(57)【要約】【課題】  Ｘ線管に封止装置を設けるためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  Ｘ線管（１００）が、複数の玉軸受を有する回転部分と、その中に玉軸受を有するハウジング（１０９）内にある液体金属とを含んでいる。回転部分は陽極を回転させるように構成されている。Ｘ線管は更に封止部分を含み、該封止部分は、ハウジングから真空部分への液体金属の流れを抑制するために半径方向に構成された液体金属−真空インターフェース（１１３）によって形成される。【選択図】        図１
2006024563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の玉軸受を有する回転部分であって、陽極を回転させるように構成されている回転部分と、
その中に玉軸受を有するハウジング（１０９）内にある液体金属と、
前記ハウジングから真空部分への液体金属の流れを抑制するために半径方向に構成された液体金属−真空インターフェースによって形成されている封止部分と、
を含んでいるＸ線管（１００）。
【請求項２】
前記回転部分は更にシャフト（１０１）を含んでおり、該シャフトはそこから延在して前記液体金属−真空インターフェースの一部分を形成するフランジ部分（２０４）を備えている、請求項１記載のＸ線管（１００）。
【請求項３】
前記封止部分は第１の封止部分と第２の封止部分とを含んでいる、請求項１記載のＸ線管。
【請求項４】
前記第１の封止部分が半径方向インターフェース（１１３）を含んでいる共に、前記第２の封止部分が軸方向インターフェース（１１５）を含んでいて、これらのインターフェースが一緒に前記液体金属−真空インターフェースを形成している、請求項３記載のＸ線管。
【請求項５】
前記半径方向インターフェースは少なくとも１つの軸方向隙間（１１３）部分によって形成されており、また前記軸方向インターフェースは少なくとも１つの半径方向隙間（１１５）部分によって形成されている、請求項４記載のＸ線管。
【請求項６】
更に、ａ）前記回転部分のシャフト（１０１）と、ｂ）前記回転部分のシャフトから延在するフランジ（２０４）と、ｃ）前記回転部分のシャフトから延在するフランジの方を向いているシール・キャップ（１１１）の面との内の少なくとも１つに形成された複数の溝（２０１）を含んでいる請求項１記載のＸ線管。
【請求項７】
Ｘ線管（１００）用の封止装置であって、
前記Ｘ線管の回転部分と前記Ｘ線管の真空部分との間の半径方向インターフェースと、
前記回転部分内に設けられた液体金属と、を含み、
前記半径方向インターフェースが前記真空部分への液体金属の流れを防止するように構成されている、Ｘ線管（１００）用の封止装置。
【請求項８】
前記半径方向インターフェース（１１３）は非接触シールを含んでいる、請求項７記載の封止装置。
【請求項９】
前記半径方向インターフェースは少なくとも１つの軸方向隙間（１１３）部分によって形成されており、また前記封止装置は更に、少なくとも１つの半径方向隙間（１１５）部分によって形成された軸方向インターフェースを含んでいる、請求項７記載の封止装置。
【請求項１０】
Ｘ線管（１００）について封止する方法であって、
Ｘ線管の回転部分について潤滑及び冷却の内の少なくとも一方を行うために液体金属を供給する段階（４０１）と、
前記回転部分から真空部分への流体の流れを防止するために、前記回転部分と組み合わせて非接触シールを構成する段階（４０３）と、を含み、
