CN1074784A - 旋转阳极型x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种可防止液体金属润滑 剂漏出，能维持稳定的轴承动作的旋转阳极型X射 线管。本发明的旋转阳极型X射线管使旋转体以及 固定体的轴承部所充填的液体金属润滑剂量为从最 靠近真空容器内空间的螺纹槽滑动轴承部的端部开 始包括内部螺纹槽在内液体金属润滑剂得以流动的 空间容积的20％以上50％以下范围的体积。

Description

本发明涉及旋转阳极型X射线管，特别涉及其轴承构造。

众所周知，旋转阳极型X射线管由具有轴承部的旋转体以及固定体支持圆盘状的阳极靶，向配置在真空容器外的定子电磁线圈供电而使之高速旋转，同时从阴极射出的电子束撞击到阳极靶面上而放射X射线。轴承部由类似球轴承的滚动轴承、轴承面上形成螺纹槽且轴承间隙注满了诸如镓（Ga）、或镓-铟-锡（Ga-In-Sn）合金之类液体金属润滑剂的动压式滑动轴承构成。在例如特公昭60-21463号，特开昭60-97536号，特开昭60-117531号，特开昭62-287555号，或特开平2-227948号各公报中揭示了采用后者滑动轴承的例子。

上述各公报所揭示的旋转阳极型X射线管中，带有螺纹槽的动压滑动轴承部与其相对应的轴瓦构成为确保有例如20微米大小的轴承间隙，螺纹槽以及轴承间隙充填有液体金属润滑剂。该润滑剂充填量太少时，当然也就得不到充分的滑动轴承的动压而无法维持稳定的动压滑动轴承动作。另一方面润滑剂过多时容易从轴承部漏出至外部。特别是在X射线管组装和实际工作时一旦从轴承构件和润滑剂放出气体，有时会有一部分润滑剂随气泡一起从轴承部冒出来。当发生这类现象时，不仅滑动轴承无法长时间稳定地发挥动压轴承作用，而且由于X射线管容器内空间中飞散有液体金属润滑剂，造成耐电压性能显著受损这类致使的障碍。

本发明目的在于消除上述缺陷，提供一种可防止液体金属润滑剂漏出而能维持稳定的轴承动作的旋转阳极型X射线管。

本发明是使旋转体以及固定体的轴承部中所充填的液体金属润滑剂量的体积在由最靠近真空容器内空间的螺纹槽滑动轴承部的端部开始包含内部螺纹槽在内的、液体金属润滑剂是以流动的空间容积的20%以上，50%以下范围。

按照本发明，即使从轴承构件和液体金属润滑剂放出气体，也能确切容易地从轴承部排出气泡，可防止润滑剂漏出而能够维持稳定的轴承动作。

图1表示本发明一实施例的纵向剖面图。

图2表示图1主要部分的俯视图。

图3表示图1主要部分的俯视图。

图4表示组装工序状态的主要部分纵向剖面图。

图5表示组装工序状态的主要部件放大纵向剖面图。

图6表示组装工序中状态的纵向剖面图。

图7表示图1实施例组装或使用状态主要部分的纵向剖面图。

图8表示图1实施例组装或使用状态主要部分的纵向剖面图。

图9表示本发明另一实施例的主要部分的纵向剖面图。

图10表示本发明又一实施例的主要部分的纵向剖面图。

图11表示本发明又一实施例的主要部分的纵向剖面图。

图12表示本发明又一实施例的主要部分的纵向剖面图。

其中，11为阳极靶，12为旋转体，15为固定体，18为真空容器，20a、20b为径向滑动轴承部，22a、22b为轴向滑动轴承部，23为润滑剂收容室，25为辐向通路，G为轴承间隙，L为液体金属润滑剂。

下面参照附图说明其实施例。同一部分由同一符号表示。图1至图8所示的实施例具有以下构成。即组装完成后的X射线管如图1所示，重金属制成的圆盘状阳极靶11由螺母14固定在突出设置于有底圆筒状的旋转体12一端的旋转轴13上形成一体。旋转体12的外周同轴嵌合固定着由强磁性体圆筒12a和良导电体圆筒12b组成的的双层转子圆筒。该旋转体12的内侧插进了圆柱状的固定体15。固定体15图示的下端即旋转体开口部12c的附近形成了外径缩小的固定体小外径部分15a。而且旋转体开口部12c上由多个螺栓16a固定着靠近并且包围固定体小外径部分15a而实际上使该开口部闭塞的环状开口部闭塞体16。固定体小外径部15a上用钎焊固定有机械地支持这些旋转体口以及固定体15的铁制阳极支持部17，它被密封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的嵌合部分上形成有如前述各公报所揭示的动压式螺纹槽滑动轴承。即固定体15的外周壁上沿轴向以规定间隔形成鲱骨图案的螺纹槽19a、19b，而构成2个径向滑动轴承部20a、20b。而且在固定体15的图示上端壁上形成有图2所示的圆周状鲱骨图案的螺纹槽21a，而构成一个轴向滑动轴承部22a。开口部闭塞体16的上面16c同样形成有图3所示的圆周状鲱骨图案的螺纹槽21b，而构成另一个轴向滑动轴承部22b。这些旋转体以及固定体的两轴承面之间形成了约20μm的轴承间隙。

