JP2010044897A - X-ray tube device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転陽極より発生する振動を低減したX線管装置に関する。 The present invention relates to an X-ray tube apparatus in which vibration generated from a rotating anode is reduced.
従来、X線を使用して被検体を診断する医療用X線装置や、物品等の被検体をX線により検査する工業用X線検査装置には、X線発生源として通常X線管装置が使用されている。
このX線管装置は、絶縁油が充填されたハウジング内にX線管が収容されている。
X線管は、真空容器内に熱電子を発する陰極に対向配置された陽極とからなり、陰極と陽極との間に高電圧を印加すると、熱電子が陽極へ向かって加速されるので、両電極間にX線管電流が流れる。
陽極に達した熱電子は、陽極に設けられたターゲット面上に電子線スポットを形成し、電子線スポットからX線が発生される。
またターゲットの電子線スポットから発生されたX線は、ハウジングの外周面に設けられたX線照射口より被検体に向けて照射され、被検体の検査に供せられるが、印加した電力に対しX線の変換率は僅かであり、残りの電力は熱となって陽極のターゲットやその周辺を加熱することになる。
Conventionally, a medical X-ray apparatus for diagnosing a subject using X-rays and an industrial X-ray inspection apparatus for inspecting a subject such as an article with X-rays usually have an X-ray tube apparatus as an X-ray generation source. Is used.
In this X-ray tube apparatus, an X-ray tube is accommodated in a housing filled with insulating oil.
An X-ray tube is composed of an anode disposed opposite to a cathode that emits thermoelectrons in a vacuum vessel. When a high voltage is applied between the cathode and the anode, the thermoelectrons are accelerated toward the anode. An X-ray tube current flows between the electrodes.
The thermoelectrons reaching the anode form an electron beam spot on the target surface provided on the anode, and X-rays are generated from the electron beam spot.
X-rays generated from the electron beam spot of the target are irradiated toward the subject from an X-ray irradiation port provided on the outer peripheral surface of the housing and used for examination of the subject. The conversion rate of X-rays is slight, and the remaining electric power becomes heat to heat the anode target and its surroundings.
ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生すると、熱によりターゲットの電子線スポットが溶融することがあるため、陽極を回転させてターゲット面上の電子線スポットを分散させることにより、ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生するのを防止した回転陽極型のX線管を使用したX線管装置が実用化されている。
回転陽極型のX線管を採用した従来のX線管装置では、回転する回転陽極がボールベアリングのような軸受を介して真空容器に支持されているが、部品のガタや残留アンバランス、軸受の隙間等が原因で、回転陽極が回転する際振動が発生することがある。
回転陽極が振動すると、その振動が回転陽極を支持する支持手段を介して真空容器にへと伝播され、さらにX線管取り付け手段を介してハウジングへと伝播されるため、ハウジングが振動してX線画像の解像度を低下させたり、騒音の原因となる問題がある。
When heat is concentrated in the target electron beam spot, the target electron beam spot may be melted by the heat. Therefore, the target electron is dispersed by rotating the anode to disperse the electron beam spot on the target surface. An X-ray tube apparatus using a rotary anode type X-ray tube that prevents heat from being concentrated in a line spot has been put into practical use.
In a conventional X-ray tube apparatus that employs a rotating anode type X-ray tube, the rotating rotating anode is supported by a vacuum vessel through a bearing such as a ball bearing. Vibration may occur when the rotating anode rotates due to the gaps or the like.
When the rotating anode vibrates, the vibration is propagated to the vacuum vessel via the supporting means for supporting the rotating anode, and further propagated to the housing via the X-ray tube attaching means. There are problems that reduce the resolution of line images and cause noise.
