(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置した陽極ターゲットと、液体金属潤滑材を用いた動圧式すべり軸受が嵌合部分に設けられた回転体および固定体を有し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転体に前記陽極ターゲットの熱が伝達する突出部を設け、この突出部を挟んでその両側に位置する前記回転体の外表面に、前記回転体よりも熱伝導率の高い伝熱促進体を接合し、かつ前記固定体に冷却媒体が流れる冷却用通路を設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
真空容器内に配置した陽極ターゲットと、少なくとも一部に筒状部分を有し前記陽極ターゲットに回転力を伝達する継手部と、液体金属潤滑材を用いた動圧式すべり軸受が嵌合部分に設けられた回転体および固定体を有し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転体に前記継手部と結合する突出部を設け、この突出部を挟んでその両側に位置する前記回転体の外表面に、前記回転体よりも熱伝導率の高い伝熱促進体を接合し、かつ前記固定体に冷却媒体が流れる冷却用通路を設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は放熱特性を向上させた回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、真空容器内に配置した陽極ターゲットを回転支持機構によって回転可能に支持し、高速で回転する陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させる構造になっている。回転支持機構は互いに嵌合する回転体および固定体を有し、両者の嵌合部分に軸受が設けられている。
【０００３】
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（Ｇａ）−インジウム（Ｉｎ）−錫（Ｓｎ）合金のような液体金属潤滑材を用いる動圧式すべり軸受が用いられている。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回転体および固定体が対向する広い面積の軸受面が両者の嵌合部分に形成される。
【０００４】
そのため、陽極ターゲットの熱を回転体から軸受面を通して固定体に伝達し、固定体を経て管外に逃がす方法が提案されている（特許第２９６００８５号および特開平７−２２６１７７号、特開平９−１７１７８９号の各公報参照）。
【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回転体から動圧式すべり軸受の軸受面を介して固定体に伝達する場合、最終的には固定体内部に形成された冷却機構たとえば冷却用通路を流れる冷却媒体に熱が伝えられる。
【０００６】
冷却媒体に伝達する熱量は、固定体と冷却媒体との有効接触面積が広いほど大きくなる。この有効接触面積は、冷却用通路の内側表面積のうち、熱が有効に伝わる部分たとえば冷却用通路の内側表面の温度が高い部分である。
【０００７】
たとえば、回転体および固定体を構成する部材と液体金属潤滑材との伝熱面における相互反応によって生じる寸法変化で、安定な軸受動作が維持できなくならない範囲で、かつ、液体金属潤滑材の伝熱面の温度Ｔ１と冷却媒体の温度Ｔ０との差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ０がある基準範囲（冷却媒体が油であれば上限値の約２００℃から下限値の約１５０℃までの範囲）で、上記の有効接触面積を広くすることが冷却性能を高めるための目安となる。
【０００８】
しかし、陽極ターゲットの熱が伝達するたとえば継手部と回転体との結合部から固定体内部の冷却用通路までの距離が短いと、ほとんどの熱が距離の短い狭い領域を通して伝わり有効接触面積が小さくなる。この場合、継手部と回転体との結合部から冷却用通路までの距離を大きくする方法が考えられる。しかし、この距離を大きくすると、回転体の外径が大きくなり、Ｘ線管を小形軽量化する上での障害になる。
【０００９】
本発明は、上記した欠点を解決し、放熱特性を向上させた回転陽極型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】
この発明は、真空容器内に配置した陽極ターゲットと、液体金属潤滑材を用いた動圧式すべり軸受が嵌合部分に設けられた回転体および固定体を有し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転体に前記陽極ターゲットの熱が伝達する突出部を設け、この突出部を挟んでその両側に位置する前記回転体の外表面に、前記回転体よりも熱伝導率の高い伝熱促進体を接合し、かつ前記固定体に冷却媒体が流れる冷却用通路を設けたことを特徴とする。
