JP2025134219A - x-ray tube - Google Patents
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Abstract
【課題】陽極の温度上昇を抑制できるX線管を提供する。
【解決手段】X線管は、陽極13と、陰極とを備える。陽極13は、陽極ターゲット本体14、および陽極ターゲット本体14に設けられた陽極ターゲット層15を有する。陰極は、陽極ターゲット層15に対向する。陽極ターゲット本体14は、複数のグラファイト層17が積層されて形成された異方性グラファイト部16を有する。陽極ターゲット層15は、グラファイト層17の積層方向aに交差する面に設けられる。
【選択図】図2
An X-ray tube capable of suppressing a rise in anode temperature is provided.
[Solution] The X-ray tube includes an anode (13) and a cathode. The anode (13) has an anode target body (14) and an anode target layer (15) provided on the anode target body (14). The cathode faces the anode target layer (15). The anode target body (14) has an anisotropic graphite portion (16) formed by stacking a plurality of graphite layers (17). The anode target layer (15) is provided on a plane intersecting with the stacking direction (a) of the graphite layers (17).
[Selected Figure] Figure 2
Description
本発明の実施形態は、X線管に関する。 An embodiment of the present invention relates to an X-ray tube.
X線管は、陰極から放出された電子を陽極に衝突させることでX線を発生させるが、電子に与えられるエネルギーのうちX線への変換効率は約1%程度であり、残りは熱に変換される。 X-ray tubes generate X-rays by causing electrons emitted from a cathode to collide with an anode, but the efficiency of converting the energy imparted to the electrons into X-rays is only about 1%, with the rest being converted into heat.
陽極への電子の衝突により発生した熱は陽極に蓄熱され、電子の衝突時に陽極の電子衝突面の温度がその材料の融点を超えると電子衝突面が溶解する。このため、陽極の温度がその融点を超えることがないようにX線管への電力の入力を制限しなければならない。 The heat generated by the electrons colliding with the anode is stored in the anode, and if the temperature of the electron impact surface of the anode exceeds the melting point of the material during electron impact, the electron impact surface will melt. For this reason, the power input to the X-ray tube must be limited so that the temperature of the anode does not exceed its melting point.
本発明が解決しようとする課題は、陽極の温度上昇を抑制できるX線管を提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide an X-ray tube that can suppress temperature increases in the anode.
本実施形態のX線管は、陽極と、陰極とを備える。陽極は、陽極ターゲット本体、および陽極ターゲット本体に設けられた陽極ターゲット層を有する。陰極は、陽極ターゲット層に対向する。陽極ターゲット本体は、複数のグラファイト層が積層されて形成された異方性グラファイト部を有する。陽極ターゲット層は、グラファイト層の積層方向に交差する面に設けられる。 The X-ray tube of this embodiment includes an anode and a cathode. The anode has an anode target body and an anode target layer provided on the anode target body. The cathode faces the anode target layer. The anode target body has an anisotropic graphite portion formed by stacking multiple graphite layers. The anode target layer is provided on a plane that intersects with the stacking direction of the graphite layers.
以下、第1の実施形態を、図1および図2を参照して説明する。 The first embodiment will be described below with reference to Figures 1 and 2.
図1に固定陽極型のX線管10の側面図を示す。X線管10は、真空外囲器11と、この真空外囲器11の一端に封入された陰極12と、真空外囲器11の他端に封入された陽極(陽極ターゲット)13とを備えている。 Figure 1 shows a side view of a fixed anode type X-ray tube 10. The X-ray tube 10 comprises a vacuum envelope 11, a cathode 12 sealed at one end of the vacuum envelope 11, and an anode (anode target) 13 sealed at the other end of the vacuum envelope 11.
真空外囲器11は、例えばガラス製で、内部が真空に保持される。 The vacuum envelope 11 is made of, for example, glass, and maintains a vacuum inside.
陰極12は、陽極13に向けて電子を放出する。 The cathode 12 emits electrons toward the anode 13.
陽極13は、陽極ターゲット本体14と、この陽極ターゲット本体14に設けられた陽極ターゲット層15とを備えている。陽極ターゲット層15は、陰極12と対向され、陰極12から放出された電子が衝突してX線を発生し、真空外囲器11の外部にX線を放出する。 The anode 13 comprises an anode target body 14 and an anode target layer 15 provided on the anode target body 14. The anode target layer 15 faces the cathode 12, and electrons emitted from the cathode 12 collide with the anode target layer 15 to generate X-rays, which are then emitted outside the vacuum envelope 11.
図2に陽極13の概略断面図を示す。陽極13の陽極ターゲット本体14は、異方性グラファイト部16を有し、この異方性グラファイト部16に陽極ターゲット層15が設けられている。 Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of the anode 13. The anode target body 14 of the anode 13 has an anisotropic graphite portion 16, and an anode target layer 15 is provided on this anisotropic graphite portion 16.
異方性グラファイト部16は、例えばグラファイトシートなどのグラファイト層17を複数積層して形成されている。異方性グラファイト部16は、グラファイト層17の積層方向aと、この積層方向aに交差するグラファイト層17のグラフェン結晶面である面方向とを有し、面方向の熱伝導率が、積層方向aの熱伝導率よりも高いとともに、銅などの他の金属材料の熱伝導率に比べても高い特性を有している。 The anisotropic graphite portion 16 is formed by stacking multiple graphite layers 17, such as graphite sheets. The anisotropic graphite portion 16 has a stacking direction a of the graphite layers 17 and a plane direction, which is the graphene crystal plane of the graphite layers 17, that intersects with the stacking direction a. The thermal conductivity in the plane direction is higher than the thermal conductivity in the stacking direction a, and is also higher than the thermal conductivity of other metal materials such as copper.
