JP4581018B2 - Ｘ線管及び真空管用の小型高電圧絶縁体の装置、並びにその組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は一般的には、Ｘ線管に関し、さらに具体的には、Ｘ線管の高電圧絶縁体を製造する装置及び方法に関する。発明をＸ線システムに関して説明するが、当業者は、本発明が電子管、又は例えば高電圧不安定性が生ずる他の装置においても用いられ得ることを認められよう。

Ｘ線システムは典型的には、Ｘ線管、検出器、並びにＸ線管及び検出器を支持するガントリを含んでいる。動作時には、対象を配置した撮像テーブルがＸ線管と検出器との間で配置される。Ｘ線管は典型的には、Ｘ線のような放射線を対象に向けて放出する。放射線は典型的には、撮像テーブルに載置された対象を透過して検出器に衝突する。放射線が対象を透過するときに、対象の内部構造は、検出器において受光される放射線に空間的変化を齎す。次いで、検出器は受け取ったデータを送信し、システムは放射線の変化を画像に変換し、この画像を用いて対象の内部構造を評価することができる。当業者は、限定しないが医用撮像手順における患者、及び例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）小荷物スキャナにおける小荷物のような無生物が対象として含まれ得ることを認められよう。

Ｘ線管は、焦点スポットにおいて発生される熱を分散する目的で回転アノード構造を含んでいる。アノードは典型的には誘導モータによって回転し、誘導モータは、円板形のアノード・ターゲットを支持する片持ち梁式駆動軸として構築された円筒形回転子と、銅巻線を有しＸ線管の細長い首を包囲する鉄製固定子構造とを有する。回転アノード・アセンブリの回転子は固定子によって駆動される。Ｘ線管カソードは集束電子ビームを供給し、集束電子ビームはカソードからアノードまでの真空間隙を横断して加速されて、アノードとの衝突時にＸ線を発生する。電子ビームがターゲットに衝突するときに高温が発生されるため、アノード・アセンブリを高速で回転させることが必要である。

米国特許第６３３１１９４号

新世代のＸ線管では、さらに高いピーク電力及びさらに高い加速電圧を提供することへの要求が高まっている。例えば、医学的応用に用いられるＸ線管は典型的には１４０ｋＶ以上で動作するが、警備応用に用いられるＸ線管では２００ｋＶ以上が一般的である。但し、当業者は、本発明がこれらの電圧に限定されず、２００ｋＶを超える電圧を必要とする応用にも同等に適用可能であることを認められよう。これらの電圧では、Ｘ線管は高電圧不安定性及び絶縁体表面フラッシュオーバの影響を受け易く、Ｘ線管の推定耐用年数を短くし、又はイメージング・システムの動作に干渉する可能性がある。

典型的なＸ線管には、給電路用の開口を内部に有する円板形のセラミック絶縁体が設けられている。カソード支柱すなわち給電路用の電線管が典型的には、カソードに電圧を供給する３本以上の電気リードを収容している。典型的には、絶縁体はその中央開口において、カソードを構造的に支持することのできるカソード支柱に取り付けられる。カソードは典型的には、１又は複数のタングステン・フィラメントを含んでいる。絶縁体は典型的にはその周縁において、アノード及びカソードが典型的には配置されている真空室を収容する円筒形フレームに密閉接続されている。単極設計では、電圧はカソード又はアノードにのみ印加され得る。対照的に、双極設計では、電圧はアノード及びカソードの両方に印加され得る。

いずれの場合にも、高電圧応力による故障を起こし易いＸ線管の区域として、絶縁体と中央カソード支持構造との間の接合点、及び絶縁体と円筒形フレームとの間の接合点がある。これらの区域は、Ｘ線管の推定耐用年数を短くし、またイメージング・システムの動作に干渉し得る高電圧不安定性の一般的な原因となっている。

Ｘ線管の真空間隙における電子ビームは、内部に電場を発生する。絶縁体表面での電場強度が例えばカソード支柱と円筒形フレームとの間で絶縁体表面に沿った電弧発生を齎すと、Ｘ線管における絶縁体表面フラッシュオーバの可能性がある。電場力線が絶縁体表面に対して垂直であるときに、絶縁体表面に沿った電場強度が最大となり、同様に表面フラッシュオーバの可能性も最大となる。

