JPS61224251A

JPS61224251A - 回転陽極型ｘ線管

Info

Publication number: JPS61224251A
Application number: JP6231085A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は回転陽極型Ｘ線管装置に係り、陽極ターゲッ
トを磁気軸受で非接触で支承しながら高速度で回転させ
、更にこの陽極ターゲットに正の高電圧を供給し、陰極
に負の高電圧を供給し、真空容器及び磁気軸受用ロータ
ーを実質的に接地電位に保ち、磁気軸受のステーターと
ローターの間隔を４ｕ以下に保ち、且つコンパクトな構
造とした回転陽極型Ｘ線管装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般にＸ線管は、例えばＸ線診断として医療用に利用さ
れているが、胃の検診などの場合には、従来第３図に示
すようなＸ線管が用いられている。このＸ線管は、いわ
ゆる回転陽極型といわれるもので、外囲器１の一方に陰
極２が配設され、熱電子を放出する陰極フィラメント及
び集束電極を内蔵したカップ３が偏心して設けられてい
る。又、外囲器１の中央付近には、陰極ヱに対向して略
傘状の陽極ターゲット４が配設されている。この陽極タ
ーゲット４は、上記陰極ｌとの間に高電位差を設け、陰
極フィラメントから放出された電子を加速して衝突させ
、制動輻射によってＸ線を発生させるとともに、その際
に発生する多畦の熱を貯蔵および放熱するだめのもので
あり、熱発生面積を実効的に広げるために高速度で回転
できるように々っている。このような陽極ターゲット４
は支持柱５を介してイイ等円筒状ローター６に連結され
ている。

このローター６は、外囲器Ｉ外に配設されたステータ７
が発生する回転磁界を受けて回転力を生じるもので、ス
テータ７と共に誘導電動機を形成している。尚、支持柱
５とローター６は一体釦なっている。ローター６の内側
には、軸心に沿って回転軸８が配役され、この回転軸８
の一端はねじ等（図示せず）によりローター６に固着さ
れている。この回転軸８と前記ローター６との間には有
底筒状の固定子９が同軸的に配設され、一端が封着リン
グ１０．１１を介して上記外囲器１に固定されている。

溝、この固定子９Ｆｉ一部が管外に露出しており、Ｘ線
庁全体を外部に支持固定する役目も果している。そして
固定子９と上記回転軸８との間には、ベアリング１２．
１３が介在配設され、回転軸８が自由に回転するように
なっている。きて、動作時には陰極フィラメントから放
出された電子がターゲット４に到達した時のパワーは、
陽極電圧５０、ｋＶ電流２０　ｍＡの場合、１　ｋＷに
達する。

このパワーの９９％以上が熱に変換されるので、ターゲ
ット４は外部への？Ａ　ｆ１３射と他の部分への熱伝導
を伴いなから畠温度に加熱される。熱輻射は温度の４乗
に比例して増加するので、高温になると放熱が大きく増
力口し、短時間で熱平衡に達する。例えば前記の条件で
は５分後に１１００℃で平衡する。一方、熱伝導による
熱の伝達は、伝導媒体の他端が熱的にフリーの場合には
、長時間かかって徐々に端部が高温となる。そしてター
ゲット４の熱はローター６、回転軸８に伝えられ、これ
らを高温にする。ローター６が高温になれば、前述した
ように熱輻射が増加して熱的に平衡に達する。上記した
条件では、支持柱５上の０点は通電開始後約１５分で８
００℃、ローター６の０点では通電開始後３０分で５５
０℃、ベアリング１３の近傍の０点では通電開始俵約５
０分で４００℃で熱平衡に達スる。ベアリング１３の熱
伝導が悪化すれば、０点の温度は０点と同一となり、５
５０℃にも達することになる。ベアリング１２．１３中
のボールの回転状況によっては熱膨張により外輪、内輪
とのクリアランスが不良となり、ベアリング破損等の不
都合が発生することとなる。

又、ベアリング１２．１３が５００℃以上にもなれば、
ボールの硬度低下をきたし、回転停止等の管球破損が発
生することになる。

又、真空中でベアリング１２．１３を介してローター６
及びターゲット４を回転する場合、回転速度を大きくす
ると、極端に回転寿命が低下することが判っている。現
実に使用されているＸ線管は１０，０００　ｒｐｍ程度
であるが、この場合でも回転寿命は十分ではない。

