CN1130303A - 旋转阳极式x射线管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的旨在提供可以将轴承结构部件及液体金属润滑剂的内藏气体完全排出、从而可以保持稳定的轴承动作的旋转阳极式X射线管及其制造方法。本发明的旋转阳极式X射线管从在固定体15的中心部区域形成的润滑剂收容室26设置在防止润滑剂漏出用的微小间隙G的外侧区域开口的细通气孔28。其制造方法的特征在于在将润滑剂收容室26和滑动轴承部封入到真空容器19内，然后对真空容器内进行排气。

Description

旋转阳极式X射线管及其制造方法

本发明涉及旋转阳极式X射线管及其制造方法。

众所周知，旋转阳极式X射线管是利用具有轴承部的旋转体和固定体支持圆盘状的阳极靶、通过给配置在真空容器外的定片的电磁线圈通电而高速旋转使从阴极发射出来的电子束射到阳极靶面上，辐射出X射线。轴承部由球轴承那样的滚动轴承或在轴承面上形成螺旋沟并将镓(Ga)、或镓-铟-锡(Ga-In-Sn)合金那样的液体金属润滑剂充满轴承间隙的动压式滑动轴承构成。使用后者的滑动轴承的例子，已在例如特公昭60—21463号、特开昭60—97536号、特开昭60—117531号、特开昭62—287555号、USP 5，068，885号、USP 5，077，776号、特开平2—227948号、或特开平2—244545号各公报等中公开了。

在上述各公报中公开的旋转阳极式X射线管中，具有螺旋沟的动压式滑动轴承部的相嵌合的轴承面构成为保持着比方说约20微米的微小轴承间隙，液体金属润滑剂填充在螺旋沟和轴承间隙内。如果该润滑剂不能充满到整个轴承间隙内，当然就不能获得足够的滑动轴承的动压，从而不能维持稳定的动压式滑动轴承的动作。并且，在极端的情况下，有时轴承面之间将会发生相互卡住、成为不能转动状态或者造成损伤。为了防止发生这种现象，并且即使长时间的工作也可以通过循环等向轴承部供给足够量的液体金属润滑剂，可以设置与轴承部连通的润滑剂收容室。

在组装X射线管时，必须使轴承结构部件及润滑剂内的气体全部释放出来。如果气体释放得不充分，有时一部分液体金属润滑剂就会和气泡一起从滑动轴承部吹出到外部，飞散到真空容器内空间中。如果发生这种现象，就不能获得滑动轴承的长时间的稳定的动压轴承作用，并且，由于飞散到X射线管的真空容器内空间的液体金属润滑剂的影响，将会造成严重影响耐压性能的致命的损坏。

本发明的目的旨在提供一种旋转阳极式X射线管及其制造方法，可以解决上述问题，在组装X射线管时特别是在排气工序可以将轴承结构部件及液体金属润滑剂内的气体全部排出，并且在支承X射线管后液体金属润滑剂也不会漏出，从而可以维持稳定的支承动作。

本发明的旋转阳极式X射线管从在大致呈圆柱状的固定体的中心部区域形成的润滑剂收容室设置向在固定体与包围该固定体的旋转体的开放一侧端部之间构成的动压式滑动轴承部的防止润滑剂漏出用的微小间隙的外侧区域开口的细通气孔。

另外，本发明的旋转阳极式X射线管的制造方法的特征在于：向润滑剂收容室和滑动轴承部供给液体金属润滑剂后，在将这些组装件封入真空容器内、然后将该真空容器内进行排气的工序中，具有使通气孔的开口位于上方进行排气的工序。

按照本发明，在排气工序可以可靠地将从轴承结构部件及液体金属润滑剂中释放出来的气体通过从润滑剂收容室与真空容器的内部空间连通的通气孔排出。并且，在该排气工序和支承X射线管之后都可以防止液体金属润滑剂向真空容器内空间漏出，因此，可以获得维持稳定的支承动作的旋转阳极式X射线管。

