JP2007042434A - X-ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線を発生するX線管に関する。 The present invention relates to an X-ray tube that generates X-rays.
従来、X線管は、図12に示すように、真空外囲器1内に収容された陰極フィラメント2と陽極ターゲット3との間に高電圧を印加することにより、陰極フィラメント2から電子が放出され、この電子が陰極フィラメント2と陽極ターゲット3との電位差で加速されて陽極ターゲット3に衝突し、X線が発生して真空外囲器1の出力窓4から放射される。陽極ターゲット3を支持する支持体5の内部の冷却液路6には冷却液が循環され、電子の衝突によって熱が発生する陽極ターゲット3を冷却する。また、真空外囲器1を冷却するための冷却液路7も設けられている。
Conventionally, as shown in FIG. 12, an X-ray tube emits electrons from the
また、陽極ターゲットと陰極フィラメントとを収容した真空外囲器を絶縁油が充填されたハウジング内に収容し、真空外囲器の外部へ突出した陽極の端部を、電気絶縁性の熱伝導部材を介して、ハウジングの内壁面に連結したX線管がある。陽極への給電部は真空外囲器から突出する陽極の端部側で真空外囲器と熱伝導部材との間にあり、この給電部を通じて高圧トランスからの高電圧を陽極に印加している(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、陽極ターゲットを支持する支持体の内部に冷却液を循環させ、陽極ターゲットにて発生する熱を冷却する構造の場合、熱交換器、循環ポンプ、ホースなどを使用した循環液の循環冷却システムが必要となり、維持管理の手間とコストがかかる。特に、循環液に純水を使用する場合には、純水の電気伝導度が上昇することを防ぐため、イオン交換樹脂を使ったフィルタが必要となり、より維持管理の手間とコストがかかる。 However, in the case of a structure that circulates the cooling liquid inside the support that supports the anode target and cools the heat generated in the anode target, a circulating cooling system for the circulating liquid using a heat exchanger, a circulation pump, a hose, etc. This requires maintenance work and costs. In particular, when pure water is used as the circulating fluid, a filter using an ion exchange resin is required to prevent the electrical conductivity of the pure water from increasing, which requires more maintenance and cost.
また、真空外囲器の外部へ突出した陽極の端部を、電気絶縁性の熱伝導部材を介して、ハウジングの内壁面に連結する構造の場合、陽極への給電部は真空外囲器から突出する陽極の端部側で真空外囲器と熱伝導部材との間にあり、陽極の熱伝導部材の部分より給電部の部分の温度が高くなり、耐電圧などに影響が発生する。 In addition, in the case of a structure in which the end of the anode protruding outside the vacuum envelope is connected to the inner wall surface of the housing via an electrically insulating heat conducting member, the power feeding portion to the anode is connected from the vacuum envelope. The end of the projecting anode is located between the vacuum envelope and the heat conducting member, and the temperature of the power feeding portion is higher than that of the heat conducting member of the anode, which affects the withstand voltage and the like.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、支持体の熱の放出特性を向上でき、給電部の温度を低減できるX線管を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the X-ray tube which can improve the discharge | release characteristic of the heat | fever of a support body and can reduce the temperature of an electric power feeding part.
本発明は、X線を透過する出力窓が形成された外囲器と、この外囲器内に設けられた陽極ターゲットと、この陽極ターゲットを一端に支持し、他端が前記外囲器の外部に突出する支持体と、この支持体の他端に接続された前記陽極ターゲットへの給電部と、前記外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、前記外囲器の少なくとも一部およびこの外囲器から突出する支持体の他端側を収容する管容器と、前記管容器内に充填された絶縁材と、前記外囲器から突出する前記支持体の他端側でかつ前記外囲器と前記給電部との間を前記管容器に接続しその表面が前記絶縁材と接触するように配置された接続部とを具備しているものである。 The present invention provides an envelope having an output window that transmits X-rays, an anode target provided in the envelope, and supports the anode target at one end, and the other end of the envelope. A support projecting to the outside, a power feeding part to the anode target connected to the other end of the support, a cathode filament provided in the envelope and emitting electrons to be irradiated to the anode target; A tube container accommodating at least a part of the envelope and the other end of the support projecting from the envelope; an insulating material filled in the tube container; and the support projecting from the envelope A connecting portion disposed on the other end side of the body and connected between the envelope and the power feeding portion to the tube container and arranged so that a surface thereof is in contact with the insulating material. .
