JPH0421300B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は回転陽極型Ｘ線管装置に係り、陽極
ターゲツトを磁気軸受で非接触で支承しながら高
速度で回転させ、更にこの陽極ターゲツトに正の
高電圧を供給し、陰極に負の高電圧を供給し、真
空容器及び磁気軸受用ローターを実質的に接地電
位に保ち、磁気軸受のステーターとローターの間
隔を４mm以下に保ち、且つコンパクトな構造とし
た回転陽極型Ｘ線管装置に関する。 〔発明の技術的背景〕 一般にＸ線管は、例えばＸ線診断として医療用
に利用されているが、胃の検診などの場合には、
従来第３図に示すようなＸ線管が用いられてい
る。このＸ線管は、いわゆる回転陽極型といわれ
るもので、外囲器１の一方に陰極２が配設され、
熱電子を放出する陰極フイラメント及び集束電極
を内蔵したカツプ３が偏心して設けられている。
又、外囲器１の中央付近には、陰極２に対向して
略傘状の陽極ターゲツト４が配設されている。こ
の陽極ターゲツト４は、上記陰極２との間に高電
位差を設け、陰極フイラメントから放出された電
子を加速して衝突させ、制動輻射によつてＸ線を
発生させるとともに、その際に発生する多量の熱
を貯蔵および放熱するためのものであり、熱発生
面積を実効的に広げるために高速度で回転できる
ようになつている。このような陽極ターゲツト４
は支持柱５を介して有蓋円筒状ローター６に連結
されている。このローター６は、外囲器１外に配
設されたステータ７が発生する回転磁界を受けて
回転力を生じるもので、ステータ７と共に誘導電
動機を形成している。尚、支持柱５とローター６
は一体になつている。ローター６の内側には、軸
心に沿つて回転軸８が配設され、この回転軸８の
一端はねじ等（図示せず）によりローター６に固
着されている。この回転軸６と前記ローター６と
の間には有底筒状の固定子９が同軸的に配設さ
れ、一端が封着リング１０，１１を介して上記外
囲器１に固定されている。尚、この固定子９は一
部が管外に露出しており、Ｘ線管全体を外部に支
持固定する役目も果している。そして固定子９と
上記回転軸８との間には、ベアリング１２，１３
が介在配設され、回転軸８が自由に回転するよう
になつている。さて、動作時には陰極フイラメン
トから放出された電子がターゲツト４に到達した
時のパワーは、陽極電圧50kV、電流20mAの場
合、1kWに達する。このパワーの99％以上が熱
に変換されるので、ターゲツト４は外部への熱輻
射と他の部分への熱伝導を伴いながら高温度に加
熱される。熱輻射は温度の４乗に比例して増加す
るので、高温になると放熱が大きく増加し、短時
間で熱平衡に達する。例えば前記の条件では５分
後に1100℃で平衡する。一方、熱伝導による熱の
伝達は、伝導媒体の他端が熱的にフリーの場合に
は、長時間かかつて徐々に端部が高温となる。そ
してターゲツト４の熱はローター６、回転軸８に
伝けられ、これらを高温にする。ローター６が高
温になれば、前述したように熱輻射が増加して熱
的に平衡に達する。上記した条件では、支持柱５
上の点は通電開始後約15分で800℃、ローター
６の点では通電開始後30分で550℃、ベアリン
グ１３の近傍の点では通電開始後50分で400で
熱平衡に達する。ベアリング１３の熱伝導が悪化
すれば、点の温度は点と同一となり、550℃
にも達することになる。ベアリング１２，１３中
のボールの回転状況によつては熱膨張により外
輪、内輪とのクリアランスが不良となり、ベアリ
ング破損等の不都合が発生することとなる。又、
ベアリング１２，１３が500℃以上にもなれば、
ボールの硬度低下をきたし、回転停止等の管球破
損が発生することになる。 又、真空中でベアリング１２，１３を介してロ
