(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する陰極部材と、
電子線が衝突してＸ線を発生する陽極部材と、
前記陽極部材を支持する回転部材と、
前記回転部材を転がり軸受を介して回転自在に支持する軸受箱と、
これらの陰極部材、陽極部材、回転部材および軸受箱を真空気密に内包する収容器と、を備え、
前記転がり軸受の外輪と前記軸受箱の内面との間には、隙間が形成され、
前記隙間に、固体の金属材料を含む弾性体が設けられ、前記弾性体が設置された前記隙間には粒子状伝熱材が充填されている回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記弾性体は金属ワイヤを充填することで形成されていることを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記回転部材は、前記転がり軸受を構成する転動体が配置され摺動する環状の溝を外周面上に有することを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管装置において、
前記軸受箱は、前記陽極部材側に向かって内径が大きくなる段付き形状を有し、この段付き形状と前記転がり軸受との間に前記隙間が形成されていることを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
【請求項５】
請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管装置を備えたことを特徴とするＸ線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転陽極Ｘ線管の回転振動を低減した回転陽極Ｘ線管装置およびＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線を使用して被検体を診断する医療用Ｘ線装置（Ｘ線撮像装置）や工業用Ｘ線検査装置（Ｘ線撮像装置）には、Ｘ線発生源としてＸ線管装置が使用されている。
【０００３】
Ｘ線管装置は、その一例として、絶縁油が充填されたハウジング内にＸ線管が収容された構造を有しており、Ｘ線管は、熱電子を発する陰極と、陰極と対向配置された陽極とが真空容器内に備わるものである。
【０００４】
Ｘ線管装置の一種として、回転陽極型のＸ線管を備えた回転陽極Ｘ線管装置が知られている。回転陽極型のＸ線管では、陰極から放射された電子は、陰極と陽極ターゲット間の電位勾配により加速、集束され、回転する陽極ターゲットのＸ線放射層表面に略垂直に衝突してＸ線発生源となる焦点を形成する。焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームはＸ線放射層により急速に減速されるためＸ線が放出される。Ｘ線に変換される割合は、Ｘ線放射層に衝突する電子の運動エネルギの中の１％程度と僅かで残りのエネルギは熱に変換され陽極のターゲットやその周辺を加熱する。
【０００５】
ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生すると、熱によりターゲットの電子線スポットが溶融することがあるが、回転陽極Ｘ線管装置では、陽極を回転させることによりターゲット上の電子線スポットを分散させ、ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生することを防止している。
【０００６】
ところで、回転陽極Ｘ線管装置では、回転陽極がボールベアリング等の軸受を介して真空容器に支持された構造となっている。そのため、部品のガタや残留アンバランス、軸受の隙間等が原因で、回転陽極が回転する際に振動が発生することがある。
【０００７】
回転陽極が振動すると、その振動が回転陽極を支持している支持手段を介して真空容器へと伝播され、さらに、Ｘ線管取り付け手段を介してハウジングへと伝播される。このため、ハウジングが振動してＸ線画像の解像度が低下したり、騒音が生じたりする原因となる。
【０００８】
また、ボールベアリングは、回転陽極の熱を外部へ伝達する役割も有しており、高い熱伝導率、及び耐熱性が要求される。
【０００９】
本技術分野の背景技術として、特許文献１に記載のＸ線管装置がある。
【００１０】
