JP2001312985A

JP2001312985A - 回転陽極型ｘ線管

Info

Publication number: JP2001312985A
Application number: JP2000130910A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】長期に亙って安定した回転バランスが維持さ
れる回転陽極型Ｘ線管を提供すること。【解決手段】Ｘ線を放出する陽極ターゲット１３と、
この陽極ターゲット１３を支持する支持シャフト１４
と、この支持シャフト１４が連結された第１回転体１６
と、この第１回転体１６の外周部分に接合された第２回
転体１７と、第１回転体１６の内周部分に接合された第
３回転体１８と、軸受を介して第３回転体１８に嵌合さ
れた固定体２０とを具備した回転陽極型Ｘ線管におい
て、第２回転体１７が、焼結材料の空孔部に銅および銀
の少なくとも１つを含む金属材料を含浸させた複合材料
で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、医療用診断装置
などに使用される回転陽極型Ｘ線管に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転陽極型Ｘ線管は、電子ビームを放出
する陰極、および、電子ビームの照射でＸ線を放出する
陽極ターゲット、この陽極ターゲットを回転可能に支持
する回転機構などを真空容器内に配置した構造になって
いる。

【０００３】陽極ターゲットを支持する回転機構は、相
互間に軸受が設けられた回転体および固定体などから構
成されている。回転陽極型Ｘ線管の軸受には、これま
で、ころがり軸受が多く使用されている。近年は、回転
機構の回転体および固定体の両方あるいはいずれか一方
の軸受面にらせん溝を形成し、ガリウム（Ｇａ）やガリ
ウムーインジウムー錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金などの
液体金属潤滑材を、らせん溝や軸受間隙に充填する動圧
式滑り軸受の採用が進んでいる。

【０００４】動圧式滑り軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管
は、特公昭６０−２１４６３号および特開昭６０−９７
５３６号、特開昭６０−１１７５３１号、特開昭６１−
２９１４号、特開昭６０−２８７５５５号などの各公報
に開示されている。

【０００５】ところで、上記した構成の回転陽極型Ｘ線
管は、陽極ターゲットが支持シャフトに支持され、支持
シャフトが、回転機構を構成する有底円筒状の第１回転
体に連結されている。また、第１回転体の外周部分に、
電気伝導度および熱伝導度の高い銅からなる円筒状の第
２回転体がろう付けされ、第１回転体の内周部分には、
有底円筒状の第３回転体がろう付けされている。そし
て、第３回転体の内側に軸受を介して固定体が嵌合され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転陽極型Ｘ線
管は、支持シャフトに連結する第１回転体の材料として
鉄−ニッケル合金などが使用され、その外周部分に接合
される第２回転体の材料として銅などが使用されてい
る。このため、第１回転体とその外周部分に接合される
第２回転体の熱膨張率が相違し、第１回転体と第２回転
体との接合部を全面にわたり欠陥なくろう付けすること
が困難になっている。

【０００７】また、接合部に接合不良の箇所があると、
動作時の温度サイクルによって、接合の不良箇所からろ
う付け面が剥離する。剥離が発生すると、第１回転体か
ら第２回転体への熱の伝達量が減少し、第１回転体の温
度が上昇し、支持シャフトと第１回転体との接合部の温
度が高くなる。その結果、支持シャフトと第１回転体の
ろう接部分が変形し、支持シャフトと第１回転体との同
芯度が悪化し、回転機構の回転バランスがくずれる。こ
れに伴い、回転陽極型Ｘ線管の振動が大きくなり、不良
品発生の原因となる。

【０００８】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、長期にわたって安定した回転バランスを維持できる
回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｘ線を放出す
る陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを支持する支
持シャフトと、この支持シャフトが連結された第１回転
体と、この第１回転体の外周部分に接合された第２回転
体と、前記第１回転体の内周部分に接合された第３回転
体と、軸受を介して前記第３回転体に嵌合された固定体
とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記第２回転
体が、焼結材料の空孔部に銅および銀の少なくとも１つ
を含む金属材料を含浸させた複合材料で形成されたこと
を特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、動圧
式滑り軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管を例にとり図１を
参照して説明する。符号１１は、回転陽極型Ｘ線管を構
成する真空容器で、図ではその一部が示されている。真
空容器１１内にＸ線を放出する陽極ターゲット１３が配
置されている。陽極ターゲット１３は支持シャフト１４
にねじ１５で固定されている。支持シャフト１４は、陽
極ターゲット１３の熱が直接伝わるため、Ｗ（タングス
テン）やＭｏ（モリブデン）、これらの合金など高融点
金属で形成されている。支持シャフト１４は有底円筒状
の第１回転体１６に連結されている。この場合、支持シ
ャフト１４は、たとえば第１回転体１６の底部１６ａ中
央の透孔部分にねじ込まれ、ろう付けなどによって連結
されている。

