JP3974011B2

JP3974011B2 - Rotating anode X-ray tube

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Publication number: JP3974011B2
Application number: JP2002294568A
Authority: JP
Inventors: 秀郎阿武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2003203590A

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、真空容器内に陽極ターゲットを配置し、高速回転する陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させる電子管で、医療用診断装置などのＸ線源として利用されている。
【０００３】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について、その主要部を断面で示した図８を参照して説明する。収容容器７１内に回転陽極型Ｘ線管７２およびステータコイル７３などが配置されている。回転陽極型Ｘ線管７２は真空容器７４などから構成されている。
【０００４】
真空容器７４は、外径が大きい接地側容器７４ａおよびこれよりも外径が小さい陽極側容器７４ｂなどから構成されている。接地側容器７４ａはたとえば金属で形成され、陽極側容器７４ｂはたとえばガラスで形成されている。真空容器７４の図示下端は接合リング７５および封止リング７６によって気密に封止されている。接地側容器７４ａ内に陽極ターゲット７７が配置されている。
【０００５】
陽極ターゲット７７は固定ねじ７８で継手部７９に固定され、継手部７９は回転体８０に連結されている。回転体８０はたとえば３つの回転円筒からなる３層構造で構成され、回転体８０の図示下端の開口はスラストリング８１で封止されている。また、回転体８０およびスラストリング８１で囲まれた内側空間に円柱状の固定体８２が嵌合されている。
【０００６】
固定体８２の下端８２ａはスラストリング８１および封止リング７６を順に貫通し、真空容器７４の外側まで伸び、収容容器７１に固定されている。たとえば、収容容器７１に保持部材８３が固定され、保持部材８３に金属リング８４が固定され、この金属リング８４に固定体８２の下端８２ａがねじ８５で固定されている。
【０００７】
固定体８２の外周面にらせん溝８６ａ、８６ｂがそれぞれ対に形成されている。らせん溝８６ａ、８６ｂなどの部分に液体金属潤滑材たとえばＧａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金が送り込まれ、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が形成されている。また、固定体８２の図示上側の端面およびスラストリング８１と対向する固定体８２の段差面にもらせん溝（図示せず）が形成され、これらのらせん溝などの部分に液体金属潤滑材が送り込まれ、スラスト方向の動圧式すべり軸受８７ａ、８７ｂが形成されている。
【０００８】
また、保持部材８３などに絶縁冷却油の循環用孔８８が形成され、保持部材８３に近い収容容器７１の部分に絶縁媒体を供給する供給口８９が設けられている。この場合、供給口８９から供給される絶縁媒体は、たとえば矢印Ｙで示すように流れ、回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器７４と収容容器７１との間隙に送り込まれる。
【０００９】
上記した構成において、ステータコイル７３に電流を流して回転磁界を発生させる。この回転磁界で回転体８０が回転し、陽極ターゲット７７が回転する。陽極ターゲット７７が回転する状態で陽極ターゲット７７に電子ビームが照射され、陽極ターゲット７７からＸ線が放出する。このＸ線はＸ線放射窓９０を通して外部に取り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
回転陽極型Ｘ線管が動作状態に入ると、電子ビームの照射で陽極ターゲットの温度が上昇する。陽極ターゲットの熱の多くは表面から輻射され、たとえば真空容器の金属部分に到達し、真空容器の外壁面に沿って流れる絶縁油に伝導し放散される。陽極ターゲットの熱の一部および軸受部分に発生する自己発熱は固定体に伝達し、真空容器外に伸びた固定体の端部などから管外に放散される。
【００１１】
ところで、回転陽極型Ｘ線管に動圧式すべり軸受を用いる場合、動圧式すべり軸受が設けられる回転体と固定体の嵌合部分に液体金属潤滑材が供給される。液体金属潤滑材は活性があるため、軸受部分の温度が上昇すると、軸受面を構成する固定体や回転体の材料と液体金属潤滑材が反応する。その結果、軸受面上に金属間化合物層が堆積して軸受隙間が減少し回転特性を劣化させる。
【００１２】
また、動圧式すべり軸受を用いる場合、たとえば、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る。そして、２つの動圧式すべり軸受で挟まれた領域に、回転体および固定体の嵌合部分の隙間が軸受部分よりも大きく、軸受としてほとんど機能しない非軸受部分（以下、逃げ部と称する）が設けられる。
【００１３】
逃げ部は液体金属潤滑材の貯蔵部として機能し、液体金属潤滑材が満たされている。そのため、回転体が高速で回転すると、逃げ部の液体金属潤滑材がその粘性で発熱する。これまでは、回転体の回転速度が比較的低いため逃げ部の発熱は問題になっていない。しかし、回転陽極型Ｘ線管を高性能化するために、回転体の回転速度が高くなると、逃げ部における液体金属潤滑材の発熱が無視できなくなる。
【００１４】
たとえば回転体が低速で回転する場合、液体金属潤滑材の流れはほぼ層流状態で、その発熱パワーＰは回転体と固定体間の隙間の大きさＧにほぼ反比例し、回転数Ｎのほぼ２乗に比例する。高速で回転する場合は、液体金属潤滑材の流れはほとんど乱流状態となり、層流の場合に比べ発熱パワーＰが大きくなる。発熱パワーＰは回転数Ｎの３〜３．５乗に比例する。また、層流から乱流に遷移する回転数は隙間Ｇにほぼ反比例する。
【００１５】
したがって、回転数Ｎを徐々に上げていくと、回転数Ｎが小さい間は軸受部および逃げ部ともほぼ層流状態で、隙間の大きさＧが大きい部分の発熱は無視できる。回転数がさらに上がると、隙間の大きさＧが大きい方が先に低速時から乱流に遷移する。したがって、回転数Ｎの増加に伴い隙間の大きさＧが大きい部分たとえば逃げ部の発熱が相対的に増大する。
【００１６】
ここで、軸受部や逃げ部の発熱に対する発明者の実験結果について述べる。この実験は、軸受部の隙間の大きさＧ１が１０μｍ、逃げ部の隙間の大きさＧ２が４０μｍ、固定体の直径φが４０ｍｍで、各隙間に液体金属潤滑材が満たされている場合である。
【００１７】
回転体の回転速度が５０ｒｐｓと低速の場合、逃げ部の発熱パワーＰ２と軸受部の発熱パワーＰ１との比Ｐ２／Ｐ１の値は１／４程度で、発熱に対する逃げ部の発熱パワーＰ２の寄与は小さい。回転速度が１００ｒｐｓと高速になると、Ｐ２／Ｐ１の値は１程度で、逃げ部の発熱パワーＰ２が相対的に大きくなり、逃げ部の発熱パワーＰ２が無視できなくなる。
【００１８】
上記の例は、陽極ターゲットを回転可能に支持する軸受部分に動圧式すべり軸受を用いた場合である。しかし、玉軸受あるいは磁気軸受を軸受部分に用い、回転体と固定体の嵌合隙間に液体金属潤滑材を配置し、この液体金属潤滑材を介して回転体から固定体へと熱を伝達させる方法がある（特開昭６０−１３６１３９公報、特開平１１−２７３５９９公報、米国特許第６１９２１０７号明細書、米国特許第５８７５２２７号明細書、米国特許第６３７７６５８号明細書、特開平６−１６２９７３公報参照）。この場合も、軸受部分に用いた場合と同様、液体金属潤滑材が発熱するという問題がある。
【００１９】
この発熱は、伝熱作用を高めるために伝熱面積を増やす場合、たとえば液体金属潤滑材を配置する嵌合部分の径を大きくし、あるいは、液体金属潤滑材を配置する嵌合部分の長さを長くする場合に大きな問題になる。
【００２０】
たとえば回転体と固定体の嵌合部分に配置された液体金属潤滑材は、回転体が回転状態に入ると、回転体に接する部分は回転体の回転速度と同じ速度で回転し、固定体に接する部分は静止し、中間部は回転半径に応じた中間の速度で回転する。このとき、液体金属潤滑材にせん断力が働き、粘性に基づく粘性損失が発生する。この粘性損失による影響は高速回転時に大きくなり、低速回転時はほとんど無視できる。
【００２１】
回転数が上昇すると、粘性損失が大きくなって液体金属潤滑材の温度が上昇する。その結果、動圧式すべり軸受部分と同様に、隙間を構成する回転体や固定体と液体金属潤滑材との反応が進み、反応生成物の堆積で隙間をつまらせる場合がある。また、陽極回転駆動トルクが増大して回転数が低下し、あるいはステータコイルの消費電力が増大するという不所望の事態が発生する。
【００２２】
ここで本発明者の実験結果について説明する。この実験は、固定体直径φが３０ｍｍ、対向隙間Ｇが５０μｍ、軸方向長さが３０ｍｍの隙間に液体金属潤滑材（ガリウム合金）を満たし、その液体金属潤滑材の温度が約２００℃の場合である。
【００２３】
５０ｒｐｓの低速回転では、発熱パワーＰは約２Ｗとなっている。この程度の値では大きな問題にならない。１６０ｒｐｓの高速回転では、発熱パワーＰは約１００Ｗとなり、上記した問題が発生する。
【００２４】
本発明は、上記した欠点を解決し、液体金属潤滑材の温度上昇を抑え、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線管を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内に配置された陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと一体に回転する回転体と、この回転体を液体金属潤滑材を満たしたすべり軸受によって回転可能に支える固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記すべり軸受が設けられていない領域における前記回転体と前記固定体の対向隙間に、前記すべり軸受部分よりも大きい隙間の逃げ部を設け、前記逃げ部に液体金属潤滑材およびこの液体金属潤滑材に浸漬された浮動体を配置したことを特徴とする。
【００２６】
【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１１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１１の図示下端に接合リング１２が封着され、接合リング１２の内側に封止リング１３が接合されている。真空容器１１内に陽極ターゲット１４が配置されている。陽極ターゲット１４は固定ねじ１５で継手部１６に固定され、継手部１６は回転体１７に連結されている。
【００２７】
回転体１７は、たとえば継手部１６が直接連結された中間円筒１７ａおよび中間円筒１７ａの内側に接合された有底円筒状の内側円筒１７ｂ、中間円筒１７ａの外側に接合された外側円筒１７ｃから構成され、たとえば３層構造になっている。中間円筒１７ａと内側円筒１７ｂの間、中間円筒１７ａと外側円筒１７ｃの間は接合部分などを除いて隙間が設けられている。
【００２８】
内側円筒１７ｂの外周面は、たとえばその最下端部を除いてほぼ面一に形成されている。その筒状部分の図示上方たとえば陽極ターゲット１４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１７ｂの図示下端の開口はスラストリング１８で封止され、内側円筒１７ｂおよびスラストリング１８はねじ１９で固定されている。内側円筒１７ｂおよびスラストリング１８で囲まれた内側空間に固定体２０が嵌合されている。
【００２９】
