JP7214336B2

JP7214336B2 - Ｘ線管内の相対的なベアリングシャフトの撓みを減少させるためのシステムおよび方法

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Publication number: JP7214336B2
Application number: JP2017163987A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ジェームズ・マッケイブ; マイケル・スコット・ヘバート; イアン・ストライダー・ハント; アンドリュー・トーマス・トリスカリ; ケビン・シェーン・クルーズ; アレクサンダー・トーマス・ライアン; アドルフォ・デルガド・マルケス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: US20180061611A1; DE102017118924B4; US20190139732A1; US10468223B2; US10283312B2; JP2018067529A; DE102017118924A1

Description

本明細書に開示する主題は、Ｘ線管に関し、より具体的には、相対的なベアリングシャフトの撓みを最小限にし、および／またはロータの動的モードを制御するための機構に関する。

様々な診断システムおよび他のシステムが、放射線源としてＸ線管を利用することができる。医用撮像システムでは、例えば、Ｘ線管は、Ｘ線放射源として投影Ｘ線システム、蛍光Ｘ線システム、トモシンセシスシステム、およびコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムで使用される。放射線は、検査シーケンスまたは撮像シーケンス中に制御信号に応答して放射される。放射線は人間の患者などの関心対象を横断し、放射線の一部は検出器または写真乾板に衝突して、そこで画像データが収集される。従来の投影Ｘ線システムでは、写真乾板は、その後現像されて、画像が生成され、この画像は、診断目的のために放射線科医または主治医によって使用され得る。デジタルＸ線システムでは、デジタル検出器が、検出器表面の個別のピクセル領域に衝突する放射線の量または強度を表す信号を生成する。ＣＴシステムでは、一連の検出器素子を含む検出器アレイが、ガントリが患者の周りに配置される際に、様々な位置を通して同様の信号を生成する。

アノードアセンブリ（またはターゲットアセンブリ）は、一般的に、Ｘ線管の動作中にアノードの回転を引き起こすために、ロータを少なくとも部分的に囲むＸ線管の外側のロータおよびステータを含む。アノードはベアリングによって回転するように支持され、ベアリングが回転するとアノードを回転させる。ベアリングは、通常、シャフトと、アノードが取り付けられているシャフトの周りに配置されたベアリングスリーブと、を含む。Ｘ線システムの動作中には、シャフトは、その表面に沿って（例えば、ＣＴガントリ上で回転するＸ線管からの遠心力のために）半径方向荷重を受け、その荷重は、シャフトの曲げモーメントおよび相対的な撓みを引き起こし、シャフトを曲げてベアリングスリーブに接触または擦れさせる。時間が経つと、ベアリング表面が摩耗して破損する。ベアリングの相対的な撓みはまた、使用可能な最大偏心量を減少させ、シャフトの荷重運搬能力を制限する。加えて、望ましくないロータ動的モードも、シャフトの摩耗に寄与し得る。

米国特許第８５８２７２２号明細書

第１の実施形態によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、アノードに結合するように構成されたベアリングを含む。ベアリングは、固定部材と、Ｘ線管の動作中に固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、Ｘ線管の動作中の半径方向荷重に起因する回転部材に対する固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構と、を含む。

第２の実施形態によれば、Ｘ線管が提供される。Ｘ線管は、アノードに結合するように構成されたベアリングを含む。ベアリングは、固定部材と、Ｘ線管の動作中に固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、固定部材の長手方向の長さに沿って固定部材内に配置されたシャフトと、を含み、シャフトは、固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、Ｘ線管の動作中の半径方向荷重に起因する回転部材に対する固定部材の撓みを減少させるように構成される。

第３の実施形態によれば、Ｘ線管の製造方法が提供される。本方法は、固定部材と、Ｘ線管の動作中に固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、を含むベアリングを含むＸ線管において、固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、Ｘ線管の動作中の半径方向荷重に起因する回転部材に対する固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構をベアリング内に配置するステップを含む。

本主題のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

本開示による、支持機構がベアリングのシャフトの表面に沿った曲げモーメント（ひいてはベアリングスリーブに対する相対的な撓み）を最小にする、Ｘ線管の一実施形態の概略図である。Ｘ線管の動作中のベアリングのシャフトへの荷重の影響を示す概略図である。シャフトの表面に沿った曲げモーメントを最小にするための支持機構が存在する場合の、Ｘ線管の動作中のベアリングのシャフトへの荷重の影響の一実施形態の概略図である。シャフト内の支持機構（例えば、凹部）を有するＸ線管内のベアリングの一実施形態の概略図である。シャフト内の支持機構（例えば、凹部およびキャビティ）を有するＸ線管内のベアリングの一実施形態の概略図である。図４および図５の線６－６に沿った、シャフト内の支持機構（例えば、凹部またはキャビティ）の一実施形態の断面図である。図４および図５の線６－６に沿った、シャフト内の支持機構（例えば、複数の凹部またはキャビティ）の一実施形態の断面図である。シャフト内の支持機構（例えば、単一部品からなる二次シャフト）を有するＸ線管内のベアリングの一実施形態の概略図である。シャフト内の支持機構（例えば、２つの部品からなる二次シャフト）を有するＸ線管内のベアリングの一実施形態の概略図である。シャフト内およびシャフト上の支持機構（例えば、二次シャフト）を有するＸ線管内のベアリングの一実施形態の概略図である。環状支持構造体の一実施形態の端面図である。図１１の環状支持構造体の側面図である。環状支持構造体（例えば、蛇行した可撓性要素を有する）の一実施形態の端面図である。図１３の環状支持構造体の部分斜視図である。環状支持構造体（例えば、単一の可撓性要素を有する）の一実施形態の部分斜視図である。図１５の環状支持構造体の横断面図である。環状支持構造体（例えば、リブを有する単一の可撓性要素を有する）の一実施形態の部分斜視図である。図１７の環状支持構造体の横断面図である。シャフト内およびシャフト上の支持機構（例えば、その周りに支持構造体が配置された二次シャフト）を有するＸ線管内のベアリングの実施形態の概略図である。

