JP2019021546A - すべり軸受構造およびこの軸受構造を用いた回転陽極ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】回転陽極ターゲットを軸支するすべり軸受の耐Ｇ性能低下に対応する。【解決手段】実施形態に係るすべり軸受構造は、シャフト112と、高温になるターゲット106をこのシャフトに回転可能に軸支するすべり軸受110を備える。すべり軸受110は、シャフトの軸長方向に複数のグルーブパターン（L1a,L1b; L2a,L2b）を持つ複数の軸受部110a、110bで構成される。軸受部の１つ（例えば110a）は、シャフトの軸長方向に外側グルーブパターンL1aと内側グルーブパターンL1bを含み、これらの間にプレーン部L1cを含む。内側グルーブパターンL1bの幅は外側グルーブパターンL1aの幅より大きく、内側グルーブパターンL1bの位置は外側グルーブパターンL1aの位置よりもターゲット106に近い位置にある。このすべり軸受構造では、プレーン部L1cの位置がターゲット106からみて内側グルーブパターンL1bの位置よりも離れた（例えばD1a）位置にくる。【選択図】図４

Description

この出願の実施形態は、すべり軸受構造およびこの軸受構造を用いた回転陽極Ｘ線管に関する。

Ｘ線システムは、医用ＣＴ装置（診断／治療）、工業用非破壊検査、材料分析など、多くの用途に利用される。Ｘ線システムで用いられるＸ線管は、陽極ターゲットに陰極フィラメントからの電子ビームを衝突させてＸ線を発生する構成となっている。

Ｘ線管には、回転する陽極ターゲットに電子ビームを衝突させてＸ線を発生するタイプがあり、この回転陽極ターゲットを軸支する軸受として、すべり軸受（通常は動圧軸受）が用いられている。Ｘ線管内は、電子ビームの走行を妨げないよう高真空となっており、回転陽極ターゲットの電子ビーム衝突部付近は数千度の高温になる。真空内で高温となった回転陽極ターゲットの熱は、輻射熱として放熱されるほか、回転陽極の構造部材を介してすべり軸受側に放熱される。これにより、回転陽極ターゲットが高熱で破損することを防いでいる。

すべり軸受を有する回転陽極Ｘ線管の具体例としては、例えば特許文献１に記載されるような高冷却構造の回転陽極Ｘ線管がある。この回転陽極Ｘ線管では、回転陽極ターゲット１５は、回転体（モータロータ２０と一体的に回転するシール）２１に断熱構造を介さず直接接続されている。具体的には、回転体２１とそれをすべり軸支する固定軸１３との間に非断熱性の液体金属（動圧すべり軸受の潤滑剤）が配備され、固定軸１３内には冷却穴（流路３０、冷却層３１）が設けられている。この冷却穴を通過する冷媒により、すべり軸受を介して直接ターゲット１５を冷却する構造となっている。この冷却構造により、熱輻射のみによる冷却よりも遥かに高い陽極冷却率を得ている。

特開２０１１−６０５１７号公報

しなしながら、特許文献１の構造では、高温となる回転陽極ターゲット１５が直接回転体２１に接合されているため、回転陽極ターゲット１５の熱応力により回転体２１が変形するという問題がある。すなわち、ターゲット１５の熱応力によりターゲット付近の回転体２１の軸受内径が広がり、軸受隙間が不均一化する。すると、軸受隙間が広くなった部分の偏心率が大きくなり、その偏心に起因して、高速回転する回転体２１内部の軸受面が固定軸１３に振動接触するようになる。その結果、軸受の耐Ｇ性能が劣化する。

耐Ｇ性能劣化に対する一つの解決策として、軸受面をターゲットから十分離し、熱変形の影響を受けない位置に軸受面を配置する方法が考えられる。しかし、この場合は、軸受面を介したターゲットの冷却性能が低下するので、回転体２１の熱変形がより発生し易くなる。熱変形した回転体２１が陽極ターゲット１５とともに高速回転すると、その回転に伴う振動が増えて、すべり軸受への負荷が大きくなる。そうすると、すべり軸受には、回転体２１の熱変形が発生しても十分な負荷能力を維持できることが要求されるようになる。

一方、すべり軸受の中には、固定軸を水平にみたとき、固定軸の軸長方向の左右位置に液体金属（熱を通し易い潤滑材）を掻き込むためのグルーブ（溝）を配置し、左右のグルーブの中間部に負荷荷重を受けるプレーン面を配置するものがある。そのすべり軸受部は、軸長方向の左右に離れて独立した２つの部分で構成され、離れた２つのすべり軸受面で回転体を左右から軸支している。これにより、回転体に取り付けられた陽極ターゲットの安定した回転を可能としている。

このとき、２つのすべり軸受それぞれに設けられたグルーブのパターンは、負荷荷重を受けるプレーン面の左右で対称・同形に構成される（特許文献１の図２に示される溝３４を参照）。これにより、固定軸とともに回転するグルーブに掻き込まれる液体金属の量を左右で同一とし、左右での圧力差を発生させずに、液体金属が軸受内で偏在しないようにしている。

この場合、回転陽極ターゲットの負荷荷重を受けるプレーン面の左右対称位置に液体金属が掻き込まれるグルーブが存在していることから、負荷荷重を受けるプレーン面を陽極ターゲットから十分離すことができない。つまり、この構造では、陽極ターゲットからの熱による回転体の熱変形に起因した耐Ｇ性能の低下には、対応が困難である。

