JP2002025792A

JP2002025792A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2002025792A
Application number: JP2000209214A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Sawada; 良一澤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線管で発生した熱を、効率良く、簡単な構
造で、外部に放散することができるＸ線発生装置を提供
する。【解決手段】入力端子１０から低圧の電力が供給さ
れ、管容器４内に封浸された高圧回路基板６で高電圧を
発生させＸ線管７に印加する。カソード９から放出した
電子がアノード８に衝突し、その大部分のエネルギー
は、熱となり、放射・伝導・対流により、絶縁油１１の
温度を上昇させる。同じ管容器４内に、油分に耐久性の
ある金属製で構成されたブラシレスモータ本体とファン
からなる電動ファン１が設けられ、無接点制御整流子を
ＯＮ―ＯＦＦして、回転する。それによって絶縁油１１
を強制循環し、発生した熱を絶縁油１１を媒体として、
管容器４外面に設けられた放熱用のフィン３に速やかに
伝え、外部に放熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医用、産業用Ｘ線
検査装置等に使用するＸ線発生装置に係わり、特に、Ｘ
線管と高圧回路を絶縁油に封入したＸ線発生装置の放熱
手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】医用の外科用Ｘ線装置、歯科用Ｘ線装
置、産業用のＸ線検査装置等のＸ線発生装置は、小型化
の必要性から、Ｘ線管と高圧回路基板が同一の容器内に
絶縁油で封浸され使用されている。図３に、従来の産業
用Ｘ線検査のＸ線発生装置の断面を示す。（ａ）はＸ線
管７の管軸と直角方向の断面、（ｂ）はＸ線管７の管軸
方向の断面を示す。管容器４ａ内に、Ｘ線管７と高圧回
路基板６とが絶縁油１１に封浸され、入力端子１０から
の電源入力により、高圧回路基板６で高電圧が発生し、
真空ガラス管製のＸ線管７のアノード８とカソード９間
に３０〜２００ｋＶの高電圧が印加される。そして、カ
ソード９から放出した熱電子をアノード８に衝突させ、
その制動放射によりＸ線を放射口１２から外部に放射し
ている。そして、Ｘ線管７から発生する発熱は、主にア
ノード８から輻射及び伝導してアノード８に設けられた
冷却フィン５を介して、絶縁油１１に伝わり、その絶縁
油１１の対流、伝導により封入用の管容器４ａ壁面に伝
わる。そして、外囲器１３内に設けられ、管容器４ａの
外壁に設けられた放熱用のフィン３ａ等とファン２によ
って放熱されている。

【０００３】図５にＸ線発生装置の電気回路図を示す。
管容器４ａに入力端子１０が設けられ、高圧回路一次入
力端子Ｔ、カソード９のフィラメント加熱一次入力端子
Ｃ、接地端子Ｇ、高電圧測定回路端子ＥＰ、Ｘ線管電流
の測定回路端子ＩＰ、管容器４ａ内の絶縁油１１の体積
膨張の限界温度検出用のＳＷ１７の出力端子ＴＨ、内部
の所定の場所の温度を検出する温度センサ１６の出力端
子ＴＭＰを介して、内部への電力の供給と信号の検出を
行なっている。そして、高圧回路基板６からＸ線管７の
アノード８にプラスの高電圧が端子＋Ａから供給され、
一方、カソード９のフィラメントに、端子ＨＴＲから加
熱電流が供給される。内部で発生した熱は、絶縁油１１
を介して管容器４ａの外壁に伝わり、外囲器１３内に設
けられたファン２によって、管容器４ａの外壁に設けら
れたフィン３ａから風冷により放散されている。図６に
高圧回路基板６の電気回路を示す。Ｘ線管７に印加され
る高電圧は、低圧の交流入力が、端子Ｔから変圧器ＴＴ
を介し、多段状に配列された整流器ＤとコンデンサＣよ
りなるコッククロフト・ウォルトン回路１８により昇圧
されて、端子＋Ａに高電圧が発生する。その高電圧は抵
抗ＲとコンデンサＣによって分圧され、端子ＥＰで測定
される。一方、カソード９を加熱する加熱電流は、低圧
の交流入力が加熱変圧器ＴＣを介して端子ＨＴＲからフ
ィラメントに供給され、その時のＸ線管電流は端子ＩＰ
で測定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＸ線発生装置は
以上のように構成されているが、Ｘ線管７で消費せられ
る電力の大部分は、主にアノード８で熱に変換され、輻
射、伝導により冷却フィン５等を介して絶縁油１１に伝
わる。熱媒体である絶縁油１１の流れは、自然対流であ
り非常に緩やかなものである。そのため、期待されてい
るほどの放熱効果は得られず、発熱によりかなりの温度
上昇があり、そのため、高圧回路基板６の電子部品が破
損したり、寿命低下するなどの信頼性の点に問題があっ
た。その解決方法として、図４に示すように、管容器４
ｂの外部に循環用のポンプ１５と冷却器１４を設けて、
絶縁油１１を冷却する方法が採られている。しかし循環
用のポンプ１５のシール部等の寿命や、外付パイプ等の
必要性、複雑さ、コスト高等の新たな課題が存在してい
る。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、Ｘ線管７のアノード８で発生した熱
を、効率良く、簡単な構造で、外部に放散するＸ線発生
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＸ線発生装置は、Ｘ線を発生するＸ線管
と、そのＸ線管に高電圧を印加しフィラメントを加熱す
る高圧回路基板と、前記Ｘ線管と高圧回路基板を絶縁油
に封入した管容器と、その管容器の外壁面に設けられた
放熱手段とを備えたＸ線発生装置において、前記管容器
内の絶縁油を管容器内で循環させる循環手段を備えるも
のである。そして、請求項２記載のＸ線発生装置は、循
環手段として電動ファンを用いるものである。また、請
求項３記載のＸ線発生装置は、循環手段の電動ファンが
ブラシレスのモータで、その本体とファンが油分に耐久
性のある金属製で構成されるものである。