更に、ターゲット４の熱容量が増えた場合に、ターゲッ
ト重量が大きくなり、やはり回転寿命が短かくなる欠点
があった。これを解決するために、米国特許明細書４，
４１７，１７１号、特公昭５８−４３８６０号、特開昭
５９−６３６４６号に記載されている磁気浮上形Ｘ線管
が提案されているが、これらは次のような欠点を有して
いる。即ち、米国特許明細９４，４１７．１７１号では
、ローターの外径が極めて大きくなり、Ｘ線管全体が大
きくなるだけでなく、中央部の支柱を高電圧にしなけれ
ばならないので、その保持が困難である。ｃｒ−公昭５
８−４３８６０号では、ローターとターゲットの剛性が
小さく、共振周波数が低くなり、高速回転ができ々い欠
点がある。特開昭５９−６３６４６号では、陽極を接地
電位に保たなければならず、特別の高電圧電源及び高定
圧ケーブルが必要となり不便である。

〔背景技術の問題点〕

ところで上記のような従来のＸ線管には、次のような欠
点がある。即ち、上述のようにベアリング１２．１３の
内輪は高温度になり易いが、外輪は低温となっており、
この点の温度は６０°Ｃから５５０℃の間で、ベアリン
グＺ　２　、１．９中のボールの回転状況１でよって変
化する。ボールの温度が高く々ると、ボールと内輪及び
外輪とのクリアランスが不足するだけでなく、これらの
間に存在する潤滑材が蒸発してしまい、ベアリング１２
．１３が破損する場合がある。これらの理由により回転
停止事故が多発し易い欠点がある。この防止のためにタ
ーゲット４の黒化度の増大、ローター６の表面の黒化度
の増大、ターゲット４とローター６の間に熱遮蔽板の設
置等が考えられているが、これらの効果は比ｆｆ的少な
く、ターゲット４への入力パワーを過少にしているのが
実状である。

又、この構造では高速回転をすると、回転寿命が極めて
短かくなる。そして、ターゲット４の熱容量を増すと、
ターゲット４の重量が増すため、益々回転寿命が短かく
なる。これらの問題を除去するだめに、磁気軸受を用い
た回転陽極型Ｘ線管が既述のように米国特許明細書４．
４１７，１７１号、特公昭５８−４３８６０号、特開昭
５９−６３６４６号に提案されている。

しかしながら、これらはそれぞれ前述したように欠点を
有している。

更に、これら及び第３図に示した従来の回転陽極型Ｘ線
管では、３０．ＯＯＯｒｐｍ程度以上の超高速回転を達
成しようとした場合に、ターゲット４内の遠心応力が過
大となり、ターゲット４の破損を生じせしめる。　　　
・〔発明の目的〕この発明の目的は、大容量のＸ＠発生用回転陽極体を磁
気軸受を用いて非接触で回転自在に支承し、この磁気軸
受の剛性を十分大きく保ち、しかも回転部の剛性を大き
くして共振周波数を高くし、低振動の超高速回転を可能
とし、回転寿命を極めて長くし、且つ回転陽極体を正の
高電圧に、陰極を負の高電圧に、真空容器及び磁気軸受
のローター及びステータを実質的にアース電位に保つこ
とにより、磁気ギャップを小さくして剛性を高くすると
共に、ローターの変位を検出する位置センサーにノイズ
が入らないようにして、信頼性を著しく向上した回転陽
極型Ｘ線管を提供することである。

〔発明の概要〕

この発明は、磁気軸受用ローターの内部に絶縁物を挿入
固着し、この絶縁物を介してこの絶縁物の外周部で分離
した位置にＸ線発生用回転陽極体を機械的に固着して、
この回転陽極体と上記磁気軸受用ローターとを分離した
上記絶縁物の部分で電気的にｅ縁し、上記磁気軸受用ロ
ーターを実質的に接地電位に保ち、少なくとも１個のロ
ーターの内部に貫通して設けられた尋電路を通って管外
から上記回転陽極体に止の高電圧を供給するように構成
されている。そして、陰極には負の高電圧を加えること
ができ、従来の回転陽極型Ｘ線管と同じ中性点接地形の
高電圧電源で使用することができ、従来のＸ　線”＃と
同じ程度の重量及び外形寸法を有し、しかも大容量のタ
ーゲットを超高速度で回転させることができ、極めて長
寿命で低振動、低騒音の回転陽極型Ｘ線管装置である。

