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X射线产生装置

阅读:740发布:2024-02-25

专利汇可以提供X射线产生装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及 X射线 产生装置。将在旋转靶的内部利用隔离物设置制冷剂流入路径和制冷剂流出路径的X射线产生装置中减轻 扭矩 的负担以及减轻振动作为目的。在X射线产生装置中,在靶进行旋转时,隔离物向与该靶的旋转方向相同的方向进行旋转,所述X射线产生装置具有:靶,接收 电子 而产生X射线;隔离物,将靶的内部空间分成制冷剂流入路径和制冷剂流出路径; 电动机 ,使靶旋转;以及制冷剂流入路径和制冷剂流出路径,向制冷剂流入路径供给制冷剂,通过制冷剂流出路径回收制冷剂。,下面是X射线产生装置专利的具体信息内容。

1.一种X射线产生装置,具有:
靶,接收电子而产生X射线;
隔离物,将该靶的内部空间分成制冷剂流入路径和制冷剂流出路径;
靶驱动单元,使所述靶旋转;以及
冷却系统,向所述制冷剂流入路径供给制冷剂,通过所述制冷剂流出路径回收制冷剂,所述X射线产生装置的特征在于,
在所述靶进行旋转时,所述隔离物向与该靶的旋转方向相同的方向进行旋转。
2.根据权利要求1所述的X射线产生装置,其特征在于,所述隔离物以与所述靶的旋转速度相同的速度进行旋转。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的X射线产生装置,其特征在于,所述隔离物具有突出的垫片
该垫片被按压到所述靶的内表面,由此,在所述靶进行旋转时所述隔离物进行旋转。
4.根据权利要求3所述的X射线产生装置,其特征在于,所述垫片为对所述制冷剂的流动进行引导的翅片。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的X射线产生装置,其特征在于,具有:
中空的内管,在所述隔离物的中心以能旋转的方式支承该隔离物;以及中空的外管,被设置为与该内管同轴,
所述靶由所述外管支承,
所述内管的中空部与所述制冷剂流入路径连通,
所述外管的内表面和所述内管的外表面之间的中空部与所述制冷剂流出路径连通,在所述内管对所述隔离物进行支承的部分设置有用于容许所述隔离物的旋转的缝隙。
6.根据权利要求5所述的X射线产生装置,其特征在于,具有制冷剂流速加速单元,所述制冷剂流速加速单元用于加快设置有所述缝隙之处的所述内管中的制冷剂的速度。
7.根据权利要求6所述的X射线产生装置,其特征在于,所述制冷剂流速加速单元为所述内管的直径逐渐变小的锥形管。
8.根据权利要求7所述的X射线产生装置,其特征在于,
所述锥形管的小面积侧的端部开口即第一开口在所述缝隙的一个壁面进行开口,用于接收离开所述锥形管的开口后的制冷剂的开口即第二开口在所述缝隙的另一个壁面进行开口,
在将所述第二开口的直径设为D2、将所述第一开口的直径设为D1时,为:

说明书全文

X射线产生装置

技术领域

[0001] 本发明涉及在旋转对阴极的内部流动那样的制冷剂来将该旋转对阴极冷却的X射线产生装置。特别地,本发明涉及通过在旋转对阴极的内部设置隔离物来在该旋转对阴极的内部设置制冷剂流入路径和制冷剂流出路径的X射线产生装置。

