工业用x射线发生装置的制作方法

专利名称：工业用x射线发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一种在进行工厂的配管管路等之类的构造物的无损检验时使用的工业用X射线发生装置，涉及使从阴极发射的电子碰到阳极而从该阳极产生X射线的工业用 X射线发生装置。
背景技术：
以往，公知有由钨灯丝形成电子源即阴极而成的X射线发生装置(例如参照专利文献1)。通常，对灯丝通电将其加热到2000°c以上而从其发射热电子。在对灯丝施加高电压，即在工业用X射线管中将X射线灯泡和X射线电源设置于一个单元内的情况下，为了确保绝缘而将X射线灯泡和X射线电源封入于高压气体容器以确保绝缘(例如参照专利文献 2)。现有专利文献
专利文献
专利文献1 日本特开平6-267692号公报(第2页，图1) 专利文献2 日本特开平3-149740号公报(第2 3页，第1图) 专利文献3 日本特开平6-267692号公报(第5页，图1) 专利文献4 日本特开2001-135496号公报(第3页，图2) 专利文献5 日本特开2001-135497号公报(第3页，图2)。在使用高压气体容器的现有工业用X射线发生装置中，由于必须使用高压容器， 所以存在大型化且重量重的问题。例如，按X射线发生器和控制器的合计达到30kg左右。另外，在由灯丝形成阴极的工业用X射线发生装置中，由于需要用于对灯丝用的电源、灯丝部进行冷却的构成，所以存在在造成大型化的同时还使重量加重的问题。另外，公知还有替代使用气体的绝缘而通过模制成形进行高电压部的绝缘的工业用X射线发生装置(例如，参照专利文献3、专利文献4、专利文献5等)。但是，在专利文献3所公开的装置中，仅是将电缆插座和X射线管通过模制成形进行覆盖，不能通过模制成形将高电压部和X射线管双方形成为小型、重量轻的绝缘结构。另外，在专利文献4及专利文献5所公开的装置中，在将X射线管和高电压发生部在位置上彼此无关地分别配置之后，将高电压发生部通过模制成形进行绝缘。在该现有装置中，由于将X射线管和高电压发生部在位置上不带关联地分别设置，因而不得不使包含X 射线管和高电压发生部的装置整体的形状变大。另外，虽然高电压发生部是向其输入端子输入数kV左右的低电压，从其输出端子输出几十kV 一百几十kV这样的高电压，但是，在专利文献4及专利文献5所公开的装置中，没有对这些高电压部位和低电压部位的配置位置采取适当的考虑，为了使绝缘变得可靠而必须在高电压部位与低电压部位之间确保充分的距离，必须使模制成形的大小、体积等变得足够大，怎么也无法实现小型化。通常，在包含X射线管的X射线发生装置、特别是在工业用X射线发生装置中，为了不使X射线向外部泄漏，而需要通过由铅等构成的X射线屏蔽部件覆盖X射线管、高电压发生部，但是，当X射线发生装置变为大型时，会使X射线屏蔽部件也变为大型，在该情况下，存在因铅等的影响而使重量变得非常重的问题

发明内容
本发明是鉴于现有装置中的上述问题而做成的，其目的在于，提供一种工业用X 射线发生装置，通过考虑X射线管和高电压发生部的位置关系来设定它们的配置位置， 从而能够使装置整体随着小型而重量轻地形成，而且能利用少量的模制材料(molding material)来确保充分的绝缘。本发明的工业用X射线发生装置，其特征在于，具有X射线管，将发射电子的阴极和吸引电子的阳极储存于管体而成；X射线屏蔽部件，由主要包含原子序数55以上的元素且使X射线难以通过的物质形成，并覆盖所述X射线管；以及升压电路，生成施加于所述阴极的高电压，所述阳极接地，所述升压电路通过从自身的低电压端子到高电压端子依次连接多个升压级而形成，所述升压电路以使自身的所述低电压端子与所述X射线管的阳极对应且使自身的所述高电压端子与所述X射线管的阴极对应的方式，配置于所述X射线管的侧部区域，从所述阴极向所述X射线管的外部延伸的导电部件连接于所述升压电路的高电压端子，至少所述X射线管的阴极侧的端部、从该阴极侧的端部延伸出的所述导电部件以及至少所述升压电路的高电压端子侧的端部，通过包含绝缘性树脂的模制材料进行模制成形。根据本发明的工业用X射线发生装置，X射线管的高压端子和升压电路的高压端子互为附近邻接。因此，可使连接这些端子的导电部件(例如，引线、汇流条)较短即可。因此，由于用于将导电部件绝缘的模制区域非常小，所以工业用X射线发生装置小型、重量轻。模制由于小型化，而可以减小对其覆盖的X射线屏蔽部件。X射线屏蔽部件通常由铅形成而较重。但是，在可缩小X射线屏蔽部件的本发明中，能够减少铅的量，实现重量轻。本发明的工业用X射线发生装置可以具有变压器电路，包含压电变压器，向所述升压电路的低电压端子供电；以及电源驱动器，将适合于所述压电变压器的频率的交流电向所述变压器电路供给。根据该构成，与使用电磁变压器的情况相比，能够减轻工业用X射线发生装置的重量及体积。在本发明的工业用X射线发生装置中，优选所述电源驱动器和所述变压器电路配置于所述X射线管的所述阳极侧的端部附近。