JP2016186880A

JP2016186880A - Ｘ線管

Info

Publication number: JP2016186880A
Application number: JP2015066429A
Authority: JP
Inventors: 未樹渡邊; Miki Watanabe; 阿武　秀郎; Hideo Abu; 秀郎阿武; 智成石原; Tomonari Ishihara
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-10-27
Also published as: US20160284503A1; CN106024559A; CN106024559B

Abstract

【課題】絶縁体の貫通放電を抑制できるＸ線管を提供する。【解決手段】Ｘ線管は、真空外囲器15内に陽極と陰極構体31とを対向して配置する。陰極構体31は、陰極32と、陰極32を真空外囲器15に対して支持する絶縁体33とを備える。絶縁体33は、真空外囲器15に取り付けられる基部39、基部39から突出され先端に陰極32を支持する支持部40、および支持部40の周囲に対向するように基部39から突出された筒状の突出部41を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線を発生するＸ線管に関する。

従来、Ｘ線管は、医療用診断機器など、多くの用途に利用されている。Ｘ線管は、真空外囲器内に陽極と陰極とが対向して配置され、陰極から放出される電子が陽極に衝突してＸ線を発生する。陽極接地形のＸ線管では、陰極をセラミックなどの絶縁体を用いて真空外囲器に支持している。

そして、Ｘ線管の使用時において、絶縁体に対して電子雪崩が発生すると、絶縁体の貫通放電が発生し、Ｘ線管の故障の原因となる。

絶縁体に対する電子雪崩は、陰極から電界放射により電子が放出され、放出された電子が電界に従ってプラス側（低電位側）へ跳び、跳んだ電子が絶縁体に衝突してその衝突箇所から２次電子が放出されるとともに、絶縁体表面上で２次電子の発生が指数関数的に増加してプラスに帯電することにより、絶縁体への電子の衝突が１箇所に集中する現象である。アルミナなど、絶縁体の２次電子放出効率が１以上である場合に発生することが知られている。

絶縁体への電子の衝突が１箇所に集中すると、その集中箇所での絶縁体への蓄熱、絶縁体の変形、さらには絶縁体と陰極との間での放電による絶縁体の貫通放電へとつながる。絶縁体の貫通放電を起こすと、真空リークなどのＸ線管の故障を引き起こす。

特開２０１２−９９４３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、絶縁体の貫通放電を抑制できるＸ線管を提供することである。

本実施形態のＸ線管は、真空外囲器内に陽極と陰極構体とを対向して配置する。陰極構体は、陰極と、陰極を真空外囲器に対して支持する絶縁体とを備える。絶縁体は、真空外囲器に取り付けられる基部、基部から突出され先端に陰極を支持する支持部、および支持部の周囲に対向するように基部から突出された筒状の突出部を有する。

実施形態を示すＸ線管の陰極構体の断面図である。同上Ｘ線管を備えたＸ線管装置の断面図である。同上Ｘ線管の絶縁体の対向面の面内における電位分布を示すグラフである。比較例のＸ線管の陰極構体の断面図である。比較例のＸ線管を備えたＸ線管装置の断面図である。比較例のＸ線管の絶縁体の対向面の面内における電位分布を示すグラフである。実施形態のＸ線管の絶縁体と比較例のＸ線管の絶縁体との形状の違いを説明する説明図であり、(a)は比較例の絶縁体の説明図、(b)は実施形態の絶縁体の説明図である。実施形態のＸ線管の絶縁体と比較例のＸ線管の絶縁体とでの貫通放電の起こり易さの違いを説明する説明図であり、(a)は比較例の絶縁体の説明図、(b)は実施形態の絶縁体の説明図である。

以下、実施形態を、図１ないし図８を参照して説明する。

図２にＸ線管装置10を示す。Ｘ線管装置10は、ハウジング11、およびこのハウジング11内に配置された陽極接地型（陽極電位が接地電位）でかつ回転陽極型のＸ線管12を備えている。ハウジング11とＸ線管12との間の空間には例えばグリコール水などの不凍液を含む水系冷却液あるいは絶縁油などの冷却液13が満たされ、この冷却液13をハウジング11に対して図示しないホースで接続された冷却器に循環させて冷却するように構成されている。