【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は真空容器で、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は継手部１２に連結されている。継手部１２はたとえば全体が円筒状に形成され、陽極ターゲット１１の熱が伝達する面積を小さくした断熱構造になっている。
【００１２】
継手部１２は、たとえば陽極ターゲット１１側に位置する第１筒状部１２１およびこの第１筒状部１２１よりも内径および外径がともに大きい第２筒状部１２２から構成されている。第１筒状部１２１の陽極ターゲット１１側の端部に鍔部１２１ａが形成され、この鍔部１２１ａの上面に陽極ターゲット１１が摩擦圧接法などによって接合されている。また、第２筒状部１２２が陽極ターゲット１１を回転可能に支持する回転支持機構１３に連結されている。
【００１３】
回転支持機構１３は回転部分および固定部分から構成され、継手部１２はその回転部分を構成するたとえば有底円筒状の内側回転体１４に連結している。たとえば内側回転体１４の外周部に環状の突出部１４ａが形成され、その突出部１４ａの図示上面たとえば陽極ターゲット１１側の面に継手部１２の第２筒状部１２２の端面が拡散接合などによって接合されている。両者は、同時にねじ１５で固定されている。
【００１４】
内側回転体１４の突出部１４ａ下方の外周面に銅製の外側回転体１６が接合されている。外側回転体１６は、たとえば陽極ターゲット１１側に位置する伝熱促進体１６ａ部分と、陽極ターゲット１１から遠い側に位置するロータ１６ｂ部分とが一体化した構造になっている。内側回転体１４および外側回転体１６は陽極ターゲット１１側の領域Ｌ１で接合し、その下方の領域Ｌ２は、内側回転体１４と外側回転体１６との間に隙間が設けられている。外側回転体１６の上端部すなわち伝熱促進体１６ａ部分の上端部は突出部１４ａの下面に接触している。
【００１５】
また、突出部１４ａよりも上方に位置する内側回転体１４の外周面および内側回転体１４底部の外端面のたとえば全体に、それぞれ銅製の伝熱促進体１７ａ、１７ｂが接合されている。伝熱促進体１７の図示下端の環状部分は突出部１４ａの図示上面に接触している。
【００１６】
内側回転体１４の図示下方の開口はスラストリング１８によって封止されている。スラストリング１８は内側回転体１４に固定され、内側回転体１４および外側回転体１６などとともに回転支持機構１３の回転部分を形成している。また、内側回転体１４およびスラストリング１８で囲まれた空間に固定体１９が嵌合されている。
【００１７】
固定体１９は回転支持機構１３の固定部分を形成し、内側回転体１４やスラストリング１８の内側に嵌合する径大部１９１およびこれよりも外径が小さい径小部１９２を有し、この径小部１９２はスラストリング１８を貫通し、その下端部１９ａは真空容器１１の外まで伸びている。固定体１９の下端部１９ａは保持部材２０を介して真空容器１１に固定されている。
【００１８】
固定体１９内部には管軸ｍに沿って穴２１が明けられ、穴２１の中にパイプ２２が配置されている。このとき、矢印Ｙで示すように、真空容器１１の外からパイプ２２外側の穴２１を通り、その上端からパイプ２２の内側を通り、さらに真空容器１１の外へと冷却媒体が流れる冷却用通路が形成される。
【００１９】
また、回転支持機構１３の回転部分たとえば内側回転体１４やスラストリング１８と固定体１９との嵌合部分に動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば内側回転体１４の内周面と固定体１９の外周面との嵌合部分に、管軸ｍ方向に離れた２つの領域にらせん溝２３ａ、２３ｂが形成され、このらせん溝２３ａ、２３ｂ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が形成されている。また、内側回転体１４の内底面と対向する固定体１９の上端面および固定体１９の段差面にらせん溝２４ａ、２４ｂが形成され、このらせん溝２４ａ、２４ｂ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が形成されている。
【００２０】
