JP2009021182A

JP2009021182A - Ｘ線管装置

Info

Publication number: JP2009021182A
Application number: JP2007184630A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Yagi; 寛朗八木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】外囲器を回転させるモータの容量を抑えることができ、簡易な構造で、かつ流体の流路を確保して流体を効率的に移送させることができるＸ線管装置を提供することを目的とする。
【解決手段】外囲器２外部である両側面部の回転軸７、８の同軸上にそれぞれ保持された２つの円板１７を備え、冷却用流体である絶縁油１６の粘性により円板１７が回転軸７、８に対して相対的に回転するように構成する。絶縁油１６の粘性により円板１７が回転するので、外囲器２とハウジング２０との間に介在する円板１７が介在することにより相対速度を分割させて、外囲器２を回転させるモータの容量を抑えることができる。また、回転軸７、８を除けば回転する部分は側面部の円板１７のみであるので、簡易な構造で、絶縁油１６の流路を確保して絶縁油１６を効率的に移送させることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、医用診断用のＸ線管装置に係り、特に、陽極が外囲器と一体となって回転する技術に関する。

従来のＸ線管装置としては、ボールベアリングを用いた回転陽極と、電子放出源としてフィラメントを用いた陰極と、外囲器とを備えた回転陽極型Ｘ線管装置がある。これに対し、陽極が外囲器と一体となって回転し、軸中心に設けられた陰極の電子源からの電子ビームを偏向コイルにより偏向させて、陽極のターゲットディスク上の所定位置に焦点を形成する外囲器回転型のＸ線管装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかる回転陽極型や外囲器回転型のＸ線管装置では、陽極が回転するので、偏向した電子ビームがターゲットディスク上の同一位置に集中して衝突することがない。したがって、ターゲットディスク上の同一位置に集中して熱が発生することなく、同一位置に集中して発生した熱によるターゲットディスクの消耗を防止することができる。

また、回転する外囲器の外部にはハウジングが外囲器を取り囲むように配設されており、外囲器とハウジングとの間には冷却用の絶縁油が充填されている。外囲器が高速で回転することにより、陽極で発生した熱を絶縁油に効率的に伝達し、外囲器の回転によるポンプ作用で絶縁油を効率的に循環させることができる。

しかしながら、外囲器とハウジングとの相対速度が大きく、絶縁油の流体の粘性が高い。したがって、流体の粘性抵抗により外囲器を回転させるモータの容量が増え、モータの発熱量が増大し、モータ自体も大型化する。

そこで、外囲器（真空管）とハウジングとの間に、流体の粘性により惰性回転する回転体（ロテーショナル・ボディ）を配設して、外囲器・回転体と回転体・ハウジングとの相対速度に分割する装置がある（例えば、特許文献２参照）。このように、相対速度を分割することで、相対速度の３乗で効く回転トルクを大きく低減させることができる。

例えば、従来の外囲器とハウジングとの相対速度を100rpmとして、上述した特許文献２のように外囲器・回転体と回転体・ハウジングとの相対速度に分割したときに、説明の便宜上、それぞれ50rpmごとに分割されたとする。すなわち、外囲器が100rpm、回転体が50rpm、ハウジングが0rpmで回転するとする（ハウジングは0rpmで固定）。この場合、回転トルクは、従来の回転トルクに対して、分割された数×（分割された相対速度／従来の相対速度）^３倍となるので、50rpmごとに分割されたときには０．２５倍（＝２×（50/100）^３）に低減させることができる。また、外囲器とハウジングとの間に介在する回転体は、その数が多ければ多いほど回転トルクを低減させることができる。
特開平１０−６９８６９号公報（第３頁、図１）米国特許第７，０２５，５０２号明細書

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、上述した特許文献１では回転トルクが大きく、絶縁油の流体の粘性が高いので、上述したように、流体の粘性抵抗により外囲器を回転させるモータの容量および発熱量が増大し、モータ自体も大型化する。

一方、上述した特許文献２では、回転トルクは大きく低減するが、回転体などに代表される絶縁容器は外囲器の形状に合わせて取り囲む必要があるので、上下方向に絶縁容器を分割構造にしないと、外囲器を絶縁容器に収容することができない。そのため、絶縁容器の回転バランスの確保が難しくなる。また、外囲器を取り囲んでいる絶縁容器全体が回転する構造では、容器で熱せられた絶縁油を外囲器の回転によるポンプ作用を利用して効率良く移送させるための経路の確保が難しい。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外囲器を回転させるモータの容量を抑えることができ、簡易な構造で、かつ流体の流路を確保して流体を効率的に移送させることができるＸ線管装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、電子ビームを発生させる陰極と、その陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極および前記陽極を内部に収容する外囲器と、その外囲器とともに冷却用流体を内部に収容する容器とを備え、前記冷却用流体中で前記外囲器が回転することによって陽極が回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置であって、外囲器を回転させる回転軸と、外囲器外部である側面部の前記回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備えたことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、外囲器外部である側面部の回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備える。冷却用流体の粘性により円板が回転するので、外囲器と容器との間に円板が介在することにより相対速度を分割させて、それにより回転トルクを低減させて、外囲器を回転させるモータの容量を抑えることができる。また、回転軸を除けば回転する部分は円板のみであるので、回転バランスの確保が簡単になり、簡易な構造となる。また、回転軸を除けば回転する部分は側面部の円板のみであるので、回転しない部分あるいは円板に流体の流路を確保して、外囲器の回転によるポンプ作用を利用して流体を効率的に移送させることができる。

