DE60037491T2 - Drehanoden-Röntgenröhre - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp, und insbesondere auf eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die mit einem dynamischen Druckgleitlager ausgestattet ist, das von einem Flüssigmetall geschmiert wird.
  • 1 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Hauptabschnitts einer herkömmlichen Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp, die mit einem dynamischen Druckgleitlager und einer Röntgenstrahlröhrenvorrichtung mit der in einem Gehäuse untergebrachten Röntgenstrahlröhre ausgestattet ist. Die Bezugsziffer 141 gemäß 1 stellt einen Vakuumbehälter einer Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp dar. Eine Kathode 140 zum Emittieren eines Elektronenstrahls eines scheibenartigen Drehanodentargets 142, etc., sind in dem Vakuumbehälter 141 angeordnet. Ferner ist eine Röntgenstrahlemissionsschicht 143 zum Emittieren eines Röntgenstrahls in dem Bereich des scheibenartigen Drehanodentargets 142, welcher der Kathode 140 gegenüberliegt, angeordnet.
  • Das scheibenartige Drehanodentarget 142 ist an einer Halterungswelle 145 durch eine Befestigungsmutter 144 befestigt. Die Halterungswelle 145 ist mit einem Rotor 146 verbunden, der insgesamt zylindrisch ausgebildet ist. Der Rotor 146 hat eine Dreischichtstruktur, die aus einem Außenzylinder 146a, einem Zwischenzylinder 146b und einem Innenzylinder 146c mit einem Boden besteht. Die Halterungswelle 145 ist mit dem Zwischenzylinder 146b verbunden. Eine säulenartige stationäre Struktur 147 ist in das Innere des Innenzylinders 146c eingesetzt. Eine Spiralnut bzw. -rille 148 mit einem Fischgrätmuster ist auf der Oberfläche der stationären Struktur 147 ausgebildet, und ein Metallschmiermittel, wie z. B. eine Ga-In-Sn-Legierung, die in Form einer Flüssigkeit zumindest während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre vorliegt, wird einem Spalt bzw. Zwischenraum zugeführt, welcher den Gleitlagerabschnitt vom Dynamikdrucktyp aufweist, der zwischen der stationären Struktur 147 und dem Rotor 146 ausgebildet ist, und der Spiralnut 148 zugeführt.
  • Eine Schmiermittel-Speicherkammer (nicht gezeigt) zur Aufnahme des Flüssigmetall-Schmiermittels ist in einem zentralen Abschnitt der stationären Struktur 147 ausgebildet. Mehrere laterale Schmiermittel-Durchgangswege oder -kanäle sind in radialen Richtungen zwischen der Schmiermittel-Speicherkammer und dem dynamischen Druckgleitlager angeordnet. Das Flüssigmetall-Schmiermittel, das in der Schmiermittel-Speicherkammer untergebracht ist, wird über Schmiermittel-Durchgangswege in den Gleitlagerabschnitt vom dynamischen Drucktyp eingeleitet.
  • Der Innenzylinder 146c des Rotors und die stationäre Struktur 147, die gemeinsam das dynamische Druckgleitlager bilden, sind so angeordnet, dass etwa 20 μm des Lagerzwischenraums bei einem Betrieb der Röntgenstrahlröhre erhalten bleiben kann. Sowohl der Innenzylinder 146c als auch die stationäre Struktur 147, die gemeinsam die Lagerfläche bilden, sind aus einem Metallmaterial, wie z. B. einem Eisenlegierungs-Werkzeugstahl, z. B. SKD-11 (JIS-Standards) hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit von SKD-11 ist relativ gering, d. h. 24 W/m × K bei Raumtemperatur.
  • Zwei Stufenabschnitte 149, 150 sind ringförmig in einem bestimmten Abstand voneinander in der Vertikalrichtung im Außenumfangsabschnitt der stationären Struktur 147 angeordnet. Der Außendurchmesser der stationären Struktur 147 wird in jedem der Stufenabschnitte 149, 150 so geändert, dass der Durchmesser der stationären Struktur 147 am unteren Endabschnitt, der auf der dem scheibenartigen Drehanodentarget 142 gegenüberliegenden Seite positioniert ist, verkleinert wird. Ein Vorsprungsabschnitt 151 ist ringförmig im Außenumfangsabschnitt des in dem unteren Abschnitt positionierten Stufenabschnitts 150 ausgebildet. Ferner ist ein Metallring 152 an der Außenseite des Vorsprungsabschnitts 151 derart angeordnet, dass er die stationäre Struktur 147 umgibt. Ringförmige Vorsprungsabschnitte 153, 154 sind an dem Innenumfangsabschnitt bzw. dem Außenumfangsabschnitt des Metallrings 152 angeordnet. Ein Außenkantenabschnitt 147a der in dem unteren Abschnitt in 1 positionierten stationären Struktur 147 erstreckt sich vom Vakuumbehälter 141 nach außen, so dass er als ein Abschnitt verwendet werden kann, über den die Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps am Gehäuse 155 befestigt ist.
  • Der Vakuumbehälter 141 umfasst einen Abschnitt 141a großen Durchmessers, der aus Metall gefertigt ist und den Hauptabschnitt des scheibenartigen Drehanodentargets 142 umgibt, und einen Abschnitt 141b kleinen Durchmessers, welcher die Hauptabschnitte des Rotors 146 und der stationären Struktur 147 umgibt. Der Abschnitt 141b kleinen Durchmessers ist beispielsweise aus Glas hergestellt, und ein aus einem dünnen Metallkörper gefertigter Dichtungsring 156 ist an den Randabschnitt des Abschnitts 141b kleinen Durchmessers gebondet. Der Spitzen- bzw. Außenabschnitt des Dichtungsrings 156 ist hermetisch am Spitzenabschnitt des Vorsprungsabschnitts 154 am Außenumfangsabschnitt des Dichtungs-Metallrings 152 angeschweißt. Ferner ist der Spitzenabschnitt des Vorsprungsabschnitts 153 in dem Innenumfangsabschnitt des Dichtungs-Metallrings 152 hermetisch an den Spitzenabschnitt des Vorsprungsabschnitts 151 angeschweißt, der in dem Stufenabschnitt 150 der stationären Struktur 147 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die stationäre Struktur 147 hermetisch gegen den Vakuumbehälter 141 abgedichtet. Ein Stator 157, der dazu dient, der Drehstruktur 146 Drehkraft zu vermitteln, ist an der Außenseite des Abschnitts 141b kleinen Durchmessers des Vakuumbehälters 141 angeordnet. Der Stator 157 umfasst einen Eisenkern und eine um den Eisenkern gewickelte Spule.
  • Bei der Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps nach obiger Beschreibung ist der Rand- bzw. Kantenabschnitt 147a der stationären Struktur 147 an dem Boden im zentralen Abschnitt eines napfartigen Halteelements 158, das aus Isolationsmaterial hergestellt ist, befestigt. In dem Halteelement 158 ist der offene Randabschnitt des zylindrischen Abschnitts 158b am Gehäuse 155 durch mehrere Bolzen 160 befestigt. Ferner ist ein Durchgangsloch im zentralen Abschnitt des Bodens des Halteelements 158 ausgebildet, und ein oben geformter Metallring 158a mit einem zentralen Durchgangsloch 159 ist am Bodenabschnitt des Halteelements 158 durch mehrere Bolzen 161 befestigt. Der Außenrandabschnitt 147a der stationären Struktur 147 erstreckt sich durch das zentrale Durchgangsloch 159 des Metallrings 158a.
  • Der Außendurchmesser des Metallrings 158a ist einwärts zur Innenseite des Vakuumbehälters 141 hin abgeschrägt, und ein ringförmiger Vorsprungsabschnitt 162 ist in den Innenumfangsabschnitt in Kontakt mit dem Außenrandabschnitt 147a der stationären Struktur 147 ausgebildet. Dort, wo der Außenrandabschnitt 147a der stationären Struktur 147 an dem Metallring 158a befestigt ist, ist die obere Oberfläche des Vorsprungsabschnitts 162 des Metallrings 158a in Kontakt mit dem Stufenabschnitt 150 der stationären Struktur 147 gebracht.
  • Der Außenrandabschnitt 147a der stationären Struktur 147 ist am Metallring 158a durch eine Mutter 163 befestigt und festgestellt, welche mit einer Außengewindeschraube, die an der Außenumfangswand des Außenrandabschnitts 147a der stationären Struktur 147 ausgebildet ist, in Eingriff steht. Beim Festziehen der Mutter 163 wird der Außenrandabschnitt 147a der stationären Struktur, der festzustellen ist, in 1 nach unten gezogen, so dass dies den Kontakt zwischen der oberen Oberfläche des Vorsprungsabschnitts 162 und dem Stufenabschnitt 160 der stationären Struktur 147 verstärkt, mit dem Ergebnis, dass die Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps am Halteelement 158 festgestellt ist.
  • Ein Abschirmelement 164, das die Röntgenstrahlröhre abschirmt und aus Blei gefertigt ist, ist innerhalb des Gehäuses 155, welches die Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps aufnimmt, angeordnet. Ein Isolier-Kühlungsöl ist in das Abschirmelement 164 geladen und zirkuliert in diesem. Ferner ist ein Röntgenstrahl-Strahlungsfenster 165 zum Aussenden des Röntgenstrahls nach außen in einem Bereich angeordnet, der seitwärts der Röntgenstrahl-Emissionsschicht 143 positioniert ist. Ein Zirkulationsloch zum Zirkulierenlassen des Isolier-Kühlungsöls ist in dem napfartigen Abschnitt 158b und in dem Metallring 158a des Halteelements 158 ausgebildet, und eine Einlassöffnung 166 zum Einleiten des Isolier-Kühlungsöls ist in dem Abschnitt des Gehäuses 155, der seitwärts des Halteelements 159 positioniert ist, ausgebildet. Das Isolier-Kühlungsöl, welches durch die Einlassöffnung 166 zugeführt wird, wird durch den Zwischenraum zwischen dem Vakuumbehälter 141 der Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps und dem Gehäuse 155 strömen gelassen, wie durch Pfeile Y angegeben ist.
  • Bei der herkömmlichen Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps wird die von dem Drehanodentarget erzeugte Wärme von der Anode zu dem Vakuumbehälter durch Strahlung übertragen, und dann vom Vakuumbehälter auf das Isolier-Kühlungsöl übertragen, um verteilt zu werden. Ein Teil der vom Drehanodentarget erzeugten Wärme und die von der Drehung des Gleitlagers vom Dynamikdrucktyp erzeugte Wärme werden beispielsweise zu dem Rotor geleitet, der den Anoden-Drehmechanismus bildet, so dass sie teilweise von der Außenumfangsfläche des Rotors abgeleitet wird. Die verbleibende Wärme wird ferner über das Lager zu der stationären Struktur geleitet, und dann zu dem Außenkantenabschnitt der stationären Struktur, der außerhalb des Vakuumbehälters positioniert ist, um von der Röhre nach außen abgeleitet zu werden.
  • Es ist anzumerken, dass das Flüssigmetall-Schmiermittel, das beispielsweise aus einer Ga-Legierung besteht, und das dem Gleitlagerabschnitt vom dynamischen Drucktyp zugeführt wird, hochaktiv wird. Falls der Lagerabschnitt auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, reagiert das Flüssigmetall-Schmiermittel mit dem die stationäre Struktur und die Lagerfläche des Rotors bildenden Metallmaterial. Infolgedessen wird eine Reaktions-Metallschicht auf der Lagerfläche angesammelt, so dass allmählich die Tiefe der Spiralnut und das Spiel bzw. der Abstand zwischen den Lagerflächen abnimmt, was in einigen Fällen zu einer Verschlechterung der Dreheigenschaften führt. Es ist auch anzumerken, dass bei einer Erwärmung des Lagerabschnitts auf eine hohe Temperatur leicht ein Gas aus verschiedenen Materialien erzeugt wird. Es ist anzumerken, dass es auch vorstellbar ist, dass das Flüssigmetall-Schmiermittel aus dem Lagerabschnitt durch die so erzeugten Gasblasen hinausgedrückt wird, um nach außen zu lecken.
  • Eine Maßnahme zur Vermeidung der Temperaturerhöhung im Rotor und dem Lagerabschnitt der stationären Struktur ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenbarung (KOKEI) Nr. 7-130311 vorgeschlagen. Im einzelnen wird vorgeschlagen, dass der Kernabschnitt der stationären Struktur aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird und die übertragene Hitze, welche die stationäre Struktur erreicht, weiter durch den Kernabschnitt des stationären Struktur übertragen wird, so dass sie vom Vakuumbehälter nach außen abgeführt wird. Bei diesem Stand der Technik wird ein geschmolzenes Metall, hauptsächlich geschmolzenes Kupfer, in den Kernabschnitt der stationären Struktur gegossen, um einen Körper mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu bilden. Natürlich ist es schwierig, die stationäre Struktur herzustellen. Außerdem ist die mechanische Festigkeit der stationären Struktur gering.
  • Es ist auch im Stand der Technik bekannt, dass Wärmeableitrippen an dem Außenrandabschnitt der stationären Struktur angeordnet sind, der sich von dem Vakuumbehälter der Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps nach außen erstreckt, und ein Isolieröl in direkten Kontakt mit den Wärmeableitrippen zum Kühlen der Rippen gebracht wird. Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, dass ein Kühlmedium in einen Leerraum eingeleitet und darin zirkuliert wird, der innerhalb der stationären Struktur ausgebildet ist, so dass die Kühlwirkung verbessert wird.
