JP7493416B2 - X-ray tube device and X-ray imaging device - Google Patents
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Description
本発明はＸ線管装置及びそれを用いたＸ線撮像装置に係り、特に回転陽極型Ｘ線管装置の構造に関する。 The present invention relates to an X-ray tube device and an X-ray imaging device using the same, and in particular to the structure of a rotating anode type X-ray tube device.
Ｘ線管装置を構成する回転陽極体は、陽極に接続されるロータと回転軸受を介して固定部に支持される回転軸部を有する。ロータは更に放熱部と回転支持軸部に分かれる。放熱部は、陽極で発生する熱を放熱するため熱伝導率の高い材料で構成され、一方、回転支持軸部は耐熱性が高く、熱膨張率が小さく且つ機械的強度の大きい材料で構成されている。このように両者は異なる材料から構成されているため、別々の部材を接合することで一体化される。この接合部には陽極が高速度回転する際にかかる高い負荷に耐えるために、堅牢な接合が必要となる。 The rotating anode body that constitutes the X-ray tube device has a rotor connected to the anode and a rotating shaft supported by a fixed part via a rotary bearing. The rotor is further divided into a heat dissipation part and a rotating support shaft. The heat dissipation part is made of a material with high thermal conductivity to dissipate heat generated by the anode, while the rotating support shaft is made of a material that has high heat resistance, a small thermal expansion coefficient, and great mechanical strength. As the two are made of different materials, they are integrated by joining the separate parts. This joint requires a robust joint to withstand the high load placed on the anode when it rotates at high speed.
特許文献１には、放熱部と回転支持軸部との接合部に、互いに係合する円環歯部を形成し、円環歯部を、ロウ材を用いて接合することが開示されている。特許文献１に記載された技術では、ロウ材の流動性を利用して、歯部間にロウ材を行きわたらせて接合している。
しかしながら、流動性に優れるロウ材であっても、接合される部材間の形状が屈曲して合わさっていた場合、密着した部材間にロウ材が流入していかない虞がある。また特許文献１に記載されるように接合部を円環歯部とした場合には、放熱部と回転支持軸部の接合部にロウ材が流入されるための適切なクリアランスを設ける必要があり、高度の加工が必要となる。
However, even if the brazing material has excellent fluidity, if the parts to be joined are curved when they come together, there is a risk that the brazing material will not flow between the parts that are in close contact. Furthermore, if the joint is made into an annular toothed part as described in
本発明は、接合部の形状が屈曲していても、屈曲する接合面全体にロウ材が行きわたり、堅固な結合構造を提供すること、それにより安定した陽極の高速回転が可能となるＸ線管装置を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide an X-ray tube device that provides a robust joint structure in which the brazing material is distributed over the entire curved joint surface even if the shape of the joint is curved, thereby enabling stable high-speed rotation of the anode.
課題を解決する本発明のＸ線管装置は、陽極を支持するロータがロータ回転支持軸部とロータ放熱部とを有し、これらは互いの端部周面でロウ付けによって接合され、その接合部は屈曲している。屈曲する接合部において、ロータ放熱部及びロータ回転支持軸部の少なくとも一方は、軸方向の周面と直交する密着面に半径方向の溝が複数形成されている。屈曲部の一部に設けた溝は、接合部にロウ材を注入してロウ付けを行うトンネルの役割となり、密着した部材間にロウ材を流入させることができ、屈曲した接合部の周面全体に流入し、強固に結合したロータ構造となる。 In the X-ray tube assembly of the present invention, which solves the problem, the rotor supporting the anode has a rotor rotation support shaft and a rotor heat dissipation section, which are joined by brazing at the peripheral end surfaces of each other, and the joint is bent. At least one of the rotor heat dissipation section and the rotor rotation support shaft has multiple radial grooves formed on the contact surface perpendicular to the axial peripheral surface in the bent joint. The grooves provided in part of the bent section act as tunnels for injecting brazing material into the joint to perform brazing, allowing the brazing material to flow between the closely-contacted parts and flow over the entire peripheral surface of the bent joint, resulting in a firmly bonded rotor structure.
すなわち、本発明のＸ線管装置は、電子線を放出する陰極と、前記陰極に対向して配置された陽極と、前記陽極を回転可能に支持する回転支持体と、前記陰極、前記陽極及び前記回転支持体を気密に封入する外囲器と、を備え、前記回転支持体は、前記外囲器に固定された固定部と、前記固定部に軸受けを介して接続された回転軸部と、前記回転軸部に対し断熱部を介して接続され、前記陽極が固定されたロータとを有し、前記ロータは、一端に前記陽極が固定されたロータ回転支持軸部と、前記ロータ回転支持軸部の他端側にロウ付けによって接合された円筒状の放熱部とを有し、前記放熱部は、前記ロータ回転支持軸部との接合部に前記ロータ回転支持軸部が密接する座面部が形成されており、当該座面部、または、前記座面部と当接する前記ロータ回転支持軸部の接合面のいずれかに、溝が形成されていることを特徴とする。 That is, the X-ray tube device of the present invention comprises a cathode that emits an electron beam, an anode that is arranged opposite the cathode, a rotating support that rotatably supports the anode, and an enclosure that hermetically encloses the cathode, the anode, and the rotating support, and the rotating support has a fixed part that is fixed to the enclosure, a rotating shaft part that is connected to the fixed part via a bearing, and a rotor that is connected to the rotating shaft part via a heat insulating part and has the anode fixed thereto, and the rotor has a rotor rotating support shaft part to one end of which the anode is fixed, and a cylindrical heat dissipation part that is joined by brazing to the other end side of the rotor rotating support shaft part, and the heat dissipation part has a seat part that is formed at the joint with the rotor rotating support shaft part and that is in close contact with the rotor rotating support shaft part, and a groove is formed in either the seat part or the joint surface of the rotor rotating support shaft part that abuts against the seat part.