本発明によれば、外囲器から突出する支持体の他端側でかつ外囲器と給電部との間を管容器に接続する接続部により、支持体を保持するとともに、絶縁材に蓄積された熱をこれに接触する支持体を介して放熱し、また、支持体の熱を絶縁材や管容器に伝達して管容器から放熱しやすくでき、支持体の熱の放出特性を向上でき、さらに、支持体に対する接続部と給電部との位置関係により給電部の温度を低減できる。 According to the present invention, the support body is held by the other end side of the support body protruding from the envelope and connected between the envelope and the power feeding section to the tube container, and accumulated in the insulating material. Heat can be dissipated through the support that comes into contact with it, and heat from the support can be transferred to the insulating material and tube container to easily dissipate it from the tube container, improving the heat release characteristics of the support. Furthermore, the temperature of the power feeding part can be reduced by the positional relationship between the connection part and the power feeding part with respect to the support.
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1ないし図5に第1の実施の形態を示し、図1はX線管の基本構造の断面図、図2ないし図5はそれぞれX線管の接続部の他の形状を示す一部の断面図である。 1 to 5 show a first embodiment, FIG. 1 is a sectional view of a basic structure of an X-ray tube, and FIGS. 2 to 5 are partial views showing other shapes of connecting portions of the X-ray tube, respectively. It is sectional drawing.
図1に示すように、11は固定陽極型のX線管で、このX線管11は、内部を真空保持する外囲器12を備えている。この外囲器12は、X線管11の管軸に沿った軸方向の一端側の真空外囲器13と、外囲器12の高電圧絶縁部を構成する部分である他端側の絶縁外囲器14とを組み合わせて構成されている。
As shown in FIG. 1, 11 is a fixed anode type X-ray tube, and this
真空外囲器13は、その先端外径が徐々に細くなる筒状で、先端面が平坦に形成され、その平坦部分にX線を透過する出力窓15が設けられている。この出力窓15には、X線の減衰が少ない材料として例えばベリリウム(Be)が使用され、厚さが数10〜数100μmに薄く形成されている。
The
絶縁外囲器14は、電気絶縁性セラミックスを含む絶縁材料で筒状に形成されている。
The insulating
また、真空外囲器13の内部には、出力窓15に対向して陽極ターゲット16が配置され、この陽極ターゲット16の外側に収束電極17が配置され、この収束電極17の外側に陰極フィラメント18が配置されている。陰極フィラメント18は、収束電極17の外周部に固定されている。
An
また、外囲器12内の中心部には支持体19が配置され、この支持体19の一端が集束電極17の内側に配置されるとともに先端で陽極ターゲット16を支持している。この支持体19の他端側周面が絶縁外囲器14の他端側に連結部材20によって封止状態で連結保持され、この支持体19の他端側に絶縁外囲器14の外部に突出する突出部21が形成されている。絶縁外囲器14から突出する支持体19の他端側には小径となる嵌合部22が形成されている。
A
支持体19の他端である突出部21の端面には、支持体19の内部に形成された排気路23を通じて外囲器12内を排気するための排気管24が設けられているとともに、陽極ターゲット16に高電圧を印加するための高圧ケーブル25が接続される給電部26が設けられている。
An
また、外囲器12の高電圧絶縁部を構成する部分である絶縁外囲器14、および絶縁外囲器14から突出する支持体19の突出部21などが、絶縁性を有する材料で形成された管容器27に収容されている。
In addition, the
