JPS60112233A - 回転陽極ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターゲットど陽極組立体が玉軸受で高速で回
転Ｊる回転陽極Ｘ線管に関゛する。

発　明　の　背　娼 回転陽極Ｘ線管には、その４Ｍ造内的要素配列に関して
２つの基本的な型式がある。第１の型式は本明細書で具
体例の説明の目的に用いた型式のもので、金属スリーブ
をＸ線管エンベロープ内に真空密に装着し、スリーブの
一端をエンベロープから突出さＵて、外部電気接続がス
リーブに対して行われるようにしたしのて゛ある。この
型式のものでは、２つの軸線方向に則れた玉軸受の外レ
ースがスリーブの両端に装着され、またシ１シフトがそ
の両端において軸線方向に離れＩＣ２つの軸受の内レー
スで支持される。上記スリーブと同心ｒ：誘導モータの
ロータを構成り−る外側スリーブに軸線方向に延在する
ステムが設けられ、このステムにＸ線管ターゲットが固
定される。上記の外側回転スリーブは通常熱放射率の大
きな材１３１で被覆して、Ｘ線管の電子ビームがＸ線発
生の目的でターゲラ１−にあたる結果としてターゲット
に生じる熱をで゛きるだけ多く消散でおるようにＪる。

この場合多量の熱が軸受を通して伝達されて、予想され
る作動条件下で軸受温度が５００℃程亀になることがあ
る。軸受の内外レースおよび玉は銀で被覆され、この銀
の被膜は、Ｘ線管の平常作動時に存在するｘｉ管内の高
真空、高温度環境中で用いるのに適当な潤滑材を構成す
る。典型的なＸ線管の設計ではＸ線ご一ム焦点でのター
ゲットの溶融を回避１−るために陽極ｊ５よびターゲラ
１〜を約３ＧＯＯｒｐｍで回転させることが必要なだ（
プであるが、もつと高いＸ線管電流および電圧を用いる
Ｘ線管の設泪では、ターゲラ１へを通例約１１０００Ｏ
ｒｐで回転さける必要がある。典型的には、ロータを２
極誘導モータとして駆動Ｊ”るので、低速の場合には５
０または６０１−ｌｚを界磁コイルに印加し、高速の場
合には１８０１−（Ｚを印加する。米国以外の国では周
波数は５０１−１ｚと１５０１−１ｚとする場合もある
。

第２の型式の回転＠極Ｘ線管は第１の型式とは逆の構造
のものである。第２の型式では、回転シャツ１〜を設け
る代りに、シャフトを固定する。シヤント上に２つの軸
受が軸線方向に間隔をありで設けられる。軸受の外レー
スにスリーブを勅がないＪ：うにはめ、スリーブから延
在りるステムによりターゲットを支持する。従って回転
づるのは、第１型式では内レースであるが、第２型式で
は外レースである。第１型式の場合と同様に第２型式で
も、軸受は熱伝導体どして働くとともに電気導体として
も働く。

２つの型式のＸ線管の両方ども、前部玉軸受、即ちター
ゲラ１〜に近い方の軸受には、ステムの一端に取り付け
られた重いターゲットにより半径方向に片持らぼり式に
荷重がか）る。重心は常に前部軸受とターゲラ１〜の間
のステムに沿った一点にあり、従って前部軸受にか）る
半径方向荷重は、前部軸受から軸線方向に離れｌｃ後Ｅ
ｌ軸受にか）る荷重より大きい。また、前部および後部
軸受による半径方向反作用力は、回転陽極Ｘ線管のいず
れの型式でも互に反対向きである。

本発明者が知っているすべての従来の高性能回転陽極Ｘ
線管に用いられている軸受は同一種類の玉軸受であり、
本発明で用いるす１１１受とは異なる。

代表的には、従来の玉軸受の外レースは平坦であるか、
または断面が円弧をなり環状溝を右し、この環状溝内を
玉がころがる。内レースは断面が基本的にＶ字形である
環状溝を右゛りる。さらに具体的に説明づ−ると、内レ
ースの溝は変形したゴシック式アーチに非常に類似した
断面を有する。このアーチ形輪郭は、次のような加工を
行って得られる様なものの輪郭に似ている。づなわち、
内レースのリングに断面が円弧に一致した溝を機械加工
により作り、次にリングを半分にのこびぎ等にＪ：り分
割し、２つのリング半部間に残７に月料を除去し、両半
部を対面関係に押し当てることにより、７字形またはゴ
シック式アーチの形状に非常に近い溝が得られる。勿論
、実際には、溝を１回のｌｊｌ械加工で形成する。この
従来の軸受を組立てると、玉は両レースと３点接触をな
１゜２つの接触点は玉が内レースの両半部の傾斜溝に接
するところに得られ、１つの接触点は玉と外レースとの
間に生じる。Ｘ線管が作動する際の高温を予想して、玉
と両レースどの間に隙間を設（プて、Ｘ線管の使用中に
熱くなる結果として両レースと玉が著しく膨張りるとい
う事実に対処り−る３、もしも隙間を設（〕ないと、軸
受が熱くなったとき比較的すぐに焼付いてしまう。さら
に隙間が小ざりぎでム、軸受または玉のころがり表面か
らはげ落ちた銀の破片が、玉とレースの間にくさび状に
はまり、軸受を動がなくする。使方、隙間が人きりきる
と、軸受ががたついてうるさく、またターゲットがぐら
ついてＸａ管の焦点を揺動し、これにより鮮明な放射線
写真を得ることが妨げられる。玉とレース間に大きな隙
間を設けて軸受の焼イー」きを回避しようする策にはｔ
ｉＬかに２つの欠点がある。１つの欠点は、玉がはねま
わりや１くなり、この場合上が電気を伝導するので、玉
と両レース間にスパーク（火花）が生じ、この結果両者
が粗面化し早期破損を起こＪ０玉と両レース間に過大な
隙間ランスを設けた場合のもう一つの欠点は、片持ちぼ
り式に荷重のか）った回転シレフトまたはスリーブが過
大なたわみを生じ、この結果最終的に、前部軸受の玉の
内、１度に１つの玉だＬノに半径方向に荷重がｈいり、
同時に後部軸受中の直径り同友対側の玉にのみ半径方向
に荷重がか）る。従って、どの時点でも荷重がか）って
いる各軸受の１つの玉が過大な応力を受けることになり
、これが原因でその玉が疲労し、早ｍ軸受破損につなが
る。理４Ｊｉ的な軸受は、すべての玉がＸ線管の全作動
温度Ｊ３よび全回転角で、半径方向荷重を均等に引受り
る、つまり分担する軸受である。このことは、本発明者
が知る限りでは本発明の完成以前には達成されていない
。

