JP2003203590A

JP2003203590A - 回転陽極型ｘ線管

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Publication number: JP2003203590A
Application number: JP2002294568A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP3974011B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受部分の温度上昇を抑え、長期にわたり安
定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管を提供する
こと。【解決手段】真空容器１１内に配置された陽極ターゲ
ット１４と、この陽極ターゲット１４と一体に回転する
回転体１７と、この回転体１７と嵌合する嵌合部分の所
定領域に動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられている
固定体２０とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、動
圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられている所定領域を
除いた回転体１７と固定体２０の嵌合部分の逃げ部２５
に、液体金属潤滑材に浸漬した円筒スリーブ２６を設け
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、真空容器内に陽極
ターゲットを配置し、高速回転す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のＸ線源として
利用されている。

【０００３】ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管につい
て、その主要部を断面で示した図８を参照して説明す
る。収容容器７１内に回転陽極型Ｘ線管７２およびステ
ータコイル７３などが配置されている。回転陽極型Ｘ線
管７２は真空容器７４などから構成されている。

【０００４】真空容器７４は、外径が大きい接地側容器
７４ａおよびこれよりも外径が小さい陽極側容器７４ｂ
などから構成されている。接地側容器７４ａはたとえば
金属で形成され、陽極側容器７４ｂはたとえばガラスで
形成されている。真空容器７４の図示下端は接合リング
７５および封止リング７６によって気密に封止されてい
る。接地側容器７４ａ内に陽極ターゲット７７が配置さ
れている。

【０００５】陽極ターゲット７７は固定ねじ７８で継手
部７９に固定され、継手部７９は回転体８０に連結され
ている。回転体８０はたとえば３つの回転円筒からなる
３層構造で構成され、回転体８０の図示下端の開口はス
ラストリング８１で封止されている。また、回転体８０
およびスラストリング８１で囲まれた内側空間に円柱状
の固定体８２が嵌合されている。

【０００６】固定体８２の下端８２ａはスラストリング
８１および封止リング７６を順に貫通し、真空容器７４
の外側まで伸び、収容容器７１に固定されている。たと
えば、収容容器７１に保持部材８３が固定され、保持部
材８３に金属リング８４が固定され、この金属リング８
４に固定体８２の下端８２ａがねじ８５で固定されてい
る。

【０００７】固定体８２の外周面にらせん溝８６ａ、８
６ｂがそれぞれ対に形成されている。らせん溝８６ａ、
８６ｂなどの部分に液体金属潤滑材たとえばＧａ−Ｉｎ
−Ｓｎ合金が送り込まれ、ラジアル方向の動圧式すべり
軸受が形成されている。また、固定体８２の図示上側の
端面およびスラストリング８１と対向する固定体８２の
段差面にもらせん溝（図示せず）が形成され、これらの
らせん溝などの部分に液体金属潤滑材が送り込まれ、ス
ラスト方向の動圧式すべり軸受８７ａ、８７ｂが形成さ
れている。

【０００８】また、保持部材８３などに絶縁冷却油の循
環用孔８８が形成され、保持部材８３に近い収容容器７
１の部分に絶縁媒体を供給する供給口８９が設けられて
いる。この場合、供給口８９から供給される絶縁媒体
は、たとえば矢印Ｙで示すように流れ、回転陽極型Ｘ線
管を構成する真空容器７４と収容容器７１との間隙に送
り込まれる。

【０００９】上記した構成において、ステータコイル７
３に電流を流して回転磁界を発生させる。この回転磁界
で回転体８０が回転し、陽極ターゲット７７が回転す
る。陽極ターゲット７７が回転する状態で陽極ターゲッ
ト７７に電子ビームが照射され、陽極ターゲット７７か
らＸ線が放出する。このＸ線はＸ線放射窓９０を通して
外部に取り出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】回転陽極型Ｘ線管が動
作状態に入ると、電子ビームの照射で陽極ターゲットの
温度が上昇する。陽極ターゲットの熱の多くは表面から
輻射され、たとえば真空容器の金属部分に到達し、真空
容器の外壁面に沿って流れる絶縁油に伝導し放散され
る。陽極ターゲットの熱の一部および軸受部分に発生す
る自己発熱は固定体に伝達し、真空容器外に伸びた固定
体の端部などから管外に放散される。

【００１１】ところで、回転陽極型Ｘ線管に動圧式すべ
り軸受を用いる場合、動圧式すべり軸受が設けられる回
転体と固定体の嵌合部分に液体金属潤滑材が供給され
る。液体金属潤滑材は活性があるため、軸受部分の温度
が上昇すると、軸受面を構成する固定体や回転体の材料
と液体金属潤滑材が反応する。その結果、軸受面上に金
属間化合物層が堆積して軸受隙間が減少し回転特性を劣
化させる。

【００１２】また、動圧式すべり軸受を用いる場合、た
とえば、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が管軸方向に
離れた２つの領域に設けられる。そして、２つの動圧式
すべり軸受で挟まれた領域に、回転体および固定体の嵌
合部分の隙間が軸受部分よりも大きく、軸受としてほと
んど機能しない非軸受部分（以下、逃げ部と称する）が
設けられる。

【００１３】逃げ部は液体金属潤滑材の貯蔵部として機
能し、液体金属潤滑材が満たされている。そのため、回
転体が高速で回転すると、逃げ部の液体金属潤滑材がそ
の粘性で発熱する。これまでは、回転体の回転速度が比
較的低いため逃げ部の発熱は問題になっていない。しか
し、回転陽極型Ｘ線管を高性能化するために、回転体の
回転速度が高くなると、逃げ部における液体金属潤滑材
の発熱が無視できなくなる。

