JP5582975B2 - Rotating anode X-ray tube - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、回転陽極型X線管に関する。 Embodiments described herein relate generally to a rotary anode X-ray tube.
回転陽極型X線管は、高真空中の容器に電子を放出する陰極と、これに対向して回転する陽極ターゲットとを設け、陰極から放出された電子を陰極と陽極ターゲットとの間の電界で加速して回転している陽極ターゲットに照射し、制動輻射でX線を発生させるものである。 The rotary anode type X-ray tube is provided with a cathode that emits electrons in a container in a high vacuum and an anode target that rotates in opposition thereto, and the electric field emitted between the cathode and the anode target is provided between the cathode and the anode target. And irradiating the rotating anode target with X-rays by bremsstrahlung radiation.
陽極ターゲットは、電子衝撃加熱により、平均温度1000℃以上に達する場合がある。このため、陽極ターゲットから伝導してくる熱から、これを支持し円滑に回転させるための回転機構を守るため、高温状態で十分な機械的強度を有し且つ熱伝導率が悪い金属材料を使用し、且つ陽極ターゲットと回転機構との結合経路を複雑におり返して熱伝播経路を長くとる断熱構造を採用して、輻射で陽極ターゲットを冷却するか、陽極ターゲットの熱の一部を構造体の熱抵抗で制限しながら回転機構の軸受部を介して軸受を支持する固定側構造体の中に流した絶縁油などの冷却媒体へ伝導させて冷却する伝導冷却を併用する方式がある。 The anode target may reach an average temperature of 1000 ° C. or higher due to electron impact heating. For this reason, a metal material that has sufficient mechanical strength and low thermal conductivity at high temperatures is used to protect the rotating mechanism that supports and smoothly rotates the heat conducted from the anode target. In addition, a heat insulating structure that makes the coupling path between the anode target and the rotating mechanism complicated and returns a long heat propagation path is adopted, and the anode target is cooled by radiation or a part of the heat of the anode target is a structure. There is a system that uses conduction cooling that cools by cooling to a cooling medium such as insulating oil that has flowed into the stationary side structure that supports the bearing through the bearing portion of the rotation mechanism while being limited by the thermal resistance of the rotating mechanism.
伝導冷却の場合、軸受の素材を耐熱性が高いモリブデン系材質を用いて軸受全体を製作する方法があるが、モリブデン系の素材は材料コスト、加工コストともに高く、また、軸受がかじって故障し易い問題点が有る。 In the case of conduction cooling, there is a method in which the entire bearing is manufactured using a molybdenum-based material with high heat resistance. However, the molybdenum-based material is high in both material cost and processing cost, and the bearing is galling. There are easy problems.
一方で、熱伝導率あるいは熱膨張係数が比較的大きく異なる部材間では、高温環境下で大きな応力が生じ、場合によっては部材の破損に至ることも有り得る。 On the other hand, between members having relatively different thermal conductivities or coefficients of thermal expansion, a large stress is generated in a high temperature environment, and in some cases, the members may be damaged.
本実施形態の目的は、部材間の熱変形に伴った破損を抑制することが可能な回転陽極型X線管を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide a rotary anode type X-ray tube capable of suppressing breakage due to thermal deformation between members.
本実施形態によれば、
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、を備えた回転陽極型X線管であって、前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートと略同等の熱膨張係数の材料によって形成されるとともに前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有し電子衝撃を受ける前記陽極ターゲットを支持するための強度構造体をなす第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成されるとともに前記ターゲットサポートに接合された前記第1シリンダの前記一端部から前記軸受シリンダに熱を伝導させる経路を形成する第2シリンダと、を備えたことを特徴とする回転陽極型X線管が提供される。
According to this embodiment,
A cathode that emits electrons; an anode target that emits X-rays when electrons emitted from the cathode are incident; a rotator coupled to the anode target; and a columnar shape that rotatably supports the rotator. A hydrodynamic slide bearing composed of a fixed body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body, and a vacuum containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing A rotary anode type X-ray tube comprising: an envelope; and the rotating body includes a target support for supporting the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, and the target support. It is made of a material having substantially the same thermal expansion coefficient, and has one end joined to the target support and the other end joined to the bearing cylinder, and receives an electron impact. A first cylinder forming a strength structure for supporting the anode target, and the one end portion of the first cylinder formed of a material having a larger thermal expansion coefficient than the first cylinder and joined to the target support. And a second cylinder for forming a path for conducting heat from the bearing cylinder to the bearing cylinder.
