(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空外囲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が固定された回転体と、液体金属潤滑剤を貯蔵するリザーバが設けられ、かつ、前記回転体との嵌合部分の複数領域に動圧式すべり軸受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、前記固定体の前記陽極ターゲット側の端面と前記回転体の内側底面とで挟まれて前記動圧式すべり軸受部分の軸受隙間よりも隙間が大きい逃げ部に一端が開口し、他端が前記リザーバに開口するダクトを設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
ダクトが逃げ部に開口する一端は、固定体端面の中心よりも前記固定体端面の周辺部分の方に近い請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
固定体の中間に外径の大きい径大部が設けられ、前記径大部の管軸に直交する上下２つの面とこの２つの面に対向する回転体の面との間にスラスト方向の動圧式すべり軸受が設けられた請求項１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、動圧式すべり軸受に用いられる液体金属潤滑剤の逃げ部における発熱を小さくした回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、真空外囲器内に配置された陽極ターゲットを回転機構で回転可能に支持し、また、陽極ターゲットに対向して陰極を配置した構造になっている。そして、高速で回転する陽極ターゲットに対して陰極から電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させている。陽極ターゲットを支持する回転機構は回転体および固定体から構成され、回転体と固定体との間に軸受が設けられている。
【０００３】
回転陽極型Ｘ線管の軸受には、ボールベアリングのようなころがり軸受、あるいは、軸受面にらせん溝を形成し、ガリウム（Ｇａ）やガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金などの動作中に液状となる液体金属潤滑剤をらせん溝などの部分に供給する動圧式すべり軸受が用いられている。
【０００４】
動圧式すべり軸受を用いた例は、特開昭６０−１１７５３１号、特開平２−２２７９４８号、特開平５−１３０２８号あるいは特開平７−１９２６６６号の各公報に開示されている。
【０００５】
ところで、Ｘ線撮影装置を利用して循環器診断などを行う場合、さまざまな方向から被撮影体の撮影が行われる。そのため、循環器診断用のＸ線撮影装置に組み込まれる回転陽極型Ｘ線管は、撮影方向の素早い転換などによって、重量のある陽極ターゲットに大きな加速度が作用し、いろいろな方向から不規則な荷重が軸受に加わる。このため、動圧式すべり軸受を構成する固定体の径を一部で大きくした構造のものが用いられている。
【０００６】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について、循環器診断用などに使用される回転陽極型Ｘ線管を例にとり図２を参照して説明する。
【０００７】
符号２１はＸ線を発生する陽極ターゲットで、陽極ターゲット２１は真空外囲器（図示せず）内に配置されている。陽極ターゲット２１は第１回転体２２に連結されている。第１回転体２２は全体が有底円筒状に形成され、上方部分の径の小さい径小部２２ａおよび下方部分の径の大きい径大部２２ｂなどから構成されている。径大部２２ｂの外周面に、熱および電気の伝導度の高い銅で形成された円筒状の第２回転体２３が連結されている。第１回転体２２の内部空間に円柱状の固定体２４が嵌合され、固定体２４は円筒状の陽極支持部２５に連結されている。
【０００８】
固定体２４は、図示上方から順に、たとえば外径の小さい径小部２４ａおよび外径の大きい径大部２４ｂ、外径の小さい連結部２４ｃから構成され、連結部２４ｃが第１回転体２２の図示下端の開口部分を封止するスラストリング２６を貫通して陽極支持部２５に連結されている。
【０００９】
固定体２４の径小部２４ａは、たとえば環状の凹部２７を挟んで２つの領域に分けられ、２つの領域にそれぞれヘリンボーンパターンのらせん溝が形成され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ａ、Ｂが形成されている。径大部３４ｂには、図示上下の両面にそれぞれサークル状のヘリンボーンパターンのらせん溝が形成され、スラスト方向の動圧式すべり軸受Ｃ、Ｄが形成されている。
【００１０】
上記のラジアル方向の動圧式すべり軸受Ａ、Ｂおよびスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｃ、Ｄの軸受面の間隙にはＧａ合金などの液体金属潤滑剤が満たされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
