(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット（５５）を含む回転アセンブリー（７９）の質量の中心（Ｃ）をはさんで、ベアリングハウジング（１００）の中で互いに反対側に配置されている第一のベアリング（９０ａ）と、第二のベアリング（９０ｂ）とから成り、第一のベアリング（９０ａ）とターゲット（５５）の間の第一の熱伝導経路（Ｉ2,１２５, １２０）が、第二のベアリング（９０ｂ）とターゲット（５５）の間の第二の熱伝導路（Ｉ1,１２５, １２０）を含み、前記第一及び第二のベアリングのうちの一つが他のベアリングに比べて回転アセンブリーのより多くの荷重を支えていることを特徴とするストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項２】
前記ターゲット（５５）がＸ線管陽極アセンブリーであることを特徴とする、上記請求項１に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項３】
前記ベアリングハウジング（１００）が、冷却ダクト（１１９）を形作っていることを特徴とする、上記請求項１又は２の何れかに記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項４】
前記ベアリングハウジングの一部分がガラスで作られ、且つ前記ベアリングハウジングの他の部分が金属で作られていることを特徴とする、上記請求項１から３の何れかに記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項５】
前記回転アセンブリー（７９）が更に、ターゲット（５５）に連結されているシャフト（７０）を含み、前記シャフトが前記第一のベアリング（９０ａ）と前記第二のベアリング（９０ｂ）によって回転可能に支持されていることを特徴とする、上記請求項１から４の何れかに記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項６】
前記ターゲットが前記シャフト（７０）の回転軸（６５）と平行な長く伸びた部分（５８）を含んでいることを特徴とする、上記請求項５に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項７】
前記シャフト（７０）は、前記ベアリングハウジング（１００）によって第１の方向へ熱膨張することが制限され且つ前記第１の方向と逆方向の第２の方向へ熱膨張するように構成され、前記長く伸びた部分（５８）は、前記第１の方向と前記第２の方向へ熱膨張するように構成され、それによって、前記長く伸びた部分の前記第１の方向へ熱膨張が前記シャフトの第２の方向への熱膨張を相殺することを特徴とする、上記請求項６に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項８】
前記第一のベアリング（９０ａ）と第二のベアリング（９０ｂ）とが前記ターゲット（５５）を構成する前板（５６）に関して該ターゲットの同じ側に位置していることを特徴とする、上記請求項１から７の何れかに記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項９】
前記ベアリングハウジング（１００）が第一の長く伸びた部分（１０１）と、前記第一の長く伸びた部分に連結されている第二の長く伸びた部分（１０２）と、前記第二の長く伸びた部分に連結されている基礎部分（１０３）とを含んでいることを特徴とする、上記請求項１から８の何れかに記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１０】
前記第一の長く伸びた部分（１０１）と前記第二の長く伸びた部分（１０２）とが回転アセンブリー（７９）の質量の中心（Ｃ）を横切って延びていることを特徴とする、上記請求項９に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１１】
前記冷却ダクトを流れる冷却液が前記第一のベアリングと前記第二のベアリングを冷却することを特徴とする、上記請求項２に加えられた上記請求項３に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１２】
前記冷却液はオイルであることを特徴とする、上記請求項１１に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１３】
前記シャフト（７０）が前記第一のベアリング（９０ａ）を収容するための第一のインナーレース（８２ａ）と、前記第二のベアリング（９０ｂ）を収容するための第二のインナーレース（８２ｂ）を形作っていることを特徴とする、上記請求項５に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１４】
前記第一のベアリング（９０ａ）と前記第二のベアリング（９０ｂ）とが両方ともシャフト（７０）によるインナーベアリングレースの回転を介して回転するように構成されていることを特徴とする、上記請求項１３に記載のストラドルベアリングアセンブリー。
【請求項１５】
