X 線管装置の技術の系統化調査
Historical Development X-ray Tube Assembly for Medical Use

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神戸 邦治 Kuniharu Kanbe■ 要旨1895 年レントゲン（Röntgen, wilhelm Conrad：独）による X 線の発見の翌年には、X 線の発見に用いられたクルックス管の欠点を改良した、凹面陰極と対陰極が 45 度の傾きをもったガス入り X 線管（以下イオン管という）が考案され、また、国内においては X 線による手、植物などの透過実験が行われた。1909 年には株式会
こうのだい
社島津製作所（以下、島津という）が、千葉国府台病院に蓄電池を電源とした感応コイルで高電圧を発生し、イオン管に電力を供給する方式の国産初の X 線装置を納入した。1914 年第一次世界大戦が勃発し、X 線管の輸入が難しくなり国産化が熱望され、1915 年、白熱電灯を製造していた東京電気株式会社（東芝メディカルシステ
ムズ株式会社、以下東芝という）が国産初のイオン管「ギバ」（産業遺産登録 No.00047 号、2010 年登録）を開発した。しかし、イオン管は不安定な製品であったため、この欠点を改善し安定した X 線出力の得られる熱電子形のクーリッジ管を 1913 年クーリッジ（Coolidge.William David：米）が発明した。特許が登録されると、東芝が国内での製造・販売の特許実施権（1920-1934）を取得した。
この特許実施権のある 15 年間に、東芝はクーリッジ管のバルブの中央が大きく膨らんだ部分を、順次小さくするとともに、陽極の銅母体に、銅、コバールなどの気密用のリングシールを取り付ける構造によって熱発生源の近くを外部から、空気、油、水で冷却し、陽極に発生する熱を逃がす方法で X 線出力を増やす活路を開いた。
この気密封止技術が後の回転陽極 X 線管の開発に活かされた。以後、焦点の 2 重焦点化、X 線管全体を油浸にするなど機能の向上と小形化を進めるとともに、ガラス外囲器の材料を硬質ガラスに変更し、防電撃・防 X 線の X 線管装置「ジャパニックス」を開発し世界水準に近い技術を得た。
クーリッジ特許の使用期間が満了になると、準備を進めていた島津と渋谷レントゲン株式会社（後に株式会社
日立に移管）が X 線管の開発、製造に着手し、1945 年までに東芝とほぼ同種類の競合品を揃えた。
太平洋戦争終了後は、X 線管の性能低下が問題となり国民の健康診断に事欠く状態が憂慮され、官の指導で相互の競争を廃して共同研究を行い品質の安定化を図った。1960 年代に入ると、国民生活の変化により消化器系のガンの検診が要求された。そこで、商品化されていた、回転陽極 X 線管とイメージ・インテンシファイアの新しいテクノロジーを用いた遠隔操作式 XTV 透視撮影台が開発された。従来の胸部間接の静止撮影から動態撮影へと変化し、X 線管は、高速回転による小焦点大電流撮影と陽極の熱容量の増大が要求された。この消化器撮影の開発が、ターゲットをタングステン・モリブデンで接合する技術を生み、また、高速回転における高温の軸受け技術が、その後の CT、循環器撮影用 X 線管の開発に大いに寄与したと考えられる。X 線管は、固定陽極
から付加価値の高い回転陽極になり、1980 年代までは、焦点組合せ、ターゲット径、ターゲット角度、熱容量、回転数などの構成要素を変えて、一般撮影を基本に、断層撮影、循環器撮影、および、乳房、回診用、ステレオ
撮影、拡大撮影など多くの術式に対応してきた。この間、コンデンサー用 150kV 高耐電圧 X 線管、2 極管による 100µm 焦点 X 線管、ブルーミングレス焦点 X 線管など国産技術による独自の製品が生み出された。
一方、クーリッジ管以来の X 線革命と言われるゴッドフリー・ニューボルト・ハウンズフイルード（Godfrey
Newbold Hounsfield）の発明した CT（Computed Tomography）が商品化され、1975 年から英国 EMI 社を始め多くの海外メーカの CT 装置が輸入開始された。国内では、株式会社日立製作所（以下日立という）が 1976
年 5 月の日本医学放射線技術学会で頭部用 CT-H250 を発表し以後、国内三社（東芝、日立、島津）による開発競争がスタートした。全身用 CT のシングルスライス用には、当初は海外品の陽極熱容量 750kHU の回転陽極
X 線管装置を使用していたが、徐々に国産品に取り替わった。CT の開発は急速で、検出器のスライス数も 320
個とマルチになり、ボリューム、ヘリカルスキャン時代に入った。撮影時間も 1 秒以内となり X 線管装置も4,000kHU の熱容量を持つ、世界でも最高の性能を有する CT 用 X 線管装置を東芝が開発した。CT 撮影は、従
来 X 線が通過し認識出来なかった低吸収領域の画像を映像化するとともに、三次元の立体画像も可能となった。
また、感光系もフイルム、増感紙に代わるデジタルの FPD (Flat Panel Detector) が実用化の時代を迎えた。このように、X 線写真もアナログ（影絵と言われる陰影像）からデジタル画像に変遷する時代となった。
X 線管の製造技術を、当初クーリッジ特許権を取得していた東芝が、模倣ではなく指導で習得出来たことは、技術の系統化としては世界との遅れを短縮するためにはむしろ幸運であったと考えたい。X 線管は、高電圧発生
装置、感光系、撮影台があって成り立つ製品である。したがって、これら周辺技術の変化が与えた変遷と、また、
X 線透過力は、CT で観察できるように鮮鋭度の高い立体像へと進歩したが、放射線を用いない技術が、MRI（Magnetic Resonance Imaging）、内視鏡・超音波機器などの発展により X 線の領域にひたひたと迫って来ている。このように、X 線の持つ利点と欠点を点と点で結び技術の系統化として記述した。

■ Abstract
In the year following the discovery of X-rays by Wilhelm Conrad Röntgen in 1895, gas-filled X-ray tubes（iontubes）that improved on the Crookes tube were invented that used a concave cathode and an anticathodeset at 45°. Before long, experiments were being conducted in Japan where X-rays were transmitted throughthings such as hands and plants. Then in 1909, Shimadzu Corporation（Shimadzu）delivered Japan’s first
X-ray apparatus to Kohnodai Hospital in Chiba Prefecture, which used an induction coil powered by a storage
battery to electrify an ion tube. The outbreak of World War I in 1914 made X-ray tubes difficult to importand prompted their domestication, and Tokyo Electric Company（Toshiba Medical Systems Corporation;
Toshiba）, who were manufacturing incandescent light bulbs, developed Japan’s first X-ray tube in 1915 –the GIBA ion tube.1 Ion tubes were unstable products, and in 1913 William Coolidge invented an improved
thermionic tube that could produce a stable X-ray output. After a patent had been issued, Toshiba obtained apatent license（1920-1934）to manufacture and sell them in Japan.
While Toshiba gradually reduced the size of the central bulge of the Coolidge tube during the 15 years
in which their patent license was valid, they also found ways of increasing X-ray output by changing theconstruction of the copper or Kovar ring seal where it meets the copper anode so that the heat generated at
the anode could be cooled from the outside with air, water, or oil. This seal technology was later revived forthe rotating anode X-ray tubes. From then on, Toshiba worked to introduce various improvements, such as
dual focus X-ray tubes and oil-immersed tubes, while making the tubes smaller overall and using borosilicate
glass for the tube envelopes. By the time they developed the electric-shockproof and X-ray-shielded JAPANIX
tube, they had achieved near-world-class technology.
When Toshiba’s license for the Coolidge patent expired, Shimadzu and Shibuya Roentgen Co.（later
acquired by Hitachi, Ltd.）, who had been making preparations in advance, began developing andmanufacturing X-ray tubes, and by 1945, they both had similar product ranges to compete with Toshiba.
After the end of World War II, as X-ray tubes still suffered from a rapid drop-off in performance, fearing that
this would cause a deterioration in the state of medical care, the government instructed companies to put
competition on hold and commence a joint research effort to stabilize product quality. In the 1960s, changes
in the lifestyle of Japanese people made examination for gastrointestinal cancer necessary. An X-TV remotecontrol fluoroscopy system was developed using newly commercialized technology, such as the rotating
anode X-ray tube and a new image intensifier. The change from conventional indirect chest still imaging tofluoroscopy（dynamic imaging）created the need for high-power microfocus X-ray tubes with rapidly rotating
anodes with increased heat capacity. It would appear that the development of gastrointestinal imaging led
in turn to the development of tungsten-molybdenum targets, and that high-speed high-temperature bearing
technology later contributed greatly to the development of CT and X-ray tubes for cardiovascular imaging.
X-ray tubes gradually abandoned fixed anodes in favor of high value-added rotating anodes, and by the
1980s, X-ray tubes for general imaging were being tailored for tomography and cardiovascular imaging, as
well as various other procedures, such as mammography, routine bed-side radiography, stereography, andradiographic magnification. This was done by modifying the tubes’ target assembly, target diameter, target
angle, anode heat capacity, and rotational speed. Recently, unique products using Japanese technologies,
such as diode X-ray tubes with a 100 µm focus, X-ray tubes with reduced focal spot blooming, and X-ray
tubes that can withstand a 150 kV capacitor discharge, have been developed.
The invention of computed tomography（CT）by Godfrey Newbold Hounsfield has been called the greatest
advancement in the field of X-ray radiography since the invention of the Coolidge tube, and CT equipment
began to be imported in 1975 after its commercialization, initially from EMI in the UK, and then frommany other overseas manufacturers. In Japan, after Hitachi announced the CT-H 250 head scanner at theJapanese Society of Radiological Technology in May 1975, a race began between three companies（Toshiba,
Hitachi, and Shimadzu）to develop their own CT technology. The early units originally used a foreign-maderotating-anode X-ray tube with an anode heat capacity of 750 kHU for making single-slice whole-body scans,
but these tubes were gradually replaced by domestic alternatives. CT technology developed rapidly and1

Essential Historical Materials for Science and Technology Registration No.00047（2010）

entered the era of volume helical scanning, with multi-slice detector arrays containing 320 elements being
produced. Toshiba developed an X-ray tube unit for CT with the highest performance in the world; with aheat capacity of 4,000 kHU it was capable of making a scan in less than one second. CT imaging could
capture areas of low attenuation that were undetectable with conventional X-ray technology, and it also madethree-dimensional imaging possible. The era of digital flat panel detectors（FPDs）arrived, and they quickly
became a practical alternative to photosensitive films and intensifying screens. In this way, X-ray radiographytransitioned from analog（negative images called “shadowgraphs”）to digital images.
I would like to think that Toshiba, who had acquired the rights to the Coolidge patent, was able to masterthe technology for manufacturing X-ray tubes on the basis of its guidance rather than having to imitate it, andwas therefore rather fortunate to be able to catch up with the rest of world by systematizing the technology.
X-ray tubes rest on a foundation of other products, such as photosensitive materials, photography equipment,
and apparatus for generating high-voltage electricity. Accordingly, although the penetrating power of X-rays
has tended to increase with changes in these peripheral technologies to enable high definition threedimensional imaging under CT, technologies such as endoscopy, ultrasonography, and magnetic resonanceimaging（MRI）that do not use radiation are gradually invading the domain of the X-ray. In this paper I
will provide a point-by-point description of the systematization of X-ray technology and the strengths andweaknesses of X-rays.

■ Contents
1．はじめに… ………………………………………… 188
2．X 線管装置の概要… ……………………………… 189
3．イオン管とクーリッジ管… ……………………… 194
4．クーリッジ特許期間満了後の動向… …………… 204
5．性能標準と対応技術… …………………………… 210■ Profile神戸 邦治

6．回転陽極 X 線管の開発…………………………… 221
Kuniharu Kanbe

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
昭和 32 年 3 月
昭和 32 年 4 月

昭和 38 年 3 月
平成 07 年
平成 17 年
平成 28 年 4 月

岐阜県立岐阜工業高等学校卒業
株式会社島津製作所入社
医用放射線機器の品質管理・生産技術を径て、Ｘ線管装置の開発・設計に従事
立命館大学理工学部 卒業
島津メディカルシステムズ（株）
オー・エイチ・ティー（株）
国立科学博物館 主任調査員

7．胸部撮影… ………………………………………… 229
8．消化管撮影… ……………………………………… 238
9．循環器撮影と CT 撮影… ………………………… 258
10．各種撮影… ………………………………………… 269
11．規格… ……………………………………………… 290
12．あとがき・謝辞… ………………………………… 295
資料 X 線管装置の技術の変遷… ……………………… 298
X 線管装置の系統化図… ………………………… 302
産業技術史資料（登録候補）…………………… 303

1｜はじめにX 線は、医用、工業用、分析用に利用され発展してる技術格差をつけていた状況での製品開発を進めた。

きたが、本調査では、主に医用で用いる X 線管装置を

その他、安全対策が欠如していた装置に対する法規制、中心に調査を行った。医用に用いる X 線管は、当初は、

また、治療用 X 線管の利用状況の把握もおこなった。

X 線発見時に使われていたクルックス管であったが、電第五章「性能標準と対応技術」では以下について述子衝撃面がガラスであったため、溶融などの問題から、べた。1945 年太平洋戦争終了後、戦後の混乱による、

陰極、陽極が金属のガス入りのイオン管に代り、さらに、技術および物質の欠如による製品品質の低下は、結核

不安定なイオン管から安定的に X 線を放射する熱電子予防の住民健診に多大な影響を与えた。これを解決す

管（クーリッジ管）になった。X 線管の形状は変化してべく官がメーカを指導し、X 線管の基礎研究、焦点性

いるが、現在も原理が同じクーリッジ X 線管である。イ

能の実験結果を基にした規格の整理と統一、および、

オン X 線管、クーリッジ X 線管とも固定陽極のタイプで、問題解決の技術指導をした。

診察用全般、および、工業用、治療用に分かれて利用

第六章「回転陽極 X 線管の開発」では、海外情報されていたが、1950 年に回転陽極 X 線管が開発されると国内での実用的な回転陽極 X 線管開発のための基と、それぞれの術式に対応した機種が多く生まれた。

本要素技術を解説した。X 線発見の翌年には回転陽

ところが、1970 年代の後半、CT の登場により、断層撮影も従来の裁断面から横断面の像になり、また、造影は、Müller が 1929 年に開発した Rotalix である。

剤によるカテーテル検査も血管造影だけではなくカテーテ

第七章「胸部撮影」では、電源事情の悪い国内をレルを使った治療（IVR: Interventional Radiology）が、ントゲン車で巡回した住民健診（胸部間接撮影）が本

頭部、腹部、心臓に盛んに適用され、循環器用 X 線管格化し発展したのは、戦後（1945 年以降）からであり、も陽極熱容量の増大が要求された。そのため、X 線管

そのために、威力を発揮したコンデンサー装置の特異の耐電圧の向上に加え、冷却用としての封入媒体であるな性能の説明とコンデンサー用 X 線管、とくに、世界

油を外部へ循環させ、ファン、または、水で冷却し性能をで初めて開発した三極 X 線管を中心にして記述した。

維持する技術も必要となった。一方、電気入力を与える「第八章

X 線高電圧装置の進歩や、X 線出力を捉え、見えないもンシファイア、回転陽極 X 線管を用いた遠隔操作式のを見えるようにする感光系の技術開発など、外部環境もXTV 透視台の開発による、焦点大きさの推移、陽極

変化し、X 線管装置は、陽極の熱容量の増大と機種の熱容量増大などに関する基礎的な技術の進歩の経緯、統一が進められた。本報告書では、これらの経緯にもとおよび、FPD 登場による高級 TV 寝台の開発についづいた技術の変遷を系統的に記述した。

て触れた。

第二章「X 線管装置の概要」では、X 線発見の経緯「第九章

消化管撮影」では、イメージ・インテ

循環器撮影と CT 撮影」では、第一世代と熱陰極 X 線管の発明までの X 線管の遷移、および基用の固定陽極 X 線管から、第三世代のマルチスキャ

本的な X 線の性質について簡単に解説した。

ンまでの陽極熱容量を増大した X 線管装置について、

第三章「イオン管とクーリッジ管」では、イオン X 線

熱容量が増えたことによる対応技術を述べた。例とし管の輸入時代と国産化への経過と、使用経験のトピックては、内輪レス軸受けの使用、球軸受けでない液体動スを紹介しイオン管が終焉にいたる技術説明をした。ま

圧軸受機構の開発、陽極の熱膨張による焦点移動の影

た、クーリッジ管の海外情報ともう一つのクーリッジ管と響を少なくする技術の導入などである。

いわれるリリエンフエルト管についても紹介し、さらに、「第十章

東芝がクーリッジ管の特許実施権を得た期間中に開発しについて記述した。

た X 線管に、どんな技術改善をして商品化したかを記「第十一章規格」の JIS については、戦後（1945 年）

述した。

に X 線管製造メーカーが協議して国内独自の規格を制定

各種撮影」では、各術式に応じた X 線管第四章「クーリッジ特許期間の満了後の動向」では、したが、その後は、IEC（International Electrotechnical1934 年 7 月 7 日クーリッジ特許の権利期間が満了となっCommission）、および、ICRP（International Commissionて、各社が X 線管の開発に参入できるようになり、島津、Radiological Protection）の勧告を受け、改正を行って日立とも東芝の製品シリーズに相当する商品化を急いだ

きた。ここでは、長期にわたり審議され制定された規が、その間の製造に関する島津の逸話を述べる。一方、格を抽出して記述した。

東芝は、製品精度の向上に努め、他社との間に確然た

188

極のアイデアが発表されており、最初に実用化したの

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

2｜X 線管装置の概要
銀 板 写 真 は 1839 年、エックス写真（陰影像 ） は

ド イ ツ Würzburg 大 学 の レ ン ト ゲ ン（RÖntgen,

1895 年に発明された。どちらも光を利用した写真でWilhelm Conrad）（1848-1923）も、同様に真空放電ある。銀板写真の記録媒体がフイルムになりデジタルの研究を行っていた。1895 年、実験管の近くにあっへと進化したのと同様、エックス線（X 線）も、人体た蛍光紙に写った光からある種の放射線が発生していの透過像が医学面に応用されて来たが、放射線というることに気づいた。今まで全く知らなかった性質を悩ましい問題を抱えながらも発展してきた。

持ったものであり、透過力のある放射線であることが2.1 X 線の発見と X 線管の推移分かった。不思議な放射線発見後の記念講演で、会場
1）2）の総意として、この放射線を未知の線－ X 線（レントゲン線）－ 4）と呼んだ。

ガラス管（glass tube）の両端に電極を設け、陽極

1878 年クルックス（英）は陰極線が微小の電気粒（アノード）と陰極（カソード）間に高電圧をかけて、子からなることと、陰極線の衝突面が熱を持つことも管内の空気（1 気圧 =101,300Pa）を真空ポンプで抜い発見、図 2.2 に示すクルックス管の実験で、陰極線にて圧力を下げていくと、空気が希薄になり放電して電よりガラス壁に映った十文字の影像の写真撮影を試み

流が流れる。

たが、アルミニウム板とガラス壁からの X 線放射のため、写真乾板が被り断念した。

図 2.1

真空放電 3）

図 2.2

その度合いによっていろいろな現象（図 2.1）が起こ

クルックス管で実験 2）

陰極線通路に十文字のアルミニウム陽極をおくとガラス壁に陽極の影像ができた（実験：W. Crookes）

る。圧力、10,000Pa 位になると放電が始まり、赤紫色の細い光が発生し、100Pa になると光は管全体に広が一方レントゲンが X 線を発見したときの実験管もり縞模様が現れ陰極付近に暗部が生じる。一般的に、

クルックス管で図 2.3 に示すように円盤状の陰陽極をこの圧力での放電は、ガイスラー管（Geissler tube）の備えた内部圧力 0.1Pa 程度の真空管であった。電極間領域になる。さらに圧力を 10Pa 以下にすると管内の光に高電圧を加えると陰極から陰極線（電子線）が放出は薄くなりガラス管壁に黄緑色の蛍光を発する。内部圧

し、管球の軸方向に直進しガラス管璧に衝突、ガラス力をこの位にした放電管をクルックス管（Crookes tube）

から X 線を放射した。蛍光紙を用いて光る現象を認という。圧力が 0.01Pa 以下になると放電がなくなる。

知し X 線の発見となったレントゲンと、写真乾坂が18 世紀においては、表 2.1 に示す著名者はじめ、多くの物理学者による真空放電の実験研究が行われてい
た。
表 2.1

真空放電研究の著名な科学者
ユリウス・プリュッカー

Plücker,Julius(1801～1868年)

独ガイスラー管

1857年 ハインリヒ・ガイスラー(Johann Heinrich Wilihelm
Geissler(1814～1879年)

独

クルックス管

1875年 ウイリアム・クルックス※レーナルト管1894年 フリップ・レーナルト

真空放電の先駆者

William Crookes(1832～1919年) 英Philip Eduard Von Lenard(1862～1947年)※ガラス管に薄い金属の窓を設け陰極線を取出すようにした（Lenard tube）
。

独

図 2.3


クルックス管 5）で X 線発生（実験：W. Röntgen）

X 線管装置の技術の系統化調査

189

X 線で被り何も映らなかったクルックスとは、用いた完成した。これがクーリッジ管（Coolidge tube）で受光面が蛍光紙と写真乾坂の違いで皮肉な結果となっある。図 2.6 に、陰極に渦巻状のフィラメントを収納た。いずれにせよ電子衝撃面がガラスであるため溶融したクーリッジ X 線管の概略図を示す。

点が低く照射負荷が小さく、また、熱による溶解も生じ長期の使用に耐えない欠点があった。
1900 年 頃 か ら 改 良 し た イ オ ン X 線 管（Ion x-ray
tube：ガス入り X 線管）が出現した。図 2.4 に空冷型のイオン X 線管の概略図を示す。図 2.5 にイオン X
線管の電子とイオンの流れを示す。両極に高電圧が印加されたとき管内の僅かな浮遊電子が気体分子に衝突し電離する。電離された電子は電界の影響を受けさらに加速度を増し電離を繰返す。電子は陽極へ、陽イオ
ンは陰極へそれぞれ運動する。陽イオンは陰極に衝突し自由電子を発生させる。この電子が電界で加速され

図 2.6

陽極に向かい衝突し X 線を発生すると考えられていクーリッジ X 線管 5）（タングステン熱陰極）る。管内の状態を平衡にするために若干の電子と陽イオンの結合があり、空間電荷による制限を受け、流れ

クーリッジが最初の論文において「X 線管に熱陰る電流（mA）は陽極に向かう電子と陽イオンとによ極を使用するという考えは新しいものではないが、陽る電荷の和となる。

イオンが基本的な役割を演じていない十分な真空中において、この原理が好結果で応用されたことはいまだかってなかったということを確認した」と述べている 1）7）。クーリッジ管の真空度は 10－4 ～10－5Pa という高真空状態になっていた。当時は、まだ熱電子放射
は陰極自身に含まれているガスによるもので、完全にガスを除去した陰極線からは電流が流れないだろうという考えが根強く残っていた常識を打ち破った発明であった。現在よく用いられている X 線管は、多くの改

図 2.4空冷型のイオン X 線管

5）良が加えれているが、基本原理はクーリッジ管である。

2.2 X 線の発生と性能

イオン X 線管

2.2.1

X 線の発生（連続 X 線と特性 X 線）8）9）

図 2.7 は、X 線発生の簡単な回路図である。フィラ
メント加熱によって放出された熱電子は X 線管の両端に印加された高電圧によって加速され、陽極に衝突
図 2.5

電子とイオンの流れ6）

する。この熱電子は、原子の軌道電子と衝突しエネル

イオン X 線管は、管内圧力の微妙な調整、および、
封入ガスの吸着、放出などの現象がイオン数を変化させ、X 線管の質（管電圧）と量（管電流）をコントロー
ルし難いという大きな欠点があるため、次第に使用されなくなった。1910 年頃から電子源にフィラメント
（filament）を用いることが試みられ、1913 年クーリッジ（Coolidge,William David）（1873-1975） は、 高 真
空内でタングステン（tungsten）熱陰極の温度を変化することにより管電流を任意に加減出来る X 線管を

190

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 2.7

X 線発生回路

ギーを与え、原子を電離あるいは励起の状態にもたら突し、光電効果（軌道電子が X 線の光子エネルギー

すが、軌道電子と衝突せず原子の奥深く進んだ熱電子を吸収して原子の外に飛び出し X 線が消滅する現象、は原子核の電場の影響を受けブレーキ（制動）がかけ

図 2.10 参照）を起こし吸収（消滅）され、また、コ

られ X 線を発生し、大部分のエネルギーは熱になる。

ンプトン散乱やレーリー散乱を起こし進行方向から逸

このブレーキにより発生する X 線を制動 X 線、またらされる。さらに、電子対生成での吸収もある。つまは、連続 X 線という（図 2.8）。

り、物質の中でこれらの相互作用が起こるたびに X
線は弱まってゆく。この起こる確率は、物質の原子番号に比例すると言われる。

図 2.8

制動 X 線発生 10）
図 2.10

光電効果 10）

医用の診断・治療、工業用には、連続 X 線が用いられる。陰陽極間に加えられた電位により、高速で陽極ターゲットに衝突する電子の速度は、管電圧 100kVで光速の約 60％という速さである。

2.2.3

X 線の発生効率

高速の電子が物質中を移動するときブレーキがかかりそのエネルギーを失う。これが制動 X 線（連続一方、熱電子が軌道電子と衝突するとき、原子をX 線）であるが、発生した制動 X 線のエネルギーが電離または励起する。電離あるいは励起された原子体

高速電子の運動エネルギーの何％になるかを示すの系は不安定で、より安定状態に戻ろうとする。エネル

が X 線発生の効率である。制動 X 線のエネルギーは

ギー順位は外側軌道電子の方が大きいので、内側軌道

Kuhlenkampff 11）の実験式から求められている。実験に移る際にエネルギー差が発生し、これが X 線に変式から、X 線発生の効率はηつぎのようになる。

換される。軌道電子は物質により規則正しい配列をなしているから、放射される X 線も、その固有の X 線となる。これを特性 X 線（示性 X 線、固有 X 線）という。図 2.9 にその模様を示す。K 殻の電子がたたきだされると L 殻、M 殻から電子が移行する。L 殻からη＝ X 線エネルギー/ 電気エネルギー= KV2IZ/VI = KVZ
V: 電圧（管電圧）、Z：ターゲットの原子番号、K：
通常使われる範囲での定数 1～1.1 × 10－9 である。
例えば、管電圧－9100000V、タングステン（Z=74）、とすると、η=1 × 10－9 × 100,000

移行した場合を Kα、M 殻から移行した場合を Kβ 特

定数 K を 1 × 10性線という。同様に Lα、-----、Mα---- 特性 X 線がある。

× 74=0.0074 となり、わずかに 0.74% である。すなわ

特性 X 線は蛍光 X 線とも呼ばれ分析用に用いられる。

ち電気エネルギーの約 1％が X 線となり、残りはすべて電子衝突した陽極で熱に変換されたことになる。
2.2.4

スペクトルと最短波長 9）X 線は電磁波であり、紫外線とガンマ線の間にあり波長は、100Å～10－2 Å（10nm～0.001nm）の範囲にある。加速された電子が金属と衝突すると X 線が発生する。このとき連続 X 線と特性 X 線が発生する。
図 2.9

原子内の電子移行と特性 X 線の発生

9）

図 2.11 は、ターゲット材が、モリブデン（Mo）とタ
ングステン（W）に、35kV の管電圧を加えた時の X

2.2.2

物質との相互作用

線のスペクトル分布である。X 線スペクトルとは「混X 線の光子が物質中を通過するとき原子内で何もざりあったものを分けて並べたもの」12）という意味で作用せず透過するものもあるが、光子が軌道電子に衝あり、ターゲットの材料によって変わる。なだらかなX 線管装置の技術の系統化調査

191

9 倍となる。一方、懐中電灯の明るさは一定であるから、距離が 2 倍に離れた d2 では、1/4 の明るさになる、d3 では、1/9 となる。以上より距離を 2 倍にす
れば 1/4、3 倍にすれば 1/9 となる。これを距離の逆2 乗則という。X 線管の焦点からの出力も、焦点から
d1 における X 線強度を I1、距離 d2 における強度を I2とすれば、I2/I1=（d1/d2）2 となる。故に X 線強度は
距離の 2 乗に逆比例する。なお、逆 2 乗則が適用されるのは光源（焦点）が点状であることが条件である。
（2） 減弱係数 8）
図 2.112.2.2 で述べたように、物質との相互作用（吸収・W-Mo スペクトル 9）

透過・散乱）による減弱で、その原理は、つぎのと（Mo の特性 X 線）

おりである。十分細く絞った平行な X 線束を物質に山形をしているのが連続 X 線で、急峻に突き出してい－10るのが特性 X 線である。横軸は、波長Å（10投射した場合、表面の X 線強度を I0、表面から測っm）を、た深さ x㎝の点における X 線強度を Ix とするとこの縦軸はエネルギーの強さ（X 線強度）を示す。波長λ点から dx㎝進む間に受ける X 線強度の減弱 dIx は Ix

＝ C/ ν（C：光速度、ν＝振動数）を表わす。波長および dx に比例する。比例定数 µ とすると Ix=I0e¯µxの短い X 線ほどエネルギーが大きい。これを X 線がの式が成り立つ、µ は減弱係数という。減弱係数は、

硬い、波長の長い X 線は軟らかいと表現している。ま材質により異なり、放射線防護、人体組織の等価材、た、最も短い波長（最短波長）の X 線は、1 回の衝突などの計算、また、CT では吸収係数と呼ばれ画像構

で完全に静止し、かつ衝突した原子にも熱エネルギー成の計算に利用されている（詳細は、「医療用 X 線

を与えない場合に生ずる。この最短波長は、λmin ＝

CT 技術の系統化調査報告、2008 年」参照）。

                                                           

－1012.4/kV × 10

m で与えられる（デユエン・ハントの法則、Duane- Hunt）。例えば、管電圧を図 2.11 の35kV で計算すると、最短波長は、λmin（Å）＝ 12.4
÷ 35 ＝ 0.354Å（0.0354nm）となる。

2.3 X 線管の分類

9）X 線管の種類については、ほぼ、つぎの三つに分類
される。

2.2.5

（1） 医用 X 線管    Medical  X-ray tube

X 線の減弱（1） 距離の逆 2 乗則

10）

X 線の透過と吸収を用いて画像を構成するもので、

図 2.12 に示すように、X 線管焦点に懐中電灯をお種類においても数においても最も多い。透視・撮影ないて照らしたと考えた時、照らしている面積を考える

ど体内の病巣、骨折、血管などの診断の目的に用いると、直径が 2 倍になると面積は 4 倍、3 倍の場合は、診断用 X 線管、癌や腫瘍の放射線治療の目的に用いる治療用 X 線管があるが近年減少傾向にある。
1973 年 CT（Computed Tomography）が実用時代に入り、アナログ（陰影）からデジタル（数値）断面画像となり診断能が一段と向上し、X 線管も大容量化して来た。
（2） 工業用 X 線管   Industrial  X-ray tube
X 線の透過と吸収を用いて画像を構成することについては、医用 X 線管と同じであるが、溶接物の溶接箇所の検査、鋳造内部の巣の有無を調べる非破壊検査に用いるなど、撮影物質の密度が高いので透過力の図 2.12 距 離の逆２乗の説明図 d1、d2、d3 焦点 ;（懐中電灯）と壁（測定点）までの距離 10）192

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

強い高電圧の X 線管が主流である。また、 X 線が物質を通過するときの吸収特性を利用した X 線厚さ計

の X 線源に用いるものがある。その他、航空手荷物、

金原出版株式会社（1976.12）

および、食品の異物混入の検査など、低管電圧の X

4） H.J.W.Dam:McClure’s Magazin, 6, P403（1896）

線管も必要とされている。

5） 野 崎 秀 英； 診 断 用 X 線 装 置 の 変 遷，P132, 140,
147，鳳鳴動書店（1983,10）（3） 分析用 X 線管

X-ray tube for analysis

物質に照射したときの回折現象や分光特性を利用し

6） 伊 藤 義 雄； 電 灯・ 証 明・ 電 熱，P16， オ ー ム 社（1959, 10）て、物質の構造を調べたリ成分元素の分析を行うとき

7） W.D.Coolidge;Phy, Review, 2, 2, 6, P409（1913）に用いる X 線管である。

8）瀧内政次郎；診療 X 線技術新書，P20, 28 金芳堂※本技術調査は医用 X 線管について記述するものであるが、工業用も、分析用も本質においては類似のものである。

（19615）9）香川威；医用 X 線管，P3, 6-7 京都放射線技術専

門学校（1976, 9）10） 紫 藤 寛 治；X 線 作 業 者 主 任 講 習 会 テ キ ス ト，

引用・参考文献
1） 電子管の歴史；X 線管，日本電子機械工業会電子管史研究会，P430, 424-425，オーム社（1987, 11）2）（株）島津製作所医用機器事業部：レントゲン回

P8-12 財団法人電子科学研究所（1995.1.）
11）中堀孝志；内外国文献紹介，日本放射線技術学会
誌第 8 巻第 2, 3 号（1952.12）
12）佐藤勝彦；図解量子論，P18，PHP 研究所（2004.3）

顧，P3-8，島津製作所（1994.11）
3） 小泉菊太；わが国における X 線管の歩み，P15，

X 線管装置の技術の系統化調査

193

3｜イオン管とクーリッジ管
クルックス管の陰極から放出される電子流は、電子るようになった。これにより手の撮影は 1～2 分で撮収束機能がないため電子衝撃面が広く焦点も大きい。

影可能となったと記述がある。しかしイオン X 線管

焦点面はガラス壁のため、電子衝撃の熱によりたびた

は、30～50mA と表示されていても、X 線出力が不安び損傷するとともに撮影の鮮鋭度が悪いという欠点が定なため、実際は表示仕様より低かったものと考えらあった。そのため、多くの科学者、工学者が能率よくれるので、この「手の撮影条件」は一例ではあるが、X 線を発生する方法を研究して来た。1896 年電子収当時を知る貴重な情報である。管電圧、距離、感光系

束機能をもった陰極と傾斜金属ターゲットの陽極を有の条件は不明であるが、一般的に、管電圧、距離を現1）された。この X

在と同様としても、管電流量は、5mA × 60s（1 分）

線管は、イオンの影響で管電圧と管電流の調整に難点=300mAs となり現在技術に比べれば 100 倍以上の Xがあったが、それでも短い期間、クーリッジ X 線管

線量で撮影していたと推測される。このことから感光の出現までは技術の一環として貢献した。一方、固定系の鮮鋭度、感度の技術革新が伺える。また、電圧、

陽極 X 線管（クーリッジ管）は多方面へ利用された感光材料は明確ではないが、クルックス管では、頭はが、回転陽極 X 線管の登場により主流ではなくなり、

20 分、腰は、30 分以上の撮影時間であったが、イオ

現在では、限定された用途タイプのみが残っている。

ン X 線管（1910 年）は、頭部は、2 分 30 秒、腰部でするイオン X 線管（図 3.1）が開発

3.1 海外の動向と国内の状況
3.1.1

約 4 分と短縮している 2）。一方、イオン管はイオン数の調整という難しさがあった。

イオン X 線管（ガス入り X 線管）の実用化 1）

図 3.1 のタイプが最初の実用的なイオン X 線管（関連 2.1 項）である。陰極はアルミニウムで凹面に湾曲し、電子が陽極に集中衝撃して焦点を形成するように作られており、陽極はニッケル板に白金箔（0.025mm厚）を張り付けた焦点管で、図 3.1 に示すように傾斜させることによって正面（X 線が照射される面）から見た見かけの焦点（実効焦点）が小さくなるよう考案されている。管内は、0.1Pa 程度に排気されガスが封

図 3.2調整器付きイオン X 線管 13）

入されている。なお、この X 線管の白金箔ターゲッ
トは、クルックス管（図 2.2 参照）の陰極と陽極（ガ

図 3.2 において、電離された陽イオンは陰極に衝突ラス壁）の中間に置かれたので対陰極と呼ばれるようし電子を発生、発生した電子は電界で加速され陽極へになり、従来の陽極は補助陽極（図 3.2 参照）と呼ば衝突し X 線を発生（管電流 mA は、陽極から陰極へれるようになった。

流れる）する。しかし、使用している間にイオンが消費され、次第に管内の圧力が高くなり電流が流れにくくなる。そこで、管上部に円筒を設け、この中にアス
ベスト、雲母、炭素、苛性カリ、パラジウムなど、ガスを多量に吸蔵しやすい物質を入れたガス調整器が考案された。管内の真空度が低くなり電流が流れにくく
なると、針金の先端を陰極に触れ、円筒内で放電を起こさせ、その電流によって円筒内の物質を熱してガス

図 3.1

凹面陰極と傾斜ターゲット（イオン X 線管 1））を放出させ、真空度を調節した。つまり、排気した時の真空度 0.1Pa 程度まで回復させる（図 3.2 にガス調整器付きイオン X 線管を示す）。

194

イオン X 線管の焦点は、クルックス管の Ø20mm

しかし、イオンの調整を長時間手動で行うことは困から Ø2mm と小さくなり、管電流も 5～10mA 流せ難である。当時、治療装置は、管電流 2～3mA で 1 時

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

間必要であった。そのため、治療中の管電圧安定のたのタングステン板が埋め込まれるようになり、陽極熱

めに図 3.3 に示すようなガス自動調節器 2）が考案され容量は著しく増大し、最大管電流 50mA 程度流せるよた。
（中身が見えないので具体的な説明は出来ないが、）うになった。図 3.5 は、我が国に多く輸入された機種

管電流の増減を感知し、加熱されたパラジウムから出で、ドイツ、ミューラー社（以下ミューラーまたは、る水素を管球に送りガス圧を調整するものである。現

Müller と呼ぶ）の水冷式イオン X 線管“ラビット”

在の管電流を安定調整する機構の始まりである。

で、外形 Ø20㎝、長さ 77㎝、ガス発生物質は苛性カリ
でアスベスト紙に浸したものである。

図 3.5

水冷イオン X 線管 5）ラビット（Müller）1914 年

図 3.3

ガス自動調節器 2）輸入したイオン X 線管を用いて、（株）島津製作所（以下島津と呼ぶ）は我が国で X 線装置を初めて、陸

3.1.2

イオン X 線管の進化 1）3）

えい じゅつ軍千葉国府台衛 戌 病院に 1909 年に納入した。図 3.61900 年頃から許容負荷増大のため、陽極を中空には、よく紹介されている写真で、1911 年に、日本赤して液体を満たして冷却する方式、陽極に多量の金属

十字社大津支部に納入されたイオン X 線管を取り付を使用して熱容量を大きくする考えはあった。水は比けた X 線装置である。
（装置は島津の誘導コイル式 X

熱が大きいので、これを冷却媒質として用いることは線装置）図 3.6 で、中央に吊り下げられているのがイ有効である。

オン X 線管（輸入品、Müller のラビットに似ている）

図 3.4 は水冷式の例で、管外部に球形のタンクを設で、上側が陽極、下が陰極である。イオン X 線管を取け冷却したものである。一方、対陰極の電子衝撃面のり付けた貴重な写真である。人物の横にあるのが蛍光材料としては、もっぱら白金が使用されていた。X 線

板で、X 線管と蛍光板の間に被写体（人物）が入り透管を冷却するのは陽極の溶解を防ぐ目的もあるが、温視像を観察する。また、テーブルの上でも撮影出来る度上昇によって生ずる電気的影響も考慮してのことでよう別の管球が取付けられている。
（X 線管は、グンある。しかし、白金は、融点が 1773 ℃と低いため、電子衝撃による蒸発が多くガス分子と結合して管璧への付着が多かった。1904 年ごろから、ターゲット材料
は、白金より融点の高いタングステンに変わっていった。陽極全体も銅で作られ、その先端部に 2～3mm 厚

図 3.4

水冷式イオン X 線管 7）

図 3.6

イオン X 線管を用いた X 線装置 4）X 線管装置の技術の系統化調査

195デラッハ社；独）。いずれにせよ、防電撃の構造では内でも医学への利用が増えていた状況から、電球技術ないので高電圧対応に十分な配慮が必要な装置であっのある東芝以外もビジネスチャンスということで Xた。X 線出力の低下を補正する調整器の中の物質を熱線管製造に参加したものと推測する。参加した企業するためには、管球の中央部から導出している調節棒

は、東芝以外 7 社である。国内で X 線管の製造を始（写真が小さいので判別し難いが、図 3.2 参照）を陰極めた会社ということで、その企業と管球のニックネーに近づけで放電させていた。勿論、放電させるには電ムと生産した期間を下記に示す。国内イオン X 線管

位傾度を考えた距離で操作した。しかし、どの位の高も、クーリッジ管の出現（1913 年発明）により製品

電圧、時間でガス物質の加熱温度、発生ガスを制御す

寿命は短かった。しかし、管内電極を、ガラス外囲器

ることが出来るかは、まさに経験による。X 線とともをとおして外部へ導出するために当初は、リード線、に高電圧にも気を配って撮影を行った時代である。

および、陽極リングをガラスの膨張係数に合わせるのに高価な白金を使用していたが、その後、リード線は

3.2
3.2.1

イオン X 線管の国産化

合金へ、陽極リングは、銅へと移行する技術へ変わった。短い期間ではあるが、8 社の企業競争により X 線

イオン X 線管の製造

2）8）

管球技術の封着技術の基礎が出来た時代と考えられ

わ が 国 で は、 第 一 次 世 界 大 戦（1914-1918） に よる。

り 輸 入 が 困 難 と な っ た。 そ れ ま で X 線 管 は、 シ ー
メンス社（Siemens、独、以下シーメンスと呼ぶ）
、

①

ギバ管球
1914～1920 年

Müller のものが多かった。そのため、医学界からの強い要望もあり、国産化が望まれ、1914 年、電球を

②

キンシ管球

③

タカ管球

1915～1932 年

製造していた東京電気株式会社（現在の東芝メディカ
ル株式会社、以下東芝と呼ぶ）が X 線管開発に着手

1916～1920 年した。1915 年イオン X 線管「ギバ」を発売した。
「ギバ」の商品名については、東芝の野波七郎がつ④には医学 に関したものがいろいろあります。仏医経

1919～1927 年⑤

1919～1929 年⑥

1923～ --- 年⑦

テイコク管球⑧

フォンタナ管球

1927～1930 年

目経、 痔経、耆婆経（ギバキョウ）東芝が戦前「ギバ」という商品名を X 線装置（ギバ KX-8 型 X 線装置、ギバ SF-75 型 X 線装置など）体温計（ギバ体温

大倉レントゲン製作所
金城医療器械株式会社

ニトラ管球

救療小児痩病経（痩➡疾：キュウリョウショウニシッ
ペイキョウ）、仏説呪歯経（ブッセツジュバキョウ）、

高岡理化学工業株式会社

キン管球（ブツイキョウ）、増一阿舎経（舎➡含：ゾウイツアゴ
ンキョウ）、仏説胞胎経（ブッセツホウタイキョウ）、

森川忽助製作所

オークラ管球ぎのように述べている。
「釈尊の説き残した経典の中
1

東芝

1928～1931 年

落合理化学研究所
帝国レントゲン株式会社（株）渋谷レントゲン製作所

計）太陽燈（ギバ○○型太陽燈）その他につけていた
東芝は、1915 年の開発当初には「ギバ A、B、C」のは、この耆婆経の耆婆を採ったものです」。
X 線撮影装置については、輸入品を取扱う企業などを発売した。「ギバ A、B、C」は白金ターゲットでから新しい分野の商品という情報が広まり、また、国あったが、1917 年にタングステンターゲットに改良

たい しょう しん しゅう

された。空冷形「ギバ E」を図 3.7 に、水冷形「ギバ1 釈尊の経典は難しい、読み方のわからない字を「大 正 新 脩
だいぞうきょう大蔵経」6）を参考に、各経の相似の字を変更（➡部分）し、こう読むのではと解釈した。なお、 目経は、呪目経（ジュモクキョウ）と、また、 痔経は、療痔病経（リョウジビョウ
キヨウ）と読むのではと思うが、間違いがあればご容赦願いたい。仏医経（ブツイキョウ）は、病老のさまを述べたもので、貧食を戒め布施と摂食を勧める意味の経典で、以下、胎児、小児の脂肪組織の病的減少、歯、痔、目、-----、などに関する経典と考えられる。「耆婆（ギバ）」は、大辞林によると、釈迦の弟子でインドの名医で、その経は本人の徳を説いたもの。
Ｘ線管の開発に際し、パイオニアであるとともに、名医にな
ぞらえ名器を生み出すよう命名した東芝の先人達の奥深い思いが窺われる。

196

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

D」を図 3.8 に示す。性能は、水冷、空冷とも 110kV、100mA となっているが、水冷形の方が当然長時間の熱容量は大きいと考えられる。空冷形は国立科学博
物館に展示されている。空冷形の陽極は、先端の銅塊にタングステン板（以下 W 板と呼ぶ）約 2 × 2 ×
0.15cm が、ロウ付けされている。ロウ材は、銀ロウ（Ag82% ＋ Cu28%、溶融温度が 870℃）で、ロウ付けの境界の拡散層は出来るが極めて薄く弱い、また、接合点での温度が銀ロウの温度で制限されるため、熱容量を大きく出来ないので、主として一般撮影に用いらグとガラスの溶着は、白金ではなく銅材が利用されてれた。なお、ギバ D 形は、電子衝突面の陽極構造は、いる。当時は、封着の完成度を測定するリークディテ

E 形と同じであるため、短時間の定格は同じである

クター（Leak detector）がなかったのは残念である

が、冷却水が陽極の裏まで循環するため、熱容量は Eが、銅とガラスの溶着という難しい技能を東芝以外の形に比して大きい。そのため、連続放射時間の長い撮企業も持っていたことから、国内企業の潜在能力が高影に適している。冷却水は二股の管がある流水口を使いレベルであったことは確かだと思われる。

用している。
3.2.2

イオン X 線管の使用状況 2）と終焉

イオン X 線管についてはつぎのような使用経験の紹介があるので記述した。
（1） 使用経験（口述記録）
明治時代の管球はすべてイオン X 線管であった。
小坂早五郎の書 9）「X 線技術学及び療法」では、
「ガス
図 3.7

ギバＥ形（東芝、1917 年）7）

管球には、陽極、陰極および対陰極の外に管球の真空度を回復するため、少量のガスを発生し得る側室を具備している。硬度の管球、即ち、真空度の高いものは破損し易く電流を通過させることが困難であるが、しいてこれに電流を通ずるときは、透過力の強い硬質の X 線を得ることができる。これに反して軟度の管球、すなわち、真空度の弱い管球は電流を通ずることが容易で軟線の放射線を得ることが出来る。あまり軟

図 3.8

ギバ D 形（東芝 1917 年）

7）

くなり過ぎると使用不可能となり、また、長時間使用
し強電流を通過させると廃物となることもあった」と

東芝「ギバ E ＆ギバ D」以外で、特異なタイプの記述。また、田中苗太郎 10）は、「X 放線“ランプ”（X

イオン X 線管として（株）渋谷レントゲン製作所（株線管のこと）は、新品は放射する所の X 放線の侵徹力式会社渋谷レントゲン製作所は 1945 年日立へ移管、が弱って、僅か手とか足とかとより透さず、稍々2 使

以下日立と呼ぶ）より販売された立体撮影用 X 線管

用すると大腿のような厚き部分とも透すようになる。

「フォンタナ S 型」がある（図 3.9）。調整器は苛性カ

故に新、中、古の 3 個は、是非備える必要がある。新

リ付き。陽極が 2 面あり、その対抗位置に二つの陰極

しい管球は火花間隙 10㎝、中は 20㎝、古い管球では、がある。陽極は共通極で陰極の接続を手動で付替える

25～30㎝閃光に適している」と報告している。新しいことで、左、右の写真が得られる。立体撮影を同一管

ガス管球では高度に排気されているので、初めに大電電圧で行うことを目的としていたが、撮影管電圧ごと流を通すと、対陰極の金属に含まれたガスが飛び出しに差が生ずることが多く、映像が揃わずステレオ視はて、一度に軟化し元のように回復できないことがあっ難しかったが、画期的なアイデア商品であった。国立た。故に軟線（小坂、田中の原文では軟性と表現）の科学博物館に収蔵されており、約 90 年近く経過して新しい管球は注意して使用し、最初のうちは、皮膚病

いるが、管内の電極に酸化はない。また、陽極のリンの治療あるいは手の写真を撮影するなど比較的小電流より使い始め、順次に頭、胸、腹、大腿などの写真に用いたようである。
ガス管球の取扱、特に硬度の見分け方には、熟練と“カン”が必要とされ、X 線技術者の苦心と技術の真髄があったようである。この上手、下手が写真像に影響し、撮影のたびに調整せねばならないから、熟練者
でも同一管球を使用して、同一部位、同一条件の撮影であっても、必ずしも同調子の写真が得られるとは限

図 3.9立体イオン X 線管

13）

日立（渋谷レントゲン 1929 年）

2稍々；ややと言い、だんだんの意味

X 線管装置の技術の系統化調査

197

らなかった。渥美博、麻川重敏 11） なども当時を追想花間隙）で管電圧を測定した。エージングの効いた古いして「色で判断したガス管球の取扱技術は、秘中の秘管球の方は火花間隙が広いので耐電圧が高い。ただし、で、後輩や仲間にもなかなか教えられなかった」と話管電流が流れた時の電圧降下分の測定は困難であるのしている。

で試し打ちという方法である。いずれにせよ、当時は封以 上の 使 用 経 験 から、 まず、 使 用 開 始 時、50 ～着技術の問題もあり、リークによる影響も無視出来ない

60kV 程度の電位を与えた時、少ない管電流で耐電圧環境でのイオン X 線管を用いた撮影は、ガラス管璧のが安定動作している場合は、イオン数が少なく管内圧

色、および、使用状況を考察するなどの総合判断も加味力とのバランスが良いと判断出来、内部抵抗も高いの

した経験的な技能を必要としていたと考えられる。

で、管電圧を上げ易く透過力の強い高電圧撮影が出来る。ただし、内部の電極、ガラスの温度が上昇すると（2） イオン X 線管の保管

ガスは、内部の構成材料に吸着されガスの放電電圧がこのような状況の中、イオン管の管電流は、管内ガ高くなり過ぎ今までの使用していた管電圧ではイオン生

ス量と管電圧の 2 因子に左右されるため、必要 X 線

成しなくなるので、管球を保管庫（図 3.10 参照）で休量と必要線質を得るのは簡単ではなく、熟練者の腕にませることも必要になる。この兼ね合いは難しく、当時よるところであった。したがって一つの管球で、いろは、実際に真空度は測れないが、イオン管のガラスにいろの撮影を連続、毎日使用することは不可能で、そはマンガン（酸化物）が入っており、ガラス壁から蛍光のつど所定の管電圧の管球を選んで使用するため多を発していたので、この色具合で管内のガス圧を判断し数の管球を準備する必要があった。レントゲン室に管球の耐電圧状況を把握していたものと推察する。真は、壁に管球を保管するための管球棚を設けたリ、図空度が低い時は、イオン数も多く、低管電圧での撮影

