KR940009325B1 - 회전 양극형 x선관 - Google Patents

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KR940009325B1
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가츠히로 오노
히로유키 스기우라
다카유키 기타미
히데오 야고시
스스무 신도
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이치
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Abstract

내용 없음.

Description

회전 양극형 X선관
제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 종단면도.
제2도는 제1도의 주요부를 확대시켜 나타낸 종단면도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 종단면도.
제4도는 제3도의 주요부를 나타낸 종단면도.
제5도는 제3도의 주요부 상면도.
제6도는 제3도의 주요부를 나타낸 종단면도.
제7도는 제6도의 7-7에서의 상면도.
제8도는 제3도의 주요부를 분해시켜 나타낸 반종단면도.
제9도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 종단면도.
제10도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 종단면도.
제11도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 양극타켓 12 : 회전체
15 : 고정체 18 : 진공용기
21 : 미끄럼 베어링부 22, 25 : 베어링면
23,24 : 나선형 g : 베어링간극
32 : 베어링원통 16,33,53,54 : 베어링원반
26,27 : 세라믹의 박막
본 발명은 회전양극형 X선관에 관한 것으로서 특히 양극타켓을 지지하는 회전기구부의 개량에 관한 것이다.
회전양극형 X선관은 주지하는 바와같이 베어링부를 가진 회전체 및 고정체로 원반형의 양극타켓을 지지하고, 진공용기밖에 배치한 전자코일을 가세하여 이 양극타켓을 고속회전시키면서 음극에서 방출된 전자비임을 양극타켓면상에 대고 X선을 방사한다.
베어링부는 보올베어링과 같은 미끄럼 베어링 또는 베어링면에 나선형홈을 형성하는 동시에 갈륨(Ga), 또는 갈륨-인듐-주석(Ga, In, Sn) 합금과 같은 동작중에 액상이 되는 금속 윤활제를 사용한 동압식 미끄럼 베어링으로 구성된다.
후자의 미끄럼 베어링을 사용한예는 가령 일본특개소 60-21463호, 일본특개소 60-97536호, 일본특개소 60-113817호, 일본특개소 60-117531호, 일본특개소 61-2914호, 일본특개소 62-287555호, 또는 일본특개평 2-227947호의 각 공보에 개시되어 있다.
그런데, 양극타켓을 지지하는 회전체는 통상 양극타켓에 고착되고 이것을 지지하는 고용점 금속으로된 회전체와, 이 회전체에 결합되어 유도모터의 로터로서 기능하는 철과 같은 강자성체로된 원통심부와, 이 원통심부의 외부둘레에 끼워 맞추어 납땜 접합 고착된 동과 같은 전지전도도가 높은 외부쪽 원통으로 이루어진다.
이 회전체의 안쪽에 베어링을 끼워서 기둥형의 고정체가 설치된다.
그리고 회전체에 관밖의 스테이터에서 회전자계를 작용시켜 유도모터의 원리로 고속회전 시키는 것이다.
상기 각 공보에 개시되어 있는 회전양극형 X선관에서는 그 미끄럼 베어링의 재료로서 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금 또는 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금을 사용하고 있다.
그러나, 베어링을 이러한 재료로 구성하면 X선관의 제조과정에서 베어링면의 산화가 발생하기 쉽고, 액체금속 윤활제와의 습성이 저해될 우려가 있다.
또한, 고온에서의 열처리나 X선관의 동작으로 도달하는 고온으로 이들 베어링면과 액체금속 윤활제와의 상호침투가 발생하여 베어링면이 거칠어지거나 치수 변화가 발생하기 쉽다.
그래서 베어링면의 틈새치수가 변화되어 안정된 베어링동작을 유지하지 못할 우려가 있다.