陽極アセンブリー（５５）を含む回転アセンブリー（７９）の質量の中心（Ｃ）の第一の側にベアリングアセンブリーの第一のベアリング（９０ａ）を配置する段階と、第二のベアリングで支えられている回転アセンブリーの荷重の量とは関係なく、第二のベアリングの方が第一のベアリングに比べて熱伝導経路の中で陽極アセンブリーにより近くなるように、回転アセンブリーの質量の中心の反対側にベアリングアセンブリーの第二のベアリング（９０ｂ）を配置する段階と、前記第一及び第二のベアリングのうちの一つが他のベアリングに比べて回転アセンブリーのより多くの荷重を支えるように前記第一及び第二のベアリングを配置する段階とから成ることを特徴とする、から成るＸ線管の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストラドルベアリングアセンブリーに関し、特にＸ線管ベアリングアセンブリーとの関連におけるストラドルベアリングアセンブリーに関したものであり、特にこれに関して説明する。しかしながら、本発明は又、他のアプリケーションにおいてもベアリングアセンブリーと関連して用途があることを理解されたい。
【０００２】
【発明の背景】
Ｘ線放射を用いる従来の診断法には、患者の静止陰影がＸ線フィルム上に作り出されるＸ線撮影法、弱出力のＸ線が患者を通り抜けた後蛍光スクリーンにぶつかることにより可視化されたリアルタイムの陰陽影が作り出されるＸ線透視法、患者の体の回りを回転する高出力のＸ線管によって作りだされるＸ線から完全な患者の映像を電子的に再構築するコンピュータ断層撮影法が含まれる。
典型的なＸ線管の中では、電子は熱電子が放出されるまで加熱されたフィラメントコイルから発生する。電子は陰極からガラス製のエンベロープによって仕切られた真空管を通って陽極に向けて光線として加速される。電子が高い運動エネルギーを持って陽極に衝突して急激に減速する際にＸ線が放射される。Ｘ線管アセンブリーはＸ線が透過できる窓を持ったハウジングの中に入れられており、陽極からの放射線は試験又は治療を受ける対象に向かって、その窓を通過出来るようになっている。
【０００３】
ほとんどのＸ線管の設計は電子の源としてフィラメントを採用している。フィラメントはワイヤのコイルであり、電圧を加えられるとフィラメントから電子が熱放射される。陰極と陽極の間の直流電位差により電子は陽極に向かって加速される。この電位差はしばしば約１５０，０００ボルト近くにもなるので（接地比＋−７５，０００ボルト）、種々の管の構成部品間には十分な電気的絶縁が必要となる。
ある種の低出力Ｘ線管では、陰極のフィラメントからの電子が固定ターゲット陽極へ高電圧で引き寄せられる。この電子の衝撃がかなりの量の熱エネルギーと共にＸ線を発生させる。より高出力のＸ線管では、固定ターゲット陽極で発生する熱エネルギーがしばしば非常に大きなものとなり、この発熱がＸ線管の性能を制限する要因となる。
【０００４】
この熱荷重を分散し陽極の温度を下げるために、多くのアプリケーションでは回転式の陽極構造が採用されている。この構造では、焦点の陽極デスクの外縁の先端近くに電子光線の焦点を合わせる。陽極が回転するにつれ、陽極の外縁の先端の周りの円周状の経路の異なる部分がＸ線が発生する焦点を通過する。円周状の経路に沿うどの部分もＸ線発生中は非常に高温に熱せられるが、回転してＸ線発生点に戻るまでに冷えるのである。より高出力のＸ線管が開発されるにつれ、この回転する陽極の直径と質量は大きくなり続ける。更に、Ｘ線管が従来型のＣＴスキャナーと接続される場合には、Ｘ線管を支えているガントリーは患者の完全な画像を得るため患者の体の周りを回転する。今日、一般的なＣＴスキャナーは、Ｘ線管を毎分６０〜１２０回の回転速度（ＲＰＭ）で患者の体の周りに回している。Ｘ線管が正しく作動するために、陽極は自身の回転の影響や、ある場合には患者の体の周りを回るＸ線管の回転による遠心力によってぐらつかないように適切に支えられている必要がある。
【０００５】
一般的には、陽極はステムの上に搭載されモーターによって回転される。モーターによって回転される陽極、ステム、及び他の構成部分はベアリングアセンブリーによって支えられている回転アセンブリーの一部である。今日、殆どのＸ線管でみられるベアリングアセンブリーはカンチレバーベアリングアレンジメントまたはストラドルベアリングアレンジメントを利用している。カンチレバーベアリングアレンジメントでは、ベアリングは全て回転アセンブリーの質量の中心に対して同じ側に位置している。ストラドルベアリングアレンジメントではベアリングは回転アセンブリーの質量の中心をはさんで両側に位置している。
カンチレバーアレンジメントを使うことについての欠点の一つは、陽極に最も近いベアリングに、陽極からより遠い所にあるベアリングよりもかなり大きな荷重がかかるということである。このように、陽極に最も近いベアリングがより大きな接触圧力を受け、それがベアリングアセンブリー全体の寿命、ひいてはＸ線管の寿命に有害な影響を及ぼす。この接触圧力を分散するために、陽極に最も近いベアリングのサイズを大きくすると、このベアリングの内面の表面速度も増すことになり、より早い磨耗率によってベアリングの寿命は減少するであろう。このように、依然として陽極に最も近いベアリングが一般的に最初に損傷するであろう。
【０００６】
回転アセンブリーの荷重をベアリングの間でにより均等に分配するよう工夫する中で、ストラドルベアリングアレンジメントが開発された。典型的なストラドルベアリングアレンジメントでは、ベアリング間距離を大きくとっている。このベアリング間距離はストラドル又はホイールベースといわれることがある。通常非常に熱い陽極からベアリングを断熱するために大きなホイールベースが必要とされる。陽極は摂氏１２００度の範囲にまで達することもある。陽極からの熱は主に金属のベアリングアセンブリーを通ってベアリングに伝えられる。
