JP4127502B2

JP4127502B2 - Rotating anode X-ray tube

Info

Publication number: JP4127502B2
Application number: JP2002334988A
Authority: JP
Inventors: 光央岩瀬; 浩典中牟田; 康一北出; 仁志服部; 春信楊; 保夫吉井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP2004171868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は回転状態にある陽極ターゲットに電子ビームを衝突させ、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。
【０００３】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について図５を参照して説明する。
【０００４】
回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器（図示せず）は、たとえば外径の大きい陰極側外囲器部と外径の小さい陽極側外囲器部などから構成されている。真空外囲器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は継手部５３に固定され、継手部５３を介して回転機構５４に連結されている。回転機構５４は回転体５５およびこの回転体５５の外側に接合された回転子５６、回転体５５の開口部分を封止するスラストリング５７、回転体５５やスラストリング５７で囲まれた内部空間に配置され、回転体５５などを回転可能に保持する固定シャフト５８などから構成されている。
【０００５】
回転子５６は銅などの電気抵抗の低い金属で形成され、陽極ターゲット５２側に近い一部が回転体５５に接合され、残りの領域は隙間Ｇが設けられている。
【０００６】
固定シャフト５８の図示左端部５８ａは、スラストリング５７を貫通し、真空外囲器の外側まで伸びている。その図示左端部５８ａはネジ加工され、固定シャフト５８のたとえば段差面５８１とナット５９の間に支持機構５１を挟む形で、固定シャフト５８が固定されている。
【０００７】
固定シャフト５８のたとえば外周面にらせん溝６０ａ、６０ｂが形成されている。また、スラストリング５７の図示右側の面および回転体５５の底面に対向する固定シャフト５８の端面にらせん溝（図示せず）が形成されている。これら各らせん溝６０ａ、６０ｂが形成された領域に液体金属潤滑材が供給され、回転体５５やスラストリング５７と固定シャフト５８との間にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂおよびスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂ形成されている。
【０００８】
上記した構成では、陽極ターゲット５２および継手部５３、回転機構５４などから構成される陽極構体部分が、固定シャフト５８の固定部たとえば固定シャフト５８と支持機構５１との固定部分で支持されている。
【０００９】
この場合、陽極構体部分の荷重で、固定シャフト５８の固定部に曲げモーメントが発生する。たとえば回転陽極型Ｘ線管がＣＴ装置などに組み込まれている場合は、被写体の撮影時に、回転陽極型Ｘ線管が診断対象である被写体の周囲を回転し、大きな曲げモーメントが発生する。その結果、固定シャフト５８の固定部を基点にして陽極構体部分が曲がり、陽極ターゲット５２など回転部分の回転が不安定になる場合がある。
【００１０】
このため、陽極構体部分が曲がらないように、固定シャフト５８の固定部たとえば支持機構５１の強度を強くする方法が考えられる。しかし、強度を強くすると、支持機構５１の壁厚が厚くなり、全体の重量が増え、大型化するという問題がある。
【００１１】
次に、従来の回転陽極型Ｘ線管の他の例について図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一部省略する。
【００１２】
この例は、固定シャフト５８の図示右端部５８ｂが筒状の継手部５３を貫通し、陰極側外囲器部５１ｂの外側まで伸びている。そして、図示右端部５８ｂはネジ加工され、固定シャフト５８のたとえば段差面５８２とナット６１の間に支持機構５１を挟む形で、固定シャフト５８が固定されている。
【００１３】
上記した構成では、固定シャフト５８の左右両端が支持機構５１に固定されている。したがって、陽極構体部分の荷重が両端に分散し、固定シャフト５８の固定部に加わる曲げモーメントが小さくなる。
【００１４】
固定シャフト５８の両端を固定する構造は、図５のように一端を固定する構造に比べると、陽極構体部分の固有振動数が高くなり、回転数を上げても安定な回転が得られる。したがって、陽極ターゲットの回転数を高くすることができ、陽極ターゲットの焦点面の温度を低減できる利点がある。
【００１５】
また、回転機構の軸受構造に動圧式すべり軸受を用いる場合、実使用時の回転数が陽極構体部分の固有振動数よりも高いと、回転数が変動したり、振動が増大したりする。実使用時の回転数と固有振動数が近いと、陽極共振が生じ振動が大きくなる。しかし、固定シャフトの両端を固定した場合、陽極構体部分の固有振動数が高くなるため、実使用時の回転数が固有振動数よりも低くなり、管球の振動が小さくなるという利点がある。
【００１６】
一方、回転陽極型Ｘ線管は使用状態に入ると、電子ビームの衝突で陽極ターゲットが発熱し、同時に、軸受損失などで動圧式すべり軸受が発熱する。これらの熱が固定シャフトに伝達し、固定シャフトが熱膨張する。この場合、固定シャフトの両端が固定されていると、その固定部分に大きな熱応力が発生し、固定シャフトを固定する支持機構をさらに固定しているハウジングや真空外囲器が破損することがある。
