JP2023154827A - Rotary anode x-ray tube - Google Patents

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Abstract

To provide a rotary anode X-ray tube that, when the temperature of a sliding bearing is excessively increased, can prevent conduction of heat from an anode target to a bearing surface.SOLUTION: A rotary anode X-ray tube comprises: a cathode that discharges electrons; an anode target that generates X-rays upon receiving the electrons; a sliding bearing that has a rotor extending along a rotation axis, a stationary shaft supporting the rotor, and lubricant held between the rotor and the stationary shaft; and a vacuum envelope. The stationary shaft has a heat radiation part that radiates internal heat to the outside. The rotor has a first heat transfer member that is formed extending along the rotation axis, fixed to the inside of the anode target, and located surrounding the stationary shaft, and a second heat transfer member that is formed extending along the rotation axis, and in contact with an inner face of the first heat transfer member. The coefficient of thermal expansion of the first heat transfer member is larger than the coefficient of thermal expansion of the second heat transfer member.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、回転陽極型X線管に関する。 Embodiments of the present invention relate to rotating anode x-ray tubes.

一般に、X線を使用して被写体を診断する医療用機器や工業用機器には、X線発生源としてX線管装置が使用されている。X線管装置として、回転陽極型のX線管(以下「回転陽極型X線管」とも称する)を備えた回転陽極型X線管装置が知られている。 Generally, medical equipment and industrial equipment that use X-rays to diagnose a subject use an X-ray tube device as an X-ray generation source. As an X-ray tube device, a rotating anode X-ray tube device including a rotating anode X-ray tube (hereinafter also referred to as a "rotating anode X-ray tube") is known.

回転陽極型X線管は、電子を放出する陰極と、電子を受けてX線を発生する陽極ターゲットと、回転体と固定シャフトと潤滑剤とを有しているすべり軸受とを備えている。陽極ターゲットは、電子から受けるエネルギーの大半が熱に変換され温度が上昇する。陽極ターゲットで発生した熱は、すべり軸受の軸受面を介して固定シャフトに伝わり、固定シャフトを介して回転陽極型X線管の外部に排出される。回転体に熱伝導率が小さい材料を使用することで、すべり軸受を保護することが知られている。 A rotating anode X-ray tube includes a cathode that emits electrons, an anode target that receives electrons and generates X-rays, and a sliding bearing that includes a rotating body, a fixed shaft, and a lubricant. Most of the energy received from electrons in the anode target is converted into heat, causing the temperature to rise. The heat generated in the anode target is transmitted to the fixed shaft via the bearing surface of the plain bearing, and is exhausted to the outside of the rotating anode X-ray tube via the fixed shaft. It is known that sliding bearings can be protected by using a material with low thermal conductivity for the rotating body.

特開2000-340148号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-340148 特開2012-104391号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-104391

本実施形態は、すべり軸受の温度が許容範囲内である場合、伝導冷却を最大限利用できる回転陽極型X線管を提供する。 This embodiment provides a rotating anode X-ray tube that can make maximum use of conduction cooling when the temperature of the plain bearing is within an acceptable range.

一実施形態に係る回転陽極型X線管は、電子を放出する陰極と、前記電子を受けてX線を発生する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑剤と、を有しているすべり軸受と、前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、前記固定シャフトは、内部の熱を外部に放出する放熱部を有し、前記回転体は、前記回転軸線に沿って延出して形成され、前記陽極ターゲットの内側に固定され、前記固定シャフトを囲んで位置する第1伝熱部品と、前記回転軸線に沿って延出して形成され、前記第1伝熱部品の内面に接触している第2伝熱部品と、を有し、前記第1伝熱部品の熱膨張係数は、前記第2伝熱部品の熱膨張係数よりも大きい。 A rotating anode X-ray tube according to one embodiment includes a cathode that emits electrons, an anode target that receives the electrons and generates X-rays, and a rotating body that is connected to the anode target and extends along a rotation axis. a fixed shaft rotatably supporting the rotating body; and a lubricant held between the rotating body and the fixed shaft; and the cathode and the anode target. a vacuum envelope that houses the fixed shaft and fixes the fixed shaft, the fixed shaft has a heat dissipation part that radiates internal heat to the outside, and the rotating body extends along the rotational axis. a first heat transfer component that is formed to be fixed inside the anode target and located around the fixed shaft; and a first heat transfer component that is formed to extend along the rotation axis and that contacts the inner surface of the first heat transfer component. a second heat transfer component, wherein the first heat transfer component has a larger coefficient of thermal expansion than the second heat transfer component.

図1は、一実施形態に係るX線管装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an X-ray tube device according to one embodiment. 図2は、図1に示す固定シャフトの一部を示す側面図である。FIG. 2 is a side view of a portion of the fixed shaft shown in FIG. 1. FIG. 図3は、上記実施形態に係る回転陽極型X線管の一部を示す拡大断面図であり、陽極ターゲットに熱が入力され、陽極ターゲットが冷却されるまでの状態を示す図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a part of the rotating anode X-ray tube according to the above embodiment, and is a diagram showing a state from when heat is input to the anode target until the anode target is cooled. 図4は、上記実施形態に係る回転陽極型X線管の変形例の一部を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a part of a modification of the rotating anode X-ray tube according to the above embodiment.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宣変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面や説明をより明確にするため、実際の様態に比べ、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様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宣省略することがある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the disclosure is merely an example, and any modifications that can be easily made by those skilled in the art while maintaining the spirit of the invention are naturally included within the scope of the present invention. In addition, in order to make the drawings and explanations clearer, the width, thickness, shape, etc. of each part may be schematically represented compared to the actual state, but this is just an example and the interpretation of the present invention is It is not limited. In addition, in this specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the existing figures are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations thereof may be omitted as appropriate.

始めに、本発明の実施形態の基本構想について説明する。
X線管は、陰極で発生した電子を高速で陽極ターゲットに衝突させることでX線を発生し、X線にならなかったエネルギーは熱となり陽極ターゲットの温度が上昇する。エネルギーの大半は熱となるため、陽極ターゲットの温度の冷却特性が重要な特性の一つとなる。液体金属を潤滑剤として使用する軸受を採用した回転陽極型のX線管(以下、「回転陽極型X線管」と称する)においては、上昇した陽極ターゲットの温度を冷却する手段として、陽極ターゲットの表面から熱輻射で放熱する輻射冷却と、陽極ターゲットからすべり軸受に伝導した熱を固定シャフト内部の循環水で冷却する伝導冷却とが利用されている。冷却効率は、輻射冷却よりも伝導冷却の方が良いが、伝導冷却を促進しすべり軸受の温度が過度に上昇すると、軸受特性の悪化につながり、場合によっては回転停止等の不良発生の原因となる。そのため、冷却効率を最適化するために伝導冷却の割合を可能な限り大きくしながらも、軸受特性を損なわないようすべり軸受の温度の上昇を抑制するように回転陽極型X線管の構造が決定されている。
First, the basic concept of the embodiment of the present invention will be explained.
An X-ray tube generates X-rays by colliding electrons generated at a cathode with an anode target at high speed, and the energy that is not converted into X-rays turns into heat, increasing the temperature of the anode target. Since most of the energy becomes heat, the cooling characteristics of the anode target temperature are one of the important characteristics. In a rotating anode X-ray tube that employs a bearing that uses liquid metal as a lubricant (hereinafter referred to as a "rotating anode X-ray tube"), the anode target is Radiation cooling, in which heat is radiated from the surface of the anode, and conduction cooling, in which the heat conducted from the anode target to the plain bearing is cooled by circulating water inside the fixed shaft. Conduction cooling has better cooling efficiency than radiation cooling, but if conduction cooling is promoted and the temperature of the plain bearing rises excessively, it can lead to deterioration of bearing characteristics and, in some cases, cause failures such as rotation stoppage. Become. Therefore, the structure of the rotating anode X-ray tube was decided to maximize the rate of conduction cooling as much as possible to optimize the cooling efficiency, while also suppressing the temperature rise of the plain bearing so as not to impair the bearing characteristics. has been done.

