CN106663580A - 旋转阳极型x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转阳极型X射线管的旋转阳极(5)包括形成于第一面上的阳极靶(50)、切入至旋转中心轴(11)的周围的多个狭缝(8)、设置于所述第一面的所述阳极靶的内周的环状的槽(52)、以及从所述第一面向所述旋转阳极的第二面延伸的多个开口孔(7)。所述多个开口孔的各开口孔与所述多个狭缝的各狭缝连通，并且连接至所述环状的槽。由此，能实现在产生较大输出的X射线的同时，能减小热应力并且能稳定地旋转的旋转阳极型X射线管。

Description

旋转阳极型X射线管

技术领域

本实施方式涉及旋转阳极型X射线管。

背景技术

旋转阳极型X射线管组装于用于对X射线摄影进行诊断的多数医疗用图像诊断装置中。在旋转阳极型X射线管中，在维持高真空的外壳内，使阳极高速旋转，电子束与该旋转中的阳极靶发生碰撞并从阳极靶释放出X射线。通过使阳极高速旋转，从而由电子束的碰撞产生的热量不会集中在阳极靶的一点上，而分散至阳极靶的整个表面从而防止由于阳极靶表面的过热引起的损伤。由电子束的碰撞所产生的热量通过热传导作用从阳极靶的表面分散至整个阳极，最终传导至X射线管外并释放到空气中。在热传导的过程中，在阳极的各部分产生较大的温度差，从而产生较大的热应力，根据情况不同，可能会产生由于热应力引起的损伤。

近年来，对于医疗用X射线CT装置，要求高速化的断层拍摄，根据该要求而开发的旋转阳极型X射线管要求产生更大输出的X射线的性能。因而，开发的旋转阳极型X射线管中，照射至阳极的电子束的输入有增大的趋势。其结果，伴随由电子束的照射所产生的热量阳极的热应力会增大，从而可能会缩短阳极的寿命。根据上述的背景，希望开发出在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小热应力，能确保规定的寿命的X射线管。

在专利文献1中，公开了具备了减小阳极靶的热应力的结构的旋转阳极型X射线管。在该专利文献1所公开的旋转阳极型X射线管中，多个狭缝沿着靶的半径方向从靶的外周向靶的中心部延伸，在靶的中心部侧，连通狭缝的端部的多个端部孔沿着圆周配置。由此利用设置了狭缝及端部孔的结构能够减小在靶上产生的热应力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8126116号说明书

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1记载了仅设置连通狭缝的端部孔会存在如下问题：在该端部孔会产生周向的较大的应力。而且，专利文献1中，在狭缝从靶的外周向中心部延伸、并且端部孔设置在中心部侧的狭缝的端部上的阳极结构中，通过将与靶材料一体化的应力减小材料配置在端部孔内，从而能够在减小靶的应力的同时，减小端部孔的应力。但是，如专利文献1中说明的那样，配置与靶材料一体化的作为不同材料的应力减小材料会导致制造工序的增加及成本的增加。另外，在两种材料的界面上，由于尺寸公差、制造工序的偏差可能会发生产生裂纹从而剥离等各种问题。

根据上述的背景，本实施方式提供一种在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小热应力，能确保规定的寿命的旋转阳极型X射线管。

解决技术问题的技术方案

根据本实施方式，能提供一种旋转阳极型X射线管，包括：

照射电子束的电子枪；

旋转阳极，该旋转阳极具有旋转中心轴，具有与所述电子枪相对的第一面以及相对于该第一面位于与所述电子枪相反一侧的第二面，并且利用所述电子束的照射来产生X射线的阳极靶沿着圆周形成在第一面，环状的槽位于所述旋转中心轴的周围，形成为相对于所述旋转中心轴呈旋转对称，并且设置在所述阳极靶的内周侧的所述第一面，

多个狭缝以配置在所述旋转中心轴的周围的方式切入成从所述第一面到达所述第二面，并且延伸至所述环状的槽内，

开口孔分别连通至多个所述狭缝，配置成在所述环状的槽内开口，并且延伸成从所述环状的槽内到达所述第二面；

支承部，该支承部可旋转地安装所述旋转阳极；以及

将所述旋转阳极可旋转地轴支承于所述支承部的轴承。

附图说明

图1是简要示出具备实施方式所涉及的旋转阳极型X射线管的X射线管装置的剖视图。

图2是在图1中将电子枪侧作为正面，简要示出实施方式1所涉及的X射线管的阳极结构的正视图。

图3是简要示出沿着图2所示的A-A线的阳极的一部分截面的剖视图。

图4是简要地示出阳极的一部分的局部剖视图，该阳极的一部分用于示意性地说明在电子束的照射中，设置在图2所示的阳极上的端部孔及狭缝所产生的热变形及端部孔的热应力减小的结构。

