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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024082605
(43)【公開日】2024-06-20
(54)【発明の名称】回転陽極型Ｘ線管
(51)【国際特許分類】
H01J 35/10 20060101AFI20240613BHJP
F16C 17/02 20060101ALI20240613BHJP
F16C 33/06 20060101ALI20240613BHJP
F16C 33/24 20060101ALI20240613BHJP
H05G 1/00 20060101ALI20240613BHJP
H05G 1/02 20060101ALI20240613BHJP
A61B 6/40 20240101ALI20240613BHJP
【ＦＩ】
H01J35/10 M
H01J35/10 B
H01J35/10 H
F16C17/02 Z
F16C33/06
F16C33/24 A
H05G1/00 R
H05G1/02 P
A61B6/03 320C
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022196566
(22)【出願日】2022-12-08
(71)【出願人】
【識別番号】503382542
【氏名又は名称】キヤノン電子管デバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長井 真也
(72)【発明者】
【氏名】會田 博之
【テーマコード（参考）】
3J011
4C092
4C093
【Ｆターム（参考）】
3J011AA04
3J011BA02
3J011CA02
3J011DA01
3J011JA02
3J011KA02
3J011MA04
3J011MA22
3J011RA01
3J011SB13
3J011SD02
3J011SE10
4C092AA01
4C092AB10
4C092AC17
4C092BD06
4C093AA22
4C093CA41
(57)【要約】
【課題】 回転体の良好な回転を維持することができる回転陽極型Ｘ線管を提供する。
【解決手段】電子を放出する陰極と、前記電子を受けてＸ線を発生する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑材と、を有しているすべり軸受と、前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、前記回転体は、前記回転軸線に沿って延在して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している軸受部材を有し、前記固定シャフト及び前記軸受部材のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている、回転陽極型Ｘ線管。
【選択図】 図４
【解決手段】電子を放出する陰極と、前記電子を受けてＸ線を発生する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑材と、を有しているすべり軸受と、前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、前記回転体は、前記回転軸線に沿って延在して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している軸受部材を有し、前記固定シャフト及び前記軸受部材のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている、回転陽極型Ｘ線管。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子を放出する陰極と、
前記電子を受けてＸ線を発生する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑剤と、を有しているすべり軸受と、
前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸線に沿って延在して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している軸受部材を有し、
前記固定シャフト及び前記軸受部材のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている、
回転陽極型Ｘ線管。
前記電子を受けてＸ線を発生する陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑剤と、を有しているすべり軸受と、
前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸線に沿って延在して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している軸受部材を有し、
前記固定シャフト及び前記軸受部材のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている、
回転陽極型Ｘ線管。
【請求項2】
前記固定シャフトの材料と前記軸受部材の材料とは、同一である、
請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項3】
前記潤滑剤は、ガリウム・インジウム合金又はガリウム・インジウム・錫合金である、
請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項4】
前記陽極ターゲットは、前記軸受部材を囲んで位置し、陽極ターゲット本体と、前記陽極ターゲット本体の外面に設けられ前記陰極と対向するターゲット層と、を有し、
前記陽極ターゲット本体は、前記軸受部材と同一の材料で形成され、前記軸受部材に連続的に一体に形成されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
