(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極部と、ターゲットおよび当該ターゲットを支持する支持軸を備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外囲器と、を備えたＸ線管において、
前記支持軸は、前記ターゲットの裏面との接合面を有するフランジ部が一体に形成されており、前記フランジ部は、前記接合面を備えた円筒部と、前記円筒部と支持軸本体とをつなぐ円盤部とからなり、前記円盤部の厚みが前記円筒部の厚みより薄く、前記接合面と支持軸本体との間をつなぐ柔構造を構成し、当該柔構造は、前記陽極の回転時に前記接合面が受ける応力を低減する応力低減手段であって、前記接合面が受ける応力により変形可能であることを特徴とするＸ線管。
【請求項２】
陰極部と、ターゲットおよび当該ターゲットを支持する支持軸を備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外囲器と、を備えたＸ線管において、
前記支持軸は、前記ターゲットの裏面との接合面を有するフランジ部が一体に形成されており、前記フランジ部は、前記接合面を備えた円筒部と、前記円筒部と支持軸本体とをつなぐ円盤部とからなり、前記円盤部の厚みが前記円筒部の厚みより薄く、前記接合面と支持軸本体との間をつなぐ柔構造を構成し、当該柔構造は、前記陽極の回転時に前記接合面が受ける応力を低減する応力低減手段であって、前記接合面が受ける応力により変形可能であり、且つ
前記フランジ部は、前記ターゲットと前記接合面との接合時に加わる圧力によって生じる前記フランジ部のたわみを補償する逆向きの傾斜が形成されていることを特徴とするＸ線管。
【請求項３】
陰極部と、ターゲットおよび当該ターゲットを支持する支持軸を備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外囲器と、を備えたＸ線管において、
前記支持軸は、前記ターゲットの裏面との接合面を有するフランジ部が一体に形成されており、前記フランジ部は、前記接合面を備えた円筒部と、前記円筒部と支持軸本体とをつなぐ円盤部とからなり、前記円盤部の厚みが前記円筒部の厚みより薄いことを特徴とするＸ線管。
【請求項４】
Ｘ線管と、内部に絶縁油が充填され、前記Ｘ線管を収納する容器と、前記Ｘ線管の陰極と陽極とに電圧を印加する電圧発生装置とを備えたＸ線管装置であって、前記Ｘ線管として、請求項１ないし３いずれか１項記載のＸ線管を備えたことを特徴とするＸ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸で支持したターゲット（陽極）を高速回転させながら電子線を当ててＸ線を発生させる構造の回転陽極Ｘ線管に係り、特にターゲットとそれを支持する回転軸との接合強度を向上した回転陽極Ｘ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極Ｘ線管は、内部を真空に維持する外囲器内に、陰極と、陽極であるターゲットを固定した回転軸とを対向して配置し、陰極と陽極との間に高電圧を印加し、陰極から発生する電子線を回転するターゲットに衝突させることによって、ターゲットから発生するＸ線を外囲器に設けた窓から外部に取り出すようにしている。回転軸を回転させるために、外囲器の陽極側の周囲にはロータが設けられている。このような回転陽極Ｘ線管は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置などのＸ線装置のＸ線源として用いられる。
【０００３】
近年、ＣＴ装置用の出力を増強するという要請に伴い、より多くの電子線を照射できるようにＸ線管のターゲットサイズが大型化している。また電子線の照射によるターゲットの過熱を防止するため、回転数も増大している。具体的には、重量２．５ｋｇ程度のターゲットを最大１００００ｒｐｍ近い回転数で回転することが求められている。
【０００４】
ターゲットは通常ナット等により回転軸に固定されており、回転軸にはターゲット裏面の受け面となるフランジが一体的に形成されている。ターゲットと回転軸との固定を強固にするために、このフランジ部分をターゲットにろう付けにより接合している（例えば、特許文献１）。しかし、上述のように大型化・大重量化したターゲットを高速で回転させる場合、その起動時のトルクも非常に大きくなるため、ろう付けでは、起動時のトルクに耐えることができず、ターゲットと回転軸との固定部分がゆるみ、回転が不安定になり十分な耐久性が得られないという問題があった。
