JP2004508725A - 回路を保護する高圧低インダクタンス抵抗器 - Google Patents

Abstract

本発明の低インダクタンス抵抗器（１２０）は、外周と中心を有する抵抗器本体（１２２）を含む。第１の端子（１２６）は抵抗器の中心から離れた外周の付近に配置される。蛇行抵抗素子（１３０）は、第１の端（１３６）を有する。導電リング（１２４）は外周の付近に配置され、蛇行抵抗素子を囲む。リングは第１の端子に電気接続される。第１の端は導電リングに接続される。抵抗素子の第１の抵抗セグメント（１３８ａ）は第１の端から始まり、本体の外周周りに第１の方向に延在する。頂点（１４２ａ）が抵抗素子を略反対の方向に向け、第１の抵抗セグメントは、入力部（１４３）に入る。第２の抵抗セグメント（１４０ａ）は頂点の出力部（１４５）から出て、第１の抵抗セグメントの方向とは略反対の第２の方向に延在する。第２の抵抗素子は、第１の抵抗素子に隣接し、且つ、間隔があけられて配置される。第１及び第２の抵抗セグメントにより、単一の平面上に配置される同心円状の蛇行パターンが得られる。抵抗素子の第２の端（１４８）は、抵抗器の略中心に配置される。第２の端子（１２８）は、抵抗器の中心に配置され、蛇行する抵抗素子の第２の端に電気接続する。

Description

【０００１】
［発明の背景］
本発明は、高圧低インダクタンス抵抗器に関わり、特に、高圧電気機器内における放電によりもたらされる過渡電流を制限する抵抗器に関する。本発明は高圧真空管、特に、Ｘ線管に適用され、Ｘ線管に関連して説明する。
【０００２】
従来においてＸ線放射を使用する診断には、患者の静止影画像がＸ線フィルムに生成されるラジオグラフィ、低い強度のＸ線が患者を通過した後に蛍光スクリーンに衝突することにより可視のリアルタイムの影画像が生成される蛍光板透視、及び、患者の体の周りで回転する高出力Ｘ線管により生成されるＸ線から完全な患者画像がデジタル的に構成されるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）が含まれる。
【０００３】
一般的に、Ｘ線管は、金属、ガラス、セラミック材料、又は、これらの組合せにより形成され、Ｘ線管筐体内で支持される排気エンベロープを含む。Ｘ線管筐体は、エンベロープに電気接続を供給し、オイルといった流体で充填され、エンベロープ内に収容される構成素子が冷却される。エンベロープ及びＸ線管筐体は、互いに合わせられるＸ線透過ウィンドウをそれぞれ含み、エンベロープ内で生成されたＸ線は、検査患者又は被写体に向けられる。Ｘ線を生成するには、エンベロープは、陰極組立体と陽極組立体を収容する。
【０００４】
陰極組立体は、陰極フィラメントを含み、陰極フィラメントを加熱電流が通される。この電流によりフィラメントが充分に加熱され、それにより、電子の雲が放出される。即ち、熱電子放出が起きる。１００から２００ｋＶのオーダの高い電位が、陰極組立体と陽極組立体の間に加えられる。この電位により、電子が陰極組立体から陽極組立体に、排気エンベロープ内の排気領域を通り流れる。陰極フィラメントを収容する陰極フォーカシングカップにより、電子は、陽極組立体のターゲット上の小さな領域又は焦点に集束される。
【０００５】
電子ビームは、充分なエネルギーでターゲットに衝突し、それによりＸ線が生成される。生成されたＸ線の一部は、エンベロープ及びＸ線筐体のＸ線透過ウィンドウを通り、Ｘ線管筐体に取付けられるビーム制限装置、即ち、コリメータに到達する。ビーム制限装置は、検査患者又は被写体に向けられるＸ線ビームの寸法及び形状を調節し、画像が形成可能となる。
【０００６】
Ｘ線生成の際に発生する熱負荷を分散するために、多くの適用において回転式の陽極組立体構成が採用されている。この構成では、陽極組立体は、ターゲットの焦点上に集束される電子ビームが、ターゲットの周辺端部周りで連続的に回転する円形路で当たるよう軸回りに回転される。円形路の各部分は、Ｘ線生成の際に非常に高い温度に加熱され、再びＸ線電子ビームが当てられるまで回転されて冷却される。
【０００７】
一般的に、陽極組立体は、誘導モータにより回転される回転子に取付けられる。陽極組立体及び回転子は、軸受け組立体により支持される回転組立体の一部である。
【０００８】
動作時には、Ｘ線管は、陽極組立体と陰極との間に印加される電圧に対し数十万オームの高インピーダンスを示す。これにより、陽極組立体と陰極組立体間の真空空間を流れる電流は比較的小さくなる。通常の動作条件下では、電源が、陽極と陰極間の電流を制限することが可能である。しかし、電源による制限と、陽極と陰極の電気的遮蔽にも関わらず、このように大きい電位差を有する２つの素子が互いの近くに配置されると、アークが形成される傾向がある。アークは、異なる電位を有する２つの素子間の電流の望ましくないサージである。
【０００９】
