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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Röntgengenerator, bei dem ein Kühlmittel, wie zum Beispiel Wasser, im Inneren einer rotierenden Anode zum Umlauf gebracht wird, um die rotierende Anode zu kühlen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Röntgengenerator, bei dem ein Separator im Inneren der rotierenden Anode angeordnet ist, wodurch ein Kühlmittelzulaufpfad und ein Kühlmittelausströmpfad im Inneren der rotierenden Anode gebildet werden.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Ein herkömmlicher Röntgengenerator ist in
JP-A 2006-179240 offenbart (Patentzitierung 1). In diesem herkömmlichen Röntgengenerator sind ein Partitionsrohr als ein innerer Zylinder und eine Drehwelle als ein äußerer Zylinder koaxial angeordnet. Das Partitionsrohr und die Drehwelle sind beides hohle Zylinder. Ein Separator ist an dem distalen Ende des Partitionsrohres angebracht. Ein Ziel ist an dem distalen Ende der Drehwelle angebracht. Der Separator ist in dem Ziel aufgenommen.
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Wenn Elektronen auf das Ziel auftreffen, so werden Röntgenstrahlen von dem Abschnitt des Ziels ausgesendet, auf den die Elektronen auftrafen. Das Ziel wird durch den Aufprall der Elektronen auf eine hohe Temperatur erwärmt. Um zu verhindern, dass das Ziel eine hohe Temperatur erreicht, die so hoch wie eine zulässige Obergrenze oder höher ist, wird ein Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, in einen Kühlmittelzulaufpfad eingeleitet, der durch den Separator im Inneren einer rotierenden Anode gebildet wird. Das zugeführte Wasser kühlt das Ziel von der Rückseite des Ziels her. Das Wasser wird nach der Kühlung durch einen Kühlmittelausströmpfad zurückgewonnen.
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In dem oben beschriebenen herkömmlichen Röntgengenerator dreht sich das Ziel mit hoher Geschwindigkeit. Das Ziel dreht sich zum Beispiel mit einer hohen Geschwindigkeit von 9000 U/min. Dagegen ist der Separator, des Inneren des Ziels angeordnet ist, unbeweglich an seiner Position befestigt, so dass er sich nicht dreht. Des Weiteren ist ein schmaler Abstand von zum Beispiel 1,5 mm zwischen dem Separator und dem Abschnitt des Ziels, auf den die Elektronen auftreffen, eingestellt. Wenn das Kühlmittel durch diesen schmalen Abstand strömt, so besteht ein extrem großer Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Kühlmittel in Kontakt mit einer Innenfläche des Ziels und dem Kühlmittel in Kontakt mit einer Außenfläche des Separators. Das Wasser wird dadurch effektiv bewegt, und infolge dessen kann das Ziel effizient von innen her gekühlt werden.
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Jedoch kommt es bei dem in Patentzitierung 1 offenbarten Röntgengenerator aufgrund der großen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Kühlmittel an der Innenfläche des Ziels und dem Kühlmittel an der Außenfläche des Separators zu dem Problem, dass eine Antriebsquelle, zum Beispiel ein Motor, zum Drehen des Ziels ein großen Drehmoment besitzen muss. Das Problem verstärkter Vibrationen entsteht ebenfalls aufgrund des intensiven Bewegens des Kühlmittels zwischen der Innenfläche des Ziels und der Außenfläche des Separators.
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[PATENTZITIERUNGEN]
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(Patentzitierung 1):
JP-A 2006-179240 -
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten Probleme der herkömmlichen Vorrichtung entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung der Drehmomentlast sowie der Vibrationen in einem Röntgengenerator, bei dem ein Kühlmittelzulaufpfad und ein Kühlmittelausströmpfad durch einen Separator im Inneren eines Drehziels gebildet werden.
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(Lösung 1) Der Röntgengenerator gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Röntgengenerator, der Folgendes umfasst: ein Ziel zum Empfangen von Elektronen und zum Generieren von Röntgenstrahlen, einen Separator zum Teilen eines Innenraums des Ziels in einen Kühlmittelzulaufpfad und einen Kühlmittelausströmpfad, eine Zielantriebsvorrichtung zum Drehen des Ziels, und ein Kühlsystem zum Zuführen eines Kühlmittels zu dem Kühlmittelzulaufpfad und zum Rückgewinnen des Kühlmittels durch den Kühlmittelausströmpfad, wobei sich der Separator in derselben Drehrichtung wie das Ziel dreht, wenn sich das Ziel dreht.
