JP4691336B2 - 測定用抵抗器を有する高電圧装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、内部測定用抵抗器を備えた高電圧装置に関する。本発明の分野は、高電圧の発生、及びこれらの高電圧を用いる機器又は装置に関する。具体的には、本発明の分野は、Ｘ線画像のような放射線画像の取得のための医用装置に関する。

従来技術では、医用画像取得用のＸ線を発生するためには、Ｘ線管のアノードとカソードとの間に４０ｋＶ（キロボルト）−１６０ｋＶ超にわたる電源電圧を必要とする。この電圧は一般的には、接地に対して対称な２種類の高電圧を印加する二極式装置によって得られる。換言すると、アノードとカソードとの間に１６０ｋＶを発生するために、アノードで＋８０ｋＶを発生しカソードで−８０ｋＶを発生する装置が用いられる。一般的には、アノード及びカソードに印加されるこれら２種類の高電圧すなわち正負の高電圧の和を制御することによりこの高電圧を調節する。約１０，０００の比すなわち一般的には１０ｋＶに対して１Ｖの比で、測定される電圧を分圧する２個の同等の装置が２種類の高電圧を測定する。約１００ｋＶの電圧において油内で良好に動作するために、この種の測定装置は２枚の導電プレートの間の最大間隔を約４０ｍｍ（ミリメートル）としなければならない。
米国特許第４８７０７４６号

しかしながら、Ｘ線画像の画質を考慮して、それ自体接地されている管のエンベロープにアノードを接続し、カソード単独に全電圧を印加するようになってきている。管用の電源は最早二極式（±８０ｋＶ）電源ではなく一極式（?１６０ｋＶ）電源となる。すると、高電圧発生器は、１種類のみの電圧であるが従来技術の電圧の値の２倍の電圧を供給することになる。これにより、測定装置に影響が出る。同じ測定装置を利用し続けることが望ましい場合には、絶縁を保つために、各次元の寸法もまた２倍だけ増大させる必要がある。すると測定装置の容積は８倍に増大する。このことは多くの問題点を生ずる。これらの問題点の一つは測定装置の占有空間の必要条件に関連し、小型装置の製造、特に可搬型装置の場合に相容れなくなる。

米国特許第５，８１８，７０６号は、数段の電圧整流器段の直列連関によって高電圧発生器を得ることができると開示している（特許文献１）。発生される高電圧を測定するために、整流器の直列回路にブリーダ（bleeder）を並列接続する。ブリーダは、整流器段数と同数の抵抗器を有する。ブリーダの各々の抵抗器が一つの整流器段に関連している。各々の抵抗器はまた、付設の遮蔽被覆を有しており、この遮蔽被覆は抵抗器が関連している整流器段の出力に存在する電位に接続されている。上述の米国特許第５，８１８，７０６号の装置は遮蔽の結果として、占有空間の必要条件、電弧を生ずる遮蔽用の金属、及び寄生キャパシタンス等の幾つかの問題点を有する。
米国特許第５，８１８，７０６号

本発明の一実施形態は、整流器の濾波回路のキャパシタ及びその配線が、ブリーダとも呼ばれる測定用抵抗器の周囲で電場を発生するように構成されている高電圧装置であって、この電場を、電位の増大が抵抗器単独での定常動作時に発生されるものと同様になるような電場とする。

本発明の一実施形態では、一つの構成は、整流器のキャパシタを、平面を各々画定する平行な複数の列に分配することを含んでいる。２列の間の間隔は、ブリーダを配設するのに十分な間隔とする。キャパシタの電気配線は、２列の間で電位がブリーダの内部電位と同様の態様で列に全体的に沿って増大するようにする。ブリーダは、直列接続された抵抗器又はプレートにスクリーン印刷された抵抗器のいずれかを含んでいる。

本発明の一実施形態は、幾つかのキャパシタと、高電圧の測定用の１以上の内部抵抗器とを備えた高電圧装置であって、キャパシタは、２以上の平行な平面を形成するように整列しており、測定用抵抗器はこれら二平面の間に分配される。

本発明の実施形態は、以下の説明及び添付図面からさらに明確に理解されよう。これらの図面は単に表示のために掲げられており、本発明の範囲を如何なる意味でも限定するものではない。

図１には公知の装置が示されている。この装置は、一般的には油である絶縁流体に浸漬されている。平行六面体形状の箱１０１が絶縁材で構成されており、箱１０１の対向面に各々配置されている２枚の導電プレート１０２及び１０３を含んでいる。プレート１０２とプレート１０３との間に、平面抵抗器１０４が対角状に配置されている。平面抵抗器１０４は、数百ＭΩ（メガオーム）の範囲の大きな値を有する抵抗器である。この抵抗器（高電圧測定用ブリーダ抵抗器又はブリーダとも呼ばれる）の一端（１０４ｂ）は測定したい高電圧に接続されており、他端（１０４ａ）は数十ｋΩの値を有する抵抗器１０５（フット・ブリーダ（foot bleeder）抵抗器とも呼ばれる）に接続されている。この電気的接続は、結線（シース付き）、及び所定の距離（例えば油の外部）に隔設されている抵抗器１０５で形成され得る。

ブリーダ・フット抵抗器１０５にも接続されているこのブリーダを介して、分圧器ブリッジが形成される。従って、抵抗器１０５の端子での電圧は、測定したい高電圧の部分（１／１００００）となる。

導電プレート１０２は接地され（参照電圧に対して）、導電プレート１０３は測定したい高電圧に接続されて、これにより、プレート１０２とプレート１０３との間に電場を発生する効果が得られる。ブリーダ１０４は電場に沈潜している。このアセンブリの幾何学的構成は、高電圧及び接地電位によってブリーダに全体的に沿って分布している寄生キャパシタンスの影響を解消する効果がある。このため、測定は、ダイナミック・レンジについて寄生キャパシタンス値によって攪乱されることがない。