ここで、領域Ｌ１内の線分ａ−ａおよび領域Ｌ２内の線分ｂ−ｂの断面を図２（ａ）（ｂ）に示す。図２（ａ）に示すように、領域Ｌ１の外側回転体１６すなわち伝熱促進体１６ａは管軸ｍ方向に伸びるスリットＳＬによってたとえば４分割されている。また、図２（ｂ）に示すように、領域Ｌ２の外側回転体１６すなわちロータ１６ｂは筒状に形成されている。スリットＳＬの管軸ｍ方向の長さは、内側回転体１４との接合部分よりも長くし、製造時などにおいて内側回転体１４との接合部に生じるストレスを小さくしている。
【００２１】
上記した構成において、真空容器１１外に配置したステータコイル（図示せず）が発生する回転磁界によって外側回転体１６のロータ１６ｂ部分に回転力が生じる。この回転力は継手部１２を経て陽極ターゲット１１に伝達され、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線が放出される。
【００２２】
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１１の温度が上昇する。陽極ターゲット１１の熱の多くは輻射で放散される。一部は、熱的および機械的に連結する継手部１２から突出部１４ａを経て内側回転体１４に伝達する。内側回転体１４に伝達した熱は、突出部１４ａの裏側に位置する内側回転体１４と固定体１９との隙間たとえば軸受領域を経て固定体１９に伝達する。
【００２３】
このとき、突出部１４ａに伝達した熱の一部は伝熱促進体１７ａ、１７ｂを経て内側回転体１４の突出部１４ａの上方部分に伝達し、その底面部分などから内側回転体１４と固定体１９の隙間を経て固定体１９に伝達する。また、熱の一部は、外側回転体１６の伝熱促進体１６ａを経て突出部１４ａの下方部分に伝達し、内側回転体１４から固定体１９に伝達する。そして、固定体１８から直接、または、冷却用通路を流れる冷却媒体によって外部に放散される。
【００２４】
内側回転体１４と固定体１９の嵌合部分には、軸受領域および軸受領域でない非軸受領域とも、液体金属潤滑材が満たされている。そのため、内側回転体１４から液体金属潤滑材を通して固定体１９に熱が良好に伝達する。
【００２５】
上記した構成によれば、伝熱促進体１６ａ、１７ａ、１７ｂによって、陽極ターゲット１１の熱が突出部１４ａから管軸方向における図示の上下両側に伝達し、内側回転体１４の広い範囲から固定体１９に伝達する。したがって、冷却媒体との有効接触面積が増加し冷却効率が向上する。また、内側回転体１４に伝達する熱が伝熱促進体によって広い範囲に分散するため、内側回転体１４の肉厚を大きくする必要もなく、構造の大型化が回避される。
【００２６】
上記した構成の場合、管軸ｍ方向における突出部１４ａの両側に伝熱促進体１６ａ、１７ａ、１７ｂを設け、内側回転体１４の広い範囲から固定体１９に熱を伝達させている。しかし、突出部１４ａの一方の側だけに伝熱促進体を設ける構成にすることもできる。また、伝熱促進体は内側回転体１４の外表面全体に設ける必要はなく、陽極ターゲット１１の熱が伝達してくる領域たとえば突出部１４ａの近傍などに選択的に設けることもできる。
【００２７】
また、陽極ターゲット１１と継手部１２は摩擦圧接法などの金属接合で結合され、継手部１２と内側回転体１４は拡散接合で連結している。この場合、陽極ターゲット１１から内側回転体１４までの熱伝達経路がすべて金属組織学的に結合される。したがって、熱伝達経路中に金属どうしが単に機械的に接触するだけの部分がなくなり、熱伝達経路における熱抵抗値のばらつきが防止されるという効果がある。
【００２８】
また、伝熱促進体１６ａ、１７ａは内側回転体１４の外表面に、管軸ｍ方向に所定の幅たとえば一定幅の環状に形成されている。このように伝熱促進体１６ａ、１７ａを一定幅にした場合も、熱伝達経路の熱抵抗値のばらつきがなくなる。
【００２９】
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に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００３０】
この実施形態は、陽極ターゲット１１中央の貫通穴の周辺に厚さが薄い肉薄部１１ａが設けられている。また、筒状をした継手部１２の外周部にその外側に突出する環状段付部１２ａが設けられ、継手部１２の図示下端にはその内側に突出する環状突出部１２ｂが設けられている。そして、陽極ターゲット１１の肉薄部１１ａが固定ねじ３１および段付部１２ａ間に締め付け固定されている。同時に、肉薄部１１ａと段付部１２ａはチタン箔３２を使用した拡散接合によって接合されている。また、継手部１２の環状突出部１２ｂと内側回転体１４の突出部１４ａは、たとえばろう付けで接合されている。
【００３１】
内側回転体１４は、内径が小さい有底円筒状の径小部１４１およびこれよりも内径が大きいく径大部１４２から構成されている。径小部１４１と径大部１４２はたとえば一体構造に形成されている。また、内側回転体１４の図示下方の外周面に環状の凹部が形成され、その凹部に外側回転体１６が嵌め込まれ接合されている。この場合、外側回転体１６は外部から加えられる磁界で回転力を発生するロータとして機能する。
