(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線生成装置に対する陽極ディスク要素において、前記陽極ディスク要素が、
複数の個々のファイバ層を持つファイバ構造を有する複合材料と、
焦点トラックと、
を有し、
前記陽極ディスク要素が、回転軸の周りで回転可能であり、
前記焦点トラックが、前記回転軸に対して回転対称であり、
前記個々のファイバ層が、極性配置を有し、
前記ファイバ構造が、異方性熱伝導率を有し、
少なくとも１つの熱放散要素が、前記複合材料の少なくとも一部に組み込まれ、前記個々のファイバ層の間に熱伝導経路を提供することにより、前記ファイバ構造の減少された熱伝導率の方向における前記焦点トラックからの熱放散に対して適合される、
陽極ディスク要素。
【請求項２】
前記ファイバ構造が、圧縮プロセス、熱分解炭素含浸又は化学気相浸潤により高密度化されている、請求項１に記載の陽極ディスク要素。
【請求項３】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、金属要素として設けられる、
請求項１ないし２のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、細長い要素として設けられ、特に、前記少なくとも１つの熱放散要素が、耐熱金属ファイバとして設けられる、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素。
【請求項５】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、耐熱金属、タングステン、レニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル及びそれぞれの合金からなるグループの中の材料から製造される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素。
【請求項６】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、織物及び／又はピン止めにより前記陽極ディスク要素に組み込まれる、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素。
【請求項７】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、金属注入として前記陽極ディスク要素に組み込まれる、
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素。
【請求項８】
陰極要素と、
陽極要素と、
を有するＸ線生成装置において、
前記陰極要素及び前記陽極要素が、Ｘ線の生成に対して動作可能に結合され、
前記陽極要素が、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素を有する、
Ｘ線生成装置。
【請求項９】
Ｘ線生成装置と、
Ｘ線検出器と、
を有するＸ線システムにおいて、
対象が、前記Ｘ線生成装置と前記Ｘ線検出器との間に構成され、
前記Ｘ線生成装置及び前記Ｘ線検出器は、前記対象のＸ線画像が得られるように動作可能に結合され、
前記Ｘ線生成装置が、請求項８に記載のＸ線生成装置として設けられる、
Ｘ線システム。
【請求項１０】
陽極ディスク要素を製造する方法において、前記方法が、複合材料を有する陽極ディスク要素を設けるステップと、少なくとも１つの熱放散要素を少なくとも部分的に前記陽極ディスク要素に組み込むステップとを有し、
前記複合材料が、複数の個々のファイバ層を持つファイバ構造を有し、
前記個々のファイバ層が、極性配置を有し、
前記ファイバ構造が、異方性熱伝導率を有し、
前記少なくとも１つの熱放散要素が、前記個々のファイバ層の間に熱伝導経路を提供することにより、前記ファイバ構造の減少された熱伝導率の方向における焦点トラックからの熱放散に対して適合される、
方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、細長い要素として設けられ、及び／又は
前記少なくとも１つの熱放散要素が、織物及び／又はピン止めにより組み込まれ、及び／又は
前記少なくとも１つの熱放散要素が、金属注入により前記陽極ディスク要素に組み込まれる、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの熱放散要素が、前記焦点トラックの領域において前記陽極ディスク要素に組み込まれる、
請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
Ｘ線生成装置、Ｘ線管及びＸ線システムの少なくとも１つにおける請求項１ないし７のいずれか一項に記載の陽極ディスク要素の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、Ｘ線管技術に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、熱放散要素を有する、Ｘ線生成装置に対する陽極ディスク要素、Ｘ線生成装置、Ｘ線システム、陽極ディスク要素を製造する方法、並びにＸ線生成装置、Ｘ線管及びＸ線システムの少なくとも１つにおける陽極ディスク要素の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えばＸ線管としても知られているＸ線生成装置は、例えば医療撮像アプリケーション、検査撮像アプリケーション又はセキュリティ撮像アプリケーションに対して使用される電磁放射線の生成に対して採用されることができる。
【０００４】
