JP5394002B2

JP5394002B2 - Ｘ線管軸受用ケージ

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Publication number: JP5394002B2
Application number: JP2008121743A
Authority: JP
Inventors: リァンヘン・チウ; マイルズ・スタンディッシュ・ピーターソン; ケーリー・ショーン・ロジャーズ; ダーロン・ツォン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-05-08
Also published as: US7620153B2; US20080279335A1; JP2008281197A; DE102008002840A1

Description

本発明は、一般にＸ線管に関し、より詳細には、軸受ケージをその中に有するＸ線管軸受組立体に関する。

Ｘ線システムは通常、Ｘ線管と、検出器と、Ｘ線管および検出器を支持する軸受組立体とを含む。動作の際には、その上に対象が配置される撮像テーブルが、Ｘ線管と検出器の間に置かれる。Ｘ線管は通常、対象に向けて、Ｘ線などの放射線を放出する。この放射線は通常、撮像テーブル上の対象を透過し、検出器に入射する。放射線が対象を透過するとき、対象の内部構造により、検出器で受け取る放射線に空間的分散が生じる。次いで検出器は、受け取ったデータを放出し、システムは、放射線の分散を画像に変換する。その画像を使用して、対象の内部構造を評価することができる。対象には、医療用撮像処置中の患者や、たとえば計算機式断層写真法（ＣＴ）小包スキャナ内の小包内などの無生物対象が含まれるが、これに制限されるものではないことが、当業者には理解されよう。

Ｘ線管は、焦点で発生する熱を分散させる目的で、回転陽極構造を含む。この陽極は通常、円盤形陽極ターゲットを支持する片持ち軸に組み込まれた円筒形回転子と、Ｘ線管の細長い首を取り囲む銅巻線を有する鉄固定子構造とを有する、誘導モータによって回転する。回転陽極組立体の回転子は、固定子によって駆動される。Ｘ線管陰極は集束電子ビームを供給し、この集束電子ビームは、陽極−陰極間の真空間隙を横切って加速し、陽極との衝撃時にＸ線を生成する。電子ビームがターゲットに当たるときに高温が発生するため、陽極組立体を速い回転速度で回転させることが必要である。これは、工具鋼玉軸受および工具鋼レース軌道を含む、軸受組立体に対する厳しい要求である。

Ｘ線管内で使用される軸受は、真空で動作する必要があり、真空では、油脂または油などの従来の湿式軸受潤滑剤を用いる潤滑を利用できない。Ｘ線管軸受転がり要素（すなわち軸受玉）は通常、銀、鉛、または鉛スズなどの潤滑特性を有する金属の固体層または摩擦システム（tribological system）でコーティングされる。軸受玉をコーティングする潤滑性金属は、隣接する玉同士の間ならびに玉とレース軌道の間の摩擦を軽減するのに役立つ。しかし、潤滑性金属コーティングにもかかわらず、大きな摩擦および加熱が玉とレース軌道の接点に発生する。真空環境内の温度が摂氏３００〜５００度の範囲であり、軸受玉への応力レベルが２．５ＧＰａを上回る可能性があるＸ線管環境内の動作条件は、軸受に対してさらに追加の難題となる。

Ｘ線管内の軸受の故障は通常、隣接する軸受玉同士の間ならびに軸受玉とレース軌道の間の接触領域からの銀めっきの磨耗および銀の損失による。銀めっきの磨耗は、軸受内の玉がレース軌道の周りを等間隔に配置されておらず、軸受が動いているときに玉同士の空間位置が変わるために生じる恐れがある。軸受玉が軸受内で負荷圏から非負荷圏へ移動するとき、負荷が解放されるために、その玉は負荷圏から急速に飛び出し、隣接する玉に当たる。この負荷解放の結果、隣接する軸受玉同士の間に大きな衝撃負荷が生じる。衝撃負荷は、玉同士の接点で表面上のへこみの原因となり、玉の表面を損傷する。さらに、隣接する軸受玉の回転は、互いに反対方向である。逆方向では、玉の表面の回転速度により、隣接する玉が互いに接触するとき、滑りトルク（skidding torque）が高くなり、熱が蓄積される。玉同士の接触によって発生する高速の滑り速度および内部熱は、極めて大きな磨耗および潤滑の損傷の原因となり、軸受の寿命を縮める。したがって、衝撃によるへこみ、滑り磨耗、および熱の蓄積はすべて、軸受の性能および耐久性に影響を及ぼす作用をする。
米国特許第５，７５２，７７３号公報米国特許第５，７７３，１４７号公報米国特許第６，７２６，９９３号公報

