JP4098193B2 - すべり軸受および回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明は軸受および軸受を用いたＸ線管に係り、特に液体潤滑剤を用いたすべり軸受および回転陽極型Ｘ線管に関する。

近年、すべり軸受は様々な場面、様々な環境下で用いられ、高い性能が望まれている。例えば、回転陽極型Ｘ線管に用いられるすべり軸受では、真空下での高速回転という厳しい使用環境と、高い信頼性が求められている。

従来のすべり軸受は、回転時に液体潤滑剤を引き込む溝を有し、筒状部材とはめ合う複数の軸受部と、となり合う軸受部の間に、軸受部より細い径を有する部分とを有する軸を使用していた。（特許文献１）。この様な軸受部より細い径を有する部分は、軸受部の焼きつきを防止するために、液体潤滑剤を貯蔵する機能を有している（特許文献２）。
特許第３１３９８７３号公報（図７） 特開２００１−２７６０３４号公報（８頁）

ところが、従来のすべり軸受には次のような問題がある。

すなわち図７に示す様に、筒状部材１０１と軸本体１０２の間の空間を液体潤滑剤１０３で十分に充填した場合、軸受の焼きつきは防止できるが、液体潤滑剤１０３と軸本体１０２との間、および液体潤滑剤１０３と回転する筒状部材１０１との間の摩擦損失が大きく、摩擦熱が発生する。筒状部材１０１が、比較的低速で回転する場合は問題にならないが、きわめて高速で回転する場合、発生した熱は液体潤滑剤１０３の粘度を低下させ、軸受の負荷能力を低下させてしまう。

また、液体潤滑剤１０３と回転する筒状部材１０１の間の摩擦熱を考慮し、図８に示す様に、筒状部材１０１と軸本体１０２の間の空間を、液体潤滑剤１０３で一部のみ充填した場合、図９に示す様に、一方の軸受部１０４側（図中では右側）にのみ液体潤滑剤１０３が供給され、他方の軸受部１０４（図中では左側）に十分に液体潤滑剤１０３が供給されない場合があり、軸の焼きつきが防止できないという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、高速に回転させた場合でも、摩擦損失が小さく、安定的に軸受部に液体潤滑剤が供給でき、信頼性の高いすべり軸受を提供することを目的とする。

また、陽極を高速回転させた場合でも、摩擦損失が小さく、安定的に軸受部に液体潤滑剤が供給でき、信頼性の高い回転陽極型Ｘ線管を提供することをも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のすべり軸受は、筒状部材と、前記筒状部材に挿入された軸本体と、前記軸本体の一部に互いに離間して設けられ、前記筒状部材と相対的に回転自在に嵌合する複数の軸受部と、前記筒状部材と前記軸受部との間に介在する液体潤滑剤と、前記軸本体の少なくとも前記軸受部間に、前記軸受部に隣接して設けられ、前記軸受部より小径で、かつ前記筒状部材との空間、および前記軸受部と前記筒状部材との空間の容積の合計が、前記液体潤滑剤の体積より小さくなる径と長さを有する第１の小径部と、前記軸本体の前記第１の小径部に隣接して設けられ、前記第１の小径部より小径で、かつ前記筒状部材と前記軸受部とが相対的に回転する際に前記液体潤滑剤と接触しない径と長さを有する第２の小径部とを有することを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、本発明の回転陽極型Ｘ線管は、筒状部材と、前記筒状部材に挿入され、前記筒状部材を回転可能に支持する軸本体と、前記筒状部材に取り付けられた回転陽極と、前記筒状部材と前記回転陽極とを内部に収納した真空容器とを有する回転陽極型Ｘ線管において、前記軸本体の一部に互いに離間して設けられ、回転時に液体潤滑剤を引き込む溝を有し、前記筒状部材を回転自在に嵌合する複数の軸受部と、前記筒状部材と前記軸受部との間に介在する液体潤滑剤と、前記軸本体の少なくとも前記軸受部間に、前記軸受部に隣接して設けられ、前記溝の底部より小径で、かつ前記筒状部材との空間、および前記軸受部と前記筒状部材との空間の容積の合計が、前記潤滑剤の体積より小さくなる径と長さを有する第１の小径部と、前記軸本体の前記第１の小径部に隣接して設けられ、前記第１の小径部より小径で、かつ前記筒状部材の回転時に前記液体潤滑剤と接触しない径と長さを有する第２の小径部とを有することを特徴としている。

本発明によれば、筒状部材と軸受部とを相対的に高速に回転させた場合でも、摩擦損失が小さく、安定的に軸受部に液体潤滑剤が供給でき、信頼性の高いすべり軸受を提供することができる。

また、陽極を高速回転させた場合でも、摩擦損失が小さく、安定的に軸受部に液体潤滑剤が供給できて、信頼性の高い回転陽極型Ｘ線管を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

以下に、本発明による回転陽極型Ｘ線管の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明による回転陽極型Ｘ線管の実施例の一部切欠断面図である。

内部が真空に保たれた真空容器（図示せず）の内部に、軸本体である固定軸２が固定されている。真空容器の内部には回転陽極３が取り付けられた筒状部材である回転体４が、固定軸２に回転可能な状態で嵌合されている。

