專利名稱：具有軸承的輻射發(fā)射設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個實施例是輻射發(fā)射設(shè)備，例如裝備了具有軸承的旋轉(zhuǎn)陽極的筒的X-射線管及其制造方法。本發(fā)明的一個實施例可用于醫(yī)學(xué)照相，在使用高能輻射發(fā)射設(shè)備時還能用于無損探測及控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
例如在放射學(xué)中，X-射線由裝備了繞軸旋轉(zhuǎn)陽極的電子管產(chǎn)生。在陰極和陽極之間產(chǎn)生的強電場使得陰極發(fā)射的電子撞擊陽極，產(chǎn)生X-射線。對此X-射線而言，正極性沿其軸施加在陽極上，而負極性施加在陰極上。所述設(shè)備主要通過絕緣片或電子管殼體絕緣。該殼體可由玻璃部分地制成。
當所述管在高能狀態(tài)下使用時，在陽極上電子的碰撞會使陽極產(chǎn)生異常發(fā)熱效應(yīng)。如果所述能量過高，陽極的發(fā)射體軌跡可能退化并布滿碰撞孔凹痕。為了防止這類過熱，陽極制造成旋轉(zhuǎn)以便不斷更新和不斷冷卻的表面出現(xiàn)在電子流面前。管的電動機因此驅(qū)動陽極的軸在機械軸承中自由旋轉(zhuǎn)。所述軸設(shè)置在陽極腔中。陽極腔在陽極的支撐中自身形成。一方面，軸承被陽極支撐支持，另一方面，它又支持陽極軸。
在實踐中以及在工業(yè)規(guī)模制造時，軸承由與少量應(yīng)用的磁軸承成對比的標準球軸承組成。旋轉(zhuǎn)陽極產(chǎn)生的問題起源于在軸承的軸旋轉(zhuǎn)期間滾珠的金屬涂層快速磨損。使用壽命結(jié)果約為100小時，提供了約為6個月至1年的管使用周期。為克服這些問題球可以涂覆金屬，以薄層的形式的鉛或銀。
為了減少金屬層的過早磨損，潤滑膜置于滾珠和軸承表面之間、軸承和陽極軸之間的界面上。腔內(nèi)部填充鎵-銦-錫基液體。選取這樣的液體是因為其改善摩擦系數(shù)、減少滾珠之間的碰撞噪音和增大由于陽極的發(fā)熱或者通過對流或者通過傳導(dǎo)的方式向固定部分的熱傳遞。通常不選其它潤滑液體，因為它們的排氣性能不佳。
鎵-銦-錫基合金的使用已經(jīng)被證明是麻煩的根源。實際上，這種合金在環(huán)境溫度(自攝氏10度開始)下成液態(tài)，一與空氣接觸即迅速氧化。該氧化物為固態(tài)并且在大約一到兩分鐘的極短時間內(nèi)呈表面膜的形狀。這意味著在中性氣氛或真空下對這種液體的任何工業(yè)規(guī)模的處理必須有些預(yù)防措施。此外，該膜沒有潤滑特性，確實差得遠呢。而且鎵有高腐蝕性的。如果這樣的混合物進行處理，即使在實驗室中，液體可能被撒出或可能漏出或溢出，在處理表面上產(chǎn)生坑洼或沉淀。在白色例如清潔的空間、尤其在制造過程中的系統(tǒng)中(在管道的殼內(nèi))接下來要除去所有這些坑洼或沉淀將會非常困難。即使銹被擦掉，它會在幾秒內(nèi)以其它褐色銹在剛剛清理掉(但不徹底)的位置重新出現(xiàn)。因而空間的狀態(tài)不滿足制造的質(zhì)量要求。
因而困難有兩類在實驗室或工廠中合金本身的處理，以及在管道制造期間在真空下它的插入軸承的方式。因而，盡管其對與軸承的滾珠有關(guān)聯(lián)的軸承的潤滑起作用，該液體的純度可能隨著時間的推移退化并且最終在滾珠涂敷的情況下沒有任何效果。
