JP4155120B2

JP4155120B2 - Ｘ線管およびｘ線管装置

Info

Publication number: JP4155120B2
Application number: JP2003176002A
Authority: JP
Inventors: 孝文木戸; 圭一山西; 武志井上; 敏彦吉田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005011736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用Ｘ線診断装置等で用いられるＸ線管、および当該Ｘ線管が組み込まれたＸ線管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を放射するＸ線管は相当の高電圧で使用される。Ｘ線管をそのまま露出して使用するのは、無用のＸ線にさらされることに加えて、電気的にも極めて危険であるので、防護機能を有する外筒などに収容される。Ｘ線管と外筒等の防護機能を併せた装置状態は、一般的にＸ線管装置と呼ばれている。
【０００３】
Ｘ線管におけるターゲットを保持する一対のベアリングは、高真空と高温の条件下において、例えば３０００ｒｐｍから９０００ｒｐｍの高速回転で使用される。Ｘ線管装置が医療用Ｘ線診断装置などに組み込まれた場合、Ｘ線管の保持姿勢が様々な角度に変化し、ベアリングに対して様々な方向から荷重が作用する。このような苛酷な使用環境下では、保持姿勢によってターゲットの振動が増大してしまうため、ベアリングに予圧を与えてアキシャル隙間を無くし、振動を防止する構造が不可欠となる。
【０００４】
従来、一対のベアリングのアキシャル方向の振動を防止する手段として、定位置予圧方式か定圧予圧方式の何れかが採用されていた。
【０００５】
定位置予圧方式とは、一対のベアリングの内輪同士の間隔と外輪同士の間隔に一定の差を与えた状態で内外輪を固定し、ベアリングに対してアキシャル方向に一定の予圧を付与する方式である。これにより、ベアリングのアキシャル方向の隙間を予め無くすことができる。
【０００６】
定圧予圧方式とは、特許文献１に開示されているように、一対のベアリングの内輪間の距離を固定する一方、外輪をアキシャル方向にスライドできるように設置し、この外輪の間にばねを設置することで、外輪同士の間隔をばねの付勢力によって確保する方式である。この結果、一定の圧力によって常にベアリングのアキシャル隙間が無くなるため、ターゲットの振動を抑制することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１０６４６１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
定位置予圧方式では、内輪間隔と外輪間隔との寸法差を適切に設定して、ベアリングに最適予圧を付与しなければならない。しかしながら、部品の仕上がり精度や各ベアリングのアキシャル隙間自体にばらつきがあるため、Ｘ線管毎に、最適な予圧を付与できる寸法差が異なり、組み立て時の調整が極めて面倒であるという問題があった。
【０００９】
具体的には、組み立てた段階でターゲットの回転抵抗等を測定し、その回転抵抗が適切でない場合は一旦分解して部材を加工したリ、スペーサを挿入したりして、再度組み立てて回転抵抗を測定する等の繰り返し作業が必要であった。
【００１０】
この点、定圧予圧方式は、ばねによってベアリングの外輪をスライドさせて、アキシャル隙間を埋める手法であるので、組み立て時の作業負担は軽減される。しかしながら、医療用Ｘ線診断装置のように、装置内でのＸ線管の保持姿勢が様々に変化する場合、ベアリングに各種方向から荷重が作用し、ばねが伸縮してしまう。
【００１１】
特に、ターゲットが上方に位置して、ターゲットの重量がベアリングのアキシャル方向に直接作用すると、この重量に耐え切れずにばねが収縮し、ベアリングの外輪がスライドし、ターゲット全体が大きく移動してしまうという問題があった。例えば、この移動量をできる限り小さくするべく、弾性力の大きなばねを選択すると、反対にベアリングに付与する予圧が大きくなりすぎて回転抵抗が大きくなり、ベアリングの寿命が低下するという矛盾が生じていた。この結果、ばねによる振動の抑制と、ターゲットの自重による軸方向移動の抑制を両立させるには一定の限界があり、上記軸方向移動を抑制することが出来なかった。
【００１２】
