JP6091930B2 - 回転陽極型ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転陽極型Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管装置として、回転陽極型のＸ線管装置が使用されている。回転陽極型のＸ線管装置は、Ｘ線を放射する回転陽極型Ｘ線管と、ステータコイルと、これら回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体と、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器と、を備え、動圧式のすべり軸受を使っている。

すべり軸受は、筒状の回転体と、この回転体の内部に嵌合され、回転体を回転可能に支持する固定軸と、回転体と固定軸との間の隙間に充填された液体金属とを有している。例えば、固定軸は、それぞれらせん溝が形成されている第１軸受面及び第２軸受面を有している。回転体は、第３軸受面を有している。第１乃至第３軸受面は、それぞれラジアルすべり軸受面である。第１軸受面と第３軸受面と液体金属は、第１軸受（ラジアルすべり軸受）を形成している。第２軸受面と第３軸受面と液体金属は、第２軸受（ラジアルすべり軸受）を形成している。

上記回転陽極型Ｘ線管装置の動作状態において、ステータコイルは回転体に与える磁界を発生するため、回転体及び陽極ターゲットは回転する。また、陰極は陽極ターゲットに対して電子ビームを照射する。これにより、陽極ターゲットは、電子と衝突するときにＸ線を放出する。陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギのうち、Ｘ線に変換される割合はわずかであり、ほとんどのエネルギは熱に変換される。

陽極ターゲットは高温となるため、陽極ターゲットは支持部材を介して回転体に接続されている。これにより、支持部材を使用しない場合に比べ、陽極ターゲットから回転体へ伝達する熱量を低減することができる。

特開２００５−６９３７５号公報 特開２００９−２８３４２１号公報

上記支持部材を使用する場合、支持部材は、陽極ターゲットから第２軸受面と対向した位置を越えて第１軸受面と対向した位置まで延出している。支持部材は、第１軸受面と対向した領域において回転体に接合されている。これにより、第１軸受面と対向した領域を利用して陽極ターゲットの熱を固定軸に伝達させ、陽極ターゲットを冷却することができる。

ところで、軸受の負荷能力が必要以上に高くなると種々の問題が生じる恐れがある。例えば、軸受の回転損失が増大してしまう。これは、軸受の摩擦損失の増大に起因している。軸受の摩擦損失は、液体金属の粘性抵抗によって生じるものである。軸受の摩擦損失としては、固定軸（第１及び第２軸受面）と液体金属との間の摩擦損失や、回転体（第３軸受面）と液体金属との間の摩擦損失を挙げることができる。

そこで、第１軸受面及び第２軸受面のそれぞれの面積を小さくすることにより、軸受の負荷能力が必要以上に高くなる問題を解消することができる。しかし、第２軸受面の面積を小さくすることは可能であるが、第１軸受面の面積を小さくすることは困難である。なぜなら、回転体から固定軸への主な熱伝達経路が第１軸受のためである。軸受面は、面積が小さくなるほど温度が上昇してしまう。そして、軸受面を形成している素材と液体金属との反応が促進され次第に軸受面に反応物が堆積することによる軸受性能の低下を招いてしまう。

また、第１軸受面及び第２軸受面のそれぞれの面積が異なると、軸受面が損傷を受け、軸受性能の低下を招く恐れがある。この原因としては、第１軸受のバネ定数と第２軸受のバネ定数とが不均衡状態となり、回転体の回転動作が不安定になる（回転動作にがたつきが生じる）こと、タッチダウンの開始速度がアンバランスになること、回転体が停止時に傾くこと（片当たりになること）などが挙げられる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、軸受の負荷能力が必要以上に高くなること及び軸受性能の低下を抑制することができる回転陽極型Ｘ線管を提供することにある。

一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管は、
円柱状に形成され、第１ラジアル軸受面及び前記第１ラジアル軸受面に形成された第１掻き込み部を有した径小部と、前記径小部より外径の大きい円柱状に形成され、前記径小部と同軸的に設けられ、第２ラジアル軸受面及び前記第２ラジアル軸受面に形成された第２掻き込み部を有した径大部と、を備えた固定軸と、
前記固定軸と同軸的に延出して筒状に形成され、前記固定軸の外周を囲み、前記第１ラジアル軸受面及び第２ラジアル軸受面に対向した第３ラジアル軸受面を有した回転体と、
前記固定軸と、前記回転体との間の隙間に充填され、前記第１掻き込み部及び第２掻き込み部により掻き込まれる潤滑剤と、
前記固定軸の軸方向において、前記径小部より前記径大部側に位置したターゲットと、
前記ターゲットと、前記回転体の前記径小部に対向した領域と、に接合された支持部材と、を備え、
前記第１ラジアル軸受面の軸方向の長さは、前記第２ラジアル軸受面の軸方向の長さより長いことを特徴としている。

