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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre und
ein Röntgenstrahlröhrengerät, das mit
dieser versehen ist, und insbesondere auf eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre, die
mit einem hydrodynamischen Gleitlager mit einer Spiralnut ausgestattet
ist, sowie auf ein Röntgenstrahlröhrengerät, in das
die Drehanoden-Röntgenstrahlröhre aufgenommen
ist.
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Eine
Drehanoden-Röntgenstrahlröhre umfasst
eine Drehanodenscheibe, die mit einem Targetbereich zum Emittieren
eines Röntgenstrahls
versehen ist, einem Drehmechanismus, welcher die Drehanodenscheibe
direkt oder mit einer dazwischen angeordneten Lagerwelle drehbar
lagert, und einer Kathode zum Bestrahlen des Targetbereichs mit
einem Elektronenstrahl. Diese Drehanodenscheibe, der Drehmechanismus
und die Kathode sind in einem Vakuumkolben angeordnet. Der Drehmechanismus
zum Lagern der Drehanodenscheibe umfasst eine Drehstruktur mit Lagerabschnitten,
die zwischen der Drehanodenscheibe und dem Drehmechanismus sowie
einer stationären
Struktur ausgebildet sind.
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Bei
dem Röntgenstrahlröhrengerät mit der Drehanoden-Röntgenstrahlröhre nach
obiger Beschreibung wird ein rotierendes Magnetfeld von einer elektromagnetischen
Statorspule erzeugt, die außerhalb
des Vakuumkolbens der Drehanodenröhre so angeordnet ist, dass
sie die mit dem Drehmechanismus verbundene Drehanodenscheibe mit
hoher Geschwindigkeit unter Anwendung des Prinzips eines elektromagnetischen
Induktionsmotors dreht. Im Ergebnis wird der Targetbereich der Drehanodenscheibe
mit dem von der Kathode erzeugten Elektronenstrahl bestrahlt, so
dass ein Röntgenstrahl
von dem Targetbereich emittiert werden kann.
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Der
Drehmechanismus der herkömmlichen Drehanoden-Röntgenstrahlröhre, wie
z.B. der in EP-A-0565005 offenbarten, welcher die Drehanodenscheibe
drehbar lagert, wird nun mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Drehmechanismus eine
Lagerwelle 31. Eine Drehanodenscheibe (nicht gezeigt),
die mit einem aus einem Schwermetall hergestellten und einen Röntgenstrahl
emittierenden Targetbereich versehen ist, ist an der Lagerwelle 31 befestigt.
Ferner ist ein zylindrischer Rotor 32 zum drehbaren Lagern
der Drehanodenscheibe mit der Lagerwelle 31 gekoppelt.
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Der
Rotor 32 weist eine dreifach koaxiale Struktur auf, die
aus einem Außenzylinder 32a,
einem Zwischenzylinder 32b und einem Innenzylinder 32c mit
einem Boden besteht. Der Außenzylinder 32a und
der Zwischenzylinder 32b sind aneinandergelötet, um
eine integrale Struktur in einem in 1 dargestellten
oberen offenen Bereich B1 zu bilden. Übrigens ist der obere Abschnitt
des Zwischenzylinders 32b direkt mit der Lagerwelle 31 verbunden.
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Ferner
sind der Zwischenzylinder 32b und der Innenzylinder 32c aneinandergelötet, um
eine Struktur in einem unteren offenen Abschnitt gemäß 1 zu
bilden. Genauer gesagt sind, wie aus 2 hervorgeht,
die einen Seitenschnitt entlang der Linie II-II gemäß 1 zeigt,
der Außenzylinder 32a,
der Zwischenzylinder 32b und der Innenzylinder 32c koaxial
angeordnet, und der Zwischenzylinder 32b und der Innenzylinder 32c sind
integral durch einen Lötabschnitt
B2 über
den gesamten Umfangsbereich in einem unteren Endabschnitt des Drehmechanismus integral
miteinander verbunden.
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Ein
säulenartiger
Stator (nicht gezeigt) ist in den Innenzylinder 32c des
Rotors 32 eingesetzt, mit einem kleinen Lagerspalt von
etwa 20 μm,
der zwischen der Außenumfangsfläche des
Stators und der Innenumfangsfläche
des Innenzylinders 32c vorgesehen ist. Der Zwischenzylinder 32d ist
beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet und
erfüllt
auch die Funktion eines Magnetismus- Leitabschnitts des Drehmagnetfeldes,
das von einer elektromagnetischen Statorspule (nicht gezeigt) erzeugt
wird.
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Ein
wärmeisolierender
Zwischenraum G1 mit einer Größe von beispielsweise
etwa 0,5 mm in der Radialrichtung ist zwischen dem Außenzylinder 32a und
dem Zwischenzylinder 32b ausgebildet. Ferner ist ein wärmeisolierender
Zwischenraum G2 mit einer Größe von beispielsweise
etwa 1 mm in der Radialrichtung zwischen dem Zwischenzylinder 32b und dem
Innenzylinder 32c ausgebildet.