まとめると、負荷荷重を受けるプレーン面の左右対称位置にグルーブが形成される従来のすべり軸受では、そのプレーン面を陽極ターゲットから離すことができず、耐Ｇ性能の低下に対応することが難しい。

実施形態に係るすべり軸受構造（図１〜図８）は、シャフト（１１２）と、このシャフトより高温になるターゲット（１０６）をこのシャフトに回転可能に軸支するすべり軸受（１１０）を備える。このすべり軸受（１１０）は、前記シャフト（１１２）の軸長方向に複数のグルーブパターン（L1a,L1b;L2a,L2b）を持つ複数の軸受部（１１０ａ、１１０ｂ）で構成される。

前記軸受部の１つ（例えば１１０ａ）は、前記シャフト（１１２）の軸長方向に外側グルーブパターン（L1a）と内側グルーブパターン（L1b）を含み、これらのグルーブパターンの間にプレーン部（L1c）を含む。

前記シャフト（１１２）の軸長方向に見た場合において、前記内側グルーブパターン（L1b）の幅は前記外側グルーブパターン（L1a）の幅より大きく、前記内側グルーブパターン（L1b）の位置は前記外側グルーブパターン（L1a）の位置よりも前記ターゲット（１０６）に近い位置にある。

このすべり軸受構造では、前記プレーン部（L1c）の位置が前記ターゲット（１０６）からみて前記内側グルーブパターン（L1b）の位置よりも離れた（例えばD1aだけ離れた）位置にくるように構成される。

すなわち、前記プレーン部（L1c）の位置は、高温となる前記ターゲット（１０６）から、幅広な内側グルーブパターン（L1b）が介在する分だけ遠くにずれる。そうすると、回転する前記ターゲット（１０６）の負荷荷重を受ける前記プレーン部（L1c）は前記ターゲット（１０６）の熱応力を受け難くなり、熱変形に起因した耐Ｇ性能の低下に対処し易くなる。

図１は、一実施の形態に係るＸ線管の内部構造の一例を説明する部分断面図である。 図２は、図１のＸ線管から回転陽極ターゲット１０６とすべり軸受１１０の部分を取り出して示す部分断面図である。 図３は、図１または図２のすべり軸受１１０の構成を模式的に説明する図である。 図４は、図３のすべり軸受構造と図１または図２の回転陽極ターゲット１０６との関係例（その1:ターゲット１０６が部分的に軸受１１０ｂと対向する例）を説明する図である。 図５は、図４の変形例（グルーブパターンの角度違い）を説明する図である。 図６は、図３のすべり軸受構造と図１または図２の回転陽極ターゲット１０６との関係例（その２:ターゲット１０６が軸受１１０ｂと対向しない例）を説明する図である。 図７は、図４の比較例（グルーブパターンの幅違い）を説明する図である。 図８は、他の実施の形態に係るＸ線管の内部構造の一例を説明する部分断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＸ線管装置を説明する。なお、以下の説明中で挙げた数値は単なる例示であり、本願の実施形態を束縛するものではない。

図１は、一実施の形態に係るＸ線管１００の内部構造の一例を説明する部分断面図である。このＸ線管１００は、真空容器１０２（真空度は、例えば１０^−５〜１０^−６Ｐａ程度）と電子銃１０４および、モータステータ１１１とモータロータ１１５を具備している。電子銃１０４は電子ビームを発生する陰極として機能する。真空容器１０２内には、すべり軸受１１０と、回転陽極ターゲット１０６が設けられる。回転陽極ターゲット１０６は、軸受回転部１１３と一体に形成され、軸受回転部１１３の外周面側に位置している。例えば、回転陽極ターゲット１０６は、軸受回転部１１３の外周面に接合されている。回転陽極ターゲット１０６は、すべり軸受１１０のシャフト（固定軸）１１２に挿通された軸受回転部１１３で回転自在に軸支される。

回転陽極ターゲット１０６は、Ｘ線管１００に内装したモータステータ１１１からの回転磁界で回転するモータロータ１１５により、回転駆動される。前記回転磁界により回転陽極ターゲット１０６に対して例えば１８０Ｈｚの高周波駆動を行った場合、すべり軸受１１０には、例えば７０Ｇ位のＧ（遠心加速度）が生じ得る。一実施の形態に係るすべり軸受構造（詳細は図３等を参照して後述）は、このような高Ｇへの対応も考慮されている。

回転駆動された陽極ターゲット１０６に電子銃１０４からの電子ビームを衝突させることにより、Ｘ線が出力される。この電子ビームの衝突により高温（ビーム衝突箇所は局部的に数千℃）となった陽極ターゲット１０６の熱は、輻射熱として放熱されるほか、相対的に温度が低い（例えば１００〜３００℃）すべり軸受け１１０側に放熱される。

図２は、図１のＸ線管１００から回転陽極ターゲット１０６とすべり軸受１１０の部分を取り出して示す部分断面図である。また、図３は、図１または図２のすべり軸受１１０の構成を模式的に説明する図である。

すべり軸受１１０のシャフト１１２には、すべり軸受部１１０ａ、１１０ｂが形成される。すべり軸受部１１０ａ、１１０ｂ各々の表面には溝切り方向が異なる１対のグルーブパターン（図３のL1a,L1b;L2a,L2b）が形成される。これらのグルーブパターンの複数溝内に、熱伝導性を持つ潤滑剤としての液体金属ＬＭが掻き込まれるようになっている。

この液体金属ＬＭとしては、GaIn（ガリウム・インジウム）合金やGaInSn（ガリウム・インジウム・錫）合金を用いることができる。この液体金属ＬＭには、すべり軸受１１０が回転していない状態で10^−３Pa・s位の粘度のものを使用できる。

