JP3824921B2 - 回転陽極型ｘ線管装置およびその制御方法 - Google Patents
回転陽極型ｘ線管装置およびその制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転陽極型Ｘ線管装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、真空容器内に配置した陽極ターゲットに向って電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させる構造になっている。Ｘ線の放出時、陽極ターゲットは高速で回転できるように、回転支持機構によって回転可能に支持されている。回転支持機構は陽極ターゲットと一体で回転する回転部分およびこの回転部分に嵌合する固定部分などから構成され、両者の嵌合部分に軸受機構たとえば動圧式すべり軸受が設けられている。動圧式すべり軸受は、一般に、回転部分および固定部分の両方あるいはその一方の軸受面にらせん溝を形成し、らせん溝などの部分に液体金属潤滑材を充填して構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回転陽極型Ｘ線管に動圧式すべり軸受を用いた場合、回転部分が回転していない状態では、回転部分と固定部分の軸受面どうしが一部で固体接触する。また、陽極ターゲットが回転を始める起動時や回転を終了する停止時など、回転部分の回転数が低い場合、回転部分と固定部分の軸受面どうしが接触状態になったり、非接触状態になったりする、いわゆる境界潤滑状態になる。
【０００４】
そのため、陽極ターゲットおよび回転部分など回転体全体の重量が大きい場合、あるいは、回転支持機構の軸受部分で受ける加速度が大きい場合など、回転部分と固定部分の軸受面どうしが接触する応力が大きくなる。その結果、起動時や停止時に、軸受面の摩耗や焼き付き、かじりなどの不具合が発生する。また、陽極ターゲットや回転部分など回転体の慣性モーメントが大きい場合も、停止時の最終段階において軸受面どうしが接触する回転エネルギーが大きくなり、上記の不具合が発生しやすくなる。
【０００５】
また、動圧式すべり軸受は、通常、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が管軸方向に離れた２つの領域に設けられている。このとき、陽極ターゲットおよび回転部分など回転体全体の重心が２つの動圧式すべり軸受の間にないと、回転体の実際の重量よりも大きい力が接触部分に局所的に加わり、上記の不具合が発生しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記した欠点を解決し、回転の起動時や停止時などに発生する摩耗および焼き付き、かじりを防止し、信頼性の高い回転陽極型Ｘ線管装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ少なくとも一部が前記鉄心の部分に囲まれ、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部の一部区間よりも外側に位置する嵌合部分に開口し、他端が前記一端と相違する領域の前記嵌合部分に開口するダクトを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明は、上記の回転陽極型Ｘ線管において、液体金属潤滑材に付与する回転磁界およびロータ部分に付与する回転磁界を共通に発生するステータを設けた回転陽極型Ｘ線管装置である。
【０００９】
また、この発明は、上記の回転陽極型Ｘ線管において、陽極ターゲットの回転開始時または回転停止時に、液体金属潤滑材の回転角速度がロータ部分の回転角速度よりも大きくなるように制御するする回転陽極型Ｘ線管の制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図１ではその一部が示されている。真空容器１０内に陽極ターゲット１１が配置され、陽極ターゲット１１は回転支持機構によって回転可能に支持されている。回転支持機構は陽極ターゲット１１と一体で回転する回転部分およびこの回転部分に嵌合する固定部分から構成され、陽極ターゲット１１はその回転部分たとえば有底円筒状の回転円筒１２に連結されている。
【００１１】
回転円筒１２は、たとえば陽極ターゲット１１側に位置する径小部１２ａおよびこの径小部１２ａよりも内径が大きい筒状の径大部１２ｂ、径小部１２ａと径大部１２ｂを結ぶフランジ状の段差部１２ｃから構成されている。径大部１２ｂの図示下方の開口はスラストリング１３で封止されている。スラストリング１３および回転円筒１２は機械的に連結され、回転支持機構の回転部分を構成している。また、スラストリング１３の外周側壁部分に円筒ロータ１４が固定されている。
【００１２】
円筒ロータ１４は熱および電気の伝導度が高い銅などで形成され、外部から付与される回転磁界によって回転力を発生するロータとして機能する。円筒ロータ１４の回転はスラストリング１３および回転円筒１２を介して陽極ターゲット１１に伝達し、陽極ターゲット１１を回転させる。また、回転円筒１２やスラストリング１３などの回転部分で囲まれた内部空間に円柱状の固定体１５が嵌合している。
【００１３】
固定体１５は回転支持機構の固定部分を構成し、たとえば回転円筒１２の径小部１２ａに嵌合する第１径小部１５ａおよびこの第１径小部１５ａよりも外径が大きく回転円筒１２の径大部１２ｂに嵌合する径大部１５ｂ、この径大部１５ｂよりも外径が小さくスラストリング１３の部分を貫通する第２径小部１５ｃから構成されている。第２径小部１５ｃの図示下方に筒状の陽極支持部１６が連結している。
【００１４】
回転部分と固定部分の嵌合部分、たとえば回転円筒１２やスラストリング１３と固定体１５との嵌合部分に動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば固定体１５の第１径小部１５ａの中間位置に環状の凹部１７が形成され、凹部１７を挟んだその上方領域および下方領域に、それぞれヘリンボンパターンのらせん溝Ａ１、Ａ２が形成されている。また、径大部１５ｂの管軸ｍに垂直なその上下両面にヘリンボンパターンのらせん溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。
【００１５】
らせん溝Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の部分および回転円筒１２やスラストリング１３と固定体１４との嵌合部分の隙間にＧａ合金などの液体金属潤滑材が充填され、らせん溝Ａ１、Ａ２の部分に軸受面が管軸ｍに平行なラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが形成されている。また、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分に軸受面が管軸ｍに垂直なスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
【００１６】
固定体１５の径大部１５ｂに形成されたらせん溝Ｂ１、Ｂ２の外側に、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分よりも嵌合隙間が大きい第１逃げ部１８１および第２逃げ部１８２が形成されている。この場合、固定体１５の径大部１５ｂは、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分は管軸ｍ方向の厚さが厚い肉厚に形成され、その外側の逃げ部１８１、１８２は厚さが薄い肉薄に形成されている。逃げ部１８１、１８２の部分には液体金属潤滑材が充填され、液体金属潤滑材の溜め部になっている。
【００１７】
また、固定体１５の第１径小部１５ａから径大部１５ｂの部分にかけてダクト１９が形成されている。ダクト１９の一端１９ａは、回転円筒１２の径大部１２ｂと固定体１５の径大部１５ｂとが管軸ｍに平行な面どうしで嵌合する領域、たとえば管軸ｍを中心とする半径方向において、第１および第２の逃げ部１８１、１８２よりも遠くに位置する径大部１５ｂの外周側壁部に開口している。ダクト１９の他端１９ｂはたとえばらせん溝Ａ１が形成された動圧式すべり軸受Ｒａの領域に開口している。
【００１８】
