(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径小部及び径大部を有し一端が陽極支持部でなる固定体と、この固定体の外周に軸受間隙を保って嵌合され且つ一部に陽極ターゲットが固定された回転体と、上記固定体の径小部と上記回転体との間に構成されたラジアル方向動圧式すべり軸受と、上記固定体の径大部と上記回転体との間に構成されたスラスト方向動圧式すべり軸受と、上記各すべり軸受及び軸受間隙に供給された液体金属潤滑剤とを具備する回転陽極型Ｘ線管において、
前記固定体径大部が前記陽極支持部側に設けられ、上記ラジアル方向動圧式すべり軸受が形成されている固定体径小部の軸方向は、前記固定体径大部の前記径小部側のスラスト方向動圧式すべり軸受からの長さが、上記スラスト方向動圧式すべり軸受が形成されている固定体径大部の外直径の１．５倍以上５倍以下の寸法比であり、且つ上記スラスト方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙は、上記ラジアル方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙よりも大きい寸法に設定されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
上記スラスト方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙は３０μｍ乃至６０μｍの範囲であり、上記ラジアル方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙は１０μｍ乃至２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
上記固定体径大部の外周壁面、及び該固定体径大部外周壁面に近接対向する回転体内周壁面の少なくとも一方の壁面は、上記液体金属潤滑剤で全く又はほとんど濡れない面になっていること特徴とする請求項１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、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、周知のように、軸受部を有する回転体および固定体で円盤状の陽極ターゲットを支え、真空容器外に配置したステータの電磁コイルを付勢し高速回転させながら、陰極から放出した電子ビームを陽極ターゲット面上に当ててＸ線を放射させる。軸受部は、ボールベアリングのようなころがり軸受や、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間隙に満たした動圧式すべり軸受で構成される。
【０００３】
後者の動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線管として、ラジアル方向動圧式すべり軸受を径小部に構成し、スラスト方向動圧式すべり軸受を径大部に構成した回転陽極型Ｘ線管は、例えば特公平３−７７６１７号や特開平２−２４４５４５号、特開平２−２２７９４７号、特開平２−２２７９４８号、特開平４−３６３８４５号、特開平５−２９０７７０号の各公報、或いはＵＳＰ５５０４７９７の明細書等に開示されている。
【０００４】
上記各公報に開示されている回転陽極型Ｘ線管では、ヘリンボンパターンのらせん溝からなるラジアル方向及びスラスト方向のすべての動圧すべり軸受部の軸受面が、例えば２０μｍの軸受間隙を保つように構成され、らせん溝および軸受間隙に液体金属潤滑剤が充填される。なお、各軸受のらせん溝は、およそ２０μｍの深さである。
【０００５】
ところで、この種の動圧すべり軸受を備える回転陽極型Ｘ線管は、軸受の回転抵抗が玉軸受に比べて相当大きいので、陽極ターゲットをおよそ３０００ｒｐｍ程度の、比較的低い回転速度で回転させながらＸ線曝射を行うように動作させる。
【０００６】
しかしながら、陽極ターゲットの回転速度が低いと、当然のことながら、陽極ターゲットへの入力負荷を高めることはできず、その解決策としては大きい熱容量すなわち大きく重い陽極ターゲットを使用することになる。また、回転陽極型Ｘ線管を搭載する例えばＸ線撮影装置では、被撮影体をさまざまな方向から且つスピーディに位置を転換して撮影する場合が少なくない。それによって、陽極ターゲットには大きい加速度が加わり、したがって動圧軸受にさまざまな方向の且つ大きい負荷が不規則に加わる。