本発明のＸ線撮像装置は、Ｘ線源として上述のＸ線管装置を備えたものであり、例えば、医療用や産業用のＸ線検査装置やＸ線ＣＴ装置に適用することができる。 The X-ray imaging device of the present invention is equipped with the above-mentioned X-ray tube device as an X-ray source, and can be applied to, for example, medical and industrial X-ray inspection devices and X-ray CT devices.
本発明によれば、陽極を支持する回転支持軸部と放熱部との接合部において、接合部が屈曲した構造であっても、ロウ材が溝を通して構造全体に流入するので、溝を設けない箇所での部材同士の密着接合が強固となり、ロータ回転支持軸部が傾きにくくなる。これにより陽極回転時の振動が軽減し、Ｘ線管装置自体の長寿命化を図ることができ、またＸ線管装置の振動によるＸ線撮像への影響を緩和することが可能となる。 According to the present invention, even if the joint between the rotation support shaft supporting the anode and the heat dissipation section has a curved structure, the brazing material flows into the entire structure through the groove, so that the tight bonding between the components in places where no groove is provided is strong, and the rotor rotation support shaft is less likely to tilt. This reduces vibrations during anode rotation, making it possible to extend the life of the X-ray tube device itself and to mitigate the impact of vibrations of the X-ray tube device on X-ray imaging.
最初に、本発明が適用される回転陽極型Ｘ線管装置１の全体構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、Ｘ線管装置１は、Ｘ線を発生するＸ線管１０と、Ｘ線管１０を収容する容器２０とを備える。
First, the overall configuration of a rotating anode type
Ｘ線管１０は、電子線ＥＢを発生する陰極１１と、陰極１１に対し正の電位が印加される陽極１２と、陰極１１と陽極１２を真空雰囲気中に保持する外囲器１３とを備える。
The
陰極１１は、図示を省略しているが、フィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とを備える。フィラメントはタングステンなどの高融点材料をコイル状に巻いたものであり、電流が流されることにより加熱され、電子を放出する。冷陰極はニッケルやモリブデンなどの金属材料を鋭利に尖らせたもので、陰極表面に電界が集中することで電界放出により電子を放出する。集束電極は、放出された電子を陽極１２上のＸ線焦点へと向けて集束させるための集束電界を形成する。フィラメント若しくは冷陰極と、集束電極とは同電位である。
The
陽極１２はターゲット１２１と陽極母材１２２とを備える。ターゲット１２１は、タングステンなどの高融点で原子番号の大きい材質で構成される。ターゲット上のＸ線焦点に陰極１１から放出された電子が衝突することにより、Ｘ線焦点からＸ線（ＸＲ）が放射される。陽極母材１２２は、銅などの熱伝導率の高い材質からなり、ターゲット１２１を保持する。ターゲット１２１と陽極母材１２２とは同電位である。
The
外囲器１３は陰極１１と陽極１２の間を絶縁するために、陰極１１と陽極１２を真空中に保持する。外囲器１３にはＸ線（XR）をＸ線管１０外へ放出するための放射窓１６が備えられる。放射窓１６は、Ｘ線透過率が高いベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。外囲器１３の電位は接地電位である。
The
陽極１２は、外囲器１３に軸受け（不図示）を介して固定された回転体支持部１４に接続されており、回転体支持部１４の駆動により、Ｘ線管１０の中心軸Ｐ（図１中の1点鎖線）を回転軸として回転する。回転体支持部１４は、外囲器１３の外側に配置された励磁コイル１５が発生した磁界を回転駆動力として駆動される。
The
Ｘ線管１０と励磁コイル１５とは、容器２０の中に収容される。容器２０には、Ｘ線管１０の外囲器１３の放射窓１６に対応する位置に、放射窓１６と同様の材質から構成される放射窓２６が備えられている。また、容器２０の中には、Ｘ線管１０を電気的に絶縁するとともに冷却触媒となる絶縁油が充填されている。容器２０内に充填された絶縁油は、Ｘ線管装置１の容器２０に接続された配管を通じて冷却器（不図示）に導かれ、冷却器にて熱を放散した後、配管を通じて容器２０内に戻される。
The
このような構成のＸ線管装置１において、陰極１１から放出された電子は、陰極１１と陽極１２との間に印加される電圧により加速され電子線ＥＢとなる。電子線ＥＢは収束電極が形成する集束電界により集束されてターゲット１２１上のＸ線焦点に衝突すると、Ｘ線焦点からＸ線（XR）が発生する。発生するＸ線のエネルギーは、陰極１１と陽極１２との間に印加される電圧、いわゆる管電圧によって決まる。発生するＸ線の線量は、陰極から放出される電子の量いわゆる管電流と、管電圧によって決まる。
In the
電子線ＥＢのエネルギーの内、Ｘ線に変換される割合は１％に過ぎず、残りのほとんどのエネルギーは熱となる。医療用のＸ線ＣＴ装置に搭載されるＸ線管装置では、管電圧は百数十ｋＶ、管電流は数百ｍＡであるので、陽極１２は数十ｋＷの熱量で加熱される。Ｘ線焦点で発生した熱により陽極１２は平均温度1000℃程度となる。発生した熱の大半は陽極１２の表面から輻射により外囲器１３へ放熱されるが、残りの熱は熱伝導により回転体支持部１４を通じて外囲器１３へ流れる。回転陽極型のＸ線管装置１では、陽極１２を回転させることで、電子線ＥＢの衝突によって生じる熱負荷を分散する。これにより、Ｘ線焦点の温度をターゲットの融点より低く保つことができ、陽極１２が過熱溶融することを防止できる。
Only 1% of the energy of the electron beam EB is converted into X-rays, and most of the remaining energy becomes heat. In an X-ray tube device installed in a medical X-ray CT device, the tube voltage is several hundred kV and the tube current is several hundred mA, so the
次に、図２を参照して、陽極１２に接続される回転体支持部１４の構造を詳述する。図２は回転軸Ｐに沿った回転体支持部１４の断面図であり、この図では、陽極を下方向にして示すとともに、図面を簡略化するために、回転軸Ｐより左側の半分のみを図示している。
Next, the structure of the
回転体支持部１４は、陽極１２が陰極１１と対向する面の裏側に接続され、主な構成として、ロータ３５と、ロータ３５に断熱部３１を介して接続された回転軸部３２と、外囲器１３に固定された固定部３４とを備える。ロータ３５は、陽極１２が固定されたロータ回転支持軸部（以下、回転支持軸部と略称する）３６と、回転支持軸部３６にロウ付けによって接合されたロータ放熱部（以下、放熱部と略称する）３７とから構成される。本実施形態のＸ線管装置１は、ロータ３５の回転支持軸部３６と放熱部３７との接合部３５０（ロウ付けされる部分）の構造に特徴を持つ。
The
以下、Ｘ線管装置１の各部の構成について説明する。
固定部３４は、円柱の一端に底面が設けられた形状と円筒を組み合わせた形状を有する金属製の部材であり、底面側が外囲器１３に支持されている。
The configuration of each part of the
