JPS61225743A

JPS61225743A - 回転陽極型ｘ線管装置

Info

Publication number: JPS61225743A
Application number: JP60065221A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-07

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〕この発ＦＪＡは回転陽極型Ｘ線管装置に係多、陽極ター
ゲットを磁気軸受で非、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ッ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４１１ＩＩｌ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
Ｏ〔発明の技術的背景〕一般ＫＸ細管は、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
極構体２が配設され、熱電子を放出する陰極フィラメン
ト及び集束電極を内蔵した陰極３が偏心して設けられて
いる。又、外囲器１の中央付近ｔｔｃ　ｈ、陰極構体２
に対向して略傘状の陽極ターゲット４が配設されている
。この陽極ターゲット４位、上記陰極構体２との間に高
電位差を設け、陰極フィラメントから放出された電子を
加速して衝突させ、制動輻射によってＸＭ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シ、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っている。このような
陽極ターゲット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は一体になって
いる。ローター６の内側には、細心に沿って回転軸８が
配設され、この回転軸８の一端はねじ等（図示せず）に
よジローター６に固着されている。この回転軸８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シ、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１２．１
３が介在配設され、回転軸８が自由に回転するようにな
っている。さて、動作時には陰極フィラメントから放出
された電子がターゲット４に到達した時のパワーは、陽
極電圧５０ＫＶｔ流２０　ｍＡ　ｏ＠合、１′Ｉｇに達
する。このパワーの９９％以上が熱に変換されるので、
ターゲット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。−力、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
時間かかって徐々に端部が高温となる。そしてターゲッ
ト４の熱はローター６、回転軸８に伝えられ、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０点は通電開始後約１５分でＳＯＯ℃、ローター
６の０点では通電開始後３０分で５５０℃、ベアリング
１３の近傍の０点では通電開始後約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
、０点の温度は０点と同一となシ、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
況によっては熱膨張によシ外輪、内輪とのクリアランス
が不良となシ、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
及びターゲット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っている。現
実に使用されているＸ線管は１０．０００　ｒｐｍ程度
であるが、この場合でも（９）転寿命は十分ではない。

更に、ターゲット４の熱容量が増えた場合に、ターゲッ
ト重量が大きくなり、やはシ回転寿命が短かくなる欠点
があった。これを解決するために、米国特許明細書４，
４１７，１７１号、特分昭５８−４３８６０号、特開昭
５９−６３６４６号に記載されている磁気浮上形Ｘｌｌ
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４，４１７，１７１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、その保持が困離である。特公昭５８
−４３８６０号では、ローターとターゲットの剛性が小
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高電圧
ケーブルが必要となシ実用的でない。

〔背景技術の問題点〕

ところで上記のような従来のＸｋ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
内輪及びボールは高温度になシ易いが、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憫滑材が蒸
発してしまい、ベアリング１２．１３が破損する場合か
ある。これらの理由によ多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ット４の黒化度の増
大、ローター６の表面の黒化度の増大、ターゲット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、ターゲット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、回転寿命が極めて短かくなる。

そして、ターゲット４の熱容量を増すと、ターゲット４
０重量が増すため、益々回転寿命が短かくなる。これら
の問題を除去するために、磁気軸受を用いた回転陽極型
Ｘ線管か既述のように米国特許明細書４．４１７，１７
１号、特公昭５８−４３８６０号、特開１１１８５９−
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以外に次のよ
うな欠点を有している。

例えば、磁気軸受用制御回路に混入した電気ノイズによ
シ、磁気軸受用制御回路が誤動作をしたシ破損した場合
に、ターゲット及びローターハ補助ベアリング上に急激
にタッチダウンするが、米国特許明細’％Ｆ４，４１７
，１７１号の構造では、補助ベアリングを高電圧に保た
れ死中心細によって支持しているため、十分な剛性が得
られず、タッチダウン時の強い衝隼によシ破損に至る等
、信頼性の点で問題がある０又、特開昭５９−６３６４６号の構造では、一方の補助
ベアリングがターゲットに極めて近く、回転体の温度が
高いので、上記したタッチダウン時に補助ベアリングの
接触面が急激に高温になり、補助ベアリングの変形等の
異常を生じ、管球を破損に至らしめる事故も起シ易い。

