KR101948303B1 - 플레인 베어링, 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관 - Google Patents

플레인 베어링, 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관 Download PDF

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Abstract

샤프트를 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 플레인 베어링, 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관이 개시된다. 플레인 베어링은, 샤프트의 외주면에 고정된 관(管)형의 내측 베어링 부재, 및 내측 베어링 부재를 에워싸며 샤프트 지지체에 고정된 관형의 외측 베어링 부재를 구비한다. 내측 베어링 부재의 외주면과 외측 베어링 부재의 내주면은 직접 대면(對面)하여 마찰한다. 내측 베어링 부재의 외주면 및 외측 베어링 부재의 내주면 중 하나는 흑연(graphite)으로 이루어진 흑연면이고, 나머지 하나는 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소면이다.

Description

플레인 베어링, 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관{Plain bearing, and rotating anode type X-ray tube}
본 발명은 고온, 고진공과 같은 특수 환경에서 고속 회전하는 샤프트를 지지하는 플레인 베어링(plain bearing)과, 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관에 관한 것이다.
전자가 고속으로 타겟(target)에 충돌하면 엑스선(X-ray)이 방출되는데, 엑스선관(X-ray tube)이 이러한 원리를 이용하여 의도적으로 엑스선을 방출시키는데 사용된다. 엑스선관을 내부에 포함하는 것으로, 방출되는 엑스선을 이용하여 예컨대, 인체 내부를 관찰하는 의료용 영상 기기로 사용되는 장치를 엑스선관 장치라고 한다.
엑스선관은 양극(anode), 즉 타겟(target)과 음극(cathode)의 전위차에 의해 전자가 가속되어 타겟에 충돌하며, 이때 엑스선이 방출된다. 양극과 음극 간 전위차를 형성하기 위해 입력되는 전력(electric power)의 99% 이상이 열로 전환되기 때문에 상기 타겟에서 고열이 발생하게 되고, 이 때문에 엑스선관에 입력되는 전력에 제한이 있게 된다. 양극 회전형 엑스선관은, 이와 같이 제한된 전력 조건하에서 엑스선 방출량을 높이기 위한 엑스선관으로서, 타겟을 고속으로 회전시킴으로써 전자와 상기 타겟을 고속으로 충돌시키는 구성을 구비한다.
통상적으로 양극 회전형 엑스선관은 타겟의 고속 회전을 지지하기 위하여 볼 베어링 또는 롤러 베어링을 구비한다. 상기 타겟은 전자와의 충돌로 인해 고온으로 발열하게 되는데, 그 열이 상기 타겟의 회전을 지지하는 베어링에 전달되어 볼(ball) 또는 롤러(roller) 형태의 베어링 회전체 및 상기 베어링 회전체와 접촉되는 베어링 레이스(bearing race)의 변형 또는 마모가 촉진된다. 이로 인해, 타겟이 고속 회전할 때 소음이 커지고, 베어링의 내구성이 저하되고, 타겟의 고속 회전이 어려워지게 되며, 결국에 타겟이 손상되게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1512620호
본 발명은, 고온, 고진공과 같은 특수 환경에서 적용 가능한 베어링으로서, 볼, 롤러와 같은 베어링 회전체 없이 미끄럼(sliding) 면 접촉으로 고속 회전하는 샤프트를 지지하는 플레인 베어링(plain bearing), 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관을 제공한다.
본 발명은, 샤프트(shaft)를 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 것으로, 상기 샤프트의 외주면에 고정된 관(管)형의 내측 베어링 부재, 및 상기 내측 베어링 부재를 에워싸며 상기 샤프트 지지체에 고정된 관형의 외측 베어링 부재를 구비하고, 상기 내측 베어링 부재의 외주면과 상기 외측 베어링 부재의 내주면은 직접 대면(對面)하여 마찰하고, 상기 내측 베어링 부재의 외주면 및 상기 외측 베어링 부재의 내주면 중 하나는 흑연(graphite)으로 이루어진 흑연면이고, 나머지 하나는 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소면인 플레인 베어링(plain bearing)을 제공한다.