玉軸受による荷重分担を一層均等にりる１＝めにここに
記載のＸ線管に用いた方式は、軸受レースに、従って玉
に大きな軸線方向のカを加えることにより軸受への荷重
をある意味で、事実上増加づるというものである。

回転陽極Ｘ線管の玉軸受に擬似的軸線方向予荷重を加え
ることが、米ｔｂ＊’Ｆｆ第４，２７２，６９６弓に開
示されている。この特許の目的は、軸受の玉をレースの
溝の表面と接触状態に保つで、軸受を粗面化し早期破損
を招くと考えられているスパークが玉とレースとの間に
生じないようにすることにある。上記性Ｗ［の方式では
、前部および後部軸受の対応づるレースに軸線方向荷重
を加えることにより、玉を軸線方向に押して、玉を他方
のレースと良好に接触させるものである。この軸線方向
の力は、モリブデン製のコイル形の予め変形さゼた圧縮
ばねを対応レース間に配置づることにより得ている。勿
論慣例の３点接触軸受が用いられている。

上記特許の軸受では、玉と両レース間の合５１隙間が約
（１，（１０１５インヂであった。しかし、軸受の寿命
は予想しｌζ稈には伸びなかった。そこで、軸線方向前
ＩＦ川ばねを設ムＩしなおし−Ｃ１軸線方向の力を１．
５ボンドｌ）ｒ　＋ら３ボンドに増した。この場合３＋
：、１玉接触で＠線方向荷重が大きくなったので、当然
ながら軸受摩擦が増加し、軸受がもつと熱くなり、膨張
し、最終的には止まってしまつ７１こ。結論として、特
定のＸ線管、所定の１１１受および特定寸法のシ（シフ
トを用いたものでは、軸線方向の力は３ボンド未満でな
ければならない。しかもこの低レベルの軸線方向荷重で
も、各軸受の１つの玉に半径方向荷重のほとんどまたは
Ｊべてかか）るという欠点は克服されていない。

回転陽極Ｘ線管は、通常、コンピュータ断層撤影装置に
使用されている。この装置道に用しＡられるＸ線管のタ
ーケラ１へは、通常モリブデン基板上に設（づたタング
ステン・レニウム合金で構成される。

ターゲットは大きな熱容蚤をもｊこなければならないの
で、例えば直径約５インチ（１２，７ｃｍ）で゛、Ｘ線
管の前部３Ｓ軸受に５ボンド（２，２７ｋ［］　）以上
の半径方向の力を１１（１えるような厚さを有づる。タ
ーゲットは他端が１」−夕に固定されたステムの自由端
に装着されているので、特に前部軸受（プには半径方向
の力のみならず、大きな片持しぼり式の力が加えられる
。コンピユータｌｌ７ｉ層倣影装置でに、Ｌ、Ｘ線管が
スキレナ・キャリッジに装着され、キ１Ｊリッジが回転
してＸ線管を患者のまわりの軌道に３６０°以上の角度
にわたって旋回さけ、こうして身体の断層のＸ線走査を
行う。スキャナ・キレリッジは傾斜式ガントリイ上で回
転するので、走査面を釦的面から２０°Ｊ：での角度【
＝設定し−Ｃ１所定角度の身体［ｉ１ｉ層を走査Ｊるこ
とができる。上記性ｉ′１に記載されたＸ線管が発明さ
れた時代には、全円ｆｇｉ層１最影走査を１ｊうのに苅
Ｊる時間が代表的には約８秒かそれより少し知かかった
。現行のもつとも進んだコンピコ、−夕断層撮影装置の
走査時間は２秒程度まで短縮されている。Ｘ線管の陽極
の回転軸線は走査中の軌道の＋ＩＭｌ＋線に平行である
。しかし、ガントリイを傾りるど、陽極に作用゛する車
力（（１）が非常に大きくなり、陽（セとターゲラ１へ
が歳差運動を行う傾向があり、この歳差運動によりさら
に大きな半径方向の力が軸受の玉にか為り、これにより
従来の設計で゛は荷重の゛リベーＣを引受りた各軸受の
１つの玉の応力が増加する。Ｊｊた、ターゲラｈに何ら
かの不平衡があると、特に軸受の玉への半径方向荷重が
増づことにも注意４べぎである。