この場合、他端１９ｂの開口は、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどが発生しやすい位置たとえば凹部１７よりも上端面の方に近い位置に設けられる。ダクト１９の中間部分は管軸ｍに平行で、上端および下端で垂直に折れ曲がり、それぞれの開口に連結している。ダクト１９は、管軸ｍに対し回転対称となる位置に複数たとえば３個設けられる。
【００１９】
また、真空容器１０の外側で、第１および第２の逃げ部１８１、１８２や円筒ロータ１４の近傍に回転磁界を発生するステータ２０が配置されている。ステータ２０は環状の鉄心２０ａおよびコイル２０ｂなどから構成され、鉄心２０ａの部分が逃げ部１８１、１８２や円筒ロータ１４の少なくとも一部を囲むように配置されている。この場合、逃げ部１８１、１８２および円筒ロータ１４は重ならないように管軸方向にずらしている。
【００２０】
上記した構成において、ステータ２０のコイル２０ｂにたとえば交流電圧を加え、鉄心２０ａ内に回転磁界を発生させ、円筒ロータ１４を回転させ、さらに陽極ターゲット１１を回転させる。この状態で、陽極ターゲット１１に電子ビームを照射し、陽極ターゲット１１からＸ線が放出する。
【００２１】
回転陽極型Ｘ線管の動作時、ステータ２０が発生する回転磁界により、たとえば逃げ部１８１、１８２の液体金属潤滑材が管軸を中心に回転する。このとき、液体金属潤滑材のたとえば管軸ｍから離れた遠い部分に遠心力に基づく圧力Ｐが発生する。
【００２２】
この圧力Ｐはダクト１９内の液体金属潤滑材を介して、ダクト１９の他端１９ｂ開口に伝達し、らせん溝Ａ１が形成された領域に静圧ラジアル軸受機能を発生する。したがって、回転部分の起動時や停止時など、動圧式すべり軸受の負荷能力が低下した場合、あるいは負荷能力がほとんどなくなった場合にも、静圧ラジアル軸受機能が作用し、回転部分と固定部分の接触が防止される。また、接触する際の圧力が軽減する。
【００２３】
たとえば図１で、逃げ部の外径が３８ｍｍ（半径ｒ2 ＝０．０１９ｍ）、内径が３２ｍｍ（半径ｒ1 ＝０．０１６ｍ）で、逃げ部の隙間に溜まった液体金属潤滑材が２００ｒｐｓで回転する場合、逃げ部の外周部に遠心力で発生する圧力Ｐは、
Ｐ＝（ρω2 ／３ｒ2 ）（ｒ2 3 −ｒ1 3）…（１）
となる。
（１）式に、ρ＝６２００（ｋｇ／ｍ3 ）、ω＝２π・２００（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ｒ2 ＝０．０１９（ｍ）、ｒ1 ＝０．０１６（ｍ）を代入すると、Ｐ＝４７４５８９Ｐａ＝４．８４ｋｇｆ／ｃｍ2 となる。
【００２４】
図１の場合、ダクト１９の一端１９ａが逃げ部１８１、１８２よりも管軸ｍから遠い位置に開口している。この場合、その一端１９ａは、逃げ部１８１、１８２の全体よりも外側に位置する必要はなく、逃げ部１８１、１８２の一部区間よりも外側に位置する場合でも圧力が発生する。しかし、逃げ部１８１、１８２全体よりも管軸ｍから遠い外側に位置する方が静圧軸受機能が大きくなる。
【００２５】
また、図１では、嵌合隙間の大きい逃げ部１８１、１８２がない場合でも、ダクト１９の一端１９ａを、管軸に直交する嵌合部分の所定長さ区間の外側に設ければ静圧ラジアル軸受機能を発生させることができる。しかし、逃げ部１８１、１８２を設けた場合、逃げ部１８１、１８２に溜まった液体金属潤滑材がダクト１９部分に補給されるという効果がある。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００２７】
この実施形態の場合、固定体１５の径大部１５ｂは全体が同じ厚さに形成され、回転円筒１２の段差部１２ｃおよびスラストリング１３と対向する領域のほぼ全体にらせん溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。また、固定体１５の径大部１５ｂの中央に、液体金属潤滑材の溜め部となる空洞部２１が形成されている。この場合、空洞部２１は回転ロータ１４に対し管軸方向に位置をずらして設けられている。また、空洞部２１と固定体１５の上端面の間に管軸ｍに沿って、液体金属潤滑材を収納する収納室２２が設けられ、収納室２２から直角に分岐し液体金属潤滑材を凹部１７に供給する通路２３が設けられている。そして、固定体１５の第１径小部１５ａに第１および第２の２つのダクト２４、２５が設けられている。
【００２８】
第１のダクト２４の一端２４ａは空洞部２１内の管軸ｍから遠い側に開口し、他端２４ｂは動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域よりも上方すなわち動圧式すべり軸受Ｒａでない領域に開口している。第２のダクト２５の一端２５ａは空洞部２１の管軸ｍから遠い位置に開口し、他端２５ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒｂが形成された領域よりも下方に開口している。
【００２９】
ステータ２０は、たとえばその鉄心２０ａ部分が回転ロータ１４や空洞部２１の少なくとも一部を囲むような関係に配置されている。
【００３０】
上記した構成によれば、ステータ２０が発生する回転磁界が円筒ロータ１４で遮断されることなく空洞部２１に溜まった液体金属潤滑材に付与され、空洞部２１内の液体金属潤滑材が回転する。これにより、２つのダクト２４、２５の他端２４ａ、２５ａの開口に静圧のラジアル軸受機能が発生する。
【００３１】
たとえば図２で、空洞部２１の外径が３０ｍｍ（半径ｒ2 ＝０．０１５ｍ）、液体金属潤滑材の内側の径が２０ｍｍ（半径ｒ1 ＝０．０１０ｍ）で、空洞部２１の隙間に溜まった液体金属潤滑材が２００ｒｐｓで回転する場合、空洞部２１の外周部（φ2 ＝３０ｍｍ）に遠心力で発生する圧力Ｐは、
Ｐ＝（ρω2 ／３ｒ2 ）（ｒ2 3 −ｒ1 3 ）…（１）
となる。
（１）式に、ρ＝６２００（ｋｇ／ｍ3 ）、ω＝２π・２００（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ｒ2 ＝０．０１５（ｍ）、ｒ1 ＝０．０１０（ｍ）を代入すると、Ｐ＝５１６７２９Ｐａ＝５．２７ｋｇｆ／ｃｍ2 となる。
【００３２】
図２は、２つのダクト２４、２５が動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂを避けた領域に開口している。この場合、ダクト２４、２５の開口によって動圧式すべり軸受の軸圧が低下しないという効果がある。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。符号３０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図３ではその一部が示されている。真空容器３０の図示下端に封止リング３１が封着され、封止リング３１の内側にリング状の封止部材３２が接合されている。また、真空容器３０内に陽極ターゲット３３が配置されている。
【００３４】
陽極ターゲット３３は固定ねじ３４で回転支柱３５に固定され、回転支柱３５は回転支持機構に固定されている。回転支持機構は互いの嵌合部分に軸受機構が設けられた回転部分や固定部分などから構成され、陽極ターゲット３３を回転可能に支持している。回転支柱３５は回転支持機構の回転部分たとえば回転円筒３６に連結されている。
【００３５】
回転円筒３６は、たとえば回転支柱３５が直接連結された中間円筒３６ａおよび中間円筒３６ａの内側に接合された有底円筒状の内側円筒３６ｂなどから構成されている。中間円筒３６ａは陽極ターゲット３３が発生した熱の伝達を抑える機能を有し、内側円筒３６ｂはその内側に軸受面が形成されている。また、中間円筒３６ａの外側に外側円筒３７が接合されている。外側円筒３７は銅製で、外部から付与される回転磁界により回転力を発生する円筒ロータとして機能する。なお、中間円筒３６ａおよび内側円筒３６ｂ、そして外側円筒３７は同軸に配置され、たとえば３層構造になっている。
【００３６】
内側円筒３６ｂの図示上方たとえば陽極ターゲット３３側は肉厚が厚い肉厚部ｂ１に形成され、図示下方は肉厚が薄い肉薄部ｂ２に形成されている。肉厚部ｂ１と肉薄部ｂ２の境界に段差面Ａが形成されている。肉厚部ｂ１は肉厚が厚い分だけ肉薄部ｂ２よりも内径が小さくなっている。内側円筒３６ｂの図示下端の開口はスラストリング３８で封止されている。内側円筒３６ｂおよびスラストリング３８はねじ３９で一体に固定され、両者はともに回転支持機構の回転部分を構成している。また、内側円筒３６ｂおよびスラストリング３８で囲まれた内側空間に固定体４０が嵌合されている。