图5是简要地示出比较例所涉及的阳极中的阳极的一部分的局部剖视图，该阳极的一部分用于示意性地说明设置在阳极上的端部孔及狭缝所产生的热变形及端部孔的热应力减小的结构。

图6是用等高线示出施加于图4及图5所示的阳极所设置的狭缝的侧面上的热变形的情况的局部剖视图，是用于说明能通过设置圆环状槽来减小在端部孔的开口侧的热变形的结构的局部剖视图。

图7是在图1中将电子枪侧作为正面，简要示出实施方式2所涉及的X射线管的阳极结构的正视图。

图8是在图1中将电子枪侧作为正面，简要示出实施方式3所涉及的X射线管的阳极结构的正视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式所涉及的旋转阳极型X射线管进行详细说明。

图1示出了组装了本实施方式所涉及的旋转阳极型X射线管的X射线管装置。

该X射线管装置具备旋转阳极型X射线管1及作为产生磁场的线圈的定子线圈2等。旋转阳极型X射线管1包括具备了阳极靶50的旋转阳极5；具备了灯丝61的阴极60；以及外壳(真空外壳)70，该外壳70中阴极60与该旋转阳极5的阳极靶50相对配置，并且该外壳70的内部维持真空。灯丝电流被提供至灯丝61。因而，在阳极靶50及阴极60之间，施加高电压，从而从阴极60的灯丝61释放出电子。被释放的电子作为电子束通过聚焦电极(未图示)向阳极靶50集中，并向阳极靶50撞击。通过电子束向阳极靶50的撞击，从阳极靶50产生X射线，经由X射线窗口(未图示)X射线到达外部。

此处，该阴极60、灯丝61及聚焦电极构成将作为阴极结构体的电子束射出的电子枪6。旋转阳极5具有圆盘形状，由重金属等材料例如钼合金来形成。另外，阳极靶50形成为在旋转阳极5的表面呈圆环状、并且熔点比旋转阳极5的材料更高的重金属例如钨合金的层(X射线辐射层)。

在该旋转阳极型X射线管1中，旋转阳极5固定于旋转体20上，并且安装成能在固定轴10上旋转。该固定轴10的两端气密地结合并固定于外壳70。在旋转体20上，固定与定子线圈2同轴地配置的电动机转子4，电动机转子4排斥从定子线圈2施加至电动机转子4的磁场从而电动机转子4旋转。图1所示的旋转阳极型X射线管1虽然是固定轴10在两侧被固定的两侧固定结构，但是在本实施方式中，并不限于两侧固定结构，也可以是仅固定支承固定轴10的一端的悬臂结构。

旋转体20和固定轴10以相对面相对，并在两者之间设置有微小间隙。在旋转体20及固定轴10的相对面的至少一个相对面上，形成有微小图案例如人字纹图案。而且，作为润滑剂的液体金属LM于微小间隙及微小图案，构成对径向(即半径方向)进行轴支承的滑动轴承(径向轴承)。在旋转体20旋转时，通过微小图案的作用旋转体20及固定轴10之间的液体金属LM的动压提高，旋转体20在固定轴10上，由该径向轴承轴支承并旋转。液体金属LM能够用GaIn(镓/铟)合金或者GaInSn(镓/铟/锡)合金等材料。

另外，在固定轴10设置有与固定轴10相比直径较大的盘状大径部12，在旋转体20也设置有收纳该盘状大径部12的环状扩展部22。而且，盘状大径部12和环状扩展部22以相对面相对，并在两者之间设置有微小间隙(间隙)。在盘状大径部12及环状扩展部22的相对面的至少一个相对面上，微小图案形成例如人字纹图案，液体金属LM填充于微小间隙及微小图案，构成在推力方向即对轴方向进行轴支承的滑动轴承(推力轴承)。在旋转体20旋转时，通过微小图案的作用盘状大径部12及环状扩展部22的相对面之间的液体金属LM的动压提高，旋转体20也在推力方向(即轴方向)上被固定轴10的盘状大径部12轴支承并进行旋转。