Ｘ線生成装置は、陰極要素及び陽極要素を有することができ、前記陰極要素と前記陽極要素との間で、電子が、Ｘ線放射線の生成に対して加速される。電子は、前記陰極要素から前記陽極要素まで移動し、焦点スポットと称される領域において前記陽極要素に到達し、こうして前記陽極要素の電子衝突により電磁放射線を作成する。陽極要素は、静的性質を持ちうるか、又は回転陽極要素として実施されうる。
【０００５】
電子衝突により前記焦点スポットに印加されるエネルギのほとんどは、熱に変換されるので、電磁放射線の生成は、かなり非効率的であると見なされうる。Ｘ線管の中心的制限の１つは、特に焦点トラックにおける、前記陽極要素の冷却、したがって熱放散である。
【０００６】
回転陽極要素を用いて、前記焦点スポットは、前記焦点スポットの下の前記陽極要素を回転させることにより前記陽極要素のより大きな半径領域にわたり分散され、したがって焦点トラックを作成する。したがって、前記陽極要素に作用する熱負荷は、より大きな円形領域にわたり分散され、したがって前記Ｘ線生成装置の可能な出力定格を増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
依然として構造的完全性を維持したまま増大された熱に耐えることができる陽極ディスク要素を提供する必要性が存在しうる。更に、焦点トラック、特に焦点スポット領域からの熱の改良された放散に対する必要性が存在しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
Ｘ線管の陽極要素は、耐熱金属ターゲットを有することができる。耐熱金属は、例えば高温耐性、高い強度、熱伝導性及び高い熱容量のような、電磁放射線生成の分野の多くの好適な特性を提供する。
【０００９】
しかしながら、陽極ディスク要素を回転させる場合、相当な毎分回転数（ＲＰＭ）は、陽極ディスク要素における大きな機械的ストレスの発生をもたらす。また、Ｘ線生成のプロセス中に、前記陽極要素の加熱は、熱的機械的ストレスの発生を促進する。
【００１０】
電子衝突により前記焦点スポットに印加される相当量のエネルギは、熱に変換される。前記陽極ディスク要素の温度は、Ｘ線管の制約要因と見なされることができるので、前記焦点スポットの熱は、例えば前記焦点スポット又は焦点トラックの領域から熱を除去することにより、管理されなければならない。
【００１１】
電子の衝突による前記焦点スポットの局在化された加熱は、ターゲット角度、焦点トラック直径、焦点スポットサイズ（長さ×幅）、回転周波数、前記焦点スポットに印加される電力、並びに前記陽極ディスク要素の熱伝導性、密度及び比熱のような材料特性のようなパラメータを考慮に入れる関数と見なされうる。
【００１２】
以下、本発明によるＸ線生成装置用の陽極ディスク要素、Ｘ線生成装置、Ｘ線システム、陽極ディスク要素を製造する方法、並びにＸ線生成装置、Ｘ線管及びＸ線システムの少なくとも１つにおける陽極ディスク要素の使用が、提供される。
【００１３】
他の好適な例示的実施例は、従属請求項から得られることができる。
【００１４】
前記陽極ディスク要素は、異方性熱伝導率を有する材料及び／又は複合材料を備えることができる。
【００１５】
複合材料は、例えばファイバ及びマトリクスのような少なくとも２つの別個の構造又は材料により構成される材料の組み合わせであることができる。
【００１６】
異方性熱伝導率を持つ材料は、前記材料の第１の方向において第１の熱伝導率を持ち、少なくとも第２の方向において第２の熱伝導率を持つ材料と見なされることができ、前記第１の熱伝導率及び前記第２の熱伝導率は、等しくない。例えば、材料は、第１の方向において第１の熱伝導率を有することができ、前記第１の熱伝導率は、第２の方向における第２の熱伝導率より高い。換言すると、この例において、前記第２の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率と比較して低減又は減少される。
【００１７】
特定のタイプの複合材料は、特に前記複合材料内の個々の別個の構造又は材料、例えばファイバ材料の構成に依存して、異方性熱伝導率を示すことができる。
【００１８】
非複合材料が異方性熱伝導率を示すことも考えられる。
【００１９】
非複合材料は、モノリシック材料又は均質材料と称されることもできる。特に、非複合材料は、２以上の異なる専用材料又は材料構造で構成されないが、特に均質な材料分布及び／又は材料構造を持つ、均質材料からなると見なされることができる。
【００２０】
本発明の要点は、陽極ディスク要素の特定の方向における好適な熱放散又は改良された熱放散を提供することである。
【００２１】
前記熱放散要素は、他の熱伝導率を持つ前記陽極ディスク要素の他の方向と比較される場合に減少した熱伝導率を持つ前記陽極ディスク要素、特に前記陽極ディスク要素の材料の一方向における熱伝導率を提供することができる。特に、前記熱放散要素は、特に特定のセクション又は方向、例えば前記陽極ディスク要素の熱伝導要素の延在の方向において、前記陽極ディスク要素の熱伝導率より高い熱伝導率又は伝熱能力を提供することができる。
【００２２】
換言すると、前記伝導要素は、前記陽極ディスク要素の中で、特に前記陽極ディスク要素自体の熱放散能力と比較して増加されることができる、熱伝導、したがって熱の放散に対する経路を提供する。
【００２３】
前記熱伝導要素は、前記陽極ディスク要素の減少された熱伝導率の方向における前記焦点トラックからの熱放散に対して適合されることができる。
【００２４】
本発明の一態様は、特にマトリクス構造を有する、複合材料から作成される陽極ディスク要素を提供することである。複合材料は、マトリクス材料と併せてファイバ材料を使用することができ、前記マトリクス材料は、特に、前記マトリクス構造を構成するのに前記ファイバ材料を覆うことができる。
