JP4112829B2 - Rotating anode X-ray tube - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構に動圧式すべり軸受が設けられた回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、Ｘ線を放射する陽極ターゲットを回転機構によって回転可能に支持し、高速で回転する陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放射させる構造になっている。陽極ターゲットを支持する回転機構は、回転する回転部分および回転しない固定部分から構成され、回転部分と固定部分との間に軸受が設けられている。
【０００３】
回転陽極型Ｘ線管の軸受にはボールベアリングのようなころがり軸受、あるいは、軸受面にらせん溝を形成し、ガリウム（Ｇａ）やガリウム（Ｇａ）−インジウム（Ｉｎ）−錫（Ｓｎ）合金のような液体金属潤滑剤をらせん溝の部分などに供給する動圧式すべり軸受が用いられている。
【０００４】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について、動圧式すべり軸受を用いた場合を例にとり図９を参照して説明する。符号９１は収納容器で、収納容器９１内に回転陽極型Ｘ線管９２が収納されている。回転陽極型Ｘ線管９２は真空容器９３などから構成されている。真空容器９３内に陰極９４および陽極ターゲット９５が対向して配置されている。陽極ターゲット９５は回転支柱９６などの回転機構９７に連結され、回転機構９７によって回転可能に支持されている。回転機構９７は、回転支柱９６が連結した回転体９８およびこの回転体９８に嵌合した固定体９９などを有している。回転体９８の図示下端の開口はスラストリンング１００で封止され、固定体９９はスラストリンング１００を貫通しその外側まで伸びている。
【０００５】
固定体９９内部に、冷却媒体が流れる冷却用通路を形成する穴１０１が管軸に沿って設けられている。固定体９９の一端は真空容器９３の図示下端を封止する封止リング１０２に気密接合され固定されている。真空容器９３の外側にステータ１０３が配置されている。
【０００６】
上記した構成において、回転陽極型Ｘ線管の動作時、ステータ１０３が発生する回転磁界によって回転体９８および陽極ターゲット９５を高速で回転させる。この状態で、陰極９４が発生した電子ビームｅを陽極と陰極間の高電圧で加速し、陽極ターゲット９５に衝突させ、陽極ターゲット９５からＸ線を放出させる。Ｘ線は、矢印Ｙで示すように、真空容器９３に設けた出力窓Ｗ１および収納容器９１に設けた出力窓Ｗ２を通して外に取り出される。
【０００７】
次に、回転陽極型Ｘ線管の陽極構造について図１０を参照して説明する。図１０は、図９に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【０００８】
回転体９８は、たとえば回転支柱９６が直接連結した中間円筒９８ａおよび中間円筒９８ａの内側に接合された内側円筒９８ｂ、中間円筒９８ｂの外側に接合された外側円筒９８ｃの３層構造に構成されている。外側円筒９８ｃの外表面は熱放出用に黒化処理した黒化膜１０４が形成されている。内側円筒９８ｂの図示下端の開口はスラストリング１００で封止されている。内側円筒９８ｂの内部に固定体９９が嵌合され、固定体９９の下端はスラストリング１００を貫通し、さらにその下方まで伸びている。
【０００９】
内側円筒９８ｂと固定体９９の嵌合面などに動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば固定体９９外周面の管軸方向に離れた２箇所にラジアル方向の動圧式すべり軸受１０５ａ、１０５ｂが設けられている。また、固定体９９の図示上方の端面および固定体９９の図示下方の段差面にスラスト方向の動圧式すべり軸受１０６ａ、１０６ｂが設けられている。
【００１０】
ラジアル方向の動圧式すべり軸受１０５ａ、１０５ｂの部分には、図１１（ａ）に示すようなヘリボーンパターンのらせん溝１１１が、それぞれ対に形成されている。スラスト方向の動圧式すべり軸受１０６ａ、１０６ｂの部分には、図１１（ｂ）に示すようなヘリボーンパターンのらせん溝１１２が形成されている。
【００１１】
これらのらせん溝１１１、１１２および内側円筒９８ｂと固定体９９の嵌合隙間には、ガリウムやガリウム合金などの液体金属潤滑剤が供給される。
【００１２】
固定体９９外周面の２つの軸受１０５ａ、１０５ｂに挟まれた領域に、軸受１０５ａ、１０５ｂの部分よりも内側円筒９８ｂと固定体９９の隙間が広く、軸受として機能しない非軸受領域１１３が設けられている。非軸受領域１１３の隙間は、たとえば液体金属潤滑剤の貯蔵部などとして機能する。
【００１３】
上記の内側円筒９８ｂと固定体９９の隙間など軸受部分の寸法は回転部分が安定に回転できるように適正な大きさに設定され、その大きさは回転部分の回転速度や軸の形状によって相違する。たとえば、図１１のような動圧式すべり軸受の場合、回転体９８と固定体９９の隙間たとえば内側円筒９８ｂの内周面と固定体９９の外周面との隙間は、固定体９９の軸受部分における直径の約１／１０００以下程度の大きさに設定される。
【００１４】
回転陽極型Ｘ線管は、動作時、電子ビームの照射によって陽極ターゲット９５の温度が上昇する。陽極ターゲット９５の熱を管外に逃がす場合、動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管では、たとえば陽極ターゲット９５の熱をその陽極ターゲット９５が連結する回転体９８に伝え、さらに回転体９８から軸受部分の液体金属潤滑剤を経て固定体９９に伝え、固定体９９からＸ線管外に放出する方法が用いられている（特許第２８５６５３１号、特許第２９６００８５号、特許第２９３０２５５号の各公報および米国特許第５８３８７６３号明細書など参照）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットで発生した熱を放出する場合、たとえば陽極ターゲットが固定された回転体から動圧式すべり軸受を通して固定体に伝え、固定体から放出している。この方法は、陽極ターゲットから回転体への熱伝達率を上げるために、たとえば陽極ターゲットと回転体との連結部分の面積を広くすると、動作時、軸受部分の温度上昇が大きくなる。その結果、軸受を形成する材料と液体金属潤滑剤との相互反応で軸受面が荒れたり、あるいは、反応生成物によって軸受間隙の寸法が変化したりして、安定な軸受動作を維持できないことがある。
【００１６】
また、動圧式すべり軸受の軸受面をモリブデン合金などの高融点金属で形成した場合、加工が困難で高価であるため、Ｘ線管のコストを増大させるという問題がある。さらに、回転の起動時や停止時に、回転側の軸受面と固定側の軸受面が機械的に擦れ合うと、かじりを起し易いという問題がある。
【００１７】
なお、動圧式すべり軸受は、回転時の騒音や振動が小さく、磨耗も少なく長寿命という利点がある。しかし、軸受面の温度上昇を抑えるために断熱構造が必要とされ、構造が複雑化している。
【００１８】
たとえば、回転陽極形Ｘ線管が動作状態に入り、回転機構の回転部分が回転を始めると、液体金属潤滑剤のせん断エネルギーが熱に変換し軸受部分が発熱する。軸受部分には、陽極ターゲットやステータの熱も加わり軸受部分の温度が上昇する。
【００１９】
そのため、陽極ターゲットの熱や誘導電磁界よる回転体の熱が軸受部分に伝わらないようにしている。たとえば、回転支柱の断面積を小さくして伝熱量を少なくし、あるいは、陽極ターゲット上の電子ビームの衝突領域から回転支柱に至る伝熱経路を長くしている。その他、固定体内部に設けた冷却用通路に冷却媒体を流して冷却する方法や、回転体の外表面に黒化膜を設けて輻射を促進し熱を放出する方法などがある。
【００２０】
上記の回転支柱の伝熱面積を小さくする方法は機械的強度が弱くなるという問題がある。また、回転支柱と回転体との接合部分は高温になるため、高温時の機械強度が要求される。
【００２１】
伝熱経路を長くする方法は、陽極ターゲットの重量が大きくなるとたわみが発生しやすくなる。ＣＴ装置などに使用されるＸ線管は、管球に強い遠心力が加わるためたわみが発生しやすい。また、伝熱経路が長いと、回転を安定化するためのバネ定数の検討が複雑になり設計誤差が生じやすくなる。しかし、伝熱経路を短くすると、陽極ターゲットから軸受部分に伝わる熱が増え、軸受面を構成する部材と液体金属潤滑剤の反応が促進し、回転特性を悪化させる。
【００２２】
黒化膜を設ける方法は、製造コストを上昇させ、また、脱落した場合に異物となってガスの発生源となり耐電圧特性を低下させる。
【００２３】
また、陽極ターゲットの熱を積極的に軸受面などを経由して逃がし冷却する方法もある。この方法は、数百Ｗレベルの大熱量が軸受部分に流れこむため、軸受内部の冷却能力を上げる必要がある。したがって、クーラ能力を向上させなければならず大型化し高価になる。また、軸受面が高温になるため、液体金属潤滑剤との拡散反応を防止するために、耐熱性のある金属材料を軸受面に用いることになり高価になる。
【００２４】
この発明は、上記した欠点を解決し、動圧式すべり軸受部分の温度上昇を抑え、安定な軸受動作を維持できる回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記陽極ターゲットが前記第２領域の前記回転部分に直接、または、間接に連結していることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１１は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図ではその一部が示されている。真空容器１１内にＸ線を放出する円盤状陽極ターゲット１２が配置されている。陽極ターゲット１２は重金属などで形成され、高融点金属製の円筒状回転体１３の外周部にねじ１４で固定されている。
【００２７】
回転体１３は、陽極ターゲット１２を回転可能に支持する回転機構の回転部分を構成し、たとえば図示上端に位置する第１部分１３１およびこの第１部分１３１よりも外径が大きく中間に位置する第２部分１３２、第２部分１３２よりも外径が大きく図示下端に位置する第３部分１３３などから構成されている。第３部分１３３の一部に高導電性の筒状回転体１５が接合されている。
【００２８】
第１部分１３１の上端部は陽極ターゲット１２の貫通穴を貫通し、その外周部に陽極ターゲット１２が固定されている。第３部分１３３の下端開口はスラストリング１６で封止されている。回転体１３のたとえば第１部分１３１からその図示下方部分に設けられた内部空間に固定体１７が嵌合されている。
【００２９】
固定体１７はたとえば高融点金属で形成され、陽極ターゲット１２を回転可能に支持する回転機構の固定部分を構成している。固定体１７は、図示上端の外径が小さい第１径小部１７１および第１径小部１７１よりも外径が大きい中間の径大部１７２、径大部１７２よりも外径が小さい図示下端の第２径小部１７３から構成されている。固定体１７は、上端部分すなわち第１径小部１７１の上端部分を底とする有底円筒状で、第２径小部１７３がスラストリング１６を貫通し、その先は、筒状の封止部材１８を介してガラス製の真空容器１１部分に気密接合されている。
【００３０】
固定体１７内の管軸に沿って設けられた穴１９にパイプ２０が挿入されている。穴１９およびパイプ２０の図示下端は真空容器１１外に開口している。パイプ２０の上端は、固定体１７の第１径小部１７１内部の底部近くに開口している。このとき、固定体１７内には、たとえば矢印Ｃで示すように、真空容器１１外から導入された冷却媒体がパイプ２０と固定体１７の隙間を上昇し、その後、パイプ２０内を下降し、真空容器１１外に導出する冷却用通路が形成される。
【００３１】
上記した構成の回転体１３と固定体１７の嵌合部分に動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば、固定体１７の径大部１７２外周の上下２箇所たとえば符号Ｌ１、Ｌ２を付した領域に、それぞれ一対のヘリンボン・パターンのらせん溝２２が形成され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が形成されている。また、固定体１７の径大部１７２の上下両端面たとえば符号Ｌ３、Ｌ４を付した領域に、それぞれヘリンボン・パターンのらせん溝２３が形成され、スラスト方向の動圧式すべり軸受が形成されている。