상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재 중에서 상기 흑연면을 갖는 베어링 부재는 전체가 흑연으로 이루어지고, 상기 탄화규소면을 갖는 베어링 부재는 전체가 탄화규소로 이루어질 수 있다.
상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재 중에서 상기 흑연면을 갖는 베어링 부재는 전체가 흑연으로 이루어지고, 상기 탄화규소면을 갖는 베어링 부재는 금속으로 된 모재(母材)와, 상기 모재에 코팅(coating)된, 탄화규소로 이루어진 탄화규소층을 구비할 수 있다.
상기 외측 베어링 부재의 내주면에 상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재의 마찰로 발생하는 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(groove)이 형성되고, 상기 복수의 파티클 수용 홈은 규칙적인 패턴(pattern)을 형성하며 상기 외측 베어링 부재의 내주면에 분포될 수 있다.
상기 파티클 수용 홈은 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기울어진 사선(斜線) 방향으로 연장되고, 그 길이 방향 말단은 폐쇄될 수 있다.
상기 파티클 수용 홈의 폭은 1 내지 3mm 이고, 상기 파티클 수용 홈의 깊이는 0.5 내지 1mm 이며, 상기 외측 베어링 부재의 내주면의 표면적에서 상기 복수의 파티클 수용 홈에 의해 점유된 표면적의 비율은 5 내지 30% 일 수 있다.
상기 내측 베어링 부재의 외주면에 상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재의 마찰로 발생하는 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(groove)이 더 형성될 수 있다.
또한 본 발명은, 샤프트(shaft)를 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 것으로, 상기 샤프트의 외주면에 코팅(coating)된, 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소층, 및 상기 샤프트의 외주면을 에워싸고 상기 샤프트 지지체에 고정된 관(管)형의 부재로서, 흑연(graphite)으로 이루어진 외측 베어링 부재를 구비하고, 상기 탄화규소층의 외주면과 상기 외측 베어링 부재의 내주면은 직접 대면(對面)하여 마찰하는 플레인 베어링을 제공한다.
상기 외측 베어링 부재의 내주면에 상기 탄화규소층과 상기 외측 베어링 부재의 마찰로 발생하는 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(groove)이 형성되고, 상기 복수의 파티클 수용 홈은 규칙적인 패턴(pattern)을 형성하며 상기 외측 베어링 부재의 내주면에 분포될 수 있다.
상기 파티클 수용 홈은 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기울어진 사선(斜線) 방향으로 연장되고, 그 길이 방향 말단은 폐쇄될 수 있다.
상기 파티클 수용 홈의 폭은 1 내지 3mm 이고, 상기 파티클 수용 홈의 깊이는 0.5 내지 1mm 이며, 상기 외측 베어링 부재의 내주면의 표면적에서 상기 복수의 파티클 수용 홈에 의해 점유된 표면적의 비율은 5 내지 30% 일 수 있다.
또한 본 발명은, 내부 공간이 진공 상태인 진공 튜브(vacuum tube), 상기 진공 튜브 내부로 전자(electron)를 투사하는 음극(cathode), 상기 진공 튜브 내부에 배치되고, 상기 음극에서 투사된 전자(electron)가 충돌하여 엑스선(X-ray)이 방출되는 양극(anode), 상기 양극에 고정된 샤프트(shaft), 상기 진공 튜브에 고정된 샤프트 지지체, 및 상기 샤프트를 상기 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는, 상기 플레인 베어링을 구비하는 양극 회전형 엑스선관을 제공한다.
본 발명의 플레인 베어링은, 고온에서 파손 염려가 있는 볼, 롤러와 같은 베어링 회전체가 없으며, 녹는점이 매우 높은 흑연막과 탄화규소막이 직접 면접촉하여 미끄럼 회전하므로, 내구성이 향상되고 소음과 진동 발생이 억제된다. 그러므로, 상기 플레인 베어링을 구비한 양극 회전형 엑스선관의 내구성도 향상된다.