そして、ハウジング11には、Ｘ線管12から放射されるＸ線14が外部に透過するＸ線透過窓11aが形成されている。

また、Ｘ線管12は、内部が真空に保たれる真空外囲器15を備えている。真空外囲器15には、陽極外囲器部16および陰極外囲器部17が形成されている。陽極外囲器部16は、径大部18、およびこの径大部18の上下の径小部19を有する円筒状に形成されている。陰極外囲器部17は、円筒状で、陰極外囲器部17内に連通するように径大部18上に形成されている。陽極外囲器部16の径大部18と陰極外囲器部17との間の真空外囲器15の外面には、ハウジング11のＸ線透過窓11aに対向し、Ｘ線14が透過するＸ線透過窓20が取り付けられている。

陽極外囲器部16内には、陽極外囲器部16の中心に固定軸22が配置されているとともに、この固定軸22に対して回転可能に支持された陽極としての回転陽極23が配置されている。この固定軸22は、回転陽極23からみて、回転陽極23の回転中心となる回転軸として構成される。

回転陽極23には、径大部18内に回転可能に配置される円板部24、および下部側の径小部19内に回転可能に配置されるロータ部25が形成されている。回転陽極23の円板部24の上面外周部側は、Ｘ線透過窓20へ向けて対向するように所定の角度で下降傾斜され、この下降傾斜された表面に電子26が衝突してＸ線14を発生する陽極ターゲット27が設けられている。

陽極外囲器部16の下部側の径小部19の周囲には、誘導電磁界を発生してロータ部25を介して回転陽極23および陽極ターゲット27を回転させるコイル29が配置されている。

また、真空外囲器15（陰極外囲器部17）内には、陽極ターゲット27に対向するように陰極構体31が配置されている。この陰極構体31は、陰極32、およびこの陰極32を真空外囲器15（陰極外囲器部17）に対して支持する絶縁体33を備えている。

陰極32は、電子26を発生する電子発生源としてのフィラメント34、およびこのフィラメント34から放出される電子26を集束する陰極カップ36を備えている。陰極32に負の高電圧電位を供給する高電圧電源と接続するための高電圧ケーブル37が、絶縁体33に形成された貫通孔38を貫通して陰極32に電気的に接続されている。

図１に示すように、絶縁体33は、例えばセラミック等の絶縁材料によって一体に形成されている。絶縁体33は、真空外囲器15（陰極外囲器部17）に取り付けられる基部39、この基部39の表面から突出されて先端に陰極32を支持する円柱状の支持部40、および陰極32および支持部40の周囲に対向するように基部39の表面から突出された筒状の突出部41を有している。

突出部41には、陰極32および支持部40の周囲に対向する内周面側に、突出部41の突出方向の先端側に向かうほど陰極32および支持部40の周囲から離反するように径が大きくなる対向面42が形成されている。

なお、本実施形態では、突出部41のさらに外径側に基部39から突出する外側突出部43が設けられているが、この外側突出部43は設けなくてもよい。

そして、Ｘ線管12において、回転陽極23を回転させ、回転陽極23と陰極32との間に電位を印加することにより、陰極32のフィラメント34から電子26が放出され、この電子26が陽極ターゲット27に衝突してＸ線14が発生し、この発生したＸ線14が真空外囲器15のＸ線透過窓20およびハウジング11のＸ線透過窓11aを通じて外部へ放出される。

ここで、図４に比較例の陰極構体31を示す。なお、この比較例の陰極構体31においても本実施形態と同じ符号を用いて説明する。比較例の陰極構体31では、絶縁体33が円錐状に形成され、絶縁体33の先端である頂部に陰極32が支持されている。

そして、図１に示す本実施形態の陰極構体31の絶縁体33と、図４に示す比較例の陰極構体31の絶縁体33との形状の比較を、図７を参照しながら説明する。

比較例の絶縁体33の表面における低電位の陰極32と接地電位の真空外囲器15との間の沿面距離Ｌを確保するために、絶縁体33の軸方向の長さが長くなっている。

それに対して、本実施形態の陰極構体31では、絶縁体33の表面から突出部41を突出しているため、絶縁体33の表面における低電位の陰極32と接地電位の真空外囲器15との間の沿面距離Ｌを確保しながら、絶縁体33の軸方向の長さを短くすることができ、陰極構体31を小形化できる。これにより、Ｘ線管12およびＸ線管装置10を小形化できる。

