JP2017162555A - Rotary anode x-ray tube device and x-ray imaging apparatus using rotary anode x-ray tube device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転陽極型X線管装置およびそれを用いたX線撮影装置に、関する。 The present invention relates to a rotary anode type X-ray tube apparatus and an X-ray imaging apparatus using the same.
X線CT(Computed Tomography)装置を含むX線撮影装置は、被検体に対してX線管装置で発生したX線を照射し、上記被検体を透過したX線量をX線検出器で検出し、該X線検出器の検出結果に基づいてX線画像を生成し、例えば上記X線画像を表示装置に表示する。X線管装置は、絶縁油が充填されたハウジング内にX線を発生させるためのX線管が収納された構成となっており、該X線管は、熱電子を放出する陰極と、該陰極と対向配置されて該陰極から放出された熱電子が衝突しその面からX線が発生する陽極とが真空容器内に収容された構造になっている。 An X-ray imaging apparatus including an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus irradiates a subject with X-rays generated by an X-ray tube apparatus, and detects an X-ray dose transmitted through the subject with an X-ray detector. An X-ray image is generated based on the detection result of the X-ray detector, and the X-ray image is displayed on a display device, for example. The X-ray tube device has a configuration in which an X-ray tube for generating X-rays is housed in a housing filled with insulating oil. The X-ray tube includes a cathode that emits thermoelectrons, A structure is provided in which a positive electrode disposed opposite to the cathode and collided with thermoelectrons emitted from the cathode and generating X-rays from the surface is housed in a vacuum vessel.
上記陰極から出た熱電子が上記陽極の同一箇所に衝突し続けるとその部分が過熱されて損傷を受けてしまう。このような過熱による損傷を抑制するために、上記陽極が回転する構造となっていて、上記陽極における熱電子の衝突部分が上記回転に基づいて移動する構造になっている。回転する上記陽極を支持するために軸受が使用されており、上記軸受は、上記陽極を回転させるシャフトと、該シャフトを支持する転動体と、該転動体を支持する外輪を備えている。なお上記シャフトは上記外輪に対して内輪として作用する。このような構造の軸受が、例えば軸箱の中に収納されている。 If the thermoelectrons emitted from the cathode continue to collide with the same location of the anode, the portion is overheated and damaged. In order to suppress such damage due to overheating, the anode is configured to rotate, and a portion where the thermoelectrons collide with the anode moves based on the rotation. A bearing is used to support the rotating anode, and the bearing includes a shaft that rotates the anode, a rolling element that supports the shaft, and an outer ring that supports the rolling element. The shaft acts as an inner ring with respect to the outer ring. The bearing having such a structure is accommodated in, for example, an axle box.
X線CT装置を含む上記X線撮影装置では、X線撮像のために上記X線管装置が使用されている状態では、上記陽極における熱電子の衝突部分が常に移動するように、上記軸受で支持された上記陽極が回転している。上記シャフトの回転により上記転動体は上記内輪と上記外輪との間を上記内輪の回転方向と反対方向に自転しながら、上記内輪の回転方向に公転する動きをする。 In the X-ray imaging apparatus including the X-ray CT apparatus, in the state where the X-ray tube apparatus is used for X-ray imaging, the bearing is used so that the collision part of the thermoelectrons in the anode always moves. The supported anode is rotating. As the shaft rotates, the rolling element revolves in the rotation direction of the inner ring while rotating between the inner ring and the outer ring in a direction opposite to the rotation direction of the inner ring.
このような構造において、例えば上記軸箱と上記外輪とのはめ合い部に微小な隙間が存在するなどの原因により、上記転動体の自転あるいは公転により上記外輪と上記転動体との間に存在する摩擦が大きくなる状態となり、上記外輪が上記軸箱に対して回転する現象(以下、クリープと記す)が発生する可能性がある。この外輪のクリープにより、外輪と接している軸箱の内面が例えば損傷し、例えば摩耗粉が発生したりする。例えばこの摩耗粉が軸受の外部へと排出されることが生じて、例えばX線管装置において放電などが生じる原因となるなど、信頼性が損なわれる原因となる。これらは可能性が考えられる一例を挙げたものであるが、上記外輪と上記転動体との間の摩擦が大きくなると、色々な問題が引き起こされる可能性が大きくなり、信頼性が低下する。 In such a structure, it exists between the outer ring and the rolling element due to rotation or revolution of the rolling element due to, for example, a minute gap existing in a fitting portion between the axle box and the outer ring. There is a possibility that a phenomenon in which the outer ring rotates with respect to the axle box (hereinafter referred to as creep) may occur due to a state in which friction increases. Due to the creep of the outer ring, the inner surface of the axle box in contact with the outer ring is damaged, for example, and wear powder is generated. For example, the wear powder is discharged to the outside of the bearing, which causes a loss of reliability, for example, causing discharge in the X-ray tube apparatus. These are examples of possible possibilities, but if the friction between the outer ring and the rolling element increases, there is a greater possibility that various problems will be caused, and the reliability will be reduced.