〔発明の実施例〕

この発明の回転部！・正型Ｘ線′ρ装置は第１図に示す
ように構成され、従来例（第３図）と同−置所は同一符
号を付すことにする。

即ち、真空容器であるハウジングＬの中央部は金属製で
あり、接地’４　ｍに保たれている。そして、このハウ
ジングＬは、Ｘ線発生用の回転陽極体４００からの熱を
吸収゛する吸熱容器部１０　１と、磁気軸受内真空隔壁
１０２，１０３と、位置センサー内真空隔壁１０４　、
１０５と、補助軸受支持板１０６，１０７と、端部絶縁
容器１０８，１０９から成り立っている。このようなハ
ウジングＬは上記部分によって既述のように真空容器を
形成し、その内部は高真空に保たれている。

上記磁気軸受内真空隔壁１０２，１０３の外側には、ラ
ジアル方向に吸引力を発生するラジアル磁気軸受用ステ
ーター１１０，１１１が設けられている。このラジアル
磁気軸受用ステーター１１０，１１１のそれぞれ横には
、スラスト方向に吸引力を発生するスラスト磁気軸受用
ステーター１１２．１１３が設けられている。

これら各ステーターの内側には、磁気軸受川口磁性材料
からなり、その外周には磁性材料から々る積層板１１６
，１１７が被覆され、この積層板１１６，１１７と上記
ラジアル磁気軸受用ステーター１１０，１１１との間で
吸入力を発生してラジアルイ磁気軸受を構成している。

又、上記磁気軸受用ローターリ４，１１５の端部には、
耐熱金属１１８，１１９を有して例、ｔ　ハバリウムイ
ンブレカソードのような低温動作の陰極１２０，１２１
が取付けられており、ダイオード陽極１２２，１２３と
の間で通電用ダイオード１２４．１２５を形成している
。更にその外側に、固定陰極１２６，１２７が設けられ
ており、上記の回転する耐熱金属１１８゜１１９の一部
との間に上記通電用ダイオード１２４．１２５と逆特性
の通電ダイオード１２８゜１２９を形成している。これ
らのダイオードにより磁気軸受用ローター１１４．ＩＺ
５は両方共実質的に接地電位に保たれ、上記磁気１ｖ＋
ｉ受内真空隔壁１０２，１０３と実質的に同電位になっ
ている。このため、それらの間隔を０．５間以内の小ギ
ャップに保つことができ、上記ラジアル磁気軸受用ステ
ーター、１１．０．１１１と磁気軸受用ローター１１４
，１１５との間隔を１ｕ以内に小さくすることができる
。この結果、軸受剛性を極めて大きくすることができる
。

更に上記磁気軸受用ローター１１４．１１５の外周には
、上記積層板１１６　ｔｌｌ　７に続いて非磁性金属か
らなる金属リング１３０，１３１が固着され、一方のロ
ーターロ」の外周には上記金属リング１３１に続いて銅
リング１３２、非磁性リング１３３が固着されている。

上記銅リング１３２の外側にはローター回転用ステータ
ー１３４が設けられており、これらは誘導モーターを形
成してローターを高速度で回転させる。上記金属リング
１３０、非磁性す／ダ１３３の外側には、それぞれリン
グ１０４，１０５を介シてラジアルセンサー１３５，１
３６が設けられ、磁気軸受用ローター仁１４．１１５の
偏位を検出する。

又、上記磁気軸受用ローターリ〕の内側には、貫通した
電気絶縁物１３７が焼きばめ等によって機械的に剛に固
着されている。この電気絶縁物１３７のうち回転陽極体
仁す側の端面１３７−ａには、モリブデン等からなる金
属板１３Ｂが接合されている。この接合は、ろう付は等
によって実現可能であることは、実験済みである。そし
て、この金属板１３８には、Ｘ線発生用の陽極ターゲラ
）４がボルト１３９により機械的に密に固定されている
。

上記磁気軸受用ローターリコの端部と上記金属板１３８
の中間部では、電気絶縁物１３７の直径を他の部分より
も大きな耐電圧部１３７−１）が形成され、ターゲラ）
４と磁気軸受用ローラーリ】の高耐電圧（例えば８０　
ｋＶ以上）を保っている。この場合、電気絶縁物１３２
の耐電圧部１３７−ｂは、表面を凹凸にすることにより
沿面距離を長くしている。

上記電気絶縁物１３７の中央部には導電路１４０が設け
られ、電気絶縁物１３７のターゲット４側の端面にメタ
ライズ処理等によって取付けられた導電体１４１を介し
てターゲラ）４に電気的に結合されている。上記導電路
１４０の他の端部には耐熱金属１４２が設けられており
、その一部に熱電子放出陰極１４３が取付けられ、その
外部に取付けられたヒーター１４４により陰極１４３は
１０００℃程度の高温度に加熱される。上記ヒーター１
４４には、動作時に管外から高電圧（例えば７５　ｋＶ
　）が印加され、上記のように加熱されて陰極１４３か
らの熱電子の流入により、電気的に低インピーダンスで
結合されている。従って、ターゲット４に管外から非接
触で高電圧を供給することができる。