本実施形態によれば、
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、を備えた回転陽極型X線管であって、前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有する第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成された第2シリンダと、を備え、前記第2シリンダは、前記軸受シリンダから離間しているとともに前記第1シリンダの前記一端部に向かって突出し前記一端部に接合された第1端部と、前記第1シリンダから離間しているとともに前記軸受シリンダに向かって突出し前記軸受シリンダに接合された第2端部と、前記軸受シリンダ及び前記第1シリンダから離間しているとともに前記第1端部と前記第2端部とを繋ぎ且つ径方向の厚みが前記第1端部及び前記第2端部よりも薄い連結部と、を備え、前記連結部の管軸方向に沿った長さは、前記第1シリンダの前記一端部と前記他端部との間の管軸方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする回転陽極型X線管が提供される。
According to this embodiment,
A cathode that emits electrons; an anode target that emits X-rays when electrons emitted from the cathode are incident; a rotator coupled to the anode target; and a columnar shape that rotatably supports the rotator. A hydrodynamic slide bearing composed of a fixed body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body, and a vacuum containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing A rotary anode type X-ray tube comprising: an envelope; and the rotating body includes a target support for supporting the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, and the target support. A first cylinder having one end joined and the other end joined to the bearing cylinder; and a second series formed of a material having a larger thermal expansion coefficient than the first cylinder. A first end that is spaced apart from the bearing cylinder and protrudes toward the one end of the first cylinder and is joined to the one end, and the first cylinder A second end portion that is spaced apart from and protrudes toward the bearing cylinder and is joined to the bearing cylinder; and a first end portion and the second end that are spaced apart from the bearing cylinder and the first cylinder. And a connecting portion having a radial thickness thinner than that of the first end and the second end, and the length of the connecting portion along the tube axis direction of the first cylinder is There is provided a rotary anode X-ray tube characterized by being shorter than the length along the tube axis direction between the one end and the other end.
本実施形態によれば、
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、を備えた回転陽極型X線管であって、前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有する第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成された第2シリンダと、を備え、前記第2シリンダは、前記軸受シリンダから離間しているとともに前記第1シリンダの前記一端部に向かって突出し前記一端部に対して摺動可能に接触する第1端部と、前記第1シリンダから離間しているとともに前記軸受シリンダに向かって突出し前記軸受シリンダに接合された第2端部と、前記軸受シリンダ及び前記第1シリンダから離間しているとともに前記第1端部と前記第2端部とを繋ぎ且つ径方向の厚みが前記第1端部及び前記第2端部よりも薄い連結部と、を備えたことを特徴とする回転陽極型X線管が提供される。
According to this embodiment,
A cathode that emits electrons; an anode target that emits X-rays when electrons emitted from the cathode are incident; a rotator coupled to the anode target; and a columnar shape that rotatably supports the rotator. A hydrodynamic slide bearing composed of a fixed body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body, and a vacuum containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing A rotary anode type X-ray tube comprising: an envelope; and the rotating body includes a target support for supporting the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, and the target support. A first cylinder having one end joined and the other end joined to the bearing cylinder; and a second series formed of a material having a larger thermal expansion coefficient than the first cylinder. A first end