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Während des
Betriebs der Drehanoden-Röntgenstrahlröhre wird
der Targetbereich der Drehanodenscheibe mit einem Elektronenstrahl
bestrahlt, mit dem Ergebnis, dass die Drehanodenscheibe auf eintausend
und mehrere hundert Grad Celsius erhitzt wird. Die Wärme der
Drehanodenscheibe wird auf den Rotor über die Lagerwelle etc. übertragen,
um so die Temperatur des hydrodynamischen Gleitlagerabschnitts zu
erhöhen,
der zwischen dem Innenzylinder 32c und dem Stator angeordnet ist,
wodurch die Dreheigenschaften des Rotors beeinträchtigt werden.
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Bei
dieser Situation ist der Zwischenzylinder 32b, der direkt
an die Lagerwelle gebondet ist, allgemein aus einem Material mit
geringer Wärmeleitfähigkeit
gebildet, um eine Übertragung
der Wärme
der Drehanodenscheibe auf den Lagerabschnitt so weit wie möglich zu
verhindern. Da ferner auch Wärme während des
Betriebs in dem Lagerabschnitt erzeugt wird, ist es auch erwünscht, dass
der die Lagerfläche bildende
Innenzylinder aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, um eine
Ableitung der erzeugten Wärme
und eine wirksame Freisetzung nach außen zu gestatten.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist der Zwischenzylinder aus einem Material
mit geringer Wärmeleitfähigkeit
gebildet, und der Innenzylinder ist aus einem Material mit hoher
Wärmeleitfähigkeit
gebildet. Natürlich
ist der Zwischenzylinder und der Innenzylinder aus unterschiedlichen
Materialien gebildet, und der Zwischenzylinder und der Innenzylinder
unterscheiden sich voneinander in dem Wärmedehnungskoeffizienten in
vielen Fällen.
Daraus folgt, dass es in einigen Fällen schwierig ist, den Zwischenzylinder und
den Innenzylinder mittels Lötung
zu verbinden.
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Genauer
gesagt, wenn diese Zylinderelemente durch ein Löt- bzw. Schweißmaterial,
z.B. durch eine Goldlötung
miteinander verbunden werden, ist es nötig, das Lötmaterial auf etwa 1100°C zu erhitzen.
Auch im Fall einer Silberlötung
muß das Lötmaterial
auf etwa 800°C
erhitzt werden. Es ist anzumerken, dass, wenn sich der Zwischenzylinder und
der Innenzylinder voneinander im Wärmedehnungskoeffizienten unterscheiden,
ein starker Unterschied zwischen der Kopplungsgröße zwischen dem Zwischen- und
Innenzylinder bei Raumtemperatur und den Kopplungsgrößen des
Zwischen- und Innenzylinders bei Löttemperatur entsteht.
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Angenommen,
dass beispielsweise der Wärmedehnungskoeffizient
des Zwischenzylinders höher ist
als der des Innenzylinders. Falls der Lötvorgang unter der Bedingung
durchgeführt
wird, dass die Zwischen- und Innenzylinder bei Raumtemperatur exakt gekoppelt
werden, wird der Innendurchmesser des Zwischenzylinders unter der
hohen Löttemperatur größer als
der Außendurchmesser
an dem Lötabschnitt
des Innenzylinders, mit dem Ergebnis, dass es möglich ist, dass der Zwischenzylinder
und der Innenzylinder mit einem nicht gleichmäßigem Zwischenraum aneinandergelötet werden,
wobei die Achsen des Zwischenzylinders und des Innenzylinders voneinander
abweichen.
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Genauer
gesagt ist es sicherlich möglich, dass
der Zwischenzylinder und der Innenzylinder aneinandergelötet werden,
wobei die Achsen dieser beiden Zylinder im wesentlichen ausgerichtet
sind. Demgegenüber
ist es aber auch möglich,
dass es zu einer misslichen Lage kommt, wie in 3 gezeigt ist.
Genauer gesagt wird es als möglich
erachtet, dass die Zwischen- und Innenzylinder aneinandergelötet werden,
wobei die Achse Cr des Zwischenzylinders 32b unter einem
bestimmten Winkel α in
bezug auf die Achse Co des Innenzylinders 32c relativ zu der
Achse des gelöteten
Abschnitts B1 geneigt ist.
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Wenn
die Achsen des Innenzylinders und des Zwischenzylinders voneinander
abweichen, ist es sicherlich möglich,
bis zu einem gewissen Grad die unausgeglichene Drehung durch die
Behandlung nach dem Lötschritt
zu korrigieren. Wenn aber die Drehstruktur bei Raumtemperatur bearbeitet
wird, wird der Drehungsausgleich bei hoher Temperatur während des
Betriebs der Röntgenstrahlröhre unzureichend,
so dass die Dreheigenschaften unzureichend werden. Insbesondere
bei einer Drehanoden-Röntgenstrahlröhre mit
einem hydrodynamischen Gleitlager für eine Hochgeschwindigkeitsdrehung
mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 6000 U/min bis 10000 U/min
ist es möglich,
dass ein geringfügiger
Fehler der Drehungsausgleich ein schwerwiegendes Problem hervorruft.