【００１１】第１回転体１６は、たとえば鉄（５０％）
−ニッケル（５０％）合金で形成されている。第１回転
体１６の外周部分には円筒状の第２回転体１７が一体的
に接合されている。第２回転体１７は、たとえばタング
ステンの焼結材料の中に銅を含浸させた複合材料、たと
えば銅タンと呼ばれる材料で形成され、第２回転体１７
と第１回転体１６は、支持シャフト１４側に位置する第
１回転体１６の端部にろう付けされている。図では、第
２回転体１７と第１回転体１６の接合領域を符号Ｒ１で
示している。

【００１２】なお、支持シャフト１４と第１回転体１６
とのろう付け、および、第１回転体１６と第２回転体１
７とのろう付けには、Ａｕ（金) やＣｕ、またはＡｇ
（銀)を主としたろう材が使用される。これらの各接合
部は、陽極ターゲット１３に近い位置すなわち陽極ター
ゲット１３の熱が伝わる伝熱経路に近い位置で接合され
ている。また、第２回転体１７の外周面の一部に、黒色
皮膜１７ａが被覆され、第２回転体１７に達した熱を輻
射により放出している。

【００１３】第１回転体１６の内側には、有底円筒状の
第３回転体１８が一体に接合されている。第１回転体１
６と第３回転体１８は、管軸方向に見て、陽極ターゲッ
ト１３から遠い位置すなわち陽極ターゲット１３と反対
側に位置する第１回転体１６の端部でろう付けされてい
る。図では、第１回転体１６と第３回転体１８との接合
領域を符号Ｒ２で示している。第３回転体１８の下端開
口は円盤状の閉塞体１９で封止されている。

【００１４】なお、上記の第１〜第３の回転体１６〜１
８はいずれも支持シャフト１４と同じ軸上で回転する。

【００１５】第３回転体１８の内側に固定体２０が挿入
嵌合され、固定体２０の第３回転体１８との嵌合部分な
どに動圧式滑り軸受が設けられている。たとえば、固定
体２０の外周部分にらせん溝２１が設けられ、動圧式ラ
ジアル滑り軸受が形成されている。また、固定体２０の
図の上端面および固定体２０の下端面と対向する閉塞体
１９の面にもらせん溝２２が設けられ、スラスト滑り軸
受けを形成している。

【００１６】ラジアル滑り軸受を形成するらせん溝２１
は、管軸方向に離れた２つの領域に設けられ、これらの
各領域では、それぞれ１組のヘリンボンパターンらせん
溝が形成されている。スラスト滑り軸受を形成するらせ
ん溝２２の一方は、固定体２０の上端面に図２に示すよ
うなサークル状のヘリンボンパターンらせん溝Ｐ１が形
成されている。スラスト滑り軸受を形成するらせん溝２
２のもう一方は、固定体２０の下端面と対向する閉塞体
１９の上面に、図３に示すようなサークル状のヘリンボ
ンパターンらせん溝Ｐ２が形成されている。なお、動圧
式滑り軸受を形成する固定部分と回転部分の軸受面は、
動作中、約２０μの軸受間隙を保つように設定され、動
圧式滑り軸受を形成するらせん溝内および軸受間隙に液
体金属潤滑材が供給される。

【００１７】上記した構成において、外部から回転磁界
が加えられると、回転機構を構成する第１ないし第３の
回転体１６〜１８がそれぞれ回転し、陽極タ一ケット１
３が回転する。この状態で、陽極タ一ゲット１３に対し
陰極から電子ビームが照射され、陽極タ一ゲット１３が
Ｘ線を放出する。

【００１８】上記した構成によれば、第２回転体が、タ
ングステンの焼結材料の空孔部に銅および銀の中の少な
くとも１つを含む金属材料、たとえば銅を含浸させた複
合材料で構成されている。

【００１９】この場合、主な材料の熱伝導率や熱膨張率
の特性を示した図４に示すように、第２回転体として上
記の複合材料を用いた場合、銅を用いた場合に比較し
て、第１回転体の熱膨張率に近くなる。そのため、第１
回転体と第２回転体のろう付けが接合部の全面にわたり
欠陥なく行われる。また、動作時に第１回転体と第２回
転体の接合隙間が、熱膨張率の相違によって膨張するよ
うなこともなくなる。また、動作時に温度が上昇して
も、第１回転体と第２回転体に剥離が発生しない。

【００２０】このため、陽極タ一ゲットの熱が第２回転
体に良好に伝達され、第１回転体の温度上昇が抑えられ
る。その結果、支持シャフトと第１回転体の同芯度の悪
化が防止され、長期にわたり安定な回転バランスが維持
され、回転振動の少ない回転陽極型Ｘ線管が実現され
る。

【００２１】ところで、上記の第１回転体と第２回転体
のように、２種の材料を組み合わせた場合、温度上昇時
にそれぞれの材料に発生する熱応力σは、ヤング率を
Ｅ、２種材料の熱膨張率差を△α、常温との温度差を△
Ｔとおくと、σ＝Ｅ・△α・△Ｔで表される。