【００１４】たとえば回転体が低速で回転する場合、液
体金属潤滑材の流れはほぼ層流状態で、その発熱パワー
Ｐは回転体と固定体間の隙間の大きさＧにほぼ反比例
し、回転数Ｎのほぼ２乗に比例する。高速で回転する場
合は、液体金属潤滑材の流れはほとんど乱流状態とな
り、層流の場合に比べ発熱パワーＰが大きくなる。発熱
パワーＰは回転数Ｎの３〜３．５乗に比例する。また、
層流から乱流に遷移する回転数は隙間Ｇにほぼ反比例す
る。

【００１５】したがって、回転数Ｎを徐々に上げていく
と、回転数Ｎが小さい間は軸受部および逃げ部ともほぼ
層流状態で、隙間の大きさＧが大きい部分の発熱は無視
できる。回転数がさらに上がると、隙間の大きさＧが大
きい方が先に低速時から乱流に遷移する。したがって、
回転数Ｎの増加に伴い隙間の大きさＧが大きい部分たと
えば逃げ部の発熱が相対的に増大する。

【００１６】ここで、軸受部や逃げ部の発熱に対する発
明者の実験結果について述べる。この実験は、軸受部の
隙間の大きさＧ１が１０μｍ、逃げ部の隙間の大きさＧ
２が４０μｍ、固定体の直径φが４０ｍｍで、各隙間に
液体金属潤滑材が満たされている場合である。

【００１７】回転体の回転速度が５０ｒｐｓと低速の場
合、逃げ部の発熱パワーＰ２と軸受部の発熱パワーＰ１
との比Ｐ２／Ｐ１の値は１／４程度で、発熱に対する逃
げ部の発熱パワーＰ２の寄与は小さい。回転速度が１０
０ｒｐｓと高速になると、Ｐ２／Ｐ１の値は１程度で、
逃げ部の発熱パワーＰ２が相対的に大きくなり、逃げ部
の発熱パワーＰ２が無視できなくなる。

【００１８】上記の例は、陽極ターゲットを回転可能に
支持する軸受部分に動圧式すべり軸受を用いた場合であ
る。しかし、玉軸受あるいは磁気軸受を軸受部分に用
い、回転体と固定体の嵌合隙間に液体金属潤滑材を配置
し、この液体金属潤滑材を介して回転体から固定体へと
熱を伝達させる方法がある（特開昭６０−１３６１３９
公報、特開平１１−２７３５９９公報、米国特許第６１
９２１０７号明細書、米国特許第５８７５２２７号明細
書、米国特許第６３７７６５８号明細書、特開平６−１
６２９７３公報参照）。この場合も、軸受部分に用いた
場合と同様、液体金属潤滑材が発熱するという問題があ
る。

【００１９】この発熱は、伝熱作用を高めるために伝熱
面積を増やす場合、たとえば液体金属潤滑材を配置する
嵌合部分の径を大きくし、あるいは、液体金属潤滑材を
配置する嵌合部分の長さを長くする場合に大きな問題に
なる。

【００２０】たとえば回転体と固定体の嵌合部分に配置
された液体金属潤滑材は、回転体が回転状態に入ると、
回転体に接する部分は回転体の回転速度と同じ速度で回
転し、固定体に接する部分は静止し、中間部は回転半径
に応じた中間の速度で回転する。このとき、液体金属潤
滑材にせん断力が働き、粘性に基づく粘性損失が発生す
る。この粘性損失による影響は高速回転時に大きくな
り、低速回転時はほとんど無視できる。

【００２１】回転数が上昇すると、粘性損失が大きくな
って液体金属潤滑材の温度が上昇する。その結果、動圧
式すべり軸受部分と同様に、隙間を構成する回転体や固
定体と液体金属潤滑材との反応が進み、反応生成物の堆
積で隙間をつまらせる場合がある。また、陽極回転駆動
トルクが増大して回転数が低下し、あるいはステータコ
イルの消費電力が増大するという不所望の事態が発生す
る。

【００２２】ここで本発明者の実験結果について説明す
る。この実験は、固定体直径φが３０ｍｍ、対向隙間Ｇ
が５０μｍ、軸方向長さが３０ｍｍの隙間に液体金属潤
滑材（ガリウム合金）を満たし、その液体金属潤滑材の
温度が約２００℃の場合である。

【００２３】５０ｒｐｓの低速回転では、発熱パワーＰ
は約２Ｗとなっている。この程度の値では大きな問題に
ならない。１６０ｒｐｓの高速回転では、発熱パワーＰ
は約１００Ｗとなり、上記した問題が発生する。

【００２４】本発明は、上記した欠点を解決し、液体金
属潤滑材の温度上昇を抑え、長期にわたり安定な回転特
性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。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内に
配置された陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一
体に回転する回転体と、この回転体を軸受によって回転
可能に支える固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管にお
いて、前記軸受が設けられていない領域における前記回
転体と前記固定体の対向隙間に、液体金属潤滑材および
この液体金属潤滑材に浸漬された浮動体を配置したこと
を特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図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１ではその一部が示されている。真
空容器１１の図示下端に接合リング１２が封着され、接
合リング１２の内側に封止リング１３が接合されてい
る。真空容器１１内に陽極ターゲット１４が配置されて
いる。陽極ターゲット１４は固定ねじ１５で継手部１６
に固定され、継手部１６は回転体１７に連結されてい
る。

【００２７】回転体１７は、たとえば継手部１６が直接
連結された中間円筒１７ａおよび中間円筒１７ａの内側
に接合された有底円筒状の内側円筒１７ｂ、中間円筒１
７ａの外側に接合された外側円筒１７ｃから構成され、
たとえば３層構造になっている。中間円筒１７ａと内側
円筒１７ｂの間、中間円筒１７ａと外側円筒１７ｃの間
は接合部分などを除いて隙間が設けられている。

