JP2014235968A - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い回転軸及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管を提供する。【解決手段】回転陽極型Ｘ線管１は、回転軸１０と、回転体２０と、を備えている。回転軸１０は、第１円筒１１と、第１円筒１１に連結され第１円筒１１の一部に対向した第２円筒１２と、を有している。回転体２０は、電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット５０を有し、回転軸１０の周囲で軸受により回転自在に支持され第１円筒１１に対向している。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転陽極型Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管装置は、医療診断システムや工業診断システム等に用いられている。Ｘ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型Ｘ線管と、ステータコイルと、これら回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体と、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、回転軸と、この回転軸の周囲で軸受により回転自在に設けられた回転体と、この回転体の端部に接続部を介して設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットに対向配置された陰極と、これらを収容した真空外囲器と、を有している。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイルは回転体に与える磁界を発生するため、回転体及び陽極ターゲットは回転する。また、陰極は電子を放出する。これにより、陽極ターゲットは、電子と衝突するときにＸ線を放出する。

Ｘ線管装置の動作時に、陽極ターゲットは、陽極ターゲットへの熱入力により高温になる。すなわち、陽極ターゲットは、電子が衝突されることにより高温になる。陽極ターゲットの許容できる熱入力の大きさは、陽極ターゲットの熱容量と、陽極ターゲットの冷却率とで制限される。このため、陽極ターゲットの許容できる熱入力をより大きくする必要がある。

陽極ターゲットの許容できる熱入力を大きくする技術としては、軸受に動圧形のすべり軸受を採用し、回転軸を筒状に形成し回転軸の内部に冷却液が流れる流路を形成する技術が挙げられる。陽極ターゲットの熱を、軸受及び回転軸を介して冷却液に伝達する伝導冷却を利用することができる。

この場合、回転軸の厚み（回転軸の中心軸に垂直な方向における筒の内周面と外周面との間の距離）が小さいほど軸受面の温度を下げることができる。これにより、軸受面の変形を抑制することができる。また、すべり軸受に使用する潤滑剤に液体金属を採用した場合は、軸受面と液体金属との反応を抑制することができる。

従って、回転軸の軸受面と、回転体の軸受面とのかじりを抑制することができ軸受性能の低下を低減することができる。すなわち、軸受の製品寿命を延ばすことができる。上記のように、回転軸の厚みを小さくすることにより、信頼性の高い軸受を有する回転陽極型Ｘ線管を得ることができる。

特公平６−７０８９６号公報

ところで、回転軸の厚みを全体的に小さくすると、機械的強度の観点から、回転軸の信頼性は低下してしまう。このため、予め厚みを小さく形成した筒を回転軸に使用することはできない。そこで、全長にわたって同一の厚み（内径）を有した筒を用意した後、中ぐり加工を利用して筒の内周面を切削し、部分的に筒の厚みを小さくし、回転軸を形成することができる。これにより、回転軸のうち切削していない個所の内径をＤ［ｍｍ］とすると、回転軸のうち切削した個所の内径をＤ［ｍｍ］より大きくすることができる。

しかしながら、中ぐり加工上、内径が２×Ｄ［ｍｍ］より大きくなるように筒の内周面を切削することができない問題がある。その他、回転軸に利用する筒がモリブデンのように硬い金属で形成されている場合、中ぐり加工による筒の内周面の切削をし難い問題がある。このため、回転軸は、所望の大きさの内径を得ることができなくなる場合がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、信頼性の高い回転軸及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。

一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、
第１円筒と、前記第１円筒に連結され前記第１円筒の一部に対向した第２円筒と、を有した回転軸と、
電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットを有し、前記回転軸の周囲で軸受により回転自在に支持され前記第１円筒に対向した回転体と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図２は、図１に示した回転陽極型Ｘ線管の一部を示す拡大断面図であり、回転軸を示す図である。 図３は、第２の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、回転軸を示す図である。 図４は、第３の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、回転軸を示す図である。 図５は、第４の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、回転軸を示す図である。 図６は、図５の線Ａ−Ａに沿った回転陽極型Ｘ線管の一部を示す断面図であり、回転軸の第１円筒及び中実円柱部を示す図である。 図７は、図５の線Ｂ−Ｂに沿った回転陽極型Ｘ線管の一部を示す断面図であり、回転軸の第１円筒及び中実円柱部を示す図である。 図８は、図５の線Ｃ−Ｃに沿った回転陽極型Ｘ線管の一部を示す断面図であり、回転軸の第１円筒及び中実円柱部を示す図である。 図９は、第５の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図１０は、図９に示した回転陽極型Ｘ線管の一部を示す拡大断面図であり、回転軸を示す図である。

以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。
図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管１及び磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２等を備えている。

