WO2018066170A1 - X線管 - Google Patents
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Definitions
- FIG. 6 is a view showing a state in which an electron beam is irradiated from the first filament coil toward the anode target.
- FIG. 4 is a schematic view of the cathode and anode targets according to the above embodiment as viewed from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, where a negative bias voltage with respect to the filament voltage is applied to the electron focusing cup
- FIG. 6 is a view showing a state in which an electron beam is irradiated from the filament coil toward the anode target.
- FIG. 5 is a graph showing the change of the tube current with respect to the filament current applied to the first filament coil when the bias voltage according to the embodiment is 0V.
- FIG. 4 is a schematic view of the cathode and anode targets according to the above embodiment as viewed from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, where a negative bias voltage with respect to the filament voltage is applied to the electron focusing cup
- the configuration and operation of the X-ray tube device of the example according to the present embodiment, and the configuration and operation of the X-ray tube device of the comparative example will be described.
- the components other than the electron focusing cup 15 are formed in the same manner.
- the bias voltage value is set to several hundred volts, for example, ⁇ 1 kV, as shown in FIG. 15, it can be seen that the tube current does not easily increase even if the filament charge is increased.
- the case where the 1st filament coil 11 was shorter than the 2nd filament coil 12 was demonstrated to the example.
- the cathode 10 has a plurality of filament coils
- the plurality of filament coils may be of the same type or of different types. By making the types different, it is possible to select the focus of a plurality of different dimensions. In the case of the same type, they can be used alternately to extend the life of the filament.
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Abstract