这是由于电源驱动器及所述变压器电路处理低电压，所以最好配置于X射线管的低压侧的缘故。优选的是，本发明的工业用X射线发生装置还具有控制器，对所述升压电路、所述变压器电路和所述电源驱动器的动作进行控制，所述变压器电路与所述控制器邻接配置。本发明的工业用X射线发生装置的特征在于，还具有载置有所述X射线管的底座， 所述电源驱动器载置于该底座上，在该电源驱动器上载置有所述变压器电路，在该变压器电路上配置有所述控制器。根据该构成，包含于构成变压器电路的压电变压器的铅屏蔽朝向控制器的X射线，能够防止控制器的误动作。另外，通过配置压电变压器作为X射线屏蔽要素，从而可相应地不需要铅板等的X射线屏蔽，会达成X射线发生装置的轻量化。优选的是，本发明的工业用X射线发生装置还具有向所述电源驱动器施加电压的电池，该电池配置于所述X射线管的所述阳极侧端部附近的所述底座上。在本发明的工业用X射线发生装置中，优选所述升压电路为考-瓦二氏电路 (Cockcroft-ffalton circuit)。由此，能够以简单的构成得到所期望的高压。另外，优选的是，所述模制材料含有包含原子序数55以上的元素的氧化物、所谓的重金属氧化物作为填充物。由此，可利用模制材料屏蔽X射线。另外，优选所述模制材料的热传导率为IOW / (m-K)以上。由此可 防止在工业用 X射线发生装置的内部积蓄热量而使X射线发生装置成为所需以上的高温。在本发明的工业用X射线发生装置中，优选所述阴极基于场致发射(Field Emission)而发射电子。据此，与利用了使用灯丝的热电子发射型的电子发射元件的情况相比，能够使工业用X射线发生装置小型且轻量化。根据本发明的工业用X射线发生装置，X射线管的高压端子和升压电路的高压端子互为附近邻接。因此，连接这些端子的导电部件较短即可。因此，用于使导电部件绝缘的模制区域变得非常小，能够小型、重量轻地形成工业用X射线发生装置。另外，由于模制区域小，所以可减小覆盖其的X射线屏蔽部件。X射线屏蔽部件通常由铅形成而较重。但是，在可减小X射线屏蔽部件的本发明中，能够减少铅的量，实现重量轻。


图1是本发明的工业用X射线发生装置的一实施方式的正面图。图2是按图1的A-A线的平面剖面图。图3是按图1的箭头B的工业用X射线发生装置的底面图。图4 (a)是按图2的C-C线的侧面剖面图，(b)是按图4 (a)的箭头E表示升压电路的构成要素的配置的图。图5是表示图1的工业用X射线发生装置的使用例的图。图6是在图1的工业用X射线发生装置中使用的控制系统的框图。图7是表示图6的控制系统框图的等效电路的电路图。图8是表示图6的框图的具体电路构成的一实施方式的电路图。图9是表示在图8的电路中使用的主要元件即压电变压器的评价结果的图表。图10是表示本发明的工业用X射线发生装置的另一实施方式的侧面剖面图。图11是表示在本发明的工业用X射线发生装置的又一实施方式中使用的高压电源部的电路图。图12是表示在本发明的工业用X射线发生装置的又一实施方式中使用的控制系统的框图。图13是详细表示图12的局部的电路图。图14是表示本发明的工业用X射线发生装置的又一实施方式的外观构造的立体图。附图标记说明1…工业用X射线发生装置；2…底座；3…安装用孔；4…槽；6…散热片；7…X射线管； 8a…底座上的低电压区域；8b…底座上的X射线管的侧方区域；9…手柄；10…安装配件； 11…阴极(cathode);12…栅极(grid);13…阳极(anode);14…管体；15…外部电源连接器； 16…磁屏蔽部件；17…X射线取出区域；21…热导体；22…电池；23…驱动器基板；23a-阴极用电源驱动器；23b…栅极用电源驱动器；24…变压器基板；24a…阴极用变压器电路；24b…栅极用变压器电路；25···控制器；27a…阴极用升压电路；27b…栅极用升压电路； 28a、28b…引线(导电部件)；29…X射线屏蔽部件；31…外壳；32…手柄；33…检查对象物； 34…检查对象物的支承用部件；36…二维X射线检测器；38…阴极电源模块；38a…可变阴极电源；39…栅极电源模块；39a…可变栅极电源；41a…监视器部；42a 42d···压电变压器；43…考-瓦二氏电路；44…一个升压级；46…电压监视端子；47…二极管；48…电流监视端子；51···电容器；52…二极管；60···限制电阻；61···电容器；62···电极；D…X射线管的外径；H…模制高度；L··· X射线管的长度；M…模制材料；Tla、Tlb…输入端子部；T2a、T2lr·· 输出端子部。
具体实施例方式
(工业用X射线发生装置的第一实施方式)