固定体２０の図示下端２０１はスラストリング１８および封止リング１３を貫通し、真空容器１１の外側まで伸び、封止リング１３の部分に気密接合されている。固定体２０は、内側円筒１７ｂとの嵌合領域に、外径が小さい径小部２０ａおよびこの径小部２０ａよりも外径が大きい径大部２０ｂが設けられ、径小部２０ａと径大部２０ｂの境界に段差面Ｂが形成されている。径小部２０ｂの一部が内側円筒１７ｂの肉厚部ｂ１に嵌合し、径大部２０ａの一部が内側円筒１７ｂの肉薄部ｂ２に嵌合している。
【００３０】
内側円筒１７ｂの肉厚部ｂ１と固定体２０の径小部２０ａが嵌合する部分、および、内側円筒１７ｂの肉薄部ｂ２と固定体２０の径大部２０ｂが嵌合する部分では、たとえば固定体２０の外面にらせん溝２１ａ、２１ｂが形成されている。らせん溝２１ａ、２１ｂなどの部分に液体金属潤滑材が満たされ、管軸方向に離れた２つの領域に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。動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂはその軸受面が管軸方向に形成されている。
【００３１】
また、内側円筒１７ｂの図示上方底部と対向する固定体２０の上端面およびスラストリング１８の上面と対向する固定体２０の段部に、それぞれらせん溝２２ａ、２２ｂが形成されている。らせん溝２２ａ、２２ｂなどの部分に液体金属潤滑材が満たされ、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。動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂはその軸受面が管軸に直交する方向に形成されている。
【００３２】
固定体２０には管軸ｍに沿って液体金属潤滑材を収納するリザーバ２３が設けられ、リザーバ２３から内側円筒１７ｂと固定体２０の嵌合部分に向って液体金属潤滑材が流れるダクト２４が設けられている。
【００３３】
内側円筒１７ｂの段差面Ａと固定体２０の段差面Ｂは管軸ｍの延長方向に位置がずれ、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２１ａ、２１ｂ部分よりも対向部分の隙間たとえば管軸ｍを中心とする半径方向の隙間が大きい筒状対向部、いわゆる逃げ部２５が形成されている。逃げ部２５には液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材中に浮動体たとえば円筒状スリーブ２６が配置されている。円筒状スリーブ２６はたとえば内側円筒１７ｂや固定体２０の軸受面と同じ材料で形成され、液体金属潤滑材に浸漬し、たとえば浮いた状態になっている。また、円筒状スリーブ２６にはその内側から外側に貫通する複数の孔２６ａが設けられている。
【００３４】
上記の回転陽極型Ｘ線管は、真空容器１１外に配置されているステータコイル（図示せず）が発生する回転磁界を受けると、回転体１７が管軸ｍを中心に回転し、また、回転体１７に連結する陽極ターゲット１４が一体に回転する。この状態で、陰極（図示せず）から陽極ターゲット１４に電子ビームが照射され、陽極ターゲット１４からＸ線が放出される。
【００３５】
上記した構成によれば、回転体１７と固定体２０の嵌合部分に動圧式すべり軸受が設けられている。また、動圧式すべり軸受部分よりも回転体１７と固定体２０との隙間が大きい逃げ部２５が設けられ、その逃げ部２５に、液体金属潤滑材に浸漬した円筒状スリーブ２６が配置されている。
【００３６】
円筒状スリーブ２６は、回転体１７が回転すると、その約５０％の回転数で回転する。このとき、円筒状スリーブ２６と内側円筒１７ｂ間、および、円筒状スリーブ２６と固定体２０間の隙間に位置する液体金属潤滑材が粘性損失で熱を発生する。しかし、円筒状スリーブ２６がある場合、内側円筒１７ｂと円筒状スリーブ２６間、および、円筒状スリーブ２６と固定体２０間の回転速度差が小さいため、逃げ部２５における発熱が小さくなり、全体の温度上昇が抑えられる。
【００３７】
たとえば、回転体の回転数が１００ｒｐｓの場合で比較すると、円筒状スリーブ２６が設けられていない従来技術の構造では、たとえばラジアル方向の軸受部分の嵌合隙間Ｇ１＝１０μｍ、逃げ部２５の嵌合隙間Ｇ２＝４０μｍの場合、逃げ部２５の発熱パワーＰ２と軸受部の発熱パワーＰ１との比の値Ｐ２／Ｐ１はほぼ１となる。一方、図１の発明構造では、たとえば軸受部分の嵌合隙間Ｇ１＝１０μｍ、円筒状スリーブ２６と内側円筒１７ｂの隙間Ｇ21＝円筒状スリーブ２６と固定体２０の隙間Ｇ22＝４０μｍの場合、Ｐ２／Ｐ１＝１／８となり、全体の発熱に対し逃げ部２５の発熱が小さくなる。
【００３８】
また、円筒状スリーブ２６が配置された逃げ部２５は軸受部分と相違する領域に設けられている。したがって、回転体１７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２６には荷重がかからない。そのため、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て陽極ターゲット部分に高い加速度が加わる場合でも、円筒状スリーブ２６は変形しない。したがって、円筒状スリーブ２６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ようなことがない。
【００３９】
また、円筒状スリーブ２６に、回転体１７側の面から固定体２０側の面に貫通する孔２６ａが設けられている。この場合、円筒状スリーブ２６の一方の側から他方の側に液体金属潤滑材が通り抜ける。そのため、円筒状スリーブ２６を挟んでその両側に位置する液体金属潤滑材が補充しあい、円筒状スリーブ２６は液体金属潤滑材に浸漬した状態に保たれる。なお、円筒状スリーブ２６には、回転体１７および固定体２０と対向する一方の面あるいは両方の面にらせん溝を設けることもできる。らせん溝は液体金属潤滑材を保持する作用があり、円筒状スリーブ２６は液体金属潤滑材に浸漬した状態が確実に保たれる。
【００４０】
上記した構成によれば、逃げ部２５などにおける液体金属潤滑材の発熱が抑制されるため、対向隙間に液体金属潤滑材をほぼ１００％に満たすことができる。したがって、回転体１７部分の熱が液体金属潤滑材を介して固定体２０に確実に伝達し放熱特性が向上する。
【００４１】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、隙間の大きい逃げ部がある場合、逃げ部における液体金属潤滑材の発熱を回避するために、たとえば液体金属潤滑材の量を調整し、動作時、逃げ部から液体金属潤滑材がなくなるようにしている。そのため、回転体部分から固定体への熱伝達効率が低下する。
【００４２】
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。
【００４３】
符号３１はＸ線を発生する陽極ターゲットで、陽極ターゲット３１は真空容器（図示せず）内に配置され、たとえば有底円筒状の回転体３２に直接連結されている。回転体３２は全体が円筒状に形成され、たとえば陽極ターゲット３１側に位置する径小部３２ａおよびこの径小部３２ａよりも内径が大きい筒状の径大部３２ｂ、径小部３２ａと径大部３２ｂを結ぶ段差部３２ｃから形成されている。径大部３２ｂの図示下方の開口は閉塞リング３３で封止され、径大部３２ｂの側壁部分に回転円筒３４が連結されている。回転円筒３４は熱および電気の伝導度が高い銅で形成されている。また、回転体３２および閉塞リング３３で囲まれた内部空間に円柱状の固定体３５が嵌合している。
【００４４】
固定体３５は、回転体３２の径小部３２ａに嵌合する第１径小部３５ａおよびこの第１径小部３５ａよりも外径が大きく回転体３２の径大部３２ｂに嵌合する径大部３５ｂ、この径大部３５ｂよりも外径が小さく閉塞リング３３の部分を貫通する第２径小部３５ｃから形成されている。第２径小部３５ｃの図示下方に筒状の陽極支持部３６が連結されている。
【００４５】
また、回転体３２と固定体３５の嵌合部分などに動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば第１径小部３５ａのほぼ中間位置に環状の凹部３７が形成され、凹部３７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３５の管軸ｍに直交する上下両面にサークル状のヘリンボンパターンのらせん溝Ｂ１、Ｂ２が形成されている。
【００４６】
これらのらせん溝Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２および回転体３２と固定体３４の間隙などにＧａ合金等の液体金属潤滑材が満たされ、らせん溝Ａ１、Ａ２の部分にラジアル方向の動圧式すべり軸受が形成され、また、らせん溝Ｂ１、Ｂ２の部分にスラスト方向の動圧式すべり軸受が形成されている。
【００４７】
なお、回転体３２の径大部３２ｂと固定体３５の径大部３５ｂとが管軸ｍに平行な面どうしで対向する部分は、その対向隙間が、らせん溝Ａ１、Ａ２やらせん溝Ｂ１、Ｂ２が設けられた動圧式すべり軸受の部分よりも大きく形成され、その対向隙間の部分にいわゆる逃げ部３８が形成されている。逃げ部３８は液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸漬して浮動体たとえば円筒状スリーブ３９が配置されている。この場合も、図１の実施形態と同様、逃げ部３８における発熱が円筒状スリーブ３９のない場合に比べて小さくなり、全体の温度上昇が抑えられる。
【００４８】
図２の実施形態の場合、固定体の径が大きく形成され、この径の大きい部分に動圧すべり軸受が設けられている。循環器診断装置などでは、被撮影体に対しさまざまな方向からＸ線撮影が行われ、撮影方向が高速に転換する。そのため、循環器診断装置に組み込まれる回転陽極型Ｘ線管には、大重量の陽極ターゲットに大きな加速度が作用し、軸受部分にいろいろな方向から不規則な荷重が加わる。図２の構造は、固定体の径の大きい部分に動圧すべり軸受が設けられているため、上記したように不規則で大きな荷重がかかる場合に有効である。
【００４９】
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。図３は図２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。
【００５０】
この実施形態は、有底円筒状の第１回転体３２の底部４１と固定体３５の第１径小部３５ａの上端面４２との管軸ｍに直交する対向隙間が、らせん溝Ａ１、Ａ２やらせん溝Ｂ１、Ｂ２が設けられた動圧式すべり軸受の部分よりも大きく形成され、その対向隙間の部分にいわゆる逃げ部４３が形成されている。逃げ部４３は液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸漬して浮動体たとえば円板４４が配置されている。
【００５１】
この場合も、逃げ部４３における発熱は円板４４がない場合に比べて小さくなり、全体の温度上昇が抑えられる。また、液体金属潤滑材が満たされた逃げ部４３が陽極ターゲット３１から固定体３５への熱の伝達経路上に位置している。そのため、陽極ターゲット３１の熱が逃げ部４３の液体金属潤滑材などを介して固定体３５に効率的に伝達され、放熱特性が向上する。
【００５２】
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。
【００５３】
符号５１は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図４では、真空容器５１の金属製接地側容器５１ａ部分およびガラス製陽極側容器５１ｂ部分の一部が示されている。真空容器５１内に陽極ターゲット５２が配置されている。陽極ターゲット５２は固定ねじ５３で筒状継手部５４に固定され、継手部５４は回転体５５に連結されている。
【００５４】