背景技术

[0002] 以往,在专利文献1中公开了X射线产生装置。在该以往的X射线产生装置中,作为内筒的隔管(partition pipe)和作为外筒的旋转轴被设置为同轴状。隔管和旋转轴都为中空的圆筒。在隔管的顶端安装有隔离物。在旋转轴的顶端安装有靶。隔离物被容纳在靶之中。
[0003] 当电子与靶碰撞时,从该靶的电子碰撞后的部分放射X射线。由于电子的碰撞,靶被加热到高温。为了防止靶变成高温到容许界限以上,向利用隔离物在旋转对阴极的内部形成的制冷剂流入路径供给制冷剂例如水。所供给的水从靶的背侧冷却该靶。通过制冷剂流出路径回收冷却后的水。
[0004] 在上述以往的X射线产生装置中,靶以高速进行旋转。例如,以9000rpm的高速进行旋转。另一方面,以不旋转的方式位置不动地固定了在靶的内部配置的隔离物。此外,电子碰撞的部分的靶与隔离物的间隔被设定得如例如1.5mm那样窄。在该窄的间隔内流动制冷剂时,与靶的内表面接触的制冷剂和与隔离物的外表面接触的制冷剂的速度差非常大。由此,有效地搅拌水,其结果是,能够从内侧高效率地冷却靶。
[0005] 可是,在专利文献1所公开的X射线产生装置中,在靶的内表面与隔离物的外表面之间制冷剂的速度差变大,因此,存在用于使靶旋转的驱动源例如电动电动机扭矩必须变大这样的问题。此外,在靶的内表面与隔离物的外表面之间激烈地搅拌制冷剂,因此,存在振动变大这样的问题。
[0006] 现有技术文献专利文献
专利文献1:日本特开2006-179240号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的课题本发明是鉴于以往装置中的上述的问题点而完成的,其目的在于在旋转靶的内部利用隔离物设置制冷剂流入路径和制冷剂流出路径的X射线产生装置中减轻扭矩的负担以及减轻振动。
[0008] 用于解决课题的方案本发明的X射线产生装置是,一种X射线产生装置,具有:靶,接收电子而产生X射线;隔离物,将该靶的内部空间分成制冷剂流入路径和制冷剂流出路径;靶驱动单元,使所述靶旋转;以及冷却系统,向所述制冷剂流入路径供给制冷剂,通过所述制冷剂流出路径回收制冷剂,所述X射线产生装置的特征在于,在所述靶进行旋转时,所述隔离物向与该靶的旋转方向相同的方向进行旋转。
[0009] 在本发明的X射线产生装置的第二发明方式中,所述隔离物以与所述靶的旋转速度相同的速度进行旋转。
[0010] 在本发明的X射线产生装置的第三发明方式中,所述隔离物具有突出的垫片,该垫片被按压到所述靶的内表面,由此,在所述靶进行旋转时所述隔离物进行旋转。
[0011] 在本发明的X射线产生装置的第四发明方式中,所述垫片为对所述制冷剂的流动进行引导的翅片。
[0012] 本发明的X射线产生装置的第五发明方式具有:中空的内管,在所述隔离物的中心以能旋转的方式支承该隔离物;以及中空的外管,被设置为与该内管同轴,所述靶由所述外管支承,所述内管的中空部与所述制冷剂流入路径连通,所述外管的内表面和所述内管的外表面之间的中空部与所述制冷剂流出路径连通,在所述内管对所述隔离物进行支承的部分设置有用于容许所述隔离物的旋转的缝隙。
[0013] 本发明的X射线产生装置的第六发明方式具有制冷剂流速加速单元,所述制冷剂流速加速单元用于加快设置有所述缝隙之处的所述内管中的制冷剂的速度。
[0014] 在本发明的X射线产生装置的第七发明方式中,所述制冷剂流速加速单元为所述内管的直径逐渐变小的锥形管。
[0015] 在本发明的X射线产生装置的第八发明方式中,所述锥形管的小面积侧的端部开口即第一开口在所述缝隙的一个壁面进行开口,用于接收离开所述锥形管的开口后的制冷剂的开口即第二开口在所述缝隙的另一个壁面进行开口,在将所述第二开口的直径设为D2、将所述第一开口的直径设为D1时,为:。
[0016] 发明效果根据本发明,靶和隔离物一同向相同的方向进行旋转,因此,在冷却区域中在靶的内表面与隔离物的外表面之间水的速度差消失。因此,能够使得用于使靶旋转的驱动单元的扭矩小。此外,不会在靶的内表面与隔离物的外表面之间激励地搅拌水,因此,X射线产生装置的振动小。
附图说明
[0017] 图1是示出本发明的X射线产生装置的一个实施方式的整体的结构的图。
[0018] 图2是图1的X射线产生装置的剖面图。
[0019] 图3是在图2的X射线产生装置中使用的主要部件即隔离物(separator)的正视图。
[0020] 图4是根据图3的F-F线的剖面图。
[0021] 图5是在图2中由附图标记A示出的部分的扩大图。
[0022] 图6是将图2中的靶(target)的X射线产生部分扩大示出的剖面图。
[0023] 图7是将图5的主要部扩大示出的剖面图。
[0024] 图8是示出本发明的X射线产生装置的另一实施方式的主要部的剖面构造的剖面图。
[0025] 图9是示出本发明的X射线产生装置的又一实施方式的主要部的剖面构造的剖面图。
[0026] 图10是示出制冷剂流入路径的剖面直径与分流量率(shunt volume rate)的关系的图表。
[0027] 图11是示出制冷剂流入路径的剖面直径与分流量率的另一关系的图表。
[0028] 图12是示出在制冷剂流入路径中设置的翅片(fin)的配置位置与分流量率的关系的图表。