本発明は、組み立て時の労力を軽減した上で、ターゲットの軸方向振動を低減させることができるＸ線管およびＸ線管装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるＸ線管は、ターゲットと一体となって回転する支軸と、支軸に設けられて該支軸を回動自在に保持する一対のベアリングと、一対のベアリングの間に設けられ、自身の軸方向寸法によって該一対のベアリングの最小内輪間距離を位置決めする内スリーブ部材と、前記一対のベアリングの間に設けられ、前記内スリーブ部材の軸方向寸法より長く設定された自身の軸方向寸法によって、該一対のベアリングの最小外輪間距離を位置決めする一体外スリーブ部材と、前記一体外スリーブ部材の内周側に軸方向移動自在設けられ、一方のベアリングの外輪端面に当接するスライドリングと、前記一対のベアリング間に設けられ、前記スライドリングを介して前記一方のベアリングの外輪端面を軸方向外側に付勢する予圧ばねと、を有することを特徴とする。
また本発明にかかるＸ線管装置は、上記Ｘ線管と、このＸ線管を収容すると共に該Ｘ線管の周囲に絶縁油を封入可能な外筒と、前記外筒に形成され、前記Ｘ線管から放射されるＸ線を通過させる放射窓と、前記外筒の内部に設置され、前記Ｘ線管のターゲットを回動させるステータと、を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかるＸ線管装置１の断面図である。Ｘ線管装置１は、Ｘ線管３０を収容する外筒２と、外筒２に形成される放射窓３と、陽極側レセプタブル４および陰極側レセプタブル５と、ステータ６等を備える。外筒２は軽合金製で、Ｘ線遮蔽用の鉛板が内張りされており、内周側に設置される保持具を介してＸ線管３０を保持している。Ｘ線管３０の周囲には絶縁油７が封入されている。
【００１５】
放射窓３には鉛板が内張りされておらず、Ｘ線管３０から放射されるＸ線を外部に放出可能となっている。なお、この放射窓３には可動絞りなどの線束制限機器やシャッタ等を取り付ける為のねじ穴が設けられている。
【００１６】
陽極側レセプタブル４および陰極側レセプタブル５には、特に図示しない高電圧供給ケーブルの陽極および陰極ヘッドピンが夫々挿入されており、Ｘ線発生に必要な高電圧がＸ線管装置１に供給される。外筒２の内周側に設置されるステータ６は、磁力によってＸ線管３０のターゲットを回転駆動する。ステータ６の鉄心は外筒２の内側に接してアースされており、また、ステータ６とＸ線管３０との間にはラッパ状の絶縁部材８が挿入され、絶縁耐力を増強している。
【００１７】
図２はＸ線管３０を拡大して示した断面図である。
Ｘ線管３０は、集束陰極３１と、陽極構造体５０と、これらを収容するガラスバルブ３２を有する。集束陰極３１はガラスバルブ３２に固定され、フィラメント３３を備えている。このフィラメント３３は、高電圧の印加により陽極構造体５０に向かって熱電子を放出する。
【００１８】
図３は陽極構造体５０を更に拡大して示した断面図である。
陽極構造体５０は、上記フィラメント３３に対して一定の隙間をあけて配置される円板状のターゲット５１と、このターゲット５１と同軸状態で一体化されてターゲット５１と共に回転する支軸５２と、同様にターゲット５１と同軸状態で一体化され、支軸５２の周囲に配置される筒状のロータ５３とを有する。ロータ５３におけるターゲット５１側の端部が、ボルト５４によって支軸５２に固定されている。
【００１９】
支軸５２にはラジアルタイプの一対のベアリング５５、５６が嵌合され、該支軸５２が回動自在に保持されている。一対のベアリング５５、５６の間には、支軸５２の外周面に沿って内スリーブ部材５７が挿入されている。この内スリーブ部材５７の両端面はベアリング５５、５６の各内輪５５Ａ、５６Ａの端面に当接している。
【００２０】
また同様に、一対のベアリング５５、５６の間で且つ内スリーブ部材５７の外周側には、一体外スリーブ部材５８が挿入されている。一体外スリーブ部材５８の両端面は、ベアリング５５、５６の各外輪５５Ｂ、５６Ｂの端面に当接している。また、一体外スリーブ部材５８の軸方向寸法Ｌ２は、内スリーブ部材５７の軸方向寸法Ｌ１より長く設定されている。なお、ここで「一体」外スリーブ部材５８と表現したのは、実質的に軸方向寸法の下限値がＬ２が固定されている事を意味している。例えばこの一体外スリーブ部材５８が複数の部材によって構成されて、何らかのスライド構造によって軸方向寸法Ｌ２がＬ１以下に自在に収縮可能となっている場合を含まない、ということである。
【００２１】
支軸５２におけるターゲット５１と反対側の端部には、雄ねじ部５２Ａが形成されると共に、ターゲット５１側には段部５２Ｂが形成されている。雄ねじ部５２Ａにナット５７を羅合させて、一対の内輪５５Ａ、５６Ａおよび内スリーブ部材５７を段部５２Ｂに押し付けることで、これらが軸方向に固定されている。その結果、内スリーブ部材５７の軸方向寸法Ｌ１により内輪５５Ａ、５６Ａ間の距離が位置決めされる。