更に、特公昭５８−４３８６０、製分ＦＭ５５９−４１
２６９では、補助ベアリングを有しないため、上記した
誤動作時に破損等の事故が発生する０〔発明の目的〕この発明の目的は、大容量のＸ線発生用ターゲラ）！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シ、低振動の超高速回転を可能
とし、回転寿命を極めて長くシ、且つターゲットを正の
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、磁気ギャッ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、爽に例
えば磁気軸受用制御回路に混入した電気ノイズによル、
磁気軸受用制御回路が誤動作した）破損した場合にも、
ターゲット及びローターを安全にタッチダウンさせるこ
とができる回転陽極型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線発生用ターゲットを機械的に固着して、
このターゲッ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って管外
から上記ターゲッ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Ｘｍ管と同じ
程度の重ｌ及び外形寸法を有し、しかも大容量のターゲ
ットを超高速度で回転させることができ、更に磁気軸受
の制御に異常が生じた場合にも安全に高信頼度でタッチ
ダ９ンさせることができ、極めて長寿命で低振動、低騒
音の回転陽極型Ｘ線管装随である。

〔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−符号管付
すことにする。

即ち、真空容器であるハウジングｌ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ｚＶｉ、ｘｉ発学生用ターゲット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１０２，１
０３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）立っている。このようなハウジング１は
上記部分によっ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
ジアル力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１１０，１１１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１１２，１１３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１
１４，１１５が配設されている。この磁気軸受用ロータ
ー１１４，１工」は純鉄等の磁性材料からなシ、その外
周には磁性材料からなる積層板１１６，１１１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、上記磁気軸受用ロータートエコ、Ｌ工」の端部には
、耐熱金属１１１１．１１９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接地用ダイオードの
陰極１２０，１２１が取付けられておシ、接地用ダイオ
ードの陽極ｘｚｚ、ｚｚｓとの間で接地用ダイオード１
２４ｔ　Ｗｔ影形成ている。更にその外側に、固定陰極
１２６，１２７が設けられておシ、上記の回転する耐熱
金属１１８，１１９の一部との間に上記接地用ダイオー
ドＬｌ」、ＬＬｉと逆特性の他の接地用ダイオードＩＩ
Ｌ＊　ＬＬ！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１１４．１上」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１０２．１
０３と゛実質的に同電位になっている。

このため、それらの間隔ｔ−０，５ＩＩｌｌＩ以内の小
ギャッ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Ｌ１４　
Ｉ　１１５との間隔を４■以下、好適にはｌｆｉ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Ｏ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に続いて非磁性金属からな
る金属リング１３０，１３１が固着され、一方のロータ
ーＬ工」の外周には上記全島リング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Ｍ　ＩＪソ
ング３０１非磁性リング１３３の外側には、それぞれリ
ング１０４，１０５を介してラジアルセンサー１３５，
１３６が設けられ、磁気軸受用ローター１１４，１１５
の偏位を検出する。

又、上記磁気軸受用ロータートエコの内側には、貫通し
た電気絶縁物１３７が焼きはめ尋によって機械的に剛に
固着されている。この電気絶縁物１３７のうちローター
上エコのターゲット側の端面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、ろう付は等によっ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１３Ｂには、Ｘ線発生用
の陽他ターゲツ）４がボルト１３９によシ機械的に密に
固定されている。

