JPS5923438A

JPS5923438A - Ｘ線管

Info

Publication number: JPS5923438A
Application number: JP57132440A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iwasaki; 岩崎　賢二; Hisaaki Tamura; 久明田村
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1984-02-06
Also published as: JPH0326497B2

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〕本発明は大出力、大容量のＸ線管に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

一般にＸ線管は第１図に示すような構造となっている。

即ち、１は陰極であり、陰極１は熱電子を発生するコイ
ル状のフィラメント２を備え、このフィラメント２から
放出される電子を集束電極３により集束し、陰極１と陽
極４との間に印加された高電圧によって前記電子を加速
し、陽極４の陰極１側端に設けられた重金属による円錐
台形状のターゲット５の斜面部分に加速電子を衝突させ
、これによりＸ線に変換してＸ線放出を行わせるように
している。

ターゲット５上の加速電子衝突点はＸ線焦点と呼ばれ、
この焦点部分は電子の衝突によって赤熱されるので、一
般に陽極４は回転型とし、前記ターゲット５を回転させ
ることによってターゲット５の１点のみが赤熱されるの
を防ぐようにする。

しかし、長時間、Ｘ線放出を行うと、ターゲット５は全
体が高熱となり、ついには溶融するなどしてＸ線管破損
につながることから、Ｘ線管は個々にヒートユニット（
Ｈ，Ｕ）と呼ばれる熱容量の定格値で使用条件が規定さ
れる。即ち、最大許容Ｈ，ＵはそのＸ線管が許容しうる
最大の熱容量を示す指標で、−回に蓄積するＨ０Ｕ値は
管電圧Ｘ管電流Ｘ時間で決まり、また、ターゲットの放
熱特性により定まるＨ、Ｕ値×休止時間分のＨ，Ｕ値が
Ｘ線管の曝射休止期間中に回復する。従って、最大許容
ヒートユニット値に達しない範囲内でＸ線曝射すればＸ
線管の安全は保証される。

ところで、近年冠状動脈撮影あるいはＸ線ＣＴなど、大
出力のＸ線を連続的に長時間必要とするＸ線装置がふえ
てきた。

たとえば冠状動脈撮影のときは８０ＫＶ　　４００”Ａ　　４−ｓｅｅのＸ線曝射条件
で１秒間６０〜１２０回のＸ線パルスを７秒連続して、
且つこれを３０秒間隔で７回位繰り返す必要がある。

また、Ｘ線写真としてはＸ線管の焦点の小さいほどＸ線
の半影が小さくなるため尖鋭な写真がとれる。現在は焦
点１．２　ｒｒｍ角のものが主として使われているが、
理想としては０．６−角取下が望ましい。

しかしながら、焦点が小さくなると、Ｘ線管ターゲット
上の単位面積当りの電流密度が高くなり、陽極よりの電
子衝撃によりターゲットにおける焦点部分の加熱温度が
急上昇して発生する熱に耐えられなくなる。

Ｘ線出力を制限するものの−・つとしてこのような単位
面積当りの電流密度がある。

これを解決する方法としては次のものがある。

（１）回転陽極（ターゲット）の直径を大きくする（２）回転陽極（ターゲット）の回転数を大きくするなどである。これはＸ線出力とその他因子の聞に次の関
係があることによる。即ち、登　＋　壺Ｐ　■ＫＬ　　　　ｄ　　　　ｎ但し、Ｐは出力、には比例定数、Ｌは焦点寸法、ｄは焦
点軌道直径、ｎは陽極回転数である。

ここで焦点軌道の中心はターゲット外縁より約１０ｍｍ
内側にある。よって、ターゲット直径に比例すると考え
てよい。

現在ターゲット直径は一般的には１２５”のものが最大
で実験的には１５０“またはそれ以上のものも作られて
いる。しかし、直径を１５０”にしても１２５ｆｆｌ！
１１のものに比べ出力は１０％しか増えず、大型化する
割には熱容量の大きいＸ線管が得られない。

