X射線管裝置的製作方法
2023-11-04 15:05:12 1
本申請以日本專利申請2016-074402(申請日：2016年4月1日)為基礎，享受該申請的優先權。本申請由於參照了該申請，因而包含了該申請的所有內容。
本實施方式涉及x射線管裝置。
背景技術：
螢光x射線分析所使用的x射線管裝置包含：陰極、陽極靶、冷卻管、導水管、以及連接導水管和冷卻管的接頭連接部(以下稱為接頭)。x射線管裝置包括：冷卻管、導水管、接頭、以及用於對由其他結構體構成的陽極靶進行冷卻的冷卻材料的流路。陽極靶接合在構成該流路的結構體的外側的規定位置。導水管以及冷卻管分別與接頭相連接。導水管例如由設置於內側的內側管、以及設置於外側的外側管構成。設置內側管的前端噴嘴部，使冷卻材料向設置了陽極靶的方向釋放。該情況下，冷卻管通過經由接頭與內側管連接的第一冷卻管、以及經由接頭與外側管連接的第二冷卻管構成。該x射線管裝置中，冷卻材料通過第一冷卻管，經由接頭被輸送至內側管，通過內側管以及外側管之間的流路，經由接頭從第二冷卻管排出。
x射線管裝置中，通過從陰極釋放的電子對陽極靶進行衝擊，使陽極靶、及其周圍部分變成高溫。陽極靶、及其周圍部分被在附近構成的流路中流過的冷卻材料冷卻。流過冷卻材料的流路內的、設置了陽極靶部分的附近流路的壁面中，可能產生冷卻材料的過冷卻沸騰、或在冷卻材料的流動中產生空化。由於這些過冷卻沸騰、空化等，在設置了陽極靶部分的附近流路、即內側管的前端噴嘴部附近產生氣泡。在內側管的前端噴嘴部的周邊產生氣泡，然後產生的氣泡消失，(由於在冷卻材料中產生衝擊，)由此內側管可能出現振動。在內側管和接頭的嵌合間隙較大的情況下，內側管的振動增大，也可能進一步使噪聲變大。
技術實現要素：
如上文所述，由於過冷卻沸騰、空化等而在流路內產生的氣泡消滅所伴隨的振動使導水管振動，與周邊構件相接觸，由此可能產生噪聲。
本發明的實施方式是鑑於這一點完成的，其目的在於提供一種為了降低噪聲而具備抑制導水管的振動的x射線管裝置。
本發明的實施方式涉及的x射線管裝置，包括：陰極，該陰極釋放電子；陽極靶，該陽極靶受到從陰極釋放的電子衝擊從而產生x射線；連接部，該連接部具有供冷卻材料流入的流入部；有底的第一筒管，該有底的第一筒管的一端部與連接部相連接，另一端部的外側的底部與陽極靶接合；第二筒管，該第二筒管設置在第一筒管的內側，被配置為第一端部與流入部嵌合，第二端部將從第一端部流入的冷卻材料向接合了陽極靶的第一筒管的底部釋放；以及彈性構件，該彈性構件設置在第一端部與所述第一筒管之間。
根據所述結構的x射線管裝置，能降低噪聲的產生。
附圖說明
圖1a是表示實施方式涉及的x射線管裝置的一例的整體剖視圖。
圖1b是放大了實施方式的x射線管的一部分的局部剖視圖。
圖2a是表示彈性構件的一例的頂面圖。
圖2b是圖2a的a-a截面的圓形的剖視圖。
圖2c是圖2a的a-a截面的矩形的剖視圖。
圖3是放大了本實施方式的支承構件的一部分的局部剖視圖。
圖4是表示實施方式所涉及的x射線管裝置的振動值和輸入值的關係的圖。
具體實施方式
以下，參照附圖對實施方式進行說明。
(實施方式)
圖1a是表示本實施方式涉及的x射線管裝置1的一例的整體剖視圖，圖1b是放大了本實施方式的x射線管裝置1的一部分的局部剖視圖。圖1a是表示以管軸ta為中心的x射線管裝置1的一部分的截面。以下，將相對於管軸ta水平的方向稱為軸向。軸向中，將x射線管2側稱為下方向(下側)，將相對於下方向相反的方向稱為上方向(上側)。另外，將相對於管軸ta垂直的方向稱為徑向。
x射線管裝置1具備x射線管2、以及包含該x射線管2的管容器3。進一步地，x射線管裝置1包括：用於將高壓電纜插入連接的高壓插座4、冷卻管道5、接頭連接部(以下簡稱為接頭)6、導水管7、將高壓插座4以及導水管7電連接的導體彈簧8、設置於高壓插座4的外側的圓筒形的絕緣筒體9、以及隔開空盆10和內部空間22的波紋管11。
