JP5618693B2 - Ｘ線管装置及びｘ線管装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管装置及びＸ線管装置の製造方法に関する。

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線管装置として、例えば、回転陽極型のＸ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型のＸ線管と、ステータコイルと、これらＸ線管及びステータコイルを収容した管容器と、を備えている。Ｘ線管は、軸受ユニットと、陽極と、陰極と、真空外囲器と、を備えている。軸受ユニットには、固体潤滑剤のボール軸受の他、潤滑剤としての液体金属も利用されており、後者の液体金属を用いたすべり軸受ユニットは、回転軸を中心に回転可能な筒状の回転体と、この回転体の内部に嵌合され、回転体を回転可能に支持する円柱状の固定体と、回転体及び固定体の隙間に充填された液体金属と、を有している。陽極は、回転体に固定されている。陰極は、陽極に対向配置されている。真空外囲器は、軸受ユニット、陽極及び陰極を収容している。

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、回転体及び陽極は回転する。また、陽極には、陰極から電子ビームが入射される。これにより、陽極は、電子と衝突するときにＸ線を放射する。Ｘ線は、管容器のＸ線放射窓から外部に放射される。

また、一般的に、Ｘ線管装置は、管容器内に充填された冷却液を備えている。冷却液は、Ｘ線管の冷却を目的に利用されている。円筒形状の管容器内に冷却液を注入する注入工程において、管容器を形成する円筒形状の周壁部に設けられた冷却液注入口から管容器内に冷却液を注入する。そして、注入工程において、管容器を揺動させることにより、管容器の上部に溜まった空気を冷却液注入口から外部に排出することができる。冷却液注入口としては、Ｘ線放射窓を利用することができる。その他、冷却液注入口は、Ｘ線放射窓とは別に設けられている。

特許第３６６１３１０号公報 特許第３６５１４９７号公報 実公平５−１５７５９号公報

ところで、近年、Ｘ線管装置の小型化が求められ、管容器の形状は、組合せシステムの設置空間領域に搭載出来る様、複雑な形状になるケースが少なくない。このため、管容器を円筒形状とすることができず、管容器の平面形状を有する部分に冷却液注入口を設ける場合がある。この場合、注入工程において、管容器を揺動させて傾けても、管容器の上部に溜まった空気を平面に位置する冷却液注入口から外部に排出することは困難である。

管容器内に空気が溜まった場合、例えば、冷却液が絶縁油であると、管容器内に気泡が存在することにより、Ｘ線管及び管容器間に放電が生じる恐れがある。このため、管容器内に溜まった空気を冷却液注入口から外部に排出することのできる技術が求められている。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、管容器内に溜まった空気を冷却液注入口から外部に排出することのできるＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法を提供することにある。

一実施形態に係るＸ線管装置は、
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットを収容した真空外囲器と、を有したＸ線管と、
前記Ｘ線管を収容し、内壁の一部を形成する平坦面と、前記平坦面の一部を開口して設けられた冷却液注入口と、前記冷却液注入口に繋がって前記平坦面に形成され前記平坦面の周縁まで延出した溝部と、を有した管容器と、
前記管容器内に充填された冷却液と、
前記冷却液注入口を閉塞した蓋部と、を備えている。

また、一実施形態に係るＸ線管装置の製造方法は、
電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットを収容した真空外囲器と、を有したＸ線管と、前記Ｘ線管を収容し、内壁の一部を形成する平坦面と、前記平坦面の一部を開口して設けられた冷却液注入口と、前記冷却液注入口に繋がって前記平坦面に形成され前記平坦面の周縁まで延出した溝部と、を有した管容器と、を備えた空のＸ線管装置を用意し、
前記冷却液注入口が重力方向と反対の方向に向って開口するよう前記管容器を配置し、
前記配置された管容器に前記冷却液注入口に連通するよう冷却液注入治具を取付け、
冷却液を前記冷却液注入治具及び冷却液注入口から管容器内に注入し、
前記管容器内に前記冷却液が充填され、前記冷却液注入治具に前記冷却液が溜まった状態で、前記管容器を揺動させ、前記管容器の上部に溜まった空気を前記溝部を伝わらせ、前記冷却液注入口から前記冷却液注入治具側に排出させ、
前記空気を排出させた後、前記冷却液注入治具を前記管容器から取外し、
前記冷却液注入治具を取外した後、前記冷却液注入口を蓋部で閉塞する。

