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技術 回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置

出願人 キヤノン電子管デバイス株式会社
発明者 岩瀬光央
出願日 2018年8月6日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-147606
公開日 2020年2月13日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-024799
状態 未査定
技術分野 X線管 すべり軸受
主要キーワード 駆動ローター シェルタ 管軸線 導入穴 有底円筒 ガラスパイプ 封入空間 冷却穴
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年2月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

すべり軸受封入されている液体金属漏れ出しを防止できる回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置を提供する。

解決手段

回転陽極X線管は、真空外囲器と、真空外囲器内収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、回転陽極構体は、真空外囲器に固定された固定軸と、固定軸の外周側に設けた回転軸と、固定軸と回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、すべり軸受は、管軸線方向の両端が真空外囲器内の空間に開放されており、固定軸には、管軸線方向に沿う通気孔が形成されている。

概要

背景

すべり軸受を有する回転陽極X線管が公知である。かかる回転陽極X線管では、固定軸回転体回転軸)との間にわずかな隙間を保ちながら、液体金属封止することで、すべり軸受を構成している。
例えば、特許文献1には、すべり軸受を有する固定軸を真空外囲器で支持することが開示されている。固定軸はすべり軸受の両端を突き抜けており、すべり軸受の両端は固定軸との間に僅かな隙間を保ちながら液体金属を封止することが開示されている。
特許文献2には、回転軸に液体金属のガス排気穴を形成して、すべり軸受内に封止した液体金属のガス排気を促進することが開示されている。
特許文献3には、固定軸に液体金属を収納したシェルタと液体金属の循環通路とを形成して、すべり軸受に液体金属を供給することが開示されている。

概要

すべり軸受に封入されている液体金属の漏れ出しを防止できる回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置を提供する。 回転陽極X線管は、真空外囲器と、真空外囲器内に収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、回転陽極構体は、真空外囲器に固定された固定軸と、固定軸の外周側に設けた回転軸と、固定軸と回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、すべり軸受は、管軸線方向の両端が真空外囲器内の空間に開放されており、固定軸には、管軸線方向に沿う通気孔が形成されている。

目的

本発明の実施形態は、すべり軸受に封入されている液体金属の漏れ出しを防止できる回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

真空外囲器と、前記真空外囲器内収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、前記回転陽極構体は、前記真空外囲器に固定された固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記固定軸と前記回転軸との間に液体金属充填したすべり軸受と、を有し、前記すべり軸受は、管軸線方向の両端が前記真空外囲器内の空間に開放されており、前記固定軸には、前記管軸線方向に沿う通気孔が形成されている回転陽極X線管

請求項2

前記通気孔は、前記固定軸の一端面と他端面とに開口している請求項1に記載の回転陽極X線管。

請求項3

請求項1又は2に記載の回転陽極X線管と、前記真空外囲器を収納する筐体と、前記真空外囲器と前記筐体との間の空間に充填された冷却液とを備え、前記固定軸は、前記真空外囲器と前記筐体との間の空間に開口した冷却液導入穴を備える回転陽極X線管装置

技術分野

0001

本発明の実施形態は、回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置に関する。

背景技術

0002

すべり軸受を有する回転陽極X線管が公知である。かかる回転陽極X線管では、固定軸回転体回転軸)との間にわずかな隙間を保ちながら、液体金属封止することで、すべり軸受を構成している。
例えば、特許文献1には、すべり軸受を有する固定軸を真空外囲器で支持することが開示されている。固定軸はすべり軸受の両端を突き抜けており、すべり軸受の両端は固定軸との間に僅かな隙間を保ちながら液体金属を封止することが開示されている。
特許文献2には、回転軸に液体金属のガス排気穴を形成して、すべり軸受内に封止した液体金属のガス排気を促進することが開示されている。
特許文献3には、固定軸に液体金属を収納したシェルタと液体金属の循環通路とを形成して、すべり軸受に液体金属を供給することが開示されている。

先行技術

0003

特開2005−78918号公報
特開2006−73254号公報
特開2015−41432号公報

発明が解決しようとする課題

0004

一方、すべり軸受を備える回転陽極X線管の組立工程では、外囲器真空排気を行う際に、外囲器内大気圧から高真空まで真空引きを行う工程がある。このような真空引き工程では、外囲器内に急激な真空度の変化が生じ、液体金属を封入したすべり軸受の両端では圧力差が生じて、圧力の高い一端側から液体金属を圧力の低い他端側に押し込んで、液体金属が軸受端面から漏れ出すおそれがあった。