以下で、１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本主題の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することを意図している。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、記載の要素以外にもさらなる要素が存在してもよいことを意味する。さらに、以下の説明における任意の数値例は非限定的なものであり、したがって付加的な数値、範囲および百分率は開示する実施形態の範囲内である。

本明細書に開示された実施形態は、ベアリング（液体金属ベアリング、ボールベアリング、ジャーナルベアリング、螺旋溝ベアリングなど）のシャフトの表面に沿った曲げモーメント（ひいてはベアリングスリーブに対する撓み）を最小にする支持機構を提供する。特定の実施形態では、支持機構は、シャフトの一端または両端に隣接する凹部（例えば、レリーフアンダーカット）を含むことができる。他の実施形態では、支持機構は、シャフト内に形成されたキャビティを含むことができる。特定の実施形態では、支持機構は、シャフトの長手方向の長さに沿って延在するシャフト内に配置された二次シャフトを含むことができる。支持機構は、二次シャフトから半径方向に延在し、相対的な撓みを低減するように最適化された位置でシャフトの内面に接触する１つまたは複数の突起を含むことができる。シャフト内に配置された二次シャフトを有する特定の実施形態では、二次シャフトとシャフトとの間で二次シャフトの周りに１つまたは複数の環状支持構造体を配置することができる。環状支持構造体は、シャフトのロータ動力学、ひいてはベアリングの制御を可能にするために利用することができる。特定の実施形態では、環状支持構造体は、真空をシールし、シャフトの端部の荷重を低減するために、シャフトの周りに（例えばシャフトとシャフトの端部のＸ線管のエンベロープとの間に）配置することができる。開示する実施形態は、シャフトの表面に沿った曲げモーメントを最小にすることによって、ベアリングスリーブに対するシャフトの撓み（すなわち、相対的な撓み）を最小にすることができる。これは、シャフトとベアリングスリーブとの間の擦れを最小化または排除する結果となり得る。さらに、シャフトの使用可能な最大偏心量および荷重運搬能力を高めることができる。

本開示では、ベアリング（液体金属ベアリング、ボールベアリング、ジャーナルベアリング、螺旋溝ベアリングなど）のシャフト表面に沿った曲げモーメント（ひいてはベアリングスリーブに対する相対的な撓み）を最小にする支持機構を使用することができる、非限定的な実施形態が図１に関して説明されている。支持機構の変形例を、図４～図１０および図１９に関して説明する。支持機構はＸ線管に関して説明されているが、支持機構は他の装置および／または用途でベアリングと共に使用されてもよいことに留意されたい。前述したことを念頭に置いて、図１は、本手法による、ベアリング（液体金属ベアリング、ボールベアリング、ジャーナルベアリング、螺旋溝ベアリングなど）のシャフト（例えば、固定部材）の表面に沿った曲げモーメント（ひいては、ベアリングスリーブ（例えば、回転部材）に対する相対的な撓み）を最小にする支持機構を含むことができるＸ線管１０の一実施形態を示す。図示する実施形態では、Ｘ線管１０は、アノードアセンブリ１２およびカソードアセンブリ１４を含む。Ｘ線管１０は、高電圧が存在し得る環境と比較して、比較的低い圧力（例えば、真空）の領域を画定するエンベロープ１６内のアノードアセンブリおよびカソードアセンブリによって支持される。エンベロープ１６は、エンベロープ１６を取り囲むオイルなどの冷却媒体で満たされたケーシング（図示せず）内にあってもよい。冷却媒体はまた、高電圧絶縁を提供してもよい。

