CN1062055A - 旋转阳极型x射线管的制造方法及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种旋转阳极型管的制造方法及装置， 制造方法特征在于经过在真空中加热旋转体以及固 定体的轴承部到200℃以上的温度的真空热处理工 序，和在该真空热处理工序期间或接着该工序在真空 中向轴承部充填液体金属润滑剂的润滑剂充填工 序。还有制造装置的特征在于包括具有加热装置的 真空装置、设在该真空装置内的金属润滑剂注入装 置、和保持各轴承构件并藉来自真空装置外的控制来 移动或相互连结的部件保持、控制装置。

Description

本发明涉及旋转阳极型X射线管的制造方法以及其实施中所使用的制造装置。

旋转阳极型X射线管，如公知的那样，是由具有轴承部的旋转体以及固定体支持圆板状的阳极靶，供电给配置于真空容器外的定子的电磁线圈来使其高速旋转，同时使从阴极放出的电子束碰撞到阳极靶面上而放射X射线。轴承部是由如球轴承那样的滚动轴承，或由轴承面上形成螺纹槽并在轴承间隙注满如镓Ga、或镓-铟-锡（Ga-In-Sn）合金这类液体金属润滑剂的动压式滑动轴承构成。使用后者滑动轴承的例子在例如特公昭60-21463、特开昭60-97536、特开昭60-117531、特开昭62-287555和特开平2-227948各公报中已被揭示。

在上述各公报里所揭示的旋转阳极型X射线管中，具有螺纹槽的动压滑动轴承部的相对向的轴承面被构成具有例如20μm量级的微小轴承间隙，在螺纹槽以及轴承间隙处被填没金属润滑剂。在组装该旋转阳极结构体时，如果在轴承部处残留着空气，或发生了从构件或润滑剂放出气体，就会使轴承面氧化而劣化由润滑剂所润湿的状态。而且还会因气泡而产生局部没有液体金属润滑剂存在的部分。进而，在使组装完成后的X射线实际工作而使用时，轴承部达到大致200℃的最高温度，在这样的实际工作中有时会发生从轴承构件或润滑剂放出气体的情况。这样，一旦在轴承部发生气体放出，就有可能润滑剂的一部分随气泡从轴承部吹出到外部。一旦产生这样的现象，当然就无法获得滑动轴承长时间稳定的动压轴承作用，进而因飞散到X射线管容器内空间的液体金属润滑剂，也就会带来所谓的耐电压性能显著受损的致命祸患。

本发明目的在于提供能消除上述缺点，抑制从所制成的X射线管的轴承部或润滑剂产生气体，并能防止液体金属润滑剂漏出，以维持稳定的轴承工作的旋转阳极型X射线的制造方法、以及在实施该制造方法中直接使用的制造装置。

本发明的旋转阳极型X射线管的制造方法，经过真空热处理工序，即在真空中将旋转体以及固定体的轴承部加热到比完成的X射线管实际工作时轴承部所达到的最高温度更高的200℃以上的温度，和润滑剂充填工序，即在该真空热处理工序中或接着该工序在真空中将液体金属润滑剂充填到上述轴承部处。

而且用于实施该制造方法的装置，其特征在于，包括具有加热装置的真空钟罩，和保持并藉来自真空装置外的控制来移动或相互连接轴承构件的部件保持·控制装置，以及给载置于真空钟罩内的轴承构件注入金属润滑剂的润滑剂注入装置。

根据本发明的制造方法，在完成X射线管前，能使轴承部或液体金属润滑剂净化并且能有效地去除从它们产生的气体，得到经润滑剂良好润湿的轴承面状态。并且几乎不会有因气泡而发生的润滑剂漏出，能获得维持长期稳定的动压式滑动轴承工作的旋转阳极型X射线管。

根据本发明的装置，还能高效率地组装在完成后的X射线管中气体产生较少的液体金属润滑的滑动轴承部。

图1为示出作为本发明制造对象的X射线管构造的纵截面图。

图2为示意本发明一个实施例的装置的示意图。

图3为示出处于图2后的组装工序中的状态的主要部分纵截面图。

图4为示出作为本发明制造对象的X射线管别的构造例的纵截面图。

图5为示出处于图4的X射线管的组装工序中的状态的示意性的纵截面图。

其中，11为阳极靶，12为旋转体，15为固定体，18为真空容器，19为滑动轴承部，G为轴承间隙，L为液体金属润滑剂，16为开口闭塞部，31为加热装置，32、47为排气泵，33为真空钟罩，34为超声波振动器（保持台），35、36为部件保持·控制装置，37为金属润滑剂注入器，45为润滑剂预处理器。