X線管は、陽極ターゲットと、第1フィラメント及び収束電極を有する陰極(10)と、真空外囲器と、を備える。前記収束電極は、平坦な前面(Sf)と、平坦な第1面(S1)と、第1溝部(16)と、一対の第1突出部(P1)と、を有する。前記一対の第1突出部(P1)は、前記第1面(S1)から前記前面(Sf)側に突出して形成され第1長さ方向(dL1)に前記第1溝部(16)を挟んでいる。
Description
本発明の実施形態は、X線管に関する。
X線管は、X線画像診断用途や、非破壊検査用途などに利用されている。X線管としては、固定陽極型のX線管や、回転陽極型のX線管があり、用途に対応した方が用いられている。X線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器とを備えている。陽極ターゲットは、電子ビームが入射されることによりX線を放出する焦点が形成される。
陰極は、フィラメントコイルと、電子収束カップとを備えている。フィラメントコイルは、電子を放出することができる。陽極ターゲット及び陰極間には、数十乃至百数十kVと高い管電圧が印加される。このため、電子収束カップは、電子レンズの役割を果たすことができ、すなわち陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させることができる。
回転陽極型のX線管は医療診断用途に用いられることが一般的である。通常、X線管は、寸法が大きく大電流を入力できる大焦点と、寸法が小さく入力は少なくなるが解像度の高い小焦点との2焦点を持っている。中には3焦点を持つX線管もある。この各焦点の寸法はフィラメントコイルと電子収束カップとのそれぞれの形状と位置関係に依存し、通常は固定されている。大焦点又は小焦点を使用する場合は、診断の用途に応じて空間分解能と入力電流(コントラスト、ノイズに影響)とを判断して撮影条件を決定し、大焦点と小焦点を使い分けている。
しかし、2焦点のみでは撮影条件が不連続でX線画像診断において必要な画像を得ることができない場合がある。特にX線CT装置におけるヘリカルスキャンなどの被写体の軸方向に連続して撮影を行う際に、不連続な2焦点による入力の可変では画質における連続性が保たれず正確な画像診断ができない場合がある。そこで、複数の電極の電圧を電気信号に応じて可変することで、焦点寸法を可変させる方法などがある。
しかし、これらの焦点寸法可変方法では、制御・構造が複雑になったり、管電流と焦点寸法の比を調整することに複雑な制御が必要になったりする。また、焦点寸法により入力できる管電流は制限されるが、電流と焦点寸法制御が別々のシステムであると、電流制御と寸法制御が不一致を起こした場合に、過電流となる可能性があり、X線管の破損につながる。
また、焦点寸法を可変する場合、焦点を所望の寸法に制御することは難しい。例えば、電子収束カップに印加するバイアス電圧の変化に対し、焦点の長さと幅の変化量が大きく異なる。このため、焦点寸法の比と電流量を適切な量に同時に調整することは難しい。そこで、焦点の長さを制御する電極と、焦点の幅を制御する電極とをそれぞれ用意し、焦点を所望の寸法に制御する技術が提案されている。
本実施形態は、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、収束電極の大型化を抑制することのできるX線管を提供する。
一実施形態に係るX線管は、
電子が入射されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、
電子を放出する第1フィラメントと、前記第1フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極と、を有する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
前記収束電極は、
前記陽極ターゲットに最も近接する平坦な前面と、
前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第1面と、
前記第1面に開口し前記第1フィラメントを収納し、前記第1フィラメントの長軸に沿った第1長さ方向を有する第1溝部と、
前記第1面から前記前面側に突出して形成され前記第1長さ方向に前記第1溝部を挟んだ一対の第1突出部と、を有する。
電子が入射されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、
電子を放出する第1フィラメントと、前記第1フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極と、を有する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
前記収束電極は、
前記陽極ターゲットに最も近接する平坦な前面と、
前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第1面と、
前記第1面に開口し前記第1フィラメントを収納し、前記第1フィラメントの長軸に沿った第1長さ方向を有する第1溝部と、
