(57)【要約】【課題】良好な熱放出特性を有する回転陽極型Ｘ線管を提供すること。【解決手段】真空容器１０内に設けられた陽極ターゲット１１と、この陽極ターゲット１１と機械的に連結した回転体１３と、この回転体１３との嵌合部分に動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられ、内部に空洞１７が設けられた固定体１６とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、固定体１６の空洞１７部分に形成される冷却用通路と空洞１７の壁面との間にセラミクスで形成された保護部材１８が設けられている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと機械的に連結した回転体と、この回転体との嵌合部分にすべり軸受が設けられ、内部に空洞が設けられた固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記固定体の空洞部分に形成される冷却用通路と前記空洞の壁面との間にセラミクスで形成された保護部材が設けられていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
保護部材の熱伝導率が固定体を構成する材料の熱伝導率と等しいかそれよりも大きい請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
保護部材の冷却用通路に面する壁面に管軸の延長方向に伸びる凸部が形成されている請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
保護部材は筒状で、前記保護部材の一方の端部開口が冷却媒体の入口で、他方の端部開口が冷却媒体の出口である請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
真空容器内に設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと機械的に連結した回転体と、この回転体との嵌合部分にすべり軸受が設けられ、内部に空洞が設けられた固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記固定体の空洞部分に、空洞が内部に設けられたセラミクスからなる保護部材が配置され、かつ、前記保護部材の空洞部分に、前記保護部材の空洞壁面とともに冷却用通路を構成する冷却媒体案内構造が配置されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】
冷却媒体案内構造は、それぞれの先端面が保護部材の空洞部分の壁面に接合し、管軸の延長方向に伸びる複数の突出部を有する請求項５記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】
冷却媒体案内構造は、その内部に冷却媒体が流れる空洞が形成されている請求項５または請求項６記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項８】
冷却媒体案内構造と保護部材が接合されている請求項５ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項９】
保護部材と固定体の空洞壁面とが接合されている請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１０】
保護部材と固定体の空洞壁面との間に、前記保護部材および前記固定体の熱膨張率よりも熱膨張率が大きい材料からなる中間部材が配設され、前記保護部材と前記中間部材および前記中間部材と前記固定体の空洞壁面が互いに接合されている請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は陽極ターゲットが回転する回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、Ｘ線を放出する陽極ターゲットおよび電子ビームを照射する陰極などを真空容器に収納して構成され、陽極ターゲットは回転可能に支持されている。
【０００３】
陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構は回転体や固定体などから構成され、回転体と固定体との間に軸受部が設けられている。軸受部には、ボールベアリングを用いたころがり軸受、あるいは、軸受面にらせん溝を形成し、液体金属潤滑材たとえばガリウム（Ｇａ）やガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金を、そのらせん溝の部分に満たした動圧式すべり軸受などが利用されている。後者の動圧式すべり軸受を用いた場合、液体金属潤滑材を介して広い面積で対向する軸受面が回転体と固定体の間に形成される。
