(57)【要約】第一の電極（３８）と第二の電極（４０）を有するＸ線管（１２４）。第一及び第二の電極は、互いに作用し合う関係に配置され、これら電極にそれぞれの作動電位でエネルギが供給されるとＸ線（５６）を生成する。真空エンベロープ（１３５）は、第一及び第二の電極を包含する。真空エンベロープは、第一のエンベロープ壁部分（１４３）、第二のエンベロープ壁部分（１６０）、及び、導電体を有するエンベロープ溶接部材（１５０）を有する。Ｘ線管にエネルギが供給されると、エンベロープ溶接部材は通電し、第一及び第二の電極のいずれかの作動電位となる。エンベロープ溶接部材は、第一のエンベロープ壁部分及び第二のエンベロープ壁部分に真空密閉結合するように設計される。エンベロープ溶接部材は、一体型コロナ・シールド部分（１５２）を有する。
2005516367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管であって、
第一の電極と、
第二の電極と、
前記第一及び第二の電極を包含する真空エンベロープとを有し、
前記第一及び第二の電極は、お互いに作用するように配置されて、これら電極にそれぞれの作動電位でエネルギが供給されたときにＸ線を生成し、
前記真空エンベロープは、
第一のエンベロープ壁部分と、
第二のエンベロープ壁部分と、
導電体を有するエンベロープ溶接部材とを有し、
前記エンベロープ溶接部材は、
前記第一のエンベロープ壁部分及び前記第二のエンベロープ壁部分に真空密閉結合されるように設計され、
一体型コロナ・シールド部分を有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線管であって、
前記一体型コロナ・シールド部分は、前記真空エンベロープの壁の一部を形成する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線管であって、
前記溶接部材に取り付けられ、前記Ｘ線管の前記真空エンベロープ内でのゲッタ材料の拡散に影響を与えるゲッター・バッフルを更に有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線管であって、
前記ゲッター・バッフルは、一端に前記エンベロープ溶接部材に結合されたフレア部分を有する円筒形壁である、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項５】
請求項１記載のＸ線管であって、
前記溶接部材の前記一体型コロナ・シールド部分は、湾曲面を有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項６】
請求項５記載のＸ線管であって、
前記コロナ・シールド部分の前記湾曲面は放射状の曲線を含む、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項７】
請求項６記載のＸ線管であって、
前記コロナ・シールドの前記湾曲面は、第一の半径を有する第一の湾曲部分と、該第一の半径と異なる第二の半径を有する第二の湾曲部分とを有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項８】
請求項７記載のＸ線管であって、
前記第一の湾曲部分と前記第二の湾曲部分は互いに隣接している、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項９】
請求項５記載のＸ線管であって、
前記一体型コロナ・シールド部分は、
平らな平面部分と、
正弦曲線に湾曲した部分と、
放射状に湾曲した部分と、を有することを特徴とするＸ線管。
【請求項１０】
請求項９記載のＸ線管であって、
前記平らな平面部分は、前記正弦曲線に湾曲した部分の一端に移行し、
前記正弦曲線に湾曲した部分の他端は、前記放射状に湾曲した部分の一端に移行する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１１】
請求項１記載のＸ線管であって、
前記第一の電極は陽極であり、前記第二の電極は陰極である、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１２】
Ｘ線管であって、
陽極と、
陰極と、
前記陽極及び前記陰極を包含する真空エンベロープとを有し、
前記陰極は、前記陽極と作用するような関係に配置されて、前記陽極及び前記陰極にそれぞれの作動電位でエネルギが供給されたときにＸ線を生成し、
前記真空エンベロープは、
第一のエンベロープ壁部分と、
第二のエンベロープ壁部分と、
導電体を有するエンベロープ溶接部材とを有し、
前記エンベロープ溶接部材は、
前記第一のエンベロープ壁部分及び前記第二のエンベロープ壁部分に真空密閉結合されるように設計され、
前記Ｘ線管が作動電位であるとき、前記エンベロープ溶接部材に沿って比較的均一に電界強度を分配する手段を有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１３】
請求項１２記載のＸ線管であって、
前記エンベロープ溶接部材に沿って比較的均一に電界強度を分配する手段は、前記エンベロープ溶接部材の一体型コロナ・シールド部分を有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１４】
請求項１３記載のＸ線管であって、