【００２５】
前記ファイバ材料は、無方向性又は全方向性ファイバ材料でありうるか、又は規定のファイバ構造、特に織られたファイバ構造を有しうる。例えば、炭素マトリクス材料で補強された炭素ファイバの複合材料の使用は、改良された機械的強度を持つ陽極ディスク要素を提供することを可能にすることができる。
【００２６】
前記ファイバ材料は、極性配置（polar configuration）で織られることができ、例えば真の半径方向及び円周ファイバを提供し、したがって回転中に生じるストレスに対して前記陽極ディスク要素の構成を好適に適合するように輪状の及び半径方向の機械的特性を最適化することにより回転対称性を作る。
【００２７】
極性配置、特に回転対称極性配置は、２つの異なるファイバ構造により構成されると理解されることができる。１つのファイバ構造は、実質的に回転軸から外側に突き出していることができ、したがって、回転する陽極ディスク要素の回転軸に対して垂直に並べられる。第２のファイバ構造は、それぞれのファイバに対して前記回転軸から等距離に並べられると見なされることができ、したがって前記陽極ディスク要素の回転軸に対して円周方向に並べられる。前記２つのファイバ構造の交差点において、前記ファイバは、互いに実質的に垂直であると見なされることができる。
【００２８】
このような織物構成は、回転対称であると見なされ、織物ファイバの構造により、最適な又は真の回転対称構成、特に、連続回転対称が、達成可能ではないかもしれない。しかしながら、部分的回転対称でさえ、この特許出願に関連して回転対称であると見なされるべきである。
【００２９】
このようなファイバ構造は、個々のファイバに沿った良好な熱伝導率を提供することができるが、しかしながら、個々のファイバ層を接続するファイバの不在及び面内方向に向けられた大多数のファイバにより、クロスプライ方向、すなわち個々のファイバ層の間の方向における減少された熱伝導率を提供することができる。
【００３０】
前記ファイバ構造の面内の向きは、改良された安定性を提供することができ、クロスプライ方向における局在化された熱の減少された除去を提供しながら前記ファイバ構造に沿った面内方向における前記焦点トラックからの局在化された熱の好適な除去を提供する。
【００３１】
本発明は、前記複合材料の構造に対する熱放散要素の使用又は組み込みにも関する。特に、これは、例えば織りこむ又は刺し通すことによる、前記複合材料に対する熱伝導ファイバの組み込みに関する。
【００３２】
前記熱伝導ファイバは、Ｘ線生成装置、特にＸ線管の回転Ｘ線管陽極要素の陽極ディスク要素を構成する、前記複合材料、例えば炭素ファイバ強化炭素（ＣＦＣ）材料に組み込まれる、織られた高温光熱伝導ファイバであることができる。
【００３３】
このような陽極ディスク要素は、特に、例えばタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、ニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）又はこれらのそれぞれの合金のような耐熱金属からなる、熱放散要素として組み込まれる金属ファイバを持ちうる。耐熱金属は、熱及び摩耗に対する並はずれた耐性を持つクラスの金属である。
【００３４】
前記熱放散要素は、特に個々の異なるファイバ層のファイバ間のファイバ接続を提供することにより、個々のファイバ層の間に熱伝導経路を提供するように軸方向又はクロスプライ方向に向けられる前記陽極ディスク要素の回転軸に実質的に平行に構成されることができ、前記ファイバ層は、互いに隣接して位置するが、しかしながら離間され、したがって軸方向における前記マトリクス材料により前記個々の層のファイバ間接触を防止されている。
【００３５】
このような熱放散要素又は熱伝導ファイバは、特に軸方向において、クロスプライ熱伝導率又は層間熱伝導率を向上させることができる。これは、更に、前記ファイバを実質的に前記領域内に又は前記陽極ディスク要素の前記焦点トラックの下に配置することにより向上されることができる。
【００３６】
更に、このような熱放散要素は、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）により前記陽極ディスク要素状に設けられる焦点トラックの接着を改良することができる。また、前記焦点トラックの領域内に熱放散要素を配置することにより、前記焦点トラックの下で及び／又は前記焦点トラックの表面において、前記焦点トラック自体が、このように作成されることができる。したがって、前記焦点スポットの追加の又は別の化学蒸着又は真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）は、もはや必要とされなくてもよい。
【００３７】
別の熱放散要素を組み込むことにより、ターゲット又は陽極ディスク要素の裏側、前記焦点トラックの面の反対側のマシナブル・マス（machinable mass）が、作成され、これは、バランスを取る目的で、特に動的にバランスを取る目的で採用されることができる。
【００３８】
本発明による陽極ディスク要素、特にＣＦＣ陽極ディスク要素は、例えばプリフォーム構造内に織りこまれる又はプリフォーム構造内にピン止めされる耐熱金属ファイバのような熱放散要素を用いて製造されることができる。
【００３９】
織りこみは、織物バインディング（textile binding）と同様に炭素ファイバを織りこむと見なされることができる。
【００４０】
ピン止め（pinning）は、外力を提供することにより前記熱放散要素を挿入し、したがって前記プリフォーム複合材料構造の前記ファイバ材料内に前記熱放散要素を入れると理解されることができる。