回転陽極型Ｘ線管は、動作状態に入ると電子ビームの照射で陽極ターゲットに熱が発生する。また、動圧式すべり軸受などにも熱が発生する。陽極ターゲットの熱の一部および動圧式すべり軸受が発生する自己発熱は、固定体２４の端部２４ｃに伝導し、陽極支持部２５などを経て管外に放散される。
【００１２】
しかし、液体金属潤滑剤は活性があり、高温になると固定体および回転体の軸受面を構成する材料と反応し、軸受面上に金属間化合物層を堆積させる。その結果、軸受隙間が徐々に減少して回転特性を劣化させる。
【００１３】
ところで、動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管は、軸受部分に限らず、それ以外の固定体と回転体の隙間にも液体金属潤滑剤が溜まっている。たとえば、図２の回転陽極型Ｘ線管の場合、固定体２４の陽極ターゲット側の端面と第１回転体２２の内側底面との隙間の軸方向における寸法は、動圧式すべり軸受Ａ〜Ｄの各部分の隙間よりも大きくなっている。また、動圧式すべり軸受のない、いわゆる逃げ部Ｓとなっており、この逃げ部Ｓの部分にも液体金属潤滑剤が溜まっている。
【００１４】
上記した動圧式すべり軸受Ａ〜Ｄの各部分や逃げ部Ｓなど、第１回転体２２およびスラストリング２６などの回転体と固定体との嵌合隙間に満たされた液体金属潤滑剤は、回転体の回転に伴いその粘性に起因して熱を発生する。
【００１５】
回転体の回転が低速の場合は、嵌合隙間の大きい逃げ部などの発熱は小さくほとんど問題にならない。回転体の回転が高速になると、逃げ部の液体金属潤滑剤の発熱が大きくなり無視できなくなる。
【００１６】
たとえば、回転体が低速で回転する場合、回転に伴う液体金属潤滑剤の流れはほぼ層流状態で、粘性による発熱は嵌合隙間の逆数にほぼ比例し、回転数のほぼ２乗に比例する。回転体が高速で回転する場合は、回転に伴う液体金属潤滑剤の流れはほとんどが乱流状態で、発熱は層流状態に比べて大きくなり、回転数の３〜３．５乗に比例する。なお、層流状態から乱流状態に遷移する回転数は嵌合隙間Ｇの逆数にほぼ比例する。
【００１７】
したがって、回転体部分の回転数を徐々に上げていくと、回転数が低い間は、軸受部分および逃げ部の部分はいずれも層流状態で、嵌合隙間が大きい逃げ部における発熱は小さく無視できる。回転体部分の回転数が高くなると、嵌合隙間が大きい逃げ部の方が、回転数の低い状態から乱流に遷移し、逃げ部の部分における発熱が相対的に大きくなる。
【００１８】
ここで、軸受部の嵌合隙間がほぼ２０μｍ、逃げ部の嵌合隙間がほぼ４００μｍ、軸受部や逃げ部の嵌合隙間に液体金属潤滑剤で満たされているという条件の場合に、本発明者の実験結果について説明する。
【００１９】
たとえば、回転体部分の回転数が５０ｒｐｓと低速の場合、軸受部Ｊの発熱Ｐｊと逃げ部Ｋの発熱Ｐｋとの関係Ｐｊ／Ｐｋの値は約１／１０で、逃げ部Ｋの発熱Ｐｋはほとんど問題にならなかった。回転体部分の回転数が１００ｒｐｓと高速の場合、Ｐｊ／Ｐｋの値は約１となり、逃げ部Ｋの発熱Ｐｋが相対的に大きくなり、無視できない値になることが確かめられた。
【００２０】
本発明は、上記した欠点を解決するもので、スラスト方向の逃げ部における発熱を少なくし、高速回転時などにおける動圧式すべり軸受の温度上昇を抑え、長期にわたり安定な回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、真空外囲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が固定された回転体と、液体金属潤滑剤を貯蔵するリザーバが設けられ、かつ、前記回転体との嵌合部分の複数領域に動圧式すべり軸受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、前記固定体の前記陽極ターゲット側の端面と前記回転体の内側底面とで挟まれて前記動圧式すべり軸受部分の軸受隙間よりも隙間が大きい逃げ部に一端が開口し、他端が前記リザーバに開口するダクトを設けたことを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、循環器診断用などに使用される回転陽極型Ｘ線管を例にとり図１を参照して説明する。
【００２３】
符号１０は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空外囲器で、図ではその一部が示されている。真空外囲器１０内にＸ線を発生する陽極ターゲット１１および陰極構体Ｆが配置されている。陽極ターゲット１１は第１回転体１２に連結されている。第１回転体１２は有底円筒状をしており、上方部分は径の小さい径小部１２ａに形成され、下方部分は径の大きい径大部１２ｂに形成されている。径大部１２ｂの外周面に、熱および電気の伝導度の高い銅で形成された円筒状の第２回転体１３が連結されている。また、第１回転体１２の内部空間に円柱状の固定体１４が嵌合され、固定体１４は円筒状の陽極支持部１５に連結されている。
【００２４】
