CN101399146A - 旋转阳极x射线管 - Google Patents

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CN101399146A CNA2008101490765A CN200810149076A CN101399146A CN 101399146 A CN101399146 A CN 101399146A CN A2008101490765 A CNA2008101490765 A CN A2008101490765A CN 200810149076 A CN200810149076 A CN 200810149076A CN 101399146 A CN101399146 A CN 101399146A
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吉井保夫
田所千治
伊藤安孝
服部仁志
中牟田浩典
米泽哲也
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Abstract

在旋转阳极X射线管中，盘部分(16)被放进旋转阳极(50)，在其间具有第一间隙(G3，G4，G5)并且固定轴(10)被放进旋转体(60)以支持阳极，在其间具有第二间隙(G1，G2)。盘部分(16)和固定轴(10)被互相集成形成以在其中具有中空部分。冷却液被允许流过中空部分。液体金属被注入第一和第二间隙(G1，G2)。动压类型轴承被形成在第二间隙(G1，G2)中。将通道(70，71)做成直接地连接第一间隙(G3，G4，G5)到第二间隙(G1，G2)，借此液体金属被直接地从第二间隙(G1，G2)提供到第一间隙(G3，G4，G5)。因而，液体金属能够被迅速地和安全地馈送入阳极靶(52)和冷却器之间的间隙。

Description

旋转阳极X射线管
背景技术
本发明涉及使用液体润滑剂的滑动轴承以及使用该滑动轴承的旋转阳极X射线管。
用于成像诊断系统等的旋转阳极X射线管在高温以及在真空中被使用，并且此外，阳极靶被以高速旋转。这样的旋转阳极X射线管构造如日本专利2960089中公开的，支持旋转阳极的旋转轴由使用液体金属作为润滑剂的滑动轴承支持。为了进一步地减小X射线管的尺寸和重量，要求通过液体金属冷却旋转靶。因此，提出一种结构，在旋转靶的背面和固定轴之间设置间隙并且把液体金属注入到间隙作为热传送液体以冷却旋转靶。
对于旋转阳极X射线管，当X射线管设备动作时，阳极靶由于输入热而达到高温。也就是说，以电子束照射阳极靶从而达到高温。具体地，由电子打击的电子轰击表面(焦点)达到高温。由于这个缘故，阳极靶必须被维持在材料熔点以下的温度。
在这样的背景下，已开发冷却阳极靶的技术。在那些技术之中，有一个，其在电子轰击表面附近使用液体金属作为热传送液体，传递阳极靶的热到冷却水箱之内的冷却水，从而冷却阳极靶。
然而，使用液体金属作为用于冷却的热传送液体的传统的旋转阳极X射线管具有以下问题：
对于使用液体金属作为用于冷却的热传送液体的冷却机构，要求确实地引导作为润滑剂的液体金属进入与固定轴整体的冷却水箱和阳极靶之间的间隙之内。待填充的液体金属的量被限制以当停止旋转体时不从封闭部分产生渗漏。当旋转体开始旋转时，液体润滑剂由于离心力压住旋转体的内部然后从固定轴被引到冷却水箱和阳极靶之间的间隙里。
然而，液体金属需要经过动压类型轴承中的狭窄通路；因此，需要花很长时间将液体金属引到冷却水箱和阳极靶之间的间隙里。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种旋转阳极X射线管，包含：
具有第一中空部分的旋转阳极(50)，其设置有靶(52)，电子束照射其上以产生X射线；
支持旋转阳极(50)并且具有第二中空部分的旋转体(60)；具有第三中空部分的盘部分(16)，其适配进入旋转阳极(50)的第一中空部分并在两者之间留有第一间隙(G3，G4，G5)；
具有与盘部分(16)的第三中空部分连通的第四中空部分的固定轴(10)，其适配进入旋转体(60)并在两者之间留有第二间隙(G1，G2)；
注入第一和第二间隙(G1，G2)的液体金属；
动压类型轴承部分(11)，其形成在旋转体(60)的第二中空部分的内表面和固定轴(10)的外表面之间；并且
通道(70，71)，使第一间隙(G3，G4，G5)直接连通到第二间隙(G1，G2)以从第二间隙(G1，G2)向第一间隙(G3，G4，G5)提供液体金属。
按照本发明的另一方面，提供一种旋转阳极X射线管，包含：
具有第一中空部分的旋转阳极(50)，其设置有靶(52)，电子束照射其上以产生X射线；
