(57)【要約】【課題】  陽極回転時の惰性回転時間を長くすることができ、且つ、騒音を低減す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。【解決手段】  本発明の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陽極ターゲットが固定された回転円筒と、回転円筒の内側で陽極ターゲットに同軸的に固定された回転軸と、回転円筒及び回転軸の間に配置され、且つ軸方向に延在した陽極固定体と、陽極固定体及び回転軸の間に回転可能に設けられ、転動体を備える玉軸受と、を備え、転動体は、球状の鋼材からなる基部と、基部の表面全体と接する錫からなる第１金属層と、第１金属層の表面全体と接する鉛からなる第２金属層とを有し、第２金属層の厚さは、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であり、第１金属層の厚さは０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満である。【選択図】図４
2018181409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極ターゲットと、
前記陽極ターゲットが固定された回転円筒と、
前記回転円筒の内側で前記陽極ターゲットに同軸的に固定された回転軸と、
前記回転円筒及び前記回転軸の間に配置され、且つ軸方向に延在した陽極固定体と、
前記陽極固定体及び前記回転軸の間に回転可能に設けられ、転動体を備える玉軸受と、
を備え、
前記転動体は、球状の鋼材からなる基部と、前記基部の表面全体と接する錫からなる第１金属層と、前記第１金属層の表面全体と接する鉛からなる第２金属層とを有し、
前記第２金属層の厚さは、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であり、
前記第１金属層の厚さは０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満である、回転陽極型Ｘ線管。  
【請求項２】
前記第２金属層の厚さは０．３μｍ以下である、請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
前記第２金属層の厚さは、０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲から選ばれた任意の値であり、
前記第１金属層の厚さは、０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満の範囲から選ばれた任意の値である、請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
前記第２金属層の厚さは、０．２μｍ以上０．３μｍ以下の範囲から選ばれた任意の値であり、
前記第１金属層の厚さは、０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満の範囲から選ばれた任意の値である、請求項２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】
実施形態は、陽極回転機構に玉軸受を使用する回転陽極型Ｘ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転陽極型Ｘ線管は、真空に保たれた真空外囲器内に偏芯した陰極と、陰極と対向して配置された略傘状の陽極ターゲットとを備えている。陽極ターゲットは、回転機構に固定され、回転機構と一体となって回転する。高速で回転する陽極ターゲットに電子ビームが照射されると、陽極ターゲットからＸ線が放出される。
【０００３】
回転機構は、回転体および固定体から構成されている。回転体と固定体との間には、例えば球状の転動体を用いた玉軸受が設けられている。回転陽極型Ｘ線管は、動作状態に入ると、電子ビームの照射で陽極ターゲットの温度が上昇する。陽極ターゲットの熱は、回転機構の回転体などを経て玉軸受にも伝達するため、玉軸受の温度、特に陽極ターゲットに近い側の玉軸受の温度は、１００℃から２５０℃程度まで高くなり得る。
【０００４】
