(57)【要約】  Ｘ線管（１０）用のアノード（３０）であって、アノード（３０）は、アノード（３０）を回転支持するステム（２９）と、ステム（２９）と同軸に取り付けられ、その正面側に、電子ビーム（２７）のためのターゲットとして、外周ターゲット領域（３２）を有する、ディスク（３４）とを少なくとも備えており、アノード（３０）がディスク（３４）に延在する少なくとも１つの空洞を有する場合、特に、空洞が少なくとも１つの無機塩のコーティング（５０）を有する場合に、アノード（３０）は、効率良く冷却される。
2015520929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管（１０）用のアノード（３０）であって、
前記アノード（３０）は、
前記アノード（３０）を回転支持するステム（２９）と、
前記ステム（２９）と同軸的に取り付けられたディスク（３４）であって、前記ディスク（３４）は、前記ディスク（３４）の正面側に、電子ビーム（２７）のためのターゲットとして、外周ターゲット領域（３２）を有する、ディスク（３４）と
を少なくとも備えている、アノード（３０）において、
前記アノード（３０）は、前記ディスク（３４）まで延在している少なくとも１つの空洞を有し、前記空洞は、少なくとも１つの無機塩のコーティング（５０）を有する、ことを特徴とする、アノード（３０）。
【請求項２】
前記空洞（３５）は、前記ディスク（３４）の中心から、少なくとも、前記ターゲット領域（３２）の反対側の領域まで延在している、請求項１記載のアノード（３０）。
【請求項３】
前記空洞（３５）は、前記ステム（２９）の同軸に整列された円筒形ホール（４５）を含む、請求項１または２記載のアノード（３０）。
【請求項４】
前記ディスク（３４）は、少なくとも、前方ハーフシェル（３７）および後方ハーフシェル（３８）を備えており、前記前方ハーフシェル（３７）および前記後方ハーフシェル（３８）は、互いに対して取り付けられることにより凹部（４４）を形成し、前記凹部は前記空洞（３５）の一部である、請求項１から３のいずれか一項記載のアノード（３０）。
【請求項５】
前記後方ハーフシェル（３８）は、モリブデン合金ボディを含む、請求項４記載のアノード（３０）。
【請求項６】
前記コーティング（５０）は、過酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、ケイ素、酸化ホウ素、チタン、酸化銅、酸化コバルト、酸化ベリリウム、三酸化二ロジウム、四酸化三マンガン、および、炭酸ストロンチウムからなる群の少なくとも１つの成分を含む、請求項１から５のいずれか一項記載のアノード（３０）。
【請求項７】
少なくとも排気された区画（２０）を備えているＸ線管（１０）であって、
前記排気された区画（２０）は、
電子（２７）を放射するカソード（２６）と、
ターゲット領域（３２）を有するアノード（３０）と、
前記電子（２７）を前記ターゲット領域（３２）上に集束させる手段（２５）と
を含み、
前記アノード（３０）は、請求項１から６のいずれか一項記載のアノードであることを特徴とする、Ｘ線管（１０）。
【請求項８】
前記アノード（３０）は、前記区画（２０）内で回転支持されている、請求項７記載のＸ線管（１０）。
【請求項９】
前記区画（２０）はハウジング（１１）に囲まれており、前記区画と前記ハウジングとの間に空間（２２）を形成し、
前記Ｘ線管は、前記区画（２０）と前記ハウジング（１１）との間の前記空間において冷却材を循環させる手段を備えている、請求項７または８記載のＸ線管（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、Ｘ線管用の冷却アノードおよびＸ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
Ｘ線管は、医療用画像化技術において、特に、ＣＴスキャナ用のＸ線源として大きな重要性を有する。当然、Ｘ線管は、他の技術分野においても同様に重要であり、例えば、結晶構造決定（例えば、非特許文献１を参照）、または、税関当局によって一般的に使用されるようになった迅速かつ信頼性の高いＸ線撮影法などが挙げられる。これらの用途では、Ｘ線ベースの分析を受ける物体についての詳細な情報を得るために、高い放射電力が必要とされる。