以下参照附图说明其实施例，另外同一部分用同一符号表示。

示于图1至图3的实施例具有如下构造。即组装完成后的X射线管，如图1所示，由重金属制成的圆盘状阳极靶11由螺帽一体地被固定在突置于有底圆筒状的旋转体12一端的旋转轴部13处。尽管未在图中画出，然而在旋转体12的外周部处同轴嵌合着由强磁性圆筒以及高导电体圆筒构成的双重的转子圆筒。在该旋转体12的内侧，插入着圆柱状的固定体15。在固定体15的图示下端部即旋转体开口部12a的近傍处，形成有外径被缩下的固定体小径部15a。并且在旋转体开口部12a处由多个螺栓16a固定着挨近包围固定体小径部15a并实质上将该开口部闭塞的环状的开口部闭塞体16。在固定体小径部15a处通过焊接固定着机械地支承这些旋转体以及固定体的铁制的阳极支持部17，它气密接合在玻璃制的真空容器18上。

圆筒状旋转体12与固定体15的嵌合部分构成着如前述各公报中所揭示那样的动压式的滑动轴承部19。因而，在成为固定体侧的滑动轴承面的固定体外周壁以及两端壁处各自形成着如前述各公报中所记载的人字形图案的螺纹槽20、21。与此相对的旋转体滑动轴承面可以为简单的平滑面，或者也可根据需要形成螺纹槽。这些旋转体以及固定体的两轴承面相对，并形成有大致为20μm的轴承间隙G。在开口部闭塞体16与固定体小径部15a间，设有将固定体小径部的一部分切削成圆周状而被构成的圆周状的空腔26。闭塞体圆筒部16b是在与内侧的固定体之间形成很小的隙缝Q，并在内周面上有螺杆泵槽28。该螺杆泵槽28与隙缝Q构成着润滑剂漏出防止装置。圆周状空腔26具有比隙缝Q的半径方向尺寸足够大的尺寸。

固定体15，设有将其中心部沿轴向打孔形成的润滑剂收容器22。该润滑剂收容室22的图示上端开口22a，连通着具有图示上部的螺纹槽21的轴向轴承部的轴承间隙G。而且该固定体15，还形成了其中间部外周壁被切削呈微锥状的小径部23，且以120°间隔呈轴对称地形成有从润滑剂收容室22通至该小径部23的3条辐向通道24。因此，润滑剂收容室22经辐向通道24连通到具有2组径向轴承部螺纹槽20、20的轴承间隙G。进一步，在中心的润滑剂补给道22的图示下端部22处以120度间隔呈轴对称地形成有通至圆周状空腔26的相同的3条辐向通道27。因此，润滑剂收容器的图示下端部22b通过辐向的孔27以及圆周状空腔26连通到具有图示下部的螺纹槽21的轴向轴承部的轴承间隙G。并且包括螺纹槽20、21的轴承部19，以及与此相通的润滑剂收容室22和辐向通道24中装有大致填没这些空间的量的未图示出的液体金属润滑剂。另外，也可以不形成辐向通道27，使润滑剂收容室22在中途成为终端。

该旋转阳极型X射线管工作中，在与真空容器18外侧的旋转体12相对应的位置处配置未图示出的定子即电磁线圈使其产生旋转磁场，使旋转阳极如箭头P高速旋转。成液态的金属润滑剂充分注满滑动轴承部，从而使动压轴承有可能圆滑地工作。并且该液体金属润滑剂，依靠随工作而产生的部分压力差，在中心的润滑剂收容室、辐向通道以及具有螺纹槽的轴承间隙中移动、循环，以提供给稳定的动压轴承作用。从未图示出的阴极放出的电子束射到阳极靶上而产生X射线。靶上产生的热，其大部分经辐射而被发散，与此同时一部分从旋转体12通过轴承部19的液体金属润滑剂经固定体15被发散到外部。

因此，在组装该旋转阳极构造时，如图2所示，是在具有加热装置31并部分连接了排气泵32的真空钟罩33的内部装配各轴承构件。旋转体12的开口部12a向上被载置在兼作保持台的超声波振动器34上面。在该真空钟罩33的内部设有将固定体15悬吊在上方并保持的固定体保持器35，它是将固定体15定位在旋转体的上方加以悬吊的。固定体的上方外周，由未图示的保持体保持着开口部闭塞体16，为固定它还由连接具36将多个螺栓16a定位于规定位置上加以保持。进一步，还设有盛放如Ga合金之类的液体金属润滑剂的润滑剂注入器37，靠钟罩外的未图示的控制装置如图所示将注入口的前端37a伸进旋转体开口部12a的内侧，使得能向旋转体内部注入规定量的润滑剂。另外虽然未图示，仍设置检测轴承构件12、15…的温度的温度检测器。