したがって、軸受組立体内の隣接する玉同士の間の滑り磨耗および動的衝撃負荷の問題を解消する方法および装置を有することが、望ましいはずである。また、軸受性能を改善しかつ軸受寿命を延ばすために、軸受内部トルクを軽減しかつ熱の蓄積を最小限にすることが望ましいはずである。

本発明は、前述の欠点を克服する、Ｘ線管軸受組立体内に軸受玉を配置する方法および装置を提供する。軸受ケージが軸受組立体に含まれ、軸受ケージ内の軸受玉を間隔をおいて配置して、隣接する軸受玉同士の接触を防止し、それによって、隣接する玉同士の間の滑り磨耗および動的衝撃負荷を解消し、かつ軸受内部トルクおよび熱の蓄積を軽減する。

本発明の一態様によれば、Ｘ線管内に取り付けられた軸受組立体は、軸受レースと、軸受レースに隣接して配置された複数の軸受玉と、複数の軸受玉の周囲に配置された軸受ケージとを含む。

本発明の別の態様によれば、撮像システムは、Ｘ線検出器と、回転可能なシャフトを有するＸ線管と、回転可能なシャフトを支持する軸受組立体とを含む。軸受組立体は、軸受レースと、軸受レースに隣接して配置される複数の転がり要素と、複数の転がり要素を収容するように構成される軸受ケージとをさらに含む。

本発明のさらに別の態様によれば、Ｘ線管軸受は、内レースおよび外レースを有するレース軌道と、レース軌道の第１の端部と第２の端部のそれぞれで内レースと外レースの間に配置された保持器と、保持器内の複数の軸受玉とを含む。

本発明の様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。

図面は、本発明を実施するために現在企図される、好ましい一実施形態を示す。

本発明の動作環境について、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムで使用されるＸ線管の使用に関して説明する。ただし、本発明は、Ｘ線管の使用を必要とする他のシステムでの使用にも同様に適用できることが、当業者には理解されよう。そのような用途には、Ｘ線撮像システム（医療用および非医療用）、マンモグラフィ撮像システム、およびＲＡＤシステムが含まれるが、それに限定されるものではない。

さらに、本発明について、Ｘ線管での使用に関して説明する。ただし、本発明は、銀などの固体潤滑剤が転がり接触構成部品上にめっきされている、高真空、高温、および高接点応力の環境で軸受の動作を必要とする、他のシステムにも同様に適用できることが、当業者にはさらに理解されよう。本発明について、「第３世代」ＣＴ医療用撮像スキャナに関して説明するが、手荷物スキャナなどの他のＣＴシステムでも同様に適用できる。

図１および２を参照すると、「第３世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含む、計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像システム１０を示す。ガントリ１２はＸ線管１４を有し、Ｘ線管１４は、ガントリ１２の反対側の検出器配列１８に向けてＸ線ビーム１６を投射する。検出器配列１８は、複数の検出器２０によって形成され、複数の検出器２０はともに、医療患者２２を透過する投射されたＸ線を感知する。各検出器２０は、入射するＸ線ビームの強度、したがって患者２２を透過するときに減衰されたビームの強度を表す電気信号を生成する。Ｘ線投射データを収集するための走査中は、ガントリ１２およびその上に取り付けられた構成部品は、回転中心２４の周囲を回転する。

