流体动力轴承、X射线管、X射线系统以及用于制造流体动力轴承的方法

摘要

本发明涉及流体动力轴承、X射线管、X射线系统以及制造用于X射线管的流体动力轴承的方法。流体动力轴承的转子在稳态操作中由润滑剂的压力支撑，所述润滑剂通过转子中的沟槽来泵送。当转子加速或者减速时，泵送力将不足以抬升转子脱离固定套，并且会发生由轴承的金属表面的直接接触所导致的损坏。在轴承表面上提供特殊涂层能够改善这种效应。

说明书

技术领域

本发明涉及用于X射线管的流体动力轴承、具有流体动力轴承的X射线管、X射线成像系统以及用于制造流体动力轴承的方法。

背景技术

流体动力轴承常常在轴承经受苛刻的性能条件时使用。在流体动力轴承中，在转子与定子之间形成间隙。间隙包含润滑剂。转子被提供有沟槽的网络。因此，在转子旋转时，在间隙内生成流体动态压力。所述压力作用于升高轴承中的转子，从而防止转子与定子之间的接触。

WO 2013/046083 A1公开了一种用于X射线管的流体动力轴承，包括轴承杆和轴承套。轴承套同轴地包绕轴承杆，并且被刚性地连接到阳极盘和转子。另外，轴承套被能旋转地布置在轴承杆上。轴承杆和轴承套相对于彼此是能旋转的。

这样的流体动力轴承的性质仍然能够被进一步优化。

发明内容

因此，可能存在对提供能够承受更快的旋转速度同时增加轴承的寿命的流体动力轴承的需要。

通过独立权利要求的主题解决了本发明的目的，其中，另外的实施例被并入到从属权利要求中。

应当注意到，下文所描述的本发明的各方面也应用于包含流体动力轴承的X射线管、包含这样的X射线管的X射线成像系统以及用于制造流体动力轴承的方法。

根据本发明，提供了一种用于具有能旋转阳极的X射线管的流体动力轴承。所述流体动力轴承包括：能旋转杆，其用于支撑能旋转阳极；支撑套，其被布置为封闭所述杆的长度；以及轴承布置，其被提供在所述杆与所述套之间。所述轴承布置包括初级轴承机构和次级轴承机构。

所述杆关于所述套由所述轴承布置能旋转地支撑。所述初级轴承机构包括在所述支撑套和/或所述杆的表面中的多个沟槽。润滑材料被包含在所述能旋转杆与所述支撑套之间的密封空间内。所述沟槽能用于与所述润滑材料相互作用，并且所述初级轴承机构在所述能旋转阳极的稳定操作阶段期间支撑所述能旋转杆。

所述次级轴承机构包括在所述支撑套的所述表面上的第一轴承表面部分以及在所述能旋转杆上的第二轴承表面部分。所述第一轴承表面部分和所述第二轴承表面部分被布置为彼此相对，并且所述第一轴承表面部分和所述第二轴承表面部分被提供作为相互接触的表面部分。所述次级轴承机构在所述能旋转阳极的开始阶段和停驻(landing)阶段期间支撑所述能旋转杆。所述次级轴承机构的第一表面部分和第二表面部分在稳定操作阶段期间并不彼此接触。所述第一轴承表面部分和/或所述第二轴承表面部分的至少部分包括第一轴承涂层，与所述杆的基材料和/或所述支撑套的基材料相比，所述第一轴承涂层具有更低的滑动摩擦系数和更高的耐磨性。

也已知为螺旋沟槽轴承或者自润滑轴承的用于在X射线管中使用的流体动力轴承是由金属制成的零件来构造的。移动零件之间的润滑是通过能够承受高温的液态金属或液态共晶体合金来促进的。液态共晶体合金润滑有效地降低了在操作期间在轴承的移动零件之间的摩擦。

但是，出现了一个问题，即，当轴承开始旋转移动时以及当轴承结束其旋转移动时，发生对轴承表面的损坏。在操作的稳态中，由润滑材料上的沟槽的泵送动作生成流体动力。泵送动作生成与能旋转阳极的重量相反的力，由此抬升所述能旋转阳极脱离轴承表面。

在流体动力轴承的启动和停止期间，由泵送动作提供的抬升力并不克服能旋转阳极的重量。

因此，能旋转杆开始接触支撑套。由于材料被刮擦并且从套或能旋转杆剥离，这必然导致轴承表面的损坏。如果能旋转杆相对于支撑套倾斜停驻，则这样的机械接触可能更坏。

磨损限制流体动力轴承的寿命。归因于在各种应用领域中对更强大的X射线射束的需求，持续要求这样的能旋转阳极X射线管的更快的旋转速度。因此，无损坏停驻速度必须尽可能地高。

根据本发明的流体动力轴承提供对降低由流体动力轴承的能旋转杆和支撑套经历的摩擦的可能性。这是通过利用第一轴承涂层来涂覆第一轴承表面部分和/或第二轴承表面部分的至少部分来实现的，所述第一轴承涂层分别与所述杆的基材料和/或所述套的基材料相比具有更低的滑动摩擦系数以及更高的抵抗。

根据本发明的另一实施例，提供了一种X射线管，包括：如先前所描述的流体动力轴承，以及阴极。所述阴极被连接到阳极盘。所述阴极被配置为朝向所述阳极盘发射电子。所述阳极盘提供能旋转表面，所述能旋转表面被配置为，由于由所述阴极发射的电子撞击在能旋转盘上而生成X射线。

