JP2010118184A - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外囲器ごと回転するＸ線管装置において、回転する回転軸へ安定して高電圧を供給する。
【解決手段】外囲器２と接続された回転軸７に遊星歯車機構８を取り付ける。太陽歯車は回転軸７と共に自転運動をし、遊星歯車は太陽歯車の周りを公転運動するが、内歯車は固定することができる。これより、内歯車に電力ケーブル９を接続することで、高電圧発生源１０から、電力ケーブル９、内歯車、遊星歯車及び太陽歯車を介して絶縁油１７中で高速回転する回転軸７へ安定して高電圧を供給することができる。また、陰極５及び陽極６は回転軸７から高電圧を供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、医用診断用のＸ線管装置に係り、特に、陰極及び陽極が外囲器と一体となって回転するＸ線管装置の技術に関する。

従来のＸ線管装置として図７に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置３０がある。これは内部が真空である外囲器３１の中で、陰極３２から放出された電子ビームが、回転する陽極３３に衝突することで、Ｘ線を発生させる。この場合、陰極３２と陽極３３とには高電圧を印加しており、陰極３２から発生した電子ビームが陽極３３に衝突して管電流が導通する。陽極３３は、ステータ３４より回転駆動力を受けて回転するロータ３５と接続されている。ロータ３５は、軸受け部３６を介して固定部３７と接続され、固定部３７には陽極側のリード線３８が接続されている。このように、陽極３３は陽極側のリード線３８から固定部３７、軸受け部３６、ロータ３５を経て高電圧が供給され、陰極３２も陰極側のリード線３８から高電圧が供給される。また、軸受け部３６には導電性の鉛等の固体潤滑剤が使用されている。

しかし、近年、新しいタイプのＸ線管装置として、外囲器とモータとを直結して、外囲器ごと回転させる外囲器回転型のＸ線管装置がある。陰極及び陽極が外囲器と一体となって回転し、軸中心に設けられた陰極からの電子ビームを偏向コイルにより偏向させて、陽極のターゲットディスク上の所定位置に衝突させてＸ線を発生させる。

外囲器回転型のＸ線管装置には、回転する外囲器の外部に、絶縁容器が外囲器を取り囲むように配設されており、さらに、絶縁容器を収納するようにハウジングが構成されている。ハウジング内には絶縁油が充填されており、この絶縁油は、外囲器と絶縁容器との間にも循環して外囲器を冷却する。外囲器が高速で回転することにより、陽極で発生した熱を絶縁油に効率的に伝達し、外囲器の回転によるポンプ作用で絶縁油を効率的に循環させることができる。

この外囲器回転型のＸ線管装置に、従来と同じように、絶縁油中にて、軸受け部を介して回転する回転軸に高電圧を供給すると、軸受け部のボールと内輪及び外輪との間に絶縁油が滑り込むスクイーズ膜効果が発生する。図８（ａ）に示すように、回転軸が停止している時は、軸受け部３９のボール４０と内輪４１及び外輪４２は接触している。しかしながら、回転軸の回転に伴って内輪４１及びボール４０が回転軸と同じ回転速度で回転すると、内輪４１と外輪４２との相対速度が大きいので、図８（ｂ）に示すように、ボール４０と内輪４１及び外輪４２との間に油膜が発生する。

ボール４０に油膜が発生すると、ボール４０と内輪４１及び外輪４２との通電性が完全に無くなるので絶縁状態となり、軸受け部３９において高電圧の供給が遮断される。しかしながら、高電圧が印加された状態であるので、この油膜による絶縁を破壊して通電しようとスパークが生じ、この際、振動と騒音が生じる。これを電食といい、絶縁とスパークとを何度も繰り返すにしたがって、軸受け部４０が損傷する。

そこで、特許文献１に例示されているように、回転軸に対してスリップリング機構を用いて回転軸へ高電圧を供給する方法が開示されている。図９（ａ）に示すように、スリップリング４３は、その先端がブラシ状になっており、回転軸４４上をブラシが常時接触することでスリップリング４３と回転軸４４とが電気的に接続され、高電圧を供給することができる。
特開２００８−０２７８５２号公報