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Wenn
andererseits der Zwischenzylinder einen niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten
aufweist, wird der Abstand bzw. Zwischenraum des Kopplungsabschnitts,
in dem der Zwischenzylinder und der Innenzylinder aneinandergelötet werden,
bei Raumtemperatur groß.
Infolgedessen schrumpft unter einem gekühlten Zustand nach dem Lötschritt
der Innenzylinder stark, mit dem Ergebnis, dass es möglich ist,
dass der Lötabschnitt
des Zwischenzylinders lokal beschädigt wird, z.B. das Risse auftreten.
Es ist auch möglich,
dass die Achsen des Zwischenzylinders und des Innenzylinders voneinander
abweichen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre bereitzustellen,
die keine Abweichung der Achsen der beiden zylindrischen, koaxial
miteinander gekoppelten Rotoren aufweist, so dass sie zufriedenstellende
Dreheigenschaften zeigt, und eine Röntgenstrahlröhre bereitzustellen,
die mit dieser speziellen Drehanoden-Röntgenstrahlröhre versehen
ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre mit
einem im wesentlichen säulenförmigen Stator
bereitgestellt, einem zylindrischen ersten Rotor, der um den Stator
herum gekoppelt ist, mindestens einem hydrodynamischen Gleitlager
mit einer Spiralnut bzw. -rille, das in dem Kopplungsabschnitt zwischen
dem Stator und dem ersten zylindrischen Rotor angeordnet ist, und
einem zweiten zylindrischen Rotor, der koaxial mit dem und außerhalb
des ersten zylindrischen Rotors mit einem dazwischen vorgesehenen
Spalt für
die Wärmeisolierung
angeordnet ist, und der mit einer Drehanodenscheibe mit einem Targetbereich
verbunden ist, um einen in einem Teil hiervon gebildeten Röntgenstrahl
zu emittieren, wobei der zweite zylindrische Rotor mit dem ersten
zylindrischen Rotor in einem offenen Bereich verbunden ist, der
hinsichtlich des Wärmeübertragungswegs
entfernt von der Drehanodenscheibe gelegen ist, wobei mehrere sich
im wesentlichen entlang der Drehachse erstreckende Schlitze im Abstand
zueinander in der Umfangsrichtung in diesem Bereich des zweiten
zylindrischen Rotors, der mit dem ersten zylindrischen Rotor verbunden
ist, ausgebildet sind.
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Ferner
wird gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drehanoden-Röntgenstrahlröhrengerät bereitgestellt,
welches die obige Drehanoden-Röntgenstrahlröhre umfasst,
wobei ein dicker Abschnitt in dem ersten zylindrischen, aus einem
ferromagnetischen Material gefertigten Rotor oder dem zweiten zylindrischen
Rotor der Drehanoden-Röntgenstrahlröhre auf
eine Weise ausgebildet ist, dass der Spalt bzw. der Zwischenraum
für die Wärmeisolierung,
der zwischen dem ersten und zweiten zylindrischen Rotor ausgebildet
ist, teilweise verengt wird, und der Eisenkernabschnitt der elektromagnetischen
Statorspule sich an dem Außenumfangsbereich
in der Position in der Axialrichtung entsprechend dem dicken Abschnitt
befindet.
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Diese
Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle notwendigen
Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Kombination dieser beschriebenen
Merkmale untereinander sein kann.
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Die
Erfindung ist aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen besser verständlich,
in denen zeigt:
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1 eine
Vertikal-Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines Teils
einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
zeigen,
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2 eine
Seitenschnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
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3 eine
Vertikal-Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines Teils
einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
zeigt und das dem Stand der Technik inhärente Problem aufzeigen soll,
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4A eine
Schnittansicht, die schematisch den Aufbau einer Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4B und 4C Schnittansichten,
die schematisch einen Abschnitt großen Durchmessers des in 4A gezeigten
Stators darstellen,
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5 eine
Schnittansicht, die in vergrößerter Weise
einen Teil der Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
gemäß 4 zeigt,
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6 eine
Seitenschnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5,
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7 eine
Vertikal-Schnittansicht zur Darstellung einer allgemeinen Idee des
zusammengebauten Zustandes der Struktur gemäß 5,
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8 eine
Seitenansicht, die schematisch einen Teil der Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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9 eine
Seitenansicht, die schematisch einen Teil der Drehanoden-Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Die 4A bis 4C stellen
schematisch einen Teil einer Drehanoden-Röntgenstrahlröhre 10 dar,
und sind auf eine Röntgenstrahlröhrenvorrichtung
gerichtet, bei der eine elektromagnetische Statorspule 11 um
die Rotorstruktur herum angeordnet ist.
