JP6158007B2 - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転陽極型Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管装置として、回転陽極型のＸ線管装置が使用されている。回転陽極型の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る。回転陽極型Ｘ線管は、固定軸と、回転体と、陰極と、真空外囲器とを備える。回転体は、陽極ターゲットを備える。

この回転陽極型Ｘ線管においては、ステータコイルが磁界を発生し、これにより回転体が固定軸周りに回転する。回転体が回転している状態で、陰極が陽極ターゲットに電子を照射すると、当該電子の衝突を受けて陽極ターゲットがＸ線を発生する。

特公平６−７０８９６号公報 特開２０１２−１０４３９１号公報 特開２０１１−６０５１７号公報 特開２０１０−２５７６４９号公報

例えば、上記の回転陽極型Ｘ線管の固定軸は、両端が開口した中空の形状を有する。この場合において、固定軸の内部に両端からそれぞれ第１固定円筒及び第２固定円筒を挿入し、これら第１固定円筒及び第２固定円筒の外壁と固定軸の内壁とを接合する構成が採用されることがある。固定軸と第１固定円筒及び第２固定円筒とは、例えばろう付けにより接合される。

固定軸の材料と、第１固定円筒及び第２固定円筒の材料とが異なる場合、各材料の熱膨張率の差により、温度変化に応じた固定軸、第１固定円筒及び第２固定円筒の膨張或いは収縮の程度が異なる。したがって、固定軸と第１固定円筒及び第２固定円筒との接合面において剥離が発生する虞がある。例えば固定軸をモリブデン合金にて形成し、第１固定円筒及び第２固定円筒を鉄合金或いはステンレスにて形成した場合、モリブデン合金と鉄合金或いはステンレスの熱膨張率は２倍程度異なることから、剥離が生じ易い。

固定軸の外部は真空であり、固定軸の内部は冷却用の液体で満たされるか、或いは外気と連通していることから、上記の剥離が発生するとＸ線管内の真空を維持できない。そうすると、Ｘ線管の耐電不良が生じ、Ｘ線管の性能を維持できなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、熱膨張率の差に起因した部品間の剥離を防止する回転陽極型Ｘ線管を提供することである。

一実施形態における回転陽極型Ｘ線管は、固定軸と、第１固定円筒と、第２固定円筒と、を備える。上記固定軸は、陽極ターゲットを回転自在に支持する中空の形状を有する。上記第１固定円筒及び上記第２固定円筒は、上記固定軸の内部に両側の開口からそれぞれ挿入され、上記固定軸に接合される。上記固定軸と、上記第１固定円筒及び上記第２固定円筒との接合面は、上記固定軸の軸方向と交わる面を含む。

第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の構成要素の一部を示す断面図である。 同実施形態における固定軸と第１固定円筒及び第２固定円筒との接合方法を説明するための図である。 第２の実施形態における固定軸と第１固定円筒及び第２固定円筒との接合方法を説明するための図である。 第３の実施形態における固定軸と第１固定円筒及び第２固定円筒との接合方法を説明するための図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管を構成する要素の一部を示す断面図である。回転陽極型Ｘ線管は、回転体１と、回転体１に挿入される固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４と、陰極１０と、真空外囲器１１と、を備える。

回転体１は、固定軸２の周囲で軸受により回転自在に支持されている。この軸受としては、例えば液体金属ＬＭを用いた動圧型のすべり軸受を採用することができる。陰極１０は、電子を放出する。真空外囲器１１は、回転体１、固定軸２、第１固定円筒３、第２固定円筒４、及び、陰極１０等を収容する。

回転陽極型Ｘ線管は、ステータコイル１２（回転駆動部）、筐体、及び、絶縁油（冷却液）などとともに、回転陽極型Ｘ線管装置に利用される。ステータコイル１２は、真空外囲器１１を挟んで回転体１と向かい合う位置に配置される。ステータコイル１２は、所定の電流が供給されることにより磁界を発生する。回転体１は、この磁界の作用により固定軸２の周囲で回転する。筐体は、回転陽極型Ｘ線管及びステータコイル１２等を収容する。絶縁油は、回転陽極型Ｘ線管と筐体との間の空間に充填される。

回転体１は、陽極ターゲット５と、第１回転円筒６と、第２回転円筒７と、第３回転円筒８と、第４回転円筒９と、を備える。

例えば、固定軸２、第１固定円筒３、第２固定円筒４、陽極ターゲット５、第１回転円筒６、第２回転円筒７、第３回転円筒８、及び、第４回転円筒９は、いずれも回転の軸Ａに沿うあらゆる方向の断面が軸Ａに関して点対称の形状である。