portion that is spaced apart from the bearing cylinder and protrudes toward the one end portion of the first cylinder and slidably contacts the one end portion. A second end spaced apart from the first cylinder and projecting toward the bearing cylinder and joined to the bearing cylinder; and spaced apart from the bearing cylinder and the first cylinder and the first end A rotary anode X-ray tube comprising: a first end portion and a connecting portion that is thinner than the first end portion and the second end portion. The
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to components that exhibit the same or similar functions, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、本実施形態における回転陽極型X線管1の主要部の構成例を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a main part of a rotary anode X-ray tube 1 in the present embodiment.
すなわち、回転陽極型X線管1は、真空外囲器2、陰極3、陽極ターゲット4、動圧式すべり軸受5などを備えて構成されている。真空外囲器2は、例えばガラスによって形成され、その内部の空間2Aは高真空に維持されている。また、真空外囲器2は、その一部に設けられたX線用出力窓2Wを有している。このような真空外囲器2の内部には、陰極3、陽極ターゲット4、動圧式すべり軸受5などが収容されている。
That is, the rotary anode X-ray tube 1 includes a
陰極3は、電子を放出する電子源である。この陰極3は、回転陽極型X線管1の管軸(あるいは回転軸)Oから外れた位置に配置され、陽極ターゲット4と対向している。このような陰極3は、図示しない支持機構により真空外囲器2の内部で支持されている。なお、以下の説明において、管軸方向とは、管軸Oに平行な方向に相当する。
The
陽極ターゲット4は、陰極3から放出された電子が入射してX線を放出するものである。この陽極ターゲット4は、概略円盤状に形成され、その一部が陰極3と対向している。このように円盤状に形成された陽極ターゲット4は、その略中心で回転支持機構である動圧式すべり軸受5に連結され、回転可能に支持されている。
The anode target 4 emits X-rays when electrons emitted from the
動圧式すべり軸受5は、回転体10と、固定体6と、これらの回転体10と固定体6との間に保持された液体冷媒7とによって構成されている。
The hydrodynamic slide bearing 5 includes a rotating
回転体10は、管軸Oに沿って延びた円筒状に形成されている。この回転体10の構造については、後により詳細に説明するが、管軸Oに沿った一端側は塞がれており、また、管軸Oに沿った他端側は開放されている。陽極ターゲット4は、回転体10の一端側に連結されている。
The rotating
固定体6は、上記構成の回転体10に嵌合され、回転体10を回転可能に支持している。この固定体6は、管軸Oに沿って伸びた円筒状に形成されている。このような固定体6の内部には、冷却媒体として、例えば絶縁油を循環させるための流路6Aが形成されている。
The
図示した例では、流路6Aは、固定体6の略中央を管軸Oに沿って伸び、先端部で折り返す循環路となっている。冷却媒体は、図中の矢印で示したように、流路6Aにおいて固定体6の中央から上方つまり陽極ターゲット4に向かって流れ、その先端部で折り返して大気圧側の管外に向かって流れる。
In the illustrated example, the
液体冷媒7は、真空中での蒸気圧が比較的低い液体金属、例えばインジウム(In)−ガリウム(Ga)合金からなる。この液体冷媒7は、回転体10と固定体6との間の隙間に充填され、その表面張力によって保持されている。なお、液体冷媒7は、上記の例に限らない。
The
図2は、図1に示した回転陽極型X線管1に適用可能な回転体10の構造例を示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを概略的に図示しており、図1に示した回転陽極型X線管1の右側半分を拡大して図示している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of a rotating
回転体10に嵌合される固定体6は、管軸Oに沿って延出した円柱状に形成されている。固定体6と回転体10との間には、液体冷媒7が封入されている。このような固定体6の側面6Sには、液体冷媒7を掻き寄せるためのヘリングボーンパターン6Hが設けられている。
The fixed
回転体10は、ターゲットサポート11と、軸受シリンダ12と、第1シリンダ13と、第2シリンダ14と、を備えて構成されている。
The rotating
ターゲットサポート11は、傘状の形状を有する陽極ターゲット4を支持するものであって、管軸Oに沿って延びた円筒状に形成されている。このターゲットサポート11は、その一端側で陽極ターゲット4と接合されている。また、このターゲットサポート11は、陽極ターゲット4との接合部とは反対側、つまり、陽極ターゲット4から遠ざかる側に下端部11Aを有している。これらの陽極ターゲット4及びターゲットサポート11は、耐熱性に優れ且つ高温強度の高い素材であるモリブデン(Mo)系合金を用いて形成されている。
The
軸受シリンダ12は、ターゲットサポート11の内側に配置されている。この軸受シリンダは、管軸Oに沿って延びた円筒状に形成されている。この軸受シリンダ12は、後述する第1接合部12Aと、管軸方向に沿って第1接合部12Aよりも陽極ターゲット4側に位置する第2接合部12Bとを有している。このような軸受シリンダ12は、鉄(Fe)系素材を用いて形成されている。軸受シリンダ12の内側には、液体冷媒7を介して固定体6が嵌合している。
The bearing
第1シリンダ13は、ターゲットサポート11と略同等の熱膨張係数の材料によって形成されている。特に、ここでは、第1シリンダ13は、ターゲットサポート11と略同等の熱膨張係数を有していながらモリブデン系合金とは異なる素材であって、耐熱性に優れ且つ高温強度の高い素材であるコバール合金(鉄−ニッケル−コバルト合金)を用いて形成されている。コバール合金は、モリブデン系合金と略同等の特性を有していながら、モリブデン系合金よりも安価であるため、モリブデン系合金の使用量を低減することができ、コストダウンが可能となる。このような第1シリンダ13は、電子衝撃を受ける陽極ターゲット4を支持するための強度構造体をなしている。
The
また、この第1シリンダ13は、管軸Oに沿って延びた円筒状に形成され、ターゲットサポート11に接合された一端部13A、軸受シリンダ12に接合された他端部13B、及び、一端部13Aと他端部13Bとの間の中間部13Cを有している。一端部13Aは管軸方向に沿って陽極ターゲット4側に位置し、他端部13Bは一端部13Aよりも管軸方向に沿って陽極ターゲット4から遠ざかる側に位置している。