アノードアセンブリ１２は、一般に、動作中にアノード２０を回転させるために、ロータ１８と、ロータ１８を少なくとも部分的に囲むＸ線管１０の外側のステータ（図示せず）と、を含む。アノード２０はベアリング２２によって回転するように支持され、ベアリング２２が回転するとアノード２０を回転させる。アノード２０は、円盤状などの環状形状をしており、その中央にベアリング２２を受け入れるための環状の開口部を有している。一般に、ベアリング２２は、シャフト２４などの固定部分と、アノード２０が取り付けられるベアリングスリーブ２６などの回転部分と、を含む。シャフト２４は、ここでは固定シャフトの文脈で説明しているが、本手法は、シャフト２４が回転シャフトである実施形態にも適用可能であることに留意されたい。このような構成では、シャフトが回転するとＸ線ターゲットが回転することに留意されたい。特定の実施形態では、ベアリング２２は、ジャーナルベアリング、ボールベアリング、または螺旋溝ベアリングであってもよい。前述のことを念頭に置いて、一実施形態では、ベアリング２２は、ベアリングスリーブ２６とシャフト２４との間に配置された液体金属潤滑剤を有することができる。実際、ベアリング２２のいくつかの実施形態は、２００９年３月２５日に出願された米国特許出願第１２／４１０５１８号「ＩＮＴＥＲＦＡＣＥＦＯＲＬＩＱＵＩＤＭＥＴＡＬＢＥＡＲＩＮＧＡＮＤＭＥＴＨＯＤＯＦＭＡＫＩＮＧＳＡＭＥ」に記載されているものに準拠することができ、上記出願の全開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み入れられる。シャフト２４は、任意選択的に冷媒流路２８を含むことができ、冷媒流路２８を通ってオイルなどの冷媒が流れて、ベアリング２２を冷却することができる。図示する実施形態では、冷媒流路２８は、ストラドル構成として示されているＸ線管１０の長手方向の長さに沿って延在する。しかし、他の実施形態では、冷媒流路２８は、例えば、撮像システムに配置されたときにＸ線管１０がカンチレバーで支持される構成などでは、Ｘ線管１０の一部のみを通って延在してもよいことに留意されたい。

動作中、有利なことに、ベアリング２２の回転により、ターゲットまたは焦点面３０が形成されたアノード２０の前方部分を、電子ビーム３２によって連続的ではなく周期的に打撃することが可能になる。そのような定期的な衝撃は、１つまたは複数のアノード故障モード（例えば、ひび割れ、変形、破裂）をもたらす可能性のある、結果的に生じる熱エネルギーが、集中せずに分散することを可能にする。一般的に、アノード２０は高速（例えば、１００～２００Ｈｚ）で回転することができる。アノード２０は、タングステン、モリブデン、銅などのいくつかの金属もしくは複合材料、または電子が衝突したときにＢｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ（すなわち、減速放射）に寄与する任意の材料を含むように製造することができる。アノードの表面材料は、通常、アノード２０に衝突する電子によって生じる熱に耐えるように、比較的高い耐熱値を有するように選択される。さらに、カソードアセンブリ１４とアノード２０との間の空間は、他の原子との電子衝突を最小にし、電位を最大にするために排気されてもよい。いくつかのＸ線管では、カソードアセンブリ１４とアノード２０との間に１６０ｋＶを超える電圧が生成され、カソードアセンブリ１４によって放出された電子がアノード２０に引き寄せられる。

電子ビーム３２は、カソードアセンブリ１４、より具体的には、一連の電気リード線３６を介して１つまたは複数の電気信号を受け取るカソード３４によって生成される。電気信号は、１つまたは複数のエネルギーで１つまたは複数の周波数でカソード３４に電子ビーム３２を放出させるタイミング／制御信号であってもよい。さらに、電気信号は、カソード３４とアノード２０との間の電位を少なくとも部分的に制御することができる。カソード３４は、中央絶縁シェル３８を含み、そこからマスク４０が延在する。マスク４０はリード線３６を囲み、リード線３６はマスク４０の端部に取り付けられたカソードカップ４２まで延在する。いくつかの実施形態では、カソードカップ４２は、電子ビーム３２を形成するためにカップ４２内の熱電子フィラメントから放出された電子を集束する静電レンズとして働く。

制御信号がリード線３６を介してカソード３４に伝達されると、カップ４２内の熱電子フィラメントが加熱され、電子ビーム３２が生成される。ビーム３２は、アノード２０の焦点面３０に衝突し、Ｘ線放射４６を生成し、Ｘ線放射４６は、Ｘ線管１０のＸ線開口部４８の外へ向きを変える。Ｘ線放射４６の方向および向きは、Ｘ線管１０の外部で生成される磁場によって、またはカソード３４での静電手段などによって制御することができる。生成される場は、一般に、Ｘ線放射４６を、図示する円錐形のビームなどの集束ビームに成形することができる。Ｘ線放射４６は、管１０を出て、一般に、検査手順の間、関心対象に向かって導かれる。

上述したように、Ｘ線管１０は、Ｘ線放射源がガントリ上の関心対象の周りを回転するＣＴ撮像システムなど、Ｘ線管１０が患者に対して変位するシステムで用いることができる。Ｘ線管１０がガントリに沿って回転すると、遠心力などの様々な力がベアリング２２に働く。シャフト上の荷重（例えば、半径方向荷重）は、状況によっては、シャフト２４の表面に沿って曲げモーメントを生じさせ、シャフト２４のベアリングスリーブ２６に対する曲げおよび撓み（すなわち相対的な撓み）をもたらす。この相対的な撓みにより、シャフト２４がスリーブ２６と擦れて、シャフト２４とスリーブ２６の両方が経時的に摩耗することがある。曲げモーメントによる相対的な撓みの影響を緩和するために、本実施形態は、Ｘ線管１０の動作中にベアリング２２のシャフト２４の表面に沿う曲げモーメント（ひいては相対的な撓み）を最小にする１つまたは複数の支持機構を提供する。