このように、高温状態で、且つ、真空外囲器内で使用される軸受に対して、一般の軸受に使用されているグリースなどの潤滑剤を使用することは難しい。このため、回転陽極型Ｘ線管においては、玉軸受の潤滑剤として、鉛や銀などの軟質金属を主成分とする固体潤滑剤が用いられる場合がある。玉軸受の転動体や摺動体が鋼材から構成されている場合、上記の固体潤滑剤を転動体や摺動体の表面に直接形成すると、固体潤滑剤が剥がれるおそれがある。したがって、固体潤滑剤の付着性を向上させるために、固体潤滑剤と転動体及び摺動体の表面との間に、下地層が形成される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−５７０１４号公報
【特許文献２】特開平１０−６１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、陽極回転時の惰性回転時間を長くすることができ、且つ、騒音を低減す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットと、前記陽極ターゲットが固定された回転円筒と、前記回転円筒の内側で前記陽極ターゲットに同軸的に固定された回転軸と、前記回転円筒及び前記回転軸の間に配置され、且つ軸方向に延在した陽極固定体と、前記陽極固定体及び前記回転軸の間に回転可能に設けられ、転動体を備える玉軸受と、を備え、前記転動体は、球状の鋼材からなる基部と、前記基部の表面全体と接する錫からなる第１金属層と、前記第１金属層の表面全体と接する鉛からなる第２金属層とを有し、前記第２金属層の厚さは、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であり、前記第１金属層の厚さは０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態のＸ線管の一例を示す概要図である。
【図２】図２は、図１に示す陽極構体の一例を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２に示す玉軸受の一例を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す転動体の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示す転動体を備える陽極構体の惰性回転時間と第２金属層の厚さとの関係を示す図である。
【図６】図６は、図４に示す転動体を備えるＸ線管の騒音の大きさと、第１金属層の厚さと第２金属層の厚さの比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態に係るＸ線管について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態のＸ線管１００の一例を示す概要図である。  
Ｘ線管１００は、真空外囲器１と、陰極２と、陽極構体９０と、陰極支持体２００とを備えている。Ｘ線管１００は、回転陽極型のＸ線管である。以下では、Ｘ線管１００の中心軸を管軸ＴＡと称する。管軸ＴＡに従う方向（以下、軸方向と称す）において、陰極２の設置側の方向を前方と称し、陽極構体９０の設置側の方向を後方と称する。また、管軸ＴＡに対して垂直な方向を半径方向と称する。半径方向において、管軸ＴＡから離れる方向を外側と称し、管軸ＴＡに向かう方向を内側と称する。
【００１１】
真空外囲器１は、例えば、ガラス製のガラスバルブで形成されている。真空外囲器１は、例えば１０−３Ｐａ以下の真空に保たれた内部に、陰極２と、陽極構体９０とを含む。陽極構体９０は、略傘状の陽極ターゲット（ターゲットディスク）３と、回転機構４とを含む。真空外囲器１内で、陰極２と、陽極ターゲット３とは、互いに対向配置されている。陰極２は、高電圧で生成される電子（電子ビーム）を陽極ターゲット３に向けて射出する。
【００１２】
陽極ターゲット３は、回転機構４に固定され、回転機構４の回転に従って回転する。陽極ターゲット３は、傘状の略円板形状に形成され、表面に電子ビームが衝突することでＸ線を放射する。具体的には、陽極ターゲット３は、Ｘ線を放射するターゲット層と、ターゲット層を支持するターゲット基体とから構成されている。ターゲット層は、例えば、タングステンで形成されている。また、ターゲット基体は、例えば、モリブデン合金（ＴＺＭ）で形成されている。Ｘ線管装置の駆動中、高電圧の電子ビームが衝突するため、陽極ターゲット３は高温となる。