The
より具体的には、第1シリンダ13は、ターゲットサポート11の内側であって、軸受シリンダ12よりも外側に配置されている。この第1シリンダ13の外径は、ターゲットサポート11の内径と略同一である。このような第1シリンダ13において、一端部13Aは、ターゲットサポート11の下端部11Aと接合されている。このとき、ターゲットサポート11の下端部11Aにおける内周面と第1シリンダ13の一端部13Aにおける外周面とが接合されている。また、第1シリンダ13において、他端部13Bは、軸受シリンダ12の第1接合部12Aと接合されている。
More specifically, the
これらのターゲットサポート11と第1シリンダ13との接合、及び、軸受シリンダ12と第1シリンダ13との接合は、例えば、溶接、ロウ付け、ねじ止めなどの手法によってなされる。
The joining of the
このような第1シリンダ13において、中間部13Cは、ターゲットサポート11及び軸受シリンダ12などのいずれにも接合されておらず、比較的自由度が高い非固定部となるため、熱変形(すなわち、膨張あるいは収縮)を生じやすい。ここでは、第1シリンダ13の一端部13Aと他端部13Bとの間の管軸方向に沿った長さ、つまり、中間部13Cの管軸方向に沿った長さをL1とする。
In such a
第2シリンダ14は、第1シリンダ13より熱膨張係数が大きい(あるいは、熱伝導率が高い)材料によって形成されている。特に、ここでは、第2シリンダ14は、銅(Cu)、または、銅を主成分とする合金、または、アルミナ分散型銅によって形成されている。このような第2シリンダ14は、ターゲットサポート11に接合された第1シリンダ13の一端部13Aから軸受シリンダ12に熱を伝導させる経路を形成するものである。
The
また、この第2シリンダ14は、管軸Oに沿って延びた円筒状に形成され、第1シリンダ13の一端部13Aに接合された第1端部14A、軸受シリンダ12に接合された第2端部14B、及び、第1端部14Aと第2端部14Bとを繋ぐ連結部14Cを有している。このような第2シリンダ14において、第1端部14Aは管軸方向に沿って陽極ターゲット4側に位置し、第2端部14Bは第1端部14Aよりも管軸方向に沿って陽極ターゲット4から遠ざかる側に位置している。
The
より具体的には、第2シリンダ14は、第1シリンダ13の内側であって、軸受シリンダ12の外側に配置されている。また、第2シリンダ14の管軸方向に沿った長さは、第1シリンダ13の管軸方向に沿った長さよりも短い。
More specifically, the
この第2シリンダ14において、第1端部14Aは、軸受シリンダ12から離間している。また、この第1端部14Aは、第1シリンダ13の一端部13Aに向かって突出している。第2端部14Bは、第1シリンダ13から離間している。また、この第2端部14Bは、軸受シリンダ12に向かって突出している。これらの第1端部14A及び第2端部14Bのそれぞれの径方向の厚みは、比較的厚い。連結部14Cは、軸受シリンダ12及び第1シリンダ13から離間している。また、この連結部14Cの径方向の厚みは、第1端部14A及び第2端部14Bのそれぞれの径方向の厚みよりも薄い。
In the
このような第2シリンダ14において、第1端部14Aは、径方向において最も外側に突出した外周面を含んでいる。この第1端部14Aにおける外径(つまり、断面が円形の外周面における直径)は、第1シリンダ13の内径と略同一である。この第1端部14Aにおける外周面は、第1シリンダ13の一端部13Aの内周面に接合されている。一端部13Aと第1端部14Aとが接合される管軸方向に沿った位置は、下端部11Aと一端部13Aとが接合される管軸方向に沿った位置と略同一である。つまり、一端部13Aは、下端部11Aと第1端部14Aとの間に挟持された状態となっている。
In such a
また、第2シリンダ14において、第2端部14Bは、径方向において最も内側に突出した内周面を含んでいる。この第2端部14Bにおける内径(つまり、断面が円形の内周面における直径)は、軸受シリンダ12の第2接合部12Bにおける外径と略同一である。この第2端部14Bにおける内周面は、軸受シリンダ12の第1接合部12Bにおける外周面に接合されている。第2接合部12Bと第2端部14Bとが接合される管軸方向に沿った位置は、第1接合部12Aと他端部13Bとが接合される管軸方向に沿った位置よりも陽極ターゲット4側である。
In the
これらの第1シリンダ13と第2シリンダ14との接合、及び、軸受シリンダ12と第2シリンダ14との接合は、例えば、溶接、ロウ付け、ねじ止めなどの手法によってなされる。
The joining between the
このような第2シリンダ14において、連結部14Cは、軸受シリンダ12及び第1シリンダ13などのいずれにも接合されておらず、非固定部となる。しかも、連結部14Cは、第1端部14A及び第2端部14Bよりも薄い厚みを有しているため、自由度が高く、比較的大きな熱変形(すなわち、膨張あるいは収縮)を生じやすい。
In such a
ここでは、第2シリンダ14の第1端部14Aと第2端部14Bとの間の管軸方向に沿った長さ、つまり、連結部14Cの管軸方向に沿った長さをL2とする。このとき、連結部14Cの管軸方向に沿った長さL2は、第1シリンダ13における中間部13Cの管軸方向に沿った長さL1よりも短い。
Here, the length along the tube axis direction between the
図3は、図2に示した回転体10を構成する第2シリンダ14の構造例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the structure of the
第2シリンダ14において、第1端部14A、第2端部14B、及び、連結部14Cは、それぞれ管軸Oに沿って延びた円筒状に形成されている。第1端部14Aは、外周面14Oを含んでいる。この外周面14Oは、管軸Oに沿って延びた円筒面であり、その全面でターゲットサポート11に接合されている。第2端部14Bは、内周面14Iを含んでいる。この内周面14Iは、管軸Oに沿って延びた円筒面であり、その全面で軸受シリンダ12に接合されている。
In the
換言すると、第2シリンダ14は、第1シリンダ13に接合される外周面14Oの内側において軸受シリンダ12との間に空隙を形成する第1切欠C1と、軸受シリンダに接合される内周面14Iの外側において第1シリンダ13との間に空隙を形成する第2切欠C1と、を備えている。これらの第1切欠C1及び第2切欠C2は、ともに環状に形成されている。第1切欠C1の一部の外側には、第2切欠C2の一部が位置している。
In other words, the
すなわち、第1切欠C1は、第1端部14Aから連結部14Cに亘って延出している。第2切欠C2は、第2端部14Bから連結部14Cに亘って延出している。つまり、連結部14Cの内側には第1切欠C1が形成され、連結部14Cの外側には第2切欠C2が形成されている。
That is, the first notch C1 extends from the
このような構成によれば、陽極ターゲット4で発生した熱が動圧式すべり軸受5に伝導された際に、以下のようにして放熱・冷却される。すなわち、陽極ターゲット4で発生した熱は、動圧式すべり軸受5を構成する回転体10に伝達されてくる。回転体10に伝導した熱は、ターゲットサポート11、第1シリンダ13及び第2シリンダ14を介して軸受シリンダ12に伝達される。軸受シリンダ12に伝達された熱は、液体冷媒7を介して固定体6の側面6Sに伝達される。固定体6の側面6Sに伝達された熱は、固定体6の内部を循環する冷却媒体に伝達され、冷却媒体により管外に運び去られる。これにより、陽極ターゲット4からの熱の少なくとも1%以上が冷却媒体に伝導され、冷却される。