図２は、曲げモーメントを最小にするための支持機構がない場合のＸ線管１０の動作中のベアリング２２のシャフト２４への荷重の影響を示す概略図である。図２は、Ｘ線管１０の動作中に荷重４９（例えば、半径方向荷重）を受ける可能性があるシャフト２４に沿った位置の非限定的な例を示す。これらの荷重４９の位置は、ベアリング２２およびＸ線管１０の両方の動作条件および機械的構造に応じて、シャフト２４に沿って変化してもよいことに留意されたい。図２はまた、せん断図５０、曲げモーメント図５２、および相対的な撓み図５４を示す。せん断図５０は、シャフト２４（支持機構がない場合）が、その長手方向の長さに沿って、シャフト２４の一部を一方向に移動させ、シャフト２４の他の部分を別の方向に移動させるせん断力（すなわち、整列していない力）を受けることを示す。モーメント図５２は、シャフト２４（支持機構がない場合）が、長手方向の長さに沿って、シャフト２４を屈曲させる曲げモーメントを受けることを示す。相対的な撓み図５４は、シャフト２４（支持機構がない場合）が、その長手方向の長さに沿って、せん断力および曲げモーメントに起因する撓み（例えば、ベアリングスリーブ２６に対する相対的な撓み）を受け、それによってシャフト２４がベアリングスリーブ２６にこすりつけられることを示している。

図３は、曲げモーメントを最小にするための支持機構がある場合のＸ線管１０の動作中のベアリング２２のシャフト２４への荷重の影響を示す概略図である。これらの支持機構は、以下でより詳細に説明するが、シャフト２４の一端または両端に隣接してシャフト２４内に形成された凹部（例えば、レリーフアンダーカット）、シャフト２４内に形成されたキャビティ、またはシャフト２４の長手方向の長さに沿って延在するシャフト２４内に配置された二次シャフトを含むことができる。二次シャフトを利用する特定の実施形態では、ベアリング２２（図１９を参照）のロータ動力学を調整または制御するために、二次シャフトの周りに１つまたは複数の環状支持構造体を配置することができる。他の実施形態では、二次シャフトを利用して、シャフト２４の端部の周りに（例えば、シャフトとエンベロープ１６との間に）１つまたは複数の環状支持構造体を配置して、真空をシールし、シャフト２４の端部の荷重を低減することができる。図３は、Ｘ線管１０の動作中に荷重４９（例えば、半径方向荷重）を受ける可能性があるシャフト２４に沿った位置（例えば、図２と同じ位置）の非限定的な例を示す。支持機構５６の位置を三角形で示している。これらの荷重４９の位置ならびに支持機構５６の数および位置は、ベアリング２２およびＸ線管１０の両方の動作条件および機械的構造に応じて、シャフト２４に沿って変化してもよいことに留意されたい。図３はまた、せん断図５８、曲げモーメント図６０、および相対的な撓み図６２を示す。せん断図５８は、シャフト２４（支持機構５６がある場合）が、その長手方向の長さに沿ってせん断力（すなわち、整列していない力）を受けていないことを示している。モーメント図６０は、シャフト２４（支持機構５６がある場合）が長手方向の長さに沿って曲げモーメントを受けていないことを示している。相対的な撓み図６２は、シャフト２４（支持機構５６がある場合）が、せん断力および曲げモーメントが存在しないことに起因して、その長手方向の長さに沿って撓み（例えば、ベアリングスリーブ２６に対する相対的な撓み）を受けていないことを示している。特定の実施形態では、支持機構５６は、シャフト２４の長手方向の長さに沿って作用するせん断力および曲げモーメントを最小にして、シャフトがベアリングスリーブ２６に接触または擦れないようにすることができる。支持機構５６は、シャフト２４の使用可能な最大偏心量および荷重運搬能力を高めることができる。

図４は、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、凹部）を有するＸ線管１０内のベアリング２２の一実施形態の概略図である。ベアリング２２は、ベアリング２２、シャフト２４、二次シャフト、および／またはベアリングスリーブ２６の長手方向軸７０に対する軸方向６４、半径方向６６、および円周方向６８を参照することによって、この図および後の図で説明することができる。一般に、シャフト２４およびベアリングスリーブ２６は、図１で説明した通りである。図４に示すように、第１の凹部７２（例えば、レリーフアンダーカット）は、シャフト２４の第１の端部７４に隣接してシャフト２４内に形成され、第２の凹部７６（例えば、レリーフアンダーカット）は、シャフト２４の第２の端部７８に隣接してシャフト２４内に形成される。第１および第２の凹部７２、７６は、シャフト２４の長手方向軸７０に対して軸方向６４（例えば、部分的に）および円周方向６８の両方に延在する。特定の実施形態では、凹部７２、７６は、長手方向軸７０の周りで円周方向６８に３６０°延在してもよい。他の実施形態では、凹部７２、７６は、長手方向軸７０の周りに部分的にのみ延在してもよい。特定の実施形態では、複数の凹部は、同じ軸方向位置で長手方向軸７０の周りに部分的に延在してもよい。特定の実施形態では、シャフト２４は、シャフト２４の単一の端部に隣接する単一の凹部（または単一の軸方向位置にある複数の凹部）のみを含んでもよい。凹部７２、７６は、シャフト２４の表面に沿った曲げモーメントを最小化または緩和して、シャフト２４が曲がらないようにする（したがって、相対的な撓みを最小にする）。

