JPS5960949A - 回転陽極型ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、回転陽極型Ｘ線管装１６１に係り、特に、真
空容器外に設置された磁気力供給源によって回転陽極側
を完全非接触に支承させるようにしたＸ線管装置の改良
に関する。

〔発明の技術的背景〕

Ｘ線管装置を４１゜ζ造的に分類すると固定陽極型と、
回転陽極型とに大別される。このうち、回転陽極型は、
陽極が回転しているので、陽極に加わる熱負荷の実効面
積を大きくでき、これによって、瞬間的な大負荷に耐え
ることができる利点を備えている。

ところで、回転陽極型のＸ線管装置にあって、陽極を大
負荷から保獲するには、陽極をでき得る限り高速回転さ
せる必要がある。このように、陽極を高速回転させるに
際して、回転陽極側を機械的軸受で支承さぜた揚台には
、通常は、高高、毎分１，８万回転程度が限界である。

また、機械的軸受を用いた場合には、短時間に規定回転
数まで上昇させようとすると、大電力を必要とするばか
シか、軸受の寿命が著しく短かくなる欠点がある。さら
に、医療用として用いるにｌ′ｉ機械的な接かによる騒
音が太き過ぎる問題がある。

そこで、このような不具合を解消するために、最近では
、回転陽極側を、真空容器外から供給される磁気力で完
全非接触に支承されるようにしたものが提案されている
。すなわち、この磁気支承形の装置は、回転陽極に同軸
的に高透磁率材製の筒体を取シ付けるとともに真空容器
外に上記筒体に対して磁気支承力を作用させるのに必要
な磁気力を供給するだめの永久磁石および電磁石を配置
して上記筒体を軸方向、半径方向共に完全非接触に支承
するようにしている。

このように、回転陽極側を磁気力で支承するようにした
回転陽極型Ｘ線管装置にあっては、真空容器内において
回転陽極側が、いわゆる浮いている形態となるので、摩
擦によるエネルギの損失が存在せず、機械的軸受で支持
されたものに較べてｇ′Ｆ容回転回転数幅に向−ヒさせ
ることができ、しかも低消費電力で規定回転敬重で短時
間に上昇さぜることかできる。捷た、真空容器内に摩」
察役宋が存在していｈいので騒音の心配がなく、シかも
、装置６′全体を大幅に長寿命化させることができる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、従来の回転陽極型Ｘ線管装置にあっては
次のような間ｙｑ点があった。すなわち、回転陽極側（
ｉｌ−磁気力によって支承するには、軸方向の１蝕気支
承力と半径方向の磁気支承力とを同時に作用させる必要
があるが、従来装置にあっては、２方向の磁気支承力を
共通の永久磁石から出た磁束によって得るようにしてい
る。

このため、２つの方向に同時に十分な支承力を得ること
が困ｇで、永久磁石から得た磁気力だけでは安定した支
承か行なえない問題があった。

また、電？ｉ！；ｊ石を付勢して２つの方向の磁気支承
力を同時に制御する場合には、発生する相互干渉を考慮
に入れたｆｌｉｌＪω１ｊを行なう必要があり、この結
果、制御系の複４１′Ｌ化を免れ得ない問題もあった。

さらに、上述した不具合を解消するために、一方の磁気
支承力を電磁石から得るようにしたものも考えられてい
るが、この場合には、電磁石を常時付勢する必要がある
ので電力消費が多くなる問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に’４１Ｍみてなされたもの
で、その目的とするとζろは、永久磁石を主たる５１気
力供給源として用い、回転陽極側を軸方向ならびに半径
方向に大きな磁気剛性で支承でき、しかも両方向の支承
力を相互干渉なしに制ｉ卸でき、もって、少ない消費電
力で安定した磁気支承の実現ならびに安定化制御系の単
ｒｔＪｌｆ化を図れる回転陽極型Ｘ線管装置喉を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る回転陽極型Ｘ線管装置は、回転陽極側を磁
気支承するに必要な１１９１＋方向支承カと半径方向支
承力とを互いに磁気的に独立して設けられた軸方向支承
系と半径方向支承系とで与えるようにするとともに各支
承系の主たる磁気力供給源としてそれぞれ専用の永久磁
石を用いたことを特もλとしている。