高電圧動作に加えて、Ｘ線管は典型的には高温で動作し、このことがＸ線管の絶縁体に対する電気的応力に付加する場合がある。さらに、これらの構成要素に加わるピーク電圧及びピーク温度は、今後のＸ線管設計において増大する可能性が高い。Ｘ線管構成要素に対する熱応力は、Ｘ線管の推定耐用年数を短くすることにも関与している。幾つかの先端応用では、Ｘ線管は重要な構成要素（例えばアノード）を冷却する外部冷却系を用いる場合がある。かかる先端応用は、Ｘ線管において熱的応力の加わる構成要素への冷却剤の流動を可能にする絶縁体から利益を享受する。

計算機式断層写真法（ＣＴ）システムは、Ｘ線管技術の先端応用を代表するものである。幾つかの新世代型ＣＴシステムは、Ｘ線管を含むＣＴガントリを毎秒３回転以上で患者の周りに回転させる。かかる動作ではＸ線管の構成要素に２０ｇ以上の加速度が加わり、今後の応用では６０ｇを超える可能性がある。加えて、新世代型ＣＴシステムは、Ｘ線管の寸法を縮小し軽量化しつつ性能改善を図っている。ＣＴガントリに取り付けられる装置の寸法を縮小し軽量化することにより、ガントリ及びガントリの構成要素に加わる機械的応力が減少する。

さらに、今後のＸ線管応用は、偏向ビーム応用の場合のようにカソードに追加の機能を与えるためのカソードへの給電路数の増加を含み得る。

従って、高電圧不安定性及び絶縁体表面フラッシュオーバに対する耐久性があり、先端応用向けに小型であり、また修理の容易さ、並びに内部への追加の給電路及び冷却剤の通過を可能にするように設計をモジュール型にしたＸ線管又は電子管用の絶縁体を製造する装置並びに方法を有することが望ましい。

本発明は、電圧安定性を高めた小型絶縁体を組み立てる装置及び方法を提供する。

本発明の一観点によれば、Ｘ線管用のモジュール型絶縁体アセンブリが、円筒形の周縁壁を有し電気絶縁材料で構築された円環状絶縁体を含んでいる。壁部材が円筒形の周縁壁に固定的に取り付けられて該周縁壁を超えて延在しており、第一の遮蔽体が壁部材に隣接して配置されて、壁部材及び絶縁体によって形成される隅部に近接して延在する端部を有している。

本発明のもう一つの観点によれば、Ｘ線管を製造する方法が、真空領域を封入するように構成されたＸ線管フレームを設けるステップと、周縁壁を有する電気絶縁体を設けるステップとを含んでいる。方法はさらに、真空領域に露出した表面を有する壁部材を周縁壁に取り付けるステップであって、絶縁体、壁表面及び真空領域の合流が接合点を形成する、取り付けるステップと、接合点に近接して第一の遮蔽体の一方の端部を配置するステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの観点は、Ｘ線検出器とＸ線管とを有するイメージング・システムを含んでいる。Ｘ線管は、外周壁及び内周壁を有する円環状絶縁体と、外周壁に取り付けられており、中心軸を有し中心軸の周りの真空領域を包囲するように構成されている円筒形の壁部材であって、絶縁体、壁部材及び真空領域の合流が第一の接合点を形成している、円筒形の壁部材と、円錐形部分及びトロイド状部分を有する第一の遮蔽体とを含んでおり、円錐形部分の底面が壁部材に取り付けられ、トロイド状部分は壁部材と中心軸との間の真空領域に配置される。

本発明の他の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面は、本発明を実施するために現状で思量される好ましい一実施形態を示す。
本発明の一実施形態の組み入れから利益を享受し得るイメージング・システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による図１に示すシステムと共に利用可能なＸ線管の断面図である。 小型絶縁体を含むが遮蔽体構成要素を含まないＸ線管での電場力線を示す断面図である。 本発明の一実施形態による図２に示すＸ線管と共に利用可能な小型絶縁体の図である。 本発明の一実施形態による図２に示すＸ線管と共に利用可能な小型絶縁体の分解組立図である。 小型絶縁体並びに第一及び第二両方の遮蔽体構成要素を含んでいるＸ線管での電場力線を示す断面図である。 三点接合点において小型絶縁体及びセラミック皮膜に近接して設けられている遮蔽体を示す断面接近図である。 非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。