陰極１０は、例えば図１における陽極ターゲット５の右方に、陽極ターゲット５と間隔を空けて固定的に配置される。陽極ターゲット５は、陰極１０と向かい合う面が傾斜している。陰極１０から放出された電子は、この傾斜面に衝突する。陽極ターゲット５は、陰極１０から放出された電子が衝突したことに応じてＸ線を発生する。軸Ａに沿う陽極ターゲット５の断面形状は、例えば円環形である。陽極ターゲット５は、例えばモリブデン又はタングステン、或いはこれらを用いた合金にて形成される。

第１回転円筒６は、両端が開口した筒状を成す。第１回転円筒６は、例えばモリブデン又はタングステン、或いはこれらを用いた合金にて形成される。特に本実施形態において、第１回転円筒６は、陽極ターゲット５と一体的に形成される。

第２回転円筒７及び第４回転円筒９は、両端が開口した筒状を成す。第２回転円筒７及び第４回転円筒９は、鉄合金等の金属材料で形成される。第１回転円筒６及び第４回転円筒９は、同一の材料にて一体的に形成してもよい。

第３回転円筒８は、両端が開口した筒状を成す。第３回転円筒８は、例えば銅又は銅合金等の金属材料にて形成される。第３回転円筒８は、ステータコイル１２が発生する磁界を受けて、回転体１を固定軸２の周りで回転させるトルクを発生する。

第１回転円筒６と第３回転円筒８、第１回転円筒６と第４回転円筒９、第２回転円筒７と第３回転円筒８、及び、第２回転円筒７と第４回転円筒９は、互いに固定されている。この固定の手法としては、例えば２つの円筒のうち内側に位置する円筒を冷やして収縮させ、当該円筒を外側に位置する円筒に嵌め込む冷やし嵌め、２つの円筒のうち外側に位置する円筒を加熱して膨張させ、当該円筒に内側に位置する円筒を嵌め込む焼き嵌め、或いは、２つの円筒のうち内側に位置する円筒を外側に位置する円筒に圧入する圧入嵌め等の締り嵌めを利用できる。また、上記固定の手法として、溶接、ろう付け、かしめ、ねじ連結、或いはピン打ち等を利用してもよい。ねじ連結を利用する場合にあっては、２つの円筒のうち外側の円筒の内壁を雌ねじとし、内側の円筒の外壁を雄ねじとし、これら雌ねじと雄ねじを螺合させればよい。

第１回転円筒６は、図１における右方の端部に環状の突出部分６ａを有する。この突出部分６ａにより、第１回転円筒６の内部は、右方の端部にて狭まる。一方、第１回転円筒６の内部は図１における左方の端部において拡張している。この拡張部分と第４回転円筒９の側壁とによって、回転体１の内部には環状の窪み部分６ｂが形成される。

固定軸２は、例えば両端が開口した中空の筒状を成す。固定軸２は、図１における左方の端部に、外側に向けて突出する環状の突出部分２ａを有する。突出部分２ａは、窪み部分６ｂに隙間を空けて収まる形状である。固定軸２は、例えばモリブデン又はタングステン、或いはこれらを用いた合金にて形成される。固定軸２の左右の縁は、軸Ａと平行な方向に対して垂直な平面である。

第１固定円筒３は、例えば両端が開口した筒状を成す。第１固定円筒３は、固定軸２よりも小さい外形を有し、図１における左方から固定軸２の内部に挿入される。第１固定円筒３は、鉄合金或いはステンレス等の金属材料で形成される。

第２固定円筒４は、例えば両端が開口した筒状を成す。第２固定円筒４は、固定軸２よりも小さい外形を有し、図１における右方から固定軸２の内部に挿入される。第２固定円筒４は、鉄合金或いはステンレス等の金属材料で形成される。

第１固定円筒３は、外壁に沿う環状のガイド３ａを有する。ガイド３ａの図１における左右の側壁は、軸Ａと平行な方向に対して垂直な平面である。

第２固定円筒４は、外壁に沿う環状のガイド４ａを有する。ガイド４ａの図１における左右の側壁は、軸Ａと平行な方向に対して垂直な平面である。

ガイド３ａの図１における右方の側壁は、固定軸２の図１における左方の縁に接合される。すなわち、固定軸２と第１固定円筒３とは、軸Ａと平行な方向と交わる第１の面Ｆ１にて接合される。より具体的にいうと、本実施形態における第１の面Ｆ１は、軸Ａと平行な方向に対して垂直な面である。

図１におけるガイド３ａよりも右方の第１固定円筒３の外壁は、固定軸２の内壁に接合される。すなわち、固定軸２と第１固定円筒３は、互いに交わる複数の面にて接合される。

ガイド４ａの図１における左方の側壁は、固定軸２の図１における右方の縁に接合される。すなわち、固定軸２と第２固定円筒４とは、軸Ａと平行な方向と交わる第２の面Ｆ２にて接合される。より具体的にいうと、本実施形態における当該第２の面Ｆ２は、軸Ａと垂直な面である。

