JP2001357807A - Ｘ線管において異種金属を接合するための結合部材を有するコンプライアント継手 - Google Patents

Ｘ線管において異種金属を接合するための結合部材を有するコンプライアント継手

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線管において熱膨張率の異なる材料を接合
するための方法を提供する。 【解決手段】 第１の構成要素（２０）を第２の構成要
素（２２）に挿入すべき場合に使用する第１の継手を識
別する。第１の構成要素（２０）は第２の構成要素（２
２）より大きい熱膨張率を有する。継手における第１の
構成要素（２０）の物理的膨張を減少させることを目的
として、継手の結合部材（１８）のほぼ軸方向の長さに
沿って複数の溝穴（１４）を形成する。結合部材（１
８）は２つの構成要素（２０、２２）の間に配置され、
一方の構成要素（２０、２２）より大きく、他方の構成
要素（２２、２０）よりは小さい熱膨張率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転Ｘ線管に関し、
特に、Ｘ線管構成において異種金属を接合させることに
関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線管は医療診断のための画像撮影、治
療、各種の医学検査及び材料解析の分野で使用されてい
る。通常のＸ線管は、焦点で発生される熱を分散させる
ために、回転陽極構造を有するように構成されている。
陽極は、円板形の陽極ターゲットを支持する軸に組み込
まれた円筒形の回転子と、回転子を収納するＸ線管の細
長い首部分を包囲する銅巻線を含む鉄製固定子構造とか
ら構成される誘導電動機により回転される。陽極アセン
ブリの回転子を包囲する固定子により駆動される回転陽
極アセンブリの回転子は陽極電位に維持されるが、固定
子は、時々、電気的に基準接地される。Ｘ線管の陰極は
集束電子ビームを発生し、このビームは陽極と陰極との
間の真空空隙を通って加速され、陽極と衝突してＸ線が
発生する。回転自在の陽極を有するＸ線管では、ターゲ
ットはタングステンなどの高融点金属から製造された円
盤により構成されている。このターゲットを高速で回転
させつつ、ターゲットに電子ビームを衝突させることに
より、Ｘ線を発生させる。ターゲットの回転は、ターゲ
ットから延出する支持軸に設けられた回転子を駆動する
ことにより行われる。このような構成は回転Ｘ線管には
一般的なものであり、開発以来、その動作概念はそれほ
ど変化していない。しかし、この２０年間にＸ線管の動
作条件はかなり変化してきた。
【０００３】最新のＸ線管は、１０，０００ｒｐｍ程度
の高速で回転する大型（直径２００ｍｍ、４．５ｋｇ）
の片持ち取り付けターゲットを利用している。Ｘ線管の
動作中、室温からターゲット首部分のタングステン／レ
ニウム層における高速電子の減速により発生される１６
００Ｅ Ｃの高温までの範囲にわたる極めて大きな温度
変化が起こる。
【０００４】軸受けなどの構成要素の熱管理と安全保護
のため、熱通路には熱伝導率の低い材料が配置される。
通常、そのような材料はＸ線管で使用されるその他の材
料と比べてはるかに大きな熱膨張率を有する。しかし、
それらの構成要素を何らかの方法（すなわち、溶接、ろ
う付け、ボルト留めなど）により他の構成要素と接合す
る必要がある。その継手では、成長レベルの大きな構成
要素によって、それより遅く成長する構成要素の降伏が
生じる。
【０００５】高温の下で、高速で回転している場合の平
衡保持は極めて重要である。出荷時における大型Ｘ線管
の一般的な不平衡仕様は、ターゲット平面又は回転子平
面のいずれかで５ｇ−ｃｍである。大型ターゲット（直
径１６５ｍｍ、２．７ｋｇ）を有するＸ線管の場合、製
造数の約５％が平衡が大きく失われるために使用不可能
となる。ターゲット重心の１９ｍの変位がこのような量
の不平衡を発生させる。陽極が大型化し、その重量が増
すにつれて、変位の量が少なくても、不平衡仕様を越え
てしまう。最新のターゲット・サイズ（直径約２００ｍ
ｍ、約４．５ｋｇ）では、１１ｍの変位でも、不平衡仕