Ｘ線管では、アーク放電は、Ｘ線管の排気エンベロープ内の残留ガス分子を通じて発生する。Ｘ線管が古くなると、アークを形成する傾向は一般的に増加し、これは、管内の真空の低下によるガス圧力の増加といった要因によるものである。排気エンベロープ内のガス圧力の増加は、望ましくない余分のガス分子が存在することによる。例えば、ガス分子は、エンベロープを通じ移動し、エンベロープ内の材料から発生する、又は、アーク放電による構成素子の損傷の結果放出される。従って、ガス分子間の平均自由行程が小さくなり、通常の管動作の際に生成される高い電界により真空エンベロープ内のガス分子が電離する際に、連鎖反応が起きやすくなる。この連鎖反応は、電子なだれと称し、アーク放電を形成する。
【００１０】
アーク放電は一般的に、最も高い電界強度を有するＸ線管の領域において発生する。従って、Ｘ線管内のアーク放電は一般的に、Ｘ線放射の生成のために陰極が陽極に電子を供給している領域全般に発生する。更に、電極の構造的な不完全部によっても、アーク放電が発生する場所を左右する。これは、電極の表面の汚染、鋭い角、又は、粗いエッジによる強い電場勾配があることによる。特に、陽極円盤表面の不完全部があるところでは、電界は高くなる。
【００１１】
アーク放電による１つの影響は、高圧電子構成素子への放射と強力な電気雑音の伝導である。これらの雑音放射は、システム回路内の半導体デバイスを故障してしまう。
【００１２】
アーク放電による別の影響は、アーク放電の際に生成される陰極からの金属のスパッタリングが、陰極付近のガラスエンベロープの内面に付着することである。ガラスエンベロープ上に金属堆積物があることにより、幾つかの理由でＸ線管の性能に決定的な影響を及ぼす。第１に、アーク放電がしばしば発生するに従い、スパッタされた金属堆積物は大きくなる。ガラスエンベロープ上にスパッタされた金属堆積物が厚くなりすぎると、ガラスエンベロープを損傷するのに充分な電荷が蓄積され、それにより、Ｘ線管が使用不可となる。第２に、ガラスエンベロープにスパッタされた金属堆積物はしばしば、堆積物と陰極の間にアーク放電を誘引する。アーク放電の際に生成される電流のサージは、ガラスエンベロープを損傷し、これも、Ｘ線管を使用不可にする。
【００１３】
Ｘ線管がアークを形成すると、陰極と陽極間には何百アンペアのオーダの電流が流れる。一旦Ｘ線管がアークを形成し始めると、真空中において、電子なだれのような現象が起き、金属及び金属原子がスパッタされ、汚染物質が電離される。上記の現象により、より頻繁にアーク放電が発生する。更に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムに使用されるＸ線管におけるアーク放電は、検出器において収集されるＸ線信号を汚染し、画像が適切に再構成されなくなる。これにより、データのセットが使用できなくなり、患者を再びＣＴスキャンにかける必要が出てくる。
【００１４】
上述のように、アーク放電により、Ｘ線管の使用可能な耐用年数を短くしてしまう。Ｘ線管が高価であることと、取り替えのための関連のサービスにかかる費用を考慮すると、Ｘ線管の耐用年数を延ばすことが望ましい。
【００１５】
耐用年数を延ばし、アーク放電の発生を少なくする１つの公知の方法は、ガラスエンベロープ内にゲッタ材料を供給し、真空状態の維持を支援する方法である。ゲッタ材料は、その表面にガスを結合し、そのようなガスを吸収し、Ｘ線管内の真空状態を維持する。結合及び吸収により排気領域から残留ガスを取り除く方法は、ポンピングとして知られる。ゲッタ材料を使用して真空状態を維持することによりアーク放電は減少する。というのは、大きい電流サージが流れるガス分子の個数が減るからである。しかし、Ｘ線管が古くなると、ポンピングに使用されるゲッタ材料の有効性も低下する。その結果、ゲッタ材料が使用され管が古くなると共に、アーク放電も頻繁に発生するようになる。
【００１６】
アーク放電の際の過渡電流サージに関する問題に対処するための他の試みに関連する情報は、米国特許第５，２２９，７４３号、第５，１０７，１８７号、第５，１３２，９９９号、及び、第５，００８，９１２号に記載される。しかし、これらの参考文献は１つ以上の以下に示すような不利点を有する。（ｉ）化と電流制御装置は、Ｘ線管の陽極端子の充分に近いところに配置されるには大きすぎる、（ｉｉ）装置は、損傷を与える電流を制限することが機械的にできない、（ｉｉｉ）製造が困難及び高価、（ｉｖ）インダクタンス、電圧降下等の電気特性にむらがある、（ｖ）信頼度が低い、及び、（ｖｉ）サージ負荷に対しての容量が小さい。
【００１７】
図１乃至３を参照するに、Ｘ線システム２０内において抵抗器７６として使用される従来技術の低インダクタンス抵抗器８０を示す。抵抗器８０は、円形であり、Ｘ線管２４の陽極端８１を受容し、陽極端８１を電源２２に電気接続するソケット部材（図示せず）の外径より僅かに大きい直径を有する。抵抗器８０は、導電性の円筒状の高圧端子８２を含み、この端子は取付けボルト（図示せず）を受けるためにねじ切りされた内面を有する。取付けボルトは、高圧導体７４に接続される端子（図示せず）を固定し、抵抗器８０を電源２２に電気接続する。抵抗器８０の中心に、導電性の環状ハブ８６が配置される。高圧端子８２と環状ハブ８６の両方は、抵抗器８０を、導体７４とＸ線管２４の陽極端８１との間で電気接続させる電気端子として機能する。環状ハブ８６は、ボア８８を含み、ねじ切りされたボルト（図示せず）の通路を与え、ボルトは、Ｘ線管２４の陽極端８１内のボア（図示せず）内にねじ込まれて受容されて抵抗器を固定し、且つ、回路内の抵抗器８０の電気接続を完成する。抵抗器８０の本体９０は、非導電性の樹脂から形成され、硬化剤により硬化され、真空成形される。非導電性の本体材料から形成されるバリア９８が、端子８２とハブ８６との間に配置される。