図２は、様々な構成の等価な容量素子（キャパシタと呼んでもよい）を示しており、これらの容量素子を用いて二つの平行な平面を形成して、ブリーダ（測定用抵抗器）の埋め込みに好ましい電場を発生することができる。図２のキャパシタ２０１は、当該キャパシタ２０１を電気回路に挿入することを可能にする２個の端子／極２０２及び２０３を有している。すると、これらの端子の間に、ファラド単位又はファラドの分数単位で測定される容量効果が発生する。図２の例では、キャパシタ２０１はＣファラド（Ｆ）の値を有している。キャパシタ２０１を回路に配置してこの回路に給電すると、端子２０２と端子２０３との間に電位差又は電圧差２０４が生ずる。高電圧装置は幾つかのキャパシタを有している。一つのキャパシタは二極式であり、従って２個の端子／末端／極を有する。ある素子の一つの極に対応する電気回路の各々の点がＶｐｏｉｎｔと参照される電位を有する。

図２はまた第二のアセンブリを示しており、このアセンブリでは端子２０２と端子２０３との間で、キャパシタ２０１が並列接続された２個のキャパシタ２０５及び２０６で置き換えられている。キャパシタ２０５及び２０６は（Ｃ／２）Ｆの値を有する。すると、このように装着されたキャパシタ２０５及び２０６は、キャパシタ２０１と等価になる。さらに、従ってキャパシタ２０５とキャパシタ２０６との間に空間が画定され、この空間内に例えば測定用抵抗器のような他の素子を配設することが可能になる。キャパシタ２０１はまた、直列接続された２個のキャパシタ２０７及び２０８を含む第三のアセンブリとも等価である。ここでは、端子２０２及び２０３で検知されるキャパシタンスがＣＦに等しくなるように、キャパシタ２０７及び２０８は各々２ＣＦの値を有する。そして、キャパシタ２０７及び２０８は、他の素子を配設することのできる空間を互いに対して画定するように平行に配置される。

二つの平面を実際に画定するように、キャパシタ２０１として他の等価なアセンブリが用いられる。図２は、各々の第一の端子が端子２０２に接続されている２個のキャパシタ２０９及び２１０を含む第四のアセンブリを示している。キャパシタ２０９の第二の端子はキャパシタ２１１の第一の端子に接続されている。キャパシタ２１０の第二の端子はキャパシタ２１２の第二の端子に接続されている。キャパシタ２１１及び２１２の第二の端子は端子２０３に接続されている。キャパシタ２０９−２１２は値Ｃを有する。このようにして得られたアセンブリは、キャパシタ２０１と等価である。このアセンブリによれば、キャパシタ２０９及び２１１が第一の平面を画定する。そして、キャパシタ２１０及び２１２は、第一の平面に平行な第二の平面を画定するように配置される。第二段階として、キャパシタ２１０及び２１２をそれぞれキャパシタ２０９及び２１１に対向して配設する。キャパシタ２０９を通り第一の平面に垂直な直線がキャパシタ２１０も通る場合に、キャパシタ２１０はキャパシタ２０９に対向していると考える。

第四のアセンブリの場合には、２個の点２１３及び２１４が、それぞれキャパシタ２０９とキャパシタ２１１との間、及びキャパシタ２１０とキャパシタ２１２との間に位置している。点２１３及び２１４は、同一電位で且つ極２０２の電位と極２０３の電位との間の中間の電位にある。すると、第一及び第二の平面に沿って、電位の漸進的変化が観察される。本例では、この漸進的変化は緩やかで且つ連続的な増大である。実際に、電位Ｖ２０２から点２１３の電位Ｖ２１３を経て電位Ｖ２０３に到る経路が存在する。この漸進的増大は、枝の各々のキャパシタを増やすことにより向上させることができる。このように、キャパシタ２０９及び２１１を（３／２）ＣＦの値を各々有する３個のキャパシタで置き換えることができる。同様に、キャパシタ２１０及び２１２も置き換えられる。すると、３個のキャパシタを各々含む二つの平面が得られる。すると、これら二平面はまた、一つの中間点が連続した２個のキャパシタの間に位置するような２個の中間点を各々含む。この場合には、点２０２の電位Ｖ２０２から２種類の中間電位を経て点２０３の電位Ｖ２０３に到る経路が存在する。直列接続された４個のキャパシタを用いる場合には、３種類の中間電位が存在し、以下、キャパシタの数が増すと共に同様になる。中間点の数が多いほど、第一の平面と第二の平面との間に存在する電場は連続的になり、従って、接地電位に対する絶縁によってブリーダの動作を最適化するときにこの電場がさらに適切に当該ブリーダを遮蔽する。

第四のアセンブリの場合には、分岐回路の同じ枝に属する全キャパシタが同じ平面に位置する。同等のキャパシタを用いるという事実から、二平面の間の電場の漸進的変化が一様になる。同等のキャパシタを用いるという事実は、分岐回路の連続する２個の点の間の電位差が一定であることを意味する。換言すると、（Ｖ２０３?Ｖ２１３）＝（Ｖ２１３?Ｖ２０２）が成立する。

図２は、直列接続された４個のキャパシタ２１５−２１８を備えたキャパシタ２０１と等価な第五のアセンブリを示す。各々のキャパシタ２１５−２１８は４ＣＦの値を有する。キャパシタ２１５の第一の端子は端子２０２に接続されている。キャパシタ２１５の第二の端子は、キャパシタ２１７の第一の端子に接続されている第二の端子を有するキャパシタ２１６の第一の端子に接続されている。キャパシタ２１７の第二の端子は、端子２０３に接続されている第二の端子を有するキャパシタ２１８の第一の端子に接続されている。このようにして、３個の中間点２１９、２２０及び２２１が画定される。これら３個の中間点は、それぞれキャパシタ２１５とキャパシタ２１６との間、キャパシタ２１６とキャパシタ２１７との間、及びキャパシタ２１７とキャパシタ２１８との間に位置する。Ｖ２０２が接地電位でありＶ２０３＞Ｖ２０２であると考えると、Ｖ２０３＞Ｖ２２１＞Ｖ２２０＞Ｖ２１９＞Ｖ２０２が得られる。キャパシタ２１５−２１８が等しい値を有している限りにおいて、以上に述べた各電位の間の差は同等となる。換言すると、（Ｖ２０３?Ｖ２２１）＝（Ｖ２２１?Ｖ２２０）＝（Ｖ２２０?Ｖ２１９）＝（Ｖ２１９?Ｖ２０２）が成立する。

