JPH0372181B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターゲツトと陽極組立体が玉軸受で
高速で回転する回転陽極Ｘ線管に関する。

発明の背景 回転陽極Ｘ線管には、その構造的要素の配列に
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
ら突出させて、外部電気接続がスリーブに対して
行われるようにしたものである。この型式のもの
では、２つの軸線方向に離れた玉軸受の外レース
がスリーブの両端に装着され、またシヤフトがそ
の両端において軸線方向に離れた２つの軸受の内
レースで支持される。上記スリーブと同心で誘導
モータのロータを構成す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
線管ターゲツトが固定される。上記の外側回転ス
リーブは通常熱放射率の大きな材料で被覆して、
Ｘ線管の電子ビームがＸ線発生の目的でターゲツ
トにあたる結果としてターゲツトに生じる熱をで
きるだけ多く消散できるようにする。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℃程度になることがあ
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
Ｘ線管内の高真空、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線ビーム焦点でのターゲツトの溶融を回避す
るために陽極およびターゲツトを約3600rpmで回
転させることが必要なだけであるが、もつと高い
Ｘ線管電流および電圧を用いるＸ線管の設計で
は、ターゲツトを通例約10000rpmで回転させる
必要がある。典型的には、ロータを２極誘導モー
タとして駆動するので、低速の場合には50または
60Hzを界磁コイルに印加し、高速の場合には180
Hzを印加する。米国以外の国では周波数は50Hzと
150Hzとする場合もある。

第２の型式の回転陽極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
ヤフトを設ける代りに、シヤフトを固定する。シ
ヤフト上に２つの軸受が軸線方向に間隔をあけて
設けられる。軸受の外レースにスリーブを動かな
いようにはめ、スリーブから延在するステムによ
りターゲツトを支持する。従つて回転するのは、
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、軸受は熱伝導体と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線管の両方とも、前部玉軸受、
即ちターゲツト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ツトにより半径方
向に片持ちばり式に荷重がかゝる。重心は常に前
部軸受とターゲツトの間のステムに沿つた一点に
あり、従つて前部軸受にかゝる半径方向荷重は、
前部軸受から軸線方向に離れた後部軸受にかゝる
荷重より大きい。また、前部および後部軸浮によ
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。

本発明者が知つ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、本発明で用いる軸受とは異なる。
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す環状溝を有し、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有する。さらに具体
的に説明すると、内レースの溝は変形したゴシツ
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つて得られ
る様なものの輪郭に似ている。すなわち、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き等によ
り分割し、２つのリング半部間に残つた材料を除
去し、両半部を対面関係に押し当てることによ
り、Ｖ字形またはゴシツ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
の機械加工で形成する。この従来の軸受を組立て
ると、玉は両レースと３点接触をなす。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、玉と両レースとの間に隙間を設けて、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
しく膨張するという事実に対処する。もしも隙間
を設けないと、軸受が熱くなつたとき比較的すぐ
に焼付いてしまう。さらに隙間が小さすぎても、
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
受を動かなくする。他方、隙間が大きすぎると、
軸受ががたついてうるさく、またターゲツトがぐ
らついてＸ線管の焦点を揺動し、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付きを回避し
ようとする策にはほかに２つの欠点がある。１つ
の欠点は、玉がはねまわりやすくなり、この場合
玉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
期破損を起こす。玉と両レース間に過大な隙間を
設けた場合のもう一つの欠点は、片持ちばり式の
荷重のかゝつた回転シヤ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つの玉だけに半径方向に荷重
がかゝり、同時に後部軸受中の直径方向反対側の
玉にのみ半径方向に荷重がかゝる。従つて、どの
時点でも荷重がかゝつている各軸受の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、早期軸受破損につながる。理想的
な軸受は、すべての玉がＸ線管の全作動温度およ
び全回転角で、半径方向荷重を均等に引受ける、
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するために
ここに記載のＸ線管に用いた方式は、軸受レース
に、従つて玉に大きな軸線方向の力を加えること
により軸受への荷重をある意味で、事実上増加す
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、米国特許第4272696号に開示
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て、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。上記特許の方式では、前部および後部軸受の
対応す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せた圧
縮ばねを対応レース間に配置することにより得て
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計
隙間が約0.0015インチであつた。しかし、軸受の
寿命は予想した程には伸びなかつた。そこで、軸
線方向荷重用ばねを設計しなおして、軸線方向の
力を1.5ポンドから３ポンドに増した。この場合
３点玉接触で軸線方向荷重が大きくなつたので、
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、最終的には止まつてしまつた。結
論として、特定のＸ線管、所定の軸受および特定
寸法のシヤフトを用いたものでは、軸線方向の力
は３ポ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すべてがかゝる
という欠点は克服されていない。