【００３７】
固定体４０は回転支持機構の固定部分を構成し、その図示下端４０１はスラストリング３８および封止部材３２を貫通し、真空容器３０の外側まで伸び、封止部材３２の部分で気密接合されている。固定体４０は、内側円筒３６ｂとの嵌合領域に、外径が小さい径小部４０ａおよびこの径小部４０ａよりも外径が大きい径大部４０ｂが設けられ、径小部４０ａと径大部４０ｂの境界に段差面Ｂが形成されている。径小部４０ｂの一部が内側円筒３６ｂの肉厚部ｂ１に嵌合し、径大部４０ａの一部が内側円筒３６ｂの肉薄部ｂ２に嵌合している。段差面Ｂは、管軸ｍ方向において外側円筒３７からずれた位置たとえばその下端３７ａよりも図示下方に位置している。
【００３８】
また、内側円筒３６ｂと固定体４０が嵌合する部分、たとえば固定体４０の径小部４０ａの外周面および固定体４０の径大部４０ｂの外周面にらせん溝（図示せず）が形成され、このらせん溝の部分に液体金属潤滑材が充填され、軸受面が管軸ｍと平行なラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが形成されている。また、内側円筒３６ｂの底部と対向する固定体４０の上端面およびスラストリング３８の上面と対向する固定体４０の段部に、それぞれらせん溝（図示せず）が形成され、このらせん溝の部分に液体金属潤滑材が充填され、軸受面が管軸に直交するスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
【００３９】
内側円筒３６ｂの段差面Ａと固定体４０の段差面Ｂは管軸ｍの延長方向において位置がずれ、段差面Ａと段差面Ｂとの間に、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂの部分よりも、管軸ｍを中心にしたその半径方向おける嵌合隙間が大きい筒状嵌合部、いわゆる液体金属潤滑材の溜め部となる逃げ部４５が形成されている。逃げ部４５に液体金属潤滑材が充填され、また、その液体金属潤滑材中に固定体４０を取り巻く浮動体たとえば円筒状スリーブ４６が配置されている。円筒状スリーブ４６はたとえば内側円筒３６ｂや固定体４０の軸受面と同じ材料で形成され、液体金属潤滑材に浸漬され浮いた状態になっている。
【００４０】
また、内側円筒３６ｂの肉厚部ｂ１に、内側円筒３６ｂおよび固定体４０の嵌合部分と逃げ部４５とを結んでダクト４７が形成されている。ダクト４７の一端４７ａはたとえば段差面Ａの管軸から遠い側の端に開口し、他端４７ｂは肉厚部ｂ１と固定体４０の径小部４０ａが嵌合する部分、たとえば動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域に開口し、このダクト４７内に液体金属潤滑材が充填されている。
【００４１】
固定体４０の径大部４０ｂには、液体金属潤滑材を逃げ部４５に戻すための戻り通路４８が形成されている。戻り通路４８の一端４８ａは内側円筒３６ｂの肉薄部ｂ２内面のスラストリング３８に近い下端に開口し、他端４８ｂは段差面Ｂの管軸ｍに近い側の端に開口している。
【００４２】
また、真空容器３０の外側に、回転磁界を発生するステータ４９が円筒ロータ３７の近傍に配置されている。ステータ４９は鉄心４９ａやコイル４９ｂなどから構成され、たとえばその鉄心４９ａの部分が外側円筒３７および逃げ部の少なくとも一部を囲む位置に配置されている。
【００４３】
上記した構成において、ステータ４９が発生する回転磁界によって円筒ロータ３７が回転する。円筒ロータ３７の回転は陽極ターゲット３３に伝達され陽極ターゲット３３が回転する。この状態で、陽極ターゲット３３に電子ビームが照射され、陽極ターゲット３３からＸ線が放出される。
【００４４】
上記した構成の場合、回転陽極型Ｘ線管が動作状態に入ると、逃げ部４５のたとえば段差面Ｂ近傍の液体金属潤滑材が回転する。このとき、液体金属潤滑材の外周部たとえば管軸ｍから離れた部分に遠心力に基づく圧力Ｐが発生し、たとえば逃げ部４５の液体金属潤滑材に圧力Ｐが発生する。
【００４５】
この圧力Ｐはたとえば円筒状スリーブ４６外側の隙間やダクト４７内の液体金属潤滑材を介して、ダクト４７の他端４７ｂに伝達され、たとえばらせん溝４１ａが形成された動圧式すべり軸受の領域に静圧ラジアル軸受機能を発生する。したがって、起動時や停止時に、動圧式すべり軸受の負荷能力が低下し、あるいは負荷能力がほとんどなくなった場合にも、静圧ラジアル軸受機能によって回転部分と固定部分の接触が防止される。また、接触する際の圧力が軽減される。なお、軸受部分に送り出された液体金属潤滑材は、たとえば戻り通路４８から逃げ部４５に戻る構成になっている。
【００４６】
上記した構成は、逃げ部４５に円筒状スリーブ４６を設け、液体金属潤滑材に浸漬させている。浮動スリーブ４６を配置した場合、内側円筒３６ｂと円筒状スリーブ４６間、および、円筒状スリーブ４６と固定体４０間の回転速度差が小さく、逃げ部４５における乱流の発生が抑えられ発熱が低下する。
【００４７】
また、内側円筒３６ｂが回転状態であっても、非回転状態であっても、円筒状スリーブ４６に荷重がかからない。したがって、大重量の陽極ターゲットを用いる場合や、ＣＴ装置などに搭載され陽極ターゲットに高い加速度が加わる場合でも、円筒状スリーブ４６は変形しない。そのため、円筒状スリーブ４６によって回転特性が不良になったり、かじりが発生したりすることがない。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、図３に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４９】
この実施形態の場合、固定体４０内部に空洞部５１いわゆる液体金属潤滑材の溜め部が形成されている。空洞部５１と固定体４０の上端面との間に管軸ｍに沿って、液体金属潤滑材を収納する収納室５２が設けられている。また、収納室５２から分岐し嵌合部分に向って液体金属潤滑材を供給する通路５３が設けられている。また、固定体４０内部に第１および第２の２つのダクト５４、５５が設けれている。
【００５０】
第１のダクト５４の一端５４ａは空洞部５１内の管軸ｍから遠い位置に開口し、他端５４ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域よりも上方に開口している。第２のダクト５５の一端５５ａは空洞部５１内の管軸ｍから遠い位置に開口し、その他端５５ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒｂが形成された領域よりも下方に開口している。
【００５１】
ステータ４９は、たとえばその鉄心４９ａ部分が円筒ロータ３７および空洞部５１の少なくとも一部を囲むように配置されている。この場合、円筒ロータ３７および空洞部５１の位置が管軸方向にずれているため、ステータ４９が発生する回転磁界が円筒ロータ３７に遮断されることなく空洞部５１に付与される。
【００５２】
上記した構成によれば、ステータ４９から付与される回転磁界で空洞部５１の液体金属潤滑材が回転し、２つのダクト５４、５５の他端たとえば内側円筒３６ｂと固定体４０の嵌合部分側の開口に静圧のラジアル軸受機能が発生する。この場合、２つのダクト５４、５５の他端開口は、たとえば動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂの領域を避け、動圧式すべり軸受の軸圧が低下しないようにしている。
【００５３】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図４に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００５４】
この実施形態の場合、回転磁界によって回転する液体金属潤滑材を溜める空洞部５１を固定体４０の内部でなく、真空容器３０の外側に設けている。また、内側円筒３６ｂおよび固定体４０の嵌合部分と空洞部５１との間に第１および第２の２つのダクト５４、５５を設け、液体金属潤滑材を回転させる潤滑材用ステータ６１を円筒ロータ３７用のステータ４９とは別に設けている。