【００１３】
図示した例では、ステータコイル８０が、真空外囲器１の外側に配置されている。ステータコイル８０は、電源（図示せず）から電流を供給されることによって、磁場を発生し、発生した磁場により回転機構４を駆動する。ステータコイル８０は、回転円筒５を挟んで磁性体で形成される金属部材（以下、磁性体部材と称す）と磁気回路を構成している。一般的に、磁気回路によって回転部材を通過する磁束密度が高められ、効率よく回転部材を回転させることが可能である。
【００１４】
図２は、本実施形態の陽極構体９０の一例を示す縦断面図である。
【００１５】
回転機構４は、回転円筒（ロータ）５と、回転円筒５に略同軸的に取付けられた支持柱６と、回転軸（シャフト）７と、取り付けネジ９と、玉軸受（ボールベアリング）１１、１２と、筒状スペーサ１３と、固定ネジ１４、１５と、固定ナット１６と、固定リング１７と、陽極固定体１８とを備えている。
【００１６】
回転円筒５は、管軸ＴＡを中心軸とする円筒形状の金属部材である。回転円筒５は、例えば、銅で形成されている。
【００１７】
支持柱６は、陽極ターゲット３と回転円筒５との間に位置している。すなわち、支持柱６の前方には、陽極ターゲット３が略同軸にナット等で固定されている。また、支持柱６の後方には、底部表面の外周に沿って回転円筒５が略同軸に固定されている。
【００１８】
回転軸７は、先端部に設けられた円板７ａと、円板７ａの中心から垂直に後方に延長する円柱部７ｂとを備えている。円板７ａは、取り付けネジ９により支持柱６の底部表面に略同軸に固定されている。このとき、円板７ａは、回転円筒５の内側の支持柱６の底部表面に固定されている。円柱部７ｂは、後方の端部の外周部に、固定ナット１６と螺合するネジ溝が形成されている。回転軸７は、ステータコイル８０と磁性体部材とで構成される磁気回路により高速に回転する。このとき、回転軸７に固定された支持柱６と、支持柱６に固定された回転円筒５とは、回転軸７の回転に従って、高速に回転する。
【００１９】
玉軸受１１、１２は、回転円筒５と、陽極固定体１８とを支持する。玉軸受１１、１２は、それぞれ、回転軸７の円柱部７ｂと陽極固定体１８の内周面との間に固定されている。例えば、玉軸受１１、１２は、円柱部７ｂの前方の先端部と、円柱部７ｂの後方の先端部とのそれぞれに、嵌合して設置されている。
【００２０】
玉軸受１１は、外輪が固定ネジ１４と陽極固定体１８の内周部に形成された段差とで固定され、且つ内輪が円柱部７ｂの外周部に形成された段差と筒状スペーサ１３とで固定されている。
【００２１】
また、玉軸受１２は、外輪が固定ネジ１５により固定された固定リング１７と、陽極固定体１８の内周部に形成された段差とで固定され、且つ内輪が円柱部７ｂの後方に螺合された固定ナット１６と筒状スペーサ１３とで固定されている。
【００２２】
筒状スペーサ１３は、円柱部７ｂの外周部、且つ玉軸受１１及び玉軸受１２との間に、円柱部７ｂの外周部に沿って、設けられている。例えば、筒状スペーサ１３は、円柱部７ｂに嵌合して設置される。
【００２３】
陽極固定体１８は、有底の円筒状に形成され、玉軸受１１及び１２に支持されている。陽極固定体１８は、回転円筒５の内側で、且つ開口部が前方に配置されるように設けられている。陽極固定体１８は、外周表面と回転円筒５の内周表面との間に隙間が設けられている。陽極固定体１８は、固定ネジ（接続部材）１４を螺合するためのネジ溝を所定の部分に備えている。同様に、陽極固定体１８は、固定ネジ（接続部材）１５を螺合するためのネジ溝を所定の部分に備えている。陽極固定体１８は、内側に玉軸受１１、１２及び筒状スペーサ１３等を内包する。陽極固定体１８は、Ｆｅ、又はＦｅ合金等の磁性体部材で形成されている。これにより、陽極固定体１８は、ステータコイル８０と磁気回路を構成している。
【００２４】
図３は、図２に示す玉軸受１１の一例を示す図である。図３は、管軸ＴＡに垂直な平面を示している。なお、ここでは玉軸受１１を示しているが、玉軸受１２も同様の構成を有している。
【００２５】
玉軸受１１は、内輪２１、外輪２２、及び複数の転動体（ボール）２３を有している。
【００２６】
内輪２１は、上述したように、図２に示す円柱部７ｂの外周部に固定され、円柱部７ｂと一体となって回転する。外輪２２は、上述したように、図２に示す陽極固定体１８の内周部に固定され、回転しない。転動体２３は、内輪２１と外輪２２との間に転動自在に配置されている。転動体２３は、内輪２１と外輪２２とに接している。なお、隣り合う転動体２３は、互いに接していてもよい。
