JP4879446B2 - 回転型アノードを有するｘ線管用の駆動組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
１．発明の分野
本発明は、全体として、回転型アノード標的を使用するｘ線管に関する。より具体的には、本発明の実施の形態は、改良された回転型アノード駆動組立体、及び高温の作動温度の存在下にて改良された機械的安定性を提供する、アノード駆動組立体の製造方法に関する。
【０００２】
２．関連技術
Ｘ線発生装置は、工業分野及び医療分野の双方にて多岐に亙る目的のため使用されている極めて価値ある道具である。例えば、かかる装置は、診断及び治療放射線法、半導体の製造及び組み立て、及び材料の試験のような分野にて一般に使用されている。
【０００３】
かかる装置において、ｘ線を発生させる基礎となる基本的前提条件は、極めて類似している。電子を放出し且つ加速し、その後、急激に停止させたとき、Ｘ線又はｘ放射線が発生される。典型的に、この過程は、通常、電子の供給源であるカソードと、カソードから軸方向に隔たった位置に配置され且つカソードにより放出された電子を受け取り得るように配向されたアノードと、カソードとアノードとの間に高電圧を印加する電気回路という、３つの主要な要素を備える、真空ｘ線管内で行われる。
【０００４】
アノード及びカソード要素は、真空ハウジング内に配置され、その後、電気的に接続される。作動中、電流がカソードフィラメントに供給され、これにより電子が放出される。次に、電圧発生要素を使用してアノード（陽極）とカソード（陰極）との間に極高電圧（約１０，０００乃至数１００，０００ボルト以上）を印加する。高電圧差のため、放出された電子はアノード上に配置されたｘ線「標的」面に向けて加速される。好ましくは、電子ビームをカソードに集束させ、電子が「焦点」と称される画成された点にて標的面（焦点軌道と称される場合がある）を打撃するようにする。この標的面は、比較的大きい原子数を有する耐火性金属で出来ており、このため、電子が焦点にて標的面に衝突すると、発生する運動エネルギの一部分は極高周波の電磁波すなわちｘ線に変換される。発生するｘ線は標的面から発して、次に、患者の身体の一領域のような物体内に侵入するように整合させ、次に、ｘ線像を形成すべく使用される。ＣＴ装置のような、多くの用途において、満足し得るｘ線像を保証するために焦点の寸法及び形状を精密に制御することが極めて重要である。
【０００５】
一般に、電子を加速するために使用される電気エネルギの極く僅かな部分がｘ線に変換される。その残りのエネルギは、アノードの標的領域及びアノードの他の部分内で熱として放散される。この熱は、アノード構造体を恒久的に損傷させ且つ（又は）管の作動効率を低下させる可能性のある極めて高温度に達することがある。この問題点を緩和するため、ｘ線標的すなわち焦点軌道が典型的に、回転可能なアノードディスクの環状部分上に配置される。典型的に、アノードディスク（回転型標的又は回転型アノードとも称される）は、ベアリングハウジング内に保持されたベアリングにより回転可能に支持された支持軸を有するロータ組立体に取り付けられる。次に、ロータ組立体及びディスクは、モータに適宜に接続し且つ該モータによって回転させる。作動中、アノードを回転させ、また焦点軌道を回転させて衝突する電子ビームの経路に出入りさせる。このようにして、電子は、短時間だけ特定の焦点にて標的を打撃し、これにより、軌道が電子ビームの経路内に戻るように回転するのに要する時間の間、軌道の他の部分が冷却するのを許容する。このことは、特定の領域内で標的にて発生される熱の量を減少させ、また、アノード標的内で熱に関連した問題点が生ずるのを少なくする。
【０００６】
この型式の回転型アノードｘ線管は、多岐に亙る目的にて使用されており、その目的の一部は、アノードディスクを増大する高速度にて回転させることを必要とする。例えば、乳房撮影装置にて使用されるｘ線管は、典型的に、約３５００回転／分（ｒｐｍ）のアノード回転速度にて作動させている。しかし、業界の需要は変化しており、今日、約１０，０００ｒｐｍ以上のアノード回転速度で作動するＣＴスキャナ及びその他の目的用の高速度機械が製造されつつある。これらの高速度は、連続的に増大する力の電子ビームにより発生された熱を均一に分配するために必要である。
【０００７】
