JP2020024799A - 回転陽極ｘ線管及び回転陽極ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 すべり軸受に封入されている液体金属の漏れ出しを防止できる回転陽極Ｘ線管及び回転陽極Ｘ線管装置を提供する。【解決手段】 回転陽極Ｘ線管は、真空外囲器と、真空外囲器内に収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、回転陽極構体は、真空外囲器に固定された固定軸と、固定軸の外周側に設けた回転軸と、固定軸と回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、すべり軸受は、管軸線方向の両端が真空外囲器内の空間に開放されており、固定軸には、管軸線方向に沿う通気孔が形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、回転陽極Ｘ線管及び回転陽極Ｘ線管装置に関する。

すべり軸受を有する回転陽極Ｘ線管が公知である。かかる回転陽極Ｘ線管では、固定軸と回転体（回転軸）との間にわずかな隙間を保ちながら、液体金属を封止することで、すべり軸受を構成している。
例えば、特許文献１には、すべり軸受を有する固定軸を真空外囲器で支持することが開示されている。固定軸はすべり軸受の両端を突き抜けており、すべり軸受の両端は固定軸との間に僅かな隙間を保ちながら液体金属を封止することが開示されている。
特許文献２には、回転軸に液体金属のガス排気穴を形成して、すべり軸受内に封止した液体金属のガス排気を促進することが開示されている。
特許文献３には、固定軸に液体金属を収納したシェルタと液体金属の循環通路とを形成して、すべり軸受に液体金属を供給することが開示されている。

特開２００５−７８９１８号公報 特開２００６−７３２５４号公報 特開２０１５−４１４３２号公報

一方、すべり軸受を備える回転陽極Ｘ線管の組立工程では、外囲器の真空排気を行う際に、外囲器内を大気圧から高真空まで真空引きを行う工程がある。このような真空引き工程では、外囲器内に急激な真空度の変化が生じ、液体金属を封入したすべり軸受の両端では圧力差が生じて、圧力の高い一端側から液体金属を圧力の低い他端側に押し込んで、液体金属が軸受端面から漏れ出すおそれがあった。

本発明の実施形態は、すべり軸受に封入されている液体金属の漏れ出しを防止できる回転陽極Ｘ線管及び回転陽極Ｘ線管装置を提供する。

一実施形態は、真空外囲器と、前記真空外囲器内に収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、前記回転陽極構体は、前記真空外囲器に固定された固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記固定軸と前記回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、前記すべり軸受は、管軸線方向の両端が前記真空外囲器内の空間に開放されており、前記固定軸には、前記管軸線方向に沿う通気孔が形成されている回転陽極Ｘ線管である。

図１は、一実施形態に係る回転陽極Ｘ線管装置の断面図である。

以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係る回転陽極Ｘ線管及び回転陽極Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管１は、真空外囲器３と、真空外囲器３内に収納された回転陽極構体５及び陰極６とを備えている。回転陽極Ｘ線管装置２は、真空外囲器３の外側に設けたステータコイル７と、真空外囲器３及びステータコイル７を収容した筐体９とを備えている。筐体９と真空外囲器３との間の空間には冷却液１１が充填されている。

回転陽極構体５は、陽極ターゲット１３と、固定軸１５と、回転軸（回転体）１７と、固定軸１５と回転軸１７との間に形成したすべり軸受１９とを備えている。
すべり軸受１９には潤滑剤としての液体金属ＬＭが充填されている。

固定軸１５は、円柱状に形成され、側面にラジアル軸受面２１と、シェルタ２３と、循環通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃとが形成されている。また、固定軸１５は、管軸線Ｙ方向の一端側に位置する一端側部１５ａと、管軸方向の他端側に位置する他端側部１５ｂとを具備し、一端側部１５ａと他端側部１５ｂとの間には、一端側部１５ａ及び他端側部１５ｂよりも径の大きな大径部１５ｃが形成されている。
固定軸１５の一端側部１５ａと他端側部１５ｂとは、それぞれ固定部材２７を介して真空外囲器３に固定されている。固定部材２７には、通気孔（図示せず）が形成されており、真空外囲器３内において、管軸線Ｙ方向の通気が図られている。
固定軸１５は、Ｆｅ（鉄）合金やＭｏ（モリブデン）合金等の金属で形成されている。