  • In der Kühlstruktur zum Kühlen des Außenrandabschnitts der stationären Struktur ist es jedoch schwierig, einen ausreichenden Wärmeableiteffekt zu erzielen, da der Außenrandabschnitt der stationären Struktur weit von dem Lagerabschnitt entfernt ist. Andererseits wird in der Struktur, in der im Kühlmedium durch das Innere der stationären Struktur zirkuliert wird, die mechanische Festigkeit der stationären Struktur gemindert, und zwar wegen der Bildung des bis zum Innenbereich der stationären Struktur reichenden Lochs.
  • Übrigens wird die Temperatur des Gleitlagerabschnitts von Dynamikdrucktyp teilweise deswegen verungleichmäßt, weil ein Teil der von dem Drehanodentarget erzeugten Wärme auf den Gleitlagerabschnitt übertragen wird, und teilweise deswegen, weil die Wärme von dem Lagerabschnitt selbst erzeugt wird. Infolgedessen kommt es zu einer unerwünschten Reaktion zwischen dem Flüssigmetall-Schmiermittel und der Lagerfläche im Hochtemperaturabschnitt.
  • JP 07-130311A , auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, offenbart eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp, bei der die stationäre Struktur Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstähle aufweist, die zusammen einen hohlen Abschnitt dazwischen festlegen. In diesen hohlen Abschnitt wird geschmolzenes Kupfer gegossen, um die stationäre Struktur zu bilden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps bereitzustellen, die ein Ungleichmäßigwerden der Temperatur in dem Gleitlagerabschnitt vom Dynamikdrucktyp vermeidet, und es auch gestattet, die Temperaturerhöhung in dem Gleitlagerabschnitt zu vermeiden, was es ermöglicht, die Herstellung zu erleichtern und auch eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit, beispielsweise der stationären Struktur zu ermöglichen, und die es außerdem erlaubt, stabile Dreheigenschaften über einen langen Zeitraum zu erhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und nachstehend dargelegt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erfüllung der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp bereitgestellt, bei der mindestens ein Loch so ausgebildet ist, dass es sich von einem Randabschnitt einer stationären Struktur entlang einer Achse der stationären Struktur innerhalb einer Position erstreckt, welche eine Schmiermittel-Speicherkammer und einen Schmiermittel-Durchgang umgeht, und ein Wärmeübertragungselement mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der der stationären Struktur ist in das Loch eingesetzt, um eine integrale Struktur zu bilden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erfüllung der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp bereitgestellt, bei der der Rotor aus mehreren zylindrischen Strukturen gebildet ist, und ein Wärmeübertragungselement mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die der Innenzylinderstruktur, die in den mehreren zylindrischen Strukturen enthalten ist, ist in einer im wesentlichen zylindrischen Form an die Außenumfangswand der inneren zylindrischen Struktur gebondet, die ein Gleitlager des Dynamikdrucktyps bildet, und zwar zusammen mit der stationären Struktur.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erfüllung der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp bereitgestellt, bei der ein Fluiddurchgangsweg zum Zirkulierenlassen eines Kühlmediums in dem Wärmeübertragungselement ausgebildet ist.
  • Dieser Überblick über die Erfindung beschreibt nicht zwangsläufig alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unter-Kombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
  • Die Erfindung ist besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen zeigen:
  • 1 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch einen Teil einer Röntgenstrahlröhre zeigt, die eine Röntgenstrahlröhrenvorrichtung zeigt, die allgemein mit einer Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp ausgestattet ist,
  • 2 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 3 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Ansicht einen Teil der Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß 2 zeigt,
  • 4A eine laterale Schnittansicht entlang der Linie 3a-3a, die jeweils in 2 und 3 dargestellt ist,
  • 4B eine Lateralschnittansicht entlang der Linie 3b-3b, die jeweils in den 2 und 3 dargestellt ist,
  • 5 eine Tabelle zur Darstellung der Eigenschaften der in dem Lagerabschnitt der Röntgenstrahlröhre gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien,
  • 6 eine Lateralschnittansicht, die schematisch eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 7 eine Vertikalschnittansicht zur schematischen Darstellung in vergrößerter Weise eines Teils einer Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 8 eine Vertikalschnittansicht zur schematischen Darstellung in vergrößerter Weise eines Teils einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 9 eine Vertikalschnittansicht zur schematischen Darstellung in vergrößerter Weise eines Teils einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 10 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch eine Struktur in einem Herstellungsschritt zeigt, die als stationäre Struktur einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
  • 11 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 12 eine Draufsicht zur Darstellung der oberen Oberfläche der in 11 gezeigten stationären Struktur,
  • 13 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 14 eine Seitenansicht zur Darstellung eines Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur der Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß 13,
  • 15 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einem weiteren Beispiel zeigt, das dazu dient, bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
  • 16 eine Vertikalansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 17 eine Vertikalansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einem weiteren Beispiel zeigt, das zur Erläuterung von Aspekten der vorliegenden Erfindung dient,
  • 18 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 19 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 20 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 21 eine Vertikalschnittansicht, die schematisch in vergrößerter Weise einen Teil einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
  • 22 eine Schrägansicht, die schematisch in vergrößerter Weise die stationäre Struktur einer Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß 21 zeigt.
  • Röntgenstrahlröhren eines Drehanodentyps gemäß einigen Beispielen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Übrigens sind die gleichen Bestandteile der Röntgenstrahlröhre mit den gleichen Bezugsziffern in den gesamten beigefügten Zeichnungen bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Die 2 bis 4B zeigen gemeinsam eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 2 eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 3 in vergrößerter Weise die Abschnitte des Drehanodentargets und der stationären Struktur gemäß 2 zeigt, 4A eine laterale Schnittansicht entlang der Linie 4a-4a in den 2 und 3 ist und den Innenzylinder des Rotors und der stationären Struktur zeigt, und 4B eine laterale Schnittansicht entlang der Linie 4b-4b in den 2 und 3 ist und den Innenzylinder des Rotors der stationären Struktur zeigt. Die in diesen Zeichnungen gezeigte Bezugsziffer 11 bezeichnet einen Vakuumbehälter, der eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps bildet. In 2 ist der Vakuumbehälter 11 nur teilweise dargestellt. Eine Kathode (nicht gezeigt) zum Emittieren eines Elektronenstrahls, ein scheibenartiges Drehanodentarget 12 etc. sind in dem Vakuumbehälter 11 angeordnet. Der Großteil des scheibenartigen Drehanodentargets 12 ist aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung gebildet, und eine Röntgenstrahl-Emissionsschicht 13 zum Emittieren eines Röntgenstrahls auf einen Fokussierbereich gegenüber der Kathode, der aus Wolfram oder einer Rhenium-Wolfram-Legierung hergestellt ist, ist an dem scheibenartigen Drehanodentarget 12 angebracht.
  • Das scheibenartige Drehanodentarget 12 ist an einer Halterungswelle 15 durch eine Befestigungsmutter 14 befestigt, und die Halterungswelle 15 ist mit einem Rotor 16 eines Drehmechanismus verbunden. Der Rotor 16 besteht aus einer dreischichtigen Struktur, die aus einem Außenzylinder 16a, einem Zwischenzylinder 16b und einem Innenzylinder 16c mit einem Boden gebildet ist. Der Zwischenzylinder 16b ist mit der Halterungswelle 15 verbunden. Ferner ist ein Druckring 18 durch einen Schraubeneingriff am unteren offenen Endabschnitt des Innenzylinders 16c befestigt.
  • Der Außenzylinder 16a des Rotors ist aus einem Kupferkörper mit einem schwarzen Film hergestellt, der an der Außenumfangsfläche angebracht ist, um die Wärmestrahlungseigenschaften zu verbessern. Der Zwischenzylinder 16b ist beispielsweise aus einer Legierung hergestellt, die aus 50 Gew.-% Eisen und 50 Gew.-% Nickel besteht (nachstehend als "TNF-Material" bezeichnet), und die eine hohe mechanische Festigkeit auch bei hohen Temperaturen zeigt. Ferner ist der Innenzylinder 16c mit dem Boden aus einem Material mit einer relativ hohen Härte hergestellt, das von einem flüssigen Schmiermittel nur schwer korrodiert wird, da die Innenumfangsfläche des Innenzylinders 16c eine Lagerfläche bildet. Beispielsweise ist der Innenzylinder 16c aus einem Eisenlegierungs-Werkzeugstahl SKD-11 (JIS-Spezifikation) hergestellt.
  • Übrigens hat das oben genannte TNF-Material eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 16 W/m × K. Da der Zwischenzylinder 16b aus dem TNF-Material gefertigt ist, wird die Wärmeübertragung des Zwischenzylinders selbst gemindert. Ferner kann die Wärmeübertragung von dem Drehanodentarget zu dem Lagerabschnitt erheblich gemindert werden, da ein Wärmeisolierraum Ga innerhalb des Zwischenzylinders 16b ausgebildet ist, wie später beschrieben wird. Ferner hat das TNF-Material einen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa 10 × 10–6/°C, der dem Wert für das den Innenzylinder 16c bildende SKD-11 nahekommt. Der Innenzylinder 16c und der Zwischenzylinder 16b sind miteinander beispielsweise durch Hartlötung in einem etwas unteren Abschnitt in 2 zusammengefügt, der sich weit von dem scheibenartigen Drehanodentarget 12 entfernt hinsichtlich der Wärmeübertragungsroute befindet. Ferner ist ein erster Zwischenraum Ga zur Wärmeisolierung zwischen der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 16c und dem Zwischenzylinder 16b in dem Abschnitt oberhalb des oben genannten Hartlötabschnitts ausgebildet.
  • Desgleichen sind der Zwischenzylinder 16b und der Außenzylinder 16a miteinander durch Hartlötung in dem Eingriffsabschnitt nahe dem scheibenartigen Drehanodentarget 12 verbunden, und ein zweiter Zwischenraum Gb zur Wärmeisolierung ist in dem restlichen Abschnitt ausgebildet, d. h., in dem Zwischenraum zwischen dem Zwischenzylinder 16b und dem Außenzylinder 16a, der sich von dem Hartlötabschnitt nach unten erstreckt.
  • Ein erster Stufenabschnitt T1 ist in einem Teil der Außenumfangswand des Innenzylinders 16c ausgebildet, d. h. in einem Bereich nahe dem unteren Ende des Abschnitts, an dem der Wärmeisolierabstand Ga ausgebildet ist. Ein erster Abschnitt Ap des Innenzylinders 16c, der oberhalb des ersten Stufenabschnitts T1 positioniert ist, ist so ausgebildet, dass er einen kleineren Außendurchmesser als der Außendurchmesser eines zweiten Abschnitts Aq des Innenzylinders 16c aufweist, der unterhalb des ersten Stufenabschnitts T1 positioniert ist.
  • Wie in 4A gezeigt ist, ist das Wärmeübertragungs element 19 für den Rotor beispielsweise durch Hartlöten an der Außenumfangsfläche des ersten Abschnitts Ap des Rotors mit kleinem Außendurchmesser auf eine Weise gebondet, dass im wesentlichen eine zylindrische Konfiguration gebildet wird. Der Verbindungsabschnitt des Wärmeübertragungselements 19 ist durch einen Buchstaben B in der Zeichnung bezeichnet. Die Dicke des Wärmeübertragungselements 19 für den Rotor ist so eingestellt, dass sie gestattet, dass die Außenumfangsfläche des Wärmeübertragungselements 19 mit der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts Aq fluchtet. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform besteht das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus vier bogenförmigen Plattenelementen der gleichen Größe, die durch Aufteilen eines zylindrischen Elements in vier Abschnitte in der Radialrichtung erstellt wird. Die aufgeteilten vier Abschnitte (bogenförmige Elemente) werden mit einem vorbestimmten kleinen Abstand g, der zwischen benachbarten Unterteilungsabschnitten ausgebildet ist, angeordnet, so dass das Wärmeübertragungselement 19, das im wesentlichen zylindrisch ist, gebildet wird. Ferner ist das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus einem Material mit einer größeren Wärmeleitfähigkeit als der des Innenzylinders 16c hergestellt. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement 19 aus einem Verbundmaterial hergestellt, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit 35 Gew.-% Kupfer erstellt wird.
  • Ein zweiter Stufenabschnitt T2 ist in einem Teil der Innenumfangsfläche des Innenzylinders 16c, z. B. in einem Abschnitt unter dem ersten Stufenabschnitt T1 ausgebildet. Der zweite Abschnitt Aq des Innenzylinders 16c, der über dem zweiten Stufenabschnitt T2 positioniert ist, ist so ausgebildet, dass er einen kleineren Innendurchmesser aufweist als der dritte Abschnitt Ar des Innenzylinders 16c, der unter dem zweiten Stufenabschnitt T2 positioniert ist.
