JP4474190B2 - 回転部材を装着する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転部材を装着する方法及び装置に関する。具体的には、本発明は、放射線源に関し、さらに具体的には、Ｘ線管での回転式アノードの装着、及び上記装置の部品の製法に関する。回転式アノード管は、主としてマンモグラフィに用いられるＸ線放出管であるが、他の放射線分野、特に断層像密度測定法（tomodensitometry）での利用も想到され得る。

マンモグラフィでは、検査条件として、患者が自分の乳房を乳房載置台に配置する必要がある。Ｘ線放出装置は一般的には、乳房載置台を支持している垂直支柱に設けられており、患者の頭部の近くに配置される。このように近接していると、電気系統の設置に特に厳しい制約が加わるのみならず、ただでさえ負担の大きい検査時に患者を煩らわせないように、Ｘ線管が振動しないことが要求される。これらの振動は音がうるさい。一般的には、振動は特に、管の被覆が金属製であり被覆自体が振動に敏感であるため生じる。

実際には、回転式アノードを備えたＸ線管は、高速回転するアノードを有している。アノードは、一方の面ではカソードに対面し、他方の面では、真空密閉されているが放出されたＸ線の通過は可能な窓に対面するように配置されている。アノードの回転は、軸受で動作するロータによって駆動される。ロータは、ロータが固定接合されている回転式アノードを駆動する。しかしながら、この回転部材を均衡させようとするあらゆる試みにも拘わらず、不均衡が生じて管全体を振動させる一因となる。シャフトは両端で固定されることにより管に固定されている。従って、シャフトは片側では第一の構造すなわち管の被覆の第一の部分に固定され、他の側では第二の構造すなわち被覆の第二の部分に固定される。次いで、これら二つの構造を互いに結合する。これらの構造の結合が堅固であると、かかるアセンブリはシャフトの把持に不静定（hyperstatic）状態を招き、機械的なレベルで破壊を伴うため許容できない。この欠点を克服するために、ある程度の自由度を許容する環を用いて、シャフトの一端を原則として最も軽量で且つ／又は最も剛性の低い構造形式である構造に装着する。用いられる環は一般的には、回転かご（squirrel-cage）形状を有しており、弾力性を有するが、再利用できないのが欠点である。実際に、シャフト端部の挿入の前に環を構造に装着するときに環を圧入しなければならないため、環が変形する。さらに、環の挿入自体が、組立時にかなりの力を加えることを必要とする。
米国特許第３２７１０５３号

これらの環の有用性は、不静定状態に関連する問題を解決すること、またさらにアノードの発熱に起因する膨脹を許容することにある。しかしながら、環は振動の問題を解決しておらず、振動は依然として患者にとっての様々な問題の原因となっており、また取得される放射線画像の精度を損なう可能性もある。

本発明の一実施形態は、振動の問題及び環の再利用に関わる。本発明の一実施形態では、環は鼓（ツヅミ、原語：diabolo）形の環である。鼓形環は、端部の頭冠によって構造の収容部内に支持される。環は、鼓形部材の中央部が狭まっていることにより鼓形部材の内部でシャフトを把持する。開いた形状の鼓形部材を製造することによる一実施形態では、シャフトの端部を受ける凹部の製造時公差の値に合わせて環を構成することができる。従って、環の挿入には最早過大な力での圧入は必要とされない。結果として、環を再利用することができる。本発明の一実施形態では、鼓形部材は双曲面形状である。

また、本発明の一実施形態は、製造経費を最低限まで抑えるような鼓形環の製法に関する。本方法の一実施形態では、鼓形形状は双曲面形状である。

また、本発明の一実施形態は、Ｘ線管に回転式アノードを装着する装置であって、該装置は、第一の構造において、凹部と、凹部に収容されている環とを備えており、回転式アノードのシャフトの一端がこの環に挿入され、環は、シャフト軸の周りでの回転によって得られる鼓形形状を含んでいる。

