(57)【要約】【課題】解決しようとする課題は、極めて大きな遠心加速度に耐えられて超高速スキャン型CTスキャナに使用できる、コンパクトで回転トルクが小さく、且つ信頼性が高い回転陽極型Ｘ線管装置を提供することである。【解決手段】本発明では、回転体を実質的に軸支する為に動圧式すべり軸受から成るラジアル軸受を採用し、対向する軸受面を予め相対的に傾斜させておき、平均の軸受隙間を大きくして回転トルクを小さくすると共に、大きな外力を受けて回転体が傾斜した場合に対向する軸受面が大きな面積を保ちながら略平行に近接するようにして大きなラジアル負荷容量が得られるようにした。【選択図】図３
2005268087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、同一の軸方向位置において周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分が、対向面間の隙間が実質的に無くなる、接触部分を含むように形成されており、この接触部分は、連続的に、又は間欠的に、所定の幅にわたって軸方向に広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記固定体及び前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなるように形成された小傾斜差部分を含んでおり、この小傾斜差部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記動圧式すべり軸受の最端位置以外の軸方向位置において、前記最端位置における程度と同程度以上に対向面に接近するように形成された近接表面部分を含んでおり、この近接表面部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合に、前記固定体と前記回転体の、前記回転体の中心軸を含む、断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって、前記中心軸に対して同じ側に、出来る第１の交線と第２の交線とが、前記動圧式すべり軸受が１個の場合にあってはその両方の最端部の近傍において、前記動圧式すべり軸受が複数個の場合にあっては互いに離れた側にある両方の最端部の近傍において、前記中心軸に沿ってそれぞれの前記最端部を向いて相対的に広がるように形成された表面部分を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
前記動圧式すべり軸受のいずれかは、前記軸受隙間が、最端位置において第１の軸受隙間寸法を有しており、最端位置以外の位置において第１の軸受隙間よりも小さな寸法の第２の軸受隙間寸法を有しており、これらの中間の位置において前記第１の軸受隙間寸法と前記第２の軸受隙間寸法の間で軸受隙間寸法が軸方向位置と共に変化しているように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】
前記動圧式すべり軸受のいずれかは、前記軸受隙間が、前記第２の軸受隙間寸法に実質的に保たれて軸受幅方向に所定の幅にわたって続くように構成された部分を含んでいることを特徴とする請求項５に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受の、軸方向で互いに近い側に位置する領域に於ける、それぞれの前記軸受隙間の寸法よりも、それぞれのラジアル軸受の、互いに遠い側に位置する領域における、前記軸受隙間の寸法がそれぞれの端部に向って軸方向位置と共に順次大きくなるように、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面が、少なくとも部分的に、形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項８】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、第１のラジアル軸受を構成する前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記固定体の中心軸に対して一方の側に前記接触部分又は前記小傾斜差部分又は前記近接面部分の少なくともいずれかを含んでおり、前記第２のラジアル軸受を構成する前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記固定体の中心軸に対して反対の側に前記接触部分又は前記小傾斜差部分又は前記近接面部分の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項９】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径よりも大きく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径よりも大きく、且つ、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の内表面はこれに対向する前記外表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１０】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径よりも小さく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径よりも小さく、且つ、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の外表面はこれに対向する前記内表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１１】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受とに軸方向に挟まれた領域の軸方向中央において前記固定体の中心軸に直交する中央断面が前記第２の表面又はその延長面と交わって出来る円から、それぞれのラジアル軸受の遠端部において前記中心軸に直交する端部断面が前記第１の表面と交わって出来る円を、見込んでできる円錐面に実質的に沿うように、前記第１の表面が、少なくとも部分的に、形成されていること、又は、前記中央断面が前記第１の表面又はその延長面と交わって出来る円から、それぞれのラジアル軸受の遠端部において前記中心軸に直交する端部断面が前記第２の表面と交わって出来る円を、見込んでできる円錐面に実質的に沿うように、前記第２の表面が、少なくとも部分的に、形成されていること、を特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１２】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記の回転体がその中心軸を前記固定体の中心軸に略一致させて回転するときに前記それぞれのラジアル軸受の軸受隙間内に生じる圧力がそれぞれの軸受の中央部分において最高に成って分布するようにそれぞれの軸受が構成されており、前記回転体を含む回転部分全体の重心は、前記第１のラジアル軸受の軸方向中央位置と前記第２のラジアル軸受の軸方向中央位置とで挟まれた軸方向領域に位置するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１３】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１のラジアル軸受の直径及び軸受幅と前記第２のラジアル軸受の直径及び軸受幅がそれぞれ実質的に同一であり、前記回転体を含む回転部分全体の重心が前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受との間の軸方向の略中央位置に存するように構成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１４】
前記動圧式すべり軸受から成るそれぞれの前記ラジアル軸受の、各軸方向位置に対応する軸受隙間の寸法を、それぞれの軸受幅の全幅にわたって軸方向に平均した値が１５μｍよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１５】
前記動圧式すべり軸受から成るそれぞれの前記ラジアル軸受を構成する軸受溝の深さ寸法は、軸受隙間寸法の最小値以上であり且つ軸受隙間寸法の最大値以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１６】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、液体金属を潤滑剤とする動圧すべり軸受からなっており前記回転体を実質的に支承する少なくとも１個のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体は第１の表面を有するように、前記回転体は第２の表面を有するように、前記回転体を前記固定体に正規のとおりに勘合して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合において、前記固定体と前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなる小傾斜差部分が生じ、この小傾斜差部分が、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がるように、前記固定体及び／又は前記回転体を加工する工程と、前記固定体の第１の表面又は前記回転体の第２の表面にらせん溝を形成する工程と、前記固定体と前記回転体とを勘合した場合にこれらに挟まれて形成される隙間に前記液体金属潤滑剤を供給する工程と、を含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管又は請求項１６に記載した方法で製造された回転陽極型Ｘ線管と、この回転陽極型Ｘ線管を収納する収納容器と、前記回転陽極型Ｘ線管を前記収納容器に固定する保持機構と、前記回転陽極型Ｘ線管の前記真空容器の外から前記回転陽極型Ｘ線管内の前記回転体に回転トルクを与えるステータと、前記回転陽極型Ｘ線管内で電子を放出する陰極に負の高電圧を供給する為の手段とを具備したことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管又は請求項１６に記した方法で製造された回転陽極型Ｘ線管又は請求項１７に記した回転陽極型X線管装置と、これを搭載して中心軸の回りに回転できる回転架台と、この回転架台を回転自在に支承する固定架台と、前記回転陽極型X線管又は前記回転陽極型X線管装置から放射されて被照射体を透過したX線を検出するX線検出器と、このX線検出器の出力を用いて前記被照射体の断面を表示する装置と、を含むことを特徴とするX線CTスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転陽極型Ｘ線管装置及びその製造方法に関するものであり、特に、超高速スキャン型ＣＴスキャナに適した回転陽極型Ｘ線管装置に関する。液体金属潤滑剤を使用した動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管において、大容量の回転陽極が極めて大きな遠心力を受けた場合でも比較的小さな回転トルクで回転陽極を安全に軸支できるように工夫されている。
【背景技術】
【０００２】
近年、X線CTスキャナのスキャン時間を短縮することの重要性が益々高まっている。現時点において、最短のスキャン時間は０．３７秒程度であり、スキャン時間の更なる短縮が強く求められている。現在大規模に普及しているX線CTスキャナは、機械的に回転する回転架台を有しており、その回転中心軸から７４．５ｃｍ程度離れた位置に回転陽極型X線管装置を取り付けて回転陽極型X線管装置を前記架台の回転中心軸の周りにスキャン時間内に１回転させるようになっている。従って、重力加速度をGとすると、スキャン時間が０．３７秒の時には２３G程度の、スキャン時間が０．３０秒の時には３４G程度の、スキャン時間が０．２０秒の時には７６G程度の、スキャン時間が０．１５秒の時には１３４G程度の、遠心加速度を受けることになる。これまで、このような大きな遠心加速度に耐える回転陽極型X線管装置が実現できなかったことが、X線CTスキャナのスキャン時間の短縮に対する主な障害の一つになっていた。
【０００３】
回転陽極型Ｘ線管は、周知のように、軸受部を有する回転体及び固定体で円板状のＸ線ターゲットを真空容器内で回転自在に支え、真空容器外に配置したステータの電磁コイルを付勢してＸ線ターゲットを真空容器内において高速度で回転させながら、陰極から放出されて加速された電子をＸ線ターゲットの表面に照射してＸ線を放射させるようになっている。軸受部は、ボールベアリングのような転がり軸受や、軸受面にらせん溝を形成するとともにガリウム（Ｇａ），又はガリウム-インジウム-錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金のような液体金属潤滑剤を軸受隙間に満たした動圧式すべり軸受を用いて構成される。後者のすべり軸受を用いた例は、例えば特公昭６０−２１４６３号、特開昭６０−９７５３６号、特開昭６２−２８７５５５号、特開平２−２２７９４７号、特開平２−２２７９４８号、特開平２−２４４５４５号、特開平５−１３０２８号、ＵＳＰ４２１０３７１号、ＵＳＰ４５６２５８７号、ＵＳＰ５０６８８８５号、或いはＵＳＰ５０７７７７６号、の各公報等に開示されている。
【０００４】
軸受部にボールベアリングのような転がり軸受を用いた場合には小さな表面に過大な圧力を受ける為に前記のような大きな荷重に耐えることが出来ない。また、従来用いられていた前記動圧式すべり軸受を用いた場合であっても、軸受部分の大きさに制限があることや、回転陽極を回転させる為に必要なトルク、つまり回転トルク、に制限があることなどの理由でこれまで上記のような回転陽極型X線管装置は実現されなかった。前記動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型X線管の軸受部分の作用について図を用いて説明する。
【０００５】
