JP2007016884A - 軸受機構およびｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】液状媒体の漏洩阻止効果が高い軸受機構、および、そのような軸受機構を有するＸ線管を実現する。
【解決手段】軸受機構（５５０）は、液状媒体（５２０）が介在する隙間（６０２−６０６）を滑り軸受（５５２）とシャフト（４０２）の間に有する軸受機構であって、隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間である。シャフトは外周面が隙間に望む部分にポンピンググルーブ（６２２，６４２）を有する。液状媒体は液体金属である。液体金属はガリウムないしその合金である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、軸受機構およびＸ線管に関し、特に、液状媒体が介在する隙間を滑り軸受とシャフトの間に有する軸受機構、および、そのような軸受機構を有するＸ線管に関する。

Ｘ線管は、真空容器内に、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）と、アノード（ａｎｏｄｅ）と、アノードに一体化されたローター（ｒｏｔｏｒ）と、ローターのシャフト（ｓｈａｆｔ）を支持する軸受機構とを有する。軸受機構には、熱および電気の伝導、潤滑性、制振性を良くするための液状媒体が封入される。液状媒体としては、ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ）ないしその合金が用いられる。

液状媒体が真空中に漏洩すると高電圧に対する安定性が損なわれるので、軸受機構は液状媒体の漏洩を阻止する構造となっている。漏洩阻止は、シャフトに設けられたポンピンググルーブ（ｐｕｍｐｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）の螺旋回転により、液状媒体を押し戻すことによって行われる（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６３７７６５８号明細書（欄１−４、図１−３）

上記のようにして漏洩阻止を行う場合、軸受の内側でシャフトが回転することにより、二重シリンダの内側が回転する関係となり、液状媒体にテイラー渦（Ｔａｙｌｏｒ ｖｏｒｔｉｃｅｓ）が発生する。このため、液状媒体の層が不安定になってポンピンググルーブの漏洩阻止効果が低下する。

そこで、本発明の課題は、液状媒体の漏洩阻止効果が高い軸受機構、および、そのような軸受機構を有するＸ線管を実現することである。

上記の課題を解決するための第１の観点での本発明は、液状媒体が介在する隙間を滑り軸受とシャフトの間に有する軸受機構であって、前記隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間である、ことを特徴とする軸受機構である。

上記の課題を解決するための第２の観点での本発明は、真空容器内に、カソードと、アノードと、アノードに一体化されたローターと、ローターのシャフトを支持する軸受機構とを有するＸ線管であって、前記軸受機構は、液状媒体が介在する隙間を滑り軸受と前記シャフトの間に有し、前記隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間である、ことを特徴とするＸ線管である。

前記シャフトは外周面が前記隙間に望む部分にポンピンググルーブを有することが、液状媒体の押し戻を行う点で好ましい。
前記液状媒体は液体金属であることが、熱および電気の伝導性が良い点で好ましい。

前記液体金属はガリウムないしその合金であることが、低い蒸気圧（ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）特性を有する点で好ましい。
前記シャフト上の前記滑り軸受とは異なる位置に転がり軸受を有することが、シャフト支持の機械的強度を高める点で好ましい。

前記軸受機構は、前記シャフトを片持ち方式で支持することが、軸受を一個所に集中する点で好ましい。
前記軸受機構は、前記シャフトを両持ち方式で支持することが、荷重を分散する点で好ましい。

上記各観点での発明によれば、軸受機構は、液状媒体が介在する隙間を滑り軸受とシャフトの間に有する軸受機構であって、隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間であるので、少なくとも１つの隙間においては、二重シリンダの外側が回転する関係となり、そこではテイラー渦が発生しない。このため、液状媒体の漏洩阻止効果が高い軸受機構、および、そのような軸受機構を有するＸ線管を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に、Ｘ線管の一例の模式的構成を縦断面図によって示す。本Ｘ線管は発明を実施するための最良の形態の一例である。本Ｘ線管の構成によって、Ｘ線管に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、Ｘ線管は、真空容器１００内に、カソード２００と、アノード３００と、アノード３００に一体化されたローター４００と、ローター４００のシャフト４０２を支持する軸受機構５００とを有する。軸受機構５００の詳細な構成については、後にあらためて説明する。

