CN1868024A

CN1868024A - X射线装置

Info

Publication number: CN1868024A
Application number: CNA2004800304410A
Authority: CN
Inventors: 阿武秀郎; 北出康一; 北见隆幸; 中牟田浩典; 佐藤学
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-11-22
Also published as: WO2005038851A1; EP1701375A4; JP4836577B2; US20060188069A1; US7203280B2; EP1701375A1; JPWO2005038851A1; EP1701375B1

Abstract

本发明涉及X射线装置(1)，包括：电子辐射源(17)，它生成作用于阳极靶的电子；轴承(13)，它旋转地支承转子；定子(19)，它生成转动旋转轴(15)的驱动力；封装件(9)，它至少将阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度；以及外壳(3)，它包含封装件周围的冷却介质。本发明的X射线装置的特点在于，向电子辐射源和定子、或用于连接电线材料的接头提供电能的电线材料用具有电气绝缘性的材料模制。

Description

X射线装置

技术领域

本发明涉及X射线装置，尤其涉及应用于X射线装置的旋转阳极X射线管。

背景技术

使用旋转阳极X射线管的X射线装置由以下部件构成：包含在真空封装件中的旋转支承阳极靶的旋转阳极X射线管主体，将驱动磁场从X射线管主体外部提供到与阳极靶相连的转子的定子线圈，以及包含X射线管主体和定子线圈的外壳。

外壳和旋转阳极X射线管主体之间的空间装填有冷却介质以便辐射阳极靶生成的热量，该冷却介质诸如绝缘油和包含水作为主要组分的非油/脂冷却液。即，将来自阳极靶的热量辐射给冷却介质，而冷却介质通过对流进行冷却并排出热量。结果，可以冷却诸如阳极靶之类的发热元件。此时，定子线圈产生的热量也排出，结果定子线圈得以冷却。通过使用该类内装冷却介质的冷却方法常用于具有足够热容量的、相对较小的X射线管。(例如，参见日本专利申请公开No.58-164171。)

已给出了在非油/脂肪冷却液中使用具有高热导性的防冻液作为定子线圈和旋转阳极X射线管的冷却介质的一个示例。(例如，参见PCT国家公开No.2001-502473。)

然而，当将基于油/脂肪的冷却液用作为冷却介质时，广泛用作定子线圈的绝缘涂层材料的浸渍漆膜会被冲洗到冷却介质中，并且定子和绝缘油本身的绝缘也会降低，而X射线装置的寿命也会降低。

此外，当将非油/脂肪冷却液用作为冷却介质时，就会产生另一个问题。因为非油/脂肪冷却液的导电率比基于油/脂肪的冷却液高，所以必须确保定子线圈的绝缘。

发明内容

本发明的一个目的旨在使通过使用冷却介质来冷却旋转阳极X射线管的X射线装置的特性保持长期稳定。

本发明提供了一种X射线装置，它包括：生成X射线的阳极靶；生成作用于阳极靶的电子的电子辐射源；与阳极靶相连接的转子；生成转动转子的驱动力的定子线圈；至少将阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度的封装件；被配置为包含封装件周围的冷却介质的外壳；以及向电子辐射源和定子线圈提供电源的电线材料，其中在指定位置上提供模制材料以防止冷却介质接触电线材料。

本发明还提供了一种X射线装置，它包括：旋转阳极靶；生成作用于旋转阳极靶的电子的电子辐射源；与阳极靶相连接的转子；生成转动转子的驱动力的定子线圈；至少将旋转阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度的封装件；被配置为包含封装件周围的冷却介质的外壳；向电子辐射源和定子线圈、或者用于连接电线材料的接头提供电源的电线材料；以及防止冷却介质接触电线材料、接头、或定子线圈的任何区域的模制材料。

此外，本发明提供了一种X射线装置，它包括：旋转阳极靶；生成作用于旋转阳极靶的电子的电子辐射源；与阳极靶相连接的转子；生成转动转子的驱动力的定子线圈；至少将旋转阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度的封装件；被配置为包含封装件周围的冷却介质的外壳；以及向电子辐射源和定子线圈、或者用于连接电线材料的接头提供电力的电线材料，其中电线材料和接头或定子线圈的任何区域都通过具有电气绝缘性的材料来模制。