  • Eine im wesentlichen säulenförmige stationäre Struktur 17 ist in den Raum innerhalb des Innenzylinders 16c eingesetzt. Ein unterer Randabschnitt 17a der stationären Struktur 17 erstreckt sich durch den zentralen offenen Abschnitt eines Druckrings 18, so dass er an einem Teil eines Dichtungs-Metallrings 20 befestigt ist, und erstreckt sich ferner vom Vakuumbehälter 11 nach außen. Der untere Rand der stationären Struktur 17, d. h. der Außenkantenabschnitt 17a, der auf der dem scheibenartigen Drehanodentarget 12 gegenüberliegenden Seite positioniert ist, wird als Teil, an dem die Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps am Gehäuse (nicht gezeigt) befestigt ist, verwendet. Die stationäre Struktur 17 ist hermetisch an der Innenseite des Dichtungs-Metallrings 20 angeschweißt, und die Außenseite des Dichtungs-Metallrings 20 ist hermetisch an einem aus einem dünnen Metallkörper gebildeten Dichtungsring 22 angeschweißt, der an dem Vakuumbehälter 11 befestigt ist. Im Ergebnis ist die stationäre Struktur 17 luftdicht am Vakuumbehälter 11 versiegelt.
  • Zwei Sätze von Spiralnuten 23a, 23b, die jeweils ein fischgrätenartiges Muster aufweisen, sind in Teilen der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 17 ausgebildet, um ein Radialgleitlager von Dynamikdrucktyp zwischen dem Rotor 16 und der stationären Struktur 17 zu bilden. Eine Ausnehmung 24 zum teilweisen Speichern eines Flüssigmetall-Schmiermittels ist in diesem Bereich der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 17 ausgebildet, die zwischen den oberen und unteren Spiralnuten 23a und 23b sandwichartig eingebettet ist. Es ist anzumerken, dass der Zwischenraum, der etwa 20 μm des Lagerspiels enthält, zwischen dem Innenzylinder 16c des Rotors 16 und der stationären Struktur 17 während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre aufrechterhalten wird.
  • Ferner ist eine Spiralnut 25a mit kreisförmigem Fischgrätenmuster an der Bodenfläche des Innenzylinders 16c auf der Seite des scheibenartigen Drehanodentargets und an der oberen Oberfläche der stationären Struktur 17 gegenüber der Bodenfläche des oben genannten Innenzylinders 16c ausgebildet, so dass ein Gleitlager vom Dynamikdrucktyp in der Schub- bzw. Druckrichtung gebildet wird. Desgleichen ist eine Spiralnut 25b an der unteren Oberfläche des zweiten Stufenabschnitts T2 der stationären Struktur 17 und an der oberen Oberfläche des Schubrings 18 ausgebildet, der nahe der unteren Oberfläche des oben genannten Stufenabschnitts T2 und diesem zugewandt positioniert ist, so dass ein Gleitlager vom Dynamikdrucktyp in der Schubrichtung gebildet wird.
  • Jeder der Innenzylinder 16c des Rotors, der stationären Struktur 17 und des Schubrings 18, die miteinander in Eingriff stehen und nahe aneinander positioniert sind, ist beispielsweise aus dem vorher genannten SKD-11 hergestellt.
  • Eine Schmiermittel-Speicherkammer 26 zur Aufnahme eines Flüssigmetall-Schmiermittels ist durch ein in dem zentralen Abschnitt der stationären Struktur 17 ausgebildetes Loch gebildet, und erstreckt sich entlang der C-Drehachse der Röntgenstrahlröhre. Das obere Ende der Schmiermittel-Speicherkammer 26 ist an der oberen Oberfläche der stationären Struktur 17 offen. Drei laterale Schmiermittel-Durchgangswege 27 sind radial etwa um 120° voneinander beabstandet zwischen der Schmiermittel-Speicherkammer 26 und der an der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 17 ausgebildeten Ausnehmung 24 angeordnet. Mit anderen Worten, ist der Schmiermittel-Durchgangsweg 27 in drei Zweige in einer von der Erstreckungsrichtung der Schmiermittel-Speicherkammer 26 unterschiedlichen Richtung verzweigt.
  • Übrigens sind die Schmiermittel-Durchgangswege so ausgebildet, dass sie mit der Ausnehmung 24 in der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform kommunizieren. Es ist aber auch möglich, eine geeignete Anzahl von Schmiermittel-Durchgangswegen zu bilden, die mit denjenigen Bereichen kommunizieren, in denen der Schmiermitteldruck innerhalb der Spiralnuten beim Betrieb der Röntgenstrahlröhre relativ sinkt. Es ist anzumerken, dass ein Metallschmiermittel, z. B. eine Ga-In-Sn-Legierung, die in der Form einer Flüssigkeit zumindest während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre vorliegt, im Zwischenraum mit dem Lagerspiel, das zwischen dem Rotor 16, der stationären Struktur 17 und dem Druckring 18, sowie den Spiralnuten 23a, 23b, 25a, 25b, der Schmiermittel-Speicherkammer 26, den Schmiermittel- Durchgangswegen 27 und der Ausnehmung 24 ausgebildet ist, zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Flüssigmetall-Schmiermittel, das in der Schmiermittel-Speicherkammer 26 untergebracht ist, dem Lagerabschnitt vom Dynamikdrucktyp über den offenen Abschnitt der Schmiermittel-Speicherkammer 26, die Schmiermittel-Durchgangswege 27, die Ausnehmung 24 etc. bei Betrieb der Röntgenstrahlröhre zugeführt.
  • Ein erster Satz von drei Löchern 28a ist so ausgebildet, dass sie sich entlang der Röhrenachse von der oberen Oberfläche der Außenkante 17a, die auf der dem scheibenartigen Drehanodentarget 12 gegenüberliegenden Seite positioniert ist, nach oben erstrecken. Desgleichen ist ein zweiter Satz von drei Löchern 28b, die kürzer sind als die Löcher 28a, so ausgebildet, dass sie sich entlang der Röhrenachse von der oberen Oberfläche der oben genannten Außenkante 17a nach oben erstrecken. Wie in 4A gezeigt ist, steht ein erster Satz von drei Wärmeübertragungselementen 29a in engem Eingriff mit den drei Langlöchern 28a. Diese Wärmeübertragungselemente 29a sind integral durch Hartlöten an die Innenflächen der Löcher 28a gebondet. Desgleichen steht ein zweiter Satz von drei Wärmeübertragungselementen 29b in engem Eingriff mit den drei Kurzlöchern 28b gemäß 4B. Diese Wärmeübertragungselemente 29b sind integral durch Hartlöten an die Innenflächen der Löcher 28b gebondet. Die Verbindungsabschnitte dieser Wärmeübertragungselemente 29 sind gleichermaßen durch einen Buchstaben B bezeichnet.
  • Diese Langlöcher 28a und die Wärmeübertragungselemente 29a, die in diese Langlöcher 28a eingesetzt sind, sind an Positionen angeordnet, die von der C-Achse der Röntgenstrahlröhre so versetzt sind, dass die in der stationären Struktur ausgebildete Schmiermittel-Speicherkammer 26 umgangen wird, und sind um etwa 120° voneinander beabstandet in der Umfangsrichtung angeordnet. Desgleichen sind diese Kurzlöcher 28b und die Wärmeübertragungselemente 29b, die in diese Kurzlöcher 28b eingesetzt sind, an Positionen angeordnet, die von der C-Achse der Röntgenstrahlröhre so versetzt sind, dass sie die in der stationären Struktur ausgebildete Schmiermittel-Speicherkammer 26 umgehen, und sind um etwa 120° voneinander beabstandet in der Umfangsrichtung angeordnet. Außerdem sind diese Langlöcher 28a und die Wärmeübertragungselemente 29a so angeordnet, dass sie die Position der Schmiermittel-Durchgangswege 27 vermeiden und sich über die Schmiermittel-Durchgangswege 27 hinaus erstrecken, um Bereiche nahe dem Endabschnitt der stationären Struktur auf der Seite des scheibenartigen Drehanodentargets 12 zu erreichen. Andererseits sind die Kurzlöcher 28b und die in die Kurzlöcher 28b eingesetzten Wärmeübertragungselemente 29b an den Positionen angeordnet, welche den Positionen der Schmiermittel-Durchgangswege 27 in der Umfangsrichtung, von oben gesehen, entsprechen. Diese Kurzlöcher 28b erstrecken sich aber nicht so weit nach oben, dass sie bis zu den Schmiermittel-Durchgangswegen 27 reichen.
  • Jedes der Wärmeübertragungselemente 29a und 29b, die in die Langlöcher 28a bzw. die Kurzlöcher 29a eingesetzt sind, ist aus einem Material, wie z. B. Cu gefertigt, dessen Wärmeleitfähigkeit höher ist als die der stationären Struktur 17. Die stationäre Struktur 17 unterscheidet sich von Kupfer in den Wärmedehnungseigenschaften. In diesem Fall aber hat das aus Kupfer gefertigte Wärmeübertragungselement einen kleinen Durchmesser und ist an der Innenfläche des Lochs angelötet. Daher entsteht zwischen den beiden kein praktisches Problem durch den Unterschied in der Wärmebeanspruchung.
  • Übrigens ist es möglich, ein Verbundmaterial zu benutzen, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit 35 Gew.-% Kupfer hergestellt wird, um die Wärmeübertragungselemente 29a, 29b für die stationäre Struktur sowie das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor zu bilden. Wolfram und Kupfer sind im wesentlichen unfähig zur Bildung einer festen Lösung. Daher werden mit der Zunahme des Gewichtsverhältnisses von Kupfer zu Wolfram die Wärmeleitungseigenschaften und die Wärmedehnungseigenschaften des Verbundmaterials denen von Kupfer angenähert. Daraus folgt, dass es möglich ist, die Wärmedehnungseigenschaften des Wärmeübertragungselements 19 für den Rotor und der Wärmeübertragungselemente 29a, 29b für die stationäre Struktur den Wärmedehnungseigenschaften des Materials nahezubringen, welches den Lagerabschnitt bildet, wie z. B. SKD-11, indem das Gewichtsverhältnis von Kupfer des Verbundmaterials gesteuert wird. Das Verbundmaterial, das zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfasst beispielsweise "ELCONITE" (eingetragenes Warenzeichen eines elektrischen Kontaktmaterials, hergestellt von Kabushiki Kaisha Toshiba).
  • Die oben beschriebene Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps ist in einem Gehäuse untergebracht, wie 1 zeigt, und eine Außengewindeschraube 17b des Außenrandabschnitts 17a der stationären Struktur ist durch ein Metallfitting des Halteelements eingesetzt und durch eine Mutter befestigt, so dass die Röntgenstrahlröhre festgestellt ist. Der resultierende Aufbau kann als Röntgenstrahlröhrenvorrichtung betrieben werden. Übrigens ist es möglich, den Außenrandabschnitt 17a der stationären Struktur länger auszubilden, und Wärmeableitrippen am oberen Abschnitt des verlängerten Außenrandabschnitts 17a anzubringen, so dass die Wärmestreuung noch weiter verbessert wird. Alternativ ist es möglich, die unteren Enden der Wärmeübertragungselemente 29a, 29b für die stationäre Struktur niedriger zu positionieren als die Endseite des Außenrandabschnitts 17a der stationären Struktur. In diesem Fall sind die Wärmeableitrippen an den unteren Außenabschnitten der Wärmeübertragungselemente 29a, 29b angebracht, oder ein Isolier-Kühlungsöl wird direkt gegen die unteren Außenabschnitte der Wärmeübertragungselemente 29a, 29 geblasen, so dass die Wärmeableiteigenschaften weiter verbessert werden.
  • 5 ist eine Tabelle zur Darstellung der Hauptmaterialien, welche das Lager bilden, und die gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen. Wie aus der Tabelle der 5 hervorgeht, umfassen die zur Bildung des Wärmeübertragungselements geeigneten Materialien Kupfer mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit. Übrigens unterscheidet sich Kupfer im Wärmedehnungskoeffizienten von dem das Lager bildenden Material, wie z. B. SKD-11. Wenn Kupfer zur Bildung eines Wärmeübertragungselements für den Rotor oder eines Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur benutzt wird, wird daher die Wärmebeanspruchung durch die hohe Temperatur während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre, z. B. etwa 220°C, erhöht, oder auch während eines Vakuum-Entgasungsschritts des Lagerelements, z. B. bei etwa 750°C, und hängt von der Form und der Größe des Rotors oder der stationären Struktur ab. Daraus folgt, dass es möglich ist, dass die den Drehmechanismus bildenden Elemente verformt werden und zu einer Ungenauigkeit der Größe führen. Andererseits kommt ein Verbundmaterial, das aus 65 Gew.-% Wolfram und 35 Gew.-% Kupfer besteht, dem SKD-11 im Wärmedehnungskoeffizienten nahe. Daher wird im Fall der Verwendung des speziellen Verbundmaterials die Ungenauigkeit der Größe des Elements gemindert, und gleichzeitig ist es möglich, eine höhere Wärmeübertragungseffizienz zu erzielen.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird die Temperatur des Lagerabschnitts, die von der zum Lagerabschnitt übertragenen Wärme erhöht wird, über das Wärmeübertragungselement für den Rotor, das so angeordnet ist, dass es die Außenumfangsfläche des Innenzylinders des relativ nahe am Lagerabschnitt angeordneten Rotors bedeckt, und durch die von dem Lagerabschnitt selbst erzeugte Wärme rasch vergleichmäßigt. Ferner kann die Wärme in dem Lagerabschnitt wirksam zu dem äußeren Rand der stationären Struktur übertragen werden, so dass sie vom Vakuumbehälter nach außen abgegeben wird, wodurch die Temperaturerhöhung im Lagerabschnitt gemindert wird. Im einzelnen sind die Wärmeübertragungselemente für den Rotor und die Wärmeübertragungselemente für die stationäre Struktur so angeordnet, dass sie sich teilweise überlappen, und zwar in der Axialrichtung der Röntgenstrahlröhre derart, dass der Lagerabschnitt im wesentlichen zwischen Wärmeübertragungsmaterialien mit einer hohen Wärmeübertragungseffizienz eingebettet ist. Daraus folgt, dass die Temperatur des Lagerabschnitts vergleichmäßigt wird und die Wärme vom Lagerabschnitt mit hoher Wirksamkeit nach außen abgeführt wird.