図１３（ａ）には、従来用いられてきた、X線管用動圧式すべり軸受の例を、図１３（ｂ）には、軽負荷時にこのラジア軸受部分に生じる圧力の軸方向位置における分布を示している。図１３（ａ）の１００１は回転陽極の一部を構成する円筒状の軸受回転体であり、１００２は軸受回転体１００１内に挿入された円柱状の軸受固定体である。軸受固定体１００２の表面にはらせん状の軸受溝１００３が設けられており、且つ、軸受固定体１００２と軸受回転体１００１の勘合部には微小な軸受隙間１００４があり、軸受隙間１００４には前記液体金属潤滑剤が充填されていて、ラジアル荷重を受ける第１及び第２のラジアル軸受１００５、１００６を構成している。一般性を持たせる為に、第１のラジアル軸受１００５の軸受幅Lb1は第２のラジアル軸受１００６の軸受幅Lb2よりも大きい場合を示している。１０２１，１０２２は同様に構成された１対のスラスト軸受を表している。軸受回転体１００１は図示右方に位置する図示しないＸ線ターゲットに接続されている。軸受回転体１００１が中心軸１００８の回りを適当な速度で回転しており、軸受回転体１００１に印加される、中心軸１００８に直角な外力１００７が十分に小さい場合には、軸受回転体１００１の中心軸１００８は軸受固定体１００２の中心軸１００９と実質的に一致しており、周方向に均一な圧力が、図１３（ｂ）に示すように軸方向に分布する。１０１１は第１のラジアル軸受１００５内の圧力分布であり、１０１２は第２のラジアル軸受１００６内の圧力分布である。Lb1、Lb2はそれぞれの軸受幅を表しており、Lｇは軸受間の低圧力領域の幅であり、Ltは軸受全長を表している。それぞれの軸受内の圧力はそれぞれの軸受の中央で最高となっている。
【０００６】
軸受回転体１００１に印加される外力１００７が大きくなった場合の作用を説明する為に図１３の軸受隙間部分を拡大した図を図１４に示している。図１４ではスラスト軸受は省略している。図１４（ａ）は、重心座標、つまり、ラジアル軸受１００５の図示右端からの距離、がＬ１である位置に軸受回転体１００１を含む回転陽極の回転部分全体の重心ＧXがあり、重心ＧXに印加される外力１００７が十分に小さい場合の状態を模式的に表している。この場合、軸受回転体１００１の中心軸１００８は軸受固定体１００２の中心軸１００９と実質的に一致している。軸受回転体１００１の中心軸１００８に直角な方向に印加された外力１００７が増大した場合には、ＵＳＰ３６０２５５５号公報に記されているように、軸受回転体１００１の中心軸１００８が軸受固定体１００２の中心軸１００９に対して傾斜する。
【０００７】
従来の回転陽極型Ｘ線管では軸受回転体１００１と軸受固定体１００２の対向する表面が互いに平行に構成されており、軸受隙間１００４は回転中心軸の方向に一様に分布している。従って、外力１００７が大きくなると、図１４（ｂ）に模式的に示しているように、回転中心軸１００８の移動と傾斜が発生して軸受回転体１００１の端部の表面が軸受固定体１００２の表面に対して傾斜した状態で軸受固定体１００１の端部Aの表面に近接し、軸受回転体１００１の他端部の表面が軸受固定体１００２の反対側の端部Bの表面に対して傾斜した状態でこれに近接する。この様子は、特開平１０−１７２４８３号公報や特開２００２−２５４８３号公報にも記されている。許容される外力１００７の限界は、端部Ａ又は端部Ｂの表面がその表面租度の大きさまで対向面に近接することによって生じる。特開２００２−２５４８３号公報では、回転起動時や回転停止時に端部Ａ及び端部Ｂにおいて対向する表面同士が接触状態になることが記載されているが、外力１００７が大きく成った場合も同様の問題があることは自明である。
【０００８】
従来の回転陽極型Ｘ線管では、寸法的な制約から重心座標Ｌ１は小さい値になっている。特開２００３−５１２７９号公報に示される例のように回転陽極の回転部分全体の重心ＧＸが前記端部Ａに対して前記端部Ｂと反対側に位置する場合、つまり前記重心座標Ｌ１が負値の場合がある。この場合には上記の効果はより顕著となる。これらの場合でも、従来の回転陽極型Ｘ線管のように外力１００７が十分に小さい場合には問題なく使用できる。しかしながら、前記のように超高速スキャン型ＣＴスキャナを実現する目的にはラジアル負荷容量が不足する為に使用できない。
【０００９】
一般に、ラジアル負荷容量、つまり、ラジアル軸受が支承できる限界の径方向荷重、は、軸受回転体１００１及び軸受固定体１００２の直径を増大することや、軸受全長Ltを増大することや、軸受隙間１００４を狭くすることによって増大出来る。しかしながら、これらの方法は、超高速スキャン型ＣＴスキャナに用いる回転陽極型Ｘ線管としては以下の理由で適当でない。軸受の直径を増大し、又は軸受全長を増大すると、Ｘ線管装置全体が大きくなり、これを搭載する架台が過大となる。又、これらの方法は、いずれも回転トルクの増大をきたすこととなる。特に、軸受隙間寸法の影響は、以下に述べるように、重要である。図１３及び図１４に示した、中心軸方向に一様な軸受隙間１００４を有する、従来構造の軸受において、軸受隙間１００４の寸法が種々の場合における第１ラジアル軸受１００５のラジアル負荷容量と回転トルクとの関係を図１５に示している。図１５は、軸受回転体１００１の直径が６０ｍｍ、軸受幅Lb1が７０ｍｍ、全長Ltが１１２ｍｍで、回転速度が６０００ｒｐｍの場合に付いて計算した値を示している。
【００１０】
図１５によると、ラジアル負荷容量は軸受隙間１００４の寸法を小さくすることによって増大することが分かるが、この場合に必要な回転トルクも増大している。Ｘ線管の回転トルクは、ロータとステータの隙間が大きい誘導モータによって発生させられる為に、その大きさに制限がある。更に、回転トルクが大きい場合には軸受部分での損失が大きく、軸受部分の発熱が過大となる問題がある。図１６には、中心軸方向に一様な軸受隙間１００４の寸法と無負荷時の回転トルクとの関係を示している。図１６から判るように、軸受隙間１００４の寸法が小さくなった場合には、軸受隙間寸法に対する回転トルクの変化率が増大する。例えば、軸受隙間寸法が１０μｍの場合には軸受隙間寸法が１μｍ縮小した場合に回転トルクが１１％程度増大する。
【００１１】
回転陽極型Ｘ線管に使用される前記軸受では、寸法的な制限から軸受がコンパクトに作られており、前記のような大きな外力が与えられたときには軸受回転体１００１又は軸受固定体１００２に微小な機械的な弾性変形が生じることは避けられない。更に、回転陽極型Ｘ線管用軸受にはＸ線ターゲットからの熱が流入し、且つ、軸受損失による発熱などによって温度上昇が生じ、これによって熱膨張し、軸受隙間寸法が変動する。また、潤滑剤としてＧａ合金等の液体金属潤滑剤が用いられているので、軸受の表面部材と反応すること等によって軸受隙間寸法が更に変動することがある。特開平８−１０２２７７号公報やＵＳＰ５４８３５７０号公報には、液体金属の酸化、機械的磨耗、化学的腐食等の多数の原因によって破片が生じることが記されている。これらの理由で、軸受隙間寸法を軸受全長Ltにわたって１０μｍ以下に保つのは困難であり、１５μｍ程度以上に保つことが好ましい。この場合には、図１５に示すように、前記のような十分大きなラジアル負荷容量を得ることが出来ない。以上説明したように、従来のＸ線管では前記のような超高速スキャン型ＣＴスキャナに使用できるコンパクトな回転陽極型Ｘ線管装置を実現することが出来なかった。
【特許文献１】特公昭６０−２１４６３号公報
【特許文献２】特開昭６０−９７５３６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８７５５５号公報
【特許文献４】特開平２−２２７９４７号公報
【特許文献５】特開平２−２２７９４８号公報
【特許文献６】特開平２−２４４５４５号公報
【特許文献７】特公平３−７７６１７号公報
【特許文献８】特開平５−１３０２８号公報
【特許文献９】特開平８−１０２２７７号公報
【特許文献１０】特開平１０−１７２４８３号公報
【特許文献１１】特開平１１−９６９４９号公報
【特許文献１２】特開平１１−１４９８９２号公報
【特許文献１３】特開平１１−２２４６２７号公報
【特許文献１４】特開２００２−２５４８３号公報
【特許文献１５】特開２００３−５１２７９号公報
【特許文献１６】ＵＳＰ３６０２５５５号公報
【特許文献１７】ＵＳＰ４２１０３７１号公報
【特許文献１８】ＵＳＰ４５６２５８７号公報
【特許文献１９】ＵＳＰ４６４４５７７号公報
【特許文献２０】ＵＳＰ４８５６０３９号公報
【特許文献２１】ＵＳＰ５０６８８８５号公報
【特許文献２２】ＵＳＰ５０７７７７６号公報
【特許文献２３】ＵＳＰ５４８３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする課題は、超高速スキャン型ＣＴスキャナに使用できる、極めて大きな遠心加速度に耐えられる、コンパクトな回転陽極型Ｘ線管装置を提供することである。特に、回転陽極型Ｘ線管に用いられる軸受において、ラジアル負荷容量が十分に大きく、回転トルクが十分に小さく、且つ、軸受の機械的変形が許容されるように改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、回転陽極型Ｘ線管の回転機構内に液体金属を潤滑剤とした動圧すべり軸受から成るラジアル軸受を設け、このラジアル軸受を、回転トルクが小さい状態で負荷容量を増すように改善している。この回転陽極型Ｘ線管は、好適には、ラジアル荷重を実質的に受ける少なくとも２個のラジアル軸受を含んでおり、この２個のラジアル軸受の互いに隣接する領域に於ける軸受隙間の寸法よりも、前記それぞれのラジアル軸受の他端領域に於ける軸受隙間の寸法は大きくなっている。軸受隙間の、回転中心軸に沿った方向における、平均寸法は大きくなっている為に、ラジアル荷重が小さい場合には回転トルクは十分に小さな値である。ラジアル荷重が増大した場合には、軸受回転体の中心軸が微小な角度をもって傾斜して、対向するそれぞれの軸受面が互いに対向する軸受面との間の傾き角度を減少しながら近接することにより、接近すればするほど大きな圧力が生じる領域の面積が大きくなり、極めて大きなラジアル負荷容量を有するように作用する。つまり、回転中心軸が傾いたときに、傾き角度に対する反発全圧力の増加率が急増する。この場合に、回転トルクは、増大するが、従来構造の場合よりも小さな値であり、許容範囲内の値にできる。又、ラジアル荷重が増大した場合における軸受回転体の中心軸の傾斜角度は極めて小さく、回転陽極型Ｘ線管の動作特性に実質的に影響を与えない。
【００１４】
前記のように軸受隙間の寸法が回転中心軸に沿った方向の位置の関数となっており、軸受回転体又は軸受固定体が大きな外力によって機械的に変形した場合でも、これらの表面が、特異な微小部分が異常に近接する等の、不都合を生じないように前記関数が予め定められている。既定の大きなラジアル荷重が印加されて軸受回転体の中心軸が傾斜した場合に、接近した対向する軸受面の部分が、回転中心軸に沿った方向に均一な隙間を保ちながらより一様に接近するようにして、大きな圧力が広い領域で発生するように工夫している。
【００１５】
軸受溝の深さ寸法は、前記軸受隙間の寸法の最大値と最小値の中間になっているのが好ましく、回転中心軸に沿った方向に一様な寸法であっても、位置と共に変化した値であっても良い。この場合には、ラジアル荷重が小さい場合にも、ラジアル荷重が大きい場合にも安定に作動する。以上に述べたように工夫しているので、大きなラジアル荷重が印加された場合でも動作が安定であり、前記の課題は解決されている。本発明において採用されている、より具体的な課題解決手段は以下のとおりである。
【００１６】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、同一の軸方向位置において周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分が、対向面間の隙間が実質的に無くなる、接触部分を含むように形成されており、この接触部分は、連続的に、又は間欠的に、所定の幅にわたって軸方向に広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜すればするほど、近づく側にある前記回転体の表面が対向する側にある前記固定体の表面との間で成す角度がより小さくなりながら接近する部分が軸受幅方向に所定の幅を成して存在する為に、より大きな反発圧力が生じる面積が前記傾斜角度と共に増加して大きな反発全圧力を生じる。結果として大きなラジアル負荷容量を得ることに成り、超高速スキャン型CTスキャナに使用できる回転陽極型X線管を実現することが出来る。ここで、前記の周方向近接部分は、軸受溝が設けられた表面にあってはその丘を形成する表面が、軸受溝が設けられていない表面にあってはその表面が、特定の軸方向位置において、軸受の周方向で最も対向面に近接した表面部分を表しており、前記の接触部分は、軸受溝が設けられた表面にあってはその丘を形成する表面が、軸受溝が設けられていない表面にあってはその表面が、その対向する表面との間の隙間が実質的に無くなっている状態の部分を表している。又、前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【００１７】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記固定体及び前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなるように形成された小傾斜差部分を含んでおり、この小傾斜差部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜すればするほど、近づく側にある前記回転体の表面が対向する側にある前記固定体の表面との間で成す角度がより小さくなりながら接近する為に、より大きな反発圧力が生じる面積がより増加して大きな反発全圧力を生じる。結果として大きなラジアル負荷容量を得ることに成り、超高速スキャン型CTスキャナに使用できる回転陽極型X線管を実現することが出来る。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。又、傾斜角度を含む断面は、前記固定体の中心軸と、これに対して傾斜した前記回転体の中心軸とを含む平面を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【００１８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記動圧式すべり軸受の最端位置以外の軸方向位置において、前記最端位置における程度と同程度以上に対向面に接近するように形成された近接表面部分を含んでおり、この近接表面部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜した場合に、軸受の最端部以外でも前記回転体の表面と前記固定体の表面とが所定の幅において同程度以上に接近する為に従来よりも大きな反発圧力が生じる面積が増加して大きな反発全圧力を生じる。また、最端部が最初に近接し過ぎることが無いので、かじり等の不都合が生じ難い。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【００１９】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合に、前記固定体と前記回転体の、前記回転体の中心軸を含む、断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって、前記中心軸に対して同じ側に、出来る第１の交線と第２の交線とが、前記動圧式すべり軸受が１個の場合にあってはその両方の最端部の近傍において、前記動圧式すべり軸受が複数個の場合にあっては互いに離れた側にある両方の最端部の近傍において、前記中心軸に沿ってそれぞれの前記最端部を向いて相対的に広がるように形成された表面部分を含んでいることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体が前記固定体に対して傾斜した場合において、前記ラジアル軸受の一方の最端部において前記回転体の表面が前記固定体の表面に従来よりも大きな面積を有する部分が接近して大きな反発力を生じると共に、前記ラジアル軸受の他方の最端部においても前記回転体の表面と前記固定体の表面とが従来よりも広い面積を有する部分で接近して前記と略反対方向に大きな反発力を生じる。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記第１の交線と第２の交線とが成す角度は前記回転体が前記固定体に対して傾斜できる角度と同程度であると、前記回転体が最大限に傾斜したときに近接した側の対向面同士が平行に成るので、好ましい。
