JP2004518262A - 強制空冷される内部軸受 - Google Patents

Abstract

高エネルギＸ線管は、Ｘ線ビーム（Ｂ）を生成するために電子流（Ａ）を通じて陽極（１０）を回転させるロータ（３４）を含む排気チャンバ（１２）を有する。ロータは、該ロータの縦軸（Ｚ）に中心が揃えられた中空軸受シャフト（５２）を有する軸受アッセンブリ（Ｃ）を有する。軸受シャフトは、中央ボア（５８）を規定する内表面を有する内部環状壁（５４）を有する。軸受シャフトは、該軸受シャフトの内表面と共に環状チャンバ（６２）を規定する外表面（６０）を有する。中央ボアから環状チャンバへのアクセスを提供するために、環状壁の前方端に開口部（６４）が設けられる。排気工程中、加熱サイクル中、及び通常のＸ線管運転中、ポンプ（１０４）は、中央ボア及び環状壁の開口部を通じて冷却媒体を環状チャンバ内へ流す。冷却媒体は、通路（６６）から排出される。環状チャンバにおいて、冷却媒体は、中空軸受シャフトの外表面近くに位置する複数の前方及び後方の潤滑された軸受（４８Ｆ、４８Ｒ）を冷却する。

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、真空管分野に関する。オペレーション中、排気工程中、及び加熱工程中に回転陽極型Ｘ線管における軸受アッセンブリ温度を下げ、よって軸受アッセンブリ及び回転陽極型Ｘ線管の寿命を伸ばすことに関連した真空管の特定の用途が見つかり、この用途をそれに対する特定の参照を用いて説明する。しかし、本発明は、他の真空システムにおいても軸受アッセンブリ温度を下げ、軸受アッセンブリ寿命を延ばすことが可能であることは明らかである。
【０００２】
高出力Ｘ線管は、通常、ガラス・エンベロープ内に配置された回転陽極を有する。陰極は、該陽極のターゲット面に電子ビームを供給する。高い電圧差によって電子ビームが回転陽極に衝突すると、該ビームはガラス・エンベロープを通り抜けるＸ線を生成しながら該陽極表面を加熱する。
【０００３】
通常、陽極を回転させるための誘導モータが備えられる。陽極は、回転することによって、加熱エネルギが比較的広いエリアに分散され、よってターゲット・エリアの過熱を防がれるように構成される。誘導モータは、ガラス・エンベロープ外に位置する駆動コイルと、陽極に接続されたエンベロープ内のロータとを有する。ロータは、円筒状の外側電機子又はスリーブと、電機子内の中心に配置された内側固体軸受メンバとを有する。電機子及び軸受メンバは、中心において、ネックによって陽極に接続される。円筒状の軸受シャフトは、電機子及び軸受メンバと共に軸方向に配置され、それらの間に配置される。軸受シャフトは、後部端において、エンベロープ外に配置されるハウジングに接続される。
【０００４】
モータ又は典型的なＸ線管に電圧が掛けられると、駆動コイルは、電機子及び軸受メンバを固定軸受シャフトに対して回転させる磁場を電機子に生じさせる。軸受メンバと軸受シャフトとの間に、ボール・ベアリングやローラ・ベアリングなどの軸受が配置され、軸受メンバ、電機子、及び陽極が軸受シャフトに対して滑らかに回転することを可能にする。軸受メンバに設けられたグルーブと固定軸受シャフト上に設けられた軸受レースとの間に軸受が配置される。軸受グルーブ及び軸受レースは、ボール・ベアリングの適切なポジショニングを維持するのに役立つ。ボール・ベアリングは、通常、固体金属潤滑油でコーティングされている。通常、標準的な石油ベースの潤滑化合物ではなく金属潤滑油が用いられる。なぜなら、Ｘ線管は、低蒸気圧を必要とする真空において動作するからである。通常のオペレーション中、軸受を好ましくは３５０℃未満に冷却するために冷却油が循環される。
【０００５】
Ｘ線管の製造中、ガラス・エンベロープ内から水などのＸ線管に望まれない分子を除去するための排出工程を受けさせることが一般的である。この排出工程は、通常、約３５０℃の温度で所定時間加熱するために、複数のＸ線管をオーブン内の個別のスタンド上に配置することを含む。オーブンで加熱中、管の内部は望まれない気体及び分子を除去する真空ポンプに接続される。これら気体及び分子は、加熱サイクル中に取り除かれる。電気及び冷却油は、オーブンにおいて接続されない。