また、本発明の一実施形態は、鼓形部材の製法であって、円筒から鼓形部材を形成する工程と、鼓形部材の一面に縦桟（beam）を形成する工程とを備えており、縦桟は傾斜させることができる。

本発明の実施形態は、以下の説明及び添付図面からさらに明確に理解されよう。図面は単に例を掲げるものであって、本発明の範囲を制限するものではない。

図１は、Ｘ線管内でアノード１のような回転部材を装着する装置を示す。Ｘ線管自体は図示されていない。図示のように、回転式アノード１は、シャフト３の周りに設けられているモータ式ロータ（好ましくはブラシレス電動モータ）に堅固に装着されている。シャフト３は、固定された第一の構造４においては例えば堅固に装着されており、第二の構造６においては環５によって装着されている。ロータ２及び回転式アノード１は、シャフト３に一致整列した回転軸７を中心として回転する。本例では、シャフト３は公知の手段で構造４に堅固に固定されている。例えば、シャフト３はねじで構造にねじ留めされる。構造４及び６はさらに、互いに対して固定されるようにＸ線管の被覆に連結されている。実際には、これら二つの構造の一方、本例では構造４は質量が大きい。他方の構造すなわち構造６は相対的に軽量である。いずれにせよ、構造４は、音響源を生成する振動力に対して構造６ほど敏感でない。この形式のアセンブリは、シャフト３を介して構造６に伝達される振動を生じ、次いでこの振動は環５の存在にも拘わらずうるさい騒音を発生する。

本発明の一実施形態では、環５は、シャフト３の軸７である軸を中心とした回転によって得られる鼓形形状を有している。この形状を図５及び図６に示す。かかる軸は、第一の頭冠８と第二の頭冠９とを含んでおり、両方とも円筒形であって、母線はシャフト３の軸７に平行である。これらの頭冠８及び９は、一組の縦桟によって互いに連結されており、縦桟は本実施形態では参照番号１０に示すように傾斜している。但し、傾斜していない縦桟を設けることも可能であるが、後述するように、縦桟が傾斜している方が、環が用いられているときの環の健全性をより十分に保証する。次いで、回転要素を支持しているシャフト３と、管の被覆の構造６との間に鼓形部材を装着すると、所望の騒音低減が得られる。

本発明の鼓形環を製造するために幾つかの方法が可能である。例として、環の寸法及び形状を１０(Ａ) 〜図１０(Ｃ)を参照しながら後に詳述する。図２は、例えば金属若しくは合金製、又は場合によっては複合材料製の薄板のようなプレート１１を示しており、プレート１１には真直な縦穴１２が形成されて、縦桟１３が縦穴の各々の間で個別形成されることを可能にしている。縦穴１２及び縦桟１３は直線状であって、本例では、縦桟１３を互いに連結している２本の横桟（lintel）１４及び１５の方向に対して直角を成して配向している。縦穴１２は、レーザ、マトリクス型押抜加工、エッチング又は他の類似の方法によって図示の態様で切断することができる。

一旦、切断作業が行なわれたら、図３に示すように、縦穴１２及び縦桟１３の方向に平行な軸１６に沿って配向した円筒形チャックの周りで丸めることによりプレート１１を成形する。成形の後に、環を閉じるように横桟１４及び１５の両端を合わせてはんだ付けすることができる。以下では、環を開いたままにし得る実施形態を説明する。一旦、この円筒が形成されたら、図４(Ａ)に示すように、縦穴１２及び縦桟１３の方向に平行な軸１９を中心として、現時点で円形になっている横桟１４及び１５を互いに反対方向１７及び１８にそれぞれ回転させることにより、上述のようにして形成された環を捻転させる。得られる構造を図５及び図６に示す。同図では、横桟１４及び１５がそれぞれ頭冠８及び９の位置を占めている。捻転による方法は一解法であって他の等価な手法も可能である。

