JP5256440B2 - Ｘ線管装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転陽極より発生する振動を低減したＸ線管装置に関する。

従来、Ｘ線を使用して被検体を診断する医療用Ｘ線装置や、物品等の被検体をＸ線により検査する工業用Ｘ線検査装置には、Ｘ線発生源として通常Ｘ線管装置が使用されている。
このＸ線管装置は、絶縁油が充填されたハウジング内にＸ線管が収容されている。
Ｘ線管は、真空容器内に熱電子を発する陰極に対向配置された陽極とからなり、陰極と陽極との間に高電圧を印加すると、熱電子が陽極へ向かって加速されるので、両電極間にＸ線管電流が流れる。
陽極に達した熱電子は、陽極に設けられたターゲット面上に電子線スポットを形成し、電子線スポットからＸ線が発生される。
またターゲットの電子線スポットから発生されたＸ線は、ハウジングの外周面に設けられたＸ線照射口より被検体に向けて照射され、被検体の検査に供せられるが、印加した電力に対しＸ線の変換率は僅かであり、残りの電力は熱となって陽極のターゲットやその周辺を加熱することになる。

ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生すると、熱によりターゲットの電子線スポットが溶融することがあるため、陽極を回転させてターゲット面上の電子線スポットを分散させることにより、ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生するのを防止した回転陽極型のＸ線管を使用したＸ線管装置が実用化されている。
回転陽極型のＸ線管を採用した従来のＸ線管装置では、回転する回転陽極がボールベアリングのような軸受を介して真空容器に支持されているが、部品のガタや残留アンバランス、軸受の隙間等が原因で、回転陽極が回転する際振動が発生することがある。
回転陽極が振動すると、その振動が回転陽極を支持する支持手段を介して真空容器にへと伝播され、さらにＸ線管取り付け手段を介してハウジングへと伝播されるため、ハウジングが振動してＸ線画像の解像度を低下させたり、騒音の原因となる問題がある。

かかる問題を改善するため、真空容器をクローズドセル構造のステンレス発泡金属で形成した回転陽極Ｘ線管装置が、例えば特許文献１で提案されている。
前記特許文献１に記載の回転陽極Ｘ線管装置では、クローズドセル構造のステンレス発泡金属が持つ防振及び防音特性を利用して、回転陽極で発生した振動がＸ線保持装置へ伝達されるのを防止すると同時に、騒音が真空容器外へ漏洩するのを低減している。
特開２００７−１７９９３６号公報

しかし特許文献１に記載された回転陽極Ｘ線装置では、真空容器をクローズドセル構造のステンレス発泡金属により製作しなければならないため、コスト高になる問題がある。
また回転陽極で発生した振動を、回転陽極を支持する支持手段を介して真空容器へ伝播させ、真空容器で吸収する構造のため、回転陽極を支持する軸受等の支持手段に対する振動については低減されることがなく、その結果回転陽極を支承する軸受が早期に摩耗して、Ｘ線管の耐久性が低下したり、騒音が経時的に増加する等の問題がある。
本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、回転陽極より発生する振動を効率よく低減できるようにしたＸ線管装置を提供することを目的とするものである。

本発明のＸ線管装置は、陰極と回転陽極の間に高電圧を印加することにより、回転陽極に設けられたターゲットよりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管を、絶縁油が充填された密閉構造のハウジング内に収容し、かつＸ線管を、Ｘ線管取り付け手段を介してハウジング内に取り付けたＸ線管装置であって、回転陽極を支持する回転陽極支持手段とＸ線管取り付け手段との間に、回転陽極が回転する際発生する振動を低減する防振部材を介在させたものである。

また本発明のＸ線管装置は、防振部材を、絶縁油に浸漬することにより膨潤、軟化する弾性材料により形成したものである。

また本発明のＸ線管装置は、回転陽極支持手段を形成する陽極支持部材の両面に防振部材を取り付け、かつ防振部材が圧縮された状態で陽極支持部材をＸ線管取り付け手段に取り付けると共に、ハウジング内に充填された絶縁油により防振部材を浸漬して、防振部材を膨潤、軟化させたものである。

また本発明のＸ線管装置は、防振部材を、主剤と架橋剤及び接着促進剤の３液からなる３液製シリコンを所定形状に成形することにより形成したものである。

本発明のＸ線管装置によれば、回転陽極より発生する振動を効率よく低減できるようにしたＸ線管装置を提供することができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１はＸ線管装置の断面図、図２は回転陽極付近の拡大断面図、図３は回転陽極支持手段の拡大側面図、図４は図３のＡ方向からの矢視図、図５は振動加速度と周波数の関係を示す線図である。
図１は、例えば医療用Ｘ線装置や工業用Ｘ線検査装置に使用するＸ線管装置の本体１を示すもので、金属により形成された密閉構造のハウジング２を有している。
ハウジング２内には、Ｘ線の照射方向（矢印Ｂ）がハウジング２の外周面に形成されたＸ線照射口２ａ方向に向くようにＸ線管４が収容されていて、Ｘ線管４の一端側は、後述するＸ線管取り付け手段１４によりハウジング２の内周面に突設されたフランジ２ｂに固着されている。