【００４１】
前記熱放散要素は、前記複合材料の前記織りこまれた構造の間を貫通することができ、したがって個々のファイバ層のファイバとの接触を達成し、結果的に他の離間されたファイバ層の間の熱伝導経路を提供することができる。熱放散要素又は金属ファイバのそれぞれの組み込みは、追加の熱伝導経路を提供することにより軸方向における前記プリフォーム構造の改良された層特性を提供することができる。
【００４２】
ピン止め、別称ニードリング（needling）は、例えば改良された熱伝導率のような改良された層間特性を提供するように前記プリフォームにクロスプライファイバを追加する、特に手動で追加するプロセスとしても理解される。
【００４３】
一度、前記プリフォームが、所望の織物を備えると、前記プリフォームは、前記ファイバの周りの前記マトリクスを完成するために、圧縮プロセス、熱分解炭素含浸（ＰＣＩ）又は化学気相浸潤（ＣＶＩ）により高密度化されることができる。
【００４４】
耐熱金属ファイバは、炭素ファイバの極性に織られた構造プリフォームに加えられることができる。極性の織物は、フープ及び半径方向特性、特に回転対称性を最適化するように真の半径方向及び円周ファイバを提供する。また、前記耐熱金属ファイバは、前記ファイバ構造内に織りこまれる、前記プリフォームファイバ構造内にピン止めされる又は前記前記焦点トラックの領域内の完成された構造であることができる。このアセンブリ又は組み込みは、前記ファイバ構造の高密度化の前に行われることができる。
【００４５】
本発明に関連した熱放散要素として、個々のファイバ層の間に熱放散経路又は熱伝導経路を提供し、したがって層間熱伝導又は熱放散経路を提供することにより層間熱伝導を改良するのに適切でありうる如何なる要素も、理解又は採用されることができる。熱放散要素は、熱伝導要素又は伝導性要素とも称されることができる。層間熱伝導は、特に、異方性熱伝導率を持つ材料が減少された熱伝導率を有する方向における熱伝導と理解されることができる。したがって、物理層、特にラミナ層（laminar layer）の実際の交差は、必要とされないが、好適でありうる。
【００４６】
前記熱伝導要素は、実質的に細長い要素であることができ、実質的に１つの好適な所定の方向に少なくとも延在する又は広がり、特に連続的である要素として理解されることができ、他の２つの次元は、場合により無視できる。このような要素は、ピン形状、爪形状又は実質的に１つのみの方向における連続的な所定の延在を持つファイバ要素を有することができる。
【００４７】
前記延在は、ファイバ層の間の熱伝導経路を提供するように前記ファイバ構造の異なる層を橋渡しする又は横断するのに十分であるべきである。しかしながら、例えば剣形状、のこぎり形状又は櫛形状を持つ、２つの次元において実質的な延在を持つ要素も、考えられる。
【００４８】
換言すると、前記熱放散要素の伸長、延在、範囲又は距離は、さもなければ全く又はほとんど熱伝導性を持たないファイバ構造の２以上のファイバ層の間の熱放散又は伝導に十分であるべきである。
【００４９】
前記熱伝導要素は、個々の要素、例えば金属粒子の集合体として理解されることもできる。例えば、複合材料の場合に、金属粒子は、前記陽極ディスク要素の材料の減少された熱伝導性の方向において熱伝導性を強化するように、前記陽極ディスク要素の構造内に、特に異方性熱構造に組み込まれることができる。
【００５０】
金属注入（metal infusion）熱伝導要素は、細長い要素として理解されることもでき、この場合、前記細長い要素を構成するのに全体的に金属注入した構造を有する。また、前記個々の金属粒子又は金属注入に採用される金属要素は、個々の細長い要素を構成すると見なされることができる。
【００５１】
この金属注入は、クロスプライ熱特性を改良するように、前記ディスク要素の材料、例えばＣＦＣマトリクス内の金属構造を作成することができる。これは、前記陽極を通して分散するように前記焦点トラックの電子衝突からの局在化された過熱に対する伝導経路を作成することができる。前記金属注入は、前記焦点トラックに及び／又はターゲット全体又は陽極ディスク要素にわたり加えられるように設計されることができる。
【００５２】
前記金属注入は、前記焦点トラックの下に配置されることができ、クロスプライ熱伝導性を強化することができ、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）により提供される前記焦点トラックの接着を向上させることができ、追加の化学蒸着（ＣＶＤ）又は真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）等なしで前記焦点トラック自体を作成することさえできる。
【００５３】
また、金属注入を用いて、前記ターゲットは、動的にバランスを取る目的で前記陽極ディスク要素の特定の表面上にマシナブル・マスを持つことができる。
【００５４】
ＣＦＣ陽極ディスク要素の場合に、前記陽極は、プリフォームされた極性に織られた炭素ファイバ構造を作成することにより製造されることができる。極性の織物は、フープ及び半径方向の特性、特に回転対称性を最適化するように半径方法及び円周ファイバを備えることができる。一度、完成すると、この構造は、圧縮プロセス及び／又は熱分解炭素含浸により高密度化されることができる。一度、所望の構造及び密度が得られると、前記ＣＦＣ陽極は、金属注入されることができる。このプロセスは、所望の金属及び／又は合金を溶解し、前記ＣＦＣマトリクスに注入することを含むことができる。この注入プロセスは、前記焦点トラック領域上に及び／又は直下に又は全体的な陽極ＣＦＣマトリクス構造を通して配置されることができる。加えて、金属注入の方法は、化学気相浸潤（ＣＶＩ）の方法を含みうる。
