JP5259406B2 - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Description

この発明は、回転陽極型Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管装置は、医療診断システムや工業診断システム等に用いられている。Ｘ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型Ｘ線管と、ステータコイルと、これら回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体と、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、固定シャフトと、この固定シャフトを軸に回転可能に設けられた回転体と、この回転体の端部に継手部を介して設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットに対向配置された陰極と、これらを収容した真空外囲器と、この真空外囲器内に充填された冷却液とを有している。固定シャフト及び回転体間の隙間には液体金属が充填されている。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイルは回転体に与える磁界を発生するため、回転体及び陽極ターゲットは回転する。また、陰極は陽極ターゲットに対して電子ビームを照射する。これにより、陽極ターゲットは、電子と衝突するときにＸ線を放出する。

Ｘ線管装置の動作時に、陽極ターゲットは、この陽極ターゲットへの熱入力により高温になる。すなわち、陽極ターゲットは、電子ビームが照射されることにより高温になる。特に、電子が衝突される電子衝撃面（焦点）の温度が高温になる。このため、電子衝撃面の温度は陽極ターゲット材質の溶解温度以下でなくてはならない。

上記したことから、陽極ターゲットを冷却させるための技術が開発されている。例えば、電子衝突面の近くで液体金属を熱伝達流体として用いて陽極ターゲットを冷却する技術がＵＳＰ５５４１９７５及びＤＥ３６４４７１９に開示されている。上記技術を用いることにより、陽極ターゲットの高冷却が可能となる。

しかしながら、上記開示された技術において、液体金属のシール部は電子衝突面近くに形成されている。電子衝突面より発生した熱はシール部に伝導するため、シール部は高温となり変形してしまう。回転体と固定シャフトとの隙間が変形してしまうため、シール部によるシール性能を十分発揮するための隙間（クリアランス）の維持が困難となる。結果、液体金属の漏れにより、Ｘ線管に不良が生じる恐れがある。

なお、液体金属のシール部が高温にならない技術が、例えば、特公昭６３−１３３０２号公報、特開平５−２５８６９１号公報、特開平５−１４４３９５号公報に開示されている。

上記したように、陽極ターゲットの高冷却を可能とする技術及びシール部が高温にならない技術が開示されている。しかしながら、陽極ターゲットの高冷却を可能とし、且つ、シール部が高温にならない技術は開示されていない。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、陽極ターゲットの冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る回転陽極型Ｘ線管は、
側面にラジアルすべり軸受面を含む第１筒部と、一端部が閉塞され他端部が前記第１筒部に密接に連通されている第２筒部と、を有し、内部に冷却液が流れる流路を形成し、前記冷却液が前記一端部の閉塞された部分に衝突するように構成された固定体と、
前記第２筒部の一端部と隙間をおいて嵌合される凹部を有し、陽極ターゲットを構成し、前記凹部の底であり且つ前記一端部の閉塞された部分と対向した端面の裏側である他の端面側にターゲット層が形成された円盤状の径大部と、前記固定体の側面を囲み、内面に前記ラジアルすべり軸受面に隙間を置いて対向するラジアルすべり軸受面を有し、一端部で前記径大部と一体化された径小部と、を含む回転体と、
前記隙間に充填された潤滑剤と、
前記陽極ターゲットのターゲット層に衝突される電子を放出する陰極と、
前記固定体、回転体、潤滑剤及び陰極を収容し、前記固定体を前記第１筒部で固定する真空外囲器と、を備え、
前記冷却液は、水、又は水及び不凍液の混合液であり、
前記第２筒部の一端部と前記凹部との間の前記隙間と、前記第１筒部のラジアルすべり軸受面と前記径小部のラジアルすべり軸受面との間の前記隙間とは、繋がっている。

この発明の第１の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図１に示した回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、特に、シール部を示す拡大断面図である。 この発明の第２の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の主要部を示す断面図である。 この発明の第３の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図４に示した回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、特に、スラスト軸受を示す拡大断面図である。 図４に示した回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、特に、他のスラスト軸受を示す拡大断面図である。 この発明の第４の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 図７に示した回転陽極型Ｘ線管装置の一部を示す拡大断面図であり、特に、２つのスラスト軸受を示す拡大断面図である。 この発明の第５の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 この発明の第６の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。 この発明の第７の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。
図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、図示しないが回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体とを備えている。