キャパシタ２１６及び２１８は、第一の平面を画定するように整列している。キャパシタ２１５及び２１７は、第一の平面に平行な第二の平面を画定するように整列している。キャパシタ２１６は、キャパシタ２１５とキャパシタ２１７との間に存在する空間に対向するようにして第一の平面内に配置される。キャパシタ２１７は、キャパシタ２１６とキャパシタ２１８との間に存在する空間に対向して第二の平面内に配置される。このアセンブリは、点２１９−２２１を、点２０２から点２０３に向かう軸に沿って交互配置しつつ互いにさらに近付けることを可能にする。従って、このアセンブリは、キャパシタが互いに対向している場合よりもさらに一層連続的な電場を得ることを可能にする。この電場の連続性及び一様性はまた、連続する２個の点の間での電位差が同等であるとの事実によって強化される。

第五のアセンブリでは、点２０２と点２０３との間で直列接続されたキャパシタの数を増やすことが可能である。この場合には、あるキャパシタが、当該キャパシタが接続されている２個のキャパシタ又は１個のキャパシタと同じ平面に位置することがないようにする。キャパシタの数を増やすと、第一の平面と第二の平面との間に存在する電場の漸進的変化が向上する。

図３は、高電圧を発生するのに用いられる倍電圧器型アセンブリ３００を示す。アセンブリ３００は、点／端子１と点／端子２との間のアセンブリ３００の入力での交流高電圧ＶＡＣの印加によってＤＣ高電圧ＶＤＣの発生を可能にする。このＤＣ高電圧ＶＤＣは、２個の端子３及び４によって示すアセンブリ３００の出力で発生される。図３−図２０に示すアセンブリは、入力において交流電圧ＶＡＣを受け入れて、出力において高電圧を発生する。これらのアセンブリの概略図は公知である。

本発明の一実施形態では、測定用抵抗器を、当該抵抗器の端子での電圧と同じ方式で変化する電場に沈潜させて用いることにより、高電圧装置の出力において効率的な測定を行なう。

図３は、アセンブリ３００の点３に接続されているアノードを有するダイオード３０１を示す。ダイオード３０１のカソードは、アセンブリ３００の点１に接続されてダイオード３０２のアノードに接続される。ダイオード３０２のカソードは、アセンブリ３００の点４に接続されている。キャパシタ３０３がその第一の極によって点３に、また第二の極によってキャパシタ３０４の第一の極に接続されている。キャパシタ３０３の第二の極はアセンブリ３００の点２に対応している。キャパシタ３０４の第二の極はアセンブリ３００の点４に接続されている。アセンブリ３００の点４は、測定用抵抗器３０５又はブリーダ３０５の第一の極が接続されている点５と電気的に等価である。ブリーダ３０５の第二の極（点６）と、点３と電気的に等価な点７との間に抵抗器３０６を接続することにより、分圧器が形成される。すると、抵抗器３０６の端子において電圧ＶＭを測定することが可能になる。ＶＭは、アセンブリ３００によって発生され点３と点４との間で入手可能な高電圧ＶＤＣに対して分圧器の比で比例している。キャパシタ３０３及び３０４はＣＦの値を有しており、抵抗器３０５はＲオーム（Ω）の値を有している。

図４は、図３の模式図の電気回路図による書き換えを示す。この書き換えは、本発明の一実施形態を考慮に入れている。このため、図４は、キャパシタ３０３及び３０４が実際には、直列接続された２個の分岐回路４０２及び４０３を含む等価なアセンブリ４０１に埋め込まれていることを示している。分岐回路４０２は、両端が接続されている２本の枝を有している。各々の枝は値２ＣＦを有する直列接続された４個のキャパシタを含んでいる。分岐回路４０３は分岐回路４０２と同等である。

図４の線図では、ダイオード３０１及び３０２の各々が２個のダイオードによって形成されている。図４では、ブリーダ３０５は直列接続された４個の抵抗器によって形成されている。そして、各々の抵抗器は（Ｒ／４）Ωの値を有する。

図５は、図４のアセンブリを実現した回路の図である。経路設定工程によって図４の図から図５の図に到る経路が得られる。経路設定工程は、各々の素子の位置を、占有空間の必要条件、及び当該素子が接続されている相手素子に関係付けて画定する工程を含んでいる。図５は、図４の図を具現化した回路５００の上面図であると考えられる。一般的には、本書では、経路設定の結果を回路の上面図で示す。

図５は、第一の平面内に整列している８個のキャパシタ５０１−５０８を含む第一の列を示している。各々のキャパシタは、回路５００の平面に垂直な軸を有する円筒形素子である。キャパシタ５０１−５０８は直列接続されている。キャパシタ５０１−５０４は分岐回路４０２の第一の枝に対応する。キャパシタ５０５−５０８は分岐回路４０３の第一の枝に対応する。そして、図の３００のアセンブリの点２は、キャパシタ５０４とキャパシタ５０５との間の接続に対応する。

図５はまた、第二の平面内に整列している８個のキャパシタ５０９−５１６を含む第二の列を示している。各々のキャパシタ５０９−５１６は、回路５００の平面に垂直な軸を有する円筒形素子である。キャパシタ５０９−５１６は直列接続されている。キャパシタ５０９−５１２は分岐回路４０２の第二の枝に対応する。キャパシタ５１３−５１６は分岐回路４０３の第二の枝に対応する。そして、図の３００のアセンブリの点２は、キャパシタ５１２とキャパシタ５１３との間の接続に対応する。

