JP2017157536A - Ｘ線発生装置およびｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの管容器から複数のＸ線ビームを得ることができるＸ線発生装置及びこれを用いたＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】等しい形状と構造を持つＸ線管１ａ，１ｂと、Ｘ線管１ａ，１ｂに高電圧を供給する高電圧電源部６と、Ｘ線管１ａ，１ｂが有するそれぞれのフィラメントに電力を供給するフィラメント電源部４ａ，４ｂと、Ｘ線管１ａ，１ｂ、高電圧電源部６、フィラメント電源部４ａ，４ｂを収納する管容器１１と、管容器１１の内部を満たす絶縁物７とから成り、Ｘ線管１ａ，１ｂは管容器１１内で互いに等しい電位を保つように配置することを特徴とするＸ線発生装置及びこれを用いたＸ線撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線発生装置及びこれを用いたＸ線撮像装置に関する。

例えば、リチウムイオン二次電池は、その電極構造の製造上の欠陥に起因する発煙・発火事故が生じることがあるため、その電極構造が正しいことを検査することが必要である。電極を収納する電池の外装缶として金属が用いられるので、その内部にある電極構造を検査するためＸ線透過像が用いられる。電極には、正極と負極があり、正極金属箔と負極金属箔、および、その間を絶縁するためのセパレータ膜からなる３層構造のシートを、その３層構造を保ったままロール状に巻いた構造をしている。これをジェリーロールと呼ぶ。そして、その両端部（これを「巻き端」と呼ぶ）は、正極と負極のそれぞれの電極が正しく整列すると、正極と負極の電極の端部はそれぞれの同一平面に巻き揃う。

ここで、電池の製造過程について簡単に述べると、ジェリーロールを一方の端が開口した金属製の外装缶に挿入し、そして、ジェリーロールの正極金属箔または負極金属箔のいずれかを外装缶の内部で外装缶に電気的に接続し、開口していた外装缶の片端に別の電極を、外装缶とは電気的に絶縁して設け、その電極に、外装缶とは異なる極性のジェリーロールの該当する金属箔を外装缶の内部で電気的に接続する。なお、外装缶内に電解液を入れる過程、および、外装缶の開口した一端を封じる過程については説明を省略する。

外装缶は、円筒状、または、直方体状の形状をしている。円筒形状の場合、一方の端面が正極または負極であり、他方の端面が別の極性である。直方体状の場合も同様である。

この製造過程においてジェリーロールに巻きずれが生じた場合には、正極と負極のそれぞれの電極の巻き端は特定の平面にならず、後に、電池としての安全性、および、性能に支障をきたす可能性がある。また、ジェリーロールの正極と負極の各電極と外装缶との距離が正常でない場合、および、ジェリーロールと外装缶を接続するリードの屈曲状態が正常でない場合も同様に支障をきたす可能性がある。

巻き端のＸ線透過像によって、前述した巻きずれ、正極と負極の各電極と外装缶との距離、および、ジェリーロールと外装缶を接続するリードの屈曲状態を検査することができる。特に、巻きずれを検査するためには、正極側と負極側のそれぞれの巻き端の理想的な存在平面に、それぞれほぼ平行なＸ線ビームによるそれぞれのＸ線像が必要なため、２組のＸ線管容器とＸ線画像化センサを用いる。両巻き端部のＸ線透過像を得るために、２組のＸ線管容器とＸ線画像化センサを用いて、製造過程のある位置で、まず、１組目のＸ線管容器とＸ線画像化センサを用いて正極側または負極側のいずれかの巻き端のＸ線透過像を得る。そして、次に、製造過程の別の位置で、２組目のＸ線管容器とＸ線画像化センサを用いて、もう一方の巻き端のＸ線透過像を得ている。また、正極部像と負極部像を電池搬送の別々の位置ではなく、同じ位置で電池の上部像と下部像、言い換えると、正極部像と負極部像を得る方法が特許文献１に記載されているが、やはり２組のＸ線管容器とＸ線画像化センサを用いている。

