CN1024065C - 旋转阳极型x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的旋转阳极型X射线管，它在旋转自如地支撑阳极靶的同时，在构成动压式滑动轴承部的旋转体和固定体的至少一方的滑动轴承面上，形成含有轴承面母材和镓的薄的反应层。具有组装容易、轴承动作可靠性高的优点。

Description

本发明涉及旋转阳极型X射线管，尤其涉及轴承构体的改进。

众所周知，旋转阳极型X射线管，用具有轴承部的旋转体和可旋转支承该旋转体的固定体支撑圆板状的阳极靶，配置在真空容器外的定子的电磁线圈通电，使之产生旋转磁场，一面使阳极靶高速旋转，一面使阴极发射的电子束碰撞到它，发出X射线。轴承部由球滚珠轴承那样的滚动轴承和在轴承面上形成螺线槽同时采用镓（Ga）或从镓、铟（In）、锡（Sn）、其它金属中选择的合金之类的液体金属作润滑剂的动压式滑动轴承构成。采用后者的滑动轴承的例子在例如特公昭60-21463号、特开昭60-97536号、特开昭60-117531号或特开昭62-287555号等各公报中已经揭示。

在上述各公报所揭示的旋转阳极型X射线管中，作为构成该滑动轴承的旋转体及固定体，使用钼（Mo）或Mo合金、或者钨（W）或钨合金。但是，用这样的金属构成的轴承面，在空气中的装配工序中容易氧化，由于该氧化膜，轴承面与Ga合金的液体金属润滑剂的润湿性变坏。由此，有必要作除去在轴承面上生成的氧化膜的特别的处理，因而装配工序复杂，有时不能得到可靠性高的动压式滑动轴承的性能。

本发明的目的在于提供一种能消除上述不方便、轴承面与液体金属润滑剂的润湿性优良、能维持动压式滑动轴承的稳定动作的旋转阳极型X射线管。

本发明是一种旋转阳极型X射线管，它在旋转自在地支撑阳极靶的同时，在构成动压式滑动轴承部的旋转体和固定体的至少一方 的滑动轴承面上，形成含有轴承面母材和镓（Ga）的薄的反应层。

若根据本发明，由于在滑动轴承的表面部形成包含例如Mo、W那样的高融点金属的轴承面母材与镓的薄的反应层或含有氮化物、碳化物或碳氮化物陶瓷的轴承面母材与镓的薄的反应层，该轴承面与液体金属润滑剂的润湿性良好、能够维持动压式滑动轴承的稳定的动作。又，该轴承装配容易，能获得可靠性高的轴承动作。

图1是表示本发明的实施例的主要部分的纵向剖面图。

图2是其一部分的放大图。

图3是表示图2所示相同部分的半纵向剖面图。

图4是同样地表示该主要部分的放大的纵剖面图。

图5和图6分别是图4沿5-5向及6-6向的横剖面图。

图7是表示轴承面附近的金属成份的比率的分布图。

图8是表示本发明的另一个实施例的主要部分的放大纵剖面图。

图9是表示本发明的再一个实施例的主要部分的放大纵剖面图。

图中，11是阳极靶，12是旋转体，15是固定体，18是真空容器，19是滑动轴承部，20、21是螺线槽，31、32、34是反应层，g是间隙。

参照附图说明以下实施例，同一部分用同一符号表示。

如图1至图6所示，由重金属组成的圆盘状阳极靶11，通过固定螺栓14一体地固定在突出设置在圆筒状旋转体12的一端上的旋转轴部13上。在圆筒状旋转体12的内侧，嵌合固定体15，圆板状的突缘16固定在旋转体的下端开口部上。固定体15下端的阳极支持部17，通过外周连接件17a和薄壁连接件17b气密地接合于玻璃制的真空容器18。圆筒状旋转体12与固定体15的嵌合部分，构成前述的各公报中所揭示的那样的动压滑动轴承部19。由此，在成为 固定体15的滑动轴承面的外周壁和两端壁上，形成在上述各公报中所记载的螺线槽20、21。与它相对的旋转体12的滑动轴承面，可以是单纯的平滑面，或根据必要，也可以形成螺线槽或其它槽。又，在旋转体12的钼制母材的外周上，嵌合固定由铁材组成的强磁性体的圆筒12a及在其外周上嵌合固定由铜构成的低电阻材料组成的圆筒12b。