【００５５】
図５では、空洞部５１を真空容器３０の外側に設けている。しかし、真空容器３０内に陽極部分を封止する封止部材３２の部分に設けることもできる。
【００５６】
上記の各実施形態では、液体金属潤滑材に働く遠心力を利用して静圧ラジアル軸受機能を発生させる場合で説明している。しかし、液体金属潤滑材の回転で発生する圧力が伝達されるダクトの開口を、嵌合部分の管軸に垂直なスラスト面に設けることもできる。この場合、静圧スラスト軸受機能が発生する。
【００５７】
また、図１ないし図４の実施形態では１つのステータを配置している。しかし、図５の場合と同様に、円筒ロータに回転力を発生させるロータ用ステータと、溜め部の液体金属潤滑材に回転力を発生させる潤滑材用ステータを独立に設けることができる。ロータ用ステータおよび潤滑材用ステータを別に設けた場合、円筒ロータの回転と液体金属潤滑材の回転を独立して制御できる。
【００５８】
たとえば、陽極ターゲットの回転を０から上昇させる起動時または陽極ターゲットの回転を降下し停止させる停止時に、たとえば溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度を円筒ロータの回転角速度よりも高くなるように制御できる。この場合、静圧軸受機能が発生した状態で、回転体の回転速度が上昇し、停止するため、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどが防止される。
【００５９】
また、陽極ターゲットの起動時、円筒ロータの回転数が実質上高くならないように、たとえば円筒ロータを回転させずに、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度だけを高くし、その後、円筒ロータの回転角速度を高くするように制御できる。この場合、静圧軸受機能が働いている状態で、陽極ターゲットが回転を始め、あるいは回転速度が上昇するため、軸受面の摩耗や焼き付、かじりなどを防止できる。
【００６０】
また、陽極ターゲットの停止時、円筒ロータの回転数が実質上高くならないように抑え、溜め部の液体金属潤滑材の回転数のみを高めるように制御することもできる。この場合も、静圧軸受機能が働く状態で陽極ターゲットが停止に向う。そのため、停止時に、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどを防止できる。また、陽極ターゲットの起動時や停止時に、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度が、ロータ部分の回転角速度よりも高くなるように制御できる。この場合も、同様の効果が得られる。なお、円筒ロータや溜め部の液体金属潤滑材の回転制御はコイルに加える駆動信号の周波数や電圧によって調整される。
【００６１】
円筒ロータおよび溜め部の液体金属潤滑材に共通のステータを用いる場合でも、たとえばコイルに印加する駆動信号の電圧を小さくし、発生する回転磁界の強度を弱くすれば、起動時、摩擦が大きい円筒ロータの回転を起動させず、摩擦が小さい溜め部の液体金属潤滑材のみを回転させ、その後、円筒ロータを回転させることができる。また、停止時には、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度を円筒ロータよりも大きくできる。
【００６２】
なお、上記の各実施形態は、固定部分にらせん溝を形成している。しかし、動圧式すべり軸受を設ける場合、固定部分と対向する回転部分にらせん溝を形成してもよく、両方にらせん溝を形成してもよい。
【００６３】
また、軸受面どうしの摩耗などの問題は、陽極ターゲットや回転部分、円筒ロータなど回転体全体の重心が２つのラジアル方向の動圧式すべり軸受の間にない場合に多く発生する。したがって、本発明は、回転体全体の重心が２つのラジアル方向の動圧式すべり軸受の間にない構造の回転陽極型Ｘ線管に有効である。
【００６４】
上記した構成によれば、起動時や停止時などに発生する摩耗や焼き付、かじりが防止され、長期に亙り安定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管および回転陽極型Ｘ線管装置並びにその制御方法を提供できる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明によれば、長期にわたり安定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管および回転陽極型Ｘ線管装置並びにその制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…真空容器
１１…回転陽極型Ｘ線管
１２…回転円筒
１３…スラストリング
１４…円筒ロータ
１５…固定体
１６…陽極支持部
１７…凹部
１８１、１８２…逃げ部
１９…ダクト
１９ａ…ダクトの一端
１９ｂ…ダクトの他端
２０…ステータ
Ｒａ、Ｒｂ…ラジアル方向の動圧式すべり軸受
Ｓａ、Ｓｂ…スラスト方向の動圧式すべり軸受
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転陽極型Ｘ線管装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、真空容器内に配置した陽極ターゲットに向って電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させる構造になっている。Ｘ線の放出時、陽極ターゲットは高速で回転できるように、回転支持機構によって回転可能に支持されている。回転支持機構は陽極ターゲットと一体で回転する回転部分およびこの回転部分に嵌合する固定部分などから構成され、両者の嵌合部分に軸受機構たとえば動圧式すべり軸受が設けられている。動圧式すべり軸受は、一般に、回転部分および固定部分の両方あるいはその一方の軸受面にらせん溝を形成し、らせん溝などの部分に液体金属潤滑材を充填して構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回転陽極型Ｘ線管に動圧式すべり軸受を用いた場合、回転部分が回転していない状態では、回転部分と固定部分の軸受面どうしが一部で固体接触する。また、陽極ターゲットが回転を始める起動時や回転を終了する停止時など、回転部分の回転数が低い場合、回転部分と固定部分の軸受面どうしが接触状態になったり、非接触状態になったりする、いわゆる境界潤滑状態になる。
【０００４】
そのため、陽極ターゲットおよび回転部分など回転体全体の重量が大きい場合、あるいは、回転支持機構の軸受部分で受ける加速度が大きい場合など、回転部分と固定部分の軸受面どうしが接触する応力が大きくなる。その結果、起動時や停止時に、軸受面の摩耗や焼き付き、かじりなどの不具合が発生する。また、陽極ターゲットや回転部分など回転体の慣性モーメントが大きい場合も、停止時の最終段階において軸受面どうしが接触する回転エネルギーが大きくなり、上記の不具合が発生しやすくなる。
【０００５】
また、動圧式すべり軸受は、通常、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が管軸方向に離れた２つの領域に設けられている。このとき、陽極ターゲットおよび回転部分など回転体全体の重心が２つの動圧式すべり軸受の間にないと、回転体の実際の重量よりも大きい力が接触部分に局所的に加わり、上記の不具合が発生しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記した欠点を解決し、回転の起動時や停止時などに発生する摩耗および焼き付き、かじりを防止し、信頼性の高い回転陽極型Ｘ線管装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ少なくとも一部が前記鉄心の部分に囲まれ、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部の一部区間よりも外側に位置する嵌合部分に開口し、他端が前記一端と相違する領域の前記嵌合部分に開口するダクトを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明は、上記の回転陽極型Ｘ線管において、液体金属潤滑材に付与する回転磁界およびロータ部分に付与する回転磁界を共通に発生するステータを設けた回転陽極型Ｘ線管装置である。
