(57)【要約】【課題】キャビテーションや気泡の発生を抑制することができるＸ線管装置を提供することを目的とする。【解決手段】絶縁油Ｏが充填された管容器２を備え、絶縁油Ｏの熱膨張による堆積増加分を吸収するベローズ１３と、ベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くする圧力タンク１４およびレギュレータ１５とを備える。すなわち、ベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くすることで、管容器２内でその全体が回転しても、負圧になることはなくなるので、キャビテーションの発生を抑制し、気泡の発生も抑制することができる。【選択図】図１
2017130392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外囲器回転型のＸ線管装置であって、
冷媒が充填された管容器と、
前記管容器内でその全体が回転するＸ線管と、
前記冷媒の熱膨張による堆積増加分を吸収する膨張吸収構造と、
前記膨張吸収構造に外部より圧力を加え、前記管容器内の圧力を高くする加圧構造と
を備える、
Ｘ線管装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線管装置において、
前記冷媒の温度制御を行う熱交換器をさらに備え、
前記膨張吸収構造は、前記熱交換器の内部に設けられている、
Ｘ線管装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線管装置において、
前記加圧構造は、圧力タンクおよびレギュレータを含み、
前記圧力タンクおよび前記レギュレータによる圧縮空気により前記膨張吸収構造に圧力を与える、
Ｘ線管装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＸ線管装置において、
前記膨張吸収構造は前記管容器の内部に設けられている、
Ｘ線管装置
【請求項５】
請求項４に記載のＸ線管装置において、
前記加圧構造はバネを含み、
前記バネにて機械的に前記膨張吸収構造に圧力を与える、
Ｘ線管装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のＸ線管装置において、
前記膨張吸収構造はベローズを含む、
Ｘ線管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線管装置に係り、特に、冷媒が充填された管容器の中にＸ線管全体が回転する外囲器回転型のＸ線管装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管装置では、Ｘ線管に印加する高電圧の絶縁およびＸ線管の冷却を兼ねて、管容器内に冷媒として絶縁油が充填される。絶縁油内に気泡が存在すると絶縁油の耐電圧特性が下がり、放電の原因となる。そこで放電を防止するために、管容器に注油される絶縁油は真空内で脱気され、気泡がない状態で充填される。また、Ｘ線管は負荷時に、特にアノード（陽極）が加熱され、その熱が絶縁油に伝達されるので、絶縁油は高温となる。発熱が大きい機種は絶縁油を冷却する冷却器（オイルクーラ）と組み合わせて絶縁油を循環して使用するのが一般的である。
【０００３】
Ｘ線管自身が高速で回転する外囲器回転型では、Ｘ線管が絶縁油中で高速で回転するので、回転によるポンプ作用で圧力差が生じ、負圧になる領域ではキャビテーション（Cavitation）を起こし、気泡が発生する。そこで気泡の発生を防止するために、内部の圧力を大気圧以上に維持する必要がある。そのために、循環用ポンプの直前を大気圧とし、ポンプの吐出圧で大気圧以上に維持する手法が採られる。
【０００４】
ところで、循環経路を有したＸ線管装置として、循環経路を二股に分岐して一方にバルブを装着して再度に合流するバイパス経路を有する構造がある（例えば、特許文献１〜４参照）。特許文献１、２では、循環経路を二股に分岐して一方にバルブを装着することで、冷媒の循環流量を切り替えている。特許文献３：特開２００２−２１６６８３号公報では、循環経路を二股に分岐して一方にバルブを装着することで、圧力損失（圧損）の釣り合いを取る。特許文献４：特開２００７−１２３２１１号公報では、循環経路を二股に分岐して一方にバルブを装着することで、ポンプのモータの回転数が高いときにポンプの保障する圧力が超えないように切り替え制御している。