回転陽極型Ｘ線管１は、陽極ターゲット５０と、陰極６０と、真空外囲器７０とを備えている。さらに、回転陽極型Ｘ線管１は、回転軸１０と、回転体２０と、潤滑剤としての液体金属ＬＭとを備え、すべり軸受を使っている。

図１及び図２に示すように、回転軸１０は、第１円筒１１、第２円筒１２及び第３円筒１３を具備している。
第１円筒１１は、例えばＭｏ（モリブデン）合金等の金属で形成されている。第１円筒１１の内径は、全長にわたって同一である。第１円筒１１は、径大部１５、第１径小部１６及び第２径小部１７を具備している。径大部１５、第１径小部１６及び第２径小部１７は、同軸的に一体に形成されている。

径大部１５は、円筒状に形成され、一端に第１スラスト軸受面Ｓ１５ａを有し他端に第２スラスト軸受面Ｓ１５ｂを有している。
第１径小部１６は、径大部１５より外径の小さい円筒状に形成され、径大部１５の一端側に位置している。第１径小部１６は、側面に形成されたラジアル軸受面Ｓ１６ａを有している。ラジアル軸受面Ｓ１６ａは、第１径小部１６の側面に全周に亘って形成されている。
第２径小部１７は、径大部１５より外径の小さい円筒状に形成され、径大部１５の他端側に位置している。

第２円筒１２は、第１円筒１１の一端部に連結されている。第３円筒１３は、第１円筒１１の他端部に連結されている。回転軸１０の中心軸に沿った方向において、第２円筒１２及び第３円筒１３は、互いに間隔を置いて位置している。第２円筒１２及び第３円筒１３は、例えばＦｅ（鉄）合金等の金属で形成されている。

また、この実施形態において、第２円筒１２及び第３円筒１３は、第１円筒１１にそれぞれろう接により連結されている。このため、ろう材が、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間に設けられ、第１円筒１１と第２円筒１２とを接合している。また、ろう材は、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を液密に閉塞している。

第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間にもろう材が設けられ、第１円筒１１と第３円筒１３とを接合している。また、ろう材は、第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間を液密に閉塞している。これにより、第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間を伝っての真空外囲器７０の内部空間への冷却液Ｌの漏洩を防止することができる。

第１円筒１１、第２円筒１２及び第３円筒１３は、内部に冷却液Ｌが流れる流路を形成している。このため、回転陽極型Ｘ線管１の発熱部（陽極ターゲット５０）の冷却率を向上させることができる。さらに、陽極ターゲット５０に対向した領域において、回転軸１０は第１円筒１１のみで形成されている。陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚み（回転軸１０の中心軸に垂直な方向における回転軸１０の内周面と外周面との間の距離）を小さくすることができる。すなわち、陽極ターゲット５０から回転軸１０の内部を流れる冷却液Ｌまでの熱伝達パスを短くすることができる。
なお、第２円筒１２及び第３円筒１３は、回転体２０の外側に突出している。ここでは、第１円筒１１の一端部（第２径小部１７）も、第２円筒１２とともに回転体２０の外側に突出している。

回転体２０は、回転軸１０の周囲で軸受により回転自在に支持されている。回転体２０は、少なくとも第１円筒１１に対向している。回転体２０は、回転体２０の中心軸に沿った方向に延出している。回転体２０は、陽極ターゲット５０と、第１円筒２１と、第２円筒２２と、第３円筒２３とを備えている。陽極ターゲット５０、第１円筒２１、第２円筒２２及び第３円筒２３は、回転軸１０と同軸的に設けられている。

陽極ターゲット５０は、陰極６０から放出された電子が衝突されることによりＸ線を放出する。陽極ターゲット５０は、形状が円環状であり、重金属等の材料で形成されている。この実施形態において、陽極ターゲット５０は、モリブデン合金で形成されている。

詳しくは、陰極６０と対向した側において、陽極ターゲット５０上には円環状のＸ線放射層５１が形成されている。Ｘ線放射層５１は、電子が入射されることによりＸ線を放射する。Ｘ線放射層５１は、陽極ターゲット５０を形成する材料より融点の高い金属として例えばタングステン合金で形成されている。

第１円筒２１は、筒状であり、重金属等の材料で形成されている。この実施形態において、第１円筒２１は、モリブデン合金で形成され、陽極ターゲット５０に接合されている。第１円筒２１と陽極ターゲット５０とを同一材料で形成する場合、これらを同時に一体的に形成することができる。

第１円筒２１のうち第３円筒１３と対向した端部は円形枠状に窪められて形成されている。第１円筒２１には、内周面側に円環状の凹部が形成されている。第１円筒２１の凹部の内部に径大部１５が嵌合された状態で、回転軸１０は第１円筒２１（回転体２０）の内部に嵌合されている。径大部１５及び第１円筒２１の凹部は、回転軸１０及び回転体２０の上記中心軸に沿った方向への相対的なズレを規制するものである。

