JP4987299B2 - Ｘ線装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線装置、ならびにＸ線装置に適用される回転陽極型Ｘ線管に関する。

回転陽極型Ｘ線管を用いたＸ線装置は、回転可能に支持された陽極ターゲットを真空外囲器内に収納した回転陽極型Ｘ線管本体と、陽極ターゲットが連結されたロータに対してＸ線管の外部から駆動磁界を提供するステータコイルと、Ｘ線管本体およびステータコイルを収納するハウジング等から構成されている。

ハウジングと回転陽極型Ｘ線管本体の隙間との間には、陽極ターゲット等から発生した熱を放熱する冷却媒体、例えば絶縁油や水を主な成分として含む非油脂系冷却液が満たされている。すなわち、陽極ターゲット等からの熱は、冷却媒体に放熱され、対流により冷却媒体が冷却されることにより、排熱される。この結果、陽極ターゲット等の発熱する要素が冷却される。この際、ステータコイルから生じた熱も同様に排熱され、結果として、ステータコイルも冷却される。なお、排熱すなわち冷却効率を確保する必要から、絶縁油や非油脂系冷却液を循環させるとともに、外部に設けられる熱交換器により強制的に冷却する例も提案されている（例えば、特表２００１−５０２４７３号公報）。

ところで、Ｘ線出力の大きな大型の回転陽極型Ｘ線管装置においては、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構の軸受面に、らせん溝を形成し、液体金属潤滑材、例えばガリウム（Ｇａ）やガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金を、そのらせん溝の部分に満たした動圧式すべり軸受などが利用されている。

動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管において陽極ターゲットが発生する熱をＸ管外に逃がす方法として、発生した熱を陽極ターゲットから回転体に伝達して、さらに動圧式すべり軸受の軸受面を経て固定体に伝達する方法が提案されている（例えば、特開平９−１７１７８９号公報）。

しかしながら、動圧式すべり軸受を用いる場合、ステータの発熱が大きくなり易く、短時間のうちに、軸受部分の温度が急激に上昇することがある。

軸受部分の温度が高くなると、軸受金属面と液体金属潤滑材が反応して金属間化合物の層が生成する。この層は、短時間で増大し、最終的に回転が停止する虞れがある。

従って、液体金属潤滑動圧軸受を用いる回転陽極Ｘ線管装置においては、発熱による寿命劣化を防ぐために、十分な冷却効率を維持することが必要である。

この発明の目的は、非油脂系冷却液を冷却媒体として、回転陽極型Ｘ線管を冷却するＸ線装置において、熱放出特性を高め、長期に亘って特性の安定したＸ線を出力可能とすることである。

この発明は、Ｘ線を発生する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに向けて電子を発生する電子放出源と、冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記陽極ターゲットが連結されたロータと、前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、前記ロータを回転させるための推進力を発生するステータと、前記ロータを回転可能に支持する軸受と、少なくとも前記陽極ターゲットと前記電子放出源と前記ロータを所定の真空度に維持する外囲器と、前記外囲器の周囲に冷却媒体を介在させることのできるハウジングと、前記陽極ターゲットと前記電子放出部との近傍および前記軸受の内側に前記冷却媒体を循環させるポンプと、前記ポンプにより循環される前記冷却媒体により伝達される熱を排出する熱交換器と、を具備し、前記ポンプからの前記冷却媒体を前記ロータの前記回転軸に供給し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間の被冷却領域を通過させるＸ線装置を提供するものである。

また、この発明は、冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記回転軸とともに回転する陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットに対向して配置された陰極と、前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、を真空外囲器内に収納した回転陽極型Ｘ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するステータと、前記陽極ターゲットを回転可能に支持し、液体金属を潤滑材とする動圧式すべり軸受と、少なくとも前記回転陽極型Ｘ線管を収納保持するハウジングと、前記流路の所定の位置に設けられ、冷却媒体を循環させるギヤポンプ、および前記冷却媒体の熱を放出させるラジエータを有するクーラーユニットと、前記ギヤポンプからの前記冷却媒体を前記回転軸に供給し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間の被冷却領域を通過させ、前記外囲器の外側へ案内する流路と、を具備するＸ線装置を提供するものである。

また、この発明は、冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記回転軸とともに回転する陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットに対向して配置された陰極と、前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、を真空外囲器内に収納した回転陽極型Ｘ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するステータと、前記陽極ターゲットを回転可能に支持し、液体金属を潤滑材とする動圧式すべり軸受と、少なくとも前記回転陽極型Ｘ線管を収納保持するハウジングと、前記流路の所定の位置に設けられ、前記冷却媒体を循環させるギヤポンプ、および前記冷却媒体の熱を放出させるラジエータを有するクーラーユニットと、前記ギヤポンプからの前記冷却媒体を前記回転軸に導入し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間であって前記外囲器と前記ハウジングとの間の空間を通過させる流路と、を具備するＸ線装置を提供するものである。