【０００４】
動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットが発生する熱を放出させる場合、その熱をたとえば回転支持機構の回転体から軸受面を経て固定体に伝達し、固定体からＸ管外に逃がす方法が提案されている。この方法は、特許第１８２８０２５号および特許第２９８３６１７号、特許第２８５６５３１号、特開平６−１６２９７３号、特開平７−１０５８８７号、特開平９−１７１７８９号（対応米国特許第５６５２７７８号）などの公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットの熱を放出する方法として、たとえばその熱を陽極ターゲットから回転体に伝達し、さらに回転体から動圧式すべり軸受の軸受面を経て固定体に伝達し、最終的に、固定体内部を流れる冷却媒体を利用して放熱する方法が採用されている。
【０００６】
この方法の場合、冷却媒体には、冷却性能を高めるために、熱伝達率の高い流体たとえば自動車用の不凍液などが適している。しかし、熱伝達率の高い流体は水分が多く含まれ、絶縁油に比べると絶縁抵抗が低くなっている。そのため、陽極部分たとえば冷却媒体を流す固定体の部分に、高電圧が印加される構造のＸ線管には採用が困難になっている。
【０００７】
従来、熱伝達率の高い純水を冷却媒体に使用した例が固定陽極型の分析用Ｘ線管に見られる。この方法は、固定体を形成する金属の水中への溶け出しを防止し、あるいは、水の純度の低下を防止するために、フィルターの使用が不可欠となっている。フィルターを使用した場合、フィルターの定期的な交換が必要となる。また、分析用Ｘ線管などよりも冷却媒体の流量が多い用途では、フィルターの交換頻度が高くなり、運用上の問題が発生する。
【０００８】
また、小型化した回転陽極型Ｘ線管では、回転支持機構を構成する固定体外径が小さくなる。そのため、固定体内部に設ける冷却通路用の空洞の内径が小さくなり、冷却媒体への熱伝達量が小さくなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記した欠点を解決し、良好な熱放出特性を有する回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内に設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットと機械的に連結した回転体と、この回転体との嵌合部分にすべり軸受が設けられ、内部に空洞が設けられた固定体とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記固定体の空洞部分に形成される冷却用通路と前記空洞の壁面との間にセラミクスで形成された保護部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図１ではその一部が示されている。真空容器１０内に陽極ターゲット１１が配置されている。陽極ターゲット１１は回転支持機構１２によって回転可能に支持されている。回転支持機構１２は回転部分と固定部分とで構成され、陽極ターゲット１１は回転支持機構１２の回転部分たとえば有底円筒状の回転体１３の部分と機械的に連結されている。
【００１２】
回転体１３は、たとえば陽極ターゲット１１側に位置する有底筒状の径小部１３ａおよびこの径小部１３ａよりも内径が大きい筒状の径大部１３ｂ、径小部１３ａと径大部１３ｂを結ぶフランジ状の段差部１３ｃなどから構成されている。径大部１３ｂの図示下方の開口はスラストリング１４で封止されている。
【００１３】
スラストリング１４は径大部１３ｂに固定され、回転体１３とともに回転支持機構１２の回転部分を構成している。回転体１３の径大部１３ｂおよびスラストリング１４の外周側壁部分に円筒ロータ１５が固定されている。
【００１４】
円筒ロータ１５は熱および電気の伝導度が高い銅などで形成され、外部から付与される回転磁界により回転力を発生する。円筒ロータ１５の回転力は回転体１３などを介して陽極ターゲット１１に伝達され、陽極ターゲット１１を回転させる。また、回転体１３やスラストリング１４などの回転部分で囲まれた内部空間に円柱状の固定体１６が嵌合されている。
【００１５】
固定体１６は回転支持機構１２の固定部分を構成し、たとえば回転体１３の径小部１３ａに嵌合する第１径小部１６ａおよびこの第１径小部１６ａよりも外径が大きく回転体１３の径大部１３ｂに嵌合する径大部１６ｂ、この径大部１６ｂよりも外径が小さくスラストリング１４の部分を貫通する第２径小部１６ｃから構成されている。固定体１６内部には、たとえば図示上方が閉じ断面が円形の空洞１７が設けられている。空洞１７内に、固定体１６と相違する材料の保護部材１８が嵌め込まれ、保護部材１８は空洞１７の内壁面に接合されている。
【００１６】