図５で画定されている第一の平面と第二の平面とは平行である。これらの平面において、キャパシタ５０１はキャパシタ５０９に対向し、キャパシタ５０２はキャパシタ５１０に対向し、以下、キャパシタ５０８及び５１６によって形成される対に到るまで同様である。キャパシタ５０１及び５０９は点３にも接続されている。キャパシタ５０８及び５１６は点４にも接続されている。このアセンブリによれば、第一及び第二の平面に沿って、点３の電位から７種類の中間電位を経て点４の電位に到る経路が存在する。各々の中間電位はキャパシタ間の接続に対応する。第一の平面上の一点を考えると、第二の平面の対向点が実質的に同じ電位を有する。

第一及び第二の平面は、ブリーダの占有空間の必要条件に応じて数ミリメートル−数十ミリメートルの距離で離隔されている。図５は、４個の抵抗素子５１７−５２０によって形成されているブリーダ３０５を示している。素子５１７−５２０は、回路５００の点５と点６との間に直列接続されている。素子５１７−５２０は、キャパシタ５０１−５０８によって画定されている全長にわたって延在している。素子５１７−５２０は、第一の平面と第二の平面との間に位置している。実際には、キャパシタ５０１−５０８及びキャパシタ５０９−５１６は、ブリーダ３０５がその内部に位置する平行六面体の両壁面を画定している。

図５は、点５が点４に接続されていないことを示している。このことは、回路５００と同等の回路５００′に回路５００を接続しようとしている場合に有用である。この場合には、点５は次いで点６′に接続され、点４は点３′に接続される。他の回路を用いない場合、又は回路が回路５００と類似の形式の複数の回路から成る連鎖の最後のものである場合には、点５は点４に接続される。

図５はまた、アセンブリに有用なダイオードの配置を示している。各素子の間の電気的接続は、公知の方法に従って軌道又は配線によって、また経路設定を得る電気回路図面によって画定されている接続平面に従って形成される。

図６は、図５の配線済回路の三次元図である。図３−図１２については同等の参照符号で同等の要素を示す。図６は、抵抗器５１７−５２０が直列接続されている回路６０１によってブリーダ３０５が形成されていることを示している。回路６０１では、連続した２個の抵抗器すなわち互いに直接接続されている抵抗器が三角形を形成している。この三角形アセンブリは、両壁面によって画定される空間の可能な最も効率的な占有を実現する。これらの壁面のうち、第一の壁面はキャパシタ５０１−５０８によって形成され、第二の壁面はキャパシタ５０９−５１６によって形成されている。このようにして、抵抗器５１７及び５１８は、回路５００の平面に平行な底辺を有し、キャパシタ５０１−５１６の一つの長さに実質的に等しい高さを有する三角形を形成する。このため、ブリーダ３０５の抵抗素子の連鎖は、上述のキャパシタの高さに沿って、キャパシタ５０１−５０８によって占有される全空間によって画定される長さで延在する鋸歯形を形成する。実用では、実施形態を問わず、ブリーダは二つの平面によって画定される空間のみを占有する。

ブリーダを、４よりも多いか少ないかを問わず異なる数の抵抗素子で構成することも可能である。

図７は、図３のアセンブリの実施形態を示す。図７は、ブリーダ以外、すなわちアセンブリの点５と点６との間に接続されている抵抗器に関して以外では図４と実質的に同等である。図７の例では、ブリーダは単一の抵抗素子となっている。この抵抗素子はスクリーン印刷された抵抗器、すなわちパターンが蝕刻／印刷されている回路である。このパターンは、抵抗性導電軌道によって形成される。そして、パターンの末端／端子で測定される抵抗をＲΩに等しくする。

図８は、点５と点６との間に接続されているブリーダに関して以外では図５と実質的に同等である。従って、同等の参照符号で同等の要素を示す。図８は、図７のアセンブリの経路設定の結果であり、すなわちプリント回路８００である。図８は、点５と点６との間に、ＲΩの抵抗を有するようにパターンをスクリーン印刷した回路８０１が接続されていることを示している。回路８０１によって画定される平面は、回路８００によって画定される平面に垂直である。

図９は、ブリーダに関して以外では図６と実質的に同等である。従って、同等の参照符号で同等の要素を示す。図９は、各素子を結線した回路８００の三次元図である。このように、図９は、キャパシタ５０１−５０８によって先ず画定される第一の平面と、キャパシタ５０９−５１６によって画定される第二の平面との間の回路８０１を示す。そして、回路８０１の表面は、回路８０１に平行な平面においてキャパシタ５０１−５０８によって画定される表面と実質的に等しい。回路８０１にスクリーン印刷されたパターンは例えば角鋸歯形（crenellated）である。但し、鋸歯形パターン、シヌソイド形パターン、直線又はその他任意のパターンであってもよい。

図９は、ブリーダを構成するのに用いられる手段によって占有される空間が小さいほど、第一の平面と第二の平面とを近付けることが可能になり、従って、本発明の一実施形態による高電圧発生装置によって占有される空間が小さくなることを示している。このように、スクリーン印刷された抵抗器を用いることにより、素子をはんだ付けしたプリント回路よりも厚みが小さくなるため空間が節約される。

図１０は、図３のアセンブリと等価な電気回路図である。図１０の図は、ブリーダ３０５を構成するスクリーン印刷された抵抗器と、分岐回路４０２及び４０３の枝の各々としての縦型キャパシタとを用いている。そして、これらのキャパシタの各々は（Ｃ／２）Ｆの値を有する。従って、図１０は、点３がキャパシタ１００１及び１００２の第一の端子に接続されていることを示す。キャパシタ１００１及び１００２の第二の極は点２に接続されている。キャパシタ１００３及び１００４の第一の極は点２に接続されており、第二の極は点４に接続されている。