【０００９】
また、この発明は、上記の回転陽極型Ｘ線管において、陽極ターゲットの回転開始時または回転停止時に、液体金属潤滑材の回転角速度がロータ部分の回転角速度よりも大きくなるように制御するする回転陽極型Ｘ線管の制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図１ではその一部が示されている。真空容器１０内に陽極ターゲット１１が配置され、陽極ターゲット１１は回転支持機構によって回転可能に支持されている。回転支持機構は陽極ターゲット１１と一体で回転する回転部分およびこの回転部分に嵌合する固定部分から構成され、陽極ターゲット１１はその回転部分たとえば有底円筒状の回転円筒１２に連結されている。
【００１１】
回転円筒１２は、たとえば陽極ターゲット１１側に位置する径小部１２ａおよびこの径小部１２ａよりも内径が大きい筒状の径大部１２ｂ、径小部１２ａと径大部１２ｂを結ぶフランジ状の段差部１２ｃから構成されている。径大部１２ｂの図示下方の開口はスラストリング１３で封止されている。スラストリング１３および回転円筒１２は機械的に連結され、回転支持機構の回転部分を構成している。また、スラストリング１３の外周側壁部分に円筒ロータ１４が固定されている。
【００１２】
円筒ロータ１４は熱および電気の伝導度が高い銅などで形成され、外部から付与される回転磁界によって回転力を発生するロータとして機能する。円筒ロータ１４の回転はスラストリング１３および回転円筒１２を介して陽極ターゲット１１に伝達し、陽極ターゲット１１を回転させる。また、回転円筒１２やスラストリング１３などの回転部分で囲まれた内部空間に円柱状の固定体１５が嵌合している。
【００１３】
固定体１５は回転支持機構の固定部分を構成し、たとえば回転円筒１２の径小部１２ａに嵌合する第１径小部１５ａおよびこの第１径小部１５ａよりも外径が大きく回転円筒１２の径大部１２ｂに嵌合する径大部１５ｂ、この径大部１５ｂよりも外径が小さくスラストリング１３の部分を貫通する第２径小部１５ｃから構成されている。第２径小部１５ｃの図示下方に筒状の陽極支持部１６が連結している。
【００１４】
回転部分と固定部分の嵌合部分、たとえば回転円筒１２やスラストリング１３と固定体１５との嵌合部分に動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば固定体１５の第１径小部１５ａの中間位置に環状の凹部１７が形成され、凹部１７を挟んだその上方領域および下方領域に、それぞれヘリンボンパターンのらせん溝Ａ１、Ａ２が形成されている。また、径大部１５ｂの管軸ｍに垂直なその上下両面にヘリンボンパターンのらせん溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。
【００１５】
らせん溝Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の部分および回転円筒１２やスラストリング１３と固定体１４との嵌合部分の隙間にＧａ合金などの液体金属潤滑材が充填され、らせん溝Ａ１、Ａ２の部分に軸受面が管軸ｍに平行なラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが形成されている。また、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分に軸受面が管軸ｍに垂直なスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
【００１６】
固定体１５の径大部１５ｂに形成されたらせん溝Ｂ１、Ｂ２の外側に、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分よりも嵌合隙間が大きい第１逃げ部１８１および第２逃げ部１８２が形成されている。この場合、固定体１５の径大部１５ｂは、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分は管軸ｍ方向の厚さが厚い肉厚に形成され、その外側の逃げ部１８１、１８２は厚さが薄い肉薄に形成されている。逃げ部１８１、１８２の部分には液体金属潤滑材が充填され、液体金属潤滑材の溜め部になっている。
【００１７】
また、固定体１５の第１径小部１５ａから径大部１５ｂの部分にかけてダクト１９が形成されている。ダクト１９の一端１９ａは、回転円筒１２の径大部１２ｂと固定体１５の径大部１５ｂとが管軸ｍに平行な面どうしで嵌合する領域、たとえば管軸ｍを中心とする半径方向において、第１および第２の逃げ部１８１、１８２よりも遠くに位置する径大部１５ｂの外周側壁部に開口している。ダクト１９の他端１９ｂはたとえばらせん溝Ａ１が形成された動圧式すべり軸受Ｒａの領域に開口している。
【００１８】
この場合、他端１９ｂの開口は、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどが発生しやすい位置たとえば凹部１７よりも上端面の方に近い位置に設けられる。ダクト１９の中間部分は管軸ｍに平行で、上端および下端で垂直に折れ曲がり、それぞれの開口に連結している。ダクト１９は、管軸ｍに対し回転対称となる位置に複数たとえば３個設けられる。
【００１９】
また、真空容器１０の外側で、第１および第２の逃げ部１８１、１８２や円筒ロータ１４の近傍に回転磁界を発生するステータ２０が配置されている。ステータ２０は環状の鉄心２０ａおよびコイル２０ｂなどから構成され、鉄心２０ａの部分が逃げ部１８１、１８２や円筒ロータ１４の少なくとも一部を囲むように配置されている。この場合、逃げ部１８１、１８２および円筒ロータ１４は重ならないように管軸方向にずらしている。
【００２０】
上記した構成において、ステータ２０のコイル２０ｂにたとえば交流電圧を加え、鉄心２０ａ内に回転磁界を発生させ、円筒ロータ１４を回転させ、さらに陽極ターゲット１１を回転させる。この状態で、陽極ターゲット１１に電子ビームを照射し、陽極ターゲット１１からＸ線が放出する。
【００２１】
回転陽極型Ｘ線管の動作時、ステータ２０が発生する回転磁界により、たとえば逃げ部１８１、１８２の液体金属潤滑材が管軸を中心に回転する。このとき、液体金属潤滑材のたとえば管軸ｍから離れた遠い部分に遠心力に基づく圧力Ｐが発生する。
【００２２】
この圧力Ｐはダクト１９内の液体金属潤滑材を介して、ダクト１９の他端１９ｂ開口に伝達し、らせん溝Ａ１が形成された領域に静圧ラジアル軸受機能を発生する。したがって、回転部分の起動時や停止時など、動圧式すべり軸受の負荷能力が低下した場合、あるいは負荷能力がほとんどなくなった場合にも、静圧ラジアル軸受機能が作用し、回転部分と固定部分の接触が防止される。また、接触する際の圧力が軽減する。
【００２３】
たとえば図１で、逃げ部の外径が３８ｍｍ（半径ｒ2 ＝０．０１９ｍ）、内径が３２ｍｍ（半径ｒ1 ＝０．０１６ｍ）で、逃げ部の隙間に溜まった液体金属潤滑材が２００ｒｐｓで回転する場合、逃げ部の外周部に遠心力で発生する圧力Ｐは、
Ｐ＝（ρω2 ／３ｒ2 ）（ｒ2 3 −ｒ1 3）…（１）
となる。
（１）式に、ρ＝６２００（ｋｇ／ｍ3 ）、ω＝２π・２００（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ｒ2 ＝０．０１９（ｍ）、ｒ1 ＝０．０１６（ｍ）を代入すると、Ｐ＝４７４５８９Ｐａ＝４．８４ｋｇｆ／ｃｍ2 となる。
【００２４】
図１の場合、ダクト１９の一端１９ａが逃げ部１８１、１８２よりも管軸ｍから遠い位置に開口している。この場合、その一端１９ａは、逃げ部１８１、１８２の全体よりも外側に位置する必要はなく、逃げ部１８１、１８２の一部区間よりも外側に位置する場合でも圧力が発生する。しかし、逃げ部１８１、１８２全体よりも管軸ｍから遠い外側に位置する方が静圧軸受機能が大きくなる。
【００２５】
また、図１では、嵌合隙間の大きい逃げ部１８１、１８２がない場合でも、ダクト１９の一端１９ａを、管軸に直交する嵌合部分の所定長さ区間の外側に設ければ静圧ラジアル軸受機能を発生させることができる。しかし、逃げ部１８１、１８２を設けた場合、逃げ部１８１、１８２に溜まった液体金属潤滑材がダクト１９部分に補給されるという効果がある。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００２７】