従来の回転陽極型X線管の構造では、軸受特性を損なわないために軸受温度が過度に上昇しないよう、効率の良い伝導冷却を抑制した構造となっている。そのため、実際に回転陽極型X線管が使用されているときにすべり軸受の温度が許容範囲内であっても伝導冷却が抑制されていることから陽極ターゲットの冷却効率は最適な効率ではないという問題がある。 The structure of a conventional rotating anode X-ray tube is such that efficient conduction cooling is suppressed so that the bearing temperature does not rise excessively so as not to impair the bearing characteristics. Therefore, when a rotating anode X-ray tube is actually used, conduction cooling is suppressed even if the temperature of the sliding bearing is within the allowable range, so the cooling efficiency of the anode target is not optimal. There's a problem.

そこで、本発明の実施形態においては、かかる問題を改善するものであり、すべり軸受の温度が許容範囲内である場合、伝導冷却を最大限利用できる回転陽極型X線管を得ることができるものである。 Therefore, in an embodiment of the present invention, this problem is improved, and if the temperature of the sliding bearing is within an allowable range, it is possible to obtain a rotating anode type X-ray tube that can make maximum use of conduction cooling. It is.

図1は、一実施形態に係るX線管装置を示す断面図である。
図1に示すように、X線管装置は、回転陽極型X線管1、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル2などを備えている。回転陽極型X線管1は、すべり軸受3と、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。すべり軸受3は、固定シャフト10と、回転体20と、潤滑剤としての液体金属LMと、を有している。
FIG. 1 is a sectional view showing an X-ray tube device according to one embodiment.
As shown in FIG. 1, the X-ray tube device includes a rotating anode X-ray tube 1, a stator coil 2 as a coil for generating a magnetic field, and the like. The rotating anode type X-ray tube 1 includes a sliding bearing 3, an anode target 50, a cathode 60, and a vacuum envelope 70. The slide bearing 3 has a fixed shaft 10, a rotating body 20, and a liquid metal LM as a lubricant.

固定シャフト10は、円柱状に形成され、回転軸線aに沿って延在し、外周面に形成されたラジアル軸受面S11a,S11bと、熱伝達部10aと、を有している。固定シャフト10は、径大部11、第1径小部12、及び第2径小部13から構成されている。径大部11、第1径小部12、及び第2径小部13は、同軸的に一体に形成されている。固定シャフト10は、Fe(鉄)合金やMo(モリブデン)合金などの金属で形成されている。 The fixed shaft 10 is formed in a cylindrical shape, extends along the rotation axis a, and has radial bearing surfaces S11a and S11b formed on the outer peripheral surface, and a heat transfer portion 10a. The fixed shaft 10 includes a large diameter portion 11, a first small diameter portion 12, and a second small diameter portion 13. The large diameter portion 11, the first small diameter portion 12, and the second small diameter portion 13 are integrally formed coaxially. The fixed shaft 10 is made of metal such as Fe (iron) alloy or Mo (molybdenum) alloy.

以下、図2を用いて固定シャフト10の径大部11の詳細について説明する。図2は、図1に示す固定シャフト10の一部を示す側面図である。
図2に示すように、径大部11は、それぞれ外周面に位置した、ラジアル軸受面S11a、ラジアル軸受面S11b、凹面S11c、凹面S11d、及び凹面S11eを有している。また、径大部11は、一端にスラスト軸受面S11iを有し、他端にスラスト軸受面S11jを有している。ラジアル軸受面S11a及びラジアル軸受面S11bは、それぞれ径大部11の外周面に全周に亘って形成されている。凹面S11c、凹面S11d、及び凹面S11eは、それぞれ径大部11の外周面に全周に亘って形成されている。
Hereinafter, details of the large diameter portion 11 of the fixed shaft 10 will be explained using FIG. 2. FIG. 2 is a side view showing a part of the fixed shaft 10 shown in FIG. 1. FIG.
As shown in FIG. 2, the large diameter portion 11 has a radial bearing surface S11a, a radial bearing surface S11b, a concave surface S11c, a concave surface S11d, and a concave surface S11e, which are located on the outer peripheral surface. Further, the large diameter portion 11 has a thrust bearing surface S11i at one end and a thrust bearing surface S11j at the other end. The radial bearing surface S11a and the radial bearing surface S11b are each formed on the outer peripheral surface of the large diameter portion 11 over the entire circumference. The concave surface S11c, the concave surface S11d, and the concave surface S11e are each formed on the outer peripheral surface of the large diameter portion 11 over the entire circumference.

ラジアル軸受面S11a及びラジアル軸受面S11bは、回転軸線aに沿った方向に間隔を置いて位置している。凹面S11cは、ラジアル軸受面S11aとラジアル軸受面S11bとの間に位置し、ラジアル軸受面S11a及びラジアル軸受面S11bのそれぞれと隣り合っている。凹面S11dは、凹面S11cから向かってラジアル軸受面S11aを超えて位置し、ラジアル軸受面S11aと隣り合っている。凹面S11eは、凹面S11cから向かってラジアル軸受面S11bを超えて位置し、ラジアル軸受面S11bと隣り合っている。 The radial bearing surface S11a and the radial bearing surface S11b are spaced apart from each other in the direction along the rotation axis a. The concave surface S11c is located between the radial bearing surface S11a and the radial bearing surface S11b, and is adjacent to each of the radial bearing surface S11a and the radial bearing surface S11b. The concave surface S11d is located beyond the radial bearing surface S11a from the concave surface S11c, and is adjacent to the radial bearing surface S11a. The concave surface S11e is located beyond the radial bearing surface S11b from the concave surface S11c, and is adjacent to the radial bearing surface S11b.

ラジアル軸受面S11aは、プレーン面Saと、複数のパターン部Paと、を有している。プレーン面Saは、滑らかな外周面を有している。複数のパターン部Paは、プレーン面Saを窪めて形成されている。各々のパターン部Paは、周方向に対して斜線状に延出して配列されている。複数のパターン部Paは、回転軸線aに沿った方向において、間隔を置いて形成されている。なお、複数のパターン部Paは、回転軸線aに沿った方向において、つながっていてもよい。 The radial bearing surface S11a has a plain surface Sa and a plurality of pattern parts Pa. The plane surface Sa has a smooth outer peripheral surface. The plurality of pattern parts Pa are formed by recessing the plane surface Sa. Each pattern portion Pa is arranged to extend diagonally in the circumferential direction. The plurality of pattern parts Pa are formed at intervals in the direction along the rotation axis a. Note that the plurality of pattern parts Pa may be connected in the direction along the rotation axis a.

ラジアル軸受面S11bは、プレーン面Sbと、複数のパターン部Pbと、を有している。プレーン面Sbは、滑らかな外周面を有している。複数のパターン部Pbは、プレーン面Sbを窪めて形成されている。各々のパターン部Pbは、周方向に対して斜線状に延出して配列されている。複数のパターン部Pbは、回転軸線aに沿った方向において、間隔を置いて形成されている。なお、複数のパターン部Pbは、回転軸線aに沿った方向において、つながっていてもよい。 The radial bearing surface S11b has a plain surface Sb and a plurality of pattern parts Pb. The plane surface Sb has a smooth outer peripheral surface. The plurality of pattern parts Pb are formed by recessing the plane surface Sb. Each pattern portion Pb is arranged in a diagonal manner extending in the circumferential direction. The plurality of pattern parts Pb are formed at intervals in the direction along the rotation axis a. Note that the plurality of pattern parts Pb may be connected in the direction along the rotation axis a.

