JP2009158347A - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電食を防止し、長期にわたり安定した性能を発揮するＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】対陰極部１ａ及び軸部１ｂとを有する回転対陰極１と対陰極部の周囲を真空雰囲気に保つ気密ケース部２ａ及び軸部をベアリングを介して回転自在に支持する軸支用ケース部２ｂを備えた対陰極収容ケース２と、回転対陰極を回転駆動する電動機３とを具備し、回転対対陰極の内部に水冷ジャケット７が設けられたＸ線発生装置において、内輪１８ａと外輪１８ｂと転動体１８ｃの少なくともいずれかの部品が絶縁材料で構成された絶縁ベアリング１８を使用すると共に、軸支用ケース部と回転対陰極の軸部との対向周面間に、多数本の導電性マイクロファイバー２２を摺接毛とする導電性ファイバーブラシ２０を配設し、回転対陰極から対陰極収容ケースへ導電性ファイバーブラシ２０を介して電流を流す。また、水冷ジャケットに、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を流す。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転対陰極型のＸ線発生装置に係わり、特に電食による悪影響を無くすことのできるＸ線発生装置に関するものである。

図５は特許文献１において開示された回転対陰極型のＸ線発生装置を示すものである。
図において、符号１は回転対陰極、２は対陰極収容ケース、３は電動機である。回転対陰極１は、電子銃４から発射された熱電子ｅの衝突によって回転軸と平行な対陰極面１ｃからＸ線５を発生する中空の対陰極部１ａと、該対陰極部１ａに連なる中空円筒状の軸部１ｂとを有している。そして、この回転対陰極１の中空部には、この回転対陰極１と同心の円筒状を呈した仕切り部材（セパレータ）６によって、水冷ジャケット７が形成されている。この水冷ジャケット７は、仕切り部材６と回転対陰極１との間の間隙を冷媒供給路７ａとし、仕切り部材６の内側を冷媒排出路７ｂとしたもので、矢印で示すように冷媒を流す。

対陰極収容ケース２は、対陰極部１ａおよび電子銃４の周囲を真空雰囲気に保つ気密ケース部２ａと、軸部１ｂに外嵌するベアリング８を介して、回転対陰極１を回転自在に支持する軸支用ケース部２ｂとを備えている。気密ケース部２ａの所定位置には、図示のように、対陰極部１ａから発射された線状のＸ線５を透過させるＸ線透過窓２ｃが装備されている。また、軸支用ケース部２ｂの後端部（図の右端部）は仕切り部材７の端部に液密に連結され、さらに、軸支用ケース部２ｂの後端部寄りの位置には、図示のように冷媒供給路７ａに連通する冷媒供給口２ｄが設けられている。

電動機３は、回転対陰極１を回転駆動するためのもので、回転力の出力部となるロータ３ａが対陰極部１ａの外周部近傍に固定され、このロータ３ａを回転させるためのコイル部３ｂが、軸支用ケース部２ｂに突設された環状部２ｃに固定され、ロータ３ａがコイル部３ｂの外周を囲うように配置された構造をなしている。なお、図３において、符号９ａは気密ケース部２ａ内の真空状態を維持するための気密シール（真空シール）であり、また９ｂは冷媒がベアリング８や電動機３側に流入しないようにする液密シール（水シール）である。

ところで、回転対陰極型Ｘ線発生装置においては、運転中に回転対陰極１に電子ビームの形で電流（管電流と呼ばれる）が流れるので、回転している回転対陰極１から固定側の対陰極収容ケース２へと電流を逃がす必要がある。この場合、回転対陰極１から対陰極収容ケース２に鋼製のベアリング８を経由して電流を流すと、ベアリング８を構成している転動体（例えば鋼球）と内外輪（軌道輪）との接触部に電食現象が発生して故障の原因となる。

そこで、この電食現象を防止するために、回転部と固定部との間にブラシ装置を配置し、ブラシ装置を経由して回転部から固定部へ電流が流れるようにしている。また、耐電食用のベアリングとして、セラミックベアリングを使用することも行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１９２６６５号公報 特開平８−１０６８７０号公報