〔発明の効果〕

上記のように、軸方向支承系と半径方向支承系とが磁気
的に独立しているので、各支承系の主たる磁気方便給源
である永久磁石の選択等によって、軸方向支承力と半径
方向支承力とを態別に任意に設定することができ、両支
承カを十分に太きくする仁とができるので、主として永
久磁石による磁気力のみで軸方向、半径方向共に大きい
磁気剛性で支承でき、この結果、非常に少ない消費電力
で磁気支承を実現できる。丑た、両支水系は磁気的に独
立しているので、両支承力を同時に制御しても互いに干
渉することがない。したがって、安定化制御を行なう系
の単純化を図ることができる。

〔発明の実施ド０〕 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図において、図中１は絶縁材で筒状に形成された真
空容器であり、この真空容器１内の図中上部には陰極２
と、たとえば円板状に形成された回転陽極３とが図中上
下方向に頗１間対向して配置されている。

陰極２には内部にし１示しないフィラメントが装角され
ている。そして、上記陰極２は真壁容器１の図中上壁中
央部を気密に貫１巾して設けられた導体４の先端部に同
定されている。

回転陽極３は、その図中上■１周辺部が、常に陰極２と
対向する関係に配置６′されており、上記周辺部上面は
外周縁に近づくにしたがって所望のＸ線を得るのに必璧
なテーパ面に形成されている。そして回転陽極３は後述
するところの回転子１ノによって支持されている。

しかして、前記真２　ｋ器１の壁部で前記回転陽極３０
図中下面に対向する部分には、このｙＢ分を上記回転内
棒３の側へ向けて有底筒状に凹没させた凹没壁５が形成
されており、さらに上記凹没壁５の、いわゆる底壁中火
部には、上記中央部を上記凹没壁５と同心的に回転陽極
側とは反対（ｐｉへ向けて凹没さぜた内側凹没壁６が形
成されている。そして、上記凹没壁５とその外側に位１
コ１する筒状の壁部７との間に形成された筒状空間８お
よび前Ｒ１−、：内佃凹没壁６内に回転子１）が回転自
在に収容されている。

回転子１ノは大きく分りで、前記回転陽極３と同軸的に
配設され図中上端部が上記回転陽極３の図中下面中央部
に連結されるとともに図中下端側が前記内側凹没壁６で
囲まれた空洞内に嵌入した尋’ｆｆｉ、性の補助軸１２
と、図中上端部が環状絶縁材ノ３を介して補助軸１２に
接続されるとともに図中下端側が前記筒状空間Ｂ内に嵌
入した筒状の回ｌ伝子本体１４とで構成されている。回
転子本体１４は、外径が前記壁部７の内径より小さく、
また内径が前記凹没壁、５の外径より大きい寸法に非磁
性材捷たは常磁性旧で形成された筒状の支持枠１５と、
この支持枠１５の内周面に軸方向に３段構成に形成され
た環状溝１６ａ、１６ｈ　、１６ｃと、これら環状溝１
６ａ、１６ｂ、１６ｃ内に装着された高透磁率材製の筒
体１７　ａ　＋　１７　ｂ　＋　１７　ｃと、上記支持
枠１５のたとえば外周面中央部に固定されたモータ１８
のロータ１９とで（１１，成されている。

また、前記内側凹没壁６の内面には、非常時等だけ前記
補助軸１２を機械的に支持する軸受２１ａ、２１ｂが、
常時は、上記補助ｉｈｂ　１２に対して非接触とカるＢ
’、Ｉ係に設けである。さらに、補助軸１２の図中下端
面には凹状の球面が形成されており、この球面２２に対
向する位置には接触用ボール２３がケース内に回転自在
に収容された状態に配設され、これら接触用ボール２３
と球面２２とで内棒電流導入装置がオル成されている。