前記溶接部材の前記一体型コロナ・シールド部分は湾曲面を有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１５】
請求項１３記載のＸ線管であって、
前記一体型コロナ・シールド部分は前記真空エンベロープの壁の一部を形成する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１６】
請求項１２記載のＸ線管であって、
前記エンベロープ溶接部材に取り付けられ、前記真空エンベロープ内のゲッタ材料の分配に影響を与えるゲッター・バッフルを更に有する、ことを特徴とするＸ線管。
【請求項１７】
Ｘ線管アッセンブリであって、
陽極アッセンブリと、
陰極アッセンブリと、
真空エンベロープと、
前記真空エンベロープを包含するハウジングと、
溶接部材とを有し、
前記真空エンベロープは、プレートを通る陰極フィードと、陰極壁部分と、陽極壁部分とを有し、
Ｘ線管作動中は前記真空エンベロープの前記部分の少なくとも１つは第一の電気電位であり、
前記ハウジングは、Ｘ線管作動中に前記真空エンベロープの部分の前記第一の電気電位と異なる第二の電気電位であり、
前記ハウジングと前記真空エンベロープの間の電位差は、前記エンベロープ及び前記ハウジングの双方の輪郭とＸ線管作動中のそれぞれの電気電位とに依存する前記エンベロープと前記ハウジングの間の等ポテンシャル線のプロファイルを有し、
前記溶接部材は、
前記真空エンベロープの前記プレートを通る陰極フィードと前記陰極壁部分とを真空密閉結合し、
Ｘ線管作動中に前記第一の電気電位であり、一体型コロナ・シールド部分を有し、
前記一体型コロナ・シールド部分は、Ｘ線管作動中の前記コロナ・シールド部分と前記ハウジングの間の等ポテンシャル線の形状にほぼ一致する形状を有する、ことを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管に係り、特に、Ｘ線管エンベロープとＸ線管ハウジングの間で放電が起こる電位を低減する装置に関する。本発明の原理は、Ｘ線管エンベロープのセグメントをつなぐ溶接部材と一体に形成されたコロナ・シールドに特定の用途を発見する。本発明の特徴及び原則を特にそれに関して説明する。
【背景技術】
【０００２】
通常、回転陽極型Ｘ線管は、陰極アッセンブリ、回転陽極アッセンブリ、及び、陽極回転を容易にするための軸受アッセンブリを包含するガラス製の真空エンベロープを有する。陽極の回転を駆動するために、誘導モータが設けられる。誘導モータは、真空エンベロープ外に配置されたステータと、エンベロープ内に配置された陽極アッセンブリに取り付けられたロータとを有する。ステータ・コイルにエネルギを供給すると、誘導モータのロータは軸受アッセンブリ内で陽極を回転させる。
【０００３】
コンピュータ断層撮影用途において用いられるものなどの比較的高出力のＸ線管の中には、ガラス以外の材料から作られた又はガラスとガラス以外の材料から作られた様々な部分を持つ真空エンベロープを有するものもある。これらの複数の材料から成るエンベロープを持つＸ線管の中には、回転陽極ターゲットを囲むエンベロープの中心部分が金属から成るものもある。真空エンベロープの陰極端及び陽極端は、セラミックやガラスなどの絶縁体材料から成る。
【０００４】
複数材料から成るＸ線管エンベロープの別の一般的な構造は、金属製のエンベロープ部分と結合された単一の絶縁体部分である。エンベロープの金属部分は、Ｘ線管の管中心から一端まで延びる。この構造において、Ｘ線管の他端は、絶縁体部分によって囲まれる。例えば、金属製エンベロープが管の中心から管の陽極端まで延び、絶縁体部分がＸ線管の陰極端を囲む。この構造においては、陽極を真空エンベロープの周囲の金属部分と同じ電位に保持することが可能である。
【０００５】
Ｘ線管及び誘導モータは、Ｘ線管を作動させるための冷却及び電気的接続を提供するだけでなく、画像システムにＸ線管をマウントするのに用いられる、ハウジング・アッセンブリ内に含まれる。ハウジングは、高い電気抵抗を有する誘電性電気絶縁油などの流体を含み、高電圧接続用の電気絶縁を提供する。高絶縁耐力油は、Ｘ線管システムの部品間の隙間スペースを満たすと共に、多孔性で浸透性のある物質を部品内に染み込ませるのに非常に効果的な絶縁媒体である。加えて、流体は、ハウジングとＸ線管を冷却する関連した冷却装置とを通して循環する。Ｘ線管ハウジングは、通常、グラウンド電位である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｘ線の生成中、電流は、陰極アッセンブリに配置された陰極フィラメントに流される。この電流は、陰極フィラメントを熱するので、電子の曇が発せられ、すなわち熱イオン放射が起こる。７５〜２００ｋＶのオーダーの高電気電位が、陰極アッセンブリと陽極アッセンブリを横切って印加される。高電圧電位は、熱イオン放射された電子を加速させ、それらを電子ビームとして陰極アッセンブリから陽極アッセンブリに流す。陰極カップは、流れ電子の焦点を陽極アッセンブリのターゲット上の小さいエリア又は焦点上へ合わせて、Ｘ線を生成する。生成されたＸ線の一部は、エンベロープとＸ線管ハウジングのＸ線透過窓を通過する。
【０００７】
Ｘ線生成中、陽極に衝突した電子ビームによってかなりの熱が生成される。ハウジング内及びＸ線管周囲の絶縁油は、Ｘ線生成中に生成された熱を取り除く。絶縁油の特性及び平均耐用年数は、Ｘ線管の運転条件によって影響を受ける。
【０００８】