  • Im Ergebnis ist es möglich, die Größenänderung der Spiralnuten und des Lagerabstands zu mindern, was es ermöglicht, eine Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp zu erhalten, die eine stabile Beibehaltung der Dreheigenschaften über einen langen Zeitraum ermöglicht. Es ist auch anzumerken, dass die stationäre Struktur den Außenrandabschnitt aufweist, der außerhalb des Vakuumbehälters positioniert ist, und Wärmeübertragungselemente für die stationäre Struktur in Löcher eingesetzt sind, die in die stationäre Struktur eingebracht sind. Es ist aber auch möglich, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit der stationären Struktur durch Verringern eines Verhältnisses des Außenrandabschnitts der stationären Struktur zu den Wärmeübertragungselementen für die stationäre Struktur und durch integrales Befestigen der Wärmeübertragungselemente an der stationären Struktur sicherzustellen.
  • 6, die auf eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, ist eine laterale Schnittansicht zur Darstellung des Innenzylinders des Rotors und der stationären Struktur in Positionen, welche den in 4A gezeigten Positionen entsprechen. Die gleichen Elemente der Struktur werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine Beschreibungswiederholung entfällt. In dieser Ausführungsform besteht das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus zwölf bogenförmigen Plattenelementen, die durch gleichmäßiges Aufteilen eines zylindrischen Elements in der Umfangsrichtung erstellt werden. Diese aufgeteilten bogenförmigen Plattenelemente werden beispielsweise durch Hartlöten an der Außenumfangswand des Innenzylinders 16c des Rotors befestigt, um eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration zu bilden.
  • Wie oben beschrieben wurde, besteht das Wärmeübertra gungselement 19 für den Rotor aus zwölf bogenförmigen Plattenelementen. Der Grund zum Aufteilen des Wärmeübertragungselements 19 in viele kleine Abschnitte wird nun beschrieben. Es ist anzumerken, dass das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus einem Verbundmaterial gefertigt ist, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit 35 Gew.-% Kupfer erstellt wird. Wie in 5 gezeigt ist, liegt der Wärmedehnungskoeffizient des Verbundmaterials bei niedrigen Temperaturen nahe demjenigen des den Lagerabschnitt bildenden SKD-11. Falls die Temperatur aber erhöht wird, ist der Wärmedehnungskoeffizient des Verbundmaterials, welches das Wärmeübertragungselement bildet, geringfügig größer als der von SKD-11. Infolgedessen wird eine Wärmebeanspruchung in dem Fall erzeugt, in dem Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor am Innenzylinder 16c angelötet ist, oder wenn das eingebaute Lager einer Entgasungsbehandlung unter hohen Temperaturen unterzogen wird, mit dem Ergebnis, dass der zylindrische Strukturabschnitt des Innenzylinders 16c eine Kompressionskraft aufnimmt, womit er verformt wird.
  • Eine solche Verformung wird allgemein durch Belastungskonzentration in dem Talabschnitt des Zwischenraums Ga zwischen benachbarten aufgeteilten Elementen, d. h., den bogenförmigen Plattenelementen des Wärmeübertragungselements 19 für den Rotor verursacht. Die Verformung tendiert dazu, einfach mit einer Abnahme der Dicke des Innenzylinders 16c zu entstehen. Wenn aber das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor in viele kleine bogenförmige Abschnitte unterteilt wird, wird die Wärmebeanspruchung in den Tälern von vielen Zwischenräumen g zwischen benachbarten unterteilten Elementen des Wärmeübertragungselements 19 für den Rotor verteilt. Im Ergebnis ist es möglich, die übermäßige lokale Konzentration der Wärmebelastung zu moderieren, so dass die Verformung des zylindrischen Strukturabschnitts des Innenzylinders 16c gemindert wird.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor in viele kleine Abschnitte in der Umfangsrichtung unterteilt. Es ist aber möglich, dass das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus einer großen Anzahl von rechteckigen Stangen bzw. Stäben im Querschnitt gebildet ist, und entlang der Außenumfangsfläche des Innenzylinders angeordnet ist, oder aus einem zylindrischen Körper mit einer großen Anzahl schlitzartiger Nuten bzw. Rillen besteht, die an bzw. in der Oberfläche ausgebildet sind, und in gleichem Abstand voneinander in der Axialrichtung angeordnet sind. Wenn der Durchmesser des Innenzylinders des Rotors relativ klein ist, ist es alternativ möglich, dass das Wärmeübertragungselement 19 für den Rotor aus einem einzigen zylindrischen Körper besteht.
  • 7 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Halterungswelle 15, an der das scheibenartige Drehanodentarget (nicht gezeigt) befestigt ist, mit einem Rotor 54 verbunden. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform hat der Rotor 54 eine dreischichtige zylindrische Struktur, die aus einem Außenzylinder 54a, einem Zwischenzylinder 54b und einem Innenzylinder 54c mit einem Boden besteht. Ein Schub- bzw. Druckring 59 ist durch Schraubeneingriff an der unteren Endöffnung des Innenzylinders 54c befestigt.
  • Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ist der Außenzylinder 54a des Rotors aus einem Kupferkörper mit einem schwarzen Film, der an der Außenumfangsfläche angebracht ist, hergestellt. Der Zwischenzylinder 54b ist aus einem TNF-Material gefertigt, ferner ist jeder Innenzylinder 54c mit einem Boden sowie der Schubring 59 aus SKD-11 gefertigt.
  • Ein Stufenabschnitt T1 ist in einem Teil der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 54c ausgebildet. Ein oberer Abschnitt Ap des Innenzylinders 54c, der über dem Stufenabschnitt T1 positioniert ist, ist im Außendurchmesser kleiner als ein unterer Abschnitt Aq, der unter dem Stufenabschnitt T1 positioniert ist, ausgebildet. Ferner ist ein dickes zylindrisches oder unterteiltes Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor integral beispielsweise durch Hartlöten an der Außenumfangsfläche des oberen Abschnitts Ap mit einem kleineren Außendurchmesser gebondet.
  • Die Dicke in der Radialrichtung des Wärmeübertragungselements 56 für den Rotor ist so eingestellt, dass eine Ausrichtung der Außenumfangsfläche des Wärmeübertragungselements 56 mit der Außenumfangsfläche in dem unteren Abschnitt Aq des Innenzylinders 54c möglich ist. Das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor ist aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der des Innenzylinders 54c gefertigt. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement 56 aus einem Verbundmaterial hergestellt, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit Kupfer erstellt wird, z. B. 60 Gew.-% Wolfram und 40 Gew.-% Kupfer.
  • Ein Stufenabschnitt T2 ist an einem Teil der Innenumfangsfläche des Innenzylinders 54c ausgebildet, der niedriger positioniert ist als der Stufenabschnitt T1. Der Innendurchmesser des oberen Abschnitts Aq des Innenzylinders 54c, der um dem Stufenabschnitt T2 positioniert ist, wird kleiner gemacht als der des unteren Abschnitts Ar, der unter dem Stufenabschnitt T2 positioniert ist. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird eine stationäre Struktur in den Innenraum des Innenzylinders 54c eingebracht, wobei ein geringes Lagerspiel zwischen der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 54c und der Innenumfangsfläche der stationären Struktur 55 erhalten bleibt.
  • Die stationäre Struktur 55 ist so ausgebildet, dass sie sich in der Form dem Innenraum des Innenzylinders 54c anpasst und aus einem ersten Abschnitt 55w kleinen Durchmessers, der einen kleinen Außendurchmesser aufweist, einem Abschnitt 55x großen Durchmessers, der einen größeren Außendurchmesser aufweist als der erste Abschnitt 55w kleinen Durchmessers, und einem zweiten Abschnitt 55y kleinen Durchmessers, der einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der des großen Abschnitts 55x mit großem Außendurchmesser. Ein Stufenabschnitt Z1 ist an der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 55w kleinen Durchmessers und dem Abschnitt 55x großen Durchmessers ausgebildet. Ferner ist ein Stufenabschnitt Z2 an der Grenze zwischen dem Abschnitt 55x großen Durchmessers und dem zweiten Abschnitt 55y kleinen Durchmessers ausgebildet.
  • Ein Loch 55a mit einem relativ großen Innendurchmesser ist so ausgebildet, dass es entlang der C-Achse der Röntgenstrahlröhre von der Randebene des Außenrandabschnitts 55b der stationären Struktur 55 reicht, um bis zum Abschnitt 55x großen Durchmessers zu reichen. Ein Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur ist beispielsweise durch Hartlöten an die Innenumfangsfläche des Lochs 55a gebondet, so dass ein enger Eingriff des Wärmeübertragungselements 57 mit dem Loch 55a möglich wird. Das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur ist aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit hergestellt als die der stationären Struktur 55. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement 57 ist aus einem Verbundmaterial gefertigt, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit Kupfer erstellt ist, z. B. mit 65 Gew.-% Wolfram und 35 Gew.-% Kupfer.
  • Spiralnuten 58a, 58b jeweils mit Fischgrätenmustern sind in oberen und unteren Bereichen an der Seitenfläche des ersten Abschnitts 55w kleinen Durchmessers der stationären Struktur 55 ausgebildet. Gleitlager vom dynamischen Drucktyp sind in der Axialrichtung zwischen diesen Spiralnuten 58a, 58b und dem Rotor 54 ausgebildet. Andererseits ist eine Spiralnut 66a mit einem kreisförmigen Fischgrätenmuster in dem Stufenabschnitt Z1, der dem Stufenabschnitt T1 des Innenzylinders 54c zugewandt ist, ausgebildet. Ferner ist eine Spiralnut 60b mit kreisförmigem Fischgrätenmuster an der oberen Oberfläche des Schubrings 59 ausgebildet, der durch einen Schraubeneingriff an dem unteren Endabschnitt des Rotors 54 befestigt und in Kontakt mit der Oberfläche des Stufenabschnitts Z2 positioniert ist. Im Ergebnis werden Gleitlager eines dynamischen Drucktyps in der Schubrichtung zwischen diesen Spiralnuten 60a, 60b und dem Rotor 54 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser jedes der Gleitlagerabschnitte des dynamischen Drucktyps kleiner gestaltet als in der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform. Im Ergebnis wird der Lagerwiderstand bei der Drehbetätigung der Röntgenstrahlröhre verringert, und somit ist die Röntgenstrahlröhre für den Betrieb mit hoher Geschwindigkeit geeignet.
  • Eine Schmiermittel-Speicherkammer 61 zum Aufnehmen eines Flüssigmetall-Schmiermittels ist im zentralen Abschnitt der stationären Struktur 55 so ausgebildet, dass sie sich entlang der C-Achse der Röntgenstrahlröhre erstreckt. Das obere Ende der Schmiermittel-Speicherkammer 61 ist an der oberen Endseite der stationären Struktur 55 offen. Ferner sind laterale Schmiermittel-Durchgangswege 62, die von der Schmiermittel-Speicherkammer 61 verzweigen, radial in der stationären Struktur 55 zwischen der Schmiermittel-Speicherkammer 61 und dem Dynamikdruck-Gleitlager angeordnet. Das Flüssigmetall-Schmiermittel, das in der Schmiermittel-Speicherkammer 61 aufgenommen ist, wird dem Lagerabschnitt des dynamischen Drucktyps durch die obere Öffnung der Schmiermittel-Speicherkammer und des Schmiermittel-Durchgangswegs 62 zugeführt.
  • Ein erster Rückhaltering 63, der mit dem Drehabschnitt verbunden ist, und ein zweiter Rückhaltering 64, der mit dem stationären Abschnitt verbunden ist, sind unter dem Schubring 59 angebracht, um so ein Lecken des Flüssigmetall-Schmiermittels in den Vakuumraum zu verhindern. Der zweite Rückhaltering 64 ist an einem Dichtungs-Metallring 65 befestigt. Übrigens ist eine Außengewindeschraube 55c zum Anziehen und Befestigen an der Außenumfangsfläche des Außenrandabschnitts 55b der stationären Struktur ausgebildet.
  • In der Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau ist das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor an den Innenzylinder 54c des Rotors 54 gebondet. Außerdem ist das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur in das in der Randebene der stationären Struktur 55 eingebrachte Loch eingesetzt. Es ist anzumerken, dass jedes dieser Wärmeübertragungselemente 56 für den Rotor bzw. Wärmeübertragungselemente 57 für die stationäre Struktur aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, z. B. einem Verbundmaterial, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit Kupfer hergestellt ist.