様を越える。そのような小さな変位は、大きな温度変化
と、熱膨張率の異なる材料の使用とが組み合わさること
によって容易に起こる。更に、継手として適合した材料
の選択は動作温度、材料の強度及び材料の膨張特性によ
って制限されることが多い。加えて、継手のボルト留
め、ろう付け及び溶接も不平衡状態を生み出す第一の原
因となっている。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、高温で適用する場合に、熱膨
張率の異なるＸ線管の２つ以上の構成要素を接合するた
めの方法を提供する。この方法は、締り嵌めを利用する
と共に、幾何学的変形によって継手のコンプライアンス
を増大させることから成る。
【０００７】図面に示す装置においては、Ｘ線管の構成
要素を接合する方法は、熱膨張率の異なる構成要素を接
合する場合に特に有用である。まず、第１の構成要素を
第２の構成要素に挿入させるべき第１の継手を識別す
る。通常、第１の構成要素は第２の構成要素より大きい
膨張率を有するので、本発明の目的は継手におけるその
構成要素の物理的膨張を減少させることである。この目
的を達成するために、接合すべき２つの構成要素の間に
結合部材を設ける。結合部材は一方の構成要素より大き
く、他方の構成要素よりは小さい熱膨張率を有する。第
１の構成要素と第２の構成要素との間の応力を減少させ
るために、結合部材のほぼ軸方向の長さに沿って複数の
溝穴を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、回転陽極アセンブリ
と、陰極アセンブリとを採用するＸ線管に関する。本発
明の目的は、Ｘ線管構成の構成要素、特に熱膨張率の異
なる構成要素を接合する方法を改善することである。
【０００９】特に、Ｘ線管の場合、Ｘ線管メーカーが選
択し、使用している構成要素はそのＸ線性能を第一に考
えて選ばれる。すなわち、Ｘ線管構成要素については、
熱分布、発熱、Ｘ線発生、高速回転能力、そして、特に
熱の管理と構成要素の安全保護を考えて有利なものが選
択される。Ｘ線管の性能を考慮して材料を選択した結
果、熱膨張特性の異なる材料が使用されることになり、
これは選択基準がもたらす望ましくない二次的効果であ
る。従って、Ｘ線管メーカーはＸ線管の適用を考えて材
料を選択してはいるが、それらの材料が異なる熱膨張特
性を有することを認識して、そのような異なる材料の使
用によって発生する問題（不平衡）に対処することが必
要になっている。
【００１０】通常のＸ線管アセンブリにおいては、ター
ゲットと、回転子アセンブリと、軸受けアセンブリとを
ボルト留め継手、ろう付け継手及び／又は溶接継手を使
用して一体に組み立てる。本発明は、Ｘ線管の接合され
る部材、特に熱膨張率の異なる部材相互の嵌合を大きく
改善する。
【００１１】図１から図４を参照すると、本発明は、Ｘ
線管アセンブリにおいて締り嵌めアセンブリを使用し
て、継手における構成要素の一体保持及び平衡を改善す
る。継手のコンプライアンスは、継手の材料の熱膨張率
の相違によって起こる継手のたがフープ剛性及び応力、
並びに半径方向剛性及び応力を減少させるような変形を
取り入れることにより増大される。本発明の方法は、継
手の動作温度範囲にわたり締り嵌めを維持しつつ、この
効果を実現する。
【００１２】そこで図面を参照すると、図１から図４に
示すように、熱膨張率の異なる２つのＸ線管構成要素２
０及び２２の間に、溝穴が形成された別の部材、すなわ
ち、結合部材１８が挿入されている。結合部材１８は２
つの構成要素２０及び２２を互いに接合する。通常、結
合部材１８は、一方の構成要素２０又は２２の熱膨張率
より小さいが、他方の構成要素２２又は２０の熱膨張率
よりは大きい熱膨張率を有していると考えられる。第１
及び第２のＸ線管構成要素２０及び２２の間の結合部材
１８は、２つの構成要素２０及び２２の間の熱膨張率の
相違をゼロ(nullify) にする。
【００１３】継手のコンプライアンスは、Ｘ線管構造に
幾何学的な変形を加えることにより実現できる。すなわ
ち、結合部材１８のほぼ軸方向の長さに沿って溝穴１４