実施形態に係る回転陽極型のＸ線管装置を示す概略構成図である。 図１に示した回転陽極型のＸ線管を示す概略構成図である。 図１に示したＸ線管装置の一部を示す断面図であり、平坦面２ｓ、冷却液注入口２ｈ及び溝部２１、２２を示す図である。 図１の線ＩＶ−ＩＶに沿ったＸ線管装置を示す断面図であり、平坦面２ｓ、冷却液注入口２ｈ及び溝部２１、２２を示す図である。 上記Ｘ線管装置の製造工程において、図１に示した管容器内に絶縁油が充填された状態を示す概略図である。 図５に続く上記Ｘ線管装置の製造工程において、上記管容器を揺動させている状態を示す概略図である。 上記Ｘ線管装置の変形例を示す断面図であり、平坦面２ｓ、冷却液注入口２ｈ及び溝部２１、２２を示す図である。 上記Ｘ線管装置の他の変形例を示す断面図であり、平坦面２ｓ、冷却液注入口２ｈ及び溝部２１、２２、２３を示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態に係る回転陽極型のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法について詳細に説明する。始めに、Ｘ線管装置の構成について説明する。
図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、回転駆動機構として磁界を発生させるステータコイル（電磁コイル）７と、Ｘ線管１及びステータコイル７を収容した管容器２と、管容器２内に充填された冷却液としての絶縁油３とを備えている。

図１及び図２に示すように、Ｘ線管１は、陽極ターゲット１０と、陰極１８と、真空外囲器１７と、回転体１３と、固定体１５と、を備えている。この実施形態において、Ｘ線管１は、すべり軸受けを使っているが、これに限らず、玉軸受などのころがり軸受を使っていてもよい。

回転体１３は、筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体１３は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸ａに沿って延出している。回転体１３は、回転軸ａを中心に回転可能である。回転体１３は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。

固定体１５は柱状に形成されている。固定体１５の直径は回転体１３の内径より小さい。固定体１５は、回転体１３と同軸的に設けられ、回転軸ａに沿って延出している。固定体１５は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定体１５の一端部は回転体１３の閉塞された一端部側に位置し、固定体１５の他端部は回転体１３の外側に突出し露出されている。

回転体１３及び固定体１５は、互いに２０乃至３０μｍ程度の隙間を置いて設けられている。固定体１５は、回転体１３を回転可能に支持している。図示しないが、回転体１３及び固定体１５間の隙間には、金属潤滑剤が充填されている。回転体１３、固定体１５及び金属潤滑剤は、ラジアルすべり軸受けを形成している。

回転体１３の開口した他端部にシール部１６が設けられている。シール部１６は、回転体１３の他端部に固定ねじで固着されている。シール部１６は、円環状に形成され、固定体１５の側面全周に亘って隙間を置いて設けられている。シール部１６は、回転体１３及び固定体１５の回転軸ａに沿った方向への相対的なズレを規制するものである。

シール部１６及び固定体１５間の隙間（クリアランス）は、回転体１３の回転を維持するとともに金属潤滑剤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、隙間はわずかである。また、回転軸ａに沿った方向において、固定体１５、シール部１６及び金属潤滑剤は、スラストすべり軸受けを形成している。

陽極ターゲット１０は、回転軸ａに沿った方向に、回転体１３の一端部に対向配置されている。陽極ターゲット１０は、ターゲット本体１１と、ターゲット面１１ａとを備えている。ターゲット本体１１は、形状が円環状であり、モリブデン合金で形成されている。ターゲット面１１ａは、後述する陰極１８と対向した側のターゲット本体１１の表面に形成されている。ターゲット面１１ａは、形状が円環状であり、タングステン合金で形成されている。ターゲット面１１ａは、電子が衝突されることによりＸ線を放出するものである。

陽極ターゲット１０は、回転体１３の閉塞された一端部にナット１４で固定されている。陽極ターゲット１０は、回転体１３及び固定体１５と同軸的に設けられている。陽極ターゲット１０は、回転軸ａを中心に回転可能である。

陰極１８は、陽極ターゲット１０のターゲット面１１ａに間隔を置いて対向配置されている。陰極１８は、陰極構体１９に取付けられている。陰極１８は、陽極ターゲット１０に照射する電子を放出する電子放出源としてのフィラメント１８ａを有している。

