(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記陽極ターゲットが前記第２領域の前記回転部分に直接、または、間接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２】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、前記陽極ターゲットからの熱伝達時間が早い場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、単位面積あたりにして前記陽極ターゲットの熱が多く伝達する場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、単位時間および単位面積あたりにして前記陽極ターゲットの熱が多く伝達する場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記第２領域に面する前記回転部分が、前記第１領域に面する前記回転部分よりも、前記陽極ターゲットまでの機械的距離が短い場所に位置することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項６】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットの貫通穴を貫通し前記陽極ターゲットをその外周部分に固定した回転部分と、この回転部分と所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられ、前記回転部分とともに前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構を構成する固定部分とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記陽極ターゲットの前記貫通穴で囲まれた部分に、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設けたことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項７】
真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構の固定部を構成する固定部分と、この固定部分と所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた第１回転体および前記陽極ターゲットが固定された第２回転体を有し、前記回転機構の回転部を構成する回転部分とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記第１回転体および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、この第２領域に面する前記第１回転体の部分が、前記第１領域に面する前記第１回転体の部分よりも前記陽極ターゲットまでの機械的距離が短い場所で、前記第２回転体に接合されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項８】
第２領域は、第１領域よりも回転部分の重心に近いところに位置している請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項９】
第２領域に面する回転部分および固定部分の少なくとも一方の面にらせん溝が形成された請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１０】
第２領域に面する回転部分および固定部分の少なくとも一方の面に高融点物質がコーティングされている請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項１１】
第２領域の固定部分の内部に冷却媒体が流れる通路が形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構に動圧式すべり軸受が設けられた回転陽極型Ｘ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転陽極型Ｘ線管は、Ｘ線を放射する陽極ターゲットを回転機構によって回転可能に支持し、高速で回転する陽極ターゲットに対して電子ビームを照射し、陽極ターゲットからＸ線を放射させる構造になっている。陽極ターゲットを支持する回転機構は、回転する回転部分および回転しない固定部分から構成され、回転部分と固定部分との間に軸受が設けられている。
【０００３】
回転陽極型Ｘ線管の軸受にはボールベアリングのようなころがり軸受、あるいは、軸受面にらせん溝を形成し、ガリウム（Ｇａ）やガリウム（Ｇａ）−インジウム（Ｉｎ）−錫（Ｓｎ）合金のような液体金属潤滑剤をらせん溝の部分などに供給する動圧式すべり軸受が用いられている。
【０００４】
ここで、従来の回転陽極型Ｘ線管について、動圧式すべり軸受を用いた場合を例にとり図９を参照して説明する。符号９１は収納容器で、収納容器９１内に回転陽極型Ｘ線管９２が収納されている。回転陽極型Ｘ線管９２は真空容器９３などから構成されている。真空容器９３内に陰極９４および陽極ターゲット９５が対向して配置されている。陽極ターゲット９５は回転支柱９６などの回転機構９７に連結され、回転機構９７によって回転可能に支持されている。回転機構９７は、回転支柱９６が連結した回転体９８およびこの回転体９８に嵌合した固定体９９などを有している。回転体９８の図示下端の開口はスラストリンング１００で封止され、固定体９９はスラストリンング１００を貫通しその外側まで伸びている。