たとえば継手部５４にはその図示下端に内側に向う鍔状部５４１が形成されている。回転体５５には外側に突出する環状突出部５５１が形成され、継手部５４の鍔状部５４１と回転体５５の環状突出部５５１が管軸ｍを中心とする半径方向の接合面Ｐで、たとえばろう付けされている。
【００５５】
回転体５５は肉厚の厚い肉厚部５５ａおよびこれよりも肉厚の薄い肉薄部５５ｂから構成され、肉厚部５５ａと肉薄部５５ｂの境界に段差面５５ｃが形成されている。回転体５５の図示上方に位置する開口および図示下方に位置する開口はそれぞれ第１スラストリング５６および第２スラストリング５７で封止されている。第２スラストリング５７の下面に筒状体５８が固定されている。筒状体５８はロータを構成し、銅などで形成され、たとえば真空容器５１外から加えられる回転磁界を受けて回転する。
【００５６】
回転体５５および第１スラストリング５６、第２スラストリング５７で囲まれた内部空間に固定体５９が嵌合されている。固定体５９の上端５９１は第１スラストリング５６を貫通してその上方へと伸び、真空容器５１の接地側容器５１ａ部分に支持されている。たとえば接地側容器５１ａに支持リング６０が固定され、支持リング６０の内側に支持部材６１および支持円筒６２が順に固定され、支持円筒６２に固定体５９の上端５９１が気密接合されている。
【００５７】
固定体５９の下端５９２は第２スラストリング５７を貫通してその下方へと伸び、真空容器５１の陽極側容器５１ｂの部分に支持されている。たとえば陽極側容器５１ｂに固定リング６３が固定され、固定リング６３に固定体５９の下端５９２が気密接合されている。また、固定体５９の上端面から下端面まで管軸に沿って貫通穴６４が形成されている。貫通穴６４は、たとえば矢印Ｙで示すように、冷却媒体が真空容器５１の外側から貫通穴６４を通り、真空容器５１の外側へと流れる冷却通路を構成している。
【００５８】
また、回転体５５の内部空間に嵌合する固定体５９の中間部分は、外径が小さい径小部５９ａおよびこれよりも外径が大きい径大部５９ｂから構成され、径小部５９ａと径大部５９ｂの境界に段差面５９ｃが形成されている。径小部５９ａの一部が回転体５５の肉厚部５５ａに嵌合し、径大部５９ｂの一部が回転体５５の肉薄部５５ｂに嵌合し、この嵌合部分における固定体５９の外周面にらせん溝６５ａ、６５ｂが形成されている。らせん溝６５ａ、６５ｂなどの部分に液体金属潤滑材が供給され、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。
【００５９】
また、第１スラストリング５６と対向する固定体５９の上段差面および第２スラストリング５７と対向する固定体５９の下段差面にもらせん溝（図示せず）が形成されている。らせん溝などの部分には液体金属潤滑材が供給され、スラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが設けられている。
【００６０】
回転体５５の段差面５５ｃと固定体５９の段差面５９ｃは管軸ｍの延長方向にずれ、２つの段差面５５ｃ、５９ｃに挟まれた領域は、回転体５５と固定体５９の対向隙間がたとえばラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂの部分よりも大きく、この部分にいわゆる逃げ部６７が形成されている。逃げ部６７には液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材に浸漬して浮動体たとえば円筒状スリーブ６８が配置されている。
【００６１】
なお、回転体５５の段差面５５ｃは、継手部５４と回転体５５との接合面Ｐに対して管軸ｍ方向における一方の側たとえば陽極ターゲット５２側に位置し、固定体５９の段差面５９ｃは他方の側に位置している。したがって、接合面Ｐが形成されている部分の回転体５５の内側の面は、たとえば逃げ部６７内の円筒状スリーブ６８と対向している。
【００６２】
上記した構成によれば、液体金属潤滑材に浸漬して逃げ部６７に浮動体たとえば円筒状スリーブ６８が配置されているため、逃げ部６７の発熱が軽減し、軸受部分の温度上昇が抑えられる。
【００６３】
また、継手部５４を介して陽極ターゲット５２が間接的に連結する部分の回転体５５の内側が逃げ部６７になっている。この場合、陽極ターゲット５２から継手部５４に伝達した熱が回転体５５に伝達し、回転体５５から液体金属潤滑材が満たされた逃げ部６７を経て固定体５９に効率的に伝達される。そして、固定体５９に伝達した熱は冷却通路を流れる冷却媒体によって放熱され、軸受部分の温度上昇が抑えられる。
【００６４】
図４の実施形態の場合、陽極ターゲット５２が継手部５４を介して回転体５５と間接的に連結している。しかし、陽極ターゲット５２を他の支持部材を介することなく回転体５５に直接連結することもできる。
【００６５】
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。
【００６６】
回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器９１は、外径が大きい接地側容器９１１および外径が小さい陽極側容器９１２から構成されている。陽極側容器９１２の図示下端の開口は環状の封止部材９２で封止され、封止部材９２に軸受容器９３が気密接合されている。
【００６７】
軸受容器９３は封止部材９２に気密接合された底部９３１および底部９３１の端縁から図示上方に伸びる第１筒状部９３２、下端が第１筒状部９３２の内側に接合され図示上方に伸びる第２筒状部９３３などから構成されている。
【００６８】
真空容器９１の接地側容器９１１内に陽極ターゲット９４が配置されている。陽極ターゲット９４は継手部９５に連結され、継手部９５は有底円筒状の第１回転体９６および円柱状の第２回転体９７に連結されている。
【００６９】
第１回転体９６の一部に円筒状回転部いわゆるロータ９６ａが設けられている。ロータ９６ａは、軸受容器９３の第１および第２筒状部９３２、９３３と陽極側容器９１２との間に位置している。第２回転体９７は軸受容器９３の内側で管軸ｍ上に位置し、第２筒状部９３３との間に第１玉軸受９８が設けられている。また、第１筒状部９３２との間に第２玉軸受９９が設けられている。この場合、軸受容器９３は、第１および第２の玉軸受９８、９９を介して回転体たとえば第２回転体９７を回転可能に支える固定体として機能している。
【００７０】
第１玉軸受９８は、第２筒状部９３３の上端内側に固定された外輪９８ａおよびボール９８ｂなどから構成されている。第２玉軸受９９は第１筒状部９３２の下端近傍内側に固定された外輪９９ａおよびボール９９ｂなどから構成されている。
【００７１】
第２筒状部９３３は、第２回転体９７と対向するその内周面に、管軸ｍ方向に所定長さの環状凹部１００が設けられている。この凹部１００は、第２筒状部９３３と第２回転体９７との間に、隙間が大きい環状逃げ部１０１を形成している。逃げ部１０１には、第２回転体９７から軸受容器９３への伝熱領域を形成するために、液体金属潤滑材が満たされ、また、その液体金属潤滑材中に浮動体たとえば円筒状スリーブ１０２が配置されている。第２回転体９７および円筒状スリーブ１０２にはそれぞれ、図示上下の２箇所にらせん溝１０３、１０４が形成され、液体金属潤滑材の漏れを防止している。たとえば第２回転体９７のらせん溝１０３は円筒状スリーブ１０２側に設けられ、円筒状スリーブ１０２のらせん溝１０４は軸受容器９３の第２筒状部９３３側に設けられている。
【００７２】
上記した構成によれば、陽極ターゲット９４の熱は継手部９５から第２回転体９７へ、さらに、逃げ部１０１の液体金属潤滑材を介して第２回転体９７から軸受容器９３に伝達され、管外に放出される。この場合、液体金属潤滑材中の円筒状スリーブ１０２の働きで、逃げ部１０１における液体金属潤滑材の発熱が軽減し、伝熱領域の温度上昇が抑えられる。
【００７３】
次に、本発明の他の実施形態について図６を参照して説明する。図６は図５に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００７４】
この実施形態では、第２回転体９７内部に空洞１０５が形成されている。空洞１０５部分の図示下端の開口は環状封止板１０６で封止されている。軸受容器９３には、空洞１０５内に位置する突出部９３４が設けられている。突出部９３４は底部９３１から管軸ｍに沿って図示上方に突出している。この場合、突出部９３４の外径は、第２回転体９７の内周面との間に、隙間の大きい環状の逃げ部１０１が形成される寸法になっている。
【００７５】
そして、第２回転体９７から軸受容器９３への伝熱領域を形成するために、逃げ部１０１に液体金属潤滑材が満たされ、その液体金属潤滑材中に浮動体たとえば円筒状スリーブ１０２が配置されている。また、突出部９３４および円筒状スリーブ１０２にらせん溝１０７、１０４が形成され、液体金属潤滑材の漏れを防止している。この場合、円筒状スリーブ１０２のらせん溝１０４は、第２回転体９７内面と対向する面に設けられている。
【００７６】
上記した構成によれば、陽極ターゲット９４の熱は継手部９５から第２回転体９７へ、さらに、逃げ部１０１の液体金属潤滑材を介して第２回転体９７から突出部９３４に伝達され、軸受容器９３を経て管外に放出される。この場合、液体金属潤滑材中の円筒状スリーブ１０２の作用で逃げ部１０１の発熱が軽減し、伝熱領域の温度上昇が抑えられる。
【００７７】
図５や図６のように玉軸受を用いる構造の場合、浮動体のない従来構造では、固定体直径φが３０ｍｍ、Ｇが５０μｍ、軸方向長さが３０ｍｍ、液体金属潤滑材の温度が２００℃、回転体の回転数が１６０ｒｐｓの場合、発熱パワーはＰは約１００Ｗとなっている。一方、浮動体がある発明構造では、逃げ部における円筒状スリーブ１０２両側の隙間が等しく５０μｍとなる寸法の浮動体を配置した場合、発熱パワーＰは約２０Ｗとなっている。
【００７８】
本発明の実施形態について図７を参照して説明する。
【００７９】
符号１１１は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、真空容器１１１内に陽極ターゲット１１２が配置されている。陽極ターゲット１１２は固定ねじ１１３で回転支持機構１１４に固定されている。
【００８０】
回転支持機構１１４は、たとえば有底円筒状の回転円筒１１５などからなる回転体および回転円筒１１５の内側に嵌合する固定体１１６などから構成され、その回転円筒１１５部分に陽極ターゲット１１２が直接固定されている。
【００８１】
回転円筒１１５は、たとえば内径が小さい径小部１１５ａおよびこれよりも内径が大きく径小部１１５ｂと一体に形成された径大部１１５ｂから構成されている。固定体１１６は、たとえば外径が小さい径小部１１６ａおよびこれよりも外径が大きく径小部１１６ａと一体に形成された径大部１１６ｂから構成され、回転円筒１１５の径小部１１５ａおよび径大部１１５ｂの内側に、それぞれ固定体１１６の径小部１１６ａおよび径大部１１６ｂが嵌合している。
【００８２】
また、回転円筒１１５の外周部に銅製の筒状部材１１７が接合され、回転円筒１１５の図示下端の開口はスラストリング１１８で封止されている。スラストリング１１８は回転円筒１１５に固定され、回転円筒１１５などとともに回転支持機構１１４の回転体を構成している。
【００８３】
固定体１１６はスラストリング１１８を貫通し、その下端１１６ａは封止部材１１９を介して真空容器１１１のガラス部分に気密接合されている。固定体１１６内部に管軸に沿って細長い穴１２０が形成されている。穴１２０の図示上端は陽極ターゲット１１２で囲まれるその内側部分まで伸びている。
【００８４】
穴１２０の中にパイプ１２１が配置され、穴１２０およびパイプ１２１はそれぞれの図示下端が真空容器１１１外に開口し、固定体１１６内に冷却用通路が形成されている。冷却用通路を流れる冷却媒体たとえば絶縁油は、矢印Ｙで示すように、たとえば真空容器１１１外からパイプ１２１の外側を図示上方に流れ、上端からパイプ１２１内に入り、パイプ１２１を図示下方に流れ、真空容器１１１外に導出される。
【００８５】
