(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
X線を生成するための回転可能な陽極であり、該陽極は軸受を有し、該軸受は、
第1軸受要素；及び
第2軸受要素；
を有し、該第2軸受要素は、該第1軸受要素の周りを回転することが可能であり；
該第2軸受要素において配置された陽極要素；
該第2軸受要素と該陽極要素との間に配置された開口；
をさらに有し、該開口は、接点材料で少なくとも部分的に充填され；
該接点材料は、前記陽極要素と前記第2軸受要素との間において液体ヒート・シンクを供給し；
該陽極要素と該第2軸受要素との間の熱的接触をもたらすための、第1端部及び第2端部を有する少なくとも1つの接点要素；
をさらに有し、該第1端部は前記第2軸受要素に配置され；且つ
該第2端部は、前記接点材料の中へと及ぶように配置されている、
回転可能な陽極。
【請求項２】
前記陽極要素の熱膨張及び熱収縮のうち少なくとも1つによる寸法上の変化が、前記陽極要素を前記第2軸受要素に付着させることによる該陽極要素と前記第2軸受要素との間の熱的接触を破壊することなく吸収可能とされるとともに、該陽極要素と前記第2軸受要素との間の直接的な接触が、前記陽極要素サイズの膨脹／縮小の方向、半径方向において生じないように、該陽極要素が該第2軸受要素に付着されている、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項３】
熱エネルギーが、陽極要素、接点材料、接点要素、及び第2軸受要素で構成されるグループから選択される少なくとも2つの要素の間において伝達可能である、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項４】
前記接点材料は、熱伝導材、接点金属、液体金属、及びインジウムスズ合金で構成されるグループから選択される1つの材料である、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項５】
前記軸受は、回転軸を有し；且つ
前記少なくとも1つの接点要素は、前記第2軸受要素における回転軸から半径方向に伸びて配置されている、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項６】
前記接点要素の第2端部は、前記接点材料を貫通するために先が細くなっている、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項７】
前記接点要素の第2端部は、鋭い端部を持つひれとなっている、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項８】
前記接点要素及び前記第2軸受要素は、一体に形成されている、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項９】
前記接点材料は、前記開口内において、シール、固定シール、フレキシブル・シール、フレキシブル毛管力シール、ワッシャー、グラファイト・ワッシャー、スプリング・リング、スプリング金属リング、及びスプリング・スチール・リングで構成されるグループから選択される少なくとも1つの要素によって密封される、請求項1に記載の回転可能な陽極。
【請求項１０】
陰極要素；及び
請求項1に記載の回転可能な陽極；
を有し、該陰極要素及び回転可能な陽極は、X線の生成のために稼働可能なように結合されている、X線管。
【請求項１１】
対象の物体の観察をするためのX線システムであり、
請求項10に記載のX線管；
X線検出器；
を有し、物体を、該X線管と該X線検出器との間に配置することが可能であり；且つ
該X線管及びX線検出器は、前記物体のX線画像が得られるように、稼働可能なように結合されている、X線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、X線管技術に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、X線を生成するための回転可能な陽極に関し、回転可能な陽極を有する線管及びX線管を有するX線システムにも関する。
【０００３】
特に、本発明は、その陽極とそのX線管における回転可能な陽極ディスクに対する軸受要素との間の液体ヒート・シンクを有する回転可能な陽極に関する。
【背景技術】
【０００４】
X線管は、例えば、医学的応用に対するX線システムにおいて利用される。X線管は、例えば、医用画像応用に対して使用されてよい電磁放射線を生成するために使用される。
【０００５】
通常は、電子は、X線を生じさせるために、真空化されたハウジング内の陰極と陽極との間で加速される。それらの電子は、焦点スポットと呼ばれる陽極の一部分に衝突し、電磁放射線を生成する。
【０００６】
X線生成は、加えられるエネルギーの主な部分が熱に変換されることから、非常に非効率的であると考えられている。特に焦点スポットでの熱の消散は、X線管の中心的な限度の1つであると考えてよい。
【０００７】
回転する陽極を採用することによって、電子の衝突の領域である焦点スポットは、その回転する陽極ディスクの表面における非静的領域であると考えてよい。