沿着旋转轴在相反方向从旋转阳极(50)延伸并且具有带有内表面以支持旋转阳极(50)的第二中空部分的第一和第二旋转体(60)；
具有第三中空部分的盘部分(12)，其适配进入旋转阳极(50)的第一中空部分并在两者之间留有第一间隙(G3，G4，G5)，；
具有外表面的第一和第二固定轴(10)，第一和第二固定轴(10)从盘部分(16)以相反方向沿着旋转轴延伸并分别适配进入第一和第二旋转体(60)并在两者之间留有第二间隙(G1，G2)，且各自具有第四中空部分，盘部分(16)的第三中空部分和第一和第二固定轴(10)的第四中空部分相互连通以允许冷却液通过；
注入第一和第二间隙(G1，G2)的液体金属；
在第一和第二旋转体(60)的第二中空部分的内表面和第一和第二固定轴(10)的外表面之间分别形成的第一和第二动压类型轴承(11)；以及
使第一间隙(G3，G4，G5)直接连通到第二间隙(G1，G2)以从第二间隙(G1，G2)向第一间隙(G3，G4，G5)提供液体金属的第一和第二通道(70)。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的旋转阳极X射线管的示意剖面图；
图2是图解用于形成在图1所示的旋转阳极的内表面的推力轴承(thrust bearing)的螺旋槽的示意平面图；
图3是根据本发明的另一个实施例的旋转阳极X射线管的示意剖面图；并且
图4是根据又一个本发明的实施例的旋转阳极X射线管的示意剖面图。
具体实施方式
以下将参考附图说明根据本发明的实施例的旋转阳极X射线管。
如图1所示，旋转阳极X射线管由：其一端被固定支持的圆柱形状固定轴10，可旋转地安装到固定轴10的旋转圆柱形状体60，被固定到旋转体60的一端上以与它一起旋转的中空盘状旋转阳极50，放置在旋转阳极50的靶52对面并且向阳极靶52发射电子束的阴极40，以及容纳上述这些元件并且已经被抽空到充分地低压的真空外壳(未显示)组成。
旋转体60配备有与旋转轴一起旋转的旋转产生单元4，其由导电材料，例如铜构成。旋转产生单元4与放置在真空密封外壳外面并且用于产生旋转磁场的定子线圈2相对。当旋转产生单元4受到来自定子线圈2的旋转磁场时，旋转产生单元4中产生的磁场和旋转磁场彼此排斥以产生转动力旋转旋转体60。
旋转阳极X射线管和定子线圈2被容纳在壳体(未显示)中以构成X射线管设备。当来自阴极20的电子束被引导聚焦到旋转阳极靶2上时，X射线从阳极靶产生然后通过在真空密封外壳和壳体中形成的X射线窗口被引导到外面。
如图1所示，固定轴10被放进旋转体60以在其间形成间隙G1到G5。间隙G1到G5充满液体金属30。为防止液体金属渗漏，旋转体60通过在其开口端设置密封件61以在旋转体60的开口端和固定轴10的基座之间设置液密封的封口。
固定轴10由空心圆筒形状轴部14和固定在该轴部的中空盘部分16。轴部14在其周边上形成有彼此间隔的一对径向轴承11。如果轴部14能够由单个径向轴承支持，则仅设置一个径向轴承就足够了。
径向轴承11每个都形成有螺旋槽，例如人字形。在径向轴承11之间形成凹陷的区域15以存储液体金属30。径向轴承11和旋转体60的内表面之间的间隙G1被设置小于凹陷区域15和旋转体60的内表面之间的间隙G2。当旋转体60旋转时，液体金属30从凹陷区域15和旋转体60的内表面之间的间隙G2通过螺旋槽的抽吸作用提供到轴承间隙G1。因此，径向动压通过提供给径向轴承11和旋转体60的内表面之间的轴承间隙G1的液体金属增加。从而，旋转轴通过由动压产生的径向轴承被支持在径向。
代替在径向轴承11的每一个上形成例如人字形等的螺旋槽，螺旋槽还可以形成在与径向轴承相对的旋转体60的内表面部分。很明显可以仅形成一对径向轴承11中的一个在固定轴10上。
中空盘部分16被放进中空盘状旋转阳极50以在其部分和旋转阳极的内表面之间形成间隙G3，G4，和G5。也就是说，盘16的外圆周的表面形成间隙G5。与轴部14连接的盘部分16的环状平坦表面16A形成间隙G4。在盘部分16的顶上的平坦表面形成间隙G4。如图2所示，螺旋槽，例如人字形图，形成在盘部分16的环状平坦表面16A的内部区域中以在平坦表面16A的内部区域和旋转阳极50的内表面之间形成推力轴承。如图2所示，推力轴承沿着旋转体60的轴向通过利用旋转阳极的旋转流入的液体金属润滑剂的流体动压支持旋转阳极50。同样地，螺旋槽，例如人字形图，可以形成在盘部分16顶部的平坦盘表面上以在盘表面和旋转阳极50的内表面之间配备另一推力轴承。