The fixed portion 34 is a metal member having a shape combining a columnar shape with a bottom surface at one end and a cylinder, and the bottom surface side is supported by the
回転軸部３２は、段付きの円筒形状を有する金属製の部材であり、細径の軸部が回転軸受３３ａ、３３ｂを介して固定部３４に対して回転可能に支持されている。また回転軸部３２の太径となった端部には、円筒状の断熱部３１が嵌合され、ネジ３８ｂによって断熱部３１に結合されている。断熱部３１は、ロータ３５の内側に嵌合され、ネジ３８ａによってロータ３５に結合される。断熱部３１は、ロータ３５よりも熱伝導率の低い金属製の部材からなる。 The rotating shaft 32 is a stepped cylindrical metal member, and the small diameter shaft portion is rotatably supported by the fixed portion 34 via the rotary bearings 33a and 33b. The large diameter end of the rotating shaft 32 is fitted with the cylindrical insulating portion 31, which is connected to the insulating portion 31 by the screw 38b. The insulating portion 31 is fitted to the inside of the rotor 35, and connected to the rotor 35 by the screw 38a. The insulating portion 31 is made of a metal member with a lower thermal conductivity than the rotor 35.
ネジ３８ａはロータ３５と断熱部３１との結合に、ネジ３８ｂは断熱部３１と回転軸部３２との結合に、それぞれ用いられる。ネジ３８ａ、３８ｂは回転軸Ｐを中心とした円周上に、必要な結合力に応じて複数配置される。 Screw 38a is used to connect rotor 35 to heat insulating section 31, and screw 38b is used to connect heat insulating section 31 to rotating shaft section 32. Multiple screws 38a and 38b are arranged on a circumference centered on rotating shaft P according to the required connecting force.
回転軸受３３ａ、３３ｂは、いわゆる転がり軸受であり、複数の球体が回転軸部３２の外周上に配置されて構成され、球体の表面には潤滑物質として鉛等の軟質金属が塗布されている。回転軸受３３ａ、３３ｂの温度が潤滑物資の融点以上になると、潤滑物質が部分的に欠落して回転軸受３３ａ、３３ｂの摩擦を増大させ、回転に悪影響を及ぼす。上述のように回転軸部３２とロータ３５との間に、熱伝導率の小さい断熱部３１を設けることによって、陽極１２からロータ３５に伝わる熱量が回転軸受け３３ａ、３３ｂに伝わるのを抑制し、温度上昇による回転への悪影響を防ぐことができる。
The rotary bearings 33a and 33b are so-called rolling bearings, and are configured by arranging multiple spheres on the outer circumference of the rotary shaft 32, and the surfaces of the spheres are coated with a soft metal such as lead as a lubricant. When the temperature of the rotary bearings 33a and 33b exceeds the melting point of the lubricant, the lubricant is partially lost, increasing the friction of the rotary bearings 33a and 33b and adversely affecting the rotation. By providing a heat insulating section 31 with low thermal conductivity between the rotary shaft 32 and the rotor 35 as described above, the amount of heat transferred from the
ロータ３５は、回転支持軸部３６と放熱部３７とをロウ材によりロウ付けした、円柱形状と円筒部を組み合わせた形状を有する金属製の部材である。回転支持軸部３６の一端に陽極１２が接続され、他端に放熱部３７が接合される。励磁コイル１５によって発せられる磁界を放熱部３７が受けることにより、ロータ３５は回転軸Ｐを中心として回転する。
The rotor 35 is a metal member having a shape combining a cylindrical column and a cylindrical portion, in which the rotation support shaft portion 36 and the heat dissipation portion 37 are brazed with a soldering material. The
回転支持軸部３６は、熱膨張率が低く、高耐熱性で機械的強度の大きい金属製の材料、例えば、モリブデンやモリブデン合金からなる。放熱部３７は、熱膨張率が比較的大きく、機械的強度の大きい材料、例えば、ステンレス鋼からなる。これらは異種の材料からなるため、ロウ付けにより接合することで一体化される。ロウ材としては、銅や銀などのロウ材が用いられる。接合部３５０におけるロウ材の厚みは、薄くなるほど接合強度は向上する。しかし、ある厚みを境にそれ以上ロウ材が薄くなると接合強度が低下する特性を有する。適正な厚みはロウ材の種類によっても異なるが、例えば銀ロウの場合、この適正な厚みはおおよそ５０μｍとなる。 The rotary support shaft 36 is made of a metal material with a low coefficient of thermal expansion, high heat resistance, and high mechanical strength, such as molybdenum or a molybdenum alloy. The heat dissipation section 37 is made of a material with a relatively high coefficient of thermal expansion and high mechanical strength, such as stainless steel. Since these are made of different materials, they are integrated by joining them with brazing. Brazing materials such as copper and silver are used. The thinner the thickness of the brazing material at the joint 350, the higher the joint strength. However, there is a characteristic that the joint strength decreases if the brazing material becomes thinner beyond a certain thickness. The appropriate thickness varies depending on the type of brazing material, but for example, in the case of silver brazing, this appropriate thickness is approximately 50 μm.
