JP6100560B2 - 液体金属軸受け用の濡れ防止皮膜及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は一般的には、Ｘ線管に関し、さらに具体的には、Ｘ線管の液体金属軸受け用の濡れ防止皮膜（antiwetting coating）及びその製造方法に関する。

Ｘ線システムは典型的には、Ｘ線管と、検出器と、Ｘ線管及び検出器を支持する軸受けアセンブリとを含んでいる。動作時には、対象を配置した撮像台がＸ線管と検出器との間に配置される。Ｘ線管は典型的には、Ｘ線のような放射線を対象へ向けて放出する。放射線は典型的には、撮像台に載置された対象を通過して検出器に入射する。放射線が対象を通過するのに伴って、対象の内部構造が、検出器において受光される放射線に空間的変動を生ずる。次いで、検出器は受光データを放出し、システムは放射線変動を画像へ変換し、この画像を用いて対象の内部構造を評価することができる。当業者は、対象として、限定しないが医療撮像手順における患者や、例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）小包スキャナの小包の場合のように無生物等が含まれることを認められよう。

Ｘ線管は、焦点スポットにおいて発生される熱を分散するための回転陽極構造を含んでいる。陽極は典型的には、円板形の陽極ターゲットを支持する片持ち梁式心軸に組み込まれた円筒形のロータと、Ｘ線管の細長い首を包囲する銅巻線付き鉄製ステータ構造とを有する誘導モータによって回転される。回転陽極アセンブリのロータはステータによって駆動される。Ｘ線管陰極が集束した電子ビームを与え、電子ビームは陰極−陽極間の真空間隙に跨がって加速されて、陽極に衝突するとＸ線を発生する。電子ビームがターゲットに衝突すると高温が発生されるので、典型的には、陽極アセンブリを高速の回転速度で回転させる必要がある。このため、真空領域の内部に配置される工具鋼製の玉軸受け及び工具鋼製の軌道路を典型的に含む軸受けアセンブリには厳しい要求が課され、これにより銀のような固体潤滑剤による潤滑が必要とされる。銀が消耗して軸受け接触領域から失われると、運転時に音響的雑音が増大し、またロータが低速化する。

加えて、さらに新しい世代のＸ線管の動作条件では、ガントリ速度及び陽極走行速度が高速化したことによりＧ力が加わるため、応力が益々強まっている。結果として、さらに過酷な動作条件下での性能向上を求めて軸受けの解を探ることがさらに重視されている。

玉軸受けに代えて、液体金属軸受け（すなわちスパイラル溝型軸受け、又はＳＧＢ（spiral groove bearing））を採用する場合がある。液体金属軸受けの利点としては、高い荷重能力、及び玉軸受けに比較して接触面積量が増大することによる高い熱伝達能力が挙げられる。また、音響的雑音が小さい運転も利点である。液体金属としては、ガリウム、インジウム、又はスズの合金が典型的に用いられる。というのは、これらの金属は、室温では液体である傾向にあり、動作温度では十分に低い蒸気圧を有し、Ｘ線管の厳しい高真空要件を満たすからである。

液体金属軸受けは典型的には、静止構成要素と回転構成要素との間に数百ミクロンまでの微小間隙を形成するように作製される。液体金属はこの微小間隙に配置され、直接的な金属間接触が生じないようにする。ＳＧＢに典型的に用いられる液体金属は、反応性が高く腐食性である傾向にある。ＳＧＢの液体金属は、接触相手の基礎材金属と反応する場合があり、すると液体金属を消費してＳＧＢの寿命を縮める。液体金属はまた、軸受けの内部で移行し易く、微小間隙での動作位置から容易に移行し得る。液体金属移行を抑えないと、ＳＧＢは液体金属が欠乏して、回転構成要素と静止構成要素との間の金属間接触を招きかねず、早期年数で故障する。

このようなものとして、ＳＧＢは典型的には、当該ＳＧＢの内部での液体金属移行を回避するために構成要素に配置された濡れ防止皮膜を含んでいる。濡れ防止皮膜は典型的には、液体金属を弾いて液体金属の沿面流れ及び移行を防ぐ構造又は化合物である。すなわち、濡れ防止皮膜は、ＳＧＢの内部で静止構成要素と回転構成要素との間の分離を保つ役目を果たしている箇所からの移行を防ぐ。公知の濡れ防止皮膜としてＴｉ_xＯ_y及びＡｌ₂Ｏ₃があり、これらの皮膜はＳＧＢに典型的に用いられる液体金属よりも安定な化合物であり、従って液体金属との接触による劣化を蒙り難い。しかしながら、Ｔｉ_xＯ_y及びＡｌ₂Ｏ₃は相対的に軟質の材料であり加工時の損傷に弱い。皮膜の損傷が生ずると、部品は典型的には加工し直されるため、製造工程に費用及び時間が加わる。損傷が検出されないと、軸受けの早期年数の故障に繋がり得る。