【０００８】
従って、陽極を回転させることによって、その焦点スポットに作用する熱負荷及びその陽極は、より大きい領域の全体に広がり、そのX線管の電力定格を実質的に増加させる。
【０００９】
適した回転陽極X線管は、診断体系においてX線照射を生成してもよい。そのX線管の陽極は、稼働において加熱してもよく、その後に冷却してもよい。この温度サイクリングは、管要素の熱的機械の歪みを起こすかもしれなく、それによって、それらの管が全ての応用条件下において信頼できるように機能するように設計されなければいけないかもしれない。
【００１０】
従って、高パフォーマンスのX線管は、直接的な伝導によって陽極から熱を外部の冷却流体へ向けて消散する間に、その回転する陽極を支持するための流体力学的軸受を使用してもよい。真空管ハウジングが原因で、例えば伝達などの他の熱除去の手段は、達成が難しいかもしれない。
【００１１】
しかし、陽極の熱伝導は、その陽極ディスクと軸受との間のわずかな間の「真空」間隙によって制限されてもよい。適した間隙は、そのX線システムの稼働中の加熱及び稼働後の冷却によって、個々の陽極部分、特にそのディスク形状の陽極要素のサイズにおける膨脹及び／又は縮小を補充してもよい。
【００１２】
さらに、その「わずかな」真空間隙は、その陽極及び軸受シャフトを熱応力に対して補充するように整列させるのに必要としてもよい。
【００１３】
特許文献1及び特許文献2は、回転X線管を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】日本特許出願公開第05-003008号明細書
【特許文献２】日本特許出願公開第2005-123085号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、回転可能な陽極の少なくとも個々の部分の改善した冷却を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
独立請求項によると、X線を生成するための回転可能な陽極、本発明に従って回転可能な陽極を有するX線管、及び本発明に従ってX線管を有するX線システムが提供される。
【００１７】
本発明の模範的な実施形態に従って、軸受を有する、X線を生成するための回転可能な陽極が提供され、その軸受は、第1軸受要素及び第2軸受要素を有し、第2軸受要素は、第1軸受要素の周りを回転可能である。
【００１８】
さらに、その回転可能な陽極は、第2軸受要素において配置された陽極要素、その第2軸受け要素と陽極要素との間に配置された開口又は間隙を有し、その開口は、接点材料及び第1端部及び第2端部を有する少なくとも1つの接点要素（contact  element）で少なくとも部分的に充填され、その第1端部は、第2軸受要素において配置され、その第2端部は、その接点材料の中まで及ぶように配置されている。
【００１９】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、陰極要素及び回転可能な陽極要素を持つX線源を、本発明に従って有するX線管が提供され、その陰極要素及び回転可能な陽極は、X線の生成のために稼働可能なように結合されている。
【００２０】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、本発明によるX線管及びX線検出器を有するX線システムが提供され、物体が、そのX線管とX線検出器との間に配置されることが可能であり、そのX線管及びX線検出器は、X線画像がその物体から得られるように、稼働可能なように結合されている。
【００２１】
回転可能な陽極は、ディスク形状の陽極要素の回転を可能にするように、流体力学的軸受を有してもよいことから、X線を生成する間に焦点スポットを連続的に変動させる。適した軸受は、第1軸受部分を有してもよく、それは、実質的に固定されていてよく、X線管の真空空間内の回転可能な陽極及び第2軸受要素を加えるために使用されてもよい。
【００２２】
第2軸受要素は、第1軸受要素に関して動くことが可能なように、特に、その第1軸受要素の周りを回転することが可能なように、その第1軸受要素において配置されてもよい。
【００２３】
焦点スポットを有するディスク形状の陽極要素は、回転している軸受要素、すなわち第2軸受要素に付着されてもよい。その陽極ディスクは、例えば、その第2軸受要素に、ポジティブでない接続によって付着してもよい。例えば、それは、ナットを使用することによって第2軸受要素に固定してもよく、それは、陽極ディスクを第2軸受要素の突起部分に加えるための圧縮力を供給する。
【００２４】
陽極ディスクは、稼働中に加熱し、その後に冷却してもよいことから、その陽極ディスクと第2軸受要素との間の間隙又は開口が、例えば、稼働中に加熱するときの熱膨張によって、その陽極ディスクの寸法における増加又は減少を可能にするように供給されてもよい。
【００２５】
従って、その陽極ディスクのパフォーマンスに影響を与える熱応力は、適した間隙を供給することによって、すなわち、軸受及び陽極ディスクを、半径方向に間隔が空けられた配置に置くことによって、回避してもよい。