また、特許文献２：２０１２−２２７０５９号公報では、冷媒中の金属の腐食溶解を低減するために、空気を抜いてガスを充満させるガスリザーバを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４３６５２号公報（第３，１２−１４頁、図８−１１）
【特許文献２】特開２０１２−２２７０５９号公報（第１４−１６頁、図１１，１２，１５，１６）
【特許文献３】特開２００２−２１６６８３号公報
【特許文献４】特開２００７−１２３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｘ線管は10,000rpmまでの高速回転を行うので、回転数の増加に伴い、管容器の出口側（管容器から（冷却器を有した）熱交換器への経路側）の圧力が上がり、管容器の入口側（熱交換器から管容器への経路側）の圧力が下がるという現象が発生する。この現象によって、ポンプの吐出圧により大気圧以上に維持されていた圧力が低下し、Ｘ線管の回転により気泡が発生することになる。
また、絶縁油が管容器の外部に循環しない場合であっても、Ｘ線管の回転により管容器の内部に部分的な負圧が生じ、キャビテーションを起こし、気泡が発生する。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、キャビテーションや気泡の発生を抑制することができるＸ線管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】
【０００８】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係るＸ線管装置は、外囲器回転型のＸ線管装置であって、冷媒が充填された管容器と、前記管容器内でその全体が回転するＸ線管と、前記冷媒の熱膨張による堆積増加分を吸収する膨張吸収構造と、前記膨張吸収構造に外部より圧力を加え、前記管容器内の圧力を高くする加圧構造とを備えるものである。
【０００９】
［作用・効果］この発明に係るＸ線管装置によれば、冷媒の熱膨張による堆積増加分を吸収する膨張吸収構造と、膨張吸収構造に外部より圧力を加え、（冷媒が充填された）管容器内の圧力を高くする加圧構造とを備える。すなわち、膨張吸収構造に外部より圧力を加え、管容器内の圧力を高くすることで、管容器内でその全体が回転しても、負圧になることはなくなるので、キャビテーションの発生を抑制し、気泡の発生も抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るＸ線管装置によれば、冷媒の熱膨張による堆積増加分を吸収する膨張吸収構造と、膨張吸収構造に外部より圧力を加え、管容器内の圧力を高くする加圧構造とを備えることで、キャビテーションや気泡の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係るＸ線管装置の概略図である。
【図２】実施例１に係る管容器の概略断面図である。
【図３】実施例２に係る管容器の概略断面図である。
【図４】変形例に係る管容器の概略断面図である。
【図５】図４とは別の変形例に係る管容器の概略断面図である。
【図６】図４および図５とは別の変形例に係るＸ線管装置の概略図である。
【実施例１】
【００１２】
以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るＸ線管装置の概略図であり、図２は、実施例１に係る管容器の概略断面図である。
【００１３】
本実施例１に係る外囲器回転型のＸ線管装置１は、図１および図２に示すように、管容器２と、それに収容された密閉容器３および外囲器４とを備えている。管容器２内には冷却用の絶縁油Ｏ（図２では図示省略）が充填されている。図２に示すように、外囲器４内に、電子ビームＢを発生させる陰極５と、その陰極５からの電子ビームＢを偏向させる偏向コイル（図示省略）と、その偏向コイルによって偏向した電子ビームＢの衝突によりＸ線（図１中では「X-ray」で表記）を発生させるターゲットディスクからなる陽極６とを収容して備えている。
【００１４】