【００１８】
端子８２は、抵抗器８０の直径より僅かに小さい直径を有する導電性の材料からなるリング１００に電気接続される。導電リング１００は、１つの場所において分割され、それらの端は導電端子８２に適切に取付けられ、Ｘ線管の予想される動作条件及びアーク放電条件において使用するための適切な電気接続が完成する。抵抗器８０の電気抵抗は、抵抗ワイヤ９４及び９６による２つの螺旋状に巻かれたコイルにより供給される。ワイヤ９４、９６の１つの端は、接続点１０２においてハブ８８と電気接続し、もう１つの端は、接続点１０４において導電リング１００と電気接続する。抵抗ワイヤ９４、９６の２つの螺旋は、互いに反対に巻かれ、抵抗器８０内において平行な面に配置される。エネルギーが加えられると、各ワイヤ螺旋の電流は、矢印１０６及び１０８に示す通りの方向に流れる。各螺旋は、略６０回の巻回から構成される。抵抗ワイヤコイル９４、９６は、リング１００とハブ８６間で電気的に並列に接続される。図３を参照するに、ワイヤコイル９４、９６は、非導電性樹脂の層１１０により互いから離間され、電気的に遮蔽される。
【００１９】
従来技術の多面抵抗器装置では、２つの螺旋抵抗素子間の距離は変化する。このことは、各螺旋抵抗器ワイヤ９４、９６により生成される磁界間の距離が変化し、更に、抵抗器の平面に亘る結果としてもたらされる磁界の均一性が変化する。更に、高電流状態と欠陥状態の際の螺旋ワイヤコイルの磁界間の相互作用は、コイルと抵抗器の他の構成素子に力を加え、抵抗器の機械的及び／又は電気的な故障につながる。コイル間隔の変化による磁界の不規則性は、局所的な不均質性をもたらし故障につながる。運転時のＸ線システムにおけるこのような欠陥は、システムが特定の動作パラメータに戻るには高価な修理を必要とする。
【００２０】
上述したような理由により、容易に製造でき、一貫した電気特性を有し、改善された耐用年数を有し、Ｘ線管におけるアーク放電及び関連の電流サージを減少する装置が必要である。
【００２１】
［発明の概要］
本発明は、上述したような必要性を満足する低インダクタンス抵抗器に関する。本発明の１つの実施例における装置は、外周と中心を有する抵抗器本体を含む。第１の端子は抵抗器の中心から離れた外周の付近に配置される。蛇行する抵抗素子は、第１の端と、第１の端から始まる第１の抵抗セグメントを有する。第１の抵抗セグメントは、本体の外周周りに第１の方向、即ち、時計回りに延在する。抵抗素子は、入力側と出力側を有する略「Ｕ」字型の頂点を含む。第１の抵抗セグメントは、入力側に入る。抵抗素子は、第２の抵抗セグメントを含み、第２の抵抗セグメントは頂点の出力側から出て、第１の抵抗セグメントの方向とは略反対の方向、即ち、反時計回りに延在する。第２の抵抗素子は、第１の抵抗素子に隣接し、且つ、間隔があけられて配置される。第１の抵抗セグメント及び第２の抵抗セグメントにより、単一の平面上に配置される同心円状の蛇行パターンが得られる。抵抗素子は、抵抗素子の略中心に配置される第２の端を含む。導電リングが、蛇行する抵抗素子を囲む。リングは、第１の端子と、蛇行する抵抗素子の第１の端にそれぞれ電気接続する。第２の端子は、抵抗器の中心に配置され、蛇行する抵抗素子の第２の端に電気接続する。
【００２２】
本発明のより限定される面では、隣接する第１の抵抗セグメントと第２の抵抗セグメントにおける電流は、略反対の方向に流れる。本発明のもう１つの面では、第２の抵抗セグメントは、第１の抵抗セグメントよりもその長さが短い。
【００２３】
本発明のより限定される面では、抵抗器素子は、複数の追加の同心円状に隣接し、間隔があけられる抵抗セグメントと相互接続頂点を含む。複数の抵抗セグメント及び頂点は、単一の平面に配置され、第２の抵抗セグメント及び第２の端子と相互接続し、それにより、連続的に蛇行する抵抗素子が、第１の端子から抵抗器の中心にある第２の端子まで延在するようにされる。
【００２４】
本発明の原理による抵抗器の１つの特徴は、１対の抵抗セグメントにおいて、抵抗器の中心に近い方に配置される抵抗セグメントの長さは、抵抗器の中心から遠くに配置される抵抗セグメントの長さよりも短い。
【００２５】
本発明の更なる限定される面では、第１及び第２の抵抗素子は略円形である。
【００２６】
本発明のもう１つの面では、抵抗器本体の外周における同心円状に隣接する抵抗セクション間の距離は、抵抗器の中心付近における同心円状に隣接する抵抗セクション間の距離よりも大きい。
【００２７】
本発明の更なる面では、同心円状に隣接する抵抗セクションを接合する頂点は、抵抗器の中心から延在する放射状の直線に隣接して配置される。
【００２８】
本発明のもう１つの面では、単一面上に蛇行する抵抗器は、コロナリング及び第２の端子に電気接続される。複数の同心円状に隣接し間に間隔が置かれる抵抗セグメントは、頂点により接続される。抵抗器の中心近くの隣接する頂点間の電位差値は、抵抗器の外周付近の隣接する頂点間の電位差値より小さい。本発明のより限定される面では、隣接する頂点間の電位差値の変化は、抵抗器の外周付近の頂点間の電圧差と、抵抗器の中心付近の頂点間の電圧差を連続的に比較すると非線形的である。