玉軸受に軸線方向荷重市をか（プることは、Ｘ線管分野
以外の回転機器に使用されている。事実、１つの共通の
シ１！７１へに設【プた軸受のり＝べての玉に半径方向
荷重を実質的に均等に分担さＵるのに必要とされる軸線
方向荷重力の屯を決定づるための方程式どコンピュータ
プログラムが開発されている。工による荷重分担を得る
のに必要とされる最小の予荷重力についての一般に容認
された方程式によれば、予荷重力は半径方向荷重に、玉
が傾斜レース表面とな゛り角度の正接を１１）　Ｖノた
偵に等しいとされている。例えば、航空はタービンエン
ジンの軸受に予荷重を加えて、軸受のレースｄ３よび玉
が加熱し膨張する速痘とは無関係に、また軸受の部品間
の湿度差とは無関係に、タービンシャフトおよびそのブ
レードが心合せ状態に確実に留まるＪこうにづ−ること
が行われている。この種の用途では、大きな軸受を用い
、これらの軸受がある安全余裕を残してその許容応力に
近くなるまで軸受に半径方向荷重を加える。このような
用途（・は、そしてまたＸ線管においても、過大な半径
方向応力、そして特に半径方向荷重の大部分を回転中に
１つの玉から他の玉に移す場合には、■にその最大許容
窓カイ」近で荷重をか（〕たり除いたり覆ることの結果
として、金属の玉が疲労し、破損したり永久変形し／ｊ
すする。いずれにしても、軸線方向予荷重を増加づるに
つれて、軸受摩擦も増加するという事実にもか）ねらず
、十分な軸線方向予荷重を用いることにより、回転部品
が心合せ状態かつ温度補償された状態に確実に留まるよ
うにＪることができる。このことは真実ではあるが、試
験により、玉がレースと２点接触をな１ようにしＩＣ本
発明の軸線方向予荷重を加えた軸受では、従来の３　ｙ
：Ｘ接触のゴシック式アーヂ型軸受レースの場合よりＩ
ｖｉｔａが鳶しく小さくなることが示されｌこ。

発　明　の　概　要 本発明の重要な特徴は、見掛【プ上の逆説の北見に由来
する。それ【ま次の通りである。回転陽極Ｘ線管に適当
な秤類の軸受では、軸線Ｉｊ向予荷重力を前述の特許に
記載の予荷重式Ｘ線管設ｈ１に用いる予荷重力を越えて
増づ−ことの（・きる範囲があり、この結果として軸受
中の玉のＪ、り多くが、特に軸受の下半部の玉ＪべてＢ
ｘｍ管のロータおｊ；びターゲットにより加えられる半
径す向で４重の分１ｕ分を引受１づるようにすることか
で・きることである。

さらに、上半部の玉づべてか軸線方向荷重の分担分を引
受りる。この範■）の力は玉がレースと３点接触をなす
軸受を用いた従〉にのＸ線管に許容された最大軸線方向
予備Φ力より少し大ぎい力で始ｊ、す、そしてその範囲
は、玉とレースとの間の全接触応力が軸線方向予荷重力
の増加につれて急速にかつ一員して上昇し始める点Ｊ、
りはるかに下である。言い換えると、Ｘ線管の用途につ
いては、づべてのＸ線管作動状況下で軸受に良好な温度
補償を達成づるとともに、土間での良好な荷重分担を達
成づる予荷重力の範囲があることを見出した。

さらに、重用の大きい改械用途においては玉軸受の回転
シトフ（〜の心合Ｕの達成に注意を払っていた結果とし
て、軸線方向予荷重が小さくかつ３点接触＠受を使用し
たどきには、軸受の］、とレース間の接触点での応ノ〕
が大ぎいこと、モして２点接触軸受を本発明のように使
用したときには、接触応力が実際に増大した軸線方向予
荷重力の範囲にわたって減少Ｊることに誰６気（＝Ｊい
でいなかった。

本発明ににれば、Ｘ線管にＪ３いて、排気したＸ線管内
の高い温度で低い蒸気圧を有し、かつ高い温度でそのば
ね力を維持すると共に有意な熱クリープをもたないばね
が軸線方向予荷重を加える目的に用いられる。このばね
は超合金でつくる。例えば、適当な超合金としては商品
名１−インコネル（Ｉ　ｎｃｏｎｃｌ）　Ｊ　、また商
品名「バスタロイ（１−１ａｓｔａｌｌｏｙ）　Ｊとし
て商業経路で入手できるものである。望ましい特性を右
Ｊるばねｌは（゛インコネルＸ−７５０、Ｎ０９１テン
パー」ぐある。これは降伏強さが５３８℃で７４０００
１ｓｉである。イの組成は、７０％ニッケル、１４〜１
７％クロム、５〜９％鉄、２．２５〜２．７５％チタン
、０．７〜１．２％コロンビウム、０．４〜１．０％ア
ルミニウム、１．０％マンガン、０．５％銅、０．５％
珪素、＋１．０８％ＦＡ素ｄ３よび０．０１％硫黄であ
る。

本発明の別の特徴は、玉と両レースとの間に２点接触が
生じるように、即ち玉が外レースと１点のみで接触する
と共に内レース１溝の傾斜面と１点のみで接触づるよう
に軸受を借成することにある。軸受を、いつでも、即ち
あらゆる管ン品度および陽極回転ｈｌｒ線のあらゆる角
度位ｉｉ’ｆｆ　ｔ”　２点接触を確保するような形状
どする。さらに、かなり大きな隙間を玉と両レースどの
間に設（プ、この隙間は玉およびレースが一層熱くなっ
たとぎ玉がレースに結着する恐れがなくかつ玉による荷
重分担が失なわれることのない程度に大きくＪることが
できる。

新しい予荷重式Ｘ１！管軸受構造のさらに仙の特徴（よ
、シャフトが揺動または歳差振動モードに入るμ異速度
が、３６００ｒｐＩ１１のような４１（い１」−夕速度
から約１１００００ｒｌ１のような高いロータ速度へロ
ータを加速する際の１ｖ４ｔｌＪにのみ存在りる！！！
１転速度て生じるように、軸受の玉による荷重分担、従
って回転陽極シャツ１へのスチッフネスが制御されでい
ることにある。