【００２７】
図４は、図３に示す転動体２３の断面図である。
【００２８】
転動体２３は、基部３０と、基部３０を覆う第１金属層３１と、第１金属層３１を覆う第２金属層３２とを備えている。
【００２９】
基部３０は、球状であり、例えば高速度工具鋼（ＪＩＳ規格ＳＫＨ４）によって形成されている。なお、基部３０は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４、又はＡＩＳＩ規格Ｍ５０等の他の高速度工具鋼から形成されてもよく、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２の高速度工具鋼に耐食被膜処理を施したものであってもよい。
【００３０】
第１金属層３１は、基部３０の表面全体と接している。図示した例では、第１金属層３１は、基部３０の表面全体に亘って、ほぼ一定の厚さＴ１を有している。第１金属層３１は、基部３０及び第２金属層３２と親和性のある材料によって形成され、第２金属層３２の基部３０への付着強度を高めるためのバインダーとして機能する。本実施形態において、第１金属層３１は、錫からなる。
【００３１】
第２金属層３２は、第１金属層３１の表面全体と接している。図示した例では、第２金属層３２は、第１金属層３１の表面全体に亘って、ほぼ一定の厚さＴ２を有している。第２金属層３２は、軟質金属材料によって形成されている。第１金属層３１及び第２金属層３２のうち、第２金属層３２は、主として転動体２３の固体潤滑層として機能する。本実施形態において、第２金属層３２は、鉛からなる。
【００３２】
第１金属層３１の厚さＴ１は、第２金属層３２の厚さＴ２より小さい。一例では、厚さＴ１は、０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満であり、厚さＴ２は、０．２μｍ以上０．４μｍ以下である。厚さＴ１を必要条件として０．００８μｍ以上にすることで、第２金属層３２の基部３０への付着性が確保され、転動体２３の寿命が維持される。
【００３３】
このような第１金属層３１及び第２金属層３２は、例えばイオンプレーティングによって順次形成される。具体的には、まず、被覆対象となる基部３０の表面に自然に付着している不純物の付着量を所要レベル以下に設定するよう該表面を処理する。次に、表面処理を施した基部３０の表面に、イオンプレーティング装置を用いて第１金属層３１、及び第２金属層３２をこの順で形成する。なお、表面処理からイオンプレーティング処理までの間、転動体２３を外気に触れないようにして、転動体２３の表面の酸化を抑制することが好ましい。
【００３４】
上記の工程を経た転動体２３が組み込まれた回転陽極型Ｘ線管は、通常の排気工程として、真空外囲器１の内部を真空排気しながら、全体加熱処理、陽極ターゲット３の回転及び陽極ターゲットへの電子ビーム照射、真空封止、の各工程がこの順で実施される。
【００３５】
また、上記した排気工程により、厚さＴ１の第１金属層３１の一部と基部３０の表面とが反応して硬い反応層が形成され、厚さＴ１の第１金属層３１の残部と厚さＴ２の第２金属層３２とが固溶して固体潤滑層が形成される。
【００３６】
上記の排気工程の終了後に、回転陽極型Ｘ線管の回転特性のひとつとして、惰性回転時間、及び騒音が測定される。
【００３７】
図５は、図４に示す転動体２３を備える陽極構体９０の惰性回転時間と第２金属層３２の厚さＴ２との関係を示す図である。
【００３８】
図５は、厚さＴ２が０．２μｍから０．５μｍまでの範囲にある場合の陽極構体９０の惰性回転時間を測定した結果を示している。ここでは、転動体２３は、厚さＴ２に対する厚さＴ１の比Ｔ１／Ｔ２が７％となる条件で形成されている。図５に示す範囲では、惰性回転時間は、厚さＴ２が小さくなるほど長くなっている。具体的には、厚さＴ２が０．４μｍ以下である場合に、惰性回転時間は、約５０秒以上であり、厚さＴ２が０．３μｍ以下である場合に、惰性回転時間は、６０秒以上となる。厚さＴ２の減少に伴う惰性回転時間の増加は、軟質金属である鉛の減少によって、回転運動に対する抵抗が小さくなることに起因している。
【００３９】