前記第1面から前記前面側に突出して形成され前記第1長さ方向に前記第1溝部を挟んだ一対の第1突出部と、を有する。
以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図1は、一実施形態に係るX線管装置を示す断面図である。この実施形態において、X線管装置は、回転陽極型のX線管装置である。
図1に示すように、X線管装置は、回転陽極型のX線管1と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル2と、X線管及びステータコイルを収容した筐体3と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油4と、制御部5と、を備えている。
図1に示すように、X線管装置は、回転陽極型のX線管1と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル2と、X線管及びステータコイルを収容した筐体3と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油4と、制御部5と、を備えている。
X線管1は、陰極(陰極電子銃)10と、すべり軸受ユニット20と、陽極ターゲット60と、真空外囲器70と、を備えている。
すべり軸受ユニット20は、回転体30と、固定体としての固定シャフト40と、潤滑材としての図示しない金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。
すべり軸受ユニット20は、回転体30と、固定体としての固定シャフト40と、潤滑材としての図示しない金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。
回転体30は、円筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体30は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸に沿って延出している。この実施の形態において、上記回転軸は、X線管1の管軸a1と同一であり、以下管軸a1として説明する。回転体30は、管軸a1を中心に回転可能である。回転体30は、この一端部に位置した接続部31を有している。回転体30は、Fe(鉄)やMo(モリブデン)等の材料で形成されている。
固定シャフト40は、回転体30より寸法の小さい円柱状に形成されている。固定シャフト40は、回転体30と同軸的に設けられ、管軸a1に沿って延出している。固定シャフト40は、回転体30の内部に嵌合されている。固定シャフト40は、FeやMo等の材料で形成されている。固定シャフト40の一端部は、回転体30の外部に露出されている。固定シャフト40は、回転体30を回転可能に支持している。
金属潤滑材は、回転体30及び固定シャフト40間の間隙に充填されている。
金属潤滑材は、回転体30及び固定シャフト40間の間隙に充填されている。
陽極ターゲット60は、管軸a1に沿った方向に、固定シャフト40の他端部に対向配置されている。陽極ターゲット60は、陽極本体61と、この陽極本体の外面の一部に設けられたターゲット層62と、を有している。
陽極本体61は、接続部31を介して回転体30に固定されている。陽極本体61は、形状が円盤状であり、Mo等の材料で形成されている。陽極本体61は、管軸a1を中心に回転可能である。ターゲット層62は、環状に形成されている。ターゲット層62は、管軸a1に沿った方向に陰極10に間隔を置いて対向配置されたターゲット面62Sを有している。陽極ターゲット60は、ターゲット面62Sに電子が入射されることにより、ターゲット面62Sに焦点が形成され、焦点からX線を放出する。
陽極ターゲット60は、回転体30及び固定シャフト40などを介し、端子91と電気的に接続されている。
陽極ターゲット60は、回転体30及び固定シャフト40などを介し、端子91と電気的に接続されている。
図1及び図2に示すように、陰極10は、単個又は複数のフィラメントと、収束電極としての電子収束カップ15とを有している。この実施形態において、陰極10は、第1フィラメントとしての第1フィラメントコイル11と、第2フィラメントとしての第2フィラメントコイル12と、を有している。ここでは、第1フィラメントコイル11及び第2フィラメントコイル12は、タングステンを主成分とする材料で形成されている。第1フィラメントコイル11及び第2フィラメントコイル12は、直線状に延出して形成されている。第1フィラメントコイル11、第2フィラメントコイル12及び電子収束カップ15は、端子81,82,83,84,85に電気的に接続されている。