新しい軸線方向予荷重式Ｘ線管軸受の上記Ｊ３よび他の
特徴を達成づ°るやり方を明らかにづるために、以下に
本発明の好適実施例を図面を参照しながら詳しく説明す
る。

好適実施例の説明 第１図は回転アノードＸ線管の長さ方向断面図で、特に
本発明の新規な予荷重式軸受構造を使用できる回転陽極
Ｘ線管の通常の部品を示す。このＸ線管はカラスのコニ
ンベローブ１（）を具え、ソノ一端に陰極支持体１１が
封止されている。陰極１２の′重子放出フィラメン１−
が集束用カップ１４内に配買された絶縁体１３に装着さ
れ、集束用カップ１４が電子ビームを回転Ｘ線ターゲッ
ト１６の傾斜した環状焦点軌道区域１５に集束づる。タ
ーグツ１へ１６は全体的に符号１８で示づロータ組立体
がら延在Ｊるステム１７により支持されている。ロータ
に回転磁界を誘起してロータを回転さける。磁界を誘起
Ｊるための界磁コイルは図示していない。【」−夕１８
は、代表的には銅の外側スリーブ１９を鉄金属の内側ス
リーブ２０に積み重ねて構成される。

第１図と関連して第２図を見れば明らかなように、ロー
タ１８はＸ線管エンベロープ１ｏ内に固定されたステム
２１に対し−Ｃ回転可能である。ステム２１には領域２
３で金属管２２がろう付レノされている。金属管２２の
一端が、Ｘ線管エンベロープ１ｏの端部２５に封止され
たフェルール２４に領域２８でろうイ」りされている。

ステム２１にはカラー２６がねじ係合またはろう付けさ
れており、さらに、ねじ２７がＸ線管をケーシング（図
示ゼず）内に支持Ｊると共にＸ線管への電気接続を行う
ために用いられる。

ここで第２図に注目すると、ロータ組立体１８がシャフ
ト３０に装着されていることが示されている。

ロータ組立体１８は、その一端にＪ３いて、ロータスリ
ーブ（１９，２０）に環状領域３２でろう付【プされた
端部キャップ３１を有する。シャフト３０のねじを切っ
た前側端部３４にカラー３３がねじ係合゛りる。ロータ
組立体の端部キ１７ツプ３１は複数の差込みソヶッ１〜
頭付きねじ３５によってカラー３３に締（＝Ｊりられ゛
Ｃイル。Ｘ線ターグツｌ−支持ステム１７の１部３６が
）Ｊシー３３と端部主１／ツブ３１との面に捕１；ｃさ
れている。

主ロータ支持ステム２１は一体の管状部分づなわら内部
の円筒状部分３７を有し、この管状部分３７は静止部材
であり、その先端界面３９のまわりに前部静止軸受保持
体３８が、例えばＴ　Ｉ　Ｇ溶接により固着されている
。ターゲットに近い方の前部玉軸受の外レース４０が、
軸受保持体３８のカウンタボア４１内に収容され、軸受
保持体３８の先端４２をスェージ加工することによりカ
ウンタボア４１内に固定されている。内レース４３は分
割型のもので、２つの同様のリングまたは半部４３Ａお
よび４３Ｂよりなり、２つのリングが平面４３Ｇで対面
し、ここが後述するように本発明によればシムまたはそ
の均等物で占められる。前部軸受の内レース４３は、シ
ャツ１へ３０の滑らかな減径部分４４にはめられ、シ１
７フ１へにねじ係合したカラー３３にょっＣ保持されて
いる。

なｄ３、内レースおよび外レースにはそれぞれ外側環状
渦および内側環状溝が設りられ、ここに軸受の玉４ｊ）
が円状に配列されている。勿論、内レースの溝の一部が
内レースの半部４３Ａに形成され、残りが半部４３Ｂに
形成されている。

シ鬼シフ１〜３０の後端にはｎ部５０を形成する減径部
分４９が設りられている。シ１？フ１〜３０のこの減径
部分４９に１軸受が取１＝Ｊ　４プられている。この後
部玉軸受の内レース５１は、前部軸受と同様に、互に分
割面５１Ｇに沿って対面する２つの軸方向に分離された
半部５１Δおよび５１ＢＪ：りなる１、内レース；）１
は、ナツト５２をシャフト３０の後端のねじ部５３にね
じ係合覆ることにより、シャフトの減径部分４９のまわ
りに肩部５０に対して締イ４りられている。後部本軸受
の外レース５４は、管状の軸受保持体まｌ〔はスリーブ
５７に設（プた肩部付きカウンタボア５Ｇ内に収容され
る。外レース５４は後部軸受保持体５７の端部５８をス
ェージ加工することにより肩部（＝Ｊぎカウンタボア５
６内に固定されている。後部軸受保持体５７は静止管状
ステム３７の内孔にぴったりはまり、保持体はステム３
７の内孔内で軸線方向に少量だり移動またはずれること
ができる。保持体５７は第２図および第３図から明らか
なように外周上に長さ方向の狭い溝５９を有する。ビン
６０が管状ステム３７の適当な穴に溶接されている。ビ
ン６０の端部が保持体５７の軸線方向の溝５９内にはま
って保持体の回転を防止るが、軸線方向の移動をム′［
容り゛る。