【００２８】内側円筒１７ｂの外周面は、たとえばその
最下端部を除いてほぼ面一に形成されている。その筒状
部分の図示上方たとえば陽極ターゲット１４側は肉厚が
厚い肉厚部ｂ１に形成され、図示下方は肉厚が薄い肉薄
部ｂ２に形成されている。肉厚部ｂ１と肉薄部ｂ２の境
界に段差面Ａが形成されている。肉厚部ｂ１は肉厚が厚
い分だけ肉薄部ｂ２よりも内径が小さくなっている。内
側円筒１７ｂの図示下端の開口はスラストリング１８で
封止され、内側円筒１７ｂおよびスラストリング１８は
ねじ１９で固定されている。内側円筒１７ｂおよびスラ
ストリング１８で囲まれた内側空間に固定体２０が嵌合
されている。

【００２９】固定体２０の図示下端２０１はスラストリ
ング１８および封止リング１３を貫通し、真空容器１１
の外側まで伸び、封止リング１３の部分に気密接合され
ている。固定体２０は、内側円筒１７ｂとの嵌合領域
に、外径が小さい径小部２０ａおよびこの径小部２０ａ
よりも外径が大きい径大部２０ｂが設けられ、径小部２
０ａと径大部２０ｂの境界に段差面Ｂが形成されてい
る。径小部２０ｂの一部が内側円筒１７ｂの肉厚部ｂ１
に嵌合し、径大部２０ａの一部が内側円筒１７ｂの肉薄
部ｂ２に嵌合している。

【００３０】内側円筒１７ｂの肉厚部ｂ１と固定体２０
の径小部２０ａが嵌合する部分、および、内側円筒１７
ｂの肉薄部ｂ２と固定体２０の径大部２０ｂが嵌合する
部分では、たとえば固定体２０の外面にらせん溝２１
ａ、２１ｂが形成されている。らせん溝２１ａ、２１ｂ
などの部分に液体金属潤滑材が満たされ、管軸方向に離
れた２つの領域にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒ
ａ、Ｒｂが形成されている。動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒ
ｂはその軸受面が管軸方向に形成されている。

【００３１】また、内側円筒１７ｂの図示上方底部と対
向する固定体２０の上端面およびスラストリング１８の
上面と対向する固定体２０の段部に、それぞれらせん溝
２２ａ、２２ｂが形成されている。らせん溝２２ａ、２
２ｂなどの部分に液体金属潤滑材が満たされ、スラスト
方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂはその軸受面が管軸に直交
する方向に形成されている。

【００３２】固定体２０には管軸ｍに沿って液体金属潤
滑材を収納するリザーバ２３が設けられ、リザーバ２３
から内側円筒１７ｂと固定体２０の嵌合部分に向って液
体金属潤滑材が流れるダクト２４が設けられている。

【００３３】内側円筒１７ｂの段差面Ａと固定体２０の
段差面Ｂは管軸ｍの延長方向に位置がずれ、段差面Ａと
段差面Ｂとの間に、ラジアル方向の動圧式すべり軸受２
１ａ、２１ｂ部分よりも対向部分の隙間たとえば管軸ｍ
を中心とする半径方向の隙間が大きい筒状対向部、いわ
ゆる逃げ部２５が形成されている。逃げ部２５には液体
金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材中に浮動体
たとえば円筒状スリーブ２６が配置されている。円筒状
スリーブ２６はたとえば内側円筒１７ｂや固定体２０の
軸受面と同じ材料で形成され、液体金属潤滑材に浸漬
し、たとえば浮いた状態になっている。また、円筒状ス
リーブ２６にはその内側から外側に貫通する複数の孔２
６ａが設けられている。

【００３４】上記の回転陽極型Ｘ線管は、真空容器１１
外に配置されているステータコイル（図示せず）が発生
する回転磁界を受けると、回転体１７が管軸ｍを中心に
回転し、また、回転体１７に連結する陽極ターゲット１
４が一体に回転する。この状態で、陰極（図示せず）か
ら陽極ターゲット１４に電子ビームが照射され、陽極タ
ーゲット１４からＸ線が放出される。

【００３５】上記した構成によれば、回転体１７と固定
体２０の嵌合部分に動圧式すべり軸受が設けられてい
る。また、動圧式すべり軸受部分よりも回転体１７と固
定体２０との隙間が大きい逃げ部２５が設けられ、その
逃げ部２５に、液体金属潤滑材に浸漬した円筒状スリー
ブ２６が配置されている。

【００３６】円筒状スリーブ２６は、回転体１７が回転
すると、その約５０％の回転数で回転する。このとき、
円筒状スリーブ２６と内側円筒１７ｂ間、および、円筒
状スリーブ２６と固定体２０間の隙間に位置する液体金
属潤滑材が粘性損失で熱を発生する。しかし、円筒状ス
リーブ２６がある場合、内側円筒１７ｂと円筒状スリー
ブ２６間、および、円筒状スリーブ２６と固定体２０間
の回転速度差が小さいため、逃げ部２５における発熱が
小さくなり、全体の温度上昇が抑えられる。

【００３７】たとえば、回転体の回転数が１００ｒｐｓ
の場合で比較すると、円筒状スリーブ２６が設けられて
いない従来技術の構造では、たとえばラジアル方向の軸
受部分の嵌合隙間Ｇ１＝１０μｍ、逃げ部２５の嵌合隙
間Ｇ２＝４０μｍの場合、逃げ部２５の発熱パワーＰ２
と軸受部の発熱パワーＰ１との比の値Ｐ２／Ｐ１はほぼ
１となる。一方、図１の発明構造では、たとえば軸受部
分の嵌合隙間Ｇ１＝１０μｍ、円筒状スリーブ２６と内
側円筒１７ｂの隙間Ｇ21＝円筒状スリーブ２６と固定体
２０の隙間Ｇ22＝４０μｍの場合、Ｐ２／Ｐ１＝１／８
となり、全体の発熱に対し逃げ部２５の発熱が小さくな
る。

