(57)【要約】【課題】陽極ターゲットが高速回転する場合に、軸受損失の増大を抑えた回転陽極型Ｘ線管を提供すること。【解決手段】電子ビーム２３を発生する陰極２１と、電子ビーム２３の照射によりＸ線２４を放出する陽極ターゲット１２と、互いが対向する領域の一部に動圧式すべり軸受からなる軸受領域が設けられ、その他の対向する領域が非軸受領域になっている回転部分１５および固定部分１６を有し、陽極ターゲット１２を回転可能に支持する回転支持機構１４と、陰極２１および陽極ターゲット１２、回転支持機構１４を収納する真空外囲器１１とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、非軸受領域における回転部分１５および固定部分１６の一方あるいは両方の少なくとも表面の一部を、軸受領域における回転部分１５および固定部分１６の表面よりも液体金属潤滑材Ｊに対して濡れ性の悪い材料で形成した。【選択図】図１
2007273102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する陰極と、前記電子ビームの照射によりＸ線を放出する陽極ターゲットと、互いが対向する領域の一部に動圧式すべり軸受からなる軸受領域が設けられ、その他の対向する領域が非軸受領域になっている回転部分および固定部分を有し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構と、前記陰極および前記陽極ターゲット、前記回転支持機構を収納する真空外囲器とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記非軸受領域における前記回転部分および前記固定部分の一方あるいは両方の少なくとも表面の一部を、前記軸受領域における前記回転部分および前記固定部分の表面よりも液体金属潤滑材に対して濡れ性の悪い材料で形成したことを特徴する回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
液体金属潤滑材に対して濡れ性の悪い材料はセラミックまたは酸化物である請求項１記載の回転陽極Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構の軸受部分を動圧式すべり軸受で形成した回転陽極型Ｘ線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転陽極型Ｘ線管は、回転する陽極ターゲットに電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放出させる構造になっている。
【０００３】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について図４を参照して説明する。
【０００４】
回転陽極型Ｘ線管４０は真空外囲器４１などから構成され、真空外囲器４１内に円盤状陽極ターゲット４２が配置されている。陽極ターゲット４２は回転軸部４３を介して回転支持機構４４に連結され、回転支持機構４４によって回転可能に支持されている。回転支持機構４４は回転部分４５と固定部分４６から構成されている。
【０００５】
回転部分４５は内側回転体４７ａおよび中間回転体４７ｂ、外側回転体４７ｃの３層構造で、中間回転体４７ｂに回転軸部４３が連結されている。内側回転体４７ａは陽極ターゲット４２側に底部をもち、陽極ターゲット４２と反対側に開口をもつ有底円筒状で、内側回転体４７ａの内側空間に、回転支持機構４４の固定部分４６を構成する固定体４８が嵌合されている。固定体４８は内側回転体４７ａの図示下方の開口を封止するスラストリング４９を貫通し、さらに真空外囲器４１の図示下端部を封止する陽極支持部材５０を貫通し、真空外囲器４１の外側まで延びている。
【０００６】
回転部分４５と固定部分４６が小さな間隙をもって嵌合する領域、たとえば内側回転体４７ａやスラストリング４９と固定体４８が対向する領域の一部に動圧式すべり軸受が設けられている。
【０００７】
たとえば固定体４８表面の管軸ｍ方向に離れた２つの領域にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆるラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられている。
【０００８】
内側回転体４７ａの図示上方の底面と対向する固定体４８の図示上端面にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆるスラスト軸受Ｓａが設けられている。また、スラストリング４９と対向する固定体４８の図示下端の環状面にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆるスラスト軸受Ｓｂが設けられている。
【０００９】
回転部分４５と固定部分４６の間隙、たとえばらせん溝が形成された軸受領域にはガリウム（Ｇａ）、あるいはガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金などの液体金属潤滑材が供給されている。