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Eine
Bezugsziffer 12 gemäß 4A bezeichnet
einen Metallgehäuseabschnitt
eines Vakuumkolbens, eine Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Glaszylinderabschnitt,
der auf den Metallgefäßabschnitt 12 des
Vakuumkolbens aufgeschmolzen ist, die Bezugsziffer 14 bezeichnet
einen Metalldichtungsring zum hermetischen Abdichten des Vakuumkolbens,
eine Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Drehanodenscheibe,
eine Bezugsziffer 15a bezeichnet einen Targetbereich der
Drehanodenscheibe 15, wobei der Targetbereich 15a mit
einem Elektronenstrahl zum Emittieren von Röntgenstrahlen bestrahlt wird, eine
Bezugsziffer 16 bezeichnet eine Lagerwelle zum drehbaren
Lagern der Drehanodenscheibe 15, eine Bezugsziffer 17 bezeichnet
eine Mutter zum Befestigen der Drehanodenscheibe 15 an
der Lagerwelle 16, eine Bezugsziffer 18 bezeichnet
einen im wesentlichen säulenförmigen Stator
zum drehbaren Lagern eines Rotors 21, an dem die Lagerwelle 16 befestigt ist,
eine Bezugsziffer 18a bezeichnet einen Abschnitt kleinen
Durchmessers des Stators 18, eine Bezugsziffer 18b bezeichnet
einen Abschnitt großen
Durchmessers des Stators 18, eine Bezugsziffer 18c bezeichnet
einen äußeren Randabschnitt
des Stators 18, und eine Bezugsziffer 19 bezeichnet
einen hermetischen Schweißabschnitt
zwischen dem Stator 18 und dem Metalldichtungsring 14 des
Vakuumkolbens.
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Ferner
bezeichnet eine Bezugsziffer 20 einen im wesentlichen zylindrischen
Rotor, welcher der Lagerwelle 16 Drehkraft vermittelt,
eine Bezugsziffer 21 bezeichnet einen äußeren Zylinder des Rotors 20, eine
Bezugsziffer 22 bezeichnet einen Zwischenzylinder des Rotors 20,
eine Bezugsziffer 23 bezeichnet einen Innenzylinder des
Rotors 20, eine Bezugsziffer 24 bezeichnet einen
Schubring, der am Innenzylinder 23 angeschraubt ist, und
eine Bezugsziffer 25 bezeichnet einen Auffangring (trap
ring) zum Verhindern des Ausleckens des Schmiermittels. Des weiteren
bezeichnet eine Bezugsziffer 11 die elektromagnetische
Statorspule zur Bildung eines Magnetfelds zum Drehen des Rotors 20,
eine Bezugsziffer 11a bezeichnet einen ringartigen Eisenkern
der elektromagnetischen Statorspule 11, eine Bezugsziffer 11b bezeichnet
einen Leiterdraht der Statorspule, der um den Eisenkern 11a herumgewickelt
ist, und eine Bezugsziffer 11c bezeichnet einen Isolier-Abstandshalter.
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Der
Stator 18 umfaßt
Spiralnuten bzw. -rillen 18m, 18n von Fischgrätenstrukturen
für zwei
Sätze hydrodynamischer
Gleitlager, die in dem Abschnitt 18a kleinen Durchmessers
ausgebildet sind, der relativ lang in der Axialrichtung ist und
auch einen Abschnitt kleinen Durchmessers 18p aufweist,
in dem keine Spiralnut ausgebildet ist, und der zwischen die Spiralnuten 18m und 18n eingefügt ist.
Ferner sind Spiralnuten 18r und 18s einer kreisförmigen Fischgrätenstruktur
für die
hydrodynamischen Gleitlager in der Schubrichtung an den oberen bzw.
unteren Oberflächen
des Abschnitts 18b großen
Durchmessers des Stators 18 ausgebildet, wie in den 4B und 4C gezeigt
ist. Ein Lagerspalt von etwa 20 μm
ist in dem Lagerbereich angeordnet, der jede der oben angegebenen
Spiralnuten aufweist und zwischen dem Stator 18 und dem
Rotor 20 positioniert ist. Ein Metallschmiermittel, das
zumindest während
des Betriebs der Röntgenstrahlröhre flüssig ist,
wie z.B. eine Ga-Legierung, wird diesen Lagerspalten, den Spiralnuten
und dem Spalt des Abschnitts 19p kleinen Durchmessers,
der in dem Stator 18 ausgebildet ist, sowie einem Schmiermittelreservoir
(nicht gezeigt) und mehreren lateralen Durchgängen (nicht gezeigt) zugeführt.
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Zum
Formen des Stators 18, des Innenzylinders 23 des
Rotors 20 und des Schubrings 24 ist es beispielsweise
möglich,
einen Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstahl zu verwenden, z.B. SKD-11, spezifiziert
in JIS (Japanese Industrial Standards), Molybdän (Mo) oder TZM, das ein Handelsname
einer Mo-0,45Ti-0,07Zr-0,02C-Legierung ist.