대면하는 접촉면에 파티클 수용 홈이 형성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마찰로 인해 발생되는 파티클, 특히 흑연의 파티클이 파티클 수용 홈에 수용되고 플레인 베어링 외부로 확산되지 않으므로, 면접촉되는 한 쌍의 면 사이의 윤활이 더욱 원활해지고 마찰 저항이 더욱 저감된다. 한편, 상기 플레인 베어링을 구비한 엑스선관의 경우에는 상기 파티클이 진공 튜브 내부로 배출되지 않으므로 엑스선 방출 성능 저하가 억제되어, 엑스선관의 성능 신뢰성과 내구성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관의 단면도이다.
도 2는 도 1의 외측 실린더의 내주면에 형성된 패턴을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2을 III-III 에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플레인 베어링 및 이를 구비한 양극 회전형 엑스선관을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관의 단면도이고, 도 2는 도 1의 외측 실린더의 내주면에 형성된 패턴을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2을 III-III 에 따라 절개하여 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관(10A)은 예컨대, 전산화 단층 영상(CT; computed tomography) 촬영 기기와 같은 의료용 영상 기기에 포함되는 엑스선관 장치(미도시)의 내부에 삽입 장착되어 엑스선(X-ray)을 생성 방출하는 것으로, 진공 튜브(vacuum tube)(11), 음극(cathode)(16), 양극(anode)(20), 회전 샤프트 부재(25), 샤프트 지지체(17), 플레인 베어링(plain bearing)(35), 로터(rotor)(30), 및 스테이터(stator)(미도시)를 구비한다.
진공 튜브(11)는 외형이 종(bell)과 유사하여 소위 벨캔(bellcan)으로 불리우기도 한다. 진공 튜브(11)는 상대적으로 직경이 큰 대직경부(13)와, 대직경부(13)에서 이어져 대직경부(13) 아래에 배치되며, 상기 대직경부(13)보다 직경이 작은 소직경부(14)을 구비한다. 진공 튜브(11)는 밀봉되고, 진공 튜브(11)의 내부 공간은 고진공 상태로 유지된다.
음극(16)는 진공 튜브(11)의 상측에 고정되며, 상기 양극(20)과의 사이에 대략 150V(volt)의 전위차를 형성한다. 음극(16)에서 생성된 전자(electron)는 상기 전위차에 의해 가속되어 상기 양극(20)으로 투사된다. 상기 양극(20)에 전자가 투사되어 충돌하므로, 상기 양극(20)을 엑스선관 타겟(target)이라고도 한다.
양극(20)은 디스크(disk) 형태의 부재로서, 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속, 즉 순수 몰리브덴이나 몰리브덴을 주재료로 포함하는 몰리브덴 합금으로 이루어진 베이스층(base layer)(21)과, 베이스층(21)의 상측면 외주부에 텅스텐(W)을 포함하는 금속, 즉 순수 텅스텐(W)이나 텅스텐을 주재료로 포함하는 텅스텐 합금이 적층된 전자 충돌층(22)을 구비한다. 상기 전자 충돌층(22)에 상기 음극(16)에서 고속 투사된 전자가 충돌하여 엑스선이 방출된다. 도 1에 도시되진 않았으나, 양극(20)은 방열 촉진을 위하여 상기 베이스층(21) 아래에 흑연(graphite)이나 C-C 복합체(Carbon-Carbon composite)로 된 방열층을 더 구비할 수도 있다.
회전 샤프트(25)는 진공 튜브(11) 내에서 양극(20)이 회전 축선(RC)을 중심으로 회전하도록 지지하는 것으로, 상향 연장된 상부 샤프트부(26)와, 하향 연장된 하부 샤프트부(28)와, 상부 샤프트부(26) 및 하부 샤프트부(28) 사이에 직경이 커지도록 방사 방향으로 확장된 플랜지부(flange portion)(27)를 구비한다. 상부 샤프트부(26)는 양극(20)의 중심을 상하 방향으로 관통하는 관통공(미도시)에 끼워지고, 고정 캡(cap)(29)에 의해 조여져서 양극(20)에 고정 결합된다.