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(Lösung 2) In einem zweiten Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung dreht sich der Separator mit der gleichen Drehzahl wie das Ziel.
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(Lösung 3) In einem dritten Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Separator einen vorstehenden Abstandshalter, und der Abstandshalter wird an eine Innenfläche des Ziels gepresst, wodurch sich der Separator dreht, wenn sich das Ziel dreht.
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(Lösung 4) In einem vierten Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abstandshalter eine Finne zum Lenken des Kühlmittelflusses.
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(Lösung 5) Ein fünfter Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein hohles inneres Rohr zum Stützen des Separators, dergestalt, dass sich der Separator um eine Mitte des Separators drehen kann, und ein hohles äußeres Rohr, das koaxial mit dem inneren Rohr angeordnet ist, wobei das Ziel durch das äußere Rohr gestützt wird, wobei ein hohler Teil des inneren Rohres mit dem Kühlmittelzulaufpfad in Verbindung steht, wobei ein hohler Teil zwischen einer Innenfläche des äußeren Rohres und eine Außenfläche des inneren Rohres mit dem Kühlmittelausströmpfad in Verbindung steht, und ein Spalt, der es dem Separator erlaubt, sich zu drehen, an einem Abschnitt des inneren Rohres, der den Separator stützt, angeordnet ist.
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(Lösung 6) Ein sechster Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühlmittelströmungsgeschwindigkeits-Beschleunigungsvorrichtung zum Erhöhen der Geschwindigkeit des Kühlmittels in dem inneren Rohr an dessen Position, wo der Spalt angeordnet ist.
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(Lösung 7) In einem siebten Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeits-Beschleunigungsvorrichtung ein konisches Rohr, in dem der Durchmesser des inneren Rohres allmählich abnimmt.
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(Lösung 8) In einem achten Aspekt des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine erste Öffnung als eine Endöffnung auf einer Seite mit kleinem Querschnitt des konischen Rohres in einer Wandfläche des Spalts offen, eine zweite Öffnung als eine Öffnung zum Empfangen des Kühlmittels, das aus der Öffnung des konischen Rohres austritt, ist in einer anderen Wandfläche des Spalts offen, und 1,2D1 ≤ D2 ≤ 1,27D1, wobei D2 ist der Durchmesser der zweiten Öffnung, und D1 ist der Durchmesser der ersten Öffnung.
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(Auswirkung der Erfindung)
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Durch die vorliegende Erfindung drehen sich das Ziel und der Separator zusammen in derselben Richtung, und daher gibt es keine Geschwindigkeitsdifferenz beim Wasser zwischen der Innenfläche des Ziels und der Außenfläche des Separators in einer Kühlregion. Die Antriebsvorrichtung zum Drehen des Ziels kann daher ein kleines Drehmoment haben. Es findet auch kein intensives Bewegen des Wassers zwischen der Innenfläche des Ziels und der Außenfläche des Separators statt, und daher erzeugt der Röntgengenerator nur wenig Vibrationen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaubild, das die Gesamtstruktur einer Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 2 ist eine Schnittansicht des Röntgengenerators von 1;
- 3 ist eine Vorderansicht des Separators als eine Hauptkomponente, die in dem Röntgengenerator von 2 verwendet wird;
- 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie F-F in 3;
- 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der mit dem Bezugssymbol A in 2 bezeichnet ist;
- 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des röntgenstrahlgenerierenden Abschnitts des Ziels in 2;
- 7 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptteils von 5;
- 8 ist eine Schnittansicht, welche die Querschnittsstruktur eines Hauptteils einer anderen Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 9 ist eine Schnittansicht, welche die Querschnittsstruktur eines Hauptteils einer weiteren Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 10 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Querschnittsdurchmesser eines Kühlmittelzulaufpfades und einer Abkürzungsrate veranschaulicht;
- 11 ist ein Kurvendiagramm, das eine weitere Beziehung zwischen dem Querschnittsdurchmesser des Kühlmittelzulaufpfades und der Abkürzungsrate veranschaulicht; und
- 12 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen der Anordnungsposition von Finnen, die in dem Kühlmittelzulaufpfad angeordnet sind, und der Abkürzungsrate veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Röntgengenerator gemäß der vorliegenden Erfindung wird unten anhand von Ausführungsformen des Röntgengenerators beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird durch diese Ausführungsformen natürlich nicht beschränkt. In den Zeichnungen, die dieser Patentbeschreibung beiliegen, sind einzelne Elemente mitunter so veranschaulicht, dass sie andere Proportionen aufweisen als die der tatsächlichen Elemente, um das Verständnis der kennzeichnenden Abschnitte zu ermöglichen.