かかる問題を改善するため、真空容器をクロードセル構造のステンレス発泡金属で形成した回転陽極X線管装置が、例えば特許文献1で提案されている。
前記特許文献1に記載の回転陽極X線管装置では、クロードセル構造のステンレス発泡金属が持つ防振及び防音特性を利用して、回転陽極で発生した振動がX線保持装置へ伝達されるのを防止すると同時に、騒音が真空容器外へ漏洩するのを低減している。
In the rotary anode X-ray tube device described in
しかし特許文献1に記載された回転陽極X線装置では、真空容器をクロードセル構造のステンレス発泡金属により製作しなければならないため、コスト高になる問題がある。
また回転陽極で発生した振動を、回転陽極を支持する支持手段を介して真空容器へ伝播させ、真空容器で吸収する構造のため、回転陽極を支持する軸受等の支持手段に対する振動については低減されることがなく、その結果回転陽極を支承する軸受が早期に摩耗して、X線管の耐久性が低下したり、騒音が経時的に増加する等の問題がある。
本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、回転陽極より発生する振動を効率よく低減できるようにしたX線管装置を提供することを目的とするものである。
However, in the rotary anode X-ray apparatus described in
Also, the vibration generated in the rotating anode is propagated to the vacuum vessel through the supporting means for supporting the rotating anode and absorbed by the vacuum vessel, so that the vibration to the supporting means such as the bearing supporting the rotating anode is reduced. As a result, there is a problem that the bearing for supporting the rotating anode wears out early and the durability of the X-ray tube is lowered or the noise increases with time.
The present invention has been made to remedy such a problem, and an object of the present invention is to provide an X-ray tube apparatus capable of efficiently reducing vibration generated from a rotating anode.
本発明のX線管装置は、陰極と回転陽極の間に高電圧を印加することにより、回転陽極に設けられたターゲットよりX線を発生する回転陽極型のX線管を、絶縁油が充填された密閉構造のハウジング内に収容し、かつX線管を、X線管取り付け手段を介してハウジング内に取り付けたX線管装置であって、回転陽極を支持する回転陽極支持手段とX線管取り付け手段との間に、回転陽極が回転する際発生する振動を低減する防振部材を介在させたものである。 The X-ray tube apparatus according to the present invention fills a rotating anode type X-ray tube that generates X-rays from a target provided on the rotating anode by applying a high voltage between the cathode and the rotating anode. An X-ray tube apparatus which is housed in a sealed housing and has an X-ray tube mounted in the housing via an X-ray tube mounting unit, the rotating anode supporting means for supporting the rotating anode, and the X-ray An anti-vibration member for reducing vibration generated when the rotating anode rotates is interposed between the tube attaching means.
また本発明のX線管装置は、防振部材を、絶縁油に浸漬することにより膨潤、軟化する弾性材料により形成したものである。 In the X-ray tube device of the present invention, the vibration-proof member is formed of an elastic material that swells and softens when immersed in insulating oil.
また本発明のX線管装置は、回転陽極支持手段を形成する陽極支持部材の両面に防振部材を取り付け、かつ防振部材が圧縮された状態で陽極支持部材をX線管取り付け手段に取り付けると共に、ハウジング内に充填された絶縁油により防振部材を浸漬して、防振部材を膨潤、軟化させたものである。 In the X-ray tube apparatus of the present invention, the vibration isolating members are attached to both surfaces of the anode supporting member forming the rotating anode supporting means, and the anode supporting member is attached to the X-ray tube attaching means in a compressed state. At the same time, the vibration isolating member is immersed in the insulating oil filled in the housing to swell and soften the vibration isolating member.
また本発明のX線管装置は、防振部材を、主剤と架橋剤及び接着促進剤の3液からなる3液製シリコンを所定形状に成形することにより形成したものである。 In the X-ray tube device of the present invention, the vibration isolating member is formed by molding a three-component silicon made of the three components of the main agent, the crosslinking agent and the adhesion promoter into a predetermined shape.
本発明のX線管装置によれば、回転陽極より発生する振動を効率よく低減できるようにしたX線管装置を提供することができる。 According to the X-ray tube apparatus of the present invention, it is possible to provide an X-ray tube apparatus that can efficiently reduce vibrations generated from the rotating anode.
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図1はX線管装置の断面図、図2は回転陽極付近の拡大断面図、図3は回転陽極支持手段の拡大側面図、図4は図3のA方向からの矢視図、図5は振動加速度と周波数の関係を示す線図である。
図1は、例えば医療用X線装置や工業用X線検査装置に使用するX線管装置の本体1を示すもので、金属により形成された密閉構造のハウジング2を有している。
ハウジング2内には、X線の照射方向(矢印B)がハウジング2の外周面に形成されたX線照射口2a方向に向くようにX線管4が収容されていて、X線管4の一端側は、後述するX線管取り付け手段14によりハウジング2の内周面に突設されたフランジ2bに固着されている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view of the X-ray tube device, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in the vicinity of the rotary anode, FIG. 3 is an enlarged side view of the rotary anode support means, FIG. 4 is a view from the direction of arrow A in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between vibration acceleration and frequency.