【００２９】
本発明のもう１つの面では、Ｘ線管用の装置は、本発明の抵抗器を使用する。Ｘ線管は、陰極組立体、陽極組立体、陽極組立体を回転式に支持する軸受け組立体、及び、陽極組立体を取り囲むエンベロープを含み、軸受け組立体及び陰極組立体は真空中にある。本体を有する低インダクタンス抵抗器も含まれる。第１の端子は抵抗器の中心から遠くに配置される。本体内のコロナリングは、第１の端子に電気接続される。第２の端子は、抵抗器の中心に配置され、軸受け組立体に電気接続される。低インダクタンス抵抗器は、第１の端と第２の端を有する蛇行する抵抗素子を含む。第１の端は、コロナリングに電気接続される。抵抗素子は、１つの平面に配置される複数の同心円状に隣接する抵抗セクションで延在する。隣接する抵抗セクションは、同心円状に隣接する抵抗セクションを接合する頂点において方向を反対にする。各同心円状に隣接する抵抗セクションは、次の同心円状に隣接する抵抗セクションを流れる電流とは反対に流れる電流を有する。第２の端は、第２の端子に電気接続される。
【００３０】
本発明は、以下に説明し且つ特許請求の範囲に明記する上述及び他の特徴を提供する。以下の説明及び添付図面は、本発明の特定の例示的な実施例を示す。本発明の異なる実施例は、様々な構成素子及び構成素子の配置を含むことを理解するものとする。以下に説明する実施例は、本発明の原理を使用し得る様々な方法のうちのほんの数例を示すものである。図面は、好適な実施例を説明するものに過ぎず、本発明を制限するものではないことを理解するものとする。
【００３１】
［詳細な説明］
本発明の上述の及び他の特徴及び利点は、本発明に関する技術の当業者には、添付図面を参照しながら以下の本発明の好適な実施例の詳細な説明を考慮することにより明らかとなろう。
【００３２】
図１を参照するに、Ｘ線生成システム２０を概略的に示す。Ｘ線システム２０は、以下に制限されないが、（ｉ）患者の静止影画像がＸ線フィルムに生成されるラジオグラフィ、（ｉｉ）低い強度のＸ線が患者を通過した後に蛍光スクリーンに衝突することにより可視のリアルタイムの影画像が生成される蛍光板透視、及び、（ｉｉｉ）患者の体の周りで回転する高出力Ｘ線管により生成されるＸ線から完全な患者画像がデジタル的に構成されるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、（ｉｖ）産業検査、及び、（ｖ）セキュリティシステムを含む従来の診断用又は産業用の用途のうちのいずれかのためのＸ線システムであると理解するものとする。
【００３３】
システム２０は、高圧電源２２、筐体２６内に取付けられるＸ線管２４、及び、熱交換器２８を含む。Ｘ線管２４は、Ｘ線管筐体２６内において、Ｘ線管支持体（図示せず）を使用して従来の方法通りにしっかりと取付けられる。筐体２６は、例えば、ジアラオイル（ｄｉａｌａ ｏｉｌ）といった冷却液３０で充填される。或いは、他の好適な冷却流体／媒体（例えば空気）を使用してもよい。オイル３０は、供給ライン３１を介し、Ｘ線管筐体２６により画成されＸ線管２４を取り囲む室３２内に送り込まれる。送り込まれたオイル３０は、Ｘ線管２４からの熱を吸収し、Ｘ線管筐体２６の外部に配置される熱交換機２８に接続されるライン３４を介し筐体２６から出る。熱交換器２８は冷却液ポンプを含む。
【００３４】
Ｘ線管２４は、排気室即ち真空３６を画成するエンベロープ３４を含む。好適な実施例では、エンベロープ３４はガラスから形成されるが、他の好適な材料として、他のセラミック又は金属を使用することが可能である。エンベロープ３４の中には、陽極組立体３８と陰極組立体４０が配置される。陽極組立体３８は、円形のターゲット基板４２を含み、基板４２は基板の周辺端部に沿って焦点軌道４４を有する。焦点軌道４４は、電子が衝突するとＸ線を生成可能なタングステン合金又は他の好適な材料から構成される。陽極組立体３８は更に、グラファイトから形成されるバックプレート４６を含み、ターゲット４２の冷却を支援する。
【００３５】
陰極組立体４０は、本質的に静止しており、陰極フォーカシングカップ４８を含み、フォーカシングカップは、焦点軌道４４に対し間隔が置かれた関係で配置され、焦点軌道４４上の焦点５０に電子を集束する。陰極フォーカシングカップ４８に取付けられる陰極フィラメント５２（擬似的に示す）にエネルギーが加えられ、電子５４が放出され、電子は焦点５０に向けて加速され、Ｘ線５６を生成する。
【００３６】
陽極組立体３８は、固定ナット６０を使用して回転子ステム５８に取付けられ、動作時には回転軸６２の回りで回転する。回転子ステム５８は、回転軸６２回りで回転する回転子本体６４に、電気固定子（図示せず）により接続される。回転子本体６４は、回転子本体を支持する軸受け組立体６６を収容する。軸受け組立体６６は、軸受け筐体６８、玉軸受け７０ａ、７０ｂ、及び、軸受けシャフト７２を含む。軸受けシャフト７２は、回転子本体６４に接続され、陽極組立体３８を回転可能に支持する。