この実施形態の場合、固定体１５の径大部１５ｂは全体が同じ厚さに形成され、回転円筒１２の段差部１２ｃおよびスラストリング１３と対向する領域のほぼ全体にらせん溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。また、固定体１５の径大部１５ｂの中央に、液体金属潤滑材の溜め部となる空洞部２１が形成されている。この場合、空洞部２１は回転ロータ１４に対し管軸方向に位置をずらして設けられている。また、空洞部２１と固定体１５の上端面の間に管軸ｍに沿って、液体金属潤滑材を収納する収納室２２が設けられ、収納室２２から直角に分岐し液体金属潤滑材を凹部１７に供給する通路２３が設けられている。そして、固定体１５の第１径小部１５ａに第１および第２の２つのダクト２４、２５が設けられている。
【００２８】
第１のダクト２４の一端２４ａは空洞部２１内の管軸ｍから遠い側に開口し、他端２４ｂは動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域よりも上方すなわち動圧式すべり軸受Ｒａでない領域に開口している。第２のダクト２５の一端２５ａは空洞部２１の管軸ｍから遠い位置に開口し、他端２５ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒｂが形成された領域よりも下方に開口している。
【００２９】
ステータ２０は、たとえばその鉄心２０ａ部分が回転ロータ１４や空洞部２１の少なくとも一部を囲むような関係に配置されている。
【００３０】
上記した構成によれば、ステータ２０が発生する回転磁界が円筒ロータ１４で遮断されることなく空洞部２１に溜まった液体金属潤滑材に付与され、空洞部２１内の液体金属潤滑材が回転する。これにより、２つのダクト２４、２５の他端２４ａ、２５ａの開口に静圧のラジアル軸受機能が発生する。
【００３１】
たとえば図２で、空洞部２１の外径が３０ｍｍ（半径ｒ2 ＝０．０１５ｍ）、液体金属潤滑材の内側の径が２０ｍｍ（半径ｒ1 ＝０．０１０ｍ）で、空洞部２１の隙間に溜まった液体金属潤滑材が２００ｒｐｓで回転する場合、空洞部２１の外周部（φ2 ＝３０ｍｍ）に遠心力で発生する圧力Ｐは、
Ｐ＝（ρω2 ／３ｒ2 ）（ｒ2 3 −ｒ1 3 ）…（１）
となる。
（１）式に、ρ＝６２００（ｋｇ／ｍ3 ）、ω＝２π・２００（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ｒ2 ＝０．０１５（ｍ）、ｒ1 ＝０．０１０（ｍ）を代入すると、Ｐ＝５１６７２９Ｐａ＝５．２７ｋｇｆ／ｃｍ2 となる。
【００３２】
図２は、２つのダクト２４、２５が動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂを避けた領域に開口している。この場合、ダクト２４、２５の開口によって動圧式すべり軸受の軸圧が低下しないという効果がある。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。符号３０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図３ではその一部が示されている。真空容器３０の図示下端に封止リング３１が封着され、封止リング３１の内側にリング状の封止部材３２が接合されている。また、真空容器３０内に陽極ターゲット３３が配置されている。
【００３４】
陽極ターゲット３３は固定ねじ３４で回転支柱３５に固定され、回転支柱３５は回転支持機構に固定されている。回転支持機構は互いの嵌合部分に軸受機構が設けられた回転部分や固定部分などから構成され、陽極ターゲット３３を回転可能に支持している。回転支柱３５は回転支持機構の回転部分たとえば回転円筒３６に連結されている。
【００３５】
回転円筒３６は、たとえば回転支柱３５が直接連結された中間円筒３６ａおよび中間円筒３６ａの内側に接合された有底円筒状の内側円筒３６ｂなどから構成されている。中間円筒３６ａは陽極ターゲット３３が発生した熱の伝達を抑える機能を有し、内側円筒３６ｂはその内側に軸受面が形成されている。また、中間円筒３６ａの外側に外側円筒３７が接合されている。外側円筒３７は銅製で、外部から付与される回転磁界により回転力を発生する円筒ロータとして機能する。なお、中間円筒３６ａおよび内側円筒３６ｂ、そして外側円筒３７は同軸に配置され、たとえば３層構造になっている。
【００３６】
内側円筒３６ｂの図示上方たとえば陽極ターゲット３３側は肉厚が厚い肉厚部ｂ１に形成され、図示下方は肉厚が薄い肉薄部ｂ２に形成されている。肉厚部ｂ１と肉薄部ｂ２の境界に段差面Ａが形成されている。肉厚部ｂ１は肉厚が厚い分だけ肉薄部ｂ２よりも内径が小さくなっている。内側円筒３６ｂの図示下端の開口はスラストリング３８で封止されている。内側円筒３６ｂおよびスラストリング３８はねじ３９で一体に固定され、両者はともに回転支持機構の回転部分を構成している。また、内側円筒３６ｂおよびスラストリング３８で囲まれた内側空間に固定体４０が嵌合されている。
【００３７】
固定体４０は回転支持機構の固定部分を構成し、その図示下端４０１はスラストリング３８および封止部材３２を貫通し、真空容器３０の外側まで伸び、封止部材３２の部分で気密接合されている。固定体４０は、内側円筒３６ｂとの嵌合領域に、外径が小さい径小部４０ａおよびこの径小部４０ａよりも外径が大きい径大部４０ｂが設けられ、径小部４０ａと径大部４０ｂの境界に段差面Ｂが形成されている。径小部４０ｂの一部が内側円筒３６ｂの肉厚部ｂ１に嵌合し、径大部４０ａの一部が内側円筒３６ｂの肉薄部ｂ２に嵌合している。段差面Ｂは、管軸ｍ方向において外側円筒３７からずれた位置たとえばその下端３７ａよりも図示下方に位置している。
【００３８】
また、内側円筒３６ｂと固定体４０が嵌合する部分、たとえば固定体４０の径小部４０ａの外周面および固定体４０の径大部４０ｂの外周面にらせん溝（図示せず）が形成され、このらせん溝の部分に液体金属潤滑材が充填され、軸受面が管軸ｍと平行なラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが形成されている。また、内側円筒３６ｂの底部と対向する固定体４０の上端面およびスラストリング３８の上面と対向する固定体４０の段部に、それぞれらせん溝（図示せず）が形成され、このらせん溝の部分に液体金属潤滑材が充填され、軸受面が管軸に直交するスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
【００３９】
内側円筒３６ｂの段差面Ａと固定体４０の段差面Ｂは管軸ｍの延長方向において位置がずれ、段差面Ａと段差面Ｂとの間に、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂの部分よりも、管軸ｍを中心にしたその半径方向おける嵌合隙間が大きい筒状嵌合部、いわゆる液体金属潤滑材の溜め部となる逃げ部４５が形成されている。逃げ部４５に液体金属潤滑材が充填され、また、その液体金属潤滑材中に固定体４０を取り巻く浮動体たとえば円筒状スリーブ４６が配置されている。円筒状スリーブ４６はたとえば内側円筒３６ｂや固定体４０の軸受面と同じ材料で形成され、液体金属潤滑材に浸漬され浮いた状態になっている。
【００４０】
また、内側円筒３６ｂの肉厚部ｂ１に、内側円筒３６ｂおよび固定体４０の嵌合部分と逃げ部４５とを結んでダクト４７が形成されている。ダクト４７の一端４７ａはたとえば段差面Ａの管軸から遠い側の端に開口し、他端４７ｂは肉厚部ｂ１と固定体４０の径小部４０ａが嵌合する部分、たとえば動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域に開口し、このダクト４７内に液体金属潤滑材が充填されている。
【００４１】
固定体４０の径大部４０ｂには、液体金属潤滑材を逃げ部４５に戻すための戻り通路４８が形成されている。戻り通路４８の一端４８ａは内側円筒３６ｂの肉薄部ｂ２内面のスラストリング３８に近い下端に開口し、他端４８ｂは段差面Ｂの管軸ｍに近い側の端に開口している。
【００４２】