固定体以上15上设置有其中心部沿轴向钻孔所形成的润滑剂收容室23。该润滑剂收容室23的图示上端开口23a位于图示上部的圆周状螺纹槽21a的内侧中心，并与该轴向轴承部22a的轴承间隙G连通。而且在该固定体上切削其中间部分的外周壁而形成小外径部分24，并以90度间隔对称地形成了从润滑剂收容室23通至该小外径部分24的4条辐向通路。这样润滑剂收容室23经辐向通路25通至小外径部分所形成的圆周状空间S₁，再经过它与图示上下位置的2组径向轴承部20a、20b的轴承间隙G连通。另外润滑剂收容室23的图示下端23b延伸到下部轴向螺纹槽滑动轴承部22b的附近位置而告终。在开口部闭塞体16与固定体小外径部分15a之间设有将固定体小外径部分的部分切削成圆周状而构成的圆周状空腔26。闭塞体的圆筒部16b加工为与内侧的固定体小外径部分15a间仅有一点点缝隙Q，且内周面上有螺杆泵槽27。该螺杆泵槽27与缝隙Q构成了润滑剂漏出抑制装置。圆周状空腔26具有比缝隙Q的半径方向的尺寸充分大的尺寸。

而且在各轴承部20a、20b、22a、22b的螺纹槽，轴承间隙，以及与此连通的润滑剂收容器室23和辐向通路25，小外径部分所形成的空间S₁中按后述充填方法充填了类似Ga合金的液体金属润滑剂L。该润滑剂L的充填量其体积约为内部空间容积的50%，该内部空间是从至真空容器内空间通路上最靠近的螺纹槽滑动轴承部的端部即图示下部的轴向轴承部22b开始包括内部的螺纹槽和轴承间隙，润滑剂收容器，辐向通路，以及小外径部分所形成的空间S₁。就是说，对于辐向通路25位于上下轴向轴承部的中间且上下各部分空间容积相等的这种实施例，充填润滑剂的量如图1所示润滑剂位于图示下方的场合下，相当于由下部轴向轴承部22b开始到辐向通路25位置的范围V的量。

当该液体金属润滑剂充填时，如图4所示，具有加热器31，在某一部分上连接有排气泵32的真空罩33的内部配置各轴承构件。旋转体12的开口部12c朝上载于兼作保持台用的超声波振动器34上。该真空罩33的内部设有将固定体15悬挂并保持在上方的固定体保持器35上，它使固定体15定位悬挂在旋转体的上方。固定体的上方外周由未图示的保持体保持住开口部闭塞体16，并且由紧固工具36将固定它用的数个螺栓16a定位并保持在规定位置。另外还设有内藏诸如Ga合金之类的液体金属润滑剂的润滑剂注入器37，由罩外未图示的控制装置使注入嘴的前端37a如图示那样插入到旋转体开口部12a的内侧，从而能够向旋转体内部注入规定量的润滑剂。另外虽未图示但还设置了检测轴承构件12、15…温度的温度检测器。

首先按照同一附图所示配置各部件和控制装置，由排气泵32使罩内形成例如10^-3Pa程度或以下的高真空。而且由加热器至少使各轴承构件上升到200℃以上温度，例如约450℃，维持一定时间。这样从各部件以及液体金属润滑剂放出内藏气体并由泵32排气。通过这种真空加热处理使各轴承构件得到净化。

接着将润滑剂注入嘴37a的前端按同图所示那样插入旋转体开口部内，将按上述计量的液体金属润滑剂注入到旋转体内部。该图中符号L表示已注入的金属润滑剂。通过超声波振动从该液体金属润滑剂L的内部和与此接触的旋转体内壁出来的气体被有效地释放到罩内空间并被排出。