【００３８】また、円筒状スリーブ２６が配置された逃
げ部２５は軸受部分と相違する領域に設けられている。
したがって、回転体１７が回転状態であっても、非回転
状態であっても、円筒状スリーブ２６には荷重がかから
ない。そのため、大重量の陽極ターゲットを用いる場合
や、ＣＴ装置などに搭載されて陽極ターゲット部分に高
い加速度が加わる場合でも、円筒状スリーブ２６は変形
しない。したがって、円筒状スリーブ２６によって回転
特性が不良になったり、かじりが発生したりするような
ことがない。

【００３９】また、円筒状スリーブ２６に、回転体１７
側の面から固定体２０側の面に貫通する孔２６ａが設け
られている。この場合、円筒状スリーブ２６の一方の側
から他方の側に液体金属潤滑材が通り抜ける。そのた
め、円筒状スリーブ２６を挟んでその両側に位置する液
体金属潤滑材が補充しあい、円筒状スリーブ２６は液体
金属潤滑材に浸漬した状態に保たれる。なお、円筒状ス
リーブ２６には、回転体１７および固定体２０と対向す
る一方の面あるいは両方の面にらせん溝を設けることも
できる。らせん溝は液体金属潤滑材を保持する作用があ
り、円筒状スリーブ２６は液体金属潤滑材に浸漬した状
態が確実に保たれる。

【００４０】上記した構成によれば、逃げ部２５などに
おける液体金属潤滑材の発熱が抑制されるため、対向隙
間に液体金属潤滑材をほぼ１００％に満たすことができ
る。したがって、回転体１７部分の熱が液体金属潤滑材
を介して固定体２０に確実に伝達し放熱特性が向上す
る。

【００４１】従来の回転陽極型Ｘ線管は、隙間の大きい
逃げ部がある場合、逃げ部における液体金属潤滑材の発
熱を回避するために、たとえば液体金属潤滑材の量を調
整し、動作時、逃げ部から液体金属潤滑材がなくなるよ
うにしている。そのため、回転体部分から固定体への熱
伝達効率が低下する。

【００４２】次に、本発明の他の実施形態について図２
を参照して説明する。

【００４３】符号３１はＸ線を発生する陽極ターゲット
で、陽極ターゲット３１は真空容器（図示せず）内に配
置され、たとえば有底円筒状の回転体３２に直接連結さ
れている。回転体３２は全体が円筒状に形成され、たと
えば陽極ターゲット３１側に位置する径小部３２ａおよ
びこの径小部３２ａよりも内径が大きい筒状の径大部３
２ｂ、径小部３２ａと径大部３２ｂを結ぶ段差部３２ｃ
から形成されている。径大部３２ｂの図示下方の開口は
閉塞リング３３で封止され、径大部３２ｂの側壁部分に
回転円筒３４が連結されている。回転円筒３４は熱およ
び電気の伝導度が高い銅で形成されている。また、回転
体３２および閉塞リング３３で囲まれた内部空間に円柱
状の固定体３５が嵌合している。

【００４４】固定体３５は、回転体３２の径小部３２ａ
に嵌合する第１径小部３５ａおよびこの第１径小部３５
ａよりも外径が大きく回転体３２の径大部３２ｂに嵌合
する径大部３５ｂ、この径大部３５ｂよりも外径が小さ
く閉塞リング３３の部分を貫通する第２径小部３５ｃか
ら形成されている。第２径小部３５ｃの図示下方に筒状
の陽極支持部３６が連結されている。

【００４５】また、回転体３２と固定体３５の嵌合部分
などに動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば第
１径小部３５ａのほぼ中間位置に環状の凹部３７が形成
され、凹部３７を挟んだその上方領域および下方領域
に、それぞれヘリンボンパターンのらせん溝Ａ１、Ａ２
が形成されている。また、径大部３５の管軸ｍに直交す
る上下両面にサークル状のヘリンボンパターンのらせん
溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。

【００４６】これらのらせん溝Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２
および回転体３２と固定体３４の間隙などにＧａ合金等
の液体金属潤滑材が満たされ、らせん溝Ａ１、Ａ２の部
分にラジアル方向の動圧式すべり軸受が形成され、ま
た、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分にスラスト方向の動圧式
すべり軸受が形成されている。

【００４７】なお、回転体３２の径大部３２ｂと固定体
３５の径大部３５ｂとが管軸ｍに平行な面どうしで対向
する部分は、その対向隙間が、らせん溝Ａ１、Ａ２やら
せん溝Ｂ１、Ｂ２が設けられた動圧式すべり軸受の部分
よりも大きく形成され、その対向隙間の部分にいわゆる
逃げ部３８が形成されている。逃げ部３８は液体金属潤
滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸漬して浮動体
たとえば円筒状スリーブ３９が配置されている。この場
合も、図１の実施形態と同様、逃げ部３８における発熱
が円筒状スリーブ３９のない場合に比べて小さくなり、
全体の温度上昇が抑えられる。