電子収束カップ15は、フィラメント(電子放出源)が収められる単個又は複数の溝部を含んでいる。この実施形態において、電子収束カップ15は、第1フィラメントコイル11が収められる第1溝部16と、第2フィラメントコイル12が収められる第1溝部17と、を含んでいる。第1フィラメントコイル11は、第1溝部16に収納され、第1溝部16の内面(側面及び底面)に隙間を置いて位置している。第1フィラメントコイル11には、電流(フィラメント電流)が与えられる。これにより、第1フィラメントコイル11は、電子(熱電子)を放出する。第2フィラメントコイル12は、第2溝部17に収納され、第2溝部17の内面(側面及び底面)に隙間を置いて位置している。第2フィラメントコイル12には、電流(フィラメント電流)が与えられる。これにより、第2フィラメントコイル12は、電子(熱電子)を放出する。
ここで、第1フィラメントコイル11から放出される電子と、第2フィラメントコイル12から放出される電子とが、ターゲット面62Sの概ね同じ位置に衝突するよう、第1溝部16及び第2溝部17は、傾斜している。また、第1溝部16及び第2溝部17は、それぞれ、下溝と、下溝よりターゲット面62S側に位置し下溝より寸法の大きい上溝と、を有している。
陽極ターゲット60には、固定シャフト40及び回転体30などを介し、端子91より相対的に正の電圧が与えられる。第1フィラメントコイル11、第2フィラメントコイル12及び電子収束カップ15には、端子81乃至83より相対的に負の電圧が与えられる。本実施形態において、X線管1は、陽極接地型のX線管であり、陽極ターゲット60は接地電位に設定され、陰極10には負の高電圧が与えられる。
但し、本実施形態と異なり、X線管1は、中性点接地型のX線管又は陰極接地型のX線管であってもよい。中性点接地型のX線管の場合、陽極ターゲット60に正の高電圧が与えられ、陰極10に負の高電圧が与えられる。陰極接地型のX線管の場合、陽極ターゲット60に正の高電圧が与えられ、陰極10は接地電位に設定される。
但し、本実施形態と異なり、X線管1は、中性点接地型のX線管又は陰極接地型のX線管であってもよい。中性点接地型のX線管の場合、陽極ターゲット60に正の高電圧が与えられ、陰極10に負の高電圧が与えられる。陰極接地型のX線管の場合、陽極ターゲット60に正の高電圧が与えられ、陰極10は接地電位に設定される。
陽極ターゲット60及び陰極10間にX線管電圧(以下、管電圧と称する)が加えられるため、第1フィラメントコイル11から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面62Sに入射される。同様に、第2フィラメントコイル12から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面62Sに入射される。電子収束カップ15は、一方で、第1フィラメントコイル11から第1溝部16の開口16aを通って陽極ターゲット60に向かう電子ビームを収束させ、他方で、第2フィラメントコイル12から第2溝部17の開口17aを通って陽極ターゲット60に向かう電子ビームを収束させる。
図1に示すように、真空外囲器70は、円筒状に形成されている。真空外囲器70は、ガラス及びセラミックなどの絶縁材や金属などの組合せで形成されている。真空外囲器70において、陽極ターゲット60と対向した個所の径は、回転体30と対向した個所の径より大きい。真空外囲器70は、開口部71を有している。真空外囲器70の密閉状態を維持するよう、開口部71は、固定シャフト40の一端部に密着している。真空外囲器70は、固定シャフト40を固定している。真空外囲器70は、この内壁に陰極10を取付けている。真空外囲器70は、密閉され、陰極10、すべり軸受ユニット20及び陽極ターゲット60などを収容している。真空外囲器70の内部は真空状態に維持されている。
ステータコイル2は、回転体30の側面に対向して真空外囲器70の外側を囲むように設けられている。ステータコイル2の形状は環状である。ステータコイル2は、端子92,93と電気的に接続され、端子92,93を介して駆動される。
筐体3は、陰極10と対向したターゲット層62付近にX線を透過させるX線透過窓3aを有している。筐体3の内部には、X線管1及びステータコイル2が収容されている他、絶縁油4が充填されている。
制御部5は、端子81,82,83,84,85を介し、陰極10に電気的に接続されている。制御部5は、第1フィラメントコイル11、第2フィラメントコイル12及び電子収束カップ15を駆動したり、制御したりすることができる。制御部5は、第1フィラメントコイル11及び第2フィラメントコイル12を選択的に駆動する。
制御部5は、端子81,82,83,84,85を介し、陰極10に電気的に接続されている。制御部5は、第1フィラメントコイル11、第2フィラメントコイル12及び電子収束カップ15を駆動したり、制御したりすることができる。制御部5は、第1フィラメントコイル11及び第2フィラメントコイル12を選択的に駆動する。
次に、X線を放出するための上記X線管装置の動作について説明する。