異方性グラファイト部16は、グラファイト層17の積層方向aに交差する面に、複数のグラファイト層17の端面で構成される積層端面18が形成されている。陰極12と対向する陽極ターゲット本体14の先端面は、積層端面18であり、陰極13と対向する方向に対して傾斜する傾斜面に設けられている。 The anisotropic graphite portion 16 has a stacking end surface 18 formed by the end faces of multiple graphite layers 17 on a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layers 17. The tip surface of the anode target body 14 facing the cathode 12 is the stacking end surface 18, and is provided on an inclined surface that is inclined relative to the direction facing the cathode 13.
陽極ターゲット層15は、陽極ターゲット本体14の先端面であって、異方性グラファイト部16の積層方向aに交差する面である積層端面18に設けられ、複数のグラファイト層17に接して熱的に接続されている。陽極ターゲット層15の表面に、陰極12から放出された電子が衝突する電子衝突面19が形成されている。 The anode target layer 15 is provided on the leading end surface of the anode target body 14, on the stacking end surface 18, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the anisotropic graphite portion 16, and is in contact with and thermally connected to the multiple graphite layers 17. An electron collision surface 19, on which electrons emitted from the cathode 12 collide, is formed on the surface of the anode target layer 15.
陽極ターゲット層15は、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)若しくはこれらの合金など、高融点の重金属で形成されている。例えば、異方性グラファイト部16の積層端面18にモリブデン合金層が形成され、このモリブデン合金層上にタングステン合金層が形成され、モリブデン合金層の表面に電子衝突面19が形成されている。 The anode target layer 15 is formed of a heavy metal with a high melting point, such as molybdenum (Mo), tungsten (W), or an alloy of these. For example, a molybdenum alloy layer is formed on the stacked end surface 18 of the anisotropic graphite portion 16, a tungsten alloy layer is formed on this molybdenum alloy layer, and an electron collision surface 19 is formed on the surface of the molybdenum alloy layer.
そして、X線管10の稼働時には、陰極12から放出された電子が陽極13の陽極ターゲット層15に衝突してX線が発生し、真空外囲器11の外部にX線を放出する。 When the X-ray tube 10 is in operation, electrons emitted from the cathode 12 collide with the anode target layer 15 of the anode 13, generating X-rays that are then emitted outside the vacuum envelope 11.
電子が陽極13の陽極ターゲット層15に衝突した際に熱が発生する。陽極ターゲット層15に発生した熱は、異方性グラファイト部16の複数のグラファイト層17に伝わって、複数のグラファイト層17の熱伝導率が高い面方向に広がり、X線管10の外部に逃げる。 Heat is generated when electrons collide with the anode target layer 15 of the anode 13. The heat generated in the anode target layer 15 is transferred to the multiple graphite layers 17 of the anisotropic graphite portion 16, spreads in the plane direction of the multiple graphite layers 17 where thermal conductivity is high, and escapes to the outside of the X-ray tube 10.
陽極ターゲット本体14は、通常、銅などの高熱伝導金属を用いて陽極ターゲット層15に発生した熱をX線管10の外部に逃すようにしているが、異方性グラファイト部16を用いることにより、陽極ターゲット層15に発生した熱をX線管10の外部に素早く逃すことができる。そのため、陽極13の温度上昇を抑制し、陽極ターゲット層15の温度を陽極ターゲット層15の材料の融点以下に抑制でき、X線管10への電力の入力の制限を緩和できる。 The anode target body 14 is typically made of a highly thermally conductive metal such as copper to dissipate heat generated in the anode target layer 15 to the outside of the X-ray tube 10. However, by using the anisotropic graphite portion 16, the heat generated in the anode target layer 15 can be quickly dissipated to the outside of the X-ray tube 10. This suppresses temperature rise in the anode 13 and keeps the temperature of the anode target layer 15 below the melting point of the material of the anode target layer 15, thereby easing restrictions on the power input to the X-ray tube 10.
次に、図3ないし図6に第2の実施形態を示す。 Next, Figures 3 to 6 show the second embodiment.
図3に回転陽極型のX線管20の概略断面図を示す。X線管20は、真空外囲器21と、陰極22と、固定軸23と、回転軸24および陽極25を有する回転体26と、ロータ27と、ステータコイル28と、を備えている。真空外囲器21内に陰極22、固定軸23、回転体26およびロータ27が配置され、真空外囲器21の外部にステータコイル28が配置されている。 Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a rotating anode type X-ray tube 20. The X-ray tube 20 comprises a vacuum envelope 21, a cathode 22, a fixed shaft 23, a rotating body 26 having a rotating shaft 24 and an anode 25, a rotor 27, and a stator coil 28. The cathode 22, fixed shaft 23, rotating body 26, and rotor 27 are arranged within the vacuum envelope 21, and the stator coil 28 is arranged outside the vacuum envelope 21.