0005

本発明の実施形態は、すべり軸受に封入されている液体金属の漏れ出しを防止できる回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置を提供する。

課題を解決するための手段

0006

一実施形態は、真空外囲器と、前記真空外囲器内に収納された陰極及び回転陽極構体と、を備え、前記回転陽極構体は、前記真空外囲器に固定された固定軸と、前記固定軸の外周側に設けた回転軸と、前記固定軸と前記回転軸との間に液体金属を充填したすべり軸受と、を有し、前記すべり軸受は、管軸線方向の両端が前記真空外囲器内の空間に開放されており、前記固定軸には、前記管軸線方向に沿う通気孔が形成されている回転陽極X線管である。

図面の簡単な説明

0007

図1は、一実施形態に係る回転陽極X線管装置の断面図である。

実施例

0008

以下に、図面を参照しながら、一実施形態に係る回転陽極X線管及び回転陽極X線管装置について詳細に説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

0009

図1に示すように、回転陽極型X線管1は、真空外囲器3と、真空外囲器3内に収納された回転陽極構体5及び陰極6とを備えている。回転陽極X線管装置2は、真空外囲器3の外側に設けたステータコイル7と、真空外囲器3及びステータコイル7を収容した筐体9とを備えている。筐体9と真空外囲器3との間の空間には冷却液11が充填されている。

0010

回転陽極構体5は、陽極ターゲット13と、固定軸15と、回転軸(回転体)17と、固定軸15と回転軸17との間に形成したすべり軸受19とを備えている。
すべり軸受19には潤滑剤としての液体金属LMが充填されている。

0011

固定軸15は、円柱状に形成され、側面にラジアル軸受面21と、シェルタ23と、循環通路25a、25b、25cとが形成されている。また、固定軸15は、管軸線Y方向の一端側に位置する一端側部15aと、管軸方向の他端側に位置する他端側部15bとを具備し、一端側部15aと他端側部15bとの間には、一端側部15a及び他端側部15bよりも径の大きな大径部15cが形成されている。
固定軸15の一端側部15aと他端側部15bとは、それぞれ固定部材27を介して真空外囲器3に固定されている。固定部材27には、通気孔(図示せず)が形成されており、真空外囲器3内において、管軸線Y方向の通気が図られている。
固定軸15は、Fe(鉄)合金やMo(モリブデン)合金等の金属で形成されている。

0012

固定軸15には、その管軸線Y方向に沿う、通気孔31と、冷却穴33と、シェルタ23とが形成されている。
通気孔31は、固定軸の一端面15eから他端面15fに亘って同一径で貫通して形成してある。この通気孔31の一端側開口31aと他端側開口31bは、それぞれ真空外囲器3内に開口している。即ち、通気孔31は、真空外囲器3内において、固定軸15の一端側の空間Aと他端側の空間Bとに通気している。

0013

冷却穴33は、固定軸15の一端側部15aの端の略中央に開口33aが形成されており、開口33aから陽極ターゲット13に対応する位置を越えて、他端側部15bの近傍位置までの深さで形成されている。
冷却穴33の開口33aは、筐体9と真空外囲器3との間の空間に開口されており、筐体と真空外囲器3との間に封入された冷却液11を取込むようにしてある。

0014

シェルタ23は、固定軸15の内部に設けられ、液体金属LMを収容する。このシェルタ23は、管軸線Y方向に沿って直線的に延在し、固定軸15の側面に開口した循環通路25a、25b、25cに連通されている。各循環通路25a、25b、25cの開口は、すべり軸受19の液体金属LMの封入空間34に連通されている。
即ち、すべり軸受19には、シェルタ23から循環通路25a、25b、25cを介して液体金属LMが循環されるようにしてある。