旋转体60形成有管路(pipe passage)70以在旋转轴的旋转时迅速确切地馈送液体金属30到间隙G3，G4和G5里。将管路70的每一个做成沿着旋转体60的辐射线倾斜地并且向上延伸并且让其一端通向轴承11之间的间隙G2并且让另一端通向间隙G3。此外，在间隙G3中，如图2所示，管路70的另一个开口端被形成在其中形成产生流体压力的螺旋槽18的环状区域的外部。如图2所示，间隙G3中的管路70的开口端设置在旋转体60的放射线上，其与相邻的形成相等的角度。同样地，间隙G2中的管路70的开口端设置旋转体60的放射线上，其与相邻开口形成相等的角度。
当旋转体60被旋转时，间隙G2之内的液体金属由于离心力作用按压旋转轴内表面，其一部分注入管路70。输入管路70的液体金属被提供给间隙G3。这里，管路70之内的液体金属通过轴承的抽吸作用被平稳地提供给推力轴承然后也提供给间隙G4和G5。
空心圆筒形状轴14的中空部分与盘16的中空部分连通。两个中空部分都被指定作为用于冷却水的通道20。轴14和盘16构成冷却器12。轴14的中空部分让其一端通向外面。用于提供冷却水的管(未显示)被插入轴14的开口端中。冷却水从冷却器12的冷却水源被提供通过此管以冷却盘16。也可以不必插入冷却水供给管至通道，直接从冷却器12的冷却水源提供冷却水到通道20。
当操作X射线管设备时，阳极靶50通过输入热达到高温。也就是说，以电子束照射阳极靶50从而达到高温。具体地，由电子打击的电子轰击表面(焦点)达到高温。热被从阳极靶30传递到间隙G3，G4和G5之内的液体金属30，然后通过液体金属传递到盘16。传递到盘16的热然后被传递到冷却器12之内的冷却水并释放到X射线管的外面。随旋转体60的旋转，液体润滑剂30通过管路70被提供到间隙G3，G4和G5。因此，传递到间隙G3，G4和G5之内的液体金属30的热被传递到盘16并且通过冷却水有效地导向X射线管的外面。因此可能抑制旋转阳极60的升温并且防止阳极靶50达到其熔点。
图3是根据本发明的另一个实施例的旋转阳极X射线管的部分断面图。在图1所示的X射线管中，管路70被形成在旋转体60中。而在图3的X射线管中，管71被配备在旋转体60外面。管71可与形成在旋转体60的开口74以及形成在旋转阳极50的开口74连通。如图3所示的结构，旋转体侧的开口72被形成在间隙G2中，液体金属通过其被提供。另外，将旋转阳极侧的开口70形成为与间隙G3连通并且其形成在增加流体压力的螺旋槽18的形成区域外面。当旋转体60开始旋转时，存储在间隙G2中的液体润滑剂30由于离心力相按压旋转轴的内部然后通过管71提供给间隙G3，G4和G5。
利用如图3所示装备有管71的X射线管，从旋转阳极50传递到间隙G3，G4和G5之内的液体金属30的热也可被传递到盘部分16然后通过冷却水有效地传导到X射线管外部。因此可抑制旋转阳极60的升温并且防止阳极靶50达到其熔点。
图4是根据本发明的又一个实施例的旋转阳极X射线管的部分剖面图。
图1和3所示的X射线管采用支架结构使固定轴10一端固定另一端连接至盘部分16作为自由端。这不是限制性的。本发明的X射线管可以形成到跨骑结构，如图4所示，第一和第二固定轴10被连接至盘部分16的两侧并且沿着中心轴反方向延伸。利用这些跨骑结构(straddle mounted)，盘部分16被设置在第一和第二固定轴10之间，如图4所示。第一和第二固定轴10的中空部分与盘部分16的连通以形成用于冷却水的通道20，从而构成冷却结构以冷却旋转阳极50。
具有第一和第二固定轴10的跨骑结构中，第一和第二固定轴10嵌合在旋转体60中，在相反方向延伸的第一和第二旋转体60连接旋转阳极50。盘部分16被放进旋转阳极60，环状平坦表面上形成具有螺旋槽18以设置推力轴承。
盘部分16的相对侧上的第一和第二固定轴10的每一个配备有轴承部分11以形成径向轴承。凹陷区域15被形成在轴承部分11外面。旋转阳极60在两端配备有封闭构件61以防止液体金属30泄漏到外部。第一和第二固定轴10的中空部分和盘互相连通以构成冷却液20可在其中流动的冷却器12。
利用图4所示的跨骑结构的X射线管，第一和第二管路70也可被形成在第一和第二旋转体60中以允许间隙G2和G3相通。间隙G2中的液体金属提供给间隙G3。因而，液体金属可在间隙G1，G2，G3，和G5中循环。
第一和第二管路70在如图2所示的螺旋槽18的区域外开口。
利用如图4所示装备有管71的X射线管，从旋转阳极50传递到间隙G3，G4和G5之内的液体金属30的热也被传递到盘部分16然后通过冷却水有效释放到X射线管外部。从而可抑制旋转阳极60的升温并且防止阳极靶50达到其熔点。
在本发明的旋转阳极X射线管中，冷却阳极靶的液体金属能够被直接地(即，迅速地和安全地)提供给阳极靶的背面而不必经过动压类型轴承中窄的间隙；因此，能够配备旋转阳极X射线管，其配有使用液体润滑剂并且可靠性高的滑动轴承。