もう一つの公知の濡れ防止皮膜として、例えばＴｉ_xＯ_yよりも著しく高い硬度を有するＴｉＮがある。Ｔｉ_xＯ_yのモース硬度は約５〜６であるが、ＴｉＮでは約９である。このようなものとして、ＴｉＮは、引掻きに強く堅牢でもある実効的な濡れ防止皮膜を提供することができる。しかしながら、ＴｉＮは、５００℃を上回るような高温では酸化し易い。この酸化は、乾式水素燃焼時であっても露点が十分に低くなければ生じ得る。また、軸受けによって発生される揮発性Ｇａ₂Ｏも、ＴｉＮ皮膜付き表面の酸化を招くことが判明している。このようなものとして、ＴｉＮのＴｉ_xＯ_yへの転化によって、ＴｉＮの表面に硬度が低下し引掻き抵抗が低下した物質が生じ得る。すなわち、ＴｉＮは硬度が高いことから濡れ防止皮膜として選択され得るが、かかる利点は、加工時にＴｉＮの酸化が生じれば失われ得る。

従って、酸化し難く堅牢で高硬度の皮膜を有するＳＧＢを設けたＸ線管を設計できると望ましい。

本発明は、上述の欠点を克服したＳＧＢ軸受けを設けたＸ線管を改良する装置を提供する。

本発明の一観点によれば、Ｘ線管が、高真空を封入したフレームと、この封入体の内部に配置された陰極と、軸受けアセンブリとを含んでおり、軸受けアセンブリは、第一の表面を有する第一の基礎基材で構成された静止構成要素と、第二の表面を有する第二の基礎基材で構成された回転構成要素であって、第一の表面と第二の表面との間に間隙が形成されるようにして静止構成要素の近傍に配置されている回転構成要素と、間隙の内部に配置されている液体金属と、第一の表面及び第二の表面の少なくとも一方に付着させられた濡れ防止皮膜とを含んでおり、濡れ防止皮膜は、第一の表面及び第二の表面の上述の少なくとも一方に付着させられた窒化チタンと、窒化チタンに付着させられたチタン酸化物とを含んでいる。

本発明のもう一つの観点によれば、スパイラル溝軸受けの構成要素に濡れ防止皮膜を形成する方法が、上述の構成要素に窒化チタンを堆積させるステップと、窒化チタンが上述の構成要素に堆積した後に上述の構成要素に酸化チタンを堆積させるステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの観点は、スパイラル溝軸受け（ＳＧＢ）を含んでおり、ＳＧＢは、静止構成要素及び回転構成要素と、液体金属とを含んでおり、静止構成要素及び回転構成要素は各々、それぞれの基礎基材を有し、また各々、酸化チタンの外面層と、各々の基礎基材の表面と各々のそれぞれの酸化チタンの外側層との間に配置された窒化チタンとで構成された層を有し、当該静止構成要素と当該回転構成要素との間に間隙が形成されており、液体金属は、上述の間隙に配置されて、ガリウム及びガリウム合金の一方を含んでいる。

本発明の他の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面は、本発明を実施するために現状で思量される好適実施形態を示す。
本発明の一実施形態を組み入れることにより利益を享受し得るイメージング・システムのブロック図である。 本発明の一実施形態によるＸ線管の断面図である。 本発明の一実施形態による基礎基材に設けられた酸化チタン層と酸化チタン層に設けられた窒化チタン層とを少なくとも含む皮膜を示す図である。 図３に示す皮膜を施工する被覆工程のステップを示す図である。 本発明の各実施形態を組み入れた非侵襲型小包検査システムと共に用いられるＸ線システムの見取り図である。