また陽極回転数は３０００　ｒ、ｐ＊ｍまたは９０００
ｒ、ｐ、ｍが一般的である。中には１８０００ｒ、ｐ、
ｍクラスのものも試作されている。

しかし、第１図の如く陽極のターゲットは片側だけで叉
持しており、この状態で陽極のターゲットを高速回転さ
せることには支持部の摩耗が激しく、寿命的な困難性を
伴う。

さらに、Ｘ線出力を制限するものの他の要因としてター
ゲットの熱容量の開織がある。

この関係を第２図に示す。

第２図はＸ線ＴＶ装置での透視と冠状動脈撮影の繰り返
しによりターゲットの蓄積Ｈ，Ｕの変化の様子を模式的
に一示したものである。

図を説明すると、まずａは透視の開始点である。

透視は８０ＫＶＩＦＩＬＡ連続程度のＸ線管出力である
のでターゲット温度の上昇はゆるやかである。

■から■は冠状動脈撮影を行っている部分で撮影時の入
力は先に示した如＜８０ＫＶ４００”Ａ　４７１！　１
６ｃと瞬時的には非常に大きな値である。

このためにターゲットの焦点部分の温度は３０００℃前
後にもなる。この値がターゲット構成物質たるタングス
テンの融点３３８０℃に達すればタングステンが溶けて
管球の破壊に至る。また融点に達しないまでもそれに近
くなれば表面よりのタングステンの蒸発が著しくなり、
Ｘ線管球の寿命を損なう。よって常用時には３０００℃
以下で使う必要がある。これが最大許容熱容量値である
。

■から■は全電圧オフ、■から■は透視期間、■から■
は撮影のためのＸ線曝射の繰り返し期間である。これを
何回か繰り返すと、ターゲット全体の蓄積熱量が上昇し
、したがってターゲット全体の平均温度が上昇する。

この温度が上昇すればベース温度が上昇することになる
のでターゲットは撮影時の焦点温度も上昇することにな
る。

すなわち、以上のことから出力に制約を加える要素は（１）　　許容平均蓄熱量（２）最大許容熱容量値である。

このうち（２）は瞬間的な人力に関係するので、さき０
ＩＩｓ極回転数、陽極直径で改善を図ることができる。

しかし、（１）は平均的な入力に関係するので、ターゲ
ットの熱容量の増大、ターゲットの冷却率の向上が必要
となる。

熱容量の増大はターゲット容積の増大が最も手近に考え
られ、２００ＫＨ，Ｕ（熱容量の単位Ｈ、Ｕ　＝　ＫＷ
　Ｘ　ｓｅｅ　）から４００ＫＩ（、Ｕ、７００ＫＨ，
Ｕと漸時向上が計られている。これは同一ターゲット直
径のときは厚みを増大させてゆくことである。

しかし、単なる厚みの増大はＮ量の増加を招き、ターゲ
ットの回転機構のベアリングに重負荷を与えることにな
るので、おのずから制限がある。

そのためにターゲットの材質を一部低比重、高比熱のも
のに変更する試みがなされている。

その−例がタングステンターゲットから（１）タングス
テン−モリブデン張り合せターゲット（２）タングステ
ンーグラファイト張り合せターゲット（３）タングステ
ン−モリブデン−グラファイト張り合せターゲットである。

しかし、これらとて、形状上の制約等からむやみに大き
くするわけにもゆかず、制約があるのは当然である。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、熱容量が大
きく、従ってＸ線出力時の条件にあまり制約を受けず、
しかも小型化を図ることのできるＸ線管を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は上記目的を達成するため、Ｘ線管球を形
成する筐体内に設けられた支持部材に両端をそれぞれ回
転自在に支持され少なくとも一端側近傍に回転子を形成
されると共に中間部には軸歯車を形成した第１のシャフ
トと、筒状を成し、この第１のシャフトの外周側に設け
られると共に、内面に前記軸歯車と噛み合う軸歯車が形
成され、且つ外部側中央には陽極を構成する筒形のＸ線
変換用のターゲットを、また少なくとも一端側近傍に回
転子をそれぞれ形成した第２のシャフトと、前記筐体に
支持されて設けられ前記ターゲットに対向させて配され
る陰極と、前記各回転子にそれぞれ対応して設けられ、
各回転子に交流磁界を与えて回転駆動させる付勢用コイ
ルとより構成し、前記第１、第２のシャフトの回転数に
差をもたせることにより各々のシャフトの有する軸歯車
の作用によって第２のシャフトをその軸方向に移動させ
つつ回転させ、これによってターゲットの陰極より出射
される電子の衝突点の軌跡を螺旋状とし、これによって
常に同一部分が熱せられるのを防ぎ、また、第１のシャ
フトを両端支持として強固な支持を可能とし、ターゲッ
トの容積の増大を可能にして熱容量の増大を図り、小焦
点高出力のＸ線管を実現させるようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を診照しながら説
明する。