下面，基于实施方式说明本发明的工业用X射线发生装置。另外，本发明当然不限定于该实施方式。另外，虽然在以后的说明中参照附图，但在该附图中为了易于分清地示出特征部分，有时按与实际不同的比率表示构成要素。图1是表示本发明的工业用X射线发生装置的一实施方式的长尺寸方向的正面剖面图。图2是按图1的A-A线的平面剖面图。图3是按图1的箭头B的工业用X射线发生装置的底面图。图4 (a)是表示按图2的C-C线的工业用X射线发生装置的短尺寸方向的侧面剖面图。在这些图中，工业用X射线发生装置1具有作为长方形的板形状的底座2。底座2 由热传导性良好的材料、例如Al (铝)形成。在底座2的周缘设置有用于支承后述的二维X 射线检测器的支承部件、例如安装电线的多个安装用孔3。如图3所示，在底座2的底面形成有许多线状的槽4，在这些槽4之间以翅片状设有许多板状的散热用的散热片6，且在平面内设置成两级的列状。在图1中，在底座2上设有X射线管7。X射线管7具有圆筒形状的管体14。在该管体14的内部设有发射电子的阴极(Cathode)ll、作为引出电极的栅极12、以及吸引电子的阳极(anode) 13。阳极13是电子碰撞而产生X射线的部件，即具有靶(target)的功能。 所产生的白色X射线的能量即白色X射线的波长取决于施加到阳极13与阴极11之间的加速电压，另外，所产生的特性X射线的能量取决于阳极13的材质。阴极11基于场致发射(Field Emission)而发射电子。场致发射是在物质表面施加强的电位时从该物质的表面发射电子的现象。作为通过场致发射实用上可发射足够的量的电子的物质，已知有含碳纳米管的物质、含石墨粒子的物质等。碳纳米管为由六碳环构成的针状、即是纵横比(粒子长度/粒子直径)非常大的状态且管状的粒子。石墨粒子为含石墨而成的物质。所谓石墨是将碳六角网面(连接多个六碳环而构成一层的面)层叠为多个层状而成的层状构造物质。
在X射线管7的周围设置有由铁素体形成的圆筒形状的磁屏蔽部件16。该磁屏蔽部件16防止由在管体14的周围流过的电流激励的磁场影响到X射线管7内部的电子线。如图4(a)所示，该磁屏蔽部件16沿X射线管7的管体14外周以圆筒状配置。作为磁屏蔽需要磁导率大、顽磁力小、电绝缘性高。在本实施方式中，使用了锰锌铁素体((Mn、Zn) Fe3O4)ο 磁屏蔽部件16中位于阳极13侧方的部分、即与底座2对置的部分成为开口，进而，该部分的底座2通过加工而形成得较薄。由这些开口及薄壁部分形成用于将由阳极13 产生的X射线向外部取出的区域17。底座2的厚度例如为10mm，薄壁部分的厚度例如为 5mm ο由热传导率高的材料、例如Al (招)、Cu (铜)等形成的热导体21设置于底座2的面上，阳极13与该热导体21接合。该接合例如通过金属喷镀法(生成金属的处理)、焊接等而成。在本实施方式中，将阳极13电接地，将阴极11设定为负的高电压(例如-SOkV -200kV范围内的任意电压)。由于阳极13接地，所以即使使阳极13接触热导体21也能够确保电稳定性。阳极13通过热导体21牢固地固定于底座2。阳极13因电子的碰撞而升温到高的温度，但是由于热通过热导体21而流向底座2，所以阳极13得到有效冷却，避免了损伤。由于阴极11为高电压，而且不发热，因而不固定于底座2。在图1中X射线管7的阳极13侧的端部外侧的底座2上的区域8a、及图2中X射线管7的两侧部外侧的底座2上的区域8b设置有高压电源部。本实施方式的高压电源部包含设置于图1的区域8a的锂离子电池22、电源驱动器23a、23b、变压器电路24a、24b、 作为控制装置的控制器25、以及设置于图2的两个侧部区域8b的升压电路27a、27b。关于该高压电源部的电路构成将在以后记述。锂离子电池22、电源驱动器23a、变压器电路24a和升压电路27a构成用于向阴极 11施加高电压的高压电源部。向阴极11施加例如-200kV的负的高电压。锂离子电池22、 电源驱动器23b、变压器电路24b和升压电路27b构成用于向栅极12施加高电压的高压电源部。向栅极12施加例如-IOOkV的负的高电压。虽然将在以后记述，但图2的升压电路27a、27b沿X射线管7的长尺寸方向具有长的外观形状。这些电路的阳极13侧的端子部分Tla、Tlb是输入低电压的输入端子部。 而且，这些电路的阴极11侧的端子部分T2a、T2b是输出高电压的输出端子部。例如向各升压电路27a、27b的输入端子部Tla、Tlb输入4 IOkV左右的电压，向阴极用升压电路27a 的输出端子T2a输出-200kV，向栅极用升压电路27b的输出端子T2b输出_100kV。在图2中，在X射线管7的阴极11侧的端部中，从阴极11延伸的作为导电部件的引线28a向X射线管7的外侧伸出并与阴极用升压电路27a的输出端子T2a连接。另一方面，从栅极12延伸的作为导电部件的引线28b向X射线管7的外侧伸出并与栅极用升压电路27b的输出端子T2b连接。阴极用升压电路27a及栅极用升压电路27b各自的输入端子 Tla及Tlb分别与阴极用变压器电路24a及栅极用升压电路24b的输出端子连接。另外，作为导电部件也可以替代引线而使用汇流条(即汇流排)。引线28a、28b是未实施绝缘处理的保持金属原样不变的布线、不是保持金属原样不变而是微小的电流通过的状态(即非绝缘状态)的布线等。引线的剖面形状通常为圆形。另外，汇流条的剖面形状为非圆形(矩形、椭圆、长圆等)、即细长的金属制的板、棒等。作为金属例如可使用铜、铜合金等。