例えばGaInSn合金の具体例として、ガリウム68.5%、インジウム21.5%、錫10%の共晶合金があり、この合金は常温で液体である。このGaInSn合金は多くの材料に対して高い濡れ性と付着性を持つ。その物性の一例としては、以下のものがある：
沸点：＞1300 ℃
融点：-19 ℃
比重：6.44 g/cm^３
粘度：0.0024 Pa・s(20℃にて)
熱伝導率：16.5 W・m^−１・K^−１
各々がグルーブパターン（図３等のL1a,L1b;L2a,L2b）を持つすべり軸受部１１０ａとすべり軸受部１１０ｂの間には、プレーン部１１０ｃが形成される。プレーン部１１０ｃの表面と軸受回転部１１３の内周面との間の隙間g2は、すべり軸受部１１０ａの表面と軸受回転部１１３の内周面との間の隙間より大きく、すべり軸受部１１０ｂの表面と軸受回転部１１３の内周面との間の隙間より大きくなっている。

図３に示すように、隙間g2（例えば１００μｍ位）は、すべり軸受部１１０ａのプレーン部L1cの表面と軸受回転部１１３の内周面との間の隙間g1（例えば１０μｍ位）およびすべり軸受部１１０ｂのプレーン部L2cの表面と軸受回転部１１３の内周面との間の隙間g1（例えば１０μｍ位）よりも、大きくなっている。そのため、回転陽極ターゲット１０６からの熱により軸受回転部１１３が多少熱変形して偏心が生じても、偏心（例えば最大９０μｍ以下）を伴って回転する回転部１１３の内面がプレーン部１１０ｃに接触することを防止できる。このことから、すべり軸受１１０の耐Ｇ性能を向上させることができる。

図４は、図３のすべり軸受構造と図１または図２の回転陽極ターゲット１０６との関係例（その1:ターゲット１０６が部分的に軸受１１０ｂと対向する例）を説明する図である。図４では、シャフト１１２の表面のうち、回転陽極ターゲット１０６の重心Ｇを含むプレーン部エリアの幅（La1；例えば１０ｍｍ）を、回転陽極ターゲット１０６の厚み（例えば１５ｍｍ）よりも小さくしている。これにより、回転陽極ターゲット１０６が内側グルーブパターンL2bと部分的にオーバーラップできるようになる。このオーバーラップ部分を介して、回転陽極ターゲット１０６からの熱をすべり軸受１１０のシャフト１１２側へ効率的に逃がすことができる。

なお、図４以降の実施形態では、シャフト１１２の表面のうち、回転陽極ターゲット１０６の重心Ｇを含むエリア（幅La1のエリア：図１〜図３の１１０ｃに対応）に存在する隙間（図３のg2:例えば１００μｍ）を、すべり軸受１１０を構成する複数の軸受部（110a,110b）の１つ（または両方）に存在する隙間（図３のg1:例えば１０μｍ）よりも大きくすることができる。そうすると、プレーン部１１０ｃの周囲の回転部（図１または図２の１１３）に熱変形による偏心が多少生じても、プレーン部１１０ｃに偏心した回転部の内面が直接ぶつからず、その部分の耐負荷能力の劣化を防止できる。

一実施の形態に係るすべり軸受１１０の機械的な数値例を図４に当てはめてみると、例えば次のようになる。まず、全体的なサイズをイメージできるよう、すべり軸受１１０部分のシャフト径（図３のΦ）が４０ｍｍであるとする。

すべり軸受１１０は、第１のすべり軸受部１１０ａと第２のすべり軸受部１１０ｂを含む。第１のすべり軸受部１１０ａは、シャフト１１２の軸長方向に第１の外側グルーブパターンL1a（例えば幅５ｍｍ）と第１の内側グルーブパターンL1b（例えば幅１０ｍｍ）を含み、これらのグルーブパターンの間に第１のプレーン部L1c（えば幅６ｍｍ）を含む。

第２のすべり軸受部１１０ｂは、シャフト１１２の軸長方向に第２の外側グルーブパターンL2a（例えば幅８ｍｍ）と第２の内側グルーブパターンL2b（例えば幅１６ｍｍ）を含み、これらのグルーブパターンの間に第２のプレーン部L2c（例えば幅６ｍｍ）を含む。

シャフト１１２の軸長方向に見た場合において、第１の内側グルーブパターンL1bの幅（１０ｍｍ）は第１の外側グルーブパターンL1aの幅（５ｍｍ）より大きく、第２の内側グルーブパターンL2bの幅（１６ｍｍ）は第２の外側グルーブパターンL2aの幅（８ｍｍ）より大きい。

シャフト１１２の軸長方向に見た場合において、第１の内側グルーブパターンL1bの位置は、第１の外側グルーブパターンL1aの位置よりも回転陽極ターゲット１０６に近い位置にあり、第２の内側グルーブパターンL2bの位置は第２の外側グルーブパターンL2aの位置よりも回転陽極ターゲット１０６に近い位置にある。

第１のプレーン部L1cの位置は回転陽極ターゲット１０６からみて第１の内側グルーブパターンL1bの位置よりも離れた（距離D1a）位置にあり、第２のプレーン部L2cの位置は回転陽極ターゲット１０６からみて第２の内側グルーブパターンL2bの位置よりも離れた（距離D2a）位置にある。ここで、距離D1aは、シャフト１１２の軸長方向において、回転陽極ターゲット１０６の第１のプレーン部L1c側の端から第１のプレーン部L1cの中央の位置までの距離である。距離D2aは、シャフト１１２の軸長方向において、回転陽極ターゲット１０６の第２のプレーン部L2c側の端から第２のプレーン部L2cの中央の位置までの距離である。