保護部材１８には、電気絶縁性および水分に対する耐腐食性を有するセラミックスたとえば窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　たとえば（株）東芝製ＴＳＮ−９０）などの材料が使用される。保護部材１８は固定体１６の熱伝導率と等しいか、それよりも高い熱伝導率をもつ材料、たとえば室温における熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。Ｓｉ３　Ｎ４　の熱伝導率は９０Ｗ／ｍＫとなっている。なお、保護部材１８には、他に窒化アルミニウムやベリリア、炭化シリコン、アルミナの中から選ばれた少なくとも一つを主成分とするセラミクスが用いられる。
【００１７】
保護部材１８は空洞１８ａが内部に形成された有底円筒状で、たとえばその外底面が固定体１６の底部内面に接合し、その外周面が固定体１６の内周面に接合している。保護部材１８の下端は真空容器１０の外まで伸び、その下端は真空容器１０の外に開口している。また、保護部材１８の内部空間にパイプ１９が配置され、パイプ１９の下端も真空容器１０の外に開口している。
【００１８】
このとき、矢印Ｙで示すように、たとえばパイプ１９の下端開口から流入する冷却媒体がパイプ１９内を上昇し、上端からパイプ１９の外側に移動してその外側を下降し、保護部材１８の下端開口から流出する冷却用通路が形成される。
【００１９】
固定体１６の第２径小部１６ｃに陽極支持部２０が連結されている。また、回転支持機構１２の回転部分と固定部分との間、たとえば回転体１３やスラストリング１４と固定体１６との嵌合部分に動圧式すべり軸受が形成される。
【００２０】
たとえば固定体１６の第１径小部１６ａのほぼ中間に位置する環状凹部２１を挟んだ上方領域および下方領域にヘリンボンパターンのらせん溝が形成され、そのらせん溝の部分に液体金属潤滑材が供給され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂが形成される。また、固定体１６の径大部１６ｂの管軸ｍに垂直な上下両面にヘリンボンパターンのらせん溝が形成され、そのらせん溝の部分に液体金属潤滑材が供給され、スラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成される。また、真空容器１０の外側に回転磁界を発生するステータ２２が配置されている。
【００２１】
ここで、固定体１６内部の空洞１７と保護部材１８の接合方法について説明する。たとえば保護部材１８を形成するセラミクスの外面にメタライズ層を形成し、メタライズ層の上にさらに金メッキを施す。一方、空洞１７の内面にも金メッキを施す。そして、空洞１７内に中間部材たとえば銅製パイプ（図示せず）と保護部材１８とを同軸的に嵌合する。この状態で、水素炉中または真空炉中において、７５０℃で約３０分以上の加熱処理を実施し、空洞１７および中間部材、保護部材１８の３者を拡散接合する。
【００２２】
このとき、金が拡散促進材として機能する。中間部材の銅は、固定体の材料である鉄合金やモリブデン合金よりも熱膨張率が大きいため、加熱した際に接合する接触面どうしが密着し、拡散接合に必要な圧力が作用する。
【００２３】
上記した構成において、ステータ２２のコイル２２ａに電流を流して回転磁界を発生させ、円筒ロータ１５を回転させる。円筒ロータ１５の回転で陽極ターゲット１１が回転する。この状態で、陽極ターゲット１１に電子ビームを照射し、陽極ターゲット１１からＸ線を放出させる。
【００２４】
上記した構成によれば、固定体１６の空洞１７内に保護部材１８が設けられ、電気絶縁性の保護部材１８が冷却媒体と接触する構造になっている。したがって、固定体１６に高電圧が印加する構成の場合でも、水あるいは水分の多い不凍液などの熱伝達率の高い冷却媒体を用いることができ冷却効率が向上する。また、保護部材１８のセラミクスに耐腐食性があるため、冷却媒体による固定体１６の腐食を防止できる。また、保護部材１８は固定体１６よりも高い熱伝導率を有し、かつ、保護部材１８と固定体１６は拡散接合などにより金属的に接合しているため、固定体１６の熱は冷却媒体に良好に伝達される。
【００２５】
上記の実施形態では、保護部材１８と固定体１６を拡散接合している。しかし、保護部材１８の外周面の少なくとも一部にメタライズ層を形成し、メタライズ層を介して保護部材１８と固定体１６をろう接してもよい。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１の回転体１３の径小部１３ａにおいて管軸に直交する方向で断面にした図で、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００２７】