【０００５】
ろう付けに代わる接合方法として、拡散接合法が採用されている。拡散接合法は、ターゲットと回転軸との間にインサート材を配置し、加圧によってインサート材を構成する金属原子を両者の接合領域に拡散させて接合する方法であり、ろう付けよりも高い接合強度が実現できる。特許文献２には、この拡散接合法を採用するとともに、回転軸のフランジとターゲットの間にピンを挿入してさらに接合強度を高める手法が提案さている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６９７３８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
拡散接合法によって二つの材料を接合する場合、材料間には大きな圧力と熱が印加される。この拡散接合法を回転陽極Ｘ線管の回転軸とターゲットとの接合に適用する場合、回転軸と一体に形成されたフランジとターゲットとの間に加圧した後、ターゲットに電子線を当てて加熱して拡散接合を実現している。
【０００８】
この場合、フランジ部分の厚みが厚い場合、例えば５ｍｍ以上の場合には、フランジのターゲットとの接触面で圧力に耐える面圧を保つことができ、強固な拡散結合が実現できる。しかしフランジ部分の厚みを厚くした場合には、ターゲットの高速回転時に別の問題を生じる。
【０００９】
すなわち、ターゲットが高速で回転するとき、その遠心力によりターゲットを上向きに変形する力が発生し、ターゲットをフランジとの接合を引き離す方向に作用する。この力は、ターゲットの径が大きいほど、また回転数が高いほど大きく、フランジの剛性が高い場合には、ターゲットとフランジの間にわずかながら隙間を発生させる。その結果、Ｘ線の発生が不安定になるとともに、Ｘ線管自体の寿命が短縮される。
【００１０】
これに対し、フランジの厚みを薄くした場合には（例えば３ｍｍ程度）、フランジの剛性が低くなり、ターゲットの上向きの変形にフランジが追従するので、ターゲットとフランジとの間の接合が保たれ、ターゲット回転時の問題はなくなる。しかし、この場合には、上述した拡散結合の加圧時に、あるいは加圧後に電子ビームによりターゲットを加熱することによってターゲットが下向きに変形した場合、フランジはターゲットとの接触面で面圧を受けることができずに、接合不良を起こすという問題を生じる。
【００１１】
本発明は、ターゲットとフランジとを拡散接合してなる回転陽極Ｘ線管において、その製造時から使用時（高速回転時）を通して、ターゲットとフランジとの強固な結合を維持すること、これにより安定したＸ線を発生することができ且つ長寿命のＸ線管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】
【００１２】
本発明のＸ線管は、ターゲットを支持する支持軸に形成されたフランジ部に、ターゲットとの接合面が受ける応力を低減する応力低減手段を設けることにより、上記課題を解決するものである。応力低減手段は、例えば、フランジ部の少なくとも一部に設けられた柔構造あるいは接合面の面積を少なくするためのスリットである。
【００１３】
すなわち、本発明のＸ線管は、陰極部と、ターゲットおよび当該ターゲットを支持する支持軸を備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外囲器と、を備え、前記支持軸は、前記ターゲットの裏面との接合面を有するフランジ部が一体に形成されており、前記フランジ部は、前記陽極の回転時に前記接合面が受ける応力を低減する応力低減手段を備えたものである。
前記応力低減手段は、例えば、前記接合面と支持軸本体との間をつなぐ柔構造であり、前記柔構造は前記応力により変形可能である。
【００１４】
本発明のＸ線管の一つの態様では、前記フランジ部は、前記接合面を備えた円筒部と、前記円筒部と支持軸本体とをつなぐ円盤部とからなり、前記円盤部は、厚みが前記円筒部の厚みより薄く、前記柔構造を構成する。
【００１５】