そして、上記ケースは、スプリング２４ｆ介して内側凹
没壁６のいわゆる底壁を気密に貫通した導電棒２５の先
端に電気的に接続されている。

しかして、前記凹没壁５で囲まれた空間内には、第１図
中上方から下方に亘って、前記筒体１７ａとで半＜ｒｐ
丈方向承系を形成する磁気支承要素２６と、前Ｂｅ＝　
’ｊＦ！］体Ｚ７ｂとで軸方向支承系を形成する磁気支
承−開先２７と、前記補体１７ｃとで半径方向支承系を
・形ｌノにする磁気支承要素２８とが相互間に非磁性材
製のスペーサ２９゜３０を介在させて同１ｑ目的に装着
されている。前記筒体１７ｍ、１７ｃとで半径方向支承
系を構成する磁気支承υ素２６，２８はほぼ同様に（Ｅ
Ｈ成されており、ｆｉｊｉ状部３）およびこの筒状部３
１の一端側外周向に８１！、２図に示すように９０度の
開き角を・もって一体重に突設された磁極３２ａ、３２
ｂ　、３２ｃ　、３２ｄからなる磁極材３３と、上記筒
状部３ノの外周に装着され図示極性で示す如く半径方向
にン、！−ｆイムされた環状永久磁石３４と、この環状
永久イｌｄ石３４の外周向に装着された高透磁率材製の
リング３５と、前記各磁極３２ａ〜３２ｄの外周に装着
された半径方向安定北側１ｊｔｌ用のコイル３６ａ、３
６ｂ　＋３６　ｃ　、　、？　６　ｄとで構成されてい
る。そして、磁極材３３の軸方向の長さは筒体１７ａの
それとほぼ同程度に設定されている。一方、前記筒体１
７ｂとで軸方向支承系を構成する磁気支承要素２７は、
筒状部３８および上記筒状部３８の両端にリング状に一
体的に欠設された磁極部３９ａ、３９ｂからなる磁極材
４０と、筒状部３８の中央部外周に装置ｆされ図示極性
で示す如く半径方向に着磁された環状永久磁石４ノと、
この環状永久磁石４ノの外周に装着された品透磁率利製
のリング４２と、磁極部３９ａと環状永久磁石４１との
間およびｆａ極’１［Ｓ　３９　ｂと環状永久磁石４１
との間に装着された軸方向安定化１０１」節用のコイル
４３　ａ　、　４．３　ｂとで（１ｑ成されている。そ
して、上記イ藏極都３９ｈ　、３９ｂ間の軸方向の間茜
は筒体１７ｂの軸方向の長さと同程度に設定されている
。

しかして、前ＭＬ真空容器１の壁部７の外側には、上記
壁部７との間に所定の間隙５１をあけて非磁性材又は常
磁性月で有底筒状に形成された前体５２が装着されてい
る。そして、上記間隙５〕内の図中上部および下部で磁
気支承要素２６．２８の前記磁イへ、？　２　ａ〜３２
　ｄに対向する位置近ｆｇには第２図に示すように前記
回転子本体Ｊ４−の軸方向と直交する方向のりに位を検
出する変位検出器５３が設けてあシ、さらに軸方向変位
を１・鈷出する変位検出２＋ｖ　５４も設けである。