例えば特許文献1には外輪をピン等によって固定することでクリープを防止する方法が開示されている。さらに例えば特許文献2には外輪と軸箱の間に溝を形成し潤滑剤を充填させることにより、クリープ発生時の外輪と軸箱間の摩擦を低減する技術が開示されている。
For example,
X線管装置の信頼性の低下は、X線管装置だけの問題ではなく、X線撮影装置全体の問題である。X線管装置は取り換えて使用される部品であるが、X線管装置に異常が生じるとX線撮像作業の全体の効率を大きく低下させ、撮像作業の予定を大きく狂わせてしまうなど、X線撮像作業に対して大きな悪影響を与える。従ってX線管装置の信頼性を向上し、X線撮影装置全体の信頼性を向上することが大変重要である。 The decrease in the reliability of the X-ray tube apparatus is not a problem of only the X-ray tube apparatus, but a problem of the entire X-ray imaging apparatus. The X-ray tube device is a component that can be used in exchange. However, if an abnormality occurs in the X-ray tube device, the overall efficiency of the X-ray imaging operation is greatly reduced, and the schedule of the imaging operation is greatly upset. This has a great adverse effect on the imaging work. Therefore, it is very important to improve the reliability of the X-ray tube apparatus and improve the reliability of the entire X-ray imaging apparatus.
上述の特許文献1に記載の方法は、それ以前のX線管装置に対して優れている面があるが、外輪を固定してしまうことは回転体の振動増加を生じる可能性があり、さらに優れた改善策が望ましい。また上述の特許文献2に記載の方法は、溝に充填された潤滑剤を適量だけ摺動面全体に供給されることに関して解決しなければならない課題を有している。このようなことからX線管装置の信頼性をさらに向上し、X線撮影装置全体の信頼性をさらに向上するさらなる改善策が望まれている。
The method described in the above-mentioned
本発明の目的は、さらに信頼性が向上したX線管装置、あるいはさらに信頼性が向上したX線撮影装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an X-ray tube apparatus with further improved reliability or an X-ray imaging apparatus with further improved reliability.
本発明に係る回転陽極型X線管装置は、熱電子を放出する陰極と、前記陰極と対向配置された陽極と、前記陽極を回転自在に支持する軸受と、を有し、前記軸受は、前記陰極と機械的に接続された軸受内輪と、前記軸受内輪の外周に配置された複数個の転動体と、前記複数個の転動体のさらに外側に設けられた軸受外輪と、前記軸受外輪を支持する支持体と、を有し、前記軸受外輪の外周面の表面粗さに対し、前記軸受外輪の前記外周面と対向する前記支持体の内表面の表面粗さを異なる表面粗さとした、ことを特徴とする。 A rotating anode type X-ray tube device according to the present invention includes a cathode that emits thermoelectrons, an anode disposed opposite to the cathode, and a bearing that rotatably supports the anode. A bearing inner ring mechanically connected to the cathode; a plurality of rolling elements disposed on an outer periphery of the bearing inner ring; a bearing outer ring provided further outside the plurality of rolling elements; and the bearing outer ring. A support for supporting, and the surface roughness of the inner surface of the support opposite to the outer peripheral surface of the bearing outer ring is different from the surface roughness of the outer peripheral surface of the bearing outer ring, It is characterized by that.
本発明によれば、さらに信頼性が向上したX線管装置、あるいはさらに信頼性が向上したX線撮影装置を得ることができる。 According to the present invention, an X-ray tube apparatus with further improved reliability or an X-ray imaging apparatus with further improved reliability can be obtained.
