(57)【要約】【課題】安定した導電性を得ることができるＸ線管装置を提供することを目的とする。【解決手段】スリップリング２０の外周を所定の隙間で保って囲み、カーボンブラシ２１を挿入する開口部２３ａを有した案内リング２３を備える。スリップリング２０に動圧溝２０ａを設けることで、スリップリング２０と案内リング２３との間で、外囲器の絶縁油の液圧に対して動圧が動圧溝２０ａにより発生する。動圧溝２０ａは、スリップリング２０と案内リング２３との間に絶縁油の負圧が生じる構造であるので、カーボンブラシ２１とスリップリング２０との間の油膜切れを発生させ、結果として安定した導電性を得ることができる。【選択図】図２
2010277822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生させる陰極と、その陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極および前記陽極を内部に収容する外囲器と、その外囲器とともに冷却用液体を内部に収容する容器とを備え、前記冷却用液体中で前記外囲器が回転することによって陽極が回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置であって、前記外囲器を回転させる回転軸に設けられたスリップリングと、そのスリップリングに接触可能に構成された導電性ブラシとを備えるとともに、前記スリップリングの外周を所定の隙間で保って囲み、前記導電性ブラシを挿入する開口部を有した案内リングを備え、前記スリップリングおよび前記案内リングの少なくとも一方に動圧溝を設け、前記動圧溝は、前記スリップリングと前記案内リングとの間に前記冷却用液体の負圧が生じる構造であることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線管装置において、前記導電性ブラシと前記スリップリングとが接触する接触領域以外の領域に前記動圧溝を設けることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＸ線管装置において、前記回転軸を前記スリップリングとともに回転駆動させる回転駆動手段を備え、前記スリップリングに前記動圧溝を設け、前記開口部を基準として前記スリップリングの少なくとも周方向に前記動圧溝は延びており、開口部を基準とした前記周方向とは逆方向に前記回転駆動手段は回転軸を回転駆動させることを特徴とするＸ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医用診断用のＸ線管装置に係り、特に、陽極が外囲器と一体となって回転する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線管装置としては、ボールベアリングを用いた回転陽極と、電子放出源としてフィラメントを用いた陰極と、外囲器とを備えた回転陽極型Ｘ線管装置がある。これに対し、陽極が外囲器と一体となって回転し、軸中心に設けられた陰極の電子源からの電子ビームを偏向コイルにより偏向させて、陽極のターゲットディスク上の所定位置に焦点を形成する外囲器回転型のＸ線管装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかる回転陽極型や外囲器回転型のＸ線管装置では、陽極が回転するので、電子ビームがターゲットディスク上の同一位置に集中して衝突することがない。したがって、ターゲットディスク上の同一位置に集中して熱が発生することなく、同一位置に集中して発生した熱によるターゲットディスクの消耗を防止することができる。
【０００３】
また、回転する外囲器の外部にはハウジングが外囲器を取り囲むように配設されており、外囲器とハウジングとの間には冷却用の絶縁油が充填されている。外囲器が高速で回転することにより、陽極で発生した熱を絶縁油に効率的に伝達し、外囲器の回転によるポンプ作用で絶縁油を効率的に循環させることができる。
【０００４】
回転陽極型のＸ線管装置では、陽極を回転支持する軸受に導電性の潤滑剤を持つ固体潤滑剤軸受を使用しているので、陽極等への高電圧給電については軸受を介して電気を通すことが可能である。それに対して、外囲器回転型のＸ線管装置では、軸受が外囲器の外部にあるので、高電圧を絶縁するためにハウジング（管容器）内に充填されている絶縁油が必然的に軸受の潤滑剤となる。
【０００５】