図１は、この発明の実施の形態が適用されるＸ線装置の一例を説明する概略図。 図２は、図１に示したＸ線装置に組み込まれるＸ線管の回転陽極の一例を示す概略図。 図３は、図２に示した回転陽極に用いられる軸受け構造を提供する構造材の一例を説明する概略図。 図４は、図２および図３に示した陽極ターゲットおよび回転ユニットを、図１に示した外囲器（真空容器）内に装填し、その内部に、冷却媒体を循環可能とした構成の一例を説明する概略図。 図５は、図１ないし図４により説明したＸ線装置に適用可能な冷却系（油脂系冷却媒体を併用）の一例を説明する概略図。 図６は、図５に示したＸ線装置の冷却系の変形例を説明する概略図。 図７は、図１ないし図４により説明したＸ線装置に適用可能な冷却系（非油脂系冷却媒体のみ使用）の一例を説明する概略図。 図８は、図７に示したＸ線装置の冷却系の変形例を説明する概略図。 図９は、図５に示したＸ線装置において非油脂系冷却媒体を循環させる順路を変更した一例を説明する概略図。 図１０は、図７に示したＸ線装置において非油脂系冷却媒体を循環させる順路を変更した一例を説明する概略図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示したように、例えばＸ線画像診断装置や非破壊検査装置に組み込まれ、対象物すなわち非検査対象に対して照射すべきＸ線を放射するＸ線装置１は、ハウジング３と、ハウジング３に収容され、所定強度のＸ線を所定方向に向けて放射可能なＸ線管本体５とを有する。

Ｘ線管本体５は、例えば主な成分が水であり電気伝導率が所定の大きさより小さく管理された非油脂系冷却液もしくは周知の絶縁油すなわち冷却媒体７を介してハウジング３の所定の位置に収容されている。

Ｘ線管本体５は、後段に詳述するが、外囲器（真空容器）９、外囲器９内に設けられ、電子が衝突されることでＸ線を放射する陽極ターゲット（陽極）１１、陽極ターゲット１１と一体に形成され、同時に回転される回転ユニット１３、回転ユニット１３と一体に形成され、回転体ユニット１３を回転させる動力（推進力）を受けるロータ１５、および陽極ターゲット１７に向けて電子を出射する陰極（電子銃）１７等を有している。なお、Ｘ線管本体５の円筒ロータ１５の外側の所定の位置には、ロータ１５に所定の推力（磁界）を与えるステータ（ステータコイル）１９が設けられている。なお、図１に示すＸ線管本体５は、陽極ターゲットが回転ユニット１３の一端に設けられている形式である。

図２は、図１に示したＸ線管装置のＸ線管本体の陽極ターゲットの近傍を拡大して説明している。

陽極ターゲット１１は、内側に挿入される固定軸１３ａの周りを回転体１３ｂが回転する外輪回転型の回転ユニット１３の回転体１３ｂの一端に規定される接続（首）部１３ｃに固定されている。なお、回転体１３ｂと接続部１３ｃとを一体化した状態が、支持軸と呼称され、前に説明した通り、陽極ターゲット１１を回転させるための推力（回転力）を発生するロータ（１５）として機能するための、例えば銅あるいは銅合金からなるロータ構体１５ａが固定されている。

固定軸１３ａには、軸方向に沿って特定の方向性が与えられた第１および第２の螺旋溝１３ｄおよび１３ｅが形成されている。また、固定軸１３ａの所定の位置には、支持軸、すなわち回転体１３ｂが回転されることにより液状となる、例えばＧａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金である潤滑剤（動圧軸受け流体）が供給される潤滑剤保持部１３ｆが形成されている。

回転体１３ｂの軸方向において接続部１３ｃと反対側となる所定の位置（回転体１３ｂの開放端）には、図３に示すような第３の螺旋溝が形成されたスラストリング１３ｇが、例えば図示しないねじ（この例では８本）により固定されている。

すなわち、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金である潤滑剤は、固定軸１３ａ、回転体１３ｂおよびスラストリング１３ｇにより密閉されている。

図４は、図２および図３に示した陽極ターゲットおよび回転ユニットを、図１に示した外囲器（真空容器）９内に装填し、その内部に、一方の端部、例えばスラストリング１３ｇの側からハウジング３内に供給される冷却媒体を循環可能とした構成の一例を示している。

図４に示す例では、冷却媒体７は、固定軸１３ａを円筒とし、その中心にパイプ１３ｈを設けることにより、固定軸１３ａの一端側から固定軸１３ａ内に供給され、固定軸１３ａ内を循環したのち、ハウジング３内すなわち外囲器９の外側に排出される。なお、冷却媒体７が絶縁性である場合には、固定軸１３ａに供給された冷却媒体７は、そのまま外囲器９内を循環されてもよい。

詳細には、パイプ１３ｈには、矢印Ｙで示すように、一端から空胴（固定軸１３ａ）内に案内され、パイプ１３ｈと空胴との接続部において空胴内に流入し、空胴を通過して、真空容器（外囲器）９内またはハウジング３内に戻される。