以上説明した回転体支持部１４の構成を踏まえ、ロータ３５の接合部３５０の構造の実施形態を以下説明する。
Taking into account the configuration of the
＜実施形態１＞
本実施形態は、円柱形状の回転支持軸部３６を円筒形状の放熱部３７が支持するような構造の接合部でロウ付けを行う構造のロータ３５において、回転支持軸部３６と放熱部３７とが密接する面に溝を有する構造が形成されていることが特徴である。溝は、回転支持軸部３６及び放熱部３７のいずれか一方の部材に設けてもよいし、両方に設けてもよい。本実施形態では、放熱部３７側に溝を設ける場合を説明する。
<
This embodiment is characterized in that a rotor 35 having a structure in which brazing is performed at a joint structure in which a cylindrical rotation support shaft portion 36 is supported by a cylindrical heat dissipation portion 37 has a structure in which a groove is formed on the surface where the rotation support shaft portion 36 and the heat dissipation portion 37 are in close contact with each other. The groove may be provided in either one of the members of the rotation support shaft portion 36 or the heat dissipation portion 37, or may be provided in both. In this embodiment, a case in which a groove is provided on the heat dissipation portion 37 side will be described.
図２に示したように、回転支持軸部３６は、円柱形状を有し、陽極１２が固定された端部と反対側は、円盤状の端部（円盤状部分）３６１になっており、円盤状部分３６１は大径部と小径部とからなり、外周面に段差が形成された構造である。これに対応して、円筒形状の放熱部３７は、端部が円筒の内側に屈曲し、屈曲した部分３７１に円盤状部分３６１の大径部が乗る座面（座面部）３７１ａが形成されている。この座面３７１ａに大径部が密着することで、円盤状部分３６１の段差のある外周面と、放熱部３７の屈曲した端部の内周面とが係合し、接合部３５０を形成している。
As shown in FIG. 2, the rotating support shaft 36 has a cylindrical shape, and the end opposite to the end to which the
さらに放熱部の屈曲部３７１の座面３７１ａには、図３に示すように、そのリング形状の半径方向に複数（図では４本）の溝３９が形成されている。溝３９は、座面より上側の内周面と下側の内周面とを連通するように形成されており、ロウ付けの際にトンネルの役割を果たす。 Furthermore, as shown in FIG. 3, the seat surface 371a of the bent portion 371 of the heat dissipation portion has multiple grooves 39 (four in the figure) formed in the radial direction of the ring shape. The grooves 39 are formed to connect the inner circumferential surface above the seat surface with the inner circumferential surface below, and act as tunnels during brazing.
以下、図４及び図５を参照して、溝３９の構成と機能を詳述する。図４及び図５は、それぞれ、図３のＢ-Ｂ線及びＡ-Ａ線で放熱部３７を切断した場合の接合部３５０の拡大断面図である。 The configuration and function of the groove 39 will be described in detail below with reference to Figures 4 and 5. Figures 4 and 5 are enlarged cross-sectional views of the joint 350 when the heat dissipation section 37 is cut along lines B-B and A-A in Figure 3, respectively.
図４に示すように、円盤状部分３６１の外周面と放熱部３７の内周面との間はロウ材４０によってロウ付けされており、これにより接合部３５０における両部材間は堅牢に接合されている。 As shown in FIG. 4, the outer peripheral surface of the disk-shaped portion 361 and the inner peripheral surface of the heat dissipation portion 37 are brazed with brazing material 40, thereby firmly joining the two components at the joint 350.
ロウ付けは、例えば、図示するように放熱部３７を屈曲部３７１側が下になるようにした状態で、その座面３７１ａに回転支持軸部３６の円盤状部分３６１が載るように回転支持軸部３６を嵌合し、円盤状部分３６１の大径部外周と放熱部３７の内周との間に、ロウ材４０を注入する。この際、回転支持軸部３６の重量により回転支持軸部３６は座面３７１ａと密着しているため、この密着部分で注入したロウ材４０の流れが止められ、下側まで流入できない可能性がある。その場合、放熱部３７と回転支持軸部３６との接合は、概ね、大径部外周面と放熱部３７内周面とのロウ付け部のみとなり、高速回転時の負荷に対し耐久性が低下する。 For example, as shown in the figure, the heat dissipation section 37 is brazed by fitting the rotation support shaft section 36 so that the disk-shaped section 361 of the rotation support shaft section 36 rests on the seating surface 371a of the heat dissipation section 37 with the bent section 371 side facing down, and pouring the brazing material 40 between the outer periphery of the large diameter section of the disk-shaped section 361 and the inner periphery of the heat dissipation section 37. At this time, the weight of the rotation support shaft section 36 causes the rotation support shaft section 36 to come into close contact with the seating surface 371a, so the flow of the poured brazing material 40 may be stopped at this contact area and may not be able to flow to the bottom. In that case, the joint between the heat dissipation section 37 and the rotation support shaft section 36 is generally only the brazing section between the outer periphery of the large diameter section and the inner periphery of the heat dissipation section 37, and durability against the load during high-speed rotation decreases.