According to such a configuration, when the heat generated in the anode target 4 is conducted to the hydrodynamic slide bearing 5, it is radiated and cooled as follows. That is, the heat generated in the anode target 4 is transmitted to the
このような熱の伝達に際して、第1シリンダ13は、ターゲットサポート11と略同等の熱膨張率の材料によって形成されているため、ターゲットサポート11とともに熱膨張した際に、両者の接合面に大きな応力は生じない。この第1シリンダ13は、陽極ターゲット4を支持するための強度構造体をなしているため、その材料には大きな機械的強度が要求される一方で、大きな熱伝導率は要求されない。これに対して、第2シリンダ14は、第1シリンダ13から軸受シリンダ12への熱伝道経路を形成するため、その材料には大きな熱伝導率を有することが要求される。このような大きな熱伝導率を有する材料は、膨張係数も大きい。
When transferring the heat, the
つまり、第2シリンダ14の熱膨張係数は、第1シリンダ13の熱膨張係数よりも大きい。このため、管軸方向及び径方向のそれぞれについて、第2シリンダ14の単位長さ当たりの熱膨張量は、第1シリンダ13の単位長さ当たりの熱膨張量よりも大きい。このような熱膨張率が異なる第1シリンダ13と第2シリンダ14との間では、単位長さ当たりの熱膨張量の差に起因して大きな熱応力が発生する。また、これらの第1シリンダ13及び第2シリンダ14にそれぞれ接合された部材に対しても熱膨張あるいは変形に伴って大きな熱応力が発生する。このため、このような熱応力に対応するための構造が必要となる。
That is, the thermal expansion coefficient of the
本実施形態においては、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の管軸方向に沿った単位長さ当たりの熱膨張量の差を吸収するために、熱膨張率の小さい第1シリンダ13において非固定部となる中間部13Cの管軸方向に沿った長さL1は、熱膨張率の大きな第2シリンダ14において非固定部となる連結部14Cの管軸方向に沿った長さL2よりも長く設定されている。
In the present embodiment, in order to absorb the difference in thermal expansion amount per unit length along the tube axis direction of the
図4は、本実施形態の構成における第1シリンダ13及び第2シリンダ14の管軸方向に沿った熱膨張の様子を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the state of thermal expansion along the tube axis direction of the
上記の熱伝達に際しては、第1シリンダ13においては、陽極ターゲットに近い一端部13Aで高温となり、陽極ターゲットから離れた他端部13Bで低温となり、比較的大きな温度勾配が形成され、一端部13Aと他端部13Bとでは大きな温度差が形成される。第2シリンダ14においては、第1シリンダ13ほど大きな温度勾配は形成されず、第1端部14Aと第2端部14Bとの間の温度差も比較的小さい。
During the heat transfer described above, in the
第1シリンダ13及び第2シリンダ14において、動作時における上記のような温度勾配が生じることに鑑み、中間部13Cの長さL1及び連結部14Cの長さL2は、動作時温度分布での単位長さ当たりの熱膨張量の差を打ち消すように設定されている。このような長さL1及びL2の適切な比あるいは値は、例えば有限要素法などにより算出される。
In view of the above-described temperature gradient during operation in the
これにより、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の双方に熱膨張が発生した際に、第1シリンダ13における総膨張量αと、第2シリンダ14における総膨張量βとを釣り合せている。つまり、図中の左側に示すように、非動作時(熱膨張前)において、第1シリンダ13の中間部13Cの長さはL1であり、第2シリンダ14の連結部14Cの長さはL2である。そして、図中の右側に示すように、動作時(膨張時)においては、中間部13Cの長さは、初期の長さL1に総膨張量αを加えた長さL1’となる一方で、連結部14Cの長さは、初期の長さL2に総膨張量βを加えた長さL2’となる。
Thus, when thermal expansion occurs in both the
それぞれの総膨張量α及びβが略同一であるため、第1シリンダ13と第2シリンダ14との接合面における管軸方向に沿った熱応力を緩和することが可能となるとともに変形を抑制することが可能となる。同時に、第1シリンダ13とターゲットサポート11との接合面、及び、軸受シリンダ12と第2シリンダ14との接合面における管軸方向に沿った熱応力の緩和及び変形の抑制が可能となる。
Since the total expansion amounts α and β are substantially the same, the thermal stress along the tube axis direction at the joint surface between the
また、本実施形態においては、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の径方向に沿った単位長さ当たりの熱膨張量の差を吸収するために、第2シリンダ14の剛性を設計的に下げて、熱応力を第2シリンダ14の変形で吸収する構造としている。
In the present embodiment, the rigidity of the
図5は、本実施形態の構成における第1シリンダ13及び第2シリンダ14の径方向に沿った熱膨張の様子を説明するための図である。
FIG. 5 is a view for explaining the state of thermal expansion along the radial direction of the
すなわち、第2シリンダ14では、第1シリンダ13と接合される第1端部14Aの管軸方向に沿った位置と、軸受シリンダ12と接合される第2端部14Bの管軸方向に沿った位置とをずらし、これらの間に連結部14Cが設けられている。この連結部14Cは、比較的薄く形成されており、剛性が低く、しかも、自由度が高い。
That is, in the
図中の左側に示すように、非動作時(熱膨張前)においては、第2シリンダ14の連結部14Cは管軸方向に沿って略直線状に形成されており、軸受シリンダ12と第1シリンダ13との間の径方向に沿った距離はDとなる。そして、図中の右側に示すように、動作時(膨張時)においては、第2シリンダ14が熱膨張によって外側、つまり軸受シリンダ12から第1シリンダ13に向かって反る方向に変形しようとした際に、連結部14Cが変形し、軸受シリンダ12と第1シリンダ13との間の径方向に沿った距離Dを維持することが可能となる。これにより、径方向に作用する応力が緩和されるとともに変形を抑制することが可能となる。