シャフト１１２の軸長方向に見た場合において、第１の内側グルーブパターンL1bと第２の内側グルーブパターンL2bの間に、回転陽極ターゲット１０６の重心Ｇがくるように構成される。すべり軸受１１０では、回転陽極ターゲット１０６を軸支する負荷は、この重心Ｇの左右に離れて配置されたすべり軸受部１１０ａ、１１０ｂに分散される。

第１の外側グルーブパターンL1aは、シャフト１１２の軸長方向に垂直な軸に対し第１の回転方向（反時計回り）に第１の角度θ１a（例えば６５°）を持つ複数の平行な溝で構成され、第１の内側グルーブパターンL1bは、シャフト１１２の軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（時計回り）に第２の角度θ１b（例えば３０°）を持つ複数の平行な溝で構成される。

同様に、第２の内側グルーブパターンL2bは、シャフト１１２の軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向（反時計回り）に第３の角度θ２b（例えば３０°）を持つ複数の平行な溝で構成され、第２の外側グルーブパターンL2aは、シャフト１１２の軸長方向に垂直な軸に対し前記第２の回転方向（時計回り）に第４の角度θ２a（例えば６５°）を持つ複数の平行な溝で構成される。

この実施形態では、ターゲット１０６から離れた幅狭の外側グルーブパターン（L1a,L2a）の溝角度（θ１ａ、θ２ａ）を、ターゲット１０６に近い幅広の内側グルーブパターン（L1b,L2b）の溝角度（θ１ｂ、θ２ｂ）より大きくしている。逆に言えば、幅狭の外側グルーブパターン（L1a,L2a）の溝角度（θ１ａ、θ２ａ）よりも、幅広の内側グルーブパターン（L1b,L2b）の溝角度（θ１ｂ、θ２ｂ）を小さくしている。（具体的には、２倍の幅の違いに対して凡そ２倍の角度の違いを設けている。）一般化していうと、プレーン部（L1cまたはL2c）の左右のグルーブパターン（L1a,L1bまたはL2a,L2b）に関して、各グルーブパターン内の複数溝の幅、深さ、並びピッチ、溝内の表面状態などが均一であるとして、Ｎ倍のグルーブパターン幅の増加に対して凡そ１／Ｎの溝角度減少を設定している。

これは、シャフト１１２の回転に伴い幅狭外側グルーブパターン（L1aまたはL2a）の溝に掻き込まれる液体金属ＬＭの総量と、幅広内側グルーブパターン（L1bまたはL2b）の溝に掻き込まれる液体金属ＬＭの総量を、実質同等とするためである。そうすると、プレーン部（L1cまたはL2c）の左右に設けられた幅の異なるグルーブパターン（L1a,L1bまたはL2a,L2b）の複数溝に掻き込まれる液体金属ＬＭの総量が、プレーン部（L1cまたはL2c）の左右でバランスするようになる。これにより、左右のすべり軸受部１１０ａおよび１１０ｂ各々における動圧軸受動作が安定する。

図５は、図４の変形例（グルーブパターンの角度違い）を説明する図である。図４ではプレーン部（L1c；L2c）の左右に設けられた幅の異なるグルーブパターン（L1a,L1b；L2a,L2b）の溝角度を変えている（例えば、θ１ａ＝６５°、θ１ｂ＝３０°；θ２ａ＝６５°、θ２ｂ＝３０°）。これに対し、図５では、これらの溝角度を同じにしている（例えば、θ１ａ＝６０°、θ１ｂ＝６０°；θ２ａ＝６０°、θ２ｂ＝６０°）。そうすると、プレーン部（L1cまたはL2c）の左右に設けられた幅の異なるグルーブパターン（L1a,L1bまたはL2a,L2b）の複数溝に掻き込まれる液体金属ＬＭの総量がプレーン部（L1cまたはL2c）の左右でバランスしなくなる。しかし、液体金属掻き込み総量のアンバランスが実用上問題ない程度に小さいとき（例えば、すべり軸受内の何処にも液体金属の枯渇が生じないとき）は、図５のすべり軸受構造でも、回転陽極ターゲット１０６をその左右のすべり軸受部１１０ａ、１１０ｂで安定に軸支する設計製作は可能である。

図６は、図３のすべり軸受構造と図１または図２の回転陽極ターゲット１０６との関係例（その２:ターゲット１０６が軸受１１０ｂと対向しない例）を説明する図である。図６の構造では、左右のすべり軸受部１１０ａ、１１０ｂの位置が、図４または図５の構造と比べて、回転陽極ターゲット１０６の重心Ｇの位置からより遠くへ等間隔（または同率）にずれている。この等間隔（または同率）な位置ずれにより、回転陽極ターゲット１０６に対する左右すべり軸受部１１０ａ、１１０ｂの軸支バランスを維持したまま、回転陽極ターゲット１０６に対する軸支安定性がより高くなる。

