(57)【要約】【課題】解決しようとする課題は、液体金属潤滑剤を用いた回転陽極型Ｘ線管を製造するにあたって付加的な工程や特別な設備を必要とせずに容易に短時間に且つ安定して製造でき、且つ信頼性が高い回転陽極型Ｘ線管装置を提供することである。【解決手段】本発明では、動圧式すべり軸受の直下において、中心軸に沿った方向に、回転部分の両端まで貫通した多数の潤滑剤通路を設け、これらの軸方向途中に環状の深溝から成る環状リザーバを設け、これらの環状リザーバ内で気体を液体金属潤滑剤から分離して排気するようにした。【選択図】図３
2006100096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記回転中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを前記ラジアル軸受に連通して設け、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記回転体が回転したときに、前記環状リザーバ内において、前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を遠心分離させることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを前記ラジアル軸受に連通して設け、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記回転体が回転したときに、前記環状リザーバ内において、前記液体金属潤滑剤の周方向速度を径方向に変化させることにより、前記液体金属潤滑剤を攪拌して前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を分離させるようにしたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記回転中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバが設けられており、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記第１及び第２の側面の両方には、前記ラジアル軸受の軸受面に径方向に近い位置において周方向に配列して前記中心軸に沿って伸びた複数の潤滑剤通路が開口していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
前記環状リザーバ内において前記潤滑剤通路が開口している部位における液体金属潤滑剤の速度は、同一の環状リザーバ内において前記ラジアル軸受の軸受面に最近接している部位における液体金属潤滑剤の速度よりも小さくなっていることを特徴とする請求項３に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
前記環状リザーバを構成する前記環状深溝において、前記対向する第１及び第２の側面間の軸方向距離は、前記環状深溝の深さよりも長くないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載したに回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、これら第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで前記中心軸に沿って連通して伸びた潤滑剤通路が径方向で前記軸受面に近接して設けられており、この連通した潤滑剤通路の軸方向の途中位置に、前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を前記液体金属潤滑剤から分離する気体分離手段が設けられていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】
前記潤滑剤通路は、大気中において鉛直方向に配設された場合に液体金属潤滑剤が大気と置換して鉛直下方に滴下する大きさの断面を有することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載したに回転陽極型Ｘ線管。
【請求項８】
前記気体分離手段は液体金属潤滑剤を攪拌する機能を有する潤滑剤攪拌手段を含むことを特徴とする請求項６に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項９】
前記気体分離手段は液体金属潤滑剤に含まれる気体の圧力を前記潤滑剤通路内におけるよりも低下させる気体圧力低下手段を含むことを特徴とする請求項６又は請求項８のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１０】
前記気体分離手段は液体金属潤滑剤の圧力を変化させる潤滑剤圧力変化手段を含むことを特徴とする請求項６又は請求項８又は請求項９のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１１】
前記気体分離手段又は前記潤滑剤攪拌手段又は前記気体圧力低下手段又は前記潤滑剤圧力変化手段は、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる側面を有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを含んで構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１２】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、これら第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで連通して軸方向に伸びた潤滑剤通路が前記軸受面の周方向に複数個配列されており、これらの複数個の連通した潤滑剤通路は、軸方向の途中位置において、環状の深溝を有する環状リザーバを介して周方向に互いに連結していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載した回転陽極型Ｘ線管と、この回転陽極型Ｘ線管を収納する収納容器と、前記回転陽極型Ｘ線管を前記収納容器内に固定する保持機構と、前記回転陽極型Ｘ線管内の前記回転体に回転トルクを与えるトルク付与手段と、前記回転陽極型Ｘ線管内で電子を放出する陰極に負の高電圧を供給する高電圧供給手段とを具備したことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置。
【請求項１４】
真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備し、当該動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれている回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わった側面を有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に配置された環状深溝と、この環状深溝の前記側面に開口しており、前記軸受面に径方向に近い位置において、前記第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで前記中心軸に沿って連通して伸びた潤滑剤通路とを設ける工程と、前記固定体を前記回転体に組み込む工程と、当該工程の後に、前記固定体の前記環状深溝と前記潤滑剤通路とを含み且つ前記固定体と前記回転体の表面とで囲まれた部位に一部分の空間を残して液体金属潤滑剤を充填する工程と、液体金属潤滑剤が充填された前記固定体と前記回転体とを前記真空容器に組み込む工程と、前記真空容器の内部で前記回転体を回転させながら前記真空容器の内部を排気する工程とを含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転陽極型Ｘ線管及びその製造方法に関するものであり、特に、液体金属潤滑剤を使用した動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管の製造を容易にし、且つ信頼性を高める為に改良された回転機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線管は、周知のように、軸受部を有する回転体及び固定体で円板状のＸ線ターゲットを真空容器内で回転自在に支え、真空容器外に配置したステータの電磁コイルを付勢してＸ線ターゲットを真空中で高速度で回転させながら、陰極から放出した電子ビームをＸ線ターゲット面上に照射してＸ線を放射させる。軸受部は、ボールベアリングのような転がり軸受や、軸受面にらせん溝を形成するとともにガリウム（Ｇａ），又はガリウム-インジウム-錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金のような液体金属潤滑剤を軸受隙間に満たした動圧式すべり軸受で構成される。後者のすべり軸受を用いた例は、例えば特公昭６０−２１４６３号、特開昭６０−９７５３６号、特開昭６２−２８７５５５号、特開平２−２２７９４７号、ＵＳＰ５０６８８８５号、特開平２−２４４５４５号、ＵＳＰ５０７７７７６号、特開平２−２２７９４８号、特開平５−１３０２８号、或いは特開２００１−３２５９０８号の各公報等に開示されている。
【０００３】
液体金属潤滑剤を用いた動圧式すべり軸受を有する回転陽極型Ｘ線管は、動作中に３０００ｒｐｍ乃至９０００ｒｐｍという高速回転が必要であるとともに、不特定の向きになる場合が少なくない。その際、回転陽極型Ｘ線管がどのような姿勢になろうとも、長時間にわたってらせん溝を有する動圧式すべり軸受部に過不足なく液体金属潤滑剤が供給される必要がある。
【０００４】
従来知られている回転陽極型Ｘ線管においては、例えば特開平５−１３０２８号公報に開示されているような、液体金属潤滑剤の貯蔵室を柱状固定体の中心部に形成した細長い穴で構成し、液体金属潤滑剤の貯蔵室から放射状に伸びた潤滑剤通路を介して動圧式すべり軸受に液体金属潤滑剤を供給した例がある。この構成では、潤滑剤貯蔵室から軸受部への潤滑剤通路の長さが不所望に長くなり、回転陽極型Ｘ線管の姿勢如何ではすべり軸受の特定部分への液体金属潤滑剤の供給が瞬時に為されない場合も考えられる。液体金属潤滑剤に気体が含まれている場合には、通路が折れ曲がった複雑な構成になっており排気されにくいのでＸ線管の組立工程や排気工程において後述するような特別な工程が必要であった。
【０００５】