絶縁油は、通常、２つの特性：コロナ開始電圧（ＣＩＶ）及び絶縁耐力、によって特徴付けられる。コロナは、高電圧の導体又は管部品の周囲の媒体のイオン化による輝く放電である。コロナは、絶縁寿命を減らし、最終的に絶縁油の絶縁破壊を引き起こす可能性がある。コロナに伴う高電流密度は、絶縁媒体の気体化をもたらし、そして、コロナ又はイオン化のダメージが起こり始める電圧レベル、例えばＣＩＶ、を減少させる。ＣＩＶより上では、コロナは激しくなり、絶縁媒体の絶縁特性及び耐用年数の低下が見られる。ＣＩＶより下では、コロナは、より減少したレベルではあるが、依然として発生する。加えて、パワ部品又はシステムにおけるコロナは、絶縁耐力の減少に伴って指数関数的に増大する。ある時点で、絶縁は破壊し、コロナによって油を通る電気的短絡が生じる。
【０００９】
コロナ副産物のほとんどは、溶解の法則に従う気体である。これら気体は、泡を形成し、絶縁油が用いられる環境の温度及び圧力に応じて再吸収する。溶液が飽和の近くのとき、ガス状汚染物質は、電界により容易にイオン化される。結果として、電気的ストレスが掛けられた油におけるコロナ活動が時間の経過と共に増大する。イオン化生成物のレベルが油において増えるほど、アーク放電及び管故障の起こる確率が増え得る。
【００１０】
ＣＩＶ及び絶縁耐力の双方は、油の中に何らかの汚染物質が存在することによって大幅に低減する。汚染物質は、それがガス状であろうが、モイスチャーであろうが、微粒子であろうが、油の経年と共に増え、直接的に絶縁システムの劣化を引き起こし、最終的にはアーク放電やシステム又は部品の故障を発生させ得る。コロナ、酸化、熱、電気的ストレス、湿気などの複数のメカニズムが、油劣化及び汚染物質増加の既知の原因である。部品又はシステムに電気的にストレスを掛けると、絶縁油のコロナ又はイオン化の発生が引き起こされる。
【００１１】
コロナ放電及びアーク放電の発生確率をより大きくする油の機能停止に加えて、Ｘ線管エンベロープ部品の表面の形状が、コロナ生成物及びアーク放電に影響を与え得る。より高出力の多材料エンベロープＸ線管において、様々な金属及び絶縁体真空エンベロープ部品には、導電性金属から成る溶接フランジが取り付けられている。溶接フランジは、通常、エンベロープの絶縁体部分と金属セクションとを結合させて、薄く長い金属セクションがエンベロープの周囲に延び、そして管エンベロープから離れるようにする。溶接フランジは、隣接したエンベロープ・セクションを結合するのに用いられる。結合された溶接フランジにより、切り立ったエッジを有する表面をもたらす。このようなエッジは、そのエッジにおいて、不規則で大幅に高い局所電界強度を有する不均一な電界をもたらす。これらの不均一でより高い電界の不規則性は、コロナ放電、油の機能停止、及び管エンベロープとハウジングの間のアーク放電が起こる確率を大きくする。
【００１２】
加えて、Ｘ線管が電界において通常運転を経験しているとき、エンベロープ周囲のハウジングにおける冷却流体は、高温にさらされ、油を機能停止させる。この油の機能停止に関連して熱が発生すると、油の絶縁特性も悪影響を受ける。これにより、絶縁油の絶縁耐力が低下すると共に、Ｘ線管及びハウジングの高電圧部品の間の絶縁が弱まる。
【００１３】
アークは、異なる電位にあるＸ線管システムの２つの構成要素間の望まれない電流サージである。Ｘ線管において、このアーク放電の傾向は、真空エンベロープを取り囲むハウジング内の電気的絶縁性を有する冷却流体の劣化などの要因のために、管の経年と共に増える場合が多い。流体の絶縁特性が低下するにつれて、ハウジングとＸ線管の間でアーク放電が起こる確率が増える。
【００１４】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像システムにおいて用いられたＸ線管におけるアーク放電アーク放電は、検出器で収集された信号を汚し、適切な画像再構成に影響を与える可能性がある。これは、使用できないデータ群をもたらし、患者の別のＣＴスキャンを必要とするかもしれない。
【００１５】
アーク放電は、通常、最も電界強度が強いエリアをＸ線管に生じさせる。したがって、Ｘ線管におけるアーク放電は、一般的に、部品がＸ線管作動中に高電位であるときに局所電界ストレスを増やすエッジ又は他の構造上の特徴を形成する部品又は部品インターフェースにおいて、発生し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、高電圧Ｘ線管作動電位における真空エンベロープ部品間に接合点を設け、Ｘ線管システムにおけるコロナ放電、アーク放電、及び絶縁油の機能停止を低減する必要性を満たす真空エンベロープ溶接部材に関する。本発明の一実施形態に係る装置は、第一の電極と第二の電極を有するＸ線管を含む。第一及び第二の電極は、お互いに作用し合う関係として配置され、これら電極がそれぞれの作動電位を印加されたときにＸ線を生成する。真空エンベロープは、これら第一及び第二の電極を包含する。真空エンベロープは、第一のエンベロープ壁部分、第二のエンベロープ壁部分、及び、導電体を有するエンベロープ溶接部材を有する。
【００１７】
Ｘ線管に電圧が掛けられると、エンベロープ溶接部材に電気が通り、第一及び第二の電極の一方の作動電位となる。エンベロープ溶接部材は、第一のエンベロープ壁部分及び第二のエンベロープ壁部分に真空密閉結合されるように設計される。エンベロープ溶接部材は、一体型のコロナ・シールド部分を有する。
【００１８】