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Zum
Bilden des Zwischenzylinders 22 des Rotors 20 ist
es erwünscht,
ein ferromagnetisches Material mit einer relativ geringen Wärmeleitfähigkeit zu
benutzen, z.B. eine 0,50 Fe-0,50Ni-Legierung.
Die Wärmeleitfähigkeit
der Fe-Ni-Legierung beträgt
etwa 1/8 derjenigen von Mo oder TZM, womit die Fe-Ni-Legierung bei der
Minderung der Übertragung
der von der Drehanodenscheibe 15 erzeugten Wärme auf den
die Lagerfläche
bildenden Innenzylinder 23 wirksam ist. Ferner ist es möglich, Mo
oder TZM, das ein Metall mit hohem Schmelzpunkt ist, zum Bilden
der Lagerwelle 16 zu verwenden.
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Allgemein
ist die Drehanodenscheibe 15 mit dem oberen Endabschnitt
des Zwischenzylinders 22 über die Lagerwelle 16 verbunden.
Alternativ ist es auch möglich,
dass die Drehanodenscheibe 15 direkt mit dem oberen Endabschnitt
des Zwischenzylinders 22 verbunden wird.
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Ein
nach innen vorstehender dicker Abschnitt 22a ist in dem
Zwischenzylinder 22 des Rotors an einer Stelle ausgebildet,
die im wesentlichen dem Abschnitt 18p kleinen Durchmessers
zwischen den Spirallagernuten 18m und 18n entspricht.
Der Zwischenzylinder 22 ist so angeordnet, dass er den dicken
Abschnitt 22 im wesentlichen mit der Position in der Axialrichtung
des Eisenkerns 11a der elektromagnetischen Statorspule
koinzidieren lässt.
Im Ergebnis kreuzt das Drehmangnetfeld, das von der elektromagnetischen
Statorspule 11 während
des Betriebs erzeugt wird, wirksam den aus Kupfer hergestellten
und die Funktion des Rotorzylinders des elektromagnetischen Motors
erfüllenden
Außenzylinder.
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Im
folgenden wird der Aufbau des Rotors 20 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 5 bis 7 beschrieben. Ein
elektrischer Strom infolge der von dem von der elektromagnetischen
Statorspule angelegten Drehmagnetfeld, erzeugten elektromagnetischen
Induktion strömt
durch den Außenzylinder 21.
Daher ist der Außenzylinder 21 aus
einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer gebildet.
Ferner ist eine geschwärzte
Schicht (nicht gezeigt) auf der Oberfläche des Außenzylinders 21 ausgebildet,
um die Wärmestrahlung
zu fördern.
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Der
Außenzylinder 21 und
der Zwischenzylinder 22 sind an dem Randabschnitt B1 nahe
der mit der Drehanodenscheibe verbundenen Lagerwelle 16 verbunden,
und der Spalt G1 für
die Wärmeisolierung ist
zwischen dem Außenzylinder 21 und
dem Zwischenzylinder 22 außer an dem Verbindungsbereich B1
ausgebildet. Andererseits sind der Zwischenzylinder 22 und
der Innenzylinder 23 in dem unteren Randbereich B2 in der
Zeichnung miteinander verbunden, der von der mit der Drehanodenscheibe
verbundenen Lagerwelle 16 hinsichtlich des Wärmeübertragungswegs
beabstandet ist.
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Wie
in 5 und 7 gezeigt ist, ist ein Abschnitt 23a großen Außendurchmessers
an dem unteren Rand in der Zeichnung des Innenzylinders 23 ausgebildet,
und die Außenumfangsfläche 23b des
Abschnitts 23a mit großem
Außendurchmesser ist
mit der Innenumfangsfläche
eines offenen Randbereichs 22b des Zwischenzylinders 22 verbunden. Ein
Spalt G2 für
die Wärmeisolierung
ist zwischen dem Zwischenzylinder 22 und dem Innenzylinder 23 außer am Verbindungsbereich
B2 ausgebildet. Übrigens
ist der Spalt G2 größer als
der Spalt G1 in der Dimension in der Radialrichtung ausgebildet.
Ferner bezeichnet der Buchstabe C die Drehachse.
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Wie
schon beschrieben wurde, ist der nach innen vorstehende dicke Abschnitt 22a in
einem Teil des Rohrs der Innenumfangsfläche des Zwischenzylinders 22 in
der Axialrichtung ausgebildet. Beispielsweise ist der dicke Abschnitt 22a in
einem Bereich ausgebildet, der von dem Eisenkernabschnitt 11a der elektromagnetischen
Statorspule umgeben ist, welche außerhalb des die Drehanoden-Röntgenstrahlröhre bildenden
Vakuumkolbens angeordnet ist. In diesem Fall ist der Bereich, in
dem der dicke Abschnitt 22a angeordnet ist, durch den Buchstaben
T bezeichnet.