図１は、本発明に従って原画像データを取得すること、並びに表示及び／又は解析のために画像データを処理することの両方を行なうように設計されたイメージング・システム１０の一実施形態のブロック図である。当業者には、本発明が投影Ｘ線システム又はマンモグラフィ・システムのようなＸ線管を利用する多数の医用又は産業用イメージング・システムに適用可能であることを認められよう。計算機式断層写真法システム及びディジタル・ラジオグラフィ・システムのように容積の三次元画像データを取得する他のイメージング・システムもまた、本発明からの利益を享受する。投影Ｘ線システム１０の以下の議論は、単にかかる一つの具現化形態の実施例に過ぎず、モダリティの観点から制限することを意図していない。

図１に示すように、Ｘ線システム１０は、対象１６を通してＸ線のビーム１４を投射するように構成されているＸ線管又はＸ線源１２を含んでいる。対象１６は、被検者、手荷物、又は走査が望まれる他の物体を含み得る。Ｘ線源１２は、典型的には３０ｋＶ〜２００ｋＶの範囲のエネルギのスペクトルを有するＸ線を発生する従来のＸ線管であってよい。Ｘ線１４は対象１６を透過して、対象１６によって減弱された後に、検出器１８に入射する。検出器１８の各々の素子は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って対象１６を透過した後の減弱されたビームを表わすアナログ電気信号を発生する。一実施形態では、検出器１８はシンチレーション方式の検出器であるが、直接変換型検出器（例えばＣＺＴ検出器等）もまた具現化され得ると想到される。

プロセッサ２０は、検出器１８からアナログ電気信号を受け取って、走査されている対象１６に対応する画像を形成する。コンピュータ２２は、操作者が操作コンソール２４を用いて走査パラメータを制御して形成された画像を観察することを可能にするようにプロセッサ２０と通信する。すなわち、操作コンソール２４は、操作者がＸ線システム１０を制御して再構成画像又はコンピュータ２２からの他データを表示ユニット２６において観察することを可能にするキーボード、マウス、音声作動式コントローラ又は他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを含んでいる。加えて、コンソール２４は、操作者が形成された画像をハード・ドライブ、フロッピィ・ディスク、コンパクト・ディスク等を含み得る大容量記憶装置２８に記憶させることを可能にしている。操作者はまた、コンソール２４を用いてコンピュータ２２に命令及び指示を供給して、Ｘ線源１２に電力信号及びタイミング信号を供給する線源制御器３０を制御することができる。

さらに、Ｘ線管での利用に関して本発明を説明する。但し、当業者には、表面フラッシュオーバ又は電圧不安定性を経験する傾向を有するため高電圧の下で動作する電気絶縁体の設置を要求するような他のシステム（例えば電子管）にも本発明が同等に適用可能であることをさらに認められよう。

図２は、本発明の一実施形態を組み入れたＸ線管１２の断面図を示す。Ｘ線管１２は、内部に形成された放射線放出通路５２を有するフレーム５０を含んでいる。フレーム５０は、密閉容器又は真空領域５４を包囲し、アノード５６、軸受カートリッジ５８、カソード６０及び回転子６２を収容している。アノード５６は、ターゲット材料８６を有すると共にターゲット・シャフト５９を取り付けて有するターゲット５７を含んでいる。

カソード６０は典型的には、１又は複数のフィラメント５５を含んでいる。カソード・フィラメント５５は、真空領域５４において中柱６８を通過する電気リード７１によって電力を供給される。電気リード７１に加えて、中柱６８は本発明の一実施形態では、アノード５６に冷却剤を供給することができる冷却剤線１８５（図４）を収容している。中柱６８は典型的には、絶縁体７３の中央に配置されて取り付けられている。電気リード７１は、Ｘ線管１２の外部で電気接点７７に接続している。絶縁体７３は典型的には、アルミナ、又はステアタイト若しくは窒化アルミニウムのような他のセラミック材料で製造される。

動作時には、電流が電気接点７７を介して所望のフィラメント５５に印加され、電子がフィラメント５５から放出され得るようにフィラメントを加熱する。アノード５６とカソード６０との間に高電圧の電位が印加され、両者の間の差によってカソード６０からアノード５６へ真空領域５４を通って流れる電子ビームすなわち電流が生ずる。単極型Ｘ線管設計又は双極型Ｘ線管設計のいずれかを用いて、アノード５６とカソード６０との間の電圧差を保持することができる。単極型では、電圧はアノード５６又はカソード６０のいずれかに印加される。双極型では、電圧はアノード５６及びカソード６０の両方に印加される。設計に応じて、高電圧絶縁体がアノード５６、カソード６０又は両方の位置５６、６０に必要とされ得る。