因此，根据本发明的X射线管将受益于更长的操作寿命，因为其使用具有上文所描述的有利性质的流体动力轴承。

根据本发明，提供了一种X射线成像系统。所述X射线成像系统包括：X射线管、X射线探测器、用于接收对象的支撑体、以及处理设备。所述X射线管适于生成X射线辐射。所述X射线探测器还适于接收所述辐射通过所述支撑体上的对象之后的X辐射。

根据本发明，提供了一种用于制造用于X射线管的流体动力轴承的方法。所述方法包括如下步骤：

(a)提供未经处置的轴承杆和轴承套部分，

(b)将第一轴承涂层沉积在未经处置的轴承杆、未经处置的轴承套或者这两者的至少部分上，其中，与所述杆的基材料和/或所述套的基材料相比，所述第一涂层具有更低的滑动摩擦系数和更高的耐磨性，

(c)将所述轴承杆部分和所述轴承套部分组装成流体动力轴承，

(d)添加润滑材料；

(e)对所述轴承进行真空密封。

根据本发明，提供了一种用于制造用于X射线管的流体动力轴承的方法，所述流体动力轴承具有更长的寿命。

术语“初级轴承机构”涉及沟槽中的润滑材料的泵送动作。应当注意到，所述沟槽能够被提供在能旋转杆或支撑套或者这两者中。在能旋转杆增加速度时，由初级轴承机构提供的抬升增加，并且因此，其克服了由能旋转杆支撑的能旋转阳极的重量。在这一点上，所述初级轴承机构在支撑套中抬升能旋转杆，并且因此抬升能旋转阳极，使得基本上没有能旋转杆的部分与支撑套接触。

术语“次级轴承机构”涉及这样的情况：其中，由泵送动作引起的在能旋转杆上的抬升力被能旋转杆和支撑套的重量所克服，并且因此，能旋转杆开始与支撑套接触。在这种情况下，随着能旋转杆旋转，将产生与支撑套相接触的摩擦力。当轴承从停止的状态开始时以及当轴承从开始的状态停止时，存在摩擦力。

换言之，初级轴承机构是由轴承的沟槽中的润滑剂的泵送动作所引起的。

换言之，次级轴承机构从轴承部件的物理接触所产生。

术语“稳定操作阶段”涉及流体动力轴承的这样的状态：其中，能旋转杆的旋转速度基本上恒定，并且能旋转杆上的由泵送动作生成的抬升力被能旋转杆的质量所平衡，从而将能旋转阳极保持离开X射线管。因此，在稳定操作阶段中，在能旋转杆与支撑套之间不存在接触。

术语“第一轴承表面部分”涉及支撑套的任何区域或者涉及支撑套的表面的较小部分。类似地，术语“第二轴承表面部分”涉及能旋转杆的任何部分，或者涉及能旋转杆的选定区域。

换言之，本发明的一方面是将低磨损和低摩擦涂层用在适于用在医学X射线管的流体动力轴承中，以保护流体动力轴承的表面并且因此降低对管的损坏。

应当理解，根据独立权利要求的用于X射线管的流体动力轴承、具有流体动力轴承的X射线管、X射线成像系统以及用于制造流体动力轴承的方法具有相似和/或相同的优选实施例，具体而言，如在从属权利要求所定义的。还应当理解，本发明的优选实施例还能够是从属权利要求与其相应的独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其他方面将根据下文所描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文所描述的实施例加以阐述。

附图说明

下文中将参考如下附图来描述本发明的示范性实施例：

图1示意性示出了根据本发明的实施例的自润滑滑动轴承的截面视图。

图2示出了常规流体动力轴承的部分。

图3示出了螺旋沟槽推力轴承的范例的端部视图。

图4A和4B示出了在使用之前和使用之后的流体动力轴承的范例的侧视图。

图5A、5B和5C示出了根据本发明的实施例的轴承涂层。

图6示出了根据本发明的实施例的轴承涂层。

图7A和7B示出了示范性流体动力轴承的侧视图。

图8A和8B示出了X射线管，示出根据本发明的实施例的轴承涂层。

图9示出了根据本发明的X射线管。

图10示出了包括具有根据本发明的流体动力轴承的X射线管的X射线系统。

图11还示出了根据本发明的X射线系统。

图12示出了制造根据本发明的流体动力轴承的方法。

具体实施方式

图1示意性示出了用于具有能旋转阳极的X射线管的流体动力轴承1。所述流体动力轴承包括：能旋转杆2，其用于支撑能旋转阳极；支撑套4，其被布置为密封所述杆的长度；以及轴承布置6，其被提供在杆与支撑套之间，包括初级轴承机构6a和次级轴承机构6b，其中，所述杆关于所述套由所述轴承布置能旋转地支撑。

另外，所述初级轴承机构包括：多个沟槽8，其在支撑套和/或杆的表面中；以及润滑材料10，其被包含在杆与支撑套之间的密封空间内。沟槽8能用于与润滑材料10相互作用，并且初级轴承机构6a在能旋转阳极的稳定操作阶段期间支撑能旋转杆2。