次に、図１に示す本実施形態の陰極構体31の絶縁体33と、図４に示す比較例の陰極構体31の絶縁体33との貫通放電の起こり易さの比較を、図８を参照しながら説明する。

図４に示す比較例の陰極構体31では、陰極32から放出された一部の電子26が図６に示される電界に従って絶縁体33へ跳び、この電子26が絶縁体33に衝突してその衝突箇所から２次電子が放出されるとともに２次電子の発生が指数関数的に増加して帯電することにより、絶縁体33への電子26の衝突が１箇所に集中する電子雪崩の現象が生じやすくなる。これは、絶縁体33の表面に沿った電位勾配（図６のＣ−Ｄ間の電位勾配）が大きいためである。そして、絶縁体33への電子26の衝突が１箇所に集中すると、その集中箇所での絶縁体33への蓄熱、絶縁体33の変形、さらには絶縁体33と陰極32との間での放電による絶縁体33の貫通放電へとつながる。そして、絶縁体33の貫通孔38に対して貫通放電を起こすと、真空リークなどのＸ線管12の故障を引き起こすことになる。

それに対して、図１に示す本実施形態の陰極構体31では、低電位の陰極32およびこの陰極32を支持する支持部40の先端側から、これら陰極32および支持部40の先端側を取り囲む接地電位の真空外囲器15に亘って、低電位から接地電位までの電位勾配があるが、その低電位から接地電位までの電位勾配に対して交差するように、言い換えると等電位線に沿うように、突出部41の対向面42が陰極32および支持部40の先端側に対向配置されているため、突出部41の対向面42の面内における電位勾配は小さいものとなる。

図３には、突出部41の対向面42の面内における電位分布を求めた結果を示し、突出部41の対向面42の先端側がＡ、基端側がＢである。図３から分かるように、突出部41の対向面42の面内におけるＡ−Ｂ間は等電位線に沿っていて、電位勾配は小さく、なだらかなものとなっている。例えば、陰極32の最高電圧が−１２０ｋＶであっても、対向面42の面内における電位勾配は５ｋＶの範囲内に収まっている。

突出部41の対向面42の面内における電位勾配が小さく、なだらかであると、絶縁体33への電子26の衝突箇所が分散されやすくなり、絶縁体33への電子26の衝突が１箇所に集中するのが低減される。

さらに、電子26が電界に従って陰極32から絶縁体33へ多く向かいやすい軌道上に、電位勾配が小さく、なだらかである突出部41の対向面42を配置することにより、絶縁体33への電子26の衝突が１箇所に集中するのが低減される。

以上のように、本実施形態のＸ線管12によれば、陰極構体31を小形化できるとともに、絶縁体33が陰極32および支持部40の周囲に対向するように基部39の表面から突出された筒状の突出部41を有することにより、絶縁体33の貫通放電を抑制することができる。

さらに、突出部41には、陰極32および支持部40の周囲に対向する内周面側に、突出部41の突出方向の先端側に向かうほど陰極32および支持部40の周囲から離反するように径が大きくなる対向面42が形成されていることにより、突出部41の対向面42の面内における電位勾配を小さく、なだらかにすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。

12 Ｘ線管
15 真空外囲器
23 陽極としての回転陽極
31 陰極構体
32 陰極
33 絶縁体
39 基部
40 支持部
41 突出部
42 対向面

Claims

真空外囲器内に陽極と陰極構体とが対向して配置されたＸ線管において、
前記陰極構体は、陰極と、この陰極を前記真空外囲器に対して支持する絶縁体とを備え、
前記絶縁体は、前記真空外囲器に取り付けられる基部、この基部から突出され先端に前記陰極を支持する支持部、およびこの支持部の周囲に対向するように前記基部から突出された筒状の突出部を有する
ことを特徴とするＸ線管。
前記絶縁体の前記突出部は、前記突出部の突出方向の先端側にいくほど前記支持部の周囲から離反するように径が大きくなる対向面を有する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線管。