本発明は、以下に記載され、特に請求項において指摘された上記及び他の特徴を提供する。以下の記載及び添付図面は、本発明の特定の例示的実施形態を示している。本発明の様々な実施形態は、様々な構成要素及び構成要素の配置の形を取り得ることは明らかである。これらは、本発明の原理が採用され得る様々な方法のいくつかを暗示している実施形態を記載していた。図面は、好ましい実施形態を説明することのみを目的としたものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明の原理を適用する実施形態の以下の詳細な説明を考えることにより、本発明が関連する分野の当業者に明らかとなる。
【実施例】
【００２０】
図１を参照すると、従来のＸ線管システム２０が図示されている。システム２０は、高電圧電源２２、ハウジング２６内にマウントされたＸ線管２４、及び、熱交換器２８を含む。一般的にはインサートとも呼ばれるＸ線管２４は、Ｘ線管ハウジング２６内において従来通りの方法で管サポート（図示しない）を用いてしっかりとマウントされる。ハウジング２６は、高い電気抵抗を備えた冷却流体（例えば、誘電性電気絶縁油）で満たされる。しかし、代わりに他の適切な絶縁冷却流体／媒体を用いることも可能であることは明らかである。油は、Ｘ線管２４を囲むＸ線管ハウジング２６によって定義されたチャンバ３２内に供給ライン３１を通じて汲み上げられる。汲み上げられた油は、Ｘ線管２４から熱を吸収し、Ｘ線管ハウジング２６外に置かれた熱交換器２８に接続された戻りライン３４を通ってハウジング２６を出る。熱交換器２８は、冷却流体ポンプ（図示しない）を有する。
【００２１】
Ｘ線管２４は、真空チャンバ３６を定義している真空エンベロープ３５を有する。より高出力のＸ線管において、エンベロープ３５は、ガラスとセラミックや金属などの他の適切な材料とから作ることができる。例えば、陽極壁部分３７は、銅や他の適切な金属などの金属から成る。中央壁部分３９も適切な金属から成り、Ｘ線透過窓４１を備える。別の方法として、中央壁部分３９が金属で、陽極壁部分がセラミック又はガラスであってもよい。陰極壁部分４３は、ガラス又は他の適切なセラミック材料から成る。
【００２２】
陽極アッセンブリ３８及び陰極アッセンブリ４０は、エンベロープ３５内に置かれる。陽極アッセンブリ３８は、ターゲット４２の周辺エッジに沿って焦点軌道４４を有する円形のターゲット基板４２を有する。焦点軌道４４は、電子と衝突したときにＸ線を生成することが可能なタングステン合金や他の適切な材料から成る。陽極アッセンブリ３８は、更に、ターゲット４２を冷却するのに役立つグラファイトから作られたバックプレート４６を有する。
【００２３】
陽極アッセンブリ３８は、ターゲット４２を回転可能に支持するベアリング・アッセンブリ６６を有する。ターゲット４２は、本分野で既知の方法でロータ・ステム５８にマウントされる。ロータ・ステム５８は、電気ステータ（図示しない）による軸回りの回転の作動中に回転するロータ・ボディ６４と接続される。ロータ・ボディ６４は、ロータ・ボディ６４を支持するベアリング・アッセンブリ６６を収納する。
【００２４】
陰極アッセンブリ４０は、事実上静止しており、焦点軌道４４に対して間隔を空けて作動可能に配置され、焦点軌道４４上の焦点５０へ電子を集束させる陰極焦点合わせカップ４８を有する。陰極焦点合わせカップ４８にマウントされた陰極フィラメント（図示しない）は、エネルギを供給されると、焦点５０に向けて加速され、Ｘ線５６を生成する電子５４を放つ。
【００２５】
電源２２は、７０ｋＶ〜１００ｋＶの高電圧を、冷却流体で満たされたハウジング２６内に配置された陽極ソケット７２及び導電体７４を通って陽極アッセンブリ３８に提供する。ソケット７２及び導電体７４は、電気接続に陽極の作動電圧を供給するのに適している。
【００２６】
陰極アッセンブリ４０は、陰極ソケット７５及び導電体７６、７８、７９によって適切に電源２２に接続され、Ｘ線管用陰極アッセンブリ４０に必要な作動電力（通常、−７０ｋＶ〜−１００ｋｖ）を供給する。別の方法として、陽極端をグラウンド又は共通の電位に保持し、適切な高電圧が適正なＸ線管作動のために陰極部品だけに印加されるようにしてもよい。
【００２７】
次いで、図２に移ると、従来のＸ線管の陰極端の一部を有する部品がより詳しく図示されている。陰極リング４５は、２つの略円筒形の端部５７a、５７bを有し、各端部は、異なる直径を有し、湾曲した移行部分５９と相互接続される。ガラス陰極壁部分４３は、既知の方法を用いて、陰極リング４５の端部５７bへ適切に結合される。陰極リング４５は、金属から成り、陰極壁部分４３の端において真空密閉シールを形成する。
【００２８】
金属製陰極溶接リング４７は、中心軸を有する略円筒形の壁である延長部分４９を一端に有する。延長部分４９の一端は、円筒形の延長部分４９の中心軸に向けて延びる環状部分５１中に適切な角度で曲がる。環状部分５１の最も中央の部分は、ゲッター・バッフル５５内に曲がりながら移行する。ゲッター・バッフル５５は、陰極溶接リング４７の中心軸に沿った中心軸を有する略円筒形の壁である。ゲッター・バッフル５５の直径は、陰極溶接リング４７の直径より小さい。環状部分５１が延長部分４９とゲッター・バッフル５５の間に延びる距離は、後に更に述べるように、ベースリング溶接フランジ５３にろう付け又は溶接する表面を提供するのに十分である。陰極溶接リング４７の円筒形の延長部分４９は、陰極リング４５の端５７aの円筒形内表面内に受け入れられ、それに沿って延びる。陰極リング４５及び陰極溶接リング４７は、溶接によって真空密閉結合される。