図５は、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、キャビティ）を有するＸ線管１０内のベアリング２２の一実施形態の概略図である。一般に、シャフト２４およびベアリングスリーブ２６は、図１で説明した通りである。図５に示すように、凹部７２、７６に加えて、キャビティ８０がシャフト２４内に形成（例えば、鋳造）される。キャビティ８０は、シャフト２４の長手方向軸７０に対して軸方向６４および円周方向６８の両方に延在する。特定の実施形態では、キャビティ８０は、長手方向軸７０の周りで円周方向６８に３６０°延在してもよい。他の実施形態では、キャビティ８０は、長手方向軸７０の周りに部分的にのみ延在してもよい。特定の実施形態では、複数のキャビティは、同じ軸方向位置で長手方向軸７０の周りに部分的に延在してもよい。特定の実施形態では、共に結合されたときにキャビティ８０を画定する、キャビティ８０を部分的に画定するそれぞれの端部を各々有する２つのシャフトピースを共に結合することによって、キャビティ８０をシャフト２４内に形成することができる。キャビティ８０は、シャフト２４の表面に沿った曲げモーメントを最小化または緩和して、シャフト２４が曲がらないようにする（したがって、相対的な撓みを最小にする）。特に、キャビティ８０は（凹部７２、７６と共に）、凹部７２、７６のみよりも相対的な撓みをさらに低減することができる。

図６は、図４および図５の線６－６に沿った、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、凹部７２、７６またはキャビティ８０）の一実施形態の断面図である。図６に示すように、凹部７２、７６またはキャビティ８０は、シャフト２４内の長手方向軸７０の周りで円周方向６８に３６０°延在する。特定の実施形態では、凹部７２、７６またはキャビティ８０（例えば、特定の軸方向位置にある単一の凹部またはキャビティ）は、シャフト２４内の長手方向軸７０の周りで円周方向６８にのみ延在してもよい。

図７は、図４および図５の線６－６に沿った、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、複数の凹部７２、７６、またはキャビティ８０）の一実施形態の断面図である。図６に示すように、複数の凹部７２、７６またはキャビティ８０の各々は、単一の軸方向位置でシャフト２４内の長手方向軸７０の周りで部分的に円周方向６８にのみ延在する。単一の軸方向位置における複数の凹部７２、７６またはキャビティ８０の数は、２～１０または他の任意の数の間で変化してもよい。

図８は、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、二次シャフト８２）を有するＸ線管１０内のベアリング２２の一実施形態の概略図である。図８に示すように、二次シャフト８２は、シャフト２４の長手方向の長さに沿ってシャフト２４内に配置されている。二次シャフト８２は、一体に形成されている。特定の実施形態では、二次シャフト８２は、互いに接合された２つの部品からなる（図９を参照）。二次シャフト８２は、Ｘ線管１０の様々な部品（例えば、ステータカバー、カソードハウジングなどの上のバス）によって支持されてもよい。シャフト２４は、ベアリング２２の中央部分９０に隣接する２つの異なる軸方向位置８６、８８（例えば、長手方向軸７０に対する）に突起８４を含む。突起８４は、二次シャフト８２の外面９２から半径方向６６に延在し、相対的な撓みを低減するように最適化された位置でシャフト２４の内面９４と接触する。特定の実施形態では、突起８４は、小さな半径方向荷重の下で逆方向の撓みを生成して、より高い半径方向荷重下でのベアリングの撓みを最適化するように構成される。特定の実施形態では、これらは、（例えば、シャフト２４、ベアリングスリーブ２６、およびシャフト２４とベアリングスリーブ２６との間に配置された液体金属ベアリング材料の両方に作用する遠心力のために）最も高い流体力学的圧力を受ける場所であってもよい。さらに、突起８４の数および位置ならびに剛性は、ベアリング２２のロータ動力学を調整または制御するように変化してもよい。各突起８４は、長手方向軸７０に対して円周方向６８および軸方向６４の両方に延在する。特定の実施形態では、各突起８４は、長手方向軸７０に対して二次シャフト８２の周りに円周方向６８に３６０度延在する。他の実施形態では、各突起８４は、長手方向軸７０に対して二次シャフト８２の周りで部分的にのみ円周方向６８に延在する。特定の実施形態では、突起８４を有する軸方向位置の数は、１～１０または他の任意の数の間で変化してもよい。特定の実施形態では、各軸方向位置は、単一の突起８４を有してもよい。他の実施形態では、各軸方向位置は、長手方向軸７０に対して二次シャフト８２の周りに部分的に円周方向６８にそれぞれ延在する複数の突起８４を含んでもよい。特定の実施形態では、二次シャフト８２は（突起８４の代わりに）、二次シャフト８２の周りに（例えば、シャフト２４と二次シャフト８２との間に）配置された１つまたは複数の環状支持構造体を含む。環状支持構造体の数および位置ならびに剛性は、ベアリング２２のロータ動力学を調整または制御するように変化してもよい。二次シャフト８２は、Ｘ線管１０の動作中の半径方向荷重による相対的な撓みを吸収するように構成される。二次シャフト８２は、シャフト２４の表面に沿った曲げモーメントを最小化または緩和して、シャフト２４が曲がらないようにする（したがって、相対的な撓みを最小にする）。

図９は、シャフト２４内の支持機構５６（例えば、２つの部品からなる二次シャフト８２）を有するＸ線管１０内のベアリング２２の一実施形態の概略図である。一般に、二次シャフト８２は、二次シャフトがそれぞれの端部１００、１０２で互いに固定された２つの部品９６、９８からなる点を除いて、図２で上述した通りである。特定の実施形態では、２つの部品９６、９８は、互いに結合されなくてもよい。