また本発明のＸ線管の別の態様では、前記フランジ部には、前記ターゲットと前記接合面との接合時に加わる圧力によって生じる前記フランジ部のたわみを補償する逆向きの傾斜が形成されている。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、前記応力低減手段は、前記フランジの前記接合面を周方向に分割するスリットである。
【００１７】
本発明のＸ線管装置は、Ｘ線管と、内部に絶縁油が充填され、前記Ｘ線管を収納する容器と、前記Ｘ線管の陰極と陽極とに電圧を印加する電圧発生装置とを備えたＸ線管装置であって、前記Ｘ線管として、上述した本発明のＸ線管を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ターゲットがフランジに強固に結合され、大型化したターゲットを搭載し高速回転するＸ線管であっても、作動時に結合が維持され、安定したＸ線の発生が可能である長寿命のＸ線管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が適用される回転陽極Ｘ線管を備えたＸ線管装置の概略構成を示すブロック図
【図２】第１の実施形態のＸ線管におけるターゲットとターゲット支持軸（シャフト）の構造を示す部分断面図
【図３】シャフトの要部を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、Ｘ線管におけるターゲットとシャフトとの接合時およびＸ線管動作時において、ターゲットとシャフトとの接合部にかかる応力を説明する図。
【図５】第１の実施の形態のＸ線管の変形例を示す部分側断面図
【図６】第２の実施形態のＸ線管におけるシャフトの要部を示す図で、（ａ）はシャフト先端の側断面図、（ｂ）はターゲットが結合される前の状態を示す側断面図である。
【図７】第２の実施形態におけるフランジ設計を説明する図
【図８】第３の実施形態のＸ線管におけるターゲット支持軸（シャフト）の構造を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の回転陽極Ｘ線管の実施の形態を説明する。
図１は、本発明が適用される回転陽極Ｘ線管を備えたＸ線管装置の概略構成を示すブロック図である。図示するように、Ｘ線管装置１０は、絶縁油が充填された略円筒状のX線管容器（以下、管容器という）１の内部に、Ｘ線管２を固定した構造を有し、Ｘ線管２の陰極側の端部と陽極側の端部が、それぞれ固定部材８によって管容器１の内部に固定されている。また図示していないが、管容器１の円筒部の側面の中央部にはX線を外部に取り出すためのX線放射口が、両端に近い部分にはX線管の両極に高電圧を導入するためのケーブルレセプタクル取付部や絶縁油を循環するための絶縁油出入口が設けられている。
【００２１】
回転陽極Ｘ線管２は、電子線を発生する陰極３と、陰極３からの電子線が衝突してX線を発生するターゲット４を有する陽極５と、陰極３と陽極５とを絶縁支持し、真空気密に内包する外囲器６などから構成される。
【００２２】
陰極３は、電子線を放射するフィラメント３２や電子線を集束する集束電極や集束電極を支持する集束電極支持体や集束電極支持体を絶縁支持するステム３４などから構成される。ステム３４は大部分がガラスやセラミックなどの絶縁物から成り、その絶縁物内に陰極３に高電圧やフィラメント加熱電圧を供給するためのリード線が真空気密に封入されている。
【００２３】
陽極５は、ターゲット４と、ターゲットを支持するターゲット支持軸５２（以下、シャフトという）と、シャフト５２が固定された回転軸５４と、回転軸５４を回転自在に支持する軸受５６と、軸受５６を支持する固定部５８などから構成される。外囲器６外の、回転軸５４の外周には、回転軸５４を回転させるためのステータコイル７が配置される。シャフト５２は、Ｘ線管作動時に発生する高熱に耐えるモリブデン（Ｍｏ）、チタニウム−ジルコニウム−モリブデン（ＴＺＭ）等のモリブデン合金などの高融点金属からなり、一端側にターゲット４が固定され、他端には円筒状のロータ５９が一体的に固定されている。ロータ５９は一端が開放された円筒状の形状を有し、開放していない底面の内側に回転軸５４が固定され、これによりロータ５９の円筒内に、回転軸５４および軸受５６を収納する構造になっている。このような構造とすることにより、ターゲット４で発生する熱が、シャフト５２及び回転軸５４を介して固定部５８に伝達されるのを防止している。
【００２４】
