本發(fā)明涉及X射線發(fā)生器技術領域，尤其涉及一種封閉式X射線管裝置和一種用于封閉式X射線管裝置的彈簧針，其適用于基于X射線輻射成像的安全檢查、醫(yī)療科研和無損探測等領域。

背景技術：

如圖1所示，公知的封閉式X射線管裝置通常是將X射線管的燈絲引線1通過螺釘2緊固方式轉接到外接插座。此外，也有采用手工錫焊、管鉗壓接、插接端子等方式。然而，這些方式需要預留相應的操作空間，通常會帶來裝置的尺寸增大、管殼異形、導線偏離和組裝拆卸不便等問題，甚至有松動脫落的隱患。還有少許采用同軸轉接頭的方式，不過這種方式一般限位偏硬，稍有錯位則容易損壞X射線管本體。

與此同時，公知的彈簧針主要由觸頭、針管和彈簧三個部分組成，因其穩(wěn)定可靠、小巧便捷和成本低等特點而在很多領域獲得了廣泛應用。為了能讓觸頭與針管內壁更可靠地接觸，從而降低接觸阻抗并提高導電穩(wěn)定性，常規(guī)改進措施是將觸頭與彈簧的接觸面從平面切成斜面。這種簡單的改進仍無法根除彈簧應力分散所引起的移動、摩擦和導電不穩(wěn)等問題，觸頭與針管之間的接觸仍不夠穩(wěn)定可靠。

由此可見，封閉式X射線管裝置與導電彈簧針的現(xiàn)有技術均有必要加以提高和完善。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述，本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。

因此，本發(fā)明的至少一個目的在于提供一種結構簡化、運行穩(wěn)定的封閉式X射線管裝置。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種適用于封閉式X射線管裝置的彈簧針，其結構簡潔并且導電效果可靠。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種X射線管裝置，該X射線管裝置包括：

外筒組件，該外筒組件具有陽極端和陰極端；

陽極端蓋組件，該陽極端蓋組件設置在外筒組件的陽極端并且包括X射線管；

陰極端蓋組件，該陰極端蓋組件設置在外筒組件的陰極端并且包括用于外接電源的高壓插座；以及

彈簧針連接組件，該彈簧針連接組件設置在外筒組件內并且將X射線管的燈絲引線連接至高壓插座。

在一些實施例中，彈簧針連接組件包括：燈絲轉接座，連接X射線管的燈絲引線；燈絲轉接頭，連接至燈絲轉接座中；彈簧針轉接座，連接高壓插座；以及彈簧針，設置在燈絲轉接頭和彈簧針轉接座之間并且連接燈絲轉接頭和彈簧針轉接座。

在一些實施例中，彈簧針轉接座開設有安裝孔，彈簧針嵌置于安裝孔中，并且，高壓插座的引線焊接到彈簧針。

在一些實施例中，燈絲轉接頭和彈簧針由鍍鎳鍍金的銅材料制成。

在一些實施例中，燈絲轉接座和彈簧針轉接座分別形成有通孔。

在一些實施例中，彈簧針可以包括：具有頭部和抵持部的觸頭，頭部與燈絲轉接頭接觸連接，并且抵持部限定有斜面；針管，觸頭的抵持部與針管的內壁接觸連接；和彈簧，該彈簧設置在針管內并且彈性抵觸在抵持部的斜面上。

在一些實施例中，彈簧針還可以進一步包括形成在觸頭的抵持部內并且用于使觸頭的抵持部與針管的內壁可靠地接觸連接的施力機構，施力機構包括：開設在觸頭的抵持部內的開孔；設置在開孔內的彈簧；設置在開孔內并且與針管的內壁接觸的滾珠；以及設置在彈簧和滾珠之間的擋板；其中，彈簧的一端與開孔的底部接觸，而另一端通過擋板彈性抵接在滾珠上。