汇流条的散热效果一般要高于引线。设置于底座2上的规定位置的X射线管7及升压电路27a、27b受到模制成形处理并由模制材料M覆盖。模制成形处理其自身是众所周知的处理，是使具有流动性的模制材料流入型箱中之后，使该模制材料固化的处理。将阴极11和升压路径27a的输出端子T2a 连接的引线28a、以及将栅极12和升压路径27b的输出端子T2a连接的引线28b也由模制材料M所覆盖。当模制材料M中有空间或间隙时，担心在该部分会发生潜流放电、电晕放电，因此，以在模制成形处理时不在模制材料M中产生泡的方式在真空槽内将模制材料M充填于型箱内。在本实施方式中，以模制材料M覆盖X射线管7及升压电路27a、27b的全部的方式进行模制成形，但最低限度需要的是由模制材料M覆盖X射线管7的阴极11侧的端部、 引线28a、28b及升压电路27a、27b的高电压输出端子部T2a、T2b侧的一部分。具体而言， 鉴于5kV以上的高压部在大气中放电，对那样的高压部进行模制。本实施方式中使用的模制材料为以具有电绝缘性的合成树脂、例如环氧类或硅类的合成树脂为主体，其中作为充填物含有氮化铝、氧化铝、二氧化硅等之类的陶瓷、Bi2O3等之类的重金属氧化物而成的材料。通过在模制材料M中混杂陶瓷、重金属氧化物的填充物， 模制材料M除绝缘性外还具有X射线吸收性。为了提高模制树脂和被模制部件的粘接性，优选对被模制部件的表面进行较好的清洗后，涂敷被称为底涂 剂的表面处理材料。在这样的化学粘接性不充分的材质的情况下， 通过对被模制部件的表面实施喷砂处理使其表面粗糙化，从而能够提高物理粘接力。这样的粗糙化处理被称为锚定处理。通过在模制材料M中混杂陶瓷，能够使模制材料M的热传导率提高。平均环氧树脂的热传导率为0. 3ff / (m ■ K)，同样，硅树脂为0. 16，氮化铝为300，氧化铝为36. 0，二氧化硅为10. 4。为了使热传导率变大，很重要的是使陶瓷等的充填率变大，但是当由单一粒径的粒子构成时，即使是粒子和粒子相接的致密充填，充填率也是74%。因此，通过掺混两种或者三种以上粒径的粒子，能够得到最大90%以上的充填率。另外，通过在模制材料M中混杂包含原子序数55以上的元素的氧化物(所谓的重金属氧化物)，从而能够提高X射线吸收性。在本实施方式中，作为原子序数83、第15族元素的氧化物使用化学性稳定的Bi203。在模制材料M的外侧、即与X射线管7对应的区域，以覆盖X射线管7的方式设置有X射线屏蔽部件29、例如由铅形成的薄的片状部件。由此，可防止X射线泄露到X射线管 7的外部。由于由铅形成的X射线屏蔽部件29重量非常重，因而在考虑到搬运工业用X射线发生装置1的情况下，期望X射线屏蔽部件29尽可能小。通常，通过X射线屏蔽板后的X射线強度I可用下式 I = I0exp ( - μ t)
表示。而且，透射率T可用 T = I / I0 = exp ( - μ t)
表示。在此，“μ ”是由物质的化学组成、密度决定的线吸收系数(1 /m)，“t”为X射线屏蔽板的厚度(m)。
在作为X射线屏蔽板使用铅(Pb)的情况下，根据上式，为了使透射率为0. 1%而需要t =约3. 5mm。透射率T是X射线屏蔽板的厚度的函数，若X射线屏蔽板为相同的厚度， 则通过减小距X射线源的距离，能够减小X射线屏蔽板的面积，通过减小面积，能够减小X 射线屏蔽板的重量。在本实施方式中，距X射线源的距离小的模制材料部分其自身具有X 射线屏蔽性，进而，由于该小的模制材料的外侧被X射线屏蔽板覆盖，所以能够减小X射线屏蔽板的面积，由此能够降低X射线屏蔽板的重量。其结果是，能够大幅降低工业用X射线发生装置整体的重量。另外，在本实施方式中，将模制材料M的热传导率设定为IOW / (m ■ K)以上。由此，可防止在工业用X射线发生装置1的内部积蓄热，使该X射线发生装置1成为所需以上的尚温。 图1中，在模制材料M的外侧设置有外壳31。外壳31以覆盖模制材料M整体的方式固定于底座2上。在外壳31的上壁安装有手柄32。工业用X射线发生装置1的使用者拿着该手柄32将工业用X射线发生装置1搬运到希望的测定场所，进行X射线的无损检验。在本实施方式中，X射线管7及升压电路27a、27b由模制材料M覆盖，在其外侧以叠置状态设置有电源驱动器23a、23b、变压器电路24a、24b、及控制器25。由模制材料M所覆盖的是成为5kV以上的高压的部分。由于上述电路的叠置部分为低压部分，所以其上未装填模制材料M。而且，模制部分和其叠置部分收纳于外壳31中，阴极用和栅极用兼用的电池22设置于外壳31的外侧的底座2上。上述电路的叠置部分与户外空气相接，进而，由于当尘埃进入时有放电的可能性，所以将外壳31密闭。电池22为拆装方式，在消耗完保有电力的情况下，可从底座2拆下并用未图示的充电器进行充电。在进行检查时，例如图5所示，将工业用X射线发生装置1与检查对象物33(在图示例中作为工厂(Plant)设备使用的钢管即管路(pipe))接触设置，在底座2的安装用孔3 (参照图2)安装支承用部件34。