また、真空容器３０の外側に、回転磁界を発生するステータ４９が円筒ロータ３７の近傍に配置されている。ステータ４９は鉄心４９ａやコイル４９ｂなどから構成され、たとえばその鉄心４９ａの部分が外側円筒３７および逃げ部の少なくとも一部を囲む位置に配置されている。
【００４３】
上記した構成において、ステータ４９が発生する回転磁界によって円筒ロータ３７が回転する。円筒ロータ３７の回転は陽極ターゲット３３に伝達され陽極ターゲット３３が回転する。この状態で、陽極ターゲット３３に電子ビームが照射され、陽極ターゲット３３からＸ線が放出される。
【００４４】
上記した構成の場合、回転陽極型Ｘ線管が動作状態に入ると、逃げ部４５のたとえば段差面Ｂ近傍の液体金属潤滑材が回転する。このとき、液体金属潤滑材の外周部たとえば管軸ｍから離れた部分に遠心力に基づく圧力Ｐが発生し、たとえば逃げ部４５の液体金属潤滑材に圧力Ｐが発生する。
【００４５】
この圧力Ｐはたとえば円筒状スリーブ４６外側の隙間やダクト４７内の液体金属潤滑材を介して、ダクト４７の他端４７ｂに伝達され、たとえばらせん溝４１ａが形成された動圧式すべり軸受の領域に静圧ラジアル軸受機能を発生する。したがって、起動時や停止時に、動圧式すべり軸受の負荷能力が低下し、あるいは負荷能力がほとんどなくなった場合にも、静圧ラジアル軸受機能によって回転部分と固定部分の接触が防止される。また、接触する際の圧力が軽減される。なお、軸受部分に送り出された液体金属潤滑材は、たとえば戻り通路４８から逃げ部４５に戻る構成になっている。
【００４６】
上記した構成は、逃げ部４５に円筒状スリーブ４６を設け、液体金属潤滑材に浸漬させている。浮動スリーブ４６を配置した場合、内側円筒３６ｂと円筒状スリーブ４６間、および、円筒状スリーブ４６と固定体４０間の回転速度差が小さく、逃げ部４５における乱流の発生が抑えられ発熱が低下する。
【００４７】
また、内側円筒３６ｂが回転状態であっても、非回転状態であっても、円筒状スリーブ４６に荷重がかからない。したがって、大重量の陽極ターゲットを用いる場合や、ＣＴ装置などに搭載され陽極ターゲットに高い加速度が加わる場合でも、円筒状スリーブ４６は変形しない。そのため、円筒状スリーブ４６によって回転特性が不良になったり、かじりが発生したりすることがない。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、図３に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４９】
この実施形態の場合、固定体４０内部に空洞部５１いわゆる液体金属潤滑材の溜め部が形成されている。空洞部５１と固定体４０の上端面との間に管軸ｍに沿って、液体金属潤滑材を収納する収納室５２が設けられている。また、収納室５２から分岐し嵌合部分に向って液体金属潤滑材を供給する通路５３が設けられている。また、固定体４０内部に第１および第２の２つのダクト５４、５５が設けれている。
【００５０】
第１のダクト５４の一端５４ａは空洞部５１内の管軸ｍから遠い位置に開口し、他端５４ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒａが形成された領域よりも上方に開口している。第２のダクト５５の一端５５ａは空洞部５１内の管軸ｍから遠い位置に開口し、その他端５５ｂはたとえば動圧式すべり軸受Ｒｂが形成された領域よりも下方に開口している。
【００５１】
ステータ４９は、たとえばその鉄心４９ａ部分が円筒ロータ３７および空洞部５１の少なくとも一部を囲むように配置されている。この場合、円筒ロータ３７および空洞部５１の位置が管軸方向にずれているため、ステータ４９が発生する回転磁界が円筒ロータ３７に遮断されることなく空洞部５１に付与される。
【００５２】
上記した構成によれば、ステータ４９から付与される回転磁界で空洞部５１の液体金属潤滑材が回転し、２つのダクト５４、５５の他端たとえば内側円筒３６ｂと固定体４０の嵌合部分側の開口に静圧のラジアル軸受機能が発生する。この場合、２つのダクト５４、５５の他端開口は、たとえば動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂの領域を避け、動圧式すべり軸受の軸圧が低下しないようにしている。
【００５３】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図４に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００５４】
この実施形態の場合、回転磁界によって回転する液体金属潤滑材を溜める空洞部５１を固定体４０の内部でなく、真空容器３０の外側に設けている。また、内側円筒３６ｂおよび固定体４０の嵌合部分と空洞部５１との間に第１および第２の２つのダクト５４、５５を設け、液体金属潤滑材を回転させる潤滑材用ステータ６１を円筒ロータ３７用のステータ４９とは別に設けている。
【００５５】
図５では、空洞部５１を真空容器３０の外側に設けている。しかし、真空容器３０内に陽極部分を封止する封止部材３２の部分に設けることもできる。
【００５６】
上記の各実施形態では、液体金属潤滑材に働く遠心力を利用して静圧ラジアル軸受機能を発生させる場合で説明している。しかし、液体金属潤滑材の回転で発生する圧力が伝達されるダクトの開口を、嵌合部分の管軸に垂直なスラスト面に設けることもできる。この場合、静圧スラスト軸受機能が発生する。
【００５７】
また、図１ないし図４の実施形態では１つのステータを配置している。しかし、図５の場合と同様に、円筒ロータに回転力を発生させるロータ用ステータと、溜め部の液体金属潤滑材に回転力を発生させる潤滑材用ステータを独立に設けることができる。ロータ用ステータおよび潤滑材用ステータを別に設けた場合、円筒ロータの回転と液体金属潤滑材の回転を独立して制御できる。
【００５８】
たとえば、陽極ターゲットの回転を０から上昇させる起動時または陽極ターゲットの回転を降下し停止させる停止時に、たとえば溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度を円筒ロータの回転角速度よりも高くなるように制御できる。この場合、静圧軸受機能が発生した状態で、回転体の回転速度が上昇し、停止するため、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどが防止される。
【００５９】
また、陽極ターゲットの起動時、円筒ロータの回転数が実質上高くならないように、たとえば円筒ロータを回転させずに、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度だけを高くし、その後、円筒ロータの回転角速度を高くするように制御できる。この場合、静圧軸受機能が働いている状態で、陽極ターゲットが回転を始め、あるいは回転速度が上昇するため、軸受面の摩耗や焼き付、かじりなどを防止できる。
【００６０】
また、陽極ターゲットの停止時、円筒ロータの回転数が実質上高くならないように抑え、溜め部の液体金属潤滑材の回転数のみを高めるように制御することもできる。この場合も、静圧軸受機能が働く状態で陽極ターゲットが停止に向う。そのため、停止時に、軸受面どうしの摩耗や焼き付、かじりなどを防止できる。また、陽極ターゲットの起動時や停止時に、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度が、ロータ部分の回転角速度よりも高くなるように制御できる。この場合も、同様の効果が得られる。なお、円筒ロータや溜め部の液体金属潤滑材の回転制御はコイルに加える駆動信号の周波数や電圧によって調整される。
【００６１】
円筒ロータおよび溜め部の液体金属潤滑材に共通のステータを用いる場合でも、たとえばコイルに印加する駆動信号の電圧を小さくし、発生する回転磁界の強度を弱くすれば、起動時、摩擦が大きい円筒ロータの回転を起動させず、摩擦が小さい溜め部の液体金属潤滑材のみを回転させ、その後、円筒ロータを回転させることができる。また、停止時には、溜め部の液体金属潤滑材の回転角速度を円筒ロータよりも大きくできる。
【００６２】
なお、上記の各実施形態は、固定部分にらせん溝を形成している。しかし、動圧式すべり軸受を設ける場合、固定部分と対向する回転部分にらせん溝を形成してもよく、両方にらせん溝を形成してもよい。
【００６３】