另外，次级轴承机构6b包括在支撑套的表面上的第一轴承表面部分12和在能旋转杆2上的第二轴承表面部分14。第一轴承表面部分和第二轴承表面部分被布置为彼此相对。

第一轴承表面部分12可以备选地被指定为推力盘或间隔环。第二轴承表面部分14可以备选地被指定为轴环或套。

如将变得显而易见的，次级轴承机构具有两用性。首先，第一轴承表面部分和第二轴承表面部分被提供作为相互接触表面部分，其中，次级轴承机构在能旋转阳极的开始和停驻阶段期间物理地支撑能旋转杆。

次级轴承机构6b的第一表面部分和第二表面部分在稳定操作阶段并不彼此接触。

次级轴承机构也被提供有用于在稳定操作阶段中泵送润滑材料10的单元。所述单元可以被提供在第一轴承表面部分12、第二轴承表面部分14或者这两者上。第一轴承表面和/或第二轴承表面的至少部分16包括第一轴承涂层18，第一轴承涂层18与杆的基材料和/或支撑套4的基材料相比具有更低的滑动摩擦系数以及更高的耐磨性。轴承支撑套4还可以被表示为衬套并且同轴地包绕轴承的能旋转杆2。阳极盘可以以这样的方式被连接到套4：其以与轴承套相同的速度进行旋转。

根据备选实施例，将认识到，轴承的外部构件(在支撑套的地方)和轴承的内部构件(在能旋转杆的地方)可以保持固定。在这种情况下，能旋转阳极的盘可以被连接到备选轴承的能旋转外部构件。除了该差异之外，轴承被提供有沟槽和润滑材料，并且包绕真空，使得初级轴承机构和次级轴承机构以相同方式进行操作。根据该备选实施例制造的轴承将根据在本文中所描述的相同的第一轴承机构和第二轴承机构来工作，并且将受益于使用这样的备选实施例的至少第一轴承部分上的至少第一轴承涂层的益处。

未被连接到阳极的能旋转杆的端部被连接到电机，所述电机能用于使流体动力轴承的能旋转杆旋转，并且从而当流体动力轴承被并入在X射线管中时使X射线管中的能旋转阳极旋转。

支撑套包括在支撑套的表面上的第一轴承表面部分12。在图1中，第一轴承表面部分被示出在支撑套4中的凹槽中。然而，将认识到，第一轴承表面部分可以被分布在支撑套的内部上的任何地方，例如，套的整个内部表面可以被认为是第一轴承表面部分、仅支撑套的侧面或者仅支撑套的顶部表面。

类似地，能旋转杆2包括第二轴承表面部分14。在图1中，这些被示出在能旋转杆2的延伸部分上。但是，将认识到，第二轴承表面部分可以被指定在能旋转杆2的任何部分上。例如，第二轴承表面部分可以基本上覆盖整个能旋转杆2。备选地，第二轴承表面部分可以仅被指定在能旋转杆的下表面上。备选地，第二轴承表面部分可以仅被指定在能旋转杆的中间区域中。

轴承还被提供有用于以这样的方式泵送润滑材料10的单元：令旋转杆浮在润滑材料上。该单元在图1或图2中不可见。

图3提供了旋转杆2的范例的“端部”视图，主要图示了用于泵送润滑材料10以抬升轴承的单元。特征17是旋转杆2的旋转的轴。旋转杆2的形成初级轴承机构的轴向轴承的部分被提供有脊牙(ridge)21和沟槽23，其一起形成螺旋沟槽轴承(推力轴承)。备选地或者另外地，脊牙和沟槽可以被布置在套的相关部分上。第一轴承表面部分12和第二轴承表面部分14被布置为彼此相对，其中，第一轴承表面部分和第二轴承表面部分被布置为相互接触表面部分。如在图1中所示的，第二轴承表面部分14直接在第一轴承表面部分12之上。备选地，第一轴承表面部分12和第二轴承表面部分14能够彼此相对地被布置在支撑套和能旋转杆的侧壁上，或者被布置在能旋转杆和支撑套的底部表面上。应当注意到，满足该条件的许多其他变型将由有经验的读者设想到，并且该段中所论述的范例仅仅作为非限制性范例。

轴承面中的至少一个包括多个沟槽8。沟槽的截面可以是恒定的，或者沟槽的截面可以沿着沟槽的纵向方向改变。

在图1中，沟槽8被布置在轴承的能旋转杆2上，并且被布置在能旋转杆2的轴环的所有两个表面(或者在变型中，仅底部表面或顶部表面)上。能旋转杆2的轴环的底部表面上的形成推力轴承(轴向轴承)的螺旋沟槽在图1的侧视图中不可见。多个沟槽8可以包括沟槽的至少两个分离的区域，如在图1中所显示的。沟槽的第一上部的带和沟槽的第二下部的带可以被提供在能旋转杆2上。此外，多个沟槽8可以被布置在针对彼此的预定义距离处，也被表示沟槽/脊牙比率。套表面上的沟槽8的数量可以被选择，使得在特定的沟槽/脊牙比率处，支撑套的表面被弯曲的沟槽完全覆盖。

因此，在能旋转杆2与支撑套4之间提供圆柱形(同轴)间隙。间隙的宽度可以在1至100μm的范围中，并且在下文中被指代为轴承间隙。

诸如金属共晶体的润滑剂被包含在套中，并且被包含在轴承间隙中。金属共晶体是共晶体合金，其在室温处并且在高达1300℃的温度处为液态。金属共晶体包括如下中的至少一个：镓、铟和锡。例如，金属共晶体可以是“镓铟锡合金”，其包括镓、铟和锡。金属共晶体当被融化时可以用作润滑剂并且同时作为热接触以提供例如对套或能旋转杆的冷却。金属共晶体还导电，并且提供针对被施加到旋转阳极的电流的电返回路径。当然，能够使用具有适当的流体性能以用在流体动力轴承中的其他润滑剂，而没有反效应。