본 발명은 이러한 불합리함을 해소하고 베어링면과 액체금속 윤활제와의 습성이 뛰어난 동시에 이 윤활제에 의한 베어링부재의 침투를 억제하여 안정된 베어링 동작을 유지할 수 있는 비교적 값싼 회전양극형 X선관을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 회전체 및 고정체의 일부에 설치된 미끄럼 베어링의 적어도 한쪽 베어링면이 크롬을 제외한 IVa족, Va족, VIa족으로서, 4, 5 또는 6주기로 위치하는 적어도 하나의 천이 금속의 탄화물, 붕화물, 또는 질화물군중 적어도 하나를 주성분으로 하는 세라믹으로 구성되어 있는 회전 양극형 X선관이다.
본 발명에 따르면 이러한 세라믹으로된 베어링면은 액체금속 윤활제와의 습성이 뛰어난 동시에 융점이 충분히 높으므로 윤활제와의 반응이 적어서 베어링 면의 침식이 발생하기 어렵다. 또한, 값싼 베어링 모재를 사용할 수도 있다.
그리고, 이러한 세라믹은 X선관의 양극전자경로를 구성하는데 충분한 도전성을 가지므로, 구조의 복잡화를 수반하지 않고 동압 미끄럼 베어링을 구성할 수 있다.
따라서, 장시간에 걸쳐 안정된 베어링동작을 유지할 수 있다. 이하, 그 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 동일 부분은 동일부호로서 나타낸다.
(예1)…제1도 및 제2도에 나타낸 것처럼 중금속으로된 원반형 양극타켓(11)은 대략 바닥이 원통형의 회전체(12)의 일단에 돌출되게 설치된 회전축(13)에 너트(14)로 고정되어 있다.
회전체(12)의 안쪽에는 대략 원주형의 고정체(15)가 끼워 맞추어져 있다. 고정체(15)의 선단부에는 작은지름부(15a)가 형성되어 있다.
이 고정체의 단차위치에서 스러스트(thrust)베어링 원반(16)이 회전체의 개부에 고정되어 있다.
고정체 작은지름부(15a)의 하단은 양극 지지링(17)에 결합되고, 이 지지링(17)은 유리제의 진공용기(18)에 기밀하게 접합되어 있다.
또한, 이 고정체(15)에는 중심부분이 도려내어진 냉각매체통로(19)가 있으며, 여기에 파이프(20)가 삽입되어 있어서 화살표(C)로 나타낸 것처럼 냉각매체를 순환할 수 있도록 되어있다.
회전체(12)와 고정체(15)의 끼워맞춤부분은 상기 각 공보에 개시되어 있는 동압식 미끄럼 베어링부(21)를 구성하고 있다.
그래서, 고정체(15)의 외부둘레 미끄럼 베어링면(22)에는 래디얼 베어링의 2조의 헤링본 패턴으로된 나선홈(23)이 형성되어 있다.
또한, 고정체(15)의 양단의 미끄럼 베어링면에는 스러스트 베어링의 서클형 헤리본 패턴으로된 나선홈(24)이 각각 형성되어 있다. 이러한 나선홈(23), (24)의 깊이는 대략 20마이크로 메타이다.
회전체 내부 둘레면의 미끄럼 베어링면(25)은 단순한 평활면으로 되어 있는데, 혹은 필요에 따라 나선홈을 형성해도 좋다.
회전체 및 고정체의 양베어링면 (22), (25)은 대략 20마이크로 메타의 베어링 간극(g)을 두고 근접 대향하도록 되어있으며, 이 베어링간극(g) 및 나선홈내에 동작중에 액상인 금속윤활제(도시하지 않음)를 충전하여 개재시킨다.
그래서, 회전체(12) 및 고정체(15)는 금속으로된 베어링모재의 표면에 세라믹 박막(26), (27)이 부착된 베어링면(25), (26)을 가지고 있다.
이 회전체(12) 및 고정체(15)의 베어링 모재는 철(Fe), 스테인 레스강과 같은 철합금, 또는 고속도강, 가령 일본공업규격(JIS)으로 정해진 탄소공구강인 SK4, 또는 합금공구강인 SKD11과 같은 탄소를 소량(즉, 0.5 내지 2.5중량%) 함유한 강재로 구성되어 있다.