【０００７】本発明のＸ線発生装置は上記のように構成
されており、管容器にＸ線管と高圧回路基板と電動ファ
ンとを絶縁油中に封浸し、前記電動ファンを回転させて
管容器内の絶縁油を強制循環させ、管容器の外部に設け
られたフィンを、外囲器内側に取付けられたファンによ
り、風冷して、Ｘ線管内で発生した熱を放散させてい
る。そのため、封入管容器に特別な配管やシール部の追
加をすることなく、発生した熱を絶縁油を媒体として、
管容器外面に設けられた放熱用のフィンに速やかに伝
え、冷却能力を向上させることができる。延いては、温
度上昇を低下させ、長寿命・高信頼性を実現することが
できる。また、冷却能力向上によりＸ線管の大出力容量
と性能向上につながる。さらに、循環手段の電動ファン
がブラシレスのモータで、その本体とファンが油分に耐
久性のある金属製で構成されているので、ブラシレスに
よる安全性と金属製による長寿命化を図ることができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のＸ線発生装置の一実施例
を図１を参照しながら説明する。図１は本発明のＸ線発
生装置のＸ線管７の管軸方向の断面を示す。本Ｘ線発生
装置は、アノード８側に冷却フィン５を有したＸ線管７
と、そのＸ線管７に高電圧を印加するための高圧回路基
板６と、絶縁油１１を強制循環させるブラシレスモータ
による電動ファン１と、Ｘ線管７と高圧回路基板６と電
動ファン１とを絶縁油１１中に封浸させ、外壁に外部放
熱用のフィン３とＸ線の放射口１２と電力導入及び計測
用の入力端子１０を備えた管容器４と、外部放熱用のフ
ィン３を風冷して管容器４から熱を奪う外部に設けられ
たファン２とから構成されている。

【０００９】本Ｘ線発生装置と図３で示す従来のＸ線発
生装置と異なるところは、Ｘ線管７の管容器４内に、絶
縁油１１を強制循環させるためのブラシレスモータ（無
整流子電動機）による電動ファン１が設けられた点であ
る。本Ｘ線発生装置は、Ｘ線管７が、外部放熱用のフィ
ン３を有したアルミ合金製などの管容器４本体の中で絶
縁油１１に封浸され、陽極側支持体（図示せず）と陰極
支持体（図示せず）により固定され、そして高圧回路基
板６がＸ線管７の側方に固定され、Ｘ線管７のアノード
８端に放熱用の冷却フィン５が設けられ、その陽極側と
対抗する陰極側の２箇所に、絶縁油１１を強制循環させ
る電動ファン１が支持体（図示せず）を介して取付けら
れている。管容器４の内側は、Ｘ線の漏洩を防ぐため薄
い鉛板で内張りされている。中央部にＸ線透過性のよい
エポキシ樹脂製の放射口１２が取り付けられ、管容器４
本体には、電力供給用と計測用の低電圧の入力端子１０
が設けられ、また、管容器４本体の陰極側には、温度上
昇による絶縁油１１の膨張を吸収するベローズが設けら
れ、管容器４の温度が高い陽極側に８０℃前後で動作す
るＳＷ１７を設け、この温度を超えないように管理して
いる。また、内部の所定の場所の温度を測定する温度セ
ンサ１６が設けられている。そして、管容器４の外部に
冷却用のファン２が設けられ、外部放熱用のフィン３を
風冷して、管容器４の熱を放熱している。