本领域技术人员将容易地想起附加的优点和修饰。因此，本发明以其更宽的方式不局限于在本文中显示和说明的细节和代表性的实施例。相应地，各种的修饰在没有背离如附上的权利要求及其等价物所限定的总的发明构思的精神或范围的情况下可以被作出。

Claims (10)

1.一种旋转阳极X射线管，其特征在于，包含：
具有第一中空部分的旋转阳极(50)，其设置有靶(52)，电子束照射其上以产生X射线；
支持旋转阳极(50)并且具有第二中空部分的旋转体(60)；具有第三中空部分的盘部分(16)，其适配进入旋转阳极(50)的第一中空部分并在两者之间留有第一间隙(G3，G4，G5)；
具有与盘部分(16)的第三中空部分连通的第四中空部分的固定轴(10)，其适配进入旋转体(60)并在两者之间留有第二间隙(G1，G2)；
注入第一和第二间隙(G1，G2)的液体金属；
动压类型轴承部分(11)，其形成在旋转体(60)的第二中空部分的内表面和固定轴(10)的外表面之间；并且
通道(70，71)，使第一间隙(G3，G4，G5)直接连通到第二间隙(G1，G2)以从第二间隙(G1，G2)向第一间隙(G3，G4，G5)提供液体金属。
2.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，通道(70，71)被形成在旋转体(60)中。
3.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，通道(70，71)被设置在配备在旋转体(60)外面的管中。
4.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，通道(70，71)的一端绕X射线管的管轴以规则的的间隔朝向第一间隙(G3，G4，G5)开口，另一端绕X射线管的管轴以规则的间隔朝向第二间隙(G1，G2)开口。
5.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，动压类型轴承部分(11)包括沿着固定轴(10)设置的相互之间有间隔的第一和第二动压类型轴承(11)，第二间隙(G1，G2)包括形成在第一和第二动压类型轴承(11)之间的凹陷区域(15)，并且通道(70，71)朝向凹陷区域(15)开口。
6.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，盘部分(16)在固定轴(10)的外周的部分具有与旋转体(60)的第二中空部分的环状内表面相对的环状外表面，环状内表面和环状外表面的中的任一个以环状形成螺旋槽，并且通道(70，71)在螺旋槽外面被打开并与第二间隙(G1，G2)连通。
7.如权利要求1所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，固定轴(10)的一端固定。
8.一种旋转阳极X射线管，其特征在于，包含：
具有第一中空部分的旋转阳极(50)，其设置有靶(52)，电子束照射其上以产生X射线；
沿着旋转轴在相反方向从旋转阳极(50)延伸并且具有带有内表面以支持旋转阳极(50)的第二中空部分的第一和第二旋转体(60)；
具有第三中空部分的盘部分(12)，其适配进入旋转阳极(50)的第一中空部分并在两者之间留有第一间隙(G3，G4，G5)；
具有外表面的第一和第二固定轴(10)，第一和第二固定轴(10)从盘部分(16)以相反方向沿着旋转轴延伸并分别适配进入第一和第二旋转体(60)并在两者之间留有第二间隙(G1，G2)，且各自具有第四中空部分，盘部分(16)的第三中空部分和第一和第二固定轴(10)的第四中空部分相互连通以允许冷却液通过；
注入第一和第二间隙(G1，G2)的液体金属；
在第一和第二旋转体(60)的第二中空部分的内表面和第一和第二固定轴(10)的外表面之间分别形成的第一和第二动压类型轴承(11)；以及
使第一间隙(G3，G4，G5)直接连通到第二间隙(G1，G2)以从第二间隙(G1，G2)向第一间隙(G3，G4，G5)提供液体金属的第一和第二通道(70)。
9.如权利要求8所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，第一和第二通道(70，71)分别形成在第一和第二旋转体(60)中。
10.如权利要求8所述的旋转阳极X射线管，其特征在于，第一和第二固定轴(10)中的每一个的一端连接至盘部分(12)，另一端被固定。
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