上記磁気軸受用ロータートエコの端部と上記金属板１３
８の中間部では、電気絶縁物１３１の直径が他の部分よ
りも大きな耐電圧部１３７−ｂが形成され、ターゲット
ｌと磁気軸受用ローラーＬエコの高耐電圧（例えば８０
ＫＶ以上）を保っている。この場合、電気絶縁物１３７
の耐電圧部１３７−ｂは、表面を凹凸にすることによシ
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１４０が設け
られ、電気絶縁物１３７のターゲットｉ側の端面にメタ
ライズ処理等によって取付けられた導電体１４１を介し
てターゲットｌに電気的に結合されている。上記導電路
１４０の他の端部には耐熱金属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
外部に堰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１
４４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
熱電子の流入によシ、電気的に低インピーダンスで結合
されている。従って、ターゲット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−力のａ気軸受用ローター１１５の内側にも、電気
絶縁物１４５が焼きはめ等により挿入固着されておシ、
上記と同様にターゲット取付用金属板１３８とローター
Ｌユ」は、径が大きい耐電圧部分１４５−ＩＬによって
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
ーゲラ）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って負の高電圧（
例えば−７５ＫＶ）が供給されておシ、熱電子が正の高
電圧（例えば＋７５ＫＶ）Ｋ保たれたターゲット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を通って管外に照射される。

又、ターゲット側から放出された２次電子（図示せず）
は、管内に設けられた遮蔽板１４８゜１４９によ＃）ｍ
蔽され、電気絶縁物１３４゜１４５の耐電圧部１３７−
ｂ、　１４５−１に飛来するのを防いでいる。

又、磁気軸受用ローター１１４，１１５を構成する積層
板１１６，１１７”ｊ：機械的に強固に固定するための
磁気軸受用ローター基体１１４−＆＠１１５−１１の外
側の端部の外径が、積層板１１６．ｌｌ’ｌの外径より
も小さく形成され、その外側に補助ベアリング１５０，
１５１が補助ベアリング支持板１０６，１０７に固定さ
れている。

この補助ベアリング１５０，１５１はターゲット４から
熱路的に遠く、温度が低いこと、及び小さな内径のボー
ルベアリングが使用できるため、転勤面での周速度が小
さいことによシ、回転中の異常動作等で磁気軸受用ロー
ター１１４．１１５が補助ベアリング１５０，１５１上
にタッチダウンした場合にも、補助ベアリング１５０．
１５１は常に正常に動作し、信頼性が高い磁気浮上形回
転陽極型ＸｆｉＩ管装置を実現できる。

又、磁気軸受の磁束が通過する積層板１１６．１１７は
それらの外径を大きくできるので、軸受剛性を大きくで
き、大容量のターゲラ）４を高精度で回転させることが
モきる。

既述の補助ベアリング１５０，１５１の外周には、補助
ベアリング支持板１０６，１０７が取付けられておシ、
これら補助ベアリング支持板１０６，１０１１ｉ管容器
口」に剛に取付けられている。従って、回転中の異常動
作等で磁気軸受用ローター１１４，１１５が補助ベアリ
ング１５０，１５１上にタッチダウンした場合にも、管
球の他の部分に強い衝撃を与えず、信頼性が高い磁気浮
上形回転陽極形Ｘ線管装置を実現できる。

〔発明の変形例〕

上記実施例では、磁気軸受用ローター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、ターゲット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、磁気軸受用ローター１１４（又は１１５）と絶縁物
１３７（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。

磁気軸受用ローター１１４（又は１１５〕と絶縁物１３
７（又は１４５）との接合に際し、これらの間に熱膨張
率が異なる異れ金属等を介してもよい。

又、ターゲット！と電気絶縁物１３７，１４５の間に、
それぞれ金属板１３８を介して両者を結合しているが、
これらを直接接合しても良い。

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、この変形例では、磁気軸受用ローター基体１１４
−ａは積層板１１６の側部で絶縁物１３７の外周部に機
械的に剛に固矯・されている。