固定軸２の一部には、軸受部５ａ、５ｂが互いに離間して設けられている。固定軸２と回転体４の間の空間には液体潤滑剤６が封入されている。液体潤滑剤６は例えば液体金属など導電性かつ熱伝導率の高い液体で、電気的に、また熱的に固定軸２と回転体４とを接続している。固定軸２と回転体４の間を電気的に接続することで、固定軸２から回転陽極３へ通電可能となり、また固定軸２と回転体４の間を熱的に接続することで、固定軸２から回転陽極３の放熱が可能となる。

軸受部５ａ、５ｂには、動圧グルーブ７が加工されており、回転体４が回転する際、軸受部５ａ、５ｂへ液体潤滑剤６を引き込む。

軸受部５ａの軸受部５ｂ側の隣接部、および軸受部５ｂの軸受部５ａ側の隣接部には、第１の小径部８、８が設けられている。これらの第１の小径部８、８の径と長さは、動圧グルーブ７の底よりも小径に、第１の小径部８、８と回転体４との空間、および軸受部５
ａ、５ｂと回転体４との空間の容積の総和が、液体潤滑剤６の体積より小さくなる様に設定する。

さらに、固定軸２の第１の小径部８、８で挟まれた位置に、第２の小径部９が設けられている。第２の小径部９の径と長さは、第１の小径部８、８より小径で、回転体４が回転しない際には液体潤滑剤６が溜められ、また回転体４が回転した際には、液体潤滑剤６が軸受部５ａ、５ｂおよび第１の小径部８、８と回転体４との間隙に充填された状態で、第２の小径部９と前記潤滑剤６とが接触しない様に設定する。

回転体４の外側には、電磁コイルをもつステータ１０を配置し、回転磁界を生じさせ、回転体４と回転陽極３を高速回転させる。

本実施例による回転陽極型Ｘ線管のすべり軸受の動作メカニズムを説明するため、図２（ａ）、図２（ｂ）から図５に軸受部分の動作モデルを示す。ここで第１の小径部８が、軸受部５ａ、５ｂそれぞれの両隣に、合計４箇所に設けられている。なお、図１においては軸受部５ａ、５ｂが回転体４の内壁１１の両端に位置しているため、軸受部５ａ、５ｂの外側２箇所の第１の小径部８は必要なく、軸受部５ａ、５ｂの内側２箇所にのみ配置している。

図２（ａ）は、回転体４の停止時における滑り軸受の内部を示した図、図２（ｂ）は、回転体４の回転時におけるすべり軸受の内部を示した図である。回転体４の停止時に図２（ａ）の様に、重力によって回転体４内の軸受部５ａ、５ｂ、第１の小径部および第２の小径部の下側に溜まっていた液体潤滑剤６は、回転体４の回転に伴って遠心力が働き、図２（ｂ）に示すように回転体４の内壁全体に付着する。

図３は、回転時におけるすべり軸受の内部、特に第２の小径部９付近を拡大して示した図である。液体潤滑剤６が回転体４と共に回転することによって、液体潤滑剤６に遠心力が働き、液体潤滑剤６と第２の小径部９は接触せず、第２の小径部９において液体潤滑剤６と回転する回転体４との間の摩擦損失、および液体潤滑剤６と固定軸２との間の摩擦損失は発生しない。また、動圧グルーブ７が発生させる動圧に加え、液体潤滑剤６の余剰部１２に働く遠心力から生じる流体圧力が、軸受の負荷能力を向上させる。

図４は、製造時のばらつきや環境変化などより、図３に対して液体潤滑剤６の量が多くなった場合の、回転時におけるすべり軸受の内部、特に第２の小径部９付近を拡大して示した図である。液体潤滑剤６と第２の小径部９が接触するまで余裕があるため、液体潤滑剤６の液面が高くなっても、第２の小径部９において摩擦損失は発生しない。

図５は、逆に製造時のばらつきや環境変化などより、図３に対して液体潤滑剤６の量が少ない場合の、回転時におけるすべり軸受の内部、特に第２の小径部９付近を拡大して示した図である。液体潤滑剤６と第２の小径部９との空間１３は大きくなり、回転体４の内壁１１が露出する。しかしながら、図９に示す従来のすべり軸受と異なり、内壁１１の露出は第２の小径部９部分から先に発生するので、内壁１１の露出が軸受部５ａ、５ｂへ達するまで余裕がある。

以上のように構成した回転陽極型Ｘ線管によれば、低い摩擦損失で高速回転が可能であり、また安定して液体潤滑剤６が供給されるので、高い信頼性を有する。

なお、本実施例では、筒状部材に円筒状の回転体４を用いたが、筒状部材は、例えば２ピース構造の部材や、ベース板に設けられた貫通穴、スラスト方向の軸受機構との組み合わせなど、回転可能に固定できれば良い。また、本実施例では、軸本体が固定側、筒状部
材が回転側であるが、筒状部材が固定側、軸本体が回転側であってもよい。