また、例えば特開平２−２２７９４８号公報に開示されているように、スラスト軸受を構成した直径の大きい固定体部分の外周部分に比較的大きい隙間を形成してこれを潤滑剤貯槽とする例も知られている。しかしながら、そのような構造によると、潤滑剤貯槽内の液体金属潤滑剤が回転体の回転により、遠心力を受けて軸受部にむしろ供給されにくくなる不都合が考えられる。液体金属潤滑剤に気体が含まれている場合には、排気されにくいのは上述と同様である。
【０００６】
このような不都合を改善する試みが為されている。例えば、特開２００１−１８９１４３号公報や特開２００２−１８４３３４号公報に開示されているように、回転体の回転軸に沿って設けられた長い穴から成る潤滑剤収容室が前記回転軸から半径方向にずれた位置に３〜４個設けられ、これらから放射状に分岐されて軸受部に連通された潤滑剤通路が設けられた例が知られている。これらの例においても、潤滑剤収容室と軸受部分とが放射状の潤滑剤通路によって結合されている為、前記の問題点が根本的に解決されるわけではない。液体金属潤滑剤に気体が含まれている場合には、排気されにくいのは上述と同様である。
【０００７】
同様に、特開２００１−３２５９０８号公報に類似の改善案が示されている。この例では、円柱状の固定体に中空穴が固定体の長手方向に沿って穿たれており、この中空穴の内側に挿入ロッドが挿入されており、前記中空穴の内周壁と挿入ロッドの外周壁との間に前記固定体の長さ方向に沿う隙間が形成されており、この隙間を、液体金属潤滑剤を貯蔵する潤滑剤貯蔵室としている。この場合、潤滑剤貯蔵室は部分的に環状になっていたり、複数の軸方向に伸びた潤滑剤貯蔵室の効果があったりするので、液体金属潤滑剤の供給は幾分改善することが考えられる。しかしながら、これらの潤滑剤貯蔵室はこれらから放射状に伸びるいくつかの穴から成る潤滑剤通路によって軸受部分と間欠的に結合されている状況は変わらない。液体金属潤滑剤に気体が含まれている場合には、排気されにくいのは上述と同様である。
【０００８】
これらの従来例では、固定体内の液体金属潤滑剤の収容空間が複雑な形状となっており、気体の通路が液体金属潤滑剤で塞がれるので、組立工程や排気工程で気体が排出されにくい。このために、すべり軸受の組立や排気に際して種々の努力が為されており、特別な設備を必要としている。例えば、特開平５−１２９９７号公報や特開平６−１７６７２０号公報や特開平９−３５６３３号公報には、固定体と回転体を真空ベルジャ内に取り付けた後にこの真空ベルジャ内を高真空に排気し、２００℃以上の高温に保持し、その後液体金属潤滑剤を注入して超音波振動を印加して脱気し、その後に真空ベルジャ内で固定体を回転体の内側に挿入し、この状態で引き続き真空中での加熱を続け、所定時間真空加熱処理をした後に、真空中で２５℃程度まで徐冷して回転陽極型Ｘ線管の真空容器に取り付ける組立方法が開示されている。周知のように、真空中での加熱や冷却には長時間を要する。
【０００９】
これらは、前記回転体と前記固定体の内部で液体金属潤滑剤が液体金属潤滑剤に含まれる気体と容易には置換できない構造になっていることが原因して、組立時に脱気が困難である為に必要となっている工程であると考えられる。この工程では真空ベルジャの排気と高温への加熱と常温への徐冷とに長時間を要するので、大量生産をする為には多数の製造設備が必要であり多額な設備投資を必要としている。したがって、このようにして製造された回転陽極型Ｘ線管の価格が高額であると考えられる。
【００１０】
上記のようにして組立てられた回転陽極型Ｘ線管は特殊な排気設備を用いて特殊な方法で排気される。例えば、特開平５−２９０７３４号公報には、排気工程において回転陽極型Ｘ線管の姿勢に特別の配慮が必要であることが開示されている。即ち、すべり軸受部から真空容器の内部空間に通じる回転体と固定体との出口部分の隙間の少なくとも一部分が、回転体を回転させない状態での液体金属潤滑剤の喫水線よりも上方にある姿勢で排気する工程を含む必要がある旨の記載がある。このために、排気装置に特別な付加装置が必要となって設備費が高価となる。
【００１１】
又、特開平５−２９０７３４号公報や特開平８−１１１１９４号公報には、回転陽極型Ｘ線管の管軸の方向を鉛直方向にして排気する工程と、水平方向にして排気することが必要な場合があり、さらにこのような管軸の姿勢の変更を繰り返す必要がある旨の記載がある。これを実現する為には排気工程中に回転陽極型Ｘ線管の姿勢を変えられる排気設備が必要であり、設備費が高価となる。
【特許文献１】特公昭６０−２１４６３号公報
【特許文献２】特開昭６０−９７５３６号公報
【特許文献３】特開昭６２−２８７５５５号公報
【特許文献４】特開平２−２２７９４７号公報
【特許文献５】特開平２−２２７９４８号公報
【特許文献６】特開平２−２４４５４５号公報
【特許文献７】特開平４−１４４０４６号公報
【特許文献８】特開平４−３６３８４５号公報
【特許文献９】特開平５−１２９９７号公報
【特許文献１０】特開平５−１３０２８号公報
【特許文献１１】特開平５−２９０７３４号公報
【特許文献１２】特開平５−２９０７７１号公報
【特許文献１３】特開平６−１３００７号公報
【特許文献１４】特開平６−１７６７２０号公報
【特許文献１５】特開平６−３２５７０６号公報
【特許文献１６】特開平７−２２６１７７号公報
【特許文献１７】特開平８−１１１１９４号公報
【特許文献１８】特開平９−３５６３３号公報
【特許文献１９】特開平９−１３４６９０号公報
【特許文献２０】特開平１０−１２１６８号公報
【特許文献２１】特開平１１−２１３９２７号公報
【特許文献２２】特開２００１−１１８５３４号公報
【特許文献２３】特開２００１−１８９１４３号公報
【特許文献２４】特開２００１−３２５９０８号公報
【特許文献２５】特開２００２−１８４３３４号公報
【特許文献２６】特開２００２−２５１９７１号公報
【特許文献２７】特開２００３−１７８７０５号公報
【特許文献２８】ＵＳＰ５０６８８８５号公報
【特許文献２９】ＵＳＰ５０７７７７５号公報
【特許文献３０】ＵＳＰ５０７７７７６号公報
【特許文献３１】ＵＳＰ５１８９６８８号公報
【特許文献３２】ＵＳＰ５１９５１１９号公報
【特許文献３３】ＵＳＰ５２１０７８１号公報
【特許文献３４】ＵＳＰ５２９８２９３号公報
【特許文献３５】ＵＳＰ５３８４８１９号公報
【特許文献３６】ＵＳＰ５５８３９０７号公報
【特許文献３７】ＵＳＰ５６６８８４９号公報
【特許文献３８】ＵＳＰ６４７７２３２Ｂ２号公報
【特許文献３９】ＵＳＰ６４７７２３６Ｂ１号公報
【特許文献４０】ＵＳＰ６５４６０７８Ｂ２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする課題は、液体金属を潤滑剤とするすべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管を製造するにあたって回転陽極型Ｘ線管の組立工程や排気工程において付加的な工程や特別な設備を必要とせずに容易に短時間で且つ安定して製造できるとともに、製造された回転陽極型Ｘ線管の信頼性が高くできるように改善した構造の回転機構を有する回転陽極型Ｘ線管及び回転陽極型Ｘ線管装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、液体金属を潤滑剤とするすべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管の回転機構内において、液体金属潤滑剤の循環、気体の移動、液体金属潤滑剤と気体との分離と置換、及び、気体の膨張等が容易に行え、且つ内部に含まれていた気体が高圧力化しない状態で外部に排気できるように工夫したすべり軸受構造を採用するとともに、この気体が回転機構から外部に放出されるときに回転機構内の液体金属潤滑剤で気体の通路が塞がれないように工夫している。このような回転機構を採用すると、内部の気体を予め除去する為の特殊な工程や設備が不要となり本発明の課題が解決できる。
【００１４】
先ず、すべり軸受構造の工夫について述べる。液体金属を潤滑剤とする動圧式すべり軸受の両側にこのすべり軸受と全周囲で連通した環状リザーバを設け、各々の環状リザーバをこのすべり軸受を通らないとともに径方向に屈曲した部分を含まないようにして設けられた多数の潤滑剤通路で連結しており、これらに独立した多数の閉じた循環路の機能を持たせている。この環状リザーバは、固定体の表面から径方向に深く削り取られた環状の深溝と、固定体の表面と微小な隙間をもって対向した回転体の表面とで囲まれてこの内部に液体金属潤滑剤が供給されて成り立っている。本発明に於ける環状リザーバは、この中には液体金属潤滑剤が占めていない空間も含まれており、液体金属潤滑剤と気体との置換も容易に行えるようになったものであり、この分野で従来用いられていた所謂リザーバの概念に限定されるものではない。上記の閉じた循環路は、液体金属潤滑剤を全周囲ですべり軸受に供給し易くするのと、液体金属潤滑剤に含まれる気体を閉じた循環路内で分離するのに役立っている。この環状リザーバと潤滑剤通路は十分に大きな断面を持っており、この中での毛細管効果は無視できる程度であり、液体金属潤滑剤の移動や気体との置換は容易に行えるようになっている。前記の環状リザーバや潤滑剤通路を含む回転機構の中には液体金属潤滑剤で満たされていない空間が設けてあり、この部分における気体の移動を邪魔されないようになっている。回転体が水平の姿勢で静止している場合には、どこかの場所で気泡が生じてもこの気泡の圧力がある程度高まればこの気泡は一部の液体金属潤滑剤を押しやり又は液体金属潤滑剤と置換されて前記環状リザーバに到達してこの気泡が上方に浮上する。この際に、前記環状リザーバ内には気泡の浮上を阻止する構造物が存在せず、回転機構の上方に位置して形成されたこのような空間は回転機構を縦断して分布するようにできている。
【００１５】
次に、気体が回転機構から外部に放出されるときに回転機構内の液体金属潤滑剤で通路を塞がれない工夫について述べる。前記回転体の端部には真空空間に通じる端部開口がある。この端部開口に経路的に最も近い位置にある環状リザーバよりも前記端部開口側に、表面張力で液体金属潤滑剤の通過を阻止する環状禁止帯が設けられている。この環状禁止帯よりも更に前記端部開口側に付加的なすべり軸受が設けられている。環状禁止帯は、回転体と固定体の間で微小な隙間を保って対向しており液体金属潤滑剤で濡れない一対の面から成っている。前記付加的なすべり軸受は、回転体と固定体の間で微小な隙間を保って対向しており液体金属潤滑剤で濡れた一対の表面と、少なくとも一方の表面に設けられたらせん溝と、この中に存在する液体金属潤滑剤から成り立っている。この液体金属潤滑剤は前記環状リザーバを含む他の部分にある液体金属潤滑剤とは前記環状禁止帯で通常は分離されている。回転体が静止しているときに、回転機構内の前記空間内の気体の圧力がある程度高くなると、この分離された液体金属潤滑剤を外方向に押しやり、このときに液体金属潤滑剤の環の一部分が切断されて前記の空間と外部空間とを結ぶ気体通路が臨時に生じて外部に気体が排出される。この場合、付加的なすべり軸受よりも経路的に真空空間に近い側は液体金属潤滑剤に濡れない表面になっており、且つ、付加的なすべり軸受内の液体金属潤滑剤の量が少ないので外部にはみ出すことは無い。