1.はじめに
以下に示す発明を実施するための形態(以下実施形態と記す)では、発明者達が色々な観点から検討を行い、色々な課題を解決している。これら解決される課題の1つが上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容である。発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容も含め、以下に記載の実施形態が解決する課題について、以下の実施形態の中で説明する。また以下に記載の実施形態は上述の発明の効果の欄に記載した内容以外の効果も奏している。上述の発明の効果の欄に記載した内容も含め、以下の実施形態が奏する効果について、実施形態の記載の中で説明する。
1. 1. Introduction In the form for carrying out the invention shown below (hereinafter referred to as an embodiment), the inventors have studied from various viewpoints and solved various problems. One of the problems to be solved is the contents described in the column of problems to be solved by the above-described invention. The problems to be solved by the embodiments described below, including the contents described in the column of problems to be solved by the invention, will be described in the following embodiments. The embodiments described below also have effects other than the contents described in the column of the effects of the invention described above. The effects of the following embodiments, including the contents described in the column of the effects of the invention described above, will be described in the description of the embodiments.
本発明の実施形態を説明する図において、略同様の構成には同じ符号を付している。同じ符号の構成はほぼ同じ作用を成し、ほぼ同じ効果を奏する。同じ符号を付した構成の作用や効果に関して同様の説明を繰り返すことは説明が煩雑となるので、これらの説明を省略する場合がある。 In the drawings describing the embodiments of the present invention, substantially the same components are denoted by the same reference numerals. Structures with the same reference sign have substantially the same action and have substantially the same effect. Since it is complicated to repeat the same description regarding the operation and effect of the configuration denoted by the same reference numeral, the description may be omitted.
2.一実施形態であるX線CT装置の構成について
図1は、本発明が適用されたX線撮影装置の一例であるX線CT装置の構成を説明する説明図である。本発明の適用がX線CT装置に限定されるものではないが、X線CT装置に適用することにより、大きな効果を奏するので、X線CT装置を代表例として一実施形態を説明する。
2. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an X-ray CT apparatus that is an example of an X-ray imaging apparatus to which the present invention is applied. Although the application of the present invention is not limited to the X-ray CT apparatus, since it has a great effect when applied to the X-ray CT apparatus, an embodiment will be described using the X-ray CT apparatus as a representative example.
X線CT装置100は操作部110とガントリ部150と操作卓130を備え、ガントリ部150には被検者170を載せるための寝台172が設けられている。なおX線CT装置100の全体に関係する制御や演算処理を行うシステム制御装置112や画像を生成するための処理を行う画像処理装置114やデータを保存するための記憶装置116を、この実施形態では操作部110に設けている。これは一例であり、これに限るものではない。ただこれらの装置を操作部110に設けることにより、X線CT装置100の全体的な配置関係が簡素化され、X線CT装置100全体のまとまりが良くなる。さらにX線CT装置100の点検や保守が容易となるなど、色々な効果が生まれる。
The X-ray