FIG. 1 shows a
The X-ray tube 4 is accommodated in the
X線管4は、中心軸がハウジング2の中心軸と合致するよう設けられた真空容器4aを有しており、真空容器4aは一端側が大径に、そして他端側は小径に形成されていて、内部が真空状態となっており、ハウジング2内には、X線管4を冷却する絶縁油3が充満されている。
真空容器4aの大径部4b側端部内には、陰極4eを保持する陰極保持部材4dが設けられていて、この陰極保持部材4dに、真空容器4aの中心に対し偏心するよう陰極4eが取り付けられており、陰極4eと対向する位置には、回転陽極4fが設けられている。
回転陽極4fは、図2に示すように円板状に形成されていて、陰極4eと対向する面がX線照射方向Bに対して所定角度傾斜されており、この傾斜面4gに円板状のターゲット4hが設けられている。
The X-ray tube 4 has a
A
The rotating
また回転陽極4fの中心部は、回転駆動手段5を構成するのロータ5aの一端側に突設された回転軸5cにナットのような固定手段5dにより固着されている。
回転駆動手段5は回転陽極4fを高速回転させるもので、筒状に形成されたロータ5aと、真空容器4aの小径部4c側外周に設けられたステータ5bとからなる。
ロータ5aは、図2に示すように一端側が端板5eにより閉鎖され、他端側が開放された円筒状に形成されており、端板5eの中心部より突設された回転軸5cに回転陽極4fの中心部が固着されていて、ロータ5aと一体に回転陽極4fが回転されるようになっている。
The central portion of the rotating
The rotation driving means 5 rotates the
As shown in FIG. 2, the
ロータ5aの中心部には、回転陽極4fの回転中心と同心的に支持軸5fが設けられている。
支持軸5fの一端側は、ロータ5aの他端側開口からロータ5a内に挿入された中空軸5gに、そして他端側は、ロータ5aの外側へ突出された中実軸5hとなっており、中空軸5gの外周面に磁石体5iが全周に亘って設けられている。
中空軸5g内の中心部にはロータ軸5jが設けられており、中空軸5gの一端側開口より回転軸5c側へ突出されたロータ軸5jの一端側がロータ5aの内周面に固着されていて、ロータ軸5jとロータ5aとが一体に回転されるようになっている。
ロータ軸5jと中空軸5gの間には、ロータ軸5jの軸方向に間隔を存して一対の軸受6が設けられ、またロータ5aの一端側と中空軸5gの一端側の間にも軸受7が設けられていて、これら軸受6,7によりロータ5aが支持軸5fに回転自在に支承されており、ロータ軸5jの他端側と中実軸5hの間には、圧縮ばね8が介在されている。
A support shaft 5f is provided at the center of the
One end side of the support shaft 5f is a hollow shaft 5g inserted into the
A
A pair of
中空軸5gの他端側に設けられた中実軸5hは、他端側が回転陽極支持手段10を構成する陽極支持部材10aの中心部に設けられたボス部10e内に螺着されている。
回転陽極支持手段10は、支持軸5fの他端を支持する陽極支持部材10aと、回転陽極4fの回転及び回転駆動手段5のロータ5aで発生する振動を吸収、減衰する防振部材10bとからなる。
陽極支持部材10aは、図3及び図4に示すように円板状の支持板10cと、支持板10cの中心部に形成された取り付け孔10dを囲むように支持板10cの両面に突設された筒状のボス部10eとからなる。
そして支持板10cの回転駆動手段5側に突設されたボス部10eに中実軸5hの他端が螺着されており、反対側の面に突設されたボス部10eには、中実軸5hをボス部10eに固定する固着具11aが埋め込まれたハンドル11が嵌合されていて、固着具11aの先端部が中実軸5hの端部に螺着されている。
The
The rotary anode support means 10 includes an
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The other end of the
一方陽極支持部材10aの支持板10cには、図4に示すように同一円周上に複数、例えば6個の通油孔10fが等間隔に穿設されており、支持板10cの中心を挟んで対向する位置には、一対の取り付け孔10gが穿設されている。
通油孔10fより外周側の同一円周上には、通油孔10fと同一位相となるよう複数の防振部材10bが支持板10cの表裏面に交互に設けられている。
防振部材10bは、例えば直径が約6mm、厚さが約3mmの円板よりなり、3液製シリコンにより次のように製作されている。
3液製シリコンは、主剤と、架橋剤及び接着促進剤の3液を、例えば50:5:1の割合で混合した後、130Pa以下の真空中で攪拌脱気処理を約30分間行うことにより3液混合液を製作する(なお3液は、何れも信越化学株式会社製の3液型RTVゴムKE1800を使用)。
On the other hand, in the
