專利名稱：機構(gòu)體及x射線管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體金屬的疏液技術(shù)，具體來說，涉及包含x射線管裝置 的機構(gòu)體的技術(shù)，所述x射線管裝置使用了成為彈斥液體金屬而不濕潤的 表面的疏液表面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已知包括鎵/銦/錫的合金的液體金屬為低熔點且無毒等，工業(yè)上實現(xiàn) 了向利用汞的領(lǐng)域的置換。在這種情況下，包括鎵/銦/錫的合金的液體金 屬的附著性成為大的障礙。液體金屬為共晶合金，與其他物質(zhì)的反應(yīng)性高， 所以當(dāng)附著于其他物質(zhì)表面上時，難以除去。因此，例如，需要利用氧化 鎵、氧化鈦等氧化物實施涂敷，使得彈斥液體金屬(難以濕潤)。
還有，作為形成具有彈斥液體金屬的疏液性的表面(不濕潤的表面)
的技術(shù)，例如，己知有下述專利文獻1、 2中公開的技術(shù)。簡單來說為利 用物理蒸鍍(PVD)等方法來形成氧化鈦和氧化鋁的膜，利用該氧化物的 膜的疏液作用來形成具有疏液性的表面。另外是在母材表面設(shè)置氧化層， 利用該氧化層的疏液作用形成具有疏液性的表面的技術(shù)。
專利文獻l:日本特開平8 — 55595號公報；
專利文獻2:日本特開平11一93946號公報。
還有，在利用氧化物的膜或氧化層的疏液作用來形成具有疏液性的表 面的上述以往技術(shù)的情況下，有氧化物的膜或氧化層剝離，可能產(chǎn)生影響 的問題。假設(shè)發(fā)生剝離時，例如流體滑動軸承等中會導(dǎo)致故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，其目的在于提供一種使用難剝離的 疏液表面結(jié)構(gòu)的機構(gòu)體。為了實現(xiàn)上述目的而作出的本發(fā)明的機構(gòu)體，其具有成為彈斥液體金 屬而不濕潤的表面的疏液表面結(jié)構(gòu)，并封入所述液體金屬，其特征在于， 在母材表面上設(shè)置有多個與所述液體金屬大致點接觸的微小凸部，以維持 所述液體金屬的表面張力。
另外，為了實現(xiàn)上述目的而作出的本發(fā)明的x射線管裝置，其具有成
為彈斥液體金屬而不濕潤的表面的疏液表面結(jié)構(gòu)，所述液體金屬用于旋轉(zhuǎn) 陽極用流體滑動軸承中的軸承間隙和真空的邊界部分，其特征在于，在母 材表面上設(shè)置有多個與所述液體金屬大致點接觸的微小凸部，以維持所述 液體金屬的表面張力。
另外，本發(fā)明的疏液表面的制造方法的特征在于，在包含水蒸氣的氫 氣氛中，對包含鉻的鐵系合金以所述鐵系合金的退火溫度以上的溫度實施 熱處理，由此將所述鐵系合金的表面形成為彈斥液體金屬而不濕潤的疏液 表面。
根據(jù)具有上述特征的本發(fā)明，不是形成為通過基于氧化物的膜或氧化 層的疏液作用而將液體金屬彈斥而不濕潤的表面的疏液表面，而是形成為 將母材表面自身從原來的狀態(tài)在結(jié)構(gòu)上進行改變的疏液表面。通過在母材 表面設(shè)置多個微小凸部，液體金屬形成為欲利用其自身的表面張力來停留 的狀態(tài)。即，能夠利用母材表面的多個微小凸部，防止液體金屬的濕潤。
根據(jù)本發(fā)明，能夠防止在X射線管裝置中的X射線管內(nèi)部的高真空環(huán)
境下，液體金屬向真空中泄漏的情況。
根據(jù)本發(fā)明，起到能夠提供使用了難以剝離的疏液表面結(jié)構(gòu)的機構(gòu)體 的效果。


圖1是表示本發(fā)明的X射線管裝置的一實施方式的X射線管的旋轉(zhuǎn)陽
極的概略圖。
圖2是基于疏液表面的防止液體金屬泄漏的原理說明圖。 圖3是基于一體設(shè)置有多個微小凸部的疏液表面的液體金屬疏液原理 的示意性說明圖。
圖4是表示微小凸部的凸部尺寸和分布狀態(tài)的示意圖。圖5是表示濕氫熱處理后的母材表面和濕潤性的圖。 圖6是濕氫熱處理的熱力學(xué)狀態(tài)圖。 圖7是母材表面為未處理狀態(tài)的圖。