第３図は本装置の構造を示す断面図であり、図中３１は
Ｘ線管球の筐体である中央が膨出した中吏筒状のガラス
管体である。この管体３１は両端側が小径となっており
、また中央の膨出部にはその一部を更に外部に膨出させ
、ここに陰極３２が設けである。陰極３２には熱電子放
出用のフィラメント３２ａが設けられており、また、フ
ィラメント３２＆の外側には収束電極３２ｂが設けられ
、またこれらと管体３１外との電路を形成するためにリ
ード線３２ｃが設けられている。

前記管体３１の両端側近傍の内部にはそれぞれベアリン
グ３３．３４が設けられ、この一対ノヘアリング３３　
＊　Ｊ　４に両端を支持させて一本の第１のシャフト３
５が回転自在に設けられる。これにより、両端をベアリ
ング３３．３４に保持された第１のシャフト３５が管球
を形成するガラスその他の材料より作られた賞体３１内
に回転自在に支持される。このシャフト３５には一端側
近傍に外部磁界により回転駆動させるための回転子３５
ａが形成されている。尚、この回転子３５ｈを付勢する
ものは管体３１の該回転子３５ａ形成位置外部に設けた
回転磁界生成のための付勢用コイル３６により発生され
た回転磁界である。

また、シャフト３５にはその外周側に遊隙ベアリング３
７．３１３を介して筒状の第２のシャフト３９が同心的
に配設されている。これによりシャフト３９は軸方向及
び回転方向ともに自由な状態となる。この第２のシャフ
ト３９にはその中央外周に肉厚で円筒状のターゲット４
゜が収り付けである。また、第２のシャフト３９と第１
のシャフト３５には互いに噛み合うリードスクリュー（
軸歯車）ｓｓｂ　、ｓｓｂが形成されており、この軸歯
車３５　ｂ　、　３９　ｍにより両者の動きが一定の関
連を生じるようになっている。

さらに第２のシャフト３９には１ｇ１ｊ記回転子３５ｍ
と逆の方向の端部近傍には回転子Ｂ９ｂが形成されてお
り、この回転子８９ｂはこの回転子３９ｂに対応して管
体３１の外側に設けられた外部回転磁界生成のための付
勢用コイル４１により回転磁界が与えられ、これによっ
て回転力を付勢されるようになっている。

次に上記構成の本装置の動作について説明する。

上記の如き構造においてターゲット４ｏを回転させつつ
フィラメント３２ｍより電子を放出させ、これをターゲ
ット上に収束させるとその収束した電子の衝突位置のタ
ーゲット上よりＸ線が放出される。ここでターゲット４
０の回転は回転力付勢用コイル３６．４１に、電力を供
給し、回転磁界を発生させて対応する回転子３９ｂ、３
５ｍを回転させ、シャフト３５　、３９を回転させるこ
とにより行うが、回転子３５ａ。

３９ｂが同一方向に回転するようにした場合、同一の回
転数のときは第１のシャフト３５に対し第２のシャフト
３９は全く移動することなく、最初にあった位置を保っ
て第１のシャフト３５と一体に回転する。