3.10 7）のような管球を休めるとともに保管する保管庫が出来るので軟度の X 線と呼ばれている。管内の内が用意されていた。

部抵抗が低いので管電流を流し過ぎる恐れがある。こいずれにせよ、イオン X 線管は、ガス圧の再現性

れらの操作は、一般的な初期判断であって、管電圧をが悪い、X 線の質と量の調整が個々に出来ない、管急速に上げたリ、ガス物質を必用以上熱すると吸蔵ガ

球を安定させるための技能習熟が必要であるなど取扱スが大量に放出され、管内放電を誘発し X 線管破損

いは難しかった。その他、X 線管の防護のため、管の原因になるので注意が必要である。なお、新品の管球を鉛硝子で作った釣鐘（グロッケ）のような被せも球は、管電圧によく馴染ませてから使う。つまり、エーのに収める試みをしたが防 X 線は不完全であるなど、ジング（Ageing）を十分すれば、高い仕様になっていイオン X 線管は、防 X 線、防電撃対策が難しい構造

く。しかし、性能を向上させるには、時間がかかるので、であった。このようなことから電離作用によらない

新・中・古の 3 段階の性能を持った管球が必要である。

X 線の発生方法の研究がなされ、その結果出現した、

新・中・古の見分け方は、対向させた円形金属板、まクーリッジ管（1913 年）の発明という画期的な X 線

たは、球間のギャップの放電で測定し、放電距離（火管の技術変遷に遭遇したため、イオン X 線管の寿命は短かかった。

3.3 クーリッジ X 線管
イオン X 線管において種々の不都合が起こるのは、管内の残留ガスのためである。そこで、管内の排気をさらに高真空にした X 線管を動作させれば、この欠点を除くことが出来るはずである。このような見地か
ら新しい原理に基づいた X 線管が相次いで考えられた。高度の真空においては、従来のイオン管のように陽イオンを陰極に衝突させて電子を発生させるということは出来ないので、別な電子供給源が必要であるという技術思想をもとに、ゼネラル・エレクトリック（General Electric Company、以下 GE と呼ぶ）から
図 3.10198

イオン X 線管保管庫

国立科学博物館技術の系統化調査報告

7）Vol.24 2017. March

新しい熱電子管、クーリッジ X 線管が誕生した。

3.3.1

もう一つのクーリッジ X 線管 1）

クーリッジ管が発明される一年前にリリエンフエル12）示す。国立科学博物館の展示品は、白金のフィラメ
ント線が目測ではあるが、直径約 Ø0.5～0.6mm で二ト管（Lilienfeld tube） が発明されていた。1904 年、つの楕円状、ちょうど蝶の羽根の形のようであった。

ドイツのウエーネルト（Wehnelt）はタングステン陰フィラメント電流 10A は問題ない構造である。ただ、極の数十倍も電子放射が出来る酸化物陰極を発明しフィラメントと陰極間において電子収束が正確に行わた。翌年ウエーネルトは、この陰極を X 線管に応用れていたかの確認は難しい。

しようと実験を行ったが、陰極被膜は陽イオンの衝撃に耐えられず破損してしまった。
1912 年、ドイツのリリエンフエルト（J. E. Lilienfeld）とローゼンタール（W.J.Rosenthal）は、ウエーネル
トの陰極をやめ、これと全く原理を異にした熱電子放射による X 線管を考案した。図 3.11 はその原理図である。この X 線管は 3 つの主な電源からなり、下部のガラス球内に白金のフィラメントがあり、フィラ
メントトランス T3 により 10A 程度の加熱電流で一定に加熱されている。電子加速トランス T2 により陰極と白金フィラメントの間に 2,000～5,000V の電圧が加えられ、白金フィラメントにより発生した熱電子は加速され、陰極を衝撃し多数の 2 次電子を発生する。陰極に生じた電子は高電圧トランス T1 により加速され陽極を衝撃し X 線を発生させる。管電流は電子加速
トランス T2 の電圧を変化することにより調整することができる。陽極は白金イリジュウム板を付加した銅図 3.12

リリエンフェルト管の外観 13）（国立科学博物館展示品）

管で冷却水槽へ連なる。管の直径 Ø11㎝、長さ 77㎝、
その詳細な性能は明らかでない。

3.3.2

クーリッジ X 線管

（1） クーリッジ管（Coolidge tube）の開発   
タングステンは融点が 3400℃でターゲット材料として注目されていたが、当時タングステンはガラスや陶器と同じく非常に脆く、加工出来る金属ではないと考えられていた。クーリッジは、普及し始めていた白
熱電球の製造の必要性から研究を開始し、数年間の努力の結果、1905 年展延性あるタングステン線の製法を開発した。1913 年、ラングミュアー（Langumuir）の研究成果（タングステンフィラメントの電子放射の研究）14）に基づきタングステンフィラメントを陰極に用いた高真空 X 線管、クーリッジ U 形（図 3.13）15） を
図 3.11

リリエンフェルト管の原理図

この X 線管は長時間使用に耐え、X 線の質と量をそれぞれ別個に調節し得る点は当時では画期的であった。構造が複雑であったのが難であるが、X 線管の発達史上重要な部分を占めていた。
このリリエンフエルト管は実用になり一時期かなり使用されたが、クーリッジによる熱電子管の普及により次第に影をひそめていった。図 3.12 13） に外観図を

図 3.13U 形クーリッジ X 線管 18）（GE 製、1913 年）

X 線管装置の技術の系統化調査

199

開発した（関連 2.1 項）。初期のクーリッジ管は、図表 3.2

3.13 に示すように、X 線管を排気する排気口（チッR 形 Coolidge の規格 7） 1918 年
mA形 焦点(mm)
10
4
30
5.8

プ）がバルブ中央に突出しているので取扱いに注意が

kVp
115
115

mA
10
100

sec
1
0.1

必要であった。陽極はタングステンロッドが途中からモリブデン棒に接続されている。フィラメントは渦巻

GE は、U 形：一般用、H 形：治療用、R 形：撮影状（図 2.6 参照）で、バルブは軟質ガラスである。陽用、D 形：歯科用、W 形：水冷用を完成させ日本へ極が高温になるため輻射対策としてバルブ中央は大きも輸出した。なお、1922 年 Müller は、Goetze（独）い。大きさは直径 Ø18㎝、長さ 57㎝である。表 3.1 に、が発明した線状フィラメントを用いて 2 重焦点の X

クーリッジ管 U 形の規格

7）

を示す。

線管を開発した。構成は、図 3.15 に示すようにタングステン線をスパイラルに巻いて、電子を収束する電表 3.1

クーリッジ管 U 形の規格 7）

極に収納し、陽極の傾斜面に平行の位置においたもの

焦点

直径 Ø

撮影の出力

である。図 3.16 示すようにフィラメントから放射し

大焦点

10mm

80kVp 100mA 1Sec

た電子は、ターゲット面に長方形の実焦点 L × B を

小焦点

7.5mm

80kVp 45mA 1Sec形成する。このとき利用線垂側から見た焦点の大きさ（b × l）を実効焦点という。B × L を焦点と呼ぶ

2）に は、 い く つ か の 欠のではなく、b（幅）× l（長さ）を焦点、つまり実点があつた。それは、X 線管の焦点大きさが、7.5～

行焦点と呼ぶとオーソライズされたのは後年のことで10mm とイオン管の焦点 2mm より大きいため鮮鋭度ある。ターゲット角度θを 19°とすれば、渦巻フィラが悪く、さらに、図 3.13 で見られるように陽極の先メントによる円焦点に比し、電子衝撃面積が 2 倍大き

初期の U 形クーリッジ管

端がタングステンの塊であることから焦点外 X 線のいので X 線管への入力が増加出来る。 なお、二つの影響もあり画質はイオン管より低いものであった。さ

焦点が中央で重なり合うよう電極に傾きを設けるなどらに、U 形管の熱容量は比較的小さいため、温度上昇の工夫がされていた。実効焦点 b（幅）× l（長さ）が早く陽極は赤熱状態になっていた。陽極全体はタンは、同じ寸法（例：5mm × 5mm）で表示していた。

グステンで作られていたので長時間の使用には耐えた

2 重焦点、つまり、大と小の焦点を中心で重ね合わす

が、陽極が高温になると、逆電流の恐れがあるため自には、電極（図 3.15 参照、一般的には電子を収束す

己整流にはほとんど使用出来なかった。したがって、る機能をもつので収束電極と呼ばれる）の円の中心を

当初は診断用より治療用として使用された。

底にして周縁に角度をつける設計で断面を V 字形にクーリッジは、この欠点を補うため銅塊にタングス
テン（W）釦を埋め込み陽極熱容量を大きくし、さらに、外端部に冷却器を付けた診断用 R 形管を発表した 2）。このように熱容量を大きくすることによって焦点で発生した熱は速やかに外部へ伝達されるため陽極全体の温度も下がり、熱放散によるバルブの加熱も少なくなり球径も小さくすることが出来た。図 3.14 にR 形 Coolidge 管と陽極構造を、表 3.2 7）に規格を示す。
図 3.15

図 3.14２個の線状フィラメントを収納した電極 16）

R 形 Coolidge 管と陽極構造 2）
図 3.16200

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

実焦点と実効焦点の関係 16）

することで可能となる。国内でこの形に出来たのは、成になっている。グロッケと X 線絞りで対策したが、メーカー間に差はあったにせよ工作機械の進歩との関

グロッケの上部は空いているので放射線防護について連もあり、1960 年以降になる。それまでは、角度をは、まだ十分とは言えなかった。なお、図 3.19 2） は、付けないで、収束電極は平面にし、中心に合わせたが、X 線撮影の風景としてよく見る藤波剛一博士（1880-

種々の条件があり、設計上難しい点があった。

1942）の心臓実大透視中のものであるが、蛍光板透視であるため被曝しながらという厳しい診察である。

（2） クーリッジ管の国産化

5）7）1920 年～1934 年まで東芝はクーリッジ X 線管の特許実施権を取得し、国内の製造、販売権を占有した。この 15 年間を含め、現代までクーリッジ管に対抗する X 線管の発明がなかったということは、特許の請求範囲が「陽イオンを発生しない程度の真空と熱電子を発生する陰極を組み合わせた X 線管」5）のように、現在でも通用する極めて広い権利範囲であった

図 3.18グロッケ 7）（bell glass）

からである。（クーリッジ特許：米国が日本への出願
1914.5.5、登録 1919.7.8（第 34628 号））
東芝は、GE の技術供与もあり、1920 年には、ユニバーサルタイプ（Universal type）として「クーリッジ U 形」を開発した。10mm 焦点（治療用）、8mm 焦点（一般撮影用）、7.5mm 焦点（一般撮影、透視）3 種類を製作した。形状は、中央が大きく膨らんだ GE のU 形と全く同じであるが、バルブ中央の排気口（チップ）が陰極側のカバーの中に収納されているので取扱いが楽である。この点は、初期の GE の U 形より進歩している。図 3.17 に米国製輸入品の X 線管支持装置
17）と初期のクーリッジ X 線管 U 形を示す。X 線管は、

図 3.19

撮影風景 2）グロッケ（bell glass）という含鉛硝子の容器に中央の膨らみ部分を入れ保持する（図 3.18）。グロッケは、管U 形のクーリッジ管は、陽極がタングステン、モリ

球の膨らみに応じ内径、切込みが異なり、先端には、ブデンのロッド（rod）であるため、GE の U 形と同

照射野の大きさを決める“X 線絞り”を取り付ける構様に、熱放散が輻射のみのため効率が悪い。そこで、
GE と同じ陽極（図 3.14 参照）にして、バルブの中央の膨らみを小さくした R 形に変更した。一般撮影
用 R 形は、10mA、30mA、100mA の 3 機種、携帯用の S 形、P 形、歯科用 C 形と揃えた。R 形 30mA 形 2）の規格を表 3.3 に示す。
表 3.3

R30mA 形の規格 2）mA形 焦点(mm) kVp mA 時間
80
5 4分
30
5.8
80 30 20sec
100 125 0.1sec

構造的には、図 3.14 に示すものとほゞ同じ。銅塊と W 釦の接合方法は分からないが、ガラスと金属の接続方法は、陽極棒の中間に銅のリングをロウ付け

Ｘ線絞り

図 3.17U 形クーリッジ管と X 線管支持装置

し、リング端を「ナイフエッジ（knife edge）」にし17）たことに特長がある。ガラスとの接合時、この傾斜がX 線管装置の技術の系統化調査201

膨張係数を合わせるという改善である。
図 3.20 にリングシール断面を示す（リングシールの使用法は第 4 章「クーリッジ特許期間満了後の動向」の図 4.1、第 5 章「性能標準と対応技術」の図 5.23を参照）。

図 3.22

Metarix（Müller）7）

いたのを硬質ガラスにすることで中央部の強度を上げ
X 線管装置としての構造を簡単にした「ジャパニック
ス」を 1931 年に開発した。1954 年、東芝研究所の主任研究員である田中正道は「レントゲンの進歩と東芝」の座談会で「ジャパニックスに似た構造のものがアメ
図 3.2016）

リングシール

リカを始め世界で広く採用されており、X 線管の構造は当時のジャパニックスと中身が全然同じで日本が元（ring seal）

祖ということで愉快な思い出である」と述べている 17）。
U、H、R、S、W

目立たないが、X 線管に硬質ガラスを採用し中央部のタイプを主に GE 輸入品も含め島津を特約店とするの膨らみを小さくし防電撃、防 X 線の容器構造を簡略

東 芝 は、1927 年 ク ー リ ッ ジ 管契約

8）を締結した。また、1930 年には、東芝が、X化し、結果として小型化したのは、コストも含め、日本が手掛けた大きな改善である。外囲器のバルブは、線装置の開発に着手した。

中央の膨らみがなくなり（図 3.23）、防電撃、防 X 線（3） クーリッジ管の防 X 線・防電撃の空冷式の決定版を開発した（1931 年）。形名は、ジャX 線管を図 3.17 に示すような、グロッケで防護する

パニックス X 線管で、一般撮影用、空冷 LR-6kW、水方法は完全ではない。X 線障害の問題は医師や技術者

冷 LW-10kW、携帯用 LS-1.8kW の他、一般撮影用でに被害が出る可能性が高いが、防 X 線・防電撃形の X

単焦点ではあるが、線状フイラメントの LW-30 ＭＡ

線管装置は国内にはなかったので、Müller はじめ海外

Ｗ（水冷）2） を発売した。全波整流で 80kV、125mA、メーカーから輸入していた。Müller は、メタリックス

0.1sec の 定 格 で あ っ た。 図 3.23 に ジ ャ パ ニ ッ ク ス

7）（Metarix ）、シーメンスは、ムルティックス（Mutix）（Japanix）の X 線管を、図 3.24 に管容器の外観を示す。

が代表的な防 X 線、防電撃形の X 線管装置である。

1933 年ジャパニックスは改良され、シーレックス管球

当時、多く輸入されていた Müller の Bouwers が考案となり本格的に国産遮蔽管球が普及した。シーレック

7）

した Metarix （1925 年）について説明する。

スは、封入する管球は変らないが、放射口部分にツー

空冷形は、バルブ中央を小さくするためには、銅陽ブス（絞り）を兼ねた形状を持たせている。シーレッ

極にし、中央と陰陽極のバルブ径を同じ位にする設

クスには XD の符号を付け各種整備した。また、X 線

計が望ましい。図 3.21 の概略図に示すように Müller

の普及にともない防 X 線、防電撃が強く望まれるととは構造が複雑で中心部はクローム鉄（B：3mm 厚）

もに湿度への対応から、管球を空冷から油浸にする研で、その両端はガラス円筒（G）へと接合されてい究が進みクーリッジ SP 形を開発した。従来の空冷タる。さらにその外側は、5mm 厚の鉛で囲み、その外イプに比し、外径は 1/2、体積 1/4、と小さくすることは 1.5mm の真鍮で囲み接地される。X 線放射窓（W）が出来、防電撃、防 X 線に対する基礎固めをした。

は特殊ガラス窓からなっており、管全体はベークライ
ト円筒で保護されている。図 3.22 に外観を示す。
これに対し東芝は、Müiier が軟質ガラスを使用して
図 3.23中央部の膨らみが小さくなった X 線管 10kW8）

図 3.24
図 3.21

202

Müller の Metarix の内部概略図 7）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

ジャパニックス管球 8）“Japanix” X-ray tube assembly（4） クーリッジ特許権取得期間中の開発 X 線管

ここまでに製造してきた X 線管については、定格

クーリッジ特許の権利取得期間中に開発した東芝として、治療用は、200kV で 1～2mA 程度、診断用

X 線管の概略一覧表を表 3.4 に示す。特異的なことは、10kW（焦点 5mm × 5mm）、管電圧 100kVp、管は、形状の覧に表現されているが、性能なども含め詳

電流 100mA、1sec が、実用に供した汎用品である。

細は不明である。形状などの変化から進歩の足跡は判

なお、ターゲット角度は、19°であるため有効照射野

断でき、当時の需要に対応したことがうかがえる。なは、65cm で大角サイズ（356mm × 356mm）である。

お、表 3.4 の※印の欄は、線状フィラメントを用いた
引用・参考文献

我が国で初めての 2 重焦点の X 線管である。
以上が、クルックス管からクーリッジ特許までの流れ

1） 電子管の歴史；X 線管，P427-429，日本電子機械である。クルックス管、イオン管とも欠点があったため、工業会電子管史研究会，オーム社（1987, 11）

利用期間は短かかった。一方、クーリッジ X 線管も、当

2） 山田勝彦；日本放射線技術史，P61-62, 66, 177-179,

初の H 形（国産初）が国立科学博物館に展示されてい79-81，社団法人 日本放射線技術学会（1989, 1）

るが、陰陽極の封止部は、白熱電灯の封着部が用いら

3）（株）島津製作所医用機器事業部：レントゲンのれていた。そのため、陽極の熱を直接外部へ引き出すことが出来ず管内で熱放散させ、また、熱い陽極の固定もガラスで保持していて陽極温度を下げるのが難しく使用制限が多かったであろう。その後、W 釦を銅に埋め回顧，P24-25，島津製作所（1994, 11）4） 島津製作所；科学とともに 100 年，島津製作所の歩み，P38，島津製作所（1975, 11）5） 小泉菊太；わが国における X 線管の歩み，P28,

込む（図 3.14 参照）アノードを開発し、X 線管は、空冷

35, 68, 46-50，金原出版（1976, 3）から油浸形へと小さく、また、防 X 線、防電撃タイプへ

6） 大正新脩大蔵経，大蔵出版（1924-1932）と進化した。しかし、表 3.4 では、過去に製造した、空7） 野 崎 秀 英； 診 断 用 X 線 装 置 の 変 遷，P140-163，

冷、水冷タイプも装置として稼働しているため補修用として継続した製造が必要であり機種が増えている。

鳳鳴動書店（1983, 10）8） 日本放射線機器工業会：レントゲンの装置の歴
史 － 発 祥 と 育 み －，P150-153, 156, 160 日 出 島

表 3.4
空冷
U(7.5mm焦点)U(8mm焦点)U(10mm焦点)
H( 20 0 kV)
R(1 0 mA)
R(3 0 mA)
R(1 0 0mA)
S
P
C
LS- 1 .8 kW
LS- 6 kWLR- 6 kWXDR-6kWXDR-10kW

東芝 X 線管の機種

水冷

30 MAW
LW-10kWXDW-6kW
XDW-10kW

XDR-10/2kW XDW-10/3kW

油浸

SP-6kW
SP-10kW
SP-15kWSP-DF-10kW
SP-DF-15kW
SPR-200-3（1995.11）2）5）7）

用途
一般撮影用
一般撮影用
治療用
治療用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用
携帯用
携帯用
歯科用
携帯用
携帯用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用
一般撮影用※
一般撮影用※
治療用形状
タングステンロッドの陽極で、バルブ中央が大きい。陽極の冷却は輻射のみのため容量が小さい銅アノードで、バルブ中央に丸い膨らみはあるがＵ形よりは小さい。
陽極の熱を外部へ伝導出来る

9） 小坂早五郎；P39，X 線技術学及療法（1924）
10）田中苗太郎；X 放線の検査に就いて余の経験，
P89，医海時報（1906）
11）渥美博，麻川重敏；技術史編さん委員会座談会，
東京（1968）12）J.E.Lilienfeld, u, W.J.Rosenthal; eb.dFortschr,
a.d.Geb.d.Röntgenstrahien, 18.P256（1912）
13）国立科学博物館；国立科学博物館所蔵の X 線コ

硬質ガラスを採用しバルブの強度を上げ外囲器の丸い膨らみなくしてスマートな形に改善した※線状フィラメントの陰極を用いた２重焦点Ｘ線管

レクション，P2, 6, 11，国立科学博物館理工学研究部（2010）14）Langmuir, I, ;The effect of space charge andresidual gases on thermionic currents in highvacuum, Phys, Rev., 2, 450-480（1913）15）Coolidge WD:Roentgen ray tubes.Radiology, 45,

東芝は、困難な技術を要する図 3.14 の W 釦と銅の接合法を開発、実用化し、陽極の熱容量を増やすことが出来、また、硬質ガラスの採用により、簡易構造の
防 X 線、防電撃のジャパニックスを生み出し、さらに、2 重焦点フィラメントを完成させた。クーリッジ
特許満了までの 15 年間で、東芝は GE からの技術援助があったとはいえ、海外と競合出来る技術を習得し449-466（1945）16）香川威；医用 X 線管，P11, 18, 10，京都放射線技術専門学校（1976.9）
17）東芝レビュー：レントゲンの進歩と東芝 P483,
484，東芝レビュー，（1954.5）
18）小泉菊太：X 線とソフテックス写真，P7，共立
出版株式会社（1985.4）

たものと考えられる。

X 線管装置の技術の系統化調査

203

4｜クーリッジ特許期間満了後の動向とクローム鉄の合金、Cr25～30% 含有）という材料を4.1 背景採用していたため、銅陽極には、まず鉄リングをロウ

島津は、クーリッジ X 線管の特許期間満了を視野付けで介在させ、その鉄リングにシクロのリングを溶に、人工太陽灯などの大形真空管を製造していた日本

着した。その溶着には、原子水素弧溶接機（芝浦製作

石英工業株式会社（以下日石と呼ぶ）にクーリッジ特所）を用いていたが、鉄を介在させるためクロームが許の期間満了の 2 年前の 1932 年、X 線管、整流管の酸素を強く吸着する問題があった。

試作を委嘱していた。一方、株式会社渋谷レントゲン製作所（1945 年日立に移管、ここでは渋谷と呼ぶ）
は熱電子管の修理で技術を習得していた。1934 年 7月 7 日クーリッジ特許の権利が満了になり、両社はX 線管の製造に着手した。このとき、東芝 X 線管球の技術責任者である松島肇が、特許は切れても他メーカーが X 線管を作ろうとしても 15 年の歳月はかかるだろうと、野波七郎（後の東芝放射線常務取締役）に語っていた 1）2）。2 極の真空管である X 線管には、銅

図 4.1

固定陽極の断面図 4）

への W 釦の埋込、ガラスと金属の接合、および、21
世紀に入っても自動化が出来ていないフィラメント張W の融点は 3400℃、銅は 1083℃、と温度差の大きり、真空中での大きな金属の塊（電極）の内部ガス排い材料を接合するのは難しい。銀 72％、銅 28% 配合

気作業など多くの製造上の課題があった。

の銀ロウ材（融点 780℃）を用いても拡散層が薄く強4.2 製造技術について度も弱い。なによりも動作温度が低く銀の蒸発物がバ3）ルブに蒸着し放電を生ずる可能性が高い。基本的には、W 釦の上に溶融した銅を流し込み銅の収縮力で

当時、日石は、紫外線、赤外線を発生させる人工太接合する方法がベストと考えられたが、Müller では、

陽灯などの真空管の製作を、また、渋谷も修理などを

空気中の遠心鋳造法を採用していることが同社の記念

通じ真空管製作に関する潜在的な技術はあったものと出版物に示されていたのでこれを採用することにし推定する。しかし、東芝のように、GE 社より技術指た。タングステン板は、国産品が手に入らずドイツか導を受けてスタートするのとは状況が大きく違う。製ら輸入した。その方法は、高融点の材料（例えば、グ造上の問題について、島津の社内史に以下の記述がラファイト：Graphite）を用いた“るつぼ”の容器にる。
「エックス線管のアノードは当初から遠心分離法

W 釦を固定し回転させ、溶融した銅を流し込み、遠によっていたが、品質の安定性を欠き、高周波炉を用

心力によって密着性を上げる製造法と考えられる。金

いた真空鋳造法の研究が進められ、昭和 20 年（1945

属の酸化対策、回転速度、溶融銅の流し込むタイミン

3）年）にその技術が確立された」 。内容や、当時の X

グなど職人技も必要とする作業である。1933 年から線管については、国立科学博物館の所蔵の X 線管コレ1934 年にかけて難航の末実用化した。鋳造品は機械

クションの中から所望の X 線管を抽出し、銅へのタン加工後、油脂などをアルカリ、酸を主とした洗浄剤でグステンボタン（以下 W 釦という）の埋込、ガラス

とり除き、管球に組み込む。X 線管は、使用時、高温と金属の接合、および、フィラメント張り状態の外観に加熱されるので、管内の電極は、予め温度を上げ吸調査をした。また、製造推進に大きく寄与した、エー蔵ガスを真空ポンプで排出させる。カソードは管球外

ジングとガラス製拡散ポンプについても記述する。

に設定した高周波コイルの誘導電流で加熱出来るが、アノードは銅のため抵抗が小さく誘導電流も小さい（1） アノードの製造

ので加熱し難い。そこで、高電圧負荷を加えて温度を4）204

図 4.1 に小型の X 線管のアノードの断面図を示す 。

上げ銅材の含有ガスを放出させる。このとき W と銅傾斜を持つ銅棒の先端に W 釦が埋め込まれている。

の密着が悪いとタングステンの釦（ボタン）が真っ赤

なお、日石は、銅リングの代りにシクロ（シリコーンになり浮いたようになる。これをタングステンの「浮国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

き」と表現した。密着性が悪いと熱伝導率が悪くなり

銅リングをロウ付けした陽極（図 4.1）をガラス旋盤

このような不良が発生する。接合の完成度を検査する（回転体をバーナーで加熱する機械）に固定し、回転方法は難しく歩留まり面の問題もあり、遠心鋳造法はさせながらバーナーで銅リングを加熱し、酸化物（亜品質の安定性に不安があったため、図 4.2 に示す真空

酸化銅 Cu2O）をつくり、その上にガラス棒を溶融し鋳造法を開発した。所定のターゲット角度に設定したながら銅リングの端部に巻き付ける、このとき、ガラ

カーボン（Graphite：融点 3550℃）の止め台に W 釦

スが銅の酸化物を吸収して銅リングの間に気密を保ちをタングステン、または、モリブデンの L 型ピンで接合層を作る。銅リング端は丁度こぶのような形にな

固定し、つぎに、カーボンの筒（円筒）を嵌合し、所る。これにガラス管を接合し端部をフレアー（flare）

定の銅棒をセットする。これを、支持台のカーボン台にして仕上げる。なお、日石については、銅リングに乗せ、石英ガラスの円筒を被せる。真空ポンプで圧を用いた製品がなく、調査した 1935 年の“アクメ力を下げると、石英円筒の端部は支持台のゴムパッ

W-10”5）では、リングの溶融温度が銅より高いシクロ

キン（Packing）を大気で圧着し密封する。図 4.2 のを採用していた。接合方法は上述の銅リングと同じで構成で内部を真空にし、外部から高周波コイルにてあるが酸化物は違う。渋谷も日石もリングシールの材

誘導電流を流し、カーボンを熱し銅を溶融する。銅料は異なるが、ガラスと金属の接合という面では、東は抵抗が小さいので高周波では渦電流が小さく温度が芝と同等の封着技術は有していたと思う。ただし、リ上がらない。そこで、周囲に抵抗の大きいカーボンをングの材料である銅及びシクロに問題があっため、ス配置しこのカーボンを熱することによって銅を溶融す

ローリーク 1 の問題があり歩留まりは低かったものとる。カーボンの筒は図 4.2 に示すように熱容量を持た考えられる。スローリークになると X 線管は耐電圧すために 2 重にするなど工夫してある。銅は、鉄など不良となる。

のようにゆっくり溶けていく金属とは異なり、溶融点の 1083℃で一瞬にして溶融する材料であるので密着（3） フィラメント張り度が改善された。真空内での作業であるため接合面間

日石の 1935 年製“アクメ W-10”5）。1939 年製の渋に遠心鋳造法で懸念されていた空気の溜まりがない。

谷のクロニックス管球は、コイルフィラメントが使1945 年のことであり各社の関心を集め、他社に取り用されている 6）。コイル状に巻いたフィラメントを図入れられた。この方法は、その後、量産には向かない

3.15（参照）のように電極内の溝の所定位置に張り固ので大形炉を用いた方法、または、化学的気相成長法

定するには、タングステンコイルをピンセットなどで（Chemical Vapor deposition）など新しい溶着法に変調整しながら形を整える。さらに、コイルの変形を調更されていると推定される。

整したら、必ず、水素などの雰囲気の中で電流を流し加熱し形作る。これをフォーミング（Forming）作業という。フォーミング作業を繰り返しながらフィラメントを張るという製造技術も持っていた。
（4） エージング（Ageing）
日石は要素技術が未熟なまま、多くの問題に悩まされ、Müller の管球を手本に試行錯誤を繰り返し、何とか形としては完成させた。作業者が初めて X 線管に初期の高電圧を加えた時、管球内が蛍光色（この現象を、正しい呼び方ではないがグローと表現した）の光を発した。これは、X 線管が不良になったものと

図 4.2

真空鋳造法

思い、躊躇しながら再度確認のため印加したところ、蛍光の光が最初の通電時より、少し薄くなった。以（2） ガラスと金属の接合
1929 年に製造された、渋谷の立体撮影用のフォン
タナ S（図 3.9 参照）では、図 4.1 に示すように、東芝と同様（図 3.20 参照）銅リングの先端をナイフエッジにしてガラスを巻き付ける方法である。まず、銅と1 ボンベに高い圧力で封入されたガスが漏れ、ガス圧が下がることをリーク（漏れる）という。一方この逆で、気密封止した真空管に空気が入り内部圧力が上がることもリークという。その空気の入る期間に定義はないが、気密封止して、長期間（一般的には、一ケ月以上）に亘って徐々に空気が入って真空度が悪くなっていくことをスローリークという。

X 線管装置の技術の系統化調査

205

後、管電圧を上げながら、蛍光発生→蛍光消滅を繰返る。拡散ポンプの内部構成部品は簡単であるので常にし、所定の管電圧で蛍光色が消えた。X 線管製造の初清掃が出来、管内も浄化し易い。現在は、このような期の逸話である。X 線管は、大きな金属ブロックが真ポンプではなく、機械的に駆動している壁を使い、そ空内に封止されているので完全なガス出しは難しく、こに衝突した気体分子に特定の方向の運動量を与える

電極温度と圧力が実用使用の領域に入り完成したとことにより排気作用を持たせるポンプとして、ターボ判断しても残留ガスはどうしても残る。管内に残留ガ

分子ポンプ（Turbo molecular pump）が用いられて

ス（気体分子）があると通電時、電子が気体分子に衝いる。図 4.4 の構造図（A）において、磁気軸受けに突し種々の色の発光をする。発光する色は気体分子のて浮上しているロータ翼が高速回転しステータ翼との種類によって異なる。勿論、長い期間通電せず放置し相互作用により気体分子を弾き飛ばすことによりガスた場合は、金属内部の吸蔵ガスが多く放出される。そを排気するポンプである。図 4.4（B）にその外観をこへ、いきなり高い管電圧を加えると蛍光色ではなく示す。

アーク状態になり破損の要因ともなる。取扱説明書には、低いところから電圧を加えるよう注意事項として記載されている。このことから、X 線管は、排気作業完了後仕上げ工程としてエージング（Ageing）を取り入れた。
（5） 油拡散ポンプ
真空ポンプの性能は管内の圧力を下げる排気速度と、どこまで低く下げるかの到達真空度で数値化されている。X 線管の排気に必要な 10－4～10－5Pa の圧力を得るには拡散ポンプと背圧用の回転ポンプとの組合せとなる。この拡散ポンプには、水銀拡散ポンプ、油拡散ポンプなど種々あるが、水銀ポンプは、コールドトラップに用いる液体窒素やドライアイスの管理が煩わしいので、装置を清浄化しつつ、メンテナンスし易いガラス製油拡散ポンプを工夫し用いた。一例として、図 4.3 にガラス製の拡散ポンプ例を示す。拡散ポ
ンプは、ニクロム線のヒーターで加熱された油蒸気をノズルからジエット状に噴射させ、蒸気の熱エネル
ギーから変換した蒸気流がガラス容器壁面（水冷却）で凝結し気体を遊離してロータリポンプで排気され
図 4.4

ターボ分子ポンプの構造と外観 7）

4.3 競合品と東芝の状況
4.3.1

競合品 3）8）

日石は、クーリッジ X 線管の特許が満了した時には、 グ ロ ッ ケ で 遮 蔽 す る 必 要 の あ る X 線 管、 空 冷
治療用 140kVp、診察用 113kVp を開発した。また、
ジャパニックス対抗の防 X 線、防電撃アクメ・プロ
テックス 6kW、10kW は、空冷用ではあるが、大きな冷却器を装備し、水冷用と同じ性能をもつタイプ（ヘビーアノードと呼称）として開発した。以後、油
図 4.3

206

油拡散ポンプ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

浸 2.5kW、8kW、10kW の 診 察 用 X 線 管、200kV、

3mA の治療用 X 線管など他社と規格を合わせた標準の開発は多少遅れたが、東芝、松島肇 1）2）の思惑より機種を揃えた。渋谷は、クーリッジ U 形のように、早い立ち上がりになったようである。

グロッケで遮蔽するタイプからスタートしたが 1937
年の法令（診療用エックス線装置取締規則）8） の発

4.3.2

東芝の状況 8）

令により、防 X 線・防電撃の X 線管装置、クロニッ

他社競合品と対抗するために東芝は子宮癌治療用

クス管を開発（1939 年）した。クロニックスには、（表在治療）SPC-75-4 を開発した（図 4.7 に示す）
。こ

3kW、6kW、10kW、20kW があり、その他、歯科用、の X 線管は、空洞パイプ先端表面に薄い金属の陽極

携帯用、治療用、工業用など東芝とほほ同等の競合品があり、この薄い金属の裏側（真空側）の電子衝撃面を開発した。図 4.5 にクロニックス W-10kW（水冷）は、金メッキのターゲットである。細い導管の中を電の概略図を示す。

子がとおり、先端の金メッキターゲットに衝突し、X

東芝のジャパニックス、日石のプロテックスも同様

線はこの薄い金属を通して外部へ放射する構造であの形であり、内面は 2mm の鉛板で遮蔽包囲し、放射る。陽極（パイプ）はアースで、外側には樹脂製の保窓には 0.5mm のアルミニウムのろ過版が付加してあ護管を装着して用いる。その他、300kV タイプの深る。この 0.5mm のアルミニウム厚さに、X 線管の外囲部治療用と 300kV の工業用の高電圧タイプを開発し器であるガラスの厚さに相当するアルミニウム厚さをている。

加えれば、ほゞ2mm のアルミニウム相当となる。使用管電圧が 95kVp であるので、現在の規格でも適用可能である。ろ過の概念は、実験データなどの資料はな
いが、すでに対応出来ていた。図 4.6 は、クロニック
ス 10kW の定格である。1939 年のものであるが、単相全波で 60kVp、235mA、1sec は、1953 年の東芝と日石の SDR-10 の規格とほぼ同じである。その他、3kW、6kW タイプも、短時間の定格は同じである。したがって、開発を開始したときの定格と戦後の定格は大きな差はないと考える。なお、クロニックス W-20kW につ

図 4.7

SPC-75-4 5）表在治療用

いては、焦点が 7 × 7mm と大ききいので利用は少なかったと考えられる。競合各社は、高電圧用の X 線管さらに、東芝は、新技術として、1942 年ゲッター付き管球の発表会を行った。ゲッター（getter）は、バリウムなどの薄い被膜を X 線管内に蒸発によって形成するもので、蒸着した被膜の化学作用で、管内の残留ガスを補足、吸着する作用をする小さな真空ポン
プである。特に、チップ切断時、ガラスが溶融する
とき放出するガスを吸着するのに効果的がある。し図 4.5

クロニックス W-10kW

の概略図

6）

かし、ゲッターは、管球の使用状況によりことなる

続

図 4.6

クロニックスの使用規格 6）X 線管装置の技術の系統化調査

207

が、ある期間をすぎるとガスを補足、吸着する能力は低下する。ゲッターは凹構状の金属環内にバリウム（barium）、を主成分とした材料を充填したもので、両端を電流で加熱して蒸発させ、カソード内の金属
面、あるいは、ガラス面に、薄い被膜を形成させる。
バリウムの薄い膜は、小さな真空ポンプではあるが管球完成直前に真空度を改善する画期的な提案であった。ゲッターを X 線管に使用したのは海外品とほぼ同時期であった。
なお、バリウムゲッターは、図 4.8 に示すような断面に改良され 9）、馬蹄のような形で両端は、ステムの導線と接続し電流を流せる構造になっている。断面の寸法は、一例として、a × b × c=1.06 × 0.82 × 0.65mm

図 4.9

感電事故の記事1935 年 3 月 7 日付き（読売新聞）

で あ り、 ま た、 バ リ ウ ム と ア ル ミ ニ ウ ム の 化 合 物（BaAl4）でもある。さらに、ニッケルのパウダーが混（1） 診療用エックス線装置取締規則の制定

合されていて、バリウムゲッターに電流を流し加熱す

診療所、または、歯科診療所は、X 線装置を設置しると約 800℃でニッケルパウダーの発熱反応によってたら、病院施設名、所在地、装置のメーカー名、高電ゲッター材を熱分解し素早く蒸発し、管内のガラス壁、圧回路の方式と X 線管の最大使用管電圧、従事する

または、電極の金属面に蒸着膜を形成する。この蒸着

医師の氏名、および X 線診療に関する履歴などを書

膜は、管球内のガス（H2O-O2-CO2-N2）や不純物を含ん類に明記し、所在地の地方長官に 10 日以内に届けるだガスを吸蔵、または、固着するという化学的能力をよう規定している。届け出様式には規定はない。その持っている。ただし、不活性ガスは吸着しない。

他、装置を設置した部屋は、使用する最大管電圧で定められた鉛厚で防護（別途規定）し、撮影においては、
蛍光板に鉛ガラス（鉛当量は別途規定）を付加する
こと、焦点と皮膚間距離は 40cm 以上に保つこと、透視中に 30mA 以上（過電流）の電流が流れたときは、
高電圧を自動的に遮断出来る装置であることなど、危害防止、安全条件も届け出書類に明記することは必須条項となっている。違反した場合は 100 円以下の罰金となっている（当時の米 10kg は、約 3 円と言われている）。レントゲンメーカーとしては、出荷品につい図 4.8

4.4 法令の発令

ゲッターの断面（2） 電気工作物規定の改正
8）11）

規定等は、既納品も出来る限り安全性を確保するため改定された。この規定では、最も完全なものを第一1935 年 3 月 7 日付け読売新聞の記事『「レントゲン

種（X 線装置は高電圧の露出部分がなく、X 線管は絶電撃で患者黒焦げ悶死」看護婦、医師も重傷す。治療

縁を施し金属で覆うもの）、最も簡単なものを第四種室で撮影刹那の漏電（東電付属病院で稀有の大惨事）』とし、その間に第二種、三種と分け合計四種類とした。

の見出しで X 線事故の報告10）がされている。図 4.9

診療所の規模（費用）に応じて改造する安全対策であるが、一番問題なのは第四種で、露出部分が多く、まは当時の新聞記事である。
これが引き金になったと思われるが、1937 年、診た、X 線管の絶縁が不十分なもので、これを危険のな療用エックス線装置取締規則と電気工作物規定の改正

いようにせよというのは（危険のところ無きよう適当が行われた。この法令の狙いは、X 線装置の高電圧にに施設することを要す）、技術・費用面からも大変難よる災害と X 線の散乱などによる被害を無くそうとしいことであった。

いうことで、X 線装置設計の転換期となった。

208ては、安全対策を十分満足にし得る技術はあった。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March通じ X 線管価格も統制価格で凍結された。当時の主4.5 治療用 X 線管について

な管球メーカーは東京芝浦電気株式会社、株式会社島津製作所、株式会社渋谷レントゲン製作所、株式会社

イオン X 線管、クーリッジ X 線管などの用途は診

川西機械製作所（1941 年「医理学新報」第 10 年第 4断用より治療用のウエイトが高い。皮膚表面の低管電号の広告面に X 線管の広告が出ていた）の 4 社であっ

圧での治療なら観察可能であるので理解出来るが、深た。他に表面に出ないところもあったかも知れない。

部治療用については不明である。本調査は技術の系統

戦局も厳しくなり各社とも開発は中断の形となった。

化調査ではあるが、術式には関係あるので詮索した。
確かに、戦前の古い資料を見ると「皮膚面量・深部

引用・参考文献

量・深部百分率表」があり、作用線量を指示している。

1） レントゲン装置の歴史：--- 発祥と育み ---，P167，

現在は、ほとんど治療用の X 線管は製造していないが、当時の状況を知る上で、X 線治療について館野之男の歴史講話シリーズの一編を図 4.10 12）に掲載する。
X 線治療で、鼻と喉、乳がん、胃がんなどで、ピン
ポイントで患部のがん細胞を破壊するには、診断技術と計算により綿密な放射線治療計画を作らないと実施出来ない。当時は、医学的な X 線治療の根拠となる

日本放射線機器工業会（1995）
2） 医療と健康と共に（社史），P38，東芝メディカル（1988）3） 島津製作所：島津製作史，P378-379，島津製作所（1967, 9）4） 香川威：医用 X 線管，P13，京都放射線技術専門学校（1976, 9）

ものがないのに、末期がんの患者に X 線照射をした

5） 国立科学博物館所蔵 X 線管コレクション，P18，のは、太陽光線と同じスペクトル光線を放射する人工登録 NO.029，国立科学博物館理工学班（2010）

太陽灯で皮膚結核を治療し、その効果が認められノー6） 日立：シブヤエックス線管，熱電子管「クロニッ

ベル賞を受賞したデンマークのニールス・フインセン

クス W-10kW」カタログ，渋谷レントゲン（1939）（Niels Ryberg Finsen 1860-1904 年）が提唱した「光7） 井上，芦田：ターボ分子ポンプの排気性能解析，線療法」に対抗して、X 線も同じ効果があるのではな
いかということで、放射線照射をしたという館野之男の説がある。そのため、例えば、疱瘡の後処理、アト
ピー性皮膚炎など、いろいろな病状に X 線による深部治療が盛んに行われたのではないかと推測し得る。
そのため、研究のため、深部治療の X 線管が要求さ

8） 小泉菊太；わが国における X 線管の歩み，P4656, 62，金原出版（1976, 3）9） サエス・ゲッターカタログより引用：サエス・グ
ループ社10）中澤靖夫；エックス線発見 120 年の歩み，P29，
社団法人日本診療放射線技師会（2015.6）

れるのも不思議ではなかったと考えられる。

4.6 開発中断

P98，島津評論 57（1/2）97-101（2000）

11） 岸， 田 中 他： レ ン ト ゲ ン の 進 歩 と 東 芝，P4878）

488，東芝レヴュー（1954.5）
12）東芝メディカル；21 世紀への懸橋，P57，東芝メ

1942 年には、X 線装置も価格等統制令を適応されるディカル（1998, 10）こととなり、業界団体である「日本医科電機協会」を

図 4.10

館野之男の歴史講話 12）

X 線管装置の技術の系統化調査

209

5｜性能標準と対応技術
1945 年太平洋戦争終戦後、X 線管製造については、立である。
「X 線管の研究」の刊行、および各社独自

東芝川崎工場は全焼、島津は、幸い戦火は免れたので、の試験・研究発表などを検討し、特性、規格、使用条X 線管製造工場を 1947 年外部（小川工場）から本社

件など性能を標準化した。

へ移設した。渋谷は 1945 年、技術部を日立製作所（以下日立と呼ぶ）の茂原工場へ移管した。しかし、結核対策は国策であり、そんな中、X 線管の性能低下は、
戦後の国民の健康診断にも事欠く状態であることが憂慮された。そこで、日本学術振興会学術部の主導のもと、全国 X 線管製造会社の主要技術者および医科電
つよ し

機関係者が集まり、東京大学教授本多侃士を委員長とする研究班が 1947 年 11 月に設立された。日本学術振興会学術部が要望した「趣意書」1）2）の主要内容を図5.1 に示す。研究班は費用の面で存続が厳しい状況になったが、日本学術会議の配慮により文部省科学研究費を受けられ、また X 線協議会 1 としても活動が出来るようになり、X 線管の基礎事項などについて、放射線技術学会への研究発表、検討会が行われ、その結果
は「X 線管の研究」3）～6）にまとめられた。

図 5.2

5.1.1

X 線管の研究第１号目次 2）（第 3 編まで）

X 線管の形名

図 5.3 に 診 療 用 X 線 管 JES 電 気 7401（1947 年 制
図 5.1

研究班設置趣意書

1）である。正式な JIS 規格ではない。形名は、文字と数

5.1 性能標準

字の組合せで表示する。この規格にしたがい、世界標
準、空冷 10kW、5mm 焦点、放熱式の裸管球の場合、「X 線管の研究」第 1 号（1951、1）目次の第 3 編ま

第 1 項は、遮蔽容器入りでない裸管球なので「S」、第でを図 5.2 に示す。ガリ版刷りで紙質も悪いが、熱意

2 項は、診断用で「D」、第 3 項は、放熱式であるためは伝わってくる。第 3 編

材料、測定器の「第 3.1 章「R」、第 4 項は、数字と書いてあるが各社の裁量に委

銅よび銅リング」の項で、リングシールの報告がある。

ねている。そのため、話し合いで短時間の最大入力を「X 線管の性能低下は憂慮すべき状態」とは、リング表示して SDR-10 とし共通の分かりやすい形名になっシールの気密不足など、真空度劣化が大きな要因と考た。しかし、機種が少ない場合はこの形名の付け方でえられる。しかし、「趣意書」の理念は基礎資料の確進められたけれども、機種の増加にしたがい各社とも

1 X 線協議会は、1952 年に「日本 X 線管製造会」となり、メンバーは、（株）日立製作所、（株）医理学研究所、神戸工業（株）、ソフテックス（株）、日本電気（株）、（株）島津製作所、東京超短波レントゲン（株）、東芝メディカルシステムズ（株）の 8 社であった。しかし、X 線管装置の製造を続けているのは（株）
日立製作所、ソフテックス（株）、（株）島津製作所、東芝メディカルシステムズ（株）の 4 社で、他の 4 社は製造を中止した。

210定）を示す。X 線管の規格としては我が国最初のもの

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特長を生かした製品、形名が誕生しため JIS としては統一的な形名をつけることは難しくなった。

図 5.5 に診断用として標準的な単相全波整流回路を示す。S1～S4 は整流器で、まず、正の管電圧が加わったとき、管電流は、B ➡ S1 ➡ X 線管➡ S2 ➡ A、と流れ、つぎに逆の管電圧の場合は、A
線管

S4

S3

X

B、と流れる。図 5.5 で、半波整流の場合は、整流器を 2 個、自己整流の場合は整流器が無い回路の装置となる。定電圧回路には、インバー
ター回路、倍電圧方式のグライナッヘル（Gleinacher）
回路などがある。コンデンサー放電回路は、電荷を蓄積して放電する回路である。なお、変圧器式回路は脈流波形であり、その脈動率は定電圧を 1.0 とすれば、単相全波整流回路では約 70% 位になる。

図 5.5

単相全波整流回路

脈動率が 70% 位になれば、図 5.6 に示すように、線
図 5.3

JES 電気 7401

7）

質の軟らかい部分は人体に吸収され、利用されるのは斜線部分になるなど矩形波に比べ X 線効率が悪い。

5.1.2

管電圧波形

図 5.4 に整流回路の一覧を示す。変圧器式回路の場
合単相全波整流回路から三相全波整流回路まで、連続している脈流波形の一周期（one cycle）を記号表示した。定電圧回路は矩形波であり、コンデンサ回路は負荷印加後放電による管電圧降下があるので台形表示kVpとなる。脈流波形の用い方としては、携帯、および、
移動形など軽量が第一のため、整流器を用いない簡略な方式の自己整流を選択する装置が多い。自己整流回
路は逆耐電圧が加わるので負（逆）の電圧が、正より

図 5.6

脈流波形の弱点 9）少し低くする工夫がされている。
グライナッヘル回路、コンデンサー放電回路は、定電圧の理想値に近いが、コンデンサーの取扱いの難しさがあった。そのため、脈流回路が、三相全波整流、テトロード式 3 相高電圧装置を経て脈動率 1.0 のイン
バータへと約半世紀かけて変わっていったのは、画質向上のためである。なお、複数分野の「技術の系統化調査」において、インバーター回路は多く紹介されているので省略する。脈流波形の回路の場合は、図 5.6
図 5.4

整流回路

8）

に示すように管電圧は波高値 kVp で管電流は平均値で、定電圧（インバータ）回路の場合は kV で表す。

X 線管装置の技術の系統化調査

211

5.1.3

焦点

点の内側になる。一方、交点は、正焦点と副焦点が一X 線管の焦点とは、カソードの電極（電子を集束す

致する。この場合、焦点は電子が集中するので過熱をるので集束電極と呼ばれる、以下集束電極という）の起こしやすい、熱を平均化するために、X 線管の焦点

溝の中に取付けられたコイル状のフィラメントから飛は、副焦点が正焦点の内側に入るよう設計してある。

び出した電子が、電子レンズの作用を受けて集束されターゲットに結ぶ像のことである。この模様を図
5.7 8）に示す。

図 5.9
図 5.7

電子軌道の概略図 10）

電子の集束 8）

この焦点像（実効焦点）を撮影し大きさを測定する
このとき、フィラメントの長手方向（溝の長手方向）には、図 5.10 に示すようなピンホール法で行う。焦に相応する焦点が長さ方向（実焦点）で、傾斜方向か

点・ピンホール、ピンホール・フィルム間は、それぞら見た焦点を実効焦点という、フィラメントの直径方

れ 30cm とする。フィルム側は、散乱線などにより感向（溝の幅方向）に相応する焦点の方向を幅方向とい光しないよう鉛張りの箱で遮蔽してある。ピンホーう。焦点の長さ方向の大きさは、集束電極の溝長さとルの径は、Ø0.3mm で等倍の大きさに撮影される（図フィラメントの長さで決まる。一方、幅方向はフィラ5.11）。実効焦点の大きさは、幅、長さとも測定値かメントの直径、溝の幅、溝の形状、フィラメントの位らピンホールの径の 2 倍を引いた値と決めた。図 5.10

置（深さ）によって、大きさも電子分布も変化する。

は長さ方向の例で、F=L-2d 11） ということになる。

図 5.8（a）は、幅方向の大きさと電子分布がフィラメ

図 5.11 の焦点像（実効焦点）の長さ方向の電子分ント位置によって変化する例を示す。

図 5.8

フィラメント深さと焦点の関係 8）
図 5.10ピンホール撮影 11）

フィラメントから正面方向に飛び出した電子が正焦点、側方向に飛び出した電子が副焦点を形成する。焦点を形成する電子軌道の概略図を図 5.9 に示し、図 5.8（b）にフィラメント深さと正焦点＆副焦点の大きさの関係を直線で示す。正焦点はフィラメントの深さが深くなるに従い小さくなるが、副焦点はその逆である。
そのため、二つの直線の交点より左側は副焦点が正焦