回転型アノードの作動回転速度が速ければ速い程、また、最新のｘ線管に典型的な熱負荷が大であればある程、種々の問題が生じ易い。例えば、高速の回転速度の結果、加えられる力のため、ベアリング及びアノード駆動組立体の他の部分には遥かに大きい応力が加えられる。これらの機械的応力は、ｘ線管の高温の作動温度が存在するとき、一層大きくなる。既存の駆動組立体は、これらの極端な作動状態に完全に満足し得るように対処できない。例えば、典型的な従来技術のアノード駆動組立体は、異なる型式の材料を有し、また、多数の融接及び（又は）溶接継手により相互に接続された多数の構成要素を備える構造とされている。このように多数の構成要素及び多数の接続箇所を使用することは、故障し易く、また、機械的不安定さの原因となる可能性がある。例えば、特に、構成要素部品及び（又は）融接継手が熱膨張率（ＣＴＥ）が異なる異質の金属で出来ているとき、過度の熱は、アノードロータ構造体及びベアリング組立体の物理的接続部に緩みを生じさせる可能性がある。また、相互に接続した部品の合わさる面が不良である場合、組み立てが不良である場合、及び（又は）締結具の予負荷が不十分である場合に機械的に不安定な箇所が生じる可能性がある。この場合にも、これらの問題点の各々は、ロータ組立体内で生ずる極めて大きい熱応力が存在するとき、一層悪化する。これらの問題点の何れもがロータ組立体の不安定性に寄与し、その結果、アノード標的の回転が不安定になる可能性がある。このことは、焦点が標的上で予期せずに動き且つ配置されることで明確となり、このことは、形成されるｘ線像の質を劣化させることになる。
【０００８】
ｘ線像の質を低下させることに加えて、アノード駆動組立体の全ての機械的不安定さの結果、その他の問題点も生ずる可能性がある。例えば、騒音及び振動の増加となり、このことは、患者を動揺させ且つｘ線機械の操作者の注意を散らす可能性がある。また、振動を点検しないならば、ｘ線管の有効寿命が短くなる可能性がある。
【０００９】
上記の問題点に鑑みて、標的アノードをｘ線管内で支持し且つ回転させるために使用することのできる改良されたアノード駆動組立体が必要とされている。特に、駆動組立体は、アノードが振動したり、騒音を発生せずに極めて高速度にて回転することを許容するものでなければならない。更に、駆動組立体は、高温の作動温度が存在するときでさえ、この機械的安定性を維持するものでなければならない。
【００１０】
【発明の実施の形態の簡単な概要】
本発明は、現在の技術状態に対応して、特に、回転型アノードを有するｘ線管と関係して使用される現在利用可能な駆動組立体により完全に又は完璧に解決されていない上記及びその他の問題点並びに課題に対応して開発されたものである。このように、アノード標的を高速の回転速度にて回転させることができ、また、振動及び騒音が最小の状態でその回転を行うことができるアノード駆動組立体を提供することが本発明の全体的な利点である。開示されたアノード駆動組立体の実施の形態は、また、高温の作動温度が存在するときでさえ、機械的安定性を提供する。更に、アノード駆動組立体の実施の形態は、アノード標的からベアリング及びベアリング面のような、ベアリング組立体のより熱に敏感な部分に伝達される熱の量を減少させる。更に、これらの有利な点及び特徴は、より少ない構成要素及びより少ない取り付け箇所を利用し、構成要素間の全く異なる熱膨張、継手の破損、構成要素の嵌まりの不良、組み立ての不良等に起因する機械的故障の可能性を少なくするアノード駆動組立体により提供される。また、アノード駆動組立体の現在の開示された実施の形態は、アノードとベアリング組立体との間の熱伝導路に沿って熱膨張率の漸進的な変化が生ずるような仕方にて組み立てることができる。このことは、隣接する構成要素が正確に均衡した熱膨張率を有し、これにより高温の作動温度の存在下にて生じるであろう機械的応力を軽減することを保証する。
【００１１】
要約すれば、上記の有利な点及び特徴は、回転型標的を有するｘ線管と関係して使用される改良された回転型アノード駆動組立体により実現される。１つの好ましい実施の形態において、アノード駆動組立体は、軸部分を介してアノードディスクに接続された標的ロータ組立体から成っている。標的ロータは、ベアリング面を介して回転可能に支持されたベアリング軸を有するベアリング組立体により回転可能に支持されている。標的ロータは、誘導モータの能力を提供し、標的ロータを介してアノードに回転動作が与えられるようにすることが好ましい。
【００１２】
１つの好ましい実施の形態において、ベアリング組立体は、ベアリングハブを介してロータ組立体に作用可能に接続されている。ベアリングハブは、アノードからベアリング軸及びベアリング組立体のその他の部分に伝導される熱の量を減少させる手段を備えることが好ましい。１つの実施の形態において、このことは、アノードからベアリングハブの構造体を介してベアリング組立体の他の部分への伝導路を最小にすることで実現される。
【００１３】