図1に示すように、X線管装置の動作時、まず、ステータコイル2は、端子92、93を介して駆動され、磁界を発生する。すなわち、ステータコイル2は回転体30に与える回転トルクを発生させる。このため、回転体は回転し、陽極ターゲット60も回転することになる。
図1に示すように、X線管装置の動作時、まず、ステータコイル2は、端子92、93を介して駆動され、磁界を発生する。すなわち、ステータコイル2は回転体30に与える回転トルクを発生させる。このため、回転体は回転し、陽極ターゲット60も回転することになる。
次いで、制御部5は、端子81乃至85を介して第1フィラメントコイル11又は第2フィラメントコイル12を駆動させる電流を与える。すると、第1フィラメントコイル11(第2フィラメントコイル12)及び電子収束カップ15には負の高電圧(共通の電圧)が与えられる。上記負の高電圧としては、例えば-数十kV乃至-150kV程度である。第1フィラメントコイル11(第2フィラメントコイル12)にはさらに電流が与えられる。電子収束カップ15には、-5kV乃至0Vのバイアス電圧(フィラメント電圧を基準とした重畳電圧)が印加される。陽極ターゲット60は端子91を介して接地される。
陰極10と陽極ターゲット60との間に管電圧が加えられるため、フィラメントコイルから放出された電子は、収束及び加速され、ターゲット層62に衝突される。すなわち、陰極10からターゲット面62S上の焦点にX線管電流(以下、管電流と称する)が流れる。
ターゲット層62は電子ビームが入射されることによりX線を放出し、焦点から放出されたX線は、X線透過窓3aを介して筐体3の外部に放出される。ここで、焦点は、電子ビームが入射されることにより、フィラメントコイルの長軸に対応した長さと、フィラメントコイルの短軸に対応した幅とを有している。これにより、X線撮影を実施することができる。
次に、本実施形態に係る実施例のX線管装置の構成及び動作と、比較例のX線管装置の構成及び動作について説明する。実施例及び比較例のX線管装置において、電子収束カップ15以外は同様に形成されている。
(実施例)
図1及び図2に示すように、電子収束カップ15は、前面Sfと、第1面S1と、第1溝部16と、一対の第1突出部P1と、第2面S2と、第2溝部17と、を備えている。なお、図2(a)において、第1突出部P1には斜線を付している。前面Sfは、平坦な面であり、電子収束カップ15のうち陽極ターゲット60に最も近接する面である。第1面S1及び第2面S2は、それぞれ前面Sfに対して陽極ターゲット60の反対側に位置した平坦な面である。
図1及び図2に示すように、電子収束カップ15は、前面Sfと、第1面S1と、第1溝部16と、一対の第1突出部P1と、第2面S2と、第2溝部17と、を備えている。なお、図2(a)において、第1突出部P1には斜線を付している。前面Sfは、平坦な面であり、電子収束カップ15のうち陽極ターゲット60に最も近接する面である。第1面S1及び第2面S2は、それぞれ前面Sfに対して陽極ターゲット60の反対側に位置した平坦な面である。
第1溝部16は、第1面S1に開口し第1フィラメントコイル11を収納している。第1溝部16は、第1フィラメントコイル11の長軸に沿った第1長さ方向dL1と、第1深さ方向dD1と、第1深さ方向dD1及び第1長さ方向dL1にそれぞれ垂直な第1幅方向dW1と、を有している。
第2溝部17は、第2面S2に開口し第2フィラメントコイル12を収納している。第2溝部17は、第2フィラメントコイル12の長軸に沿った第2長さ方向dL2と、第2深さ方向dD2と、第2深さ方向dD2及び第2長さ方向dL2にそれぞれ垂直な第2幅方向dW2と、を有している。
第2溝部17は、第2面S2に開口し第2フィラメントコイル12を収納している。第2溝部17は、第2フィラメントコイル12の長軸に沿った第2長さ方向dL2と、第2深さ方向dD2と、第2深さ方向dD2及び第2長さ方向dL2にそれぞれ垂直な第2幅方向dW2と、を有している。
一対の第1突出部P1は、第1面S1から前面Sf側に突出して形成され、第1長さ方向dL1に第1溝部16を挟んで設けられている。なお、第1突出部P1が前面Sfを越えて陽極ターゲット60側に突出することは無い。一対の第1突出部P1は、第1長さ方向dL1に互いに対向する第1側面Ss1を有している。本実施例において、第1側面Ss1は、第1深さ方向dD1及び第1幅方向dW1で規定される第1仮想平面と平行であり、平坦な面である。一対の第1突出部P1のそれぞれの第1側面Ss1は、同一の寸法を有している。但し、一対の第1突出部P1の構成は、本実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、第1側面Ss1は、上記第1仮想平面と平行な面でなくともよく、また、平坦な面でなくともよい。
各々の第1突出部P1は、陽極ターゲット60と対向する側に上面SU1を有している。上面SU1は、互いに異なる方向に傾斜した複数の平坦な傾斜面で形成されている。本実施例において、上面SU1は、2つの平坦な傾斜面で形成されている。