真空外囲器21は、内部が真空に保持される。真空外囲器21には、陽極25で発生したX線を外部に放出するX線透過窓が設けられている。 The vacuum envelope 21 maintains a vacuum inside. The vacuum envelope 21 is provided with an X-ray transmission window that emits X-rays generated by the anode 25 to the outside.
陰極22は、陽極25に向けて電子を放出する。 The cathode 22 emits electrons toward the anode 25.
固定軸23は、金属製で略円筒状に設けられ、端部が真空外囲器21に支持されている。固定軸23の内部には、冷却のための冷却液である冷媒が通過する冷却通路29が形成されている。図示しない熱交換器を備えた冷却装置により、冷媒が冷却通路29と熱交換器との間で循環される。 The fixed shaft 23 is made of metal and has a roughly cylindrical shape, with one end supported by the vacuum envelope 21. A cooling passage 29 is formed inside the fixed shaft 23, through which a refrigerant, a liquid coolant for cooling, passes. A cooling device equipped with a heat exchanger (not shown) circulates the refrigerant between the cooling passage 29 and the heat exchanger.
回転軸24は、円筒状に設けられ、例えば流体金属軸受構造によって固定軸23の周囲に回転可能に配置されている。 The rotating shaft 24 is cylindrical and rotatably arranged around the fixed shaft 23, for example, using a fluid metal bearing structure.
陽極25は、円盤状に設けられ、回転軸24の周囲に設けられている。 The anode 25 is disk-shaped and is arranged around the rotation axis 24.
ロータ27は、円筒状で、回転軸24の周囲に設けられている。 The rotor 27 is cylindrical and is arranged around the rotation shaft 24.
ステータコイル28は、真空外囲器21を介してロータ27に対向する位置に配置され、ロータ27を回転させる磁界を発生する。 The stator coil 28 is positioned opposite the rotor 27 across the vacuum envelope 21 and generates a magnetic field that rotates the rotor 27.
また、図4に回転軸24および陽極25の一部を切り欠いた斜視図を示す。 Figure 4 also shows a perspective view with parts of the rotating shaft 24 and anode 25 cut away.
回転軸24の周囲には、陽極25を取り付ける回転軸側取付部30が設けられている。回転軸側取付部30には、周方向の複数箇所に、陽極25をボルトによって取り付ける取付孔31が設けられている。取付孔31の軸方向は、回転軸24の軸方向と平行に設けられている。 A rotating shaft-side mounting portion 30 for mounting the anode 25 is provided around the rotating shaft 24. The rotating shaft-side mounting portion 30 has mounting holes 31 at multiple locations around the circumference for mounting the anode 25 with bolts. The axial direction of the mounting holes 31 is parallel to the axial direction of the rotating shaft 24.
陽極25は、陽極ターゲット本体32と、この陽極ターゲット本体32に設けられたターゲット層33とを備えている。 The anode 25 comprises an anode target body 32 and a target layer 33 provided on the anode target body 32.
陽極ターゲット本体32は、円盤状に設けられ、中心に回転軸24が挿通する挿通孔34が設けられ、この挿通孔34の周囲に回転軸24の回転軸側取付部30に取り付けられる陽極側取付部35が設けられている。陽極側取付部35には、周方向の複数箇所に、回転軸側取付部30の複数の取付孔31の各位置に対応して複数の取付孔36が設けられている。取付孔36の軸方向は、円盤状の陽極ターゲット本体32の軸方向と平行に設けられている。そして、陽極ターゲット本体32は、陽極側取付部35が回転軸側取付部30に配置され、複数のボルトが陽極側取付部35の取付孔36を通じて回転軸側取付部30の取付孔31に取り付けられることにより、回転軸24に固定され、かつ回転軸24に接して熱的に接続される。陽極ターゲット本体32には、陰極22と対向する軸方向の一方の面の外周側に傾斜面37が設けられている。 The anode target body 32 is disk-shaped and has a central insertion hole 34 through which the rotary shaft 24 passes. An anode-side mounting portion 35 is provided around the insertion hole 34 and attached to the rotary shaft-side mounting portion 30 of the rotary shaft 24. The anode-side mounting portion 35 has multiple mounting holes 36 at multiple circumferential locations corresponding to the multiple mounting holes 31 in the rotary shaft-side mounting portion 30. The axial direction of the mounting holes 36 is parallel to the axial direction of the disk-shaped anode target body 32. The anode-side mounting portion 35 is positioned on the rotary shaft-side mounting portion 30, and multiple bolts are attached to the mounting holes 31 in the rotary shaft-side mounting portion 30 through the mounting holes 36 in the anode-side mounting portion 35. The anode target body 32 is fixed to the rotary shaft 24 and thermally connected to the rotary shaft 24. The anode target body 32 has an inclined surface 37 on the outer periphery of one axial surface facing the cathode 22.
陽極ターゲット層33は、陰極22に対向する陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の外周側に周方向に沿って設けられている。陽極ターゲット層33は、陽極ターゲット本体32の傾斜面37に設けられている。陽極ターゲット層33は、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)若しくはこれらの合金など、高融点の重金属で形成されている。陽極ターゲット層33の表面に、陰極22から放出された電子が衝突する電子衝突面38が形成されている。 The anode target layer 33 is provided circumferentially on the outer periphery of one axial surface of the anode target body 32 facing the cathode 22. The anode target layer 33 is provided on an inclined surface 37 of the anode target body 32. The anode target layer 33 is formed of a heavy metal with a high melting point, such as molybdenum (Mo), tungsten (W), or an alloy thereof. An electron collision surface 38 is formed on the surface of the anode target layer 33, with which electrons emitted from the cathode 22 collide.
