JP2930255B2 - 回転陽極型x線管 - Google Patents

回転陽極型x線管

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Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転陽極型X線管に
係わり、とくに軸受構体の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】回転陽極型X線管は、周知のように、一
部に軸受部を有する回転体および固定体で円板状陽極タ
ーゲットを支え、真空容器外に配置した電磁コイルを付
勢し高速回転させながら陰極から電子ビームを放出して
陽極ターゲットに当て、X線を放射する。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Ga、
インジウム(In)、錫(Sn)の合金のような液体金
属を潤滑剤として用いた動圧式すべり軸受で構成され
る。後者のすべり軸受を用いた例は、たとえば特公昭60
-21463号、特開昭60-97536号、特開昭 60-113817号、特
開昭 60-117531号、特開昭 61-2914号、あるいは特開昭
62-287555号の各公報等に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記各公報に開示され
ている回転陽極型X線管では、そのすべり軸受の軸受面
として、モリブデン(Mo)又はMo合金、あるいはタ
ングステン(W)又はW合金が使用されている。しかし
ながら、軸受面を例えばMoで構成し、相互間にGa又
はGa合金の液体金属潤滑剤を介在させると、とくに高
温での熱処理、あるいはX線管の動作で到達する高温
で、これら軸受面とGa又はGa合金との相互浸透が生
じて軸受面に荒れや寸法変化が発生しやすい。それによ
ってまた、軸受面の間隔が変化し、安定な軸受動作が維
持できなくなるおそれがある。また、これら金属で軸受
面を構成すると、材料が高価であるとともに複雑な形状
への加工が困難であり、全体としてすこぶる高価なX線
管になってしまう。
【0004】この発明は、以上のような不都合を解消
し、軸受面の高温強度を十分維持でき、且つ液体金属潤
滑剤との濡れ性がすぐれるとともにこの潤滑剤による浸
蝕を抑制して、安定な軸受動作を維持することができる
比較的安価な回転陽極型X線管を提供することを目的と
する。 [発明の構成]
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、陽極ターゲ
ットを回転自在に支えるすべり軸受部の少なくとも一方
の軸受面が、セラミックスである金属窒化物、例えばバ
ナジウム窒化物、ハフニウム窒化物、チタン窒化物、タ
ングステン窒化物、モリブデン窒化物、ジルコニウム窒
化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、クロム窒化物、
鉄窒化物の中から選ばれた少なくとも1種のセラミック
スで構成されてなる回転陽極型X線管である。
【0006】
【作用】この発明によれば、すべり軸受部の軸受面が導
電性及び熱伝導性にすぐれたセラミックスである金属窒
化物で構成されているので、高温での機械的強度が高
く、且つ液体金属潤滑剤の濡れ性にすぐれているととも
にこの潤滑剤で浸蝕されることが殆どなく、高温で長時
間の安定な軸受動作を維持することができる。
【0007】
【実施例】以下その実施例を図面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。
【0008】図1および図2に示す実施例は、重金属か
らなる円盤状陽極ターゲット11が円筒状回転体12の一端
に突設された回転軸13に固定ねじ14により一体的に固定
されている。円筒状回転体12の内側には、固定体15が嵌
合されており、その下端部にはリング状の開口閉塞体16
が固定されている。固定体15の下端部17は、ガラス製の
真空容器18に気密接合されている。また、この固定体15
は、中心部分がくりぬかれた冷却媒体通路19を有し、こ
れにパイプ20が挿入されていて、矢印Cで示すように冷
却媒体を循環できるようになっている。円筒状回転体12
と固定体15との嵌合部分は、前述の各公報に示されるよ
うな動圧式すべり軸受部21を構成している。そのため、
固定体側のすべり軸受面22となる固定体15の外周壁及び
