专利名称：X射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线管，特别是涉及将阳极固定的固定阳极型X射线管。
背景技术：
以往，作为代表性的X射线管，有固定阳极型X射线管。在固定阳极型X射线管中，利用阴极的灯丝生成电子。利用高电压电场使该电子向着阳极靶加速，该高能量电子撞击阳极靶，生成X射线。
该高能量电子撞击阳极靶时产生热量。为了使该产生的热量向外部散发，在固定阳极型X射线管中采用绝缘油浸渍式、强制液冷式、强制空冷式等冷却结构。
在绝缘油浸渍式的X射线管中，将阴极组装体及阳极组装体真空封接在玻璃制的外壳内。该外壳安装在充满绝缘油的护套的内部。该绝缘油进行电气绝缘，同时吸收由阳极组装体产生的热量。被绝缘油吸收的热量通过护套的外壁，向外部空气散热。
另外，例如实公平1-32720号公报所揭示的那样，在强制液冷式的X射线管中，利用圆筒状的阳极支持体，支持阳极靶。为了冷却阳极部分，在该阳极支持体的内部空间形成冷却液通过的冷却路径。
另外，例如特表2001-504988号公报所揭示的那样，在强制空冷式的X射线管中，利用设置在一端侧的真空外壳及设置在另一端侧的绝缘外壳，构成外壳。在一端部支持阳极靶的阳极支持体的另一端部从绝缘外壳的另一端部向外侧延长，该阳极支持体的另一端部安装向阳极靶供给高电压用的引线。再有，用封装材料、即模制材料，包围绝缘外壳的外面及阳极支持体的另一端部。为了进行阳极部分的冷却，使空气强制通过封装材料的外面。
在以往的绝缘油浸渍式的X射线管中，与采用其它冷却方式的X射线管相比，护套的尺寸大。采用绝缘油浸渍式将成为在紧凑设计X射线管方面的障碍。另外，在绝缘油浸渍式中，由于使用绝缘油，因此X射线管的组装、修理、废弃等较为困难。
另外，以往的强制液冷式的X射线管的冷却阳极部分用的冷却液要使用绝缘油或纯水，作为绝缘性的液体，需要使用专用的热交换器、循环泵及软管的循环冷却系统。因而，成本增加，而可靠性还降低。特别是在使用纯水时，为了防止使用中的纯水的电导率上升，需要使用特殊的离子交换树脂的过滤器。需要过滤器的情况下产生的问题是，维护管理麻烦，而且成本增加。
另外，以往的强制空冷式的X射线管虽然没有前述的绝缘油浸渍式及强制液冷式的X射线管那样的问题，但由于从阳极支持体向热导率低的封装材料传热，进行散热，因此散热特性差。所以，存在的问题是，不能使阳极靶的热负荷充分降低。再有，从阳极支持体向封装材料散热的散热部与安装高电压供给用引线的高电压供给部互相靠近配置。因而存在的问题是，封装材料的温度升高，封装材料的绝缘特性比较早期产生恶化。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种散热特性好、能够长期确保绝缘特性的X射线管。
本发明的一个形态的X射线管是这样构成，它具有在一端侧具有形成透射X射线的输出窗的第1外壳并且在另一端侧具有具有电气绝缘性的第2外壳的筒状外壳；设置在前述第1外壳内的阳极靶；设置在前述第1外壳内的、发射向前述阳极靶照射的电子的阴极；设置在前述外壳内的、在一端侧具有与前述第2外壳的内表面接合的接合部、而在另一端侧支持前述阳极靶的支持体；与前述支持体通过间隙实质上隔热配置的、向前述支持体供给电压的端子；以及将前述支持体与前述端子电连接的连接部。
图1所示为本发明第1实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图2为图1所示的X射线管的沿II-II线的剖视图。
图3所示为本发明第2实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图4为图3所示的X射线管的沿IV-IV线的剖视图。
图5所示为本发明第3实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图6为图5所示的X射线管的沿VI-VI线的剖视图。
图7所示为本发明第4实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图8所示为图7所示的接合部端面的简要平面图。
图9所示为本发明第5实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图10所示为本发明第6实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图11所示为本发明第7实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图12所示为本发明第8实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图13所示为本发明第9实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