また、図5に陽極25の拡大断面図を示す。陽極25の陽極ターゲット本体32は、異方性グラファイト部39を有し、この異方性グラファイト部39に陽極ターゲット層33が設けられている。本実施形態では、陽極ターゲット本体32の全体が異方性グラファイト部39で形成されている。 Figure 5 also shows an enlarged cross-sectional view of the anode 25. The anode target body 32 of the anode 25 has an anisotropic graphite portion 39, and the anode target layer 33 is provided on this anisotropic graphite portion 39. In this embodiment, the entire anode target body 32 is formed from the anisotropic graphite portion 39.
異方性グラファイト部39は、例えばグラファイトシートなどのグラファイト層40を複数積層して形成されている。異方性グラファイト部39は、グラファイト層40の積層方向aと、この積層方向aに交差するグラファイト層40のグラフェン結晶面である面方向とを有し、面方向の熱伝導率が、積層方向aの熱伝導率よりも高いとともに、銅などの他の金属材料の熱伝導率に比べても高い特性を有している。 The anisotropic graphite portion 39 is formed by stacking multiple graphite layers 40, such as graphite sheets. The anisotropic graphite portion 39 has a stacking direction a of the graphite layers 40 and a plane direction, which is the graphene crystal plane of the graphite layers 40, that intersects with the stacking direction a. The thermal conductivity in the plane direction is higher than the thermal conductivity in the stacking direction a, and is also higher than the thermal conductivity of other metal materials such as copper.
グラファイト層40の積層方向aは、陽極ターゲット本体32の回転方向である周方向Zに沿って設けられ、また、グラファイト層40の面方向は、陽極ターゲット本体32の放射方向Xおよび厚み方向である軸方向Yに沿って設けられている。そのため、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である複数のグラファイト層40の端面で構成される積層端面41が、陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面、他方の面、外周面および内周面に形成される。 The stacking direction a of the graphite layers 40 is aligned along the circumferential direction Z, which is the rotational direction of the anode target body 32, and the surface direction of the graphite layers 40 is aligned along the radial direction X and axial direction Y, which is the thickness direction of the anode target body 32. Therefore, stacking end surfaces 41, which are composed of the end faces of multiple graphite layers 40 that intersect with the stacking direction a of the graphite layers 40, are formed on one axial surface, the other axial surface, the outer circumferential surface, and the inner axial surface of the anode target body 32.
陽極ターゲット本体32は、陽極ターゲット本体32の軸方向の他方の面および内周面の積層端面41が回転軸26に接して取り付けられるため、複数のグラファイト層40が回転軸26に接して熱的に接続される状態で固定されている。 The anode target body 32 is attached so that the other axial surface and the stacked end surface 41 on the inner peripheral surface of the anode target body 32 are in contact with the rotating shaft 26, and the multiple graphite layers 40 are fixed in contact with and thermally connected to the rotating shaft 26.
陽極ターゲット層33は、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41に周方向Zに沿って設けられ、複数のグラファイト層40に接して熱的に接続されている。 The anode target layer 33 is provided along the circumferential direction Z on the stacking end surface 41 on one axial surface of the anode target body 32, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layers 40, and is in contact with and thermally connected to the multiple graphite layers 40.
また、図6(a)~(c)に陽極ターゲット本体32に陽極ターゲット層33を設ける具体的な構成例の概略断面図を示す。陽極ターゲット層33は、電子衝突面38を形成する例えばタングステン合金で形成される第1の層43と、この第1の層43と異方性グラファイト部39とを接合する接合層である第2の層44とを有している。 Figures 6(a) to 6(c) show schematic cross-sectional views of specific configuration examples in which an anode target layer 33 is provided on an anode target body 32. The anode target layer 33 has a first layer 43 made of, for example, a tungsten alloy that forms the electron impact surface 38, and a second layer 44 that is a bonding layer that bonds this first layer 43 to the anisotropic graphite portion 39.
図6(a)に示す構成例では、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41に傾斜面37が形成され、この傾斜面37に第2の層44を介して第1の層43が設けられる。 In the configuration example shown in Figure 6(a), an inclined surface 37 is formed on the stacking end surface 41 on one axial surface of the anode target body 32, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layer 40, and a first layer 43 is provided on this inclined surface 37 via a second layer 44.
図6(b)に示す構成例では、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41と外周面との亘って窪み部45が設けられ、この窪み部45に第2の層44が設けられ、この第2の層44に設けられた傾斜面37に第1の層43が設けられる。 In the configuration example shown in Figure 6(b), a recess 45 is provided from the stacking end surface 41 on one axial surface of the anode target body 32, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layer 40, to the outer peripheral surface. A second layer 44 is provided in this recess 45, and a first layer 43 is provided on an inclined surface 37 provided on this second layer 44.
図6(c)に示す構成例では、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41に第2の層44が積層されて設けられ、この第2の層44に設けられた傾斜面37に第1の層43が設けられる。 In the configuration example shown in Figure 6(c), a second layer 44 is laminated on a lamination end surface 41 on one axial surface of the anode target body 32, which is a surface that intersects with the lamination direction a of the graphite layer 40, and a first layer 43 is provided on an inclined surface 37 provided on this second layer 44.