このＸ線管装置では、転がり軸受の外輪と軸受ハウジングの隙間に、液体金属を充填させている。発生した振動により液体金属が押しのけられようとすると、液体金属の粘性により反力が生じ（スクイ―ズフィルムダンパ効果）、振動減衰効果が得られるようになっている。また、液体金属として水銀、ガリウム、ガリウム合金等が挙げられており、いずれも沸点は１０００℃以上であり、高温条件においても使用が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４−８６１６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に記載されたＸ線管装置は、高温条件において使用可能であるが、常温下における液体金属は、例えばガリウム系の重金属を含む合金であるため、他部材を腐食させる可能性がある。また、液体金属が漏れることのないよう封止する必要があり、製造効率を向上させることが難しい。
【００１３】
そこで、本発明は、他部材の腐食可能性がなく、かつ製造効率の高い回転陽極Ｘ線管装置およびＸ線撮像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】
【００１４】
本発明の回転陽極Ｘ線管装置は、電子線を発生する陰極部材と、電子線が衝突してＸ線を発生する陽極部材と、前記陽極部材を支持する回転部材と、前記回転部材を転がり軸受を介して回転自在に支持する軸受箱と、これらの陰極部材、陽極部材、回転部材および軸受箱を真空気密に内包する収容器と、を備え、前記転がり軸受は、前記回転部材の軸方向において少なくとも前記陽極部材側に配置されており、前記転がり軸受の外輪と前記軸受箱の内面との間には、隙間が形成され、前記隙間に、固体の金属材料からなる弾性体が設けられている。
【００１５】
また、Ｘ線撮像装置は、このような回転陽極Ｘ線管装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、他部材の腐食可能性がなく、かつ製造効率の高い回転陽極Ｘ線管装置およびＸ線撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転陽極Ｘ線管装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る回転陽極Ｘ線管を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る軸受部分の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る軸受部分の軸直角断面図である。
【図５】Ｘ線撮像装置としてのＸ線ＣＴ装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る軸受部分を軸直角断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る回転陽極Ｘ線管装置の軸受部分の軸方向に見た図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る軸受部分の軸直角断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施形態に係る回転陽極Ｘ線管装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、回転陽極Ｘ線管装置１は、内部に回転陽極Ｘ線管２を備えている。回転陽極Ｘ線管２は、電子線を発生する陰極部材（以下、陰極体という）３と、電子線が衝突してＸ線を発生する陽極部材（以下、陽極ターゲットという）４と、陽極ターゲット４を支持する回転部材となる有底円筒状の駆動モータロータ５と、駆動モータロータ５に連結された軸６と、軸６を支持する転がり軸受１０Ａ、１０Ｂと、転がり軸受１０Ａ、１０Ｂを介して軸６を回転自在に支持する軸受箱７と、陰極体３、陽極ターゲット４、駆動モータロータ５、軸６（転がり軸受１０Ａ、１０Ｂ）および軸受箱７を真空気密に内包する収容器としてのガラス管球８と、を含んで構成されている。
【００１９】
回転陽極Ｘ線管２は、回転陽極Ｘ線管装置１の外枠を形成するハウジング９内に固定されている。ハウジング９の内側の一端部には、回転陽極Ｘ線管２の軸方向にフレーム９ａが突設され、このフレーム９ａに支持部９ｂが固定されている。支持部９ｂには、回転陽極Ｘ線管２がボルト１１により固定されている。また、回転陽極Ｘ線管２（ガラス管球８）の他端部は、管支持体１２を介してハウジング９に支持されている。
【００２０】
フレーム９ａには、磁界発生装置となるモータステータ３ａが設けられており、回転磁界の発生により、駆動モータロータ５と陽極ターゲット４は、３０００〜９０００ｒｐｍの範囲で回転する。Ｘ線発生時は、陰極体３と陽極ターゲット４との間に高電圧が印加されるので全体の電気絶縁性を確保するためにハウジング９内は、絶縁油１３で満たされている。
【００２１】
図２に示すように、駆動モータロータ５の底部には、フランジ部６ａを介して軸６が図示しないボルトにより固定されている。
【００２２】