第１円筒２１は、第１スラスト軸受面Ｓ２１ａと、第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂと、ラジアル軸受面Ｓ２１ｃとを有している。第１スラスト軸受面Ｓ２１ａは、第１円筒２１の凹部に形成され、回転軸１０の第１スラスト軸受面Ｓ１５ａに対向している。第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂは、第１円筒２１の凹部に形成され、回転軸１０の第２スラスト軸受面Ｓ１５ｂに対向している。ラジアル軸受面Ｓ２１ｃは、上記凹部から外れた第１円筒２１の内周面に形成され、回転軸１０のラジアル軸受面Ｓ１６ａに対向している。

回転軸１０及び第１円筒２１（回転体２０）は、全対向領域で、互いに隙間を置いて設けられている。第１スラスト軸受面Ｓ２１ａ及び第１スラスト軸受面Ｓ１５ａ間の隙間、第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂ及び第２スラスト軸受面Ｓ１５ｂ間の隙間、並びにラジアル軸受面Ｓ２１ｃ及びラジアル軸受面Ｓ１６ａ間の隙間は、２０μｍ程度である。

第２円筒２２は、筒状であり、金属等の材料で形成されている。この実施形態において、第２円筒２２は、鉄合金で形成されている。第２円筒２２は、第１円筒２１の他端部の外周面に連結され固定されている。第２円筒２２は、例えばろう接により第１円筒２１に連結されている。

第３円筒２３は、筒状であり、例えば銅で形成されている。第３円筒２３は、第１円筒２１及び第２円筒２２の外周面と接合され、第１円筒２１及び第２円筒２２に固定されている。なお、ステータコイル２が発生する磁界は第３円筒２３に与えられる。

第１円筒２１、第２円筒２２及び第３円筒２３を互いに固定する手法としては、ろう接や、溶接や、外径の小さい方の円筒を冷却して行う冷やし嵌め、外径の大きい方の円筒を加熱して行う焼き嵌め、一方の円筒を他方の円筒に圧入して行う圧入嵌めなどの締り嵌めや、かしめや、ねじ締結や、ピン打ちなどを採ることができる。

図１に示すように、液体金属ＬＭは、回転軸１０と回転体２０との間の隙間に充填されている。液体金属ＬＭは、主に第１円筒１１と第１円筒２１との間の隙間に充填されている。このため、本実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の軸受はすべり軸受である。液体金属ＬＭは、ＧａＩｎ（ガリウム・インジウム）合金又はＧａＩｎＳｎ（ガリウム・インジウム・錫）合金等の材料を利用することができる。

液体金属ＬＭは、第１スラスト軸受面Ｓ１５ａ及び第１スラスト軸受面Ｓ２１ａとともに動圧形の第１スラストすべり軸受Ｂ１を形成している。液体金属ＬＭは、第２スラスト軸受面Ｓ１５ｂ及び第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂとともに動圧形の第２スラストすべり軸受Ｂ２を形成している。液体金属ＬＭは、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ及びラジアル軸受面Ｓ２１ｃとともに動圧形のラジアルすべり軸受Ｂ３を形成している。

また、第１円筒２１（第１円筒２１の円形枠状に窪められた端部）と、第３円筒１３との間の隙間（クリアランス）は、回転体２０の回転を維持するとともに液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。同様に、第１円筒２１と、第２径小部１７（第１円筒１１）との間の隙間（クリアランス）は、回転体２０の回転を維持するとともに液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上のことから、上記隙間は僅かであり、第１円筒２１の両端部はラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能するものである。

陰極６０は、Ｘ線放射層５１（陽極ターゲット５０）に間隔を置いて対向配置されている。陰極６０は、真空外囲器７０の内壁に取付けられている。陰極６０は、Ｘ線放射層５１に照射する電子を放出する電子放出源としてのフィラメント６１を有している。

真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は例えばガラスで形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット５０と対向した個所の径は、第３円筒２３と対向した個所の径より大きい。真空外囲器７０は開口部７１及び開口部７２を有している。真空外囲器７０は、密閉され、回転軸１０、回転体２０（陽極ターゲット５０）及び陰極６０等を収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。

真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７１は回転軸１０の一端部に密着し、開口部７２は回転軸１０の他端部に密着している。ここでは、開口部７２は第３円筒１３の外周面に溶接されている。一方、開口部７１は第２径小部１７の外周面に気密にろう接されている。Ｍｏ合金で形成された第２径小部１７の融点は高く、溶接し難いためである。この実施の形態において、回転陽極型Ｘ線管１は、両端支持軸受構造を採用している。真空外囲器７０は、回転軸１０の第２径小部１７及び第３円筒１３を固定している。すなわち、第２径小部１７及び第３円筒１３は、軸受の両持ち支持部として機能している。