【００１６】
回転体が高速度で回転しているときには、前記付加的なすべり軸受内の液体金属潤滑剤の圧力が高まり、液体金属潤滑剤も前記気体もここを通過しにくくなる。このとき、前記環状リザーバ内で回転体の表面に隣接している液体金属潤滑剤は回転させられて遠心力を受けて周方向に貼り付けられる。この結果、前記環状リザーバの底部は液体金属潤滑剤が欠乏した空間の部分が生じる。この空間は、液体金属潤滑剤と遠心分離された気体を含み、前記付加的なすべり軸受の近傍に連通するが、含まれる気体は、回転体の回転速度が低下するか回転が停止したときに上記のようにして前記付加的なすべり軸受を通過して排気される。回転体の回転と静止を交互に繰り返すことによって回転体の内部を高真空に排気することができる。以上に述べた工夫をしているので、回転機構内や液体金属潤滑剤内に気体が含まれていてもこれを容易に排気でき、前記の課題は解決されている。本発明において採用されている具体的な課題解決手段は以下のとおりである。
【００１７】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記回転中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを前記ラジアル軸受に連通して設け、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記回転体が回転したときに、前記環状リザーバ内において、前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を遠心分離させることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、液体金属潤滑剤の内部に含まれていた気体が遠心分離されて互いに付着して大きな体積となって排気されやすくなる。前記環状リザーバの前記回転体の表面に接する液体金属潤滑剤は高速回転して高圧力になり、ここから径方向に深い位置にある液体金属潤滑剤は低速度であり低圧力である。前記環状リザーバ内の低圧力部位に液体金属で満たされていない空間部分があり、気体はこの部分に集められる。
【００１８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを前記ラジアル軸受に連通して設け、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記回転体が回転したときに、前記環状リザーバ内において、前記液体金属潤滑剤の周方向速度を径方向に変化させることにより、前記液体金属潤滑剤を攪拌して前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を分離させるようにしたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、液体金属潤滑剤が攪拌されることにより、液体金属潤滑剤の内部に含まれていた気体が互いに付着して大きな体積となって排気されやすくなる。前記環状リザーバを構成する前記環状深溝は前記第１の側面と前記第２の側面を有しており、この部分の間隔が前記側面の径方向幅よりも狭くなっており、これらの側面は回転せず、これらの側面を実質的に塞ぐ前記回転体の表面のみが回転する。従って、前記環状リザーバ内で液体金属潤滑剤の周速度は径方向に大きな勾配を有する。この速度勾配を大きくする為には前記側面間の間隔の前記側面の径方向幅に対する割合を小さくすれば良い。
【００１９】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる第１の側面と、当該第１の側面に対向して且つ前記固定体の他の円筒状表面に略全周囲で交わる第２の側面とを有して前記回転中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバが設けられており、この環状リザーバ内には液体金属潤滑剤が供給されており、前記第１及び第２の側面の両方には、前記ラジアル軸受の軸受面に径方向に近い位置において周方向に配列して前記中心軸に沿って伸びた複数の潤滑剤通路が開口していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記潤滑剤通路が前記環状リザーバに連結されており、前記潤滑剤通路内の気泡は前記環状リザーバ内で低圧力化されると共に、前記環状リザーバ内の低圧力部位は前記潤滑剤通路のいずれかを通じて前記真空空間に近い位置にある部位に繋がる。このようにして液体金属潤滑剤に含まれる気体は圧力が高くならない状態で移動しやすく、容易に排気される。
【００２０】
本発明の一つは、前記環状リザーバ内において前記潤滑剤通路が開口している部位における液体金属潤滑剤の速度は、同一の環状リザーバ内において前記ラジアル軸受の軸受面に最近接している部位における液体金属潤滑剤の速度よりも小さくなっていることを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、潤滑剤通路が開口する位置にある液体金属潤滑剤の圧力は低い為、前記潤滑剤通路内の気体が前記環状リザーバ内に移動しやすく、前記環状リザーバ内で気泡が集合させられて排気され易くなる。
【００２１】
本発明の一つは、前記環状リザーバを構成する前記環状深溝において、前記対向する第１及び第２の側面間の軸方向距離は、前記環状深溝の深さよりも長くないことを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記環状深溝内で径方向に圧力差が大きくなり、気体が分離されやすい。前記側面間の距離を小さくするほど前記環状深溝の深さ方向の速度勾配は大きくなる。前記側面間の距離が極端に小さくなりすぎると、液体金属潤滑剤の移動部位が限定されて気体を分離する能力が低下するので前記側面間の距離は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、これら第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで前記中心軸に沿って連通して伸びた潤滑剤通路が径方向で前記軸受面に近接して設けられており、この連通した潤滑剤通路の軸方向の途中位置に、前記液体金属潤滑剤に含まれる気体を前記液体金属潤滑剤から分離する気体分離手段が設けられていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、回転機構の最奥部で膨張した気体も液体金属潤滑剤を実質的に押しのけることなく通路の途中で気体を分離して容易に排気できる効果がある。一般に、流動が少ない液体金属潤滑剤に含まれている小さな気泡は通常では容易には移動せず排気され難いが、本発明を採用すると、連通した潤滑剤通路の途中で気体が液体金属潤滑剤から分離され気泡同士が互いに集合させられるので排気されやすい。
【００２３】
本発明の一つは、前記潤滑剤通路は、大気中において鉛直方向に配設された場合に液体金属潤滑剤が大気と置換して鉛直下方に滴下する大きさの断面を有することを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極型Ｘ線管では、液体金属潤滑剤を空気中で封入した場合に、液体金属潤滑剤で塞がれた大きな気泡が閉じ込められた部位が生じることなく、液体金属潤滑剤の内部には小さな気泡のみを含むようになる。この小さな気泡は、前記のようにして排気工程中に容易に排気される。本発明を採用すると、Ｘ線管の組立時において液体金属潤滑剤の封入作業が容易であり、特別な設備を必要としない効果がある。
【００２４】
本発明の一つは、前記気体分離手段は液体金属潤滑剤を攪拌する機能を有する潤滑剤攪拌手段を含むことを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記潤滑剤通路と他の連通した前記潤滑剤通路との間に設けられた液体金属潤滑剤を攪拌する手段によって、液体金属潤滑剤に含まれる小さな気泡が、液体金属潤滑剤と共に攪拌されて集合し大きな気泡に集められて移動しやすくなり、排気されやすい。液体金属潤滑剤を攪拌する手段は、例えば液体金属潤滑剤を、速度勾配を有して周回させることによって実現できる。
【００２５】
本発明の一つは、前記気体分離手段は液体金属潤滑剤に含まれる気体の圧力を前記潤滑剤通路内におけるよりも低下させる気体圧力低下手段を含むことを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記潤滑剤通路と他の連通した前記潤滑剤通路との途中で低圧力の部位が存在するために、前記潤滑剤通路内の液体金属潤滑剤に含まれる気泡がこの低圧力の部位で膨張して低圧力化し、液体金属潤滑剤を高圧力で押しやることなく液体金属潤滑剤と置換して移動しやすくなり、気体が集合して排気されやすくなる。気体圧力低下手段は、例えば容積が大きな空間を設けることによって実現できる。
【００２６】
本発明の一つは、前記気体分離手段は液体金属潤滑剤の圧力を変化させる潤滑剤圧力変化手段を含むことを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記潤滑剤通路を通過した気体を含む液体金属潤滑剤が潤滑剤圧力変化手段に到達したときに液体金属潤滑剤の圧力が変化する為に低圧力になった時点で又は低圧力になった部位で気泡が膨張して集合し、排気されやすくなる。潤滑剤圧力変化手段は、例えば液体金属潤滑剤の周回速度を変化させることによって実現できる。
【００２７】
本発明の一つは、前記気体分離手段又は前記潤滑剤攪拌手段又は前記気体圧力低下手段又は前記潤滑剤圧力変化手段は、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わる側面を有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に設けられた環状深溝と前記回転体の表面の一部とで実質的に囲まれた環状リザーバを含んで構成されていることを特徴とする上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管である。この回転陽極Ｘ線管では、前記潤滑剤通路を通過してきた気泡を含む液体金属潤滑剤から気体を分離する手段を簡単な構造で実現できる。前記環状リザーバでは、前記回転体の表面が回転し、近傍の液体金属潤滑剤が周回することによって液体金属潤滑剤が攪拌される。前記環状リザーバ内に環状の浮遊リングを挿入することによってこの効果を大きくできる。前記環状リザーバ内においては、液体金属潤滑剤で満たされていない部位が有り、液体金属潤滑剤が移動することにより空間的な広がりが生じ、気体が膨張して低圧力化する。又、前記環状リザーバ内においては、前記環状深溝の深さ方向に液体金属潤滑剤の速度勾配が生じ、この速度勾配は前期回転体の回転速度と共に変化する。従って、前記環状リザーバ内は液体金属潤滑剤の圧力が空間的にも時間的にも変化する。