具体实施方式

[0029] 以下,基于实施方式来说明本发明的X射线产生装置。再有,当然,本发明并不限定于该实施方式。此外,在本说明书中添附的附图中,为了容易理解地示出特征的部分而存在以与实际的部分不同的比率示出结构要素的情况。
[0030] (X射线产生装置的第一实施方式)图1示出了本发明的X射线产生装置的一个实施方式的整体的结构。在该图中,X射线产生装置1具有真空容器2和对阴极组合体3。真空容器2的内部被真空吸引装置4保持为真空状态。在图2中,对阴极组合体3具有大致圆筒状的外壳(casing)5。在外壳5设置的凸缘(flange)6被固定于真空容器2。
[0031] 在外壳5的内部的中心部设置有内管8。内管8为中空且圆筒状的管。内管8被固定于外壳5的左端部,沿着外壳5的中心线X0延伸。内管8被固定为既不进行旋转也不进行位置移动的状态。内管8的中空部作为制冷剂流入路径8a发挥作用。制冷剂流入路径8a的左端部连接于入口用接头9。入口用接头9在图1中连接于从制冷剂供给装置13延伸的制冷剂供给管42。
[0032] 在图2中,在内管8的外侧设置有外管10。外管10为中空且圆筒状的管。利用2个轴承11a, 11b,以将中心线X0作为中心自由旋转的方式支承外管10。内管8和外管10沿着共同的中心线X0向图2的左右方向延伸。内管8与外管10之间的空间作为制冷剂流出路径10b发挥作用。制冷剂流出路径10b的左端部连接于出口用接头12。出口用接头12在图1中连接于从制冷剂供给装置13延伸的制冷剂回收管43。
[0033] 在图2中,在内管8的右侧的顶端安装有隔离物15。隔离物15如图3和图4所示那样具有:圆板部16、倾斜部17、以及作为流入侧垫片(spacer)发挥作用的多个翅片(即,鳍构件或叶片构件)18。倾斜部17被设置于圆板部16的周缘部。在本实施方式中设置有4个翅片18。4个翅片18以度90°的等分配(equal distribution)间隔从圆板部16的中心点起呈放射状地延伸。在圆板部16的中心部的背面设置有凹部19。
[0034] 图5扩大地示出了图2中的靶22的下半部分的部分即A部分。在图5中,内管8的右侧的顶端部成为向半径方向(即与中心线X0成直角的方向)膨胀出的圆盘形状的膨胀部8b。在该膨胀部8b进入隔离物15的背面的凹部19中的状态下内管8与隔离物15连接。
[0035] 在图2中,在外管10的右侧的顶端设置有靶22。靶22具有靶底部23和靶主体24。靶底部23和靶主体24都为图2的左侧端部为开口端(open end)、右侧端部为封闭的端部(close end)、左侧端部与右侧端部之间的侧面部为圆筒状的、形状即杯状。将靶底部23与外管10整体地形成。
[0036] 与靶主体24的圆周面(peripheral surface)的1处相对地设置了电子枪21。电子枪21具有灯丝(filament)27。在图1中,利用高压电源20向灯丝27与靶22之间施加管电压V(例如负60kV)。在被施加管电压V后的灯丝27中流动管电流I。此时,灯丝27进行发热而产生热电子e。该热电子e与靶22的表面碰撞,从热电子e碰撞后的区域产生X射线R。热电子e碰撞后的区域即X射线产生的区域为X射线焦点。X射线焦点为例如纵×横=40μm×400μm的大小。在此,纵向为与图2的纸面成直角的方向,横向为与图2的纸面平行的方向。该大小的焦点由于面积较小这样的情况所以被称为微焦点(micro focus)。从该X射线焦点产生的X射线被称为微焦点的X射线。
[0037] 在图5中,在靶底部23的开口端的外周面形成有外螺纹25。另一方面,在靶主体24的开口端的内周面形成有内螺纹26。通过使这些外螺纹25和内螺纹26嵌合,从而将靶底部23和靶主体24组装成整体来形成了靶22。在靶底部23的封闭的端部的表面设置有流出侧垫片29。流出侧垫片29与在图3和图4中示出的作为流入侧垫片的翅片18同样地被形成为细长的突起。此外,也设置有多个流出侧垫片29。优选的是,也与翅片18同样地相对于中心线X0对称地配置多个流出侧垫片29。