固定軸１５には、その管軸線Ｙ方向に沿う、通気孔３１と、冷却穴３３と、シェルタ２３とが形成されている。
通気孔３１は、固定軸の一端面１５ｅから他端面１５ｆに亘って同一径で貫通して形成してある。この通気孔３１の一端側開口３１ａと他端側開口３１ｂは、それぞれ真空外囲器３内に開口している。即ち、通気孔３１は、真空外囲器３内において、固定軸１５の一端側の空間Ａと他端側の空間Ｂとに通気している。

冷却穴３３は、固定軸１５の一端側部１５ａの端の略中央に開口３３ａが形成されており、開口３３ａから陽極ターゲット１３に対応する位置を越えて、他端側部１５ｂの近傍位置までの深さで形成されている。
冷却穴３３の開口３３ａは、筐体９と真空外囲器３との間の空間に開口されており、筐体と真空外囲器３との間に封入された冷却液１１を取込むようにしてある。

シェルタ２３は、固定軸１５の内部に設けられ、液体金属ＬＭを収容する。このシェルタ２３は、管軸線Ｙ方向に沿って直線的に延在し、固定軸１５の側面に開口した循環通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃに連通されている。各循環通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃの開口は、すべり軸受１９の液体金属ＬＭの封入空間３４に連通されている。
即ち、すべり軸受１９には、シェルタ２３から循環通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃを介して液体金属ＬＭが循環されるようにしてある。

回転軸１７は、固定軸１５の外周に固定軸１５と同軸的に配置してある。回転軸１７は、有底円筒状の本体１７ａと、本体１７ａの開口側に取り外し可能にねじ留めされた円環状の蓋部１７ｃとを備えている。回転軸１７は、Ｆｅ合金やＭｏ合金等の金属で形成されている。本体１７ａの底部１７ｂ及び蓋部１７ｃにはそれぞれ、固定軸１５の対応する一端側部１５ａ及び他端側部１５ｂを挿通する挿通穴が形成されており、蓋部１７ｃと一端側部１５ａとの間に隙間３５ａが、底部１７ｂと他端側部１５ｂとの間に隙間３５ｂが形成されている。これらの隙間３５ａ、３５ｂは真空外囲器３内の空間に開放されている。
本体１７ａの外周面において、ステータコイル７に対向した位置には、駆動ローター３７が設けてある。駆動ローター３７は筒状であり、本体１７ａの外周面に固定されている。
駆動ローター３７は、例えばＣｕ（銅）で形成されている。

回転軸１７の内周面と、固定軸１５の側面と、これらの間に充填された液体金属ＬＭとですべり軸受１９を構成している。
固定軸１５は、その大径部１５ｃに第１ラジアル軸受面１９ａ、第２ラジアル軸受面１９ｂを有している。また、大径部１５ｃの一端に設けた第１スラスト軸受面１９ｃと、他端に設けた第２スラスト軸受面１９ｄを有している。
回転軸１７は、第１ラジアル軸受面１９ａ及び第２ラジアル軸受面１９ｂに対して外周側に隙間を置いて対向した第３ラジアル軸受面２１ａを有している。また、回転軸１７は、第１スラスト軸受面１９ｃに管軸線Ｙ方向に隙間を置いて対向した第３スラスト軸受面２１ｂと、第２スラスト軸受面１９ｄに管軸線Ｙ方向に隙間を置いて対向した第４スラスト軸受面２１ｃと、を有している。

固定軸１５及び回転軸１７は、全対向領域で、互いに隙間を置いて設けられている。大径部１５ｃは回転軸１７で覆われている。固定軸１５の一端側部１５ａ及び他端側部１５ｂは回転軸１７よりも管軸線Ｙ方向に突出している。固定軸１５は回転軸１７を回転可能に支持している。