【００１０】
また、陽極ターゲット４２に対向して陰極５１が配置され、真空外囲器４１の外部に、陽極ターゲット４２を回転させるための回転磁界を発生するステータ５２が配置されている。
【００１１】
上記した回転陽極型Ｘ線管は、動作状態に入ると、ステータ５２が発生する回転磁界によって回転部分４５が回転する。回転部分４５の回転は回転軸部４３を介して陽極ターゲット４２に伝達され、陽極ターゲット４２は高速に回転する。回転状態の陽極ターゲット４２に対して陰極５１から電子ビーム５３が照射され、陽極ターゲット４２のターゲット面からＸ線５４が放出される。放出されたＸ線５４は真空外囲器４１に設けたＸ線窓４１ａから外部に取り出される。
【００１２】
上記したような動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管は特許文献１〜３などに開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−１１７５３１号公報
【特許文献２】特開平２−２２７９４８号公報
【特許文献３】特開平５−１４４３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構の軸受部分に、たとえば動圧式すべり軸受が設けられている。動圧式すべり軸受では、良好な軸受機能を得るために、たとえば回転部分が浮上して回転するように設定されている。したがって、回転支持機構を構成する回転部分と固定部分の間隙に液体金属潤滑材が供給される。また、回転部分および固定部分は液体金属潤滑材との濡れ性のよい金属材料で形成される。
【００１４】
ところで、回転陽極型Ｘ線管は、動作時、電子ビームの照射で陽極ターゲットの温度が上昇する。そのため、より多くのＸ線を得る場合、陽極ターゲットの温度上昇を抑えるために陽極ターゲットの回転数を高くする。
【００１５】
陽極ターゲットの回転数が高くなると、回転部分や固定部分の液体金属潤滑材との濡れ性が影響し、たとえば軸受の摩擦抵抗つまり軸受損失が増大して、温度が上昇する。軸受部分の温度が上昇すると、回転部分や固定部分と液体金属潤滑材との相互反応で反応生成物が生成する。その結果、軸受面の間隔寸法が変化するなど、安定な軸受動作を維持できなくなる。
【００１６】
上記した軸受損失の増大は、とくに動圧式すべり軸受が設けられている軸受領域の面積に対して、動圧式すべり軸受が形成されていない非軸受領域の面積の割合が大きい場合に顕著になる。
【００１７】
本発明は、上記した欠点を解決し、陽極ターゲットが高速回転する場合に、軸受損失の増大を抑えた回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、電子ビームを発生する陰極と、前記電子ビームの照射によりＸ線を放出する陽極ターゲットと、互いが対向する領域の一部に動圧式すべり軸受からなる軸受領域が設けられ、その他の対向する領域が非軸受領域になっている回転部分および固定部分を有し、前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構と、前記陰極および前記陽極ターゲット、前記回転支持機構を収納する真空外囲器とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記非軸受領域における前記回転部分および前記固定部分の一方あるいは両方の少なくとも表面の一部を、前記軸受領域における前記回転部分および前記固定部分の表面よりも液体金属潤滑材に対して濡れ性の悪い材料で形成したことを特徴する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、非軸受領域における回転部分および固定部分の一方あるいは両方の少なくとも表面の一部を、軸受領域における回転部分および固定部分の表面よりも液体金属潤滑材に対して濡れ性の悪い材料で形成している。したがって、陽極ターゲットが高速回転する場合でも、非軸受領域に発生する軸受の摩擦抵抗たとえば軸受損失が減少し、安定な軸受動作を維持できる回転陽極型Ｘ線管が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図１の概略構造図を参照して説明する。図１は一部を断面で示している。
【００２１】
回転陽極型Ｘ線管１０は真空外囲器１１などから構成され、真空外囲器１１内に重金属からなる円盤状陽極ターゲット１２が配置されている。陽極ターゲット１２は回転軸部１３を介して回転支持機構１４に連結され、回転支持機構１４によって回転可能に支持されている。回転支持機構１４は回転部分１５と固定部分１６とで構成されている。
【００２２】
回転部分１５は、高強度金属材料からなる内側回転体１７ａ、および鉄系などの強磁性体金属からなる中間回転体１７ｂ、銅などの電気伝導度のよい金属からなる外側回転体１７ｃを順に接合したたとえば３層構造で、中間回転体１７ｂに回転軸部１３が連結されている。
【００２３】
