JP2002251970A - 回転陽極型x線管 - Google Patents
回転陽極型x線管Info
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Abstract
期間にわたり良好な回転特性を有する回転陽極型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11と、
相互間に軸受が設けられた内側回転体16および固定体
17を有し陽極ターゲット11を回転可能に支持する回
転機構13と、陽極ターゲット11および回転機構13
を収納する真空外囲器10とを具備した回転陽極型X線
管において、内側回転体16および固定体17の相互間
に設けられる軸受として、液体金属潤滑剤を用いた動圧
式すべり軸受19a、19b、20a、20bおよびボ
ールベアリング21a、21bを用いている。
Description
を回転可能に支持する回転機構の軸受部分における摩耗
などを防止した回転陽極型陽極X線管に関する。
る陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、陽極タ
ーゲットからX線を放出させる電子管で、医療用診断装
置などに使用されている。
て、その一部を断面で示した図10を参照して説明す
る。符号91は回転陽極型X線管を構成する陽極ターゲ
ットで、陽極ターゲット91は真空外囲器(図示せず)
内に配置されている。陽極ターゲット91は支持シャフ
ト92に固定され、支持シャフト92は回転機構93に
連結されている。
有し、回転部分は、支持シャフト92が連結された中間
回転体94および中間回転体94の外側に接合された外
側回転体95、中間回転体94の内側に接合された内側
回転体96などから構成されている。内側回転体96の
内部に固定体97が嵌合されている。内側回転体96の
図示右側の開口はスラストリング98で封止され、固定
体97はスラストリング98を貫通して、その外側まで
伸びている。
転体96およびスラストリング98と、回転機構93の
固定部分を構成する固定体97との間に動圧式すべり軸
受が設けられている。
2つの領域にそれぞれらせん溝を対に形成し、このらせ
ん溝の部分に液体金属潤滑剤を供給し、ラジアル方向の
動圧式すべり軸受99a、99bが設けられている。
ンボンパターンのらせん溝を形成し、このらせん溝の部
分に液体金属潤滑剤を供給し、スラスト方向の動圧式す
べり軸受100aが設けられている。固定体97の段部
97aと対向するスラストリング98の図示左側の面に
も、ヘリンボンパターンのらせん溝を形成し、このらせ
ん溝の部分に液体金属潤滑剤を供給し、もう1つのスラ
スト方向の動圧式すべり軸受100bが設けられてい
る。なお、符号mは管軸を示している。
受として動圧式すべり軸受が用いられている。しかし、
回転機構の軸受には、ボールベアリングなどのころがり
軸受も用いられる。
転時の磨耗がないため、高速で回転する場合も軸受に焼
け付きなどが発生しない。しかし、回転の起動時や停止
時などは回転体と固定体が接触する。また、回転数が低
い場合は、回転体と固定体が一部で接触し、同時に、動
圧式すべり軸受が機能するいわゆる混合潤滑状態となっ
ている。したがって、回転体の荷重が大きいと接触部分
の応力が大きくなる。
耗しあるいは焼き付きが発生し、かじりに対する耐久性
が低下する。また、回転体の慣性モーメントが大きい場
合も、停止時に接触部に発生するエネルギーが大きくな
り耐久性を減少させる。特に、回転部分の重心が軸受の
外にある場合は、接触部にかかる力が実際の荷重以上と
なり耐久性に悪影響を与える。
転トルクが大きいため、大きなトルクを発生させる回転
始動装置が必要となり、装置が大型化し消費電力が増大
する。また、回転数が増加した場合、液体金属潤滑剤の
せん断力に起因する発熱が増え、液体金属潤滑剤の温度
が上昇する。液体金属潤滑剤は温度が高くなると粘性が
低下し寿命を低下させる。
容易であるという利点がある。また、起動時や停止時に
回転体と固定体が接触しないため摩耗が防止される。し
かし、高速回転状態あるいは高荷重状態になると軸受表
面が磨耗し、割れを起こしたり、回転時の音が大きくな
ったりする。その結果、回転トルクが上昇し、軸受に焼
き付きが起き、騒音を発生させる。
機構の軸受部分における摩耗などを抑え、長期間にわた
り良好な回転特性を有する回転陽極型X線管を提供する
ことを目的とする。
る陽極ターゲットと、相互間に軸受が設けられた回転体
部分および固定体部分を有し前記陽極ターゲットを回転
可能に支持する回転機構と、前記陽極ターゲットおよび
前記回転機構を収納する真空外囲器とを具備した回転陽
極型X線管において、前記回転体部分および前記固定体
部分の相互間に設けられる軸受が、液体金属潤滑剤を用
いた動圧式すべり軸受および転がり軸受からなることを
特徴としている。
一部を断面で示した図1を参照して説明する。符号10
は回転陽極型X線管を構成する真空外囲器で、図1の場