両端壁には、前述の各公報に記載されているようなヘリ
ンボン・パターンのらせん溝23、24が形成されている。
これと対面する回転体側のすべり軸受面25は、単なる平
滑な面でもよく、あるいは必要に応じてらせん溝を形成
したものでもよい。そこで、回転体12及び開口閉塞体1
6、並びに固定体15は、母材が例えば鉄
【0009】(Fe)、鉄−ニッケル合金、鉄−クロム
合金、あるいは鉄−ニッケル−クロム合金のような、鉄
を主体とする金属で構成され、軸受面となるそれぞれの
表面部に金属窒化物セラミックスからなる薄膜26、27が
付着されたものである。この金属窒化物セラミックスの
薄膜26、27を形成するには、とくに限定されないが、例
えば上記の材料からなる回転体及び固定体の軸受面とな
る部分以外を適当にマスクし、CVD(化学蒸着法)に
より、チタン窒化物の薄膜を各々の軸受面に2〜20μ
mの範囲の厚さに付着し、所要の熱処理をして形成でき
る。この金属窒化物セラミックスの薄膜は、付着強度が
高く、高温強度及び耐磨耗性にすぐれており、また液体
金属潤滑剤の濡れ性にもすぐれていて、且つこの潤滑剤
で浸蝕され難い。なお、固定体15には、らせん溝23、24
を予め形成してあり、金属窒化物薄膜は、溝の内面にも
ほぼ均等な厚さで付着している。
【0010】回転体及び固定体の両軸受面22、25は、お
よそ20μmの間隙gをもって対面するようになってお
り、この間隙gおよびらせん溝内に動作中に液状である
液体金属潤滑剤(図示せず)を充填し介在させる。そし
て、真空容器18の外側の回転体12に対応する位置に、図
示しない電磁コイルを有するステータを配置して回転磁
界を生じさせ、回転陽極を矢印Pの如く高速回転させ
る。図示しない陰極から放出された電子ビームが陽極タ
ーゲット11に射突してX線が発生させられるとともに、
このターゲットに生じた熱はその多くがターゲットから
輻射により放散されるとともに、一部は回転体12から軸
受部21の液体金属潤滑剤を通り固定体15を経て直接又は
冷却媒体を介して外部に放散させられる。軸受面を構成
しているチタン窒化物セラミックスの薄膜26、27は、高
温での機械的強度が高く、且つGa又はGa合金のよう
な液体金属潤滑剤で浸蝕されることがない。さらにま
た、軸受けの母材である前記の鉄、又は鉄合金は、比較
的安価であり、加工もMoやWに比べて格段に容易であ
る。これはまた、強磁性体であるため、回転磁界との磁
気的結合の効率が高く望ましい。さらにまた、この軸受
面は高温強度が高く、高温で潤滑剤に犯され難いので、
軸受面の動作温度を例えば500℃程度まで高めること
が可能であ。したがって陽極ターゲットの動作温度を高
くすることができ、陽極ターゲットの冷却率を高めるこ
とができる。それにより、陽極ターゲットへの入力電力
の平均値を相対的に大きくすることができる。こうし
て、容易に安定な軸受動作性能を有し且つ高冷却率を有
する回転陽極型X線管が得られる。
【0011】図3に示す実施例は、中心部に陽極ターゲ
ット11と一体化されて回転する円柱状回転体12を配置し
たものである。そして、この回転体12を包囲して略円筒
状の固定体15が設けられている。この固定体15には、図
示上端部に回転軸13が貫通する透孔が設けられ、図示下
端開口部に円板状の開口閉塞体16、および陽極支持体17
が複数個の金属製ねじ16a により固定されている。開口
閉塞体16は、回転体12の下端面に接しており、その面に
らせん溝21が形成されている。さらに、この固定体15の
外周には、モータのロータとして機能する強磁性体円筒
12a およびその外側に嵌合された銅製の最外側円筒12b
からなる回転シリンダ12c が配置され、その上端部12d
が回転軸13に機械的に強固に固着されている。
【0012】そこで、円柱状回転体12、及び円筒状の固
定体15は、前述の実施例の場合と同様の鉄材からなる。
そして、両者が嵌合してすべり軸受部21を構成する表面
には、金属窒化物の薄膜26,27 が付着されている。一
方、円板状の開口閉塞体16は、それ自身の全体が金属窒
化物セラミックスで形成されており、その上面すなわち
円柱状回転体12に接する軸受面には、前述のようにヘリ
ンボン・パターンのらせん溝21が予め形成されている。
【0013】なお、回転体、固定体の全体を金属窒化物
セラミックスで構成してもよいし、あるいは回転体、固
定体の一方の全体を金属窒化物のセラミックスで構成