接着由外面对控制装置进行驱动控制，将润滑剂注入器37移动到原来位置，并使固定体15缓慢地从上方降下，如图5所示插进旋转体12的内侧。这样位于旋转体底部的液体金属润滑剂L就渐渐地经两者的轴承间隙，螺纹槽，再经辐向通路流动到固定体中心的润滑剂收容室内，从图示下部的轴向轴承部21a往上漫到轴向中间位置的辐向通路25的范围V。该范围的轴承面被润滑剂浸润。另外在此状态下最好使固定体上下活塞式移动，或同时使之慢慢地旋转。这样润滑剂也就使图示上方的轴承面得到浸润，并基本上保持在轴承部上。这时万一从各部放出内藏气体而产生气泡时，气泡就向上方移动排出至轴承构件外，并由泵排气。通过对它置换而使润滑剂渗透到各个部分。超声波振动进一步增进这种气体排出以及气泡与润滑剂置换作用。在这种两者嵌合后的状态下，如图6所示使开口部闭塞体16跟旋转体开口部12c配合，用紧固工具36拧紧固定数个螺栓16a。接着在该状态之后继续在真空中加热，并且继续加有超声波振动就能进一步完全地从轴承构件以及润滑剂跑出气体。而且在规定时间真空加热处理之后在真空中慢慢地冷却至25℃左右的室温。此后用螺母14将阳极靶11固定于旋转轴13上。接着使阳极支持部17嵌在玻璃真空容器18端部的金属环上并进行密封熔焊。这种在X射线管球玻璃真空容器18的内部组装阳极构件并移送至X射线管球的排气工序。在该排气工序中一边使阳极靶以3000rpm的转速连续旋转一边靠电子冲击或高频感应加热至例如450℃，使各部件放出气体并排气，拆离后就制成X射线管。

这样组装成的轴承构造体中，液体金属润滑剂L充填到包括螺纹槽在内的轴承间隙以及润滑剂收容室中，同时轴承面由润滑剂润滑形成很好的表面状态。润滑剂的充填量约为液体金属润滑剂能够流动的内部空间容积的一半，因而如图7所示当使旋转轴呈水平状态并停止的场合润滑剂L由于重力而处于从图示下部轴承面到大致为中心轴上的润滑剂收容室的中心的范围V。另外由于还有残留在上方螺纹槽以及轴承间隙的润滑剂，因而润滑剂的留存范围V稍微减少，但说明上忽略它。即使万一从轴承部放出气体，其气泡也将按箭头所示通过润滑剂收容室23的上部空间和上部通路25，并且通过因润滑剂减少而作为通路的上部轴承间隙，螺纹槽从闭塞体16的缝隙Q排出至外部。因而几乎不会发生将润滑剂挤出至轴承外部的情况，而仅仅排出气体。同样如图8所示也当闭塞体16处于上方并倾斜而停止的状态时，润滑剂留存在大致浸没润滑剂收容室23以及辐向通路的一半的范围V中。因而放出的气体同样容易从轴承部排出，而几乎不会出现将润滑剂挤出轴承外的现象。这样万一轴承部发生气体放出，气泡就通过未被润滑剂密闭一方的螺纹槽和轴承间隙而确实方便地排出。从而获得防止润滑剂向外漏出而具有稳定的动压式滑动轴承动作的旋转阳极构件。关于该旋转阳极型X射线管的动作，是在真空容器18的外侧与旋转体对应的位置配置未图示的定子即电磁线圈而产生旋转磁场，使旋转阳级按箭头P所示高速旋转。成液状的金属润滑剂充满螺纹槽滑动轴承部而使稳定的动压式轴承动作成为可能。而且该液体金属润滑剂因随动作所产生的部分压力差而在中心的润滑剂收容室，辐向通路以及具有螺纹槽的轴承间隙中移动，并循环到达轴承部，而可提供稳定的动压轴承作用。从未图示的阳极放出的电子束射在阳极靶上产生X射线。靶上所产生的热其大部分通过辐射而散去，同时另一部分从旋转体12通过轴承部的液体金属润滑剂绘固定体15散到外部。

图9所示的实施例仅从中间辐向通路25的一侧形成中心轴上的润滑剂收容室23，润滑剂L充填到未达到辐向通路25的范围V。该润滑剂充填量为相当于内部空间容积的约50%体积，该内部空间即从最靠近真空容器内空间的轴向轴承部22b开始，液体金属润滑剂得以流动的空间。因此润滑剂收容器23以及辐向通路25还起到作为从轴承部放出气体的减压以及排出通路的作用，而获得润滑剂不漏出的轴承构造。

图10所示的实施例未在固定体上形成润滑剂收容室以及辐向通路。这时润滑剂充填量与相当于包括螺纹槽，轴承间隙，以及中间小外径部分的圆周状空间S₁的液体金属润滑剂得以流动的内部空部容积的约40%体积。