图14所示为本发明第10实施形态有关的X射线管的简要剖视图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施形态有关的固定阳极型X射线管。
图1及图2所示为作为X射线管的固定阳极型X射线管11。X射线管11具有保持内部为真空状态的外壳12。外壳12是将沿X射线管11的管轴的轴向的一端侧的用金属制成的第1外壳13、与构成绝缘部的另一端侧的第2外壳14组合而构成的。
第1外壳13形成为前端外径慢慢变细的帽状(筒状)。该第1外壳13的前端面形成为平坦面。在该平坦部分设置透射X射线的输出窗15，该输出窗15用X射线的衰减少的材料、例如铍(Be)制成，厚度形成为几十～几百μm左右。
第2外壳14用氧化铝等电气绝缘性陶瓷构成的绝缘材料形成为有底筒状。即，第2外壳14具有在与第1外壳13连接的一端侧具有开口的圆筒状的筒部14a；以及形成在该筒部14a的另一个端面的、相当于有底部的端面部14b。在该端面部14b的中央，形成安装端子用的安装孔14c。
另外，在第1外壳13的内部，与输出窗15相对配置阳极靶21。在阳极靶21的外周配置聚焦电极22，在该聚焦电极22的外周配置阴极23。阴极23固定在聚焦电极22的外周部。
另外，在外壳12内的中心部配置支持阳极靶21的支持体25。支持体25用具有导电性的例如铜或铜合金制成，一端侧形成为小直径，另一端侧形成为大直径。一端侧配置在聚焦电极22的内侧，在其前端支持阳极靶21。另一端侧的周面与第2外壳14的筒部14a的内周面接合。该阳极靶21的前端面用钨层覆盖。
支持体25的另一个端面与第2外壳14的端面部14b不直接接触，在其间设置间隙29那样分开配置。另外，在支持体25的另一个端面形成开口的轴向孔部30。再有，在从接合部28的位置的一端侧形成与孔部30连通的径向的孔部31。利用这些间隙及孔部30和31，形成从第1外壳13内到第2外壳14的安装孔14c的排气通路32。
另外，在第2外壳14的端面部14b的安装孔14c中，安装排气管34。排气管34是通过穿过支持体25的内部的排气通路32，将外壳12内进行排气后进行真空封接用的封接零部件。排气管34设置将排气管34安装在第2外壳14的安装孔14c中用的安装部35。
另外，将对阳极靶21施加高电压用的高压电缆37连接到排气管34。即，该排气管34是封接外壳12用的封接零部件，同时还具有作为连接对阳极靶21施加高电压用的高压电缆37端子38的功能。再有，端子38设置在与第2外壳14中的接合部28接合的位置离开的位置。
在第2外壳14中，形成将接合部28与端子38电连接的金属化层39。将金属化层39形成在第2外壳14的内表面。金属化层39具有支持体侧连接部40及端子侧连接部41。支持体侧连接部40设置在第2外壳14与接合部28之间，与接合部28电连接。另外，端子侧连接部41设置在端子38与第2外壳14的安装孔14c之间，与端子38电连接。
用例如硅酮树脂等具有绝缘性的绝缘模制树脂的绝缘材料42，覆盖第2外壳14的端面部14b的外表面、端子38及高压电缆37等。
另外，在与接合部28相对的第2外壳14的筒部14a的外周面，与作为散热部的散热体44接合。该散热体44利用热导率比陶瓷要高的金属材料形成为筒状，在第2外壳14的筒部14a的外周面形成未图示的相当于陶瓷和金属层的界面的金属化层、即金属层膜，筒部14a的外周面，与散热体44的内表面接合。散热体44的外周面，按照沿散热体44的轴向的宽度，沿散热体44的圆周方向隔开间隔，设置向外径方向突出的多个散热片45。
为了缓和高温时的热应力，散热体44的内周面的表面形状形成为凹凸形状。即，利用沿轴向及圆周方向形成的多个凹部46，形成沿轴向及圆周方向分割的多个凸部47。
另外，X射线管11具备至少利用流体强制冷却散热体44的未图示的强制冷却系统。作为该强制冷却系统，虽然可以根据X射线管11的发热，选择作为流体例如使用空气的空冷或者使用以水为主要成分的不冻液等液体的液冷，但最好是维护管理比较容易的空冷。
下面，说明图1及图2所示的X射线管11的工作。
在X射线管11工作时，在放置在外壳12内的阴极23与阳极靶21之间施加高电压，从阴极23发射电子。该电子利用阴极23与阳极靶21的电位差进行加速，撞击阳极靶21，产生X射线，产生的X射线从输出窗15发射。
由于电子向阳极靶21的撞击而产生热量，该热量向支持体25传送。传给该支持体25的热量，通过接合部28向第2外壳14传送。传给第2外壳14的热量，向散热体44传送。传给该散热体44的热量通过作用于散热体44的未图示的强制冷却系统的流体，进行强制散热。
在该X射线管11中，支持体25的接合部28与第2外壳14的筒部14a的内周面接合。因此，接触面积大，从支持体25向第2外壳14的传热性提高，能够提高散热特性。