前記陽極ターゲット本体は、前記軸受部材と同一の材料で形成され、前記軸受部材に連続的に一体に形成されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、回転陽極型Ｘ線管に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、Ｘ線を使用して被写体を診断する医療用機器や工業用機器には、Ｘ線発生源としてＸ線管装置が使用されている。Ｘ線管装置は、Ｘ線ＣＴ装置に搭載され、被写体を中心として回転する。Ｘ線管装置として、回転陽極型のＸ線管（以下「回転陽極型Ｘ線管」とも称する）を備えた回転陽極型Ｘ線管装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平９－１１５４６７号公報
【特許文献2】特開２０００－３５３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本実施形態は、回転体の良好な回転を維持することができる回転陽極型Ｘ線管を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、電子を放出する陰極と、前記電子を受けてＸ線を発生する陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットに連結され回転軸線に沿って延在する回転体と、前記回転体を回転可能に支持する固定シャフトと、前記回転体と前記固定シャフトとの間に保持されている潤滑材と、を有しているすべり軸受と、前記陰極及び前記陽極ターゲットを収納し、前記固定シャフトを固定する真空外囲器と、を備え、前記回転体は、前記回転軸線に沿って延在して形成され、前記固定シャフトを囲んで位置している軸受部材を有し、前記固定シャフト及び前記軸受部材のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宣変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面や説明をより明確にするため、実際の様態に比べ、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様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宣省略することがある。
以下、図面を参照しながら一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。
以下、図面を参照しながら一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。
【0008】
始めに、本発明の実施形態の基本構想について説明する。
Ｘ線ＣＴ装置は、回転架台やＸ線管装置などを備えている。Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管を有し、回転架台と共に回転する。回転陽極型Ｘ線管は、陰極、陽極ターゲット、固定シャフト、回転体などを備えている。
現在、心臓用のＸ線ＣＴ装置において、回転架台の回転の高速化が進んでいる。具体的には、回転架台を０．２ｓ／ｒ（５ｒｐｓ）で回転させるＸ線ＣＴ装置が開発されている。回転架台を０．２ｓ／ｒで回転させると、Ｘ線管装置には、約７０Ｇの遠心加速度（遠心力）が生じる。従来、回転架台は、０．３５ｓ／ｒ（約２．８ｒｐｓ）で回転する。この場合、Ｘ線管装置に生じる遠心加速度は、３５Ｇである。つまり、開発中のＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線管装置は、およそ倍の遠心加速度に耐える必要がある。具体的には、Ｘ線管装置に高い遠心加速度が生じると、固定シャフトは、変形し、回転体と接触することがある。
Ｘ線ＣＴ装置は、回転架台やＸ線管装置などを備えている。Ｘ線管装置は、回転陽極型Ｘ線管を有し、回転架台と共に回転する。回転陽極型Ｘ線管は、陰極、陽極ターゲット、固定シャフト、回転体などを備えている。
現在、心臓用のＸ線ＣＴ装置において、回転架台の回転の高速化が進んでいる。具体的には、回転架台を０．２ｓ／ｒ（５ｒｐｓ）で回転させるＸ線ＣＴ装置が開発されている。回転架台を０．２ｓ／ｒで回転させると、Ｘ線管装置には、約７０Ｇの遠心加速度（遠心力）が生じる。従来、回転架台は、０．３５ｓ／ｒ（約２．８ｒｐｓ）で回転する。この場合、Ｘ線管装置に生じる遠心加速度は、３５Ｇである。つまり、開発中のＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線管装置は、およそ倍の遠心加速度に耐える必要がある。具体的には、Ｘ線管装置に高い遠心加速度が生じると、固定シャフトは、変形し、回転体と接触することがある。
【0009】
また、回転陽極型Ｘ線管は、陰極で発生した電子を高速で陽極ターゲットに衝突させることでＸ線を発生させる。このときＸ線の発生効率はおよそ１％であり、残りのエネルギーは熱となる。例えば、電子の速度を決める管電圧と電子の量を決める管電流との積で求められる入力電力を１００ｋＷとし、４秒間陽極ターゲットに電子を入射させると、陽極ターゲットにおける電子の入射面は、局所的に３０００℃近くまで加熱される。陽極ターゲットの温度がある程度下がるまで、回転陽極型Ｘ線管を使用することができないため、回転陽極型Ｘ線管から早く熱を逃がすことが望まれている。
【0010】
上記の課題を解決するために、陽極ターゲットの熱を熱伝導により固定シャフトに通した冷媒まで伝える伝導冷却方式のＸ線管が開発されているが、以下に記載する２つの問題がある。
１．陽極ターゲットの熱は軸受面を介して循環水まで伝わるため、軸受面も加熱される。これにより、回転体が固定シャフトから離れる向きに膨張し、回転体と固定シャフトとの間の隙間が大きくなり、回転体の安定した回転を得られなくなる場合がある。
２．高入力の回転陽極型Ｘ線管においては、一般にガリスタン系の液体金属を軸受の潤滑材として使用している。このため、回転体が加熱されると、回転体及び固定シャフトの軸受面と潤滑剤とが化学反応を起こし、化合物が上記軸受面に生成される。この化合物により固定シャフトと回転体との間の隙間が狭くなり、最終的には固定シャフトと回転体とが接触する。