この発明に係るＸ線管装置によれば、外囲器外部である側面部の回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備えるので、外囲器を回転させるモータの容量を抑えることができ、簡易な構造で、かつ流体の流路を確保して流体を効率的に移送させることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線管装置の外囲器の概略断面図であり、図２は、実施例に係るＸ線管装置の概略断面図である。

図１に示すように、本実施例に係る外囲器回転型のＸ線管装置１は、真空排気された外囲器２を備えている。この外囲器２内に、高温に加熱され熱電子を放出するフィラメント３と、このフィラメント３を溝の中に取り付けた集束電極４とを収容し、この２つで陰極５を構成する。外囲器２は、この発明における外囲器に相当し、陰極５は、この発明における陰極に相当する。

陰極５と対向位置の外囲器２の端面には陽極６を配設している。陰極５および陽極６には、スリップリング機構（図示省略）により陰極側回転軸７および陽極側回転軸８を介して、高電圧発生源（図示省略）から高電圧を印加している。加熱されたフィラメント３から電子ビーム９を発生させる。電子ビーム９は高電圧が作る電界により陽極６に向けて加速する。電子ビーム９は、外囲器２外に設けられた偏向コイル１０により偏向され、陽極６のターゲットディスク傾斜部１１に衝突し、焦点１２を形成し、Ｘ線１３を発生させる。Ｘ線１３は外囲器２の放射口１４から放射される。なお、偏向コイル１０は、外囲器２の外部に配設された後述する絶縁容器１５の外部に設けられ、外囲器２と絶縁容器１５とは互いに近接している。回転軸７、８は、この発明における回転軸に相当し、陽極６は、この発明における陽極に相当する。

外囲器２を、ステンレス鋼などの金属で形成する。これにより、高速回転を行う上で、金属を削り加工にすることで１／１００mm台の真円精度を出すことができる。また、回転体としての機械的強度を増すことができる。なお、Ｘ線１３が放射される放射口１４を、アルミニウム、チタンなどのＸ線透過性のよい金属で形成する。フィラメント３は、電子源として線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントが用いられる。

外囲器２の陰極５側には回転軸７を挿入し、陽極６側にも回転軸８を装着している。陽極６側の回転軸８は回転駆動部（図示省略）に連結されて回転し、これに伴い外囲器２も回転する。

次に、外囲器２を取り囲む絶縁容器およびハウジングの具体的な構造について、図２を参照して説明する。図２に示すように、回転する外囲器２の外部には絶縁容器１５が外囲器２を取り囲むように配設されており、外囲器２と絶縁容器１５との間には冷却用の絶縁油１６が充填されている。絶縁容器１５は外囲器２の形状に合わせて取り囲んでおり、上述したように外囲器２と絶縁容器１５とは互いに近接している。外囲器２と絶縁容器１５との隙間は、例えば数ｍｍ程度である。この絶縁容器１５は、その両側面が開口した筒状の構成となっており、それらの開口部分１５ａに２つの円板１７をそれぞれ収容している。これらの円板１７のうち一方を、外囲器２外部である両側面部の（陰極５側の）回転軸７の同軸上に軸受１８を介して保持するとともに、外囲器２外部である両側面部の（陽極６側の）回転軸８の同軸上に軸受１９を介して保持している。絶縁油１６は、この発明における冷却用流体に相当し、円板１７は、この発明における円板に相当する。

後述するように円板１７が回転することから、絶縁容器１５と各円板１７との間には、両者が互いに接触しない程度に隙間が設けられている。なお、絶縁容器１５と各円板１７との間の隙間が大きすぎると、その部分の耐電圧の確保もできなくなる。したがって、絶縁容器１５と各円板１７とが互いに接触さえしなければ、隙間をできる限り小さくするのが好ましい。

絶縁容器１５のさらなる外部には、絶縁容器１５や外囲器２とともに絶縁油１６を内部に収容するハウジング２０を配設している。絶縁容器１５あるいは円板１７に開口（図示省略）を設け、その開口を通して、ハウジング２０に収容された絶縁油１６は絶縁容器１５内外間で互いに移送することが可能である。ハウジング２０は、この発明における容器に相当する。

なお、ハウジング２０に、絶縁油１６を交換する循環路（図示省略）を設けてもよい。この場合には、熱せられた絶縁油１６を循環路内で交換することができるので、外囲器２の陽極６を効率よく冷却することができる。また、後述するようにポンプ作用を利用して流体である絶縁油１６を効率的に移送させることができるので、従来であれば循環路に必要であったポンプを設けずに、循環路のみで絶縁油１６を循環路内で交換することができる。