各々のパターン部Pa及び各々のパターン部Pbは、数十μmの深さを有した溝で形成されている。複数のパターン部Pa及び複数のパターン部Pbは、それぞれヘリングボン・パターンを形作っている。このため、ラジアル軸受面S11a,S11bは、それぞれ凹凸面であり、液体金属LMを掻き込むことができ、液体金属LMによる動圧を発生し易くすることができる。 Each pattern portion Pa and each pattern portion Pb are formed as grooves having a depth of several tens of μm. The plurality of pattern parts Pa and the plurality of pattern parts Pb each form a herringbone pattern. Therefore, the radial bearing surfaces S11a and S11b each have an uneven surface, and can scrape in the liquid metal LM, making it easier to generate dynamic pressure due to the liquid metal LM.

凹面S11c,S11d,S11eは、それぞれ、滑らかな外周面であり、プレーン面である。凹面S11c、凹面S11d、及び凹面S11eは、ラジアル軸受面S11a及びラジアル軸受面S11bに比べて窪んで形成されている。言い換えると、固定シャフト10において、凹面S11c,S11d,S11eが形成される区間の外径DO2は、ラジアル軸受面S11a,S11bが形成される区間の外径のうち最小の外径DO1より小さい。 Each of the concave surfaces S11c, S11d, and S11e is a smooth outer peripheral surface and a plain surface. The concave surface S11c, the concave surface S11d, and the concave surface S11e are formed to be depressed compared to the radial bearing surface S11a and the radial bearing surface S11b. In other words, in the fixed shaft 10, the outer diameter DO2 of the section where the concave surfaces S11c, S11d, and S11e are formed is smaller than the smallest outer diameter DO1 among the outer diameters of the section where the radial bearing surfaces S11a and S11b are formed.

回転軸線aに垂直な方向にて、凹面(凹面S11c,S11d,S11e)と第2伝熱部品22との間の隙間は、ラジアル軸受面S11a(プレーン面Sa)と第2伝熱部品22との間の隙間より大きく、ラジアル軸受面S11b(プレーン面Sb)と第2伝熱部品22との間の隙間より大きい。 In the direction perpendicular to the rotation axis a, the gap between the concave surfaces (concave surfaces S11c, S11d, S11e) and the second heat transfer component 22 is the gap between the radial bearing surface S11a (plain surface Sa) and the second heat transfer component 22. It is larger than the gap between the radial bearing surface S11b (plane surface Sb) and the second heat transfer component 22.

凹面S11cと第2伝熱部品22との間の空間、凹面S11dと第2伝熱部品22との間の空間、及び凹面S11eと第2伝熱部品22との間の空間を、液体金属LMを収容するリザーバとして機能させることができる。各々のラジアル軸受面S11a,S11bに両隣から液体金属LMを供給できるため、軸受隙間における液体金属LMの枯渇を抑制することができる。 The space between the concave surface S11c and the second heat transfer component 22, the space between the concave surface S11d and the second heat transfer component 22, and the space between the concave surface S11e and the second heat transfer component 22 are filled with liquid metal LM. It can function as a reservoir for accommodating. Since the liquid metal LM can be supplied to each of the radial bearing surfaces S11a and S11b from both sides, depletion of the liquid metal LM in the bearing gap can be suppressed.

図1に示すように、第1径小部12は、径大部11より外径の小さい円柱状に形成され、径大部11の一端から延出して形成されている。第1径小部12は、スラスト軸受面S11iより回転軸線a側に位置している。 As shown in FIG. 1, the first small-diameter portion 12 is formed in a cylindrical shape with an outer diameter smaller than that of the large-diameter portion 11, and extends from one end of the large-diameter portion 11. The first small diameter portion 12 is located closer to the rotation axis a than the thrust bearing surface S11i.

第2径小部13は、径大部11より外径の小さい円柱状に形成され、径大部11の他端から延出して形成されている。第2径小部13は、スラスト軸受面S11jより回転軸線a側に位置している。 The second small diameter portion 13 is formed in a cylindrical shape with an outer diameter smaller than that of the large diameter portion 11, and is formed to extend from the other end of the large diameter portion 11. The second small diameter portion 13 is located closer to the rotational axis a than the thrust bearing surface S11j.

固定シャフト10は、第1底面10b1と、第2底面10b2と、熱伝達部10aとを含んでいる。第2底面10b2は、回転軸線aに沿った方向において第1底面10b1の反対側に位置している。一例においては、第1底面10b1は第1径小部12に位置し、第2底面10b2は第2径小部13に位置している。 The fixed shaft 10 includes a first bottom surface 10b1, a second bottom surface 10b2, and a heat transfer portion 10a. The second bottom surface 10b2 is located on the opposite side of the first bottom surface 10b1 in the direction along the rotation axis a. In one example, the first bottom surface 10b1 is located in the first small diameter portion 12, and the second bottom surface 10b2 is located in the second small diameter portion 13.

熱伝達部10aは、回転軸線aに沿って延在し、第1底面10b1及び第2底面10b2に開口している。熱伝達部10aは、強制対流にて内部を流れる冷媒に熱を伝達する。冷媒は、例えば、冷却液Lである。水冷又は油冷(絶縁油)にて回転陽極型X線管1の陽極ターゲット50の冷却率を向上させることができる。なお、冷媒は空気であってもよく、空冷にて陽極ターゲット50の冷却率を向上させてもよい。 The heat transfer portion 10a extends along the rotation axis a and is open to the first bottom surface 10b1 and the second bottom surface 10b2. The heat transfer section 10a transfers heat to the refrigerant flowing therein by forced convection. The refrigerant is, for example, a cooling liquid L. The cooling rate of the anode target 50 of the rotating anode X-ray tube 1 can be improved by water cooling or oil cooling (insulating oil). Note that the coolant may be air, and the cooling rate of the anode target 50 may be improved by air cooling.

熱伝達部10aは、少なくとも陽極ターゲット50に対向する領域Aに位置していた方が望ましい。これにより、固定シャフト10のうち、陽極ターゲット50の熱が伝わりやすい箇所を冷却することができる。 It is preferable that the heat transfer portion 10a be located at least in the region A facing the anode target 50. Thereby, the portion of the fixed shaft 10 to which the heat of the anode target 50 is easily transferred can be cooled.

上記のことから、熱伝達部10aは、固定シャフト10の内部の熱を放出する放熱部である。なお、固定シャフト10の内部の熱を放出する方法は、熱伝達部10aを放熱部として冷媒に熱を伝達することに限られない。例えば、第1底面10b1及び第2底面10b2を熱交換機で冷却することで固定シャフト10の内部の熱を放出してもよい。この場合、第1底面10b1及び第2底面10b2が放熱部となるため、熱伝達部10a及び冷媒(冷却液L)を無しに回転陽極型X線管1を構成してもよい。 From the above, the heat transfer section 10a is a heat radiating section that radiates the heat inside the fixed shaft 10. Note that the method for discharging the heat inside the fixed shaft 10 is not limited to using the heat transfer section 10a as a heat dissipation section to transfer heat to the refrigerant. For example, the heat inside the fixed shaft 10 may be released by cooling the first bottom surface 10b1 and the second bottom surface 10b2 with a heat exchanger. In this case, since the first bottom surface 10b1 and the second bottom surface 10b2 serve as heat radiating sections, the rotating anode X-ray tube 1 may be configured without the heat transfer section 10a and the coolant (coolant L).