图1是本发明实施例的主要部分的纵剖面图。

图2是图1的一部分的放大图。

图3是图1的主要部分的斜视图。

图4是图1的实施例在排气工序的状态的侧面图。

图5是在相同的排气工序的状态的正面图。

11…阳极靶

12…旋转体

15…固定体

16…推力轴承

19…真空容器

22～25…滑动轴承部

26…润滑剂收容室

28…通气孔

29…杆

G…防止润滑剂漏出用的微小间隙

L…液体金属润滑剂

下面，参照附图说明其实施例。相同的部分用同一符号表示。由重金属构成的圆盘状阳极靶11利用螺母14与设在大致呈有底圆筒状的旋转体12的一端的突出的旋转轴13固定为一体。旋转体12是由铁合金构成的内圆筒12a和由铜构成的外圆筒12b双层嵌合固定而成的。由铁合金构成的大致呈圆柱状的固定体15插入到该旋转体12的内侧。在固定体15的图示下端部即与旋转体的圆筒状端部12c对应的部分构成外径缩小的固定体小直径部分15a。并且，在旋转体的圆筒状端部12c，利用多个螺钉将靠近并包围固定体小直径部分15a的实际上将该端部12c闭塞的推力轴承16与其固定为一体。

在旋转体12与固定体15的嵌合部分，构成上述各公报所述的动压式的螺旋沟滑动轴承部。即，在固定体15的外周壁上，沿轴向相隔指定间隔构成具有鱼骨形的螺旋沟的2组径向滑动轴承部22、23。另外，在推力轴承16的上面，同样构成具有环状的鱼骨形螺旋沟的另一个推力滑动轴承部25。旋转体和固定体的两个轴承面在动作时大致保持20～30μm的轴承间隙。

在推力轴承16上一体地设置包围固定体小直径部分15a并保持着防止液体金属润滑剂漏出用的微小间隙G的圆筒部16a。另外，第1润滑剂捕集环17保持着相同的防止液体金属润滑剂漏出用的微小间隙G固定在该推力轴承16的下方，在其内侧构成第润滑剂捕集空腔Sa。推力轴承16和第1润滑剂捕集环17如述那样与旋转体12固定为一体，构成该旋转体的开放一侧的端部，并且，在本实施例中，在2个地方包围固定体的小直径部分15a保持着防止液体金属润滑剂向外部漏出用的微小间隙G。防止润滑剂漏出用的微小间隙G大于滑动轴承部的轴承间隙(20～30μm)，小于200μm，最好沿半径方向的尺寸小于100μm。如果间隙G大于该尺寸，万一液体金属润滑剂从滑动轴承部流出时，就不能获得足够的防止从该部分向真空容器内空间漏出的效果。

密封用辅助环18焊接在固定体小直径部分15a上，保持密封性，真空容器19的密封用金属环20焊接到该辅助环18上，保持密封性。用于防止液体金属润滑剂向外部漏出的第2润滑剂捕集环21固定在辅助环18上，在其内侧构成第2润滑剂捕集空腔Sb。这样，万一液体金属润滑剂通过微小间隙G漏出时，润滑剂就会被这些捕集环所捕集，从而不会向真空容器的内部空间漏出及飞散。另外，真空容器19包括包围阳极靶11的大直径的金属容器部19a、包围旋转体和固定体的小直径的玻璃容器部19b、密封性地焊接在指定位置的用铍制作的X射线辐射窗19d和阴极一侧的玻璃容器部19c。

在固定体15上，设有由沿轴向将其中心部穿透的孔构成的润滑剂收容室26。该润滑剂收容室26的图示上端开口26a位于图示上部的推力滑动轴承部24的内侧中心部，与该推力轴承部连通。另外，在该固定体15上还削去其中间部外周壁形成中间小直径部分15b，从润滑剂收容室26相隔90度对称地形成与该小径部15b连通的4个辐射方向通路27。这样，润滑剂收容室26便通过辐射方向通路27与小直径部分15b的圆周状空间Sc连通，并进而通过该处与位于图示上下部的2组径向轴承部22、23连通。辐射方向通路27和中间小直径部分15b兼有润滑剂收容室的功能。