ターゲット４は、タングステン（Ｗ）またはその合金からなり、円盤状の形状を有し、その中央にはシャフト５２が貫通する貫通孔が形成されている。またターゲット４の裏面（陰極３からの電子線が衝突する面と反対側の面）には、熱輻射を良くするためにグラファイト４２などが付着されている。前述したシャフト５２の先端は、ボルト状に加工されており、ターゲット４の貫通孔から突出したボルト状の部分をナット４４で固定することにより、ターゲット４をシャフト５２に固定することができる。
【００２５】
シャフト５２には、シャフト５２をターゲット４の貫通孔に挿入したときに、ターゲット裏面の受け面となるフランジ部５１が形成されており、ターゲット４との接触面となるフランジ部５１上端面とターゲット４との間は、拡散接合により接合されている。拡散接合とは、ターゲット４とフランジ部５１との接合部に、Ｐｄ−Ｃｏ（パラジウム−コバルト）等のインサート材を挿入し、約５０ＭＰａ程度の圧力で加圧するとともに加熱して、インサート材を構成する金属原子を、ターゲット４およびシャフト５２を構成する金属材料の結晶にそれぞれ拡散せしめ、両者を一体化する接合であり、加圧後の加熱は、例えば、ターゲット４に電子線を照射して加熱することにより行われる。
【００２６】
上述したような構成におけるＸ線管装置は、ステータコイル７が付勢されると回転磁界が発生して、陽極５のロータ５９（回転軸５４）とそれにシャフト５２を介して固定されたターゲット４が高速回転する。同時に、Ｘ線管２の陰極３と回転陽極５との間に高電圧のＸ線管電圧が印加され、陰極３のフィラメント３２にフィラメント加熱電圧が印加されることにより、陰極３から電子線が放出され、これが回転陽極５のターゲット４に衝突してＸ線が放射される。
【００２７】
本発明のＸ線管は、ターゲット４を支持するフランジ部５１の構造に特徴があり、上述したターゲット４との拡散接合時およびＸ線管の動作時において、フランジ部５１とターゲット４との密着性を良好に保つことができる構造を有している。以下、その具体的な態様を説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
図２および図３に、第１の実施形態のＸ線管におけるターゲットとシャフトの構造を示す。図２は、シャフト５２の回転中心軸（以下、中心軸という）５２１を通る断面を示す図であり、本実施形態のシャフトは中心軸５２１を中心にして軸対称であるため、図２では中心軸５２１の左半分の断面図を示している。図３は、シャフト５２の先端を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）はシャフト５２の回転中心軸５２１を通る断面を示す図である。
【００２９】
図示するように、本実施形態のシャフト５２は、中心軸５２１に沿って断熱用の穴が形成された軸本体５２２と、軸本体５２２に対して直交する方向に張り出したフランジ部５１とからなり、軸本体５２２の先端部の外周には、ターゲット４を固定するためのナット４４と係合するボルト部が形成されている。軸本体５２２およびフランジ部５１は、同一の材料を加工することにより形成することができ、継ぎ目のない一体の部材である。
【００３０】
フランジ部５１は、図３に示すように、軸本体５２２と中心軸を共通とする円筒部５１１と、円筒部５１１と軸本体５２２とを結ぶ円盤部５１２とから構成され、円筒部５１１の端面がターゲット４をシャフト５２に固定するときの受け面（接合面）となり、ターゲット４との間にインサート材５１５が挿入される。フランジをこのような円筒部５１１と円盤部５１２とで構成することで、ターゲット４とフランジとの強固な結合が維持できる。以下、この理由を、図面を参照して詳述する。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較的厚みの厚い剛構造のフランジＦ1を有するシャフト５２について、接合時の圧力が印加された状態（ａ）と、ターゲット回転時にターゲット４が遠心力により変形し応力が生じた状態（ｂ）とを示す。また図４（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、比較的厚みの薄い柔構造のフランジＦ2を有するシャフト５２について、接合時の加圧が印加された状態（ｃ）と、ターゲット回転時にターゲット４が遠心力により変形し応力が生じた状態（ｄ）とを示す。
【００３２】