【０００５】
固定体９９内部に、冷却媒体が流れる冷却用通路を形成する穴１０１が管軸に沿って設けられている。固定体９９の一端は真空容器９３の図示下端を封止する封止リング１０２に気密接合され固定されている。真空容器９３の外側にステータ１０３が配置されている。
【０００６】
上記した構成において、回転陽極型Ｘ線管の動作時、ステータ１０３が発生する回転磁界によって回転体９８および陽極ターゲット９５を高速で回転させる。この状態で、陰極９４が発生した電子ビームｅを陽極と陰極間の高電圧で加速し、陽極ターゲット９５に衝突させ、陽極ターゲット９５からＸ線を放出させる。Ｘ線は、矢印Ｙで示すように、真空容器９３に設けた出力窓Ｗ１および収納容器９１に設けた出力窓Ｗ２を通して外に取り出される。
【０００７】
次に、回転陽極型Ｘ線管の陽極構造について図１０を参照して説明する。図１０は、図９に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【０００８】
回転体９８は、たとえば回転支柱９６が直接連結した中間円筒９８ａおよび中間円筒９８ａの内側に接合された内側円筒９８ｂ、中間円筒９８ｂの外側に接合された外側円筒９８ｃの３層構造に構成されている。外側円筒９８ｃの外表面は熱放出用に黒化処理した黒化膜１０４が形成されている。内側円筒９８ｂの図示下端の開口はスラストリング１００で封止されている。内側円筒９８ｂの内部に固定体９９が嵌合され、固定体９９の下端はスラストリング１００を貫通し、さらにその下方まで伸びている。
【０００９】
内側円筒９８ｂと固定体９９の嵌合面などに動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば固定体９９外周面の管軸方向に離れた２箇所にラジアル方向の動圧式すべり軸受１０５ａ、１０５ｂが設けられている。また、固定体９９の図示上方の端面および固定体９９の図示下方の段差面にスラスト方向の動圧式すべり軸受１０６ａ、１０６ｂが設けられている。
【００１０】
ラジアル方向の動圧式すべり軸受１０５ａ、１０５ｂの部分には、図１１（ａ）に示すようなヘリボーンパターンのらせん溝１１１が、それぞれ対に形成されている。スラスト方向の動圧式すべり軸受１０６ａ、１０６ｂの部分には、図１１（ｂ）に示すようなヘリボーンパターンのらせん溝１１２が形成されている。
【００１１】
これらのらせん溝１１１、１１２および内側円筒９８ｂと固定体９９の嵌合隙間には、ガリウムやガリウム合金などの液体金属潤滑剤が供給される。
【００１２】
固定体９９外周面の２つの軸受１０５ａ、１０５ｂに挟まれた領域に、軸受１０５ａ、１０５ｂの部分よりも内側円筒９８ｂと固定体９９の隙間が広く、軸受として機能しない非軸受領域１１３が設けられている。非軸受領域１１３の隙間は、たとえば液体金属潤滑剤の貯蔵部などとして機能する。
【００１３】
上記の内側円筒９８ｂと固定体９９の隙間など軸受部分の寸法は回転部分が安定に回転できるように適正な大きさに設定され、その大きさは回転部分の回転速度や軸の形状によって相違する。たとえば、図１１のような動圧式すべり軸受の場合、回転体９８と固定体９９の隙間たとえば内側円筒９８ｂの内周面と固定体９９の外周面との隙間は、固定体９９の軸受部分における直径の約１／１０００以下程度の大きさに設定される。
【００１４】
回転陽極型Ｘ線管は、動作時、電子ビームの照射によって陽極ターゲット９５の温度が上昇する。陽極ターゲット９５の熱を管外に逃がす場合、動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管では、たとえば陽極ターゲット９５の熱をその陽極ターゲット９５が連結する回転体９８に伝え、さらに回転体９８から軸受部分の液体金属潤滑剤を経て固定体９９に伝え、固定体９９からＸ線管外に放出する方法が用いられている（特許第２８５６５３１号、特許第２９６００８５号、特許第２９３０２５５号の各公報および米国特許第５８３８７６３号明細書など参照）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットで発生した熱を放出する場合、たとえば陽極ターゲットが固定された回転体から動圧式すべり軸受を通して固定体に伝え、固定体から放出している。この方法は、陽極ターゲットから回転体への熱伝達率を上げるために、たとえば陽極ターゲットと回転体との連結部分の面積を広くすると、動作時、軸受部分の温度上昇が大きくなる。その結果、軸受を形成する材料と液体金属潤滑剤との相互反応で軸受面が荒れたり、あるいは、反応生成物によって軸受間隙の寸法が変化したりして、安定な軸受動作を維持できないことがある。
【００１６】
また、動圧式すべり軸受の軸受面をモリブデン合金などの高融点金属で形成した場合、加工が困難で高価であるため、Ｘ線管のコストを増大させるという問題がある。さらに、回転の起動時や停止時に、回転側の軸受面と固定側の軸受面が機械的に擦れ合うと、かじりを起し易いという問題がある。
【００１７】
なお、動圧式すべり軸受は、回転時の騒音や振動が小さく、磨耗も少なく長寿命という利点がある。しかし、軸受面の温度上昇を抑えるために断熱構造が必要とされ、構造が複雑化している。
【００１８】