図１は、一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の一部を示す断面図である。 図２は、図１に示した固定軸、回転体及び液体金属を拡大して示す概略図である。

以下、図面を参照しながら一実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管について詳細に説明する。 図１は、本実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管の一部を示す断面図である。

図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管は、固定軸１と、回転体２と、潤滑剤としての液体金属ＬＭと、ターゲット（陽極ターゲット）５と、第１支持部材６と、第２支持部材７と、回転トルク発生用導体８と、シール部９と、を備えている。回転陽極型Ｘ線管は、すべり軸受を使っている。図示しないが、回転陽極型Ｘ線管は、陰極や、固定軸１、回転体２、ターゲット５、支持部材（第１支持部材６、第２支持部材７）、回転トルク発生用導体８、シール部９及び陰極を収容した真空外囲器も備えている。

回転陽極型Ｘ線管は、図示しないステータコイル（回転駆動部）、筐体及び絶縁油（冷却液）などとともに回転陽極型Ｘ線管装置に利用されている。ステータコイルは、回転トルク発生用導体８に対向し、真空外囲器の外側を囲むように設けられている。ステータコイルは、所定の電流が供給されることにより磁界を発生し、回転ユニットを回転させる。回転ユニットは、回転体２、ターゲット５、支持部材、回転トルク発生用導体８及びシール部９で形成されている。筐体は、回転陽極型Ｘ線管及びステータコイルを収容している。絶縁油は、回転陽極型Ｘ線管と筐体との間の空間に充填されている。

固定軸１は、円柱状に形成され、回転陽極型Ｘ線管の管軸方向に延出して形成されている。固定軸１は、径小部１１と、径大部１２と、第１接続部材１３と、第２接続部材１４とを備えている。径小部１１、径大部１２、第１接続部材１３及び第２接続部材１４は、同軸的に設けられ、一体に形成されている。固定軸１は、鉄（Ｆｅ）、鉄合金などの鉄系金属で形成されている。

回転体２は、後述するすべり軸受により固定軸１の周囲に回転自在に支持されている。回転体２は、一端部が閉塞された筒状に形成され、固定軸１と同軸的に延出し、固定軸１の外周を囲んでいる。回転体２及び固定軸１は、対向領域で、互いに隙間（微小な隙間）を置いて設けられている。回転体２は、鉄系金属で形成されている。

液体金属ＬＭは、固定軸１と回転体２との間の隙間に充填されている。この実施形態において、液体金属ＬＭは、ガリウム・インジウム・錫合金（ＧａＩｎＳｎ）である。

シール部９は、回転体２の開口した他端部に設けられている。シール部９は、回転体２の他端部に固着されている。シール部９は、円環状に形成され、固定軸１の外周面に全周に亘って隙間を置いて設けられている。シール部９は、回転陽極型Ｘ線管の管軸方向に平行な固定軸１の軸方向ｄへの相対的なズレを規制するものである。

シール部９と固定軸１との間の隙間（クリアランス）は、回転体２の回転を維持するとともに液体金属ＬＭの漏洩を抑制できる値に設定されている。上記したことから、隙間はわずかである。このため、シール部９は、ラビリンスシールリング（labyrinth seal ring）として機能する。また、軸方向ｄにおいて、回転体２、固定軸１、シール部９及び液体金属ＬＭは、スラストすべり軸受を形成している。

ターゲット５は、支持部材により回転体２に接合され、回転体２とともに回転自在である。ターゲット５は、径小部１１より径大部１２側に位置している。この実施形態において、ターゲット５は、固定軸１及び回転体２に軸方向ｄに対向している。ターゲット５は、電子放出源（陰極）から放出された電子が衝突されることによりＸ線を放出する。ターゲット５は、形状が円板状であり、モリブデン又はモリブデン合金などの重金属等の材料で形成されている。図示しないが、ターゲット５は、電子が衝突されるターゲット層を有している。ターゲット層は、モリブデン、モリブデン合金、タングステン合金等の金属で形成されている。ターゲット５は、固定軸１及び回転体２と同軸的に設けられている。

支持部材は、第１支持部材６及び第２支持部材７を有している。支持部材は、ターゲット５と、回転体２の径小部１１に対向した領域と、に接合されている。第１支持部材６は、ターゲット５に接合されている。この実施形態において、第１支持部材６は、円柱状に形成され、固定軸１などと同軸的に設けられている。軸方向ｄにおいて、第１支持部材６は、ターゲット５と、回転体２との間に位置している。

