(57)【要約】【課題】  陽極ターゲットと冷却容器との隙間に冷却用の液体金属を確実に供給することができる構造を備えた回転陽極型Ｘ線管を提供するにある。【解決手段】  回転陽極型Ｘ線管においては、回転陽極は、ターゲットの背面に設けられた第１の内面及びこの第１の内面に対向する第２の内面を有し、第１及び第２の内面間に中空部が形成されている。この中空部には、冷却用の中空部を有する円盤状冷却部が嵌合されている。この冷却部は、第１及び第２の内面に夫々第１及び第２の間隙を空けて対向される第１及び第２の外面を有し、この第１及び第２の間隙内の液体金属に動圧を発生させる第１及び第２の動圧軸受け部が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、第１の中空部を有し、当該第１の中空部が前記ターゲットの背面に設けられた第１の内面及びこの第１の内面に対向する第２の内面間に定められている回転陽極と、
当該回転陽極を支持し、前記第1の中空部と連通する第２の中空部を有する筒状の回転体と、
前記回転陽極の第１の中空部に嵌合される第３の中空部を有する円盤状冷却部であって、前記第１及び第２の内面に夫々第１及び第２の間隙を空けて対向される第１及び第２の外面を有する円盤状冷却部と、
当該円盤状冷却部を支持し、当該回転陽極の回転軸に沿って延出され、前記回転体の第２の中空部に第３の間隙を空けて嵌合され、前記円盤状冷却部の前記第３の中空部に連通され、冷却液が流通する第４の中空部を有し、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、
前記第１、第２及び第３の間隙に充填された潤滑剤と、
前記第１及び第２の内面及び前記第１及び第２の外面との間に設けられ、第１及び第２の間隙内の前記潤滑剤に動圧を発生させる第１及び第２の動圧軸受け部と、
を具備する回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、第１の中空部を有し、当該第１の中空部が前記ターゲットの背面に設けられた第１の内面及びこの第１の内面に対向する第２の内面間に定められている回転陽極と、
当該回転陽極を支持し、前記第1の中空部と連通する第２の中空部を有し、前記回転陽極から当該回転陽極の回転軸に沿って互いに反対方向に延出される第１及び第２の筒状の回転体と、
前記回転陽極の第１の中空部に嵌合される第３の中空部を有する円盤状冷却部であって、前記第１及び第２の内面に夫々第１及び第２の間隙を空けて対向される第１及び第２の外面を有する円盤状冷却部と、
当該円盤状冷却部を支持し、前記回転体の第２の中空部に第３の間隙を空けて嵌合され、前記円盤状冷却部の前記第３の中空部に連通され、冷却液が流通する第４の中空部を有し、当該回転陽極の回転軸に沿って互いに反対方向に延出され、前記回転体を回転可能に支持する第１及び第２の固定シャフトと、
前記第１、第２及び第３の間隙に充填された潤滑剤と、
前記第１及び第２の内面及び前記第１及び第２の外面との間に設けられ、第１及び第２の間隙内の前記潤滑剤に動圧を発生させる第１及び第２の動圧軸受け部と、
を具備する回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
前記第１及び第２の動圧軸受け部は、前記回転陽極の回転に伴い前記回転軸から当該回転軸の外周に向けて前記潤滑剤を流動させる溝で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
前記潤滑剤は、液体金属潤滑剤で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
前記第１及び第２の動圧軸受け部は、前記回転陽極を前記回転軸に沿って支持するスラスト軸受けを構成することを特徴とする請求項１又は請求項２の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】
前記固定シャフトは、一端が円盤状冷却部に連結され、他端が固定されていることを特徴とする請求項１の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】