而且，由该支承用部件34支承二维X射线检测器36，将该二维X射线检测器36配置于检查对象物33的与X射线发生装置1相反侧的部分。二维X 射线检测器36由X射线胶片、成像板、CCD (Charge Coupled Device 电荷耦合器件)检测器等构成。图1中，例如X射线管7的外径D为50mm，X射线管7的长度L为170mm，模制高度H为70mm。通过下面的理由，即，(1)不是基于灯丝的热电子发射而是采用场致发射的电子发射；(2)将高压电源部的构成要素即升压电路27a、27b沿X射线管7邻接配置于X 射线管7的侧方部分；(3)将高压电源部的高压部分即升压电路27a、27b的输出端子T2a、 T2b与X射线管7的高压部分即阴极11侧的端部对应配置，且将高压电源部的其他构成要素(即电池22、电源驱动器23a、23b、变压器电路24a、24b、控制器25等)汇总配置于X射线管7的阳极13侧(即接地侧)的端部附近等等，从而本实施方式的工业用X射线发生装置1 与现有的工业用X射线发生装置相比，成为了非常小型、重量轻，实现了良好的可搬运性。下面，说明高压电源部的电路构成。如上所述，本实施方式中使用的高压电源部被设置于图1及图2所示的X射线管7 的阳极13侧的端部的附近区域8a及X射线管7的两侧部的区域8b、8b。X射线管7的阳极13侧的端部的附近区域8a就是位于接地电位的区域。而且，X射线管7的两侧部的区域8b、8b是电位从接地电位升压到高电压去的区域。图6是表示本实施方式中使用的高压电源部的电路构成的框图。控制器25、电池 22、阴极用电源驱动器23a、阴极用变压器电路24a、阴极用升压电路27a、栅极用电源驱动器23b、栅极用变压器电路24b、以及栅极用升压电路27b分别与在图1、图2及图4 (a)中用同一附图标记表示的要素相同。由阴极用的电源驱动 器23a、变压器电路24a、升压电路27a构成阴极电源模块38。 另一方面，由栅极用的电源驱动器23b、变压器电路24b、升压电路27b构成栅极电源模块 39。阴极电源模块38控制施加于阴极11的电压，栅极电源模块39控制施加于栅极12的电压。例如，将栅极电压控制在-100kV，将阴极电压控制在-200kV。在本实施方式中，阳极 13 (即靶)接地。图6的框图作为电路图与图7所示的电路图等效。即，在X射线管7中，在接地的阳极13和栅极12之间设置有可变栅极电源39a，在接地的阳极13和阴极11之间设置有可变阴极电源38a。图6中，控制器25由具备CPU (Central Processing Unit 中央处理器)、存储器等的微型计算机构成。CPU按照存储于存储器内的程序软件实现控制阴极电源模块38及栅极电源模块39的动作的功能。具体而言，指示输出电压成为多少伏、或者指示动作的开始、 或者指示动作的结束、或者监视实际的电压及电流。图8表示用于向阴极11供给高电压、例如供给_200kV的高压电源部的具体电路构成的一实施方式。用于向栅极12供给高电压、例如供给-IOOkV的电路构成基本上与图 8所示的电路相同。阴极11用的高压电源部由电池22、电源驱动器23a、变压器电路24a、 升压电路27a、监视器部41a构成。栅极12用的高压电源部成为同样的构成，因而在以下的说明中，作为代表主要说明阴极11用的高电压电源。电池22输出例如24V的直流电。电源驱动器23a具有产生PWM(脉宽调制)信号的PWM信号发生部23a-l、和产生与该PWM信号相应的电压的电源部23a_2。虽然未图示， 但是栅极12侧的电源驱动器23b也为相同的构成。电源驱动器23a按照从控制器25传送的电压设定指示信号，通过PWM(脉宽调制)控制，生成适合后级的变压器电路24a的高频电力。变压器电路24a包含多个(在本实施方式中为4个)压电(piezo)变压器42a、42b、42c、 42d。压电变压器42a 42d其自身是众所周知的变压元件，其通过分别将多个钛酸钡、钛酸锆酸铅等具备压电性的陶瓷与金属电极交替层叠烧成而形成。在本实施方式中，使用了含铅的钛酸锆酸铅。压电变压器42a 42d当将频率接近共振频率的交流电输入到输入端子时，将升压到100倍左右的高频电力输出到输出端子。如下述，压电变压器42a 42d还具有防止从底座2的方向进入的X射线进入到控制器25，并防止控制器25受到X射线而发生误动作的功能。在本实施方式中，较之使用大型且昂贵的大功率的压电变压器，通过使用多个小型且低功率的液晶背光源冷阴极管用的压电变压器，可得到50W的输出。由此，构成小型且低成本的变压器电路。通过该变压器电路24a在输出端子得到4 SkV左右的高频电力。图9表示关于在本实施方式所使用的压电变压器进行的评价的结果。图表中， 线段A表示评价对象即压电变压器的输出特性。曲线B是表示将作为目标的电力假想为160kVX50W的情况下，其电力为恒定的曲线。本实施方式中使用的压电变压器由于处于超过该电力恒定曲线的区域，因而得知在特性上没有问题。另外，由于输出电压也得到160kV 左右，因而得知其也没有问题。 