【００２６】
しかし、基本的に全く材料を含まない間隙は、真空X線管の場合のように、陽極ディスクの冷却に対して乏しい熱伝導を供給すると考えてよい。
【００２７】
従って、例えばインジウムスズ合金のような接点金属（contact  metal）などの接点材料の層が、その陽極ディスクと回転可能な軸受要素、特に第2軸受要素、との間の間隙内に供給されてもよい。
【００２８】
その接点材料／金属は、陽極ディスクの温度がその材料／金属の融点を超える（例えば、InSnでは110℃）とき、液体であると考えてよい。
【００２９】
その融点の下では、接点金属は、例えば、スズはんだ（tin-solder）のように比較的軟らかいままで残る一方、凍結していると考えてよい。
【００３０】
その接点金属は、シールによってその間隙内に封じ込めてよい。例えば、固定シール（fixed  seal）が一方の端部に供給される一方、例えば、スプリング・スチール・リングなどのフレキシブルな毛管力シールがその間隙のさらなる端部で供給されてもよい。例えば、スチール・リングなどのシールと軸受要素との間の間隙は、接点材料の漏洩を避けるために、サブマイクロメートル・サイズである必要があってよい。
【００３１】
陽極回転の間に、その（液体）接点材料は、回転力によって間隙の最外部へと押し出され、従って、その陽極ディスクの内面と実質的に整列し、その間隙の一部分を構成する。
【００３２】
望まれる熱伝導を回転中においてももたらすために、少なくとも1つの接点要素が、その回転している軸受要素から陽極ディスクの方向に突起し、その接点材料内に少なくとも部分的に浸っていてもよい。
【００３３】
例えば、鋭い端部を持つひれは、回転している軸受要素から接点材料の液体層の中へと半径方向に伸び、その陽極から回転している軸受要素への熱消散をもたらしてよい。その回転している軸受要素の隣には、真空空間がいくらか残ってもよい。
【００３４】
X線管の作動後、陽極の冷却において、その接点材料は、実質的に凍結又は凝固すると考えてよい。
【００３５】
その陽極径もまた、さらなる冷却において、陽極ディスクの温度の減少によって縮小してもよい。その接点材料は、冷却した状態においても、比較的軟らかいと考えてよい。その鋭いひれが、冷却の際にそれに干渉する。従って、陽極ディスクの縮小によって生じる圧力、ひいてはその接点材料を接点要素に押圧することは、実質的に無視できると考えてよい。
【００３６】
例えば、鋭い端部を持つひれなどの少なくとも1つの接点要素及び接点材料の接触は、せん断接触（shear  contact）であると見なしてよい。冷却プロセスの間にかけられる軸受部材及び／又は接点要素における大きな内向きの半径方向圧力は、回避される。
【００３７】
さらに、熱的接触さえも接点材料の凍結状態において供給されてよい。それは、その熱的接触が、例えば、鋭い端部を持つひれに及び／又はその鋭い端部を持つひれの間において押圧されるか又は接触させられるなど、この場合も接点要素の周りを囲むからである。
【００３８】
その熱伝達／伝熱は、回転している陽極／陽極ディスクの回転軸に対して実質的に垂直であり、特に、その陽極ディスクの半径方向の拡張部の方向であると考えてよい。
【００３９】
以下において、本発明のさらなる実施形態が、特に、X線を生成するための回転可能な陽極に関して記載される。しかし、これらの説明は、また、X線管及びX線システムにも適用する。
【００４０】
注目すべきは、請求される構成要素の間における単一又は複数の特徴の任意の変形及び入れ替えは考えられることであり、本特許出願の範囲及び開示内であることである。
【００４１】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、陽極要素が、熱膨張／縮小による寸法の変化は吸収可能であるように、第2軸受要素に付着されてもよい。
【００４２】
従って、回転可能な陽極の個々の要素を加熱又は冷却するとき、その材料の縮小及び／又は材料の膨脹によって起こる熱応力は回避される。
【００４３】
特に、その陽極要素は、サイズの膨脹／縮小の方向、半径方向において、その陽極要素と第2軸受要素との間において全く直接的な接触がもたらされないように、その第2軸受要素に付着されてもよい。
【００４４】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、熱エネルギーが、陽極要素、接点材料、接点要素、及び第2軸受要素で構成されるグループから選択された少なくとも2つの要素の間において伝導可能であってよい。
【００４５】
適した特徴は、その回転可能な陽極及び個々の部分の実質的に均一な加熱及び冷却をそれぞれ提供してよい。
【００４６】
さらに、熱エネルギーは、軸受要素、特に第1軸受要素の付着によって、熱エネルギーを消散するように、例えば、流体力学的軸受などによって、第2軸受要素と第1軸受要素との間において伝導可能であってもよい。
【００４７】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、接点材料は、熱伝導材料、接点金属、溶融したビスマス及びインジウムスズ合金で構成されるグループから選択される1つの材料であってもよい。