【０００７】
このように各方向への大きい荷重を安定に軸受で支える必要がある。上記の例えば特開平４−３６３８４５号公報に記載されているような、単純な円柱状の固定体とそれに嵌合する回転体との間にラジアル方向及びスラスト方向の動圧軸受を構成したＸ線管は、固定体の直径を大きくすればするほど各方向の荷重に十分耐え得る軸受性能を持たせることが可能である。また、上記ＵＳＰ５５０４７９７明細書に記載されているように、固定体に径大部を設けてここにスラスト方向の動圧軸受を構成したものは、スラスト方向軸受の直径を任意に大きくできる利点があり、実用になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこの種の動圧軸受を使用した回転陽極型Ｘ線管は、各方向の大きい荷重に十分耐え得る軸受性能を有する。しかしこれは、回転体と嵌合する固定体の直径を大きくすればするほど、またその軸方向長さを長くすればするほど、それに伴って軸受の回転抵抗が大きくなり、高速回転させるためには非常に大きな回転駆動電力が必要になる。
【０００９】
一方、回転体と嵌合する固定体の軸方向長さを短くすれば、回転抵抗をその分小さくできるが、回転体の回転中心軸のずれが発生しやすい。すなわち、図６に示すように、固定体１５の中心軸Ｃに対して陽極ターゲット１１及び回転体１２の回転中心軸Ｒがずれや傾きを起こし易く、且つ歳差運動を起こし易くなる。このような状態では、固定体と回転体とが各所で接触を起こしたり、軸受間隙が各所で不均一になり、軸受に正常にバランスのとれた動圧力が発生されなくなってしまう。なお、同図には軸受間隙や回転体の傾きを誇張して描いてあるが、従来実用になっている回転陽極型Ｘ線管でのスラスト方向軸受が構成されている固定体径大部１５ｂの直径Ｄに対するラジアル方向軸受が構成されている固定体径小部の軸方向長さＬは、１．２倍未満の寸法比になっている。
【００１０】
なお、同図の符号１８，１９は２組のラジアル方向動圧軸受及び固定体に形成されたそのためのヘリンボンパターンらせん溝、１５ｂは固定体径大部、１５ｃは陽極支持部、２３，２４は固定体径大部の上下両面を一方の軸受面とする２組のスラスト方向動圧軸受及び固定体径大部に形成されたそのためのサークル状ヘリンボンパターンらせん溝、１２ｂは回転体の銅円筒をあらわしている。各軸受のらせん溝や軸受間隙には、図示しない液体金属潤滑剤が満たされている。
【００１１】
従来構造によると、上述のように、固定体と回転体とが各所で接触を起こしたり、軸受間隙の不均一、変動で軸受の正常な動作が得られない場合がある。とくに、回転速度が高くなればなるほどこのような不都合が顕著になる。また、スラスト方向軸受を構成している固定体径大部１５ｂの直径Ｄが大きいと、この径大部と回転体との間の回転抵抗がとくに大きくなり、高速回転が困難になる。
【００１２】
この発明は、以上のような不都合を解消し、回転中心軸のずれや傾きが発生にくく、且つ回転抵抗を低く抑えて例えば６０００ｒｐｍを超えるような高速回転が可能な回転陽極型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の回転陽極型Ｘ線管は、ラジアル方向動圧式すべり軸受が形成されている固定体径小部の軸方向長さは、スラスト方向動圧式すべり軸受が形成されている固定体径大部の外直径の１．５倍以上５倍以下の寸法比であり、かつスラスト方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙は、ラジアル方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙よりも大きい寸法に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下その実施例を図１乃至図３を参照して説明する。なお同一部分は同一符号であらわす。重金属からなる円盤状陽極ターゲット１１が、概略有底円筒状の回転体１２の一端に突設された回転軸１３にナット１４により一体的に固定されている。回転体１２は、鉄合金からなる内側円筒１２ａ、及び銅からなる外側円筒１２ｂが二重に嵌合固着されている。この回転体１２の内側には、鉄合金からなる概略円柱状の固定体１５が挿入されている。
