているが、これら
の両方又は一部を範囲と直角の方向に設ければ、全長が
更に短かくできて有効である。又、陽極ターゲット４に対してシャフトハウジング１１
０と反対側にも、他のもう１個の軸受を設け、冷媒を陽
極ターゲット４を通して貫通しても良いことは勿論であ
る。次に、第３図を用いて他の変形例について述べるが、こ
の変形例も上記実施例と同様効果が得られる。尚、同一
箇所は同一符号を付すことにする。即ち、シャフト１１ｇとターゲット支持部１１Ｂ−１と
はボルト１４２で機械的に密に固定してあシ、この間Ｋ
　Ｏ−＋７ング１４３が設けられ、冷媒のシールを行な
っている。ターゲット支持部１１Ｂ−１の先端には突起
部１１８−１−ｂがあシ、この表面に導電性の物体が取
付けてあシ、それと接触してボールベアリング１４４が
取付けである。このベアリング１４４は、固体潤滑材を
使用して真空中での摩擦を減少している。又、このベア
リング１４４支持筒１４５によって支持され、この支持
部１４５は絶縁筒１２４を介してハウジングの電圧供給
部１０４と固定される。そして、陽極ターゲット４には
、上記金属層１２２、ベアリング１４４叉持筒１４５を
通って外部から高電圧が供給される。更にターゲット支持部１１Ｂ−１として５ｉｓＮ４使用
すると、熱騙射率が大きいし、機械的強度も良く、金属
との接合も行ない易く、良い結果が得られる。又、ター
ゲット支持部１１１１−２としてＡＩＮ　を使用すると
、熱伝導率が良く、冷却効果が大きくなる。又、シャフト１１１ｊ内をヒートパイプ構造とし、シャ
フト１１Ｂの真空外の部分を冷却することＫよシ、陽極
ターゲット４を冷却してもよい０

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る回転陽極型Ｘ線管を
示す断面図、第２図は第１図のニーＩＩ線に沿って切断
し矢印方向に見た断面図、第３図はこの発明の変形例を
示す断面図、第４図は従来の回転陽極型Ｘ線管を示す断
面図である。！・・・陰極、４・・・ターゲット、１ｏ５・・・軸受
部、１１０・・・シャフトハウジング、１１８・・・シ
ャフト、１１８−１・・・ターゲット支持部、１１Ｂ−
１−ａ・・・冷媒だめ、１２３・・・接触子、１２５・
・・リング。出願人代理人　弁理土鈴　江　武　彦第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１個の陰極と、この陰極に対向して配
設された回転可能なターゲットと、このターゲットを回
転自在に支持するシャフトと、このシャフトと上記ター
ゲットを機械的に密に支持し且つ両者間を電気的に絶縁
するために絶縁物からなるターゲット支持部と、上記タ
ーゲットに外部から高電圧を供給し且つ上記シャフトか
ら電気的に絶縁された導電機構とを具備し、上記陰極を
負の高電位に、上記シャフトを実質的にアース電位に、
上記ターゲットを正の高電位に保ってなることを特徴と
する回転陽極型Ｘ線管。
（２）上記陰極を実質的にアース電位に保ってなる特許
請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（３）上記ターゲット、シャフト、ターゲット支持部を
実質的に同軸的に鑞付けしてなる特許請求の範囲第１項
記載の回転陽極型Ｘ線管。
（４）上記シャフトの外側に同軸的に軸受部を設けて上
記ターゲットを回転自在に支持し、この軸受部に真空シ
ール機構を取付けて上記ターゲット側を真空に保ち、上
記シャフト及びターゲット支持部の内側を中空とし、こ
の中に外部から冷媒を流し込むように構成してなる特許
請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（５）上記真空シール機構として磁性流体を使用してい
る特許請求の範囲第４項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（６）上記ターゲット支持部の中空部分の内径が上記シ
ャフトの中空部分の内径よりも大きい特許請求の範囲第
４項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（７）上記ターゲット支持部の内壁に金属部を設け、こ
の金属部と上記シャフトとが気密に結合されている特許
請求の範囲第４項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（８）上記ターゲット支持部の内壁に金属部を設け、こ
の金属部に冷媒攪拌用の隔壁を設けた特許請求の範囲第
４項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（９）上記シャフト及びターゲット支持部にフランジを
設け、このフランジをボルト等により固定した特許請求
の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（１０）上記ターゲットを強制冷却する冷却用流体を有
する特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（１１）上記ターゲット支持部の先端外方に回転軸と同
軸的に突起部を設け、この突起部に直接又は間接的にボ
ールベアリングを取付けた特許請求の範囲第１項記載の
回転陽極型Ｘ線管。
（１２）上記ターゲットをその両方の軸で機械的に支持
し、その一方はターゲットと導通しており、他方は実質
的にアース電位になっている特許請求の範囲第１０項記
載の回転陽極型Ｘ線管。
（１３）上記ターゲット支持部はＳｉ＿３Ｎ＿４又はＡ
ｌＮからなっている特許請求の範囲第１項記載の回転陽
極型Ｘ線管。
（１４）上記シャフト内部にヒートパイプを形成し、絶
縁物を介して上記ターゲットを冷却している特許請求の
範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（１５）上記ターゲットに電圧を供給するブッシング及
び陰極に電圧を供給するブッシングを回転子機構のハウ
ジングと反対側に並設してなる特許請求の範囲第１項記
載の回転陽極型Ｘ線管。