図１は、Ｘ線イメージング・システム２の一実施形態のブロック図であって、このイメージング・システム２は、原画像データを取得すること、並びに本発明に従って表示及び／又は解析のためにこの画像データを処理することの両方を行なうように設計されている。当業者には、本発明が、Ｘ線システム又はマンモグラフィ・システムのようにＸ線管を実装した多数の医用イメージング・システムに応用可能であることが認められよう。計算機式断層写真法（ＣＴ）システム及びディジタル・ラジオグラフィ（ＲＡＤ）システムのように容積について画像三次元データを取得する他のイメージング・システムも、本発明の利益を享受する。イメージング・システム２についての以下の議論は一つのかかる実装形態の一例に過ぎず、モダリティの観点で限定するものではない。

図１に示すように、イメージング・システム２は、対象８を通してＸ線のビーム６を投射するように構成されているＸ線管又はＸ線源４を含んでいる。対象８は、人間の被検体、手荷物、又は走査が望まれる他の物体等を包含し得る。Ｘ線源４は、典型的には３０ｋｅＶから２００ｋｅＶまでにわたるエネルギのスペクトルを有するＸ線を発生する従来のＸ線管であってよい。Ｘ線６は対象８を通過し、対象によって減弱された後に、検出器１０に入射する。検出器１０の各々の検出器が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従ってＸ線ビームが対象８を通過するのに伴って減弱したビームの強度を表わすアナログ電気信号を発生する。一実施形態では、検出器１０は、シンチレーション方式の検出器であるが、直接変換型検出器（例えばＣＺＴ検出器等）を実装し得ることも思量される。

プロセッサ１２が検出器１０から信号を受け取って、走査されている対象８に対応する画像を形成する。コンピュータ１４がプロセッサ１２と連絡しており、操作者が操作者コンソール１６を用いて走査パラメータを制御したり形成された画像を観察したりすることを可能にする。すなわち、操作者コンソール１６は、キーボード、マウス、音声起動式コントローラ、又は操作者がイメージング・システム２を制御して、再構成された画像若しくはコンピュータ１４からの他データを表示ユニット１８において観察することを可能にする他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを含んでいる。加えて、操作者コンソール１６は、操作者が、形成された画像をハード・ドライブ、フラッシュ・メモリ、及びコンパクト・ディスク等を含み得る記憶装置２０に記憶させることを可能にする。操作者はまた、操作者コンソール１６を用いて、コンピュータ１４に命令及び指示を与えて、Ｘ線源４に電力信号及びタイミング信号を与える線源制御器２２を制御することもできる。

図２は、本発明の各実施形態を組み入れたＸ線管又は線源４の断面図を示す。Ｘ線源４はフレーム１００を含んでおり、フレーム１００は、Ｘ線６を通過させる放射線放出路１０２を内部に有している。フレーム１００はＸ線管容積１０４を封入しており、容積１０４は、ターゲット又は陽極１０６と、スパイラル溝軸受け（ＳＧＢ）アセンブリ１０８と、陰極１１０とを格納している。ＳＧＢ１０８は、取り付け点１１４においてフレーム１００に取り付けられるように構成されている中心シャフト、支柱、又は中心装着構造１１２を含んでいる。一実施形態では、中心シャフト１１２は、第一及び第二のスリーブ１１８、１２０の運動又は並進を軸方向に制限するように構成されている半径方向突起１１６を含んでいる。ＳＧＢ１０８は、第一のスリーブ１１８及び第二のスリーブ１２０を含む回転式装着構造を含んでおり、第一のスリーブ１１８及び第二のスリーブ１２０は、ＳＧＢ１０８の組み立て及び分解を容易にするように、分離位置１２２において分離可能になっている。ＳＧＢ１０８は、中心シャフト１１２の外面１２６と第一のスリーブ１１８の内面１２８との間に形成された間隙１２４を含んでいる。同様に、間隙１２４は中心シャフト１１２の外面１２６と第二のスリーブ１２０の内面１３０との間にも形成されている。液体金属１３２が間隙１３０の内部に配置されており、本発明の各実施形態では、液体金属１３２は例として、ガリウム、スズ、インジウム、及びこれらの合金を含んでいる。ＳＧＢ１０８は、第二のスリーブ１２０に取り付けられたロータ１３４を含んでいる。ステータ１３６がＸ線管４のフレーム１００に取り付けられている（取り付け部は図示されていない）。

