JP2024060833A - 回転陽極ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受け隙間から液体潤滑材が枯渇するのを防止できる回転陽極Ｘ線管を提供する。【解決手段】 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、固定軸と、固定軸の外周側に設けた回転軸と、回転軸と一体に回転すると共に陰極から照射された電子ビームを受けてＸ線を発生するターゲットと、を有し、固定軸と回転軸との間には、液体潤滑材を充填した軸受け隙間が設けてあり、液体潤滑材には磁性を有する磁性微粒子が分散されていると共に軸受け隙間に磁界が付与されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転陽極Ｘ線管に関する。

回転陽極Ｘ線管は、真空外囲器内の真空中に固定軸と回転軸を有し、回転軸に陽極が固定され、ステータコイルにより回転軸が固定軸に対して回転することで、陽極で発生する熱を分散している。回転軸と固定軸の隙間（軸受け隙間）には、液体潤滑材（液体金属）が充填されており、この液体潤滑材は回転陽極の回転時に動圧すべり軸受の潤滑材となる。そして、この動圧すべり軸受に発生する動圧効果により回転陽極は支持される。

特開平８－２１２９４９号公報

液体潤滑材を潤滑材として用いる回転陽極Ｘ線管は、回転軸と固定軸の間に封入されている液体潤滑材が受ける動圧により回転軸が浮上することで回転を保持している。回転軸と固定軸の間に生じる圧力は、その隙間（軸受け隙間）に依存しており、隙間が小さければ圧力は大きくなる。一方、回転陽極Ｘ線管の回転部分に対しては陽極の重量や、回転陽極Ｘ線管が用いられているＣＴ（Computed Tomography）装置のガントリー回転による遠心力のため、大きな荷重がかかっており、回転軸と固定軸の間の隙間（軸受け隙間）は数μm程度まで小さくなる。この隙間に存在する液体潤滑材が振動や衝撃など何らかの原因で枯渇した場合、回転軸と固定軸の間に働いていた圧力が消失し、接触するため回転を維持できなくなる問題があった。
また、回転軸の停止中は動圧による圧力が生じないため、軸受け隙間から液体潤滑材が枯渇し、回転軸と固定軸は接触した状態になり、回転停止の瞬間や、回転開始の瞬間に軸受面の傷や変形が生じる問題があった。

本発明の実施形態は、軸受け隙間から液体潤滑材が枯渇するのを防止できる回転陽極Ｘ線管を提供する。

第１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、固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記回転軸と一体に回転すると共に前記陰極から照射された電子ビームを受けてＸ線を発生するターゲットと、を有し、前記固定軸と前記回転軸との間には、液体潤滑材を充填した軸受け隙間が設けてあり、前記液体潤滑材には磁性を有する磁性微粒子が分散されていると共に前記軸受け隙間に磁界が付与されている、回転陽極Ｘ線管である。

図１は、第１実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図２は、図１に示す磁石の平面図である。 図３は、図１に示す回転陽極Ｘ線管の変形例に係る磁石の配置を示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図５は、第３実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図６は、第４実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図７は、第５実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図８は、第６実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。 図９は、第７実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の断面図である。

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。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、第１実施形態について説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係る回転陽極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７とを備えている。真空外囲器３の外側にはステータコイル９が設けられている。

回転陽極構体５は、ターゲット１３と、固定軸１５と、回転軸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。
ターゲット１３は、円盤状に形成され且つ回転軸１７の外周面に固定されている。ターゲット１３は、固定軸１５及び回転軸１７と同軸的に設けられている。
ターゲット１３は、ターゲット本体１３ａと、ターゲット本体１３ａの外面の一部に設けられたターゲット層１３ｂとを有している。ターゲット１３は、回転軸１７と共に回転可能であり、ターゲット層１３ｂに電子が入射されることによりＸ線を放出する。

固定軸１５は、円柱状に形成され、管軸線ａ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、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（図示せず）を介して真空外囲器３に固定されている。
固定軸１５は、内部に冷媒通路１６が設けてあり、冷媒通路１６に導入された冷却媒体を介して放熱されている。
固定軸１５は、その外周に設けた回転軸１７を回転可能に支持している。
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。