そして、X線管20の稼働時には、陰極22から放出された電子が回転する陽極25の陽極ターゲット層33の電子衝突面38に衝突してX線が発生し、真空外囲器21のX線透過窓から外部にX線を放出する。 When the X-ray tube 20 is in operation, electrons emitted from the cathode 22 collide with the electron collision surface 38 of the anode target layer 33 of the rotating anode 25, generating X-rays, which are then emitted to the outside through the X-ray transmission window of the vacuum envelope 21.
電子が陽極ターゲット層33に衝突した際に熱が発生する。陽極ターゲット層33に発生した熱は、異方性グラファイト部39の積層端面41から複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、陽極25が取り付けられている回転軸24に素早く効率的に伝わり、この回転軸24から固定軸23などを通じて外部に逃げる。 Heat is generated when electrons collide with the anode target layer 33. The heat generated in the anode target layer 33 is transferred from the stacked end surface 41 of the anisotropic graphite portion 39 to the multiple graphite layers 40, spreading in the planar direction where thermal conductivity is high. It is then quickly and efficiently transferred to the rotating shaft 24 to which the anode 25 is attached, and is then released to the outside from the rotating shaft 24 via the fixed shaft 23, etc.
そのため、陽極ターゲット層33で発生した熱が異方性グラファイト部39によって回転軸24に素早く効率的に伝えて逃すことができ、陽極ターゲット層33の温度上昇を抑制し、陽極ターゲット層33の温度を陽極ターゲット層33の材料の融点以下に抑制でき、X線管20への電力の入力の制限を緩和できる。 As a result, the heat generated in the anode target layer 33 can be quickly and efficiently transferred to the rotating shaft 24 by the anisotropic graphite portion 39 and dissipated, suppressing temperature increases in the anode target layer 33 and keeping the temperature of the anode target layer 33 below the melting point of the material of the anode target layer 33, thereby easing restrictions on the power input to the X-ray tube 20.
次に、図7に第3の実施形態を示す。図7は回転陽極型のX線管20の陽極25の拡大断面図を示す。なお、第2の実施形態と同様の構成については同一符号を用いてその説明を省略する。 Next, Figure 7 shows a third embodiment. Figure 7 shows an enlarged cross-sectional view of the anode 25 of a rotating anode type X-ray tube 20. Note that the same components as in the second embodiment are designated by the same reference numerals and their description will be omitted.
陽極ターゲット本体32は、グラファイト層40の積層方向aが陽極ターゲット本体32の周方向Zに沿って設けられる異方性グラファイト部(第1の異方性グラファイト部)39と、グラファイト層40の積層方向aが陽極ターゲット本体32の軸方向に沿って設けられる第2の異方性グラファイト部50とを有している。 The anode target body 32 has an anisotropic graphite portion (first anisotropic graphite portion) 39 in which the stacking direction a of the graphite layers 40 is arranged along the circumferential direction Z of the anode target body 32, and a second anisotropic graphite portion 50 in which the stacking direction a of the graphite layers 40 is arranged along the axial direction of the anode target body 32.
異方性グラファイト部39は、陽極ターゲット本体32の外周部側に設けられ、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41に陽極ターゲット層33が設けられている。 The anisotropic graphite portion 39 is provided on the outer periphery of the anode target body 32, and the anode target layer 33 is provided on the stacking end surface 41 on one side of the anode target body 32 in the axial direction, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layer 40.
第2の異方性グラファイト部50は、異方性グラファイト部39よりも陽極ターゲット本体32の内周側に設けられ、異方性グラファイト部39と回転軸24との間に配置されている。 The second anisotropic graphite portion 50 is located closer to the inner periphery of the anode target body 32 than the anisotropic graphite portion 39, and is positioned between the anisotropic graphite portion 39 and the rotation axis 24.
異方性グラファイト部39の内周面の積層端面41と第2の異方性グラファイト部50の外周面の積層端面41とが接合されている。異方性グラファイト部39の内周面の積層端面41におけるグラファイト層40の積層方向aと第2の異方性グラファイト部50の外周面の積層端面41における複数のグラファイト層40の積層方向aとが交差し、異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40と第2の異方性グラファイト部50の複数のグラファイト層40とが交差状(格子状)に接する。 The stacking end face 41 on the inner peripheral surface of the anisotropic graphite portion 39 and the stacking end face 41 on the outer peripheral surface of the second anisotropic graphite portion 50 are joined. The stacking direction a of the graphite layers 40 at the stacking end face 41 on the inner peripheral surface of the anisotropic graphite portion 39 intersects with the stacking direction a of the multiple graphite layers 40 at the stacking end face 41 on the outer peripheral surface of the second anisotropic graphite portion 50, so that the multiple graphite layers 40 of the anisotropic graphite portion 39 and the multiple graphite layers 40 of the second anisotropic graphite portion 50 are in contact in a crossing (lattice) pattern.
第2の異方性グラファイト部50の内周面の積層端面41が回転軸24に接して取り付けられている。 The laminated end surface 41 on the inner circumferential surface of the second anisotropic graphite portion 50 is attached in contact with the rotating shaft 24.