図６では、回転陽極ターゲット１０６が内側グルーブパターンL1b,L2bとオーバーラップしていない。このため、プレーン部L1c及びプレーン部L2cは、ターゲット１０６の熱応力を一層受け難くなる。図４または図５の構造では、オーバーラップ部分が回転陽極ターゲット１０６からの熱をすべり軸受１１０のシャフト１１２側に逃がす熱流路となっている。このような熱流路がない分、図６の構造ではターゲット１０６に対する冷却能力が落ちるが、それでも、左右のすべり軸受部１１０ａ、１１０ｂの極薄（図３のg1相当）な液体金属層を介した別の熱流路は確保されている。したがい、回転陽極ターゲット１０６の発熱状況によっては、図６の構造でも必要十分な冷却性能を持ったすべり軸受１１０を設計製作可能である。

図７は、図４の比較例（グルーブパターンの幅違い）を説明する図である。図７の構造では、左右のすべり軸受部１１０ａおよび１１０ｂそれぞれにおいて、外側グルーブパターンと内側グルーブパターンの幅が等しく（L1a=L1b;L2a=L2b）外側グルーブパターンと内側グルーブパターンの溝角度が等しく（θ1a=θ1b; θ2a=θ2b）なっている。図７の構造は、回転陽極ターゲット１０６と内側グルーブパターンL2bの間に、図４または図５と同様なオーバーラップ部分を持ち、このオーバーラップ部分が回転陽極ターゲット１０６からの熱をすべり軸受１１０のシャフト１１２側に逃がす熱流路となっている。図７のすべり軸受構造でも、回転陽極ターゲット１０６をその左右のすべり軸受部１１０ａ、１１０ｂで安定に軸支する設計製作は可能である。

図７のプレーン部L1cは、図４や図５のプレーン部L1cと等しい。また、図７のプレーン部L2cは、図４や図５のプレーン部L2cと等しい。
ところで、図７の距離D1aは、図４や図５の距離D1aより短い。同様に、図７の距離D2aは、図４や図５の距離D2aより短い。上記のことから、図７のすべり軸受構造より、図４や図５のすべり軸受構造の方が、プレーン部L1c及びプレーン部L2cは、ターゲット１０６の熱応力を受け難い。

図８は、他の実施の形態に係るＸ線管の内部構造の一例を説明する部分断面図である。

この実施形態の回転陽極Ｘ線管１００は、真空容器１０２と、真空容器１０２内に収納された回転陽極ターゲット１０６の構造体と、この構造体を回転自在に軸支するすべり軸受の軸受回転部１１３と、すべり軸受のシャフト１１２と同軸的に連結された固定軸１１８と、回転陽極ターゲット１０６に向けて電子ビームを放出する陰極１０４と、真空容器１０２の外側に設けられ回転磁界を発生するステータコイル１１とを備えている。ステータコイルからの磁界を受けるモータロータ１１５は導電体の外筒１５ａと磁性体（軟鉄）の内筒１５ｂの積層構造を持ち、コイル１１との組み合わせで渦電流型モータを形成している。

回転陽極ターゲット１０６の傘状外面には、電子ビームが衝突する陽極ターゲット層が形成されている。回転陽極ターゲット１０６および陽極ターゲット層は高融点金属でできており、例えば、モリブデン、タングステン若しくはこれらの各合金が使用されている。

図８の軸受回転部１１３の内部に、図３〜図７のいずれかに示すようなすべり軸受１１０の構造を適用することができる。

本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、第１の内側グルーブパターンL1bの幅が第１の外側グルーブパターンL1aの幅より大きく設定され（L1a＜L1b）、かつ、第２の内側グルーブパターンL2bの幅が第２の外側グルーブパターンL2aの幅より大きく設定されている（L2a＜L2b）場合、第１の外側グルーブパターンL1aの幅と第２の外側グルーブパターンL2aの幅が等しく（L1a＝L2a）、第１の内側グルーブパターンL1bの幅と第２の内側グルーブパターンL2bの幅が等しく（L1b＝L2b）ともよい。

＜実施形態のまとめ＞
液体金属すべり軸受を有する回転陽極Ｘ線管において、すべり軸受の固定シャフト（１１２）側に設けられたグルーブパターン（L1a,L1b；L2a,L2b）が非対称に構成され、すべり軸受中間に設けられたプレーン部（L1c；L2c）が軸受中心（Ｇ）からずれて構成される。これにより、回転陽極ターゲット（１０６）からの熱応力に起因したすべり軸受回転部（１１３）の変形による負荷能力低下を緩和し、高耐Ｇ性能を持った高冷却型回転陽極Ｘ線管を提供する。

回転陽極ターゲット（１０６）とすべり軸受回転部（１１３）が一体的に形成され、回転陽極ターゲット（１０６）をすべり軸受回転部（１１３）を介して冷却する回転陽極Ｘ線管において、回転陽極ターゲット（１０６）を支持するために、シャフト（１１２）に２つの分割されたすべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）を形成する円筒面が構成されている。シャフト（１１２）に形成された２つのすべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）の円筒面には、それぞれ、左右に液体金属を掻きこむための複数溝が形成されたグルーブパターン（L1a,L1b；L2a,L2b）と、この左右グルーブパターンの中間に回転陽極ターゲット（１０６）を主体的に支持するためのプレーン部（L1c,L2c）が形成されている。回転陽極ターゲット（１０６）は、このように構成された２つのすべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）の間に位置するよう構成され、回転陽極ターゲット（１０６）に発生する熱をすべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）を介して冷却する高冷却構造となっている。ここで、すべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）に形成されている左右のグルーブパターン（L1a,L1b；L2a,L2b）のシャフト軸長方向の幅を、回転陽極ターゲット（１０６）の位置からみて、外側を狭く、内側を広くする。これにより、中間のプレーン部（L1c,L2c）を、幅広な内側グルーブパターンよりも外側に配置する。このような構成において、回転陽極ターゲット（１０６）が高温で膨張してすべり軸受回転部（１１３）の中間が膨らみ、回転部（１１３）内の隙間径が偏心を伴って広がっても、それによる負荷能力低下の防止を図る。そのために、プレーン部（L1c,L2c）を、通常の構成よりもターゲット位置（Ｇ）から離して、ターゲット（１０６）の熱変形の影響を受けない位置に配置する。これにより、高耐Ｇ性能を持った高冷却型回転陽極Ｘ線管を提供できる。