  • Daraus folgt, dass die auf den Rotor übertragene Wärme und die am Lagerabschnitt erzeugte Wärme rasch unter den Lagerabschnitten verteilt wird, so dass die Temperatur gleichmäßig gemacht wird. Außerdem wird die Wärme durch die stationäre Struktur etc. zur Außenseite der Röntgenstrahlröhre mit hoher Wirksamkeit abgeleitet, so dass die Temperaturerhöhung im Lagerabschnitt gemindert wird. Es ist auch anzumerken, dass das Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur in das Loch eingesetzt ist, das in den Außenrandabschnitt der sich von dem Vakuumbehälter nach erstreckenden stationären Struktur eingebracht ist. Es ist aber auch möglich, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit der stationären Struktur durch Verringern eines Verhältnisses in der seitlichen Querschnittsfläche des Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur zum Außenrandabschnitt der stationären Struktur beizubehalten oder aber durch integrales Bonden, beispielsweise durch Hartlöten des Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur an den Außenrandabschnitt der stationären Struktur.
  • Übrigens bilden Wolfram und Kupfer, welche das Verbundmaterial bilden, im wesentlichen keine feste Lösung. Wenn das Gewichtsverhältnis von Kupfer zu Wolfram erhöht wird, werden die Wärmeübertragungseigenschaften und die Wärmedehnungseigenschaften des Verbundmaterials demjenigen von Kupfer selbst angenähert. Daraus folgt, dass es möglich ist, die Wärmedehnungseigenschaften des Wärmeübertragungselements für den Rotor und des Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur demjenigen des Materials des Lagerabschnitts, wie z. B. SKD-11, durch Anpassen des Kupfergehalts des Verbundmaterials anzunähern.
  • Beispielsweise hat ein Verbundmaterial, das aus 65 Gew.-% Wolfram und 25 Gew.-% Kupfer besteht, einen Wärmedehnungskoeffizienten nahe demjenigen von SKD-11. Daraus folgt, dass es im Fall der Verwendung des oben exemplarisch dargestellten Verbundmaterials möglich ist, die Wärmebeanspruchung zu mindern, die in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Innenzylinder 54c des Rotors und dem Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor auftritt, und die in dem Verbindungsabschnitt zwischen der stationären Struktur 55 und dem Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur auftritt. Infolgedessen kann eine Verformung der Teile, die durch den Unterschied des Wärmedehnungskoeffizienten verursacht wird, vermieden werden und gleichzeitig ist es möglich, eine hohe Wärmeübertragungswirkung zu erzielen.
  • Die hohe Wärmeübertragungswirkung am Außenrandabschnitt 55b der stationären Struktur 55 wird nun beschrieben. Wenn beispielsweise der Außendurchmesser D2 des Wärmeübertragungselements 57 für die stationäre Struktur auf die Hälfte des Außendurchmessers D1 des angrenzenden Abschnitts der stationären Struktur 55 in der in 7 gezeigten Ausführungsform gebracht wird, ist die effektive Wärmeleitfähigkeit k in dem Außenrandabschnitt 55b der stationären Struktur 55 gegeben durch: k = (k1·S1 + k2·S2)/(S1 + S2) = (k1·(D12 – D22) + k2·D22)/D12 (1)wobei k1 die Wärmeleitfähigkeit der stationären Struktur 55 darstellt, die im Fall von SKD-11 24 W/m·K beträgt, S1 die laterale Querschnittsfläche der stationären Struktur 55 darstellt, k2 die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements 57 für die stationäre Struktur darstellt, die 240 W/m·K ist, und S2 die seitliche Querschnittsfläche des Wärmeübertragungselements 57 für die stationäre Struktur darstellt.
  • Wenn die Werte von k1 und k2 in der Formel (1) ersetzt werden, beträgt die effektive Wärmeleitfähigkeit k 78 W/m·K. Daraus folgt, dass die Kühlwirkung im Fall der Verwendung des Wärmeübertragungselements 57 für die stationäre Struktur etwa das 3,3fache derjenigen beträgt, wenn das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur nicht verwendet wird.
  • Die Wärmeübertragungswirkung im Lagerabschnitt wird nun beschrieben. Angenommen, das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor und das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur sind in der in 7 gezeigten Röntgenstrahlröhre nicht enthalten, und diese Abschnitte sind aus einem Material gefertigt, das gleich dem des Innenzylinders 54c ist. In diesem Fall wird die Wärmeübertragung als eine massive Säule, hergestellt aus SKD-11, mit einer Wärmeleitfähigkeit k von 24 W/m·K wie der Innenzylinder 54c, und mit einem Außendurchmesser D3 berechnet. Wenn das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor so angeordnet ist, dass es die Außenumfangsfläche des Innenzylinders 54c gemäß 7 bedeckt, wird die Wärmeübertragung auf der Basis berechnet, dass ein Wärmeübertragungselement für den Rotor mit einem Innendurchmesser D2 (= 0,6 × D3) und einem Außendurchmesser D3, wobei das Wärmeübertragungselement eine Wärmeleitfähigkeit k2 von 240 W/m·K aufweist, so angeordnet ist, dass es die Außenumfangsfläche des Innenzylinders 54c bedeckt.
  • Wie im Fall der stationären Struktur beträgt die effektive Wärmeleitfähigkeit k in dem Fall, in dem das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor an den Innenzylinder 54c gebondet ist: k = (k2·(D32 – D22) + k1·D22)/D32 (2)
  • Wenn die Werte von k1 und k2 in der Formel (2) ersetzt werden, ist der Wert von k 162 W/m·K, was beweist, dass es möglich ist, einen Wärmeübertragungseffekt und einen Wärmeableiteffekt zu erzielen, die größer sind als in dem Fall, in dem Molybdän (k = 147 W/m·K) zur Bildung des gesamten Lagerabschnitts verwendet wird. Daraus folgt, dass die Temperatur in jedem Abschnitt des Lagerabschnitts effizienter vergleichmäßigt werden kann.
  • Wenn zwei Materialarten in Kombination verwendet werden, ist die Wärmebeanspruchung σ, die in jedem Material unter hoher Temperatur erzeugt wird, dargestellt durch: σ = E·Δα·ΔT (3)wobei E das Elastizitätsmodul darstellt, Δα den Unterschied im Wärmedehnungskoeffizienten zwischen den zwei Materialarten darstellt, und ΔT den Temperaturunterschied gegenüber der Raumtemperatur darstellt.
  • Angenommen, die Röntgenstrahlröhre mit dem in 7 gezeigten Aufbau wird bei der Temperatur von etwa 220°C (ΔT = 200°C) betrieben, und das Lager wird einer Vakuum-Gasaustreibungsbehandlung bei 750°C (Δt = 730°C) unterzogen. In diesem Fall entsteht das Problem der thermischen Verformung nicht, wenn die Wärmebeanspruchung σ kleiner ist als die Zugfestigkeit der Materialien bei jeder Temperatur, was die Kombination von Materialien ermöglicht, welche eine ausreichende Senkung des Wertes von Δα gestatten. Wenn beispielsweise SKD-11 als Lagermaterial verwendet wird, kann das Problem der thermischen Verformung durch Auswahl eines Verbundmaterials gelöst werden, das aus 65 Gew.-% Wolfram und 35 Gew.-% Kupfer als stark wärmeleitfähiges Material, das an das Lager gebondet wird, gelöst werden kann.
  • 8 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 8 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 7 gezeigten Ausführungsform, außer dass das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor sich abwärts erstreckt, um einen Bereich nahe dem Abschnitt 55x großen Durchmessers der stationären Struktur zu erreichen, und dass sich das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur nach oben erstreckt, um den Abschnitt 55x großen Durchmessers der stationären Struktur zu erreichen. Übrigens sind die gleichen Bestandteile der Röntgenstrahlröhre durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Gemäß der in 8 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, die Wärmeableiteigenschaften des Lagerabschnitts im Vergleich zu der in 7 gezeigten Ausführungsform weiter zu verbessern, während die mechanische Festigkeit der stationären Struktur kaum beeinträchtigt wird.
  • 9 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 9 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 8 gezeigten Ausführungsform, außer dass das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur sich durch den Innenbereich des Abschnitts 55x großen Durchmessers der stationären Struktur nach oben erstreckt, so dass es einen Bereich innerhalb des unteren Abschnitts des Wärmeübertragungselements 56 für den Rotors erreicht. Infolgedessen sind das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor und das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur so positioniert, dass sie einander im wesentlichen über eine Strecke Lo in der Axialrichtung überlappen. Übrigens werden die gleichen Bestandteile der Röntgenstrahlröhre durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass eine Beschreibungswiederholung vermieden wird.
  • Gemäß der in 9 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, die Temperaturverteilung im Lagerabschnitt weiter zu verbessern, und die Wärmestreuungseigenschaften im Vergleich zu der in 8 gezeigten Ausführungsform weiter zu verbessern, da das Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor und das Wärmeübertragungselement 57 für die stationäre Struktur in der in 9 gezeigten Ausführungsform einander teilweise überlappen können. Außerdem wird die mechanische Festigkeit der stationären Struktur in der in 9 gezeigten Ausführungsform kaum beeinträchtigt.
  • Die 10 bis 12 zeigen gemeinsam eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Halterungswelle 15, an der ein scheibenartiges Drehanodentarget (nicht gezeigt) befestigt ist, mit dem Zwischenzylinder 76b des Rotors 76 verbunden. Ferner weist der Rotor 76 eine Dreischichtstruktur auf, die aus dem Außenzylinder 76a, dem Zwischenzylinder 76b und dem Innenzylinder 54c mit einem Boden besteht. Der Schub- bzw. Druckring 78 ist durch Schraubeneingriff an der unteren Endöffnung des Innenzylinders 76c befestigt.
  • Wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform besteht der Außenzylinder 76a des Rotors aus einem Kupferkörper mit einem an der Außenumfangsfläche angebrachten schwarzen Film. Der Zwischenzylinder 76b ist aus einem TFN-Material hergestellt. Ferner ist jeder Innenzylinder 76c mit einem Boden und dem Druckring 78 aus SKD-11 gefertigt.
  • Der erste Stufenabschnitt T1 ist an einem Teil der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 76c ausgebildet, z. B. in einem Bereich, in dem der Wärmeisolierraum Ga zwischen der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 76c und dem Zwischenzylinder 76b ausgebildet ist. Der erste Abschnitt Ap des Innenzylinders 76c, der über dem Stufenabschnitt T1 positioniert ist, ist im Außendurchmesser kleiner ausgebildet als der zweite Abschnitt Aq des unter dem Stufenabschnitt T1 positionierten Innenzylinders 76c. Ein Wärmeübertragungselement 79 für den Rotor ist im wesentlichen zylindrischer Form beispielsweise durch Hartlöten an dem Außenumfangsabschnitt des ersten Abschnitts Ap mit kleinerem Außendurchmesser gebondet.
  • Die Dicke des Wärmeübertragungselements 79 für den Rotor wird so bestimmt, dass sie eine Ausrichtung der Außenumfangsfläche des Wärmeübertragungselements 79 mit der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitt Aq des Innenzylinders 76c gestattet. Übrigens ist das Wärmeübertragungselement 79 für den Rotor aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der des Innenzylinders 76c hergestellt. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement 79 aus einem Verbundmaterial hergestellt, das durch Durchtränken eines gesinterten Wolframmaterials mit 35 Gew.-% Kupfer erstellt wird.
  • Der zweite Stufenabschnitt T2 ist in einem Teil der Innenumfangsfläche des Innenzylinders 76c des Rotors, z. B. unter dem ersten Stufenabschnitt T1 ausgebildet. Der zweite Abschnitts Aq des Innenzylinders 76c, der über dem Stufenabschnitt T2 positioniert ist, ist in seinem Innendurchmesser kleiner ausgebildet als der dritte Abschnitt Ar des Innenzylinders 76c, der unter dem zweiten Stufenabschnitt T2 positioniert ist.
  • Eine im wesentlichen stationäre Struktur 77 ist an der Innenseite des Innenzylinders 76c des Rotors auf eine Weise eingesetzt, dass ein Lagerspiel von etwa 20 μm während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre sichergestellt ist. Der untere Abschnitt der stationären Struktur 77 erstreckt sich durch das zentrale Loch des Schubrings 78 so nach unten, dass er teilweise an dem Dichtungs-Metallring 89 befestigt ist, und erstreckt sich weiter so nach unten, dass der Außenrandabschnitt 77a der stationären Struktur außerhalb des Vakuumbehälters 71 positioniert ist. Eine Außengewindeschraube 77b ist an der Außenumfangsfläche des Außenrandabschnitts 77a der stationären Struktur ausgebildet, und die Röntgenstrahlröhre des Drehanodentyps ist an dem Gehäuse (nicht gezeigt) unter Verwendung der Außengewindeschraube 77b befestigt. Der Dichtungs-Metallring 80 ist hermetisch an einem Dichtungsring 82 angeschweißt, der aus einem dünnen Metallkörper gefertigt ist, und von dem ein Ende an dem Vakuumbehälter 71 befestigt ist. Ferner ist der Dichtungs-Metallring 80 hermetisch an der stationären Struktur 77 angeschweißt.