그리고 베어링면이 되는 각 베어링 모재의 표면부에 Va족, 주기 4의 청니 금속인 바나듐(V)의 탄화물(VC)로된 세라믹박막(26), (27)이 부착, 형성되어있다.
세라믹 박막(26), (27)을 형성하는 방법으로서는 우선, 베어링모재의 베어링 면이 되는 부분 이외를 적당히 마스크하고, 이것을 전기로내에서 500-1250℃ 범위의 온도로 유지된 바나듐(V)을 함유한 용융염욕제 내에 수시간 침지하였다.
그에따라 각각의 베어링면에는 바나듐 탄화물(VC)의 박막이 약 10 마이크로메타의 두께로 부착되었다. 이것을 열처리 하였다. 바나듐탄화물(VC)의 세라믹 융점은 약 2850℃이다.
이것은 또한, 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 7.2-6.5×10-6/℃이므로 베어링모재의 열팽창율과 그다지 현저한 차이가 없으며 크랙(crack)등의 발생우려도 적다.
특히, 이 바나듐 탄화물(VC)로 된 세라믹박막은 모재인 강재중의 탄소의 일부가 확산 결합된 것이므로, 부착강도가 높고 고온강도 및 내마모성이 뛰어나다.
또한 Ga 또는 Ga합금과 같은 액체금속윤활제의 습성도 뛰어나며, 또한 융점이 충분히 높으므로 윤활제와의 반응이 적으며, 따라서 이 윤활제로 침식되기 어렵다.
이 세라믹 박막은 도전성이 있으므로 액체금속 윤활제와 함께 양극전류 회로의 일부를 구성할 수 있다.
또한, 고정체(15)에는 나선홈(23), (24)이 사전에 형성되어 있으며, 세라믹 박막은 홈의 내면에도 대략 균등한 두께로 부착되어있다.
이처럼, 이 세라믹 박막은 X선관의 유체금속 윤활형의 동압미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
또한, 베어링모재인 상기의 철합금과 스테인레스강 또는 탄소공구강등은 Mo와 W에 비하여 값이 싸고 가공도 훨씬 용이하다.
또한, 이 베어링면은 고온강도가 높고, 고온에서 윤활제에 의해 침식되기 어려우므로, 이 베어링면의 동작온도를 가령 500℃ 정도까지 높일 수 있다.
따라서, 양극타켓의 동작온도를 높일 수 있으며, 환언하면 양극타켓의 냉각율을 높일 수 있다.
그에따라 양극타켓으로의 입력전력의 평균치를 상대적으로 크게할 수 있다. 이렇게 해서 용이하고 안정된 베어링동작 성능을 가지며, 또한, 고냉각율을 가진 회전 양극형 X선관을 얻을 수 있다.
(예2)…금속으로된 베어링 모재의 표면에 바나듐 봉화물(VB2)의 세라믹 박막을 형성하고, 베어링면으로 하였다.
이 바나듐 봉화물(VB2)의 세라믹 박막은 융점이 약 2400℃이며, 20-200℃사이의 열팽창계수가 약 7.6×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형의 동압미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예3)…베어링 모재의 표면에 바나듐 질화물(VN)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 바나듐 질화물의 세라믹 박막은 융점이 약 2050℃이며, 20-200℃ 사이의 열팽창 계수가 약 8.1×10-6/℃이다.
이 박막은 융점이 약간 낮으므로, X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 사용할 수 있다.
(예4)…제3도 내지 제8도에 나타낸 것처럼 고정체(15)는 외부 둘레의 래디얼 미끄럼 베어링면(22) 및 선단의 스러스트 베어링면에 각각 나선홈(23), (24)이 형성되어 있다.
고정체의 중심부에는 액체금속 윤활제의 저장 및 순환용 축방향구멍(28) 및 중심에서 4방사 방향으로 뚫려진 고정체 작은지름부(29)에 개구된 방사방향 구멍(30)이 뚫려있다.