本実施形態では、図５に示すように、回転支持軸部３６の円盤状部分３６１が密着する座面３７１ａに溝３９を設けることで、上側から注入されたロウ材は、この溝３９を通り、放熱部３７下側の内周面と円盤状部分３６１の小径部外周面との間に流入することができる。その結果、ロウ材４０は、屈曲した放熱部３７の端部と、段差のある回転支持軸部３６の円筒状部分３６１が接する面全体に注入され、強固な接合が実現する。また溝３９内部にもロウ材４０が満たされているので、座面においても接合強度が高まる。
なお以上の説明では、図３の上側からロウ材を注入する場合を説明したが、ロウ付けを上下逆転して行う場合でも溝３９がロウ材を流入させるトンネルとして機能することは同様であり、同様の効果が得られる。
In this embodiment, as shown in Fig. 5, a groove 39 is provided in the seating surface 371a with which the disk-shaped portion 361 of the rotation support shaft portion 36 comes into close contact, so that the brazing material injected from above can pass through the groove 39 and flow between the inner peripheral surface of the lower side of the heat dissipation portion 37 and the outer peripheral surface of the small diameter portion of the disk-shaped portion 361. As a result, the brazing material 40 is injected into the entire surface where the bent end of the heat dissipation portion 37 and the stepped cylindrical portion 361 of the rotation support shaft portion 36 come into contact, realizing a strong joint. In addition, the inside of the groove 39 is filled with the brazing material 40, so that the joint strength is also increased at the seating surface.
In the above explanation, the case where the brazing material is injected from the upper side in FIG. 3 is described. However, even if the brazing is performed upside down, the groove 39 still functions as a tunnel for the inflow of the brazing material, and the same effect can be obtained.
溝３９は、上述したように、トンネルの役割を果たす形状、構造であればよく、例えば、溝部３９の長手方向に直交する断面の形状として、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すように、Ｖ字状（Ａ）、Ｕ字状（Ｂ）、凹字状（Ｃ）のいずれでもよく、ロウ材の流入しやすさや、ロウ材を充填した溝３９の剛性、さらには加工のしやすさ等を考慮して、形状を適宜決定する。例えば、図６に示す３つの形状において、溝幅と溝深さが同様の場合、溝の断面積は、Ｖ字状（Ａ）が最も狭く、次にＵ字状（Ｂ）が広く、断面積が最も広いのは凹字状（Ｃ）である。また、溝の長さが同様であれば、溝に充填されるロウ材４０の体積は（Ａ）＜（Ｂ）＜（Ｃ）となる。一般に、使用するロウ材４０の量が少ない程、ロウ付け体の剛性は高くなるため、各溝での剛性の高さは（Ａ）＞（Ｂ）＞（Ｃ）となる。 As described above, the groove 39 may have any shape or structure that functions as a tunnel. For example, the cross-sectional shape of the groove 39 perpendicular to the longitudinal direction may be any of V-shape (A), U-shape (B), and concave-shape (C) as shown in Figs. 6(A) to (C). The shape is appropriately determined taking into consideration the ease of flow of the brazing material, the rigidity of the groove 39 filled with the brazing material, and ease of processing. For example, in the three shapes shown in Fig. 6, when the groove width and groove depth are the same, the cross-sectional area of the V-shape (A) is the narrowest, the U-shape (B) is the next widest, and the concave-shape (C) is the widest. In addition, when the groove length is the same, the volume of the brazing material 40 filled in the groove is (A) < (B) < (C). In general, the smaller the amount of brazing material 40 used, the higher the rigidity of the brazed body, so the rigidity of each groove is (A) > (B) > (C).
加工のしやすさについては、本実施形態のように、放熱部３７の円筒の内側にある座面３７１ａに溝を形成する場合は、図６（Ａ）、（Ｃ）に示すＶ字状や凹字状の形状が加工しやすい。また後述する実施形態のように、回転支持軸部３６の段差部のように外側から加工することが可能な場合には、図６（Ｂ）形状も、ドリル加工等により容易に加工することができる。
なお、溝形状は図６に示した形状以外の形状でもよく、例えば図７（Ｄ）、（Ｅ）に示すような台形などでもよい。
Regarding ease of processing, when forming a groove on the seat surface 371a on the inside of the cylinder of the heat dissipation part 37 as in this embodiment, the V-shape or concave shape shown in Figures 6(A) and (C) is easy to process. Also, when processing is possible from the outside like the stepped part of the rotation support shaft part 36 as in the embodiment described later, the shape of Figure 6(B) can also be easily processed by drilling or the like.
The groove shape may be a shape other than that shown in FIG. 6, for example, a trapezoid as shown in FIGS. 7(D) and 7(E).
溝の深さは、ロウ材の種類に応じた適正な厚みと同等以上であることが好ましく、目安として、ロウ材の種類に応じた適正な厚みの３倍程度の深さが望ましい。例えば銀ロウを使用する場合は、溝深さの下限値を５０μｍとし、上限値は１５０μmとする。
溝幅は狭い程、回転支持軸部３６と放熱部３７の座面間での接触面積を増やすことができ、回転支持軸部３６の傾きを抑制できる。しかし溝幅が狭い程、溝に対してロウが流入しにくくなり、ロウ付けが不完全になってしまう虞がある。溝幅は目安として、溝深さに対して１０倍の大きさであることが望ましい。例えば銀ロウを使用する場合は、溝幅を５００μｍから１５００μｍとする。
The depth of the groove is preferably equal to or greater than the appropriate thickness for the type of brazing material, and as a guideline, the depth is preferably about three times the appropriate thickness for the type of brazing material. For example, when silver brazing is used, the lower limit of the groove depth is 50 μm and the upper limit is 150 μm.
The narrower the groove width, the greater the contact area between the seating surfaces of the rotation support shaft portion 36 and the heat dissipation portion 37, and the more the tilt of the rotation support shaft portion 36 can be suppressed. However, the narrower the groove width, the more difficult it becomes for the solder to flow into the groove, and the risk of incomplete soldering increases. As a guideline, it is desirable for the groove width to be 10 times larger than the groove depth. For example, when using silver solder, the groove width is set to 500 μm to 1500 μm.