上述したように、二次シャフト８２を利用する実施形態では、シャフト２４とエンベロープ（図示せず）との間でシャフト２４の周りに（例えば、シャフト２４の端部に隣接して）１つまたは複数の環状支持構造体を配置することができる。図１０は、シャフト２４内およびシャフト２４上の支持機構５６（例えば、突起８４を有する二次シャフト８２）を有するＸ線管１０内のベアリング２２の一実施形態の概略図である。図８に示すように、二次シャフト８２は、シャフト２４の長手方向の長さに沿ってシャフト２４内に配置されている。二次シャフト８２は、上述のように突起８４を有する。図示するように、二次シャフト８２は単一部品からなる。特定の実施形態では、二次シャフト８２は、互いに接合された２つの部品からなる（図９を参照）。二次シャフト８２は、Ｘ線管１０の様々な部品（例えば、ステータカバー、カソードハウジングなどの上のバス）によって支持されてもよい。環状支持構造体１０４は、シャフト２４の端部１０９、１１１に隣接する２つの異なる軸方向位置１０６、１０８（例えば、長手方向軸７０に対する）で、シャフト２４の周りに円周方向６８に配置される。環状支持構造体１０４は、シャフト２４の外面１１３から半径方向６６に延在する。環状支持構造体１０４は、シール真空を提供しながら、シャフト２４の端部１０９、１１１上の荷重を低減することができる。特定の実施形態では、環状支持構造体１０４の数およびシャフト２４に沿った軸方向位置は変化してもよい。特定の実施形態では、突起８４の代わりに、二次シャフト８２（図１９を参照）は、二次シャフト８２の周りに（例えば二次シャフト８２とベアリングスリーブ２６との間に）配置された、ベアリング２２のロータ動力学の調整または制御を可能にする環状支持構造体１０４を含む。環状支持構造体１０４の数および軸方向の位置（例えば、二次シャフト８２に沿った）ならびに剛性（例えば、異なる軸方向の位置における）は変化してもよい。以下の図１１～図１８に記載の環状支持構造体は、放電加工、モールド、従来の機械加工、または積層造形法により作製することができる。

図１１および図１２は、それぞれ環状支持構造体１０４の一実施形態の端面図および側面図である。環状支持構造体１０４は、外側リングまたはシリンダ１１２内に同心配置で配置された内側リングまたはシリンダ１１０を含む。複数の可撓性要素１１４（例えば、ばね）が、内側リング１１０と外側リング１１２との間に半径方向６６に配置されている。可撓性要素１１４は、長手方向軸７０の周りに円周方向６８に配置され、外側リング１１２の内面１１６と内側リング１１０の外面１１８との間で半径方向６６に延在する。可撓性要素１１４の数は、１～３０または他の任意の数の範囲であってもよい。可撓性要素１１４は、長手方向軸７０に対して単一または複数の軸方向位置１２０に配置されてもよい。特定の実施形態では、図１１に示すように、突起またはハードストップ１２２が内側リング１１０から外側リング１１２に向かって半径方向６６に延在する。突起１２２は、外側リング１１２に対する内側リング１１０の半径方向の移動を制限する。特定の実施形態では、突起１２２は、外側リング１１２から内側リング１１０に向かって半径方向６６に延在する。図１２に示すように、環状支持構造体１０４の一方または両方の側面１２６、１２８には、１つまたは複数のシール１２４が配置される。シール１２４は可撓性である。特定の実施形態では、シール１２４は、可撓性要素１１４よりも低い剛性を有してもよい。特定の実施形態では、シール１２４は、環状支持構造体１０４が、環状支持構造体がその間に配置される構造体間に密封真空を提供することを助けることを可能にする。

図１３および図１４は、それぞれ環状支持構造体１０４（例えば、蛇行した可撓性要素を有する）の一実施形態の端面図および部分斜視図である。環状支持構造体１０４は、可撓性要素１１４が蛇行形状を有することを除いて、図１１および図１２に一般的に記載した通りである。図示するように、蛇行形状の可撓性要素１１４は、長手方向軸７０の周りに円周方向６８に３６０°延在する単一構造体１３０の一部である。単一構造体１３０は、複数の蛇行形状の可撓性要素１１４を含む。構造体１３０は、側面１２６から側面１２８まで軸方向６４に延在する。図示するように、内側リング１１０、外側リング１１２、および構造体１３０は、共に一体化されて単一の構造体を形成する。図１４に示すように、シール１２４は、環状支持構造体１０４の側面１２８に配置される。特定の実施形態では、１つまたは複数のシール１２４は、環状支持構造体１０４の一方または両方の側面１２６、１２８上に配置されてもよい。シール１２４は、図１１および図１２で上述した通りである。

