专利名称：机构体及x射线管装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体金属的疏液技术，具体来说，涉及包含x射线管装置 的机构体的技术，所述x射线管装置使用了成为弹斥液体金属而不湿润的 表面的疏液表面结构。
背景技术：
已知包括镓/铟/锡的合金的液体金属为低熔点且无毒等，工业上实现 了向利用汞的领域的置换。在这种情况下，包括镓/铟/锡的合金的液体金 属的附着性成为大的障碍。液体金属为共晶合金，与其他物质的反应性高， 所以当附着于其他物质表面上时，难以除去。因此，例如，需要利用氧化 镓、氧化钛等氧化物实施涂敷，使得弹斥液体金属(难以湿润)。
还有，作为形成具有弹斥液体金属的疏液性的表面(不湿润的表面)
的技术，例如，己知有下述专利文献1、 2中公开的技术。简单来说为利 用物理蒸镀(PVD)等方法来形成氧化钛和氧化铝的膜，利用该氧化物的 膜的疏液作用来形成具有疏液性的表面。另外是在母材表面设置氧化层， 利用该氧化层的疏液作用形成具有疏液性的表面的技术。
专利文献l:日本特开平8 — 55595号公报；
专利文献2:日本特开平11一93946号公报。
还有，在利用氧化物的膜或氧化层的疏液作用来形成具有疏液性的表 面的上述以往技术的情况下，有氧化物的膜或氧化层剥离，可能产生影响 的问题。假设发生剥离时，例如流体滑动轴承等中会导致故障。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种使用难剥离的 疏液表面结构的机构体。为了实现上述目的而作出的本发明的机构体，其具有成为弹斥液体金 属而不湿润的表面的疏液表面结构，并封入所述液体金属，其特征在于， 在母材表面上设置有多个与所述液体金属大致点接触的微小凸部，以维持 所述液体金属的表面张力。
另外，为了实现上述目的而作出的本发明的x射线管装置，其具有成
为弹斥液体金属而不湿润的表面的疏液表面结构，所述液体金属用于旋转 阳极用流体滑动轴承中的轴承间隙和真空的边界部分，其特征在于，在母 材表面上设置有多个与所述液体金属大致点接触的微小凸部，以维持所述 液体金属的表面张力。
另外，本发明的疏液表面的制造方法的特征在于，在包含水蒸气的氢 气氛中，对包含铬的铁系合金以所述铁系合金的退火温度以上的温度实施 热处理，由此将所述铁系合金的表面形成为弹斥液体金属而不湿润的疏液 表面。
根据具有上述特征的本发明，不是形成为通过基于氧化物的膜或氧化 层的疏液作用而将液体金属弹斥而不湿润的表面的疏液表面，而是形成为 将母材表面自身从原来的状态在结构上进行改变的疏液表面。通过在母材 表面设置多个微小凸部，液体金属形成为欲利用其自身的表面张力来停留 的状态。即，能够利用母材表面的多个微小凸部，防止液体金属的湿润。
根据本发明，能够防止在X射线管装置中的X射线管内部的高真空环
境下，液体金属向真空中泄漏的情况。
根据本发明，起到能够提供使用了难以剥离的疏液表面结构的机构体 的效果。
图1是表示本发明的X射线管装置的一实施方式的X射线管的旋转阳
极的概略图。
图2是基于疏液表面的防止液体金属泄漏的原理说明图。 图3是基于一体设置有多个微小凸部的疏液表面的液体金属疏液原理 的示意性说明图。
图4是表示微小凸部的凸部尺寸和分布状态的示意图。图5是表示湿氢热处理后的母材表面和湿润性的图。 图6是湿氢热处理的热力学状态图。 图7是母材表面为未处理状态的图。
图8是在不含有铬的铁系材料+湿氢处理中微小凸部尺寸小于0.5pm 时的图。
图9是在不含有铬的铁系材料+干氢处理中微小凸部尺寸为4.0jum 5.0)im左右时的图。
图10是在含有铬的铁系材料+干氢处理中微小凸部尺寸大于5.0jiim时 的图。
图11是冷却装置的装置概略图。
图中l一旋转阳极；2—阳极靶体；3 —阳极旋转轴；4一绝热部；5 一液体金属轴承；6—固定轴；7—轴承旋转体；8 —液体金属；9一阳极旋 转体；IO —止推轴承；ll一疏液表面；12 —外围器；13 —线圈；14 —散热 体；15 —吸热部；16 —输送配管；17—电磁泵；18 —循环；19一散热部；
20 —散热片。
具体实施例方式
以下，参照附图的同时，进行说明。图1是表示本发明的X射线管装 置的一实施方式的X射线管的旋转阳极的概略图。