そこで、本発明の実施形態においては、かかる問題を改善するものであり、回転体の良好な回転を維持することができる回転陽極型Ｘ線管を得ることができるものである。
１．陽極ターゲットの熱は軸受面を介して循環水まで伝わるため、軸受面も加熱される。これにより、回転体が固定シャフトから離れる向きに膨張し、回転体と固定シャフトとの間の隙間が大きくなり、回転体の安定した回転を得られなくなる場合がある。
２．高入力の回転陽極型Ｘ線管においては、一般にガリスタン系の液体金属を軸受の潤滑材として使用している。このため、回転体が加熱されると、回転体及び固定シャフトの軸受面と潤滑剤とが化学反応を起こし、化合物が上記軸受面に生成される。この化合物により固定シャフトと回転体との間の隙間が狭くなり、最終的には固定シャフトと回転体とが接触する。
そこで、本発明の実施形態においては、かかる問題を改善するものであり、回転体の良好な回転を維持することができる回転陽極型Ｘ線管を得ることができるものである。
【0011】
まず、Ｘ線ＣＴ装置８０の構成について図１乃至図３を参照して説明する。
図１は、Ｘ線ＣＴ装置８０の外観を示す斜視図である。図２は、図１の線Ａ－Ａに沿ったＸ線ＣＴ装置８０を示す断面図である。図３は、図２に示す回転架台８４、Ｘ線管装置８６、冷却ユニット８７、及びＸ線検出器８８を示す正面図である。図１乃至図３に示すように、Ｘ線ＣＴ装置８０は、筐体８１、土台部８２、固定架台８３、回転架台８４、ベアリング部材８５、Ｘ線管装置８６、冷却ユニット８７、及びＸ線検出器８８を備えている。
図１は、Ｘ線ＣＴ装置８０の外観を示す斜視図である。図２は、図１の線Ａ－Ａに沿ったＸ線ＣＴ装置８０を示す断面図である。図３は、図２に示す回転架台８４、Ｘ線管装置８６、冷却ユニット８７、及びＸ線検出器８８を示す正面図である。図１乃至図３に示すように、Ｘ線ＣＴ装置８０は、筐体８１、土台部８２、固定架台８３、回転架台８４、ベアリング部材８５、Ｘ線管装置８６、冷却ユニット８７、及びＸ線検出器８８を備えている。
【0012】
筐体８１は、固定架台８３、回転架台８４、ベアリング部材８５、Ｘ線管装置８６などを収容している。筐体８１は、排気口８１ａ、吸気口８１ｂ、及び導入口８１ｃを有している。吸気口８１ｂから取り入れられた外部の空気は、排気口８１ａから排出される。導入口８１ｃは、被写体を導入するために設けられている。図示しないが、Ｘ線ＣＴ装置８０は、被検体を載せる寝台も備えている。
【0013】
固定架台８３は、土台部８２に固定されている。回転架台（「ガントリー」とも称する）８４は、ベアリング部材８５を介して固定架台８３に回転可能に支持されている。回転架台８４は、回転架台８４の中心軸Ｃ１を中心に回転可能である。回転架台８４は、最外周に位置したリング状のフレーム部８４ａを有している。
【0014】
Ｘ線管装置８６、冷却ユニット８７、及びＸ線検出器８８は、回転架台８４に取り付けられ、回転架台８４と共に回転する。これにより、Ｘ線管装置８６には、遠心加速度ＣＡが生じる。Ｘ線管装置８６及び冷却ユニット８７は、フレーム部８４ａの内壁に取り付けられている。Ｘ線管装置８６は、循環路８９を介して冷却ユニット８７と熱交換している。Ｘ線管装置８６は、Ｘ線発生器として機能し、Ｘ線を放射する。Ｘ線検出器８８は、Ｘ線管装置８６から放射され、被検体を透過したＸ線を検出し、検出したＸ線を電気信号に変換する。
上記のようにＸ線ＣＴ装置８０は構成されている。
上記のようにＸ線ＣＴ装置８０は構成されている。
【0015】
図４は、一実施形態に係るＸ線管装置８６を示す断面図である。
図４に示すように、Ｘ線管装置８６は、回転陽極型Ｘ線管１、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２などを備えている。回転陽極型Ｘ線管１は、すべり軸受３と、陽極ターゲット５０と、陰極６０と、真空外囲器７０とを備えている。すべり軸受３は、固定シャフト１０と、回転体２０と、潤滑剤としての液体金属ＬＭとを有している。
図４に示すように、Ｘ線管装置８６は、回転陽極型Ｘ線管１、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２などを備えている。回転陽極型Ｘ線管１は、すべり軸受３と、陽極ターゲット５０と、陰極６０と、真空外囲器７０とを備えている。すべり軸受３は、固定シャフト１０と、回転体２０と、潤滑剤としての液体金属ＬＭとを有している。
【0016】
固定シャフト１０は、円柱状に形成され、回転軸線ａに沿って延在し、外周面に形成されたラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂと、熱伝達部１０ａとを有している。固定シャフト１０は、回転体２０を回転可能に支持している。固定シャフト１０は、径大部１１、第１径小部１２、及び第２径小部１３から構成されている。径大部１１、第１径小部１２、及び第２径小部１３は、同軸的に一体に形成されている。
【0017】
以下、図５を用いて固定シャフト１０の径大部１１の詳細について説明する。図５は、図４に示す固定シャフト１０の一部を示す側面図である。
図５に示すように、径大部１１は、それぞれ外周面に位置した、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ、ラジアル軸受面Ｓ１１ｂ、凹面Ｓ１１ｃ、凹面Ｓ１１ｄ、及び凹面Ｓ１１ｅを有している。また、径大部１１は、一端にスラスト軸受面Ｓ１１ｉを有し、他端にスラスト軸受面Ｓ１１ｊを有している。ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及びラジアル軸受面Ｓ１１ｂは、それぞれ径大部１１の外周面に全周に亘って形成されている。凹面Ｓ１１ｃ、凹面Ｓ１１ｄ、及び凹面Ｓ１１ｅは、それぞれ径大部１１の外周面に全周に亘って形成されている。
図５に示すように、径大部１１は、それぞれ外周面に位置した、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ、ラジアル軸受面Ｓ１１ｂ、凹面Ｓ１１ｃ、凹面Ｓ１１ｄ、及び凹面Ｓ１１ｅを有している。また、径大部１１は、一端にスラスト軸受面Ｓ１１ｉを有し、他端にスラスト軸受面Ｓ１１ｊを有している。ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及びラジアル軸受面Ｓ１１ｂは、それぞれ径大部１１の外周面に全周に亘って形成されている。凹面Ｓ１１ｃ、凹面Ｓ１１ｄ、及び凹面Ｓ１１ｅは、それぞれ径大部１１の外周面に全周に亘って形成されている。