目前和將來為了改善診斷，電子管需要的功率不斷升高。功率的提高使陽極的重量增加到6-8公斤。因此，軸承中的作用變得關(guān)鍵。因而，就使用在2轉(zhuǎn)每秒的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的計算機攝影而言，軸承受到大約8G的加速度。3到4轉(zhuǎn)每秒的轉(zhuǎn)速是期待的。因此，軸承的使用壽命，以及因此所述管、附帶所述滾珠和所述液體的使用壽命，將在時間上受限。實際上，因為和如果軸承內(nèi)部出現(xiàn)發(fā)熱和摩擦，所述液體可能喪失其特性并因此失去其品質(zhì)。
旋轉(zhuǎn)陽極的使用必須進一步滿足三種主要的限制。第一，陽極的旋轉(zhuǎn)必須盡可能自由和充分，并且動平衡的簡單解決方案必須計劃來防止管在陽極旋轉(zhuǎn)時搖動。第二，陽極必須能夠承受高電壓(通常，鋼制的球軸承滿足該目的)。第三，陽極靶上電子的碰撞產(chǎn)生的熱量和在軸中擴散必須有效釋放。
JP-A-5258691描述了一種球軸承由鎵合金潤滑的裝置。然而，該裝置不滿足上述限制。實際上，由于轉(zhuǎn)子的大直徑在那里平衡很困難，熱釋放由小尺寸的固定軸產(chǎn)生，并且沒有作改善熱和電傳導(dǎo)的設(shè)計。
US 6125168公開了一種其中僅僅使用鎵合金改善熱傳導(dǎo)的X-射線管。US6160868也提供用鎵合金改善熱導(dǎo)率。US 6377658屬同一類型，US 6192107同樣。US 4943989提供了陽極本身的冷卻。由于熱的原因，US 3719847提供一種汽化然后恢復(fù)到液態(tài)的液體金屬。US 2003/0165217僅提供熱分流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例為一種輻射發(fā)射設(shè)備，例如X-射線管，包括一殼體，其中產(chǎn)生輻射。殼體中布置有陰極和正對陰極并繞軸旋轉(zhuǎn)的陽極，以及一個固定的陽極軸支撐。該支撐包括固定腔，陽極軸被固定在腔中。該支撐為可移動筒狀。該支撐具有球軸承。支撐腔填充液體潤滑劑，例如鎵-銦-錫合金。該腔在軸出口提供用于防止合金從腔中泄漏的裝置，這種裝置是，例如密封封口裝置。
本發(fā)明的一個實施例為一種把旋轉(zhuǎn)陽極固定在輻射發(fā)射設(shè)備例如X-射線管的方法。該方法包括提供固定在陽極支撐腔內(nèi)的陽極軸。在腔內(nèi)建立真空。在真空下的陽極腔填充液體潤滑劑，例如鎵-銦-錫合金，并且因此形成一個筒。所述筒固定安裝在輻射發(fā)射設(shè)備例如X-射線管中。


由于下文的描述和附圖將使本發(fā)明的實施例更加清楚的理解。提供這些圖僅僅是為了表示而絕不是限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于這些圖圖1是按照本發(fā)明一個實施例的X-射線管的示意性截面圖；和圖2是按照本發(fā)明一個實施例的筒的截面圖。
部件列表X-射線管1殼體2壁3旋轉(zhuǎn)陽極4陰極5電動機6陽極軸7陽極軌道8X-射線9窗10陽極支撐11
腔12軸承或制輪器13通道14通道15插孔16組合環(huán)17槽18位置19包封形狀20兩個正對的徑向表面21和22軸23邊界24第一軸肩25第一球軸承26襯套27第二球軸承28滾道29和30固定螺母31螺紋32最后軸肩33支撐環(huán)34安全環(huán)35末端36螺旋彈簧37后部38兩個螺釘39和40具體實施方式
為解決這些問題并滿足這些限制要求，本發(fā)明的一個實施例提供了用于X-射線管的筒。在本發(fā)明的一個實施例中，陽極支撐形成一個容易取出和替換的筒。筒包括以球軸承安裝在固定支撐的腔內(nèi)的陽極軸。當它安裝在例如計算機攝影裝置上時，這些軸承與管受到的高離心加速力很相稱。為改善旋轉(zhuǎn)，其中的滾珠不再需要用鋼制造，而是可用具有很低的滾動阻力系數(shù)的陶瓷(在一個例子中是氮化硅)制造。于是不再由滾珠提供的電源和熱釋放由液體潤滑劑例如鎵-銦-錫液體金屬合金提供。在筒的腔內(nèi)陽極軸浸在合金中。整個腔充滿合金。對填充而言，在注入合金前首先將腔抽真空。在固定到管上時，可移動陽極固定在陽極軸的一端。