【００４８】図２の実施形態の場合、固定体の径が大き
く形成され、この径の大きい部分に動圧すべり軸受が設
けられている。循環器診断装置などでは、被撮影体に対
しさまざまな方向からＸ線撮影が行われ、撮影方向が高
速に転換する。そのため、循環器診断装置に組み込まれ
る回転陽極型Ｘ線管には、大重量の陽極ターゲットに大
きな加速度が作用し、軸受部分にいろいろな方向から不
規則な荷重が加わる。図２の構造は、固定体の径の大き
い部分に動圧すべり軸受が設けられているため、上記し
たように不規則で大きな荷重がかかる場合に有効であ
る。

【００４９】次に、本発明の他の実施形態について図３
を参照して説明する。図３は図２に対応する部分に同じ
符号を付し重複する説明を一部省略する。

【００５０】この実施形態は、有底円筒状の第１回転体
３２の底部４１と固定体３５の第１径小部３５ａの上端
面４２との管軸ｍに直交する対向隙間が、らせん溝Ａ
１、Ａ２やらせん溝Ｂ１、Ｂ２が設けられた動圧式すべ
り軸受の部分よりも大きく形成され、その対向隙間の部
分にいわゆる逃げ部４３が形成されている。逃げ部４３
は液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸
漬して浮動体たとえば円板４４が配置されている。

【００５１】この場合も、逃げ部４３における発熱は円
筒状スリーブがない場合に比べて小さくなり、全体の温
度上昇が抑えられる。また、液体金属潤滑材が満たされ
た逃げ部４３が陽極ターゲット３１から固定体３５への
熱の伝達経路上に位置している。そのため、陽極ターゲ
ット３１の熱が逃げ部４３の液体金属潤滑材などを介し
て固定体３５に効率的に伝達され、放熱特性が向上す
る。

【００５２】次に、本発明の他の実施形態について図４
を参照して説明する。

【００５３】符号５１は回転陽極型Ｘ線管を構成する真
空容器で、図４では、真空容器５１の金属製接地側容器
５１ａ部分およびガラス製陽極側容器５１ｂ部分の一部
が示されている。真空容器５１内に陽極ターゲット５２
が配置されている。陽極ターゲット５２は固定ねじ５３
で筒状継手部５４に固定され、継手部５４は回転体５５
に連結されている。

【００５４】たとえば継手部５４にはその図示下端に内
側に向う鍔状部５４１が形成されている。回転体５５に
は外側に突出する環状突出部５５１が形成され、継手部
５４の鍔状部５４１と回転体５５の環状突出部５５１が
管軸ｍを中心とする半径方向の接合面Ｐで、たとえばろ
う付けされている。

【００５５】回転体５５は肉厚の厚い肉厚部５５ａおよ
びこれよりも肉厚の薄い肉薄部５５ｂから構成され、肉
厚部５５ａと肉薄部５５ｂの境界に段差面５５ｃが形成
されている。回転体５５の図示上方に位置する開口およ
び図示下方に位置する開口はそれぞれ第１スラストリン
グ５６および第２スラストリング５７で封止されてい
る。第２スラストリング５７の下面に筒状体５８が固定
されている。筒状体５８はロータを構成し、銅などで形
成され、たとえば真空容器５１外から加えられる回転磁
界を受けて回転する。

【００５６】回転体５５および第１スラストリング５
６、第２スラストリング５７で囲まれた内部空間に固定
体５９が嵌合されている。固定体５９の上端５９１は第
１スラストリング５６を貫通してその上方へと伸び、真
空容器５１の接地側容器５１ａ部分に支持されている。
たとえば接地側容器５１ａに支持リング６０が固定さ
れ、支持リング６０の内側に支持部材６１および支持円
筒６２が順に固定され、支持円筒６２に固定体５９の上
端５９１が気密接合されている。

【００５７】固定体５９の下端５９２は第２スラストリ
ング５７を貫通してその下方へと伸び、真空容器５１の
陽極側容器５１ｂの部分に支持されている。たとえば陽
極側容器５１ｂに固定リング６３が固定され、固定リン
グ６３に固定体５９の下端５９２が気密接合されてい
る。また、固定体５９の上端面から下端面まで管軸に沿
って貫通穴６４が形成されている。貫通穴６４は、たと
えば矢印Ｙで示すように、冷却媒体が真空容器５１の外
側から貫通穴６４を通り、真空容器５１の外側へと流れ
る冷却通路を構成している。

【００５８】また、回転体５５の内部空間に嵌合する固
定体５９の中間部分は、外径が小さい径小部５９ａおよ
びこれよりも外径が大きい径大部５９ｂから構成され、
径小部５９ａと径大部５９ｂの境界に段差面５９ｃが形
成されている。径小部５９ａの一部が回転体５５の肉厚
部５５ａに嵌合し、径大部５９ｂの一部が回転体５５の
肉薄部５５ｂに嵌合し、この嵌合部分における固定体５
９の外周面にらせん溝６５ａ、６５ｂが形成されてい
る。らせん溝６５ａ、６５ｂなどの部分に液体金属潤滑
材が供給され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、
Ｒｂが形成されている。

【００５９】また、第１スラストリング５６と対向する
固定体５９の上段差面および第２スラストリング５７と
対向する固定体５９の下段差面にもらせん溝（図示せ
ず）が形成されている。らせん溝などの部分には液体金
属潤滑材が供給され、スラスト方向の動圧式すべり軸受
Ｓａ、Ｓｂが設けられている。

【００６０】回転体５５の段差面５５ｃと固定体５９の
段差面５９ｃは管軸ｍの延長方向にずれ、２つの段差面
５５ｃ、５９ｃに挟まれた領域は、回転体５５と固定体
５９の対向隙間がたとえばラジアル方向の動圧式すべり
軸受Ｒａ、Ｒｂの部分よりも大きく、この部分にいわゆ
る逃げ部６７が形成されている。逃げ部６７には液体金
属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸漬して浮
動体たとえば円筒状スリーブ６８が配置されている。