【０００３】
簡単に言えば、Ｘ線は、事前に加速された電子の急激な減速によって生成される。この目的のために、Ｘ線管は、カソードを、しばしばコイル状フィラメントの形態で備えている。このフィラメントは、電流をフィラメントに印加することによって加熱され、電子の熱放射を引き起こす。電子はアノードによって引き寄せられる。アノードとカソードとの間の電圧は、典型的には、数ｋＶのオーダであり、例えば、２５〜１５０ｋＶである。結果として、電子は、アノードの原子との非弾性散乱によって減速されるまで、アノードに向かって数ｋｅＶまで加速される。エネルギー保存により、電子の運動エネルギーの一部は、連続的エネルギースペクトルを有する光子、すなわちＸ線として放射される。Ｘ線の放射は、制動放射とも言われる。ピークが、しばしば、Ｘ線管の放射スペクトルにおいて観察される。これらのピークは、原子の励起された電子の再結合に起因する。アノードに衝突する電子の高い運動エネルギーは、不幸なことに、短波長放射だけでなく、熱にも変換される。Ｘ線管に与えられる電力の数％だけが、典型的に、Ｘ線に変換され、残りの電力は熱に変換される。Ｘ線管の、特に、アノードの効率的な冷却が、高いＸ線強度を得るために非常に重要になる。
【０００４】
特許文献１はＸ線管を開示している。Ｘ線管は、普通、排気された区画を有する。その区画には、電子の熱放射のためのカソード、および、電子のターゲットとしてのタングステン合金のアノードがある。アノードはディスク形状であり、電子が集束する円形の外周領域を有する。このディスクは、モータのロータシャフト上に設置されるので、動作中、電子ビームの焦点が、外周領域上に円形の焦点軌道を形成する。アノードディスクの後側には、ヒートシンクとして、グラファイトのバックプレートが取り付けられている。熱は、ヒートパイプによって、アノードからバックプレートまで伝達される。ヒートパイプは、簡単に言えば、ナトリウム、リチウム、亜鉛などの、アノードの動作条件下において流体である作動流体で部分的に充填された、排気された円筒形金属製シェルである。各金属製シェルにおいて、管によって囲まれた毛細管ウィックがある。このウィックは、焦点軌跡の近傍にある、シェルの蒸発端に流体を輸送するために役に立つ。結果として、焦点軌跡に衝突する電子によって生成される熱が液体を蒸発させる。（ここでは気相にある）蒸発した液体は、シェルのもう一方の端で凝縮して、結果として、焦点軌跡のすぐ後ろの領域から、バックプレートに向けて、熱を輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８０７，３８２号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｓｈｃｒｏｆｔ  Ｍｅｒｍｉｎ著、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｓａｕｎｄｅｒｓ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、第６章
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の要旨
本発明は、アノードを冷却するための熱伝達機構が複雑かつ高価であるという所見に基づく。
【０００８】
本発明によって解決される課題は、Ｘ線管のアノードを冷却するための、単純で、そのため、高価でない熱伝達機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、請求項１に記載のＸ線管用アノードによって解決される。従属請求項は、本発明の改良に関する。
【００１０】