特開２０００−９０９５８号公報

正極側と負極側の各巻き端の理想的な存在平面の距離を例えば５０ｍｍ程度とすると、それぞれの存在平面にそれぞれほぼ平行な中心軸のＸ線ビームが必要である。そのため、Ｘ線ビーム間の中心軸の距離も５０ｍｍ程度となるが、そのビーム中心軸間距離は、二つのＸ線焦点のＸ線焦点間の距離でもある。従来のＸ線発生装置をこのような５０ｍｍ程度のＸ線焦点間の距離となるように配置することは困難である。なぜならば、従来は一つのＸ線管を一つの管容器に収納しており、その管容器は必然的にＸ線管よりもずっと大きいからである。管容器は大地の電位となるように接地され、Ｘ線管に印加される高電圧に対してＸ線管の周囲には管容器との電気的絶縁距離を確保するための距離が必要であり、必然的にＸ線管よりもずっと大きな管容器が必要となる。そのため、管容器同士が干渉し、５０ｍｍ程度のＸ線焦点間の距離までＸ線焦点同士を近づけることができない。よって、例えば、図６に示すように、電池の正極側と負極側が垂直方向になる姿勢で電池を水平方向に搬送する場合、二つのＸ線管容器を、電池の高さ方向は、この必要なＸ線焦点間の距離になるように、そして、水平方向は、Ｘ線管容器同士が干渉しない距離だけ離して配置する。それに合わせて、Ｘ線画像化センサも別々の位置に二つ必要である。

この従来の技術によれば、１個の電池を検査するために、２組のＸ線管容器とＸ線画像化センサを必要とし、構造が複雑であり、その配置のために広い空間が必要であり、また、不経済であるという問題がある。また、１個の電池の正極側と負極側を別々の位置で別々の時刻に検査するため、円筒形状電池の場合は、その検査位置間の電池搬送過程で、電池が自身の円筒軸回りに回転してしまい、正極側と負極側の透過像が電池をそれぞれ異なる方向から透視した状態になるという問題もある。

従って、本発明は、Ｘ線焦点間の距離が例えば５０ｍｍ程度の短い距離でも可能となるＸ線発生装置を提供し、また、そのＸ線発生装置を用いたＸ線撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、実施形態のＸ線発生装置は、等しい形状と構造を持つ第１および第２のＸ線管と、前記二つのＸ線管に高電圧を供給する高電圧電源部と、前記二つのＸ線管が有するそれぞれのフィラメントに電力を供給する第１および第２のフィラメント電源部と、前記二つのＸ線管、前記高電圧電源部、前記二つのフィラメント電源部を収納する管容器と、前記管容器の内部を満たす絶縁物とから成り、前記二つのＸ線管は前記管容器内で互いに等しい電位を保つように配置することを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、実施形態のＸ線撮像装置は、実施形態のＸ線発生装置と、Ｘ線ビームが被検査物を透過したＸ線像を画像化する少なくとも一つのＸ線画像化センサを有し、前記被検査物１個について２箇所のＸ線透過像を得ることを特徴とする。

本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置内の配置図。 本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置の概略接続図。 本発明の第二の実施の形態のＸ線発生装置内の配置図（二つのＸ線焦点における断面図）。 本発明の第三の実施の形態の電池検査装置のＸ線撮像部。 本発明の第三の実施の形態の電池検査装置のＸ線透視画像。 従来例の電池検査装置のＸ線撮像部。