なお、外囲器回転型のＸ線管装置において、陽極を回転させる回転軸を介して陽極等に高電圧を給電する方法として、カーボンブラシおよびスリップリングを用いた給電機構が有効である。具体的には、回転軸にスリップリングを設け、そのスリップリングにカーボンブラシを接触させる。高電圧をカーボンブラシに給電した状態で、回転軸とともにスリップリングが回転しても、スリップリングが回転しながらカーボンブラシに接触するので、外囲器が回転しても給電を行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，０２５，５０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、外囲器回転型のＸ線管装置の場合には、次のような問題がある。
すなわち、絶縁油で上述のスリップリングを使用すると、回転軸の回転速度が上がるにつれて、カーボンブラシとスリップリングとの狭い隙間に粘性流体である絶縁油が押し込まれることにより、カーボンブラシとスリップリングとの間に油膜が形成される。この油膜形成により、カーボンブラシがスリップリングから浮き上がる現象が発生する。その結果、導電性が著しく低下して、回転軸への給電が不安定になったり、通電が困難になる。
【０００８】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安定した導電性を得ることができるＸ線管装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明におけるＸ線管装置は、電子ビームを発生させる陰極と、その陰極からの電子ビームの衝突によりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極および前記陽極を内部に収容する外囲器と、その外囲器とともに冷却用液体を内部に収容する容器とを備え、前記冷却用液体中で前記外囲器が回転することによって陽極が回転する構造の外囲器回転型のＸ線管装置であって、前記外囲器を回転させる回転軸に設けられたスリップリングと、そのスリップリングに接触可能に構成された導電性ブラシとを備えるとともに、前記スリップリングの外周を所定の隙間で保って囲み、前記導電性ブラシを挿入する開口部を有した案内リングを備え、前記スリップリングおよび前記案内リングの少なくとも一方に動圧溝を設け、前記動圧溝は、前記スリップリングと前記案内リングとの間に前記冷却用液体の負圧が生じる構造であることを特徴とするものである。
【００１０】
［作用・効果］この発明におけるＸ線管装置によれば、スリップリングの外周を所定の隙間で保って囲み、導電性ブラシを挿入する開口部を有した案内リングを備える。案内リングは、開口部に導電性ブラシを挿入することにより、スリップリングに対して導電性ブラシが接触可能になるように導電性ブラシを案内する機能を有する。スリップリングおよび案内リングの少なくとも一方に動圧溝を設けることで、スリップリングと案内リングとの間で、外囲器外の冷却用液体の液圧に対して動圧が動圧溝により発生する。動圧溝は、スリップリングと案内リングとの間に冷却用液体の負圧が生じる構造であるので、導電性ブラシとスリップリングとの間の冷却用液体切れを発生させ、結果として安定した導電性を得ることができる。
【００１１】
上述した発明において、溝による導電性ブラシの摩耗を防止するために、導電性ブラシとスリップリングとが接触する接触領域以外の領域に動圧溝を設けるのが好ましい。
【００１２】
負圧が生じる構造の一例は、回転軸をスリップリングとともに回転駆動させる回転駆動手段を備え、スリップリングに動圧溝を設け、開口部を基準としてスリップリングの少なくとも周方向に動圧溝は延びており、開口部を基準とした周方向とは逆方向に回転駆動手段は回転軸を回転駆動させることである。スリップリングに動圧溝を設け、開口部を基準としてスリップリングの少なくとも周方向に動圧溝を延ばすようにしたとき、開口部を基準とした周方向とは逆方向に回転駆動手段は回転軸を回転駆動させることで、開口部の冷却用液体も含めてスリップリングと案内リングとの間にある冷却用液体は、回転駆動による慣性力により、少なくとも周方向に延びた動圧溝に沿って開口部から離れる方向に押し出される。その結果、冷却用液体は案内リングの開口部から側面に排出され、開口部付近の冷却用液体が少なくなり、スリップリングと案内リングとの間に冷却用液体の負圧が生じる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るＸ線管装置によれば、スリップリングの外周を所定の隙間で保って囲み、導電性ブラシを挿入する開口部を有した案内リングを備え、スリップリングおよび案内リングの少なくとも一方に動圧溝を設けることで、スリップリングと案内リングとの間で、外囲器外の冷却用液体の液圧に対して動圧が動圧溝により発生する。動圧溝は、スリップリングと案内リングとの間に冷却用液体の負圧が生じる構造であるので、導電性ブラシとスリップリングとの間の冷却用液体切れを発生させ、結果として安定した導電性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係るＸ線管装置の概略断面図である。