As shown on the left side in the figure, when not in operation (before thermal expansion), the connecting
また、第1シリンダ13は、陽極ターゲット4の実質的な支持を受け持ち、熱が加わった場合の熱膨張による変形は小さい一方で、第2シリンダ14は、熱が加わった場合の熱膨張による変形を受け持つため、ダイナミックバランスの変化で回転振動や繰り返し応力による疲労破壊等の問題の発生も抑制することが可能となる。
In addition, the
したがって、部材間の変形に伴った破損を抑制することが可能となり、信頼性を向上することができる。 Therefore, it becomes possible to suppress the damage accompanying the deformation between the members, and the reliability can be improved.
次に、本実施形態の他の構造例について説明する。 Next, another structural example of this embodiment will be described.
図6は、図1に示した回転陽極型X線管1に適用可能な回転体10の他の構造例を示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを概略的に図示しており、図1に示した回転陽極型X線管1の右側半分を拡大して図示している。また、図2を参照して説明した構造例と同一の構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another structural example of the
図6に示した構造例は、図2に示した構造例と比較して、第2シリンダ14の第1端部14Aが第1シリンダ13の一端部13Aに対して摺動可能に接触している点で相違している。すなわち、第1シリンダ13と第2シリンダ14とは、互いに機械的に接合されていない。なお、その他の構成については、図2に示した構造例と同一である。
In the structure example shown in FIG. 6, the
第1シリンダ13及び第2シリンダ14の各々の構造については、図2に示した構造例と同一である。すなわち、第1シリンダ13は、ターゲットサポート11に接合された一端部13A、及び、軸受シリンダ12に接合された他端部13Bを備えている。第2シリンダ14は、第1シリンダ13の一端部13Aに接触する外周面14Oを含む第1端部14A、軸受シリンダ12に接合された第2端部14B、及び、第1端部14Aと第2端部14Bとを繋ぐ連結部14Cを備えている。このような構成の第2シリンダ14も、ターゲットサポート11に接合された第1シリンダ13の一端部13Aから軸受シリンダ12に熱を伝導させる経路を形成する。
The structure of each of the
このような構造例においては、図2などに示した例のように、第1シリンダ13の中間部13Cの長さL1や第2シリンダ14の連結部14Cの長さL2の設計が不要である。すなわち、第1シリンダ13及び第2シリンダ14が管軸方向に沿って熱膨張した場合には、第2シリンダ14の外周面14Oが第1シリンダ13の一端部13Aに沿って摺動する。このため、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の管軸方向に沿った単位長さ当たりの熱膨張量の差を吸収することが可能となり、各部材間の熱応力の緩和及び変形の抑制が可能となる。
In such a structural example, the design of the length L1 of the
また、第1シリンダ13及び第2シリンダ14が径方向に沿って熱膨張した場合には、上記の構造例と同様に、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の径方向に沿った単位長さ当たりの熱膨張量の差を吸収することが可能である。このとき、第2シリンダ14の第1端部14Aには、第1シリンダ13の一端部13Aにより密着する方向に応力が作用するため、第1シリンダ13と第2シリンダ14の密着性を上げ、熱伝導の促進を図ることが可能となる。
Further, when the
なお、第1シリンダ13及び第2シリンダ14の少なくとも一方に管軸方向に平行な隙割りを設けることにより、機械的弾力性がさらに付与されるため、径方向に沿って熱膨張した場合には、第1シリンダ13と第2シリンダ14の密着性をさらに向上することが可能となる。
In addition, since mechanical elasticity is further provided by providing a gap parallel to the tube axis direction in at least one of the
厳密には、第1シリンダ13の一端部13Aと第2シリンダ14の外周面14Oとの間には潤滑剤15が保持されている。しかしながら、このような潤滑剤15の厚みはほとんど無視できるほど微小であり(図6では、誇張して図示されているため、潤滑剤15が厚い層を形成している)、本実施形態においては、一端部13Aと外周面14Oとは接触しているあるいは密着しているものとみなしている。
Strictly speaking, the
潤滑剤15は、高真空中で蒸気圧が高い液体または流体として存在し得る材質、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、銀(Ag)のいずれかの単体、または、いずれかを主成分とする合金からなる液体金属である。このような潤滑剤15は、一端部13Aと外周面14Oとの間の隙間において表面張力により保持可能な厚みで配置されている。このような潤滑剤15により、一端部13Aと外周面14Oとの接触面の熱抵抗を下げることが可能となる。
The
また、一端部13A及び外周面14Oのそれぞれの表面に、潤滑剤15との反応性の低い材料、ダイヤモンドライクカーボン、セラミックス、モリブデン(Mo)、タングステンのいずれかからなるコーティングが施されていることが望ましい。あるいは、一端部13A及び外周面14Oは、潤滑剤15との反応性の低いセラミックスによって形成されていてもよい。これにより、摺動面における潤滑剤15との反応を防止することが可能となる。
Each of the one
以上説明したように、本実施形態によれば、部材間の熱変形に伴った破損を抑制することが可能な回転陽極型X線管を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a rotary anode X-ray tube capable of suppressing breakage due to thermal deformation between members.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…回転陽極型X線管
2…真空外囲器
3…陰極
4…陽極ターゲット
5…動圧式すべり軸受
6…固定体
7…液体冷媒
10…回転体
11…ターゲットサポート 11A…下端部
12…軸受シリンダ 12A…第1接合部 12B…第2接合部
13…第2シリンダ 13A…一端部 13B…他端部 13C…中間部
14…第2シリンダ 14A…第1端部 14B…第2端部 14C…連結部
14O…外周面 14I…内周面
C1…第1切欠 C2…第2切欠
15…潤滑剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating anode
Claims (14)