前記第１及び第２の固定シャフトは、一端が円盤状冷却部に連結され、他端が固定されていることを特徴とする請求項２の回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体潤滑剤を用いたスラスト軸受で支持された回転体を備えた回転陽極型Ｘ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断システム等に使用されている回転陽極型Ｘ線管は、高温、真空下で使用され、しかも、高速で陽極ターゲットが回転される厳しい使用環境にある。即ち、Ｘ線管装置１の動作状態において、ステータコイルが回転体に与える磁界を発生して回転体及びターゲットを備えた陽極を回転している。また、陰極は、陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、電子が衝突した陽極ターゲットからＸ線が放出される。Ｘ線管装置の動作時には、陽極ターゲットは、電子ビームが照射されることにより高温になる。特に、電子が衝突される電子衝突面（焦点）の温度が高温になる。このため、電子衝突面の温度は、陽極ターゲット材料の溶解温度以下でなくてはならないとされている。
【０００３】
このような背景から陽極ターゲットを冷却させるための技術が開発されている。例えば、電子衝突面で発生された熱が液体金属に熱的に伝達されて、この熱が冷却容器内の冷却水に伝達され、陽極ターゲットを冷却する技術が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特許２９６００８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転陽極型Ｘ線管においては、Ｘ線管装置の動作時に、陽極ターゲットは、この陽極ターゲットへの熱入力により高温になる。即ち、陽極ターゲットには、電子ビームが照射され、この電子ビームの照射により高温になる。特に、電子が衝突される電子衝突面（焦点）の温度が高温になる。このため、陽極ターゲットの温度は、材料の溶解温度以下に維持されなくてはならないとされている。
【０００５】
このような背景から、陽極ターゲットを冷却させる技術が開発されている。電子衝突面の近くで液体金属を熱伝達流体として用いて、陽極ターゲットの熱を冷却容器内の冷却水に伝達し、陽極ターゲットを冷却する技術がある。
【０００６】
しかし、従来の液体金属を冷却用の熱伝達流体として用いる回転陽極型Ｘ線管には、次のような問題がある。
【０００７】
Ｘ線管がＣＴ架台に設置されＣＴ周りを回転することによって生じる遠心力や振動によって、液体金属で形成されている熱伝達面が破断する懸念がある。熱伝達面が破断した場合には、陽極ターゲットを十分に冷却することができなくなるため、電子衝突面の材料が溶解し、Ｘ線を発生させることが不可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、陽極ターゲットと冷却容器との隙間に冷却用の液体金属を確実に供給することができる構造を備えた回転陽極型Ｘ線管を提供するにある。
【０００９】
この発明によれば、
電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、第１の中空部を有し、当該第１の中空部が前記ターゲットの背面に設けられた第１の内面及びこの第１の内面に対向する第２の内面間に定められている回転陽極と、
当該回転陽極を支持し、前記第1の中空部と連通する第２の中空部を有する筒状の回転体と、
前記回転陽極の第１の中空部に嵌合される第３の中空部を有する円盤状冷却部であって、前記第１及び第２の内面に夫々第１及び第２の間隙を空けて対向される第１及び第２の外面を有する円盤状冷却部と、
当該円盤状冷却部を支持し、当該回転陽極の回転軸に沿って延出され、前記回転体の第２の中空部に第３の間隙を空けて嵌合され、前記円盤状冷却部の前記第３の中空部に連通され、冷却液が流通する第４の中空部を有し、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、
前記第１、第２及び第３の間隙に充填された潤滑剤と、
前記第１及び第２の内面及び前記第１及び第２の外面との間に設けられ、第１及び第２の間隙内の前記潤滑剤に動圧を発生させる第１及び第２の動圧軸受け部と、
を具備する回転陽極型Ｘ線管が提供される。
【００１０】
また、この発明によれば、
電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットを備え、第１の中空部を有し、当該第１の中空部が前記ターゲットの背面に設けられた第１の内面及びこの第１の内面に対向する第２の内面間に定められている回転陽極と、
当該回転陽極を支持し、前記第1の中空部と連通する第２の中空部を有し、前記回転陽極から当該回転陽極の回転軸に沿って互いに反対方向に延出される第１及び第２の筒状の回転体と、
前記回転陽極の第１の中空部に嵌合される第３の中空部を有する円盤状冷却部であって、前記第１及び第２の内面に夫々第１及び第２の間隙を空けて対向される第１及び第２の外面を有する円盤状冷却部と、