【図２】実施例に係るスリップリング、カーボンブラシおよび案内リングの概略図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図３】絶縁油の流体の流れを模式的に示したスリップリングでの断面図である。
【図４】変形例に係るスリップリング、カーボンブラシおよび案内リングの概略側面図である。
【実施例】
【００１５】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線管装置の概略断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施例に係る外囲器回転型のＸ線管装置１は、真空排気された外囲器２を備えている。この外囲器２内に、高温に加熱され熱電子を放出するフィラメント３と、このフィラメント３を溝の中に取り付けた集束電極４とを収容し、この２つで陰極５を構成する。外囲器２は、この発明における外囲器に相当し、陰極５は、この発明における陰極に相当する。
【００１７】
陰極５と対向位置の外囲器２の端面には陽極６を配設している。陰極５および陽極６には、後述するスリップリング２０およびカーボンブラシ２１により陰極側回転軸７および陽極側回転軸８を介して、高電圧発生源２２から高電圧を印加している。加熱されたフィラメント３から電子ビーム９を発生させる。電子ビーム９は高電圧が作る電界により陽極６に向けて加速する。電子ビーム９は、外囲器２外に設けられた偏向コイル１０により偏向され、陽極６のターゲットディスク傾斜部１１に衝突し、焦点１２を形成し、Ｘ線１３を発生させる。Ｘ線１３は外囲器２の放射口１４から放射される。回転軸７、８は、この発明における回転軸に相当し、陽極６は、この発明における陽極に相当する。
【００１８】
外囲器２を、ステンレス鋼などの金属で形成する。これにより、高速回転を行う上で、金属を削り加工にすることで１／１００mm台の真円精度を出すことができる。また、回転体としての機械的強度を増すことができる。なお、Ｘ線１３が放射される放射口１４を、アルミニウム、チタンなどのＸ線透過性のよい金属で形成する。なお、外囲器２の陰極５側をセラミックなどの絶縁体で形成し、その部分で陰極５と陽極６とを絶縁する。フィラメント３は、電子源として線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントが用いられる。
【００１９】
外囲器２の陰極５側には回転軸７を挿入し、陽極６側にも回転軸８を装着している。陽極６側の回転軸８は回転駆動部１５に電気絶縁カップリング１６により連結されて回転し、これに伴い外囲器２も回転する。回転駆動部１５はモータ等により形成される。回転駆動部１５は、この発明における回転駆動手段に相当する。
【００２０】
外囲器２の外部には、外囲器２とともに冷却用の絶縁油１７を内部に収容するハウジング１８を配設している。また、ハウジング１８と外囲器２との間には、外囲器２を取り囲む絶縁容器１９を配設している。絶縁容器１９は軸受１９Ａを介して（陰極５側の）回転軸７を保持するとともに、軸受１９Ｂを介して（陽極６側の）回転軸８を保持している。なお、絶縁油１７がハウジング１８の外部に漏れ出ないようにオイルシール１８Ａをハウジング１８に配設する。このようにオイルシール１８Ａや軸受１９Ａ，１９Ｂを設けることで、ハウジング１８や絶縁容器１９は回転せずに外囲器２を回転保持することができる。絶縁油１７は、この発明における冷却用液体に相当し、ハウジング１８は、この発明における容器に相当する。
【００２１】
次に、スリップリング２０およびカーボンブラシ２１の周辺の具体的な構造について、図１〜図３を参照して説明する。図２は、スリップリング、カーボンブラシおよび案内リングの概略図であり、図２（ａ）は概略斜視図、図２（ｂ）は概略断面図、図３は、絶縁油の流体の流れを模式的に示したスリップリングでの断面図である。図２、図３では、（陽極６側の）回転軸８に取り付けられたスリップリング２０、カーボンブラシ２１および案内リング２３のみ図示し、（陰極５側の）回転軸７に取り付けられたスリップリング、カーボンブラシおよび案内リングについては図示を省略するとともに、その説明を省略するが、フィラメント電源２４用のためにカーボンブラシ２１が２つあるのを除けば、（陽極６側の）回転軸８に取り付けられたスリップリング２０、カーボンブラシ２１および案内リング２３と同様の構成であることに留意されたい。
【００２２】