旋转体20和固定轴10之间的液体金属LM由设置在旋转体20的两端和固定轴10之间的密封部(未图示)密封。密封部构成为能抑制液体金属LM的泄漏，构成为起到例如迷宫式密封圈(labyrinth seal ring)的作用，并保持旋转体20的旋转。另外，液体金属LM可循环以及可补充地在旋转体20及固定轴10的至少一个内进行循环。因而，旋转体20利用液体金属LM的作用在固定轴10的周围稳地进行旋转。

在该旋转阳极型X射线管1中，如上所述，电子束从电子枪6向旋转中的阳极靶50照射，并在电子束的照射面产生X射线。电子束的能量中，用于产生X射线的能量为百分之几，百分之90以上的能量转换成热量。因而，阳极靶50由于该热负荷上升到高温。因而，如下所述，在旋转阳极5的内部产生热应力。

图2示出从电子枪侧观察实施方式1所涉及的X射线管的旋转阳极5的正面示意图(将电子枪侧作为正面)。此外，图3示出沿着图2所示的A-A线的旋转阳极5的部分截面。

该旋转阳极5形成为其正面的外表面相对于与旋转中心轴11正交的虚拟的基准正交面(未图示)倾斜。此处，集中照射于阳极靶50的电子束投影为沿着旋转阳极5的半径方向具有微小宽度的带状，由于旋转阳极5旋转，因此照射于比图2中用斜线表示的阳极靶50的区域宽度更小的圆环状的区域。因而，阳极靶50设为圆环(除了下述的狭缝8的区域以外的部分圆环)状的层，该圆环状的层具有比上述圆环状的照射区域更大的宽度并且包含该照射区域，且以相对于旋转中心轴11呈旋转对称的方式形成于旋转阳极5的正面的外表面上。

在该旋转阳极5上，如图2所示，形成4个狭缝8，该4个狭缝8配置成相对于旋转中心轴11呈旋转对称。各狭缝8形成从旋转阳极5的正面到达背面那样的切口。另外，各狭缝8形成为从旋转阳极5的外周向内周(图示的固定轴10侧)延伸，并且横切阳极靶50。在旋转阳极5的正面的外表面上，形成被阳极靶50包围的圆环状槽(环状槽)52。即，圆环状槽52被配置在圆环状的阳极靶50的内周侧，相对于阳极靶50呈同心圆状。圆环状槽52形成为相对于旋转中心轴11呈旋转对称。各狭缝8延伸至该圆环状槽52内，在该延伸的狭缝8的端部形成从旋转阳极5的正面到达背面的端部孔7。端部孔7在圆环状槽52内开口。端部孔7形成为相对于旋转中心轴11呈旋转对称。各狭缝8相对于狭缝基准面(未图示)倾斜地形成，该狭缝基准面包含旋转中心轴11并且通过各狭缝8所占的旋转中心轴11周围的圆周角范围的中央。此处，狭缝基准面与基准正交面正交。此外，除了各狭缝8以外，端部孔7也可以形成为端部孔7的中心轴相对于上述狭缝基准面倾斜。各狭缝8及连通到该狭缝8的端部孔7也可以不是直线地延伸，而是延伸成圆弧。因而，即使电子束从旋转阳极5的正面侧进入狭缝8，也不会通过狭缝8并从旋转阳极5的背面侧飞出至旋转阳极5外，而是撞击在狭缝8的壁面上。因而，能防止在阳极靶以外的位置产生X射线与热量。并且，如上所述，除了阳极靶50以外，延伸到圆环状槽52内的狭缝8、圆环状槽52、在圆环状槽52内开口的端部孔7形成为相对于旋转中心轴11呈旋转对称，从而能提高旋转阳极5的旋转平衡。其结果，即使设置上述的狭缝8、圆环状槽52和端部孔7，旋转阳极5也能稳定地旋转。

