JP4388816B2 - キャリア及び軸受部材の一体構成部を有するｘ線生成装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線生成装置に関し、特に電子を放出する電子源、電子の入射によりＸ線を生成する材料を有するキャリア、及び上記キャリアを回転軸に対して回転させる内部軸受部材及び外部軸受部材と、上記内部軸受部材と上記外部軸受部材との間に存在する軸受ギャップとを有する動的溝軸受で、上記軸受部材のうちの一方は上記キャリアに接続し、上記軸受ギャップは液体滑剤を収容するような動的溝軸受を有するＸ線生成装置に関する。

上述のようなＸ線生成装置は特許文献１において開示されている。この従来技術によるＸ線生成装置の動作では、電子放出源によって生成される電子ビームがキャリアにおけるＸ線生成材料に衝突する衝突位置においてＸ線が生成される。このキャリアは円盤形状であって回転軸を中心に回転するため、この衝突位置はキャリアに対して円形経路を形成する。よって電子ビームがＸ線生成材料に衝突する結果このＸ線生成材料において生じる熱は、この円形経路に沿ってキャリア全体において均等に分布する。こうしてキャリアは均等に温められる。動的溝軸受の軸受ギャップは、装置のハウジングに接続される内部軸受部材の円柱状外面とキャリアに接続される外部軸受部材の円柱状内面とにより包囲され、この外面には溝パターンが設けられる。このキャリアはハウジング内の真空空間において存在するため、同キャリアから装置の周囲への熱転送は実質的にこの内面、外面、及びその間にある軸受ギャップの液体滑剤のみを介して行われる。これら内面及び外面は十分な耐力を提供するために比較的大きな表面面積を有するため、軸受ギャップを介する熱転送の転送速度は高速であってキャリアの加熱が制限される。

この従来のＸ線生成装置における欠点としては、電子源によって生成される電子ビームのエネルギーレベルが高い場合、軸受ギャップを介する熱転送において十分な転送速度が得られなく、生成されるＸ線のエネルギーレベルも比較的高くなってしまうという問題がある。また、キャリアの温度が一定の閾値を超過した場合は、熱転送の転送速度が著しく低下してしまうことも確認されている。
米国特許出願５，０７７，７７５号

したがって本発明は、上述のＸ線生成装置において、軸受ギャップを介する熱転送経路における熱転送速度の特性を改善し、キャリアの温度が高い場合においてこの熱転送速度の低下をできるだけ抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるＸ線生成装置は、キャリア及びこのキャリアに接続する軸受部材の少なくとも一部が装置の一体構成部を形成し、このキャリアに接続する軸受部材の少なくとも一部が少なくとも部分的に軸受ギャップを覆うことを特徴とする。この発明は、例えば特許文献１に開示される装置のキャリアと外部軸受部材のように組立工程において接合された２つの構成部間における熱転送速度はこの構成部間の接触マウント面における材料分離によって著しく低減する点を鑑みて着想された。この転送速度の低減は平滑さの限界及びマウント面の形状精度の限界などから生じるものである。さらに高温ではマウント面の熱変形が生じ、その結果この構成部間の熱転送速度はいっそう低減される。本発明による装置ではキャリア及びこのキャリアに接続する軸受部材の少なくとも一部が装置の一体構成部を形成するため、この部材及びキャリアは装置の組立工程において接合される装置における別々の構成部ではなく、材料分離を含まない単一の構成部に相当する。よってキャリアから軸受ギャップにおける上記軸受部材の一部によって覆われる部分を介する熱転送の転送速度は上述のように材料分離によって低減されることはなく、また高温においても熱変形によって転送速度が低減されることもない。

本発明によるＸ線生成装置の特に好適な実施形態として、キャリア及びこのキャリアに接続する軸受部材の少なくとも一部は１つの材料から製造される。この実施形態によると、キャリアから軸受ギャップを介する熱転送において好適な転送速度が得られるだけでなく、装置の組み立て工程が簡略化される。

本発明によるＸ線生成装置の更なる好適な実施形態として、キャリアに接続する軸受部材の少なくとも一部は実質的に前記軸受ギャップを完全に覆う。この実施形態によると、キャリアから軸受ギャップ全体にわたって熱転送経路が材料分離を有さず、この制限から開放されるため軸受ギャップを介する熱転送における転送速度特性がさらに改善される。

以下において本発明の好適な実施例に係るＸ線生成装置を添付図面を参照しながら説明する。

図１に示される本発明に係るＸ線生成装置は、金属ハウジング１、この金属ハウジング１によって囲まれる真空空間３、この真空空間３内に収容される電子源５又は電子を放出するカソード、及び電子の入射によりＸ線を生成する材料９を有するキャリア７又はアノードを有する。図１において概略的に示される電子源５は、電気的絶縁材料からなる第１マウント部材１１によってハウジング１に取り付けられる。キャリア７は実質的に円盤形状であり、例えばＷ（タングステン）などからなるＸ線生成材料９は、このキャリア７の電子源５に対向する主要面１３上に環状層として積層される。キャリア７には、グラファイト又はセラミック材料であるＢＣ_４やＡＩＮなど比較的融点の高い材料が用いられる。また、キャリア７全体がＸ線生成材料からなることも可能である。