在图1中，引用符号1表示X射线管装置的X射线管中的旋转阳极的 一例。该旋转阳极1包括从阴极放出的热电子冲撞而产生X射线的阳极 靶体2;配备于阳极靶体2的中央的阳极旋转轴3;用于防止由从阳极耙
体2流入的热量所引起的轴劣化的绝热部4;液体金属轴承5。
液体金属轴承5具有固定轴6和轴承旋转体7。在液体金属轴承5
中，在固定轴6和轴承旋转体7的嵌合间隙中填充有液体金属8。液体金
属轴承5在阳极旋转时，通过在液体金属8产生的动压，将固定轴6和轴
承旋转体7的间隙保持为恒定。
液体金属8为包括镓/铟/锡的合金的液体金属。在此，使用伽林斯坦 (注册商标)(共晶合金且常温下为液体的金属。组成中镓为68.5%，铟铅
为21.5%，锡为10%。沸点〉1300。C，熔点为一19t:，比重为6.44g/cm3)。
5在固定轴6的表面设置有螺旋槽(省略符号)。固定轴6提高由该螺
旋槽产生的动压，并提高承重性能。引用符号9表示阳极旋转体。另外， 引用符号IO表示止推轴承。该阳极旋转体9包括阳极靶体2、阳极旋转 轴3、绝热部4、及轴承旋转体7，通过结合上述部件而形成为图示的状态。
旋转阳极1及未图示的阴极在外围器12内对置地配置。外围器12的 内部为了绝缘而保持为真空。旋转阳极1及阴极保持在这样的外围器12 内。在外围器12的外部设置有用于使旋转阳极1旋转的线圈13。线圈13 设置为能够在旋转阳极1的周围产生旋转磁场。当通过线圈13产生旋转 磁场时，在阳极旋转轴3的表面产生涡电流，通过该涡电流和旋转磁场的 作用，旋转阳极l能够旋转。
在将如上所述的液体金属8作为润滑剂使用的滑动轴承中，固定轴6 或轴承旋转体7的任一方形成为有底圆筒形状。通过形成为有底圆筒形状， 在固定轴6或轴承旋转体7旋转时，通过对在固定轴6和轴承旋转体7之 间填充的液体金属8产生的动压，将轴承间隙保持为恒定，由此进行顺畅 的旋转。
在由固定轴6和轴承旋转体7构成的轴承间隙中，存在与外部的边界 面。在该边界部分中，液体金属8与外部接触。S卩，在X射线管内，作为 润滑剂的液体金属8与真空接触。从而，重要的是防止该边界部分中的液 体金属8向真空的泄漏，因此，在本实施方式中设置有疏液表面11。
疏液表面11分别设置于真空边界附近的固定轴6和轴承旋转体7的 表面，可以形成为弹斥液体金属8而不湿润的表面。疏液表面11不是如 以往的、通过基于氧化物的膜或氧化层的疏液作用，形成为弹斥液体金属 而不湿润的表面的疏液表面，而是将母材表面自身从原来状态进行结构上 的改变而成的具有疏液性的表面。
具体来说，形成为在母材表面一体地设置有多个微小凸部而成的结 构，使得液体金属8产生欲利用其自身的表面张力来停留的状态。在本实 施方式中，利用母材表面的多个微小凸部来构成疏液表面ll，防止液体金 属8的湿润。关于上述微小凸部，在后叙述。
在此，参照图2的同时，说明防止液体金属8的湿润的原理。图2是 基于疏液表面的防止液体金属泄漏的原理说明图(在图2中省略符号)。在滑动轴承中，液体金属8被轴承旋转体7吸引而流动，由此产生动 压，在将轴承间隙保持为恒定的同时进行润滑。因此，轴承材料适用与液
体金属8良好溶合即良好地湿润的材料。从而，当在使用了该良好地湿润 的材料的轴承母材上滴落液体金属8时，如图2 (a)的上段所示，液体金 属8在母材表面整体上流过。在该状态下，如图2 (a)的下段所示而形成 轴承间隙，还有，当向该轴承间隙中填充液体金属8时，液体金属8会从
真空边界部分泄漏。
针对此，如图2 (b)的上段所示，当形成弹斥液体金属8而不湿润的 表面即本实施方式的疏液表面11时，液体金属8由于自身的表面张力而 不发生流动，形成为欲停留的状态。还有，如图2 (b)的下段所示，当在 形成轴承间隙的固定轴6、轴承旋转体7的两方分别形成疏液表面11时， 能够防止液体金属8的向真空的泄漏。
图3是本实施方式的基于一体设置有多个上述微小凸部的疏液表面的 液体金属疏液原理的示意性说明图(在图3中省略符号。还有，在图中， 改变剖面线的朝向是为了容易分辨母材表面的位置)。
在图3中，示出了使用包括镓/铟/锡的合金的液体金属8作为润滑剂， 并且使用金属模钢(SKD11)来作为轴承母材时的疏液表面11的结构。 在此，当在露点27i:的湿氢中进行100(TC的处理时，如图中放大部分所 示，在金属母材表面生成多个0.1 3.0!Lim左右的微小凸部(微小凸部不 附着于金属母材表面。生成多个微小凸部，金属母材表面自身从原来的状 态进行结构上的变化)，形成为利用该多个微小凸部进行点接触支承、从 而弹斥液体金属8而不湿润的结构。湿氢是指包含水蒸气的氢气氛，可以 通过使氢气通过水中而得到，将氢气通过的水的温度作为露点。