回転体20は、固定シャフト10を中心に回転自在に構成されている。回転体20は、第1伝熱部品21と、第2伝熱部品22と、第1ストッパ23と、第2ストッパ24と、筒部25とを有している。 The rotating body 20 is configured to be rotatable around the fixed shaft 10. The rotating body 20 includes a first heat transfer component 21 , a second heat transfer component 22 , a first stopper 23 , a second stopper 24 , and a cylindrical portion 25 .

第1伝熱部品21は、回転軸線aに沿って延出し、筒状に形成され、固定シャフト10を囲んで位置している。第1伝熱部品21は、第1伝熱部品本体21aと凸部21b,22cとを有している。第1伝熱部品本体21aは、全周に亘って均一な内径及び外径を有している。 The first heat transfer component 21 extends along the rotation axis a, is formed in a cylindrical shape, and is located surrounding the fixed shaft 10. The first heat transfer component 21 has a first heat transfer component main body 21a and convex portions 21b and 22c. The first heat transfer component main body 21a has a uniform inner diameter and outer diameter over the entire circumference.

凸部21b,21cは、第1伝熱部品本体21aの両端に回転軸線aから離れる方向に延在して形成されている。凸部21b,21cは環状の形状を有している。凸部21b,21cは、第1伝熱部品本体21aと連続的に一体に形成されていなくともよく、例えば、溶接やねじによって第1伝熱部品本体21aの外周面に固定されてもよい。 The convex portions 21b and 21c are formed at both ends of the first heat transfer component body 21a so as to extend in a direction away from the rotation axis a. The protrusions 21b and 21c have an annular shape. The convex portions 21b and 21c do not need to be continuously and integrally formed with the first heat transfer component body 21a, and may be fixed to the outer circumferential surface of the first heat transfer component body 21a by, for example, welding or screws.

第1伝熱部品21の熱膨張係数は、第2伝熱部品22の熱膨張係数よりも大きい。第1伝熱部品21の材料は、例えば、MoやTZM(チタンジルコニウムモリブデン合金)などである。なお、Moの熱膨張係数は、5.1×10-6乃至5.7×10-6/Kであり、TZMの熱膨張係数は、5.3×10-6/Kである。 The coefficient of thermal expansion of the first heat transfer component 21 is larger than the coefficient of thermal expansion of the second heat transfer component 22. The material of the first heat transfer component 21 is, for example, Mo or TZM (titanium zirconium molybdenum alloy). Note that the thermal expansion coefficient of Mo is 5.1×10 −6 to 5.7×10 −6 /K, and the thermal expansion coefficient of TZM is 5.3×10 −6 /K.

第2伝熱部品22は、回転軸線aに沿って延出し、筒状に形成され、第1伝熱部品21(第1伝熱部品本体21a)の内面に接触している。第2伝熱部品22は、例えば、第1伝熱部品21に締り嵌めによって取り付けられている。第2伝熱部品22は、固定シャフト10と第1伝熱部品21との間に位置している。一例では、第2伝熱部品22は、全周に亘って均一な内径及び外径を有し、内周面にラジアル軸受面S22を含んでいる。 The second heat transfer component 22 extends along the rotation axis a, is formed in a cylindrical shape, and is in contact with the inner surface of the first heat transfer component 21 (first heat transfer component main body 21a). The second heat transfer component 22 is attached to the first heat transfer component 21 by interference fit, for example. The second heat transfer component 22 is located between the fixed shaft 10 and the first heat transfer component 21. In one example, the second heat transfer component 22 has a uniform inner diameter and outer diameter over the entire circumference, and includes a radial bearing surface S22 on the inner peripheral surface.

第2伝熱部品22の材料は、中粒超硬合金、粗粒超硬合金、超微粒子合金、鉄ニッケル合金などである。中粒超硬合金としては、例えば、富士ダイス社製のVD15とすることができる。粗粒超硬合金としては、例えば、富士ダイス社製のC50とすることができる。超微粒子合金としては、例えば、CIS(超硬工具協会)規格019DにおけるVF-10とすることができる。鉄ニッケル合金としては、例えば、インバーを使用することができる。ここで、中粒超硬合金を構成する粒子の平均粒径は、1.0μmから2.5μmまでである。なお、上記平均粒径とは、JIS(日本工業規格) B 4054:2020に準拠した炭化タングステン(WC)の平均粒径を指す。また、合金における上記平均粒径は、全粒子の平均粒径のことを指す。粗粒超硬合金を構成する粒子の平均粒径は、2.5μmから5.0μmまでである。超微粒子合金を構成する粒子の平均粒径は、1.0未満である。なお、上記平均粒径は、回転陽極型X線管1の製造が開始される前の平均粒径であり、JIS B 4054:2020に準拠した算出方法により算出される。 The material of the second heat transfer component 22 is a medium-grain cemented carbide, a coarse-grained cemented carbide, an ultrafine-grained alloy, an iron-nickel alloy, or the like. As the medium grain cemented carbide, for example, VD15 manufactured by Fuji Dice Co., Ltd. can be used. As the coarse grain cemented carbide, for example, C50 manufactured by Fuji Dice Co., Ltd. can be used. The ultrafine grain alloy may be, for example, VF-10 in the CIS (Cemented Carbide Tools Association) standard 019D. For example, Invar can be used as the iron-nickel alloy. Here, the average particle size of the particles constituting the medium grain cemented carbide is from 1.0 μm to 2.5 μm. Note that the above average particle size refers to the average particle size of tungsten carbide (WC) based on JIS (Japanese Industrial Standard) B 4054:2020. Further, the above-mentioned average particle size in the alloy refers to the average particle size of all particles. The average grain size of the particles constituting the coarse-grained cemented carbide is from 2.5 μm to 5.0 μm. The average particle size of the particles constituting the ultrafine particle alloy is less than 1.0. Note that the above average particle size is the average particle size before manufacturing of the rotating anode X-ray tube 1 is started, and is calculated by a calculation method based on JIS B 4054:2020.

中粒超硬合金(富士ダイス社製VD15)の熱膨張係数は、4.7×10-6/Kである。粗粒超硬合金(富士ダイス社製C50)の熱膨張係数は、4.8×10-6/Kである。超微粒子合金(VF-10)の熱膨張率は、4.9×10-6/Kである。鉄ニッケル合金(インバー)の熱膨張係数は、1.2×10-6乃至2.0×10-6/Kである。 The thermal expansion coefficient of the medium grain cemented carbide (VD15 manufactured by Fuji Dice Co., Ltd.) is 4.7×10 −6 /K. The thermal expansion coefficient of the coarse grained cemented carbide (C50 manufactured by Fuji Dice Co., Ltd.) is 4.8×10 −6 /K. The thermal expansion coefficient of the ultrafine particle alloy (VF-10) is 4.9×10 −6 /K. The thermal expansion coefficient of iron-nickel alloy (Invar) is 1.2×10 −6 to 2.0×10 −6 /K.

第1ストッパ23は、円環状の形状を有し、第1伝熱部品21の一端に固定されている。第1ストッパ23は、第2伝熱部品22の一端面22aと対向している。一例においては、第1ストッパ23は、第2伝熱部品22の一端面22aと接触している。 The first stopper 23 has an annular shape and is fixed to one end of the first heat transfer component 21 . The first stopper 23 faces one end surface 22a of the second heat transfer component 22. In one example, the first stopper 23 is in contact with one end surface 22a of the second heat transfer component 22.

第1ストッパ23は、Fe合金やMo合金などの金属で形成されている。一例では、第1ストッパ23は、回転軸線aに沿った方向に固定シャフト10のスラスト軸受面S11iと対向したスラスト軸受面S23を含んでいる。スラスト軸受面S23は、第1ストッパ23の内周側に位置し、環状の形状を有している。 The first stopper 23 is made of metal such as Fe alloy or Mo alloy. In one example, the first stopper 23 includes a thrust bearing surface S23 that faces the thrust bearing surface S11i of the fixed shaft 10 in the direction along the rotation axis a. The thrust bearing surface S23 is located on the inner peripheral side of the first stopper 23 and has an annular shape.