この磁気軸受用ローター基体１１４−ａの端部１１４−
ｂの内側の絶縁物１３７の外径を磁気軸受用ローター基
体１１４−ａが固着されている部分の外径よりも／Ｊ％
さくすることによシ、磁気軸受用ローター基体Ｊ　１４
−ＪＬの端部１１４−すの外径が小さくなっている。又
、磁気軸受用ローター基体１１４−ａの端部１１４−ｂ
は肉厚が薄くなりておシ、而も絶縁物１３７の外周よ）
僅かの間隙があるため、タッチダウン時のスプリングア
クシ、Ｗンを生じ、衝撃を減少させることができる。更
に、補助ベアリングが小形になるので、タッチダウン時
の周速が減少し、高信頼性となる。

〔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、回転体が遠心応力に対して強いので、３０、００
　Ｏｒｐｍ程度の超高速回転が可能であシ、ｘｍ管の尖
頭入力値を従来管に比べて１．７位に増加させることが
できる０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、ターゲットを正の高電圧に、陰極３を負の高電圧に
保っているので、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ＸＭ管は従来のＸ＃ｉ！発
生装置に使用することができる。

又、磁気軸受用ローターＬエコ、ＬＵＬが実質的に接地
電位であるため、磁気軸受の磁気ギャップを小さくでき
ると共に強い剛性を得ることができ、極めて大きな重量
（例えば４　ｋｇ　）のターゲット４を高速（例えは３
０．００　Ｏｒｐｍ　）で回転させることができるので
、超大容量（例えば６　ＭＨＵ　）のＸｉ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、磁気軸受用ローター１１４９　Ｌよ」の構造が簡単
であり、この結果、コンパクトで低価格のｘｉ管を提供
することができる。

更に、補助ベアリング１５０，１５１が外側にあり温度
が低いため、タッチダウン時の信頼性が高い。又、補助
ベアリング１５０．・１５１の内径が小さくできている
ため、周速度が小さくなシ、この結果、補助ベアリング
１５０゜１５１の信頼性が高くなシ、高傷頼性の高速回
転できる磁気浮上形回転陽極型Ｘ線管装置を実現できる
。

【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、１１０，１１１・・・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、ＬＬ」、１１５・・・磁気軸受用ローター
、１２０，１２１・・・接地用陰極、１３７．１４５・
・・電気絶縁物、！・・・ターゲット、１５０．１５１
・・・補助ベアリング、３・・・陰極。出願人代理人　弁理士　鈴　　江　　武　　彦第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１個の陰極と、当該陰極に対向して設
けられた回転自在のＸ線発生用ターゲットと、当該ター
ゲットを非接触で回転自在に支承するために当該ターゲ
ットの両側に設けられた少なくとも一対の磁気軸受とを
有し、当該少なくとも一対の磁気軸受用ローターと一体
となったかもしくは機械的に緊密に連結された金属回転
体の上記ターゲットから遠い端部において、上記少なく
とも一対の磁気軸受用ローターの磁気軸受として作用す
る部位の外径よりも外径を小さくした部分を設け、当該
径小なる部分の外側に補助用の機械的ベアリングを正常
時に非接触となるように設けてなることを特徴とする回
転陽極型Ｘ線管装置。
（２）上記少なくとも一対の磁気軸受用ローターと一体
となったか若しくは機械的に連結された金属回転体のう
ち、少なくとも一方の内側に同軸的に電気絶縁物、好適
にはセラミックを機械的に緊密に取付け、当該電気絶縁
物の内側に上記ターゲットに高電圧を供給するための導
電路を設けた特許請求の範囲第１項記載の回転陽極型Ｘ
線管装置。
（３）上記電気絶縁物は、上記少なくとも一対の磁気軸
受用ローターの少なくとも一方に、これを同軸的に貫通
して取り付けてある特許請求の範囲第２項記載の回転陽
極型Ｘ線管装置。
（４）上記少なくとも一対の磁気軸受用ローターを実質
的に接地電位に保ったことを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第３項記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
（５）正常時に内側が非接触である上記補助用の機械的
ベアリングの外輪に機械的に緊密に支持板を設け、当該
支持板を介してハウジングを支持した特許請求の範囲第
１項乃至第４項記載の回転陽極型Ｘ線管装置。