JP2013168319A - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量と、支持部材と回転体との接合部に加わる応力と、を低減することのできる回転陽極型Ｘ線管を提供する。
【解決手段】回転陽極型Ｘ線管は、固定体１と、回転体２と、支持部材により回転体２に接合された陽極ターゲット５とを備えている。支持部材は、陽極ターゲット５に接合され、陽極ターゲットから第１位置Ｐ１を越えて第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出した第１支持部材６と、第１位置から第２位置まで管軸方向に延出し、第２位置にて第１支持部材に接合され、第１位置にて回転体２に接合された第２支持部材７と、を有している。
【選択図】図１

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Ｘ線管装置が使用されている。回転陽極型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、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、円柱状の固定体と、円筒状の回転体と、軸受と、陽極ターゲットと、陰極と、これらを収容した真空外囲器と、を備えている。

固定体は、回転体の内部に嵌合されている。固定体と回転体との間の隙間には、金属潤滑剤が充填されている。このため、回転陽極型Ｘ線管は、軸受としてすべり軸受を使っている。陽極ターゲットは、例えば円盤状に形成されている。ステータコイルは、回転体を回転させる磁界を発生させる。陽極ターゲットは、陰極から放出された電子が衝突するときにＸ線を放出する。陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギのうち、Ｘ線に変換される割合はわずかであり、ほとんどのエネルギは熱に変換される。

陽極ターゲットは高温となるため、陽極ターゲットは支持部材を介して回転体に接続されている。これにより、支持部材を使用しない場合に比べ、陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量を低減することができる。なお、より長い支持部材を利用することにより、陽極ターゲットから回転体への熱伝達パスをより長くすることができるため、陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量を一層低減することができる。

特開平５−１３０３０号公報

上記のように支持部材を長くするほど、陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量を低減することができる。しかしながら、支持部材を長くするほど、支持部材と回転体との接合部に加わる応力が大きくなってしまう。支持部材と回転体との接合部には、強い応力が加わりさらに陽極ターゲットの熱が伝達されるため、陽極ターゲットなどにがたつきが生じたり、支持部材と回転体との接合状態が途絶えたりするなど、種々の問題が生じる恐れがある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量と、支持部材と回転体との接合部に加わる応力と、を低減することのできる回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。

一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、
管軸方向に延出している回転軸と、
軸受により回転軸の周囲に回転自在に支持された回転体と、
支持部材により前記回転体に接合され、前記回転体とともに回転自在であり、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、を備え、
前記支持部材は、
前記陽極ターゲットに接合され、前記陽極ターゲットから第１位置を越えて第２位置まで前記管軸方向に延出した第１支持部材と、
前記第１位置から前記第２位置まで前記管軸方向に延出し、前記第２位置にて前記第１支持部材に接合され、前記第１位置にて前記回転体に接合された第２支持部材と、を有していることを特徴としている。

一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管を示す概略断面図であり、固定体、回転体、第１支持部材、第２支持部材及び陽極ターゲットを取り出して示す図である。 比較例の回転陽極型Ｘ線管を示す概略断面図であり、固定体、回転体、第１支持部材、第２支持部材及び陽極ターゲットを取り出して示す図である。

以下、図面を参照しながら一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。
図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管は、固定体１と、回転体２と、軸受Ｂと、陽極ターゲット５と、第１支持部材６と、第２支持部材７と、を備えている。図示しないが、回転陽極型Ｘ線管は、陰極や、固定体１、回転体２、軸受Ｂ、陽極ターゲット５、第１支持部材６、第２支持部材７及び陰極を収容した真空外囲器も備えている。

回転陽極型Ｘ線管は、図示しないステータコイル（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ている。ステータコイルは、回転体２に対向し、真空外囲器の外側を囲むように設けられている。ステータコイルは、所定の電流が供給されることにより磁界を発生し、回転体２を回転させる。筐体は、回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容している。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ている。

回転軸としての固定体１は、回転陽極型Ｘ線管の管軸方向ｄに延出して形成されている。固定体１は円柱状に形成され、外面に軸受面を有している。固定体１は、鉄（Ｆｅ）などの金属材料で形成されている。