図１１は、図１０の電気回路図の経路設定の結果である。従って、同等の要素は同等の参照符号を有する。図１１は、キャパシタ１００１−１００４が、キャパシタの最大寸法（長さ）及び最小寸法（幅）が回路１１０１の平面に平行になるようにして、回路１１０１に接続されていることを示している。キャパシタ１００１及び１００３はさらに、回路１１０１の平面に垂直な同じ第一の平面に属している。キャパシタ１００２及び１００４は、第一の平面に平行な第二の平面に属している。これら第一の平面と第二の平面との間に回路１１０２が配置されて、点５と点６との間に接続されている。この回路１１０２は、値ＲΩを有するスクリーン印刷された抵抗器である。本発明の原理に従うように、キャパシタは、恰もキャパシタがその軸に沿って直列接続されているさらに小要素であるキャパシタによって構成されているかのように、キャパシタの軸に沿って内部電圧が漸進的に増大するように構成されなければならない。

図１２は、各素子をはんだ付けした図１１の回路の空間的な図である。従って、同等の参照符号は同等の要素に対応する。

図１３は、Crockcroft-Walton型の４段の乗算器段を有する乗算器型アセンブリの原理を示す図である。かかるアセンブリは周知である。以下の記載は全て４段のものについて述べるが、乗算器の段数を問わず適用可能である。図１３−図１６は同じアセンブリを示しており、これらの図面において同等の参照符号は同等の要素を示す。図１３は、極の一方によって点ＣＷ１に接続されているキャパシタ１３０１を示す。キャパシタ１３０１の他方の極は点ＣＷ８に接続されている。キャパシタ１３０２は一方の極によって点ＣＷ８に接続されており、他方の極によってＣＷ４に接続されている。ダイオード１３０３のアノードは点ＣＷ１に接続されている。ダイオード１３０３のカソードは点ＣＷ９に接続されている。ダイオード１３０４のアノードは点ＣＷ９に接続されている。ダイオード１３０４のカソードは点ＣＷ８に接続されている。ダイオード１３０５のアノードは点ＣＷ８に接続されている。ダイオード１３０５のカソードは点ＣＷ１０に接続されている。ダイオード１３０６のアノードは点ＣＷ１０に接続されている。ダイオード１３０６のカソードは点ＣＷ４に接続されている。キャパシタ１３０７は一方の極によって点ＣＷ２に接続されており、他方の極によって点ＣＷ９に接続されている。キャパシタ１３０８は一方の極によって点ＣＷ９に接続されており、他方の極によって点ＣＷ１０に接続されている。ブリーダ１３０９は、第一に点ＣＷ４に電気的に等価な点ＣＷ５に接続されており、第二に点ＣＷ６に接続されている。

キャパシタ１３０１、１３０２、１３０７及び１３０８はＣ′Ｆの値を有している。ブリーダ１３０９はＲΩの値を有している。図１３はまた、点ＣＷ６と、点ＣＷ１と電気的に等価な点ＣＷ７との間に抵抗器１３１０が接続されていることを示している。これにより、抵抗器１３１０の端子で電圧ＶＭを測定することができ、ＶＭは、ブリーダ１３０９及び抵抗器１３１０によって形成される分圧器の比で図１３のアセンブリによって発生される高電圧に比例する。図１３のアセンブリでは、入力交流電圧を点ＣＷ１と点ＣＷ２との間に印加し、ＤＣ高電圧を点ＣＷ１と点ＣＷ４との間で回収する。

図１４は、抵抗器１３１０を除き図１３のアセンブリと実質的に等価である電気回路図を示す。図１４は、各々のキャパシタ１３０１、１３０２、１３０７及び１３０８が直列接続されたキャパシタの連鎖で置き換えられていることを示している。このように、キャパシタ１３０１は直列接続されたキャパシタ１４０１−１４０４で置き換えられている。キャパシタ１３０２は直列接続されたキャパシタ１４０５−１４０８で置き換えられている。キャパシタ１３０７は直列接続されたキャパシタ１４０９−１４１２で置き換えられている。キャパシタ１３０８は直列接続されたキャパシタ１４１３−１４１６で置き換えられている。キャパシタ１４０１−１４１６は同等であって、４Ｃ′Ｆの値を有している。ブリーダ１３０９は、回路内で直列接続された幾つかの抵抗素子を含む回路６０１と同等の回路によって構成されている。このように、ブリーダ１３０９は直列接続された抵抗器１４１７−１４２０を含んでいる。

図１５は、図１４の電気回路図の経路設定の結果を示す。キャパシタ１４０１−１４１６は、回路１５０１の平面に垂直な軸を有する円筒形キャパシタである。キャパシタ１４０９−１４１６は、回路１５０１の平面に垂直な第一の平面内で整列している。キャパシタ１４０１−１４０８は、第一の平面に平行な第二の平面内で整列している。キャパシタ１４０９はキャパシタ１４０１に対向している。キャパシタ１４１０はキャパシタ１４０２に対向しており、以下、キャパシタ１４１６及び１４０８によって形成される対に到るまで同様である。このように構成されているキャパシタは、ブリーダ１３０９がその内部に位置している平行六面体の両壁面を画定する。すると、ブリーダ及びその端子での電圧に対する影響は、倍電圧器型アセンブリについて述べたものと同じになる。倍電圧器型アセンブリの場合と同じように、第一及び第二の平面に沿った電場の漸進的変化を向上させるためにキャパシタの数を増やすことができる。

実用では、点ＣＷ５と点ＣＷ４とは接続されている。しかしながら、図５に示す形式の回路を幾つか接続することが望ましい場合には、二つの回路の間でのブリーダの連続性を確保するために点ＣＷ５を点ＣＷ６′に接続する。このように、回路が単独で用いられる場合、又は回路が図１５の回路のような回路から成る連鎖の最後のものである場合にのみ、点ＣＷ５を点ＣＷ４に接続する。