液体金属１３２は、第一のスリーブ１１８、第二のスリーブ１２０、及びターゲット１０６を支持する役目を果たしている。これにより、液体金属１３２は回転構成要素と静止構成要素との間の潤滑剤として作用する。図示の実施形態では、中心シャフト１１２はフレーム１００に関して静止させられており、ターゲット１０６、第一のスリーブ１１８、及び第二のスリーブ１２０がＸ線管４の回転軸１３８に関して回転させられる。このように、Ｘ線６は、ＣＴ応用の場合であれば陰極１１０と陽極１０６との間の例えば６万ボルト以上の電位差を介して高速の電子が陰極１１０から陽極１０６に向けられているときに、これらの電子が急激に減速させられると発生される。Ｘ線６は、放射線放出路１０２を通して、図１の検出器１０のような検出器アレイへ向けて放出される。電子による陽極１０６の過熱を回避するために、ロータ１３４及びスリーブ１１８、１２０は、中心線１３８の周りに高速で、例えば９０Ｈｚ〜２５０Ｈｚで陽極１０６を回転させる。

しかしながら、陽極１０６でのＸ線発生による発熱のため、また間隙１２４の液体金属１３２の自己発熱のため、ＳＧＢ１０８の寿命、従って一般的にはＸ線管４の寿命は、反応性液体金属の高温の加速効果のため限定され得る。このようなものとして、ＳＧＢ１０８は、液体冷却材の通過のために内部に形成された中空部又は空洞部（図示されていない）を含み得る。動作時には、ターゲット１０６は、第一及び第二のスリーブ１１８、１２０を介して当該ターゲット１０６に機械的に結合されたロータ１３４を介して回転軸１３８の周りに回転させられる。冷却流体は、絶縁油、エチレングリコール及びプロピレングリコール等のような液体を含んでいても、空気、窒素及びアルゴン等のような気体を含んでいてもよく、この冷却流体が加圧されて、中心シャフト１１２の中心の内部に流入させられる。

ＳＧＢは典型的には、当技術分野で広く理解されているように、液体金属を内部に収容してＳＧＢ１０８の間隙１２４のような間隙からの液体金属の逸失を防ぐ傾斜溝（図示されていない）を含んでいる。例えば、溝は、中心シャフト１１２の外面１２６、第一のスリーブ１１８の内面１２８、第二のスリーブ１２０の内面１３０、及びこれらの組み合わせに配置され得る。このように、これらの溝は間隙１２４の内部に液体金属１３２を収容するように作用するが、ＳＧＢ１０８の内部での液体金属１３２の摩擦熱の増大という代償を伴って作用する。続けて図２を参照すると、例として中心シャフト１１２の近くで陽極１０６が配置されている箇所の近傍に位置してキャップ１４２によって形成されている間隙１４０、又は半径方向突起１１６の近傍の間隙１２４への液体金属の流入を防ぐことが望ましい場合がある。或いは、第一のスリーブ１１８及び／又は第二のスリーブ１２０の軸方向部分に沿った間隙１２４の内部への液体金属の流入を制限することが望ましい場合がある。このようなものとして、ＳＧＢ１０８の構成要素に傾斜溝を設ける代わりに又はこのことに加えて、前述のように、ＳＧＢ１０８の内部での液体金属移行を制限するための濡れ防止皮膜が典型的には含まれる。上述のように、かかる公知の皮膜としてはＴｉ_xＯ_y、Ａｌ₂Ｏ₃、及びＴｉＮ等が挙げられるが、これらの物質の各々は、公知の応用では、前述のような理由で損傷を受け易かったり望ましくなかったりする。

このように、本発明の各実施形態によれば、液体金属移行を制限することが望ましいＳＧＢの内部の領域に、改良型濡れ防止皮膜を施工することができる。図３を参照すると、本発明の一実施形態に従って皮膜２００が基礎基材２０２に堆積させられている。この実施形態によれば、皮膜２００は、窒化チタン（ＴｉＮ）層２０４と、一般化学式Ｔｉ_xＯ_yで表わされる酸化チタン層２０６とを少なくとも含んでおり、下付き文字ｘ及びｙは典型的には、層の組成又は層の各部分に依存して変化してよい整数である。すなわち、Ｔｉ_xＯ_yは一般的には酸化チタンと称され得るが、内部に存在し得る偶発的汚染物又は付加的元素若しくは物質を問わず、主成分の構成要素としてチタン及び酸素を含む任意の一般化学構造を包含し得る。同様に、ＴｉＮは一般的には窒化チタンと称され得るが、内部に存在し得る偶発的汚染物又は付加的元素若しくは物質を問わず、主成分の構成要素としてチタン及び窒素を含む任意の一般化学構造を包含し得る。