ーター６及びターゲツト４を回転する場合、回転
速度を大きくすると、極端に回転寿命が低下する
ことが判つている。現実に使用されているＸ線管
は10000rpm程度であるが、この場合でも回転寿
命は十分ではない。 更に、ターゲツト４の熱容量が増えた場合に、
ターゲツト重量が大きくなり、やはり回転寿命が
短かくなる欠点があつた。これを解決するため
に、米国特許明細書4417171号、特公昭58−43860
号、特開昭59−63646号に記載されている磁気浮
上形Ｘ線管が提案されているが、これらは次のよ
うな欠点を有している。即ち、米国特許明細書
4417171号では、ローターの外径が極めて大きく
なり、Ｘ線管全体が大きくなるだけでなく、中央
部の支柱を高電圧にしなければならないので、そ
の保持が困難である。特公昭58−43860号では、
ローターとターゲツトの剛性が小さく、共振周波
数が低くなり、高速回転ができない欠点がある。
特開昭59−63646号では、陽極を接地電位に保た
なければならず、特別の高電圧電源及び電圧ケー
ブルが必要となり不便である。 〔背景技術の問題点〕 ところで上記のような従来のＸ線管には、次の
ような欠点がある。即ち、上述のようにベアリン
グ１２，１３の内輪は高温度になり易いが、外輪
は低温となつており、この点の温度は60℃から
550℃の間で、ベアリング１２，１３中のボール
の回転状況によつて変化する。ボールの温度が高
くなると、ボールと内輪及び外輪とのクリアラン
スが不足するだけでなく、これらの間に存在する
潤滑材が蒸発してしまい、ベアリング１２，１３
が破損する場合がある。これらの理由により回転
停止事故が多発し易い欠点がある。この防止のた
めにターゲツト４の黒化度の増大、ローター６の
表面の黒化度の増大、ターゲツト４とローター６
の間に熱遮蔽板の設置等が考えられているが、こ
れらの効果は比較的少なく、ターゲツト４への入
力パワーを過少にしているのが実状である。 又、この構造では高速回転をすると、回転寿命
が極めて悪くなる。そして、ターゲツト４の熱容
量を増すと、ターゲツト４の重量が増すため、
益々、回転寿命が短かくなる。これらの間題を除
去するために、磁気軸受を用いた回転陽極型Ｘ線
管が既述のように米国特許明細書4417171号、特
公昭58−43860号、特開昭59−63646号に提案され
ている。しかしながら、これらはそれぞれ前述し
たように欠点を有している。 〔発明の目的〕 この発明の目的は、大容量のＸ線発生用ターゲ
ツトを磁気軸受を用いて非接触で回転自在に支承
し、この磁気軸受の剛性を十分大きく保ち、しか
も回転部の剛性を大きくして共振周波数を高く
し、低振動の高速回転を可能とし、回転寿命を極
めて長くし、且つターゲツトを正の高電圧に、陰
極を負の高電圧に、真空容器及び磁気軸受のロー
ター及びステータを実質的にアース電位に保つこ
とにより、磁気ギヤツプを小さくして剛性を高く
すると共に、ローターの変位を検出する位置セン
サーにノイズが入らないようにして、信頼性を著
しく向上した回転陽極型Ｘ線管を提供することで
ある。 〔発明の概要〕 この発明は、磁気軸受用ローターの内部に絶縁
物を挿入固着し、この絶縁物を介してこの絶縁物
の外周部で分離した位置にＸ線発生用ターゲツト
を機械的に固着して、このターゲツトと上記磁気
軸受用ローターとを分離した上記絶縁物の部分で
電気的に絶縁し、上記磁気軸受用ローターを実質
的に接地電位に保ち、少なくとも１個のローター
の内部に貫通して設けられた導電路を通つて管外
から上記ターゲツトに正の高電圧を供給するよう
に構成されている。そして、陰極には負の高電圧
を加えることができ、従来の回転陽極型Ｘ線管と
同じ中性点接地形の高電圧電源で使用することが
でき、従来のＸ線管と同じ程度の重量及び外形寸