また、絶縁外囲器14から突出する支持体19の嵌合部22であって絶縁外囲器14と給電部26との間に、この支持体19と管容器27とを径方向で接続しその表面が絶縁材33と接触するように配置された接続部28が配設されている。この接続部28は、20W/m・K以上の高熱伝導特性および10kV/mm以上の高電圧絶縁性を有するセラミックスで、環状に形成され、内側には支持体19の嵌合部22に嵌合して接合する嵌合孔29が形成され、外周面には管容器27の内周面に接合する接合部30が形成されている。接続部28の外囲器12内に臨む表面部31には、その表面部31の表面積を広くする手段としてブラスト処理が施されている。支持体19の嵌合部22に嵌合された接続部28は保持部材32で支持体19に保持されている。なお、高熱伝導特性が20W/m・K以下であると十分な熱伝導が得られず、高電圧絶縁性が10kV/mm以下であると使用に耐えない。接続部28の材料のセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウムを用いることにより、90〜200W/m・Kの高熱伝導率が得られる。
In addition, the
また、管容器27の内部には、例えばシリコーン樹脂などのポッティング材である絶縁材33が充填されている。
The
また、管容器27の外面には、少なくとも接続部28が接続される管容器27の部分である外周面を含み、管容器27を冷却する冷却手段34が配設されている。冷却手段34としては、X線管11の入力に応じて例えば空冷や液冷を選択できるが、維持管理が容易な空冷が好ましい。
A cooling means 34 for cooling the
そして、X線管11の動作時には、外囲器12内に収容された陰極フィラメント18と陽極ターゲット16との間に高電圧を印加することにより、陰極フィラメント18から電子が放出され、この電子が陰極フィラメント18と陽極ターゲット16との電位差で加速されて陽極ターゲット16に衝突し、X線が発生して真空外囲器13の出力窓15から放射される。
During the operation of the
陽極ターゲット16への電子の衝突によって熱が発生し、この陽極ターゲット16の熱が、支持体19に伝わり、この支持体19の他端に接続されている接続部28を介して絶縁材33や管容器27などへ放散および伝熱される。接続部28または絶縁材33から管容器27に伝達された熱は、管容器27の外面を冷却する冷却手段34によって放熱される。
Heat is generated by the collision of electrons with the
例えばX線管11の熱負荷を200Wとし、接続部28がある場合にはパラジウム(Pd)を用いた陽極ターゲット16の温度は700℃以下となるが、接続部28が無い場合にはパラジウム(Pd)を用いた陽極ターゲット16の温度は1000℃以上となることが熱解析結果より判明した。陽極ターゲット16の温度が700℃以上になると、X線強度低下や耐電圧問題が発生する場合がある。
For example, when the heat load of the
このように、絶縁外囲器14から突出する支持体19の他端側でかつ絶縁外囲器14と給電部26との間を管容器27に接続する接続部28により、支持体19を保持するとともに、絶縁材33に蓄積された熱をこれに接触する支持体19を介して放熱し、また、支持体19の熱を絶縁材33や管容器27に伝達して管容器27から放熱しやすくでき、冷却液を用いる場合のような維持管理が必要なく、支持体19の熱の放出特性を向上でき、さらに、支持体19に対する接続部28と給電部26との位置関係により給電部26の温度を低減できる。
In this manner, the
接続部28の絶縁材33に接する表面部31をブラスト処理しているため、平面に比べて、絶縁材33に接する表面積が広くなり、接続部28から絶縁材33への熱伝達性を向上できるとともに、沿面距離を確保できる。
Since the
接続部28の材料には20W/m・K以上の熱伝導率、10kV/mm以上の絶縁耐力を有するセラミックス、例えば窒化アルミニウムを用いることにより、高熱伝導と高絶縁性とを兼ねることができる。
By using ceramics having a thermal conductivity of 20 W / m · K or higher, a dielectric strength of 10 kV / mm or higher, for example, aluminum nitride, as the material of the
また、接続部28の絶縁材33に接する表面部31の表面積を広くする手段としては、ブラスト処理に限らない。例えば、図2に示すように接続部28の表面部31を波形にしたり、図3に示すように接続部28の表面部31を凹凸状に形成したり、図4に示すように接続部28の管容器27に接する周縁部の幅を広くしたり、図5に示すように接続部28の幅を外径方向に向かうに従って階段状に広くすることなどによっても、接続部28の絶縁材33に接する表面部31の表面積を広くすることができる。
The means for increasing the surface area of the
次に、図6ないし図11に第2の実施の形態を示し、図6はX線管の基本構造の断面図、図7ないし図11はそれぞれX線管の接続部の他の形状を示す一部の断面図である。 Next, FIGS. 6 to 11 show a second embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional view of the basic structure of the X-ray tube, and FIGS. 7 to 11 show other shapes of connecting portions of the X-ray tube, respectively. FIG.