内側回転体１７ａは陽極ターゲット１２側に底部をもち、陽極ターゲット１２と反対側に開口をもつ有底円筒状で、内側回転体１７ａの内部空間に、回転支持機構１４の固定部分１６を構成する円柱状の固定体１８が嵌合されている。固定体１８の母材はたとえば内側回転体１７ａと同じ金属材料で形成されている。固定体１８は内側回転体１７ａの図示下方の開口を封止するスラストリング１９を貫通し、さらに真空外囲器１１の図示下端部を封止する陽極支持部材２０を貫通し、真空外囲器１１の外側まで延びている。
【００２４】
回転部分１５と固定部分１６が小さな間隙をもって嵌合する領域、たとえば内側回転体１７ａやスラストリング１９と固定体１８が対向する領域の一部に動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば管軸ｍ方向に離れた固定体１８の２つの領域の表面にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆる第１および第２のラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂが設けられている。固定体１８の外径は、たとえば第１および第２のラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂを設けた軸受領域の方が、第１および第２のラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂで挟まれたらせん溝のない非軸受領域よりも大きくなっている。この場合、内側回転体１７ａと固定体１８の間隙は、軸受領域の方が非軸受領域よりも小さくなる。
【００２５】
また、内側回転体１７ａの図示上方の底面に対向する固定体１８の図示上端面にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆる第１のスラスト軸受Ｓａが設けられている。内側回転体１７ａと機械的に固定され、回転部分１５の一部を構成しているスラストリング１９に対向する固定体１８の図示下端面の環状領域にヘリンボン・パターンのらせん溝が形成され、動圧式すべり軸受いわゆる第２のスラスト軸受Ｓｂが設けられている。
【００２６】
回転部分１５と固定部分１６の間隙、たとえばらせん溝が形成された軸受領域にはガリウム（Ｇａ）、あるいはガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金などの液体金属潤滑材が供給されている。液体金属潤滑材は、動作時、たとえば軸受領域および非軸受領域を含めて回転部分１５と固定部分１６の間隙を循環する。
【００２７】
軸受領域、たとえばらせん溝が形成された第１および第２のラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂや、第１および第２のスラスト軸受Ｓａ、Ｓｂの各領域の固定体１８部分は良好な軸受機能が得られるように、たとえばその全体が液体金属潤滑材との濡れ性のよい金属で形成されている。一方、非軸受領域つまりらせん溝が形成されていない領域、たとえばラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂで挟まれた領域の固定体１８および固定体１８上端面のらせん溝が形成された領域の内側、固定体１８下端面のらせん溝が形成された領域の内側などは、たとえば固定体１８を形成する母材の金属の表面にセラミックの層が形成されている。セラミックの層が形成された表面は、軸受領域における内側回転体１７ａおよび固定体１８に比べて液体金属潤滑材との濡れ性が悪くなっている。
【００２８】
セラミックには、たとえばアルミナ系、チタニア系、シリカ系、窒化系などが使用される。また、セラミック層を形成する方法には、たとえば粉体状のセラミックを液体に混ぜて固定体の非軸受領域に塗布し、加熱定着させる方法、あるいは溶射して成膜固着させる方法などがある。
【００２９】
また、陽極ターゲット１２に対向して陰極２１が配置され、真空外囲器１１の外部に、陽極ターゲット１２を回転させるための回転磁界を発生するステータ２２が配置されている。
【００３０】
回転陽極型Ｘ線管は動作状態に入ると、ステータ２２が発生する回転磁界によって回転部分１５、たとえば中間回転体１７ｂが回転する。回転部分１５の回転は回転軸部１３を介して陽極ターゲット１２に伝達し、陽極ターゲット１２は高速に回転する。この状態で、陰極２１から陽極ターゲット１２に電子ビーム２３が照射され、陽極ターゲット１２からＸ線２４が放出される。放出されたＸ線２４は真空外囲器１１に設けたＸ線窓１１ａから外部に取り出される。
【００３１】
ここで、陽極ターゲット１２が高速で回転する状態における非軸受領域の模様を図１の拡大図Ａで説明する。拡大図Ａは図１の円部分を拡大した図である。
【００３２】