【００１７】
次に、従来の回転陽極型Ｘ線管のもう１つの例について図７を参照して説明する。図７は、図５および図６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。
【００１８】
この例は、陽極ターゲット４２の図示右側に保持部材７１が設けられている。保持部材７１は、固定シャフト５８の図示右端部５８ｂの外径よりも大きい内径の貫通穴が形成されている。そして、貫通穴の部分を固定シャフト５８が貫通し、固定シャフト５８の図示右端部５８ｂと保持部材７１の貫通穴内面との間に小さな隙間７２をもつ嵌め合い構造になっている。
【００１９】
この構造によれば、固定シャフト５８が熱膨張しても、固定シャフト５８が貫通穴内をスライドし熱応力は発生しない。また、被写体の撮影時などに、陽極構体部分に大きな遠心力が作用した場合、固定シャフト５８は図示左側の固定部を支点にして、隙間７２の大きさの分だけ管軸ｍに対し垂直方向に曲がる。しかし、陽極構体部分は曲がった状態で貫通穴の内面に拘束され、曲げモーメントは両端に分散される。
【００２０】
なお、嵌め合い構造の場合、陽極構体部分の曲がりが大きいと回転が不安定になるため、隙間を小さくする必要がある。しかし、隙間を小さくすると、固定シャフトと貫通穴の内面とが接触し、熱膨張および熱収縮の繰り返しで、接触面が摩耗するという問題がある。さらに、管球の静止状態などでは、嵌め合い部分は固定シャフトが浮いた状態となって拘束されない。そのため、陽極構体部分の固有振動数が低下するという問題がある。
【００２１】
その他、熱膨張で発生する熱応力を小さくするための固定シャフトの固定方法としては、公知技術になっていないものの、同一出願人によって出願された特許文献１や特許文献２などの方法がある。
【００２２】
特許文献１は、固定シャフトの端部をボール状の保持部材で保持している。この方法は、図７の方法と同様、固定シャフトが摩耗するという問題がある。
【００２３】
特許文献２は、固定シャフトの端部にベローズ状の保持部材が連結されている。この方法は、固定シャフトの保持部材との連結部分は実質的に拘束されない状態にあるため、陽極構体部分の固有振動数が低下するという問題がある。
【００２４】
【特許文献１】
特願２００１−１９９８１５
【特許文献２】
特願２００１−１９９８１４
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陽極構体部分を固定シャフトの一端で支持する方法あるいは両端で支持する方法、またはその一端を嵌め合いで支持する方法などがある。
【００２６】
一端で支持する方法は、耐荷重性や振動、回転数の向上などに問題があり、回転の安定性が低下する。両端で支持する方法は、一端で支持する方法の欠点が解消されるものの、熱膨張によって発生する熱応力で管球が破損するという問題がある。嵌め合いで支持する方法は、熱膨張による管球の破損を防止できる。しかし、一端で支持する方法と同様、回転の安定性が低下する。
【００２７】
本発明は、上記した欠点を解決し、回転の安定性が得られ、かつ、熱膨張による破損を防止できる回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空外囲器内に配置された陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットと一体で回転する回転体と、軸受を介して前記回転体を回転可能に保持し、一方の側が第１支持機構で支持された固定シャフトと、前記固定シャフトの他方の側を支持する第２支持機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記第２支持機構は、前記固定シャフトの管軸を横切る方向の面と一部が接し、前記固定シャフトが貫通する貫通穴を有する第１支持部材と、前記第１支持部材よりも外側に位置し前記真空外囲器または前記真空外囲器と相対的に静止する静止部分に固定され、前記固定シャフトが貫通する貫通穴が形成された第２支持部材と、前記第２支持部材よりも外側に位置し前記固定シャフトと固定部品により固定される第３支持部材と、前記第１支持部材と前記第２支持部材とで挟まれた領域に縮んだ状態で配置される第１弾性部材と、前記第２支持部材と前記第３支持部材とで挟まれた領域に縮んだ状態で配置される第２弾性部材とを有することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１の概略の断面図を参照して説明する。
【００３０】
回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器１１は、たとえば外径が大きい陰極側外囲器部１１ａおよびこれよりも外径が小さい陽極側外囲器部１１ｂなどから構成され、陰極側外囲器部１１ａに円盤状陽極ターゲット１２が配置されている。陽極ターゲット１２は筒状継手部１３に固定され、筒状継手部１３を介して回転機構１４と機械的に連結されている。
【００３１】
回転機構１４は、たとえば有底円筒状回転体１５および回転体１５の外側に接合された筒状回転子１６、回転体１５の開口部分を封止するスラストリング１７、回転体１５やスラストリング１７で囲まれた内部空間に配置され、回転体１５を回転可能に保持する円柱状固定シャフト１８などから構成されている。
【００３２】
回転子１６は電気抵抗の低い銅などの金属で形成され、陽極ターゲット１２側に近い一部が回転体１５に接合され、残りの領域に隙間Ｇが設けられている。
【００３３】
固定シャフト１８の図示左側は、スラストリング１７を貫通し、支持機構２６の外側まで伸びている。その図示左側部分には、たとえばスラストリング１７を貫通する直前部分および支持機構２６を貫通する直前部分に、径の大きさが変化する環状の第１段差面１８１および第２段差面１８２が設けられている。そして、図示左端部１８ａはネジ加工され、固定シャフト１８の第２段差面１８２とナット１９の間に支持機構２６を挟む形で、固定シャフト１８が固定されている。