各々の第1突出部P1は、陽極ターゲット60と対向する側に上面SU1を有している。上面SU1は、互いに異なる方向に傾斜した複数の平坦な傾斜面で形成されている。本実施例において、上面SU1は、2つの平坦な傾斜面で形成されている。
(比較例)
図1及び図11に示すように、比較例のX線管装置は、上記実施例のX線管装置と比較し、電子収束カップ15の構成が相違している。詳しくは、比較例の電子収束カップ15は、上記実施例と比較し、一対の第1突出部P1無しに形成されている点、第1溝部16(第1溝部16の上溝)が深く形成されている点、第1長さ方向dL1における第1溝部16及び第1フィラメントコイル11が短く形成されている点、で相違している。
図1及び図11に示すように、比較例のX線管装置は、上記実施例のX線管装置と比較し、電子収束カップ15の構成が相違している。詳しくは、比較例の電子収束カップ15は、上記実施例と比較し、一対の第1突出部P1無しに形成されている点、第1溝部16(第1溝部16の上溝)が深く形成されている点、第1長さ方向dL1における第1溝部16及び第1フィラメントコイル11が短く形成されている点、で相違している。
ここで、本願発明者は、上記実施例に係るX線管装置を用いてX線を放出するシミュレーションと、上記比較例に係るX線管装置を用いてX線を放出するシミュレーションとを行った。この際、電子収束カップ15に印加するバイアス電圧を調整して行った。ターゲット面62S上に形成される焦点は、単焦点である。また、シミュレーションは、同一条件の下で行った。
始めに、実施例に係るX線管装置を用いてX線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。
図1、図2及び図3に示すように、まず、上記実施例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15に印加するバイアス電圧を0Vとし、ターゲット面62Sに焦点(大焦点)F1を形成した。電子は、第1フィラメントコイル11全域からターゲット面62Sに向かって出射された。電子ビームは、電子収束カップ15の第1溝部16及び第1突出部P1によって形成される電界の作用により収束される。形成された焦点(実効焦点)F1の長さをL1、幅をW2とする。
図1、図2及び図3に示すように、まず、上記実施例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15に印加するバイアス電圧を0Vとし、ターゲット面62Sに焦点(大焦点)F1を形成した。電子は、第1フィラメントコイル11全域からターゲット面62Sに向かって出射された。電子ビームは、電子収束カップ15の第1溝部16及び第1突出部P1によって形成される電界の作用により収束される。形成された焦点(実効焦点)F1の長さをL1、幅をW2とする。
図1、図2及び図4に示すように、次に、上記実施例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15にフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面62Sに焦点(小焦点)F1を形成した。電子は、第1フィラメントコイル11の中央部からターゲット面62Sに向かって出射された。第1突出部P1の作用により、第1フィラメントコイル11の端部は、第1フィラメントコイル11の中央部より電界の作用が大きい。第1フィラメントコイル11の端部からの電子の出射量は減少しなかった。電子ビームは、電子収束カップ15の第1溝部16及び第1突出部P1によって形成される電界の作用により収束される。
形成された焦点(実効焦点)F1の幅はW2であった。また、上記のように第1フィラメントコイル11の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、焦点(実効焦点)F1の長さは上記長さL1より僅かに小さいL2であった。なお、W2<W1であり、L2<L1である。そして、図3の焦点(大焦点)F1と、図4の焦点(小焦点)F1と、を比較すると、長さの変化は、幅の変化と比べて小さいことが分かる。
形成された焦点(実効焦点)F1の幅はW2であった。また、上記のように第1フィラメントコイル11の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、焦点(実効焦点)F1の長さは上記長さL1より僅かに小さいL2であった。なお、W2<W1であり、L2<L1である。そして、図3の焦点(大焦点)F1と、図4の焦点(小焦点)F1と、を比較すると、長さの変化は、幅の変化と比べて小さいことが分かる。
また、図5及び図6に示すように、第1フィラメントコイル11に与えるフィラメント電流を連続的に変化させ、管電流を測定した。本実施例では、バイアス電圧値が0Vであっても-5kVであっても、フィラメント電流を大きくするほど、管電流を大きくできることがわかる。