図１６は、各素子をはんだ付けした図１５の回路の三次元図である。図１６は、回路１６０１の平面に平行に位置する二つの垂直な平面を形成する２列のキャパシタの間に位置するブリーダ１３０９を明確に示している。図１６は、素子の空間的構成の観点では図６及び図９と同等である。図１６と図６及び図９との相違は各素子の間の接続、軌道及び配線であって、図１６については図１４の電気回路図に対応している。

図１７は、４段のHaefely型段を備えたもう一つの乗算器型アセンブリの模式図である。かかるアセンブリは周知である。以下の記載は４段のものについて述べるが、乗算器の段数を問わず適用可能である。図１７−図２０は同じアセンブリを示しており、これらの図面において同等の参照符号は同等の要素に対応する。

図１７は、極の一方によって点Ｈ１に接続されており、他方の極によって点Ｈ８に接続されているキャパシタ１７０１を示す。キャパシタ１７０２は、極の一方によって点Ｈ８に接続されており、他方の極によって点Ｈ９に接続されている。ダイオード１７０３は、そのアノードによって点Ｈ３に接続されており、カソードによって点Ｈ８に接続されている。ダイオード１７０４は、アノードによって点Ｈ８に接続されており、カソードによって点Ｈ１０に接続されている。ダイオード１７０５は、そのアノードによって点Ｈ１０に接続されており、カソードによって点Ｈ９に接続されている。ダイオード１７０３は、そのアノードによって点Ｈ３に接続されており、カソードによって点Ｈ８に接続されている。ダイオード１７０６は、そのアノードによって点Ｈ９に接続されており、カソードによって点Ｈ４に接続されている。キャパシタ１７０７は、その極の一方によって点Ｈ３に接続されており、他方の極によって点Ｈ１０に接続されている。キャパシタ１７０８は、その極の一方によって点Ｈ１０に接続されており、他方の極によって点Ｈ４に接続されている。ダイオード１７０９は、そのアノードによって点Ｈ３に接続されており、カソードによって点Ｈ１１に接続されている。ダイオード１７１０は、そのアノードによって点Ｈ１１に接続されており、カソードによって点Ｈ１０に接続されている。ダイオード１７１１は、そのアノードによって点Ｈ８に接続されており、カソードによって点Ｈ１０に接続されている。ダイオード１７１１は、そのアノードによって点Ｈ１０に接続されており、カソードによって点Ｈ１２に接続されている。ダイオード１７１３は、そのアノードによって点Ｈ１２に接続されており、カソードによって点Ｈ４に接続されている。キャパシタ１７１３は、その極の一方によって点Ｈ２に接続されており、他方の極によって点Ｈ１１に接続されている。キャパシタ１７１４は、その極の一方によって点Ｈ１１に接続されており、他方の極によって点Ｈ１２に接続されている。点Ｈ５とＨ６との間にブリーダが接続されており、点Ｈ５は図１７では点Ｈ４と電気的に等価である。図１７の各キャパシタは値が２Ｃ″Ｆである。ブリーダ１７１５はＲΩの値を有する。

図１７はまた、点Ｈ６と、点Ｈ１と電気的に等価な点Ｈ７との間に抵抗器１７１６が接続されていることを示している。これにより、抵抗器１７１６の端子で電圧ＶＭを測定することができ、ＶＭは、ブリーダ１７１５及び抵抗器１７１６によって形成される分圧器の比で図１７のアセンブリによって発生される高電圧に比例する。図１７のアセンブリでは、入力交流電圧を点Ｈ１と点Ｈ２との間に印加し、ＤＣ高電圧を点Ｈ３と点Ｈ４との間で回収する。

図１８は、抵抗器１７１６を除き図１７のアセンブリと等価である電気回路図である。図１８は、図１７の各々のキャパシタが直列接続された４個のキャパシタのアセンブリによって形成されていることを示している。このように、キャパシタ１７０１は直列接続されたキャパシタ１８０１−１８０４によって形成されている。そして、キャパシタ１８０１−１８０４の各々は４Ｃ″Ｆの値を有する。同じ手順を図１７の全キャパシタに用いる。

図１８はまた、ブリーダが、独立型抵抗素子すなわち図４と同様に値（Ｒ／４）Ωを有する４個の抵抗器を用いることにより構成されるという事実を示している。

図１９は、図１８の電気回路図の経路設定の結果である。図１９は、円筒形キャパシタを用いて、図１８に対応する各素子をレイアウトした回路１９０１の平面に平行な平面及び垂直な平面の画定を可能にしていることを示している。キャパシタの軸は回路１９０１の平面に垂直である。キャパシタ１７０１及び１７０２の構成に対応するキャパシタを用いて第一の平面を画定する。従って、このことは点Ｈ１と点Ｈ９との間に８個のキャパシタを設けることに相当する。本発明の一実施形態は、キャパシタ１７０７及び１７０８の構成に対応するキャパシタを用いて第一の平面に平行な第二の平面を画定する。従って、このことは点Ｈ３と点Ｈ４との間に８個のキャパシタを設けることに相当する。これら二平面は、点Ｈ５と点Ｈ６との間に接続されているブリーダ１７１５が位置する空間を画定する。点Ｈ５は図１９では点Ｈ４に接続されていない。実用では、図１９の回路は、同じ形式の他の回路と共に一つの連鎖に位置していてもよい。図１９の回路を単独で用いる場合、又はこの回路が連鎖の最後の回路である場合には、点Ｈ４を点Ｈ５に接続する。

一つの変化形態では、点Ｈ２と点Ｈ１２との間に位置するキャパシタを用いて第一の平面を形成することができる。

もう一つの変化形態では、点Ｈ３とＨ４との間に位置するキャパシタを図２の第五のアセンブリについて示したものと同様に構成する。すると、キャパシタ１７０７及び１７０８と等価なこれらのキャパシタを用いて、ブリーダ１７１５が間に配置されている二つの平面が画定される。