【００３４】
固定シャフト１８の図示右側は回転体１５の底部および継手部１３を貫通し、継手部１３の外側まで伸びている。その図示右側部分には、たとえば回転体１５を貫通する直前部分および継手部１３の外側に、径の大きさが変化する環状の第３段差面１８３および第４段差面１８４が設けられている。そして、第４段差面１８４よりも先の右端部１８ｂが支持機構２０に接続されている。
【００３５】
支持機構２０は、たとえば固定シャフト１８の第４段差面１８４に接する第１支持部材２１たとえば座金、および、管軸ｍ方向に弾性変形する弾性部材たとえば複数（図１では４個）の皿ばね部品２２、皿ばね部品２２の外側に位置する第２支持部材２３などから構成されている。第２支持部材２３はたとえば支持体２４に固定され、支持体２４はたとえば真空外囲器１１（図１では陰極側外囲器部１１ａの部分）の一部に封止され、固定されている。
【００３６】
皿ばね部品２２は、図２に示すようにたとえば円錐状の金属板材で形成され、一方の側に径の小さい小開口２２ａが設けられ、他方の側に径の大きい大開口２２ｂが設けられている。
【００３７】
そして、図１では、４個の皿ばね部品２２が直列に、すなわち小開口２２ａどうしあるいは大開口２２ｂどうしが接する形で、隣接するどうしが逆向きに配置されている。また、図示左端部に位置する皿ばね部品２２はその大開口２２ｂ側が第１支持部材２１に接し、図示右端部に位置する皿ばね部品２２はその大開口２２ｂ側が第２支持部材２３に接している。
【００３８】
なお、皿ばね部品２２の小開口２２ａの内径は、固定シャフト１８が熱膨張しても皿ばね部品２２と接触しないように、たとえば固定シャフト１８の右端部１８ｂの外径よりも少し大きい寸法に選ばれている。
【００３９】
また、固定シャフト１８のたとえば外周面にらせん溝２５ａ、２５ｂが形成されている。また、固定シャフト１８の第１段差面１８１と対向するスラストリング１７の面および回転体１５の底面に対向する固定シャフト１８の端面にらせん溝（図示せず）が形成されている。これら各らせん溝２５ａ、２５ｂを形成した領域に液体金属潤滑材を供給し、回転体１５やスラストリング１７と固定シャフト１８との間にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂおよびスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂ形成されている。固定シャフト１８は、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂを介して、固定シャフト１８は回転体１５を回転可能に保持する。
【００４０】
支持機構２０の組み立ては、まず、固定シャフト１８の第４段差面１８４に接するように第１支持部材２１たとえば座金を配置し、さらに、第１支持部材２１の外側に弾性部材たとえば４個の皿ばね部品２２を直列に配置する。次に、複数の皿ばね部品２２に対して管軸ｍ方向に荷重をかけ、弾性変形によって全体が縮むように与圧する。次に、その状態を保持するように第２支持部材２３を位置決めする。そして、第２保持部材２３を支持する支持体２４をたとえば真空外囲器１１に固定する。
【００４１】
上記した構成によれば、皿ばね部品２２が縮んだ状態に与圧されている。この与圧で、皿ばね部品２２が第１支持部材２１を固定シャフト１８の第４段差面１８４に押しつける。第４段差面１８４は、固定シャフト１８の管軸ｍを横切る方向たとえば管軸ｍに対して垂直に、かつ、管軸ｍを中心とする環状に形成されている。そのため、固定シャフト１８は第１支持部材２１によって全体が平均的に管軸ｍの延長方向に押しつけられ、固定シャフト１８および第１支持部材２１が強く接触する。
【００４２】
したがって、固定シャフト１８は実質的に両端支持となり、陽極構体部分の荷重が分散し、固定シャフト１８の固定部に加わる曲げモーメントが小さくなる。また、陽極構体部分の固有振動数が高くなるため、回転数を上げても安定な回転が得られる。さらに、陽極ターゲットの回転数を高くできるため、陽極ターゲットの焦点面の温度を低減できる。
【００４３】
また、使用時などに固定シャフト１８が熱膨張した場合、その熱膨張分は、皿ばね部品２２が管軸ｍの延長方向に縮んで吸収される。また、製造時などに真空外囲器１１が熱膨張した場合は、逆に、皿ばね部品２２が管軸ｍの延長方向に伸びて吸収される。
【００４４】
皿ばね部品２２に対する与圧は、固定シャフト１８の固定部に熱応力で発生する力に比較すると、１０〜１００倍程度も小さいため、熱膨張の吸収作用を阻害するようなことはない。
【００４５】
また、皿ばね部品２２は、管軸ｍの垂直方向に荷重がかかった場合の変位は管軸ｍの延長方向の変位と比べるとずっと小さく、固定シャフト１８を両端で保持した場合の耐荷重性能が十分得られる。
【００４６】
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１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００４７】
この例は、固定シャフト１８と第２支持部材２３が嵌め合い構造になっている。たとえば第２保持部材２３に管軸ｍ方向に貫通する貫通穴が形成されている。貫通穴の内径は固定シャフト１８の右端部１８ｂの外径よりも大きく形成され、その右端部１８ｂが貫通穴に挿入されている。なお、第２支持部材２３は、図示しないもののの図１の場合と同様、支持部材などによってたとえば真空外囲器１１に固定されている。
【００４８】
この場合、第２支持部材２３に貫通穴が形成されている。しかし、第２支持部材２３に底のある貫通しない穴を設け、固定シャフト１８の先端部がその穴の中に挿入されるような構造にしてもよい。
【００４９】