前記非接触シールが半径方向インターフェースを有していること、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に云えばＸ線管に関し、より具体的にはＸ線管軸受集成体内の潤滑剤封止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線管を製造するための様々な手法が知られている。回転陽極型Ｘ線管は、典型的には、一般に真空室、回転シャフト及び固定子を含んでいる。典型的には、回転シャフトと固定子との間には軸受カートリッジも設けられており、この軸受カートリッジはローラ型軸受集成体を含んでいる。回転シャフトは陽極に取り付けられており、陽極はシャフトにより回転させられる。陽極は、Ｘ線管の動作中に高い温度まで熱せられるターゲットを含んでいる。これは、ターゲット−軸受カートリッジの表面に電子が絶えず衝突することによるものであり、そこにはターゲットで発生された熱が蓄積する。結果として、回転シャフトと固定子との間で温度が不平等になる。これはＸ線管の摩耗及び破損を増大させ、その結果として性能を低減させる恐れがある。
【０００３】
熱のレベル、従って摩耗を低減して、軸受の寿命を延ばすために、典型的には、軸受カートリッジ内に潤滑剤が入れられる。潤滑剤はシャフトと固定子との温度を均等化する。固体並びに液体金属の両方の潤滑剤が、軸受集成体を取り囲み且つそれらの伝導度を増大させるために使用される。液体金属潤滑剤（例えば、ガリウム又はガリウム合金）を使用する軸受カートリッジを含むＸ線管では、典型的には、ガントリ負荷をより大きくし且つ陽極回転速度をより高くしても、寿命が長くなり且つ動作ノイズが低くなる。しかしながら、液体金属潤滑剤が軸受部分から真空室内へ漏洩する危険性を低減し又は除くために適切な封止装置を設ける必要がある。このような漏洩はＸ線管において電気的（高電圧）不安定性を生じさせ、もって動作寿命を短縮する恐れがある。
【特許文献１】欧州特許ＥＰ０４７９１９８Ｂ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知のＸ線管では、このような漏洩を防止するために、シールが液体金属潤滑剤と真空室との間の軸方向インターフェース（界面）の形で設けられている。しかしながら、軸方向インターフェースは、負荷及び速度をより高くした場合に適切に機能しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
模範的な実施形態では、Ｘ線管を提供する。このＸ線管は、複数の玉軸受を有する回転部分と、その中に玉軸受を有するハウジング内にある液体金属とを含んでいる。回転部分は陽極を回転させるように構成されている。Ｘ線管は更に封止部分を含み、該封止部分は、ハウジングから真空部分への液体金属の流れを抑制するように半径方向に構成された液体金属−真空インターフェースによって形成されている。
【０００６】
別の模範的な実施形態では、回転装置を提供する。この回転装置は、複数の玉軸受を有する回転部分と、静止部分とを含んでいる。回転部分と静止部分との間の空間に液体が供給されている。回転装置は更に封止部分を含み、該封止部分は、ハウジングから真空／周囲部分への液体金属の流れを防止するように構成された液体金属−真空／周囲流体インターフェースによって形成されている。
【０００７】
別の模範的な実施形態では、Ｘ線管について封止する方法を提供する。この方法は、Ｘ線管の回転部分について潤滑及び冷却の内の少なくとも一方を行うために液体金属を供給する段階を含む。該方法は更に、回転部分から真空部分への流体の流れを防止するために回転部分と組み合わせて非接触シールを構成する段階を含む。該非接触シールは半径方向インターフェースを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の様々な実施形態では、回転装置を提供する。この回転装置は、複数の玉軸受を有する回転部分と、玉軸受の潤滑及び冷却の内の少なくとも一方を行うための液体金属とを含んでいる。液体金属は、その中に玉軸受を有するハウジング内に収容されている。回転装置は更に、液体金属−真空インターフェースによって形成された封止部分を含み、該液体金属−真空インターフェースは、例えば、ハウジングから真空／周囲部分への液体金属の流れを抑制又は防止するように構成された液体金属−真空／周囲流体インターフェースを含む。模範的な実施形態では、回転装置は真空環境内で動作するＸ線管である。
【０００９】
