JP2009238742A

JP2009238742A - Ｘ線照射装置

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Publication number: JP2009238742A
Application number: JP2009041025A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Yamamoto; 敬一郎山本
Original assignee: JOBU KK
Current assignee: JOBU KK
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: EP2249629A4; EP2249629A1; US8331533B2; KR20100025570A; CN101790901B; JP4691170B2; KR101121064B1; WO2009110447A1; EP2249629B1; US20100310053A1; CN101790901A

Abstract

【課題】Ｘ線照射装置内の電位差による放電の発生を軽減し、同時に、小型化かつ軽量化したＸ線照射装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管１１及び高電圧発生装置２を筐体１８の内部に設置し、前記筐体１８内に絶縁油１３を充填したＸ線照射装置１において、前記高電圧発生装置２が、環状に形成された電圧増幅ユニット２１を複数枚配列して、かつ電気的に接続して構成し、前記電圧増幅ユニット２１の中空部に、前記Ｘ線管１１の陽極１４及び陰極１５が嵌挿して設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線照射装置に関し、詳しくは食料品や工業製品などの被検査物に対してＸ線を照射して、Ｘ線の透過量から被検査物中の異物や欠陥を検出する非破壊検査に用いられるＸ線照射装置に関するものである。また、医療分野における検査に使用されるＸ線照射装置に関するものである。

Ｘ線照射装置は、Ｘ線管と、高電圧電源と、フィラメント点灯用の電源から構成されているものが最も多い。Ｘ線管には、用途に応じて１０ｋＶ〜５００ｋＶの高電圧が印加され、そこでフィラメントを点灯すると、Ｘ線管の陰極部より熱電子が放出され、この熱電子が高電圧により加速され、対向する陽極部に衝突し、この衝突するエネルギーでＸ線が発生する。従来のＸ線発生装置は、このＸ線管と、その外部に設置された高電圧電源を、コネクタにより接続しており、このコネクタは電圧が高いものでは、放電を防止するため、十分な沿面距離を確保する必要があり、例えば、５０ｋVでは１００ｍｍ、１００ｋVでは２００ｍｍ、２００ｋVでは３００ｍｍ程度に大型となり、この取り扱いが困難になっていた。

そこで、図８に示すように、Ｘ線照射装置１Ｘは、Ｘ線管１１と高電圧発生装置２Ｘを、筐体１８内に設置し、絶縁油１３又は絶縁樹脂で封入した、モノブロック又はモノタンクと呼ばれる構成のものが増えてきている。

このＸ線照射装置１Ｘは、中性点設置と呼ばれるＸ線管１１を使用し、例えばＩＣチップや鋳物の品質を確認するＸ線照射装置１Ｘ等では、Ｘ線管陽極１４を８０ｋＶ、Ｘ線管陰極１５を−８０ｋＶとして、陽極１４と陰極１５の間で、合計１６０ｋＶの電圧を印加して使用していることになる。このほかにも、異なる電圧を印加するＸ線照射装置１Ｘや、陰極１５をゼロ電位として陽極１４に正の高電圧を印加するＸ線照射装置１Ｘや、陽極１４をゼロ電位として陰極１５に負の高電圧を印加するＸ線照射装置１Ｘ等、Ｘ線管１１への電圧の印加方法は多数ある。

Ｘ線管１１は、Ｘ線照射窓１７から以外にも、内部での散乱Ｘ線が全周から放出されるため、周りに絶縁筒３２を巻装して、その上に、Ｘ線遮蔽部材１６を巻装している。Ｘ線遮蔽部材１６の多くは鉛が使用されており、通常はゼロ電位、即ちアース電位に固定されている。また、Ｘ線遮蔽部材１６を一部取り除いて設けられたＸ線照射窓１７は、Ｘ線を外部に照射する部位であり、Ｘ線透過性に優れたベリリウム等が用いられている。

また、Ｘ線照射装置１Ｘ内の絶縁油１３は、高電圧に対する絶縁と、Ｘ線管１１から発生する熱を絶縁油１３の対流により筐体１８に伝達し、外界への排出を行うためにある（例えば特許文献１参照）。

高電圧発生装置２Ｘは、数ｋＶの電圧発生トランスと、図６（Ａ）に示すコッククロフト・ウォルトン回路２３を多段に連結したものが多く使用されている。コッククロフト・ウォルトン回路２３は、コンデンサ２４とダイオード２５を梯子状に配置しており、交流電圧Ｖ_ＡＣを印加すると、コンデンサ２４の充電作用と、ダイオード２５の整流作用により電圧を２倍から２０倍程度倍増して、直流の高電圧を発生する機能を有している。