샤프트 지지체(17)는 진공 튜브(11)의 하단이 밀봉되도록 상기 진공 튜브(11)의 하단에 고정 결합되고, 상기 하부 샤프트부(28)는 회전 축선(RC)을 따라 상기 샤프트 지지체(17)의 내부로 연장된다. 플레인 베어링(35)은 상기 회전 샤프트(25)의 하부 샤프트부(28)와 상기 샤프트 지지체(17) 사이에 개재되어 상기 회전 샤프트(25)와 이에 고정된 양극(20)을 회전 축선(RC)을 중심으로 고속 회전 가능하게 지지한다.
진공 튜브(11)의 소직경부(14) 내부에 배치된 관(管) 형상의 로터(30)의 상단부는 상기 회전 샤프트(25)의 플랜지부(27)에 고정 결합된다. 상기 스테이터(미도시)는 진공 튜브(11)의 소직경부(14) 바깥에서 로터(30)를 에워싸도록 권선된 코일(coil)(미도시)을 구비한다. 상기 코일에 전류가 인가되면 전자기력이 발생하고, 이 전자기력에 의해 상기 로터(30) 및 이에 고정 결합된 회전 샤프트(25) 및 양극(20)이 회전 축선(RC)을 기준으로 고속 회전하게 된다.
플레인 베어링(35)은 상기 하부 샤프트부(28)의 외주면에 고정된 관(管)형의 내측 베어링 부재(36)와, 내측 베어링 부재(36)를 에워싸며 상기 샤프트 지지체(17)의 내주면에 고정된 관(管)형의 외측 베어링 부재(40)를 구비한다. 회전 샤프트(25)가 회전할 때 내측 베어링 부재(36)은 회전 샤프트(25)와 함께 회전하고, 외측 베어링 부재(40)는 정지되어 있으므로, 내측 베어링 부재(36)의 외주면(37)과 외측 베어링 부재(40)의 내주면(41)은 직접 대면(對面)하여 마찰한다.
상기 내측 베어링 부재(36)는 전체가 탄화규소(SiC)로 이루어져 있으며, 외측 베어링 부재(40)와 미끄럼 접촉하는 외주면(37)도 탄화규소로 이루어진 탄화규소면이다. 상기 외측 베어링 부재(40)는 전체가 흑연(graphite)로 이루어져 있으며, 내측 베어링 부재(36)와 미끄럼 접촉하는 내주면(41)도 흑연으로 이루어진 흑연면이다. 전자가 양극(20)의 전자 충돌층(22)에 충돌할 때의 에너지가 열로 전환되어 회전 샤프트(25)를 통해 전달되기 때문에 내측 베어링 부재(36)나 외측 베어링 부재(40)가 고온의 환경에 노출되지만, 흑연과 탄화규소가 모두 녹는점이 2000℃ 보다 높아서 변형이나 파손 없이 신뢰성 있게 회전 샤프트(25)의 고속 회전을 지지한다. 또한, 흑연면(41)이 마모되면서 발생하는 미세한 파티클(particle)이 면접촉하는 탄화규소면(37)과 흑연면(41) 사이의 윤활을 촉진하고, 흑연뿐만 아니라 탄화규소도 마찰계수가 작아서, 별도의 윤활유가 없는 경우에도 적은 마찰저항으로 회전 샤프트(25)의 고속 회전을 지지할 수 있다. 따라서, 진공 상태에서 고속 회전을 지지하는 엑스선관(10A)에 적합하다.
한편, 이상에서는 내측 베어링 부재(36)가 탄화규소로 이루어지고, 외측 베어링 부재(40)가 흑연으로 이루어진 실시예에 대해 설명하였으나, 이와 반대로 내측 베어링 부재가 흑연으로 이루어지고 외측 베어링 부재가 탄화규소로 이루어질 수도 있다. 또 한편, 미끄럼 접촉면으로 탄화규소면을 갖는 베어링 부재는 전체가 탄화규소로 이루어지지 않고, 예컨대, 스테인레스스틸과 같은 금속으로 된 모재(母材)와, 상기 모재에 코팅(coating)된, 탄화규소로 된 탄화규소층을 구비하여 이루어질 수도 있다. 상기 모재와 탄화규소층을 구비한 베어링 부재는, 내측 베어링 부재일 수도 있고 외측 베어링 부재일 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 외측 베어링 부재(40)의 내주면(41)에는 회전 샤프트(25)가 회전할 때 내측 베어링 부재(36)와 외측 베어링 부재(40)의 마찰로 발생하는 미세 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(43, 44)이 형성된다. 상기 복수의 파티클 수용 홈(43, 44)은 규칙적인 패턴(P1, P2)을 형성하며 상기 외측 베어링 부재(40)의 내주면(41)에 분포된다.