ガントリ１２の回転およびＸ線管１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって管理される。制御機構２６は、電力およびタイミング信号をＸ線管１４に供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度および位置を制御するガントリモータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は、検出器２０からのアナログデータをサンプリングし、そのデータを後処理のためにデジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされかつデジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速再構成を実行する。再構成された画像は、コンピュータ３６へ入力として印加されて、コンピュータ３６は、その画像を大容量記憶装置３８内に記憶する。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者からの命令および走査パラメータを受け取る。付随する陰極線管表示装置４２により、操作者が、コンピュータ３６からの再構成された画像および他のデータを観察できるようになる。操作者から与えられた命令およびパラメータは、コンピュータ３６によって使用されて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８、およびガントリモータ制御装置３０に制御信号および情報を供給する。さらに、コンピュータ３６は、テーブルモータ制御装置４４を操作して、電動式テーブル４６を制御し、患者２２およびガントリ１２を配置する。具体的には、テーブル４６は、ガントリ開口４８を通して患者２２の部位を移動させる。

図３は、本発明の一実施形態を組み込むことから利益を得ることができる、Ｘ線管１４の横断面図を示す。Ｘ線管１４は、放射線放出通路５２がその中に形成された外被５０を含む。外被５０は、真空５４を密閉し、かつ陽極５６、軸受組立体５８、陰極６０、および回転子６２を収容する。Ｘ線１６は、高速の電子が、陰極６０から陽極５６へ向けて、その間の、たとえばＣＴ用途の場合は６万ボルト以上の電位差を介して送られて、突然減速するときに生成される。Ｘ線１６は、放射線放出通路５２を通って、図２の検出器配列１８などの検出器配列へ向けて放出される。これらの電子で陽極５６を過熱しないように、陽極５６は、中心線６４の周囲を高速で、たとえば９０〜２５０Ｈｚで回転する。

軸受組立体５８は、第１の端部６８で回転子６２に取り付けられ、また第２の端部７０で陽極５６に取り付けられた、中心シャフト６６を含む。中心シャフト６６の前部内レース７２および後部内レース７４はそれぞれ、複数の前部玉７６および複数の後部玉７８（すなわち軸受玉）に転がるように係合し、複数の前部玉７６および複数の後部玉７８は、転がり要素として機能する。軸受組立体５８はまた、前部外レース８０および後部外レース８２を含み、前部外レース８０および後部外レース８２は、それぞれ複数の前部玉７６および複数の後部玉７８に転がるように係合しかつそれらを配置するように構成される。軸受組立体５８は、Ｘ線管１４によって支持される心棒８４を含む。固定子８６は回転子６２を駆動し、回転子６２は陽極５６を回転駆動する。

Ｘ線管１４内の陽極５６の回転に加えて、Ｘ線管１４全体も、通常１Ｈｚ以上の速度で、ガントリ１２の周囲を回転させられる。ガントリ１２の周囲をＸ線管１４が回転し、またＸ線管１４内で陽極５６が回転する両方の影響により、陽極５６の重量が大幅に増え、したがって、レース７２、７４、８０、８２（すなわちレース軌道）と軸受玉７６、７８の接触応力を最高２．５ＧＰａにする。さらに、陰極６０の動作から発生する熱の結果、陽極５６内の電子が減速し、レース７２、７４、８０、８２と軸受玉７６、７８の摩擦による自己加熱から発生する熱は、通常摂氏４００度を超える。

隣接する軸受玉７６、７８間の摩擦によって発生する熱および磨耗を軽減するために、軸受ケージまたは保持器が軸受組立体５８内に含まれる。図４に示すように、軸受組立体５８は、複数の前部軸受玉７６および後部軸受玉７８を収容するために複数の軸受ケージ８８を含むが、前部軸受玉７６または後部軸受玉７８のいずれかを収容するために単一の軸受ケージ８８のみが軸受組立体５８内に含まれることも考えられる。軸受ケージ８８は、軸受組立体５８の第１の端部６８と第２の端部７０の両方に含まれ、それぞれ、前部内レース７２と前部外レース８０の間、ならびに後部内レース７４と後部外レース８２の間に配置される。軸受ケージ８８は、軸受玉７６、７８の周囲に配置され、隣接する玉同士の接触を防止するように構成される。図５の軸受ケージ８８の詳細図に示すように、軸受ケージ８８は、軸受ケージ８８内に形成される開口内に個々の軸受玉９０を等間隔に配置するように構成される。したがって、軸受ケージ８８は、軸受玉９０を互いに接触させた場合には生じるはずの、衝撃負荷損傷、滑り磨耗、および熱の蓄積を防止する。また、軸受ケージ８８によって得られる軸受玉９０の位置合わせにより、軸受回転に伴う玉９０同士の間の負荷を均一に分散させる。再び図４を参照すると、軸受ケージ８８はまた、軸受組立体５８の回転中、レース７２、７４、８０、８２内の玉を正確に誘導する。