【００２２】本発明のように第１回転体と第２回転体を
接合した場合、使用時の温度である約６５０℃（△Ｔ＝
６３０℃) 、軸受の真空脱ガス処理時の温度である７５
０℃（△Ｔ＝７３０℃) で、上記のσの値が、各温度に
おける材料の引っ張り強度よりも小さければ、熱変形な
どの問題は生じない。そのため、△αが充分小さくなる
材料の組み合わせを選択することが必要となる。たとえ
ば、第１回転体の材料がＴＮＦの場合、図４に示すよう
に、第２回転体の材料として、タングステン７０〜６５
重量％、銅３０〜３５重量％の複合材料を選択すれば、
熱変形が抑えられる。

【００２３】また、第１回転体の材料として、熱膨張率
が９〜１３×１０^-6/ ℃の範囲内にある他の鉄合金を使
用した場合は、銅の重量比率を２０％から５０％の範囲
内で選べば、タングステンと銅の複合材料を使用して
も、熱変形を小さくできる。

【００２４】上記の実施形態では、第２回転体を、タン
グステンの焼結材料の中に銅を溶浸させた複合材料で形
成している。この場合、焼結材料としては、タングステ
ン以外に、モリブデンおよびモリブデン合金、タンタ
ル、タンタル合金、タングステン合金、タングステンカ
ーバイドの中の少なくとも１つを含む材料を用いること
ができる。

【００２５】また、第２回転体を構成する焼結材料に含
浸させる金属材料の混合比率を、第１回転体との連結部
分に近い周辺領域よりも、その周辺領域より遠方に位置
する遠方領域で、最大１００％まで、より大きくしても
よい。この場合、第２回転体の熱伝達特性が向上し、使
用時におけるろう付け接合部の温度がより低下する。

【００２６】また、第２回転体を構成する材料として、
上記の複合材料の他に、銅および銀の少なくとも１つを
含む金属材料と、この金属材料と固溶体を形成せずに金
属材料中に分散したセラミクス材料とからなる複合材料
を用いることもできる。

【００２７】この場合、セラミクス材料に対する金属材
料の混合比率を、第１回転体との連結部分に近い周辺領
域よりも、その周辺領域より遠方に位置する遠方領域
で、最大１００％まで、より大きくしてもよい。この場
合、第２回転体の熱伝達特性が向上し、使用時における
ろう付け接合部の温度がより低下する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、陽極ターゲットを支持
する支持シャフトとこの支持シャフトが接合される回転
体との同芯度の悪化が防止され、長期にわたり安定な回
転バランスを維持できる回転陽極Ｘ線管を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための構造図で、
一部を断面で示している。

【図２】本発明の動圧式滑り軸受に使用されるヘリンボ
ンパターンらせん溝を示す図である。

【図３】本発明の動圧式滑り軸受に使用される他のヘリ
ンボンパターンらせん溝を示す図である。

【図４】主な材料の熱伝導率および熱膨張率の特性を説
明するための特性図である。

【符号の説明】

１１…真空容器１３…陽極タ一ゲット１４…支持シャフト１５…ねじ１６…第１回転体１７…第２回転体１７ａ…黒色皮膜１８…第３回転体１９…閉塞体２０…固定体２１…らせん溝２２…らせん溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 33/24 Ｆ１６Ｃ 33/24 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を放出する陽極ターゲットと、この
陽極ターゲットを支持する支持シャフトと、この支持シ
ャフトが連結された第１回転体と、この第１回転体の外
周部分に接合された第２回転体と、前記第１回転体の内
周部分に接合された第３回転体と、軸受を介して前記第
３回転体に嵌合された固定体とを具備した回転陽極型Ｘ
線管において、前記第２回転体が、焼結材料の空孔部に
銅および銀の少なくとも１つを含む金属材料を含浸させ
た複合材料で形成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ
線管。
【請求項２】焼結材料は、モリブデンおよびモリブデ
ン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タン
グステン合金、タングステンカーバイドの中の少なくと
も１つを含む請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】焼結材料に含浸させる金属材料の混合比
率は、第１回転体との連結部分に近い連結部周辺領域よ
りも、その連結部周辺領域より遠方に位置する遠方領域
の方が大きい請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】Ｘ線を放出する陽極ターゲットと、この
陽極ターゲットを支持する支持シャフトと、この支持シ
ャフトが連結された第１回転体と、この第１回転体の外
周部分に接合された第２回転体と、前記第１回転体の内
周部分に接合された第３回転体と、軸受を介して前記第
３回転体に嵌合された固定体とを具備した回転陽極型Ｘ
線管において、前記第２回転体が、銅および銀の少なく
とも１つを含む金属材料と、前記金属材料と固溶体を形
成せずに前記金属材料中に分散したセラミクス材料とか
らなる複合材料で形成されたことを特徴とする回転陽極
型Ｘ線管。
【請求項５】セラミクス材料に対する金属材料の混合
比率は、第１回転体との連結部分に近い連結部周辺領域
よりも、その連結部周辺領域より遠方に位置する遠方領
域の方が大きい請求項４記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】固定体と第３回転体との間に設けられる
軸受は、前記固定体および前記第３回転体の少なくとも
一方の面に形成されたらせん溝と、このらせん溝および
前記固定体と前記第３回転体の軸受間隙に供給される液
体金属潤滑材とを有する動圧式滑り軸受である請求項１
または請求項４記載の回転陽極型Ｘ線管。