【0018】
ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及びラジアル軸受面Ｓ１１ｂは、回転軸線ａに沿った方向に間隔を置いて位置している。凹面Ｓ１１ｃは、ラジアル軸受面Ｓ１１ａとラジアル軸受面Ｓ１１ｂとの間に位置し、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及びラジアル軸受面Ｓ１１ｂのそれぞれと隣り合っている。凹面Ｓ１１ｄは、凹面Ｓ１１ｃから向かってラジアル軸受面Ｓ１１ａを超えて位置し、ラジアル軸受面Ｓ１１ａと隣り合っている。凹面Ｓ１１ｅは、凹面Ｓ１１ｃから向かってラジアル軸受面Ｓ１１ｂを超えて位置し、ラジアル軸受面Ｓ１１ｂと隣り合っている。
【0019】
ラジアル軸受面Ｓ１１ａは、プレーン面Ｓａと、複数のパターン部Ｐａとを有している。プレーン面Ｓａは、滑らかな外周面を有している。複数のパターン部Ｐａは、プレーン面Ｓａを窪めて形成されている。各々のパターン部Ｐａは、周方向に対して斜線状に延出して配列されている。複数のパターン部Ｐａは、回転軸線ａに沿った方向において、間隔を置いて形成されている。なお、複数のパターン部Ｐａは、回転軸線ａに沿った方向において、つながっていてもよい。
【0020】
ラジアル軸受面Ｓ１１ｂは、プレーン面Ｓｂと、複数のパターン部Ｐｂとを有している。プレーン面Ｓｂは、滑らかな外周面を有している。複数のパターン部Ｐｂは、プレーン面Ｓｂを窪めて形成されている。各々のパターン部Ｐｂは、周方向に対して斜線状に延出して配列されている。複数のパターン部Ｐｂは、回転軸線ａに沿った方向において、間隔を置いて形成されている。なお、複数のパターン部Ｐｂは、回転軸線ａに沿った方向において、つながっていてもよい。
各々のパターン部Ｐａ及び各々のパターン部Ｐｂは、数十μｍの深さを有した溝で形成されている。複数のパターン部Ｐａ及び複数のパターン部Ｐｂは、それぞれへリングボン・パターンを形作っている。このため、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂは、それぞれ凹凸面であり、液体金属ＬＭを掻き込むことができ、液体金属ＬＭによる動圧を発生し易くすることができる。
各々のパターン部Ｐａ及び各々のパターン部Ｐｂは、数十μｍの深さを有した溝で形成されている。複数のパターン部Ｐａ及び複数のパターン部Ｐｂは、それぞれへリングボン・パターンを形作っている。このため、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂは、それぞれ凹凸面であり、液体金属ＬＭを掻き込むことができ、液体金属ＬＭによる動圧を発生し易くすることができる。
【0021】
凹面Ｓ１１ｃ，Ｓ１１ｄ，Ｓ１１ｅは、それぞれ、滑らかな外周面であり、プレーン面である。凹面Ｓ１１ｃ、凹面Ｓ１１ｄ、及び凹面Ｓ１１ｅは、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及びラジアル軸受面Ｓ１１ｂに比べて窪んで形成されている。言い換えると、固定シャフト１０において、凹面Ｓ１１ｃ，Ｓ１１ｄ，Ｓ１１ｅが形成される区間の外径ＤＯ２は、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂが形成される区間の外径のうち最小の外径ＤＯ１より小さい。
【0022】
回転軸線ａに垂直な方向において、凹面（凹面Ｓ１１ｃ，Ｓ１１ｄ，Ｓ１１ｅ）と回転体２０との間の隙間は、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ（プレーン面Ｓａ）と回転体２０との間の隙間より大きく、ラジアル軸受面Ｓ１１ｂ（プレーン面Ｓｂ）と回転体２０との間の隙間より大きい。
凹面Ｓ１１ｃと回転体２０との間の空間、凹面Ｓ１１ｄと回転体２０との間の空間、及び凹面Ｓ１１ｅと回転体２０との間の空間を、液体金属ＬＭを収容するためのリザーバとして機能させることができる。各々のラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂに両隣から液体金属ＬＭを供給できるため、軸受隙間における液体金属ＬＭの枯渇を抑制することができる。
凹面Ｓ１１ｃと回転体２０との間の空間、凹面Ｓ１１ｄと回転体２０との間の空間、及び凹面Ｓ１１ｅと回転体２０との間の空間を、液体金属ＬＭを収容するためのリザーバとして機能させることができる。各々のラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂに両隣から液体金属ＬＭを供給できるため、軸受隙間における液体金属ＬＭの枯渇を抑制することができる。
【0023】
図４に示すように、第１径小部１２は、径大部１１より外径の小さい円柱状に形成され、径大部１１の一端から延出して形成されている。第１径小部１２は、スラスト軸受面Ｓ１１ｉより回転軸線ａ側に位置している。
第２径小部１３は、径大部１１より外径の小さい円柱状に形成され、径大部１１の他端から延出して形成されている。第２径小部１３は、スラスト軸受面Ｓ１１ｊより回転軸線ａ側に位置している。
第２径小部１３は、径大部１１より外径の小さい円柱状に形成され、径大部１１の他端から延出して形成されている。第２径小部１３は、スラスト軸受面Ｓ１１ｊより回転軸線ａ側に位置している。
【0024】
熱伝達部１０ａは、強制対流にて内部を流れる冷媒に熱を伝達する。冷媒は、例えば、冷却液Ｌである。水冷又は油冷（絶縁油）にて回転陽極型Ｘ線管１の陽極ターゲット５０の冷却率を向上させることができる。なお、冷媒は空気であってもよく、空冷にて陽極ターゲット５０の冷却率を向上させてもよい。
熱伝達部１０ａは、少なくとも陽極ターゲット５０に対向する領域Ａに位置していることが望ましい。これにより、固定シャフト１０のうち、陽極ターゲット５０から熱が伝わりやすい箇所を冷却することができる。