【００５５】
前記焦点トラックとして又はその代わりに実質的に円形の要素を採用することも考えられる。このような円形要素は、熱伝導要素に対する上述の形状のいずれかと同等であり、前記ファイバ構造、したがってこの後に前記陽極ディスク要素内への挿入又は組み込みのために前記円形要素の表面から突き出す少なくとも１つの突起部を持つことができる。前記焦点トラック上に構成するのに適切な材料又は焦点トラックに適した材料、例えば耐熱金属、合金、及び特にタングステンレニウム又はデンドライトレニウムの前記円形要素が、提供されうる。
【００５６】
本発明は、特に、炭素マトリクス複合材料又はセラミックマトリクス複合材料を採用する陽極ディスク要素とともに採用されうる。このような陽極ディスク要素を採用するＸ線管は、特に心臓血管及びＣＴ医療撮像に適した高性能製品と見なされることができる。しかしながら、このようなＸ線管は、検査及びセキュリティアプリケーションに対して採用されてもよい。
【００５７】
前記プリフォームは、織物作成と同様に完成されてもよい。一度、前記プリフォームが、所望の織物を用いて完成されると、前記プリフォームは、圧縮プロセスを介して、例えば加圧により高密度化される。しかしながら、前記ＣＦＣターゲットは、依然として、非常に多孔質かつ非連続的でありうる。高密度化は、前記ファイバの周りの前記マトリクスを完成するように熱分解炭素含浸（ＰＣＩ）又は化学気相浸潤（ＣＶＩ）により完成されてもよい。
【００５８】
Ｘ線管は、単極性又は双極性のいずれかで設計されることができる。
【００５９】
双極性Ｘ線管は、陰極要素及び陽極要素を採用し、前記陰極要素において負の電位、例えば−７０ｋＶ及び前記陽極要素において正の電位、例えば＋７０ｋＶを持つ。
【００６０】
単極性Ｘ線管は、端部接地プラットフォームであると見なされることができる。このような単極性Ｘ線管は、依然として、接地電位を持つ陽極要素に対して電子を加速する陰極要素を採用することができる。したがって、単極性Ｘ線管は、例えば−１４０ｋＶの電位を持つ陰極要素を有することができ、前記陽極要素又はＣＦＣターゲットは、例えばゼロ電位を持つ。前記陽極要素は、特に、正電位を有さなくてもよい。
【００６１】
一般に、電位は、陰極要素と陽極要素との間で、前記陰極要素から前記陽極要素まで電子を加速するように構成される。陰極要素は、電子放出要素と理解されることができ、陽極要素は、電子受け取り又は電子収集要素であると見なされることができる。
【００６２】
ＣＦＣ陽極は、例えば、ハイエンド、高出力、高速回転速度及び大出力密度ＣＴシステムの目的で、改良された特性を有すると見なされることができる。電力需要が増加し、焦点スポットサイズが減少するので、ＣＦＣ陽極要素は、機械的及び熱機械的ストレスに対処する、並びにハイエンドＣＴシステムの熱負荷に耐え、対処する際に利点を提供する。
【００６３】
以下、本発明の他の実施例が、特にＸ線生成装置に対する陽極ディスク要素を参照して記載されている。しかしながら、これらの説明は、Ｘ線生成装置、Ｘ線システム、陽極ディスク要素を製造する方法及び陽極ディスク要素の使用にも適用される。
【００６４】
請求項、特に請求されたエンティティの間の単一の又は複数のフィーチャの任意の変形及び交換が、考えられ、本特許出願の範囲及び開示内であることに注意する。
【００６５】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記陽極ディスク要素は、複合材料及び／又は異方性熱伝導率を有する材料として提供されることができる。
【００６６】
特に、複合材料は、構造インテグリティを維持しながら増大された機械的ストレス及び熱暴露に耐えるように特に適合した機械的及び構造的性質を持つ陽極ディスク要素の製造を可能にしうる。
【００６７】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記複合材料は、少なくとも１つのファイバ材料及び少なくとも１つのマトリクス材料で構成されるマトリクス構造を有しうる。
【００６８】
複合材料の使用は、所望の応用に対して前記陽極ディスク要素の形状及び特に材料性質を具体的に設計又は調整することを可能にしうる。
【００６９】
ファイバ材料及びマトリクス材料は、炭素材料、セラミック材料、高分子材料又は金属のような如何なる材料であってもよい。
【００７０】
本特許出願に関連して、炭素ベースのファイバ材料及び炭素ベース又はセラミックベースのマトリクス材料を採用することは、特に有益であると見なされることができる。
【００７１】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記複合材料は、極性配置を有することができる。
【００７２】
特に、前記ファイバ材料、したがって前記ファイバ材料のファイバの配置構造又は織物は、極性配置に配置されることができる。極性配置は、極性座標、すなわち点又は軸からの距離及び角度測定又は角度を使用して記述されることもできる。このような極性配置は、それぞれの他の変数が特定のファイバに対して一定のままで、例えば半径方向に配置されたファイバに関して回転軸からの距離を変化させる又は円周方向に配置されたファイバに関する角度を変化させるような、変化する１つの極座標のみにより記述可能である、真の半径方向及び円周ファイバを有することができる。
【００７３】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記少なくとも１つの熱放散要素は、金属要素として、特に、耐熱金属要素又は耐熱金属ファイバとして、提供されうる。特に耐熱金属から作られる金属要素は、ファイバ構造の層の間の熱の伝達に対して効率的な熱伝導性又は熱放散能力を提供することができる。