【００１０】電動ファン１は、金属製の筐体からなるブ
ラシレスモータとそのモータによって回転する金属製の
ファンから構成される。図２にブラシレスモータの原理
図を示す。ブラシレスモータは、直流の電源２５を用
い、固定子２２に電機子巻線を用い回転子２３に界磁巻
線を用いて、回転子２３の回転軸２４に直結している位
置検出器１９によって、回転子２３の磁極の位置を検知
し、その位置に対応して、ゲート制御回路２０により、
トランジスタやサイリスタなどの無接点制御整流子２１
をＯＮ―ＯＦＦして連続的にトルクを発生する。ブラシ
レスモータは、直流モータの整流子とブラシを、半導体
に置き換え、永久磁石式の同期モータと似た形で回転す
る。そのため、直流モータのようにブラシの個所で火花
を発生することが無く、絶縁油１１中で安全に動作して
用いることができる。また、ガス、蒸気などの発生する
場所にも適する。位置検出器１９は、モータの固定子と
回転子との相対的な位置を検出するもので、回転軸に直
結された回転円板とセンサを組み合わせたもので、トラ
ンジスタによるコルピッツ発振器（発振周波数１ＭＨ
ｚ）を内蔵した小型の近接スイッチ（固定子側に配列）
と、回転する切欠きのある強磁性体の円板からなり、強
磁性体が近づくと発振回路のインダクタンスが変化し、
出力が減少するのをＯＮ−ＯＦＦ信号に変換する近接方
式が用いられる。この方式を用いると、構成が容易で出
力信号のレベルが高く信頼性も優れている。また、磁石
を装着した回転円板と固定子側のホール素子とで構成さ
れるホール素子方式が用いられる。ホール素子を用いる
と、出力信号レベルは低いが検出分解能・耐候性に優
れ、小型化ができるので中・小形の管容器内に用いるこ
とができる。ブラシレスモータによって回転するファン
は、ファンが油分に耐久性のある金属製で構成されてい
る。プラスチック製等のファンを用いると、Ｘ線管７か
らの放射線被曝により高分子の鎖が壊れ、脆くなるとい
う問題がある。また、Ｘ線管７に高電圧を印加し電流を
流すと、そのエネルギーは、９０％以上が熱に変換さ
れ、管容器７内の温度が上昇する。その熱によってファ
ンの形状も変形する可能性がある。さらに、温度が８〜
１０℃上がればプラスチックの劣化は倍以上に促進す
る。また、ファンを回転させると絶縁油１１との摩擦に
より、ファンのエッジが消耗し、プラスチックの可塑材
が絶縁油１１に混ざり、耐電圧の低下を招く事になる。
さらに、高電界中にプラスチックのような絶縁物を置く
と、電荷がチャージアップして、管容器４内の電界が不
安定になり、耐圧不良になる可能性がある。そのためア
ルミ製等の金属材料が用いられる。上記の理由から、管
容器４内の絶縁油１１内で用いる強制循環用の電動ファ
ン１は、ブラシレスのモータを用い、その本体とファン
が油分に耐久性のある金属製で構成されているので、ブ
ラシレスによる安全性と金属製による長寿命化を図るこ
とができる。

【００１１】

【発明の効果】本発明のＸ線発生装置は上記のように構
成されており、絶縁油に封浸したＸ線管と同じ管容器内
に、油分に耐久性のある金属製で構成されたブラシレス
モータ本体とファンからなる電動ファンが設けられ、ト
ランジスタやサイリスタなどの無接点制御整流子をＯＮ
―ＯＦＦして連続的にトルクを発生し、直流モータの整
流子とブラシを、半導体に置き換えて回転するので、直
流モータのようにブラシの個所で火花を発生することが
無く、絶縁油中で安全に動作して、絶縁油を強制循環す
ることが出来る。そして、発生した熱を絶縁油を媒体と
して、管容器外面に設けられた放熱用のフィンに速やか
に伝えることができる。そのため、冷却能力が向上し、
Ｘ線管の管電流を増加した大出力容量と性能向上につな
がる。さらに、循環手段の電動ファンが、金属製で構成
されているので長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線発生装置の一実施例を示す図で
ある。

【図２】本発明のＸ線発生装置に用いる電動ファンの
ブラシレスモータの原理を説明するための図である。

【図３】従来のＸ線発生装置を示す図である。

【図４】従来の他のＸ線発生装置を示す図である。

【図５】装置の電気回路を示す図である。

【図６】装置の高圧発生回路を示す図である。

【符号の説明】

１…電動ファン２…ファン３…フィン３ａ…フィン４…管容器４ａ…管容器４ｂ…管容器５…冷却フィン６…高圧回路基板７…Ｘ線管８…アノード９…カソード１０…入力端子１１…絶縁油１２…放射口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を発生するＸ線管と、そのＸ線管に高
電圧を印加しフィラメントを加熱する高圧回路基板と、
前記Ｘ線管と高圧回路基板を絶縁油に封入した管容器
と、その管容器の外壁面に設けられた放熱手段とを備え
たＸ線発生装置において、前記管容器内の絶縁油を管容
器内で循環させる循環手段を備えることを特徴とするＸ
線発生装置。
【請求項２】請求項１記載のＸ線発生装置において、循
環手段として電動ファンを用いることを特徴とするＸ線
発生装置。
【請求項３】請求項２記載のＸ線発生装置において、循
環手段の電動ファンがブラシレスのモータで、その本体
とファンが油分に耐久性のある金属製で構成されること
を特徴とするＸ線発生装置。