  • Es ist anzumerken, dass ein Loch H mit einem relativ großen Innendurchmesser so ausgebildet, dass es sich von der unteren Oberfläche des Außenrandabschnitts 77a der außerhalb des Vakuumbehälters positionierten stationären Struktur entlang der C-Achse der Röntgenstrahlröhre nach oben erstreckt.
  • Das obere Ende des Lochs H ist nahe der oberen Oberfläche der stationären Struktur 77 positioniert.
  • Zwei Sätze Spiralnuten 83a, 83b sind an der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 77 so ausgebildet, dass sie Gleitlager des dynamischen Drucktyps in der Radialrichtung bilden. Eine Ausnehmung 84 zum Speichern eines Teils eines Flüssigmetall-Schmiermittels ist in diesem Bereich der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 77 ausgebildet, die zwischen diesen zwei Sätzen von Spiralnuten 83a, 83b sandwichartig eingebettet ist. Ferner sind Spiralnuten 85a, 85b an der oberen Oberfläche der stationären Struktur 77 in Kontakt mit der Bodenfläche des Innenzylinders 76c auf der Seite des Drehanodentargets und an der oberen Oberfläche des Schubrings 78 jeweils so ausgebildet, dass sie Gleitlager des dynamischen Drucktyps in der Schubrichtung bilden.
  • Vier Schmiermittel-Speicherkammer 86, die jeweils ein Flüssigmetall-Schmiermittel aufnehmen, sind im Abstand von 90° voneinander in der Umfangsrichtung innerhalb der stationären Struktur 77 auf eine Weise angeordnet, dass das im zentralen Abschnitt der stationären Struktur 77 ausgebildete Loch H umgangen wird. Das obere Ende jeder der Schmiermittel-Speicherkammern 86 ist an der oberen Endfläche der stationären Struktur 77 offen. Vier erste Schmiermittel-Durchgangswege 90a, die mit den Randabschnitten der unter den Spiralnuten 83b positionierten Spiralnuten und mit dem Lagerspiel kommunizieren, sind so ausgebildet, dass sie sich in der Radialrichtung von den unteren Enden der vier Schmiermittel-Speicherkammern 86 erstrecken. Ferner sind vier zweite Schmiermittel-Durchgangswege 90b so ausgebildet, dass sie sich in der Radialrichtung in diesem Bereich der stationären Struktur 77 erstrecken, die zwischen den Schmiermittel-Speicherkammern 86 und den an der Außenumfangsfläche der stationären Struktur 77 ausgebildeten Ausnehmungen 84 positioniert ist. Des weiteren sind vier dritte Schmiermittel-Durchgangswege 90c, die mit den Schmiermittel-Speicherkammern 86 und mit einem kleinen Loch mit einer Öffnung 95 in der oberen Oberfläche der stationären Struktur 77 kommunizieren, so ausgebildet, dass sie sich in der Radialrichtung durch die stationäre Struktur 77 auf eine Weise erstrecken, dass das in die stationäre Struktur 77 eingebrachte Loch H umgangen wird. Es ist anzumerken, dass die vier Schmiermittelkammern 86 in den Außenumfangsbereich des Spiralmuster 85a mit einem kreisförmigen Fischgräten muster auf der oberen Oberfläche der stationären Struktur 77 offen sind, und die zentrale Öffnung 95 in dem zentralen Abschnitt positioniert ist, in dem die Spiralnuten 85a nicht ausgebildet sind.
  • Ein Metallschmiermittel, das in Form einer Flüssigkeit während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre vorliegt, z. B. eine Ga-In-Sn-Legierung, wird den Schmiermittel-Speicherkammern 86, den Schmiermittel-Durchgangswegen 90a, 90b, 90c, den Lagerspielbereichen zwischen dem Rotor 76 und der stationären Struktur 77, der Ausnehmung 84 und den Spiralnuten 83a, 83b zugeführt.
  • Wie in 10 gezeigt ist, wird eine säulenförmige Struktur vorbereitet, und das Loch H wird in der säulenförmigen Struktur entlang deren Achse ausgebildet. Ein Wärmeübertragungselement 91 für die stationäre Struktur wird in das Loch H der säulenförmigen Struktur eingesetzt. Danach wird die säulenförmige Struktur bearbeitet, um die stationäre Struktur gemäß 11 und 12 zu ergeben. Das Wärmeübertragungselement 91 wird integral, beispielsweise durch Hartlöten, an die Innenfläche des Lochs H gebondet. Das Wärmeübertragungselement 91 ist aus einem Material mit einer höheren Leitfähigkeit als die der stationären Struktur 77 hergestellt. Beispielsweise ist das Wärmeübertragungselement 91 aus einem Verbundmaterial gefertigt, das z. B. 65 Gew.-% Wolfram und 35 Gew.-% Kupfer enthält.
  • Gemäß der Röntgenstrahlröhre mit dem oben beschriebenen Aufbau wird das Wärmeübertragungselement 91 für die stationäre Struktur mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem großen Volumen in ein Loch eingesetzt, das in den zentralen Abschnitt in der Axialrichtung der stationären Struktur 77 eingebracht ist, und wird integral beispielsweise durch Hartlöten an die stationäre Struktur 77 gebondet. Außerdem sind das Wärmeübertragungselement 76c für den Rotor und das Wärmeübertragungselement 91 für die stationäre Struktur so positioniert, dass sie sich im wesentlichen gegenseitig über eine relativ lange Strecke in der Axialrichtung überlappen. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur in jedem Lagerabschnitt zu vergleichmäßigen und eine gute Wärmeübertragungseigenschaft über die stationäre Struktur zu erhalten. Daraus folgt, dass die Wärme in dem Lagerabschnitt wirksam von der Röhre nach außen abgeführt werden kann und es möglich ist, die Temperaturerhöhung des Lagerabschnitts zu mindern. Was ebenfalls anzumerken ist, ist die Möglichkeit, da das Wärmeübertragungselement 91 für die stationäre Struktur im Eingriff mit dem in die stationäre Struktur 77 eingebrachten Loch steht, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit der stationären Struktur 77 zu gewährleisten.
  • 13 und 14 zeigen gemeinsam eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Bestandteile der in den 13 und 14 gezeigten Röntgenstrahlröhre, die gleich denjenigen der in den 10 bis 12 gezeigten Röntgenstrahlröhre sind, sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass eine Beschreibungswiederholung vermieden wird. In der in 13 und 14 gezeigten Ausführungsform ist ein Wärmeübertragungselement 101, das aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der des Innenzylinders 76c gefertigt ist, z. B. einem Verbundmaterial, das aus 65 Gew.-% Wolfram und 25 Gew.-% Kupfer besteht, in das Loch H eingesetzt, das sich entlang dem zentralen Abschnitt der stationären Struktur 77 erstreckt, und ist integral beispielsweise durch Hartlöten an der Innenfläche des Lochs H gebondet. Es ist anzumerken, dass ein Kältemittel-Durchgangsweg 101a entlang der Achse C des Wärmeübertragungselements 101 für die stationäre Struktur ausgebildet ist. Ferner ist ein Spiral-Kältemittel-Durchgangsweg 101b an der Außenumfangsfläche des Wärmeübertragungselements 101 für das stationäre Element ausgebildet.
  • Diese Kältemittel-Durchgangswege 101a und 101b sind miteinander auf der Seite des oberen Ende des Wärmeübertragungselements 101 für die stationäre Struktur verbunden. Ferner sind ein Rohr 102a zum Einleiten eines Kühlmediums, wie z. B. eines Isolieröls, und ein Rohr 102b zum Austragen des Kühlmediums an den unteren Enden der Kältemittel-Durchgangswege angebracht, die im untersten Abschnitt des Randabschnitts 77a positioniert sind, der außerhalb des Vakuumbehälters 71 positioniert ist und eine Außengewindeschraube 77b aufweist.
  • Bei der Röntgenstrahlröhre des oben beschriebenen Aufbaus wird ein Kühlmedium durch die Rohrleitung 102a eingeleitet. Das Kühlmedium strömt durch den Kältemittel-Durchgangsweg 101a und dann durch den spiralförmigen Kältemittel-Durchgangsweg 101b, der nahe dem zwischen der Innenfläche des Lochs H der stationären Struktur 77 und dem Wärmeübertragungselement 101 für die stationäre Struktur 77 ausgebildeten Lagerabschnitt positioniert ist. Schließlich wird das Kühlmedium über das Rohr 102b nach außen abgeführt. In diesem Fall wird die Wärme in dem Lagerabschnitt durch das Wärmeübertragungselement 101 selbst für die stationäre Struktur und durch das durch die Kältemittel-Durchgangswege strömende Kühlmittel nach außen abgeführt. Infolgedessen kann die Temperaturerhöhung des Lagerabschnitts weiter gemindert werden. Da das Wärmeübertragungselement 101 für die stationäre Struktur in dichtem Eingriff mit dem Loch der stationären Struktur 77 steht und integral an dieses gebondet ist, ist es ferner möglich, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit der stationären Struktur 77 zu gewährleisten.
  • Das Wärmeübertragungselement 101 für die stationäre Struktur vor dem Einsetzen in das Loch H der stationären Struktur 77 wird vorab bearbeitet, wie 14 zeigt. Im einzelnen wird der lineare Kältemittel-Durchgangsweg 101a so gebildet, dass er sich entlang der Achse des Wärmeübertragungselements 101 erstreckt, gefolgt von der Ausbildung des spiralförmigen Kältemittel-Durchgangswegs 101b an der Außenumfangsfläche des Wärmeübertragungselements 101.
  • 15 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einem weiteren Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Merkmale der vorliegenden Erfindung dient. Die in 15 gezeigte Röntgenstrahlröhre ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in 13 und 14 gezeigten Röntgenstrahlröhre, außer dass bei dem in 15 gezeigten Beispiel das Wärmeübertragungselement 101 für die stationäre Struktur, das mit den Kältemittel-Durchgangswegen ausgestattet ist, integral mit dem Außenrandabschnitt der stationären Struktur hergestellt ist. Die Bestandteile der in 15 gezeigten Röntgenstrahlröhre, die gleich denjenigen der in 13 und 14 gezeigten Röntgenstrahlröhre sind, werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • In dem Übertragungselement 101 für die stationäre Struktur, das in dem in 15 gezeigten Beispiel enthalten ist, sind der in das vorab in die stationäre Struktur 77 eingebrachte Loch H eingesetzte Abschnitt und der den Außenrandabschnitt 77a der stationären Struktur bildende Abschnitt integral gefertigt, und ein Stufenabschnitt, bei dem der Durchmesser des Wärmeübertragungselements 101 verändert ist, ist an der Position innerhalb des Schubrings 78 ausgebildet. Der spiralförmige Kältemittel-Durchgangsweg 101b ist an der Außenumfangsfläche des Abschnitts kleinen Durchmessers über dem Stufenabschnitt ausgebildet. Ferner sind ein linearer Kältemittel-Durchgangsweg 101c, der mit dem spiralförmigen Kältemittel-Durchgangsweg 101b kommuniziert, und der lineare Kältemittel-Durchgangsweg 101a parallel in dem Abschnitt ausgebildet, der den Außenrandabschnitt 77a der stationären Struktur bildet.
  • Der Abschnitt kleinen Durchmessers des Wärmeübertragungselements 101 für die stationäre Struktur ist eng in das Loch H der stationären Struktur 77 eingesetzt, und das Wärmeübertragungselement 101 liegt an der abgestuften Oberfläche der unteren Oberfläche des inneren Abschnitts des Schubrings 78 an. Ferner ist das Wärmeübertragungselement 101 integral an die stationäre Struktur 77 gebondet, beispielsweise durch Hartlöten oder durch Reibungsschweißen. Übrigens ist es erwünscht, dass die Verbindungsfläche 115c des Stufenabschnitts durch das Reibungsschweißen eine ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit unter hohen Temperaturen zeigt, und dass der Außenrandabschnitt 77a der stationären Struktur in der Lage ist, die Röntgenstrahlröhre stabil am Gehäuse zu befestigen.
  • Gemäß dem in 15 gezeigten Beispiel kann die Wärme im Lagerabschnitt wirksamer durch das Wärmeübertragungselement 101 für die stationäre Struktur nach außen abgeführt werden. Außerdem ermöglicht das Wärmeübertragungselement 101 die Beibehaltung einer ausreichend hohen mechanischen Festigkeit der Röntgenstrahlröhre. Da die Kältemittel-Durchgangswege 101a, 101c, die in dem Außenrandabschnitt 77a der stationären Struktur ausgebildet sind, der vom Lagerabschnitt getrennt ist, gerade ausgebildet sind, wird der Strömungswiderstand des Kühlmediums verringert, so dass die Wärmeableitfunktion, die von dem Kühlmedium erbracht wird, verbessert wird.