溝の設置位置については、図３では、放熱部３７の座面を上から（図４の上側から）を見た場合、９０度間隔に４つの溝を形成した場合を示したが、溝の数および配置はこれに限定されない。但し、溝が1つでは溝と対向する位置のロウ付けが不完全になる虞があり、また溝が２つでは溝のロウ付け位置を起点に回転支持軸部３６が傾く虞がある。以上のことから、溝は少なくとも３個以上を備えることが好ましく、また溝の配置は等間隔であることが好ましい。例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、３個の溝を１２０度間隔で配置したり、６個の溝を６０度間隔で配置することができる。 Regarding the placement of the grooves, FIG. 3 shows a case where four grooves are formed at 90-degree intervals when the seat surface of the heat dissipation section 37 is viewed from above (from the top side of FIG. 4), but the number and arrangement of the grooves are not limited to this. However, with one groove, there is a risk that the brazing at the position opposite the groove will be incomplete, and with two grooves, there is a risk that the rotation support shaft section 36 will tilt from the brazing position of the groove as a starting point. For the above reasons, it is preferable to have at least three grooves, and it is also preferable that the grooves are arranged at equal intervals. For example, as shown in FIGS. 8(A) and (B), three grooves can be arranged at 120-degree intervals, or six grooves can be arranged at 60-degree intervals.
上述した溝の形状や溝の配置、また溝深さや溝幅などの寸法は、ロウ付け条件に応じて適宜決定する。ロウ付け条件は主にロウ材の量、ロウ付け温度、ロウ付け時間などである。ロウ材の量は供給する量で決定し、ロウ付け時の熱膨張率の差分で生まれる隙間を埋めるための体積量である。ロウ付け温度は、各部材の温度をロウの融点まで上げる必要があるが、過剰な温度はロウ材の流動性を悪くするため注意が必要である。ロウ付け時間はロウ材がロウ付け部全体に行き渡る時間を示し、短すぎるとロウが行き渡らず、長すぎるとロウが部材間からはみ出てしまう。また溝の断面積が狭い程、ロウ材の流速が遅くなるためロウ付け時間は注意が必要である。 The above-mentioned groove shape, groove arrangement, and dimensions such as groove depth and width are determined appropriately according to the brazing conditions. Brazing conditions mainly include the amount of brazing material, brazing temperature, brazing time, etc. The amount of brazing material is determined by the amount supplied, and is the volume required to fill the gaps created by the difference in thermal expansion coefficient during brazing. The brazing temperature requires that the temperature of each component be raised to the melting point of the brazing material, but care must be taken because excessive heat can impair the fluidity of the brazing material. The brazing time indicates the time it takes for the brazing material to spread throughout the brazing part; if it is too short, the brazing material will not spread, and if it is too long, the brazing material will overflow from between the components. Also, the narrower the cross-sectional area of the groove, the slower the flow rate of the brazing material, so care must be taken with the brazing time.
このように、本実施形態のＸ線管装置では、図５に示したように、回転支持軸部３６と放熱部３７とが接合される接合部３５０は、屈曲した複数の接合面のうち、回転軸３２と平行する方向の接合面（ロウ付け部）はロウが充填されているために接合強度を損なうことなく、回転軸３２との垂直方向の接合面は溝部３９以外にはロウが入り込まず、回転支持軸部３６と放熱部３７の面同士が密接している。このため、回転軸３２に対して回転支持軸部３６の軸心が傾きにくい構造となる。 As described above, in the X-ray tube device of this embodiment, as shown in FIG. 5, the joint 350 where the rotation support shaft 36 and the heat dissipation section 37 are joined has a plurality of bent joint surfaces, of which the joint surface (soldered section) parallel to the rotation shaft 32 is filled with solder, so that the joint strength is not impaired, and the joint surface perpendicular to the rotation shaft 32 does not have solder except for the groove 39, so that the surfaces of the rotation support shaft 36 and the heat dissipation section 37 are in close contact with each other. This results in a structure in which the axis of the rotation support shaft 36 is less likely to tilt relative to the rotation shaft 32.
回転支持軸部３６が傾きにくくなることで、陽極回転時の陽極１２の振れ回りを抑制でき回転振動を抑制する。これにより回転振動による回転軸受３３ａ、３３ｂの損傷も抑制するため、Ｘ線管装置自体の寿命や、回転振動によるＸ線撮像への影響も緩和することが可能となる。
By making the rotation support shaft 36 less likely to tilt, the
＜実施形態２＞
実施形態１では、接合部３５０の溝３９を放熱部３７側に設けた場合を説明したが、本実施形態では回転支持軸部３６側に設けている。図９に、一例を示す。図９は、回転支持軸部３６を陽極固定側から見た図であり、回転支持軸部３６の円盤状部分３６１の、大径部と小径部との径の差によって生じた大径部のリング状の面３６１ａに、複数の溝３９が形成されている。ここでも溝を４本設けた例を示しているが、溝の数や配置は実施形態１と同様であり、好ましくは３以上であって互いに等間隔（角度方向の間隔）であることが好ましい。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the grooves 39 of the joint 350 are provided on the heat dissipation section 37 side, but in this embodiment, they are provided on the rotation support shaft section 36 side. An example is shown in Fig. 9. Fig. 9 is a view of the rotation support shaft section 36 as seen from the anode fixed side, and a plurality of grooves 39 are formed on a ring-shaped surface 361a of a large diameter section of a disk-shaped section 361 of the rotation support shaft section 36, which is generated by the difference in diameter between a large diameter section and a small diameter section. Here, an example in which four grooves are provided is also shown, but the number and arrangement of the grooves are the same as in the first embodiment, and it is preferable that the number of grooves is three or more and that the grooves are equally spaced from each other (angle direction intervals).