On the same circumference on the outer peripheral side from the
The
Three-part silicon is prepared by mixing three parts of the main agent, a crosslinking agent and an adhesion promoter in a ratio of, for example, 50: 5: 1, and then performing a stirring and deaeration process in a vacuum of 130 Pa or less for about 30 minutes. A three-component liquid mixture is produced (all three components use a three-component RTV rubber KE1800 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
その後離型性を有する例えばデルリン(登録商標)樹脂により形成した型を支持板10c上の防振部材10bを設ける位置に配置する。
そして支持板10c上に配置された型の中に3液混合液を流し込んだ状態で、約100℃の雰囲気中に1時間ほど投入して3液混合液を硬化させ、3液混合液が硬化したら型を取り外すことにより、支持板10cの所定位置に防振部材10bが形成される。
次に支持板10cを絶縁油に浸漬して、3液製シリコンにより形成された防振部材10bの膨潤処理を行うが、絶縁油には、ハウジングに充填した絶縁油3と同じものを使用することから、防振部材10bの膨潤処理は、X線管4をハウジング2内に組み立ててから行う。
Thereafter, a mold made of, for example, Delrin (registered trademark) resin having releasability is disposed at a position where the
Then, in a state where the three-liquid mixture is poured into the mold disposed on the
Next, the
前記のようにして支持板10cの両面に防振部材10bが接着された陽極支持部材10aは、真空容器の小径部外周を覆うように設けられたステータ支持部材10kの端部とX線管取り付け手段14の小径側端部の間に図2に示すように挟着された状態となっている。
そしてX線管取り付け手段14の小径部側端部より支持板10cの取り付け孔に挿入された固着具15をステータ支持部材10kの端部に螺挿することにより、X線管取り付け手段14の小径部側端部に固定されており、このとき防振部材10bは、圧縮する前の約83%程度の厚みに圧縮されている。
ステータ支持部材10kは、回転陽極4f側の端部がラッパ状に拡開された筒状体により形成されていて、ロータ側に設けられた磁石体と対向する位置に、鉄芯10nに巻かれたステータコイル10pがステータ支持部材10kの全周に設けられている。
またX線管取り付け手段14は、ステータ5b側が大径で、かつ陽極支持部材10a側が小径となったテーパ筒状に形成されていて、大径側がハウジング2の内周面に突設されたフランジ2bに図示しない固着具により固着されている。
As described above, the
And the small diameter of the X-ray tube attachment means 14 is inserted by screwing the fixing tool 15 inserted into the attachment hole of the
The
The X-ray tube mounting means 14 is formed in a tapered cylindrical shape having a large diameter on the
次に前記構成されたX線管装置の作用を説明する。
図1に示すように組み立てられたX線管装置のハウジング2内には、X線管4を周囲から冷却する絶縁油3が充填されているが、絶縁油3として株式会社ジャパンエナジー製のJOMOエレタスを使用しており、絶縁油の成分は、潤滑油基油99%に潤滑油添加剤を1%添加したものとなっている。
ハウジング内に絶縁油3を充填して組み立てが完了した本体1は、医療用X線装置や工業用X線検査装置(何れも図示せず)に取り付けて使用に供されるが、使用中は回転駆動源5により回転陽極4fが高速回転された状態で、陰極4dと回転陽極4fとの間に高電圧が印加される。
これにより両電極4d,4f間にX線管電流が流れて、陽極4f側に設けられたターゲット4hからX線がX線照射口2a方向に発生されて、X線照射口2aより被検体に向けて照射される。
Next, the operation of the X-ray tube apparatus constructed as described above will be described.