拡散接合に際し、ナット４４を締結して加圧し、フランジに大きな圧力がかかった場合、厚みが厚い（例えば、フランジ径３４ｍｍに対し、厚み１１ｍｍ程度の）剛構造のフランジＦ1の場合には、図４（ａ）に示すように、フランジの受け面はその圧力に耐え、受け面とターゲットとが強固に接合される。一方、厚みが薄い（例えば、フランジ径３４ｍｍに対し、厚み３ｍｍ程度の）柔構造のフランジＦ2の場合には、図４（ｃ）中、矢印で示すように、圧力によってフランジが変形し、受け面はターゲットからの面圧を逃がしてしまい、受け面とターゲットとの接合が不良になる。
【００３３】
またターゲットが高速回転すると、ターゲットの外縁部には、図４（ｂ）に矢印で示すように、上向きの力が発生し、ターゲットを変形させて接合面から引き剥がすような力が発生する。ここで厚みが薄い柔構造のフランジＦ2の場合には、図４（ｄ）に示すように、ターゲットの変形に追従してフランジが変形するため、接合部が引き剥がされることなく、強固な結合が維持される。一方、厚みが厚い剛構造のフランジの場合には、図４（ｂ）に示すように、上記引き剥がし応力に抗してフランジＦ1は変形しないため、力が大きくターゲットが変形した場合には、フランジとの接合が弱まり、最悪な場合、接合が維持できなくなる。
【００３４】
すなわち、フランジの構造を拡散接合時の圧力に耐える剛構造とした場合には、ターゲット回転時には接合部から剥離する可能性があり、フランジ構造をターゲット回転時のターゲット変形に追従して変形する柔構造とした場合には、拡散接合時の圧力に耐えることができず、面圧を逃がし、結合不良を招く。つまりフランジの厚みの調整のみでは、接合時と作動時の両方で結合を維持することは著しく困難である。
【００３５】
本発明者らの解析結果によれば、ターゲットとフランジ間の接合強度は２００ＭＰａ程度（実験値）であり、ターゲット高速回転時にこのような結合強度を超える応力が働いた場合、フランジの厚みが４ｍｍを超えるとターゲットとフランジとの間の接合が破壊される。また、ターゲットとフランジとの接合時に加圧によってターゲットと接合面との間に１μｍを超える隙間が生じた場合、フランジの厚みが１０ｍｍ未満では圧力を受けることができず、接合不良を生じる。
【００３６】
これに対し本実施形態では、一つのフランジ内に、ターゲットと接合するための剛構造である円筒部とターゲットの変形に追従する柔構造である円盤部とを備えることにより、拡散結合時（加圧、加熱時）にシャフトとターゲットとの強固な結合を実現でき、かつＸ線管作動時（高速回転時）に強固な結合を維持することができる。
【００３７】
上述した剛構造あるいは柔構造を実現するための円筒部５１１の厚み、高さ、円盤部５１２の径、厚み等の具体的な数値は、シャフト自体の大きさやターゲットの大きさ等により異なるが、円盤部５１２の厚みをｔａ、円筒部５１１の高さ（円盤部５１２よりも上の部分の高さ）をｔｂとするとき、ｔａ＜ｔｂとする。また円筒部５１１の内径すなわち円盤部５１２の径をｄ２、シャフトの径をｄ１とするとき、ｔａ＜（ｄ２−ｄ１）/２とすることが好ましい。一例として、軸本体の直径が１４ｍｍでフランジ全体の直径（円筒部の外径）が３４ｍｍのＴＺＭ製フランジにおいて、円筒部の厚み（円筒部の外径と内径との差）を３．５ｍｍ、円筒部の高さｔｂを５ｍｍ、円盤部の厚みｔａを３ｍｍとする。
【００３８】
本実施形態によれば、フランジ部を、加圧時の圧力を支える円筒状の部分を、柔構造を介してシャフト５２に連結した構造とすることにより、拡散接合時にフランジのターゲット受面（接合面）が面圧を逃がすことなくターゲットの間に強固な接合が実現できるとともに、ターゲット回転時には柔構造を有していることにより接合を維持した状態で遠心力によるターゲットの変形に追従して変形し（たわみ）、引き剥がしの応力が結合部にかかるのを防止することができる。
【００３９】
なお図３には、円筒部５１１の下端が円盤部５１２により軸本体５２２につながっている実施例を示したが、円筒部５１１が軸本体５２２とつながる位置は、底面に限らず、円筒部５１１の軸方向の任意の位置とすることができる。例えば、図５に示すように、円筒部５１１の軸方向の中央の部分で軸本体５２２とつながる構造であってもよい。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