第２支持部材７は、回転体２の外側に位置し、第１支持部材６と、回転体２の径小部１１に対向した領域と、に接合されている。この実施形態において、第２支持部材７は、円筒状に形成され、固定軸１などと同軸的に設けられている。

ターゲット５と、回転体２との間の領域において、第２支持部材７は、第１支持部材６側に突出して形成され、第１支持部材６に接合されている。この実施形態において、第２支持部材７の一端部は、ターゲット５と回転体２との間の領域に位置し、閉塞して形成され、第１支持部材６に接合されている。

第２支持部材７の他端部は、回転体２に向かう方向（軸方向ｄに垂直な方向）に突出して形成され、径小部１１に対向した回転体２に接合されている。この実施形態において、第２支持部材７の他端部は、回転体２に全周にわたって接合されている。他端部を除く第２支持部材７は、回転体２に全周にわたって隙間を置いて位置している。

回転トルク発生用導体８は、第２支持部材７の外側に位置し、筒状に形成され、固定軸１などと同軸的に設けられている。回転トルク発生用導体８の一端部は、第２支持部材７に向かう方向（軸方向ｄに垂直な方向）に突出して形成され、第２支持部材７の一端部の近傍に接合されている。回転トルク発生用導体（ロータ回転トルク発生部）８は、例えば銅で形成されている。

なお、第１支持部材６はモリブデン又はモリブデン合金で形成され、第２支持部材７はニッケル合金で形成されている。
回転体２、ターゲット５、第１支持部材６、第２支持部材７及び回転トルク発生用導体８間の接合には、例えばロウ付けを利用している。

次に、上記固定軸１及び回転体２について詳しく説明する。図２は、図１に示した固定軸、回転体及び液体金属を拡大して示す概略図である。固定軸は正面図で示し、回転体は断面図で示している。

図１及び図２に示すように、径小部１１は円柱状に形成されている。径小部１１は、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及び第１スラスト軸受面を有している。第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａは、径小部１１の外周面の全域に形成されている。第１スラスト軸受面は、第２接続部材１４側の一側面に形成されている。

第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａは、第１プレーン面Ｓ１１ｂ及び第１掻き込み面Ｓ１１ｃを有している。第１プレーン面Ｓ１１ｂは、滑らかな外周面を有し、第１掻き込み面Ｓ１１ｃから外れている。

第１掻き込み面Ｓ１１ｃは、軸方向ｄに第１プレーン面Ｓ１１ｂの両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第１パターン部Ｐ１が形成された凹凸面である。第１パターン部Ｐ１は、上記外周面の全周にわたって並べられ、上記外周面を窪めて形成されている。第１パターン部Ｐ１は、回転方向に対して斜線状に延出して配列されている。第１パターン部Ｐ１は、数十μｍの深さを有した溝で形成されている。第１パターン部Ｐ１は、ヘリングボン・パターンを形作っている。このため、複数の第１パターン部Ｐ１は、回転体２が回転することにより、液体金属ＬＭを掻き込むことができ、液体金属ＬＭによる動圧を発生し易くすることができる。

径大部１２は、径小部１１より外径の大きい円柱状に形成されている。径大部１２は、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａ及び第２スラスト軸受面を有している。

第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａは、径大部１２の外周面の全域に形成されている。第２スラスト軸受面は、回転体２の一端部（閉塞端）に対向した一側面に形成されている。

第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａは、第２プレーン面Ｓ１２ｂ及び第２掻き込み面Ｓ１２ｃを有している。第２プレーン面Ｓ１２ｂは、滑らかな外周面を有し、第２掻き込み面Ｓ１２ｃから外れている。

第２掻き込み面Ｓ１２ｃは、軸方向ｄに第２プレーン面Ｓ１２ｂの両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第２パターン部Ｐ２が形成された凹凸面である。第２パターン部Ｐ２は、上記外周面の全周にわたって並べられ、上記外周面を窪めて形成されている。第２パターン部Ｐ２は、回転方向に対して斜線状に延出して配列されている。第２パターン部Ｐ２は、数十μｍの深さを有した溝で形成されている。第２パターン部Ｐ２は、ヘリングボン・パターンを形作っている。このため、複数の第２パターン部Ｐ２は、回転体２が回転することにより、液体金属ＬＭを掻き込むことができ、液体金属ＬＭによる動圧を発生し易くすることができる。

回転体２の内径は、径大部１２の直径よりわずかに大きい。回転体２は、内周面に第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａ及び第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａに対向した第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａを有している。

第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａ、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａ及びこれらの間の隙間を満たす液体金属ＬＭは、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１を形成している。第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａ、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａ及びこれらの間の隙間を満たす液体金属ＬＭは、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２を形成している。