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(Erste Ausführungsform des Röntgengenerators)
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1 ist ein Schaubild, das die Gesamtstruktur einer Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein Röntgengenerator 1 in 1 weist einen Vakuumbehälter 2 und eine Anodenbaugruppe 3 auf. Ein Vakuumzustand wird im Inneren des Vakuumbehälters 2 durch eine Vakuumsaugvorrichtung 4 aufrecht gehalten. In 2 weist die Anodenbaugruppe 3 ein allgemein zylindrisches Gehäuse 5 auf. Ein an dem Gehäuse 5 angeordneter Flansch 6 ist an dem Vakuumbehälter 2 befestigt.
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Ein inneres Rohr 8 ist in einem mittigen Teil des Inneren des Gehäuses 5 angeordnet. Das innere Rohr 8 ist ein hohles zylindrisches Rohr. Das innere Rohr 8 ist an einem linken Endteil des Gehäuses 5 befestigt und erstreckt sich entlang der Mittelachse X0 des Gehäuses 5. Das innere Rohr 8 ist so befestigt, dass es sich weder drehen noch seine Position ändern kann. Ein hohles Teil des inneren Rohres 8 dient als ein Kühlmittelzulaufpfad 8a. Ein linker Endteil des Kühlmittelzulaufpfades 8a ist mit einem Einlassstutzen 9 verbunden. Der Einlassstutzen 9 ist mit einem Kühlmittel-Zuleitungsrohr 42 verbunden, das sich von einer Kühlmittelzufuhrvorrichtung 13 in 1 erstreckt.
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In 2 ist ein äußeres Rohr 10 auf der Außenseite des inneren Rohres 8 angeordnet. Das äußere Rohr 10 ist ein hohles zylindrisches Rohr. Das äußere Rohr 10 wird durch zwei Lager 11a, 11b so gestützt, dass es sich um die Mittelachse X0 drehen kann. Das innere Rohr 8 und das äußere Rohr 10 erstrecken sich in der Links-Rechts-Richtung von 2 entlang derselben Mittelachse X0. Ein Raum zwischen dem inneren Rohr 8 und dem äußeren Rohr 10 dient als ein Kühlmittelausströmpfad 10b. Ein linker Endteil des Kühlmittelausströmpfades 10b ist mit einem Auslassstutzen 12 verbunden. Der Auslassstutzen 12 ist mit einem Kühlmittelrückgewinnungsrohr 43 verbunden, das sich von der Kühlmittelzufuhrvorrichtung 13 in 1 erstreckt.
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Ein Separator 15 ist an dem distalen Ende des inneren Rohres 8 auf dessen rechter Seite in 2 angebracht. Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, hat der Separator 15 einen kreisrunden Plattenteil 16, einen geneigten Teil 17 und mehrere Finnen (d. h. Plattenelemente) 18, die als zulaufseitige Abstandshalter dienen. Der geneigte Teil 17 ist in einem Umfangsrandteil des kreisrunden Plattenteils 16 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Finnen 18 angeordnet. Die vier Finnen 18 erstrecken sich radial von der Mitte des kreisrunden Plattenteils 16 in gleichen Winkelabständen von 90°. Eine Aussparung 19 ist in einer Rückseite eines mittigen Teils des kreisrunden Plattenteils 16 angeordnet.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht des Unterhälftenabschnitts eines Ziels 22, der als Abschnitt A in 2 bezeichnet ist. Der distale Endteil des inneren Rohres 8 auf dessen rechter Seite in 5 ist als ein scheibenförmiger aufgeweiteter Teil 8b ausgebildet, der in der radialen Richtung (d. h. der Richtung in einem rechten Winkel zur Mittelachse X0) aufgeweitet ist. Das innere Rohr 8 und der Separator 15 sind in einem Zustand verbunden, in dem sich der aufgeweitete Teil 8b in der Aussparung 19 auf der Rückseite des Separators 15 befindet.