回転陽極Ｘ線管は、通常、コンピユータ断層撮
影装置に使用されている。この装置に用いられる
Ｘ線管のターケツトは、通常モリブデン基板上に
設けたタングステン・レニウム合金で構成され
る。ターゲツトは大きな熱容量をもたなければな
らないので、例えば直径約５インチ（12.7cm）
で、Ｘ線管の前部玉軸受に５ポンド（2.27Kg）以
上の半径方向の力を加えるような厚さを有する。
ターゲツトは他端がロータに固定されたステムの
自由端に装着されているので、特に前部軸受けに
は半径方向の力のみならず、大きな片持ちばり式
の力が加えられる。コンピユータ断層撮影装置で
は、Ｘ線管がスキヤナ・キヤリツジに装着され、
キヤリツジが回転してＸ線管を患者のまわりの軌
道に360゜以上の角度にわたつて旋回させ、こうし
て身体の断層のＸ線走査を行う。スキヤナ・キヤ
リツジは傾斜式ガントリイ上で回転するので、走
査面を鉛直面から20゜までの角度に設定して、所
定角度の身体断層を走査することができる。上記
特許に記載されたＸ線管が発明された時代には、
全円断層撮影走査を行うのに要する時間が代表的
には約８秒からそれより少し短かかつた。現行の
もつとも進んだコンピユータ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軸線に平行であ
る。しかし、ガントリイを傾けると、陽極に作用
する重力（ｇ）が非常に大きくなり、陽極とター
ゲツト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
かゝり、これにより従来の設計では荷重のすべて
を引受けた各軸受の１つの玉の応力が増加する。
また、ターゲツト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すことにも注意
すべきである。

玉軸受に軸線方向予荷重をかけることは、Ｘ線
管分野以外の回転機器に使用されている。事実、
１つの共通のシヤフトに設けた軸受のすべての玉
に半径方向荷重を実質的に均等に分担させるのに
必要とされる軸線方向予荷重力の量を決定するた
めの方程式とコンピユータプログラムが開発され
ている。玉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す角度の正接を掛けた積に等
しいとされている。例えば、航空機タービンエン
ジンの軸受に予荷重を加えて、軸受のレースおよ
び玉が加熱し膨張する速度とは無関係に、また軸
受の部品間の温度差とは無関係に、タービンシヤ
フトおよびそのブレードが心合せ状態に確実に留
まるようにす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。このような用途で
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、玉にそ
の最大許容応力付近で荷重をかけたり除いたりす
ることの結果として、金属の玉が疲労し、破損し
たり永久変形したりする。いずれにしても、軸線
方向予荷重を増加するにつれて、軸受摩擦も増加
するという事実にもかゝわらず、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
することができる。このことは真実ではあるが、
試験により、玉がレースと２点接触をなすように
した本発明の軸線方向予荷重を加えた軸受では、
従来の３点接触のゴシツク式アーチ型軸受レース
の場合より摩擦が著しく小さくなることが示され
た。