另外，在离开接合部28的位置、即第2外壳14的端面部14b，设置端子38。因此，将该端子38进行绝缘铸模的绝缘材料42的温度能够保持得较低，能够长期确保绝缘特性。
另外，支持体25与端子38不直接接触，而是通过间隙29分开配置，但支持体25与端子38利用第2外壳14中形成的金属化层39电连接。
另外，利用兼用作外壳12的真空封接零部件的排气管34，构成端子38。因而，零部件数量减少，结构简化。
另外，支持体25的接合部28附近的表面形状形成为凹凸状，利用该凸部27形成接合部28。因而，高温时的支持体25的热膨胀被该凹凸部分进行的弹性变形吸收，能够缓和热应力。
同样，散热体44的内周面的表面形状形成为凹凸状。因而，高温时的散热体44的热膨胀被该凹凸部分进行的弹性变形吸收，能够缓和热应力。
另外，由于散热体44利用热导率大于陶瓷的金属材料形成，因此散热特性好。再有，由于在散热体44的外周面设置多个散热片45，因此散热体44的表面积增大，散热特性好。
另外，利用未图示的强制冷却系统，通过流体能够强制冷却第2外壳14的外周面。在该强制冷却系统中，利用散热体44能够更提高散热特性。
下面，图3及图4所示为本发明第2实施形态有关的X射线管。
另外，在图3及图4中，对于与图1及图2所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。
在散热体44的外周面，按照沿散热体44的圆周方向的环状，沿散热体44的轴向隔开间隔，设置向外径方向突出的多个散热片45。根据这样的冷却结构，散热体44的表面积增大，能够更提高散热特性。
下面，图5及图6所示为本发明第3实施形态有关的X射线管。
另外，在图5及图6中，与图3及图4的说明相同，对于与图1及图2所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。
将用金属制成的形成为筒状的柔性零部件51，介于接合部28与第2外壳14的筒部14a的内周面之间。将该柔性零部件51的内周面的表面形状，形成为无凹凸的曲面。另外，为了缓和高温时因热膨胀而产生的热应力，柔性零部件51的外周面的表面形状形成为凹凸形状。即，利用沿轴向及圆周方向形成的多个凹部52，形成沿轴向及圆周方向分割的多个凸部53。这些多个凸部53的表面与第2外壳14的筒部14a的内周面接合。
通过该柔性零部件51，能够从接合部28向第2外壳14传热。另外，能够利用柔性零部件51产生弹性变形，吸收高温时的支持体25的热膨胀，缓和热应力。
下面，图7及图8所示为本发明第4实施形态有关的X射线管。
另外，在图7及图8中，对于与图1所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。
将支持体25的另一端部与第2外壳14的端面部14b的内表面接合。为了缓和高温时的热应力，将支持体25的另一端部的表面形状形成为凹凸形状。即，如图8所示，形成利用形成为格子状的多个凹部26分割的多个凸部27。这些多个凸部27的表面形成作为与第2外壳14的端面部14b接合的接合部28。另外，在支持体25的周面部沿轴向形成排气通路32。
另外，在第2外壳14的筒部14a形成安装孔14c。对安装孔14c安装兼作为真空封接零部件及端子38的排气管34。高压电缆37与排气管34连接。端子38相当远离接合部28与第2外壳14接合的位置配置。
在第2外壳14中形成将接合部28与端子38电连接的金属化层39。金属化层39形成在第2外壳14的内表面。金属化层39具有支持体侧连接部40及端子侧连接部41。支持体侧连接部40设置在第2外壳14与接合部28之间，与接合部28电连接。另外，端子侧连接部41设置在端子38与第2外壳14的安装孔14c之间，与端子38电连接。
用绝缘材料42，覆盖第2外壳14的筒部14a的外表面、端子38及高压电缆37等。
另外，利用焊锡57，将散热体44的一个端面与接合部28相对的第2外壳14的端面部14b的外表面接合。在该散热体44的另一个端面，设置向外侧突出的多个散热片45。为了缓和高温时的热应力，将散热体44的一个端面的表面形状形成为凹凸形状。即，形成利用形成为格子状的多个凹部46分割的多个凸部47。另外，X射线管11具备利用流体强制冷却散热体44的未图示的强制冷却系统。
然后，在该X射线管11工作时，在放置在外壳12内的阴极23与阳极靶21之间施加高电压，通过这样从阴极23发射电子。该电子利用阴极23与阳极靶21的电位差进行加速，撞击阳极靶21，产生X射线，产生的X射线从输出窗15发射。
由于电子向阳极靶21的撞击而产生热量，该热量向支持体25传送。传给该支持体25的热量，通过接合部28向第2外壳14传送。传给第2外壳14的热量向散热体44传送。传给该散热体44的热量通过作用于散热体44的未图示的强制冷却系统的流体，进行强制散热。