0015

回転軸17は、固定軸15の外周に固定軸15と同軸的に配置してある。回転軸17は、有底円筒状の本体17aと、本体17aの開口側に取り外し可能にねじ留めされた円環状の蓋部17cとを備えている。回転軸17は、Fe合金Mo合金等の金属で形成されている。本体17aの底部17b及び蓋部17cにはそれぞれ、固定軸15の対応する一端側部15a及び他端側部15bを挿通する挿通穴が形成されており、蓋部17cと一端側部15aとの間に隙間35aが、底部17bと他端側部15bとの間に隙間35bが形成されている。これらの隙間35a、35bは真空外囲器3内の空間に開放されている。
本体17aの外周面において、ステータコイル7に対向した位置には、駆動ローター37が設けてある。駆動ローター37は筒状であり、本体17aの外周面に固定されている。
駆動ローター37は、例えばCu(銅)で形成されている。

0016

回転軸17の内周面と、固定軸15の側面と、これらの間に充填された液体金属LMとですべり軸受19を構成している。
固定軸15は、その大径部15cに第1ラジアル軸受面19a、第2ラジアル軸受面19bを有している。また、大径部15cの一端に設けた第1スラスト軸受面19cと、他端に設けた第2スラスト軸受面19dを有している。
回転軸17は、第1ラジアル軸受面19a及び第2ラジアル軸受面19bに対して外周側に隙間を置いて対向した第3ラジアル軸受面21aを有している。また、回転軸17は、第1スラスト軸受面19cに管軸線Y方向に隙間を置いて対向した第3スラスト軸受面21bと、第2スラスト軸受面19dに管軸線Y方向に隙間を置いて対向した第4スラスト軸受面21cと、を有している。

0017

固定軸15及び回転軸17は、全対向領域で、互いに隙間を置いて設けられている。大径部15cは回転軸17で覆われている。固定軸15の一端側部15a及び他端側部15bは回転軸17よりも管軸線Y方向に突出している。固定軸15は回転軸17を回転可能に支持している。

0018

液体金属LMは、固定軸15及び回転軸17間の隙間に充填されている。更に、液体金属LMは、固定軸15及び回転軸17間の隙間だけでなく、シェルタ23にも適量充填されている。
液体金属LMは、GaIn(ガリウムインジウム)合金又はGaInSn(ガリウム・インジウム・錫)合金等の材料を利用することができる。液体金属LMは、上記循環通路25a、25b及び25cを介して固定軸15の内部及び外部に出入り可能である。

0019

液体金属LMは、固定軸15の側面及び回転軸17の内周面と共に動圧型のすべり軸受を形成している。この実施形態において、液体金属LMは、第1ラジアル軸受面19a及び第3ラジアル軸受面21aと共に動圧型の第1ラジアルすべり軸受B1を形成している。液体金属LMは、第2ラジアル軸受面19b及び第3ラジアル軸受面21aと共に動圧型の第2ラジアルすべり軸受B2を形成している。液体金属LMは、第1スラスト軸受面19c及び第3スラスト軸受面21bと共に動圧型の第1スラストすべり軸受B3を形成している。液体金属LMは、第2スラスト軸受面19d及び第4スラスト軸受面21cと共に動圧型の第2スラストすべり軸受B4を形成している。すべり軸受19は、第1スラストすべり軸受B3の隙間35a及び第2スラストすべり軸受B4の隙間35bを介して真空外囲器3内に連通されている。

0020

陽極ターゲット13は、円環状に形成され、固定軸15及び回転軸17と同軸的に設けられている。陽極ターゲット13は、接続部39を介して回転軸17の軸管方向Xの略中央部に固定されている。なお、陽極ターゲット13は接続部39と同一材料で一体に形成されていてもよい。

0021

陽極ターゲット13は、陽極本体41と、陽極本体41の外面の一部に設けられたターゲット層43とを有している。陽極ターゲット13は、回転軸17と共に回転可能である。陽極ターゲット13は、ターゲット層43に電子入射されることによりX線を放出するものである。

0022

陰極6は、陽極ターゲット13のターゲット層43に間隔を置いて対向配置されている。陰極6は、真空外囲器3の内壁取付けられている。陰極6は、ターゲット層43に照射する電子を放出する電子放出源としてのフィラメント45を有している。