  • 16 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 16 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in 8 gezeigten Ausführungsform, außer dass bei der in 16 gezeigten Ausführungsform ein säulenförmiges Wärmeübertragungselement 101, das mit den Kältemittel-Durchgangswegen 101a und 101b versehen ist, welche das Wärmeübertragungselement für den Rotor bilden, in die stationäre Struktur eingesetzt und beispielsweise durch Hartlöten an ein Loch 55a derselben gebondet ist. Das obere Ende des säulenförmigen Wärmeübertragungselements 101 erstreckt sich so weit, bis es einen inneren Bereich des Abschnitts 55x großen Durchmessers der stationären Struktur erreicht, d. h., eine Position relativ nahe dem Wärmeübertragungselement 56 für den Rotor erreicht, um an der stationären Struktur 77 befestigt zu werden. Übrigens sind die Bestandteile der in 16 gezeigten Röntgenstrahlröhre, die gleich den Bestandteilen der in 8 gezeigten Röntgenstrahlröhre sind, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Gemäß der in 16 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, die Wärmeableiteigenschaften des Lagerabschnitts zu verbessern, während die mechanische Festigkeit der stationären Struktur kaum beeinträchtigt wird.
  • 17 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einem weiteren Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient. Bei diesem Beispiel ist die Halterungswelle 15, an der ein scheibenartigen Drehanodentarget befestigt ist, mit dem Rotor 114 verbunden. Der Rotor 114 hat eine Dreischichtstruktur, die beispielsweise aus einem Außenzylinder 114a, einem Zwischenzylinder 114b und einem Innenzylinder 114c mit einem Boden besteht. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ist der Außenzylinder 114a aus einem Kupferkörper mit einem schwarzen Film gebildet, der an der Außenumfangsfläche angebracht ist. Der Zwischenzylinder 114b ist aus einem TNF-Material hergestellt. Ferner ist der Innenzylinder mit einem Boden aus SKD-11 gefertigt.
  • Eine säulenförmige stationäre Struktur 115 ist in den Innenraum des Rotors 114 eingesetzt, wobei ein kleines Lagerspiel zwischen der stationären Struktur 115 und dem Rotor 114 besteht. Die stationäre Struktur 115 besteht aus zwei Abschnitten, d. h. einem ersten Abschnitt 115a der stationären Struktur, der auf der Seite des Drehanodentargets (nicht gezeigt) positioniert ist, und einem zweiten Abschnitt 115 der stationären Struktur, der einen geringfügig kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt 115a der stationären Struktur hat und unter diesem positioniert ist. Der erste Abschnitt 115a der stationären Struktur ist aus einem Material hergestellt, das für das Lager geeignet ist, wie z. B. SKD-11. Ferner ist der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der von SKD-11 hergestellt. Beispielsweise ist der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur aus einem kohlenstoffarmen Stahl gefertigt, der z. B. nur 0,5% Kohlenstoff enthält. Der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur hat einen Außenrandabschnitt mit einer Außengewindeschraube 115d, die an der Außenumfangsfläche ausgebildet ist.
  • Ein Stufenabschnitt S ist in dem ersten Abschnitt 115a der stationären Struktur entlang der oberen Oberfläche eines Schubrings 115 ausgebildet, der durch Schraubeneingriff am unteren offenen Endabschnitt des Rotors 114 befestigt ist. Der Abschnitt 115a der stationären Struktur und der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur sind aneinander in der innerhalb des Schubrings 116 befindlichen Verbindungsebene 115c durch eine Druckverbindung (pressure bonding) unter hohen Temperaturen miteinander verbunden, wie z. B. durch Reibungsschweißen, Stoßwiderstandsschweißen wie Flash-Schweißen, oder ein Hartlötverfahren.
  • Spiralnuten 117a, 117b sind in oberen und unteren Bereichen an der Außenumfangsfläche des ersten Abschnitts 115a der stationären Struktur 115 ausgebildet, um Gleitlager vom dynamischen Drucktyp zwischen der stationären Struktur 115 und dem Rotor 114 zu bilden. Ferner sind Spiralnuten 118a und 118b an der oberen Oberfläche gegenüber dem Innenzylinder 114c des ersten Abschnitts 115a der stationären Struktur und an der oberen Oberfläche des Schubrings 116, der in Kontakt mit der Oberfläche des Stufenabschnitts S steht, jeweils so ausgebildet, dass sie Gleitlager des dynamischen Drucktyps zwischen diesen Spiralnuten und dem Rotor 114 bilden.
  • Eine Schmiermittel-Speicherkammer 119 zur Aufnahme eines Flüssigmetall-Schmiermittels ist in dem zentralen Abschnitt des ersten stationären Strukturabschnitts 115a der stationären Struktur 115 so ausgebildet, dass sie sich abwärts entlang der C-Achse der Röntgenstrahlröhre von der oberen Oberfläche der stationären Struktur 115 aus erstreckt. Zwischen der Schmiermittel-Speicherkammer 119 und dem Gleitlager des Dynamikdrucktyps sind beispielsweise vier Schmiermitteldurchgangswege 120 radial um 90° voneinander beabstandet in der Umfangsrichtung angeordnet. Infolgedessen wird das in der Schmiermittel-Speicherkammer 119 aufgenommene Flüssigmetall-Schmiermittel den Lagerabschnitten des Dynamikdrucktyps durch die Schmiermittel-Durchgangswege 120 etc. zugeführt.
  • Um ein Lecken des Flüssigmetall-Schmiermittels zur Vakuumseite hin zu vermeiden, sind ein erster Auffangring (trag ring) 121, der mit dem Drehabschnitt verbunden ist, und ein zweiter Auffangring 122, der mit dem stationären Abschnitt verbunden ist, ringförmig auf eine Weise angeordnet, dass sie den zweiten Abschnitt 115b der stationären Struktur in dem unteren Abschnitt des Schubrings 116 in der Zeichnung umgeben. Der zweite Auffangring 122 ist an einem Metallring 123 befestigt. Ferner ist der zweite stationäre Strukturabschnitt 115b der stationären Struktur 115 hermetisch an den Abschnitt des Metallrings 123 geschweißt und erstreckt sich zu dessen außen befindlichem Abschnitt.
  • Gemäß dem in 17 gezeigten Beispiel sind ein Gleitlager vom Dynamikdrucktyp in der Radialrichtung und ein Gleitlager vom Dynamikdrucktyp in der Axialrichtung bzw. Schubrichtung an dem ersten Abschnitt 115a der stationären Struktur angebracht. Da der erste Abschnitt 115a der stationären Struktur beispielsweise aus SKD-11 hergestellt ist, ist es möglich, ein Gleitlager vom Dynamikdrucktyp mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu bilden, was es ermöglicht, eine gute Wärmeableiteigenschaft zu erzielen und die Temperaturerhöhung des Lagerabschnitts zu vermeiden.
  • Wenn die von der stationären Struktur 115 aufgenommene mechanische Last relativ klein ist, ist es möglich, reines Eisen als Material des zweiten Abschnitts 115b der stationären Struktur zu verwenden. Im Fall der Verwendung von reinem Eisen ist es möglich, eine bessere Temperatursenkungswirkung im Lagerabschnitt zu erzielen im Vergleich zur Verwendung eines kohlenstoffarmen Stahls.
  • 18 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 18 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in 17 gezeigten Ausführungsform, außer dass bei der in 18 gezeigten Ausführungsform ein Loch 131 mit großem Innendurchmesser auf der Seite des Außenrandabschnitts 115b der stationären Struktur 115 so ausgebildet ist, dass es sich nach oben erstreckt, um bis zu einem Bereich zu reichen, der mit dem oberen Randabschnitt des Schubrings 116 in der Form zusammenpasst, und dass ein säulenförmiges Wärmeübertragungselement 132 für die stationäre Struktur, das aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die stationäre Struktur 115 hergestellt ist, dicht in das Loch 131 eingesetzt ist. Das Wärmeübertragungselement 132 ist integral an die Innenfläche des Lochs 131, beispielsweise durch Lötung, gebondet. Die in 18 gezeigten Bestandteile der Röntgenstrahlröhre, welche denjenigen der in 17 gezeigten Röntgenstrahlröhre entsprechen, sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden. Gemäß der in 18 gezeigten Ausführungsform kann der Lagerabschnitt gute Wärmeableiteigenschaften mit einem relativ einfachen Aufbau bieten.
  • Das Wärmeübertragungselement 132 für die stationäre Struktur kann aus einem kohlenstoffarmen Stahl oder reinem Eisen gebildet sein sowie aus einem optionalen Material, das aus der aus Nickel, einer Nickellegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Molybdän, einer Molybdänlegierung, Tantal, einer Tantallegierung, Wolfram oder einer Wolframlegierung gebildeten Gruppe ausgewählt ist. Wenn das Wärmeübertragungselement 132 beispielsweise aus Kupfer hergestellt ist, ist es möglich, eine bessere Wirkung bei der Temperatursenkung des Lagerabschnitts zu erzielen, da Kupfer eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • 19 zeigte eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 19 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in 17 gezeigten Ausführungsform, außer dass bei der in 19 gezeigten Ausführungsform ein Loch 131 mit großem Innendurchmesser an dem Außenrandabschnitt 115b der stationären Struktur ausgebildet ist, der aus einem anderen Material gefertigt und am Hauptabschnitt der stationären Struktur 115 so gebondet ist, dass er sich nach oben erstreckt, um bis zu einem Bereich zu gelangen, der in der Form mit dem oberen Randabschnitt des Schubrings 116 übereinstimmt, und dass ein säulenförmiges Wärmeübertragungselement 132 für die stationäre Struktur, das aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der des äußeren Randabschnitts 115b der stationären Struktur gefertigt ist, dicht in das Loch 131 eingesetzt ist. Das Wärmeübertragungselement 132 ist integral an die Innenfläche des Lochs 131, beispielsweise durch Lötung, gebondet. Diejenigen Bestandteile der in 18 gezeigten Röntgenstrahlröhre, welche den in 17 gezeigten Bestandteilen (der Röntgenstrahlröhre) entsprechen, sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Gemäß der in 19 gezeigten Ausführungsform ist der auf der Seite des Drehanodentargets der stationären Struktur 115 positionierte erste Abschnitt 115a der stationären Struktur beispielsweise durch SKD-11 gefertigt, der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur ist beispielsweise aus einem kohlenstoffarmen Stahl mit 0,5% Kohlenstoff gefertigt und das Wärmeübertragungselement 132 für die stationäre Struktur ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Wegen dem speziellen Aufbau ermöglicht der zweite Abschnitt 115b der stationären Struktur die Erzeugung eines bemerkenswerten Temperatursenkungseffekts des Lagerabschnitts. Das Wärmeübertragungselement 132 für die stationäre Struktur, das in den zweiten Abschnitt 115b der stationären Struktur eingesetzt ist, bietet ebenfalls einen bemerkenswerten Temperatursenkungseffekt. Daraus folgt, dass der Temperatursenkungseffekt des Lagerabschnitts weiter verbessert wird.
  • 20 zeigt eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 20 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in 17 gezeigten Ausführungsform, außer dass bei der in 20 gezeigten Ausführungsform beispielsweise vier stab- bzw. stangenartige Elemente 129a mit hoher Wärmeleitfähigkeit in den ersten Abschnitt 115 eingesetzt sind, so dass sie eine integrale Struktur bilden.
  • Diejenigen Bestandteile der in 20 gezeigten Röntgenstrahlröhre, welche den in 17 gezeigten Bestandteile (der Röntgenstrahlröhre) entsprechen, sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um so eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Bei der in 20 gezeigten Ausführungsform sind die vier stabartigen Elemente 129a, 192b mit hoher Wärmeleitfähigkeit an Positionen ausgebildet, welche die in dem zentralen Abschnitt der stationären Struktur ausgebildeten Schmiermittel-Speicherkammer 119 jedes sich radial von der Schmiermittel-Speicherkammer 119 erstreckenden Schmiermittel-Durchgangswege 120 umgehen. Die oberen Endabschnitte dieser stabartigen Elemente 129a, 129b sind nahe der oberen Oberfläche der stationären Struktur positioniert, und die unteren Enden dieser stabartigen Elemente 120a, 129b sind hinsichtlich der Wärmeübertragung an die obere Verbindungsfläche 115c des zweiten Abschnitts 115b der stationären Struktur gebondet. Infolgedessen wird die Wärme in jedem der Lagerabschnitte wirksam zum Außenrandabschnitt 115b der stationären Struktur übertragen, und so nach außen abgeführt. Übrigens ist es bei jeder der in 17 bis 20 gezeigten Ausführungsformen möglich, ein Wärmeübertragungselement für den Rotor ähnlich dem in der in 2 bis 4b gezeigten Ausführungsform genutzten an die Außenumfangsfläche des Innenzylinders 114 des Rotors zu bonden.
  • Ferner zeigen die 21 und 22 gemeinsam eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 21 und 22 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen im Aufbau gleich der in den 2 bis 4B gezeigten Ausführungsform außer dass bei der in 21 und 22 gezeigten Ausführungsform ein Wärmeübertragungselement 115 für die stationäre Struktur mit einem zylindrischen Abschnitt 115e integral an das einen Lagerabschnitt bildende stationäre Element 17 gebondet ist. Übrigens sind diejenigen Bestandteile der in 21 und 22 gezeigten Röntgenstrahlröhre, welche den in 2 bis 4B gezeigten der Röntgenstrahlröhre entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, um eine Beschreibungswiederholung zu vermeiden.