在一些實施例中，外筒組件可以包括：金屬外筒，以及，形成于金屬外筒的出束狹縫處的導束窗。

在一些實施例中，陽極端蓋組件可以包括：設置在金屬外筒的陽極端處的陽極端蓋，以及，位于金屬外筒內且固定于陽極端蓋上的X射線管。

在一些實施例中，陰極端蓋組件可以包括：設置在金屬外筒的陰極端處的陰極端蓋，設置到金屬外筒內的高壓插座以及彈性鼓膜。

在一些實施例中，X射線管裝置還可以包括：設置在陽極端蓋處的熱管散熱器。熱管散熱器可以進一步包括：具有蒸發(fā)端和冷凝端的熱管；夾板，夾板的受熱端面與熱管的蒸發(fā)端接觸連接，而夾板的散熱端面與陽極端蓋的散熱凸臺接觸連接；鰭片，分布在熱管的冷凝端；以及風扇，連接到鰭片。

在一些實施例中，X射線管裝置還可以包括：與形成在陽極端蓋內的循環(huán)冷卻通道連通的循環(huán)冷卻裝置。循環(huán)冷卻裝置可以進一步包括：真空泵，散熱器以及冷卻風扇，其中，循環(huán)冷卻通道內的冷卻液在真空泵的作用下流經散熱器且借助于散熱風扇進行散熱，并且在冷卻后回流到循環(huán)冷卻通道內，以形成循環(huán)冷卻回路。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于X射線管裝置的彈簧針，彈簧針包括：具有頭部和抵持部的觸頭，頭部與燈絲轉接頭接觸連接，并且抵持部限定有斜面；針管，觸頭的抵持部與針管的內壁接觸連接；和彈簧，設置在針管內并且彈性抵觸在抵持部的斜面上。

在一些實施例中，彈簧針還可以進一步包括形成在觸頭的抵持部內并且用于使觸頭的抵持部與針管的內壁可靠地接觸連接的施力機構。施力機構可以包括：開設在觸頭的抵持部內的開孔；設置在開孔內的彈簧；設置在開孔內并且與針管的內壁接觸的滾珠；以及設置在彈簧和滾珠之間的擋板；其中，彈簧的一端與開孔的底部接觸，而另一端通過擋板彈性抵接在滾珠上。

由上可知，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

與公知的X射線管裝置相比，本發(fā)明提供的X射線管裝置減小了封閉式X射線管的體積，簡化了燈絲引線的裝配結構，能夠提供更為穩(wěn)定可靠的X射線束。

與公知的彈簧針相比，本發(fā)明提供的用于X射線管裝置的彈簧針在觸頭柱體側面增加側推彈簧與實心滾珠，大大改善了觸頭內壁與針管外壁之間的接觸效果，使得接觸阻抗小而穩(wěn)定，提高了彈簧針承載電流能力與可靠性。

因此，本發(fā)明提供的X射線管裝置輕便小巧，拆裝便捷，使用靈活，性能穩(wěn)定，尤其能夠適應X射線輻射成像設備小型化、高效化和多樣化的要求。很好地結合到現(xiàn)有的X射線源配套設備中，不需要對現(xiàn)有設施進行較大的改造和變動。

附圖說明

下面結合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，其中：

圖1是公知的X射線管裝置中燈絲引線方式的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的一種X射線管裝置的結構示意圖；

圖3是圖2所示的X射線管裝置中的陽極端蓋組件與熱管散熱器的結構示意圖；

圖4是沿著圖3中的線A-A的剖視圖，顯示了陽極端蓋與循環(huán)冷卻裝置的結構示意圖；

圖5是圖2所示的X射線管裝置中的彈簧針連接組件的放大結構示意圖；和

圖6是圖5所示的彈簧針連接組件中的彈簧針的放大結構示意圖。

具體實施例

下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。下述參照附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構思進行解釋，而不應當理解為對本發(fā)明的一種限制。