【００３２】
動圧式すべり軸受が形成された軸受領域Ｌ１〜Ｌ４では、回転体１３と固定体１７の隙間あるいはスラストリング１６と固定体１７の隙間は、たとえば１０μｍから３０μｍの範囲になっている。軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の隙間やらせん溝２２、２３などの各部分には液体金属潤滑剤が供給されている。なお、回転体１３側あるいはスラストリング１６側の軸受面は平滑な面でもよく、らせん溝を形成してもよい。
【００３３】
また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも陽極ターゲット１２の近くに位置する回転体１３と固定体１７の嵌合部分、たとえば少なくとも陽極ターゲット１２の貫通穴で囲まれた部分に、回転体１３と固定体１７間の隙間が軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも大きく、軸受としての機能がほとんどない、いわゆる非軸受領域Ｌ５が設けられている。図１の場合は、回転体１３の第１部分１３１および第２部分１３２、この第２部分１３２に隣接する第３部分１３３の一部のそれぞれと固定体１７の第１径小部１７１とが管軸方向で対向する部分に非軸受領域Ｌ５が設けられている。
【００３４】
非軸受領域Ｌ５の隙間は、たとえば３０μｍから５００μｍの範囲に設定され、通常の使用状態では、回転体１３と固定体１７が互いに接触することがない寸法に設定されている。また、円Ｒ内に拡大して示すように、非軸受領域Ｌ５の回転体１３と固定体１７の隙間Ｇには、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４と同様、液体金属潤滑剤２８が充填されている。
【００３５】
上記した構成のＸ線管は動作状態に入ると、電子ビームの照射で陽極ターゲット１２の温度が上昇する。陽極ターゲット１２の熱はたとえば輻射によって放散される。一部の熱は、陽極ターゲット１２から回転体１３に伝達され、さらに、回転体１３から固定体１７に伝達され、たとえば固定体１７内部を流れる冷却媒体によって外部に放散される。
【００３６】
この場合、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも非軸受領域Ｌ５の方が陽極ターゲット１２からの距離が短くなっている。そのため、回転体１３から固定体１７への熱伝達はその多くが非軸受領域Ｌ５を経由して行われる。したがって、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４を通る熱が少なくなり、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられる。その結果、軸受面を形成する材料と液体金属潤滑剤との相互反応が防止され、軸受面の荒れや軸受間隙の寸法変化が少なくなり、安定な軸受動作が維持される。
【００３７】
非軸受領域Ｌ５は、動作時、４００℃乃至５００℃に上昇する。そのため、回転体１３や固定体１７の非軸受面の材料と液体金属潤滑剤が反応し、反応層が成長する場合がある。しかし、非軸受領域Ｌ５は隙間が大きいため、回転特性に対する悪い影響は回避される。
【００３８】
上記の実施形態の場合、陽極ターゲット１２が非軸受領域Ｌ５の回転体１３部分の外周部に直接連結している。しかし、陽極ターゲット１２を熱伝導部材などに固定し、陽極ターゲット１２と非軸受領域Ｌ５の回転体１３部分とを熱伝導部材を介して機械的あるいは熱的に間接に連結する構造にすることもできる。
【００３９】
上記の構成は、回転体１３および固定体１７、スラストリング１６の材料としてたとえばモリブデンやモリブデン合金が使用されている。しかし、これらの材料に代えて、タングステンやタングステン合金、タンタル、タンタル合金などを使用することもできる。タングステンやタンタルは、モリブデンやモリブデン合金よりも液体金属潤滑剤によって侵蝕され難い性質がある。
【００４０】
しかし、非軸受領域Ｌ５に位置するこれら材料の表面に、クロムの酸化物、硼化物、バナジウムの窒化物、炭化物、硼化物、ハフニウムの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、チタンの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、タングステン、タングステンの窒化物、炭化物、硼化物、モリブデン、モリブデンの窒化物、炭化物、硼化物、ジルコニウムの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、タンタル、タンタルの窒化物、炭化物、硼化物、ニオブ、ニオブの窒化物、炭化物、硼化物、ルテニウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、窒化硼素、炭化硼素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、硼化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、硼化珪素、ダイヤモンド、炭素（ＤＬＣおよびグラファイトを含む）、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムの中から選ばれた少なくとも１つを主成分とする高融点物質で耐熱コーティングを施せば、使用時における非軸受領域Ｌ５の温度を高くでき、陽極ターゲットの冷却能力が増加する。
【００４１】
また、鉄を主体とする金属材料を母材とし、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４および非軸受領域Ｌ５を含め、その表面に、上記の高融点物質による耐熱コーティングを施す構造にすることもできる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４３】
この実施形態の場合、回転体１３の第２部分１３２と第３部分１３３が符号Ｘ１の部分で接合されている。また、固定体１７の第１径小部１７１と径大部１７２が符号Ｘ２の部分で接合されている。そして、符号Ａで示す回転体１３の第１部分１３１および第２部分１３２、符号Ｂで示す固定体１７の第１径小部１７１が、モリブデンあるいはモリブデン合金、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金の中から選ばれた高融点金属で形成され、回転体１３の第３部分１３３および固定体１７の径大部１７２および第２径小部１７３が、鉄あるいは鋼、合金鋼、鉄−ニッケル合金、鉄−クロム合金、鉄−ニッケル−クロム合金のような鉄を主体とする鉄主体金属で形成されている。
【００４４】
この場合、接合部分Ｘ１、Ｘ２に液体金属潤滑剤が存在している。ろう材はほとんどが液体金属潤滑剤で侵蝕される。したがって、接合部分Ｘ１、Ｘ２は摩擦圧接などの原子拡散接合法で接合される。
【００４５】
上記した構成によれば、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の軸受面が鉄主体の金属で形成されている。鉄主体の金属は加工が容易であるため、軸受を高精度に製造できる。また、鉄主体の金属は強磁性体であるため回転磁界との磁気的な結合効率が向上する。また、非軸受領域Ｌ５の非軸受面にチタン窒化物セラミックスなどの薄膜を設ければ、高温での機械的強度が高くなり、液体金属潤滑剤による浸蝕を防止できる。
【００４６】
次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。図３では、図１や図２に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４７】
この実施形態の場合、回転体１３は、図２の場合と同様、第２部分１３２と第３部分１３３が接合部分Ｘ１で接合され、符号Ａで示す第１部分１３１および第２部分１３２と第３部分１３３とが異種金属で形成されている。
【００４８】
たとえば第１部分１３１および第２部分１３２は高融点金属で形成され、第３部分１３３は鉄主体の金属で形成されている。固定体１７は、その母材を加工が容易で安価な鉄主体の金属で形成し、円Ｒ内に拡大して示すように、固定体１７側の非軸受面に、図１の実施形態で説明したと同様、耐熱コーティング３１を施している。
【００４９】
耐熱コーティングを設ける場合、たとえば母材の非軸受面となる部分以外をマスクし、非軸受面となる表面にＣＶＤ（化学蒸着）法やＰＡＣＶＤ（プラズマ活性化化学蒸着）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学蒸着）法、あるいはイオンプレーティングのようなＰＶＤ（物理蒸着）法、溶射法などを用いて、０．５μｍから２０μｍ程度の所定厚さに付着させる方法、または、溶融塩浴浸漬法やガス雰囲気中での熱処理法などの方法が採用される。
【００５０】
この場合、回転体１３の非軸受面の素材には、モリブデンやモリブデン合金、あるいは、タングステンやタングステン合金、タンタル、タンタル合金などが使用される。
【００５１】
また、耐熱コーティング層の形成は、回転体１３と固定体１７の対向面が機械的に直接接触しない非軸受面の領域に限定することが望ましい。しかし、耐熱コーティング層の密着度や耐摩耗性が十分に高い場合は、軸受面に形成することもできる。耐熱コーティング層の材料には、図１の実施形態で説明した物質を混合したものが使用され、または、これらの材料にわずかの他の物質が含まれたものが使用される。
【００５２】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、図１〜図３に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００５３】
この実施形態の場合、真空容器１１の一部に筒状の固定リング４１が設けられ、その上端の内側に折り曲げられた折曲部４１ａに絶縁材料からなる筒状固定部材４２が接合され、さらに筒状固定部材４２の内側に筒状接合部材４３が接合されている。そして、固定体１７の図示上端が、陽極ターゲット１２を貫通して接合部材４３の内側に固定され気密接合されている。固定体１７の上端部分は符号Ｘ３で示す接合部分で異なる金属どうしが接合して構成されている。
【００５４】
また、固定体１７のスラストリング１６との隣接部分にフランジ状に突出する突出部４４が形成されている。固定体１７には、その図示上端から図示下端まで貫通する貫通穴４５が管軸に沿って形成され、貫通穴４５の上下両端はいずれも真空容器１１外に開口している。また、回転体１３の外周面に筒状の外側回転体４６が接合している。貫通穴４５の図示下端の開口はたとえば冷却媒体の入口を構成し、図示上端の開口はたとえば冷却媒体の出口を構成し、固定体１７内に矢印Ｃに示す冷却用通路が形成される。
【００５５】
また、固定体１７の突出部４４の図示上方の面と対向する回転体１３の端面および突出部４４の図示下方の面と対向するスラストリング１６の面に、それぞれらせん溝を形成してスラスト方向の動圧式すべり軸受が形成され、軸受領域Ｌ３、Ｌ４が設けられている。
【００５６】
回転体１３および固定体１７は、図２の場合と同様、接合部分Ｘ１、Ｘ２において相違する金属材料を接合して構成されている。
【００５７】
上記した構成によれば、固定体１７は図示上下の２箇所で真空容器１１に固定され、また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４が陽極ターゲット１２からみて一方の側に設けられている。この場合、陰極側に動圧式すべり軸受がないため、回転体１３の外径を小さく形成でき、耐電圧性能が確保される。また、冷却用通路が管軸に沿って直線状に設けられているため、固定体１７内を流れる冷却媒体により多くの熱を伝熱できる。したがって、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられ、液体潤滑剤による軸受面の浸蝕が防止され、安定な軸受動作が維持される。