因此，从润滑剂收容室26的图示下端部26b向在固定体小直径部分15a和推力轴承圆筒部16a以及第1润滑剂捕集环17的嵌合部构成的防止润滑剂漏出用的微小间隙G的外侧区域沿倾斜方向设置直径约为1.5mm的细通气孔28，该通气孔28向着与真空容器内空间连通的第2润滑剂捕集空腔Sb开口。并且，图3所示的杆29插入到该通气孔28的内部。该杆29由钼及铜或铁合金那样的容易被液体金属润滑剂润湿的材料形成，其外径尺寸基本上与通气孔28紧密地嵌合。另外，切去其外周壁面的一部分，形成切口部29a，并在其一端形成狭缝29b。另外，杆29也可以将任意的材料作为芯子而在其表面附着上容易被液体金属润滑剂润湿的涂层。

将杆29向通气孔28内插入的组装顺序是在将具有第2润滑剂捕集环21的辅助环18焊接到固定体小直径部分15a上之前，将杆29从通气孔28的开口28a插入。这时，杆29的狭缝29b预先略微扩大，使该杆的端部的外径大于通气孔的内径，从而可以在将该杆29完全插入到通气孔28内的状态下将其紧密地固定。并且，将辅助环18与固定体小直径部分15a的外周嵌合，然后，将焊接部B焊接，保持密封性。通气孔的开口28a与辅助环18嵌合，但是不被该辅助环18完全封闭，保留很小的通气用的间隙。这样，在通气孔28的内壁面与杆的切口部29a的壁面之间便形成指定的狭小通路。另外，如果能将通气孔28的内径加工成非常小的尺寸，就不必插入杆。

向润滑剂收容室26及辐射方向通路27、中间小直径部分15b的空间Sc、各轴承部的螺旋沟和轴承间隙供给Ga合金那样的液体金属润滑剂L。该润滑剂L的填充量与包括各轴承部的螺旋轴承间隙、润滑剂收容室、辐射方向通路和小直径部分的空间Sc在内的内部空间容积的大约50％的体积相当。这样，如图1所示的那样使阳极靶11朝向上方静止放置时，润滑剂L就会如符号H所示的那样充满到润滑剂收容室26和辐射方向通路27的半路，足够供给螺旋沟和轴承间隙的需要。希望该润滑剂L的填充量少于上述内部空间容积的大约80％的体积。

将这样组装成的旋转阳极部件及阴极部件30装入到真空容器19内部的指定位置，将密封用辅助环18和真空容器的密封用金属环20密封性地焊接。然后，送到X射线管的排气工序。在该排气工序，首先如图4所示的那样使固定体小直径部分15a位于上方，然后，将连接在真空容器的金属容器部19a的阴极一侧的指定位置的金属排气管31与图中未示出的真空泵连接，进行排气。在该工序中，在室温状态下并且使阳极靶不旋转的条件下对X射线管进行排气。在该状态下，由于阳极靶的自身重量，在上方的轴承部25处几乎不存在轴承间隙，旋转体和固定体在该合成面上紧密接触。但是，润滑剂的吃水线H处于未将辐射方向通路27堵塞的状态。因此，润滑剂不会将辐射方向通路27、位于润滑剂收容室26的上方的部分以及从该处延伸过来的通气孔28堵塞，从而可以使在内部发生的气体有效地通过并排出。所以，从轴承部及润滑剂收容室等处发生的气泡不会引起润滑剂漏出，可以通过通气孔28有效地排气。

如上所述，在该工序中使阳极靶不旋转的理由在于使上方的推力轴承部的轴承面紧密接触，所以，如果使阳极靶进行旋转，轴承面将发生大的摩擦或碰撞，从而不能平滑的转动，有时可能发生破损。

然后，在该排气工序中，如图5所示的那样，在通气孔28的开口相对于润滑剂收容室26位于上方的状态下，使X射线管的旋转轴横倒为水平或倾斜状，在相同的室温状态下并且使阳极靶不旋转的条件下进行排气。在该工序中，润滑剂的吃水线H基本上达到旋转中心轴的附近，处于未完全将润滑剂收容室26堵塞的状态，所以，仍然可以保持润滑剂不漏出地将在图4的状态下未能充分排出的气体进行排气。并且，通过将X射线管横倒，还可以使内部的润滑剂进一步向其他螺旋沟及轴承间隙内填充。