図１は、模範的な実施形態によるＸ線管を示すブロック図である。Ｘ線管１００は真空環境内で動作し、またＸ線管１００は、シャフト１０１と、軸受カートリッジ・ハウジング１０９を有する軸受カートリッジ１０３とを含んでいる。更に、Ｘ線管１００は、シール・キャップ１１１と、軸方向隙間１１３と、半径方向隙間１１５とを含んでいる。シャフト１０１はＸ線管１００の動作中は回転しており、またシャフト１０１は軸受カートリッジ１０３に結合されており、軸受カートリッジ１０３は軸受集成体を含んでいる。軸受集成体は、外側軸受レース１０５と内側軸受レース１０７とに結合された少なくとも１つの玉軸受を含んでいる。軸受集成体は軸受カートリッジ・ハウジング１０９によって取り囲まれており、軸受カートリッジ・ハウジング１０９はシール・キャップ１１１によって封止されている。軸受集成体はシャフト１０１を回転可能にし、これによりＸ線管１００の陽極（図示せず）の回転が可能になる。
【００１０】
軸受カートリッジ・ハウジング１０９には、液体金属潤滑剤が（例えば、回転部分と静止部分との間の空間において） 軸受集成体を潤滑し且つ冷却するために充填されている。様々な実施形態における液体金属潤滑剤は大きな表面張力を特徴とする。液体金属潤滑剤は、例えば、純粋なガリウム、ガリウム合金又はガリウム・インジウム錫合金とすることができる。
【００１１】
動作について説明すると、液体金属を使用することにより、例えば、Ｘ線管１００の寿命を延ばし且つＸ線管１００によって発生されるノイズを減少させることができる。例えば、ガリウム・インジウム錫合金が液体金属潤滑剤として使用される場合、動作ノイズは、例えば、１０ｄＢ減少させることができる。Ｘ線管１００は、液体（例えば、溶融）金属潤滑剤が軸受カートリッジ・ハウジング１０９から、Ｘ線管１００が動作している真空環境内へ漏洩するのを抑制又は防止するために封止装置を含んでいる。
【００１２】
本発明の様々な実施形態では、封止装置は第１の封止部分と第２の封止部分とを含んでいる。第１の封止部分は一次封止部分として構成され、また第２の封止部分は二次封止部分として構成される。
【００１３】
第１の封止部分は半径方向に液体金属−真空インターフェースを形成する。詳しく述べると、第１の封止部分は、軸方向隙間１１３によって形成される半径方向インターフェースを規定する非接触シールである。模範的な一実施形態における軸方向隙間１１３は、シール・キャップ１１１がシャフト１０１の延長部に接続されているとき、シャフト１０１の延長部とシール・キャップ１１１との間に軸方向に形成される小さなギャップ又毛細管状部である。Ｘ線管１００の動作中、シャフト１０１の延長部は回転運動し、シール・キャップ１１１は静止した位置に留まる。軸方向隙間１１３は、シャフト１０１の延長部とシール・キャップ１１１とが互いに擦れ合うのを抑制又は防止して、両者の間に粒状物が生じるのを防止する。粒状物の生成には、例えば、静止した物体が静的物体に対して擦るときに生じる過大な摩擦力に起因する摩耗及び破損が含まれる。
【００１４】
第２の封止部分は半径方向隙間１１５によって形成される軸方向インターフェースであり、この半径方向隙間１１５はシャフト１０１とシール・キャップ１１１との間に半径方向に形成されるギャップ又は毛細管状部である。本発明の様々な実施形態において、液体金属−真空インターフェースが崩壊しないように液体金属−真空インターフェースを保持する表面張力は、軸方向隙間１１３及び半径方向隙間１１５の寸法に反比例する。本発明の様々な実施形態では、軸方向隙間１１３の寸法は、例えば、３００〜１０００ミクロンの範囲内にすることが可能であり、他方、毛細管状の半径方向隙間１１５の寸法は、例えば、３０〜１０００ミクロンの範囲内にすることが可能である。様々な実施形態では、軸方向隙間１１３及び半径方向隙間１１５の寸法はできる限り小さくする。
【００１５】