たとえば、回転陽極形Ｘ線管が動作状態に入り、回転機構の回転部分が回転を始めると、液体金属潤滑剤のせん断エネルギーが熱に変換し軸受部分が発熱する。軸受部分には、陽極ターゲットやステータの熱も加わり軸受部分の温度が上昇する。
【００１９】
そのため、陽極ターゲットの熱や誘導電磁界よる回転体の熱が軸受部分に伝わらないようにしている。たとえば、回転支柱の断面積を小さくして伝熱量を少なくし、あるいは、陽極ターゲット上の電子ビームの衝突領域から回転支柱に至る伝熱経路を長くしている。その他、固定体内部に設けた冷却用通路に冷却媒体を流して冷却する方法や、回転体の外表面に黒化膜を設けて輻射を促進し熱を放出する方法などがある。
【００２０】
上記の回転支柱の伝熱面積を小さくする方法は機械的強度が弱くなるという問題がある。また、回転支柱と回転体との接合部分は高温になるため、高温時の機械強度が要求される。
【００２１】
伝熱経路を長くする方法は、陽極ターゲットの重量が大きくなるとたわみが発生しやすくなる。ＣＴ装置などに使用されるＸ線管は、管球に強い遠心力が加わるためたわみが発生しやすい。また、伝熱経路が長いと、回転を安定化するためのバネ定数の検討が複雑になり設計誤差が生じやすくなる。しかし、伝熱経路を短くすると、陽極ターゲットから軸受部分に伝わる熱が増え、軸受面を構成する部材と液体金属潤滑剤の反応が促進し、回転特性を悪化させる。
【００２２】
黒化膜を設ける方法は、製造コストを上昇させ、また、脱落した場合に異物となってガスの発生源となり耐電圧特性を低下させる。
【００２３】
また、陽極ターゲットの熱を積極的に軸受面などを経由して逃がし冷却する方法もある。この方法は、数百Ｗレベルの大熱量が軸受部分に流れこむため、軸受内部の冷却能力を上げる必要がある。したがって、クーラ能力を向上させなければならず大型化し高価になる。また、軸受面が高温になるため、液体金属潤滑剤との拡散反応を防止するために、耐熱性のある金属材料を軸受面に用いることになり高価になる。
【００２４】
この発明は、上記した欠点を解決し、動圧式すべり軸受部分の温度上昇を抑え、安定な軸受動作を維持できる回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内に設けた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを回転可能に支持し、回転部分および固定部分が所定大きさの第１隙間をもって対向する第１領域に動圧式すべり軸受が設けられた回転機構とを具備した回転陽極型Ｘ線管において、前記回転部分および前記固定部分が前記第１隙間よりも大きい第２隙間をもって対向しその第２隙間に液体金属潤滑剤が充填された第２領域を設け、かつ、前記陽極ターゲットが前記第２領域の前記回転部分に直接、または、間接に連結していることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。符号１１は回転陽極型Ｘ線管を構成する真空容器で、図ではその一部が示されている。真空容器１１内にＸ線を放出す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は重金属などで形成され、高融点金属製の円筒状回転体１３の外周部にねじ１４で固定されている。
【００２７】
回転体１３は、陽極ターゲット１２を回転可能に支持する回転機構の回転部分を構成し、たとえば図示上端に位置する第１部分１３１およびこの第１部分１３１よりも外径が大きく中間に位置する第２部分１３２、第２部分１３２よりも外径が大きく図示下端に位置する第３部分１３３などから構成されている。第３部分１３３の一部に高導電性の筒状回転体１５が接合されている。
【００２８】
第１部分１３１の上端部は陽極ターゲット１２の貫通穴を貫通し、その外周部に陽極ターゲット１２が固定されている。第３部分１３３の下端開口はスラストリング１６で封止されている。回転体１３のたとえば第１部分１３１からその図示下方部分に設けられた内部空間に固定体１７が嵌合されている。
【００２９】
固定体１７はたとえば高融点金属で形成され、陽極ターゲット１２を回転可能に支持する回転機構の固定部分を構成している。固定体１７は、図示上端の外径が小さい第１径小部１７１および第１径小部１７１よりも外径が大きい中間の径大部１７２、径大部１７２よりも外径が小さい図示下端の第２径小部１７３から構成されている。固定体１７は、上端部分すなわち第１径小部１７１の上端部分を底とする有底円筒状で、第２径小部１７３がスラストリング１６を貫通し、その先は、筒状の封止部材１８を介してガラス製の真空容器１１部分に気密接合されている。
【００３０】
固定体１７内の管軸に沿って設けられた穴１９にパイプ２０が挿入されている。穴１９およびパイプ２０の図示下端は真空容器１１外に開口している。パイプ２０の上端は、固定体１７の第１径小部１７１内部の底部近くに開口している。このとき、固定体１７内には、たとえば矢印Ｃで示すように、真空容器１１外から導入された冷却媒体がパイプ２０と固定体１７の隙間を上昇し、その後、パイプ２０内を下降し、真空容器１１外に導出する冷却用通路が形成される。
【００３１】
上記した構成の回転体１３と固定体１７の嵌合部分に動圧式すべり軸受が形成されている。たとえば、固定体１７の径大部１７２外周の上下２箇所たとえば符号Ｌ１、Ｌ２を付した領域に、それぞれ一対のヘリンボン・パターンのらせん溝２２が形成され、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が形成されている。また、固定体１７の径大部１７２の上下両端面たとえば符号Ｌ３、Ｌ４を付した領域に、それぞれヘリンボン・パターンのらせん溝２３が形成され、スラスト方向の動圧式すべり軸受が形成されている。