この実施形態の場合、保護部材１８の冷却用通路側の面たとえば冷却媒体と接する内壁面に、複数の凸部３１が円周方向に波形状に形成されている。複数の凸部３１は保護部材１８のたとえば全長にわたり、管軸の延長方向たとえば管軸と平行に伸びている。この場合、保護部材１８と冷却媒体とが接触する面積が増大し冷却効率が向上する。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。図３は、図１の回転体１３の径小部１３ａにおいて管軸に直交する方向で断面にした図で、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００２９】
この実施形態の場合、保護部材１８に設けられた空洞１８ａ（図１）部分、たとえば図示上端の少し下方からスラストリング１４で囲まれた領域にわたり冷却媒体案内構造３５が嵌合されている。
【００３０】
冷却媒体案内構造３５はたとえば銅や銅合金を主体とする金属で形成されている。その外周部にたとえば管軸ｍと平行に伸びる複数の凹溝３６が円周方向に形成され、それぞれの隣接する凹溝３６間に複数の突出部３７が形成されている。凹溝３６はたとえば対向する壁面が平行で所定の深さに形成され、複数の突出部３７はたとえば管軸ｍと平行に伸びている。各突出部３７の先端面３７ａは管軸ｍを中心とする共通の円柱面上に位置している。そして、突出部３７の先端面３７ａは保護部材１８の空洞１８ａ壁面に嵌合し、同時に、拡散接合などによって接合されている。このとき、凹溝３６の部分たとえば隣接する２つの突出部３７の壁面と空洞１８ａの壁面とで囲まれた領域に、冷却媒体が流れる冷却用通路が形成される。
【００３１】
次に、固定体１６および保護部材１８、冷却媒体案内構造３５の接合方法について説明する。まず、保護部材１８の外周面および内部空洞の壁面にメタライズ層を形成し、さらにその上に金（Ａｕ）めっきを施す。そして、固定体１６の空洞の中に中間部材の銅製パイプ（図示せず）および保護部材１８を同軸的に嵌合し、かつ、保護部材１８の空洞の中に冷却媒体案内構造３５を同軸的に嵌合する。
【００３２】
この状態で、水素炉中または真空炉中において、７５０℃で約３０分以上の加熱処理を実施する。このとき、固定体１６および保護部材１８は図１で説明したと同様の方法で拡散接合される。また、冷却媒体案内構造３５の突出部３７および保護部材１８の空洞１８ａ壁面も同様の方法で拡散接合する。この場合、冷却媒体案内構造３５の方が保護部材１８よりも熱膨張率が大きいため、加熱した際に、両者の接触面が密着し拡散接合に必要な圧力が作用し、良好な拡散接合が実現される。
【００３３】
また、複数の突出部３７が保護部材１８と機械的および熱的に面接触している。したがって、冷却媒体案内構造３５は比較的均一の温度で広い範囲にわたって加熱される。同時に、冷却媒体案内構造３５の外周部に複数の突出部３７が形成され、たとえば冷却媒体案内構造３７と冷却媒体が広い面積で接触する。そのため、冷却媒体案内構造３５と冷却媒体との有効接触面積が大きくなり、冷却媒体に伝わる熱量が増大し放熱特性が向上する。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、図１と対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００３５】
この実施形態の場合、真空容器１０は陽極側の一部１０ａと陰極側の一部１０ｂが示されている。陽極ターゲット１１は中央に貫通孔４１が設けられ、その貫通孔３１側の縁に環状の段部１１ａが設けられている。陽極ターゲット１１は継手部４２に連結されている。継手部４２は上端に外方突出部４２ａが設けられ、また下端に内方突出部４２ｂが設けられ、陽極ターゲット１１の段部１１ａと継手部４２の外方突出部４２ａが接合されている。また、継手部４２の内方突出部４２ｂが回転支持機構１２に連結されている。
【００３６】
回転支持機構１２は回転部分と固定部分から構成されている。回転部分は筒状の回転体１３および回転体１３の上下開口を封止する第１スラストリング４３、第２スラストリング４４、この第２スラストリング４４の下方に連結する筒状ロータ１５などから構成されている。そして、回転体１３に設けられた環状突出部１３１が、継手部４２の内方突出部４２ｂと拡散接合され、同時に、ねじ４５で固定されている。
【００３７】
筒状ロータ１５は真空容器１０の外に位置するステータ（図示せず）が発生する回転磁界によって回転力を発生する。この回転力は回転支持機構１２の回転部分および継手部４２を経て陽極ターゲット１１に伝えられ、陽極ターゲット１１が回転する。
【００３８】
回転支持機構１２の固定部分は固定体１６などから構成されている。固定体１６は、回転体１３に嵌合する径大部１６１およびこの径大部１６１の下方に伸びる径小部１６２などを有し、径小部１６２の下端は真空容器１０の外まで伸びている。固定体１６内部に、図示上下の管軸ｍ方向に貫通するたとえば径が一様の空洞４６が設けられ、その空洞４６に保護部材４７が嵌合されている。保護部材４７は内部に空洞４７１が設けられた筒状で、図１で使用された保護部材１８と同じ材料が用いられ、保護部材４７と空洞４６壁面は接合されている。