[0038] 通过在螺纹25, 26之处将靶底部23拧进靶主体24,从而靶底部23的流出侧垫片29将隔离物15的翅片(即流入侧垫片)18挤压到靶主体24的封闭的端部的背面。在该状态下,如图5所示那样,在内管8的顶端的膨胀部8b与隔离物15的背面的凹部19的壁之间形成了杯形状的缝隙30。附图标记30a为缝隙30的上流侧,附图标记30b为缝隙30的下流侧。由于隔离物15的翅片18被挤压到靶主体24,所以,在靶22将中心线X0作为中心进行旋转时,隔离物15也与靶22一同进行旋转。由于在内管8的顶端的膨胀部8b与隔离物15的凹部19的壁之间形成了缝隙30,所以,隔离物15能够相对于被固定的内管8进行旋转。
[0039] 在图2中,在外壳5的内部且外管10的周围设置有作为靶驱动单元的直流电动机(direct motor)31。直流电动机31具有在外管10的外周面设置的转子32、以及在外壳5的内周面设置的定子33。当对定子33进行通电时产生旋转磁场,由于该旋转磁场而转子32将中心线X0作为中心进行旋转,其结果是,内管8将中心线X0作为中心进行旋转。
[0040] 在外壳5的右侧的顶端部设置有磁性流体密封装置36。磁性流体密封装置36为周知的轴封装置。该磁性流体密封装置36利用磁使磁性流体吸附到外管10的外周面上,由此,在外管10的外周面上形成磁性流体膜。利用该磁性流体膜的工作,在使外管10旋转的状态下,维持真空容器2的外部的大气压与真空容器2的内部的真空的压力差。在外管10的左端部与外壳5的左端部之间设置有机械密封(mechanical seal)37。机械密封37防止作为制冷剂的冷却水泄漏
[0041] 在图2中,利用电子枪21在靶22的表面形成了X射线焦点的区域在高温下进行发热。为了继续进行X射线的产生,必须冷却该区域。以下将该区域称为冷却区域B。冷却区域B在靶主体24的圆周面上呈环状存在。在图6中,与冷却区域B对应地配置有在隔离物15的倾斜部17的顶端形成的接近表面38。与接近表面38相对的靶主体24的区域为被冷却面C。由接近表面38和被冷却面C夹持的空间为接近通路D。从灯丝27放射的电子e与靶主体24碰撞的区域即X射线焦点优选被包含在被冷却面C中。
[0042] 由靶主体24和隔离物15夹持的空间即到接近通路D的部分的空间为制冷剂流入路径39a。制冷剂流入路径39a在图2中连接于内管8的制冷剂流入路径8a。在图6中,由靶底部23和隔离物15夹持的空间即从接近通路D出来的空间为制冷剂流出路径39b。制冷剂流出路径39b在图2中连接于外管10与内管8之间的空间即制冷剂流出路径10b。
[0043] 以下,对X射线产生装置1的作用进行说明。在图1中,真空吸引装置4进行工作来将真空容器2的内部设定为真空状态。高压电源20进行工作而从灯丝27放出电子,从靶22放射X射线R。靶22由直流电动机31驱动来将中心线X0作为中心进行旋转。制冷剂供给装置13进行工作,经由制冷剂供给管42和入口用接头9向X射线产生装置1供给作为制冷剂的水。
[0044] 所供给的水在图2中按照下面的顺序即按照内管8的制冷剂流入路径8a、靶22内的制冷剂流入路径39a、冷却区域B内的接近通路D(参照图6)、靶22内的制冷剂流出路径39b(参照图6)、以及外管10的制冷剂流出路径10b的顺序流动。进而,通过出口用接头12和制冷剂回收管43(参照图1)回收水。在作为制冷剂的水在图6的接近通路D和其附近流动时,靶主体24的包含X射线焦点的被冷却面C被冷却。
[0045] 在本实施方式中,如图7所示那样,在隔离物15中作为垫片发挥作用的翅片18被挤压到靶主体24的内表面。进而,在内管8的顶端的膨胀部8b与隔离物15的凹部19的壁之间设置有缝隙30。利用这些结构,内管8被固定而不活动,但是,隔离物15与靶22一起将中心线X0作为中心进行旋转。
[0046] 像这样,在本实施方式中,靶22与隔离物15一同向相同的方向进行旋转,因此,在图2的冷却区域B中在靶22的内表面与隔离物15的外表面之间水的速度差消失。因此,能够使得用于使靶22旋转的直流电动机31的扭矩(torque)小。此外,不会在靶22的内表面与隔离物15的外表面之间激烈地搅拌水,因此,X射线产生装置1的振动较小。