好ましい実施の形態は、同様に、その他の仕方にてアノード組立体の機械的及び熱的性質を改良する。好ましくは、アノード組立体は、標的アノードとベアリング組立体のベアリング面との間の熱膨張率が増分的に増大するような材料で出来たものとする。この熱膨張率の漸進的な変化は、ｘ線管の作動中に組立体に沿って生ずる熱的及び機械的応力の量を減少させる。更に、ベアリング組立体は、アノードに直ぐ隣接する構成要素すなわちロータ軸がアノード自体とほぼ同一の熱膨張率を有するような構造とすることが好ましい。これらのファクタは全て、駆動組立体の全体的な機械的安定性に付与し且つアノードの精密な回転、正確で且つ均一な焦点の配置及びｘ線像の分解能の向上を保証するものである。更に、機械的安定性が向上する結果、作動振動が少なく、従って、発生する作動騒音が少ないｘ線管が得られる。また、低振動はｘ線管の故障の発生も少なくする。
【００１４】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び有利な点は、以下の説明及び特許請求の範囲からより一層明らかとなり、又は、以下に記載したように本発明を実施することにより知得されよう。
【００１５】
本発明の上記及びその他の有利な点並びに目的が実現される仕方をより完全に理解し得るようにするため、添付図面に図示したその特定の実施の形態に関して本発明をより具体的に説明する。これらの図面は本発明の典型的な実施の形態を示すものに過ぎず、従ってその範囲を限定するものと見なすべきではないとの理解の下、本発明を実施し且つ使用するために現在最良の形態であると理解されている本発明について、添付図面を使用して更に具体的に且つ詳細に記載し且つ説明する。
【００１６】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
以下に、同様の構造体を同様の参照符号で示す図面に関して説明する。図面は本発明の現在の好ましい実施の形態の概略図であり、本発明を限定するものではなくまたこれら図面は必ずしも正確な縮尺で描いたものではないことを理解すべきである。
【００１７】
全体として、本発明は回転型標的アノードを有するｘ線管と関係して使用することのできるアノード駆動組立体の実施の形態に関するものである。好ましい実施の形態において、該アノード駆動組立体は、高速のアノード回転速度を必要とし、また、高温の作動温度を受けるｘ線管装置にて特に有用である。例えば、本発明の実施の形態は、約０．７ＭＨＵ乃至２．０ＭＨＵの範囲の熱貯蔵能力を有するＣＴスキャナｘ線管にて特に使用されよう。しかし、本発明の教示はその他のｘ線管の目的にも適用可能であることが理解されよう。図１には、本発明の実施の形態と関係して使用することのできる一例としてのｘ線管環境が図示されており、図２及び図３には本発明の教示による構造とされた現在の好ましいアノード駆動組立体の一例が図示されている。
【００１８】
先ず、図１を参照すると、簡略化した回転型アノード型ｘ線管の一例が図示され且つ全体として参照番号１０で表示されている。該ｘ線管１０は回転軸４１０に接続されたアノード標的１０２を有するアノード組立体が内部に配置される管挿入体１１を備えている。以下に更に詳細に説明する、全体として参照番号１００で表示したアノード駆動組立体はアノード標的１０２の回転を容易にする作用を果たす。アノード標的１０２がカソード組立体１５から隔てられる仕方も更に図示されている。周知の如く、カソード１５構造体は、カソードヘッドと、適宜な電源に接続されるフィラメント（図示せず）とを備えている。カソード及びアノードはｘ線挿入体１１により境が設定された真空包被体内に配置されている。また、図示した実施の形態において、ステータ組立体１６はｘ線挿入体１１の真空包被体のくびれ部分の周りに配置されている。ステータ１６が回転する磁界を発生させるとき、真空包被体の壁を通じてステータ１６に対向するアノード駆動組立体１００のロータ部分（以下に更に詳細に説明）は、所定の高速度にて回転し、これによりアノード標的１０２を回転させる。
【００１９】
周知であるように、カソード１５と回転型アノード標的１０２との間に高電圧を与え、次に、カソードフィラメント（図示せず）を電流で加熱することにより、電子ビーム（破線２０で図示）が発生される。これによりフィラメントから放出された電子は回転型アノード標的の標的面に向けて加速され、次に、その標的面を打撃する。理想的には、大多数の電子が焦点１７と称し且つ指定された正確な位置にて標的面を打撃するようにする。電子の衝突により形成される運動エネルギの一部分によって、ｘ線が発生され、この運動エネルギの大部分は熱として放散される。次に、図１に破線２２で表示するように、回転型アノード標的の面からｘ線が放出される。次に、ｘ線信号を使用して例えば医療のための像を発生させることができる。