【００３２】
固定体１９は、径大部１９１の陽極ターゲット１１側に径大部１９１よりも外径が小さい径小部１９２ａがたとえば一体構造に形成されている。径小部１９２ａは内側回転体１４の径小部１４１の内側に嵌合し、径大部１９１は内側回転体１４の径大部１４２の内側に嵌合している。
【００３３】
また、陽極ターゲット１１側に位置する固定体１９の段差面にらせん溝が形成され、この部分に陽極ターゲット１１側に位置するスラスト方向の動圧式すべり軸受Ｓａが設けられている。
【００３４】
そして、内側回転体１４の突出部１４ａよりも下方に位置する径小部１４１の外周面、および、突出部１４ａよりも上方に位置する径小部１４１の外周面に、伝熱促進体３３、３４が環状に形成され、径小部１４１底面の外端面全体に伝熱促進体３５が接合されている。伝熱促進体３３の環状上端および伝熱促進体３４の環状下端はそれぞれ突出部１４ａに接触している。
【００３５】
この場合、内側回転体１４の径小部１４１と固定体１９の径小部１９２ａとが対向する嵌合部分の間隙はたとえば３０μｍから５００μｍの範囲に設定され、らせん溝が形成された軸受領域の間隙よりも大きい非軸受領域に形成されている。この非軸受領域には、軸受領域と同様、液体金属潤滑剤が充填されている。非軸受領域は軸受領域よりも間隙が大きく軸受としてほとんど機能しない。この非軸受領域を拡大した構造を円Ｒ内に示す。円Ｒに示されるように、内側回転体１４の径小部１４１と固定体１９の径小部１９２ａとの隙間に液体金属潤滑材ＬＭが充填されている。
【００３６】
また、冷却用通路が、継手部１２と内側回転体１４との結合部分たとえば突出部１４ａの部分を越えて、さらにその上方まで形成されている。
【００３７】
上記した構成の場合も、陽極ターゲット１１の熱は、陽極ターゲット１１と熱的および機械的に順に連結している継手部１２から内側回転体１４の突出部１４ａに伝達する。そして、伝熱促進体３３〜３５を経て内側回転体１４の広い範囲に伝達し、内側回転体１４の広い範囲から固定体１９に伝達する。そして、固定体１８から直接または冷却用通路を流れる冷却媒体を介して外部に放散される。したがって、冷却媒体との有効接触面積が増加し冷却効率が向上する。
【００３８】
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３に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００３９】
この実施形態の場合、回転支持機構１３を構成する回転部分は、円筒部４１およびこの円筒部４１の上下の開口を封止する第１スラストリング４２、第２スラストリング４３、この第２スラストリング４３の下方に位置する筒状ロータ４４などから構成されている。筒状ロータ４４は真空容器１０の外に位置するステータコイル（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。この回転力が陽極ターゲット１１に伝えられ、陽極ターゲット１１が回転する。
【００４０】
また、円筒部４１の外周面に環状の突出部４１ａが形成され、この突出部４１ａに継手部１２が固定されている。また、陽極ターゲット１１の中央透孔の縁に環状の段部４５が設けられ、この段部４５に、継手部１２の上端に位置する外側突出部４６が接合されている。また、継手部１２の下端に位置する内側突出部４７と円筒部４１の環状突出部４１ａが拡散接合され、同時にねじ４８で固定されている。そして、管軸ｍ方向における環状突出部４１ａの上方および下方に位置する円筒部４１の外周面に伝熱促進体４９、５０が接合されている。この場合、いずれの伝熱促進体４９、５０も端部が環状突出部４１ａに接触している。
【００４１】
固定体１９は、円筒部４１に嵌合する径大部５１およびこの径大部の上下にそれぞれ連続する第１径小部５２、第２径小部５３から構成され、第１径小部５２の図示上端が真空容器１０の一部に固定されている。
【００４２】
たとえば真空容器１０の一部に円筒状の第１固定部材５４が気密接合されている。第１固定部材５４上端の内側に折り曲げられた折曲部５４ａに筒状の第２固定部材５５が気密接合され、第２固定部材５５の内側に筒状の第３固定部材５６が気密接合されている。そして、固定体１９の図示上端が第３固定部材５６の内側に気密に固定されている。
【００４３】