第1ストッパ23と固定シャフト10(第1径小部12)との間の隙間は、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ストッパ23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。 The gap between the first stopper 23 and the fixed shaft 10 (first small diameter portion 12) is set to a value that can maintain rotation of the rotating body 20 and suppress leakage of the liquid metal LM. From the above, the gap is small, and the first stopper 23 functions as a labyrinth seal ring.

第2ストッパ24は、円環状の形状を有し、第1伝熱部品21の他端に固定されている。第2ストッパ24は、第2伝熱部品22の他端面22bと対向している。一例においては、第2ストッパ24は、第2伝熱部品22の他端面22bと接触している。 The second stopper 24 has an annular shape and is fixed to the other end of the first heat transfer component 21 . The second stopper 24 faces the other end surface 22b of the second heat transfer component 22. In one example, the second stopper 24 is in contact with the other end surface 22b of the second heat transfer component 22.

第2ストッパ24は、Fe合金やMo合金などの金属で形成されている。一例では、第2ストッパ24は、回転軸線aに沿った方向に固定シャフト10のスラスト軸受面S11jと対向したスラスト軸受面S24を含んでいる。スラスト軸受面S24は、第2ストッパ24の内周側に位置し、環状の形状を有している。 The second stopper 24 is made of metal such as Fe alloy or Mo alloy. In one example, the second stopper 24 includes a thrust bearing surface S24 that faces the thrust bearing surface S11j of the fixed shaft 10 in the direction along the rotation axis a. The thrust bearing surface S24 is located on the inner peripheral side of the second stopper 24 and has an annular shape.

第2ストッパ24と固定シャフト10(第2径小部13)との間の隙間は、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2ストッパ24はラビリンスシールリングとして機能するものである。
第1ストッパ23及び第2ストッパ24は、第2伝熱部品22の回転軸線aに沿った方向への移動を制限している。
The gap between the second stopper 24 and the fixed shaft 10 (second small diameter portion 13) is set to a value that can maintain rotation of the rotating body 20 and suppress leakage of the liquid metal LM. From the above, the gap is small, and the second stopper 24 functions as a labyrinth seal ring.
The first stopper 23 and the second stopper 24 limit movement of the second heat transfer component 22 in the direction along the rotation axis a.

筒部25は、第1伝熱部品21の凸部21bの外周面に接合されている。筒部25は、銅(Cu)又は銅合金などの金属で形成されている。 The cylindrical portion 25 is joined to the outer peripheral surface of the convex portion 21b of the first heat transfer component 21. The cylindrical portion 25 is made of metal such as copper (Cu) or a copper alloy.

液体金属LMは、固定シャフト10(径大部11)と、第2伝熱部品22と、第1ストッパ23と、第2ストッパ24と、の間の隙間に充填されている。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)合金などの材料を利用することができる。回転体20の回転動作時、液体金属LMの回転軸線a側の液面は、ラジアル軸受面S11a,S11bより回転軸線a側に位置している。これにより、軸受隙間における液体金属LMの枯渇を抑制することができる。液体金属LMは、固定シャフト10の軸受面及び回転体20の軸受面とともに動圧形のすべり軸受を形成している。 The liquid metal LM is filled in a gap between the fixed shaft 10 (large diameter portion 11), the second heat transfer component 22, the first stopper 23, and the second stopper 24. The liquid metal LM can be made of a material such as a GaIn (gallium-indium) alloy or a GaInSn (gallium-indium-tin) alloy. During the rotational operation of the rotating body 20, the liquid level of the liquid metal LM on the rotation axis a side is located closer to the rotation axis a than the radial bearing surfaces S11a and S11b. Thereby, depletion of the liquid metal LM in the bearing gap can be suppressed. The liquid metal LM forms a hydrodynamic sliding bearing together with the bearing surface of the fixed shaft 10 and the bearing surface of the rotating body 20.

陽極ターゲット50は、円環状に形成され、固定シャフト10、第1伝熱部品21、及び第2伝熱部品22と同軸的に設けられている。陽極ターゲット50は、陽極ターゲット本体51と、陽極ターゲット本体51の外面の一部に設けられたターゲット層52と、を有している。陽極ターゲット本体51は、円環状に形成されている。陽極ターゲット本体51は、第1伝熱部品21の外周を囲み、第1伝熱部品21に固定されている。 The anode target 50 is formed in an annular shape and is provided coaxially with the fixed shaft 10 , the first heat transfer component 21 , and the second heat transfer component 22 . The anode target 50 includes an anode target body 51 and a target layer 52 provided on a part of the outer surface of the anode target body 51. The anode target body 51 is formed in an annular shape. The anode target body 51 surrounds the outer periphery of the first heat transfer component 21 and is fixed to the first heat transfer component 21 .

陽極ターゲット本体51は、モリブデン、タングステン、あるいはこれらを用いた合金で形成されている。ターゲット層52を形成する金属の融点は、陽極ターゲット本体51を形成する金属の融点と同一、又は陽極ターゲット本体51を形成する金属の融点より高い。例えば、陽極ターゲット本体51は、モリブデン合金で形成され、ターゲット層52はタングステン合金で形成されている。 The anode target body 51 is made of molybdenum, tungsten, or an alloy thereof. The melting point of the metal forming the target layer 52 is the same as or higher than the melting point of the metal forming the anode target body 51. For example, the anode target body 51 is made of a molybdenum alloy, and the target layer 52 is made of a tungsten alloy.

陽極ターゲット50は、回転体20とともに回転可能である。ターゲット層52のターゲット面S52に電子が衝突すると、ターゲット面S52に焦点が形成される。これにより、陽極ターゲット50は、焦点からX線を放出する。 The anode target 50 is rotatable together with the rotating body 20. When electrons collide with the target surface S52 of the target layer 52, a focal point is formed on the target surface S52. Thereby, the anode target 50 emits X-rays from the focal point.

陰極60は、陽極ターゲット50のターゲット層52に間隔を置き、ターゲット層52に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、ターゲット層52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。 The cathode 60 is spaced apart from the target layer 52 of the anode target 50 and is disposed opposite to the target layer 52 . Cathode 60 is attached to the inner wall of vacuum envelope 70 . The cathode 60 has a filament 61 as an electron emission source that emits electrons to irradiate the target layer 52.

真空外囲器70は、円筒状に形成されている。真空外囲器70はガラス、セラミック及び金属で形成されている。真空外囲器70において、陽極ターゲット50と対向した箇所の外径は、筒部25と対向した箇所の外径より大きい。真空外囲器70は、開口部71,72を有している。真空外囲器70は、密閉され、陽極ターゲット50及び陰極60を収容し、固定シャフト10を固定している。真空外囲器70の内部は真空状態(減圧状態)に維持されている。 The vacuum envelope 70 is formed into a cylindrical shape. The vacuum envelope 70 is made of glass, ceramic, and metal. In the vacuum envelope 70, the outer diameter of the portion facing the anode target 50 is larger than the outer diameter of the portion facing the cylindrical portion 25. The vacuum envelope 70 has openings 71 and 72. The vacuum envelope 70 is sealed, houses the anode target 50 and the cathode 60, and fixes the fixed shaft 10. The inside of the vacuum envelope 70 is maintained in a vacuum state (reduced pressure state).