本発明によれば、続けて図３を参照して述べると、濡れ防止皮膜２００は、ＳＧＢ１０８の内部の表面、及び回転面と静止面との間に形成される間隙１２４、１４０の内部の表面で、液体金属移行及び漏れを制限することが望ましい表面の任意のものに配置される。本発明によれば、皮膜２００は、移行を制限することが望ましい一方の表面又は両対向面に配置され得る。すなわち、皮膜２００は、中心シャフト１１２、スリーブ１１８、１２０、及びキャップ１４２を含めて、各構成要素の任意のものの選択面積に配置され得る。この実施形態によれば、ＳＧＢ構成要素は、モリブデンの基礎材料を含んでいる。このように、図３を参照すると、基礎基材２０２は、この実施形態によればモリブデンであって、本書に列挙されるＳＧＢの各構成要素の任意のものを含み得る。すなわち、構成要素１１２、１１８、１２０、及び１４２の任意のものが、図３に示すように第一の窒化チタン層２０４と第二の酸化チタン層２０６とを有する皮膜２００を少なくとも含み得る。

本発明によれば、皮膜２００は、付加的な選択随意要素のチタン層を含んでいてもよい。すなわち、皮膜２００が如何に作製されるかに依存して、皮膜２００は、第一のチタン層２０８及び／又は第二のチタン層２１０を含み得る。従って、第一及び第二のチタン層２０８、２１０は本発明の各実施形態に含まれていてもいなくてもよい。一実施形態によれば、皮膜２００は、図４に示す工程ステップに従って作製される。典型的には、図４の工程ステップは、本発明に従って、部材を被覆し得るような真空環境２１４を提供するために構成要素（１又は複数）をプラズマ・チェンバ又はマグネトロン２１２に載置することにより具現化される。

図４を参照すると、被覆工程３００が、ステップ３０２において１又は複数の基礎構成要素を提供することにより開始する。基礎構成要素（１又は複数）は、当技術分野で公知のようにマスクされて、プラズマ・チェンバ又はマグネトロンのような装置に載置され、スパッタ浄化及び皮膜堆積を施される。典型的には、当技術分野で公知のように、構成要素のマスキングは、部品のマスクしたい領域に合った物理的マスク（ステンレス鋼等）によって達成されてもよいし、Kapton（登録商標）のようなポリイミドを用いることにより達成されてもよい。当業者は、構成要素のマスキングが当技術分野で公知の他の方法によって達成されてもよいことを認められよう。

このように、ステップ３０４において構成要素（１又は複数）はアルゴンを用いてスパッタ浄化され、これにより、続くステップは皮膜堆積のためにプラズマ・チェンバの内部に構成要素（１又は複数）を載置したままにすることにより行なわれ得る。真空を破ることなくステップ３０６においてチタン層が堆積させられ、この層が次のステップ３０８でチタン源となり、ここで構成要素（１又は複数）は、窒素と、ステップ３０６で予め堆積させられたタングステンとの反応から窒化チタン２０４を形成するために、窒素及びアルゴンのプラズマに曝露される。ステップ３１０ではチタン層が再び堆積させられ、この層が次のステップ３１２でチタン源となり、ここで構成要素（１又は複数）は、酸素と、ステップ３１０で予め堆積させられたタングステンとの反応から酸化チタン２０６を形成するために、酸素及びアルゴンのプラズマに曝露される。

上述のように、窒化チタン層２０４は、ステップ３０６を用いてチタン層２０８を先ず堆積させることにより「その場で（in situ）」形成され得る。しかしながら、代替的な実施形態によれば、窒化チタンの化合物が基礎基材２０２に直接施工される。この実施形態によれば、ステップ３０６で第一のチタン層２０８を先ず形成する代わりに、ステップ３０６に先立って窒化チタンを基礎基材２０２に直接施工する。このようなものとして、本発明によれば、この実施形態では層２０４の形成時にチタン源は必要でないので元素チタン層２０８は形成されない。代わりに、窒化チタンが層２０４として基礎基材２０２に直接形成される。