上記の課題は、Ｘ線管用のアノードを提供することによって解決される。このアノードは、アノードを回転支持するためのステムを有する。ディスクが、ステムと同軸で取り付けられる。ステムおよびディスクは、好適には、一体化して形成される。好適には、ディスクは、その正面側に、外周ターゲット領域、例えば、タングステンで構成されたインレットを有する。アノードは、ステムからディスクまで延在している少なくとも１つの空洞を有する。したがって、空洞は、ステムおよび／またはディスクの内壁によって形成されている。ステムおよび／またはディスクの内側表面の少なくとも一部は、少なくとも１つの無機塩によってコーティングされている。代替的に、空洞の少なくとも一部は、少なくとも１つの無機塩によってコーティングされているといってもよい。より好適には、コーティングは、以下で詳細に説明される無機塩の組成物である。この無機塩または組成物は、それぞれ、ディスクおよびステムの内側表面上に優れた熱伝導性を有するコーティングを形成する。このことは、ターゲット表面の領域から何らかの冷却装置までの効率的かつ単純な熱伝達を可能にする。
【００１１】
好適には、空洞は、ディスクの中心から、少なくとも、ターゲット領域とは反対の領域まで延在する。熱は、固体に入射して、固体の原子の電子と相互作用する電子により、ターゲット領域のすぐ後ろの材料において生成される。コーティングされた空洞が、ターゲット領域の反対側の領域まで延在している場合、熱は、熱の発生場所から何らかの冷却装置、例えば、ヒートシンクまで伝導される。
【００１２】
空洞は、好適には、排気され、例えば、同軸で整列された円筒形スルーホールを有する。このスルーホールは、無機塩（または組成物）の溶液を空洞内に充填させることによってコーティングを適用すること、および、その後、溶媒を除去することにより、コーティングを適用することを可能にする。この手順は、複数回繰り返される。溶媒は、例えば、アノードの加熱および／または空洞内の圧力の低減によって、容易に除去される水である。コーティング後、空洞は、例えば、スルーホールを介して排気され、このスルーホールは、その後、例えば、バルブによって閉鎖される。
【００１３】
ディスクは、前方ハーフシェルおよび後方ハーフシェルを少なくとも備えている。２つのシェルが互いに対して取り付けられていることにより、シェルの間に凹部を形成する。凹部は空洞の一部である。このことにより、一方で、空洞を有するディスクを効率良く製造し、同時に、アノードの動作条件に２つのハーフシェルを良好に適合させるために、前方ハーフシェルおよび後方ハーフシェルに対して異なる材料を選択することを可能にする。
【００１４】
好適な実施形態において、少なくとも後方ハーフシェルは、アノードの熱散逸および耐久性を強化するために、モリブデン合金ボディを備えている。
【００１５】
好適には、コーティングは、無機酸化物を含む。空洞をコーティングするための溶液は、以下の成分の組成物を含む。
【表１】
2015520929.tif 000003
【００１６】
約１０％の組成における変更が許容可能である。この組成物は、組成物の単なる１つの可能性である。さらなる組成物の例は、米国特許第６１３２８２３号、同６９１１２３１号、同６９１６４３０号、同６８１１７２０号、および、米国特許出願公開第２００５／００５６８０７号に説明されており、これらの文献は、本明細書で完全に開示されているように、参照により援用される。このような組成物を空洞に適用することによって与えられるコーティングは、電子の衝突により生成される熱のほぼ完璧に均質な分配を提供するための熱伝導性材料として作用する。空洞は、上記の参考文献に示唆されるのと同様に排気される。熱伝導性材料は、酸化物と、１つ以上の純元素種、特にチタンおよびケイ素との組み合わせである無機材料である。
【００１７】
当然、アノードは、Ｘ線管の排気された区画に含まれる。このようなＸ線管は、電子を放射するためのカソードを少なくとも備えている。カソードは、例えば、電流を印加するように構成されたタングステンフィラメントである。さらに、Ｘ線管は、アノードのターゲット領域上に電子を集束させる手段と、好適には、アノードを回転支持する手段とを備えている。少なくともアノードおよびカソードが排気された区画に囲まれている。例えば、アノードは、区画内で回転支持されている。代替的に、アノードおよびカソードを有する区画が回転する。カソードによって放射された電子ビームは、好適には、ターゲット領域上のある点に集束される。少なくともアノードは、電子ビームに対して回転して、その結果、焦点は、ターゲット領域上の「焦点軌跡」を辿る。