したがって、厚さＴ２を０．４μｍ以下、より好ましくは、０．３μｍ以下にすることで、惰性回転時間を長くすることができる。ただし、厚さＴ２を過度に小さくすると、騒音が大きくなるため、０．２μｍ以上であることが必要条件である。なお、騒音の大きさは、単に、厚さＴ２のみに依存するものではなく、以下に説明する比Ｔ１／Ｔ２の大きさにも依存する。
【００４０】
図６は、図４に示す転動体２３を備えるＸ線管１００の騒音の大きさと、比Ｔ１／Ｔ２との関係を示す図である。
【００４１】
図６は、比Ｔ１／Ｔ２が４％から２１％までの範囲にある場合のＸ線管１００の騒音の大きさを測定した結果を示している。ここでは、転動体２３は、厚さＴ２が０．２μｍ以上０．３μｍ以下となるように形成されている。図６に示す範囲では、比Ｔ１／Ｔ２が小さくなるほど、騒音の大きさが小さくなっている。具体的には、比Ｔ１／Ｔ２が１３％以下である場合に、騒音の大きさは、６５ｄＢ以下であり、比Ｔ１／Ｔ２が１０％以下である場合に、騒音の大きさは、６０ｄＢ以下である。比Ｔ１／Ｔ２の減少に伴って騒音の大きさが減少するとの知見は、本発明者らの実験で初めて見出されたものである。この実験結果は、錫からなる第１金属層３１の割合が小さくなるにしたがって、上記した排気工程終了後に基部３０を覆う固体潤滑層全体の硬度が下がることに起因すると推測される。すなわち、固体潤滑層の硬度が錫の含有量の増大とともに増すに従って、騒音の大きさもより増大すると推測される。
【００４２】
したがって、比Ｔ１／Ｔ２を１３％以下、より好ましくは１０％以下にすることで、Ｘ線管１００の騒音を低減することができる。例えば、厚さＴ２を０．２μｍ以上０．４μｍ以下に、厚さＴ１を０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満にすることで、このより好ましい条件を満たすことができる。換言すると、厚さＴ２は、０．２μｍ以上０．４μｍ以下の範囲から選ばれた任意の値であり、厚さＴ１は、０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満の範囲から選ばれた任意の値である。
【００４３】
すなわち、厚さＴ１と厚さＴ２の値をそれぞれ独立に工程管理することにより、この条件を満たすことが可能となる。たとえば、まず第１金属層３１を基部３０の表面に成膜した後、厚さＴ１が０．００８μｍ以上０．０２μｍ未満の範囲に有るかどうかの全数検査（または抜き取り検査）を行い、合格品（または合格ロット）のみを使って第２金属層３２の成膜を行う。
【００４４】
第１金属層３１と第２金属層３２とを連続して成膜した後にそれぞれの膜厚の検査を行う場合に比べて、厚さＴ１の不合格品にも第２金属層３２を成膜する無駄を省くことができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、厚さＴ２を０．２μｍ以上０．４μｍ以下にすることで、十分な長さ、一例では５０秒以上の惰性回転時間を実現することができる。さらに、比Ｔ１／Ｔ２を１０％以下にすることで、固体潤滑層の軟質性が確保され、騒音の大きさを十分に低減することができる。しがたって、厚さＴ２を０．２μｍ以上０．４μｍ以下とし、且つ、比Ｔ１／Ｔ２を１０％以下にすることで、陽極回転時の惰性回転時間を長くすることができ、且つ、騒音を低減することができる。
【００４６】
なお、上記の実施形態では、アンギュラ型玉軸受を示しているが、玉軸受は、深溝型総玉軸受、３点接触型玉軸受等の他の玉軸受であってもよい。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものでなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…真空外囲器、２…陰極、３…陽極ターゲット、４…回転機構、５…回転円筒（ロータ）、６…支持柱、７…回転軸、７ａ…円板、７ｂ…円柱部、９…取り付けネジ、１１，１２…玉軸受、１３…筒状スペーサ、１４、１５…固定ネジ、１６…固定ナット、１７…固定リング、１８…陽極固定体、２１…内輪、２２…外輪、２３…転動体、３０…基部、３１…第１金属層、３２…第２金属層、９０…陽極構体、１００…Ｘ線管、２００…陰極支持体、Ｔ１，Ｔ２…厚さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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