在流体动力轴承1的标称操作速率或速度(诸如200Hz)处的稳态操作期间(在其中初级轴承机构支撑能旋转杆2的模式中)，润滑材料10被暴露于沟槽的泵送动作，并且这引起使得流体动力润滑剂膜被形成的压力条件。

因此，能旋转杆2和支撑套4的轴承表面不彼此接触。所述泵送动作依赖于轴承零件表面相对于彼此的移动，以及由液体共晶体合金对这样的表面的至少部分浸湿。

基材料，能旋转杆2和支撑套4由其制成，通常为钼、钢或钨。也可以使用合金。

现在将描述在X射线管的背景下的流体动力轴承1的操作。

首先，流体动力轴承1是不活动的，并且因此能旋转杆2并不相对于支撑套4移动。旋转杆的沟槽21与支撑套2相接触。

被连接到能旋转杆2的电机被启动并且逐步地增加速度，直到能旋转杆2到达其稳定的操作速度。在第一操作阶段(在其他情况下被表示为开始阶段)期间，流体动力轴承将根据次级轴承机构来操作。在这点上，将由能旋转杆或支撑套的沟槽中的润滑材料的动作生成不足的压力。因此，在能旋转杆2上将不存在足够的抬升力以抬升其脱离支撑套。

在该开始阶段中，能旋转杆2的底部表面2和支撑套4的下表面例如基本上相接触。因此，将施加摩擦力。当能旋转杆2的沟槽表面至少部分地由液体共晶体合金所浸湿时，润滑材料将开始通过螺旋沟槽23和沟槽8被泵送。

由于能旋转杆2的轴环上的推力轴承(轴向轴承)的沟槽的泵送动作，由通过润滑剂施加的压力引起能旋转杆2上的抬升力。当旋转杆2开始转动时，由润滑材料(其是不可压缩的)在被压迫到所述沟槽中时在旋转杆2上施加压力。所述沟槽形成流约束，其可以通过使用螺旋沟槽特性而被放大。对数螺旋和人字螺旋特性也是常用的，但是本领域技术人员将能够使用其他特性。在流体通过沟槽时在流体中的压力使得其将向上的力施加在旋转杆2上。随着旋转速度增加，该力将足以将旋转杆2抬升到轴承中其中其浮在润滑材料的薄垫上的位置中。因此，轴承在其开始转动时支撑负载。发生这种情况时的旋转速度受如下影响：由螺旋沟槽生成的抬升力；轴承几何结构；在润滑液体共晶体合金、轴承部件表面之间的浸湿交互；旋转速度；以及表面速率。

当流体动力轴承生成足以承载流体动力轴承的能旋转零件(能旋转杆2)的负载力时，能旋转杆2将抬升离开支撑套4。该负载承载容量是由润滑剂中的压力差生成的，所述压力差是在由液体共晶体合金润滑剂和所涉及的固体表面的交互作用而生成的。因此，流体动力轴承进入第二操作阶段，被称为能旋转阳极的稳定操作阶段。在该阶段中，能旋转杆浮在润滑材料10上。次级轴承机构的第一表面部分和第二表面部分在稳定操作阶段不彼此接触。

由推力轴承(轴向轴承)的沟槽泵送的流体流入到旋转杆2与支撑套4之间的空间中。如所陈述的，旋转杆2或支撑套4的表面还包括沟槽的集合，所述集合在操作中用于以一方式将润滑材料10泵送回到推力(轴向)轴承。通过这种方式，建立了润滑材料10的再循环。

在轴向轴承中的泵送动作生成在润滑剂(流体)中的压力，使得轴承表面被分离。

最后，将到达被称为停驻阶段的操作的阶段。在停驻阶段中，能旋转杆2的旋转速率减小。在速率减小时，由推力轴承(轴向轴承)的沟槽中的润滑材料的动作所生成的抬升力与速率的减小相当地减小。因此，能旋转杆的质量逐渐动作以将能旋转杆降低回到与支撑套相接触中。因此，在停驻阶段中，次级轴承机构再次变位主导。因此，在能旋转杆的开始和停驻阶段期间，由推力轴承(轴向轴承)生成的压力水平不足以避免轴承的固体、移动金属零件之间的接触。

如先前所陈述的，尤其是在停驻阶段期间，并且尤其是针对具有高阳极旋转速度的先进X射线管，能旋转杆2和支撑套4的显著碰撞不能够被完全避免。这样的碰撞可能导致轴承的损坏。甚至可能发生摩擦熔接，引起X射线管的毁坏。

因此，如先前所陈述的，为了克服这些问题，提供了流体动力轴承1，其中，第一轴承表面部分和/或第二轴承表面部分的至少部分包括第一轴承涂层18，第一轴承涂层18与杆的基材料和/或套的基材料相比具有更低的滑动摩擦系数以及更高的耐磨性。

有利地，具有更低的滑动摩擦系数和更高的耐磨性的在第一、第二或者这两者轴承表面部分上的第一轴承涂层的提供能够降低在能旋转阳极的开始和停驻阶段期间的摩擦并且抵抗在旋转杆2进入到与支撑套相接触中时的磨损。因此，在医学X射线管中尤其有用的流体动力轴承支撑的能旋转阳极X射线管的构建是可能的。