또한, 고정체 작은지름부(15a)의 단부에는 원주형 오목홈(31)이 형성되어 있다.
이 고정체의 베어링면이 되는 영역이외를 적당히 마스크하고 CVD(화학 중시 증착법)으로 IVa족, 주기 4의 천이금속인 티탄(Ti)의 질화물(TiN)로 된 세라믹 박막(27)을 0.5-10마이크로 메타 범위의 두께, 가령 5마이크로 메타 두께로 부착시켰다.
또한, 고정체의 모재에 형성한 나선홈 부분은 제2도에 확대시켜 나타낸 것처럼 인접된 홈 사이의 꼭대기 부각(23a)에 CVD에 의한 피막의 예리한 돌기가 생기지 않도록 사전에 원호형 또는 테이퍼 형으로 정형되어있다.
한편, 회전체(12)를 구성하기 위해 내부둘레면이 래디얼 베어링면이 되는 베어링원통체(32), 그 상부 개구에서 결합되는 회전체 베어링원반(33) 및 하단개구에 결합되는 베어링링(ring)(16)을 사전에 별도 부품으로서 준비한다. 이러한 베어링모재는 전술한(예1)에 나타낸 것같은 금속으로 되어 있다.
베어링 원통체(32)의 상부 개구부분에는 원반 끼워 맞춤용 단차 및 용접용비드(34)가, 그 외부 둘레벽에는 간극 유지용으로 복수개의 돌출부(35)가 형성되어 있다.
또한, 하부 개구부근의 외부 둘레벽에 간극 유지용 단차(36) 및 로터원통 끼워맞춤용 단부(37), 용점용 비드(38), 베어링링 끼워 맞춤용 단부(39) 및 복수의 암나사 구멍(40)이 형성되어 있다.
이 베어링 원통체(32)의 내부둘레면에 CVD에 의해 티탄질화물(TiN)로 된 세라믹 박막(26)을 약 5마이크로메타 두께로 형성하였다.
이 경우, 베어링 원통체(32)는 단순한 원통이므로 CVD반응 가스가 내부 둘레면의 전체에 빈틈없이 통과되어 전 영역에 균일한 두께이며 양질인 피막을 형성할 수 있었다.
한편, 베어링 원반(33)에는 외면에 오목부(41) 및 용접용 비드(42)가 형성되어 있으며, 스러스트 베어링면이 되는 내면에, 사전에 단체부품의 상태에서 마찬가지로 티탄질화물(TiN)로 된 세라믹 박막(26)을 약 10마이크로 메타 두께로 형성하였다.
베어링링(16)에는 중앙구멍(16a)의 주위의 스러스트 베어링면이 되는 내면에 사전에 나선홈(24)을 형성하는 동시에, 단체부품의 상태에서 이면에 마찬가지로 티탄질화물(TiN)로 된 세라믹 박막(26)을 약 5마이크로 메타 두께로 형성하였다. 또한, 그 외부둘레 브러시부에는 복수개의 나사관통을 구멍(16b)이 뚫려있다.
이러한 베어링원반(33) 및 베어링링(16)은 평탄한 면에 세라믹 박막을 형성하므로, 역시 CVD 등에 의해 용이하게 균일한 두께이며 또한 균질한 피막을 피착시킬 수 있다.
그리고, 베어링원반(33)의 내면에 스러스트 베어링의 서클형 헤링본 패턴 나선홈을 형성해도 좋다.
이처럼 박막을 형성한 각부품을 우선 베어링 원통체(32)의 원반끼워 맞춤용 단차에 베어링 원반(33)을 끼워 맞추고, 양자의 용접용 비드(34), (42)를 헤리아크용접에 의해 일체 결합하였다. 이 용접한 곳을 부호(43)로 나타내었다.
이 용접은 베어링면에서 떨어진 위치에서의 국부가열이므로, 베어링면의 세라믹 박막이 변질될 우려가 없다.