【００３２】
動圧式すべり軸受が形成された軸受領域Ｌ１〜Ｌ４では、回転体１３と固定体１７の隙間あるいはスラストリング１６と固定体１７の隙間は、たとえば１０μｍから３０μｍの範囲になっている。軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の隙間やらせん溝２２、２３などの各部分には液体金属潤滑剤が供給されている。なお、回転体１３側あるいはスラストリング１６側の軸受面は平滑な面でもよく、らせん溝を形成してもよい。
【００３３】
また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも陽極ターゲット１２の近くに位置する回転体１３と固定体１７の嵌合部分、たとえば少なくとも陽極ターゲット１２の貫通穴で囲まれた部分に、回転体１３と固定体１７間の隙間が軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも大きく、軸受としての機能がほとんどない、いわゆる非軸受領域Ｌ５が設けられている。図１の場合は、回転体１３の第１部分１３１および第２部分１３２、この第２部分１３２に隣接する第３部分１３３の一部のそれぞれと固定体１７の第１径小部１７１とが管軸方向で対向する部分に非軸受領域Ｌ５が設けられている。
【００３４】
非軸受領域Ｌ５の隙間は、たとえば３０μｍから５００μｍの範囲に設定され、通常の使用状態では、回転体１３と固定体１７が互いに接触することがない寸法に設定されている。また、円Ｒ内に拡大して示すように、非軸受領域Ｌ５の回転体１３と固定体１７の隙間Ｇには、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４と同様、液体金属潤滑剤２８が充填されている。
【００３５】
上記した構成の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１２の温度が上昇する。陽極ターゲット１２の熱はたとえば輻射によって放散される。一部の熱は、陽極ターゲット１２から回転体１３に伝達され、さらに、回転体１３から固定体１７に伝達され、たとえば固定体１７内部を流れる冷却媒体によって外部に放散される。
【００３６】
この場合、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも非軸受領域Ｌ５の方が陽極ターゲット１２からの距離が短くなっている。そのため、回転体１３から固定体１７への熱伝達はその多くが非軸受領域Ｌ５を経由して行われる。したがって、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４を通る熱が少なくなり、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられる。その結果、軸受面を形成する材料と液体金属潤滑剤との相互反応が防止され、軸受面の荒れや軸受間隙の寸法変化が少なくなり、安定な軸受動作が維持される。
【００３７】
非軸受領域Ｌ５は、動作時、４００℃乃至５００℃に上昇する。そのため、回転体１３や固定体１７の非軸受面の材料と液体金属潤滑剤が反応し、反応層が成長する場合がある。しかし、非軸受領域Ｌ５は隙間が大きいため、回転特性に対する悪い影響は回避される。
【００３８】
上記の実施形態の場合、陽極ターゲット１２が非軸受領域Ｌ５の回転体１３部分の外周部に直接連結している。しかし、陽極ターゲット１２を熱伝導部材などに固定し、陽極ターゲット１２と非軸受領域Ｌ５の回転体１３部分とを熱伝導部材を介して機械的あるいは熱的に間接に連結する構造にすることもできる。
【００３９】
上記の構成は、回転体１３および固定体１７、スラストリング１６の材料としてたとえばモリブデンやモリブデン合金が使用されている。しかし、これらの材料に代えて、タングステンやタングステン合金、タンタル、タンタル合金などを使用することもできる。タングステンやタンタルは、モリブデンやモリブデン合金よりも液体金属潤滑剤によって侵蝕され難い性質がある。
【００４０】
しかし、非軸受領域Ｌ５に位置するこれら材料の表面に、クロムの酸化物、硼化物、バナジウムの窒化物、炭化物、硼化物、ハフニウムの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、チタンの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、タングステン、タングステンの窒化物、炭化物、硼化物、モリブデン、モリブデンの窒化物、炭化物、硼化物、ジルコニウムの酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、タンタル、タンタルの窒化物、炭化物、硼化物、ニオブ、ニオブの窒化物、炭化物、硼化物、ルテニウム、レニウム、オスミウム、イリジウム、窒化硼素、炭化硼素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、硼化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、硼化珪素、ダイヤモンド、炭素（ＤＬＣおよびグラファイトを含む）、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムの中から選ばれた少なくとも１つを主成分とする高融点物質で耐熱コーティングを施せば、使用時における非軸受領域Ｌ５の温度を高くでき、陽極ターゲットの冷却能力が増加する。
