CN102598197A - X射线管 - Google Patents

Abstract

本发明的X射线管(1)的特征在于，包括阴极(10)、放出X射线的阳极靶(20)、真空管壳(30)和冷却构造(60)，用所述冷却构造来冷却在所述阳极靶产生的热量，用所述冷却构造经由陶瓷部件(33)、第二金属部件(32)、传热介质(50)、适配器(40)、第一金属部件(31)来冷却在所述阴极产生的热量。据此，能够提供一种X射线管，其能够使用1个冷却构造同时冷却阳极靶和阴极，能够以简单的构造将热量向外部放出。

Description

X射线管

本申请基于申请于2009年10月30日的先行日本专利申请第2009250901号所涉及的优先权的权益，且要求该权益，其整个内容通过引用包含于本文。

技术领域

本发明的实施例涉及产生X射线的X射线管。

背景技术

一般而言，X射线管被用于医疗诊断系统、工业诊断系统等透视人体或物品的内部的系统。X射线管具有阴极、阳极靶、容纳阴极和阳极靶的真空管壳。通过在阴极与阳极靶间施加高电压，从阴极侧放出的电子与阳极靶碰撞，从阳极靶发射出X射线。

若从阴极放出的电子与阳极靶碰撞，则阳极靶会被加热并成为高温。另外，由于阴极为了使热电子放出而加热丝级，因此阴极也成为高温。在高电压插头与阴极连接并在阴极与阳极靶之间施加高电压的情况下，阴极的热量会传递至高电压插头，高电压插头的绝缘部分有可能变形，有可能破坏绝缘。

专利文献1公开了为了盖嵌于设在X射线管的真空壳体的高电压连接部而设置的形式的高电压连接器，另外公开了高电压连接器具有冷却剂用的冷却通路。

专利文献2公开了一种结构，该结构具有收纳高压缆线端部及高电压端子，利用填充在内部的绝缘密封部件来绝缘并保持的外壳；固定在外壳内壁，与高电压端子热接触且热导率大于绝缘密封部件的高热传导绝缘部件，另外公开了高热传导绝缘部件将从阳极经过高电压端子传递的热量向外壳散热。

专利文献3公开了在从管壳突出的支持体的另一端侧且在管壳与供电部之间，利用与管容器连接的连接部来保持支持体，并且将积累在绝缘材料的热量经由与绝缘材料接触的支持体散热，另外，公开了将支持体的热量传递至绝缘材料、管容器，能够容易地从管容器散热，能够提高支持体的散热性，能够降低供电部的温度。

专利文献4公开了高电压绝缘体被灌封材料包围，冷却灌封材料的外表面的X射线管。

专利文献1：日本专利特开平8-96889号公报

专利文献2：日本专利特开2008-293868号公报

专利文献3：日本专利特开2007-42434号公报

专利文献4：日本专利特开2001-504988号公报

附图说明

图1是简要地示出一个实施例所涉及的X射线管的结构的剖视图，一并示出与X射线管连接的高电压插头的截面。

图2是图1所示的X射线管的俯视图。

图3是简要地示出其他实施例所涉及的X射线管的结构的剖视图。

图4是又一其他实施例所涉及的X射线管的图1所示的A区域的放大剖视图。

构造具体实施方式

根据实施例，提供一种X射线管，包括：阴极、阳极靶、容纳阴极和阳极靶的真空管壳、适配器、传热介质、形成有冷却液流动的冷却路径的冷却构造。

阴极放出热电子。阳极靶入射从阴极放出的电子，从而放出X射线。

真空管壳具有第一金属部件、第二金属部件、电绝缘性的陶瓷部件。第一金属部件与阳极靶连接并在沿着X射线管的管轴的方向延伸，具有X射线发射窗。第二金属部件与第一金属部件连接并在沿着管轴的方向延伸，具有比第一金属部件的热膨胀率低的热膨胀率。陶瓷部件与第二金属部件和阴极连接。陶瓷部件形成为从阴极向与管轴垂直的方向突出的环状，示出电绝缘性。

适配器与第一金属部件相接而配置，包围第二金属部件，具有比第二金属部件的热导率高的热导率。传热介质配置在陶瓷部件与适配器之间。冷却构造与第一金属部件连接，从阳极靶放出的热量直接或者经由第一金属部件间接地传导，另外，从阴极放出的热量经由陶瓷、传热介质、适配器及第一金属部件间接地传导。

在冷却阳极靶和阴极的情况下，以往需要将阳极靶与阴极独立地冷却，冷却需要复杂的构造。因此，希望能够以简单的构造将在阳极靶产生的热量和在阴极产生的热量高效地向外部放出的技术。