The
The
As a result, an X-ray tube current flows between the
一方ハウジング2内に充填された絶縁油3は、X線管4の周囲を冷却して、X線管4の真空容器4a内が高温となるのを防止すると同時に、絶縁油3の一部は支持板10cに形成された通油孔10fより真空容器4aの小径部4bとステータ支持部材10kの間に侵入して、X線管4および回転駆動源10で発生する熱を冷却するが、同時に支持板10cに設けられた防振部材10bにも達して、これらを膨潤する。
X線管4によるX線の発生により、X線管4を冷却する絶縁油3の温度は約100℃程度に上昇するため、支持板10cに設けられた防振部材10bは、約100℃の絶縁油3で膨潤されるようになり、この状態で50時間以上浸漬されると膨潤、軟化が進行し、延べ約156時間程度浸漬されると、弾性係数(荷重/撓み量)が6.90から2.51程度まで低下する。
On the other hand, the insulating
Since the temperature of the insulating
これによって回転駆動手段5により回転陽極4fが高速回転された際に、回転陽極4fやロータ5a及び回転陽極支持手段10の製作精度や組み立て精度等が原因で振動が発生しても、この振動が回転陽極支持手段10を介してX線管取り付け手段14側へ伝播される際に防振部材10bにより吸収、減衰されるため、X線管取り付け手段14よりハウジング2側へ伝播される振動や、これに伴う騒音を大幅に低減することができる。
また防振部材10b設けることにより回転陽極支持手段10が軟支持構造となって、回転陽極4fより発生する振動を抑制するるため、回転陽極4f自体の振動が軽減される上、回転陽極4fを回転自在に支承する軸受6,7等の摩耗を低減することができるため、X線管4の耐久性も向上する。
As a result, when the
Further, by providing the
図5は振動加速度と周波数の関係を示したもので、曲線Cは回転陽極支持手段10を防振部材10bを使用せずに直接X線管取り付け手段14に取り付けた従来のX線管の振動発生状態を示している。
また曲線Dは、X線管4をハウジング2内に組み込む際、支持板10cを取り付ける固着具により防振部材10bを圧縮率2.5/3程度に締め付けた状態で防振部材10bを絶縁油3に浸漬して、防振部材10bを膨潤させたもので、膨潤処理による防振効果が得られるが、100Hz付近の振動に対しては、十分な防振効果が得られていない。
曲線Eは、防振部材10bが約83%程度の厚みに圧縮されるように固着具15が締め付けた状態でX線管4を組み立て、約100℃の絶縁油3に約156時間防振部材10bを浸漬して膨潤させた状態での防振効果を示すもので、全周波数領域において高い防振効果が得られることが確認できた。
FIG. 5 shows the relationship between vibration acceleration and frequency. Curve C shows the vibration of a conventional X-ray tube in which the rotating anode support means 10 is directly attached to the X-ray tube attachment means 14 without using the
Curve D indicates that when the X-ray tube 4 is assembled in the
Curve E shows that the X-ray tube 4 is assembled with the fastener 15 tightened so that the
なお前記実施の形態では、X線管4を実際に稼動させてハウジング内に充填された絶縁油3により防振部材10bを膨潤処理する場合について説明したが、X線管装置を組み立てた状態でX線管4に高電圧を印加して絶縁油3の温度を約100℃まで上昇させ、絶縁油3による膨潤処理を行うようにしてもよく、絶縁油3に約50時間以上浸漬すると、防振部材10bが膨潤して弾性率が約2.52程度まで軟化し、その後その値に収束することが実験で判明したことから、絶縁油3による防振部材10bの膨潤処理は、50時間以上すれば十分である。
また前記実施の形態では、医療用X線装置やX線検査装置のような工業用X線装置にX線管装置を適用した場合について説明したが、これら装置に限定されることがないことは勿論である。
In the above-described embodiment, the case where the X-ray tube 4 is actually operated and the vibration-
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where an X-ray tube apparatus was applied to industrial X-ray apparatuses, such as a medical X-ray apparatus and an X-ray inspection apparatus, it is not limited to these apparatuses. Of course.
2 ハウジング
3 絶縁油
4 X線管
4f 回転陽極
4h ターゲット
10 回転陽極支持手段
10a 陽極支持部材
10b 防振部材
14 X線管取り付け手段
2
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