【００２０】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受のいずれかは、前記軸受隙間が、最端位置において第１の軸受隙間寸法を有しており、最端位置以外の位置において第１の軸受隙間よりも小さな寸法の第２の軸受隙間寸法を有しており、これらの中間の位置において前記第１の軸受隙間寸法と前記第２の軸受隙間寸法の間で軸受隙間寸法が軸方向位置と共に変化しているように構成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体が前記固定体に対して傾斜した場合において、近接する側にある軸受面間の距離の軸受幅方向における変化の割合が従来よりも小さくなり、前記回転体の表面と前記固定体の表面とが、従来よりも相対的に小さな傾きを成して平行度を増したより広い面積を有するの部分で、接近するので大きな反発力を生じる。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記軸受隙間寸法の軸受幅方向での変化の割合は、前記回転体が前記固定体に対して最大限に傾斜した場合において前記軸受面が出来る限り広い範囲で互いに接触する値であることが好ましい。前記第２の軸受隙間寸法は１５μｍ以下、より好ましくは５μｍ程度、であることが好ましい。前記第１の軸受隙間寸法は１５μｍ以上、より好ましくは４０μｍ程度以上、であることが好ましい。
【００２１】
本発明の一つは、前記の発明において、前記動圧式すべり軸受のいずれかは、前記軸受隙間が、前記第２の軸受隙間寸法に実質的に保たれて軸受幅方向に所定の幅にわたって続くように構成された部分を含んでいることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記動圧式すべり軸受の全軸受幅にわたって軸受隙間寸法が前記第２の軸受隙間寸法よりも小さくならないように制限されている為に、前記回転体の表面と前記固定体の表面とが部分的に異常接近することが防止されると共に前記のように従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。
【００２２】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受の、軸方向で互いに近い側に位置する領域に於ける、それぞれの前記軸受隙間の寸法よりも、それぞれのラジアル軸受の、互いに遠い側に位置する領域における、前記軸受隙間の寸法がそれぞれの端部に向って軸方向位置と共に順次大きくなるように、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面が、少なくとも部分的に、形成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して傾斜した場合において、前記両方のラジアル軸受において対向する軸受面がより平行度を増して接近するようになっており、両方のラジアル軸受が従来よりも大きな全圧力を生じる。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記軸受隙間の寸法の軸方向分布は、前記回転体が前記固定体に対して最大限に傾斜した場合において両方の軸受面が出来るだけ広い範囲で互いに接触するように決められていることが好ましい。
【００２３】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、第１のラジアル軸受を構成する前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記固定体の中心軸に対して一方の側に前記接触部分又は前記小傾斜差部分又は前記近接面部分の少なくともいずれかを含んでおり、前記第２のラジアル軸受を構成する前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記固定体の中心軸に対して反対の側に前記接触部分又は前記小傾斜差部分又は前記近接面部分の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して傾斜した場合において、最も早く互いに接近する表面部分が軸受の両方の端部位置に局在しないように、両方の端部において、対向する軸受面が互いに軸方向に広がっており、その広がりの程度は、前記傾斜角度が許容値内で最大であるときに出来る限り広い範囲で対向する軸受面が接触するように決められるのが好ましい。前記接触部分又は前記小傾斜差部分又は前記近接面部分は前記第１のラジアル軸受及び前記第２のラジアル軸受のそれぞれにおいて、それぞれの所定の幅にわたって軸方向に広がっていることが好ましい。
【００２４】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径よりも大きく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の、外表面の直径よりも大きく、且つ、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の内表面はこれに対向する前記外表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の外径を軸方向に変化させることにより、前記いずれかの発明に係わる回転機構が容易に製作でき、安価でありながら従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この場合、外側に勘合された部分の内表面の直径は全軸受幅にわたって一定であるのが、製作をより容易にするので、好ましい。
【００２５】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径よりも小さく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に勘合された方の、内表面の直径よりも小さく、且つ、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に勘合された方の外表面はこれに対向する前記内表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記固定体又は前記回転体のうちで外側に勘合された方の内径を軸方向に変化させることにより、前記いずれかの発明に係わる回転機構が容易に製作でき、安価でありながら従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この場合、内側に勘合された部分の外表面の直径は全軸受幅にわたって一定であるのが、製作をより容易にするので、好ましい。
【００２６】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受とに軸方向に挟まれた領域の軸方向中央において前記固定体の中心軸に直交する中央断面が前記第２の表面又はその延長面と交わって出来る円から、それぞれのラジアル軸受の遠端部において前記中心軸に直交する端部断面が前記第１の表面と交わって出来る円を、見込んでできる円錐面に実質的に沿うように、前記第１の表面が、少なくとも部分的に、形成されていること、又は、前記中央断面が前記第１の表面又はその延長面と交わって出来る円から、それぞれのラジアル軸受の遠端部において前記中心軸に直交する端部断面が前記第２の表面と交わって出来る円を、見込んでできる円錐面に実質的に沿うように、前記第２の表面が、少なくとも部分的に、形成されていること、を特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して傾斜した場合において、前記第１のラジアル軸受を構成する前記回転体の表面と前記固定体の表面とが前記傾斜角度を含む断面と交差して出来る交線間の、近接する表面側における、半径方向距離の異差が従来よりも小さくなり、且つ、前記第２のラジアル軸受を構成する前記回転体の表面と前記固定体の表面とが前記傾斜角度を含む断面と交差して出来る交線間の、近接する表面側における、半径方向距離の異差が従来よりも小さくなり、両方のラジアル軸受が従来よりも大きな全圧力を生じる。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記円錐面に沿った軸受面と対向する軸受面との成す角度は、前記回転体が前記固定体に対して最大の傾斜角を成して傾斜した場合における最大の傾斜角に実質的に等しいことが好ましい。本発明において、前記の中央断面は、前記軸方向中央位置において固定体の中心軸に直交する平面を表しており、前記の端部断面は、前記軸方向端部位置において固定体の中心軸に直交する平面を表しており、前記の延長面は、それぞれの表面を外挿又は内挿して軸方向に伸ばした面を表している。
【００２７】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記の回転体がその中心軸を前記固定体の中心軸に略一致させて回転するときに前記それぞれのラジアル軸受の軸受隙間内に生じる圧力がそれぞれの軸受の中央部分において最高に成って分布するようにそれぞれの軸受が構成されており、前記回転体を含む回転部分全体の重心は、前記第１のラジアル軸受の軸方向中央位置と前記第２のラジアル軸受の軸方向中央位置とで挟まれた軸方向領域に位置するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体に大きな外力が印加された場合に於ける前記回転中心軸の前記固定体の中心軸に対する傾斜角が小さくなるので、対向した軸受面間距離の軸方向位置による異差が小さくなり、ラジアル負荷容量が増大し易い。
【００２８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１のラジアル軸受の直径及び軸受幅と前記第２のラジアル軸受の直径及び軸受幅がそれぞれ実質的に同一であり、前記回転体を含む回転部分全体の重心が前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受との間の軸方向の略中央位置に存するように構成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体に大きな遠心力が作用した場合に、前記第１及び前記第２のラジアル軸受による回転モーメントが生じず、前記回転体は傾斜することなく半径方向に変位するので互いに近づく前記第１の表面及び前記第２の表面の間で大きな圧力が大きな面積にわたって生じ、大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この回転陽極型Ｘ線管では前記回転体の表面と固定体の表面とがそれぞれ軸受幅方向に一定であることが、製作が容易であるので、好ましい。また、軸受隙間の寸法は、１５μｍより大きいことが軽負荷時の回転トルクが小さく出来ることと制作が容易であることから好ましい。前記重心の位置は、前記中央位置と丁度一致するのが好ましいが、前記回転体の傾斜の程度が実質的に無視できる程度に限定できる距離だけ前記中央位置から離れていても許容される。
【００２９】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成るそれぞれの前記ラジアル軸受の、各軸方向位置に対応する軸受隙間の寸法を、それぞれの軸受幅の全幅にわたって軸方向に平均した値が１５μｍよりも大きいことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、軽負荷時の回転トルクが小さく出来ることと、制作が容易であることと、回転体又は前記固定体の変形を許容出来ることと、軸受隙間寸法の経時変化を許容できること、等の特長を持ち、且つ、大きなラジアル負荷容量を得ることができる。
【００３０】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成るそれぞれの前記ラジアル軸受を構成する軸受溝の深さ寸法は、軸受隙間寸法の最小値以上であり、且つ軸受隙間寸法の最大値以下であることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、製作が容易でありながら大きなラジアル負荷容量を得ることができる。また、動作条件が変わっても安定な動作を維持しやすい。前記軸受溝の深さは前記軸受幅全体にわたって実質的に同一の寸法であることが、製作が容易であるので、好ましい。
