JP4955986B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に遮蔽手段を設けることにより、Ｘ線管が発生する熱を効率よくハウジング外へ放出できるようにしたＸ線発生装置に関する。

従来、例えば、外科用のＸ線透視装置や、工業用のＸ線異物検査装置等には、瞬間的な許容負担は比較的小さいが、長時間に亘って安定した状態で使用できる固定陽極型Ｘ線管を採用したＸ線発生装置が多く使用されている。
しかし近年では、大出力で、しかも小型かつ信頼性が高いＸ線発生装置を安価に提供して欲しいとの要求が多いことから、Ｘ線発生装置の小型化及び低コスト化が進んでいるが、Ｘ線発生装置を小型化した場合、Ｘ線管より発生される熱をいかに効率よくハウジング外へ放出するかがＸ線管発生装置の信頼性を高める上で重要となる。

すなわちＸ線発生装置に採用されているＸ線管は、絶縁油が充填されたハウジング内に収容されているが、Ｘ線発生装置を長時間使用していると、Ｘ線管より発生する熱により絶縁油が高温となる。
しかしハウジング内には、熱に弱い半導体やキャパシタ等の受動素子、変圧器等（以下受動素子等という）が収容されているため、ハウジング内の絶縁油の温度が高温になると、受動素子等の性能が劣化したり、信頼性が著しく損なわれる上、絶縁油の温度がＸ線管の許容温度を超えた場合、放電が多発してＸ線発生装置の動作が不安定となるため、Ｘ線発生装置を採用している各種装置の信頼性が著しく損なわれる問題がある。
また絶縁油の温度が極端に上昇すると絶縁油のスラッジ化が進行するため、絶縁油自体の耐圧性が損なわれる等の問題もある。

かかる問題を改善するため、例えば特許文献１で、Ｘ線管が発生した熱を効率よく筐体（ハウジング）の外部へ放出できるようにしたＸ線発生装置が開示されている。
前記特許文献１に記載のＸ線発生装置は、Ｘ線管が収容された筺体内に絶縁油の熱を吸収する吸熱フィンが設けられている。
そして吸熱フィンが吸収した熱は、伝熱板を介して筺体の上部に設けられた放熱フィンへと伝熱され、放熱フィンにより筺体の外部へ放出されるように構成されている。
特開２００４−２２４５９号公報

しかし前記特許文献１に記載されたＸ線発生装置では、Ｘ線管の発熱により高温となった絶縁油の熱を、絶縁油に浸漬した吸熱フィンにより吸収する際熱損失が発生するため、絶縁油の熱を吸熱フィンで効率よく吸収できない問題がある。
また吸熱フィンが吸収した熱を、伝熱板を介して放熱フィンへ伝達する際にも熱損失を発生する上、伝熱板自体が絶縁油に浸漬されているため、吸熱フィンが熱を吸収しても、その熱が再び絶縁油側へ逃げてしまうと共に、伝熱板の上面が筺体の上部に設けられた蓋体の下面に接触された構造となっていることから、伝熱板から放熱フィンへ熱が伝わる際、伝熱板と蓋体との接触部に接触抵抗が発生し、これが放熱効率を著しく低下させる等の問題もある。

さらに絶縁油の熱を放熱フィンへ吸収させる際の伝熱効率と、伝熱板から蓋体を介して放熱フィンへ伝熱する際の接触熱抵抗等、複数の熱的パラメータを考慮してＸ線発生装置を設計する必要があるため、設計が複雑となって作業に多くの工数を必要とする等の問題もある。
本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、ハウジング内に遮蔽手段を設けることにより、Ｘ線管が発生する熱を効率よくハウジング外へ放出できるようにしたＸ線発生装置を提供することを目的とするものである。

本発明のＸ線発生装置は、内部にＸ線管や受動素子等が収容され、かつ絶縁油が充満されたハウジングと、ハウジングの開口部を密閉する蓋体と、蓋体の外側面に設置された放熱手段とを備えたＸ線発生装置であって、ハウジング内を、Ｘ線管を収容するＸ線管室と、受動素子等を収容する受動素子室とに区画する遮蔽手段を設けると共に、Ｘ線管室内の絶縁油と接する蓋体の外側面に放熱手段を設置したものである。