上記の構造によれば、ＣＴ装置などに組み込まれ、実使用時に、管軸の垂直方向に大きな荷重が作用して、陽極構体部分が隙間の分だけ曲がっても、その状態で第２支持部材２３によって拘束される。したがって、陽極構体部分の曲がりが小さく抑えられる。
【００５０】
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は支持機構部分を抜き出した図で、図１や図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。
【００５１】
固定シャフト１８の環状第４段差面１８４に接し、かつ、固定シャフト１８の右端部１８ｂを囲むように、第１支持部材４１たとえばリング状の座金が配置されている。第１支持部材４１の第４段差面１８４と反対側の面に環状凹部４１ａが形成され、この凹部４１ａに皿ばね部品２２が嵌め込まれている。
【００５２】
第１支持部材４１の外側にたとえば小さな間隔を保って、固定シャフト１８が貫通する筒状の第２支持部材４２が配置されている。第２支持部材４２と固定シャフト１８は嵌め合い構造になっており、第２支持部材４２の貫通穴の内面と固定シャフト１８右端部１８ｂの外周面との間に小さな隙間が設けられている。第２支持部材４２は左右両面に環状凹部４２ａ、４２ｂが形成され、その凹部４２ａ、４２ｂにそれぞれ皿ばね部品２２が嵌め込まれている。
【００５３】
第２支持部材４２の外側にたとえば小さな間隔を保って、第３支持部材４３たとえば座金が配置されている。第３支持部材４３は第２支持部材４２側の面に環状凹部４３ａが形成され、この凹部４３ａに皿ばね部品２２が嵌め込まれている。そして、凹部４３ａ内側の中央部の面が固定シャフト１８の右端部１８ｂの端面、たとえば固定シャフト１８の管軸ｍを垂直に横切る方向の面に接触している。
【００５４】
上記の配置において、第３支持部材４３と固定シャフト１８を固定部品４４たとえばボルトで固定する。このとき、固定部品４４の締め付けで、第１支持部材４１と第２支持部材４２の間隔、および、第２支持部材４２と第３支持部材４３の間隔が狭くなり、それぞれの皿ばね部品２２が縮んで与圧される。そして、この状態で、第２支持部材４２が真空外囲器（図示せず）などに固定される。
【００５５】
上記した構成の場合も、与圧された皿ばね部品２２の作用で、固定シャフト１８が支持機構によって強固に支持され、固定シャフト１８は、実質的に両端で固定される。
【００５６】
また、固定シャフト１８および第１支持部材４１、第３支持部材４３は、皿ばね部品２２の作用や固定部品４４による固定で機械的に一体化している。しかし、固定シャフト１８と第２支持部材４２との間は動きが自由であるため、固定シャフト１８や真空外囲器の熱膨張で発生する熱応力は皿ばね部品２２の伸縮で吸収される。
【００５７】
上記の構成では、皿ばね部品２２が各支持部材４１〜４３の凹部内に配置されている。この場合、皿ばね部品２２の管軸から離れる方向への動きが凹部の壁で規制され、皿ばね部品２２の配置が安定化する。
【００５８】
上記の各実施形態では弾性部品として皿ばね部品を用いている。しかし、弾性部品には棒状金属などをコイル状に巻いた弦巻ばね、あるいは、金属板などを複数重ねた重ね板ばねなどを使用でき、また、真空外で支持する場合は弾性ゴムなどを使用することもできる。
【００５９】
上記の各実施形態では、固定シャフトの一端だけが弾性部品などを用いた支持機構で支持されている。しかし、このような支持機構を用いて固定シャフトの両端を支持することもできる。
【００６０】
また、回転機構の軸受として動圧式すべり軸受が用いられているが、ボールベアリングなどの軸受を用いた場合にも適用できる。
【００６１】
また、上記した支持機構は、真空外囲器内に限らず、真空外囲器外で固定シャフトを支持する構造にすることもできる。また、支持部材の１つが、真空外囲器に固定されているが、真空外囲器に代えて、真空外囲器と相対的に静止する静止部分たとえば真空外囲器をハウジングに固定する固定部材などに固定することもできる。
【００６２】
また、固定シャフトの段差面に接する支持部品は、固定シャフトと別部品としてでなく、両者を一体構造で構成することもできる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、陽極構体部分の固有振動数が高く、かつ、熱膨張で発生する熱応力を吸収できる回転陽極型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概略の断面図である。
【図２】本発明に使用される皿ばね部品を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図５】従来例を説明するための概略の断面図である。
【図６】他の従来例を説明するための概略の断面図である。
【図７】他の従来例を説明するための概略の断面図である。
【符号の説明】
１１…真空外囲器
１２…陽極ターゲット
１３…継手部
１４…回転機構
１５…回転体
１６…回転子
１７…スラストリング
１８…固定シャフト
１９…ナット
２０、２６…支持機構
２１…第１支持部材
２２…皿ばね部品
２３…第２支持部材
２４…支持体
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]
The rotating anode type X-ray tube has a structure in which an electron beam collides with a rotating anode target and X-rays are emitted from the anode target.
[0003]
Here, a conventional rotary anode X-ray tube will be described with reference to FIG.