【００１８】
上記区画は、ハウジングによって囲まれており、区画とハウジングとの間に冷却空間を形成する。冷却材がその空間内を循環する。より好適には、冷却材が、ヒートシンクまたは何らかの他の冷却装置と、冷却空間との間を循環する。
【００１９】
以下で、本発明は、図面を参照した実施形態の例に基づき、本発明の一般的な概念を限定することなしに、例示を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、簡略化したＸ線管の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１において、Ｘ線管１０は、例えば、ガラスの区画壁２０によって形成された区画を有する。区画２０は、例えば、何らかの金属で構成されたハウジング１１に囲まれている。区画壁２０とハウジング１１との間に空間２２があり、この空間２２内を冷却材が循環する。好適には、冷却材は、空間２２と熱交換器（図示せず）との間を循環する。
【００２２】
区画２０は排気されており、かつ、区画２０は、電源に接続されたカソードアセンブリ２４を囲んでおり、このカソードアセンブリ２４はフィラメントカソード２６を有する。カソード２６に電力を印加することによって、カソード２６が加熱されて、電子の熱放射が得られる。
【００２３】
区画２０は、また、アノード３０の一部も囲んでいる。アノード３０は、Ｔ形状の断面を有する。アノード３０は、ディスク３４が取り付けられたステム２９を備えている。図示されている例において、ステム２９およびディスク３４は、一体化して形成されているが、別個の部品であってもよい。ディスク３４は、カソードアセンブリ２４の方を向いている正面側を有する。ディスク３４の正面側には、カソード２６によって放射され、その後、カソード２６とアノード３０との間の電圧によって加速される電子のための外周ターゲット領域３２がある。
【００２４】
アノードは、軸３３に沿って同軸に延在する空洞３５を有する。空洞３５は、ステム２９内の円筒形ホール４５を含み、この空洞３５は、ディスク３４まで延在している。ステムは、その後端に開口部３６を有する。
【００２５】
ディスク３４は、前方ハーフシェルおよび後方ハーフシェルを有し、それらの間に凹部４４を形成する。凹部は、空洞３５の一部であり、結果として、ステム２９の円筒形ホール４５と流体連通している。用語「流体連通」は、流体が空洞内にあるように理解されるべきではなく、連続的コーティング５０を空洞に適用可能であることを説明するものと理解されるべきである。さらに、冷却材（例えば気体）が、例えば、アノードの後側の開口部３６を介して、空洞内を循環可能である。
【００２６】
アノード３０は、ベアリング手段によって、軸３３の周りを回転するように回転支持される。ベアリング手段は、区画壁２０によって支持されており、ベアリングボール３９用の外輪を有するベアリングハウジング４２を備えている。ベアリングボール３９用の内輪が、ステム２９の外側表面上に設けられている。アノード３０は、電気ステータ（図示せず）を有するモータによって回転駆動される。
【００２７】
集束手段２５は、ターゲット領域３２上の地点で電子２７を集束させる。したがって、電子ビーム２７は、ターゲット領域３２上で集束する。動作中、電子ビーム２７の焦点が、回転しているステム２９上に、特に、ステム２９のターゲット領域３２上に焦点軌跡を形成する。
【００２８】
アノード３０の内側表面には、例えば、表１に示したような無機塩および元素の組成物を含むコーティング５０がある。好適には、内側表面が完全にコーティングされる。コーティング５０は、優れた熱伝導性を有し、ターゲット領域３２からの優れた熱散逸性を与える。
【００２９】
動作中、電子ビーム２７がカソード２６によって放射され、ターゲット領域３２上で集束する。アノード３０が回転し、結果として、集束した電子ビーム２７が、上述したように、ターゲット領域３２上のリング状焦点軌跡において、アノード３０に衝突する。電子の一部が、アノード３０の原子核とのクーロン相互作用に起因して減速され、結果として、Ｘ線制動放射が放射される。しかしながら、電子の大部分が、原子の電子と相互作用し、結果として、運動エネルギーの大部分が熱に変換される。この熱は、ターゲット領域から、空洞壁に向けて散逸し、結果として、コーティング５０に伝達される。コーティング５０は、ターゲット領域から、何らかの冷却装置（図示せず）に接続されたアノードの後側への熱伝導に寄与して、この熱伝導を向上する。