しかし、従来のブラシ装置は、バネの圧力で接触片を回転体の軸部の外周に押し当てる形式のものであったため、摩耗による寿命を招きやすいという問題があった。接触片が摩耗して回転部から固定部へ電流が流れづらくなると、ベアリング自体はセラミックベアリングを採用することで電食を免れたとしても、冷却水中での電食により酸化物が発生しやすくなり、この酸化物が、冷却効率を上げるために狭くなっている冷媒通路部分（図５において符号Ｐで示す箇所）などに付着し、その結果、冷却効率が大きく落ちてしまい、対陰極部１ａの表面が荒れたり溶けたりする現象を生じるおそれがある。

特に最近では、Ｘ線の出力及び輝度の大幅な向上が求められており、Ｘ線の出力及び輝度は回転対陰極の周速に関係して増すことから、回転対陰極の回転の高速化が必要になってきている。例えば、現状の回転対陰極の回転数は６０００〜９０００ｒｐｍであるが、最近のＸ線の出力向上の要望に応えるには、２００００〜３００００ｒｐｍへの回転数のアップが必要になってきた。しかし、そのような回転対陰極の高速化を実現しようとした場合、ベアリングやシールなどについては対応が十分に可能であるが、ブラシ装置が従来のままでは全く持たないことが分かってきた。

例えば、耐久実験として、軸径２２ｍｍの軸部を２００００ｒｐｍで回転させて、その軸部の外周に従来のブラシ装置の接触片（カーボン）を押し付けてみたところ、接触片の摩耗量は２．５ｍｍ／１０００時間であった。従って、接触片の厚みが５ｍｍである場合には、２０００時間で寿命となってしまう。

また、このように摩耗が激しくなると、摩擦熱による温度上昇及び摩耗粉が多量に発生することになるため、ブラシ装置の近傍のベアリングやシール等への悪影響も非常に大きくなる。さらに、従来のブラシ装置の場合、軸部に接触している接触片の摩擦抵抗が大きいので、回転対陰極を高速化させた際に、ブラシ装置の摩擦抵抗による回転ロスが無視できなくなり、電動機の小型化の障害となる等の問題もあった。

本発明は、上記事情を考慮し、電食による悪影響を極力排除し耐久性を向上させることができると共に、摩耗粉の発生によるベアリングやシール等への悪影響の問題や摩擦抵抗による回転ロスの問題を解消して、大幅な回転対陰極の高速化が可能で、それによるＸ線の出力増大を図ることのできるＸ線発生装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、熱電子の衝突によってＸ線を発生する対陰極部及び該対陰極部と同軸に設けられた軸部とを有する回転対陰極と、前記対陰極部の周囲を真空雰囲気に保つ気密ケース部及び前記軸部をベアリングを介して回転自在に支持する軸支用ケース部を備えた対陰極収容ケースと、前記回転対陰極を回転駆動する電動機とを具備し、前記回転対対陰極の内部に、前記対陰極部と軸部とを冷却するための冷却水を流す水冷ジャケットが設けられたＸ線発生装置において、前記ベアリングとして、内輪と外輪と転動体の少なくともいずれかの部品が絶縁材料で構成された絶縁ベアリングを使用すると共に、前記対陰極収容ケースと前記回転対陰極との間に、多数本の導電性マイクロファイバーを摺接毛とする導電性ファイバーブラシを配設し、前記回転対陰極から前記対陰極収容ケースへ前記導電性ファイバーブラシを介して電流を流すようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＸ線発生装置であって、前記対陰極収容ケースの軸支用ケース部と前記回転対陰極の軸部との対向周面間に、前記導電性ファイバーブラシが配設されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のＸ線発生装置であって、前記導電性ファイバーブ
ラシが、前記軸支持用ケース部の内周に嵌合された導電リングと、該導電リングの内周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が前記回転対陰極の軸部の外周に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２に記載のＸ線発生装置であって、前記導電性ファイバーブラシが、前記回転対陰極の軸部の外周に嵌合された導電リングと、該導電リングの外周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が前記軸支持用ケース部の内周に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２に記載のＸ線発生装置であって、前記導電性ファイバーブラシが、前記回転対陰極の軸部の外周および前記軸支持用ケース部の内周にそれぞれ設けられて互いの端面を軸線方向に対向させた一対の導電リングと、これら一対の導電リングのうちの一方の導電リングの対向端面に各基端が刷毛状に支持されて各先端が他方の導電リングの対向端面に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線発生装置であって、前記水冷ジャケットに流す冷却水として、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を使用することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、対陰極収容ケースと回転対陰極との間に、多数本の導電性マイクロファイバーを摺接毛とする導電性ファイバーブラシを配設して、回転対陰極から対陰極収容ケースへその導電性マイクロファイバー式の導電性ファイバーブラシを介して電流を流すようにしたので、従来のようにバネの力で接触片を軸部の外周に摺接させるのと違って、摺接毛としての導電性マイクロファイバーを、ほとんど圧力がかからない状態で、相手側摺接面に摺接させることができる。従って、接触圧がかからないので、導電性マイクロファイバーが摩耗する心配もなく、長期にわたり高い信頼性で、回転対陰極の電流を対陰極収容ケースへ逃がすことができる。また、回転対陰極を回転支持するベアリングとして絶縁ベアリングを採用しているので、ベアリングの電食の問題はもとより、電食によって冷却水中に酸化物が発生して冷却効率が落ちるという問題も有効に解消することができる。