【００３１】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に勘合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、液体金属を潤滑剤とする動圧すべり軸受からなっており前記回転体を実質的に支承する少なくとも１個のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体は第１の表面を有するように、前記回転体は第２の表面を有するように、前記回転体を前記固定体に正規のとおりに勘合して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合において、前記固定体と前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなる小傾斜差部分が生じ、この小傾斜差部分が、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がるように、前記固定体及び／又は前記回転体を加工する工程と、前記固定体の第１の表面又は前記回転体の第２の表面にらせん溝を形成する工程と、前記固定体と前記回転体とを勘合した場合にこれらに挟まれて形成される隙間に前記液体金属潤滑剤を供給する工程と、を含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法である。特に、前記固定体と前記回転体とを、又は片方を適当な形状の冶工具に代えて、勘合し、この隙間に研磨剤を充填した状態で、実際の動作時に印加されるのと同等の外力を回転陽極の回転部分全体の重心に位置する場所に印加しつつ、互いに押圧しながら表面加工する工程を含むことが好ましい。この製造方法を採用すると、動作時に対向面間の相対関係が良好になり、極めて大きな遠心力に耐える回転陽極型Ｘ線管を容易に生産できる。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記液体金属潤滑剤が供給されておらず、且つ前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度以下の定められた外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に相当する場所に印加されたときの前記傾斜角度を表している。又、傾斜角度を含む断面は、前記固定体の中心軸と、これに対して傾斜した前記回転体の中心軸とを含む平面を表している。正規の通りとは、実使用と同等の相対関係にある状態を表している。
【００３２】
本発明の一つは、上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管又は上記の発明に係わる方法で製造された回転陽極型Ｘ線管と、この回転陽極型Ｘ線管を収納する収納容器と、前記回転陽極型Ｘ線管を前記収納容器に固定する保持機構と、前記回転陽極型Ｘ線管の前記真空容器の外から前記回転陽極型Ｘ線管内の前記回転体に回転トルクを与えるステータと、前記回転陽極型Ｘ線管内で電子を放出する陰極に負の高電圧を供給する為の手段とを具備したことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置である。前記高電圧供給手段は、例えば、管内配線や高電圧コネクタや高電圧ケーブル等で構成される。この回転陽極型Ｘ線管装置では従来に比べて極端に大きな遠心力に耐えることが出来るので、このX線管装置装置を採用することによって従来実現しなかった超高速スキャン型CTスキャナを実現できる。
【００３３】
本発明の一つは、前記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管又は前記の発明に係わる方法で製造された回転陽極型Ｘ線管又は前記の発明に係わる回転陽極型X線管装置と、これを搭載して中心軸の回りに回転できる回転架台と、この回転架台を回転自在に支承する固定架台と、前記回転陽極型X線管又は前記回転陽極型X線管装置から放射されて被照射体を透過したX線を検出するX線検出器と、このX線検出器の出力を用いて前記被照射体の断面を表示する装置と、を含むことを特徴とするX線CTスキャナである。このX線CTスキャナでは従来よりもスキャン時間を短くしてより時間分解能に優れた断層画像を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００３４】
本発明を採用すると、陽極熱容量が極めて大きくて、極めて大きな遠心力に耐えられる、コンパクトな回転陽極型Ｘ線管装置を、特別な工程や特殊な製造設備を必要とせずに容易に安定して量産することができ、これまでに存在しなかった超高速スキャン型ＣＴスキャナに使用できる回転陽極型Ｘ線管装置を提供することが出来る。具体的には、回転陽極に大きな遠心力が作用したときに、回転陽極の中心軸が微小な変位を生じると共に微小な角度を成して傾斜するが、このときに軸受表面が片当りしないため部分的な磨耗が生じないだけでなく、傾斜角度が大きくなるにしたがって、軸受面同士が実質的により平行に近接し、大きな圧力を広い面積にわたって生じる。結果として、同一サイズの従来形軸受を採用した、無負荷時に同一の回転トルクを有する、回転陽極型Ｘ線管装置と比較すると７倍程度大きなラジアル負荷容量を得ることが出来る。又、軸受隙間寸法の、回転中心軸に沿った方向での、平均値は大きな値になっているために、回転トルクは十分に小さな値になっている。無負荷時における回転トルクが小さいだけでなく、高負荷時においても軸受両端部の軸受隙間内の面間距離の周方向平均値が大きくなっているので回転トルクは十分に小さな値となる。更に、軸受を構成する軸受回転体又は軸受固定体が大きなラジアル荷重を受けてある程度変形した場合でも十分に安定に作動させることが出来る。逆に、それほど大きな外力が作用しない用途に使用する場合には、回転陽極を従来よりも小型に出来るので、よりコンパクトな回転陽極型X線管装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係わる最良の形態の回転陽極型Ｘ線管は、液体金属を潤滑剤とした動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受と２個のスラスト軸受とを含んでおり、これらのすべり軸受がそれぞれ回転陽極の回転中心軸に直角の方向及び回転中心軸に沿った方向に軸受力を発生して回転陽極を回転自在に支承する回転機構を含んでいる。前記第１及び第２のラジアル軸受は回転中心軸方向に互いに分離距離を保って同軸に形成されており、これらのラジアル軸受で前記回転陽極の実質的な全ラジアル荷重を受けるようになっている。前記第１及び第２のラジアル軸受はそれぞれ第１及び第２の端部を有しており、第１のラジアル軸受の第２端部は第２のラジアル軸受の第１端部との間に定められた分離距離を保って軸受中間部領域を形成している。前記第１のラジアル軸受の第１端部及び前記第２のラジアル軸受の第２端部とはそれぞれ軸受前端部領域と軸受後端部領域を形成している。前記分離距離が保たれている部分では、液体金属から成る潤滑剤に実質的に圧力が生じないように軸受回転体と軸受固定体の隙間は十分に大きくなっている。
【００３６】
前記第１のラジアル軸受及び前記第２のラジアル軸受は前記軸受中間部領域の近傍に於ける軸受隙間の寸法が例えば５μｍ程度に小さくなっている。前記軸受隙間の寸法は前記軸受前端部領域及び前記軸受後端部領域に向って徐々に大きくなっており、前記軸受前端部領域の最端部では例えば４０μｍ程度の大きさになっている。軸受隙間寸法の中心軸方向における変化は、前記軸受回転体の前記軸受前端部領域に存する一部分の表面が対向する前記軸受固定体の表面に接触し、前記軸受回転体の前記軸受後端部領域に存する一部分の表面が反対方向において対向する前記軸受固定体の表面に接触するように、回転中心軸が許容された最大限度まで傾斜した場合に、前記軸受回転体の表面と前記軸受固定体の表面とが最近接した側においてこれらの表面が実質的に互いに平行に成るように決められている。つまり、前記軸受回転体が最大限度まで任意の方向に傾斜した場合に局部的な領域にある表面のみが接触することが無く、軸受幅全体において同じように接近するようになっている。
【００３７】
前記軸受回転体及び前記軸受固定体の表面は例えば１μｍ以上の鋭利な凹凸を持たないように極めて平坦になっており、互いに近接した場合に凹凸の一部分が局部的に接触せずに、広い面積を有して面接触するようになっている。このようにして、前記軸受回転体を最大限に傾斜させた場合に広い面積を保った状態で面接触するようになっている。したがって、大きな外力を受けて、前記回転陽極の回転部分全体の重心が変位すると共に、前記軸受回転体の中心軸が前記軸受固定体の中心軸に対して傾斜した場合に、前記軸受回転体の表面の一部分がほぼ平行な隙間を保ちながら対向する前記軸受固定体の表面に接近するので、潤滑剤から広い表面にわたって極めて大きな反発圧力を受け、前記軸受回転体が更に変位又は傾斜しようとする場合には他端部分が近接するようになり、前記と同様に広い表面にわたってきわめて大きな反発圧力を受けて平衡に至る。この場合に前記軸受回転体の中心軸の傾斜角度の最大値は十分に小さな値であり、回転陽極型X線管の特性に実質的に何らの悪影響をも与えない。
【００３８】
上記の作用は、前記軸受回転体の中心軸に沿った方向に一様な寸法の軸受隙間を有する従来の軸受において、前記軸受回転体の中心軸と前記軸受固定体の中心軸が平行を保った状態で前記軸受回転体の表面が前記軸受固定体の表面に接近した場合に類似している。しかしながら、このように中心軸が互いに平行状態を保ちながら変位するのは、前記第１のラジアル軸受と前記第２の軸受とが同一の特性を有し、前記回転陽極の回転部分全体の重心が両ラジアル軸受の丁度中間位置に一致する特殊な場合に限られる。実際の回転陽極型X線管ではこのような条件を満たすのは容易ではなく、且つ、一般的でない。上記にような軸方向に傾斜した軸受隙間を設けた場合には、実際の回転陽極型Ｘ線管でよくあるように、前記回転陽極の回転部分全体の重心が軸受の端部又は軸受を外れた位置にあっても、十分に大きなラジアル負荷容量を持つことになり、コンパクトで大きなラジアル負荷容量を持つ回転陽極型Ｘ線管を容易に実現できる。
【００３９】
前記軸受回転体又は前記軸受固定体が予定のラジアル荷重を受けた場合に弾性変形を生じることが分かっている場合には、予定のラジアル荷重を受けた場合において、前記のように、前記軸受回転体の表面と前記軸受固定体の表面とが実質的に同じ間隔を保ちながら接近するように、予め軸受隙間の寸法の軸方向分布が前記弾性変形を考慮した軸方向位置の関数となるように決められる。したがって、前記軸受回転体又は軸受固定体の剛性を必要以上に大きくする必要が無く、コンパクトな回転陽極を実現できる。
【００４０】
以上に述べたよう軸受部分を構成すると、回転トルクを小さく保った状態で極めて大きなラジアル負荷容量を有するラジアル軸受を実現でき、超高速スキャン型CTスキャナに使用できる回転陽極型Ｘ線管を提供することができる。以下に、実施例を用いて本発明の実施形態及び作用についてより具体的且つ詳細に説明する。
【実施例１】
【００４１】
図１及び図２を参照して本発明の回転陽極型Ｘ線管の構造及び構成について説明する。これらの図において、同じ部分は同じ番号を付して表している。図１は、本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の要部を表す断面図であって、１は内部の真空空間１ａを高真空に保つ真空容器であり、２は真空容器１内に在って電子を放出する陰極であり、３は陰極２から放出された電子が入射してＸ線を放出するＸ線ターゲットであり、４はＸ線ターゲット３から放出されたＸ線を真空容器１の外部に取り出す為のＸ線照射窓である。図１において、１０はＸ線ターゲット３を回転自在に支承する回転機構であり、２０は回転機構１０の内でＸ線ターゲット３を回転する為の回転構造体であり、３０は回転構造体２０に一部分が勘合されて回転構造体２０を回転自在に支承する固定構造体であり、４０は真空容器１の外から回転構造体２０に回転力を付与するステータである。
【００４２】
回転構造体２０は、Ｘ線ターゲット３を同軸的に取り付けたターゲット支持体２１と、ターゲット支持体２１に同軸的に接合された第１の回転体部材２２と、第１の回転体部材２２に同軸的に取り付けられた第２の回転体部材２３と、第２の回転体部材２３に同軸的に取り付けられた第３の回転体部材２４とを含んでいる。モリブデン合金でできたターゲット支持体２１の先端部にＸ線ターゲット３が陽極固定ネジ５によって取り付けられており、ターゲット支持体２１の他端部は第１の回転体部材２２の一端部２２ａに溶接等により接続されており、第１の回転体部材２２の他端部２２ｂは第２の回転体部材２３の一端部２３ａにネジ等で接続されており、第２の回転体部材２３の他端部２３ｂは第３の回転体部材２４の一部分２４ａに図示しないネジ等により接続されている。更に、ターゲット支持体２１にはＸ線ターゲット３からの輻射熱を遮蔽する為の遮蔽筒６が同軸的に取り付けられている。
【００４３】
第１の回転体部材２２の外側にロータ２６が第１の回転体部材２２と同軸的に設けられており、第１の回転体部材２２の一端部２２ａの近傍で溶接等によって接合されている。第３の回転体部材２４の図示上端部は回転体径小部２４ｂを形成しており、その図示上端部分には回転蓋２７がネジ等によって接続されており、図示下端部には２分割された回転環状体２８がネジ等によって接続されている。ロータ２６は銅等のように電気伝導率の大きな材質でできており、ロータ２６の図示下半分は図示上半分よりも径が大きくなっている。ステータ４０の回転磁束によりロータ２６の図示下半分は回転構造体２０に大きな回転トルクを与えるようになっている。第１の回転体部材２２は、純鉄等の磁性材料でできており、ロータ２６との上記接合部以外で隙間を保って実質的に平行に構成されており、上記回転磁束の通路を形成している。第２の回転体部材２３は５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルの合金（ＴＮＦ）等の熱伝導率が小さな材質でできており、第１の回転体部材２２と第３の回転体部材２４とは前記それぞれの接続部分以外で隙間を保っている。第３の回転体部材２４及び回転蓋２７は鉄合金工具鋼ＳＫＤ１１（ＪＩＳ規格）等のすべり軸受に適した材質でできており、第１の回転体部材２２及び第２の回転体部材２３との間に前記接続部分以外で隙間を保って非接触に構成されている。Ｘ線ターゲット３の熱はターゲット支持体２１と第１の回転体部材２２と第２の回転体部材２３とを経由してすべり軸受が形成された第３の回転体部材２４に伝導されるようになっている。
【００４４】
固定構造体３０には、図示中央部に固定胴体部分３１が、固定胴体部分３１の図示上端部に上方肩部３１ａと固定体径小部分３１ｂが、固定胴体部分３１の図示下端部に陽極固定部分３１ｃとが形成されている。固定体径小部分３１ｂには、上方肩部３１ａと中心軸Ｃ−Ｃ’に沿った方向に離れて対向するように軸受円板３２が同軸的に取り付けられている。軸受円板３２は固定胴体部分３１に対して相対的に回転できないが、固定胴体部分３１の中心軸Ｃ−Ｃ’に対して小さな角度で傾斜できるように固定体径小部分３１ｂに取り付けられている。固定胴体部分３１と軸受円板３２とはＳＫＤ１１等のすべり軸受に適した材質でできている。陽極固定部分３１ｃの端部周辺部が封止リング１ｃを介して真空容器１の絶縁体部分１ｂに気密に接続され、内部が排気されて真空空間１ａを形成する。本実施例では、陽極固定胴体部分３１と真空容器１とは絶縁体部分１ｂと絶縁体８で電気的に分離されており、中性点接地方式の高電圧電源が使用できる。陽極接地方式の電源を使用できるようにするのは容易である。
【００４５】