【００３７】
電源２２は７０ｋＶ乃至１００ｋＶの高電圧を、高圧導体７４と、冷却液が満たされた筐体２６内に配置される抵抗器７６とを介し陽極組立体３８に供給する。陰極組立体４０は、導体７８、７９によって電源２２に電気接続される。
【００３８】
Ｘ線システム２０のＸ線生成動作時には、Ｘ線管２４は、陽極組立体３８及び陰極組立体４０に亘って数十万オームのインピーダンスを有する。しかし、アーク放電中には、Ｘ線管のインピーダンスは著しく低下し、エネルギーサージが、Ｘ線管の内部構成素子を通る。この高エネルギーサージは、Ｘ線管を損傷し、且つ、その耐用年数を短くしてしまう。エネルギーサージのよる悪影響を小さくするには、抵抗器７６を、陽極組立体３８に高圧直列接続することが周知である。この目的のために好適な抵抗値は、電源２２と高圧ケーブル７４、７８の抵抗を組合わせた値と略等しく、即ち、この例では、８４オームであることが分かっている。
【００３９】
本発明の新規の異なる構造を有する抵抗器は、インダクタンスをより正確に制御し、製造を単純化し、抵抗器の信頼度を改善する。特に、エッチングされた単面電気抵抗構成素子が、隣接する平行面に配置され螺旋状に巻かれた複数のワイヤに取って代わられる。この端面構成素子により、従来と同一の外法を維持する一方で、より高い絶縁耐力のためのエポキシの厚さを可能にする。更に、この新しい構成素子により、抵抗器本体内において電気抵抗素子がより正確に配置され、改善された製造可能性が提供される。単一の面、及び、単一の経路の抵抗素子により、従来技術の多層装置より一定したインダクタンス値がもたらされる。
【００４０】
図４乃至６を参照するに、本発明の特徴を有する抵抗器の好適な実施例を示す。抵抗器１２０は、本体１２２、コロナリング１２４、高圧端子１２６、ハブ端子１２８、及び、蛇行抵抗器素子１０を含む。
【００４１】
蛇行抵抗素子１３０は、コロナリング１２４に電気接続される第１の端１３６を有する。抵抗素子１３０は、例えば、チタン合金といった好適な材料から形成される。好適な実施例では、この合金は、Ｓｕｐｒａ Ａｌｌｏｙ’ｓ社（Ｃａｒｔｅｒ Ｃｉｒｃｌｅ、Ｃａｍａｒｉｌｌｏ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３０１２）からの０．０１５のフラットシート状に設けられる８−１−１チタン合金（１−８−８ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ）である。蛇行状の抵抗器素子１３０のパターンは、フォトエッチング加工によって材料を除去することにより製造され、化学作用により、以下により詳細に説明する抵抗セグメント、頂点、及び、空隙が形成される。
【００４２】
図７を参照するに、抵抗素子１３０の第１の端１３６は、抵抗器１２０の中心に向かって、略円形で、抵抗器の周りで「時計回り」方向に延在する複数の抵抗セグメント１３８ａ乃至１３８（ａ＋ｎ）と、それらに関連付けられ、円形の「反時計回り」方向に延在する複数の抵抗セグメント１４０ａ乃至１４０（ａ＋ｎ）を介し進む。各隣接抵抗セグメント１３８及び１４０は、同心円状に、時計回りと反時計回りで交互にされ、互いに間隔が置かれた関係にある。抵抗素子１３０の外周から中心に進むに連れて、各隣接セグメントは、抵抗器の中心からの半径は小さくなり、抵抗セグメントの長さは短くなる。
【００４３】
時計回りの抵抗セグメント１３８と反時計回りの抵抗セグメント１４０の１つの関連付けられる１対の端は、第１の複数の頂点１４２ａ乃至１４２（ａ＋ｎ）において接合され、ここでは抵抗素子の方向が反対にされる。抵抗セグメントの関連付けられる１対のもう一方の端は、第２の複数の頂点１４４ａ乃至１４４（ａ＋ｎ）において接合され、ここでも、関連する隣接する時計回りの抵抗素子と反時計回りの抵抗素子が接続され、抵抗素子の方向が反対にされる。頂点１４２及び１４４は、図４に示す放射状の直線「Ｒ」に略隣接するよう配置される。尚、「ａ」及び「ａ＋ｎ」は、関連の抵抗セグメント及び頂点の番号を表し、説明を単純にするために使用されるものであって、特定の頂点又は抵抗セグメントのセットにおける数的な関係又は比率を制限するものではない。この実施例では、隣接する抵抗セグメントの間の空隙は、約０．０１５インチであり、チタンワイヤ／抵抗器の直径／厚さ／幅は、０．０１２インチであり、頂点の列間の空間は略０．０６０インチである。
【００４４】
図７は、図４の「Ａ」の部分の拡大図であり、複数の抵抗セグメント１３８、１４０と、頂点１４２、１４４の関係及び接続をより詳細に説明する。尚、「時計回り」及び「反時計回り」という表現は、同心円状に配置される隣接抵抗セグメントが、抵抗器が、エネルギー付加される回路内にあるときには、反対の方向に流れる電流を有することを識別するよう使用する。時計回りの抵抗素子及び反時計回りの抵抗素子の全ては、同一の単一の面上に配置される。
【００４５】