因此，旋转体12及固定体15，其母材用Mo或Mo合金（以下，简记为Mo）构成。而，在成为轴承面的表面上，形成含有轴承面母材的金属Mo和至少Ga的薄的反应层（以下，简单地记为Mo-Ga反应层）31、32。该Mo-Ga反应层31、32，在母材表面上预先形成1μm-100μm范围的厚度。其形成例子将于后述。

又，形成有Mo-Ga反应层31、32的旋转体及固定体的两轴承面，装配成得以保持约20μm的间隙g相接。在固定体15上，设置由在其中心部轴向上挖穿的通孔构成的润滑剂收容室22。该润滑剂收容室22兼作润滑剂的循环用通路，它的图示上端22a，经具有固定体前端部的螺线槽21的轴承面，连通到具有固定体外周的螺线槽20的轴承面上。又，在该固定体15的中间部的外周壁上，形成有被削成稍呈锥状的小直径部23，以120度间隔，轴对称地形成由润滑剂收容室通至该小直径部23的3个放射方向通路24。又，中心的润滑剂收容室22的图示下端开口部22b，由与固定体15相同的材料Mo制的栓25加以闭塞，在其近傍，形成小直径的圆周槽26。且，以120度间隔，轴对称地形成由该圆周槽26通至中心润滑剂收容室22的同样的3个放射方向通路27。由此，润滑剂收容室22的图示下端部22b，通过放射方向的孔27及圆周槽26，经具有图示下部的螺线槽21的轴承面，同样地连通到具有固定体外周的螺线槽20的轴承面上。在含有螺线槽20、21的轴承部19的间隙g及与它连通的润滑剂收容室22中，如上述，充填、收容有液体金属润滑剂， 但图中并未示出填没这些空间所需量。而，由于润滑剂收容室22的存在，即使长时间的动作，也有必要的充分的液体金属润滑剂将补充到各轴承面之间，能维持所要求的动压式滑动轴承的动作。

由铁材构成的阳极支持部17通过钎焊一体地固定在固定体15的图示下端部。而，在与旋转体12相对应位置的真空容器外，配置具有没有图示的电磁线圈的定子，使之产生旋转磁场，使旋转阳极如箭头P所示高速旋转。自没有图示的阴极发出的电子束轰击阳极靶11，使之产生X射线。同时，在该靶产生的热，多数通过辐射散发，与此同时，热的一部分，自旋转体通过轴承部的液体金属润滑剂，经固定体散发到外部。构成轴承面的Mo-Ga反应层31、32，由于具有作为旋转阳极型X射线管所必要的充分的导电性及导热性，可以无障碍地起到作为阳极电流及热通路的作用。而且，高温时的机械强度也十分高，能获得具有稳定的轴承动作性能的旋转阳极型X射线管。

对在旋转体及固定体的轴承面上形成Mo-Ga反应层31、32的例子作说明。

其中的一个例子，首先在成为Mo制旋转体12及固定体15的母材的轴承面的规定的地方，预先形成人字形图形的螺线槽20、21。然后，在真空中加热该Mo制母材至约700℃以净化轴承面。然后，在同样真空中把温度保持在约450-550℃范围内，例如保持在500℃，把该母材浸在置于同室中的Ga（但，其中含有以Ga为主体的合金，例如Ga-In-Sn合金）的浴槽中，保持规定时间后，冷却。由此，得到在母材表面部形成Mo-Ga反应层31、32的轴承面。该Mo-Ga反应层由自Mo制母材原表面起分别生成向内部约5μm厚、外部约9μm厚的、合计约14μm厚、含有Mo、Ga、In、Sn的化合物组成。