【０００６】
加熱オーブンによる加熱下で、軸受上の潤滑油は熱くなり、蒸発し再分散しがちとなる。軸受レースからの鉛潤滑油の蒸発及び再分散は、温度を急速に約３５０℃以上に加速させる。これら温度は、排出工程中に軸受において達し得る。鉛潤滑油の蒸発及び再分散は、軸受表面の急速な劣化及び管の早期故障をもたらす。
【０００７】
したがって、Ｘ線管をより効率的な気体除去のためにより高温で加熱することは有益的であるが、加熱温度は、軸受上の潤滑油によって制限される。従前、排出工程中に軸受温度を下げる試みは、ガラス・エンベロープの外表面へ冷気を適用することを含んだ。しかし、軸受はガラス・エンベロープの内部深くに配置されているため、このような方法は多くの冷却援助を提供しない。
【０００８】
さらに、軸受上の潤滑油は、熱くなり、Ｘ線管の通常のオペレーション中に蒸発し再分散しがちである。再び、蒸発及び再分散は、軸受表面の望まれない劣化と管の早期故障とをもたらす。
【０００９】
本発明は、新規の改善された軸受アッセンブリと、上記参照した問題及び他の問題を克服するＸ線管用の冷却方法とを提供する。
【００１０】
（発明の開示）
本発明の一態様によれば、軸受寿命を延ばすためにＸ線管の軸受温度を優先的に下げる方法が提供される。軸受通路は、冷却流体のソースに接続される。関連する軸受アッセンブリを所定の温度より低く維持するために、冷却流体が軸受通路に流される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、Ｘ線管アッセンブリが排気チャンバを規定するエンベロープを有する。エンベロープは、電子源を提供する陰極と、電子が衝突する位置に配置され、Ｘ線を生成する陽極とを包含する。
【００１２】
ロータは、陽極を陰極に対して回転させるために陽極に運転可能に接続される。ロータは、軸受シャフトを有する軸受アッセンブリを含む。管が、そこに接続された第一の冷却材流体源から冷却材流体を取り出し、軸受アッセンブリの軸受が冷却されるように軸受シャフト内へ及び軸受シャフトを通るように導く。
【００１３】
本発明の更に別の態様によれば、Ｘ線管を製造する方法が提供される。このＸ線管は、ロータに回転可能に接続された陽極を有する。このロータは、運転中、冷却油、空気、又は気体を受け入れる軸受通路を規定する軸受シャフトを有する。軸受が、ロータと軸受シャフトとの間に配置される。この方法は、Ｘ線管を加熱温度で加熱する工程と、Ｘ線管の内部チャンバから気体及び分子を真空ポンピングする工程と、を有する。加熱工程と同時に、軸受を冷却するために冷却媒体が軸受通路に流される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、Ｘ線管用製造アッセンブリが加熱オーブンを有する。エンベロープは、電子源を提供する陰極を包含する。エンベロープは、電子が衝突する位置に配置され、Ｘ線を生成する陽極も包含する。ロータは、陽極を陰極に対して回転させるために陽極に運転可能に接続される。ロータは、中空軸受シャフトを有する軸受アッセンブリを有する。真空ポンプは、エンベロープの筒状部分に連結され、チャンバから望まれない分子及び気体を除去する。軸受アッセンブリの軸受部分が冷却され得るように、供給ポンプが冷却媒体を中空軸受シャフトに供給する。
【００１５】
本発明の１つの利点は、排気工程中及び通常の運転中に軸受温度を下げることである。
【００１６】
本発明の別の利点は、Ｘ線管をより高い温度でより長い時間加熱することができる能力にある。
【００１７】
本発明の別の利点は、Ｘ線管のガラス・エンベロープから望まれない分子をより良く除去できる能力にある。
【００１８】
本発明の別の利点は、回転陽極管の寿命を延ばすことである。
【００１９】