【００２２】
この状態で、外輪５５Ｂ、５６Ｂの最小間隔も一体外スリーブ部材５８の長さ寸法Ｌ２に位置決めされる。既に説明したように、一体外スリーブ部材５８の軸方向寸法Ｌ２が内スリーブ部材５７の軸方向寸法Ｌ１より長く設定されていることから、その寸法差ΔＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）によって、ベアリング５５、５６に予圧が付与される。これにより各ベアリング５５、５６のアキシャル隙間が減少される。なお、具体的に本実施の形態においては、この寸法差ΔＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）を約３０ミクロン〜５０ミクロンに設定している。なお、本発明の寸法差ΔＬは従来の定位置与圧方式の寸法差よりも小さい。
【００２３】
更に、一体外スリーブ部材５８の内側にはスライドリング６０が軸方向移動自在設けられている。スライドリング６０は、一対のベアリング５５、５６の一方（ここではターゲット５１側のベアリング５５）の外輪５５Ａ端面に当接している。また、一体外スリーブ部材５８の内周側には段部５８Ａが形成されており、この段部５８Ａとスライドリング６０の間に予圧ばね６２が圧縮された状態で組み込まれている。この予圧ばね６２が、スライドリング６０を介してベアリング５５の外輪５５Ｂ端面を軸方向外側（即ちターゲット５１側）に付勢し、ベアリング５５、５６に一定の予圧が付与される。
【００２４】
ロータ５３と一体外スリーブ部材５８の間には、ハウジング６３が同軸状に挿入される。ハウジング６３の内周側には一対のベアリング５５、５６が収容されている。ハウジング６３の内周面には段部６３Ａが形成されており、この段部６３Ａと一体外スリーブ部材５８の端面によって、ターゲット５１と反対側のベアリング５６の外輪５６Ｂが挟持されている。
【００２５】
具体的に、ハウジング６３に設置されるカシメ用ボルト６５の先端を、一体外スリーブ部材５８の外周に形成される凹部６６の傾斜面に圧接させることによって、一体外スリーブ部材５８を段部６３Ａ方向にスライドさせ、ベアリング５６を挟持する圧力を得ている。
【００２６】
一方、ターゲット５１側のベアリング５５の外輪５５Ｂは、ハウジング６３の内周に沿って軸方向にスライド自在に収容されている。この結果、予圧ばね６２の付勢力によって外輪５５Ｂがターゲット５１側にスライド可能となっている。
【００２７】
ハウジング６３におけるターゲット５１と反対側には、底部６３Ｂが形成されている。この底部６３Ｂにガラスバルブ３２（図２参照）が固定される事で、ロータ５３とガラスバルブ３２の間に微小隙間が確保されるようになっている（図示省略）。また、ハウジング６３の外周面とロータ５３の内周面の間にも微小隙間が確保されており、ロータ５３が、ハウジング６３およびガラスバルブ３２と非接触状態で回動可能となっている。
【００２８】
次に本実施の形態のＸ線管装置１の作用等について説明する。
本実施の形態では、内スリーブ部材５７と一体外スリーブ部材５８との寸法差ΔＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）による定位置予圧方式により、一対のベアリング５５、５６に確実に予圧を付与している。この結果、組み立て段階において、ベアリング５５、５６のアキシャル隙間を予め小さくすることができると共に、ベアリング５５、５６の軸方向の可動範囲を予め制限することができる。更に、この定位置予圧方式による予圧量が不足した場合であっても、予圧ばね６２が補完的に作用し、定圧予圧式によってベアリング５５、５６に予圧を付与することが可能となっている。
【００２９】
例えば、ターゲット５１が下方に位置し、支軸５２が鉛直方向に保持された場合、ターゲット５１の自重によってターゲット５１側のベアリング５５も鉛直下方（ターゲット５１側）にスライドしようとする。その際、ベアリング５５の外輪５５Ｂも鉛直下方に追従移動するので、外輪５５Ｂ、５６Ｂの間隔が開くことになり、寸法差ΔＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）による予圧の効果が減少してしまう。しかしながら、予圧ばね６２が一定の圧力で鉛直下方に外輪５５Ｂを押し下げるので、定位置予圧方式側の予圧効果低下分を定圧予圧方式が補うことになり、アキシャル隙間を常時埋めることが可能になる。