予荷重をかけたコイルばね６１が、前部軸受保持体３８
と軸線方向に可動な後部軸受保持体５７との問に配置さ
れる。このばねは軸受保持体に対して反発し、この特定
のＸ線管設計では前部および後部軸受の外レース４０お
よび５４のそれぞれに力を加える。後部軸受５１を包括
的に検討すると、予荷重を加えられたばね６１の軸線方
向の力により外レースを軸受の玉と（ｉ’ｌｆ実な接触
関係に紺持し、その力がさらに玉を経て内レースに伝え
られて内レースと玉との良々ｆな接触を維持することか
わかる。ばね６１は回転けず、同じく回転しない保持体
５７に一定の力を加えるので、軸受の玉には常にその一
定の力が維持される。前部および後部軸受を経て並列な
通路があり、これら通路が両軸受とばねとの相ａ反作用
ににりは誓等しい接触圧を発生し、またＸ線管に流れる
電流を等しく分割する。

上記軸受の構造的特徴およびこれら軸受に軸線方向の予
荷重をか【）て温度補償された軸受を得る仕方についで
以下にＬ工述りる。まず第一に、第１図かられかるよう
に、ロータ組立体およびＸ線ターゲット１６の質ｍ中心
はターゲット支持ステム１７上に位置し、矢印７１の方
向に重力の作用を受（プる。

ここで第４図を見ると、右側に前部軸受４３また左側に
後部軸受５１の鉛直Ｉｉ面が示されている。ロータおよ
びターゲットの質ｍ中心は第１図と同じく矢印７１の方
向に重力の作用を受４−する。このため鉛直面内で作用
する偶力はロータのシｌ７７１〜の軸線３０に沿って発
生される。前部軸受４３では、工４５と内レースの半部
４３１３との間に反力が生じる。この反力を矢印７２で
示寸。直径方向反対向きの反力が外レース４０に生じ、
この反力を矢印７３Ｆ示づ。これらの反力は、以下に詳
しく論じるＪ、うに軸受のレースか特定輪郭を有するの
で、鉛直方向ではない。第４図において、後部軸受５１
では、玉と内レースの半部５１Ａとの間の反力を矢印７
４で、玉と外レース５４どの間の反力を矢印７５で示り
。軸受の外レース４０および５４に作用する、予荷重を
かけられたばね６１ににり発生される軸線方向予荷重力
は、多数の反対向きの矢印７６および７７で示り゛。第
４図から明らかなように、軸受には半径方向ａ３　Ｊ：
び軸線方向の荷重が加えられる。

次に第５図を見ると、前部軸受４３の上半分の拡大鉛直
断面が示されているが、この図は前部および後部軸受両
方の形状および力分布を例示するものである。ばね６１
により生じるｌｌｌ１ｌｌ線方向予荷重力は、外レース
４０に矢印７７で示される方向に作用づる。外レース４
０の木用のｔｆ／ｉ７８は円弧状である。玉４５は外レ
ース４０の尚１８と接線接触し、接触点で外レース４０
により反力が生じ、この点が矢印７３の先端で示される
。玉４５は湾曲した内レースの溝表面７９と矢印１２の
先端で接線接触づる。矢印７２は内レースのリング４３
］３が発生づる反力を示す。従って、本発明によれば、
軸受の各′ｆＳ４５が２点接触をなり、即ち内レース表
面７９上の１点と外レース表面７８上の１点で接触Ｊる
。溝表面７９および８０は、前述したように、−緒にし
た断面がいわゆるゴシック式アーチ輪郭を形成Ｊる。内
レース溝７９および８０を形成するには、外レースの溝
１８に相当する湾曲した溝を１幾械加工により形成する
方法と同等の方法で溝を形成し、次いで溝の中心を直径
方向にスライスし、残った２つのリング４３Ａと４３３
を互に接近せて両者を対面さＵ゛、シム４３Ｇを２つの
半部すなわちリングの間に配回する。シムは内レースの
半部４３ＡおＪ：び４３Ｂ間から除去された４４料のス
ライスより狭くして、ゴシック式アーチ輪郭を形成する
ようにＪる。実際には、シム４３Ｇににり占められる空
間の頂部８１を平坦にして、溝表面７９と８０をつなぐ
ことができる。古い換えると、表面７９．８１および８
０で構成される内レースのＦ４は連続的に切削加工づる
ことにより形成して、シムを除くことができる。いずれ
にしてし、この輪郭の１」的は、玉４５が内レースの半
部４３Ａの）１４表ｍ１８０ど決して接触しないように
して、２点玉接触が軸受の熱的および半径方向おにび軸
線方向荷重のあらり〕る条イ′１下で保持されることを
保証することである。第５図において、内外レースに苅
り”る玉４５の接触角をＣで示Ｊ０ 前述したように、玉４５の表面と外レースおよび内レー
スの溝表面７８．７９および８０を銀で被覆する。

銀被膜は、回転陽極Ｘ線管の高真空高湿度環境内で普通
に用いられるように、軸受潤滑材として作用づる。第５
図において、玉４５と内外レースとの間の隙間は８２で
示りように水平線の間で測定される。例えば、米国特許
第４，２７２，０９６号に開示された従来の吊荷！Ｆ式
軸受設泪では、玉と内外レースとの間に３点接触があり
、この隙間は最大０．００＋５インチ、即ら１．５ミル
であった。本発明ににれば、隙間を著しく大きくとり、
限定としてでなく１例を示りと、Ｘ線管製造業者が凹通
使用Ｊる＝Ｊ法の軸受では、０．００３インチ、叩ら３
ミルの隙間を用いる。本明細ｔηに開示した軸受では２
点接触であって軸線力′尚の予荷重を加えるので、Ｘ線
管に電気的負荷がか）っているときの加熱により玉と内
外レースが異なる熱膨張を示すとき、玉と内外レースど
の接触点（７２および７３）は内外レースのＩＭ表面７
９　＋１３よび７８に沿って反対方向に移動するだ（）
で、熱膨張により生じる内外レース間の距離の差に対処
することができる。冷えているときの新しい軸受構造に
存在す゛る隙間８２を適切に選／υで、最高軸受温度で
玉と内レースの溝表面７９との接触点または接触区域（
７２）が区域（８１）まで決して移動しないようにづる
。従って、実際に、軸受の動作に関づる限りでは、内レ
ースの半部４３Δをに去することができるが、安全（１
１重保部月とし−Ｃ残しておく、軸受への半径方向荷重
は玉を内レースの満７９に沿って底の方へ下降させる傾
向にあるが、ばね６１により発生される矢印７７の方向
の比較的大きな＠朽１方向の力がこの玉の下降を防いで
、Ｊ゛べての上と内外レースどの間に２点接触を維持づ
る。