[0004]
A vacuum envelope (not shown) constituting the rotary anode X-ray tube is composed of, for example, a cathode-side envelope portion having a large outer diameter and an anode-side envelope portion having a small outer diameter. An anode target 52 is disposed in the vacuum envelope. The anode target 52 is fixed to the joint portion 53 and is connected to the rotation mechanism 54 via the joint portion 53. The rotating mechanism 54 includes a rotating body 55, a rotor 56 joined to the outside of the rotating body 55, a thrust ring 57 that seals an opening of the rotating body 55, and an internal space surrounded by the rotating body 55 and the thrust ring 57. A fixed shaft 58 that is disposed and rotatably holds the rotating body 55 and the like.
[0005]
The rotor 56 is formed of a metal having low electrical resistance such as copper, a part close to the anode target 52 side is joined to the rotating body 55, and a gap G is provided in the remaining region.
[0006]
The illustrated left end 58a of the fixed shaft 58 passes through the thrust ring 57 and extends to the outside of the vacuum envelope. The illustrated left end portion 58a is threaded, and the fixed shaft 58 is fixed so that the support mechanism 51 is sandwiched between, for example, a stepped surface 581 of the fixed shaft 58 and the nut 59.
[0007]
For example, helical grooves 60 a and 60 b are formed on the outer peripheral surface of the fixed shaft 58. A spiral groove (not shown) is formed in the end surface of the fixed shaft 58 facing the right side surface of the thrust ring 57 and the bottom surface of the rotating body 55. A liquid metal lubricant is supplied to the region where the spiral grooves 60a and 60b are formed, and the hydrodynamic slide bearings Ra and Rb in the radial direction and the thrust direction are provided between the rotating body 55 and the thrust ring 57 and the fixed shaft 58. Hydrodynamic slide bearings Sa and Sb are formed.
[0008]
In the configuration described above, the anode structure portion constituted by the anode target 52, the joint portion 53, the rotation mechanism 54, and the like is supported by the fixed portion of the fixed shaft 58, for example, the fixed portion between the fixed shaft 58 and the support mechanism 51.
[0009]
In this case, a bending moment is generated in the fixed portion of the fixed shaft 58 by the load of the anode structure portion. For example, when a rotating anode X-ray tube is incorporated in a CT apparatus or the like, the rotating anode X-ray tube rotates around the subject to be diagnosed when a subject is photographed, and a large bending moment is generated. As a result, the anode structure portion may be bent with the fixed portion of the fixed shaft 58 as a base point, and rotation of the rotating portion such as the anode target 52 may become unstable.
[0010]
For this reason, a method of increasing the strength of the fixed portion of the fixed shaft 58, for example, the support mechanism 51, is conceivable so that the anode structure portion is not bent. However, when the strength is increased, the wall thickness of the support mechanism 51 is increased, which increases the overall weight and increases the size.
[0011]
Next, another example of a conventional rotary anode X-ray tube will be described with reference to FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is partially omitted.
[0012]
In this example, the illustrated right end portion 58b of the fixed shaft 58 passes through the cylindrical joint portion 53 and extends to the outside of the cathode side envelope portion 51b. The illustrated right end portion 58b is threaded, and the fixed shaft 58 is fixed in such a manner that the support mechanism 51 is sandwiched between the stepped surface 582 of the fixed shaft 58 and the nut 61, for example.
[0013]
In the configuration described above, the left and right ends of the fixed shaft 58 are fixed to the support mechanism 51. Therefore, the load of the anode structure portion is dispersed at both ends, and the bending moment applied to the fixed portion of the fixed shaft 58 is reduced.
[0014]
The structure in which both ends of the fixed shaft 58 are fixed has a higher natural frequency of the anode structure portion than the structure in which one end is fixed as shown in FIG. 5, and stable rotation can be obtained even if the number of rotations is increased. Therefore, there is an advantage that the rotation speed of the anode target can be increased and the temperature of the focal plane of the anode target can be reduced.
[0015]
Further, when a hydrodynamic slide bearing is used for the bearing structure of the rotating mechanism, if the rotational speed in actual use is higher than the natural frequency of the anode structure part, the rotational speed fluctuates or vibrations increase. When the rotational speed and the natural frequency in actual use are close, anode resonance occurs and vibration increases. However, when both ends of the fixed shaft are fixed, the natural frequency of the anode structure portion becomes high, so that there is an advantage that the rotational frequency in actual use is lower than the natural frequency and the vibration of the tube is reduced.
[0016]
On the other hand, when the rotating anode type X-ray tube enters a use state, the anode target generates heat due to the collision of the electron beam, and at the same time, the hydrodynamic slide bearing generates heat due to bearing loss or the like. These heat is transmitted to the fixed shaft, and the fixed shaft is thermally expanded. In this case, if both ends of the fixed shaft are fixed, a large thermal stress is generated in the fixed portion, and the housing and the vacuum envelope that further fixes the support mechanism for fixing the fixed shaft may be damaged. .
[0017]
Next, another example of a conventional rotating anode X-ray tube will be described with reference to FIG. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIGS.
[0018]
In this example, a holding member 71 is provided on the right side of the anode target 42 in the figure. The holding member 71 is formed with a through hole having an inner diameter larger than the outer diameter of the right end portion 58 b of the fixed shaft 58 shown in the drawing. The fixed shaft 58 passes through the through hole portion, and has a fitting structure with a small gap 72 between the illustrated right end portion 58 b of the fixed shaft 58 and the inner surface of the through hole of the holding member 71.