부연하면, 제1 패턴(P1)을 구성하는 복수의 파티클 수용 홈(43)은 각각 회전 샤프트(25)의 길이 방향에 대해 기울어진 사선(斜線) 방향으로 연장되고, 그 길이 방향 양 측 말단은 폐쇄된다. 즉, 상기 회전 샤프트(25)의 길이 방향과 평행한 가상의 직선(VL)과, 파티클 수용 홈(43)과 평행한 가상의 직선(OL)의 교차 각도(AN)는 예각(銳角)이다. 제2 패턴(P2)을 구성하는 복수의 파티클 수용 홈(44)은 상기 제1 패턴(P1)을 구성하는 복수의 파티클 수용 홈(43)과 상하 대칭되는 형태의 홈이다. 상기 외측 베어링 부재(40)의 내주면(41)에는 상기 제1 패턴(P1)의 파티클 수용 홈(43)과 상기 제2 패턴(P2)의 파티클 수용 홈(44)이 상하 방향으로 교번하여 배열된다.
상기 파티클 수용 홈(43, 44)의 폭(WD)은 1 내지 3mm 이다. 상기 외측 베어링 부재(40)의 내주면(41)의 전체 표면적에서 복수의 파티클 수용 홈(43, 44)에 의해 점유된 표면적의 비율은 5 내지 30% 이다. 상기 파티클 수용 홈(43, 44)의 폭이 상기한 3mm보다 크거나, 상기 파티클 수용 홈(43, 44)이 점유한 표면적의 비율이 상기한 30% 보다 크면 상기 외측 베어링 부재(40)에 가해지는 힘에 의해 외측 베어링 부재(40)가 파손될 수 있다. 한편, 상기 파티클 수용 홈(43, 44)의 폭이 상기한 1mm보다 작거나, 상기 파티클 수용 홈(43, 44)이 점유한 표면적의 비율이 상기한 5% 보다 작으면 발생되는 흑연 파티클이 플레인 베어링(35) 외부로 유출되어 진공 튜브(11) 내부에서 부유하게 되므로 엑스선관(10A)의 성능이 저하되고 내구성이 떨어진다.
상기 내측 베어링 부재(36)의 외주면(37)에도 내측 베어링 부재(36)와 외측 베어링 부재(40)의 마찰로 발생하는 파티클이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 이 경우 베어링(10A) 외부로 유출되는 파티클을 더욱 억제할 수 있다. 상기 내측 베어링 부재(36)의 외주면(37)에 형성되는 파티클 수용 홈은 상기 외측 베어링 부재(40)의 내측면(41)에 형성된 파티클 수용 홈(43, 44)과 같은 형상일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관(10B)은 상술한 제1 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관(10A)과 마찬가지로, 진공 튜브(vacuum tube)(11), 음극(cathode)(16), 양극(anode)(20), 회전 샤프트 부재(50), 샤프트 지지체(17), 플레인 베어링(plain bearing)(55), 로터(rotor)(30), 및 스테이터(stator)(미도시)를 구비한다. 상기 제2 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관(10B)의 구성 요소들 중에 상기 제1 실시예에 따른 양극 회전형 엑스선관(10A)의 구성 요소들과 같은 참조번호로 표시되는 것들은 동일한 형상과 기능을 가지는 것으로서 중복된 설명을 생략한다.