回転陽極型Ｘ線管１は、固定体としての固定シャフト１０と、冷却液２０と、管部３０と、環部４０と、陽極ターゲット５０と、回転部６０と、潤滑剤としての液体金属７０と、陰極８０と、真空外囲器９０とを備えている。回転陽極型Ｘ線管１は動圧軸受を使っている。

固定シャフト１０は、筒部１１と、他の筒部としての筒部１２と、環部１３とを有している。固定シャフト１０は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。筒部１１は、回転軸ａに沿って延出して回転軸ａを中心軸として筒状に形成されている。筒部１１は、側面にラジアルすべり軸受面Ｓ１を有している。筒部１２は、回転軸ａに沿って延出して回転軸ａを中心軸として筒状に形成されている。筒部１２の一端部は閉塞されている。筒部１２の他端部は、筒部１１に密接に連通されている。より詳しくは、環部１３が筒部１１及び筒部１２とそれぞれ密接に接合されて筒部１１及び筒部１２が連通されている。筒部１１、筒部１２及び環部１３は一体に形成されている。固定シャフト１０の内部は冷却液２０で満たされている。この実施の形態において、冷却液２０は水である。固定シャフト１０は、この内部に冷却液２０が流れる流路を形成している。固定シャフト１０は、この他端部側に冷却液２０を外部に吐出す吐出し口１０ｂを有している。

管部３０は、固定シャフト１０の内部に設けられ、固定シャフトとともに流路を形成している。管部３０の一端部は、固定シャフト１０の他端部に形成された開口部１０ａを通って固定シャフト１０の外部に延出している。管部３０は、開口部１０ａに固定されている。管部３０の側面は、開口部１０ａに密接している。

管部３０は、この内部に冷却液２０を取り入れる取り入れ口３０ａと、冷却液２０を固定シャフト１０の内部に吐出す吐出し口３０ｂとを有している。取り入れ口３０ａは、固定シャフト１０の外部に位置している。吐出し口３０ｂは、固定シャフト１０の一端部に隙間を置いて位置している。

環部４０は、筒部１２の内部に設けられ、管部３０の側面を囲むように管部３０と一体に形成されている。環部４０は、筒部１２の内部に隙間を置いて設けられている。管部３０及び環部４０は、固定シャフト１０とともに流路を形成している。

上記したことから、回転陽極型Ｘ線管１外部からの冷却液２０は、取り入れ口３０ａから取り入れられ、管部３０内部を通って筒部１２の内部に吐出され、筒部１２及び環部４０の間を通り、環部１３及び環部４０の間を通り、筒部１１及び管部３０の間を通り、吐出し口１０ｂから回転陽極型Ｘ線管１外部に吐出される。

陽極ターゲット５０は、陽極５１と、この陽極の外面の一部に設けられたターゲット層５２とを有している。陽極５１は、円盤状に形成され、固定シャフト１０と同軸的に設けられている。陽極５１は、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極５１は、回転軸ａに沿った方向に凹んだ凹部５１ａを有している。凹部５１ａは、円盤状に窪めて形成されている。凹部５１ａには筒部１２が嵌合されている。凹部５１ａは、筒部１２に隙間を置いて形成されている。回転軸ａに沿った方向において、凹部５１ａはターゲット層５２全体に重なっている。ターゲット層５２の真下（内側）に液体金属７０の熱伝達流路が設けられている。ターゲット層５２は、Ｗ（タングステン）等の材料で輪状に形成されている。ターゲット層５２の表面は電子衝突面である。

筒部１２は、スラスト軸受面Ｓ３を有している。陽極５１は、スラスト軸受面Ｓ４を有している。軸受面Ｓ３及び軸受面Ｓ４は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ３及び軸受面Ｓ４は、スラスト軸受Ｂ２を形成している。