真空容器１００は、例えばガラス（ｇｌａｓｓ）等のＸ線透過性の材料によって構成され内部が真空になっている。真空容器１００内で、カソード２００とアノード３００が対向する。カソード２００とアノード３００の間には高電圧が印加され、この電圧によって加速されたカソード２００の電子がアノード３００に衝突してＸ線を発生させる。

アノード３００は概ね円盤状のものである。アノード３００は、概ね円筒状のローター４００とシャフト４０２によって一体化されている。ローター４００は例えば誘導電動機の回転子であり、真空容器１００の外側にある図示しないステータコイル（ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌ）で励磁され、シャフト４０２を軸としてアノード３００と一体的に回転する。シャフト４０２は、ローター４００の内側で軸受機構５００によって片持ち方式で支持される。片持ち方式とすることにより、軸受を一個所に集中することができる。

軸受機構５００について説明する。軸受機構５００は発明を実施するための最良の形態の一例である。本機構の構成によって、軸受機構に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

軸受機構５００は、概ね円筒状のケース（ｃａｓｅ）５１０を有する。ケース５１０は、真空容器１００の外部に露出する底部５１２を有する。底部５１２には閉止可能なプラグ５１４が設けられ、このプラグ５１４を通じて導入された液体金属５２０がケース５１０内を満たしている。液体金属は、熱および電気の伝導性が良く軸受機構の充填物質として好適である。

液体金属５２０としては、例えばガリウムないしその合金が用いられる。液体金属５２０はアノード３００からシャフト４０２に伝わった熱をケース５１０を通じて逃がすための熱伝導媒体として機能する。液体金属５２０は、また、Ｘ線管の外部から供給される高電圧をシャフト４０２を通じてアノード３００に伝えるための電気伝導媒体として機能する。ガリウムないしその合金は潤滑材としても用いることができる。

ケース５１０の内部には、２つの転がり軸受５３０，５４０が所定の間隔で設けられ、これら転がり軸受５３０，５４０によってシャフト４０２が回転可能に支持される。転がり軸受５３０，５４０としては、例えばボールベアリング（ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ）等が用いられる。転がり軸受を用いることにより、シャフト支持の機械的強度を高めることができる。

ケース５１０の、底部５１２とは反対側の端部には滑り軸受５５０が設けられる。図２に、滑り軸受５５０の主要部の構成の一例を拡大図によって示す。図２に示すように、滑り軸受５５０では、軸受５５２とそれに対応するシャフト４０２のジャーナル（ｊｏｕｒｎａｌ）４４２が、軸方向に交互に入り組んだ構造となっている。これによって、軸受５５２とジャーナル４４２の間には屈曲した隙間が形成される。

隙間は、同心円環状の三重の隙間６０２，６０４，６０６と、それらを直列に連通する２つの同心円環状状の隙間６１２，６１４の組合せからなる。隙間６０２，６０４，６０６は、この順にシャフト４０２の中心軸からの距離が大きい。隙間６０２，６０４は隙間６１２によって一端同士が連通し、隙間６０４，６０６は隙間６１４によって他端同士が連通する。

隙間６０２，６０４，６０６は、それぞれ、いわゆるラジアル（ｒａｄｉａｌ）軸受部を構成し、隙間６１２，６１４は、それぞれ、いわゆるスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）軸受部を構成する。以下、隙間６０２，６０４，６０６をラジアル軸受部ともいい、隙間６１２，６１４をスラスト軸受部ともいう。

ラジアル軸受部６０２における軸受５５２とジャーナル４４２の間隔は例えば３０μｍないし５０μｍである。ラジアル軸受部６０４，６０６における軸受５５２とジャーナル４４２の間隔はいずれも例えば５０μｍである。スラスト軸受部６１２，６１４における軸受５５２とジャーナル４４２の間隔はいずれも例えば１００μｍである。

このような屈曲した軸受部に液体金属５２０が入り込む。図では、ラジアル軸受部６０２からスラスト軸受部６１２を経てラジアル軸受部６０４の途中まで液体金属５２０が入り込んだ状態を示す。各軸受部６０２，６１２，６０４に入り込んだ液体金属５２０は潤滑剤としても機能する。

ラジアル軸受部６０２では、シャフト４０２側にポンピンググルーブ６２２が形成されている。ポンピンググルーブ６２２は、シャフト４０２の表面を周回する螺旋状の溝である。螺旋の方向は、シャフト４０２の回転に伴うポンピング作用で液体金属５２０を押し戻す方向である。

