JPH07130311A - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、軸受部分の温度上昇を抑えて長
期に亘り安定した回転特性を維持できるＸ線管を提供す
ることを目的とする。 【構成】 この発明は、液体金属で潤滑される動圧すべ
り軸受３０，３１を介して陽極ターゲット１１が固定さ
れた回転体１２を回転可能に保持する固定体１５が、軸
受面となる表面部２８，２９の内側芯部２７が高熱伝導
材からなり、且つ高熱伝導材が真空容器外に延長された
管外延長部２７ａを有する回転陽極型Ｘ線管である。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、とくにその陽極ターゲットを支える回転機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】回転陽極型Ｘ線管は、周知のように、円
板状の陽極ターゲットを、相互間に軸受を有する回転体
および固定体で支え、真空容器外に配置したステータ電
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てＸ線を放出する。
軸受は、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）、
又はガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合
金のような液体金属を潤滑剤として用いた動圧すべり軸
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６０−９７５３
６号、特開昭６０−１１７５３１号、特開昭６１−２９
１４号、あるいは特開昭６０−２８７５５５号の各公報
に開示されている。

【０００３】ところで、陽極ターゲットを支える回転体
は通常、電気伝導度の高い銅からなる外側円筒のロータ
ーをろう接により一体的に接合したターゲット支持部を
備えた構成になっている。このローターに、管外のステ
ータ電磁コイルから回転磁界を作用させ、誘導電動機の
原理で高速回転させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
によると、次のような不都合がある。すなわち、液体金
属を潤滑剤として使用した場合には、軸受の磨耗が少な
く、回転音がほとんど生じない特長があるが、陽極ター
ゲットを支える回転体や固定体は、ターゲットから伝導
する熱のために高温になる。ところが、前記した液体金
属の潤滑剤は非常に活性であるため、軸受構成材料と反
応を起こし、軸受の間隙が徐々に変わって回転特性が劣
化してしまうおそれがある。この不都合を解消するた
め、冷媒を軸受構成部材の内部に送り込んで強制冷却す
る構造も知られている。しかしながら、このようなＸ線
管では、冷媒循環装置を付加する必要があり、Ｘ線装置
が複雑化してしまう。

【０００５】この発明は、以上のような不都合を解決す
るものであり、軸受部分の温度上昇を抑えて長期に亘り
安定した回転特性を維持できる回転陽極型Ｘ線管を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、液体金属で
潤滑される動圧すべり軸受を介して陽極ターゲットが固
定された回転体を回転可能に保持する固定体が、軸受面
の内側芯部が高熱伝導材で構成されてなるとともに、こ
の高熱伝導材が真空容器外に延長されている回転陽極型
Ｘ線管である。

【０００７】

【作用】この発明は、固定体に達する熱が速やかに管外
に放散されるので、軸受部分の温度上昇が抑制され長期
に亘り安定した軸受回転性能が維持される。したがって
また、陽極ターゲットへの熱入力を増大させることがで
きる。

【０００８】

【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。図１及び図２に
完成状態及び使用状態を示す。この実施例の回転陽極型
Ｘ線管１０は、重金属からなる円盤状陽極ターゲット１
１が円筒状回転体１２の一端に突設されたターゲット支
持シャフト１３に固定ねじ１４により一体的に結合固定
されている。円筒状回転体１２の内側には、固定体１５
が同軸的に密接して挿入されており、回転体の下端部に
は回転体開口部を閉じるスラストリング１６が複数個の
ねじにより固定されている。固定体１５の下端部１７
は、接続リング１８、封着リング１９，２０を介して真
空容器２１のガラス製円筒部２２に気密接合されてい
る。真空容器２１は陽極ターゲット１１を包囲する径大
な金属容器部２３を有し、その一部にＸ線放射窓２４が
設けられている。さらにこの真空容器２１は、陽極ター
ゲット１１に対向して配置された陰極構体２５を支える
ガラス製円筒部２６を有している。

【０００９】そこで、円柱状の固定体１５は、好ましい
組立て方法を後述するが、銅のような高熱伝導材からな
る芯部２７、その管外延長部２７ａ、及びそれを覆う高
速度工具鋼のような高硬度材の表面部２８，２９を有し
ている。この高硬度材表面部２８，２９は、後述するよ
うに、回転体の内面とともに動圧すべり軸受面を構成す
るので、例えばＳＫＤ−１１（ＪＩＳ規格）のような高
速度工具鋼の如き高い硬度及び高温強度を有するととも
に、Ｇａ合金のような液体金属潤滑剤でよく濡れるがこ
の潤滑剤と反応しにくい材料で構成する。