高壓插座4為了連接高壓電纜，形成為上端部開口且有底的圓筒形。高壓插座4將管軸ta作為中心軸，以液體密封方式設置在下文所述的管容器3的上側。高壓插座4具備從內側貫通到外側底部的連接端子12。連接端子12包含插入於高壓插座4的外部電路的套管、以及端子。連接端子12經由導體彈簧8與接頭6相連接。
絕緣筒體9由大致為圓筒形的絕緣體形成。雖然沒有圖示，絕緣筒體9形成為可供絕緣油流通的結構。絕緣筒體9例如將上端部固定於管容器3的內側。
冷卻管道5是用於使冷卻材料、例如純水流動的導管。冷卻管道5以螺旋狀設置於高壓插座4和絕緣筒體9之間。冷卻管道5由具備提供有冷卻材料的供水口5a的第一冷卻管道5b以及具備排出冷卻材料的排出口5d的第二冷卻管道5c構成。第一冷卻管道5b中，供水口5a與作為冷卻材料的提供源的循環冷卻裝置等(未圖示)相連接，供水口5a的相反側的端部與接頭6相連接。另一方面，第二冷卻管道5c中，排水口5d與循環冷卻裝置等(未圖示)相連接，排水口5d的相反側的端部與接頭6相連接。另外，冷卻管道5也可以不設置為螺旋狀。
接頭6設置在x射線管裝置1的中心部，例如管軸ta上，連接冷卻管道5和導水管7。接頭6具有形成了三個孔的本體部6a，該三個孔為第一通路6p1、形成為與第一通路6p1大致平行的第二通路6p2、以及形成為與第一通路6p1以及第二通路6p2垂直的第三通路6p3這三個孔。
例如，如圖1b所示，第一通路6p1形成在本體部6a的上部，大致垂直於管軸ta，從側面部(外周部)連通至第三通路6p3。同樣地，第二通路6p2形成在本體部6a的第一通路6p1的下部，大致垂直於管軸ta，從側面部連通至第三通路6p3。即，第一通路以及第二通路6p1、6p2分別在本體部6a的側面部向垂直於管軸ta的方向開口。另外，在第一通路6p1中，以液體密封方式連接有第一冷卻管道5b，在第二通路6p2中，以液體密封方式連接有第二冷卻管道5c。第三通路6p3形成為沿著管軸ta從本體部6a的下端部連通至第一通路6p1，在整個從與第二通路連接6p2的部分到與第一通路6p1連接的部分具有階差。即，第三通路6p3形成為沿著管軸ta向下部開口，與連接到第二通路6p2的部分的孔徑相比，連接到第一通路6p1的部分的孔徑較小。以下，第三通路6p3中，將連接到第一通路6p1的孔徑較小的部分稱為小徑部，將連接到第二通路6p2的孔徑較大的部分稱為大徑部。
導水管7包含形成為圓筒形的外側管道(第一筒管)7a、以及設置於外側管道7a的內側的圓筒形的內側管道(第二筒管)7b。另外，導水管7在內部具備彈性構件23和支承構件25。導水管(筒管)7設置為沿軸向、例如管軸ta延伸，與接頭6的下部相連接。
外側管道7a分別以液體密封方式與接頭6的本體部6a的下部和下文所述的陽極塊14的上部接合。外側管道7a的內徑以與第三通路6p3的小徑部大致相同的直徑形成。
內側管道7b以比外側管道7a的內徑小的外徑形成。內徑管道7b設置為在外側管道7a的內側沿管軸ta延伸，其上端部與第三通路6p3的小徑部嵌合，中間部被支承構件25支承，且在下端部具備前端噴嘴部24。內側管道7b中，外徑與第三通路6p3的小徑部的孔徑大致相同，在與第三通路6p3的小徑部之間具有規定公差的嵌合間隙。
圖2a是表示彈性構件23的一例的頂面圖，圖2b以及圖2c是表示圖2a的a-a截面的一例的剖視圖。圖2b是圖2a的a-a截面為圓形的剖視圖，圖2c是圖2a的a-a截面的矩形的剖視圖。