ラジアル軸受部６０４では、軸受５５２側にポンピンググルーブ６４２が形成されている。ポンピンググルーブ６４２は、軸受５５２の表面を周回する螺旋状の溝である。螺旋の方向は、シャフト４０２の回転に伴うポンピング作用で液体金属５２０を押し戻す方向である。

ラジアル軸受部６０６では、シャフト４０２側にポンピンググルーブ６６２が形成されている。ポンピンググルーブ６６２は、シャフト４０２の表面を周回する螺旋状の溝である。螺旋の方向は、ラジアル軸受部６０６まで入り込んだ液体金属５２０をシャフト４０２の回転に伴うポンピング作用で押し戻す方向である。

ラジアル軸受部６０２では、軸受５５２の内側でシャフト４０２が回転するので、二重シリンダの内側が回転する関係が成立する。このため、ラジアル軸受部６０２では液体金属５２０にテイラー渦が発生し、液体金属５２０の層が乱れてポンピンググルーブ６２２による押し戻しが減殺され、液体金属５２０がラジアル軸受部６０４まで漏洩することがあり得る。

これに対して、ラジアル軸受部６０４では、軸受５５２の外側でシャフト４０２が回転するので、二重シリンダの外側が回転する関係が成立する。このため、ラジアル軸受部６０４では液体金属５２０にテイラー渦は発生しない。したがって、液体金属５２０の層の乱れは発生せず、ポンピンググルーブ６４２の押し戻し作用とあいまって、液体金属５２０の漏洩が阻止される。なお、ポンピンググルーブ６４２は不可欠ではなく省略することが可能である。

ラジアル軸受部６０６では、軸受５５２の内側でシャフト４０２が回転し、二重シリンダの内側が回転する関係が成立するが、ラジアル軸受部６０６はシャフト４０２の中心軸からの距離が最も短いことによりシャフト４０２の周速度が相対的に遅く、このため、この部分に液体金属５２０が入り込んでもテイラー渦が発生しにくい。したがって、液体金属５２０が入り込んだとしても、ポンピンググルーブ６２２による押し戻しが効果的に行われる。

このようにして、液体金属５２０の漏洩は主としてラジアル軸受部６０４で阻止され、それにラジアル軸受部６０６の阻止効果が加わり、液体金属５２０の漏洩阻止が徹底される。すなわち、滑り軸受５５０は、液体金属５２０のシール（ｓｅａｌ）素子としても機能する。このため、液体金属５２０が真空容器１００内に液体金属５２０が侵入することがなく、アノード電圧を安定性を損なうことがない。

また、液体金属５２０の漏洩阻止をラジアル軸受部６０４，６０６の上記のような機能によって行うので、軸受５５２とジャーナル４４２の間の隙間を従来よりも大きくすることができ、滑り軸受５５０は製造しやすいものとなる。

さらに、滑り軸受５５０は転がり軸受５３０，５４０とは別体に構成されているので、滑り軸受５５０の隙間の液体金属５２０は転がり軸受５３０，５４０のおけるボール等の回転によって乱されることがない。このことも、滑り軸受５５０のシール効果を高めることに寄与する。

図３に、滑り軸受５５０の主要部の構成の他の例を拡大図によって示す。図３に示すように、滑り軸受５５０では、軸受５５２とジャーナル４４２がさらに入り組んだ構造となっている。これによって、軸受５５２とジャーナル４４２の間には屈曲数を増した隙間が形成される。

隙間は、同心円環状の五重の隙間７０２，７０４，７０６，７０８，７１０と、それらを直列に連通する４つの同心円環状状の隙間７２２，７２４，７２６，７２８の組合せからなる。隙間７０２，７０４，７０６、７０８，７１０は、この順にシャフト４０２の中心軸からの距離が大きい。隙間７０２，７０４は隙間７２２によって一端同士が連通し、隙間７０４，７０６は隙間７２４によって他端同士が連通し、隙間７０６，７０８は隙間７２６によって一端同士が連通し、隙間７０８，７１０は隙間７２８によって他端同士が連通する。

隙間７０２，７０４，７０６，７０８，７１０は、それぞれ、いわゆるラジアル軸受部を構成し、隙間７２２，７２４，７２６，７２８は、それぞれ、いわゆるスラスト軸受部を構成する。