従来のストラドルベアリングの設計では、陽極から伝達されてきた熱は実質的に陽極の両側にある各ベアリングに等しく影響を及ぼす。これは、荷重を均等に分け合うために、通常は、ベアリングを陽極の質量の中心から等距離のところに左右対称に配置しており、又、陽極と各ベアリングの間の熱伝導経路が同じ長さになっているからである。陽極の両側の各ベアリングを断熱の目的で陽極の質量の中心から等距離に外側に動かさなければならないので、従来のストラドルベアリングアセンブリーのホイールベースはカンチレバーベアリングアレンジメントに見られるホイールベースに比べて通常遙かに大きい。上述の通り、カンチレバーベアリングアレンジメントのベアリングは陽極からみて全て同じ側にある。従って、カンチレバーベアリングアレンジメントでは陽極に最も近いベアリングが断熱されるならば、他のベアリングは陽極に最も近いベアリングからさらに離れた適切な距離に配置することができるのである。このことは、陽極に最も近いベアリングへの熱伝達経路に比べ、他のベアリングへの熱伝達経路が常により遠いということから可能となる。そういうわけで、カンチレバーベアリングアレンジメントでは、従来のストラドルベアリングアレンジメントでは必要となるような大きなホイールベースを、断熱のために必要とするわけではない。
【０００７】
大きいホイールベースを持つことの不都合な欠点は、熱補正が非常に難しくなることである。熱補正は、温度の変動によって引き起こされるベアリングの許容値の変化の原因となる、ベアリングアセンブリー内の半径方向と軸方向の調整と関係する。ホイールベースが大きければ大きいほどベアリングアセンブリーの設計はより大きな熱による膨張や収縮に対応出来なければならない。このように、ベアリング断熱の必要性から大きなホイールベースが要求されるため、ストラドルベアリングアセンブリーにおける熱補正の設計は極めて難しい。
温度の変化がベアリングアセンブリーに及ぼす影響を確実に予知するために、カンチレバーベアリングアレンジメント及びストラドルベアリングアレンジメント双方で使われている共通した技術の一つは、ベアリングアセンブリーにおける熱移動を、ベアリングに関し対称的な熱移動に対する補正とは対照的に、一方向にだけ起こさせるというものである。このことは通常、ベアリングアセンブリーの各構成部品の少なくとも一方の端を適当な所に固定し、熱による収縮や膨張が反対側の端で既知の方向に起きるようにすることによって行われる。その結果、ベアリングアセンブリーに連結されている構成部品が温度変化によって広がり、収縮するにつれて、陽極も移動し焦点に変化を生じさせる。より具体的にいうならば、ほとんどの従来のベアリングアセンブリーが熱による膨張と収縮を陽極の回転軸と大体平行の方向に起きるよう拘束しているので、熱移動は通常、焦点のサイズを変化させることになる。焦点へのそのようなサイズの変化は、陽極から放射するＸ線から得られる画像を不鮮明なものにするので、望ましいものではない。更に、そのような熱膨張及び熱収縮はＸ線管の外にあるＸ線検出器についても望ましくない焦点の移動を生じさせ、得られる画像の質に付加的に有害な影響を与えるであろう。
【０００８】
ストラドルベアリング設計では、通常、アウターベアリングレースも回転させるようにしている。インナーベアリングレースの回転に対応して陽極の反対側に調心ベアリングを使うことはことはできないので、ストラドルベアリング設計ではインナーベアリングレースを回転させることはできない。まず第一に、従来のストラドルベアリングの設計では各ベアリングのアウターレースが陽極の反対側に独立して配置されなければならず、アウターベアリングが完全に対称な位置からほんの少しでもずれると、ベアリングアセンブリーにより支えられている陽極が稼働中にぐらぐらするので、ベアリングの調心は難しい。不都合なことに、アウターベアリングレースの回転はベアリングの表面速度を増し、それゆえにベアリングの磨耗も増加させることになる。更に、ストラドルベアリングアセンブリーのベアリングは物理的に陽極の両側に位置しているので、ベアリングを高圧から電気的に絶縁することが困難となる。具体的にいうと、Ｘ線管が双極アレンジメントで構成される場合、陰極電位は−７５，０００ボルトになり、一方陽極電位は＋７５，０００ボルトとなる。ベアリングアセンブリーは陽極アセンブリーと連結されているので、ベアリングは陽極電圧電位となる。しかし、従来のストラドルベアリングアセンブリーでは、少なくともベアリングのうちの一つは陰極に近接しているので、望ましくないアークが生じるのを避けるために、陰極電圧電位から電気的に絶縁されなければならない。ベアリングを陰極電圧電位から絶縁するのはたいていの場合難しくて達成できないので、ストラドルベアリングアセンブリーを備えるＸ線管は、通常、陽極が接地電位で、陰極が−１５０，０００ボルトとなる片側構成を採用している。しかし残念なことに、このことがそのようなＸ線管を改装して使用するのを難しくしており、それは、ほとんどのＸ線管ジェネレーターが双極トポロジィのみを取り扱うように設計されているからである。
【０００９】
【発明の概要】
本発明はストラドルベアリングアセンブリーを提供する。このストラドルベアリングアセンブリーは、ベアリングハウジング内に、回転アセンブリーの質量の中心をはさんで互いに反対側に配置されている、第一のベアリングと第二のベアリングとを含んでいる。回転アセンブリーはターゲットを含んでいる。第一のベアリングとターゲットの間の第一の熱伝導経路は、第二のベアリングとターゲットの間の第二の熱伝導経路を含んでいる。
本発明のもう一つの態様では、Ｘ線管ストラドルベアリングを提供する。このＸ線管ストラドルベアリングアセンブリーは、ハウジングと、回転アセンブリーを回転可能に支持するためにハウジングの中に配置されている複数のベアリングとを含む。ハウジングは、第一の長く伸びた部分と、第一の長く伸びた部分と連結されている第二の長く伸びた部分と、第二の長く伸びた部分と連結されている基礎部分とを含む。第一の長く伸びた部分と第二の長く伸びた部分は回転アセンブリーの質量の中心を通る。
【００１０】