なお、回転体ユニット１３の固定軸１３ａとスラストリング１３ｇとの間、固定軸１３ａと回転体１３ｂとの間（同心円方向）、および回転体１３ｂの首部側の端部と固定軸１３ａの頂部との間（軸方向）のそれぞれは、前に説明した通り、潤滑剤（動圧軸受け流体）が満たされている。また、固定軸１３ａに設けられている螺旋溝１３ｄおよび１３ｅは、ヘリンボンパターンであり、潤滑剤と協働して、ラジアル方向の動圧式すべり軸受として機能する。一方、回転体１３ｂの首部側の端部と固定軸１３ａの頂部との間（軸方向）と固定軸１３ａとスラストリング１３ｇとの間に介在される潤滑剤は、スラスト方向の動圧式すべり軸受として機能する。

以下、図１ないし図４に示した回転陽極Ｘ線管が組み込まれるＸ線装置の動作の一例を簡単に説明する。

ステータコイル１９に電流が供給されて回転磁界が生じることにより、円筒ロータ１５のロータ構体１５ａに回転力が生じ、円筒ロータ１５すなわち陽極ターゲット１１が回転される。この状態で、陽極ターゲット１１に電子銃１７から電子ビームが照射されることにより、陽極ターゲット１１からＸ線が放出される。

このとき、陽極ターゲット１１および回転ユニット１３を支持する軸受部すなわち固定軸１３ａと回転体１３ｂとの間に満たされている潤滑剤は、動圧流体軸受けとして機能する。すなわち、動圧流体軸受け（軸受け部）から発生される熱は、回転ユニット１３の固定軸１３ａ内のパイプ１３ｈおよび空胴を、図示しないポンプからの送出圧力により循環される非油脂系の（水系）冷却媒体により冷却される。

なお、冷却媒体には、例えばプロピレングリコール、または水とロピレングリコールの混合体（混合比１：１）、エチレングリコール、もしくは水とエチレングリコールとの混合体等が利用可能である。また、絶縁油の熱伝導率を１とすると、水の熱伝導率は４．５で、５０％プロピレングリコールの熱伝導率は２．８で、プロピレングリコールの熱伝導率は１．６であり、熱伝達係数は、熱伝導率に比例して向上される。

図５ないし図８は、図１ないし図４により説明した図１ないし図４に示した回転陽極Ｘ線管が組み込まれるＸ線装置を、冷却媒体を循環させて冷却する別の例を説明している。なお、図５ないし図８においては、図１ないし図４に示した回転陽極Ｘ線管とは構造が異なるＸ線管を例に説明するが、いずれの例においても発明の概念は共通である。従って、図１ないし図４に示した構成と実質的に同一または類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図５ないし図８においては、冷却媒体の供給方法およびその循環（の順）を中心に説明する。

図５ないし図８に示したＸ線装置においては、陽極ターゲット１１を保持する固定軸１３ａの一端に、クーラーユニット２１が接続されている。また、固定軸１３ａの他の一端は、真空容器（外囲器）９の所定の位置に固定されている。

クーラーユニット２１からの配管が接続されていない側の固定軸１３ａには、固定軸１３ａの外側に、（固定軸１３ａに対して）同心円状に、回転体１３ｂの脚部１３ｉには、規定されている。脚部１３ｉの外側には、ロータ構体１５ａとして機能する銅または銅合金の円筒が固定されている。ステータコイル１９は、回転ユニット１３のロータ構体１５ａに対して同心円状、かつ、外周を取り巻くように、配置される。

陽極ターゲット１１と対向する陰極１７の近傍には、陰極１７から陽極ターゲット１１に照射された電子（熱電子）のうちの陽極ターゲット１１により跳ね返される反跳電子を捕捉する反跳電子捕捉トラップ（シールド構体）２３が設けられている。なお、電子捕捉トラップ２３は、熱伝導度が高い、例えば銅または銅合金製であり、回転ユニット１３の固定軸１３ａを循環される冷却媒体が循環可能に形成されている。また、少なくとも回転ユニット１３および電子捕捉トラップ２３に設けられる流路には、前に説明した非油脂系の冷却媒体が循環される。

クーラーユニット２１は、冷却媒体に所定の圧力を提供する循環ポンプ２１ａや熱交換器（ラジエータ）２１ｂを含む。ラジエータ２１ｂは、主に、熱伝導度が高い、例えば銅または銅合金により形成される。循環ポンプ２１ａは、冷却媒体が循環される流路内の任意の位置に設けられる。なお、ラジエータ２１ｂは、循環ポンプ２１ａの下流側に設けられ、流路を循環される冷却媒体の温度を低下させた（冷却媒体を冷却した）直後に、陽極ターゲット１１の周囲や円筒ロータ１５の固定軸１３ａに供給されることが好ましい。また、ポンプ２１ａは、（冷却媒体の送出圧すなわち）吐出圧の高いギヤポンプが好ましい。なお、図５に示した冷却構造は、少なくとも回転ユニット１３および反跳電子捕捉トラップ２３の近傍に、非油脂系の冷却媒体を供給する例である。