回転軸７、８に軸受１８、１９を介して円板１７を保持することで、回転軸７、８の回転速度では円板１７は回転しないが、絶縁油１６の粘性により円板１７は回転軸７、８の回転速度よりも遅い速度で惰性回転する。したがって、絶縁油１６の粘性により円板１７は回転軸７、８に対して相対的に回転する。この円板１７の回転によって発生するポンプ作用を利用して絶縁油１６を効率的に移送させることができる。なお、移送の補助としてポンプを配設してもよい。

本実施例に係るＸ線管装置１によれば、外囲器２外部である両側面部の回転軸７、８の同軸上にそれぞれ保持された２つの円板１７を備える。冷却用流体である絶縁油１６の粘性により円板１７が回転軸７、８に対して相対的に回転するように構成する。絶縁油１６の粘性により円板１７が回転するので、外囲器２とハウジング２０との間に介在する円板１７が介在することにより相対速度を分割させて、それにより回転トルクを低減させて、外囲器２を回転させるモータの容量を抑えることができる。また、回転軸７、８を除けば回転する部分は円板１７のみであるので、回転バランスの確保が簡単になり、簡易な構造となる。また、回転軸７、８を除けば回転する部分は側面部の円板１７のみであるので、回転しない部分（実施例では絶縁容器１５）あるいは円板１７に開口を設けて絶縁油１６の流路を確保して、外囲器２の回転によるポンプ作用を利用して絶縁油１６を効率的に移送させることができる。

特に、本実施例のように、外囲器２は、図１、図２に示すように図面の右方向にしたがって径が大きくなる形状となっている。この場合には、径が大きい右側の円板１７のみを取り外しておいて、外囲器２を径が小さい左側から順に収納して、円板１７のみを取り付ければ、外囲器２を絶縁容器１５に収容することができる。上述した特許文献２では、外囲器を取り囲む絶縁容器（回転体）が側面で開口していないので、上下方向に絶縁容器を分割構造にしないと、外囲器を絶縁容器に収容することができないが、本実施例の場合には、絶縁容器を分割構造にしなくとも、外囲器２を絶縁容器１５に収容することができるという効果をも奏する。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）非破壊検査機器などの工業用装置やＸ線診断装置などの医用装置にも適用することができる。

（２）上述した実施例では、陰極４としてタングステンコイル等のフィラメントのように熱電子放出型を例に採って説明したが、電界によるトンネル効果によって電子ビームを放出させる電界放出型にも適用することができる。

（３）上述した実施例では、外囲器外部である両側面部の回転軸の同軸上にそれぞれ保持された２つの円板を備えたが、側面部の回転軸の同軸上に保持された１つのみの円板を備えてもよい。例えば、図１、図２に示す外囲器では図面の右方向にしたがって径が大きくなる形状となるので、径が小さい左側の側面部にある円板の方が、径が大きい右側の側面部にある円板よりも回転トルクが小さくなる。したがって、径が小さい左側の側面部にある円板での回転トルクが無視できる程度に小さければ、径が大きい右側の側面部の回転軸の同軸上に円板を１つのみ備えてもよい。以上のことから、外囲器外部である側面部の回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備えるのであれば、実施例のように両側面部の回転軸の同軸上にそれぞれ保持された２つの円板を備えてもよいし、この変形例（３）のように片側面部の回転軸の同軸上に保持された１つのみの円板を備えてもよい。

（４）変形例（３）で述べたように、外囲器外部である側面部の回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備えるのであれば、円板の数については特に限定されない。３つ以上の円板を両側面部あるいは片側面部の回転軸の同軸上にそれぞれ保持されるようにしてもよい。なお、回転トルクや移送のことを考慮すれば、実施例や変形例（３）のように円板を２つあるいは１つのみ備えるのがより好ましい。

（５）外囲器の形状は、特に限定されない。図３に示すように、偏向コイルを中心にして両側にしたがって径が大きくなる形状であってもよい。

（６）上述した実施例では、絶縁容器が側面で開口していたが、図４に示すように、側面を閉じた一体型の絶縁容器内に円板を備えてもよい。

実施例に係るＸ線管装置の外囲器の概略断面図である。実施例に係るＸ線管装置の概略断面図である。変形例に係るＸ線管装置の概略断面図である。さらなる変形例に係るＸ線管装置の概略断面図である。

符号の説明

２ … 外囲器
５ … 陰極
７、８ … 回転軸
６ … 陽極
１６ … 絶縁油
１７ … 円板
２０ … ハウジング

Claims

電子ビームを発生させる陰極と、その陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極および前記陽極を内部に収容する外囲器と、その外囲器とともに冷却用流体を内部に収容する容器とを備え、前記冷却用流体中で前記外囲器が回転することによって陽極が回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置であって、外囲器を回転させる回転軸と、外囲器外部である側面部の前記回転軸の同軸上に回転可能に保持された円板を備えたことを特徴とするＸ線管装置。