【００１０】そして、該して円筒状の高硬度材表面部２
８の外周面には、２組の動圧式ラジアルすべり軸受３
０，３１の一部となる一対のヘリンボンパターンらせん
溝３２，３３が形成されている。また、この高硬度材表
面部２８の中央付近には、第１の潤滑剤リザーバ３４を
構成するための円周方向の窪み３５が形成されている。
なお、円筒状のまま延長された高硬度材表面部２８の図
示下端部１７には、鉄合金からなる接続リング１８が前
述のようにヘリアーク溶接により気密接合されている。
さらに、円筒状の高硬度材表面部２８の図示上端部に
は、縦断面略Ｕ字状の高硬度材表面部２９の平坦フラン
ジ部２９ａが気密接合され一体化されている。このＵ字
状高硬度材表面部２９の内側空間は、第２の潤滑剤リザ
ーバ３６を構成しており、一方、平坦フランジ部２９ａ
上面には、一方のスラストすべり軸受３７となるサーク
ル状ヘリンボンパターンらせん溝３８が形成されてい
る。なお、高硬度材表面部２８の下方肩部に接するスラ
ストリング１６の面には、他方のスラストすべり軸受３
９となるサークル状ヘリンボンパターンらせん溝４０が
形成されている。そして、高熱伝導材からなる芯部２７
には、同じく高熱伝導材からなる円柱状の管外延長部２
７ａが螺合部２７ｂで熱的及び機械的に一体結合されて
いる。この高熱伝導材芯部の外方延長部２７ａは、高硬
度材表面下端部１７の内部に密接して真空容器外に延長
され、銅又はアルミニウムのような高熱伝導材からなる
放熱器４１が伝熱的に接続固定されている。なお、高硬
度材表面下端部１７に一体的に固着されている接続リン
グ１８は、電気絶縁体からなるＸ線管支持体４２により
Ｘ線管収容容器４３の内部の所定位置に支持固定され
る。

【００１１】このような固定体１５は、図３及び図４の
ように組立てることができる。すなわちまず、図３の
（ａ）に示すように、プレス加工或いは切削加工により
２つの円筒状及び縦断面略Ｕ字状の高硬度材表面部２
８，２９を製作する。そして同図の（ｂ）に示すよう、
これらを組合わせてレーザ溶接により気密接合部Ｂで一
体結合した上で、断面Ｕ字状表面部２９が下になるよう
に天地逆にして水素炉中に置き、端部１７の上方開口か
ら芯部２７となる溶融銅を注入し、銅の融点以上の温度
に所定時間保持して鋳込む。この鋳造法としては、ロス
トワックス法やキャスティング法等を採用できる。

【００１２】こうして、高硬度材表面部の内部に銅から
なる芯部を鋳込んだ素材を完成し、次に図４の（ａ）及
び（ｂ）に示すように、高硬度材表面部２８，２９の外
周壁を切削やエッチングにより中央の窪み３５や各らせ
ん溝３２，３３，３８を形成する。また、芯部２７に別
に用意した銅製の管外延長部２７ａを螺合固着する。こ
の螺合部２７ｂは、ろう接を行ってもよい。こうして、
固定体１５を完成する。

【００１３】一方、円筒状の回転体１２は、陽極ターゲ
ット１１がシャフト１３を介して一体的に結合された中
間円筒４４と、その内側に第１の断熱間隙Ｇ1 を保って
嵌合された有底内側円筒４５と、さらに中間円筒４４の
外周に嵌合された銅製の外側円筒４６とを有している。
有底内側円筒４５の上端外周には、４個の小さい突起４
５ａが形成され、これらが中間円筒４４の内周壁に小さ
い接触面積で接して、第１の断熱間隙Ｇ1 を維持しつつ
両者の正確な同軸位置関係を保っている。銅製外側円筒
４６は、その図示上端部が中間円筒４４に部分的に固着
されて一体に回転するようになっており、両者間の大部
分には第２の断熱間隙Ｇ2 が設けられている。両断熱間
隙Ｇ1,Ｇ2 の半径方向の幅寸法は、０．１〜１ｍｍの範
囲、例えば０．５ｍｍである。そして、銅製外側円筒４
６の外周面の下側約３分の２を占める領域には、熱放射
性のすぐれた黒色被膜４７が付着されている。