図１５および図１６は、それぞれ環状支持構造体１０４（例えば、単一の可撓性要素を有する）の一実施形態の部分斜視図および横断面図である。環状支持構造体１０４は、環状支持構造体１０４が単一の可撓性要素１１４を含むことを除いて、図１１および図１２に一般的に記載した通りである。図示するように、可撓性要素１１４は環状に形成されている。可撓性要素１１４は、外側リング１１２を越えて軸方向６４に延在し、内側リング１１０を越えて反対の軸方向６４に延在する。図示するように、内側リング１１０、外側リング１１２、および可撓性要素１１４は、共に一体化されて単一の構造体を形成する。特定の実施形態では、図１７および図１８に示すように、可撓性要素１１４および内側リング１１０の両方は、リブ１３２を含む。特定の実施形態では、可撓性要素または内側リング１１０のみがリブ１３２を含む。図１８に示すように、シール１３４（例えば、環状シール）が可撓性要素１１４と内側リング１１０との間に配置され、密封真空を提供することができる。

開示した実施形態の技術的効果は、ベアリング（液体金属ベアリング、ボールベアリング、ジャーナルベアリング、螺旋溝ベアリングなど）のシャフトの表面に沿った曲げモーメント（ひいてはベアリングスリーブに対する相対的な撓み）を最小にする支持機構を含む。特定の実施形態では、支持機構は、シャフトの一端または両端に隣接する凹部（例えば、レリーフアンダーカット）を含むことができる。他の実施形態では、支持機構は、シャフト内に形成されたキャビティを含むことができる。特定の実施形態では、支持機構は、固定部材の長手方向の長さに沿って延在するシャフト内に配置された二次シャフトを含むことができる。二次シャフトは、シャフトから半径方向に延在し、相対的な撓みを低減する最適な位置でシャフトの内面に接触する１つまたは複数の突起を含むことができる。特定の実施形態では、１つまたは複数の環状支持構造体は、ベアリングのロータ動力学の制御を可能にするために、二次シャフトの周りに配置されてもよい。開示する実施形態は、シャフトの表面に沿った曲げモーメントを最小にすることによって、ベアリングスリーブに対するシャフトの撓み（すなわち、相対的な撓み）を最小にすることができる。これは、シャフトとベアリングスリーブとの間の擦れを最小化または排除する結果となり得る。さらに、シャフトの使用可能な最大偏心量および荷重運搬能力を高めることができる。

本明細書は、主題を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本主題を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造体要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言と実質的な差のない等価の構造体要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

１０Ｘ線管
１２アノードアセンブリ
１４カソードアセンブリ
１６エンベロープ
１８ロータ
２０アノード
２２ベアリング
２４シャフト
２６ベアリングスリーブ
２８冷媒流路
３０焦点面
３２電子ビーム
３４カソード
３６電気リード線
３８中央絶縁シェル
４０マスク
４２カソードカップ
４６Ｘ線放射
４８Ｘ線開口部
４９荷重
５０せん断図
５２曲げモーメント図
５４相対的な撓み図
５６支持機構
５８せん断図
６０曲げモーメント図
６２相対的な撓み図
６４軸方向
６６半径方向
６８円周方向
７０長手方向軸
７２第１の凹部
７４第１の端部
７６第２の凹部
７８第２の端部
８０キャビティ
８２二次シャフト
８４突起
８６軸方向位置
８８軸方向位置
９０中央部分
９２外面
９４内面
９６部品
９８部品
１００端部
１０２端部
１０４環状支持構造体
１０６軸方向位置
１０８軸方向位置
１０９端部
１１０内側リング
１１１端部
１１２外側リング
１１３外面
１１４可撓性要素
１１６内面
１１８外面
１２０軸方向位置
１２２ハードストップ、突起
１２４シール
１２６側面
１２８側面
１３０単一構造体
１３２リブ
１３４シール