真空外囲器１７は、円筒状に形成されている。真空外囲器１７は金属およびガラスで形成されている。真空外囲器１７において、陽極ターゲット１０と対向した個所の径は、回転体１３と対向した個所の径より大きい。真空外囲器１７は、真空外囲器１７の気密状態を維持するよう、固定体１５の他端部及び陰極構体１９と接合されている。真空外囲器１７は、陰極１８と対向したターゲット面１１ａ付近にＸ線を出射させるＸ線放射窓１７ｗを有している。真空外囲器１７は、密閉され、回転体１３、固定体１５、陽極ターゲット１０及び陰極１８等を収容している。真空外囲器１７の内部は真空状態に維持されている。

管容器２は、筒状に形成された周壁部２ａと、周壁部２ａの一端を閉塞した底壁部２ｂと、周壁部２ａの他端を閉塞した天井壁部２ｃと、を有している。周壁部２ａは筒状に形成されている。周壁部２ａは、Ｘ線を出射させるＸ線放射窓２ｗを有している。Ｘ線放射窓２ｗは、Ｘ線放射窓１７ｗと対向している。

Ｘ線放射窓２ｗより天井壁部２ｃ側において、周壁部２ａの内壁には、固定部２ｐが形成されている。ここでは、周壁部２ａ及び固定部２ｐは、一体形成されている。固定部２ｐには部分的に雌ねじの加工が成されている。固定部２ｐより底壁部２ｂ側において、Ｘ線放射窓２ｗを除く周壁部２ａの内壁には、Ｘ線遮蔽板９ａが設けられている。底壁部２ｂの内壁には、Ｘ線遮蔽板９ｂが設けられている。Ｘ線遮蔽板９ａ、９ｂは、例えば鉛板で形成されている。底壁部２ｂ及び天井壁部２ｃは、それぞれ、周壁部２ａに取り外し可能にねじ止め（図示せず）されている。

高電圧絶縁部材５は、桶状に形成され、複数のねじ８を用い、固定部２ｐに取り外し可能にねじ止めされている。固定体１５（Ｘ線管１）は、高電圧絶縁部材５にナット６で固定されている。高電圧絶縁部材５は、固定体１５と、管容器２及びステータコイル７との間を電気的に絶縁するものである。

ステータコイル７は、回転体１３の側面に対向して真空外囲器１７の外側を囲むように高電圧絶縁部材５に取り付けられている。ステータコイル７は回転体１３を回転させるものである。ステータコイル７に所定の電流が供給されることで回転体１３が所定の速度で回転され、陽極ターゲット１０が所定の速度で回転される。

陽極コネクタ４ａは、周壁部２ａ（管容器２）に気密に取付けられている。陰極コネクタ４ｂは、陽極コネクタ４ａとは独立して周壁部２ａ（管容器２）に気密に取付けられている。陽極コネクタ４ａ及び固定体１５は電気的に接続されている。陰極コネクタ４ｂ及びフィラメント１８ａ（陰極１８）は電気的に接続されている。

管容器２の内部には、Ｘ線管１、高電圧絶縁部材５及びステータコイル７等が収容されている。絶縁油３は、管容器２内に充填されている。
蓋部３０は、ねじ３１にて天井壁部２ｃにねじ止めされている。蓋部３０は、後述する冷却液注入口２ｈを閉塞するものである。蓋部３０及び天井壁部２ｃ間に図示しないＯリングが介在されているため、蓋部３０及び天井壁部２ｃ間を液密に連結することができる。

次に、上記管容器２について詳しく説明する。
図１、図３及び図４に示すように、管容器２は、内壁の一部を形成する平坦面２ｓと、冷却液注入口２ｈと、溝部２１、２２とを有している。平坦面２ｓは円形である。冷却液注入口２ｈは、平坦面２ｓの一部を開口して設けられている。冷却液注入口２ｈは、円形の孔である。溝部２１、２２は、冷却液注入口２ｈに繋がって平坦面２ｓに形成され平坦面２ｓの周縁（周壁部２ａの内壁）まで延出している。

この実施形態において、平坦面２ｓ、冷却液注入口２ｈ及び溝部２１、２２は、天井壁部２ｃに形成されている。溝部２１及び溝部２２は、冷却液注入口２ｈを挟んで直線状に形成されている。

溝部２１の冷却液注入口２ｈとの境界での幅ｗ２１は、冷却液注入口２ｈの幅ｗ２ｈ（直径）より狭い。溝部２２の冷却液注入口２ｈとの境界での幅ｗ２２は、冷却液注入口２ｈの幅ｗ２ｈ（直径）より狭い。