[0019]
According to this structure, even if the fixed shaft 58 is thermally expanded, the fixed shaft 58 slides in the through hole and no thermal stress is generated. Further, when a large centrifugal force is applied to the anode structure part when photographing a subject, the fixing shaft 58 is perpendicular to the tube axis m by the size of the gap 72 with the fixing portion on the left side of the figure as a fulcrum. Turn to. However, the anode structure portion is bent and restrained by the inner surface of the through hole, and the bending moment is dispersed at both ends.
[0020]
In the case of the fitting structure, if the bending of the anode structure portion is large, the rotation becomes unstable, so the gap needs to be reduced. However, if the gap is reduced, there is a problem that the fixed shaft and the inner surface of the through hole come into contact with each other, and the contact surface wears due to repeated thermal expansion and contraction. Further, when the tube is stationary, the fitting portion is not restrained because the fixed shaft is in a floating state. Therefore, there is a problem that the natural frequency of the anode structure portion is lowered.
[0021]
In addition, as a fixing method of the fixed shaft for reducing the thermal stress generated by thermal expansion, there are methods such as Patent Document 1 and Patent Document 2 filed by the same applicant, although they are not known techniques.
[0022]
In Patent Document 1, the end of the fixed shaft is held by a ball-shaped holding member. Similar to the method of FIG. 7, this method has a problem that the fixed shaft is worn.
[0023]
In Patent Document 2, a bellows-like holding member is connected to an end portion of a fixed shaft. This method has a problem that the natural frequency of the anode structure portion is lowered because the connection portion of the fixed shaft with the holding member is not substantially restrained.
[0024]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application 2001-199815
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application 2001-199814
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional rotary anode type X-ray tubes include a method of supporting the anode structure portion at one end of the fixed shaft, a method of supporting the anode structure portion at both ends, and a method of supporting the one end by fitting.
[0026]
The method of supporting at one end has problems in load resistance, vibration, and improvement in the number of rotations, and the stability of rotation is lowered. Although the method of supporting at both ends eliminates the drawbacks of the method of supporting at one end, there is a problem that the tube is damaged by the thermal stress generated by thermal expansion. The method of supporting by fitting can prevent the bulb from being damaged by thermal expansion. However, as with the method of supporting at one end, the rotational stability is reduced.
[0027]
An object of the present invention is to provide a rotating anode type X-ray tube which solves the above-mentioned drawbacks, can obtain rotational stability, and can prevent breakage due to thermal expansion.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an anode target disposed in a vacuum envelope, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and a rotating support that holds the rotating body via a bearing, one side of which is a first support mechanism. In the rotary anode X-ray tube comprising the fixed shaft supported by the second shaft and the second support mechanism for supporting the other side of the fixed shaft, the second support mechanism is in a direction across the tube axis of the fixed shaft. A first support member that partially contacts the surface of the first support member and has a through-hole through which the fixed shaft passes, and is positioned outside the first support member and relatively to the vacuum envelope or the vacuum envelope A second support member fixed to a stationary stationary part and having a through-hole through which the fixed shaft passes; and a third support positioned outside the second support member and fixed by the fixed shaft and a fixing component. A member and said first In a state of being contracted in a region sandwiched between a first elastic member disposed in a region sandwiched between a support member and the second support member, and a region sandwiched between the second support member and the third support member It has the 2nd elastic member arranged .
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view of FIG.
[0030]
The vacuum envelope 11 constituting the rotary anode type X-ray tube includes, for example, a cathode side envelope portion 11a having a large outer diameter, an anode side envelope portion 11b having a smaller outer diameter, and the like. A disc-shaped anode target 12 is disposed in the envelope part 11a. The anode target 12 is fixed to the cylindrical joint portion 13 and is mechanically connected to the rotating mechanism 14 via the cylindrical joint portion 13.
[0031]
The rotating mechanism 14 includes, for example, a bottomed cylindrical rotating body 15, a cylindrical rotor 16 joined to the outside of the rotating body 15, a thrust ring 17 that seals an opening portion of the rotating body 15, the rotating body 15, and the thrust ring 17. It is arranged in an internal space surrounded by a cylindrical fixed shaft 18 that rotatably holds the rotating body 15.
[0032]
The rotor 16 is made of a metal such as copper having a low electric resistance, a part close to the anode target 12 side is joined to the rotating body 15, and a gap G is provided in the remaining region.
[0033]
The left side of the fixed shaft 18 in the drawing extends through the thrust ring 17 and extends to the outside of the support mechanism 26. On the left side of the figure, for example, an annular first step surface 181 and second step surface 182 whose diameters change are provided immediately before passing through the thrust ring 17 and immediately before passing through the support mechanism 26. ing. The illustrated left end portion 18 a is threaded, and the fixed shaft 18 is fixed so that the support mechanism 26 is sandwiched between the second step surface 182 of the fixed shaft 18 and the nut 19.
[0034]
The right side of the fixed shaft 18 in the figure passes through the bottom of the rotating body 15 and the joint portion 13 and extends to the outside of the joint portion 13. On the right side of the figure, an annular third step surface 183 and a fourth step surface 184 whose diameters change are provided, for example, immediately before penetrating the rotating body 15 and outside the joint portion 13. The right end 18 b ahead of the fourth step surface 184 is connected to the support mechanism 20.
[0035]
The support mechanism 20 includes, for example, a first support member 21 that is in contact with the fourth step surface 184 of the fixed shaft 18, for example, a washer, and an elastic member that is elastically deformed in the direction of the tube axis m, such as a plurality (four in FIG. 1) of disc spring parts. 22, a second support member 23 positioned outside the disc spring component 22, and the like. The second support member 23 is fixed to, for example, the support 24, and the support 24 is sealed and fixed to, for example, a part of the vacuum envelope 11 (part of the cathode side envelope portion 11a in FIG. 1). .