また、本実施例では、動圧グルーブ７を有した動圧流体軸受を例にとっているが、動圧グルーブ７のない平軸受でもよいことは勿論である。

以下に、本発明を用いた滑り軸受を人工衛星用フライホイールに適用した実施例を、図６を参照して説明する。なお、図２乃至図５の第１の実施例の各部と同一部分は、同一符号で示し、その説明を省略する。

固定軸２を備えるハウジング２０の内部に、回転体４が回転可能に取り付けられている。回転体４には、モータロータ２１を有するフライホイールマス２２が固定されている。回転体４は軸受部５ａ、５ｂでラジアル方向、スラスト軸受部２３でスラスト方向に保持され、ハウジング２０とフライホイールマス２２が相対的に滑らかに回転することを可能にしている。回転体４の内部はパッキン２４にて密閉され、飽和蒸気圧の低い液体潤滑剤６、例えば液体金属が供給されている。

上述の人工衛星用フライホイールによれば、低い摩擦損失で高速回転が可能であり、また安定して液体潤滑剤６が供給されるので、高い信頼性を有する。また、人工衛星は真空で使用されるため、パッキン２４の気密状態が保たれなくなると、液体潤滑剤６は蒸発してしまう。飽和蒸気圧の低い液体潤滑剤６を使用することで、回転体４の内部の圧力を下げることが可能になり、パッキン２４に要求される気密性が緩和され、信頼性を向上させることができる。

本発明による回転陽極型Ｘ線管の実施例の内部図 本発明による回転陽極型Ｘ線管の軸受部分の動作モデルを示した図 本発明による回転陽極型Ｘ線管の軸受部分の動作モデルを示した、第２の小径部の拡大図 本発明による回転陽極型Ｘ線管の軸受部分の、液体潤滑剤の液面が高い場合の動作モデルを示した、第２の小径部の拡大図 本発明による回転陽極型Ｘ線管の軸受部分の、液体潤滑剤の液面が低い場合の動作モデルを示した、第２の小径部の拡大図 本発明による人工衛星用フライホイールの実施例を示した図 従来の回転陽極型Ｘ線管の、液体潤滑剤の液面が高い場合の、軸受部分の動作モデルを示した図 従来の回転陽極型Ｘ線管の、液体潤滑剤の液面が低い場合の、軸受部分の動作モデルを示した図 従来の回転陽極型Ｘ線管の、液体潤滑剤の液面が低く、軸受部へ十分に液体潤滑剤が供給されない場合の、軸受部分の動作モデルを示した図

符号の説明

２ 固定軸
３ 回転陽極
４ 回転体
５ａ，５ｂ 軸受部
６ 液体潤滑剤
７ 動圧グルーブ
８ 第１の小径部
９ 第２の小径部
１０ ステータ
１１ 内壁
１２ 余剰部
１３ 空間
２０ ハウジング
２１ モータロータ
２２ フライホイールマス
２３ スラスト軸受部
２４ パッキン
１０１ 筒状部材
１０２ 軸本体
１０３ 液体潤滑剤
１０４ 軸受部

Claims (3)

1. 筒状部材と、
   前記筒状部材に挿入された軸本体と、
   前記軸本体の一部に互いに離間して設けられ、前記筒状部材と相対的に回転自在に嵌合する複数の軸受部と、
   前記筒状部材と前記軸受部との間に介在する液体潤滑剤と、
   前記軸本体の少なくとも前記軸受部間に、前記軸受部に隣接して設けられ、前記軸受部より小径で、かつ前記筒状部材との空間、および前記軸受部と前記筒状部材との空間の容積の合計が、前記液体潤滑剤の体積より小さくなる径と長さを有する第１の小径部と、
   前記軸本体の前記第１の小径部に隣接して設けられ、前記第１の小径部より小径で、かつ前記筒状部材と前記軸受部とが相対的に回転する際に前記液体潤滑剤と接触しない径と長さを有する第２の小径部とを有することを特徴とするすべり軸受。
2. 筒状部材と、
   前記筒状部材に挿入され、前記筒状部材を回転可能に支持する軸本体と、
   前記筒状部材に取り付けられた回転陽極と、
   前記筒状部材と前記回転陽極とを内部に収納した真空容器とを有する回転陽極型Ｘ線管において、
   前記軸本体の一部に互いに離間して設けられ、回転時に液体潤滑剤を引き込む溝を有し、前記筒状部材を回転自在に嵌合する複数の軸受部と、
   前記筒状部材と前記軸受部との間に介在する液体潤滑剤と、
   前記軸本体の少なくとも前記軸受部間に、前記軸受部に隣接して設けられ、前記溝の底部より小径で、かつ前記筒状部材との空間、および前記軸受部と前記筒状部材との空間の容積の合計が、前記潤滑剤の体積より小さくなる径と長さを有する第１の小径部と、
   前記軸本体の前記第１の小径部に隣接して設けられ、前記第１の小径部より小径で、かつ前記筒状部材の回転時に前記液体潤滑剤と接触しない径と長さを有する第２の小径部とを有することを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記液体潤滑剤は液体金属である請求項２に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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