212

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.11

X 線管の実効焦点像 8）

焦点大きさ（F）は、F=2gM/（M-1）で求められる。
M は拡大率である。図 5.1414） に試験片と撮影像の例を示す。図 5.13 において、フィルムに撮影された試験
片像が試験片と同数の線として認められるときは（図5.14（B））、F<2gM/（M-1）となり、試験片像が 1 本の太い線として見えるときは、F=2gM/（M-1）となる。
図 5.12焦点の電子分布12）

なお、試験片像が認められないときは（図 5.14（A））
、
F>2gM/（M-1）となる。焦点大きさについては、幅は

布は、図 5.12 に示すように、単峰性の形状で、中央双峰性、長さは単峰性の電子分布を有している。そのが密で端部にかけて疎になっている。幅方向は、峰がため、焦点大きさは、長さ / 幅 =1.4 とし、0.3mm 以

二つあるので双峰性の形状をしている。

下の焦点は解像力法で行うことが 1972 年 JIS Z 4231

長さ方向は、コイル状のため中央部が輻射熱で温度（回転陽極 X 線装置通則）で制定された。なお、焦点上昇し、端部はフィラメントの取付部に熱を奪われる測定に用いていたピンホール Ø0.3mm は、加工技術の現象、エンドクーリング（End Cooling）により低く

未熟な時代には、顕微鏡でみると真円ではなく、辺縁なっている。一方幅方向は、端部に電子密度が集中すはギザギザであった。そこで、1975 年に制定された

るため、あたかも焦点が 2 個あるような電子分布に

JIS Z 4704（医用 X 線管装置）は、IEC（Internationalなっている。そのため、両方向から X 線が放射されElectrotechnical Commission）Publication 336 に準拠

る形態になるので、画質は、長さ方向の単峰性に比べし、図 5.15 に示すようにピンホール板は、材料・ピンて悪い。そこで、焦点の幅方向と長さ方向で特性が異

ホール径が詳細に規定されている。ピンホールは、極なるので、1959 年、第 15 回日本放射線技術学会で「解めて高い精度での加工が必要なため、各社、社団法人

像力的に見た X 線管の焦点寸法について」の発表で、日本画像医療システム工業会を通じて IEC 規格のピン島津の田部貞夫

13）

が次のように提案した。X 線管のホール板を一括の購入とした。

焦点寸法はピンホール写真の長さおよび幅方向の寸法

なお、画質への影響であるが、焦点は形のあるもの

を呼称値に合致させている。しかし、X 線管の焦点にであるから焦点自身の影を映し出す。これを半影（ボついては、幅方向のボケが長さ方向より大きく認知され、また、解像力も幅方向が著しく悪いと結論した。
そこで、平行銅線群を用いて 1～5mm の焦点の長さおよび幅方向の解像力を調べ、別に電子分布の均一な焦点の解像力を求めた。その結果、例えば 5 × 5mmの焦点の長さ方向の解像力は均一電子分布の 4.2mmの焦点に相当し、幅方向は、均一電子分布の 6mm に相当した。この結果、従来の幾何学的焦点寸法の 5 ×5mm ものは、解像力的焦点寸法としては、幅 6 ×長
さ 4.2mm（6/4.2=1.4）ということになる。したがって、真四角な形ではなく、長細い焦点にするよう提案

図 5.13解像力法による焦点試験法 11）

した。これは、言い換えると、幅 5mm ×長さ 5mmの焦点は、幅 5mm ×長さ 7mm（幅 5 × 1.4）で同等の解像力になるということである。焦点を解像力で測定する方法の提案の後、1961 年、東芝が 0.05mm の焦点を開発した時、ピンホール径が 0.3mm であるため、ピンホール写真での測定は出来ない。そこで、田部貞夫と同様に解像力法、つまり平行銅線群より細い試験片を用い解像力撮影で焦点大きさを測定した。
5.13 に解像力による焦点試験法を示す。試験片は、幅または直径が g で、長さ数 mm～数 cm の X 線を透図 5.14

試験片と解像像の例 14）

過しにくい金属を、間隔 g で数本並べたものである。

X 線管装置の技術の系統化調査

213

とき脈動率 0.95、単相全波、半波、自己整流回路の場
合は脈動率 0.74 と定められた。なお、インバータ回路が多くなって来たので、現在は、W（ワット）表示
が標準で H.U.（以下 HU で表す）は、X 線管が最大に蓄積し得る熱量的表現として用いられている。
5.1.5

最大単発負荷定格と陽極の熱特性 15）（1） 電源回路
図 5.17 に各整流回路の管電流（入力）の関係を示す。単相全波整流、単相半波整流、自己整流共、管電圧（kVp）、管電流 Ip（平均値 mA）が同一の時は、
図 5.15

ピンホールの形状 8）入力も同一である。しかし、このとき、入力の最高瞬時値は、単相半波および自己整流で、全波整流のほゞケ）といい画像に影響を与えている。図 5.16 に被写

2 倍となる（図 5.17.a）。いいかえれば、単相半波整流体の拡大と焦点の半影の関係を示す。焦点とフィル

および自己整流の場合の入力は、全波整流の半分とな

ム間距離を 100cm、被写体厚を標準の 20cm とした場

る（図 5.17.b）。仮に同一入力の瞬間許容負荷を加えた

合、5mm 焦点の半影（Bf）は、被写体中心（90cm）とすれば、半波整流は全波整流に対し、2 倍の負荷がで 見 る と、 半 影（Bf）=F ×（n/m）=5 ×（10/90）

かかるので焦点温度が高くなる。半波整流において、=0.55mm となる。人間の目の識別限界は 0.3mm と言

全波整流の時と焦点の温度を同一にするための入力比

われているのでフィルムに近い面ではよいが、離れては、1 秒負荷で 70%。自己整流では、逆電流の影響がいる個所は半影がより大きくなる。固定陽極 X 線管あるので約 65% になることを実験で確認し採用した。

の 10kW は必用負荷であるが、5mm 焦点での使用は
画質的には厳しい大きさである。

図 5.17
図 5.16

焦点の半影（ボケ）

各整流回路の管電流（入力）の関係（2） 最大単発負荷定格
短時間の X 線管入力と時間の関係を示すもので、

5.1.4

単位

15）

短時間最大定格、または、最大規格と呼ばれてきたが、単相全波整流回路における X 線管入力の計算は、

ここでは、最大単発負荷定格として用いる。図 5.18

国際的慣習として、H.U.（Heat Unit）を用いた。管

に示すように、縦軸に X 線管平均電流 Ip（mA、以電圧は、波高値 kVp、管電流は、平均値 Ip（mA）で表し、X 線管への負荷、つまり短時間入力は、H.U.=
管電圧（kVp）×管電流（mA）× sec、連続陽極入力、（HU/sec）= 管電圧（kVp）×管電流（mA）とした。
三相全波回路の場合は、脈動率が高くなるので 1.35
倍、また、カロリーへの換算は、1H.U.=0.71J=0.17calとした。しかし、JIS Z 4704（1975 年）では、X 線管
入力は W（ワット）表示で、定電圧・三相 12 パルス回路の場合は、脈動率 1.0、三相 6 パルス回路、単相全波回路でケーブル 6m 以上、管電流 10mA 以下の

214

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.18

最大単発負荷定格の使い方

下管電流と呼ぶ）、横軸に負荷時間 t（s）をとり、管曲線がある。冷却曲線は、陽極に加えられた負荷の電圧 Ep（kVp）をパラメータとして描いてある。管

発生熱量が放出され冷却されてゆく状態を、負荷曲

電圧 Ep の時、時間 t1 に対しては Ip1、t2 に対しては、

線は、連続的に陽極を加熱する場合に陽極に熱量がIp2 がそれぞれ許し得る最大管電流となる。この曲線

溜まってゆく状態を示すものである。陽極に最大に蓄の下方の範囲が使用範囲、上方は X 線管に対して過積した熱量が、陽極の最高温度で飽和しているときの負荷となる範囲である。

放熱の割合を示すのが最大冷却率である。SDR-10 で

図 5.19 に固定陽極 X 線管の世界標準 SDR-10 の管は、曲線では表していないが、「備考」冷却の風量が、電圧 Ep をパラメータとして描いた最大単発負荷定格

45L/min の時、最大冷却率は、150HU/s となってい（単相全波整流）を示す。この定格は、X 線管に負荷る。これが、風量が、45L/min の時の連続陽極入力

を加える前、つまり冷却された状態で 1 回だけ加えらである。即ち、ある管電圧 Ep においては、最大冷却れる最大の許容負荷である。実際には、電源変動、ま率（HU/s）/ 管 電 圧 Ep（kVp）= 管 電 流 Ip（mA）

たは、X 線装置に機器類の誤差があるので、これら外に相当する範囲内で連続用いてもよい負荷である。

部要因を考慮して、最大単発負荷定格の 90% 以下で使用するようにしている。

また、最大冷却率に相当した負荷を加えるときは、
図 5.21（a）曲線のように Hm で飽和する。もしこれより大きな負荷を加える時は、（b）曲線のようになる。
また、小さな時は（c）曲線のようになる。例えば（b）
曲線で使用するときは、時間 t3 において陽極に溜まった熱量は H3 に達し、このとき加えることが出来る熱量は（Hm-H3）となる。さらに負荷を続けると。時間 t4 において、Hm に達するから、ここでいったん負荷を止め、冷却曲線にしたがい冷却してから再び使用することが必要である。

図 5.19SDR-10 最大単発負荷定格（単相全波整流）（3） 陽極の熱特性
X 線管に負荷を加えた場合、管内の電極温度が上昇する。この負荷の発生熱量と蓄積された熱量の冷却の関係を表したものを X 線管の陽極熱特性という。図5.20 に SDR-10 の陽極熱特性を示す。冷却曲線と負荷

図 5.21負荷曲線の使用例（4） 撮影負荷の繰り返し 8）
胸部集団間接撮影、消化管撮影など、1 回だけの撮影ではなく、多数枚、または、連続して撮影する場合の一例として、数回 / 分の割合で長時間連続して撮影する低速連続撮影の場合の例を説明する。この場合の陽極温度と時間の関係を図 5.22 に示す。陽極温度は、加えた連続撮影負荷を平均化した負荷（陽極温度、T1）で飽和する。したがって、連続して加える
負荷の焦点温度は、陽極温度の飽和値に加えたものになる。ただし、陽極の飽和温度と撮影の焦点温度の合
図 5.20

SDR-10 陽極熱特性計が焦点最高許容温度（Tmax）以下でなければなら

X 線管装置の技術の系統化調査

215

ない。最大単発負荷定格で示される最大負荷は。陽極

治療用のものおよび近接照射用は定電圧回路でそれぞが冷たい時に許される 1 回の撮影定格を示しているかれ定められた負荷試験をし、蛍光、グローなどが陰極

ら、連続撮影を行う場合は、最大単発負荷定格の負荷まで達しないかどうか、また、焦点面の輝度ならびにを割引かねばならない。故に、1 回の撮影負荷 = 最大X 線管電流が安定しているかどうか調べる。診察用

単発負荷定格×（Tmax-T1）/Tmax となる。なお、

10kW のものを一例としてとると負荷試験はつぎのと透視＋撮影負荷の場合は、陽極飽和温度に透視負荷のおりである。

平均陽極温度が加算されての計算となる。

自 己 整 流 回 路：70kVp、100mA、1sec 負 荷 後、5sec
休止し 3 回通電し、85kV、4mA、240sec、1 回通電。
全 波 整 流 回 路：70kVp、180mA、1sec 負 荷 後、5sec
休止し 3 回通電する。
④

X 線管電流特性試験
10kW 用、70kVp、5mA（単相全波、ケノトロン使用）で、フィラメント電流、最小 3.3A、最大 4.0A の値でなければならない。
⑤

フィラメント電圧電流特性試験
10kW 用、3.5A で 4.0～7.8V、4.5A で 6.4～12.0V の範囲であること。
図 5.22

低速連続撮影による焦点温度⑥

実効焦点の大きさ試験
測定法は、X 線管の主放射線上の焦点の中心から

5.1.6

試験法

16）

30cm の位置に直径 0.3mm 以下の孔を有する厚さ 2～

エックス線管の試験法は、1949 年に JIS Z 2002（診

3mm 鉛板を置き、さらに、鉛板から 30cm 隔てた位

療用 X 線管試験法）として制定されており、幻の規

置にフィルムを直角において実効焦点を撮影する。焦

格

7）

2

と言われているが 概要はつぎのとおりである。

点・鉛板の孔・フイルムは、一直線上にあること。撮影した焦点像の両端および中央部の 3 か所を測定し（1） 一般試験

た値の平均値を測定値とする。10kW は 5 ± 0.5mm、①

6kW は 4 ± 0.4mm、4kW は 3 ± 0.4mm、2kW は 2

構造試験
漏水試験。水冷式タイプに適用され、水冷タンクに水を正常に満たし漏斗（じょうご）の取付部から圧縮± 0.5mm を許容範囲とする。
⑦

ガラスバルブの厚さ測定試験
主放射線方向のバルブ厚さを光学的肉厚測定器で測空気 1kg/㎠を送り漏れの有無を調べる。
②

定する。

耐電圧試験
診断用は最大使用管電圧の 1.05 倍、管電流 2mA で⑧

X 線の強さ測定試験
近接照射 X 線用のみについて、線量と半価層を測

1 分間耐えること、治療用は、140kVp のタイプは、
147kVp で 5 分間、200kVp のタイプは、120kVp まで

定し記録する。

を 3 分間で、以後 210kVp までを 10 分間で連続的に電圧を上昇し異常のないこと。

（2） 出荷試験③

出荷試験：一般試験終了後 2 週間以上経過してから再負格試験
診察用 X 線管は、自己整流回路と全波整流回路で、び耐電圧試験を行う。ただし、排気終了後 30 日以上経過してから一般試験を行う場合はこの試験は省略し

2 幻の規格の意味：ガリ版刷りの規格案「JIS Z 2002 診療用
エックス管試験法（案）」の解説に「「----------- 昭和 23 年 11 月
工業技術庁の委嘱を受け --------」と記載があり、工業標準化法制定の 1949 年（昭和 24 年）6 月に、このガリ版刷りの規格案の JIS Z 2002 の JIS の部分を JES に訂正されている。したがって、この規格は、工業技術庁の委嘱を受けているので
JES で発行すべきものであるのに、JIS で発行されている。一方 JIS の総目録 JIS Z2001～Z2004 は空欄になっているので、
JIS Z 2002 は幻の規格と注記した（JIRA における JIS 規格案
作成活動 その 2、日本放射線技術学会誌 57 巻 10 号 矢野太
記載、2001.1）。

216

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchてもよい。
（3） 参考試験①

ガラスバルブの X 線減弱試験
ガラスバルブの X 線減弱試験は JIS に示す方法で行い、その結果はガラス厚さとアルミニウム当量との関係曲線で表すものとする。

②

X 線しゃへい試験

金属とガラスの溶着には、ニッケル、コバルト、鉄1950 年制定 JIS Z 2005（エックス線管及びエック合金のコバール（kovar）がよいということは知られ

ス線管容器のエックス線しゃへい試験法）に規定さており、1938 年 GE が回転陽極 X 線管を開発したとれた方法で行う。
（本規定では、試験すべき遮蔽装

き、ウエスチングハウス社（Westinghouse Company）

置 の あ る 機 種 と し て、XDR-10、XDW-10、XDR-6、が「フェルニコ」という名称で市販していた。当時

XDW-6 が記してあるが、測定法の規定はない）。

GE がフェルニコ・コバール（Fernico・kovar）とい

以上より、
（1）
一般試験の②③は、耐電圧、大電流試

う名称で米国特許を得、日本にも優先権の主張をして験で X 線管の基本性能テストであり、④は連続通電時いた。しかし、英国からすでに情報を得ていたので異の管電流の低下に関するもので、また出荷試験につい議申し立てが認められ、住友金属工業株式会社が 1937ては、期間をおいてスロ－リークの懸念に対し再度確

年試作に成功したが、戦争によりニッケル・コバルト

認することなどもあり、この試験に合格するためには、の入手難から実用にはいたらなかった 18）。

真空度劣化のない製品を製造することが重要である。

5.2 対応技術（改善）5.2.1

金属とガラス（1） コバール（kovar）

戦後、品質低下を懸念して発足した日本学術振興会
では、ガラスと金属の接合溶着部分、すなわち金属リ
ングに各社が困難を訴えているのを取りあげ、1948
年、本多侃士（東京大学教授）委員長名で専門家に研究を委嘱 1）（住友電気伊丹製作所、古川理科研究所）
し、コバールの製造を依頼したものと推測する。1950

ガラスと金属の接着には、銅をナイフ・エッジにす

年頃から X 線管の銅リングに代わりコバールリング

るなど工夫して真空気密の向上に努力してきた。
「Xが実用化され真空気密（スローリークが減少）が改善

17）

線管の研究」 第 1 号での報告では、図 5.23 に示すした。コバールの組成は、Fe53.5%、Ni29%、Co17%、

ように、銅とガラスの接着部分は両者の膨張係数に大Si0.2%、Mn0.3%、であり、コバールは炭素（C）をきな差があるため、銅の先端を極めて薄くすること含んでいるので、脱炭処理をしないと溶融ガラスに小によって銅の柔軟性を利用しその膨張差を逃げていさな泡が生じスローリークの原因となる。脱炭処理はる。銅リングのナイフ・エッジの角度は、1.5°～3.5°

通常は水素処理で加熱温度は数百度で、肝心なことは程度、先端における銅の厚さは、0.05mm 前後となっ水素を水と反応させて用いることである。なお、米国ている。このように薄くなっている部分に重い陽極の製フェルニコについては、X 線管の研究第 2 号 2）、4.2

荷重がかかる上に製造工程中 1000℃に近い高温にな章の、“諸材料”で、Fe52.7%、Ni28.9%、Co17.2% とるなどの無理があるため、銅材中のピンホールや過度いう分析結果が報告されている。

の酸化による銅材質からのリークがある。さらに、ガラスが接着するには銅表面に出来る亜酸化銅（Cu2O）（2） ガラス（glass）

被膜がガラスに溶着し気密の膜を形成するが、この酸X 線管のバルブは、通常みずあめを巻き取るのと同化膜が剥がれたり、クラックしたりする事によってス

じように吹きざお（Blowing pipe）の先頭にガラス

ローリークを生ずる。そのため、各社は、銅の純度をを巻き取った後、金属製の金型に入れ呼気のみで膨ら99.62%（酸素 0.03%）のものを使用し CO 脱酸処理をませる 19）。この呼気の加減で厚さを調整する。現在、したり、ガラス巻き部分の幅を広くしたり、ガラスに

厚さは 0.5mm 以下をも調整しうる職人技で製作して溶けるのは亜酸化銅（Cu2O）であって CuO ではないいる。金型には、接触を妨げるため鉱物油などを塗布ので、封着するときガスバーナーの加減で CuO の生し、光沢のある滑らかな表面に仕上げている。呼気に成を防ぐなど一定の改善をしたが満足し得るものではて形を仕上げるわけであるが耐電圧的に問題となる気なかった。

泡を作らないようにすることも大切な技能である。
X 線管も外囲器のバルブ（valve）は、軟質ガラス（ソーダガラス）から耐熱温度の高い硬質ガラス（ホウケイ酸ガラス）に変更されているので、以下硬質ガラスについても記述する。
①

組成
表 5.120）に X 線管に用いるガラスの組成を示す。硬

図 5.23

銅陽極とリングシール断面概略図

質ガラスは、ホウケイ酸ガラスといわれ、主成分であX 線管装置の技術の系統化調査

217

るシリカが全体の 80% を占め、残りの約 20% の内、度の極薄い蒸着膜が表面抵抗を減ずる作用をしている

ホウ酸（B2O3）の含有量が多くアルカリ成分であると想定したい。

ソーダの含有量が少ない組成である。なお、軟質ガラ
スも参考のために併記した。軟質ガラスは、酸化ナト
リウム（Na2O）の比率が多いのでソーダガラスと呼コバールとガラスの溶着においては、コバールの膨張係数に近いコバールガラスを用いる。コバールガラ

ばれている。
表 5.1

ガラスの組成主成分％

Al2O3 Fe2O3

B2O3

Na2O

K2O

80.9

2.3

12.7

4

0.04

軟質ガラス 72.0

1.0

0.03

15.0

スは表 5.1 に示す組成を少し変えて製作する。配合は

20）

SiO2
硬質ガラス

（3） ガラスとコバールの溶着

GaO

MgO

9.0

3.0

各社のノウハウである。一例として、図 5.24 にコバールに近似したとコバールガラスの膨張曲線 8）を示す。
コバールガラスの膨張曲線に見られるような 400℃前後からの膨張率の増大はいずれの硬質ガラスにも見ら②れる傾向である。

耐熱的性質
ホウケイ酸ガラスはソーダガラスと比較してホウ酸の組成比率が高いので線膨張係数は小さい。ここで、ガラスは急冷されると表面層に張力を、熱されると圧縮力を受ける。また、ガラスは圧縮力には強いが張力に弱い。従って、線膨張係数が小さいホウケイ酸ガラ
スは、急冷を受けた場合、内部に発生する張力が小さくなるので割れにくく耐熱性が大きい。硬質ガラスとは、硬さではなく温度変化に強いということで分類されている。
③

図 5.24

コバールとコバーガラスとの膨張 8）

機械的性質
ガラスの論理的な強度は非常に大きいといわれてい図 5.25 20） は旋盤にバーナを付けた、ガラス旋盤でるが、実際には脆く割れやすいのである。それは、表のガラスの溶着作業の一例である。現在も手作業で行面に存在する微細なキズに張力が発生した場合、そのわれている。この図 5.25 の作業のようにガラスを溶

キズに応力が集中し破壊してしまうからである。この

融温度で成形、加工後急冷すると冷却時に生じた温度

潜在的な表面のキズはガラスを成形、加工、運搬する

分布の不均一な影響で、機械的な内部応力を持ち、成とき発生する。避けがたい場合もあるが、衝撃を受け

形、加工部分が破損し易い。そのため、転移点に保持た場合、その面には圧縮応力が反対面には引張り応力

してガラスに粘性流動を起こさせて応力を緩和してやが発生し、衝撃の強さ、キズの如何によっては割れる。

る必要がある 21）。これが、「なまし」である。「なまホウケイ酸ガラスはキズが入りにくいガラスではあるし」によって、ガラスの物理的性質が変化するので注が取扱には注意が必要である。

意する必要がある。

④

化学的性質

なお、近年、ガラスを膨らませて X 線管のバルブ

ホウケイ酸ガラスは、他のガラスと比較してアルミを手作業で作る熟練者が減少しているため既製品のナ成分の割合が高く、しかも、アルカリ成分の割合がガラスパイプから X 線管バルブを作ることや、また、少ない組成のため酸性物質および蒸留水による腐食量

アノ－ド、カソードの組立品をバルブ外囲器に図 5.25は極めて少ない。ただし、フッ化水素を含むリン酸、のような手作業ではなく自動化で溶着する試みが進め

熱リン酸、フッ化水素酸およびアルカリに対しては高られている。

い耐久性があるとはいえない。
⑤

電気的性質
X 線管用バルブとして使用するときは、耐電圧上、体積抵抗が高いことが望ましいが、体積抵抗が高いと電荷の蓄積が大きくなるので、この電荷を逃がすためには表面抵抗が小さくという相反する要素が必要である。このようなガラスをつくることは難しいが、排気処理の電極加熱で形成される耐電圧的に影響のない程

218

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.25

ガラス作業の例 20）

5.2.2雲母 22）からセラミック

図 5.28 は、水冷形の陽極で、陽極に穴をあけ、このカソードのフィラメントを保持し固定するモリブ

穴にパイプを挿入して冷却液を送って冷却する方法でデン棒（Mo）の絶縁体として雲母が用いられていた。

ある。この方法では、陽極ターゲットの近傍まで冷却

雲母の吸着ガスは主に H2O で 200℃以下で排出され、液を送れるので極めて冷却率がよい。冷却液は水を用

吸蔵ガスはさらに温度を高めると二酸化炭素（CO2）いる。相接する金属と流体（水）の間の熱の移動は、を排出する。そのため、雲母をフィラメントの絶縁用

全熱伝達量 Q ＝ αS（θ-t）で表され、流体内の熱のとして構成した電極を加熱処理するとき、ガスの排出

移動は対流（循環）にて行われる。α は、熱伝達係数、に時間を要する問題があった。図 5.26 は、カソード

S は伝達面積、（θ-t）は相接する物質の温度差である。

の電極（集束電極）の断面の概略図である。フィラメ

5kW の空冷形 SDR-10，水冷形 SDW-10 は、標準品でントコイルを Mo 棒の先端で固定し、Mo 棒は両側かあり各社が生産する主力の汎用品である。

ら 1mm 厚さ程度の雲母板で鋏み止めねじで固定する
方法が多かった（図 5.26（B））
。雲母は、ガス排出に時間を要する他、排気後も吸蔵ガスが放出するなど取扱いの難しい材料であった。これを、ステアタイ
ト、アルミナ系 Al2O3 のセラミックスに変更（図 5.26（A））することにより、管内ガスの排出減に貢献し、

図 5.28水冷形陽極の構造 8）

真空度劣化の改善に寄与した。
図 5.27、5.28 に 示 す よ う に 陽 極 構 造 が 異 な る の で、別々に製作せねばならなかったが、東芝は、水冷形に空気を吹込むことで、二つのタイプを一つにした
SDWR-10 を開発した。図 5.29 に各種冷却法による比較を示す。③④は、SDW-10、SDR-10 の外部冷却器
を、風量 1.1L/S で冷却した場合、⑥⑦は、SDW-10の改造品で陽極近傍まで、空気を吹き込（1.1L/S と図 5.26

フィラメント保持用

Mo 固定棒の絶縁方法

2.4L/S）んだ場合の、陽極温度と時間の関係を示す。
明らかに空気を吹き込んだ場合は顕著な冷却効果が表れている。実用品は 350HU/S で 90L/min の吹き込み量で用いている。

5.2.3

冷却改善

8）23）

図 5.27 に示したのは、空冷形の陽極で、太い銅棒が管外に突出し、放熱器が取付けられている。陽極で発生した熱は伝導により放熱器まで導かれ周囲の流体に伝達される。流体は空気であり、使用頻度によっては、ファン（fan）で風を吹き付ける場合もある。全伝達熱量 Q ＝λS（θ1 －θ2）/L で表される。移動する熱量は、両端部の温度差（θ1 －θ2）
、物体の断面積 S に比例し、移動距離 L に反比例する。λは、熱伝導率。

図 5.29図 5.27

各種冷却法の比較 23）

空冷形陽極の構造 8）X 線管装置の技術の系統化調査219

引用・参考文献

13）田部貞夫：解像力的に見た X 線管の焦点寸法に

1） 小泉菊太：わが国における X 線管の歩み，P80-

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ドについて，P64，日立評論（1959.12）
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5） X 線管協議会：X 線管の研究（1955）
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所，田部貞夫口述記録（1967.3）

10 号（2001.10）
8） 香川威：医用 X 線管，P11-27，京都放射線技術

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所（1992.4）
10）田部，高野：X 線管および整流管，焦点，X 線
管および X 線装置の研究，P1-3，X 線管協議会

レビュー，14（4）（1959.04）
22）斉藤昇：雲母のガス放出について，P258-259，東
芝レビュー，8（4）（1953.04）（1961）
11）吉田元重：微小焦点高速回転ローターノード，
P397-400，東芝レビュー，21（4）（1966.4）
12） 島 津 製 作 所： 回 診 用 コ ン デ ン サ ー 装 置 MC125L-30，島津評論第 35 巻 4 号（1978）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

16）滝内政次郎：診療 X 線技術新書，P245-248，金17）窪田：銅材及び銅リング，X 線管の研究第 1 号，

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ついて，第 15 回日本放射線技術学会誌（1959.8）

Vol.24 2017. March

23）滋賀，関：Ｘ線管冷却に関する実験，P284，東
芝レビュー，6（5）（1951.1）

6｜回転陽極 X 線管の開発
固定陽極 X 線管は、文字どおり陽極が固定していて動かないので、電子はターゲットの定められた部分である焦点のみを衝撃する。そのとき、衝撃面の面積が大きいとそれだけ多くの電子を受け入れ負荷を増大させることができるが、反面、焦点が大きくなり焦点の半影（図 5.16 参照）が大きくなり画質が悪くなる。回転陽極 X 線管は、ターゲットを大きな円板とし焦点を円板周辺に結ばせ、ターゲットを高速度で回転することによって、電子衝撃面を絶えず移動して実質的に焦点の衝撃面積を増大し、小さな焦点で大きな負荷を得るものである。このように、電子の衝撃を受けるター

図 6.1

藤木卯吉の特許（1924 年）

ゲットを動かして、焦点で発生する熱を拡散させて定格を上昇する試みはガス X 線管の時代から多く試みられたが、大きなタングステン円板の製造、真空中で動作し、かつ高温にも耐える軸受け、また、油脂を

6.2 海外情報

用いない乾式潤滑など難しい問題があり成功しなかっ

海 外 品 と し て は、 島 津 は Müller と、 日 立 はた。しかし、管外から回転磁界を加えて回転する方法

Siemens、東芝は GE との関係があったので、Müller

が少しずつ発展してきた。以下その変遷を記述する。

の Rotalix（ロータリックス）3）4）5）7）1929 年、Siemensの Pantix 2）6）（パンティックス）1932 年、ＧＥの T1-2

6.1 日本特許

型 2）7）1938 年を記述する。

回 転 陽 極 X 線 管 に つ い て は、X 線 発 見 の 翌 年 の1896 年 に R.W.Wood1）2）、1899 年 Rollins

2）（1） Müller（蘭）“Rotalix”1929 年

な ど は、

図 6.2 に概略図を示す。A.Bouwers（蘭）の考案に

当時、X 線発生のターゲットとしての硝子壁の電子よるものである。傾斜した陽極の銅棒に埋め込まれ衝撃面を移動させるため管球全体を回転させる構想をたタングステン円盤（W）のほゞ中央の、対抗した位もった。1915 年には、W.D.Coolidg

2）も電子線を磁力

置にフィラメントがある。銅陽極に取付けられた回転で偏向させ X 線管自体を回転させ陽極面への電子衝

軸を、保持部に固持された軸受け（ベアリング）に突の部位を変更させる考案をしたが、実現には至ら挿入し陽極が回転体として機能する構造とした。回なかった。世界で初めて実用化したのは、Müller の転体の周囲には、磁性体鉄心とコイルからなる固定

Rotalix で 1929 年のことである。日本では、1924 年

子（Stator）があって回転磁界を作り誘導電動機を形

藤木卯吉がガス管球での回転陽極 X 線管の特許

2）

を

得ていた。

作っている。回転数は、1,500rpm、焦点軌道 40mm、
焦 点 大 き さ 2.2mm、 短 時 間 単 発 入 力 は、55kVp、

その内容を図 6.1 に示す。イオン管である。回転対

400mA、0.2sec である。空冷 10kW タイプは、5mm

陰極は 2 ケの軸受けで保持され、気密封止して導出さ焦 点 で は あ る が、55kVp で 300mA、0.2sec（ 図 5.19

れた回転子を外部へ引き出し、回転子をコイルで巻い参照）であるから、約 30% 増しの驚くべき定格であった固定子の磁力で回転させる機構で、回転対陰極を回た。しかし、この X 線管は、空冷である。輻射熱で転させながら陽イオンを陰極に衝突させ、電子を発生の冷却は、陽極母体が銅であるため固定陽極と同様、させ、その電子を高電圧で加速させ回転中の対陰極に使用温度を高く出来ないため、陽極の熱容量を大きく衝突させ X 線を発生させる。固定子は陽極と同電位出来ない、また、軸受けが電子衝撃部の近傍にあるたにするため絶縁トランスを必要とする。また、回転部

め、高熱にさらされる。そのため、透視負荷は 1 時

分を真空気密に保つなど難しい技術が必要なため、実間に 10 分程度しか加えられず、撮影頻度の少ない場

現にはいたらなかったが、海外特許の国内成立を阻止

合はよいが、撮影頻度が多い場合陽極の許容温度をする資料として貢献している。

超え不良となる場合が多かった。また、価格も高価

X 線管装置の技術の系統化調査

221

であり普及しなかった。図 6.3 に外観図を示すが、X

射を反射する円板を取り付けた。容器内には防電撃の線放射口の近くに膨らみを有している。ここに固定子

高電圧ケーブルが収納され、空冷のため陽極側にファ（Stator）を収納する。固定子と回転体とは絶縁材でンがある（図 6.5）
。特筆すべきは、タングステンの傘絶縁されているが、空隙は空気であるので、耐電圧を型ターゲットを用い、連結する回転軸を細くした構造

高く出来ない。

が、回転陽極 X 線管の基礎を築いたことである。
（3） GE（米）“RT1-2”（1938 年）
米国は、Müller より実用化は数年遅れたが、軸受け（Bearing）には、金、または、銀などをボールに蒸着することにより真空中でも良好な潤滑剤になることを見出した。当初は、Müller “Rotalix” タイプの

図 6.2

Müller “Rotalix” の概略図

ように、回転体の銅棒に W を埋め込む方法を試みたが、熱容量不足によりターゲットが損傷した。そこ
で、Siemens と同様に傘型ターゲットで細い連結回転軸（モリブデン棒）を使用し、熱を伝導で冷却するのではなく、輻射で冷却する方法にした。図 6.6 に概略図を示す。油浸型であるため、管容器を小型化出来るとともに固定子（stator）と回転子（rotor）間に油が

図 6.3

Müller “Rotalix” の外観入ることにより、耐電圧が向上し、固定子と回転子の間隙が狭く出来、起動時間の短縮、および、固定子へ（2） Siemens（独）“Pantex”1932 年の入力を減じた。また、図 6.7 には、その外観を示す

図 6.4 に外観を、図 6.5 には、容器入りの概略図をが、回転体（ローター）の銅材の表面に処理（黒色の示す。傘型 W 板ターゲットを使用することによっクロームメッキと考えられる）をし、ローターからのて、高い温度での輻射が出来ることが最大の利点で熱放散を助長している。図 6.6 から、軸受けは外輪方ある（図 6.4）。ターゲットは、輻射での冷却であるの式での使用であることが分かる。

で、熱が軸受けに伝わりにくいように連結する回転軸
棒 4 は細くし、また、ターゲットと軸受けの間に熱輻

図 6.4

Pantex の外観（Siemens）
図 6.6

GE 回転陽極Ｘ線管主要部の概略図

図 6.7

図 6.5

222

Pantex の容器入り概略図（Siemens）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

GE 回転陽極 X 線管の外観

6.3 実用化に向けて

6.10）が発表されたが、太平洋戦争末期のため製品化は不可能であった。しかし、この試作管は空襲による工場焼失の寸前に臨床試験のために持ち出され、そのMüller “Rotalix” の銅＋ W 釦の陽極回転体（熱伝後数年間実験に使用された。物資もない不自由な戦争

導タイプ）から Siemens “Pantex” の W ターゲット円

末期に回転陽極 X 線管を製造したということは驚く

板（熱輻射タイプ）へ、さらに、GE “RT1-2” で、油べきことである。

浸にすることによって回転陽極 X 線管の基本構成が1938 年に完成を見た。しかし、真空中で用いる軸受けの潤滑問題は、21 世紀に入っても研究を続けなければならない困難な課題であった。1938 年日本においても、東芝が回転陽極 X 線管を試作した。図 6.8 に管球 SP-RA2）7）8） の外観を、図 6.9 に管容器に封入し図 6.10た X 線管装置としての概略図を示す。

空冷式回転陽極 X 線管
東芝

SDN-R-60

回転陽極 X 線管の開発は、クーリッジ管の開発と並ぶ X 線管の革命であり、小焦点大容量化の達成、半影ボケと運動ボケの少ない X 線撮影への絶対条件である。実用的な回転陽極 X 線管を開発したのは、1949 年
東芝の油浸式回転陽極 X 線管 ROTENODE XDO-R-60（65,000H.U）8）である。島津は文部省科学試験研究費の交付を受け、1951 年に試作品を、1954 年に CIRCLEX1/2U10（80,000H.U）を発売 9） した。日立は、1955 年
HITANODE DOR-502（65,000H.U）を開発した。三社
図 6.8

国産初空冷式回転陽極 X 線管
東芝 SP-RA

とも油浸形で、新しい機種ということで、
「ローター
ノード」
、
「サークレックス」、「ヒッターノード」と呼称した。なお、日本電気株式会社、神戸工業株式会社
も回転陽極 X 線管を開発し市場へ参入したが、X 線装置の開発、製造と一体でないということで 1955 年頃 X
線管の製造から撤退した。ここでは、三社の初期開発
品の構造、性能について記述する。
6.3.1

X 線管の構造 13）

回転陽極 X 線管は、回転磁界を加え回転させるが、X 線管の瞬時入力は、ターゲット上の最高焦点温度で
図 6.9

東芝

X 線管装置の概略図

制限される。また、電子衝撃面の温度上昇した面は、常にある程度冷却された面と置き換わり、発生した熱

陰陽極の高電圧の挿入口が同方向である。X 線管はターゲット円板全面に分布する。負荷時間が長くな

は空気絶縁であるが、熱が上がり過ぎた場合、油浸密ると、入力は焦点面の温度ではなく陽極全体で制限さ閉の構造なので、絶縁油によって循環冷却されるようれる。そのため、陽極熱を熱伝導で外部へ排出するになっていた。この試作品は、陽極回転数 1,200rpm

固定陽極 X 線管に比し、回転機構を有する回転陽極

焦点は、3mm と 1.8mm の 2 機種あり、短時間の最大X 線管は、輻射での冷却であるため効率は悪い。開単発負荷定格は、固定陽極の 6.5 倍あり、X 線管は金発品の構造の概略図を、東芝は図 6.1110） に、島津は属製の容器に封入密閉されている。この試作品は、軸図 6.12 11） に、日立は図 6.13 13） に示す。軸受けの使用

受けの潤滑の研究が不足していたため、回転不良とな法は、東芝は外輪、島津、日立は内輪方式である。回り実用に至らなかった。1944 年、高温に耐える軸受

転陽極 X 線管の主な構造が、海外品に類似している

けが開発され、空冷式マツダ（東芝）SDN-R-60（図のは、残念ながらやむを得ないところである。図 6.12

X 線管装置の技術の系統化調査

223

で、回転子（ロータ）と回転磁界を与える固定子（ステータ）との隙間 D には、絶縁物、絶縁油、ガラス、真空の層があるため、1mm 以下の通常のモータとは異なり 10mm 程度ある。空隙が広いので起動時に大きな電力を必要とするが、油浸であるため空気絶縁に比し耐電圧は向上した。
図 6.14タングステン円板（DOR-502）

熱 容 量 の と き の タ ー ゲ ッ ト 全 体 の 温 度 は、1,100～
1300℃と推定する。このようにタングステン円板は高い温度で使用されるので、タングステン円板を固定するモリブデン軸は、ロータへ熱が伝わりにくいように
モリブデン軸を中空にし、断面積を減じるなど対策し
図 6.11

東芝回転陽極 X 線管の概略図 XDO-R-70（初期開発品）ている。ターゲット板（図 6.14）は中央に孔があり孔の一部には回り止めの切欠きがあり、モリブデン軸と嵌合しモリブデンナットで締結している。モリブデン（融点 2625℃）軸とロータ材の銅（1083℃）との接合
は、温度差があるので、第 4 章で説明したような真空鋳造法での製造となる。しかし、この構造はモリブデ
ン軸に伝わる高い熱によって銅材ロータの溶融による偏心の可能性もあるため、図 6.15 に示すようにロータ（銅材）とモリブデン軸の間に銅より溶融温度の高い鉄系の材料を用い、モリブデン側、ロータ側とも高

図 6.12 島津 回転陽極 X 線管の概略図
CICREX1/2U10（初期開発品）

い温度のロウ材を選び、偏心、変形のない回転体に
各社とも改善した。図 6.14 は、使用済のタングステ
ンターゲットの円板の焦点軌道面の状態で、これは、ヒッターノード 13）の 2mm 焦点で 50Hz、全波整流回路、60kVp、500mA、0.1sec の 負 荷 を 30 秒 に 1 回 の割合で 30,000 回繰り返し寿命試験を行ったものである。この程度は、まだ使用可能である。実際にヒッターノードを使用する場合、この条件より軽い負荷の場合が多いので、焦点面の荒れ具合はもっと少ないと

図 6.13

6.3.2

日立

回転陽極 X 線管概略図 DOR-502（初期開発品）考えられる。

陽極

ターゲット円板は、傘形（角度 18°）のタングステン鍛造品である。図 6.14 に負荷テストをした DOR502 のターゲット円板の外観を示す 13）。 焦点軌道面が電子衝撃によって荒れている。
3 社ともターゲットの大きさは、直径 Ø70mm ×3.5mm 程度であるから、重量は、約 250g（W の比重19.3）となる。三社の公表最大陽極熱容量は、65,000～80,000H.U（11,050～13,600cal） で あ り、 最 大 蓄 積

224

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 6.15

機械的強度を増したロータ（例）6.3.3軸受 10）12）13）

ルが自転することで 2 つの表面が接して回転する。X

軸受けは、図 6.16 に示すようにリテーナ付き（保持14）

線管は、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の両方で器とも呼称） の一般的に用いられているタイプであ用いるが、軸受けの内外輪とボールの隙間が熱膨張にる。しかし、回転陽極 X 線管では、電子衝撃によってより広がると回転音が高くなるとともに、ボールおターゲット円板を高温（約 1,000℃以上）に加熱する。

よび内外輪の転動面の摩耗が進む。そこで、内外輪とボールの隙間は、材料が膨張しても常に一定に保たれる工夫がされている。
また、真空中で用いられ、高温に曝される軸受けは一般に使用される油脂系の潤滑剤を用いることは出来ない。非油脂系の潤滑剤で高温における蒸気圧が低く、柔らかく、融解点の低い材料が望ましい。潤滑剤には、

図 6.16

リテーナ付き軸受

蒸着およびイオンまたはメッキ（湿式、乾式、真空）な
どで、銅、金、銀などをコーティングする方法と、鉛の粉、そして、熱せられたターゲット円板の熱は、モリ

二硫化モリブデンなどを塗布する方法などがある。潤滑ブデン軸を介し熱伝導でロータを 600～700℃にする。

剤は、ボールのみに、また、軸受けの内輪または外輪のこのとき、ロータの内側に設けられた軸受けもかなり

み、ボールと外輪の両方などいろいろ組合せがある。真の高温になる。したがって、リテーナ付きは、数 μm

空中の回転性能は微妙である。潤滑膜により回転音は～数 10μm の隙間の軸受けであるので、熱膨張により大きく異なり、銅、銀、金などは潤滑剤として、相対的回転が止まり、再度陽極を冷やしても回転の回復はなに回転音は高く、鉛など柔軟性のあるものは低い。現在い。そこで熱膨張による回転停止の対策として、リでも結論が出ていないが、鉛の粉末を塗布する方法にテーナを取り外した総ボールの軸受け（図 6.17）15）を落ち着いている。ただし、軸受けの転動面の凹凸は、ミ採用した。

クロン以下の精度が必要であるので、出荷までは慣らし
回転は必要であると考える。
なお、軸受けへの熱伝導を減じるのに接触部分であるロータに黒色の黒化処理（東芝は、受信管の陽極黒化法であるスーティング法を採用）をして熱放散をよくし温度を下げた（図 6.15）。回転寿命のテストとして DOR図 6.17

総ボール軸受502（日立）は、陽極が赤熱する負荷を与え 20,000 回の撮影回数を加え、異常のないことを確認した。

総ボール軸受けの場合通常ボール半個分程度の隙間

また、XDO-R-70（東芝）は、図 6.18 に示すようにがあるが、回転陽極 X 線管の場合熱膨張対策として陽極を連続回転させて、その惰性回転時間（ステータ

さらにボール 1 個分の隙間を開けている。軸受け材の電源を切ってから陽極が静止するまでの時間）の料も耐熱性に優れた高速度鋼を採用した。高速度鋼

変化を記録したものであるが、1,000 時間を経過して（high-speed steel）とは「ハイス」と呼ばれ、高温下も大きな変化は見られなかった。図 6.18 において中での耐軟化性の低さを補い、より高速での金属材料の止と書いてあるのは、実験を打ち切ったということ

切削を可能にする工具の材料とすべく開発された鋼である。高速度鋼は、高温下での硬さや耐軟化性を高めるべく、鋼にクロム、タングステン、モリブデン、バ
ナジウムといった金属成分を添加したものであり、高温での使用に適した材料といえる。
軸受けは、可動部品間の接触面積減らすためにボールで分離するもので、ラジアル荷重およびアキシャル
荷重を支持し、2 つの起動輪（内輪、外輪）でボールを囲み、ボールを通して荷重を伝達する。使用法は、起動輪の一方である外輪、内輪のどちらかを固定して用い、一方の起動輪が回転するとそれによってボー図 6.18

ボールベアリング寿命試験
東芝 （2,700RPM）

X 線管装置の技術の系統化調査

225

で、ボールベアリングはなお健在であったということ

ラメント線径の少し細いものを使用しているが寿命的である。なお、軸受け寿命を延ばすために、ステータには問題ない。なお、図 6.20、図 6.21 で低管電圧の電源を切ってから無駄な惰性回転を少しでも意図的にときの管電流（mA）がフィラメント電流を増やして減らすために、島津は 2 個の軸受けの外輪内側にスプも増えないのは空間電荷の影響によるものである。

リングコイルを挿入し、アキシャル荷重の変動を抑えるとともに惰性回転を制動する方法を採用していた（図 6.15）。回転陽極 X 線管の寿命としては回転寿命、ターゲットの荒れによる X 線出力の減少などが上げられるが、上述の寿命テストは当時の使用状況から見て妥当な結果であったと考えられる。しかし、寿命、保証の問題は一義的には論ずることは難しく個別対応であったものと推定する。図 6.19 に当時のヒッター
ノードの管内排気職場（1962 年）12）を示す。
図 6.20XDO-R-70

2mm 焦点エミッツション特性（3） 最大単発負荷定格（2mm 焦点 : 単相全波整流、60Hz）
図 6.21 に CIRCLEX1/2U10、 図 6.22 に DOR-502、
図 6.23 に XDO-R-70 の 2mm 焦 点、60Hz で の 最 大 単
図 6.19

6.3.4

ヒッターノードの管内排気職場

性能 13）16）（1） フィラメント特性（2mm 焦点）
DOR-502（ 日 立 ） は、4.5A-8.4V、XDO-R-70（ 東芝）、CIRCLEX1/2U10（島津）は、4.5A -10V と大きな差はないが、僅かではあるが線径が東芝＆島津より少し細いと考えられる。フィラメントは純タングステ
ン線で出来ているので、真空中で加熱すると表面から蒸発してやせ細り溶断する。ヒッターノードの DOR502 のフィラメント寿命の概略値は、4.5A で 600 時間と示しているが、Langmuir

17）の理論式から求めた直図 6.21 CIRCLEX1/2U1019)
最大単発負荷定格2mm 焦点 60Hz線の場合の値に近似している。したがって、X 線管のフィラメントはコイル状になっており、実際はコイル間が密であるので輻射熱でさらに温度が上がるため表示より短くなる。また、真空度も影響を受けるので、
目安値と考えたい。
（2） エミッション特性（2mm 焦点 : 単相全波整流、60Hz）
管電圧をパラメータにして、フィラメント電流（A）と管電流（mA）の関係を表したものをエミッション
特 性 と い う。XDO-R-70 を 図 6.20 に 示 す。DOR-502
は 60kVp、4.5A で 240mA の 管 電 流 が 得 ら れ る が、
XDO-R-70 は、150mA と 少 な い。DOR-502 は、 フ ィ

226

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 6.22
最大単発負荷定格

DOR-5022mm 焦点 60Hz

は、100V、200W、以後 40V、80W での運転となる。
駆動装置は、陽極回転の起動、X 線放射を行うもので通常の制御器と組み合わせて用いる。手持操作器の押しボタンにより陽極を起動し、定速に達すると赤ラン
プが点灯し X 線放射準備を示し、別のボタンで高電圧を印加する。また、撮影が終われば制動をかけ無駄な回転、および、不要なフィラメント点火を避けるよ
うにしている。なお、回転陽極 X 線管として、国内では初めての防電撃、防 X 線、油浸冷却の管容器に収納した X 線装置として XDO-R-70 を図 6.24 に、図6.25 に DOR-502 の外観を示す。
図 6.23XDO-R-70

最大単発負荷定格2mm 焦点 60Hz

発 負 荷 定 格 を 示 す。1945 年 に、 東 芝 が、XDO-R-60を完成したときは、2mm の単焦点である。実効焦点
は、幅、長さとも同じ大きさであり、最大単発負荷定格も、60kVp で 450mA、0.1sec であった。1953 年に開 発 し た XDO-R-70 は、1mm と 2mm の 2 重 焦 点 である。2 つの焦点を得るために集束電極を中央で傾斜を付け 2 つのフィラメントを収納したため、アノー
ドとカソード間の距離が単焦点の場合に比し長くな

図 6.24

東芝

XDO-R-70 の外観る。また、フィラメント特性は初期開発品 XDO-R-60と全く同じであるので、距離の長い分だけ、エミッツ
ション特性は悪い。これは、使用定格内のフィラメン
ト電流なのでフィラメント寿命としては問題ない。なお、長さ方向焦点を解像力的に幅方向と同じにしたので、実焦点長さは、幅方向の 1.4 倍と電子衝撃面積が増え、定格も 60kVp、660mA、0.1sec と増大した。
DOR-502（1955 年開発）は、60kVp、660mA、0.1sec、
CIRCLEX1/2U10 は、60kVp、600mA、0.1sec である。
ターゲットを回転することにより、固定陽極 X 線管に対し 0.1sec 負荷で 2 倍、焦点は 5mm から 2mm へ
大きく改善した。
図 6.25日立 UOR-2（Ｘ線管 DOR-2 を収納）外観図（4） 駆動装置
回転陽極 X 線管のロータを駆動する機構は単相誘回転陽極 X 線管は、小焦点、高出力 X 線管として、

導電動機の分相形である。回転数は同期速度 n、周波

また、固定陽極 X 線管は移動形として変遷していく

18）

数 f、極数 p とすれば、n=120f/pで表される。回転ので以下撮影術式ごとの項目として記述していく。

陽極 X 線管は、p=2 であるので、同期速度は、50Hzの 場 合、3,000RPM、60HZ は、3,600RPM と な る が、

引用・参考文献

固定子と回転体の空隙が、通常モーターの常識より

1） 江藤秀雄：“レントゲン管”発達の歴史，日本レ

はるかに大きいので、50Hz では、2,500～2,700RPM、60Hz で は、3,000 ～ 3,200RPM に 設 定 さ れ て い る。
XDO-R-70 の駆動装置は、分相コンデンサー24F、起動時、定速回転に到達するまでの時間は 1.0sec、入力

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放射線学会物理部会（1984.9）
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19）Roentgen Hand Book:P95-98 島津製作所（1956.1）