特開２００７−２６８００号公報

図９に、従来のＸ線照射装置１Ｘの電圧分布の１例を示す。アース電位である円筒状のＸ線遮蔽部材１６に対して、Ｘ線管陽極１４は８０ｋＶとなっているため、Ｘ線管陽極１４とＸ線遮蔽部材１６の間の電圧差が大きく、放電が発生する可能性が極めて高い。

つまり、Ｘ線管１１は絶縁筒３２に覆われ、さらに絶縁油１３で周囲を満たされているが、Ｘ線管陽極１４を８０ｋＶ、Ｘ線管陰極を−８０ｋＶに印加すると、Ｘ線管陽極１４、又はＸ線管陰極１５と、ゼロ電位であるＸ線遮蔽部材１６との間で放電が起きる問題を有しており、印加される電圧が高い場合には、この放電がより大きな問題となる。

同様に電位差の大きな場所がＸ線照射装置１Ｘ内には多く存在している。また、Ｘ線管１１の周囲の電圧がゼロ電位となっているため、Ｘ線管１１内部の電圧が不安定となり、内部放電を起こすことがあり、これによりＸ線照射装置１Ｘの動作が不安定となる問題を有している。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｘ線照射装置内の電位差による放電の発生を軽減し、同時に、小型化かつ軽量化したＸ線照射装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るＸ線照射装置は、Ｘ線管及び高電圧発生装置を筐体の内部に設置し、前記筐体内に絶縁油を充填したＸ線照射装置において、前記高電圧発生装置が、環状に形成された電圧増幅ユニットを複数枚配列して、かつ電気的に接続して構成し、前記電圧増幅ユニットの中空部に、前記Ｘ線管の陽極及び陰極が嵌挿して設置されていることを特徴とする。

上記のＸ線照射装置において、前記電圧増幅ユニットが、絶縁体と、前記絶縁体上に設置されたコッククロフト回路からなる電圧増幅回路を有していることを特徴とする。

上記のＸ線照射装置において、前記Ｘ線管と前記筐体の間に、板状又は環状の補助電位板を設置し、前記補助電位板が、前記Ｘ線管と前記筐体の有する電位の間の電位を印加し、前記Ｘ線管と前記筐体の間に発生する放電を防止する構成を有することを特徴とする。

上記のＸ線照射装置において、前記絶縁体が、環状の底板と、前記底板の内周及び外周に設置した筒状の側壁を有しており、前記電圧増幅回路が、前記底板と前記２つの側壁に囲まれた凹部に設置されており、前記２つの側壁にＸ線遮蔽部材を配置したことを特徴とする。

本発明に係るＸ線照射装置によれば、高電圧発生装置を、複数の環状の電圧増幅ユニットをＸ線管に嵌合して配置、連結した構成とすることにより、電圧を段階的に印加することができ、Ｘ線照射装置内の電位差を小さくし、放電の発生を抑制することが可能となる。さらに、Ｘ線管が、環状の電圧増幅ユニットの中空部に嵌挿されるため、従来は別々に設置されていたＸ線管と高電圧発生装置を一体的に構成することができ、Ｘ線照射装置の小型化が可能となる。このため、Ｘ線照射装置の大きさは、従来のＸ線照射装置の約半分程度とすることができる。

更に、高電圧発生装置を、複数の電圧増幅ユニットで構成したため、電圧増幅ユニットの個数を増減させて、電圧の増幅量を変更することが可能となる。従来は、必要とする電圧が異なるＸ線管に対して、それぞれ電圧増幅量の異なる高電圧発生装置を製作していたが、本発明により、電圧増幅ユニットを組み合わせる個数を変化させ、増幅する電圧を変更することが可能となる。そのため、電圧増幅ユニットを組み合わせて構成する高電圧発生装置は、汎用性が高くなり、高電圧発生装置の規格化が実現できる。

更に、Ｘ線管と筐体の間に、板状又は環状の補助電位板を設置する構成により、高電圧発生装置の電位と、筐体のゼロ電位との間で発生する放電を抑制することができる。この補助電位板には、高電圧発生装置と筐体の電位差を緩和するように、望ましくは高電圧発生装置と筐体の２点の電位の平均電圧を印加して、放電を抑制することができる。