以上实施例是在圆筒形旋转体上固定阳极靶的，但不限于此，如图11所示旋转中心轴上配置有将阳极靶结合成一体旋转的圆柱状旋转体12的也能适用本发明。即在圆柱状旋转体12的图示上部固定着管状的旋转轴13，它上面固定着阳极靶11。而且包围旋转体12设有有底圆筒状的固定体15。在该固定体15的图示上端开口部15b上由多个螺栓16a紧固着开口部闭塞体16。在固定体15的外周同轴配置着起到电动机转子圆筒作用的强磁性体圆筒41以及嵌合在其外侧上的铜制最外侧圆筒42。另外强磁性体圆筒41的上端部41a以机械方式牢固地固定在旋转轴13上。开口部闭塞体16跟旋转体12的上端面相接，并在其接触面上形成了螺纹槽21。在靠近该开口部闭塞体16旋转轴的内壁壁下半部以这旋转体12的旋转轴周围加工成圆周状的空腔26。该空腔26是与轴向轴承部22b的轴承间隙G的内端相连通。而且在从该空腔26经固定体外周壁与强磁性体圆筒内周壁之间的缝隙通至真空容器内空间的途中设有防止润滑剂漏出的微小缝隙Q以及半径方向的往内翻的折边43。另外该折边43的内面也可以形成液体金属润滑剂附着反应的被膜。因此即使万一润滑剂的一部分漏出至这附近也就附着在折边43的内面，不会漏到外部。而且液体金属润滑剂L的体积约相当于从最靠近真空容器内空间的轴向轴承部22b开始液体金属润滑剂得以流动的内部空间容积的50%。因此润滑剂收容室23以及辐向通路28起到作为从轴承部放出气体的减压以及排出通路的作用，而获得没有润滑剂漏出的构造。

图12所示的实施例在靠近固定体15的阳极靶11的位置上构成大外径的部分15c，其两端面上形成具有圆圆状鲱骨图案的螺纹槽21a、21b的轴向轴承部22a、22b。径向轴承部20a、20b是由延长到大外径部分15c图示下方的固定体15上的螺纹槽19a、19b构成的。由固定体15形成上润滑剂收容室23的开口23a是在由固定体端面与旋转体底面所形成的缝隙S₂处开口的。一辐向通路25在大外径部分15c的外周缝隙S₃处开口，通过该面与旋转体内周面之间的缝隙S₃与轴向轴承的轴承间隙G以及螺纹槽相连通。这些润滑剂收容量23以及通路25开口处的缝隙S₂、S₃在旋转动作中处于润滑剂产生的动压力相对低的区域。而且还有一径向通路25朝向由2组径向轴承间的小外径部分24所形成的缝隙S₁开口。所充填的润滑剂L体积相当于从最靠近真空容器内空间的螺纹槽滑动轴承部20b的外方端部开始，包括轴承构件内部的螺纹槽，轴承间隙，各空间，润滑剂收容室以及各通路在内的液体金属润滑剂得以流动的空间容积的约30%。

另外润滑剂充填量为包括轴承构件内部的螺纹槽，轴承间隙，各空间，润滑剂收容室以及各通路在内的液体金属润滑剂得以流动的空间容积的20%以上50%以下范围的体积是合适的。润滑剂充填量不满液体金属润滑剂得以流动的空间容积的20%时，难以提供轴承面所必需足够量的润滑剂，而无法维持稳定的轴承动作。相反润滑剂充填量超过液体金属润滑剂得以流动的空间容积的50%时，就会使放出气体在排出时将润滑剂挤出来的可能增加，而有可能使液体金属在真空容器内空间飞散。

另外在各轴承构件至少具有螺纹槽的滑动轴承面上也可预先薄薄的地形成轴承母材与润滑剂的反应层。或者也可以在如前述图4至图6所示的润滑剂充填工序中的真空加热处理时使轴承面上薄薄形成轴承母材与润滑剂的反应层。这种场合仅在形成反应层所消耗的润滑剂充填量格外多，故希望预先注入。

另外，金属润滑剂可使用诸如Ga，Ga-In合金，或Ga-In-Sn合金之类以Ga为主体的物质，但不限于这，例如可使用含铋（Bi）相对多的Bi-In-Pb-Sn合金，或者含In相对多的In-Bi合金或In-Bi-Sn合金。由于这些熔点在室温以上，因而希望使阳极靶旋转前使金属润滑剂预热到其熔点以上温度再使之旋转。

综上所述，按照本发明即使从轴承构件和液体金属润滑剂放出气体，也能确实容易地从轴承部排出气体，可防止润滑剂漏出而能维持稳定的轴承动作。

Claims (1)

1、一种旋转阳极型X射线管包括：配置在真空容器内侧的阳极靶；固定该阳极靶的旋转体；保持该旋转体可旋转的固定体；设置在所述旋转体以及固定体相互靠近部分的某一部分上的螺纹槽滑动轴承部；充填在包括该滑动轴承部的前述螺纹槽在内的轴承间隙的液体金属润滑剂，其特征在于前述液体金属润滑剂的充填量为从最靠近真空器内空间的螺纹槽滑动轴承部的端部开始包括内部螺纹槽在内前述液体金属润滑剂得以流动的空间容积的20%以上50%以下范围的体积。

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