实施例的X射线管能够以简单的构造将在阴极产生的热量及在阳极靶产生的热量高效地向外部放出。

下面，参照附图详细说明一个实施例的X射线管。

如图1所示，X射线管1具有阴极10、阳极靶20、收纳阴极10和阳极靶20的真空管壳30。图中，TA示出X射线管的管轴。

阴极10具有作为电子放出源的丝级11、聚焦电极12。丝级11放出与阳极靶20碰撞的热电子。聚焦电极12围住从丝级11放出的电子的轨道而配置，将从丝级11放出的电子聚焦。从未图示的外部电源向阴极10提供相对于阳极靶20为负的高电压以及加热丝级11的丝级电流。

阳极靶20与阴极10对置而配置。阳极靶20由钼(Mo)、钨(W)等高熔点金属形成。阳极靶20在与阴极10对置的一侧具有靶层20L。电子与靶层20L碰撞。在阳极靶20施加相对于阴极10为正的电压。若在阳极靶20与阴极10之间产生电位差，则从阴极10放出的电子被加速并聚焦，与阳极靶20碰撞，阳极靶20放出X射线。

真空管壳30容纳阴极10和阳极靶20。真空管壳30封闭为气密。真空管壳30的内部维持真空状态。即，真空管壳30将阴极10和阳极靶20保持在真空中。真空管壳30具有第一金属部件31、第二金属部件32、陶瓷部件33。

第一金属部件31为以管轴TA为中心轴的筒状，在沿着管轴TA的方向延伸，包围阴极10和阳极靶20而配置。详细而言，第一金属部件31具有圆筒部31a、与圆筒部31a的一端连接并具有开口的板部31b、以及与圆筒部31a的另一端连接的环部31c，这些是一体形成的。在真空侧，阳极靶20与板部31b连接，以塞住板部31b的开口。第一金属部件具有X射线发射窗31W。圆筒部31a具有开口，X射线发射窗31W塞住开口而设置。从阳极靶20放出的X射线透过X射线发射窗31W。

第二金属部件32形成为以管轴TA为中心轴的圆筒状，在沿着管轴TA的方向延伸。第二金属部件32与第一金属部件31同轴地配置，与第一金属部件31的环部31c连接。当然，第二金属部件32与第一金属部件31的连接处不是环部31c的外侧面、内侧面或者圆筒部31a的内表面。第二金属部件32与环部31c的主表面连接。第二金属部件32沿着管轴TA局部地包围阴极10。第二金属部件32的厚度较小。第二金属部件32的厚度比第二金属部件32的沿着管轴TA的方向的长度小。为了第二金属部件32与具有后述的低热膨胀率的陶瓷部件33接合，第二金属部件32由具有比第一金属部件31的热膨胀率低的热膨胀率的金属、例如可伐合金形成。

陶瓷部件33塞住第二金属部件32的一端而配置，第二金属部件32与阴极10气密地连接。陶瓷部件33示出电绝缘性，另外具有低热膨胀率。陶瓷部件33的热膨胀率比第一金属部件31的热膨胀率及第二金属部件32的热膨胀率小。陶瓷部件33形成为从阴极10的外表面向与管轴TA垂直的方向突出的环状。陶瓷部件33的与真空侧的面相反侧的面是平坦的。

阴极10还具有第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B。第一阴极导入端子13A为圆筒状，第二阴极导入端子13B为棒状。第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B的一端分别与丝级11连接，另外，第一阴极导入端子13A还与聚焦电极12连接。第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B的另一端固定在阴极陶瓷部件13C。第一阴极导入端子13A的外表面与陶瓷部件33连接，第一阴极导入端子13A及第二阴极导入端子13B的另一端延伸到真空管壳30的外侧。第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B与第二金属部件32，由陶瓷部件33电绝缘。即，陶瓷部件33是将阴极10与连接于第二金属部件32的阳极靶20电绝缘的高电压绝缘部件。

X射线管1还包括适配器40、传热介质50。

适配器40配置在第一金属部件31的环部31c上。适配器40沿着管轴TA包围第二金属部件32。适配器40为圆筒状，在沿着管轴TA的方向延伸。适配器40的一端与第一金属部件31的环部31c相接。为了将适配器40固定在第一金属部件31，适配器40由例如焊接或者螺钉固定于环部31c。另外，如图2所示，适配器40的另一端具有凸缘，使得外形为近似正方形。用于固定高电压插头70的螺纹孔40A设置在凸缘，高电压插头70用于在阴极10与阳极靶20间施加高电压。适配器40具有比第二金属部件32的热导率高的热导率。适配器40由铜(Cu)、黄铜、铝(Al)等高热导率的金属形成。