第１接続部材１３は、径小部１１より外径の小さい円柱状に形成され、軸方向ｄにおいて径小部１１と径大部１２の間に位置している。第１接続部材１３を設けることにより、固定軸１に円形枠状に窪めた凹部を形成することができ、液体金属ＬＭのリザーバとして機能させることができる。第２接続部材１４は、径小部１１より外径の小さい円柱状に形成され、軸方向ｄにおいて径小部１１に対して第１接続部材１３の反対側に位置している。第２接続部材１４は、回転体２の外側に延出している。

固定軸１は、軸方向ｄに延在した穴部１ａを有している。穴部１ａは、第２接続部材１４に開口し、第２接続部材１４、径小部１１及び第１接続部材１３を貫通し、径大部１２の内部まで延在している。

穴部１ａに、管部２０が設けられている。管部２０は、穴部１ａとともに冷却媒体の流路を形成している。管部２０の一端部は、穴部１ａの開口を通って固定軸１の外部に延出している。

上記のことから、固定軸１の内部に、冷却媒体を循環させる空間を形成することができる。冷却媒体を循環させる方向は、特に限定されるものではない。このため、固定軸１の外側に位置した管部２０の開口は、穴部１ａから冷却媒体を取り出す取り出し口、又は、穴部１ａに冷却媒体を吐出す吐出し口である。冷却媒体としては、水や絶縁油などの冷却液を利用することができる。これにより、固定軸１に伝達された熱は、冷却媒体に伝達され、回転陽極型Ｘ線管の外部に放出される。

次に、本実施形態に係るラジアルすべり軸受について説明する。
ここで、回転ユニット（回転体２、ターゲット５、支持部材、回転トルク発生用導体８及びシール部９）の重心位置をＰＡ、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの中心位置をＰＢ、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａの中心位置をＰＣとする。重心位置ＰＡから中心位置ＰＢまでの軸方向ｄに沿った距離をＤ１、重心位置ＰＡから中心位置ＰＣまでの軸方向ｄに沿った距離をＤ２とする。径大部１２の半径をｒとする。

第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａと第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａとの間の隙間をｇ１、第１プレーン面Ｓ１１ｂの軸方向ｄに沿った長さをＷ１、第１掻き込み面Ｓ１１ｃの軸方向ｄに沿った長さをＬ１、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積をＳ１、第１掻き込み面Ｓ１１ｃの面積をＳ１ａ、第１プレーン面Ｓ１１ｂの総面積（第１掻き込み面Ｓ１１ｃから外れた第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積）をＳ１ｂ、とする。

第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａと第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａとの間の隙間をｇ２、第２プレーン面Ｓ１２ｂの軸方向ｄに沿った長さをＷ２、第２掻き込み面Ｓ１２ｃの軸方向ｄに沿った長さをＬ２、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａの面積をＳ２、第２掻き込み面Ｓ１２ｃの面積をＳ２ａ、第２プレーン面Ｓ１２ｂの総面積（第２掻き込み面Ｓ１２ｃから外れた第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａの面積）をＳ２ｂ、とする。なお、Ｗ２＝０となる（第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａが全て第２掻き込み面Ｓ１２ｃとなる）こともあり得る。

一般に、ターゲット５は、電子衝撃により１０００℃以上の高温となる。ターゲット５で発生した熱は、ターゲット５の表面からの輻射によって散逸する。また、ターゲット５で発生した熱は、第１支持部材６、第２支持部材７、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａ（回転体２）、及び隙間ｇ１に存在する液体金属ＬＭを介して固定軸１（第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａ）に伝達される。

但し、本実施形態において、第１支持部材６及び第２支持部材７によりターゲット５から回転体２への熱伝達パスをより長くすることができ、また、熱伝達率の低い材料（例えばモリブデンやニッケル合金）で第１支持部材６及び第２支持部材７を形成することができ、これにより、ターゲット５から回転体２へ伝達する熱量を一層低減することができる。例えば、第２支持部材７の一端部（第１支持部材６に接合されている個所）の温度は８００℃程度であるが、第２支持部材７の他端部（回転体２に接合されている個所）の温度は３００程度となる。

第２支持部材７において他端部は一端部より低温であるが、第２支持部材７の他端部は高温であり、軸受に悪影響を及ぼす恐れがある。軸受面は、面積が小さくなるほど温度が上昇してしまう。そして、軸受面を形成している素材と液体金属との反応が促進され短時間で隙間ｇ１が反応物で埋まり軸受として機能しなくなる問題が発生することになる。

