JP2009238476A - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却能力・軸受信頼性並びに振動安定性に優れる回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。
【解決手段】 Ｘ線管においては、中空円盤状の回転陽極が中空筒状の回転体に固定支持されている。両端が固定支持された固定シャフトは、一体化された柱状軸受け部及び円盤部を有し、中心軸に沿って冷却媒体の流路が形成されている。回転体には、柱状軸受け部が第１の間隙を空けて挿入され、回転体が回転可能に支持されている。円盤部は、回転陽極内に第２の間隙を空けて配置されている。第１及び第２の間隙には、潤滑剤が充填され、軸受け部には、軸受溝が形成されて第１及び第２の動圧軸受けが形成され、回転陽極の重心がこの第１及び第２の動圧軸受け間に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、両持ち支持された固定シャフトに回転体が動圧軸受けで回転可能に支持されている回転陽極型Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管装置は、医療診断システム及び工業診断システム等に用いられている。医療診断システム等に使用されている回転陽極型Ｘ線管は、特許文献１に開示されるように、高温・真空下で高速回転される厳しい使用環境下で動作される。この特許文献１に開示されるＸ線管では、固定シャフトが片持ち支持され、回転体がこの固定シャフトに嵌合され、回転体内表面と固定シャフト外表面間の間隙に液体金属潤滑剤が充填された動圧軸受けが設けられている。回転体の回転に伴って発生する動圧軸受けの液体金属潤滑剤に発生される動圧で回転体が固定体に軸支されている。動圧軸受けによれば、陽極ターゲットを高速で回転させることができる。

また、Ｘ線管では、小型化・軽量化が要請され、この小型化・軽量化の為には、ターゲットは、液体金属を介して冷却することが必要とされる。特許文献２には、片持ち支持された固定シャフトにボールベアリングを利用した軸受けを介して回転体が軸支されたＸ線管が開示されている。このＸ線管では、回転体を冷却する為に固定シャフトが中空に形成され、冷却導管がその固定シャフト内に挿入されて冷却導管を介して冷却液が固定シャフト内に供給され、この冷却液によって固定シャフトが冷却されている。

同様に、特許文献３には、両持ち支持された固定シャフトにボールベアリングを利用した軸受けを介して回転体が軸支されたＸ線管が開示されている。このＸ線管では、固定シャフトが円筒状に形成され、その円筒内に冷却液が流通されて、高電圧側のコネクタが冷却されている。

更に、特許文献４には、固定シャフトが両端支持された両持ちタイプのＸ線管が開示されている。このＸ線管では、回転体内表面と固定シャフト外表面間の間隙に液体金属潤滑剤が充填された動圧軸受けが設けられている。しかも、固定シャフトは、円筒状に形成され、その円筒内に冷却液が流通されて回転体が冷却されている。
特許第３１３９８７３号 米国特許５，５４１，９７５ 特開平８−９６８８９９ 米国特許５，８３８，７６３

特許文献１に開示されたＸ線管では、片持ち支持された固定シャフトに陽極ターゲットから熱が伝達され、動圧軸受けを含めて軸受け構造に熱がこもり、軸受けが高温となる虞があり、軸受け能力が低下する虞がある。従って、特許文献１に開示されたＸ線管は、小型化・軽量化に不向きな構造とされている。

特許文献２に開示されたＸ線管は、高電圧側のコネクタを冷却するための構造であって、回転体には、軸受け側の円筒体と陽極ターゲットを支持する円筒体で構成され、回転体内には、両円筒体間に空間が形成され、陽極ターゲットからの熱が固定シャフトに伝わり難い構造となっている。しかも、軸受けがボールベアリングで構成され、２重円筒状の回転体側が固定シャフトに点接触されていることから、陽極ターゲットで発生した熱が固定シャフトに伝わりに難く、効果的に陽極ターゲット及び回転体を冷却し難い問題がある。

特許文献３に開示されたＸ線管は、ボールベアリングを利用した軸受けで回転体が支持されている。片持ち支持された固定シャフトは、内部を流れる冷却液で冷却することができるが、陽極ターゲットを支持する回転体は、点接触されたボールベアリングを介して固定シャフトに接触されていることから、陽極ターゲットで発生した熱が固定シャフトに伝わりに難く、効果的に陽極ターゲット及び回転体を冷却し難い問題がある。