このような構成の滑り軸受５５０では、ラジアル軸受部７０４とラジアル軸受部７０８において、二重シリンダの外側が回転する関係がそれぞれ成立する。したがって、液体金属５２０の漏洩阻止を行う個所が２個所となり、漏洩阻止効果がいっそう向上する。また、最も内側のラジアル軸受部７１０におけるシャフト４０２の半径の減少に伴う周速度のいっそうの低下により、この部分でのテイラー渦はいっそう発生しにくくなり、漏洩阻止効果の向上に寄与する。

図４に、Ｘ線管の他の例の模式的構成を縦断面図によって示す。本Ｘ線管は発明を実施するための最良の形態の一例である。本Ｘ線管の構成によって、Ｘ線管に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図４において、図１と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。このＸ線管では、アノード３００とローター４００がシャフト４０２の両端に設けられている。シャフト４０２はアノード３００とローター４００の中間に相当する部分が軸受機構５００で支持されている。すなわち、軸受機構５００はシャフト４０２を両持ち方式で支持する。両持ち方式で支持することにより、荷重を分散することができる。

軸受機構５００はアノード３００側とローター４００側に滑り軸受５５０を有し、ケース５１０の内部に液体金属５２０が封入されている。滑り軸受５５０の構造は図２に示したものと同様であり、液体金属５２０のシール機能を有する。なお、滑り軸受５５０は図３に示したものを用いてもよい。

図５に、Ｘ線管の他の例の模式的構成を縦断面図によって示す。本Ｘ線管は発明を実施するための最良の形態の一例である。本Ｘ線管の構成によって、Ｘ線管に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図５において、図１と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。このＸ線管では、シャフト４０２の両端が１対の軸受機構５００で支持され、シャフト４０２の中間部にアノード３００とローター４００が設けられている。すなわち、１対の軸受機構５００は両持ち方式でシャフト４０２を支持する。

１対の軸受機構５００は、真空容器１００の内側となる側と外側となる側にそれぞれ滑り軸受５５０を有し、ケース５１０の内部に液体金属５２０が封入されている。滑り軸受５５０の構造は図２に示したものと同様であり、液体金属５２０のシール機能を有する。なお、滑り軸受５５０は図３に示したものを用いてもよい。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線管の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例の軸受機構の主要部の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例の軸受機構の主要部の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線管の構成を示す図である。 本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線管の構成を示す図である。

符号の説明

１００ ： 真空容器
２００ ： カソード
３００ ： アノード
４００ ： ローター
４０２ ： シャフト
４４２ ： ジャーナル
５００ ： 軸受機構
５１０ ： ケース
５１２ ： 底部
５１４ ： プラグ
５２０ ： 液体金属
５３０，５４０ ： 転がり軸受
５５０ ： 滑り軸受
５５２ ： 軸受
６０２−６０６ ： ラジアル軸受部
６１２，６１４ ： スラスト軸受部
６２２−６６２ ： ポンピンググルーブ

Claims (12)

1. 液状媒体が介在する隙間を滑り軸受とシャフトの間に有する軸受機構であって、
   前記隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間である、
   ことを特徴とする軸受機構。
2. 前記シャフトは外周面が前記隙間に望む部分にポンピンググルーブを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸受機構。
3. 前記液状媒体は液体金属である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸受機構。
4. 前記液体金属はガリウムないしその合金である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の軸受機構。
5. 前記シャフト上の前記滑り軸受とは異なる位置に転がり軸受を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の軸受機構。
6. 真空容器内に、カソードと、アノードと、アノードに一体化されたローターと、ローターのシャフトを支持する軸受機構とを有するＸ線管であって、
   前記軸受機構は、液状媒体が介在する隙間を滑り軸受と前記シャフトの間に有し、
   前記隙間は、直列に連通する少なくとも三重の同心円環状の隙間である、
   ことを特徴とするＸ線管。
7. 前記シャフトは外周面が前記隙間に望む部分にポンピンググルーブを有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線管。
8. 前記液状媒体は液体金属である、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＸ線管。
9. 前記液体金属はガリウムないしその合金である、
   ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線管。
10. 前記シャフト上の前記滑り軸受とは異なる位置に転がり軸受を有する、
    ことを特徴とする請求項６ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載のＸ線管。
11. 前記軸受機構は、前記シャフトを片持ち方式で支持する、
    ことを特徴とする請求項６ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のＸ線管。
12. 前記軸受機構は、前記シャフトを両持ち方式で支持する、
    ことを特徴とする請求項６ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のＸ線管。

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