陽極固定部分３１ｃの図示下端部には陽極固定金具７が、径が大きい円周上に配列された、図示しない、ネジによって周辺部で接続されており、陽極固定金具７は絶縁体８を介して、ステータを固定したステータ固定金具９に接続されている。ステータ固定金具９は、真空容器１に接続された金具９ａに接続されており、金具９ａは真空容器支持金具９ｂに接続されている。これらは大きな剛性をもっており、大きな遠心力に耐えるように構成されているので絶縁体部分１ｂ等に過大な応力が生じないようになっている。これらは、X線管の保持機構としての役割をもっており、絶縁油を収容した図示しない回転陽極型Ｘ線管の収納容器に固定されて回転陽極型Ｘ線管装置を構成している。
【００４６】
固定胴体部分３１と陽極固定金具７の中央部には冷却穴３１ｆが設けられており、陽極固定金具７の側壁から導入された冷却管７ａが冷却穴３１ｆ内に挿入されている。動作時には冷却管７ａの陽極固定金具７の側壁側から流入した絶縁油が冷却管７ａの図示上端から噴出して冷却管７ａの外側と冷却穴３１ｆの内壁との間を通り、陽極固定金具７の側壁に設けられた複数の通過穴７ｂを通過して真空容器１の外壁等を冷却するように流れる。このようにして、後述する軸受部分が十分に冷却されるようになっている。
【００４７】
次に、図１の主要部を拡大して断面表示し、固定構造体３０の一部のみを非断面表示した図２を参照して軸受部分についてより詳しく説明する。軸受円板３２の図示右面及び図示左面にはヘリンボーン形状のらせん溝GA1及びGA2が設けられており、軸受円板３２の図示右面は回転蓋２７の周辺部分の図示左面と２０μｍ程度の軸受隙間を保って対向しており、軸受円板３２の図示左面は第３の回転体部材２４の一部分が環状に内部に突出した回転体突出部２４ｃの図示右面と２０μｍ程度の軸受隙間を保って対向している。それぞれのらせん溝GA1、GA2内及びそれぞれの軸受隙間には、動作時に液体であるガリウム-インジウム-錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金から成る液体金属潤滑剤ＬＭが満たされており、それぞれが、互いに反対方向の、中心軸Ｃ−Ｃ’に沿った方向に動圧を発生する２個のスラスト軸受BA1、BA2を形成している。見やすくする為に液体金属潤滑剤ＬＭは図示していない。回転体突出部２４ｃの図示左面と固定胴体部分３１の図示右面とは１ｍｍ程度の大きな隙間を保って対向しており、液体金属潤滑剤ＬＭが供給されている。固定体径小部分３１ｂの図示右端部表面と回転蓋２７の中央部分の表面とは最小０．５ｍｍ程度の隙間を保って対向しておりこの隙間には液体金属潤滑剤ＬＭが供給されている。
【００４８】
固定胴体部分３１は概略円柱状の形状であり、この円筒状の外表面には２組のヘリンボーン形状のらせん溝から成る軸受溝GR1、GR2が設けられており、５〜４０μｍの範囲で軸方向位置と共に寸法が変化する軸受隙間を保って第３の回転体部材２４の内表面と対向しており、軸受溝GR1、GR2及び前記軸受隙間には液体金属潤滑剤ＬＭが供給されており、径方向に動圧を発生する第１及び第２のラジアル軸受BR1、BR2を構成している。第１及び第２のラジアル軸受BR1、BR2の間及びそれぞれの端部に位置して環状で深い溝から成る環状深溝DR1、DR2、DR3が固定胴体部分３１に形成されている。環状深溝DR1、DR2、DR3は第３の回転体部材２４の円筒状内表面で覆われて、これらは内部に液体金属潤滑剤ＬＭが充填されて環状リザーバを構成している。
【００４９】
図２に示すように、固定胴体部分３１の図示左方部に各ラジアル軸受BR1、BR2から径を実質的に同一に保って伸びた固定体延長部分３１ｄがあり、その終端にステップ状に半径が小さくなった左方径小部分３１ｅがあり、左方径小部分３１ｅは径が大きい前記陽極固定部分３１ｃに繋がっている。図２において、図示左方に位置する環状深溝DR3の図示左方壁DR3Wよりも図示左方に位置する固定体延長部分３１ｄの表面における所定の幅、例えば５ｍｍ、の帯状部分及びこれに０．１ｍｍ程度の微小な隙間を保って対向する第３の回転体部材２４の表面における所定の幅、例えば５ｍｍ、の帯状部分は前記のような液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない表面と成っており、液体金属潤滑剤ＬＭの表面張力によりその通過を妨げるように作用する環状禁止帯PR1を構成している。この部分の隙間は、各ラジアル軸受BR1、BR2の軸受隙間よりも大きくなっており、機械的に接触することがないが、回転構造体２０が静止しているときの液体金属潤滑剤ＬＭの漏出を防止するのに十分な表面張力が有効に働く大きさと成っている。
【００５０】
図２において、環状禁止帯PR1の図示左方に位置する固定体延長部分３１ｄの表面にらせん溝GR3があり、この表面は第３の回転体部材２４の表面と微小な隙間を保って対向しており、この中の一部分に液体金属潤滑剤ＬＭが充填されており、第３のラジアル軸受BR3を構成している。らせん溝GR３のうち図示右方に位置する軸受溝ＧＲ３ａは図示左方に位置する軸受溝ＧＲ３ｂよりも狭い範囲にできている。従って、回転構造体２０が回転しているときに新たなる液体金属潤滑剤ＬＭの追加供給が無い場合にはらせん溝ＧＲ３の図示右方に位置する軸受溝ＧＲ３ａと軸受溝ＧＲ３ｂの一部分から成る領域ＢＲ３ａのみに液体金属潤滑剤ＬＭが補足されている。第３のラジアル軸受ＢＲ３内に液体金属潤滑剤ＬＭが追加されると、らせん溝ＧＲ３の図示左方の軸受溝ＧＲ３ｂでのポンプ作用の増加によって図示右方に押し出す力を生じる。このようにして液体金属潤滑剤ＬＭが環状禁止帯ＰＲ１を通過して漏出するのは阻止される。前記回転体のラジアル荷重は実質的に前記第１及び第２のラジアル軸受によって支承されており、前記第３のラジアル軸受は補助的な軸受力を発生するにすぎない。
【００５１】
図２において、第３の回転体部材２４の図示左端部には、固定胴体部分３１の表面と０．１ｍｍ程度の隙間を保って対向した表面を有する回転環状体２８が図示しないネジ等によって取り付けられている。回転環状体２８は取り付けを容易にする為に縦方向に２分割されている。回転環状体２８は、固定胴体部分３１に対向する回転環状体２８の表面は液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない表面となっている。これらの表面に隙間を保って対向する固定胴体部分３１の左方径小部分３１ｅの表面も濡れない表面が形成されている。これらの隙間は前記スラスト軸受ＢＡ１、ＢＡ２及び第１及び第２のラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の軸受隙間よりも大きい為に互いに対向する表面はどのような状態においても機械的に接触することがないようになっている。回転環状体２８が固定胴体部分３１の側面に対向する表面には大きな圧力を生じないらせん溝ＧＡ３を設けても良い。
【００５２】
回転構造体２０の回転中心軸の角度が微小にずれた場合に軸受円板３２は固定構造体３０の中心軸Ｃ−Ｃ’に対して傾くことができるので、スラスト軸受ＢＡ１及びスラスト軸受ＢＡ２のそれぞれの軸受隙間は径方向に傾斜する必要が無く、安定な動作が保証される。この効果は、第１及び第２のラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の間隔が相対的に短い場合や、第１及び第２のラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の軸受面間の隙間が相対的に大きい場合や、スラスト軸受ＢＡ１、ＢＡ２の直径が相対的に大きい場合等に顕著に現れる。更に、スラスト軸受ＢＡ１、ＢＡ２のそれぞれの軸受面間の隙間を従来よりも狭くしても対向する軸受面が常に平行に保たれるので安定して大きな軸受圧力を生じるようになっている。従って、スラスト軸受ＢＡ１、ＢＡ２のそれぞれの軸受隙間を従来よりも狭くできるので、回転構造体２０の管軸Ｃ−Ｃ’方向の移動量をより小さく制限することができる。
【００５３】
次に、第１のラジアル軸受ＢＲ１及び第２のラジアル軸受ＢＲ２の構造について、図２の一部を拡大して模式的に表示した図３と、軸受隙間Gの寸法関係を表した図４を参照して詳細に説明する。以下の説明において簡単の為に固定胴体部分３１を単に軸受固定体３１と、第３の回転体部材２４を単に軸受回転体２４と称する。図３（ａ）は、本発明を説明する為に軸受隙間Gを径方向に拡大して軽負荷時のラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の構造と様態を模式的に表している。図３（ｂ）は、本発明を説明する為に軸受隙間Gを径方向に拡大して重負荷時のラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の構造と様態を模式的に表している。図３（ｃ）は軸受固定体３１の中心軸C−C’に沿った特定の位置における軸受固定体３１の外表面T及び軸受回転体２４の内表面Ｓと軸受隙間Gの断面を模式的に表している。これらの図において、軸受固定体３１の外表面Tにはヘリンボーン形状の軸受溝ＧＲ１、ＧＲ２が設けられており、これらを縞模様のみで表している。実際には、軸受溝の深さは１０μｍ程度であり、軸受隙間の寸法は５〜４０μｍ程度であるが、軸受溝ＧＲ１、ＧＲ２の深さは省略して表して軸受隙間Gの寸法の分布を表している。従って、軸受固定体３１の外表面Tは軸受溝の丘を外挿して表した外表面を示している。
【００５４】
図３（ａ）を参照してラジアル軸受の構造について説明する。概略円柱形状の軸受固定体３１の外周に概略円筒形状の軸受回転体２４が勘合されており、これらの対向する表面には軸受面が設けられている。軸受回転体２４の内表面Ｓは滑らかな円筒状の表面であり、軸受固定体３１の外表面Ｔには深さ１０μｍ程度の軸受溝ＧＲ１、ＧＲ２が設けられ、それぞれの対向する表面が軸受面を構成しており、これら軸受面の間の隙間は軸受隙間Ｇを構成している。軸受隙間Ｇには、少なくとも動作時には液体である液体金属潤滑剤LMが供給されている。軸受固定体３１の中心軸C−C’に沿った方向をＺ軸とし、これに直角な方向をＲ軸、Z軸に直角な面内の回転角度をθとする。図３（ａ）において、ｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ３までの部分が軸受幅Ｌｂ１を有する第１のラジアル軸受ＢＲ１を構成しており、ｚ＝ｚ４からｚ＝ｚ６までの部分が軸受幅Ｌｂ２を有する第２のラジアル軸受ＢＲ２を構成している。軸受固定体３１のｚ＝ｚ３からｚ＝ｚ４までの位置に、分離距離がＬｇである、環状深溝ＤＲ２が有り、この部分では圧力が実質的に生じないようになっている。
【００５５】
前記ラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の軸受隙間Ｇの寸法関係について図４を参照して説明する。図４は図３（ａ）の軸受隙間Gを更に拡大して断面を表しており、図中の直線Sは軸受回転体２４の内表面Sを表し、図中の折線Tは、軸受固定体３１の中心軸C−C’が軸受回転体２４の中心軸C1−C1’と一致した状態に於ける軸受固定体３１の表面上の軸受溝の丘を外挿して表した外表面Tを示して。軸受固定体３１の中心軸C-C’をZ軸とすると、図中において、断面ｚ＝ｚ１と断面ｚ＝ｚ３と内表面Sと外表面Tで囲まれた領域が第１のラジアル軸受ＢＲ１を表しており、断面ｚ＝ｚ４と断面ｚ＝ｚ６と内表面Sと外表面Tで囲まれた領域が第２のラジアル軸受ＢＲ２を表している。断面ｚ＝ｚ１内にあり内表面Sと外表面Tで挟まれた領域は、第１のラジアル軸受ＢＲ１の図示右端における、軸受隙間寸法Ｇ１を有する、軸受隙間となっている。この軸受隙間寸法G1は例えば４０μｍ程度であって、従来の一様な軸受隙間の寸法よりも大きな値になっている。前記環状深溝ＤＲ２の中央の断面ｚ＝（ｚ３＋ｚ４）／２と内表面Sとが交わって出来る円Uと、断面ｚ＝ｚ１と外表面Tとが交わって出来る円Vと含む円錐面は外表面Tの一部分を含んでおり、その延長面が内表面Sと成す角度をαとするとき、円Uを通り、断面ｚ＝ｚ６側で内表面Sと角度αを成し、内表面Sの内側にある円錐面と断面ｚ＝ｚ６とが交わってできる円をWとする。円Wと円Uを含む円錐面は外表面Tの一部を構成している。内表面Sの半径よりも最小軸受隙間寸法G2だけ小さな半径を有する同心円筒面と、円Vと円Uとを通る円錐面とが交わってできる円U1は断面ｚ＝ｚ２に含まれる。同様に、内表面Sの半径よりも最小軸受隙間寸法G2だけ小さな半径を有する円筒面と、円Wと円Uとを通る円錐面とが交わってできる円U２は断面ｚ＝ｚ５に含まれる。この場合、角度αは、軸受回転体２４が軸受固定体３１に対して成す最大の傾斜角度である。
【００５６】
従って、前記第１のラジアル軸受ＢＲ１の軸受隙間寸法は、ｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ２までは大きな軸受隙間寸法G1から最小の軸受隙間寸法G2まで位置ｚと共に直線的に変化しており、ｚ＝ｚ２からｚ＝ｚ３までは一様な軸受隙間寸法G2に保たれている。同様に、前記第２のラジアル軸受BR2の軸受隙間寸法は、ｚ＝ｚ４からｚ＝ｚ５までは一様な軸受隙間寸法G2に保たれており、ｚ＝ｚ５からｚ＝ｚ６までは最小の軸受隙間寸法G2から大きな軸受隙間寸法G6まで位置ｚと共に直線的に変化している。環状深溝DR2が在る領域、ｚ＝ｚ３からｚ＝ｚ４まで、に位置する離距離Ｌｇが十分に大きい場合にはｚ２とｚ３、ｚ４とｚ５とが一致して、外表面Tと内表面Sとが平行になる部分が生じない場合も有る。分離距離Ｌｇは５ｍｍ程度であっても３０ｍｍを越していても良い。外表面TとZ軸とが成す角度が不連続に変化する部分、ｚ＝ｚ２及びｚ＝ｚ５、では、図示していないが、緩やかな角度変化をするように丸めることが好ましい。
【００５７】
実際に、このような軸受は以下のようにして製作できる。軸受回転体２４の内表面Sは予め定めた一様な半径で削り取るように加工する。軸受固定体３１は、円柱状素材を予め決められた半径の円Vと円Uとを結ぶ円錐面に沿って切削し、次に、上記のように予め決められた半径の円Wと円Uとを結ぶ円錐面に沿って切削し、次に、前記円錐面に同軸で、内表面Sと平行で隙間が最小軸受隙間寸法G2に一致する半径を有する円筒表面を形成するように切削加工して作られる。更に、表面の傾斜が十分に連続になるようにｚ＝ｚ２及びｚ＝ｚ５の周辺を丸め切削加工して外表面Tを仕上げる。次に、外表面Tのｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ３の間の部分及びｚ＝ｚ４からｚ＝ｚ６の部分に深さ１０μｍ程度のらせん溝を設ける。軸受隙間寸法G1は４０μｍ程度、軸受隙間寸法G2は５μｍ程度、軸受隙間寸法G6は２２μｍ程度が好ましい。この場合、軸受全長Ltを１１２ｍｍとすると、回転中心軸の傾斜角度は０．０３度程度以下であり、又、CTスキャナに使用する場合において、一定速度でのスキャン中には回転中心軸が一定しているので、X線管の特性には実質的に影響を与えない。
【００５８】