液体金属ＬＭは、固定軸１５及び回転軸１７間の隙間に充填されている。更に、液体金属ＬＭは、固定軸１５及び回転軸１７間の隙間だけでなく、シェルタ２３にも適量充填されている。
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、上記循環通路２５ａ、２５ｂ及び２５ｃを介して固定軸１５の内部及び外部に出入り可能である。

液体金属ＬＭは、固定軸１５の側面及び回転軸１７の内周面と共に動圧型のすべり軸受を形成している。この実施形態において、液体金属ＬＭは、第１ラジアル軸受面１９ａ及び第３ラジアル軸受面２１ａと共に動圧型の第１ラジアルすべり軸受Ｂ１を形成している。液体金属ＬＭは、第２ラジアル軸受面１９ｂ及び第３ラジアル軸受面２１ａと共に動圧型の第２ラジアルすべり軸受Ｂ２を形成している。液体金属ＬＭは、第１スラスト軸受面１９ｃ及び第３スラスト軸受面２１ｂと共に動圧型の第１スラストすべり軸受Ｂ３を形成している。液体金属ＬＭは、第２スラスト軸受面１９ｄ及び第４スラスト軸受面２１ｃと共に動圧型の第２スラストすべり軸受Ｂ４を形成している。すべり軸受１９は、第１スラストすべり軸受Ｂ３の隙間３５ａ及び第２スラストすべり軸受Ｂ４の隙間３５ｂを介して真空外囲器３内に連通されている。

陽極ターゲット１３は、円環状に形成され、固定軸１５及び回転軸１７と同軸的に設けられている。陽極ターゲット１３は、接続部３９を介して回転軸１７の軸管方向Ｘの略中央部に固定されている。なお、陽極ターゲット１３は接続部３９と同一材料で一体に形成されていてもよい。

陽極ターゲット１３は、陽極本体４１と、陽極本体４１の外面の一部に設けられたターゲット層４３とを有している。陽極ターゲット１３は、回転軸１７と共に回転可能である。陽極ターゲット１３は、ターゲット層４３に電子が入射されることによりＸ線を放出するものである。

陰極６は、陽極ターゲット１３のターゲット層４３に間隔を置いて対向配置されている。陰極６は、真空外囲器３の内壁に取付けられている。陰極６は、ターゲット層４３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４５を有している。

真空外囲器３は、円筒状に形成されている。真空外囲器３は、ガラス及び金属で形成されている。真空外囲器３において、陽極ターゲット１３と対向した個所の径は、回転軸１７と対向した個所の径より大きい。真空外囲器３には固定軸１５の一端側部１５ａが気密に接続されており、冷却穴３３の開口３３ａを真空外囲器３の外側に連通してある。
真空外囲器３は、固定軸１５の他端側部１５ｂ側に排気管部品３ａを有し、この排気管部品３ａは封止材３ｂにより密閉され、内部は真空状態に維持されている。排気管部品３ａは銅パイプ若しくはガラスパイプ製であり、この排気管部品３ａから排気後、封止材３ｂとして銅を圧着するか、ガラスを溶かして封着することで、真空状態を保持している。

ステータコイル７は、回転軸１７の側面、より詳しくは駆動ローター３７の側面に対向して真空外囲器３の外側を囲むように設けられている。ステータコイル７の形状は環状である。ステータコイル７は、駆動ローター３７に与える磁界を発生して回転軸１７及び陽極ターゲット１３を回転させる。

筐体９は、陰極６と対向したターゲット層４３付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓９ａを有している。筐体９の内部には、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル７が収容されている他、冷却液１１が充填されている。