前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、
前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、
を備えた回転陽極型X線管であって、
前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートと略同等の熱膨張係数の材料によって形成されるとともに前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有し電子衝撃を受ける前記陽極ターゲットを支持するための強度構造体をなす第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成されるとともに前記ターゲットサポートに接合された前記第1シリンダの前記一端部から前記軸受シリンダに熱を伝導させる経路を形成する第2シリンダと、を備えたことを特徴とする回転陽極型X線管。 A cathode that emits electrons;
An anode target from which electrons emitted from the cathode are incident to emit X-rays;
A motion composed of a rotating body connected to the anode target, a columnar fixed body that rotatably supports the rotating body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body. A pressure-type plain bearing,
A vacuum envelope containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing;
A rotary anode X-ray tube comprising:
The rotating body is formed of a target support that supports the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, and a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the target support, and is joined to the target support. A first cylinder having an end and a second end joined to the bearing cylinder and forming a strength structure for supporting the anode target that receives an electron impact, and has a larger thermal expansion coefficient than the first cylinder A rotary anode type comprising: a second cylinder formed of a material and forming a path for conducting heat from the one end of the first cylinder joined to the target support to the bearing cylinder; X-ray tube.
前記第1シリンダは、コバール合金によって形成され、
前記第2シリンダは、銅、または、銅を主成分とする合金、または、アルミナ分散型銅によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転陽極型X線管。 The anode target and the target support are formed of a molybdenum- based alloy,
The first cylinder is made of Kovar alloy,
2. The rotary anode X-ray tube according to claim 1, wherein the second cylinder is made of copper , an alloy containing copper as a main component, or alumina-dispersed copper.
前記第1切欠の一部の外側に前記第2切欠の一部が位置することを特徴とする請求項1または2に記載の回転陽極型X線管。 The second cylinder includes an outer peripheral surface joined to the one end of the first cylinder, a first notch that forms a gap between the outer peripheral surface and the bearing cylinder, and the first cylinder A gap is formed between the inner peripheral surface joined to the bearing cylinder on the anode target side with respect to the joining position of the other end and the bearing cylinder, and the first cylinder outside the inner peripheral surface. With two notches,
The rotary anode X-ray tube according to claim 1 or 2, wherein a part of the second notch is positioned outside a part of the first notch.
前記連結部の管軸方向に沿った長さは、前記第1シリンダの前記一端部と前記他端部との間の管軸方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項1または2に記載の回転陽極型X線管。 The second cylinder is separated from the bearing cylinder and joined to the one end of the first cylinder; and the second cylinder is separated from the first cylinder and joined to the bearing cylinder. A second end, and a connecting portion that is spaced apart from the bearing cylinder and the first cylinder and connects the first end and the second end;
The length of the connecting portion along the tube axis direction is shorter than the length along the tube axis direction between the one end portion and the other end portion of the first cylinder. The rotating anode type X-ray tube according to 2.