真空外囲器70の気密状態を維持するよう、開口部71は固定シャフト10の一端部(第1径小部12)に気密に接合され、開口部72は固定シャフト10の他端部(第2径小部13)に気密に接合されている。真空外囲器70は、固定シャフト10の第1径小部12及び第2径小部13を固定している。すなわち、第1径小部12及び第2径小部13は、軸受の両持ち支持部として機能している。 In order to maintain the airtight state of the vacuum envelope 70, the opening 71 is hermetically joined to one end of the fixed shaft 10 (the first small diameter part 12), and the opening 72 is joined to the other end of the fixed shaft 10 (the first small diameter part 12). 2) and is hermetically joined to the small diameter portion 13). The vacuum envelope 70 fixes the first small diameter portion 12 and the second small diameter portion 13 of the fixed shaft 10. In other words, the first small-diameter portion 12 and the second small-diameter portion 13 function as supporting portions on both sides of the bearing.

回転陽極型X線管1は、固定シャフト10の内部に冷却液Lを取入れ、かつ、固定シャフト10の内部から冷却液Lを吐出す冷却管40を備えている。冷却管40は、第1管部41と第2管部42とを含んでいる。円環部16は、固定シャフト10の第2底面10b2に液密に接合されている。第1管部41は、外周面が円環部16の開口部に液密に接合され、固定シャフト10の外部に延出している。第1管部41は、固定シャフト10の内部に冷却液Lを取入れるための取入れ口41aを有している。 The rotating anode type X-ray tube 1 includes a cooling pipe 40 that takes the cooling liquid L into the inside of the fixed shaft 10 and discharges the cooling liquid L from the inside of the fixed shaft 10. The cooling pipe 40 includes a first pipe section 41 and a second pipe section 42 . The annular portion 16 is liquid-tightly joined to the second bottom surface 10b2 of the fixed shaft 10. The first tube portion 41 has an outer peripheral surface liquid-tightly joined to the opening of the annular portion 16 and extends to the outside of the fixed shaft 10 . The first pipe portion 41 has an intake port 41 a for introducing the coolant L into the fixed shaft 10 .

円環部17は、固定シャフト10の第1底面10b1に液密に接合されている。第2管部42は、外周面が円環部17の開口に液密に接合され、固定シャフト10の外部に延出している。第2管部42は、固定シャフト10の外部に冷却液Lを吐出すための吐出し口42aを有している。 The annular portion 17 is liquid-tightly joined to the first bottom surface 10b1 of the fixed shaft 10. The second tube portion 42 has an outer peripheral surface liquid-tightly joined to the opening of the annular portion 17 and extends to the outside of the fixed shaft 10 . The second pipe portion 42 has a discharge port 42a for discharging the coolant L to the outside of the fixed shaft 10.

固定シャフト10は、冷却管40とともに冷却液Lの流路を形成している。冷却液Lは、第1管部41の取入れ口41aを介して固定シャフト10の内部に取り入れられ、固定シャフト10の内部を通り、第2管部42の吐出し口42aから固定シャフト10の外部に吐出される。なお、上記冷却液Lは、逆方向に流れてもよい。この場合、第1管部41が吐出し口を有し、第2管部42が取入れ口を有する。
なお、第1底面10b1及び第2底面10b2を熱交換機で冷却することで固定シャフト10の内部の熱を放出する場合、冷却管40、円環部16、及び円環部17無しに回転陽極型X線管1を構成してもよい。
The fixed shaft 10 forms a flow path for the cooling liquid L together with the cooling pipe 40. The coolant L is taken into the fixed shaft 10 through the intake port 41 a of the first pipe section 41 , passes through the inside of the fixed shaft 10 , and flows to the outside of the fixed shaft 10 from the discharge port 42 a of the second pipe section 42 . is discharged. Note that the cooling liquid L may flow in the opposite direction. In this case, the first pipe section 41 has a discharge port, and the second pipe section 42 has an intake port.
Note that when the heat inside the fixed shaft 10 is released by cooling the first bottom surface 10b1 and the second bottom surface 10b2 with a heat exchanger, a rotating anode type is used without the cooling pipe 40, the annular portion 16, and the annular portion 17. The X-ray tube 1 may also be configured.

ステータコイル2は、回転体20の外周面、より詳しくは筒部25の外周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。ステータコイル2は、筒部25(回転体20)に与える磁界を発生して回転体20及び陽極ターゲット50を回転させる。
上記のように回転陽極型X線管1を備えたX線管装置が形成されている。
The stator coil 2 is provided so as to surround the outside of the vacuum envelope 70 so as to face the outer circumferential surface of the rotating body 20 , more specifically, the outer circumferential surface of the cylindrical portion 25 . The stator coil 2 has an annular shape. The stator coil 2 generates a magnetic field applied to the cylindrical portion 25 (the rotating body 20) to rotate the rotating body 20 and the anode target 50.
As described above, an X-ray tube device including the rotating anode type X-ray tube 1 is formed.

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(特に筒部25)に与える磁界を発生するため、第2伝熱部品22は回転する。これにより、第1伝熱部品21及び陽極ターゲット50も一緒に回転する。また、陰極60に電流が与えられ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。 In the operating state of the X-ray tube device, the stator coil 2 generates a magnetic field applied to the rotating body 20 (particularly the cylindrical portion 25), so the second heat transfer component 22 rotates. As a result, the first heat transfer component 21 and the anode target 50 also rotate together. Further, a current is applied to the cathode 60 and a negative voltage is applied, and a relatively positive voltage is applied to the anode target 50.

これにより、陰極60と陽極ターゲット50との間に電位差が生じる。フィラメント61は電子を放出する。この電子は、加速され、ターゲット面S52に衝突する。これにより、ターゲット面S52に焦点が形成され、焦点は電子と衝突するときにX線を放出する。陽極ターゲット50に衝突した電子(熱電子)は、X線に変換され、残りは熱エネルギーに変換される。なお、陰極60の電子放出源としては、フィラメントに限定されるものではなく、例えばフラットエミッタであってもよい。 This creates a potential difference between the cathode 60 and the anode target 50. Filament 61 emits electrons. This electron is accelerated and collides with the target surface S52. As a result, a focal point is formed on the target surface S52, and the focal point emits X-rays when it collides with electrons. Electrons (thermoelectrons) that collide with the anode target 50 are converted into X-rays, and the rest are converted into thermal energy. Note that the electron emission source of the cathode 60 is not limited to a filament, and may be a flat emitter, for example.

陽極ターゲット50で発生した熱は、ターゲット面S52から、ターゲット層52の内部、陽極ターゲット本体51、第1伝熱部品21、第2伝熱部品22、液体金属LM、固定シャフト10の順に伝わる。固定シャフト10に伝わった熱は、固定シャフト10の熱伝達部10aから冷却液Lに伝わり、冷却液Lとともにすべり軸受3の外部に放出される。 The heat generated in the anode target 50 is transmitted from the target surface S52 to the inside of the target layer 52, the anode target body 51, the first heat transfer component 21, the second heat transfer component 22, the liquid metal LM, and the fixed shaft 10 in this order. The heat transferred to the fixed shaft 10 is transferred from the heat transfer portion 10a of the fixed shaft 10 to the coolant L, and is released to the outside of the slide bearing 3 together with the coolant L.

図3は、上記実施形態に係る回転陽極型X線管1の一部を示す拡大断面図であり、陽極ターゲット50に熱が入力され、陽極ターゲット50が冷却されるまでの状態を示す図である。 FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a part of the rotating anode X-ray tube 1 according to the above embodiment, and is a diagram showing a state from when heat is input to the anode target 50 until the anode target 50 is cooled. be.