回転部６０は、筒部１１より径の大きい筒状に形成されている。回転部６０は、固定シャフト１０及び陽極ターゲット５０と同軸的に設けられている。回転部６０は、筒部１１より短く形成されている。

回転部６０は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。より詳しくは、回転部６０は、筒部６１と、筒部６１の一端部の側面を囲むように筒部と一体に形成された環部６２と、筒部６１の他端部に設けられたシール部６３と、筒部６４とを有している。

筒部６１は、筒部１１の側面を囲んでいる。筒部６１は、内面に軸受面Ｓ１に隙間を置いて対向したラジアルすべり軸受面Ｓ２を有している。軸受面Ｓ１及び軸受面Ｓ２は、ラジアルすべり軸受Ｂ１を形成している。ここで、軸受面Ｓ１及び軸受面Ｓ２にそれぞれ溝が付いている。回転部６０の環部６２は陽極ターゲット５０と接合されている。回転部６０は、固定シャフト１０を軸に陽極ターゲット５０とともに回転可能に設けられている。

シール部６３は、軸受面Ｓ２に対して環部６２（一端部）の反対側に位置している。シール部６３は、筒部６１の他端部に接合されている。シール部６３は、環状に形成され、固定シャフト１０の側面全周に亘って隙間を置いて設けられている。筒部６４は、筒部６１の側面と接合され、筒部６１に固定されている。筒部６４は、例えばＣｕ（銅）で形成されている。

液体金属７０は、筒部１２及び凹部５１ａ間の隙間、環部１３及び環部６２間の隙間、環部１３及び筒部６１間の隙間、並びに筒部１１（軸受面Ｓ１）及び筒部６１（軸受面Ｓ２）間の隙間に充填されている。なお、これらの隙間は全て繋がっている。この実施の形態において、液体金属７０は、ガリウム・インジウム・錫合金（ＧａＩｎＳｎ）である。

図１及び図２に示すように、シール部６３及び固定シャフト１０間の隙間（クリアランス）ｃは、回転部６０の回転を維持するとともに液体金属７０の漏洩を抑制できる値に設定されている。上記したことから、隙間ｃはわずかである。この実施の形態において、隙間ｃは５００μｍ以下である。このため、シール部６３は、ラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能する。

また、シール部６３は、複数の収容部６３ａを有している。ここでは、シール部６３は、４つの収容部６３ａを有している。収容部６３ａは、シール部６３の内側を円形枠状に窪めてそれぞれ形成されている。収容部６３ａは、万一隙間ｃから液体金属７０が漏れた場合、漏れた液体金属７０を収容する。

筒部１１は、スラスト軸受面Ｓ５を有している。シール部６３は、スラスト軸受面Ｓ６を有している。軸受面Ｓ５及び軸受面Ｓ６は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ５及び軸受面Ｓ６は、スラスト軸受Ｂ３を形成している。このスラスト軸受Ｂ３は、高温にならず、軸受面Ｓ５及び軸受面Ｓ６間の隙間を一定に維持できるため、ターゲットが高温になってもスラスト軸受Ｂ３を正常に機能させることができる。

上記した陽極ターゲット５０及び回転部６０は、回転体６００を形成している。回転体６００は、陽極ターゲット５０及び回転部６０により一体に形成されている。回転体６００は、径大部６１０と、径大部６１０より径の小さい径小部６２０とを有している。この実施の形態において、径大部６１０が陽極ターゲット５０であり、径小部６２０が回転部６０である。

図１に示すように、陰極８０は、陽極ターゲット５０のターゲット層５２に間隔を置いて対向配置されている。陰極８０は、電子を放出するフィラメント８１を有している。

真空外囲器９０は、固定シャフト１０、冷却液２０、管部３０、環部４０、陽極ターゲット５０、回転部６０、液体金属７０及び陰極８０を収容している。真空外囲器９０は、Ｘ線透過窓９０ａ及び開口部９０ｂを有している。Ｘ線透過窓９０ａは、回転軸ａに対して直交した方向にターゲット層５２と対向している。固定シャフト１０の他端部は、開口部９０ｂを通って真空外囲器９０の外部に露出されている。開口部９０ｂは、固定シャフト１０を固定している。固定シャフト１０の側面は、開口部９０ｂに密接している。
陰極８０は、真空外囲器９０の内壁に取付けられている。真空外囲器９０は密閉されている。真空外囲器９０の内部は真空状態に維持されている。