なお、固定シャフト１０から回転陽極型Ｘ線管１の外部に熱を放出する方法は、上記した熱伝達部１０ａから冷媒への熱伝達に限られず、例えば、第１径小部１２の外周面に熱交換器を熱交換器で冷却することで固定シャフト１０の内部の熱を放出してもよい。この場合、熱伝達部１０ａ及び冷媒（冷却液Ｌ）を無しに回転陽極型Ｘ線管１を構成してもよい。
熱伝達部１０ａは、少なくとも陽極ターゲット５０に対向する領域Ａに位置していることが望ましい。これにより、固定シャフト１０のうち、陽極ターゲット５０から熱が伝わりやすい箇所を冷却することができる。
なお、固定シャフト１０から回転陽極型Ｘ線管１の外部に熱を放出する方法は、上記した熱伝達部１０ａから冷媒への熱伝達に限られず、例えば、第１径小部１２の外周面に熱交換器を熱交換器で冷却することで固定シャフト１０の内部の熱を放出してもよい。この場合、熱伝達部１０ａ及び冷媒（冷却液Ｌ）を無しに回転陽極型Ｘ線管１を構成してもよい。
【0025】
回転体２０は、陽極ターゲット５０に連結され、回転軸線ａに沿って延在している。回転体２０は、軸受部材２１と、第１支持部材２２と、第２支持部材２３と、筒部２４とを有している。
軸受部材２１は、回転軸線ａに沿って延在し、筒状に形成され、固定シャフト１０を囲んで位置している。軸受部材２１は、軸受部材本体２１ａと、凸部２１ｂ，２１ｃとを有している。軸受部材本体２１ａは、全周に亘って均一な内径及び外径を有し、内周面にラジアル軸受面Ｓ２１を含んでいる。
軸受部材２１は、回転軸線ａに沿って延在し、筒状に形成され、固定シャフト１０を囲んで位置している。軸受部材２１は、軸受部材本体２１ａと、凸部２１ｂ，２１ｃとを有している。軸受部材本体２１ａは、全周に亘って均一な内径及び外径を有し、内周面にラジアル軸受面Ｓ２１を含んでいる。
【0026】
凸部２１ｂ，２１ｃは、軸受部材本体２１ａの両端に回転軸線ａから離れる方向に向かって延在して形成されている。凸部２１ｂ，２１ｃは、環状の形状を有している。凸部２１ｂ，２１ｃは、軸受部材本体２１ａと連続的に一体に形成されていなくともよく、例えば、溶接やねじによって軸受部材本体２１ａの外周面に固定されてもよい。
【0027】
固定シャフト１０及び軸受部材２１のうち少なくとも一方は、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は炭化チタン（ＴｉＣ）で形成されている。固定シャフト１０及び軸受部材２１は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されない場合、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｇ ４４０４に規定される合金工具鋼鋼材であるＳＫＤ１１で形成されている。なお、固定シャフト１０の材料と軸受部材２１の材料とは、同一であってもよい。例えば、固定シャフト１０及び軸受部材２１の両方が、炭化タングステンで形成されていてもよい。
炭化タングステンのヤング率は、６００ＧＰａ程度である。炭化ケイ素のヤング率は、４５０ＧＰａ程度である。炭化チタンのヤング率は、４５０ＧＰａ程度である。ＳＫＤ１１のヤング率は、２００ＧＰａ程度である。つまり、炭化タングステンのヤング率、炭化ケイ素のヤング率、及び炭化チタンのヤング率は、４００乃至６００ＧＰａ程度であり、ＳＫＤ１１のヤング率の約２倍である。
炭化タングステンのヤング率は、６００ＧＰａ程度である。炭化ケイ素のヤング率は、４５０ＧＰａ程度である。炭化チタンのヤング率は、４５０ＧＰａ程度である。ＳＫＤ１１のヤング率は、２００ＧＰａ程度である。つまり、炭化タングステンのヤング率、炭化ケイ素のヤング率、及び炭化チタンのヤング率は、４００乃至６００ＧＰａ程度であり、ＳＫＤ１１のヤング率の約２倍である。
【0028】
また、炭化タングステンの線膨張係数は、５×１０－６/Ｋ程度である。炭化ケイ素の線膨張係数は、４×１０－６/Ｋである。炭化チタンの線膨張係数は、７×１０－６/Ｋである。ＳＫＤ１１の線膨張係数は、１２×１０－６/Ｋである。つまり、炭化タングステンの線膨張係数、炭化ケイ素の線膨張係数、及び炭化チタンの線膨張係数は、ＳＫＤ１１の約半分程度である。
さらに、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍＫ程度である炭化タングステンや、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ程度である炭化ケイ素などが開発されている。ＳＫＤ１１の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ程度である。つまり、炭化タングステンの熱伝導率及び炭化ケイ素の熱伝導率は、ＳＫＤ１１の熱伝導率よりも大きい。
炭化タングステン、炭化ケイ素、及び炭化チタンは、電気伝導性を有している。このため、固定シャフト１０及び軸受部材２１に炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンを使用した場合でも、管電流を流すことができる。
さらに、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍＫ程度である炭化タングステンや、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ程度である炭化ケイ素などが開発されている。ＳＫＤ１１の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ程度である。つまり、炭化タングステンの熱伝導率及び炭化ケイ素の熱伝導率は、ＳＫＤ１１の熱伝導率よりも大きい。
炭化タングステン、炭化ケイ素、及び炭化チタンは、電気伝導性を有している。このため、固定シャフト１０及び軸受部材２１に炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンを使用した場合でも、管電流を流すことができる。
【0029】
第１支持部材２２は、円環状の形状を有し、軸受部材２１の一端に固定されている。第１支持部材２２は、Ｆｅ合金やＭｏ合金などの金属で形成されている。第１支持部材２２は、回転軸線ａに沿った方向に固定シャフト１０のスラスト軸受面Ｓ１１ｉと対向したスラスト軸受面Ｓ２２を含んでいる。スラスト軸受面Ｓ２２は、第１支持部材２２の内周側に位置し、環状の形状を有している。
