JPH05174751A - 回転陽極x線管用ターゲット - Google Patents

回転陽極x線管用ターゲット

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JPH05174751A
JPH05174751A JP35447991A JP35447991A JPH05174751A JP H05174751 A JPH05174751 A JP H05174751A JP 35447991 A JP35447991 A JP 35447991A JP 35447991 A JP35447991 A JP 35447991A JP H05174751 A JPH05174751 A JP H05174751A
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JP
Japan
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target
graphite
ray tube
small holes
small hole
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Pending
Application number
JP35447991A
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English (en)
Inventor
Takaharu Honda
敬治 本多
Munetomo Kotabe
宗倫 小田部
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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】 【目的】ターゲットの表面全体または選択された部分毎
の実効的な熱輻射率を向上する。 【構成】グラファイト部分をもつターゲットのグラファ
イト面に、小穴を高い面密度であけて、ターゲットの実
効的な熱輻射率を向上する。さらに、小穴の深さLと半
径Rの比L/Rの値または小穴の面密度をターゲット面
の選択された部分ごとに変えることにより、例えば放熱
量を増やしたい面または温度が高く放熱効果の大きい面
では密に、放熱量をあまり増やしたくない面または温度
が低く放熱効果の小さい面では疎に小穴をあけることに
より、各部分の実効的な熱輻射率を変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はグラファイト部分を具備
する回転陽極X線管用ターゲットに係り、特に放熱特性
を向上したターゲットの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】回転陽極X線管用ターゲットは、X線診
断領域の拡大,診断時間の短縮等の要求に伴い、熱容量
が増加し、大型化している。大型化に伴う重量増加を軽
減するために、ターゲットの基材部にグラファイトが用
いられるようになって来た。グラファイト部を具備する
ターゲットとしては、グラファイト基板のX線焦点形成
部にタングステンまたはタングステン合金層を設けた構
造のものやモリブデン板にX線焦点形成部のタングステ
ンまたはタングステン合金板を貼り合わせたものにグラ
ファイトブロックを裏打ちした構造のものなどがある。
このような構造のターゲットを用いて診断時間を短縮し
ようとした場合、熱容量を増加しただけでは不十分で、
放熱特性の向上も必要となる。
【0003】従来使用されていた全属ターゲット(タン
グステンターゲット若しくはモリブデン板にX線焦点形
成部のタングステンまたはタングステン合金板を貼り合
わせた構造のターゲット)では、ターゲットのX線焦点
面と反対側の面に黒化処理(耐熱性金属酸化物をコーテ
ィングして焼きつける)を施すことで放熱特性を向上さ
せる技術が実施されている。グラファイト部を具備する
ターゲットでは、グラファイト自体の色がもともと黒色
であるため、この技術は適用されていない。グラファイ
トを具備するターゲットでの放熱特性を向上させる手段
としては、実開昭62−106463号に、ターゲットの外周壁
に凹凸面を形成した構造のものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】回転陽極X線管用ター
ゲットの放熱は、ターゲットが高温のときには主として
熱輻射によって行われる。したがって、放熱量はターゲ
ットの表面の熱輻射率と表面積に比例し、さらにターゲ
ットの温度の4乗に比例する。上記従来の技術の中で、
ターゲットの表面に黒化処理を施すものは熱輻射率を大
きくすることを目的とし、またターゲットの外周壁に凹
凸を形成するものは表面積の増加を目的として放熱特性
の向上を図るものである。しかし、従来の技術のうち黒
化処理を施すものは、上記の如くグラファイトで構成さ
れる部分には適用できず、また外周壁に凹凸を形成する
方法については流体中の対流伝熱により放熱する場合と
異なり、真空中の輻射伝熱の場合にはターゲット表面の
凹凸の形状によっては一度放射した赤外線が再びターゲ
ットに入射することがあるので、目的に合った放熱特性
が得られないという問題があった。
【0005】本発明の目的は、輻射による放熱量を増加
させるための最適な凹凸形状の表面をもつターゲットを
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、グラファイト部分を具備する回転陽極
X線管用ターゲットにおいて、グラファイトの露出する
面に、直径が10mm以下の小穴を面積比率20%以上の
密度で設けたものである(請求項1)。また、前記小穴
の深さをその半径よりも大きくしたものである(請求項