本発明のもう一つの態様では、Ｘ線管が提供される。このＸ線管は、陰極アセンブリーと、陽極アセンブリーと、陰極アセンブリーの少なくとも一部と陽極アセンブリーの少なくとも一部を取り囲むエンベロープとを含んでいる。エンベロープは、中で陰極アセンブリーと陽極アセンブリーが作動してＸ線を作り出す、実質的には真空な室を形作る。Ｘ線管はまた、陽極アセンブリーを回転可能に支持するストラドルベアリングアセンブリーを含んでおり、そのストラドルベアリングアセンブリーはインナーベアリングレースを回転させている。
本発明の更にもう一つの態様では、患者の画像をとるための装置を提供する。患者の画像をとるための装置はＸ線管とＸ線管を支える手段とを含む。そのＸ線管は、陰極アセンブリーと、陽極アセンブリーを含む回転アセンブリーと、中で陰極アセンブリーと陽極アセンブリーが作動してＸ線を作り出す、実質的に真空な室を形作るエンベロープと、ベアリングアセンブリーとを含む。そのベアリングアセンブリーは、ベアリングハウジングの中の、回転アセンブリーの質量の中心の第一の側に配置され、第一の熱伝導経路を介して陽極アセンブリーに連結されている第一のベアリングと、ベアリングハウジングの中の、回転アセンブリーの質量の中心の反対の側に配置され、第二の熱伝導経路を介して陽極アセンブリーに連結されている第二のベアリングとを含む。第二のベアリングに支えられている回転アセンブリーの荷重の量にかかわりなく、第二の熱伝導経路は第一の熱伝導経路より長い。
【００１１】
本発明の更にもう一つの態様では、Ｘ線管ストラドルベアリングアセンブリーを提供する。そのＸ線管ストラドルベアリングアセンブリーはターゲットを含む回転アセンブリーを支えている。そのＸ線管ストラドルベアリングアセンブリーは、ベアリングハウジングと、ベアリングハウジングの中に配置され第一の熱伝導経路を介してターゲットに連結されており、回転アセンブリーの質量の中心の第一の側に位置している第一のベアリングと、ベアリングハウジングの中に配置され第二の熱伝導経路を介してターゲットに連結されており、回転アセンブリーの質量の中心の反対側に位置している第二のベアリングとを含む。第一のベアリングが支える回転アセンブリーの荷重は、第二のベアリングより少なく、第一の熱伝導経路は第二の熱伝導経路より短い。
【００１２】
本発明の更にもう一つの態様では、Ｘ線管ベアリングアセンブリーの性能を改善する方法を提供する。このＸ線管は回転アセンブリーと陰極アセンブリーを含む。この回転アセンブリーは陽極アセンブリーと陽極アセンブリーに連結されているシャフトを含む。このシャフトはベアリングアセンブリーによって回転自由に支持されていて、第一のインナーレースと第二のインナーレースを形作っている。この方法は、第一のベアリングをベアリングアセンブリーの第一のインナーレースと第一のアウターレースの間に配置して、第一のベアリングを回転アセンブリーの質量の中心の一方の側に位置づける段階と、第二のベアリングをベアリングアセンブリーの第二のインナーレースと第二のアウターレースの間に配置して、第二のベアリングを回転アセンブリーの質量の中心の反対側に位置づける段階と、シャフトを回転軸の回りに回転させる段階とから成る。
【００１３】
本発明の更にもう一つの態様では、Ｘ線管ベアリングアセンブリーの性能を改善する方法を提供する。この方法は、ベアリングアセンブリーの第一のベアリングを、陽極アセンブリーを含む回転アセンブリーの質量の中心の一方の側に配置する段階と、第二のベアリングに支えられている回転アセンブリーの荷重の量には関係なく、第一のべアリングは第二のベアリングに比べて熱伝導経路において陽極アセンブリーまで近くなるように、ベアリングアセンブリーの第二のベアリングを、回転アセンブリーの質量の中心の反対側に配置する段階を含んでいる。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施方法を、例を用い、添付してある図面に言及しながら、以下に詳しく説明する。
本発明は今後一貫して同じ要素に言及するのに同じ参照数字が使われている図面を参照しながら説明する。
図１において、ＣＴスキャナー１０は、試験領域すなわちスキャンサークル１４を通して放射線の扇形ビームを投射するためのＸ線管のような放射線源１２を含んでいる。Ｘ線管１２は、試験領域１４の回りに放射線の扇形ビームを回転させるために、回転するガントリー１６の上に搭載されている。コリメーターとシャッターアセンブリー１８は、放射線を一本又はそれ以上の平らな平行光線にして、ビームのオン、オフを選択的にゲート制御する。放射線検知器２０は試験領域１４の回りの外縁に搭載され、放射線を処理するために検知する。モーター２４は、ガントリー１６が試験領域１４の周囲を継続的に回転するよう動力を供給する。
【００１５】
患者支持台３０は患者の体を横になった状態で支える。患者支持台３０は好ましくは一定の速度で、試験領域１４の中を前進していく。患者支持台３０が試験領域１４の中を移動するにつれ、完全な一組の情報が再生できるようにするために、Ｘ線管１２は患者支持台３０のまわりを回転する。
検知器２０は映像再生回路３０に結合している。この映像再生回路３０は検知器２０から受信したデータを記憶、処理し、選定された、患者の薄切り及び立体的画像を保持する。ビデオプロセッサー３５は映像再生回路３０からの画像情報を復旧し、画像データをビデオモニター４０等にディスプレイ表示するのに適当な形にフォーマットする。