また、上ｉＥｃ空間５１内の前ＭＬロータ１９に対向す
る位１１ｔにはモータ１８のステータ２０が取シ付けら
れている。そして、上記ステータ２０の電機子巻想は′
−図ボしないモータ駆動用電源に接続され、また各変位
検出器５３および５４の出力端は回転子安定化１１ｉｌ
Ｊ　ｆｉｉＵ装置６ノに接続されている。上記回転子安
定化１ｕｌＪ御装置６１は、実際には、半径方向の安定
化を図るものと、軸方向の安定化を図るものとでイ“１
ｑ成されており、さらに、両者共に公知の位置規１１ｉ
ｌＪ　１ｌｉｌＪ御方式を実現するものと公知のカバラ
ンス制御方式を実現するものとで構成されている。今、
半径方向のカバランス制御方式を実現するものの１つを
取シ出して示すと、第１図に示すように対向する位置に
存在する変位検出器５３の出力を波形・位相処理装置６
２、信号増幅装置６３、・ぞワー増幅装置６４に力え、
このパワー増幅１檻゛６４で上記変位検出器間に位置□
する半径方向安定化制御用のコイルに、磁気ギヤラグ長
の変化を２回および１同機分した値に対応するｍｌ、６
ｆｆを含む電流を磁気ギヤラグ長が増加する方向に位置
するものには磁束を増加させる向きに供給し、また磁気
ギヤラグ長が減少する方向に位ＩＹＩするものには磁束
をｄＪ工少させる向きに供給するようにしている。軸方
向変位検出器５４の出力も同じ原理で処理されるーなお
、第１図中６５はＸ線透過窓を示している。

このような構成であると、磁気支承要素２６゜２８の各
永久磁石３４から出た磁束および磁気支承要素２７の永
久磁石４ノから出た磁束は、第４図に破線矢印で示す経
路Ｘ１ｌＸ２＋Ｙ１＋Ｙ２を通って半径方向支承および
軸方向支承に供される。すなわち、磁気支承要素２６の
永久磁石３４から出た磁束は筒体１７ｍに、その内面か
ら直角に入り、この筒体１７ａ内を軸方向に進行した後
、イ＋３）、　極Ｊ’　、？　３の磁ＩＦＩＪＡ　３２
　ａ　ｒ　３２ｂｒ３２ｃ　、３２ｄを経由して永久磁
石３４へ戻る経路を通る。したがって、磁気支承要素２
６と筒体１７ａとの間にｔよ半径方向の磁気的吸引力、
つまシ半径方向のイ（ｄ気支承力が作用することになる
。磁気支承要素２８の永久磁石３４から出た磁束も同様
に経路Ｘ２を辿る。したがって、磁気支承要素２８と筒
体１７ｃとの間にも半径方向の磁気支承力が作用するこ
とになる。一方、磁気支承要素２７の永久磁石４）から
出た磁束は、筒体１７ｂの中央部に、その内「１１と直
角に入り、筒体１７ｂ内を軸方向に進漢行した後、筒体
１７ｂの軸方向両ψｍ部から磁極材４０の磁極部３９ａ
、３９ｂを経由して永久イ１パ石４ノへ戻る２つの経路
Ｙ　ｌｒ　Ｙ　ｚを通る。したかつで、磁気支承要素２
７と前体１７ｂとの間には軸方向の磁気的吸引力、つ１
り軸方向の磁気支承力が作用することになる。

このため、回転子１ノは永久磁石、３４　、４１から供
給された磁束によって半径方向および軸方向共に大きな
支承力で支承されることになる。

なお、このとき、前述した回転子安定化制御装置６１に
よ−）で、上記磁気的支承力か回転子に加わる外力とつ
り合う様に回転子の位置が調節される。そして、つり合
った時点で回転子安定化制御装置汽６１の動作が停止す
る。したがって、回転子１１は、上記永久磁石３４．４
１による磁気的支承力によって完全に非接触状態、つ１
り浮き上った状態に支承される。この状態でモータ１８
のステータ２０に電源を接続すると、そのロータ１９が
回転し、これに伴なって前記ロータ１９の取着されてい
る回転子１１が回転を開始する。したがって、回転陽極
３も回転を開始する。そして、回転子１ノが規定回転載
に至った時点で軸方向安定化１ｔｌｌ　（’ｉｌｌ用の
コイル４３ａ。