ガントリ部150は、X線撮像を行うためのガントリ本体200と、ガントリ本体200の動作をシステム制御装置112の指示に基づいて制御するためのX線制御装置152やガントリ制御装置154と、寝台172の動作をシステム制御装置112の指示に基づいて制御するための寝台制御装置156、を有している。
The
ガントリ本体200は中央に開口204が形成されており、寝台172に載せられた状態で被検者170が開口204内に配置される。開口204の外側にはガントリ制御装置154によりその回転が制御される回転円盤202が設けられている。なお回転円盤202などは通常はガントリ本体200の外からは見えないが図1では内部構成がわかるように記載している。回転円盤202には、X線を照射するためのX線管装置300や、X線の照射角を整えるコリメータ230や、被検者170を透過したX線の空間的な分布を計測するためのX線検出器232や、検出されたX線量のデータを収集してデジタルデータにするデータ収集装置234や、X線管装置300にX線管電圧やX線管電流などを供給するX線管用電源装置210、などが設けられている。
An
X線管装置300やコリメータ230とX線検出器232は被検者170を介して対向する配置関係に設けられており、X線管装置300からコリメータ230を介して被検者170にX線が照射され、被検者170を透過したX線がX線検出器232によってX線量として検出され、検出されたX線量がデータとしてデータ収集装置234によってデジタルデータの形で取り込まれる。コリメータ230はX線管装置300から照射されるX線の放射範囲を制限し、これにより被検者170の予め設定された範囲にX線が照射される。X線検出器232は、回転円盤202の回転方向に配列された、あるいは回転円盤202の回転方向と回転軸方向の2次元に配列された、多数のX線検出素子を有していて、被検者170を透過したX線の空間的な分布を計測する。データ収集装置234は、X線検出器232によって検出されたX線量をデジタルデータとして収集し、画像処理装置114へ送る。送られた計測データから画像演算装置132によって演算処理されてCT画像が再構成される。
The
操作部110は、上述した如く、システム制御装置112と画像処理装置114と記憶装置116を有しており、さらに例えばキーボードやポインティングデバイスなどを有する入力装置122と、表示装置やプリンタなどを含む出力装置124を備えている。入力装置122からは撮像作業に必要な情報や撮像のための条件などが入力され、さらに撮像作業において操作内容に関する色々な指示が入力される。出力装置124の例えば表示装置には、入力操作を助けるための色々な情報が表示され、また入力された情報が表示され、さらに再構成されたCT画像、その他必要な情報が表示される。
As described above, the
2.X線CT装置100の撮像動作について
次にX線CT装置100による撮像動作について説明する。入力装置122などから予め入力された撮像条件が例えば記憶装置116に記憶されていて、撮像動作において、撮像条件や操作者の指示に基づいてシステム制御装置112からの制御信号に従ってX線制御装置152が動作し、X線を発生させるためのX線管電圧やX線管電流などがX線管用電源装置210からX線管装置300が有するX線管320(図2参照)に印加される。以下で説明するが、X線管装置300が有するX線管320(図2参照)からX線が照射され、照射されたX線がコリメータ230で規定された範囲及び角度で被検者170に照射される。被検体を透過したX線が多数のX線検出素子を備えるX線検出器232で検出され、データ収集装置234により取り込まれてデジタル変換され、投影データが作られる。この投影データは計測される透過X線の分布を表している。
2. Imaging operation of the
撮像条件に基づいてガントリ制御装置154により回転円盤202の回転動作とその回転速度などが制御され、また寝台制御装置156により寝台172が制御される。これらの制御により、例えば被検者170の体軸方向に沿って螺旋ピッチなどの条件に従って撮像動作が行われたりする。画像処理装置114は、データ収集装置234から送られてきた様々な角度の投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は、例えば出力装置124の表示装置に表示されたり、記憶装置116に記憶されたりする。このようにして、被検者170の診断用CT画像がX線CT装置100によって撮像される。なお、撮像動作の代表例としてX線CT装置100による撮像動作を、図1を用いて説明したが、本発明の適用はX線CT装置100に限るものではなく、X線画像を得るためのX線撮影装置に対して広く適用可能である。
Based on the imaging conditions, the
3.本発明が適用されたX線管装置300の一例について
図2は、本発明が適用されたX線管装置300の一例について、その概要を説明する説明図である。なおX線管用電源装置210からX線管320へX線管電圧やX線管電流などを供給するための電気的な接続機構は、図2では省略し記載していない。
3. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an outline of an example of the
X線管装置300の内部に電気的な絶縁を保つための絶縁油302が満たされており、絶縁油302で囲まれるようにして、X線管320が設けられている。X線管320は、フィラメント(図示省略)を備えた陰極330と、電子線334を受けてX線を発生するターゲット352を有する陽極350と、陽極350の回転軸354を回転可能に支持する軸受360と、回転軸354を回転させるための回転トルクを発生するコイル342およびロータ344と、X線管320の内部を真空に維持する密閉容器322と、X線306を照射するための放射窓304を備えている。
The inside of the