このように構成されたラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２を有するX線管の作用について図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図５、及び、図６を参照して説明する。軸受回転体２４は予め定められた回転速度、例えば６０００ｒｐｍ、で回転しており、Ｘ線ターゲット３を含む回転体全体の重心GXに外力Fが印加されているものとする。外力Fが十分に小さい場合には、図３（ａ）に示すように軸受固定体３１の中心軸C−C’と軸受回転体２４の中心軸C1−C1’は実質的に一致した状態が保たれている。この場合、軸受隙間Ｇの大きさはＺ軸方向に変化しており、Z方向での平均値が大きな値であるので必要な回転トルク及び軸受損失は十分に小さな値となっている。又、軸受剛性も適切な値に設定されている。
【００５９】
外力Ｆが十分に大きい場合には、重心GXが外力Fの方向と角度を成した方向に変位すると共に、重心ＧXの周りで傾斜する。これらの様子を計算した結果を図５及び図６に示している。図５において、横軸は、外力Fに平行な方向への重心GXの変位量を表しており、縦軸は、軸受回転体２４の中心軸C1−C1’と外力Fとに直角な方向への重心GXの変位量を表している。図５から分かるとおり、重心座標L1の大きさによって重心GXの変位量及び変位方向が変化する。重心GXの変位量は、同一の外力Fが印加された場合において、重心座標L1が小さい場合に大きく、重心座標L1が第１ラジアル軸受ＢＲ１と第２ラジアル軸受ＢＲ２の両端間の距離、つまり軸受全長Ｌｔ、の中央位置近傍で最小になり、重心座標Ｌ１が更に大きい場合に大きくなる。
【００６０】
図６において、横軸は、外力Fに平行な方向を中心とした、重心GXの回りにおける軸受回転体２４の中心軸C1−C1’の傾斜角度を表しており、縦軸は、重心Gを通り、軸受回転体２４の中心軸C1−C1’及び外力Fの両方向に直角な軸の回りにおける軸受回転体２４の中心軸C1−C1’の傾斜角度を表している。図６から分かるとおり、重心座標L1の大きさによって前記回転中心軸C1−C1’の傾斜角度及び傾斜方向が変化する。回転中心軸C1−C1’の傾斜角度は、重心座標L1が小さい場合に大きく、重心座標L1が前記軸受全長Ｌｔの中央位置近傍で最小であり、重心座標L1が更に大きい場合に大きいことが分かる。図６は、重心座標L1がどの値であっても外力Fが大きくなると回転中心軸C1−C1’の傾斜が大きくなることを示している。
【００６１】
外力Ｆを増すと、前記したように、重心GXが外力Ｆとθ方向に角度を成して変位すると共に、外力Fの方向を向いた軸の回りの回転モーメント及び外力Fの方向に垂直な方向を向いた軸の回りに回転モーメントが生じ、軸受固定体３１の外表面Tと軸受回転体２４の内表面Sとが部分的に近接し、近接した部分での軸受圧力は増加して軸受回転体２４の中心軸C1−C1’の位置及び傾きが修正される。外力Fが更に増加した場合には、軸受回転体２４の傾斜角度は最大となり、図３（ｂ）に示すように、内表面Ｓ及び外表面Ｔのｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ２までの間の部分は実質的に平行に近接し、ｚ＝ｚ５からｚ＝ｚ６までの間の部分はこれと反対方向において実質的に平行に近接する。この様子を図３（ｃ）に断面で表示している。図３（ｃ）において、Sは、軸受回転体２４が軸受固定体３１に対して最大傾斜角度αを成して傾斜した場合の軸受回転体２４の内表面であり、S’は、軸受回転体２４が軸受固定体３１に対して傾斜しない場合の軸受回転体２４の内表面である。図３（ｃ）の点A1及び点A2は第１のラジアル軸受BR1内の軸方向位置ｚ＝ｚ１及び軸方向位置ｚ＝ｚ２に於ける周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分にある外表面T上の点を表しており、点B1及び点B2は第２のラジアル軸受BR2内の軸方向位置ｚ＝ｚ６及び軸方向位置ｚ＝ｚ５に於ける周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分にある外表面T上の点を表している。これらの点は対向面間の隙間が実質的に無くなる接触部分にも含まれている。この接触部分は、第１のラジアル軸受BR1内で軸方向位置ｚ＝ｚ１から軸方向位置ｚ＝ｚ２までと、第２のラジアル軸受BR2内で軸方向位置ｚ＝ｚ５から軸方向位置ｚ＝ｚ６まで軸方向に広がっている。又、軸方向位置ｚ＝ｚ１から軸方向位置ｚ＝ｚ２までの間、及び軸方向位置ｚ＝ｚ５から軸方向位置ｚ＝ｚ６までの間において、軸受回転体２４の内表面Sの軸方向接線と軸受回転体３１の外表面Tの軸方向接線との接線間角度が、実質的に零値であり、最大傾斜角度αより小さくなっている小傾斜差部分となって軸方向に広がっている。更に、点A2は、第１のラジアル軸受BR1の最端位置ｚ＝ｚ１以外の軸方向位置ｚ＝ｚ２において、最端位置ｚ＝ｚ１における程度と同程度に対向面に接近するように形成された近接表面部分に含まれており、この近接表面部分は軸方向位置ｚ＝ｚ１から軸方向位置ｚ＝ｚ２まで軸方向に広がっている。同様に、点B2は、第２のラジアル軸受BR2の最端位置ｚ＝ｚ６以外の軸方向位置ｚ＝ｚ５において、最端位置ｚ＝ｚ６における程度と同程度に対向面に接近するように形成された近接表面部分に含まれており、この近接表面部分は軸方向位置ｚ＝ｚ５から軸方向位置ｚ＝ｚ６まで軸方向に広がっている。
【００６２】
軸受回転体２４が回転速度６０００ｒｐｍで回転し、外力Fが印加されて軸受回転体２４の中心軸が傾斜した場合について、断面ｚ＝ｚ１内に於ける軸受回転体２４の変位量と、第１ラジアル軸受ＢＲ１のラジアル負荷容量との関係を計算して図７に曲線（１）で示している。図３（ｃ）の点Ａ１，Ａ２の近傍では、軸受回転体２４が傾斜したとき、軸受回転体２４の内表面Ｓと軸受固定体３１の外表面Ｔの対向面間距離の差を減少しながら互いに近づく。これらの表面間の距離が小さくなると圧力が大きくなるが、これらの表面が十分に近接した状態では実質的に平行を保ちながら更に近づくので軸受回転体２４の内表面Ｓが受ける全圧力は極めて大きくなる。図７には、比較の為に、同一サイズであり、軸受隙間Gの寸法が軸方向に一様な従来の軸受を用いた場合の、軸受回転体２４の端部における変位量と、第１ラジアル軸受BR1のラジアル負荷容量との関係を曲線（２）で示している。曲線（２）は、軸受隙間Gの寸法が軸受の全領域Ltで一定な値、１５μｍ、の場合を示しており、低負荷時の軸受特性が曲線（１）の場合と同等になっている。曲線（２）の場合には、軸受回転体２４が傾斜した場合に、互いの軸受面が成す角度を増加しながら、両方の軸受面が互いに近づくので、隙間が狭くて圧力が増えた領域の面積は小さく、十分な全圧力の増加が得られないままで一部分が機械的に接触し、ラジアル負荷容量が小さな値に制限される。
【００６３】
本発明の回転陽極型Ｘ線管における第１ラジアル軸受BR1の回転トルクとラジアル負荷容量との関係を、第１ラジアル軸受BR1の直径が６０ｍｍで、軸受幅Lb1が７０ｍｍの場合について、図８に例示している。図８において、曲線（０A）、曲線（１A）、曲線（２A）、曲線（３A）、及び曲線（４A）は、それぞれ回転陽極の回転速度が、９０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、及び７５０ｒｐｍの場合の特性である。曲線（０A）と（１A）とは十分に大きなラジアル負荷容量を有しており、図８においてはスケールアウトしている。比較の為に、軸受隙間の寸法が１５μｍの従来型Ｘ線管における第１ラジアル軸受BR1の特性を曲線（０B）から曲線（４B）で例示している。図８において、曲線（０B）、曲線（１B）、曲線（２B）、曲線（３B）、及び曲線（４B）は、それぞれ回転陽極の回転速度が、９０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、及び７５０ｒｐｍの場合の特性である。いずれの場合も、本発明の回転陽極型Ｘ線管では、軽負荷時の軸受特性が従来型Ｘ線管と同等である場合に、高負荷時のラジアル負荷容量が７倍程度改善されていることが分かる。
【００６４】
図８には、回転陽極の回転部分全体の質量がおよそ１５ｋｇの回転陽極を有するＸ線管を軌道半径７４．５ｃｍの回転架台に取り付けて回転させた場合に遠心力を第１ラジアル軸受BR1のみで受けると仮定した場合において、１回転に要する時間、即ちスキャン時間、を参考の為に記している。これは、本発明を適用すればスキャン時間が０．２秒よりも短い超高速ＣＴを実現できることを示している。従来の回転陽極型X線管で０．１７秒スキャンを実現しようとすると、図１５から分かるとおり、軸受隙間Gの寸法を全軸受長Ltにわたって８μｍ程度に保つことと、回転速度を６０００ｒｐｍ以上に、回転トルクを０．８N・ｍ以上に保つことが必要である。これは、前記の理由で極めて困難である。これに反して、本発明を適用した、前記の構造の回転陽極X線管で０．１７秒スキャンを実現しようとすると、図８から分かるとおり、軸受隙間Gを前記の寸法にし、回転速度が３０００〜６０００ｒｐｍのときに、回転トルクを０．６N・ｍ程度に保つことでよい。従来の回転陽極型X線管よりも回転トルクが小さいので、回転トルクに同一制限がある場合に、本発明の回転陽極型X線管では回転速度をより大きく出来るのは当然である。図８から分かるとおり、本発明の回転陽極型X線管では回転速度が小さい場合であっても大きなラジアル負荷容量をもっているので回転開始時や回転停止時の不都合が生じにくく、安定した動作が期待できる。
【実施例２】
【００６５】
図９を参照して他の実施例について説明する。図９において図３と同じ働きの部分には同じ番号を付している。図９（ａ）は予め定められた回転速度で回転する軸受回転体２４が軽負荷を受けた場合における軸受回転体２４と軸受固定体３１の様態を模式的に表しており、図９（ｂ）は軸受回転体２４が大きな外力を受けて軸受回転体２４の中心軸が最大限に傾斜した場合の様態を表している。本実施例では、軸受固定体３１の外表面Ｔが同一半径を有するように形成されており、軸受回転体２４の内表面Sがｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ２までとｚ＝ｚ５からｚ＝ｚ６までの領域で軸受固定体３１の外表面Tとの間で角度αを成しており、前記と同様な相対関係を有するように外側に傾斜している。軸受面の相対関係は実施例１の場合と同様であるが、軸受固定体３１の外表面Tの直径が中心軸C−C’の方向に一定であり、軸受回転体２４の内表面Sが実施例１の場合に於ける軸受固定体３１の外表面Tと逆の方向に傾斜している。軸受面間の相対関係が実施例１の場合と同様であり、同様に作用するので詳細な説明を省略する。
【実施例３】
【００６６】
図１０を参照して他の実施例について説明する。図１０において、図３と同じ働きの部分には同じ番号を付している。本実施例では、極めて大きな外力が印加された場合に軸受回転体２４又は軸受固定体３１が湾曲等の、弾性の限界内での、変形が生じる場合において、定格外力が印加された場合の変形量を予め求めておき、定格外力が印加された場合に軸受面の最近接部分が局在しないように軸受固定体３１の外表面Ｔ又は／及び軸受回転体２４の内表面Ｓを軸方向位置の関数として予め湾曲させた例である。この場合には、定格外力が印加された状態で軸受固定体３１の外表面Ｔと軸受回転体２４の内表面Ｓの相対関係が最適になる。このように、軸受固定体３１又は軸受回転体２４が弾性変形する場合にも十分に大きなラジアル負荷容量を得ることが出来る。これを簡単に実現する為に、前述した通り、合わせ加工するのも良い。本実施例の詳細な構造及び作用は実施例１と同様であるので詳細な説明を省略する。
【実施例４】
【００６７】
図１１を参照して他の実施例について説明する。図１１において図３と同じ働きの部分は同じ番号を付している。本実施例では、第１ラジアル軸受ＢＲ１と第２ラジアル軸受ＢＲ２とが実質的に同一の構造と実質的に同一の寸法を有して構成されており、回転陽極の回転部分全体の重心GXがこれらラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の丁度中間位置、つまりｚ＝（ｚ３＋ｚ４）／２の位置に一致する場合の様態を表している。この場合には、軸受隙間Gの寸法は１５μｍよりも大きな一定の値になっており、低負荷時の回転トルクは小さな値である。図６には図示していないが、第１ラジアル軸受ＢＲ１と第２ラジアル軸受ＢＲ２とが同一の寸法であり、重心GXの位置が丁度中間点にある場合つまり、L1＝Lt／２である特殊な場合について図６と同様に計算した結果、回転中心軸C1−C1’は固定体中心軸C−C’と平行に変位するとの結果を得た。この場合には、外力Fが大きくなった場合に、軸受回転体２４の中心軸C1−C1’は軸受固定体３１の中心軸C−C’と平行を保ちながら変位するので、軸受隙間Gの寸法は位置ｚに関係なく実質的に一定に形成されているのが好ましい。この場合には、外力Fが大きくなると最近接部分の面積が大きい状態で軸受面同士が接近するので大きなラジアル負荷容量を有することになる。実際の回転陽極型Ｘ線管でこのように、回転部分全体の重心GXをラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２の丁度中間に位置させるのは困難であるが、例えば図１２のように構成することによって実現できる。好ましくは無いが、前記重心GXの位置が前記中間位置に厳密に一致していなくても、実質的に一致しておれば、類似の効果が得られる。図１２において、図１の各部に相当する部分には同じ番号を付して表している。図１２において、Ｘ線ターゲット３は中心部分に大きな穴があり、この穴の部分は折り返し金具１００の一端に固定されており、折り返し金具１００の他端はターゲット支持体２１に固定されている。更に、軸受回転体２４の他端にある回転環状体２８をタングステン等の高密度材料で構成する。Ｘ線ターゲット３や回転環状体２８の質量や取付け位置を適正化することによって図１１に示す実施例を実現することが出来る。
【００６８】