（本発明の第一の実施の形態の構成）
図１は本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置内の配置図である。二つのＸ線管１ａと１ｂは同じ構造、形状を有し、それぞれのＸ線焦点位置Ｆａ，Ｆｂが同位置になるように、また、それぞれから発生するＸ線ビーム３ａと３ｂのそれぞれの中心軸が並行であり、かつ同じ向きを向くように、それぞれのＸ線管１ａと１ｂのフランジ部にて管容器１１に固定される。これらＸ線管１ａ，１ｂの背後には、高電圧発生部６がある。また、それぞれのＸ線管のフィラメントについて、それぞれのＸ線管用のフィラメント電源部４ａと４ｂがある。二つのＸ線管１ａと１ｂ、それぞれのＸ線管１ａと１ｂ用のフィラメント電源部４ａと４ｂ、高電圧発生部６は管容器１１に収納される。管容器１１の内部は絶縁油７で満たされる。

図２は本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置の概略接続図である。高電圧発生部６には、コッククロフトウォルトン回路などの昇圧整流平滑回路を用い、また、その生成された高電圧を管電圧制御部２１へフィードバックするための分圧抵抗器群６ａと６ｂを有している。

高電圧発生部６、分圧抵抗器群６ａと６ｂ、管電圧制御部２１は、Ｘ線管１ａと１ｂのそれぞれに独立して構成しても良い。この場合、Ｘ線管１ａと１ｂにはそれぞれ異なる管電圧を与えることができる。

Ｘ線管１ａと１ｂのそれぞれの管電流を電圧に変換する抵抗器５ａと５ｂ、抵抗器５ａと５ｂの電圧がそれぞれ所定の値となるようにフィラメント電源部４ａと４ｂを制御する管電流制御部２２ａと２２ｂ、高電圧発生部６にその元になる電源を給電し、また、その高電圧、言い換えると、管電圧が所定の値となるように制御する管電圧制御部２１、そして、管電圧制御部２１、および、管電流制御部２２ａと２２ｂに制御すべき所定値を与え、また、その制御された現在値を表示する操作・設定・表示部２３によって構成される。フィラメント電源部４ａと４ｂは、それぞれ変圧器によって構成される。

（第一の実施の形態の作用）
二つのＸ線管１ａと１ｂに、操作・設定・表示部２３で設定された管電圧がかかるように管電圧制御部２１は高電圧発生部６への給電量を制御する。Ｘ線管１ａと１ｂには、同じ管電圧が印加される。Ｘ線管１ａと１ｂには数十〜数百ｋＶという高電圧が印加されるが、同じ形状のＸ線管を並行に隣接して並べると、それぞれのＸ線管の表面電界分布がほぼ等しくなるので、隣接して並べても正常に使用することができる。また、高電圧発生部６の電位分布がＸ線管１ａと１ｂとほぼ等しくなるようにすると、高電圧発生部６とＸ線管１ａと１ｂとの距離も短縮して配置することができる。管電流制御部２２ａは、Ｘ線管１ａの管電流を抵抗器５ａの両端電圧に基づいて検出し、それが、操作・設定・表示部２３で設定された管電流設定値と等しくなるように、Ｘ線管１ａのフィラメント電源４ａの給電量を制御する。同様に、管電流制御部２２ｂは、Ｘ線管１ｂの管電流を抵抗器５ｂの両端電圧に基づいて検出し、それが、操作・設定・表示部２３で設定された管電流設定値と等しくなるように、Ｘ線管１ｂのフィラメント電源４ｂの給電量を制御する。Ｘ線管１ａと１ｂから得られる照射線量率がそれぞれ必要な値となるように、Ｘ線管１ａと１ｂのそれぞれの管電流は、同じ値になるように設定しても、それぞれ異なる値になるように設定しても良い。

（第一の実施の形態の効果）
第一の実施の形態によれば、一つの管容器に二つのＸ線管を内蔵できるので、Ｘ線管を一つずつ管容器に収納する従来技術に比較して、それぞれのＸ線管のＸ線焦点間の距離を短くすることができる。また、高電圧発生部と管電圧制御部、操作・設定・表示部は一つで済み、そのそれぞれが二つずつ必要な従来技術に比較して、部品数が減少し、経済的である。