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Der
dicke Abschnitt 22a verschmälert teilweise den Spalt G2
für die
Wärmeisolierung,
der zwischen dem Zwischenzylinder 22 und dem Innenzylinder 23 ausgebildet
ist. Diese Zwischen- und
Innenzylinder 22 und 23 werden an den dicken Abschnitt 22a nicht
in direkten Kontakt miteinander gebracht, so dass ein vorbestimmter
Zwischenraum für
die Wärmeisolierung
beibehalten wird.
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Mehrere
Schlitze 26 sind in gleichem Abstand in der Umfangsrichtung
auf der Seite des offenen Abschnitts des Zwischenzylinders 22 angeordnet.
Wie durch den Buchstaben S in 5 bezeichnet
ist, ist jeder dieser Schlitze 26 so ausgebildet, dass
er sich von dem offenen Rand des Zwischenzylinders 22 erstreckt,
um einen an den dicken Abschnitt 22a über den Verbindungsbereich
B2 anschließenden
Bereich zu erreichen.
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Wie
oben beschrieben wurde, sind mehrere Schlitze 26, z.B.
sechs Schlitze 26, die sich in der Axialrichtung von dem
offenen Rand bis zu einem Bereich in der Umgebung des dicken Abschnitts 22a erstrecken,
gleich beabstandet voneinander in der Umfangsrichtung in dem offenen
Randbereich ausgebildet, in dem der Zwischenzylinder 22 des
Rotors an den Innenzylinder 23 angelötet ist. Angenommen, der Zwischenzylinder 22 ist
aus einer 0,50Fe-0,50Ni-Legierung nach obiger Beschreibung gebildet,
und der Innendurchmesser Di des offenen Bereichs 22b beträgt beispielsweise
etwa 40 mm. Dort wo der Innenzylinder 23 aus TZM gebildet
ist, ist der Außendurchmesser
Do des Lötabschnitts 23b, der
durch einen konisch zulaufenden Abschnitt 23c erweitert
ist, geringfügig
größer gestaltet
als der Innendurchmesser Di des offenen Abschnitts des Zwischenzylinders.
Beispielsweise ist der Außendurchmesser
Do auf etwa 40,4 mm festgesetzt.
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Die
Breite w jedes Schlitzes 26 sollte vorzugsweise relativ
groß sein,
um zu verhindern, dass der Schlitz 26 mit geschmolzenem
Lötmaterial
infolge der Kapillarwirkung gefüllt
wird, und um eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit des Zwischenzylinders
zu gewährleisten.
Genauer gesagt sollte die Breite w jedes Schlitzes 26 vorzugsweise so
eingestellt sein, dass sie in einen Bereich zwischen 1,5 mm und
4 mm fällt,
und z.B. vorzugsweise auf etwa 2 mm festgelegt sein. Ferner sollte
zur Gewährleistung
einer ausreichend hohen mechanischen Festigkeit des Zwischenzylinders
die Anzahl von Schlitzen 26 vorzugsweise in einen Bereich
zwischen 3 und 12 fallen, und beispielsweise sollte die Anzahl von
Schlitzen 26 vorzugsweise auf 6 festgelegt sein, wie oben
beschrieben wurde.
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Bei
der Durchführung
des Lötvorgangs
wird der Innenzylinder 23 an einem Werkzeug (nicht dargestellt)
zum Festlegen der Position befestigt, und er ist aus einem Material
mit hohem Schmelzpunkt gefertigt, und ein ringförmiges Gold-Lötmaterial 27 mit einem
nicht größeren Durchmesser
als dem Außendurchmesser
Do des Lötabschnitts 23b ist
an dem konisch zulaufenden Abschnitt 23c aufgesetzt. Unter dieser
Bedingung wird das Gold-Lötmaterial 27 dicht auf
den Lötabschnitt 23b des
Innenzylinders 23 aufgesetzt, während die Innenumfangs-Wandfläche des offenen
Randabschnitts 22b des Zwischenzylinders 22 entlang
dem konisch zulaufenden Abschnitt 23c geringfügig gedehnt
wird. Da mehrere Schlitze 26 in dem Zwischenzylinder 22 ausgebildet
sind, wird das Gold-Lötmaterial 27 nach
und nach in dem Schlitzbereich zu dem offenen Rand hin gedehnt,
um so vorläufig
mit einer einwärts
gerichteten Schrumpfbeanspruchung befestigt zu werden, die auf die
Außenumfangsfläche des
Lötabschnitts 23b des
Innenzylinders ausgeübt
wird.
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Dann
wird der sich ergebende Aufbau in einen Lötofen (nicht gezeigt) eingebracht,
um auf etwa 1100°C
erwärmt
zu werden, wodurch das Gold-Lötmaterial
geschmolzen wird, gefolgt von dem allmählichen Abkühlen des Systems, um die Verlötung zu bewerkstelligen.