第１支持部材２２と固定シャフト１０（第１径小部１２）との間の隙間は、回転体２０の回転を維持するとともに、液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上のことから、上記隙間はわずかであり、第１支持部材２２は、ラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能するものである。
第１支持部材２２と固定シャフト１０（第１径小部１２）との間の隙間は、回転体２０の回転を維持するとともに、液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上のことから、上記隙間はわずかであり、第１支持部材２２は、ラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能するものである。
【0030】
第２支持部材２３は、円環状の形状を有し、軸受部材２１の他端に固定されている。第２支持部材２３は、Ｆｅ合金やＭｏ合金などの金属で形成されている。第２支持部材２３は、回転軸線ａに沿った方向に固定シャフト１０のスラスト軸受面Ｓ１１ｊと対向したスラスト軸受面Ｓ２３を含んでいる。スラスト軸受面Ｓ２３は、第２支持部材２３の内周側に位置し、環状の形状を有している。
第２支持部材２３と固定シャフト１０（第２径小部１３）との間の隙間は、回転体２０の回転を維持するとともに、液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上
のことから、上記隙間はわずかであり、第２支持部材２３は、ラビリンスシールリングとして機能するものである。
筒部２４は、軸受部材２１の凸部２１ｂの外周面に接合されている。筒部２４は、銅（Ｃｕ）又は銅合金などの金属で形成されている。
第２支持部材２３と固定シャフト１０（第２径小部１３）との間の隙間は、回転体２０の回転を維持するとともに、液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。以上
のことから、上記隙間はわずかであり、第２支持部材２３は、ラビリンスシールリングとして機能するものである。
筒部２４は、軸受部材２１の凸部２１ｂの外周面に接合されている。筒部２４は、銅（Ｃｕ）又は銅合金などの金属で形成されている。
【0031】
潤滑剤（本実施形態では液体金属ＬＭ）は、回転体２０と固定シャフト１０との間に保持されている。より詳細には、液体金属ＬＭは、固定シャフト１０（径大部１１）と、軸受部材２１と、第１支持部材２２と、第２支持部材２３と、の間の隙間に充填されている。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）合金などの材料を利用することができる。回転体２０の回転動作時、液体金属ＬＭの回転軸線ａ側の液面は、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂより回転軸線ａ側に位置している。これにより、軸受隙間における液体金属ＬＭの枯渇を抑制することができる。液体金属ＬＭは、固定シャフト１０の軸受面及び回転体２０の軸受面とともに動圧形のすべり軸受を形成している。
【0032】
陽極ターゲット５０は、円環状に形成され、固定シャフト１０及び軸受部材２１と同軸的に設けられている。一例において、陽極ターゲット５０は、回転軸線aに直交する方向において固定シャフト１０のラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂに対向して位置している。言い換えると、ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂの一部は、陽極ターゲット５０に対向する領域Ａに位置している。陽極ターゲット５０は、陽極ターゲット本体５１と、陽極ターゲット本体５１の外面の一部に設けられたターゲット層５２と、を有している。陽極ターゲット本体５１は、円環状に形成されている。陽極ターゲット本体５１は、軸受部材２１の外周を囲み、軸受部材２１に固定されている。
【0033】
陽極ターゲット本体５１は、モリブデン、タングステン、あるいはこれらを用いた合金で形成されている。ターゲット層５２を形成する金属の融点は、陽極ターゲット本体５１を形成する金属の融点と同一、又は陽極ターゲット本体５１を形成する金属の融点より高い。例えば、陽極ターゲット本体５１は、モリブデン合金で形成され、ターゲット層５２は、タングステン合金で形成されている。
【0034】
陽極ターゲット５０は、回転体２０とともに回転可能である。ターゲット層５２のターゲット面Ｓ５２に電子が衝突すると、ターゲット面Ｓ５２に焦点が形成される。これにより、陽極ターゲット５０は、焦点からＸ線を放出する。つまり、陽極ターゲット５０は、電子を受けてＸ線を発生する。
陰極６０は、陽極ターゲット５０のターゲット層５２に間隔を置き、ターゲット層５２に対向配置されている。陰極６０は、真空外囲器７０の内壁に取り付けられている。陰極６０は、ターゲット層５２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６１を有している。
陰極６０は、陽極ターゲット５０のターゲット層５２に間隔を置き、ターゲット層５２に対向配置されている。陰極６０は、真空外囲器７０の内壁に取り付けられている。陰極６０は、ターゲット層５２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６１を有している。
【0035】
真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は、ガラス、セラミック、及び金属で形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット５０と対向した箇所の外径は、筒部２４と対向した箇所の外径より大きい。真空外囲器７０は、開口部７１，７２を有している。真空外囲器７０は、密閉され、陽極ターゲット５０及び陰極６０を収容し、固定シャフト１０を固定している。真空外囲器７０の内部は、真空状態（減圧状態）に維持されている。