ステータコイル２は、回転部６０の側面、より詳しくは筒部６４の側面に対向して真空外囲器９０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。
筐体内部に、回転陽極型Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、図示しない冷却液が充填されている。

上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイル２は回転部６０（特に筒部６４）に与える磁界を発生するため、回転体６００は回転する。これにより、陽極ターゲット５０は回転する。また、陰極８０に相対的に負の電圧が印加され、陽極ターゲット５０に相対的に正の電圧が印加される。例えば、陰極８０に−１５０ｋＶの電圧が印加され、陽極ターゲット５０は接地されている。

これにより、陰極８０及び陽極ターゲット５０間に電位差が生じる。このため、陰極８０は、電子を放出すると、この電子は、加速され、ターゲット層５２に衝突される。すなわち、陰極８０は、ターゲット層５２に電子ビームを照射する。これにより、ターゲット層５２は、電子と衝突するときにＸ線を放出し、放出されたＸ線はＸ線透過窓９０ａを介して真空外囲器９０外部、ひいては筐体外部に放出される。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を一層近接させている。

Ｘ線を放出する際、回転体６００の回転時の遠心力は強く、液体金属７０がターゲット層５２（陽極ターゲット５０の焦点軌道面）の真下まで流れて充満し、液体金属７０の層を形成する。Ｘ線を放出する際、陽極ターゲット５０、特にターゲット層５２の電子衝突面は高温になるが、ターゲット層５２の熱は、陽極５１及び液体金属７０を伝導して固定シャフト１０に伝導され、固定シャフト１０の内部の流路を流れる冷却液２０に放射される。この際、液体金属７０は熱伝達流体として機能する。ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率の一層優れた回転陽極型Ｘ線管１を得ることができる。

これにより、陽極ターゲット５０の溶融等、陽極ターゲット５０に生じる不良を抑制することができる。陽極ターゲット５０の許容できる熱入力を大きくすることができるため、回転陽極型Ｘ線管１の出力を向上させることもできる。その他、回転陽極型Ｘ線管１の製品寿命を長くする効果を得ることができる。

また、冷却液２０を水としたことも陽極ターゲット５０の冷却率の向上、ひいては回転陽極型Ｘ線管１の高出力化に寄与している。すなわち、冷却液２０は電熱界面で沸騰状態となり、冷却に寄与する。このように、沸騰冷却は、沸騰を伴わない冷却より冷却効率が良く、一層ターゲット層５２の温度を低減させることができる。上記したことから、陽極ターゲット５０の高冷却が可能となる。

シール部６３は、軸受面Ｓ２に対して環部６２（一端部）の反対側に位置している。シール部６３はターゲット層５２の電子衝突面の近くに設けられていない。シール部６３は熱経路上電子衝突面から遠いため、電子衝突による熱の影響を受けない。すなわち、シール部６３が高温となって生じるシール部６３の変形を抑制することができる。従って、シール部６３の熱変形を無視して隙間ｃを小さくすることができるとともに、シール部６３からの液体金属７０の漏洩を抑制することができる。

例えば、回転体６００が静止状態から回転状態に移行する際に、径大部６１０付近の隙間での液体金属７０の移動にともない、液体金属７０のはねかえりが発生した場合であっても、このはねかえりによる悪影響がシール部６３に及ぶことはない。このため、シール部６３が液体金属７０で濡らされることがなく、液体金属７０の真空空間への漏洩が防止される。