この発明の実施形態に係るすべり軸受構造を用いた回転陽極Ｘ線管は、各種のＸ線システムに適用可能である。例えば、Ｘ線ステレオ撮影システムやＸ線ステレオシネ撮影システム、ステレオパルス透視システム等の各種のシステムに適用可能である。

この発明の実施形態に係るすべり軸受構造によれば、高温になる回転体を冷却しつつ軸支し、かつ耐Ｇ性能を併せ持つすべり軸受を提供できる。高温になる回転体は、必ずしもＸ線を発生するターゲットには限定されず、例えば機械加工時の摩擦熱で高温となるドリル（あるいは回転砥石）の冷却軸支にも応用できる。この発明の実施形態に係るすべり軸受構造をドリル等の冷却軸支に応用する場合は、その軸受構造を真空容器に収納しなくてもよい。

＜実施形態の要点＞
実施形態に係るすべり軸受構造によれば、すべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）のプレーン部（L1c,L2c）を高温となる回転陽極ターゲット（１０６）から離すことが可能となり、耐Ｇ性能の低下を防止することができる。

また、回転陽極ターゲット（１０６）に近い側のグルーブグルーブパターン（L1b；LL2b）でも、熱を通しやすい潤滑剤としての液体金属を介して、回転陽極ターゲット（１０６）からの熱を逃がすことが可能である。すなわち、耐Ｇ性能と高冷却機能を両立できる。

なお、グルーブパターン（L1a,L1bまたはL2a,L2b）の形状を左右非対称とした場合、液体金属の描きこみ量が変わるため、液体金属が掻き込み量の少ない側に移動して液体金属が軸受内で偏在する恐れがある。その結果、すべり軸受部（１１０ａ，１１０ｂ）内の一部で液体金属が枯渇して、すべり軸受けの機能が阻害され得る。この問題に対しては、シャフトの軸方向で幅の狭い、陽極ターゲットから離れた側のグルーブパターン（L1a,L2a）の溝の掻き込み角度（θ１ａ，θ２ａ）を、陽極ターゲットに近い側の幅広グルーブパターン（L1b,L2ｂ）の溝の掻き込み角度（θ１ｂ，θ２ｂ）より大きくし、左右のグルーブパターン（L1b,L2ｂ）の液体金属掻き込み量を同一とする方法を提案する。計算では、たとえばグルーブパターンの軸方向の幅を２倍としたとき、掻き込み角度を２倍以上に大きくすることにより、掻き込み量を同一にできることが分かっており、このような構成により前記問題に対処可能である。

＜出願当初請求項に対応する付記＞
［１］ 一実施の形態に係るすべり軸受構造は、シャフト（１１２）と、このシャフトより高温になるターゲット（１０６）をこのシャフトに回転可能に軸支する構造を持つ。このすべり軸受構造において、前記シャフト（１１２）は、このシャフトの軸長方向に複数のグルーブパターン（L1a,L1b;L2a,L2b）を持つすべり軸受（１１０）を備える。

前記すべり軸受（１１０）を構成する複数の軸受部（110a,110b）の１つ（例えば110a）は、前記シャフトの軸長方向に外側グルーブパターン（L1a）と内側グルーブパターン（L1b）を含み、これらのグルーブパターンの間にプレーン部（L1c）を含む。

前記シャフト（１１２）の軸長方向に見た場合において、前記内側グルーブパターン（L1b）の幅は前記外側グルーブパターン（L1a）の幅より大きく、前記内側グルーブパターン（L1b）の位置は前記外側グルーブパターン（L1a）の位置よりも前記ターゲット（１０６）に近い位置にある。そして、前記プレーン部（L1c）の位置が、前記ターゲット（１０６）からみて前記内側グルーブパターン（L1b）の位置よりも離れた（例えばD1a離れた）位置にくるように構成される。

［２］ 他の実施形態に係るすべり軸受構造は、シャフト（１１２）と、このシャフトより高温になるターゲット（１０６）をこのシャフトに回転可能に軸支する構造を持つ。このすべり軸受構造において、前記シャフト（１１２）は、このシャフトの軸長方向に複数のグルーブパターン（L1a,L1b;L2a,L2b）を持つすべり軸受（１１０）を備える。このすべり軸受（１１０）は、第１のすべり軸受部（110a）および第２のすべり軸受部（110b）を含む。

前記第１のすべり軸受部（110a）は、前記シャフトの軸長方向に第１の外側グルーブパターン（L1a）と第１の内側グルーブパターン（L1b）を含み、これらのグルーブパターンの間に第１のプレーン部（L1c）を含む。また、前記第２のすべり軸受部（110b）は、前記シャフトの軸長方向に第２の外側グルーブパターン（L2a）と第２の内側グルーブパターン（L2b）を含み、これらのグルーブパターンの間に第２のプレーン部（L2c）を含む。