本発明の更に別の利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読み理解することによって当業者に明らかとなる。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の組み合わせ、並びに様々な工程及び工程の組み合わせの形を採り得る。図面は、好ましい実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２１】
図１を参照する。医学的診断システムにおいて用いられる種類であって、Ｘ線放射の集光ビームを提供する回転陽極Ｘ線管は、好ましくはガラス・エンベロープ１４によって規定される真空チャンバ１２において動作する回転陽極１０を有する。この陽極はディスク状であり、陽極面又はターゲット・エリア１６を規定するためにその環状の周辺縁付近に勾配が付けられる。陰極アッセンブリ１８は、陽極面１６と衝突する電子ビームＡを供給し、集光する。リード２０は、ガラス・エンベロープを通って入り、陰極アッセンブリに接続される。リード２０は、このアッセンブリに電流を供給すると共に、陽極と陰極との間に高い電圧差を提供する。電子ビームが回転陽極に衝突すると、該ビームの一部はＸ線Ｂに変換される。このＸ線Ｂは陽極面からエンベロープ１４を通って発せられる。
【００２２】
図２を参照する。誘導モータ３０は、陽極１０を回転させるために備えられる。この誘導モータは、ガラス・エンベロープ１４外に設けられる駆動コイル３２を有するステータを有する。誘導モータは、更に、エンベロープ内に配置され、略円筒形の構成を有するロータ３４を有する。このロータは、陽極１０を有するロータと銅などの電気伝導性及び熱伝導性を有する物質から形成された円筒上の外側電機子又はスリーブ部分３８とを内部接続するネック３６を有する。好ましくは鉄から加工された中間円筒状メンバ４０は、円周状において電機子の内径と係合する。円筒状メンバ４０は、ロータに対する硬直性及び強度を提供する。
【００２３】
図３を参照する。ロータは、更に、軸受アッセンブリＣを有する。軸受アッセンブリは、中心が電機子と揃えられると共に、円筒上メンバ４０の内径と円周状で係合する内側軸受メンバ４２を有する。軸受メンバの内表面は、ロータ・キャビティ４４を規定する。内側軸受メンバは、ボール・ベアリング又はローラ・ベアリングなどの前方軸受４８Ｆ及び後方軸受４８Ｒを謹んで受け入れるように構成された前方軸受グルーブ４６Ｆ及び後方軸受グルーブ４６Ｒを有する。各ボール・ベアリングは、鉛や銀などの潤滑油５０（スケールしない）で厚さ約４００〜３０００Åにコーティングされる。ここで用いられているように、「前方」及び「後方」などの用語は、ロータの中央縦軸に沿った相対的な構成要素の位置を規定するのに用いられる。前方として記述されている構成要素は陽極により近く、後方として記述されている構成要素は陽極からより遠い。
【００２４】
軸受アッセンブリは、更に、中心がロータに揃えられると共に、ロータ・キャビティ４４内に挿入されるように構成された中空軸受シャフト５２を有する。この軸受シャフトの後方端は、ガラス・エンベロープ１４の外へ延びる（図１参照）。軸受シャフト５２は、中央ボア又は通路５８を規定する内表面５６を有する内部環状壁５４を有する。環状壁５４は、軸受シャフトの内表面と共に環状チャンバ６２を規定する外表面６０を有する。開口部６４は、壁５４の前方端に設けられ、通路５８からチャンバ６２へのアクセスを提供する。
【００２５】
第一の前方軸受レース７０Ｆ及び第二の後方軸受レース７０Ｒは、軸受シャフトの前方部分及び後方部分周辺に謹んで円周状に配置される。各軸受レースは、そこに一般的には半円形として形成されたシート７２Ｆ、７２Ｒを有する。この半円形の寸法は、その複数のボール・ベアリング４８Ｆ、４８Ｒのそれぞれを受け入れるのに適する。軸受レースは、ボール・ベアリング４８Ｆ、４８Ｒをそれらの個別の軸受グルーブ４６Ｆ、４６Ｒ内の最適な位置内へ追い立てるように構成される。
【００２６】