传热介质50配置在陶瓷部件33与适配器40之间，与第二金属部件32和适配器40相接。即，陶瓷部件33与传热介质50在第二金属部件32的厚度方向，夹着第二金属部件33而对置。传热介质50由具有较高的热导率的材料例如铜(Cu)形成。此外，传热介质50为了可靠地与适配器40和第二金属部件32接触，因此优选的是形成为网眼状的金属、或者形成为具有弹性的形状的金属。

X射线管1还包括冷却阳极靶20的冷却构造60。冷却构造60的一部分与真空管壳30的第一金属部件31连接。冷却构造60形成有冷却液流动的冷却路径60P。冷却液与第一金属部件31及阳极靶20直接相接。阳极靶20产生的热量直接地传递至冷却液。另外，阴极产生的热量经由陶瓷部件33、第二金属部件52、传热介质50、适配器40及第一金属部件31间接地传递至冷却液。冷却液例如是纯水、水溶液、绝缘油。由于纯水和水溶液与绝缘油比较，热导率较高，因此若使用纯水及水溶液作为冷却水，则能够进一步冷却阳极靶20。此外，水溶液的主要成分是水。

高电压插头70从未图示的外部电源向阴极10提供高电压及加热丝级11的丝级电流。高电压插头70具有盖部71、填充在盖部71的环氧树脂72、位于环氧树脂72与陶瓷部件33之间作为电绝缘材料的硅钢薄板73、高电压缆线74。硅钢薄板73具有开口部73a。

高电压缆线74由环氧树脂72覆盖，与第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13对置。第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B经由硅钢薄板73的开口部73A，与高电压缆线74的第一导体74A、第二导体74B连接。硅钢薄板73紧贴在陶瓷部件33。

在X射线管1动作时，向阴极10连接高电压插头70。即，高电压插头70与在真空管壳30延伸的第一阴极导入端子和第二阴极导入端子连接。高电压插头70通过使用设在适配器40的螺纹孔40A及未图示的螺钉，固定在适配器40。在阳极靶20施加有相对于阴极10为正的电压。此处，阳极靶20接地。另外，高电压插头70的第一导体74A、第二导体74B与第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B连接。第一导体74A、第二导体74B经由第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B向丝级11提供丝级电流，另外，在丝级11和聚焦电极12施加有相对于阳极靶20为负的高电压。据此，在阴极10与阳极靶20之间施加高电压，从丝级11放出的电子与阳极靶20碰撞，产生X射线。产生的X射线从X射线发射窗31W向外部放出。

由于阳极靶20与冷却液相接，由于电子与阳极靶20碰撞而产生的热量经由冷却液向X射线管1的外部放出。

另一方面，阴极10产生的热量经由第一阴极导入端子13A和第二阴极导入端子13B传递至陶瓷部件33。由于第二金属部件32由可伐合金等热导率较低的金属形成，因此传递至陶瓷部件33的热量无法经由第二金属部件32充分传递至第一金属部件31。但是，由于传热介质50具有较高的热导率，因此从阴极10向陶瓷部件33传递的热量会经由第二金属部件32、传热介质50及适配器40，传递至第一金属部件31。传递至第一金属部件31的热量经由冷却液向X射线管1的外部放出。即，阴极10所产生的热量经由陶瓷部件33、第二金属部件32、传热介质50、适配器40、第一金属部件31，经由冷却构造60的冷却液，向X射线管1的外部放出。

如以上说明，本实施例的X射线管，能够利用简单的构造将在阴极产生的热量及在阳极靶产生的热量高效地向外部放出。另外，据此，能够冷却X射线管1与高电压插头70的连接部，能够防止高电压插头70的绝缘部分的变形。所以，根据本实施例，能够确保X射线管1与高电压插头70的高电压连接的稳定，能够得到可靠性较高的X射线管。

另外，上述实施例所涉及的X射线管不将冷却阳极靶20的冷却构造60的冷却路径60P拉长至阴极10，能够将阴极10所产生的热量散热。即，不改变X射线管1的大小，用1个冷却构造60就能将在阴极10产生的热量及在阳极靶20产生的热量高效地向外部放出。

在上述实施例中，传热介质50与第二金属部件32相接而配置。但是，如图4所示，传热介质50也可以与陶瓷部件33相接而配置。在这种情况下，第二金属部件32与陶瓷部件33气密地连接。由于在陶瓷部件33与传热介质50之间不存在第二金属部件32，因此阴极10所产生的热量高效地向第一金属部件31传递，由冷却构造60散热。