前記構成により、Ｘ線管より発生された熱は、絶縁油から蓋体に設置された放熱手段に直接伝熱された後、放熱手段によりハウジングの外部へ放出されるため、Ｘ線管より発生された熱を高効率でハウジング外へ放出できるようになる。
またＸ線管室内にＸ線管全体を収容していることから、ハウジング内にＸ線管を設置する際、Ｘ線管の向きに制限を受けることがないため、設計の自由度が増すと共に、Ｘ線管を冷却したため高温となった絶縁油の熱を、直接放熱手段へ伝達して放熱する構造としたことにより、Ｘ線発生装置を設計する際単一の熱的パラメータを考慮するだけでよく、これによってＸ線発生装置の設計が少ない工数で容易に行えるようになる。

本発明のＸ線発生装置は、放熱手段を、蓋体の外側面に設置された放熱フィンと、放熱フィンを強制冷却する冷却ファンとから構成したものである。

前記構成により、Ｘ線管より発生された熱は、絶縁油から蓋体に設置された放熱フィンに直接伝熱された後、放熱フィンを強制冷却する冷却ファンによりハウジングの外部へ強制的に放出されるため、Ｘ線管より発生された熱をより効率よくハウジング外へ放出できるようになる。

本発明のＸ線発生装置は、遮蔽手段を断熱性を有する仕切り板により形成したものである。

前記構成により、Ｘ線管室内の温度に対して受動素子室内の温度を十分に低くできるため、受動素子等の性能が早期に劣化したり、信頼性が著しく損なわれることがない上、遮蔽手段が安価に得られることから、Ｘ線発生装置のコスト低減も図れる。

本発明のX線発生装置によれば、Ｘ線管より発生された熱は、絶縁油から蓋体に設置された放熱手段に直接伝熱された後、放熱手段によりハウジングの外部へ放出されるため、Ｘ線管より発生された熱を高効率でハウジング外へ放出することができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１はＸ線発生装置の断面図、図２はＸ線発生装置の制御系を示すブロック図、図３はＸ線発生装置の一部を破断した分解斜視図、図４はハウジング部分の分解斜視図である。
モノタンク構造により構成されたＸ線発生装置の本体１は、上面が開口する角箱状のハウジング２を有しており、ハウジング２の上面開口部２ａが蓋体３により密閉された油密構造となっている。

ハウジング２内には、底板２ｂに開口されたＸ線照射孔２ｃとＸ線照射部４ａが合致するようＸ線管４が設置されている。
Ｘ線管４には、長時間使用しても安定して動作する例えば固定陽極型Ｘ線管が使用されていて、Ｘ線管３内に水平に設けられたアノード４ｂの一端側は、Ｘ線管３の一方の端面に突設されたラジエータ４ｃに接続されており、アノード４ｂで発生した熱がハウジング２内に充満された絶縁油５により冷却されるようになっている。

ハウジング２の内底面には、凹溝からなる嵌合溝２ｄがＸ線管４を囲むように角枠状に形成されていて、この嵌合溝２ｄ内に遮蔽手段６の下部が上方より嵌合されている。
遮蔽手段６は図４に示すように、周囲が仕切り板６ａにより形成された角筒状をなしており、全体が電気絶縁性が高く、かつ断熱性の高い例えばフェノール樹脂や、テフロン（登録商標）樹脂等の樹脂、耐油性を有する圧縮紙等により一体成形されており、または各仕切り板６ａを接着剤の手段で連結することにより形成されている。