图8中，变压器电路24a的高频输出电力被输出到升压电路27a的输入端子。在本实施方式中，升压电路27a由考-瓦二氏电路43构成。考-瓦二氏电路43其自身是众所周知的升压电路，是将多个电桥桥接两个电容器和两个二极管而成的一个升压级44串联连接而成的升压电路。本实施方式的考-瓦二氏电路43可由一个升压级44将电压升压2倍，通过依次将其连接数十个，而将4 SkV左右的变压器电路24a的高频输出电力升压至200kV的直流高电压。考-瓦二氏电路43的输出端子经由限制电阻60与阴极11连接。在本实施方式中，由于阳极13接地，因而阴极11为负的高压。图2中，向阴极用升压电路27a的输入端子Tla输入升压前的低电压，向输出端子T2a输出升压后的高电压。图8中，在来自阴极11的引出线上串联连接有电压监视用的电阻Rl、R2、R3、R4。 通过这些电阻使电压下降后的电压在电压监视端子46进行测定。另一方面，经由二极管47 取出的电流可在电流监视端子48进行测定。这些测定数据在图6中作为控制用的数据传送到控制器25。在阴极11上连接有脉动滤波器61。该脉动滤波器61降低从高压电源产生的脉动。由于在阴极11附近难以安装小型且耐高压的电容器，因而在本实施方式中，如图1所示，在阴极11的外侧夹持适当尺寸的模制材料M配置电极62以构成并行平板型电容器来作为脉动滤波器61。具体而言，模制树脂的绝缘击穿电压约为25kV / mm，相对介电常数约为3. 5，设阴极11侧的模制树脂的厚度为10mm，通过在其外侧配置面积250mm2的电极62，配置耐压 250kV、静电电容8. 5pF的电容器。图4 (a)中，构成阴极用升压电路27a的电容器(在实施方式中为陶瓷电容器)51 及二极管52从底座2侧向手柄32侧沿纵方向配置。另外，与此相同，以使图8的各电压监视用电阻Rl R4在纵方向延伸的方式进行设置。这些电容器51等不使用电路基板而使用连接用的夹具(jig)立体且挠性地通过焊接彼此进行布线。这是为了在模制固化时的收缩、使用时温度的上升引起的热膨胀、使用时温度的下降引起的热收缩等时不至于造成破坏。当从图4 (a)的箭头E方向观察这些电子要素时，即以与图1相同的剖面状态观察时，如图4 (b)所示，电阻Rl R4从高压侧按顺序倾斜并排配置，电容器51被分为上下 2级地并排配置，多个二极管52分别与各电容器51的输入输出端子连接。图中代表性地只示出与置于最左侧的电容器连接的3个二极管，省略了除此以外的二极管的图示。如上所述，由于阴极用升压电路27a的构成要素即各电子要素被有效地灵活运用在工业用X射线发生装置1的高度方向的空间区域，并且，在宽度方向上集中收容于非常狭小的区域内，因而，有助于工业用X射线发生装置1的小型化。关于X射线管7设置于阴极用升压电路27a相反侧的栅极用升压电路27b，作为构成要素由与阴极用升压电路27a相同的电子要素形成。但是，由于最终要求的高电压的值在阴极11和栅极12不同，所以，所使用的电子要素的个数因此而不同。这样，栅极用升压电路27b的构成基于阴极用升压电路27a的构成能够很容易理解，因而说明从略。图5中，说明了工业用X射线发生装置1实际使用的方法，但在本实施方式中，高能量的X射线从X射线发生装置1放射向检查对象物33。例如放射160kV左右的高能量X 射线。因此，从检查对象物33产生强度比较高的散射X射线、荧光X射线，它们有可能照射到配置于图1的区域8a的电子电路部分。假如X射线照射到控制器25，则有可能引起设置于控制器25内部的CPU、闪存等误动作。但是，在本实施方式中，在控制器25下设有变压器电路24a及24b，这些变压器电路的构成要素即压电变压器42a 42d作为材料含铅，由于该铅具有隔断X射线的性质，所以，通过配置于其下的变压器电路24a、24b能够防止散射X射线、荧光X射线照射到控制器 25，由此，能够防止控制器25误动作。另外，通过配置压电变压器作为X射线屏蔽要素，由 此可以相应地不需要铅板等的X射线屏蔽，有助于X射线发生装置的轻量化。根据本实施方式，在X射线管7和升压电路27a、27b (即高压电源部)之间不使用体积大的高电压用连接器，而是用引线、汇流条等之类的导电部件直接连接，利用模制材料 M将它们绝缘。由此，实现了工业用X射线发生装置的小型化及轻量化。(变形例)
图10是表示构成阴极用升压电路27a及栅极用升压电路27b的陶瓷电容器51、二极管 52及电阻Rl R4的配置方法与图4 (a)所示的配置方法不同的例。根据该变形例，由附图明显可知，由于将陶瓷电容器51在纵方向倾斜配置，因而高度方向的尺寸比图4 (a)例略大，但是能够减少宽度方向的尺寸。(工业用X射线发生装置的第二实施方式)