冷却媒体の流路は、Ｘ線管本体５の少なくとも一部に近接して設けられ、たとえば第１冷却路Ｃ１、第２冷却路Ｃ２、および第３冷却路からなる。第１冷却路Ｃ１は、真空容器９の外周に沿って、たとえば筒状に形成されている。第２冷却路Ｃ２は、陰極１７の周囲すなわち反跳電子捕捉トラップ２３と陽極ターゲット１１の近傍に位置されている。第３冷却路Ｃ３は、円筒ロータ１５内の空胴１７を通るように形成されている。

第１冷却路Ｃ１は、詳細には、真空容器９の外側、かつステータコイル１９の近傍に、回転ユニット１３の図示しない回転軸と直交するように設けられた壁面２５により外囲器９を囲む形状に設けられている。すなわち、第１冷却路Ｃ１は、壁面２５により規定される円盤状空間２７として定義される。

円盤状空間２７は、第１冷却路Ｃ１に水系冷却媒体を導入する導入口Ｃ１１および第１冷却路Ｃ１から水系冷却媒体を導出する導出口Ｃ１２を有している。すなわち、導入口Ｃ１１と導出口Ｃ１２は、円盤状空間２７の中心部を挟んで両端（１８０°の間隔）に形成されている。

第２冷却路Ｃ２は、陰極１７の周囲すなわち反跳電子捕捉トラップ２３の所定の位置に規定される環状空間２９である。環状空間２９は、第２冷却路Ｃ２に水系冷却媒体を導入する導入口Ｃ２１及び第２冷却路Ｃ２から水系冷却媒体を導出する導出口Ｃ２２を有している。

第３冷却路Ｃ３は、回転ユニット１３の固定軸１３ａのパイプ１３ｈとその周囲の円筒である空胴により規定され、パイプ１３ｈから固定軸１３ａ内部に接続され、固定軸１３ａの一端で、空洞内に進路が変更されて、クーラーユニット２１に戻される。

クーラーユニット２１と導入口Ｃ２１（第２冷却路Ｃ２）との間、導出口Ｃ２２（第２冷却路Ｃ２）と導入口Ｃ１１（第１冷却路Ｃ１）との間、導出口Ｃ１２（第１冷却路Ｃ１）と導入口Ｃ３１（第３冷却路Ｃ３）との間、および導出口Ｃ３２（第３冷却路Ｃ３）とクーラーユニット２１との間は、それぞれ、配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４により、相互に連結され、第１冷却路Ｃ１、第２冷却路Ｃ２、および第３冷却路Ｃ３を含めた流路が形成されている。なお、配管Ｐ２およびＰ３は、図示の都合からその一部がハウジング３の外側に示されているが、いずれもハウジング３内に設けることができ、その位置（パイプの配置）は、特に制限を受けない。

クーラーユニット２１は、詳述しないが、たとえば着脱自在の配管ジョイントを介してハウジング３と接続されている。すなわち、ハウジング３とクーラーユニット２１との間の流路は、たとえばホースで構成されている。また、ホースとハウジング３との接続部Ｔ１およびＴ２ならびにホースとクーラーユニット２７との接続部Ｔ３およびＴ４は、ハウジング３側またはクーラーユニット２１側の少なくとも一方が着脱可能である。この構造により、ハウジング３とクーラーユニット２１とを容易に分離することができ、クーラーユニット２１などの据え付け作業や保守作業が容易になる。

上述したＸ線装置においては、ステータコイル１９が発生する誘導電磁界によって回転ユニット１３が回転する。この回転ユニット１３の回転により陽極ターゲット１１が回転する。この状態で、陰極１７から陽極ターゲット１１に電子ビームｅが照射されることにより、陽極ターゲット１１からＸ線が放出される。Ｘ線は、Ｘ線出力窓９ａ（真空容器）および３ａ（ハウジング）を透過して外部に出力される。

回転陽極型Ｘ線管本体５を有するＸ線装置１すなわちＸ線管本体５の動作状態においては、陽極ターゲット１１の温度は、陰極１７からの電子ビームｅが衝突することにより、上昇する。また、その周囲、特に反跳電子捕捉トラップ２３の温度も上昇する。いうまでもなく、ステータコイル１９も、コイル部分に流れる電流により、温度が上昇する。これらの熱の伝達により、真空容器（外囲器）９の温度も上昇する。

真空容器９およびステータ１９の熱は、ハウジング３内の冷却液（冷却媒体）の温度を上昇させる。温度が上昇された冷却媒体は、ポンプ２１ａにより循環され、クーラーユニット２１に案内される。これにより、真空容器９およびステータ１９の温度上昇である熱は、冷却媒体を介してクーラーユニット２１に伝達され、クーラーユニット２１の熱交換器（ラジエータ）２１ｂにより、外部に放熱される。

クーラーユニット２１の熱交換器２１ｂから送出された冷却媒体は、配管Ｐ１を介して導入口Ｃ２１に導入され、環状空間２９（第２冷却路Ｃ２）を通過する際に、電子銃（陰極）１７、反跳電子捕捉トラップ２３および陽極ターゲット１１の近傍を冷却する。