キャリア７は、主要面１３に対して垂直に延びる回転軸１５を中心に回転することが可能である。この構成を実現するために、本装置は動的溝軸受１７及び電気モータ１９を有する。この動的溝軸受１７によってキャリア７は動かされ、この電気モータ１９によってキャリア７は駆動される。さらに動的溝軸受１７は、外部軸受部材２１と内部部材２３とを有し、この外部部材２１はキャリア７に接続されていて、内部部材２３は支持部材２５及び電気絶縁材料からなる第２マウント部材２７によってハウジング１に取り付けられる。図１において概略的に示されるモータ１９は、真空空間３内に配置され外部軸受部材２１に取り付けられるローター２９、及び真空空間３外部に配置されハウジング１の外面に取り付けられるステータ３１を有する。

外部軸受部材２１は、回転軸１５と一致する中心線を有する円柱状内面３５から構成される袖形部３３及び回転軸１５に対して垂直に延びる２つの環状内面３９，４１から構成されるフランジ形部３７を有する。内部軸受部材２３は、２つのＶ字型溝パターン４７，４９を有する円柱状外面４５を有するシャフト部４３、及び図示されないＶ字型パターンを有する２つの環状外面５３，５５を有する円盤部５１から構成される。そしてこの袖形部３３の内面３５とシャフト部４３の外面４５との間には円柱状軸受ギャップ５７が形成され、フランジ形部３７の内面３９と円盤部５１の外面５３との間、及びフランジ形部３７の内面４１と円盤部５１の外面５５との間にはそれぞれ環状軸受ギャップ５９及び６１が形成される。これらの軸受ギャップ５７，５９，６１には、例えばガリウム合金であるＧａＩｎＳｎなどからなる液体滑剤６３が収容される。動的溝軸受１７が回転する間、ラジアル方向に耐力を提供するシャフト部４３の外面４５に設けられるＶ字型溝４７，４９のポンプ動作により軸受ギャップ５７の液体滑剤６３における圧力が維持される。同様に軸方向に耐力を提供する円盤部５１の外面５３，５５に設けられるＶ字型溝のポンプ動作により軸受ギャップ５９，６１の液体滑剤６３における圧力が維持される。この液体滑剤６３における圧力により外部軸受部材２１と内部軸受部材２３との機械的接触が回避され、よって動的溝軸受１７の寿命が長くなり、ノイズの発生が抑制される。

動作中において電子源５は、電子ビーム６５を生成し、この電子ビーム６５はＸ線生成材料９に衝突位置６７で衝突する。この電子ビーム６５の入射に応じてＸ線生成材料９によって生成されるＸ線６９は、真空空間３から窓部７１を介して発散される。この窓部７１はハウジング１に設けられ、Ｂｅ（ベリリウム）などのＸ線透過材料からなる。Ｘ線６９の生成工程においては、電子ビーム６５のエネルギーの本の一部だけがＸ線エネルギーに変換され、電子ビーム６５のエネルギーのほとんどは熱に変換される。これによってキャリア７の温度はかなり上昇する。特に比較的エネルギーレベルの高いＸ線６９が生成されるときにこの現象は顕著である。そこでキャリア７の局所的な過剰加熱を回避するために動作中キャリア７は回転軸１５を中心に回転される。よって衝突位置６７はキャリア７に環状層として積層されるＸ線生成材料９上に円形経路を形成する。このような構成により、発生する熱はこの円形経路に沿ってキャリア７全体において均等に分布される。

なお、キャリア７の過剰加熱を回避するためにはこのキャリア７における熱を装置の周囲又は冷却ユニット（非図示）へ転送する熱転送処理を行う必要がある。キャリア７は真空空間３内に配置されるため、この熱転送処理は、実質的に熱転送経路だけを介して行われる。この熱転写経路は、外部軸受部２１、外部軸受部２１の内面３５、３９，４１、軸受ギャップ５７，５９，６１における液体滑剤６３、内部軸受部２３の外面４５，５３，５５、内部軸受部２３、支持部材２５、及び第２マウント部材２７を介する。なお、軸受ギャップ５７，５９，６１を介する熱転送においては高速転送が実現されうる。これは内面３５、３９，４１及び外面４５，５３，５５の表面面積は十分な耐力を提供するために比較的大きく設定されているからである。