【００２０】
ｘ線管からの像を処理することにより得られる像の質、従ってｘ線の診断能力は様々なファクタに依存する。例えば、高品質の像は衝突する電子ビームが特定の焦点領域１７内のアノード標的を打撃することを必要とする。電子がこの焦点領域から外れるならば、形成されるｘ線の特徴は変化し、像の質が低下するであろう。上述したように、回転型アノード標的１２が振動し又は正確な回転路を維持しないならば、電子ビームは所望の焦点領域からずれる位置にて標的面に衝突し、形成される像の質を低下させるであろう。かかる機械的不安定性及びそれに伴う振動は、駆動組立体内の部品の整合外れ、異なる構成要素の材料及び融接継手における全く異なる熱膨張率、高温の作動温度、及び高速の回転速度を含む種々のファクタによって生ずる可能性がある。像の質に影響を与えることに加えて、ｘ線管構成要素の振動は、またｘ線管及びｘ線装置から音響騒音を放出させる可能性もある。この音響騒音は、装置による治療を受ける患者に及び装置の操作者の双方にとって邪魔に可能性がある。更に、振動の結果、最終的に管構成要素が故障する可能性がある。
【００２１】
次に、図１に図示したようなｘ線管にて使用することのできるアノード駆動組立体１００の現在の好ましい実施の形態を示す側面部分断面図である図２に関して説明する。特に、図示したアノード駆動組立体はｘ線像の質を保つべく上記の機械的及び熱的安定性に関する問題点を取り扱うものである。全体として、図示したアノード駆動組立体１００は、全体として参照番号４００で表示した標的のロータ組立体を回転可能に支持し得るようにされた、全体として参照番号２００で表示したベアリング組立体から成っている。標的ロータ組立体は標的アノードディスク１０２に作用可能に接続され、これによりアノードディスクに回転動作が与えられることを許容する。これら色々な構成要素の現在の好ましい実施の形態に関して以下に更に詳細に説明する。
【００２２】
図２には、ベアリング組立体２００の現在の好ましい実施の形態が細長い筒状のベアリング軸２０２と、該軸２０２を回転可能に支持する手段とを備える様子が図示されている。非限定的な一例として、回転可能な支持手段は軸方向キャビティを形成する静止筒状ハウジング２０６から成っている。ベアリング軸が静止ハウジング２０６内で自由回転することを可能にし得るような仕方にてベアリング軸２０２を半径方向に且つ軸方向に支持する、全体として参照番号２０４で表示したベアリング組立体がキャビティ内に配置されている。１つの好ましい実施の形態において、ベアリング組立体２０４は、ベアリングリング２０８、２０９を介して提供されるベアリング面を有しており、これらベアリングリングはそれぞれベアリング２１０、２１１のような相応するころがり接触要素に係合する。追加的なベアリングリングを使用することもでき又はその他の構造体により上記の軸２００の回転可能な支持体を提供することも可能であることが理解されよう。更に図示するように、軸２０２には、ベアリング２１０、２１１の内側レースとして作用する２つの周溝２２４、２２５が形成されることが好ましい。ベアリングリング２０８、２０９は２つの両端にて軸２０２の周りで半径方向に取り付けられ、又、軸２０２を受け入れ得るような内径とされる。組み立てられたとき、軸２０２はベアリング２１０、２１１により回転可能に支持される一方、ベアリングは相応するベアリングリング２０８、２０９により拘束される。
【００２３】
図示した実施の形態において、ベアリングリング２０８、２０９は、ベアリング２１０、２１１を受け入れ得るようにされた半径にて形成される、参照番号２５０、２５１で示した肩部を形成し得るように端ぐり穴とされている。これらの肩部２５０、２５１の各々は相応するベアリング２１０、２１１に対する外側レースとして機能し、また、ベアリング及び軸の半径方向及び軸方向への整合を保ち且つその状態を保証する。１つの好ましい実施の形態において、ベアリングリング２０８、２０９の各々はボールベアリングのようなころがり接触要素を任意の適宜な数だけ保持している。好ましい実施の形態において、ころがり接触ベアリングが互いに衝突する回数を最小限にし、従ってその衝突に関係する騒音及び振動の双方を最小にし得るようにベアリングリング２０８、２０９の各々にて少数（８個のような）のベアリングを使用することができる。ベアリングリング２０８、２０９の間を適宜に軸方向に分離させるスペーサ２１２又は同様の型式の装置がリング２０８、２０９の間に配置されている。
【００２４】