【００２９】
ディスク状のセラミック陰極ベースプレート６０は、ベースリング溶接フランジ５３の一端に真空密閉ろう付けされる。ベースリング溶接フランジ５３は、ベースプレート６０にろう付けされる端において略円筒形である。ベースリング溶接フランジの他端は、曲がりを通じて移行し、ベースプレート６０に取り付けられた円筒形端より大きい直径を有する外縁を備えた環状面６１を形成する。環状面６１の表面積は、ベースリング溶接フランジ５３を陰極溶接リング４７の環状部分５１へ真空密閉ろう付けするのに十分である。陰極端子８０、８２、８４は、ベースプレート６０を通って延び、真空密閉ろう付けされる。端子８０、８２、８４は、陰極アッセンブリ４０に電気的作動接続を提供する。
【００３０】
ゲッター・プレート８６は、略「Ｊ」字状の環状チャネルを有する。この「Ｊ」字状チャネルの短い方のフランジは陰極溶接リング４７のゲッター・バッフル５５に溶接される。「Ｊ」字状チャネルの長い方のフランジは、管状の陰極アーム・サポート８８に溶接される。ゲッター・アッセンブリ９０は、「Ｊ」字状チャネルの谷にマウントされる。ゲッター・シールド９０は、本分野では既知の方法でゲッター・プレート８６に重なる環状のベル状の部材である。ゲッター・シールド９０は、陰極アーム・サポート８８に溶接される。
【００３１】
Ｘ線管の最終組立の後に、図２中で示した少なくとも以下の構造は、陰極と同じ電気電位を有する：陰極アーム・サポート８８；ゲッター・シールド９０；ゲッター・プレート８６；端子８０、８２、８４の少なくとも１つ；陰極溶接リング４７；ベースリング溶接フランジ５３；及び、陰極リング４５。作動中、陰極の電気電位は、例えば、−７０ｋＶ又は他の適切な既知の作動電気電位である。陰極リング４５の結合されたフランジ及び陰極溶接リング４７は、陰極ベースプレート６０を囲む薄い環状の陰極溶接フランジ・インターフェース１００をもたらす。このインターフェース１００が−７０ｋＶの作動電位であるとき、インターフェース１００における切り立ったエッジは、Ｘ線管システム内でのコロナ放電及び電気アーク放電並びに上述の他の問題に寄与する電界応力集中部である。
【００３２】
次いで図３に移ると、離散コロナ・シールド１０２上の従来のプレスが図示されている。従来のコロナ・シールド１０２は、略リング状であって、陰極リング１０６及び陰極溶接リング１０８の溶接フランジ・インターフェース１００を受け入れる環状のくぼみ１０４を備える。この図において、コロナ・シールドは、陰極溶接リング１０８と良好に電気的に接触しているところが図示されている。また、図３は、陰極リング１０６と良好に電気的に接触している従来のコロナ・シールド・アッセンブリの部分断面図についての作動電気電位における電界強度のプロットを示す。約−７０ｋＶの陰極作動電位において、離散コロナ・シールドの表面において最も高い電界強度は、位置１０１において、約１.０６×１０７Ｖ／ｍである。電界強度は、コロナ・シールド１０２から離れてハウジング２６に向かう距離の関数として減少する。電界強度の減少は、コロナ・シールド１０２の表面に沿って均等でなく、また、コロナ・シールド１０２とハウジング２６の間で均等に減少しない。加えて、最も高い電界のエリアは、コロナ・シールドの表面の小さい部分に沿って集中している。この局所的に高い電界強度により、コロナ放電及び上述の他の問題が増える。
【００３３】
図４は、コロナ・シールド１０２が陰極作動電気電位で、ハウジング２６がグラウンド電位である図３の従来の離散コロナ・シールド１０２についての等ポテンシャル線のプロットを示す。図４に示されるように、従来のコロナ・シールドの輪郭は、シールド１０２とハウジング２６の間の等ポテンシャル線の形状又は輪郭と略同様ではない。例えば、等ポテンシャル線間の距離は、一般的に、コーナー領域１０４よりも中央領域１０３においてより大きい。加えて、シールドに最も近い等ポテンシャル線の輪郭は、ハウジング近くの等ポテンシャル線と同じ又は類似した輪郭を持っていない。電界強度及び等ポテンシャル・プロファイルは、市場で入手可能なソフトウェア及びコンピュータ製図又はデザイン・パッケージを用いて生成される。
【００３４】
図５及び６は、図３及び４のコロナ・シールド１０２についての従来のプレスを示し、但し、ギャップ１１０によって示されるように、シールドがインターフェース１００と機械的及び／又は電気的に良好に接触していない。乏しい機械的・電気的接続、及び、上述のようなＸ線管の絶縁油への浸液は、従来の離散コロナ・シールド１０２と溶接インターフェース１００の間の電気的接続に影響を与え得る。したがって、コロナ・シールドの上の乏しい接続のプレスは、電気的に浮き、未知の電気電位へ充電する可能性がある。図５は、最も高い電界強度が位置１０７における約１.６３×１０７Ｖ／ｍである乏しく接続された従来の陰極シールド１０２についての電界強度のプロットを示す。シールドとハウジングの間でシールドの表面に沿った減少している電界強度は、均一でない。加えて、最も高い電界のエリアは、コロナ・シールドの表面の小さい一部に沿って集中しているため、比較的高い電界強度が局所化し、コロナ放電が増える。
【００３５】
手短に図６に移ると、Ｘ線管が作動電気電位である等ポテンシャル線が、図５の乏しい接続の従来のシールドについて示されている。コロナ・シールドとハウジングの間の等ポテンシャル線は、コロナ・シールドの形状の輪郭をたどらない。
【００３６】