幅ｗ２１、幅ｗ２２、幅ｗ２ｈ、溝部２１の深さｄ２１、溝部２２の深さｄ２２、及び平坦面２ｓの幅ｗ２ｓは、特に限定されるものではなく種々変形可能である。なお、この実施形態において、溝部２１の延出した方向に亘って、溝部２１の幅及び深さは一定である。また、溝部２２の延出した方向に亘って、溝部２２の幅及び深さは一定である。
上記のように、回転陽極型のＸ線管装置が構成されている。

次に、上記Ｘ線管装置の製造方法について説明する。
図５（図１）に示すように、Ｘ線遮蔽板９ａが設けられた周壁部２ａ内に、ステータコイル７が設けられた高電圧絶縁部材５を取付ける。続いて、Ｘ線管１を高電圧絶縁部材５に固定する。次いで、固定体１５と配線された陽極コネクタ４ａ、及び陰極１８と配線された陰極コネクタ４ｂを、周壁部２ａに密着させる。その後、Ｘ線放射窓２ｗを周壁部２ａに密着させ、Ｘ線遮蔽板９ｂが設けられた底壁部２ｂ及び天井壁部２ｃを周壁部２ａに、ねじ止めにより密接させる。これにより、空状態のＸ線管装置が完成する。

空のＸ線管装置を用意した後、冷却液注入口２ｈが重力方向と反対の方向に向って開口するよう管容器２（空のＸ線管装置）を配置する。また、冷却液注入治具５０を用意する。ここで、冷却液注入治具５０は、冷却液槽５１と、冷却液槽５１の放出口近傍に設けられた図示しないバルブとを有している。バルブは、冷却液槽５１の放出口から外部への絶縁油３の放出を制御するものである。

続いて、冷却液槽５１の放出口が冷却液注入口２ｈに連通するよう、管容器２に冷却液注入治具５０を取付ける。この際、蓋部３０を天井壁部２ｃにねじ止めするように、冷却液注入治具５０を天井壁部２ｃにねじ止めすればよい。

次いで、絶縁油３を冷却液槽５１及び冷却液注入口２ｈから管容器２内に注入する。これにより、管容器２内には、絶縁油３が充填され、冷却液槽５１内に絶縁油３が溜まった状態となる。そして、天井壁部２ｃの内壁（平坦面２ｓ）は平坦であるため、管容器２の上部には、空気（気泡）が溜まっている。

図６に示すように、その後、管容器２を揺動させ、管容器２の上部に溜まった空気を溝部２１、２２を伝わらせ、冷却液注入口２ｈから冷却液槽５１側に排出させる。これにより、管容器２内の空気を冷却液槽５１側に効率よく排出することができる。この実施形態において、管容器２を揺動させる際、溝部２１、２２の延出した方向及び重力方向に沿った平面上において、管容器２を揺動させている。これにより、管容器２内の空気を冷却液槽５１側に一層効率よく排出することができる。

管容器２内の空気を排出させた後、冷却液注入治具５０内の絶縁油３を排出し、冷却液注入治具５０を管容器２（天井壁部２ｃ）から取外す。次いで、蓋部３０を天井壁部２ｃにねじ止めし、冷却液注入口２ｈを蓋部３０で閉塞する。
これにより、Ｘ線管装置の製造が終了する。

以上のように構成された実施形態に係る回転陽極型のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法によれば、Ｘ線管装置は、陰極１８と、陽極ターゲット１０と、真空外囲器１７とを有したＸ線管１と、平坦面２ｓと、冷却液注入口２ｈと、溝部２１、２２とを有した管容器２と、絶縁油３と、蓋部３０と、を備えている。

Ｘ線管装置の製造工程において、管容器２内に絶縁油３を充填した後、管容器２を揺動させている。天井壁部２ｃの内壁（平坦面２ｓ）には溝部２１、２２が形成されているため、天井壁部２ｃの内壁（平坦面２ｓ）が平坦であっても、管容器２内に溜まった空気の流れを制御することができる。これにより、管容器２内に溜まった空気を外部に効率よく排出することができる。

管容器２内に空気が存在しないようＸ線管装置を製造することができるため、管容器２内に空気が存在する場合に生じる問題を解消することができる。例えば、Ｘ線管及び管容器間に生じる恐れのある放電を抑制することができる。
上記のことから、管容器２内に溜まった空気を冷却液注入口２ｈから外部に排出することのできる回転陽極型のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法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。