また、回転円筒１１５と固定体１１６の嵌合部分にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられている。動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂは、たとえば、固定体１１６の外周面に設けたヘリンボンパターンのらせん溝や、動作時にらせん溝の部分に供給される液体金属潤滑剤などから構成される。
【００８６】
固定体１１６の径大部１１６ｂ上端面と回転円筒１１５の径小部１１５ａ下端面との対向部分および固定体１１６の径大部１１６ｂ下端面とスラストリング１１８との対向部分には、スラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが設けられている。動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂは、固定体１１６の径大部１１６ｂの上端面および下端面にそれぞれ設けたヘリンボンパターンのらせん溝や、動作時にらせん溝の部分に供給される液体金属潤滑剤などから構成される。
【００８７】
なお、回転円筒１１５の径小部１１５ａ内面と固定体１１６の径小部１１６ａ外面とが対向する筒状嵌合部分は、円Ａ内の拡大図に示すように、その隙間Ｇは動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂが形成された軸受領域の間隙よりも大きい逃げ部１２２を形成している。逃げ部１２２は軸受としての機能がほとんどない非軸受領域を形成し、軸受領域と同様に、液体金属潤滑剤が充填されている。そして、液体金属潤滑剤に侵漬して浮動体たとえば円筒状スリーブ１２３が配置されている。
【００８８】
上記した構成の場合も、円筒状スリーブ１２３の作用で逃げ部１２２の発熱が軽減し、伝熱領域の温度上昇が抑えられる。
【００８９】
また、逃げ部１２２は液体金属潤滑剤が充填され、陽極ターゲット１１２の熱を回転円筒１１５から固定体１１６に伝達する伝熱領域を形成している。この場合、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂが、伝熱領域を形成する逃げ部１２２よりも陽極ターゲット１１２から遠くに位置するため、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂの温度上昇が抑えられる。
【００９０】
上記の各実施形態において、逃げ部に円筒状スリーブなどの浮動体を非軸受部に配置する場合、回転部分と浮動体の隙間をＧ21とし、固定体と浮動体の隙間をＧ22とし、動圧式すべり軸受たとえばラジアル方向の動圧式すべり軸受部分の隙間をＧ１とした場合、たとえばＧ２（＝Ｇ21＋Ｇ22）＞Ｇ１の関係に設定している。この関係によれば、回転部分や固定体と浮動体との機械的接触時の荷重が軽減し、浮動体の変形などの不具合発生が防止される。
【００９１】
また、浮動体と軸受面を同じ材料にした場合、両者の熱膨張係数が同じため、軸受部分の温度が高い状態でもＧ２＞Ｇ１の関係が維持され、Ｇ21、Ｇ22を狭くできる。Ｇ21、Ｇ22を狭くすると、毛細管現象により液体金属潤滑剤を円筒状スリーブの部分に確実に保持できる。
【００９２】
また、固定体と回転体の対向隙間に、液体金属潤滑材をほぼ１００％に満たすることができるため、陽極ターゲットの熱を液体金属を介して、固定体内を冷却する冷媒へと効果的に伝えることができる。
【００９３】
なお、上記の実施形態では、動圧式すべり軸受や玉軸受を用いた例で説明しているが、これらに代えて磁気軸受を用いることもできる。
【００９４】
上記した発明の構成によれば、高速回転時における逃げ部の発熱が低減し、軸受部分あるいは伝熱部分の温度上昇が抑えられ、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線管が得られる。
【００９５】
【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。
【図６】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７】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８】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１…真空容器１１
１２…接合リング
１３…封止リング
１４…陽極ターゲット
１５…固定ねじ
１６…回転支柱
１７…回転体
１８…スラストリング
１９…ねじ
２０…固定体
２１ａ、２１ｂ…らせん溝
２２ａ、２１ｂ…らせん溝
２３…リザーバ
２４…ダクト
２５…逃げ部
２６…円筒状スリーブ
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
ｍ…管軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary anode X-ray tube.
[0002]
[Prior art]
A rotating anode type X-ray tube is an electron tube in which an anode target is disposed in a vacuum vessel, and an electron beam is irradiated to the anode target rotating at high speed to emit X-rays from the anode target. It is used as a radiation source.
[0003]
Here, a conventional rotary anode X-ray tube will be described with reference to FIG. A rotating anode X-ray tube 72, a stator coil 73, and the like are disposed in the storage container 71. The rotary anode type X-ray tube 72 includes a vacuum vessel 74 and the like.
[0004]
The vacuum container 74 includes a grounded container 74a having a large outer diameter, an anode container 74b having a smaller outer diameter, and the like. The ground side container 74a is made of, for example, metal, and the anode side container 74b is made of, for example, glass. The lower end of the vacuum container 74 in the figure is hermetically sealed by a joining ring 75 and a sealing ring 76. An anode target 77 is disposed in the ground side container 74a.
[0005]
The anode target 77 is fixed to the joint portion 79 with a fixing screw 78, and the joint portion 79 is connected to the rotating body 80. The rotating body 80 has a three-layer structure including, for example, three rotating cylinders, and an opening at the lower end of the rotating body 80 in the figure is sealed with a thrust ring 81. A columnar fixed body 82 is fitted in the inner space surrounded by the rotating body 80 and the thrust ring 81.
[0006]
The lower end 82 a of the fixed body 82 passes through the thrust ring 81 and the sealing ring 76 in order, extends to the outside of the vacuum container 74, and is fixed to the storage container 71. For example, the holding member 83 is fixed to the storage container 71, the metal ring 84 is fixed to the holding member 83, and the lower end 82 a of the fixed body 82 is fixed to the metal ring 84 with a screw 85.
[0007]
Spiral grooves 86a and 86b are formed in pairs on the outer peripheral surface of the fixed body 82, respectively. A liquid metal lubricant such as a Ga—In—Sn alloy is fed into portions such as the spiral grooves 86a and 86b to form a dynamic hydrodynamic slide bearing in the radial direction. In addition, spiral grooves (not shown) are formed on the upper end face of the fixed body 82 in the drawing and the stepped surface of the fixed body 82 facing the thrust ring 81, and the liquid metal lubricant is fed into the portions such as the spiral grooves. Thus, dynamic pressure type plain bearings 87a and 87b in the thrust direction are formed.
[0008]
Further, a circulation hole 88 for insulating cooling oil is formed in the holding member 83 and the like, and a supply port 89 for supplying an insulating medium to a portion of the container 71 near the holding member 83 is provided. In this case, the insulating medium supplied from the supply port 89 flows, for example, as indicated by an arrow Y, and is fed into the gap between the vacuum container 74 and the storage container 71 constituting the rotary anode X-ray tube.