現在の１つの好ましい実施の形態において、内側ベアリング軸２０２はＭ６２スチールとしても既知である、ＣＰＭ Ｒｅｘ２０という商標名で既知である材料で出来ている。この特別な材料の熱膨張率は３８乃至５３８℃の温度範囲に亙って約１２．４×１０^-6インチ／インチ℃である。同様の熱的及び機械的強度の特徴を示すその他の材料も使用可能であることが理解されよう。
【００２５】
１つの好ましい実施の形態において、ベアリング組立体は、また該ベアリング組立体を標的ロータ組立体と相互に接続する手段も備えている。一例として、この機能は、図２及び図３に全体として参照番号３００で表示したベアリングハブによって提供される。該ベアリングハブ３００は、該ハブがベアリング軸２０２と共に回転するように該ベアリング軸に作用可能に接続されている。標的ロータ組立体４００をベアリング組立体２００と相互に接続することに加えて、現在の好ましい実施の形態において、ベアリングハブ３００は、（１）ベアリング組立体の他の部分（すなわち、ベアリング及びベアリング面）の間に熱抵抗を提供することと、（２）標的アノード１０２とベアリング軸２０２との間にて熱膨張率が漸進的に変化することを保証することという２つの追加的な機能を提供する。この機能は多数の有利な点をもたらす。特に、増大した熱抵抗を提供することにより、ベアリング組立体に伝導される熱は減少し、これにより騒音及び熱膨張並びに早期のベアリングの破損といった機械的不安定性の原因となる可能性のある問題点の発生が軽減される。更に、熱膨張率の変化は、熱膨張率が顕著に相違する隣接する構成要素にて生じる可能性がある機械的破損の発生を軽減することにより、機械的安定性を更に保証する。
【００２６】
他の物理的形状でもいいが、ベアリングハブ３００は筒状が好ましい。又、ベアリングハブ３００には、破線３１０で示され且つ図３に斜視図で示される穴が形成されている。穴３１０は、軸２０２の相応する形状の端部２２６と緊密に嵌まる仕方にて合わさり且つ該端部を受け入れる直径を有する寸法及び形状（又はその他の適宜な形態）とされている。１つの好ましい実施の形態において、この接続部は次に、溶接継手又は適宜な融接合金により固着する。溶接したならば、好ましい溶接継手は２つの溶接部から成り、それらの溶接部の各々は参照番号２３０、２３１で表示するように、軸２０２とハブ３００との間の境界面部分の各側部に形成されている。
【００２７】
好ましいベアリングハブ３００は、ハブの一端の周縁の周りに形成され且つ標的ロータ組立体４００へのハブ３００（及び回転軸２０２）の接続を容易にし得る形態とされた、図３に最も良く図示した筒状のフランジ部分３１２を更に備えている。１つの好ましい実施の形態において、ハブは、アノード標的からベアリング軸への熱伝導を減少させる手段を備えている。１つの好ましい実施の形態において、この機能はアノードとベアリング軸２０２との間の熱伝導路を減少させ、好ましくは、フランジ３１２の周縁の周りに形成されたリッジ３１３を備える構造体が設けられる。該リッジ３１３は穴３１０よりも大きい直径の内側穴を画成する。フランジ３１２及びリッジ３１３はベアリング組立体への熱伝導路を最小限にし、これにより回転型アノード１０２、ベアリング組立体２０４、ベアリング２１０、２１１の間にある程度の熱抵抗を提供する。
【００２８】
更に、好ましい実施の形態は、ロータ軸部４０６の材料とベアリング軸２０２の材料の熱膨張率の中間程度の熱膨張率を提供し、これにより隣接する構成要素間の全く異なる熱膨張率を最小にする材料で出来たベアリングハブ３００を利用する。このことは、高温度の強度と、約８．０×１０^-6インチ／インチ℃乃至１０．０×１０^-6インチ／インチ℃の範囲の熱膨張とを併せ持つ「超合金」と一般に称される材料で出来たベアリングハブ３００を提供することにより実現される。現在の好ましい材料の例は、インコロイ（Ｉｎｃｏｌｏｙ）９０９、ＣＴＸ １、及びサーモスパン（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｓｐａｎ）を含む。特に、ハブ３００の熱膨張率は、回転型アノードに接続された構成要素、例えば、ロータ軸部４０６（以下に説明）と、ベアリング組立体の他の部分内の構成要素、例えば、ベアリング軸２０２の熱膨張率の中間となるように選ばれる。このことは、アノード１０２とベアリング組立体２００との間の熱伝導路に沿って熱膨張率を漸進的に変化させることになる。このようにして、ハブ材料は、その周囲の材料の膨張率の中間の率にて膨張し、これにより、高温の作動温度により付与される機械的及び熱的応力を軽減する。
【００２９】