法を有し、しかも大容量のターゲツトを超高速度
で回転させることができ、極めて長寿命で低振
動、低騒音の回転陽極型Ｘ線管装置である。 〔発明の実施例〕 この発明の回転陽極型Ｘ線管装置は第１図に示
すように構成され、従来例（第３図）と同一箇所
は同一符号を付すことにする。 即ち、真空容器であるハウジング１の中央部は
金属製であり、接地電位に保たれている。そし
て、このハウジング１は、Ｘ線発生用の陽極ター
ゲツト４からの熱を吸収する吸熱容器部１０１
と、磁気軸受内真空隔壁１０２，１０３と、位置
センサー内真空隔壁１０４，１０５と、補助軸受
支持板１０６，１０７と、端部絶縁容器１０８，
１０９から成り立つている。このようなハウジン
グ１は上記部分によつて既述のように真空容器を
形成し、その内部は高真空に保たれている。 上記磁気軸受内真空隔壁１０２，１０３の外側
には、ラジアル方向に吸引力を発生するラジアル
磁気軸受用ステーター１１０，１１１が設けられ
ている。このラジアル磁気軸受用ステーター１１
０，１１１のそれぞれ横には、スラスト方向に吸
引力を発生するスラスト磁気軸受用ステーター１
１２，１１３が設けられている。これら各ステー
ターの内側には、磁気軸受用ローター１１４，１
１５が配設されている。この磁気軸受用ローター
１１４，１１５は純鉄等の磁性材料からなり、そ
の外周には磁性材料からなる積層板１１６，１１
７が被覆され、この積層板１１６，１１７と上記
ラジアル磁気軸受用ステーター１１０，１１１と
の間で吸入力を発生してラジアル磁気軸受を構成
している。 又、上記ラジアル磁気軸受用ローター１１４，
１１５の端部には、耐熱金属１１８，１１９を有
して例えばバリウムインプレカソードのような低
温動作の陰極１２０，１２１が取付けられてお
り、ダイオード陽極１２２，１２３との間で通電
用ダイオード１２４，１２５を形成している。更
にその外側に、固定陰極１２６，１２７が設けら
れており、上記の回転する耐熱金属１１８，１１
９の一部との間に上記通電用ダイオード１２４，
１２５と逆特性の通電ダイオード１２８，１２９
を形成している。これらのダイオードにより磁気
軸受用ローター１１４，１１５は両方共実質的に
接地電位に保たれ、上記磁気軸受内真空隔壁１０
２，１０３と実質的に同電位になつている。この
ため、それらの間隔を0.5mm以内の小ギヤツプに
保つことができ、上記ラジアル磁気軸受用ステー
ター１１０，１１１と磁気軸受用ローター１１
４，１１５との間隔を１mm以内に小さくすること
ができる。この結果、軸受剛性を極めて大きくす
ることができる。 更に上記磁気軸受用ローター１１４，１１５の
外周には、上記積層板１１６，１１７に続いて金
属リング１３０，１３１が固着され、一方のロー
ター１１５の外周には上記金属リング１３１に続
いて銅リング１３２、非磁性リング１３３が固着
されている。上記銅リング１３２の外側にはロー
ター回転用ステーター１３４が設けられており、
これらは誘導モーターを形成してローターを高速
度で回転させる。上記金属リング１３０、非磁性
リング１３３の外側には、それぞれリング１０
４，１０５を介してフラジアルセンサー１３５，
１３６が設けられ、磁気軸受用ローラー１１４，
１１５の偏位を検出する。 又、上記磁気軸受用ローター１１４の内側に
は、貫通した電気絶縁物１３７が焼きばめ等によ
つて機械的に剛に固着されている。この電気絶縁
物１３７のうちターゲツト４側の端面１３７−ａ
には、モリブデン等からなる金属板１３８が接合
されている。この接合は、ろう付け等によつて実
現可能であることは、実験済みである。そして、
この金属板１３８には、Ｘ線発生用の陽極ターゲ
ツト４がボルト１３９により機械的に密に固定さ
れている。 上記磁気軸受用ローター１１４の端部と上記金