Ｘ線管４は、中心軸がハウジング２の中心軸と合致するよう設けられた真空容器４ａを有しており、真空容器４ａは一端側が大径に、そして他端側は小径に形成されていて、内部が真空状態となっており、ハウジング２内には、Ｘ線管４を冷却する絶縁油３が充満されている。
真空容器４ａの大径部４ｂ側端部内には、陰極４ｅを保持する陰極保持部材４ｄが設けられていて、この陰極保持部材４ｄに、真空容器４ａの中心に対し偏心するよう陰極４ｅが取り付けられており、陰極４ｅと対向する位置には、回転陽極４ｆが設けられている。
回転陽極４ｆは、図２に示すように円板状に形成されていて、陰極４ｅと対向する面がＸ線照射方向Ｂに対して所定角度傾斜されており、この傾斜面４ｇに円板状のターゲット４ｈが設けられている。

また回転陽極４ｆの中心部は、回転駆動手段５を構成するのロータ５ａの一端側に突設された回転軸５ｃにナットのような固定手段５ｄにより固着されている。
回転駆動手段５は回転陽極４ｆを高速回転させるもので、筒状に形成されたロータ５ａと、真空容器４ａの小径部４ｃ側外周に設けられたステータ５ｂとからなる。
ロータ５ａは、図２に示すように一端側が端板５ｅにより閉鎖され、他端側が開放された円筒状に形成されており、端板５ｅの中心部より突設された回転軸５ｃに回転陽極４ｆの中心部が固着されていて、ロータ５ａと一体に回転陽極４ｆが回転されるようになっている。

ロータ５ａの中心部には、回転陽極４ｆの回転中心と同心的に支持軸５ｆが設けられている。
支持軸５ｆの一端側は、ロータ５ａの他端側開口からロータ５ａ内に挿入された中空軸５ｇに、そして他端側は、ロータ５ａの外側へ突出された中実軸５ｈとなっており、中空軸５ｇの外周面に磁石体５ｉが全周に亘って設けられている。
中空軸５ｇ内の中心部にはロータ軸５ｊが設けられており、中空軸５ｇの一端側開口より回転軸５ｃ側へ突出されたロータ軸５ｊの一端側がロータ５ａの内周面に固着されていて、ロータ軸５ｊとロータ５ａとが一体に回転されるようになっている。
ロータ軸５ｊと中空軸５ｇの間には、ロータ軸５ｊの軸方向に間隔を存して一対の軸受６が設けられ、またロータ５ａの一端側と中空軸５ｇの一端側の間にも軸受７が設けられていて、これら軸受６，７によりロータ５ａが支持軸５ｆに回転自在に支承されており、ロータ軸５ｊの他端側と中実軸５ｈの間には、圧縮ばね８が介在されている。

中空軸５ｇの他端側に設けられた中実軸５ｈは、他端側が回転陽極支持手段１０を構成する陽極支持部材１０ａの中心部に設けられたボス部１０ｅ内に螺着されている。
回転陽極支持手段１０は、支持軸５ｆの他端を支持する陽極支持部材１０ａと、回転陽極４ｆの回転及び回転駆動手段５のロータ５ａで発生する振動を吸収、減衰する防振部材１０ｂとからなる。
陽極支持部材１０ａは、図３及び図４に示すように円板状の支持板１０ｃと、支持板１０ｃの中心部に形成された取り付け孔１０ｄを囲むように支持板１０ｃの両面に突設された筒状のボス部１０ｅとからなる。
そして支持板１０ｃの回転駆動手段５側に突設されたボス部１０ｅに中実軸５ｈの他端が螺着されており、反対側の面に突設されたボス部１０ｅには、中実軸５ｈをボス部１０ｅに固定する固着具１１ａが埋め込まれたハンドル１１が嵌合されていて、固着具１１ａの先端部が中実軸５ｈの端部に螺着されている。