本發(fā)明的一個實施例中，整個軸將浸沒在液體材料的合金中，同時腔的緊密封由放置于軸出口處的密封封口裝置生成。
圖1表示按照本發(fā)明一個實施例的X-射線管1。管1具有殼體2。例如，殼體2被管1的壁3限制。管1還有旋轉(zhuǎn)陽極4。旋轉(zhuǎn)陽極4這樣設(shè)置使得正對陰極5。在管1的殼體2中是驅(qū)動陽極4旋轉(zhuǎn)的電動機6。陽極4具有陽極軸7。陰極5這樣設(shè)置使得正對陽極軌道8。當陽極4施加高電壓時，電子從陰極5逃逸出來，并且在強電場的作用下撞擊陽極軌道8。在撞擊作用下，由X-射線發(fā)射材料形成的陽極軌道8輻射X-射線9。射線9穿過在壁3中形成的窗10從管1中釋放出來。窗10由例如玻璃或X-射線透過材料制成。它是密封的。使這樣形成的殼體2處于常規(guī)真空下，特別通過隨后用阻塞物塞住的抽氣孔(未圖示)。
為保持陽極4旋轉(zhuǎn)，管1提供有陽極支撐11。支撐11是中空的且具備腔12。在腔12中，軸承或制輪器13通過支撐11來維持陽極4。為了解決在陽極4旋轉(zhuǎn)期間的潤滑和傳熱問題，液體潤滑劑例如鎵-銦-錫液體合金填充腔12。增加從腔12引出的通道15使得腔12被填充。填充可能在陽極軸定位后、軸7動態(tài)平衡前或后進行。如果軸7的動態(tài)平衡在填充前進行，它更好控制。然后可能使用瓶通過重力或噴射來填充腔12。在通道14中的堵塞物或簡單塞子的位置或阻擋物提供了填充面上的緊密封。
圖2表示軸7由軸承固定在腔12中。在軸7的出口15處，有一插孔16或通常是一個固定或束縛裝置設(shè)計用來接納陽極。陽極可隨后固定，例如剛好在壁3關(guān)閉之前。在出口15處，固定支撐11被固定在組合環(huán)17上，例如通過螺絲。環(huán)17可以包括O-環(huán)的槽18以提供緊密封。緊密封可通過兩種補充方法獲得。首先，對真空密封而言，當陽極軸不再旋轉(zhuǎn)時，在環(huán)17內(nèi)徑和軸7外徑之間的處在垂直于環(huán)17位置19的間隙被限定。該間隙的邊界由軸7和環(huán)17材料上的鎵-銦-錫液體金屬合金的表面張力固定。該合金具備低濕度并且表面張力提供大約百分之一毫米的間隙，有利于軸7的有效旋轉(zhuǎn)，而且容易滿足工業(yè)規(guī)模狀況。當軸7旋轉(zhuǎn)時環(huán)17固定。
當軸7旋轉(zhuǎn)時，液體合金的壓力增加。合金易于從腔12中溢出并污染管的外殼。這種情況下，為把合金限制在腔12中，相接觸的環(huán)17表面或者在區(qū)域19中與環(huán)17垂直的軸7表面，具備螺旋狀起伏特征。為了使軸7給出旋轉(zhuǎn)感，螺旋的螺距定位成在表面指向它以前螺旋狀起伏表現(xiàn)似刮刀。這樣一個刮刀傾向于把合金推回到腔12。
在所示實施例中，支撐在該空間處具備兩個相對的同心表面。連在軸的表面為表面19，而另一個表面通過環(huán)17連在支撐上。表面19連在軸上并定位于連在支撐的表面內(nèi)。如圖1所示，軸7可具備包封形狀20。非常重要的間隙可在包封形狀20的位置處獲得。它能夠把螺旋起伏特征分別固定在環(huán)17和軸7的兩個正對的徑向表面21和22上，這些起伏特征具備把合金推回到腔12中的相同效果。