更に、ハブに対する、かかる好ましい材料は、比較的小さい熱伝導率を示す。このことは、更にハブの熱抵抗を向上させ、ベアリング組立体に達する熱の量を最小にする。好ましい材料に対する典型的な熱伝導率は、使用される的確な材料及び材料の温度に依存して、約１０乃至２５Ｗ／（ｍ−Ｋ）の範囲にある。
【００３０】
次に、図２を続けて参照しつつ、標的ロータ組立体４００の現在の好ましい実施の形態について説明する。組立体４００は、全体を参照番号４０２で示した筒状磁束スリーブと、ロータカバー４０４と、全体を参照番号４０６で示したロータ軸部とから主に成る。
【００３１】
図示するように、ロータカバー４０４は、標的ロータ組立体４００をベアリング組立体２００と作用可能に相互に接続し得るようにロータハブ３００に接続する。好ましい実施の形態において、ロータカバー４０４は、図示した実施の形態において、４つのねじ４１６（その２つが図２に図示）のような複数の締結具である適宜の取り付け手段を使用して、筒状のフランジ３１２にてベアリングハブ３００に直接、固定される。その他の取り付け方法を使用してもよい。１つの好ましい実施の形態において、使用される締結具は、ロータ軸部４０６及びカバー４０４にて使用されるものと同一の材料で出来ており、これらの構成要素の熱膨張率を均衡させる。これと代替的に、締結具に使用される材料は、ベアリングハブ３００に使用されるものと同一の材料としてもよい。
【００３２】
一方、ロータカバー４０４は筒状スリーブ４０２及びロータ軸部４０６に接続される。従って、標的ロータ組立体の全体は、ベアリング組立体２００によって回転可能に支持されている。磁束スリーブ４０２は誘導モータのロータ部分として機能し、これにより、周知の仕方にて回転動作をロータ組立体４００に与えることを許容する。１つの好ましい実施の形態において、磁束スリーブ４０２は、スチール又は鉄若しくはその合金のような磁気スリーブ部分４２０で出来ており、又、ロータの「モータ」部分の長さに沿って伸びるような仕方にてベアリングハブ３００と近接するように配置される。磁束スリーブ４０２は磁気スリーブ４２０の外周の一部分に固着された第二のスリーブ４２２から更に成っている。図示した実施の形態において、第二のスリーブ４２２は、１０１ ＯＦＨＣ銅で出来ており、磁気スリーブ４２０に直接、接合されている。その他の材料を使用してもよい。特に、１８０ヘルツの作動時及び作動環境が極めて高温であるとき、磁気スリーブ部分４２０（鉄のような）を使用することは、ロータ組立体４００により発生されるトルクを増大させる。多岐に亙る取り付け技術が使用可能であるが、第二のスリーブ４２２は、拡散接合又は融接によって磁気スリーブ４２０に接合される。１つの好ましい実施の形態において、磁気スリーブ４２０を第二のスリーブ４２２の内部に配置することにより接合又は融接が実現される。次に、その双方のスリーブを融接のためグラファイト固定具内に配置する。グラファイトは鉄又は銅の双方よりも膨張程度が小さいため、２つの材料は、加熱炉の燃焼中、互いに付勢され、これにより、銅及び（又は）鉄を被覆するために使用される材料に依存して、拡散接合又は融接を実現する。磁束スリーブを提供するため、その他の接続技術を使用してもよい。
【００３３】
図２には、磁束スリーブ４０２をロータカバー４０４に接続する方法が更に図示されている。特に、肩部領域４２４がロータカバー４０４の外周の周りに画成されている。この肩部４２４は、磁束スリーブ４０２の磁気スリーブ部分４２０の端部を受け入れ得るようにされている。好ましくは、次に、磁気スリーブを融接継手によりカバー４０４に固着し、（上述したように）ベアリング軸２０２とベアリングハブ３００とを（回転型アノード１０２に対して）接続する前に、接続が為されるように固着する。
【００３４】
ロータ軸部４０６もロータカバー４０４に固着されている。アノードディスク１０２がロータ軸部４０６の他端に接続されている。軸部４０６とアノードディスク１０２との間に多数の接続技術の任意のものを使用することができるが、図示した実施の形態において、軸部４０６には、境界面フランジ４１０が形成され、このフランジ４１０はアノードの接続境界面４１４を形成する。アノードディスク１０２は、軸部４０６を受け入れることができ、また、アノード１０２がフランジ４１０により形成された接続境界面４１４に当接することを許容する穴４１２を備えている。次に、融接のような、適宜な接続技術を使用して接続境界面４１４の領域内にてアノード１０２をロータ軸部４０６に固着する。その他の接続技術も使用できる。例えば、融接座金をアノードディスク１０２とロータ軸部４０６との間に挟持し且つ電子ビームで融接することができる。アノードは、ロータ軸部にイナーシャル溶接し、次に、所定寸法に機械加工する。標的アノード及び軸部の双方にはねじを設け、次に、機械的に接続し且つ融接し、又は、ナットとロータ軸部に形成された段部分との間にアノードを挟持することにより、アノードを軸部に機械的に接続することができる。