遮蔽手段６を形成する仕切り板６ａのうち、Ｘ線管４と後述する高電圧発生回路８との間に設けられた仕切り板６ａと、この仕切り板６ａと対向する仕切り板６ａには、複数の小孔よりなる通油孔６ｂが水平方向に間隔を存して穿設されていると共に、遮蔽手段６の高さは、ハウジング２の内底面から蓋体３の下面までの高さに、ハウジング２の内底面に形成された嵌合溝２ｄの深さ及び蓋体３の下面に形成された嵌合溝３ａの深さを加えた値とほぼ等しくなっており、遮蔽手段６の上端部、すなわち各仕切り板６ａの上端部は、蓋体３の下面に形成された嵌合溝３ａ内に下方より嵌合されている。

そしてハウジング２内に角筒状の遮蔽手段６を設けることにより、ハウジング２内が図１に示すように、Ｘ線管４が収容されたＸ線管室２ｆと、受動素子室２ｇに区画されていて、受動素子室２ｇ内に、フィラメント用変圧器７と高電圧発生回路８が収容されている。
フィラメント用変圧器７は、Ｘ線管室２ｆ内のＸ線管４とリード線９により電気的に接続されていて、Ｘ線管４のフィラメント（図示せず）に電圧を印加できるようになっている。
高電圧発生回路８は、高電圧変圧器と高電圧整流回路（ともに図示せず）とから構成されていて、Ｘ線管４に高電圧を印加できるようになっており、フィラメント用変圧器７及び高電圧発生回路８は、後述する放熱フィン１７上に設置された制御手段１０に接続されている。

制御手段１０は図２に示すように、商用電源１２を交流から直流に整流する整流回路１３と、整流された直流を再び交流に変換して高電圧発生回路８へ供給するインバータ１４と、インバータ１４を制御することによりＸ線出力を制御する制御回路１５とから構成されており、制御手段１０は、放熱手段１７を覆うようにして設けられた制御ケース１８内に収容されている。
放熱手段１７は、ハウジング２の上面を覆う蓋体３と制御ケース１８の間に形成された空気流路１９内に設置された放熱フィン２０及び放熱フィン２０を強制冷却する冷却ファン２１とからなる。

放熱フィン２０は、熱伝導率の高い例えばアルミニウムにより形成された蓋体３の上面に、蓋体３と一体形成されたもので、空気流路１９の上流側から下流側に立設された多数の薄板により形成されたフィン群２０ａからなる。
フィン群２０ａを形成する薄板は、空気流路１９の幅方向にほぼ等間隔に設けられていて、上部側の開放端は制御ケース１８の底板１８ａに密着されており、フィン群２０ａの空気流通方向（矢印Ａ）の長さは、遮蔽手段６により区画されたＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の熱が効率よく外部へ放出できるように、Ｘ線管室２ｆの空気流通方向Ａの長さとほぼ等しいか、これより長く形成されている。

空気流路１９の下流側には、放熱フィン２０側より排気口１９ｂ側へ順次断面積が拡大するファンケース２１ａが設けられていて、このファンケース２１ａ内に冷却ファン２１が収容されている。
冷却ファン２１は、例えば電動ファンにより形成されていて、空気流路１９の吸気口１９ａより吸入した大気を放熱フィン２０のフィン群２０ａ間へ流通させた後、排気口１９ｂより排出するようになっている。

次に前記構成されたＸ線発生装置の作用を説明する。
Ｘ線発生装置は、例えばＸ線ＣＴ装置等の外科用透視装置や、Ｘ線を使用して被検体中混入した異物を検出するＸ線異物検査装置等に使用するが、何れの場合も長時間連続した状態で使用されることが多い。
Ｘ線管装置を連続運転すると、Ｘ線管４に印加される高電圧によりＸ線管４のアノード４ｂが発熱する。
アノード４ｂで発生した熱は、Ｘ線管４の一端側に設けられたラジエータ４ｃへ伝達され、ラジエータ４ｃを冷却するハウジング２内の絶縁油５へ放熱されるため、ハウジング２内に充満された絶縁油５が加熱される。