【００４８】
適した接点材料の使用は、特に陽極要素、接点材料、接点金属及び／又は第2軸受要素の間、加熱状態と冷却状態との間において、機械的応力の発生を低減する一方、熱エネルギーの消散をもたらしてよい。
【００４９】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、軸受は回転軸を含み、少なくとも1つの接点要素は、第2軸受要素における回転軸から半径方向に及ぶように配置されてもよい。
【００５０】
接点要素が、例えば、回転軸に垂直に、第2軸受要素の回転軸から半径方向に延びると同時に、その接点要素の拡張の方向は、稼働中、すなわち回転中における間隙内の接点材料の動作の方向に実質的に同一であると見なしてよい。
【００５１】
従って、その接点要素と接点材料との間の望ましい接触が達成される。
【００５２】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、接点要素の第2端部は、その接点材料を貫通するように先が細くなっている。
【００５３】
適した特徴は、冷却状態において、その接点材料を、機械的応力を避けるように貫通することを可能にする。
【００５４】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、接点要素の第2端部が、鋭い端部を持つひれとして適合されている。
【００５５】
適した接点要素は、望まれる熱伝達の対する接点材料を貫通、ひいてはそれとの接触を達成するために、例えば、その接点要素と接点材料との間の接触の領域を最大にすることによって、望まれる形状を供給してもよい。
【００５６】
本発明のさらなる模範的な実施形態に従って、接点要素及び第2軸受要素は、一体で形成されてよい。
【００５７】
適した特徴は、その接点要素と第2軸受要素との間の熱エネルギーの伝達能力を最大にする一方、経済的生産を可能にしてよい。
【００５８】
本は発明のさらなる模範的な実施形態に従って、接点材料は、シール、固定シール、フレキシブル・シール、フレキシブル毛管力シール、ワッシャー、グラファイト・ワッシャー（graphite  washer）、スプリング・リング、スプリング金属リング、及びスプリング・スチール・リングで構成されるグループから選択された少なくとも1つの要素によって開口又は間隙内で密封されてもよい。
【００５９】
適したシールは、間隙、特にその間隙内の接点材料の堅い密封を可能にする一方、その陽極ディスクの膨脹又は収縮に関して必要な柔軟性、例えば、稼働中、すなわち高温状況において拡張された間隙、及び冷却状態において減少した間隙をこの場合も供給する。
【００６０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して、明らかになり解明されるであろう。
【００６１】
本発明の模範的な実施形態は、以下の図を参照して記載される。
【００６２】
それらの図の説明は、概略的である。異なる図において、類似の又は同一の要素が、類似の又は同一の参照符号で提供される。
【００６３】
図は、寸法どおりに描かれていないが、定量的な比率を表す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の模範的な実施形態に従って、X線管を有するX線システムを示す図である。
【図２】本発明の模範的な実施形態に従って、回転している陽極、特に陽極ディスクの平面図である。
【図３】本発明の模範的な実施形態に従って、高温状態において回転している陽極の断面図である。
【図４】本発明の模範的な実施形態に従って、冷却状態において回転している陽極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００６５】
ここで、図1を参照すると、X線管を有するX線システムが、本発明に従って描かれている。
【００６６】
X線システム1は、X線生成ユニット（X線管）2及びX線検出器3を有する。X線管2及びX線検出器3は、そのX線管2とX線検出器3との間に位置する物体のX線画像の取得を可能にするために、整列し、稼働可能なように結合している。
【００６７】
X線システム1は、図1によると、天井を搭載することが可能であり、物体23の、例えば稼働中における画像取得のために、そのX線システムのフレキシブルな整列及び位置づけ、すなわち、詳しくはCアーク（C-arc）を可能にするように複数の動作自由度を有する。
【００６８】
X線管2は、X線の生成のために、回転可能な陽極4及び陰極要素20を有する。
【００６９】
ここで、図2を参照すると、回転している陽極の平面図が、本発明に従って描かれている。
【００７０】
陽極ディスク4aは、外側トラック6、焦点スポット・トラック6を、焦点スポット7と共に有する。稼働中に、焦点スポット・トラック6及び焦点スポット7は、加熱すると考えられていることから、高温である。回転している陽極8の内側部分は、焦点スポット・トラック6よりも実質的に低温であると考えられており、第1軸受要素10及び第2軸受要素11を有する流体力学的軸受5への熱消散のために利用してもよい。