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、円筒状の本体１７ａと、本体１７ａの一端側に設けた円板状の一端側蓋部１７ｂと、他端側に設けた円板状の他端側蓋部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の外周面において、ステータコイル９に対向した位置には、駆動ローター３１が設けてある。駆動ローター３１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３１は、例えばＣｕ（銅）で形成されている。

すべり軸受１９は、軸受け隙間２１と、軸受け隙間２１に充填された液体潤滑材ＬＭとで構成されている。
軸受け隙間２１の隙間寸法は、固定軸１５の長手方向における一端部２１ａと、他端部２１ｂとが、中間部２１ｃよりも狭小に形成されている。

液体潤滑材ＬＭには、磁性を有する磁性微粒子が分散されている。磁性微粒子は、例えば、酸化鉄の粒子にアルミニウム又はシリカを被覆して形成されている。
液体潤滑材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。

本実施形態では、軸受け隙間２１には、一端部２１ａと他端部２１ｂを除く、中間部２１ｃに、磁界が付与されている。
磁界は、中間部２１ｃにおける長手方向に沿って配置された複数の永久磁石２３により付与されている。
図２に示すように、各永久磁石２３は、リング状を成しており、内周側をＳ極又はＮ極に磁化されており、外周側は内周側と反対の磁極に磁化されている。即ち、図２では、内周側をＮ極に、外周側をＳ極としているが、これと反対に内周側をＳ極に、外周側をＮ極としている２種類のものを用いている。
図１に示すように、各永久磁石２３は、その並び方向において、隣り合う磁石は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。各永久磁石２３は、固定軸１５に埋め込まれている。

図１に示すように、陰極７は、ターゲット１３のターゲット層１３ｂに間隔を置いて対向配置されている。陰極７は、真空外囲器３の内壁に取付けられている。陰極７は、ターゲット層１３ｂ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７ａ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。

次に、第１実施形態に係る回転陽極Ｘ線管の作用効果について、説明する。
図１に示すように、回転陽極Ｘ線管１の動作状態では、ステータコイル９は回転軸１７（特に駆動ローター３１）に与える磁界を発生し、固定軸１５の回りを回転軸１７が回転する。これにより、ターゲット１３は回転する。また、陰極７に相対的に負の電圧が印加され、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７及びターゲット１３間に電位差が生じる。このため、フィラメント７ａは、電子を放出すると、この電子は、加速され、ターゲット層１３ｂに衝突する。これにより、ターゲット層１３ｂ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を透過して放出される。
Ｘ線放射時に、電子衝撃によりターゲット１３では高熱を発生する。

電子衝撃によりターゲット１３に発生する熱は、すべり軸受１９の液体潤滑材ＬＭを介して、固定軸１５に伝導し、固定軸１５からその冷媒通路１６の冷却冷媒に熱を逃がして冷却する。
一方、すべり軸受け１９の軸受け隙間２１では、磁力線Ｋで示すように、永久磁石２３により常時磁界が印加されている。

このように、軸受け隙間２１に磁界が印加されることで、軸受け隙間２１に充填されている液体潤滑材ＬＭでは、分散されている磁性微粒子（図示せず）が磁界（磁力線Ｋ）の作用を受けて引き付けられて、軸受け隙間２１の中間部２１ｃに留まることから、液体潤滑材ＬＭが隙間内に保持される。
即ち、磁性を有する微粒子が分散された液体潤滑材ＬＭがすべり軸受１９の圧力発生部に保持され、液体潤滑材ＬＭの枯渇による回転軸１７と固定軸１５の接触を防止する。また、回転軸１７が停止中であっても、液体潤滑材ＬＭをすべり軸受１９の軸受け面に保持することで回転軸１７と固定軸１５の接触を防ぐことができる。

永久磁石２３は、円環状の磁石で内周側と外周側とに磁極を形成しているから、簡易な構成にできる。
図１に示すように、本実施の形態では、隣り合う永久磁石２３は、互いに対向する磁極を異ならせているので、対向する磁極を同じにする場合に比較して、すべり軸受１９に強い磁界を印加することができる。