そして、図7に示すように、第1フィラメントコイル11から放出された電子が形成する焦点F1と、第2フィラメントコイル12から放出された電子が形成する焦点F2と、が概ね同じ位置に形成できることがわかる。このため、第1突出部P1が、焦点F1と焦点F2との重なり合いに悪影響を及ぼしていないことがわかる。
次に、比較例に係るX線管装置を用いてX線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。
図1、図11及び図12に示すように、まず、上記比較例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15に印加するバイアス電圧を0Vとし、ターゲット面62Sに焦点(大焦点)F1を形成した。比較例の焦点(実効焦点)F1は、実施例と同じ寸法に形成され、長さがL1、幅がW1である。但し、比較例の方が実施例より、第1フィラメントコイル11が短い分、焦点F1の電子密度が低くなり、管電流が小さくなる。
図1、図11及び図12に示すように、まず、上記比較例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15に印加するバイアス電圧を0Vとし、ターゲット面62Sに焦点(大焦点)F1を形成した。比較例の焦点(実効焦点)F1は、実施例と同じ寸法に形成され、長さがL1、幅がW1である。但し、比較例の方が実施例より、第1フィラメントコイル11が短い分、焦点F1の電子密度が低くなり、管電流が小さくなる。
図1、図11及び図13に示すように、次に、上記比較例に係るX線管装置を用い、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ15に負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面62Sに焦点(小焦点)F1を形成した。電子は、第1フィラメントコイル11の中央部からターゲット面62Sに向かって出射された。第1フィラメントコイル11の端部からの電子の出射量は減少しなかった。
形成された焦点(実効焦点)F1の幅はW2であった。また、上記のように第1フィラメントコイル11の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、比較例の焦点(実効焦点)F1は、実施例と同じ寸法に形成され、長さがL2、幅がW2であった。但し、上述したように、比較例の方が実施例より、第1フィラメントコイル11が短い分、焦点F1の電子密度が低くなり、管電流が小さくなる。
また、図14及び図15に示すように、第1フィラメントコイル11に与えるフィラメント電流を連続的に変化させ、管電流を測定した。本変形例では、バイアス電圧値が0Vであれば、フィラメント電流を大きくするほど、管電流を大きくできることがわかる。
但し、バイアス電圧値を数百V、例えば-1kVに設定すると、図15に示すように、フィラメント電を大きくしても、管電流が大きくなり難くなることがわかる。
そして、図16に示すように、本比較例において、第1フィラメントコイル11から放出された電子が形成する焦点F1と、第2フィラメントコイル12から放出された電子が形成する焦点F2とが、実施例(図7)と同様に、概ね同じ位置に形成できることがわかる。
以上のように構成された一実施形態に係る実施例のX線管装置によれば、X線管1は、陽極ターゲット60と、第1フィラメントコイル11及び電子収束カップ15を有する陰極10と、真空外囲器70と、を備えている。電子収束カップ15は、前面Sfと、第1面S1と、第1溝部16と、一対の第1突出部P1と、を有している。一対の第1突出部P1は、第1面S1から前面Sf側に突出して形成され第1長さ方向dL1に第1溝部16を挟んでいる。
このため、長い第1フィラメントコイル11を利用する場合であっても、焦点F1の長さを所望の値に設定しつつ、管電流を大きくすることができる。又は、浅く第1溝部16を形成した場合であっても、焦点F1の寸法を所望の値に設定しつつ、管電流を大きくすることができる。
上記のことから、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、電子収束カップ15の大型化を抑制することのできるX線管1及びX線管1を備えるX線管装置を得ることができる。
上記のことから、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができ、電子収束カップ15の大型化を抑制することのできるX線管1及びX線管1を備えるX線管装置を得ることができる。
本発明の上記実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、第1突出部P1の上面SU1は、3つ以上の平坦な傾斜面で形成されていてもよい。