參見圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的一種X射線管裝置的結構示意圖。一種X射線管裝置，包括：金屬外筒組件10，其主要具有包括帶出束狹縫的金屬外筒101和用于封堵狹縫的導束窗102等；陽極端蓋組件20，其主要包括陽極端蓋201以及位于金屬外筒101內且固定于陽極端蓋201上的X射線管202等；陰極端蓋組件30，其主要包括陰極端蓋301、用于外接電源的高壓插座302和能夠跟隨金屬外筒101的封閉腔內壓力變化而自由伸縮的耐油彈性鼓膜303等；以及，彈簧針連接組件40，其主要包括燈絲轉接座401以及嵌入燈絲轉接座401中的燈絲轉接頭402、彈簧針轉接座403以及嵌入彈簧針轉接座403中用于承載電流的彈簧針404等。

如圖2所示，通過耐油膠水將導束窗102固封在金屬外筒上101，然后把陽極端蓋組件20通過螺釘緊固在金屬外筒101的陽極端120，把陰極端蓋組件30通過螺釘緊固在金屬外筒101的陰極端130，X射線管202的燈絲引線1通過彈簧針連接組件40連接到高壓插座302。本發(fā)明提供的X射線管裝置中，通過上述組件構成一個金屬封閉腔體，內部需要抽真空且充滿變壓器油等絕緣介質11。通過在本發(fā)明提供的X射線管裝置中的導束窗102內嵌裝相應的前端準直器，并且在裝置的兩端施加高壓電場，即可產生所需張角范圍內的X射線束。

進一步地，在本發(fā)明提供的X射線管裝置中，金屬外筒101的陽極端120與陽極端蓋201之間嵌壓O形圈103，金屬外筒101的陰極端130與陰極端蓋301之間嵌壓O形圈304，以達到真空密封的效果。在一種具體實施例中，O形圈103、304的材料選用耐油氟橡膠，如圖2所示，上述O形圈槽103、304分別處于金屬外筒101的陽極端面和陰極端蓋301的外周。但是本發(fā)明并不僅限于此，例如，O形圈槽103、304也可分別處于金屬外筒101的陰極端面、陽極端蓋201的內端面或外周以及陰極端蓋301的內端面等。

如圖2所示，金屬外筒組件10的外形整體上呈圓柱狀，具備必要的輻射防護和導熱散熱能力，同時要將X射線衰減作用降到最低。

優(yōu)選地，金屬外筒101整體采用銅材料，不但可以滿足上述要求，并且易于加工與裝配。但是本發(fā)明并不僅限于此，例如，金屬外筒101可以采用其他非銅的同類材質；再例如，金屬外筒101也可以采用不同種類的材質疊加，具體地，例如是不銹鋼外筒內襯鉛層或者其他具備輻射防護能力的材料。

進一步地，如圖2所示，導束窗102在外觀上是中空外凸帶翻邊的形狀，如此既能減少靶點外障礙物的對X射線的吸收和阻擋，有效地防止X射線衰減，又能可靠地密封住封閉腔內的變壓器油等絕緣介質11。更具體地，導束窗102采用聚碳酸酯材質，并通過耐油的環(huán)氧樹脂類膠水粘接在金屬外筒101的狹縫四周。

圖3是圖2所示的X射線管裝置中的陽極端蓋組件20與熱管散熱器270的結構示意圖。如圖3所示，X射線管202通過其陽極棒法蘭盤203用螺釘固定于陽極端蓋201，用于產生X射線束。公知的，高速電子轟擊陽極靶時，電子動能轉變?yōu)閄射線的能量不到1％，99％以上的能量都變?yōu)闊崃?。可見X射線管損耗熱能集中在陽極棒，這些熱量需通過陽極端蓋201傳導并及時散發(fā)出去，否則容易造成靶點溫度過高而導致燒蝕損毀。為此，在陽極端蓋201上面要有散熱裝置。為了兼具有效的輻射防護與散熱效果，陽極端蓋201采用銅材料，并留有真空注油通孔208。