还有，微小凸部的上述尺寸为图4中所示的凸部尺寸。微小凸部如图 4 (a)所示，以微小凸部之间邻接的状态分布。通过这样的分布，实现对 液体金属8 (在图4中省略符号)的上述点接触支承。相对于此，如图4 (b)所示，在液体金属8浸入微小凸部和微小凸部之间的凹部的状态的 分布的情况下，针对于液体金属8的疏液性消失。
参照图3及图4说明利用多个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状(例如接近半球的形状)，在液体金属8与这种形状的表面接触的状态下，液体金属8不能浸入微小凸部和微小凸部之 间，仅通过点接触支承于微小凸部的前端表面。因此，液体金属8不会向 金属母材表面扩散湿润。这是本实施方式的具有疏液性的原理。
下面，对用于生成多个微小凸部的上述原理进行说明，当使用包括镓 /铟/锡的合金的液体金属8来作为润滑剂时，优选微小凸部的尺寸(宽度
及高度)为0.5 3.(Vm左右，作为生成多个成为这样的尺寸的微小凸部 的方法有各种，但在此推荐在露点为10。C以上且4(TC以下的湿氢气氛中， 利用金属模钢(SKDll)，将其在退火温度(约800。C)以上的条件下热处 理的方法。若实施该处理，则在金属模钢表面以接近均一的状态生成如图 5所示的0.5 3.0pm左右的微小凸部，得到能够将液体金属8疏离的表面。
分析图5的表面可知，铬集中存在于微小凸部的根部侧，与此相反， 在微小凸部的前端侧，铬稀薄。由此可探知在上述处理中，微小凸部的生 成与作为合金元素添加有12%左右的铬有关。从而，除了上述金属模钢以 外，只要是含有铬的铁系合金，就可以期待相同的效果。
为了生成多个微小凸部，如上所述地在露点为l(TC以上且40'C以下 的湿氢气氛中退火，在温度约80(TC以上的条件下实施热处理，但如图6 所示，该处理条件为还原铁的条件，不发生金属母材表面的氧化。另一方 面，处于铬被氧化的条件。因此，上述说明的处理不是以往的单纯的基于 氧化膜、氧化物的疏液，而是在铁的还原和铬的氧化条件下生成的疏液表 面ll。还有，在以往的单纯的基于氧化膜、氧化物的疏液中，例如，在X 射线管装置中的诸如X射线管内部的高真空、高温环境的情况下，可能发 生氧化膜或氧化物的还原，这成为问题，但在本实施方式的疏液表面11 中，起到能够将消除该问题的效果。
图7为用于与图5进行比较的图，是母材表面为未处理状态的图。另 外可知，在母材表面为未处理的状态的情况下，金属母材表面被液体金属 8湿润。图8也为用于比较的图，是在不含有铬的铁系材料+湿氢处理中微 小凸部尺寸小于0.5jiim的情况下的图。另外可知，在这样情况下，金属母 材表面也被液体金属8湿润。另外，图9也为用于比较的图，是在不含有 铬的铁系材料+干氢处理中微小凸部尺寸为4.0 5.0pm左右的情况下的 图。另外可知，在这种情况下，与图7、 8不同，微小凸部的尺寸比图5的情况略大，金属母材表面容易被液体金属8湿润。另外，图10也为用
于比较的图，是在含有铬的铁系材料+干氢处理中微小凸部尺寸大于5.0)im 的情况下的图。另外可知，在这种情况下，微小凸部尺寸比图9更大，因 此，金属母材表面被液体金属8湿润。进而，虽然未图示，但可知在纯铁 +湿氢处理的情况下，不形成微小凸部，金属母材表面被液体金属8湿润。
除了上述处理之外，作为一例，可以举出对金属母材表面实施喷砂处 理而将母材表面自身从原来的状态进行结构上的改变的方法，或利用喷镀 而将母材表面自身从原来的状态进行结构上的改变的方法(只要微小凸部 确实不剥离，则微小凸部也可以附着于母材表面)。另外，作为液体金属8， 说明了包括镓/铟/锡的合金的液体金属，但本发明不限定于此，例如，也 可以使用镓、镓合金、铟合金、锡合金、汞、钠等。
在以上的说明中，作为适用疏液表面11的装置，举例X射线管装置 进行了说明，但不限于X射线管装置，也可以适用于其他装置。例如，可 以适用于与X射线管装置相同地具有流体滑动轴承的硬盘驱动器。另外， 本实施方式的疏液表面11可以适用于要求疏液性的所有的构件、部件。 以下，举出若干例子进行说明。