[0009]
In the configuration described above, a rotating magnetic field is generated by passing a current through the stator coil 73. The rotating body 80 is rotated by this rotating magnetic field, and the anode target 77 is rotated. The anode target 77 is irradiated with an electron beam while the anode target 77 rotates, and X-rays are emitted from the anode target 77. This X-ray is taken out through the X-ray emission window 90.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
When the rotating anode X-ray tube enters the operating state, the temperature of the anode target rises due to the electron beam irradiation. Most of the heat of the anode target is radiated from the surface, reaches the metal part of the vacuum vessel, for example, and is conducted and dissipated to the insulating oil flowing along the outer wall surface of the vacuum vessel. A part of the heat of the anode target and the self-heating generated in the bearing portion are transmitted to the fixed body, and are dissipated out of the tube from the end of the fixed body extending outside the vacuum vessel.
[0011]
By the way, when a hydrodynamic slide bearing is used for a rotary anode X-ray tube, a liquid metal lubricant is supplied to a fitting portion between the rotary body and the fixed body provided with the hydrodynamic slide bearing. Since the liquid metal lubricant is active, when the temperature of the bearing portion rises, the liquid metal lubricant reacts with the material of the fixed body and the rotating body constituting the bearing surface. As a result, an intermetallic compound layer is deposited on the bearing surface, the bearing gap is reduced, and the rotational characteristics are deteriorated.
[0012]
When using a dynamic pressure type slide bearing, for example, a radial dynamic pressure type slide bearing is provided in two regions separated in the tube axis direction. A non-bearing portion (hereinafter referred to as a relief portion) that hardly functions as a bearing is formed in a region sandwiched between two hydrodynamic slide bearings, in which the gap between the fitting portion of the rotating body and the fixed body is larger than the bearing portion. Provided.
[0013]
The escape portion functions as a storage portion for the liquid metal lubricant and is filled with the liquid metal lubricant. Therefore, when the rotating body rotates at a high speed, the liquid metal lubricant in the escape portion generates heat due to its viscosity. Until now, heat generation at the escape portion has not been a problem because the rotational speed of the rotating body is relatively low. However, if the rotational speed of the rotating body increases in order to improve the performance of the rotary anode X-ray tube, the heat generation of the liquid metal lubricant at the escape portion cannot be ignored.
[0014]
For example, when the rotating body rotates at a low speed, the flow of the liquid metal lubricant is almost laminar, and the heat generation power P is almost inversely proportional to the size G of the gap between the rotating body and the fixed body, and the rotational speed N is almost the same. It is proportional to the square. When rotating at a high speed, the flow of the liquid metal lubricant is almost in a turbulent state, and the heat generation power P is larger than in the case of laminar flow. The heat generation power P is proportional to the rotation speed N to the third to 3.5th power. Further, the rotational speed at which transition from laminar flow to turbulent flow is almost inversely proportional to the gap G.
[0015]
Accordingly, when the rotational speed N is gradually increased, the bearing portion and the escape portion are almost in a laminar flow state while the rotational speed N is small, and the heat generation in the portion where the gap size G is large can be ignored. When the rotational speed further increases, the gap G having a larger size first transitions to turbulent flow from the low speed. Therefore, as the number of revolutions N increases, the heat generation in the portion where the gap size G is large, for example, the escape portion, relatively increases.
[0016]
Here, an experiment result of the inventor with respect to heat generation of the bearing portion and the escape portion will be described. In this experiment, the size G1 of the bearing gap is 10 μm, the size G2 of the clearance gap is 40 μm, the diameter φ of the fixed body is 40 mm, and each gap is filled with liquid metal lubricant. .
[0017]
When the rotational speed of the rotating body is as low as 50 rps, the ratio P2 / P1 between the heat generation power P2 of the escape portion and the heat generation power P1 of the bearing portion is about 1/4, and the contribution of the heat generation power P2 of the escape portion to the heat generation Is small. When the rotational speed is as high as 100 rps, the value of P2 / P1 is about 1, the heat generation power P2 of the escape portion becomes relatively large, and the heat generation power P2 of the escape portion cannot be ignored.
[0018]
The above example is a case where a hydrodynamic slide bearing is used for the bearing portion that rotatably supports the anode target. However, a ball bearing or a magnetic bearing is used for the bearing portion, and a liquid metal lubricant is disposed in the fitting gap between the rotating body and the fixed body, and heat is transmitted from the rotating body to the fixed body via the liquid metal lubricant. (See JP-A-60-136139, JP-A-11-273599, US Pat. No. 6,192,107, US Pat. No. 5,875,227, US Pat. No. 6,377,658, and JP-A-6-16297. ). Also in this case, there is a problem that the liquid metal lubricant generates heat as in the case where it is used for the bearing portion.
[0019]
When the heat transfer area is increased in order to enhance the heat transfer effect, this heat generation increases, for example, the diameter of the fitting portion where the liquid metal lubricant is arranged, or the length of the fitting portion where the liquid metal lubricant is arranged. It becomes a big problem when lengthening.
[0020]
For example, when the rotating body enters the rotating state, the liquid metal lubricant disposed in the fitting part of the rotating body and the fixed body rotates at the same speed as the rotating body, and the fixed body rotates to the fixed body. The contacting part is stationary, and the intermediate part rotates at an intermediate speed corresponding to the radius of rotation. At this time, a shearing force acts on the liquid metal lubricant, and viscosity loss based on viscosity occurs. The effect of this viscosity loss is significant during high-speed rotation and can be almost ignored during low-speed rotation.
[0021]
As the rotational speed increases, the viscosity loss increases and the temperature of the liquid metal lubricant increases. As a result, similar to the dynamic pressure type plain bearing portion, the reaction between the rotating body or the stationary body constituting the gap and the liquid metal lubricant proceeds, and the gap may be pinched by the accumulation of reaction products. In addition, an undesirable situation occurs in which the anode rotational drive torque increases and the rotational speed decreases, or the power consumption of the stator coil increases.
[0022]
Here, the experimental results of the present inventors will be described. In this experiment, a liquid metal lubricant (gallium alloy) is filled in a gap having a fixed body diameter φ of 30 mm, an opposing gap G of 50 μm, and an axial length of 30 mm, and the temperature of the liquid metal lubricant is about 200 ° C. It is.
[0023]
At low speed rotation of 50 rps, the heat generation power P is about 2W. This value is not a big problem. At a high speed rotation of 160 rps, the heat generation power P is about 100 W, and the above problem occurs.
[0024]
An object of the present invention is to provide a rotary anode X-ray tube that solves the above-described drawbacks, suppresses a temperature rise of a liquid metal lubricant, and can maintain stable rotation characteristics over a long period of time.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and the rotating body. Sliding filled with liquid metal lubricant A rotary anode X-ray tube comprising a fixed body that is rotatably supported by a bearing. Slip In the facing gap between the rotating body and the fixed body in a region where no bearing is provided, Provide a clearance part with a gap larger than the sliding bearing part, and A liquid metal lubricant and a floating body immersed in the liquid metal lubricant are arranged.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 11 denotes a vacuum vessel constituting a rotary anode type X-ray tube, and a part thereof is shown in FIG. A joining ring 12 is sealed to the lower end of the vacuum vessel 11 in the figure, and a sealing ring 13 is joined to the inside of the joining ring 12. An anode target 14 is disposed in the vacuum vessel 11. The anode target 14 is fixed to a joint portion 16 with a fixing screw 15, and the joint portion 16 is connected to a rotating body 17.
[0027]
The rotating body 17 includes, for example, an intermediate cylinder 17a to which the joint portion 16 is directly connected, a bottomed cylindrical inner cylinder 17b joined to the inside of the intermediate cylinder 17a, and an outer cylinder 17c joined to the outside of the intermediate cylinder 17a. For example, it has a three-layer structure. Clearances are provided between the intermediate cylinder 17a and the inner cylinder 17b, and between the intermediate cylinder 17a and the outer cylinder 17c except for a joint portion.
[0028]
For example, the outer peripheral surface of the inner cylinder 17b is substantially flush except for the lowermost end portion thereof. An upper portion of the cylindrical portion in the figure, for example, the anode target 14 side is formed in a thick portion b1 having a large thickness, and a lower portion in the drawing is formed in a thin portion b2 having a small thickness. A step surface A is formed at the boundary between the thick part b1 and the thin part b2. The thick part b1 has a smaller inner diameter than the thin part b2 by the thickness. The opening at the lower end of the inner cylinder 17 b is sealed with a thrust ring 18, and the inner cylinder 17 b and the thrust ring 18 are fixed with screws 19. A fixed body 20 is fitted in an inner space surrounded by the inner cylinder 17b and the thrust ring 18.
[0029]
The illustrated lower end 201 of the fixed body 20 penetrates the thrust ring 18 and the sealing ring 13, extends to the outside of the vacuum vessel 11, and is airtightly joined to the sealing ring 13 portion. The fixed body 20 is provided with a small-diameter portion 20a having a small outer diameter and a large-diameter portion 20b having a larger outer diameter than the small-diameter portion 20a in a fitting region with the inner cylinder 17b. A step surface B is formed at the boundary of the portion 20b. A part of the small diameter part 20b is fitted to the thick part b1 of the inner cylinder 17b, and a part of the large diameter part 20a is fitted to the thin part b2 of the inner cylinder 17b.
[0030]
In the portion where the thick portion b1 of the inner cylinder 17b and the small diameter portion 20a of the fixed body 20 are fitted, and in the portion where the thin portion b2 of the inner cylinder 17b and the large diameter portion 20b of the fixed body 20 are fitted, for example, fixing Helical grooves 21 a and 21 b are formed on the outer surface of the body 20. The portions such as the spiral grooves 21a and 21b are filled with the liquid metal lubricant, and the radial hydrodynamic slide bearings Ra and Rb are formed in two regions separated in the tube axis direction. The hydrodynamic slide bearings Ra and Rb have bearing surfaces formed in the tube axis direction.
[0031]
In addition, spiral grooves 22a and 22b are formed in the upper end surface of the fixed body 20 facing the upper bottom portion of the inner cylinder 17b and the stepped portion of the fixed body 20 facing the upper surface of the thrust ring 18, respectively. The portions such as the spiral grooves 22a and 22b are filled with the liquid metal lubricant, and the dynamic pressure type sliding bearings Sa and Sb in the thrust direction are formed. The hydrodynamic slide bearings Sa and Sb are formed so that their bearing surfaces are perpendicular to the tube axis.