合、真空外囲器の一部だけが示されている。真空外囲器
10内にX線を放出する陽極ターゲット11が配置され
ている。陽極ターゲット11は支持シャフト12に固定
され、支持シャフト12は回転機構13に連結され、陽
極ターゲット11は回転機構13によって回転可能に支
持されている。
成され、回転部分は、たとえば支持シャフト12が直接
連結された中間回転体14および中間回転体14の外側
に接合された外側回転体15、中間回転体14の内側に
接合された内側回転体16などから構成されている。ま
た、内側回転体16の内部に固定体17が嵌合されてい
る。内側回転体16の図示右側の開口はスラストリング
18で封止され、固定体17はスラストリング18を貫
通して、その外側まで伸びている。
部分を構成するたとえば内側回転体16およびスラスト
リング18と、回転機構13の固定部分を構成する固定
体17との間に動圧式すべり軸受が設けられている。
2つの領域にそれぞれらせん溝を対に設け、このらせん
溝の部分に液体金属潤滑剤を供給して、ラジアル方向の
動圧式すべり軸受19a、19bが形成されている。
ンパターンのらせん溝を設け、このらせん溝の部分に液
体金属潤滑剤を供給し、スラスト方向の動圧式すべり軸
受20aが形成されている。固定体17の段部17aと
対向するスラストリング18の図示左側の面にも、ヘリ
ンボンパターンのらせん溝を設け、このらせん溝の部分
に液体金属潤滑剤を供給し、もう1つのスラスト方向の
動圧式すべり軸受20bが形成されている。
側壁上の2つの領域、たとえば図の左側に位置するラジ
アル方向の動圧式すべり軸受19aの管軸方向における
外側、および、図の右側に位置するラジアル方向の動圧
式すべり軸受19bの管軸方向における外側に、それぞ
れころがり軸受たとえばボールベアリング21a、21
bが外周側壁に沿って取り付けられている。
時、たとえば回転機構13の回転部分が通常の回転速度
で回転する場合は、そのころがり面たとえばボール表面
は内側回転体16と接触しない構造になっている。一
方、起動時や停止時などに、たとえば回転機構13の回
転軸が固定体17の軸に対して傾き、内側回転体16の
一部が固定体17に接近した場合に、内側回転体16が
ボールベアリング21a、21bのころがり面と接触す
る、いわゆるタッチダウン構造になっている。
どに、回転機構13の回転部分が傾いた場合、内側回転
体16はボールベアリング21a、21bと接触し、内
側回転体16と固定体17の直接の接触が回避される。
そのため、軸受表面の摩耗や焼き付きなどが防止され、
かじりに対する耐久性が向上する。
た状態で動作が停止し、内側回転体16の軸が傾くと、
内側回転体16は外周面の両端部が固定体17と接触す
ることが多い。そのため、上記の構成では、内側回転体
16の両端部すなわちラジアル方向の動圧式すべり軸受
の管軸方向におけるその外側にボールベアリング21
a、21bを設けている。
のスラスト方向の接触を防止できる構造になっていな
い。しかし、その分、構造が簡単となる。また、管軸を
水平方向に配置して使用することが多いCT装置用のX
線管などの場合は、内側回転体16と固定体17がスラ
スト方向で接触することが少ないため実用上の問題はほ
とんど生じない。
〜図8を参照して説明する。図2〜図8は、管軸mを中
心に上下対称に形成された内側回転体16および固定体
17の上半分を断面で示した概略の構造図で、図1に対
応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略
する。
た固定体17上の2つの領域に動圧式すべり軸受19
a、19bを設け、さらに動圧式すべり軸受19a、1
9bの外側にタッチダウン構造のボールベアリング21
a、21bを設けている。スラスト側では、固定体17
の図示左側の端面と内側回転体16との間、および、固
定体17の段部とスラストリング18との間に、それぞ
れボールベアリング22a、22bをたとえば環状に取
り付けている。ボールベアリング22a、22bのころ
がり面は、通常の回転時および起動停止時の両方で、内
側回転体16および固定体17と接触する常時接触構造
になっている。
固定体17のラジアル方向の接触はボールベアリング2
1a、21bで防止される。スラスト方向の接触はボー
ルベアリング22a、22bによって防止される。
受19a、19bが設けられている。スラスト側では、
固定体17の図示左側の端面と内側回転体16との間、
および、固定体17の段部17aとスラストリング18
との間に、それぞれ常時接触構造のボールベアリング2
2a、22bを取り付けている。ボールベアリング22
a、22bは、内側回転体16および固定体17をたと
えばラジアル方向およびスラスト方向の両方向で支え
る、いわゆるアンギュラーコンタクト構造となってい
る。
体17との接触は、スラスト方向およびラジアル方向と
もボールベアリング22a、22bによって防止され
る。
ールベアリング22a、22bが設けられている。スラ