又，这样制作的轴承部材料，在表面部深度方向的各位置的金 属成份含量如图7那样分布。这是由电子探针微量分析器（EPMA）（Electron    Probe    Micro-Analyzer）分析求得的成分量，概算的克分子（摩尔）比。图中点划线A的位置对应于Mo制母材的原表面。自该位置A起至在母材的内部方向中主要由Ga与母材Mo的金属间化合物构成的虚线B的位置止的领域，能够确认。从A至B的厚度约5μm。而，在位置B附近，Ga与Mo的比率急剧逆转，因而可以明白自该处往里仅是Mo金属领域。即，至深度B位置，浴槽中的Ga扩散到Mo母材中，生成Ga-Mo反应层。自原来Mo母材表面A至表面C的领域中，可看到由Ga、In、Sn、Mo组成的金属间化合物层。又，表面位置C是通过研磨除去在上述反应处理后成为粗面的最表面约2μm而制成的平坦的面。该表面部的反应层，确认作为滑动轴承面，在实用中具有充分高的硬度。这样，从表面C至规定深度的位置B止是Mo-Ga反应层31（或32）。又，形成反应层前的旋转体或固定体的轴承面间的间隔，预先使之形成为仅大出相当于该反应层厚度的尺寸，从而使完成时成为规定的轴承面间隔。又与母材金属制造反应层的浴槽中的低融点金属，可以是Ga单体或也可以是Ga和其它比较低融点的金属的合金。

具有这个反应层的轴承面，由于在X射线管的动作中经历的温度最高约400℃，且其持续时间短，因而该反应层几乎不变化，可维持高硬度的轴承面。而且，该反应层，即使在装配工序中在表面形成氧化膜，该氧化膜的去除极容易，同时，作为滑动轴承装配后，若在两轴承面间注入充填Ga或Ga合金液体润滑剂，则在其后的X射线管最后加工工序中的真空热处理中，能得到由Mo-Ga反应层构成的轴承面和液体金属润滑剂的润湿性良好的稳定的直接接触。因而，组装容易，同时还能获得作为动压式滑动轴承的足够性能。

示于图8的实施例，在没有螺线槽的旋转体或固定体的母材表面部上，用上述方法预先形成例如50μm左右比较厚的Mo-Ga反 应层31（或32），把该反应层的表面切削到作为轴承面的规定直径的尺寸，同时，通过机械加工或化学腐蚀在该反应层中形成螺线槽20（或21）。若按照该制作方法，最终能得到具有有期望的高精度螺线槽和轴承面间隔尺寸的动压式滑动轴承的X射线管。

又，Mo-Ga反应层形成后，研磨除去从表面部C至少至原来母材表面部A至的范围，使Ga扩散至Mo中的化合物层（相当于示于图7的从A至B的领域）露于表面，把它作为轴承面，在该层中形成螺线槽加以使用也可以。由此，得到具有在高温中硬度更高、且与液体金属润滑剂磨合良好、稳定的轴承面的X射线管。

以上的实施例，虽然是在各部件状态中在旋转体或固定体上各自单独形成表面反应层，但不限于此，也能如下所述制作。即，预先制作旋转体和固定体使其轴承面间隔比完成时的轴承面间隔大，同时组合它们，把Ga或Ga合金的润滑剂注入充填到轴承面的间隙和润滑剂收容室内。在真空中把它们加热到500℃，保持规定时间后冷却。由此，在旋转体和固定体的各轴承面上形成规定厚度的Mo-Ga反应层，同时残存的Ga或Ga合金润滑剂滞留在减少了的规定间隔的轴承面间。而，根据需要，把Ga或Ga合金润滑剂补充到轴承面间或润滑剂收容室内，作为X射线管完成。若根据这样的制作方法，通过精密控制热处理温度及保持时间，能够在不分解旋转体和固定体的组合构体下把考虑了完成时的轴承面间隔的Mo-Ga反应层的生成量直接加工成制品，而不必多余的装配工序，因而宜于大量生产。