図１におけるガイド４ａよりも左方の第２固定円筒４の外壁は、固定軸２の内壁に接合される。すなわち、固定軸２と第２固定円筒４は、互いに交わる複数の面にて接合される。

固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４との接合方法について説明する。
図２は、固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４との接合方法を説明するための図であり、図１に示した固定軸２、第１固定円筒３及び第２固定円筒４の断面図を拡大して示している。

固定軸２は、内壁の突出部分２ａ側の端部付近を起点として設けられた雌ねじ２１と、内壁の突出部分２ａと反対側の端部付近を起点として設けられた雌ねじ２２と、を有する。

第１固定円筒３は、ガイド３ａを起点として設けられた雄ねじ３１を有する。雄ねじ３１のピッチ及び有効径は、雌ねじ２１と概ね同一である。第２固定円筒４は、ガイド４ａを起点として設けられた雄ねじ４１を有する。雄ねじ４１のピッチ及び有効径は、雌ねじ２２と概ね同一である。

第１固定円筒３は、雄ねじ３１を固定軸２の雌ねじ２１に締め付けることにより、固定軸２に取り付けられる。すなわち、本実施形態において、第１固定円筒３の外壁と固定軸２の内壁は、ねじ連結により接合される。本実施形態において、上述の第１の面Ｆ１は、ろう付けにより接合される。

第２固定円筒４は、雄ねじ４１を固定軸２の雌ねじ２２に締め付けることにより、固定軸２に取り付けられる。すなわち、本実施形態において、第２固定円筒４の外壁と固定軸２の内壁は、ねじ連結により接合される。本実施形態において、上述の第２の面Ｆ２は、ろう付けにより接合される。

図２においては、ろう付けにより接合される部分を矩形破線にて囲っている。

固定軸２の内部において、第１固定円筒３の先端と、第２固定円筒４の先端とは、陽極ターゲット５が周囲に所在する位置において離間する。これにより、固定軸２、第１固定円筒３及び第２固定円筒４にて構成される軸部材の内径が拡大する。この内径が拡大した部分の周囲においては、上記軸部材の厚みが薄くなる。したがって、回転体１に生じる熱が上記軸部材の内部に伝わり易い。例えば上記軸部材の内部に冷却液を通すことで、当該熱を効果的に排熱することができる。また、軸受面の温度を下げることができ、これにより液体金属ＬＭと軸受面との反応が抑制されるので、軸受の寿命を延ばすことが可能となる。

このように中間部分の内径が端部の内径よりも大きくなる軸部材を切削加工（なかぐり）により製作しようとしても、技術上、中間部分の内径を十分に大きくすることが難しい。さらに、軸部材の材料がモリブデンのように硬い金属の場合には、切削加工はより困難となる。これに対し、本実施形態のように固定軸２の両端から第１固定円筒３及び第２固定円筒４をそれぞれ挿入する構成においては、軸部材に十分な内径を持たせることが可能である。

固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４とを熱膨張率が異なる材料で形成した場合、熱膨張時或いは収縮時において固定軸２と第１固定円筒３、及び、固定軸２と第２固定円筒４の間に、軸Ａと平行な方向に沿ったせん断力が働く。固定軸２の内壁と第１固定円筒３及び第２固定円筒４の外壁との接合のみによって固定軸２に第１固定円筒３及び第２固定円筒４を取り付ける方法においては、このせん断力に起因した剥離が発生する虞がある。

これに対し、本実施形態においては、固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４との接合面が、固定軸２の内壁と第１固定円筒３及び第２固定円筒４の外壁だけでなく、軸Ａの方向と交わる第１の面Ｆ１及び第２の面Ｆ２を含む。したがって、当該接合面が剥離し難くなる。ひいては、真空外囲器１１内への液体金属ＬＭの漏洩や真空外囲器１１内の真空度の低下を防止し、回転陽極型Ｘ線管の性能を良好に保つことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４との接合方法において、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図３は、第２の実施形態における接合方法を説明するための図である。
本実施形態においては、固定軸２が雌ねじ２１，２２を有さず、第１固定円筒３が雄ねじ３１を有さず、第２固定円筒４が雄ねじ４１を有さない。