【００５８】
なお、回転陽極型Ｘ線管を陽極接地、たとえば真空容器１１や陽極を接地して使用する場合、筒状固定部材４２にはセラミクスやガラスなどの絶縁材料に代えて金属材料が使用される。
【００５９】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図１〜図４に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００６０】
この実施形態の場合、回転体１３および固定体１７は、それぞれが管軸方向に離れた２つの接合部分Ｙ１、Ｙ２を境界にして、上方部分Ｊおよび中間部分Ｋ、下方部分Ｌに３分され、回転体１３の下方部分Ｌの開口はスラストリング１６で封止され、回転体１３の上方部分Ｊの開口は第２スラストリング５１で封止されている。
【００６１】
回転体１３および固定体１７は、それぞれの上方部分Ｊおよび下方部分Ｌが同じ金属材料で形成され、中間部分Ｋと相違する金属材料が使用されている。なお、軸受領域Ｌ１、Ｌ３は回転体１３および固定体１７の上方部分Ｊに、軸受領域Ｌ２、Ｌ４は下方部分Ｌに、それぞれ分けて設けられている。
【００６２】
たとえば、固定体１７の上方部分Ｊおよび下方部分Ｌの外周面にらせん溝２２を形成し、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が設けられている。また、固定体１７の上方部分Ｊの第２スラストリング５１と対向する端面、および、固定体１７の下方部分Ｌのスラストリング１６と対向する端面に、それぞれらせん溝２３を形成し、スラスト方向の動圧式すべり軸受が設けられている。
【００６３】
スラストリング１６の下方に、外部に配置されたステータによって誘導電流が流れ、回転力を発生する高導電性の筒状回転体５２が取り付けられている。
【００６４】
この構成の場合も、陽極ターゲット１２は非軸受領域Ｌ５、たとえば中間部分Ｋの回転体１３に直接連結している。
【００６５】
上記した構成の場合、陽極ターゲット１２の両側に軸受領域が分けて設けられている。このため、上下の軸受領域の負荷荷重のバランスがよくなり、軸受の安定性が向上する。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態について図６を参照して説明する。符号６１は回転陽極型Ｘ線管を構成する陽極ターゲットで、陽極ターゲット６１は、電子ビームを発生する陰極などと共に真空容器内に配置されている。陽極ターゲット６１は、たとえば回転支柱６２や回転体６４などからなる回転機構６３に連結され、回転機構６３によって回転可能に支持されている。
【００６７】
回転支柱６２は伝熱断面を小さくするために、その一部たとえば図示の下方部分が筒状に形成されている。
【００６８】
回転体６４は、陽極ターゲット６１を回転可能に支持する回転機構の回転部分を構成し、たとえば回転支柱６２の下端外周面に接合された中間円筒６４ａ、および、上端が回転支柱６２の下端内周面に接合され下端が中間円筒６４ａの内側に接合された内側円筒６４ｂ、そして、中間円筒６４ａの外側に接合された外側円筒６４ｃの３層構造に構成されている。外側円筒６４ｃは銅などで形成され、中間円筒６４ａは強磁性体材料たとえば鉄系の合金で形成されている。
【００６９】
内側円筒６４ｂは、図示の下方部分を構成する外径の大きい径大部ｂ１と、これよりも外径が小さい図示の上方部分を構成する径小部ｂ２とで構成されている。径小部ｂ２の外周面は回転支柱６２の内周面に接合され、径大部ｂ１の外周面の一部が中間円筒６４ａの内側に接合されている。内側円筒６４ｂの図示下端の開口はスラストリング６５で封止されている。内側円筒６４ｂの内部に固定体６６が嵌合され、固定体６６はスラストリング６５を貫通しその図示下方まで伸びている。
【００７０】
固定体６６は、陽極ターゲット６１を回転可能に支持する回転機構の固定部分を構成し、たとえば内側円筒６４ｂの径大部ｂ１の部分に嵌合する径大部ａ１、内側円筒６４ｂの径小部ｂ２の部分に嵌合する第１径小部ａ２、スラストリング６５を貫通して下方に伸びる第２径小部ａ３から構成されている。
【００７１】
固定体６６の内部に管軸に沿って穴６７が設けられ、穴６７の中にパイプ６８が挿入されている。これによって、矢印Ｃで示すように、たとえば絶縁油などの冷却媒体がパイプ６８の外側を上昇し、その後、パイプ６８の内側を下降する冷却用通路が形成される。
【００７２】
また、回転体６４の内側円筒６４ｂと固定体６６の嵌合部分、たとえば内側円筒６４ｂおよび固定体６６が所定大きさの隙間で対向する部分に動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば固定体６６外周面の管軸方向に離れた２箇所Ｌ１、Ｌ２に、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が設けられている。また、固定体６６の図示上下の段差面と回転部分が対向する領域Ｌ３、Ｌ４にスラスト方向の動圧式すべり軸受が設けられている。
【００７３】
各軸受領域Ｌ１〜Ｌ４は、軸受面にヘリボーンパターンのらせん溝が形成され、これらのらせん溝および回転体６４と固定体６６の隙間に液体金属潤滑剤が充填されている。
【００７４】
上記の構成において、たとえば固定体６６の外周面に設けられた２つの軸受領域Ｌ１、Ｌ２に挟まれた領域Ｌ、および、固定体６６の径小部ｂ２外周面と内側円筒６４ｂの径小部ｂ２内周面に挟まれた領域Ｌ５、固定体６６の図示上方の端面と内側円筒６４ｂの図示上方の底面で挟まれた領域Ｌ６は、それぞれ内側円筒６４ｂと固定体６６の隙間が各軸受領域Ｌ１〜Ｌ４部分の隙間よりも大きく形成され、軸受としてほとんど機能しない、いわゆる非軸受領域になっている。
【００７５】
非軸受領域Ｌ、Ｌ５、Ｌ６の隙間と軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の隙間は連続しており、非軸受領域Ｌ、Ｌ５、Ｌ６の隙間にも液体金属潤滑剤が充填されている。
【００７６】
図６は、説明の都合で誇張して示されており、たとえば軸受領域Ｌ１、Ｌ２における固定体６６の直径はたとえば５０ｍｍ、隙間はたとえば約１０〜５０μｍ、軸受領域Ｌ３、Ｌ４における隙間はたとえば約１０〜５０μｍ、非軸受領域Ｌ５、Ｌ６の隙間はたとえば３０μｍから５００μｍの範囲に設定されている。
【００７７】
ここで、上記の回転陽極型Ｘ線管から固定体６６部分を抜き出した構造を図７に示す。図７では、図６に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００７８】
上記の回転陽極型Ｘ線管は動作状態に入ると、電子ビームの照射によって陽極ターゲット６１が発熱する。この熱は、陽極ターゲット６１から回転支柱６２、回転支柱６２から回転体６４、さらに、回転体６４から固定体６６へと伝達され、冷却通路を流れる冷却媒体などによって放熱される。
【００７９】
このとき、たとえば非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分が回転支柱６２と接合し、また、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分の方が軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の回転体６４部分よりも陽極ターゲット６１との機械的および熱的な経路が短くなっている。そのため、陽極ターゲット６１の熱の多くは、回転体６４部分と回転支柱６２の接合部および非軸受領域Ｌ５を経由して固定体６６へと伝達され、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられる。また、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分と回転支柱６２との接合部分は、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも陽極ターゲット６１に近く、回転部分の重心に近くなるため、機械的に安定な部分で接合できる。
【００８０】
上記した構造の場合、回転支柱６２と回転体６４たとえば中間回転体６４ａとの接合部も、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分よりも陽極ターゲット６１からの距離が遠くなっている。したがって、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合部は陽極ターゲット６１の熱の主経路でなくなり、温度上昇が抑えられ、機械的強度の劣化が防止される。
【００８１】
また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられるため、陽極ターゲット６１から固定体６６までの伝熱パスを短くでき、陽極部分のたわみを低減でき、大重量の陽極ターゲットの採用が容易になる。
【００８２】
また、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合部を陽極ターゲット６１に近付けることができ、たとえばその接合部を機械的に安定な回転陽極部分の重心位置の近傍に配置できる。
【００８３】
また、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合に、融点温度の低い作業性のよいろう材を使用でき、高融点金属のろう材を使用した場合に比べコストが軽減する。また、回転体６４の外表面の黒化処理も必ずしも必要でなくなり、耐電圧の低下が防止され、コストも軽減する。
【００８４】
図６は、固定体内部の冷却用通路を、回転支柱６２と内側円筒６４ｂが接合する領域に設け、冷却用通路の底部に冷却媒体を吹き付ける衝突噴流方式で冷却している。したがって、主伝熱パス近傍の熱伝達効率が向上し、良好な熱放出が可能となる。この場合、固定体内を流れる冷却媒体の冷却能力が小さくてもよく、冷却系統を小型化できる。温度上昇も少ないため、使用材料の条件が緩和され材料の選択範囲が広がる。
【００８５】
たとえば、図６の構造と従来技術で説明した図１０の構造について、陽極構造の材質が同じで、陽極ターゲットの平均熱入力が５ｋＷ、冷却媒体として一般の電気絶縁油を使い、冷却流量が同じ８〜９Ｌ／ｍｉｎの場合で計算すると、図６の発明の構造の方が、回転支柱６２の軸受側の端部で約１００〜１５０℃、また、外側回転体６４ｃの温度が平均で約１５０℃低下する。
【００８６】
次に、本発明の他の実施形態について図８を参照して説明する。図８は図６に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００８７】
この実施形態の場合、たとえば、回転支柱６２の筒状部にその内部空間を管軸に直交する方向で閉じる遮断壁８１が設けられている。そして、遮断壁８１の固定体６６側の面に内側回転体６４の陽極ターゲット６１側の面を接合し、この接合部分を熱伝達領域にしている。この場合、非軸受領域Ｌ６が陽極ターゲットの熱の主要伝熱パスを形成する。
【００８８】
上記した各実施形態の場合、陽極ターゲットから軸受領域の回転体部分までの距離よりも、陽極ターゲットから非軸受領域の回転体部分までの距離の方を短くしている。この構成で、非軸受領域を経由して回転体から固定体に伝わる熱を多くし、軸受領域の温度上昇を抑えている。
【００８９】
しかし、非軸受領域の回転体部分および陽極ターゲットを結ぶ連結部分と、軸受領域の回転体部分および陽極ターゲットを結ぶ連結部分との形状や材質、冷却条件などが相違する場合は、前者の連結部分の方を後者の連結構造部分よりも熱的な距離を短くすれば同様の効果が得られる。
【００９０】
たとえば、非軸受領域に面している回転体部分と陽極ターゲットとを結ぶ連結部分の方を熱伝達速度が早くなるような構造や材質などで形成し、あるいは、非軸受領域に面している回転体部分の方が同一時刻における単位面積あたりの熱の伝達量が多くなる構造や材質などで形成し、あるいは、非軸受領域に面している回転体部分の方が単位時間および単位面積あたりの熱の伝達量が多くなる構造や材質などに形成する。これらの場合も、回転体から固定体に熱が伝達する際に非軸受領域を経由する熱が多くなり、軸受領域の温度上昇が抑えられる。