図１、図２に示すように、回転軸８を囲むようにスリップリング２０を設けており、スリップリング２０の周方向に接触可能に構成されたカーボンブラシ２１を備えている。カーボンブラシ２１は高電圧発生源２２に電気的に接続されており、高電圧発生源２２からカーボンブラシ２１に給電した状態で、回転軸８とともにスリップリング２０が回転しながらカーボンブラシ２１に接触することで外囲器２が回転しても給電を行うことが可能である。また、フィラメント電源２４は高電圧発生源２２に電気的に接続されており、フィラメント電源２４は、陰極５側にある２つのカーボンブラシ２１のうちの一方に電気的に接続されている。なお、カーボンブラシ２１はバネ等の弾性体で形成された支持機構（図示省略）を介して外囲器２によって支持されている。本実施例では導電性ブラシとしてカーボンブラシ２１を例に採って説明しているが、カーボン以外の金属で導電性ブラシを形成してもよい。スリップリング２０は、この発明におけるスリップリングに相当し、カーボンブラシ２１は、この発明における導電性ブラシに相当する。
【００２３】
さらに、スリップリング２０に対してカーボンブラシ２１が接触可能になるようにカーボンブラシ２１を案内する機能を有した案内リング２３を備えている。案内リング２３は、スリップリング２０の外周を所定の隙間を保って囲み、カーボンブラシ２１を挿入する開口部２３ａを有している。案内リング２３は、この発明における案内リングに相当し、開口部２３ａは、この発明における開口部に相当する。
【００２４】
さらに、本実施例では、スリップリング２０に動圧溝２０ａを設けている。溝によるカーボンブラシ２１の摩耗を防止するために、図２（ｂ）、図３に示すように、カーボンブラシ２１とスリップリング２０とが接触する接触領域２０Ａ以外の領域２０Ｂに動圧溝２０ａを設けている。動圧溝２０ａは、この発明における動圧溝に相当する。
【００２５】
本実施例では、動圧溝２０ａは、いわゆる「にしんの骨」の形状となっており、このような形状を有した軸受のことを、一般的に「ヘリングボーン(herring bone)軸受」とも呼んでいる。通常、ヘリングボーン軸受によって発生する動圧が正圧であるのに対し、本実施例では、油膜の圧力を負圧にするためにヘリングボーン軸受が使用されていることが大きな特徴である。
【００２６】
より具体的に説明すると、図２（ｂ）、図３に示すように、回転軸８やスリップリング２０や案内リング２３の周方向をＡｘ１とするとともに、回転軸８やスリップリング２０や案内リング２３の軸方向をＡｘ２とする。また、各方向については正負で区別し、矢印が向いている方向を正（プラス）とするとともに、逆方向を負（マイナス）とする。
【００２７】
開口部２３ａを基準として、スリップリング２０の図中の右半分の動圧溝２０ａは、周方向Ａｘ１（すなわち＋Ａｘ１）に延びているとともに、軸方向Ａｘ２（すなわち＋Ａｘ２）にも延びている。一方、開口部２３ａを基準として、スリップリング２０の図中の左半分の動圧溝２０ａは、周方向Ａｘ１（すなわち＋Ａｘ１）に延びているとともに、軸方向Ａｘ２とは逆方向（すなわち−Ａｘ２）にも延びている。したがって、動圧溝２０ａは、図中の右半分・左半分に関係なく、開口部２３ａを基準としてスリップリング２０の少なくとも周方向Ａｘ１（すなわち＋Ａｘ１）に延びている。
【００２８】
このように動圧溝２０ａが形成されている場合において、図２（ｂ）、図３に示すように、開口部２３ａを基準とした周方向Ａｘ１とは逆方向（すなわち−Ａｘ１）に回転駆動部１５（図１を参照）は回転軸８を回転駆動させる。ここで、図３に示すように、絶縁油１７の粒子を円形で図示する。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、開口部２３ａの絶縁油１７も含めてスリップリング２０と案内リング２３との間にある絶縁油１７は、回転駆動による慣性力により、図３（ｂ）、図３（ｃ）と時間が経過すると、少なくとも周方向Ａｘ１（すなわち＋Ａｘ１）に延びた動圧溝２０ａに沿って開口部２３ａから離れる方向に押し出される。その結果、絶縁油１７は案内リング２３の開口部２３ａから側面に排出され、開口部２３ａ付近の絶縁油１７が少なくなり、スリップリング２０と案内リング２３との間に絶縁油１７の負圧が生じる。このように負圧にすることで、カーボンブラシ２１とスリップリング２０との間の油膜切れを発生させ、結果として、回転軸８への給電が安定する、導電が容易になるなど安定した導電性を得ることができる。（陽極６側の）回転軸８に設けられたスリップリング２０、カーボンブラシ２１および案内リング２３の作用・効果のみ説明したが、（陰極５側の）回転軸７に設けられたスリップリング、カーボンブラシおよび案内リングについても回転軸８に設けられたスリップリング２０、カーボンブラシ２１および案内リング２３と同様の作用・効果を奏する。