ボール・ベアリングを最適な位置へ追い立てるために、前方及び後方付勢システム７４Ｆ、７４Ｒが前方及び後方軸受レース７０Ｆ、７０Ｒの背後に謹んで備えられることが好ましい。レース及び付勢システムを所定の位置に保持するために、止め輪７６Ｆ、７６Ｒがばね７４Ｆ、７４Ｒそれぞれの自由端に接続される。止め輪７６Ｆ、７６Ｒは、軸受シャフトに沿った所定の位置に配置されたスナップ・リング・グルーブ８０Ｆ、８０Ｒ内へ謹んでスナップされるように寸法が定められる。
【００２７】
上記Ｘ線管の製造中、Ｘ線管は水などの望まれない分子を真空チャンバ１２から除去する排出工程を受ける。図１を参照する。排出工程は、加熱オーブン９２内のスタンド９０上にＸ線管を配置することを含む。ガラス・エンベロープ１４の管状部分９４は、真空ライン９６によって、望まれない分子及び気体をチャンバ１２から除去する真空ポンプ９８に連結される。排気工程が完了すると、管状部分９４はシーリングされる。
【００２８】
ガス抜き工程中、管は、４００℃以上の温度で所定時間加熱される。４００℃において、ボール・ベアリング上の潤滑油は、蒸発し再分散する傾向を有する。蒸発及び再分散は温度を３５０℃を越える温度へと急速に加速させる。このような潤滑油の蒸発及び再分散は、軸受表面の急速な劣化及び管の早期故障をもたらす。
【００２９】
潤滑油の蒸発及び再分散に関連する問題を低減するために、軸受アッセンブリＣは、冷却システムの冷却剤管１００に接続される。好ましい実施形態において、冷却剤管は、冷気供給源又はポンプ１０４から軸受中央ボア５８へ冷気を供給する内路１０２を有する。ここで、上記ポンプは、あらゆる適切なポンプでよく、例えばボルテックス・ポンプである。任意的に、冷却装置１０４（点線で示す）が該空気を該空気が中央ボア５８に入る前に冷却してもよい。外路１０６は、環状軸受チャンバ６２からの熱排気をオーブンの外へ搬送する。任意的に、この排気は、通路６６を通ってオーブン９２内へ直接的に充填されてもよい（図２参照）。
【００３０】
冷却システムは、冷気又は他の流体冷却媒体を、軸受シャフト５２の後方端に設けられた開口部１０８を通じて、軸受シャフトの中央ボア５８内へ強制的に流す（図２及び３）。好ましい実施形態において、冷却媒体は圧縮空気である。冷却媒体は、開口部６４を通じて中央ボア５８の前方端へ移動し、環状チャンバ６２内へ到達する。圧縮空気源１０４は、圧縮空気を、ボア５８及び通路６６内に層流を生じさせるような圧力で供給することが好ましい。乱流状態が交互に作成されてもよい。環状チャンバ６２はボール・ベアリング４８Ｆ、４８Ｒ及び潤滑油５０の近傍にあるため、冷却媒体はボール・ベアリング及び潤滑油の温度を下げる。冷却媒体は、最終的には、通路６６を通って加熱オーブン内へ出るか、或いは排気路１０６を通って出る。
【００３１】
軸受及び潤滑油の温度を下げることによって、潤滑油の再分散及び蒸発が最小化される。したがって、軸受表面の劣化も最小化され、最終ユーザに対するＸ線管の寿命も増える。さらに、軸受構成要素を優先的に冷却することにより、陽極及び他の構成要素をより高い温度まで加熱させることができる。加熱オーブンの温度を上げることによって、望まれない吸収分子及び気体を除去する際の排気システムの効率を向上させることができる。この向上した効率は、焼きなまし時間をより短くし得る。
【００３２】
排気工程が完了すると、Ｘ線管はほぼ運転可能な状態となる。図４を参照する。Ｘ線管は、運転される前に、保護筐体１１０（破線で示す）に置かれてもよい。運転中、回転陽極１０から生成された熱の多くは、軸受アッセンブリ内へ放散される。前述のように、軸受アッセンブリの温度が上昇すると、ボール・ベアリング上の潤滑油が軸受表面の急速な劣化と管の早期故障とを導く蒸発及び再分散しがちとなる。これら問題を最小化するために、本発明の冷却システムは、軸受アッセンブリを内部から冷却する強制空冷又は水冷を可能にする。
【００３３】
運転中、冷却システムは、排気工程中に冷却システムが機能するのとほぼ同様に機能する。ボルテックス・ポンプなどの空気源又はポンプ１０４は、好ましくは冷気又は冷油である冷却媒体を冷却材管１００へ通すと共に、軸受シャフト５２の中央ボア５８内へ通す。これは、冷却媒体が空気である場合に特に役立つ。冷却媒体は、中央ボア５８の前方端へ移動し、開口部６４を通って、軸受の冷却が行われる場所である環状チャンバ６２内へ到達する。冷却媒体は圧縮空気であることが好ましい。空気は、熱交換器を通じて再循環されず、むしろ通路６６を通ってシステム外へ出される。