在该X射线管11中，由于接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合，因此接触面积大。因而，从支持体25向第2外壳14的传热性提高，能够提高散热特性。
另外，在离开接合部28的位置、即第2外壳14的筒部14a，设置端子38。因此，将该端子38进行绝缘铸模的绝缘材料42的温度能够保持得较低，能够长期确保绝缘特性。
另外，支持体25与端子38通过间隙29分开设置，但利用金属化层39电连接。
另外，由于端子38利用兼用作外壳12的真空封接零部件的排气管34构成，因此能够减少零部件数量，能够简化结构。
另外，与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的支持体25的接合部28附近的表面形状形成为凹凸状，利用该凸部27形成接合部28。利用该凹凸部分进行的弹性变形来吸收高温时的支持体25的热膨胀，能够缓和热应力。
同样，由于散热体44的一个端面的表面形状形成为凹凸状，因此利用该凹凸部分进行的弹性变形来吸收高温时的散热体44的热膨胀，能够缓和热应力。
另外，如前所述，由于利用热导率大于陶瓷的金属材料形成散热体44，因此散热特性好。再有，由于在散热体44的另一个端面设置多个散热片45，因此散热体44的表面积增大，能够提高散热特性好。另外，利用未图示的强制冷却系统通过流体能够强制冷却散热体44。
下面，图9所示为本发明第5实施形态有关的X射线管。
另外，在图9中，对于与图7所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。
接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的、X射线管11的基本结构与第4实施形态相同。
在散热体44的外周面，沿散热体44的底部的圆周方向设置向外径方向突出的多个散热片45。该散热片45沿散热体44的底部的周围形成为环状，而且沿散热体44的轴向隔开间隔设置。在这样的结构中，散热体44的表面积增大，能够更提高散热特性。
下面，图10所示为本发明第6实施形态有关的X射线管。
另外，在图10中，对于与图7所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的、X射线管的基本结构与第4实施形态相同。
冷却散热体44的强制冷却系统61，使流体流通的管道62与散热体44的底部接合。通过使得以水为主要成分的不冻液等液体作为流体在管道62内流通，将传给散热体44的热量与管道62内的液体进行热交换，从而进行强制冷却。通过使用液体作为该流体的强制冷却系统61，能够更提高散热特性。
下面，图11所示为本发明第7实施形态有关的X射线管。
另外，在图11中，对于与图10所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的、X射线管的基本结构及强制冷却系统61等与第6实施形态相同。
将金属制的形成为圆板状的柔性零部件51，介于接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面之间，并将两者进行接合。将与接合部28接合的柔性零部件51的一个端面的表面形状，形成为无凹凸的曲面。另外，为了缓和高温时的热应力，将与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的柔性零部件51的另一个端面的表面形状，形成为凹凸状。即，形成利用形成为格子状的多个凹部52分割的多个凸部53。这些多个凸部53的表面与第2外壳14的端面部14b的内表面接合。
通过介于接合部28与第2外壳的端面部14b的内表面之间的柔性零部件51，能够从接合部28向第2外壳14传热。而且，利用柔性零部件51进行弹性变形，来吸收高温时的支持体25的热膨胀，能够缓和热应力。
下面，图12所示为本发明第8实施形态有关的X射线管。
另外，在图12中，对于与图7所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的、X射线管11的基本结构与第4实施形态相同。
如图12所示，底部60与散热体44固定成一体，对于该底部60，冷却散热体44的强制冷却系统61利用螺丝固定在底部60上，能够拆下。利用该强制冷却系统61，能够更提高散热特性。另外，强制冷却系统61由于利用螺丝固定，因此能够容易进行装拆及更换。
下面，图13所示为本发明第9实施形态有关的X射线管。