  • Bei der in den 21 und 22 gezeigten Ausführungsform überlappt sich der zylindrische Abschnitt 115e des Wärmeübertragungselements 115 für die stationäre Struktur mit dem unteren Abschnitt des Wärmeübertragungselements 19 für den Rotor über eine Länge Lo in der Axialrichtung der Röntgenstrahlröhre. Außerdem ist das Wärmeübertragungselement 115 für die stationäre Struktur an einer Position ausgebildet, welche die im zentralen Abschnitt der stationären Struktur ausgebildete Schmiermittel-Speicherkammer 119 sowie die sich von der Schmiermittel-Speicherkammer 119 in radialen Richtungen erstreckenden Schmiermittel-Durchgangswege 120 umgeht bzw. vermeidet. Der spezielle Aufbau vergleichmäßigt die Temperatur im Lagerabschnitt und zeigt eine ausgezeichnete Wärmeableitfunktion.
  • Gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Temperatur im Lagerabschnitt vergleichmäßigt, und die Temperaturerhöhung im Lagerabschnitt kann gemindert werden. Es ist auch möglich, die unerwünschte Reaktion zwischen dem die Lagerfläche bildenden Element und dem Flüssigmetall-Schmiermittel, die Größenänderung der Spiralnut oder des Lagerspiels, die Gasfreisetzung und das Lecken des Schmiermittels zu vermeiden. Infolgedessen kann eine stabile Dreheigenschaft über einen langen Zeitraum hinsichtlich der Aufbringung einer hohen Last auf das Anodentarget erhalten bleiben. Es ist auch anzumerken, dass die auf den Lagerabschnitt übertragene Wärme und die im Lagerabschnitt selbst erzeugte Wärme rasch aus der Röntgenstrahlröhre nach außen abgeführt werden kann, um die Temperaturerhöhung im Lagerabschnitt zu vermeiden. Daraus folgt, dass es möglich ist, ein Reagieren der Lagerfläche mit dem Flüssigmetall-Schmiermittel zu vermeiden, das Größenänderungen der Spiralnut und des Lagerspiels mit sich bringt, mit dem Ergebnis, dass stabile Dreheigenschaften über lange Zeiträume erhalten bleiben können. Ferner kann die technische Idee der vorliegenden Erfindung auch auf eine Drehung mit relativ hoher Geschwindigkeit angewandt werden.
  • Insbesondere wenn ein Loch in die stationäre Struktur so eingebracht ist, dass es sich vom Außenrandabschnitt der stationären Struktur nach oben erstreckt, und ein Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur in das Loch eingesetzt und an dieses gebondet ist, kann die Röntgenstrahlröhre von hoher Qualität einfach mit geringen Herstellungskosten hergestellt werden. Ferner ist es möglich, das Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur an einer Position anzuordnen, welche die Schmiermittel-Speicherkammer und das Loch für den Schmiermittel-Durchgangsweg vermeidet, wobei eine wirksame Funktion beim Ausstoßschritt in dem Herstellungsprozess und beim Entgasungsschritt des Lagerstrukturabschnitts erzielt wird. Ferner ist es wünschenswerter, den Außendurchmesser des Wärmeübertragungselements für die in dem stationären Strukturabschnitt angeordnete stationäre Struktur so einzustellen, dass er nicht den halben Außendurchmesser dieses Abschnitts der stationären Struktur übersteigt, welche das Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur umgibt, da die mechanische Festigkeit der stationären Struktur in diesem Fall kaum gemindert wird.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist jedes Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur, das Wärmeübertragungselement für den Rotor sowie der Randabschnitt der stationären Struktur aus Kupfer oder aus einem Verbundmaterial gefertigt, das aus 56 Gew.-% Wolfram und 35 Gew.-% Kupfer besteht. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass ein Stahlmaterial einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der in einen Bereich zwischen 9 × 10–6/°C und 13 × 10–6/°C fällt. Daher ist es im Fall der Verwendung eines anderen Stahlmaterials als Lagermaterial möglich, ein Verbundmaterial aus Wolfram und Kupfer zu verwenden, falls der Kupfergehalt so gewählt ist, dass er in einen Bereich zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-% fällt.
  • Es ist auch möglich, das Verbundmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, durch Durchtränken der Poren eines gesinterten Materials herzustellen, das mindestens ein Metall enthält, das aus der aus Molybdän, einer Molybdänlegierung, Tantal, einer Tantallegierung, Wolfram, einer Wolframlegierung und Wolframkarbid mit einem metallischen Material, das mindestens Kupfer oder Silber enthält, gebildeten Gruppe ausgewählt ist, durch die Dispergierung in einem metallischen Material, das mindestens Kupfer oder Silber enthält, durch ein Keramikmaterial, das keine feste Lösung mit dem metallischen Material bildet, oder durch Kombinieren eines metallischen Materials, und zwar mindestens Kupfer oder Silber, mit Graphit.
  • Es ist auch möglich, mindestens ein Material zu verwenden, das aus der aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium, einer Magnesiumlegierung, einer Silberlegierung und einem Kohlenstofffasern verstärkten Kohlenstoff-Verbundmaterial (C-C-Material) gebildeten Gruppe ausgewählt ist, und zwar anstelle des oben beschriebenen Verbundmaterials. Übrigens ist es zur Erzielung einer guten Wärmeübertragung erwünscht, dass das Wärmeübertragungselement eines beliebigen Aufbaus eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/m·K aufweist.
  • Außerdem ist bei einigen der oben beschriebenen Ausführungsformen ein Wärmeübertragungselement für den Rotor an die Außenumfangsfläche des den Rotor bildenden Innenzylinders gebondet, und gleichzeitig ist das Wärmeübertragungselement für die stationäre Struktur an die Innenfläche eines in dem Randabschnitt der stationären Struktur eingebrachten Lochs gebondet. In diesem Fall ist es möglich, in der Röntgenstrahlröhre nur eines der Wärmeübertragungselemente für den Rotor sowie der Wärmeübertragungselemente für die stationäre Struktur anzuordnen. Eine höhere Wärmeableitwirkung kann aber im Fall der Anordnung beider Wärmeübertragungselemente für den Rotor und auch für die stationäre Struktur erzielt werden, wie bereits beschrieben wurde.
  • Ferner wird bei den beschriebenen Ausführungsformen eine sogenannte "auskragende Lagerstruktur" (cantilever bearing structure) angewandt, bei der das Lager am Randabschnitt auf nur einer Seite der stationären Struktur gehaltert ist. Die technische Idee der vorliegenden Erfindung kann aber auch auf eine sogenannte "doppelt gelagerte Lagerstruktur" ("double supported bearing structure") angewandt werden, bei der die beiden Randabschnitte der stationären Struktur beispielsweise durch den Vakuumbehälter gelagert bzw. gehaltert sind.
  • Ferner wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Lötvorgang hauptsächlich zum Bonden des Wärmeübertragungselements für den Rotor an die Außenumfangsfläche des den Rotor bildenden Innenzylinders oder zum Bonden des Wärmeübertragungselements für die stationäre Struktur an die Innenfläche des in die stationäre Struktur eingebrachten Lochs verwendet. Es ist aber auch möglich, beispielsweise eine Reibungsschweißung, eine Diffusionsschweißung, eine Schweißung oder Lötung, eine Haftung mit einem Klebemittels oder eine teilweise Kombination der geeigneten, oben exemplarisch dargestellten Verbindungsverfahren zusätzlich zum Lötvorgang einzusetzen.
  • Wie oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine Röntgenstrahlröhre eines Drehanodentyps bereit, welche eine Vergleichmäßigung der Temperatur sowie eine Minderung der Temperaturerhöhung in dem Lagerabschnitt vom Dynamikdrucktyp gestattet, und die auch ermöglicht, stabile Dreheigenschaften über einen langen Zeitraum zu erhalten.

Claims (10)

  1. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp, mit: einem scheibenartigen Drehanodentarget (13) zum Emittieren eines Röntgenstrahls bei Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, einem im wesentlichen zylindrischen Rotor (16; 54; 76; 114), der mechanisch mit dem Drehanodentarget (13) verbunden ist, einer im wesentlichen säulenartigen stationären Struktur (17; 55; 77; 115) mit einer Drehachse (C), wobei die stationäre Struktur (17; 55; 77; 115) in einen Innenraum des Rotors (16; 54; 76; 114) eingesetzt ist und ein Wärmeübertragungselement (29a, 29b; 57; 91; 101; 132; 129a, b; 115e) aufweist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als die der stationären Struktur (17; 55; 77; 115), sowie mit einer Schmiermittel-Speicherkammer (26; 61; 86; 119) zur Aufnahme eines Metallschmiermittels, wobei die Schmiermittel-Speicherkammer (26; 61; 86; 119) so ausgebildet ist, dass sie sich in der Richtung der Drehachse (C) der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) erstreckt, einem hydrodynamischen Gleitlager (23a, 23b, 25a, 25b; 58a, 58b, 60a, 60b; 83a, 83b, 85a, 85b; 1117a, 117b, 118a, 118b) eines Dynamikdrucktyps, das zwischen dem Rotor (16; 54; 76; 114) und der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) ausgebildet ist, wobei das Metallschmiermittel, welches die Form einer Flüssigkeit zumindest während des Betriebs der Röntgenstrahlröhre aufweist, auf das Gleitlager (23a, 23b, 25a, 25b) aufgebracht ist und diesem von der Schmiermittel-Speicherkammer (26; 61; 86; 119) zugeführt werden kann, und einem Vakuumbehälter (11; 71), in den das Drehanodentarget (13), der Rotor (16; 54; 76; 114) und ein Teil der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Loch/Löcher (28a, 28b; 55a; H; 131) in der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) ausgebildet ist/sind und sich von einem Randabschnitt der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) in der Richtung der Drehachse (C) zu der Anode hin erstreckt/erstrecken, und das Wärmeübertragungselement (29a, 29b; 57; 91; 101; 132; 129a, b; 115e) mit der höheren Wärmeleitfähigkeit als die der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) in das/die jeweilige(n) Loch/Löcher (28a, 28b; 55a; H; 131) eingesetzt ist und mit diesem/diesen in engem Eingriff steht.
  2. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Löcher (28a, 28b) in der stationären Struktur (17) ausgebildet sind und sich von dem Randabschnitt der stationären Struktur (17) in der Richtung der Drehachse (C) zu der Anode hin erstrecken, und mehrere der Wärmeübertragungselemente (29a, 29b) in die Löcher (28a, 28b) eingesetzt sind und mit diesen in engem Eingriff stehen.
  3. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (28a, 28b) im wesentlichen äquidistant um die Drehachse (C) der stationären Struktur (17) herum angeordnet sind.
  4. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Struktur (17) ferner einen oder mehrere Schmiermitteldurchgangsweg(e) (27) aufweist, der/die sich lateral von der Schmiermittelspeicherkammer (26) so erstrecken, dass sie mit dem Zwischenraum zwischen dem Rotor (16) und der stationären Struktur (17) in Verbindung stehen.
  5. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Löcher (28a) und Wärmeübertragungselemente (29a) sich über den/die Schmiermitteldurchgangsweg(e) (27) hinaus erstrecken, und die anderen Löcher (28b) und Wärmeübertragungselemente (29b) sich nicht über den/die Schmiermittelweg(e) (27) hinaus erstrecken.
  6. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Struktur (17) ferner eine kreisförmige Spiralnut (25a) zum Bilden eines hydrodynamischen Gleitlagers auf einer zu der Drehachse (C) der stationären Struktur (17) senkrechten Ebene umfasst, und mindestens ein Schmiermitteldurchgangsweg (27) sich von der Schmiermittelspeicherkammer (26) so erstreckt, dass er mit dem Gleitlager in Verbindung steht.
  7. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16; 54; 76) mehrere zylindrische Strukturen (16a–c; 54a–c; 76a–c) umfasst, wobei eine innere der zylindrischen Strukturen (16c) das hydrodynamische Gleitlager mit der stationären Struktur (17; 55; 77; 115) bildet, und ein Wärmeübertragungselement (19; 56; 79), das eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als die der inneren zylindrischen Struktur (16c; 54c; 76c), die in im wesentlichen zylindrischer Form mit der Außenumfangswand der inneren zylindrischen Struktur (16c; 54c; 76c) verbunden ist.
  8. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (101) mit einem Fluiddurchgangsweg (101a, 101b) zum Zuführen eines Kühlmediums von dem Randabschnitt der stationären Struktur (77), welcher zur Außenseite des Vakuumbehälters (11) freiliegt ausgestattet ist.
  9. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchgangsweg (101a, 101b) zum Zuführen eines Kühlmediums sich gerade entlang dem mittleren Abschnitt des Wärmeübertragungselements (101) erstreckt und sich spiralförmig entlang der Seitenfläche des Wärmeübertragungselements (101) erstreckt, wobei der gerade Abschnitt und der spiralförmige Abschnitt des Fluiddurchgangswegs (101a, 101b) miteinander in den obersten Abschnitten verbunden sind.
  10. Röntgenstrahlröhre vom Drehanodentyp nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (29a, 29b; 57; 91; 101; 132; 129a, b; 115e) aus einem Verbundmaterial gebildet ist, das durch Imprägnieren eines Wolfram-Sintermaterials mit Kupfer hergestellt ist, wobei der Kupfergehalt so eingestellt ist, dass die Wärmedehnungseigenschaften des Wärmeübertragungselements denen des Materials für die Gleitlagerabschnitte nahekommen.
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