しかしながら、スリップリング機構を備える外囲器回転型Ｘ線管装置においても、次のような問題が発生した。それは、スリップリング機構はブラシが摩耗するので定期交換が必要である上に、ブラシと回転軸との間に絶縁油が入り込み、電圧の供給が安定しない問題が発生した。

図９（ｂ）に示すように、スリップリング４３においても、ブラシの先端部と回転軸４４との接触部に絶縁油が入り込むことで、ブラシの先端部が回転軸４４から浮き上がり、スリップリング４３と回転軸４４との間が絶縁状態となり、陰極及び陽極に高電圧を供給できなくなった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外囲器回転型のＸ線管装置において回転軸へ安定して高電圧を供給できるＸ線管装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、外囲器回転型のＸ線管装置であって、電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、 前記陰極および前記陽極を内部に収容しつつ回転する外囲器と、前記外囲器とともに絶縁流体を内部に収容するハウジングと、前記陰極および前記陽極および前記外囲器と接続された回転軸と、前記回転軸を介して前記外囲器を回転させる回転駆動部と、前記回転軸の前記陰極側と前記陽極側との両方に前記ハウジング内で取り付けられた遊星歯車機構とを備え、前記遊星歯車機構から前記回転軸を介して前記陰極および前記陽極へ電圧を供給することを特徴とするＸ線管装置。

上記構成によれば、回転軸に遊星歯車機構が取り付けられているので、絶縁流体中で回転する回転軸へ電圧を供給することができる。また、スリップリングのカーボンブラシの様に定期交換が不要であり、メンテナンスを簡易にすることができる。通常、減速器として用いられる遊星歯車機構を、回転軸への通電機構として用いることで、安定して電圧を供給することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線管装置において、前記遊星歯車機構は１つの太陽歯車に対して複数の遊星歯車を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、遊星歯車機構は、１つの太陽歯車に対して複数の遊星歯車を備えることで、歯車間の局所的接触部分が多くなるので、より安定して電圧を供給することができる。

本発明に係るＸ線管装置によれば、外囲器回転型のＸ線管装置において回転軸へ安定して高電圧を供給できるＸ線管装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線管装置の概略断面図であり、図２は実施例に係るＸ線管装置に備わる遊星歯車機構の概略斜視図であり、図３は実施例に係るＸ線管装置に備わる遊星歯車機構の概略断面図である。

図１に示すように、本実施例に係る外囲器回転型のＸ線管装置１は、内部を真空排気された外囲器２を備えている。この外囲器２内に、高温に加熱され熱電子を放出するフィラメント３と、このフィラメント３を溝の中に取り付けた集束電極４とを収容し、この２つで陰極５を構成する。

陰極５と対向位置の外囲器２の端面には陽極６を配設している。陰極５および陽極６にはそれぞれ回転軸７が接続され、回転軸７を軸中心として遊星歯車機構８が取り付けられ、遊星歯車機構８には電力ケーブル９が高電圧発生源１０から接続されている。このようにして、電力ケーブル９、遊星歯車機構８及び回転軸７を介して、陰極５および陽極６に高電圧発生源１０から高電圧を供給している。これより、加熱されてフィラメント３から発生した電子は、高電圧が作る電界により陽極６に向けて加速して、電子ビームを形成することができる。電子ビームは、外囲器２外に設けられた偏向コイル１１により偏向され、陽極６のターゲットディスク傾斜部に衝突し、Ｘ線を発生する。Ｘ線は外囲器２の放射口１２から放射される。なお、偏向コイル１１は、外囲器２の外部に配設された後述する絶縁容器１３の外部に設けられており、外囲器２と絶縁容器１３とは互いに近接している。

外囲器２は、ステンレス鋼などの金属で形成される。これより、回転体としての機械的強度を増すことができる。なお、Ｘ線が放射される放射口１１を、アルミニウム、チタンなどのＸ線透過性のよい金属で形成する。フィラメント３は、電子源として線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントが用いられる。

外囲器２の陰極５側には回転軸７を挿入し、陽極６側にも回転軸７を装着している。陽極６側の回転軸７はモータ１４に連結されて回転し、これに伴い外囲器２も回転する。外囲器２の回転速度は１０，０００ｒｐｍ程度と非常に高回転である。陰極側の回転軸７は回転軸受け部１５により回転自由に支持されている。モータ１４は本発明における回転駆動部に相当する。