そして、X線管20の稼働時、電子の衝突により陽極ターゲット層33に発生した熱は、異方性グラファイト部39の積層端面41から複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、この異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40から第2の異方性グラファイト部50の複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、第2の異方性グラファイト部50が取り付けられている回転軸24に素早く効率的に伝わり、この回転軸24から固定軸23などを通じて外部に逃げる。 When the X-ray tube 20 is in operation, heat generated in the anode target layer 33 by electron collisions is transferred from the stacking end surface 41 of the anisotropic graphite portion 39 to the multiple graphite layers 40, spreading in the planar direction with high thermal conductivity. The heat is then transferred from the multiple graphite layers 40 of the anisotropic graphite portion 39 to the multiple graphite layers 40 of the second anisotropic graphite portion 50, spreading in the planar direction with high thermal conductivity. The heat is then quickly and efficiently transferred to the rotating shaft 24 to which the second anisotropic graphite portion 50 is attached, and then escapes from the rotating shaft 24 to the outside via the fixed shaft 23, etc.
そのため、陽極ターゲット層33で発生した熱が異方性グラファイト部39,50によって回転軸24に素早く効率的に伝えて逃すことができ、陽極ターゲット層33の温度上昇を抑制し、陽極ターゲット層33の温度を陽極ターゲット層33の材料の融点以下に抑制でき、X線管20への電力の入力の制限を緩和できる。 As a result, the heat generated in the anode target layer 33 can be quickly and efficiently transferred to the rotating shaft 24 by the anisotropic graphite sections 39, 50 and dissipated, suppressing temperature increases in the anode target layer 33 and keeping the temperature of the anode target layer 33 below the melting point of the material of the anode target layer 33, thereby easing restrictions on the power input to the X-ray tube 20.
次に、図8に第4の実施形態を示す。図8は回転陽極型のX線管20の陽極25の拡大断面図を示す。なお、第2および第3の実施形態と同様の構成については同一符号を用いてその説明を省略する。 Next, Figure 8 shows a fourth embodiment. Figure 8 shows an enlarged cross-sectional view of the anode 25 of a rotating anode type X-ray tube 20. Note that the same reference numerals are used for components similar to those of the second and third embodiments, and their description will be omitted.
陽極ターゲット本体32は、グラファイト層40の積層方向aが陽極ターゲット本体32の周方向Zに沿って設けられる異方性グラファイト部(第1の異方性グラファイト部)39と、グラファイト層40の積層方向aが陽極ターゲット本体32の軸方向に沿って設けられる第2の異方性グラファイト部50とを有している。 The anode target body 32 has an anisotropic graphite portion (first anisotropic graphite portion) 39 in which the stacking direction a of the graphite layers 40 is arranged along the circumferential direction Z of the anode target body 32, and a second anisotropic graphite portion 50 in which the stacking direction a of the graphite layers 40 is arranged along the axial direction of the anode target body 32.
異方性グラファイト部39は、陽極ターゲット本体32の外周部側と内周部側とに設けられている。外周部側の異方性グラファイト部40には、グラファイト層40の積層方向aに交差する面である陽極ターゲット本体32の軸方向の一方の面の積層端面41に陽極ターゲット層33が設けられている。内周部側の異方性グラファイト部39には、回転軸24に取り付けられる陽極側取付部35が設けられている。 The anisotropic graphite portion 39 is provided on the outer and inner peripheral sides of the anode target body 32. The anisotropic graphite portion 40 on the outer peripheral side has an anode target layer 33 provided on a stacking end surface 41 on one axial surface of the anode target body 32, which is a surface that intersects with the stacking direction a of the graphite layer 40. The anisotropic graphite portion 39 on the inner peripheral side has an anode side mounting portion 35 that is attached to the rotation shaft 24.
第2の異方性グラファイト部50は、外周部側の異方性グラファイト部39と内周部側の異方性グラファイト部39との間に設けられている。 The second anisotropic graphite portion 50 is located between the anisotropic graphite portion 39 on the outer periphery side and the anisotropic graphite portion 39 on the inner periphery side.
外周側の異方性グラファイト部39の内周面の積層端面41および内周側の異方性グラファイト部39の外周面の積層端面41と第2の異方性グラファイト部50の外周面の積層端面41および内周面の積層端面41とがそれぞれ接合されている。各異方性グラファイト部39の積層端面41におけるグラファイト層40の積層方向aと第2の異方性グラファイト部50の積層端面41におけるグラファイト層40の積層方向aとが交差し、異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40と第2の異方性グラファイト部50の複数のグラファイト層40とが交差状(格子状)に接する。 The lamination end face 41 on the inner peripheral surface of the outer anisotropic graphite portion 39 and the lamination end face 41 on the outer peripheral surface of the inner anisotropic graphite portion 39 are bonded to the lamination end face 41 on the outer peripheral surface and the lamination end face 41 on the inner peripheral surface of the second anisotropic graphite portion 50, respectively. The lamination direction a of the graphite layers 40 at the lamination end face 41 of each anisotropic graphite portion 39 intersects with the lamination direction a of the graphite layers 40 at the lamination end face 41 of the second anisotropic graphite portion 50, so that the multiple graphite layers 40 of the anisotropic graphite portion 39 and the multiple graphite layers 40 of the second anisotropic graphite portion 50 are in contact with each other in a crossing (lattice) pattern.
内周側の異方性グラファイト部39は、陽極ターゲット本体32の軸方向の他方の面および内周面の積層端面41が回転軸24に接して取り付けられている。 The anisotropic graphite portion 39 on the inner periphery is attached so that the other axial surface of the anode target body 32 and the stacked end surface 41 on the inner periphery are in contact with the rotation shaft 24.