電子は焦点６１においてターゲット軌道材料８６に衝突し、ここからＸ線１５が放出する。Ｘ線１５は放射線放出通路５２を通り、図１の検出器１８のような検出器アレイに向かって放出される。電子が焦点６１に衝突してＸ線１５を発生すると、内部に発生される熱によってターゲット５７の温度が上昇し、従って輻射熱伝達を介してフレーム５０のような周囲の構成要素に熱が伝達される。電子によってターゲット軌道材料８６を過熱するのを回避するために、アノード５６は中心線６４の周りを例えば９０〜２５０Ｈｚの高速で回転する。

開示される各実施形態はＸ線管１２のカソード６０の側に組み付けられた絶縁体７３を示しているが、当業者は、アノード５６が何らかの電位を有し、これによりＸ線管１２のアノード５６の側に絶縁体７３を組み付けることを要求するような実施形態を想到し得る。

Ｘ線管１２の動作時に、カソード６０とアノード５６との間の電位によってＸ線管１２の真空領域５４の内部に電場が発生される。図３に示すように、この電場は電場力線２２０によって表わされる。電場は絶縁体７３の表面１８０において一定の強度を有し、絶縁体表面１８０での電場強度は２箇所の三点接合点１６０、１６１において増強される。電場は絶縁体表面１８０に分極電荷を誘発する。このようなものとして、絶縁体表面１８０の分極電荷が閾値よりも大きい場合には、絶縁体表面１８０が絶縁破壊として公知の状態である導電性となり、表面１８０に沿った電弧発生を特徴とする絶縁体表面フラッシュオーバを生じ得る。電場力線２２０が図３に示すように絶縁体表面１８０に対して本質的に垂直であるときに、分極電荷が増加し絶縁破壊の可能性が高まる。電場力線２２０と絶縁体表面１８０との約９０°の交差は、絶縁体表面フラッシュオーバに対する力線２２０の寄与の観点で最悪の事態に相当する。

絶縁体表面フラッシュオーバの開始のもう一つの要因は典型的には、三点接合点１６０、１６１から放出される電子を含む。これらの電子は、絶縁体表面１８０において電場から運動エネルギを得て、絶縁体表面１８０に沿った電子の瀑落を生ずる。高い運動エネルギを有する電子は、絶縁体表面１８０に衝突して、二次電子放出なだれを通じてさらに多くの電子を発生し得る。この過程が連続すると、絶縁体７３の表面１８０での電気的絶縁破壊を招き得る。

前述のように、真空領域５４の電場は三点接合点１６０、１６１において増強される。かかる増強は三点接合点１６０、１６１での絶縁体７３の電気的応力誘発型破壊を招き、またＸ線管１２の動作中の絶縁体表面フラッシュオーバによる電圧不安定を招き得る。表面フラッシュオーバの可能性は、本発明の一実施形態によれば、三点接合点１６０、１６１からの電場放出電子が絶縁体表面フラッシュオーバを開始するのに十分な運動エネルギを得ないように、三点接合点での電子放出を低減して絶縁体表面１８０に沿った接線電場を減少させることにより低減することができる。

従って、図４及び図５は絶縁体サブアセンブリ１２０を示し、この絶縁体サブアセンブリ１２０を本発明の一実施形態に従って図２のＸ線管１２において用いて、三点接合点での電子放出及び絶縁体表面に沿った接線電場の両方の減少を図ることができる。絶縁体７３は、外周壁８７及び内周壁８５を有している。絶縁体７３は内周壁８５において、典型的には導電性金属である中柱６８に取り付けられ、外周壁８７において、フランジ１７６の一部であり得る壁部材１７０に取り付けられている。壁部材１７０を含んでいるフランジ１７６は典型的には、ステンレス鋼又はコバール（Kovar）のような金属製である。図２のＸ線管１２に取り付けられてＸ線管１２の内部の真空領域５４に露出すると、壁部材１７０とセラミック絶縁体７３との接合点が第一の三点接合点１６０を形成する。中柱６８とセラミック絶縁体７３との接合点は真空領域５４において第二の三点接合点１６１を形成する。