そこで、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの長さ（Ｗ１＋２Ｌ１）を、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａの長さ（Ｗ２＋２Ｌ２）より長くすること、すなわち、面積Ｓ１を面積Ｓ２より大きくすることにより、この問題の発生を回避することができる。これにより、軸受面と液体金属とが短時間で反応してしまう温度に達しないようにすることができる。

また、軸受荷重のみの要求からすれば、軸受面積に対して単調増加となる軸受損失を最小限とするため、隙間ｇ１、ｇ２が同一であると仮定すると、次の式（１）を満たすように設計することが一般的である。

Ｄ１×Ｓ１＝Ｄ２×Ｓ２ …（１）
しかし、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の軸受面温度上昇による機能低下を抑制するため、面積Ｓ１を面積Ｓ２より大きくし、軸受Ｂ1の軸受面温度上昇を防止する本実施形態において、次の式（２）を満たすように固定軸１を形成している。

Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１ …（２）
軸受の材質や穴部１ａを循環する冷却媒体による固定軸１の冷却率によって軸受Ｂ１の軸受面温度上昇の度合いは異なるが、概ね次の式（３）を満たすように固定軸１を形成すると好ましい。

１．２×Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１ …（３）
上記式（３）のように、固定軸１は、Ｄ１×Ｓ１がＤ２×Ｓ２より２０％以上大きくなるように形成されていると好ましい。固定軸１を一般的な軸受設計から逸脱して形成することができる。これにより、固定軸１及び回転体２を形成する材料に、液体金属ＬＭとの反応速度が遅いが高価であるＭｏ（モリブデン）合金などの金属ではなく、液体金属ＬＭとの反応速度が速いが安価である鉄系金属の材料を使用することができる。このため、軸受機能の低下を抑制することができ、製造コストの低減を図ることができる。

なお、径小部１１の外径と、径大部１２の外径との差は僅かであるため、上記式（１）をＤ１×（Ｗ１＋２Ｌ１）＝Ｄ２×（Ｗ２＋２Ｌ２）に、上記式（２）をＤ２×（Ｗ２＋２Ｌ２）＜Ｄ１×（Ｗ１＋２Ｌ１）に、上記式（３）を１．２×Ｄ２×（Ｗ２＋２Ｌ２）＜Ｄ１×（Ｗ１＋２Ｌ１）に、それぞれ置き換えても、上記の効果を得ることができる。

但し、単純に第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積を大きくした場合、次の２つの問題がある。
１つ目は、回転体２の回転数の上限が制約されてしまうことである。単純に第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積を大きくした場合、液体金属ＬＭの粘性抵抗により、軸受損失が増大することになる。また、回転体２の回転数が高く、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の負荷能力が必要以上に高くなると、回転体２に残存する微少なアンバランスにより、負荷能力の低い第２ラジアルすべり軸受Ｂ２側で回転体２が振れ回ることになる。回転体２に振動が発生するなど、回転体２の回転動作が不安定となる。この場合、回転体２の回転動作が安定するよう、回転体２の回転数の上限が制約されてしまう。

２つ目は、軸受面が損傷を受け、軸受性能の低下を招いてしまうことである。特に、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２の軸受性能の低下を招き、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａ及び第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａが損傷を受けてしまう。これは、回転体２の回転を停止する際、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１側では、回転ユニットの荷重を広い面積に分散することができ、回転体２の回転数が低くなってから境界潤滑領域に入るようになるが、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２側では、回転ユニットの荷重が狭い面積に集中するため、回転体２の回転数が高い状態で境界潤滑領域に入ってしまうためである。ここで、境界潤滑領域に入るとは、軸受面間の隙間に液体金属ＬＭが存在しなくなり、固定軸１と回転体２との接触が開始することである。

このため、回転体２は、固定軸１に対して傾き、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２側において固定軸１に片当たりしながら固定軸１への接触を開始し、その後固定軸１にタッチダウンすることになる。これにより、回転体２は停止となる。回転体２の起動（回転開始）及び停止（回転中止）の度に、軸受面、特に第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａ及び第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａに片当たりが発生し、軸受面に傷が生じ、この傷が起点となって齧りなどが発生するため、軸受性能の低下を招いてしまう。

そこで、上述したそれらの問題を解決するため、本実施形態において、隙間ｇ１、ｇ２、及び長さＷ１、Ｗ２、Ｌ１、Ｌ２を調整している。まず、面積Ｓ１の拡大により、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の負荷能力が必要以上に高くなることを抑制する対応策であり、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の回転損失（摩擦損失）の増大を抑制する対応策について説明する。