在本發(fā)明提供的X射線管裝置中，陽極端蓋201采用金屬材料。如圖3所示，陽極端蓋201的外端面設計有散熱凸臺207，可以外接傳導式熱管散熱器270。在一種具體實施例中，傳導式熱管散熱器270包括熱管271、夾板272、鰭片273和風扇274。其中夾板272用來固定熱管271的蒸發(fā)端。鰭片273分布在熱管271的冷凝端，增大散熱面積。夾板272的散熱端面與散熱凸臺207通過螺釘固定在一起，二者之間均勻涂抹適量的導熱硅脂。這樣，通過設置前述傳導式熱管散熱器270，X射線管202的陽極棒的熱能快速傳導到陽極端蓋201，通過熱管271的吸熱蒸發(fā)與冷凝回流，傳導到散熱鰭片272，配以風扇274與外圍冷空氣形成對流，可以達到良好的散熱效果。這種散熱方式中間環(huán)節(jié)較少，簡單可靠。

在本發(fā)明提供的X射線管裝置中，圖4是沿著圖3中的線A-A的剖視圖，顯示了陽極端蓋201與循環(huán)冷卻裝置260的結構示意圖。如圖4所示，陽極端蓋201內部設計有循環(huán)冷卻通道206，可以外接循環(huán)冷卻裝置260。在一種具體實施例中，循環(huán)冷卻裝置260包含真空泵261、散熱面積較大的層流式散熱器262、風扇263以及相應的管道和轉接頭。這樣，通過設置前述循環(huán)冷卻裝置260，X射線管202陽極棒的熱能傳導到陽極端蓋201，通過循環(huán)冷卻通道206內的冷卻液輸送到層流式散熱器262，借助冷卻風扇263，與外界冷空氣形成熱交換。經過冷卻后的液體回流，形成散熱效果顯著的循環(huán)冷卻回路。

具體地，本發(fā)明提供的X射線管裝置，可以視所使用的外部條件和系統(tǒng)要求，散熱方式可以采用前述傳導式熱管散熱器270和前述循環(huán)冷卻裝置260中的任意一種，或者兩種同時使用。

在本發(fā)明提供的X射線管裝置中，如圖3所示，陽極端蓋201有兩個真空注油孔208，用于X射線管裝置的真空注油操作，其里端為平滑圓孔，外端為內螺紋孔。真空注油結束后，將T形封堵頭204套上耐油氟橡膠O形圈205，然后嵌裝于真空注油孔208，再將平端螺釘旋入上述內螺紋孔并加以緊固。如此可以有效防止內部變壓器油等絕緣介質11的泄露。

陽極端蓋組件的X射線管用于產生X射線束，其損耗熱能集中于自身陽極靶，然后通過陽極端蓋傳導散發(fā)。為此，陽極端蓋設計有散熱通道和散熱端面，可用于外接循環(huán)冷卻裝置和傳導式散熱器，并預留真空注油口。

在本發(fā)明提供的X射線管裝置中，如前所述，陰極端蓋組件30主要包括陰極端蓋301、外接負高壓電源的高壓插座302和能夠跟隨封閉腔內壓力變化而自由伸縮的耐油彈性鼓膜303等。陰極端蓋組件需要外接負高壓電源，能適應X射線管裝置運行時內部變壓器油等絕緣介質的熱脹冷縮，且自身具有耐油密封功能。為此陰極端蓋需要裝配高壓插座和耐油彈性鼓膜。

如圖2所示，將彈性鼓膜303的外部翻邊，通過壓環(huán)305緊固在陰極端蓋301；陰極端蓋301外端面設計有一圈淺槽，通過高壓插座302的法蘭盤將彈性鼓膜303的內部翻邊壓固于該淺槽內，且該內部翻邊的厚度要略大于上述淺槽的深度，預留合適的擠壓量，增強密封效果。彈性鼓膜能夠耐受變壓器油等絕緣介質11的腐蝕，并且具備合適的柔韌性，優(yōu)選地，彈性鼓膜303采用氟橡膠材料。X射線管通過其陽極棒法蘭盤用螺釘緊固于陽極端蓋，且要保證X射線管的射線束張角與外筒狹縫所開角度的方向一致。因為彈性鼓膜的一側為封閉腔體內變壓器油等絕緣介質，另一側為封閉腔體外的正常空氣，所以需要考慮密封問題。