彈性構件23的形狀例如形成為o形環狀、或管道狀。彈性構件23的截面形狀可以形成為圖2b所示的圓形，也可以形成為圖2c所示的矩形。彈性構件23由樹脂性的橡膠構件形成。例如，彈性構件23可以由矽橡膠、氟橡膠、三元乙丙橡膠、以及丁腈橡膠中的至少一種構成。如圖1b所示，彈性構件23設置於第三通路6p3的階差部分，內側管道7b的嵌合部附近的外周部和第三通路6p3的大徑部之間。彈性構件23的厚度與內側管道7b的外徑和第三通路6p3的大直徑部的直徑之間的寬度大致相同，或大於該寬度。另外，彈性構件23設置在內側管道7b的嵌合部附近的、內側管道7b和第三通路6p3之間的至少一部分即可。
圖3是放大了本實施方式的支承構件25的一部分的局部剖視圖。
如圖3所示，支承構件25形成為具有窄幅部、和寬度大於窄幅部的寬幅部的大致圓錐梯形筒狀。支承構件25在外側管道7a的內側支承內側管道7b。支承構件25中，寬幅部固定於外側管道7a的內周部，內側管道7b與窄幅部的內側嵌合。支承構件25在窄幅部和寬幅部之間的規定位置沿著周向形成有一個以上用於供冷卻水通過的孔h1。
x射線管2具備陽極靶(陽極)13、陽極塊14、釋放電子的陰極15、文納爾控制電極(wehneltelectrode)16、第一真空封殼17、以及第二真空封殼18。在高壓電纜與高壓插座4連接的情況下，在陽極靶13和下文所述的陰極15之間施加高電壓(管電壓)。
陽極塊14形成以管軸ta為中心軸的有底的圓筒形。在陽極塊14的開口部側固定有外側管道7a的下端部。在陽極塊14的內側配置有內側管道7b的前端噴嘴部24。從該前端噴嘴部24向陽極塊14的內側的底部(或陽極靶13的設置方向)，釋放冷卻水。
x射線管裝置1中，通過組裝上述接頭6、導水管7、以及陽極塊14，從而構成用於使冷卻材料流過的流路。另外，接頭6、導水管7、以及陽極塊14分別記載為單獨個體，但根據流過冷卻材料的流路的結構，可以全部形成為一體，也可以部分形成為一體。通過使冷卻材料在由冷卻管道5、接頭6、導水管7、以及陽極塊14構成的流路中循環，從而將填充至下文所述的內部空間22的絕緣油、陽極靶13等冷卻。
陽極靶13與陽極塊14的外側的底部接合。陽極靶13受到電子衝擊會產生x射線。這時，陽極靶13受到電子衝擊從而溫度上升，通過在陽極塊14內側的流路中流動的冷卻材料冷卻。陽極靶13被施加相對為正的管電壓。
陰極15以環狀的燈絲(filament)形成，設置為從陽極靶13(或陽極塊14)向徑向的外側隔開規定的間隔。陰極15被電氣接地，從陰極15釋放的電子越過下文所述的文納爾控制電極16的下端部而碰撞到陽極靶13上。
文納爾控制電極16形成為圓形，設置在陽極靶13和陰極15之間。文納爾控制電極16將從陰極15釋放的電子聚焦在陽極靶13上。
第一真空封殼17由內側圓筒、和外側圓筒構成。第一真空封殼17中，內側圓筒和外側圓筒的上端部相互接合。內側圓筒以及外側圓筒分別大致為圓筒形，例如由玻璃材料、或陶瓷材料形成。第一真空封殼17中，內側圓筒的下端部與陽極塊14真空氣密性連接，外側圓筒的下端部作為x射線管2的壁面的一部分與x射線管2的壁部真空氣密性連接。
第二真空封殼18形成為有底的大致圓筒形。第二真空封殼18中，上端部作為x射線管2的壁面的一部分與x射線管的壁部真空氣密性連接。第二真空封殼18與下文所述的管容器3一併電氣接地。第二真空封殼18中，x射線發射窗(窗部)19與貫通底部的中心附近的開口部真空氣密性接合。x射線發射窗19使電子進行碰撞時從陽極靶13產生的x射線透過，使x射線從x射線管裝置1向外部釋放。x射線放射窗19由使x射線透過的構件，例如鈹薄板形成。另外，x射線管2具備：在外壁的一部分向徑向的外側突出的第一凸部20a以及第二凸部20b。
管容器3是將x射線管裝置1的各部分收納至內部的密閉的容器。管容器3形成為以管軸ta為中心軸的大致圓筒形。管容器3例如由金屬構件形成。另外，管容器3中，在內壁貼付有鉛板21。在管容器3(鉛板21)的內側的內部空間22填充有絕緣油。在此，內部空間22例如是管容器3的內側、x射線管2以及高壓插座4的外側、且下文所述的空盆10以外的空間。