また、軸受面どうしの摩耗などの問題は、陽極ターゲットや回転部分、円筒ロータなど回転体全体の重心が２つのラジアル方向の動圧式すべり軸受の間にない場合に多く発生する。したがって、本発明は、回転体全体の重心が２つのラジアル方向の動圧式すべり軸受の間にない構造の回転陽極型Ｘ線管に有効である。
【００６４】
上記した構成によれば、起動時や停止時などに発生する摩耗や焼き付、かじりが防止され、長期に亙り安定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管および回転陽極型Ｘ線管装置並びにその制御方法を提供できる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明によれば、長期にわたり安定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管および回転陽極型Ｘ線管装置並びにその制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…真空容器
１１…回転陽極型Ｘ線管
１２…回転円筒
１３…スラストリング
１４…円筒ロータ
１５…固定体
１６…陽極支持部
１７…凹部
１８１、１８２…逃げ部
１９…ダクト
１９ａ…ダクトの一端
１９ｂ…ダクトの他端
２０…ステータ
Ｒａ、Ｒｂ…ラジアル方向の動圧式すべり軸受
Ｓａ、Ｓｂ…スラスト方向の動圧式すべり軸受
Claims (16)
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ少なくとも一部が前記鉄心の部分に囲まれ、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部の一部区間よりも外側に位置する嵌合部分に開口し、他端が前記一端と相違する領域の前記嵌合部分に開口するダクトを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するロータ用ステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部の一部区間よりも外側に位置する前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に開口し、他端が前記一端とは相違する前記嵌合部分に開口するダクトと、前記逃げ部に回転磁界を付与する潤滑材用ステータとを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記固定部分に、前記ロータ部分に対し管軸方向に位置をずらし、少なくとも一部が前記鉄心の部分で囲まれた空洞部を設け、一端が前記空洞部に開口し、他端が前記嵌合部分に開口するダクトを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するロータ用ステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記固定部分に、前記ロータ部分に対し管軸方向に位置をずらした空洞部と、一端が前記空洞部に開口し、他端が前記嵌合部分に開口するダクトと、前記空洞部に回転磁界を付与する潤滑材用ステータとを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ少なくとも一部が前記鉄心の部分に囲まれ、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部に開口し他端が前記逃げ部を除いた領域の前記嵌合部分に開口するダクトとを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、鉄心およびコイルを有し前記ロータ部分に回転磁界を付与するロータ用ステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分に設けられ 、かつ前記ロータ部分と重ならないように管軸方向にずらされ、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部と、一端が前記逃げ部に開口し他端が前記逃げ部を除いた領域の前記嵌合部分に開口するダクトと、前記逃げ部内の液体金属潤滑材に回転磁界を付与する潤滑材用ステータとを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分と、前記ロータ部分に回転磁界を付与するロータ用ステータとを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、液体金属潤滑材を溜める空洞部と、前記回転部分と前記固定部分の嵌合部分と前記空洞部との間に設けたダクトと、前記液体金属潤滑材を回転させる潤滑材用ステータとを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
- 真空容器内に配置した陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体で回転する回転部分と、この回転部分と嵌合しその嵌合部分の一部に動圧式すべり軸受が設けられた固定部分と、外部から付与される回転磁界により前記陽極ターゲットを回転させる回転力を発生するロータ部分とを具備した回転陽極型Ｘ線管装置において、前記ロータ部分に対し管軸方向に位置がずらされ回転磁界を発生するステータの鉄心に囲まれた所定領域に溜まった液体金属潤滑材の回転に伴う遠心力で発生する圧力を、前記固定部分に形成したダクト内の前記液体金属潤滑材を介して前記嵌合部分に伝達し、軸受機能として利用することを特徴とした回転陽極型Ｘ線管装置。
- ロータ部分に回転磁界を付与するロータ用ステータと、液体金属潤滑材に回転磁界を付与する潤滑材用ステータとを設けた請求項８記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
- 空洞部を固定部分に設け、かつ、ダクトの一端が前記空洞部の管軸から離れた部分に開口する請求項３、４、７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
- 管軸に直交する嵌合部分に動圧式すべり軸受を設け、かつ、この動圧式すべり軸受の外側に、前記動圧式すべり軸受部分よりも嵌合隙間が大きい逃げ部を設けた請求項１または２記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
- ダクトの他端が動圧式すべり軸受が設けられていない領域に開口する請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
- 液体金属潤滑材に浸漬する浮動体を逃げ部に配置した請求項５または請求項６記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
- 請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管装置において、陽極ターゲットの回転開始時または回転停止時に、逃げ部または空洞部または所定領域の液体金属潤滑材の回転角速度がロータ部分の回転角速度よりも大きくなるように制御することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置の制御方法。
- 請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管装置において、陽極ターゲットの回転開始時に、ロータ部分の回転を起動させずに逃げ部または空洞部または所定領域の液体金属潤滑材を回転させる第１工程と、この第１工程の後、前記ロータ部分の回転を起動させる第２工程とを有することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置の制御方法。
- 請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管装置において、陽極ターゲットの回転停止時に、逃げ部または空洞部または所定領域の液体金属潤滑材の回転角速度を高める工程を有することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置の制御方法。
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