【００３５】
幾つかの適用例において、アノード標的とロータ軸部４０６の間の取り付け箇所は、１１００℃にもなる最高作用温度に達する可能性がある。このため、アノード標的のものと異なるＣＴＥを有する材料で軸部４０６が出来ているならば、全く異なる膨張率から誘発されるであろう応力の結果、標的及び（又は）軸部が機械的に破損し、又は、ｘ線像の質に悪影響を与える機械的不安定性が生ずる可能性がある。従って、好ましい実施の形態において、ロータ軸部４０６の製造に使用される材料は、その熱膨張率がアノード標的１０２の熱膨張率とほぼ一致するように選ばれる。１つの好ましい実施の形態において、ロータ軸部４０６は、アノード標的１０２について使用されるものと同一の耐火性金属材料で出来ている。例えば、標的アノードがＴＺＭ（チタン−ジルコニウム−モリブデン）のような、モリブデン合金で出来ているならば、その材料を使用してロータ軸部４０６（ロータカバー４０４を含む）を製造する。この実施例において、ＴＺＭに対する熱膨張率は、約５．０乃至６．０×１０^-6インチ／インチ℃である。
【００３６】
更に、ロータ軸部４０６と好ましいベアリング軸２００材料のとの間に顕著な熱膨張率の差（約１２．０×１０^-6インチ／インチ℃）がある場合でさえ、ベアリングハブ（上述した好ましい実施の形態において、約８．０乃至１０．０×１０^-6インチ／インチ℃のＣＴＥを有する）は、材料の熱膨張に関連する全ての問題点を最小にし得るように許容可能な熱膨張率の変化を実現する。更に、その中間の膨張率の構成要素（すなわち、ベアリングハブ）は、ベアリング組立体内部の１つの構成要素であり、ベアリング軸に接続されているため、軸とハブとの間の継手の通常の作動温度は低く、従って、これらの構成要素の間の全ての熱的不適合は余り問題とならない。従って、この設計は、高温領域、すなわちアノードとロータ軸部４０６との間の熱的不適合を解消すると同時に、アノードと比較的より低温のベアリング軸２０２との間のＣＴＥを漸進的に増大させることにより、この熱的不一致の効果を最小にする。
【００３７】
要約すれば、本発明は、従来の技術に優る多数の有利な点を有するアノード駆動組立体を提供する。特に、アノードとベアリング軸との間の熱膨張率の変化を実現する材料及び構成要素を利用することにより、組立体は多数の極めて望ましい作動上の特徴を提供する。すなわち、組立体は、隣接する構成要素間の顕著な熱的不一致の存在を最小にし、これにより構成要素の間で全く異なる熱膨張率が生じることを軽減する。このことは、過酷な作動温度が存在する場合でさえ、駆動組立体内で熱的不安定性が生ずるのを最小にする。従って、アノードの回転は安定的であり且つ正確であり、その結果、焦点はアノード標的上に均一に配置されることになる。一方、このことは高品質のｘ線像を発生するｘ線管を提供する。
【００３８】
本発明は、その精神又は必須の特徴から逸脱せずにその他の特定の形態にて具体化することができる。上述した実施の形態は、全ての点にて単に一例であり且つ限定的なものではないとみなすべきである。例えば、好ましい実施の形態に関して特定の材料が特定されているが、その他の点にて管の設計により必要とされる機械的強度の性質に適合する同様の熱膨張率を有するその他の材料を使用することが可能であることが理解されよう。また、１つの好ましい作動環境はＣＴスキャナｘ線管であるが、本発明の教示内容はその他の型式のｘ線管及びｘ線装置と関係する分野にて等しく適用可能であり且つ有用である。このため、本発明の範囲は、上記の説明ではなくて特許請求の範囲により判断されるべきである。請求の範囲の等価物の意義及び範囲に属する全ての変更例は本発明の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 回転型アノードに対する駆動組立体を有する、ｘ線管の主要な構成要素を示す従来のｘ線管の簡略化した側面断面図である。
【図２】 図１に図示した型式のｘ線管にて使用することのできるアノード駆動組立体の現在の好ましい実施の形態の側面部分断面図である。
【図３】 アノード駆動組立体にて使用されるベアリング組立体の現在の好ましい実施の形態を示す斜視図である。

Claims (12)

1. 回転型アノード標的を有するｘ線管に用いられるアノード駆動組立体において、
   第一の所定の膨張率を有する材料で出来た軸部分を介してアノード標的に接続された標的ロータと、
   ベアリング面により回転可能に支持されたベアリング軸であって、第二の所定の熱膨張率を有する材料で出来た前記ベアリング軸と、