上記回転損失は、面積Ｓ１に比例し、隙間ｇ１に反比例する。すなわち、面積Ｓ１が拡大すると回転損失の増大を招き、隙間ｇ１が大きくなると回転損失の低減を図ることができる。このため、本実施形態において、面積Ｓ１を拡大した分、径小部１１の外径を径大部１２の外径より小さくし、隙間ｇ１を隙間ｇ２より大きくしている（ｇ２＜ｇ１）。例えば、隙間ｇ１を隙間ｇ２より３乃至２０μｍの範囲内で拡大している。これにより、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の回転損失を低減することができる。径小部１１の外径は、径大部の外径より、１／３×ｒ×１／１０００乃至ｒ×１／１０００小さいと好ましく、上記範囲であれば上述した効果を得ることができる。

また、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１側の回転体２において、定常回転中の荷重に対する偏芯量が大きい方向に変化する。第１ラジアルすべり軸受Ｂ１側の回転体２の偏芯量を、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２側の回転体２の偏芯量と同等量に近づける効果が得られるため、偏芯量の不平衡による振れ回りの発生や、回転体２に生じる振動を抑制することができ、回転体２の回転動作の安定化を図ることができる。

次いで、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の負荷能力と、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２の負荷能力とに差が生じることにより、回転体２の回転動作が不安定になることを抑制（振れ回りや振動を抑制）するため、及びタッチダウンの開始速度がアンバランスになることを抑制するための対応策について説明する。
ここで、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の軸受荷重−隙間ｇ１より得られる軸受ばね定数を第１ばね定数とする。第２ラジアルすべり軸受Ｂ２の軸受荷重−隙間ｇ２より得られる軸受ばね定数を第２ばね定数とする。

面積Ｓ１と面積Ｓ２との比から、相対的に第２ばね定数より第１ばね定数が大きくなる。そこで、本実施形態において、第１ばね定数が小さくなり、第２ばね定数が大きくなるように長さＷ１、Ｗ２、Ｌ１、Ｌ２及び面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを調整している。

一般的な動圧すべり軸受設計の場合、固定軸１は、Ｗ１／Ｌ１＝Ｗ２／Ｌ２＝１／１、Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ＝Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＝１／２、を満たすように形成されているが、本実施形態に係る固定軸１は、次の式（４）、式（５）を満たすように形成されている。

１／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ …（４）
Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２ …（５）
これにより、第１ばね定数と第２ばね定数とを荷重に見合うように同等とすることができる。

また、固定軸１は、次の式（６）、式（７）を満たすように形成すると好ましい。
１／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ≦５／１ …（６）
０／１≦Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２ …（７）
第１ラジアルすべり軸受Ｂ１において、１＜Ｗ１／Ｌ１≦１０を満たすように、面積Ｓ１ｂに対して面積Ｓ１ａを相対的に小さくしている。面積Ｓ１ａ（第１掻き込み面Ｓ１１ｃ）を小さくすることで、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａと対向した空間に液体金属ＬＭをかき込む力を低減することができるため、第１ばね定数を小さくすることができる。

第２ラジアルすべり軸受Ｂ２において、０≦Ｗ２／Ｌ２＜１を満たすように、面積Ｓ２ｂに対して面積Ｓ２ａを相対的に大きくしている。面積Ｓ２ａ（第２掻き込み面Ｓ１２ｃ）を大きくすることで、第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａと対向した空間に液体金属ＬＭをかき込む力を増大することができるため、第２ばね定数を大きくすることができる。第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａは、第２掻き込み面Ｓ１２ｃのみ有する場合もあり得る（Ｗ２＝０）。

上述したように、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積Ｓ１を熱拡散の目的で拡大する場合、隙間ｇ１、ｇ２と、長さＷ１、Ｗ２、Ｌ１、Ｌ２の比率と、面積Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂの比率とを調整することで、軸受の負荷能力が必要以上に高くなること及び軸受性能の低下を抑制することができる。

以上のように構成された回転陽極型Ｘ線管によれば、回転陽極型Ｘ線管は、固定軸１と、回転体２と、液体金属ＬＭと、ターゲット５と、支持部材（第１支持部材６、第２支持部材７）と、を備えている。固定軸１は、第１掻き込み面Ｓ１１ｃを含んだ第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａを有した径小部１１と、第２掻き込み面Ｓ１２ｃを含んだ第２ラジアル軸受面Ｓ１２ａを有し、径小部１１より外径の大きい径大部１２と、を備えている。回転体２は、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａを有している。

液体金属ＬＭは、固定軸１と、回転体２との間の隙間に充填され、固定軸１、回転体２及びシール部９とともに第１ラジアルすべり軸受Ｂ１、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２及びスラストすべり軸受を形成している。ターゲット５は、軸方向ｄにおいて、径小部１１より径大部１２側に位置している。支持部材は、ターゲット５と、回転体２の径小部１１に対向した領域と、に接合されている。