本発明を実施形態及び実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。例えば、図１に示す構造で、回転部分全体の重心GXの位置は、図３に於けるｚ＝ｚ１の位置よりもｚ＝ｚ３の位置と反対側にあっても良いし、ｚ＝ｚ１の位置とｚ＝ｚ３の間の位置にあってもよい。又、好ましくはないが、ラジアル軸受を１個で構成し、１個のラジアル軸受の内部で軸受隙間の寸法を中心軸方向に互いに反対方向に傾斜することによっても同様の効果を生じさせることが出来る。更に、一方のラジアル軸受は図９に示すように回転体の表面が傾斜しており、他方のラジアル軸受は図３に示すように固定体の表面が傾斜していても良いことは当然である。軸受固定体が円筒状であり、軸受回転体がその内部で勘合された円柱状のものであっても本発明に含まれるのは当然である。図１及び図２において、スラスト軸受を構成する軸受回転体３２は軸受固定体３１に不動に固定されていても良いことは当然である。また、軸受溝の形状や軸受溝の角度等は色々と変更されていても良いことは当然である。本発明において、「回転体」は回転する部分の総称であって、「軸受回転体」等を含んだ概念を表している。同様に、「固定体」は回転しない部分の総称であって、「軸受固定体」等を含んだ概念を表している。本発明において、「軸受面」は軸受面が有る表面においては軸受溝の丘の表面を外挿した面を表しており、「軸受隙間」は対向する軸受面に挟まれた軸受内の領域を表しており、「軸受隙間寸法」又は「軸受隙間の寸法」は軸受面間の半径差を周方向に平均した値を表している。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置はＸ線ＣＴスキャナ用及びその他の放射線機器用のＸ線発生源として有効に利用できる。特に、ラジアル軸受が極めて大きなラジアル負荷容量を得ることができるので、陽極熱容量が大きく、且つ高速度で公転させられる高速スキャン型のＸ線ＣＴスキャナ用Ｘ線管装置に適している。従来報告されているこの種の回転陽極型Ｘ線管では、大きなラジアル負荷容量を得る為には、軸受隙間を狭くすること等が必要で、それに伴って大きな回転トルクが必要とされたことや高精度な寸法維持が必要であった事等の理由で実用できなかったが、本発明の回転陽極型Ｘ線管では、小さな回転トルクで大きなラジアル負荷容量を得ることが出来ると共に高精度維持を必要としないので上記の高速スキャン型のＸ線ＣＴスキャナ用Ｘ線管装置として十分に実用できる。高負荷時の回転中心軸の傾斜角度は、十分に小さな値に限定されており実使用上問題にならない。また、軸受隙間は特定の限られた範囲以外は大きな寸法となっており、軸受部分の変形が許容されるので、安価で、信頼性が高く、極めて大容量であり、極めて大きな遠心加速度に耐える、回転陽極型Ｘ線管を提供することができ、超高速スキャン型ＣＴスキャナのスキャン時間を短縮できるなど、産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管装置の一部分を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す部分縦断面図である。
【図３】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を模式的に表した部分縦断面図及び横断面図である。
【図４】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いるラジアル軸受の構成を説明する為の図面である。
【図５】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の主要部の動作を説明する為の特性図である。
【図６】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の主要部の動作を説明する為の特性図である。
【図７】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いるラジアル軸受の特性をあらわす図である。
【図８】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いるラジアル軸受の特性をあらわす図である。
【図９】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の他の実施例を模式的に表す部分縦断面図である。
【図１０】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の更に他の実施例を模式的に表す部分縦断面図である。
【図１１】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の更に他の実施例を模式的に表す部分縦断面図である。
【図１２】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管装置の他の実施例の一部分を示す縦断面図である。
【図１３】従来の回転陽極型Ｘ線管の主要部の構成を示す部分縦断面図及び特性を示す図である。
【図１４】従来の回転陽極型Ｘ線管の主要部の構成及び様態を模式的に表す部分縦断面図である。
【図１５】従来の回転陽極型Ｘ線管の主要部の動作を説明する為の特性図である。
【図１６】従来の回転陽極型Ｘ線管の主要部の動作を説明する為の特性図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    真空容器
１ａ    内部空間
２    陰極
３    Ｘ線ターゲット
４    Ｘ線照射窓
５    陽極固定ネジ
６    遮蔽筒
１０    回転機構
２０    回転構造体
２１    ターゲット支持体
２２    第１の回転体部材
２２ａ    回転体一端部
２２ｂ    回転体他端部
２３    第２の回転体部材
２３ａ    回転体一端部
２３ｂ    回転体他端部
２４    第３の回転体部材（軸受回転体）
２４ａ    回転体一部分
２４ｂ    回転体径小部
２４ｃ    回転体突出部
２６    ロータ
２７    回転蓋
２８    回転環状体
３０    固定構造体
３１    固定胴体部分（軸受固定体）
３１ａ    上方肩部
３１ｂ    固定体径小部分
３１ｃ    陽極固定部分
３１ｄ    固定体延長部分
３１ｅ    左方径小部分
３１ｆ    冷却穴
３２    軸受円板
４０    ステータ
ＢＡ１    スラスト軸受
ＢＡ２    スラスト軸受
ＢＲ１    第１のラジアル軸受
ＢＲ２    第２のラジアル軸受
ＢＲ３    第３のラジアル軸受
ＢＲ３ａ    第３のラジアル軸受の領域
ＤＲ１    環状深溝
ＤＲ２    環状深溝
ＤＲ３    環状深溝
ＤＲ３Ｗ    環状深溝ＤＲ３の図示左方壁
F         外力
G         軸受隙間
G1〜G6   軸受隙間寸法
ＧＡ１    スラスト軸受溝
ＧＡ２    スラスト軸受溝
ＧＲ１    ラジアル軸受溝
ＧＲ２    ラジアル軸受溝
ＧＲ３    ラジアル軸受溝
ＧＲ３ａ    ラジアル軸受溝
ＧＲ３ｂ    ラジアル軸受溝
Lb1       軸受幅
Lb2       軸受幅
Lg         低圧力領域の幅（分離距離）
Lt         軸受全長
ＬＭ      液体金属潤滑剤
ＰＲ１    環状禁止帯
Ｓ         軸受回転体２４の内表面
Ｔ         軸受固定体３１の外表面
ＧＸ       回転陽極の重心
１００１  軸受回転体
１００２   軸受固定体
１００３   軸受溝
１００４   軸受隙間
１００５   第１のラジアル軸受
１００６   第２のラジアル軸受
１００７   外力
１００８   軸受回転体の中心軸
１００９   軸受固定体の中心軸
１０１１   圧力分布
１０１２   圧力分布
１０２１   スラスト軸受
１０２２   スラスト軸受
【図１】
2005268087.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005268087.tif 000013
【図１２】
2005268087.tif 000014
【図１３】
2005268087.tif 000015
【図１４】
2005268087.tif 000016
【図１５】
2005268087.tif 000017
【図１６】
2005268087.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月1日(2005.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、同一の軸方向位置において周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分が、対向面間の隙間が実質的に無くなる、接触部分を含むように形成されており、この接触部分は、連続的に、又は間欠的に、所定の幅にわたって軸方向に広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記固定体及び前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなるように形成された小傾斜差部分を含んでおり、この小傾斜差部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記動圧式すべり軸受の最端位置以外の軸方向位置において、前記最端位置における程度と同程度以上に対向面に接近するように形成された近接表面部分を含んでおり、この近接表面部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径よりも大きく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径よりも大きく、且つ、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の内表面はこれに対向する前記外表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径よりも小さく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径よりも小さく、且つ、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の外表面はこれに対向する前記内表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記の回転体がその中心軸を前記固定体の中心軸に略一致させて回転するときに前記それぞれのラジアル軸受の軸受隙間内に生じる圧力がそれぞれの軸受の中央部分において最高に成って分布するようにそれぞれの軸受が構成されており、前記回転体を含む回転部分全体の重心は、前記第１のラジアル軸受の軸方向中央位置と前記第２のラジアル軸受の軸方向中央位置とで挟まれた軸方向領域に位置するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１のラジアル軸受の直径及び軸受幅と前記第２のラジアル軸受の直径及び軸受幅がそれぞれ実質的に同一であり、前記回転体を含む回転部分全体の重心が前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受との間の軸方向の略中央位置に存するように構成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、液体金属を潤滑剤とする動圧すべり軸受からなっており前記回転体を実質的に支承する少なくとも１個のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体は第１の表面を有するように、前記回転体は第２の表面を有するように、前記回転体を前記固定体に正規のとおりに嵌合して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合において、前記固定体と前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなる小傾斜差部分が生じ、この小傾斜差部分が、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がるように、前記固定体及び／又は前記回転体を加工する工程と、前記固定体の第１の表面又は前記回転体の第２の表面にらせん溝を形成する工程と、前記固定体と前記回転体とを嵌合した場合にこれらに挟まれて形成される隙間に前記液体金属潤滑剤を供給する工程と、を含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
図１３（ａ）には、従来用いられてきた、X線管用動圧式すべり軸受の例を、図１３（ｂ）には、軽負荷時にこのラジア軸受部分に生じる圧力の軸方向位置における分布を示している。図１３（ａ）の１００１は回転陽極の一部を構成する円筒状の軸受回転体であり、１００２は軸受回転体１００１内に挿入された円柱状の軸受固定体である。軸受固定体１００２の表面にはらせん状の軸受溝１００３が設けられており、且つ、軸受固定体１００２と軸受回転体１００１の嵌合部には微小な軸受隙間１００４があり、軸受隙間１００４には前記液体金属潤滑剤が充填されていて、ラジアル荷重を受ける第１及び第２のラジアル軸受１００５、１００６を構成している。一般性を持たせる為に、第１のラジアル軸受１００５の軸受幅Lb1は第２のラジアル軸受１００６の軸受幅Lb2よりも大きい場合を示している。１０２１，１０２２は同様に構成された１対のスラスト軸受を表している。軸受回転体１００１は図示右方に位置する図示しないＸ線ターゲットに接続されている。軸受回転体１００１が中心軸１００８の回りを適当な速度で回転しており、軸受回転体１００１に印加される、中心軸１００８に直角な外力１００７が十分に小さい場合には、軸受回転体１００１の中心軸１００８は軸受固定体１００２の中心軸１００９と実質的に一致しており、周方向に均一な圧力が、図１３（ｂ）に示すように軸方向に分布する。１０１１は第１のラジアル軸受１００５内の圧力分布であり、１０１２は第２のラジアル軸受１００６内の圧力分布である。Lb1、Lb2はそれぞれの軸受幅を表しており、Lｇは軸受間の低圧力領域の幅であり、Ltは軸受全長を表している。それぞれの軸受内の圧力はそれぞれの軸受の中央で最高となっている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、同一の軸方向位置において周方向内で最も対向面に近づく周方向近接部分が、対向面間の隙間が実質的に無くなる、接触部分を含むように形成されており、この接触部分は、連続的に、又は間欠的に、所定の幅にわたって軸方向に広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜すればするほど、近づく側にある前記回転体の表面が対向する側にある前記固定体の表面との間で成す角度がより小さくなりながら接近する部分が軸受幅方向に所定の幅を成して存在する為に、より大きな反発圧力が生じる面積が前記傾斜角度と共に増加して大きな反発全圧力を生じる。結果として大きなラジアル負荷容量を得ることに成り、超高速スキャン型CTスキャナに使用できる回転陽極型X線管を実現することが出来る。ここで、前記の周方向近接部分は、軸受溝が設けられた表面にあってはその丘を形成する表面が、軸受溝が設けられていない表面にあってはその表面が、特定の軸方向位置において、軸受の周方向で最も対向面に近接した表面部分を表しており、前記の接触部分は、軸受溝が設けられた表面にあってはその丘を形成する表面が、軸受溝が設けられていない表面にあってはその表面が、その対向する表面との間の隙間が実質的に無くなっている状態の部分を表している。