이어서, 회전축(13)이 고착되고, 또한, 외부둘레에 동원통(44)이 고착된 강자성체제의 로터원통(45)을 베어링원통(32)과 베어링원반(33)의 조립체에 그림의 윗쪽에서 단차(37)에 맞닿을때까지 끼워서 삽입하였다.
그리고, 로터 원통의 하단 용접비드(46)와 베어링 원통의 용접비드(38)를 부호(47)로 나타낸 것처럼 헤리아크용접으로 일체 결합하였다.
이 상태에서 로터 원통과 베어링 원통체와의 사이에는 간극유지용 돌출부(35)와 간극유지용 단차(36)에 의해 유지되는 단열용 간극(48)이 형성된다.
이 단열용 간극(48)에 의해 양극타켓에서 미끄럼 베어링까지의 열전도 경로가 길어지며, 따라서 타켓에 발생한 열의 미끄럼 베어링 부분으로의 도달이 억제된다.
또한, 이 단열용 간극(48)은 실용상 0.1㎜ 이상, 1㎜ 이하의 반지름 방향 치수로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상부 용접부(43)는, 회전축을 받아들이는 상부간극(49)내에 위치되고, 로터 원통의 어깨부(45a)의 내면과는 비대칭 상태가 유지되어 있다.
또한, 회전축(13)에는 배기공정으로 간극(48)(49)을 포함한 공간을 높은 공진으로 배기하기 위한 통기구멍(13a)이 뚫려있다.
이어서, 이렇게 조립된 회전체(12)를 회전축(13)이 아래쪽이 되도록 진공 가열로내에 배치하고 각 부품에서 내장가스를 방출시키며 그 상태에서 베어링 원통체(32)의 내부공간에 Ga-In-Sn 합금과 같은 액체금속 윤활제(도시하지 않음)을 소정량 주입하였다.
그후, 고정체(15)를 베어링 원통체(32)의 안쪽에 천천히 삽입하고, 베어링링(16)을 끼워서 복수개의 볼트(50)로 체결시켜 고정하였다.
이렇게 조립된 회전체의 베어링면과 고정체의 베어링면 사이에는 대략 20 마이크로메타의 베어링 간극이 설치되어 있으므로, 이 베어링 간극 나선홈, 중심부의 구멍에 유체금속윤활제가 충만된다.
그후, 고정체의 작은 지름부(15a)에 양극 지지링(17)을 기밀용접 하고, 또한, 그 얇게 봉착된 링과 진공용기(18)의 봉착링을 기밀용접 하였다. 그리고, 진공용기내를 배치시켜 X선관을 완성하였다.
베어링면을 구성하고 있는 티탄 질화물(TiN)로 된 세라믹 박막은 융점이 약 3080℃이며, 20-200℃ 사이의 열팽창계수는 9.8-9.2×10-6/℃로서 비교적 크다.
따라서, 베어링 모재로서 철, 스테인레스강과 같은 철합금 또는 고속도강등의 열팽창율이 9.0-14.0×10-6/℃ 범위의 금속을 사용하면 특히 세라믹 박막의 베어링면에 균열과 벗겨짐의 발생이 없어서 매우 적합하다.
이처럼 이 세라믹 박막은 모재로의 부착강도가 높고 고온강도 및 내마모성이 뛰어나다.
그래서 액체금속 윤활제의 습성도 뛰어나며, 또한, 이 윤활제로 침식되기 어렵다. 따라서 장기간에 걸친 동압 미끄럼 베어링의 안정된 동작을 보증할 수 있다.