図２には、本発明のＸ線管１２が更に詳細に示されている。Ｘ線管１２はオイルのような熱を伝達する電気的絶縁液で満たされているハウジング５０を含んでいる。ハウジング５０の中で支えられているエンベロープ５２は、通常、ガラスと金属で構成されており、中には真空室または真空が形成されている。エンベロープ５２の中には陽極アセンブリー５５と陰極アセンブリー５９が配置されている。図示されている陽極アセンブリー５５はボリブデン合金の前板５６とグラファイトの後板５７で構成されている。陽極アセンブリーの前板５６は、陰極アセンブリー５５の陰極集束カップ６０に面している陽極表面５５ａを含む。焦点６３に最も近い陽極表面５５ａの部分はＸ線を作り出すのを促進するためタングステンとレニウムの合成物でできている。又、陽極アセンブリー５５の前板５６は長く伸びた首部５８を含んでいるが、これについては、後に詳しく述べる。しかしながら、単一又は複数の陽極構成部品が適切な材料で作られていれば、代わりにそれを使ってもよい。
【００１６】
技術的によく知られているように、陰極集束カップ６０に装着されている陰極フィラメント６２に電圧を加えると電子が放出され、その電子は陽極アセンブリー５５に向かって加速され、診断用の映像作成や治療などのためのＸ放射線を作り出す。陰極集束カップ６０は、陰極フィラメント６２から放出された電子を陽極表面５５ａ上の焦点６３に集束させる働きをする。陰極集束カップ６０と陽極アセンブリー５５の間の非常に大きな直流電流電圧差によって、電子は陰極フィラメント６２から放出され、陽極アセンブリー５５に向かって加速される。本実施例においては、陰極集束カップ６０は接地に対し電位−７５，０００ボルトであり、陽極アセンブリー５５は同じく電位＋７５，０００ボルトなので、双極構造は合計１５０，０００ボルトの電位差を有することになる。陰極フィラメント６２から出て陽極表面５５ａ上に当たる電子の衝撃は、通常、陽極アセンブリー５５を摂氏１１００度〜１４００度の範囲まで加熱することになる。
【００１７】
図２と図３についていえば、Ｘ線管の陽極アセンブリー５５は、全体を６８で示すストラドルベアリングアセンブリーを介して軸線６５の回りに回転するように配置されている。より具体的には、陽極アセンブリー５５の前板５６はシャフト７０とローター７５に動かないように接合されている。ローター７５には、誘導電動機８０に連結されシャフト７０と陽極アセンブリー５５を軸線６５の回りに回転させるローターボディ７７が含まれている。モーター８０によって回転させられる構成部品は全て、ローター７５、ローターボディ７７、シャフト７０と陽極アセンブリー５５を含め、今後回転アセンブリー７９と呼ぶことにする。ストラドルベアリングアセンブリー６８は、回転アセンブリー７９の回転中の荷重をささえる。回転アセンブリー７９の荷重は陽極アセンブリー５５の重量を含め回転アセンブリー７９の全ての構成部品の重さを含む。
【００１８】
図３に示されているように、シャフト７０は一組のインナーレース８２ａ、８２ｂを形作っている。複数の球又は他のベアリング部材９０ａはインナーベアリングレース８２ａと、外側のベアリング部材９４ａによって形作られているアウターベアリングレース９２ａとの間に収容されている。同じように、複数の球又は他のベアリング部材９０ｂはインナーベアリングレース８２ｂと、外側のベアリング部材９４ｂによって形作られているアウターベアリングレース９２ｂとの間に収容されている。ベアリング９０ａ、９０ｂは陽極アセンブリー５５を軸線６５の回りに回転させる。ベアリング９０ａと９０ｂは各々、回転アセンブリー７９の質量の中心をはさんでその両側に、軸線６５に沿って配置されている。回転アセンブリー７９の質量の中心は点線Ｃに沿って示されている（図２）。
【００１９】
ベアリングハウジング１００は第一の長く伸びた部分１０１と、第二の長く伸びた部分１０２と、基礎部分１０３と、Ｕ字型に曲がった部分１０４とを含む。第一の長く伸びた部分１０１と第二の長く伸びた部分１０２の両部分とも実質的に軸線６５に平行で、回転アセンブリー７９の質量の中心Ｃを通っている。ベアリングハウジング１００の第一の長く伸びた部分１０１と第二の長く伸びた部分１０２はＵ字型に曲がった部分１０４で繋がっていて、冷却ダクト１１９を形作っている。本実施例のベアリングハウジング１００は銅で作られているが、代わりに他の適切な材料を使ってもよい。
外側のベアリング部材９４ａと９４ｂはそれぞれ円筒形で、スペーサー１０６によって互いに間隔をおいて配置されている。外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂとスペーサー１０６とは、ベアリングハウジング１００の長く伸びた部分１０２と基礎部分１０３とによって形作られている空洞１０７の中に配置されている。リテイニングスプリング１０８は空洞１０７の中に、ベアリングハウジング１００の基礎部分１０３に隣接して配置されており、スナップリング１０５は、空洞１０７のその反対側の端で、ベアリングハウジング１００の長く伸びた部分１０２に動かないように固定されている。リテイニングスプリング１０８とスナップリング１０５とは、外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂとスペーサー１０６を摩擦によって挟み込んで空洞１０７の中に固定する働きをする。ベアリングハウジング１００と同じように、外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂとスペーサー１０６は銅で作られているが、他にふさわしい原料があれば、代わりに使うこともできる。
【００２０】