图11表示在本发明的工业用X射线发生装置的其他实施方式中使用的高压电源部。下面，对该实施方式加以说明。在图8所示的之前的实施方式的高压电源部中，从阴极11延伸的引出线上串联连接有电压监视用的电阻Rl、R2、R3、R4。而且，通过这些电阻电压下降后的电压可在电压监视端子46中进行测定。而且，将该测定数据传送到图6的控制器25用作控制用的数据。艮口， 在图8的实施方式中，由包含电阻R1、R2、R3及R4的电压测定电路测定考-瓦二氏电路43 的最终级的电压。与此相对，在图11所示的本实施方式的高压电源部中，串联连接一个或者多个电阻而成的包含Rl的电压测定电路测定考-瓦二氏电路43的从输入端到输出端的中间位置 P的电压。而且，将该测定值传送到图6的控制器25作为控制用的数据使用。将哪个位置设为中间位置P，可由所使用的电阻Rl的耐压来确定。例如，若考虑将普通的电阻用作电阻 Rl，则可以从电位成为30kV左右的地方取出电位。通常，优选取出考-瓦二氏电路43的最终级的电位的1/2以下的电位。根据本实施方式，能够将在图4(b)中使用的电阻设为只有一个电阻R1。由此，能够进一步小型且重量轻地形成X射线发生装置。另外，在本实施方式中，图11所示的高压电源部以外的构成与图1、2、3、4、5、6、7、9所示的之前的实施方式相同。(工业用X射线发生装置的第三实施方式)
图12及图13表示在本发明的工业用X射线发生装置的又一实施方式中使用的主要电路部分。具体而言，图12表示控制系统的框图，图13表示该框图的具体电路构成的一实施方式。下面，对该实施方式加以说明在图6及图8所示的之前的实施方式的高压电源部中，电源驱动器23a内置有PWM 信号发生部23a-l和电源部23a-2这两者。而且，从控制器25向栅极电源模块39及阴极电源模块38发出电压设定指示信号。而且，遵循电压设定指示信号的PWM信号从PWM信号发生部23a-l输出，与该PWM信号相应的电压从电源部23a_2输出。与此相对，在图12及图13所示的本实施方式的高压电源部中，电源驱动器23a由 PWM信号发生部23a-l及电源部23a-2形成，这一点没有变化，但是，如图12所示，将电源部 23a-2及23b-2设置于变压器电路24a及24b的前级，将PWM信号发生部23a_l及23b_l内置于由MCU (Micro Control Unit 微控制器)构成的控制器25。在本实施方式中，用于进行脉宽调制的信号、即PWM信号从内置于控制器25的PWM 信号发生部23a-l及23b-l向各电源模块38及39输出。这样，通过由控制器25发生PWM 信号，从而能够降低控制循环的系统延时，因此，能够使电压及电流的稳定性提高。另外，在本实施方式中，图12及图13所示的高压电源部以外的构成与图1、2、3、4、5、7、9所示的之前的实施方式相同。(工业用X射线发生装置的第四实施方式)
图14表示本发明的工业用X射线发生装置的又一实施方式的外观结构。下面，对该实施方式加以说明。在图1所示的之前的实施方式中，从底座2观察，阴极用电源驱动器23a、栅极用电源驱动器23b、阴极用变压器电路24a、栅极用变压器电路24b、以及控制器25的各基板依次横置(即与底座2平行)地叠置配置。与此相对，在图14所示的本实施方式的工业用X射线发生装置71中，将阴极用电源驱动器23a和栅极用电源驱动器23b安装于一个电路基板即驱动器基板23上，将该驱动器基板23和控制器25依次横置叠置。而且，将阴极用变压器电路24a和栅极用变压器电路24b安装于一个电路基板即变压器基板24上，在控制器25等的层叠构造体和模制部M之间将变压器基板24纵置(即， 相对于控制器25等层叠构造体成直角或者大致直角)配置。模制部M内置有X射线管7。S卩，在本实施方式中，电源驱动器23a、23b和控制器25横置且相互重叠形成构造体，该构造体隔开空间地与X射线管7并排设置。而且，变压器电路24a、24b通过在上述空间内纵置设置，从而在空间上屏蔽上述的构造体和X射线管7。图14中，附图标记2表示底座，附图标记9表示手柄，附图标记10表示安装配件， 附图标记15表示外部电源连接器，附图标记31表示外壳。另外，本实施方式中，示于图14 的外观结构以外的构成与示于图3、4、5、6、7、8、9的之前的实施方式相同。根据本实施方式，能够容易进行向低电压、中间电压、以及高电压的连续升压，并且，能够容易实现正确进行这些电压间的绝缘。另外，通过将保有含铅的压电变压器的变压器基板24纵置配置在控制器25等层叠基板部和模制部M之间，能够由变压器基板24吸收 X射线管7产生的X射线，因此，可防止X射线照射到包含于控制器25等的半导体元件。其结果是，能够降低半导体元件因X射线而进行误动作的可能性。(其他实施方式)
以上，列举优选的实施方式说明了本发明，但是本发明不限定于该实施方式，在一同附上的权利要求书记载的发明的范围内可进行各种改变。
例如，在上述实施方式中将阴极11由场致发射型电子发生部件形成，但也可以将其取代而使用灯丝这样的热电子发生型的电子发生部件。
权利要求