しかし、第２のシャフト３９の回転数が早いときはシャ
フト３５と３９との回転差のためにシャフト３５．３９
の軸歯車３５ｂ、３９ｈが右ねじに切っであるとすれば
％第２のシャフト３５は第１のシャフト３５上を図にお
いて右方より左方に移動する。もし、第２のシャフト３
９０回転数が遅いときは逆に、左方より右方に移動する
。もし、軸歯車のビッカが２″であるとすれば一回転で
２ｆｆｉＩ＋１移動する。

陰極３２とシャフト３５，３９．ターゲット４０で構成
される陽極部分の間に所定の電圧をかけたとき、フィラ
メント３２ａより放出された電子は加速収束されてター
ゲット４ｏの一点に衝突するが、上述の如く、第１．第
２のシャフト３５，３９０回転数を変えて回転させるこ
とにより第２のシャフト３５を一側方に移動するので、
このようにすることによりターゲット４０上の電子の衝
突する位置はターゲット４０によっては第２のシャフト
３９の移動速度に対応したピッチの螺旋状になる。

第２のシャフト３９の動きについて第４図で示す。

たとえば第１の付勢用コイル３６に１５０Ｈｚの交流電
力を加えると第１のシャフト３５は９０００　ｒ、ｐ、
ｍの回転をするとする。

また、第２の付勢コイル４１に１５０Ｈｚの又流電力を
加えると第２のシャフト３９が９００　Ｏｒ、ｐ、ｍの
回転をするように設定されているとする。

このとき、第２の付勢コイル４１の印加電力の周波数を
第４図ｆａ）に示す如＜１６５Ｈｚ、１５０Ｈｚ、１３
５　Ｈｔ、と変化させたとすると、第２のシャフト３９
０回転数は周波数変化分に対応した変化を示し、９９０
０　ｒ、ｐ、ｍ　、　９０００ｒ、ｐ、ｍ　、　８１０
０　ｒｅｐ、ｍと変化する。

このとき第１のシャフト３５が９０００　ｒａｐａｍで
回転しているとすれば第１のシャフト３５との回転数の
差、すなわち、二つの回転子の回転数の差は第４図（ｂ
）に示す如（１６５Ｈｚ時で＋９０Ｏｒｐｍまた１３５
Ｈｚ時で−９０Ｏｒ、ｐ、ｍとなる。

このとき第１のシャフト３５はベアリング３３．３４に
より定位置に保持されているので第２のシャフト３９は
第４図（ｃ）の如く第１のシャフト３５上を左右に移動
することとなる。

（ヒツチ２１ＩＩＩｌ′なので３０−／ｓｅｅ移動する
。）左から右へ移動しているものが右から左へ動く如く
、方向転換をするときは多少の慣性、摩擦等が考えられ
るので、動きは多少鈍くなることは考えられる。

このような方式の本装置によれば円筒状のターゲット４
０を用い、このターゲットを電子の放出方向と直角な方
向を軸としてターゲットをこの軸に沿い左右に往復運動
させるようにしたので、ターゲットの焦点位置の軌跡は
螺旋状となり１円板形の従来方式と違って、同一部分が
集中して加熱されることがなくなり、熱分散が図れるか
ら熱的に強くなり、より大出力、小焦点化が可能となる
他、ターゲットの左右往復連動は電気信号の周波数変換
のみで成し得るため、制御が極めて容易となる利点があ
る。

また、本方式によればシャフト２３を両端で支持してい
るため、支持が強固であり、従ってターゲットの重量増
加があっても支持構造上、ある程度は間融がないのでタ
ーゲットの容積を大きくとることができ、従って熱容置
を大きくとることができ、これによってより熱的に余裕
が出来大出力化が可能となる。

また、支持が強固なのでターゲットの直径を大きくとる
ことができ、従って、ターゲット側周面での角速度を大
きくできるので単位面積当りの加熱温度が低くなり、従
って、電子の電流密度を大きくできるので放出Ｘ線は大
出力のものが得られる。また回転数を９０００　ｒ、ｐ
、ｍあるいは１８０００　ｒ、　ｐ、ｍまたはそれ以上
にしても支持が強固なのでシャフトが折れたりする危険
性が少ない。したがって、高速で回転させることができ
、これによっても大出力が得られるようになる。