図２で良く分かるように、Ｘ線管１２は更に、オイルノズル１１５を含む。このノズル１１５は矢印Ａ１によって示される方向に、冷却ダクト１１９を通してオイルを押し出す働きをする。ノズル１１５によって押し出されるオイルはエンベロープ５２とＸ線管ハウジング５０の間の領域Ｒ１から得られる。オイルがベアリングハウジング１００の長く伸びた部分１０２に隣接する経路に沿って冷却ダクト１１９を通って移動するにつれて、オイルは外側のベアリング部材９４ａと９４ｂから熱を取り除く働きをし、それにより、ベアリング９０ａと９０ｂにかかる熱応力を減らすことになる。更に、オイルが冷却ダクト１１９を通って流れ、ベアリングハウジング１００の長く伸びた部分１０１に隣接する経路に沿って通過していく際に、オイルは陽極アセンブリー５５の前板５６と後板５７から放射された熱を吸収する働きをする。冷却ダクト１１９の中を流れているオイルは、通常、毎分約３ガロンの割合で流れているが、この割合は望ましい冷却効果を得るために任意に変えることができる。更に、本実施例ではノズル１１５がオイルの流れを矢印Ａ１の方向に向けているよう説明したが、ノズル１１５は冷却ダクト１１９の中を通るオイルの流れを任意に逆にしてもよい。
【００２１】
図４で示されているように、陽極アセンブリー５５からの熱は先ず矢印１２０と１２５によって示されている熱伝導経路を通ってベアリング９０ａと９０ｂに伝えられる。より具体的にいうと、矢印１２０の経路は陰極フィラメント６２から放散された電子と接触する陽極アセンブリー５５の外縁の先端から始まり、陽極アセンブリー５５の長く伸びた首部５８に沿ってシャフト７０まで至る。矢印１２５の経路はシャフト７０の回転軸６５に実質的に平行に進み、二つの終端インジケータを持つ。第一の終端インジケータはＩ１に示されており、陽極アセンブリー５５の外縁の先端からベアリング９０ｂへの全熱伝導経路の一つの終端を示す。第二の終端インジケータはＩ２に示されており、陽極アセンブリー５５の外縁の先端からベアリング９０ａへの全熱伝導経路の一つの終端を示す。本発明では「熱伝導経路」という用語とその派生語は、真空、空気、又はガスを通る経路以外の、二つの地点の間を熱が移動する経路を表すものとする。
【００２２】
本発明のストラドルベアリングアセンブリ６８においては、ベアリング９０ａまでの全熱伝導経路はベアリング９０ｂまでの全熱伝導経路を含むものと理解されたい。ベアリング９０ａまでの熱伝導経路はベアリング９０ｂまでの熱伝導経路より長いので、ベアリング９０ａの方がベアリング９０ｂよりも温度が低くなる。それ故、ベアリング９０ｂが熱伝導経路に沿って陽極アセンブリー５５の外縁の先端から充分な距離に置かれていて、Ｉ１の周辺領域でベアリング９０ｂに放散された熱がベアリング９０ｂに過度の熱応力をかけないなら、ベアリング９０ａも同様に保護されることになる。更に、陽極アセンブリー５５は長く伸びた首部５８を含んでいるので、ベアリング９０ｂまでの熱伝導経路は冷却ダクト１１９の中を流れるオイルを介して放散される陽極アセンブリー５５からの熱のためにより広い領域を含んでおり、そのため、ベアリング９０ａと９０ｂにかかる熱応力を減らすことになる。より具体的にいうと、陽極アセンブリー５５の外縁の先端からの熱が長く伸びた首部５８に沿って移動するにつれ、長く伸びた首部５８から放射された熱は、ベアリングハウジング１００の長く伸びた部分１０１を通して冷却ダクト１１９の中を流れるオイルの中に吸収される。このようにして、陽極アセンブリー５５の外縁とベアリング９０ａ及び９０ｂとの間に、熱が放散されオイルに吸収されるより広い領域を与えることにより、本発明はベアリング９０ａと９０ｂにかかる熱応力を減らすことを可能とし、それによって、それらの稼働寿命を、ひいてはＸ線管１２の稼働寿命を延ばすことになる。
【００２３】
本発明のストラドルベアリングアセンブリー６８のホイールベースはＤ１＋Ｄ２の距離で示されているが、Ｄ１はベアリング９０ａと回転アセンブリー７９の質量の中心Ｃとの間の距離を表わし、Ｄ２はベアリング９０ｂと回転アセンブリー７９の質量の中心Ｃとの間の距離を表わす。本実施例においてＤ１とＤ２の距離は実質的には等しく、そのためベアリング９０ａとベアリング９０ｂはそれぞれ実質的に回転アセンブリー７９の荷重を等しく支えている。更に、ベアリング９０ａまでの全熱伝導経路がベアリング９０ｂまでの全熱伝導経路を含んでいるので、望ましいサイズ、温度、及び摩耗率のベアリングに対するホイールベースＤ１＋Ｄ２は、同じような特性のベアリングを有する従来のストラドルベアリングアセンブリーで必要とされているホイールベースよりかなり小さい。上述のとおり、従来のストラドルベアリングアセンブリーのホイールベースはしばしば非常に大きかったが、これは、陽極アセンブリーからの熱絶縁のために、ベアリングを、陽極アセンブリーからの熱伝導経路に沿って互いに反対方向に置く必要があったからである。本発明においては、ベアリング９０ａ、９０ｂへの熱伝導経路が互いに反対方向にないため、そのように大きなホイールベースは必要ではない。このように、本発明のホイールベースＤ１＋Ｄ２は、同じような特性のベアリングを有する従来のストラドルベアリングアセンブリーにおいて必要とされるホイールベースの５０％より小さい場合もしばしばである。このことは、つまりはベアリングアセンブリー６８の熱補正を容易にする。背景のところで既に述べたように、大きいホイールベースでは熱膨張と収縮のためにベアリングアセンブリーを補正するのは難しいので、大きいホイールベースは望ましくない。本発明では、同等のサイズと温度のベアリングで同様の摩耗率を得るために、そのような大きなホイールベースを必要としていないので、大きな温度の変化を熱補正する必要に伴う設計上の困難が避けられる。
【００２４】