【００６１】なお、回転体５５の段差面５５ｃは、継手
部５４と回転体５５との接合面Ｐに対して管軸ｍ方向に
おける一方の側たとえば陽極ターゲット５２側に位置
し、固定体５９の段差面５９ｃは他方の側に位置してい
る。したがって、接合面Ｐが形成されている部分の回転
体５５の内側の面は、たとえば逃げ部６７内の円筒状ス
リーブ６８と対向している。

【００６２】上記した構成によれば、液体金属潤滑材に
浸漬して逃げ部６７に浮動体たとえば円筒状スリーブ６
８が配置されているため、逃げ部６７の発熱が軽減し、
軸受部分の温度上昇が抑えられる。

【００６３】また、継手部５４を介して陽極ターゲット
５２が間接的に連結する部分の回転体５５の内側が逃げ
部６７になっている。この場合、陽極ターゲット５２か
ら継手部５４に伝達した熱が回転体５５に伝達し、回転
体５５から液体金属潤滑材が満たされた逃げ部６７を経
て固定体５９に効率的に伝達される。そして、固定体５
９に伝達した熱は冷却通路を流れる冷却媒体によって放
熱され、軸受部分の温度上昇が抑えられる。

【００６４】図４の実施形態の場合、陽極ターゲット５
２が継手部５４を介して回転体５５と間接的に連結して
いる。しかし、陽極ターゲット５２を他の支持部材を介
することなく回転体５５に直接連結することもできる。

【００６５】次に、本発明の他の実施形態について図５
を参照して説明する。

【００６６】回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器９１
は、外径が大きい接地側容器９１１および外径が小さい
陽極側容器９１２から構成されている。陽極側容器９１
２の図示下端の開口は環状の封止部材９２で封止され、
封止部材９２に軸受容器９３が気密接合されている。

【００６７】軸受容器９３は封止部材９２に気密接合さ
れた底部９３１および底部９３１の端縁から図示上方に
伸びる第１筒状部９３２、下端が第１筒状部９３２の内
側に接合され図示上方に伸びる第２筒状部９３３などか
ら構成されている。

【００６８】真空容器９１の接地側容器９１１内に陽極
ターゲット９４が配置されている。陽極ターゲット９４
は継手部９５に連結され、継手部９５は有底円筒状の第
１回転体９６および円柱状の第２回転体９７に連結され
ている。

【００６９】第１回転体９６の一部に円筒状回転部いわ
ゆるロータ９６ａが設けられている。ロータ９６ａは、
軸受容器９３の第１および第２筒状部９３２、９３３と
陽極側容器９１２との間に位置している。第２回転体９
７は軸受容器９３の内側で管軸ｍ上に位置し、第２筒状
部９３３との間に第１玉軸受９８が設けられている。ま
た、第１筒状部９３２との間に第２玉軸受９９が設けら
れている。この場合、軸受容器９３は、第１および第２
の玉軸受９８、９９を介して回転体たとえば第２回転体
９７を回転可能に支える固定体として機能している。

【００７０】第１玉軸受９８は、第２筒状部９３３の上
端内側に固定された外輪９８ａおよびボール９８ｂなど
から構成されている。第２玉軸受９９は第１筒状部９３
２の下端近傍内側に固定された外輪９９ａおよびボール
９９ｂなどから構成されている。

【００７１】第２筒状部９３３は、第２回転体９７と対
向するその内周面に、管軸ｍ方向に所定長さの環状凹部
１００が設けられている。この凹部１００は、第２筒状
部９３３と第２回転体９７との間に、隙間が大きい環状
逃げ部１０１を形成している。逃げ部１０１には、第２
回転体９７から軸受容器９３への伝熱領域を形成するた
めに、液体金属潤滑材が満たされ、また、その液体金属
潤滑材中に浮動体たとえば円筒状スリーブ１０２が配置
されている。第２回転体９７および円筒状スリーブ１０
２にはそれぞれ、図示上下の２箇所にらせん溝１０３、
１０４が形成され、液体金属潤滑材の漏れを防止してい
る。たとえば第２回転体９７のらせん溝１０３は円筒状
スリーブ１０２側に設けられ、円筒状スリーブ１０２の
らせん溝１０４は軸受容器９３の第２筒状部９３３側に
設けられている。

【００７２】上記した構成によれば、陽極ターゲット９
４の熱は継手部９５から第２回転体９７へ、さらに、逃
げ部１０１の液体金属潤滑材を介して第２回転体９７か
ら軸受容器９３に伝達され、管外に放出される。この場
合、液体金属潤滑材中の円筒状スリーブ１０２の働き
で、逃げ部１０１における液体金属潤滑材の発熱が軽減
し、伝熱領域の温度上昇が抑えられる。

【００７３】次に、本発明の他の実施形態について図６
を参照して説明する。図６は図５に対応する部分に同じ
符号を付し重複する説明を省略する。

【００７４】この実施形態では、第２回転体９７内部に
空洞１０５が形成されている。空洞１０５部分の図示下
端の開口は環状封止板１０６で封止されている。軸受容
器９３には、空洞１０５内に位置する突出部９３４が設
けられている。突出部９３４は底部９３１から管軸ｍに
沿って図示上方に突出している。この場合、突出部９３
４の外径は、第２回転体９７の内周面との間に、隙間の
大きい環状の逃げ部１０１が形成される寸法になってい
る。

【００７５】そして、第２回転体９７から軸受容器９３
への伝熱領域を形成するために、逃げ部１０１に液体金
属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材中に浮動体た
とえば円筒状スリーブ１０２が配置されている。また、
突出部９３４および円筒状スリーブ１０２にらせん溝１
０７、１０４が形成され、液体金属潤滑材の漏れを防止
している。この場合、円筒状スリーブ１０２のらせん溝
１０４は、第２回転体９７内面と対向する面に設けられ
ている。