軸受ケージ８８は、比強度が高く、かつＸ線管の動作中に生じる環境など、極度に高温の環境で動作することができる材料から形成される。好ましい一実施形態では、軸受ケージ８８は、Ｘ線管環境での動作に耐えることができる炭素−炭素複合材料から形成される。ただし、軸受ケージ８８は、所望の強度および温度特性を含む、ＡＩＳＩ４３４０鋼などの他の適切な材料からも形成できることが考えられる。具体的には、炭素−炭素複合物は、Ｘ線管に使用するための軸受ケージ８８の構築に適した材料となるための複数の物性を示す。第１に、炭素−炭素複合物は、高温（真空中で最高１０００℃）での比強度が高く、Ｘ線管軸受組立体の高温環境に適している。また、炭素−炭素複合物は、熱膨張係数が低く、Ｘ線管動作で起こる大幅な温度差動に伴う歪みを軽減するのに望ましい。さらに、炭素−炭素複合材料は、密度が低く、より高密度の材料に比べて、軸受ケージ８８によって生じる遠心力を軽減し、また図４に示す軸受ケージ８８とレース軌道７２、７４、８０、８２の間の磨耗を和らげる働きをする。最後に、炭素−炭素複合物は、熱伝達特性に優れ、軸受ケージ８８内の熱の蓄積を軽減するのに役立つ。

Ｘ線管の動作によって軸受組立体では温度が高くなり回転速度が上がるので、本発明の別の実施形態によれば、炭素−炭素複合物の軸受ケージ８８にコーティングを塗布して、部分磨耗を軽減しかつ潤滑特性を増大させることによって、より効果的に動作させることができる。すなわち、潤滑の目的で、乾性被膜または自己潤滑性コーティングを軸受ケージ８８に塗布することができる。次に図６を参照すると、軸受ケージ８８の部分横断面図を示す。図６に示すように、結合コーティング９６を、軸受ケージ８８を形成する基材（すなわち炭素−炭素複合物）に塗布する。結合コーティング９６は、接合層９８（すなわち中間層）および潤滑層１００を含む。接合層９８は、白金、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル、ケイ素、銅、またはチタンなどの接合材料（すなわち接着促進剤）から形成されるが、他の適切な材料も使用できることも考えられる。接合層９８は、潤滑層材料と軸受ケージ８８の基材との有限の相互溶解性によって、潤滑層１００と軸受ケージ８８の接着を促進する。たとえば、ＴｉおよびＷ金属は、堆積処理によって得られる機械的な接着と、軸受ケージ８８と潤滑層１００の間の化学的な接着の両方を実現する。一実施形態では、接合層９８を、厚さ１０〜１００ナノメートルで軸受ケージ８８上に堆積させて、軸受ケージ８８をコーティングする。接合層は、たとえば５〜２０ミクロンなど、より厚くしうることも考えられ、または代替方法として、５〜２０ミクロンの中間層を、薄い１０〜１００ｎｍベースの接合層に塗布することも考えられる。軸受ケージ８８が炭素−炭素複合物から形成される場合、接合層９８または中間層のいずれかの厚さを５〜２０ミクロンの範囲にすると、少なくとも部分的には、炭素−炭素複合物の表面に存在しうる凸凹を埋め、潤滑層１００を塗布できる平滑な表面を与える働きをすることができる。したがって、より平滑な潤滑層１００が形成されて、それにより軸受ケージ内の磨耗を低減させ、軸受組立体の寿命を延ばし、また後の機械加工コストを低減させることができる。接合層９８（および場合によっては中間層）に対する指定の厚さ範囲について上に述べてきたが、これらの範囲より大きい厚さまたは小さい厚さを、軸受ケージ８８に塗布することもできる。