４３ｂに信号を力え、回転子の位１ζ１′を軸方向に強
ｉ１ｉ目的にずらずことによって陽極電流尋人装置を接
触させると、回転陽極３と陰極２との間の電位差が大き
くカリ、陰極２で発生した電子が回転陽極３に衝突し、
これによってＸ線Ｐが第１図中矢印で示すように放出さ
れる。したがって、ここに回転陽極型のＸ線管装Ｒ１と
しての機能が発揮されることになる。そして、ｘ　ｉｔ
ｉ非照射時には、コイル４３　ａ　、　４　、？　ｂの
付勢を解除するとともにモータ電源をしゃ断する。この
とき、回転子１）は高真空中を完全非接触で支承されて
いるから、摩擦による回転数の減衰は無く、又、この時
の磁気支承力は、１１とんど永久磁石３４．４１による
ものであるため、消費する電力の非常に小さい状態で回
転を常時維持することが可能となり、したがって、任意
の時に、最小の待ち時間でＸ線を照射することができる
。

このように、軸方向支承系と半径方向支承系とを磁気的
に独立して設け、かつ、各支承系の主たる磁気力供給源
として永久磁石を用いるようにしている。したがって、
永久磁石のノ１９択等によって、軸方向支承力と半径方
向支承力とを別々に任意に設定することができ、両支承
力を十分に大きくすることができるので、主として永久
磁石による（１序気力のみで軸方向、半径方向共に大き
い磁気剛性で支承でき、この結果、非常に少ない消費′
ＩＪ’ｌ、’力で磁気支承を実現できる。

また、両支承糸は磁気的に独立しているので、両支承力
を同時に制御ｑｌ　Ｌでも互いに干渉することがない。

したがって、安定化制御を行なう系の単純化を図ること
ができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では、各磁気支承要素の
内側に回転子を位置させているが、この関係を逆にして
も何ら支障はない。

１だ、実施例においては冷却手段が省略されているが真
空容器外から冷却するようにしてもよい。壕だ陽極電ｖ
ＩＬ剪、入装置ｉ＞も実施例のものしこ限られるもので
は万＜、動作時に良好な電気的特性と耐摩耗性を発揮す
るものであればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るＸ線管装置の要部縦断
面図、第２図は同装置６を第１図におけるＡ　−Ａ　ｐ
ｉｊに沿って切１１Ｊｒ　Ｌ矢印方向に見た断面図、第
３図は間装ｆ６゛を均１，１図におけるＢ−Ｂ線、に沿
って切ｍｒ　Ｌ矢印方向に見たｕ′Ｊ′ｒ面図、第４図
は同装置り１゛における磁束の通過経路を説明するため
の図である。 １・・・真空容器、２・・・陰極、３・・・回転陽極、
５・・・凹没Ｑ、’ｙ、１１・・・回転子、１４・・・
回転子本体、１７ａ、１７ｂ、１７ｃｍ筒体、Ｉ　８　
・・・モータ、２６．２７．２８・・・磁気支承要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器内に陰極と回転陽極とを離間対向させて配置す
   るとともに真空容器外に設けられた磁気力供給源によっ
   て上記回転陽極側を完全非接触状態に磁気支承するよう
   にした回転陽極型Ｘ線管装置において、前記回転陽極に
   軸方向に連結して設けられた高透磁率材製の半径方向支
   承用筒体および軸方向支承用筒体と、前記真空容器外に
   前記各筒体と嵌合する関係に配置された半径方向支承用
   環状永久磁石および軸方向支承用環状永久磁石と、これ
   ら環状永久９石から出た磁束をそれぞれ独立的に対応す
   る前記筒体内に軸方向に通過させて戻す経路で案内する
   ことによって前記半径方向支承用筒体に半径方向の磁気
   的吸引力をまた前記軸方向支承用筒体に軸方向の磁気的
   吸引力をそれぞれ付与する磁極材と、これら磁極材を通
   過する磁束を制御し得るように装着された複数のコイル
   とを具備してなることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装
   置。