【００７４】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記少なくとも１つの熱放散要素は、耐熱金属、タングステン、レニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル及びそれぞれの合金からなるグループの中の材料から製造されることができる。
【００７５】
このような金属は、前記Ｘ線生成装置の規則的な又は不規則な動作モード中に発生しうる、前記焦点トラックの近傍における増大された温度に耐える及び／又は持ちこたえながらファイバ層の間に十分な熱伝達経路を提供する材料を構成することができる。
【００７６】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記少なくとも１つの熱放散要素は、織りこみ及び／又はピン止めにより前記陽極ディスク要素に組み込まれることができる。
【００７７】
織りこみ又はピン止めにより前記少なくとも１つの熱放散要素を組み込むことは、特に前記プリフォーム構造自体が完成していると見なされることができる段階に前記熱放散要素を追加することにより、プリフォームファイバ構造として提供される、陽極ディスク要素の容易な製造を提供することができる。したがって、前記熱放散要素は、マトリクス材料を加える前に、間に又は少し後に前記プリフォーム構造に実質的に最終ステップとして組み込まれることができる。
【００７８】
ピン止めは、前記プリフォームファイバ要素の高密度化の間又は後に実行されることさえありうる。前記プリフォームファイバ構造、例えば炭素ファイバ構造は、圧縮プロセス、熱分解炭素含浸又は化学気相浸潤により高密度化されることができる。
【００７９】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記熱放散要素は、減少された熱伝導率の方向における前記焦点トラックからの熱放散に対して適合されることができる。
【００８０】
ある方向における前記陽極ディスク要素の熱伝導率と比較して当該方向における好適な、したがって増大された熱伝導率を提供する熱放散要素を設けることにより、前記陽極ディスク要素の特定の方向における熱放散は、前記陽極ディスク要素の内部構造を変えることなしに増大されることができる。前記熱伝導要素は、前記陽極ディスク要素の減少された熱伝導率の方向における熱分散要素として採用されることもできる。
【００８１】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記熱放散要素は、軸方向における前記焦点トラックからの熱放散に対して適合されることができる。
【００８２】
このような熱放散要素は、特に互いとの直接的なファイバ間接触はない異なるラミナ層にわたり、特に前記陽極ディスク要素のファイバ構造におけるギャップ又は距離を場合により横断する又は橋渡しするクロスプライ又は軸方向において、熱伝達経路を提供することができる。
【００８３】
以下、本発明の他の実施例は、特に陽極ディスク要素を製造する方法を参照して記載される。しかしながら、これらの説明は、陽極ディスク要素、Ｘ線生成装置、Ｘ線システム並びにＸ線生成装置、Ｘ線管及びＸ線システムの少なくとも１つにおける陽極ディスク要素の使用にも適用される。
【００８４】
本発明の他の例示的な実施例によると、前記少なくとも１つの熱放散要素は、前記焦点トラックの領域において前記陽極ディスク要素に組み込まれる。
【００８５】
前記焦点トラックの領域において前記熱放散要素又は前記熱伝導要素を設けることは、化学蒸着及び真空プラズマ溶射のような方法による前記焦点トラックの単純化された追加を可能にするか、又は前記少なくとも１つの熱放散要素が前記焦点トラック自体を構成し、別の専用の焦点トラックを追加することを不必要にさえすることができるかのいずれかである。前記焦点トラックを所定の位置に高温ろう付けすることも考えられる。
【００８６】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００８７】
本発明の例示的な実施例は、以下の図面を参照して以下に記載される。
【００８８】
図面における図示は、概略的である。異なる図面において、同様の又は同一の要素は、同様の又は同一の参照番号を与えられる。
【００８９】
図は、正しい縮尺で描かれておらず、しかしながら質的な関係で描かれうる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】Ｘ線生成装置の陽極ディスク要素を示す。
【図２ａ】本発明によるファイバ構造の例示的な実施例の極性配置を示す。
【図２ｂ】本発明によるファイバ構造の例示的な実施例の極性配置を示す。
【図３ａ】図２ａ、ｂのファイバ構造への５つの熱放散要素の組み込みの例示的な実施例を示す。
【図３ｂ】図２ａ、ｂのファイバ構造への５つの熱放散要素の組み込みの例示的な実施例を示す。
【図３ｃ】図２ａ、ｂのファイバ構造への５つの熱放散要素の組み込みの例示的な実施例を示す。
【図４ａ】本発明による焦点トラックの領域におけるファイバ構造における複数の熱放散要素組み込みの例示的な実施例を示す。
【図４ｂ】本発明による焦点トラックの領域におけるファイバ構造における複数の熱放散要素組み込みの例示的な実施例を示す。
【図５】本発明によるＸ線システムの第１の例示的な実施例を示す。
【図６】本発明によるＸ線システムの第２の例示的な実施例を示す。
【図７】本発明による陽極ディスク要素を製造する方法の例示的な実施例のフローチャートを示す。