회전 샤프트(50)는 진공 튜브(11) 내에서 양극(20)이 회전 축선(RC)을 중심으로 회전하도록 지지하는 것으로, 상향 연장된 상부 샤프트부(51)와, 하향 연장된 하부 샤프트부(53)와, 상부 샤프트부(51) 및 하부 샤프트부(53) 사이에 직경이 커지도록 방사 방향으로 확장된 플랜지부(flange portion)(52)를 구비한다. 상부 샤프트부(51)는 양극(20)의 중심을 상하 방향으로 관통하는 관통공(미도시)에 끼워지고, 고정 캡(cap)(29)에 의해 조여져서 양극(20)에 고정 결합된다.
플레인 베어링(55)은 상기 회전 샤프트(50)의 하부 샤프트부(53)와 상기 샤프트 지지체(17) 사이에 마련되어 상기 회전 샤프트(50)와 이에 고정된 양극(20)을 회전 축선(RC)을 중심으로 고속 회전 가능하게 지지한다. 플레인 베어링(55)은, 상기 하부 샤프트부(53)의 외주면에 코팅(coating)된, 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소층(56), 및 상기 하부 샤프트부(53)를 에워싸고 상기 샤프트 지지체(17)의 내주면에 고정된 관(管)형의 외측 베어링 부재(60)를 구비한다. 회전 샤프트(50)가 회전할 때 외측 베어링 부재(60)는 정지되어 있으므로, 상기 탄화규소층(56)의 외주면과 상기 외측 베어링 부재(60)의 내주면(61)은 직접 대면(對面)하여 마찰한다.
상기 외측 베어링 부재(60)는 전체가 흑연(graphite)로 이루어져 있으며, 탄화규소층(56)과 미끄럼 접촉하는 내주면(61)도 흑연으로 이루어진 흑연면이다. 전자가 양극(20)의 전자 충돌층(22)에 충돌할 때의 에너지가 열로 전환되어 회전 샤프트(50)를 통해 전달되기 때문에 탄화규소층(56)이나 외측 베어링 부재(60)가 고온의 환경에 노출되지만, 흑연과 탄화규소가 모두 녹는점이 2000℃ 보다 높아서 변형이나 파손 없이 신뢰성 있게 회전 샤프트(50)의 고속 회전을 지지한다. 또한, 흑연면(61)이 마모되면서 발생하는 미세한 파티클(particle)이 면접촉하는 탄화규소층(56)의 외주면과 흑연면(61) 사이의 윤활을 촉진하고, 흑연뿐만 아니라 탄화규소도 마찰계수가 작아서, 별도의 윤활유가 없는 경우에도 적은 마찰저항으로 회전 샤프트(50)의 고속 회전을 지지할 수 있다. 따라서, 진공 상태에서 고속 회전을 지지하는 엑스선관(10B)에 적합하다.
외측 베어링 부재(60)의 내주면(61)에는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로, 회전 샤프트(50)가 회전할 때 탄화규소층(56)과 외측 베어링 부재(60)의 마찰로 발생하는 미세 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈이 형성될 수 있다. 상기 복수의 파티클 수용 홈에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하였으므로, 중복된 언급은 생략한다.
이상에서 설명한 플레인 베어링(35, 55)은, 고온에서 파손 염려가 있는 볼, 롤러와 같은 베어링 회전체가 없으며, 녹는점이 매우 높은 흑연막과 탄화규소막이 직접 면접촉하여 미끄럼 회전하므로, 내구성이 향상되고 소음과 진동 발생이 억제된다. 그러므로, 상기 플레인 베어링(35, 55)을 구비한 양극 회전형 엑스선관(10A, 10B)의 내구성도 향상된다.