【0036】
真空外囲器７０の気密状態を維持するよう、開口部７１は固定シャフト１０の一端部（第１径小部１２）に気密に接合され、開口部７２は固定シャフト１０の他端部（第２径小部１３）に気密に接合されている。真空外囲器７０は、固定シャフト１０の第１径小部１２及び第２径小部１３を固定している。すなわち、第１径小部１２及び第２径小部１３は、軸受の両持ち支持部として機能している。
なお、図４に示す本実施形態の回転陽極型Ｘ線管１は、固定シャフト１０の両端が固定される両持ち構造で構成されているが、固定シャフト１０の一端のみが固定される片持ち構造で構成されてもよい。
なお、図４に示す本実施形態の回転陽極型Ｘ線管１は、固定シャフト１０の両端が固定される両持ち構造で構成されているが、固定シャフト１０の一端のみが固定される片持ち構造で構成されてもよい。
【0037】
ステータコイル２は、回転体２０の外周面、より詳しくは筒部２４の外周面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。ステータコイル２は、筒部２４（回転体２０）に与える磁界を発生して回転体２０及び陽極ターゲット５０を回転させる。
上記のように回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置が形成されている。
上記のように回転陽極型Ｘ線管１を備えたＸ線管装置が形成されている。
【0038】
上記Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイル２は、回転体２０（特に筒部２４）に与える磁界を発生するため、軸受部材２１は回転する。これにより、軸受部材２１及び陽極ターゲット５０も一緒に回転する。また、陰極６０に電流が与えられ負の電圧が印加され、陽極ターゲット５０に相対的に正の電圧が印加される。
これにより、陰極６０と陽極ターゲット５０との間に電位差が生じる。フィラメント６１は、電子を放出する。この電子は、加速され、ターゲット面Ｓ５２に衝突する。これにより、ターゲット面Ｓ５２に焦点が形成され、焦点は電子と衝突するときにＸ線を放出する。陽極ターゲット５０に衝突した電子（熱電子）は、Ｘ線に変換され、残りは熱エネルギーに変換される。なお、陰極６０の電子放出源は、フィラメントに限定されず、例えば、フラットエミッタであってもよい。
これにより、陰極６０と陽極ターゲット５０との間に電位差が生じる。フィラメント６１は、電子を放出する。この電子は、加速され、ターゲット面Ｓ５２に衝突する。これにより、ターゲット面Ｓ５２に焦点が形成され、焦点は電子と衝突するときにＸ線を放出する。陽極ターゲット５０に衝突した電子（熱電子）は、Ｘ線に変換され、残りは熱エネルギーに変換される。なお、陰極６０の電子放出源は、フィラメントに限定されず、例えば、フラットエミッタであってもよい。
【0039】
陽極ターゲットで発生した熱は、ターゲット面Ｓ５２から、ターゲット層５２の内部、陽極ターゲット本体５１、軸受部材２１、液体金属ＬＭ、固定シャフト１０の順に伝わる。固定シャフト１０に伝わった熱は、固定シャフト１０の熱伝達部１０ａから冷却液Ｌに伝わり、冷却液Ｌとともにすべり軸受３の外部に放出される。
【0040】
軸受部材２１、液体金属ＬＭ、及び固定シャフト１０の温度が上昇すると、軸受面（ラジアル軸受面Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ２１）は、液体金属ＬＭと化学反応を起こす。これにより、化合物が軸受面に生成される。なお、ＳＫＤ１１と液体金属ＬＭとの化合物が生成される速度は、３００℃において約０．３μｍ／ｈであり、炭化タングステンと液体金属ＬＭとの化合物が生成される速度は、３００℃において約０．００３μｍ／ｈである。つまり、固定シャフト１０及び軸受部材２１の少なくとも一方が炭化タングステンで形成され、潤滑剤がガリウム・インジウム合金又はガリウム・インジウム・錫合金である場合に化合物が生成されることを抑制することができる。なお、化合物の生成の抑制を重要視する場合、固定シャフト１０及び軸受部材２１の両方が炭化タングステンで形成されていることが好ましい。
【0041】
さらに、軸受部材２１の温度が上昇すると、固定シャフト１０から離れる向きに膨張し、固定シャフト１０と軸受部材２１との間の隙間が広がる。固定シャフト１０と軸受部材２１との間の隙間が広がると、軸受荷重が減少し、振動及びキャビテーションが発生するリスクが増大する。
また、Ｘ線管装置は、回転架台８４とともに回転することにより、回転軸線ａに直交する向きに遠心加速度ＣＡを受ける。固定シャフト１０のヤング率が低い場合、固定シャフト１０は、遠心加速度ＣＡと同じ向きに曲げ変形する。
また、Ｘ線管装置は、回転架台８４とともに回転することにより、回転軸線ａに直交する向きに遠心加速度ＣＡを受ける。固定シャフト１０のヤング率が低い場合、固定シャフト１０は、遠心加速度ＣＡと同じ向きに曲げ変形する。
【0042】
以下、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の効果について説明する。
上記のように構成された回転陽極型Ｘ線管によれば、回転陽極型Ｘ線管１は、陰極６０と、陽極ターゲット５０と、固定シャフト１０及び回転体２０を有するすべり軸受３と、真空外囲器７０とを備えている。回転体２０は、固定シャフト１０を囲んで位置する軸受部材２１を有している。固定シャフト１０及び軸受部材２１のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている。
これにより、固定シャフト１０が、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている場合、ＳＫＤ１１で固定シャフト１０を形成した場合よりも、固定シャフト１０の遠心加速度ＣＡによる曲げ変形を抑制することができる。