   ベアリング軸を標的ロータと相互に接続するベアリングハブであって、第一の所定の熱膨張率と第二の所定の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で出来た前記ベアリングハブとを備える、アノード駆動組立体。
2. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記第一の所定の熱膨張率（ＣＴＥ）がアノード標的材料のＣＴＥにほぼ等しい、アノード駆動組立体。
3. 請求項２に記載のアノード駆動組立体において、前記アノード標的がモリブデン合金で出来ている、アノード駆動組立体。
4. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記ベアリングハブがアノード標的からベアリング軸への熱伝導を減少させる手段を備える、アノード駆動組立体。
5. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記ベアリングハブが超合金で出来ている、アノード駆動組立体。
6. 請求項５に記載のアノード駆動組立体において、前記超合金が、８．０×１０^-6インチ／インチ℃乃至１０．０×１０^-6インチ／インチ℃の範囲の熱膨張率を有する、アノード駆動組立体。
7. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記ベアリング軸が、１０．０×１０^-6インチ／インチ℃乃至１５．０×１０^-6インチ／インチ℃の範囲の熱膨張率を有する材料で出来ている、アノード駆動組立体。
8. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記標的ロータが、誘導モータのロータ部分を提供し且つロータの軸部分に固着されたスリーブを備える、アノード駆動組立体。
9. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記ロータの軸部分が少なくとも１つの締結具にてベアリングハブに接続され、該少なくとも１つの締結具が、ベアリングハブの熱膨張率にほぼ等しい熱膨張率を有する材料で出来ている、アノード駆動組立体。
10. 請求項１に記載のアノード駆動組立体において、前記ロータの軸部分が少なくとも１つの締結具にてベアリングハブに接続され、該少なくとも１つの締結具が、第二の所定の熱膨張率にほぼ等しい熱膨張率を有する材料で出来ている、アノード駆動組立体。
11. 回転型アノード標的を有するｘ線管内で使用されるアノード駆動組立体の製造方法において、
    アノード標的内にて使用される材料の熱膨張率にほぼ等しい熱膨張率を有する材料で出来た標的軸をアノード標的に接続する工程と、
    標的軸内で使用される材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料で出来たベアリングハブに標的軸を接続する工程と、
    ベアリング面上に回転可能に支持されて、ベアリングハブ内で使用される材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料で出来たベアリング軸に前記ベアリングハブを接続する工程とを備える、アノード駆動組立体の製造方法。
12. ｘ線管内でアノード標的に対する追加的な回転支持体を提供するアノード駆動組立体において、
    （ａ）標的ロータ組立体であって、
    スリーブに対する回転動作を誘発させることのできる誘導モータのロータ部分を提供する筒状スリーブと、
    スリーブの回転が軸の相応する回転を誘発させるようにスリーブに接続された第一の端部と、アノード標的に接続された第二の端部とを有するロータ軸組立体であって、アノード標的を製造するために使用される材料の熱膨張率にほぼ等しい第一の所定の熱膨張率を有する材料でロータ軸が出来ている前記ロータ軸組立体とを有する前記標的ロータ組立体と、
    （ｂ）ベアリング組立体であって、
    ベアリング面により回転可能に支持されたベアリング軸であって、第一の所定の熱膨張率よりも大きい第二の所定の熱膨張率を有する材料で出来た前記ベアリング軸と、
    該ベアリング軸を標的ロータ組立体と相互に接続するベアリングハブであって、第一の所定の熱膨張率と第二の所定の熱膨張率との中間の熱膨張率を有する材料で出来た前記ベアリングハブとを有する前記ベアリング組立体とを備える、アノード駆動組立体。

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