ステータコイル２は、回転体２０の側面、より詳しくは第３円筒２３の側面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。

Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル２の他、図示しない筐体、導管、循環ポンプ及び熱交換器等を備えている。筐体は、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル２を収容している。筐体と、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル２との間の空間には冷却液（例えば冷却液Ｌ）が充填されている。導管は、回転軸１０の流路に連結されている。循環ポンプは、導管に取り付けられ、冷却液Ｌを循環させる。循環ポンプは、回転軸１０の流路に冷却液Ｌを吐き出し又は回転軸１０の流路から冷却液Ｌを取り込む。熱交換器は、冷却液Ｌの循環路（例えば、上記導管）に取付けられ、冷却液Ｌの熱を外部に放出する。
上記のように回転陽極型Ｘ線管１等を備えたＸ線管装置が形成されている。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイル２は回転体２０（特に第３円筒２３）に与える磁界を発生するため、回転体２０は回転する。これにより、陽極ターゲット５０は回転する。また、陰極６０に相対的に負の電圧が印加され、陽極ターゲット５０に相対的に正の電圧が印加される。

これにより、陰極６０及び陽極ターゲット５０間に電位差が生じる。このため、フィラメント６１は、電子を放出すると、この電子は、加速され、Ｘ線放射層５１に衝突される。これにより、Ｘ線放射層５１は、電子と衝突するときにＸ線を放出し、放出されたＸ線は真空外囲器７０及び筐体のＸ線透過窓（図示せず）を透過し、筐体の外部に放出される。

上記のように構成された第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１及びＸ線管装置によれば、回転陽極型Ｘ線管１は、回転軸１０と、回転体２０（陽極ターゲット５０）と、液体金属ＬＭと、陰極６０と、真空外囲器７０と、を備えている。回転軸１０は、第１円筒１１と、第１円筒１１の一端部に連結された第２円筒１２と、第１円筒１１の他端部に連結され第２円筒１２に間隔を置いて位置した第３円筒１３と、を有している。

回転体２０は、電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット５０（Ｘ線放射層５１）を有している。回転体２０は、少なくとも第１円筒１１に対向し、回転軸１０の周囲で軸受（すべり軸受）により回転自在に支持されている。

所望のサイズ及び厚みの第１円筒１１、第２円筒１２及び第３円筒１３を組み合わせることにより、必要な機械的強度を有し、部分的に厚みの小さい回転軸１０を形成することができる。中ぐり加工を利用すること無しに回転軸１０を得ることができるため、所望の大きさの内径を有する回転軸１０を得ることができる。

第１円筒１１、第２円筒１２及び第３円筒１３は、内部に冷却液Ｌが流れる流路を形成している。このため、回転陽極型Ｘ線管１の発熱部（陽極ターゲット５０）の冷却率を向上させることができる。さらに、陽極ターゲット５０に対向した領域において、回転軸１０は第１円筒１１のみで形成されている。陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚みを小さくすることができる。すなわち、陽極ターゲット５０から回転軸１０の内部を流れる冷却液Ｌまでの熱伝達パスを短くすることができる。

そして、陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚みが小さい程、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ及びラジアル軸受面Ｓ２１ｃの温度を下げることができる。これにより、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ、Ｓ２１ｃの変形を抑制することができる。また、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ、Ｓ２１ｃと液体金属ＬＭとの反応を抑制することができる。

従って、回転軸１０の軸受面と、回転体２０の軸受面とのかじりを抑制することができ軸受性能の低下を低減することができる。すなわち、軸受の製品寿命を延ばすことができる。

ろう材は、第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間を液密に閉塞している。これにより、第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間を伝っての真空外囲器７０の内部空間への冷却液Ｌの漏洩を防止することができる。

第１円筒１１と、第２円筒１２及び第３円筒１３とは、互いに異なる材料で形成されている。軸受面を有する第１円筒１１は、融点の高い高価なＭｏ合金で形成されている。第２円筒１２及び第３円筒１３は、Ｍｏ合金より安価なＦｅ合金で形成されている。回転軸１０を、Ｍｏ合金だけでなく、鉄系の材料も利用して形成することができるため、回転軸１０の製造コストの高騰を抑制することができる。
上記したことから、信頼性の高い回転軸１０及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管１及び回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置を得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、回転軸１０は、円筒同士をねじで連結し、円筒同士をろう接して形成されている。
第１円筒１１は、回転軸１０の中心軸に沿った方向に互いに間隔を置いて位置した第１ねじ部１１ｔ１及び第２ねじ部１１ｔ２と、第１ねじ部１１ｔ１及び第２ねじ部１１ｔ２から外れて位置した第１接合面１１ｓ１及び第２接合面１１ｓ２と、を有している。第１ねじ部１１ｔ１、第２ねじ部１１ｔ２、第１接合面１１ｓ１及び第２接合面１１ｓ２は、第１円筒１１の内周面に形成されている。