[0036]
The disc spring component 22 is formed of, for example, a conical metal plate as shown in FIG. 2, and a small opening 22a having a small diameter is provided on one side, and a large opening 22b having a large diameter is provided on the other side. Yes.
[0037]
In FIG. 1, four disc spring components 22 are arranged in series, that is, adjacent small openings 22 a or large openings 22 b are in contact with each other. The disc spring component 22 located at the left end of the figure is in contact with the first support member 21 on the large opening 22b side, and the disc spring component 22 located at the right end of the drawing is in contact with the second support member 23 on the large opening 22b side. Yes.
[0038]
The inner diameter of the small opening 22a of the disc spring component 22 is, for example, slightly larger than the outer diameter of the right end portion 18b of the fixed shaft 18 so that it does not come into contact with the disc spring component 22 even if the fixed shaft 18 is thermally expanded. Has been chosen.
[0039]
Further, helical grooves 25a and 25b are formed on the outer peripheral surface of the fixed shaft 18, for example. A spiral groove (not shown) is formed on the surface of the thrust ring 17 facing the first step surface 181 of the fixed shaft 18 and the end surface of the fixed shaft 18 facing the bottom surface of the rotating body 15. A liquid metal lubricant is supplied to the regions where the spiral grooves 25a and 25b are formed, and the hydrodynamic slide bearings Ra and Rb in the radial direction and the dynamic movement in the thrust direction are provided between the rotating body 15 and the thrust ring 17 and the fixed shaft 18. Pressure slide bearings Sa and Sb are formed. The fixed shaft 18 rotatably holds the rotating body 15 via the dynamic pressure type slide bearings Ra, Rb, Sa, and Sb.
[0040]
In assembling the support mechanism 20, first, the first support member 21 such as a washer is disposed so as to contact the fourth stepped surface 184 of the fixed shaft 18, and further, an elastic member such as four dishes is disposed outside the first support member 21. The spring parts 22 are arranged in series. Next, a load is applied to the plurality of disc spring components 22 in the direction of the tube axis m, and pressure is applied so that the whole is contracted by elastic deformation. Next, the second support member 23 is positioned so as to maintain the state. And the support body 24 which supports the 2nd holding member 23 is fixed to the vacuum envelope 11, for example.
[0041]
According to the configuration described above, the Belleville spring component 22 is pressurized in a contracted state. With this pressure, the disc spring component 22 presses the first support member 21 against the fourth step surface 184 of the fixed shaft 18. The fourth step surface 184 is formed in a direction transverse to the tube axis m of the fixed shaft 18, for example, perpendicular to the tube axis m, and in an annular shape about the tube axis m. Therefore, the entire fixed shaft 18 is pressed by the first support member 21 on the average in the extending direction of the tube axis m, and the fixed shaft 18 and the first support member 21 come into strong contact with each other.
[0042]
Therefore, the fixed shaft 18 is substantially supported at both ends, the load of the anode structure portion is dispersed, and the bending moment applied to the fixed portion of the fixed shaft 18 is reduced. In addition, since the natural frequency of the anode structure portion is increased, stable rotation can be obtained even if the rotation speed is increased. Furthermore, since the rotation speed of the anode target can be increased, the temperature of the focal plane of the anode target can be reduced.
[0043]
Further, when the fixed shaft 18 is thermally expanded during use or the like, the thermal expansion is absorbed by the disk spring component 22 being contracted in the extending direction of the tube axis m. On the other hand, when the vacuum envelope 11 is thermally expanded at the time of manufacturing or the like, conversely, the disc spring component 22 extends in the extending direction of the tube axis m and is absorbed.
[0044]
The pressure applied to the disc spring component 22 is about 10 to 100 times smaller than the force generated by the thermal stress in the fixed portion of the fixed shaft 18, and therefore does not hinder the thermal expansion absorbing action.
[0045]
In addition, the disc spring component 22 has a much smaller displacement when a load is applied in the vertical direction of the tube axis m than the displacement in the extension direction of the tube axis m, and the load resistance performance when the fixed shaft 18 is held at both ends. Is sufficiently obtained.
[0046]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, parts corresponding to those in FIG.
[0047]
In this example, the fixed shaft 18 and the second support member 23 are fitted together. For example, a through-hole penetrating in the tube axis m direction is formed in the second holding member 23. The inner diameter of the through hole is formed larger than the outer diameter of the right end portion 18b of the fixed shaft 18, and the right end portion 18b is inserted into the through hole. Although not shown, the second support member 23 is fixed to, for example, the vacuum envelope 11 by a support member or the like as in the case of FIG.
[0048]
In this case, a through hole is formed in the second support member 23. However, the second support member 23 may be provided with a bottomed non-penetrating hole so that the tip of the fixed shaft 18 is inserted into the hole.
[0049]
According to the above structure, even if a large load acts in the vertical direction of the tube axis during actual use and the anode structure portion is bent by the gap, the second support member is in that state. 23. Therefore, the bending of the anode structure portion can be suppressed small.
[0050]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram in which the support mechanism portion is extracted. The same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 1 and FIG.