非軸受領域の固定体１８の表面はセラミックなど液体金属潤滑材との濡れ性の悪い材料で形成されている。このため、液体金属潤滑材Ｊは内側回転体１７ａ側に付着し、固定体１８との間に隙間Ｇが発生する。したがって、液体金属潤滑材Ｊと固定体１８の間に摩擦抵抗が発生せず、軸受損失が減少し発熱が抑えられる。その結果、液体金属潤滑材Ｊによる反応生成物の生成が抑えられ、軸受面の間隔寸法が変化することもなく、安定な軸受動作が維持される。
【００３３】
なお、軸受領域の回転部分たとえば内側回転体１７ａやスラストリング１９の軸受面は、平滑な面でもよく、らせん溝やその他の溝を形成してもよい。
【００３４】
次に、上記の固定体１８について図２を参照して説明する。図２は固定体１８部分を抜き出した図で、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００３５】
図２（ａ）は陽極ターゲット側に位置する固定体１８の上端面を示し、外周縁に近い環状領域にスラスト軸受Ｓａとなるらせん溝３１ａが形成されている。上端面の中央部分１８ａはらせん溝がなく非軸受領域になっている。この非軸受領域の表面部分にはたとえばセラミック層が形成されている。
【００３６】
図２（ｂ）は固定体１８の側面を示し、ラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂとなるらせん溝３１ｂ、３１ｃが形成されている。ラジアル軸受Ｒａ、Ｒｂで挟まれた領域１８ｂおよびスラストリングを貫通する部分から陽極支持部材よりも内側に位置する領域１８ｃは非軸受領域になっている。この非軸受領域の表面部分にはたとえばセラミック層が形成されている。
【００３７】
図２（ｃ）は陽極ターゲットと反対側に位置する固定体１８の下端面を示している。スラストリングと対向する環状領域にスラスト軸受Ｓｂとなるらせん溝３１ｄが形成されている。らせん溝３１ｄよりも内側の領域１８ｄは非軸受領域となっている。この非軸受領域の表面部分にはセラミック層が形成されている。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。図３は固定体部分を抜き出した図で、図１や図２に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００３９】
この実施形態は、軸受領域Ｒ１、Ｒ２の母材を液体金属潤滑材との濡れ性のよい金属材料で形成し、非軸受領域Ｒ３の母材を液体金属潤滑材との濡れ性の悪いたとえばセラミックで形成し、これらを接合して一体化し固定体１８を形成している。
【００４０】
この場合も、非軸受領域における液体金属潤滑材との摩擦抵抗が小さくなり、図１の場合と同様の効果が得られる。
【００４１】
図１に示すように、非軸受領域の母材である金属の表面にセラミック層を設けた構成の場合は、非軸受領域の母材全体をセラミックで形成する場合に比較すると、非軸受領域における熱伝導性や導電性を確保できる利点がある。
【００４２】
上記の各実施形態は、非軸受領域の固定部分にセラミック層を形成し、あるいは、その母材をセラミックで形成している。しかし、非軸受領域の固定部分の表面に酸化物を形成し、液体金属潤滑材との濡れ性を悪くしてもよい。固定部分の表面に酸化物を形成した場合も、その表面と液体金属潤滑材との接触角は９０度以上となり、液体金属潤滑材との濡れ性の悪い領域が形成される。
【００４３】
また、上記の各実施形態は、非軸受領域の固定部分のみに液体金属潤滑材との濡れ性の悪い部分を設けている。しかし、液体金属潤滑材との濡れ性の悪い部分は非軸受領域における固定部分と回転部分の両方に設けてもよく、非軸受領域の一部だけに設けてもよい、また、非軸受領域の固定部分に設けないで、非軸受領域の回転部分の側だけに設けてもよい。
【００４４】
上記の構成によれば、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転支持機構の温度上昇が抑えられ、安定な軸受機能を維持できる回転陽極Ｘ線管が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態を説明する概略の構造図である。
【図２】図１の固定体部分を抜き出した概略の構造図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明する概略の構造図である。
【図４】従来例を説明する概略の構造図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…回転陽極Ｘ線管
１１…真空外囲器
１２…陽極ターゲット
１３…回転軸部
１４…回転支持機構
１５…回転部分
１６…固定部分
１７ａ…内側回転体
１７ｂ…中間回転体
１７ｃ…外側回転体
１８…固定体
１９…スラストリング
２０…陽極支持部材
２１…陰極
２２…ステータ
２３…電子ビーム
２４…Ｘ線
ｍ…管軸
Ｊ…液体金属潤滑材
Ｇ…隙間
Ｒａ、Ｒｂ…ラジアル軸受
Ｓａ、Ｓｂ…スラスト軸受
【図１】
2007273102.tif 000003
【図２】
2007273102.tif 000004
【図３】
2007273102.tif 000005
【図４】
2007273102.tif 000006