また第１図の如き従来の方法ではターゲットの電子衝撃
面が高速回転によりプレで、Ｘ線ＣＴの如き場合、出力
特性に悪影譬を及ぼすが、本発明の場合は両端支持のた
めその恐れが少ない。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実
施し得るものであり、例えば第５図に示す如く、第１の
シャフト３５の他端にも回転子３５ａ′とこれに対応さ
せて付勢コイル３６′を設け、他端側の回転子３５ｂと
共に第１のシャフト３５の回転をより円滑に行うように
することが考えられる。また、第２のシャフト３９につ
いても同様でその両端に回転力付勢用の回転子を設ける
ことは一向に差支えない。

尚、ターゲツト材質については本発明には直接関係ない
ので特に言及しなかったがＸＭ９１変換ができれば如何
なるものでもよく、また陰極についても同様、形式を制
約するものではない。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明はＸ線管球を形成する筐体内
に設けられた支持部材に両端をそれぞれ回転自在に支持
され少なくとも一端側近傍に回転子を形成されると共に
中間部には軸歯車を形成した第１のシャフトと、筒状を
成し、この第１のシャフトの外周側に設けられると共に
内面に前記軸歯車と噛み合う軸歯車が形成され、且つ外
部側中央には陽極を構成する筒形のＸ線変換用のターゲ
ットをまた、少なくとも一端側近傍に回転子を形成した
第２のシャフトと、前記筐体に支持されて設けられ前記
ターゲットに対向させて配される陰極と、前記各回転子
にそれぞれ対応して設けられ、各回転子に交流磁界を与
えて回転駆動させる付勢用コイルとより構成し、ターゲ
ットを筒状とし、且つ前記第１゜第２のシャフトの回転
数に差をもたせることにより、各々のシャフトの有する
軸歯車の作用によって第２のシャフトをその軸方向に移
動させつつ回転させ、これによってターゲットの陽極よ
り出射される電子の衝突点の軌跡を螺旋状とし、これに
よってターゲットが常に同一部分を熱せられることを防
ぎ、熱分散を図ると共にまた、第１のシャフトを両端支
持としたことにより、ターゲットは強固な支持が可能と
なり、これによってターゲットの容積増大を可能として
熱容量の増大を図るようにしたので、電子流の密度が高
密度となる小焦点で高出力の装置としてもターゲットは
損傷を受けにくくなり、小焦点、高出力のＸ線管を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を説明するための図、第２図は
Ｘ線管の出力と熱容量との関係を示す図、第３図は本発
明の一実施例を示す概略構成図、第４図は本発明装置の
ターゲットの移動動作原理を説明するための図、第５図
は本発明の変形例を示す図である。３ノ・・・管体、３２・・・陰極、３２ｍ・・・フィラ
メント、３２ｂ・・・収束電極、３３．３４・・・ベア
リング、３５・・・第１のシャフト、３５ｍ、３５ａ’
。３９　ｂ　０・回転子、ｓｓｂ　、　ｓｙ　ｔｈ−ｍｅ
ｎ車、３ｑ　、３６’、４１…付勢用コイル、３７．３
８・・・遊隙ベアリング、３９・・・第２のシャフト、
４０・・・ターゲット。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】Ｘ線管球を形成する筐体内に設けられた支持部材に両端
をそれぞれ回転自在に支持され、少なくとも一端側近傍
に回転子を形成されると共に中間部には軸歯車を形成し
た第１のシャフトと、筒状を成し、この第１のシャフト
の外周側に設けられると共に内面に前記軸歯車と噛み合
う軸歯車が形成され、且つ外部側中央には陽極を構成す
る筒形のＸ線変換用のターゲットを。また、少なくとも一端側近傍に回転子をそれぞれ形成し
た第２のシャフトと、前記筐体に支持されて設けられ前
記ターゲットに対向させて配される陰極と、前記各回転
子にそれぞれ対応して設けられ、各回転子に交流磁界を
与えて回転駆動させる付勢用コイルとより構成したこと
を特徴とするＸ線管。