本実施形態のように回転支持軸部３６側に溝を設けた場合にも、溝３９の機能は実施形態１と同様であり、ロウ付け時に接合部３５０の上部から注入されたロウ材は、座面３７１ａと円盤状部分３６１の面３６１ａとの密着部において溝３９を通って接合部３５０の下部に達し、回転支持軸部３６と放熱部３７との周面での接合強度を向上することができる。また本実施形態の結合部の構造では、溝３９は、円盤状部分３６１の外周面からのドリル加工によって形成することができるので、実施形態１よりも溝の断面形状の自由度が高い。
Even when a groove is provided on the rotating support shaft portion 36 side as in this embodiment, the function of the groove 39 is the same as in
以上の実施形態では、溝３９を回転支持軸部側或いは放熱部側のいずれかに設けた場合を示したが、両側に設けることも可能である。その場合、両側の溝３９は、同じ位置に設けて一対としてトンネルを形成するようにしてもよいし、互い違いになるように設けてもよい。互い違いに設ける場合には、溝はそれぞれに２本ずつ設けても、合計４本の溝が形成されていることになり、回転支持軸部３６が傾くのを防止できる。 In the above embodiment, the grooves 39 are provided on either the rotating support shaft side or the heat dissipation side, but they can also be provided on both sides. In that case, the grooves 39 on both sides can be provided in the same position to form a pair of tunnels, or they can be provided in a staggered pattern. When provided in a staggered pattern, even if two grooves are provided on each side, a total of four grooves are formed, which prevents the rotating support shaft 36 from tilting.
さらに以上の実施形態では、接合部３５０の形状が、１段の段差を持つ形状を示したが、段差が２段以上ある構造であっても同様に適用することができる。 Furthermore, in the above embodiment, the shape of the joint 350 has been shown to have a single step, but the same can be applied to a structure with two or more steps.
次に、本発明を適用したＸ線ＣＴ装置１００の全体構成を説明する。Ｘ線ＣＴ装置はスキャンガントリ部５０と操作卓６０とを備える。
Next, the overall configuration of the
スキャンガントリ部はＸ線管装置５１と回転円盤５４と、コリメータ５５と、Ｘ線検出器５７と、データ収集装置５８と、ガントリ制御装置５３と、Ｘ線制御装置５２と、を備えている。Ｘ線管装置５１は開口部５６に向けてＸ線を照射する装置であり、本実施形態では、上述した回転陽極型のＸ線管装置１を用いる。すなわち、回転陽極を支持するロータが、ロータ回転支持軸部とロータ放熱部とから構成され、ロータ回転支持部とロータ放熱部とは、ロウ付けによって接合されており、その接合部は屈曲した形状を有し、ロータ回転支持軸部及びロータ放熱部のいずれか一方の屈曲した接合部の一部に溝が形成されている。これにより接合部全体がロウにより密着し、極めて堅固な結合構造を有している。
The scan gantry section includes an
それ以外の構成は、一般的なＸ線ＣＴ装置と同様であり、以下、簡単に説明する。 The rest of the configuration is the same as that of a typical X-ray CT device, and will be briefly explained below.
コリメータ５５はＸ線管装置５１から照射されるＸ線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤５４は被検体が入る開口部５６を備えるとともにＸ線管装置５１とＸ線検出器５７を搭載し、Ｘ線管装置５１とＸ線検出器５７を被検体の周囲で回転させるものである。Ｘ線検出器５７は、Ｘ線管装置５１と対向配置され、被検体を透過したＸ線を検出ことにより透過Ｘ線の空間的分布を計測する装置であり、多数のＸ線検出素子と回転円盤５４の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤５４の回転方向と回転軸方向との２次元に配列したものである。データ収集装置５８は Ｘ線検出器５７で検出されたＸ線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置５３は回転円盤５４の回転を制御する装置である。Ｘ線制御装置５２はＸ線管装置５１に入力される電力を制御する装置である。
The
操作卓６０は、システム制御装置６１と、入力装置６２と、画像演算装置６３と、記憶装置６４と、表示装置６５とを備えている。入力装置６２は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置６３は、データ収集装置8から送信される計測データを演算処理して断層画像を再構成する装置である。表示装置６５は、画像演算装置６３で再構成された断層画像を表示する装置であり、具体的にはＣＲＴ(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置６４はデータ収集装置５８で収集したデータおよび画像演算装置６３で再構成された断層画像の画像データを記憶する装置であり、例えば、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等が用いられる。システム制御装置６１は、これらの装置及びガントリ制御装置５３とＸ線制御装置５２を制御する装置である。
The
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、上述したように、Ｘ線管装置５１として、陽極の高速回転とそれに伴う熱量の放熱を効果的に実現しながら、支持構造が堅牢なＸ線管を備えたＸ線管装置を用いているので、陽極回転時のブレが極めて少なく、安定した撮像を行うことができる。結果として良好なＣＴ画像を取得することができる。
As described above, the X-ray CT device of this embodiment uses an
なお図１０では、本発明が適用されるＸ線撮像装置としてＸ線ＣＴ装置を例示したが、本発明は回転陽極型のＸ線管装置を備えたＸ線装置であれば、Ｘ線ＣＴ装置に限定されることなく適用することができる。 In FIG. 10, an X-ray CT scanner is shown as an example of an X-ray imaging device to which the present invention can be applied, but the present invention can be applied to any X-ray device equipped with a rotating anode type X-ray tube device, without being limited to X-ray CT scanners.