開いた環を製造するためには、一方の横桟例えば横桟１５に開口２０（図２）を形成する。この開口は、中央縦穴２１の延長線として形成することができる。軸１６の周りで成形した後に、横桟１５の両端２２及び２３を合わせて例えばはんだ付け等によって接合する一方で、横桟１４の対応する両端は接合しない。

もう一つの手順は、矩形プレート１１の利用ではなく平行四辺形プレート２４の利用を含み得る。このプレート２４では、横桟１４及び１５の法線に対して縦穴２５が傾斜しており、縦桟２６も傾斜している（図２の破線で示す）。次いで、横桟１４及び１５に垂直な軸１６でのチャックの周りでの成形と同じ成形作業をプレート２４に施す。これにより図４(Ｂ)に示す円筒環が形成され、ここでは縦桟２６は円筒の母線と同じ配向にはなっておらず、円筒の辺縁に沿って螺旋状に成形されている。一旦、この円筒環が得られたら、成形用金型で応力を加えることができる。金型は全体的に、製造したい鼓形部材の雌形状を有するので、縦桟２６は力を加えられて環の軸２７の方向において環の内部に向かって屈曲する。

一例では、横桟１４及び１５に対する縦桟２６の傾斜は約５０°±１０°であってよい。図４(Ｂ)の環を収容する金型は、横桟１４及び１５の方向に直交する回転軸での回転によって得られる形状を有するものである。

鼓形部材を製造するもう一つの実施形態では、図６に示すように例えば厚み２８を有する肉厚の円筒から開始することも可能である。次いで、旋盤加工によって、鼓形部材から部分２９を除去すると共に、鼓形部材の内部で頭冠８及び頭冠９から超過分の厚みを除去することにより、この肉厚円筒においてくびれを得ることが可能になる。一旦、鼓形部材がこのようにして形成されたら、特にレーザ切断によって頭冠８と頭冠９との間で縦桟１０を個別形成することが可能である。

但し、上述の金型成形法及び中抜き法は必ずしも双曲面形状の鼓形部材を形成するとは限らない。捻転法であれば無理なく形成することができる。

いずれの製法を用いるにせよ、鼓形部材の内部に縦桟１０を配置することになる。これらの縦桟は、鼓形部材の内部の利用可能な空間を狭めると同時に、鼓形部材の両側に設けられて、径のより大きい円周を有する要素に取り付けられる。この意味で、図７及び図８は、シャフト３の挿入の前３０及び後３３のそれぞれについて対向面の内径を示している。図８で特に、実線は縦桟１０の被覆の曲線３１を示しており、破線３２は挿入前の同じ被覆を示している。同図から分かるように、初期径３０が拡大して、シャフト３を収容する直径３３になる。曲率３１と曲率３２との差が、構造６（図１）においてシャフト３の端部を把持するときの弾性に相当する。

図９は、シャフト３が半径方向の力を受けたときに生ずる力のシヌソイド状振幅による図を示す。応力の分布３４及び応力の評価から、環５の厚み、典型的にはプレート１１又はプレート２４の厚みを選択することが可能になる。また、軸７、１９又は２７に対する縦桟１０の傾斜角を設定することも可能になる。さらに、縦桟１３の数を設定することも可能になる。最後に、材料の性質、特にヤング率を設定することも可能になる。これらの要素はさらに、所望の彎曲差、すなわち曲率３１と曲率３２との間の差又は直径３０と直径３３との間の差の関数として決定される。