在圖2中所示的可移動筒包括軸7，其設(shè)計進一步有利于工業(yè)規(guī)模操作。以軸23為中心的軸7，在阻擋軸肩中具有一連串孔或者從插孔16開始有多個臺階。直徑最大的第一個孔19被設(shè)置成正對環(huán)17。在組裝時環(huán)17就這樣固定在軸7周圍。在環(huán)17的邊界24處，軸7具備第一軸肩25。自阻擋部件25開始，軸7具備直徑小于面19直徑的主體支撐部分。第一球軸承26和第二球軸承28安裝在這個主體支撐部分上，優(yōu)選強制安裝。兩個軸承26和28沿軸7被圓柱形襯套27相互分開。襯套27精確放入腔12的自由部分。在其中心，襯套27留下自由空間(其中隨后以合金填充)。每個軸承26和28具有例如29和30的滾道，其設(shè)計用來分別把軸承一方面緊靠軸7另一方面緊靠支撐11。滾道29和30分別由軸7和支撐11保持相對旋轉(zhuǎn)。
固定螺母31擰到軸7的螺紋32上。螺紋32設(shè)置在軸7的一個末端36。末端36與設(shè)置著插孔16的那一端相對著。螺紋32可設(shè)置在軸7的最后軸肩33之后。該最后軸肩33不是絕對必要的。螺母31支持支撐環(huán)34。環(huán)34把滾道30推向環(huán)17。通過安全環(huán)35(優(yōu)選和襯套27具備相同的直徑與輪廓)滾道30同樣推著襯套27。襯套27同樣推著軸承26的滾道30。在軸7內(nèi)末端36中，螺旋彈簧37支托在支撐11的后部38上。穿孔14從該后部38開出。
尤其是配置有彈簧37的軸7這樣安裝的設(shè)置于腔12中。軸一這樣放置兩個螺釘39和40就把環(huán)17固定到支撐物11上。優(yōu)選的，滾道29的寬度略小于滾道30的寬度，從而這些滾道29放置成既不靠著軸肩25也不靠著支撐環(huán)34。因此，軸7可自由旋轉(zhuǎn)。當螺釘39和40擰入時，襯套27被環(huán)17和環(huán)32固定。
優(yōu)選的，軸承26和28的滾珠不是用鋼制造而是用陶瓷制造，例如氮化硅、Si3N4或稱作Rex20/Si3N4的復(fù)合合金。這些滾珠具有很高的滾動阻力系數(shù)的特定前景。如果需要，軸承26和/或28的滾道29和/或30也由陶瓷制成。尤其是這些滾珠也可能用于夾圈軸承。因此，筒的軸的動態(tài)平衡可以在使腔12處于真空并充滿合金以前進行。由于滾珠材料的選擇，使軸7高速旋轉(zhuǎn)所需要的這種平衡甚至可能不用潤滑劑。此外，平衡可能在放置調(diào)節(jié)潤滑劑以后進行，然后清洗，這種方式很少用。優(yōu)選的，平衡在陽極固定到軸7的情況下進行。
如果必須在中性氣氛情況下，通過穿孔14抽氣，平衡一實現(xiàn)就在腔12中建立起真空。一建立起真空它就可能利用一個各安裝一個旋塞的三通閥將鎵-銦-錫液體金屬合金注入或者利用重力使其通過穿孔14流進腔12中。然后，腔12關(guān)閉，例如通過提前插進的閥門。負的表面張力的結(jié)果是設(shè)備被緊密封。如果需要，注入的合金量正好符合腔12的容積(由于軸7、軸承26、28和襯套27的存在而縮減)。液體合金完全浸沒部件軸承26和28浸在合金中。合金填滿了襯套27和軸7以及彈簧37外殼之間的整個空間。
筒一制造好就可安裝陽極7并固定在管1的壁上，例如通過螺釘。由于合金是熱和電的良好導(dǎo)體，滿足所有限制條件。
此外，盡管本發(fā)明的一個實施例已經(jīng)描述了有關(guān)典型實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，對功能和/或方法和/或效果可進行各種變化，并且在不偏離本發(fā)明的范圍和外延的情況下其元件可被等同替換。此外，還可進行許多變更以使特殊環(huán)境或材料適應(yīng)本發(fā)明的啟示而不偏離其實質(zhì)范圍。因此，認為本發(fā)明不受限于作為設(shè)想來實施本發(fā)明的最佳模式描述的特定實施例，而是本發(fā)明包括所有落入附加權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例。而且，第一、第二等術(shù)語的使用并不表示任何順序或重要性，而是更確切地說第一、第二等術(shù)語用來將某一個元件或特征與其它元件或特征區(qū)別開。從而，一個(a)、一個(an)等術(shù)語的使用并不表示對數(shù)量的限制，而是更確切地說表示具備至少一個提到的元件或特征。