【符号の説明】
【００３０】
参照数字のリスト
１０  Ｘ線管
１１  ハウジング
２０  区画／区画壁
２２  （例えば冷却材用の）空間
２４  カソードアセンブリ
２６  カソード
２７  電子ビーム
２８  Ｘ線
２９  ステム／シャフト
３０  アノード
３３  アノード３０の回転軸
３４  ディスク
３７  前方ハーフシェル
３８  後方ハーフシェル
３５  空洞
３６  空洞の開口部
３９  ベアリングボール
４２  ベアリングハウジング
４４  ディスクの凹部（空洞３５の一部）
４５  ステム内の円筒形ホール（空洞３５の一部）
５０  コーティング
【図１】
2015520929.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月26日(2013.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管（１０）用のアノード（３０）であって、
前記アノード（３０）は、
前記アノード（３０）を回転支持するステム（２９）と、
前記ステム（２９）と同軸に取り付けられたディスク（３４）であって、前記ディスク（３４）は、前記ディスク（３４）の正面側に、電子ビーム（２７）のためのターゲットとして、外周ターゲット領域（３２）を有する、ディスク（３４）と
を少なくとも備えている、アノード（３０）において、
前記アノード（３０）は、前記ディスク（３４）まで延在している少なくとも１つの空洞を有し、前記空洞は、少なくとも１つの無機塩のコーティング（５０）を有し、
前記コーティング（５０）は、過酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、ケイ素、酸化ホウ素、チタン、酸化銅、酸化コバルト、酸化ベリリウム、三酸化二ロジウム、四酸化三マンガン、および、炭酸ストロンチウムからなる群の少なくとも１つの成分を含む、
ことを特徴とする、アノード（３０）。
【請求項２】
前記空洞（３５）は、前記ディスク（３４）の中心から、少なくとも、前記ターゲット領域（３２）の反対側の領域まで延在している、請求項１記載のアノード（３０）。
【請求項３】
前記空洞（３５）は、前記ステム（２９）の同軸に整列された円筒形ホール（４５）を含む、請求項１または２記載のアノード（３０）。
【請求項４】
前記ディスク（３４）は、少なくとも、前方ハーフシェル（３７）および後方ハーフシェル（３８）を備えており、前記前方ハーフシェル（３７）および前記後方ハーフシェル（３８）は、互いに対して取り付けられることにより凹部（４４）を形成し、前記凹部は前記空洞（３５）の一部である、請求項１から３のいずれか一項記載のアノード（３０）。
【請求項５】
前記後方ハーフシェル（３８）は、モリブデン合金ボディを含む、請求項４記載のアノード（３０）。
【請求項６】
少なくとも排気された区画（２０）を備えているＸ線管（１０）であって、
前記排気された区画（２０）は、
電子（２７）を放射するカソード（２６）と、
ターゲット領域（３２）を有するアノード（３０）と、
前記電子（２７）を前記ターゲット領域（３２）上に集束させる手段（２５）と
を含み、
前記アノード（３０）は、請求項１から５のいずれか一項記載のアノードであることを特徴とする、Ｘ線管（１０）。
【請求項７】
前記アノード（３０）は、前記区画（２０）内で回転支持されている、請求項６記載のＸ線管（１０）。
【請求項８】
前記区画（２０）はハウジング（１１）に囲まれており、前記区画と前記ハウジングとの間に空間（２２）を形成し、
前記Ｘ線管は、前記区画（２０）と前記ハウジング（１１）との間の前記空間において冷却材を循環させる手段を備えている、請求項６または７記載のＸ線管（１０）。
【国際調査報告】
2015520929.tif 000005
2015520929.tif 000006