しかしハウジング２内には、Ｘ線管４を囲むように設けられた仕切り板６ａにより形成された遮蔽手段６が設けられていて、遮蔽手段６によりハウジング２内がＸ線管室２ｆと能動素子室２ｇとに区画されているため、Ｘ線管４を冷却するＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の温度がハウジング２内の絶縁油５の温度より上昇する。
そしてＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の温度上昇により、絶縁油５がＸ線管室２ｆ内で自然対流を繰り返すと同時に、Ｘ線管４より発生される磁界によりＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の対流が促進されて、Ｘ線管室２ｆ内の絶縁油５の上層部が最も高温となる。

また遮蔽手段６により区画されたＸ線管室２ｆ内は熱容量が小さいことから、従来のハウジング２の全体に充満された絶縁油５によりＸ線管４を冷却する場合に比べて、Ｘ線管４内の絶縁油は早期に高温となると共に、特に高温となったＸ線管室２ｆ上層部の絶縁油５の熱は、蓋体３と一体に形成された放熱フィン２０へ直接伝達される。

一方Ｘ線管装置本体１の運転中常時回転される冷却ファン２１により、空気流路１９内に設けられた放熱フィン２０のフィン群２０ａ間には絶えず外気が流通されているため、蓋体３より放熱フィン２０に伝達された熱は、空気流路１９を流通する空気と熱交換されて、排気口１９ｂより大気へ放出される。
これによって、Ｘ線管４のアノード４ｂより発生された熱は、絶縁油５から蓋体３と一体に形成された放熱フィン２０に直接伝熱された後、空気流路１９を流通する空気と熱交換されて、ハウジング２の外部へと放出されるため、伝熱効率をほとんど損なうことなく高効率でハウジング２外へ放出できるようになる。

また仕切り板６ａによりＸ線管室２ｆと区割された受動素子室２ｇは、仕切り板６ａに穿設された複数の小孔よりなる通油孔６ｂにより連通されているが、仕切り板６ａ自体が断熱性を有するため、Ｘ線管室２ｆが高温、例えば９０゜Ｃ近くまで温度上昇しても自動素子室２ｇ内の絶縁油５の温度は６０゜Ｃ程度までしか上昇せず、これによって誤ってハウジング２の外周面に手等が触れても火傷する等の心配がない。

しかも前記実施の形態によれば、ハウジング２内に遮蔽手段６を設ける際、遮蔽手段６を形成する仕切り板６ａの上下端部を、蓋体３の下面と、ハウジング２の内底面に形成された嵌合溝２ｄ，３ａへ嵌合するだけで遮蔽手段６を取り付けることができるため、Ｘ線発生装置本体１の組み立て作業が従来に比べて格段に容易になり、これによって組み立て時の煩雑な作業を解消することができる。
さらに従来では、絶縁油の熱を放熱フィンへ吸収させる際の伝達効率と、伝熱板から放熱フィンへ伝熱する際の接触熱抵抗等の複数の熱的パラメータを考慮してＸ線発生装置を設計する必要があったが、本発明の実施の形態では、絶縁油５の熱を直接放熱フィン２０へ伝達して放熱する構造としたことにより、単一の熱的パラメータを考慮するだけでよいため、Ｘ線発生装置の設計が容易に行えるようになる。

なお前記実施の形態では、ハウジング２の内底面と蓋体３の下面に形成した嵌合溝２ｄ、３ａ内に遮蔽手段６の上下端部を嵌合することにより、ハウジング２内に遮蔽手段６を設けたが、図５ないし図８に示す第１変形例及び第２変形例のように、ハウジング２内に遮蔽手段６を設けるようにしてもよい。

図５及び図６に示す第１変形例では、嵌合溝２ｄ、３ａを形成する代わりに、ハウジング２の内底面を蓋体３の下面にアングル等の型材２３を固着して嵌合溝２ｄ、３ａを形成したもので、遮蔽手段６は前記実施の形態と同様なものを使用している。
すなわち断面がＬ字形に形成された型材２３の垂直面が遮蔽手段６を形成する仕切り板６ａの内外面と接するように型材２３の垂直面を向い合わせにし、かつ型材２３の水平面をハウジング２の内底面及び蓋体３の底面に溶接やビス止め等の固着手段により固着することにより、各型材２３の垂直面間に遮蔽手段６の上下端を嵌合する嵌合溝２ｄ、３ａを形成した構成となっている。