更に、絶縁体が、環状の底板と、前記底板の内周及び外周に沿って設置した筒状の側壁を有しており、電圧増幅回路が、前記底板と前記２つの側壁に囲まれた凹部に設置されており、前記２つの側壁にＸ線遮蔽部材を配置した構成により、電圧増幅回路をＸ線から保護することができる。同時に、電圧増幅ユニット自体が、Ｘ線遮蔽部材として機能するため、電圧増幅ユニットＸ線管の周囲を覆うように配置する構成により、Ｘ線の散乱を防止する働きを担っている。また、Ｘ線管と電源増幅ユニット、及びＸ線管と筐体の間にそれぞれ絶縁体を配置すると、放電の発生を抑制することができる。

本発明に係る実施の形態のＸ線照射装置の概略図である。図１におけるＡ−Ａ断面図である。図１におけるＢ−Ｂ矢視図である。本発明に係る実施の形態の高電圧発生装置とＸ線管の分解図である。本発明に係る実施の形態の高電圧発生装置の平面図である。本発明に係る実施の形態の高電圧発生装置の側方断面図である。本発明に係る実施の形態の高電圧発生装置の側方断面の拡大図である。電圧増幅回路の１例としてのコッククロフト回路の回路図である。負帰還制御用の電圧検出回路の回路図である。本発明に係る実施の形態の高電圧発生装置に組み込んでいる回路図である。本発明のＸ線照射装置内の電位分布を示した概略図である。従来のＸ線照射装置の概略図である。従来のＸ線照射装置内の電位分布を示した概略図である。

以下、本発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。

図１に、Ｘ線照射装置１の概略を示す。Ｘ線照射装置１は、円筒形状のＸ線管１１を筐体１８内に設置し、電圧増幅ユニット２１を、Ｘ線管陽極（以下、陽極という）１４及びＸ線管陰極（以下、陰極という）１５の周囲に、４つずつ設置している。この複数の電圧増幅ユニット２１から構成される高電圧発生装置２を、陽極１４及び陰極１５と配線し、また図示しない外部電源と配線している。

高電圧発生装置２は、周囲に補助電位板３１を設置されている。補助電位板３１は、高電圧発生装置２の周囲の電位差を緩和し、放電を防止することができる。また、筐体１８内には、絶縁油１３若しくは絶縁樹脂が封入されている。陽極１４及び陰極１５と、それらに対向する筐体１８の間に絶縁物２６ｂを設置することも可能である。

図１のＸ線照射装置１は、図８に示す従来のＸ線照射装置１Ｘに搭載されていた高電圧発生装置２Ｘのスペースが不要となるため、小型化が可能となる。同時に、筐体１８の容積が小型化されるため、筐体１８内に充填する絶縁油１３の量が少なくなり、Ｘ線照射装置１の軽量化の一因となっている。

また、Ｘ線照射装置１は、高電圧発生装置２及びＸ線遮蔽部材１６により、Ｘ線管１１から照射されるＸ線の漏洩を防止しており、Ｘ線透過性に優れたベリリウム等を材料とするＸ線照射窓１７からのみ、Ｘ線を照射可能に構成している。なお、破線はＸ線を示している。

図２に、図１記載のＡ−Ａ断面図を、図３にＢ−Ｂ透視図を示している。ここでは、本件発明であるＸ線照射装置１の断面を円形状としているが、矩形状等の他の形状に形成することも可能である。

図４に、Ｘ線管１１と高電圧発生装置２を分離している状態を示す。高電圧発生装置２は、複数の電圧増幅ユニット２１で構成され、Ｘ線管１１の周りに装着されている。電圧増幅ユニット２１は、環状であり、Ｘ線管１１の陽極１４若しくは陰極１５の周囲に設置可能な大きさに形成されている。内側側壁に絶縁体２６を設置し、電圧増幅ユニット２１本体は、絶縁体２６に覆われた鉛等のＸ線遮蔽部材１６で形成されている。