スト側では、動圧式すべり軸受20a、20bおよびタ
ッチダウン構造のボールベアリング21a、21bが設
けれている。
体17のラジアル方向の接触はボールベアリング22
a、22bで防止され、スラスト方向の接触はボールベ
アリング21a、21bで防止される。
19a、19bおよびタッチダウン構造のボールベアリ
ング21a、21bが設けられ、スラスト側も動圧式す
べり軸受20a、20bおよびタッチダウン構造のボー
ルベアリング21a、21bが設けられている。
る内側回転体16と固定体17の接触は、スラスト方向
およびラジアル方向ともボールベアリング21a、21
bによって防止される。通常の回転時は、ラジアル方向
は動圧式すべり軸受19a、19bで支えられ、スラス
ト方向は動圧式すべり軸受20a、20bで支えられ
る。
向に向いた状態で動作が停止し、内側回転体16の軸が
傾くと、内側回転体16は固定体17端面の外周部と接
触することが多い。そのため、上記の構成の場合、固定
体17端面の外周部すなわちラジアル方向の動圧式すべ
り軸受の半径方向におけるその外側にボールベアリング
21a、21bを設けている。
19a、19bが設けられている。スラスト側では、動
圧式すべり軸受20a、20bおよびタッチダウン構造
のボールベアリング21a、21bが設けられている。
る内側回転体16と固定体17のスラスト方向の接触は
ボールベアリング21a、21bで防止される。なお、
この構成は、内側回転体16と固定体17のラジアル方
向の接触を防止できる構造になっていない。しかし、そ
の分、構造が簡単となる。また、管軸を垂直方向に配置
して使用する機器用のX線管の場合は、ラジアル方向で
の接触が少ないため実用上の問題はほとんど生じない。
ボールベアリング22a、22bが設けられている。ス
ラスト側では動圧式すべり軸受20a、20bが設けら
れている。この場合、ボールベアリング22a、22b
としてたとえばアンギュラーコンタクト構造のものを使
用し、スラスト方向およびラジアル方向の接触をボール
ベアリング22a、22bによって防止している。な
お、通常の回転時は、ラジアル方向はボールベアリング
22a、22bで支えられ、スラスト方向は動圧式すべ
り軸受20a、20bで支えられる。
タッチダウン構造のボールベアリング21a、21bが
設けられている。この場合、スラスト方向およびラジア
ル方向の接触はいずれもボールベアリング21a、21
bによって防止している。
は液体金属潤滑剤が充填された領域で使用される。その
ため、ころがり面を形成するボールには、スチールなど
の金属あるいは窒化珪素などのセラミクスが適してい
る。また、液体金属潤滑剤に浸っている場合でもボール
に固体潤滑膜を併用でき、この場合、固体潤滑膜の材料
には、鉛や銀、白金、金、錫、インジウムなど液体金属
潤滑剤に濡れやすい金属が適している。
ボールベアリング21a、21bを固定体側に取り付け
ている。しかし、タッチダウン構造のボールベアリング
21a、21bは内側回転体16の側に取り付けること
もできる。
スラスト方向では転がり軸受が設けられていない。この
場合、転がり軸受を設けるための領域が不要であるた
め、固定体の外径を大きくでき、固定体の機械的強度を
大きくできる。
場合、転がり軸受として、常時接触構造のものを用いず
に、タッチダウン構造のものを使用している。この場
合、高速回転時における軸受表面の摩耗が抑えられ、長
期間にわたり安定な回転特性が実現される。
の断面図を参照して説明する。図9は、図1に対応する
部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
ト12は第1回転体31に連結されている。第1回転体
31は、たとえば筒状部31aおよびこの筒状部31a
の陽極ターゲット11側に位置する円板状の底部31
b、筒状部31aの底部31bと反対側に位置しその中
央に透孔を有する円板状の端部31cなどから構成さ
れ、たとえば底部31bの部分に支持シャフト12が連
結されている。
転体32が嵌合されている。第2回転体32はたとえば
有底円筒状に形成され、筒状部32aおよび筒状部32
aの陽極ターゲット11側に位置する底部32bなどか
ら構成されている。
配置され、固定体33の図示下端部33aは、第2回転
体32の開口部分を通り、さらに第1回転体31の端部
31cの透孔を貫通し、その下方まで伸びている。
2間に動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば、
第2回転体32の外周面で管軸方向に離れた2つの領域
にそれぞれらせん溝が対に形成され、このらせん溝の部
分に液体金属潤滑剤が供給され、ラジアル方向の動圧式
すべり軸受34a、34bが形成されている。
ンボンパターンのらせん溝が設けられ、このらせん溝の
部分に液体金属潤滑剤が供給され、スラスト方向の動圧
式すべり軸受35aが形成されている。第2回転体32
の図示下端面と対向する第1回転体31の端部31cの