【００１５】
固定体１５は、図示上方が直径Ｄｒが小さい径小部１５ａ、下方の途中が直径Ｄｓが大きい径大部１５ｂ、そして下端が陽極支持部１５ｃになっている。そして、回転体１２と固定体１５との嵌合部分には、前述の各公報に示されるようなラジアル方向及びスラスト方向の動圧式らせん溝すべり軸受が構成されている。すなわち、径小部１５ａの外周軸受面には２対のヘリンボンパターンらせん溝１６，１７が形成されていて、回転体の内側円筒１２ａの内周軸受面とともにラジアル方向の動圧式すべり軸受１８，１９を構成している。
【００１６】
また、固定体の径大部１５ｂの図示上側軸受面には、サークル状にヘリンボンパターンらせん溝２０が形成されている。そして、回転体の内側円筒１２ａの下端開口部を実質的に閉じるようにスラストリング２１がねじ止めされている。固定体径大部１５ｂの図示下側軸受面に接するこのスラストリング２１の上側軸受面に、同じくサークル状にヘリンホンパターンらせん溝２２が形成されている。これら２組のらせん溝２０，２２、及びそれに近接対向する固定体又は回転体の軸受面により、スラスト方向の動圧式すべり軸受２３，２４が構成されている。
【００１７】
そこで、例えば循環器撮影用で陽極ターゲットの入力熱容量が約２．５ＭＨＵ程度の回転陽極型Ｘ線管の場合、ラジアル方向動圧式すべり軸受１８，１９が形成されている固定体径小部１５ａは、その軸方向長さＬｒが１００ｍｍ、その直径Ｄｒが２０ｍｍに定められている。それに対して、スラスト方向動圧式すべり軸受２３，２４が形成されている固定体径大部１５ｂは、その直径Ｄｓが４０ｍｍに定められている。
【００１８】
とくにこの固定体径小部の軸方向長さＬｒは、固定体径大部の直径Ｄｓの１．２倍以上、より好ましくは１．５倍から５倍までの範囲の寸法比に設定する。これら両者の寸法比（Ｌｒ／Ｄｓ）が１．２倍未満であると、前述の回転体の回転軸のずれや傾きが発生し易く、あまり大きすぎると径小部での回転抵抗が不所望に大きくなってしまう。
【００１９】
また、固定体径大部の直径Ｄｒは、固定体径小部の直径Ｄｓの１．５倍から５倍までの範囲の寸法比に設定することが望ましい。これらの寸法比が１．５倍未満であるとラジアル方向軸受の動圧に比べてスラスト方向軸受の動圧が必要十分得られず、また５倍を超えるとと径大部による回転抵抗が相対的に大きくなりすぎ、高速回転させることが困難になる。
【００２０】
さらに、これら回転体及び固定体の各軸受面で構成される動圧式すべり軸受部分の軸受間隙は、スラスト方向動圧式すべり軸受２３，２４の平均軸受間隙Ｇｓの方が、ラジアル方向動圧式すべり軸受１８，１９の平均軸受間隙Ｇｒよりも大きい寸法に設定されている。なお、平均軸受間隙とは、ラジアル方向動圧式すべり軸受１８，１９においては軸受部の軸方向及び円周方向の全体的な平均値であり、スラスト方向動圧式すべり軸受２３，２４においては径大部の上下両方の軸受間隙の平均値である。すなわち、特定の方向に片寄った場合等の一部分の軸受間隙を表すものではない。
【００２１】
上記のような回転陽極型Ｘ線管の場合、ラジアルすべり軸受１８，１９の平均軸受間隙Ｇｒは、１０μｍ乃至２０μｍの範囲、例えば１５μｍに設定される。それに対してスラストすべり軸受２３，２４の平均軸受間隙Ｇｓは、３０μｍ乃至６０μｍの範囲、例えば４５μｍに設定される。なお、各らせん溝１６，１７，２０，２１の深さは、いずれもおよそ２０μｍである。
【００２２】
なお、固定体１５にはその中心軸部が軸方向に沿ってくり抜かれた直径が３ｍｍの穴からなる潤滑剤収容室３１が設けられている。この潤滑剤収容室３１の図示上端開口３１ａは、図示上部の空間Ｓａを介してラジアル方向動圧式すべり軸受１８に連通している。また、この潤滑剤収容室３１から円周状空間Ｓｂに通じる４つの放射方向通路３２が９０度間隔で対称的に形成されている。それによって、潤滑剤収容室３１は放射方向通路３２を経て円周状空間Ｓｂに通じ、さらにそれを経て図示上下にある２組のラジアル方向動圧式すべり軸受１８，１９に連通している。
【００２３】
各軸受部のらせん溝内や軸受間隙、潤滑剤収容室、放射方向通路及び各空間には、Ｇａ合金のような液体金属潤滑剤Ｌが供給されている。なお、潤滑剤の充填量は、好ましくは、上記の各軸受部分や軸受間隙、潤滑剤収容室、放射方向通路、及び各内部空間を含む空間容積の２０％乃至８０％の範囲、例えばおよそ５０％に相当する体積の量である。