当該円盤状冷却部を支持し、前記回転体の第２の中空部に第３の間隙を空けて嵌合され、前記円盤状冷却部の前記第３の中空部に連通され、冷却液が流通する第４の中空部を有し、当該回転陽極の回転軸に沿って互いに反対方向に延出され、前記回転体を回転可能に支持する第１及び第２の固定シャフトと、
前記第１、第２及び第３の間隙に充填された潤滑剤と、
前記第１及び第２の内面及び前記第１及び第２の外面との間に設けられ、第１及び第２の間隙内の前記潤滑剤に動圧を発生させる第１及び第２の動圧軸受け部と、
を具備する回転陽極型Ｘ線管が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回転陽極型Ｘ線管においては、回転陽極が空洞構造に形成され、この空洞内に固定側の円盤状冷却容器が配置され、この容器と回転陽極の内面との間に間隙が設けられている。冷却容器の陰極側の間隙とその反対側の間隙に、回転軸から外周方向へ液体金属を流すように動圧効果を生む溝構造が設けられている。従って、冷却容器周りの圧力は高まり、スラスト軸受として機能し、さらに、ターゲットの電子衝突面の背面に潤滑液を確実に保持することができる。結果として、陽極と冷却容器との隙間に液体金属を確実に供給することができ、陽極を確実に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管を説明する。
【００１３】
図１には、回転陽極型Ｘ線管が示され、図２には、この回転陽極型Ｘ線管の陽極側の構造が部分的に拡大されて示されている。
【００１４】
この図１に示すように回転陽極型Ｘ線管は、一端が固定支持された筒状の固定シャフト１０、この固定シャフト１０に回転可能に軸支持された筒状の回転体６０、この回転体６０の他端部に継手を介して固定され、回転体６０と共に回転されるカップ状の回転陽極５０から構成されている。陽極ターゲット５２に向けて電子ビームを照射する陰極４０がこの回転陽極５０のターゲット５２の電子衝突面に対向するように配置されている。これら固定シャフト１０、回転体６０、回転陽極５０及び陰極４０は、その内を真空に維持する真空外囲器（図示せず）に収納されて回転陽極型Ｘ線管を構成している。
【００１５】
回転体６０は、筒状部６１及びこの筒状部６１からフランジ状に延出される環状部６２から構成されている。環状部６２には、カップ状の回転陽極５０が固定され、筒状部６１には、回転体６０と共に回転される銅等の導電材料で作られた筒状のモータロータ６４が設けられている。このモータロータ６４は、真空外囲器外に配置された回転磁界を発生させるステータコイル２に対向されている。ステータコイル２から回転磁界がモータロータ６４に与えられることによってモータロータ６４に生じる磁界と回転磁界とが反撥して回転力が発生されて回転体６０が中心軸ａの回りに回転される。
【００１６】
回転陽極型Ｘ線管及びステータコイル２は、筐体（図示せず）に収納されてＸ線管装置を構成している。陰極４０からの電子ビームが収束されて回転されている陽極ターゲット５２に照射されると、陽極ターゲット５２からＸ線が発生され、真空外囲器及び筐体に設けられたＸ線窓から外部にＸ線が照射される。
【００１７】
図１に示すように、固定シャフト１０は、中空円筒状の軸部１４及びこの軸部１４に一体的に固定された中空の円盤状冷却容器１６で構成されている。固定シャフト１０の軸部１４は、固定シャフト１０の軸部１４と回転体６０との間に間隙（ギャップ）Ｇ１を空けるように回転体６０の筒状部６１に嵌合され、この間隙Ｇ１には、液体金属３０が充填されている。回転体６０の開口部を塞ぐように筒状部６１の内面には、間隙Ｇ１から液体金属が漏れ出ることを防止する為にシール部６３が設けられ、回転体６０の開口部と固定シャフト１０の基部との間を液密にシールしている。
【００１８】
中空の円盤状冷却容器１６は、中空円盤状の回転陽極５０の内表面に亘って間隙Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４を空けるように回転陽極５０の内に適合されている。即ち、中空の円盤状冷却容器１６の外側周面には、間隙Ｇ３が設けられ、軸部１４に連接する円盤状冷却容器１６のリング状の平坦面１６Ａに間隙Ｇ２が設けられ、円盤状冷却容器１６の頂面に相当し、ターゲット５２の背面に相当する平坦な円盤面に間隙Ｇ４が設けられている。これらの間隙Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４は、間隙Ｇ１に連通され、同様に液体金属３０が充填されている。
【００１９】