前記シャフト（１１２）の軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターン（L1b）の幅は前記第１の外側グルーブパターン（L1a）の幅より大きく、前記第２の内側グルーブパターン（L2b）の幅は前記第２の外側グルーブパターン（L2a）の幅より大きい。また、前記シャフト（１１２）の軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターン（L1b）の位置は前記第１の外側グルーブパターン（L1a）の位置よりも前記ターゲット（１０６）に近い位置にあり、前記第２の内側グルーブパターン（L2b）の位置は前記第２の外側グルーブパターン（L2a）の位置よりも前記ターゲット（１０６）に近い位置にある。

前記第１のプレーン部（L1c）の位置は前記ターゲット（１０６）からみて前記第１の内側グルーブパターン（L1b）の位置よりも離れた（D1a）位置にあり、前記第２のプレーン部（L2c）の位置は前記ターゲット（１０６）からみて前記第２の内側グルーブパターン（L2b）の位置よりも離れた（D2a）位置にある。そして、前記シャフト（１１２）の軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターン（L1b）と前記第２の内側グルーブパターン（L2b）の間に、前記ターゲット（１０６）の重心（Ｇ；図４〜図７）がくるように構成される。

［３］ ［１］のすべり軸受構造では、前記外側グルーブパターン（L1a）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し第１の回転方向（反時計回り）に第１の角度（θ１a）を持つ複数の溝で構成され、前記内側グルーブパターン（L1b）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（時計回り）に第２の角度（θ１b）を持つ複数の溝で構成される。

前記シャフト（１１２）の軸長方向（プレーン部の軸径φは、例えば40mm）に見た場合において、前記内側グルーブパターン（L1b）の幅（例えば8ｍｍ〜10mm）が前記外側グルーブパターン（L1a）の幅（例えば5mm〜8mm）より大きく設定され（L1a＜L1b）、前記第１の角度（θ１a；例えば60°〜65°）が前記第２の角度（θ１b；例えば30°〜60°）以上に設定される（θ１b≦θ１a）。

［４］ ［２］のすべり軸受構造では、前記第１の外側グルーブパターン（L1a）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し第１の回転方向（反時計回り）に第１の角度（θ１a）を持つ複数の溝で構成され、前記第１の内側グルーブパターン（L1b）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（時計回り）に第２の角度（θ１b）を持つ複数の溝で構成される。

また、前記第２の内側グルーブパターン（L2b）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向（反時計回り）に第３の角度（θ２b）を持つ複数の溝で構成され、前記第２の外側グルーブパターン（L2a）は前記シャフト（１１２）の軸長方向に垂直な軸に対し前記第２の回転方向（時計回り）に第４の角度（θ２a）を持つ複数の溝で構成される。

前記シャフト（１１２）の軸長方向（第１および第２プレーン部の軸径φは、例えば40mm）に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターン（L1b）の幅（例えば8mm〜10mm）が前記第１の外側グルーブパターン（L1a）の幅（例えば5mm〜8mm）より大きく設定され（L1a＜L1b）、前記第２の内側グルーブパターン（L2b）の幅（例えば12mm〜16mm）が前記第２の外側グルーブパターン（L2a）の幅（例えば8mm〜12mm）より大きく設定され（L2a＜L2b）、前記第１の角度（θ１a；例えば60°〜65°）が前記第２の角度（θ１b；例えば30°〜60°）以上に設定され（θ１b≦θ１a）、前記第４の角度（θ２a；例えば60°〜65°）が前記第３の角度（θ２b；例えば30°〜60°）以上に設定される（θ１b≦θ１a）。

［５］ ［１］〜［４］のすべり軸受構造では、
前記シャフトが内部に挿通され前記ターゲットと一体に形成された軸受回転部と、
前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間に存在する液体金属（ＬＭ）とをさらに備え、
前記シャフト（１１２）の表面のうち、前記ターゲット（１０６）の重心（Ｇ）を含むエリア（例えば幅La1のエリア）における前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間（g2:例えば１００μｍ）が、前記すべり軸受（１１０）を構成する複数の軸受部（110a,110b）の１つ（例えば110a）のエリアにおける前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間（g1:例えば１０μｍ）よりも大きい。

［６］ ［１］〜［５］のすべり軸受構造は、回転する前記ターゲット（１０６）に電子ビームを衝突させてＸ線を発生するＸ線管において、前記ターゲットの回転軸支に適用できる。

［７］ 一実施の形態に係る回転陽極Ｘ線管（１００）は、回転する陽極ターゲット（１０６）と、この陽極ターゲット（１０６）に電子ビームを衝突させる陰極（１０４）を具備する。このＸ線管（１００）において、前記陽極ターゲット（１０６）は、すべり軸受のシャフト（１１２）に形成された２つのすべり軸受部（110a、110b）の間に回転可能に軸支される。

前記２つのすべり軸受部（110a、110b）各々は、外側グルーブパターン（L1a,L2a）と内側グルーブパターン（L1b,L2b）とこれらのグルーブパターンの間にプレーン部（L1c,L2c）を持つ。

前記内側グルーブパターン（L1b,L2b）の存在により前記プレーン部（L1c,L2c）が前記陽極ターゲット（１０６）から離れる（D1a,D2aまたはD1b,D2b）ように構成され、前記陽極ターゲット（１０６）からの熱を前記２つのすべり軸受部（110a、110b）の少なくとも一方を介して前記シャフト（１１２）側に放熱するように構成する。