【００２４】
このような構成の回転陽極型Ｘ線管は、比較的小さい回転抵抗が得られるので、  回転体及び陽極ターゲットを６０００ｒｐｍを超える回転速度で連続的に又はＸ線曝射時に高速回転をさせることができる。すなわち例えば、撮影待機時に３０００〜６０００ｒｐｍの間の任意の回転数で常時連続回転させておき、Ｘ線曝射によりＸ線撮影をする場合は９０００〜１００００ｒｐｍに回転数を上げてＸ線撮影をすることができる。このように、必要な時に瞬時にＸ線曝射可能な高速回転数に上げてＸ線撮影をすることができる。そしてこのような高速回転でも、回転体の回転軸のずれや傾きの発生が抑制され、安定な動作が得られる。
【００２５】
図４に示す実施例は、スラスト方向動圧式すべり軸受２３，２４が構成されている固定体径大部１５ｂの外周壁面１５ｄを、液体金属潤滑剤で全く又はほとんど濡れない面にしたものである。そのため、この径大部の外周壁面１５ｄに、例えば酸化チタンからなるセラミックス薄膜のような、液体金属潤滑剤で全く又はほとんど濡れずにこの潤滑剤を弾く材料からなる潤滑剤濡れ防止層３５を付着形成してある。もちろん、この潤滑剤濡れ防止層３５は、らせん溝２０，２２を含む動圧式すべり軸受の軸受面には形成しない。なお、潤滑剤濡れ防止層は、上記以外の材料でもよいし、固定体径大部の母材自体の表面がこのように潤滑剤で濡れない性質のものであればよい。但し、らせん溝が形成された軸受面は潤滑剤で濡れる面でなければならない。
【００２６】
この実施例によれば、固定体径大部と回転体との間の回転抵抗を潤滑剤濡れ防止層３５によって低減させることができる。すなわち、濡れ防止層３５がない場合は、回転中心軸から最も大きい直径の遠い位置にある固定体径大部の外周壁面１５ｄと、それに近接対向している回転体内周壁面の間のスペースＱに介在する液体金属潤滑剤との濡れ性による接触抵抗が、回転抵抗として比較的大きく作用する。しかしこの実施例によれば、ここに潤滑剤濡れ防止層３５が形成されていることにより、この面とスペースＱに存在する液体金属潤滑剤との接触抵抗は小さくなる。その結果として、回転抵抗が低減され、高速回転に有利になる。
【００２７】
図５に示す実施例は、スラスト方向動圧式すべり軸受２３，２４が構成さている固定体径大部１５ｂの外周縁部を包囲する回転体１２の内周壁面に、潤滑剤濡れ防止層３５を付着形成したものである。なおこの潤滑剤濡れ防止層３５を、図４に示したように固定体径大部の外周壁面１５ｄにも形成してもよい。なおまた、この潤滑剤濡れ防止層３５は、動圧式すべり軸受２３，２４の軸受性能を阻害しないように、動圧式すべり軸受として機能する領域内には形成しないことが望ましい。この実施例によれば、上述と同様に回転抵抗を低減させることができ、高速回転に有利である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、回転体をその回転軸のずれや傾きの発生を伴わずに高速回転をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す要部縦断面図。
【図２】図１の固定体の一部を示す側面図。
【図３】図１のスラストリングを示す上面図。
【図４】この発明の他の実施例を示す要部縦断面図。
【図５】この発明のさらに他の実施例を示す要部縦断面図。
【図６】従来の構造及び作用を示す縦断面図。
【符号の説明】
１１…陽極ターゲット
１２…回転体
１５…固定体
１５ａ…固定体径小部
１５ｂ…固定体径大部
１６，１７，２０，２２…らせん溝
１８，１９…ラジアル方向動圧式すべり軸受
２３，２４…スラスト方向動圧式すべり軸受
３５…潤滑剤濡れ防止層
Ｍ…液体金属潤滑剤
Ｌｒ…固定体径小部の軸方向長さ
Ｄｒ…固定体径小部の外直径
Ｄｓ…固定体径大部の外直径
Ｇｒ…ラジアル方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙
Ｇｓ…スラスト方向動圧式すべり軸受の平均軸受間隙
【図１】
0003754512.tif 000002
【図２】
0003754512.tif 000003
【図３】
0003754512.tif 000004
【図４】
0003754512.tif 000005
【図５】
0003754512.tif 000006
【図６】
0003754512.tif 000007