【００３９】
保護部材４７は管軸に沿って伸び、その上下両端は真空容器１０の外まで伸び、図示上部が真空容器１０の一部に固定されている。たとえば真空容器１０の一部１０ｂに円筒状の第１固定部材４８が気密接合され、保護部材４７の外周面に第２固定部材４９がろう付けされ、第１固定部材４８と第２固定部材４９がたとえばＴＩＧ溶接されている。
【００４０】
保護部材４７の空洞４７１の上端および下端の開口は真空容器１０外に位置している。この場合、保護部材４７内部の空洞４７１に冷却用通路が形成され、冷却媒体は、矢印Ｙで示すように、たとえば下端開口４７ａから入り、上端の開口４７ｂから出ていく。
【００４１】
また、回転体１３や第１スラストリング４３、第２スラストリング４４と固定体１６の径大部１６１との嵌合部分にラジアル方向の動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂおよびスラストの動圧式すべり軸受Ｓａ、Ｓｂが形成されている。
【００４２】
図４の実施形態の場合も、固定体１６の空洞４６と保護部材４７との接合は、図１で説明したと同様の方法で行われる。
【００４３】
図４の実施形態は、保護部材４７の両端部が真空容器１０に固定されている。そのため、陽極ターゲット１１や回転支持機構１２が安定に支持される。また、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂが陽極ターゲット１１を挟んでその両側に位置するため、上下の軸受に加わる負荷荷重のバランスが良好で、安定な軸受機能が実現される。
【００４４】
この構成の場合も、空洞４６内に保護部材４７が設けられ、電気絶縁性で耐腐食性の保護部材４７が冷却媒体と接触する構造になっている。したがって、図１の場合と同様に、固定体に高電圧が印加される構成でも、水あるいは水分の多い不凍液などの熱伝達率の高い冷却媒体を用いることができ冷却効率が向上する。また、冷却媒体による固定体１６の腐食も防止される。
【００４５】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図４の回転体１３部分において管軸に直交する方向で断面にした図で、図４に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。この実施形態の場合、保護部材４７の空洞４７１部分たとえば上下に位置する２つのスラストリング４３、４４（図４）で挟まれた領域に冷却媒体案内構造５１が嵌合している。
【００４６】
冷却媒体案内構造５１はたとえば銅または銅を主体とする金属で中実に形成され、その外周部にたとえば断面が３角形状の複数の凹溝５２が形成されている。複数の凹溝５２はたとえば管軸ｍと平行に伸び、隣接する凹溝５２間に、たとえば管軸ｍと平行に伸びる複数の突出部５３が形成されている。各突出部５３の先端面５３ａはたとえば管軸ｍを中心とする共通の円柱面上に位置している。そして、突出部５３の先端面５３ａは保護部材４７の空洞４７１の壁面に嵌合し、同時に、たとえば拡散接合によって接合されている。このとき、凹溝５２の部分たとえば隣接する突出部５３の壁面と空洞４７１の壁面とで囲まれた領域に冷却媒体が流れる媒体用通路が形成される。
【００４７】
なお、固定体１６および保護部材４７、冷却媒体案内構造５１の接合は、図３の実施形態で説明したと同様の方法で行われる。この場合も、固定体１６の少なくとも空洞４６部分はたとえば鉄合金やモリブデン合金などで形成され、冷却媒体案内構造５１はたとえば銅や銅合金を主体とする金属材料で形成される。
【００４８】
上記した本発明の構成によれば、陽極部分に高電圧が印加された場合でも、熱伝達率の高い冷却流体を用いて回転支持機構の固定体を冷却でき、良好な熱放出特性をもつ回転陽極型Ｘ線管を実現できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば良好な熱放出特性をもつ回転陽極型Ｘ線管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【符号の説明】
１０…真空容器
１１…陽極ターゲット
１２…回転支持機構
１３…回転体
１４…スラストリング
１５…円筒ロータ
１６…固定体
１７…空洞
１８…保護部材
１９…パイプ
２０…陽極支持部
２１…環状凹部
２２…ステータ
Ｒａ、Ｒｂ…ラジアル方向の動圧式すべり軸受
Ｓａ、Ｓｂ…スラスト方向の動圧式すべり軸受
ｍ…管軸
【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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