［８］ ［７］の回転陽極Ｘ線管（１００）では、前記シャフト（１１２）の軸長方向にみて前記内側グルーブパターン（L1b,L2b）の幅を前記外側グルーブパターン（L1a,L2a）の幅より大きくし、前記外側グルーブパターン（L1a,L2a）の溝角度（60°〜65°）を前記内側グルーブパターン（L1b,L2b）の溝角度（30°〜60°）以上とする。

１００…Ｘ線管；１０２…真空容器；１０４…電子銃（陰極）；１０６…回転陽極ターゲット；１１０…すべり軸受；１１０ａ、１１０ｂ…左右のすべり軸受部；１１１…モータステータ；１１２…すべり軸受のシャフト；１１３…軸受回転部；１１５…モータロータ。

Claims (8)

1. シャフトと、このシャフトより高温になるターゲットをこのシャフトに回転可能に軸支するすべり軸受構造において、
   前記シャフトは、このシャフトの軸長方向に複数のグルーブパターンを持つすべり軸受を備え、
   前記すべり軸受を構成する複数の軸受部の１つは、前記シャフトの軸長方向に外側グルーブパターンと内側グルーブパターンを含み、これらのグルーブパターンの間にプレーン部を含み、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記内側グルーブパターンの幅は前記外側グルーブパターンの幅より大きく、前記内側グルーブパターンの位置は前記外側グルーブパターンの位置よりも前記ターゲットに近い位置にあり、
   前記プレーン部の位置が前記ターゲットからみて前記内側グルーブパターンの位置よりも離れた位置にくるように構成された
   すべり軸受構造。
2. シャフトと、このシャフトより高温になるターゲットをこのシャフトに回転可能に軸支するすべり軸受構造において、
   前記シャフトは、このシャフトの軸長方向に複数のグルーブパターンを持つすべり軸受を備え、
   前記すべり軸受は第１のすべり軸受部および第２のすべり軸受部を含み、
   前記第１のすべり軸受部は、前記シャフトの軸長方向に第１の外側グルーブパターンと第１の内側グルーブパターンを含み、これらのグルーブパターンの間に第１のプレーン部を含み、
   前記第２のすべり軸受部は、前記シャフトの軸長方向に第２の外側グルーブパターンと第２の内側グルーブパターンを含み、これらのグルーブパターンの間に第２のプレーン部を含み、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターンの幅は前記第１の外側グルーブパターンの幅より大きく、前記第２の内側グルーブパターンの幅は前記第２の外側グルーブパターンの幅より大きく、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターンの位置は前記第１の外側グルーブパターンの位置よりも前記ターゲットに近い位置にあり、前記第２の内側グルーブパターンの位置は前記第２の外側グルーブパターンの位置よりも前記ターゲットに近い位置にあり、
   前記第１のプレーン部の位置は前記ターゲットからみて前記第１の内側グルーブパターンの位置よりも離れた位置にあり、
   前記第２のプレーン部の位置は前記ターゲットからみて前記第２の内側グルーブパターンの位置よりも離れた位置にあり、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターンと前記第２の内側グルーブパターンの間に、前記ターゲットの重心がくるように構成された
   すべり軸受構造。
3. 前記外側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し第１の回転方向に第１の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記内側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に第２の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記内側グルーブパターンの幅が前記外側グルーブパターンの幅より大きく設定され、前記第１の角度が前記第２の角度以上に設定される
   請求項１に記載のすべり軸受構造。
4. 前記第１の外側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し第１の回転方向に第１の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記第１の内側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に第２の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記第２の内側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し前記第１の回転方向に第３の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記第２の外側グルーブパターンは、前記シャフトの軸長方向に垂直な軸に対し前記第２の回転方向に第４の角度を持つ複数の溝で構成され、
   前記シャフトの軸長方向に見た場合において、前記第１の内側グルーブパターンの幅が前記第１の外側グルーブパターンの幅より大きく設定され、前記第２の内側グルーブパターンの幅が前記第２の外側グルーブパターンの幅より大きく設定され、前記第１の角度が前記第２の角度以上に設定され，前記第４の角度が前記第３の角度以上に設定される
   請求項２に記載のすべり軸受構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のすべり軸受構造において、
   前記シャフトが内部に挿通され前記ターゲットと一体に形成された軸受回転部と、
   前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間に存在する液体金属とをさらに備え、
   前記シャフトの表面のうち、前記ターゲットの重心を含むエリアにおける前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間が、前記すべり軸受を構成する複数の軸受部の１つのエリアにおける前記シャフトと前記軸受回転部との間の隙間よりも大きい。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のすべり軸受構造を用い、回転する前記ターゲットに電子ビームを衝突させてＸ線を発生するように構成したＸ線管。
7. 回転する陽極ターゲットと、この陽極ターゲットに電子ビームを衝突させる陰極を具備するＸ線管において、
   前記陽極ターゲットは、すべり軸受のシャフトに形成された２つのすべり軸受部の間に回転可能に軸支され、
   前記２つのすべり軸受部各々は、外側グルーブパターンと内側グルーブパターンとこれらのグルーブパターンの間にプレーン部を持ち、
   前記内側グルーブパターンの存在により前記プレーン部が前記陽極ターゲットから離れるように構成し、
   前記陽極ターゲットからの熱を前記２つのすべり軸受部を介して前記シャフト側に放熱するように構成した
   回転陽極Ｘ線管。
8. 請求項７に記載の回転陽極Ｘ線管おいて、前記シャフトの軸長方向にみて前記内側グルーブパターンの幅を前記外側グルーブパターンの幅より大きくし、前記外側グルーブパターンの溝角度を前記内側グルーブパターンの溝角度以上とする。

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