【００２８】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、前記動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれており、これら第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで連通して軸方向に伸びた潤滑剤通路が前記軸受面の周方向に複数個配列されており、これらの複数個の連通した潤滑剤通路は、軸方向の途中位置において、環状の深溝を有する環状リザーバを介して周方向に互いに連結していることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管である。このＸ線管では、潤滑剤通路が前記ラジアル軸受の軸方向の途中で前記環状リザーバを介して並列に結合されており、圧力の均一化が行われて液体金属潤滑剤の移動が容易であり、従って液体金属潤滑剤に含まれる気泡が移動と結合をし易く、排気され易い。
【００２９】
本発明の一つは、上記いずれかの発明に係わる回転陽極型Ｘ線管と、この回転陽極型Ｘ線管を収納する収納容器と、前記回転陽極型Ｘ線管を前記収納容器内に固定する保持機構と、前記回転陽極型Ｘ線管内の前記回転体に回転トルクを与えるトルク付与手段と、前記回転陽極型Ｘ線管内で電子を放出する陰極に負の高電圧を供給する高電圧供給手段とを具備したことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管装置である。トルク付与手段は例えば前記回転体と同軸に配設されたステータで実現できる。この回転陽極型Ｘ線管装置では特別な製造設備を要しないで製造でき、且つ信頼性が高いという特徴を有する。
【００３０】
本発明の一つは、真空空間を画定する真空容器と、当該真空容器内に突出して又は当該真空容器を貫通して設けられた概略円柱状又は概略円筒状の固定体と、この固定体の円筒状表面に微小な軸受隙間を保って同軸的に嵌め合わされた対向面を有する概略円筒状部分又は概略円柱状部分を含み且つ一部分にＸ線ターゲットが同軸的に取り付けられた回転体と、当該回転体と前記固定体との嵌合部に設けられたらせん溝を有する軸受面と当該軸受面に供給された液体金属潤滑剤とを有する動圧式すべり軸受とを具備し、当該動圧式すべり軸受には回転中心軸に直角な方向に前記回転体を実質的に支承する第１及び第２のラジアル軸受が含まれている回転陽極型Ｘ線管の製造方法において、前記固定体の円筒状表面に略全周囲で交わった側面を有して前記固定体の中心軸に対して同軸的に配置された環状深溝と、この環状深溝の前記側面に開口しており、前記軸受面に径方向に近い位置において、前記第１及び第２のラジアル軸受の端部のうちで軸方向に最も離れた位置にある一方の端部から軸方向に最も離れた位置にある他方の端部まで前記中心軸に沿って連通して伸びた潤滑剤通路とを設ける工程と、前記固定体を前記回転体に組み込む工程と、当該工程の後に、前記固定体の前記環状深溝と前記潤滑剤通路とを含み且つ前記固定体と前記回転体の表面とで囲まれた部位に一部分の空間を残して液体金属潤滑剤を充填する工程と、液体金属潤滑剤が充填された前記固定体と前記回転体とを前記真空容器に組み込む工程と、前記真空容器の内部で前記回転体を回転させながら前記真空容器の内部を排気する工程とを含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管の製造方法である。前記排気する工程において前記回転体を回転させる工程と前記回転体の回転を停止させる工程とを繰り返すのがより好ましい。本発明の製造方法を採用すると、回転陽極型Ｘ線管の組立工程や排気工程が簡略化でき、工期が短縮できるだけでなく特殊な製造装置を必要としない効果がある。
【発明の効果】
【００３１】
本発明を採用すると、液体金属を潤滑剤とした動圧式すべり軸受を用いた、安定に長時間使用できる回転陽極型Ｘ線管を、特別な工程や特殊な製造設備を必要とせずに容易に安定して量産することができる。具体的には、前記動圧式すべり軸受の組立時において真空中での加熱処理や真空中での組立などの特殊な工程が不要であり、真空引きや真空中での加熱や冷却に要する時間が省略できるので製造工程が大幅に短くなり、且つこれに必要な設備が不要になる。組立てた回転陽極型Ｘ線管の排気工程においても、回転陽極型Ｘ線管の姿勢を変える等の特殊な設備が不要となる。しかも、製造された回転陽極型Ｘ線管は液体金属潤滑剤が前記すべり軸受の軸受隙間のどの部分からでも過不足なくすべり軸受に自動供給されるとともに、使用中に軸受部分で発生した気体は自動的に排気されてゲッター等に吸収されるので信頼性が高い長寿命の回転陽極型Ｘ線管及びこれを用いた回転陽極型Ｘ線管装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管は、液体金属を潤滑剤とした動圧式すべり軸受から成る第１及び第２のラジアル軸受と２個のスラスト軸受を含んでおり、これらのすべり軸受がそれぞれ回転陽極の回転中心軸に直角の方向及び回転中心軸に沿った方向に軸受力を発生して回転陽極を回転自在に支承する回転機構を含んでいる。前記回転陽極を実質的に支承する前記第１及び第２のラジアル軸受の端部の内で軸方向に互いに最も離れた位置にある一方の端部から最も遠い距離にある他方の端部まで前記中心軸に沿って連結して伸びた多数の潤滑剤通路が、前記軸受面に近い径方向位置において前記第１及び第２のラジアル軸受の軸受面と平行して周方向に並んで設けられている。これらの連通した潤滑剤通路の軸方向の途中位置及び端部位置において、これらの潤滑剤通路を周方向に連結するように環状リザーバが設けられている。この環状リザーバは、前記回転機構の固定体に設けられており径方向の深さが３ｍｍ以上の対向した第１及び第２の環状側面とこれらに繋がっており幅が前記径方向深さより狭い環状底面とを有する環状深溝と、前記回転機構の回転体の表面とで囲まれて構成されている。前記潤滑剤通路の全ては前記環状側面の周方向に並んで前記環状側面に開口している。前記環状リザーバは前記ラジアル軸受の軸受隙間の全周囲で連通している。結果として前記ラジアル軸受はその両端の環状リザーバを介して多数の環状に配設された潤滑剤通路でバイパスされている。
【００３３】
前記第１の環状側面は前記固定体の筒状表面と略全周囲で交わっており、前記第２の環状側面は前記第１の環状側面に対向しており、且つ、前記固定体の他の筒状表面と略全周囲で交わっている。前記潤滑剤通路は多数の長穴で構成されており、当該多数の長穴は前記環状側面に開口して管軸方向に伸び、前記環状側面の外側の辺に沿って分布するように設けられている。これらの各長穴は、同一すべり軸受に隣接した他の環状深溝の環状側面にもそれぞれ開口しており、且つ、径方向に屈曲した部分を含んでいない。これらの多数の長穴とその両側の環状深溝は、前記回転体の表面で囲まれて、且つ前記すべり軸受の軸受隙間に全周囲で通じて、一体となった区域を形成している。この区域の中には、この区域の容積の８５％程度に相当する体積の液体金属潤滑剤が充填されている。
【００３４】
前記回転体と前記固定体とは、真空空間との境界において、微小な隙間を保って対向した表面を含んでおり、これを端部開口と称する。前記回転体及び前記固定体は、この端部開口に経路的に最も近い前記環状リザーバから前記端部開口の方向に伸びた延長部分を含んでおり、その径は実質的に前記第１及び第２のラジアル軸受と同じである。この延長部分で、前記環状リザーバに隣接して前記端部開口へ経路的に向う方向に伸びた部位に液体金属潤滑剤で濡れない対向面からなる環状禁止帯が設けられている。この環状禁止帯は、微小な隙間を保って対向した前記回転体と前記固定体のそれぞれの帯状表面に、液体金属潤滑剤で濡れない例えば酸化チタン等の膜が形成されてできている。当該微小な隙間は、実質的にラジアル荷重を受け持つ前記第１及び第２のラジアル軸受の軸受隙間よりもわずかに大きくなっており、対向する前記回転体の表面とは機械的に接触しないようにできているが、液体金属潤滑剤が通常は進入しないように液体金属潤滑剤に表面張力が生じる大きさになっている。
【００３５】
前記延長部分の、前記環状禁止帯に対して前記環状リザーバと反対側で前記環状禁止帯に隣接した、部分に第３のラジアル軸受が形成されている。このラジアル軸受は前記第１及び第２のラジアル軸受よりも対向面との隙間が大きくなっており、対向する面が接触しないようになっているのが好ましい。第３のラジアル軸受よりも前記端部開口に経路的に近い側は液体金属潤滑剤で濡れない面となっており、第３のラジアル軸受内の液体金属潤滑剤が漏れないようになっている。
【００３６】
第３のラジアル軸受には方向が反対になった２種のらせん溝が設けられている。これらは、前記回転体が正規の回転方向に回転している場合に液体金属潤滑剤を前記端部開口の方向に押しやる圧力を生じる第１の軸受溝と、液体金属潤滑剤を前記環状リザーバの方向に押し戻す圧力を生じる第２の軸受溝とである。当該第２の軸受溝は当該第１の軸受溝よりも広い面積を占めており、液体金属潤滑剤が新たに供給されない状態で前記回転体が回転している場合には、当該第１の軸受溝が設けられた範囲と当該第２の軸受溝が設けられた範囲の一部分に液体金属潤滑剤が溜まっている。前記第３のラジアル軸受は、余分に進入してきた液体金属潤滑剤を前記環状リザーバの方向に押しやる役割と後述する臨時の気体通路を形成する役割を担っているが、常に少量の液体金属潤滑剤をその隙間に含んでおり、ある程度の軸受力を発揮する。これは、第３のラジアル軸受の軸受面を常時液体金属潤滑剤で濡れた状態に保つのに役立っている。
【００３７】