2)。また、グラファイト部分を具備する回転陽極X線
管用ターゲットにおいて、グラファイトの露出する面を
複数の部分に区分けし、その区分けした部分に1個以上
の小穴を設け、該小穴の深さと半径の比または該小穴の
面密度の少なくとも一方を前記の区分けした部分ごとに
変化させたものである(請求項3)。さらに、上記のタ
ーゲットを回転陽極X線管に使用したものである(請求
項4)。
【0007】
【作用】回転陽極X線管用ターゲットに用いられるグラ
ファイトは、その熱輻射率が約0.8であることが知ら
れている。このグラファイトの表面に小穴をあけた場
合、小穴の半径をR、深さをLとすると小穴の部分での
実効熱輻射率は深さと半径との比L/Rに応じて図2
(実験例)の如く変化する。従って、例えばグラファイ
ト部分の全表面の内50%にL/Rが4となる小穴をあ
けると小穴の部分では実効熱輻射率が約0.995とな
り、その他の部分では約0.8であるから、グラファイ
ト部分の平均熱輻射率は約0.897となり、熱輻射率
は約12%向上する。
【0008】しかし、グラファイトは熱伝導がタングス
テン等の金属の60%程度と良くないために、特に厚い
ターゲットでは陰極に対向する面と裏面との温度差が大
きくなる。輻射による放熱量は熱輻射率は比例すると共
に、温度の4乗に比例するから、温度が高い部分の熱輻
射率を向上させる方が放熱量の向上に効果がある。上述
の如く、小穴の部分の熱輻射率は小穴の深さと半径の比
により自由に変えられること、また小穴の単位面積当り
の密度を変えることによってもその部分の平均熱輻射率
を自由に変えられることから、熱輻射率の高い小穴をタ
ーゲットの温度の高い部分に密にあけることで、ロータ
に対向する部分(裏面)のように、対向部に耐熱性の低
い部品が存在する面については小穴を設けないか、設け
ても密度を小さくして放熱量を少なくしても全体の放熱
特性を効果的に向上させることができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を図1と図2により説明す
る。図1(a)および(b)は本発明の一実施例である
回転陽極X線管用ターゲットの側面図および裏面図を示
したものである。ターゲットは円板状のグラファイト基
板1と、そのX線焦点面側に形成されたタングステンま
たはタングステン合金層2とから成っている。グラファ
イト基板1の中心には回転陽極(図示せず)に取り付け
るための中心軸穴3が設けられている。グラファイト基
板1の側面およびX線焦点面と反対側の面(以下、裏面
と呼ぶ)はグラファイトの表面が露出している。
【0010】本発明ではこのグラファイト表面の実効的
な熱輻射率εeff を大きくするために、グラファイト基
板1の側面および裏面に小穴4を多数設けるものであ
る。小穴4の形状は円形が良い。放熱特性上から見た場
合、小穴4の形状は多角形や楕円形等でも良いが、加工
上から見た場合円形が適している。グラファイト基板1
に小穴4を設けた場合、小穴4の部分とグラファイトが
露出した部分とでは実効的な熱輻射率εeff が異なり、
小穴4の部分の方が大きくなる。小穴4の部分の実効的
な熱輻射率εeff は、小穴のまわりの材料の熱輻射率
と、小穴の深さLと半径Rとの比L/Rに依存し、材料
の熱輻射率が大きい程、またL/Rが大きい程大きくな
り、黒体の熱輻射率1に近付く。図2は熱輻射率が約
0.8 のグラファイト板を用いて実験によりL/Rと実
効的な熱輻射率との関係を測定した結果を示したもので
ある。(但し、直径は5mmとした。)図2によればL/
Rを1とすると、実効的な熱輻射率εeff は0.93
に、2とするとεeff は0.97 となり、従ってL/R
を2以上にすることによりεeff は0.95 以上の値を
確保することができる。
【0011】小穴4の直径は、加工上グラファイト基板
1の強度や加工工数を考慮して選定する必要がある。直
径が大きいと穴の深さを深くする必要があるため、穴加
工時にグラファイト材が欠ける場合がある。また、直径
が小さいと穴を沢山あける必要があるため、加工工数が
長くかかる。これらのことを考慮すると、小穴4の直径
は10mm以下が良く、1mmから5mm程度が適当である。
しかし、ターゲット基板1の厚さが厚くなり、外径が大
きくなった場合には、より大きな直径を選定した方が良
い。
【0012】小穴4の数量は円形の穴を稠密にあけた場
合には理論的には面積比率で約90%の面にあけること
ができるはずであるが、密度を上げすぎると穴のふちが
欠けることになるので、機械的強度を考慮すると面積比
率で60%以下が望ましい。また、小穴4の面密度と実
効的な熱輻射率εeff の増加分との関係は比例関係にあ
る。例えば、グラファイト面に直径5mmで深さ5mmの小
穴(L/R=2)をあけた場合、面密度10%ではε
eff=0.817(増加分2.1%)同じく20%ではε
eff=0.834(増加分4.3%)、同じく30%ではε
eff=0.851(増加分6.4%)となり、εeff の増加
分は面密度の増加に比例して増加している。しかし、実
用的に見た場合、εeff の増加分としては5%程度の差
が生じないと差違が見分けられないため小穴4の面密度
としては20%以上としないと効果が小さく、小穴4の
面密度の下限値としては20%が適当である。
【0013】また、以上の実施例では回転陽極X線管用
ターゲットとしてグラファイト基板にタングステンまた
はタングステン合金層からなるX線焦点面を形成したも
のについて説明したが、本発明が適用されるターゲット
は上記のものに限定されず、モリブデン板にX線焦点形
成部のタングステンまたはタングステン合金板を貼り合
わせたものにグラファイトブロックを裏打ちした構造の
ものなど、グラファイト部分を具備し、グラファイトの