本実施例では各ベアリング９０ａ、９０ｂとの間のＤ１とＤ２の距離は、各々実質的に同じ長さとなっているが、本発明は距離Ｄ１とＤ２を独立して望ましい長さに変えることができることを理解されたい。例えば、ベアリング９０ｂがベアリング９０ａに比べて、熱伝導経路沿いに陽極アセンブリー５５の外縁の先端までのより近くに配置されていて、そのためにより大きい熱応力にさらされるという事実を考慮して、ベアリング９０ａをベアリング９０ｂより回転アセンブリー７９の質量の中心Ｃにより近い位置に動かしてもよい。別な言い方をすれば、距離Ｄ１を距離Ｄ２より短くするということである。距離Ｄ１が距離Ｄ２より短いと、ベアリング９０ａは回転アセンブリー７９の荷重をベアリング９０ｂよりも多く支える。これは今度は、ベアリング９０ｂにかかるより大きい熱応力の影響をある程度もしくは全く相殺することになり、これにより、ベアリング９０ａと９０ｂが共に大体同じ割合で摩耗して、ベアリングアセンブリー６８の寿命を最大化するようなベアリングアセンブリー６８を提供することになる。
【００２５】
ベアリング９０ａと９０ｂは回転アセンブリー７９の質量の中心Ｃを挟んで互いに反対側にあるが、ベアリング９０ａと９０ｂは共に、前板５６に関し陽極アセンブリー５５の同じ側に配置されている。より具体的にいうならば、図２に示すように、陽極アセンブリー５５の前板５６は長く伸びた首部５８に沿って続いていき陽極アセンブリー５５とローター７５の間の連結部を通っていく。このように、ベアリング９０ａと９０ｂは共に、陰極カップ６０に面している側とは反対側の陽極アセンブリー５５の前板５６の側に配置されている。そのように、ストラドルベアリングアセンブリー６８のベアリング９０ａと９０ｂはどちらも陰極アセンブリー５５の電界に直接さらされてはおらず、そのため陰極アセンブリー５５に関して電気の絶縁体を付け加える必要はないので、Ｘ線管１２は双極アレンジメントで構成することもできる。
【００２６】
作動中は、モーター８０（図２）が陽極アセンブリー５５にしっかりと取り付けてあるローター７５を回転させる。陽極アセンブリー５５は今度はシャフト７０に剛接してある。そのようにして、ストラドルベアリングアセンブリー６８で支えられながら、陽極アセンブリー５５とシャフト７０は共に軸線６５の回りを回転する。本発明のベアリング９０ａと９０ｂは両方ともシャフト７０によるインナーベアリングレースの回転を介して回転する。インナーベアリングレースの回転はベアリングアセンブリー６８のインナーレース８２ａ、８２ｂ（図３）を回転させるが、一方アウターレース９２ａ、９２ｂは静止した位置を保ったままである。インナーレース８２ａ、８２ｂはシャフト７０によって形作られているので、本実施例ではシャフト７０を回転させることでインナーベアリングレースを回転させることになる。陽極アセンブリー５５だけが回転する場合、ベアリング９０ａ、９０ｂに関しては、アウターベアリングレースの回転の場合よりも動きは少ないので、インナーベアリングレースの回転はベアリング９０ａ、９０ｂの摩耗につながる表面速度を最小限にする。より具体的にいうと、インナーベアリングレースを回転するようにしておけば、陽極アセンブリー５５単一の回転はベアリング９０ａ、９０ｂを、シャフト７０の外周で形作られているインナーレース８２ａ、８２ｂの動きの範囲で回転させるだけなのである。アウターベアリングレースを回転するようにしておけば、陽極アセンブリー５５が回転するとベアリング９０ａ、９０ｂを、外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂの外周で形作られているアウターレース９２ａ、９２ｂの動く範囲で回転させることになる。外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂの外周はシャフト７０の外周よりも長いので、インナーレースによる陽極アセンブリー５５の回転のほうが、アウターレースによる場合よりもベアリング９０ａ、９０ｂの回転の動きを小さくする。そのため、インナーベアリングレースの回転はベアリング９０ａ、９０ｂの摩耗をより小さくし、ひいてはＸ線管１２の寿命を延ばすことになる。
【００２７】
本発明では、ストラドルベアリングアセンブリー６８と陽極アセンブリ５５の間には、インナーベアリングレースが回転するという関係が与えられている。より具体的にいえば、ストラドルベアリングアセンブリー６８は本発明のベアリング９０ａ、９０ｂの両方を陽極アセンブリー５５の同じ側に配置している。そのように、外側のベアリング部材９４ａ、９４ｂが共にベアリングハウジング１００によって前もって形作られた空洞１０７の中に正確に配置されているので、インナーレースの回転をぐらつかせずに取り扱うためにアウターレース９２ａ、９２ｂを対称的に調心することは比較的簡単である。比較すると、従来のストラドルベアリングアセンブリーでは各ベアリングは陽極アセンブリーの互いに反対側に配置されている。そのため、インナーベアリングレースを回転させようとしても、一体型ベアリングハウジングは陽極アセンブリーの両側まで拡張することができないので、各ベアリングのアウターベアリングレースは独立して調心しなければならなくなる。背景のところで述べたように、ストラドルベアリングの設計においてこのようにアウターベアリングレースを独立して調心することはまだ達成されていない。
【００２８】