図3に示すように、陽極ターゲット50に熱が発生すると、第1伝熱部品21は熱膨張する。すると、第1伝熱部品21の熱膨張係数は第2伝熱部品22の熱膨張係数よりも大きいため、第1伝熱部品21と第2伝熱部品との間に環状の隙間Sが形成される。隙間Sは、第1伝熱部品21及び第2伝熱部品22における熱交換を遮断する断熱部として機能する。つまり、陽極ターゲット50から第1伝熱部品21に伝わった熱が第2伝熱部品22に伝わることを抑制する。 As shown in FIG. 3, when heat is generated in the anode target 50, the first heat transfer component 21 thermally expands. Then, since the thermal expansion coefficient of the first heat transfer component 21 is larger than that of the second heat transfer component 22, an annular gap S is formed between the first heat transfer component 21 and the second heat transfer component. be done. The gap S functions as a heat insulator that blocks heat exchange between the first heat transfer component 21 and the second heat transfer component 22. That is, the heat transmitted from the anode target 50 to the first heat transfer component 21 is suppressed from being transmitted to the second heat transfer component 22.

一方、陽極ターゲット50に熱が発生すると、第1伝熱部品本体21aの外周面も、回転軸線aから離れる方向に膨張する。この時、筒部25は、凸部21bに取り付けられているため第1伝熱部品本体21aの外周面と接触しない。 On the other hand, when heat is generated in the anode target 50, the outer peripheral surface of the first heat transfer component main body 21a also expands in a direction away from the rotation axis a. At this time, the cylindrical portion 25 does not contact the outer peripheral surface of the first heat transfer component main body 21a because it is attached to the convex portion 21b.

陽極ターゲット50の温度が低下すると、第1伝熱部品21の熱膨張により形成されていた隙間Sは小さくなり、第1伝熱部品21から第2伝熱部品22への熱伝導が促進される。 When the temperature of the anode target 50 decreases, the gap S formed by the thermal expansion of the first heat transfer component 21 becomes smaller, and heat conduction from the first heat transfer component 21 to the second heat transfer component 22 is promoted. .

以下、上記実施形態に係る回転陽極型X線管1の効果について説明する。
上記のように構成された回転陽極型X線管1によれば、回転陽極型X線管1は、陰極60と、陽極ターゲット50と、固定シャフト10と回転体20とを有するすべり軸受3と、真空外囲器70とを備えている。固定シャフト10は、熱を放出する放熱部を有している。回転体20は、第1伝熱部品21と、第1伝熱部品21の内面に接触する第2伝熱部品22とを有している。第1伝熱部品21の熱膨張係数は、第2伝熱部品22の熱膨張係数よりも大きい。これにより、すべり軸受の温度が許容範囲内である場合、伝導冷却を最大限利用できる回転陽極型X線管を得ることができる。
The effects of the rotating anode X-ray tube 1 according to the above embodiment will be explained below.
According to the rotating anode X-ray tube 1 configured as described above, the rotating anode X-ray tube 1 includes a cathode 60, an anode target 50, a sliding bearing 3 having a fixed shaft 10, and a rotating body 20. , and a vacuum envelope 70. The fixed shaft 10 has a heat radiating section that radiates heat. The rotating body 20 includes a first heat transfer component 21 and a second heat transfer component 22 that contacts the inner surface of the first heat transfer component 21 . The coefficient of thermal expansion of the first heat transfer component 21 is larger than the coefficient of thermal expansion of the second heat transfer component 22. As a result, it is possible to obtain a rotating anode type X-ray tube that can make maximum use of conduction cooling when the temperature of the sliding bearing is within an allowable range.

回転体20は、第1伝熱部品21に固定され、第2伝熱部品22の一端面22aに対向している第1ストッパ23と、第1伝熱部品21に固定され、第2伝熱部品22の他端面22bに対向している第2ストッパ24とを有している。これにより、第2伝熱部品22が第1伝熱部品21に対して回転軸線aに沿った方向に移動することを防止できる。 The rotating body 20 is fixed to the first heat transfer component 21 and has a first stopper 23 facing one end surface 22a of the second heat transfer component 22, and a first stopper 23 that is fixed to the first heat transfer component 21 and has a second heat transfer component. It has a second stopper 24 facing the other end surface 22b of the component 22. Thereby, the second heat transfer component 22 can be prevented from moving in the direction along the rotation axis a with respect to the first heat transfer component 21.

回転陽極型X線管1は、固定シャフト10の内部に冷媒を取入れる取入れ口41aと、冷媒を固定シャフト10の外部に吐出す吐出し口42aとを有している冷却管40を備え、放熱部は、冷媒に熱を伝達する熱伝達部10aである。これにより、固定シャフト10内部の熱による自然対流によって冷媒を流すことが可能となり、固定シャフト10を冷却するためのコストを抑えることができる。 The rotating anode type X-ray tube 1 includes a cooling pipe 40 having an intake port 41a for introducing the coolant into the inside of the fixed shaft 10, and a discharge port 42a for discharging the coolant to the outside of the fixed shaft 10. The heat radiation section is a heat transfer section 10a that transfers heat to the refrigerant. Thereby, it becomes possible to flow the coolant by natural convection due to heat inside the fixed shaft 10, and the cost for cooling the fixed shaft 10 can be suppressed.

(変形例)
次に、上記実施形態に係る回転陽極型X線管1の変形例について説明する。回転陽極型X線管1は、本変形例で説明する構成以外、上記実施形態と同様に構成されている。図4は、上記実施形態に係る回転陽極型X線管の変形例の一部を示す拡大断面図である。
(Modified example)
Next, a modification of the rotating anode X-ray tube 1 according to the above embodiment will be described. The rotating anode X-ray tube 1 has the same structure as the above embodiment except for the structure described in this modification. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a part of a modification of the rotating anode X-ray tube according to the above embodiment.

図4に示すように、第2伝熱部品22は、第1伝熱部品21に陽極ターゲット50に対向する領域Aの外側において、接合部26,27で接合されている。接合部26,27は、例えば、溶接部やろう接部などとすることができる。接合部26及び接合部27は、第2伝熱部品22と第1伝熱部品21との全周に亘って延在してもよいし、第2伝熱部品22と第1伝熱部品21との全周に亘って延在していなくともよい。接合部26,27は、第1伝熱部品21と第2伝熱部品22の全周に亘って延在していない場合、例えば、スポット溶接によって形成されることができる。 As shown in FIG. 4, the second heat transfer component 22 is joined to the first heat transfer component 21 at joints 26 and 27 outside the region A facing the anode target 50. As shown in FIG. The joint parts 26 and 27 can be, for example, welded parts or brazed parts. The joint portion 26 and the joint portion 27 may extend over the entire circumference of the second heat transfer component 22 and the first heat transfer component 21, or may extend between the second heat transfer component 22 and the first heat transfer component 21. It does not have to extend all the way around. If the joints 26 and 27 do not extend all the way around the first heat transfer component 21 and the second heat transfer component 22, they can be formed by spot welding, for example.

また、図示しないが、ねじを用いて第1伝熱部品21と第2伝熱部品22とを取り外し可能に固定してもよい。第1伝熱部品21と第2伝熱部品22とは、1箇所で固定されてもよく、例えば、接合部26のみで固定されていてもよい。 Although not shown, the first heat transfer component 21 and the second heat transfer component 22 may be removably fixed using screws. The first heat transfer component 21 and the second heat transfer component 22 may be fixed at one location, for example, may be fixed only at the joint portion 26.

上記実施形態では第1ストッパ23及び第2ストッパ24によって回転軸線aに沿った方向における第2伝熱部品22の移動を制限することを記載したが、本変形例では第2伝熱部品22は第1伝熱部品21に固定されているため、第1ストッパ23及び第2ストッパ24による第2伝熱部品22の移動の制限は不要である。 In the above embodiment, it has been described that the movement of the second heat transfer component 22 in the direction along the rotation axis a is limited by the first stopper 23 and the second stopper 24, but in this modification, the second heat transfer component 22 is Since it is fixed to the first heat transfer component 21, it is not necessary to restrict the movement of the second heat transfer component 22 by the first stopper 23 and the second stopper 24.