時計回りのセグメント１３８ａは、抵抗器１３０の円周に沿って延在し、コロナリング１２４内において最も長い直径を有する。このセグメント１３８ａは、最も長い円周長を有する。セグメント１３８ａが、その円形路の終わりに近づくと、頂点１４２ａにおいて反時計回りのセグメント１４０ａに接合する。セグメント１３８ａは、頂点１４２ａの入力部１４３に移行する。頂点１４２ａにおいて「Ｕ」字型にターンすると、セグメント１４０ａが頂点１４２ａの出力部１４５においてその反時計回りの路を開始する。セグメント１４０ａは、隣接するセグメント１３８ａから、この実施例では略０．０１５インチの空隙１４６によって離される。抵抗素子１３０が本体１２２内に固定される場合、空隙１４６は、抵抗器の本体を形成する非導電性材料により満たされる。空隙１４６の寸法は、予想される電気条件下において抵抗セグメントの好適な絶縁を与えるよう選択される。頂点１４２は、頂点１４４から空間１５０により離され、この空間１５０は放射状の直線「Ｒ」に沿って配置される。この実施例では、この空間１５０は略０．０６０インチである。更に、各頂点はピーク１５２を有し、頂点１４２の各ピークは、頂点１４４の各ピーク間のそれぞれ空隙に対向するようオフセットに配置される。従って、頂点１４４の各ピーク１５２は、頂点１４２間の空隙に対向するよう配置される。
【００４６】
反時計回りに延在する抵抗セグメント１４０ａは、時計回りのセグメント１３８ａの半径より小さい半径において同心円状に配置される。抵抗セグメント１４０ａが、その円形路の終わりに近づくと、次の内側で隣接する時計回りの抵抗素子１３８ｂに、頂点１４４ａにおいて接合する。反時計回りのセグメント１４０ａの円周長、従って、抵抗は、時計回りのセグメント１３８ａより小さくなる。従って、このセグメント１４０ａにおける電圧降下は、セグメント１３８ａにおけるよりも小さい。時計回りのセグメント１３８と反時計回りのセグメント１４０の交互パターンは、抵抗素子１３０が、ハブ１２８に電気接続する第２の端１４８に到達するまで、その円周長が短くされたセグメントが、同心円状に配置される。交互にされる抵抗セグメントの全体数は、希望の用途に応じて所望される電気特性を得るのに必要なだけ設けられる。
【００４７】
通常の動作時、及び、アーク放電条件下では、各隣接抵抗セグメントを流れる電流は、その次の隣接抵抗セグメントを流れる電流によって生成される磁界を減少するよう相互作用する。この隣接抵抗セグメントに流れる反対の電流による磁界の減少により、低インダクタンス抵抗器が得られる。
【００４８】
更に、円周が徐々に小さくされる各抵抗セグメント１３８、１４０それぞれにおける電圧降下が小さくなる。従って、夫々の頂点１４２（ａ＋ｎ）と１４４（ａ＋ｎ）との間の電位差の値は、頂点１４２ａと頂点１４４ａ間の電位差の値より小さくなる。電圧差が減少するに連れて、抵抗器の最も内側のセグメントの空間１５０及び空隙１４６は、隣接抵抗セグメントと電気構成素子との間に適切な電気的遮蔽を維持しながら、最も外側のセグメントの空間及び空隙とは異なることが可能である。つまり、隣接する構成素子の電圧差が減少すると、構成素子は互いにより近くに配置可能となる。これにより、抵抗器の一部に使用される空間及び空隙を小さくすることができるので、抵抗器の物理寸法を小さくすることが可能となる。更に、同心円状に隣接する抵抗セグメントは、直線「Ｒ」に沿っての頂点間の電圧差の変化が、抵抗器の外周から抵抗器の中心に向けて順次測定した場合、非線形的に変化するよう構成されてもよい。更には、抵抗器の中心から外周に向けて放射状の直線「Ｒ」の長さ方向に沿って非線形の変化であってもよい。
【００４９】
蛇行する抵抗素子１３０は、透明の、非導電性の、紫外線硬化材料の薄膜に包まれる。この材料により、抵抗器素子セグメントを離間し、且つ、電気的に遮蔽し、組立て及び成形動作の際の取扱い及び配置のために抵抗器を物理的に安定させる。素子に好適な被膜材料は、Ｄｙｍａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（５１ Ｇｒｅｅｎｗｏｏｄｓ Ｒｄ．， Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎ， ＣＴ ０６７９０）からのＤｙｍａｘ ６２８−ＵＬＶ ＵＶ Ｌｉｇｈｔ Ｃｕｒｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇとして入手可能である。
【００５０】
Ｘ線間に使用するのに好適な抵抗器の１つの例では、抵抗器１２０は以下のスペックを有する：８４ジュール、８４オーム±５％、１５ワット、１５０連続電力量、少なくとも０．５マイクロ秒間に１５００アンペアの過渡電流、７．７ミクロンヘンリー（μＨ）以下のインダクタンス、７０キロボルト、及び１キロジュール許容。この例では、抵抗器は、３と１／８インチの外径と、０．２９インチの第１の表面１２３から第２の表面１２５までの厚さを有し、ハブ１２８内のボア１３４は０．３９インチであり、コロナリング１００に使用するワイヤの直径は０．０９インチである。
【００５１】