X線管320は密閉容器322によりその内部が、10−5Pa前後の高い真空に維持されていて、その内部に設けられた陰極330から電子線334が陽極350のターゲット352に照射され、ターゲット352の電子線334が照射された部分からX線306が発生する。このX線306が放射窓304からコリメータ230を介して被検者170に照射される。陰極330は熱電子を放出するフィラメント(図示省略)を有しており、フィラメント(図示省略)により熱電子が放出され、放出された熱電子が収束電極332により収束されて電子線の状態となり、ターゲット352に衝突する。電子線はX線管用電源装置210からの高電圧により加速されることにより高い運動エネルギを備え、高速で陽極350のターゲット352に衝突する。電子線334が衝突すると、衝突したターゲット352の点からX線306が発生するが、上記衝突した点が高温となる。ターゲット352はタングステンの合金などの高融点金属で作られているが、それでも電子線334の衝突が続くとその部分が大きな損傷を受けるため、回転軸354によりターゲット352が回転し、電子線334の衝突位置が移動するように作られている。
The inside of the
ターゲット352は回転軸354に固定されており、回転軸354が軸受360により回転自在に支持されている。さらにコイル342とロータ344により発生する回転トルクが回転軸354に作用し、X線306を発生する状態ではターゲット352が上記回転トルクにより常に回転するように制御される。
The
4.本発明が適用されたX線管320の軸受360の一例について
本発明が適用されたX線管320の軸受360の一例について、図3及び図4を用いて説明する。図3は本発明が適用されたX線管320の軸受360の一例を説明する説明図であり、図4は図3に記載の軸受360のA−A方向から見た断面図である。図2と図3および図4は構成および作用効果を説明するための図であり、これら図面の相互間において細かい部分の形状に違いがあるが、概念を説明する上でこれらの違いは特に問題となるものではなく、それぞれの実施形態における細かい相違に過ぎない。また、図3と図4に関して、図3では転動体364が軸受内輪362に設けられた溝内に設けられているのに対して、図4では溝内ではなく軸受内輪362の溝の無い外周面に転動体364が設けられているように記載されているが、基本的な作用効果において、図3と図4に記載した構成においてほぼ同じである。
4). An example of the bearing 360 of the
図3において、回転軸354の一方側にターゲット352が固定されており、回転軸354の他方側に軸キャップ356や断熱キャップ358を介して軸受360の軸受内輪362やロータ344が機械的に接続されている。ターゲット352は上述したよう電子線334の衝突により非常に高温となる。回転軸354は例えばチタニューム合金などの高温に耐える材料で作ることが可能であるが、ロータ344や軸受360にはできるだけ熱が伝わらない方が好ましい。軸キャップ356を介して回転軸354の他方側に固定される断熱キャップ358は、ターゲット352からの熱がロータ344や軸受360へ伝達されるのを抑制する作用を為す。
In FIG. 3, a
軸受360は、軸受内輪362と、軸受内輪362の外側に設けられた転動体364や転動体365と、転動体364や転動体365のさらに外側に設けられた軸受外輪366や軸受外輪367と、軸受外輪366や軸受外輪367を支える軸受箱368、を有している。この実施形態では、軸受360の軸受内輪362の一方側に転動体364と軸受外輪366を配置し、軸受内輪362の他方側に転動体365と軸受外輪367を配置することにより、2組の軸受機構によって軸受内輪362を軸受箱368により回転自在に支持している。このように複数の軸受機構によって支持することにより、安定した支持が可能となる。軸受360の具体的な動作を、図4を用いて説明する。
The
図4において、ロータ344により軸受内輪362や回転軸354に回転トルクが作用し、軸受内輪362は矢印372の方向に回転しているとして以下説明する。なお逆方向に回転する実施形態であっても作用効果は同じである。軸受内輪362の矢印372の方向の回転により、軸受内輪362の外周に配置された8個の転動体364はそれぞれ矢印374の方向に自転する。なお転動体364の個数は一例であってこれに限るものではない。ただ少なくとも複数個必要である。各転動体364はそれぞれ軸受内輪362の回転方向である矢印372の方向と逆方向に自転をしながら、さらに矢印375の方向にそれぞれ軸受内輪362の外周面を公転する。
In FIG. 4, the following description will be made on the assumption that a rotational torque acts on the bearing
この各転動体364の自転や公転により、各転動体364と軸受外輪366との間の摩擦による回転トルクが軸受外輪366に作用する。この回転トルクにより軸受外輪366が軸受箱368の内面に対して回転する現象(クリープと記す)が生じる可能性がある。摩擦による上記回転トルクに対して十分に強い力で軸受外輪366が軸受箱368の内面に固定されていれば、クリープは生じない。しかし例えば軸受外輪366が軸受箱368の内面に対してはめ合いにより固定されている場合に、はめ合い部に微小な隙間が存在するなどの原因で、軸受外輪366を軸受箱368の内面に固定する力が弱い場合に、軸受外輪366が軸受箱368に対して回転するクリープが発生する。
Due to the rotation and revolution of each rolling
軸受外輪366が軸受箱368の内面に対してクリープを発生すると、転動体364が接している軸受箱368の内面が損傷して摩耗粉が発生する。この摩耗粉が軸受360の外部へ排出されることにより、X線管320が放電現象を発生する原因となる。X線管320の陰極330とターゲット352との間には、電子線334を加速するための非常に高い電圧が印加されている。X線管320の内部を高い真空度に維持することにより、X線管320の内部は高い絶縁特性を維持しているが、上述した金属製の摩耗粉が発生すると上記絶縁特性が低下し、色々な問題を引き起こす。