[0032]
The fixed body 20 is provided with a reservoir 23 for storing the liquid metal lubricant along the tube axis m, and a duct 24 through which the liquid metal lubricant flows from the reservoir 23 toward the fitting portion between the inner cylinder 17b and the fixed body 20 is provided. Is provided.
[0033]
The step surface A of the inner cylinder 17b and the step surface B of the fixed body 20 are displaced in the extending direction of the tube axis m, and the hydrodynamic slide bearings 21a and 21b in the radial direction are located between the step surface A and the step surface B. Further, a cylindrical facing portion, that is, a so-called relief portion 25 having a larger clearance in the opposing portion, for example, a radial clearance centered on the tube axis m, is formed. The escape portion 25 is filled with a liquid metal lubricant, and a floating body such as a cylindrical sleeve 26 is disposed in the liquid metal lubricant. The cylindrical sleeve 26 is formed of, for example, the same material as the inner cylinder 17b and the bearing surface of the fixed body 20, and is immersed in a liquid metal lubricant, for example, in a floating state. The cylindrical sleeve 26 is provided with a plurality of holes 26a penetrating from the inside to the outside.
[0034]
When the rotating anode X-ray tube receives a rotating magnetic field generated by a stator coil (not shown) disposed outside the vacuum vessel 11, the rotating body 17 rotates about the tube axis m, The anode target 14 connected to the rotating body 17 rotates integrally. In this state, the anode target 14 is irradiated with an electron beam from a cathode (not shown), and X-rays are emitted from the anode target 14.
[0035]
According to the configuration described above, the hydrodynamic slide bearing is provided in the fitting portion between the rotating body 17 and the fixed body 20. Further, an escape portion 25 having a larger gap between the rotating body 17 and the fixed body 20 than the hydrodynamic slide bearing portion is provided, and a cylindrical sleeve 26 immersed in a liquid metal lubricant is disposed in the escape portion 25. .
[0036]
When the rotating body 17 rotates, the cylindrical sleeve 26 rotates at about 50% of the rotation speed. At this time, the liquid metal lubricant located in the gap between the cylindrical sleeve 26 and the inner cylinder 17b and between the cylindrical sleeve 26 and the fixed body 20 generates heat due to viscous loss. However, when there is the cylindrical sleeve 26, since the difference in rotational speed between the inner cylinder 17b and the cylindrical sleeve 26 and between the cylindrical sleeve 26 and the fixed body 20 is small, the heat generation in the escape portion 25 is reduced, and the whole Temperature rise is suppressed.
[0037]
For example, in comparison with the case where the rotational speed of the rotating body is 100 rps, in the structure of the prior art in which the cylindrical sleeve 26 is not provided, for example, the fitting clearance G1 of the bearing portion in the radial direction is 10 μm and the fitting portion 25 is fitted. When the gap G2 = 40 μm, the ratio value P2 / P1 of the heat generation power P2 of the escape portion 25 and the heat generation power P1 of the bearing portion is approximately 1. On the other hand, in the structure of the invention of FIG. 1, for example, when the fitting gap G1 of the bearing portion = 10 μm, the gap G21 between the cylindrical sleeve 26 and the inner cylinder 17b = the gap G22 between the cylindrical sleeve 26 and the fixed body 20 = 40 μm P1 = 1/8, and the heat generation of the escape portion 25 becomes smaller than the total heat generation.
[0038]
Further, the relief portion 25 in which the cylindrical sleeve 26 is disposed is provided in a region different from the bearing portion. Therefore, no load is applied to the cylindrical sleeve 26 regardless of whether the rotating body 17 is in a rotating state or a non-rotating state. Therefore, the cylindrical sleeve 26 does not deform even when a heavy anode target is used or when a high acceleration is applied to the anode target portion mounted on a CT apparatus or the like. Therefore, the cylindrical sleeve 26 does not cause poor rotation characteristics or cause galling.
[0039]
The cylindrical sleeve 26 is provided with a hole 26a penetrating from the surface on the rotating body 17 side to the surface on the fixed body 20 side. In this case, the liquid metal lubricant passes from one side of the cylindrical sleeve 26 to the other side. Therefore, the liquid metal lubricant located on both sides of the cylindrical sleeve 26 is replenished and the cylindrical sleeve 26 is kept immersed in the liquid metal lubricant. The cylindrical sleeve 26 may be provided with a spiral groove on one surface or both surfaces facing the rotating body 17 and the fixed body 20. The spiral groove has an action of holding the liquid metal lubricant, and the cylindrical sleeve 26 is reliably maintained in a state immersed in the liquid metal lubricant.
[0040]
According to the configuration described above, since heat generation of the liquid metal lubricant in the escape portion 25 and the like is suppressed, the facing gap can be filled with the liquid metal lubricant to almost 100%. Therefore, the heat of the rotating body 17 is reliably transmitted to the fixed body 20 via the liquid metal lubricant, and the heat dissipation characteristics are improved.
[0041]
In a conventional rotary anode X-ray tube, when there is a clearance portion with a large gap, in order to avoid heat generation of the liquid metal lubricant in the clearance portion, for example, the amount of the liquid metal lubricant is adjusted, and during operation, the clearance portion The liquid metal lubricant is made to disappear. Therefore, the heat transfer efficiency from the rotating body portion to the fixed body is reduced.
[0042]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
Reference numeral 31 denotes an anode target that generates X-rays. The anode target 31 is disposed in a vacuum vessel (not shown) and is directly connected to, for example, a bottomed cylindrical rotating body 32. The rotating body 32 is formed in a cylindrical shape as a whole. For example, the small diameter portion 32a located on the anode target 31 side, the cylindrical large diameter portion 32b having a larger inner diameter than the small diameter portion 32a, and the large diameter portion 32a are large in diameter. It is formed from the level | step-difference part 32c which ties the part 32b. The lower opening of the large-diameter portion 32b is sealed with a closing ring 33, and the rotating cylinder 34 is connected to the side wall portion of the large-diameter portion 32b. The rotating cylinder 34 is made of copper having high heat and electrical conductivity. A columnar fixed body 35 is fitted in the internal space surrounded by the rotating body 32 and the closing ring 33.
[0044]
The fixed body 35 has a first diameter small portion 35a fitted to the small diameter portion 32a of the rotating body 32 and a diameter fitted to the large diameter portion 32b of the rotating body 32 having a larger outer diameter than the first small diameter portion 35a. The large portion 35b is formed of a second small diameter portion 35c having a smaller outer diameter than the large diameter portion 35b and penetrating the portion of the closing ring 33. A cylindrical anode support portion 36 is connected to the lower side of the second small diameter portion 35c.
[0045]
Further, a hydrodynamic slide bearing is formed at a fitting portion of the rotating body 32 and the fixed body 35. For example, an annular recess 37 is formed at a substantially intermediate position of the first small diameter portion 35a, and herringbone pattern spiral grooves A1 and A2 are formed in the upper and lower regions sandwiching the recess 37, respectively. Further, spiral herringbone pattern spiral grooves B1 and B2 are formed on both upper and lower surfaces orthogonal to the tube axis m of the large diameter portion 35.
[0046]
A liquid metal lubricant such as a Ga alloy is filled in the spiral grooves A1, A2, B1, and B2 and the gap between the rotating body 32 and the fixed body 34, and the portions of the spiral grooves A1 and A2 are in a radial direction dynamic pressure type plain bearing. Further, a dynamic pressure type plain bearing in the thrust direction is formed in the spiral grooves B1 and B2.
[0047]
In addition, in the portion where the large-diameter portion 32b of the rotating body 32 and the large-diameter portion 35b of the fixed body 35 are opposed to each other in a plane parallel to the tube axis m, the facing gap is the spiral groove A1, A2 or the spiral groove B1, It is formed larger than the portion of the dynamic pressure type slide bearing provided with B2, and a so-called escape portion 38 is formed in a portion of the facing gap. The escape portion 38 is filled with a liquid metal lubricant, and a floating body, for example, a cylindrical sleeve 39 is disposed so as to be immersed in the liquid metal lubricant. Also in this case, as in the embodiment of FIG. 1, the heat generation in the escape portion 38 is smaller than that without the cylindrical sleeve 39, and the overall temperature rise is suppressed.
[0048]
In the case of the embodiment of FIG. 2, the fixed body is formed with a large diameter, and a hydrodynamic slide bearing is provided in the large diameter portion. In a circulatory organ diagnostic apparatus or the like, X-ray imaging is performed on the object to be imaged from various directions, and the imaging direction changes at high speed. For this reason, in a rotating anode X-ray tube incorporated in a circulatory organ diagnostic device, a large acceleration acts on a heavy anode target, and irregular loads are applied to the bearing portion from various directions. The structure of FIG. 2 is effective when an irregular and large load is applied, as described above, because a hydrodynamic slide bearing is provided in a portion where the diameter of the fixed body is large.
[0049]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, parts corresponding to those in FIG.
[0050]
In this embodiment, the opposing gap perpendicular to the tube axis m between the bottom portion 41 of the bottomed cylindrical first rotating body 32 and the upper end surface 42 of the first small diameter portion 35a of the fixed body 35 has spiral grooves A1, A2. It is formed larger than the portion of the dynamic pressure type slide bearing provided with helical grooves B1 and B2, and a so-called escape portion 43 is formed in a portion of the facing gap. The escape portion 43 is filled with a liquid metal lubricant, and a floating body, for example, a disc 44 is disposed so as to be immersed in the liquid metal lubricant.
[0051]
Also in this case, the heat generation in the escape portion 43 is Disc 44 Compared to the case where there is no, it becomes smaller and the overall temperature rise is suppressed. Further, the escape portion 43 filled with the liquid metal lubricant is located on the heat transfer path from the anode target 31 to the fixed body 35. Therefore, the heat of the anode target 31 is efficiently transmitted to the fixed body 35 via the liquid metal lubricant in the escape portion 43 and the heat dissipation characteristics are improved.
[0052]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0053]
Reference numeral 51 denotes a vacuum container constituting a rotary anode type X-ray tube. FIG. 4 shows a part of the metal ground side container 51a part and the glass anode side container 51b part of the vacuum container 51. An anode target 52 is disposed in the vacuum vessel 51. The anode target 52 is fixed to the cylindrical joint portion 54 with a fixing screw 53, and the joint portion 54 is connected to the rotating body 55.