本体１２２は、室温で硬化される材料からなる非導電性の２つの部分から構成され、この材料は、抵抗器１２０の導電素子を包み、且つ、必要に応じて外部構造及び他の抵抗器構成素子から導電素子を物理的に離間し電気的に遮断する。本体に好適な被膜材料は、Ｂｏｎｓｔｏｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（７０８ Ｓｗａｎ Ｄｒｉｖｅ， Ｍｕｋｗｏｎａｇｏ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３１４９）からＢｏｎｓｔｏｎｅ ５０４０ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔとして入手可能である。本体用に選択される材料は、Ｘ線間の動作により生成される熱と筐体内の冷却液に対する保護も与える。本体１２２は、抵抗器の導電素子を好適に絶縁するよう成形且つ形付けられる一方、外部電気接続のために高圧端子１２６及びハブ１２８に必要な導電面は露出される。好適な実施例では、本体１２２は円盤状であり、互いに離間され、略平行な平面に配置される第１の表面１２３と第２の表面１２５を有する。本体は、非導電性のエポキシから成形され、第１の表面１２３から遠ざかるよう延在するアークバリア１２１を含む。アークバリア１２１は、高圧端子１２６とハブ端子１２８との間に配置される。
【００５２】
この例では、コロナリング１２４は、０．０９０インチの直径を有する、電気用裸銅線といった導電材料から形成される。コロナリング１２４は、円形であり、円盤状本体１２２の直径より僅かに小さい外径を有し、蛇行抵抗素子１３０を囲む。リング１２４は抵抗器１２０の本体１２２内に配置され、非導電性の本体１２２の外周から適切な距離で位置決めされ、リングを抵抗器の外部にある物から充分に電気的に遮蔽する。コロナリング１２４は、１つの場所において２つのリング端１２７ａ及び１２７ｂが得られるよう分割され、これらの端はリング１２４を高圧端末１２６の表面に電気接続する。例えば、リング１２４の各端は、端子１２６にはんだ付けされる。
【００５３】
高圧端子１２６は、全体的に円筒状であり、導電性材料から形成される。端子１２６の長軸は、抵抗器１２０の本体１２２を通り、第１の表面１２３から第２の表面１２５まで延在し、端子１２６の両端を、外部の電気システムに適切に電気接続するよう露出する。端子は、ボルト（図示せず）を受けるためのボア１３２を含み、このボルトは、抵抗器１２０を外部電気システムに接続するために使用する。
【００５４】
ハブ端子１２８は、円盤状抵抗器１２０の中心に配置され、その長軸は、抵抗器の本体１２２を通り、第１の表面１２３から第２の表面１２５まで延在する。ハブ１２８は導電材料から形成され、中心にはボア１３４が配置され、ボアの中を接続ボルト（図示せず）が通され、抵抗器１２０をＸ線管に電気接続する。ハブ１２８の両端は露出面を有し、適切な電気接続が容易にされる。ハブ１２８は、接続ボルトの頭部を受容する皿部１４０を含み、これにより、Ｘ線管２４の陽極端８１（図１参照）に取付けられる際に取付けられた抵抗器の形状を小さくすることができる。
【００５５】
図８は、本発明の特徴を有する抵抗器の別の実施例１６０を示す。抵抗器１６０は矩形であり、ハブ端子１６１は略中心にある。高圧端子１６２は、抵抗器１６０の外周の付近に配置され、抵抗器１６０の外周の付近に配置されるコロナ素子１６４に電気接続される。抵抗器１６０の本体１６３は、上述したように非導電性のエポキシから構成され、端子１６２とハブ１６１との間にバリア１６５を含む。蛇行する抵抗素子１６６は、時計回りの抵抗セグメント１７０ａ乃至１７０（ａ＋ｎ）、反時計回りの抵抗セグメント１７２ａ乃至１７２（ａ＋ｎ）、第１の複数の頂点１７４ａ乃至１７４（ａ＋ｎ）、及び、第２の複数の頂点１７６ａ乃至１７６（ａ＋ｎ）により構成される。第１の複数の頂点１７４と第２の複数の頂点１７６は、上述したように、空隙１７８により離間され、対向する頂点かからオフセットとなっている。図８に示す実施例における重要な異なる点は、蛇行する抵抗素子１６６の形状が矩形であり、従って、同心円状の円形セグメントではなく、矩形の各辺に沿っての線形セグメントであり、線形セグメントは交互にされる時計回りの抵抗セグメント１７０及び反時計回りの抵抗セグメント１７２を形成し、それぞれＸ軸及びＹ軸に沿っての距離が徐々に小さくなるよう同心円状に配置される。つまり、抵抗器の一番外側の円周から進むと、頂点から頂点までの距離が徐々に短くなる抵抗器セグメントは、同心円状に配置され、外側に隣接する抵抗器セグメントに「入れ子状に」配置される。これら全ての抵抗器セグメントは同一の平面上に配置される。各隣接セグメント間の各空隙１７８及び頂点間の空間は、非導電性の材料により充填されると充分に絶縁されるよう選択される。隣接する抵抗セグメント間の電位差が、電圧降下が少なくなることにより小さくなると、空隙及び空間は変化する。この抵抗器の実施例の動作、及び、反対の電流を有する隣接抵抗セグメントによる磁界の減少の原理は、上述した抵抗器と同様である。
【００５６】
図９を参照するに、図４乃至７に示す抵抗器１２０が、回転式の陽極Ｘ線管２００に取付けられ、Ｘ線管２００は、エンベロープ２０１、陰極組立体２０２、及び、陽極組立体２０４を有する。Ｘ線管２００は、上述したように冷却媒体により満たされる室２０８を画成する筐体２０６内で支持される。図９に示すＸ線管２００は更に、従来の電源、及び、例えば、熱交換器及びポンプ（図示せず）といった冷却構成素子を含む。