中空円筒状の軸部１４の中空部は、円盤状冷却容器１６の中空部に連通され、両中空部は、冷却水の流路２０に規定され、中空円筒状の軸部１４及び円盤状冷却容器１６は、回転陽極５０を冷却する冷却構造を構成している。軸部１４の中空部は、外部に開口し、この開口部から冷却水供給用のチューブ（図示せず）が挿入され、このチューブを介して冷却水が冷却水供給源から軸部１４内に供給されて円盤状冷却容器１６が冷却される。冷却水供給用のチューブを流路２０に挿入しなくとも、冷却水供給源から直接流路２０に冷却水を供給して軸部１４及び円盤状冷却容器１６を冷却しても良い。
【００２０】
円盤状冷却容器１６のリング状の平坦面１６Ａには、図３に示すように螺旋溝１８が形成され、平坦面１６Ａと回転陽極５０の内表面との間に動圧溝構造７０してのスラスト軸受けを形成している。図３に示されるスラスト軸受けは、回転陽極５０の回転とともに流入される液体金属潤滑剤の流体動圧によって回転陽極５０を回転体６０の軸方向に沿って支持している。また、円盤状冷却容器１６の頂面に相当する平坦な円盤面１６Ｂには、図４に示すように同様に螺旋溝１９が形成され、その円盤面と回転陽極５０の内表面との間に動圧溝構造７１としてのスラスト軸受けが形成されている。ここで、動圧溝構造７０、７１は、図３及び図４に示すように、回転軸ａから回転軸ａの外周に向けて液体金属潤滑剤３０を流動させるようなパターンを有する螺旋溝で形成されている。
【００２１】
尚、図１及び図２において、回転軸ａの回りの円盤状冷却容器１６の頂面と回転陽極５０の内表面との間の微小間隙Ｇ４が白抜きで描かれている。回転陽極５０が回転されていない静止時においては、この白抜きの微小間隙Ｇ４には、液体金属潤滑剤が充填されている。回転陽極５０が回転される回転時においては、この白抜きの微小間隙Ｇ４から液体金属潤滑剤が動圧溝構造７０に流動される。図１及び図２において、この白抜きは、回転時における液体金属潤滑剤が抜け出た状態を示している。
【００２２】
両動圧溝構造７０，７１は、リング状の平坦面１６Ａ及び平坦な円盤面１６Ｂの突出した領域に形成され、この突出した領域の外周がこの領域に比べて凹部に形成され、十分な液体金属３０を両動圧溝構造７０，７１の周囲に貯蔵することができる構造に形成されることが好ましい。このような構造により、十分な液体金属３０を回転陽極５０の内表面と円盤状冷却容器１６の外表面との間に確保することができる。
【００２３】
尚、固定シャフト１０の軸受け面１０Ｓ或いは筒状部６１の内面には、螺旋溝が形成され、液体金属３０に動圧を発生させて筒状部６１をラジアル方向で支持するラジアル軸受け（図示せず）が形成されても良い。
【００２４】
Ｘ線管装置が動作されると、回転体６０が回転されるとともに回転陽極５０は、ターゲット５２への熱入力により高温になる。即ち、陽極ターゲット５２は、電子ビームが照射されることにより高温になる。特に、電子が衝突される電子衝突面（焦点）の温度が高温になる。ここで、回転体６０の回転に伴い、動圧溝構造７０、７１に間隙Ｇ１〜Ｇ４の液体金属が移動されて動圧溝構造７０、７１の動圧が高まり、回転体６０がスラスト方向で支持される。また、動圧溝構造７０、７１の作用により回転陽極５０のターゲット５２の背面には、液体金属３０が必ず保持される。従って、陽極ターゲット５２に生じた熱は、間隙Ｇ２，Ｇ３及びＧ４内の液体金属３０に伝達され、また、この液体金属３０を介して円盤状冷却容器１６に伝達される。円盤状冷却容器１６においては、冷却容器１６内を流通する冷却液によって冷却容器１６が冷却される。即ち、陰極４０から照射される電子ビームがターゲット５２の電子衝突面に衝突することで発生する熱は、間隙Ｇ２、Ｇ４に確実に保持されている液体金属３０を介して円盤状冷却容器１６に伝達されて外部に導出される。その結果、高温となる回転陽極５０を安定して冷却することができる。
【００２５】
上述したように図１に示される回転陽極型Ｘ線管においては、回転陽極５０の温度の上昇を抑制することができ、陽極ターゲット５０が溶融温度にまで上昇するような事態を防止することができる。
【００２６】
図５は、本発明の他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管の実施例の一部断面図である。
【００２７】
図２に示されたＸ線管においては、円盤状冷却容器１６のリング状の平坦面１６Ａ及び平坦な円盤面１６Ｂに動圧溝構造７０、７１が形成されているが、図５に示されるように回転陽極５０の内面に動圧溝構造７０、７１が形成されても良い。即ち、回転陽極５０の内面であって、円盤状冷却容器１６Ａのリング状の平坦面１６に対向する回転体６０の環状部６２に螺旋溝１８が形成された動圧溝構造７０が設けられ、陽極ターゲット５２の背面に相当し、円盤状冷却容器１６の平坦な円盤面１６Ｂに対向する平坦な内面には、螺旋溝１９が形成された動圧溝構造７１が設けられても良い。両動圧溝構造７０，７１は、回転陽極５０の内面が突出した領域に形成され、この突出した領域の外周がこの領域に比べて凹部５１ａに形成され、十分な液体金属３０を両動圧溝構造７０，７１の周囲に貯蔵することができる構造に形成されることが好ましい。このような構造により、十分な液体金属３０を回転陽極５０の内表面と円盤状冷却容器１６の外表面との間に確保することができる。