図７は、本発明の原理を例示するＸ線管システム１２０を示す。Ｘ線管システム１２０は、高電圧電源１２２、ハウジング１２６内にマウントされたＸ線管１２４、該システムと適切に流体連通し、上述のように絶縁油に冷却を提供する熱交換器１２８を含む。
【００３７】
Ｘ線管１２４は、真空チャンバ１３６を定義している真空エンベロープ１３５を含む。比較的高出力のＸ線管において、エンベロープ１３５は、ガラスと、セラミックや金属などの他の適切な材料とから作られる。例えば、陽極壁部分１３７は、銅又は他の適切な金属などの金属から成る。また、中央壁部分１３９は、適切な金属から成り、Ｘ線透過窓１４１を有する。別の方法として、中央壁部分１３９は例えば金属であり、陽極壁部分１３７は例えばセラミック又はガラスである。陰極壁部分１４３は、ガラス又は他の適切なセラミック材料から成る。陰極壁部分１４３は、エンベロープ溶接部材１５０の一端に既知の方法で真空密閉結合される。溶接部材１５０は金属から成り、一体型コロナ・シールド１５２を含む。一体型コロナ・シールド１５２を含む溶接部材１５０は、へら絞り、押し出し、打ち抜き、又は他の適切な成形又は機械加工によって製造可能である。エンベロープ溶接部材１５０の他端は、セラミック製陰極ベースプレート１６０にろう付けされるベースリング溶接フランジ１５３に真空密閉ろう付けされる。
【００３８】
陽極アッセンブリ１３８及び陰極アッセンブリ１４０は、エンベロープ１３５内に置かれる。陽極アッセンブリ１３８は、タングステン合金又は電子が衝突したときにＸ線を生産することが可能な他の適切な材料から成る焦点軌道１４４を備えた円形ターゲット基板１４２を有する。陽極アッセンブリ１３８は、ターゲット１４２を回転可能に支持するベアリング・アッセンブリ１５６を有する。
【００３９】
陰極アッセンブリ１４０は、事実上静止しており、焦点軌道１４４上の焦点１４９と間隔をおいて作動可能に配置された陰極焦点合わせカップ１４８を有する。陰極焦点合わせカップ１４８にマウントされた陰極フィラメント（図示しない）は、エネルギを供給されると、焦点１４９に向けて加速させられる電子１５４を発し、Ｘ線１５１を生成する。電源１２２は、陽極アッセンブリ１３８及び陰極アッセンブリ１４０に適切な作動電圧を供給する。
【００４０】
図８に移ると、本発明の原理を適用する一体型コロナ・シールド１６５を備えた溶接部材１６４の一実施形態が図示されている。溶接部材１６４は、ガラス製陰極壁部分１４３に既知の方法で結合されるフランジ１６６を有する。一体型コロナ・シールド１６５は、レボリューション・フィギュア（ａ  ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）として形作られた湾曲構造を有する。シールドの一端において、平らな部分が点Ａから点Ｂまでフランジ１６６から周方向に延びる。レボリューション・フィギュアの最初の部分は、点Ｂから点Ｃに延びる正弦曲線部分である。このＢからＣまでの正弦曲線部分は、ＸＹ＝ＯＣｓｉｎ（π／２×ＢＸ／ＢＯ）によって定義することができる。正弦曲線部分は、ＣからＤまで延びる円形セクションへ移行する。円形セクションＣＤの円弧は、中心をＯとし、半径ＯＣを有する。レボリューション・フィギュアの湾曲部分の組み合わせは、一体型コロナ・シールド１６５に沿った比較的均一な電界強度の分散をもたらす実験的に求められたブルース（Ｂｒｕｃｅ）・プロフィール電極形状である。図８から分かるように、一体型コロナ・シールド１６５は、真空チャンバ１３６を包含する真空エンベロープ１３５の壁の一部を形成する。接続壁１６９は、平らな構造でもよく、或いは、図８に図示するように湾曲したセグメントを含んでもよく、点Ｄからフランジ１６７まで延びる。フランジ１６７は、陰極ベースプレート１６０に結合されるベースリング溶接フランジ１５３にろう付けされる。フランジ１６７は、ゲッター・バッフル１６８を含むように延びてもよい。
【００４１】
図９は、本発明の原理に係る一体型コロナ・シールド１７２を含む溶接部材１７０の別の実施形態を例示する。また、ハウジング１２６に向かって溶接部材１７０の表面に沿った作動電気電位時の電界強度のプロットも示されている。溶接部材１７０は、ガラス製陰極壁部分１４３に既知の方法で結合されるフランジ１７４を有する。コロナ・シールド１７２は、コロナ・シールド１７２に沿って互いに隣接して配置された異なる湾曲部分から成る、大きて、スムーズに転がる複合半径である。これら様々な湾曲部分の各々が個々の半径を有する。加えて、これら半径は、異なる長さであってもよく、及び／又は、基点が異なってもよい。コロナ・シールド１７２は、フランジ１７４から周方向に延びる点Ｅから点Ｆまでの平らな部分から始まる。第一の半径を有する第一の湾曲部分１７１は、点ＦからＧまで延びる。第一の半径とは異なる第二の半径を有する第二の湾曲部分１７３は、点ＧからＨまで延びる。３以上の半径を用いてコロナ・シールド１７３を形成することも可能であることは明らかである。接続壁１７９は、Ｈから延び、フランジ１７６内に移行する。接続壁１７９は、図９に示するような湾曲した部分と平らな部分を有してもよい。フランジ１７６は、陰極ベースプレート１６０に適切に結合されるベースリング溶接フランジ１５３にろう付けされる。フランジ１７６は、ゲッター・バッフル１７５を含むように延びてもよい。加えて、図９から分かるように、コロナ・シールド１７２は、真空チャンバ１３６を包含する真空エンベロープ１３５の壁の一部を形成する。
【００４２】