權(quán)利要求
1.一種輻射發(fā)射設(shè)備(1)，包括一個殼體(2)，其中產(chǎn)生輻射；一個陰極(5)、一個位于正對陰極并繞軸(7)旋轉(zhuǎn)的陽極(4)、以及一個固定的陽極軸支撐(11)布置于殼體內(nèi)；所述支撐包括呈可移動筒狀的固定腔(12)；陽極(4)軸(7)被固定在腔(12)中；所述支撐具有球軸承(26，28)；所述腔(12)填充液體潤滑劑；以及所述腔提供用于防止液體潤滑劑從腔中泄漏的裝置(18，19)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中液體潤滑劑為鎵-銦-錫合金。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中球軸承包括陶瓷滾珠。
4.如權(quán)利要求1至3其中之一所述的設(shè)備，其中球軸承包括陶瓷軸承。
5.如權(quán)利要求1至4其中之一所述的設(shè)備，其中球軸承包括夾圈。
6.如權(quán)利要求1至5其中之一所述的設(shè)備，其中在陽極軸離開支撐的出口位置處，由于潤滑劑的表面張力所述支撐間隙比液體潤滑劑流的自然間隙更小。
7.如權(quán)利要求1至6其中之一所述的設(shè)備，其中在陽極軸離開支撐的出口位置處，具有螺旋狀或螺旋形起伏特征的支撐是這樣定位的螺距，使其在陽極旋轉(zhuǎn)時把液體潤滑劑推回到所述腔。
8.如權(quán)利要求6至7其中之一所述的設(shè)備，其中在陽極軸離開支撐的出口位置處，支撐具有兩個相對的同心表面，一個表面連接軸，另一個表面連接支撐，連接軸的表面位于連接支撐的表面內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求6至8其中之一所述的設(shè)備，其中在陽極軸離開支撐的出口位置處，支撐具有兩個相對的同心表面，一個表面連接軸，另一個表面連接支撐，連接軸的表面位于連接支撐的表面外部。
10.一種將陽極固定在輻射發(fā)射設(shè)備的方法，包括提供一固定在陽極支撐腔內(nèi)部的陽極軸；在腔內(nèi)提供真空；向真空下的腔內(nèi)填充液體潤滑劑以形成筒；以及把所述筒固定安裝在所述設(shè)備中。
11.如權(quán)利要求10中所述的方法，包括在腔填充液體潤滑劑之前，腔內(nèi)陽極軸的固定被平衡。
12.如權(quán)利要求10至11其中之一所述的方法，包括不用潤滑劑，腔內(nèi)陽極軸的固定就被平衡。
13.如權(quán)利要求10至12其中之一所述的方法，包括在筒固定在設(shè)備中以前，陽極就被固定在軸上。
全文摘要
一種裝備了具有軸承的筒的X－射線管及其制造方法。所述管具有產(chǎn)生X－射線的殼體。在殼體內(nèi)有一個陰極、一個位于正對陰極并繞軸(7)旋轉(zhuǎn)的陽極，以及一個固定的陽極軸支撐(11)，所述支撐為一固定腔(12)，陽極軸固定在腔內(nèi)。所述支撐呈可移動筒狀。所述支撐具有球軸承(26、28)。支撐的腔填充鎵－銦－錫合金并且所述腔在軸出口處提供用于防止合金從腔中泄漏的緊密封裝置(18、19)。
文檔編號H05G1/00GK1812680SQ200510104749
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者F·達漢, T·圣－馬丁, J·－L·若斯, M·蒂瓦里, M·R·斯里德哈, K·巴塔查里亞 申請人:通用電氣公司