另外，在图13中，对于与图12所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。接合部28与第2外壳14的端面部14b的内表面接合的、X射线管11的基本结构及强制冷却系统61等与第8实施形态相同。另外，与图13所示的结构相同，强制冷却系统61利用螺丝固定在底部60上，能够拆下。
将金属筒70固定在底部60上，使其覆盖第2外壳14的外周，在该金属筒70与第2外壳14的外周之间设置绝缘材料42，并用该绝缘材料42，覆盖第2外壳14的筒部14a的整个外表面、端子38及高压电缆37等。在该结构中，由于用绝缘材料42覆盖第2外壳14的筒部14a的整个外表面，因此能够实现高绝缘特性。作为该绝缘材料42，可以使用对硅酮树脂混合氧化铝或氮化铝的材料。
下面，图14所示为本发明第10实施形态有关的X射线管。
另外，在图14中，对于与图1所示的同一部分，附加同一标号，并省略其说明。接合部28与第2外壳14的筒部14a的内表面接合的、X射线管11的基本结构与第1实施形态相同。
将散热体44的一个端面，与第2外壳14的筒部14a接合。另外，将散热体44的另一个端面延长，使其覆盖绝缘材料42，在其另一端侧设置底部60，并利用螺丝将强制冷却系统61固定在该底部60上。
根据本实施形态，由于绝缘材料42能够通过散热体44进行散热，因此能够提高散热特性，并能够确保长期的可靠的绝缘特性。特别是由于直接利用强制冷却系统61来冷却散热体44，因此能够有效地冷却X射线管。另外，由于利用螺丝来固定强制冷却系统61，因此容易进行装拆及更换。
另外，本发明不是原封不动地限定于上述实施形态，在其实施阶段可以在不脱离其要点的范围内改变构成要素并具体化。另外，可以通过上述实施形态所揭示的多个构成要素的适当组合，形成各种发明。另外例如，也可以考虑采用从实施形态所示的全部构成要素删除几个构成要素的构成。再有，也可以适当组合不同的实施形态所述的构成要素。
另外，在不脱离本发明的要点的范围内进行各种变形，当然也同样能够实施。
工业上的实用性本发明提供散热特性好、能够长期确保绝缘材料的绝缘特性的X射线管。
权利要求
1.一种X射线管，其特征在于，具备在一端侧具有形成透射X射线的输出窗的第1外壳并且在另一端侧具有具有电气绝缘性的第2外壳的筒状外壳；设置在所述第1外壳内的阳极靶；设置在所述第1外壳内的、发射向所述阳极靶照射的电子的阴极；设置在所述外壳内的、在一端侧具有与所述第2外壳的内表面接合的接合部、而在另一端侧支持所述阳极靶的支持体；与所述支持体通过间隙实质上隔热配置的、向所述支持体供给电压的端子以及将所述支持体与所述端子电连接的连接部。
2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述连接部是在所述第2外壳的内表面形成的金属化层。
3.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，在所述第2外壳设置将由所述阳极靶产生的、通过所述支持体传送的热量向外部散出用的散热部。
4.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述端子还具有将所述外壳进行真空封接的封接部。
5.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述接合部配置在所述第2外壳与所述支持体沿径向及轴向的某一方向互相相对的位置。
6.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述支持体的一部分的表面形状形成为凹凸状，所述接合部包含形成为该凸状的部分。
7.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，还具备设置在所述接合部与所述第2外壳之间的柔性零部件。
8.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，还具备利用流体强制冷却所述第2外壳的外表面的冷却系统。
全文摘要
本发明提供能够提高散热特性、能够长期确保绝缘特性的X射线管(11)。支持体(25)在一端侧支持阳极靶(21)，在另一端侧的外周面设置接合部(28。使接合部(28)与第2外壳(14)的筒部(14a)的内周面接合，提高通过接合部(28)从支持体(25)向第2外壳(14)的传热性。在第2外壳的另一端侧的端面部(14b)设置对阳极靶(21)供给电压用的端子(38)。通过在离开接合部28的位置设置端子(38)，将对端子(38)进行绝缘的绝缘材料(42)的温度保持得较低，并且长期确保绝缘特性。
文档编号H01J35/16GK101091232SQ20068000141
公开日2007年12月19日 申请日期2006年8月25日 优先权日2005年8月29日
发明者阿武秀郎 申请人:株式会社东芝, 东芝电子管器件株式会社