回転陽極型Ｘ線管１が固体潤滑剤を使用した玉軸受を採用した場合、液体金属が玉軸受内に流入して残留・付着することにより、固体潤滑剤の塑性流動を妨げてしまう恐れがある。しかしながら、上記回転陽極型Ｘ線管１は、液体金属７０自体を潤滑剤とする動圧軸受を採用している。このため、潤滑性能の低下が生じることはなく、長時間安定に陽極ターゲット５０を回転させることができ、回転陽極型Ｘ線管１の製品寿命を長くする効果を得ることができる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第２の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、回転体６００は、径大部６１０と、径小部６２０とを有している。径大部６１０及び径小部６２０は、接続面無しに一体に形成されている。凹部５１ａはターゲット層５２全体に重なっている。ターゲット層５２の真下（内側）に液体金属７０の熱伝達流路が設けられている。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第３の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４及び図５に示すように、径大部６１０と径小部６２０の境界付近において、回転体６００（筒部６１）は、スラスト軸受面Ｓ８を有している。固定シャフト１０（環部１３）は、スラスト軸受面Ｓ７を有している。軸受面Ｓ７及び軸受面Ｓ８は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ７及び軸受面Ｓ８は、スラスト軸受Ｂ４を形成している。

このスラスト軸受Ｂ４は、高温にならず、軸受面Ｓ７及び軸受面Ｓ８間の隙間を一定に維持できるため、ターゲットが高温になってもスラスト軸受Ｂ４を正常に機能させることができる。

図４及び図６に示すように、固定シャフト１０は、環部１４をさらに有している。環部１４は、ラジアルすべり軸受面Ｓ１を挟んで筒部１２（径大部６１０）と反対側の筒部１１の側面を囲んでいる。筒部１１及び環部１４は、接続面無しに一体に形成されている。

筒部６１は、ラジアルすべり軸受面Ｓ２を挟んで径大部６１０と反対側に、内面を凹ませた段差部６１ａを有している。環部１４は、段差部６１ａ及びシール部６３で囲まれたスペースに嵌合されている。

環部１４は、スラスト軸受面Ｓ９を有している。筒部６１は、スラスト軸受面Ｓ１０を有している。軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０は、スラスト軸受Ｂ５を形成している。このスラスト軸受Ｂ５は、高温にならず、軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０間の隙間を一定に維持できるため、ターゲットが高温になってもスラスト軸受Ｂ５を正常に機能させることができる。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。

スラスト軸受Ｂ４、Ｂ５は、高温にはならない。ターゲット層５２からの熱伝導によるスラスト軸受Ｂ４、Ｂ５の変形を防止でき、スラスト軸受Ｂ４、Ｂ５の隙間を一定に維持でき、スラスト軸受Ｂ４、Ｂ５としての機能を保持できるため、回転体６００の回転動作を維持することができる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第４の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１及び第３の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図７及び図８に示すように、固定シャフト１０は、環部１４をさらに有している。筒部６１は、段差部６１ａを有している。環部１４は、段差部６１ａ及びシール部６３で囲まれたスペースに嵌合されている。

環部１４は、スラスト軸受面Ｓ９を有している。筒部６１は、スラスト軸受面Ｓ１０を有している。軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０は、スラスト軸受Ｂ５を形成している。

環部１４は、スラスト軸受面Ｓ１１を有している。シール部６３は、スラスト軸受面Ｓ１２を有している。軸受面Ｓ１１及び軸受面Ｓ１２は、回転軸ａに沿った方向に互いに隙間を保持して対向している。軸受面Ｓ１１及び軸受面Ｓ１２は、スラスト軸受Ｂ６を形成している。

これらスラスト軸受Ｂ５、Ｂ６は、高温にならず、軸受面Ｓ９及び軸受面Ｓ１０間の隙間、並びに軸受面Ｓ１１及び軸受面Ｓ１２間の隙間を一定に維持できるため、ターゲットが高温になってもスラスト軸受Ｂ５を正常に機能させることができる。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。

スラスト軸受Ｂ５、Ｂ６は、高温にはならない。ターゲット層５２からの熱伝導によるスラスト軸受Ｂ５、Ｂ６の変形を防止でき、スラスト軸受Ｂ５、Ｂ６の隙間を一定に維持でき、スラスト軸受Ｂ５、Ｂ６としての機能を保持できるため、回転体６００の回転動作を維持することができる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第５の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１及び第４の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、固定シャフト１０は、環部１４をさらに有している。筒部６１は、段差部６１ａを有している。環部１４は、段差部６１ａ及びシール部６３で囲まれたスペースに嵌合されている。回転陽極型Ｘ線管１は、スラスト軸受Ｂ５、Ｂ６を形成している。