一方陽極支持部材１０ａの支持板１０ｃには、図４に示すように同一円周上に複数、例えば６個の通油孔１０ｆが等間隔に穿設されており、支持板１０ｃの中心を挟んで対向する位置には、一対の取り付け孔１０ｇが穿設されている。
通油孔１０ｆより外周側の同一円周上には、通油孔１０ｆと同一位相となるよう複数の防振部材１０ｂが支持板１０ｃの表裏面に交互に設けられている。
防振部材１０ｂは、例えば直径が約６ｍｍ、厚さが約３ｍｍの円板よりなり、３液製シリコンにより次のように製作されている。
３液製シリコンは、主剤と、架橋剤及び接着促進剤の３液を、例えば５０：５：１の割合で混合した後、１３０Ｐａ以下の真空中で攪拌脱気処理を約３０分間行うことにより３液混合液を製作する（なお３液は、何れも信越化学株式会社製の３液型ＲＴＶゴムＫＥ１８００を使用）。

その後離型性を有する例えばデルリン（登録商標）樹脂により形成した型を支持板１０ｃ上の防振部材１０ｂを設ける位置に配置する。
そして支持板１０ｃ上に配置された型の中に３液混合液を流し込んだ状態で、約１００℃の雰囲気中に１時間ほど投入して３液混合液を硬化させ、３液混合液が硬化したら型を取り外すことにより、支持板１０ｃの所定位置に防振部材１０ｂが形成される。
次に支持板１０ｃを絶縁油に浸漬して、３液製シリコンにより形成された防振部材１０ｂの膨潤処理を行うが、絶縁油には、ハウジングに充填した絶縁油３と同じものを使用することから、防振部材１０ｂの膨潤処理は、Ｘ線管４をハウジング２内に組み立ててから行う。

前記のようにして支持板１０ｃの両面に防振部材１０ｂが接着された陽極支持部材１０ａは、真空容器の小径部外周を覆うように設けられたステータ支持部材１０ｋの端部とＸ線管取り付け手段１４の小径側端部の間に図２に示すように挟着された状態となっている。
そしてＸ線管取り付け手段１４の小径部側端部より支持板１０ｃの取り付け孔に挿入された固着具１５をステータ支持部材１０ｋの端部に螺挿することにより、Ｘ線管取り付け手段１４の小径部側端部に固定されており、このとき防振部材１０ｂは、圧縮する前の約８３％程度の厚みに圧縮されている。
ステータ支持部材１０ｋは、回転陽極４ｆ側の端部がラッパ状に拡開された筒状体により形成されていて、ロータ側に設けられた磁石体と対向する位置に、鉄芯１０ｎに巻かれたステータコイル１０ｐがステータ支持部材１０ｋの全周に設けられている。
またＸ線管取り付け手段１４は、ステータ５ｂ側が大径で、かつ陽極支持部材１０ａ側が小径となったテーパ筒状に形成されていて、大径側がハウジング２の内周面に突設されたフランジ２ｂに図示しない固着具により固着されている。

次に前記構成されたＸ線管装置の作用を説明する。
図１に示すように組み立てられたＸ線管装置のハウジング２内には、Ｘ線管４を周囲から冷却する絶縁油３が充填されているが、絶縁油３として株式会社ジャパンエナジー製のＪＯＭＯエレタスを使用しており、絶縁油の成分は、潤滑油基油９９％に潤滑油添加剤を１％添加したものとなっている。
ハウジング内に絶縁油３を充填して組み立てが完了した本体１は、医療用Ｘ線装置や工業用Ｘ線検査装置（何れも図示せず）に取り付けて使用に供されるが、使用中は回転駆動源５により回転陽極４ｆが高速回転された状態で、陰極４ｄと回転陽極４ｆとの間に高電圧が印加される。
これにより両電極４ｄ，４ｆ間にＸ線管電流が流れて、陽極４ｆ側に設けられたターゲット４ｈからＸ線がＸ線照射口２ａ方向に発生されて、Ｘ線照射口２ａより被検体に向けて照射される。

一方ハウジング２内に充填された絶縁油３は、Ｘ線管４の周囲を冷却して、Ｘ線管４の真空容器４ａ内が高温となるのを防止すると同時に、絶縁油３の一部は支持板１０ｃに形成された通油孔１０ｆより真空容器４ａの小径部４ｃとステータ支持部材１０ｋの間に侵入して、Ｘ線管４および回転駆動源１０で発生する熱を冷却するが、同時に支持板１０ｃに設けられた防振部材１０ｂにも達して、これらを膨潤する。
Ｘ線管４によるＸ線の発生により、Ｘ線管４を冷却する絶縁油３の温度は約１００℃程度に上昇するため、支持板１０ｃに設けられた防振部材１０ｂは、約１００℃の絶縁油３で膨潤されるようになり、この状態で５０時間以上浸漬されると膨潤、軟化が進行し、延べ約１５６時間程度浸漬されると、弾性係数（荷重／撓み量）が６．９０から２．５１程度まで低下する。