発明の概要 本発明の重要な特徴は、見掛け上の逆説の発見
に由来する。それは次の通りである。回転陽極Ｘ
線管に適当な種類の軸受では、軸線方向予荷重力
を前述の特許に記載の予荷重式Ｘ線管設計に用い
る予荷重力を越えて増すことのできる範囲があ
り、この結果として軸受中の玉のより多くが、特
に軸受の下半部の玉すべてがＸ線管のロータおよ
びターゲツトにより加えられる半径方向荷重の分
担分を引受けるようにすることができることであ
る。さらに、上半部の玉すべてが軸線方向荷重の
分担分を引受ける。この範囲の力は玉がレースと
３点接触をなす軸受を用いた従来のＸ線管に許容
された最大軸線方向予荷重力より少し大きい力で
始まり、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
速にかつ一貫して上昇し始める点よりはるかに下
である。言い換えると、Ｘ線管の用途について
は、すべてのＸ線管作動状況下で軸受に良好な温
度補償を達成するとともに、玉間での良好な荷重
分担を達成する予荷重力の範囲があることを見出
した。さらに、重力の大きい機械用途においては
玉軸受の回転シヤフトの心合せの達成に注意を払
つていた結果として、軸線方向予荷重が小さくか
つ３点接触軸受を使用したときには、軸受の玉と
レース間の接触点での応力が大きいこと、そして
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
の範囲にわたつて減少することに誰も気付いてい
なかつた。

本発明によれば、Ｘ線管において、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「インコネル
（Inconel）」、また商品名「ハスタロイ
（Hastalloy）」として商業経路で入手できるもの
である。望ましい特性を有するばね材は「インコ
ネルＸ−750、No.１テンパー」である。これは降
伏強さが538℃で74000psiである。その組成は、
70％ニツケル、14〜17％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、0.08％炭素および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玉溝の傾斜面と１
点のみで接触するように軸受を達成することにあ
る。軸受を、いつでも、即ちあらゆる管温度およ
び陽極回転軸線のあらゆる角度位置で２点接触を
確保するような形状とする。さらに、かなり大き
な隙間を玉と両レースとの間に設け、この隙間は
玉およびレースが一層熱くなつたとき玉がレース
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することができ
る。

新しい予荷重式Ｘ線管軸受構造のさらに他の特
徴は、シヤフトが揺動または歳差振動モードに入
る臨界速度が、3600rpmのような低いロータ速度
から約10000rpmのような高いロータ速度へロー
タを加速する際の１瞬時にのみ存在する回転速度
で生じるように、軸受の玉による荷重分担、従つ
て回転陽極シヤフトのスチツフネスが制御されて
いることにある。

新しい軸線方向予荷重式Ｘ線管軸受の上記およ
び他の特徴を達成するやり方を明らかにするため
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線管はガラスのエンベロープ１０を具え、その
一端に陰極支持体１１が封止されている。陰極１
２の電子放出フイラメントが集束用カツプ１４内
に配置された絶縁体１３に装着され、集束用カツ
プ１４が電子ビームを回転Ｘ線ターゲツト１６の
傾斜した環状焦点軌道区域１５に集束する。ター
ゲツト１６は全体的に符号１８で示すロータ組立
体から延在するステム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
せる。磁界を誘起するための界磁コイルは図示し
ていない。ロータ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１０内に固
定されたステム２１に対して回転可能である。ス
テム２１には領域２３で金属管２２がろう付けさ
れている。金属管２２の一端が、Ｘ線管エンベロ
ープ１０の端部２５に封止されたフエルール２４
に領域２８でろう付けされている。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
示せず）内に支持すると共に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
がシヤフト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、その一端において、
ロータスリーブ１９，２０に環状領域３２でろう
付けされた端部キヤツプ３１を有する。シヤフト
３０のねじを切つた前側端部３４にカラー３３が
ねじ係合する。ロータ組立体の端部キヤツプ３１
は複数の差込みソケツト頭付きねじ３５によつて
カラー３３に締付けられている。Ｘ線ターゲツト
支持ステム１７の肩部３６がカラー３３と端部キ
ヤツプ３１との間に捕捉されている。