より大ぎい隙間８２を使用できる利点は、銀潤滑材がは
げ落ちても、玉が２点接触状態で移動Ｊることができる
ので、剥１１１１片が玉と内外レースとを膠着させるこ
とはない。従来のＸ線管軸受に用いる３点接触方式と比
較して、本発明による一層強く予荷重をかけた軸受の２
点接触構造ではころがり摩擦も小さくなる。従来の軸受
で摩擦が大きいのは、３つの接触点がシ１シフトの回転
軸線から相異なる距離の所にある場合、玉が３つの接触
点上でころがることができないからであり、この揚台接
触点の１つが消りまたはひき゛す゛り移動し４「りれば
ならず、これにより摩耗を早める。

比較的低い軸線方向予荷重力を用いた従来の３点接触軸
受Ｃは、前部軸受の最下位の玉と俊部軸受の最上位の工
だりが反対向きの半径方向荷重力を分担Ｊる工であるこ
とを見出した。第５図に従って描成した軸受では、Ｊ：
り大きな吊荷中力および２点接触の構造により、Ｘ線管
ロータの回転軸線の姿勢とは無関係に、づべての玉を内
外レースの溝表面７９Ｊ３Ｊ、び７８と接触さける。し
かし、これらの玉は１１ｉ１線方向子荷重力を等しく分
担するが、すべての玉が半径方向荷重を等しく分担しな
ければならイｒいわけではない。さて、一層強い軸線方
向予荷重力により軸受に対Ｊる全荷ｌ）が増加Ｊる。

しかし、その荷重はＩｌ’ｄｔ受のすべての玉の間で分
割されるので、各々１つの玉への正味の接触点応力は実
際に減少づる。従来の設泪では、１つの玉に一度に半径
方向荷重の１へてが加えられかつ周期的に解放されると
き、その１つの玉が周期的なたわみ（ｆｌｃｘｉｎｇ）
ために疲労破壊を受けやすくなる。玉にかかる半径方向
荷重が本発明のように最下位の玉の両側のより数多くの
玉で分担される場合には、玉ｄ５よび内外レースの溝表
面に疲労をもたらすような周期的に加えられる半径方向
の力が著しく減少りる。

Ｘ線管では、軸受レースに加わる最大半径方向荷重、従
って反対向きの反力が前部軸受に生じる。

と云うのは、比較的重いＸ線ターゲッ１へ１６が軸受に
半径方向にかつ片持ちばり式に１８１重をかり、前部軸
受がこのターゲット１６の近くに配Ｖ（されているから
である。もっとも小いターゲラｉ・を用いるＸ線管、例
えばコンピュータＩｔ７ｉ　１苫囮影走査に用いるＸ　
ＦＡ　答では、前部軸受に加わる半径方向荷重が人体６
ボンドにもなる。軸受！！！７造業名は、この６１重が
回転陽極Ｘ線管に用いられる１１法の軸受にとっては、
どちらかといえばささいイエ半径方向何重であるとみな
している。Ｘ線管の軸受の完全な湿度補償が望まれるの
は、Ｘ線管のＱｑｂ受の内外レース間の大ぎな温度差の
せいである。

軸受に軸線方向予荷重をかりるほと／υどのは械では、
その目的は軸受の玉を強制的にシｌ７７１への回転中心
から等しい半径方向距離の所に位置ツるようにして、シ
ャツｌ−をいつも心合せ状態に維持覆ることにある。こ
のような機械設計では、全軸受摩擦が予荷重力により名
しく増加り゛るが、シャツ；〜をしつかり心合せ状態に
維持する目的を達成づる必要がある場合、小さい力を使
用できないことが知られている。従ってＸ線管の分野の
”ＩＩＪ　Ｂ業者は、従来、Ｘｔ！Ｉｌ＠の軸受に軸線
り向にかなりの量の予荷重を加えると、全軸受摩擦が増
加し、従って破壊につながる軸受温度が生じる可能性が
増大することに気イく１いている。本発明は、玉と内外
レースとの間の接触応力が、より小さな予荷重力および
より大きな予荷重力の場合よりも実際に小さくなる、軸
線方向予荷重ツノの適正範囲が存在づることを見出した
ことに基づく。この知見を第６図に具体的に承り。この
図から軸線り向予荷重力が１〜約３ボンドの範囲に限定
されていると、接触応力が１５００００ｐｓｉ　Ｊ：り
人ぎいことがわかる。しかし、本発明者は、軸線方向予
荷重力を３ボンド以上に少し増１と、この接触応力が実
際上減少りることを見出し／ＣＱその理由（よ、軸線方
向荷重力の増加の結果、玉が軸受レースと２点で接触し
ている軸受内で一層多くの玉が半径方向荷重を分担する
にうになるからである。軸線方向予荷重力が１０ボンド
より大きいと、接触応力が連続的に上昇し、これは本明
細囚で開示した１ｆＩａ度補償の観点からＸ線管軸受に
用いる予荷重力の範囲ではない。