【００７６】上記した構成によれば、陽極ターゲット９
４の熱は継手部９５から第２回転体９７へ、さらに、逃
げ部１０１の液体金属潤滑材を介して第２回転体９７か
ら突出部９３４に伝達され、軸受容器９３を経て管外に
放出される。この場合、液体金属潤滑材中の円筒状スリ
ーブ１０２の作用で逃げ部１０１の発熱が軽減し、伝熱
領域の温度上昇が抑えられる。

【００７７】図５や図６のように玉軸受を用いる構造の
場合、浮動体のない従来構造では、固定体直径φが３０
ｍｍ、Ｇが５０μｍ、軸方向長さが３０ｍｍ、液体金属
潤滑材の温度が２００℃、回転体の回転数が１６０ｒｐ
ｓの場合、発熱パワーはＰは約１００Ｗとなっている。
一方、浮動体がある発明構造では、逃げ部における円筒
状スリーブ１０２両側の隙間が等しく５０μｍとなる寸
法の浮動体を配置した場合、発熱パワーＰは約２０Ｗと
なっている。

【００７８】本発明の実施形態について図７を参照して
説明する。

【００７９】符号１１１は回転陽極型Ｘ線管を構成する
真空容器で、真空容器１１１内に陽極ターゲット１１２
が配置されている。陽極ターゲット１１２は固定ねじ１
１３で回転支持機構１１４に固定されている。

【００８０】回転支持機構１１４は、たとえば有底円筒
状の回転円筒１１５などからなる回転体および回転円筒
１１５の内側に嵌合する固定体１１６などから構成さ
れ、その回転円筒１１５部分に陽極ターゲット１１２が
直接固定されている。

【００８１】回転円筒１１５は、たとえば内径が小さい
径小部１１５ａおよびこれよりも内径が大きく径小部１
１５ｂと一体に形成された径大部１１５ｂから構成され
ている。固定体１１６は、たとえば外径が小さい径小部
１１６ａおよびこれよりも外径が大きく径小部１１６ａ
と一体に形成された径大部１１６ｂから構成され、回転
円筒１１５の径小部１１５ａおよび径大部１１５ｂの内
側に、それぞれ固定体１１６の径小部１１６ａおよび径
大部１１６ｂが嵌合している。

【００８２】また、回転円筒１１５の外周部に銅製の筒
状部材１１７が接合され、回転円筒１１５の図示下端の
開口はスラストリング１１８で封止されている。スラス
トリング１１８は回転円筒１１５に固定され、回転円筒
１１５などとともに回転支持機構１１４の回転体を構成
している。

【００８３】固定体１１６はスラストリング１１８を貫
通し、その下端１１６ａは封止部材１１９を介して真空
容器１１１のガラス部分に気密接合されている。固定体
１１６内部に管軸に沿って細長い穴１２０が形成されて
いる。穴１２０の図示上端は陽極ターゲット１１２で囲
まれるその内側部分まで伸びている。

【００８４】穴１２０の中にパイプ１２１が配置され、
穴１２０およびパイプ１２１はそれぞれの図示下端が真
空容器１１１外に開口し、固定体１１６内に冷却用通路
が形成されている。冷却用通路を流れる冷却媒体たとえ
ば絶縁油は、矢印Ｙで示すように、たとえば真空容器１
１１外からパイプ１２１の外側を図示上方に流れ、上端
からパイプ１２１内に入り、パイプ１２１を図示下方に
流れ、真空容器１１１外に導出される。

【００８５】また、回転円筒１１５と固定体１１６の嵌
合部分にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが
設けられている。動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂは、たと
えば、固定体１１６の外周面に設けたヘリンボンパター
ンのらせん溝や、動作時にらせん溝の部分に供給される
液体金属潤滑剤などから構成される。

【００８６】固定体１１６の径大部１１６ｂ上端面と回
転円筒１１５の径小部１１５ａ下端面との対向部分およ
び固定体１１６の径大部１１６ｂ下端面とスラストリン
グ１１８との対向部分には、スラスト方向の動圧式すべ
り軸受Ｓａ、Ｓｂが設けられている。動圧式すべり軸受
Ｓａ、Ｓｂは、固定体１１６の径大部１１６ｂの上端面
および下端面にそれぞれ設けたヘリンボンパターンのら
せん溝や、動作時にらせん溝の部分に供給される液体金
属潤滑剤などから構成される。

【００８７】なお、回転円筒１１５の径小部１１５ａ内
面と固定体１１６の径小部１１６ａ外面とが対向する筒
状嵌合部分は、円Ａ内の拡大図に示すように、その隙間
Ｇは動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂが形成さ
れた軸受領域の間隙よりも大きい逃げ部１２２を形成し
ている。逃げ部１２２は軸受としての機能がほとんどな
い非軸受領域を形成し、軸受領域と同様に、液体金属潤
滑剤が充填されている。そして、液体金属潤滑剤に侵漬
して浮動体たとえば円筒状スリーブ１２３が配置されて
いる。

【００８８】上記した構成の場合も、円筒状スリーブ１
２３の作用で逃げ部１２２の発熱が軽減し、伝熱領域の
温度上昇が抑えられる。

【００８９】また、逃げ部１２２は液体金属潤滑剤が充
填され、陽極ターゲット１１２の熱を回転円筒１１５か
ら固定体１１６に伝達する伝熱領域を形成している。こ
の場合、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂが、
伝熱領域を形成する逃げ部１２２よりも陽極ターゲット
１１２から遠くに位置するため、動圧式すべり軸受Ｒ
ａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂの温度上昇が抑えられる。