固定軸２の内壁と、第１固定円筒３の外壁とは、ろう付けにより接合される。上述の第１の面Ｆ１は、ろう付けにより接合される。

固定軸２の内壁と、第２固定円筒４の外壁とは、ろう付けにより接合される。上述の第２の面Ｆ２は、ろう付けにより接合される。

図３においては、ろう付けにより接合される部分を矩形破線にて囲っている。

本実施形態のように固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４とを接合した場合であっても、第１の実施形態と同じく接合面における剥離を防止できる。ひいては真空外囲器１１内への液体金属ＬＭの漏洩や真空外囲器１１内の真空度の低下を防止し、回転陽極型Ｘ線管の性能を良好に保つことができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、固定軸２と、第１固定円筒３及び第２固定円筒４との接合方法において、第１，２の実施形態と異なる。第１，２の実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、第３の実施形態における接合方法を説明するための図である。
固定軸２は、第１の実施形態と同じく雌ねじ２１，２２を有する。第１固定円筒３は、第１の実施形態と同じく雄ねじ３１を有する。第２固定円筒４は、第１の実施形態と同じく雄ねじ４１を有する。

第１固定円筒３は、雄ねじ３１を固定軸２の雌ねじ２１に締め付けることにより、固定軸２に取り付けられる。さらに、雌ねじ２１と雄ねじ３１との連結部分は、ろう付けされる。すなわち、本実施形態において、第１固定円筒３の外壁と固定軸２の内壁は、ねじ連結及びろう付けにより接合される。上述の第１の面Ｆ１は、ろう付けにより接合される。

第２固定円筒４は、雄ねじ４１を固定軸２の雌ねじ２２に締め付けることにより、固定軸２に取り付けられる。さらに、雌ねじ２２と雄ねじ４１との連結部分は、ろう付けされる。すなわち、本実施形態において、第２固定円筒４の外壁と固定軸２の内壁は、ねじ連結及びろう付けにより接合される。上述の第２の面Ｆ２は、ろう付けにより接合される。

図４においては、ろう付けにより接合される部分を矩形破線にて囲っている。

本実施形態のように固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４とを接合した場合であっても、第１の実施形態と同じく接合面における剥離を防止できる。ひいては、真空外囲器１１内への液体金属ＬＭの漏洩や真空外囲器１１内の真空度の低下を防止し、回転陽極型Ｘ線管の性能を良好に保つことができる。

特に本実施形態のようにねじ連結とろう付けの双方により固定軸２の内壁と第１固定円筒３及び第２固定円筒４の外壁とを接合する場合にあっては、固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４とが強力に接合されるので、真空外囲器１１内の真空が維持され易い。

（変形例）
第１〜第３の実施形態にて開示したほかにも、固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４との固定方法としては、種々の方法を採用できる。例えば、固定軸２と第１固定円筒３及び第２固定円筒４とを、冷やし嵌め、焼き嵌め、或いは圧入嵌め等の締り嵌め、或いは溶接により接合してもよい。

第１の面Ｆ１及び第２の面Ｆ２は、軸Ａと平行な方向に対して垂直な面に限られない。例えば第１の面Ｆ１及び第２の面Ｆ２は、軸Ａと平行な方向に対して傾斜した面であってもよい。

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。

１…回転体、２…固定軸、２ａ…突出部分、３…第１固定円筒、３ａ…ガイド、４…第２固定円筒、４ａ…ガイド、５…陽極ターゲット、６…第１回転円筒、６ａ…突出部分、６ｂ…窪み部分、７…第２回転円筒、８…第３回転円筒、９…第４回転円筒、１，２２…雌ねじ、１，４１…雄ねじ、Ａ…回転の軸。

Claims (6)

1. 陽極ターゲットを有する回転体を回転自在に支持する中空の固定軸と、
   前記固定軸の内部に両側の開口からそれぞれ挿入され、前記固定軸に接合される第１固定円筒及び第２固定円筒と、
   を備え、
   前記固定軸と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒との接合面は、前記固定軸の軸と平行な方向と交わる面を含む、
   回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記固定軸と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒とは、前記固定軸の内壁に設けられたねじ部と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒の外壁に設けられたねじ部とをそれぞれ締め付け、前記固定軸の軸と平行な方向と交わる面をろう付けすることにより接合される、
   請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記固定軸と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒とは、前記固定軸の軸と平行な方向と交わる面、及び、前記固定軸の内壁と前記第１固定円筒及び第２固定円筒の外壁とをろう付けすることにより接合される、
   請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記固定軸と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒とは、前記固定軸の内壁に設けられたねじ部と、前記第１固定円筒及び第２固定円筒の外壁に設けられたねじ部とをそれぞれ締め付け、且つ、前記固定軸の内壁と前記第１固定円筒及び第２固定円筒の外壁、及び、前記固定軸の軸と平行な方向と交わる面をそれぞれろう付けすることにより接合される、
   請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記固定軸の軸と平行な方向と交わる面は、前記固定軸の軸と平行な方向に対して垂直な面である、
   請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. 前記固定軸に挿入された前記第１固定円筒及び前記第２固定円筒それぞれの先端の間には、前記陽極ターゲットが周囲に所在する位置において隙間が設けられ、当該隙間により前記固定軸、前記第１固定円筒及び第２固定円筒からなる部材の内径が拡大する、
   請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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