前記第１変形例も、遮蔽手段６によりハウジング２内がＸ線管室２ｆと受動素子室２ｇとに区画されているため、前記実施の形態と同様な作用効果が得られるが、ハウジング２の底板と蓋体３に嵌合溝２ｄ，３ａを形成する必要がないため、ハウジング２の底板及び蓋体３の板厚を前記実施の形態に比べて溝肉にできる効果がある。

図７及び図８に示す第２変形例は、断面がＬ字形をなす型材２３により嵌合溝２ｄ、３ａを形成する点は前記第１変形例と同様だが、ハウジング２内を一枚の仕切り板６ａよりなる遮断手段６によりＸ線管室２ｆと受動素子室２ｇとに区画した点が前記実施の形態及び第１変形例とは異なっている。
すなわち、この第２の変形例では、ハウジング２の内底面のほぼ中央と、蓋体３の底面のほぼ中央に、空気流通路１９の空気流通方向Ａと直交するように型材２３を嵌合溝２ｄ、３ａを形成している。

そして各嵌合溝２ｄ、３ａとほぼ同じ長さに形成した仕切り板６ａの上下端をハウジング２側の嵌合溝２ｄと蓋体３側の嵌合溝３ａにそれぞれ嵌合して、ハウジング２内をＸ線管室２ｆと受動素子室２ｇとに区割りした構成となっている。
またこの第２変形例では、Ｘ線管室２ｆ内の絶縁油５がハウジング２の側面に接するため、ハウジング２の外側面が高温となり、誤って触れた場合火傷する虞がある。
これを防止するため、Ｘ線管室２ｆ側のハウジング２の外側面に、図８に示すように仕切り板６ａと同様な断熱性を有する保護板２４を取り付けて、誤って触れた場合でも火傷することがないようにしている。

この第２変形例の場合、仕切り板６ａを設ける位置により、Ｘ線管室２ｆの容積が前記実施の形態及び第１変形例に比べて大きくなることがあるが、ハウジング２全体の容積に比べてＸ線管室２ｆの容積を十分に小さくできることから、前記実施の形態と同様な作用効果が得られる上、遮蔽手段６の構造や嵌合溝２ｄ、３ａを形成する型材２の配置が単純化されるため、より製作が容易となる効果が得られる。

なお前記第２変形例では、仕切り板６ａをハウジング２に固定するのに型材２３を使用したが、前記実施の形態と同様に、ハウジング２の内底面と蓋体３の下面にそれぞれ凹溝よりなる嵌合溝２ｄ，３ａを形成して、これら嵌合溝２ｄ，３ａに仕切り板６ａの端部を嵌合することにより、仕切り板６ａをハウジング２に固定するようにしてもよい。

一方図９は、本発明のＸ線発生装置を、Ｘ線異物検査装置３０に適用した例を示すもので、次にこれを説明すると、Ｘ線検査装置３０のＸ線発生装置取り付け部３０ａに、Ｘ線照射孔２ｃを下向きにして本体１が設置されていて、ハウジング２の下部外側面が固定手段３１により下部フレーム３０ａの上面に固定されている。
下部フレーム３０ａには、Ｘ線管４より照射されるＸ線を遮断しないように開口部３０ｂが開口されており、ハウジング２の上面開口部２ａを密閉する蓋体３の上面に設けられた放熱手段１７は、Ｘ線異物検査装置３０の上部フレーム３０ｃに下方より当接されている。
放熱手段１７は、熱伝導率の高い例えばアルミニウムにより形成され蓋体３と一体に設けられた中実構造の熱伝導部材３２により形成されていて、Ｘ線管室２ｆ内で加熱された絶縁油５の上層部の熱を上部フレーム３０ｃへ伝導するようになっている。