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Ein Ziel 22 ist am distalen Ende des äußeren Rohres 10 auf dessen rechter Seite in 2 angeordnet. Das Ziel 22 weist einen Ziel-Unterteil 23 und einen Zielkörper 24 auf. Die Endteile des Ziel-Unterteils 23 und des Zielkörpers 24 auf der linken Seite in 2 sind beide offenendig, ihre Endteile auf der rechten Seite in 2 sind geschlossene Endteile, und Seitenflächenteile zwischen den Endteilen auf der linken Seite und den Endteilen auf der rechten Seite weisen eine zylindrische Form auf. Dadurch hat das Ziel 22 eine Napfform. Der Ziel-Unterteil 23 ist integral mit dem äußeren Rohr 10 ausgebildet.
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Eine Elektronenkanone 21 ist vorhanden, die einer Stelle einer Umfangsfläche des Zielkörpers 24 zugewandt ist. Die Elektronenkanone 21 weist ein Filament 27 auf. In 1 wird eine Rohrspannung V (zum Beispiel minus 60 kV) zwischen dem Filament 27 und dem Ziel 22 durch eine Hochspannungsquelle 20 angelegt. Ein Rohrstrom I fließt in dem Filament 27, an das die Rohrspannung V angelegt wird. Das Filament 27 heizt sich in diesem Moment auf und erzeugt Thermoelektronen e. Die Thermoelektronen e treffen auf die Oberfläche des Ziels 22 auf, und Röntgenstrahlen R werden aus der Region erzeugt, auf welche die Thermoelektronen e treffen. Die Region, auf welche die Thermoelektronen e auftreffen, d. h. die Region, aus der Röntgenstrahlen erzeugt werden, ist ein Röntgenstrahlfokus. Der Röntgenstrahlfokus hat eine Länge × Breite-Größe von zum Beispiel 40 µm × 400 µm. Hier ist die Längenrichtung die Richtung in einem rechten Winkel zur Papieroberfläche in 2, und die Breitenrichtung ist die Richtung parallel zur Papieroberfläche in 2. Ein Fokus dieser Größe weist eine kleine Fläche auf und wird daher als ein Mikrofokus bezeichnet. Röntgenstrahlen, die aus diesem Röntgenstrahlfokus erzeugt werden, werden als mikrofokussierte Röntgenstrahlen bezeichnet.
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In 5 ist ein Außengewinde 25 auf einer Außenumfangsfläche des offenen Endes des Ziel-Unterteils 23 ausgebildet. Ein Innengewinde 26 ist an einer Innenumfangsfläche des offenen Endes des Zielkörpers 24 ausgebildet. Das Außengewinde 25 und das Innengewinde 26 werden miteinander verschraubt, wodurch das Ziel-Unterteil 23 und der Zielkörper 24 integral montiert werden und das Ziel 22 gebildet wird. Ein abflussseitiger Abstandshalter 29 ist auf der Oberfläche eines geschlossenen Endteils des Ziel-Unterteils 23 ausgebildet. Der abflussseitige Abstandshalter 29 ist als ein schlanker Vorsprung ausgebildet, wie die Finnen 18, die als zulaufseitige Abstandshalter dienen, wie in den 3 und 4 veranschaulicht. Mehrere abflussseitige Abstandshalter 29 sind ebenfalls vorhanden. Die mehreren abflussseitigen Abstandshalter 29 sind außerdem bevorzugt symmetrisch um die Mittelachse X0 in derselben Weise wie die Finnen 18 angeordnet.
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Das Ziel-Unterteil 23 wird mit den Gewinden 25, 26 in den Zielkörper 24 geschraubt, und der abflussseitige Abstandshalter 29 des Ziel-Unterteils 23 drückt dadurch die Finnen (d. h. die zulaufseitigen Abstandshalter) 18 des Separators 15 gegen die Rückseite des geschlossenen Endteils des Zielkörpers 24. In diesem Zustand wird ein napfförmiger Spalt 30 zwischen dem aufgeweiteten Teil 8b des distalen Endes des inneren Rohres 8 und einer Wand der Aussparung 19 in der Rückseite des Separators 15 gebildet, wie in 5 veranschaulicht. Das Bezugssymbol 30a bezeichnet eine stromaufwärtige Seite des Spalts 30, und das Bezugssymbol 30b bezeichnet eine stromabwärtige Seite des Spalts 30. Die Finnen 18 des Separators 15 werden gegen den Zielkörper 24 gepresst, und daher dreht sich, wenn sich das Ziel 22 um die Mittelachse X0 dreht, der Separator 15 ebenfalls zusammen mit dem Ziel 22. Der Spalt 30 wird zwischen dem aufgeweiteten Teil 8b des distalen Endes des inneren Rohres 8 und der Wand der Aussparung 19 des Separators 15 gebildet, und der Separator 15 kann sich daher mit Bezug auf das feststehende innere Rohr 8 drehen.