潤滑層１００を接合層９８の上に堆積させて、図５に示す軸受ケージ８８と軸受玉９０の間の摩擦を軽減する。潤滑層１００は、Ｘ線管環境で軸受とともに使用するのに適した任意の既知の乾性被膜潤滑材料から構成することができる。銀は通常、Ｘ線管環境内の動作温度が摂氏４００度を上回るときに潤滑剤として使用され、軸受ケージ８８、軸受玉７６、７８、ならびにレース７２、７４、８０、および８２（図４に示す）の間の接着接合の形成を最小限にする働きをする。銀は、比較的柔らかいコーティングであり、軸受ケージ８８から軸受玉とレースのいずれかへ移り、その間の摩擦を小さく維持することができる。銀について、好ましい潤滑層１００として説明してきたが、金、鉛、または鉛スズなどの他の金属潤滑剤も使用できることも考えられる。さらに、二硫化タングステン（ＷＳ２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、ＣａＦ_２ＢａＦ_２共融混合物など、他の固体潤滑剤を添加して、たとえば、銀および別の潤滑剤から構成される「結合材料」を形成することができる。ナノアロイ炭素コーティングなど、他の高性能な高温自己潤滑性コーティングを軸受に使用することもできる。

接合層９８の上に堆積させた潤滑層１００を図６に示すが、潤滑層１００を、軸受ケージ８８の炭素−炭素複合物に、その間にいかなる接合層９８もなく直接塗布できることも考えられる。

接合層９８と潤滑層１００を２つの別個の層とするのではなく、勾配型コーティングを軸受ケージ８８に塗布できることも考えられる。次に図７を参照すると、軸受ケージ８８の炭素−炭素複合物上に堆積させた勾配コーティング１０２を示す。勾配コーティング１０２は、接合層９８、遷移層１０４、および潤滑層１００からなる。勾配コーティング１０２は、ニッケルから銀など、材料の段階的な変化を含み、これにより、隣接する層同士の間に化学結合を形成して、隣接するコーティング層間の熱膨張係数の不一致を最小限にし、したがって全体的な接着を向上させる。たとえば、接合層９８は、軸受ケージ８８に接着するように、１００％ニッケルから形成することができる。遷移層１０４は、接合層９８の上に配置され、その中に、接合材料をある百分比で含み（たとえばニッケル５０％）、かつ潤滑層１００を形成するために使用される潤滑材料をある百分比で含む（たとえば銀５０％）。図７には、遷移層１０４を単一の層として示すが、遷移層１０４が複数の層からなり、各層が接合材料および潤滑材料を異なる百分比で含んで、接合層９８から潤滑層１００へゆっくり遷移するようにできることも考えられる。

上述の図６の結合コーティング９６および図７の勾配コーティング１０２は、様々な方法で軸受ケージ８８に塗布することができる。すなわち、接合層９８、潤滑層１００、および遷移層１０４は、複数の適切な技術によって塗布することができる。一実施形態では、熱ＣＶＤ、有機金属ＣＶＤ、およびプラズマＣＶＤを含む化学気相成長（ＣＶＤ）を使用して、軸受ケージ８８の炭素−炭素複合材料上に層９８、１００、１０４を堆積させる。ＣＶＤは、気相前駆体（gas-phase precursor：たとえばハロゲン化銀または水素化銀）を使用し、この気相前駆体を加熱し、加熱状態で軸受ケージ８８を覆って流して、軸受ケージに接合材料および／または潤滑材料を堆積させる。