(예5)…금속으로된 베어링 모재의 표면에 티탄 탄화물(TiC)로 된 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 티탄화 탄화물(TiC)의 세라믹박막은 융점이 약 3150℃이며, 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 8.3-7.6×10-6/℃였다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 6)…금속으로 된 베어링모재 표면에 티탄 붕화물(TiB2)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 2980℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 4.6-4.8×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 7)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 5의 천이금속인 몰리브덴(Mo)의 탄화물(MO2C)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 2580℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.8×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 8)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 5의 천이금속인 몰리브덴(Mo)의 붕화물(MoB2또는 MoB)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
세라믹 박막은 융점이 약 220° 또는 2500℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 8.6×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 9)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 5의 천이금속인 니오브(Nb)의 탄화물(Nb2C 또는 NbC)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 니오브탄화물 세라믹 박막은 융점이 약 3080 또는 3600℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.0-6.5×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 10)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 니오브 붕화물(NbB2)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3000℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 8.0×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 11)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 니오브 질화물(NbN)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 2100℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 10.1×10-6/℃이다.
이 박막은 융점이 약간 낮으므로, X선관의 제조공정 및 동작온도를 다소 낮게 억제하므로, 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 12)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 5의 천이금속인 지르코늄(Zr)의 탄화물(Zrc)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 지르코니아 탄화물 세라믹 박막은 융점이 약 3420℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 6.9×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 13)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 지르코늄 붕화물(ZrB2)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3040℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 5.9×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 14)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 지르코늄 질화물(ZrN)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 2980℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.9×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 15)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 6의 천이금속인 텅스텐(W)의 탄화물(W2C 또는 WC)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 텅스텐 탄화물 세라믹 박막은 융점이 약 2795℃ 또는 2785℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 6.2-5.2×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 16)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 6의 천이금속인 탄탈(Ta)의 탄화물(Ta2C 또는 TaC)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 2370℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.8-6.7×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 17)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 6의 천이금속인 탄탈(Ta)의 탄화물(Ta2O 또는 TaC)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 탄탈탄화물 세라믹 박막은 융점이 약 3400℃ 또는 3880℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 8.3-6.6×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 18)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 탄탈 붕화물(TaB2)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3100℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 8.2-7.1×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 19)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 탄탈질화물(TaN)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3090℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 5.0×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 20)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 VIa족, 주기 6의 천이금속이 하프니오브(Hf)의 탄화물(HfC)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3700℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.0-7×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 21)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 하프니오브 붕화물(HfB2)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3520℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 6.3×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
(예 22)…금속으로 된 베어링모재의 표면에 하프니오브질화물(HfN)의 세라믹 박막을 형성하여 베어링면으로 하였다.
이 세라믹 박막은 융점이 약 3310℃이며 20-200℃ 사이의 열팽창계수가 약 7.4-6.9×10-6/℃이다.
이 박막은 마찬가지로 X선관의 액체금속 윤활형 동압 미끄럼 베어링면으로서 적합하다.
제9도에 나타낸 실시예는 중심부에 양극타켓(11)과 일체로 회전하는 회전원주(51)를 배치한 것이다.
바람직한 조립순서에 따라 설명하면, 사전에 고정체(15)의 양단이 개구된 고정체 원통(52)의 내부둘레면, 상하의 고정체 원반(53), (54)의 각 베어링면에 세라믹 박막을 형성해 둔다.
이러한 각 부분의 모재는 모두 전술한 실시예의 경우와 동일한 것이다.
또한, 하부의 고정체 원반(54)의 내면에는 사전에 스러스트 베어링의 나선홈(24)이 형성되어 있다.
또한, 고정체(12)의 안쪽 회전 베어링 원통(55)의 베어링면 및 회전원주(51)의 하단 베어링면에도 사전에 세라믹 박막이 형성되어 있다.
그리고, 회전 베어링 원통(55)의 외부 둘레면 및 상면에는 나선홈(23), (24)이 형성되어 있다.
회전축(13)을 납땜 고착한 회전원주(51)의 외부 둘레에 회전 베어링 원통(55)을 끼워맞추고, 하부(56)를 납땜 접합합여 일체화한다.
한편, 고정체 원통(52)과 하부의 고정체 원반(54)을 용접부(56)에서 용접하여 일체화한다.
이어서, 이 고정체 원통(52)과 하부 고정체 원반(54)의 조립체를 진공가열로 속에서 가스방출 처리하고, 안쪽 공간에 Ga합금 윤활제를 주입한다.