圖8是在不含有鉻的鐵系材料+濕氫處理中微小凸部尺寸小于0.5pm 時的圖。
圖9是在不含有鉻的鐵系材料+干氫處理中微小凸部尺寸為4.0jum 5.0)im左右時的圖。
圖10是在含有鉻的鐵系材料+干氫處理中微小凸部尺寸大于5.0jiim時 的圖。
圖11是冷卻裝置的裝置概略圖。
圖中l(wèi)一旋轉(zhuǎn)陽極；2—陽極靶體；3 —陽極旋轉(zhuǎn)軸；4一絕熱部；5 一液體金屬軸承；6—固定軸；7—軸承旋轉(zhuǎn)體；8 —液體金屬；9一陽極旋 轉(zhuǎn)體；IO —止推軸承；ll一疏液表面；12 —外圍器；13 —線圈；14 —散熱 體；15 —吸熱部；16 —輸送配管；17—電磁泵；18 —循環(huán)；19一散熱部；
20 —散熱片。
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時，進行說明。圖1是表示本發(fā)明的X射線管裝 置的一實施方式的X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極的概略圖。
在圖1中，引用符號1表示X射線管裝置的X射線管中的旋轉(zhuǎn)陽極的 一例。該旋轉(zhuǎn)陽極1包括從陰極放出的熱電子沖撞而產(chǎn)生X射線的陽極 靶體2;配備于陽極靶體2的中央的陽極旋轉(zhuǎn)軸3;用于防止由從陽極耙
體2流入的熱量所引起的軸劣化的絕熱部4;液體金屬軸承5。
液體金屬軸承5具有固定軸6和軸承旋轉(zhuǎn)體7。在液體金屬軸承5
中，在固定軸6和軸承旋轉(zhuǎn)體7的嵌合間隙中填充有液體金屬8。液體金
屬軸承5在陽極旋轉(zhuǎn)時，通過在液體金屬8產(chǎn)生的動壓，將固定軸6和軸
承旋轉(zhuǎn)體7的間隙保持為恒定。
液體金屬8為包括鎵/銦/錫的合金的液體金屬。在此，使用伽林斯坦 (注冊商標(biāo))(共晶合金且常溫下為液體的金屬。組成中鎵為68.5%，銦鉛
為21.5%，錫為10%。沸點〉1300。C，熔點為一19t:，比重為6.44g/cm3)。
5在固定軸6的表面設(shè)置有螺旋槽(省略符號)。固定軸6提高由該螺
旋槽產(chǎn)生的動壓，并提高承重性能。引用符號9表示陽極旋轉(zhuǎn)體。另外， 引用符號IO表示止推軸承。該陽極旋轉(zhuǎn)體9包括陽極靶體2、陽極旋轉(zhuǎn) 軸3、絕熱部4、及軸承旋轉(zhuǎn)體7，通過結(jié)合上述部件而形成為圖示的狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)陽極1及未圖示的陰極在外圍器12內(nèi)對置地配置。外圍器12的 內(nèi)部為了絕緣而保持為真空。旋轉(zhuǎn)陽極1及陰極保持在這樣的外圍器12 內(nèi)。在外圍器12的外部設(shè)置有用于使旋轉(zhuǎn)陽極1旋轉(zhuǎn)的線圈13。線圈13 設(shè)置為能夠在旋轉(zhuǎn)陽極1的周圍產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)通過線圈13產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場時，在陽極旋轉(zhuǎn)軸3的表面產(chǎn)生渦電流，通過該渦電流和旋轉(zhuǎn)磁場的 作用，旋轉(zhuǎn)陽極l能夠旋轉(zhuǎn)。
在將如上所述的液體金屬8作為潤滑劑使用的滑動軸承中，固定軸6 或軸承旋轉(zhuǎn)體7的任一方形成為有底圓筒形狀。通過形成為有底圓筒形狀， 在固定軸6或軸承旋轉(zhuǎn)體7旋轉(zhuǎn)時，通過對在固定軸6和軸承旋轉(zhuǎn)體7之 間填充的液體金屬8產(chǎn)生的動壓，將軸承間隙保持為恒定，由此進行順暢 的旋轉(zhuǎn)。