次に、外囲器２を取り囲む絶縁容器１３およびハウジング１６の具体的な構造について説明する。図１に示すように、回転する外囲器２の外部には絶縁容器１３が外囲器２を取り囲むように配設されており、外囲器２と絶縁容器１３との間のギャップには冷却用の絶縁油１７が充填されている。絶縁容器１３は外囲器２の形状に合わせて取り囲んでおり、上述したように外囲器２と絶縁容器１３とは互いに近接している。この絶縁容器１３の両側面部は、陰極５側の回転軸７の同軸上に軸受け１９を介して保持されるとともに、陽極６側の回転軸７の同軸上にも軸受け１９を介して保持されている。絶縁油１７は本発明における絶縁流体に相当する。

絶縁容器１３のさらなる外部には、絶縁容器１３や外囲器２とともに絶縁油１７を内部に収容するハウジング１６を配設している。絶縁容器１３には貫通孔１８を設け、その貫通孔１８を通して、ハウジング１６に収容された絶縁油１７は絶縁容器１３内外間で互いに移送することが可能である。また、ハウジング１６を貫通する回転軸７及び電力ケーブル９とハウジング１６との貫通部分には、絶縁油１７がハウジング１６の外部への漏れ出しを防止するオイルシール２０を介装している。また、モータ１４及び回転軸受け部１５は、支持ブラケット２１を介してハウジング１６に支持されている。

以上のように、絶縁容器１３は、高速で回転する外囲器２により乱れる絶縁油１７の流れをハウジング１６内で安定させるととともに、アース電位である偏向コイル１０と高電圧が印加されている外囲器２との絶縁性を確保している。

なお、ハウジング１６に、絶縁油１７を交換する循環路（図示省略）を設けてもよい。この場合には、熱せられた絶縁油１７を循環路内で交換することができるので、外囲器２の陽極６を効率よく冷却することができる。

次に、遊星歯車機構８について具体的に説明する。
上述したように、陰極５および陽極６側のそれぞれの回転軸７には、ハウジング１６内において遊星歯車機構８が取り付けられている。図２に示すように、遊星歯車機構８は、回転軸７に接続された太陽歯車２２と、太陽歯車２２と噛み合いつつ、太陽歯車２２の周りを公転運動する４つの遊星歯車２３と、遊星歯車２３のさらに外側に遊星歯車２３と噛み合う内歯車２４とで構成される。太陽歯車２２、遊星歯車２３、内歯車２４の材質は導電性であり、例えば金属等が挙げられる。

また、各遊星歯車２３は、遊星歯車２３内を貫通するシャフト２５を介して２枚のローラ２６に挟まれており、ローラ２６に挟まれた４枚の遊星歯車２３は、さらに、２枚のキャリア２７に挟まれて支持されている。これより、４枚の遊星歯車の公転運動が、キャリア２７の自転運動へと伝達される。しかしながら、本実施例においては、回転軸７は遊星歯車機構８を貫通しており、遊星歯車２３は太陽歯車２２と内歯車２４との間の導通状態を保持するのを目的としているので、遊星歯車２３は単に公転運動するだけであり、キャリア２７の自転運動を陰極５及び陽極６の回転動力として使用しないので、回転軸７は減速されない。

太陽歯車２２が回転軸７と同じ回転速度で共に自転運動するのに伴って、遊星歯車２３は太陽歯車２２の周りを公転する。しかしながら、内歯車２４は、公転する遊星歯車２３と噛み合いつつも自転することなく固定されており、図３に示すように、高電圧発生源１０から電力ケーブル９を介して高電圧が供給されている。このように、回転軸７が高回転で回転するものの、電力ケーブル９が接続される内歯車２４が固定されているので、電力ケーブル９は、ねじれたり、引き回されることがない。

内歯車２４に供給された高電圧は、公転する遊星歯車２３及び自転する太陽歯車２２並びに回転軸７を介して、陰極５および陽極６にそれぞれ印加されることで、管電流が流れる。

遊星歯車機構８は、ハウジング１６の絶縁油１７内にて回転軸７に取り付けられているので、各歯車に油膜が生じるものの、歯車の歯がもう一方の歯車の歯に対して垂直方向に押す方向に互いの歯が接近するので、絶縁油１７が歯車間から流れ出ることで排除される。さらに、各歯車同士が噛み合う際に油膜が押しつぶされるので、各歯車の接面においては、局所的に金属同士の接点が存在するので、導電状態が形成されており、スパークが生じないので、騒音や振動が生じることもない。