露出する面をもつターゲットにも適用できることは言う
までもない。
【0014】図3は本発明の他の実施例である回転陽極
X線管用ターゲットの側面図を示したものである。ター
ゲットはタングステンまたはタングステン合金層2の表
面に加速された電子が衝突することによって発熱するか
ら、ターゲットの温度はタングステンまたはタングステ
ン合金層2に近い部分程高くなる。そこで、本実施例で
は、小穴4はグラファイト基板1の側面においてタング
ステンまたはタングステン合金層2に近い部分で数量を
密にし、しかもL/Rが大きくなるような深い穴があけ
られており、タングステンまたはタングステン合金層2
から離れるにつれて、穴の密度が疎になるようにあけら
れている。また、グラファイト基板1の裏面において
は、外周に近い部分にのみ、L/Rが1〜2程度の比較
的浅い穴が設けられ、中心軸穴3の近傍には小穴4は設
けられていない。
【0015】グラファイト基板1の側面のタングステン
またはタングステン合金層2に近い部分ではターゲット
の温度が高く、この部分から放射された熱は殆んど全部
真空外囲器(図示せず)に入射する。さらに真空外囲器
の外側は強制対流されている絶縁油では冷却されている
ので、入射した熱はすみやかに放熱される。一方タング
ステンまたはタングステン合金層2から離れたグラファ
イト基板1の裏面では、温度が低いために同じ熱輻射率
でも放熱量は低くなる。また、真空外囲器の形状によっ
ては真空外囲器に入射した熱の一部が回転陽極のロータ
(図示せず)に入り、ロータ内部の軸受の温度を上昇さ
せることがある。このため、タングステンまたはタング
ステン合金層2に近い部分に密に小穴4を設け、その部
分の実効熱輻射率εeff が大きくなるようになってい
る。さらに、グラファイト基板1の裏面においては外周
部に近い程温度が高く、内側になるに従って温度は低く
なる。また、裏面の外周部では真空外囲器に入射する熱
の方が多いが、内側では殆んどがロータに入射するの
で、外周部に近い部分にのみ小穴4が設けられている。
【0016】また、回転陽極X線管用ターゲットに対向
する真空外囲器の部分が銅あるいはステンレスといった
金属製で、水冷管のような局部的な冷却手段を設けてい
る場合には、グラファイト基板1のその冷却部に対向す
る部分に特に密に小穴4を設けることで、冷却の効果を
向上することができる。本発明の回転陽極X線管用ター
ゲットは、回転陽極X線管に組込まれてすぐれた放熱特
性が発揮される。先に述べた如く、回転陽極X線管の真
空外囲器の構造をターゲットの放熱特性に適合したもの
にすることにより、放熱特性の良い回転陽極X線管が得
られる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、回転陽極X線管用ター
ゲットのグラファイト基板部の平均輻射率を向上させる
ことができるので、ターゲットの放熱特性を改善でき、
診断時間を短縮することができる。さらに、グラファイ
ト基板部の熱輻射率を部分毎に選択的に向上できるの
で、ターゲットの放熱特性改善のための加工工数の増
加,ターゲット強度の低下を最小限にすることができる
と共に、ロータ内に配置された軸受部の如く入射熱量を
低減したい部分についてはその方向へのターゲットから
の放熱量を増加させないようにすることができ、X線管
全体の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる側面図および裏面図
を示す。
【図2】熱輻射率約0.8のグラファイト板でのL/R
(穴の深さ/穴の半径)と実効的な熱輻射率との関係を
示す。
【図3】本発明の他の実施例に係わる側面図を示す。
【符号の説明】
1 グラファイト基板 2 タングステンまたはタングステン合金層 3 中心軸穴 4 小穴

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】グラファイト部分を具備する回転陽極X線
    管用ターゲットにおいて、グラファイトの露出する面
    に、直径が10mm以下の小穴を面積比率20%以上の密
    度で設けたことを特徴とする回転陽極X線管用ターゲッ
    ト。
  2. 【請求項2】前記小穴の深さを、その半径よりも大きく
    したことを特徴とする請求項1の回転陽極X線管用ター
    ゲット。
  3. 【請求項3】グラファイト部分を具備する回転陽極X線
    管用ターゲットにおいて、グラファイトの露出する面を
    複数の部分に区分けし、その区分けした部分に1個以上
    の小穴を設け、該小穴の深さと半径の比または該小穴の
    面密度の少なくとも一方を前記の区分けした部分ごとに
    変化させたことを特徴とする回転陽極X線管用ターゲッ
    ト。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3の回転陽極X線管用ターゲ
    ットを具備することを特徴とする回転陽極X線管。
JP35447991A 1991-12-20 1991-12-20 回転陽極x線管用ターゲット Pending JPH05174751A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007184277A (ja) * 2006-01-03 2007-07-19 Alcatel Lucent 高輝度x線ビームを備えるコンパクトな発生源
WO2020067075A1 (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 株式会社 東芝 回転陽極x線管用ターゲット、x線管、およびx線検査装置

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