根据本发明的示范性实施例，第一轴承涂层和/或第二轴承涂层可以包括例如从如下项的列表中选择的至少一种材料：二硫化钼、非晶碳、四面体非晶碳、超纳米金刚石薄膜、纳米和超纳米气相沉积金刚石、多晶金刚石、以及二硫化钨。

前述列表中的材料的任何组合可以被用于提供第一轴承涂层和第二轴承涂层。

备选地，第一轴承涂层和/或第二轴承涂层可以由任意数量的复合层形成，由来自以上列表中的多种材料形成。例如，可以提供具有二、三、四、五和六层的涂层，其中，每个层是从以上组选择的。

前述列表中的材料的任何组合可以被用于提供复合层。

完全作为范例，并且没有任何限制效应，下面讨论了这些材料的性质。

在真空中测量的二硫化钼涂层薄膜的摩擦的系数的典型范例为0.05(在经历薄膜故障的阶段之前)，如在Kazushisa Miyoshi，Frank S.Honecy，Philip B.Abel，Steven V.Pepper，Talivaldis Spalvins和Donald R.Wheeler著作的在1992年1月的NASA技术备忘录中能够找到的“A discussion of the use of molybdenum disulphide as a solid lubricant”一文的图5中所陈述的。

在真空中测量的类金刚石碳薄膜的摩擦的系数的典型范例为0.03和0.12，如F.Gao等人在“Tribology letters”，第20卷、第3-4号，2005年12月的“The tribological properties of low-friction hydrogenated diamond-like carbon measured in ultrahigh vacuum”一文中所陈述的。

超纳米金刚石薄膜的硬度的典型范例是在材料硬度的Mohs硬度表上超过10。

在真空中测量的超纳米金刚石薄膜的摩擦的系数的典型范例为0.015+/-0.002(Konicek等人在Departmental review paper of the University of Pennsylvania，6-11-2008上的“Table 1,Origin of Ultralow Friction and Wear in Ultrananocrystalline Diamond”)。

类金刚石碳薄膜的硬度的典型范例为在材料硬度的Mohs硬度表上接近于10。

这能够与轴承的基材料的硬度相比较。钼具有大约5.5Mohs的硬度，并且钨或硬化钢具有在7.5Mohs与8Mohs之间的硬度。

根据本发明的实施例，第一和/或第二轴承表面的摩擦系数可以在与范围0.1-0.5；0.1-0.4；或0.1-0.3中并且可以更优选地低于0.3。

将认识到，第一轴承涂层可以以连续方式被应用在能旋转杆或支撑套的整体上。

因此，已经描述了根据本发明并且如在图1中示意性示出的简单流体动力轴承的结构和操作。有经验的读者将认识到，能够构建许多变型，其匹配在图1中所示的基本示意性概念。

图2示出了通过对用在实践中的常规流体动力轴承的设计的截面。所图示的轴承的能旋转杆2包括由没有沟槽的中心部分分离的沟槽8的两个带。在图4A和图4B中进一步图示了插入物20。在这种情况下，沟槽8为人字形样式，但是能够使用许多其他样式。

图4A图示了在正常操作中的图2的常规轴承。从该靠近视图能够看到，由轴承的质量引起的力F_b被力F_l所克服，力F_l源自于推力轴承(轴向轴承)的沟槽23中的润滑材料10的泵送动作。因此，在支撑套的表面部分上的第一轴承表面部分12与第二轴承表面部分14之间存在距离d(在能旋转杆的旋转的轴的方向上测量的)。来自推力轴承(轴向轴承)的泵送动作的力由图4A中的垂直箭头所图示。

图4B示出了紧接在能旋转阳极的停驻阶段之后的情况。因为能旋转杆2已经慢下来了，因此，由能旋转杆和阳极的质量引起的力已经向下拉能旋转杆。在支撑套4上以及在推力轴承(轴向轴承)的脊牙23上已经创建损坏的区域21。

这是本发明克服的问题的图形图示。这样的损坏是不期望的，因为其影响轴承中的流体动态性能。在极端情况下，会存在轴承的严重故障，其中，能旋转杆2和支撑套4被摩擦熔接在一起。

另外，刮擦的片段27也可以变得在金属润滑剂中悬浮。这样的自由浮刮擦部分在较后阶段处会阻塞流体动力轴承中的运动或流体流，或者继续对轴承的增加的磨损。因此，降低对轴承的表面的损伤的风险是重要的。

当然，旋转杆2的其他部分也可能接触支撑套4，诸如脊牙8。

图5A图示了本发明的范例，其中，第一轴承涂层被应用到次级轴承机构和形成推力轴承(轴向轴承)的能旋转杆的第一和第二表面部分。涂层的区域以粗黑线示出。如在图5A中所示出的，第一轴承涂层18可以被定位在形成推力轴承(轴向轴承)的套12的表面上。

图5B示出了本发明的备选实施例，在图5B中，支撑套4的基本上整个表面已经被涂覆第一轴承涂层，并且不包括沟槽的能旋转杆2的基本上整个表面已经被涂覆第一轴承涂层。这由粗黑色线来表示。

图5C示出了使用第一轴承涂层18的本发明的又一备选实施例。支撑套4的表面上的第一轴承表面部分12被整体涂覆由粗黑线指代的第一轴承涂层。能旋转杆2并不具有任何涂层。