回転軸ａに沿った方向において、凹部５１ａはターゲット層５２の一部、より詳しくは、ターゲット層５２の内側領域にのみ重なっている。このため、ターゲット層５２の内側領域の真下（内側）にのみ液体金属７０の熱伝達流路が設けられている。径大部６１０の内径（凹部５１ａの直径）は、上述した第５の実施の形態の径大部６１０の内径（凹部５１ａの直径）より小さい。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。

ターゲット層５２の一部の真下（内側）に液体金属７０の熱伝達流路が設けられているため、液体金属７０の熱伝達流路が設けられていない場合に比べて陽極ターゲット５０の冷却率を向上させることができる。

径大部６１０の内径は小さいため、液体金属７０のせん断応力により生じる発熱を抑制することができる。
ここで、液体金属７０のせん断応力により生じる発熱が回転陽極型Ｘ線管装置に与える悪影響について説明する。液体金属７０のせん断応力により生じる発熱の大きさは、径大部６１０の内径が大きいほど大きくなる。液体金属７０の発熱が大きくなると、必要な回転数で回転体６００を回転させる回転トルクも大きくなる。このため、回転体６００を回転させるステータコイル２（モータ）も大きくなってしまう。従って、回転陽極型Ｘ線管装置の重量及び寸法が大きくなってしまい、回転陽極型Ｘ線管装置を高速回転するＣＴ装置への搭載が困難となる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第６の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、回転陽極型Ｘ線管１は、固定シャフト１０と、冷却液２０と、管部３０と、陽極ターゲット５０と、回転部６０と、潤滑剤としての液体金属７０と、陰極８０と、真空外囲器９０とを備えている。液体金属７０の熱伝達流路は、ターゲット層５２の真下（内側）から外れて設けられている。回転陽極型Ｘ線管１は、ラジアルすべり軸受Ｂ１、スラスト軸受Ｂ２及びスラスト軸受Ｂ３を有している。

液体金属７０は、固定シャフト１０の一端部及び凹部５１ａ間の隙間、並びに固定シャフト１０（軸受面Ｓ１）及び筒部６１（軸受面Ｓ２）間の隙間に充填されている。なお、これらの隙間は全て繋がっている。

回転体６００は、径大部６１０と、径大部６１０より径の小さい径小部６２０とを有している。この実施の形態において、径大部６１０の内径（凹部５１ａの直径）と、径小部６２０の内径（筒部６１の内径）はほぼ同じである。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。

陽極５１に凹部５１ａが形成され、凹部５１ａに液体金属７０の熱伝達流路が設けられているため、陽極５１に凹部５１ａが形成されていない場合に比べて陽極ターゲット５０の冷却率を向上させることができる。
径大部６１０の内径は、径小部６２０の内径とほぼ同一であり、小さいため、液体金属７０のせん断応力により生じる発熱を抑制することができる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

次に、この発明の第７の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、冷却液２０の循環方向は逆向きでも良い。固定シャフト１０は、この他端部側に冷却液２０を取り入れる取り入れ口１０ｃを有している。管部３０は、外部に冷却液２０を吐出す吐出し口３０ｃと、冷却液２０を管部３０の内部に取り入れる取り入れ口３０ｄとを有している。吐出し口３０ｃは、固定シャフト１０の外部に位置している。取り入れ口３０ｄは、固定シャフト１０の一端部に隙間を置いて位置している。

上記したことから、回転陽極型Ｘ線管１外部からの冷却液２０は、取り入れ口１０ｃから取り入れられ、固定シャフト１０及び回転体６００の間を通り、管部３０の内部を通り、吐出し口３０ｃから回転陽極型Ｘ線管１外部に吐出される。