絶縁外囲器14から突出する支持体19の嵌合部22であって絶縁外囲器14と給電部26との間に、この支持体19と管容器27とを軸方向で接続する接続部28が配設されている。接続部28は、環状(筒状)に形成され、内側には支持体19の嵌合部22に嵌合して接合する嵌合孔29が形成され、外端面には管容器27の端面に接合する接合部30が形成されている。接続部28の外囲器12内に臨む表面部31には表面積を広くする手段としてブラスト処理が施されている。
A
また、管容器27の外面には、少なくとも接続部28が接続される管容器27の部分である端面を含み、管容器27を冷却する冷却手段34が配設されている。
A cooling means 34 for cooling the
そして、X線管11の動作時において、陽極ターゲット16への電子の衝突によって発生した熱が、支持体19に伝わり、この支持体19の他端に接続されている接続部28を介して絶縁材33や管容器27などへ放散および伝熱される。接続部28または絶縁材33から管容器27に伝達された熱は、管容器27の外面を冷却する冷却手段34によって放熱される。
Then, during operation of the
このように、絶縁外囲器14から突出する支持体19の他端側でかつ絶縁外囲器14と給電部26との間を管容器27に接続する接続部28により、支持体19を保持するとともに、絶縁材33に蓄積された熱をこれに接触する支持体19を介して放熱し、また、支持体19の熱を絶縁材33や管容器27に伝達して管容器27から放熱しやすくでき、冷却液を用いる場合のような維持管理が必要なく、支持体19の熱の放出特性を向上でき、さらに、支持体19に対する接続部28と給電部26との位置関係により給電部26の温度を低減できる。
In this manner, the
また、接続部28の絶縁材33に接する表面部31の表面積を広くする手段としては、ブラスト処理に限らない。例えば、図7に示すように接続部28の嵌合孔29のうち支持体19に嵌合していない箇所の内径を広くしたり、図8に示すように接続部28の表面部31を凹凸状に形成したり、図9に示すように接続部28の表面部31を波形にしたり、図10に示すように接続部28の外径を軸方向の他端へ向かうに従って階段状に広くしたり、図11に示すように接続部28の管容器27に接する縁部の幅を広くすることなどによっても、接続部28の絶縁材33に接する表面部31の表面積を広くすることができる。
The means for increasing the surface area of the
11 X線管
12 外囲器
15 出力窓
16 陽極ターゲット
18 陰極フィラメント
19 支持体
26 給電部
27 管容器
28 接続部
33 絶縁材
34 冷却手段
11 X-ray tube
12 Envelope
15 Output window
16 Anode target
18 Cathode filament
19 Support
26 Feeder
27 tube container
28 Connection
33 Insulation material
34 Cooling means
Claims (6)
この外囲器内に設けられた陽極ターゲットと、
この陽極ターゲットを一端に支持し、他端が前記外囲器の外部に突出する支持体と、
この支持体の他端に接続された前記陽極ターゲットへの給電部と、
前記外囲器内に設けられ、前記陽極ターゲットに照射する電子を放出する陰極フィラメントと、
前記外囲器の少なくとも一部およびこの外囲器から突出する支持体の他端側を収容する管容器と、
前記管容器内に充填された絶縁材と、
前記外囲器から突出する前記支持体の他端側でかつ前記外囲器と前記給電部との間を前記管容器に接続しその表面が前記絶縁材と接触するように配置された接続部と
を具備していることを特徴とするX線管。 An envelope having an output window that transmits X-rays;
An anode target provided in the envelope;
The anode target is supported at one end, and the other end protrudes outside the envelope; and
A power feeding part to the anode target connected to the other end of the support;
A cathode filament that is provided in the envelope and emits electrons to irradiate the anode target;
A tube container that houses at least a part of the envelope and the other end of the support projecting from the envelope;
An insulating material filled in the tube container;
A connecting portion arranged on the other end side of the support projecting from the envelope and between the envelope and the power feeding portion so as to be connected to the tube container and its surface in contact with the insulating material. An X-ray tube comprising:
ことを特徴とする請求項1記載のX線管。 The X-ray tube according to claim 1, wherein the connecting portion connects the support and the tube container in either the radial direction or the axial direction.
ことを特徴とする請求項1または2記載のX線管。 3. The X-ray tube according to claim 1, wherein means for increasing a surface area of the surface is provided on a surface of the connecting portion in contact with the insulating material.
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか記載のX線管。 The X-ray tube according to any one of claims 1 to 3, wherein the connecting portion is made of a ceramic having a thermal conductivity of 20 W / m · K or more.
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載のX線管。 The X-ray tube according to any one of claims 1 to 4, wherein the connecting portion is formed of a ceramic having a dielectric strength of 10 kV / mm or more.
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれか記載のX線管。 The X-ray tube according to any one of claims 1 to 5, further comprising cooling means for cooling an outer surface of the tube container.
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- 2005-08-03 JP JP2005225316A patent/JP2007042434A/en not_active Abandoned
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