【００３４】
内部冷却に加えて、エア・ブロワ又はファンなどの別の空気源１１２がＸ線管外に設けられることが好ましい。このような空気源は、排気工程中及び通常の運転中の両方で用いられ得る。エア・ブロワは、Ｘ線システムの冷却能力を向上させるＸ線管の外装上に空気を提供する。空気源１１２は、ボルテックス・ポンプであってもよい。空気源１１２は、冷却媒体が通路６６から排出された後、Ｘ線システムから冷却媒体を取り除く又は流すのに役立つ。
【００３５】
図５を参照する。冷却媒体は、水などの圧縮空気以外のものであってもよい。冷却媒体が水の場合、水は閉回路を通じて再循環される。水は、熱が放散され得るように、水を熱交換器１１６へ運ぶ帰路１１４を通じてハウジング１１０外へ排出される。熱交換器を通った後、水は通路１１８（破線で示す）を通って軸受アッセンブリを冷却するのに用いられる準備が完了する場所であるポンプ１０４へ移動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係るＸ線管の概略図である。
【図２】
図１のＸ線管のロータ、ネック、及び陽極の概略図である。
【図３】
図１のＸ線管の軸受アッセンブリの概略図である。
【図４】
本発明に係るＸ線システムの概略図である。
【図５】
本発明に係るＸ線システムの概略図である。

Claims (19)

1. 軸受寿命を延ばすためにＸ線管の軸受温度を優先的に下げる方法であって、
   軸受通路を冷却流体のソースへ接続する工程と、
   関連する軸受アッセンブリを所定の温度より低く維持するために前記冷却流体を前記軸受通路に流す工程とを有することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記軸受通路を前記冷却流体のソースに接続した後、前記Ｘ線管を運転する工程を更に有することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法であって、
   前記軸受通路を前記冷却流体のソースに接続した後、内部の気体を蒸発させるために、前記Ｘ線管の内部を真空源に接続する工程と、
   前記Ｘ線の内部を前記真空源に接続した後、該Ｘ線管を加熱オーブン内に置き、前記内部の成分を排気するために該Ｘ線管を所定の温度で加熱する工程とを更に有することを特徴とする方法。
4. 請求項３記載の方法であって、
   前記Ｘ線管を加熱する工程は、該Ｘ線管を４００℃より高い温度へ加熱する工程を含むことを特徴とする方法。
5. 請求項３又は４記載の方法であって、
   鉛でコーティングされた軸受と前記流す工程とは、前記加熱工程中、前記軸受を３７０℃未満に維持することを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の方法であって、
   前記軸受アッセンブリは、前記軸受通路を規定する軸受シャフトを含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項記載の方法であって、
   前記軸受通路は、内部ボアと、該ボアから横方向に隙間を空けて設けられた外部チャンバとを有し、
   前記流す工程は、前記冷却流体を前記中央ボアの開口部を通じて前記内部ボア内へ流すと共に、複数の軸受が冷却されるように前記外部チャンバ内へ流す工程を更に含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項記載の方法であって、
   前記流す工程は、前記冷却流体を該冷却流体の層流を生じさせる圧力で前記中空の軸受通路に流す工程を更に含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項記載の方法であって、