更進一步地，陰極端蓋301的內側端面外圍可以有O形圈槽。進一步地，陰極端蓋組件30和陽極端蓋201緊固到金屬外筒101兩端時，其間要通過耐油橡膠O形圈提高密封效果。具體地，O形圈槽可以開在陽極端蓋、陰極端蓋或者金屬外筒的兩個端面。

圖5是圖2所示的X射線管裝置中虛線矩形框內的彈簧針連接組件40的放大結構示意圖。彈簧針連接組件40能夠實現(xiàn)陽極端蓋組件20和陰極端蓋組件30的自由對接，并且要保證高壓插座302與X射線管202的燈絲引線之間的可靠導電。如前所述，彈簧針連接組件40，其主要包括用于連接X射線管202的燈絲引線1的燈絲轉接座401、嵌入燈絲轉接座401中的燈絲轉接頭402、用于連接高壓插座302的彈簧針轉接座403、以及嵌入彈簧針轉接座403中且連接至燈絲轉接頭402用于承載電流的彈簧針404等。

在一種具體實施例中，燈絲轉接座401固定于X射線管202的燈絲引線端，頂部嵌入燈絲轉接頭402，并將燈絲引線1焊接到燈絲轉接頭402的底部。燈絲轉接頭402的端面略低于燈絲轉接座401的端面，形成一個圓形凹槽，有利于裝配過程中對于彈簧針404的觸頭441的定位。

在一種具體實施例中，彈簧針轉接座403頂端開有安裝孔，嵌入用于承載電流的彈簧針404，然后套裝于高壓插座302的圓柱引線端，并將高壓插座302的引線焊接到彈簧針404的底部。

進一步地，彈簧針404采用銅材料，通體鍍鎳后再通體鍍金，提高機械、化學和電氣性能。

進一步地，燈絲轉接頭402和彈簧針404采用銅材料，先通體鍍鎳，然后再通體鍍金，提高機械和電氣性能。

進一步地，燈絲轉接座401和彈簧針轉接座403都有通孔，既便于組裝，又保證變壓器油等絕緣介質11能夠順暢流入相關間隙，以保證真空注油操作時徹底排除殘留其中的空氣。二者都選用耐油、耐輻射并且電絕緣能力強的材料。

更進一步地，燈絲轉接座401、燈絲轉接頭402、彈簧針轉接座403和彈簧針404都需要平整裝配，避免歪斜現(xiàn)象進而影響實用效果?？梢酝ㄟ^相關的組合工裝實現(xiàn)此要求。

圖6是圖5所示的彈簧針連接組件中的彈簧針404的放大結構示意圖。具體地，彈簧針404主要包括觸頭441、針管442和彈簧443等。在本發(fā)明提供的X射線管裝置，彈簧針連接組件40承載較大的燈絲電流，其對接處主要通過彈簧針404的觸頭441和燈絲轉接頭402端面之間的接觸來導電。彈簧443的特性不適宜承載大電流，否則會因溫度過高而影響其機械性能，甚至導致燒蝕損壞。觸頭441和針管442內壁之間的接觸面作為所承載電流的主要載體，需要可靠地接觸。

優(yōu)選地，彈簧針404主要包括觸頭441、針管442和彈簧443。觸頭441具有頭部441a和抵持部441b，其中，頭部441a與燈絲轉接頭402接觸連接，而抵持部441b限定有斜面441c；觸頭441的抵持部441b與針管442的內壁接觸連接；彈簧443設置在針管402內并且彈性抵觸在抵持部441b的斜面441c上。

在一種具體實施例中，觸頭441與燈絲轉接頭402接觸的一端為具有圓弧面的頭部441a，此構造能夠增強導電性能和適用性；觸頭441與彈簧443接觸的另一端為限定有斜面441c的抵持部441b，此構造能夠改善觸頭441與針管442內壁的貼合效果；針管442底部設計錐形，可以更好地穩(wěn)固彈簧443。