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In 2 ist ein Direktmotor 31 als eine Zielantriebsvorrichtung am Umfang des äußeren Rohres 10 im Inneren des Gehäuses 5 angeordnet. Der Direktmotor 31 hat einen Rotor 3, der an einer Außenumfangsfläche des äußeren Rohres 10 angeordnet ist, und einen Stator 33, der an einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 5 angeordnet ist. Wenn elektrischer Strom zu dem Stator 33 geleitet wird, so wird ein drehendes Magnetfeld erzeugt, und aufgrund des drehenden Magnetfeldes dreht sich der Rotor 32 um die Mittelachse X0. Infolge dessen dreht sich das innere Rohr 8 um die Mittelachse X0.
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Eine magnetische Fluiddichtungsvorrichtung 36 ist an dem distalen Endteil auf der rechten Seite des Gehäuses 5 angeordnet. Die magnetische Fluiddichtungsvorrichtung 36 ist eine allgemein bekannte Wellendichtungsvorrichtung. Die magnetische Fluiddichtungsvorrichtung 36 bewirkt, dass ein magnetisches Fluid durch magnetische Kraft an der Außenumfangsfläche des äußeren Rohres 10 adsorbiert wird, wodurch ein magnetischer Fluidfilm an der Außenumfangsfläche des äußeren Rohres 10 entsteht. Durch die Wirkung dieses magnetischen Fluidfilms wird ein Druckunterschied zwischen einem atmosphärischen Druck außerhalb des Vakuumbehälters 2 und einem Vakuum im Inneren des Vakuumbehälters 2 in einem Zustand aufrecht gehalten, in dem das äußere Rohr 10 gedreht wird. Eine mechanische Dichtung 37 ist zwischen einem linken Endteil des äußeren Rohres 10 und einem linken Endteil des Gehäuses 5 angeordnet. Die mechanische Dichtung 37 verhindert das Auslaufen von Kühlwasser als das Kühlmittel.
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In 2 wird die Region auf der Oberfläche des Ziels 22, wo der Röntgenstrahlfokus durch die Elektronenkanone 21 gebildet wird, auf eine hohe Temperatur erwärmt. Diese Region muss gekühlt werden, um kontinuierlich Röntgenstrahlen zu generieren. Diese Region wird unten als eine Kühlregion B bezeichnet. Die Kühlregion B ist eine ringförmige Region an der Umfangsfläche des Zielkörpers 24. In 6 ist eine Annäherungsfläche 38, die an dem distalen Ende des geneigten Teils 17 des Separators 15 ausgebildet ist, so angeordnet, dass sie der Kühlregion B entspricht. Die Region des Zielkörpers 24, die der Annäherungsfläche 38 zugewandt ist, ist eine zu kühlende Fläche C. Der Raum zwischen der Annäherungsfläche 38 und der zu kühlenden Fläche C ist ein Annäherungsdurchgang D. Der Röntgenstrahlfokus, der die Region des Zielkörpers 24 ist, auf die Elektronen e auftreffen, die von dem Filament 27 ausgesendet werden, ist bevorzugt ein Teil der zu kühlenden Fläche C.
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Der Raum, der ein Abschnitt ist, der zwischen dem Zielkörper 24 und dem Separator 15 angeordnet ist und der zu dem Annäherungsdurchgang D führt, ist ein Kühlmittelzulaufpfad 39a. Der Kühlmittelzulaufpfad 39a ist mit dem Kühlmittelzulaufpfad 8a des inneren Rohres 8 in 2 verbunden. In 6 ist der Raum, der zwischen dem Ziel-Unterteil 23 und dem Separator 15 angeordnet ist und der aus dem Annäherungsdurchgang D herausführt, ein Kühlmittelausströmpfad 39b. Der Kühlmittelausströmpfad 39b ist mit dem Kühlmittelausströmpfad 10b verbunden, welcher der Raum zwischen dem äußeren Rohr 10 und dem inneren Rohr 8 in 2 ist.
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Der Betrieb des Röntgengenerator 1 wird als Nächstes beschrieben. In 1 arbeitet die Vakuumsaugvorrichtung 4, und das Innere des Vakuumbehälters 2 wird auf einen Vakuumzustand eingestellt. Die Hochspannungsquelle 20 arbeitet, Elektronen werden aus dem Filament 27 freigesetzt, und Röntgenstrahlen R werden von dem Ziel 22 ausgesendet. Das Ziel 22 wird durch den Direktmotor 31 angetrieben und dreht sich um die Mittelachse X0. Der Röntgengenerator 13 arbeitet, und Wasser als das Kühlmittel wird dem Röntgengenerator 1 über das Kühlmittel-Zuleitungsrohr 42 und den Einlassstutzen 9 zugeleitet.