0023

真空外囲器3は、円筒状に形成されている。真空外囲器3は、ガラス及び金属で形成されている。真空外囲器3において、陽極ターゲット13と対向した個所の径は、回転軸17と対向した個所の径より大きい。真空外囲器3には固定軸15の一端側部15aが気密に接続されており、冷却穴33の開口33aを真空外囲器3の外側に連通してある。
真空外囲器3は、固定軸15の他端側部15b側に排気管部品3aを有し、この排気管部品3aは封止材3bにより密閉され、内部は真空状態に維持されている。排気管部品3aは銅パイプ若しくはガラスパイプ製であり、この排気管部品3aから排気後、封止材3bとして銅を圧着するか、ガラスを溶かして封着することで、真空状態を保持している。

0024

ステータコイル7は、回転軸17の側面、より詳しくは駆動ローター37の側面に対向して真空外囲器3の外側を囲むように設けられている。ステータコイル7の形状は環状である。ステータコイル7は、駆動ローター37に与える磁界を発生して回転軸17及び陽極ターゲット13を回転させる。

0025

筐体9は、陰極6と対向したターゲット層43付近にX線を透過させるX線透過窓9aを有している。筐体9の内部には、回転陽極型X線管1及びステータコイル7が収容されている他、冷却液11が充填されている。

0026

回転陽極X線管1の動作状態では、ステータコイル7は回転軸17(特に駆動ローター37)に与える磁界を発生し、回転軸17は回転する。これにより、陽極ターゲット13は回転する。また、陰極6に相対的に負の電圧印加され、陽極ターゲット13に相対的に正の電圧が印加される。
これにより、陰極6及び陽極ターゲット13間に電位差が生じる。このため、フィラメント45は、電子を放出すると、この電子は、加速され、ターゲット層43に衝突する。これにより、ターゲット層43は、電子と衝突するときにX線を放出し、放出されたX線は真空外囲器3及びX線透過窓9aを透過し、筐体9の外部に放出される。

0027

一方、回転陽極X線管1の組立時には、真空外囲器3内に回転陽極構体5を収納すると共に固定部材27で真空外囲器3内に固定する。また、回転陽極構体5のすべり軸受19及びシェルタ23には、液体金属LMが充填されている。
この状態で、真空外囲器3を炉内に配置して、排気管部品3aから真空排気して真空外囲器3内を大気圧から高真空状態にする。その後、排気管部品3aを封止材3bで封止する。尚、真空外囲器3を真空にした後、回転陽極X線管1は、冷却液11を充填した筐体9内に設置する。

0028

上記のように構成された一実施形態に係る回転陽極型X線管1によれば、真空外囲器3内を排気管部品3aから真空排気する工程において、真空外囲器3内では、急激に真空度の変化が発生し、すべり軸受19の両端部側では、圧力差が発生するおそれがある。即ち、第1スラスト軸受B3の隙間35aと第2スラスト軸受B4の隙間35bとで真空度が異なる。特に、真空排気初期では、大気圧から高真空まで真空排気を行うが、かかるか真空排気初期では、真空外気内に急激な真空度の変化が発生するおそれがある。
しかし、本実施の形態にかかる回転陽極型X線管1よれば、固定軸15には、管軸線Y方向に沿う通気孔31が形成されているので、この通気孔31が固定軸15における一端側の空間Aと他端側の空間Bとを連通して急激な真空度の変化を防止する。
したがって、第1スラスト軸受B3の隙間35aと第2スラスト軸受B4の隙間35bとにおける圧力差を低減し、略同じ圧力に保持することができる。
このように、真空外囲器3内における急激な真空度の変化、即ち圧力差により、すべり軸受19に封止した液体金属が一方の隙間35aから他方の隙間35bに押し出されて、漏れるのを防止する。

0029

通気孔31は、固定軸15の一端面15eと他端面15fとに開口した貫通孔であるから、形成が容易にできる。
固定軸15には、筐体9内の冷却液11を導入する冷却穴33が形成されているので、固定軸15の冷却効率を高めることができる。

0030

上述した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0031

例えば、実施の形態において、固定軸15に形成する通気孔31は、固定軸15の一端面15eと他端面15fとに開口することに限らず、固定軸15の側面に開口しても良い。
また、通気孔31は、複数形成しても良い。

0032

1…回転陽極X線管、3…真空外囲器、3a…排気管部品、5…回転陽極構体、15…固定軸、17…回転軸(回転体)、19…すべり軸受、31…通気孔、Y…管軸線、LM…液体金属。

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