又、前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記固定体及び前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなるように形成された小傾斜差部分を含んでおり、この小傾斜差部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜すればするほど、近づく側にある前記回転体の表面が対向する側にある前記固定体の表面との間で成す角度がより小さくなりながら接近する為に、より大きな反発圧力が生じる面積がより増加して大きな反発全圧力を生じる。結果として大きなラジアル負荷容量を得ることに成り、超高速スキャン型CTスキャナに使用できる回転陽極型X線管を実現することが出来る。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。又、傾斜角度を含む断面は、前記固定体の中心軸と、これに対して傾斜した前記回転体の中心軸とを含む平面を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承するラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記ラジアル軸受の少なくとも１個は、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１の表面及び／又は前記第２の表面は、前記回転体が前記固定体に対して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合に、前記動圧式すべり軸受の最端位置以外の軸方向位置において、前記最端位置における程度と同程度以上に対向面に接近するように形成された近接表面部分を含んでおり、この近接表面部分は、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がっていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転陽極に大きな外力が作用して回転陽極の中心軸が前記固定体の中心軸に対して傾斜した場合に、軸受の最端部以外でも前記回転体の表面と前記固定体の表面とが所定の幅において同程度以上に接近する為に従来よりも大きな反発圧力が生じる面積が増加して大きな反発全圧力を生じる。また、最端部が最初に近接し過ぎることが無いので、かじり等の不都合が生じ難い。結果として従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度の外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に印加されたときの前記傾斜角度を表している。本発明において、前記所定の幅は、前記軸受幅の全体に等しいことが好ましいが、より狭い幅であっても効果はあるので、必要なラジアル負荷容量に対応して決められる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径よりも大きく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の、外表面の直径よりも大きく、且つ、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の内表面はこれに対向する前記外表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の外径を軸方向に変化させることにより、前記いずれかの発明に係わる回転機構が容易に製作でき、安価でありながら従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この場合、外側に嵌合された部分の内表面の直径は全軸受幅にわたって一定であるのが、製作をより容易にするので、好ましい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の一つは、前記いずれかの発明において、前記動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受を含んでおり、これらそれぞれの軸受は、前記回転体が前記固定体に対して同軸に位置した場合において、前記第１及び第２のラジアル軸受が互いに軸方向に隣接する領域に位置する、前記第１のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径は、前記第１のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径よりも小さく、前記隣接する領域に位置する、前記第２のラジアル軸受の一端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径は、前記第２のラジアル軸受の他端部における、前記回転体又は前記固定体のうちで外側に嵌合された方の、内表面の直径よりも小さく、且つ、前記固定体又は前記回転体のうちで内側に嵌合された方の外表面はこれに対向する前記内表面と平行でない部分を有するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記固定体又は前記回転体のうちで外側に嵌合された方の内径を軸方向に変化させることにより、前記いずれかの発明に係わる回転機構が容易に製作でき、安価でありながら従来よりも大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この場合、内側に嵌合された部分の外表面の直径は全軸受幅にわたって一定であるのが、製作をより容易にするので、好ましい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記の回転体がその中心軸を前記固定体の中心軸に略一致させて回転するときに前記それぞれのラジアル軸受の軸受隙間内に生じる圧力がそれぞれの軸受の中央部分において最高に成って分布するようにそれぞれの軸受が構成されており、前記回転体を含む回転部分全体の重心は、前記第１のラジアル軸受の軸方向中央位置と前記第２のラジアル軸受の軸方向中央位置とで挟まれた軸方向領域に位置するように構成されたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体に大きな外力が印加された場合に於ける前記回転中心軸の前記固定体の中心軸に対する傾斜角が小さくなるので、対向した軸受面間距離の軸方向位置による異差が小さくなり、ラジアル負荷容量が増大し易い。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記第１及び第２のラジアル軸受のそれぞれは、前記固定体の第１の表面と、この第１の表面に微小な軸受隙間を保って対向する前記回転体の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面の少なくとも一方に設けられたらせん溝と、この中に充填された液体金属潤滑剤と、を含む動圧式すべり軸受から成っており、前記第１のラジアル軸受の直径及び軸受幅と前記第２のラジアル軸受の直径及び軸受幅がそれぞれ実質的に同一であり、前記回転体を含む回転部分全体の重心が前記第１のラジアル軸受と前記第２のラジアル軸受との間の軸方向の略中央位置に存するように構成されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、前記回転体に大きな遠心力が作用した場合に、前記第１及び前記第２のラジアル軸受による回転モーメントが生じず、前記回転体は傾斜することなく半径方向に変位するので互いに近づく前記第１の表面及び前記第２の表面の間で大きな圧力が大きな面積にわたって生じ、大きなラジアル負荷容量を得ることができる。この回転陽極型Ｘ線管では前記回転体の表面と固定体の表面とがそれぞれ軸受幅方向に一定であることが、製作が容易であるので、好ましい。また、軸受隙間の寸法は、１５μｍより大きいことが軽負荷時の回転トルクが小さく出来ることと制作が容易であることから好ましい。前記重心の位置は、前記中央位置と丁度一致するのが好ましいが、前記回転体の傾斜の程度が実質的に無視できる程度に限定できる距離だけ前記中央位置から離れていても許容される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、この真空容器内に設けられた固定体と、この固定体と同軸的に嵌合された部分を有する回転体と、この回転体に取り付けられたＸ線ターゲットと、液体金属を潤滑剤とする動圧すべり軸受からなっており前記回転体を実質的に支承する少なくとも１個のラジアル軸受と、を具備する回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体は第１の表面を有するように、前記回転体は第２の表面を有するように、前記回転体を前記固定体に正規のとおりに嵌合して傾斜角度を成して許容範囲内で最大限に傾斜した場合において、前記固定体と前記回転体の前記傾斜角度を含む断面が前記第１の表面及び前記第２の表面とそれぞれ交わって出来る第１の交線及び第２の交線の、同一の軸方向位置における、それぞれの接線同士が成す接線間角度が前記傾斜角度よりも小さくなる小傾斜差部分が生じ、この小傾斜差部分が、連続的に、又は間欠的に、軸方向に所定の幅にわたって広がるように、前記固定体及び／又は前記回転体を加工する工程と、前記固定体の第１の表面又は前記回転体の第２の表面にらせん溝を形成する工程と、前記固定体と前記回転体とを嵌合した場合にこれらに挟まれて形成される隙間に前記液体金属潤滑剤を供給する工程と、を含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法である。特に、前記固定体と前記回転体とを、又は片方を適当な形状の冶工具に代えて、嵌合し、この隙間に研磨剤を充填した状態で、実際の動作時に印加されるのと同等の外力を回転陽極の回転部分全体の重心に位置する場所に印加しつつ、互いに押圧しながら表面加工する工程を含むことが好ましい。この製造方法を採用すると、動作時に対向面間の相対関係が良好になり、極めて大きな遠心力に耐える回転陽極型Ｘ線管を容易に生産できる。前記の傾斜角度は、前記回転体の実質的な中心軸と前記固定体の実質的な中心軸とが成す角度を表しており、前記の許容範囲は、前記液体金属潤滑剤が供給されておらず、且つ前記回転体が回転していない状態で、前記回転陽極型X線管の実動作条件と同程度以下の定められた外力が回転陽極の回転部分全体の重心位置に相当する場所に印加されたときの前記傾斜角度を表している。又、傾斜角度を含む断面は、前記固定体の中心軸と、これに対して傾斜した前記回転体の中心軸とを含む平面を表している。正規の通りとは、実使用と同等の相対関係にある状態を表している。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図１及び図２を参照して本発明の回転陽極型Ｘ線管の構造及び構成について説明する。これらの図において、同じ部分は同じ番号を付して表している。図１は、本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の要部を表す断面図であって、１は内部の真空空間１ａを高真空に保つ真空容器であり、２は真空容器１内に在って電子を放出する陰極であり、３は陰極２から放出された電子が入射してＸ線を放出するＸ線ターゲットであり、４はＸ線ターゲット３から放出されたＸ線を真空容器１の外部に取り出す為のＸ線照射窓である。図１において、１０はＸ線ターゲット３を回転自在に支承する回転機構であり、２０は回転機構１０の内でＸ線ターゲット３を回転する為の回転構造体であり、３０は回転構造体２０に一部分が嵌合されて回転構造体２０を回転自在に支承する固定構造体であり、４０は真空容器１の外から回転構造体２０に回転力を付与するステータである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図３（ａ）を参照してラジアル軸受の構造について説明する。概略円柱形状の軸受固定体３１の外周に概略円筒形状の軸受回転体２４が嵌合されており、これらの対向する表面には軸受面が設けられている。軸受回転体２４の内表面Ｓは滑らかな円筒状の表面であり、軸受固定体３１の外表面Ｔには深さ１０μｍ程度の軸受溝ＧＲ１、ＧＲ２が設けられ、それぞれの対向する表面が軸受面を構成しており、これら軸受面の間の隙間は軸受隙間Ｇを構成している。軸受隙間Ｇには、少なくとも動作時には液体である液体金属潤滑剤LMが供給されている。軸受固定体３１の中心軸C−C’に沿った方向をＺ軸とし、これに直角な方向をＲ軸、Z軸に直角な面内の回転角度をθとする。図３（ａ）において、ｚ＝ｚ１からｚ＝ｚ３までの部分が軸受幅Ｌｂ１を有する第１のラジアル軸受ＢＲ１を構成しており、ｚ＝ｚ４からｚ＝ｚ６までの部分が軸受幅Ｌｂ２を有する第２のラジアル軸受ＢＲ２を構成している。軸受固定体３１のｚ＝ｚ３からｚ＝ｚ４までの位置に、分離距離がＬｇである、環状深溝ＤＲ２が有り、この部分では圧力が実質的に生じないようになっている。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
本発明を実施形態及び実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。例えば、図１に示す構造で、回転部分全体の重心GXの位置は、図３に於けるｚ＝ｚ１の位置よりもｚ＝ｚ３の位置と反対側にあっても良いし、ｚ＝ｚ１の位置とｚ＝ｚ３の間の位置にあってもよい。又、好ましくはないが、ラジアル軸受を１個で構成し、１個のラジアル軸受の内部で軸受隙間の寸法を中心軸方向に互いに反対方向に傾斜することによっても同様の効果を生じさせることが出来る。更に、一方のラジアル軸受は図９に示すように回転体の表面が傾斜しており、他方のラジアル軸受は図３に示すように固定体の表面が傾斜していても良いことは当然である。軸受固定体が円筒状であり、軸受回転体がその内部で嵌合された円柱状のものであっても本発明に含まれるのは当然である。図１及び図２において、スラスト軸受を構成する軸受回転体３２は軸受固定体３１に不動に固定されていても良いことは当然である。また、軸受溝の形状や軸受溝の角度等は色々と変更されていても良いことは当然である。本発明において、「回転体」は回転する部分の総称であって、「軸受回転体」等を含んだ概念を表している。同様に、「固定体」は回転しない部分の総称であって、「軸受固定体」等を含んだ概念を表している。本発明において、「軸受面」は軸受面が有る表面においては軸受溝の丘の表面を外挿した面を表しており、「軸受隙間」は対向する軸受面に挟まれた軸受内の領域を表しており、「軸受隙間寸法」又は「軸受隙間の寸法」は軸受面間の半径差を周方向に平均した値を表している。