進一步地，如圖6所示，彈簧針404還可以進一步包括形成在觸頭441的抵持部441b內并且用于使觸頭441的抵持部441b與針管442的內壁可靠地接觸連接的施力機構。具體地，施力機構可以包括：開設在觸頭441的抵持部441b內的開孔447；設置在開孔447內的彈簧444；設置在開孔447內并且與針管442的內壁接觸的滾珠446；以及設置在彈簧444和滾珠446之間的擋板445；其中，彈簧444的一端與開孔447的底部接觸，而另一端通過擋板445彈性抵接在滾珠446上。

在一種具體實施例中，如圖6所示，觸頭441的抵持部441b橫向開設有圓形盲孔(即開孔)447，圓形盲孔中嵌入側推彈簧444。側推彈簧444的一端與盲孔底部接觸，另一端被擋板445封堵于盲孔內部。實心滾珠446一側與擋板445接觸，另一側與針管442內壁接觸。參考圖6所標示的受力箭頭分析，在彈簧443所施加應力f1和f2的基礎上，滾珠446通過擋板445擠壓側推彈簧444，提供一個橫向推力f3，使得觸頭441的抵持部441b與針管442內壁更加充分而可靠地接觸。圖6中的標有I的箭頭線示意性地顯示了電流的流向，參考圖6所標示的電流I走向分析，彈簧針404所承載的電流集中在觸頭441的抵持部441b與針管442內壁的接觸面上。上述施力機構中，滾珠446可以隨著觸頭441在針管442內的伸縮而自由滾動。施力機構的上述構造增加了觸頭441的抵持部441b外壁與針管442內壁之間的接觸面積和接觸應力，使得承載電流主要流經觸頭441和針管442，保證了彈簧針404的接觸阻抗既低又穩(wěn)定，提高了彈簧針的靜態(tài)和動態(tài)時的可靠性，特別是消除了接觸阻抗波動所帶來的電磁輻射問題。優(yōu)選地，側推彈簧444、擋板445以及滾珠446的外徑小于觸頭441的抵持部441b中圓形盲孔447的內徑。

與此同時，參見圖6，本發(fā)明還提供了一種用于X射線管裝置的彈簧針。彈簧針主要包括觸頭441、針管442和彈簧443。觸頭441具有頭部441a和抵持部441b，其中，頭部441a與燈絲轉接頭402接觸連接，而抵持部441b限定有斜面441c；觸頭441的抵持部441b與針管442的內壁接觸連接；彈簧443設置在針管402內并且彈性抵觸在抵持部441b的斜面441c上。

進一步地，如圖6所示，彈簧針404還可以進一步包括形成在觸頭441的抵持部441b內并且用于使觸頭441的抵持部441b與針管442的內壁可靠地接觸連接的施力機構。具體地，施力機構可以包括：開設在觸頭441的抵持部441b內的開孔447；設置在開孔447內的彈簧444；設置在開孔447內并且與針管442的內壁接觸的滾珠446；以及設置在彈簧444和滾珠446之間的擋板445；其中，彈簧444的一端與開孔447的底部接觸，而另一端通過擋板445彈性抵接在滾珠446上。

由上可知，與公知的X射線管裝置相比，本發(fā)明提供的X射線管裝置減小了封閉式X射線管的體積，簡化了燈絲引線的裝配結構，能夠提供更為穩(wěn)定可靠的X射線束。

與公知的彈簧針相比，本發(fā)明提供的用于X射線管裝置的彈簧針在觸頭柱體側面增加側推彈簧與實心滾珠，大大改善了觸頭內壁與針管外壁之間的接觸效果，使得接觸阻抗小而穩(wěn)定，提高了彈簧針承載電流能力與可靠性。

因此，本發(fā)明提供的X射線管裝置輕便小巧，拆裝便捷，使用靈活，性能穩(wěn)定，尤其能夠適應X射線輻射成像設備小型化、高效化和多樣化的要求。很好地結合到現(xiàn)有的X射線源配套設備中，不需要對現(xiàn)有設施進行較大的改造和變動。

雖然本總體發(fā)明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體發(fā)明構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權利要求和它們的等同物限定。