【００４１】
また、鉄を主体とする金属材料を母材とし、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４および非軸受領域Ｌ５を含め、その表面に、上記の高融点物質による耐熱コーティングを施す構造にすることもできる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４３】
この実施形態の場合、回転体１３の第２部分１３２と第３部分１３３が符号Ｘ１の部分で接合されている。また、固定体１７の第１径小部１７１と径大部１７２が符号Ｘ２の部分で接合されている。そして、符号Ａで示す回転体１３の第１部分１３１および第２部分１３２、符号Ｂで示す固定体１７の第１径小部１７１が、モリブデンあるいはモリブデン合金、タングステン、タングステン合金、タンタル、タンタル合金の中から選ばれた高融点金属で形成され、回転体１３の第３部分１３３および固定体１７の径大部１７２および第２径小部１７３が、鉄あるいは鋼、合金鋼、鉄−ニッケル合金、鉄−クロム合金、鉄−ニッケル−クロム合金のような鉄を主体とする鉄主体金属で形成されている。
【００４４】
この場合、接合部分Ｘ１、Ｘ２に液体金属潤滑剤が存在している。ろう材はほとんどが液体金属潤滑剤で侵蝕される。したがって、接合部分Ｘ１、Ｘ２は摩擦圧接などの原子拡散接合法で接合される。
【００４５】
上記した構成によれば、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の軸受面が鉄主体の金属で形成されている。鉄主体の金属は加工が容易であるため、軸受を高精度に製造できる。また、鉄主体の金属は強磁性体であるため回転磁界との磁気的な結合効率が向上する。また、非軸受領域Ｌ５の非軸受面にチタン窒化物セラミックスなどの薄膜を設ければ、高温での機械的強度が高くなり、液体金属潤滑剤による浸蝕を防止できる。
【００４６】
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では、図１や図２に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００４７】
この実施形態の場合、回転体１３は、図２の場合と同様、第２部分１３２と第３部分１３３が接合部分Ｘ１で接合され、符号Ａで示す第１部分１３１および第２部分１３２と第３部分１３３とが異種金属で形成されている。
【００４８】
たとえば第１部分１３１および第２部分１３２は高融点金属で形成され、第３部分１３３は鉄主体の金属で形成されている。固定体１７は、その母材を加工が容易で安価な鉄主体の金属で形成し、円Ｒ内に拡大して示すように、固定体１７側の非軸受面に、図１の実施形態で説明したと同様、耐熱コーティング３１を施している。
【００４９】
耐熱コーティングを設ける場合、たとえば母材の非軸受面となる部分以外をマスクし、非軸受面となる表面にＣＶＤ（化学蒸着）法やＰＡＣＶＤ（プラズマ活性化化学蒸着）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学蒸着）法、あるいはイオンプレーティングのようなＰＶＤ（物理蒸着）法、溶射法などを用いて、０．５μｍから２０μｍ程度の所定厚さに付着させる方法、または、溶融塩浴浸漬法やガス雰囲気中での熱処理法などの方法が採用される。
【００５０】
この場合、回転体１３の非軸受面の素材には、モリブデンやモリブデン合金、あるいは、タングステンやタングステン合金、タンタル、タンタル合金などが使用される。
【００５１】
また、耐熱コーティング層の形成は、回転体１３と固定体１７の対向面が機械的に直接接触しない非軸受面の領域に限定することが望ましい。しかし、耐熱コーティング層の密着度や耐摩耗性が十分に高い場合は、軸受面に形成することもできる。耐熱コーティング層の材料には、図１の実施形態で説明した物質を混合したものが使用され、または、これらの材料にわずかの他の物質が含まれたものが使用される。
【００５２】
次に、本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、図１〜図３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。
【００５３】
この実施形態の場合、真空容器１１の一部に筒状の固定リング４１が設けられ、その上端の内側に折り曲げられた折曲部４１ａに絶縁材料からなる筒状固定部材４２が接合され、さらに筒状固定部材４２の内側に筒状接合部材４３が接合されている。そして、固定体１７の図示上端が、陽極ターゲット１２を貫通して接合部材４３の内側に固定され気密接合されている。固定体１７の上端部分は符号Ｘ３で示す接合部分で異なる金属どうしが接合して構成されている。
【００５４】
また、固定体１７のスラストリング１６との隣接部分にフランジ状に突出する突出部４４が形成されている。固定体１７には、その図示上端から図示下端まで貫通する貫通穴４５が管軸に沿って形成され、貫通穴４５の上下両端はいずれも真空容器１１外に開口している。また、回転体１３の外周面に筒状の外側回転体４６が接合している。貫通穴４５の図示下端の開口はたとえば冷却媒体の入口を構成し、図示上端の開口はたとえば冷却媒体の出口を構成し、固定体１７内に矢印Ｃに示す冷却用通路が形成される。
