JP5942247B2 - 回転陽極ｘ線管装置 - Google Patents

Description

本発明は、X線診断装置やX線CT装置に用いられる回転陽極型X線管装置に関するものである。

軸方向磁束型電動機で駆動されるX線管用アノードターゲットが特許文献1に記載されている。
特許文献1には、X線管を小型化するために、第1の軸受と第2の軸受間のスパンの長さを最小にすることが開示されている。

特開2004-356097号公報

しかしながら、特許文献1では、第1の軸受と第2の軸受間の距離を最小化することは言及しているものの、2つの軸受に支持された回転軸を固定している回転部において生じる偶力についてはなんら言及されていない。このような偶力が生じると回転アンバランスの調整に時間を要するという課題があった。

そこで、本発明の目的は、回転アンバランスの調整を短時間で行うことが可能な回転陽極X線管装置を提供することにある。

本発明の回転陽極X線管装置は、陽極と回転軸を有する回転部と、軸受を介して前記回転部を回転可能に支持する固定部とを有する回転陽極X線管装置であって、回転軸方向の前記回転部の長さを前記回転軸に直交する方向の前記回転部の長さより短い構造とすることを特徴とする。

本発明によれば、回転アンバランスの調整を短時間で行うことが可能な回転陽極X線管装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の回転陽極X線管装置の実施例1の構成例を示す図。 図1の回転陽極X線管装置の回転陽極の回転時の簡略図。 本発明の回転陽極X線管装置の実施例2の構成例を示す図。 本発明の回転陽極X線管装置の実施例3の構成例を示す図。

本発明の回転陽極X線管装置について、図面を用いて説明する。

実施例1では、回転アンバランスの調整を短時間で行うための回転用国X線管装置の構成を説明すると共に、さらに平板型ステータコイルの冷却を冷却チャンバで行う例を説明する。

図1は本発明の回転陽極X線管装置の実施例1の構成例を示す図である。
図1(a)は回転陽極X線管装置の断面図、図1(b)は図1(a)の陽極部の断面図、
図1(c)は図1(b)の陽極回転部の断面図、図1(d)は図1(c)の平板型ステータコイルの斜視断面図である。

X線管装置は、図1(a)に示すように、陰極1と、陽極5と、外囲器2とを有する。
陰極1は、電子3を放出するためのフィラメントなどの電子放出源と、電子放出源から放出された電子3を集束するための集束電極とを有している。

陽極5は、陰極1の電子放出源からの電子3を衝突させるターゲット8を有し、衝突した電子3の進行方向に直交する方向に設けられるX線放射窓からX線を取り出すものである。電子3は陰極1から放出され、陰極1と陽極5の間に印加された高電圧により陰極1から陽極5方向へ加速される。加速された電子3はターゲット8の表面に衝突する。電子3がターゲット8に衝突したエネルギの一部は、X線に変換され、図示した矢印方向に照射される。また、電子3がターゲット8に衝突したエネルギの大半は熱に変換される。

陽極5は、さらに、ターゲット8が円盤状であって、軸受部9と、回転部10とを有している。
ターゲット8は、加速された電子の衝突エネルギによる溶融を回避するため、回転部10と共に回転する機構となっている。ターゲット8の回転機構はターゲット8の中心軸を回転軸とする誘導電動機で形成される。

軸受9は、回転部10
と静止部11との間に設けられ、回転部10に接して荷重を受け、回転軸を支持するものである。

また、ターゲット8を回転させる誘導電動機を構成するには、回転部10に平板型ステータコイル13を設けて、平板型ステータコイル13に電流を流したときの電磁誘導作用によって回転部10を回転させる。詳細は図1(d)を用いて説明する。

冷却チャンバ12は平板型ステータコイル13を囲うように配置され、平板型ステータコイル13に電流を流すことで生じた熱を冷却する。冷却チャンバ12は、冷却油や冷却水を流すチューブが設けられ、そのチューブ内部に冷却油や冷却水を流し、平板型ステータコイル13を冷却するものである。

また、図1(a)では、冷却チャンバ12と平板型ステータコイル13の組とし、2組分を、回転部10を真ん中に配置した状態で1組ずつ対向配置させたが、回転陽極X線管の熱容量によって必ずしも冷却チャンバ12と平板型ステータコイル13の組を対向配置させる必要はない。例えば、回転部10に冷却チャンバ12と平板型ステータコイル13が1組だけ設けられていてもよい。