特許文献４に開示されたＸ線管では、冷却液が固定シャフトに沿った一方向流路を介して流れることから、流入・流出量を増大させることが可能で動圧軸受けを備えたＸ線管における冷却能力を高めることができる。しかし、このＸ線管においては、陽極ターゲットの重心が軸受部外に配置される構造であって、陽極ターゲットが軸受け部とカソードとの間に配置されている。従って、大きな重量の陽極ターゲットが僅かに偏芯を起こして回転される場合には、回転体が振動し易く、しかも、軸受部の信頼性が低下する問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、冷却能力・軸受信頼性並びに振動安定性に優れる回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。

この発明によれば、
電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、円盤状内面を有する中空円盤状の回転陽極と、
この回転陽極に向けて電子ビームを発生する陰極と、
当該回転陽極を支持し、円筒内面を有する中空筒状の回転体と、
両端が固定支持され、前記回転体に挿入されて前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトであって、当該固定シャフトが第１の間隙を空けて前記円筒内面に対向される対向面を備える柱状軸受部及びこの柱状軸受部に一体的に固定され、前記第１の間隙に連通する第２の間隙を空けて前記円盤状内面に対向される外表面を備える円盤部を有し、中心軸に沿って冷却媒体の流路が形成されている固定シャフトと、
前記第１及び第２の間隙に充填された潤滑剤と、及び
前記円筒内面及び前記対向面の少なくとも一方に形成されている軸受溝及び前記第１の間隙に充填された前記潤滑剤で前記対向面上に形成される第１及び第２の動圧軸受けであって、当該第１及び第２の動圧軸受け間に前記回転陽極の重心が配置されている第１及び第２の動圧軸受けと、
を具備することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管が提供される。

この発明のＸ線管においては、回転体を両側支持する固定シャフトを冷却導管が貫通配置されていることから、冷却導管を介する冷却液の流入・流出を容易にすることができ、Ｘ線管に蓄積される熱の冷却効率を増大させることができる。冷却導管が固定シャフト内を貫通しているため、圧力損失が減少し、冷却水用ポンプの小型化が可能となる。また、回転する陽極が両側支持され、重量のあるターゲットが軸受間に配置されていることから、軸受の信頼性・振動安定性を高めることができる。その結果として、冷却能力・軸受安信頼性・振動安定性に優れたＸ線管が実現される。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るＸ線管を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る両持ち軸受構造を有する回転陽極型Ｘ線管を示している。回転陽極型Ｘ線管１は、回転磁界を発生するステータコイル２とともにＸ線管装置の筐体（図示せず）に収納されている。回転陽極型Ｘ線管１は、真空外囲器９０を備え、真空外囲器９０の外周には、回転磁界を発生するステータコイル２が配置されている。真空外囲器９０内は、真空に維持され、真空外囲器９０内には、回転陽極型Ｘ線管１の中心軸６（固定シャフト１０の中心軸に一致する。）に沿って固定シャフト、即ち、固定シャフト１０が配置され、この固定シャフト１０の両端部１０Ａ，１０Ｂには、真空外囲器９０が気密にシールされている。また、真空外囲器９０内には、固定シャフト１０に回転可能に支持された回転体６０が配置され、この回転体６０には、回転体６０と共に回転される陽極ターゲット５０が固定されている。この陽極ターゲット６０は、重金属で作られ、他の部品に比べて大きな重量を有している。また、この陽極ターゲット６０の重心Ｃ（実質的に回転体６０の重心に一致する。）が中心軸６上に定めら、回転体６０の重心、即ち、陽極ターゲット６０の重心は、後に説明される固定シャフト１０上に回転体６０を回転可能に支持する一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂ間、好ましくは、一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂ間の中心に位置されている。

固定シャフト１０は、円筒に形成され、その円筒内には、冷却液２０の流路を定める冷却導管３０が挿入嵌合されている。この冷却導管３０内の流路には、冷却液２０が図示しないポンプによって矢印で示されるように供給され、Ｘ線管装置外で冷却された冷却液が再びポンプを介して冷却導管３０の流路に循環されている。固定シャフト１０は、中心軸６に一致する中心軸を有する円盤部１５を備え、円盤部１５が固定シャフト１０に一体化されている。この円盤部１５も陽極ターゲット６０と同様に一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂ間に配置されている。