を形成した。各溝穴１４の両端部への応力の集中を低減
させるため、溝穴１４の両端は開口部２４で終わってい
るのが好ましい。このような溝穴を設けることにより、
この部材を継手のその他の部材に機械的に接合するため
に使用されるコンプライアントな捕捉フィンガ１６が形
成される。
【００１４】結合部材１８に溝穴１４を設けた構造は、
継手におけるこの部材の物理的膨張を少なくするという
利点を有する。本発明の接合方法を採用しないと、膨張
率の大きい構成要素は膨張率の小さい構成要素より速く
膨張しようとするため、最終的な構造の釣り合い保持に
悪影響を及ぼす。本発明の接合方法を使用した場合、コ
ンプライアンスの低い１つの部材ではなく、溝穴が設け
られた構成要素は複数の、よりコンプライアンスの高い
部材を構成することになる。例えば、溝穴１４を６本形
成すれば、構成要素は１つの（溝穴のない）堅い構成要
素ではなく、６つのコンプライアントな部分１６を構成
する。
【００１５】結合部材１８はＸ線管の第１の構成要素２
０より大きく、Ｘ線管の第２の構成要素２２より小さい
熱膨張率を有しているのが好ましい。その場合、溝穴１
４は継手内部における物理的成長の量を減少させて、応
力を抑制する働きをする。言うまでもなく、応力を解析
し、継手の構成を検討した結果、より膨張率の小さい構
成要素に溝穴を形成するほうが良いとなれば、そのよう
にして差し支えない。
【００１６】一体の円形構造を保つために、溝穴１４は
それらが形成される構成要素１８の軸方向長さに沿って
設けられるのが好ましい。更に、通常、溝穴は応力を均
一にするために対称に間隔をおいて配置されるが、必要
に応じて、別の何らかの応力条件を発生させるために、
溝穴を非対称に配列することも可能である。溝穴の長さ
と数はコンプライアンスを制御するための制御係数であ
る。例えば、溝穴を長くすれば、コンプライアンスは増
大し、逆に溝穴を短くすれば、得られるコンプライアン
スの量は減少する。同様に、溝穴の数を増やせば、膨張
又は成長は少なくなり、溝穴を減らせば、溝穴が多い場
合と比べて膨張は大きくなるが、それでも、溝穴のない
構成要素を使用する場合よりは膨張は少ない。従って、
溝穴の数、長さ及び配列を変えることにより、様々な実
施形態を実現できる。
【００１７】本発明をそのいくつかの好ましい実施例を
特に参照して詳細に説明したが、本発明の趣旨の範囲内
で変更及び変形を実施できることは理解されるであろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化したＸ線管の構成要素を接合す
る接合方法を示す斜視図。
【図２】本発明を具現化したＸ線管の構成要素を接合す
る接合方法を示す斜視図。
【図３】本発明を具現化したＸ線管の構成要素を接合す
る接合方法を示す斜視図。
【図４】本発明を具現化したＸ線管の構成要素を接合す
る接合方法を示す斜視図。
【符号の説明】
１４ 溝穴 １８ 結合部材 ２０ Ｘ線管の第１の構成要素 ２２ Ｘ線管の第２の構成要素 ２４ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ジー・エベン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、スリ バン、リバティー・ストリート、エヌ3809 番 Ｆターム(参考） 3J039 AA03 BB01 FA04 FA12 FA13 FA20

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる熱膨張率を有するＸ線管構成要素
    （２０、２２）を接合する方法において、 第１のＸ線管構成要素（２０）を識別する工程と、 前記第１のＸ線管構成要素（２０）とは異なる熱膨張率
    を有する第２のＸ線管構成要素（２２）を識別する工程
    と、 熱膨張率の相違をゼロにするために、前記第１のＸ線管
    構成要素（２０）と前記第２のＸ線管構成要素（２２）
    との間に結合部材（１８）を挿入する工程と、を有する
    方法。
  2. 【請求項２】 前記結合部材（１８）は、前記第１のＸ