典型的には、全てのステップ３０６〜３１２を実行するのに同じチェンバ又はマグネトロンが用いられる。加えて、上述のように、各構成要素をスパッタ浄化し、次いで続く被覆ステップのために同じチェンバ又はマグネトロン２１２に載置したままにしてもよい。このようなものとして、各部品は十分に浄化され、浄化と材料被覆との間に真空を破らないことにより汚染を回避することができる。さらに、各々の層の厚みは、マグネトロンの全力率を保ちつつ少なくとも堆積時間量によって制御される。マグネトロンの電流及び電圧は重要な堆積制御パラメータであり、これらのパラメータは次にはマグネトロンでの全圧力を調節することにより制御される。

典型的には、印加されるべき望ましい電圧は３００Ｖ〜５００Ｖの範囲にあり、これよりも高い電圧では電弧が生じ得る。また、典型的には、１０ミリトル〜１５ミリトルにわたる全圧力、場合によっては５ミリトル〜２０ミリトルといった広範囲の全圧力を用いてマグネトロン出力を制御する。またそれぞれのステップにおいて堆積させられる窒素堆積及び酸素堆積の速度も、それぞれのステップ３０８及び３１２でのアルゴン／窒素及びアルゴン／酸素の比を制御することにより制御され、一実施形態によれば、この比は各々のステップ３０８及び３１２について１０：１である。ステップ３０８での窒素／アルゴン及びステップ３１２での酸素／アルゴンという原料ガスの流量は、ポンプ供給システム、及び被覆したい表面の幾何学的構成等の関数として選択され、本発明の各実施形態によれば約４０ＳＳＣＭ〜１５０ＳＳＣＭにわたり得る。

上述のように、本発明の各実施形態は、層２０８及び２１０にチタンを含んでいてもいなくてもよい。層２０４及び２０６の形成は、プラズマ・ステップ３０８及び３１２でのプラズマの曝露時間に依存する。このように、ステップ３０８及び３１２が十分に長い持続時間にわたり行なわれる場合には、プラズマ・ステップ３０８及び３１２の際に生ずるそれぞれの層２０８及び２１０での全てのチタンが消費されて、一旦プラズマ曝露が完了したら全体的に元素形態のチタンは残らない。例えば、上述のように、チタン層２０８は、ステップ３０６の際に基礎基材２０２に堆積させられる。続いて、ステップ３０８では、窒素及びアルゴンのプラズマがチタン層２０８と反応し、プラズマからの窒素を層２０８からのチタンと反応させることにより窒化チタン層２０４を形成する。この工程が十分に長い持続時間にわたり行なわれれば、全ての元素チタンが消費されて窒化チタン層２０４のみが残り、元素チタンの層２０８はなくなる。同様に、ステップ３１０で形成されたチタン層２１０の全て又は一部のみを消費することにより、酸化チタン層２０６も同様にステップ３１２で形成され得る。

このようなものとして、上述のように、基材２０２に形成された窒化チタン層２０４及び窒化チタン層２０４に形成された酸化チタン層２０６を有する本発明の各実施形態は、付加的なチタン層２０８及び／又は２１０も同様に含んでいてもいなくてもよい。従って、チタン層２０８及び２１０は、ステップ３０８及び３１２の持続時間を制御することにより意図的に形成されてもよいし、各々のそれぞれの被覆ステップ３０８及び３１２の際に完全には消費されない残りの元素チタンの残存量として形成されていてもよい。

従って、本発明によれば、酸化チタン層２０６は数十ミクロンまでの任意の厚みを有して形成されてよいが、好ましくは５ミクロン未満の厚み、また一実施形態によれば１ミクロン未満の厚みを有して形成され得る。同様に、窒化チタン層２０４は、やはり制御可能な厚みを有して形成され得る。しかしながら、窒化チタン層２０４の役割は硬質面を提供することにあるので、層２０４の厚みは、数百ミクロンまで又はそれ以上のようにさらに大きくてもよく、一実施形態によれば５ミクロンよりも大きい。

図５は、非侵襲型小包検査システムと共に用いられるＸ線システム５００の見取り図である。Ｘ線システム５００は、小包又は手荷物を通過させ得る開口５０４を内部に有するガントリ５０２を含んでいる。ガントリ５０２は、Ｘ線管５０６のような高周波電磁エネルギ源と、検出器アセンブリ５０８とを収容している。また、コンベヤ・システム５１０が設けられており、コンベヤ・システム５１０は、構造５１４によって支持されて走査のために小包又は手荷物５１６を自動的に且つ連続的に開口５０４に通すコンベヤ・ベルト５１２を含んでいる。物体５１６をコンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４に送り込み、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４から小包５１６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の警備人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小包５１６の内容を非侵襲的に検査することができる。当業者は、ガントリ５０２が静止型であっても回転式であってもよいことを認められよう。回転式ガントリ５０２の場合には、システム５００は、手荷物走査、又は他の産業応用若しくは医療応用のためのＣＴシステムとして動作するように構成され得る。