1.一种工业用X射线发生装置，其特征在于，具有X射线管，将发射电子的阴极和吸引电子的阳极储存于管体而成； X射线屏蔽部件，由主要包含原子序数55以上的元素且使X射线难以通过的物质形成， 并覆盖所述X射线管；以及升压电路，生成施加于所述阴极的高电压， 所述阳极接地，所述升压电路通过从自身的低电压端子到高电压端子依次连接多个升压级而形成， 所述升压电路以使自身的所述低电压端子与所述X射线管的阳极对应且使自身的所述高电压端子与所述X射线管的阴极对应的方式，配置于所述X射线管的侧部区域，从所述阴极向所述X射线管的外部延伸的导电部件连接于所述升压电路的高电压端子，至少所述X射线管的阴极侧的端部、从该阴极侧的端部延伸出的所述导电部件以及至少所述升压电路的高电压端子侧的端部，通过包含绝缘性树脂的模制材料进行模制成形。
2.根据权利要求1所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，具有 变压器电路，包含压电变压器，向所述升压电路的低电压端子供电；以及电源驱动器，将适合于所述压电变压器的频率的交流电向所述变压器电路供给。
3.根据权利要求2所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述电源驱动器和所述变压器电路配置于所述X射线管的所述阳极侧的端部附近。
4.根据权利要求3所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，还具有控制器，对所述升压电路、所述变压器电路和所述电源驱动器的动作进行控制，所述变压器电路与所述控制器邻接配置。
5.根据权利要求4所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，还具有载置有所述X射线管的底座，所述电源驱动器载置于该底座上，在该电源驱动器上载置有所述变压器电路， 在该变压器电路上配置有所述控制器。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，通过针对所述阴极隔着规定宽度的所述模制材料配置电极，从而在所述阴极连接有电容器。
7.根据权利要求1 5的任一项所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述升压电路具有考-瓦二氏电路。
8.根据权利要求1 5的任一项所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述模制材料含有包含原子序数55以上的元素的氧化物作为填充物。
9.根据权利要求1 5的任一项所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述模制材料的热传导率为low / (m ■ K)以上。
10.根据权利要求1 5的任一项所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述阴极基于场致发射而发射电子。
11.根据权利要求4所述的工业用X射线发生装置，其特征在于， 所述考_瓦二氏电路具有从输入端至输出端串联连接的多个升压级，所述工业用X射线发生装置具有电压测定电路，测定所述多个升压级的所述输入端和所述输出端的中间位置的电压，该电压测定电路的输出电压向所述控制器传送并作为用于进行控制的信息使用。
12.根据权利要求4所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述电源驱动器具有输出用于进行脉宽调制的信号即PWM信号的PWM信号发生部、以及根据所述PWM信号产生电压的电源部，所述电源部设置于所述变压器电路的前级，所述PWM信号发生部设置于所述控制器的内部，由所述控制器产生PWM信号，由所述电源部根据PWM信号产生电压。
13.根据权利要求4所述的工业用X射线发生装置，其特征在于，所述电源驱动器和所述控制器相互重叠而成的构造体隔开空间地与所述X射线管并排设置，所述变压器电路通过设置于所述空间内，从而在空间上屏蔽所述构造体和所述X射线管。
全文摘要
本发明提供一种通过按适当的位置关系配置X射线管和高电压发生部，从而能小型、重量轻地形成装置整体，而且能用少量的模制材料确保充分绝缘的工业用X射线发生装置。在X射线发生装置(1)中，升压电路(27a)通过从自身的低电压输入端子(T1a)到高电压输出端子(T2a)依次连接多个升压级而形成。升压电路(27a)以使自身的低电压端子(T1a)与X射线管(7)的阳极(13)对应、使自身的高电压端子(T2a)与X射线管(7)的阴极(11)对应的方式配置于X射线管(7)的侧部区域。从阴极(11)向X射线管(7)的外部延伸的引线(28a)连接于升压电路(27a)的高电压端子(T2a)。至少X射线管(7)的阴极(11)侧的端部、从阴极侧的端部伸出的引线(28a)、升压电路(27a)的高电压端子(T2a)侧的端部由包含绝缘性树脂的模制材料(M)模制成形。
文档编号H01J35/02GK102347187SQ201110215618
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月30日
发明者佐藤贵久, 可儿哲男, 尾形洁, 武田佳彦, 神部亮 申请人:株式会社理学