固定体１４は、図示上方の陽極ターゲット１１側から順に、たとえば外径の小さい径小部１４ａおよび外径の大きい径大部１４ｂ、外径の小さい連結部１４ｃとなっている。連結部１４ｃが第１回転体１２の図示下端の開口部分を封止するスラストリング１６を貫通して陽極支持部１５に連結されている。スラストリング１６は第１回転体１２と接合され、第１回転体１２などとともに回転体の一部を形成している。
【００２５】
固定体１４を構成する径小部１４ａの外周部は、たとえば環状の凹部１７を挟んで２つの領域に分けられ、２つの領域にそれぞれらせん溝が形成され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受Ａ、Ｂが形成されている。径大部１４ｂには、図示上下の両面すなわち管軸に直交する面にそれぞれサークル状のらせん溝が形成され、スラスト方向の動圧式すべり軸受Ｃ、Ｄが形成されている。
【００２６】
上記した構成の場合、固定体１４の陽極ターゲット側の端面と第１回転体１２の内側底面とで挟まれた隙間は、動圧式すべり軸受Ａ〜Ｄの各部分における軸受隙間よりも軸方向の長さが大きくなっている。また、動圧式すべり軸受が設けられない、いわゆるスラスト方向の逃げ部Ｓとなっている。
【００２７】
また、固定体１４の中心部分に、液体金属潤滑剤を貯蔵するリザーバ１８がたとえば管軸方向に形成されている。また、リザーバ１８と逃げ部Ｓとの間に、管軸に対して傾斜する向きで、かつ半径方向にダクト１９が形成されている。ダクト１９の一方の開口部分１９ａはリザーバ１８の一部に開口し、他方の開口部分１９ｂは逃げ部Ｓに開口している。逃げ部Ｓ側の開口部分１９ｂは固定体１４端面の中心よりも外周の方に近くなっている。
【００２８】
上記した回転陽極型Ｘ線管は、第１回転体１２およびスラストリング１６と固定体１４との隙間たとえば動圧式すべり軸受Ａ〜Ｄや逃げ部Ｓなどの部分、さらにリザーバ１８やダクト１９の各部分に液体金属潤滑剤が供給されている。
【００２９】
この場合、液体金属潤滑剤を充填する量は、真空外囲器１０内の空間に最も近くに位置する動圧式すべり軸受Ｄのその真空外囲器１０内の空間側の端部Ｄｅから真空外囲器１０内の空間から遠い側で液体金属潤滑剤が流動できる空間、たとえば第１回転体１２やスラストリング１６などの回転部分と固定体１４との隙間の部分およびリザーバ１８やダクト１９の各部分などの全空間の容積の７０％を上限とする範囲の体積に設定されている。
【００３０】
また、ダクトが複数設けられているなどの場合、液体金属潤滑剤を充填する量は、管軸を垂直にした場合に、回転部分と固定体の隙間側に位置する少なくとも１つのダクトの開口部分を液体金属潤滑剤が塞がない体積、あるいは、管軸を水平にした場合に、回転体部分と固定体部分の隙間側に位置する少なくとも１つのダクトの開口部分を液体金属潤滑剤が塞がない体積に設定されている。
【００３１】
上記した構成において、回転陽極型Ｘ線管が動作状態に入ると、液体金属潤滑剤が流動できる空間内に液体金属潤滑剤が完全に満たされていないため、たとえば逃げ部Ｓでは、液体金属潤滑剤に作用する遠心力で外側に移動する。このとき、遠心力が働いている液体金属潤滑剤とダクト１９内の圧力差によって、液体金属潤滑剤がダクト１９に流れ込む。また、逃げ部Ｓに残る液体金属潤滑剤は外側に移動し、逃げ部Ｓ内の液体金属潤滑剤には実質的に回転速度差がなくなる。その結果、回転速度差がある場合にその粘性に起因して発生する液体金属潤滑剤の発熱が抑えられる。
【００３２】
上記の実施形態では、固定体部分に１個のリザーバと１個のダクトを設ける場合で説明している。しかし、リザーバは管軸方向に複数設けることもできる。また、リザーバから分岐するダクトも複数設けることもできる。この場合、ダクトは、リザーバの管軸方向における同じ位置から半径方向に複数設けてもよく、また、リザーバの管軸方向に離れた複数の位置からそれぞれ半径方向に伸びるダクトを１個ずつ設けてもよく、また、それぞれの位置に複数のダクトを設けることもできる。
【００３３】
上記した構成によれば、陽極ターゲットを支持する回転体が高速で回転する場合に、回転体および固定体間の隙間の大きいたとえば逃げ部などにおける液体金属潤滑剤の発熱を小さくなり、軸受部分などの自己発熱が低減する。その結果、軸受部分の温度上昇が抑えられ、液体金属潤滑剤の反応が少なくなり、らせん溝や軸受隙間の寸法変化が防止され、長期に亙り安定な回転特性が維持される。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、長期にわたり安定した回転特性が維持される回転陽極型Ｘ線管装置を実現できる。
【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断面図である。
【図２】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…真空外囲器
１１…陽極ターゲット
１２…第１回転体
１３…第２回転体
１４…固定体
１５…陽極支持部１５
１６…スラストリング
１７…環状の凹部
１８…リザーバ
１９…ダクト
Ａ〜Ｄ…動圧式すべり軸受
Ｓ…逃げ部
【図１】
0004421126.tif 000002
【図２】
0004421126.tif 000003