回転体２は、軸受Ｂにより固定体１の周囲に回転自在に支持されている。回転体２は、固定体１と同軸的に延出して形成され、固定体１の外周を囲んでいる。回転体２は、円筒状に形成され、内面に固定体１の軸受面と対向した他の軸受面を有している。回転体２の内径は、固定体１の直径より「わずかに」大きい。回転体２及び固定体１は、軸受面同士が対向した領域を含む全対向領域で、互いに隙間（微小な隙間）を置いて設けられている。

軸受Ｂは、固定体１と回転体２との間に形成され、固定体１を回転軸として回転体２を回転可能に支持する。この実施形態において、軸受Ｂは、潤滑剤としての金属潤滑剤ＬＭを有し、固定体１の軸受面、回転体２の軸受面及び金属潤滑剤ＬＭで形成されたすべり軸受である。金属潤滑剤ＬＭは、固定体１の軸受面と回転体２の軸受面との間の隙間に充填されている。この実施形態において、金属潤滑剤ＬＭは、ガリウム・インジウム・錫合金（ＧａＩｎＳｎ）である。

なお、回転体２の両端部には図示しないシール部が設けられている。シール部は、固定体１及び回転体２の管軸方向ｄへの相対的な位置ずれを規制することができる。また、シール部は、金属潤滑剤ＬＭの漏洩を抑制することができる。このため、シール部は、ラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能する。

陽極ターゲット５は、支持部材により回転体２に接合され、回転体２とともに回転自在である。陽極ターゲット５は、回転体２に隙間を置いて位置している。陽極ターゲット５は、回転体２の一部に対向した第１位置Ｐ１から管軸方向ｄにずれて位置している。この実施形態において、回転体２の一部及び第１位置Ｐ１は、管軸方向ｄに垂直な方向に対向している。陽極ターゲット５は、陰極から放出された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５は、形状が円環状であり、重金属等の材料で形成されている。陽極ターゲット５は、固定体１及び回転体２と同軸的に設けられている。

支持部材は、第１支持部材６及び第２支持部材７を有している。第１支持部材６は、陽極ターゲット５に接合されている。第１支持部材６は、陽極ターゲット５から第１位置Ｐ１を越えて第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出して形成されている。この実施形態において、第１支持部材６は円筒状に形成されている。

第２支持部材７は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出して形成されている。この実施形態において、第２支持部材７は円筒状に形成されている。第２支持部材７は、第１位置Ｐ１にて第２支持部材７から回転体２に向かう方向（管軸方向ｄに垂直な方向）に突出して形成され、第２位置Ｐ２にて回転体２から第２支持部材７に向かう方向（管軸方向ｄに垂直な方向）に突出して形成されている。第２支持部材７は、第２位置Ｐ２にて第１支持部材６に接合され、第１位置Ｐ１にて回転体２に接合されている。

この実施形態において、第１支持部材６及び第２支持部材７の厚みは、それぞれ全周に亘って均一である。ここで、第１支持部材６及び第２支持部材７の厚みは、それぞれ内周面と外周面との最短距離であり、この実施形態では管軸方向ｄに垂直な方向における内周面と外周面との距離である。

第１支持部材６及び第２支持部材７は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に亘って互いに隙間を置いて位置している。この実施形態において、第２支持部材７は、回転体２と第１支持部材６との間に位置しているため、第１支持部材６及び第２支持部材７は、全周に亘って隙間を置いて位置している。

回転体２、陽極ターゲット５、第１支持部材６及び第２支持部材７間の接合には、例えばロウ付けを利用している。第２支持部材７は、回転体２、陽極ターゲット５及び第１支持部材６とともに固定体１を中心軸として回転可能である。

陽極ターゲット５は、回転体２を形成する材料の熱膨張率より低い熱膨張率を示す材料で形成されている。また、陽極ターゲット５は高温強度の高い材料で形成されている。第１支持部材６は、陽極ターゲット５を形成する材料の熱膨張率と同一又はそれより高い熱膨張率を示す材料で形成されている。第２支持部材７は、第１支持部材６を形成する材料の熱膨張率と回転体２を形成する材料の熱膨張率との間の熱膨張率を示す材料で形成されている。