When the bearing
5.軸受箱368の摩耗粉の発生の抑制に付いて
上述した軸受外輪366の軸受箱368の内面に対するクリープにより発生する摩耗粉の抑制策について次に説明する。なお軸受外輪366に関するだけでなく、軸受箱368の内面に対する軸受外輪367のクリープによっても摩耗粉が発生する。以下の内容は軸受外輪367のクリープによって生じる摩耗粉の抑制に対しても有効であり、これらは基本的な作用効果が同じであるので、代表して、軸受外輪366と軸受箱368の内面との間のクリープおよびこの摩耗粉の抑制について、説明する。
5. About suppression of generation | occurrence | production of the abrasion powder of the bearing
5.1 軸受箱368の摩耗粉の発生メカニズムについて
図5は、軸受外輪366の軸受箱368の内面に対するクリープによる摩耗粉の発生の状態を模式的に説明する説明図であり、軸受外輪366と軸受箱368の摺動面である軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との接触部分を拡大した概念図である。軸受外輪366は耐摩耗性の高い、例えばSKH材で作られており、SKH材として例えばタングステン系の材料あるいはモリブデン系の材料で作られる。これに対して軸受箱368は軸受外輪366より摩耗性の大きい例えば鉄系の材料で作られている。軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388の表面粗さが比較的近い場合は、図5に図示の如く、互いの表面の凹凸が噛み込む割合が非常に大きくなり、硬い金属材料で作られている軸受外輪366の外表面386の凹凸により、軸受箱368の内表面388の凹凸が削られることとなる。当然このときの摩擦係数は大きくなる。ここで摩擦係数が大きいことが、軸受外輪366の外表面386の凹凸による軸受箱368の内表面388の凹凸の噛み込みと深い関係にある。軸受外輪366の外表面386の凹凸による軸受箱368の内表面388の凹凸の噛み込みを抑制することと、軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との間の摩擦の低減とは、深い関係を有していて、上記噛み込みが生じることにより摩擦係数が大きくなると見ることができる。従って摩擦係数を小さくできれば上記噛み込みが減少したと見ることができる。
5.1 Generation Mechanism of Wear Powder in
5.2 軸受箱368の摩耗粉の発生の抑制について
図6は、軸受外輪366の外表面386の凹凸による軸受箱368の内表面388の摩耗粉の発生を抑制するメカニズムを説明する説明図である。硬度の高い軸受外輪366の外表面386の表面粗さに対して軸受箱368の内表面388の表面粗さを粗くした場合は、図6に記載の如く、軸受外輪366の外表面386の凹凸が軸受箱368の内表面388の凹凸と噛み込む状態が少なくなる。この結果、軸受箱368の内表面388が軸受外輪366によって削られて摩耗粉が発生するのを抑制することができる。この場合は当然のことであるが軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との間の摩擦係数が小さい値となっている。
5.2 Suppression of Generation of Wear Powder in
5.3 表面粗さと摩擦係数との関係に関する実験結果
表1は軸受外輪366の外表面386の表面粗さを固定し、軸受箱368の内表面388の表面粗さ変えた場合の摩擦係数計測した実験結果を表す表であり、図7はそのグラフである。
5.3 Experimental Results Regarding Relationship between Surface Roughness and Friction Coefficient Table 1 shows the friction coefficient measurement when the surface roughness of the
この実験では一例として、軸受外輪366の外表面386の表面粗さRmaxを一例として1.4μmとし、軸受箱368の内表面388の表面粗さRmaxを2.0μmや3.5μmや5.1μmと変化させた場合の摩擦係数の変化を測定した。表1はその測定結果であり、表1に基づき記載したグラフが図7として記載するグラフである。なお表面粗さを表す表し方には幾つかの種類がある。どの表し方でも良いが、この実験では、最大高さで表面粗さを表している。すなわち一例として、粗さ曲線からその平均線方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を測定し、μmで表した値で、面粗さを表している。
In this experiment, as an example, the surface roughness Rmax of the
軸受箱368の内表面388の表面粗さRmaxが2.0μmより細かい状態では、摩擦係数が0.30以上の大きな値となる。この状態では軸受外輪366の外表面386の凹凸と軸受箱368の内表面388の凹凸との間での噛み込みが発生していることを表している。軸受箱368の内表面388の表面粗さRmaxを3.5μmとすると、摩擦係数が0.25まで減少し、上述の噛み込みが減少したことを表している。さらにこの摩擦係数の減少は、軸受箱368の内表面388による摩耗粉の発生の抑制を意味している。
When the surface roughness Rmax of the