図２０は、各素子をはんだ付けした図１７の回路の三次元図である。図２０は、二つの平行な平面を形成している２列のキャパシタの間に位置するブリーダ１７１５を明確に示している。

本発明の一実施形態では、高電圧発生回路にはんだ付けされているか、又は高電圧発生回路に一部がはんだ付けされている他の回路にはんだ付けされている独立型抵抗器形式の素子によってブリーダを形成してよい。ブリーダはまた、ブリーダの値に対応する抵抗器を有する印刷又はスクリーン印刷された軌道を設けたプリント回路によって形成されてよい。これらのブリーダの実施形態は、高電圧発生回路の全ての位相幾何学的構成に合わせて適応構成される。本書の記載は、倍電圧器型、Crockcroft-Walton型及びHaefely型の３種類の位相幾何学的構成への応用を示している。しかしながら、本発明は他の位相幾何学的構成にも適用可能である。

平面内のキャパシタの数が増えると、漸進的変化が向上する。求める値に基づいてキャパシタの数を増やす態様は図２に示されている。キャパシタの数を増やしても、蓄積エネルギはキャパシタの容積に比例するので占有空間の必要条件について不利益ではない。このようにして、幾つかの小容積キャパシタで１個の大容積キャパシタと同じエネルギを蓄積する。

例として取り上げた位相幾何学的構成に上述のように適用するときに、ブリーダにおいて非周期的応答が得られ、測定される電圧の増大は、高電圧発生器の出力端子での電圧の増大に完全に追随する。従来の増大は１ｍｓ以内に得られていたおり、従って、０．４ｍｓで達成される１６０ｋＶまでの増大への追随が可能になる。

実用では、本発明の一実施形態による回路の占有空間の必要条件は、高さの第一次元では、用いられるキャパシタの高さによって、第一及び第二の平面を画定するキャパシタの占有空間の必要条件に対応し、他の次元では用いられる位相幾何学的構成及び用いられるブリーダに対応する。

本発明の一実施形態による回路は一般的には、油浴に浸漬させて用いられる。

本発明の一実施形態では、高電圧は従って、１以上のキャパシタと、プリント回路に搭載されていてもいなくてもよい１以上の高電圧測定用抵抗器とを含む装置によって発生され、これらの要素の構成は、キャパシタ及びキャパシタの接続の等電位面が発生する電場を、電位の漸進が測定用抵抗器単独での定常動作状態で発生される電位の漸進と同様になるような電場とするものとする。典型的な構成は、プレートの形態で形成されている測定用抵抗器が間に位置する平行な２列のキャパシタを含んでいる。

実用では、Ｃ及びＣ′についての電流値は、高電圧装置に想到される応用に応じて０．１ｎＦ−１０ｎＦの範囲区分にある。高いパルス周波数が必要とされる場合には、発生器の精度／濾波よりも速度を優先させて低いキャパシタンス値を選択する。高いパルス周波数が必要とされない場合には、発生器の速度よりも精度／濾波を優先させて高いキャパシタンス値を選択する。

ブリーダの標準的な値は、１００ＭΩ−４００ＭΩの範囲区分にある。そして、ブリーダは、１０ｋΩ−４０ｋΩの値を有する測定用抵抗器に関連付けされる。

実用では、用いられるダイオードは電流容量が０．５アンペア−２アンペアであり、電圧は、ダイオード３０２を得るために直列接続されているダイオードの数に依存する。倍電圧器型の場合には、ＶＤＣが２１０ｋＶ−７０ｋＶの値を有するときにダイオード３０２の電圧容量はＶＤＣとなる。乗算器型の場合には、各々のダイオード電圧容量は（ＶＤＣ／ダイオードの総数）×２．５となる。

従って、本発明の一実施形態は、高電圧発生装置をさらに小型化する。本発明の一実施形態は、発生される高電圧の正確な静的及び動的非周期的測定を可能にする。本発明の一実施形態はまた、測定用抵抗器の遮蔽に特定的に占有される要素を含んでいない。本発明の一実施形態では、測定用抵抗器は、幾つかの独立型抵抗素子（５１７−５２０）によって形成される。本発明の一実施形態では、測定用抵抗器は、プレートにスクリーン印刷された素子（８０１）によって形成される。本発明の一実施形態では、高電圧発生装置の理論的キャパシタンスに等価な容量型アセンブリ（２０１−２１５）を用いており、容量型アセンブリの各キャパシタは、２以上の平面を形成するように整列している。本発明の一実施形態では、容量素子は、高電圧がこれら２以上の平面に沿って次第に増大するようにして接続される。本発明の一実施形態では、高電圧発生装置は倍電圧器型回路である（３０１−１１０２）。本発明の一実施形態ではまた、高電圧装置はCrockcroft-Walton乗算器型回路である（１３０１−１６０１）。本発明の一実施形態ではまた、高電圧発生装置はHaefely乗算器型回路である（１７０１−１９０１）。本発明の一実施形態では、測定用抵抗器は二平面の間にのみ位置する。

当業者は、開示された実施形態及びその均等構成の構造及び／又は方法及び／又は作用及び／又は結果に対し本発明の範囲から逸脱しない様々な改変を施し又は提案することができる。