この実施形態において、回転体２は鉄系金属で形成されている。陽極ターゲット５及び第１支持部材６はモリブデンで形成されている。第２支持部材７はニッケル合金で形成されている。

以上のように構成された一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管によれば、回転陽極型Ｘ線管は、固定体１、回転体２、軸受Ｂ、陽極ターゲット５、第１支持部材６及び第２支持部材７を備えている。
陽極ターゲット５は、第１支持部材６及び第２支持部材７を介して回転体２に接続されている。また、第１支持部材６及び第２支持部材７の厚みを薄くしたり、熱伝導率の低い金属を利用して第１支持部材６及び第２支持部材７を形成したりすることができる。これにより、陽極ターゲット５から回転体２へ伝達する熱量を低減することができる。

回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲット５に生じる熱をできるだけ回転体２に伝達しないように形成されているため、回転体２が過熱される場合における不具合の発生を低減することができる。例えば、回転体２の変形に伴う軸受Ｂでのがたつきの発生を低減することができ、ひいては陽極ターゲット５の回転動作におけるがたつきの発生を低減することができる。また、軸受面と金属潤滑剤ＬＭとの反応が促進され次第に軸受面に反応物が堆積することによる軸受性能の低下を低減することができる。
その他、回転体２を形成する材料に高価なモリブデンなどではなく、鉄系の材料を用いることができるため、回転体２の温度を許容温度の範囲内に抑えることができる。

第１支持部材６は、陽極ターゲット５を形成する材料の熱膨張率と同一又はそれより高い熱膨張率を示す材料で形成されている。第２支持部材７は、第１支持部材６を形成する材料の熱膨張率と回転体２を形成する材料の熱膨張率との間の熱膨張率を示す材料で形成されている。陽極ターゲット５と第１支持部材６との温度差、第１支持部材６と第２支持部材７との温度差、第２支持部材７と回転体２との温度差がそれぞれ大きくなっても、回転体２、陽極ターゲット５、第１支持部材６及び第２支持部材７間の接合状態を絶やすことなく、回転体２、陽極ターゲット５、第１支持部材６及び第２支持部材７間の良好な接合状態を保持することができる。

第１支持部材６は、陽極ターゲット５から第１位置Ｐ１を越えて第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出して形成されている。第２支持部材７は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出して形成されている。

管軸方向ｄに沿った方向において、陽極ターゲット５から第１位置Ｐ１までの距離は、第１支持部材６及び第２支持部材７の長さの和よりも短く、さらには第１支持部材６の長さよりも短い。陽極ターゲット５から回転体２までの長い熱伝達パスを確保しつつ、陽極ターゲット５から第１位置Ｐ１までの距離を第１支持部材６の長さよりも短くすることができる。

このため、第２支持部材７と回転体２との接合部に加わる応力を低減させることができる。そして、高度な設計機構を利用すること無しに、第２支持部材７及び回転体２間の良好な接合状態を保持することができる。

第２支持部材７と回転体２との接合部に加わる応力が低減されるように回転陽極型Ｘ線管が設計されている。このため、上記接合部に陽極ターゲットの熱が伝達されても、陽極ターゲット５の回転動作におけるがたつきの発生を低減することができ、第２支持部材７及び回転体２間の良好な接合状態を保持することができる。

また、上記回転陽極型Ｘ線管をＸ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）装置に利用した場合、特に重量感のある陽極ターゲットに管軸方向ｄに対して垂直方向に荷重が加わったり、回転体２自身のアンバランスにより回転体２に回転振動が発生したりするため、第２支持部材７と回転体２との接合部は連続的に力を受けるが、この場合においても、第２支持部材７及び回転体２間の良好な接合状態を保持することができる。

上記のことから、陽極ターゲット５から回転体２へ伝達する熱量と、支持部材（第２支持部材７）と回転体２との接合部に加わる応力と、を低減することのできる回転陽極型Ｘ線管を得ることができる。そして、回転体２の変形を効果的に抑制することができる。