在由固定軸6和軸承旋轉(zhuǎn)體7構(gòu)成的軸承間隙中，存在與外部的邊界 面。在該邊界部分中，液體金屬8與外部接觸。S卩，在X射線管內(nèi)，作為 潤滑劑的液體金屬8與真空接觸。從而，重要的是防止該邊界部分中的液 體金屬8向真空的泄漏，因此，在本實施方式中設(shè)置有疏液表面11。
疏液表面11分別設(shè)置于真空邊界附近的固定軸6和軸承旋轉(zhuǎn)體7的 表面，可以形成為彈斥液體金屬8而不濕潤的表面。疏液表面11不是如 以往的、通過基于氧化物的膜或氧化層的疏液作用，形成為彈斥液體金屬 而不濕潤的表面的疏液表面，而是將母材表面自身從原來狀態(tài)進行結(jié)構(gòu)上 的改變而成的具有疏液性的表面。
具體來說，形成為在母材表面一體地設(shè)置有多個微小凸部而成的結(jié) 構(gòu)，使得液體金屬8產(chǎn)生欲利用其自身的表面張力來停留的狀態(tài)。在本實 施方式中，利用母材表面的多個微小凸部來構(gòu)成疏液表面ll，防止液體金 屬8的濕潤。關(guān)于上述微小凸部，在后敘述。
在此，參照圖2的同時，說明防止液體金屬8的濕潤的原理。圖2是 基于疏液表面的防止液體金屬泄漏的原理說明圖(在圖2中省略符號)。在滑動軸承中，液體金屬8被軸承旋轉(zhuǎn)體7吸引而流動，由此產(chǎn)生動 壓，在將軸承間隙保持為恒定的同時進行潤滑。因此，軸承材料適用與液
體金屬8良好溶合即良好地濕潤的材料。從而，當(dāng)在使用了該良好地濕潤 的材料的軸承母材上滴落液體金屬8時，如圖2 (a)的上段所示，液體金 屬8在母材表面整體上流過。在該狀態(tài)下，如圖2 (a)的下段所示而形成 軸承間隙，還有，當(dāng)向該軸承間隙中填充液體金屬8時，液體金屬8會從
真空邊界部分泄漏。
針對此，如圖2 (b)的上段所示，當(dāng)形成彈斥液體金屬8而不濕潤的 表面即本實施方式的疏液表面11時，液體金屬8由于自身的表面張力而 不發(fā)生流動，形成為欲停留的狀態(tài)。還有，如圖2 (b)的下段所示，當(dāng)在 形成軸承間隙的固定軸6、軸承旋轉(zhuǎn)體7的兩方分別形成疏液表面11時， 能夠防止液體金屬8的向真空的泄漏。
圖3是本實施方式的基于一體設(shè)置有多個上述微小凸部的疏液表面的 液體金屬疏液原理的示意性說明圖(在圖3中省略符號。還有，在圖中， 改變剖面線的朝向是為了容易分辨母材表面的位置)。
在圖3中，示出了使用包括鎵/銦/錫的合金的液體金屬8作為潤滑劑， 并且使用金屬模鋼(SKD11)來作為軸承母材時的疏液表面11的結(jié)構(gòu)。 在此，當(dāng)在露點27i:的濕氫中進行100(TC的處理時，如圖中放大部分所 示，在金屬母材表面生成多個0.1 3.0!Lim左右的微小凸部(微小凸部不 附著于金屬母材表面。生成多個微小凸部，金屬母材表面自身從原來的狀 態(tài)進行結(jié)構(gòu)上的變化)，形成為利用該多個微小凸部進行點接觸支承、從 而彈斥液體金屬8而不濕潤的結(jié)構(gòu)。濕氫是指包含水蒸氣的氫氣氛，可以 通過使氫氣通過水中而得到，將氫氣通過的水的溫度作為露點。
還有，微小凸部的上述尺寸為圖4中所示的凸部尺寸。微小凸部如圖 4 (a)所示，以微小凸部之間鄰接的狀態(tài)分布。通過這樣的分布，實現(xiàn)對 液體金屬8 (在圖4中省略符號)的上述點接觸支承。相對于此，如圖4 (b)所示，在液體金屬8浸入微小凸部和微小凸部之間的凹部的狀態(tài)的 分布的情況下，針對于液體金屬8的疏液性消失。
參照圖3及圖4說明利用多個微小凸部使表面具有疏液性的原理。微 小凸部的前端呈大致球面狀(例如接近半球的形狀)，在液體金屬8與這種形狀的表面接觸的狀態(tài)下，液體金屬8不能浸入微小凸部和微小凸部之 間，僅通過點接觸支承于微小凸部的前端表面。因此，液體金屬8不會向 金屬母材表面擴散濕潤。這是本實施方式的具有疏液性的原理。
下面，對用于生成多個微小凸部的上述原理進行說明，當(dāng)使用包括鎵 /銦/錫的合金的液體金屬8來作為潤滑劑時，優(yōu)選微小凸部的尺寸(寬度