7｜胸部撮影
園生圭輔の「結核対策と間接撮影」の口実記録（“キヤ

7.1 間接撮影法の採用

ノンイメージ”1969 年の発表）から 1935 年の結核によ

英米独伊の物理学者によって増感紙が考案され、ドる死亡率は 200 人 / 人口 10 万人と報告されている 4）。

イツのマックス・レヴィは両面乳剤のフイルムを使っ

当時の日本の人口は約 7 千万人であるから、14 万人とた。トーマスエジソンはタングステン酸カルシュウム

いうのは、高い死亡率であった。1944 年のストレプトの蛍光板を作った。目に見えない X 線を目に見える影

マイシンの発見から死亡率は減少に転ずるが、X 線撮像にするための工夫、すなわち、増感紙、両面乳剤の影も大きく寄与した。当初は、病院施設で大きなサイ

フイルム、蛍光板など、現在にあってもその改良を追っズのフイルムに増感紙を用いて撮影していたが、多人ている技術の源泉が X 線発見後一年で開発されたこと

数の撮影が迅速に出来ないうえ、手間と費用を要し、1）は驚きである 。X 線発見の初期は、指、手、足など

また、蛍光板観察での対応も考えられたが記録に残ら

骨部、および、太腿などの撮影から始まり、以後は、ないなど、国をあげて対処するには非効率であった。

2）

図 7.1 の絵図（1906 年） 、また、図 7.2 の島津が近代

1936 年東北大学医学部放射線医学教室教授古賀良化の始まりとして開発した汎用 X 線装置“ダイアナ号”

彦が、仙台で開催された第 14 回日本結核病学会総会（1918 年）を用いた撮影風景

1）が示すように、結核治療のための胸部診断撮影が主流であったと考える。
日本人の平均寿命が男性 44.8 歳、女性 46.6 歳（19353）

年） の時代に、結核対策は深刻な問題であった。御で「X 線撮影法及び間接撮影法に関する研究」として「間接撮影法」を発表した 4）。フイルムを増感紙で挟み撮影する方法を直接撮影という。一方、古賀が提案した間接撮影は、蛍光板に映る X 線像を普通の集光「レンズ」を使った写真機で撮影する方法である。
図 7.3 に直接撮影法を、図 7.4 に間接撮影法の概略
図 を 示 す。 古 賀 は、35mm フ ィ ル ム で 発 表 し た が、
1940 年、 刊 行 誌“ シ ブ ヤ 時 報 ” に は、60 × 60mmフィルムでの実験結果が発表されている 5）。蛍光板
は、25% の含鉛ガラスを 2 種類選択して実験している。カメラは、F2.5、焦点距離 75mm、撮影条件：単相 全 波 整 流、80-90kVp、100mA、0.5-1.0sec で あ る。
撮影距離 1m での背面撮影線量を 90kVp で試算すると 1.0sec のときで約 2.6mSV となる。鉛ガラスを用いることにより、直接撮影に比し約 10 倍の線量を必

図 7.1

初期の撮影絵図（1906 年）

図 7.2 島津 X 線装置（ダイアナ号）とクーリッジ管を用いての撮影風景（1918 年）

図 7.3

直接撮影法

図 7.4

間接撮影法

X 線管装置の技術の系統化調査229

要とする。撮影した胸部写真を参考のために図 7.5 に示す。当時としては、コントラストのよい撮影との記述がある。蛍光板、カメラは海外品、フイルムは、さくらレントゲンである。この時代に検診精度を上げるための工夫が始まっていた。その後、ミラーカメラなどの開発により 70mm、100mm フイルム用のスポットカメラの使用が可能となり診断能は向上した。

図 7.6

車載用コンデンサー装置
島津 R-Ⅱ形（1940 年）

図 7.5

6 × 6cm フィルムでの間接撮影像

7.2 コンデンサー装置

図 7.7

レントゲン自動車（1938 年）

間接撮影はサーベイ（survey）であり、間接撮影の所見で疑いがある場合は、直接撮影で精密検査という 2 重のチエック体制であった。1938 年、間接撮影法が発表された当時は、病院、施設での撮影であった。1938 年頃から自動車に X 線装置を積載し、移動で撮影出来るようになったが、本格的な発展は、戦後（1945 年以降）である。
図 7.6 に島津の間接撮影装置 R-2 形を、図 7.7 にこの間接装置 R-2 形を搭載した X 線自動車（1940 年）を示す。当時で 100 人 /1 時間の撮影を行えた 1）。図図 7.8

胸部間接撮影の風景（1939 年頃）

7.8 に 1939 年頃の間接撮影の風景を示す 2）。間接撮影
負荷としては、蛍光板が感光系であり、それに鉛ガラスを介して撮影するので、必要負荷として、頭部、大腿など密度の高い一般撮影も対象となるので、単相全波整流で最大 100kVp、100mA が目安である。X 線
管としては、ジャパニックス、クロニックス、プロテックスの 10kW が適している。10kW 形は、空冷
SDR-10 から空冷 SDR-10B と長さが短くなり、さらに油浸の SDO-10WAX と小さくなった。その変遷を
図 7.9

6）

に示す。当初、管電圧を高くすると、肺野の図 7.9

固定陽極 X 線管 10kW の変遷
上中下

SDR-10
SDR-10B
SDO-10WAX

淡い陰影が消えるのではと懸念されていたが、散乱線の除去法を改善をしたところ、血管陰影も追及出来るまで出かけなければならない。大容量電源を必要とということで間接撮影も管電圧を高くする要求もあっする X 線装置は、戦後の電力事情の悪さから満足にたが、X 線管の頻度と寿命などの関係から、管電圧は動作しなかった。そこで、小容量の電源でも対応出

90～110kVp の範囲で使用されていた。

来る発生装置としてコンデンサーX 線装置が採用さ

なお、間接撮影を拡大するためには、全国津々浦々

230

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchれた。コンデンサー式 X 線装置としては、すでに東芝が 1935 年、高圧印加方式の KCD-10 型（世界初 3））を完成させている。コンデンサー装置は、小容量の電源で良い X 線写真が撮れることから車載用や電源事
情の悪いところで重宝された。国内事情が生んだ技術であるといえよう。
7.2.1

印加方式 7）8）

コンデンサー回路には、おもに、フィラメント点火

図 7.12方式と、高圧印加方式がある。

高圧印加式

コンデンサ装置回路図（1） フィラメント点火方式
概略の回路を図 7.10 に示す。H.T は高電圧トラン
ス、F.T は X 線管フィラメント用の変圧器、C は撮影用コンデンサー、R は保護抵抗、S は開閉器である。
H.T からの電力の供給でコンデンサーが所定の管電圧に充電されたとき、開閉器 S を閉じると、予め調整されているエミッション（mA）が得られるようフィ
ラメント電流が流れ、X 線管に管電流が流れる。管電圧は放電により降下するが、管電流は投入時に調整さ

図 7.13高圧印加式放電の kV と mA の変化れたところまで上昇し以後減衰していく。X 線管に加わる管電圧と管電流の変化を図 7.11 に示す。

に高電圧を加える。電荷は放電により減衰する。管電
圧と管電電流が降下していく変化を図 7.13 に示す。
（3） 波尾切断 9）
上記、（1）、（2）の方式によるコンデンサー装置は、充電が終われば、その後の電源の状態にかかわらずコ
ンデンサーに蓄積されたエネルギーによって写真効果が発揮できる。しかし、コンデンサー回路は、利用出来るエネルギーが 1/2CV2 とコンデンサー容量が固定

図 7.10

フィラメント点火式

コンデンサー装置回路図されているので、被写体厚による X 線量の調整は管電圧に依存するため X 線の質の調整は難しい。また、撮影はコンデンサーの放電にて行うので、図 7.11、図7.13 にみられるように、放電によって管電圧が減少して行くにしたがい X 線の波長は次第に長くなって、被写体に吸収される分が多くなり、写真効果はほとん
ど無くなる。この場合、時間にして約 0.1 秒、以後の負荷は電圧にして 40kV 以下でフイルムの黒化にはほとんど寄与しない。この部分は、無用の負荷となってX 線管を熱するだけである。また、胸部のように被写体厚が大きく変化している場合は、組織の軟らかい

図 7.11

フィラメント点火式放電の kV と mA の変化

部分を軟 X 線が透過し、黒化度を増し鮮鋭度を低下させる。このように、電源事情が悪くても、コンデン（2） 高圧印加方式

サーに充電すれば管電圧が容易に得られる利点は大き概略の回路を図 7.12 に示す。予め所定のエミッショ

いが、蓄積された電荷を放電現象で利用するため、管ン（mA）が得られるようフィラメント電流を調整し電圧と管電流が変化する。そのため、線質と線量を別ておき、管電圧の充電が完了すれば、S を閉じ X 線管個にコントロール出来ない。とくに、40kV 以下の写

X 線管装置の技術の系統化調査

231

真効果のない X 線が、被験者に不要な被爆を与える。

側で使用し画質を良くするには、波尾切断電圧を、初そこで、図 7.11、図 7.13 に示すように、塗りつぶし

期充電電圧に近づけてゆくことが重要である。フィラ部分をカットする方法として、X 線管と並列にバイパ

メント点火方式、高圧印加方式とも、コンデンサーのス回路を設けコンデンサーの電荷を放電させる方法を

全電荷を、X 線管を通じて放電させるためフイルムの採用した。ホトタイマーなどの検知装置で必要線量を黒化に関係のない X 線は、波尾切断の機構で改善さ認知すれば、残留電荷を抵抗に放電させる。尻部を切れたが、1 回の撮影ごとに電荷が全放電するので、次るということで、波尾切断と呼称した。図 7.14 に概の撮影に充電のために、時間が必要というマイナス面

略の波尾切断の回路図を示す。

は改善されなかった。また、フィラメント点火方式
は、フィラメントに流す電流に加熱慣性があるので、短時間の撮影には無理がある。高圧印加方式は、高圧開閉器を空気中で使用する機構の難しさ、および、開閉時のノイズ、火花対策など性能面に不安があった。
7.2.2

三極 X 線管の開発

フィラメント点火方式、高圧印加方式は、撮影ごとに充電という操作があり効率が悪かった。コンデンサー装置で高圧を印加する方法には、回路に整流管を図 7.14

波尾切断用コンデンサー装置の回路図

入れ、整流管にスイッチ操作をさせる方法と X 線管をスイッチにする方法がある。X 線管をスイッチに

図 7.14 において、開閉器 S1 を閉じ、X 線管に電荷した場合は、おもに、長所としては、①整流管の陽極を与えた後、ホトマルなどの検知で所定の露出が得ら

電圧降下に対応する損失はない。②グリッド電圧は負れれば、開閉器 S2 が閉じ残留電荷は並列回路でルーの範囲だけなので、2 次電子の影響はない。短所としプになっている保護抵抗で消費する。波尾切断した場て①エミッションが制限を受ける。②電子の密度分布

合の線質（X 線スペクトル）については、スペクトルの偏りのため焦点の比負荷が小さくなる。一方、整流を図 7.1510）11）

管の場合は長所として① X 線管の焦点比負荷に影響に示した。

を与えない。②エミッションに制限を与えない。短所
としては①陽極降下による損失がある。②冷陰極放射は X 線管と比較すると多くなる。③構造によっては、一般の整流管と同じく、電界の影響により、陽極電圧降下が変化する場合は、写真に安定性を欠くことがある。共通の特徴として、従来の一次側もしくは高圧閉路用の電磁スイッチによる方法と比較すると、極めて短い時間の露出が可能となり、早い繰り返し、また、他の回路との同期が楽になる。常にコンデンサーを利用出来る利点はあるが、大きな欠点として冷陰極放射図 7.15

波尾切断を行う場合のスペクトルの多いときはスイッチとしての作用が完全とはいえない問題がある。

232

図 7.15 において、①初期充電電圧 60kV で全放電

国内でも整流管方式の試作は行われたが、手軽さした場合、②初期充電電圧 60kV で放電、50kV で波から、X 線管スイッチのほうが便利であると考えら尾切断した場合、③スペクトルの比較を容易にするた

れ、東芝は、X 線管スイッチ方式を選択した。カソーめ②の最大値を①に等しくしたもの、④単相全波整流

ドの集束電極に格子（グリッド）を設け、絶縁した60kV の場合、⑤定電圧 60kV の場合を示しいる。こフィラメントととの間に、負の電位を与えて、管電流の図より、波尾切断することによって、X 線の全量を遮断する構造の格子付き三極 X 線管を世界で初め（スペクトルの包む面積）が減少するとともに短波長て開発した。格子制御形固定陽極 X 線管 DS-503R を領域よりも長波長領域が余計に減少して波長の均等性

1955 年に、格子制御形ロータノード DR-56、76、86

がよくなっていることがわかる。スペクトルを短波長を 1957 年世界で初めて開発（以下三極 X 線管とい国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchえるごとに格子電圧を変えるのは不便であるので、X線管の最高使用管電圧における遮断格子電圧を指定し、最高使用管電圧以下で用いる場合もこの指定された格子電圧を用いるのが普通である。

図 7.16東芝、格子付三極 X 線管の性能
世界初 1955-1957 年う）した。その性能表を図 7.16 に示す 12）13）。
図 7.9 に示す固定陽極管では、10kW 形をフィラメ
ント点火、高圧印加などの方法でコンデンサー用として用いてきたが、三極管の登場により、各社、固定陽
極では、単焦点では 5mm、二重焦点では 2/5mm を、

図 7.18

三極 X 線管の遮断特性

回転陽極 X 線管では、間接用は 2mm 焦点を揃えた。
なお、三極 X 線管になると、フィラメント点火、高図 7.19 に格子付き三極管の陰極構造を示す。MO

圧印加としての使い方とは異なり、X 線管には常時管（モリブデン）アンカに固定されたフィラメントは磁電圧が印加されている。脈流波形と違い、矩形波は常器端子に固定され、磁器端子は集束電極に TiG またに管電圧が波形の上限でかかっているので放電のチャ

はスポット溶接で固着される。集束電極には一定の間ンスが多い、そのため、X 線管の最大使用管電圧は、隔をおいてグリッド用の MO（モリブデン）線が張ら

125kV が 精 い っ ぱ い で あ っ た が、 日 立 の UG-6HE-れている。フィラメントとグリッド線（格子線）を設

01NB

14）

は、陽極蓄積熱容量は 140,000H.U、ターゲッ

ト直径 Ø90mm、単発最大入力 25kW ではあるが、最置した集束電極の間は磁器端子にて数千ボルトの絶縁が保たれている。その外観を図 7.20 に示す。

大使用管電圧が 150kV の性能のものを 1975 年に開発した。コンデンサー使用で、胸部の高電圧撮影が可能
な 150kV 仕様のものは世界にこの X 線管しかなかった。日立は、極めて高い耐電圧技術を所有していた。
図 7.17 にその外観を示す。

図 7.17

図 7.19格子付三極 X 線管の断面図 7.20格子付三極 X 線管の外観

UG-6HE-01NB（日立）コンデンサー装置用
1mm 焦点 150kV

7.2.3

三極 X 線管の特性（1） 遮断特性 15）

通常は、グリッド線を張った集束電極側をマイナ

三極 X 線管の格子に負の電圧を加えて管電流を遮ス、フィラメン側をプラスにし、高電圧の絶縁をした

断するわけであるが、格子電圧（バイアス）は管電圧

高圧直流電源でグリッドへの入力をオン・オフするわが高くなるほど必然的に高くなる。管電流を遮断す

けであるが、図 7.21 に示す回路は、前述の使用管電るのに必要な格子電圧と管電圧の関係を遮断特性とい圧に応じて格子電圧を変えるのは不便であることを解う。図 7.18 に一例を示す。実用的には、管電圧を変消した回路であり島津の特許である。図 7.21 7） におX 線管装置の技術の系統化調査

233

線管は陰極の加熱によって熱電子を放出するが、高電界放出の場合は外部電界に起因する吸引力によってエネルギーを与えられる。高電界放出による電子流密度は電子放出体（emitter）の温度には無関係で材料の種類および電界の強さに関係し、J=αE2ε-B/E で表される。
J は高電界放出による電子密度、E は陰極表面におけ
図 7.21

格子付き三極 X 線装置の回路

る電界の強さ、α は定数、B は主として陰極材料の仕事関数によって決められる定数である。ある時間、高いて、X 線管にコンデンサーの充電電圧を印加したと電界を加えて冷陰極放出を行わせるとエージング効果

き、高電圧ケーブルの浮遊電荷が蓄積し（図 7.21 のにより比較的安定になる。針端と平板間、あるいは、

点線部分）使用管電圧での格子電圧で管電流をストッ

円筒と同心の細線間の電界は、間隔が小さい場合、高プする。つぎに、リードスイッチ（RS）をオンにす

電圧が加わると高い冷陰極放出となる。したがって、

ると、高電圧ケーブルの浮遊電荷が放電するので格高電圧真空管の設計においては、電極間の距離、形状、子電圧はオフとなり管電流が流れる。リードスッチ

および、電界放出の起こらない電位傾度を考慮せねばは、高電圧側にあるオン・オフの接点を機械的に切りならない。三極 X 線管の場合、矩形波という厳しい波

替える構造であり、その制御は、外部からの磁力に形の管電圧が長時間印加されたままの状態でスタンバ

よって行われる。この磁力を発生させるコイルは、低イしている。そして、撮影の瞬間、陽極の回転起動と圧側にあり、高電圧と絶縁されている。リードスイッ

フィラメント点火の 0.8～1.0 秒間に、X 線管装置の放チの応答速度は、回路、閉路ともに数 100μsec なの

射口に取付けられた X 線防護シャッターが開き、X 線

で、X 線の開閉制御には十分な性能を有している。まが放射される。この 0.8～1.0 秒間の間に冷陰極放電にた、X 線管にグロー放電が起こると、格子の制御機能

よる電流（暗電流という）が流れていると被験者へのが失われ、放電電流は陽極から格子に流れるため、格被曝となる。

子回路とフィラメント回路間に高電圧が加わりこの間

そこで、暗流 X 線の実態を検討するために、実験の絶縁破壊を起こす。この電圧は数万ボルトに達するを行った。通常では、暗流 X 線は発生し難いので、と推定される。絶縁破壊は格子とフィラメントを絶縁

暗流 X 線を発生し易くするために、電極の表面処理している磁器端子、ケーブルヘッド、および、ケーブを施してない X 線管を十数本製作し、実際の使用状

ルの心線間など絶縁耐力の弱いところに現れる。絶態に近い負荷、70kV・30mAs を 3 回 / 分割合で、総縁破壊を起こすとフィラメントと格子間が短絡状態に

回数 5,000～30,000 回程度加えたときの、負荷回数となるので、管電流を阻止出来ない。この対策として図暗流 X 線量の実験結果を図 7.22 に示す。暗流 X 線量

7.21 では、格子とフィラメントの間に過電圧防止素子

が 1.5mSV/h（ SV はシーベルト、h は時間）以上の（ZD）を設け、グリッドからフィラメントへ過電流を場合は数千回の負荷を加えることによってゼロまでバイパスさせる。

に減少した。また、1.5mSv 以下の場合は約数百回で急速に減速し徐々にゼロに減じた。50μSV 以下の場

（2） 格子の許容負荷に与える影響

15）

合は 1.5mSv 以下の場合と同じような減少傾向であっ格子を有する X 線管では、フィラメントから放出た。また、最初から暗流 X 線量がゼロの場合は、繰

された電子流は格子により粗密を生ずるため、焦点のり返し負荷を加えても暗流 X 線量は発生することは電子分布にも粗密が出来る。密なる部分はそれだけ温度上昇が大きいので、X 線管負荷は密なる部分の温度によって制限を受ける。したがって定格は、制限を受け、格子のない場合の約 80% となる。
（3） 暗流 X 線 15）16）17）18）
三極 X 線管で格子にバイアスをかけ管電流をストップさせても、陰極から電子を放出する場合がある。このような現象を冷陰極放出（cold cathode emission）
あるいは高電界放出（high-field emission）という。X234

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 7.22

負荷回数と暗流 X 線量の関係図なかった。つぎに、暗流 X 線がどの部分から発生しに、幅方向は通常の二極 X 線管と同様、双峰性分布ているのかピンホール写真にて撮影した。ピンホールとなるが、長さ方向は格子のしま目の影響を受け、画との位置関係から確認したところ冷陰極放射は、陰極質上好ましくない多峰性の分布となっている。そのた側電極表面の突起が起因していた。図 7.23 に、暗流

め焦点温度が不均一になり、定格が制限されていた

X 線の発生源の写真を示す。

（7.2.3（2））
。一方、格子を無くして集束電極に負のバイアスを加え管電流制御するには、0.6～0.8mm 程度
以下の小焦点のものでなければならないが、定格が低く実用的でなかった。そこで、格子無しで制御できる
0.6～0.8mm の小焦点を 2 個用い、2 個のフィラメン
トを同時に点火し、二つの双峰性焦点を相重ねることなく少しずらして形成させる構成とした（図 7.25）。

7.23

暗流発生源の写真

ピンホール径 Ø0.5mm
80kV 不点火（増感紙使用）

暗流 X 線は繰返し負荷によるエージング、または、
電極表面の突起などの処理によって暗電流量を減ずることが出来ると考えられる。また、暗流 X 線は、次

図 7.24格子付き三極 X 線管の焦点の電子分布のような特徴がある。①普通 X 線と線質は同じであり、陰極より発生する電子による X 線である。②暗流 X 線の発生場所は、焦点とは関係なく陽極側面にも発生する。とくに、陽極に近い陰極表面の尖りが有力である。③暗流 X 線は真空度が 10 -2Pa 以上では直接関係ないが、10 -1Pa 以下では不安定になる。④ H2、
O2、CO、CO2 など、気体の種類によって暗電流は直接影響を受けない。
JIS Z 4704（1975）では、X 線シャッターを取り付

図 7.25

改善形三極 X 線管の電子集束けた状態で X 線防護シャッターの表面から 5cm の位
置で 20μSV/h 以下の漏れ線量であることと規定され陰極構造の特徴として、集束電極溝に設けた二つのている。上述の実験結果などの技術情報を取り入れ、フィラメントから放射される電子流は、強電界によっ

暗電流減少のための改善がなされた。

て曲げられるため、フィラメントは平行に並べず、ややすそ広がりにしてターゲット面で二つの焦点が平行

7.2.4

画質と定格を向上した三極 X 線管

7）になるような構造にした（図 7.26）。この結果、図 7.27格子制御式三極 X 線管装置は、陰極構成に大きなに示すように、第 1 のフィラメントによる焦点と、第特徴を有している。従来の三極 X 線管は、フィラメ

2 のフィラメントによる焦点は少しずれた形で重なント前面にモリブデン（Mo）、タングステン（W）なる。このように、二つの双峰性焦点を少しずらして重どの格子線が張ってあり（図 7.20）、フィラメントから放射される電子流は、この格子に加わる負のバイア
スによって制御される。このように、格子を用いて X線制御する三極 X 線管は、格子の影響で電子流に粗密ができるため、焦点の温度が不均一になり、負荷容量が制限されるとともに放射特性が押さえられ、とくに、低管電圧では、大きな管電流は得られなかった。
格子付 X 線管の電子強度分布は、図 7.24 示すよう

図 7.26

改善形三極 X 線管の陰極全面

X 線管装置の技術の系統化調査

235NO.1717001 号、1988 年）である。
7.2.5

エピソード

コ ン デ ン サ ー 用 三 極 X 線 管 装 置 の 漏 れ 線 量 は、
ICRP（国際放射線防護委員会）の勧告を受け、焦点から 1m の距離において 1mSV/h 以下。また、暗流
X 線は、暗流 X 線防護シャッター（以下シャッターと呼ぶ）開放状態で、接触可能な表面から 5cm の位
置で 20μSV/h 以下（7.2.3（3））と JIS で規定した。
シャッターは、撮影の瞬間に開閉することは不可能
なため、患者の撮影体位が準備できてからシャッターを解放するとともに、所定の管電流を得るためにフィ
図 7.27

改善形三極管の焦点の電子分布ラメントを加熱し X 線曝射（グリッドのバイアスをゼロボルト）する。そのとき、加熱の立ち上げを早くねることによって、幅方向は、ほゞ単峰性の電子強度するためにフイラメントは常時低い電流を流し予備加分布が得られ、一方、長さ方向も格子線がないため、熱をしている。勿論、X 線管には管電圧は常時加えら

単峰性の電子分布密度が得られるとともに、定格、エ

れたままであり、予備加熱のときもグリッドにバイアミッション特性が向上した。

スをかけ X 線の発生を阻止している。つまり、この

また、図 7.28 に、1.2mm 焦点であるが、格子付きの場合（従来形）と格子無し（改善形）の場合の撮影

シャッターを解放し、X 線曝射しない状態での暗流 X
線が、20μSV/h 以下であることが規格である。

定格の比較を示す。従来形は格子線（グリッド線）のところが、1978 年西欧へ輸出するコンデンサー装影響で、エミッション、撮影定格とも制限されて低い。

置において、シャッターを開き、X 線が曝射されるま改善形は撮影定格、エミッションとも、格子線の影響での漏洩 X 線、および、暗流 X 線が患者に不要な被がないので、大幅に向上している。

爆を与えている問題が IEC から指摘された。これは、フイラメント電流の立上りを早くするために予備加熱が、X 線発生の限界ぎりぎりに調整されていたことも原因であった。そのため、撮影位置（焦点から 1m）
での漏れ線量を上述の 20μSV/h 以下にするということも規定されるのではないかと考えられた。この要求が適用されると、焦点から 1m の距離において 1mSV
以下の条件が適合しなくなり、より厳しい防護が必要となるので、X 線管装置の遮蔽用鉛が 2～3kg 増となる。そのため、装置のバランスが不均衡になり大幅な設計変更が必要となるとともにシャッターを 0.1s 以

図 7.28

撮影定格とエミッション特性の比較

内にオン・オフしなければならないという当時として（1.2mm 焦点，3000RPM）

は不可能な対応を迫られた。そのため、商品は、空港、
または、港にストップ状態となり大問題となった。

なお、改善形の低管電圧側の管電流が減少している

この騒動の中、島津の X 線装置の若き開発責任者（エミッツション特性が低い）のは空間電荷の影響に

中西猛（元島津製作所医用機器事業部副事業部長）が、よるものである。画質と定格を向上させた三極 X 線

理不尽な通告であると職制を飛び越え医用機器メー

管は、以下のような長所をもつ。
（1）格子線がないのカーが運営する組織である JIRA（社団法人画像医療

でエミッション特性がよい。
（2）焦点に格子のしま目

システム工業会）に内情を訴え渡航費用の応分の負担がないので定格が上昇する。
（3）電子分布がほぼ単峰を依頼し、パリで行われた IEC 国際電気規格総会で、性になるので、画質が良くなる。
（4）フィラメントのフイラメント加熱を適正に調整すれば、シャッターの消耗が少ないので寿命が長くなる。

開く間の線量は一枚の X 線撮影で、患者が受ける線

この単峰性焦点の X 線管は島津の実用新案（登録236

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

量に比べ無視できる説明した。その後、中西を座長とする作業部会（メーカー代表、厚生省スタッフとで構

いて，P81-82，シブヤ時報，（2）3，渋谷レントゲ成）で審議し結果は、IEC 総会で上申を認定された。

ン（1940.8）

職制の許可は後に得たとは思うが、業界のため一発奮起し流暢な語学力と卓越した技術力、また、素早い行

6） 島津製作所：島津製作所史，P380，島津製作所（1967.9）

動力に同業者始め関係者から歓迎の意を得た。国際機

7） 小沢，中西，神戸：回診用コンデンサ式 X 線装関に我を顧見ず果敢に挑戦した技術者の活動として記置 MC-125L-30, P29-30，島津評論 35（4）（1978.12）
8） 滝内政次郎：診療 X 線技術新書，P229，金芳堂

述した。
なお、1951 年に始まった新結核予防法などの効用によって、結核死亡率は、1967 年には、10 万人中 20
4）

人を割り待望の 10 人台になった（御園生報告） 。固定陽極の三極 X 線（5mm 焦点）の使用期間は短く、その後は、格子制御式の回転陽極 X 線管装置が車に搭載され活躍してきたが、結核での死亡率が減じた
1967 年以降、国家的対応としての胸部間接撮影は徐々（1961.5）
9） 岡部，芳賀：グリッド制御 X 線管および整流管，
P590-592，東芝レヴュー12（5）（1957.5）
10）放 射 線 機 器 工 業 会： レ ン ト ゲ ン 装 置 の 歴 史，P125，日本放射線機器工業会（1995.11）
11）中堀孝志：X 線装置，特にコンデンサ式装置に関する研究，学位論文（1956）に減少して行った。一方、インバータ装置の開発によ

12）東 芝：90 年 に わ た り 医 療・ 工 業 用 X 線 装 置 のり、コンデンサー装置の利用は減少していくが、三極

キー・デバイスを提供する東芝電子管デバイスのX 線管は、高級透視台の透視用のパルス制御など特殊年表，東芝（2005）

な使い方として利用されている。

13）東芝：東芝電子管一覧，P1070-1071，東芝レヴュー
18（9）（1963）

引用・参考文献
1） 島津医用機器事業部：レントゲン回顧，P23, 2829, 43-44，島津製作所（1994.11）
2） 中澤靖夫：エックス線発見 120 年の歩み，P173,
183， 公 益 社 団 法 人， 日 本 診 療 放 射 線 技 師 会（2015.6）
3） 東芝メディカル：21 世紀への懸橋，P13，東芝メディカル（1998.10）
4） JIRA：日本の放射線機器戦後発展史，P29-33，
日本画像医療システム工業会（2009.11）
5） 小川，久保：6 × 6cm エックス線間接撮影につ

14）日立：日立 X 線管・X 線管装置一覧表カタログ，
P9，日立（1980）
15）香川威：医用 X 線管，P30，京都放射線技術専門学校（1976.9）
16）木下隆博：電気物理・電気回路，P532-533，オーム社（1959.7）
17）嵯峨根，長谷川：格子制御 X 線管の負荷による
暗流 X 線の変化について，第 18 回日本放射線技術学会雑誌抄録（1962.6）
18）宇多村，小田部：X 線管の暗流 X 線について，
第 18 回日本放射線技術学会誌抄録（1962.6）

X 線管装置の技術の系統化調査237

8｜消化管撮影
消化管撮影においては、1931 年ころの日本では、
透視から撮影に切替える装置もなく、進行性の癌の陰式である。性能の向上、価格の低減を意図して 1956
年に開発された。

影欠損がおぼろげに見える程度であったが、ウイーン

X 線照射野は最大で大角サイズ（350 × 350mm）、

大学で粘膜レリーフ像を見学し、撮影するという術式

X 線 管 は 固 定 陽 極 の と き、 世 界 標 準 の 製 品 10kW、を観察し国内でも透視から撮影に切替える装置を作っ2.5/5mm の 2 重 焦 点 で 2.5mm を 透 視 に、5mm を 撮たと、元東北大学学長黒川利雄（1897-1988）が述懐

影に用いていたが、1955 年からは、回転陽極 X 線

1）

していた 。バリウムを用いた透視撮影台は当初は輸2）管（65kHU、1/2mm 焦 点 ） を 使 用 す る 時 代 に 入 っされ、1955

た。透視撮影台は、図 8.1 と 8.2 に示すように X 線の年、図 8.1 に示すように、手動でカセッテ枠 1 を操作し入射方向が、背中から透過する背腹照射方式のアンダていたのを自動で送れるようにした透視撮影台 AS-54

チューブタイプである。透視像は蛍光板であり、撮影入品であったが、1936 年頃から国産化

2）を島津が発売した 。図 8.2 は、東芝の透視撮影台 G3）

枚数も 1～2 枚で、粘膜レリーフ像の撮影は簡単では形で、X 線管装置支持装置と組合せて使用する 。Gなく、充満像が多く細かいところの所見を見つけだす

形透視撮影台は、全手動、傾斜自在形で、蛍光板は手のは、難しかったと推測する。結核が暫時減少傾向に

前 90°に開き、X 線照射野を制御するシボリはツマミ

あるなか、食の改善など国民生活の向上に相応して、癌の対策が必要になってきた。そのなかで、胃がんの死亡率は高く、白川、市川によって開発された「2 重造影法」1）10） が有効な撮影法ということで 1965 年ころから全国に広まっていった。バリウムによる消化管の 2 重造影法は、日本独自の胃がんの X 線診断法で、空気を混入させ胃を風船のように膨らませバリウムを胃全体に広げる方法である。そのため、それまでの充満像を中心とした画像では得られなかった微細な消化管の粘膜病変をとらえることができ、早期胃がん診断に画期的な成果をもたらしたといえる。
国は、胸部間接撮影と形態は異なるが、35 歳以上

図 8.1

島津透視撮影台 AS－54（1955 年）を対象とした成人用胃集団検診車の整備や検診運営の補助事業を進めるなどの取組みを行なった。消化管撮
影は、蛍光板観察からテレビとイメジアンプリファイ
ア（以下 I.I という）を組合せた X 線テレビ装置（以下 XTV という）を、透視台に取付け、撮影術式を遠隔操作式に、また、二重造影撮影法などにより、被験者数の増大とともに撮影頻度が増加した。これら新しいテクノロジーの影響を受け回転陽極 X 線管は、画像に影響を与える焦点外 X 線の問題もあるが、陽極熱容量の増大、三倍高速回転による定格向上による小図 8.2

東芝透視撮影台 G 形

X 線管支持装置と組合せ（1956 年）

焦点化を促進し診断能の向上に貢献した。以下、問題点である焦点外 X 線、I.I、増感紙、フラットパネルなど感光系、および、画質の評価に解像力法を理論化

1 X 線フイルムと増感紙を密着収納するとともにフィルムが光で露光しないようにした取枠をいう。取枠に取り付けられた蓋の開閉により、増感紙、フイルムの出し入れを暗室にて行い、患者側の板は薄くて機械的に強く、X 線吸収の少ない材料を用いてある。なお、蓋の開閉は簡単に行える。大きさ
は、大角、四つ切り、など、厚さは、10mm 前後である。

238

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

した MTF の導入などの影響を受け、陽極熱容量の大容量化など X 線管が大きく前進した消化管撮影について記述する。一方、固定陽極 X 線管は小焦点での管電流が少ないため消化管撮影への使用はなくなった。

8.1 焦点外 X 線4）5）

回転陽極 X 線管は、固定陽極 X 線管のように銅母体に W 釦が埋め込まれたものと違い、ターゲット全
体がタングステンであるため、2 次電子による焦点外
X 線への対応が必要であった。そこで、焦点外 X 線
に関する実験と焦点外 X 線を除去する試作管に関す

図 8.3

焦点外 X 線源側面から撮影（DR-50）

左側の濃い黒食部分は焦点部分で他はすべて焦点外 X 線の発生部分る報告があるので記述する。
陰極のフィラメントから放出された電子がターゲッの原子番号 29 もタングステン（原子番号 74）に比しトに衝突、焦点を形成し X 線を発生させるが、その小さく、放射口から見る陽極全体の表面積も小さいたもっているエネルギーを金属内の電子に与えて、そのめ X 線の発生効率が悪い。そのため、回転陽極 X 線

表面から電子を逸出させる現象を二次電子放出6）と管ほど焦点外 X 線は問題とならなかった。

いう。焦点から放出された二次電子は陰極―陽極間空

つぎに、焦点外 X 線の線量は、焦点 X 線に比べて間の電界によって初速度を失い、大部分は再び陽極にどの程度の大きさかをフィルムの黒化度およびポケッ

向かって加速されるが、この場合一次電子流のようにトチャンバ（線量計）によって測定した。図 8.4 のよ

集束されないのでターゲット全体に拡散し衝突する。

うに、主放射線方向に幅 0.5mm、長さ 10mm のスリッ

回転陽極 X 線管では、電子衝突面が大きなタングストをもった 3mm 厚の鉛板を置き、125kVp、1mA でテンを用いているため、二次電子放出が多く、写真に

露出時間を変化させて測定した。このようにして求めカブリを与え、コントラストを低下させる。この焦点た結果を図 8.5 に示す。焦点から遠く離れたところに以外から放出される X 線を焦点外 X 線という。つま比し、近傍は、高い X 線強度を持つ焦点外 X 線が発り、回転陽極 X 線管は、一次電子による本来の焦点生している。

と、2 次電子によって形成されるターゲット全体が焦点という二つの X 線が放出されているということである。焦点外 X 線の発生源をピンホールカメラで撮影した写真を図 8.3 に示す。主放射方向と直角の側面を示すが、焦点外 X 線は明らかなようにターゲット
全域にわたっており、とくに、焦点付近では著しい。
この状態は、電極の構造、電極間距離、電極とバルブの間隔など、管球の構造によって変化する。
焦点外 X 線は、ターゲットのみならず、管璧およびターゲットを支持する回転軸からも発生しているが、それらはターゲットから発生する焦点外 X 線に比べ弱いので実用上は問題ない。固定陽極 X 線管の場合
W 釦およびその回りの銅陽極正面、側面から焦点外 X
線を放射しているが、W 釦の寸法は比較的小さく、銅

図 8.4

図 8.5

焦点外 X 線強度分布の比較

焦点外 X 線強度測定配置図

X 線管装置の技術の系統化調査239

これから、全 X 線量に対する焦点外 X 線の比を求で撮影した格子写真、（b）は普通タイプの格子写真

めると 26.3% となった（東芝）。この焦点外 X 線を除である。焦点外 X 線を除去した効果が鮮鋭度として去するための X 線管が試作された。真空管内に X 線

僅かではあるが認められる。図 8.9 には、試作管（島しゃへい板を設けるに際して、排気が容易で、X 線津）と普通タイプの各管電圧における X 線強度の比

吸収性能の高い材料としてモリブデン（原子番号 42）

較を示す。焦点外 X 線は全線量の中で約 20～30% 含を選んだ。島津は、図 8.6 に示すように、焦点外 X 線

んでいる。東芝の実験結果 26.3% とほぼ同じような結をしゃへいするために、ターゲット全体を椀型（モリ果となっている。

ブデン厚さ 1.0mm）にし、その椀型は、陽極回転の

焦点外 X 線の線質については 5）、管球の外側で焦点軸受けが内輪方式のため、椀型しゃへい板から 4 本のに近接した位置に、焦点からの X 線をしゃへいする鉛支持柱を出して、陽極の非回転部に固定する方式とした（形名：CIRCLEX1/2U10H）。この椀部の上部には電子入射口を、側面は焦点からの X 線放射される方向に必要最小限の孔を設けてある。東芝は、図 8.7に示すように、しゃへい板は、X 線放射方向を十分カバーできる扇形の大きさ（全周の 1/4）とし、材料
は 1.5 ｍｍ厚のモリブデンで、陽極回転の軸受けを外輪回転で用いるので、ローター回転体の先端を中空にし、その中を陽極の先端を通し支持棒（しゃへい板保
持用）に固定した（形名：ROTENODE M5133）。ター
ゲット直径 Ø70mm、最大使用管電圧 125kVp、焦点1/2mm の 2 重焦点、普通回転である。
焦点外 X 線を除去するための試作 X 線管（東芝）
で、格子を撮影した像を図 8.8 に示す。
（a）が試作品

図 8.6

試作管

CIRCLEX-1/2U10H（島津）

図 8.7

試作管

M5133（東芝）

図 8.8

図 8.9

焦点外 X 線による鮮鋭度の変化

普通タイプと試作管の X 線強度の比較①普通タイプ②試作管％比率＝（①－②）/ ①

240

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

板をおいて焦点 X 線と焦点外 X 線を分離して、両者

曝の影響を考えると、無制限に線量率を増すわけにの線質の比較を行った実験より、焦点外 X 線の線質ははいかない。そこで X 線被爆を増すことなく透過像

管電圧 100kVp（全波整流回路）の場合、アルミニウの明るさを増すことが出来る装置の出現が待望されてムの半価層で約 20% と柔らかい値となっている。こきたわけである。蛍光板透視像は暗いもので、蛍光板のように、焦点外 X 線は軟質なので、被写体への吸収の上に出来た像に含まれる情報のほんの一部分しか人も多く写真黒化度への寄与も少ないと考えられる。こ間には識別されない。普通に X 線写真を眺めるときのように焦点外 X 線について試作管まで作り検討しの明るさは、輝度にして約 100cd/m2 であって、人間

たが、致命的であったのは、管内に設けたモリブデンの目はこの明るさであれば、0.25 ｍｍ程度の解像力をのしゃへい板が負荷をかけたとき、ターゲットより先もっている。けれども、明るさを減らしていくと、眼に 2 次電子により急激な温度上昇をすることである。

の視覚精度は、低下していき、0.1cd/m2 程度になる

そのため、定格がターゲットの焦点温度ではなく管内と、網膜上の視覚性能が低下し、暗視レベルに入り時に設けたしゃへい物の温度で制限されたということで間経過で眼を慣らす領域に入る。この状態になるとある。東芝の焦点外 X 線遮蔽形 M5133 は、1963 年頃

眼の解像力は 0.4mm 程度になる。この時、蛍光板のまでは発売されていたが、しゃへい板を設けたタイプ

透視像は暗く、約 0.003cd/m2 になり、眼の解像力はの X 線管の製作は簡単ではない。そこで、図 8.10 に0.8mm 程度となる。図 8.11 に示すように、透視像は、示すように、管容器の放射口に X 線が通りやすくする

写真観察像に比べて輝度は 1/30, 000（≒ 0.003/100）

ための絶縁性の高い樹脂製のコーンを奥深く、バルブとなり、分解能は 1/3.2（≒ 0.25/0.8）となり、いかぎりぎりに配置し、そのコーンに所定の X 線が通過すに暗く見にくいものであったかがわかる。

るだけの孔を設けた鉛コーンを挿入する方法での対応となった。焦点外 X 線の除去には十分といえないが、シボリ（X 線シャッターとも呼称されている）の改良などもあり、影響を出来る限り減少させている。

図 8.11

明るさと分解能の関係

W.E.Chamberlain の論文によれば、蛍光板透視の図 8.10

明るさを 100 倍から 1,000 倍にすれば、暗調応が不要

シボリの配置になり視覚精度も向上すると報告された。X 線出力

8.2 イメジアンプリファイアの開発を減らして明るい像を得るための研究は、1952 年ウ
7）

エスティングハウス（Westinghouse）およびフィリップス（Philips）からほとんど時を同じくして、X 線

蛍光板による透視では、像の明るさが非常に低く、用イメジアンプリファイアの名で発売されるにいたっ像の細部や、コントラストの低い部分の識別が困難でた。国内では、東芝、島津とも 1957 年に 5 インチタあった。医学上重要な病変は一般的にいって、寸法はイプを開発した。

小さくコントラストも低いので一層、具合が悪い。像図 8.12 に島津の 5 インチ形イメジ管の外観 9） を示

を明るくすればよく見えるようにはなるはずだから、す。 図 8.13 3） は、 東 芝 が 1956 年 に 開 発 し た 5 イ ン

X 線量率を増せばよいのだが、人体に対する X 線被チのイメジアンプリファイア 7018 形を用いた装置イ

X 線管装置の技術の系統化調査

241メージスコープ 2 形で、明室で拡大鏡で透視像を見る

管の構造を図 8.16 に示し、その原理を以下に述べる。

ことが出来、カメラでスポット撮影も行った（1957（1）被検体を透過した X 線は入力けい光面上に X 線

年）。図 8.14 9） は、島津が 1957 年に久留米大学に納像を作る。
（2）けい光面で X 線像は光の像（近紫外入した 5 インチのイメージアンプリファイアの第 1 号

線～可視光線）に変換される。（3）けい光面に接してである。イメジ管像を光学的に拡大して鏡で観察する設けられた光電面（入力スクリーン）からけい光像の透視専用形であった。1962 年には 9 インチが発売さ強弱に対応して光電子が放出される。すなわち、ここれ消化管撮影への利用が増大した。

で電子像が形成される。（4）光電子はイメジ管に設けられた静電レンズによって加速、集束されて、イメジ
管の他端に設けられた出力けい光面上に、縮小された像を作る。この電子像はけい光面で可視光線に変換されて出力像を形成する。（5）出力像は入力けい光面に出来た像よりも数千倍の輝度をもっている。それは、

図 8.125 インチイメジ管外観島津（1957 年）

イメジ管内で電子が加速されてエネルギーが増加するのと、入力面上より出力面上の電子密度が高くなるか
らである。イメジ管の出力面にできた出力像は、光学系を通ってテレビカメラ、または、記録用カメラ（スチルカメラまたはシネカメラ）に導かれる。

図 8.13

イメージスコープ２形

図 8.15

東芝（1957 年）

イメジアンプリファイアの系統図

図 8.16
図 8.14

イメジアンプリファイア

島津 5-4 形（1957 年）

8.2.2

イメジ

イメジ管の構造図

アンプリファイアの改善 8）

イメジアンプりファイアは、1977 年、入力面を硫
8.2.1

イメジ アンプリファイアの原理と構造 8）化カドミウム亜鉛 ZnCdS（Ag）1 から、ヨウ化セシウ

イメージ・インテンシファイア（商品名イメージア

ム CsI（Na）に変更し、輝度の増大、解像力を改善

ンプリファイア、I.A ともいう。ここでは、I.I またはし た。 図 8.17 に、 入 力 面 ZnCdS と CsI の 断 面 の 電

イメジ管とも呼ぶ）は、イメジ管とこれを動作させる

子顕微鏡写真を，島津の 9 インチイメジ管、IA-9Nための付属品から成る。ブロックダイアグラムで示
すと図 8.15 のようになる。I.I の心臓部であるイメジ

242

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

1 ZnCdS（Ag）の表現は、硫化亜鉛カドミウムに（銀）がドー
プ（dope）されているという意味である。

（ZnCdS）と IA-9Y（CsI）を例に、図 8.18 に輝度分布を、図 8.19 には、MTF（イメジ管の持つコントラス
トが、どの程度忠実に再現できるかを空間周波数特8.3 遠隔操作式 X ＴＶシステムの開発

1）3）

性で表現した）を示す。従来のけい光面は、ZnCdS1960 年、回転陽極 X 線管、イメージアンプリファの粒子を他の充填剤とともに塗布して形成され、そイア、XTV という新しいテクノロジーの商品が普及の体積充填率が 60% であったのにくらべて、CsI はしつつあるとき、従来の透視撮影台に天井より吊り下

真空蒸着膜で形成されているので、体積充填率はほげた XTV 装置を装着したシステムを使用し撮影をすぼ 100% である。また、CsI は、ZnCdS に比し発光効る施設があった。しかし、医師をはじめ、スタッフ全率（X 線から光への変換効率）が約 2 倍向上してい員、鉛エプロンを着てカセッテの取り換え、暗室内でる。さらに、図 8.17（a）に示すように微細柱状結晶構のフイルムの装填、鉛マークの装着、造影剤の準備、造であるので、蛍光膜内での横方向への光の散乱が少

被験者への受渡し、さらに、X 線条件の調整など大変なく、図 8.19 の識別限界 5% で比較すると、平均で、な作業の状況であるため、午前中の検診数は 5～6 名

IA-9N で 14Lp/cm（0.35mm） が、IA-9Y で は 25Lp/

が精一杯であったと考えられる。胸部撮影と異なり消cm（0.2mm）と解像力も良くなっている。

化管撮影は被験者一人当たりの撮影枚数が多いので労力を要した。また、イメジアンプリファイアの出力面
像を撮像管に映す XTV システムでも、透視撮影台の操作性が悪いため術者は鉛エプロンを必要とした。
このような状況を改善するために、検査開始から終了までカセッテの交換などによる検査の中断を少なくすること、被験者の体位変換はマイクロフォン対話で行うので動きやすいように配慮されていること、医師は窓越しの被験者と XTV 像に集中できるよう撮影条件などの盤面を見ずに操作できることなどの他、被験者への被爆低減、安全性が確保できる装置として腹図 8.17

入力けい光面の断面の電子顕微鏡写真

背照射方式の遠隔操作式のオーバチューブ XTV 透視
撮影台が開発された。島津は、6 切・4 切・大陸のカセッテを任意の組合せで 5 枚同時装填でき、それらを連続使用出来る速写装置、無駄な X 線照射を軽減できる X 線照射野調整装置、安全で操作性のよい圧迫
筒装置、大きな可動範囲が得られるテーブルなど、総重量 1,000kg、従来のピボット型倒立機構の形態にとらわれない、シンプルな回転リングを基台にした倒立機構を採用した US 形（図 8.20）を 1962 年に、東芝

図 8.18

図 8.19I.A の輝度分布

空間周波数特性（MTF）

も遠隔操作式 X 線テレビ、オーバチューブ方式で圧

図 8.20遠隔操作式 X 線テレビ装置
US 形、島津（1962 年）

X 線管装置の技術の系統化調査

243

搾空気駆動式、4 切・6 切カセッテをそれぞれ 3 枚収

電子衝撃面は 1.5 倍増となり、その増分だけ焦点を容、全面および分割撮影は自由に選択できる RA 形

1.5mm と小さく出来る。

（図 8.21）を、1962 年に開発した。以下このオーバ

また、焦点は、撮影されるフイルム面上で大きさがチューブ方式対応の改善として、X 線管のターゲット異なる。つまり、図 8.23 に示すように陽極側に行く

角度と撮影条件の自動化があった。

ほど焦点は小さくなるが、陰極側は大きくなる画角特性を有している。ターゲット角度 12°で、長さ方向1.5mm の実焦点長さと、ターゲット角度 18°で 2.0mmの実焦点長さは、ほぼ同じであるので焦点の画角は変わらない。島津は、ターゲット角度を 12°に変更し、定格を変えず焦点を 0.5mm 小さくし、アンダチュー
ブ装置と同じ画質の得られる X 線管を提供した。なお、透視用は、蛍光板に比し千倍を超える輝度を有図 8.21

遠隔操作式 X 線テレビ装置
RA 形、東芝（1962 年）（1） X 線管のターゲット角度についてするイメージアンプリファイアを使用しているので0.5mm 焦 点 に し た CIRCLEX0.5/1.5UCL の 焦 点 組 合せとした。形名の L は、ターゲット角度 12°の Low
アングルの意味である。この XTV 装置の開発によオーバチューブ式遠隔操作式 XTV 透視撮影台のり、焦点～フイルム間距離、100cm で大角フィルム

開発により、従来のアンダチューブ式透視台で用い（350 × 350mm）をカバー出来る。ターゲット角度をて い た、 タ ー ゲ ッ ト 径 Ø70mm、18 °、 焦 点 1/2mm

照射野に合わせることにより、見掛け上焦点を小さくの X 線管は、焦点～フィルム間距離が 650mm からし、撮影部位によっては焦点の画角特性を利用する方

1,000mm と長くなり X 線量は約 2 倍の増、また、拡法が採用されるようになった。この経緯から、医用機

大率は、テーブルとフイルムの間にカセッテの動作に器の撮影距離は、近距離 65cm と遠距離 1m が固定化必要な空間があるため大きい。撮影は 2mm 焦点で可されてきた。

能であるが、拡大率の大きくなる分、同じ画質を得る
ためには、焦点を小さくして、2mm 焦点並みに定格を増やさなければならない。
X 線管から放射される X 線の分布は、図 8.22 に示
すように、四方八方に放射する X 線は均一ではなく、ターゲット角度ぎりぎりのところでは、非常に弱くなっており、中心の X 線強度を 100% とすれば、ター
ゲット角度方向の X 線強度は約 30% になる。この現図 8.23X 線管焦点の画角特性 11）

象をヒール効果（heel effect）という。したがって、実際に使用する場合は、ターゲット角度から 1～2°内（2） 撮影条件の自動化側によった X 線（中心の X 線強度に対し 50% 以上）