属板１３８の中間部では、電気絶縁物１３７の直
径を他の部分よりも大きな耐電圧部１３７−ｂが
形成され、ターゲツト４と磁気軸受用ローラー１
１４の高耐電圧（例えば80kV以上）を保つてい
る。この場合、電気絶縁物１３７の耐電圧部１３
７−ｂは、表面を凹凸にすることにより沿面距離
を長くしている。 上記電気絶縁物１３７の中央部には導電路１４
０が設けられ、電気絶縁物１３７のターゲツト４
側の端面にメタライズ処理等によつて取付けられ
た導電体１４１を介してターゲツト４に電気的に
結合されている上記導電路１４０の他の部分には
耐熱金属１４２が設けられており、その一部に熱
電子放出陰極１４３が取付けられ、その外部に取
付けられたヒーター１４４により陰極１４３は
1000℃程度の高温度に加熱される。上記ヒーター
１４４には、動作時に管外から高電圧（例えば
75kV）が印加され、上記のように加熱されて陰
極１４３からの熱電子の流入により、電気的に低
インピーダンスで結合されている。従つて、ター
ゲツト４に管外から非接触で高電圧を供給するこ
とができる。 もう一方の磁気軸受用ローター１１５の内側一
部にも、電気絶縁物１４５が焼きばめ等により挿
入固着されており、上記と同様にターゲツト取付
用金属板１３８とローター１１５は、径が大きい
耐電圧部分１４５−ａによつて高耐電圧（例えば
80kV）に保たれている。そして、上記したよう
にローター１１５は接地電位に保たれ、ターゲツ
ト４は正の高電圧に保たれている。尚、耐電圧部
分１４５−ａは凹凸部分を設けて沿面距離を長く
している。 又、陰極３には図示しない導電体によつて負の
高電圧（例えば−75kV）が供給されており、熱
電子が正の高電圧（例えば＋75kV）に保たれた
ターゲツト４に衝突してＸ線１４６を発生する。
このＸ線１４６は、吸熱容器部１０１に取付けら
れた例えばベリリウムからなるＸ線放射窓１４７
を通つて管外に照射される。又、ターゲツト４か
ら放出された２次電子（図示せず）は、管内に設
けられた遮蔽板１４８，１４９により遮蔽され、
電気絶縁物１３７，１４５の耐電圧部１３７−
ｂ、１４５−ａに飛来するのを防いでいる。 更に、ローター１１４，１１５の端部の外側に
は、それぞれ補助ベアリング１５０，１５１が支
持板１０６，１０７によつて強固に支持されてい
る。ローター１１４，１１５が正常に作動してい
るときには、ローター１１４，１１５と非接触で
あるが、動作前又は異常動作の場合には、この補
助ベアリング１５０，１５１によつて回転部が支
承される。 又、ローター１１５の端部には、スラスト方向
の偏位を検出するための位置センサー１５２が取
付けられ、その出力によりスラスト磁気軸受用ス
テーター１１２，１１３を制御してスラスト方向
の位置制御を行なう。 尚、電気絶縁物１３７，１４５の材質として、
窒化シリコン（例えばSi₃N₄）のようなセラミツ
クスを用いると、機械的強度が大きくなり、好適
である。 〔発明の変形例〕 上記実施例では、ローター１１４，，１１５を
実質的に接地電位に保つために非接触の電流通路
を採用しているが、その片方又は両方を機械的に
接触させる構造にしても良い。 同様に、ターゲツト４に管外から電圧を供給す
るための非接触導電部１４３，１４４を機械的な
接触による導電機構に変えても良い。 又、ローター１１４（又は１１５）と絶縁物１
３７（又は１４５）とを全面で接合しているが、
接合面を一部分に限定しても良いことは勿論であ
る。 又、上記実施例ではターゲツト４を両側で支承
しているが、磁気軸受用ステーター１１１を１１
０側に移して、いわゆる片持構造にしても良いこ
とは勿論である。 次に、他の変形例について第２図を用いて説明
するが、第１図と同一箇所は同一符号を付す。 即ち、電気絶縁物１３７，１４５は柱状とし、