陽極６のターゲットディスクへの電子ビームＢの衝突によって発生したＸ線を外部に取り出すために、管容器２にはＸ線窓２ａを設けるとともに、密閉容器３にもＸ線窓３ａを設けて、外囲器４にもＸ線窓４ａを設けている。Ｘ線窓２ａ，３ａ，４ａを、アルミニウム、チタンなどのＸ線透過性のよい金属または樹脂で形成する。陰極５をフィラメントで構成する。フィラメントとして、線状のタングステンコイルやタングステン板等のフィラメントを用いる。
【００１５】
陽極６として、タングステンやモリブデンを用いる。陽極６のターゲットディスクは、外周部は傾斜部からなり、内周部はフラット部からなる。偏向コイルによって偏向した電子ビームＢを陽極６のターゲットディスク傾斜部に衝突させることで、その衝突箇所からＸ線が発生する。
【００１６】
外囲器４の陽極側に回転軸７を装着している。ベアリング（図示省略）を介して回転軸７を回転自在に支持する。回転軸７は外囲器用のモータ８に連結されて回転し、これに伴い外囲器４も回転する。
【００１７】
図１に示すように、外囲器回転型のＸ線管装置１は、内部の絶縁油Ｏを循環する循環経路として循環用ホース９を備えるとともに、絶縁油Ｏの冷却を行う熱交換器１０を備えている。管容器２の入口２Ａ，出口２Ｂには、循環用ホース９をそれぞれ接続している。熱交換器１０は、主として、絶縁油Ｏを循環するポンプ１１および絶縁油Ｏを冷却するオイルクーラ１２から構成される。
【００１８】
管容器２に充填され、冷却のために循環する絶縁油Ｏは高温になるので、熱膨張により体積が増える。その膨張を吸収するゴム製や金属製のベローズ１３が熱交換器１０に組み込まれるが、組み込まれた部分が大気圧になり、ポンプ１１による吸入，吐出により循環する系の内部圧力が決定される。ベローズ１３は、この発明における膨張吸収構造に相当する。
【００１９】
一般的に、ホースは内部が負圧になると表面から気体を透過し、気体の溶け込みが起こる。よって、この気体の溶け込みを避けるために、循環器の系を全て正圧にすることが望ましく、正圧にするためにベローズ１３はポンプ１１の直前に配置される。この場合、管容器２はポンプ１１の吐出圧の半分程度のプラスの圧力がかかることになる。
【００２０】
このようにして、管容器２の入口２Ａ，出口２Ｂに循環用ホース９を接続し、熱交換器１０のベローズ１３，ポンプ１１，オイルクーラ１２の順に循環用ホース９を接続することで、循環用ホース９を介して熱交換器１０および管容器２を接続している。図１中の矢印に示す方向に、循環油Ｏは、管容器２の出口２Ｂ，ベローズ１３，ポンプ１１，オイルクーラ１２，管容器２の入口２Ａの順に循環する。
【００２１】
管容器２内でＸ線管全体が絶縁油Ｏの中で回転する外囲器回転型のＸ線管は回転による流れを発生させ、効率良くＸ線管を冷却する構造となっているが、「背景技術」の欄でも述べたように、この回転によるポンプ作用で出入口には圧力差が生じ、負圧になる領域ではキャビテーションを起こす。キャビテーションは内部圧力が高くなると発生しなくなることから、上記のポンプ１１の吐出圧で管容器２の内圧が上がるとキャビテーションは発生しなくなるが、ポンプ１１の吐出圧が低い場合や、Ｘ線管の回転数が高く、回転によるポンプ作用が大きい場合にはキャビテーションが発生する。
【００２２】
本発明は上記の事情を鑑み、キャビテーションの発生を抑制し、絶縁油Ｏ中に気泡が発生することを抑えることを目的としている。本実施例１では、図１に示すように、冷媒である絶縁油Ｏの熱膨張による堆積増加分を吸収するベローズ１３と、ベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くする加圧構造とを備えている。すなわち、熱交換器１０に設けられたベローズ１３を加圧し、管容器２の内部の圧力を高める構成を採る。加圧する方法として、図１のように圧力タンク１４およびレギュレータ１５で圧縮空気をベローズ１３に送り込む方法が考えられる。圧力タンク１４およびレギュレータ１５は、この発明における加圧構造に相当する。
【００２３】
管容器２内の絶縁油ＯはＸ線管の負荷による熱で加熱され膨張するが、膨張した絶縁油Ｏの体積分はベローズ１３の移動により吸収され、内部圧力が一定に保たれる。したがって、絶縁油Ｏが高温となっても圧力の上昇は発生せず、加圧力に耐えるシール性能を確保しておけば、油漏れのリスクはない。
【００２４】
ベローズ１３にかける圧力は、高速回転でＸ線管が回転しても管容器２内に負圧が生じない値に設定される。このように設定することで、高速回転によるキャビテーションが発生せず、キャビテーションや気泡の発生を抑制することができる。