図１０(Ａ) 〜図１０(Ｅ)は、双曲面形状を有する環の具体的な実施形態を示している。図１０(Ｂ)は図１０(Ａ)の方向ＡＡから見た断面図であり、図１０(Ｃ)は方向ＢＢから見た断面図である。図１０(Ｄ)及び図１０(Ｅ)は遠近図である。これらの図はすべて、環が２０本の縦穴従って２０本の縦桟を有している場合を示している。この環は一例では、上述の第三の方法によって得られており、図１０(Ｅ)に示すように捻り角を５０°±５°とした双曲面形状の縦桟を有している。角度は双曲面の回転軸に対して測定されている。一例では、環の内径は７．６ｍｍであり公差は５／１００であり、環の外径は９．５ｍｍに等しく公差は１０／１００である。図１０(Ｅ)は、シャフト軸に垂直な平面に対して捻り角が５０°±５°であり得ることを示す。図１０(Ｃ)は、縦穴の幅が０．７９ｍｍ±５／１００ｍｍであり、縦桟の幅は０．７ｍｍ±５／１００で厚みが０．５ｍｍ±２／１００であることを示す。一例では、環の高さは約１２ｍｍ±５／１００であり、横桟１４及び１５から形成される環８及び９の高さは１．５ｍｍ±１０／１００の範囲である。プレートの厚みは例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍであってよい。さらに、例として述べると、双曲面形状の環を形成する捻り角は、所望の径縮小分に応じて５０°よりも小さくても大きくてもよい。例えば、捻り角は約６０°であってもよいし（径縮小分が小さい）、約９０°であってもよい（径縮小分が大きい）。

図１０(Ｄ)に示す実施形態では、環は特に縦穴の位置で開いており、横桟１４に形成されている第一の開口４４を有する。開口４４は、横桟１５に形成されている開口３５と対角で対向している。この対角対向は、双曲面構造の回転軸（図示されていない）に関して値を決定される。結果的に、図９に示すようなシャフト３に加わる力が如何なる方向３６にあれ、環の応答は同一になる。開いた環では生じがちであるような顧慮されない方向は存在しない。

環の開口は、構造６に形成されている凹部３７への環５の挿入を可能にする。開口４
４及び／又は開口３５が狭まって、挿入、さらには締め付けが可能になる。さらに、狭まることから、構造６においてシャフト３の端部を受け入れる凹部の形成時に、より大きい公差を許容することが可能になる。

これらの実施形態は、シャフト３において、環５を収容すべき位置に回転によって得られるくぼみ３８を設けることにより、特に単純なシャフト３の長手方向把持を達成することを可能にする。このくぼみ３８は例えば、曲率３１と曲率３２との間の中間の曲率を有する。必要があれば、他方の側に位置する堅固な構造４において、同じ環３９を備えたもう一つの軸受を形成してシャフト３の他端を把持することも可能であり、この場合にもシャフト３の他端に回転によって得られるくぼみをやはり設ける。この場合には、特にくぼみによって、シャフト３の制御された配置が得られ、長手方向のずれに対する耐久性は不要である。

上述のように、本方法の実施形態は、薄いプレートにおいて平行な縦桟を挟んで介設される切断縦穴を形成する工程を含んでいてよく、これらの平行な縦桟は、両端を横桟によってまとめて把持されており、横桟及び縦桟は、横桟に垂直な軸を有する円形チャックの周りで成形され、円形に成形された横桟は、チャックの軸と同一線上に並ぶ軸の周りで互いに対して捻転される。

また、上述のように、本方法の実施形態は、薄いプレートにおいて平行な縦桟を挟んで介設される切断縦穴を形成する工程を含んでいてよく、これらの平行な縦桟は、両端を横桟によってまとめて把持されており、縦桟は、横桟に垂直な方向に対して傾斜しており、上述のようにして切断された薄いプレートは、横桟の方向に直交する回転軸での回転によって得られる形状を有する金型に圧入されることにより変形され、金型は、両端の間の中央部に横桟を収容する隆起部を有している。

当業者は、開示された実施形態及びこれらの均等構成の構造／方法及び／又は作用及び／又は結果及び／又は工程に対して本発明の範囲から逸脱することなく様々な改変を施し又は提案することができる。

回転式アノードを装着する装置の模式図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 回転によって得られ、鼓形部材の役割を果たす双曲面構造の製造例を示す図である。 装着装置での鼓形部材の装着の効果を示す図である。 装着装置での鼓形部材の装着の効果を示す図である。 装着装置での鼓形部材の装着の効果を示す図である。 双曲面形鼓形部材の寸法を示す図である。 双曲面形鼓形部材の寸法を示す図である。 双曲面形鼓形部材の寸法を示す図である。 双曲面形鼓形部材の寸法を示す図である。 双曲面形鼓形部材の寸法を示す図である。