外囲器2は、陰極1と陽極5を内包しかつ離間して保持する。また、外囲器2の容器内は、陰極1と陽極5を電気的に絶縁するためにほぼ真空状態で維持される。

次に、陽極5の回転部10の構成を説明する。
回転部10は、図1(b)に示すように、銅材部10aと、磁性体部14とを有している。
銅材部10aは、磁性体部14を挟んで設けられる。
磁性体部14は、誘導電動機で多く用いられる珪素鋼板などの磁性体で形成される。
銅材部10aは、つまり電気抵抗が低い層を介して平板型ステータコイル13からの磁力線を磁性体14に作用させることが可能となる。平板型ステータコイル13は、外囲器2の外表面に対向して取付けられており、複数の磁性体14に対し交番に電流を流し、回転部10に回転トルクを発生させる構造となっている。

次に、回転部10の形状を説明する。
回転部10の形状は、図1(c)に示すように、回転軸方向の寸法をL、回転軸に直交する方向の寸法をDと定義する。また、回転軸方向の寸法Lの回転部10の両端部を10b、10cとする。従来の回転陽極X線管装置では回転軸方向の寸法Lが、電動機のコイルの構造から所定の長さLが必要であった。しかしながら、所定の長さLでは回転部10の端部10bと端部10cに偶力が生じる。そして、これらの偶力毎に質量偏りを調整することで、回転アンバランスを調整しなければならないので、回転アンバランスの調整を短時間で行うことができなくなる。

そこで、回転軸方向の寸法Lの長さを寸法Dよりも短くすることで、回転部10の端部10bと端部10cに偶力が生じることを防止し、つまり回転部10の端部10cだけで質量偏りを調整することとする。

また、回転部10が円盤であることから円盤の直径の寸法も同じDとなる。また、回転部10の直径Dはターゲット8の直径より大きな構造と成っており、回転力発生箇所を外径側にすることで回転トルクの増加を図っている。

また、寸法Dは回転部10の回転トルクをより多く得ようとすればターゲット8の直径よりも長い方が有利である。さらに寸法Dが大きくなることにより、回転アンバランスを修正する際に、例えば質量の偏りを除去する加工量などを小さくすることができる。

次に、陽極5の回転部10の構造を説明する。
回転部10の構造は、図1(d)に示すように、鉄心(コア)16と、平板型ステータコイル13と、冷却チャンバ12とを有している。
コア16は平板型ステータコイル13を巻きつけるものである。
平板型ステータコイル13は、コア16に巻かれたものが回転部10に複数個配置される。
冷却チャンバ12は、複数の平板型ステータコイル13をそれぞれ冷却するため、それぞれの平板型ステータコイル13に設けられている。

回転アンバランスを修正するため、寸法Lを寸法Dよりも短くする、望ましくは寸法Lが0.5D以下とする。寸法Dより寸法Lを短くすることにより、従来偶力であった回転モーメントを一の回転軸で支持可能となるため、回転による質量バラツキを抑制し、回転アンバランスの問題の解決法を次の図2で示す
次に、図2を用いて、回転陽極X線管装置の回転アンバランス修正の手順を説明する。
図2は図1の回転陽極X線管装置の回転陽極の回転時の簡略図である。
本実施例では回転陽極X線管装置の寸法Lを寸法Dよりも短くしたので、従来の寸法Lが長い状態であって図2(b)のように、回転部10の端部10bと端部10cの両端に働く偶力のそれぞれの回転アンバランス調整でなく、端部10cのみの単純円盤回転時の回転アンバランス調整が可能となった。

よって、回転アンバランス調整に際しては、回転モーメントを偶力でなく、一つのベクトルだけを考慮すれば済むので、結果として、回転部の修正作業時間を短縮することができる。

また、回転アンバランス修正時には、回転部10の質量偏りがある部位に修正錘を取付けたり、回転体自体にドリル、フライスなどによる除去加工を行い修正する。つまり、回転体が修正対象であるから、質量偏りと遠心力を考慮すればよいので、取り付けや除去する質量を小さくできるから、より小さい質量の付加または除去する工数を少なくできるので、より一層回転部の修正作業時間を短縮することに奏功する。