径小部１１は、径大部１２より外径が小さいため（ｇ２＜ｇ１）、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の回転損失を低減することができる。そして、上記回転損失を低減した分、第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａの面積Ｓ１を拡大することができる。

このため、回転体２（ターゲット５）から固定軸１への主な熱伝達経路を第１ラジアルすべり軸受Ｂ１が形成する場合であっても、熱は拡大された面積Ｓ１に拡散されるため、軸受面（第１ラジアル軸受面Ｓ１１ａ、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａ）と液体金属ＬＭとが短時間で反応してしまう温度に達しないようにすることができ、軸受性能の低下を抑制することができる。

さらに、上記のように面積Ｓ１を拡大することができる場合、固定軸１や回転体２を高価なモリブデンなどではなく、安価な鉄系金属を利用して形成することができる。これにより、回転陽極型Ｘ線管の製造コストの低減を図ることができる。

また、上記のように、径小部１１の外径を径大部１２の外径より小さくし、面積Ｓ１を拡大しているため、第１ラジアルすべり軸受Ｂ１の第１ばね定数と、第２ラジアルすべり軸受Ｂ２の第２ばね定数と、を均衡状態とすることができ、回転体２の回転動作の安定化を図ることができる。
上記のことから、軸受の負荷能力が必要以上に高くなること及び軸受性能の低下を抑制することができる回転陽極型Ｘ線管を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、固定軸１は、第３ラジアル軸受面Ｓ２１ａに対向した３個以上のラジアル軸受面を有していてもよい。この場合も、上記実施形態とどうように、全てのラジアルすべり軸受の設計を調整することにより、軸受の負荷能力が必要以上に高くなること及び軸受性能の低下を抑制することができる。
本発明の実施形態は、上述した回転陽極型Ｘ線管に限定されるものではなく、各種の回転陽極型Ｘ線管に適用可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］円柱状に形成され、第１掻き込み面を含んだ第１ラジアル軸受面を有した径小部と、前記径小部より外径の大きい円柱状に形成され、前記径小部と同軸的に設けられ、第２掻き込み面を含んだ第２ラジアル軸受面を有した径大部と、を備えた固定軸と、
前記固定軸と同軸的に延出して筒状に形成され、前記固定軸の外周を囲み、前記第１ラジアル軸受面及び第２ラジアル軸受面に対向した第３ラジアル軸受面を有した回転体と、
前記固定軸と、前記回転体との間の隙間に充填され、前記第１掻き込み面及び第２掻き込み面により掻き込まれる潤滑剤と、
前記固定軸の軸方向において、前記径小部より前記径大部側に位置したターゲットと、
前記ターゲットと、前記回転体の前記径小部に対向した領域と、に接合された支持部材と、を備えていることを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
［２］前記径大部の半径をｒとすると、
前記径小部の外径は、前記径大部の外径より、１／３×ｒ×１／１０００乃至ｒ×１／１０００小さいことを特徴とする［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［３］前記第１掻き込み面の面積をＳ１ａ、
前記第１掻き込み面から外れた前記第１ラジアル軸受面の面積をＳ１ｂ、
前記第２掻き込み面の面積をＳ２ａ、
前記第２掻き込み面から外れた前記第２ラジアル軸受面の面積をＳ２ｂ、とすると、
１／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ、
Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２、であることを特徴とする［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［４］ １／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ≦５／１、
０／１≦Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２、であることを特徴とする［３］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［５］前記回転体、ターゲット及び支持部材で形成される回転ユニットの重心位置から前記第１ラジアル軸受面の中心位置までの前記軸方向に沿った距離をＤ１、
前記第１ラジアル軸受面の面積をＳ１、
前記重心位置から前記第２ラジアル軸受面の中心位置までの前記軸方向に沿った距離をＤ２、
前記第２ラジアル軸受面の面積をＳ２、とすると、
Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１、であることを特徴とする［１］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［６］ １．２×Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１、であることを特徴とする［５］に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［７］前記第１ラジアル軸受面は、滑らかな外周面を有し、前記第１掻き込み面から外れた第１プレーン面をさらに有し、
前記第２ラジアル軸受面は、滑らかな外周面を有し、前記第２掻き込み面から外れた第２プレーン部をさらに有していることを特徴とする［１］乃至［６］の何れか１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［８］前記第１掻き込み面は、前記軸方向に前記第１プレーン面の両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第１パターン部が形成された凹凸面であり、
前記複数の第１パターン部は、前記外周面の全周にわたって並べられ、前記外周面を窪めて形成され、
前記第２掻き込み部は、前記軸方向に前記第２プレーン面の両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第２パターン部が形成された凹凸面であり、
前記複数の第２パターン部は、前記外周面の全周にわたって並べられ、前記外周面を窪めて形成されていることを特徴とする［１］乃至［７］の何れか１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
［９］前記固定軸は、内部に冷却媒体が循環する空間を有していることを特徴とする［１］乃至［８］の何れか１に記載の回転陽極型Ｘ線管。