여기에 회전원주(51)과 회전 베어링 원통(55)의 조립체를 삽입하고, 상부에 고정체 원반(53)을 복수개의 볼트(50)로 고정한다.
또한, 그 외부쪽에 동원통(44)을 가진 로터원통(45)을 끼우고, 상부 원통부(45)와 회전축(13)을 핀으로 고착한다.
그리고, 회전축(13)에 타켓(11)을 고정한다.
그후, 전술한 실시예와 동일한 조립공정에 의해 X선관을 완성한다.
또한, 금속의 베어링모재의 표면에 전술한 세라믹 박막을 형성하는 방법으로서는 CVD(화학증착)법에 한정되지 않으며, PVD(물리증착)법에 의해 소정된 두께로 부착시켜 필요한 열처리를 하여 형성하는 방법과, 용융염욕침지법 또는 질소가스 분위기 중에서의 열질화법등으로 부착시킬 수 있다.
제10도에 나타낸 실시예는 회전체(12)의 베어링 원통(61) 및 대략 원주형 고정체(15) 그 자체를 상기한 각 실시예에서의 세라믹 박막과 동등한, 크롬 제외한 IVa족, Va족 또는 VIa족으로서, 4, 5 또는 6주기에 위치하는 천이금속의 질화물, 붕화물 또는 탄화물을 주성분으로 하는 세라믹으로 구성한 것이다.
회전체(12) 및 고정체(15)의 베어링면은 이 세라믹 자체로 구성되어 있다.
그리고, 세라믹으로 된 고정체 작은지름부(15a)와 철제양극 지지체(17)를 은납땜으로 접속하고 기계적 및 전기적으로 결합하고 있다.
그에따라 양극전류 경로도 완성되어 있다.
제11도에 나타낸 실시예는 고정체(15) 그 자체를 질화규소(Si3N4)와 같은 절연체 세라믹으로 구성하고, 그 표면 즉 베어링면에 전술한 세라믹 박막(27)을 형성한 것이다.
또한, 회전체(12)는 마찬가지로 절연체 세라믹으로 구성해도 좋고, 또한 도전성이 있는 전술한 세라믹으로 구성해도 좋다.
그리고, 양극전류 경로를 만들기 위해 양극타켓(11)에 연결된 Mo제의 회전체(13)의 단면(13a)을 스러스트 베어링과 동일면에 노출시키고, 이 베어링면 및 중앙구멍(28)내에 충전된 액체금속 윤활제에 전기적으로 접촉하도록 구성하고 있다.
그리고, 도전체봉(62)이 고정체(15)의 타단부를 관통하여 설치되고, 그 일단(62a)이 철제 양극 지지체(17)에 접합에 의해 전기적으로 접속되고, 타단(62b)이 중앙구멍(28)내에 연장되어 액체금속 윤활제에 전기적으로 접촉되어 있다.
이에따라 양극타켓(11)에서 양극 지지체(17)로의 전류경로가 구성되어 있다.
또한, 원통체 또는 원주체의 베어링면을 구성하는 부분의 어느 한쪽을 가령 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)으로 구성하고, 베어링면에 세라믹 박막을 형성하지 않고 사용하며, 다른쪽을 상기 세라믹 베어링면으로 구성해도 좋다.
그리고, 베어링면에 전술한 세라믹 박막을 피복하는 경우의 베어링모재로서는 몰리브덴과 텅스텐을 사용해도 좋다.
또한, 베어링면을 구성하는 세라믹에서 IVa족, Va족 또는 VIa족이며, 또는 4, 5나 6주기에 위치하는 천이금속중에서 특히 크롬(Cr)을 제외시킨 이유는 크롬의 탄화물과 붕화물 또는 질화물이 융점이 매우 낮으며, Ga 또는 Ga합금과 같은 액체금속 윤활제와 현저하게 반응하므로 실용적이지 못하기 때문이다.