第１ねじ部１１ｔ１及び第２ねじ部１１ｔ２はめねじである。第１接合面１１ｓ１は、第１ねじ部１１ｔ１に対して第２ねじ部１１ｔ２の反対側に位置している。第２接合面１１ｓ２は、第２ねじ部１１ｔ２に対して第１ねじ部１１ｔ１の反対側に位置している。

第２円筒１２は、第１ねじ部１１ｔ１に対向した第３ねじ部１２ｔと、第３ねじ部１２ｔから外れて位置し第１接合面１１ｓ１に対向した第３接合面１２ｓと、を有している。第３ねじ部１２ｔ及び第３接合面１２ｓは、第２円筒１２の外周面に形成されている。

第３ねじ部１２ｔはおねじである。第３ねじ部１２ｔの有効径と、第１ねじ部１１ｔ１の有効径とは概ね同一である。第２円筒１２を回して第３ねじ部１２ｔを第１ねじ部１１ｔ１に締め付けることにより、第２円筒１２は第１円筒１１に連結される。

第１接合面１１ｓ１と第３接合面１２ｓとの間の隙間にはろう材が設けられている。上記ろう材は、第１円筒１１と第２円筒１２とを接合し、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を液密に閉塞している。

第３円筒１３は、第２ねじ部１１ｔ２に対向した第４ねじ部１３ｔと、第４ねじ部１３ｔから外れて位置し第２接合面１１ｓ２に対向した第４接合面１３ｓと、を有している。第４ねじ部１３ｔ及び第４接合面１３ｓは、第３円筒１３の外周面に形成されている。

第４ねじ部１３ｔはおねじである。第４ねじ部１３ｔの有効径と、第２ねじ部１１ｔ２の有効径とは概ね同一である。第３円筒１３を回して第４ねじ部１３ｔを第２ねじ部１１ｔ２に締め付けることにより、第３円筒１３は第１円筒１１に連結される。

第２接合面１１ｓ２と第４接合面１３ｓとの間の隙間にはろう材が設けられている。上記ろう材は、第１円筒１１と第３円筒１３とを接合し、第１円筒１１と第３円筒１３との間の隙間を液密に閉塞している。

ここで、第１ねじ部１１ｔ１及び第３ねじ部１２ｔには、右ねじ又は左ねじを使用することができる。同様に、第２ねじ部１１ｔ２及び第４ねじ部１３ｔには、右ねじ又は左ねじを使用することができる。この実施形態において、第１ねじ部１１ｔ１及び第３ねじ部１２ｔに右ねじを使用し、第２ねじ部１１ｔ２及び第４ねじ部１３ｔにも右ねじを使用している。

上記のように構成された第２の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１及びＸ線管装置によれば、回転軸１０は、第１円筒１１と、第２円筒１２と、第３円筒１３と、を有している。回転体２０は陽極ターゲット５０（Ｘ線放射層５１）を有している。回転体２０は、少なくとも第１円筒１１に対向し、回転軸１０の周囲で軸受（すべり軸受）により回転自在に支持されている。このため、本実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１は、上記第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１と同様の効果を得ることができる。

第２円筒１２及び第３円筒１３は、ろう接だけでなくねじも利用して第１円筒１１に連結されている。このため、第２円筒１２及び第３円筒１３を第１円筒１１に強固に連結することができる。
上記したことから、信頼性の高い回転軸１０及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管１及び回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置を得ることができる。

次に、第３の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第２の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、回転軸１０は、円筒同士をねじのみで連結して形成されている。第２円筒１２及び第３円筒１３は、第１円筒１１にろう接されていない。また、この実施形態において、回転軸１０及び回転体２０の形状を変形することにより、開口部７２は第１円筒１１の外周面にろう接されている。

上記のように構成された第３の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１及びＸ線管装置によれば、回転軸１０は、第１円筒１１と、第２円筒１２と、第３円筒１３と、を有している。回転体２０は陽極ターゲット５０（Ｘ線放射層５１）を有している。回転体２０は、少なくとも第１円筒１１に対向し、回転軸１０の周囲で軸受（すべり軸受）により回転自在に支持されている。このため、本実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１は、上記第２の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１と同様の効果を得ることができる。

第２円筒１２及び第３円筒１３は、ねじのみ利用して第１円筒１１に連結されている。但し、開口部７２は第１円筒１１の外周面にろう接されている。このため、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を冷却液Ｌが伝う場合があっても、真空外囲器７０の内部空間への冷却液Ｌの漏洩を防止することができる。
上記したことから、信頼性の高い回転軸１０及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管１及び回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置を得ることができる。