以下、導出口Ｃ２２を通過した冷却液は、配管Ｐ２を介して導入口Ｃ１１に導入され、円盤状空間２７（第１冷却路Ｃ１）を通過する際に、真空容器９の周囲を冷却する。

導出口Ｃ１２から放出された冷却液は、配管Ｐ３を介して導入口Ｃ３１から固定軸１３ａのパイプ１３ｈ（第３冷却路Ｃ３）およびその外側の空胴を循環されて、導出口Ｃ３２から配管Ｐ４を介してクーラーユニット２１に戻される。

以上説明したように、Ｘ線管本体５の内部やステータ１９の近傍で生じた熱は、第１冷却路Ｃ１、第２冷却路Ｃ２、および第３冷却路Ｃ３を流れる熱伝達効率の高い冷却媒体によって効率的にクーラーユニット２１に案内され、クーラーユニット２１により冷却媒体が冷却されることにより、外部に放熱される。

一方、ハウジング３内に満たされている絶縁油は、壁面２５の外面に接触しながら移動するため、冷却液との間に効率的な熱の受け渡しが可能となり、絶縁油による放熱が向上する。その結果、絶縁油に対する熱交換器が不要となり、装置構成が簡単になる。

また、ステータ１９の周囲やＸ線用出力窓３ａの周辺は、水系冷却媒体に接することがなく、絶縁油が流れるため、電気絶縁性の低下や出力窓の腐食なども防止することが可能となる。

すなわち、Ｘ線管本体５およびステータ１９の周囲に発生する熱が効率よく外部に排熱されるので、長期に亘って安定にＸ線を出力可能で、高い信頼性を確保することが可能なＸ線装置１が得られる。

また、円筒ロータ１５の固定軸１３ａの内側に設けられたパイプ１３ｈおよびその周りに規定される空胴を流れる水系の（非油脂系）冷却媒体により、比較的負荷の大きいとされる動圧流体軸受けの近傍も効率よく冷却される。

従って、動圧流体軸受けが（加熱されて不所望に）停止する（焼き付く）虞れが低減される。

図６は、図５により説明したＸ線装置の変形例であり、第３冷却路Ｃ３の形状を直管とした例を示している。

図６に示す例では、円筒ロータ１５の固定軸１３ａは、単純な空胴（円筒状）であり、その両端部が開放されている。従って、第３冷却路Ｃ３に水系冷却媒体を導入する導入口Ｃ３１および第３冷却路Ｃ３から水系冷却媒体を導出する導出口Ｃ３２は、固定軸１３ａの一端から他の一端に向けて配置される。なお、図６に示すＸ線装置１においても、クーラーユニット２１と導入口Ｃ２１（第２冷却路Ｃ２）との間、導出口Ｃ２２（第２冷却路Ｃ２）と導入口Ｃ１１（第１冷却路Ｃ１）との間、導出口Ｃ１２（第１冷却路Ｃ１）と導入口Ｃ３１（第３冷却路Ｃ３）との間、および導出口Ｃ３２（第３冷却路Ｃ３）とクーラーユニット２１との間は、それぞれ、配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４により、相互に連結され、第１冷却路Ｃ１、第２冷却路Ｃ２、および第３冷却路Ｃ３を含めた流路が形成されている。なお、配管Ｐ２は、図示の都合からその一部がハウジング３の外側に示されているが、図５に示した例と同様、ハウジング３内に設けることができ、その位置（パイプの配置）は、特に制限を受けない。

図６に示したＸ線装置においては、導出口Ｃ１２から導出された冷却液は、配管Ｐ３を介して導入口Ｃ３１に導入され、円筒ロータ１５の固定軸１３ａ（第３冷却路Ｃ３）を通過し、導出口Ｃ３２から配管Ｐ４を通じてクーラーユニット２１に戻される。

この構成によれば、円筒ロータ１５の固定軸１３ａ内を通る冷却媒体の流量が安定化されるため、Ｘ線管本体５およびステータ１９の周囲に発生する熱が効率よく外部に排熱され、長期に亘って安定にＸ線を出力可能で、高い信頼性を確保することが可能なＸ線装置が得られる。また、ポンプ２１ａに作用する負荷が低減されることから、冷却媒体が循環される流量が不所望に変動することが防止される。従って、冷却効率が向上され、比較的負荷の大きいとされる動圧流体軸受けが焼き付く虞れが低減される。

図７に示す例は、図３に示した冷却系を、ハウジング３内を循環される非油脂系冷却媒体すなわち水系冷却媒体のみにより構成するものである。

図７において、第３冷却路Ｃ３は、円筒ロータ１５の固定軸１３ａに形成されたパイプ１３ｈおよびその周囲の空胴を循環される冷却媒体は、導入口Ｃ３１から流入され、導出口Ｃ３２を通って、第１冷却路Ｃ１に案内される。第１冷却路Ｃ１に導入された冷却媒体は、ハウジング３の内部空間９ｂに、導出口Ｃ１２から排出される。