回転陽極Ｘ線管１の動作状態では、ステータコイル７は回転軸１７（特に駆動ローター３７）に与える磁界を発生し、回転軸１７は回転する。これにより、陽極ターゲット１３は回転する。また、陰極６に相対的に負の電圧が印加され、陽極ターゲット１３に相対的に正の電圧が印加される。
これにより、陰極６及び陽極ターゲット１３間に電位差が生じる。このため、フィラメント４５は、電子を放出すると、この電子は、加速され、ターゲット層４３に衝突する。これにより、ターゲット層４３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３及びＸ線透過窓９ａを透過し、筐体９の外部に放出される。

一方、回転陽極Ｘ線管１の組立時には、真空外囲器３内に回転陽極構体５を収納すると共に固定部材２７で真空外囲器３内に固定する。また、回転陽極構体５のすべり軸受１９及びシェルタ２３には、液体金属ＬＭが充填されている。
この状態で、真空外囲器３を炉内に配置して、排気管部品３ａから真空排気して真空外囲器３内を大気圧から高真空状態にする。その後、排気管部品３ａを封止材３ｂで封止する。尚、真空外囲器３を真空にした後、回転陽極Ｘ線管１は、冷却液１１を充填した筐体９内に設置する。

上記のように構成された一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１によれば、真空外囲器３内を排気管部品３ａから真空排気する工程において、真空外囲器３内では、急激に真空度の変化が発生し、すべり軸受１９の両端部側では、圧力差が発生するおそれがある。即ち、第１スラスト軸受Ｂ３の隙間３５ａと第２スラスト軸受Ｂ４の隙間３５ｂとで真空度が異なる。特に、真空排気初期では、大気圧から高真空まで真空排気を行うが、かかるか真空排気初期では、真空外気内に急激な真空度の変化が発生するおそれがある。
しかし、本実施の形態にかかる回転陽極型Ｘ線管１よれば、固定軸１５には、管軸線Ｙ方向に沿う通気孔３１が形成されているので、この通気孔３１が固定軸１５における一端側の空間Ａと他端側の空間Ｂとを連通して急激な真空度の変化を防止する。
したがって、第１スラスト軸受Ｂ３の隙間３５ａと第２スラスト軸受Ｂ４の隙間３５ｂとにおける圧力差を低減し、略同じ圧力に保持することができる。
このように、真空外囲器３内における急激な真空度の変化、即ち圧力差により、すべり軸受１９に封止した液体金属が一方の隙間３５ａから他方の隙間３５ｂに押し出されて、漏れるのを防止する。

通気孔３１は、固定軸１５の一端面１５ｅと他端面１５ｆとに開口した貫通孔であるから、形成が容易にできる。
固定軸１５には、筐体９内の冷却液１１を導入する冷却穴３３が形成されているので、固定軸１５の冷却効率を高めることができる。

上述した一実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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、実施の形態において、固定軸１５に形成する通気孔３１は、固定軸１５の一端面１５ｅと他端面１５ｆとに開口することに限らず、固定軸１５の側面に開口しても良い。
また、通気孔３１は、複数形成しても良い。

１…回転陽極Ｘ線管、３…真空外囲器、３ａ…排気管部品、５…回転陽極構体、１５…固定軸、１７…回転軸（回転体）、１９…すべり軸受、３１…通気孔、Ｙ…管軸線、ＬＭ…液体金属。

Claims (3)

1. 真空外囲器と、
   前記真空外囲器内に収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、
   前記回転陽極構体は、前記真空外囲器に固定された固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記固定軸と前記回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、
   前記すべり軸受は、管軸線方向の両端が前記真空外囲器内の空間に開放されており、
   前記固定軸には、前記管軸線方向に沿う通気孔が形成されている回転陽極Ｘ線管。
2. 前記通気孔は、前記固定軸の一端面と他端面とに開口している請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管。
3. 請求項１又は２に記載の回転陽極Ｘ線管と、前記真空外囲器を収納する筐体と、前記真空外囲器と前記筐体との間の空間に充填された冷却液とを備え、
   前記固定軸は、前記真空外囲器と前記筐体との間の空間に開口した冷却液導入穴を備える回転陽極Ｘ線管装置。

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