【図８ａ】本発明による陽極ディスク要素の織物アーキテクチャの例示的な実施例を示す。
【図８ｂ】本発明による陽極ディスク要素の織物アーキテクチャの例示的な実施例を示す。
【図９ａ】本発明による金属注入としての熱放散要素を有する陽極ディスク要素の例示的な実施例を示す。
【図９ｂ】本発明による金属注入としての熱放散要素を有する陽極ディスク要素の例示的な実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
ここで図１を参照すると、Ｘ線生成装置に対する陽極ディスク要素の例示的な実施例が、描かれている。
【００９２】
陽極ディスク要素１は、個々のファイバ層１４を持つ複合材料２を有する。陽極ディスク要素１の中心において、凹部１５が、陽極ディスク要素１の回転に対する軸要素７の取りつけに対して組み込まれる。陽極ディスク要素１を回転させるのに採用されるアクチュエータ要素が、図１には描かれていない。軸要素７は、破線により示される。
【００９３】
図１において、個々のファイバ層１４は、それぞれ回転軸６及び軸要素７に実質的に垂直に構成される。陽極ディスク要素１は、図１において陽極ディスク要素１の上面の外縁に位置する焦点トラック４を有する。焦点トラック４は、陽極ディスク要素１の上面に対してわずかに傾けられ、前記上面は、特に回転軸６に対して実質的に垂直でありうる。
【００９４】
焦点トラック４上に、焦点スポット１６が構成される。焦点スポット１６は、Ｘ線放射線９の生成に対して電子８で衝突される焦点トラック４の領域である。電子衝突８の経路及び生成されるＸ線放射線９の経路は、図２において２つの矢印で示されている。
【００９５】
ここで図２ａ、ｂを参照すると、本発明による陽極ディスク要素の極性配置の例示的な実施例が、描かれている。
【００９６】
陽極ディスク要素１は、複合材料構造２を有し、そのファイバ構造のみが、図２ａ及びｂに描かれている。陽極ディスク要素１は、直接的なファイバ接続なしで互いに隣接して位置し、場合により前記マトリクス材料により離間される個々のファイバ層１４により構成される。
【００９７】
陽極ディスク要素１の極性配置は、真の円周ファイバ１３と組み合わせた真の半径方向ファイバ１２を採用することにより達成されることができる。回転軸６は、図２ａ及び２ｂの両方に示されている。
【００９８】
図２ａ及び２ｂにおける個々のファイバ１２、１３、１４の間の距離又はギャップは、陽極ディスク要素１の極性配置の基本概念を説明するのみである。特に、前記ファイバは、実質的により小さな距離で離間され、したがって実質的に一様なファイバ層１４に達してもよい。
【００９９】
ここで図３ａ、ｂ、ｃを参照すると、図２ａ、ｂのファイバ構造に対する５つの熱放散要素の組み込みの例示的な実施例が、描かれている。
【０１００】
個々のファイバ層１４は、図２ｂから理解されることができるように、ファイバ間接続、したがって層間接続により接続されていない。このようなファイバ間接続は、陽極ディスク要素１のファイバ構造に熱放散要素５を採用する、したがって挿入する又は組み込むことにより提供されることができる。図３ｂにおいて、５つの細長いピン形状又は爪形状熱放散要素５が、描かれており、陽極ディスク要素１のファイバ構造に組み込まれている。
【０１０１】
熱放散要素５は、熱の伝導、したがって全てのファイバ層１４による熱の分散に対する層間経路を提供する。一例において、熱放散要素５の上側に位置する焦点スポット４は、加熱され、図３ｂの左に矢印要素１０により示されている。熱は、熱放散要素５を通って下向きに伝導され、図３ｃに描かれるように熱放散要素５から前記ファイバ構造内に分散される。
【０１０２】
熱放散要素５は、陽極ディスク要素１の複合材料のギャップ構造に挿入されることができ、場合により個々のファイバに触れ又は貫通し、ファイバ層１４の間の層間接続を提供する。依然としてファイバ層１４を横断しながら、ファイバ１２、１３を貫通する又はファイバ１２、１３と編みこまれる熱伝導要素５としてファイバを採用することも考えられる。
【０１０３】
ファイバが採用される場合、前記ファイバは、実質的に線形延長を持つ必要はないが、ファイバ要素１２、１３との改良された接触に対して、場合により湾曲した、曲げられた又はねじれた形状を持つ織物構造を持つこともありうる。
【０１０４】
熱伝導１０は、図３ｃに示されている。この例において、熱は、下向きに伝導され、熱放散要素５から外側に前記ファイバ構造内に、したがって陽極ディスク要素１の外側及び内側の両方に広がる。
【０１０５】
ここで図４ａ、ｂを参照すると、本発明による焦点トラックの領域内のファイバ構造における複数の熱放散要素の組み込みの例示的な実施例が、描かれている。
【０１０６】
熱放散要素５は、回転軸６に対して実質的に対称に陽極ディスク要素１のファイバ構造に組み込まれる。陽極ディスク要素１は、実質的に完全なファイバ構造を通して、又は図４ａ、ｂに描かれるように、焦点トラック４の領域のみに組み込まれた熱伝導要素５を持つことができる。熱放散要素５は、したがって、個々のファイバ層１４の間の焦点トラック４から生じる熱の改良された熱放散又は伝導を提供するように焦点トラック領域４の下にある。熱放散要素５は、焦点トラック４から、離れて配置されたファイバ層１４に対する前記ファイバ構造への好適な熱除去を提供する。熱伝導要素５は、焦点トラック４の組み込みを改良することができるか、又は焦点トラック４自体を構成することさえできる。
【０１０７】
ここで図５を参照すると、本発明によるＸ線システムの第１の例示的な実施例が、描かれている。
【０１０８】