別の適用方法では、物理気相成長（ＰＶＤ）技術を使用して、軸受ケージ８８の炭素−炭素複合材料上にコーティング層９８、１００、１０４を堆積させる。ＰＶＤでは、軸受ケージ８８上に堆積させるべき接合および／または潤滑材料は、高エネルギーのエントロピー環境に置かれて、その結果、材料の粒子がその表面から逃れる。たとえば、イオンめっき作業では、軸受ケージ８８は、接合／潤滑材料とともに、不活性ガス（たとえばアルゴン）内に置かれる。加熱温度および低電圧アークを利用してコーティング材料の金属成分（たとえば銀）を蒸発させ、次いでイオン化された粒子を加速させて高エネルギーとし、これらの加速させた粒子の衝撃によって軸受ケージ８８をコーティングする。

別の技術では、電気めっきを使用して、軸受ケージ８８の炭素−炭素材料上に、１つの層、複数の層、または複数の層の勾配を塗布することができる。軸受ケージ８８および接合／潤滑材料は、１つまたは複数の金属塩、ならびに電気の流れを可能にする他のイオンを含む溶液に浸漬される。整流器が軸受ケージに直流電流を供給し、それにより、溶液中の金属イオンが電荷を失い、軸受ケージ８８を徹底的にめっきする。電流が流れるとき、接合／潤滑材料は、ゆっくりと溶解し、溶液中のイオンを補給する。

さらに別のＰＶＤ適用技術では、スパッタリング技術を利用して、軸受ケージ８８の炭素−炭素複合材料上に層９８、１００、１０４を堆積させる。スパッタリングコーティング技術では、ターゲットと呼ばれる接合／潤滑材料のブロックから気相の原子を射出することによって、接合／潤滑材料の薄膜を軸受ケージ８８上に堆積させる。真空チャンバ内に配置されると、高エネルギーイオン（たとえばアルゴンプラズマ）によるターゲット材料への衝撃のために、接合／潤滑材料の原子は気相中に射出され、軸受ケージ８８上に堆積する。

様々な有機物または無機物ベースの金属ペーストを使用して、軸受ケージ８８の炭素−炭素材料上に、１つの層、複数の層、または複数の層の勾配を塗布できることも考えられる。たとえば、エチルセルロースおよびアルファテルピネオールを有する白金ペーストを、軸受ケージ８８に塗布することができる。このペーストは、ニッケル酸化物またはチタン酸化物などの酸化物を含むこともでき、これは後に卑金属に還元されて、接合層９８および／または潤滑層１００を形成することができる。また、溶射または「コールドスプレー（ｃｏｌｄｓｐｒａｙ）」法を利用して、炭素−炭素軸受ケージ８８に層を置くこともできる。この材料は、金属、またはＮｉＯもしくはＴｉＯなどの酸化物ベースの材料とすることができる。これは後に還元されるはずである。

上述の技術に加えて、他の様々な適切なコーティング技術を実施して、炭素−炭素複合物の軸受ケージ８８に接合層９８および潤滑層１００を塗布することもできる。

代替方法として、または図６および７に示す軸受ケージ８８に塗布される結合コーティング９６、１０２に加えて、潤滑剤を、図４の軸受組立体５８に示すレース７２、７４、８０、８２および軸受玉７６、７８に、その間の摩擦を軽減するために塗布できることも考えられる。レース７２、７４、８０、８２および軸受玉７６、７８は、Ｒｅｘ（登録商標）２０、Ｔ５、Ｔ１５工具鋼などの、軸受材料に通常使用される工具鋼からなることができる。Ｒｅｘは、ＣｒｕｃｉｂｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｏｌｖａｙ，ＮｅｗＹｏｒｋの登録商標である。軸受玉７６、７８はまた、セラミック材料から形成することもできる。次に図８を参照すると、基材１２０の部分横断面図を示す。レースおよび軸受玉は基材１２０からなる。基材１２０上に接着層１２２を堆積させ、接着層１２２上に潤滑層１２４を堆積させる。潤滑層１２４は、たとえば、銀から構成することができ、またはＷＳ２、ＭｏＳ２、ＣａＦ２、ＣａＦ２ＢａＦ２共融混合物、ナノアロイ炭素など、銀以外の潤滑材料をさらに含むこともできる。このようにして、潤滑層１２４は、接着層１２２とともに、レースおよび／または軸受玉を形成する基材１２０の潤滑性能および寿命を向上させる。