図３に第１実施形態の変形例を示す。図３では、軸受け隙間２１の中間部２１ｃの断面を示している。この変形例では、永久磁石２３はリング状ではなく、棒磁石であり、棒磁石を固定軸１５の外周面に沿って間隔をあけて配置している。隣り合う磁石２３は、内周側と外周側とで互いに反対の磁極を対向して配置している。
磁力線Ｋは隣り合う磁石２３において、軸受け隙間２１を横断するように作用する。
この変形例においても、上述して第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以下に他の実施形態について説明するが、以下の説明において、上述した第１実施形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付して、その部分の詳細な説明を省略する。

（第２実施形態）
図４に、第２実施形態を示す。この第２実施形態では、すべり軸受け１９には、軸受け隙間２１において、その隙間の間隔を狭くしたグルーヴ２５が形成されており、磁石２３はこのグルーヴ２５に対応した位置にのみ設けてある。
図４では、グルーヴ２５は一か所のみを示しているが、管軸線ａ方向に沿って間隔を空けて複数形成されている。

第２実施の形態では、グルーヴ２５は、固定軸１５の軸受け面に段差を形成して回転軸１７の軸受け面との間に形成しているが、これに限らず、回転軸１７の軸受け面に段差を形成しても良い。
このすべり軸受１９では、グルーヴ２５を形成することで、回転時に生じる圧力差により液体潤滑材ＬＭを軸受面で保持している。その保持部であるグルーヴ２５に磁力線Ｋを配するように磁石２３を設置することで回転軸１７と固定軸１５の接触を防いでいる。
磁石２３は、第１実施形態と同様に、リング状の磁石であり、管軸線ａ方向に複数並べて配置していると共に隣り合う磁石２３は互いに対向する磁極を異にしている。

この第２実施形態によれば、磁力線Ｋがグルーヴ２５を通ることにより第１実施形態と同様に液体潤滑材ＬＭをグルーヴ２５に保持することができ、回転軸１７と固定軸１５の接触を防ぐことができる。

（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施の形態について説明する。
この第３実施形態では、図４に示す第２実施形態に対して、永久磁石２３の形態が異なっている。即ち、永久磁石２３は、管軸線ａ方向で磁極が互いに異なる磁極を対向するように、配置している。
図４では一つのグルーヴ２５に対して２つの永久磁石を配置しているが、管軸方向に並べて３つ又は４つ等、いくつ配置しても良い。尚、各永久磁石２３はリング状の磁石である。

この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、磁力線Ｋがグルーヴ２５を通ることにより液体潤滑材ＬＭをグルーヴ２５に保持することができ、回転軸１７と固定軸１５の接触を防ぐことができる。

（第４実施形態）
図６を参照して、第４実施形態について説明する。
この第４実施形態では、第１実施形態に係る回転陽極Ｘ線管１に対して、回転軸１７に磁性体２７を設けたことが第１実施形態と異なっている。
磁性体２７は例えば、鉄材であり、固定軸１５に設けた永久磁石２３に対向して設けている。磁性体２７は、永久磁石２３と同様にリング状である。

この第４実施の形態によれば、図６に抜き出して示すように、軸受け隙間２１を横断する磁力線Ｋを付与することができ、軸受け隙間２１に封入された液体潤滑材ＬＭに磁界を印加できる。これにより、液体潤滑材ＬＭを軸受け隙間２１に保持することができ、回転軸１７と固定軸１５の接触を防ぐことができる。

（第５実施形態）
図７を参照して第５実施形態について説明する。
この第５実施形態では、第２実施形態と同様にすべり軸受け１９にグルーヴ２５を形成してあり、固定軸１５にはグルーヴ２５に対応する位置に永久磁石２３が配置してあると共に、磁性体２７を回転軸１７の外周面に外付けにより設けている。
磁性体２７はリング形状の鉄材である。