次に、第４の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図５、図６、図７及び図８に示すように、回転陽極型Ｘ線管１は、中実円柱部８０をさらに備えている。中実円柱部８０は、回転軸１０の内部に設けられている。回転軸１０の中心軸に沿った方向において、中実円柱部８０は、第２円筒１２と第３円筒１３との間に位置している。中実円柱部８０は、第１円筒１１の内周面との間に一定の隙間を置いている。

中実円柱部８０は、回転軸１０と同軸的に設けられ、回転軸１０の一部に形成されている。また、中実円柱部８０の両端部には、放射状の孔８１が設けられている。孔８１は、中実円柱部８０の中心軸から外周面方向にかけて、複数設けられている。

さらに、中実円柱部８０の中心軸に沿った方向において、中実円柱部８０の両端部には、円形の穴８２が設けられている。穴８２は孔８１に繋がっている。

そして、孔８１の断面積の合計は、穴８２の断面積や、第２円筒１２及び第３円筒１３の中空部の断面積や、中実円柱部８０及び第１径小部１６間の隙間の断面積（図８参照）と等しくなるように構成されている。すなわち、回転軸１０の内部において、冷却液Ｌの流路の断面積は常に一定となる。

上記のように構成された第４の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１及びＸ線管装置によれば、回転軸１０は、第１円筒１１と、第２円筒１２と、第３円筒１３と、を有している。回転体２０は陽極ターゲット５０（Ｘ線放射層５１）を有している。回転体２０は、少なくとも第１円筒１１に対向し、回転軸１０の周囲で軸受（すべり軸受）により回転自在に支持されている。このため、本実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１は、上記第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１と同様の効果を得ることができる。

回転陽極型Ｘ線管１は、中実円柱部８０を備えている。回転軸１０の内部において、冷却液Ｌの流路の断面積は常に一定となる。スムースに冷却液Ｌを流入、排出することができ、高温な冷却液Ｌが回転軸１０の内部において淀むことがない。したがって、熱伝達効率をさらに向上させ、高出力が可能な回転陽極型Ｘ線管１を得ることができる。
上記したことから、信頼性の高い回転軸１０及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管１及び回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置を得ることができる。

次に、第５の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、回転陽極型Ｘ線管１は、片端支持軸受構造を採用している。回転軸１０は、第１円筒１１及び第２円筒１２を具備している。第１径小部１６の一端部は径大部１５に接続され、第１径小部１６の他端部は液密に閉塞されている。

第２円筒１２は、第１円筒１１の一端部に連結され第１円筒１１の一部に対向している。この実施形態において、第２円筒１２は、第１円筒１１にろう接により連結されている。ろう材は、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を液密に閉塞している。これにより、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を伝っての真空外囲器７０の内部空間への冷却液Ｌの漏洩を防止することができる。

後述するが、第１円筒１１及び第２円筒１２は、内部に冷却液Ｌが流れる流路を形成している。このため、回転陽極型Ｘ線管１の発熱部（陽極ターゲット５０）の冷却率を向上させることができる。さらに、陽極ターゲット５０に対向した領域において、回転軸１０は第１円筒１１のみで形成されている。陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚みを小さくすることができる。すなわち、陽極ターゲット５０から回転軸１０の内部を流れる冷却液Ｌまでの熱伝達パスを短くすることができる。

ここで、回転軸１０の上記厚みとは、回転軸１０の中心軸に垂直な方向における回転軸１０の内周面と外周面との間の距離や、回転軸１０の中心軸に沿った方向における第１円筒１１の内面と外面との間の距離を言う。
なお、第２円筒１２は、回転体２０の外側に突出している。

回転体２０は、回転軸１０の周囲で軸受により回転自在に支持されている。回転体２０は、第１円筒１１に対向している。回転体２０は、回転体２０の中心軸に沿った方向に延出している。回転体２０は、陽極ターゲット５０と、第１円筒２１と、第３円筒２３とを備えている。陽極ターゲット５０、第１円筒２１及び第３円筒２３は、回転軸１０と同軸的に設けられている。

陽極ターゲット５０は、円盤状に形成されている。陽極ターゲット５０は、回転軸１０の延出した方向に凹んだ凹部５０ａを有している。凹部５０ａは、円盤状に窪めて形成されている。凹部５０ａには第１径小部１６（第１円筒１１）が嵌合されている。凹部５０ａは、第１径小部１６に隙間を置いて形成されている。

第１円筒２１は、筒状であり、陽極ターゲット５０に接合されている。第１円筒２１の内周面と凹部５０ａの内周面とは形状及びサイズが同一である。第１円筒２１と陽極ターゲット５０とを同一材料で形成する場合、これらを同時に一体的に形成することができる。