主ロータ支持ステム２１は一体の管状部分すな
わち内部の円筒状部分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TIG溶接
により固着されている。ターゲツトに近い方の前
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をスエ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４
３Ａ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、シヤフト３０の滑らかな
減径部分４４にはめられ、シヤフトにねじ係合し
たカラー３３によつて保持されている。なお、内
レースおよび外レースにはそれぞれ外側環状溝お
よび内側環状溝が設けられ、ここに軸受の玉４５
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。

シヤフト３０の後端には肩部５０を形成する減
径部分４９が設けられている。シヤフト３０のこ
の減径部分４９に玉軸受が取付けられている。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に沿つて対面する２つの軸
方向に分離された半部５１Ａおよび５１Ｂよりな
る。内レース５１は、ナツト５２をシヤフト３０
の後端のねじ部５３にねじ係合することにより、
シヤフトの減径部分４９のまわりに肩部５０に対
して締付けられている。後部玉軸受の外レース５
４は、管状の軸受保持体またはスリーブ５７に設
けた肩部付きカウンタボア５６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
スエージ加工することにより肩部付きカウンタボ
ア５６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の内孔にぴつたりはまり、
保持体はステム３７の内孔内で軸線方向に少量だ
け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。ピン６０が管状
ステム３７の適当な穴に溶接されている。ピン６
０の端部が保持体５７の軸線方向の溝５９内には
まつて保持体の回転を防止るが、軸線方向の移動
を許容する。

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
との間に配置される。このばねは軸受保持体に対
して反発し、この特定のＸ線環設計では前部およ
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確実な接触関係に維
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好な接触を維持すること
がわかる。ばね６１は回転せず、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互反作用によりほゞ等しい接
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
方向の予荷重をかけて温度補償された軸受を得る
仕方について以下に詳述する。まず第一に、第１
図からわかるように、ロータ組立体およびＸ線タ
ーゲツト１６の質量中心はターゲツト支持ステム
１７上に位置し、矢印７１の方向に重力の作用を
受ける。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の鉛直断面が示され
ている。ロータおよびターゲツトの質量中心は第
１図と同じく矢印７１の方向に重力の作用を受け
る。このため鉛直面内で作用する偶力はロータの
シヤフトの軸線３０に沿つて発生される。前部軸
受４３では、玉４５と内レースの半部４３Ｂとの
間に反力が生じる。この反力を矢印７２で示す。
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７３で示す。これらの反力は、以
下に詳しく論じるように軸受のレースが特定輪郭
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５１
Ａとの間の反力を矢印７４で、玉と外レース５４
との間の反力を矢印７５で示す。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によ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で示す。第
４図から明らかなように、軸受には半部方向およ
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により生じる軸線方向予荷
重力は、外レース４０に矢印７７で示される方向
に作用する。外レース４０の玉用の溝７８は円弧
状である。玉４５は外レース４０の溝７８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７２の先
端で接線接触する。矢印７２は内レースのリング
４３Ｂが発生する反力を示す。従つて、本発明に
よれば、軸受の各玉４５が２点接触をなす、即ち
内レース表面７９上の１点と外レース表面７８上
の１点で接触する。溝表面７９および８０は、前
述したように、一緒にした断面がいわゆるゴシツ
ク式アーチ輪郭を形成する。内レース溝７９およ
び８０を形成するには、外レースの溝７８に相当
する湾曲した溝を機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、残つた２つのリング４３Ａと
４３Ｂを互に接近せて両者を対面させ、シム４３
Ｇを２つの半部すなわちリングの間に配置する。
シムは内レースの半部４３Ａおよび４３Ｂ間から
除去された材料のスライスより狭くして、ゴシツ
ク式アーチ輪郭を形成するようにする。実際に
は、シム４３Ｇによ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。言い換えると、表面７９，８１および８
０で構成される内レースの溝は連続的に切削加工
することにより形成して、シムを除くことができ
る。いずれにしても、この輪郭の目的は、玉４５
が内レースの半部４３Ａの溝表面８０と決して接
触しないようにして、２点玉接触が軸受の熱的お
よび半径方向および軸線方向荷重のあらゆる条件
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、内外レースに対する玉４５の接触角
をＣで示す。