当阳极靶的重量比较轻时，在常温下的这种横倒排气工序中，也可以使交流电流通过配置在旋转体12所在的真空容器的外周的定片线圈32、利用旋转磁场使旋转体12缓慢地旋转而进行排气。这样，润滑剂L便可填充到所有的轴承部，使轴承面湿润。只要缓慢地提高转数，就不会引起轴承面碰撞，从而可以获得稳定的润滑性能。可以例如使阳极靶以大约3000rpm连续地旋转着进行排气。

然而，使阳极旋转靶旋转时，必须防止定片线圈过热，所以，难于利用外部加热使X射线管的各部分上升到例如大于300℃的温度放出气体来进行排气。因此，希望不设置定片线圈而利用例如外部加热使各部分上升到例如400℃以上的温度继续进行排气。这样，便可排除轴承部及其他各部分发生的气体。

另一方面，在该横倒排气工序中，也可以不采用外部加热源进行高温加热而使阳极靶旋转、并使从阴极部件发射出的电子束撞击阳极靶从而使阳极部件的各部分保持为高温进行排气。

但是，在阳极靶的重量相当重的X射线管中，即使在该横倒的排气工序中也难于使阳极靶进行旋转。其理由在于在利用阳极靶自身的重量紧密接触的轴承面特别是有径向轴承面的区域存在不通过润滑剂而强烈地紧密接触的区域，如果在这种状态下勉强使阳极靶旋转，该部分将发生强烈的摩擦或碰撞，有时会造成损伤。在这样的X射线管中，在进行室温状态下的横倒排气之后，再次如图4所示的那样直立起来继续在室温状态下进行排气、并向所配置的定片线圈通电使阳极靶缓慢地旋转。在上述横倒排气的工序向位于上方的推力轴承部和轴承间隙供给某种程度的润滑剂，所以，可以平滑地开始旋转。通过在直立状态下旋转着进行排气，润滑剂可以填充到各部分，并且可以保持润滑剂不漏出而将所发生的气体进行排气。

另外，在该直立状态下的排气工序中，也可以利用外部加热使各部分上升到例如400℃以上的温度进行排气。这时，不配置定片线圈。在该过程中，还可以通过通气孔28有效地将轴承部及润滑剂收容室等发生的气泡进行排气。通过这样进行排气，特别是润滑剂收容室发生的或者到达该处的气泡就不会通过推力轴承圆筒部16a与固定体小直径部分15a之间的狭小的间隙G，而经过通气孔28直接导入真空容器内空间由真空泵进行排气。因此，可以保持位于轴承部的润滑剂不漏出而只有效地将气体排出。

另外，在该直立状态下，也可以使阳极靶旋转着同时又使从阴极部件发射出来的电子束撞击阳极靶、使阳极部件的各部分保持为高温而进行排气。

另外，如图5所示的那样，在横倒状态下利用非旋转的外部加热或电子向旋转的阳极靶撞击使各部分保持为高温而进行排气，对于更完全地排出气体是有效的。

根据需要，可以将上述各工序适当地组合进行排气。这样，便可促进对X射线管的真空容器及内部的结构部件放出的气体进行排气以及向需要的部分供给润滑剂。特别是在使电子束撞击阳极靶进行排气的工序中，为了保护用铍制造的X射线发射窗及其密封焊接部，希望将X射线发射窗部分局部冷却而进行排气。

在该排气工序的最后阶段，封断排气管31，进行适当的老化，便完成X射线管。只要在排气工序充分排出了轴承结构部件和润滑剂中的内藏气体，在完成的X射线管工作时就不会放出气体，因此，可以防止发生润滑剂被气体挤压而漏出的现象。这样，便可获得可靠性高的X射线管。

另外，在排气工序以及其后在任意方向的设置状态下进行老化工序等过程中，从润滑剂收容室到达通气孔的润滑剂将会附着到通气孔的内壁上或者有杆时附着到该杆的表面逐渐地进行反应，从而由于反应物的堆积而将通气孔封闭。这样，还可以期望在X射线管工作的过程中可以可靠地防止液体金属润滑剂经过通气孔直接从润滑剂收容室漏出。