图11表示冷却装置的装置概略图。在图中，在冷却装置中，在散热 体14的散热表面设置有封入了液体金属(与上述液体金属8相同)的吸 热部15。液体金属8直接或经由吸热部15的壁面等与散热体14间接地接 触，将散热体14的热量向液体金属8传热。液体金属8具有高的热传导 率。
通过传热而温度上升的液体金属8向散热部19输送。从散热部19的 表面向大气等装置外部散热。散热部19具有用于扩大散热面积的散热片 20或强制冷却用散热片等。吸热部15和散热部19由将其连通的输送配管 16连接，形成为利用电磁泵17等输送机构使液体金属8在其内部循环18 的结构。
在冷却装置中，期望液体金属8与吸热部15或散热部19的表面密接， 但相对于此，期望在输送配管16中不密接而能够进行液体金属8的顺畅 的输送。这是因为通过电磁泵17的小型化或循环流量18的增加，可期 待散热效率的提高。在图11的例子中，为了液体金属8的顺畅的输送，
9在输送配管16的内表面设置有本实施方式的疏液表面11。
此外，虽然未图示，但由于上述液体金属8具有高的可见光反射率，
因此，可以作为当前用作天体望远镜的反射镜的汞器皿的代替物，使用本
实施方式的疏液表面11。
本实施方式当然可以在不改变本发明的主旨的范围内实施各种变更。 根据本实施方式，能够提供使用了难以剥离的疏液表面结构11的机
构体。另外，根据本实施方式的疏液表面ll，起到能够控制液体金属8的 向部件表面的湿润性的效果。另外，起到将液体金属8作为热量移动、压 力移动介质时能够有助于减小配管压力损失的效果。另外，若用于贮存液 体金属8的容器等的内表面，则起到防止密接，容易进行更换等作业的效 果。另外，起到能够防止向X射线管内真空区域的液体金属8的泄漏，并 能够防止X射线管的耐电压劣化的效果。另外，起到能够防止由液体金属 8的泄漏引起的润滑材料枯竭，提高轴承寿命可靠性的效果。
权利要求
1.一种机构体，其具有成为弹斥液体金属而不湿润的表面的疏液表面结构，并封入所述液体金属，其特征在于，在母材表面上设置有多个与所述液体金属大致点接触的微小凸部，以维持所述液体金属的表面张力。
2. —种X射线管装置，其具有成为弹斥液体金属而不湿润的表面的 疏液表面结构，所述液体金属用于旋转阳极用流体滑动轴承中的轴承间隙 和真空的边界部分，其特征在于，在母材表面上设置有多个与所述液体金属大致点接触的微小凸部，以 维持所述液体金属的表面张力。
3. 根据权利要求2所述的X射线管装置，其特征在于， 所述液体金属为包括镓/铟/锡的合金的液体金属。
4. 根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于， 所述微小凸部的前端形成为大致球面状。
5. 根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于， 所述微小凸部的宽度及高度在0.5 3.0nm的范围。
6. 根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于， 与所述微小凸部的前端相比，其根部侧的铬的含量大。
7. 根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于， 多个所述微小凸部一体地形成于所述母材表面上。
8. —种疏液表面的制造方法，其特征在于，在包含水蒸气的氢气氛中，对包含铬的铁系合金以所述铁系合金的退 火温度以上的温度实施热处理，由此将所述铁系合金的表面形成为弹斥液 体金属而不湿润的疏液表面。
全文摘要
本发明提供一种使用了难以剥离的疏液表面结构的机构体。微小凸部的前端呈大致球面状，在液体金属(8)与这种形状的表面接触的状态下，液体金属(8)不能浸入微小凸部和微小凸部之间，仅通过点接触支承于微小凸部的前端表面。因此，液体金属(8)不会向金属母材表面扩散湿润。疏液表面(11)形成为通过多个微小凸部来进行点接触支承、从而弹斥液体金属(8)而不湿润的结构。
文档编号F16C33/10GK101681779SQ200880018668
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月12日 优先权日2007年6月13日
发明者冈村秀文 申请人:株式会社日立医药