オーバチューブ式遠隔操作式 XTV 透視撮影台でを利用する。そこで、撮影距離 1000mm で大角フイ

は、術者は、XTV 画面の透視像を観察しながら、こルムに対応する角度は、計算上 10°となるが、ヒー

こぞと思うところを撮影（スポット撮影または狙撃撮

ル効果の 2°分を加え、ターゲット角度を 12°とした。

影という）してフィルムに記録するわけであるが、撮影時間は、ホトマルなどの検知システムの操作によるが、管電圧と管電流は撮影者が被写体厚さに応じて選択せねばならない煩わしさがある。また、その、選択も時には間違いが生ずる恐れがある。この対応として
図 8.24 に示すようなに撮影開始ボタンを押すと管電流が下がり、管電圧が上がる制御方式がある。図 8.24
より予め低管電圧（例、約 40kV）で得られる最大管電流に設定しておき、撮影開始と同時に管電流を降下

図 8.22244

X 線管装置視野内での X 線強度分布

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchさせると管電圧が自動的に上昇し、所定の露出（濃度）で検知システムが働き撮影する。X 線管を動作中、グめる熱容量の割合は陽極全体に比べて小さいので、陽ロー電流が流れると一瞬管電圧が下がる。このトラン極の熱容量は、ターゲットだけの熱容量で決まる。陽スの電圧降下の特性の逆である電流降下による管電圧

極熱容量の計算は、HU=（m・c・t）/0.17（m: 質量、c:上昇を利用した方法である。フイラメントトランスの比熱、t：温度）の式となる。1HU=0.17cal（カロリー）

一次側の調整済抵抗値の一部の抵抗を撮影開始ボタンである。この式から、熱容量を増大させるためには、を押すと同時にショートさせ、全体の抵抗を減らし

ターゲットの質量と比熱を高くし、加えて温度を高く

フィラメント電圧を上昇させる回路動作である。管電することである。しかし、温度は、現状の実用温度よ流は管電圧が低いところで多いのでコントラスト的にり高くすることは出来ないので、熱容量を増やすためも考慮されており、被写体が厚い場合は管電圧が上昇には、タングステン板の質量を大きくするということ

し早い時間での撮影を助長し運動ボケを少なくする。

いうことであるが、比重が大きいので回転機構の軸受

つまり、線量増を管電圧に依存する方法である。このけへの負担も大きくなり、寿命も短くなる。そこで電方式はオートショットというネーミングで広く知られ子衝撃面は、X 線発生効率の良いタングステン（W）

た自動撮影方式であり島津の特許（特許 576462 号）

ではあるが、加工上必要な最小の厚さ（約 1.5mm）

で、ホトタイマ式 X 線装置の登録名で全国発明協会を確保し、裏面には、質量と比熱で適合する材料を選主催の全国発明賞を 1977 年に受賞している。

び接合する方法とした。表 8.1 13）に熱容量を増やすた
めに必要な高融点材料の性能を示す。表 8.1 より、比重が W の半分で、比熱が 2 倍のモリブデン（Mo）を使用すれば、タングステンと同じ熱量を得るのに、重さはタングステンの半分でよいので、ターゲット全体の重量は軽くなり、回転機構の軸受けへの負担も軽減できる。このような考え方から、遠隔操作式 XTV シ
ステムを用いての使用頻度増大に対応するため、さらに、放熱面および定格増も考慮し、ターゲット直径

図 8.24

オートショットを Ø70 から Ø100mm と表面積を 2 倍にし、80,000HUの 約 2.5 倍 の 200,000HU の W-Mo 張 合 せ の 複 合 タ ー

8.4 陽極熱容量の増大

ゲットが 1967 年に開発された。
表 8.1

遠隔操作式 XTV システムは、当初、オーバチュー
ブ式透視撮影台を採用した。島津は、リングスタンド
式、東芝は、ピボット型倒立機構であった。しかし、東芝のピボット式は、リングスタンド式に比し操作性

材料

原子番号

主なターゲット材料 13）

密度

比熱

熱伝導率

J/kg℃

Ｗ／(ｍ・ｋ)

線膨張係数
×10¯

6/℃

融点
℃

W

74

19.3

134

198

4.44

3410

Mo

42

10.2

255

147

5.1

2620

graphite

6

2.2

691

23.9

0.6-4.33700

が悪いので、別途、アンダチューブ式ではあるが、リングスタンドの透視撮影台 DT-AA 形を 1965 年に開発した。これらの透視撮影台用に、最大陽極熱容量（1） 200,000HU ターゲット

60, 000H.U の X 線管は、ターゲット角度の変更で対応

図 8.25 12） に 200,000HU の W-Mo 張 合 せ タ ー ゲ ッ

したが、時同じくして、2 重造影法の採用と操作性のト を 示 す。 す べ て、 タ ン グ ス テ ン（W） で あ れ向上により、胸部撮影とは異なり消化管はいろんな角

ば、860g 必 要 で あ る が、W-Mo の 複 合 に す る こ と度から撮影するので、一人当たりの撮影枚数が増え、によって 620g と軽減できた。図 8.26 14） に陽極熱容

さらに単位時間当たりの被験者も増えてきた。そのた量 200,000HU と 80,000HU の加熱＆冷却曲線を示す。

め、陽極の熱容量が不足し、被験者を連続して撮影出

点 線 部 分 が 80,000HU の 曲 線 を 示 す。80,000HU を、来なくなってきた。
そこで、連続許容負荷を増大させるために、陽極自体の熱容量を増やし、加えて熱放散を大きくする複合ターゲットの開発 12） が行われた。陽極自体（ターゲットと回転子）の熱容量を増やす場合、回転子の占図 8.25200,000HU ターゲット 12）

X 線管装置の技術の系統化調査245

200,000HU に す る こ と に よ り、 陽 極 最 大 冷 却 率 は、
25,000 から 54,000HU/min に、また、X 線管最大連続
入力は、ターゲット径 Ø70mm と Ø100mm の表面積比から考察すれば熱の放熱面積が 2 倍広くなるので、200 から 400HU/s とまで増加出来ると推察するが、
図 8.26 の島津の場合、300HU/s と 1.5 倍増と計算値より少ないのは、ターゲット温度以外の陽極構造が影響を与えているものと考えられる。なお、各メーカー
は 1.5～1.8 倍の間にバラついている。

図 8.27

図 8.26

焦点面の荒れによる X 線出力減 15）

陽極の加熱＆冷却曲線

200,000HU と 80,000HU（点線表示）14）（2） ターゲットの荒れ

図 8.28W スパッタ→放電の状態 16）

タングステンは、高温度で組織が変化し、また、瞬間的な熱衝撃により内部歪が起こり、焦点面に荒れ（3） ターゲット荒れの抑制 12）17）（キレツ、ソリにより焦点軌道面が凹凸になる）を生

1960 年代の半ば、Siemens からタングステンター

ずる。消化管撮影では一人当たりの撮影枚数、およ

ゲットの荒れ防止剤としてレニウム（原子番号 75、び、被験者数の増加により、焦点軌道への曝射回数

Re、融点 3,000℃）を混入する特許が成立した。この特が増え、焦点の荒れの進行が速くなってきた。その許を検証するために、一定の反復負荷を 10,000 回加えため、荒れの凹みに衝突した電子による X 線は、隣たとき、タングステンのみのターゲットとレニウムをあった凸部にさえぎられたり散乱したりして利用 X

数％混入したターゲットでどれだけの X 線減衰の差が線出力が減少するとともに、荒れの凸部は熱伝導が悪あるのか比較した。initialX 線量に対して、タングステ

いため局部的に高温になり荒れを促進し、溶融を起こ

ンのみの場合は、55% に減衰していたが、レニウム入15）したりする場合が増えてきた。図 8.27（a） は、荒れ
15）

りは、80% 以上でありその効果は歴然としていた。そのない焦点軌道を示すが、図 8.27（b） は、荒れの進

こで、この特許に対応するために、レニウム以外に荒行した焦点軌道を示す。荒れの程度によっては、利用

れ防止剤として適当な材料はないものかと国内の高融X 線出力は 50% まで低下することがある。X 線出力

点材料を生産しているメーカーが検討した。選んだ材の低下を補うため負荷を増大しなければならず、その料が、原子番号 74 のタングステン（原子番号 74）の近結果、焦点面の荒れ→ X 線出力の低下→負荷の増大

くの原子番号で、融点が 2,000℃を超える材料として、の悪循環となり、遂には、過負荷、焦点溶解、管璧へルテニウム（44、Ru、2,500℃）、ハフニウム（72、Hf、のタングステンスパッタ→放電→ X 線管不良となる。

2,200℃）、イリジウム（77、Ir、2,466℃）、オスミウム

16）に管璧にタングステンがスパッタし、その（76、Os、3,045）などを選び、これらの材料を数％混入

部分が放電によりバルブが損傷している状態を示す。

したタングステンターゲットを製作したが、残念なが

図 8.28ら、鍛造でターゲット円板が割れた。割れなかったのはレニウムだけという結果であった。通常、特許など

246

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchは、アイデアだけで出す場合もあるが、この Siemensの場合実証をして、マネの出来ないようになっていたということは用意周到であり驚きであった。

（4） 複合ターゲットの製作
Siemens の特許については、使用権を得た企業がなかったため、権利期間の 20 年間は、各社は、東芝

レニウムの混入の状況であるが、タングステンター

マテリアル製も使用したが、プランゼー社（Plansee,

ゲットは、約 5μm のタングステン粉末をプレス機でオーストリア）からの輸入が多くを占めた。Siemens

固め焼鈍し、これを、さらに、強度を上げるために、の特許が切れた 1980 年代半ばから国産品の製造を開焼鈍→鍛造を繰り返し仕上げていく。

始した。図 8.31 13） にレニウム入りのタングステン・

図 8.29 の（a）18） が焼鈍のみ、つまり、焼結品であるので機械的には弱い。図 8.29（b）に鍛造後の断面

モリブデン張合わせターゲットの製法の一例（概略図）を示す。

を示す。鍛造の程度は、まだ最終ではないが、タング
ステンの粒子は鍛造が進むに従い扁平な形状になっていく。走査電子顕微鏡の画面を観察したところ、混入率は僅か数％程度のレニウムが、この扁平な粒子の隙間を埋めているのではなく小さな粒として散在していた。この状態をスケッチとして図 8.30 に記載した。
タングステンの粒子の大きさが鍛造で圧延され 10μm程度に伸びているので、レニウムの大きさは、0.05μm程度であろう。タングステンの粒子同士の場合は圧力による接合ではあるが、このわずかなレニウムがそのタングステンの粒子間を溶着させていると考えれば、粒子間の強度を上げるとともに、熱伝導および粒子同士の温度差を平衡にし、材料の剥がれ、ソリを減じて、タングステンの荒れを防止しているものと推測する。
東芝は、レニウムというドープ剤（Dope）に対抗して鉄系のドープ剤を混入した特許（昭 41-21301）を取得し製品化した。当時（1967 年）の評価としては、レニウムと同等と発表した。

図 8.31

Re-W/Mo 張合わせ

ターゲット製造工程概略図 13）

まず、タングステン粉末（粒経、約数 μm）とレニウム（例えば、タングステン重量の 5～10％）が、均等な配分になるよう回転させながら混ぜ合わせる。つ
図 8.29タングステンの焼鈍と鍛造の断面図

18）

ぎに、パラフィンを入れ各粒子と真空中で混合し加熱乾燥させる。粒子とパラフィンの混合物は、メッシュで選択しパラフィンのみは取り除く。プレス型の中には、このパラフィンで包んだレニウムとタングステンの粒子を、続いてモリブデンの粉末を入れ、プレス機でゆっくりと加圧し、レニウム入りタングステンとモ
リブデンの 2 層構造の円板、ちょうどバウムクーヘンのような円板に成形する。この時、パラフィンは、流

図 8.30 造されたターゲットの粉末粒子（長さ約 10μ鍛μm）間に小さな点のように散在しているレニュ
ウムとの状態を示す概略図

動性を利用して各粒子を隙間なく密着させる触媒のような役目をしたものと推定する。したがって、役目を終えたので加熱水素炉で脱パラフィンを行う。このX 線管装置の技術の系統化調査247

とき、ターゲット円板の乗せ台は少し傾斜させてパ

3,000RPM まで上昇する場合と 9,000RPM とでは慣性

ラフィンが流れ落ちるようにする。脱パラフィンしたモーメントが違うので、軸受けの潤滑、回転機構など

ターゲット円板は、約 1,800℃を超える温度で水素雰に新たな技術が必要となる。各社とも、3 倍回転（陽囲気中で焼結し、以後焼鈍→鍛造を繰返し、続いて所

極回転数 9,000RPM）の X 線管については、Ø70mm

定の角度にするために、ターゲット円板を正確な寸法

ターゲットで、東芝は 1964 年に発売 20）、島津は 1966に加工し、傘型成形の型に入れ、プレス機で所定の角

年 に 試 作 品 を 発 表 21） し て い る が、Ø100mm、度に成形する。以後、水素雰囲気中で焼鈍後は、表面

200,000HUX 線管が発売されるまでは、需要は少なの酸処理をし、高温真空炉で脱ガス→加工にて完成

か っ た。 し か し、 こ の 時 の 技 術 が Ø100mm、となる。なお、ターゲットについては、熱容量は消化200,000HU の高速回転の開発に大いに貢献したと考え管を含め、循環器、ＣＴ撮影用として、さらに大きられる。高速回転を実用化するためには、回転機構をいものが必要とされるが、基本的には、第一層は、タ強くするために軸受けの経を大きくすることも必要で

ングステン、第二層は、モリブデンとなる。陽極軸受ある。その他、70～80Hz の共振モードでバランスがけの問題もあるので 750,000HU～1,000,000HU（1.5～

崩れる現象を生ずるので、この共振点を起動・制動の2.0kg）を超える場合は、モリブデンより比熱が大きとき如何に早く通過させるかが一番心配された問題でく、比重の小さいグラファイトとの三層構造となる。

あった。また、高速時の振動でカソードの集束電極な

その場合、モリブデンとグラファイトの接合には、パど電極保持の弱いところが振動するなど、種々改良がラジウム、Pd（原子番号 46、比重 12.0、融点 1,554℃）必要であったと考えられる。

に Mo 粉末を混合したものをロウ材として用いるものと推定する。

転陽極 X 線管装置は、遠隔操作式 XTV システムの8.5 回転陽極 X 線管の高速化
8.5.1

3 倍回転の回転陽極 X 線管

回 転 陽 極 X 線 管 の 最 大 単 発 負 荷 は、W. J.
19）以上より、高速回転、陽極熱容量 200,000HU の回
遠距離用オーバチューブ透視撮影台（焦点とフイル
ム間距離 1m）用には、ターゲット角度 12°、透視用
0.3mm、撮影用は、0.8mm、つまり、0.3/0.8mm 焦点
組合せが標準となり、フラットパネルの登場までの20 数年間変わることはなかった。なお、近距離用のの近似式から、焦点幅と焦点温度を一

アンダチューブ透視撮影台（焦点とフイルム間距離約定としたとき、Q：負荷、n: 陽極の回転数、D: 焦点軌

65cm）用としては、0.6/1.2mm、0.6/1.0mm の焦点組

道直径、K; 定数とすれば Q = K nD の式となる。つま合せが標準となっていた。

Oosterkamp

り、短時間撮影の負荷を増やすためには、陽極の回転数を上げるか、焦点軌道径（ターゲット径）を大きく

8.5.2

陽極駆動特性 15）

する以外、有効な方法がない。消化管撮影は、当初は、

回転陽極におけるステータとローターの組合せは、

固定陽極 X 線管の焦点 5mm から、回転陽極 X 線管で誘導電動機であり、その駆動はコンデンサ分相誘導電は、2mm 焦点へ、また、ターゲットアングルを必要

動機の方式がとられている。ステータは二相巻線（主照射野に合わせロウ・アングル（Low Angle）にして巻線と補助巻線）を有し、補助巻線には分相コンデン

1.5mm にした。その後、遠隔操作式 XTV 装置、二重サを通じて電流を流し、回転磁界を作る。ステータの造影法などの導入もあり、撮影頻度が増えてきたた

電気回路を図 8.32 に示す。

め、 タ ー ゲ ッ ト 径 Ø100mm、 陽 極 熱 容 量 も 3 倍 の
200,000HU の X 線管を開発し、焦点を 1.2mm まで小さくしたが、診断能向上に対する要望は強かった。
そこで、焦点サイズを小さくするために、回転数を3,000RPM（50Hz）の 3 倍である 9,000RPM（150Hz）に上げた高速回転の回転陽極 X 線管を 1970 年に開発した。短時間負荷は回転数のルート（≒ 3）に比例す

図 8.32

ステータ回路 15）

るので、1.73 倍に増え、3,000RPM（50Hz）で 1.2mm
焦点の負荷が 0.8mm 焦点で得られることになる。回転数を 3 倍にするためには、周波数を 3 倍の 150Hzにした陽極駆動装置を用いる。また、停止状態から、

248

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March（1） ステータ電源周波数：
普通回転形では、50/60Hz である。高速回転形は、
50HZ&60Hz 地域とも、180Hz を用いる。

（2） 規定回転数いる。特に、高速回転形の場合で共振回転数が規定回

回転陽極 X 線管にその最大入力を加える時に必転数より低い場合は、制動を強力にして共振回転数を要とする陽極回転速度をいい、ステータ電源周波数

早く通過せねばならない。通過時間が長いと制動のとによりおおむね次のようである。理論値（8.5.1）よきと同様、共振により陽極を破壊することがある。制り、滑りを考慮して 50/60Hz では、2,700/3,200RPM、動の方法として、①ステータに直流を流す。②主巻

150Hz/180Hz では、8,100/9,700RPM である。

線、または、補助巻線のどちらかに電流を流す。③分
相コンデンサを主巻線側に切替接続して逆相運転す（3） ステータ起動電圧および起動時間
陽極が静止状態でステータに電力を供給し、陽極のる。④高速回転の場合、電源周波数を 50/60Hz に切替えて低速まで回転数を落とす。

回転を始動するときのステータ電圧をステータ起動電消化管撮影では、イメジアンプで透視像を観察しな圧、通電を開始してから陽極が規定回転数に達するまがら必要な部分をフイルムに撮影する（これをスポッでに要する時間を起動時間という。これらは、ステー

ト撮影という）。胃は運動しているので、必要な部分、

タの設計、陽極の構造、重量などによって異なるが起または、病巣が認識されてから 0.8 秒以内には、撮影動電力が大きい程、陽極重量は重く、起動時間も長い。

をしなければならない。したがって、X 線管の回転も高速回転形では、陽極の共振回転数が規定回転数以下

0.8 秒以内に立ち上げる必要があるが、回転停止状態であるから、この共振回転数を早く通過させるため、から高速回転まで立ち上げるには、大きな電力を要す

起動時間を出来るだけ短くしなければならない。通過るので、透視時は低速回転させながら、撮影時に高速時間が長いと共振により X 線管を破壊する恐れがあ

回転に起動する方法が多く採用されている。しかし、る。起動時間は普通回転では、0.8 秒以内、高速回転

その都度、共振点を早く通過させるために普通回転にでは、ターゲット重量により違うが 500,000HU クラ

なるまで制動をかけるが、制動による発生熱は生じスのもので約 1.2 秒を切っている。消化管撮影では、る。現在、管容器が小型化、ステータも小さくなって透視から撮影までの時間は 0.8 秒以内でないと像がずいるので起動電力が高い。そのため、省エネの起動、れるので、ターゲットが重い場合は、ステータが大き

制動などの改良が行われている。ステータ入力を減らな電力を必要とするため、透視中は普通回転し、撮影すためには、軸受け摩耗の問題はあるが、透視・撮影の時は 0.8 秒以内にする使い方が多い。

中は、高速回転し続ける方法が電力消費を少なくできるので最もよいと考えられる。

（4） ステータ定常電圧
陽極規定回転数を維持するのに必要なステータ電圧のことをいう。起動時には大きな電力を加えるので、この電力をそのまま加えていたのでは、ステータ巻線

8.6 胃集検間接撮影
8.6.1

蛍光板間接撮影 1）の過熱焼損、周辺絶縁物の過熱などの現象がでてくる。

1967 年以降、結核による死亡率の低下が顕著になっ起動を完了した後は、所定の回転速度を維持するに足たが、これに代り、特に日本人に多い消化器系のガる、最小必要な電力を加えるだけでよいので、ステーンに対する X 線の集団検診の必要性が要請されつつタ電圧は、起動電圧の 1/2～1/5 程度になっている。

あった。病院、施設では、直接撮影での対応であったが、これを胸部と同様に車載装置での撮影ともなれ（5） 分相コンデンサ容量

ば、動態撮影であるので、35mm ではなく、70mm、主巻線に対して位相を進めるためのコンデンサ容量

または、100mm の大きさのフイルムが必要である。

である。ステータの設計、回転陽極の構造によって異東芝は、1964 年コンデンサ放電形、胃用間接撮影装なる。ステータは普通回転形と高速回転形と兼用され

置 KCD-12-2 形を製品化した。グリッド付きの回転陽

るから、コンデンサ容量も切り替えられる。

極 X 線管で、スポット撮影の管電圧を透視管電圧にするなど、コンデンサ装置の弱みを補う撮影手法を（6） 制動高速回転の場合や、普通回転であっても陽極の重量

とりいれていた。胃集検間接撮影装置の系統図を図8.33 22）に示す。

が大きい場合は、ステータ電圧を切った後も、陽極は撮影の位置決めの出来る専用透視台を組合せ、操数分～数十分惰性で回転を続ける。惰性回転は不要で作者への X 線被曝量を軽減するなど工夫をしている

軸受け寿命を短縮するので、種々の制動が考えられてが、蛍光板による透視撮影であった。日立は、1960

X 線管装置の技術の系統化調査249

8.6.2 I.I（イメージ・インテンシファイア）
間接撮影 23）
胸部の間接撮影法は、蛍光板像をカメラレンズなどの光学系を用いてフィルム上に結像し、X 線写真を撮影するものであるが、I.I 間接撮影法は、イメージイ
ンテンシファイア（I.I）の出力蛍光面像を光学カメラで撮影するものである。I.I 間接撮影法の胃の撮影への使用が研究されていたころは、I.I の解像力は中心部で 14～15Lp/cm と蛍光板を使用するミラーカメラの 20Lp/cm にくらべて劣り、また、周辺部の解像力
図 8.33

東芝胃集団検診間接装置系統図

22）も中心部に比べて低く、画像のコントラストおよび間接像全体にミラーカメラに比し満足出来るものではな

年屈折レンズが付いた長尺カメラにより蛍光板上のかった。

像を縮小撮影する方式、また、デルフト社のスカル

1977 年、I.I の 入 力 面 を 硫 化 カ ド ミ ウ ム 亜 鉛

オデルカのフード部を観察可能に改造したもの、さ（ZnCdS）からヨウ化セシウム（CsI）に変更し、輝度らに、キヤノンの胸部用に開発したミラーカメラのおよび解像力が 25Lp/cm と改善 8）し、さらに、X 線応用も行った。しかし、被曝線量が多い、被写範囲

量は、ミラーカメラに比し 1/50～1/100 に減少した。

が狭い、フイルム画像が小さいなどの問題があり、立位、背臥位、腹臥位と種々の体位で撮影して病変をキヤノンの参画を得て、蛍光像をミラーを用いて透発見しなければならない腹部の撮影は、多量の X 線

視（XTV の撮像管）と撮影（フィルム）を切り替え量を必要とするが、CsI 入力面の I.I の開発で大きくる装置を開発した。ミラーが、一眼レフカメラのよ前進した。また、100 ｍｍフイルム用のスポットカメ

うに往復駆動する機構にしたので、マーゲンミラー

ラが使用出来るようになった。画質については、直接と呼称した。マーゲンミラーの蛍光板の透視像を 2

撮影は 50～40Lp/cm であって I.I 間接撮影よりよいの

インチのイメージオルシコン撮像管の光電面に結像は当然ではあるが、I.I による間接撮影は線量が少な

させ TV モニターで観察する方式を 1965 年開発しいので露出時間を短く出来る場合もあり、運動ボケのた。図 8.34 にミラーカメラの概略図を示す。その後、少ない写真への期待もあった。CsI 入力面の I.I への100mm フイルム用のマーゲンミラーCX-MS100TV

変更により、透視撮影台の操作性も改善された。X 線も開発商品化された。島津も、このミラーカメラを量も少なくてすむのでコンデンサ容量もミラーカメラ

用い、コンデンサ装置（格子付き X 線管）の胃間接方式が 1.5μF であったが 1μF と小さくでき（電流量2）

撮影台 AO-2 を 1965 年に開発した 。

mAs とコンデンサ容量 μF、および差電圧 kV の間には、mAS=μF × kV の関係がある）、さらに、コンデンサ用三極 X 線管も焦点が 2mm から 0.6mm へと小さくなり診断能は一段と向上した。イメジアンプの出力像は、光学系を介し、透視は、TV の撮像管へ、撮影はスポットカメラでフイルム録画の構成となった。
図 8.35 24）に I.I 間接撮影の概略図を示す。I.I 間接撮影

図 8.34

ミラーカメラ概略図 1）
図 8.35250

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

I.I 間接撮影の概略図の例 24）

装置は、車載も含め当初は、コンデンサ装置、三極 X
線管の組合せであったが、インバータ装置が実用化されると、二次側もサイリスタ遮断となるので、日本独自の開発品、格子制御の三極管も残念ながら姿を消し

図 8.37 空間周波数

た。なお、I.I 間接撮影の普及により、ミラーカメラ（例）5Lp/cmの使用も順次減少した（キヤノンのミラーカメラは、
2015 年 4 月に製造中止となった）。

（2） 縦軸コントラストを％、または、小数の対数尺目盛で表8.7 MTF（画質評価）

す。他にレスポンスと呼ぶことがある。

消化管撮影のように動態撮影が対象になると焦点の（3） 曲線の見方

25）

ボケだけで画質の評価は出来ない。例えば、運動の図 8.36 の MTF 曲 線 の a 点 は、30Lp/cm の と き、

ボケ、つまり、臓器の動きが 3mm/s であるとき、撮5% の MTF と 呼 ぶ。 こ の 意 味 は、「30Lp/cm」 の パ

影時間が 0.15s（s: 秒）であれば、3mm/s × 0.15s ＝

ターンは、この画像装置を通すとコントラストが 5%0.45mm のボケが画像に映ることも考慮せねばならなに減じてしまう」ことを示している。

い。また、イメジアンプリファイア（I.I）および増感

図 8.38 で、図 8.36 の a 点と b 点を図解すると、図紙、さらには、透視撮影台も含めボケがあるので、画8.38 の A: 図 8.36 の a 点のように細かいパターンの出質の評価が複雑になってきた。そんな中、解像力を理

力はコントラストが、5/100 に低下する。図 8.38 の B:

論的に解明した MTF が導入され医用でも利用される

図 8.36 の b 点のように荒いパターンの出力はコントようになった。

ラストが、40/100 に低下する。したがって、MTF とは、細かさに応じて、どれだけコントラストが低下す

8.7.1

MTF とは（曲線の見方）

modulation transfer function を略したもので、空るのかを示すものである。なお、MTF が、5% のと
きの Lp/cm が実用的な識別値といわれている。

間周波数伝達関数という。画像形成に関する因子とシステムの鮮鋭度、解像度を表す。図 8.36 に MTF 曲線の例を示す。

図 8.38

MTF 曲線の見方（4） 拡大率との関係
焦 点 の MTF は、 密 着 撮 影（ 拡 大 率 M=1） で は、
図 8.36

MT Ｆ曲線（例）

ボケはゼロで細かいものがよく見えるが、M が大き
くなると細かいものが見えにくくなる。この曲線を（1） 横軸図 8.39（a）に示す。増感紙、フイルム、イメジ管など

空間周波数を Lp/cm（Line pairs per cm）で示す。

感光系は、密着撮影（拡大率 M=1）での曲線が感光

Lp/cm は線対 /cm とも書かれ、1cm 幅に白黒パター系の固有の特性であるので、拡大率が大きくなるとボンが何対あるかを示す。図 8.37 の例は 5 本あるので、ケが減って見やすくなる。この曲線を図 8.39（b）に示

5Lp/cm である。

す。 したがって、ある拡大率における、焦点、感光

せん つい系の MTF に臓器などの運動の MTF を、焦点×感光系×運動 = 総合 MTF 25） として総合評価し、画質の向上に役立てることも検討し得るようになった。

X 線管装置の技術の系統化調査

251

に、LSF 波形を周波数解析、すなわち、LSF の中に
各 Lp/cm がどれだけ占めているかをフーリエ変換して求め、その値が、LSF 全体の何％にあたるかを計算（正規化する）して MTF を算出する。この計算はデータ数が多いのでコンピュータで行う。なお、LSFのデータ精度を上げるため、通常は、高照射条件と低照射条件の撮影を行い截断誤差を最小にする補正を行っている。

8.8 映像系の進化（増感紙・フラットパネル）
X 線写真は、増感紙、グリッドがないと映像にはならないと言われている。X 線管、イメジアンプ、透視撮影台などは、X 線画像作成の中心ではあるが、被写体の X 線吸収などにより、減弱した X 線を画像構成に寄与させている感光系、または、散乱線除去などを

b . 被写体面における増感紙フィルムの MTF

図 8.39 焦点＆増感紙、フイルム拡大率による MTF の変化

行うグリッドの支えがなくては診断能の向上はありえ26）ない。映像系の構成のなかのグリッドと感光系（増感紙とフラットパネルとの関係）についてもその進化を

8.7.2

MTF の測定法記述する。

（1） チャート法
矩形波チャート（図 8.40）を撮影し、各 Lp/cm の（1） グリッド 26）

輝度波形（X 線強度）からコントラストを計算して

図 8.41 に示すように、X 線が被写体に入射するとMTF 曲線を作成する。ただし、10% 以下のコントラ

一部は透過して映像となるが、大部分は吸収されるとストになると波形自体の起伏は小さくなるので誤差は同時に、被写体内部から二次 X 線が全方向に放射さ大きくなる。

れる。これが散乱線でフィルムに到達しカブリとなり、コントラストを低下させる。散乱線は、グリッドによって除去する。図 8.42 にグリッドの構造を示す。
鉛を短冊状にして格子のように並べ、隙間は支え材として、木、アルミ、樹脂など X 線の透過性の良い材料を用いる。

図 8.40矩形波チャート（例）
図 8.41

散乱線 26）（2） LSF 法
極めて細い鉛のスリット（10μm 程度が用いられる）を通過した方形波の X 線を入力にし、フイルムに映すとスリット像が得られる。この出力となるスリット
像のことを線拡がり関数 Line spread function（以下LSF と呼ぶ）という。得られたスリット像をマイクロデンシトメータでスキャンし、フィルム特性曲線でスリット像の濃度分布を X 線強度に変換する。つぎ252

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 8.42グリッドの構造 26）

グリッドを用いることにより、鉛と鉛のスキマか（2） 増感紙 27）28）

ら出る X 線は映像となり、また、斜めに入る散乱線

増感紙は 1897 年エジソンによる CaWO4 増感紙のは鉛に吸収され映像効果をあげるが、反面、入射 X

発明から発展してきた。フイルムは薄いので X 線の線の一部は鉛に吸収され、スキマ材でも X 線は吸収

吸収つまり感光が少ないので、フィルムの両面に増感されるなど欠点もあるため、入射線量は増える。図

紙を挟み、増感紙の吸収発光を利用し、フイルムの X

8.43 にグリッドの構成比を示す。グリッド比（R）は、線吸収（感光）を助長するもので、X 線の入射方向を

R=h/D（D: グリッドのスキマ、h: グリッド高さ）、鉛

フロント、反対側をバックという。

厚さ d とすれば、密度（n）は、n=1/（d+D）で表し、

図 8.46 に増感紙の構造の概要を示す。フロント、

グリッド密度は、通常 1cm あたり何組の d+D がある

バックにある蛍光体が X 線を吸収・発光しフイルム

かで表示する。例えば、40 組あるときは 40Line/cm

を感光させる。この場合は増感紙の発光がフイルムをと表示する。

通過し再感光するクロスオーバーという現象が生じる
マイナス要因もある。国内では、化成オプトニクス株
式会社が 1951 年に開発した、FS、MS、HS のタイプ
がその代表的な増感紙で、FS は、鮮鋭度 : 高い・感
度 : 低い、MS は、鮮鋭度 : 中・感度 : 中、HS は、鮮
鋭度 : 低く・感度 : 高い、の表示で販売された。FSは、骨部、胸部など一般撮影に、MS は、消化管撮影が用途であった。また、小焦点での拡大撮影では X
線出力が不足、大腿骨などの撮影は多くの X 線出力
図 8.43グリッドの構成26）を必要とするので、感度の高い HS が用いられる。この FS、MS、HS の MTF 曲線を図 8.47 に示す。

グリッドには次のような種類がある。①固定グリッド（グリッドの縞目が写真に写る）②移動グリッド（ブッキーと呼称している。撮影中グリッドを動かして縞目をぼかす）。③平行グリッドと集束グリッド（平行：周辺に線量の損失があるが、撮影距離が長いと平行光線に近くなり無視できる。集束：撮影距離によってグリッドを変える必要がある。
（図 8.44））

図 8.46

図 8.44

増感紙の構造の概略図 27）

平行グリッドと集束グリッド 26）

グリッドの効果は、図 8.45 に示す。図よりコント
ラストの改善は 2 倍以上になるが、露出倍数が上がり、X 線出力を上げねばならない。散乱線除去用のグ
リッドについては、1913 年 Bucky（米）が考案した。
図 8.47

増感紙 FS、MS、HS の MTF28）（化成オプトニクス製）

その後、被曝低減のため、多層構造、小粒子技術
な ど を 開 発 し、1976 年 に は、LT、LF シ リ ー ズ を、
図 8.45グリッドの効果

26）

1983 年にはグリーン発行希土類増感紙およびクロ

X 線管装置の技術の系統化調査

253

スオーバーを低減したフイルムを開発し国内全体の60%、海外先進国では多くのシステムで使用された。
（3） フラットパネルディテクタ 28）29）
病院に保管する膨大な X 線フイルム、また、現像液も銀（Ag）が含まれている。撮影フイルムはデジタル画像に変換、現像液は回収するなど再生技術は確

図 8.49CsI ディテクタの概略図 29）

実に進んでいた。一方、地球環境の配慮から、1996
年ロンドン条約の発効により写真廃液の海洋投棄が禁止され陸上での償却処理となった。フィルムを用いる
撮影の煩わしさは誰もが思っていたが、この頃から映像をすべてアナログからデジタルへ変換するデジタル
ラジオグラフィ装置で、各社が 1990 年頃から開発をしていた、フラットパネルディテクタ（以下 FPD と呼ぶ）の開発が急がれていた。

図 8.50FPD の外観図 29）

1998 年キヤノンは、X 線検出部に増感紙用蛍光体として長い実績のある硫化酸化ガドリニウムとテルビ

I.I の丸い筒のようなものから平らな形状への変換

ウム（GD2O2S:Tb）からなる蛍光体を受光面に採用し、は画期的であり透視撮影台の省スペース化に貢献し画素ピッチ 160μm、画素数 720 万、センササイズ 43得る。図 8.51 には、日立の発表したフラットパネル

× 43cm の大画面アモルファス・シリコン光センサを

PaxScan4030A(Varian Medical System) と I.I-CCD カ

積層したデジタルラジオグラフィ装置（フラットディ

メラシステムとの MTF を示す。I.I と同等の性能比テクタ）CXDI-11 を発表した。図 8.48 に構造の概略

較となっているが、この値は受光面の中心であるの図を示す。

で、球状面の I.I は、中心と周辺では収差がある。これに対し、FPD は、画面全体がフラットであるため解像力は一様である。

図 8.48

Gd2O2S:Tb ディテクタの概略図 28）

また、日立は、受光面を、GD2O2S:Tb のテルビウ
ム（Tb） を CsI に し、 光 の 画 像 を フ ォ ト ダ イ オ ー

図 8.51

FPD と I.I の MTF29）

ドにより電荷に変換する方法で、2002 年、MEDIX
VOL.36 に発表している。FPD の構造を図 8.49 に示す。FPD に入射した X 線像は CsI シンチレータで可視光線に変換する。可視光は画素ごとに設置された

8.9 消化管用 X 線管の推移

24）30）31）

フォトダイオードで電荷に変換され、TFT（薄膜ト

戦後の生活環境の変化により胃がん検診が成人病検

ランジスタ）によるスイッチ回路を有するアモルファ

査では定例化した。この消化管検査用として、回転ス・シリコン TFT アレイ（amorphous-silicon TFT

陽極 X 線管装置は、X 線高電圧装置、イメジアンプ、

array）で読みだされる。フォトダイオードに蓄積さ増感紙・フイルムシステム、透視撮影台からの影響をれている電荷は、低ノイズアンプによって増幅され、受けて発展してきた。

A/D コンバータで変換され、デジタル映像信号（デ

透視撮影台においては、所定のカセッテを手動で入ジタルボード）となる。FPD の外観を図 8.50 に示す。

れ替える方法で撮影していたが、1972 年には、このカセッテの入れ替え作業をせず、大量のフイルムを254

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchそのまま透視撮影台に装着出来る装置が（名称；カセッテレス）開発され、撮影作業の促進化に貢献した。また、間接撮影での感光系はミラーカメラであったが、1977 年には、高解像力イメジアンプに変わるなど、X 線画像の改善が進んだ。一方、回転陽極 X
線管装置は、使用頻度の増加に対応し陽極の熱容量も300kHU、400kHU と大きくなった。診療施設の規模にもよるが、現在は、補修用も含め、使用頻度に応じて 200、300、400kHU の種類を揃えている。
1987～1991 年にインバータ式 X 線高電圧装置が実用化になり、車載用に重宝されたコンデンサ装置とと図 8.53

透視撮影台 30）DR 方式 X 線 TV
ZEXIRA（東芝）

もに三極 X 線管の使用も減少してきた。また、1998
年にキヤノンが FPD 開発の発表を行うと、各社も同様に FPD を実用化した。FPD の登場は、画像構成シ
ステムに画期的な変化を与えた。従来の感光系の代表格であった、I.I は、真空管であることによる大容積、曲面による画像歪、丸い視野という弱点があった。さらに、信号変換過程は、X 線を光にし、それを電子に変換、再度、光にし、この像を、I.I の後段におかれたテレビカメラで電荷として観察するなど各変換過程
で信号が劣化する（総合 MTF が低下）など、像質は落ちる。ただし X 線感度は FPD より優れている。これに対し、FPD は、増感紙＋フイルムの密着撮影の45～50Lp/cm より解像力（図 8.51 参照）は落ちるが、

図 8.54

透視撮影台 24）DR 方式 X 線 TV
SONIALVISION G4（島津）増感紙より感度がよいので、焦点を小さく出来るとともに、撮影時間も短くなるので運動ボケを小さく出来（ 図 8.54） を 商 品 化 し た。X 線 高 電 圧 装 置 は、 イ ン

る。FPD については、透視は感度的に少し苦しい面

バータで、回転陽極 X 線管装置は、陽極熱容量 600～があるものの、受光面が凸面の I.I は収差による歪が800KHU、焦点組合せは、0.4/0.6～0.7mm と撮影用のあるが、FPD はフラットであるので歪がない、その焦点が 20 数年の時を径て 0.8mm 以下になった。

他、デジタルであるので、拡大、コントラストなど画像操作が出来るという大きな利点があった。

定電圧波形（インバータ）による撮影電圧の低減、
FPD による感度改善もあり、焦点が 0.6～0.7mm になっ

この FPD を用いた、高級透視撮影台として、日ても撮影定格は、図 8.55 に示すように 90kV 以下で立 は、VersiFlex VISTA（ 図 8.52） を、 東 芝 は、400mA が使用できるので画質改善は大きく前進した。

ZEXIRA（図 8.53）を、島津は、SONIALVISION G4

図 8.52

透視撮影台

DR 方式 X 線 TV31）
VersiFlex VISTA（日立）

図 8.55定電圧スポット撮影定格 30）

ステータ電源周波数

180Hz（東芝）

X 線管装置の技術の系統化調査

255

ただ、透視用焦点は、I.I より感度が低いので 0.4mm

能となり、フイルム現像、運搬を介せず直接ネット焦点とし、線量不足をカバーするため、透視は、管電

ワークを通じて迅速に配信できることである。これ

流を 20～30mA で、20～30 枚 / 秒の間欠印加、つまが、PACS（Picture Archiving and Communication

り、パルス照射を行うことで透視像を改善した。

System）であり、画像保存通信システムという。各なお、小焦点で大きな電流を得ようとすると、図

種検査機器から画像データを受信し、データベースを

8.56 に示す放射特性（エミッツション特性）より、保存し端末に表示するシステムが開発され、多くの病

フィラメント電流は、比較的高いポイントに移行して院では、日常的に活用され、診断の効率化に貢献している。フィラメンと電流が高くなると、フィラメント

いる。医師が、シャーカステン（Schaukasten）で Xの蒸発を促進し、フィラメント寿命ひいては X 線管線写真を観察していたころが夢のようである。

の寿命にも影響してくる。その対策として、次のよう

FPD は、画面を見ながら手元で画像操作が出来るな方法が開発された。X 線管の製造工程の排気作業ため、見にくいところが見易くなった。また、増感紙

で高電圧負荷を加える時は真空度が悪いのでフィラメの蛍光体層の厚さ、粒子径の均一性、分布、フイルム

ントの消耗が激しく、排気作業でフィラメント寿命がの粒状性など画像モトル（mottle）の問題も少なくな

20% 近く損耗すると推定される。その時、メインのるとともに、フイルム特性の閾値もなく、濃度がリニ

フィラメントを使用しないで、排気専用のフィラメン

アであるという大きな利点がある。国民生活に必要なトを用いる方法として、図 8.57 に示すように第 3 の技術の革新ではあるが、約一世紀にわたり貢献してきフィラメントを 2 重焦点の間に設けるという実用新案

た増感紙、フイルムの使用が減少しつつある。

を東芝が出願し登録した。排気専用のフィラメントを設けることは撮影頻度の多い仕様の X 線管には有効引用・参考文献である。その他、使用頻度の多い場合は、X 線管装置

1） 日本画像医療システム工業会：日本の放射線機器

は、オイルを循環させて冷却する機構も有している。

戦後発展史，P26-29, 40-41, 45-47, 143，日本画像システム工業会（2009.11）2） 島津製作所医用機器事業部：レントゲン回顧，
P51, 55，島津製作所（1994.11）
3） 東芝メディカル：21 世紀への懸橋，P47, 50, 69，
東芝メディカル（1998.10）
4） 田部，西村：回転陽極 X 線管の焦点外 X 線とそれをしゃへいした試作 X 線管，P100-101，島津
評論，16（3）99-104（1959.3）
5） 吉田，芳賀，回転陽極 X 線管，M5133（焦点外
し ゃ へ い 形 ），P717-721， 東 芝 レ ヴ ュ ー，17
（7）
（1962.07）
6） 木下隆博：電気物理・電気回路，P533，オーム

図 8.56

エミッション特性（東芝）

30）

社（1959.7）
7） 田部，津田：医用 X 線テレビジョン装置，P32，
島津評論 25（1）（1968.3）
8） 津田，平川：島津高性能イメジアンプリファイア，P60-63，島津評論 34（1）（1977.3）
9） 島津製作所：島津製作所史，P383-385，島津製作所（1967.9）

図 8.57２重焦点の間に第３のフィラメントを設ける（東芝実用新案）

映像系の進化において、何よりも素晴らしいのは、
FPD の出力は、小さな画素からのデジタル信号であるということである。そのため、画像の無線送信が可

256

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

10）高見元敞：日本における胃がん検診の歴史とこれからの展望，癌と人 P20-22，publisher（2015.1）：
Web, http://ir.library.osaka-uac.jp/dspace/（2016.11.10 閲覧）
11）JIS Z 4120 2008: 焦点，付属書 A，図 A-2 受像器
面上の実焦点の投影

12）関，加来，村木：W-Mo 張合せターゲットを使用

荷の増大，日本放射線技術学会雑誌抄録（1966, 6）

した診察用回転陽極 X 線管，P1445～1447，東芝

22）牧野，井出，大久保：胃用 X 線間接撮影装置，

レヴュー22（12），（1967.12）
13）株式会社アライドマテリアル提供資料
14）CIRCLEX0.6/1.2P18&38DE-80 取扱説明書，P26，
島津製作所（2003）
15）香川威：医用 X 線管，P32-55 京都放射線技術専
門学校（1976.9）
16）陳列品：ソフテックス株式会社（2016.8）
17）神戸，香川：線量低下の少ない X 線管，日本放射線技術学会誌（1973.7）
18）エスペ・クノール：真空管材料学，船曳春吉訳，
有燐堂（1945.2）
19）W.J.Osterkamp:The Heat Dissipation in the
Anode on an X-ray Tube, Philips Res.Rep.3, 3,
P.161-173（1948）
20）東 芝：90 年 に わ た り 医 療・ 工 業 用 X 線 装 置 のキー・デバイスを提供する東芝電子管デバイスの年表，東芝（2005）21）妻鹿，田部，嵯峨根：回転陽極 X 線管の許容負P896-899，東芝レヴュー19（8）（1964.8）
23）佐々木，福西他：I.I 間接撮影方式による胃の集団検診装置，P13-21，島津評論 34（1）（1977.3）
24）島津カタログ：透視撮影台，（2016.8）
25）神戸，津田：X 線像の画質に影響を与える諸因子の解析，P81，島津評論 34（1）（1977.3）
26）島 津 製 作 所 医 用 機 器 事 業 部：X 線 写 真 の 基 礎
P14-16，島津製作所（1992.4）
27）獣医療における放射線診療技術研修教材 - 放射線防護技術編，図 21，日本獣医師会発行（2007.9）
28）山田勝彦：日本放射線技術史第 2 巻，P98-99，社
団法人日本放射線技術学会（1989.1）
29）池田，石黒他：FPD 対応 X 線透視撮影システムの開発，P28-29，MEDIX VOL.36（2002.1）
30）東芝テクニカルデータ：透視撮影台東芝提供写真（2016.4）31）日 立 カ タ ロ グ： 透 視 撮 影 台， 日 立 提 供 写 真（2016.7）

X 線管装置の技術の系統化調査257

9｜循環器撮影と CT 撮影
1976 年 日 立 が 国 産 初 の 頭 部 CT 装 置 を 開 発 し（図 9.2）。H7129 は、図 9.2 に示すようにターゲット

た。 そ の 後、1980 年 に は 第 三 世 代 CT（Computed

板をフードで抑える構造にして変形防止を図るとともTomography）の幕開けとなり回転陽極 X 線管の陽極に、陽極の冷却としては、ターゲットの裏側部に絶縁熱容量が桁違いに大きくなった。一方、循環器におい油をジエットで吹き付ける方式とした。ターゲットとてはカテーテルを使った治療（IVR：Interventional

油冷面管距離を短縮し 16L/min の冷却油量を循環す

Radiology）として血管の狭窄を拡張する経皮的冠るタイプであり、1977 年国内で初めての頭部 CT 用

動 脈 形 成 術（Percutaneos Transluminal Coronary

X 線管装置であった。

Angioplasty）が、1981 年から国内でも行われるようになった。イメジアンプを用いてのシネ撮影を行い、透視をしながら血管にバルーン（balloon）を挿入する方法であるが、被検者数も多くなり頻度の高い撮影となり陽極熱容量のアップが必須の状況となった。当時、CT の開発スピードは極めて速いため、循環器撮
影用 X 線管は、CT 用 X 線管の技術を応用した技術変遷となったので、CT 撮影、循環器撮影の順序にて記述する。なお、CT 装置についての詳細は、技術の系統化調査：VOLUME 12「医療用 X 線 CT 技術の系統化調査、2008.3」を参照されたい。

9.1
9.1.1

図 9.1

CT 撮影

 定陽極 X 線管の焦点面積と長時間最大入力の関
固係図

固定陽極 X 線管 1）（1） 頭部専用 X 線管の概要
頭部用の CT のスキャン時間は、第 1 世代で 4 分、
第 2 世代で、0.6～1.7 分、連続入力が、3～4kW を必要とした。当時、回転陽極 X 線管で 1kW を超える容量のものがなかったため、固定陽極 X 線管の採用となった。X 線管は検出器との関係で、焦点の長さ方向が短く、幅方向が大きい形状を必要としていた。国内
では、強制油冷タイプで 250kV25mA 連続使用の治療用の X 線管 T-2531（JIS 形名）を商品化していたので耐電圧、容量含め連続使用については技術的に大きな問題はないが、ガントリーに取付けての併進、およ図 9.2

H7129 の構造図

び、回転運動の衝撃、振動に耐える機械的強度が必要（3） 東芝、島津開発品であった。

1979 年 島 津 は、 焦 点 サ イ ズ、 幅 14mm × 長 さ（2） 日立開発品

1.8mm、130kV、27mA（3.5kw）DX-130-27 を、東芝

固定陽極 X 線管の焦点面積と長時間最大入力の関は CX-111 を頭部 CT 装置用として開発した。島津、係は図 9.1 に示すようになっているので、4kW を確保

東芝とも固定陽極 X 線管で冷却は陽極の裏側を絶縁2するためには、約 75mm 以上の実焦点面積を必要と258

油でジエット噴射する循環方式である。

するが、日立は、ターゲット角度を適当に選んで定格

なお、1980 年頃から回転陽極 X 線管を用いた全身150kV、21mA（3.2Kw）、焦点サイズ、幅 12mm ×長用 CT 装置（第 3 世代シングルスライス）の使用が始さ 2mm の頭部用固定陽極 X 線管 H7129 を開発した

まったため、頭部専用装置の生産は中止となったが、国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March頭部 CT 用固定陽極 X 線管については 2003 年頃まで使用されていた。

タ ー ゲ ッ ト は、 直 径 Ø100 ｍ ｍ、 タ ン グ ス テ ン（W）・モリブデン（Mo）の複合で、ターゲット材料の熱容量と温度の関係を図 9.5 に示す。図 9.5 から W

9.1.2

300～500kHU 回転陽極 X 線管

1）2）

を 300HU/g を、Mo を 530HU/g に設定しターゲット

固定陽極 X 線管を用いての頭部 CT 装置はスキャの厚さ、重量を決めた。図 9.5 は、ターゲットの材料

ン時間が長いという問題から、海外ではすでに製品化に蓄積された熱容量が温度上昇により増加する状況をされていた全身の断面撮影ができる CT 装置の出現が示す。

望まれた。全身用 CT では、検出器を多く設け 1 回転
10 秒以内で 1 スライスの X 線照射を行うので、短時
間入力の大きい回転陽極 X 線管が要求された。回転
陽極 X 線管が回転運動時の衝撃、振動、および、遠心力に耐える構造が必須であることは当時理解できたが、陽極の熱容量がどこまで必要なのか予測できなかった。
（1） 全身用 CT 装置のビーム機構
X 線管から扇状に放射された X 線ビームが、被写体を透過後円弧上に配置した検出器群（Xe ガスを封

図 9.5

ターゲッツト材料の熱容量と温度の関係

入した電離箱）により検出される X 線ビーム機構を
図 9.3 に示す。この方式は GE（米国）の特許で、すでに日本で登録済であった。

焦点は、2mm で 180Hz、0.1s での単発負荷定格は、84kW であり、全身用 CT の負荷 20～40kW をカバーしている。パルス負荷の制御が出来るようグリッド電極を設けた三極管構造とした。放射窓は、X 線管軸に直角な方向の照射野を 40 度以上にし、長方形の穴をあけた鉛カバーを付け、余分な X 線のしゃへいを行った。また、ターゲット重量増による回転寿命の低下を防ぐため、軸受け荷重が増加しないような構造設計を行った。
ス ラ イ ス の 負 荷 は、 定 電 圧 120kV × 200mA ×
5ms × 361 パルス＝ 61,000HU（走査時間 7sec）であるが、繰返し負荷の最大値を予測して、9,000HU 増の