リップ１９３と円筒形区画１９１とを有する遮蔽体１７４がフランジ１７６に取り付けられる。フランジ１７６は、フランジ表面から削り出された小階段部１９４を有している。遮蔽体１７４のリップ１９３は、組み立て時に階段部１９４に嵌合して、遮蔽体１７４をフランジ１７６に電気的に結合するためのものである。金属フランジ１７６が金属Ｘ線管フレーム５０に取り付けられると、遮蔽体１７４、フランジ１７６、及びフレーム５０が全て電気的に結合される。カソード６０が一定電位にある実施形態では、Ｘ線管フレーム５０は典型的には接地されており、この場合には遮蔽体１７４もまた接地される。遮蔽体１７４の円筒形区画１９１は、壁部材１７０に沿って延在する。略Ｕ字形の空洞又は溝２１５が、壁部材１７０と絶縁体７３との間に形成されるように絶縁体７３の外周壁８７の近傍に形成される。遮蔽体１７４は、好ましくは空洞２１５の内部まで延在して三点接合点１６０に近接するように配置される端部１９０を有し、このようにして三点接合点１６０の電場強度を低減してＸ線管１２の高電圧安定性を高める。結果として、三点接合点１６０において絶縁体７３に加わる電気的応力もまた減少する。

図４及び図５に示すように、環状底辺又はリップ１９５、円錐形区画２０１、及びトロイド状区画２０２を有する第二の遮蔽体１７５が、フランジ１７６の壁部材１７０に取り付けられている。底辺１９５から、遮蔽体１７５の円錐形部分２０１は頂点（図示されていない）に向かってテーパを有している。頂点に到達する前に、遮蔽体１７５は外側に彎曲してトロイド区画２０２を形成する。遮蔽体１７５のトロイド状部分２０２は、Ｘ線管１２の中心と壁部材１７０との間の真空領域５４に配置される。

フランジ１７６は、フランジ表面から削り出された小階段部１９４を有している。遮蔽体１７５のリップ１９５は、遮蔽体１７４のリップ１９３に被さってフランジ１７６の階段部１９４に嵌合する。典型的には銅のような可鍛性金属で作製されているガスケット１８８を用いて遮蔽体１７４、１７５をフランジ１７６に取り付ける。ガスケット１８８は二つの遮蔽体１７４、１７５のリップ１９３、１９５に被さって嵌合し、フランジ１７６の表面から削り出された第二の階段部１９６に嵌合する。この態様のアセンブリは、第二の遮蔽体１７５を遮蔽体１７４、フランジ１７６、及びＸ線管フレーム５０に電気的に結合するためのものである。両方の遮蔽体構成要素１７４、１７５とも導電性の材料で作製される。好適実施形態では、遮蔽体１７４、１７５は、ステンレス鋼、コバール、インバール（Invar）、又は無酸素高純度銅のような高度研磨を許容し得る金属で製造される。

さらに図４及び図５を参照すると、本発明の実施形態によれば、端部１９２を有する遮蔽体１７７が、端部１９２が三点接合点１６１に近接して配置されるように中柱６８に取り付けられていてよい。遮蔽体１７７のアセンブリは、中柱６８に対する電気的結合遮蔽体１７７を含んでいる。カソード６０が一定電位にある実施形態では、中柱６８及び遮蔽体１７７はカソード６０と同じ電位にある。略Ｕ字形の空洞又は溝２１０が、中柱６８と絶縁体７３との間に形成されるように絶縁体７３の内周壁８５の近傍に形成され得る。遮蔽体１７７の端部１９２は好ましくは、空洞２１０の内部まで延在するように配置される。遮蔽体１７７を三点接合点１６１に近接して配置することにより、三点接合点１６１での電場強度を低減し、このようにしてＸ線管１２の高電圧安定性を高める。この配置の結果として、絶縁体１７３の三点接合点１６１に加わる電気的応力もまた低減される。

典型的には、カソード６０が一定電位にある実施形態は、三点接合点１６１を保護するために中柱６８に遮蔽体１７７を有する。アノード５６が一定電位にある実施形態は一般的には、三点接合点１６０を保護するために外側壁部材１７０に遮蔽体１７４を有する。但し、絶縁体アセンブリ１２０は、Ｘ線管１２の高電圧安定性を高めるために遮蔽体１７７、１７４の一方又は両方を含み得るものと思量される。