軸受箱７は、基部７ａと、基部７ａに一体に設けられた円筒部７ｂと、円筒部７ｂを覆う軸受箱外囲材１６とを有している。基部７ａには、ボルト穴７ｃが形成されている。ボルト穴７ｃには、支持部９ｂ（図１参照）に固定するためのボルト１１が締結される。円筒部７ｂの内側には、転がり軸受１０Ａ、１０Ｂを介して軸６が回転自在に支持されている。
【００２３】
転がり軸受１０Ａ、１０Ｂは、軸６の軸方向に円筒状のスペーサリング１４を介して所定の間隔に配置されている。なお、スペーサリング１４は、軸受箱７の円筒部７ｂに対して図示しないねじ等により回転不能に位置決め固定されている。
【００２４】
円筒部７ｂの外周面は、円筒状の軸受箱外囲材１６で覆われている。軸受箱外囲材１６は、円筒部７ｂの段付き形状に対応する段付き形状を備えており、先端部１６ａが軸受１０Ａを覆う状態に、陽極ターゲット４に向けて延出している。
【００２５】
転がり軸受１０Ａは、図３に示すように、外輪１０１と転動体（ボール）１０２とを有している。転がり軸受１０Ａは内輪を有しておらず、軸６の外周面に転動体１０２が摺接する溝６ｂが形成されている。外輪１０１は、図示はしないが、ピン等の固定部材によってスペーサリング１４に回り止めされており、回転不能に固定されている。また、外輪１０１の外周面１０１ａと対面する軸受箱７は段付き形状となっており、外輪１０１の外周面１０１ａと、軸受箱７の内周面７ｄとの間には隙間が設けられている。したがって、軸受箱７は、ターゲット４方向から見た場合、端部において内径が大きくなる（肉厚が薄くなる）構造を有している。
【００２６】
また、外輪１０１は軸６の長手方向において陽極ターゲット４から遠ざかるにつれて厚みを増す形状を有し、ターゲット４側（図３左側）に向けて薄くなる構造をもつ。この構造を有することによって、スペーサリング１４との締結面を十分に確保するとともに、外輪１０１および軸６を設置した後に転動体１０２を溝６ｂに挿入することが容易となる。なお、図３において外輪１０１とスペーサリング１４とは別個の部材として描写しているが、これらは一個の部材によって構成されてもよい。
【００２７】
図４に示すように外輪１０１の外周面１０１ａと軸受箱７の内周面７ｄとの間には、金属帯を波状に折り曲げて形成した環（以下バンプフォイルという）１８が周方向に渡って設けられている。つまり、転がり軸受１０Ａの外輪１０１は、バンプフォイル１８を介して、軸受箱７に、そして軸受箱外囲材１６の内周面に支持されている。
【００２８】
なお、軸受箱７の段付き形状の段差は、軸６の長手方向において、バンプフォイル１８と同程度またはそれよりも長い程度に形成される。また軸６の方向において、バンプフォイル１８および外輪１０１の長さは同程度であることが望ましい。このような形状の関係を有することによって、バンプフォイル１８および外輪１０１は、軸受箱７の段付き形状の段差部分に配置されることによって、容易に適切な箇所へ配置されることとなり製作性が向上する。
【００２９】
なお、本実施例においては、軸受箱７が段付き形状を有することによって、軸受箱７のターゲット４側端部と外輪１０１との間に隙間を形成し、この隙間をバンプフォイル１８の設置空間とした。しかし、必ずしもこれに限ることなく、軸６と軸受箱７との間に十分なスペースが存在するのであれば、段付き形状を形成せずとも、スペーサリング１４の厚みを外輪１０１に対して十分に増加させることによって、外輪１０１と軸受箱７との間に空間を設け、この空間にバンプフォイル１８を設けることも可能である。
【００３０】
転がり軸受１０Ｂは、図２に示すように、外輪１０３と転動体１０４とを有している。転がり軸受１０Ｂも前記転がり軸受１０Ａと同様に内輪を有しておらず、軸６の外周面に転動体１０４が摺接する溝６ｃが形成されている。外輪１０３は、軸受箱７の円筒部７ｂに収納され、円筒部７ｂの内側に設置されている押しばね１７およびリング１９で位置決めされている。
【００３１】
このような回転陽極Ｘ線管装置において、軸６が回転すると、軸６や駆動モータロータ５等の回転体は、一端側のボルト１１（図１参照）でフレーム９ａ（図１参照）に片持ち状態に支持されているため、これから一番離れた側となる他端側の陽極ターゲット４が最も振動の大きい部分となる。したがって、軸６においては、転がり軸受１０Ａで支持している部分が最も振動が大きくなる。
【００３２】
軸６の振動は、図３に示すように、転動体１０２から外輪１０１へ伝播され、外輪１０１から、バンプフォイル１８を通じて軸受箱７へと伝わる。バンプフォイル１８に振動が伝播されると、バンプフォイル１８と外輪外周面１０１aとの間にすべり摩擦が発生し、振動エネルギが散逸されるため、振動減衰効果が得られる。
【００３３】
次に、図５を参照して回転陽極Ｘ線管装置１を用いたＸ線撮像装置としてのＸ線ＣＴ装置について説明する。
【００３４】