そして、X線管20の稼働時、電子の衝突により陽極ターゲット層33に発生した熱は、外周側の異方性グラファイト部39の積層端面41から複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、外周側の異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40から第2の異方性グラファイト部50の複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、さらに、第2の異方性グラファイト部50の複数のグラファイト層40から内周側の異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、内周側の異方性グラファイト部39が取り付けられている回転軸24に素早く効率的に伝わり、この回転軸24から固定軸23などを通じて外部に逃げる。 When the X-ray tube 20 is in operation, heat generated in the anode target layer 33 by electron collisions is transmitted from the stacking end surface 41 of the outer anisotropic graphite portion 39 to the multiple graphite layers 40, spreading in the planar direction where thermal conductivity is high. Then, the heat is transmitted from the multiple graphite layers 40 of the outer anisotropic graphite portion 39 to the multiple graphite layers 40 of the second anisotropic graphite portion 50, spreading in the planar direction where thermal conductivity is high. Then, the heat is transmitted from the multiple graphite layers 40 of the second anisotropic graphite portion 50 to the multiple graphite layers 40 of the inner anisotropic graphite portion 39, spreading in the planar direction where thermal conductivity is high. Finally, the heat is quickly and efficiently transmitted to the rotating shaft 24 to which the inner anisotropic graphite portion 39 is attached, and then escapes from the rotating shaft 24 to the outside via the fixed shaft 23, etc.
そのため、陽極ターゲット層33で発生した熱が異方性グラファイト部39,50によって回転軸24に素早く効率的に伝えて逃すことができ、陽極ターゲット層33の温度上昇を抑制し、陽極ターゲット層33の温度を陽極ターゲット層33の材料の融点以下に抑制でき、X線管20への電力の入力の制限を緩和できる。 As a result, the heat generated in the anode target layer 33 can be quickly and efficiently transferred to the rotating shaft 24 by the anisotropic graphite sections 39, 50 and dissipated, suppressing temperature increases in the anode target layer 33 and keeping the temperature of the anode target layer 33 below the melting point of the material of the anode target layer 33, thereby easing restrictions on the power input to the X-ray tube 20.
次に、図9に第5の実施形態を示す。図9は回転陽極型のX線管20の陽極25の拡大断面図を示す。なお、第2ないし第4の実施形態と同様の構成については同一符号を用いてその説明を省略する。 Next, Figure 9 shows a fifth embodiment. Figure 9 shows an enlarged cross-sectional view of the anode 25 of a rotating anode type X-ray tube 20. Note that the same reference numerals are used for components similar to those in the second to fourth embodiments, and their description will be omitted.
陽極ターゲット本体32は、例えば銅などの高熱伝導金属を用いて形成されている。 The anode target body 32 is formed using a highly thermally conductive metal such as copper.
回転軸24は、回転軸24の周方向に沿って複数のグラファイト層が積層されて形成される異方性グラファイト部を有している。 The rotating shaft 24 has an anisotropic graphite portion formed by stacking multiple graphite layers along the circumferential direction of the rotating shaft 24.
そして、X線管20の稼働時、電子の衝突により陽極ターゲット層33に発生した熱は、陽極ターゲット本体32を通じて回転軸24の異方性グラファイト部39の複数のグラファイト層40に伝わって熱伝導率が高い面方向に広がり、回転軸24から固定軸23などに素早く効率的に伝わって外部に逃げる。 When the X-ray tube 20 is in operation, heat generated in the anode target layer 33 by electron collisions is transferred through the anode target body 32 to the multiple graphite layers 40 of the anisotropic graphite portion 39 of the rotating shaft 24, spreading in the planar direction with high thermal conductivity, and then quickly and efficiently transferred from the rotating shaft 24 to the fixed shaft 23 and other parts, before being released to the outside.
そのため、陽極ターゲット層33で発生した熱が回転軸24に伝わることで素早く効率的に外部に逃すことができ、陽極ターゲット層33の温度上昇を抑制し、陽極ターゲット層33の温度を陽極ターゲット層33の材料の融点以下に抑制でき、X線管20への電力の入力の制限を緩和できる。 As a result, the heat generated in the anode target layer 33 is transferred to the rotating shaft 24, allowing it to be quickly and efficiently dissipated to the outside, suppressing temperature increases in the anode target layer 33 and keeping the temperature of the anode target layer 33 below the melting point of the material of the anode target layer 33, thereby easing restrictions on the power input to the X-ray tube 20.
なお、第2ないし第4の実施形態に示す陽極25と第5の実施形態に示す回転軸24とを組み合わせてもよい。この場合、陽極ターゲット層33で発生した熱を外部により素早く効率的に伝えて逃すことができる。 The anode 25 shown in the second to fourth embodiments may be combined with the rotating shaft 24 shown in the fifth embodiment. In this case, the heat generated in the anode target layer 33 can be quickly and efficiently transferred to the outside and dissipated.
また、第2ないし第5の実施形態に示す回転陽極型のX線管20は、図10に示すX線コンピュータ断層診断装置60に用いることができる。図10はX線コンピュータ断層診断装置60の模式図である。 Furthermore, the rotating anode type X-ray tube 20 shown in the second to fifth embodiments can be used in the X-ray computed tomography diagnostic apparatus 60 shown in Figure 10. Figure 10 is a schematic diagram of the X-ray computed tomography diagnostic apparatus 60.