附图说明

图1是说明可应用本发明实施例的X射线装置的一示例的示意图；

图2是说明可应用本发明实施例的X射线装置的另一示例的示意图；

图3是说明可应用本发明实施例的X射线装置的又一示例的示意图；

图4是说明可应用于图1到图3所示的X射线装置的冷却系统示例(仅使用非油/脂肪冷却介质)的示意图；以及

图5是说明图4所示的X射线装置的示意图，它处于部分外壳被除去的状态用以说明内部结构。

具体实施方式

以下，将参考附图详细说明本发明的一个实施例。

如图1所示，例如，X射线装置1结合入X射线图像诊断装置或非破坏性检查装置，并辐射要施加到一物体或检查物体的X射线，该X射线装置1具有外壳3以及能以指定强度辐射X射线到指定方向的X射线管主体5。

X射线管主体5放置于外壳3中的指定位置通过非油/脂冷却液7，它包括水作为主要组分并具有被控制为低于指定值的导电率。众所周知的绝缘油7可用作为冷却液7。

X射线管主体5具有保持内部真空的封装体9、设置于外壳9中指定位置上的阴极电子枪(热离子)17、在来自电子枪17的电子撞击时辐射指定波长的X射线的旋转阳极(阳极靶)11、与阳极靶11相连的转子15(也称为包括转子15和靶11的旋转单元13)、提供使转子15旋转的驱动力或磁场的定子线圈19、以及捕捉内部产生的气体(氢气)以便于使封装件9保持指定真空度的收气器31。在封装件9的指定位置处形成了例如由铍制成的窗口9a，用来将从旋转阳极11辐射的X射线发射到外面。

在X射线管主体5中，用于向阴极电子枪17、定子线圈19和收气器31提供电力的电线或电线材料17I、19I和31I用作形成于各电线材料中的端子(也指接头或触点)与形成于外壳3中的相应端子之间的电连接。各电线材料可不使用端子而延伸到外壳3外部。

要连接到相应端子的电线材料17I、19I或31I的一部分、即显露导线的电线材料的一部分或显露基本材料的各电线材料的端子的一部分用树脂模制(涂层)(下文中称为模制部件，并通过向标号添加100和m来表示)。作为用于每个模制部件的树脂材料，诸如环氧树脂和氟化树脂之类的耐高热和耐化学的材料是较佳的。

每个模制部件117m、119m或131m形成在接近于至少外壳3和封装件9的孔处或形成在未示出接头周围，以防止冷却液渗透到封装件9中。即，与冷却液7接触的电线材料的所有区域都可模制。

尤其是，当用于定子线圈19的电线材料浸渍漆膜例如可能渗透有冷却液7时，可将模制材料用于定子线圈19周围的所有区域(可将定子线圈19可用模制材料完全敷涂)。模制定子线圈19可降低当电流在定子线圈19中流过时所产生的噪音(电磁噪音)。

作为定子线圈模制材料，较佳的是将上述树脂用具有比树脂更高电气绝缘和导热性的材料粉末，例如矾土(氧化铝)、氮化铝和氮化硼来分散。

通过用如上所述的具有高电气绝缘的模制材料来敷涂浸于冷却液中或接头附近的电线材料(供电线)，可用作冷却液的介质材料的自由度就可增大。在该情形中，诸如乙烯乙二醇和丙烯乙二醇之类的乙二醇、以及水和乙二醇的混合物可用作冷却介质。

图2和3是说明包括图1所示的旋转阳极X射线管的X射线装置的另一实施例的示意图。与图1所说明的那些元件相同的元件用相同的标号给出，并将略去其详细说明。

如图2所示，X射线管主体5放置于外壳3中的指定位置通过非油/脂冷却液7，该冷却液包括作为主要组分的水并具有被控制为低于指定值的导电率。众所周知的绝缘油7可用作为冷却液7。

填充在外壳3中的冷却液7由形成在外壳3外部的指定位置上的冷却单元21冷却，并通过形成在外壳的指定位置上的第一和第二接头C01和C02强行冷却冷却液7。同时，冷却液7通过泵21a以指定流速在外壳3和冷却单元21之间流动，该泵21a与冷却单元21结合并设置于冷却液7的流动路径中的任何位置。泵21a最好是齿轮泵。

因此，电子线圈19或封装件9中产生的、特别是在阳极靶11附近的热量，通过冷却液7排到冷却单元21。即使结合了具有大X射线输出的X射线管，X射线管也可有效冷却。这就可提供具有稳定特性和长期保持稳定特性能力的X射线装置。

如图3所示，通过冷却单元21和泵21a循环的冷却液7也可通过例如冷却液流动路径C11或C12，在具有最高加热值的阳极靶11、电子枪17、反冲电子捕捉阱(屏蔽结构)23、以及在电子枪17周围提供的转子15中循环。