本発明に従って製造したＸ線管では、６〜９ボンドの範
囲内の軸線方向予荷重力を用いる。コンピュータＩｇｉ
層派影用途に適当な荷重定格を持つ高負荷のＸ線管では
、８ボンドの公称予ｖＪＴｆＬ力を用いｊこ　。

比較的１へい軸線方向予荷重ばね力は、軸受の玉を押し
て半径方向荷重を分担させるはかに、半径方向荷重の作
用によりロータのシＶ）１〜３０並びに前部および後部
軸受がたわむ屯に影νζ１を及ぼづ。

第７図は軸線方向予荷重と半径方向たわみとの関係を示
づ。本発明に従う２．５また髪よ３ボンドを越える１１
１線方向予荷重では、半径方向たわみ、即ち軸受スチフ
ネスが著しく改良される。スチフネスは半径方向の力の
１単位当りの半径方向たわみの量として定義される。軸
受が十分なスブーフネスをもたないと、ロータがある速
劇で歳差運動したりはねたすする恐れがある。このよう
な速度は振動の振幅が非常に大きくなる臨界速度と呼ば
れる。

振動振幅の増大は通Ｘ１ｉｌ、シｔ７フ１〜の曲がりと
軸受のたわみによる。ロータが軸受の軸線のまわりを歳
差運動または１ヱ動し始める少くどｂｌつの即ち第１の
臨界速度が常に存在する。Ｘ線操作の相異ににすＸ線タ
ーゲット１θを約３６００および１１０８００ｐｐで回
転させる必要があり、この場合ロータの界磁コイルをＧ
ｏｌ−ＩＺまたは１８０１（Ｚでイ」勢りる。電力線周
波数が５０１−１ｚであるか、または３（８の１５０１
−１７である場合に（、Ｌ、これら２つの速１旦が比例
して小さくなる。いずれの揚合岬こも、曹、異速度が運
転速度のいずれども実質的に相ｊｔするように設ｉｔ　
Ｌなりればならない。本発明によれば、臨界速度が」−
記２つの運転速度の中間でかつ両者から大きな差をもっ
て生じるようなスチフネスを有づる軸受およびシｔ・］
１へが得られるＪ：うに、軸線方向予荷重力が選択され
る。軸受に＠線方向の予荷重を加え、かつ２点接触とし
た軸受を具備するＸ線管に関Ｊる代表的な関係を示す第
７図において、軸線方向予荷重力が４ボンドを少し超え
ると、半径方向たわみはその後まったく一定で最小であ
ることがわかる。８ボンドの軸線方向予荷重が第（３図
に承りように最小接触応力範囲内にあるＸ線管実施例で
は、その同じ８ボンドが第７図に示すように半径方向た
わみを最小にＪる目的にも満足である。

前述したように、単にシャフトを心合せ状態に保つのに
十分な力で玉をレースに押しイ］けるのに必要とされる
最小の軸線方向予荷重力は、半径方向の力に第５図に規
定された接触角Ｃの正接を掛けることによってめられる
ことが知られている。

前述した実施例では、約８ボンドの軸線方向予荷重力に
より接触角Ｃは約２７″′と４る。

要約づると、前述したＸ線管では、前部および後部軸受
の対応するレースに加える軸線方向の予荷重は、ロータ
により軸受に加えられる半径方向荷重がどんなものであ
っても軸受の名工を内外レースの溝と２点接触関係に維
持り°るのに十分な量だけ加えられる。軸線方向の力が
常時存在するので接触点は接触を失なうことなく少量だ
け移動できるから、玉とレースの間の最初の、すなわち
低温時の隙間は、３点接触の思想を利用Ｊる従来のＸ線
管軸受の揚Ｊ、りはるかに人さくりることかできる。軸
受への全ての１１１Ｉｌ線方向の力を強力な予荷重ばね
を用いて増加したにもか）わらず、全ての軸線方向およ
び半径方向の力が、半径方向荷重にＪ、る従来のＸ線管
軸受の場合のように１つの玉たりにか）るのではなくて
、本発明ではづ−べての土間に分配または分担されるの
で、玉およびレースの接触触点での応力は実際上小さく
なる。軸受における接触応力が、実際に、軸線方向予荷
重力をある最小値より高くしたときに減少し、そしてか
なり広い範囲の予４？１重力にわたって減少した状態に
とどまることが実証された。また、軸線方向予荷重が適
正であるどき、レースと玉の間の隙間を極めて大ぎくと
れ、とりわり銀が軸受のレースや玉からかｃノ落ちて玉
とレースの間の空間にくさびのようにはまった場合であ
っても、軸受の固着や膠着が防止される利点を右するこ
とも実証された。