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Das zugeführte Wasser fließt in 2 in der folgenden Reihenfolge: Kühlmittelzulaufpfad 8a des inneren Rohres 8, Kühlmittelzulaufpfad 39a in dem Ziel 22, Annäherungsdurchgang D (siehe 6) in der Kühlregion B, Kühlmittelausströmpfad 39b (siehe 6) in dem Ziel 22 und Kühlmittelausströmpfad 10b des äußeren Rohres 10. Das Wasser wird dann durch den Auslassstutzen 12 und das Kühlmittelrückgewinnungsrohr 43 (siehe 1) zurückgewonnen. Wenn das Kühlwasser durch den Annäherungsdurchgang D von 6 und in dessen Nähe fließt, so wird die zu kühlende Fläche C gekühlt, die den Röntgenstrahlfokus des Zielkörpers 24 umfasst.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die Finnen 18, die als Abstandshalter in dem Separator 15 dienen, gegen die Innenfläche des Zielkörpers 24 gepresst, wie in 7 veranschaulicht. Darüber hinaus ist der Spalt 30 zwischen dem aufgeweiteten Teil 8b des distalen Endes des inneren Rohres 8 und der Wand der Aussparung 19 des Separators 15 angeordnet. Durch diese Merkmale wird das innere Rohr 8 fixiert und bewegt sich nicht, aber der Separator 15 dreht sich zusammen mit dem Ziel 22 um die Mittelachse X0.
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Das Ziel 22 und der Separator 15 drehen sich somit in der vorliegenden Ausführungsform zusammen in derselben Richtung, und daher gibt es keine Geschwindigkeitsdifferenz beim Wasser zwischen der Innenfläche des Ziels 22 und der Außenfläche des Separators 15 in der Kühlregion B in 2. Der Direktmotor 31 zum Drehen des Ziels 22 kann daher ein kleines Drehmoment aufweisen. Es findet auch kein intensives Bewegen des Wassers zwischen der Innenfläche des Ziels 22 und der Außenfläche des Separators 15 statt, und daher werden in dem Röntgengenerator 1 nur wenig Vibrationen erzeugt.
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(Zweite Ausführungsform des Röntgengenerators)
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8 veranschaulicht die Querschnittsstruktur eines Hauptteils einer anderen Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung. In 8 wird der Struktur der in 7 veranschaulichten ersten Ausführungsform eine Modifizierung hinzugefügt. Im Übrigen sind die Aspekte der Struktur der vorliegenden Ausführungsform und die Aspekte der in 8 veranschaulichten Struktur die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bildung des Spalts 30 zwischen dem aufgeweiteten Teil 8b des distalen Endes des inneren Rohres 8 und der Wand der Aussparung 19 des Separators 15 die gleiche wie in der zuvor beschrieben Ausführungsform, die in 7 veranschaulicht ist. In der vorherigen Ausführungsform wurde beschrieben, dass Kühlwasser als das Kühlmittel zu der Kühlregion B in 2 geleitet wird und die zu kühlende Fläche C, einschließlich des Röntgenstrahlfokus in 6, gekühlt wird. Es wurde auch beschrieben, dass ein Spalt 30 zwischen dem aufgeweiteten Teil 8b des distalen Endes des inneren Rohres 8 und der Wand der Aussparung 19 des Separators 15 in 7 angeordnet ist und dass dadurch das innere Rohres 8 so gestützt wird, dass es sich nicht bewegt, und der Separator 15 wird ebenfalls um die Mittelachse X0 gedreht.
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Jedoch fließt in der in 7 veranschaulichten Ausführungsform ein Teil des Wassers, das durch die Nähe eines Einlasses des Spalts 30 fließt, aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen der stromaufwärtigen Seite 30a und der stromabwärtigen Seite 30b des Spalts 30 in die stromaufwärtige Seite 30a des Spalts 30, die Wassermenge, die in Richtung der Kühlregion B in 2 fließt, wird reduziert, und es wird davon ausgegangen, dass das Risiko einer verringerten Kühleffizienz in der Kühlregion B besteht. In der in 8 veranschaulichten vorliegenden Ausführungsform ist jedoch ein konisches Rohr 44 als eine Kühlmittelströmungsgeschwindigkeits-Beschleunigungsvorrichtung in dem distalen Endteil des inneren Rohres 8 ausgebildet. Der Querschnittsdurchmesser des konischen Rohres 44 verringert sich allmählich in der Strömungsrichtung (Links-rechts-Richtung von 8) des Kühlwassers. Der Querschnitt des konischen Rohres 44 ist dort am kleinsten, wo sich das konische Rohr 44 zu dem Spalt 30 öffnet.