図 9.3

全身用 CT の X 線ビーム機構

70,000HU とし、120sec 間隔で加えた場合と 90sec の場合のパターンを計算した。その計算の例を図 9.6 に（2） 300KHUX 線管の開発
1979 年 日 立 が、300kHU の CT 用 X 線 管 UJ-6FC-示す。図 9.6 に示すように 10 回以上の繰り返しは可能である。

05V を開発した図 9.4 に X 線管の外観を示す。

図 9.4

CT 用 X 線管 UJ-6FC-05V（300kHU）
図 9.6

繰り返し負荷のパターン

X 線管装置の技術の系統化調査259

いずれにせよ、1 回のスキャンの負荷が 70,000HU
以下であれば、状況に応じて使用は可能であるが、今後のチャンネル増に対し、パルス数も含め、インターバルを短くする必要があるので、さらに陽極熱容量の増加が求められた。
（3） センタメタルボディタイプ 500kHUX 線管の
開発 2）

図 9.8

VARIAN S-700 シリーズ 3）

東 芝 も 1978 年 に 循 環 器 用 の 300kHU を 開 発 し て
い た が、1979 年 に CT 用 の 500kHU X 線 管 CRX-

CRX-4733HD-H もメタルボディを採用の折、電荷重4733HD-H を 開 発 し た。 こ の X 線 管 は、 タ ー ゲ ッ

畳法よる電極表面電界の計算で行なったが、メタルボ

ト 径 Ø125mm と 大 き く し た。 そ の た め、 高 速 回 転

ディ表面は電界がなく、耐電圧上表面状態はそれほどにすると、質量、慣性モーメント、遠心力が増大し重要でないことがわかった。なお、メタルボディX 線て、回転機構に大きな負荷がかかる。そこで、従来管はガラスバルブ X 線管に比し小放電の損傷には極の 300kHU、 直 径 Ø100mm タ ー ゲ ッ ト に 比 べ 質 量

めて強い抵抗力を示すが過大な放電には弱く、ときに1.7 倍、慣性モーメント 2.2 倍、遠心力 3 倍の負荷には回復不能となることがある。その他、メタルボディ耐えるため、軸受け潤滑方法・管球保持方法の改良の X 線管は、陽極表面で反跳した電子および 2 次電など、回転機構の改善とともにステータの高出力化

子が中間電極であるメタルセンタボディへ流れ込むを行った。また、ターゲットの裏面、および、回転

ため、陽極電流は陰極電流とメタル電流に分配され体であるロータ表面を黒色化した。これらの黒化部

る。この分配比率は、図 9.8 バリアンの S-700 シリー

は、全使用温度帯での平均輻射率が 0.9 を超え、事実ズ（ターゲット直径 Ø100mm）では、約 9:1 であるが、上の黒体であるので熱放散を向上させた。図 9.7 にCRX-4733HD-H では、約 12:1 であった。この値の差は

直径 Ø125mm、熱容量 500kHU の黒化ターゲットと電極寸法の差によると考えられる。いずれにせよ、メØ100mm 300kHU ターゲットの裏面を示した。

タルボディへ多くの 2 次電子が流れるので、焦点外 X
線の影響は極めて少なくなるという大きな利点がる。
（4） センタメタルボディタイプ 500kHUX 線管の陽極熱容量検証と冷却CRX-4733HD-H は、使用管電圧 120kV、焦点 1.0 ×
1.7mm、である。最大陽極熱容量は、時間ゼロの状態

図 9.7 直径 125mm 500kHU 黒化ターゲットと直径100mm 300kHU ターゲット（裏面）東芝

で、質量×比熱×温度により計算されるカロリーをHU 換算して求めるが、ターゲット裏面を黒化した放熱という大きな特性があるので、その効果も確認する

260

また、ガラスバルブを用いた従来の X 線管では、ため、時間と放熱を考慮した規格、IEC Publication

ターゲットおよびフィラメントから蒸発したタングス

613-1978 により最大陽極熱容量 500kHU の検証を行っテンがバルブに金属蒸着面を作り、これが、中間電極

た（図 9.9）。その試験方法は、図 9.9 に示すとおり、となって放電現象を引き起こす恐れがあった。ター

陽極に冷状態から 500kHU（= 管電圧 80kV ×管電流

ゲット径、また、重量が大きくなるとこの現象が促進

230mA ×負荷時間 20sec × 1.41）に相当する負荷を加され、さらに、X 線管の回転機構損傷、ターゲットのえ、以降、最大陽極熱容量の 90% 以上を保ちながら荒れ、電子銃の損耗など X 線管の寿命を短くする重50KHU（= 管電圧 80kV ×管電流 230mA ×負荷時間

要要因にもなりうるので、X 線管のセンタをメタルボ

2sec × 1.41）と冷却（18.8sec）を 10 回繰返し異常のディ（メタル外囲器）にし X 線管寿命の改善を図っないことと規定されている。陽極最大熱容量を設定すた。図 9.8 に構造が分かり易い米国、バリアン社（以るターゲット温度を 1,100℃に設定し、ターゲット温

後、VARIAN と呼ぶ）の S-700 シリーズのカタログ

度、1,100℃到達後、繰返し負荷、50kHU で、インターから抜粋したセンタメタルボディX 線管（以下メタルバルは 20.8s で 10 回行い異常がないので、最大陽極熱ボディと呼ぶ）の概略図を示す。

容量 500kHU としての証明として十分である。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March国内にはなかった。そのため、VARIAN の 750kHU、
S-700 シリーズが使用された。ターゲット角度 10 度、
焦点 1.5mm で 9sec スキャンの一例を図 9.11 に示す。
被験者 1 人当たり負荷は、管電圧、120kV、管電流
200mA、パルス幅 2.5msec、610 パルス（pulss）、1 回のスキャン入力は、51,600HU で、休止 30sec、でスラ
イス厚さ 1mm ならば部位にもよるが 10 スキャン以上は必要であろう。この時の連続平均入力は、1,327HU/
S（930W）と約 1kW が必要であった。

図 9.9

東芝 500HUX 線管装置の陽極最大熱容量の検証

なお、管容器に収納した場合、ターゲット直径の大きい分だけ外形は大きくなるが、冷却装置の油循
環機器部を本体から分離し、送風機は、管容器温度により強弱 2 段に風速を自動変速させている。X 線

図 9.11VARIAN S-700 シリーズ
750KHU の使用例 7）

管 入 力 が 70kHU/min（1,160HU/S） で も 60 ℃ の 表
面温度を保てる冷却能力を有している。500kHU CT

東芝が開発した 500kHU、RX-4733HD-H の、連続用 X 線 管 CRX-4733HD-H は、 装 置 と し て 連 続 平 均

平均入力は、1,160HU/S（816W）であるので国産の入 力 が 70kHU/min で あ る た め、VARIAN 社（ 米第三世代シングルスキャンの CT 装置に使用は可能で国 ） の S-700 シ リ ー ズ（750kHU） と 同 等 の 性 能 とあるが、東芝も含め各社、取付け、および、ソフトといえる。これは、S-700 シリーズが、ターゲット直も VARIAN の S-700 シリーズにマッチングされてお径 Ø100mm に対し東芝は Ø125mm で表面積を 1.5 倍

り、その上、製品の安定性も良好で市場の信頼も厚く

大きくし熱放散を改善させたためである。図 9.10 にブランド化していたため、簡単には国産品への取り替

RX-4733HD-H の外観写真を示す。

えとはいかなかった。そのため、VARIAN の CT 用

Ø125mm のターゲットを用いた X 線管を国内で最初に開発したのは東芝である。

X 線管は、深く日本市場に浸透していた。バリアンの日本市場への参入は、曖昧であった X 線管の保証に関して比例保証制度を国内に広めたことは評価すべきことである。
（2） 陽極熱容量増大への対応
回転陽極 X 線管装置の陽極熱容量は、東芝の例を見ると図 9.12 に示すように指数関数的に増えてきた。
これは、X 線 CT スキャナが数十万個にも及ぶ X

図 9.10東芝 500kHU X 線管装置
CRX-4733HD-H の外観

線投影データを基にして 1 枚の断層面像を再構成するものであること、各 X 線投影データのフォトンノイ
ズを十分小さくするために多数のフォトンを必要とす

9.1.3

600kHU～2,000kHU（2MHU） 回 転 陽

ること、さらに、ごく短時間に続けて多数の断層像を

極 X 線管 4）5）6）得ることが重要になってきたことによるものである。

（1） 海外品 750kHUX 線管の導入

そのためには、熱容量の大きいターゲットの開発、熱第 3 世代シングルスライスの全身用 CT は、1980 年

放散の効率化設計、耐熱構造の回転機構の開発が必要から国内開発品がスタートしたが、検出器のチャンネであった。その他、振動の減少、耐電圧性能の向上な

ル数の増などにより、情報量が増え、1 スキャン当た

どいくつかの高度な性能が必要であった。

りの負荷も増加し、対応する実用的な CT 用 X 線管がターゲット上における電子衝撃の温度分布は、図X 線管装置の技術の系統化調査

261

その結果を図 9.14 に示す。また、ターゲットを軽くするためには金属後面に graphit を張合わせるとして、金属部分と graphit 部分の厚さの配分を変えた場
合の各点での最高温度と重量の関係を計算し、図 9.14に“ターゲット重量”として加えた。これより、ター
ゲットの金属部分の厚みは、接合面温度のロウ材の溶融点の関係から 10mm 近辺が妥当で、これに graphit
を加え、重量約 1.5kg、厚さ 40mm となり、従来品（500kHU）の 1.5 倍と大きくなった。そのため、ター
ゲットを支え保持する回転機構には高デューティの入力を可能にした断熱ロータを開発した。図 9.15 にその概略図を示す。
図 9.12

東芝回転陽極 X 線管の大容量化の歩み

9.13 に示すとおり、3 種類の様態を呈する。第一は電子ビームが入射する短時間（およそ 40μs）の焦点面の温度上昇でΔT（式は省略）で表す。第二の様態
は、比較的長い時間（およそ 0.1S）内において、回転するターゲット上で電子入射面が通るドーナツ状の軌跡（以後電子入射軌道面という図 9.13 参照）で平均的に発生する温度上昇ΔT1 である。第三の様態はターゲットの温度上昇（ベース温度）TB であり、非常にゆっくり変化する。それぞれの様態の温度変化は
時間的スケールが大幅に異なるので、ターゲットの最高温度 Tf は Tf = TB ＋ΔT1+ ΔT で表される。この場合、蒸発速度を小さくするために Tf ≦ 2,800℃にし、電子ビームの入力モードで大きく支配される温図 9.14 ターゲットの材質による温度分布および重量変化

度分配は、実用的に、ΔT1 は、100～500℃、ΔT は、
1,300～1,500℃とした。一方ターゲット表面からの輻
射熱はターゲット表面の絶対温度の 4 乗に比例するので、TB は出来る限り大きくすることで 1,000℃前後とした。以上より 1.5MHU の熱容量をもつ、ターゲッ
ト は、W+MO+graphit の 複 合 の 直 径 Ø125mm タ ー
ゲットとした。この場合、ターゲットの金属部分の厚さに対する、電子入射面温度 Tf（2,800℃）と電子入
射軌道面温度 To とターゲット裏面温度 TB（1,000℃）と接合面温度 Tc を計算した。

図 9.15

1.5MHU 回転陽極

なお、600kHU の熱容量を超えるアノードとなると従来の熱容量より重量が増すので、軸受けも強固なものにしなければならない。しかし、回転子であるロー
ター径を大きくすると、外囲器であるバルブ径、および、ステータにも影響がおよび、X 線管を収納する容器まで大きくなるので、図 9.16 に示すように、軸受けの内輪と回転軸を一体とした内輪レスの軸受けが開図 9.13262

ターゲット上の温度分布

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March発された。これによって軸受け内輪軸が太くなり強度

を開 発した。 図 9.18 にセンタメタル の 2MHUUKM5TA-01V の外 観を、図 9.19 にセンタメタルの 2MHUX
線管装置のアノード外観を示す。W-MO の複合ターゲッ
トに厚みのある graphit が接合されている。
図 9.16

内輪レス軸受けの概略図

表 9.1

東 芝 1,500kHU（E7131）と 750kHU（E7142）
主要定格を増すことが出来た。
（3） 高熱容量品の国産化
1982 年 東 芝 は、750kHU と 1,500kHU（1.5MHU）の 2 種類の CT 用回転陽極 X 線管を開発した。X 線
管の外囲器はメタルセンタ方式で、外観を図 9.17 に示す。X 線の放射窓はベリリウム材で本体は銅であるため、熱伝導がよいので吸収した輻射熱は速やかに 外 部 へ 伝 達 さ れ る。 表 9.1 に 1.5MHU と 750kHUの 主 な 仕 様 を 示 す。1.5MHU に つ い て は、120kV、200mA、2.2msec、400puls（約 30.000HU）、4.5sec ス
キャン、インターバル 2sec、患者一人当たり 16 スラ
イスで、患者間休止 10min の場合、休止時間を十分とれば連続入力は約 3,000HU/S と高い負荷が利用できる。なお、1.5MHU 最大平均入力は、約 1,700HU/S（1.2KW）であるので、検出器のチャンネル数の増に対応できる。
島津は、管電圧 125kV、ターゲット角度 10 度、焦点1mm の CT 用 X 線管として、1J116C-260（750kHU）を、
日立は、U-558-02V（800kHU）を開発した。いずれも、外囲器はガラスである。日立は、大容量の CT 用回転陽

図 9.18

日立メタルセンタ

2MHU

X 線管外観極 X 線管として、1.5MHU と UKM-5TA-01V の 2MHU

図 9.17

東芝 1.5MHU 回転陽極 X 線管
（メタルセンタ方式）

図 9.20

図 9.19日立センタメタル

2MHU X 線管ターゲット外観

X 線 CT の発展とデータ取集方式の概要 8）

X 線管装置の技術の系統化調査

263

9.1.4

2,000kHU（2MHU）を超える回転陽極 X
線管 8）9）10）11）12）（1） X 線 CT の発展とデータ収集方式の概要
図 9.20 に X 線 CT の発展とデータ収集方式の概要を示す。中心は患者、外周の線はガントリの内部で回転する X 線検出器の軌跡を表す。
（a）、（b）はシング
ルスライス CT（検出器が 1 個の場合）で、（c）はマ
ルチスライス CT（検出器が複数ある場合）である。
（a）はもっとも基本的な撮影法で 1 回転のデータ収集
後に寝台を移動させ、また、データ収集を繰り返す。

図 9.22

東芝 4MHU CT 用 X 線装置
CSRX-9266HE-H（b）はヘリカル撮影で、X 線の連続回転照射と寝台の連続スライドの組合せにより、体軸方向に沿ってらは限界があるなどの難点があった。さらに、ヘリカ

せん状に撮影し、広い範囲を連続性よく撮影出来る。

ルスキャン方式の X 線 CT 装置では、大きな遠心力（c）はマルチスライスヘリカルによる撮影で、検出器に耐えうる高負荷荷重の軸受けが要求された。東芝

が複数列（図では 4 列）となったため、同じ分解能なが 開 発 し た 4MHUX 線 管 装 置 の 回 転 部 分 の 潤 滑 にら高速に寝台を移動させることが出来、データ収集時

は、液体金属であるガリウム合金の流体潤滑材を用間が短くなる。つまり、患者にとって、より短い時間いた。図 9.21.&9.22 の X 線管の軸受け側には、ボーの検査で高精度のデータが得られる。このように、短ルベアリングはないが、表面にヘリンボン・パター

時間で高精度の画像が得られるマルチスライスヘリカ

ン（Herringbone pattern）の溝が設けてある。この

ルの実用化時代に入ると、検出器の軸方向スライス数

溝とロータの間の隙間に充填されたガリウム合金の流が 4 列、8 列、16 列、32 列、から倍々に増え、スキャ

体潤滑材が、回転による動圧の効果で軸受けとして作ンの回数を少なくし被曝を減じる方向になってきた。

用し、ロータは浮上し非接触で回転する。軸受けに対しては非接触ではあるが流体金属を介しているので、（2） 液体金属潤滑材を用いた 4MHU CT 用回転陽
極 X 線管

球軸受けより熱伝導がよくロータの温度を下げられるとともに回転体であるボールの滑り、および、衝突が東 芝 は、 情 報 量 改 善 の た め、1994 年、 陽 極 熱 容ない。そのため騒音も下げられ患者への不快感を与え

量 が 2MHU の 倍 の 4MHU の CT 用 回 転 陽 極 X 線 管ることも解消した。この軸受けを「動体ハイブリッ

CSRX-7713D-H（図 9.21）を開発した。2005 年には、

ド 軸 受 け 」 と 呼 称 し て い る。 図 9.22 に 示 す CSRX-

陽極を従来のように片持ちではなく両持ち方式の陽極

9266HE-H は、冷媒に絶縁油を使用しないオイルフ

接地の CSRX-9266HE-H（図 9.22）を開発した。

リーのタイプである。水冷式であるため冷却能力が向陽 極 熱 容 量 は、4MHU で 冷 却 は 絶 縁 油 で は な く
水 冷 で あ る。 な お、4MHUX 線 管 の 最 大 連 続 入 力

上するとともに環境負荷を低減できるので多品種への展開も目的としている。

は 4kW である。従来の回転陽極 X 線管は、鉛、銀

図 9.23 は、CSRX-7713D-H に用いる陽極の 外 観をなどの固体潤滑材をコーティングした軸受けを用い示す。水冷式の CSRX-9266HE-H は、陽極のターゲッてきたが、潤滑性能が不安定で高負荷時の高速化に

トを両持ちで保持する方式であるが、軸受けの構造は、液体金属であるガリウム合金の流体潤滑材を用いている
ので、図 9.23 に示すヘリンボン・パターンのある軸受けと同じ構造である。ターゲット径は Ø140mm、重量は、

図 9.21

東芝 4MHU CT 用 X 線装置
CSRX-7713D-H

図 9.23

4MHUX 線管のアノードの外観
CSRX-7713D-H

264

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

おそらく、5kg を超えていると想定されるので、ターゲッがどれだけ期待出来るか、下記記載のヘリカルスキャ

トの両持ち、液体金属潤滑材の使用は X 線管の寿命にンの 1995 年の臨床応用例 13）を参考に検討して見た。

大きな効果を与えたことと考えられる。回転体の軸受け（1） 腹部（肝臓）にボールではなく液体金属を使うわけであるが、少なくとも 10～30μm 程度のスキマに液体金属が充填されており、回転中は遠心力で回転部に引きつけられているが、停止状態になると管球の停止位置にもよるが管内にこぼれる可能性がある。液体ガリウム合金にどの程度ぬれ性があるのか分からないが、軸受けとしての密封方式のノウハウが興味深い。また、片接地方式であるので高圧ケーブルが 1 本になるので、操作性も向上した。

120kV、300mA.15sec、10 ｍ ｍ ス ラ イ ス、10mm/
sec 送り 15cm
120kV × 300mA × 15sec × 1.41=761,400HU（2） 肺尖部
120kV、200mA、40sec、2mm ス ラ イ ス、1mm/
sec 送り4cm

120kV × 200mA × 40sec × 1.41=1,353,600HU
このデータから、320 列の検出器を用いれば、（1）
腹 部 10mm ス ラ イ ス、 撮 影 幅 16cm で の ボ リ ュ ー（3） 特許情報
陽極の両端支持、液体金属潤滑動体軸受けについムスキャンの撮影負荷は 120kV × 300mAs × 1.41=
50,760HU で あ る の で、 ヘ リ カ ル ス キ ャ ン に 対 して、東芝は下記特許を保有している。

50,760/761,440=1/15 の負荷となる。（2）肺野の場合① 陽 極 両 端 支 持 関 連：P3795482（ 関 連 特 許、USP:

は、撮影幅 4cm であるが、2mm スライスのため、線US7215740、US7324629）、P4127502

量は、ボリュームスキャンの 10mm スライスの条件②ラジアル非軸受部の構造関連：P4098193

より約 3 倍は必要であろう。つまり、200mAs × 3 倍③ LM リザーバ構造関連：P5305736=600mAs と増え、ボリュームスキャンの撮影負荷は、④軸受シャフト内冷却流路構造関連：P5422311（関120kV × 600mAs × 1.41=101,520HU となり、ヘリカ

連特許 USP:U8582722）。

ルスキャンの 101,520/1,353,600=1/13 となる。このよ一機種にこれだけの特許を有する X 線管装置は過うに、従来 CT に比し、ボリュームスキャン CT の撮去にない。この発明に対して、液体金属潤滑動体軸受

影負荷は、約十分の一まで減少している。以上は、1

けは、2007 年度日本機械学会賞（技術）及び 2007 年

回転 /1 秒での概略曝射計算である。

度日本トライボロジー学会技術賞を受賞している。な

なお、ボリュームスキャン CT は、動きの遅い撮

お、液体金属軸受けを用いた X 線管として、世界で影は 1 秒で、速い場合は、0.5 秒近辺で行われ、また、初めて高速 CT 装置（一断面撮影 0.5 秒以下）に使用

画像ソフトの進化とともに形態・機能の診断が向上

可能となった。軸受けの摩耗をゼロにし回転騒音を低し、血管撮影も特別な場合を除きカテーテルを用いなくするには軸受けのスベリを無くすればよいが、液体

いという利点がある。ただし 0.5 秒以内の撮影では、

金属潤滑動体軸受けは、この理想に一歩近づいた世界

所定の X 線強度を得るためには、管電流の増がキーに誇れる技術である。4MHU 回転陽極 X 線管は国内

ポイントとなると考える。

では東芝が開発した。
9.1.6
9.1.5

CT の撮影条件

CT 装 置 の X 線 条 件 に つ い て は、 ス ラ イ ス 厚 さ

海外品の動向海外品については、掲載への情報が制限されている
ので、主要なデータのみの記述とした。

を 10mm と す れ ば、 頭 部：300mAs、 腹 部（ 肝 臓 ）：300mAs、肺野：120～200mAs、四肢：120～180mAs、
心臓：200mAs といわれ、スキャンする厚さは、部位にもよるが、10mm スライスで、15～25cm の撮影幅

（1） GE
図 9.24 に示す。形名：Perfomix HDw X-ray Tube
陽極最大熱容量 6.8MHU である 14）。

で行われている。当初の CT は、検出器がスライス
幅、0.5mm、1.0mm であったため 1 スキャン 30,000～
50,000HU の負荷を、例えば、15cm 領域の撮影幅の情報を得ようとすれば、10mm スライスの場合は 15 回のスキャンが必要であった。しかし、近年は、320 列もある検出器では、1 回のスキャンで、体軸方向の最大撮影幅が 16cm となる。この状況で、照射線量の低減

図 9.24

GE CT 用 X 線管装置

6.8MHU 14）

X 線管装置の技術の系統化調査

265

（2） フィリップス
Super Rotarix Ceramic（SRC）管の断面図を図 9.25に示す 15）。陽極を両持ちにして軸受け荷重を軽減し、ステータ入力を低減したメタル X 線管である。

図 9.27STRATON MX-P

50MHU、7300HU/ 分

図 9.25フィリップス社製 X 線管Super Rotalix Ceramic（SRC）管の断面図 15）9.2 循環器撮影

この構造は、1980 年代に公開特許公報として出願された。

（1） フイルム撮影（3） Varian

血液の循環速度は身体の各部で異なるが、大動脈や陽極熱容量 7.5MHU、最高管電圧 150kV、アノード

肺動脈では、50～100cm/sec に達することはよく知接地方式である。アノードとカソードの中間にアパーられているので、これを短時間露出の最小の目標値とチャを設け 2 次電子のアノードへの再突入を防止し焦すれば、心臓の収縮期には、大動脈弁や肺動脈弁もこ点近傍の焦点外 X 線の発生を防ぐ構造である 16）。図

れに近い速度で運動することになり、弁膜を適当な鮮9.26 は、アパーチャを示す。

鋭度で撮影するためには、その大体の厚さを 1mm として厚さの 10 分の 1 の動きまで許容できるものとす
ると、必要な露出は、10,000 分の 2 秒以下となる。実際にはこれほど早い露出は必要ないが、1,000 分の 2秒は必要だろうと考えられていた 18）。つまり、循環器撮影は 2ms で撮影出来れば運動ボケの影響は少な
くなるということであったが、初期の回転陽極 X 線
管、Ø70mm ターゲット、あるいは、島津が開発した
ターゲット Ø110mm のスーパーサークレックスでも定格的には苦しく、1970 年代に入って 200kHU で高速の回転陽極 X 線管で 1,000mA が使えると、フイル

図 9.26

Varian 7.5MHU

MSC-7000 のアパーチャ

ムチエンジャーを用いての正面、側面とも撮影が行えるようになってきた。フイルム撮影は、増感紙感度を上げても撮影時間は 2ms は無理で、約 8～10ms は必（4） Siemens
STRATON MX-P

要であった。
17）

で、陽極熱容量 50MHU、ター

ゲット外径は Ø120mm、という驚くべき性能を有し

266（2） I.I 撮影ている。電子を磁力で偏向し外囲器端のターゲットに

I.I を用いてのシネ撮影（35mm フイルム）は、焦衝突させる構造である。焦点サイズ 0.7 × 0.7mm/0.9

点がフイルム撮影の 2mm より小さい、0.8～1.0mm

× 1.1mm 定 格 出 力 100kW、 最 短 ス キ ャ ン 時 間 0.28が使用出来、さらに撮影時間もほぼ半分で行えるので

秒、図 9.27 に管球の外観を示す。陽極側外囲器端を診断能が向上し、心臓血管の撮影はフイルムから I.I

モータに連結し管球全体を回転させる。陽極外囲器端に必然的にシフトする傾向になった。切らずに治すとはターゲット裏面であり、油で直接冷却されるのでいう言葉の最先端として注目されていたのが、血管の連続負荷入力が 7,300KHU/min（平均連続入力ならば狭窄を広げる PTCA という手法であった。被検者が85kW）と大きい。

1 日 1 人であれば、X 線管としては、何の問題もない

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

が、被検者が多いため陽極熱容量を大きくする必要性

3MHU で 焦 点 は 0.6/1mm と 0.3/06/1.0mm の 拡 大 もが要求された。

出来るようトリプル焦点を揃えている。心臓血管装置

1978 年、 日 立 は、 全 身 用 CT の X 線 管 と し ての一例として、図 9.29 23）に東芝の心血管専用 X 線バ

300kHU を 開 発 し て い た。 こ の 技 術 を 生 か し て、

イプレーンシステム

550kHU シリーズの循環器用 X 線管を 4 品種開発し管（I.I）と X 線管が対向して取付けられ、患者に対たと、第 40 回日本放射線技術学会で発表した。陽極して、正面、側面の撮影を行うことが出来るのでバイ

タ ー ゲ ッ ト 直 径 は、Ø125mm を 採 用 し 11.5/115kW

プレーンという。「心臓を診る」ことに特化した専用（0.2/1.2mm 焦 点 ） の 大 出 力 化 を 図 る と と も に、 陰装置で、シングルプレーン並みの優れた操作性を持

極は新型電子銃を開発し、150/1,400mA の高エミッ

ち、左室造影や電気生理学検査、小児心臓検査におけションを得た19）。なお、前後するが、第 39 回日本放Infinics CB 型を示す。イメジる検査効率の向上が図られた。

射線技術学会では、島津が 400kHU の 05/1WP36AK100SF を開発した。ターゲット角度を 9 インチ I.I の
有効視野に適した 9 度とすることにより、0.5mm 焦点で 36kW、1mm 焦点で 86.5kW の最大単発負荷定格を得 た 20）。東芝も 550kHU の DRX-5524HD-S を開発した。大焦点 1.2mm で 110kW、小焦点 0.6mm で 44kW
を、 ま た、1.2mm 焦 点 で は、60kV 1200mA、0.6mm
焦点では、60kV 608mA のエミッションを得た 21）。
当時（1978 年代）冠状動脈造影撮影法の撮影回数

図 9.29心血管専用 X 線バイプレーンシステム（東芝）

は、右冠状動脈 3 回、左冠状動脈 5 回が、一般的といわれていたが、取り直しもあるので平均 10～11 回の島津もターゲットからの熱輻射を遮断するリフレク

撮影が行われていた。撮影は、高速カメラシャッタータ 24）を設けた陽極熱容量 1.5MHU の循環器撮影用 X

開角信号投入と同期して X 線曝射され、1 回の撮影条

線管 J327C シリーズを開発した。焦点は、0.6/1.0mm

件は、標準被写体 20cm で、撮影方向で条件は異なると 0.3/0.6/1.0mm のトリプルタイプである。日立も焦が、平均 70kV × 300mA × 5msec × 50 コマ /sec ×

点は、0.6/1.2mm と 0.3/0.6/1.0mm のトリプル焦点で8sec × 1.41=60,000HU22）となる。透視負荷 300HU/s、

陽極熱容量は 2MHU である 25）。

休止間隔 1 分で連続 11 回の撮影を行うと図 9.28 に示X 線管は、種々の撮影手法によって思わぬ現象がすように陽極熱容量 400kHU の X 線管でやっと行え生じる。血管造影撮影の手法のひとつに、最初に造影たというのが実情であった。I.I の高性能化、その後剤のない状態で撮影し、つぎに造影剤を用いて血管のは、X 線管の陽極熱容量の 1MHU 以上の増大にとも撮影をする。つぎに、造影剤を入れて撮影した画像かない循環器撮影はシネ撮影が本格化しフイルム撮影はら、先に撮影した造影剤を入れてない画像を引き算減少傾向になった。

する画像処理をすると、血管のみが画面に現れる。これを連続に撮影し処理すると血管の流れのみが顕著に表れ診断しやすくなる。この撮影を DSA（Digital
Subtraction Angiography）撮影という。この DSA 撮影において、最初に撮影するときと次に撮影するとき
では、陽極の構成品温度が異なり、焦点位置が移動する。このため、画像処理にて上手く引き算が出来ない。
図 9.30 にターゲット温度が 1,000℃のときの回転部の温度分布（陽極熱伝導解析）を示す。焦点は温度が

図 9.28

陽極熱容量の変化（60kHU 負荷と 1 分間冷却の推移）

高くなるほど陰極側に移動する。日立では、固定部
は、外側を高強度で低膨張のモリブデンにし、内側は軸受けの機能を維持するための銅を接合した 2 重構造（3） 陽極熱容量大容量化と焦点移動とした。ロータは、ステンレスとモリブデンの構成部

循環器撮影は、CT 撮影用の X 線管の陽極熱容量

において、ステンレスの膨張率が、モリブデンの 3 倍の増大の影響で熱容量は増大し、東芝は、2MHU、と大きいので、ステンレスの使用比率を減じた低膨張X 線管装置の技術の系統化調査

267

ロータを開発した。また、X 線管を収納する管容器

6） 日立：X 線管球提供写真，DSC01854，日立（1993）の陽極保持部の材質も陽極の伸びを打ち消す材料を開7） 神戸：X 線管の最近の動向，P37，日本医学放射発した。さらに、遠心力により陽極をたわませてター

線学会物理部会誌（1984.10）

ゲットを傾け焦点を移動させる要因は、軸受けの曲げ

8） 渡 邉， 桑 村， 他： 全 身 用 CT 装 置，Asteion

変形がもっとも大きいことが構造解析の結果分かった

TM Super4 Edition, P55-57 東芝レヴュー99（5）ので、従来より大幅に直径の太い軸受け径のものを X（2004）

線管用として採用した。図 9.31 に、陽極熱膨張量の9） 杉浦，阿武他：低騒音，高速回転型 X 線管の開発，要因解析で示すように、焦点移動量は 10 分の 1 に抑日本放射線技術学会雑誌第 49 巻第 8 号（1993.8）

2

えられた。当初は、CT のアーチファクト 対策として

10）井手，山本，他：画像診断装置の発展を支えるの対応技術であったが、DSA 撮影の画像改善に大い

医 療 用 X 線 デ バ イ ス P33， 東 芝 レ ヴ ュ ー70
（7）

に貢献した

26）

（2015）。

11）岩瀬，中牟田，他：液体金属軸受けを用いた高速CT 用 X 線管の開発実用・実用化，P12，日本機
械学会誌

Vol.111, No1074（2008.5）

12）藤田，阿武：画像診断装置の発展を支える FPDと X 線管 P24-28，東芝レヴュー66（7）（2011）13）本多，小野，他：X 線管の超高冷化によるヘリカ
ルスキャンの性能向上 P928，日本放射線技術学
図 9.30陽極熱伝導解析会誌（1995.8）
14）GE ヘルスケアジャパン株式会社（2016.6）
15）株式会社 フｲリップスエレクトロニクスジャパン（2016.6）
16）Varian Medical Systems Imaging Components17）シーメンスヘルスケア株式会社
18）岡 部， 芳 賀： グ リ ッ ド 制 御 X 線 管 及 び 整 流
管 .P591-598 東芝レヴュー12（5）（1957.5）
19）木津谷，桃井，他：550kHU 大容量 X 線管装置
シリーズの開発，P737，日本放射線技術学会誌
40 巻（1984）

図 9.31

陽極熱膨張量の要因解析

20）土屋，吉村，神戸：シネ撮影用 X 線管について，
P686，日本放射線技術学会誌 39 巻 5 号（1983.9）

引用・参考資料

21）石井，景山，山村：シネ撮影用大容量 X 線管装置，

1） 小田部，佐土他；コンピュータ・トモグラフィ用

P686，日本放射線技術学会誌 39 巻 5 号（1983.9）

X 線管，P57-62，日立評論 61（5）57-62（1975.5）

22）土屋，吉村：シネ撮影用 X 線管，P687，日本放2） 山村，綱他；大容量回転陽極 X 線管装置，P961965，東芝レヴュー34（11）（1979.11）
3） VARIAN:METAL CENTER SECTION X-RAY
TUBES INFORMATION FOR S-785, VARIAN
4） 小野，北出，景山：CT スキャナ用大容量回転
陽極 X 線管装置，P777-780，東芝レヴュー37（9）メディカル（1998.10）24）竹本，木戸，他：アンギオ用 1.5MHUX 線管の開25）日立：循環器撮影用回転陽極 X 線管装置カタロ
グ，日立（2007）26）関，円谷：X 線管装置の焦点移動量低減技術の開（1982.8）
5） 社 内 創 刊 誌： 日 立 メ デ ィ コ 25 年 の 歩 み，P81，
日立（1999.03）2 装置の不具合など、人体情報以外の陰影が発生する疑似画像をいう。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

23）東芝メディカル：21 世紀への懸橋，P232，東芝

発，P145，島津評論 53 巻 2 号（1996.9）（1979）

268

射線技術学会誌 39 巻 5 号（1983.9）

Vol.24 2017. March

発，P33-35，MEDIX VOL36（2002）

10｜各種撮影
る 0.8～1.0 ｍｍにし、図 5.8 に示すようにフィラメン

10.1 拡大用
10.1.1

ト深さを調整して形成した。タングステン線 Ø0.2mm

2 極管式微小焦点（0.3mm 焦点）

1）（1） 拡大撮影

は、微妙な線径で、エミッションを得る最適な線径と考えられる。なお、フィラメントの外径と収納する集回転陽極 X 線管が実用化されると同時に、高電圧束電極の幅との隙間は、0.05mm 以下という厳しい精撮影と拡大撮影の研究が始まっていたが、趨勢として度であるので、フィラメント張りには、高度な技能を拡大撮影の方が遅れていた。高電圧撮影、拡大撮影と必要とした。各社とも、フィラメント特性が近似しても価値評価に差があったかもしれないが、微小焦点 X

いるので陰極部の製作には困難をともなったものと考線管の入手が困難であったことが要因である。拡大撮えられる。

影の場合、同一撮影距離として普通撮影と比べてみる

図 10.2 に島津の回転陽極 X 線管の 0.3mm の単相全と、2 倍拡大の場合、焦点と被写体間距離が半分であ波 60Hz の最大単発定格を示す。焦点の大きさは、ピるため線量が 4 倍増える、さらに、例として胸部撮影

ンホール法ではなく解像力法で試験した（解像力法の場合は曝射量が 1.6 倍であるから、総曝射線量は 1.6の計算は、5 章 1.3 項参照）
。定格は、図 10.2 より単× 4=6.4 倍必要となる。また、焦点が小さいと定格も相全波 80kVp、19mA、0.1sec と低いので血管の連続低いので、撮影時間が長くなるなど、運動ボケを防ぐ

撮影は難しい。図 10.3 に骨部の一般撮影と 2 倍拡大ために被写体の静止に留意しなければならないという撮影の X 線像を示す。1967 年に Ø100mm ターゲッ

問題がある。ただし、被写体とフイルム間の距離が長トの高速回転が開発されたとき 0.3mm 焦点の負荷は、いので、被写体の散乱線を除去するグリッドがいらな

100kVp、100mA、0.1sec（11kW）と大幅に向上した。

いという利点がある。図 10.1 に示すように、これをグレーデル撮影（Groedel Radiography）という。グリッドを使わないで、散乱線のカブリを少なくする撮影で、散乱線はフイルムに到達するまでに弱ってしまうことでグレーデル効果ともいう。30cm も離すと 15:1 のグ
リッドを用いたと同じ効果があり、グリッドの縞目もなく、X 線条件もグリッドが吸収する分減らせる。

図 10.2

図 10.1CIRCLEX 0.3mm 焦点の最大単発負荷定格

グレーデル撮影（2） 0.3mm 焦点
焦 点 F、 焦 点 の 半 影 Bf、 拡 大 率 M と の 関 係 は
Bf=F（M-1）で表される（図 5.16 参照）。眼の識別限界が 0.3mm であるので、焦点の半影を 0.3mm とし拡
大率を 2 倍（M ＝ 2）とすれば、焦点は 0.3mm が妥
当ということになるが、固定陽極 X 線管では、出力

図 10.3

 小焦点（0.3mm 焦点）X 線管による拡大撮影
微の X 線像10.1.22）
グリッド制御式微小焦点（0.05mm 焦点）が不足のため、回転陽極 X 線管で拡大用の 0.3mm 焦点を 1956 年に島津が製品化した。焦点は、集束電極のフィラメントを収納する溝幅を、Ø0.2mm タング

1966 年東芝は、名古屋大学との共同研究で拡大率 4ステン線をコイルにして収まる最小の幅と考えられ～5 倍が可能な、Ø0.05mm 焦点の高速回転形 X 線管

X 線管装置の技術の系統化調査

269

M5118 を開発した。陰極構造は、図 10.4 に示すウエー
ネルトシリンダー（Wehnelt cylinder）電極である。

図 10.6

図 10.4

グリッド電圧と焦点寸法の関係

ウエーネルトシリンダー電極

微小焦点を得る方法としてグリッドに負のバイアス電圧を印加して電子ビームを集束する方法があるが、図 10.7微小焦点（0.05mm）

9000rpm の最大単発定格

空間電荷に妨げられエミッションが減る。そこで、図10.4 に示す陰極構造では、負の電位を持つスリットを

図 10.7 に 示 す、 高 速 回 転 で の 単 発 負 荷 定 格 で は設け、フィラメントからの電子源を制限し、グリッド

100kVp、4.8mA、0.1 sec と負荷が小さいので血管のには、正の電圧を印加してフィラメント側面から集束

連続撮影は難しいものと考えられる。図 10.8 に肺部されない電子を吸収する。

の拡大撮影した応用例を示す。
（a）が拡大撮影写真、

図 10.5 に最小焦点を得るグリッド電圧 Eg と管電圧
Ep の関係を示す。Ø0.05mm の焦点を維持するには、（b）が普通撮影写真を示す。図 10.3 の 0.3mm 焦点、
2 倍拡大写真に比し深みがあるように見える。

使用管電圧に応じてグリッド電圧を変えねばならない。

図 10.8
図 10.5 最小焦点を得るグリッド電圧と管電圧の関係

微小焦点（0.05mm）

回転陽極 X 線管で撮影した応用例（a）拡大撮影写真（b）普通撮影写真

図 10.6 は、125kVp のときの焦点寸法とグリッド電
圧 Eg の関係を示す。図 10.7 に Ø0.05mm 焦点の高速10.1.3 2 極管式微小焦点（0.1mm 焦点）3）4）5）6）7）

回転時の単発負荷定格を示す。焦点大きさの検証は解（1） 100μ焦点の着眼点像力法で行った。0.025mm の試験片 g が解像してい東芝の 0.05mm 焦点（以下 50μm 焦点という）の開るので、拡大率 M=5 で計算すると、焦点大きさ F ＝発により、島津でも研究開発を開始した。当然、東芝

2gM/
（M-1）
=2 × 0.025 × 5/
（5-1）
=0.0625mm と な ると同様ウエーネルト電極を用いて行っていた。焦点実（0.05mm 焦点の許容値は、0.05mm × 1.5 倍であるの

験でも、カソードに負の電位をかけて行うわけであで 0.75mm）。

るが、想像以上にエミッションが出ないので、加熱を上げたり、また、バイアス（負の電位）を減ずるな

270

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchどしてエミッションを改善すると、今度は焦点が大きくなるなど簡単には出口が見つかりそうにはなかった。さらに、電極の形を何度も変えたり、正バイアスも試行したり長い間、来る日も、来る日も実験に明け暮れていた。その頃、筆者は、製品の焦点のバラつきを調査するため、出荷する X 線管のピンホール
写真、解像力写真を撮影する作業を行っていた。膨大な量のピンホール写真を、スクラップブックに測定

図 10.90.3mm 焦点 X 線強度分布

Ｂ：幅方向

Ｌ：長さ方向

データを書き込み整理していた。ある日、50μm の焦点の研究者が、このスクラップブックを何気なく開いて見ていたところ、多くの解像力テスト用のチャート
写真のなかに、43μm、または、30μm の試験片が認識できるものがあった。つまり、製品である 0.3mm 焦点の中に、0.1mm 焦点であることを認識出来る解像
写真があった。本人はこれだと叫んで、バイアス方式の実験をやめて、現状の 0.3mm 焦点のフィラメント
条件を変更し、3 極管でのバイアス制御ではなく、2

図 10.100.3mm 焦点の幅方向の MTF

極管で、0.1mm 焦点（以下、100μm 焦点という）の開発（1972 年）をした。この開発品は三相で 100kV、
30mA、0.1sec（180Hz:3 倍回転）で連続撮影が出来る X 線管として頭部、腹部の血管造影撮影の診断能向上に貢献した。また、焦点が小さいので、撮影時ステータに入力を入れたまま撮影するとステータの磁界の影響で焦点が大きくなるので、撮影時はステータ入力を切り、磁界の影響のない惰性回転で撮影する方法（特許）を採用した。100μm 以下の焦点は、バイアス

図 10.11100μm 焦点の電子分布の概略図

管電流による焦点形状の変化

方式でないと出来ないと多くの人が思っていたが、2極管タイプで 100μ 焦点の回転陽極 X 線管 CIRCLEX

これは焦点の変化を利用して商品化した一つの例

0.1/1.5P38C-40 は当時としては驚きであった。資料をである。東芝は、1976 年 2 極管タイプの 50μm 焦点

作った人間は、50μm の焦点の開発は、知っていたが、X 線管で電流は 15mA まで定格アップした M7076X

目的が少し違うと何も気が付かず、また、発見も出来を国立がんセンターで使用経験した。また、1982 年

なかったが、毎日、毎日、悩み、一つのことを考えて拡大撮影用可変焦点 X 線管および制御装置を開発しいる人間は、解決すべきチャンネルが増え、突然糸口た。その内容は次のようなものであった。①負のバが開けることの実例であった。

イアス電圧を 0V から 110V まで変化させることにより、焦点寸法を 0.2mm から 0.1mm まで変化させるこ（2） 性能と定格とが出来る。②大口径ターゲットを用いて 0.2mm 焦

図 10.9 は、0.3mm 焦点の幅方向と長さ方向の X 線

点 で 11kW、0.1mm 焦 点 で 5kW が 得 ら れ る。 な お、

強度分布である。幅方向は電流が大きく成るほど形状

こ の 他 に 100kW 入 力 の 1.2mm 焦 点 を 有 し て い る。

がガウス分布状になっている。図 10.10 は、0.3mm 焦

東芝は、さらに、1974 年 2 極管タイプで 50μm の焦

点 の 幅 方 向 の MTF で、2mA と 70mA の MTF は 低

点 の 開 発 も し た。 日 立 も、 同 時 期、0.1/1mm 焦 点、い が、20mA と 40mA は、 高 い MTF 値 に な っ て い

200kHU の UH-6GB-11T の開発を終えていた。しかる。100μm 焦点は、この特性を生かして開発した。

し、CT による立体画像、DSA 撮影による血管画像、

図 10.11 に示すように、管電流の低いところと高い

また、フラットパネルによる画像操作などの術式進ところが焦点の形状もいびつであるが、丁度中間の化が影響を与えていると考えられるが、診察撮影用、30mA のところは電子分布の形状がよいので、この管50μm、100μm 焦点の X 線管の生産は減少した。ただ電流を選んで用いるようにした。

し、乳房撮影 X 線管には適用されている。

X 線管装置の技術の系統化調査271

10.2 乳房用した。開発品は、ターゲット径 Ø55mm、最大陽極8）

熱容量 55,000HU で、ターゲットがタングステンで放射窓がガラス（アルミニュウム 0.8mm 厚相当）の1963 年米国マクレット（Machlett）出版のカソーDRX-20A と、ターゲットがモリブデンで放射窓がベドプレス（Cathode press）に Robert.L.Egan, M.D がリリウム（0.5mm 厚）の DRX-B20 の 2 機種であった。

Mammography についての記事を掲載していた。当ベリリウム窓を有する DRX-B20 の外観を図 10.12

時、mamma は分かるけど mammo は、どう訳すのに 示 す。DRX-B20 と DRX-20 は、1/2mm の 複 焦だろうかと友人に話した記憶がある。海外において

点 で、2mm 焦 点 で は、30kVp、300mA、6sec のは、Mammography という術式があったと考えられ定格を有するのでマンモ用として使用可能である。

るが、Dr.Egan の乳房撮影の条件が、正面、側面、斜DRX-B20 と DRX-20 の線質をアルミニウムとアクリ

位の 3 方向の撮影で、管電圧 20～40kV、管電流 200

ライトの吸収体を挿入し、それぞれの半価層を測定し～300mA、撮影時間 3～4 秒、X 線管の出力窓はガラた。その結果を表 10.1 に示す。表より Mo ターゲッスであった。米国での乳がんの発生確率は不明であっト、ベリリウム窓（以下 Be と呼ぶ）の DRX-B20 のたが、Dr.Egan の撮影条件の提起は、意味があったも方が、タングステンターゲット、ガラス窓の DRX-20のと考えられた。

より、長波長成分を多く含んだ X 線となってなって

マンモグラフィとは、乳房の X 線検査である。乳いる。また、X 線出力の比較を行うと表 10.2 に示す

腺内の腫瘤病変とほとんど吸収差の少ない乳腺の構

とおり、絶対線量はモリブデンの方がタングステンよ造、微細な石灰化（カルシウムの沈着物）を識別するり多い。また、X 線管電圧の変化に対する両者の線量撮影のため、通常の高い管電圧では、X 線がすべて通比は、50kVp までは Mo が増えていくが、80kVp で過してしまうので、低い管電圧（軟 X 線）で撮影すは減っている。管電圧が上がると原子番号が大きいのることが必要である。ただし、カルシウムはじめ脂肪でタングステンのほうが当然 X 線量は、増えて行くなど、X 線吸収差が少ない被写体であるので、コントと考えられる。

ラストを出すことは極めて難しい。そのために、X 線発生源であるターゲット材質もタングステンより原子番号の低いモリブデンを選択し、より軟 X 線にしている。さらに、X 線放射窓もガラスでは、軟 X 線がカットされるため、Be 材を採用するとともに、発生図 10.12ロータノード DR-B20

する X 線にフィルターをかけスペクトル選択する撮影法が用いられている。

表 10.1

軟 X 線の半価層値

10.2.1 モ
 リブデンターゲット X 線管とモリブデン
フィルター（1） マンモグラフィ撮影の導入
1967 年に CGR 社（フランス）から Be（ベリリウム）の放射窓をもつ Mo（モリブデン）陽極 X 線管と Mo フイルタを組合せたマンモグラフィ専用のＸ線装置（Senographe）が実用化されたが、国内に導入されたのは 1970 年代に入ってからである。放射線技術学会として初めてマンモグラフィに取組んだのは、
1972 年に札幌で開催された第 28 回総会のシンポジウ
ムでの「軟部撮影 X 線撮影技術」である（大阪大学
微生物研究所付属病院、元技師長寺田央、2016 年 4月、口述記録）。
（2） マンモグラフィX 線管とスペクトル選択
1967 年東芝が、マンモグラフィ用の X 線管を開発

272

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

表 10.2

ターゲットを異にする X 線管の線量比較

現 在、Mammography は、Mo タ ー ゲ ッ ト を 用
い、30μm の Mo フイルタを通して撮影している。その 理 由 と し て、 管 電 圧 30kV の と き、 特 性 X 線 が、Kα=17.5KeV、Kβ=19.6keV を有する Mo から発生する X 線スペクトルに、付加フイルタである Mo の K吸 収 端（20.0KeV） を 重 ね る（ 図 10.13（a） に 示 す ）と低エネルギー部分がカットされたスペクトルとなる。図 10.13（b）に示す。本来は、特性 X 線に吸収端がピタリと合致すればコントラストの良い写真が撮れ

図 10.15管電流と焦点幅の関係

るが、図 10.13（b）では、スペクトル選択により軟 X線の比率を上げてコントラストを向上させている撮管電流により変化（膨らむ）することをブルーミング

影法と推定する。なお、エネルギー、15keV～25KeVと呼ぶ。100mA と 300mA では、20%、330mA では、は、管電圧でいえば 25kV～35kV である。

50% 増しとなる。ただし、管電圧が上昇するとブルー
ミングは小さくなる。

10.2.2焦点のブルーミング（Blooming）

10）11）（1） ブルーミング

JIS Z4120 2008（焦点）では、定格管電流（100%）と定格管電流の 50% で、スターパターン（図 10.16 にX 線管の焦点は、長さ方向は管電流が高くなると、示す 12））を撮影し、その解像比をブルーミング比とフィラメント端部のエンドクーリングと言われる部分

して表す。図 10.16 の ZW は、幅方向の解像限界を示の温度が上がり、長くなるが、幅方向は変化しないとす。定格管電流（100%）のときの解像限界を ZW100 というのが定説であった。これは、固定陽極 X 線管が、し、定格管電流の 50% のときの解像限界を ZW50 とす

焦点も大きく電流も少なかったためである。回転陽れば、ブルーミング比は ZW50/ZW100 で表す。JIS では、

極 X 線管になると、焦点も小さく、また、管電流もLP/mm が単位であるが、言い換えれば、管電流に対多いため、一般の X 線管の 1.5mm 焦点の例ではあるする焦点大きさの比である。なお、図 10.16 のスターが、図 10.14 に示すように、幅方向焦点は、管電流がパターンの ZL は、焦点の長さ方向の解像限界を示す。