X線コンピュータ断層診断装置60は、筐体61内にガントリと呼ばれる架台62が回転するように配置され、この架台62にX線管20が搭載される。 The X-ray computed tomography diagnostic device 60 has a rotating stand 62 called a gantry arranged inside a housing 61, and an X-ray tube 20 is mounted on this stand 62.
架台62に搭載されるX線管20は、回転軸24の軸方向が架台62の回転軸と平行となるように配置されるとともに、X線透過窓が架台62の回転中心の方向に対向するように配置される。 The X-ray tube 20 mounted on the gantry 62 is positioned so that the axial direction of the rotation shaft 24 is parallel to the rotation axis of the gantry 62, and the X-ray transmission window faces the direction of the rotation center of the gantry 62.
陽極25の陽極ターゲット本体32に異方性グラファイト部39や異方性グラファイト部50を用いることにより、グラファイト材料の密度が低く、軽量化されるため、陽極25の陽極ターゲット本体32に銅などの金属材料を用いる場合に比較して、回転陽極型のX線管20を搭載する架台62の回転を安定させることができる。 By using anisotropic graphite portion 39 or anisotropic graphite portion 50 for the anode target body 32 of the anode 25, the density of the graphite material is low and it is lightweight, which makes it possible to stabilize the rotation of the pedestal 62 on which the rotating anode type X-ray tube 20 is mounted, compared to when a metal material such as copper is used for the anode target body 32 of the anode 25.
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。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
10 X線管
12 陰極
13 陽極
14 陽極ターゲット本体
15 陽極ターゲット層
16 異方性グラファイト部
17 グラファイト層
20 X線管
22 陰極
24 回転軸
25 陽極
32 陽極ターゲット本体
33 陽極ターゲット層
39 異方性グラファイト部
40 グラファイト層
50 第2の異方性グラファイト部
a 積層方向
Z 周方向
REFERENCE SIGNS LIST 10 X-ray tube 12 Cathode 13 Anode 14 Anode target body 15 Anode target layer 16 Anisotropic graphite portion 17 Graphite layer 20 X-ray tube 22 Cathode 24 Rotation shaft 25 Anode 32 Anode target body 33 Anode target layer 39 Anisotropic graphite portion 40 Graphite layer 50 Second anisotropic graphite portion a Stacking direction Z Circumferential direction
Claims (4)
前記陽極ターゲット層に対向する陰極と、
を備え、
前記陽極ターゲット本体は、複数のグラファイト層が積層されて形成された異方性グラファイト部を有し、
前記陽極ターゲット層は、前記グラファイト層の積層方向に交差する面に設けられている
ことを特徴とするX線管。 an anode having an anode target body and an anode target layer provided on the anode target body;
a cathode facing the anode target layer;
Equipped with
the anode target body has an anisotropic graphite portion formed by stacking a plurality of graphite layers;
The X-ray tube, wherein the anode target layer is provided on a plane intersecting a lamination direction of the graphite layers.
前記陽極ターゲット層に対向する陰極と、
を備え、
前記陽極ターゲット本体は、前記陽極ターゲット本体の周方向に沿って複数のグラファイト層が積層されて形成された異方性グラファイト部を有し、
前記陽極ターゲット層は、前記グラファイト層の積層方向に交差する面に設けられている
ことを特徴とするX線管。 an anode having an anode target body that rotates around a rotation axis and an anode target layer provided on the anode target body;
a cathode facing the anode target layer;
Equipped with
the anode target body has an anisotropic graphite portion formed by stacking a plurality of graphite layers along a circumferential direction of the anode target body,
The X-ray tube, wherein the anode target layer is provided on a plane intersecting a lamination direction of the graphite layers.
ことを特徴とする請求項2に記載のX線管。 3. The X-ray tube according to claim 2, wherein the anode target body has the anisotropic graphite portion, in which the stacking direction of the graphite layers is along the circumferential direction of the anode target body, and a second anisotropic graphite portion, in which the stacking direction of the graphite layers is along the axial direction of the anode target body, and the second anisotropic graphite portion is provided between the anisotropic graphite portion and the rotation axis.
前記回転軸の周囲に設けられた陽極ターゲット本体、およびこの陽極ターゲット本体に設けられた陽極ターゲット層を有する陽極と、
前記陽極ターゲット層に対向する陰極と、
を備え、
前記回転軸は、前記回転軸の周方向に沿って複数のグラファイト層が積層されて形成された異方性グラファイト部を有する
ことを特徴とするX線管。 A rotation axis;
an anode having an anode target body provided around the rotation axis and an anode target layer provided on the anode target body;
a cathode facing the anode target layer;
Equipped with
The X-ray tube according to claim 1, wherein the rotating shaft has an anisotropic graphite portion formed by stacking a plurality of graphite layers along a circumferential direction of the rotating shaft.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2024031987A JP2025134219A (en) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | x-ray tube |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2024031987A JP2025134219A (en) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | x-ray tube |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2025134219A true JP2025134219A (en) | 2025-09-17 |
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| JP2024031987A Pending JP2025134219A (en) | 2024-03-04 | 2024-03-04 | x-ray tube |
Country Status (1)
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2024
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