Ｘ線管１２の作動中に陽極アセンブリー５５は熱くなるので、シャフト７０は矢印Ａ２（図２）で示されている方向に熱膨張する。ベアリング９０ａに近接したシャフト７０の反対側の端が、固定されているベアリングハウジング１００の基礎部分１０３に面して設置されているとすれば、シャフト７０は矢印Ａ２と逆方向に熱膨張することは不可能である。陽極アセンブリー５５がシャフト７０にしっかりと連結されているので、シャフト７０が熱膨張すれば陽極アセンブリー５５の前板５６も矢印Ａ２の方向に動く。しかしながら、本発明はシャフト７０の熱膨張と釣合をとることができるようになっている。より具体的にいうと、陽極アセンブリー５５の長く伸びた首部５８が熱膨張するにつれて、陽極アセンブリー５５の前板５６は矢印Ａ２の方向とは逆方向に移動する。陽極アセンブリー５５の前板５６と後板５７は固定されておらず、Ｘ線管１２のどんな構成部品によってもこの方向へ動くのを拘束されていないので、長く伸びた首部５８が熱膨張すれば矢印Ａ２の逆の方向に伸びることになる。このように、陽極アセンブリー５５の前板５６の位置は、Ｘ線管の中で温度が変化している間も、大体において静止した位置を保つ。そのように、陽極アセンブリー５５及びベアリングアセンブリー６８が熱したり冷えたりする影響に関わらず、陽極の表面５５ａ上の焦点６３も大体一定のサイズのままである。更に、焦点６３はＸ線管１２の外にあるＸ線検知器（図示せず）に関しても実質上動かない。
【００２９】
本発明の代替実施例においては、Ｘ線管１２のベアリングハウジング１００は陽極アセンブリー５５を冷え易くするためにガラスの部分と銅の部分で作られている。より具体的にいうならば、図４に示すように、長く伸びた部分１０１はガラスでできており、長く伸びた部分１０２と基礎部分１０３は銅でできている。長く伸びた部分１０１と長く伸びた部分１０２は、ろう付け又は溶接のような既知の技術を用いてベアリングハウジング１００のＵ字型曲がり部１０４に沿った結合点１３０で接合されている。しかしながら、ガラスと銅の接合点は長く伸びたステム部１０１及び１０２の望ましい位置であればどこでもよい。ベアリングハウジング１００に、長く伸びた部分１０１に沿ってガラスの部分を設けることにより、陽極アセンブリー５５の前板５６と後板５７から熱放射される熱は冷却ダクト１１９の中を流れるオイルに容易に吸収される。このように、陽極アセンブリー５５はよく冷却され、ベアリング９０ａと９０ｂに熱伝導、放射される熱は少なくなる。ベアリングハウジングは銅やモリブデンのような金属や、アルミナやベリリアのようなセラミックを始めとした他の材料で構成してもよい。
【００３０】
図５には本発明のもう一つの実施例が示されており、陰極アセンブリー５５がＸ線管１２の反対側に配置されている。陰極アセンブリー５５の新たな配置に対応して、陽極アセンブリー５５の後板５７は前板５６の反対側に移されている。このことはつまり、陽極の表面５５ａを図にあるように前板５６の反対側にとることになる。新たに設計された陽極アセンブリー５５を支える本実施例のストラドルベアリングアセンブリー１４０は、回転アセンブリー７９の新しい質量中心位置を考慮にいれてベアリングアセンブリー１４０内のベアリング９０ａ、９０ｂを位置決めすることを除いては、上記図２〜４に示したベアリングアセンブリー６８と概ね同じやり方である。
上記実施例が優れている点の一つは、インナーベアリングレースを回転させることによりベアリングの摩耗を最小化するストラドルベアリングの設計を提供することである。優れているもう一つの点は、ベアリング間に大きなホイールベースを必要とすることなく、各ベアリングが回転アセンブリーの荷重を大体等しく支えることができるので、ベアリングアセンブリーに必要な熱補正の量を減らせることである。更なる優れている点は、Ｘ線管内の構成部品が加熱、冷却する間に陽極アセンブリが実質的には動かず、これにより陽極アセンブリー上の焦点のサイズと位置が一定に保たれることである。更なる優れているもう一つの点は、ストラドルベアリングアセンブリー内で熱伝導経路を通って陽極アセンブリーのより近くに配置されているベアリングが、陽極アセンブリーからより遠くに配置されているベアリングよりも、回転アセンブリーの荷重をより少なく支えるよう配置され得ることである。更にもう一つの優れている点は、ベアリングアセンブリーの設計が冷却ダクトを形作り、それによってオイルや他の冷却液が陽極アセンブリーから熱放射される熱を吸収し、アウターベアリングレースを冷やすために流れることである。
【００３１】
以上、好適な実施例を参考として本発明を説明してきた。以上のとうり詳細に説明してきたことを読み理解すれば、他に修正、変更が出てくるのは自明なことである。例えば、図２についていえば、モーター８０はＸ線管の陰極アセンブリー５９がある側にあるように示されているが、モーター８０をＸ線管の反対側に移動することも可能である。更に、本発明のＸ線管は双極ということで説明されているが、Ｘ線管は、陰極が−１５０，０００ボルト電位で陽極が接地電位の単極特性で設計することもできる。本発明は、添付されている請求項やそれと同等のものの範囲内である限り、そのような全ての修正や変更を含むように構築されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣＴスキャナーの概略図である。
【図２】本発明によるＸ線管の断面図である。
【図３】図２で示されたＸ線管のストラドルベアリングアセンブリーの４分の３の等角投影図である。
【図４】図３のストラドルベアリングアセンブリーの平面横断図である。
【図５】本発明の代替実施例によるＸ線管の図である。
【符号の説明】
５５  陽極アセンブリー
７０  シャフト
７９  回転アセンブリー
８２ａ  第１インナーレース
８２ｂ  第２インナーレース
９０ａ  第１ベアリング
９０ｂ  第２ベアリング
１００  ベアリングハウジング
１０１  第１の長く伸びた部分
１０２  第２の長く伸びた部分
１０３  基礎部分
１１９  冷却ダクト
１２０、１２５  熱伝導経路
Ｃ  質量中心
【図１】
0004298826.tif 000002
【図２】
0004298826.tif 000003
【図３】
0004298826.tif 000004
【図４】
0004298826.tif 000005
【図５】
0004298826.tif 000006