すなわち、ハウジング３の内部空間３ｂとクーラーユニット２１との間に、冷却媒体の流路が形成される。このため、Ｘ線管本体５を収納した内部空間３ｂは、水系冷却媒体によって満たされる。

なお、ステータ１９は、ハウジング３内において、Ｘ線管本体５とともに、冷却媒体に浸されることから、たとえば絶縁性および耐水性が高く、しかも熱伝導率の高い樹脂材料等３１によりモールドされることが好ましい。

モールド３１に利用可能な樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂、タールエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂の中から選ばれた樹脂またはそれを主成分とする混合樹脂を使用することができる。

これにより、ステータ１９の周囲は、水系冷却媒体に接することがなく、電気絶縁性の低下を防止することが可能となる。

図７に示したＸ線装置においては、冷却媒体を水系冷却媒体の１種類のみとすることができ、コストが低減可能で、しかもメンテナンスも容易である。また、水系冷却媒体は、絶縁油と比較して熱伝達効率が高いため、装置全体の熱を効率よく放出可能となる。

また、水系冷却媒体は、絶縁油（非油脂系冷却媒体）に比較して粘性係数が小さいことから、ポンプ２１ａに作用する負荷が低減される。従って、冷却媒体が循環される流量が安定化される。しかも、冷却機構による冷却媒体の冷却能力が向上されることから、比較的負荷が大きいとされる動圧流体軸受けが損傷する（焼き付く）虞れが低減される。

図８は、図７により説明したＸ線装置の変形例であり、第３冷却路Ｃ３の形状を直管とした例を示している（円筒ロータ１５の固定軸１３ａが単純な円筒に形成され、流路が直線的に形成されている）。従って、第３冷却路Ｃ３に水系冷却媒体を導入する導入口Ｃ３１および第３冷却路Ｃ３から水系冷却媒体を導出する導出口Ｃ３２は、固定軸１３ａの一端から他の一端に向けて配置される。

また、図７により説明したと同様に、ハウジング３の内部空間３ｂとクーラーユニット２１との間に、冷却媒体の流路が形成されている。このため、Ｘ線管本体５を収納した内部空間３ｂは、水系冷却媒体によって満たされる。なお、ステータ１９は、ハウジング３内においてＸ線管本体５とともに冷却媒体に浸されることから、例えば絶縁性および耐水性が高く、しかも熱伝導率の高い樹脂材料等３１によりモールドされることが好ましい。

図８に示したＸ線装置においては、冷却媒体を水系冷却媒体の１種類のみとすることができ、コストが低減可能で、しかもメンテナンスも容易である。また、水系冷却媒体は、絶縁油と比較して熱伝達効率が高いため、装置全体の熱を効率よく放出可能となる。

なお、水系冷却媒体は、絶縁油と比較して粘性係数が小さく、ポンプ２１ａに作用する負荷を低減可能であり、冷却媒体が循環される流量が安定化される。従って、冷却機構の冷却能力が向上され、動圧流体軸受けが焼き付く虞れが低減される。

図９および図１０は、図５および図７により説明したＸ線装置において、冷却媒体が循環される順路を変更した例を、説明している。なお、図９および図１０に示すそれぞれのＸ線装置においては、図５および図７に示したＸ線装置と、冷却媒体が循環される順路がことのなるのみであるから、既に説明した構成と実質的に同一または類似した構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図９に示すＸ線装置において、冷却媒体が供給される流路は、クーラーユニット２１のラジエータ２１ｂから、配管Ｐ１０１により、ロータ１５の固定軸１３ａのパイプ１３ｈに直接、接続される（導入口Ｃ１１１，第１冷却路Ｃ１０１）。

パイプ１３ｈに案内された冷却媒体は、固定軸１３ａ内の空胴すなわち円筒状の固定軸１３ａ内に設けられたパイプ１３ｈと軸１３ａとの間に規定される空間を通って、導入口Ｃ１１１の外周、かつ近傍に規定される導出口Ｃ１１２から、配管Ｐ１０２に案内され、陰極１７の周囲すなわち反跳電子捕捉トラップ２３と陽極ターゲット１１の近傍に位置されている第２冷却路Ｃ１０２に案内される。すなわち、固定軸１３ａを循環した冷却媒体は、導入口Ｃ１２１から反跳電子捕捉トラップ２３の近傍に案内され、導出口Ｃ１２２へ排出される。

反跳電子捕捉トラップ２３を循環された冷却媒体は、配管Ｐ１０３を通じて、真空容器９の外側、かつステータコイル１９の近傍に、回転ユニット１３の図示しない回転軸と直交するように設けられた壁面２５により外囲器９を囲む形状に設けられた壁面２５により規定される円盤状空間２７として定義されている第３冷却路Ｃ１０３の導入口Ｃ１３１に案内される。