次に軸受箱368の内表面388の表面粗さRmaxを5.1μmとすると、摩擦係数が0.20まで減少する。この状態は上述の噛み込みが極めて少ないかあるいはほとんど生じていないことを意味している。この状態は先に図6を用いて説明した状態であり、軸受箱368の内表面388からの摩耗粉の発生がほとんど無いことを表している。仮にクリープ現象が発生した場合の軸受箱368の内表面388の損傷を低減する点からは、摩擦係数μの値を0.2以下とすることが望ましい。従って軸受外輪366に対向する面の表面粗さRmaxを、5.1μm以上にすることがより好ましい。
Next, when the surface roughness Rmax of the
5.4 本実施形態の作用効果に付いて
図5から図7を用いて説明した如く、軸受外輪366の外表面386の表面粗さと該軸受外輪366の外表面386に対向する面の表面粗さとの差を大きくすることにより、図6で一例を説明した如く、軸受外輪366の外表面386とその接触面との間の噛み込みを抑制でき、摩耗粉の発生を抑制することが可能となる。上記表面粗さの差を約2.0μm以上とすることで上記接触面の摩擦係数が減少し、上記接触面での噛み込みの抑制につながる。この場合、例えば軸受外輪366の外表面386の表面粗さが1.4μmであるとした場合に、軸受外輪366の外表面386と接触する面の表面粗さが約3.5μmとなる。
5.4 About the Effects of the Present Embodiment As described with reference to FIGS. 5 to 7, the surface roughness of the
軸受外輪366の外表面386とその接触面との間の表面粗さの差を約3.5μm以上とすることで、上記接触面での噛み込みの抑制効果が更に増大する。この場合、例えば軸受外輪366の外表面386の表面粗さが1.4μmであるとした場合に、軸受外輪366の外表面386と接触する面の表面粗さが約5.1μmとなり、図7で説明した摩擦係数が0.2の状態に近い状態となる。
By setting the difference in surface roughness between the
軸受外輪366の外表面386の表面粗さに対して、軸受外輪366の外表面386に接触する面の表面粗さを粗くする方が好ましい。すなわち軸受外輪366は回転軸受の転動体364や転動体365と接触してこれを保持する作用をなすので、SKH材などの硬い材料が使用されることが好ましい。一方軸受外輪366の外表面386と接触する軸受箱368は軸受外輪366を固定して支持する作用をなすことから、例えば鉄系材料のように軸受外輪366より柔らかい材料を使用することが望ましい。これらの観点から本実施形態のように、軸受外輪366の外表面386に接触する面の表面粗さを、軸受外輪366の外表面386の表面粗さより、粗くする方が好ましい。
It is preferable to make the surface roughness of the surface in contact with the
6.その他の実施形態に付いて
一般的な従来の考え方では、軸受箱368は軸受外輪366を固定支持する作用をするので、軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との間にクリープが生じない方向の対策を講じようとする考え方となる。しかし従来のこのような考え方では、一旦クリープ現象が生じると摩擦粉を発生する状態となる。上述したように陰極330とターゲット352との間に高電圧、例えば数万Vの高電圧が印加されており、金属粉が発生すると大きな問題を引き起こす。従ってクリープ現象が仮に発生した場合であっても金属粉の発生を極力抑制するとの考え方が極めて重要となる。上述の実施例は仮にクリープが発生した場合であっても、接触面の微小凹凸の噛み込みによる金属粉の発生を抑制でき効果を奏する。このような考え方は従来の発想と異なる発想である。
6). Regarding Other Embodiments In a general conventional idea, the bearing
さらに上記実施形態に加えて軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との間の接触面に個体潤滑剤を塗布することにより、軸受箱368の内表面388の損傷を更に低減することができる。個体潤滑剤としては例えばモリブデンを塗布しても良い。このように軸受外輪366の外表面386と軸受箱368の内表面388との間に潤滑剤を塗布することは、クリープを抑制しようとする考え方からすると全く逆の考えである。しかし上述したようにクリープを全く生じさせないようにしようとすると、仮にクリープが発生じた場合に、大きな問題を発生する。考え方を変えて、仮にクリープが発生しても、摩耗粉を発生させない構成とすることが本願の基本的な背景である。このことは今までにない発想である。
Further, in addition to the above embodiment, the solid lubricant is applied to the contact surface between the
100・・・X線CT装置、110・・・操作部、112・・・システム制御装置、114・・・画像処理装置、116・・・記憶装置、122・・・入力装置、124・・・出力装置、150・・・ガントリ部、152・・・X線制御装置、154・・・ガントリ制御装置、156・・・寝台制御装置、170・・・被検者、172・・・寝台、200・・・ガントリ本体、202・・・回転円盤、204・・・開口、210・・・X線管用電源装置、230・・・コリメータ、232・・・X線検出器、234・・・データ収集装置、232・・・X線検出器、234・・・データ収集装置、300・・・X線管装置、302・・・絶縁油、304・・・放射窓、306・・・X線、320・・・X線管、322・・・密閉容器、330・・・陰極、332・・・収束電極、334・・・電子線、342・・・コイル、344・・・ロータ、350・・・陽極、352・・・ターゲット、354・・・回転軸、356・・・軸キャップ、360・・・軸受、358・・・断熱キャップ、362・・・軸受内輪、364・・・転動体、366・・・軸受外輪、368・・・軸受箱、372・・・矢印、374・・・矢印、375・・・矢印、386・・・外表面、388・・・内表面。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記軸受は、前記陰極と機械的に接続された軸受内輪と、前記軸受内輪の外周に配置された複数個の転動体と、前記複数個の転動体のさらに外側に設けられた軸受外輪と、前記軸受外輪を支持する支持体と、を有し、