また、導電性ファイバーブラシの導電性マイクロファイバーはほとんど摩耗する心配がなく、また摩擦熱による温度上昇がないので、回転対陰極の大幅な高速化に対応することができ、Ｘ線の出力増加や輝度向上が可能になる。また、摩擦熱による温度上昇や摩耗粉が出る心配がないので、温度上昇や摩耗粉の発生によってベアリングやシール類に悪影響が出るという問題も起こらない。また、導電性マイクロファイバーと相手側摺接面との間の摩擦抵抗がほとんど発生しないので、導電性ファイバーブラシによる回転ロスを無くすことができ、電動機の小型化に貢献することもできる。

請求項２の発明によれば、導電性ファイバーブラシを、対陰極収容ケースの軸支用ケース部と回転対陰極の軸部との対向周面間に配設しているので、スペース的に無理なく導電性ファイバーブラシを組み込むことができる。

請求項３の発明によれば、導電性ファイバーブラシが、軸支持用ケース部の内周に嵌合された導電リングと、該導電リングの内周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が回転対陰極の軸部の外周に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されているので、回転対陰極と対陰極収容ケースとの間に簡単に導電性ファイバーブラシを組み込むことができる。

請求項４の発明によれば、導電性ファイバーブラシが、回転対陰極の軸部の外周に嵌合された導電リングと、該導電リングの外周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が軸支持用ケース部の内周に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されているので、回転対陰極と対陰極収容ケースとの間に簡単に導電性ファイバーブラシを組み込むことができる。

請求項５の発明によれば、導電性ファイバーブラシが、回転対陰極の軸部の外周および軸支持用ケース部の内周にそれぞれ設けられて互いの端面を軸線方向に対向させた一対の導電リングと、これら一対の導電リングのうちの一方の導電リングの対向端面に各基端が刷毛状に支持されて各先端が他方の導電リングの対向端面に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されているので、回転対陰極と対陰極収容ケースとの間に簡単に導電性ファイバーブラシを組み込むことができる。

請求項６の発明によれば、水冷ジャケットに流す冷却水として、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を使用するので、より確実に冷却水中の酸化物の発生を防止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態のＸ線発生装置を説明する。
図１は実施形態のＸ線発生装置の断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

この図１および図２に示す本実施形態のＸ線発生装置の、図５に示した従来のＸ線発生装置との違いは、次の３つの点である。それ以外の構成は、図５に示したＸ線発生装置と同じであるので、同一構成要素に同一符号を付して説明を省略する。

（１）対陰極収容ケース２の軸支用ケース部２ｂと、回転対陰極１の軸部１ｂとの対向周面間に、多数本の導電性マイクロファイバー２２を摺接毛とする導電性ファイバーブラシ２０を配設し、回転対陰極１から対陰極収容ケース２へ導電性ファイバーブラシ２０を介して電流を流すようにした点。
（２）回転対陰極１の軸部１ｂを回転支持するベアリングとして、内輪１８ａと外輪１８ｂと転動体（玉）１８ｃの少なくともいずれかの部品が絶縁材料で構成された絶縁ベアリング１８を使用している点。
（３）水冷ジャケット７に流す冷却水として、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を使用する点。

この場合、絶縁ベアリング１８は、回転対陰極１の軸部１ｂの外周に嵌合された導電材料製のスリーブ状のスペーサ１２、１３によって、軸方向の位置決めがなされており、導電性ファイバーブラシ２０の導電性マイクロファイバー２２の先端は、スリーブ状のスペーサ１３の外周に接触している。導電性ファイバーブラシ２０は、図２に示すように、軸支用ケース部２ｂの内周に嵌合された導電リング２１と、導電リング２１の内周に各基端が刷毛状に支持されて、各先端がスペーサ１３の外周に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバー２２とで構成されている。つまり、本例では、導電性マイクロファイバー２２は固定側に設けられている。