在上述实施例中，真空管壳30的第一金属部件31形成为近似圆筒状，与阳极靶20连接。但是，第一金属部件31也可以不形成为圆筒状，能够有各种变形。另外，形成于板部31b的开口也可以不阻塞。在这种情况下，阳极靶20配置在真空侧的第一金属部件31的板部31b上。由于在阳极靶20产生的热量经由第一金属部件31的板部31b传导至冷却液，因此能够得到与上述实施例同样的效果。

另外，上述实施例说明了真空管壳30的第一金属部件31具有1个X射线发射窗31W的X射线管。但是，X射线管也可以具有多个X射线发射窗31W。由于X射线管具有多个X射线发射窗31W，X射线管能够向多个方向发射X射线。

在第一金属部件31与第二金属部件32之间热膨胀系数有较大的差异。在第一金属部件31与第二金属部件32难以连接的情况下，通过减小第二金属部件32的厚度(内径与外径之差)，能够维持第一金属部件31与第二金属部件32的气密性。另外，为了有效使热量传导，优选的是适配器40的圆筒状部的厚度较大。所以，适配器40的厚度比第二金属部件32的厚度大。

在上述实施例中，陶瓷部件33在与管轴TA垂直的一个平面上拓宽而形成为环状。因此，与陶瓷部件不平坦的X射线管相比，能够缩短X射线管1的全长，能够使X射线管1小型化。另外，由于能够缩短热量从阴极10向适配器40的传导通道，X射线管能够高效地放出在阴极10产生的热量。并且，根据上述实施例，由于陶瓷部件33的与真空侧的面相反侧的面形成为平坦，能够使X射线管1小型化。

如以上说明，本发明能够提供一种X射线管，其能够利用简单的构造，将在阴极产生的热量及在阳极靶产生的热量高效地向外部放出。

说明了本发明的若干实施例，但这些实施例只是例子，并非限定发明的范围。这些新颖的实施例能够以其他各种形态实施，在不脱离发明要点的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施例或其变形包含在发明的范围或要点，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等范围。

标号说明

10…阴极

20…阳极靶

TA…管车由

30…真空管壳

31…第一金属部件

31W…X射线发射窗

32…第二金属部件

33…陶瓷部件

40…适配器

50…传热介质

60…冷却构造

Claims (13)

1.一种X射线管，其特征在于，包括：

阴极，该阴极放出电子；

阳极靶，该阳极靶通过入射从所述阴极放出的电子，从而放出X射线；

真空管壳，该真空管壳具有第一金属部件、第二金属部件、环状的电绝缘性的陶瓷部件并容纳所述阴极和所述阳极靶，其中，所述第一金属部件与所述阳极靶连接，在沿着X射线管的管轴的方向延伸，具有X射线发射窗；所述第二金属部件与所述第一金属部件连接，在沿着所述管轴的方向延伸，具有比所述第一金属部件的热膨胀率低的热膨胀率；所述陶瓷部件具有电绝缘性且与所述第二金属部件和所述阴极连接，形成为从所述阴极向与所述管轴垂直的方向突出的环状；

适配器，该适配器与所述第一金属部件相接而配置且包围所述第二金属部件，具有比所述第二金属部件的热导率高的热导率；

传热介质，该传热介质配置在所述陶瓷部件与所述适配器之间；以及

冷却构造，该冷却构造与所述第一金属部件连接并形成有冷却液流动的冷却路径，从所述阳极靶放出的热量直接或者经由第一金属部件间接地传导，另外，从所述阴极放出的热量经由所述陶瓷、所述传热介质、所述适配器及所述第一金属部件间接地传导。

2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述冷却液是纯水。

3.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述冷却液是水溶液，水溶液的主要成分是水。

4.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述阳极靶与所述冷却液相接。

5.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述第一金属部件与所述冷却液相接。

6.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述陶瓷部件及所述传热介质在所述第二金属部件的厚度方向，夹着所述第二金属部件而对置。

7.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述传热介质与所述陶瓷部件相接。

8.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述适配器的厚度比所述第二金属部件的厚度大。

9.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述传热介质是形成为网眼状的金属。

10.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述传热介质是形成为具有弹性的形状的金属。

11.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述陶瓷部件的与真空侧的面相反侧的面是平坦的。

12.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，

所述阳极接地。

13.如权利要求12所述的X射线管，其特征在于，

所述阴极具有丝级、与所述丝级连接的第一阴极导入端子和第二阴极导入端子，所述第一阴极导入端子和所述第二阴极导入端子延伸到所述真空管壳的外侧，向所述阴极提供高电压的高电压插头与延伸到所述真空管壳的外侧的所述第一阴极导入端子和所述第二阴极导入端子连接。

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