上記したように構成された回転陽極型Ｘ線管装置によれば、陽極ターゲット５０は、ターゲット層５２に重なった凹部５１ａを有し、固定シャフト１０は凹部５１ａに嵌合されている。ターゲット層５２及び冷却液２０の流路を近接させている。このため、ターゲット層５２から冷却液２０の流路までの熱伝導パスは短い。
冷却液２０の循環方向が逆向きであっても、冷却液２０を良好に循環させることができる。管部３０内部を通って加熱された冷却液２０を固定シャフト１０に与えるのではなく、冷却液２０を、直接、固定シャフト１０に与えるように構成されている。このため、固定シャフト１０を十分に冷却でき、これにより、回転体６００を安定に回転させることができる。

上記したことから、陽極ターゲット５０の冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管１および回転陽極型Ｘ線管１を備えた回転陽極型Ｘ線管装置を得ることができる。

なお、この発明は上記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変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、冷却液２０は、水及び不凍液の混合液であっても良い。そして、この冷却液２０を用いて沸騰冷却を行い、ターゲット層５２の温度を低減させても良い。この場合でも、陽極ターゲット５０の高冷却が可能となる。

固定シャフト１０の厚みは、適切な値であれば良い。液体金属７０及び液体金属７０に接する金属は、これらの接触面で温度が上がると、これらの間で反応生成物を作り出す。反応生成物は、回転体６０と固定シャフト１０との隙間を埋め、回転体６０が回転するとき抵抗となり、回転体としての機能を損ねる。従って、液体金属７０とそれに接する金属の接触面の温度をある程度低減させる必要がある。

固定シャフト１０の厚みが大きすぎると、固定シャフト１０の厚み方向の温度差が大きくなってしまう。その結果、液体金属７０と固定シャフト１０の伝熱面における温度が高くなり、反応生成物を作り出す恐れがある。

従って、固定シャフト１０の厚みをある程度小さくすることにより、この伝熱面の温度を低減することができる。好ましい固定シャフト１０の厚みは０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、これにより、回転体としての機能を長時間維持させることが可能となる。

固定シャフト１０は、少なくとも低炭素鋼、モリブデン又はモリブデン合金の材料で形成され、固定シャフト１０の表面は、液体金属７０との反応温度の高い金属で被覆されていれば良い。上記のようにして反応生成物を作り出さないようにすることにより、回転体としての機能を長時間維持させることが可能となる。なお、固定シャフト１０の表面を被覆する際、金属をメッキ又は溶射等の手段を用いて行えば良い。

また、固定シャフト１０の表面は、セラミック等の無機材料で被覆されていても良い。上記のようにして反応生成物を作り出さないようにすることにより、回転体としての機能を長時間維持させることが可能となる。

固定シャフト１０は、低炭素鋼で形成され、固定シャフト１０の表面は、モリブデンで被覆されていても良い。なお、モリブデンで被覆する際、例えば溶射を用いて行えば良い。低炭素鋼は、高強度であり、他の金属との接合が容易である利点を有している。モリブデンは、液体金属７０との反応速度が比較的遅い。このため、回転体としての機能を長時間維持させることが可能となる。

上記したように、固定シャフト１０の表面を、液体金属７０と反応しない材料で被覆するか、又は固定シャフト１０自体を液体金属７０と反応しない材料で形成することにより、長時間安定に陽極ターゲット５０を回転させることができ、製品寿命を長くすることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］側面にラジアルすべり軸受面を有し、内部に冷却液が流れる流路を有する固定体と、
前記固定体の一端部と隙間をおいて嵌合される凹部を有し、陽極ターゲットを構成する円盤状の径大部と、前記固定体の側面を囲み、内面に前記ラジアルすべり軸受面に隙間を置いて対向するラジアルすべり軸受面を有し、一端部で前記径大部と一体化された径小部と、を含む回転体と、
前記隙間に充填された潤滑剤と、
前記径大部の陽極ターゲットに対向配置された陰極と、
前記固定体、回転体、潤滑剤及び陰極を収容し、前記固定体を、前記凹部に嵌合される前記固定体の一端部に対して反対側に位置する前記固定体の他端部で固定する真空外囲器と、を備えている回転陽極型Ｘ線管。
［２］前記回転体は、前記径小部のラジアルすべり軸受面に対して前記径大部の反対側の前記径小部に設けられ、前記回転体の回転を維持するとともに前記潤滑剤の漏洩を抑制するシール部を有している［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［３］前記シール部は、環状に形成され、前記固定体の側面全周に亘って隙間を置いて設けられている［２］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［４］前記固定体の内部に設けられ、前記固定体とともに前記流路を形成する管部をさらに備えている［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［５］前記径大部の内部に設けられ、前記管部の側面を囲むように前記管部と一体に形成された環部をさらに備え、
前記管部及び環部は、前記固定体とともに前記流路を形成する［４］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［６］前記冷却液は、水である［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［７］前記冷却液は、水及び不凍液の混合液である［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［８］前記潤滑剤は、液体金属である［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［９］前記固定体の厚みは、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［１０］前記固定体は、低炭素鋼、モリブデン又はモリブデン合金の材料で形成され、前記固定体の表面は、前記液体金属との反応温度の高い金属で被覆されている［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［１１］前記固定体の表面は、無機材料で被覆されている［１０］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［１２］前記固定体の表面は、セラミックで被覆されている［１１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［１３］前記固定体は、低炭素鋼で形成され、前記固定体の表面は、モリブデンで被覆されている［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。