대면하는 접촉면에 파티클 수용 홈(43, 44)이 형성된 본 발명의 플레인 베어링(35)은 마찰로 인해 발생되는 파티클, 특히 흑연의 파티클이 파티클 수용 홈(43, 44)에 수용되고 플레인 베어링(35) 외부로 확산되지 않으므로, 면접촉되는 한 쌍의 면 사이의 윤활이 더욱 원활해지고 마찰 저항이 더욱 저감된다. 한편, 상기 플레인 베어링(35)을 구비한 엑스선관(10A)의 경우에는 상기 파티클이 진공 튜브(11) 내부로 배출되지 않으므로 엑스선 방출 성능 저하가 억제되어, 엑스선관(10A)의 성능 신뢰성과 내구성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10A, 10B: 엑스선관 11: 진공 튜브
16: 음극 17: 샤프트 지지체
20: 양극 25: 회전 샤프트
30: 로터 35: 플레인 베어링
36: 내측 베어링 부재 40: 외측 베어링 부재

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 샤프트(shaft)를 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 것으로,
    상기 샤프트의 외주면에 고정된 관(管)형의 내측 베어링 부재; 및, 상기 내측 베어링 부재를 에워싸며 상기 샤프트 지지체에 고정된 관형의 외측 베어링 부재;를 구비하고,
    상기 내측 베어링 부재의 외주면과 상기 외측 베어링 부재의 내주면은 직접 대면(對面)하여 마찰하고,
    상기 내측 베어링 부재의 외주면 및 상기 외측 베어링 부재의 내주면 중 하나는 흑연(graphite)으로 이루어진 흑연면이고, 나머지 하나는 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소면이고,
    상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재 중에서 상기 흑연면을 갖는 베어링 부재는 전체가 흑연으로 이루어지고,
    상기 탄화규소면을 갖는 베어링 부재는 전체가 탄화규소로 이루어진 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  3. 샤프트(shaft)를 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 것으로,
    상기 샤프트의 외주면에 고정된 관(管)형의 내측 베어링 부재; 및, 상기 내측 베어링 부재를 에워싸며 상기 샤프트 지지체에 고정된 관형의 외측 베어링 부재;를 구비하고,
    상기 내측 베어링 부재의 외주면과 상기 외측 베어링 부재의 내주면은 직접 대면(對面)하여 마찰하고,
    상기 내측 베어링 부재의 외주면 및 상기 외측 베어링 부재의 내주면 중 하나는 흑연(graphite)으로 이루어진 흑연면이고, 나머지 하나는 탄화규소(SiC)로 이루어진 탄화규소면이고,
    상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재 중에서 상기 흑연면을 갖는 베어링 부재는 전체가 흑연으로 이루어지고,
    상기 탄화규소면을 갖는 베어링 부재는 금속으로 된 모재(母材)와, 상기 모재에 코팅(coating)된, 탄화규소로 이루어진 탄화규소층을 구비하는 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 외측 베어링 부재의 내주면에 상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재의 마찰로 발생하는 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(groove)이 형성되고,
    상기 복수의 파티클 수용 홈은 규칙적인 패턴(pattern)을 형성하며 상기 외측 베어링 부재의 내주면에 분포된 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 파티클 수용 홈은 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기울어진 사선(斜線) 방향으로 연장되고, 그 길이 방향 말단은 폐쇄된 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 파티클 수용 홈의 폭은 1 내지 3mm 이고, 상기 파티클 수용 홈의 깊이는 0.5 내지 1mm 이며,
    상기 외측 베어링 부재의 내주면의 표면적에서 상기 복수의 파티클 수용 홈에 의해 점유된 표면적의 비율은 5 내지 30% 인 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 내측 베어링 부재의 외주면에 상기 내측 베어링 부재와 상기 외측 베어링 부재의 마찰로 발생하는 파티클(particle)이 수용되는 복수의 파티클 수용 홈(groove)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 내부 공간이 진공 상태인 진공 튜브(vacuum tube); 상기 진공 튜브 내부로 전자(electron)를 투사하는 음극(cathode); 상기 진공 튜브 내부에 배치되고, 상기 음극에서 투사된 전자(electron)가 충돌하여 엑스선(X-ray)이 방출되는 양극(anode); 상기 양극에 고정된 샤프트(shaft); 상기 진공 튜브에 고정된 샤프트 지지체; 및, 상기 샤프트를 상기 샤프트 지지체에 대해 회전 가능하게 지지하는 것으로, 제2 항 내지 제3 항 중 어느 한 항의 플레인 베어링;을 구비하는 것을 특징으로 하는 양극 회전형 엑스선관.
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