그리고, 비교적 고온에서 X선관을 제작하거나 동작시키는 경우에는 특히 바나듐 또는 몰리브덴의 화합물 세라믹이 적합하다.
그리고 또는 니오브나 텅스텐의 탄화물 및 붕화물 세라믹이 더욱 고온에서 견딜 수 있으므로 적합하다.
마찬가지로 티탄, 지르코늄, 하프늄 또는 탄탈의 탄화물, 붕화물의 질화물 세라믹이 가일층 고온에서 견딜 수 있으므로 더욱 적합하다.
이것은 융점이 2610℃ 이상이며 또한 액체금속 윤활제에 대한 부식성이 뛰어나다.
그리고, 또한 상기 각 천이금속의 탄화물, 붕화물 또는 질화물중 하나를 주성분으로 하고 거기에 기타의 천이금속의 탄화물, 붕화물 또는 질화물중 적어도 하나가 존재하는 조성의 세라믹이더라도 좋다.
그 일례로서는 티탄의 탄질화물[T : (C, N)]세라믹 등이다.
또한, 베어링모재와 상기 세라믹 층 사이에 기타의 적어도 하나의 중간층을 형성해도 좋다.
그 경우의 중간층은 그 열팽창율이 베어링모재 및 세라믹층의 열팽창율 사이에 있는 조성이나, 또는 베어링모재나 세라믹층의 결합도를 높이는 조성인 것이라도 좋다.
또한, 액체금속 윤활제는 Ga, Ga-In합금, 또는 Ga-In-Sn합금과 같은 Ga를 주체로 하는 것에 한정되지 않으며, 가령 비스마스(Bi)를 상대적으로 많이 포함한 Bi-In-Pb-Sn합금이나 In을 상대적으로 많이 포함한 In-Bi합금, 또는 In-Bi-Sn합금등을 사용할 수 있다.
이것은 융점이 실온이상이므로, 양극타켓을 회전시키기 전에 윤활제를 그 융점 이상의 온도로 예열하여 액상으로 한다음 회전시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 것처럼 본 발명에 따르면 세라믹으로 된 미끄럼 베어링면이 액체금속 윤활제와의 습성이 뛰어난 동시에, 윤활제에 의한 베어링면의 침식이 거의 없으며, 장시간에 걸쳐서 안정된 베어링 동작성능을 가진 회전양극형 X선관을 얻을 수 있다.
또한, 비교적 값싼 베어링모재를 사용할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 일부에 양극타켓이 고정된 회전체와, 이 회전체를 회전 가능하게 유지하는 고정체와, 상기 회전체 및 고정체의 일부에 설치된 베어링면에 나선홈이 형성되어진 동압식 미끄럼 베어링부와, 이 베어링부의 베어링면 상호간에 개재된 갈륨의 단체, 갈륨을 주체로 하는 합금, 비스마스를 상대적으로 많이 함유하는 합금, 인듐을 상대적으로 많이 함유하는 합금중에서 선택된 동작중에는 액체상태인 금속윤활제를 구비한 회전양극형 X선관에 있어서, 상기 동압식 미끄럼 베어링부의 베어링면은 크롬을 제외한 IVa족, Va족 또는 VIa족으로서, 4, 5 또는 6주기에 위치하는 적어도 하나의 천이금속의 탄화물, 붕화물 또는 질화물군중 적어도 하나를 주성분으로 하는 세라믹으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관.
  2. 금속으로 된 베어링모재의 표면에 청구항 1기재의 세라믹 박막이 부착되어 베어링면을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관.
  3. 제2항에 있어서, 베어링모재가 철 또는 철합금인 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관.
  4. 제2항에 있어서, 회전체 또는 고정체중 한쪽이 다른쪽의 외부쪽에 있으며, 그것은 내부 둘레면이 베어링면이 되는 원통부와 그 개구부를 실질적으로 폐쇄하는 원반부를 가지며, 상기 원통부의 내부 둘레 베어링면에 세라믹 박막이 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관.
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