【００９０】上記の各実施形態において、逃げ部に円筒
状スリーブなどの浮動体を非軸受部に配置する場合、回
転部分と浮動体の隙間をＧ21とし、固定体と浮動体の隙
間をＧ22とし、動圧式すべり軸受たとえばラジアル方向
の動圧式すべり軸受部分の隙間をＧ１とした場合、たと
えばＧ２（＝Ｇ21＋Ｇ22）＞Ｇ１の関係に設定してい
る。この関係によれば、回転部分や固定体と浮動体との
機械的接触時の荷重が軽減し、浮動体の変形などの不具
合発生が防止される。

【００９１】また、浮動体と軸受面を同じ材料にした場
合、両者の熱膨張係数が同じため、軸受部分の温度が高
い状態でもＧ２＞Ｇ１の関係が維持され、Ｇ21、Ｇ22を
狭くできる。Ｇ21、Ｇ22を狭くすると、毛細管現象によ
り液体金属潤滑剤を円筒状スリーブの部分に確実に保持
できる。

【００９２】また、固定体と回転体の対向隙間に、液体
金属潤滑材をほぼ１００％に満たすることができるた
め、陽極ターゲットの熱を液体金属を介して、固定体内
を冷却する冷媒へと効果的に伝えることができる。

【００９３】なお、上記の実施形態では、動圧式すべり
軸受や玉軸受を用いた例で説明しているが、これらに代
えて磁気軸受を用いることもできる。

【００９４】上記した発明の構成によれば、高速回転時
における逃げ部の発熱が低減し、軸受部分あるいは伝熱
部分の温度上昇が抑えられ、長期にわたり安定な回転特
性を維持できる回転陽極型Ｘ線管が得られる。

【００９５】

【発明の効果】この発明によれば、長期にわたり安定な
回転特性を維持できる回転陽極型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断面図であ
る。

【図２】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図３】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図４】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図５】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図６】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図７】本発明の他の実施形態を説明するための断面図
である。

【図８】従来例を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１１…真空容器１１１２…接合リング１３…封止リング１４…陽極ターゲット１５…固定ねじ１６…回転支柱１７…回転体１８…スラストリング１９…ねじ２０…固定体２１ａ、２１ｂ…らせん溝２２ａ、２１ｂ…らせん溝２３…リザーバ２４…ダクト２５…逃げ部２６…円筒状スリーブＲａ、Ｒｂ…ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂ…スラスト方向の動圧式すべり軸受ｍ…管軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に配置された陽極ターゲット
と、この陽極ターゲットと一体に回転する回転体と、こ
の回転体を軸受によって回転可能に支える固定体とを具
備した回転陽極型Ｘ線管において、前記軸受が設けられ
ていない領域における前記回転体と前記固定体の対向隙
間に、液体金属潤滑材およびこの液体金属潤滑材に浸漬
された浮動体を配置したことを特徴とする回転陽極型Ｘ
線管。
【請求項２】真空容器内に配置された陽極ターゲット
と、この陽極ターゲットと一体に回転する回転体と、管
軸の延長方向に離れた２領域に設けられた軸受によって
前記回転体を回転可能に支える固定体とを具備した回転
陽極型Ｘ線管において、前記２領域に挟まれた領域にお
ける前記回転体と前記固定体の対向隙間に、液体金属潤
滑材およびこの液体金属潤滑材に浸漬された浮動体を配
置したことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】真空容器内に配置された陽極ターゲット
と、この陽極ターゲットと一体に回転する回転体と、管
軸に直交する半径方向における外径寸法が相違する径大
部および径小部を有し、前記径大部の半径方向に広がる
２つの平行面と前記回転体との間に軸受が設けられてい
る固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記
径大部の前記管軸に平行な外側面と前記回転体との対向
隙間に、液体金属潤滑材およびこの液体金属潤滑材に浸
漬された浮動体を配置したことを特徴とする回転陽極型
Ｘ線管。
【請求項４】真空容器内に配置された陽極ターゲット
と、管軸に直交する底部および前記管軸の延長方向に伸
びる筒状部を有し前記陽極ターゲットと一体に回転する
回転体と、この回転体を軸受によって回転可能に支える
固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回
転体の底部と前記固定体の前記陽極ターゲット側端面と
の対向隙間に、液体金属潤滑材およびこの液体金属潤滑
材に浸漬された浮動体を配置したことを特徴とする回転
陽極型Ｘ線管。
【請求項５】真空容器内に配置された陽極ターゲット
と、この陽極ターゲットと一体に回転する回転体と、こ
の回転体を軸受によって回転可能に支え、内部に冷却媒
体が流れる冷却用通路が形成されている固定体とを具備
した回転陽極型Ｘ線管において、前記軸受が設けられて
いない領域における前記回転体と前記固定体との対向隙
間に液体金属潤滑材に浸漬された浮動体を配置し、前記
回転体の内側の面が前記浮動体と対向する部分のその外
側の面に前記陽極ターゲットが直接または間接に連結さ
れていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】回転体および固定体の少なくとも一方と
対向する浮動体の面にらせん溝を形成した請求項１ない
し請求項５のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】浮動体に貫通穴を設けた請求項１ないし
請求項５のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項８】軸受が動圧式すべり軸受である請求項１
ないし請求項５のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線
管。
【請求項９】回転体と浮動体の隙間をＧ21、固定体と
浮動体の隙間をＧ22、動圧式すべり軸受が形成された領
域の前記回転体と前記固定体の隙間をＧ１とした場合
に、Ｇ21とＧ22の和Ｇ２がＧ１よりも大きい請求項８記
載の回転陽極型Ｘ線管。