【００９１】
また、非軸受領域における回転体や固定体の面にらせん溝を形成することもできる。らせん溝を設けると、回転体が回転した場合に、らせん溝が液体金属潤滑剤を隙間に保持するように機能し、非軸受領域を経由する回転体から固定体への熱伝達が良好に行われる。
【００９２】
上記の各実施形態に使用される液体金属潤滑剤には、たとえばＧａやＧａ−Ｉｎ−ＳｎのようなＧａを主体とする材料が使用される。しかし、ビスマス（Ｂｉ）を相対的に多く含むＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ合金、あるいはＩｎを相対的に多く含むＩｎ−Ｂｉ合金、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ合金などを使用することもできる。
【００９３】
液体金属潤滑剤は融点が室温以上であるため、陽極ターゲットを回転させる前に液体金属潤滑剤を融点以上の温度に予熱して液状にしたうえで回転させることが望ましい。
【００９４】
また、上記した構成によれば、陽極ターゲットへの入力電力の平均値を相対的に大きくでき、長時間にわたって安定な軸受動作性能を有し、高冷却率を有する回転陽極型Ｘ線管が得られる。さらに、回転の起動時や停止時における軸受部分のかじり発生が防止され、軸受動作が安定し、安価な回転陽極型Ｘ線管が得られる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば安定な軸受動作を維持する回転陽極型Ｘ線管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図７】図６の固定体の部分を抜き出した斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図９】従来例を説明するための要部縦断面図である。
【図１０】図９の回転陽極部分を抜き出した断面図である。
【図１１】図１０のらせん溝を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１１…真空容器
１２…陽極ターゲット
１３…回転体
１６…スラストリング
１７…固定体
２２、２３…らせん溝
２８…液体金属潤滑剤
Ｌ１〜Ｌ４…軸受領域
Ｌ５…非軸受領域
Ｇ…非軸受領域の隙間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary anode type X-ray tube in which a dynamic pressure type slide bearing is provided in a rotation mechanism that rotatably supports an anode target.
[0002]
[Prior art]
The rotating anode type X-ray tube has a structure in which an anode target that emits X-rays is rotatably supported by a rotating mechanism, and an electron beam is irradiated to the anode target that rotates at high speed to emit X-rays from the anode target. It has become. The rotation mechanism that supports the anode target is composed of a rotating part that rotates and a fixed part that does not rotate, and a bearing is provided between the rotating part and the fixed part.
[0003]
A rolling anode type X-ray tube bearing is a rolling bearing such as a ball bearing, or a helical groove formed on the bearing surface, and is made of gallium (Ga) or gallium (Ga) -indium (In) -tin (Sn) alloy. A dynamic pressure type plain bearing that supplies such a liquid metal lubricant to a spiral groove portion or the like is used.
[0004]
Here, a conventional rotary anode X-ray tube will be described with reference to FIG. 9 taking as an example a case where a dynamic pressure type plain bearing is used. Reference numeral 91 denotes a storage container in which a rotating anode X-ray tube 92 is stored. The rotary anode type X-ray tube 92 includes a vacuum vessel 93 and the like. A cathode 94 and an anode target 95 are disposed in the vacuum container 93 so as to face each other. The anode target 95 is connected to a rotation mechanism 97 such as a rotation column 96 and is rotatably supported by the rotation mechanism 97. The rotating mechanism 97 includes a rotating body 98 connected to a rotating support column 96, a fixed body 99 fitted to the rotating body 98, and the like. The opening at the lower end of the rotating body 98 in the figure is sealed with a thrust ring 100, and the fixed body 99 extends through the thrust ring 100 to the outside.
[0005]
A hole 101 that forms a cooling passage through which a cooling medium flows is provided along the tube axis in the fixed body 99. One end of the fixed body 99 is hermetically bonded and fixed to a sealing ring 102 that seals the illustrated lower end of the vacuum vessel 93. A stator 103 is disposed outside the vacuum vessel 93.
[0006]
In the above configuration, the rotating body 98 and the anode target 95 are rotated at a high speed by the rotating magnetic field generated by the stator 103 during the operation of the rotating anode X-ray tube. In this state, the electron beam e generated by the cathode 94 is accelerated by a high voltage between the anode and the cathode, collides with the anode target 95, and X-rays are emitted from the anode target 95. X-rays are taken out through the output window W1 provided in the vacuum vessel 93 and the output window W2 provided in the storage vessel 91 as indicated by an arrow Y.
[0007]
Next, the anode structure of the rotary anode X-ray tube will be described with reference to FIG. In FIG. 10, parts corresponding to those in FIG.
[0008]
The rotating body 98 is configured in a three-layer structure of, for example, an intermediate cylinder 98a directly connected to a rotating column 96, an inner cylinder 98b joined to the inside of the intermediate cylinder 98a, and an outer cylinder 98c joined to the outside of the intermediate cylinder 98b. Yes. The outer surface of the outer cylinder 98c is formed with a blackened film 104 that has been blackened for heat release. The opening at the lower end of the inner cylinder 98b is sealed with a thrust ring 100. A fixed body 99 is fitted inside the inner cylinder 98b, and the lower end of the fixed body 99 passes through the thrust ring 100 and extends further downward.
[0009]
A hydrodynamic slide bearing is provided on the fitting surface of the inner cylinder 98 b and the fixed body 99. For example, radial hydrodynamic slide bearings 105a and 105b are provided at two locations on the outer peripheral surface of the fixed body 99 apart in the tube axis direction. Further, dynamic pressure type plain bearings 106a and 106b in the thrust direction are provided on the upper end surface of the fixed body 99 and the stepped surface of the lower portion of the fixed body 99 in the figure.