本発明による装置においては、キャリア７、外部軸受部材２１の袖形部３３、及び外部軸受部２１のフランジ形部３７のうち環状内面３９を有する第１部分７３が単一の材料によって製造され、装置における一体構成部を形成することにより、キャリア７から装置周囲への熱転送の転送速度が向上する。外部軸受部２１のフランジ形部３７のうち環状内面４１を有する第２部分７５は、装置における別の構成部からなり、これは装置の組み立て段階において第１部分７３に係合される。よって第１部分と第２部分との間で材料分離７７が存在する。この分離７７は、装置の組み立て段階において内部軸受部２３の円盤部５１を環状内面３９と４１との間に設置するために必要である。なお、袖形部３３及び外部軸受部２１のフランジ形部３７の第１部分７３は軸受ギャップ５７、５９を完全に囲い、このキャリア７、袖形部３３、及び第１部分７３が一体構成部分を形成するため、キャリア７と軸受ギャップ５７、５９との間における熱転送経路部分では材料分離が存在しない。２つの構成部が接触するマウント面において存在する材料分離は、この分離による平滑さの限界や、マウント面の精度の限界から、この構成部間における熱転送の転送速度を低下させる。高温においては、このマウント面の熱変形などから転送速度がさらに低減しうる。このような材料分離がキャリア７と軸受ギャップ５７、５９との間に存在しないことにで、キャリア７が高温である場合においても軸受ギャップ５７、５９を介する転送経路部分においては比較的高速な熱転送が実現されうる。したがって本装置における熱転送では、軸受ギャップ６１を介する転送経路部分だけにおいて材料分離７７によって転送速度が低減される。よって本装置では、キャリア７から装置周囲への熱転送において好適な転送速度を実現することが可能である。また、本装置では、特にキャリア７の温度が比較的高い場合においてもこのような効果が実現可能である。よって本発明による装置は比較的エネルギーレベルの高いＸ線を生成するのに好適である。

なお、図１に示される本発明に係る装置の実施例においては、キャリア７、及び外部軸受部材２１の袖形部３３と第１部分７３とが１つの材料から製造されることにより、同キャリア７、及び外部軸受部材２１の袖形部３３と第１部分７３とが装置の一体構成部を形成する。しかし、本発明の装置はこのような実施例に限定されることはなく、キャリアとこのキャリアに接続される軸受部材の少なくとも一部とが一体構成部を形成する他の形態をとることも可能である。例えば、ある別の実施形態としてキャリアと軸受部材の一部とを半田付けや溶接によって一体構成部にすることも可能である。

また、図１に示される本発明に係る装置の実施例においては、キャリア７と一体化されて１構成部分を形成する外部軸受部材２１の袖形部３３及び第１部分７３は、外部軸受２１と内部軸受２３との間に配置される軸受ギャップ全体を部分的に覆う。この実施例では軸受ギャップ全体とは軸受ギャップ５７，５９，６１全体に相当する。こうしてキャリア７と軸受ギャップ全体との間の熱転送経路は部分的に材料分離からの制限から開放される。しかし、本発明は上記の実施例に限定されることはなく、キャリアと一体化されて１構成部分を形成する軸受部材の部分が実質的に軸受ギャップ全体を完全に覆う形態をとることも可能である。この場合キャリアと軸受ギャップ全体との間の熱転送経路は材料分離を一切含まず、これによる制限から完全に開放される。このような別形態は、例えば図１に示される装置における内部軸受部材２１の円盤部５１を除き、キャリア７に対向する内部軸受部材２３のシャフト部４３の上面に溝パターンを設け、この上面とキャリア７の底面との間に形成される更なる軸受ギャップにも液体滑剤を供給することにより実現可能である。

また、キャリア及びこのキャリアに接続される軸受部材の少なくとも一部からなる一体構成部の材料としては、比較的融点の高い材料が用いられることが好ましいが、これに限定されることはない。例えば、この一体構成部はＷ，Ｍｏ，Ｔａ，あるいはＷ，Ｍｏ，Ｔａを含む合金などから構成されることが可能である。

本発明に係るＸ線生成装置の一例の縦断面を概略的に示す図である。

Claims (2)

1. 電子を放出する電子源と、前記電子の入射によりＸ線を生成する材料で全体的に構成されるキャリアと、内部軸受部材と外部軸受部材とを有する動的溝軸受とを含み、前記キャリアは、回転軸に対して回転可能であるよう、前記内部軸受部材及び前記外部軸受部材によって軸支され、前記外部軸受部材は、前記キャリアに接続され、液体滑剤を収容する軸受ギャップが、前記内部軸受部材と前記外部軸受部材との間に存在するＸ線生成装置であって、
   前記軸受ギャップを少なくとも部分的に覆う前記外部軸受部材の少なくとも一部と、前記キャリアとは、当該装置の一体構成部を共に形成し、前記外部軸受部材の前記少なくとも一部と、前記キャリアとは、１つの材料から製造されることを特徴とする、Ｘ線生成装置。
2. 前記外部軸受部材の前記少なくとも一部は、前記軸受ギャップを実質的に完全に覆うことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線生成装置。

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