（本発明の第一の実施の形態の変形例）
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、Ｘ線管を二つより多くしてもよい。

（本発明の第二の実施の形態の構成）
図３は本発明の第二の実施の形態のＸ線発生装置内の配置図（二つのＸ線焦点を通る平面における断面図）である。Ｘ線管１ｂが図３の平面内でＸ線管１ａとのＸ線焦点間の距離が変化するように可動する構造になっている以外は、本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置と同じなので、本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置と異なる部分だけを説明する。

Ｘ線管１ｂはＸ線管１ａとのＸ線焦点間の距離が変化するように可動する取付板１４に固定されている。取付板１４のＸ線管１ａ側には蛇腹１３があり、他方には、管容器１２に支持されたパッキン１５がある。蛇腹１３とパッキン１５によって、Ｘ線管１ｂと取付板１４が移動でき、しかも、その移動に伴って絶縁油７が漏れない構造を有する。

（第二の実施の形態の作用）
Ｘ線管１ｂの取付板１４を管容器１２の外から動かすことができる。Ｘ線管１ｂの取付板１４は、Ｘ線管１ｂのＸ線ビーム中心軸２ｂが、Ｘ線管１ａのＸ線ビーム中心軸２ａと並行を維持したまま、Ｘ線ビーム中心軸２ｂとＸ線ビーム中心軸２ａの距離、言い換えると、Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂのＸ線焦点間の距離を変えることができる。

（第二の実施の形態の効果）
第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態の効果に加えて、一つの管容器に内蔵された二つのＸ線管のＸ線焦点間の距離を所望の距離に設定することができる。

（本発明の第三の実施の形態の構成）
図４は本発明の第三の実施の形態の電池検査装置のＸ線撮像部で、前記本発明の第一の実施の形態のＸ線発生装置を用いた例で説明する。Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂのＸ線焦点間の距離は、電池５１のジェリーロール５２の正極側と負極側の電極端同士の距離と等しくする。Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂから照射されたそれぞれのＸ線ビームを撮像に必要な領域に絞るコリメータ３１、電池５１を透過したＸ線像を画像化するＸ線センサ４１とから構成される。二つのコリメータ３２と３３は、Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂのそれぞれのＸ線ビーム３ａと３ｂの間に配置され、Ｘ線ビーム３ａと３ｂのそれぞれが電池５１によって散乱し、正極側と負極側の透視画像に相互に影響することを低減するが、これらのコリメータ３２と３３は、必ずしも必要な構成要素ではない。コリメータ３１、３２と３３は例えば鉛製である。

また、Ｘ線ビーム３ａと３ｂが相互に影響することを避けるために、Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂは時間差を設けてＸ線を照射しても良い。この場合、それぞれのＸ線管のフィラメントは時間差を設けて点灯される、または、管電流の流れを制御することができるグリッドをもつＸ線管を用いてそれぞれのＸ線管のグリッドを時間差を設けて制御する、という手段がある。

電池５１は、図示しない搬送手段によって、図４と垂直な方向（ｚ方向）に搬送される。Ｘ線センサ４１は例えばフラットパネルセンサである。また、電池５１のＸ線透視画像は、図示しない画像撮り込み手段と画像処理手段を経由した後、画像表示手段である、例えば、モニタ６１に図５のように表示される。

（第三の実施の形態の作用）
Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂのそれぞれのＸ線ビーム中心軸２ａと２ｂは、ジェリーロール５２の正極側と負極側のそれぞれの端面を端面と並行（図４のｘ方向）に通過する位置に管容器１１を配置する。電池５１は、Ｘ線管１ａとＸ線管１ｂのそれぞれのＸ線ビーム３ａと３ｂによって撮像される位置まで図示しない搬送手段によって搬送されると、その位置で一時停止する。その一時停止中にＸ線センサ４１は透視画像を収集する。その透視画像は、図示しない画像撮り込み手段と画像処理手段によって所定の計測や検査がなされた後に、図５のように、モニタ６１に電池５１の正極側画像６２ａと負極側画像６２ｂが表示される。