１：Ｘ線管装置、１０：Ｘ線管、１１：陰極、１２：陽極、１３：外囲器、１４：励磁コイル、１５：回転体支持部、１６：放射窓、２０：容器、３１：断熱部、３２：回転軸部、３３ａ、３３ｂ：回転軸受、３４：固定部、３５：ロータ、３６：ロータ回転支持軸部、３７：ロータ放熱部、３８ａ、３８ｂ：ネジ、３９：溝、４０：ロウ材、３５０：接合部（ロウ付け部）
１００：Ｘ線撮像装置、５０：スキャンガントリ部、５１：Ｘ線管装置、５４：回転円盤、５７：Ｘ線検出器、６０：操作卓
1: X-ray tube device, 10: X-ray tube, 11: cathode, 12: anode, 13: envelope, 14: excitation coil, 15: rotor support part, 16: radiation window, 20: container, 31: heat insulating part, 32: rotating shaft part, 33a, 33b: rotating bearing, 34: fixed part, 35: rotor, 36: rotor rotation support shaft part, 37: rotor heat dissipation part, 38a, 38b: screw, 39: groove, 40: brazing material, 350: joint part (brazing part)
100: X-ray imaging device, 50: scan gantry section, 51: X-ray tube device, 54: rotating disk, 57: X-ray detector, 60: operation console
Claims (7)
前記陰極に対向して配置された陽極と、
前記陽極を回転可能に支持する回転支持体と、
前記陰極、前記陽極及び前記回転支持体を気密に封入する外囲器と、を備え
前記回転支持体は、前記外囲器に固定された固定部と、前記固定部に軸受けを介して接続された回転軸部と、前記回転軸部に対し断熱部を介して接続され、前記陽極が固定されたロータと、を有し、
前記ロータは、一端に前記陽極が固定されたロータ回転支持軸部と、前記ロータ回転支持軸部の他端側にロウ付けによって接合された円筒状の放熱部と、を有し、
前記放熱部は、前記ロータ回転支持軸部との接合部に前記ロータ回転支持軸部が密接する座面部が形成されており、
前記ロータ回転支持軸部は、前記陽極が固定される円柱状部分と、当該円柱状部分より径の大きい円盤状部分とを有し、当該円盤状部分は大径部と当該大径部より径の小さい小径部とを有し、前記大径部と前記小径部とをつなぐリング状の面が前記座面部と当接する接合面を構成し、
前記放熱部の座面部、または、前記座面部と当接する前記ロータ回転支持軸部の接合面のいずれかに、溝が形成されていることを特徴とするＸ線管装置。 A cathode that emits an electron beam;
an anode disposed opposite the cathode;
A rotary support that rotatably supports the anode;
an envelope that hermetically encloses the cathode, the anode, and the rotary support, the rotary support having a fixed part fixed to the envelope, a rotary shaft part connected to the fixed part via a bearing, and a rotor connected to the rotary shaft part via a heat insulating part and to which the anode is fixed,
the rotor has a rotor rotation support shaft portion having one end to which the anode is fixed, and a cylindrical heat dissipation portion joined by brazing to the other end side of the rotor rotation support shaft portion,
the heat dissipation portion has a seat portion formed at a joint portion between the heat dissipation portion and the rotor rotation support shaft portion, with which the rotor rotation support shaft portion comes into close contact,
the rotor rotation support shaft portion has a cylindrical portion to which the anode is fixed and a disk-shaped portion having a diameter larger than that of the cylindrical portion, the disk-shaped portion has a large diameter portion and a small diameter portion having a diameter smaller than that of the large diameter portion, and a ring-shaped surface connecting the large diameter portion and the small diameter portion constitutes a joint surface that comes into contact with the seat portion,
2. An X-ray tube assembly comprising: a seat portion of said heat dissipation portion ; and a joint surface of said rotor rotation support shaft portion that abuts against said seat portion, said joint surface being formed with a groove.
前記ロータ回転支持軸部の大径部及び小径部の外周面は、前記放熱部の、前記座面部より上側の内周面及び下側の内周面と、それぞれロウ材によって接合されていることを特徴とするＸ線管装置。 2. The X-ray tube assembly according to claim 1 ,
an outer circumferential surface of the large diameter portion and an outer circumferential surface of the small diameter portion of the rotor rotation support shaft portion are joined to an inner circumferential surface of the heat dissipation portion above the seat portion and an inner circumferential surface of the heat dissipation portion below the seat portion by using a brazing material, respectively.
前記座面部及びそれと当接する前記ロータ回転支持軸部の接合面は、リング形状であって、前記溝はリング形状の半径方向に形成されていることを特徴とするＸ線管装置。 3. The X-ray tube assembly according to claim 1 ,
2. An X-ray tube assembly according to claim 1, wherein the seat portion and a joint surface of the rotor rotation support shaft portion that abuts thereon are ring-shaped, and the groove is formed in a radial direction of the ring shape.
前記溝は、２以上形成されていることを特徴とするＸ線管装置。 4. The X-ray tube assembly according to claim 1 ,
The X-ray tube device is characterized in that two or more of the grooves are formed.
複数の前記溝は、等間隔に形成されていることを特徴とするＸ線管装置。 5. The X-ray tube assembly according to claim 4 ,
The X-ray tube device according to claim 1, wherein the plurality of grooves are formed at equal intervals.
前記Ｘ線源として、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のＸ線管装置を用いたことを特徴とするＸ線撮像装置。 1. An X-ray imaging device comprising: an X-ray source; and an X-ray detector disposed opposite the X-ray source, the X-ray detector detecting X-rays irradiated from the X-ray source and transmitted through an object to be inspected disposed between the X-ray source and the X-ray detector, the X-ray imaging device forming an image of the object to be inspected using an output from the X-ray detector,
6. An X-ray imaging device, comprising the X-ray tube assembly according to claim 1 as the X-ray source.
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを前記被検査体の周囲で回転させる回転盤をさらに備え、Ｘ線ＣＴ装置であることを特徴とするＸ線撮像装置。 7. The X-ray imaging device according to claim 6 ,
An X-ray imaging apparatus further comprising a rotating disk for rotating the X-ray source and the X-ray detector around the object to be inspected, the X-ray imaging apparatus being an X-ray CT apparatus.
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