[0051]
A first support member 41, for example, a ring-shaped washer is disposed so as to contact the annular fourth step surface 184 of the fixed shaft 18 and surround the right end portion 18 b of the fixed shaft 18. An annular recess 41a is formed on the surface of the first support member 41 opposite to the fourth step surface 184, and the disc spring component 22 is fitted into the recess 41a.
[0052]
A cylindrical second support member 42 through which the fixed shaft 18 passes is disposed outside the first support member 41 with a small interval, for example. The second support member 42 and the fixed shaft 18 have a fitting structure, and a small gap is provided between the inner surface of the through hole of the second support member 42 and the outer peripheral surface of the right end portion 18b of the fixed shaft 18. The second support member 42 has annular recesses 42a and 42b formed on both left and right sides, and the disc spring parts 22 are fitted into the recesses 42a and 42b, respectively.
[0053]
For example, a third support member 43 such as a washer is disposed outside the second support member 42 with a small gap therebetween. In the third support member 43, an annular recess 43a is formed on the surface on the second support member 42 side, and the disc spring component 22 is fitted in the recess 43a. The central surface inside the concave portion 43 a is in contact with the end surface of the right end portion 18 b of the fixed shaft 18, for example, the surface in the direction perpendicular to the tube axis m of the fixed shaft 18.
[0054]
In the above arrangement, the third support member 43 and the fixed shaft 18 are fixed by a fixing component 44 such as a bolt. At this time, by tightening the fixing component 44, the interval between the first support member 41 and the second support member 42 and the interval between the second support member 42 and the third support member 43 are narrowed. Shrink and pressurize. In this state, the second support member 42 is fixed to a vacuum envelope (not shown) or the like.
[0055]
Also in the case of the above-described configuration, the fixed shaft 18 is firmly supported by the support mechanism by the action of the pressurized disc spring component 22, and the fixed shaft 18 is substantially fixed at both ends.
[0056]
Further, the fixed shaft 18, the first support member 41, and the third support member 43 are mechanically integrated by the action of the disc spring component 22 and the fixing by the fixing component 44. However, since the movement between the fixed shaft 18 and the second support member 42 is free, the thermal stress generated by the thermal expansion of the fixed shaft 18 and the vacuum envelope is absorbed by the expansion and contraction of the disc spring component 22.
[0057]
In the above configuration, the disc spring component 22 is disposed in the recess of each of the support members 41 to 43. In this case, the movement of the disc spring part 22 in the direction away from the tube axis is restricted by the wall of the recess, and the arrangement of the disc spring part 22 is stabilized.
[0058]
In each of the above embodiments, a disc spring part is used as the elastic part. However, the elastic part can be a coiled spring in which a rod-shaped metal or the like is wound in a coil shape, or a laminated leaf spring in which a plurality of metal plates are stacked, and an elastic rubber or the like is used when supporting outside the vacuum. You can also.
[0059]
In each of the above embodiments, only one end of the fixed shaft is supported by a support mechanism using an elastic component or the like. However, both ends of the fixed shaft can be supported using such a support mechanism.
[0060]
In addition, a hydrodynamic slide bearing is used as a bearing of the rotation mechanism, but the present invention can also be applied when a bearing such as a ball bearing is used.
[0061]
In addition, the above-described support mechanism is not limited to the inside of the vacuum envelope, but can be configured to support the fixed shaft outside the vacuum envelope. In addition, one of the support members is fixed to the vacuum envelope, but instead of the vacuum envelope, a stationary portion that is stationary relative to the vacuum envelope, for example, a fixing that fixes the vacuum envelope to the housing. It can also be fixed to a member or the like.
[0062]
In addition, the support component that contacts the stepped surface of the fixed shaft can be configured as an integral structure, not as a separate component from the fixed shaft.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a rotary anode type X-ray tube in which the natural frequency of the anode structure portion is high and the thermal stress generated by thermal expansion can be absorbed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a disc spring part used in the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional example.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another conventional example.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Vacuum envelope 12 ... Anode target 13 ... Joint part 14 ... Rotating mechanism 15 ... Rotating body 16 ... Rotor 17 ... Thrust ring 18 ... Fixed shaft 19 ... Nut 20, 26 ... Support mechanism 21 ... 1st support member 22 ... Belleville spring component 23... Second support member 24... Support Ra, Rb... Radial direction hydrodynamic slide bearing Sa, Sb .. thrust direction hydrodynamic slide bearing m.

Claims

An anode target disposed in the vacuum envelope, a rotating body that rotates integrally with the anode target, and the rotating body is rotatably held via a bearing, and one side is supported by a first support mechanism. In the rotary anode X-ray tube comprising a fixed shaft and a second support mechanism for supporting the other side of the fixed shaft, the second support mechanism is flush with a surface in a direction crossing the tube axis of the fixed shaft. A first support member having a through hole through which the fixed shaft passes, and a stationary part positioned outside the first support member and stationary relative to the vacuum envelope or the vacuum envelope A second support member formed with a through-hole through which the fixed shaft passes, a third support member positioned outside the second support member and fixed by the fixed shaft and a fixing component, First support member A first elastic member disposed in a contracted state in a region sandwiched between the second support members, and a contracted state in a region sandwiched between the second support member and the third support member. A rotary anode X-ray tube comprising a second elastic member .

The rotary anode X-ray tube according to claim 1, wherein the elastic member is one or a plurality of disc spring parts .