Claims

Ｘ線管（１０）であって、
アノード（２０）に結合するように構成されたベアリング（２２）を含み、前記ベアリング（２２）は、
固定部材と、
前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、
前記固定部材内に存在し、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構（５６）であって、前記固定部材の長手方向の長さに沿って前記固定部材内に配置されたシャフト（８２）を含む、支持機構（５６）と、を含み、
前記シャフト（８２）が、前記シャフト（８２）の外面から前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および半径方向（６６）の両方に延在する１つまたは複数の突起（８４）を含み、
前記１つまたは複数の突起（８４）が、前記固定部材の内面（９４、１１６）に接触し、曲げモーメントを最小にする位置で前記固定部材を半径方向（６６）に支持する、Ｘ線管（１０）。
Ｘ線管（１０）であって、
アノード（２０）に結合するように構成されたベアリング（２２）を含み、前記ベアリング（２２）は、
固定部材と、
前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、
前記固定部材内に存在し、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構（５６）であって、前記支持機構（５６）は、前記固定部材の軸方向における第１の端部（７４）内に形成された第１の凹部（７２）を含み、前記第１の凹部（７２）は、前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および軸方向（６４）の両方に延在する、支持機構（５６）と
を含む、Ｘ線管（１０）。
前記支持機構（５６）は、前記固定部材の軸方向における第２の端部（７８）内に形成された第２の凹部（７６）を含み、前記第２の凹部（７６）は、前記固定部材の前記長手方向軸（７０）に対して前記円周方向（６８）および前記軸方向（６４）の両方に延在する、請求項２に記載のＸ線管（１０）。
Ｘ線管（１０）であって、
アノード（２０）に結合するように構成されたベアリング（２２）を含み、前記ベアリング（２２）は、
固定部材と、
前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、
前記固定部材内に存在し、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構（５６）であって、前記支持機構（５６）は、固定部材内に配置された少なくとも１つのキャビティ（８０）を含み、前記少なくとも１つのキャビティ（８０）は、前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および軸方向（６４）の両方に延在する、支持機構（５６）と
を含む、Ｘ線管（１０）。
前記シャフト（８２）が、前記シャフトと前記固定部材との間で前記シャフト（８２）の周りに配置された少なくとも１つの環状支持構造体（１０４）を含む、請求項１に記載のＸ線管（１０）。
前記１つまたは複数の突起（８４）は、異なる軸方向位置に第１の突起および第２の突起を含む、請求項１記載のＸ線管（１０）。
前記シャフト（８２）は、単一の部品（９６、９８）または２つの部品（９６、９８）を含む、請求項１に記載のＸ線管（１０）。
少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）が、前記シャフト（８２）と前記固定部材との間で前記シャフト（８２）の周りに配置され、前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）が異なる軸方向位置に配置され、前記環状支持構造体（１０４）は、前記ベアリング（２２）のロータ動力学を制御するように構成される、請求項１に記載のＸ線管（１０）。
前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）は、外側リング（１１２）と、内側リング（１１０）と、前記外側リング（１１２）と前記内側リング（１１０）との間に半径方向（６６）に配置された少なくとも１つの可撓性要素（１１４）と、を含む、請求項８に記載のＸ線管（１０）。
前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）は、前記内側リング（１１０）から前記外側リング（１１２）に向かって半径方向（６６）に延在する突起（１２２）を含み、前記突起（１２２）は、前記外側リング（１１２）に対する前記内側リング（１１０）の半径方向（６６）の移動を制限するように構成される、請求項９に記載のＸ線管（１０）。
前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）は、前記環状支持構造体（１０４）の側面に配置された少なくとも１つのシール（１２４）を含む、請求項８に記載のＸ線管（１０）。
Ｘ線管（１０）であって、
アノード（２０）に結合するように構成されたベアリング（２２）を含み、前記ベアリング（２２）は、
固定部材と、
前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、
前記固定部材の長手方向の長さに沿って前記固定部材内に配置されたシャフト（８２）と、を含み、
前記シャフト（８２）は、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成され、
前記シャフト（８２）が、前記シャフト（８２）の外面から前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および半径方向（６６）の両方に延在する１つまたは複数の突起（８４）を含み、
前記１つまたは複数の突起（８４）が、前記固定部材の内面（９４、１１６）に接触し、曲げモーメントを最小にする位置で前記固定部材を半径方向（６６）に支持する、Ｘ線管（１０）。
前記シャフト（８２）は、前記半径方向荷重による相対的な撓みを吸収するように構成される、請求項１２に記載のＸ線管（１０）。
少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）が、前記シャフト（８２）と前記固定部材との間で前記シャフト（８２）の周りに配置され、前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）が異なる軸方向位置に配置され、前記環状支持構造体（１０４）は、前記ベアリング（２２）のロータ動力学を制御するように構成される、請求項１２に記載のＸ線管（１０）。
Ｘ線管（１０）の製造方法であって、
固定部材と、前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、を含むベアリング（２２）を含むＸ線管（１０）において、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構（５６）を前記ベアリング（２２）の前記固定部材内に配置するステップを含み、
前記支持機構（５６）はシャフト（８２）を有しており、前記シャフト（８２）が、前記シャフト（８２）の外面から前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および半径方向（６６）の両方に延在する１つまたは複数の突起（８４）を含み、前記１つまたは複数の突起（８４）が、前記固定部材の内面（９４、１１６）に接触し、曲げモーメントを最小にする位置で前記固定部材を半径方向（６６）に支持し、
前記支持機構（５６）を前記ベアリング（２２）の前記固定部材内に配置するステップが、前記固定部材の長手方向の長さに沿って前記固定部材内に前記シャフト（８２）を配置するステップを含む、方法。
Ｘ線管（１０）の製造方法であって、
固定部材と、前記固定部材の外側に設けられ、前記Ｘ線管（１０）の動作中に前記固定部材に対して回転するように構成された回転部材と、を含むベアリング（２２）を含むＸ線管（１０）において、前記固定部材の表面に沿った曲げモーメントを最小にして、前記Ｘ線管（１０）の動作中の半径方向荷重に起因する前記回転部材に対する前記固定部材の撓みを減少させるように構成された支持機構（５６）を前記ベアリング（２２）の前記固定部材内に配置するステップを含み、
前記支持機構（５６）を前記ベアリング（２２）の前記固定部材内に配置するステップは、前記固定部材の軸方向における少なくとも一端に凹部、または、前記固定部材内に少なくとも１つのキャビティ（８０）を形成するステップを含み、
前記凹部および前記少なくとも１つのキャビティ（８０）は、前記固定部材の長手方向軸（７０）に対して円周方向（６８）および軸方向（６４）の両方に延在する、方法。
前記シャフト（８２）が、前記シャフトと前記固定部材との間で前記シャフト（８２）の周りに配置された少なくとも１つの環状支持構造体（１０４）を含む、請求項１５に記載の方法。
前記シャフト（８２）と前記固定部材との間で前記シャフト（８２）の周りに少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）を配置するステップを含み、
前記少なくとも２つの環状支持構造体（１０４）が異なる軸方向位置に配置され、前記環状支持構造体（１０４）は、前記ベアリング（２２）のロータ動力学を制御するように構成される、請求項１５に記載の方法。