上記のように構成された前記回転機構を回転軸が水平方向になるように配置した場合には、前記端部開口に経路的に最も近い位置にある前記環状リザーバから前記回転機構の最奥部にあるすべり軸受まで水平方向に連結され、鉛直上方に位置するいくつかの潤滑剤通路は回転機構の前記端部開口に経路的に近い部分から最奥部まで水平に繋がった回転機構内空間を形成できる。このように構成されている為に、液体金属潤滑剤又はその周囲の部材のどこかから出てきた気体は液体金属潤滑剤を高圧力で押しのけることなく移動できる通路ができている。いずれかの環状リザーバに到達した気体は浮力で浮上して前記回転機構内空間に合流する。このように、発生した気体の圧力が異常に高くならなくても液体金属潤滑剤と分離できて大きな容積の前記回転機構内空間に繋がる。この回転機構内空間に溜まった気体は、以下に述べるようにして真空容器内の真空空間に移動して排気される。
【００３８】
前記回転機構を回転軸が水平方向に一致しないように配置した場合にも気体を容易に移動させられる。環状に配列された前記潤滑剤通路のいずれかに多量の気体が含まれており、これが加熱等で膨張して圧力が高くなった場合に、同一の前記環状リザーバに開口した他の前記潤滑剤通路内に対して圧力差が生じ、この圧力差は、前記環状リザーバを介して潤滑剤通路間での液体金属潤滑剤を還流させる。この還流によって気体も移動し、前記環状リザーバに至る。前記環状リザーバ内では、前記回転体の表面に接する液体金属潤滑剤は前記回転体と共に周回移動して遠心圧力を受けて気体を前記環状深溝の底面の方向に押しやる。前記第１及び第２の環状側面及び前記環状底面に接する液体金属潤滑剤は静止しているので低圧力になっており、気体がこの部分に集められる。前記環状深溝の前記第１及び第２の環状側面間の距離よりも前記環状深溝が深くなっているので、前記環状リザーバ内の深部では液体金属潤滑剤の速度勾配が比較的小さい部位が生じる。前記環状リザーバ内で大きな遠心力を受けない低圧部位が広い為に、前記気体が前記環状リザーバ内に移動した場合には、遠心分離された気体が低圧力化される。
【００３９】
前述のように前記環状リザーバ内には液体金属潤滑剤で満たされていない空間が有り、回転体が高速度で回転しているときには、環状リザーバ内の液体金属潤滑剤は遠心圧力で回転体の表面近くに押しやられて前記環状深溝の底面近くに液体金属潤滑剤が存在しない空間が生じる。この空間は、前記気体の進入である程度圧力が高まると、前記環状リザーバから更に前記軸受開口に近い側に設けられたいずれかの前記潤滑剤通路を通過して最終的に前記第３のラジアル軸受に連通して、以下に述べるようにして液体金属潤滑剤を破断して真空容器内に放出され、当該真空容器に取付けられた真空ポンプによって外部に排気される。
【００４０】
前記回転体が静止しているときには、前述のように前記回転機構内の液体金属潤滑剤は前記環状禁止帯で遮断されて第３のラジアル軸受への移動が禁止される。従って、前記回転機構内空間は、前記環状禁止帯にも繋がっており、前記第３のラジアル軸受内の液体金属潤滑剤で閉じられている。前記第３のラジアル軸受には液体金属潤滑剤が付着しているが、軸受隙間が比較的大きい為に、前記回転体が静止しているときには液体金属潤滑剤が軸に沿った方向に容易に移動できるようになっている。また、軸受溝の深さと幅が大きくなっており、且つ液体金属潤滑剤が少ない部位が広いので液体金属潤滑剤が中心軸に沿った方向に移動すると破断されて臨時に気体の通路ができ易くなっている。前記回転機構内空間の圧力がある程度高くなると第３のラジアル軸受の軸受隙間にある少量の液体金属潤滑剤が前記第２の軸受溝内で押しやられ、破断部分が生じて前記回転機構内空間にある気体は前記端部開口を経由して真空容器内空間に移動する。前記回転機構内空間の圧力が低下すれば液体金属潤滑剤の状況は復元する。
【００４１】
前記回転体が高速度で回転しているときには、前記環状リザーバ内の液体金属潤滑剤は、接触している前記回転体表面の回転によって回転させられ、液体金属潤滑剤に働く遠心圧力で前記第３のラジアル軸受の方向に押しやられて前記環状禁止帯を通過して前記第３のラジアル軸受を構成する前記第２の軸受溝の広い部分にまで押し込まれる。このとき、第３のラジアル軸受では前記第２の軸受溝で生じる圧力が前記第１の軸受溝で生じる圧力に勝り、結果としてスパイラルポンプとして作用して前記遠心圧力に対向する圧力を生じるので液体金属潤滑剤が前記真空空間の方向に漏出するのが防がれる。このスパイラルポンプとしての作用は、回転陽極型Ｘ線管自体が公転させられて液体金属潤滑剤に生じる遠心力による押し出し力が追加されても液体金属潤滑剤の漏出を防止できる大きさになっている。このような液体金属潤滑剤を押し出そうとする力が減少すると液体金属潤滑剤の分布は前記の通常の場合に戻る。前記回転体が回転速度を変化させることにより、又は回転と停止を繰り返すことにより前記回転機構内の気体は徐々に排気される。
【００４２】
以上に述べたように、軸受特性に実質的に影響を与えず、又液体金属潤滑剤が気体の膨張等によって外部に噴出させられること無く、回転機構内の気体が正常に外部に排気される。従って、液体金属潤滑剤や軸受部材に多量の気体が含まれている状態であっても正常に容易に排気することができる。又、実使用中においても絶えず自動的に排気されるので信頼性が良い回転陽極型Ｘ線管を提供することができる。以下に、実施例を用いて本発明の実施形態及び作用についてより具体的且つ詳細に説明する。
【実施例１】
【００４３】
図１、図２、図３を参照して本発明の回転陽極型Ｘ線管の構成について説明する。これらの図において、同じ部分は同じ番号を付して表している。図１は、本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の要部を表す断面図であって、１は内部を高真空の真空空間１ａを画定する真空容器であり、２は真空容器１内に在って電子を放出する陰極であり、３は陰極２から放出された電子が入射してＸ線を放出するＸ線ターゲットであり、Ｘ線ターゲット３から放出されたＸ線は真空容器１の一部分であるＸ線照射窓４を透過して真空容器１の外部に取り出される。図１において、１０はＸ線ターゲット３を回転自在に支承する回転機構であり、２０は回転機構１０の内でＸ線ターゲット３を回転する為の回転体であり、３０は回転体２０に嵌め合わされて回転体２０を回転自在に支承する固定体であり、４０は真空容器１の外から回転体２０に回転力を付与するステータである。
【００４４】
回転体２０は、Ｘ線ターゲット３を同軸的に取り付けたターゲット支持体２１と、ターゲット支持体２１に同軸的に接合された第１の回転体部分２２と、第１の回転体部分２２に同軸的に取り付けられた第２の回転体部分２３と、第２の回転体部分２３に同軸的に取り付けられた第３の回転体部分２４と、第３の回転体部分２４に同軸的に取り付けられた第４の回転体部分２５とを含んでいる。ターゲット支持体２１の先端部にＸ線ターゲット３が陽極固定ネジ５によって固定されており、ターゲット支持体２１の他端部は第１の回転体部分２２の一端部に溶接等により接続されており、第１の回転体部分２２の他端部は第２の回転体部分２３の一端部にネジ５１によって接続されており、第２の回転体部分２３の他端部は第３の回転体部分２４の一部分にネジ５２により接続されている。
【００４５】
第１の回転体部分２２の外側にロータ２６が第１の回転体部分２２と同軸的に設けられており、第１の回転体部分２２の一端部で溶接等によって接合されている。第３の回転体部分２４の図示上端部には注入孔２７ａが設けられておりネジ蓋２７により通常は閉じられている。ロータ２６は銅等のように電気伝導率の大きな材質でできている。ステータ４０の回転磁界によりロータ２６は回転体２０に大きな回転トルクを与えるようになっている。第１の回転体部分２２は、純鉄等でできており、ロータ２６とターゲット支持体２１との接合部材を形成している。第２の回転体部分２３は熱伝導率が小さな材質でできており、第２の回転体部分２３及び第３の回転体部分２４とは前記それぞれの接続部分以外で隙間を保っている。第３の回転体部分２４は鉄合金工具鋼ＳＫＤ１１（ＪＩＳ規格）等のすべり軸受に適した材質でできている。第２の回転体部分２３とロータ２６との間は前記接続部分以外で隙間を保って非接触に構成されている。Ｘ線ターゲット３の熱はターゲット支持体２１と第１の回転体部分２２と第２の回転体部分２３とを経由してすべり軸受が形成された第３の回転体部分２４及び第４の回転体部分２５に伝導されるようになっている。
【００４６】
固定体３０には、図示中央部に固定胴体部分３１が形成され、固定胴体部３１の図示中央部には環状切込３１ａが、固定胴体部分３１の図示下端部には陽極固定部分３１ｃが形成されている。環状切込３１ａにはハメ環３６によって軸受円板３２が同軸的に取り付けられている。軸受円板３２は固定胴体部分３１に対して相対的に回転できないが、固定胴体部分３１の中心軸Ｃ−Ｃ’に対して小さな角度で傾斜できるように固定胴体部３１の中央に取り付けられている。陽極固定部分３１ｃの図示下端部は図示しない絶縁体を介して、絶縁油を収容した図示しない回転陽極型Ｘ線管の収納容器に固定されて回転陽極型Ｘ線管装置を構成している。固定胴体部分３１と軸受円板３２とはＳＫＤ１１等のすべり軸受に適した材質でできている。
【００４７】
次に図１の主要部を拡大して表示した断面図である図２及び、図２において固定体３０を非断面表示した図３を用いてより詳しく説明する。図３に示すように、軸受円板３２の図示上面及び図示下面にはヘリンボーンパターンのらせん溝ＧＡ１及びＧＡ２が設けられており、軸受円板３２の図示下面は第４の回転部分２５の図示上端面と２０μｍ程度の隙間を保って対向しており、軸受円板３２の図示上面は第３の回転体部分２４の一部分が環状に内部に刳り貫かれた部分の図示下面と２０μｍ程度の隙間を保って対向している。それぞれのらせん溝ＧＡ１、ＧＡ２内及びそれぞれの隙間には、動作時に液体であるガリウム-インジウム-錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金から成る液体金属潤滑剤ＬＭが満たされており、それぞれが反対方向の中心軸Ｃ−Ｃ’に沿った方向に動圧を発生する２個のスラスト軸受ＢＡ１，ＢＡ２を形成している。図１から図３までは見やすくする為に液体金属潤滑剤ＬＭは図示していない。
【００４８】
固定体胴体部分３１の図示上端部表面とこれに対向して接続された穴明き円板２８の周辺部分に於ける図示下方表面とは２ｍｍ程度の隙間を保って対向して環状深溝ＤＲ１を形成しており、この環状深溝ＤＲ１には液体金属潤滑剤ＬＭが供給される。軸受円板３２の円筒状外面とこれに対向した第３の回転部分２４の円筒状内表面とは１ｍｍ程度の環状隙間ＤＡ１を保って対向しており液体金属潤滑剤ＬＭが供給たされていて上記２個のスラスト軸受ＢＡ１，ＢＡ２に連通している。
【００４９】