又，轴承面的母材能用W（其中含W为主体的合金）、铌（Nb、其中含Nb为主体的合金）或钽（Ta、其中含Ta为主体的合金）构成。又，把铁和不锈钢那样的其它金属或陶瓷作为轴承构成体，在其轴承面部分上薄的覆盖上述那样的高融点金属，作为轴承面母材也可以。在把这些高融点金属作为轴承面母材时，在其表面形成的 这些母材金属和Ga的反应层的厚度，根据其形成控制容易的角度出发，有必要作成1μm以上。

轴承面的母材，也可以为钛氮化物、钼氮化物或铌氮化物那样的陶瓷或钒碳化物、钛碳化物或铌碳化物那样的陶瓷。或者，为钒碳氮化物和钛碳化氮化物之类的碳化氮化物陶瓷也可以。

又，在其它金属的表面部形成氮化物、碳化物或碳氮化物陶瓷的被覆，作为轴承面母材也可以。这些氮化物、碳化物或碳氮化物陶瓷作为轴承面母材的场合，该轴承面母材与Ga的反应层的厚度，从附着控制容易考虑，希望作成1μm以下（但，不包含0）。即如图9所示，在预先形成螺线槽20、21的不锈钢制的固定体15的轴承面部分上，通过化学蒸镀（CVD）（Chemical    Vapor    Deposition）法，附着形成数μm厚度的钛氮化物陶瓷层33，再者，在其表面上附着形成约0.5μm厚度的钛氮化物与Ga的反应层34，作为轴承面也可以。

又，由于上述轴承面母材与Ga的反应层有导电性，也能用作X射线管阳极电流的通路的一部分。

又，润滑剂不限于把Ga、Ga-In或Ga-In-Sn那样的Ga作为主体，例如也能使用含铋（Bi）相对多的Bi-In-Pb-Sn合金或含In相对多的In-Bi合金或In-Bi-Sn合金。由于这些融点是室温以上，在使阳极靶旋转前，希望把润滑剂预热到该温度以上后再使之旋转。

若根据上述说明，由于在滑动轴承面的表面部薄薄地形成含有轴承面母材和至少镓的反应层，相对于该轴承面的液体金属润滑剂的润湿性优良，能维持动压式滑动轴承的稳定动作。又，该轴承组装容易，能得到具有可靠性高的轴承动作性能的旋转阳极型X射线管。

Claims (2)

1、一种旋转阳极型X射线管，包括：阳极靶(11)固定于其一端部的旋转体(12)；与该旋转体(12)嵌合且可旋转地支承该旋转体(12)的固定体(15)和滑动轴承部；该轴承部的轴承面具有设置在所述旋转体(12)及固定体(15)的嵌合部的螺线槽(20，21)，至少动作中是液状的金属润滑剂填充在轴承面上；其特征在于：所述旋转体(12)及固定体(15)的至少一方的滑动轴承部的承轴面母材是钼、钨、铌或钽；在该轴承面母材的表面部形成1μm以上厚度的、含有所述轴承母材及镓的反应层(31、32)。

2、一种旋转阳极型X射线管，包括：阳极靶11固定在其一端部的旋转体（12）;与该旋转体（12）嵌合且可旋转地支承该旋转体的固定体（15）和滑动轴承部;该轴承部的轴承面具有设置在所述旋转体（12）及固定体（15）的嵌合部的螺线槽（20，21），至少动作中是液状的金属润滑剂填充在轴承面上;

其特征在于：所述旋转体（12）及固定体（15）的至少一方的滑动轴承部的轴承面母材是氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或碳氮化物陶瓷;在该轴承面母材的表面上以1μm以下（不含零）厚度形成含所述轴承母材及镓的反应层（31、32）。

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