約−７０ｋＶという陰極電気作動電位の一例において、一体型コロナ・シールド１７２の表面で最も高い電界強度は、点１７７を含む位置における約８.５５×１０６Ｖ／ｍである。電界強度は、一体型コロナ・シールド１６５からハウジング１２６に向けた距離の関数として減少する。電界強度は、コロナ・シールド１７２の表面の大部分（おおよそＦからＨで、点１７７を含む）に沿って比較的一定である。加えて、電界強度が比較的一定のエリアの外では、電界強度の減少は、コロナ・シールド１７２に沿って比較的不均一である。したがって、最も高い電界のエリアは、一体型コロナ・シールド１７２の外表面の長さの大部分に沿って分散している。電界強度のこの一貫したレベルは、局所的電界応力集中の減少を招くため、上述の欠点を減少させる。
【００４３】
図１０を参照すると、作動電気電位でのＸ線管の等ポテンシャル線のプロットが図９の一体型コロナ・シールド１７２について図示されている。一体型コロナ・シールド１７２とハウジング１２６の間の等ポテンシャル線は、一般的に、一体型コロナ・シールド１７２とハウジング１２６双方の形状による境界条件に起因するコロナ・シールド１７２とハウジング１２６の間の領域における多少均一な形状の比較的同様な輪郭をたどる。この溶接部材１７０の例において、一体型コロナ・シールド１７２は、シールドの湾曲面の大部分がシールドとハウジングの間の等ポテンシャル線の多少均一な形状の輪郭に類似しているために図９に示した近似電界強度プロファイルがもたらされるように形作られる。
【００４４】
図１１には、本発明の原理に係る一体型コロナ・シールド１８２を有する溶接部材１８０の別の実施形態が図示されている。プロットは、ハウジング１２６に向けて溶接部材１８０に沿った作動電気電位における電界強度を示す。溶接部材１８０は、ガラス製陰極壁部分１４３に既知の方法で結合されるフランジ１８４を有する。コロナ・シールド１８２は、単一の半径の湾曲した形状から成る。コロナ・シールド１８２は、湾曲部分１８３へ移行するフランジ１８４から周方向に延びた平らな部分１８１から始まる。湾曲部分１８３は、周囲に延び、最後は接続壁１８９に移行する。接続壁は、ベースリング溶接フランジ１５３にろう付けされるフランジ１８６に融合する。ベースリング溶接フランジは、陰極ベースプレート１６０に結合される。フランジ１８６は、ゲッター・バッフル１８５を含むように延びてもよい。コロナ・シールド１８２は、真空チャンバ１３６を包含する真空エンベロープ１３５の壁の一部を形成する。
【００４５】
約−７０ｋＶの陰極作動電位の一例において、一体型コロナ・シールド１８２の表面に沿った最も高い電界強度は、位置１８７を含むシールド１８２の一部についての約１．０４×１０７Ｖ／ｍである。電界強度は、ハウジング１２６に向けて一体型コロナ・シールド１８２から延びる距離の関数として減少する。加えて、最も高い電界強度は、一体型コロナ・シールド１８２の湾曲面の大部分に沿って比較的一定である。最も高い電界強度のエリアの外の電界強度の減少は、コロナ・シールド１８２の湾曲部分の残部に沿って比較的均一である。この電界強度の一貫したレベルは、局所的電界応力集中の減少をもたらすため、上述の決定を低減する。
【００４６】
図１２には、本発明の原理を適用する一体型コロナ・シールド１９２を含む別の溶接部材１９０が図示されている。プロットは、ハウジング１２６に向けて溶接部材１９０に沿った作動電気電位における電界強度を示す。溶接部材１９０は、ガラス製陰極壁部分１４３に既知の方法で結合されるフランジ１９４を有する。第二のフランジ１９６は、Ｘ線管の中心縦軸に向けてフランジ１９４から周方向に延び、真空エンベロープ１３５の一部を形成する。フランジ１９６は、陰極ベースプレート１６０に適切に結合されるベースリング溶接フランジ１５３にろう付けされる。フランジ１９６は、ゲッター・バッフル１９５を含むように真空チャンバ１３６内へ延びてもよい。
【００４７】
一体型コロナ・シールド１９２は、単一の半径の湾曲した形状から成る。コロナ・シールド１９２は、フランジ１９４からフランジ１９４と略平行な方向に延びる平らな部分１９１から始まる。本実施形態において、コロナ・シールド１９２は、真空エンベロープ１３５の一部を形成しない。平らな部分１９１の端において、一体型コロナ・シールド１９２は、湾曲部分１９３に移行する。湾曲部分１９３は、略「Ｕ」字状の構造として延び、その「Ｕ」字の開口部分は図１２に示すように陰極壁部分１４３を向いている。一体型コロナ・シールド１９３の湾曲部分の形状は、概して大きくスムーズな転がり湾曲面である。ここでの本発明の原理を記載した他の湾曲した形状及び組み合わせは、一体型コロナ・シールドにおいて用いられ得る。
【００４８】
約−７０ｋＶの陰極作動電位の一例において、一体型コロナ・シールド１９２の表面に沿った最も高い電界強度は、位置１９７を含むシールド１９２の一部についての約１．０２×１０７Ｖ／ｍである。電界強度は、ハウジング１２６に向けた一体型コロナ・シールド１９２からの距離の関数として減少する。加えて、最も高い電界強度は、一体型コロナ・シールド１９２の湾曲面の大部分に沿って比較的一定である。最も高い電界強度のエリアの外の電界強度の減少は、コロナ・シールド１９２の湾曲部分の残部に沿って比較的均一である。この電界強度の一貫したレベルは、局所的電界応力集中の減少をもたらすため、上述の欠点を低減する。
【００４９】