【００２５】
具体的な構造について、図１を参照して説明すると、上述したように管容器２および熱交換器１０は循環用ホース９で接続され、熱交換器１０のポンプ１１により内部の絶縁油Ｏは循環している。上述したようにポンプ１１の直前にベローズ１３が設けられるとともに、小型の圧力タンク１４およびその出口にレギュレータ１５が設けられ、その配管はベローズ１３の外部側に接続されている。すなわち、圧力タンク１４，レギュレータ１５，ベローズ１３の順に接続されている。この構成にて、ベローズ１３から圧力が加えられ、さらにポンプ１１の吐出圧が加わり、絶縁油Ｏが管容器２に送られる。
【００２６】
一方、管容器２内ではＸ線管は出入口を有した密閉容器３内に収納され、Ｘ線管が回転すると密閉容器３内の絶縁油ＯもＸ線管とともに回転して流れ、遠心力で外周部分の圧力が上がり、外周に設けられた出口から絶縁油Ｏが吐出する。すなわち、Ｘ線管が遠心ポンプとして動作する。密閉容器３の出口は管容器２の出口２Ｂに接続されており、管容器２の出口２Ｂは入口２Ａよりも高い圧力となり、熱交換器１０のポンプ１１による循環を補助する形でポンプ１１のみの流量以上の流量が流れる。このように流れが増すことにより、加熱したＸ線管は効率良く冷却されることになる。しかしながら、Ｘ線管は10,000rpmという高速で回転するので、ポンプ作用も大きく、管容器２の入口側では圧力が低下してしまい、キャビテーションを起こす可能性がある。
【００２７】
そこで、本実施例１では、上述したようにベローズ１３からの圧力およびポンプ１１の吐出圧により加圧することで、入口側の圧力がプラスに保たれ、キャビテーションの発生がなくなる。
【００２８】
以上のように構成された本実施例１のＸ線管装置１によれば、冷媒（各実施例では絶縁油Ｏ）が充填された管容器２を備え、冷媒（各実施例では絶縁油Ｏ）の熱膨張による堆積増加分を吸収する膨張吸収構造としてベローズ１３を備えるとともに、ベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くする加圧構造として圧力タンク１４およびレギュレータ１５を備える。すなわち、膨張吸収構造（各実施例ではベローズ１３）に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くすることで、管容器２内でその全体が回転しても、負圧になることはなくなるので、キャビテーションの発生を抑制し、気泡の発生も抑制することができる。
【００２９】
後述する実施例２も含めて、本実施例１では、冷媒として絶縁油を用いることで、以下のような効果をも奏する。すなわち、キャビテーションや気泡の発生を抑制することにより、管容器２内の絶縁油の耐電圧性能の劣化を起こさない。また、加圧力を一定とすることで、温度上昇による絶縁油の熱膨張があっても内部圧力が上がることはなく、油漏れなどの圧力上昇による不具合を避けることができる。
【００３０】
本実施例１では、冷媒（絶縁油Ｏ）の温度制御を行う熱交換器１０をさらに備え、膨張吸収構造（ベローズ１３）は、熱交換器１０の内部に設けられている。また、加圧構造は、圧力タンク１４およびレギュレータ１５を含み、当該圧力タンク１４および当該レギュレータ１５による圧縮空気により膨張吸収構造（ベローズ１３）に圧力を与えている。このように圧力タンク１４およびレギュレータ１５で圧縮空気をベローズ１３に送り込む。
【実施例２】
【００３１】
次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図３は、実施例２に係る管容器の概略断面図である。上述した実施例１と共通する構成については、同じ符号を付して、その説明を省略するとともに、図示を省略する。
【００３２】
上述した実施例１では、図１に示すように、ベローズ１３が熱交換器１０の内部に設けられているのに対して、本実施例２では、図３に示すように、管容器２に設けられたベローズ１３に外部より圧力を加えた構造を備えている。さらに、ベローズ１３は管容器２の内部に設けられており、定圧バネ１６にて機械的にベローズ１３に圧力を与える加圧構造を設けている。本実施例２では、定圧バネ１６が、この発明における加圧構造に相当する。
【００３３】