もう一方の磁気軸受用ローターリ」の内側一部にも、電
気絶縁物１４５が焼きばめ等により挿入固着されており
、上記と同様にターゲット取付用金属板１３８とロータ
ーＵ」は、径が大きい耐電圧部分１４５−ａによって高
耐電圧（例えば８０ｋＶ）に保たれている。そして、上
記したようにローターリ」は接地電位に保たれ、ターゲ
ット４は正の高電圧に保たれている。尚、耐電圧部分１
４５−ａは凹凸部分を設けて沿面距離を長くしている。

又、陰極３には図示しない導電体によって負の高電圧（
例えば−７５ｋＶ）が供給されており、熱電子が正の高
電圧（例えば＋７５　ｋＶ　）に保たれた回転陽極体←
ニに衝突してＸ線１４６を発生する。このＸ線１４６は
、吸熱容器部１０１に取付けられた例えばべＩＪ　ＩＪ
ウムからなるＸ線放射窓１４７を通って管外に照射され
る。又、ターゲットＡから放出された２次電子（図示せ
ず）は、管内に設けられた遮蔽板１４８．１４９により
遮蔽され、電気絶縁物１３’ｌ、１４５の耐電圧部１３
７−ｂ、Ｉ４５−ａに飛来するのを防いでいる。

更に、ローター１１４．１１５の端部の外側には、それ
ぞれ補助ベアリングＩ５θ、１５Ｚが支持板１ｏｅ、ｚ
０７によって強固に支持されている。ローター１１４．
１１５が正常に作動しているときには、ローター１１４
，１１５と非接触であるが、動作前又は異常動作の場合
には、この補助ベアリング１５０，１５１によって回転
部が支承される。

又、ローター１１５の端部には、スラスト方向の偏位を
検出するだめの位置センサー１５２が取付けられ、その
出力によりスラスト磁気軸受用ステーター１１２，１１
３を制御してスラスト方向の位置制御を行なう。

尚、電受絶縁物１３７，１４５の材質として、窒化シリ
コン（例えばＳｉ、Ｎ、）のようなセラミックスを用い
ると、機械的強度が大きくなり、好適である。

又、上記回転陽極体←すは、ターゲット円板４θ２と、
このターゲット円板４０２を両側から挾持して接合する
一対のターゲット支持体４０１？　、　４０４とからな
っている。

上記ターゲット円板４０２は、上記陰極３から放出され
加速されて入射する電子の入射面の軌跡（電子入射軌道
面）４０１を、端表面で形成するように作られており、
その厚さは１０ｉｚ以下に設定されている。そして、既
述のように高密度の高エネルギー電子が入射するので、
その表面が局部的に２８００　’Ｃｔで高温になる。

従って、ターゲット円板４０２は、再結晶温度が高いこ
と、高融点であること、熱伝導率が大きいこと、比熱と
密度の積が大きいこと、電子番号が大きいこと等が必要
であり、現在のところ高融点重金属例えばタングステン
又はその合金が最適である。

又、上記ターゲット支持体４０３，４０４は、耐熱金属
例えばモリブデン又はその合金でできている。そして、
３００００ｒｐｍ程度以上の超高速回転の場合には、遠
心応力が過大となってターゲット円板４０２が破損しな
いためには、ターゲット円板４０２の接合部が回転軸と
直角であることが好ましい。従って、平板状のターゲッ
ト円板４０２の両側平面で例えばホットプレスにより高
熱伝導率を有する耐熱金属（例えばモリブデン又はその
合金）と貼合わせ、その後、上記したように加工する。

又、上記ターゲット支持体４０３．４０４は、回転中心
における遠心応力が過大とならないように、中央部から
離れるに従って径が小さくなる径小な支持軸部４０５，
４０６を一体に有し、この支持軸部４０５，４０６には
熱抵抗を増すために、両側からくりぬいて夫々中空４０
７゜４０８が形成されている。

尚、接合を容易にするために、又、回転陽極体４００全
体の爪゛准を小さくするために、既述のように上記ター
ゲット円板４０２の厚さをＩｏｎ麓以下に保つと良い。

〔発明の変形例〕

上記実施例では、ローター１１４．１１５を実質的に接
地電位に保つために非接触の電流通路を採用しているが
、その片方又は両方を機械的に接触させる構債にしても
良い。