[0047] (X射线产生装置的第二实施方式)图8示出了本发明的X射线产生装置的另一实施方式的主要部的剖面构造。图8是对在第一实施方式中由图7示出的构造施加变形后的图。在本实施方式中图8所示的构造以外的构造与在第一实施方式中采用的构造相同。
[0048] 在本实施方式中,在内管8的顶端的膨胀部8b与隔离物15的凹部19的壁之间形成有缝隙30的情况与图7所示的之前的实施方式相同。在之前的实施方式中,在图2中,已经说明了以下情况:向冷却区域B供给作为制冷剂的冷却水来对图6中的包含X射线焦点的被冷却面C进行冷却。而且,在图7中,也说明了:通过在内管8的顶端的膨胀部8b与隔离物15的凹部19的壁之间设置缝隙30,从而在以不使内管8活动的方式进行支承之后使隔离物15将中心线X0作为中心旋转。
[0049] 可是,在图7所示的实施方式中,认为:由于缝隙30的上流侧30a与下流侧30b的压力差,在缝隙30的入口附近流动的水的一部分流入到缝隙30的上流侧30a,朝向图2的冷却区域B的水的量减少,存在冷却区域B中的冷却效率降低的可能性。相对于此,在图8所示的本实施方式中,在内管8的顶端部形成了作为制冷剂流速加速单元的锥形管44。锥形管44随着冷却水的流动方向(图8的左至右方向)剖面直径逐渐变小。锥形管44的剖面在缝隙30进行开口之处为最小。
[0050] 通过设置了锥形管44,从而缝隙30的制冷剂流入路径8a侧的开口附近的流速比在制冷剂流入路径8a的上流区域中流动的冷却水的流速快。冷却水的流速在缝隙30的开口附近变快,由此,由于伯努利定理,缝隙30的上流侧30a的压力(静压)比不设置锥形管44的情况(图7的状态)降低。像这样,在本实施方式中,使缝隙30的上流侧30a的压力降低,能够为与缝隙30的下流侧30b大致相同的压力,所述缝隙30的下流侧30b面对通过冷却区域B之后的冷却水的返回路径。因此,能够使在X射线产生装置的运转中向缝隙30流入的水的量减少,能够将相应的量向图2的冷却区域B送入。其结果是,能够高效率地冷却在冷却区域B中靶22中的图6的被冷却面C。
[0051] (X射线产生装置的第三实施方式)图9示出了本发明的X射线产生装置的又一实施方式的主要部的剖面构造。图9是对在第二实施方式中由图8示出的构造进一步施加变形后的图。在本实施方式中图9所示的构造以外的构造与在第一实施方式中采用的构造相同。
[0052] 在图9中,将锥形管44的小面积侧的端部开口即第一开口的直径设为D1,将用于接收离开锥形管44的开口后的冷却水的开口即第二开口的直径设为D2。此外,在将在内管8之中流动的冷却水的总量设为Q1、将流入到缝隙30的冷却水的量设为Q2时,将称为冷却水的分流量率。在本实施方式中,被设定为:
  ,
能够利用该条件来将分流量率T抑制为较小的值。
[0053] (其他的实施方式)以上,举出优选的实施方式来说明了本发明,但是,本发明并不限定于该实施方式,能够在权利要求书所记载的发明的范围内进行各种改变。
[0054] 例如,关于不使用锥形管的图7的实施方式,也可以使冷却水的流动方向相反。也就是说,也可以使图2的入口用接头9与出口用接头12相反。
[0055] (实施例1)在图8中,使内管8的内径D10为7mm,使锥形管44的缝隙30之处的开口的直径D0变化为
3mm、4mm、5mm、7mm,利用模拟软件求取了那些时候的分流量率T。其结果是,得到了图10所示的结果。根据图10的图表,只要使锥形管44的开口直径D0小,则能够降低分流量率T,能够提高图2中的冷却区域B中的冷却效率。但是,当使开口直径D0过于小时,冷却水流路的压力损失变大而不实用。根据模拟实验,锥形管44的开口直径D0为3mm是良好的。
[0056] (实施例2)在图9中,使第一开口的直径D1固定为3mm,使第二开口的直径D2在3.0mm至4.2mm之间变化,利用模拟软件求取了分流量率T。其结果是,得到了图11所示的结果。根据图11的图表,在第二开口的直径D2为3.7mm时,分流量率T最低。当从图表进行判断时,在第二开口的直径D2处于3.6mm至3.8mm的情况下得到了良好的分流量率T。如果考虑第一开口的直径D1为3mm,则3.6mm为1.2倍,3.8mm为1.27倍。因此,认为:优选的是,第一开口的直径D1与第二开口的直径D2的关系为:

[0057] (实施例3)在图9中,使D1=3.0mm、D2=3.7mm,在图3中,使隔离物15的从中心X0到4个翅片18的距离L变化为3.20mm、3.68mm、4.15mm,利用模拟软件求取了各个时候的分流量率T。其结果是,得到了图12所示的结果。当从图表进行判断时,已知:只要使翅片18离中心X0的距离小,则分流量率T变小,能够提高靶的冷却效果。可是,在图9中第二开口的直径D2需要某种程度的大小,将该情况作为理由而翅片18离中心X0的距离需要某种程度的长度。
[0058] 附图标记的说明1:X射线产生装置、 2:真空容器、 3:对阴极组合体、 5:外壳、 6:凸缘、 8:内管、 8a:
制冷剂流入路径(冷却系统)、 8b:膨胀部、 9:入口用接头、 10:外管、 10b:制冷剂流出路径(冷却系统)、 11a, 11b:轴承、 12:出口用接头、 13:制冷剂供给装置(冷却系统)、 15:
隔离物、 16:圆板部、 17:倾斜部、 18:翅片(流入侧垫片)、 19:凹部、 20:高压电源、 21:
电子枪、 22:靶、 23:靶底部、 24:靶主体、 25:外螺纹、 26:内螺纹、 27:灯丝、 29:流出侧垫片、 30:缝隙、 31:直流电动机(靶驱动单元)、 32:转子、 33:定子、 36:磁性流体密封装置、 37:机械密封、 38:接近表面、 39a:制冷剂流入路径、 39b:制冷剂流出路径、 42:制冷剂供给管、 43:制冷剂回收管、 44:锥形管、 B:冷却区域、 C:被冷却面、 D:接近通路、 e:
热电子、 I:管电流、 L:距离、 R:X射线、 V:管电压、 X0:中心线、。
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