及高度)為0.5 3.(Vm左右，作為生成多個成為這樣的尺寸的微小凸部 的方法有各種，但在此推薦在露點為10。C以上且4(TC以下的濕氫氣氛中， 利用金屬模鋼(SKDll)，將其在退火溫度(約800。C)以上的條件下熱處 理的方法。若實施該處理，則在金屬模鋼表面以接近均一的狀態(tài)生成如圖 5所示的0.5 3.0pm左右的微小凸部，得到能夠?qū)⒁后w金屬8疏離的表面。
分析圖5的表面可知，鉻集中存在于微小凸部的根部側(cè)，與此相反， 在微小凸部的前端側(cè)，鉻稀薄。由此可探知在上述處理中，微小凸部的生 成與作為合金元素添加有12%左右的鉻有關(guān)。從而，除了上述金屬模鋼以 外，只要是含有鉻的鐵系合金，就可以期待相同的效果。
為了生成多個微小凸部，如上所述地在露點為l(TC以上且40'C以下 的濕氫氣氛中退火，在溫度約80(TC以上的條件下實施熱處理，但如圖6 所示，該處理條件為還原鐵的條件，不發(fā)生金屬母材表面的氧化。另一方 面，處于鉻被氧化的條件。因此，上述說明的處理不是以往的單純的基于 氧化膜、氧化物的疏液，而是在鐵的還原和鉻的氧化條件下生成的疏液表 面ll。還有，在以往的單純的基于氧化膜、氧化物的疏液中，例如，在X 射線管裝置中的諸如X射線管內(nèi)部的高真空、高溫環(huán)境的情況下，可能發(fā) 生氧化膜或氧化物的還原，這成為問題，但在本實施方式的疏液表面11 中，起到能夠?qū)⑾搯栴}的效果。
圖7為用于與圖5進行比較的圖，是母材表面為未處理狀態(tài)的圖。另 外可知，在母材表面為未處理的狀態(tài)的情況下，金屬母材表面被液體金屬 8濕潤。圖8也為用于比較的圖，是在不含有鉻的鐵系材料+濕氫處理中微 小凸部尺寸小于0.5jiim的情況下的圖。另外可知，在這樣情況下，金屬母 材表面也被液體金屬8濕潤。另外，圖9也為用于比較的圖，是在不含有 鉻的鐵系材料+干氫處理中微小凸部尺寸為4.0 5.0pm左右的情況下的 圖。另外可知，在這種情況下，與圖7、 8不同，微小凸部的尺寸比圖5的情況略大，金屬母材表面容易被液體金屬8濕潤。另外，圖10也為用
于比較的圖，是在含有鉻的鐵系材料+干氫處理中微小凸部尺寸大于5.0)im 的情況下的圖。另外可知，在這種情況下，微小凸部尺寸比圖9更大，因 此，金屬母材表面被液體金屬8濕潤。進而，雖然未圖示，但可知在純鐵 +濕氫處理的情況下，不形成微小凸部，金屬母材表面被液體金屬8濕潤。
除了上述處理之外，作為一例，可以舉出對金屬母材表面實施噴砂處 理而將母材表面自身從原來的狀態(tài)進行結(jié)構(gòu)上的改變的方法，或利用噴鍍 而將母材表面自身從原來的狀態(tài)進行結(jié)構(gòu)上的改變的方法(只要微小凸部 確實不剝離，則微小凸部也可以附著于母材表面)。另外，作為液體金屬8， 說明了包括鎵/銦/錫的合金的液體金屬，但本發(fā)明不限定于此，例如，也 可以使用鎵、鎵合金、銦合金、錫合金、汞、鈉等。
在以上的說明中，作為適用疏液表面11的裝置，舉例X射線管裝置 進行了說明，但不限于X射線管裝置，也可以適用于其他裝置。例如，可 以適用于與X射線管裝置相同地具有流體滑動軸承的硬盤驅(qū)動器。另外， 本實施方式的疏液表面11可以適用于要求疏液性的所有的構(gòu)件、部件。 以下，舉出若干例子進行說明。
圖11表示冷卻裝置的裝置概略圖。在圖中，在冷卻裝置中，在散熱 體14的散熱表面設(shè)置有封入了液體金屬(與上述液體金屬8相同)的吸 熱部15。液體金屬8直接或經(jīng)由吸熱部15的壁面等與散熱體14間接地接 觸，將散熱體14的熱量向液體金屬8傳熱。液體金屬8具有高的熱傳導(dǎo) 率。
通過傳熱而溫度上升的液體金屬8向散熱部19輸送。從散熱部19的 表面向大氣等裝置外部散熱。散熱部19具有用于擴大散熱面積的散熱片 20或強制冷卻用散熱片等。吸熱部15和散熱部19由將其連通的輸送配管 16連接，形成為利用電磁泵17等輸送機構(gòu)使液體金屬8在其內(nèi)部循環(huán)18 的結(jié)構(gòu)。