このように、本発明の各実施形態によれば、相対的に軟質の酸化チタンの酸素保護表面層で被覆された第一の相対的に硬質の窒化チタン層を少なくとも含む皮膜を、スパイラル溝軸受けの構成要素の基礎基材に施工することができる。皮膜は、高温曝露の後にも窒化チタンによって引掻き抵抗を保ち、これにより、水素燃焼時の露点に対する堅牢性を高める。これにより、軸受け部品の再加工及び再利用が容易になる。というのは、再加工又は再利用された軸受け部品は典型的には、新たな又は「未加工の（green）」軸受けよりも多くの酸化性Ｇａ₂Ｏを放出するため、公知の窒化チタン皮膜を酸化の危険に晒す場合があったからである。

従って、本発明の一実施形態によれば、Ｘ線管が、高真空を封入したフレームと、この封入体の内部に配置された陰極と、軸受けアセンブリとを含んでおり、軸受けアセンブリは、第一の表面を有する第一の基礎基材で構成された静止構成要素と、第二の表面を有する第二の基礎基材で構成された回転構成要素であって、第一の表面と第二の表面との間に間隙が形成されるようにして静止構成要素の近傍に配置されている回転構成要素と、間隙の内部に配置されている液体金属と、第一の表面及び第二の表面の少なくとも一方に付着させられた濡れ防止皮膜とを含んでおり、濡れ防止皮膜は、第一の表面及び第二の表面の上述の少なくとも一方に付着させられた窒化チタンと、窒化チタンに付着させられたチタン酸化物とを含んでいる。

本発明のもう一つの実施形態によれば、スパイラル溝軸受けの構成要素に濡れ防止皮膜を形成する方法が、上述の構成要素に窒化チタンを堆積させるステップと、窒化チタンが上述の構成要素に堆積した後に上述の構成要素に酸化チタンを堆積させるステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの実施形態は、スパイラル溝軸受け（ＳＧＢ）を含んでおり、ＳＧＢは、静止構成要素及び回転構成要素と、液体金属とを含んでおり、静止構成要素及び回転構成要素は各々、それぞれの基礎基材を有し、また各々、酸化チタンの外面層と、各々の基礎基材の表面と各々のそれぞれの酸化チタンの外側層との間に配置された窒化チタンとで構成された層を有し、当該静止構成要素と当該回転構成要素との間に間隙が形成されており、液体金属は、上述の間隙に配置されて、ガリウム及びガリウム合金の一方を含んでいる。

本発明は好適実施形態に関して説明されており、明示的に述べた以外の均等構成、代替構成及び改変が可能であり特許請求の範囲内に含まれることを認められよう。

２：Ｘ線イメージング・システム
４：Ｘ線源
６：Ｘ線ビーム
８：対象
１０：検出器
１２：プロセッサ
１４：コンピュータ
１６：操作者コンソール
１８：表示ユニット
２０：記憶装置
２２：線源制御器
１００：フレーム
１０２：放射線放出路
１０４：Ｘ線管容積
１０６：陽極
１０８：スパイラル溝軸受けアセンブリ（ＳＧＢ）
１１０：陰極
１１２：中心シャフト
１１４：取り付け点
１１６：半径方向突起
１１８、１２０：スリーブ
１２２：分離位置
１２４：間隙
１２６：中心シャフトの外面
１２８：第一のスリーブの内面
１３０：第二のスリーブの内面
１３２：液体金属
１３４：ロータ
１３６：ステータ
１３８：回転軸
１４０：間隙
１４２：キャップ
２００：皮膜
２０２：基礎基材
２０４：第一の窒化チタン層
２０６：第二の酸化チタン層
２０８：第一のチタン層
２１０：第二のチタン層
２１２：プラズマ・チェンバ又はマグネトロン
２１４：真空環境
３００：被覆工程
５００：Ｘ線システム
５０２：ガントリ
５０４：開口
５０６：Ｘ線管
５０８：検出器アセンブリ
５１０：コンベヤ・システム
５１２：コンベヤ・ベルト
５１４：構造
５１６：小包又は手荷物

Claims (14)