第１円筒２１には、内周面側に円環状の凹部が形成されている。第１円筒２１は、第１スラスト軸受面Ｓ２１ａと、第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂと、ラジアル軸受面Ｓ２１ｃとを有している。第１円筒１１（回転軸１０）及び回転体２０は、全対向領域で、互いに隙間を置いて設けられている。第１スラスト軸受面Ｓ２１ａ及び第１スラスト軸受面Ｓ１５ａ間の隙間、第２スラスト軸受面Ｓ２１ｂ及び第２スラスト軸受面Ｓ１５ｂ間の隙間、並びにラジアル軸受面Ｓ２１ｃ及びラジアル軸受面Ｓ１６ａ間の隙間は、２０μｍ程度である。

第３円筒２３は、筒状であり、例えば銅で形成されている。第３円筒２３は、第１円筒２１の外周面に接合され、第１円筒２１に固定されている。なお、ステータコイル２が発生する磁界は第３円筒２３に与えられる。

図１に示すように、液体金属ＬＭは、回転軸１０（第１円筒１１）と回転体２０（陽極ターゲット５０及び第１円筒２１）との間の隙間に充填されている。このため、回転陽極型Ｘ線管１は、第１スラストすべり軸受Ｂ１、第２スラストすべり軸受Ｂ２及びラジアルすべり軸受Ｂ３を使用している。

また、第１円筒２１と、第２径小部１７（第１円筒１１）との間の隙間（クリアランス）は、回転体２０の回転を維持するとともに液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上のことから、上記隙間は僅かであり、第１円筒２１の一端部はラビリンスシールリングとして機能するものである。

陰極６０は、Ｘ線放射層５１（陽極ターゲット５０）に間隔を置いて対向配置されている。
真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット５０と対向した個所の径は、第３円筒２３と対向した個所の径より大きい。真空外囲器７０は開口部７１を有している。真空外囲器７０は、密閉され、回転軸１０、回転体２０（陽極ターゲット５０）及び陰極６０等を収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。

真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７１は回転軸１０の一端部に密着している。ここでは、開口部７１は第２円筒１２の外周面に気密に溶接されている。この実施の形態において、真空外囲器７０は、回転軸１０の他端部を支持していない。すなわち、第２円筒１２は、軸受の片持ち支持部として機能している。

円環部４０は、第２円筒１２（回転軸１０）の一端部に液密に接合されている。

管部３０は、回転軸１０の内部に設けられ、回転軸１０とともに冷却液Ｌの流路を形成している。管部３０の一端部は、円環部４０の開口部を通って回転軸１０の外部に延出している。管部３０の外周面は、円環部４０の開口部に液密に接合されている。これにより、管部３０は、円環部４０に固定されている。

管部３０は、この内部に冷却液Ｌを取り入れる取り入れ口３０ａと、冷却液Ｌを回転軸１０の内部に吐出す吐出し口３０ｂとを有している。取り入れ口３０ａは回転軸１０の外部に位置している。吐出し口３０ｂは回転軸１０の他端部に隙間を置いて位置している。

第２円筒１２の一端部には開口部が形成され、上記開口部には管部３５が液密に接続されている。管部３５は冷却液Ｌを外部に取り出す取り出し口３５ａを有している。

上記したことから、回転陽極型Ｘ線管１の外部からの冷却液Ｌは、取り入れ口３０ａから取り入れられ、管部３０の内部を通り、吐出し口３０ｂから回転軸１０の内部（第１円筒１１の他端部側）に吐出され、管部３０及び第２円筒１２の間を通り、管部３５の取り出し口３５ａから回転陽極型Ｘ線管１の外部に取り出される。
なお、上記冷却液Ｌを逆方向に循環させてもよい。この場合、管部３５が冷却液Ｌの取り入れ口を形成し、管部３０が冷却液Ｌの取り出し口を形成する。

上記のように構成された第５の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１及びＸ線管装置によれば、回転陽極型Ｘ線管１は、回転軸１０と、回転体２０（陽極ターゲット５０）と、液体金属ＬＭと、陰極６０と、真空外囲器７０と、を備えている。回転軸１０は、第１円筒１１と、第１円筒１１に連結され第１円筒１１の一部に対向した第２円筒１２と、を有している。第２円筒１２は、第１円筒１１の一端部に連結されている。第１円筒１１の他端部は閉塞されている。

回転体２０は、電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット５０（Ｘ線放射層５１）を有している。回転体２０は、第１円筒１１に対向し、回転軸１０の周囲で軸受（すべり軸受）により回転自在に支持されている。

所望のサイズ及び厚みの第１円筒１１及び第２円筒１２を組み合わせることにより、必要な機械的強度を有し、部分的に厚みの小さい回転軸１０を形成することができる。中ぐり加工を利用すること無しに回転軸１０を得ることができるため、所望の大きさの内径を有する回転軸１０を得ることができる。