従来の測定装置の図である。 等価な容量素子及び電気回路での素子配置を示す図である。 本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の模式図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の電気回路図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の各素子の配置及び配線（プリント回路の経路設定）の図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の遠近図である。 スクリーン印刷された抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の電気回路図である。 スクリーン印刷された抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の各素子の配置及び配線（プリント回路の経路設定）の図である。 スクリーン印刷された抵抗素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の遠近図である。 スクリーン印刷された抵抗素子及び縦型容量素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の電気回路図である。 スクリーン印刷された抵抗素子及び縦型容量素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の各素子の配置及び配線（プリント回路の経路設定）の図である。 スクリーン印刷された抵抗素子及び縦型容量素子を用いた本発明の一実施形態による倍電圧器型回路の遠近図である。 本発明の一実施形態によるCrockcroft-Walton乗算器型回路の模式図である 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるCrockcroft-Walton乗算器型回路の電気回路図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるCrockcroft-Walton乗算器型回路の各素子の配置及び配線（プリント回路の経路設定）の図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるCrockcroft-Walton乗算器型回路の遠近図である。 本発明の一実施形態によるHaefely乗算器型回路の模式図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるHaefely乗算器型回路の電気回路図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるHaefely乗算器型回路の各素子の配置及び配線（プリント回路の経路設定）図である。 独立型抵抗素子を用いた本発明の一実施形態によるHaefely乗算器型回路の遠近図である。

符号の説明

１０１ 平行六面体形状の箱
１０２、１０３ 導電プレート
１０４ 平面抵抗器
１０５ フット・ブリーダ抵抗器
２０１、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１５、２１６、２１７、２１８ キャパシタ
２０２、２０３ キャパシタ端子
２０４ 電位差
２１３、２１４、２１９、２２０、２２１ 中間電位の点
３００ 倍電圧器型アセンブリ
３０１、３０２ ダイオード
３０３、３０４ キャパシタ
３０５ ブリーダ
３０６ 抵抗器
４０１ アセンブリ
４０２、４０３ 分岐回路
５００ 回路
５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１０、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６ キャパシタ
５１７、５１８、５１９、５２０ ブリーダ用抵抗素子
６０１ 抵抗器直列回路
８００ プリント回路
８０１ スクリーン印刷された抵抗器回路
１００１、１００２、１００３、１００４ キャパシタ
１１０１ 回路
１１０２ スクリーン印刷された抵抗器回路
１３０１、１３０２、１３０７、１３０８ キャパシタ
１３０３、１３０４、１３０５、１３０６ ダイオード
１３０９ ブリーダ
１３１０ 抵抗器
１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６、１４０７、１４０８、１４０９、１４１０、１４１１、１４１２、１４１３、１４１４、１４１５、１４１６ キャパシタ
１４１７、１４１８、１４１９、１４２０ 抵抗器
１５０１、１６０１ 回路
１７０１、１７０２、１７０７、１７０８、１７１３、１７１４ キャパシタ
１７０３、１７０４、１７０５、１７０６、１７０９、１７１０、１７１１、１７１２ ダイオード
１７１５ ブリーダ
１７１６ 抵抗器
１８０１、１８０２、１８０３、１８０４ キャパシタ
１９０１ 回路

Claims (10)

1. 第１のキャパシタ列（５０１−５０８）と、
   前記第１のキャパシタ列（５０１−５０８）に並列に接続された第２のキャパシタ列（５０９−５１６）と、
   高電圧の測定用の１以上の内部抵抗器（６０１）と、
   を備えた高電圧発生装置であって、
   前記第１のキャパシタ列は、第１の平面を形成するように整列した、直列接続された複数のキャパシタを有し、
   前記第２のキャパシタ列は、前記第１の平面に平行な第２の平面を形成するように整列した、直列接続された複数のキャパシタを有し、
   前記測定用抵抗器は前記第１及び第２の平面の間に配置されている、高電圧発生装置。
2. 複数の電圧整流器段の直列連関への交流電圧（ＶＡＣ）の印加によって直流電圧（ＶＤＣ）を発生させる高電圧発生装置である、請求項１に記載の装置。
3. 前記測定用抵抗器は幾つかの独立型抵抗素子（５１７−５２０）により形成される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記測定用抵抗器はプレートにスクリーン印刷された構成要素（８０１）により形成される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
5. 第１の接点と第３の接点の間で直列接続された複数のダイオード（Ｄ２１、Ｄ２２）と、
   前記第１の接点と第４の接点の間で直列接続された複数のダイオード（Ｄ１１、Ｄ１２）とを備え、
   前記第１のキャパシタ列は、前記第３の接点と第２の接点の間で、直列接続された偶数個のキャパシタ（５０１−５０４）と、前記第４の接点と前記第２の接点の間で、直列接続された偶数個のキャパシタ（５０５−５０８）を有し、
   前記第２のキャパシタ列は、前記第３の接点と前記第２の接点の間で、直列接続された偶数個のキャパシタ（５０９−５１２４）と、前記第４の接点と前記第２の接点の間で、直列接続された偶数個のキャパシタ（５１３−５１６）を有し、
   前記測定用抵抗器は、前記第４の接点と同じ電位となる第５の接点と第６の接点の間で直列接続された複数の抵抗素子（５１７−５２０）を備え、
   前記第１及び第２の接点への交流電圧（ＶＡＣ）の印加によって、前記第３及び第４の接点間に直流電圧（ＶＤＣ）を発生させる、請求項１に記載の装置。
6. 前記キャパシタの各々は、回路（５００）の平面に垂直な軸を有する円筒形素子であり、
   前記第１及び第２のキャパシタ列の奇数番目のキャパシタの第１の端と偶数番目のキャパシタの第２の端は前記回路の平面に位置付けられており、
   前記第１及び第２のキャパシタ列の前記奇数番目のキャパシタの第２の端と前記偶数番目のキャパシタの第１の端は前記回路の平面から離れた位置で互いに接続し、
   前記キャパシタは、前記高電圧が前記２以上の平面に沿って次第に増大するようにして接続されている、請求項５に記載の装置。
7. 倍電圧器型回路（３０１−１１０２）である請求項１−請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. Crockcroft-Walton乗算器型回路（１３０１−１６０１）である請求項１−請求項６のいずれか一項に記載の装置。
9. Haefely乗算器型回路（１７０１−１９０１）である請求項１−請求項６のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記測定用抵抗器は前記二平面の間にのみ設けられている、請求項１−請求項９のいずれか一項に記載の装置。

Images