首先，如该图所示配置各部件和控制装置，由排气泵32使钟罩内成为例如10^-3Pa量级的高真空。并有由加热装置31至少使各轴承构件上升到200℃以上的温度，例如约250℃，并维持一定时间。因此，内藏气体从各部件以及液体金属润滑剂被放出，并用泵32排出。经该真空加热处理，各轴承构件被净化，特别是轴承面成为由润滑剂较好润滑的表面状态。接着将润滑剂注入口的前端37a如该图所示伸入旋转体开口部内，向旋转体内部注入被计量为规定值的液体金属润滑剂。在该图中，符号L表示被注入的液体金属润滑剂。依靠超声波振动，出自该液体金属润滑剂L的内部和与此接触的旋转体内壁的气体被有效地放出到钟罩内空间，并被排出。接下来，从钟罩外驱动控制控制装置，将润滑剂注入器37移到原来的位置，再使固定体15从上方慢慢下降而插入到旋转体12的内侧。藉此，处于旋转体底部的液体金属润滑剂L在两者的轴承间隙、固定体中心部的润滑剂收容室以及辐向通道内流动，渗透各部分而被充填。并且这时，万一残留于各部分的空气内藏气体被放出而产生气泡时，气泡会移向上方而排出轴承构件外并被泵排出。于是代替气泡润滑剂将浸透各部分。超声波振动进一步增强该气体的排出以及该气体气泡与润滑剂的置换作用。另外，润滑剂的极少部分也被溢出到由形成在固定体小径部处的圆周状槽构成的空腔26。这样，在两者嵌合的基础上，如图3所示，再将开口部闭塞体16配合在旋转体开口部12a处，用连接具36使多个螺栓16a旋紧固定。如果在这状态下继续在真空中不断加热，还对此继续加上超声波振动，就能更进一步完全去除从轴承构件以及润滑剂放出的气体。在进行规定时间的真空加热处理之后，在真空中慢慢地冷却。这样液体金属润滑剂就在包括螺纹槽的轴承间隙以及润滑剂收容室中到处渗透，另一方面还能防止润滑剂漏出轴承外，以获得具有稳定的动压式轴承动作的旋转阳极结构体。

另外，也可以省略在上述实施例中使用的润滑剂注入器，预先放入旋转体内部空间中规定量的润滑剂。还有，润滑剂充填工序中的轴承部最高温度应设定为比完成了的X射线管实际工作时的轴承部达到的最高温度还高的温度。因而，如上所述设定在200℃以上，但较好设定在300℃以上例如400-450℃的范围内。因此，所制成的X射线管实际工作时，基本上很少发生从轴承部或润滑剂放出气体，因而几乎没有润滑剂与气体一起从轴承部喷出到外部这类缺点。

或者，在该润滑剂充填工序中轴承部的最高加热温度，设定为比在该润滑剂充填工序之后的制造工序例如排气工序中轴承部所达到最高温度还高的温度，就更好了。

然而，上述实施例是将阳极靶固定在圆筒状的旋转体上的，但并不限于此，对于如图4所示、将阳极靶一体结合而旋转的圆柱状旋转体12配置在旋转中心轴上的例子，本发明也能适用。即，在圆柱状旋转体12的图示上部，固定着管状的旋转轴13，其上固定着阳极靶11。并且设有有底圆筒状的固定体15包围着旋转体12，该固定体15的图示上端开口部15b靠多个螺栓16a连接着开口部闭塞体16。固定体15的外周同轴配置着起到电动机转子圆筒功能的强磁性体圆筒41，以及嵌合于其外侧的铜制最外侧圆筒42。另外强磁性体圆筒41的上端部41a机械地牢固地被固定在旋转轴13上，开口部闭塞体16连接在旋转体12的上端面并在其接触面形成螺纹槽21。该开口部闭塞体16挨近旋转轴的内周壁下半部以及旋转体旋转轴周围形成有制成圆周状的空腔26。该空腔26被设置成连通到具有螺纹槽21的轴承部19的轴承间隙G的内端。并且从该空腔26，经过固定体外周壁与强磁性体圆筒内周壁之间的隙缝通到真空容器内空间的中途设置了为防止润滑剂漏出的微小隙缝Q以及半径方向的折回部43。另外，也可以在该折回部43的内面形成可有效附着润滑剂的被膜。

在组装该旋转阳极结构体时，如图5所示，将固定体15的开口部15b向上载置在真空钟罩33内的超声波振动器34上。在该固定体15的上方，将未固定阳极靶状态的旋转体12以及开口部闭塞体16、多个螺栓16a定位后悬吊。与真空钟罩相分开，设置了为对液体金属润滑剂进行热处理的润滑剂预处理器45。该润滑剂预处理器45具有加热装置46、真空泵47、超声波振动器48、用于排出规定量润滑剂的润滑剂注入器37以及在真空钟罩内伸缩的注入口37a。