導電性マイクロファイバー２２は、例えば、アクリル繊維を炭素化させた数ミクロンの超極細繊維に硫化銅を結合させた導電性を持つ微細毛であり、毛の長さは、スペーサ１３の外周と導電リング２１の内周との隙間の大きさよりも長い。従って、回転対陰極１の軸部１ｂおよびスペーサ１３が一体に回転した際に、導電性マイクロファイバー２２の先端が、スペーサ１３の回転方向になびきながら、スペーサ１３の外周に撫でるように摺接す
る。

また、絶縁ベアリング２０としては、セラミックボールを転動体１８として組み込んだセラミックベアリングを使用するのが望ましい。

このように構成したことにより、次の効果を奏することができる。
即ち、軸支用ケース部２ｂと回転対陰極１の軸部１ｂとの対向周面間に、多数本の導電性マイクロファイバー２２を摺接毛とする導電性ファイバーブラシ２０を配設して、回転対陰極１から対陰極収容ケース２へその導電性マイクロファイバー式の導電性ファイバーブラシ２０を介して電流を流すようにしたので、従来のようにバネの力で接触片を軸部の外周に摺接させるのと違って、摺接毛としての導電性マイクロファイバー２２の先端を、ほとんど圧力がかからない状態で、軸部１ｂに嵌合したスペーサ１３の外周に摺接させることができる。従って、接触圧がかからないので、導電性マイクロファイバー２２が摩耗する心配がなく、長期にわたり高い信頼性で、回転対陰極１の電流を対陰極収容ケース２へ逃がすことができる。しかも、回転対陰極１を回転支持するベアリングとして絶縁ベアリング１８を採用しているので、ベアリングの電食の問題はもとより、電食によって冷却水中に酸化物が発生して冷却効率が落ちるという問題も有効に解消することができる。

また、導電性ファイバーブラシ２０の導電性マイクロファイバー２２はほとんど摩耗する心配がなく、また、摩擦熱による温度上昇の心配がないので、回転対陰極１の大幅な高速化に対応することができ、Ｘ線の出力増加や輝度向上が可能になる。また、導電性ファイバーブラシ２０から摩耗粉が出る心配がない上、摩擦熱による温度上昇の心配もないので、温度上昇や摩耗粉の発生によってベアリング１８やシール９ａ、９ｂ等に悪影響が出るという問題も起こらない。また、導電性マイクロファイバー２２の先端と軸部１ｂの外周のスリーブ１３との間には、摩擦抵抗がほとんど発生しないので、導電性ファイバーブラシ２０による回転ロスを無くすことができ、電動機３の小型化に貢献することもできる。

また、本実施形態では、導電性ファイバーブラシ２０を、軸支持用ケース部２ｂの内周に嵌合された導電リング２１と、導電リング２１の内周に各基端が刷毛状に支持されて各先端がスペーサ１３の外周に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバー２２とで構成しているので、回転対陰極１と対陰極収容ケース２との間に簡単に導電性ファイバーブラシ２０を組み込むことができる。

また、水冷ジャケット７に流す冷却水として、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を使用しているので、より確実に冷却水中の酸化物の発生を防止することができる。従って、酸化物の影響で冷却効率が落ちる心配がなく、性能の安定を保証することができる。

なお、上記実施形態では、導電性ファイバーブラシ２０の導電性マイクロファイバー２２を、固定側である対陰極収容ケース２側に取り付けた場合、つまり、導電性ファイバーブラシ２０が、軸支持用ケース部２ｂの内周に嵌合された導電リング２１と、該導電リング２１の内周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が回転対陰極１の軸部１ｂの外周（スリーブ１３の外周）に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバー２２とで構成されている場合を示したが、図３の実施形態の導電性ファイバーブラシ２０Ｂのように、導電性マイクロファイバー２２が回転側に取り付けられていてもよい。この場合、導電性ファイバーブラシ２０Ｂは、回転対陰極１の軸部１ｂの外周に嵌合された導電リング２１と、該導電リング２１の外周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が軸支持用ケース部２ｂの内周に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバー２２とで構成されている。