前記連結部の管軸方向に沿った長さは、前記第1シリンダの前記一端部と前記他端部との間の管軸方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項1または2に記載の回転陽極型X線管。 The second cylinder protrudes toward the one end of the first cylinder and is joined to the one end, and a second end protrudes toward the bearing cylinder and joined to the bearing cylinder. The connection is separated from the bearing cylinder and the first cylinder and connects the first end and the second end and has a smaller radial thickness than the first end and the second end. And comprising
The length of the connecting portion along the tube axis direction is shorter than the length along the tube axis direction between the one end portion and the other end portion of the first cylinder. The rotating anode type X-ray tube according to 2.
前記第1切欠の一部の外側に前記第2切欠の一部が位置することを特徴とする請求項1または2に記載の回転陽極型X線管。 The second cylinder includes an outer peripheral surface that is slidably in contact with the one end portion of the first cylinder, a first notch that forms a gap between the outer peripheral surface and the bearing cylinder, Between the inner peripheral surface joined to the bearing cylinder on the anode target side from the joining position of the other end of the first cylinder and the bearing cylinder, and between the first cylinder outside the inner peripheral surface A second notch forming a void,
The rotary anode X-ray tube according to claim 1 or 2, wherein a part of the second notch is positioned outside a part of the first notch.
前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、
前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、
を備えた回転陽極型X線管であって、
前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有する第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成された第2シリンダと、を備え、
前記第2シリンダは、前記軸受シリンダから離間しているとともに前記第1シリンダの前記一端部に向かって突出し前記一端部に接合された第1端部と、前記第1シリンダから離間しているとともに前記軸受シリンダに向かって突出し前記軸受シリンダに接合された第2端部と、前記軸受シリンダ及び前記第1シリンダから離間しているとともに前記第1端部と前記第2端部とを繋ぎ且つ径方向の厚みが前記第1端部及び前記第2端部よりも薄い連結部と、を備え、
前記連結部の管軸方向に沿った長さは、前記第1シリンダの前記一端部と前記他端部との間の管軸方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする回転陽極型X線管。 A cathode that emits electrons;
An anode target from which electrons emitted from the cathode are incident to emit X-rays;
A motion composed of a rotating body connected to the anode target, a columnar fixed body that rotatably supports the rotating body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body. A pressure-type plain bearing,
A vacuum envelope containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing;
A rotary anode X-ray tube comprising:
The rotating body has a target support that supports the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, one end joined to the target support, and the other end joined to the bearing cylinder. A first cylinder, and a second cylinder formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the first cylinder,
The second cylinder is separated from the bearing cylinder, protrudes toward the one end of the first cylinder and is joined to the one end, and is separated from the first cylinder. A second end projecting toward the bearing cylinder and joined to the bearing cylinder, spaced apart from the bearing cylinder and the first cylinder, and connecting the first end and the second end and having a diameter. A connecting portion having a thickness in the direction thinner than that of the first end portion and the second end portion;
The length of the connecting portion along the tube axis direction is shorter than the length along the tube axis direction between the one end portion and the other end portion of the first cylinder. Wire tube.
前記陰極から放出された電子が入射してX線を放出する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結された回転体と、前記回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、前記回転体と前記固定体との間に保持された液体冷媒と、で構成される動圧式すべり軸受と、
前記陽極ターゲット、前記陰極、及び、前記動圧式すべり軸受を収納した真空外囲器と、
を備えた回転陽極型X線管であって、
前記回転体は、前記陽極ターゲットを支持するターゲットサポートと、前記ターゲットサポートの内側に配置された軸受シリンダと、前記ターゲットサポートに接合された一端部及び前記軸受シリンダに接合された他端部を有する第1シリンダと、前記第1シリンダより熱膨張係数が大きい材料によって形成された第2シリンダと、を備え、
前記第2シリンダは、前記軸受シリンダから離間しているとともに前記第1シリンダの前記一端部に向かって突出し前記一端部に対して摺動可能に接触する第1端部と、前記第1シリンダから離間しているとともに前記軸受シリンダに向かって突出し前記軸受シリンダに接合された第2端部と、前記軸受シリンダ及び前記第1シリンダから離間しているとともに前記第1端部と前記第2端部とを繋ぎ且つ径方向の厚みが前記第1端部及び前記第2端部よりも薄い連結部と、を備えたことを特徴とする回転陽極型X線管。 A cathode that emits electrons;
An anode target from which electrons emitted from the cathode are incident to emit X-rays;
A motion composed of a rotating body connected to the anode target, a columnar fixed body that rotatably supports the rotating body, and a liquid refrigerant held between the rotating body and the fixed body. A pressure-type plain bearing,
A vacuum envelope containing the anode target, the cathode, and the hydrodynamic slide bearing;
A rotary anode X-ray tube comprising:
The rotating body has a target support that supports the anode target, a bearing cylinder disposed inside the target support, one end joined to the target support, and the other end joined to the bearing cylinder. A first cylinder, and a second cylinder formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the first cylinder,
The second cylinder is spaced apart from the bearing cylinder, protrudes toward the one end of the first cylinder, and slidably contacts the one end, and from the first cylinder A second end which is spaced apart and protrudes toward the bearing cylinder and is joined to the bearing cylinder; and the first end and the second end which are spaced apart from the bearing cylinder and the first cylinder And a connecting portion having a radial thickness thinner than that of the first end portion and the second end portion.
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