[0010]
Helical grooves 111 having a helicone pattern as shown in FIG. 11A are formed in pairs in the radial direction hydrodynamic slide bearings 105a and 105b, respectively. A helical groove 112 having a helibone pattern as shown in FIG. 11B is formed in the dynamic pressure type plain bearings 106a and 106b in the thrust direction.
[0011]
A liquid metal lubricant such as gallium or a gallium alloy is supplied into the fitting gaps between the helical grooves 111 and 112 and the inner cylinder 98b and the fixed body 99.
[0012]
A non-bearing region 113 that does not function as a bearing is provided in the region sandwiched between the two bearings 105a and 105b on the outer peripheral surface of the fixed member 99, so that the gap between the inner cylinder 98b and the fixed member 99 is wider than the portions of the bearings 105a and 105b. ing. The gap in the non-bearing region 113 functions as, for example, a storage unit for liquid metal lubricant.
[0013]
The size of the bearing portion such as the gap between the inner cylinder 98b and the fixed body 99 is set to an appropriate size so that the rotating portion can rotate stably, and the size differs depending on the rotational speed of the rotating portion and the shape of the shaft. . For example, in the case of a hydrodynamic slide bearing as shown in FIG. 11, a gap between the rotating body 98 and the fixed body 99, for example, a gap between the inner peripheral surface of the inner cylinder 98 b and the outer peripheral surface of the fixed body 99 is in the bearing portion of the fixed body 99. The size is set to about 1/1000 or less of the diameter.
[0014]
When the rotary anode X-ray tube is operated, the temperature of the anode target 95 is increased by the electron beam irradiation. When the heat of the anode target 95 is released to the outside of the tube, in the rotary anode type X-ray tube using the dynamic pressure type slide bearing, for example, the heat of the anode target 95 is transmitted to the rotary body 98 to which the anode target 95 is connected. 98 is used to transmit to the fixed body 99 through the liquid metal lubricant in the bearing portion and to release the fixed body 99 to the outside of the X-ray tube (Japanese Patent Nos. 28565531, 2960085, 2930255). Each publication and US Pat. No. 5,838,763).
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional rotary anode type X-ray tube, when the heat generated in the anode target is released, for example, it is transmitted from the rotary body to which the anode target is fixed to the fixed body through a hydrodynamic slide bearing and is released from the fixed body. In this method, in order to increase the heat transfer coefficient from the anode target to the rotating body, for example, when the area of the connecting portion between the anode target and the rotating body is widened, the temperature of the bearing portion increases during operation. As a result, the bearing surface may become rough due to the interaction between the material forming the bearing and the liquid metal lubricant, or the bearing clearance may change depending on the reaction product, and stable bearing operation may not be maintained. is there.
[0016]
Further, when the bearing surface of the hydrodynamic slide bearing is formed of a refractory metal such as a molybdenum alloy, it is difficult to process and is expensive, so that there is a problem of increasing the cost of the X-ray tube. Furthermore, there is a problem that galling is likely to occur when the rotation-side bearing surface and the stationary-side bearing surface are mechanically rubbed at the time of starting and stopping rotation.
[0017]
The hydrodynamic slide bearing has the advantages of low noise and vibration during rotation, low wear, and long life. However, in order to suppress the temperature rise of the bearing surface, a heat insulating structure is required, and the structure is complicated.
[0018]
For example, when the rotating anode X-ray tube enters an operating state and the rotating portion of the rotating mechanism starts rotating, the shear energy of the liquid metal lubricant is converted into heat, and the bearing portion generates heat. The bearing portion is heated by the anode target and the stator, and the temperature of the bearing portion rises.
[0019]
Therefore, the heat of the anode target and the heat of the rotating body due to the induction electromagnetic field are prevented from being transmitted to the bearing portion. For example, the cross-sectional area of the rotating column is reduced to reduce the amount of heat transfer, or the heat transfer path from the collision region of the electron beam on the anode target to the rotating column is lengthened. In addition, there are a method of cooling by flowing a cooling medium in a cooling passage provided inside the fixed body, and a method of providing a blackening film on the outer surface of the rotating body to promote radiation and release heat.
[0020]
The method of reducing the heat transfer area of the rotating strut has a problem that the mechanical strength is weakened. Moreover, since the junction part of a rotary support | pillar and a rotary body becomes high temperature, the mechanical strength at the time of high temperature is requested | required.
[0021]
In the method of lengthening the heat transfer path, the deflection tends to occur when the weight of the anode target increases. An X-ray tube used in a CT apparatus or the like is likely to bend because a strong centrifugal force is applied to the tube. In addition, if the heat transfer path is long, the study of the spring constant for stabilizing the rotation becomes complicated, and design errors are likely to occur. However, if the heat transfer path is shortened, the heat transferred from the anode target to the bearing portion is increased, and the reaction between the member constituting the bearing surface and the liquid metal lubricant is promoted, and the rotational characteristics are deteriorated.
[0022]
The method of providing the blackening film increases the manufacturing cost, and when it falls off, it becomes a foreign substance and becomes a gas generation source, thereby reducing the withstand voltage characteristics.
[0023]
There is also a method of cooling by positively releasing the heat of the anode target via the bearing surface. In this method, since a large amount of heat of several hundred W level flows into the bearing portion, it is necessary to increase the cooling capacity inside the bearing. Therefore, the cooler capacity must be improved, resulting in an increase in size and cost. In addition, since the bearing surface becomes hot, a heat-resistant metal material is used for the bearing surface in order to prevent a diffusion reaction with the liquid metal lubricant, which is expensive.
[0024]
An object of the present invention is to provide a rotating anode type X-ray tube that solves the above-described drawbacks, suppresses a temperature rise of a hydrodynamic slide bearing portion, and can maintain a stable bearing operation.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an anode target provided in a vacuum vessel, and the anode target are rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where a rotating part and a fixed part are opposed to each other with a predetermined first gap. In the rotary anode X-ray tube provided with the rotating mechanism, the rotating part and the fixed part are opposed to each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. A second region is provided, and the anode target is directly or indirectly connected to the rotating portion of the second region.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 11 denotes a vacuum vessel constituting a rotating anode type X-ray tube, and a part thereof is shown in the figure. A disk-shaped anode target 12 that emits X-rays is disposed in the vacuum vessel 11. The anode target 12 is formed of heavy metal or the like, and is fixed to the outer peripheral portion of a cylindrical rotating body 13 made of a refractory metal with a screw 14.
[0027]
The rotating body 13 constitutes a rotating part of a rotating mechanism that rotatably supports the anode target 12. For example, the rotating part 13 has a first part 131 located at the upper end in the figure and an outer diameter larger than the first part 131 and located in the middle. The second portion 132 and the third portion 133 are larger in outer diameter than the second portion 132 and located at the lower end in the figure. A highly conductive cylindrical rotating body 15 is joined to a part of the third portion 133.
[0028]
The upper end portion of the first portion 131 passes through the through hole of the anode target 12, and the anode target 12 is fixed to the outer peripheral portion thereof. The lower end opening of the third portion 133 is sealed with a thrust ring 16. For example, the fixed body 17 is fitted in an internal space provided in the lower part of the rotating body 13 from the first part 131 to the lower part in the figure.
[0029]
The fixed body 17 is made of, for example, a refractory metal, and constitutes a fixed portion of a rotation mechanism that rotatably supports the anode target 12. The fixed body 17 includes a first small-diameter portion 171 having a small outer diameter at the upper end in the drawing, an intermediate large-diameter portion 172 having a larger outer diameter than the first small-diameter portion 171, and a lower end in the drawing having a smaller outer diameter than the large-diameter portion 172. The second small diameter portion 173 is configured. The fixed body 17 has a bottomed cylindrical shape with the upper end portion, that is, the upper end portion of the first small diameter portion 171 as the bottom, and the second small diameter portion 173 passes through the thrust ring 16, and the tip of the fixed body 17 has a cylindrical shape. The member 18 is hermetically joined to the glass vacuum vessel 11 through the member 18.
[0030]
A pipe 20 is inserted into a hole 19 provided along the tube axis in the fixed body 17. The lower end of the hole 19 and the pipe 20 is open to the outside of the vacuum vessel 11. The upper end of the pipe 20 opens near the bottom inside the first small diameter portion 171 of the fixed body 17. At this time, the cooling medium introduced from outside the vacuum vessel 11 rises in the gap between the pipe 20 and the fixed body 17, and then descends in the pipe 20, for example, as indicated by an arrow C in the fixed body 17. A cooling passage leading out of the vacuum vessel 11 is formed.
[0031]
A hydrodynamic slide bearing is formed in a fitting portion between the rotating body 13 and the fixed body 17 having the above-described configuration. For example, a pair of herringbone-pattern spiral grooves 22 are formed in two regions above and below the outer periphery of the large-diameter portion 172 of the fixed body 17, for example, L 1 and L 2, thereby forming a radial hydrodynamic sliding bearing. ing. Further, a herringbone-pattern spiral groove 23 is formed in each of the upper and lower end surfaces of the large-diameter portion 172 of the fixed body 17, for example, regions marked with L3 and L4, thereby forming a dynamic pressure type sliding bearing in the thrust direction.
[0032]
In the bearing regions L1 to L4 where the hydrodynamic slide bearing is formed, the gap between the rotating body 13 and the fixed body 17 or the gap between the thrust ring 16 and the fixed body 17 is, for example, in the range of 10 μm to 30 μm. Liquid metal lubricant is supplied to each of the gaps between the bearing regions L1 to L4 and the spiral grooves 22 and 23. The bearing surface on the rotating body 13 side or the thrust ring 16 side may be a smooth surface or may form a spiral groove.