本実施形態のＸ線管装置も、概略構成は図１に示したものと同様である。ただし本実施形態では、ターゲット支持軸であるシャフト５２のフランジ部の形状が第１の実施形態と異なり、第１の実施形態の円筒部５１１に相当する剛構造を有しておらず且つターゲット４を結合する前の状態において、軸本体５２２の軸方向と直交する面に対し所定のテーパ角を持ってフランジ部が形成されている点が特徴である。
【００４１】
図６に、本実施形態のＸ線管のシャフト部分の側断面図を示す。図６（ａ）は、シャフト５２にターゲットが接合される以前の状態を示している。（ｂ）はターゲット４を取り付けた状態（接合前）を示している。図示するように、シャフト５２は、軸本体５２２と円盤状のフランジ部５３とがモリブデンあるいはモリブデン合金等の金属材料から一体に形成されたものであり、フランジ５３にはターゲットとの接合面５３ａが設けられている。接合面５３ａは、フランジ部５３の、外周に沿ったリング状の領域を鏡面加工したものであり、ターゲットとの間にインサート材が挿入される部分である。
【００４２】
フランジ部５３の厚みは、フランジ部が固定されたターゲットとともに高速回転したときに、ターゲットに生じる変形に追従して変形可能な厚み、例えば、第１の実施形態の円盤部の厚みと同等の厚みに設定されている。またフランジ部５３は、フランジ部５３の接合面５３ａとターゲット４とを拡散接合する際に、加圧によってフランジ部５３がたわむ量を補償するために、当該たわみ量に対応する傾斜が形成されている。傾斜とは、軸本体５２２に直交する面に対し接合面が持つ角度を意味する。なお図６では、わかりやすくするために、傾斜θを大きく描写しているが、実際には１°未満の微小な傾斜である。傾斜θは、圧力がかかったときにフランジ部５３に発生するたわみ量νから計算することができる。
【００４３】
一般に、図７に示すような片持ち構造の板材７０の端部にせん断力Ｗがかかった場合に、固定されない板材の端部におけるたわみνmax、および傾斜θ（θmax）は、それぞれ式（１）、（２）で表わされる。
【００４４】
（数１）
νmax＝ＷＬ3／３ＥＩ          （１）
θmax＝−ＷＬ2／２ＥＩ        （２）
式中、Ｌは板材の長さ（固定部から端部までの距離）、Ｅは板材のヤング率である。Ｉは断面２次モーメントで、板材の幅ｗと厚みｔから次式（３）により求められる。
【００４５】
（数２）
Ｉ＝（1／12）×ｗ×ｔ3      （３）
【００４６】
円盤状のフランジの場合にも、その円周に沿って均等にせん断力がかかった場合には、上記片持ち構造の場合と同様に考えることが可能であり、フランジの軸本体５２２の中心から接合面までの長さをｄ2／2とすると、円盤の場合の断面２次モーメントは、式（３）から式（４）のように推定できる。
（数３）
Ｉ＝（1／12）×π×ｄ2×ｔ3      （４）
【００４７】
拡散接合時に接合面にかかる力Ｗは、接合に必要な圧力Ｐと接合面積Ｓとの積で求められるので、圧力Ｐ、材料のヤング率Ｅ、フランジの厚みｔ、軸本体５２２から接合面までの長さＬおよび接合面積Ｓが決まれば、式（１）〜（４）から、圧力Ｐを受けた時のフランジ５３のたわみ量およびフランジ５３の傾斜を求めることが可能である。
【００４８】
一例として、各部のサイズが表１に示す値を持つフランジ付きシャフトの場合を説明する。シャフトの材料は、典型的な材料であるモリブデン合金（ＴＺＭ）（ヤング率Ｅ＝約３０００００ＭＰａ）とする。接合に必要な圧力Ｐは通常５０ＭＰａ程度であり、表１のサイズの場合、フランジの接合面積は３３５ｍｍ2（＝π×｛（フランジ半径ｄ3／2）2−（接合部までの半径ｄ2／2）2｝）となるので、フランジ端部にかかるせん断力は１６７５０Ｎ（＝５０×３３５）となる。
【００４９】
【表１】
0005646876.tif 000002
【００５０】
これより、Ｗ＝１６７５０Ｎ、Ｅ＝３０００００ＭＰａ、ｔ＝３ｍｍ、Ｌ＝６．５ｍｍ、Ｓ＝３３５ｍｍ2を用いて、式（１）〜（４）から求められるフランジのたわみ量νは、フランジ端部において０．０２２ｍｍ、傾斜θは０．３５４°となる。従って、テーパ角度０．３５４°の上向きの傾斜を持たせたフランジとすることにより、ターゲットを加圧接合したときにフランジが面圧を受けることができ、強固な接合が可能となる。
【００５１】
またＸ線管の作動時にターゲットが高速回転した場合には、フランジはターゲットの変形に追従する柔構造を有しているので、ターゲットが変形しても、引き剥がしの応力が結合部にかかるのを防止することができる。