在固定体与旋转体的开放一侧的端部之间构成的防止润滑剂漏出用的微小间隙G也可以是沿轴向在1个或2个位置以上的地方设置的结构。这时，在通气孔的开口28a与最靠近该开口的动压式滑动轴承部25之间至少必须存在1个防止润滑剂漏出的微小间隙G。这样，便可更可靠地抑制润滑剂从滑动轴承部漏出。

金属润滑剂可以使用Ga、Ga-In合金、或者Ga-In-Sn合金那样的以Ga为主体的润滑剂，但是，并不限定该润滑剂，例如也可以使用相对含铋(Bi)多的Bi-In-Pb-Sn合金、或者相对含In多的In-Bi合金或In-Bi-Sn合金。由于这些合金的熔点都在室温以上，所以，在使阳极靶旋转之前，希望将金属润滑剂预热到该熔点以上的温度后再使其旋转。

如上所述，按照本发明，在排气工序可以保持润滑剂不漏出地将从轴承结构部件及液体金属润滑剂中释放出的气体从润滑剂收容室通过与真空容器的内部空间连通的通气孔排出。因此，可以保持稳定的轴承动作，同时，可以获得几乎不会发生管内放电等所不希望的现象的旋转阳极式X射线管。

Claims (7)

1.一种旋转阳极式X射线管，包括真空容器、机械地支持该真空容器的一部分并且向上述真空容器内突出而设置的大致呈圆柱状的固定体、与该固定体的外周保持着微小的轴承间隙而嵌合并且阳极靶固定在一个端部的大致呈圆筒状的旋转体、设置在固定体和旋转体的嵌合部的具有螺旋沟的动压式滑动轴承部、在上述固定体的中心部区域沿旋转轴方向形成的并且与上述滑动轴承部连通的润滑剂收容室和向该润滑剂收容室及滑动轴承部供给的液体金属润滑剂；其特征在于：在上述固定体上，设有从上述润滑剂收容室向在上述固定体与包围该固定体的旋转体的开放一侧端部之间构成的防止润滑剂从上述轴承部漏出用的微小间隙的外侧区域开口的细通气孔。

2.如权利要求1所述的旋转阳极式X射线管，其特征在于：用于固定狭小通路的具有被液体金属润滑剂润湿的表面状态的杆插入到通气孔的内部。

3.如权利要求1所述的旋转阳极式X射线管，其特征在于：液体金属润滑剂的供给量是从最靠近真空容器的空间的滑动轴承到内部的空间及润滑剂收容室的容积的80％以下的体积。

4.一种旋转阳极式X射线管的制造方法，包括：构成大致呈圆柱状的固定体、与该固定体的外周保持着微小的轴承间隙而嵌合并且阳极靶固定在一个端部的大致呈圆筒状的旋转体、设置在固定体和旋转体的嵌合部的具有螺旋沟的动压式滑动轴承部、在上述固定体的中心部区域沿旋转轴方向形成的并且与上述滑动轴承部连通的润滑剂收容室和向该润滑剂收容室、从上述润滑剂收容室向在上述固定体与包围该固定体的旋转体的开放一侧端部之间构成的防止润滑剂从上述轴承部漏出用的微小间隙的外侧区域开口的细通气孔，向上述润滑剂收容室和滑动轴承部供给液体金属润滑剂，然后，将这些组装部件封入到真空容器内，并对上述真空容器内进行排气；其特征在于：上述排气工序具有使上述通气孔的开口位于上方而进行排气的工序。

5.如权利要求4所述的旋转阳极式X射线管的制造方法，其特征在于：在上述排气工序中，使上述通气孔的开口位于上方而进行排气，其后，再使上述旋转阳极的中心轴处于水平或倾斜位置时进行排气。

6.如权利要求5所述的旋转阳极式X射线管的制造方法，其特征在于：利用外部加热或者使电子束撞击阳极靶使轴承结构部件的温度升高而进行排气。

7.如权利要求5或6所述的旋转阳极式X射线管的制造方法，其特征在于：使阳极靶旋转着进行排气。

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