[0033]
In addition, the rotating body 13 and the fixed body are fitted in a fitting portion of the rotating body 13 and the fixed body 17 located closer to the anode target 12 than the bearing regions L1 to L4, for example, at least a portion surrounded by the through hole of the anode target 12. A so-called non-bearing region L5 is provided in which the gap between the members 17 is larger than the bearing regions L1 to L4 and has almost no function as a bearing. In the case of FIG. 1, the first portion 131 and the second portion 132 of the rotating body 13, each of a part of the third portion 133 adjacent to the second portion 132 and the first small diameter portion 171 of the fixed body 17 are provided. A non-bearing region L5 is provided in a portion facing in the tube axis direction.
[0034]
The clearance of the non-bearing region L5 is set, for example, in a range of 30 μm to 500 μm, and is set to a size that the rotating body 13 and the fixed body 17 do not contact each other in a normal use state. Further, as shown in an enlarged manner in the circle R, the gap G between the rotating body 13 and the fixed body 17 in the non-bearing region L5 is filled with the liquid metal lubricant 28 as in the bearing regions L1 to L4.
[0035]
When the X-ray tube having the above-described configuration enters an operating state, the temperature of the anode target 12 rises due to the irradiation of the electron beam. The heat of the anode target 12 is dissipated, for example, by radiation. A part of the heat is transmitted from the anode target 12 to the rotating body 13, further transmitted from the rotating body 13 to the fixed body 17, and dissipated to the outside by, for example, a cooling medium flowing inside the fixed body 17.
[0036]
In this case, the distance from the anode target 12 is shorter in the non-bearing region L5 than in the bearing regions L1 to L4. Therefore, most of the heat transfer from the rotating body 13 to the fixed body 17 is performed via the non-bearing region L5. Therefore, the heat passing through the bearing regions L1 to L4 is reduced, and the temperature rise in the bearing regions L1 to L4 is suppressed. As a result, the interaction between the material forming the bearing surface and the liquid metal lubricant is prevented, and the surface roughness of the bearing and the dimensional change of the bearing gap are reduced, so that stable bearing operation is maintained.
[0037]
The non-bearing region L5 rises to 400 ° C. to 500 ° C. during operation. For this reason, the material of the non-bearing surface of the rotating body 13 or the fixed body 17 may react with the liquid metal lubricant and the reaction layer may grow. However, since the non-bearing region L5 has a large gap, a bad influence on the rotation characteristics is avoided.
[0038]
In the case of the above embodiment, the anode target 12 is directly connected to the outer peripheral portion of the rotating body 13 portion of the non-bearing region L5. However, the anode target 12 may be fixed to a heat conducting member or the like, and the anode target 12 and the rotating body 13 portion of the non-bearing region L5 may be mechanically or indirectly connected via the heat conducting member. it can.
[0039]
In the above configuration, for example, molybdenum or a molybdenum alloy is used as the material of the rotating body 13, the fixed body 17, and the thrust ring 16. However, in place of these materials, tungsten, tungsten alloy, tantalum, tantalum alloy, or the like can be used. Tungsten and tantalum are less likely to be eroded by liquid metal lubricants than molybdenum and molybdenum alloys.
[0040]
However, chromium oxide, boride, vanadium nitride, carbide, boride, hafnium oxide, nitride, carbide, boride, titanium oxide are formed on the surface of these materials located in the non-bearing region L5. Nitride, carbide, boride, tungsten, tungsten nitride, carbide, boride, molybdenum, molybdenum nitride, carbide, boride, zirconium oxide, nitride, carbide, boride, tantalum, tantalum Nitride, carbide, boride, niobium, niobium nitride, carbide, boride, ruthenium, rhenium, osmium, iridium, boron nitride, boron carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum carbide, aluminum boride, silicon nitride, Silicon carbide, silicon boride, diamond, carbon (including DLC and graphite), magnesium oxide, If Hodokose a refractory material of a refractory coating composed mainly at least one selected from among of beryllium, can raise the temperature of the non-bearing region L5 during use, cooling capacity of the anode target is increased.
[0041]
Alternatively, a metal material mainly composed of iron can be used as a base material, and the surface including the bearing regions L1 to L4 and the non-bearing region L5 can be heat-resistant coated with the above-described high melting point material.
[0042]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, parts corresponding to those in FIG.
[0043]
In the case of this embodiment, the 2nd part 132 and the 3rd part 133 of the rotary body 13 are joined by the part of the code | symbol X1. Further, the first small diameter portion 171 and the large diameter portion 172 of the fixed body 17 are joined at a portion denoted by reference numeral X2. The first portion 131 and the second portion 132 of the rotating body 13 indicated by the symbol A and the first small diameter portion 171 of the fixed body 17 indicated by the symbol B are molybdenum or molybdenum alloy, tungsten, tungsten alloy, tantalum, tantalum alloy. The third portion 133 of the rotating body 13 and the large diameter portion 172 and the second small diameter portion 173 of the fixed body 17 are made of iron, steel, alloy steel, or iron-nickel alloy. , Iron-chromium alloy, iron-nickel-chromium alloy, and the like.
[0044]
In this case, a liquid metal lubricant is present at the joint portions X1 and X2. Most brazing materials are eroded by liquid metal lubricants. Therefore, the joining portions X1 and X2 are joined by an atomic diffusion joining method such as friction welding.
[0045]
According to the configuration described above, the bearing surfaces of the bearing regions L1 to L4 are formed of iron-based metal. Since iron-based metals are easy to process, bearings can be manufactured with high precision. Further, since the iron-based metal is a ferromagnetic material, the magnetic coupling efficiency with the rotating magnetic field is improved. Further, if a thin film such as titanium nitride ceramics is provided on the non-bearing surface of the non-bearing region L5, the mechanical strength at high temperature is increased, and erosion by the liquid metal lubricant can be prevented.
[0046]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 1 and FIG.
[0047]
In the case of this embodiment, as in the case of FIG. 2, the rotating body 13 has the second portion 132 and the third portion 133 joined at the joining portion X1, and the first portion 131 and the second portion 132 indicated by the reference symbol A The three portions 133 are made of different metals.
[0048]
For example, the first portion 131 and the second portion 132 are made of a refractory metal, and the third portion 133 is made of an iron-based metal. The fixed body 17 is made of an iron-based metal whose base material is easy and inexpensive to process, and is shown on the non-bearing surface on the fixed body 17 side in the embodiment of FIG. As described, a heat-resistant coating 31 is applied.
[0049]
When a heat-resistant coating is provided, for example, the portion other than the non-bearing surface of the base material is masked, and the CVD (chemical vapor deposition) method, the PACVD (plasma activated chemical vapor deposition) method, or the MOCVD (organometallic chemistry) is applied to the non-bearing surface. A deposition method, a PVD (physical vapor deposition) method such as ion plating, a thermal spraying method, or the like, or a method of depositing to a predetermined thickness of about 0.5 μm to 20 μm, or a molten salt bath immersion method or a gas atmosphere A method such as a heat treatment method is used.
[0050]
In this case, molybdenum, a molybdenum alloy, tungsten, a tungsten alloy, tantalum, a tantalum alloy, or the like is used as a material for the non-bearing surface of the rotating body 13.
[0051]
Further, the formation of the heat-resistant coating layer is preferably limited to the region of the non-bearing surface where the opposed surfaces of the rotating body 13 and the fixed body 17 are not in direct mechanical contact. However, when the adhesion and wear resistance of the heat-resistant coating layer are sufficiently high, they can be formed on the bearing surface. As the material of the heat-resistant coating layer, a material in which the substances described in the embodiment of FIG. 1 are mixed is used, or a material in which these materials contain a small amount of other substances is used.
[0052]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, parts corresponding to those in FIGS.
[0053]
In the case of this embodiment, a cylindrical fixing ring 41 is provided in a part of the vacuum vessel 11, and a cylindrical fixing member 42 made of an insulating material is joined to a bent portion 41a bent inside the upper end thereof. A tubular joining member 43 is joined to the inside of the tubular fixing member 42. The illustrated upper end of the fixed body 17 penetrates the anode target 12 and is fixed to the inside of the bonding member 43 and hermetically bonded. The upper end portion of the fixed body 17 is configured by joining different metals at a joint portion denoted by reference numeral X3.
[0054]
Further, a protruding portion 44 that protrudes in a flange shape is formed at a portion of the fixed body 17 adjacent to the thrust ring 16. A through hole 45 penetrating from the upper end to the lower end in the figure is formed in the fixed body 17 along the tube axis, and both upper and lower ends of the through hole 45 are open to the outside of the vacuum vessel 11. A cylindrical outer rotating body 46 is joined to the outer peripheral surface of the rotating body 13. The opening at the lower end of the through hole 45 in the figure constitutes an inlet for the cooling medium, for example, and the opening at the upper end in the figure constitutes an outlet for the cooling medium, for example, and a cooling passage indicated by an arrow C is formed in the fixed body 17.
[0055]
In addition, spiral grooves are formed in the thrust direction by forming spiral grooves on the end surface of the rotating body 13 facing the upper surface of the protrusion 44 of the fixed body 17 and the surface of the thrust ring 16 facing the lower surface of the protrusion 44, respectively. The hydrodynamic slide bearing is formed, and bearing regions L3 and L4 are provided.
[0056]
The rotating body 13 and the fixed body 17 are configured by joining different metal materials at the joint portions X1 and X2 as in the case of FIG.