为了清晰的目的，在图5A-5C中，在剖面中未示出推力轴承(轴向轴承)的沟槽21。这些图示要提供第一轴承涂层可以被应用到何处的示意性指示。所述涂层可以被应用在其他位置处。

在另一备选实施例中，能旋转杆2的一部分可以被提供有第一轴承涂层，并且支撑套4可以不被提供有第一轴承涂层。

有利地，根据前述实施例，第一轴承涂层降低在轴承零件在启动或停驻阶段期间相接触时在轴承零件之间的摩擦。另外，保护所述零件免于磨损。将认识到，该优点在两个相对轴承面(两者都被涂覆有第一轴承涂层)彼此接触时被放大。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承1，其中，第一轴承表面部分12和第二轴承表面部分14被涂覆有第一轴承涂层18，并且涂层的部分被布置为彼此相对。根据该实施例，能旋转杆2和支撑套4上的第一轴承涂层被布置为在能旋转阳极的开始和停驻阶段期间相接触。

有利地，这意味着在开始和停驻阶段期间，流体动力轴承1的表面被保护免于对轴承零件的磨损，并且轴承零件经历较低的滑动摩擦系数。因此，在开始和停驻阶段期间发生较少的损坏。将认识到，在对应(相对)表面上的第一轴承涂层的同时提供进一步降低了摩擦。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承1，其中，推力轴承(轴向轴承)的第二轴承表面部分14包括在成分上不同于第一轴承涂层的第二轴承涂层24。有利地，在该实施例中，能旋转轴2和支撑套4的轴承涂层可以被选择以提供针对杆和支撑套两者的最优涂层。

图6图示了根据该实施例的流体动力轴承。推力轴承(轴向轴承)的第二轴承表面部分被涂覆轴承涂层24，并且推力轴承(轴向轴承)的第一轴承表面部分12被涂覆第一轴承涂层18。还将认识到，在成分上不同于第一轴承涂层的第二轴承涂层可以以类似于图5A中图示的哪些的方式被提供在第二轴承表面部分的任何表面上，或者是表面的部分，或者甚至是在整个第二轴承表面部分上。图6图示了示范性非限制性情况，其中，支撑轴承的各部分以第二轴承涂层24进行涂覆，并且能旋转杆2的各部分利用第一轴承涂层18进行涂覆。

有利地，在能旋转杆2和支撑套4上的不同轴承涂层的使用可以允许应用针对每个部件定制的不同涂层。例如，能旋转杆2可能在停驻阶段期间倾斜停驻，并且在支撑套中“嘎嘎作响地移动”。因此，相比于能旋转杆2，不同类型的磨损可能被给予支撑套4。根据该实施例，可以使用涂层，所述涂层被调谐到每个部分在操作中可能经历的唯一震动。

还应当注意，能旋转杆2和支撑套4的基材料可以是不同的。根据该实施例，可以有利地提供与不同材料兼容的涂层。

将认识到，流体动力轴承1的操作要求，诸如高压和高温，导致对必须满足复杂和苛刻的容差的涂层的要求。被用在根据本发明的流体动力轴承中的涂层应当能由润滑材料完全或部分浸湿，以允许在轴承间隙中的泵送和压力积累。如先前所陈述的，在示范性实施例中，润滑材料是镓铟锡液体共晶体合金。

当在彼此表面上滑动时，涂层可以呈现比未涂层的轴承部件的金属表面更低的摩擦系数。轴承涂层必须相当耐受于液体共晶体合金润滑剂的腐蚀。另外，涂层应当呈现比用于轴承零件的金属对机械磨损的更高的耐受度。涂层必须在至少200℃、优选300℃的温度处以及在高真空条件下工作并维持其性质。

最终，轴承涂层必须以这样的方式可应用为在支撑套、能旋转杆或者这两者上的薄均匀涂层：以避免在轴承间隙中的不均一的压力蓄积。这样的不均一的压力蓄积是在涂层被应用时由厚度和尺度变化所诱发的。

根据本发明的实施例，流体动力轴承1如先前描述地被提供，其中，至少一个轴承涂层被处置用于与润滑材料10兼容。

因此，在具有第一轴承涂层的轴承中，第一轴承涂层被处置用于与润滑材料兼容。在具有第一轴承涂层和第二轴承涂层的轴承中，两者轴承涂层被处置用于与润滑材料兼容。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承，其中，沟槽8包括上部脊牙26，并且上部脊牙26利用第一轴承涂层来处置。

图7A图示了根据该实施例的流体动力轴承。在图7A中，能旋转杆2和表面套4被提供，如先前所描述的。

能旋转杆2的径向表面包括多个沟槽8，其不同于能旋转杆的“轴环”上的轴向轴承的沟槽23。如先前所陈述的，由沟槽8生成的泵送动作使得润滑材料10再循环回到推力轴承(轴向轴承)。径向和轴向轴承的沟槽注意：轴承递送所需要的负载容量，并且润滑剂保持在轴承间隙内部。还图示了能旋转槽布置的上部脊牙26。

当流体动力轴承从固定过渡到稳态模式时或者反之亦然，不稳定性可以使得能旋转杆2围绕流体动力轴承1的中心轴同轴地旋转。脊牙26位于杆2处，并且因此可能与支撑套4碰撞。这样的碰撞将引起针对轴承零件的有害腐蚀或者甚至严重故障。