[0054]
For example, the joint portion 54 is formed with a hook-like portion 541 facing inward at the lower end in the figure. The rotating body 55 is formed with an annular projecting portion 551 projecting outward, and the flange-shaped portion 541 of the joint portion 54 and the annular projecting portion 551 of the rotating body 55 are at a joint surface P in the radial direction centered on the tube axis m. For example, it is brazed.
[0055]
The rotating body 55 is composed of a thick part 55a having a large thickness and a thin part 55b having a thinner thickness than the thick part 55a. A step surface 55c is formed at the boundary between the thick part 55a and the thin part 55b. The opening located above and below the rotating body 55 is sealed with a first thrust ring 56 and a second thrust ring 57, respectively. A cylindrical body 58 is fixed to the lower surface of the second thrust ring 57. The cylindrical body 58 constitutes a rotor, is formed of copper or the like, and rotates in response to a rotating magnetic field applied from outside the vacuum vessel 51, for example.
[0056]
A fixed body 59 is fitted in an internal space surrounded by the rotating body 55, the first thrust ring 56, and the second thrust ring 57. The upper end 591 of the fixed body 59 extends through the first thrust ring 56 and is supported by the grounded container 51 a portion of the vacuum container 51. For example, the support ring 60 is fixed to the ground side container 51 a, the support member 61 and the support cylinder 62 are sequentially fixed inside the support ring 60, and the upper end 591 of the fixed body 59 is airtightly joined to the support cylinder 62.
[0057]
The lower end 592 of the fixed body 59 extends through the second thrust ring 57 and is supported by the anode side container 51 b of the vacuum container 51. For example, the fixing ring 63 is fixed to the anode side container 51b, and the lower end 592 of the fixing body 59 is hermetically joined to the fixing ring 63. A through hole 64 is formed along the tube axis from the upper end surface to the lower end surface of the fixed body 59. The through hole 64 constitutes a cooling passage through which the cooling medium flows from the outside of the vacuum vessel 51 through the through hole 64 to the outside of the vacuum vessel 51 as indicated by an arrow Y, for example.
[0058]
The intermediate portion of the fixed body 59 that fits in the internal space of the rotating body 55 includes a small-diameter portion 59a having a small outer diameter and a large-diameter portion 59b having a larger outer diameter. A step surface 59c is formed at the boundary of the large portion 59b. A part of the small diameter part 59a is fitted to the thick part 55a of the rotating body 55, and a part of the large diameter part 59b is fitted to the thin part 55b of the rotating body 55. Helical grooves 65a and 65b are formed on the outer peripheral surface. Liquid metal lubricant is supplied to portions such as the spiral grooves 65a and 65b, and dynamic pressure type sliding bearings Ra and Rb in the radial direction are formed.
[0059]
A spiral groove (not shown) is also formed on the upper step surface of the fixed body 59 facing the first thrust ring 56 and the lower step surface of the fixed body 59 facing the second thrust ring 57. Liquid metal lubricant is supplied to portions such as spiral grooves, and dynamic pressure type sliding bearings Sa and Sb in the thrust direction are provided.
[0060]
The step surface 55c of the rotating body 55 and the step surface 59c of the fixed body 59 are displaced in the extending direction of the tube axis m, and the region between the two step surfaces 55c and 59c has an opposing gap between the rotating body 55 and the fixed body 59. For example, it is larger than the portions of the radial dynamic pressure plain bearings Ra and Rb, and so-called relief portions 67 are formed in these portions. The escape portion 67 is filled with a liquid metal lubricant, and a floating body, for example, a cylindrical sleeve 68 is disposed so as to be immersed in the liquid metal lubricant.
[0061]
The step surface 55 c of the rotating body 55 is located on one side, for example, the anode target 52 side in the tube axis m direction with respect to the joint surface P between the joint portion 54 and the rotating body 55, and the step surface 59 c of the fixed body 59. Is located on the other side. Therefore, the inner surface of the rotating body 55 in the portion where the joint surface P is formed faces the cylindrical sleeve 68 in the escape portion 67, for example.
[0062]
According to the configuration described above, since the floating body, for example, the cylindrical sleeve 68 is disposed in the escape portion 67 after being immersed in the liquid metal lubricant, the heat generation in the escape portion 67 is reduced and the temperature rise of the bearing portion is suppressed. .
[0063]
Further, the inside of the rotating body 55 at the portion where the anode target 52 is indirectly connected via the joint portion 54 is a relief portion 67. In this case, the heat transmitted from the anode target 52 to the joint portion 54 is transmitted to the rotating body 55, and is efficiently transmitted from the rotating body 55 to the fixed body 59 through the escape portion 67 filled with the liquid metal lubricant. The heat transmitted to the fixed body 59 is radiated by the cooling medium flowing through the cooling passage, and the temperature rise of the bearing portion is suppressed.
[0064]
In the case of the embodiment of FIG. 4, the anode target 52 is indirectly connected to the rotating body 55 via the joint portion 54. However, the anode target 52 can also be directly connected to the rotating body 55 without using another support member.
[0065]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0066]
The vacuum vessel 91 constituting the rotary anode type X-ray tube is composed of a ground side vessel 911 having a large outer diameter and an anode side vessel 912 having a small outer diameter. An opening at the lower end of the anode side container 912 in the figure is sealed with an annular sealing member 92, and a bearing container 93 is hermetically joined to the sealing member 92.
[0067]
The bearing container 93 is hermetically joined to the sealing member 92, the first tubular portion 932 extending upward in the figure from the edge of the bottom portion 931, and the lower end joined to the inside of the first tubular portion 932 and extending upward in the figure. The second cylindrical portion 933 is configured.
[0068]
An anode target 94 is disposed in the ground-side container 911 of the vacuum container 91. The anode target 94 is connected to a joint portion 95, and the joint portion 95 is connected to a bottomed cylindrical first rotating body 96 and a columnar second rotating body 97.
[0069]
A part of the first rotating body 96 is provided with a cylindrical rotating portion so-called rotor 96a. The rotor 96 a is located between the first and second cylindrical portions 932 and 933 of the bearing container 93 and the anode side container 912. The second rotating body 97 is positioned on the tube axis m inside the bearing container 93, and a first ball bearing 98 is provided between the second rotating body 97 and the second cylindrical portion 933. A second ball bearing 99 is provided between the first cylindrical portion 932 and the first cylindrical portion 932. In this case, the bearing container 93 functions as a fixed body that rotatably supports the rotating body, for example, the second rotating body 97 via the first and second ball bearings 98 and 99.
[0070]
The first ball bearing 98 includes an outer ring 98 a and a ball 98 b that are fixed inside the upper end of the second cylindrical portion 933. The second ball bearing 99 includes an outer ring 99 a and a ball 99 b that are fixed to the inner side near the lower end of the first cylindrical portion 932.
[0071]
The second cylindrical portion 933 is provided with an annular recess 100 having a predetermined length in the tube axis m direction on the inner peripheral surface thereof facing the second rotating body 97. The concave portion 100 forms an annular relief portion 101 having a large gap between the second cylindrical portion 933 and the second rotating body 97. The escape portion 101 is filled with a liquid metal lubricant in order to form a heat transfer region from the second rotating body 97 to the bearing container 93, and a floating body such as a cylindrical sleeve 102 is filled in the liquid metal lubricant. Is arranged. In the second rotating body 97 and the cylindrical sleeve 102, spiral grooves 103 and 104 are formed at two locations on the upper and lower sides in the drawing, respectively, to prevent leakage of the liquid metal lubricant. For example, the helical groove 103 of the second rotating body 97 is provided on the cylindrical sleeve 102 side, and the helical groove 104 of the cylindrical sleeve 102 is provided on the second cylindrical portion 933 side of the bearing container 93.
[0072]
According to the configuration described above, the heat of the anode target 94 is transmitted from the joint portion 95 to the second rotating body 97, and further from the second rotating body 97 to the bearing container 93 via the liquid metal lubricant in the escape portion 101, Released outside the tube. In this case, the action of the cylindrical sleeve 102 in the liquid metal lubricant reduces heat generation of the liquid metal lubricant in the escape portion 101 and suppresses a temperature increase in the heat transfer region.
[0073]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG.
[0074]
In this embodiment, a cavity 105 is formed inside the second rotating body 97. The opening at the lower end of the cavity 105 in the figure is sealed with an annular sealing plate 106. The bearing container 93 is provided with a protrusion 934 located in the cavity 105. The protruding portion 934 protrudes upward from the bottom 931 along the tube axis m. In this case, the outer diameter of the projecting portion 934 is such that an annular relief portion 101 having a large gap is formed between the outer diameter of the second rotating body 97 and the inner peripheral surface.
[0075]
And in order to form the heat transfer area | region from the 2nd rotary body 97 to the bearing container 93, the liquid metal lubricant is filled in the escape part 101, and the floating body, for example, the cylindrical sleeve 102 is arrange | positioned in the liquid metal lubricant. Has been. In addition, spiral grooves 107 and 104 are formed in the protrusion 934 and the cylindrical sleeve 102 to prevent leakage of the liquid metal lubricant. In this case, the spiral groove 104 of the cylindrical sleeve 102 is provided on a surface facing the inner surface of the second rotating body 97.
[0076]
According to the configuration described above, the heat of the anode target 94 is transmitted from the joint portion 95 to the second rotating body 97, and further from the second rotating body 97 to the protruding portion 934 via the liquid metal lubricant of the escape portion 101, It is discharged out of the pipe through the bearing container 93. In this case, the action of the cylindrical sleeve 102 in the liquid metal lubricant reduces the heat generation of the escape portion 101 and suppresses the temperature increase in the heat transfer region.
[0077]
In the case of the structure using ball bearings as shown in FIGS. 5 and 6, in the conventional structure without a floating body, the fixed body diameter φ is 30 mm, G is 50 μm, the axial length is 30 mm, and the temperature of the liquid metal lubricant is 200. In the case of ° C. and the rotational speed of the rotating body is 160 rps, the heat generation power P is about 100 W. On the other hand, in an invention structure with a floating body, when a floating body having a dimension in which the clearances on both sides of the cylindrical sleeve 102 in the relief portion are equal to 50 μm is arranged, the heat generation power P is about 20 W.