遮蔽体１７７及び１７４は三点接合点１６０、１６１での電子放出を減少させるためのものであり、遮蔽体１７５は、真空領域５４での電場の圧縮によって電場力線２２０が絶縁体表面１８０に関して相対的に垂直でなくなるように電場力線２２０の方向を変化させることにより、絶縁体表面１８０での接線電場を低減するためのものである。トロイド状部分２０２の彎曲は、トロイド状部分２０２での電場線２２０を圧縮する。電場線２２０同士の間の距離はトロイド状部分２０２からの距離と共に増大するので、図６に示すように、電場線２２０は一層鋭角で絶縁体表面１８０に入射するようになる。絶縁体表面１８０に鋭角で交差する電場線２２０は、絶縁体表面に直角で交差する電場線２２０よりも小さい接線電場を形成し、これにより絶縁破壊及び絶縁体表面フラッシュオーバの可能性を低減する。

再び図５を参照すると、セラミック皮膜１５０が三点接合点１６０において絶縁体７３の外周壁８７の周りで壁部材１７０に施されており、第二のセラミック皮膜１５１が三点接合点１６１において中柱６８に施されている。セラミック皮膜１５０、１５１は、三点接合点１６０、１６１からそれぞれ壁部材１７０及び中柱６８の円周を巡って施され、壁部材１７０及び中柱６８の表面に沿って上方に延在する。本発明の一実施形態では、皮膜１５０、１５１は好ましくは、三点接合点１６０、１６１から２ミリメートル以上にわたって延在する。従って、遮蔽体１７７、１７４もまた好ましくは、三点接合点１６０、１６１の２ミリメートル以内に垂直に配置される。

図７は絶縁体アセンブリ１２０の三点接合点１６０の周囲の部分の断面図を示す。図示のように、セラミック皮膜１５０は、金属−誘電体−真空接合点の位置を絶縁体７３と壁部材１７０との接合点から位置１６２へ変化させることにより、絶縁体７３と壁部材１７０との接合点の電場強度を低減するように作用する。新たな三点接合点１６２は、遮蔽体１７４の背後に配置されて三点接合点１６２からの電子放出の量を減少させ、これによりカスケード効果及び絶縁体表面フラッシュオーバの可能性を低減する。図７に示す実施形態は皮膜１５０に関するものであるが、当業者は、皮膜１５１及びその効果が中柱６８及び遮蔽体１７７に関しても同様に示され得ることを認められよう。

セラミック皮膜１５０、１５１は、酸化アルミニウム及び二酸化ジルコニウムのような単純酸化物、チタン酸バリウムのような強誘電体薄膜、ガラス、遮熱皮膜、並びに五酸化タンタル及び酸窒化ケイ素のような誘電体層を含んでいる。セラミック皮膜１５０、１５１は、浸漬被覆、誘電ペースト焼付け、エアゾール吹付け、プラズマ溶射、及び水性セラミック・ペーストの刷毛塗りを含む様々な手法によって施すことができる。施された皮膜は一般的には、用いられる硬化工程に依存して１００℃〜６００℃の温度での乾燥又は硬化を要求する。

二つの遮蔽体構成要素１７４、１７５（図４及び図５に示す）とセラミック皮膜１５０との組み合わせによって、さらに小型ですなわち低プロファイルの絶縁体７３の製造が可能となる。このように、本発明の一実施形態によれば、高電圧安定性を高めつつ絶縁体７３の径を最小化することができる。絶縁体７３の寸法縮小によって、絶縁体７３の製造をさらに安価にし、またＸ線管又はＸ線源をさらに小型化することができ、従ってＣＴ走査のような高度な撮像応用を容易にする。現在、典型的なＸ線管絶縁体７３は径が８インチであり得る。しかしながら、本発明の各実施形態は、約６インチの絶縁体の径を可能にする。また３インチ〜４インチの径も可能であり得ると思量される。

絶縁体アセンブリ１２０のモジュール型設計によって、他の構成要素はアノード５６又はカソード６０のいずれかでの利用のために特に適応構成しなければならない場合もあるが、アノード５６用に作製された絶縁体アセンブリとカソード６０用に作製された絶縁体アセンブリとの間では幾つかの構成要素を共有することができる。この融通性のため、Ｘ線管１２の異なる区域での同じ構成要素の利用が可能になり、モジュール型設計をより費用効率の高い絶縁体アセンブリを製造する方法とすることができる。また、モジュール型設計では、絶縁体アセンブリの任意の一部が損傷しても、絶縁体アセンブリの無損傷部分に影響を及ぼさないまま損傷構成要素のみを交換すれば済むため、修理がさらに容易に、また安価に行なわれる。