[0057]
According to the configuration described above, the fixed body 17 is fixed to the vacuum vessel 11 at two locations in the upper and lower directions in the figure, and the bearing regions L1 to L4 are provided on one side when viewed from the anode target 12. In this case, since there is no hydrodynamic slide bearing on the cathode side, the outer diameter of the rotating body 13 can be formed small, and the withstand voltage performance is ensured. Further, since the cooling passage is provided linearly along the tube axis, more heat can be transferred to the cooling medium flowing in the fixed body 17. Therefore, the temperature rise of the bearing regions L1 to L4 is suppressed, the erosion of the bearing surface by the liquid lubricant is prevented, and stable bearing operation is maintained.
[0058]
When the rotary anode type X-ray tube is used with anode grounding, for example, with the vacuum vessel 11 or anode grounded, a metal material is used for the cylindrical fixing member 42 instead of an insulating material such as ceramics or glass.
[0059]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, parts corresponding to those in FIGS.
[0060]
In the case of this embodiment, the rotating body 13 and the fixed body 17 are divided into an upper part J, an intermediate part K, and a lower part L, with two joint parts Y1 and Y2 separated from each other in the tube axis direction as a boundary. The opening of the lower portion L of the rotating body 13 is sealed with the thrust ring 16, and the opening of the upper portion J of the rotating body 13 is sealed with the second thrust ring 51.
[0061]
The rotating body 13 and the fixed body 17 are formed of the same metal material in the upper part J and the lower part L, and a metal material different from the intermediate part K is used. The bearing areas L1 and L3 are provided separately in the upper part J of the rotating body 13 and the fixed body 17, and the bearing areas L2 and L4 are provided separately in the lower part L, respectively.
[0062]
For example, the spiral groove 22 is formed in the outer peripheral surface of the upper part J and the lower part L of the fixed body 17, and the hydrodynamic slide bearing of a radial direction is provided. In addition, spiral grooves 23 are formed on the end surface of the upper portion J of the fixed body 17 facing the second thrust ring 51 and the end surface of the lower portion L of the fixed body 17 facing the thrust ring 16, respectively. A hydrodynamic slide bearing is provided.
[0063]
Below the thrust ring 16, a highly conductive cylindrical rotating body 52 is attached, in which an induced current flows by a stator disposed outside and generates a rotational force.
[0064]
Also in this configuration, the anode target 12 is directly connected to the non-bearing region L5, for example, the rotating body 13 in the intermediate portion K.
[0065]
In the case of the configuration described above, bearing regions are provided separately on both sides of the anode target 12. For this reason, the load balance of the upper and lower bearing regions is improved, and the stability of the bearing is improved.
[0066]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 61 denotes an anode target constituting a rotating anode type X-ray tube, and the anode target 61 is disposed in a vacuum vessel together with a cathode for generating an electron beam. The anode target 61 is connected to a rotating mechanism 63 including, for example, a rotating support column 62 and a rotating body 64, and is rotatably supported by the rotating mechanism 63.
[0067]
In order to reduce the heat transfer cross section, a part of the rotary support 62, for example, the lower part shown in the figure, is formed in a cylindrical shape.
[0068]
The rotating body 64 constitutes a rotating portion of a rotating mechanism that rotatably supports the anode target 61. For example, the rotating body 62 has an intermediate cylinder 64 a joined to the outer peripheral surface of the lower end of the rotating column 62, and an inner periphery of the lower end of the rotating column 62. The inner cylinder 64b is joined to the surface and the lower end is joined to the inside of the intermediate cylinder 64a, and the outer cylinder 64c is joined to the outside of the intermediate cylinder 64a. The outer cylinder 64c is made of copper or the like, and the intermediate cylinder 64a is made of a ferromagnetic material such as an iron-based alloy.
[0069]
The inner cylinder 64b is configured by a large-diameter portion b1 having a large outer diameter that constitutes the illustrated lower portion, and a small-diameter portion b2 that constitutes the illustrated upper portion having a smaller outer diameter. The outer peripheral surface of the small diameter portion b2 is joined to the inner peripheral surface of the rotary support 62, and a part of the outer peripheral surface of the large diameter portion b1 is joined to the inner side of the intermediate cylinder 64a. The opening at the lower end of the inner cylinder 64b is sealed with a thrust ring 65. A fixed body 66 is fitted inside the inner cylinder 64b, and the fixed body 66 extends through the thrust ring 65 to the lower side in the figure.
[0070]
The fixed body 66 constitutes a fixed portion of a rotation mechanism that rotatably supports the anode target 61. For example, the large diameter portion a1 that fits into the large diameter portion b1 of the inner cylinder 64b, and the small diameter portion of the inner cylinder 64b. The first small diameter portion a2 that fits in the portion b2 and the second small diameter portion a3 that extends downward through the thrust ring 65 are configured.
[0071]
A hole 67 is provided along the tube axis inside the fixed body 66, and a pipe 68 is inserted into the hole 67. As a result, as shown by an arrow C, a cooling passage is formed in which a cooling medium such as insulating oil rises outside the pipe 68 and then descends inside the pipe 68.
[0072]
Further, a hydrodynamic slide bearing is provided in a fitting portion between the inner cylinder 64b of the rotating body 64 and the fixed body 66, for example, a portion where the inner cylinder 64b and the fixed body 66 face each other with a predetermined gap. For example, radial hydrodynamic slide bearings are provided at two locations L1 and L2 on the outer peripheral surface of the fixed body 66 separated in the tube axis direction. Further, dynamic pressure type plain bearings in the thrust direction are provided in regions L3 and L4 in which the upper and lower stepped surfaces of the fixed body 66 face the rotating portions in the figure.
[0073]
In each of the bearing regions L1 to L4, helical grooves having a helibone pattern are formed on the bearing surface, and a liquid metal lubricant is filled in the spiral grooves and the gap between the rotating body 64 and the fixed body 66.
[0074]
In the above configuration, for example, the region L sandwiched between the two bearing regions L1 and L2 provided on the outer peripheral surface of the fixed body 66, and the outer peripheral surface of the small diameter portion b2 of the fixed body 66 and the small diameter portion of the inner cylinder 64b. The region L5 sandwiched between the inner peripheral surface b2 and the upper end surface of the fixed body 66 and the bottom surface of the inner cylinder 64b illustrated in the upper surface of the inner cylinder 64b has a gap between the inner cylinder 64b and the fixed body 66, respectively. It is formed larger than the gap between the L1 to L4 portions, and is a so-called non-bearing region that hardly functions as a bearing.
[0075]
The clearances between the non-bearing regions L, L5, and L6 and the clearances between the bearing regions L1 to L4 are continuous, and the clearances between the non-bearing regions L, L5, and L6 are filled with the liquid metal lubricant.
[0076]
6 is exaggerated for convenience of explanation. For example, the diameter of the fixed body 66 in the bearing regions L1 and L2 is, for example, 50 mm, the gap is, for example, about 10 to 50 μm, and the gap in the bearing regions L3, L4 is, for example, about The gap between 10 to 50 μm and the non-bearing regions L5 and L6 is set in the range of 30 μm to 500 μm, for example.
[0077]
Here, FIG. 7 shows a structure in which the fixed body 66 portion is extracted from the rotary anode X-ray tube. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG.
[0078]
When the above rotating anode X-ray tube enters an operating state, the anode target 61 generates heat by irradiation with an electron beam. This heat is transmitted from the anode target 61 to the rotating support 62, from the rotating support 62 to the rotating body 64, and further from the rotating body 64 to the fixed body 66, and is dissipated by the cooling medium flowing through the cooling passage.
[0079]
At this time, for example, the rotating body 64 portion of the non-bearing region L5 is joined to the rotary support 62, and the rotating body 64 portion of the non-bearing region L5 is more positive than the rotating body 64 portion of the bearing regions L1 to L4. And mechanical and thermal paths are shortened. Therefore, most of the heat of the anode target 61 is transmitted to the fixed body 66 via the joint part of the rotating body 64 and the rotating support 62 and the non-bearing region L5, and the temperature rise in the bearing regions L1 to L4 is suppressed. . Further, the joint portion between the rotating body 64 portion and the rotary support 62 in the non-bearing region L5 is closer to the anode target 61 than the bearing regions L1 to L4 and closer to the center of gravity of the rotating portion, so that it is a mechanically stable portion. Can be joined.
[0080]
In the case of the structure described above, the joint between the rotary column 62 and the rotary body 64, for example, the intermediate rotary body 64a, is further away from the anode target 61 than the rotary body 64 portion of the non-bearing region L5. Therefore, the joint between the rotary support 62 and the intermediate rotating body 64a is no longer the main heat path of the anode target 61, the temperature rise is suppressed, and the mechanical strength is prevented from deteriorating.
[0081]
Further, since the temperature rise in the bearing regions L1 to L4 is suppressed, the heat transfer path from the anode target 61 to the fixed body 66 can be shortened, the deflection of the anode portion can be reduced, and the adoption of a heavy anode target is facilitated. .
[0082]
Further, the joint between the rotary support 62 and the intermediate rotator 64a can be brought close to the anode target 61. For example, the joint can be arranged in the vicinity of the center of gravity of the rotational anode portion that is mechanically stable.
[0083]
In addition, a brazing material having a low melting point temperature and good workability can be used for joining the rotating column 62 and the intermediate rotating body 64a, and the cost is reduced as compared with the case where a brazing material of a high melting point metal is used. In addition, the blackening treatment of the outer surface of the rotating body 64 is not necessarily required, the withstand voltage is prevented from being lowered, and the cost is reduced.