Ｘ線管１００動作について説明すると、シャフト１０１は高速で回転させることができる。シャフト１０１の延長部の半径はシャフト１０１の半径よりも大きい。従って、軸方向隙間１１３内の液体金属潤滑剤は、シャフト１０１のより大きい半径を持つ延長部の回転に起因してより高い平均速度で回転する。更に、液体金属潤滑剤は密度が非常に高い。その結果、軸方向隙間１１３内の液体金属潤滑剤の回転に起因して大きな遠心力が生じる。この遠心力は、半径方向外向きに作用する。従って、この力の方向は、軸受カートリッジ・ハウジング１０９へ向かい且つ半径方向インターフェースから離れていく方向である。これにより、液体金属−真空インターフェースにおいて液体金属潤滑剤にかかる圧力が減少し且つ液体金属潤滑剤の流れが安定化される。従って、封止装置は、液体金属潤滑剤が軸受カートリッジ１０３から漏れ出るのを防止するための真空シールを形成する。
【００１６】
図２は、別の模範的な実施形態によるＸ線管１００を示すブロック図である。Ｘ線管１００は更に、螺旋状溝２０１と、第１の部分２０３を含むフランジ部分と、第２の部分２０５と、液滴捕集部２０７とを含んでいる。第１の部分２０３はシャフト１０１の延長部であり、また第２の部分２０５はシール・キャップ１１１（図１に示す）の一部である。フランジ部分２０４がシャフト１０１とシール・キャップ１１１との間の半径方向配置で構成されており、これによって液体金属−真空インターフェースの一部分を形成する。軸方向隙間は、第１の部分２０３と第２の部分２０５との間に生じるギャップによって与えられる。
【００１７】
本発明の様々な実施形態では、半径方向隙間１１５の半径方向隙間領域Ｄ及びＥの付近でシャフト１０１に複数の溝が設けられる。これらの溝は、例えば、螺旋の形状にすることができ、螺旋状溝２０１と呼ぶ。一実施形態における螺旋状溝２０１は、Ｘ線管１００が動作しているときの液体金属潤滑剤の流れの方向と逆の方向に配向される。螺旋状溝２０１は、シャフト１０１が回転しているとき、液体金属潤滑剤を軸受カートリッジ・ハウジング１０９の中へ押し戻すように機能する。更に、螺旋状溝２０１は半径方向隙間１１５の付近に生じる渦の破壊を容易にすることができ、これによりシャフト１０１が回転しているときに液体金属潤滑剤の何らかの軸方向の動きが低減される。
【００１８】
本発明の様々な実施形態では、溝がまた、軸方向隙間１１３の付近でシール・キャップ１１１の内の、第１の部分２０３に面している側と、半径方向隙間領域Ｂの付近でシャフト１０１の延長部の内の、軸受カートリッジ・ハウジング１０９に面している側とにも設けられる。シャフト１０１の延長部は、液体金属−真空インターフェースの崩壊を招くような高圧力の変動を生じさせる恐れのある、封止装置の圧力分布に及ぼす軸受カートリッジ１０３の動きの影響を最小にする。本発明の様々な実施形態では、シャフト１０１の延長部と軸受カートリッジ・ハウジング１０９との間の距離は小さく保たれる。従って、寸法Ａは小さく保たれる。様々な実施形態では、Ｘ線管１００の内の、液体金属潤滑剤に接触するフランジ及び他の部分は、非腐食性材料で形成され、これはまた良好な熱伝導性を与えることができる。例えば、モリブデン及びモリブデン合金、並びにＳＳ４４０，ＳＳ４１０，Ｒｅｘ２０，ＳＫＨ４のような特定の等級の鋼などのような非腐食性材料がこの要件を満たすことができる。
【００１９】
様々な実施形態では、液滴捕集部２０７がシール・キャップ１１１内及びシャフト１０１の延長部上に設けられて、シャフト１０１が回転しているときに軸受カートリッジ１０３から真空環境へ漏れる恐れのある液体金属潤滑剤の液滴を収集する。液滴は、Ｘ線管の動作中に又はＸ線管の輸送中に大きな振動により形成されることがある。これらの液滴捕集部２０７はシール・キャップ１１１内に円筒状に切削され且つシャフト１０１の延長部内に円形に切削された空洞である。様々な実施形態では、液滴捕集部２０７は、例えば２ｍｍの軸方向範囲、及び例えば２ｍｍの半径方向範囲を持つことができる。
【００２０】
図３は、本発明の更に別の模範的な実施形態によるＸ線管１００を示す略図である。Ｘ線管１００は更に、フランジのための第３の部分３０１を含んでいる。
【００２１】