此时，在封装件9中循环的冷却液以及在封装件9和外壳3之间循环的冷却液可以是相同的冷却液。

图4示出冷却系统的一个示例，它有效地冷却图3所示X射线装置的X射线管主体中阳极靶、以及由阳极靶和转子组成的旋转单元的轴。

如图4所示，从冷却单元21的泵21a注入的冷却液7通过热交换器21b冷却，并通过导管P101经由外壳3的连接点T4和连接点T1导向阳极靶11的旋转单元13的固定轴13a的导管13h。冷却介质流动路径形成在接近于至少X射线管主体5的一部分处，并由包括导管P101的第一冷却路径C101、第二冷却路径C102、以及第三冷却路径C103组成。

第二冷却路径C102将冷却介质7导向电子枪17和反冲电子捕捉阱23附近，并将冷却介质7从反冲电子捕捉阱23导向形成在与阳极靶后侧相对的位置上的圆形空间27。冷却介质7从圆形空间27的输出端C132喷出，并通过外壳3的内部空间3b返回到冷却部分21。

更具体地说，在图4所示的X射线装置中，给冷却介质提供的流动路径从冷却单元21的散热器21b通过导管P101(输入口C111，第一冷却路径C101)直接连到转子15的固定轴13a的导管13h。

导向导管13h的冷却介质通过固定轴13中的通孔、或形成在圆柱形固定轴13a中的轴13a和导管13h之间的空间从入口端C111和附近所形成的出口端C112的外围导向导管P102。冷却介质还导向在阴极17附近或在反冲电子捕捉阱23和阴极靶11附近所形成的第二冷却路径C102。即，在固定轴13a中循环的冷却介质从入口端C121导向反冲电子捕捉阱23的附近，并被喷射到出口端C122。

在反冲电子捕捉阱23中循环的冷却介质通过导管P103被导向限定为圆形空间27的第三冷却路径C103的入口端C131，该圆形空间27形成在真空封装件9的外部并接近于定子线圈19的壁面25，其形式为围绕封装件9并横跨旋转单元13的、未示出的旋转轴。

圆形空间27与形成在入口端C131 180°的位置上的出口端C132相连，入口端C131支承其间的中央部分。

冷却介质从入口端C131导入圆形空间27，并从出口端C132排到外壳3的内部空间。因此，外壳3的内部空间3b充满冷却介质。被导入内部空间3b的冷却介质通过导管P104从连接点T2返回到冷却单元21。

换言之，在图4所示的冷却机制中，导管P101、P102和P103分别连接冷却单元21的散热器(热交换器)21b和入口端C111(第一冷却路径C101)之间的空间、出口端C112(第一冷却路径C101)和入口端C121(第二冷却路径C102)之间的空间、以及出口端C122(第二冷却路径C102)和入口端C131(第三冷却路径C103)之间的空间。导管P101和P103部分暴露于外壳之外，但也可以设置于外壳内。(导管的)位置不限于图中所示的示例。当然，任何导管或进口和出口端都通过软管连接，且至少一端是可拆卸的。

根据图4所示的冷却路径，从热交换器21b馈送的冷却介质首先冷却旋转体13b和固定轴13a，它们用作产生高热值的旋转单元13的轴承单元。这当然可防止动压滑动轴承的烧损。收气器31和定子线圈19周围的区域也当然得到冷却。

将定子19与x射线管主体5一起浸入外壳3的冷却介质中，而该外壳3较佳地用具有高电绝缘性、防水性和导热性的树脂材料31模制。

作为可用于模制的树脂材料，有环氧树脂、焦油环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、氟化树脂、二氧化硅树脂和聚亚安酯树脂。也可使用包括这些树脂之一作为主要成分的混合树脂。

如上所述，可将氧化铝、氮化铝和氮化硼的粉末分散在树脂中以便于增加模制材料的导热率。

这可使定子19不与水基冷却介质接触而防止定子19周围的电绝缘的损坏。

在图4所示的X射线装置中，只有一类水基冷却介质可用作冷却介质。这可降低成本并便于维护。水基冷却介质具有与绝缘油相比更高的导热速度，并可有效地辐射整个装置的热量。

此外，水基冷却介质具有与绝缘油(非油/脂肪冷却介质)相比较低的黏度系数。这可降低泵的负载。因此，循环冷却介质的流速得以稳定。此外，冷却介质的冷却能力可通过该冷却介质而得以提高。这就可减少损坏(烧坏)认为具有相对较大负载的动态流体轴承的可能性。