すなわち、このベローズ１３に圧力を与えることができる定圧バネ１６と加圧棒１７と金属製のベルト１８とを組み込んだ加圧構造を設けている。定圧バネ１６は、例えばぜんまいバネからなり、定圧バネ１６にベルト１８が接続されており、回転軸７の回転中心においてベルト１８に加圧棒１７が設けられている。図３中の実線の矢印に示す方向に絶縁油Ｏが膨張しても、定圧バネ１６の弾性力により図３中の点線の矢印に示す方向に加圧棒１７は一定の力でベローズ１３を押し続ける。
【００３４】
この場合、上述した実施例１と相違して絶縁油Ｏが管容器２の外部に循環していないが、Ｘ線管の回転により管容器２の内部に部分的な負圧が生じ、加圧がなければキャビテーションが発生する。そこで、本実施例２の加圧構造によりキャビテーションの発生が抑制される。つまり、絶縁油Ｏの温度が上がり絶縁油Ｏが膨張しても、加圧構造により加圧し続けるので、圧力上昇による油漏れは発生しない。
【００３５】
以上のように構成された本実施例２のＸ線管装置１によれば、ベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くする加圧構造として定圧バネ１６を備えている。すなわち、管容器２に設けられたベローズ１３に外部より圧力を加え、管容器２内の圧力を高くすることで、管容器２内でその全体が回転しても、負圧になることはなくなるので、キャビテーションの発生を抑制し、気泡の発生も抑制することができる。
【００３６】
本実施例２では、加圧構造は定圧バネ１６を含み、当該定圧バネ１６にて機械的にベローズ１３に圧力を与えている。また、本実施例２では、図３に示すようにベローズ１３は管容器２の内部に設けられている。
【００３７】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００３８】
（１）非破壊検査機器などの工業用装置やＸ線診断装置などの医用装置にも適用することができる。
【００３９】
（２）上述した各実施例では、冷媒として絶縁油を例に採って説明したが、水を主体とした非油脂系の冷却液に例示されるように特に限定されない。ただし、Ｘ線管に印加する高電圧の絶縁を兼ねるために、絶縁油などのような絶縁性の高い冷媒を使用するのが好ましい。
【００４０】
（３）上述した実施例１では、図１に示す圧力タンク１４およびレギュレータ１５からなる圧縮空気による加圧構造を、熱交換器１０の内部に設けられたベローズ１３に採用したが、図４や図５に示すように圧縮空気による加圧構造を管容器２の内部に設けられたベローズ１３に採用してもよい。図４に示すように、管容器２の内部にベローズ１３を設け、圧力タンク１４およびその出口にレギュレータ１５を設ける。あるいは、図５に示すように、管容器２の外部にベローズ１３を設け、圧力タンク１４およびその出口にレギュレータ１５を設ける。
【００４１】
（４）上述した実施例２では、図３に示す定圧バネ１６にて機械的にベローズ１３に圧力を与える加圧構造を、管容器２の内部に設けられたベローズ１３に採用したが、図６に示すように定圧バネ１６からなる加圧構造を熱交換器１０の内部に設けられたベローズ１３に採用してもよい。上述した実施例２と同様に、定圧バネ１６と加圧棒１７と金属製のベルト１８とを組み込んだ加圧構造を設ける。
【００４２】
（５）上述した実施例１では、図１に示す圧力タンク１４およびレギュレータ１５からなる圧縮空気による加圧構造であったが、レギュレータの替わりにコンプレッサー（圧縮機）を用いてもよい。
【００４３】
（６）各実施例では、膨張吸収構造としてベローズを採用したが、ベローズ以外でも同等の機能を有する部材であれば、当該部材を膨張吸収構造として使用することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  …  Ｘ線管装置
２  …  管容器
４  …  外囲器
１０  …  熱交換器
１３  …  ベローズ
１４  …  圧力タンク
１５  …  レギュレータ
１６  …  定圧バネ
Ｏ  …  絶縁油
【図１】
2017130392.tif 000003
【図２】
2017130392.tif 000004
【図３】
2017130392.tif 000005
【図４】
2017130392.tif 000006
【図５】
2017130392.tif 000007
【図６】
2017130392.tif 000008