【００１４】なお、有底内側円筒４５は、その内面の一
部が固定体表面部とともに動圧すべり軸受面を構成する
ので、やはりモリブデン（Ｍｏ），ステンレス鋼，ある
いはＳＫＤ−１１（ＪＩＳ規格）のような高速度工具鋼
の如き高い高度及び高温強度を有するとともに、液体金
属潤滑剤でよく濡れ且つそれと反応しにくい材料で構成
する。

【００１５】中間円筒４４は、熱伝導率が鈍鉄よりも十
分小さく、０〜５００℃の範囲において、０．１（ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）以下、より好ましくは０．０８
（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）以下の材料で構成する。
この中間円筒の上端部はシャフト１３に固着され、下端
部は陽極ターゲットから伝熱的に遠い方で内側円筒４５
に溶接により一体結合されている。この中間円筒４４と
しては、例えば、鉄・ニッケルを主体とする合金、鉄・
ニッケル・コバルトを主体とする合金、鉄・クロムを主
体とする合金、鉄・クロム・ニッケルを主体とする合
金、鉄・クロム・炭素・モリブデン又はタングステンを
主体とする工具鋼、又はセラミックスの中から選択され
た材料を使用し得る。なお、これら中間円筒および内側
円筒の少なくとも一方を、強磁性体で構成することが、
ステータ４８の回転磁界との磁気作用効率の上から好ま
しい。

【００１６】こうして、回転体１２の内側円筒４５と固
定体１５の高硬度材表面部２８，２９との間には、およ
そ２０μｍ程度の軸受間隙が保たれるが、前述のように
両者間にラジアル方向及びスラスト方向の動圧すべり軸
受が構成されるので、この軸受部間隙、及び第１、第２
潤滑剤リザーバ３４，３６にＧａ合金のような金属潤滑
剤を充填する。なお、潤滑剤の量は潤滑剤リザーバ３
４，３６を完全に満たす必要は必ずしもなく、長期間の
軸受動作を保証できる量であればよい。

【００１７】この回転陽極型Ｘ線管１０が固定されたＸ
線管収容容器４３の内部には、絶縁油が満たされ、図示
しない冷却器及びポンプにより循環されて使用される。
固定体の高熱伝導材外方延長部２７ａに固定した放熱器
４１に冷却された絶縁油を点線矢印の如く当てて強制冷
却するようにすれば、軸受部の冷却作用が高まるのでよ
り一層好ましい。或いは、Ｘ線管の製造工程、とくに排
気工程で、固定体外方延長部２７ａに放熱器又は冷却器
を接続してこれを冷却しながら、陽極ターゲットに電子
ビームを衝突させて高温でガス放出、排気を行うことが
できる。それによって、長期間にわたり真空度のよい、
信頼性の高いＸ線管動作性能を維持させることができ
る。

【００１８】このようにこの発明の回転陽極型Ｘ線管
は、一方において回転体１２が陽極ターゲット１１で発
生する熱を極力軸受部に達しないようにし、他方におい
て固定体１５が軸受部の熱を高熱伝導材からなる芯部で
管外に効率的に伝導、放散するようにしている。それに
よって、この回転陽極型Ｘ線管の組立て工程中、或いは
動作中に液体金属潤滑の動圧すべり軸受の温度上昇を抑
制し、軸受面と潤滑剤との不所望な反応促進を効果的に
抑制することができる。

【００１９】なお、固定体１５の高熱伝導材芯部２７及
びその管外延長部２７ａは、銅又は銅を主体とする合金
が好ましいが、それに限らず、０〜３００℃の範囲にお
ける熱伝導率が０．０７（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）
以上、より好ましくは０．１（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃）以上の材料で構成する。その具体例としては、アル
ミニウム又はアルミニウムを主体とする合金、純鉄又は
鉄を主体とする合金、ニッケル又はニッケルを主体とす
る合金等である。

【００２０】また、高硬度材表面部２８，２９は、上述
するような高速度工具鋼に限らず、例えばモリブデン
（Ｍｏ）又はＭｏ合金，タンタル（Ｔａ）又はＴａ合
金、ニオブ（Ｎｂ）又はＮｂ合金、ステンレス鋼，ある
いは鉄・ニッケルを主体とする合金、鉄・ニッケル・コ
バルトを主体とする合金、鉄・クロムを主体とする合
金、鉄・クロム・ニッケルを主体とする合金、鉄・クロ
ム・炭素・モリブデン又はタングステンを主体とする工
具鋼等を使用し得る。