固定胴体部分３１は概略円柱状の形状であり、この円筒状の外周表面には２組のヘリンボーン状の軸受溝ＧＲ１，ＧＲ２が設けられており、この円筒状の外周表面は２０〜３０μｍの軸受隙間を保って第３の回転体部分２４の内表面と第４の回転体部分２５の内表面とそれぞれ対向しており、軸受溝ＧＲ１，ＧＲ２及び前記軸受隙間には液体金属潤滑剤ＬＭが供給されており、これらは径方向に動圧を発生する第１及び第２のラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２を構成している。第１及び第２のラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２のそれぞれの両端部に近接して環状で深い溝から成る環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４が固定胴体部分３１に形成されている。環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４の深さは４ｍｍ程度であり、各ラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２に近接して設けられており、この中に供給された液体金属潤滑剤ＬＭがラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２の隙間に供給されやすくなっている。環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４は第３の回転体部分２４と第４の回転体部分２５が有するそれぞれの円筒状内表面で覆われて、これらは内部に液体金属潤滑剤ＬＭが充填されて環状リザーバを構成している。
【００５０】
図２に示すように、環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４の各環状側面ＤＲ１Ｗ，ＤＲ２Ｗ，ＤＲ３Ｗ、ＤＲ４Ｗの浅い位置に開口し、各ラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２に実質的に平行であって、環状深溝ＤＲ１の環状側面ＤＲ１Ｗと環状深溝ＤＲ２の環状側面ＤＲ２Ｗとを結合する８個程度の潤滑剤通路ＲＲ１、及び環状深溝ＤＲ２のもう一つの環状側面ＤＲ２Ｗと環状深溝ＤＲ３の環状側面ＤＲ３Ｗとを結合する８個程度の潤滑剤通路ＲＲ２、及び環状深溝ＤＲ３のもう一つの環状側面ＤＲ３Ｗと環状深溝ＤＲ４の環状側面ＤＲ４Ｗとを結合する８個程度の潤滑剤通路ＲＲ３とが固定胴体部分３１の周辺部分に環状に配列されている。これらの潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３のいくつかを、液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない表面を有する小孔を有する例えばフィルタ状であって気体は通過させるが液体金属潤滑剤ＬＭは実質的に通過させないようになった気体通路に置き換えても良い。潤滑剤通路ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＲ３は、直径が２〜４ｍｍ程度の長孔であり、毛細管効果は無視されるので内表面は液体金属潤滑剤ＬＭで濡れていても濡れていなくても良いが、液体金属潤滑剤ＬＭから分離された気体、又は液体金属潤滑剤ＬＭに含まれた気体、又は液体金属潤滑剤ＬＭが通過できるようになっている。
【００５１】
図２に示すように、固定胴体部分３１の図示下方部に各ラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２から径を実質的に同一に保って伸びた固定体延長部分３１ｄがあり、その終端にステップ状に半径が大きくなった端部径大部分３１ｅがあり、端部径大部分３１ｅは前記陽極固定部分３１ｃに伸びている。図３において、図示最下方に位置する環状深溝ＤＲ４の図示下方側面ＤＲ４Ｗよりも図示下方に位置する固定体延長部分３１ｄの表面における所定軸方向幅、例えば３ｍｍ、の帯状部分及びこれに０．１ｍｍ程度の微小な隙間を保って対向する第４の回転体部分２５の表面における所定軸方向幅、例えば３ｍｍ、の帯状部分は前記のような液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない面と成っており、液体金属潤滑剤ＬＭの表面張力によりその通過を妨げるように作用する環状禁止帯ＰＲ１を構成している。この部分の隙間は、各ラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２の隙間よりも大きくなっており、対向面同士が機械的に接触することがないが、回転体２０が静止しているときの液体金属潤滑剤ＬＭの漏出を防止するのに十分な表面張力が有効に働く大きさと成っている。
【００５２】
図３に示すように、環状禁止帯ＰＲ１の図示下方に位置する固定体延長部分３１ｄの表面にらせん状軸受溝ＧＲ３があり、この表面は第４の回転体部分２５の表面と微小な隙間を保って対向しており、この中に液体金属潤滑剤ＬＭが充填されており、第３のラジアル軸受ＢＲ３を構成している。らせん状軸受溝ＧＲ３のうち図示上方に位置する軸受溝ＧＲ３ａは図示下方に位置する軸受溝ＧＲ３ｂよりも狭い範囲にできている。従って、回転体２０が回転しているときに新たなる液体金属潤滑剤ＬＭの追加供給が無い場合にはらせん状軸受溝ＧＲ３の図示上方に位置する軸受溝ＧＲ３ａと図示下方に位置する軸受溝ＧＲ３ｂの一部分から成る部位ＢＲ３ａのみに液体金属潤滑剤ＬＭが補足されている。図３において、第３のラジアル軸受ＢＲ３内に液体金属潤滑剤ＬＭが追加されると、らせん状軸受溝ＧＲ３の図示下方の軸受溝ＧＲ３ｂでのポンプ作用の増加によって図示上方に押し出す力を生じる。このようにして液体金属潤滑剤ＬＭが環状禁止帯ＰＲ１を通過して漏出するのは阻止される。このような作用をより有効にするにはらせん状軸受溝ＧＲ３の図示下方に位置する軸受溝ＧＲ３ｂでのポンプ作用をより大きくすることが好ましい。これを実現するには、例えば、らせん状軸受溝ＧＲ３の図示下方に位置する軸受溝ＧＲ３ｂの図示下方部分の隙間を狭くするかこの部分の部位の面積を広くすれば良い。第３のラジアル軸受ＢＲ３から真空空間に至る通路の境界は液体金属潤滑剤ＬＭに濡れない面となっている。
【００５３】
図１に示すように、固定体３０の陽極固定部分３１ｃの近傍に環状の覆体３３が取り付けられており、覆体３３の内表面は、第４の回転体部分２５の外表面に隙間を保って対向して設けられている。陽極固定部分３１ｃの近傍で覆体３３よりも図示下方において環状体３４が固定体３０に溶接等により気密に接続されており、周辺部が封止リング３５を介して真空容器１の絶縁体部分１ｂに気密に接続され、内部が排気されて真空空間１ａを形成する。
【００５４】
次に、回転機構１０の組立て方について図２及び図３を参照して説明する。図３に示すように固定胴体部分３１の環状禁止帯ＰＲ１に相当する表面に酸化チタン等の液体金属潤滑剤で濡れない面を形成する。軸受溝ＧＲ２，ＧＲ３の表面を液体金属潤滑剤ＬＭで濡らし、余分の液体金属を拭き取っておき、端部径大部分３１ｅに覆体３３を被せて固定する。第４の回転体部分２５の内面における環状禁止帯ＰＲ１に相当する表面に酸化チタン等の液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない面を形成し、第３の回転体部分２４との接続部分以外の、軸受に対向する面を液体金属潤滑剤ＬＭで濡らしておき、余分の液体金属潤滑剤ＬＭを拭き取っておく。この第４の回転体部分２５を固定胴体部分３１に嵌める。この際、ネジ５２をフランジ部分に嵌めておくと良い。
【００５５】
固定胴体部分３１の中央部に設けてある環状切込３１ａにキリカキのある環状止輪３６を装着した後に、表面を液体金属潤滑剤ＬＭで濡らした軸受円板３２を装着し、軸受円板３２の内面に設けた環状切込に環状止輪３６嵌め込んで軸受円板３２を固定胴体部分３１の中央部に固定する。この際、固定胴体部分３１と軸受円板３２とが相対的に回転しないように図示しないピンなどで止めてあるが、これらは互いに軸方向が相対的に傾斜できるようになっていても良い。内面を液体金属潤滑剤ＬＭで濡らしておき、余分の液体金属潤滑剤を拭き取った第３の回転体部分２４、及び第２の回転体部分２３を装着してネジ５２で固着して図２のような回転機構１０のを組立てる。
【００５６】
次に、回転機構１０への液体金属潤滑剤ＬＭの封入方法について図２を参照して説明する。先ず、回転機構１０を図２に示すように注入孔２７ａが鉛直上方に位置するように固定し、ネジ蓋２７を外しておく。この状態で注入孔２７ａから液体金属潤滑剤ＬＭを大気中で滴下して挿入する。充填する液体金属潤滑剤ＬＭの量は、第３の回転体部分２４及び第４の回転体部分２５と固定体３０で囲まれた空間の８０％以上、１００％未満が適当であるが、特に８５％程度が好ましい。固定胴体部分３１には環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４と、これらを連結する多数の潤滑剤通路ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＲ３が設けられており、多数の大きな断面を有する気体通路として作動するので挿入された液体金属潤滑剤ＬＭよりも内部にある気体は重力加速度により容易に置換されて落下する。後述するように、軸受隙間その他の部分に気体が残っていても、液体金属潤滑剤ＬＭ自体に気体が含まれていても、排気工程中にこれらの気体は液体金属潤滑剤ＬＭに邪魔されることなく容易に排気される。このような理由で、特開平９−３５６３３号公報や特開平５−１２９９７号公報に開示されているような真空容器内での作業等の特別な工程も組立の為の真空容器等の特別な設備を必要としない。
【００５７】
前記のように、図３において図示最下方に位置する環状禁止帯ＰＲ１は液体金属潤滑剤ＬＭで濡れない面と成っているので、挿入された液体金属潤滑剤ＬＭはこの隙間に進入できないで図示最下方に位置する環状深溝ＤＲ４に溜まってゆく。更に挿入された液体金属潤滑剤ＬＭは環状に連結された多数の潤滑剤通路ＲＲ３内の気体と置換されながら潤滑剤通路ＲＲ３内に満たされる。同様にして、図示上方に位置する環状深溝ＤＲ３内、潤滑剤通路ＲＲ２内、環状深溝ＤＲ３内が順次液体金属潤滑剤ＬＭで満たされる。同様にして、より鉛直上方の空気が順次液体金属潤滑剤ＬＭと置換される。予め定められた量の液体金属潤滑剤ＬＭが挿入された後に、ネジ蓋２７を注入孔２７ａに取り付けてネジ締めする。
【００５８】
次に回転陽極型Ｘ線管の組立方法について図１を参照して説明する。Ｘ線ターゲット３、ターゲット支持体２１、ロータ２６を取り付けた第１の回転体部分２２と、前記のようにして組立たれた第２の回転体部分２３の図示上端部分とをネジ５１によって図１に示すように固定する。次に、陽極固定部分３１ｃの近傍で覆体３３よりも図示下方において溶接等により固定体３０に気密に接続されている環状体３４を、封止リング３５を介して周辺部を真空容器１に気密に接続し、回転陽極型Ｘ線管に組立てて内部を排気る。