同様（（、回転陽極体４００に管外から電圧を供給する
ための非接触４電部１４３．１４４を機械的な接触によ
る導電機構に変えても良い。

又、ローターｕ〕（又はｚ　２５）と絶縁物１３７（又
は１４５）とを全面で接合しているが、接合面を一部分
に限定しても良いことは勿論である。

又、回転陽極体４００と電気絶縁物１３７゜１４５の間
に、それぞれ金属板１３８を介して両者を結合している
が、これらを直接接合しても良い。

次に、他の変形例について第２図を用いて説明するが、
第１図と同一箇所は同一符号を付す。

即ち、電気絶縁物１３７．１４５は柱状とし、耐′醒圧
部分１３７−ｂ、１４５−ａは沿面距離を長くすること
により、高電圧とすれば、上記実施例と同様効果が得ら
れる。更に、耐電圧部分１３７−ｂ　、　１４５−ａに
凹凸部を設けて沿面距離を長くすれば良いことは勿論で
ある。

又、軸受部に従来の機械的ベアリングを用いても良い。

更に回転陽極体←すのターゲット支持体４０　、？　、
　４θ４、支持軸部４０５，４０６の全部又は一部を高
熱伝゛導率を有するセラミック（例えばＳｉＣ）で作っ
ても良い。

〔発明の効果〕

この発明によれば、次のよ・うな優れた効果が得られる
。

即ち、回転陽極体←すが遠心応力に対して強いので、３
０．ＯＯＯｒｐｍ程度の超高速回転が可能であり、Ｘ線
管の尖頭入力値を従来管に比べて１．７位に増加させる
ことができる。又、回転体が完全非接触であるため、低
振動、低騒音のＸ線管を提供でき、更に機械的ボールベ
アリングを使わないので、回転寿命が極めて長くなる。

又、回転陽極体（ム！を正の高電圧に、陰極１２０．１
２１を負の高電圧に保っているので、いわゆる中性点接
地方式の高電圧電源が使用できる。つまり従来のＸ線管
用電源を使用できるため、この発明の回転陽極型Ｘ線管
は従来のＸ線発生装置に使用することができる。

又、ローター１１４．１１５が実質的に接地電位である
だめ、磁気軸受の磁気ギャップを小さくできると共に強
い剛性を得ることができ、＝２０− 極めて重い重量（例えば４Ｋｇ）のターゲラ）４を高速
（例えば３０．００　Ｏｒｐｍ　）で回転させることが
できるので、超大容量（例えば６　）Ｊ（Ｕ　）のＸ線
管を提供することができる。更に、ローター１１４，１
１５が実質的に接地電位であるために、位置センサー１
５２に入るノイズを減少させることができ、安定な動作
が可能である。

又、ローター１１４．１１５の構造が簡単であり、この
結果、コンパクトで低価格のＸ線管を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る回転陽極型Ｘ線管を
示す断面図、第２図はこの発明の変形例を示す断面図、
第３図は従来の回転１湯極型Ｘ線管を示す断面図である
。１・・・ハウジング、１１０．１１１・・・ラジアル磁
気軸受用ステータ、１１２　、　Ｚ　１　、？・・・ス
ラスト磁気軸受用ステータ、Ｚ　２４　、　Ｚ　１５−
・・磁気軸受用ロータ、１２０．１２１・・・陰極、１
３７゜１４５・・・電気絶縁物、←ソ・・・回転陽極体
、４０２・・・ターゲット円板、４０３，４０４・・・
ターゲット支持体、４０５’、　４’０６・・・支持軸
部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１個の陰極と、この陰極に対向して設
けられた回転自在のＸ線発生用回転陽極体と、この回転
陽極体を回転自在に支承する軸受部とを有する回転陽極
型Ｘ線管において、上記回転陽極体は、ターゲット円板
と、このターゲット円板を両側から挾持して接合する一
対のターゲット支持体とを具備してなることを特徴とす
る回転陽極型Ｘ線管。
（２）上記ターゲット支持体は、径小な支持軸部を一体
に有し、かつこの支持軸部は中空に形成されている特許
請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（３）上記ターゲット円板の厚さは、１０ｍｍ以下に設
定されている特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ
線管。
（４）上記ターゲット円板は、タングステン又はその合
金よりなる特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線
管。
（５）上記ターゲット支持体は、モリブデン又はその合
金よりなる特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線
管。
（６）上記ターゲット支持体は、耐熱セラミックよりな
る特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ線管。
（７）上記軸受部は、磁気軸受である特許請求の範囲第
１項記載の回転陽極型Ｘ線管。