【００２１】図５に示す実施例は、固定体１５の芯部２
７及びその管外延長部２７ａを高熱伝導材の一体物で製
作し、その少なくとも回転体の内部に位置する部分の表
面部に他の金属元素を所定深さまで含浸させて高硬度材
表面部２８としてものである。具体的には、芯部を純鉄
で構成し、その表面部にクロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、
又はボロン（Ｂ）の少なくとも１つを、深さ５０〜２０
０μｍまで拡散させる。なお、クロム（Ｃｒ）と炭素
（Ｃ）とを同時に拡散させることは、とくに有効であ
る。これらの表面層からなる軸受面は、Ｇａ合金との高
温における反応速度が比較的小さく、且つ高温硬度の高
いので、一層好ましい。また、この軸受面は、拡散の前
にらせん溝を形成しておいてもよいし、或いは拡散の後
に表面を切削するとともにエッチングによりらせん溝を
形成してもよい。

【００２２】なお、この固定体１５の中心軸部には、軸
方向に延びる長穴からなる第２潤滑剤リザーバ３６を穿
設してある。また、この第２潤滑剤リザーバ３６から半
径方向に延びて第１潤滑剤リザーバとなる窪み３５の壁
面に開口する４個の潤滑剤通路３６ａを形成してある。
それによって、潤滑剤が種々の方向に流動することを可
能にしている。

【００２３】この実施例によれば、固定体の軸受面を含
む極く表面部以外の大部分が実質的に高熱伝導材で構成
されるので、軸受部の熱放散性が一層高く、軸受面と潤
滑剤との反応の促進を一層抑制することができる。

【００２４】図６に示す実施例は、固定体１５の芯部２
７の高熱伝導材と表面部２８の高硬度材とが、途中で徐
々に含有量が変化する傾斜機能材で構成したものであ
る。図中の領域Ｓは、両材料の含有量が半径方向にわた
って徐々に変化している部分である。

【００２５】これによって、高熱伝導材と高硬度材とが
比較的熱膨張率が異なっていても、両者の差による歪み
が局部的に集中するおそれがなく、安定した軸受性能と
Ｘ線管の安定動作を維持することができる。

【００２６】なお、この発明は中心部に陽極ターゲット
と一体結合されて回転する円柱状の回転体を配置し、こ
の回転体１２を包囲して略円筒状の固定体を設けた構造
の回転陽極型Ｘ線管の固定体にも適用できる。すなわ
ち、その固定体の軸受面となる表面部を高硬度材とし、
それを保持し管外まで延長される主要部に高熱伝導材を
使用して構成する。

【００２７】なおまた、液体金属潤滑剤は、Ｇａ又はＧ
ａ合金に限らず、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、又はＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ
合金を使用し得る。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金属潤滑剤をその
融点以上の温度に予熱したうえで回転させることが望ま
しい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
軸受部の温度上昇が抑制され、したがって、軸受面の素
材と潤滑剤との不所望な反応が抑制され、長時間にわた
って安定な軸受の回転性能が維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す要部縦断面図であ
る。

【図２】この発明のＸ線管を装着した装置の例を示す概
略縦断面図である。

【図３】図１の固定体の組立て状態を例示する分解縦断
面図である。

【図４】同じく図１の固定体の組立て状態を例示する縦
断面図及びその上面図である。

【図５】この発明の他の実施例をその一部を拡大して示
す要部側面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す要部縦断面
図である。

【符号の説明】

１１…陽極ターゲット １２…回転体 １５…固定体 ２７…芯部 ２７ａ…管外延長部 ２８，２９…表面部 ３０，３３１，３７，３９…軸受 ４１…放熱器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一部に陽極ターゲットが固定された回転
   体と、この回転体と嵌合し該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嵌合部に設けら
   れた液体金属で潤滑される動圧すべり軸受とを具備する
   回転陽極型Ｘ線管において、 上記固定体は、上記軸受面の内側芯部が高熱伝導材で構
   成されてなるとともに、前記高熱伝導材が真空容器外に
   延長されていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
2. 【請求項２】 上記固定体は、芯部よりも軸受面が高い
   硬度である請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 【請求項３】 固定体の高熱伝導材からなる芯部は、０
   〜３００℃の範囲における熱伝導率が０．０７（ｃａｌ
   ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）以上の材料である請求項１記載の
   回転陽極型Ｘ線管。
4. 【請求項４】 固定体は、高熱伝導材と表面部の高硬度
   材とが途中で徐々に含有量の変化する傾斜機能材で構成
   されている請求項１記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 【請求項５】 真空容器外に延長された高熱伝導材に放
   熱器が伝熱的に接続されている請求項１記載の回転陽極
   型Ｘ線管。