次に前記構成のＸ線異物検査装置３０の作用を説明すると、Ｘ線異物検査装置３０を長時間連続した状態で使用していると、本体１のＸ線管４に印加される高電圧によりＸ線管４のアノード４ｂが発熱するが、アノード４ｂで発生した熱は、Ｘ線管４の一端側に設けられたラジエータ４ｃへ伝達され、ラジエータ４ｃを冷却するハウジング２内の絶縁油５へ放熱されるため、ハウジング２内に充満された絶縁油５が加熱される。
しかしハウジング２内には、Ｘ線管４を囲むように設けられた仕切り板６ａにより形成された遮蔽手段６が設けられていて、遮蔽手段６によりハウジング２内がＸ線管室２ｆと能動素子室２ｇとに区画されているため、Ｘ線管４を冷却するＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の温度がハウジング２内の絶縁油５の温度より上昇する。
そしてＸ線管室２ｆ内の絶縁油５の温度上昇により、絶縁油５がＸ線管室２ｆ内で自然対流を繰り返すと同時に、Ｘ線管４の高電圧部が絶縁油の帯電流動を生じさせるため、Ｘ線管室２ｆ内の絶縁油５の対流が促進されて、Ｘ線管室２ｆ内の絶縁油５の上層部が最も高温となる。

また遮蔽手段６により区画されたＸ線管室２ｆ内は熱容量が小さいことから、従来のハウジング２の全体に充満された絶縁油５によりＸ線管４を冷却する場合に比べて、Ｘ線管４内の絶縁油は早期に高温となると共に、特に高温となったＸ線管室２ｆ上層部の絶縁油５の熱は、蓋体３と一体に形成された熱伝導部材３２へ直接伝達される。
これによって、Ｘ線管４のアノード４ｂより発生された熱は、絶縁油５から蓋体３と一体に形成された熱伝導部材３２に直接伝熱された後、熱容量の大きいＸ線異物検査装置３０の上部フレーム３０ｃへと放熱されるため、伝熱効率をほとんど損なうことなく高効率でハウジング２外へ放出できるようになる。

なお蓋体３に熱伝導部材３２を形成せず、蓋体３の上面を直接上部フレーム３０ｃに接続しても同様な放熱効果が得られるようになる。
また前記実施の形態及び第１、第２変形例では、受動素子室２ｇ内にフィラメント用変圧器７を設けているが、陰極接地型のＸ線管４を用いる場合は、フィラメント用変圧器７を設けなくてもよいと共に、運転時高圧変圧器が高温になる場合は、高電圧発生回路８をＸ線管室２ｆ内に設けるようにしてもよい。

本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置のハウジング及び遮蔽手段の分解斜視図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の第１変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の第１変形例になるハウジング及び遮蔽手段の分解斜視図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の第２変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置の第２変形例になるハウジング及び遮蔽手段の分解斜視図である。 本発明の実施の形態になるＸ線発生装置を、Ｘ線異物検査装置に適用した例を示す断面図である。

符号の説明

２ ハウジング
２ａ 開口部
２ｄ 嵌合溝
３ 蓋体
３ａ 嵌合溝
４ Ｘ線管
５ 絶縁油
６ 遮蔽手段
６ａ 仕切り板
６ｂ 通油孔
１７ 放熱フィン
２１ 冷却ファン
２３ 型材

Claims (1)

1. 内部にＸ線管及び、このＸ線管用の高電圧発生回路とフィラメント変圧器とを含む受動素子が収容され、かつ絶縁油が充満されたハウジングと、前記ハウジングの開口部を密閉する蓋体と、前記蓋体の外側面に設置された放熱手段とを備えたＸ線発生装置であって、前記ハウジング内は、前記Ｘ線管を収容するＸ線管室と、前記受動素子を収容する受動素子室とを断熱性を有する遮蔽手段で区分けし、上記放熱手段は、前Ｘ線管室内の前記絶縁油と接する前記蓋体の外側面に設置された放熱フィンと前記放熱フィンを強制冷却する冷却ファンとを備えたことを特徴とするＸ線発生装置。

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