これによって回転駆動手段５により回転陽極４ｆが高速回転された際に、回転陽極４ｆやロータ５ａ及び回転陽極支持手段１０の製作精度や組み立て精度等が原因で振動が発生しても、この振動が回転陽極支持手段１０を介してＸ線管取り付け手段１４側へ伝播される際に防振部材１０ｂにより吸収、減衰されるため、Ｘ線管取り付け手段１４よりハウジング２側へ伝播される振動や、これに伴う騒音を大幅に低減することができる。
また防振部材１０ｂを設けることにより回転陽極支持手段１０が軟支持構造となって、回転陽極４ｆより発生する振動を抑制するため、回転陽極４ｆ自体の振動が軽減される上、回転陽極４ｆを回転自在に支承する軸受６，７等の摩耗を低減することができるため、Ｘ線管４の耐久性も向上する。

図５は振動加速度と周波数の関係を示したもので、曲線Ｃは回転陽極支持手段１０を防振部材１０ｂを使用せずに直接Ｘ線管取り付け手段１４に取り付けた従来のＸ線管の振動発生状態を示している。
また曲線Ｄは、Ｘ線管４をハウジング２内に組み込む際、支持板１０ｃを取り付ける固着具により防振部材１０ｂを圧縮率２．５／３程度に締め付けた状態で防振部材１０ｂを絶縁油３に浸漬して、防振部材１０ｂを膨潤させたもので、膨潤処理による防振効果が得られるが、１００Ｈｚ付近の振動に対しては、十分な防振効果が得られていない。
曲線Ｅは、防振部材１０ｂが約８３％程度の厚みに圧縮されるように固着具１５が締め付けた状態でＸ線管４を組み立て、約１００℃の絶縁油３に約１５６時間防振部材１０ｂを浸漬して膨潤させた状態での防振効果を示すもので、全周波数領域において高い防振効果が得られることが確認できた。

なお前記実施の形態では、Ｘ線管４を実際に稼動させてハウジング内に充填された絶縁油３により防振部材１０ｂを膨潤処理する場合について説明したが、Ｘ線管装置を組み立てた状態でＸ線管４に高電圧を印加して絶縁油３の温度を約１００℃まで上昇させ、絶縁油３による膨潤処理を行うようにしてもよく、絶縁油３に約５０時間以上浸漬すると、防振部材１０ｂが膨潤して弾性率が約２．５２程度まで軟化し、その後その値に収束することが実験で判明したことから、絶縁油３による防振部材１０ｂの膨潤処理は、５０時間以上すれば十分である。
また前記実施の形態では、医療用Ｘ線装置やＸ線検査装置のような工業用Ｘ線装置にＸ線管装置を適用した場合について説明したが、これら装置に限定されることがないことは勿論である。

本発明の実施の形態になるＸ線管装置の断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線管装置に採用したＸ線管の回転陽極付近の拡大断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線管装置に採用したＸ線管の回転陽極支持手段の拡大断面図である。 図３のＡ方向からの矢視図である。 本発明の実施の形態になるＸ線管装置の振動加速度と周波数の関係を示す線図である。

符号の説明

２ ハウジング
３ 絶縁油
４ Ｘ線管
４ｆ 回転陽極
４ｈ ターゲット
１０ 回転陽極支持手段
１０ａ 陽極支持部材
１０ｂ 防振部材
１４ Ｘ線管取り付け手段

Claims (3)

1. 陰極と回転陽極の間に高電圧を印加することにより、前記回転陽極に設けられたターゲットよりＸ線を発生する回転陽極型のＸ線管を、絶縁油が充填された密閉構造のハウジング内に収容し、かつ前記Ｘ線管を、Ｘ線管取り付け手段を介して前記ハウジング内に取り付けたＸ線管装置であって、
   前記回転陽極を支持する回転陽極支持手段と前記Ｘ線管取り付け手段との間に、前記回転陽極が回転する際発生する振動を低減する防振部材を介在させ、
   前記防振部材を、前記絶縁油に浸漬することにより膨潤、軟化する弾性材料により形成してなることを特徴とするＸ線管装置。
2. 前記回転陽極支持手段を形成する陽極支持部材の両面に前記防振部材を取り付け、かつ前記防振部材が圧縮された状態で前記陽極支持部材を前記Ｘ線管取り付け手段に取り付けると共に、前記ハウジング内に充填された前記絶縁油により前記防振部材を浸漬して、前記防振部材を膨潤、軟化させてなる請求項１に記載のＸ線管装置。
3. 前記防振部材を、主剤と架橋剤及び接着促進剤の３液からなる３液製シリコンを所定形状に成形することにより形成してなる請求項１または２に記載のＸ線管装置。

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