以下に、本発明に係る実施の形態のＸ線照射装置１の主要部である高電圧発生装置２に関して説明する。

図５（Ａ）に、電圧増幅ユニット２１の正面図を、図５（Ｂ）に側面図を、図５（Ｃ）に図５（Ｂ）の一部を拡大した拡大図を示している。電圧増幅ユニット２１は、鉛等のＸ線遮蔽部材１６（シールド材）を包み込んだ絶縁体２６で形成され、断面は図５（Ｃ）に示す形状になっており、凹部に電圧増幅回路の１例であるコッククロフト回路２３を内蔵している。ここで、例えば絶縁体２６の変わりに、Ｘ線遮蔽部材１６で底板及び側壁を形成し、このＸ線遮蔽部材１６に絶縁体２６を貼り付けて構成してもよく、Ｘ線遮蔽部材１６及び絶縁体２６で形成されていればよい。

鉛等で形成されたＸ線遮蔽部材１６により、電圧増幅回路をＸ線から保護することができ、かつ、高電圧発生装置２自体がＸ線遮蔽部材として機能するため、Ｘ線照射装置１の外部へＸ線が散乱することを防止できる。同時に、筐体１８の内側に設置するＸ線遮蔽部材１６の量を、従来に比べ減らすことができるため、Ｘ線照射装置１の小型化及び軽量化が実現する。また、電圧増幅ユニット２１は、絶縁体２６から構成されているため、高電圧となるＸ線管１１からの影響を減少し、放電の発生を抑制することができる。

なお、電圧増幅ユニット２１は、図５（Ａ）に示す、設置用ネジ穴２７を介して複数個組み合わせることができ、図示はしていないが、複数の電圧増幅ユニット２１は電気的に接続されている。

電圧増幅ユニット２１の形状は、環状以外にも、環状を半分に分割したもの、矩形の電圧増幅ユニット２１の中心にＸ線管１１が通るように形成したもの等、様々な形状が考えられる。また、電圧増幅ユニット２１を複数個連結して、高電圧発生装置２としているが、Ｘ線照射装置１の小型化及び軽量化のみを目的とする場合は、筒状の電圧増幅ユニット２１を１つ使用した構成としてもよい。

図６（Ａ）に、電圧増幅回路の１例であるコッククロフト回路２３の回路図を示す。コ
ンデンサ２４とダイオード２５を梯子状に配線した回路に、交流電源Ｖ_ＡＣを印加すると、印加した電圧の２倍、又は４倍の電圧を得られることを示している。このコッククロフト回路２３は、交流電源Ｖ_ＡＣを印加すると、ダイオード２５の整流作用とコンデンサ２４の充電作用により、電圧が２〜２０倍程度増幅する構成とすることができる。本発明は、他の電圧増幅回路を使用しても同様の効果を得ることが可能である。

図６（Ｂ）に、検出抵抗４１と、検出特性の補償用コンデンサ４２を並列に結線した負帰還制御用の高電圧検出回路４０を示す。

図６（Ｃ）に、コッククロフト回路２３と、負帰還制御用の高電圧検出回路４０が、それぞれ電圧増幅ユニット２１に配置されている状態を示す。なお、４３は入力、４４は出力、４５は負帰還電流を示している。回路全体として、コッククロフト回路２３の直列回路と、負帰還制御用の高電圧検出回路４０の直列回路が、並列に結線されている。この負帰還制御用高電圧検出回路４０は、出力４４の電圧を検知し、その状況を入力４３側にフィードバックするための回路である。このフィードバック回路の電流は、基準電圧との図示しない比較増幅器を通して高電圧発生装置２の出力する電圧を一定に保つことが可能となる。

図７に、Ｘ線照射装置１における電圧の分布状況の１例を示す。なお、アルファベットのＡ〜Ｉは、Ｘ線照射装置１内の電圧を示している。

電圧増幅ユニット２１をそれぞれ４つずつ用いて、Ｘ線管陽極１４を８０ｋＶ、Ｘ線管陰極１５を−８０ｋＶに印加する場合、陽極側の１段目の電圧増幅ユニット２１で０Ｖから２０ｋＶに、２段目で２０ｋＶから４０ｋＶに、３段目で４０ｋＶから６０ｋＶに、４段目で６０ｋＶから８０ｋＶに段階的に印加していく。同様に陰極側も印加していく。

このとき、本発明に係る実施の形態のＸ線照射装置１では、電圧増幅ユニット２１を、陽極側及び陰極側にそれぞれ４つずつ用いて、４段の高電圧発生装置２としているが、この段数を増減して電圧増幅量を増減することができる。また、電圧増幅ユニット２１の１段当たりの電圧増幅量を小さくして、段数を増やすと、電位の勾配をなだらかにすることができる。即ち、Ｘ線照射装置１内各所の電位差を減少させて、放電を抑制することができ、高電圧発生装置２内においても、電位差を減少させて、放電を抑制することができる。