【００５５】
また、固定体１７の突出部４４の図示上方の面と対向する回転体１３の端面および突出部４４の図示下方の面と対向するスラストリング１６の面に、それぞれらせん溝を形成してスラスト方向の動圧式すべり軸受が形成され、軸受領域Ｌ３、Ｌ４が設けられている。
【００５６】
回転体１３および固定体１７は、図２の場合と同様、接合部分Ｘ１、Ｘ２において相違する金属材料を接合して構成されている。
【００５７】
上記した構成によれば、固定体１７は図示上下の２箇所で真空容器１１に固定され、また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４が陽極ターゲット１２からみて一方の側に設けられている。この場合、陰極側に動圧式すべり軸受がないため、回転体１３の外径を小さく形成でき、耐電圧性能が確保される。また、冷却用通路が管軸に沿って直線状に設けられているため、固定体１７内を流れる冷却媒体により多くの熱を伝熱できる。したがって、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられ、液体潤滑剤による軸受面の浸蝕が防止され、安定な軸受動作が維持される。
【００５８】
なお、回転陽極型Ｘ線管を陽極接地、たとえば真空容器１１や陽極を接地して使用する場合、筒状固定部材４２にはセラミクスやガラスなどの絶縁材料に代えて金属材料が使用される。
【００５９】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図１〜図４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。
【００６０】
この実施形態の場合、回転体１３および固定体１７は、それぞれが管軸方向に離れた２つの接合部分Ｙ１、Ｙ２を境界にして、上方部分Ｊおよび中間部分Ｋ、下方部分Ｌに３分され、回転体１３の下方部分Ｌの開口はスラストリング１６で封止され、回転体１３の上方部分Ｊの開口は第２スラストリング５１で封止されている。
【００６１】
回転体１３および固定体１７は、それぞれの上方部分Ｊおよび下方部分Ｌが同じ金属材料で形成され、中間部分Ｋと相違する金属材料が使用されている。なお、軸受領域Ｌ１、Ｌ３は回転体１３および固定体１７の上方部分Ｊに、軸受領域Ｌ２、Ｌ４は下方部分Ｌに、それぞれ分けて設けられている。
【００６２】
たとえば、固定体１７の上方部分Ｊおよび下方部分Ｌの外周面にらせん溝２２を形成し、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が設けられている。また、固定体１７の上方部分Ｊの第２スラストリング５１と対向する端面、および、固定体１７の下方部分Ｌのスラストリング１６と対向する端面に、それぞれらせん溝２３を形成し、スラスト方向の動圧式すべり軸受が設けられている。
【００６３】
スラストリング１６の下方に、外部に配置されたステータによって誘導電流が流れ、回転力を発生する高導電性の筒状回転体５２が取り付けられている。
【００６４】
この構成の場合も、陽極ターゲット１２は非軸受領域Ｌ５、たとえば中間部分Ｋの回転体１３に直接連結している。
【００６５】
上記した構成の場合、陽極ターゲット１２の両側に軸受領域が分けて設けられている。このため、上下の軸受領域の負荷荷重のバランスがよくなり、軸受の安定性が向上する。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態について図６を参照して説明する。符号６１は回転陽極型Ｘ線管を構成する陽極ターゲットで、陽極ターゲット６１は、電子ビームを発生する陰極などと共に真空容器内に配置されている。陽極ターゲット６１は、たとえば回転支柱６２や回転体６４などからなる回転機構６３に連結され、回転機構６３によって回転可能に支持されている。
【００６７】
回転支柱６２は伝熱断面を小さくするために、その一部たとえば図示の下方部分が筒状に形成されている。
【００６８】
回転体６４は、陽極ターゲット６１を回転可能に支持する回転機構の回転部分を構成し、たとえば回転支柱６２の下端外周面に接合された中間円筒６４ａ、および、上端が回転支柱６２の下端内周面に接合され下端が中間円筒６４ａの内側に接合された内側円筒６４ｂ、そして、中間円筒６４ａの外側に接合された外側円筒６４ｃの３層構造に構成されている。外側円筒６４ｃは銅などで形成され、中間円筒６４ａは強磁性体材料たとえば鉄系の合金で形成されている。
【００６９】
内側円筒６４ｂは、図示の下方部分を構成する外径の大きい径大部ｂ１と、これよりも外径が小さい図示の上方部分を構成する径小部ｂ２とで構成されている。径小部ｂ２の外周面は回転支柱６２の内周面に接合され、径大部ｂ１の外周面の一部が中間円筒６４ａの内側に接合されている。内側円筒６４ｂの図示下端の開口はスラストリング６５で封止されている。内側円筒６４ｂの内部に固定体６６が嵌合され、固定体６６はスラストリング６５を貫通しその図示下方まで伸びている。
【００７０】
固定体６６は、陽極ターゲット６１を回転可能に支持する回転機構の固定部分を構成し、たとえば内側円筒６４ｂの径大部ｂ１の部分に嵌合する径大部ａ１、内側円筒６４ｂの径小部ｂ２の部分に嵌合する第１径小部ａ２、スラストリング６５を貫通して下方に伸びる第２径小部ａ３から構成されている。