図８は、非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。小荷物／手荷物検査システム５００が、内部に開口５０４を有する回転ガントリ５０２を含んでおり、この開口５０４を通して小荷物又は手荷物を通過させることができる。回転ガントリ５０２は、高周波電磁エネルギ源５０６と、シンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ５０８とを収容している。また、コンベヤ・システム５１０が設けられており、コンベヤ・システム５１０は、構造５１４によって支持されており走査のために小荷物又は手荷物５１６を自動的に且つ連続的に開口５０４に通すコンベヤ・ベルト５１２を含んでいる。対象５１６はコンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４に送り込まれる。次いで、撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４から小荷物５１６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の警備人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小荷物５１６の内容を非侵襲型に検査することができる。

電子管設計は様々な構造的具現化形態を含み得るが、動作の基本的な原理は本質的に同じであり、当業者は、本発明の範囲が所載のＸ線管に対する応用に加え、一般に電子管に対する応用も含んでいることを認められよう。

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線管用のモジュール型絶縁体アセンブリが、円筒形の周縁壁を有し電気絶縁材料で構築された円環状絶縁体を含んでいる。壁部材が円筒形の周縁壁に固定的に取り付けられて該周縁壁を超えて延在しており、第一の遮蔽体が壁部材に隣接して配置されて、壁部材及び絶縁体によって形成される隅部に近接して延在する端部を有している。

本発明のもう一つの実施形態によれば、Ｘ線管を製造する方法が、真空領域を封入するように構成されたＸ線管フレームを設けるステップと、周縁壁を有する電気絶縁体を設けるステップとを含んでいる。方法はさらに、真空領域に露出した表面を有する壁部材を周縁壁に取り付けるステップであって、絶縁体、壁表面及び真空領域の合流が接合点を形成する、取り付けるステップと、接合点に近接して第一の遮蔽体の一方の端部を配置するステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの実施形態は、Ｘ線検出器とＸ線管とを有するイメージング・システムを含んでいる。Ｘ線管は、外周壁及び内周壁を有する円環状絶縁体と、外周壁に取り付けられており、中心軸を有し中心軸の周りの真空領域を包囲するように構成されている円筒形の壁部材であって、絶縁体、壁部材及び真空領域の合流が第一の接合点を形成している、円筒形の壁部材と、円錐形部分及びトロイド状部分を有する第一の遮蔽体とを含んでおり、円錐形部分の底辺が壁部材に取り付けられ、トロイド状部分は壁部材と中心軸との間の真空領域に配置される。

本発明は好適実施形態について説明されており、明示的に述べたもの以外の均等構成、代替構成及び改変が可能であり特許請求の範囲に属することを認められよう。

１０ 投影Ｘ線システム
１２ Ｘ線管
１４ Ｘ線のビーム
１５ Ｘ線
１６ 対象
１８ 検出器
２０ プロセッサ
２２ コンピュータ
２４ 操作コンソール
２６ 表示ユニット
２８ 大容量記憶装置
３０ 線源制御器
５０ フレーム
５２ 放射線放出通路
５４ 真空領域
５５ フィラメント
５６ アノード
５７ ターゲット
５８ 軸受カートリッジ
５９ ターゲット・シャフト
６０ カソード
６１ 焦点
６２ 回転子
６４ 中心線
６８ 中柱
７１ 電気リード
７３ 絶縁体
７７ 電気接点
８５ 内周壁
８６ ターゲット軌道材料
８７ 外周壁
１２０ 絶縁体アセンブリ
１５０、１５１ セラミック皮膜
１６０、１６１ 三点接合点
１６２ 新たな三点接合点
１７０ 壁部材
１７４、１７５、１７７ 遮蔽体
１７６ フランジ
１８０ 絶縁体表面
１８５ 冷却剤線
１８８ ガスケット
１９０、１９２ 端部
１９１ 円筒形部分
１９３、１９５ リップ
１９４、１９６ 階段部分
２０１ 円錐形部分
２０２ トロイド状部分
２１０、２１５ 空洞又は溝
２２０ 電場力線
５００ 小荷物／手荷物検査システム
５０２ 回転ガントリ
５０４ 開口
５０６ 高周波電磁エネルギ源
５０８ 検出器アセンブリ
５１０ コンベヤ・システム
５１２ コンベヤ・ベルト
５１４ 支持構造
５１６ 小荷物又は手荷物

Claims (10)