【００５２】
例えば、遠心力によってターゲットが持ち上がる角度をｊとすると、接合面外周部での移動量νは、式（５）で表わされる。
（数４）
ν＝（ｄ3／2）×tan（ｊ）      （５）
【００５３】
一方、フランジ部をν移動させるのに必要な力Ｗ0は、次式（６）より求められ、またフランジ外周部に発生する最大応力σmaxは式（７）で与えられる。
（数５）
Ｗ0＝３ＥＩν／Ｌ’3              （６）
（式中、Ｌ’＝（ｄ3−ｄ１）÷２）  
σmax＝α×Ｗ0／Ｓ            （７）
（式中、αは応力拡大係数：ＴＺＭの場合１３３）
仮に、ターゲットの変形角度ｊを０．００３°（ターゲットを９６００ｒｐｍで回転させたときの変形角度に相当）とすると、表１の例で、式（５）〜（７）から最大応力σmaxは６０．８ＭＰａとなり、接合強度（実験値＝２００ＭＰａ）より小さく、接合が維持されることがわかる。
【００５４】
本実施形態によれば、フランジ部を比較的厚みの薄い柔構造とするとともに、ターゲットを接合しない状態における接合面が、シャフトに直交する面に対し傾斜するようにテーパ角を持たせたことにより、ターゲットとシャフト（フランジ）とが強固に接合された長寿命のＸ線管を提供することができる。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
本実施形態のＸ線管装置も、概略構成は図１に示したものと同様である。ただし本実施形態では、ターゲット支持軸であるシャフト５２のフランジ部の形状が第１の実施形態と異なり、全体として剛構造で構成されたフランジ部に応力低減手段として半径方向のスリット５５１を設けた点が特徴である。
【００５６】
図８に、本実施形態のＸ線管のシャフト部分を示す。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図示するように、本実施形態のＸ線管のシャフトは、比較的厚い（例えばフランジ径３４ｍｍに対し、厚み５ｍｍ以上）フランジ５５が形成されており、フランジ５５はスリット５５１によって周方向に８つに分割され、個々の要素は、軸と直交する方向の断面形状が扇状である。フランジの分割された各要素には、ターゲットとの接合面５５ａが設けられている。ターゲットがこの接合面５５ａにインサート材を介して接合されることは、上述した第１および第２の実施形態と同様である。
【００５７】
本実施形態のＸ線管においては、シャフト５２のフランジ部５５にターゲット４を接合する場合には、フランジ部自体は厚みの厚い剛構造となっているので、加圧時に圧力がかかってもフランジ部はたわむことなく強固な接合をはかることができる。一方、Ｘ線管作動時には、スリットが存在することにより、フランジとターゲットとの接合面にかかる応力をスリット側に逃がすことができ、接合面にかかる応力を低減することができる。これにより、例えば、図４（ｂ）に示すような剛構造のフランジに比べ、接合面からのターゲットの剥離を防止し長寿命化を図ることができる。
【００５８】
なお図８では、８つのスリットが設けられている場合を示したが、スリットの数は特に限定されず、８つより多くても、少なくてもよく、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、ターゲットとそれを支持するシャフトとの結合が強固であり、Ｘ線の安定した発生が可能で長寿命のＸ線管およびそれを用いたＸ線管装置を提供することができる。本発明のＸ線管装置は、Ｘ線管をＸ線源として用いる種々の装置に適用することができ、特にＸ線源自体を回転するＸ線ＣＴ装置等において安定したＸ線出力を維持することができ、良好な画像を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０・・・Ｘ線管装置、２・・・Ｘ線管、３・・・陰極、４・・・ターゲット、５・・・陽極、６・・・外囲器、７・・・ステータコイル、５１、５３、５５・・・フランジ部、５２・・・シャフト（ターゲット支持軸）、５８・・・固定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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