このように、従来の軸受けやスリップリング機構のように絶縁油１７が積極的に金属間の接点に入り込もうとしないので、歯車間に絶縁状態が形成されにくい。これより、高電圧発生源１０から、回転軸７へ安定して高電圧を供給することができる。

また、陰極５内のフィラメント３への熱電子発生のための給電方法として、図４に示すように、陰極５側の回転軸７に遊星歯車機構２８をさらに設ければよい。回転軸７と遊星歯車機構２８の太陽ギアとを電気的に絶縁し、この太陽ギアとフィラメント３の片側とをケーブル等で接続してやればよい。また、この方法以外にも、図５及び図６に示すように回転軸７と絶縁容器側１３側に非接触トランス２９を近接して配置することで、交流電源３０よりフィラメントに給電することができる。

本実施例に係るＸ線管装置１であれば、回転軸７に遊星歯車機構８が取り付けられているので、絶縁油１７中で高速回転する回転軸７へ高電圧を供給することができる。また、スリップリングのカーボンブラシの様に定期交換が不要であり、メンテナンスが簡易である。さらに、カーボンブラシに比べて摩耗粉の発生が抑制されるので、ハウジング１６内に充填された絶縁油１７の絶縁性能劣化を防ぐことができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、１つの太陽歯車に対して、遊星歯車２３が４個備わる構成であったが、遊星歯車２３の個数は特に限定されず、遊星歯車２３が複数個備わっていればよい。遊星歯車２３が複数個備わっていれば、歯車間の局所的な接触点が増えるので、より安定して高電圧を供給することができる。

（２）上述した実施例では、外囲器２を冷却する液体として絶縁油１７を採用したが、絶縁油に限らず他の絶縁流体でもよい。

（３）上述した実施例では、医用診断用のＸ線管装置であったが、これに限らず、非破壊検査機器などの工業用のＸ線透視装置に係るＸ線管装置においても実施することができる。

（４）上述した実施例では、外囲器２が、偏向コイル１１から陽極６側にのみ径が大きくなる形状であったが、これに限らず、偏向コイル１１を中心にして、陰極５及び陽極６の両側に径が大きくなる形状でもよい。

実施例に係るＸ線管装置の概略断面図である。 実施例に係るＸ線管装置に備わる遊星歯車機構の概略斜視図である。 実施例に係るＸ線管装置に備わる遊星歯車機構の概略断面図である。 実施例に係るＸ線管装置の陰極周辺の概略断面図である。 実施例に係るＸ線管装置の陰極の回路図である。 実施例に係るＸ線管装置の陰極周辺の概略断面図である。 従来例に係るＸ線管装置の概略断面図である。 従来例に係るＸ線管装置の軸受け部を示す図である。 従来例に係るＸ線管装置のスリップリングを示す図である。

符号の説明

１ … Ｘ線管装置
２ … 外囲器
５ … 陰極
６ … 陽極
７ … 回転軸
８ … 遊星歯車機構
９ … 電力ケーブル
１０ … 高電圧発生源
１４ … モータ
１６ … ハウジング
１７ … 絶縁油

Claims (2)

1. 外囲器回転型のＸ線管装置であって、
   電子ビームを発生させる陰極と、
   前記陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、
   前記陰極および前記陽極を内部に収容しつつ回転する外囲器と、
   前記外囲器とともに絶縁流体を内部に収容するハウジングと、
   前記陰極および前記陽極および前記外囲器と接続された回転軸と、
   前記回転軸を介して前記外囲器を回転させる回転駆動部と、
   前記回転軸の前記陰極側と前記陽極側との両方に前記ハウジング内で取り付けられた遊星歯車機構とを備え、
   前記遊星歯車機構から前記回転軸を介して前記陰極および前記陽極へ電圧を供給する
   ことを特徴とするＸ線管装置。
2. 請求項１に記載のＸ線管装置において、
   前記遊星歯車機構は１つの太陽歯車に対して複数の遊星歯車を備える
   ことを特徴とするＸ線管装置。

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