    線管構成要素（２０）より大きく、前記第２のＸ線管構
    成要素（２２）よりは小さい熱膨張率を有する請求項１
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２のＸ線管構成要素（２
    ０，２２）の熱膨張率の相違によって起こる前記結合部
    材（１８）に沿った応力を低減する工程を更に含む請求
    項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記結合部材（１８）のほぼ軸方向の長
    さに沿って複数の溝穴（１４）を形成する工程を更に含
    む請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記複数の溝穴（１４）の各々の両端を
    開口部（２４）で終わらせる工程を更に含む請求項４記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記結合部材（１８）のほぼ軸方向の長
    さに沿って前記複数の溝穴（１４）を対称に間隔をおい
    て配列する工程を更に含む請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記結合部材（１８）の動作温度範囲に
    わたり締り嵌めを維持する工程を更に含む請求項１記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記結合部材（１８）内部において、よ
    り大きい熱膨張率を有する構成要素の物理的成長を低減
    する工程を更に含む請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 Ｘ線管で異種金属を接合するためのコン
    プライアント継手において、 第１のＸ線管構成要素（２０）と、 前記第１のＸ線管構成要素（２０）とは異なる熱膨張率
    を有する第２のＸ線管構成要素（２２）と、 熱膨張率の相違をゼロにするために、前記第１のＸ線管
    構成要素（２０）と前記第２のＸ線管構成要素（２２）
    との間に配置される結合部材（１８）と、を具備するコ
    ンプライアント継手。
  10. 【請求項１０】 前記結合部材（１８）は、前記第１の
    Ｘ線管構成要素（２０）より大きく、前記第２のＸ線管
    構成要素（２２）よりは小さい熱膨張率を有する請求項
    ９記載のコンプライアント継手。
  11. 【請求項１１】 前記第１及び第２のＸ線管構成要素
    （２０，２２）の熱膨張率の相違によって起こる前記結
    合部材（１８）に沿った応力を低減する手段を更に具備
    する請求項９記載のコンプライアント継手。
  12. 【請求項１２】 前記結合部材（１８）のほぼ軸方向の
    長さに沿って形成される複数の溝穴（１４）を更に具備
    する請求項１１記載のコンプライアント継手。
  13. 【請求項１３】 前記複数の溝穴（１４）は、複数の溝
    穴（１４）の各々の両端が開口部（２４）で終わってい
    る複数の溝穴（１４）である請求項１２記載のコンプラ
    イアント継手。
  14. 【請求項１４】 前記複数の溝穴（１４）は、前記結合
    部材（１８）のほぼ軸方向の長さに沿って対称に間隔を
    おいて配列される請求項１２記載のコンプライアント継
    手。
  15. 【請求項１５】 前記結合部材（１８）の動作温度範囲
    にわたる締り嵌めを更に含む請求項９記載のコンプライ
    アント継手。
  16. 【請求項１６】 前記結合部材（１８）内部において、
    より大きい熱膨張率を有する構成要素の物理的成長を低
    減する手段を更に具備する請求項９記載のコンプライア
    ント継手。
JP2000399778A 1999-12-29 2000-12-28 Ｘ線管において異種金属を接合するための結合部材を有するコンプライアント継手 Ceased JP2001357807A (ja)

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