この発明によれば、陽極ターゲットの冷却率に優れ、製品寿命を長くすることができる回転陽極型Ｘ線管を提供することができる。

Claims (11)

1. 側面にラジアルすべり軸受面を含む第１筒部と、一端部が閉塞され他端部が前記第１筒部に密接に連通されている第２筒部と、を有し、内部に冷却液が流れる流路を形成し、前記冷却液が前記一端部の閉塞された部分に衝突するように構成された固定体と、
   前記第２筒部の一端部と隙間をおいて嵌合される凹部を有し、陽極ターゲットを構成し、前記凹部の底であり且つ前記一端部の閉塞された部分と対向した端面の裏側である他の端面側にターゲット層が形成された円盤状の径大部と、前記固定体の側面を囲み、内面に前記ラジアルすべり軸受面に隙間を置いて対向するラジアルすべり軸受面を有し、一端部で前記径大部と一体化された径小部と、を含む回転体と、
   前記隙間に充填された潤滑剤と、
   前記陽極ターゲットのターゲット層に衝突される電子を放出する陰極と、
   前記固定体、回転体、潤滑剤及び陰極を収容し、前記固定体を前記第１筒部で固定する真空外囲器と、を備え、
   前記冷却液は、水、又は水及び不凍液の混合液であり、
   前記第２筒部の一端部と前記凹部との間の前記隙間と、前記第１筒部のラジアルすべり軸受面と前記径小部のラジアルすべり軸受面との間の前記隙間とは、繋がっている回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記回転体は、前記径小部のラジアルすべり軸受面に対して前記径大部の反対側の前記径小部に設けられ、前記回転体の回転を維持するとともに前記潤滑剤の漏洩を抑制するシール部を有している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記シール部は、環状に形成され、前記固定体の側面全周に亘って隙間を置いて設けられている請求項２に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記固定体の内部に設けられ、前記一端部の閉塞された部分に前記冷却液を吐出す吐出し口を有し、前記固定体とともに前記流路を形成する管部をさらに備えている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記径大部及び第２筒部の内部に設けられ、前記管部の側面を囲むように前記管部と一体に形成された環部をさらに備え、
   前記管部及び環部は、前記固定体とともに前記流路を形成し、
   前記第２筒部の内径は、前記第１筒部の内径より大きい請求項４に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. 前記潤滑剤は、液体金属である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
7. 前記第２筒部の一端部の閉塞された部分の厚みは、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
8. 前記固定体は、低炭素鋼、モリブデン又はモリブデン合金の材料で形成され、前記固定体の表面は、前記液体金属との反応温度の高い金属で被覆されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
9. 前記固定体の表面は、無機材料で被覆されている請求項８に記載の回転陽極型Ｘ線管。
10. 前記固定体の表面は、セラミックで被覆されている請求項９に記載の回転陽極型Ｘ線管。
11. 前記第１筒部の外径と、前記第２筒部の外径とは、同一である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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