【００２８】
図５に示すような構造においても、回転陽極５０から間隙Ｇ２、Ｇ３及びＧ４内の液体金属３０に伝達された熱は、円盤状冷却容器１６及び軸部１４に効率的に伝達され、効果的に冷却水を介してＸ線管外部に導かれる。従って、回転陽極５０の温度の上昇を抑制することができ、陽極ターゲット５０が溶融温度にまで上昇するような事態を防止することができる。
【００２９】
図６は、本発明の更に他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管の実施例の断面図である。
【００３０】
図１に示したＸ線管では、固定シャフト１０の一端が固定され、他端が自由端としての円盤状冷却容器１６に連結されている片持ち構造を採用している。Ｘ線管は、このような片持ち構造に限らず、図６に示すように第１及び第２の固定シャフト１０が円盤状冷却容器１６の両側に連結され、中心軸ａに沿って互いに反対方向に延出される両持ち構造に形成されても良い。この両持ち構造では、図６に示されるように第１及び第２の固定シャフト１０間に円盤状冷却容器１６が設けられている。第１及び第２の固定シャフト１０の中空部が互いに連通されるように円盤状冷却容器１６内の中空部に連通され、冷却水の流路２０に規定され、回転陽極５０を冷却する冷却構造を構成している。
【００３１】
第１及び第２の固定シャフト１０が両持ち構造を構成するに伴って回転体６０には、この第１及び第２の固定シャフト１０が嵌合される互いに反対方向に延出される第１及び第２の筒状体６１が連結され、その間に回転陽極５０が設けられている。この回転陽極５０内には、円盤状冷却容器１６が嵌合され、この円盤状冷却容器１６のリング状の平坦面に同様に螺旋溝１８、１９で動圧溝構造７０，７１が形成されている。
【００３２】
第１及び第２の固定シャフト１０と円盤状冷却容器１６の両側の第１及び第２の筒状部６１との間にラジアル軸受け（図示せず）が設けられ、第１及び第２の筒状部６１がラジアル方向で支持されても良い。また、第１及び第２の固定シャフト１０の両側の基部には、シール部材６１が設けられ、第１及び第２の筒状体６１で開口がこのシール部６３によってシールされ、液体金属３０が外部に漏れ出ることが防止されている。
【００３３】
図６に示される両持ち構造のＸ線管においても、回転陽極５０から間隙Ｇ２、Ｇ３及びＧ４内の液体金属３０に伝達された熱は、円盤状冷却容器１６及び軸部１４に効率的に伝達され、効果的に冷却水を介してＸ線管外部に導かれる。従って、回転陽極５０の温度の上昇を抑制することができ、陽極ターゲット５０が溶融温度にまで上昇するような事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示される陽極側の構造を部分的に拡大して示す部分断面図である。
【図３】図１に示される円盤状冷却容器の外面に形成されるスラスト軸受け用の螺旋溝を概略的に示す平面図である。
【図４】図１に示される円盤状冷却容器の外面に形成されるスラスト軸受け用の螺旋溝を概略的に示す平面図である。
【図５】この発明の他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管の陽極側の構造を部分的に拡大して示す部分断面図である。
【図６】この発明の更に他の実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管の構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２…ステータコイル、１０…固定シャフト、１０Ｓ…軸受面、１６…冷却容器、２０…冷却液、３０…液体金属、４０…陰極、５０…回転陽極、５２…陽極ターゲット、５１ａ…凹部、５２…電子衝突面、６０…回転体、６０Ｓ…軸受面、６１…筒状部、６２…環状部、６３…シール部、６４…モータロータ、７０…動圧溝構造、７１…動圧溝構造、ａ…中心軸、Ｇ１〜Ｇ４…間隙
【図１】
2009081065.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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