[0078]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0079]
Reference numeral 111 denotes a vacuum vessel constituting a rotary anode type X-ray tube, and an anode target 112 is disposed in the vacuum vessel 111. The anode target 112 is fixed to the rotation support mechanism 114 with a fixing screw 113.
[0080]
The rotation support mechanism 114 includes, for example, a rotating body including a bottomed cylindrical rotating cylinder 115 and a fixing body 116 fitted inside the rotating cylinder 115, and the anode target 112 is directly fixed to the rotating cylinder 115 portion. Has been.
[0081]
The rotating cylinder 115 is composed of, for example, a small-diameter portion 115a having a small inner diameter and a large-diameter portion 115b formed integrally with the small-diameter portion 115b having a larger inner diameter and a smaller inner diameter. The fixed body 116 includes, for example, a small-diameter portion 116a having a small outer diameter and a large-diameter portion 116b having an outer diameter larger than that and formed integrally with the small-diameter portion 116a. The small diameter portion 116a and the large diameter portion 116b of the fixed body 116 are fitted inside the large portion 115b.
[0082]
A cylindrical member 117 made of copper is joined to the outer periphery of the rotating cylinder 115, and the opening at the lower end of the rotating cylinder 115 is sealed with a thrust ring 118. The thrust ring 118 is fixed to the rotating cylinder 115 and constitutes a rotating body of the rotating support mechanism 114 together with the rotating cylinder 115 and the like.
[0083]
The fixed body 116 penetrates the thrust ring 118, and the lower end 116a thereof is hermetically joined to the glass portion of the vacuum vessel 111 via the sealing member 119. An elongated hole 120 is formed in the fixed body 116 along the tube axis. The upper end of the hole 120 shown in the figure extends to the inner part surrounded by the anode target 112.
[0084]
A pipe 121 is disposed in the hole 120, and the hole 120 and the pipe 121 have their lower ends opened outside the vacuum vessel 111, and a cooling passage is formed in the fixed body 116. As indicated by the arrow Y, the cooling medium, for example, insulating oil flowing through the cooling passage flows, for example, from the outside of the vacuum vessel 111 to the outside of the pipe 121 upward, enters the pipe 121 from the upper end, and flows through the pipe 121 downward in the figure. , Led out of the vacuum vessel 111.
[0085]
In addition, radial pressure dynamic bearings Ra and Rb are provided at a fitting portion between the rotating cylinder 115 and the fixed body 116. The hydrodynamic slide bearings Ra and Rb are composed of, for example, a herringbone-pattern spiral groove provided on the outer peripheral surface of the fixed body 116, a liquid metal lubricant supplied to the spiral groove portion during operation, or the like.
[0086]
The opposing portion between the upper end surface of the large-diameter portion 116b of the fixed body 116 and the lower end surface of the small-diameter portion 115a of the rotating cylinder 115 and the opposing portion of the lower end surface of the large-diameter portion 116b of the fixed body 116 and the thrust ring 118 are Hydrodynamic slide bearings Sa and Sb are provided. The hydrodynamic slide bearings Sa and Sb are formed from a herringbone pattern helical groove provided on the upper end surface and the lower end surface of the large-diameter portion 116b of the fixed body 116, a liquid metal lubricant supplied to the helical groove portion during operation, or the like. Composed.
[0087]
The cylindrical fitting portion where the inner surface of the small diameter portion 115a of the rotating cylinder 115 and the outer surface of the small diameter portion 116a of the fixed body 116 face each other has a gap G as shown in the enlarged view in the circle A. A clearance 122 larger than the gap in the bearing area where the bearings Ra, Rb, Sa, and Sb are formed is formed. The escape portion 122 forms a non-bearing region having almost no function as a bearing, and is filled with a liquid metal lubricant as in the bearing region. A floating body, for example, a cylindrical sleeve 123, is immersed in the liquid metal lubricant.
[0088]
Also in the case of the configuration described above, the heat generation of the escape portion 122 is reduced by the action of the cylindrical sleeve 123, and the temperature rise in the heat transfer region is suppressed.
[0089]
The escape portion 122 is filled with a liquid metal lubricant, and forms a heat transfer region that transfers heat of the anode target 112 from the rotating cylinder 115 to the fixed body 116. In this case, the hydrodynamic slide bearings Ra, Rb, Sa, and Sb are located farther from the anode target 112 than the escape portion 122 that forms the heat transfer region. Therefore, the temperature of the hydrodynamic slide bearings Ra, Rb, Sa, and Sb The rise is suppressed.
[0090]
In each of the above embodiments, when a floating body such as a cylindrical sleeve is arranged in the non-bearing portion in the relief portion, the clearance between the rotating portion and the floating body is G21, and the clearance between the fixed body and the floating body is G22. When the clearance of the sliding bearing, for example, the radial dynamic pressure type sliding bearing portion is G1, for example, the relationship of G2 (= G21 + G22)> G1 is set. According to this relationship, the load at the time of mechanical contact between the rotating part or the fixed body and the floating body is reduced, and occurrence of problems such as deformation of the floating body is prevented.
[0091]
Further, when the floating body and the bearing surface are made of the same material, both have the same thermal expansion coefficient. Therefore, even when the temperature of the bearing portion is high, the relationship of G2> G1 is maintained, and G21 and G22 can be narrowed. When G21 and G22 are narrowed, the liquid metal lubricant can be reliably held on the cylindrical sleeve portion by capillary action.
[0092]
In addition, since the liquid metal lubricant can be filled almost 100% in the gap between the fixed body and the rotating body, the heat of the anode target is effectively transferred to the refrigerant that cools the fixed body through the liquid metal. I can tell you.
[0093]
In the above embodiment, an example using a hydrodynamic slide bearing or a ball bearing has been described, but a magnetic bearing can be used instead.
[0094]
According to the above-described configuration of the invention, there is provided a rotary anode X-ray tube capable of reducing heat generation at the escape portion during high-speed rotation, suppressing a temperature rise in the bearing portion or the heat transfer portion, and maintaining stable rotation characteristics over a long period of time. can get.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a rotary anode type X-ray tube capable of maintaining stable rotation characteristics over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.
[Explanation of symbols]
11 ... Vacuum container 11
12 ... Joining ring
13 ... Sealing ring
14 ... Anode target
15 ... Fixing screw
16 ... Rotating strut
17 ... Rotating body
18 ... Thrust Ring
19 ... Screw
20 ... Fixed body
21a, 21b ... spiral groove
22a, 21b ... spiral groove
23 ... Reservoir
24 ... Duct
25 ... escape
26 ... Cylindrical sleeve
Ra, Rb ... Dynamic pressure type slide bearing in radial direction
Sa, Sb: Thrust direction hydrodynamic slide bearing
m ... Tube axis

Claims

Rotating anode type comprising an anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and a fixed body that rotatably supports the rotating body by a slide bearing filled with a liquid metal lubricant. In the X-ray tube, a clearance portion larger than the sliding bearing portion is provided in a gap between the rotating body and the fixed body in a region where the sliding bearing is not provided, and a liquid metal lubricant is provided in the clearance portion. A rotary anode type X-ray tube characterized in that a floating body immersed in the liquid metal lubricant is disposed.

The rotating body includes an anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and a sliding bearing that is filled with a liquid metal lubricant provided in two regions separated in the tube shaft extension direction. In a rotary anode X-ray tube comprising a fixed body that rotatably supports the clearance, a clearance larger than the sliding bearing portion is provided in a gap between the rotary body and the fixed body in a region sandwiched between the two regions. A rotary anode X-ray tube characterized in that a liquid metal lubricant and a floating body immersed in the liquid metal lubricant are disposed in the relief portion .

An anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and a large-diameter portion and a small-diameter portion having different outer diameter dimensions in the radial direction perpendicular to the tube axis, In a rotary anode X-ray tube comprising a majority of two parallel surfaces extending in the radial direction and a fixed body provided with a sliding bearing filled with a liquid metal lubricant between the rotary bodies, the large diameter The clearance between the outer surface parallel to the tube axis of the tube and the rotating body is provided with a clearance that is larger than the sliding bearing portion. The clearance is immersed in the liquid metal lubricant and the liquid metal lubricant. A rotating anode type X-ray tube characterized in that a floating body is arranged.

An anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body having a bottom portion orthogonal to the tube axis and a cylindrical portion extending in the extending direction of the tube axis, and rotating integrally with the anode target, and the rotating body as a liquid metal the rotating anode X-ray tube provided with the fixed member for supporting rotatably by plain bearing filled with lubricant, on the opposing gap between the anode target side end face of the fixed body and the bottom portion of the rotating body, said sliding bearing A rotary anode X-ray tube characterized in that a clearance portion larger than the portion is provided, and a liquid metal lubricant and a floating body immersed in the liquid metal lubricant are arranged in the clearance portion .

An anode target disposed in a vacuum vessel, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and a rotating bearing that rotatably supports the rotating body by a slide bearing filled with a liquid metal lubricant , for cooling that flows through the cooling medium. In a rotary anode X-ray tube having a fixed body in which a passage is formed, a gap larger than the sliding bearing portion is provided in a gap between the rotating body and the fixed body in a region where the bearing is not provided. A floating body immersed in a liquid metal lubricant is disposed in the relief portion, and the anode target is directly on the outer surface of the portion where the inner surface of the rotating body faces the floating body. Or a rotating anode type X-ray tube characterized by being indirectly connected.

6. The rotary anode X-ray tube according to claim 1, wherein a spiral groove is formed on a surface of the floating body facing at least one of the rotary body and the fixed body.

6. The rotary anode X-ray tube according to claim 1, wherein a through hole is provided in the floating body.

Rotating body and the floating body of the gaps G 21, the fixed body and the floating body of the gaps G 22, and the rotating body of the region sliding bearing is formed a gap of the fixed body when the G1, G 21 and G The rotary anode X-ray tube according to any one of claims 1 to 7, wherein a sum G2 of 22 is larger than G1 .