【００５７】
陽極組立体２０４は、軸受け組立体２１０により回転可能にエンベロープ２０１内で支持される。軸受け組立体２１０は、例えば、銅といった導電性材料及び熱伝導性材料から形成される固定軸受けシャフト２１２を含む。軸受けシャフト２１２の端２１４は、エンベロープ２０１から延在し、エンベロープ２０１に接続される。抵抗器１２０は、ハブ１２８のボア１３４からねじ切りされたボア２１８内に入るボルト２１６により、軸受けシャフト２１２の端２１に固定され、電気接続される。高圧陽極導体２２０が高圧端子１２６に、ネジきりされたボルト２２２により取付けられる。
【００５８】
電源（図示せず）からの高電圧は、陽極電位を、陽極導体２２０を介し高圧端子１２６に供給する。電圧は次に、蛇行する抵抗器素子１３０（図９には示さず、図４、６、７、及び８を参照）を介し、ハブ１２８とその軸受けシャフト２１２に印加される。陽極電位は、従来の方法通りに、軸受けシャフト２１２から陽極組立体２０４に印加される。
【００５９】
本発明の特定の特徴を、１つの実施例にのみ関連して説明したが、このような特徴は、任意の所与の特定の適用において所望される及び有利であるように、他の実施例の１つ以上の特徴と組み合わされてもよい。
【００６０】
本発明の上記説明から、当業者は、改善、変形、及び、変更を考えることが可能であろう。この技術におけるこのような改善、変形、及び、変更は、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術のアーク抑制抵抗器を有する従来技術のＸ線システムを示す部分断面図である。
【図２】
図１のシステムに使用する従来技術の抵抗器を示す部分的に断面にされる平面図である。
【図３】
図２の抵抗器の線３−３についての断面図である。
【図４】
本発明の特徴を示す抵抗器の断面にされた平面図である。
【図５】
本発明の特徴を示す図４の抵抗器の側面図である。
【図６】
本発明の特徴を示す図４の抵抗器の側断面図である。
【図７】
図４に示す抵抗器の部分Ａを示す拡大断面図である。
【図８】
本発明の特徴を示す抵抗器のもう１つの実施例を示す部分的に断面にされる平面図である。
【図９】
本発明の特徴を示すＸ線管システムの一部を示す部分断面図である。

Claims (10)

1. 高圧低インダクタンス抵抗器であって、
   外周及び中心を有する抵抗器本体と、
   上記抵抗器の上記中心から離れて配置される第１の端子と、
   蛇行する抵抗素子と、
   上記蛇行する抵抗素子を囲む導電リングと、
   上記抵抗器の上記中心に配置される第２の端子とを含み、
   上記蛇行する抵抗素子は、
   第１の端と、
   上記第１の端から始まり上記本体の上記外周回りの第１の方向に延在する第１の抵抗セグメントと、
   入力部及び出力部を有し、上記第１の抵抗セグメントは上記入力部に入る頂点と、
   上記頂点の上記出力部から出て、上記第１の抵抗セグメントの上記第１の方向とは略反対の第２の方向に延在し、上記第１の抵抗セグメントに隣接し且つ間隔があけられて配置される第２の抵抗セグメントと、
   上記抵抗器素子の略中心に配置される第２の端とを含み、
   上記第１の抵抗セグメント及び上記第２の抵抗セグメントのパターンは、単一の平面に同心円状の蛇行するパターンを与えるよう配置され、
   上記導電リングは、上記第１の端子、及び、上記蛇行する抵抗素子の上記第１の端のそれぞれに電気接続し、
   上記第２の端子は、上記蛇行する抵抗素子の上記第２の端に電気接続する抵抗器。
2. 隣接する抵抗セグメントにおける電流は、略反対の方向に流れる請求項１記載の抵抗器。
3. 上記第２の抵抗セグメントは、上記第１の抵抗セグメントよりその長さが短い請求項１記載の抵抗器。
4. 複数の追加の、同心円状に隣接し間隔があけられる抵抗セグメント及び相互接続頂点を含み、
   上記複数のセグメント及び頂点は、単一の平面上に配置され、上記第２の抵抗セグメントと上記第２の端子間で相互接続され、それにより、連続的な蛇行する抵抗素子が、上記抵抗器の上記第１の端子から上記抵抗器の上記中心にある上記第２の端子まで延在する請求項１記載の抵抗器。
5. １対の抵抗セグメントにおいて、上記抵抗器の上記中心に近い方に配置される抵抗セグメントの長さは、上記抵抗器の上記中心から遠い方に配置される抵抗セグメントの長さより短い請求項４記載の抵抗器。
6. 上記第１の抵抗素子及び上記第２の抵抗素子は略円形である請求項１記載の抵抗器。
7. 上記抵抗素子は、チタン合金から形成される請求項１記載の抵抗器。
8. 上記チタン合金は８−１−１である請求項７記載の抵抗器。
9. 上記抵抗セグメント及び上記頂点を含む上記抵抗素子の上記蛇行するパターンは、材料基板からエッチングされる請求項１記載の抵抗器。
10. 上記抵抗器本体は、エポキシであり、上記エポキシは上記蛇行する抵抗素子を包み、
    上記第１の端子及び上記第２の端子は、電気接続のための露出面を有する請求項１記載の抵抗器。

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