固定シャフト１０は、筒状の回転体６０に挿入嵌合され、この回転体６０の内表面と固定シャフト１０の外表面(対向面）間には、間隙Ｇ１が設けられ、この間隙Ｇ１に液体金属潤滑剤７０が充填されている。回転体６０の内表面と固定シャフト１０の外表面(対向面）のいずれか一方には、ヘリングボーンパターン等の溝(図示せず）が形成されて回転体６０と固定シャフト１０間にラジアル動圧軸受け１１Ａ，１１Ｂが形成されている。ラジアル動圧軸受け１１Ａ，１１Ｂにおいては、回転体６０の回転に伴い溝に液体金属潤滑剤７０が引き込まれて液体金属潤滑剤７０の動圧が上昇され、回転体６０が固定シャフト１０のラジアル方向で支持される。

陽極ターゲット５０の内表面と円盤部１５外表面との間に間隙Ｇ１に連通されている間隙Ｇ２が設けられように、円盤部１５は、筒状の回転体６０に固定された中空円盤状の陽極ターゲット５０内に嵌合されている。間隙Ｇ２には、間隙Ｇ１と同様に液体金属潤滑剤７０が充填され、陽極ターゲット５０の内表面と円盤部１５外表面のいずれか一方には、螺旋状等の溝(図示せず）が形成されて陽極ターゲット５０と円盤部１５と間にスラスト動圧軸受け１４Ａ，１４Ｂが形成されている。スラスト動圧軸受け１４Ａ，１４Ｂにおいては、回転体６０の回転に伴い螺旋溝に液体金属潤滑剤７０が引き込まれて液体金属潤滑剤７０の動圧が上昇され、回転体６０が固定シャフト１０のスラスト方向で支持され、間隙Ｇ２が略一定に維持される。

筒状回転体６０の両端部６０Ａ，６０Ｂの内面には、シールリング６３Ａ，６３Ｂが設けられ、このシールリング６３Ａ，６３Ｂによって固定シャフト１０の両端部１０Ａ，１０Ｂの外面が固定シャフト１０の両端部１０Ａ，１０Ｂとの対向面で液密にシールされている。従って、液体金属潤滑剤７０は、固定シャフト１０と回転体６０間の間隙Ｇ１、Ｇ２間に封じ込まれ、間隙Ｇ１から外部に漏れ出ることが防止される。このシールリングシールリング６３Ａ、６３Ｂも好ましくは、重心Ｃに関して略対象に配置されていることが好ましい。

筒状回転体６０の筒状部外面には、真空外囲器９０外に配置されたモータステータ２に対向するようにモータロータ６４が固定され、モータステータ２からモータロータ６４に与えられる回転磁界に基づいてモータロータ６４に回転力が発生され、回転体６０が回転される。また、真空外囲器９０内には、陽極ターゲット５０の外表面の電子射突面５２に対向して陰極８０が配置され、陰極８０から照射された電子ビームが陽極ターゲット５０の電子射突面５２に射突されてＸ線が電子射突面５２から発生される。発生されたＸ線は、真空外囲器９０に設けたＸ線窓を介してＸ線管外に照射される。

上述したように、図１に示される回転陽極型Ｘ線管においては、液体金属７０が熱伝達流体として用いられて冷却導管３０に一方向で流されている。しかも、陽極ターゲット５０及びこの陽極ターゲット５０が固定されている回転体６０は、間隙Ｇ１、Ｇ２に充填された液体金属潤滑剤７０を介して円盤部１５並びに固定シャフト１０に接している。従って、陽極ターゲット５０で発生した熱は、液体金属潤滑剤７０及び円盤部１５を介して固定シャフト１０に伝達される。固定シャフト１０に伝達された熱は、その内を流れる冷却液２０に伝達され、Ｘ線管１の外部に放出される。

間隙Ｇ１、Ｇ２内の液体金属潤滑剤７０には、陽極ターゲット５０で発生した熱が伝達されるが、冷却導管３０に流される冷却液２０によって固定シャフト１０を介して冷却される。従って、液体金属潤滑剤７０が加熱されて気泡等が生ずることがなく、確実に回転体６０を一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂが回転可能に支持することができる。しかも、回転体６０の重心、即ち、陽極ターゲット６０の重心が一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂ間に定められていることから、一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂには、均一な荷重が陽極ターゲット６０から付与され、陽極ターゲット６０が偏芯して回転されるような事態を防止することができ、確実に回転体６０を回転可能に支持することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、この発明の他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管を示している。図２において、図１に付した符号と同一符号は同一部分或いは同一箇所を示すものとしてその説明を省略する。