第１円筒１１及び第２円筒１２は、内部に冷却液Ｌが流れる流路を形成している。このため、回転陽極型Ｘ線管１の発熱部（陽極ターゲット５０）の冷却率を向上させることができる。さらに、陽極ターゲット５０に対向した領域において、回転軸１０は第１円筒１１のみで形成されている。陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚みを小さくすることができる。すなわち、陽極ターゲット５０から回転軸１０の内部を流れる冷却液Ｌまでの熱伝達パスを短くすることができる。

そして、陽極ターゲット５０に対向した領域の回転軸１０の厚みが小さい程、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ及びラジアル軸受面Ｓ２１ｃ等の温度を下げることができる。これにより、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ、Ｓ２１ｃ等の変形を抑制することができる。また、ラジアル軸受面Ｓ１６ａ、Ｓ２１ｃ等と液体金属ＬＭとの反応を抑制することができる。

従って、回転軸１０の軸受面と、回転体２０の軸受面とのかじりを抑制することができ軸受性能の低下を低減することができる。すなわち、軸受の製品寿命を延ばすことができる。

さらに、本実施形態において、陽極ターゲット５０は凹部５０ａを有し、回転軸１０は凹部５０ａに嵌合されている。Ｘ線放射層５１及び冷却液Ｌの流路を一層近接させている。Ｘ線放射層５１から冷却液Ｌの流路までの熱伝導パスを一層短くすることができる。上記のことから、陽極ターゲット５０の冷却率の向上を図ることができる。

ろう材は、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を液密に閉塞している。これにより、第１円筒１１と第２円筒１２との間の隙間を伝っての真空外囲器７０の内部空間への冷却液Ｌの漏洩を防止することができる。

第１円筒１１と、第２円筒１２とは、互いに異なる材料で形成されている。第１円筒１１はＭｏ合金で形成され、第２円筒１２はＦｅ合金で形成されている。回転軸１０を、Ｍｏ合金だけでなく、鉄系の材料も利用して形成することができるため、回転軸１０の製造コストの高騰を抑制することができる。
上記したことから、信頼性の高い回転軸１０及び軸受を有する回転陽極型Ｘ線管１及び回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、回転軸１０は、４個以上の円筒を組み合わせて形成されていてもよい。
本発明の実施形態は、上述した回転陽極型Ｘ線管に限定されるものではなく、各種の回転陽極型Ｘ線管に適用可能である。

１…回転陽極型Ｘ線管、１０…回転軸、１１…第１円筒、１２…第２円筒、１３…第３円筒、２０…回転体、２１…第１円筒、２２…第２円筒、２３…第３円筒、５０…陽極ターゲット、６０…陰極、７０…真空外囲器、ＬＭ…液体金属、Ｌ…冷却液、Ｂ１…第１スラストすべり軸受、Ｂ２…第２スラストすべり軸受、Ｂ３…ラジアルすべり軸受Ｂ３。

Claims (9)

1. 第１円筒と、前記第１円筒に連結され前記第１円筒の一部に対向した第２円筒と、を有した回転軸と、
   電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットを有し、前記回転軸の周囲で軸受により回転自在に支持され前記第１円筒に対向した回転体と、を備えている回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記回転軸は、第３円筒をさらに有し、
   前記第２円筒は、前記第１円筒の一端部に連結され、
   前記第３円筒は、前記第１円筒の他端部に連結され、前記第２円筒に間隔を置いて位置している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記第２円筒は、前記第１円筒の一端部に連結され、
   前記第１円筒の他端部は閉塞されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記第１円筒は、第１ねじ部を有し、
   前記第２円筒は、前記第１ねじ部に対向した第２ねじ部を有し、前記第２ねじ部を前記第１ねじ部に締め付けることにより前記第１円筒に連結されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記第１円筒と前記第２円筒との間の隙間に設けられ、前記第１円筒と前記第２円筒とを接合するろう材をさらに備えている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. ろう材をさらに備え、
   前記第１円筒は、第１ねじ部と、前記第１ねじ部から外れて位置した第１接合面と、を有し、
   前記第２円筒は、前記第１ねじ部に対向した第２ねじ部と、前記第２ねじ部から外れて位置し前記第１接合面に対向した第２接合面と、を有し、前記第２ねじ部を前記第１ねじ部に締め付けることにより前記第１円筒に連結され、
   前記ろう材は、前記第１接合面と前記第２接合面との間の隙間に設けられ、前記第１円筒と前記第２円筒とを接合する請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
7. 前記第１円筒と前記第２円筒とは、互いに異なる材料で形成されている請求項１乃至６の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
8. 前記第１円筒と前記第２円筒とは、内部に冷却液が流れる流路を形成している請求項１乃至７の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
9. 前記回転軸と、前記回転体との間の隙間に充填された潤滑剤をさらに備え、
   前記軸受はすべり軸受である請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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