【００３０】
本実施例に係るＸ線管装置１によれば、スリップリング２０の外周を所定の隙間で保って囲み、導電性ブラシ（本実施例ではカーボンブラシ２１）を挿入する開口部２３ａを有した案内リング２３を備える。案内リング２３は、開口部２３ａにカーボンブラシ２１を挿入することにより、スリップリング２０に対してカーボンブラシ２１が接触可能になるようにカーボンブラシ２１を案内する機能を有する。スリップリング２０および案内リング２３の少なくとも一方に動圧溝（本実施例ではスリップリング２０に動圧溝２０ａ）を設けることで、スリップリング２０と案内リング２３との間で、外囲器２の冷却用液体（本実施例では絶縁油１７）の液圧に対して動圧が動圧溝２０ａにより発生する。動圧溝２０ａは、スリップリング２０と案内リング２３との間に冷却用液体（絶縁油１７）の負圧が生じる構造であるので、カーボンブラシ２１とスリップリング２０との間の冷却用液体切れ（本実施例では油膜切れ）を発生させ、結果として安定した導電性を得ることができる。本実施例では、好ましくは、溝によるカーボンブラシ２１の摩耗を防止するために、カーボンブラシ２１とスリップリング２０とが接触する接触領域２０Ａ以外の領域２０Ｂに動圧溝２０ａを設けている。
【００３１】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００３２】
（１）非破壊検査機器などの工業用装置やＸ線診断装置などの医用装置にも適用することができる。
【００３３】
（２）上述した実施例では、陰極４としてタングステンコイル等のフィラメントのように熱電子放出型を例に採って説明したが、電界によるトンネル効果によって電子ビームを放出させる電界放出型にも適用することができる。
【００３４】
（３）上述した実施例では、冷却用液体として絶縁油１７を例に採って説明したが、絶縁油１７以外の冷却用液体にも適用することができる。
【００３５】
（４）上述した実施例では、陽極６側の回転軸８は回転駆動部１５に連結されて回転したが、陰極５側の回転軸７を回転駆動部に連結して、回転駆動部により回転軸７を回転駆動させてもよい。
【００３６】
（５）上述した実施例では、溝によるカーボンブラシ２１の摩耗を防止するために、カーボンブラシ２１とスリップリング２０とが接触する接触領域２０Ａ以外の領域２０Ｂに動圧溝２０ａを設けたが、摩耗が少ない、摩耗を考慮しない、あるいは摩耗による摩耗粉を集塵する機構を備える場合には、接触領域２０Ａにも動圧溝２０ａを設けてもよい。後述する変形例（６）のように、案内リング２３に動圧溝を設ける場合においても、実施例のように接触領域以外の領域のみに動圧溝を設けてもよいし、この変形例（６）のように接触領域にも動圧溝を設けてもよい。
【００３７】
（６）上述した実施例では、スリップリング２０に動圧溝２０ａを設けたが、スリップリング２０および案内リング２３の少なくとも一方に動圧溝を設けるのであれば、案内リング２３のみに動圧溝を設けてもよいし、スリップリング２０および案内リング２３の両方に動圧溝をそれぞれ設けてもよい。案内リング２３に動圧溝を設ける一例として、下記変形例（７）において図４を参照して説明する。
【００３８】
（７）上述した実施例と同様に、動圧溝２３ｂは冷却用液体（ここでは絶縁油）の負圧が生じる構造であって、案内リング２３の内壁面に設けられている。動圧溝２３ｂは、開口部２３ａを基準として案内リング２３の少なくとも周方向Ａｘ１とは逆方向（すなわち−Ａｘ１）に延びている。開口部２３ａを基準とした周方向Ａｘ１とは逆方向（すなわち−Ａｘ１）に回転軸８を回転駆動させると、絶縁油は粘性があるので、回転駆動に引っ張られて少なくとも周方向Ａｘ１とは逆方向（すなわち−Ａｘ１）に延びた動圧溝２３ｂに沿って開口部２３ａから離れる方向に押し出される。その結果、絶縁油は案内リング２３の開口部２３ａから側面に排出され、開口部２３ａ付近の絶縁油が少なくなり、スリップリング２０と案内リング２３との間に絶縁油の負圧が生じる。
【符号の説明】
【００３９】
２  …  外囲器
５  …  陰極
７、８  …  回転軸
６  …  陽極
１５  …  回転駆動部
１７  …  絶縁油
１８  …  ハウジング
２０  …  スリップリング
２０ａ  …  動圧溝
２１  …  カーボンブラシ
２３  …  案内リング
２３ａ  …  開口部
Ａｘ１  …  周方向
【図１】
2010277822.tif 000003
【図２】
2010277822.tif 000004
【図３】
2010277822.tif 000005
【図４】
2010277822.tif 000006