（第三の実施の形態の効果）
第三の実施の形態によれば、電池のジェリーロール５２の正極側端面と負極側端面のそれぞれの透視画像を電池５１の同じ方向から同時に得ることができる。また、それぞれのＸ線透視画像は、Ｘ線撮像系の視差によってゆがむことがない。前述のように従来は、電池のジェリーコール５２の正極側端面と負極側端面を別々のＸ線発生装置とＸ線センサによって別々の時刻に撮像していたが、それに対して、本実施の形態では画像収集時間を短縮できることによって、電池５１の単位時間あたりの検査個数（検査スループット）を増すことができ、また、必要な構成要素を省けることによって経済的に構成することができる。

（第三の実施の形態の変形例）
Ｘ線センサ４１は電池５１の正極側と負極側を結ぶ直線と平行（図４のｙ方向）にチャンネルが並んだラインセンサであっても良い。

本変形例によれば、電池５１を一時停止させることなく、第三の実施の形態と同様のＸ線透視画像を得ることができる。そのため、電池５１の検査スループットを第三の実施の形態より増すことができる。

１ａ，１ｂ・・・Ｘ線管
２ａ，２ｂ・・・Ｘ線ビーム中心軸
３ａ，３ｂ・・・Ｘ線ビーム
４ａ，４ｂ・・・フィラメント電源部
５ａ，５ｂ・・・抵抗器
６・・・高電圧発生部
６ａ，６ｂ・・・分圧抵抗器群
７・・・絶縁油
１１，１２・・・管容器
１３・・・蛇腹
１４・・・取付板
１５・・・パッキン
２１・・・管電圧制御部
２２ａ，２２ｂ・・・管電流制御部
２３・・・操作・設定・表示部
３１，３２，３３・・・コリメータ
４１・・・Ｘ線センサ
５１・・・電池
５２・・・ジェリーロール
６１・・・モニタ
６２ａ・・・正極側画像
６２ｂ・・・負極側画像
１０１ａ，１０１ｂ・・・Ｘ線管
１０２ａ，１０２ｂ・・・Ｘ線焦点
１０３ａ，１０３ｂ・・・管容器
１０５ａ，１０５ｂ・・・Ｘ線ビーム中心軸
１１１ａ，１１１ｂ・・・Ｘ線センサ
１１２ａ，１１２ｂ・・・Ｘ線センサのＸ線入力面の中心
２０１・・・被検査物
２０１ａ，２０２ｂ・・・検査視野の中心

Claims (4)

1. 等しい形伏と構造を持つ第１および第２のＸ線管と、
   前記二つのＸ線管に高電圧を供給する高電圧電源部と、
   前記二つのＸ線管が有するそれぞれのフィラメントに電力を供給する第１および第２のフィラメント電源部と、
   前記二つのＸ線管、前記高電圧電源部、前記二つのフィラメント電源部を収納する管容器と、
   前記管容器の内部を満たす絶縁物とから成り、
   前記二つのＸ線管は前記管容器内で互いに等しい電位を保つように配置することを特徴とするＸ線発生装置。
2. 請求項１に記載のＸ線発生装置において、
   前記第１のＸ線管および前記第２のＸ線管から生じるそれぞれのＸ線ビームの中心線が互いに並行であるＸ線発生装置。
3. 請求項２に記載のＸ線発生装置において、
   前記Ｘ線ビームの中心線間の距離を変更できるＸ線発生装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
   前記Ｘ線ビームが被検査物を透過したＸ線像を画像化する少なくとも一つのＸ線画像化センサを有し、前記被検査物１個について２箇所のＸ線透過像を得ることを特徴とするＸ線撮像装置。

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