因此，以与先前讨论的推力轴承(轴向轴承)的处置类似的方式对脊牙26和/或槽8的处置能够降低这样的有害效应。

图7B更接近地图示了根据实施例的流体动力轴承的径向段的脊牙8的表面段。支撑套4和能旋转杆2包绕包含润滑材料10的空间9。能旋转杆2的该段包括立于槽8处的上部脊牙26。上部脊牙26被涂覆有第一轴承涂层7。该涂层可以是任何适当地摩擦降低和耐磨损涂层，如在本申请中所讨论的，尽管技术人员将想到对其他涂层的使用。

在这种情况下，轴承的钼基材料的表面如较早讨论地被涂覆有均匀低磨损和低摩擦涂层。作为范例，约5um厚的无定形碳的层可以被沉积在圆柱形钼毛坯上。

在涂覆之后，使用激光消融将人字或螺旋沟槽切割到涂覆的金属体中。因此，提供沟槽的过程还移除了涂层的对应部分。该制造方法允许沟槽化表面的脊牙仍然被涂覆。因此，它们被保护对抗磨损。沟槽未被涂覆，但这是较不关键的，因为沟槽8的内表面将不暴露于机械磨损。

有利地，可以生成为了轴承工作的足够的泵送动作，同时还保护沟槽化结构的上部脊牙。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承1，其中，第一轴承涂层18和/或第二轴承涂层24包括二硫化钼。作为固体润滑剂的二硫化钼的性能在真空中和高达400℃的温度下是有效的。二硫化钼可以通过磁控射频来沉积以溅射到所需的厚度。然而，能够预期其他制造技术。

根据本发明的实施例，可以提供流体动力轴承1，其中，第一轴承涂层18和第二轴承涂层24包括从如下项的列表选择的至少一种材料：二硫化钼、非晶碳、四面体非晶碳、超纳米金刚石薄膜、纳米和超纳米气相沉积金刚石、多晶金刚石、以及二硫化钨。

用于产生非晶碳的过程首先将包括作为主要成分的气态硅复合物和气态碳复合物的气体混合物放入用于等离子体辅助化学蒸汽沉积的真空容器中。通过放出用于薄膜沉积的该预备的气体氛围，获得非晶碳的硬润滑剂薄膜。

根据备选实施例，超纳米和纳米金刚石薄膜能够被用在轴承的表面上。超纳米和纳米金刚石薄膜具有低摩擦系数和高耐磨性。

根据本发明的一方面，超纳米金刚石可以被用在第一、第二或者两者涂层中。超纳米金刚石是具有带小于12nm的均方根粗糙度的表面的可用的最平滑的金刚石薄膜中的一种。

根据本发明的实施例，提供流体动力轴承1，其中，第一轴承涂层和/或第二轴承涂层包括材料的多个层，其中，至少两个毗连层包括不同的材料。

图8A图示了先前描述的实施例。在特征32处示出了诸如钼的基材料。这可以是支撑套或能旋转杆的表面的部分。沉积在基材料32的顶部上的是第一材料30。沉积在第一材料的顶部上的是第二材料28。材料30和材料28是不同的，如由这些层的相反交叉影线所示出的。根据本发明的实施例，提供流体动力轴承，其中，第一毗连层包括四面体非晶碳，并且第二毗连层包括二硫化钼。

根据本发明的实施例，可以提供具有大于两层的材料的堆叠。例如，图8B图示了材料的四层堆叠。钼32的基材料被涂覆有第一材料34和第二材料36，然后被重复第二次的配置。

根据本发明的示范性实施例，被用在第一轴承涂层或第二轴承涂层中的层状涂层的堆叠中的层可以包括至少来自如下项的组的任何材料：从二硫化钼、非晶碳、四面体非晶碳、超纳米金刚石薄膜、纳米和超纳米气相沉积金刚石、多晶金刚石以及二硫化钨的列表选择的至少一种材料。前述材料列表中的材料的任意组合可以被用于第一轴承涂层或者第二轴承涂层。

堆叠可以包括采取任何顺序的这些材料中的若干材料。堆叠可以以任何方式被安排。个体堆叠可以包括至少二、三、四、五、六、七、八、九或十个层。前述材料列表中的材料的任意组合可以被用在层的堆叠中。

根据本发明的实施例，第一轴承涂层和第二轴承涂层可以由不同堆叠方法组成。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承，其中，第一轴承涂层基本上耐受在150℃到400℃的范围中的温度。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承，其中，第一轴承涂层基本上耐受在150℃到500℃的范围中的温度。

根据本发明的实施例，提供了流体动力轴承，其中，第一轴承涂层基本上耐受在150℃到600℃的范围中的温度。

因此，有利地，第一轴承涂层在被暴露于这些范围中的温度时将不退化。诸如铅的其他低摩擦涂层具有327.5摄氏度的相对低的熔点。

根据本发明的实施例，提供流体动力轴承1，其中，润滑材料10是镓铟锡合金。该合金是共晶体复合物。共晶体复合物是具有单个化学成分的化学复合物的混合物，所述单个化学成分在比由相同要素组成的任何其他成分更低的温度处凝固。该合金被通过沟槽8的泵送动作而被保持在固定与能旋转轴承零件之间的流体动力轴承的轴承间隙中。

根据本发明，提供X射线管40。所述X射线管包括：如先前描述的流体动力轴承，以及阴极42。所述阴极被连接到阳极盘44。所述阴极被配置为朝向阳极盘发射电子，并且阳极盘提供能旋转表面，所述能旋转表面被配置为由于由阴极发射的电子撞击在能旋转盘上而生成X射线。