また、図４に示す導電性ファイバーブラシ２０Ｃを採用してもよい。この導電性ファイバーブラシ２０Ｃは、回転対陰極１の軸部１ｂの外周および軸支持用ケース部２ｂの内周にそれぞれ設けられて互いの端面を軸線方向に対向させた一対の導電リング２１ａ、２１ｂと、これら一対の導電リング２１ａ、２１ｂのうちの一方の導電リング２１ａの対向端面に各基端が刷毛状に支持されて各先端が他方の導電リング２１ｂの対向端面に柔軟に接触する多数本の導電性マイクロファイバー２２とで構成されている。あるいは、導電性マイクロファイバー２２は、固定側の導電リング２１ｂの対向端面に基端が取り付けられて、先端が回転側の導電リング２１ａの対向端面に摺接するようになっていてもよい。

いずれにせよ、導電リングに基端が固定された多数本の導電性マイクロファイバー２２の先端が、相手側の摺接面に撫でるように接触していればよい。

本発明の実施形態のＸ線発生装置の構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 本発明の別の実施形態の要部構成を示す断面図である。 本発明の更に別の実施形態の要部構成を示す断面図である。 従来のＸ線発生装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 回転対陰極
１ａ 対陰極部
１ｂ 軸部
２ 対陰極収容ケース
２ａ 気密ケース部
２ｂ 軸支用ケース部
３ 電動機
７ 水冷ジャケット
１３ スリーブ状のスペーサ（スリーブ）
１８ 絶縁ベアリング
１８ａ 内輪
１８ｂ 外輪
１８ｃ 転動体
２０，２０Ｂ、２０Ｃ 導電性ファイバーブラシ
２１，２１ａ，２１ｂ 導電リング
２２ 導電性マイクロファイバー

Claims (6)

1. 熱電子の衝突によってＸ線を発生する対陰極部及び該対陰極部と同軸に設けられた軸部とを有する回転対陰極と、前記対陰極部の周囲を真空雰囲気に保つ気密ケース部及び前記軸部をベアリングを介して回転自在に支持する軸支用ケース部を備えた対陰極収容ケースと、前記回転対陰極を回転駆動する電動機とを具備し、前記回転対対陰極の内部に、前記対陰極部と軸部とを冷却するための冷却水を流す水冷ジャケットが設けられたＸ線発生装置において、
   前記ベアリングとして、内輪と外輪と転動体の少なくともいずれかの部品が絶縁材料で構成された絶縁ベアリングを使用すると共に、
   前記対陰極収容ケースと前記回転対陰極との間に、多数本の導電性マイクロファイバーを摺接毛とする導電性ファイバーブラシを配設し、前記回転対陰極から前記対陰極収容ケースへ前記導電性ファイバーブラシを介して電流を流すようにしたことを特徴とするＸ線発生装置。
2. 請求項１に記載のＸ線発生装置であって、
   前記対陰極収容ケースの軸支用ケース部と前記回転対陰極の軸部との対向周面間に、前記導電性ファイバーブラシが配設されていることを特徴とするＸ線発生装置。
3. 請求項２に記載のＸ線発生装置であって、
   前記導電性ファイバーブラシが、前記軸支持用ケース部の内周に嵌合された導電リングと、該導電リングの内周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が前記回転対陰極の軸部の外周に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とするＸ線発生装置。
4. 請求項２に記載のＸ線発生装置であって、
   前記導電性ファイバーブラシが、前記回転対陰極の軸部の外周に嵌合された導電リングと、該導電リングの外周に各基端が刷毛状に支持されて各先端が前記軸支持用ケース部の内周に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とするＸ線発生装置。
5. 請求項２に記載のＸ線発生装置であって、
   前記導電性ファイバーブラシが、前記回転対陰極の軸部の外周および前記軸支持用ケース部の内周にそれぞれ設けられて互いの端面を軸線方向に対向させた一対の導電リングと、これら一対の導電リングのうちの一方の導電リングの対向端面に各基端が刷毛状に支持されて各先端が他方の導電リングの対向端面に柔軟に接触する前記多数本の導電性マイクロファイバーとで構成されていることを特徴とするＸ線発生装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線発生装置であって、
   前記水冷ジャケットに流す冷却水として、電気伝導率の低い純水またはイオン交換水を使用することを特徴とするＸ線発生装置。

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