また、本実施例による回転部10を採用した構造ではステータコイル13が陽極5の発熱部に近い位置に配置される。このため、ステータコイル13の昇温による電気抵抗増大による回転トルク低下や、ステータコイル13自体の焼損を防ぐためにステータコイル13を冷却する冷却チャンバ12が設けられる。

本実施例により、回転アンバランスの修正に要する時間短縮でき、修正作業による軸受劣化を防止することが可能となる。

また、平板ロータに対応した、平板型ステータコイルでは、平板ロータの外径を回転陽極直径より大きくすることで回転部10に発生するトルクを増大させ、従来の円筒型ステータコイルに相当させることが可能となる。

また、ターゲット8と回転部10は一体で回転するものであるから、ターゲット8側の符号110の部分に凹部を設け、回転部10側に凹部に嵌め合わさる符号120の部分の凸部を設けて、ターゲット8の凹部と回転部10の凸部を嵌め合わせて、ターゲット8と回転部10を接続してもよい。

実施例2は、軸受9の周囲に冷媒誘導の溝を設ける例を説明する。
図3は本発明の回転陽極X線管装置の実施例2の構成例を示す図である。
実施例1との相違点は、ターゲット8からの熱が輻射により軸受9へ伝わることによる軸受9の劣化を防止するために、軸受9の周囲の外囲器2に冷媒誘導の溝31を設けることである。

この溝31を設けることにより、熱放射の面積が広がり、本実施例では実施例1の効果の他に、軸受9への冷却を行うことから、冷却によって回転部10と固定部11をより近接させて小型化することに寄与するため、より寸法Lをより短くすると共に、軸受の長寿命化に寄与できる。

実施例3は、ターゲット8のX線照射方向の対向面に設ける溝41と、回転部10にかつ溝41に挿入可能に配置されるフィン42とを設ける例を説明する。

図4は本発明の回転陽極X線管装置の実施例3の構成例を示す図である。
実施例1及び実施例2との相違点は、ターゲット8の熱を平板ロータへ移動させ、ターゲット8の冷却率を向上させるために、ターゲット8に溝41を設けたことである。そして、溝41に回転部10から立ち上げたフィン42が挿入された構造とすることである。

この溝41と該溝41に挿入されるフィン42を設けることにより、本実施例では実施例1の効果の他に、ターゲット8への冷却を行うことから、冷却によってターゲット8と回転部10をより近接させて小型化することに寄与するため、より寸法Lをより短くすると共に、ターゲット8への冷却を行うことから、外囲器などの大きさを大きくしないで、よりヒートユニットがより大きな回転陽極X線管の作成に寄与できる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

1 陰極 2 外囲器 5 陽極 9 軸受 10 回転部 11 固定部、12 冷却チャンバ 13 平板型ステータコイル 14 磁性部、16 コア

Claims (4)

1. 陽極と回転軸と平板ロータを有する回転部と、
   軸受を介して前記回転部を回転可能に支持する固定部とを有する回転陽極Ｘ線管装置であって、
   回転軸方向の前記回転部の長さを前記回転軸に直交する方向の前記回転部の長さより短く、
   前記平板ロータの外径を前記陽極の直径より大きい構造とすることを特徴とする回転陽極Ｘ線管装置。
2. 前記平板ロータに対応する平板型ステータコイルと、前記平板型ステータコイルを冷却する冷却チャンバを具備したことを特徴とする請求項１に記載の回転陽極Ｘ線管装置。
3. 前記平板型ステータコイルは最外径部の周方向にそって設けられる複数のコアにコイルが巻きつけられてなるものであることを特徴とする請求項２に記載の回転陽極Ｘ線管装置。
4. 前記陽極は、ターゲットと、
   前記ターゲットのＸ線照射方向の対向面に設ける溝と、を有し、
   前記平板ロータは、前記溝に挿入可能に配置され、前記溝から輻射により熱が伝えられるフィンを有し、
   前記フィンに伝えられた熱は前記平板型ステータコイルを介して前記冷却チャンバへ伝えられることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転陽極Ｘ線管装置。

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