1. 円筒形の周縁壁を有し電気絶縁材料で構築された円環状絶縁体と、
   前記円筒形の周縁壁に固定的に取り付けられて該周縁壁を超えて延在している壁部材と、
   該壁部材に隣接して配置され、該壁部材及び前記絶縁体により形成される隅部に近接して延在する端部を有する第一の遮蔽体と、
   を備え、
   前記第一の遮蔽体と前記壁部材とが電気的に結合しており、前記壁部材は、中心軸を有する円筒形の壁部材であり、当該モジュール型絶縁体アセンブリは、円錐形部分及びトロイド状部分を有する第二の遮蔽体をさらに含んでおり、前記円錐形部分の底辺が前記壁部材に取り付けられ、前記トロイド状部分は、前記円錐形部分よりも前記中心軸に近接して配置され、前記第二の遮蔽体が前記第一の遮蔽体に電気的に結合している、Ｘ線管（１２）用のモジュール型絶縁体アセンブリ（１２０）。
2. 前記壁部材はＸ線管フレーム及びＸ線管フランジ壁の一方であり、前記円筒形の周縁壁は前記円環状絶縁体の外周壁であり、前記壁部材が該外周壁に取り付けられている、請求項１に記載のモジュール型絶縁体アセンブリ。
3. 前記壁部材を含んでおりカソードを支持している中柱をさらに含んでおり、前記円筒形の周縁壁は前記円環状絶縁体の内周壁を含んでおり、前記中柱が該内周壁に取り付けられている、請求項１又は２に記載のモジュール型絶縁体アセンブリ（１２０）。
4. 前記円環状絶縁体は前記円筒形の周縁壁に隣接して内部に形成された空洞を有し、前記第一の遮蔽体の前記端部は該空洞の内部まで延在し、前記円筒形の周縁壁に電気的に結合している、請求項１乃至３のいずれかに記載のモジュール型絶縁体アセンブリ（１２０）。
5. 真空領域を封入するように構成されているＸ線管フレームを有しており、前記壁部材、前記絶縁体、及び前記真空領域の合流が接合点を形成しており、該接合点において前記壁部材の前記周縁に施されたセラミック皮膜であって、前記壁部材に沿って、前記接合点から前記第一の遮蔽体の前記近接した端部までの距離よりも長い前記接合点からの距離まで延在しているセラミック皮膜をさらに含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載のモジュール型絶縁体アセンブリ（１２０）。
6. Ｘ線管（１２）を製造する方法であって、
   真空領域を封入するように構成されたＸ線管フレームを設けるステップと、
   周縁壁を有する電気絶縁体を設けるステップと、
   前記真空領域に露出した表面を有し、中心軸を有する円筒形の壁部材を前記周縁壁に取り付けるステップであって、前記絶縁体、前記壁表面及び前記真空領域の合流が接合点を形成する、取り付けるステップと、
   前記接合点に近接して第一の遮蔽体の一方の端部を配置するステップと、
   前記第一の遮蔽体と前記壁部材とを電気的に結合するステップと、
   円錐形部分及びトロイド状部分を有する第二の遮蔽体を、前記円錐形部分の底辺が前記壁部材に取り付けられるように配置するステップと、
   を含み、
   前記トロイド状部分が前記円錐形部分よりも前記中心軸に近接して配置され、
   前記第二の遮蔽体が前記第一の遮蔽体に電気的に結合している、方法。
7. 前記接合点の近傍において、前記壁部材の表面の少なくとも一部にセラミック皮膜を施すステップを更に含み、前記セラミック皮膜は、前記壁部材の表面に沿って、前記接合点から前記一方の端部までの距離よりも長い距離延在し、これにより電子の放出を減じている、請求項６に記載の方法。
8. 前記壁部材はＸ線管フレーム及びＸ線管フランジ壁の一方であり、前記円筒形の周縁壁は前記円環状絶縁体の外周壁であり、前記壁部材が該外周壁に取り付けられている、請求項６又は７に記載の方法。
9. Ｘ線検出器と、
   Ｘ線管と
   を備えたイメージング・システムであって、前記Ｘ線管は、請求項１乃至５のいずれかに記載のモジュール型絶縁体アセンブリ（１２０）を含む、イメージング・システム。
10. ターゲット（５７）を備えるアノード（５６）と、
    電子を放出するフィラメント（５５）を備えるカソード（６０）と、
    を更に含む、請求項９に記載のイメージング・システム。
    
    

Images