多くなるにしたがい大きくなる。図 10.15 にその電流と焦点幅の大きさを示す。このように、幅方向焦点が

図 10.14管電流と焦点の関係（1.5mm 焦点）

図 10.13

図 10.16

スターパターン 12）

Mo ターゲットの X 線スペクトルと Mo フイルタの K- 吸収端 9）X 線管装置の技術の系統化調査

273

（2） ブルーミングレス マンモグラフィ用 X 線の開発
X 線管フィラメントは、一般にコイル状であるが、1990 年、平板をフィラメントとした陰極を有する、
マンモグラフィ用 X 線管を東芝が開発した。0.1mmと 0.3mm の複焦点で、フィラメントから放出される
電子ビームを集束させるため、集束電極に正のバイア
ス電圧を印加する構造とした。0.1mm と 0.3mm 焦点のそれぞれにおいて、管電流に対応したバイアス電圧を印加し、管電流が増えても焦点幅が変化しない方法とした。これを、ブルーミングレスと呼称する。図

図 10.190.3mm 焦点の MTF 比較

10.17 に平板フィラメント形マンモグラフィ用 X 線管の焦点を制御する概略の回路図を示す。

3.1kW、180Hz の高速回転モリブデンターゲットである。フィラメントは平板フィラメントで焦点はブルー
ミングレスである。図 10.20 は、東芝のマンモグラ
フ ィ 装 置 13） MammorexMGU-200A 型（1995 年 ） を示す。図 10.21 は、一般的な、マンモグラフィ用 X 線
管の断面を示す。陰極側がアースで、スペクトル選択
する付加フイルタは、モリブデン板の他、ロジウム（Rh）の板も使用できるようになっている。

図 10.17

平板フィラメント型

マンモグラフィ用 X 線管制御方法の概略回路図

平板フィラメントと従来のコイルフィラメントによる 0.1mm 焦点の MTF の比較を図 10.18 に示す。図10.19 に は、0.3mm 焦 点 の 場 合 の MTF 比 較 を 示 す。
0.1mm、0.3mm 焦点とも従来のコイルフィラメント
による焦点より平板フィラメントによる焦点の方がMTF はよい。
東芝は、1995 年、拡大撮影用と密着撮影用の焦点

図 10.20

乳房用 X 線撮影装置

MammorexMGU-200A 13）

軌道を有するマンモグラフィ用 X 線管 E7290A を開発した。ターゲット直径 Ø85mm、拡大用は 0.1mm
焦 点 で タ ー ゲ ッ ト 角 度 10 °、 最 大 入 力 1kW、 密 着用は、0.3mm 焦点でターゲット角度 16°、最大入力

図 10.21

マンモグラフィ用 X 線管の断面 9）

戦後、社会環境の変化により、乳がんは増えている。
X 線での乳房撮影も増感紙、フイルムも微粒子化す
るなど進化してきたが、満足する写真は、簡単には撮影出来ない状況あり、まだまだ難しいようである。一方、超音波での診断は、微細組織の解像力も向上し、手術にも適応されることもあるなど大きく進化し診断
図 10.18274

0.1mm 焦点の MTF 比較

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

レベルが上昇している。

法は多くの施設で採用されてきた。しかし、神経放射10.3 ステレオ用
10.3.1

ステレオ撮影法

線学の分野では、立体および拡大の両者を組み合わせた血管造影法は、きわめて効果的であるにもかかわら14）ず報告が見られなかった。これは、焦点フイルム間距

ステレオ撮影には、密着ステレオ撮影（実寸ステ

離が短い場合、必要な照射野が得られるように X 線

レオ撮影とも呼ぶ）と拡大ステレオ撮影とがある。

管の焦点距離を十分接近することが困難であったため

図 10.22 に密着ステレオ撮影を、図 10.23 に拡大ステである。1977 年、一個の焦点を機械的に動かして立レオ撮影を示す。L 焦点で L フイルムを撮り、R 焦

体拡大連続脳血管造影法を行ったが、撮影法に種々短点で、R フイルムを撮る。図では、フイルムがずれ所があり十分に活用することができなかった。

ているようになっているが、実際には、L、R 焦点での撮影でフイルム位置は動かず、フイルムはフイル（2） ステレオ用 X 線管の開発

ムチエンジャーにて高速で順次送られる。頭部の正立体撮影像を観察する瞳孔間距離との関係から、方向の場合は、真正面の映像が必要なため L、R のど拡大ステレオ用、密着ステレオ用とも X 線管のター

ちらかが中心になるようにする。立体像は、ステレ

ゲット上に 2 個の焦点を設ければ、機械的に焦点を動オ観察鏡で観察する。裸眼の場合はフイルムの並べかす必要がなく、また、撮影に関するタイミングも方が逆になる。

電気的に行えるということでステレオ焦点 X 線管が開発された。東芝は、1981 年高速拡大ステレオ撮影
用 X 線管装置 E7123X を開発した。最大陽極熱容量
500kHU、Ø125mm ターゲット、高速回転、焦点間距
離 35mm、0.2mm 焦点、11kW の性能を有する。ステレオの切替は、100 回 / 秒である。1983 年には、密着ステレオ撮影用 DRX-W135HD-SA［1.0 × 2/0.2mm（80/10kW）で焦点間距離 63mm］を開発した。：日立、島津とも、焦点組合せ、焦点間距離に多少の違いがあるが、それぞれ拡大用、密着用のステレオ用 X

図 10.22

密着ステレオ撮影

線管装置を開発した。図 10.24 に日立の密着ステレオ
X 線 管 UKM-4SC-211TY を 示 す。2 個 の 陰 極 を 有 しているので、陰極側は、ケーブル挿入口が、2 個あり、放射口にも、鉛で区切られた X 線放射口が 2 個ある。
ステレオ撮影は、フイルムの現像、DSA 撮影の場合
はモニターを用いての裸眼観察など、操作面で、立体観察が出来るまでの流れがスムーズでなく、複雑な術式であり、また、CT 撮影の進化により横断面断層像の積重ねで立体像の観察が出来るようになった。したがって、二つの焦点を交互に切替えて撮影する立体撮
影用の X 線管は、ほとんど利用されなくなった。

図 10.23

10.3.2

拡大ステレオ撮影

ステレオ用 X 線管 15）16）17）18）24）（1） 概要1929 年日立（株式会社渋谷レントゲン製作所）が立体イオン X 線管「フォンタナ」（図 3.9）を製作したが、撮影のタイミングを合わせることが難しく利用されなかった。立体血管造影法や拡大連続血管造影法の評価は神経放射線学の分野で確立され、これらの方図 10.24立体密着ステレオ用 X 線管 24）
UKM-4SC-211TY（日立）

X 線管装置の技術の系統化調査

27510.4 移動形
10.4.1

携帯用 19）20）21）

図 10.25 は 1940 年の油浸式携帯用 X 線装置（日立）
で、完全防電撃・防 X 線のタイプで、「其の使命として遠隔の地又は一般家庭等にレントゲン写真出張撮影

図 10.27に使われその貢献は幾多顕著なるものあり、殊に重病

携帯用 X 線装置外観 20）
IPF-21N（東芝）

患者及び野戦に於いてその効果を発揮しつゝ在る事はぜい げん

贅言を要せざる處なり」というように実用的であり、売している。外形は従来品に比し多少小形化している

言わなくても分かると 1940 年（昭和 15 年）8 月発行

が大きな変化はない。

のシブヤ時報第 2 巻 3 号に記述されている。X 線発生器は、高圧トランスと X 線管を組込み絶縁油で封入し10.4.2

外科用 20）22）たもので、X 線管は、形名：LO-30 で、焦点 2mm、定外科手術、整復、救急室において患者を動かさずに格は、60kVp、30mA、25sec、使用回路は無整流である。

必要なポジショニングが出来るように設計された装置

家庭にて胸部、頭部（外科的）などを撮影した。X 線

で、用途は、透視・頭部、腹部、四肢の撮影に用いら管の外観は、図 10.26 に示す。固定陽極 X 線管のバルれる。また、I.I を用いて、DSA、および、カテーテ

ブの形状は、全体的に筒状ではなく、図 10.26 に示す

ルを使った治療（IVR:Interventional Radiology）にように陰極、陽極に対し中央部が凸状に膨らんでいる。

も適用されている。外科用は、固定陽極 X 線管が主これは、陰陽極間の距離を広げ両端に発生するコロナ

で、 管 電 圧 は、100～110kV、 焦 点 は 0.3～0.5/1.2～を抑制し沿面放電が生じないようにするためである。

1.5mm、大きさは外径 Ø45mm、長さ 160mm と小形であるが、撮影入力は、32kW、透視は平均 300HU/
s-15min と大きい。図 10.28 に例として、島津の外科用の X 線テレビジョンシステムを示す。
なお、図 10.29 に、東芝の外科用固定陽極 X 線管
DF-151 を示す。陽極側のバルブが内側に凹状にへこんでいるのは、さらにバルブの沿面距離を広げコロナ

図 10.25

携帯用 X 線装置外観

1940 年製（日立）19）

図 10.26

携帯用 LO-30X 線管（日立）21）

図 10.28

外科用 X 線テレビジョンシステム（島津）全長：15cm
外径：Ø5cm

最近の携帯用 X 線装置としては、図 10.27 に東芝のIPF-21N を示すが、形状は大きくは変わらないが、X
線発生器は、インバータ、制御ユニットは、アナログ
からデジタルと改善されている。X 線管は、固定陽極
で、東芝は焦点 1.2mm、125kV、2.7KW の D-125 形を、
日 立 は、 焦 点 1.8mm、100kV、2.1kW の H7136 を 販

276

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 10.29

バルブに凹部

東芝 DF-15120）

放電の影響を減らし耐電圧を向上させるための発明考案である。
10.4.3

回診用 13）    

病 室 で 使 用 す る こ と が 目 的 で、 小 容 量 電 源（AC100V）で X 線写真が撮れる、コンパクト・軽量
で狭い病室で小回りが利くなど、院内で移動困難な患者用に必要な装置で、回診用ということから、コンデ
ンサタイプで焦点も 1.5mm で撮影専用ということで26kW 位の性能のものが用いられていた。高電圧発生器がインバーターになり、また、感光系もフイルムから FPD（フラットパネルデイスプレイ）の使用となると焦点も小さくなり、0.6mm～0.7mm と小さくなってきた。院内だと撮影部位が広範囲になるので、固定

図 10.31

映像系の基本構成 23）

陽極 X 線管では容量が不足するため、必然的に回転
陽極 X 線管が採用されてきた。図 10.30 に東芝の回診用 X 線装置 TM-125 形を示す。

400kHU の熱容量のものが用いられている。
近年、感光系がフイルムから感度の良い FPD へ切
替わり、焦点も、0.6/1.2mm、0.5/1.0mm の組合せが採用されている。図 10.32 に立位と側臥位、仰臥位の撮影が出来るようスタンドとテーブルを配置した一般撮影装置の例を示す。

図 10.30

回診用 X 線装置 13）

TosbileTM125 型（東芝）

10.5 一般用
10.5.1

図 10.32

一般撮影の例 25）23）25）

概要

10.5.2

管容器形状 24）25）

回転陽極 X 線管を収納する管容器の形状について

図 10.31 に一般撮影の映像系の基本構成を示す。比

は、当初、図 10.33 に示すように、ケーブル挿入口

較的簡単な撮影で豊富な情報を得られることと、検査が、筒本体の両端から角が出ている形（パイの字に似に苦痛を伴わない。X 線の基本形態の撮影で、胸部、腹部、頭部、四肢など骨格系の単純撮影で検査件数が多い。固定陽極 X 線管のときは、5mm 焦点が基本であったが、回転陽極 X 線管になってからは、1/2mm
焦点の組合せが主で、ターゲット角度は、65cm の近距離の場合は、16～18°、1m 以上の遠距離の場合は、10～12°が標準となっている。最大陽極熱容量は、頻度が少ない場合は 60～80kHU で十分であるが、成人病の健康診断など撮影頻度が多い場合は、200～

図 10.33

π形管容器 24）

X 線管装置の技術の系統化調査277

ているのでπ型と呼ぶ）であったが、胃の撮影では管圧低減装置として、一般には整流器と抵抗器を並列に球が移動するのでπ形では構造上移動の範囲が狭い。

接続したものが用いられているが、島津は図 10.35 に

そこで、図 10.34A に示すような筒本体に直角にケー示すように、主変圧器の一次巻線に逆電圧低減用巻線

ブル挿入口を設けたタイプ（丸いコーヒー缶を乗せたを付加した方法を用いている。

形になるので枕木形タイプと呼ぶ）に変更された。図10.34B に内部の概略図を示す。なお、胃の撮影途中で逆傾斜（頭が下がるとき）するとき X 線管装置は、透視撮影台の移動天板と軸方向が同じため、端部が地面に当たらないようカバーの角に傾斜を設けるなど細かい設計が施されている。

図 10.35逆電圧低減回路 27）（2） 自己整流形工業用 X 線管
図 10.36 に 島 津 が 開 発 し た X 線 発 生 器 と 制 御 器で構成した携帯用シリーズを示す。ウエルテス 70
図 10.34A

枕木形管容器25）

は、 焦 点 0.8mm、 定 格 70kVp,3mA で、 ア ル ミ ニ ウ
ム 50mm、 鉄 10mm が 透 過 能 力、 ウ エ ル テ ス 125は、 焦 点 1.5mm、125kVp,5mA で、 鉄 35mm、 ウ エルテス 200 は、焦点 2mm、200kVp,5mA で鉄 65mmの 透 過 能 力 を 示 す。 そ の 他、 定 格、 焦 点 2.5mm、260kVp,5mA のウエルテス -250 がある。東芝、日立とも島津と同様のシリーズを開発していた。高電圧
ケーブル、整流管を用いず、X 線発生器は高電圧タン
ク内に変圧器と X 線管を収納することで軽量・小形

図 10.34B 内部概略図化した。

10.6 工業用
10.6.1

携帯用 27）28）29）30）（1） 概要
被写体が大きい場合の欠陥検出には、撮影部位を変えるたびに X 線装置を移動する必要があり、さらに、山間へき地での設備工事などの X 線検査も含め小形
軽量で可搬性の X 線装置が要望され、工業用携帯式

図 10.36 工業用携帯式 X 線装置 27）“ ウエルテス ” 外観図（島津）X 線装置が開発された。条件として、高電圧ケーブル

278

は、ケーブルの太さ、重量の点から操作性が悪くなり、

1963 年の東芝の工業用携帯式 X 線装置 EX-185-2、

また、整流管、整流器を用いると装置が大型化するた（定格 185kVp,5mA）では、変圧器の二次巻線と高圧め用いず、高電圧の回路は複雑でない自己整流方式がタンクの空隙を考慮した特殊設計を行うことにより絶採用されている。しかし、自己整流方式の場合半波の縁強度を向上させた。その結果、高さで 30cm、重量負荷となるので X 線管への逆電圧は変圧器の 2 次コ

で 40kg の軽減をした（図 10.37）。図は、変圧器と X

イルの降下により正方向電圧より上昇する問題がある

線管を収納した X 線発生器の比較写真で右が従来品

ため、逆電圧防止回路を設けなければならない。逆電

EX-185-2 を、左が改良品 EX-185-3 を示す。なお、工国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchラス外囲器 X 線管 I-627 との外形比較をした。I-627と比べて管球自体の重量は、約 3.5Kg と 50% 重くなるが、管球全長は 186mm と 32%、管球の装置収容部
分は、122mm と 45% 短くなっている。したがって、装置の漏洩 X 線防止材料である鉛量の大幅減少に加え、X 線発生器全長も短縮出来るので装置は小形軽量となる。陽極はフランジ構造であるため取付が簡単であり、また、セラミックは、堅牢であるので衝撃に対し強く、管内放電に対しても強い抵抗性があるので管球破壊の度合いが減り装置の信頼性が向上した。
図 10.37

X 線発生器比較（東芝）28）

左：EX-185-3（改良品）
右：EX-185-2（従来品）

10.6.2据置形 31）32）33）（1） 定電圧形工業用 X 線管1964 年頃から鉄鋼関係の鋼管、鉄板の需要が増加

業用携帯式 X 線装置は、高電圧用の絶縁油を用いてし始めた。特に鋼管は、パイプラインとして石油、ガ

いたが、軽量化を推進するために高圧絶縁油の代りにスなどの液体、気体以外に、石炭、鉱石などを細かくSF6（六フッ化硫黄）によるガス絶縁に変遷した。

砕き、スラリー状にして、輸送するなど需要を拡大していた。その際、鋼管は溶接加工であるため、溶接（3） セラミック外囲器 X 線管の開発部の検査に X 線の利用が求められた。しかし、個別

X 線発生器は、運搬など移動の際、転倒などもあ対応が多くビジネスとなる鉄鋼検査用 X 線装置の少る。その際、X 線管の外囲器はガラスのため衝撃で歪ないなか、Müller モデルの定電圧、アノード接地のを発生し、ひいては破損に至る場合もある。そこで、150kV、水冷式 X 線装置への需要が高まったが、高ガラスより堅牢なセラミック（材質は Al2O3）の外囲

額の輸入品であるため、国産化への要望が強かった。

器 を 用 い た X 線 管、 焦 点 2mm、200kV、5mA の 性

鉄鋼会社で大量に生産される鋼管の溶接部をフイルム能を有する携帯用工業用Ｘ線管 I-670 を 1980 年東芝

撮影ではなく I.I（イメージアンプ）で観察しながらが開発した。外囲器をセラミックにすることにより管順次検査をするシステムを要望していたため、X 線管

外はヒダ付きにして沿面距離をとり、真空側は、壁面

は長時間使用となるので水冷式が採用された。検査のチャージが高くなるので、陰極側、陽極側の接合部に方法は、鋼管を直線に、またはスパイラルに、横接手

特別なシール法を採用し、沿面対策のミゾ加工をするに縦接手など、溶接部によっても様々である。

とともに電界強度を弱めるための管内シールドを設け一例として、図 10.39 に直線溶接の場合の基本配た。図 10.38 にセラミック X 線管 I-670 と同性能のガ置を示す。鋼管の中に X 線管を配置し鋼管を手前方向にコンベアーで送りながら直線に溶接された溶接線（シーム）の画像を I.I を通し TV で観察する。X

図 10.38

ガラスとセラミック管との比較外形図 30）

図 10.39

直線溶接の場合の溶接線検査の基本配置 31）

X 線管装置の技術の系統化調査

279

線管装置は、0.4/2.5mm の複焦点で、定格は、大焦点150kV、12mA 連 続、 小 焦 点 150kV、3mA 連 続、 水
冷 4l/min である。X 線管装置も含めた東芝の工業用
X 線装置 EXS-150-2 を図 10.40 に示す。図 10.41 には、東芝と全く同じ性能を有する島津の据置形工業用 X
線管装置、Sio-150-0.4/2.5-150S を示す。

図 10.43 円錐状ターゲット
全周放射形 X 線管による撮影 33）

X 線管 H7106A を日立が開発した。図 10.43 に円錐状
ターゲットによる溶接部の撮影図を示す。
陽極の円錐状ターゲットの頂点に円形焦点を形成する手段としては、図 10.44 に示すように円形の集束溝
図 10.40

工業用 X 線装置

EXS-150-2（東芝）31）にコイル状フイラメントを取り付ける構造を採った。
フイラメントの取付が精度よく行えることを重視し、円形焦点を得るためには集束溝底部も球形部とした。
図 10.45 に製品の内部構造を示す。ターゲットには円形のタングステン板を用い、銅からなる陽極に埋め込み後に円錐状に加工する。2 次電子散乱防止用フードの X 線放射部分の厚さは、負荷時の温度上昇を考

図 10.41

据置形工業用 X 線管装置 Sio-150-0.4/2.5150S（島津）32）

慮して 0.4mm とした。H7106 の主な使用は、自己整流回路使用、最高使用管電圧 160kVp、管電流 5mA、焦点、幅 3.5mm ×長さ 1mm、X 線照射範囲は、陽極（2） 全周放射形工業用 X 線管

側 15 度、陰極側 20 度× 360 度、また、管球の使用環

全周放射形工業用 X 線管として、自己整流で、最境は、SF6 ガスである。

高使用管電圧、160kVp、200kVp、260kVp のタイプ

工業用 X 線管装置は、鉄鋼関係の生産減少により、を日立が開発した。この X 線管は平板ターゲットで、パイプライン検査用の X 線管も保守用にと変遷して

図 10.42 に示すように主放射方向の X 線は溶接部に対いるが、時代背景に応じて種々の産業に対応してき

し斜めに入射するので溶接部の欠陥像が見にくいといた。近年、労働コストの問題から、それぞれの使用にう問題があった。

対して既存のものでの対応が増えている。食品への異そこで、平板ターゲットを円錐状にして主放射方向の X 線が溶接部に垂直に入射する全周放射型工業用

図 10.42

平板状ターゲット全周

放射形 X 線管による撮影 33）280

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Vol.24 2017. March

図 10.44

陰極の電子集束構造 33）

く充電される。次の瞬間 c 点が「＋」で、d 点が「－」になると C1 の回路には K1 のための電流が流れず、
C2 → R2 → K2 の回路が形成され、C2 に先と同じ電圧が充電される。その方向は c 点側が「＋」になるような方向である。したがって、X 線管には、ほぼ変圧器
発生電圧の 2 倍が印加される。

図 10.45全周放射型工業用 X 線管 H7106A の構造図 33）

物混入検査装置、空港手荷物検査装置、などがその例

図 10.46

10.7.2

グライナッヘル回路 34）

深部治療 36）37）38）39）である。いずれにせよ、企業の経営の一つである“選治療用としては、1914 年イオン X 線管の製造を開始

択と集中”により、工業用の X 線検査装置は減少傾

したころから、200kVp 以上のものもあったが、安定向になってきたが、X 線管の耐電圧向上の技術には、して使えるようになったのは、図 3.17 に示す、東芝の工業用 X 線管の高い管電圧の技術が寄与して発展し

U 形クーリッジ X 線管からである。クーリッジ特許のてきたと考えられる。

期限が切れた翌年には、1935 年の日立（シブヤ）カタ
ログ掲載品、S-LH 36） 焦点 6.2 × 6.2mm、230kV、3mA

10.7 治療用
10.7.1

グライナッヘル回路があり、島津も、図 10.47 に示す、H 形 38）、200kVp を1935 年に製品化した。
34）

倍 々 に 電 圧 を増やしていくコッククロフト 回 路（Cockcroft circuit）は、電圧を増やしていくには、

ただし陽極構造は小さく長時間の使用には厳しい性能であったものと考えられる。図 10.48 に 1938 年に使用を終えた東芝の STO-200-6 37）を示す。

絶縁が楽になるという理由でよく利用されている。治療用 X 線管としては、当初自己整流が用いられていたが、自己整流で 200kV を超えるような電圧に耐える装置にすることは絶縁的な難しさがるので、コン
デンサと整流管を組合せて倍にする回路であるコッククロフト回路とよく似た回路であるグライナッヘ
ル（Gleinacher）回路が採用された。グライナッヘル

図 10.47

H 形 200kV 深部治療用（島津）38）

回路は、高圧コンデンサ C1、C2 の充放電の繰返しを利用して、高電圧変圧器の発生電圧の 2 倍の電圧を X
線管に加える回路である。図 10.46 において、K1、K2
は 整 流 管、C1、C2 は、 高 圧 コ ン デ ン サ、R1、R2 は、
充電抵抗、H・T は高電圧変圧器とする。まず、高電圧変圧器 H・T に交流電圧が印加されると、最初のある瞬間 c 点が「－」で d 点が「＋」であったと仮定する。K1 → R1 → C1 が形成され、C1 に a 点側が「＋」になるような方向に変圧器発生電圧にほゞ等し

図 10.48

STO-200-6 37）

深部治療用（東芝）

X 線管装置の技術の系統化調査281

この図から、東芝の陽極は大きく、外部から冷却もる。なお。60Hz の場合は、回転数を毎分 1,800 回転可能であり、後発メーカーとの間に技術差があるのにすれば同期する。いずれにせよ、空気中での高電圧は否めないことがわかる。各社、深部治療用として、スイッチイングのため火花の発生をともなう。そのた

STO-200-3、STO-200-6、STO-300-2L、STO-300-2R なめ、ラジオなど周辺機器への影響、および、臭気など

ど油浸タイプをシリーズ化したのは、1950 年頃であ問題はあったであろうと推定できる。

る。その後、陽極裏面に絶縁油を直接ジエット噴射（20～25l/min）し冷却するタイプが開発され、200kV
で 25mA の T-2043 を 始 め、1960 年 に は、5kW で も
管 電 圧 の 高 い、250kV、20mA の T-2531 を 商 品 化した。図 10.49 38） に T-2531 の外観を、図 10.50 39） にT-2531 を用いた、グライナッヘル回路の装置で島津の ‘ 信愛号 ’ を示す。しかし、深部治療も粒子線、加速器など高エネルギー放射線治療が主流となり、1970
年代には X 線による深部治療も減って、T-2531 を最後に生産を終了した。

図 10.5110.8.2機械整流の原理図 40）

X 線管用整流管 35）38）39）41）42）43）44）（1） 概要1929 年 東 芝 は、 機 械 的 な 整 流 に 代 わ る 整 流 管KR-150（ 逆 耐 電 圧 150kVp） と KR-230（ 逆 耐 電 圧
図 10.49

230kVp）を開発した。島津は、単相全波整流装置、治療用 X 線管 T-2531

38）

150kVp、500mA の「桂号」39）を開発した（1932 年）。
図 10.52 にその外観 35）を示す。
「桂号」は長期にわたるベストセラー商品であった。用いられている整流管
は空冷の KR-150 である。なお、全波整流の場合、4本の整流管の電圧降下が異なると、半波ごとに差異を生ずるので加熱電流を平衡させる必要がある。
X 線管用の整流管としては、一般用として 100kVp、高電圧用として、150kVp、治療用として 230kVp が図 10.50

島津深部治療装置 “ 信愛号 ”

39）

基本の機種で、治療用は、空冷、KR-230、油冷、KO230、高電圧用は、空冷 KR-150、一般用は、空冷 KR100、油冷 KO-100 を各社とも 1940 年までには完成さ10.8 整流管
10.8.1

機械的整流 40）

X 線管自身で整流作用を行うことも出来るが、整流した電圧を加えたほうが安定動作をするということで、島津は、1915 年から機械的整流方式の X 線装置を発売した。図 7.2 は、1918 年の機械的全波整流装置
ダイアナ号である。装置の中心にある丸い回転整流子が回転して整流する。
図 10.51 は整流板の動作を示したもので、電源の半周期を 1/4 回転するような回転数で整流板を回転させる。電源周波数が 50Hz の場合、1/100s で 1/4 回転させる。つまり、1 回転の時間は 4/100s、毎秒 25 回
転、毎分 1,500 回転で全波整流をを行なうことができ

282

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 10.52

単相全波装置「桂号」35）（島津製）

（2） トリタン整流管
整流管は、フイラメント電流も高い。そのため、タングステンの蒸発、スパッタでバルブが黒色化、耐電圧不良など生じ寿命的にも問題があった。1953 年東芝は、KO-100 にタングステンにトリウムを混入した
フイラメント（以下トリタンと呼称）を採用し K-33Eの形名で商品化した。トリタンは低い電流でのエミッション（放射特性）がよいので、フィラメントからの図 10.53
整流管 KR-150（上）整流管 KR-230（下）38）

蒸発が減少し寿命は大幅に改善された。各社も、KO100C、KO-100E などの名称で商品化した。トリタンは、そのまま用いるとトリウムが蒸発するので、フィラ
メントに炭素の被膜を形成する作業が必要であった。
東 芝 は、140kVp の K-41S、1957 年 に は、150kVP のK-51E 43）完成した。図 10.56 に K-41S 42）を示す。

図 10.54 KO-10041）
シブヤ形名（S_0V100A）せた。図 10.53 38） に島津の空冷タイプ KR-150 と KR230 を示す。図 10.54 に、日立の油冷タイプ KO-100 41）を示す。
X 線管は、電子を集束させて焦点を形成するが、整図 10.56

トリタン整流管 42）
K-41S

流管は電子を拡散させて陽極面に衝突させるため、フイラメントも長く図 10.54 に示すように花形になって（3） 半導体化いる。管電圧が高くなると図 10.53 に示す KR-230 のX 線管用整流管も生産する以上は、改良の努力をし陰極のようにフィラメントのアノードへの吸引を防止てきたが、寿命の問題などがあり、半導体化への移行するためにモリブデン板の円筒で覆うものが多い。まは時間の問題であった。1945 年 Siemens がセレン整

た、陽極は、電子を受け易いよう広い円板になってい流器を製作した。島津は 1958 年からセレン整流器をる。整流管は逆電圧に耐えて電流の逆流を防ぐととも使用し始めた。その後、シリコン整流器の開発と高耐に管内の電圧降下を小さくすることが必要である。と電圧化が進み 1975 年末には、別名「ケノトロン」とくに、対地電界の影響を受けやすく電圧降下が大き呼ばれた、X 線管用整流管は終焉した。半導体を耐電くなる場合があるので、図 10.5542）に示すように整流管の外部に遮蔽筒を設けて用いることも考案されてい圧用に多く重ねモールドしたシリコン整流器の外観を
図 10.57 44）に示す。

た。

図 10.55

整流管に遮蔽筒を設けた概略図 42）

図 10.57

シリコン整流器外観 44）

X 線管装置の技術の系統化調査283

10.9 軟 X 線用
10.9.145）46）47）

軟 X 線管の開発

X 線 の 波 長 領 域 は、100Å ～ 10－2Å（10nm ～図 10.590.001nm）の範囲にあり、軟 X 線と呼ばれる範囲は、ベリリウム窓軟 X 線管 47）（ソフテックス）

1.5～3Å といわれている。軟 X 線は、医学的には表在治療用に、あるいは薄い生物組織の透過撮影用のソフテックスでのベリリウム窓の軟 X 線管の完成

他、工学、理学方面においても軽合金や合成樹脂の非とともに、当時使用していた、雲母窓、および、ガ

破壊検査、各種合金属の定性、定量分析、応力測定、ラス窓の X 線管の線量比較をおこなった。測定距離

厚み計などに利用されている。軟 X 線管では、X 線

は一定で、管電圧は 40kVp、2,888mSV の線量を放射

放射窓の吸収をできるだけ少なくすることが重要であしたとき、窓材の差（フイルタ）による線量を表 10.3

り、1910 年 shultz によりリンデンマンガラスが発見に示す。ガラス材は、長い波長の場合、驚くほど X

され、2Å 前後の波長を取り出すことに成功した。

線吸収が多い。ベリリウム窓は雲母に対し 17 倍の厚1950 年ソフテックス株式会社（旧：株式会社小泉

さ、X 線の吸収量は雲母の 1/11 に過ぎないが、透過

X 線公社、以下ソフテックスと呼ぶ）が、リンデンマ

線量は明らかに軟 X 線の効果を表す長波長の領域のンガラスより X 線透過率のよい雲母板（マイカ）を多さを示している。

ガラスに溶着し真空気密にする技術を開発した。この
雲母板とガラスの溶着は、粉末ガラス、またはガラ
スハンダと呼ばれもので、B3O3 50～60%、PbO 25～
40%、Al2O3 5～15% を微粉末としてガラスと雲母板の間に溶剤として介在させ、温度を加えて溶着する方法で、膨張係数を合わせるのに調合と温度の整合に特別な技術を要した。雲母板を X 線放射窓に用いた X
線管としては、国内初であった。

表 10.3項 目

軟 X 線管の窓材による線量比較 46）

単位

軟Ｘ線管の放射窓
ガラス管球

雲母窓管球

ベリリウム窓管球

窓の厚さ

mm

2

0.03

0.5

照射線量

mSV

2,888

2,888

2,888

透過後の線量

mSV

20

2,000

2,800

窓の吸収量

mSV

2,860

880

80

図 10.58 に二方向の雲母窓を有する軟 X 線管の外観を示す。窓の透明のところが雲母版で回りの白い部

一方、東芝も 1961 年にベリリウム（Be）窓付き軟分がガラスハンダで溶着された部分である。1960 年

X 線管 M-5048B を開発した。図 10.60 に外観を示す。

には、軟 X 線を通し易いベリリウム板（原子番号 4）

最大使用管電圧 55kVp、最大連続管電流 10mA、Beが開発され、ソフテックスも耐電圧 60kV で、焦点窓厚 1mm である。用途は、表在治療用である。

0.3/1.0mm の軟 X 線管を開発した。図 10.59 にベリリ
ウム窓軟 X 線管の外観を示す。ソフテックスは、耐電 圧 10～60kV、 管 電 流 5～30mA で 焦 点 も 0.05mm
を始め各種の小形軟 X 線管をシリーズ化しており、さらに、耐電圧 150kV のガラス製 X 線管も所有している。いずれも、固定陽極 X 線管であるが自社生産を継続していることは、固有の高い技術を研鑽してい図 10.60 Be 窓付き X 線管 45）
M-5048B（東芝）
外径 Ø42 ×長さ 148mm

るものと推測する。
X 線スペクトルは、図 10.61 において、A 曲線はベリリウム（Be）1mm 厚の放射窓を有する軟 X 線管に管電圧 50kV を加えた場合の波長と X 線の強さを示すもので、B 曲線はフイルタとしてアルミニウム板
1mm 厚を付加した場合、C 曲線はパイレックスガラ
ス 1mm 厚を付加した場合のスペクトル分布を示す。
図 10.58

雲母窓の軟 X 線管46）

（ソフテックス）284

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図より放射される X 線は連続スペクトルで短波長側は波形が急傾斜で、長波長側は比較的ゆるやかで尾をひいている。この長波長側の成分は僅かなフイルタを入れることにより急激に減少することが、B、C 曲線
で認められる。すなわち長波長側の波形は主として放射窓あるいは管璧などの管球の固有フイルタの程度によって決められ、固有フイルタが強くなればなるほど長波長側の曲線は短くなり高さも急激に減少する。

図 10.63

図 10.61

I.I または FPD 搭載 47）の X 線ＴＶ検査装置（ソフテックス）軟 X 線のスペクトル

A: Be1mm
B: Be1mm+Al filter 1mm
C: Be1mm+Pyrex glass 1mm

10.9.2軟 X 線装置

X 線を取扱う場合は、電離放射線障害防止規則で

図 10.64

IC ワイヤの状態と浮きの観察像の例（ソフテックス）47）「管理区域」の設定が義務であるが、ソフテックスは、
軟 X 線を取扱う方法をボックス内を「管理区域」とンとして軟 X 線画像自動計測機能を有する標準タイ

して行う、というシステムを開発した。イメジアンプを示す。図 10.64 には、IC ワイヤの状態、浮きの観

プ、フラットパネルなどの感光系と組合せ、植物、動察像の例を示す。

物、または、ラウエの斑点の撮影を始め理科教材用を、
また、プリント基板、精密部品の検査を対象に産業用

10.9.3

表在治療などにも対応した軟 X 線利用の製品群を商品化した。

表在治療用 X 線管では長波長側の成分の多いこと

図 10.62 に創業当時の商品で X 線防護を丸い円筒のが望ましいことと、放射窓の吸収特性が軟 X 線管に中で行う B-2 形の外観をは示す。当時は、フイルム撮

対して大きな影響を受けることに留意せねばならな

影が主で、円筒の中へ観察用の資料を入れ、中で Xい。したがって、患部を治療する場合、患部のまわり線を発生させ、蛍光板付きの観察窓を丸いタンクに接の健全な組織に与える線量を出来る限り少なくし患部続し観察する。

のみに X 線量を有効に照射することが目的で、この図 10.63 には、微小焦点と高感度軟 X 線用 I. I、カ配置図を図 10.65 に示す。図より b の深さにある健全メラ、または FPD を搭載したシステムで、オプショ

図 10.62

開発初期の X 線防護装置 46）B-2 方（ソフテックス）

図 10.65

表在治療の配置図

X 線管装置の技術の系統化調査285

な組織 p の受ける線量を少なくするためには、a を短A-DAS 形は機械式タイマーであったが、改良され電く、放射角度を大きくし照射野内の線量分布を一様に

子管タイマーになった。X 線管は、、東芝の D-082 で、するとともに、管球固有のフイルタを小さくし患部の

焦 点 0.8mm、 動 作 例、60kVp、10mA、10s、 サ イ ズ

厚さに応じた付加フイルタの選択が決め手となる。

Ø30 × 105mm であった。陽極熱容量が 10kHU と小10.10 歯科用
10.10.1

さいので休止時間は長い。
26）48）49）

概要

東芝は、ヘッド（X 線管と変圧器を収納する容器）を米国のビクター社から輸入し、1930 年国内では初
めての歯科用装置 CDX 型を開発した。
壁取付式とキャスター付きの 2 種類で、壁取付式を
図 10.66 に示す。当時としては、防電撃・防 X 線の最先端製品であった。定格は 60kVp,10mA、焦点大きさは不明であるが、1939 年渋谷レントゲンが開発した歯科用 S-01 が Ø3.2mm 焦点（渦巻形コイルフイラ

図 10.67

汎用形歯科 X 線装置 A-DAS 形 48）

メント使用）であるのでおそらくこの X 線管と同等であろうと考えられる。以後、線状フイラメントの（2） 1969 年

1.2mm 焦点へ変遷したが、1958 年に歯科用レントゲ

全周歯を撮影するパノラマ X 線撮影装置を日本でンに保険適用されるまでは普及しなかった。歯科診療初めて開発した。図 10.68 に外観を示す。X 線管は、は個人開業医が圧倒的に多い。また、診察室、撮影室

D-1801 で、陽極熱容量 20kHU、焦点は 1.8mm、動作例、も小さいため、必然的に装置も小形になるので、X 線

100kVp、15mA、1s で あ る。 装 置 形 名、Panoramax

管も小形の固定陽極が採用された。

AX-3 である。

図 10.66

10.10.2

壁取付式歯科用 X 線装置 CDX 型 26）

歯科用装置の変遷と X 線管

図 10.68

Panoramax AX-3 48）

国内では、数社が歯科用 X 線装置を製作しているが、X 線管は、海外品もあるが、東芝、日立から主に

286（3） 1973 年

供給を受けている。したがって、歯科用 X 線装置を製

パノラマとセファロ X 線撮影装置 Panoramax AX-

作している数社の製品を取り上げ記述することは困難

4CM を開発した。セファロ撮影は顔の側面から撮影なため、協力を頂いた歯科用 X 線装置を開発・販売しする「頭部 X 線規格分析写真」で歯・愕の矯正治療てきた朝日レントゲン工業株式会社（1956 年設立）のに用いられる。X 線管は、D-155、陽極熱容量 35kHU、製品開発の概略の流れと X 線管との関係を記述する。

焦点 1.5mm、動作例、85KVp、10mA、10s である。

（1） 1956 年（4） 1976 年

汎用品であり、口内に鉛増感紙とフイルムをセッPanoramax AUTO Ⅰ /AUTO Ⅱを開発した。X 線

トにし、体外より X 線を放射して撮影する最も一般

管 D-155 で、光電子増倍管（ホトマル）を採用して自的な撮影装置である。図 10.67 に A-DAS 形を示す。

動露出が出来るようにした。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March（5） 1978 年
矯正歯科専用のセファロ X 線撮影専用装置、Crux
CX-90 を 開 発 し た。X 線 管 は、D-103、 陽 極 熱 容 量
50kHU、 焦 点 1mm、 動 作 例、90kVp、11mA、20s、通電間隔 /5 分以上。装置は、図 10.69 に示す。

図 10.70

D-0811S

X 線管 49）

極を支える構造にし、コストダウンしている。
（10） 2003 年
FPD を 用 い た デ ジ タ ル 用 パ ノ ラ マ・ セ フ ァ ロ X
線 撮 影 装 置 Hypev-XCM 商 品 化 し た。 使 用 X 線 管
図 10.69

セファロ X 線撮影専用装置 Crux CX-90

48）

D-052SB、陽極熱容量 10kHU、焦点 0.5mm 使用管電圧 100kV である。

（6） 1983 年
多軌道パノラマ X 線装置 AUTO 1000/AUTO 2000
を開発。従来の自己整流から高周波インバータ直流発生装置に、また、パノラマ軌道のコンピュータ制（11） 2004 年
イメジアンプ＆ FPD を用いた歯科用 CT 診断装置
PSR9000N を商品化した。

御をした。X 線管 D-051、陽極熱容量 40kHU、焦点

X 線管は、D-067SB を用いており、図 10.71 には、0.5mm、動作例、90kV、10mA、15s、1 回 /5 分。焦椅子に座った患者の頭部を中心に、X 線管とイメジ点が小さいのに負荷が 1mm 焦点と変わらないのは、アンプを対向に設置した部分が回転して頭部の断層ターゲット角度が 5°と小さため長さ方向の実焦点が写真撮影する歯科用 CT 診断装置

大きいからである。

す。ターゲット角度 12°、焦点は、0.6mm、定電圧

PSR9000N を示

100kV、管電流は、7.5mA が最大定格である。多様（7） 1986 年

な病巣に対し情報量が多くなるため、形状も、外径
TX-90 を商品化した。

Ø45 ×長さ 138 ｍｍと大きく、陽極熱容量も 50kHU

X 線管は D-088 で、陽極熱容量 20kHU、焦点 0.8mm、と増加している。近年は、インプラント治療に多く

動 作 例、90kVp、10mA、5s、1 回 /5 分。 外 径 36 ×

用いられている。PSR9000N の画像取得部は、イメー110mm。0.8mm 焦点 X 線管の中ではターゲット角度

ジアンプと CCD カメラにより構成されており、イが小さく 10°である。

メジアンプのスライス厚は、0.1～0.15mm、撮影幅は愕関節 X 線撮影専用装置

40mm、FPD のスライス厚は、0.1～0.315mm、撮影（8） 1988 年

幅は 100mm である。医用の CT に比しスライス厚はコントローラがー体型のパノラマ X 線撮影装置で20 年間にわたり販売されたロングセラー品である。
X 線撮影装置形名は、AUTO Ⅲ / AUTO Ⅲ CM で、
X 線管は D-051 である。
（9） 1996 年
障害者用 LPX7007 の臥位パノラマ X 線撮影装置
を 完 成 し た。X 線 管 は、D-0811S で、 陽 極 熱 容 量
10kHU、 焦 点 0.8mm、 動 作 例、60kVp、10mA、5s、
1 回 /5 分。 外形 Ø31 × 74mm で外形図を図 10.70 に示す。図よりカソードは、ステムのリード線で集束電

図 10.71

歯科用 CT 診断装置 PSR9000N48）

X 線管装置の技術の系統化調査287

小さく、FOV（Field of view）も限定すれば微細描写の画像が得られる考えられる。

P106，島津評論 29（1/2）（1972.6）
11）杉浦，阿武，他：平板フイラメント陰極を採用

撮影条件は、Ｘ線管（D-067SB）の出力から、100kV

した焦点サイズ不変型マンモグラフィX 線管，× 5mA × 17sec × 1.41 ≒ 12,000HU と 推 測 さ れ る のp1373， 日 本 放 射 線 技 術 学 会 誌 第 46 巻 第 8 号

で、医療用の CT 撮影（9.1.5 参照）に比し、撮影距離（1990.8）は、ほぼ同じであるので線量は、約 1/6 と少ない。ま12）JIS Z 4704（2005）（医用 X 線管装置）

た、歯科用 CT の 1 回転中の撮影による情報量は、医13）東芝メディカル：21 世紀への懸橋，P229，「回診用

療用 CT に比し約 4 倍少ないので画像再構成時間も短＆乳房用 X 線診断装置」東芝メディカル（1998.10）

縮されていると思うが、軟組織の変化は反映されてい14）島津製作所：医用機器入門，p8，島津製作所医ないだろうと察する。なお、歯科の CT 撮影は、座って行うので一般の CT 撮影と異なるが、近年、インプラント治療以外に矯正治療、根幹治療など幅広く利用用機器事業部資料
15）高橋，玉川，他：立体拡大連続脳血管造影法，
P7-11，島津評論 34（1）（1997.3）
16）石井，山村，他：高速拡大ステレオ用 X 線管装置

されている。

及び制御装置，P654，日本放射線技術学会総会，
歯科用 X 線管としては、長い期間ほとんどが単焦

会員研究発表抄録 P654, 37（5）（1981.9）

点使用であり、陽極も銅材料である。そのため、各部

17）石井，山村，他：10 回放射線シンポジュウム，立品のコストダウン手法は進んでいるが、基本構造につ体撮影用 X 線管装置および制御装置，P346，日

いては、大きく変化をしていない。また、感光系の鉛

本放射線技術学会雑誌，39（3）（1983.5）

増感紙とフイルムをセットする方法は、デジタルのIP（Imaging plate）に変遷している。

18）高橋，小沢，他：立体拡大頭腹部血管造影システ
ム PANGIOMAX，P114，島津評論 39（2）（1982.6）
19）八尋三之：油浸式携帯用エックス線装置に就て，引用・参考文献

P85，シブヤ時報 2（3）85-88（1940.8）

1） 田部，津田：拡大撮影法と微小焦点回転陽極 X
線管，P81-85，島津評論 12（2-3）（1956.12）
2） 吉田，村木，他：微小焦点高速回転ロータノード，
P398-400，東芝レヴュー，21（4）（1966.4）
3） 神戸，早川，他：X 線管電流と焦点 MTF との関係について，P75-76，島津評論 34（1）（1977.3）
4） 香川，西岡，他：拡大撮影用大容量微小焦点回転

DF-151：携帯用装置 IPF-21N（東芝）
21）日立カタログ：CA092 工業用 / 診察用：H7228,
H7167，シブヤ LO-30（2007.12）22）島津カタログ：C50G-0310 島津医用機器製品要覧（外科用 TV システム）
23）獣医療における放射線診療技術研修教材 - 放射線

陽極 X 線管，P155-160，島津評論 30（2/3）（1973.9）

防護技術編，図 21，日本獣医師会発行（2007.9）

5） 黒沢，村木，他：拡大用 50μm 焦点 2 極管検討，

24）日立 X 線管・X 線管装置カタログ CA075（1992.9）

P299，日本放射線技術学会誌（32）299（1976.9）
6） 香川，神戸，他：拡大撮影用 50μm 焦点 X 線管
2 極管検討，P113，日本放射線技術学会誌（29）

π型管容器，CA089cH タイプ D ステレオ
25）東芝製品カタログ : 一般撮影装置 .X 線管装置，
東芝提供
26）東芝メディカル：21 世紀への懸橋，P8「壁取付（1973.7）
7） 山村，村木，他：拡大撮影用可変焦点 X 線管お式歯科用 X 線装置」，東芝メディカル（1998.10）

よび制御装置，P559，日本放射線技術学会誌（38）27）佐野，三輪，他：工業用携帯式 X 線装置“ウエルテス”P32-33，島津評論 17（2/3/4）（1960.12）（1982.7）
8） 関，村木，他：マモグラフイ用回転陽極 X 線管，

28）牧野，橋本，他：透過検査用携帯形 X 線装置のp1333-1335，東芝レヴュー22（11）（1967.11）

軽量化，P55-56，東芝レヴュー18（1）（1963.1）

熊本乳房画像ねっとわーく勉

29）佐野，森岡，他：工業用携帯式 X 線装置のガス

強会教育講演資料，東芝，東京本社 X 線事業部

絶縁化について，P45，島津評論 18（3）（1961.3）

9） 小屋敷誠：第 5 回

30）山村，土方，他：工業用セラミック X 線管 I-167,（2005.9）
10）山崎，香川，他：マンモグラフィ用高速回転陽極 X 線管装置サークレックス 0.5/1U35YN-23 性
能および X 線管焦点大きさの撮影条件の変化，

288

20）東 芝 カ タ ロ グ： 医 療 用 固 定 陽 極 X 線 管 D-125，

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. MarchP818-819，東芝レヴュー35（9）（1980.8）
31）今井，西川，他：工業用 X 線テレビ透視装置，
P887-890，東芝レヴュー23（7）（1968.7）

32）X 線テレビジョンによる溶接鋼管検査装置について，P221，島津評論 24（4）（1967.12）
33）小田部，立木，他：全周放射型工業用 X 線管の開発，P71-74，日立評論 57（12）（1975.12）
34）滝 内： 診 療 X 線 技 術 新 書，P226-227， 金 芳 堂（1961.5）35）島津カタログ：桂号レントゲン装置発生装置，取扱説明書（1932）36）日立カタログ：シブヤ陰極加熱管球 S-LH，渋谷
レントゲン製作所（B-2）
37）国立科学博物館所蔵コレクション，P20，登録No.037，国立科学博物館理工学班（2010）38）島津製作所：島津製作所史，P379, 382，島津製作所（1967.9）
39）（株）島津製作所医用機器事業部：レントゲン回顧，
P39, 53，島津製作所（1994.11）40）山田勝彦：日本放射線技術史，P89，社団法人日本放射線技術学会（1989.1）
41）日立カタログ：S_0V 100A，（株）渋谷レントゲン
製作所 C-242）滋 賀：X 線 用 整 流 管 P611-614， 東 芝 レ ヴ ュ ー，（11）（1956.5）
43）日本電子機械工業会電子管史研究会：電子管の歴史，P448，オーム社（1987.11）44）京都医療短期大学展示品，京都医療短期大学提供（2016.5.13）
45）今 野， 吉 田： ベ リ リ ウ ム 窓 軟 X 線 管，P12611265，東芝レヴュー，16（10）（1961.10）
46）小泉菊太：X 線とソフテックス写真，P7-22，共立出版株式会社（1985.10）
47）カタログ：X-ray, P3，ソフテックス株式会社提供
48）朝日レントゲン工業株式会社提供資料（2016.5）
49）東芝：電子管ハンドブック，P452，東芝メディカル（1989）

X 線管装置の技術の系統化調査289

11｜規格線管装置はシステムを構成するコンポーネントである

11.1 薬事法

ので X 線高電圧発生装置を含めた X 線装置全体で、X 線管装置も薬事法が必要といわれ、1980 年（昭高電圧側耐電圧試験、管電流試験、CT 入力試験、漏和 55 年）、医療用の X 線管の製造品、輸入品、購入

れ電流、放射線防護、シボリの取付試験、絶縁試験な品とも機種ごとに必要書類を作成し、役所への届け出

どシステムとしての安全性試験を定義した。③これまを行った。申請内容は、製品の構造、使用材料、製造で必須試験とされた防爆試験は、いろいろなタイプが工程、動作方法、注意事項などであった。

あるので、各種類の X 線管装置に同一の圧力をかけには“医用機器て行う防爆試験を行うことは難しい。そこで、圧力をの使用上（安全及び危険防止）の注意事項”が、薬発かけなくても行えるよう X 線管装置内で発生する圧第 495 号厚生省薬務局長通知（昭和 47 年 6 月 1 日）

力がもたらすリスクを回避するために、機械的な試験により添付が義務づけられている。

などで代替する除圧装置について規定した。

近年の X 線管装置の取扱説明書

1）

11.2 X 線管に関する JIS 規格11.2.111.2.2JIS Z 4120：2008

焦点 3）4）焦点大きさの測定法については、IEC Publication

JIS Z 4751-2-28：2013

336-1982 で、図 11.1 に示すスリットを用いて測定し、診断用 X 線管装置の基礎安全及び基本性能

焦 点 大 き さ と MTF（Modulation transfer fanction）

に関する個別要求事項を求めること、また、スターパターンを用いてテス

2）

診断用 X 線管装置の基礎安全及び基本性能を確立

ト管電圧の 0.1 秒撮影定格で与えられる 50% と 100%

することが目的の規格であり、引用規格として、以下の管電流における解像力を求めその比を Bloomingの①～⑤を追加指定している。① JIS T 0601-1 :2012 医value として表示するよう勧告があった。