第３の部分３０１は第１の部分２０３に付加される。一般的に、２つ以上のフランジ部分を（例えば、封止要件に基づいて）希望に応じて又は必要に応じて封止機構に付加することが可能である。更に、追加の隙間、ギャップ又は毛細管状部をまた希望に応じて又は必要に応じて付加することができる。第２の部分２０４が液体金属潤滑剤を半径方向外向きに、軸受カートリッジ・ハウジング１０９へ向かって押圧する。結果として、半径方向隙間領域Ｂにおいて高い圧力が軸受カートリッジ・ハウジング１０９に加えられる。この圧力は、Ｘ線管１００が非常に高い速度で動作しているとき、液体金属−真空半径方向インターフェースを軸方向隙間１１３へ向かって押圧して、該インターフェースを不安定にすることがある。そこで、螺旋状溝が、第３のの部分３０１の内の、軸方向隙間Ａの付近で第２の部分２０４に面する側に設けられる。これらの螺旋状溝は液体金属潤滑剤をシャフト１０１へ向かって半径方向内向きに押圧する。これは半径方向外向きの方向にかかる圧力を減少させ、これによりシャフト１０１の回転速度が非常に高い場合でもロバストな封止を保証する。
【００２２】
図４は、本発明の模範的な実施形態によるＸ線管１００内に液体金属潤滑剤を封止するための方法を例示する流れ図である。段階４０１で、Ｘ線管１００の軸受カートリッジ１０３に液体金属潤滑剤を充填する。本発明の様々な実施形態では、液体金属潤滑剤はガリウム合金である。液体金属潤滑剤は、軸受カートリッジ１０３内に収容されている軸受集成体を潤滑し及び／又は冷却する。一実施形態での液体金属潤滑剤は、表面張力が大きいことを特徴とする。
【００２３】
段階４０３で、液体潤滑剤がＸ線管１００の真空環境内へ漏れるのを防止するために、第１の封止部分及び第２の封止部分を含む非接触真空シールを設ける。非接触真空シールを作るには、一次封止機構として半径方向液体金属−真空インターフェースを形成する。半径方向液体金属−真空インターフェースは、軸方向隙間１１３によって、例えば、シャフト１０１の延長部とＸ線管１００のシール・キャップ１１１との間に小さいギャップを生じさせることによって、形成される。
【００２４】
本発明の様々な実施形態では、液体金属潤滑剤がＸ線管の真空環境内へ漏れるののを防止するための改良封止装置を提供する。本発明の様々な実施形態では、フランジ部分と軸方向隙間とを使用して毛細管状の隙間の入口付近の潤滑剤の流れを安定化することによって、封止装置の性能を改善する。
【００２５】
更に、本発明の様々な実施形態では、半径方向液体金属−真空インターフェースを設けることによって漏洩の可能性を低減する。本発明の様々な実施形態ではまた、半径方向液体金属−真空インターフェースに加えて軸方向液体金属−真空インターフェースも設ける。
【００２６】
本発明を様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内で変更して実施できることが認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の模範的な実施形態によるＸ線管を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の模範的な実施形態によるＸ線管を示すブロック図である。
【図３】本発明の更に別の模範的な実施形態によるＸ線管を示すブロック図である。
【図４】本発明の模範的な実施形態によるＸ線管内に液体金属潤滑剤を封止するための方法を例示する流れ図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  Ｘ線管
１０５  外側軸受レース
１０７  内側軸受レース
１１３  軸方向隙間
１１５  半径方向隙間
２０１  螺旋状溝
２０３  第１の部分
２０５  第２の部分
２０７  液滴捕集部
３０１  第３の部分
【図１】
2006024563.tif 000003
【図２】
2006024563.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006024563.tif 000006