【００７１】
第1軸受要素10は、固定していると見なしてよいが、第2軸受要素11は、第1軸受要素10の周りを回転しており、従って陽極ディスク4aを回転させていると考えてよい。
【００７２】
回転可能な陽極4のディスク4aは、第2軸受要素11にナット13によって付着されている。
【００７３】
回転の模範的な方向は、円周方向の矢印によって示されている。
【００７４】
ここで、図3を参照すると、高温稼働状態において回転している陽極の断面が、本発明の模範的な実施形態に従って描かれている。
【００７５】
第2軸受要素11は、第1軸受要素10の周りを回転している。
【００７６】
その対称的な構造は、第1軸受要素10に沿った対称線によって示されている。
【００７７】
回転している陽極ディスク4aは、ナット13の圧縮力によって第2軸受要素11に付着している。ナット13は、第2軸受要素11の突起部において陽極ディスク4aを実質的に押圧している。
【００７８】
例えばグラファイト・ワッシャーなどのシール12aは、第2軸受要素11の突起部と回転している陽極ディスク4aの表面との間に位置している。ナット13は、シール12aにおいて陽極ディスクを押圧するとして考えてもよい。ナット13は、スレッド17によって第2軸受要素11に付着され、それは、そのナットが第2軸受要素11にねじで留める／外すことを可能にし、従って、陽極ディスク4aを加えるために必要な圧力を提供する。
【００７９】
開口又は間隙16aは、回転している陽極4のディスク4aと第2軸受要素11との間に形成される。その開口16aは、回転している陽極ディスク4aの横側において回転力によって整列している接点材料14で部分的に充填され、それは、図3に描かれた駆動のモードにおいて起こる。
【００８０】
陽極ディスク4aから第2軸受要素11への熱伝達に対して有益な経路を供給するために、接点要素15は、その第2軸受要素11から半径方向に接点材料14の中へと突起し、従って、陽極ディスク4aから接点材料14を通って接点要素15へ、及び実質的には第2軸受要素11への熱伝達を可能にする。
【００８１】
稼働における高温状態において、図3に従って、接点材料14は、実質的に液体であると見なしてもよい。さらなるシール12b、毛管力シール12bが、堅いが寸法的にフレキシブルなシールを供給するために利用される。シール12bは、減圧状態にある。
【００８２】
陽極ディスク4aの温度は、灰色の進行によって示され、焦点スポット7の領域は、軸受要素10、11にさらに近い部分よりも実質的に高温である。
【００８３】
接点要素15は、第2軸受要素22の表面に配置された第1端部15a及び陽極ディスク21の内側に配置された第2端部15bを有する。
【００８４】
ここで、図4を参照すると、冷却状態における回転可能な陽極の断面が、本発明の模範的な実施形態に従って描かれている。
【００８５】
個々の要素は、図4に従って、図3のそれぞれの要素に相当する。
【００８６】
回転している陽極4のディスク4aが冷却される。従って、冷却時の熱収縮によって、間隙16bは、図3による間隙16aに比べてサイズが縮小している。
【００８７】
陽極ディスク4aの冷却によって、その陽極21の内側は、第2軸受要素22の表面により近く位置していることから、図3に比べて、間隙又は開口16の体積を低減する。
【００８８】
シール12bは、開口16をこの場合もフレキシブルに密封するが、図3においてより圧縮されている。接点材料14は、図4において非液体であると見なしてよいが、この場合も軟らかくフレキシブルであると考えてよい。
【００８９】
接点材料が非液化する間に、陽極21の内側が第2軸受要素22の表面へ向けて動くと、接点要素15は、その軟らかいが固化した接点材料14の中をさらに突き通すか又は貫通する。
【００９０】
接点要素15の鋭い端部は、接点材料14の中へと外側に向かって伸び、熱伝導のためのせん断接触を提供する。それらの接点要素は、円形のディスク状又は個別の突起部であってよい。接点材料は、陽極収縮の際に、接点要素の端部を「素早く避ける（dodge）」と考えてよい。
【００９１】
接点要素の貫通の効果によって、小さいせん断間隙18が、その接点材料の冷却及び切断において現れる。しかし、接点要素15と接点材料14との間の全体の表面接触、従って熱伝達は、それでもやはり供給される。
【００９２】
例えば、スプリング・スチール・リングなどのシール12bが、図4において圧縮状態にある。
【００９３】
留意すべきは、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数を表す用語は、複数を除外しないということである。また、異なる実施形態に」関連して記載される要素は、組み合わせられてもよい。
【００９４】
また、留意すべきは、請求項における参照符号は、該請求項の範囲を限定するとして解釈するべきではないということである。
【図１】
0005529152.tif 000002
【図２】
0005529152.tif 000003
【図３】
0005529152.tif 000004
【図４】
0005529152.tif 000005