用電気機器－第 1 部、基礎安全及び基本性能に関する一般要求事項、② JIS T 60613 診断用 X 線管装置の負荷特性、③ JIS Z 4005 :2012 医用放射線機器 - 定義した用語、④ JIS Z 4120 診断用 X 線装置－焦点特性、⑤JIS Z 4121 X 線管装置の固有ろ過の測定
また、X 線管装置単体では、基本性能を持たないので、X 線装置、高電圧装置の特性に依存した基本性
能を考慮しなければならない。ME 機器として指定され、電撃に対する保護についても、クラス I の ME 機器としての分類になっている（つまり、基礎絶縁に保護接地を施したクラスをいう）。その他、単体では用いられないので、製品には製造業者、形名、など判読可能な表示、付属文書としての取扱説明書には、警告及び安全上の注意の記述が必要となっている。X 線管

図 11.1

スリットカメラ基板の形状 3）

装置内で発生する圧力、電気的試験については、付属書で解説している。

290

この勧告以来、長い年月の審議を得て、焦点の大きなお、適用範囲は、X 線源装置（ビームを操作しさの測定はピンホール法から、スリットで測定する方て X 線を発生させる加速器など）を対象とせず X 線法に変更された。ピンホール法にて撮影する焦点は、管装置だけとした。その他以下のような改正点もあっ

曲がり、裾拡がり、ゆがみ、膨らみなどの形状をしてた。① X 線管装置は、単発での入力表現としていたいるので、絵に描いたような四角形、長方形のものはが、実用的でないので、単発ではなく連続に臨床で利多くはない。また、所定の濃度を得るため多数回の曝用できる入力規格とし、併せて、公称陽極撮影入力、射による像質への影響もあるとともに、寸法測定も測公称 CT 陽極入力など新しい用語の定義もした。② X

定起点の判定に労力を要するするなど困難な問題が

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchあった。そこで、ピンホール法は、焦点特性のなかの向（a）の X 線焦点像が撮影される。焦点像の撮影条分布及び方向性を見るだけに用いることになった。焦件はピンホール撮影の場合とほぼ同じであるが、CT

点の寸法測定は、スリットを介して撮影すれば平均化用についても規定され、その管電圧と管電流の関係をされるので、合理的である。懸案事項であった焦点寸

表 11.2 に示す。

法の測定が、従来のピンホール法からスリット法に変更されたことは規格として大きな進歩である。スリッ

表 11.2

ト幅は 10μm で、形状を図 11.1 に示す。公称焦点値

公称最高管電圧に対する拡大率は、表 11.1 に示す。

U(KV)
U≺75

表 11.1

焦点像測定の拡大率

公称焦点値 F

拡大率 M=m/n

F≦0.4

M≧3

0.4≺F≺1.1

M≧2

1.1≦F

M≧1

焦点像撮影の X 線条件 3）試験管電圧
公称最高管電圧75≦U≦150

3）

150≺U≦200KV

75KV
公称最高管電圧コンピュータ
断層撮影

の50%
120KV

試験管電流

試験管電圧における0.1秒間の最大許容管電流の50%スリット法で撮影（微粒子フイルム）した焦点像は、拡大率を決める焦点・カメラ（スリット）・フイル

フイルムの黒化度で表されているので、これを、マイムの位置関係は図 11.2 に示す。また、焦点の幅と長クロデンシトメータで走査し濃度を測定する。さらさを測定する焦点像測定の配置図を図 11.3 に示す。

に、フイルムには閾値があるので、濃度から X 線強図 11.3 より、スリットが X 線管軸と平行方向に配度に変換する。こうして、作成した焦点の X 線強度置された場合は、焦点の幅方向（b）の、また、X 線

分布の像（LSF）の最大の X 線強度を 100% としてそ

管軸に対しスリットを直角に設定した場合は、長さ方の 15%（裾野）のところを測定して実寸法とした（図11.4）。

図 11.4焦点の測定 3）

図 11.5 に焦点大きさの許容値を示す。0.25mm 焦点
図 11.2

拡大率を決める焦点・カメラ・フイルムの関係

4）までは、長さ方向は補正されていないが、0.3mm を超える焦点の長さの最大許容値は、係数 0.7 で補正されている。
X 線撮影の感光系は長い間フイルムを用いて来たが、フイルムは閾値があるため X 線像は X 線強度にすべて比例しなかった。しかし、X 線発見以来、約一世紀の時を経て FPD などデジタル画像機器の開発により、X 線強度に比例する像質が得られ、コントラスト＆拡大など画面調整が可能となり診断能が向上した。X 線管焦点の測定も、現像と濃度から X 線強度へ変換という作業による誤差を減らし、精度と作業の効率化からも、CCD などデジタル画像機器を用いる

図 11.3焦点像の測定配置図 4）（スリットカメラ法）

方向になるだろう。なお、ブルーミング（Blooming）
については、10.2.2 で記述済であるが、ブルーミング

X 線管装置の技術の系統化調査291

11.2.4

JIS Z 4122  照射野 6）

照射野については、焦点を中心に X 線管装置の管軸と平行方向、また、直角の方向から投影されたビー
ム内を照射野とした。ただし、図 11.6 で、示すように、基準軸から陽極側で決定される照射野と、基準軸に対し、それと対称な陰極側の照射野とを合わせたものを最大対称照射野と規定した。なお、照射野の中心の X 線強度を 100% としたとき、ヒール効果
により減少する陽極側は、70% 以下にならないようにと規定されている。測定条件は管電圧と挿入フイ
ルタによって異なる。例えば、公称管電圧 125kV のX 線管装置の場合は、挿入フィルタ 6） は、アルミニ
ウムの 20mm で試験管電圧は 75KV である。JIS で
図 11.5

公称焦点に対する焦点寸法の最大許容値

3）

は、測定値をカーマ率（空気吸収線量率）で表現している。挿入フイルタは、焦点から照射野までの指の情報は、利用者においてどのように活用し得るのか

定距離の 75% の位置に放射線ビームを十分に遮蔽で今後の課題である。

きるよう配置する。

11.2.3

JIS T 60613 負荷特性 5）

負荷（入力）と冷却（休止）の関係は、X 線高電
圧装置にてコンピュータにより管理されている。したがって、X 線管の性能として用いてきた負荷特性を従来の陽極熱容量との関係で評価するより、連続能力で表現した方が患者への入力情報が分かりやすくなるので、負荷特性を次のように規定した。
（1）従来は、X 線管に 1 回だけ加えられる最大の陽極入力を公称陽極入力（0.1 秒）として表示したが、この定格では、次に加えるまで長い休止時間を必要とし、使いものにならない規定ということで、これを、利用可能な 1 分間休止で繰り返し可能な定格として、公称撮影陽極入力とした。つまり「照射時間0.1 秒、負荷繰返し時間 1 分で繰り返し可能な単発
X 線負荷」と規定した。
（2）CT の場合は、検出器を多く有するボリュームス
キャンのタイプで、パルス照射でない連続負荷使用となった。そのため、公称 CT 陽極入力は、照射時間 4 秒、負荷繰返し時間 10 分で、繰り返し可
能な単発 X 線管負荷に適用すると規定された。ま図 11.6最大対称照射野 6）

た、公称 CT スキャン入力（NOMINAL CT SCAN
POWER INDEX）は、CT スキャン時の患者処理

11.2.5JIS Z 4121  固有ろ過 7）8）

能力を示し（CTSPI と呼ぶ）
、負荷繰返し時間 10

固有ろ過とは、焦点から放射された X 線が管容器分に対して、照射時間下限が 1 秒及び上限が 25 秒

外に出るまでに通過する、すべての物質の X 線のろで算出する。

過の総和をいい、X 線管装置の性能を表示する重要な項目の一つである。固有ろ過は、ガラス、油、プラス
チックコーンを通過した X 線の第一半価層（線質基準）の、アルミニウム又は銅の厚さの等量で表す（X292

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchコーングリースを少し盛り図 11.8 にて、矢印方向にプラグを押し込み 3 ケの高電圧導入用の金属製のヘッドピンと受け金具を接触させ締め付けリングで固定する。このとき、グリースが隙間を埋めるようにする。
ただし、プラグが空気を圧縮しながらグリースをまん
べんなく隙間に充填するため強い力が必要である。また、消化管撮影で頻度の多い場合はグリースが溶融し漏れると隙間に空隙が生じ、ソケット、または、ヘッドに沿面放電を起こす恐れがあった。
1985 年ごろプラグの先端に約 1.5mm のシリコンパッキンを使用するようになってからはケーブルのプ
ラグ挿入は大変楽になった。シリコンパッキンは密着性をよくするためにシリコンのグリースを薄く塗布しておく。このアイデアは Siemens によるものであるが、幸いにも国内への特許の出願はなかった。ケーブ
図 11.7

X 線管装置放射窓

8）

ル用のプラグとソケットを嵌合するために 75kV の耐電圧を保つために沿面を 125mm（図 11.8）要したが、線管装置の放射窓の概略構造を図 11.7 に示す）。

パッキンを使えば高圧部分をモールドしたと同じ効果

ガラス、油、プラスチックコーンを透過した X 線となるので、プラグ・ソケットとも長さを 1/3 以下にの第一半価層がアルミニウム 1mm を透過した X 線の小さく出来る。そのため、管容器も枕木を付けたよう第一半価層と同じとすると、この X 線管装置の固有な形ではなく、もっと小形化し得る設計が可能となっろ過はアルミニウム 1mm 等量と呼ぶ。固有ろ過を形ている。当時は、やむを得なかったが、規格を覆す技

成する物質が、ベリリウムやマイカなど X 線吸収が術が生まれているので、世界に先駆けてスマートな形

極めて少ない物質のみである場合の固有ろ過は、そのの X 線管装置に変遷して行くことを期待したい。

材質と厚さで表す。
以上のように固有ろ過についての概念については、従来に比して大きな改定はないが、測定法に関して曖昧なところを規定している。例えば、CT のようにナ
ロービームを使う場合は、測定する管電圧を公称最高管電圧にする。また、ターゲット材質の吸収端近くの管電圧は避ける。さらに、半価層測定に用いる銅、ア
ルミニウムなどの成分の純度などを指定している。
11.2.6高電圧ケーブル用プラグとレセプタクル 9）

X 線管装置は、どこのメーカーの X 線装置に組合せても使用出来るよう高電圧のケーブルのプラグとソケットの寸法を規定した IEC Publication 526-1978（High-voltage cable plug and socket connections for
medical X-ray equipment） の 勧 告 を 受 入 れ 1982 年には JIS 規格となった。図 11.8 に高電圧ケーブル用

図 11.8プラグとソケット 9）のプラグ P とソケット S の嵌合途中の図を示す。プラグとソケットはエポキシ製の樹脂で、プラグとソケットの間は、半径で 0.15～0.27mm の隙間が出来る

引用・参考文献

よう設計されている。

1） X 線管装置取扱説明書

この寸法は、対アース間使用管電圧 75kV の国際標
準品ではあるが、挿入するときはプラグの先端にシリM534-0287，島津製作所

提供（2016）2） 日本工業標準調査会：JIS Z 4751-2-28, 2013，診X 線管装置の技術の系統化調査

293

断用 X 線管装置の基礎安全及び基本性能に関X 線管装置の最大対称照射野の決定，P2（図 1），   

する個別要求事項，一般財団法人日本規格協会

P6（表 1），一般財団法人日本規格協会（2009）7） 日本工業標準調査会：JIS Z 4121 X 線管装置の固（2013）
3） 日本工業標準調査会：JIS Z 4120 診断用 X 線管装置－焦点特性，表 1，表 2，図 1，図 6，表 3，
一般財団法人日本規格協会（2008）
4） JIS Z 4704：200 ガイド，医用 X 線管装置，図 4，
図 6，（社）
日本画像医療システム工業会（2000）
5） 日本工業標準調査会：JIS T 60613 診断用 X 線管
装置の負荷特性，3.15, 3.16, 3.20, 3.21 項，一般財団法人日本規格協会（2013）6） 日本工業標準調査会：JIS Z 4122 診断用回転陽極

294

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

有ろ過の測定，P3，一般財団法人日本規格協会（2009）
8） 香川威： 医用 X 線管，，P37，京都放射線技術専
門学校，（1976.9）
9） 神戸邦治：X 線管の最近の動向，P25，日本医学放射線学会物理部会誌（1984）

12｜あとがき・謝辞
今回の技術の系統化調査では、エポックメーキング

X 線管は、主に、真空ポンプ、電気炉、X 線遮蔽、な技術進化が骨格をなしているが、エポックメーキン

高周波電気炉、真空炉、部品洗浄装置などを必要とす

グとは、画期的な発明、または、発見を指す。ならば、る多大な投資を必要とする設備産業であり、高電圧、発見と発明は、どちらが先かについて問われれば、発高温度のなかで作用する物質の膨張、収縮、管内ガス見があって発明が生まれると答えたい。しかし、X 線の状況など、製造工程で生ずる現象を把握して生産すの発見は、クルックス管という発明品から発見されてるものである。一方、設備の誤差、製造工程で生ずるいることで答えに窮するが、レントゲン博士が、もし放電現象の再現性を確認し難い面がある。とくに、上特許申請していれば、X 線という発見がありレントゲ

述のように重要なキーポイントである耐電圧についてン管という発明品が出来たと言えるので、これは、必は、表面処理、部品処理、排気手法によって種々対策

然的ではなく発見があって発明があると考えたい。

をする。しかし、管球封じ切り後には、エージングと

一方、X 線の利用に際しては、当初は理解を得られいう工程を経て製作完了としており、製品納入後もていなかった。しかし、1936 年から肺結核の予防のエージングは必要作業となっている。したがって、X

ために実行された集団検診（間接撮影）が、その早期線管封じ切り完了のシグナルは、真空度測定で判断し発見のために、X 線が一般国民の日常生活に不可欠なているが、例えば、管内のガス分析など、または、エものと認識され、X 線に対する不安をやわらげた。結ミッション特性を改善し、電極間距離を広げることも果的に、国民を対象にした大きなリスクをもった被視野に、難題ではあるがエージングという作業を少し曝実験でもあった。当初（第 7 章 7.1 項、1940 年）のでも改善できるような技術の進歩を期待したい。

間接撮影条件は、直接撮影の約 10 倍の 2.6mSV と試

固 定 陽 極 X 線 管 の 標 準 性 能 は、 焦 点 5mm, 入 力と減10kW であった。1949 年、回転陽極 X 線管が開発さり、さらに、1945 年以降は、蛍光板、カメラ、鉛ガれると、画質改善のため、増感紙、フイルム等の進ラスなどの改善が進み、約 0.3mSV（＝ 300μSV）と歩による感度、鮮鋭度などの性能向上もあり、焦点激減している。20 数年間、１回 / 年で照射されてもも 0.6mm 程度まで小さくなった。これが、影絵と言放射線障害がなかったというのは幸いであった。なわれるアナログ X 線像の画質改善の姿であったが、

お、0.3mSV という被曝量は、これを 1 週間で超える

1975 年から登場した CT（Computed Tomography）

おそれのある立ち入り場所を、放射線従事者の管理区と 2000 年に実用化した FPD（Flat Panel Detector）

域として設定するよう電離放射線防止規則で規定してが、従来のシャーカステンから、オンラインの PACSいる。ICRP（国際放射線防護委員会）の被曝に関す（画像保存通信システム）の配備により、デジタル映る勧告に対し検討データとなっていれば幸いである。

像画面に変遷した。フイルム画像に比し鮮鋭度は落ち

X 線管は、基本的にエミッション特性を最大限にる、また、イメジアンプより感度は低いが、CT 断層

発揮させるために耐電圧ぎりぎりの電極間距離に設計

像もボリュームスキャンの進歩により、三次元の立体してある。この X 線管に加える管電圧は、一次側に画像化が実現、また、FPD による画面操作などによある装置の計測器（メーター）に誤差があり、また、り、見にくいところが見やすくなり画像診断能が一段

電源変動もあるということで、定格 150kV の X 線管と向上した。一方、X 線管は、消化管撮影で得た陽極に 150kV を印加するとき、プラス誤差が加わると耐の熱容量増大の技術も当初は追いつかない状況にあっ

電圧不良になるということで躊躇していた。しかし、たが、従来の球軸受けではない、液体動圧軸受けの1960 年の後半二次側（高電圧側）で測定できる管電開発により 4MHU の熱容量を持つ世界でも最高の性圧計が商品化され、X 線管装置には、正確な管電圧が能である CT 用 X 線管装置を東芝が開発したように、加えられることになり、耐電圧の向上が要求された。

滑りのない軸受けに一歩近づいた技術が芽生えてきた

そこで、耐電圧対策をし、現場においても管電圧計でことは今後の発展に期待が出来るものと考えられる。

確認し得るため定格管電圧の印加が安心して行えるよ

一方、CT、FPD の開発で、増感紙、フイルム、現うになった。曖昧な技術を管電圧計というスケールの像液の生産が減少し、同時に、断層、拡大、ステレオ、導入により精密なものに進化させたことは、目立たななど多くの術式に応対した X 線管など、機種整理がいが優れた技術改善であった。

進んでいる。さらに、固定陽極タイプは、生産本数が算したが、以後、感光系の改良により 1.6mSV

1）

X 線管装置の技術の系統化調査295

少ないと、利益管理のための選択と集中など経営面かの問いに次のような返事を得ていたので記述した。

ら圧迫を受け、また、ヘリカル・ボリュームスキャン（1）技術とは己の至らぬところを至るようにするものの開発には、ソフトに多大な費用が必要なため、資本力のある企業でないと継続することが難しくなってきである。
（2）技術とは、ラフ（Rough）に作って精度よく仕上げることである。

た。
X 線を用いない診断、治療機器として、MRI、超音（3）技術とは、使い方を間違えても修正できることで波、内視鏡、粒子線、加速器など、日々進歩しており、ある。

将来的には、ニュートリノ、ギガヘルツ周波数など提人は、多義的、または、抽象的な考えを持っている

案されている。とくに、内視鏡（喉頭、気管支、上部と思う。この言葉は、額に汗を流し、悩み、努力をし消化管、十二指腸、小腸、大腸など多機種あり）の進たから出たのでなく、常に自分が持っている心のよう

歩は目覚ましく、さらに、臨床診断医学の進歩もあり、なもので、物事をやり終え、成果が出たときに浮かん

X 線診断機器の将来に一抹の不安を感じる。被曝のだものと推察する。例えば、（1）は、何事も他人のせ減少は感光系の努力によるが、X 線の持つ利点である

いではなく、常に自分が悪いというこころを、（2）は、解像力とコントラストをさらに進化させるために、ス

楽するところ、また、手を抜くところもあるが、集中

ペクトル解析の進歩はもとより、今後の X 線診断は、することが大事というこころ、（3）は、自分の感度（アCT という撮影術、FPD という映像系を中心に進化しンテナ）を上げることに努力していた。そのため、あていくと考えられる。X 線管の小焦点・大電流化は

らゆる分野に興味を持って対応していた際、異業種の難しさがあるので、焦点の影響を少なくした X 線放中に修正する機能がある商品に出会い、設計に応用し射で映像系を拡大操作出来れば、また、マンモ撮影のたときに「使い方を間違えても修正」の言葉が浮かん

際、しこりである石灰化を蛍光 X 線で分析するなど、だというのが本人の述懐であった。この例では状況に

X 線を用いた病巣の生体分析 2） が可能となれば、臨

よっては自分の想っているこころと発想が異なる場合

床技術も複合したさらなる技術として発展し、見えなもある。いずれにせよ、自分なりの、こころは誰もがい X 線が、真に見える技術として進化していくこともっている。それを大切にして物事に挑み成果が出れを期待したい。

ばおのずと何かを発見したように言葉、諺が出てくる

3）

なお、 1896 年 R.W.Wood の提案したガラス壁を
電子衝撃面とするアイデア、また、クーリッジが提であろう。この言葉を後世に多く伝えて行くことも併せて系統化出来れば幸いである。

案した電子を変更させる回転陽極 X 線管のアイデア
は、当時としては、正に絵空ごとで、実現不可能なも引用・参考文献のであったが、周辺技術が整備された現代では、こ

1） 滝内政治郎：診療 X 線技術新書，P101，金芳堂のアイデアを少し変えた形の外壁がターゲットとし（1961.5）て回転する陽極熱容量 50MHU の回転用陽極 X 線管

2） 21 世紀への懸橋，21 世紀への核となる放射線診

STRATON MX-P（図 9.27）を Siemens が開発した。

療機器の未来像，P239，東芝メディカルシステ

実現不可能と判断した特許のなかにも宝が埋もれていムズ（1988）

るということである。このことから、ある日、朝日新聞のコラムに「不可能が可能となり、昨日の夢が今日

3） 江藤秀雄：レントゲン管発達の歴史，日本レント
ゲン学会，17，2，P54-77（1939）の現実となる。実に恐ろしいのは人間の努力である」の記事があったことを思いだした。イタリアのグリ

296

謝辞

エルモ・マルコーニ（Guglielmo Marconi 1874-1937）

本稿を作成するにあたり、多くの方々から資料や情の言葉である。確かに、ある事柄の問題解決に迷った

報の提供を頂きました。施設名、ご芳名のみとし敬称

とき、「必ず解決出来る」と思い、毎日、毎日、其のを省略させていただきましたが、このほかにも多くことに関する資料を調べたり、見学したり、遊んでの方々のご協力も付記しまして、深くお礼申し上げまいても解決策を考えていると、ある時「ふっとアイデす。

アが浮かぶ」経験をしたことがある。企業内において（株）島津製作所：木戸孝文、原野稔、田中修二、も、歴史に残る製品を開発した人には、その達成感か

島津インターナショナル（株）：木村雄太郎、（株）島ら出る言葉がある。一例として、卓越した技量を発揮

津製作所創業記念館：山内幹雄、川勝美早子、東芝メした筆者の尊敬する３名の先輩に、在職中「技術とは」ディカルシステムズ（株）：藤原茂美（経営企画部）、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March窪田誠（公報部）、寺田哲夫（茨城支店）、山村俊夫、（営業部）、GE: 徳山佳織（統括本部）、（株）フィリッ

村木威（ＯＢ）、（株）日立製作所：大森幹之（マープスエレクトロニクスジャパン：仁井香苗（ヘルスシ

ケティング本部）、日本獣医師会：長野晋太郎（事務ステムズ）、京都医療科学大学：鈴木英文、広瀬佳治

局）、富士フィルムメディカル（株）：鈴木朋（販売統（事務局）、一般財団法人日本規格協会：小梁川崇之、

括本部）、キヤノンライフケアソリューションズ（株）：

馬場厚次（出版事業グループ）、公益社団法人日本放川取篤（医用画像機器営業本部）、（株）アライドマ

射線技術学会：宮高睦、一般社団法人日本画像医療シ

テリアル：深谷芳竹（機能材営業統括部）、ソフテッ

ステム工業会：鈴木真人、横田則昭、公益社団法人日クス（株）：小泉和彦（代表取締役）、荒井一正（営本診療放射線技師会、九州大学医学研究院・保健学部

業部）、朝日レントゲン工業（株）：中村通（代表取門、医用量子線科学分野：赤坂勉（助教）。

締役）、Varian: 川本靖（統括本部）、Siemens: 西村寿X 線管装置の技術の系統化調査

297

298

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

1914-1918
第１次世界大戦

安全・規格

画像構成ライン

海外情報

1913 米；クーリッジによる
熱陰極Ｘ線管の発明（米）

1904 独；タングステン極使用のＸ線管（イオン管）

Ｘ線の発見

1895 独；レントゲンによる

特記※M；明治、T；大正、 S；昭和和暦
M28-T03
西暦
1895-1914

1913 米：Bucky散乱線除去グリッド考案(1)

1925 東芝；GIBA蛍光坂
1926 島津；A号透視台
1933 小西六；Ｘ線フイルム

1932 独；空冷回転陽極Ｘ線管 Pantix シーメンス

1929 蘭；空冷回転陽極Ｘ線管 Rotalix フィリップスSP-DF-15,SP-DF-10

東芝；撮影用２重焦点形開発

1932 島津；日本石英工業にイオン管・整流管の製作を委嘱
1934 東芝；油浸式防電撃Ｘ線管(SPクーリッジ

渋谷；渋谷レントゲン

島津；島津製作所
日石；日本石英工業

東芝；ケノトロン（高圧整流管）
KR-150,KR-230（1）参考文献：青柳泰司、診断用Ｘ線装置、P57「図2.17引用」、コロナ社(1979,11)

島津；機械方式から電気的整流（ケノトロン使用）へ変遷

1918 独； O.Goetze 線状焦点Ｘ線管発明

KR-20,KR-100

1920 東芝；ケノトロン（高圧整流管）製造開始

固定陽極を当時
クーリッジＸ線管と呼称

1920 東芝；クーリッジＸ線管（U型）
1924 東芝；クーリッジＸ線管（治療用H型）200kV

高岡；高岡理化学工業

大倉；大倉レントゲン製作所
金城：金城医療器械
落合；落合理化学研究所
帝国；テイコクレントゲン

渋谷；フォンタナＸ線管 （イオン管）
1931 東芝；遮蔽形クーリッジ管・Ｘ線管（ジャパニックス）

金城；ｷﾝＸ線管 （イオン管）
落合；ニトラＸ線管 （イオン管）
1915 東芝；タングステン極使用
東芝；東芝メディカル
森川；森川忽助製作所

東芝；1920-1934
クーリッジＸ線管の特許実施権取得（国内の製造・販売権占有）
1925 東芝；クーリッジＸ線管（撮影用R型）
1927 帝国；テイコクＸ線管 （イオン管）

Ｔ14-S09
1925-1934

1914 東芝；Ｘ線管開発着手
1915 東芝；ギバＸ線管 （イオン管）
森川；キンシＸ線管 （イオン管）
高岡；タカＸ線管 （イオン管）
大倉；オークラＸ線管 （イオン管）

Ｔ04-Ｔ13
1915-1924

Ｘ線管装置の技術の変遷(1)S10-S19（防Ｘ線・防電撃形改善）1937 診療用Ｘ線装置取締規則施行1935 間接撮影法

1936 東芝：蓄電気放電式X線装置
1942 日立；車載間接撮影

トピックス
1938 東芝；空冷回転陽極Ｘ線管ＳＰ-ＲＡ
1944 東芝；空冷回転陽極Ｘ線管
ＳＤＮ-Ｒ-60（戦災で焼失）

1936 東芝、渋谷、日石；油浸用ケノトロン
KO-100,KO-130,KO-150
1940 島津；日本石英工業からＸ線管・整流管の製造販売権得る

1935 日石；空冷・治療 140kVp
整流管 230kVp
深部治療H形 200kVp
防電撃タイプ プロテックスW-10kW

油浸式深部治療用300kV

1935 東芝；体腔治療SPC-75-4

1935 渋谷レントゲンＸ線管の開発着手
渋谷；歯科用S-01
1940 渋谷；携帯LO-30

1937-1945 支那事変 1939-1945 第２次世界大戦
1941-1945 太平洋戦争

1935-1944

X 線管装置の技術の系統化調査

299

整流管

整流管

整流管

治 療

工 業

診 察

工 業

歯 科

診 察

診 察

安全・規格

画像構成ライン

島津；半導体整流器（セレン）
結核予防法

1958
1951

火力発電集塵フィラメントトリタン使用

グライナッヘル回路用

島津；増感紙・蛍光坂再開

KO-230B(K-2204N)
KO-100C(K-1048)
K-15S

空冷・水冷兼用

空冷10kW
油冷10kW

1946

1952
1957
1959

T-2531 深 部

SDR-10B(D-5056)
SiO-160-3C

1952
1964

1960

SDR-10/2
SDO-10Ｄ-1504
H7021

1952
1951

超小形

渋谷レントゲンの技術部を日立へ移管 (1945）

K-33 フィラメントにトリタン使用

1953

整流管

歯科

T-2531
D-081

1960
1955

治 療

DS-503R

世界初格子制御形

1955

1952
歯 科

歯科

1972

頭部CT

工 業

工 業

工 業

頭部CT

工 業

工 業

工 業

工 業

工 業

SiO-125-0.4/2.5Be

1964

IA透視

鋼板検査
SiO-250-7
全周放射1975 SiO-200-360
1979 DX-140.27-10
第２世代(CT)
EMI（英国）RSNAでX線CT（頭部）発表

H7129A（第2世代）

1977

携帯小形

携帯

携帯

全周放射 ガス歯科
全周放射 ガス

外科

携帯用

H7136
H7167
D-1504
H7106A
H7103
SIO-200-5A
SIO-260-5A
SIO-160-5E

診 察

CX-111 第２世代(CT)

1978
1964
1964
1964
1964
1964
1964
1964
1964

診 察

1964
EXS-150-2

頭部CT

工業

工 業

工 業

工 業

工 業

S39-S57
1964-1982
1960-1975 第２次インドシナ戦争
自己バイアス式
1973
1965 I-715B ガス絶縁形
Be窓
1966 I-320
セラミック外囲器 200kV
1980 I-670
1981 I-870
セラミック外囲器 300kV

X線管装置の技術の変遷（2-1）

S20-S38
1945-1963
1950-1953 朝鮮戦争
SDWR-10,6
空冷・水冷兼用

間 接

海外情報

島
津
製
作
所

日
立
製
作
所

カ
ル

東
芝
メ
デ

診 察

※ S；昭和、H；平成
和暦
西暦
特記

1983

工 業

工 業

診 察

診 察

工 業

工 業

診 察

Alダイキャスト検査

外科
外科

100μ焦点食品検査

Cアーム 世界標準

化成オプトニクス；グリーン発光希土類増感紙

H7230

H7208
H7228
H7189

1997 I-311
2000 I-312

1999 ＤＦ-151

S58-H12
1983-2000

300

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

80

安全・規格

画像構成ライン

1955
1956
1961
1954

500kHU( Ø125mm) ターゲット

1979

1975
1979

500

140
140
140
300

125k 三極管拡大・150kV 胸部

125kV 消化管

コンデンサ装置

拡大撮影(0.3mm焦点）

100kV 500mA

125kV 一般・断層

100kV 一般・断層

三田屋；グリッド
島津、東芝：5"II 商品化
島津；オーバーテーブル透視台
成人病検査（人間ドック開始）

1982

1966
1968
1970
1972
1972
1974
1976
1977
1981

0.7W/1PG38 シネ撮影（高輻射ターゲット）

T10 (Tiny) 世界超小形・回診用
1/2U13
W-Mo張り合わせターゲット
1/2P33
Ø100mmターゲット
0.1/1.5P38 2極管0.1mm焦点(国内初）
0.5/1U35
マンモ撮影
0.3/0.8P38 オーバーテーブル（消化管）
1.2U10G
単峰性焦点・回診用
0.8P38単峰性焦点・消化管
0.2TPＧ38
拡大ステレオ

国内初

CT(S)：シングルスライス用

1975 GE;Rotate-Rotate式第3世代X線CT7800発表
1972 島津；カセッテレス透視撮影台
1981 日立；テトロード式３相高電圧装置

400

45
140
200
200
200
200
80
200
200

拡大撮影

U-6CC-210TLB
拡大
U-6CE-55TB
一般
UG-6HE-01NB 150kV コンデンサ(世界一）UJ-6FC-05V
ＣＴ(S)

焦点切替え世界最速ステレオ撮影

400
300

超小形

焦点外X線遮蔽形

200
200

Ø100mmターゲット

DR-90H/M5156
高速回転
DRX-B20/M5192 マンモ撮影
DR-190 W-Mo張り合わせターゲット
E7005AXØ100mmターゲット
DR-431H
2極管0.1mm焦点
DRX-1924HD
多軌道断層
400HUターゲット
DRX-3224HD-H 熱交換器付

S39-S57
1964-1982
1960-1975 第２次インドシナ戦争
1964
1966
1966
1970
1973
1976
1979
1980
1980

kHU

拡大撮影

格子制御形

油浸・標準回転

1/2U10油浸・標準回転
0.3/2U10拡大撮影
2U10G
格子制御形・間接
0.8/15M10
小形・断層
1.5M10G
格子制御形・回診
1/2U10H
焦点外X線遮蔽形
1/2 S10
Ø110mmターゲット
0.5/1.5UCL オーバーテーブル（消化管）

DOR-401
DOR-431
DOR-502
DOR-503
DOR-508
DOR-532
DOR-533
DOR-537

XDO-R-60
SDO-R-70
DR-56,76,86
微小焦点（0.3mm）
DR-150/M5137
DR-80S
DR-31
DR-89 (50μm)

S20-S38
1945-1963
1950-1953 朝鮮戦争

X線管装置の技術の変遷(2-2)

1952:日本電気（商品名無),１954；神戸工業（テンロータ）が発売された。しかし、過去の製品トレースは不可能なため系統化調査から除外した。

1954
1956
1958
1959
1960
1960
1961
1961

80
80
80
55
55

海外情報

島
津
製
作
所

日
立
製
作
所

1955
1955
1956
1956
1956
1956
1959
1962

40
40
65
65
65
65
65

※ S；昭和、H；平成
和暦
西暦
kHU
特記
65
1949
65
1953
40
1957
東
65
1958
芝
メ
1960
デ
65
1960
1961
カ
65
1963
ル

ィ

単峰性焦点

選択性0.1mm焦点

東
芝
メ
デ

210

200
250
800
750
750
400
400
1500

800
800
800
800
2000

安全・規格

画像構成ライン

海外情報

島
津
製
作
所

日
立
製
作
所

カ
ル

1800

1987-1991
1998-2000

東芝、島津、日立；インバーター式高電圧装置
ＦＰＤ開発：デジタル画像時代へ（キャノン、東芝、富士、コニカ）

ＵH-6GC-31E
一般
UH-6FC-307E
XTV（汎用）UH-6RC-31EY
循環器
1987 1J116
CT(Ｓ)1987 0.2/0.8TJG
ステレオ（メタル外囲器）
0.3/1P364
近接・高速軌道形
0.3/0.8P324
TVオーバー
1995 0.3/0.6/1J327 循環器多目的

循環器

シネ撮影

拡大撮影

拡大ステレオ

実寸大ステレオ

水冷（ 循環器）

1996 DRX-T7345HD-H

UKM-4SC-211-TY
UKM-4SC-212TY
UKM-4SC-21TY
UKM-5SC-31WYA
UKM-5TC-231VY

２重軌道マンモ

1995 E7290AX

ダブルステレオ

1991 DRX-W735HD-H

1800
140

750

750

800

600

1800

kHU

2000

1995

1990

S58-H12(H17)1983-2000(2005)

0.4/0.7JG326

UH-6RC-307EY

DRX-6645GD

XTV（ＦＰＤ）

XTV（ＦＰＤ）

2005年東芝4MHU

4MHU 1994 CSRX-7713D-H ヘリカルCT(液体動圧軸受)

循環器３重焦点XTV（ＦＰＤ）

DRX-T7345HD-H

Ｘ線管装置の技術の変遷(2-3)

1983 1.5MHU（グラファイト）ターゲット使用ＣＴ用ロータノード開発
1988 CRX-7433HD-H
CT(M)1990 E7239X
世界標準

kHU

※ S；昭和、H；平成
和暦
西暦

ィ

X 線管装置の技術の系統化調査

301

302

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

海
外
技
術
・
映
像
・
情
報

1909 島津
千葉国府台衛戌病院に
国産初のＸ線装置納入（Ｘ線管輸入品）

Ｘ線装置、Ｘ線管（イオン管）輸入

1896 Ｘ線撮影実現
東京帝大
山川教授他、
第ー高等学校 水野教授他、第三高等学校 村岡教授他

1896 両面乳剤のフイルムと増感紙を考案

1904 タングステン極のイオン管開発

1896 ケーニッヒがイオン管考案

1895W.C.Röntogen
Ｘ線発見

1875 クルッツクス管の発明

X線管装置の系統化図

イオン管・クーリッジH形
200kV商品化

1980

1965 ターゲットに荒れ防止剤（レニューム）
混入の特許取得（Simens)

1960 熱容量増大、Ø100mm
高速回転、200KHU ,500kHU
WMo張り合わせターゲット

CT撮影

治療用：需要減生産中止

2000

工業用：セラミック外囲器300kV 開発

1990 ブルーミングレス
焦点のＸ線管開発（東芝）

CT・FPD登場
により生産中

1500～2000kHU
0.3/0.6/1 トリプル焦点開発

1994 東芝
ヘリカルCT用
4000KHU液体動圧軸受
CSRX-7713D-H

CT用回転陽極Ｘ線管開発
1982 750kHU
1988 1800～2000KHU

格子制御コンデンサー用
Ｘ線管はインバーター発生器の登場により生産中止、胸部撮影は2極管に移行

FPD対応ＸＴＶ寝台用
高級形開発
600 ～ 800KHU,0.4/0.6～ 0.7mm
パルス透視

750～2000kHU Ø125mm
WMo+graphiteターゲット

回転陽極Ｘ線管

1998-2000 FPD開発

1987-1991 インバータ式
高電圧装置の開発

1980-1900 ステレオ
400～800kHU
密着・拡大用開発

1967 マンモグラフイ用Be窓Ｘ線管開発

1972： ２極管
100μm焦点
Ｘ線管開発
（島津）

1990

CT用X線管情報
Philips:セラミック外囲器、陽極両持ち
GE:6.8MHU
Varian:7.5MHU、アパーチャで焦点鮮鋭度向上
Simens:50MHU,85kW 外囲器を回転、高冷却第3 世代シングル
スライスVarian
750kHU（回転陽極）

1977 第2世代（固定陽極）
日立頭部専用開発

コンデンサー用耐電圧150KVは、世界一

格子制御 コンデンサ用Ｘ線管（3極管）
日立、UG-6HE-01NB を発売、遠隔操作式XTV透視撮影台開発
200kHU
アンダー用 0.6/1mm,焦点(16),オーバー用 0.3/0.8mm焦点(12)、（ ）内はターゲッツト角度、高速回転

循環器撮影

工業用：160kVp3mA（携帯用）
治療用：200kV3mA,250kV25mA
体腔管：75kV

乳房撮影

診察用：空冷水冷兼用
・油浸形開発 焦点
0.8～5.0mm、max.10kW
1955 世界初格子制御
コンデンサー用Ｘ線管
DS-503R 開発（東芝）

胸部間接撮影▼1970
1968 Godfley Hounsfield
Ｘ線CT装置を発明

1961遠隔操作式
オーバーチューブＸＴＶ
透視撮影台の開発

1960

1949 回転陽極Ｘ線管実用化
普通回転 Ø45～70mm,
65kHU、焦点1/2,0.3/2mm
40kHU 焦点 0.8/1.8mm

1956 イメジアンプ
リファイア商品化

1951 結核予防法

1950

消化管撮影

東芝、回転陽極Ｘ線管1938 SP-RA 試作
1944 SDN-R-60 開発（戦災で焼失）固定陽極Ｘ線管ｼﾘｰｽﾞ化
診察用
空冷3kW,6kW,10KW
油冷10kW
防Ｘ線、防電撃形
ジャパニクスＸ線管開発（東芝）

1920 東芝国産初
熱陰極Ｘ線管「クーリッジU形」開発

1920-1934 東芝クーリッジ
特許実施権取得

1915 東芝国産初のイオンＸ線管「ギバ」誕生

一般撮影

固定陽極Ｘ線管

1937診療用Ｘ線装置取締規則

1936 東北大学古賀良彦教授
間接撮影法提案

1925 Muller 「Metarix」Ｘ線管開発

1940

1918 O.Goetze
線条焦点Ｘ線管発明

1930
回転陽極Ｘ線管開発
1929 Muller Rotalix
1932 Simens Pantex

1920
1913 クーリッジ
熱陰極Ｘ線管発明

1913 Bucky 散乱線除去グリッド考案

1910

X 線管装置の技術の系統化調査

303

制作年

1994年

2005年

1918年

1920年

1915年

名称

液体動圧軸受け採用
4MHU CT用ロータノード(CSRX-7713D-H)

液体動圧両持軸受け採用（高速回転）
陽極接地 CTロータノード(CXB-750S)

全波整流Ｘ線装置「ダイアナ号」

国産初の熱電子Ⅹ線管
クーリッジU形

国産初のイオンⅩ線管「ギバC」形

番号

1

2

3

4

5

制作者

東芝電子管デバイス(株)東芝電子管デバイス(株)(株)島津製作所

東芝電子管デバイス(株)東芝電子管デバイス(株)Ｘ線管装置技術 産業技術史資料 所在確認

製品

製品

製品

製品

製品

資料種類

展示中

展示中

展示中

保管

保管

資料現状

国産初の両持形式の動圧軸受採用 X線管技術の系統化調査報告「医療用Ｘ線CT技術」(2008.3 Vol.12)に記載
・国産初の機械式全波整流装置
・国産のイオン管、クーリッジ管を搭載した、当時のベストセラー製品
・GE社とほぼ同サイズ(Ø18cm x 55cm)だが、バルブ中央に排気用のチップがないのが特徴。
・透視診断、治療に用いられた。
・国産初のイオンX線管として、東芝はギバA、B、Cを開発した。
・重要科学技術史資料No.00047号の「ギバD」より前に生産されたイオンX線管(株)島津製作所
創業記念館

九州大学
医学部保健学科
展示場
九州大学
医学部保健学科
展示場

国産初の動圧軸受採用 X線管技術の系統化調査報告「医療用Ｘ線CT技術」(2008.3 Vol.12)に記載

選定理由

東芝電子管デバイス(株)東芝電子管デバイス(株)所在地

Ｘ線管装置の技術の系統化調査
ページ

段落

行

185

要旨

22
33
40

187
188
189

Profile
23

233
236
238
240

右
左

7
20

イメジアンプリファイア
クルッツクス管クルックス管より進化
イオンX線の概略図
イオンX線
モリブデン(MO)
管電圧では放電しなくなるので
kV
kV
請求範囲が（注）「陽イオンを発生しない
被爆
kV
ガラス容器を冷却している水で
kV
kV（当時の米1Kg
1927
kV
kV
GE回転陽極X線間主要部の概略図
図6.21 CIRCLEX1/2U10
kV
日立DOR-2外観図（1962）（追加）
蛍光版”ダイアナ”
kV
kV
三極管X線管の遮断特性(.2mm焦点,3000RPM)
60KHU
kV

242

左

9

イメジインテイシファイアー（イメジアンプリ
ファイア-----------）

190

右技術の系統化調査報告 第24集
2017年3月(誤）イメジアンプリファイア
国内では、日立が
FPD (Flat Panel Display)
同年4月

表2.1
6
8

左
図2.5

191
198

表3.1
表3.2

200

203
206

左
右
右
左

207

左

208
217

右
右

221

右

201

222
226
左

228

右
右
左
左

230

11
6
3
30
17
21
16
9
18
19
図6.6
図6.21

227

229

31
12

右
左

15
図6.25
4
7
12
23
33

左
図7.18
図7.28

表8.1
245

246

24
25
32
33
2
3
4
5

右

左
図8.26

249

左
右

4
22
35

表8.1 主なターゲット材料12)60,000HU
3倍60,000HU
60,000HUの曲線を示す。60,000HUを、
陽極最大入力Ø76mm
1.8倍
360HU/s
200,000HUと60,000HU（点線表示）
計算値(6章の参考文献(18)）
撮影までの時間は.0.8秒以内
動体撮影

正誤表
全文PDF版
2017年 8 月
(正）イメージ・インテンシファイア
国内では、株式会社日立製作所（以下日立という）がFPD (Flat Panel Detector)
昭和32年4月 株式会社島津製作所入社
昭和38年3月 立命館大学理工学部 卒業
イメージ・インテンシファイア
クルックス管
改良
イオンX線管の概略図
イオンX線管モリブデン(Mo)
管電圧ではイオン生成しなくなるので
kVp
kVp
請求範囲が「陽イオンを発生しない
被曝
kVp
ガラス容器壁面（水冷却）で
kVp
kVp(当時の米10Kg
1937
kVp
kVp
GE回転陽極Ｘ線管主要部の概略図
図6.21 CIRCLEX1/2U1019)
kVp
日立UOR-2(Ｘ線管DOR-2を収納）外観図（1988.12）
19)Roentgen Hand Book:P95-98 島津製作所(1956.1)
蛍光板"ダイアナ号"
kVp
kVp
三極X線管の遮断特性(1.2mm焦点,3000RPM)
65kHU
kVp
イメージ・インテンシファイア（商品名イメージアンプ
リファイア、I.Aともいう。ここでは、I.Iまたはイメジ管とも呼ぶ）
表8.1 主なターゲット材料13)
80,000HU
2.5倍
80,000HU
80,000HUの曲線を示す。80,000HUを、X線管最大連続入力
Ø70mm
2倍
400HU/s
200,000HUと80,000HU（点線表示）
理論値（8.5.1)
撮影までの時間は0.8秒以内
動態撮影

250

右

251
252

左
図8.39

254
256

1
4
9
3
13
20
4
4
22
25
27

左
右
左
左

264

図9.21
23

右
図9.23

265

右

266

右

26-31

36
268
269
271
272
276

278

279
282
283
284
286

287
290
295
298

299

30
15
41
14
18
19
33
8
10
25

8.6.2 I.I(イメジ・インテンシファイア）間接撮影 8.6.2 I.I(イメージ・インテンシファイア）間接撮影
イメジ・インテンシファイア(I.I）
イメージ・インテンシファイア(I.I）
動体撮影
動態撮影
b.被写体面における増感性フィｲルム
b.被写体面における増感紙フィルム(3)フラットパネルディスプレイ
(3)フラットパネルディテクタ
フラットパネルディスプレイ
フラットパネルディテクタ（フラットディスプレイ）（フラットディテクタ）PaxScan4030A
PaxScan4030A(Varian Medical System)
パルス撮影
パルス照射
被爆
被曝
2001
1994
CSRX-7713D-H
CSRX-9144MD-H
CSRX-7713D-H
CSRX-9144MD-H
図9.23は、CSRX-9144MD-H
図9.23は、CSRX-7713D-H
CSRX-7713D-H
CSRX-9144MD-H
なお、ボリュームスキャンCTは、動きの遅い撮影は1秒で、速い場合は、0.5秒近辺で行われ、また、画像ソフト
なお、被写体の------動きの早い場合の撮影では、 の進化とともに形態・機能の診断が向上し、血管撮影も特別な場合を除きカテーテルを用いないという利点があ
所定のX線強度を得るためには…
る。ただし0.5秒以内の撮影では、所定のX線強度を得る
ためには…
Performix HDw X-ray Tub

被験者
12）勝田
右
日立(2010)kV
右100kV,110mA
左開発(1973年）
左Ｘ線管装置(Senographe)
右kV
左シブヤ時報第2巻8号
左100kVp
図10.34B
図10.34B
8
70kV3mA
10
125kV5mA
右11200KV5mA
12260KV5mA
18(185kV5mA)
左9
携帯用工業用Ｘ線管I-627
左
シリーズ化
5
左
ダイアナ
21
図10.57
半導体組合せ(44)
図10.60B-5048B（東芝）
12
60kV10mA
左14
歯科用S-0が4
30×105mm
右10kV
左4,18,29 kV kV
右
6
kVp
右
高電圧耐電圧試験
3
FPD(Flat Panel Display)
25
右
36
4MkHU
X線菅装置の技術の変遷(1) 渋谷：歯科用S-10、渋谷携帯LO-10
東芝メディカル 工業 1977 I-670
渋谷レントゲンの技術部日立へ移管（1945
診察
SDO-10X線菅装置の診察
H7136 ポータブル技術の変遷 日立製作所
診察
H7167
外科
(2-1)
（日立製作所 「歯科」の下に追加）
頭部CT 1976 H7129A
島津製作所
頭部CT 1977 DX-140.27-10

Perfomix HDw X-ray Tube
被検者
12）藤田
日立(2007)kVp
100kVp,100mA
開発(1972年）
Ｘ線装置(Senographe)
kVp
シブヤ時報第2巻3号
100kV
図10.34B 内部概略図
70kVp,3mA
125kVp,5mA
200KVp,5mA
260KVp,5mA(185kVp,5mA)
携帯用工業用Ｘ線管I-670
油浸タイプをシリーズ化
ダイアナ号
シリコン整流器外観(44)M-5048B（東芝）
60kVp,10mA
歯科用S-01が
Ø30×105mm
kVp
kVp
kV
高電圧側耐電圧試験
FPD(Flat Panel Detector)
4MHU
渋谷：歯科用S-01、渋谷携帯LO-30
工業 1980 I-670
渋谷レントゲンの技術部日立へ移管（1945)
診察 1951
SDO-10 油冷10kW
削除
削除
工業
H7021
頭部CT 1977 H7129A
頭部CT 1979 DX-140.27-10

kHU 75(5ケ所)

300

301

302

kHU 65（5ケ所)1979 500kHU(Ø125mm)ターゲット
1975 UG-6HE-01NB、1979 UJ-6FC-05V
島津製作所
1972 0.1/0.8P38
1972 0.1/1.5P38
東芝メディカル 4MHU 1994 CSRX-6645D
4MHU 1994 CSRX-7713D-H
X線菅装置の
日立製作所
UH-6RC-307EY
2000（上段に準じ）
UH-6RC-307EY
技術の変遷
画像構成
日立：インバータ式高電圧装置 1987-1991 東芝、島津、日立：インバータ式高電圧装置
1887-1 東芝、島津、
(2-3)
ライン
1998-2000 FPD開発：デジタル画像時代へ
2000 FPD開発：デジタル画像
1932 Simennse Pantex
1932 Simense Pantex
1927 Muller「MetarixＸ線管開発
1925 Muller「Metarix」Ｘ線管開発
1887-1991iインバータ式
1987-1991インバータ式
2000 FPD開発
1998-2000 FPD開発
1950 回転陽極Ｘ線管j実用化
1949 回転陽極Ｘ線管実用化
普通回転 Ø45～70mm
普通回転 Ø45～70mm
75kHU,焦点1/2、0.3/2.2mm
65kHU,焦点1/2、0.3/2mm
Ｘ
40kHU 焦点 0.8/1.8mm
40kHU 焦点 0.8/1.8mm
線遠隔操作式XTV透視撮影用開発
遠隔操作式 XTV 透視撮影台開発
管200kHU
200kHU装
アンダー用： 6/1mm焦点(16)アンダー用 0.6/1mm焦点(16)置のオーバー用： 3/0.8mm焦点(12)オーバー用 0.3/0.8mm焦点(12)系（ ）内はターゲット角度、高速回転（ ）内はターゲット角度、高速回転
統
日立、UG-6HE-01N,を発売
日立、UG-6HE-01NBを発売
化
1976 第二世代（固定陽極）
1977 第二世代（固定陽極）
図
日立頭部専用開発
日立頭部専用開発
CT用回転陽極Ｘ線管開発
CT用回転陽極Ｘ線管開発
1983 750kHU
1982 750kHU
1992 東芝
1994 東芝
ヘリカル・ボリュームスキャン用
ヘリカルCT用 4000HU液体動圧軸受
4000HU液体動圧両軸受け
CSRX-7713D-H
1966 マンモグラフィ用Be窓Ｘ線管開発
1967 マンモグラフィ用Be窓Ｘ線管開発
X線菅装置の 東芝メディカル1980 500HU(Ø125mm)ターゲット
技術の変遷
日立製作所
1977 UG-6HE-01NB、1978 UJ-6FC-05VA(2-2)