[0084]
In FIG. 6, the cooling passage inside the fixed body is provided in a region where the rotary column 62 and the inner cylinder 64 b are joined, and cooling is performed by a collision jet method in which a cooling medium is blown to the bottom of the cooling passage. Therefore, the heat transfer efficiency in the vicinity of the main heat transfer path is improved, and good heat release is possible. In this case, the cooling capacity of the cooling medium flowing through the fixed body may be small, and the cooling system can be downsized. Since the temperature rise is also small, the conditions for the materials used are relaxed and the range of materials selection is expanded.
[0085]
For example, in the structure of FIG. 6 and the structure of FIG. 10 described in the prior art, the anode structure is the same material, the average heat input of the anode target is 5 kW, a general electric insulating oil is used as a cooling medium, and the cooling flow rate is the same. When calculated in the case of 8 to 9 L / min, the structure of the invention of FIG. 6 is about 100 to 150 ° C. at the bearing side end of the rotary support 62 and the temperature of the outer rotating body 64 c is about 150 on average. Decrease by ℃.
[0086]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, parts corresponding to those in FIG.
[0087]
In the case of this embodiment, for example, a blocking wall 81 that closes the internal space in a direction perpendicular to the tube axis is provided in the cylindrical portion of the rotary support 62. And the surface by the side of the anode target 61 of the inner side rotary body 64 is joined to the surface by the side of the fixed body 66 of the shielding wall 81, and this joining part is made into the heat transfer area | region. In this case, the non-bearing region L6 forms a main heat transfer path for the heat of the anode target.
[0088]
In each of the embodiments described above, the distance from the anode target to the rotating body portion in the non-bearing region is shorter than the distance from the anode target to the rotating body portion in the bearing region. With this configuration, the heat transmitted from the rotating body to the stationary body via the non-bearing area is increased, and the temperature rise in the bearing area is suppressed.
[0089]
However, if the connecting part connecting the rotor part and anode target in the non-bearing area and the connecting part connecting the rotor part and anode target in the bearing area are different in shape, material, cooling conditions, etc., the former connecting part The same effect can be obtained if the thermal distance is shorter than the latter connecting structure portion.
[0090]
For example, the connecting portion connecting the rotating body portion facing the non-bearing region and the anode target is formed of a structure or material that increases the heat transfer speed, or faces the non-bearing region. The rotating body part is formed of a structure or material that increases the amount of heat transfer per unit area at the same time, or the rotating body part facing the non-bearing region is per unit time and unit area. It is formed in a structure or material that increases the amount of heat transfer. Also in these cases, when the heat is transferred from the rotating body to the fixed body, the heat passing through the non-bearing region increases, and the temperature rise in the bearing region can be suppressed.
[0091]
In addition, a spiral groove can be formed on the surface of the rotating body or fixed body in the non-bearing region. When the spiral groove is provided, when the rotating body rotates, the spiral groove functions to hold the liquid metal lubricant in the gap, and heat transfer from the rotating body to the fixed body through the non-bearing region is performed well. Is called.
[0092]
For the liquid metal lubricant used in each of the above embodiments, a material mainly composed of Ga, such as Ga or Ga—In—Sn, is used. However, a Bi-In-Pb-Sn alloy containing a relatively large amount of bismuth (Bi), an In-Bi alloy containing a relatively large amount of In, an In-Bi-Sn alloy, or the like can also be used.
[0093]
Since the liquid metal lubricant has a melting point of room temperature or higher, it is desirable to preheat the liquid metal lubricant to a temperature equal to or higher than the melting point and rotate the anode target before rotating the anode target.
[0094]
In addition, according to the above-described configuration, the average value of the input power to the anode target can be made relatively large, a stable anode operation performance can be obtained for a long time, and a rotary anode X-ray tube having a high cooling rate can be obtained. It is done. Further, the occurrence of galling of the bearing portion at the start and stop of rotation is prevented, the bearing operation is stabilized, and an inexpensive rotary anode X-ray tube can be obtained.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, a rotating anode X-ray tube that maintains stable bearing operation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view in which a portion of the fixed body in FIG. 6 is extracted.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining a conventional example.
10 is a cross-sectional view of the rotating anode portion of FIG. 9 extracted.
11 is a perspective view for explaining a spiral groove of FIG. 10;
[Explanation of symbols]
11 ... Vacuum container
12 ... Anode target
13 ... Rotating body
16. Thrust ring
17 ... Fixed body
22, 23 ... spiral groove
28 ... Liquid metal lubricant
L1 to L4 ... Bearing area
L5: Non-bearing area
G: Clearance in non-bearing area

Claims (11)

真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記陽極ターゲットが前記第２領域の前記回転部分に直接、または、間接に連結していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in a vacuum vessel, and a rotating mechanism in which the anode target is rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where the rotating portion and the fixed portion face each other with a first gap of a predetermined size. In the rotary anode X-ray tube comprising: a second region in which the rotating portion and the fixed portion face each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. A rotary anode type X-ray tube provided, wherein the anode target is directly or indirectly connected to the rotating portion of the second region. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、前記陽極ターゲットからの熱伝達時間が早い場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in a vacuum vessel, and a rotating mechanism in which the anode target is rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where the rotating portion and the fixed portion face each other with a first gap of a predetermined size. In the rotary anode X-ray tube comprising: a second region in which the rotating portion and the fixed portion face each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. The rotating anode is provided, and the rotating part facing the second region is located in a place where the heat transfer time from the anode target is earlier than that of the rotating part facing the first region. Type X-ray tube. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、単位面積あたりにして前記陽極ターゲットの熱が多く伝達する場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in a vacuum vessel, and a rotating mechanism in which the anode target is rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where the rotating portion and the fixed portion face each other with a first gap of a predetermined size. In the rotary anode X-ray tube comprising: a second region in which the rotating portion and the fixed portion face each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. And the rotating part facing the second region is located at a place where more heat of the anode target is transmitted per unit area than the rotating part facing the first region. Rotating anode type X-ray tube. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、単位時間および単位面積あたりにして前記陽極ターゲットの熱が多く伝達する場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in a vacuum vessel, and a rotating mechanism in which the anode target is rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where the rotating portion and the fixed portion face each other with a first gap of a predetermined size. In the rotary anode X-ray tube comprising: a second region in which the rotating portion and the fixed portion face each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. And the rotating part facing the second region is located at a place where more heat of the anode target is transmitted per unit time and unit area than the rotating part facing the first region. A rotary anode X-ray tube characterized by the above. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、前記陽極ターゲットまでの機械的距離が短い場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in a vacuum vessel, and a rotating mechanism in which the anode target is rotatably supported, and a hydrodynamic slide bearing is provided in a first region where the rotating portion and the fixed portion face each other with a first gap of a predetermined size. In the rotary anode X-ray tube comprising: a second region in which the rotating portion and the fixed portion face each other with a second gap larger than the first gap, and the second gap is filled with a liquid metal lubricant. The rotating anode is provided, and the rotating part facing the second region is located in a place where the mechanical distance to the anode target is shorter than the rotating part facing the first region. Type X-ray tube. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットの貫通穴を貫通し前記陽極ターゲットをその外周部分に固定した回転部分と、この回転部分と所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられ、前記回転部分とともに前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構を構成する固定部分とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記陽極ターゲットの前記貫通穴で囲まれた部分に、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in the vacuum vessel, a rotating portion that passes through the through hole of the anode target and fixes the anode target to the outer peripheral portion, and a first region that faces the rotating portion with a first gap of a predetermined size The rotary anode type X-ray tube is provided with a hydrodynamic slide bearing and includes a fixed portion that constitutes a rotating mechanism that rotatably supports the anode target together with the rotating portion, and is surrounded by the through hole of the anode target The rotating portion and the fixed portion are opposed to each other with a second gap larger than the first gap, and a second region filled with a liquid metal lubricant is provided in the second gap. Rotating anode X-ray tube. 真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構の固定部を構成する固定部分と、この固定部分と所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた第１回転体および前記陽極ターゲットが固定された第２回転体を有し、前記回転機構の回転部を構成する回転部分とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記第１回転体および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、この第２領域に面する前記第１回転体の部分が、前記第１領域に面する前記第１回転体の部分よりも前記陽極ターゲットまでの機械的距離が短い場所で、前記第２回転体に接合されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。An anode target provided in the vacuum vessel, a fixed part that constitutes a fixed part of a rotation mechanism that rotatably supports the anode target, and a first region that faces the fixed part with a first gap of a predetermined size. A rotary anode X-ray tube having a first rotary body provided with a pressure-type slide bearing and a second rotary body to which the anode target is fixed, and a rotary part constituting a rotary part of the rotary mechanism; The first rotating body and the fixed portion are opposed to each other with a second gap larger than the first gap, and a second region filled with the liquid metal lubricant is provided in the second gap, and the second region is faced. The portion of the first rotating body to be joined to the second rotating body at a place where the mechanical distance to the anode target is shorter than the portion of the first rotating body facing the first region. Characterized by Rolling anode X-ray tube. 第２領域は、第１領域よりも回転部分の重心に近いところに位置している請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。The rotary anode type X-ray tube according to any one of claims 1 to 7, wherein the second region is located closer to the center of gravity of the rotating portion than the first region. 第２領域に面する回転部分および固定部分の少なくとも一方の面にらせん溝が形成された請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。The rotary anode type X-ray tube according to any one of claims 1 to 7, wherein a spiral groove is formed on at least one surface of the rotating portion and the fixed portion facing the second region. 第２領域に面する回転部分および固定部分の少なくとも一方の面に高融点物質がコーティングされている請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。The rotary anode X-ray tube according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one surface of the rotating portion and the fixed portion facing the second region is coated with a high melting point material. 第２領域の固定部分の内部に冷却媒体が流れる通路が形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。The rotary anode X-ray tube according to any one of claims 1 to 7, wherein a passage through which a cooling medium flows is formed inside the fixed portion of the second region.

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