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
温度環境内で普通に用いられるように、軸受潤滑
材として作用する。第５図において、玉４５と内
外レースとの間の隙間は８２で示すように水平線
の間で測定される。例えば、米国特許第4272696
号に開示された従来の予荷重式軸受設計では、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0.0015インチ、即ち1.5ミルであつた。本
発明によれば、隙間を著しく大きくとり、限定と
してでなく１例を示すと、Ｘ線環製造業者が普通
使用する寸法の軸受では、0.003インチ、即ち３
ミルの隙間を用いる。本明細書に開示した軸受で
は２点接触であつて軸線方向の予荷重を加えるの
で、Ｘ線管に電気的負荷がかゝつているときの加
熱により玉と内外レースが異なる熱膨張を示すと
き、玉と内外レースとの接触点７２および７３は
内外レースの溝表面７９および７８に沿つて反対
方向に移動するだけで、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８
２を適切に選んで、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する。従つ
て、実際に、軸受の動作に関する限りでは、内レ
ースの半部４３Ａを除去することができるが、安
全確保部材として残しておく、軸受への半径方向
荷重は玉を内レースの溝７９に沿つて底の方へ下
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軸線方向の力が
この玉の下降を防いで、すべての玉と内外レース
との間に２点接触を維持する。

より大きい隙間８２を使用できる利点は、銀潤
滑材がはげ落ちても、玉が２点接触状態で移動す
ることができるので、剥離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点接触方向と比較して、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つの接触点がシヤ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、この場
合接触点の１つが滑りまたはひきずり移動しなけ
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
点接触軸受では、前部軸受の最下位の玉と後部軸
受の最上位の玉だけが反対向きの半径方向荷重力
を分担する玉であることを見出した。第５図に従
つて構成した軸受では、より大きな予荷重力およ
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、すべての玉を内外レース
の溝表面７９および７８と接触させる。しかし、
これらの玉は軸線方向予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
ければならないわけではない。さて、一層強い軸
線方向予荷重力により軸受に対する全荷重が増加
する。しかし、その荷重は軸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する。従来の設計では、１つ
の玉に一度に半径方向荷重のすべてが加えられか
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（flexing）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、玉お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
の力が著しく減少する。

Ｘ線管では、軸受レースに加わる最大半径方向
荷重、従つ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線ターゲツト１６
が軸受に半径方向にかつ片持ちばり式に荷重をか
け、前部軸受がこのターゲツト１６の近くに配置
されているからである。もつとも重いターゲツト
を用いるＸ線管、例えばコンピユータ断層撮影走
査に用いるＸ線管では、前部軸受に加わる半径方
向荷重が大体６ポンドにもなる。軸受製造業者
は、この荷重が回転陽極Ｘ線管に用いられる寸法
の軸受にとつては、どちらかといえばささいな半
径方向荷重であるとみなしている。Ｘ線管の軸受
の完全な温度補償が望まれるのは、Ｘ線管の軸受
の内外レース間の大きな温度差のせいである。

軸受に軸線方向予荷重をかけるほとんどの機械
では、その目的は軸受の玉を強制的にシヤフトの
回転中心から等しい半径方向距離の所に位置する
ようにして、シヤフトをいつも心合せ状態に維持
することにある。このような機械設計では、全軸
受摩擦が予荷重力により著しく増加するが、シヤ
フトをしつかり心合せ状態に維持する目的を達成
する必要がある場合、小さい力を使用できないこ
とが知られている。従つてＸ線管の分野の製造業
者は、従来、Ｘ線管の軸受に軸線方向にかなりの
量の予荷重を加えると、全軸受摩擦が増加し、従
つて破壊につながる軸受温度が生じる可能性が増
大することに気付いている。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、軸線方向予荷重力の適正範囲が存在す
ることを見出したことに基づく。この知見を第６
図に具体的に示す。この図から軸線方向予荷重力
が１〜約３ポンドの範囲に限定されていると、接
触応力が150000psiより大きいことがわかる。し
かし、本発明者は、軸線方向予荷重力を３ポンド
以上の少し増すと、この接触応力が実際上減少す
ることを見出した。その理由は、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
するようになるからである。軸線方向予荷重力が
10ポンドより大きいと、接触応力が連続的に上昇
し、これは本明細書で開示した温度補償の観点か
らＸ線管軸受に用いる予荷重力の範囲ではない。
本発明に従つて製造したＸ線管では、６〜９ポン
ドの範囲内の軸線方向予荷重力を用いる。コンピ
ユータ断層撮影用途に適当な荷重定格を持つ高負
荷のＸ線管では、８ポンドの公称予荷重力を用い
た。