溝部２１、２２の形状は限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、溝部２１、２２は、直線状に形成されていなくともよい。溝部２１、２２は、冷却液注入口２ｈから平坦面２ｓの周縁に向かって次第に幅が広くなるよう形成されていてもよい。図７に示すように、溝部２１、２２は、並設されていてもよい。

管容器２は、溝部を１つ又は３つ以上有していてもよい。例えば、図８に示すように、管容器２は、溝部２１、２２、２３を有していてもよい。ここでは、溝部２１、２２、２３は、平坦面２ｓに同軸の周りで等間隔に位置している。この場合、溝部２１、２２、２３の位置を考慮することなく管容器２を揺動しても、管容器２の上部に溜まった空気を溝部２１、２２、２３を伝わらせることができる。

管容器２を揺動する方向は、限定されるものではなく、種々変形可能であり、空気が溝部を伝うような方向に管容器２を揺動すればよい。

この発明のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法は、上記回転陽極型のＸ線管装置に限定されることなく種々変形可能であり、固定陽極型のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法等、各種のＸ線管装置及びＸ線管装置の製造方法にも適用することができる。

１…Ｘ線管、２…管容器、２ａ…周壁部、２ｂ…底壁部、２ｃ…天井壁部、２ｗ…Ｘ線放射窓、２ｈ…冷却液注入口、２ｓ…平坦面、３…絶縁油、７…ステータコイル、１０…陽極ターゲット、１３…回転体、１５…固定体、１７…真空外囲器、１８…陰極、２１，２２，２３…溝部、３０…蓋部、５０…冷却液注入治具、５１…冷却液槽。

Claims (7)

1. 電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットを収容した真空外囲器と、を有したＸ線管と、
   前記Ｘ線管を収容し、内壁の一部を形成する平坦面と、前記平坦面の一部を開口して設けられた冷却液注入口と、前記冷却液注入口に繋がって前記平坦面に形成され前記平坦面の周縁まで延出した溝部と、を有した管容器と、
   前記管容器内に充填された冷却液と、
   前記冷却液注入口を閉塞した蓋部と、を備えているＸ線管装置。
2. 前記管容器は、筒状に形成された周壁部と、前記周壁部の一端を閉塞した底壁部と、前記周壁部の他端を閉塞した天井壁部と、を有し、
   前記平坦面、冷却液注入口及び溝部は、前記天井壁部に形成されている請求項１に記載のＸ線管装置。
3. 前記溝部は、直線状に形成されている請求項１又は２に記載のＸ線管装置。
4. 前記溝部の前記冷却液注入口との境界での幅は、前記冷却液注入口の幅より狭い請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線管装置。
5. 前記管容器は、前記冷却液注入口に繋がって前記平坦面に形成され前記平坦面の周縁まで延出した他の溝部をさらに有している請求項１乃至４の何れか１項に記載のＸ線管装置。
6. 前記溝部及び他の溝部は、前記冷却液注入口を挟んで直線状に形成されている請求項５に記載のＸ線管装置。
7. 電子を放出する陰極と、前記陰極から放出される電子が衝突されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、前記陰極及び陽極ターゲットを収容した真空外囲器と、を有したＸ線管と、前記Ｘ線管を収容し、内壁の一部を形成する平坦面と、前記平坦面の一部を開口して設けられた冷却液注入口と、前記冷却液注入口に繋がって前記平坦面に形成され前記平坦面の周縁まで延出した溝部と、を有した管容器と、を備えた空のＸ線管装置を用意し、
   前記冷却液注入口が重力方向と反対の方向に向って開口するよう前記管容器を配置し、
   前記冷却液注入口に連通するよう、前記配置された管容器に冷却液注入治具を取付け、
   冷却液を前記冷却液注入治具及び冷却液注入口から管容器内に注入し、
   前記管容器内に前記冷却液が充填され、前記冷却液注入治具に前記冷却液が溜まった状態で、前記管容器を揺動させ、前記管容器の上部に溜まった空気を前記溝部を伝わせ、前記冷却液注入口から前記冷却液注入治具側に排出させ、
   前記空気を排出させた後、前記冷却液注入治具を前記管容器から取外し、
   前記冷却液注入治具を取外した後、前記冷却液注入口を蓋部で閉塞するＸ線管装置の製造方法。

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