因此，在使真空钟罩内成为高真空的同时，由加热装置31加热各轴承构件而使内藏气体放出，并进行排气。另一方面，藉加热装置46以及真空泵47，对贮藏在润滑剂预处理器45的内部的如Ga合金这类液体金属润滑剂一面加热到300℃以上、例如约400℃，一面排气成真空来进行脱气。这时，也靠超声波振动器48对润滑剂施加振动来有效地进行脱气。此后，仅将规定量的仍然处于高温的液体金属润滑剂L从润滑剂注入器37以及注入口前端37a呈喷雾状地注入到固定体15的内部。并且由超声波振动器34一面使固定体15以及润滑剂振动一面进行加热、脱气。此后，使旋转体12从上方降下插入到固定体15的内侧，并用多个螺栓16a连结开口闭塞体。润滑剂L涌进了两者的轴承间隙以及润滑剂收容器22内。此时，万一在轴承部或润滑剂收容室、润滑剂中产生气体时，气体气泡会通过轴承间隙向上方移动，到达圆周状空腔26处，这里压力急剧下降，从而被排出外部。代替产生于轴承间隙或润滑剂收容室的气泡使润滑剂渗透。在该工序中也继续进行超声波振动，从而能进一步增强气体的排出与润滑剂的置换作用。该处理进行规定时间后，可在真空状态下慢慢冷却。这样，此后基本上较少从轴承构件或润滑剂产生气体，并且可抑制润滑剂通过微小隙缝Q漏出到真空容器内。

另外，金属润滑剂虽能使用如Ga、Ga-In合金或Ga-In-Sn合金之类以Ga为主体的，但并不限于此，也能使用相对地含铋Bi较多的Bi-In-Pb-Sn合金，或相对地含In较多的In-Bi合金、或In-Bi-Sn合金。由于这些熔点在室温以上，因而希望在使阳极靶旋转前先预热金属润滑剂到其熔点以上的温度，然后使其旋转。

依据如上说明的本发明制造方法，能在完成X射线管前净化轴承部使得轴承面与润滑剂获得润湿性较好的接触，并且能有效地去除在轴承部或润滑剂内产生的气体。而且还能有效地得到气体气泡与液体金属剂的置换。因此可获得维持稳定的动压式滑动轴承作用的旋转阳极型X射线管。进而依据本发明的装置，还能有效地进行各构件的真空热处理、润滑剂的注入，提高组装操作性。这样，就能组装可靠性高的旋转轴承部。

Claims (6)

1、一种旋转阳极型X射线管的制造方法，该旋转阳极型X射线管包括：使阳极靶固定的旋转体；保持该旋转体能够旋转的固定体；具有设置于所述旋转体以及固定体一部分上的螺纹槽的滑动轴承部和被充填在包括该滑动轴承部所述螺纹槽的轴承间隙的液体金属润滑剂，该制造方法的特征在于，它须经过在真空中将所述旋转体以及固定体的轴承部加热到200℃以上温度的真空热处理工序，和在该真空热处理工序期间或接着该工序在真空中将液体金属润滑剂充填到包括所述轴承部的螺纹槽的轴承间隙处的润滑剂充填工序。

2、如权利要求1所述的旋转阳极型X射线管的制造方法，其特征在于在润滑剂充填工序中轴承部的最高加热温度设定为比制成的X射线管在实际工作时轴承部所达到的最高温度还高的温度。

3、如权利要求1所述的旋转阳极型X射线管的制造方法，其特征在于在润滑剂充填工序中轴承部的最高加热温度设定为比在该润滑剂充填工序之后的制造工序中轴承部所达到的最高温度还高的温度。

4、如权利要求1所述的旋转阳极型X射线管的制造方法，其特征在于在润滑剂充填工序期间或之后还经过使旋转体与固定体的组装件在真空中超声波振动的工序。

5、如权利要求2或3或4所述的旋转阳极型X射线管的制造方法，其特征在于在润滑剂充填工序中将经预先加热到300℃以上温度进行过脱气的液体金属润滑剂充填到轴承部。

6、一种用于实施权利要求1中所述的旋转阳极型X射线管制造方法的制造装置，其特征在于包括：具有加热装置的真空钟罩;保持轴承构件并通过来自真空装置外的控制来移动或相互连结的部件保持·控制装置;和向载置在所述真空钟罩内的轴承构件注入金属润滑剂的润滑剂注入装置。

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