し、他方を金属を母材としその少なくとも軸受面に金属
窒化物の薄膜を付着したもので構成してもよい。
【0014】また、セラミックスである金属窒化物は、
上述のチタン窒化物がとくに好適であるが、それに限ら
れず、例えばバナジウム窒化物、ハフニウム窒化物、タ
ングステン窒化物、モリブデン窒化物、ジルコニウム窒
化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、クロム窒化物、
鉄窒化物の中から選ばれた少なくとも1種の金属窒化物
を使用し得る。なお、これらセラミックス素材は、金属
窒化物が主体をなしているものであり、それにわずかの
他の物質が含まれたものであってもよいことは当然であ
る。そしてこれらは、高温での機械的、物理的安定性に
すぐれるとともに、比抵抗が比較的小さく且つ熱伝導度
が比較的大きいので、X線管の陽極構体として好適であ
る。また、これらは、母材の軸受面となる表面に前述の
ようなCVD(化学蒸着)法による他、PACVD(プ
ラズマ活性化化学蒸着)法、
【0015】MOCVD(有機金属化学蒸着)法、ある
いはPVD(物理蒸着)法により所定厚さに付着させ必
要な熱処理を施して形成する方法や、溶融塩浴浸漬法、
あるいは窒素ガス雰囲気中での熱窒化法等で付着させる
ことができる。
【0016】なおまた、液体金属潤滑剤は、Ga、Ga
−In、又はGa−In−SnのようなGaを主体とす
るものに限らず、例えばビスマス(Bi)を相対的に多
く含むBi−In−Pb−Sn合金、あるいはInを相
対的に多く含むIn−Bi合金、またはIn−Bi−S
n合金等を使用し得る。これらは融点が室温以上である
ので、陽極ターゲットを回転させる前に潤滑剤をこの温
度以上に予熱して液状にしたうえで回転させるように構
成することが望ましい。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
すべり軸受部の軸受面が金属窒化物セラミックスで構成
されているので、高温での機械的強度が高く、且つ液体
金属潤滑剤の濡れ性にすぐれているとともにこの潤滑剤
で浸蝕されることがほとんどなく、高温で長時間の安定
な軸受動作性能をもち且つ高冷却率を有する安価な回転
陽極型X線管を得ることができる。
【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の一部拡大図、
【図3】この発明の他の実施例を示す要部縦断面図。
【符号の説明】
11…陽極ターゲット、 12…回転体、 15…固定体、 18…真空容器、21 …すべり軸受部、 22、25…軸受面、 g…間隙、 26、27…金属窒化物の薄膜、 23、24…らせん溝。
フロントページの続き (72)発明者 北見 隆幸 栃木県大田原市下石上1385番の1 株式 会社東芝 那須電子管工場内 (56)参考文献 特開 昭55−151756(JP,A) 特開 平2−111916(JP,A) 特開 昭64−12123(JP,A) 実開 平4−99348(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 35/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極ターゲットが固定された回転体と、
    この回転体を回転可能に保持する固定体と、前記回転体
    および固定体の一部に設けられるとともに軸受面の相互
    間に少なくとも動作中は液状である金属潤滑剤が介在さ
    れてなるすべり軸受部とを具備する回転陽極型X線管に
    おいて、 上記すべり軸受部の少なくとも一方の軸受面が、金属窒
    化物で構成されてなることを特徴とする回転陽極型X線
    管。
  2. 【請求項2】 少なくとも一方の軸受面は、バナジウム
    窒化物、ハフニウム窒化物、チタン窒化物、タングステ
    ン窒化物、モリブデン窒化物、ジルコニウム窒化物、タ
    ンタル窒化物、ニオブ窒化物、クロム窒化物、鉄窒化物
    の中から選ばれた少なくとも1種の金属窒化物で構成さ
    れてなる請求項1又は2記載の回転陽極型X線管。
  3. 【請求項3】 少なくとも一方の軸受面は、液体金属潤
    滑剤を受入れるらせん溝を有してなる請求項1、又は2
    に記載の回転陽極型X線管。
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