【００３０】
また例えば、ターゲット５１が上方に位置し、支軸５２が鉛直方向に保持された場合、ターゲット５１の自重によって、ターゲット５１側の外輪５５Ｂが他方の外輪５６Ｂ側にスライドしようとする。その際、予圧ばね６２がターゲット５１自重に耐えることができずに圧縮されたとしても、一体外スリーブ部材５８によって外輪５５Ｂ、５６Ｂの最小間隔はＬ２に制限されているので、外輪５５Ｂのスライドが制限され、定位置予圧を確保した状態で、ターゲット５１の軸方向移動を抑制することができる。
【００３１】
なお、支軸５２が水平方向に延在するときは、与圧ばね６２のばね力で外輪５５Ａ、５５Ｂを押圧するから、ベアリング球のがたつきを防止でき、振動や騒音を押さえることができる。
【００３２】
更に、本実施形態では、外輪５５Ｂ、５６Ｂ間の最小寸法はＬ２に制限されているので、ターゲット５１の自重を考慮して予圧ばね６２の弾性力を設定することが不要になり、弾性力の小さいばねを採用することができる。例えば本実施形態では０．１ｋｇ／ｃｍのばねが採用され、従来の（定圧予圧方式の）約１０分の１から１５分の１の弾性力となっている。この結果、ベアリング５５、５６に作用する予圧力を小さく設定できるので、ベアリング５５、５６の耐久性が向上すると共に、高速回転時の騒音を低減させることができる。
【００３３】
更に、予圧ばね６２が補完的にアキシャル隙間を埋めることができる分、内スリーブ部材５７と一体外スリーブ部材５８の寸法差（予圧量）を厳密に調整する必要がなくなり、組み立てが簡単になる。例えば、各部品・部材の加工仕上がり精度や、ベアリング５５、５６のアキシャル隙間のバラつきなどは、そのまま許容して組み立てたとしても、多少のアキシャル隙間は予圧ばね６２によって自動的に埋められる。
【００３４】
以上の結果、本実施の形態では、Ｘ線管装置１の保持姿勢変化にかかわらず、ターゲット５１の振動が抑制されて安定したＸ線を放射できるようになる。
なお、本実施の形態では、一体外スリーブ部材５８に形成される段部５８Ａによって予圧ばね６２が軸方向に保持される場合を示したが、本発明はそれに限定されない。何らかの構造によって、予圧ばね６２がスライドリング６０を介してベアリング５５の外輪５５Ｂを付勢できれば良い。
【００３５】
更に本実施の形態では、内スリーブ部材５７および一体外スリーブ部材５８が筒構造になっている場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。仮に他の形状であったとしても、本発明の目的が達成される範囲内で、内スリーブ部材５７と一体外スリーブ部材５８の軸方向寸法差ΔＬ＝（Ｌ２−Ｌ１）を確保し、ベアリング５５、５６に所定の予圧を付与できれば十分である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、組み立て労力を低減した上でターゲットが高速回転する際の振動・騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のＸ線管装置の全体構成を示す断面図
【図２】本実施の形態のＸ線管の全体構成を示す断面図
【図３】Ｘ線管に組み込まれる陽極構造体を拡大して示す断面図
【符号の説明】
１：Ｘ線管装置３０：Ｘ線管
５０：陽極構造体５１：ターゲット
５２：支軸５５，５６：ベアリング
５７：内スリーブ部材５８：一体外スリーブ部材
６０：スライドリング６２：予圧ばね

Claims

ターゲットと一体となって回転する支軸と、
支軸に設けられて該支軸を回動自在に保持する一対のベアリングと、
一対のベアリングの間に設けられ、自身の軸方向寸法によって該一対のベアリングの最小内輪間距離を位置決めする内スリーブ部材と、
前記一対のベアリングの間に設けられ、前記内スリーブ部材の軸方向寸法より長く設定された自身の軸方向寸法によって、該一対のベアリングの最小外輪間距離を位置決めする一体外スリーブ部材と、
前記一体外スリーブ部材の内周側に軸方向移動自在設けられ、一方のベアリングの外輪端面に当接するスライドリングと、
前記一対のベアリング間に設けられ、前記スライドリングを介して前記一方のベアリングの外輪端面を軸方向外側に付勢する予圧ばねと、
を有することを特徴とするＸ線管。
請求項１記載のＸ線管と、
前記Ｘ線管を収容すると共に該Ｘ線管の周囲に絶縁油を封入可能な外筒と、
前記外筒に形成され、前記Ｘ線管から放射されるＸ線を通過させる放射窓と、
前記外筒の内部に設置され、前記Ｘ線管のターゲットを回動させるステータと、
を有することを特徴とするＸ線管装置。