   前記冷却流体は、水、油、及び気体の中から選択されることを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法であって、
    前記冷却流体は、圧縮空気であることを特徴とする方法。
11. Ｘ線管アッセンブリであって、
    電子源を提供する陰極と、該電子が衝突する位置に配置され、Ｘ線を生成する陽極とを包含し、排気チャンバを規定するエンベロープと、
    前記陽極を前記陰極に対して回転させるために前記陽極に運転可能に接続された、軸受シャフトを有する軸受アッセンブリを含むロータと、
    第一の冷却材流体源と、
    そこに接続された前記第一の冷却材流体源から冷却材流体を取り出し、前記軸受アッセンブリの軸受が冷却されるように前記軸受シャフト内へ及び前記軸受シャフトを通るように導く管と、を有することを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
12. 請求項１１記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記Ｘ線管アッセンブリのエンベロープの外装上に冷却材流体を適用する第二の冷却剤流体源を更に有することを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
13. 請求項１３記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記第一の冷却材流体源の少なくとも１つと前記第二の冷却材流体源とは、ボルテックス・ポンプであることを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか一項記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記第一の冷却材流体源は冷却器を有することを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか一項記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記第一の冷却材流体源は、圧縮空気源を有することを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
16. 請求項１１乃至１５のいずれか一項記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記軸受シャフトは、中央ボアと、前記軸受シャフトの内表面と共に環状チャンバを規定する外表面とを規定する内表面を有する内部環状壁を有するＸ線管アッセンブリ。
17. 請求項１１乃至１６のいずれか一項記載のＸ線管アッセンブリであって、
    前記軸受は、銀又は鉛潤滑油でコーティングされることを特徴とするＸ線管アッセンブリ。
18. 運転中、冷却油、空気、又は気体を受け入れる軸受通路を規定する軸受シャフトを有するロータに回転可能に接続された陽極と、
    前記ロータと前記軸受シャフトとの間に軸受と、を有するＸ線管を製造する方法であって、
    前記Ｘ線管を加熱温度で加熱する工程と、
    前記Ｘ線管の内部チャンバから気体及び分子を真空ポンピングする工程と、
    前記加熱工程と同時に、前記軸受を冷却するために冷却媒体を前記軸受通路に流す工程とを有することを特徴とする方法。
19. Ｘ線管用製造アッセンブリであって、
    加熱オーブンと、
    前記加熱オーブン内に配置され、電子源を提供する陰極と、該電子が衝突する位置に配置され、Ｘ線を生成する陽極とを包含するチャンバを規定するエンベロープと、
    前記陽極を前記陰極に対して回転させるために前記陽極に運転可能に接続された、軸受シャフトを有する軸受アッセンブリを含むロータと、
    前記エンベロープの筒状部分に連結され、前記チャンバから望まれない分子及び気体を除去する真空ポンプと、
    前記軸受アッセンブリの軸受部分が冷却され得るように冷却媒体を前記中空軸受シャフトに供給する供給ポンプとを有することを特徴とするＸ線管用製造アッセンブリ。