前記軸受外輪の外周面の表面粗さに対し、前記軸受外輪の前記外周面と対向する前記支持体の内表面の表面粗さを異なる表面粗さとした、ことを特徴とする、回転陽極型X線管装置。 A cathode that emits thermoelectrons, an anode disposed opposite to the cathode, and a bearing that rotatably supports the anode;
The bearing includes a bearing inner ring mechanically connected to the cathode, a plurality of rolling elements disposed on an outer periphery of the bearing inner ring, and a bearing outer ring provided further outside the plurality of rolling elements, A support for supporting the bearing outer ring,
The rotary anode type X is characterized in that the surface roughness of the inner surface of the support opposite to the outer peripheral surface of the bearing outer ring is different from the surface roughness of the outer peripheral surface of the bearing outer ring. Tube device.
前記軸受外輪を支持する支持体は軸受箱であって、
前記軸受外輪の前記外周面の表面粗さに対する、前記軸受外輪の前記外周面と対向する前記軸受箱の内表面の表面粗さの差が約2.0μm以上であって、前記軸受外輪の前記外周面の表面粗さに対し前記軸受箱の内表面の表面粗さが粗くなっている、ことを特徴とする、回転陽極型X線管装置。 The rotary anode X-ray tube device according to claim 1,
The support for supporting the bearing outer ring is a bearing box,
The difference in surface roughness of the inner surface of the bearing housing facing the outer peripheral surface of the bearing outer ring with respect to the surface roughness of the outer peripheral surface of the bearing outer ring is about 2.0 μm or more, A rotary anode type X-ray tube device characterized in that the surface roughness of the inner surface of the bearing housing is rougher than the surface roughness of the outer peripheral surface.
前記ガントリ本体は、回転円盤と、前記回転円盤設けられたX線管装置とコリメータとX線検出器とX線管用電源装置とを備え、
前記X線管装置として請求項1乃至請求項8の内の一に記載の回転陽極型X線管装置を用いた、ことを特徴とする、回転陽極型X線管装置を用いたX線撮影装置。 A gantry body, a system control device, an image processing device, an input device and an output device,
The gantry body includes a rotating disk, an X-ray tube device provided with the rotating disk, a collimator, an X-ray detector, and an X-ray tube power supply device,
An X-ray imaging using a rotary anode X-ray tube device, characterized in that the rotary anode X-ray tube device according to one of claims 1 to 8 is used as the X-ray tube device. apparatus.
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WO2019172269A1 (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 国立大学法人東北大学 | X-ray generating device for phase imaging |
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- 2016-03-07 JP JP2016043146A patent/JP2017162555A/en active Pending
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