図５において、例示的なＸ線システム２０、天井に取り付けられるＣアークシステムが、描かれている。前記Ｃアークは、Ｘ線生成装置２１及びＸ線検出器２２を有する。対象２３は、Ｘ線検出器２２とＸ線生成装置２１との間のＸ線放射線９の経路内に位置する。Ｘ線生成装置２１は、陰極要素２４と、陽極ディスク要素１を有する陽極要素２５とを有する。
【０１０９】
ここで図６を参照すると、本発明によるＸ線システムの第２の例示的な実施例が、描かれている。
【０１１０】
図６において、Ｘ線生成装置２１及びＸ線検出器２２を有するＣＴ  Ｘ線システムが、描かれている。対象２３は、Ｘ線生成装置２１とＸ線検出器２２との間のＸ線放射線の道筋において支持台２６上に位置する。制御システム２７は、Ｘ線画像取得プロトコルのパラメータを制御するように設けられる。
【０１１１】
Ｘ線生成装置２１及びＸ線検出器２２は、特にコロナル、アクシャル及びサジタルスライス画像として表示されることができる、三次元Ｘ線画像の生成に対してＸ線生成装置２１とＸ線検出器２２とのアイソセンタに配置された対象２３、特に関心領域の周りで回転可能であるように構成される。
【０１１２】
ここで図７を参照すると、本発明による陽極ディスク要素を製造する方法の例示的な実施例のフローチャートが、描かれている。
【０１１３】
陽極ディスク要素を製造する方法３０は、複合材料を設けるステップ３１と、少なくとも１つの熱放散要素を少なくとも部分的に前記複合材料内に組み込むステップ３２とを有する。ステップ３３において、前記ファイバ構造は、例えば圧縮プロセス、熱分解炭素含浸又は化学蒸着により、高密度化される。
【０１１４】
ここで図８ａ、ｂを参照すると、本発明による陽極ディスク要素の織物アーキテクチャの例示的な実施例が、描かれている。
【０１１５】
図８ａは、図４ａ、ｂの前記陽極ディスク要素の極性配置の単純化された概略図を示す。前記陽極ディスク要素は、個々のファイバ層１４で構成され、各々が、半径方向のファイバ１２及び円周ファイバ１３を有する。
【０１１６】
図８ｂにおいて、半径方向ファイバ１２及び円周ファイバ１３の個々の織物パターンが、描かれている。例示的な織物パターン又は織物アーキテクチャは、平織り、綾織り、バスケット織り、４ハーネスサテン（松葉どめ）織り、５ハーネスサテン織り及び８ハーネスサテン織りであることができる。個々のファイバ層１４は、個々の織物パターンを有しうる。
【０１１７】
図８ｂから理解されることができるように、それぞれの交差点において、半径方向ファイバ１２及び円周ファイバ１３は、互いに対して垂直であると見なされることができる。
【０１１８】
半径方向ファイバ１２及び円周ファイバ１３の織物構造は、織物パターンに達するように交換されることもでき、したがって、前記パターンは、実質的に約９０°回転される。
【０１１９】
ここで図９ａ、ｂを参照すると、本発明による金属注入として熱放散要素を有する陽極ディスク要素の例示的な実施例が、描かれている。
【０１２０】
図９ａは、堆積された焦点トラック４及び焦点トラック４の下に熱伝導要素５として設けられた金属注入２８を持つ炭素ファイバ強化炭素（ＣＦＣ）極性織物構造を持つ陽極ディスク要素１の例示的な実施例を示す。
【０１２１】
図９ｂは、堆積された焦点トラック４及び全体的なＣＦＣ基板を通して熱伝導要素５として設けられた金属注入を持つ炭素ファイバ強化炭素（ＣＦＣ）極性織物構造を持つ陽極ディスク要素１の例示的な実施例を示す。
【０１２２】
図９ａ及び９ｂにおいて、前記陽極ディスク要素の異方性熱伝導率は、軸方向において減少されると見なされるので、金属注入２８は、特に回転軸に平行な方向において、焦点スポット４から熱を伝導させるように設けられる。したがって、金属注入２８として熱伝導要素５を採用することにより、焦点スポット４において生じる熱は、陽極ディスク要素１内のトランスラミナ熱放散経路を設けることにより陽極ディスク要素１の少なくとも一部を通って分散される。
【０１２３】
用語"有する"が他の要素又はステップを除外せず、"ある"が複数を除外しないことに注意すべきである。また、異なる実施例に関連して記載された要素は、組み合わせられることができる。
【０１２４】
請求項内の参照番号が、請求項の範囲を限定すると解釈されるべきでないことにも注意すべきである。
【符号の説明】
【０１２５】
１：陽極ディスク要素
２：複合材料
４：焦点トラック
５：熱放散要素
６：回転軸
７：軸要素
８：電子衝突の経路
９：Ｘ線放射線
１０：熱伝導
１２：半径方向ファイバ
１３：円周ファイバ
１４：ファイバ層
１５：凹部
１６：焦点スポット
２０：Ｘ線システム
２１：Ｘ線生成装置
２２：Ｘ線検出器
２３：対象
２４：陰極要素
２５：陽極要素
２６：支持台
２７：制御システム
２８：金属注入
３０：陽極ディスク要素を製造する方法
３１：複合材料を設けるステップ
３２：少なくとも１つの熱放散要素を組み込むステップ
３３：ファイバ構造を高密度化するステップ
【図１】
0005676594.tif 000002
【図２ａ】
0005676594.tif 000003
【図２ｂ】
0005676594.tif 000004
【図３ａ】
0005676594.tif 000005
【図３ｂ】
0005676594.tif 000006
【図３ｃ】
0005676594.tif 000007
【図４ａ】
0005676594.tif 000008
【図４ｂ】
0005676594.tif 000009
【図５】
0005676594.tif 000010
【図６】
0005676594.tif 000011
【図７】
0005676594.tif 000012
【図８ａ】
0005676594.tif 000013
【図８ｂ】
0005676594.tif 000014
【図９ａ】
0005676594.tif 000015
【図９ｂ】
0005676594.tif 000016