耐電圧部分１３７−ｂ，１４５−ａは沿面距離を
長くすることにより、高電圧とすれば、上記実施
例と同様効果が得られる。更に、耐電圧部分１３
７−ｂ，１４５−ａに凹凸部を設けて沿面距離を
長くすれば良いことは勿論である。 又、軸受部に従来の機械的ベアリングを用いて
も良い。 〔発明の効果〕 この発明によれば、次のような優れた効果が得
られる。 即ち、回転体が完全非接触であるので、
30000rpm程度の超高速回転が可能であり、Ｘ線
管の尖頭入力値を従来来管に比べて1.7位に増加
させることができる。又、回転体が完全非接触で
あるため、低振動、低騒音のＸ線管を提供でき、
更に機械的ボールベアリングを使わないので、回
転寿命が極めて長くなる。 又、ターゲツト４を正の高電圧に、陰極１２
０，１２１を負の高電圧に保つているので、いわ
ゆる中性点接地方式の高電圧電源が使用できる。
つまり従来のＸ線管用電源を使用できるため、こ
の発明の回転陽極型Ｘ線管は従来のＸ線発生装置
に使用することができる。 又、ローター１１４，１１５が実質的に接地電
位であるため、磁気軸受の磁気ギヤツプを小さく
できると共に強い剛性を得るこことができ、極め
て重い重量（（例えば４Kg）のターゲツト４を高
速（例えば30000rpm）で回転させることができ
るので、超大容量（例えば6MHU）のＸ線管を
提供することができる。更に、ローター１１４，
１１５が実質的に接地電位であるために、位置セ
ンサー１５２に入るノイズを減少させることがで
き、安定な動作が可能である。 又、ローター１１４，１１５の構造が簡単であ
り、この結果、コンパクトで低価格のＸ線管を提
供することができる。以上説明したようにこの発
明は、磁気軸受の一部を構成する軸受用ローター
及び陽極ターゲツトを機械的に連結する電気絶縁
体が、縦断面がほぼＴ字状をなし、その径大部に
陽極ターゲツトが連結されるとともに径小部の外
周に磁気軸受用ローターが固着され、且つ絶縁体
径大部と陽極ターゲツトとの間にこのターゲツト
の外径寸法よりも小さい内径寸法の孔を有する遮
蔽板が配置されているので、回転体全体の剛性を
高くすることができ、而も陽極ターゲツトからの
浮遊電子が絶縁体の径大部に衝突して帯電するこ
とが抑制され、安定な動作が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る回転陽極型
Ｘ線管を示す断面図、第２図はこの発明の変形例
を示す断面図、第３図は従来の回転陽極型Ｘ線管
を示す断面図である。 １……ハウジング、４……陽極ターゲツト、１
１０，１１１……ラジアル磁気軸受用ステータ、
１１２，１１３……スラスト磁気軸受用ステー
タ、１１４，１１５……磁気軸受用ロータ、１２
０，１２１……陰極、１３７，１４５……電気絶
縁物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器内に配置された電子ビーム放出陰極
   と、この陰極に対向して設けられた回転自在のＸ
   線発生用陽極ターゲツトと、この陽極ターゲツト
   を回転自在に支承する磁気軸受と、この磁気軸受
   の一部を構成する軸受用ローター及び上記陽極タ
   ーゲツトを機械的に連結する電気絶縁体とを備え
   る回転陽極型Ｘ線管装置において、 上記電気絶縁体は、縦断面がほぼＴ字状をな
   し、その径大部に上記陽極ターゲツトが連結され
   るとともに径小部の外周に上記磁気軸受用ロータ
   ーが固着され、且つ上記絶縁体径大部と陽極ター
   ゲツトとの間に該ターゲツトの外径寸法よりも小
   さい内径寸法の孔を有する遮蔽板が配置されてな
   ることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。