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Infolge der Bereitstellung des konischen Rohres 44 wird die Strömungsgeschwindigkeit nahe der Öffnung des Spalts 30 auf der Seite des Kühlmittelzulaufpfades 8a größer als die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch eine stromaufwärtige Region des Kühlmittelzulaufpfades 8a fließt. Infolge der verringerten Strömungsrate des Kühlwassers nahe der Öffnung des Spalts 30 wird der Druck (statische Druck) auf der stromaufwärtigen Seite des Spalts 30 relativ zu dem Fall verringert, wo das konische Rohr 44 nicht bereitgestellt ist (der Zustand von 7); der Grund dafür ist das Bernoulli-Prinzip. Der Druck auf der stromaufwärtigen Seite 30a des Spalts 30 wird somit in der vorliegenden Ausführungsform reduziert und kann im Wesentlichen auf den gleichen Wert gebracht werden wie auf der stromabwärtigen Seite 30b des Spalts 30, der einem Rücklaufpfad für das Kühlwasser zugewandt ist, das durch die Kühlregion B geflossen ist. Die Wassermenge, die während des Betriebes des Röntgengenerators in den Spalt 30 fließt, kann daher reduziert werden, und die Wassermenge, die der Reduzierung entspricht, kann in die Kühlregion B von 2 geleitet werden. Infolge dessen kann in der Kühlregion B die zu kühlende Fläche C des Ziels 22 in 6 effizient gekühlt werden.
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(Dritte Ausführungsform des Röntgengenerators)
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9 veranschaulicht die Querschnittsstruktur eines Hauptteils einer weiteren Ausführungsform des Röntgengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung. In 9 wird der Struktur der zweiten veranschaulichten Ausführungsform in 8 eine Modifizierung hinzugefügt. Im Übrigen sind die Aspekte der Struktur der vorliegenden Ausführungsform und die Aspekte der in 9 veranschaulichten Struktur die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
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In
9 wird der Durchmesser einer ersten Öffnung als eine Endöffnung auf einer Seite mit kleinem Querschnitt des konischen Rohres
44 als D1 bezeichnet, und der Durchmesser einer zweiten Öffnung als eine Öffnung zum Empfangen des Kühlwassers, das aus der Öffnung des konischen Rohres
44 austritt, wird als D2 bezeichnet. Der Ausdruck
ist die Kühlwasserabkürzungsrate, wobei Q1 die Gesamtmenge an Kühlwasser ist, das durch das innere Rohr
8 fließt, und Q2 ist die Menge an Kühlwasser, das in den Spalt
30 fließt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bedingung
eingestellt, und die Abkürzungsrate T wird durch diese Bedingung auf einem kleinen Wert gehalten.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Oben sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifizierungen können daran innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt, vorgenommen werden.
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Zum Beispiel kann in der in 7 veranschaulichten Ausführungsform, in der das konische Rohr nicht verwendet wird, die Strömungsrichtung des Kühlwassers umgekehrt werden. Oder anders ausgedrückt: der Einlassstutzen 9 und der Auslassstutzen 12 in 2 können umgekehrt werden.
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(Beispiel 1)
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Der Innendurchmesser D10 des inneren Rohres 8 in 8 wurde auf 7 mm eingestellt, und die Abkürzungsrate T, wenn der Durchmesser D0 der Öffnung des konischen Rohres 44 an dem Spalt 30 zu 3 mm, 4 mm, 5 mm und 7 mm geändert wurde, wurde durch Simulationssoftware berechnet. Dadurch wurden die in 10 veranschaulichten Ergebnisse erhalten. Gemäß dem Kurvendiagramm von 10 kann durch Verringern des Öffnungsdurchmessers D0 des konischen Rohres 44 die Abkürzungsrate T reduziert werden, und die Kühleffizienz in der Kühlregion B in 2 kann erhöht werden. Jedoch ist es nicht praktisch, den Öffnungsdurchmesser D0 zu sehr zu verringern, da dies zu einem großen Druckverlust in dem Kühlwasserströmungspfad führt. Gemäß dem Simulationsexperiment ist ein Öffnungsdurchmesser D0 von 3 mm für das konische Rohr 44 zufriedenstellend.