図示上面にも、ヘリンボンパターンのらせん溝が設けら
れ、このらせん溝の部分に液体金属潤滑剤が供給され、
もう1つのスラスト方向の動圧式すべり軸受35bが形
成されている。
に、管軸方向に離れた位置にころがり軸受たとえばボー
ルベアリング36a、36bが取り付けられている。ボ
ールベアリング36a、36bは常時接触構造で、たと
えば第2回転体32および固定体33をラジアル方向お
よびスラスト方向の両方向で支えるアンギュラーコンタ
クト構造のものが使用されている。
合、まず、第1回転体31の外側に配置したコイル(図
示せず)が発生する回転磁界によって第1回転体31を
回転させる。なお、回転停止時は、動圧式すべり軸受が
軸受として正常に機能していないため、第1回転体31
と第2回転体32は一部で固体接触している。したがっ
て、第1回転体31および第2回転体32は互いの接触
摩擦でほぼ一体となって回転を始め、第1回転体31お
よび第2回転体32はボールベアリング36a、36b
の働きで固定体2の周りを同一速度で回転する。
体31と第2回転体32間に充填された液体金属潤滑剤
のせん断力で、第1回転体31および第2回転体32間
にすべりが生じ、液体金属潤滑剤の粘性係数が低下して
くる。このとき、第1回転体31の回転エネルギーが第
2回転体32に伝わりにくくなり、第1回転体31と第
2回転体32間に回転の速度差が生じる。両者の速度差
は次第に大きくなり、第1回転体31および第2回転体
32間の動圧式すべり軸受が軸受として正常に機能し、
安定な高速回転が可能となる。
てボールベアリングの摩擦力が大きくなっても、第1回
転体31および第2回転体32間の動圧式すべり軸受が
機能し、ボールベアリングなどの磨耗が防止される。ま
た、起動トルクはボールベアリングの摩擦力のみで決定
される。そのため、始動時のトルクは動圧式すべり軸受
の場合よりも小さくなり、回転始動装置が小型化し消費
電力も低減する。
をラジアル方向に設けているが、ボールベアリングはス
ラスト方向に設けることもできる。
ゲットを回転可能に支持する回転機構の軸受部分の摩耗
が防止され、高速回転させても長寿命で、長期間にわた
り安定な回転特性を有する回転陽極X線管が得られる。
おける摩耗を抑え、長期間にわたり良好な回転特性を有
する回転陽極型X線管を実現できる。
で示した構造図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
構の主要部を抜き出して示した断面図である。
である。
構造図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 X線を放出する陽極ターゲットと、相互
間に軸受が設けられた回転体部分および固定体部分を有
し前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構
と、前記陽極ターゲットおよび前記回転機構を収納する
真空外囲器とを具備した回転陽極型X線管において、前
記回転体部分および前記固定体部分の相互間に設けられ
る軸受が、液体金属潤滑剤を用いた動圧式すべり軸受お
よび転がり軸受からなることを特徴とする回転陽極型X
線管。 - 【請求項2】 転がり軸受が、回転体部分と固定体部分
との間に設けられたラジアル方向の動圧式すべり軸受の
管軸方向における外側に設けられた請求項1記載の回転
陽極型X線管。 - 【請求項3】 転がり軸受が、回転体部分と固定体部分
との間に設けられたスラスト方向の動圧式すべり軸受の
半径方向における外側に設けられた請求項1記載の回転
陽極型X線管。 - 【請求項4】 転がり軸受が固定体部分に取り付けら
れ、回転体部分の軸と前記固定体部分の軸が一致する状
態では前記転がり軸受のころがり面と前記回転体部分は
非接触で、前記回転体部分の軸が前記固定体部分の軸に
対し傾いた状態で前記転がり軸受のころがり面と前記回
転体部分が接触する請求項1記載の回転陽極型X線管。 - 【請求項5】 転がり軸受が回転体部分に取り付けら
れ、前記回転体部分の軸と固定体部分の軸が一致する状
態では前記転がり軸受のころがり面と前記固定体部分は
非接触で、前記回転体部分の軸が前記固定体部分の軸に
対し傾いた状態で前記転がり軸受のころがり面と前記固
定体部分が接触する請求項1記載の回転陽極型X線管。 - 【請求項6】 X線を放出する陽極ターゲットと、この
陽極ターゲットが連結された第1回転体部分およびこの
第1回転体部分との間に液体金属潤滑剤を用いた動圧式
すべり軸受が設けられた第2回転体部分、この第2回転
体部分との間に転がり軸受が設けられた固定体部分を有
し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構
と、前記陽極ターゲットおよび前記回転機構を収納する
真空外囲器とを具備したことを特徴とする回転陽極型X
線管。
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