図２に示すＸ線管においては、円盤部１５にも空洞部が設けられ、この空洞部内に冷却容器１２を構成するように冷却導管３０が円盤状に拡張されている。固定シャフト１０の円筒内に挿入配置された冷却導管３０が定める流路に連通するように冷却容器１２に円環状に流路が設けられ、この円環状流路にも冷却導管３０内の流路から冷却液２０が流入されている。従って、冷却容器１２は、陽極ターゲット６０を冷却する機能を有し、陽極ターゲット５０で発生した熱は、間隙Ｇ２を介して冷却容器１２内の冷却液２０に伝達され、この伝達された熱は、冷却導管３０に流される冷却液２０を介してＸ線管外に運び出される。

図２に示されたＸ線管においては、陽極ターゲット５０内に冷却液２０が供給される冷却容器１２が設けられ、間隙Ｇ２内の液体金属潤滑剤７０を介して熱が冷却容器１２に伝達されることから、効果的に陽極ターゲット５０を冷却することができる。

また、図２に示されたＸ線管においては、従って、液体金属潤滑剤７０が加熱されて気泡等が生ずることがなく、確実に回転体６０を一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂが回転可能に支持すると共にスラスト動圧軸受け１４Ａ，１４Ｂも確実に回転体６０を回転可能に支持することができる。しかも、回転体６０の重心、即ち、陽極ターゲット６０の重心が一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂ間に定められていることから、一対のラジアル軸受け１１Ａ、１１Ｂには、均一な荷重が陽極ターゲット６０から付与され、陽極ターゲット６０が偏芯して回転されるような事態を防止することができ、確実に回転体６０を回転可能に支持することができる。

上述したように、この発明のＸ線管によれば、回転体を両側支持する固定シャフトを冷却導管が貫通されている。従って、この冷却導管を介する冷却液の流入・流出を容易にすることができ、Ｘ線管に蓄積される熱の冷却効率を増大させることができる。冷却導管が固定シャフト内を貫通しているため、圧力損失が減少し、冷却水用ポンプの小型化が可能となる。また、回転する陽極が両側支持され、重量のあるターゲットが軸受間に配置されていることから、軸受の信頼性・振動安定性を高めることができる。その結果として、冷却能力・軸受安信頼性・振動安定性に優れたＸ線管が実現される。

この発明の一実施の形態に係る両持ち軸受構造を有する回転陽極型Ｘ線管の構造を概略的に示す断面図である。 この発明の他の実施の形態に係る両持ち軸受構造を有する回転陽極型Ｘ線管の構造を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１…回転陽極型X線管、２…モータステータ、１０…固定シャフト、１０Ａ，１０Ｂ．．．固定シャフト両端部、１１Ａ，１１Ｂ…ラジアル軸受け、１４Ａ、１４Ｂ…スラスト軸受け、１２…空洞部、１５…円盤部、２０…冷却液、３０…冷却導管、５０…陽極ターゲット、５２…電子衝突面、６０…回転体、６３Ａ，６３Ｂ…シールリング、６４…モータロータ、７０…液体金属潤滑剤、８０…陰極、９０…真空外囲器

Claims (3)

1. 電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、円盤状内面を有する中空円盤状の回転陽極と、
   この回転陽極に向けて電子ビームを発生する陰極と、
   当該回転陽極を支持し、円筒内面を有する中空筒状の回転体と、
   両端が固定支持され、前記回転体に挿入されて前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトであって、当該固定シャフトが第１の間隙を空けて前記円筒内面に対向される対向面を備える柱状軸受部及びこの柱状軸受部に一体的に固定され、前記第１の間隙に連通する第２の間隙を空けて前記円盤状内面に対向される外表面を備える円盤部を有し、中心軸に沿って冷却媒体の流路が形成されている固定シャフトと、
   前記第１及び第２の間隙に充填された潤滑剤と、及び
   前記円筒内面及び前記対向面の少なくとも一方に形成されている軸受溝及び前記第１の間隙に充填された前記潤滑剤で前記対向面上に形成される第１及び第２の動圧軸受けであって、当該第１及び第２の動圧軸受け間に前記回転陽極の重心が配置されている第１及び第２の動圧軸受けと、
   を具備することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記円盤部は、前記冷却媒体の流路に連通する中空部を有し、前記流路から冷却媒体が供給されることを特徴とする請求項１の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記回転体の両開口部には、前記第１及び第２の間隙から前記潤滑剤の漏洩を防止するシール部が前記固定シャフトとの間に設けられていることを特徴とする請求項１の回転陽極型Ｘ線管。

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