Es ist anzumerken, dass der Wärmedehnungskoeffizient
des aus TZM gefertigen Innenzylinders 23 etwa 6 × 10–6 beträgt, und
der Wärmedehnungskoeffizient
des aus 0,5Fe-0,5Ni-Legierung hergestellten Zwischenzylinders etwa
16 × 10–6 beträgt, was
mehr als das Doppeltes des Wärmedehnungskoeffizienten
von TZM ist. Daraus folgt, dass ein Unterschied in dem Wärmedehnungsbetrag
zwischen dem Innenzylinder 23 und dem Zwischenzylinder 22 geschaffen
wird. Da jedoch der Außendurchmesser
Do des Innenzylinders geringfügig
größer festgelegt
ist als der Innendurchmesser Di des Zwischenzylinders 22 nach
obiger Beschreibung hinsichtlich des Unterschieds des Wärmedehnungsbetrags,
werden der Außendurchmesser
Do und der Innendurchmesser Di des Innenzylinders bzw. des Zwischenzylinders
im wesentlichen einander bei der Verfestigungstemperatur des geschmolzenen
Lötmaterials
angeglichen, so dass sie unter dieser Bedingung verlötet werden
können.
Das geschmolzene Lötmaterial
fließt
hauptsächlich
in die Kontaktfläche
zwischen dem Innenzylinder 23 und dem Zwischenzylinder 22 und
fließt
teilweise in jeden der Eckabschnitte, die zwischen der Umfangswand
des Schlitzes 2b und der Umfangswand des Innenzylinders
festgelegt sind, um so den Innenzylinder und den Zwischenzylinder
integral zu verlöten.
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Bei
Raumtemperatur wird nach der allmählichen Abkühlung der Aufbau in den Vorlötzustand
zurückgeführt, d.h.
den Zustand, bei dem der Innendurchmesser des Zwischenzylinders
sich nach und nach von einem Bereich in der Umgebung des Dickenabschnitts
bis zum gelöteten
offenen Randabschnitt in dem Bereich, in dem die Schlitze 26 ausgebildet
sind, erweitert. Da jedoch der Lötschritt nach
obiger Beschreibung angewandt wird, weicht die Achse des Innenzylinders 23 kaum
von der Achse des Zwischenzylinders 22 ab, so dass der
Innenzylinder 23 und der Zwischenzylinder 22 mit
hoher Genauigkeit koaxial sein können.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist das Vorhandensein der Schlitze 26 zur
Erzielung einer koaxialen Struktur wirksam, was es ermöglicht,
vorab die Abweichung der Achsen des Innenzylinders und des Zwischenzylinders
voneinander zu vermeiden, auch wenn die Lötstruktur des Innenzylinders 23 und
des Zwischenzylinders 22 voneinander im Wärmedehnungskoeffizienten
abweicht. Außerdem
dient das Vorhandensein der Schlitze 26 auch dazu, die Übertragung
der von der Drehanodenscheibe erzeugten Wärme auf den die hydrodynamische
Gleitlagerfläche
bildenden Innenzylinder zu mindern, obwohl der Minderungseffekt
gering ist. Außerdem
dient das Vorhandensein der Schlitze 26 ferner dazu, die
Luft in dem Spalt G2 für
die Wärmeisolierung
zwischen dem Zwischenzylinder und dem Innenzylinder in dem Abgasprozess
der Röntgenstrahlröhre nach
außen
abzuführen.
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Wenn
der Innenzylinder 23 aus SKD-11 hergestellt ist, ist es übrigens
ratsam, eine Kopplung des Innenzylinders 23 und des Zwischenzylinders 22 miteinander
herzustellen, wobei der Innendurchmesser Di und der Außendurchmesser
Do des Lötabschnitts im
wesentlichen im Montagestadium vor dem Lötvorgang einander angeglichen
werden, da der Wärmedehnungskoeffizient
des Innenzylinders 23 nahe demjenigen des aus 0,50Fe-0,50Ni-Legierung
gefertigten Zwischenzylinders ist.
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Wenn
hingegen der Wärmedehnungskoeffizient
des Zwischenzylinders 22 gering ist, wird der Abstand des
Verbindungsabschnitts, an dem der Zwischenzylinder 22 mit
dem Innenzylinder 23 verlötet ist, bei Raumtemperatur
relativ groß.
Da aber die Schlitze 26 in dem Zwischenzylinder 22 ausgebildet sind,
schrumpft der offene Randabschnitt des Zwischenzylinders zusammen
mit dem Verbindungsabschnitt B2 auch dann, wenn der Innenzylinder 23 in dem
Kühlschritt
thermisch schrumpft, so dass eine zufriedenstellende Verlötung erzielt
wird.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform ist
der Schlitz 26 so ausgebildet, dass er sich von dem Randabschnitt
des Zwischenzylinders 22 an der der Drehanode gegenüberliegenden
Seite erstreckt, um einen Bereich im Anschluß an den dicken Abschnitt 22a auf
der Seite der Drehanodenscheibe über
den Verbindungsabschnitt B2 zu erreichen. Da in diesem Fall der
Schlitz 26 in einem dünnen
Abschnitt derart ausgebildet ist, dass der dicke Abschnitt 22a vermieden
wird, wird dieser Abschnitt des Schlitzes 26 leicht verformt.