在冷卻裝置中，期望液體金屬8與吸熱部15或散熱部19的表面密接， 但相對于此，期望在輸送配管16中不密接而能夠進行液體金屬8的順暢 的輸送。這是因為通過電磁泵17的小型化或循環(huán)流量18的增加，可期 待散熱效率的提高。在圖11的例子中，為了液體金屬8的順暢的輸送，
9在輸送配管16的內(nèi)表面設(shè)置有本實施方式的疏液表面11。
此外，雖然未圖示，但由于上述液體金屬8具有高的可見光反射率，
因此，可以作為當(dāng)前用作天體望遠鏡的反射鏡的汞器皿的代替物，使用本
實施方式的疏液表面11。
本實施方式當(dāng)然可以在不改變本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)實施各種變更。 根據(jù)本實施方式，能夠提供使用了難以剝離的疏液表面結(jié)構(gòu)11的機
構(gòu)體。另外，根據(jù)本實施方式的疏液表面ll，起到能夠控制液體金屬8的 向部件表面的濕潤性的效果。另外，起到將液體金屬8作為熱量移動、壓 力移動介質(zhì)時能夠有助于減小配管壓力損失的效果。另外，若用于貯存液 體金屬8的容器等的內(nèi)表面，則起到防止密接，容易進行更換等作業(yè)的效 果。另外，起到能夠防止向X射線管內(nèi)真空區(qū)域的液體金屬8的泄漏，并 能夠防止X射線管的耐電壓劣化的效果。另外，起到能夠防止由液體金屬 8的泄漏引起的潤滑材料枯竭，提高軸承壽命可靠性的效果。
權(quán)利要求
1.一種機構(gòu)體，其具有成為彈斥液體金屬而不濕潤的表面的疏液表面結(jié)構(gòu)，并封入所述液體金屬，其特征在于，在母材表面上設(shè)置有多個與所述液體金屬大致點接觸的微小凸部，以維持所述液體金屬的表面張力。
2. —種X射線管裝置，其具有成為彈斥液體金屬而不濕潤的表面的 疏液表面結(jié)構(gòu)，所述液體金屬用于旋轉(zhuǎn)陽極用流體滑動軸承中的軸承間隙 和真空的邊界部分，其特征在于，在母材表面上設(shè)置有多個與所述液體金屬大致點接觸的微小凸部，以 維持所述液體金屬的表面張力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管裝置，其特征在于， 所述液體金屬為包括鎵/銦/錫的合金的液體金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管裝置，其特征在于， 所述微小凸部的前端形成為大致球面狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管裝置，其特征在于， 所述微小凸部的寬度及高度在0.5 3.0nm的范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管裝置，其特征在于， 與所述微小凸部的前端相比，其根部側(cè)的鉻的含量大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管裝置，其特征在于， 多個所述微小凸部一體地形成于所述母材表面上。
8. —種疏液表面的制造方法，其特征在于，在包含水蒸氣的氫氣氛中，對包含鉻的鐵系合金以所述鐵系合金的退 火溫度以上的溫度實施熱處理，由此將所述鐵系合金的表面形成為彈斥液 體金屬而不濕潤的疏液表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用了難以剝離的疏液表面結(jié)構(gòu)的機構(gòu)體。微小凸部的前端呈大致球面狀，在液體金屬(8)與這種形狀的表面接觸的狀態(tài)下，液體金屬(8)不能浸入微小凸部和微小凸部之間，僅通過點接觸支承于微小凸部的前端表面。因此，液體金屬(8)不會向金屬母材表面擴散濕潤。疏液表面(11)形成為通過多個微小凸部來進行點接觸支承、從而彈斥液體金屬(8)而不濕潤的結(jié)構(gòu)。
文檔編號F16C33/10GK101681779SQ200880018668
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者岡村秀文 申請人:株式會社日立醫(yī)藥