この第５実施形態によれば、第２実施と同様の作用効果を奏することができる。
更に、永久磁石２３に対向して回転軸１７に磁性体２７を配置することで、磁界の強度を高めることができる。これにより液体潤滑材ＬＭを軸受け隙間２１に保持する保持力を高めることができる。
しかも、磁性体２７は回転軸１７の外周面に外付けにより取り付けており、埋め込んでいないので、設置が容易にできると共に構成が簡易である。

（第６実施形態）
図８を参照して第６実施形態について説明する。
この第６実施形態では、第３実施形態と同様にすべり軸受け１９にグルーヴ２５を形成してあり、グルーヴ２５に対応する位置に永久磁石２３が配置してある。永久磁石２３は、第３実施形態では固定軸１５に設けていたが、この第６実施形態では、回転軸１７に埋め込んで設けている。

この第６実施形態によれば、第３実施と同様の作用効果を奏することができる。
尚、永久磁石２３は回転軸１７に埋め込まないで、回転軸１７の外周面に外付けにより固定しても良い。

（第７実施形態）
図９を参照して第７実施形態について説明する。
この第７実施形態では、第４実施形態と同様に、固定軸１５にはリング形状の永久磁石２３を管軸線ａ方向に間隔をあけて設けると共に、回転軸１７には磁性体２７を設けているが、管軸線ａ方向で隣り合う永久磁石２３は、対向する磁極を同じにしている。即ち、各永久磁石２３は、外周側を全て同じ磁極としている。本実施形態では、外周側をＮ極とし、内周側をＳ極としてある。

この第７実施形態によれば、第４実施と同様の作用効果を奏することができる。
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、第１実施形態及び第２実施形態において、各永久磁石２３は固定軸１５に設けることに限らず、各永久磁石２３を回転軸１７に埋め込んで配置したり、回転軸１７の外周面に外付けにより固定しても良いし。更に、第１実施形態及び第２実施形態において、固定軸１５及び回転軸１７の両方に永久磁石２３を配置しても良い。
第２～第７実施形態において、第１実施形態の変形例（図３参照）と同様に、環状の永久磁石２３でなく、棒状の永久磁石２３を周方向に間隔を開けて配置しても良い。
第４実施形態、第５実施形態及び第７実施形態において、各磁性体２７に代えて永久磁石２３を用いても良い。

第６実施形態において、回転軸１７に設けた各永久磁石２３に対応する位置において、固定軸１５に磁性体２７や永久磁石２３を設けても良い。

１…回転陽極Ｘ線管、３…真空外囲器、５…回転陽極構体、７…陰極、１５…固定軸、１７…回転軸、１３…ターゲット、１９…すべり軸受、２１…軸受け隙間、２３…永久磁、２５…グルーヴ、２７…磁性体、ａ…管軸線、ＬＭ…液体潤滑材（液体金属）。

Claims (6)

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、固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記回転軸と一体に回転すると共に前記陰極から照射された電子ビームを受けてＸ線を発生するターゲットと、を有し、
   前記固定軸と前記回転軸との間には、液体潤滑材を充填した軸受け隙間が設けてあり、
   前記液体潤滑材には磁性を有する磁性微粒子が分散されていると共に前記軸受け隙間に磁界が付与されている、回転陽極Ｘ線管。
2. 前記軸受け隙間は、隙間の間隔を部分的に狭くしたグルーヴを有し、前記磁界はグルーヴの領域に付与されている請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管。
3. 前記磁界は、固定軸側及び回転軸側の少なくとも一方に設けた磁石により前記軸受け隙間を横断する磁束により形成されている請求項１又は２に記載の回転陽極Ｘ線管。
4. 前記磁界は、固定軸側及び回転軸側の少なくとも一方に設けた磁石と、他方に設けた磁性体により形成されている請求項１又は２に記載の回転陽極Ｘ線管。
5. 前記磁界は、前記軸受け隙間を挟んで設けた一対の永久磁石により形成されており、前記磁石は互いに反対の磁極を対向して設けている請求項１又は２に記載の回転陽極Ｘ線管。
6. 前記磁界は、固定軸又は回転軸に管軸方向で並んで設けた永久磁石により形成されており、前記永久磁石は互いに反対の磁極を対向して配置している請求項１又は２に記載の回転陽極Ｘ線管。

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