図１３は、本発明の原理を適用する一体型コロナ・シールド２０２を含む別の溶接部材２００を示す。プロットは、ハウジング１２６に向けて溶接部材２００に沿った作動電気電位における電界強度を示す。溶接部材２００は、ガラス製陰極壁部分１４３に既知の方法で結合されるフランジ２０４を有する。第二のフランジ２０６は、Ｘ線管の中心縦軸に向けてフランジ２０４から周方向に延び、真空エンベロープ１３５の一部を形成する。フランジ２０６は、陰極ベースプレート１６０に適切に結合されるベースリング溶接フランジ１５３にろう付けされる。フランジ２０６は、ゲッター・バッフル２０５を含むように真空チャンバ内に延びてもよい。
【００５０】
一体型コロナ・シールド２０２は、コロナ・シールド２０２に沿って互いに隣接して配置された異なる湾曲部分から成る大きくてスムーズな転がり複合半径である湾曲した形状から成る。これら異なる湾曲部分の各々が個々の半径を持っている。コロナ・シールド２０２は、ハウジング１２６に向けてフランジ２０４から周方向に延びる平らな部分２０１から始まる。平らな部分２０１の端において、一体型コロナ・シールド２０２は、湾曲部分２０３に移行する。湾曲部分２０３は、略「Ｕ」字状の構造として延び、その「Ｕ」字の開口部分は図１３に示すように陰極壁部分１４３を向いている。一体型コロナ・シールド２０３の湾曲部分の形状は、概して大きくスムーズな転がり湾曲面である。第一の半径を有する第一の湾曲部分２０８は、ＩからＪに延びている。第一の半径と異なる第二の半径を有する第二の湾曲部分２１０は、ＪからＫに延びている。第一の湾曲部分２０８が第二の湾曲部分２０８より大きい半径を有することが好ましい。３以上の半径を用いてコロナ・シールド２０２の湾曲部分２０３を形成してもよいことは明らかである。加えて、異なる湾曲セクションの半径は、異なる長さであってもよく、及び／又は、異なる中心を持っていてもよい。一体型コロナ・シールド２０２は、真空エンベロープ１３５の壁の一部を形成しない。ここでの本発明の原理を記載した他の湾曲した形状及び組み合わせは、一体型コロナ・シールドにおいて用いられ得る。
【００５１】
約−７０ｋＶの陰極作動電位の一例において、一体型コロナ・シールド２０２の表面に沿った最も高い電界強度は、位置２１２を含むシールド２０２の一部についての約９．３４×１０６Ｖ／ｍである。電界強度は、ハウジング１２６に向けた一体型コロナ・シールド２０２からの距離の関数として減少する。加えて、最も高い電界強度は、一体型コロナ・シールド２０２の湾曲面２０３の大部分に沿って比較的一定である。最も高い電界強度のエリアの外の電界強度の減少は、コロナ・シールド２０２の湾曲部分の残部に沿って比較的均一である。この電界強度の一貫したレベルは、局所的電界応力集中の減少をもたらすため、上述の欠点が低減する。
【００５２】
本発明の特定の特徴をたった１つの例示的実施形態について上記説明したが、このような特徴は、あらゆる所定の特定用途にとって望ましく有益的なように、他の実施形態の他の１以上の特徴と組み合わせられてもよい。
【００５３】
本発明の上記説明から、当業者は、改良、変更、及び修正に気付くであろう。そのような本分野の技術の範囲内の改良、変更、及び修正は、請求項によってカバーされることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来のＸ線管システムの概略断面図である。
【図２】図１のシステムにおける従来のＸ線管の陰極端の部分断面図である。
【図３】陰極リングと電気的に接触した従来のコロナ・シールド・アッセンブリの部分断面図について作動電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図４】図３の従来のコロナ・シールドとハウジングの間の作動電気電位における等ポテンシャル線のプロットを示す図である。
【図５】陰極リングとの電気的接触が乏しい（電気的に浮いている）従来のコロナ・シールド・アッセンブリの部分断面図について作動電気電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図６】図５の従来のコロナ・シールドとハウジングの間の作動電気電位における等ポテンシャル線のプロットを示す図である。
【図７】本発明の原理を例示する一体型コロナ・シールドを備えた真空エンベロープ溶接部材を有するＸ線管システムの概略断面図である。
【図８】本発明の原理に係る一体型コロナ・シールドを備えた溶接部材の部分断面図である。
【図９】本発明の原理に係る一体型コロナ・シールドの部分断面図について作動電気電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図１０】図９のコロナ・シールドとハウジングの間の作動電気電位における等ポテンシャル線のプロットを示す図である。
【図１１】本発明の原理に係る別のコロナ・シールド構造の部分断面図について作動電気電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図１２】本発明の原理に係る別のコロナ・シールド構造の部分断面図について作動電気電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図１３】本発明の原理に係る別のコロナ・シールド構造の部分断面図について作動電気電位における電界強度のプロットを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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