比較的高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ほかに、半径
方向荷重の作用によりロータのシヤフト３０並び
に前部および後部軸受がたわむ量に影響を及ぼ
す。第７図は軸線方向予荷重と半径方向たわみと
の関係を示す。本発明に従う2.5または３ポンド
を越える軸線方向予荷重では、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。軸受が十分なスチフネ
スをもたないと、ロータがある速度で歳差運動し
たりはねたりする恐れがある。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常、シヤフトの曲がりと
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揺動し始める少くとも１つの
即ち第１の臨界速度が常に存在する。Ｘ線操作の
相異によりＸ線ターゲツト１６を約3600および
10800rpm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60Hzまたは180Hzで付勢する。
電力線周波数が50Hzであるか、または３倍の150
Hzである場合には、これら２つの速度が比例して
小さくなる。いずれの場合にも、臨界速度が運転
速度のいずれとも実質的に相違するように設計し
なければならない。本発明によれば、臨界速度が
上記２つの運転速度の中間でかつ両者から大きな
差をもつて生じるようなスチフネスを有する軸受
およびシヤフトが得られるように、軸線方向予荷
重力が選択される。軸受に軸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
関す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ポンドを少し超えると、半径方
向たわみはその後まつたく一定で最小であること
がわかる。８ポンドの軸線方向予荷重が第６図に
示す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ポンドが第７図に示すように
半径方向たわみを最小にする目的にも満足であ
る。前述したように、単にシヤフトを心合せ状態
に保つのに十分な力で玉をレースに押し付けるの
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
掛けることによつて求められることが知られてい
る。前述した実施例では、約８ポンドの軸線方向
予荷重力により接触角Ｃは約27゜となる。