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(Beispiel 2)
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Der Durchmesser
D1 der ersten Öffnung in
9 wurde auf 3 mm fixiert, und der Durchmesser
D2 der zweiten Öffnung wurde von 3,0 mm auf 4,2 mm geändert, und die Abkürzungsrate
T wurde durch Simulationssoftware berechnet. Dadurch wurden die in
11 veranschaulichten Ergebnisse erhalten. Gemäß dem Kurvendiagramm von
11 war die Abkürzungsrate T die niedrigste, wenn der Durchmesser
D2 der zweiten Öffnung 3,7 mm betrug. Den Ergebnissen des Kurvendiagramms nach zu urteilen, wurde eine zufriedenstellende Abkürzungsrate T erhalten, wenn der Durchmesser
D2 der zweiten Öffnung im Bereich von 3,6 mm bis 3,8 mm lag. Wird bedacht, dass der Durchmesser
D1 der ersten Öffnung 3 mm beträgt, ist 3,6 mm das 1,2-fache des Durchmessers
D1, und
3,8 mm ist das 1,27-fache des Durchmessers
D1. Folglich wird die folgende Beziehung für den Durchmesser
D1 der ersten Öffnung und den Durchmesser
D2 der zweiten Öffnung als bevorzugt angesehen.
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(Beispiel 3)
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In 9 wurde D1 auf 3,0 mm eingestellt, und D2 wurde auf 3,7 mm eingestellt, und die jeweilige Abkürzungsrate T, wenn die Distanz L von der Mitte X0 des Separators 15 zu den vier Finnen 18 in 3 zu 3,20 mm, 3,68 mm und 4,15 mm geändert wurde, wurde durch Simulationssoftware berechnet. Dadurch wurden die in 12 veranschaulichten Ergebnisse erhalten. Den Ergebnissen des Kurvendiagramms nach zu urteilen, nimmt die Abkürzungsrate T ab, wenn die Distanz von der Mitte X0 zu den Finnen 18 reduziert wird, und es wurde offenbar, dass dadurch der Ziel-Kühleffekt erhöht werden kann. Jedoch ist es notwendig, dass der Durchmesser D2 der zweiten Öffnung in 9 eine bestimmte Größe hat, und aus diesem Grund müssen die Finnen 18 mindestens um eine bestimmte Distanz von der Mitte X0 beabstandet sein.
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Bezugszeichenliste
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1: Röntgengenerator, 2: Vakuumbehälter, 3: Anodenbaugruppe, 4: Vakuumsaugvorrichtung 5: Gehäuse, 6: Flansch, 8: inneres Rohr, 8a: Kühlmittelzulaufpfad (Kühlsystem), 8b: aufgeweiteter Teil, 9: Einlassstutzen, 10: äußeres Rohr, 10b: Kühlmittelausströmpfad (Kühlsystem), 11a, 11b: Lager, 12: Auslassstutzen, 13: Kühlmittelzufuhrvorrichtung (Kühlsystem), 15: Separator, 16: kreisrundes Plattenteil, 17: geneigter Teil, 18: Finnen (zulaufseitige Abstandshalter), 19: Aussparung, 20: Hochspannungsquelle, 21: Elektronenkanone, 22: Ziel, 23: Ziel-Unterteil, 24: Zielkörper, 25: Außengewinde, 26: Innengewinde, 27: Filament, 29: abflussseitiger Abstandshalter, 30: Spalt, 30a: stromaufwärtige Seite des Spalts, 30b: stromaufwärtige Seite des Spalts, 31: Direktmotor (Zielantriebsvorrichtung), 32: Rotor, 33: Stator, 36: magnetische Fluiddichtungsvorrichtung 37: mechanische Dichtung, 38: Annäherungsfläche, 39a: Kühlmittelzulaufpfad, 39b: Kühlmittelausströmpfad, 42: Kühlmittel-Zuleitungsrohr, 43: Kühlmittelrückgewinnungsrohr, 44: konisches Rohr, B: Kühlregion, C: zu kühlende Fläche, D: Annäherungsdurchgang: e: Thermoelektronen, I: Rohrstrom, L: Distanz, R: Röntgenstrahlen, V: Rohrspannung, X0: Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006179240 A [0002, 0006]