如图4所示，若电子束撞击在旋转阳极5的阳极靶50上，则图2所示的旋转阳极5由于电子束的热量发生膨胀，狭缝8以箭头D1所示的方式变形。更详细地说，在旋转阳极5的正面上开口的狭缝8的开口由于热膨胀以箭头D1所示的方式变窄，狭缝8自身也整体缩小。将箭头D1所示的狭缝8的开口的变形称为开口侧变形。连通至狭缝8的端部孔7也由于阳极靶50的膨胀而收缩，伴随狭缝8的缩小，如箭头D2所示，所连通的端部孔7的开口侧73也缩小。将箭头D2所示的端部孔7的开口侧73的变形称为连通侧变形。伴随该端部孔7的连通侧变形的应力特别集中在与开口侧73相反侧的端部孔7的基部75上。

在作为比较例的图5所示的旋转阳极5中，没有设置圆环状槽52，端部孔7没有在圆环状槽52内开口，而是在与阳极靶50的面连续的旋转阳极5的正面上直接地开口。伴随狭缝8缩小产生的用箭头D1所示的开口侧变形所引起的应力集中在端部孔7的基部75上。集中在该基部75上的应力与伴随狭缝8的缩小而产生的用箭头D1表示的开口侧变形的变形量相关，比较大的应力SD1施加于基部75。伴随X射线管的驱动，旋转阳极5被反复加热冷却从而反复膨胀收缩，因此在基部75上反复施加伴随开口侧变形的较大的应力SD1，随着时间的推移端部孔7的基部75会损坏。但是，如图4所示，在设置有圆环状槽52并且端部孔7在圆环状槽52内开口的旋转阳极5中，与在旋转阳极5的正面开口的狭缝8的开口的箭头D1所示的开口侧变形相比，用箭头D2表示的在圆环状槽52内开口的端部孔7的连通侧变形被限制得更小。其结果，虽然在端部孔7的基部75上，反复施加应力SD2，但是该应力与比较例所涉及的应力SD1相比要小，因此能够防止随着时间的推移端部孔7的基部75发生损坏的情况。

图6用等高线示出在旋转阳极5的狭缝8的侧面所产生的狭缝8缩小的方向的热变形。如图6所示，若电子束照射在阳极靶50上，则旋转阳极5被加热。由于阳极靶50为发热源，因此在该阳极靶50周围的旋转阳极5的区域中，热变形为最大，如箭头K所示，随着远离阳极靶50，以变形等高线所示的热变形逐渐变小。在不设置圆环状槽52、并且端部孔7不在圆环状槽52内开口的比较例的结构中，端部孔7与阳极靶50比较接近，因此可知用符号D1所示的位置的所述开口侧变形比较大。因此，比较大的应力被施加在基部75。相对于该比较例，在设置图2及图3所示的圆环状槽5、并且端部孔7在圆环状槽52内开口的旋转阳极5中，端部孔7离阳极靶50比较远，因此可知用符号D2所示的位置的所述连通侧变形比较小。因此，基部75的应力也比较小。因而，与比较例相比更小的应力施加于端部孔7，从而能够防止端部孔7的基部75发生损环的情况。根据上述的实施方式，能够提供一种在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小旋转阳极5的热应力，能确保规定的寿命并且能稳定地旋转的旋转阳极型X射线管。

图7示出相当于图2所示的阳极结构的变形例的实施方式2所涉及的阳极。在图2所示的旋转阳极5中，虽然偶数个的狭缝8即4个狭缝8设置成相对于旋转中心轴11呈旋转对称，但是也可以是如图7所示那样，奇数个的狭缝8即5个狭缝8设置成旋转对称。如图7所示那样，若狭缝8的个数为1个以上，则可以是偶数个或者奇数个，若在圆环状槽52内开口的端部孔7与狭缝8连通，则能够减小施加在端部孔7上的应力，从而能够防止端部孔7的基部75发生损坏的情况。因而，与实施方式1相同，能够提供一种在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小旋转阳极5的热应力，能确保规定的寿命并且能稳定地旋转的旋转阳极型X射线管。

图8示出相当于图2所示的阳极结构的变形例的实施方式3所涉及的阳极。在图2所示的旋转阳极5中，圆环状槽52在旋转中心轴11的周围连续地形成，在图8所示的实施方式3所涉及的旋转阳极5中，不形成连续的圆环状槽52，圆环状槽52配置成相对于旋转中心轴11呈旋转对称，并且分离成分别与4个狭缝8对应的4个圆弧状槽段54。在该圆弧状槽段54内开口有与各个狭缝8连通的端部孔7。如实施方式3所涉及的阳极那样，即使各自分离成与各狭缝8对应的多个圆弧状槽段54，若狭缝8连通至在圆弧状槽段54内开口的端部孔7，则能够减小施加在端部孔7的应力，从而能够防止端部孔7的基部75发生损坏的情况。因而，与实施方式1相同，能够提供一种在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小旋转阳极5的热应力，能确保规定的寿命并且能稳定地旋转的旋转阳极型X射线管。