【００７１】
固定体６６の内部に管軸に沿って穴６７が設けられ、穴６７の中にパイプ６８が挿入されている。これによって、矢印Ｃで示すように、たとえば絶縁油などの冷却媒体がパイプ６８の外側を上昇し、その後、パイプ６８の内側を下降する冷却用通路が形成される。
【００７２】
また、回転体６４の内側円筒６４ｂと固定体６６の嵌合部分、たとえば内側円筒６４ｂおよび固定体６６が所定大きさの隙間で対向する部分に動圧式すべり軸受が設けられている。たとえば固定体６６外周面の管軸方向に離れた２箇所Ｌ１、Ｌ２に、ラジアル方向の動圧式すべり軸受が設けられている。また、固定体６６の図示上下の段差面と回転部分が対向する領域Ｌ３、Ｌ４にスラスト方向の動圧式すべり軸受が設けられている。
【００７３】
各軸受領域Ｌ１〜Ｌ４は、軸受面にヘリボーンパターンのらせん溝が形成され、これらのらせん溝および回転体６４と固定体６６の隙間に液体金属潤滑剤が充填されている。
【００７４】
上記の構成において、たとえば固定体６６の外周面に設けられた２つの軸受領域Ｌ１、Ｌ２に挟まれた領域Ｌ、および、固定体６６の径小部ｂ２外周面と内側円筒６４ｂの径小部ｂ２内周面に挟まれた領域Ｌ５、固定体６６の図示上方の端面と内側円筒６４ｂの図示上方の底面で挟まれた領域Ｌ６は、それぞれ内側円筒６４ｂと固定体６６の隙間が各軸受領域Ｌ１〜Ｌ４部分の隙間よりも大きく形成され、軸受としてほとんど機能しない、いわゆる非軸受領域になっている。
【００７５】
非軸受領域Ｌ、Ｌ５、Ｌ６の隙間と軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の隙間は連続しており、非軸受領域Ｌ、Ｌ５、Ｌ６の隙間にも液体金属潤滑剤が充填されている。
【００７６】
図６は、説明の都合で誇張して示されており、たとえば軸受領域Ｌ１、Ｌ２における固定体６６の直径はたとえば５０ｍｍ、隙間はたとえば約１０〜５０μｍ、軸受領域Ｌ３、Ｌ４における隙間はたとえば約１０〜５０μｍ、非軸受領域Ｌ５、Ｌ６の隙間はたとえば３０μｍから５００μｍの範囲に設定されている。
【００７７】
ここで、上記の回転陽極型Ｘ線管から固定体６６部分を抜き出した構造を図７に示す。図７では、図６に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を省略する。
【００７８】
上記の回転陽極型Ｘ線管は動作状態に入ると、電子ビームの照射によって陽極ターゲット６１が発熱する。この熱は、陽極ターゲット６１から回転支柱６２、回転支柱６２から回転体６４、さらに、回転体６４から固定体６６へと伝達され、冷却通路を流れる冷却媒体などによって放熱される。
【００７９】
このとき、たとえば非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分が回転支柱６２と接合し、また、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分の方が軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の回転体６４部分よりも陽極ターゲット６１との機械的および熱的な経路が短くなっている。そのため、陽極ターゲット６１の熱の多くは、回転体６４部分と回転支柱６２の接合部および非軸受領域Ｌ５を経由して固定体６６へと伝達され、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられる。また、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分と回転支柱６２との接合部分は、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４よりも陽極ターゲット６１に近く、回転部分の重心に近くなるため、機械的に安定な部分で接合できる。
【００８０】
上記した構造の場合、回転支柱６２と回転体６４たとえば中間回転体６４ａとの接合部も、非軸受領域Ｌ５の回転体６４部分よりも陽極ターゲット６１からの距離が遠くなっている。したがって、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合部は陽極ターゲット６１の熱の主経路でなくなり、温度上昇が抑えられ、機械的強度の劣化が防止される。
【００８１】
また、軸受領域Ｌ１〜Ｌ４の温度上昇が抑えられるため、陽極ターゲット６１から固定体６６までの伝熱パスを短くでき、陽極部分のたわみを低減でき、大重量の陽極ターゲットの採用が容易になる。
【００８２】
また、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合部を陽極ターゲット６１に近付けることができ、たとえばその接合部を機械的に安定な回転陽極部分の重心位置の近傍に配置できる。
【００８３】
また、回転支柱６２と中間回転体６４ａとの接合に、融点温度の低い作業性のよいろう材を使用でき、高融点金属のろう材を使用した場合に比べコストが軽減する。また、回転体６４の外表面の黒化処理も必ずしも必要でなくなり、耐電圧の低下が防止され、コストも軽減する。
【００８４】
図６は、固定体内部の冷却用通路を、回転支柱６２と内側円筒６４ｂが接合する領域に設け、冷却用通路の底部に冷却媒体を吹き付ける衝突噴流方式で冷却している。したがって、主伝熱パス近傍の熱伝達効率が向上し、良好な熱放出が可能となる。この場合、固定体内を流れる冷却媒体の冷却能力が小さくてもよく、冷却系統を小型化できる。温度上昇も少ないため、使用材料の条件が緩和され材料の選択範囲が広がる。