１…固定軸、１ａ…穴部、２…回転体、５…ターゲット、６…第１支持部材、７…第２支持部材、８…回転トルク発生用導体、９…シール部、１１…径小部、１２…径大部、２０…管部、ＬＭ…液体金属、ｄ…軸方向、Ｓ１１ａ…第１ラジアル軸受面、Ｓ１１ｂ…第１プレーン面、Ｓ１１ｃ…第１掻き込み面、Ｐ１…第１パターン部、Ｓ１２ａ…第２ラジアル軸受面、Ｓ１２ｂ…第２プレーン面、Ｓ１２ｃ…第２掻き込み面、Ｐ２…第２パターン部、Ｓ２１ａ…第３ラジアル軸受面、Ｂ１…第１ラジアルすべり軸受、Ｂ２…第２ラジアルすべり軸受、ＰＡ…重心位置、ＰＢ，ＰＣ…中心位置、ｇ１，ｇ２…隙間、Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ…面積、ｒ…半径。

Claims (9)

1. 円柱状に形成され、第１掻き込み面を含んだ第１ラジアル軸受面を有した径小部と、前記径小部より外径の大きい円柱状に形成され、前記径小部と同軸的に設けられ、第２掻き込み面を含んだ第２ラジアル軸受面を有した径大部と、を備えた固定軸と、
   前記固定軸と同軸的に延出して筒状に形成され、前記固定軸の外周を囲み、前記第１ラジアル軸受面及び第２ラジアル軸受面に対向した第３ラジアル軸受面を有した回転体と、
   前記固定軸と、前記回転体との間の隙間に充填され、前記第１掻き込み面及び第２掻き込み面により掻き込まれる潤滑剤と、
   前記固定軸の軸方向において、前記径小部より前記径大部側に位置したターゲットと、
   前記ターゲットと、前記回転体の前記径小部に対向した領域と、に接合された支持部材と、を備え、
   前記第１ラジアル軸受面の軸方向の長さは、前記第２ラジアル軸受面の軸方向の長さより長いことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
2. 前記径大部の半径をｒとすると、
   前記径小部の外径は、前記径大部の外径より、１／３×ｒ×１／１０００乃至ｒ×１／１０００小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
3. 前記第１掻き込み面の面積をＳ１ａ、
   前記第１掻き込み面から外れた前記第１ラジアル軸受面の面積をＳ１ｂ、
   前記第２掻き込み面の面積をＳ２ａ、
   前記第２掻き込み面から外れた前記第２ラジアル軸受面の面積をＳ２ｂ、とすると、
   １／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ、
   Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２、であることを特徴とする請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
4. １／２＜Ｓ１ｂ／Ｓ１ａ≦５／１、
   ０／１≦Ｓ２ｂ／Ｓ２ａ＜１／２、であることを特徴とする請求項３に記載の回転陽極型Ｘ線管。
5. 前記回転体、ターゲット及び支持部材で形成される回転ユニットの重心位置から前記第１ラジアル軸受面の中心位置までの前記軸方向に沿った距離をＤ１、
   前記第１ラジアル軸受面の面積をＳ１、
   前記重心位置から前記第２ラジアル軸受面の中心位置までの前記軸方向に沿った距離をＤ２、
   前記第２ラジアル軸受面の面積をＳ２、とすると、
   Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１、であることを特徴とする請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
6. １．２×Ｄ２×Ｓ２＜Ｄ１×Ｓ１、であることを特徴とする請求項５に記載の回転陽極型Ｘ線管。
7. 前記第１ラジアル軸受面は、滑らかな外周面を有し、前記第１掻き込み面から外れた第１プレーン面をさらに有し、
   前記第２ラジアル軸受面は、滑らかな外周面を有し、前記第２掻き込み面から外れた第２プレーン部をさらに有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
8. 前記第１掻き込み面は、前記軸方向に前記第１プレーン面の両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第１パターン部が形成された凹凸面であり、
   前記複数の第１パターン部は、前記外周面の全周にわたって並べられ、前記外周面を窪めて形成され、
   前記第２掻き込み部は、前記軸方向に前記第２プレーン面の両側に位置し、滑らかな外周面に複数の第２パターン部が形成された凹凸面であり、
   前記複数の第２パターン部は、前記外周面の全周にわたって並べられ、前記外周面を窪めて形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。
9. 前記固定軸は、内部に冷却媒体が循環する空間を有していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管。

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