要約すると、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つても軸受の各玉を内外レ
ースの溝と２点接触関係に維持するのに十分な量
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する従来の
Ｘ線管軸受の場よりはるかに大きくすることがで
きる。軸受への全ての軸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ゝわらず、全ての
軸線方向および半径方向の力が、半径方向荷重に
よる従来のＸ線管軸受の場合のように１つの玉だ
けにかゝるのではなくて、本発明ですべての玉間
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
り広い範囲の予荷重力にわたつて減少した状態に
とどまることが実証された。また、軸線方向予荷
重が適正であるとき、レースと玉の間の隙間を極
めて大きくとれ、とりわけ銀が軸受のレースや玉
からかけ落ちて玉とレースの間の空間にくさびの
ようにはまつた場合であつても、軸受の固着や膠
着が防止される利点を有することも実証された。
これらの特徴を組合せた結果として、回転陽極Ｘ
線管の作動中に軸受がさらされ得るすべての温度
において、安定でかつ温度補償された軸受が得ら
れる。温度補償の特徴からもたらされる重要な結
果として、軸受の隙間が大きいにもかゝわらず、
半径方向の「あそび」は軸受中に生せず、従つて
Ｘ線管ターゲツト上の焦点は一定位置に留まり、
このことは明確なＸ線像を得る上で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化する回転陽極Ｘ線管を
一部の部品を取去つて示す長さ方向断面図、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Ｘ線
管の軸受に荷重が加えられる様子を説明するため
の、Ｘ線管の回転陽極構造の前部および後部軸受
の鉛直断面図、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
線方向予荷重力に対する玉と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ヤフトおよび軸受の半径
方向たわみとの関係を示すグラフである。 １０……エンベロープ、１６……ターゲツト、
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、３０……シヤフト、３７……管状部
分、３８……軸受保持体、４０……外レース、４
３……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、５
１Ｇ……界面、５４……外レース、５７……保持
体、６１……コイルばね、７８……外レースの
溝、７９，８０……内レースの溝、８１……シ
ム、８２……隙間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンベロープ１０、エンベロープ内のシヤフ
   ト３０、該シヤフトと同心でシヤフトの軸線のま
   わりに回転駆動される長いロータ部材１８、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線ターゲツト１６、ならびに各々が互に
   向い合う湾曲した溝７８；７９，８０が設けられ
   た内外レース４３，５１；４０，５４と両溝間に
   位置する複数の玉４５と有し、かつ上記シヤフト
   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を
   具える回転陽極Ｘ線管において、 上記両軸受の選ばれた対応するレースに軸方向
   に互に反対向きに力を加えるように配置された、
   予荷重をかけられたばね手段６１であつて、上記
   軸受の各玉とレースとの間の接触応力を最小にす
   るために、上記ロータ部材およびターゲツトの半
   径方向荷重を上記軸受内の１つ以上かつ全数より
   少ない数の玉で支えさせるようにする力よりも少
   し大きい力の範囲内に有る上記軸線方向の力を加
   え、さらに該軸方向の力の大きさを、各玉が半径
   方向荷重を分担するように全ての玉をレースの溝
   と接触させる大きさにして、これにより各玉とレ
   ースの溝の表面との接触応力を下げ、上記の荷重
   分担により軸受内の摩擦を軽減させる当該予荷重
   をかけられたばね手段６１を含み、 上記内レース４３，５１および外レース４０，
   ５４の各溝の表面の曲率半径は上記玉の半径より
   も大きく、かつ上記玉と上記溝の表面との間に〓
   間８２があり、このため動作温度において上記選
   ばれたレースが予荷重力により軸線方向に移動し
   たとき、該選ばれたレースの溝の表面が上記シヤ
   フトの軸線に直角な平面の片側にある１点で上記
   玉と接触し、かつ他方のレースの溝の表面が該平
   面の反対側にある１点で上記玉と接触しており、 上記内レース４３，５１の上記溝の表面がシヤ
   フトの軸線に平行な直線に沿つた２点をそれぞれ
   事実上中心とする等しい半径を有する２つの湾曲
   した面７９，８０よりなり、これらの湾曲した面
   が両者間に非湾曲部分８１をはさんで隣り合つて
   いわゆるゴシツク式アーチ輪郭を形成し、上記玉
   が通常上記２つの湾曲した面のうち、軸線方向の
   予荷重力が加えられるレース上の位置から遠い方
   の湾曲した面に接触し、上記非湾曲部分により上
   記玉が上記２つの湾曲した面の中間の底につかな
   いようにした回転陽極Ｘ線管。 ２ 上記軸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。 ３ 上記ばねにより与えられる全軸線方向予荷重
   力が５〜９ポンドの範囲にあ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
   力が約８ポンドである特許請求の範囲第１項記載
   のＸ線管。 ５ 上記玉とレースとの間の〓間が上記非湾曲部
   分の軸線方向幅によつて決められる特許請求の範
   囲第１項記載のＸ線管。 ６ 上記玉とレースとの間の〓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。 ７ 上記ばねが超合金製である特許請求の範囲第
   １〜６項のいずれかに記載のＸ線管。 ８ 上記ばねが、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
   たつ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１〜６項のいずれかに記載のＸ線
   管。 ９ 上記ばねがインコネル製である特許請求の範
   囲第１〜６項のいずれかに記載のＸ線管。 １０ 上記ばねが、実質的に70％ニツケル、14〜
   17％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１〜６項の
   いずれかに記載のＸ線管。