つまり、本変形例において、第1ストッパ23及び第2ストッパ24は、ラビリンスシールリングとして液体金属LMの漏洩を抑え、固定シャフト10とともに動圧形のスラストすべり軸受を構成する環状部品とすることができる。第1ストッパ23を第1環状部品、第2ストッパ24を第2環状部品とすると、第1環状部品及び第2環状部品は、第1伝熱部品21に固定されてもよいし、第2伝熱部品22に固定されてもよい。第1環状部品は、第2伝熱部品22の一端面22aに隙間を設けて位置してもよい。第2環状部品は、第2伝熱部品22の他端面22bに隙間を設けて位置してもよい。 That is, in this modification, the first stopper 23 and the second stopper 24 can be annular parts that act as labyrinth seal rings to suppress leakage of the liquid metal LM and constitute a dynamic pressure type thrust sliding bearing together with the fixed shaft 10. can. When the first stopper 23 is the first annular component and the second stopper 24 is the second annular component, the first annular component and the second annular component may be fixed to the first heat transfer component 21, or may be fixed to the second heat transfer component 21. It may be fixed to the thermal component 22. The first annular component may be located at one end surface 22a of the second heat transfer component 22 with a gap provided therebetween. The second annular component may be located at the other end surface 22b of the second heat transfer component 22 with a gap provided therebetween.

上記のように構成された上記実施形態に係る回転陽極型X線管1の変形例によれば、上記実施形態に係る回転陽極型X線管と同様の効果を得ることができる。 According to the modified example of the rotary anode type X-ray tube 1 according to the above embodiment configured as described above, it is possible to obtain the same effects as the rotary anode type X-ray tube according to the above embodiment.

本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、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。上述した新規な実施形態は、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。上記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。 Although embodiments of the present invention have been described, the above embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment described above can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The above-described embodiments and modifications thereof are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

1…回転陽極型X線管、3…すべり軸受、10…固定シャフト、10a…熱伝達部、10b1…第1底面、10b2…第2底面、16,17…円環部、20…回転体、21…第1伝熱部品、22…第2伝熱部品、22a…一端面、22b…他端面、23…第1ストッパ、24…第2ストッパ、25…筒部、26…接合部、40…冷却管、41…第1管部、41a…取入れ口、42…第2管部、42a…吐出し口、50…陽極ターゲット、51…陽極ターゲット本体、52…ターゲット層、60…陰極、61…フィラメント、70…真空外囲器、A…領域、L…冷却液、LM…液体金属、S…隙間、a…回転軸線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Rotating anode type X-ray tube, 3... Sliding bearing, 10... Fixed shaft, 10a... Heat transfer part, 10b1... First bottom surface, 10b2... Second bottom surface, 16, 17... Annular part, 20... Rotating body, 21...First heat transfer component, 22...Second heat transfer component, 22a...One end surface, 22b...Other end surface, 23...First stopper, 24...Second stopper, 25...Cylinder part, 26...Joint part, 40... Cooling pipe, 41...First tube section, 41a...Intake port, 42...Second tube section, 42a...Discharge port, 50...Anode target, 51...Anode target body, 52...Target layer, 60...Cathode, 61... Filament, 70... Vacuum envelope, A... Region, L... Coolant, LM... Liquid metal, S... Gap, a... Rotation axis.

Claims (5)

電子を放出する陰極と、
前記電子を受けてX線を発生する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑剤と、を有しているすべり軸受と、
前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、
前記固定シャフトは、内部の熱を外部に放出する放熱部を有し、
前記回転体は、
前記回転軸線に沿って延出して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している第1伝熱部品と、
前記回転軸線に沿って延出して形成され、前記第1伝熱部品の内面に接触している第2伝熱部品と、を有し、
前記陽極ターゲットは、前記第1伝熱部品の外周面を囲み、前記第1伝熱部品に固定され、
前記第1伝熱部品の熱膨張係数は、前記第2伝熱部品の熱膨張係数よりも大きい、
回転陽極型X線管。
a cathode that emits electrons;
an anode target that receives the electrons and generates X-rays;
a rotating body connected to the anode target and extending along a rotational axis; a fixed shaft rotatably supporting the rotating body; a lubricant held between the rotating body and the fixed shaft; a plain bearing having a
a vacuum envelope that houses the cathode and the anode target and fixes the fixed shaft;
The fixed shaft has a heat radiation part that releases internal heat to the outside,
The rotating body is
a first heat transfer component extending along the rotational axis and positioned around the fixed shaft;
a second heat transfer component extending along the rotational axis and in contact with an inner surface of the first heat transfer component;
The anode target surrounds the outer peripheral surface of the first heat transfer component and is fixed to the first heat transfer component,
The coefficient of thermal expansion of the first heat transfer component is greater than the coefficient of thermal expansion of the second heat transfer component.
Rotating anode type X-ray tube.
前記第1伝熱部品の材料は、モリブデン又はチタンジルコニウムモリブデン合金であり、
前記第2伝熱部品の材料は、中粒超硬合金、粗粒超硬合金、超微粒子合金、又は鉄ニッケル合金である、
請求項1に記載の回転陽極型X線管。
The material of the first heat transfer component is molybdenum or titanium zirconium molybdenum alloy,
The material of the second heat transfer component is a medium-grained cemented carbide, a coarse-grained cemented carbide, an ultrafine-grained alloy, or an iron-nickel alloy.
The rotating anode X-ray tube according to claim 1.
前記回転体は、
前記第1伝熱部品に固定され、前記第2伝熱部品の前記回転軸線に沿った方向における一端面に対向している第1ストッパと、
前記第1伝熱部品に固定され、前記第2伝熱部品の前記回転軸線に沿った方向における他端面に対向している第2ストッパと、を有し、
前記第1ストッパ及び前記第2ストッパは、前記第2伝熱部品の前記回転軸線に沿った方向への移動を制限する、
請求項1又は2に記載の回転陽極型X線管。
The rotating body is
a first stopper fixed to the first heat transfer component and facing one end surface of the second heat transfer component in a direction along the rotation axis;
a second stopper fixed to the first heat transfer component and facing the other end surface of the second heat transfer component in the direction along the rotation axis;
The first stopper and the second stopper limit movement of the second heat transfer component in a direction along the rotation axis.
The rotating anode X-ray tube according to claim 1 or 2.
前記第2伝熱部品は、前記第1伝熱部品に前記陽極ターゲットに囲まれた領域の外側で固定されている、
請求項1又は2に記載の回転陽極型X線管。
the second heat transfer component is fixed to the first heat transfer component outside a region surrounded by the anode target;
The rotating anode X-ray tube according to claim 1 or 2.
前記固定シャフトの内部に冷媒を取入れる取入れ口と、前記冷媒を前記固定シャフトの外部に吐出す吐出し口と、を有している冷却管を更に備え、
前記放熱部は、前記冷媒に熱を伝達する熱伝達部である、
請求項1又は2に記載の回転陽極型X線管。
Further comprising a cooling pipe having an intake port for introducing the refrigerant into the inside of the fixed shaft, and a discharge port for discharging the refrigerant to the outside of the fixed shaft,
The heat radiation section is a heat transfer section that transfers heat to the refrigerant.
The rotating anode X-ray tube according to claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024237255A1 (en) * 2023-05-18 2024-11-21 キヤノン電子管デバイス株式会社 Rotary anode type x-ray tube

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