图9示出了根据本发明的X射线管40。X射线管40包括金属框架48，阴极42经由阴极隔离器43被连接到所述金属框架。阳极包括阳极盘44，并且被设计为能旋转阳极。阳极经由阳极隔离器被连接到金属框架46。阴极42适于朝向阳极盘44发射电子，同时阳极盘44提供能旋转表面，所述能旋转表面由于由阴极42发射的电子撞击在阳极盘上而生成X射线。X射线可以通过(例如，由铍制成的)X射线窗而离开金属框架48。能旋转阳极盘由流体动力轴承1、46支撑，并且被连接到阳极隔离器。轴承杆被连接到支撑体，并且由轴承套同轴地包绕。此外，轴承套被连接到转子，使得在向X射线管40提供功率时阳极盘旋转。轴承杆包括平行于流体动力轴承的纵轴的孔膛，其中，冷却流体可以循环。

备选地，阳极盘可以被连接到能旋转杆，并且轴承可以是固定的。

能旋转杆54被提供有沟槽50和52的样式。所述沟槽以及在能旋转杆与支撑套之间的轴承间隙可以被填充有用作润滑材料的金属共晶体材料。在阳极在旋转的规定方向上旋转期间，轴承中的沟槽样式用作泵，以维持轴承间隙内部的共晶体。共晶体润滑材料10中的压力分布可以接受径向地作用在流体动力轴承40上的力。

如先前所讨论的，在流体动力轴承中被布置为彼此相对的第一轴承表面部分和第二轴承表面部分可以至少部分被涂覆有第一轴承涂层，所述第一轴承涂层与能旋转杆的基材料和/或支撑套的基材料相比具有更低的滑动摩擦系数以及更高的耐磨性。

因此，在包括根据本发明的流体动力轴承的X射线管中，能够在能旋转阳极的开始和停驻阶段期间避免对轴承的表面的损坏。被给予轴承内部的表面的这样的保护导致提供具有更长操作寿命以及用于更高轴承旋转速率的容差的X射线管。

根据本发明，提供了根据本发明的X射线成像系统60。所述系统包括X射线管40，所述X射线管40包括流体动力轴承，如先前所描述的。另外，X射线成像系统60包括：X射线探测器、用于接收对象66的支撑体64、以及处理设备68。X射线管40适于生成X射线辐射，此外，所述X射线探测器适于接收在辐射经过支撑体上的对象之后的X射线辐射。

图10图示了根据本发明的X射线成像系统。在图10中，X射线成像系统60被实施为CT系统，其中，所述CT系统包括：并入有如先前所描述的流体动力轴承的X射线管40，以及X射线探测器62。X射线管40和X射线探测器62被布置在机架70上。机架70提供管40和探测器62相对于对象66的旋转移动。成像系统60还包括用于接收对象66的支撑体64。对象66例如可以是患者。X射线管40适于生成X射线辐射，并且X射线探测器62适于接收在辐射经过支撑体70上的对象66之后的X射线辐射。

处理设备68适于根据作用在流体动力轴承1上的负载电压，通过控制被连接到阳极盘的转子的速率，来控制X射线辐射。

此外，在本发明的一方面中，X射线成像系统可以包括显示器68和被连接到处理设备74的接口设备72。显示器68可以充当用于控制X射线成像系统60的信息的源，并且用于示出由X射线探测器62采集的图像结果。

在本发明的又一示范性实施例中，X射线管40和X射线探测器62可以被布置在C型臂的相对端上。除了旋转移动之外，C型臂还可以实现X射线管40和X射线探测器62的围绕对象66的不同的轨迹。

图11示出了作为行李检查设备的根据本发明的X射线成像设备60。所述行李检查设备包括壳体80，支撑体64被设计为通过所述壳体的传送带。诸如行李箱的对象66可以被定位在支撑体上。此外，显示接口设备82被布置在壳体的侧面处。在壳体内部，提供了根据上文所描述的范例的X射线管以及X射线探测器62。此外，提供处理设备74以控制X射线成像系统。

在图12中，根据本发明的示范性实施例示意性示出了用于制造流体动力轴承1的方法的步骤。

-在第一步骤(a)中，提供了未经处置的能旋转轴承杆和支撑套部分。

-在另外的步骤(b)中，第一轴承涂层被沉积在未经处置的能旋转杆、未经处置的支撑套或者这两者的至少部分上，其中，与能旋转杆的基材料和/或支撑套的基材料相比，第一涂层具有更低的滑动摩擦系数以及更高的耐磨性。

-在步骤(c)中，能旋转杆和支撑套零件被组装为流体动力轴承。

-在另外的步骤(d)中，润滑材料被添加到所述流体动力轴承。

-最后，在步骤(e)中，所述轴承被真空密封。

根据本发明的示范性实施例，提供了用于制造用于X射线管的流体动力轴承的方法，其中，在步骤(b)与(c)之间，存在预处置能旋转轴承杆、支撑套零件或者这两者以改进其与所述滑动材料的兼容性的另外的步骤(b1)。

预处置可以通过如下来完成：在存在润滑材料10的情况下的加热、化学处置、喷砂法，如先前所讨论的，或者本领域技术人员已知的其他方法。

应当注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言，一些实施例是参考方法类型的权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备类型的权利要求来描述的。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。