これらの特徴を組合した結果どし゛ｃ１回転円ｌｆｉ　
Ｘ線管の作動中に軸受がさらされｉりるＪべての温度に
４３いて、安定でかつ温麿補（４１された軸受が４ｊｆ
られる。温度補償の特徴からも！こらされる重要な結果
どして、軸受の隙間が人込いにもが）ゎらず、半径方向
の「あそび」は軸受中に生せず、従ってＸ線管ターゲッ
ト上の焦点は一定位置に留まり、このことは明確なＸ線
像を得る上でイｊ利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化づる回転陽極Ｘａ管を一部の部
品を取去って示す長さ方向ｒ！Ｊｉ面図、第２図は第１
図に示したＸ線管の内の回転陽極組立体の部分の拡大し
た長さ方向断面図、第３図は第２図の３−３線方向に見
た横断面図、第４図はｘｉ管の軸受に荷重が加えられる
様子を説明するだめの、Ｘ線管の回転陽極構造の前部お
よび後部軸受の鉛直ｆ１７ｉ面図、 第５図は新しい軸受構造を使用した回転陽極Ｘ線管の前
部軸受の内外レースの拡大した鉛直断面図、 第６図は軸受のレースへの全軸線方向予荷重ツノに対づ
る玉ど両レースとの間の接触応力を示すグラフ、そして 第７図は軸線方向予荷重ばね力とロータのシャツｈおよ
び軸受の半径方向たわみとの関係を承りグラフであるわ １０・・・エンベロープ　１Ｇ・・・ターゲット１８・
・・ロータ組立体　１９・・・外側スリーブ２０・・・
内側スリーブ　２１・・・ステム２２・・・金属管　３
０・・・シＶフト３７・・・管状部分　３８・・・軸受
保持体４０・・・外レース　４３・・・内レース４３Ａ
、４３Ｂ・・・内レースの半部 ４３Ｇ・・・シム　４５・・・玉 ５１・・・内レース ５１Ａ　、　５１Ｂ・・・内レースの半部５１Ｇ・・・
界面　５４・・・外レース５７・・・保持体　６１・・
・］イルばね７８・・・外レースの溝　７９．１１１０
・・・内レースの満８１・・・シム　８２・・・隙間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンベロープ、エンベロープ内のシｉ？フト、該シ
   ャツ１−と同心でシャフトの軸線のまわりに回転駆動さ
   れる長いロータ部材、該ロータ部材の前端に装着されて
   ロータ部材と共に回転するＸ線ターゲッ１〜、各々が互
   に向い合う湾曲した溝が設けられた内外レースと両溝間
   に位置する複数の玉と有し、かつ上記シャフト上に装着
   されて上記ロータ部材を回転自在に支持する軸線方向に
   離間した前部および後部玉軸受、Ｊ３　Ｊ：び−１上記
   両帖受の選ばれた対応するレースに軸線方向に互に反対
   向ぎに力を加えるように配置された予荷重ばね手段を具
   える回転陽極ＸＦＡ管において、 上記ロータ部材ｄ３よびターゲットの半径方向荷重を軸
   受内の１つの玉または玉の全数より少ない数の玉で支え
   させるに必要な小さな力より少し大きい力の範囲内にあ
   る上記軸線方向の力を与える予荷重ばねを使用すること
   により金玉とレースとの間の接触応力を最小にし、上記
   軸線方向の力はすべての玉をレースの溝と接触させるの
   に十分な大きさにして、金玉に半径方向荷重を分担さゼ
   、これにより金玉がレースの溝の表面にり（１して相対
   的に低い接触応力を生じ、この荷重分担により軸受内の
   摩擦を軽減し、 内外レースの溝の表面の曲率半径を１の半径より大きく
   Ｊるとともに、玉と溝の表面との間に十分な隙間を持た
   せ、かくして任意の動作温度で、上記選ばれたレースを
   予荷重力により軸線方向に移動したとき、そのレースの
   溝の表面がシ１７７１〜の軸線に直交する平面の片側に
   ある１点で玉と接触するとともに、他方のレースの溝の
   表面が」］記平面の他方の側にある１点で上記玉と接触
   する、ことを特徴とする回転陽極Ｘ線管。 ２、上記内レースの上記）νｌの表面がシャフトの軸線
   に平行な直線に沿った２点をそれぞれ事実上中心とする
   等しい半径を有づる２つの湾曲した面よりなり、これら
   の湾曲した面が両者間に非湾曲部分をはさ／υで隣り合
   っていわゆるゴシック式アーヂ輪郭を形成し、上記上が
   平常時は上記２つの面のうちの軸線方向予ｖＵｆｆｌ力
   がハ１１えられるレース上の位置から遠い方の面に接触
   し、上記非湾曲部分により玉が上記２つの面の中間の底
   につかないように保証づる特許請求の範囲第１項記載の
   Ｘ線管。 ３、」二記ＩｒＩＩＩｌ線方向予荷重力が上記軸受の外
   レースに加えられる特許請求の範囲第１項記載のＸ線管
   。 ４、上記ばねにより与えられる全軸線方向予荷重力が５
   〜９ボンドの範囲にある特許請求の範囲第１項記載のＸ
   線管。 ５、上記ばねにより与えられる全軸線方向予荷重力が約
   ８ボンドである特許請求の範囲第１項記載のＸ線管。 ６、上記上とレースとの間の隙間が上記非湾曲部分の軸
   線方向幅によって決められる特許請求の範囲第２項記載
   のＸ線管。 ７、上記上とレースどの間の隙間が０．００３インチ以
   上である特許請求の範囲第１項記載のＸ線管。 ８、上記はねが縮合金製である特許請求の範囲第１〜７
   項のいずれかに記載のＸ線管。 ９、上記予荷重ばねが、５５０℃以上の温度で高い蒸気
   圧を有し、少なくとも５５０℃までの温度の範囲にわた
   って実質的に一定のばね力を維持すると共に低いクリー
   プを有する金属から形成されている特許請求の範囲第１
   〜７項のいずれかに記載のＸ線管。 １０、上記予荷重ばねがインコネル製である特許請求の
   範囲第１〜７項のいずれかに記載のＸ線管。 １１、上記ばねが、実質的に７０％ニッケル、１４〜１
   ７％クロム、５〜９％鉄、２．２５〜２．７５％チタン
   、０．７〜１．２％コロンビウムおよびタンタル、１％
   マンガン、０．４〜１％アルミニウム、０．５％珪素、
   ０．５％銅、０．０８％炭素および０．０１％硫黄より
   なる合金から形成されている特許請求の範囲第１〜７項
   のいずれかに記載のＸ線管。