上記のように構成された回転陽極型Ｘ線管によれば、回転陽極型Ｘ線管１は、陰極６０と、陽極ターゲット５０と、固定シャフト１０及び回転体２０を有するすべり軸受３と、真空外囲器７０とを備えている。回転体２０は、固定シャフト１０を囲んで位置する軸受部材２１を有している。固定シャフト１０及び軸受部材２１のうち少なくとも一方は、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている。
これにより、固定シャフト１０が、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている場合、ＳＫＤ１１で固定シャフト１０を形成した場合よりも、固定シャフト１０の遠心加速度ＣＡによる曲げ変形を抑制することができる。
【0043】
また、軸受部材２１が、炭化タングステン、炭化ケイ素、又は炭化チタンで形成されている場合、ＳＫＤ１１で軸受部材２１を形成した場合よりも、固定シャフト１０及び軸受部材２１の間の隙間が広がりすぎることを抑制することができる。これにより、回転体２０の回転時における振動やキャビテーションの発生を抑制することができる。また、軸受部材２１から固定シャフト１０により多くの熱を伝えることができるため、回転陽極型Ｘ線管１の冷却を促進することができる。
【0044】
固定シャフト１０の材料と軸受部材２１の材料とが同一である場合、線膨張係数を同一とすることができるため、固定シャフト１０の温度と軸受部材２１の温度とが実質的に一致していれば、固定シャフト１０及び軸受部材２１の間の隙間を一定の大きさに維持することができる。
固定シャフト１０及び軸受部材２１の少なくとも一方が炭化タングステンで形成され、潤滑剤がガリウム・インジウム合金又はガリウム・インジウム・錫合金である場合、化合物の生成を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、回転体２０の良好な回転を維持できる回転陽極型Ｘ線管を得ることができる。
固定シャフト１０及び軸受部材２１の少なくとも一方が炭化タングステンで形成され、潤滑剤がガリウム・インジウム合金又はガリウム・インジウム・錫合金である場合、化合物の生成を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、回転体２０の良好な回転を維持できる回転陽極型Ｘ線管を得ることができる。
【0045】
（変形例）
次に、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の変形例について説明する。回転陽極型Ｘ線管１は、本変形例で説明する構成以外、上記実施形態と同様に構成されている。図６は、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の変形例を示す断面図である。
図６に示すように、陽極ターゲット５０は、回転体２０（より詳細には軸受部材２１）を囲んで位置している。陽極ターゲット５０は、陽極ターゲット本体５１と、陽極ターゲット本体５１の外面に設けられ陰極６０と対向するターゲット層５２とを有している。
陽極ターゲット本体５１は、軸受部材２１と同一の材料で形成され、軸受部材２１に連続的に一体に形成されている。言い換えると、陽極ターゲット本体５１と軸受部材２１とは、接合されていない。軸受部材２１と陽極ターゲット本体５１との一体物は、鋳造や切削などの方法で製作されることができる。
上記のように構成された上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の変形例によれば、陽極ターゲット本体５１は、軸受部材２１と一体に形成されている。これにより、陽極ターゲット本体５１が軸受部材２１に接合されている場合よりも、陽極ターゲット５０で生じた熱を多く固定シャフト１０に伝えることができる。
次に、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の変形例について説明する。回転陽極型Ｘ線管１は、本変形例で説明する構成以外、上記実施形態と同様に構成されている。図６は、上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の変形例を示す断面図である。
図６に示すように、陽極ターゲット５０は、回転体２０（より詳細には軸受部材２１）を囲んで位置している。陽極ターゲット５０は、陽極ターゲット本体５１と、陽極ターゲット本体５１の外面に設けられ陰極６０と対向するターゲット層５２とを有している。
陽極ターゲット本体５１は、軸受部材２１と同一の材料で形成され、軸受部材２１に連続的に一体に形成されている。言い換えると、陽極ターゲット本体５１と軸受部材２１とは、接合されていない。軸受部材２１と陽極ターゲット本体５１との一体物は、鋳造や切削などの方法で製作されることができる。
上記のように構成された上記実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管１の変形例によれば、陽極ターゲット本体５１は、軸受部材２１と一体に形成されている。これにより、陽極ターゲット本体５１が軸受部材２１に接合されている場合よりも、陽極ターゲット５０で生じた熱を多く固定シャフト１０に伝えることができる。
【0046】
本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、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。上述した新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【0047】
１…回転陽極型Ｘ線管、２…ステータコイル、３…軸受、１０…固定シャフト、１０ａ…熱伝達部、１２…第１径小部、１３…第２径小部、２０…回転体、２１…軸受部材、５０…陽極ターゲット、５１…陽極ターゲット本体、５２…ターゲット層、６０…陰極、７０…真空外囲器、７１…開口部、７２…開口部、８０…Ｘ線ＣＴ装置、８４…回転架台、８６…Ｘ線管装置、Ｃ１…中心軸、ＣＡ…遠心加速度、ＬＭ…液体金属、Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ２１…ラジアル軸受面、Ｓ１１ｉ，Ｓ１１ｊ，Ｓ２２，Ｓ２３…スラスト軸受面、ａ…回転軸線。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】