【００５９】
次に、このようにして組立てられた回転陽極型Ｘ線管を排気する方法及び作用について説明する。本実施例の回転陽極型Ｘ線管を排気するにあたっては、排気工程の全工程において回転陽極型Ｘ線管の管軸の方向を変化させる必要はないが、陽極の中心軸Ｃ−Ｃ’すなわち回転陽極型Ｘ線管の管軸Ｃ−Ｃ’を水平方向にしておくことが好ましい。しかしながら、従来のＸ線管の排気工程で良く行われてきたように管軸Ｃ−Ｃ’を鉛直方向にした場合でも排気することができるので、この場合について説明する。排気管軸Ｃ−Ｃ’を鉛直方向にした場合の回転機構１０内における液体金属潤滑剤ＬＭの分布の様子を断面図で図４乃至図８に模式的に示している。図４及び図８は内部が完全に排気された回転体２０が静止している場合の、図５乃至図８はＸ線ターゲット３が鉛直下方に位置するように排気装置に取付けた排気工程中の、液体金属潤滑剤ＬＭの分布を模式的に表している。
【００６０】
先ず、図４を参照して回転体２０が静止している場合について述べる。各すべり軸受ＢＡ１，ＢＡ２，ＢＲ１，ＢＲ２は各軸受隙間及び各軸受溝が液体金属潤滑剤ＬＭで満たされている。第３のラジアル軸受ＢＲ３は前記のように一部分の部位ＢＲ３ａに相当する容積を占める図示下方部位のみに液体金属潤滑剤ＬＭで満たされており、他の部分ＢＲ３ｂに相当する容積を有する図示上方部位では液体金属潤滑剤ＬＭが不足している。液体金属潤滑剤ＬＭは回転体２０と固定体３０とで囲まれてできる区域の容積の８５％程度であり、回転機構１０内が正常に排気された場合には喫水線Ｌ−Ｌ’より鉛直上方は真空空間ＶＡ１になっている。スラスト軸受ＢＡ１，ＢＡ２の外周の間にある隙間ＤＡ１は液体金属潤滑剤ＬＭが満たされており、スラスト軸受ＢＡ１，ＢＡ２の径小部分は、固定胴体部分３１と回転体２０の内面との間にある０．１ｍｍ程度の環状の隙間ＲＧＰにある液体金属潤滑剤ＬＭを介して環状深溝ＤＲ１、ＤＲ２内の液体金属潤滑剤ＬＭと連通している。
【００６１】
排気時には、図５乃至図８に示すように、第３のラジアル軸受ＢＲ３は鉛直上方に位置するように排気装置に取付けられる。この場合、図５に示すように液体金属潤滑剤ＬＭには多量の気泡ＢＢＬが含まれており、液体金属潤滑剤の見かけの体積が大きく、喫水線は図５においてＬ１−Ｌ１’で示すように、排気された場合の喫水線Ｌ−Ｌ’より鉛直上方に位置する。第３のラジアル軸受ＢＲ３内の部位ＢＲ３ｂ及びそれより図示上方は真空容器１の内部空間１ａに連通しており気体が通過できるようになっている。真空容器１の内部空間１ａが図示しない排気管を介して図示しない真空ポンプで排気された場合、真空容器１の内部空間１ａと回転機構内空間ＶＡ４との間で圧力差を生じ、第３のラジアル軸受ＢＲ３の部位ＢＲ３ａに保持されていた液体金属潤滑剤ＬＭは部位ＢＲ３ｂの方向に広げられ破断して臨時の気体通路を形成し、真空容器１の内部空間１ａと回転機構内空間ＶＡ４との間は排気経路として結合されて回転機構内空間ＶＡ４内は徐々に排気される。
【００６２】
回転機構内空間ＶＡ４内の圧力が急変しないように排気装置が制御されており、潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３の内部では液体金属潤滑剤ＬＭの移動が容易になっており、液体金属潤滑剤ＬＭ内に含まれる気泡ＢＢＬの移動が容易に行われるので、気体の急激な膨張等で液体金属潤滑剤ＬＭを弾き飛ばすような不都合は生じないようになっている。潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３は環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４に繋がって、軸受部分の全ての部位に連通しており、それぞれは十分に大きな直径を有している為に、図示下方にある気泡ＢＢＬは液体金属潤滑剤ＬＭと置換されて鉛直上方に移動して上記のようにして排気される。
【００６３】
液体金属潤滑剤ＬＭに封じ込められた気体の膨張によって液体金属潤滑剤ＬＭが潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３内又は環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４内で移動させられて回転機構内空間ＶＡ４に合流した場合、回転機構内空間ＶＡ４の容積が大きいので、液体金属潤滑剤ＬＭに封じ込められた気泡は圧力が低くなり液体金属潤滑剤ＬＭから分離して前記のようにして前記臨時の気体通路を通過して真空容器１の内部空間１ａに移動する。
【００６４】
回転機構内空間ＶＡ４が或程の度高真空に排気されるまで常温に保たれている為に軸受表面が実質的に酸化されることが無く、特開平４−３６３８４４号公報に開示されているような液体金属潤滑剤ＬＭとの反応層を予め真空中で作成しておく等の特別な処理を必要としない。或程度の高真空に到達した状態で、ステータ４０に通電して回転体２０を低速度で回転させると、環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４から成る環状リザーバから前記各軸受隙間内に液体金属潤滑剤ＬＭが吸引され、軸受面全体がよく濡れるとともに環状深溝ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４や潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３内の液体金属潤滑剤ＬＭが、図６に模式的に示すように、空間ＶＡ２を形成しながら回転体２０の表面に引き寄せられて液体金属潤滑剤ＬＭに含まれていた少量の気泡ＢＢＬは環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４で遠心分離される。小さな気泡ＢＢＬが大きな空間ＶＡ２に合流するので回転が停止すると前記のように、潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３内で重力による置換等が発生して鉛直上方に移動して上述のように排気される。
【００６５】
上記のようにして軸受面が完全に濡れており且つ回転機構内空間ＶＡ２が十分に高真空になった状態で、真空容器１の外部から高周波加熱又は電気炉などにより、回転機構１０内の温度を徐々に高めてゆくと液体金属潤滑剤ＬＭ内に閉じ込められていた気体や軸受を構成する材質に吸着されていた気体が放出されて膨張して比較的高圧力になり潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３内の一部分の液体金属潤滑剤ＬＭを押しのけて一時的な気体通路を形成して鉛直上方に移動して前記と同様にして真空容器１の内部空間１ａを経由して図示しない真空ポンプで排気される。この際、液体金属潤滑剤ＬＭの量は各動圧式すべり軸受ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＲ１、ＢＲ２が正常に作動するのに必要な量よりもはるかに多く、且つ液体金属潤滑剤ＬＭが循環するので排気工程に於ける液体金属潤滑剤ＬＭ自体の酸化等は問題とならない程度である。
【００６６】
各軸受面が液体金属潤滑剤ＬＭで完全に濡れた場合には、気体は軸受隙間を通って移動することが困難になるが、本発明では各すべり軸受をバイパスする多数の潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３を含んでおり、その内の少なくとも各１個の潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３は気体が自由に移動できる状態になっており、すべり軸受内の液体金属潤滑剤ＬＭに過大な圧力を与えることなく排気される。従って、例えば特開平５−２９０７３４号公報に開示されているような、排気工程中に軸受隙間を強制的に変化させる工程等が不要である。このように、本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管は特別な装置や特別な操作等を必要とせずに容易に短時間に製造することができる。
【００６７】
管軸Ｃ−Ｃ’が鉛直方向で回転体２０が高速度で回転している場合における液体金属潤滑剤ＬＭの分布の様子を図６及び図７に模式的に示している。回転体２０が回転中には、第１のラジアル軸受ＢＲ１の軸受溝内及び軸受隙間内には環状深溝ＤＲ１と環状深溝ＤＲ２から吸引されて液体金属潤滑剤ＬＭを押込む力が生じる。この軸受隙間には大きな軸受力が発生しており、液体金属潤滑剤ＬＭは実質的にすべり軸受内に補足されて管軸方向には実質的に移動できなくなっている。回転体２０が回転中に、これに径方向の外力が印加されて軸受隙間の大きさが変化した場合又は対向する軸受面が固定体表面に対して傾斜した場合には環状深溝ＤＲ１と環状深溝ＤＲ２から液体金属潤滑剤ＬＭが流入又は流出して第１のラジアル軸受ＢＲ１内の液体金属潤滑剤ＬＭの過不足が起こらない。この場合、これらが閉じた循環路を形成している為に他の動圧式すべり軸受の特性に実質的に影響を与えないので安定な動作を得られる。この状況は、第２のラジアル軸受ＢＲ２についても同様に作用し、又管軸Ｃ−Ｃ’の方向の如何にかかわらず、同様である。
【００６８】
環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４に２０μｍ〜３０μｍ程度の微小な隙間を保って対向する第３の回転体部分２４及び第４の回転体部分２５の内面が高速に回転している場合には、環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４内の液体金属潤滑剤ＬＭは、図６、図７に示すように、回転して遠心力によって内部に圧力を生じ、外周部分に貼り付けられるとともに、ラジアル軸受ＢＲ１、ＢＲ２内、潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３内、環状禁止帯ＰＲ１内等に押込む力を受ける。潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２、ＲＲ３には比較的低圧力の部分があり、気体の圧力がある程度高くなると図７に示すように結合された回転機構内空間ＶＡ３を形成する。回転機構内空間ＶＡ３は回転機構１０のほぼ全部位に連通できるので、回転機構１０内の気体は、回転体２０が回転している場合にどの位置から発生しても液体金属潤滑剤ＬＭから分離した大きな容積の空間ＶＡ３に合流させられる。この気体は回転体２０が回転速度を低下したとき又は回転を停止したときに前記のように排気される。Ｘ線管の排気工程では回転体２０の回転速度を変化させることにより容易に高真空に排気される。