【００８５】
たとえば、図６の構造と従来技術で説明した図１０の構造について、陽極構造の材質が同じで、陽極ターゲットの平均熱入力が５ｋＷ、冷却媒体として一般の電気絶縁油を使い、冷却流量が同じ８〜９Ｌ／ｍｉｎの場合で計算すると、図６の発明の構造の方が、回転支柱６２の軸受側の端部で約１００〜１５０℃、また、外側回転体６４ｃの温度が平均で約１５０℃低下する。
【００８６】
次に、本発明の他の実施形態について図８を参照して説明する。図８は図６に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【００８７】
この実施形態の場合、たとえば、回転支柱６２の筒状部にその内部空間を管軸に直交する方向で閉じる遮断壁８１が設けられている。そして、遮断壁８１の固定体６６側の面に内側回転体６４の陽極ターゲット６１側の面を接合し、この接合部分を熱伝達領域にしている。この場合、非軸受領域Ｌ６が陽極ターゲットの熱の主要伝熱パスを形成する。
【００８８】
上記した各実施形態の場合、陽極ターゲットから軸受領域の回転体部分までの距離よりも、陽極ターゲットから非軸受領域の回転体部分までの距離の方を短くしている。この構成で、非軸受領域を経由して回転体から固定体に伝わる熱を多くし、軸受領域の温度上昇を抑えている。
【００８９】
しかし、非軸受領域の回転体部分および陽極ターゲットを結ぶ連結部分と、軸受領域の回転体部分および陽極ターゲットを結ぶ連結部分との形状や材質、冷却条件などが相違する場合は、前者の連結部分の方を後者の連結構造部分よりも熱的な距離を短くすれば同様の効果が得られる。
【００９０】
たとえば、非軸受領域に面している回転体部分と陽極ターゲットとを結ぶ連結部分の方を熱伝達速度が早くなるような構造や材質などで形成し、あるいは、非軸受領域に面している回転体部分の方が同一時刻における単位面積あたりの熱の伝達量が多くなる構造や材質などで形成し、あるいは、非軸受領域に面している回転体部分の方が単位時間および単位面積あたりの熱の伝達量が多くなる構造や材質などに形成する。これらの場合も、回転体から固定体に熱が伝達する際に非軸受領域を経由する熱が多くなり、軸受領域の温度上昇が抑えられる。
【００９１】
また、非軸受領域における回転体や固定体の面にらせん溝を形成することもできる。らせん溝を設けると、回転体が回転した場合に、らせん溝が液体金属潤滑剤を隙間に保持するように機能し、非軸受領域を経由する回転体から固定体への熱伝達が良好に行われる。
【００９２】
上記の各実施形態に使用される液体金属潤滑剤には、たとえばＧａやＧａ−Ｉｎ−ＳｎのようなＧａを主体とする材料が使用される。しかし、ビスマス（Ｂｉ）を相対的に多く含むＢｉ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｓｎ合金、あるいはＩｎを相対的に多く含むＩｎ−Ｂｉ合金、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ合金などを使用することもできる。
【００９３】
液体金属潤滑剤は融点が室温以上であるため、陽極ターゲットを回転させる前に液体金属潤滑剤を融点以上の温度に予熱して液状にしたうえで回転させることが望ましい。
【００９４】
また、上記した構成によれば、陽極ターゲットへの入力電力の平均値を相対的に大きくでき、長時間にわたって安定な軸受動作性能を有し、高冷却率を有する回転陽極型Ｘ線管が得られる。さらに、回転の起動時や停止時における軸受部分のかじり発生が防止され、軸受動作が安定し、安価な回転陽極型Ｘ線管が得られる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば安定な軸受動作を維持する回転陽極型Ｘ線管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図７】図６の固定体の部分を抜き出した斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態を説明するための要部縦断面図である。
【図９】従来例を説明するための要部縦断面図である。
【図１０】図９の回転陽極部分を抜き出した断面図である。
【図１１】図１０のらせん溝を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１１…真空容器
１２…陽極ターゲット
１３…回転体
１６…スラストリング
１７…固定体
２２、２３…らせん溝
２８…液体金属潤滑剤
Ｌ１〜Ｌ４…軸受領域
Ｌ５…非軸受領域
Ｇ…非軸受領域の隙間
【図１】
0004112829.tif 000002
【図２】
0004112829.tif 000003
【図３】
0004112829.tif 000004
【図４】
0004112829.tif 000005
【図５】
0004112829.tif 000006
【図６】
0004112829.tif 000007
【図７】
0004112829.tif 000008
【図８】
0004112829.tif 000009
【図９】
0004112829.tif 000010
【図１０】
0004112829.tif 000011
【図１１】
0004112829.tif 000012