円盤状空間２７は、その中心部を挟んで導入口Ｃ１３１から１８０°の位置に形成されている導出口Ｃ１３２と接続され、配管Ｐ１０４に接続される。なお、配管Ｐ１０４は、クーラーユニット２１のポンプ２１ａに接続されている。すなわち、真空容器９の外側を案内された冷却媒体は、配管Ｐ１０４を介して、クーラーユニット２１の熱交換器２１ｂに案内される。

換言すると、図９に示す冷却機構においては、クーラーユニット２１のラジエータ２１ｂと導入口Ｃ１１１（第１冷却路Ｃ１０１）との間、導出口Ｃ１１２（第１冷却路Ｃ１０１）と導入口Ｃ１２１（第２冷却路Ｃ１０２）との間、導出口Ｃ１２２（第２冷却路Ｃ１−２）と導入口Ｃ１３１（第３冷却路Ｃ１０３）との間、および導出口Ｃ１３２（第３冷却路Ｃ１０３）とクーラーユニット２１との間は、それぞれ、配管Ｐ１０１、Ｐ１０２、Ｐ１０３およびＰ１０４により相互に連結されている。従って、閉じた冷却媒体流路が形成されている。なお、配管Ｐ１０２およびＰ１０３は、その一部がハウジング３の外側に示されているが、いずれもハウジング３内に設けることができ、その位置（パイプ配置）は、図示の例に制限を受けることはない。また、任意の配管あるいは導入口もしくは導出口は、例えばホースにより接続され、しかも少なくとも一端が着脱可能であることはいうまでもない。

図９に示した冷却流路によれば、ラジエータ２１ｂから送出された冷却媒体は、発熱量の大きな回転ユニット１３の軸受け部となる回転体１３ｂと固定軸１３ａとを第１に冷却できる。従って、動圧流体軸受けが焼き付くことが、確実に防止できる。

図１０は、図９に示した冷却系を、ハウジング３内を循環される非油脂系冷却媒体すなわち水系冷却媒体のみにより構成する例である。

図１０に示される通り、クーラーユニット２１のラジエータ２１ｂから、配管Ｐ１０１により、ロータ１５の固定軸１３ａのパイプ１３ｈに直接、接続される（導入口Ｃ１１１，第１冷却路Ｃ１０１）。

パイプ１３ｈに案内された冷却媒体は、固定軸１３ａ内の空胴すなわち円筒状の固定軸１３ａ内に設けられたパイプ１３ｈと軸１３ａとの間に規定される空間を通って、導入口Ｃ１１１の外周、かつ近傍に規定される導出口Ｃ１１２から、配管Ｐ１０２に案内され、陰極１７の周囲すなわち反跳電子捕捉トラップ２３と陽極ターゲット１１の近傍に位置されている第２冷却路Ｃ１０２に案内される。すなわち、固定軸１３ａを循環した冷却媒体は、導入口Ｃ１２１から反跳電子捕捉トラップ２３の近傍に案内され、導出口Ｃ１２２へ排出される。

反跳電子捕捉トラップ２３を循環された冷却媒体は、配管Ｐ１０３を通じて、真空容器９の外側、かつステータコイル１９の近傍に、回転ユニット１３の図示しない回転軸と直交するように設けられた壁面２５により外囲器９を囲む形状に設けられた壁面２５により規定される円盤状空間２７として定義されている第３冷却路Ｃ１０３の導入口Ｃ１３１に案内される。

円盤状空間２７は、その中心部近傍に導出口１３２を有し、円盤状空間２７を冷却した冷却媒体は、ハウジング３の内部空間３ｂに排出される。なお、ハウジング３の内部空間３ｂに排出された冷却媒体は、接続部Ｔ２から配管Ｐ１０４を通じて、クーラーユニット２１のポンプ２１ａに戻される。すなわち、真空容器９の外側を案内された冷却媒体は、クーラーユニット２１の熱交換器２１ｂに案内される。なお、流路以外の構成は、図５に比較した図７の差異と同様であるから、詳細な説明は省略する。

図１０に示した冷却構造によれば、ハウジング３の内部空間３ｂとクーラーユニット２１との間に、冷却媒体の流路が形成される。このため、Ｘ線管本体５を収納した内部空間３ｂは、水系冷却媒体によって満たされる。但し、図７においても既に説明したが、ステータ１９は、ハウジング３内において、Ｘ線管本体５とともに、冷却媒体に浸されることから、たとえば絶縁性および耐水性が高く、しかも熱伝導率の高い樹脂材料等３１によりモールドされることが好ましい。

なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

また、従来のボールベアリング軸受を使用する場合でも、陽極ターゲットの熱が軸受に伝熱して、軸受部の温度上昇が問題となる場合がある。この場合にも軸受内部を冷却液で冷却する構造として本発明を適用することが可能である。

以上説明したように、この発明によれば、熱伝導率のよい非油脂系冷却液を冷却媒体に用いたので、動圧式すべり軸受（液体金属潤滑動圧軸受）が用いられている回転陽極型Ｘ線管が適用されたＸ線装置の冷却効率を高めることができる。また、冷却液（冷却媒体）を循環させるポンプの負荷が低減されることから、冷却媒体が循環される際の流量が安定化される。従って、冷却効率が向上され、比較的負荷の大きな動圧流体軸受けを用いたとしても、長期に亘って安定な特性すなわち安定なＸ線が得られる。