また、電圧増幅ユニット２１と筐体１８は、短手方向の断面形状を矩形状又は円形状等、自由に選択することができるが、望ましくは円形状とする。断面形状を円形状として、電圧増幅ユニット２１と筐体１８内側の電位分布を、同心円互いに真円に近い構造とでき、これにより電位の均一性が非常によくなり、放電防止の効果が向上する。

Ｘ線照射装置１は、陽極部が８０ｋＶで、Ｘ線遮蔽部材が０Ｖとなる箇所も存在するが、陽極１４側の電圧が２０ｋＶ、４０ｋＶ、６０ｋＶと、従来に比べ電圧差の小さくなる箇所が多くなるので、放電の発生する確率が大幅に下がり、安定したＸ線照射装置１を提供することが可能となる。

さらに、高電圧発生装置２とＸ線遮蔽部材１６の間に、環状若しくは板状の補助電位板３１を設け、この補助電位板３１に電圧を印加すると、Ｘ線照射装置１内の電位差が小さくなり放電の抑制に高い効果が得られる。

従来、Ｘ線管陽極１４と、筐体１８若しくはＸ線遮蔽部材１６の間等で、電位差が８０ｋＶとなっていたが、Ｘ線管陽極１４側に設置した補助電位板３１に、中間電位である４
０ｋＶの電圧を印加すると、Ｘ線管陽極１４の８０ｋＶと、筐体１８の０Ｖの間に、補助電位板３１の４０ｋＶが加わるため、最大電位差が４０ｋＶと従来の半分となる。

ここで、補助電位板３１は、電圧増幅ユニット２１との間隔が均一になることが望ましい。例えば、電圧増幅ユニット２１が環状の場合、補助電位板３１も環状であることが望ましい。また、補助電位板３１は、Ｘ線照射装置１内の電位分布を均一に近づけるために用いるので、図７に示す様に、３段目、４段目のみに対応するように設置すると効率がよいが、この限りではない。補助電位板３１に印加する電圧によって、設置するべき場所は変更することが可能である。

また、従来の高電圧発生装置２Ｘを搭載したＸ線照射装置１Ｘに対して、本発明の高電圧発生装置２を使用したＸ線照射装置１は、図８及び図１の比較からもわかるように、装置全体の大きさが約半分ほどに小型化され、重量は５０ｋｇから３０ｋｇまで軽くすることができる。

以上、本発明のＸ線照射装置１により、Ｘ線照射装置１内における放電の抑制を実現し、動作の安定を実現した小型で軽量なＸ線照射装置１の提供を実現できる。また、従来のＸ線照射装置１Ｘに比べ、大幅な小型化及び軽量化を実現できるため、牛や馬をはじめとする家畜等の大型動物に対してＸ線検査が容易となった。

１Ｘ線照射装置
２高電圧発生装置
１１Ｘ線管
１３絶縁油
１４Ｘ線管陽極（陽極）
１５Ｘ線管陰極（陰極）
１６Ｘ線遮蔽部材
１８筐体
２１電圧増幅ユニット
２３コッククロフト回路
２６絶縁体
２６ｂ絶縁体
３１補助電位板

Claims

Ｘ線管及び高電圧発生装置を筐体の内部に設置し、前記筐体内に絶縁油を充填したＸ線照射装置において、
前記高電圧発生装置が、環状に形成された電圧増幅ユニットを複数枚配列して、かつ電気的に接続して構成し、前記電圧増幅ユニットの中空部に、前記Ｘ線管の陽極及び陰極が嵌挿して設置されていることを特徴とするＸ線照射装置。
前記電圧増幅ユニットが、絶縁体と、前記絶縁体上に設置されたコッククロフト回路からなる電圧増幅回路を有していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線照射装置。
前記Ｘ線管と前記筐体の間に、板状又は環状の補助電位板を設置し、前記補助電位板が、前記Ｘ線管と前記筐体の有する電位の間の電位を印加し、前記Ｘ線管と前記筐体の間に発生する放電を防止する構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線照射装置。
前記絶縁体が、環状の底板と、前記底板の内周及び外周に沿って設置した筒状の側壁を有しており、前記電圧増幅回路が、前記底板と前記２つの側壁に囲まれた凹部に設置されており、
前記２つの側壁にＸ線遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載のＸ線照射装置。