図９に示すように、硬化層１２６を、接着層１２２と潤滑層１２４の間に含むこともできる。硬化層１２６は、軸受レースおよび軸受玉の基材１２０より硬度の高い材料から形成される。硬質材料１２６は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ダイヤモンド、窒化ケイ素、および炭化ケイ素のうちの１つを含む硬質微粒子から形成することができる。代替方法として、硬質材料１２６は、モノリシック窒化物、ナノ多層窒化物、ニッケル−ダイヤモンドコーティング、セラミック、ならびに潤滑相を有する炭素および酸化物コーティングのうちの１つを含む硬質コーティングから形成することができる。たとえば、ナノ複合ＴｉＣ−Ｃコーティングは、非晶質炭素マトリックス（ｎｃ−ＴｉＣ／ａ−Ｃ）に埋め込まれたＴｉＣナノ結晶粒からなり、摩擦が小さく、靭性が高く、したがって摩擦特性に優れている。基材１２０の耐磨耗性の改善は、基材１２０上に硬質材料１２６層を塗布し、その上に潤滑剤１２４を塗布することによって実現される。

図１０は、図３に示すＸ線管１４および軸受組立体５８を組み込むことができる非侵襲的小包検査システムとともに使用するためのＣＴシステムの絵画図である。小包／手荷物検査システム１３０は、小包または手荷物が通過できる開口１３４をその中に有する回転可能なガントリ１３２を含む。回転可能なガントリ１３２は、高周波電磁エネルギー源１３６と、シンチレータセルからなるシンチレータ配列を有する検出器組立体１３８とを収容する。また、コンベヤシステム１４０が設けられ、コンベヤシステム１４０は、構造１４４によって支持されたコンベヤベルト１４２を含み、走査されるべき小包または手荷物１４６を自動的かつ連続的に開口１３４を通過させる。対象１４６は、コンベヤベルト１４２によって開口１３４の中へ送り込まれ、次いで撮像データが収集され、コンベヤベルト１４２は、小包１４６を開口１３４から、制御されかつ連続的な形で取り出す。その結果、郵便物検査官、手荷物取扱者、および他の保安要員が、爆発物、ナイフ、銃、禁制品などがないか、小包１４６の内容を非侵襲的に検査することができる。

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線管内に取り付けられた軸受組立体は、軸受レースと、軸受レースに隣接して配置された複数の軸受玉と、複数の軸受玉の周囲に配置された軸受ケージとを含む。

本発明の別の実施形態によれば、撮像システムは、Ｘ線検出器と、回転可能なシャフトを有するＸ線管と、回転可能なシャフトを支持する軸受組立体とを含む。軸受組立体は、軸受レースと、軸受レースに隣接して配置された複数の転がり要素と、複数の転がり要素を収容するように構成された軸受ケージとをさらに含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、Ｘ線管軸受は、内レースおよび外レースを有するレース軌道と、レース軌道の第１の端部および第２の端部のそれぞれで内レースと外レースの間に配置された保持器と、保持器内の複数の軸受玉とを含む。

本発明について、好ましい実施形態に関して説明してきたが、明示されたものだけでなく、等価物、代替形態、および修正形態が可能であり、添付の特許請求の範囲内であることが、理解されよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態を組み込むことから利益を得ることができるＣＴ撮像システムの絵画図である。図１に示すシステムの概略ブロック図である。図１に示すシステムとともに使用可能なＸ線管の横断面図である。本発明の一実施形態による軸受組立体の横断面図である。本発明の一実施形態による軸受ケージの横断面図である。本発明の一実施形態による結合コーティングを有する軸受ケージの部分横断面図である。本発明の一実施形態による勾配コーティングを有する軸受ケージの部分横断面図である。本発明の一実施形態による結合コーティングを有する基材の部分横断面図である。本発明の別の実施形態による結合コーティングを有する基材の部分横断面図である。非侵襲的小包検査システムとともに使用するためのＣＴシステムの絵画図である。