従って、Ｘ線装置が組み込まれる、例えばＸ線画像診断装置や非破壊検査装置の寿命が増大される。また、Ｘ線装置およびその内部のＸ線源（Ｘ線管）自身の寿命も向上されるので、Ｘ線画像診断装置や非破壊検査装置のランニングコストも低減される。

この発明によれば、絶縁油（油脂系冷却媒体）よりも熱伝導率のよい非油脂系冷却液を冷却媒体に用いたことにより、動圧式すべり軸受（液体金属潤滑動圧軸受）が利用されている回転陽極型Ｘ線管およびそのＸ線管がＸ線源として組み込まれるＸ線装置の冷却効率が向上される。

これにより、Ｘ線装置から出力されるＸ線が、長期に亘って安定に得られる。

従って、Ｘ線装置が組み込まれる、例えばＸ線画像診断装置や非破壊検査装置の寿命が増大される。また、Ｘ線装置およびその内部のＸ線源（Ｘ線管）自身の寿命も増大されるので、Ｘ線画像診断装置や非破壊検査装置のランニングコストも低減される。

Claims (12)

1. Ｘ線を発生する陽極ターゲットと、
   前記陽極ターゲットに向けて電子を発生する電子放出源と、
   冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記陽極ターゲットが連結されたロータと、
   前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、
   前記ロータを回転させるための推進力を発生するステータと、
   前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
   少なくとも前記陽極ターゲットと前記電子放出源と前記ロータを所定の真空度に維持する外囲器と、
   前記外囲器の周囲に冷却媒体を介在させることのできるハウジングと、
   前記陽極ターゲットと前記電子放出部との近傍および前記軸受の内側に前記冷却媒体を循環させるポンプと、
   前記ポンプにより循環される前記冷却媒体により伝達される熱を排出する熱交換器と、
   を具備し、
   前記ポンプからの前記冷却媒体を前記ロータの前記回転軸に供給し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間の被冷却領域を通過させる
   Ｘ線装置。
2. 前記軸受は、液体金属を潤滑材とする動圧式すべり軸受を含む請求項１記載のＸ線装置。
3. 前記ポンプは、ギヤポンプを含む請求項２記載のＸ線装置。
4. 前記外囲器と前記ハウジングとの間の空間が前記冷却媒体の流路の一部を提供する請求項３記載のＸ線装置。
5. 前記冷却媒体は、水を主な成分として含む請求項４記載のＸ線装置。
6. 前記冷却媒体は、グリコール類を含む請求項４記載のＸ線装置。
7. 前記冷却媒体は、水を主な成分としたグリコール類との混合液を含む請求項４記載のＸ線装置。
8. 前記冷却媒体は、一種類のみである請求項３記載のＸ線装置。
9. 冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記回転軸とともに回転する陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットに対向して配置された陰極と、前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、を真空外囲器内に収納した回転陽極型Ｘ線管と、
   前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するステータと、
   前記陽極ターゲットを回転可能に支持し、液体金属を潤滑材とする動圧式すべり軸受と、
   少なくとも前記回転陽極型Ｘ線管を収納保持するハウジングと、
   前記流路の所定の位置に設けられ、冷却媒体を循環させるギヤポンプ、および前記冷却媒体の熱を放出させるラジエータを有するクーラーユニットと、
   前記ギヤポンプからの前記冷却媒体を前記回転軸に供給し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間の被冷却領域を通過させ、前記外囲器の外側へ案内する流路と、
   を具備するＸ線装置。
10. 前記外囲器と前記ハウジングとの間の空間が前記冷却媒体の流路の一部を提供する請求項９記載のＸ線装置。
11. 冷却媒体が通る流路が内部に設けられた回転軸を含み、前記回転軸とともに回転する陽極ターゲット及び前記陽極ターゲットに対向して配置された陰極と、前記陽極ターゲットで跳ね返る電子を捕捉するトラップと、を真空外囲器内に収納した回転陽極型Ｘ線管と、
    前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するステータと、
    前記陽極ターゲットを回転可能に支持し、液体金属を潤滑材とする動圧式すべり軸受と、
    少なくとも前記回転陽極型Ｘ線管を収納保持するハウジングと、
    前記流路の所定の位置に設けられ、前記冷却媒体を循環させるギヤポンプ、および前記冷却媒体の熱を放出させるラジエータを有するクーラーユニットと、
    前記ギヤポンプからの前記冷却媒体を前記回転軸に導入し、前記回転軸を通過した前記冷却媒体を前記トラップの近傍に案内し、前記ターゲットと前記ステータとの間であって前記外囲器と前記ハウジングとの間の空間を通過させる流路と、
    を具備するＸ線装置。
12. 前記冷却媒体は、水系冷却媒体である請求項１１記載のＸ線装置。

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