Wenn daher der Innenzylinder 22 mit dem Zwischenzylinder 23 verbunden wird,
oder wenn die in dem Verbindungsabschnitt B2 erzeugte Last aufgehoben
wird, wird der Schlitz 26 über einem breiten Bereich verformt,
so dass ein zufriedenstellender Verbindungszustand sichergestellt wird.
Im Ergebnis weichen die Achsen des Zwischenzylinders 22 und
des Innenzylinders 23 nicht voneinander ab, so dass ein
Rotor mit befriedigenden Dreheigenschaften hergestellt wird.
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Es
ist anzumerken, dass, wenn der Schlitz 26 in einem Teil
des Zwischenzylinders 22 ausgebildet wird, ein Problem
insofern ensteht, dass die Führungswirkung
des Drehmagnetfelds etwas gemindert wird. Bei der oben beschriebenen
Struktur jedoch ist der dicke Abschnitt 22a in einem Teil
des Zwischenzylinders 22 ausgebildet, mit dem Ergebnis,
dass die Führungswirkung
des Drehmagnetfelds kaum gemindert wird, so dass ein Rotor mit guten
Dreheigenschaften hergestellt wird. Wenn in diesem Fall der dicke
Abschnitt so ausgebildet wird, dass er sich über einen breiten Bereich des
Zwischenzylinders 22 erstreckt, wird die Wärmeleitfähigkeit
erhöht,
so dass die Wirkung der Minderung der Wärmeleitung gesenkt wird. Daher
ist es zum Mindern der Wärmeleitung
erwünscht,
den dicken Abschnitt innerhalb eines Bereichs auszubilden, der von
dem Eisenkernabschnitt der elektromagnetischen Statorspule umgeben
ist.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei der in 8 gezeigten
Ausführungsform
sind die Schlitze 26 in dem offenen Randbereich des Zwischenzylinders 22 so ausgebildet,
dass sie sich schräg
in bezug auf die Achse C erstrecken. Es können bei dieser Ausführungsform ähnliche
Wirkungen erreicht werden wie die vorher beschriebenen.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei der in 9 gezeigten
Ausführungsform
ist der Innenzylinder 23 aus ferromagnetischem Material
hergestellt, und ein dicker Abschnitt 23d, der nach außen vorsteht
und sich in der Axialrichtung erstreckt, ist in dem Innenzylinder 23 über eine
Länge T
ausgebildet. Der Eisenkernabschnitt der elektromagnetischen Statorspule
(nicht gezeigt) befindet sich an derjenigen Position in der Axialrichtung,
welche der Position des dicken Abschnitts 23d entspricht,
so dass der oben genannte Eisenkernabschnitt dem dicken Abschnitt 23d gegenüber zu liegen
kommt. Bei dieser Ausführungsform
erstreckt sich der auf der Seite des offenen Randabschnitts des
Zwischenzylinders 22 ausgebildete Schlitz 26 von
dem Verbindungsabschnitt B1 zwischen dem Zwischenzylinder 22 und
dem Innenzylinder 23, um einen Punkt auf halber Strecke
des dicken Abschnitts 23d zu erreichen, so dass er eine Länge S gemäß der Zeichnung
aufweist. Auch bei dieser Ausführungsform
können ähnliche
Wirkungen wie die vorher beschriebenen erzielt werden. Insbesondere
wird auch dann, wenn der relativ lange Schlitz 26 ausgebildet
ist, die Führungswirkung
des Drehmagnetfeldes kaum beeinträchtigt, und zwar wegen des
Vorhandenseins des dicken Abschnitts 23d des Innenzylinders,
der aus ferromagnetischem Material gebildet ist. Bei dem Aufbau
dieser Ausführungsform
ist es möglich,
ein Material mit einer relativ niedrigen spezifischen Permeabilität, beispielsweise rostfreien
Stahl, zum Ausbilden des Zwischenzylinders 22 zu verwenden.
Da die Wärmeleitfähigkeit
des rostfreien Stahls beispielsweise 1/5 derjenigen von Mo beträgt, ist
es möglich,
den rostfreien Stahl zur Bildung des Zwischenzylinders 22 zu
verwenden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
ist der Zwischenzylinder teilweise verdickt, und die Schlitze sind
in dem Zwischenzylinder ausgebildet. Es genügt jedoch, die Schlitze in
dem Zwischenzylinder auszubilden. Auch in diesem Fall kann eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre hergestellt
werden, die gute Dreheigenschaften aufweist.
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Wie
oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehanoden-Röntgenstrahlröhre bereit,
bei der im wesentlichen keine Abweichung der Achsen mehrerer koaxialer
Zylinder, welche den Rotor bilden, herrscht, so dass sie gute Dreheigenschaften
aufweist, sowie eine Röntgenstrahlröhrenvorrichtung,
welche diese spezielle Drehanoden-Röntgenstrahlröhre anwendet.