具備波紋管11，使其在管容器3的下側的規定部分，隔開內部空間22和空盆10。波紋管11中，一端部固定於第一凸部20a，另一端部固定於第二凸部20b。波紋管11由樹脂性的彈性構件形成，通過在空盆10中進行收縮來吸收絕緣油的膨脹以及收縮等。波紋管11例如是橡膠構件。
本實施方式中，x射線管裝置1中，冷卻材料從第一冷卻管道5b輸送，經由第一通路6p1從上端部流入內側管道7b。向內側管道7b流入的冷卻材料中，從內側管道7b的前端噴嘴部24向設置了陽極靶13的方向的陽極塊14的內側的底部釋放。從前端噴嘴部24釋放的冷卻材料通過由陽極塊14的內側表面、或外側管道7a的內側表面、和內側管道7b的外周部構成的流路，流向接頭6的第三通路6p3。流過第三通路6p3的冷卻材料經由第二通路6p2從第二冷卻管道5c排出。
另外，x射線管裝置1中，高壓電纜與高壓插座4連接的情況下，向陽極靶13施加管電壓。並且，從陰極15釋放的電子衝擊陽極靶13，產生x射線。這時，利用構成在陽極塊14內側的流路中流動的冷卻材料，使陽極靶13冷卻。在陽極塊14內側的流路中流動的冷卻材料中，由於過冷卻沸騰、空化而產生氣泡。通過氣泡的產生以及消滅，內側管道7b產生振動。進一步地，在內側管道7b的上端部，由於在內側管道7b以及第一通路6p1之間存在嵌合間隙，因此內側管道7b可能產生振動，與第一通路6p1的壁面接觸。因此，在內側管道7b可能產生噪聲。本實施方式中，由於在內側管道7b的上端部設置了彈性構件23，因此即使內側管道7b的端部和第一通路6p1的嵌合間隙產生偏差，也能抑制內側管道7b的振動。
圖4是表示本實施方式所涉及的x射線管裝置1的振動值和輸入值的關係的圖。圖4簡易示出了輸入值所對應的振動值的測定試驗得到的數據。圖4中，縱軸表示振動值，橫軸表示輸入值。在此，輸入值為管電壓和管電流相乘得到的值(kw)。縱軸示出振動值沿著箭頭方向增大。另外，橫軸示出輸入值沿著箭頭方向增大。
圖4中，若輸入至x射線管裝置1的輸入值增大，則在陽極塊14的內側的底部附近的流路中氣泡的量增加，導水管7、例如內側管道7b的振動值增大。圖4中，l1示出未設置彈性構件23的情況下的輸入值和振動值的關係(第一移動值的推移)，l2示出設置了彈性構件23的情況下的輸入值和振動值的關係(第二移動值的推移)。p1示出了l1上的規定的點，p2示出了l2上的規定的點。p1是相對於輸入值i1的振動值v1，p2是相對於輸入值i2的振動值v1。如圖4所示，輸入值i2大於輸入值i1。例如，輸入值i2為輸入值i1的兩倍的值。在此，振動值v1例如為開始產生噪聲的振動值。
從圖4可知，與第一振動值的推移l1相比，第二振動值的推移l2中，作為噪聲即振動值v1的基點的輸入值較大。即，如本實施方式的x射線管裝置1所述，與不設置彈性構件23的情況相比，設置彈性構件23能抑制振動值。結果，抑制了噪聲產生。另外，從倍頻帶分析結果也能確認，特別是2khz以上的高頻分量的聲壓等級的降低。
根據本實施方式，x射線管裝置1在與接頭6的第一通路6p1連接的內側管道7b的端部，安裝有用於吸收振動的彈性構件23。因此，x射線管裝置1中，即使在內側管道7b的端部和第一通路6p1之間的嵌合間隙產生偏差，也能抑制在內側管道7b的前端噪聲部24的附近產生的氣泡消滅所伴隨的內側管道7b的振動。結果，x射線管裝置1能降低噪聲的產生。
本發明對幾種實施方式進行了說明，但這些實施方式僅作為例示，不代表對說明的範圍進行限定。這時實施方式可以其它各種方式來實施，在不脫離說明主旨的範圍內，能進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形同樣也包含在本發明的範圍及主旨中，與權利要求書中記載的發明等同的內容也包含在內。