次に、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の比較例の回転陽極型Ｘ線管について説明する。
図２に示すように、第１支持部材６が陽極ターゲット５から第１位置Ｐ１の手前の第２位置Ｐ２まで管軸方向ｄに延出して形成され、第２支持部材７が第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１まで管軸方向ｄに延出して形成され、第１支持部材６及び第２支持部材７が管軸方向ｄに並んでいる他、比較例の回転陽極型Ｘ線管は、図１に示した上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管と同様に形成されている。

上記のように構成された比較例の回転陽極型Ｘ線管によれば、陽極ターゲット５から回転体２へ伝達する熱量を低減することはできる。しかしながら、管軸方向ｄに沿った方向において、第２支持部材７と回転体２との接合部から陽極ターゲット５までの距離が長くなってしまうため、曲げ応力が大きくなり、第２支持部材７と回転体２との接合部には非常に大きな応力が加わってしまう。このため、比較例の回転陽極型Ｘ線管においては、第２支持部材７及び回転体２間の良好な接合状態を保持するためには高度な設計機構を利用することが必要となる。

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。

例えば、第１支持部材６及び第２支持部材７は、円筒状に形成されているがこれに限定されるものではなく種々変形可能であり、板状の部材、棒状の部材、格子状の部材、又はこれらの組合せなどにより形成されていてもよい。回転体２、陽極ターゲット５、第１支持部材６及び第２支持部材７を形成する材料は、上述した材料に限定されるものではなく種々変形可能である。

軸受Ｂは、すべり軸受に限定されるものではなく種々変形可能であり、例えば玉軸受であっても上述した効果と類似した効果を得ることができる。
陽極ターゲット５は、管軸方向ｄに沿った方向に固定体１及び回転体２から外れて位置していても上述した効果と類似した効果を得ることができる。この場合、陽極ターゲット５は円盤状に形成されていてもよい。
本発明の実施形態は、上述した回転陽極型Ｘ線管に限定されるものではなく、各種の回転陽極型Ｘ線管に適用可能である。

１…固定体、２…回転体、５…陽極ターゲット、６…第１支持部材、７…第２支持部材、Ｂ…軸受、ＬＭ…金属潤滑剤、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、ｄ…管軸方向。

Claims (8)

1. 管軸方向に延出している回転軸と、
   軸受により回転軸の周囲に回転自在に支持された回転体と、
   支持部材により前記回転体に接合され、前記回転体とともに回転自在であり、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、を備え、
   前記支持部材は、
   前記陽極ターゲットに接合され、前記陽極ターゲットから第１位置を越えて第２位置まで前記管軸方向に延出した第１支持部材と、
   前記第１位置から前記第２位置まで前記管軸方向に延出し、前記第２位置にて前記第１支持部材に接合され、前記第１位置にて前記回転体に接合された第２支持部材と、を有している回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記陽極ターゲットは、前記回転体に隙間を置いて位置している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記第１支持部材及び第２支持部材は、前記第１位置から前記第２位置に亘って互いに隙間を置いて位置している請求項１又は２に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. 前記第１支持部材及び第２支持部材は、それぞれ円筒状に形成され、
   前記第２支持部材は、前記回転体と前記第１支持部材との間に位置している請求項３に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記陽極ターゲットは、前記回転体を形成する材料の熱膨張率より低い熱膨張率を示す材料で形成され、
   前記第１支持部材は、前記陽極ターゲットを形成する材料の熱膨張率と同一又はそれより高い熱膨張率を示す材料で形成され、
   前記第２支持部材は、前記第１支持部材を形成する材料の熱膨張率と前記回転体を形成する材料の熱膨張率との間の熱膨張率を示す材料で形成されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. 前記軸受はすべり軸受である請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
7. 前記第１位置は、前記管軸方向に垂直な方向において前記回転体に対向している請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
8. 前記回転体は、鉄系金属で形成され、
   前記陽極ターゲット及び第１支持部材は、モリブデンで形成され、
   前記第２支持部材は、ニッケル合金で形成されている請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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