固定体１９の第２径小部５３は第２スラストリング４３を貫通し、真空容器１０の外側まで伸び、保持部材５７によって真空容器１０に固定されている。固定体１９にはその上端面から下端面まで管軸方向に貫通する穴５８が設けられ冷却用通路を形成している。穴５８の上下両端は真空容器１０外に開口し、矢印Ｙで示すように、冷却媒体はたとえば下端の開口５８ａから入り、上端の開口５８ｂから出る構造になっている。
【００４４】
また、円筒部４１や第１スラストリング４２、第２スラストリング４３と固定体１９の径大部５１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。この場合、たとえば伝熱促進体４９、５０が形成された領域の円筒部４１の裏側と固定体１９の嵌合部分は、動圧式すべり軸受Ｒａ、Ｒｂ、Ｓａ、Ｓｂ部分の間隙よりも大きな間隙の非軸受部になっている。
【００４５】
図４の実施形態は、固定体１９の両端が真空容器１０に固定されている。したがって、陽極ターゲット１１や回転支持機構１３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の両側に配置されるため、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。
【００４６】
上記の実施形態の場合、伝熱促進体を銅で形成している。しかし、銅合金や銅を主体とした複合強化金属材料、モリブデンなどの高熱伝導性の金属を使用することもできる。
【００４７】
また、モリブデンやモリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、タングステンカーバイトの中の少なくとも１つを含む焼結材料の空孔部に、銅および銀の少なくとも１つを含む金属材料を含浸させた複合材料を使用することもできる。
【００４８】
また、銅および銀の少なくとも１つを含む金属材料と、この金属材料と固溶体を形成せずにその金属中に分散したセラミクス材料とから構成した複合材料を使用することもできる。さらに、銅および銀の少なくとも１つを含む金属材料とグラファイトとの複合材料を使用することもできる。
【００４９】
また、伝熱促進体は、通常、内側回転体や円筒部の外周面の形状に合わせて、たとえば筒状に形成される。しかし、内側回転体や円筒部との熱膨張差などにより、接合時に変形するような場合は、接合部分にたとえば管軸方向にスリットを設けることもできる。また、筒状でなく所定の幅および長さをもった複数の伝熱促進体片を内側回転体や円筒部の外周面に接合する構成でもよい。
【００５０】
なお、上記の伝熱促進体には、常温で１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率であることが望ましい。また、内側回転体や円筒部と伝熱促進体との接合はたとえばろう接や拡散接合が望ましい。
【００５１】
また、陽極ターゲットを継手部に連結する場合は、陽極ターゲットの熱が直接伝達するため、継手部にはモリブデンやモリブデン合金などが使用され、回転体の継手部との結合部には、たとえばモリブデンやモリブデン合金、鉄、鉄合金などが使用される。また、継手部を用いずに、陽極ターゲットを内側回転体あるいは円筒部などの回転体に直接連結する構造にすることもできる。
【００５２】
また、固定体内部の冷却機構として、冷却用通路を設けてその冷却用通路に冷却媒体を流す構造になっている。しかし、冷却機構にはヒートパイプなどを用いることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱特性を向上させた回転陽極型Ｘ線管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この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】図１の線ａ−ａ、および線ｂ−ｂにおける横断面図である。
【図３】この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】この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…継手部
１３…回転支持機構
１４…内側回転体
１５…ねじ
１６…外側回転体
１６ａ…伝熱促進体
１６ｂ…ロータ
１７ａ、１７ｂ…伝熱促進体
１８…スラストリング
１９…固定体
２０…保持部材
２１…穴
２２…パイプ
２３ａ、２３ｂ…らせん溝
２４ａ、２４ｂ…らせん溝
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
【図１】
0004040313.tif 000002
【図２】
0004040313.tif 000003
【図３】
0004040313.tif 000004
【図４】
0004040313.tif 000005