図５に示すように、スキャナガントリ１１１は、中央部に円形の開口部１１３を有しており、この開口部１１３に、被検体１１４を寝かせるための寝台１１５が設置されている。寝台１１５は、図示しない水平移動手段および上下移動手段により被検体１１４の体軸方向および上下方向へ移動自在となっている。
【００３５】
スキャナガントリ１１１内には、被検体１１４の周囲を回転するスキャナ１１２が設けられている。このスキャナ１１２には、被検体１１４を挟んで対向するように、回転陽極Ｘ線管装置１とＸ線検出器１１６とが配置されている。
【００３６】
回転陽極Ｘ線管装置１から発生したＸ線は、被検体１１４に照射される。なお、回転陽極Ｘ線管装置１の照射面側すなわち回転陽極Ｘ線管装置１と被検体１１４との間には周知の図示しないコリメータ等が配置されており、Ｘ線ビームの照射野がＸ線検出器１１６に対応する所定幅に設定されている。
【００３７】
Ｘ線検出器１１６は、回転陽極Ｘ線管装置１の焦点を中心とする円弧状に形成されている。Ｘ線の受光面には、被検体１１４の体軸と直交するチャンネル方向に多数のＸ線検出素子群が配列され、またＸ線検出素子群は被検体１１４の体軸方向へ複数列配列された構成となっている。このＸ線検出器１１６で被検体１１４を透過したＸ線が検出され、データ収集装置１１７で投影データとしてデータ収集される。
【００３８】
データ収集装置１１７で収集された投影データは、画像再構成装置１１８に送られ、画像再構成装置１１８では、投影データに基づき被検体１１４の断層像が再構成される。そして、再構成された断層像は画像表示装置１１９に表示され、画像診断に供される。
【００３９】
以上説明した本実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１によれば、外輪１０１の外周面１０１aと軸受箱の内周面７ｄとの間には、固体金属性弾性体であるバンプフォイル１８が設けられているため、バンプフォイル１８と外輪外周面１０１a間のすべり摩擦により、振動エネルギが散逸されるといった振動減衰効果が得られる。したがって、回転振動を好適に減衰して軸受寿命を向上することができ、長期的に安定した回転が得られる。
【００４０】
また、運転時に、軸６における最も振動が大きくなる転がり軸受１０Ａにおいて、バンプフォイル１８により好適に回転振動を低減することができるので、振動減衰効果が高く、静粛な回転陽極Ｘ線管装置１を提供することができる。
【００４１】
また、バンプフォイル１８は、固体金属であるため、重金属である液体金属を設けた場合に懸念される他部材の腐食は生じない。さらに、液体金属を用いる場合のようにシール部材を設ける必要がなく、製作性を向上させることが可能となる。製作性の向上はコスト低減にもつながる。
【００４２】
なお、陽極ターゲット４の表面からＸ線が図１中の矢印方向に放出されるときに、陽極ターゲット４に生じる熱の一部は熱伝導により軸６および転がり軸受１０Ａを通じて軸受箱７へ伝熱され、その結果、転がり軸受１０Ａが約３００〜４００℃の温度に上昇することとなるが、それ以上の融点を有している金属を用いれば、陽極ターゲット４の熱により溶融することもなく、回転陽極Ｘ線管２の仕様温度範囲内で減衰機能が失われることもない。また、バンプフォイル１８に、高い熱伝導性を有している金属を用いれば、軸６の放熱性を確保することができるため、回転振動を好適に減衰し、かつ使用されている金属材料強度低下を防ぐことができ、軸受寿命を向上することができるため、長期的に安定した回転が得られる。
【００４３】
また、軸６の外周面に溝６ｂ、６ｃが設けられているので、転がり軸受１０Ａ、１０Ｂの内輪が不要となり、内輪が不要となる分、軸６を太く形成することができる。このことは、振動減衰の向上に寄与する。加えて、図３に示すように軸受箱７が段付き形状を有することによって、外輪１０１の外径側に金属弾性体を配置する空間を形成しているため、軸６を太く形成することができ、更に振動減衰の向上に寄与している。
【００４４】
また、回転陽極Ｘ線管装置１を用いたＸ線ＣＴ装置によれば、回転陽極Ｘ線管装置１の回転振動に基づくＸ線ＣＴ装置の騒音を好適に低減することができ、静寂性の向上を図ることができる。さらに、回転陽極Ｘ線管装置１の回転振動が減衰されることにより、Ｘ線画像の解像度の向上を図ることができるＸ線ＣＴ装置が得られる。
（第２実施形態）
図６、７を参照して第２実施形態の回転陽極Ｘ線管装置について説明する。
【００４５】
本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、外輪外周面１０１aと軸受箱７の内周面７ｄの間に、熱伝導性の高い粉末２０（粒子状伝熱材）を充填させたことである。
【００４６】