根据上述的各种实施方式，能够提供一种在具有产生较大输出的X射线的性能的同时，能减小热应力，能确保规定的寿命并且能稳定地旋转的旋转阳极型X射线管。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为示例而呈现，而并非要对发明范围进行限定。这些新的实施方式可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形均包含在发明范围和要旨中，并且也包含在权利要求书的范围所记载的发明及其等同范围内。

标号说明

1…旋转阳极型X射线管，

2…定子线圈，

4…电动机转子，

5…旋转阳极，

6…电子枪，

7…端部孔，

8…狭缝，

10…固定轴，

11…旋转中心轴，

12…盘状大径部，

20…旋转体，

22…环状扩展部，

50…阳极靶，

52…圆环状槽，

54…圆弧状槽段，

60…阴极，

61…灯丝，

70…外壳，

73…开口侧，

75…基部，

LM…液体金属。

Claims (7)

1.一种旋转阳极型X射线管，其特征在于，包括：照射电子束的电子枪；

旋转阳极，该旋转阳极具有旋转中心轴，具有与所述电子枪相对的第一面以及相对于该第一面位于与所述电子枪相反一侧的第二面，并且利用所述电子束的照射来产生X射线的阳极靶沿着圆周形成在第一面，

环状的槽位于所述旋转中心轴的周围，形成为相对于所述旋转中心轴呈旋转对称，并且设置在所述阳极靶的内周侧的所述第一面，

多个狭缝以配置在所述旋转中心轴的周围的方式切入成从所述第一面到达所述第二面，并且延伸至所述环状的槽内，

开口孔分别连通至多个所述狭缝，配置成在所述环状的槽内开口，并且延伸成从所述环状的槽内到达所述第二面；

支承部，该支承部可旋转地安装所述旋转阳极；以及

将所述旋转阳极可旋转地轴支承于所述支承部的轴承。

2.一种旋转阳极型X射线管，其特征在于，包括：照射电子束的电子枪；

旋转阳极，该旋转阳极具有旋转中心轴，具有与所述电子枪相对的第一面以及相对于该第一面位于与所述电子枪相反一侧的第二面，并且利用所述电子束的照射来产生X射线的阳极靶沿着圆周形成在第一面，

多个圆弧状的槽位于所述旋转中心轴的周围的圆周上，并且设置于所述阳极靶的内周侧的所述第一面的区域中，

多个狭缝以配置成相对于所述旋转中心轴呈旋转对称的方式切入成从所述第一面到达所述第二面，并且分别与多个所述圆弧状的槽对应地延伸至所述圆弧状的槽内，

开口孔分别连通至多个所述狭缝，配置成分别在所述圆弧状的槽内开口，并且延伸成从所述圆弧状的槽内到达所述第二面；

支承部，该支承部可旋转地安装所述旋转阳极；以及

将所述旋转阳极可旋转地轴支承于所述支承部的轴承。

3.如权利要求1或2所述的旋转阳极型X射线管，其特征在于，所述狭缝相对于狭缝基准面倾斜地形成，该狭缝基准面包含所述旋转中心轴并且通过所述狭缝所占的所述旋转中心轴周围的圆周角范围的中央。

4.如权利要求1所述的旋转阳极型X射线管，其特征在于，多个所述狭缝配置成相对于所述旋转中心轴呈旋转对称。

5.如权利要求2所述的旋转阳极型X射线管，其特征在于，多个所述圆弧状的槽配置成相对于所述旋转中心轴呈旋转对称。

6.如权利要求1或2所述的旋转阳极型X射线管，其特征在于，所述开口孔配置成相对于所述旋转中心轴呈旋转对称。

7.如权利要求4至6中任意一项所述的旋转阳极型X射线管，其特征在于，所述狭缝相对于狭缝基准面倾斜地形成，该狭缝基准面包含所述旋转中心轴并且通过所述狭缝所占的所述旋转中心轴周围的圆周角范围的中央。