符号の説明

１ アノード
２ ロータ
３ シャフト
４ 第一の固定構造
５ 環
６ 第二の構造
７ 回転軸
８、９ 頭冠
１０ 傾斜した縦桟
１１ 矩形プレート
１２、２５ 縦穴
１３、２６ 縦桟
１４、１５ 横桟
１６、１９、２７ 軸
１７、１８ 横桟の捻転方向
２０ 開口
２１ 中央縦穴
２２、２３ 横桟１５の両端
２４ 平行四辺形プレート
２８ 肉厚円筒の厚み
２９ 肉厚円筒の除去部分
３０ シャフト挿入前の内径
３１ シャフト挿入後の被覆の曲線
３２ シャフト挿入前の被覆の曲線
３３ シャフト挿入後の内径
３４ 応力の分布
３５ 開口
３６ シャフトに加わる力の方向
３７ 凹部
３８ くぼみ
３９ 環
４４ 開口

Claims (11)

1. 回転部材を装着する装置であって、
   第一の構造（６）と、
   該第一の構造に形成されている凹部（３７）と、
   該凹部に収容されている環（５）と、
   一端が前記環に挿入される回転するシャフト（３）と、
   とを備えており、
   前記シャフト（３）は、動作中発熱に起因して膨脹し、
   前記環（５）が再度シャフトが挿入できるように再利用可能であり、
   前記環は、一組の傾斜した縦桟（１０）で構成されている鼓形形状（８〜１０）を含んでおり、
   前記一組の傾斜した縦桟（１０）は、前記環の第一の頭冠（８）に連結されていると共に前記環の第二の頭冠（９）に連結されている、装置。
2. 前記鼓形部材は、双曲面構造により形成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記シャフトの前記環（５）への挿入に応じて、前記双曲面形状は前記シャフトの前記環（５）への挿入以前における双曲面形状の初期径よりも大きい内径を有しており、これらの曲率の差が前記回転部材の周囲に弾力性嵌合を形成する、請求項２に記載の装置。
4. 前記回転部材がＸ線管のアノードであり、
   前記双曲面形状は前記シャフトの前記環（５）への挿入以前に第１の曲率（３２）を有し、
   前記シャフトの前記環（５）への挿入後に第２の曲率（３１）を有し、
   前記シャフト（３）は、前記一端において、前記環（５）を収容すべき位置にくぼみ（３８）を有しており、該くぼみ（３８）は前記第１の曲率（３２）と前記第２の曲率（３１）との間の中間の曲率を有している、請求項３に記載の装置。
5. ２０本の縦桟を含んでいる請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記縦桟の前記傾斜は、前記シャフトの前記軸に垂直な平面に対して５０°±５°である、請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記双曲面構造は、開口（２０）に沿って開いており、該開口は、前記第一及び第二の頭冠の少なくとも１箇所の対角対向部分（１４、１５）に形成されている、請求項４に記載の装置。
8. 前記双曲面構造は、開口（４４）に沿って開いており、該開口は、前記第一及び第二の頭冠の２箇所の対角対向部分（１４、１５）に形成されている、請求項４に記載の装置。
9. 前記第一（８）及び第二（９）の頭冠は、前記シャフトの前記軸に平行な母線を有する円筒形部分で構成されている、請求項４に記載の装置。
10. 前記シャフトの他端が他方の構造（４）に配設されており、該他方の構造は、前記第一の構造よりも軽量であるか又は音響源を生成する振動力に対する感度が小さい、請求項４に記載の装置。
11. 前記シャフトの他端が他方の構造（４）に配設されており、前記他端は、前記シャフトの軸（７）を中心とした回転により得られる鼓形形状（８〜１０）を有する第二の環により支持される、請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
    

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