図７に示すように、陽極ターゲット４で生じた熱は軸６へ伝わり、転動体１０２からバンプフォイル１８を通じて、軸受箱７へ伝わることで、外部へ放熱される。この時、バンプフォイル１８と外輪外周面１０１ａの接触面積が小さいと、十分に熱を伝えることができないことが考えられる。本実施例では、外輪外周面１０１aと軸受箱７の内周面７ｄとの隙間には、熱伝導性の高い粉末２０を充填させている。そのため、パンプフォイルの軸受径方向ばね定数を上昇させることなく、隙間内の熱伝導率を高めることができる。これより、軸受箱７外部への放熱性を高めることができるため、軸受材料の温度上昇による強度低下を防ぐことができる。ここで熱伝導性の高い粉末として窒化させたセラミックスや、アルミニウムが挙げられる。
【００４７】
本実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１によれば、温度過大による材料強度低下を防ぐことができるため、軸受寿命を向上することができ、長期的に安定した回転が得られる。
（第３実施形態）
図８を参照して第３実施形態の回転陽極Ｘ線管装置について説明する。
【００４８】
本実施形態が前記第１、２実施形態と異なるところは、外輪１０１の外周面１０１aと軸受箱７の内周面７ｄとの間に、バンプフォイル１８ではなく、固体金属性の弾性体として一本以上の金属製ワイヤ１５を環状に押しかためて充填させた部材を配置したことである。
【００４９】
図８に示すように、外輪１０１の外周面１０１aと軸受箱７の内周面７ｄとの間に、金属製ワイヤ１５が充填されている。金属製ワイヤ１５は、互いに接触するようにからみあった形態をしている。絡み合った金属ワイヤ１５に振動が伝播され、力が負荷されると金属ワイヤ１５は、外輪外周面１０１aとの間及び、金属ワイヤ間で、すべり摩擦が発生し、振動エネルギが散逸される、これより振動減衰効果が得られる。
【００５０】
また、金属ワイヤ１５を充填させることにより、金属ワイヤ１５と外輪外周面１０１a及び軸受箱７の内周面７ｄとの接触面積を、実施例１と比較して大きくすることが出来るため、放熱性をより高めることができる。なお、この場合であっても、実施例２と同様に粒子状伝熱材を適当な密度で充填することによって、金属ワイヤ１５による振動減衰効果を維持しつつ、放熱性のさらなる向上を図ることも可能である。
【００５１】
本実施形態の回転陽極Ｘ線管装置１によれば、温度過大による材料強度低下を防ぐことができかつ、回転振動を好適に減衰して軸受寿命を向上することができるため、長期的に安定した回転が得られる。
【００５２】
以上本発明について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。
【００５３】
前記各実施形態では、外輪１０１の外周面１０１aと軸受箱７の内周面７ｄとの間にバンプフォイル１８又は、金属製ワイヤ１５を設けていたが、これに限られることはなく、軸受箱７と外輪１０１の間に、厚さを有したリング部材を設けて、そのリング部材と外輪の間に、バンプフォイル１８又は、金属製ワイヤ１５を設け、一つの転がり軸受モジュールとしてもよい。軸受モジュール化をすることによって、製作性のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００５４】
また、軸６の外周面に溝６ｂ、６ｃを形成したが、これに限られることはなく、内輪を設けて、内輪で軸６を支持してもよい。
【００５５】
また、前記各実施形態で説明した回転陽極Ｘ線管装置１は、前記したＸ線ＣＴ装置に用いるものに限られることはなく、撮像装置としての工業用Ｘ線検査装置に対して用いることもできる。この場合にも、回転陽極Ｘ線管装置１による回転振動の減衰効果により、静寂性の向上やＸ線画像の解像度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１      回転陽極Ｘ線管装置
２      回転陽極Ｘ線管
３      陰極体（陰極部材）
４      陽極ターゲット（陽極部材）
６      軸（回転部材）
７      軸受箱
８      ガラス管球（収容器）
１０Ａ  転がり軸受
１０Ｂ  転がり軸受
１４    スペーサリング
１５    金属ワイヤ
１６    軸受箱外囲材
１８    バンプフォイル
２０    粉末
１０１  外輪
【図１】
0006416593.tif 000002
【図２】
0006416593.tif 000003
【図３】
0006416593.tif 000004
【図４】
0006416593.tif 000005
【図５】
0006416593.tif 000006
【図６】
0006416593.tif 000007
【図７】
0006416593.tif 000008
【図８】
0006416593.tif 000009