图5示出图4中所示X射线装置的状态，其中去除了外壳的一部分用于声明内部结构。

如图5所示，形成在定子线圈19周围的指定位置上的模制材料119m也用作固定块19s来将定子线圈19(X射线主体5)固定在外壳3上。当然，固定块19s可与用于模制电线材料19I的部件分开。

在提供用于模制供选的电线材料的模制材料的步骤中，在将X射线管主体5的封装件9固定于外壳3上时所使用的固定块9s可与封装件9一体形成在封装件9的指定位置上(图5示出已形成该模制的状态)。

如上所述，在模制用于定子线圈19和收气器31的电线材料时，也可将用于模制的模制材料置于封装件9的指定位置上、或在与模制电线材料必不可少的区域中不相同的区域，并可将该(模制)部件用作用于将外壳3固定于封装件9和定子线圈19上的定位部件(固定块)。

通过将用于把外壳固定于封装件和定子线圈的定位部件(固定块)与模制材料形成为一个整体，可减少建成X射线装置的工时数，且可将X射线管主体(封装件)精确地设置(建立)在外壳中。此外，通过用模制方法形成的封装件和定子线圈的固定块，作用于X射线管主体上的外力的影响可在外壳内吸收，且减少运输期间的损坏。

本发明并不限于上述实施例，因为它们以及它们的组成元件可有不同的修改/体现，而不背离本发明的本质。可以通过适当组合实施例中所揭示的多个组成元件来实现本发明的各种实施例。例如，可以将一些组成元件从本发明实施例的所有组成元件中去除。

如前所述，根据本发明，加热元件产生的热量可通过使用油-脂肪基冷却液来有效地排出(冷却)而不降低冷却液的绝缘性，即使在内部使用的电线材料包括浸渍漆膜时也如此。因此，从X射线管辐射的X射线的特性可长期保持稳定。

根据本发明，就可降低由电流流过定子线圈产生的噪音(电磁噪音)。

此外，根据本发明，还可使用具有较高冷却效率的冷却介质而无需考虑冷却液的绝缘(传导性)，且可提高冷却效率。

工业应用性

根据本发明，可长时间地确保使用冷却介质冷却旋转阳极X射线管的X射线装置中的稳定特性。因此，增加了结合有该X射线装置的X射线图像诊断装置和非破坏性检查装置的寿命。此外，由于X射线装置本身的寿命增加了，因此也降低了X射线图像诊断装置和非破坏性检查装置的运行成本。

Claims

1.一种X射线装置，其特征在于，包括：

阳极靶，它生成X射线；

电子辐射源，它生成作用于阳极靶的电子；

转子，它与阳极靶相连接；

定子线圈，它生成转动转子的驱动力；

封装件，它至少将阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度；

外壳，它被配置为包含封装件周围的冷却介质；以及

电线材料，它向电子辐射源和定子线圈提供电源，

其中在指定位置上提供模制材料以防止冷却介质接触电线材料。

2.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，模制材料包括具有电气绝缘性的树脂。

3.如权利要求2所述的X射线装置，其特征在于，模制材料包括增加导热率的电气绝缘材料。

4.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质包括绝缘油。

5.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质包含作为主要组分的水。

6.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质包括乙二醇。

7.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质包括包含水作为主要组分的乙二醇的混合物。

8.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质由冷却单元冷却和循环。

9.如权利要求8所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质在至少阳极靶和电子辐射源的附近循环。

10.一种X射线装置，其特征在于，包括：

旋转阳极靶；

电子辐射源，它生成作用于旋转阳极靶的电子；

转子，它与阳极靶相连；

定子线圈，它生成转动转子的驱动力；

封装件，至少将旋转阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度；

外壳，它被配置为包含封装件周围的冷却介质；

电线材料，它向电子辐射源和定子线圈、或者用于连接电线材料的接头提供电源；以及

模制材料，它防止冷却介质接触电线材料、接头、或定子线圈的任何区域。

11.如权利要求10所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质由冷却单元冷却和循环。

12.如权利要求9所述的X射线装置，其特征在于，冷却介质在至少阳极靶和电子辐射源的附近循环。

13.一种X射线装置，其特征在于，包括：

旋转阳极靶；电子辐射源，它生成作用于旋转阳极靶的电子；转子，它与阳极靶相连；定子线圈，它生成转动转子的驱动力；封装件，至少将旋转阳极靶、电子辐射源和转子保持于指定真空度；外壳，它被配置为包含封装件周围的冷却介质；以及电线材料，向电子辐射源和定子线圈、或者用于连接电线材料的接头提供电源，

其中电线材料和接头或定子线圈的任何区域都通过具有电气绝缘性的材料来模制。