符号の説明

１０計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像システム
１２ガントリ
１４Ｘ線管
１６Ｘ線ビーム
１８検出器配列
２０複数の検出器
２２医療患者
２４回転中心
２６制御機構
２８Ｘ線制御装置
３０ガントリモータ制御装置
３２データ収集システム（ＤＡＳ）
３４画像再構成装置
３６コンピュータ
３８大容量記憶装置
４０コンソール
４２陰極線管表示装置
４４テーブルモータ制御装置
４６電動式テーブル
４８ガントリ開口
５０外被
５２放射線放出通路
５４真空
５６陽極
５８軸受組立体
６０陰極
６２回転子
６４中心線
６６中心シャフト
６８第１の端部
７０第２の端部
７２前部内レース
７４後部内レース
７６複数の前部玉
７８複数の後部玉
８０前部外レース
８２後部外レース
８４心棒
８６固定子
８８軸受ケージ
９０軸受玉
９６結合コーティング
９８接合層
１００潤滑層
１０２勾配コーティング
１０４遷移層
１２０基材
１２２接着層
１２４潤滑層
１２６硬化層
１３０小包／手荷物検査システム
１３２回転可能なガントリ
１３４開口
１３６高周波電磁エネルギー源
１３８検出器組立体
１４０コンベヤシステム
１４２コンベヤベルト
１４４構造
１４６小包または手荷物

Claims

軸受レース（７２、７４、８０、８２）と、
前記軸受レース（７２、７４、８０、８２）に隣接して配置された複数の軸受玉（７６、７８）と、
前記複数の軸受玉（７６、７８）の周囲に配置され、炭素−炭素複合材料を含む軸受ケージ（８８）と、
前記軸受ケージ（８８）上に堆積させた接合材料（９８）と、
前記接合材料（９８）上に堆積させた乾燥被膜潤滑剤（１００）と、
を含み、
前記接合材料（９８）が、５〜２０ミクロンの厚さを有し、前記軸受ケージ（８８）の前記炭素−炭素複合材料の表面の凸凹を埋める、
Ｘ線管（１４）内に取り付けられた軸受組立体（５８）。
前記乾燥被膜潤滑剤（１００）が、銀、金、鉛、ＷＳ２、ＭｏＳ２、ＣａＦ２、ＣａＦ２ＢａＦ２共融混合物、および非晶質炭素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の軸受組立体（５８）。
前記接合材料（９８）が、白金、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル、ケイ素、銅、およびチタンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の軸受組立体（５８）。
前記複数の軸受玉（７６、７８）のそれぞれが、その上に堆積させた接着層（１２２）および潤滑層（１２４）をさらに含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受組立体（５８）。
前記軸受レース（７２、７４、８０、８２）が、その上に堆積させた潤滑性コーティング（１２４）をさらに含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受組立体（５８）。
前記複数の軸受玉（７６、７８）および前記軸受レース（７２、７４、８０、８２）のうちの１つが、その上に堆積させた、前記軸受レースの基材および前記軸受玉（７６、７８）の基材より硬度の高い硬質材料（１２６）をさらに含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受組立体（５８）。
前記軸受ケージ（８８）が、前記軸受ケージ（８８）内の前記軸受玉（７６、７８）を等間隔に配置し、かつ隣接する軸受玉（７６、７８）同士の接触を防止するために、複数の開口をその中にさらに含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の軸受組立体（５８）。
前記軸受レース（７２、７４、８０、８２）を備える中心シャフト（６６）を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の軸受組立体（５８）。
請求項１乃至８のいずれかに記載の軸受組立体（５８）と、
前記軸受組立体（５８）の第１の端部（６８）に取り付けられた回転子（６２）と、
前記軸受組立体（５８）の第２の端部（７０）に取り付けられた陽極（５６）と、
前記陽極に向けて電子を送る陰極（６０）と、
前記陽極（５６）、前記軸受組立体（５８）、前記陰極（６０）、および前記回転子（６２）を収容する外被（５０）と、
を含むＸ線管。
Ｘ線検出器と、
請求項９に記載のＸ線管と、
を含む、
撮像システム。