図8に示すように、第1突出部P1の上面SU1は、3つの平坦な傾斜面で形成されている。
図9に示すように、第1突出部P1の上面SU1は、円弧状の曲面で形成されていてもよい。
図10に示すように、電子収束カップ15は、一対の第2突出部P2をさらに有していてもよい。一対の第2突出部P2は、第2面S2から前面Sf側に突出して形成され、第2長さ方向dL2に第2溝部17を挟んでいる。なお、第2突出部P2は、陽極ターゲット60と対向する側に上面SU2を有するなどし、上記第1突出部P1と同様に形成されている。
図8に示すように、第1突出部P1の上面SU1は、3つの平坦な傾斜面で形成されている。
図9に示すように、第1突出部P1の上面SU1は、円弧状の曲面で形成されていてもよい。
図10に示すように、電子収束カップ15は、一対の第2突出部P2をさらに有していてもよい。一対の第2突出部P2は、第2面S2から前面Sf側に突出して形成され、第2長さ方向dL2に第2溝部17を挟んでいる。なお、第2突出部P2は、陽極ターゲット60と対向する側に上面SU2を有するなどし、上記第1突出部P1と同様に形成されている。
上記実施形態において、第1フィラメントコイル11が第2フィラメントコイル12より短い場合を例に説明した。しかし、陰極10が複数のフィラメントコイルを有している場合、複数のフィラメントコイルは、同一の種類であってもよく、互いに異なる種類であってもよい。種類を異ならせることにより、複数の異なる寸法の焦点を選択することができる。同一の種類の場合には、交互に使用してフィラメントの寿命を延ばすことができる。
電子収束カップ15が複数の溝部を有している場合、少なくとも1つの溝部が上述した実施例の溝部と同様に突出部とセットで形成されていればよく、他の溝部は突出部を利用せずに形成されていてもよい。
電子放出源としてのフィラメントは、フィラメントコイルに限定されるものではなく、各種のフィラメントを利用することが可能である。例えば、陰極10は、フィラメントコイルの替わりに平板フィラメントを有していてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。平板フィラメントは、平面として平坦なフィラメント上面(電子放出面)及び裏面を有する平板状のフィラメントである。
この発明のX線管及びX線管装置は、上述したX線管及びX線管装置に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種のX線管及びX線管装置に適用可能である。例えば、この発明のX線管は、固定陽極型のX線管にも適用可能である。
Claims (7)
- 電子が入射されることによりX線を放出する陽極ターゲットと、
電子を放出する第1フィラメントと、前記第1フィラメントから放出された電子を収束させる収束電極と、を有する陰極と、
前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
前記収束電極は、
前記陽極ターゲットに最も近接する平坦な前面と、
前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第1面と、
前記第1面に開口し前記第1フィラメントを収納し、前記第1フィラメントの長軸に沿った第1長さ方向を有する第1溝部と、
前記第1面から前記前面側に突出して形成され前記第1長さ方向に前記第1溝部を挟んだ一対の第1突出部と、を有する、
X線管。 - 前記一対の第1突出部は、前記第1長さ方向に互いに対向する第1側面を有する、
請求項1に記載のX線管。 - 前記第1溝部は、前記第1溝部の第1深さ方向及び前記第1長さ方向にそれぞれ垂直な第1幅方向を有し、
各々の前記第1側面は、前記第1深さ方向及び前記第1幅方向で規定される第1仮想平面と平行である、
請求項2に記載のX線管。 - 前記一対の第1突出部のそれぞれの前記第1側面は、同一の寸法を有している、
請求項2に記載のX線管。 - 各々の前記第1突出部の前記陽極ターゲットと対向する側の上面は、互いに異なる方向に傾斜した複数の平坦な傾斜面で形成されている、
請求項2に記載のX線管。 - 各々の前記第1突出部の前記陽極ターゲットと対向する側の上面は、円弧状の曲面で形成されている、
請求項2に記載のX線管。 - 前記陰極は、電子を放出する第2フィラメントをさらに有し、
前記収束電極は、前記第2フィラメントから放出された電子をさらに収束させ、
前記収束電極は、
前記前面に対して前記陽極ターゲットの反対側に位置した平坦な第2面と、
前記第2面に開口し前記第2フィラメントを収納し、前記第2フィラメントの長軸に沿った第2長さ方向を有する第2溝部と、
前記第2面から前記前面側に突出して形成され前記第2長さ方向に前記第2溝部を挟んだ一対の第2突出部と、をさらに有する、
請求項1に記載のX線管。
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