【００６９】
回転体２０の奥の一部の部分に突発的に気体が出現してその膨張等により部分的な高圧力が生じた場合には、一部の液体金属潤滑剤ＬＭと気体がすべり軸受以外の通路、例えば環状深溝ＤＲ１、潤滑剤通路ＲＲ１を通過して、環状深溝ＤＲ２の中に流れ込むが、これらの部分の容積は十分に大きいので低圧力化すると共に遠心分離されて液体金属潤滑剤ＬＭと気体とが分離して、結合された回転機構内空間ＶＡ２に合流し、前述のように第３のラジアル軸受ＢＲ３を経由して真空容器１内の真空空間１ａに移動し、真空容器１内の図示しないゲッター等で除去される。このような現象は排気工程やその直後や実使用開始直後等に発生しやすい。
【００７０】
前述のように、回転体２０が高速度で回転しているときには環状深溝ＤＲ４内にある液体金属潤滑剤ＬＭは遠心力を受けて環状禁止帯ＰＲ１の方向に押しやられ、ここでの表面張力に打ち勝って第３のラジアル軸受ＢＲ３内に送り込まれる。送り込まれた液体金属潤滑剤ＬＭは第３のラジアル軸受の部位ＢＲ３ｂに押しやられるが、この部分での液体金属潤滑剤ＬＭを環状深溝ＤＲ４の方向に押しやるポンプ作用が勝るようになっているために、部位ＢＲ３ｂのどこかで境界面ができて平衡する。このようにして、実使用時においても液体金属潤滑剤ＬＭは第３のラジアル軸受ＢＲ３から外に漏出しないようになっている。これまで、管軸Ｃ−Ｃ’を鉛直方向にした場合について述べたが、回転機構内空間ＶＡ１が十分に高真空になった後は管軸Ｃ−Ｃ’の方向は任意に設定できる。
【００７１】
予期し得ない理由により液体金属潤滑剤ＬＭが第３のラジアル軸受ＢＲ３を通過して回転体２０の端部に到達した場合には、この液体金属潤滑剤ＬＭは回転体２０の回転時の遠心力で覆体３３の内面に押し付けられる。覆体３３によって通路が制限されているので、漏出してきた液体金属潤滑剤ＬＭは、第４の回転体部分２５の背面と覆体３３の内面との隙間に捕獲される。これらの対向する面にらせん溝を設ければ、液体金属潤滑剤ＬＭを第３のラジアル軸受ＢＲ３の方向に押し戻すこともできる。このように、本実施例の回転陽極型Ｘ線管では事実上液体金属潤滑剤ＬＭが真空容器１内の空間に漏出することが無いようになっている。
【実施例２】
【００７２】
図９を参照して他の実施例について説明する。図９において図１乃至図８と同じ働きの部分は同じ番号を付しているが厳密に同一の部分を表しているとは限らない。図９に示した例は、スラスト軸受ＢＡ１，ＢＡ２の軸受溝を形成した軸受円板３２を回転機構１０のＸ線ターゲット３側の端部に位置させている。第１のラジアル軸受ＢＲ１の図示上方に位置する環状リザーバが固定胴体部分３１の図示上方側面と第４の回転体部分２５の図示上方に位置する底面に挟まれてできる環状隙間ＤＳ２から出来ている。軸受円板３２は、固定胴体部３１の図示上端部分にネジ５３によって固定されており、第３の回転体部分２４の図示上方底面と第４の回転体部分２５の図示上方側面とに軸受隙間を保って挟まれるように構成されている。軸受円板３２の径小部位に位置して、固定胴体部分３１の図示上端表面と第３の回転体部分２４の中心部分の内表面との間に扁平隙間ＤＳ１があり、これと環状隙間ＤＳ２とは環状に配列した多数の穴からなる潤滑剤通路ＲＲ４で連結されている。回転機構１０の組立に際しての液体金属潤滑剤ＬＭの注入は第３の回転体部分２４を取り外した状態で常温の大気中で行われる。この実施例は実施例１と同様に作用するので説明を省略する。
【実施例３】
【００７３】
図１０を参照して更に他の実施例について説明する。図１０において図１乃至図８と同じ働きの部分は同じ番号を付しているが厳密に同一の部分を表しているとは限らない。第２の回転体部分２３は軸受シャフト６１にネジ５４によって同軸に固定されている。軸受シャフト６１と同軸的に第２の固定体部分３８が設けられており、これらの対向面にラジアル軸受ＢＲ１，ＢＲ２が設けられている。第２の固定体部分３８には環状深溝ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３、ＤＲ４とこれに開口した潤滑剤通路ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３が設けられている。第２の固定体部分３８の図示下端面と固定胴体部分３１の図示下方の底面とに挟まれて軸受円板３２が設けられている。回転体２０が回転した場合に軸受シャフト６１が回転して前記環状深溝内の液体金属潤滑剤ＬＭは径が大きい周辺部に移動するので軸受隙間内には補給され難いが、液体金属潤滑剤ＬＭに含まれる気体の脱気作用は他の実施例と同様である。
【００７４】
本発明を実施形態及び実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。例えば、環状リザーバは固定体に設けた断面が多角形の部分を有する深溝でも周方向に繋がっていれば同様の効果があり、本発明に含まれる。また、回転体と固定体の両方に環状深溝があっても良い。環状深溝の周上の一部分が埋め込まれていても実質的に液体金属潤滑剤ＬＭが環状に移動できるようになっていれば本発明に含まれる。環状深溝は、深さ方向に幅が狭くなったＶ字形断面を有するように形成されていてもよい。本発明において、回転体及び固定体は、単体の部品に限定されるのではなく、単体の部品が結合された結合構造体を含んで表現されている。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の回転陽極型Ｘ線管はＸ線ＣＴスキャナ用及びその他の放射線機器用のＸ線発生源として有効に利用できる。特に、液体金属潤滑剤を使用した動圧式すべり軸受を採用しており極めて大きな軸受力を得ることができるので、陽極熱容量が大きく、且つ高速度で公転させられる高速スキャン型のＸ線ＣＴスキャナ用Ｘ線管装置に特に適している。従来報告されているこの種の回転陽極型Ｘ線管は特殊な設備を使用して特殊な製造方法で製造されていた為に高価であったが、本発明の回転陽極型Ｘ線管では特殊な製造設備と製造工程を必要としないので安価で信頼性が良い回転陽極型Ｘ線管を提供することができ、安価で小型の一般用途のＸ線診断装置にも使用でき、産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の一部分を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図及び横断面図である。
【図３】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を断面と非断面図で表した図である。
【図４】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図及び横断面図であり、本発明の作用を説明する図である。
【図５】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図であり、本発明の作用を説明する図である。
【図６】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図であり、本発明の作用を説明する図である。
【図７】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図であり、本発明の作用を説明する図である。
【図８】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管に用いる回転機構の一部分を示す縦断面図であり、本発明の作用を説明する図である。
【図９】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の他の実施例の一部分を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係わる回転陽極型Ｘ線管の更に他の実施例の一部分を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    真空容器
１ａ    内部空間
２    陰極
３    Ｘ線ターゲット
４    Ｘ線照射窓
５    陽極固定ネジ
１０    回転機構
２０    回転体
２１    ターゲット支持体
２２    第１の回転体部分
２３    第２の回転体部分
２４    第３の回転体部分
２５    第４の回転体部分
２６    ロータ
２７    ネジ蓋
２７ａ    注入孔
３０    固定体
３１    固定胴体部分
３１ａ    環状切込
３１ｃ    陽極固定部分
３１ｄ    固定体延長部分
３１ｅ    端部径大部分
３２    軸受円板
３３    覆体
３４    環状体
３５    封止リング
３８    第２の固定体部分
４０    ステータ
６１    軸受シャフト
ＢＡ１    スラスト軸受
ＢＡ２    スラスト軸受
ＢＢＬ    気泡
ＢＲ１    第１のラジアル軸受
ＢＲ２    第２のラジアル軸受
ＢＲ３    第３のラジアル軸受
ＢＲ３ａ    第３のラジアル軸受の部位
ＢＲ３ｂ    第３のラジアル軸受の部位
ＤＡ１    環状隙間
ＤＲ１    環状深溝
ＤＲ１Ｗ    環状深溝ＤＲ１の側面
ＤＲ２    環状深溝
ＤＲ２Ｗ    環状深溝ＤＲ２の側面
ＤＲ３    環状深溝
ＤＲ３Ｗ    環状深溝ＤＲ３の側面
ＤＲ４    環状深溝
ＤＲ４Ｗ    環状深溝ＤＲ３の側面
ＤＳ１    扁平隙間
ＤＳ２    環状隙間
ＧＡ１    スラスト軸受溝
ＧＡ２    スラスト軸受溝
ＧＲ１    ラジアル軸受溝
ＧＲ２    ラジアル軸受溝
ＧＲ３    ラジアル軸受溝
ＧＲ３ａ    ラジアル軸受溝
ＧＲ３ｂ    ラジアル軸受溝
ＬＭ    液体金属潤滑剤
ＰＲ１    環状禁止帯
ＲＲ１    潤滑剤通路
ＲＲ２    潤滑剤通路
ＲＲ３    潤滑剤通路
ＲＲ４    潤滑剤通路
ＶＡ１    回転機構内空間
ＶＡ２    回転機構内空間
ＶＡ３    回転機構内空間
ＶＡ４    回転機構内空間
【図１】
2006100096.tif 000003
【図２】
2006100096.tif 000004
【図３】
2006100096.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006100096.tif 000008
【図７】
2006100096.tif 000009
【図８】
2006100096.tif 000010
【図９】
2006100096.tif 000011
【図１０】
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