1. 高真空を封入したフレームと、
   前記フレームの内部に配置された陰極と、
   軸受けアセンブリと
   を備えたＸ線管であって、前記軸受けアセンブリは、
   第一の表面を有する第一の基礎基材で構成された静止構成要素と、
   第二の表面を有する第二の基礎基材で構成された回転構成要素であって、前記第一の表面と前記第二の表面との間に間隙が形成されるようにして前記静止構成要素の近傍に配置されている回転構成要素と、
   前記間隙の内部に配置されている液体金属と、
   前記第一の表面及び前記第二の表面の少なくとも一方に付着させられた濡れ防止皮膜と
   を含んでおり、該皮膜は、
   前記第一の表面及び前記第二の表面の前記少なくとも一方に付着させられた窒化チタンと、
   該窒化チタンに付着させられたチタン酸化物と
   を含んでいる、Ｘ線管。
2. 前記第一の基礎基材及び前記第二の基礎基材の一方がモリブデンを含んでいる、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記チタン酸化物は厚みが５ミクロン未満であり、
   前記窒化チタンは厚みが５ミクロンよりも大きい、請求項１または２に記載のＸ線管。
4. 前記皮膜は、前記チタン酸化物と前記窒化チタンとの間に配置されているチタン層を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線管。
5. 前記皮膜は、前記窒化チタンと、前記第一の表面及び前記第二の表面の前記少なくとも一方との間に配置されているチタン層を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線管。
6. 前記静止構成要素は、前記フレームに関して静止している中心シャフトである、請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線管。
7. 前記液体金属は、ガリウム及びガリウム合金の一方を含んでいる、請求項１乃至６のいずれかに記載のＸ線管。
8. スパイラル溝軸受けの構成要素に濡れ防止皮膜を形成する方法であって、
   前記構成要素に窒化チタンを堆積させるステップと、
   前記窒化チタンが前記構成要素に堆積した後に、前記構成要素に酸化チタンを堆積させるステップと
   を備えた方法。
9. 基礎基材を有する前記構成要素を提供するステップと、
   前記構成要素に前記窒化チタンを堆積させるのに先立って前記構成要素の前記基礎基材の表面にチタンを堆積させるステップと、
   前記堆積した窒化チタンを形成するように窒素を前記基礎基材の前記表面の前記堆積したチタンと反応させるために、前記窒素を含むプラズマに前記基礎基材の前記表面の前記堆積したチタンを曝露するステップと、
   前記堆積した窒化チタンの表面にチタンを堆積させるステップと、
   前記堆積した酸化チタンを形成するように酸素を前記堆積した窒化チタンの前記表面の前記堆積したチタンと反応させるために、前記酸素を含むプラズマに前記堆積した窒化チタンの前記表面の前記堆積したチタンを曝露するステップと
   を含んでいる請求項８に記載の方法。
10. 前記構成要素に前記窒化チタンを堆積させた後で且つ前記酸化チタンを堆積させる前に、前記構成要素にチタンを堆積させるステップを含んでいる請求項８または９に記載の方法。
11. マグネトロンに前記構成要素を配置するステップと、
    前記マグネトロンを用いて前記窒化チタン及び前記酸化チタンを堆積させるステップと
    を含んでいる請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. チタン及び窒素で構成された化合物を提供するステップ
    を含んでおり、
    前記窒化チタンを堆積させるステップは、前記マグネトロンを用いて前記チタン及び窒素の化合物を堆積させることを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記構成要素が前記マグネトロンに配置された後で且つ前記窒化チタン及び前記酸化チタンを堆積させる前に、前記構成要素を浄化するために前記マグネトロンにおいて前記構成要素をアルゴン・スパッタリングするステップ
    を含んでいる請求項１１に記載の方法。
14. 静止構成要素及び回転構成要素と、
    液体金属と
    を備えたスパイラル溝軸受け（ＳＧＢ）であって、
    前記静止構成要素及び回転構成要素は各々、それぞれの基礎基材を有し、また各々、
    酸化チタンの外面層と、
    各々の基礎基材の表面と各々のそれぞれの酸化チタンの外側層との間に配置された窒化チタンと
    で構成された層を有し、当該静止構成要素と当該回転構成要素との間に間隙が形成されており、
    前記液体金属は、前記間隙に配置されて、ガリウム及びガリウム合金の一方を含んでいる、
    スパイラル溝軸受け（ＳＧＢ）。