JP5283869B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線発生装置（Ｘ線生成デバイスとも呼ばれる）に関する。より詳細には、この発明は、ハウジング、ハウジング内のＸ線管、および装置の動作を最適化するように設計された他の支持部材を含むＸ線発生装置に関する。

Ｘ線発生装置は、技術的に知られており、医療分野から、さらに最近では爆発物の検出まで様々な用途で使用するために極めて価値のある器具として広く認識されている。医療分野については、例えば、このような装置は診断および放射線治療学などの領域で一般的に用いられている。爆発物検出については、このような装置はさらに最近では、航空会社の荷物コンベヤなどの上を移動する荷物内の爆発物検出用に、この発明の譲受人によって製造された検出装置内で使用するよう適応がなされてきた。このような装置の例は、上記の同時係属特許出願内で定義されている。

一般的にいって、ここで定義されるようなＸ線発生装置の動作は同様である。一般に、Ｘ線またはＸ線放射は、電子を生成して高速に加速し、それから突然停止する際に生成される。一般に、この手順はＸ線管内で発生し、前記Ｘ線管は真空容器を有し、前記真空容器は通常ガラスまたは金属とガラスの組み合わせから構成される。カソード構造は一般に容器内に配置し、管を起動したとき電子を生成する。アノード構造はカソード構造から短い間隙を介した位置（ギャップ）に配置し、カソードから放出された電子を受け取るように設計する。電位はカソードとアノードの間に印加し、カソード構造（フィラメントとも呼ばれる）から放出された電子でビームの細いストリームを形成し、アノード構造上の表面（ターゲットとも呼ばれる）に向かって非常に高い速度まで加速させる。このアノードのターゲット面は高い原子番号を備えた耐熱金属からなり、電子がそれに衝突すると、得られる運動エネルギの少なくとも一部は非常に高周波の電磁波に変換され、これらがＸ線となる。得られたＸ線はターゲット面から放射し、コンベヤに沿って移動する上記の荷物などの物体内を貫通させるためにコリメートする。上記のように、爆発物検出装置内で用いる場合、これらのＸ線は荷物を貫通、検出、解析し、荷物内の一つ以上の物体の性質を決定する。

一般的にいって、Ｘ線装置に提供される入力エネルギの比較的わずかな部分だけがＸ線の生成をもたらす。ターゲット面における電子衝突から得られる運動エネルギの大部分は熱に変換され、それは極めて高温に到達する可能性がある。熱はアノードによって吸収され、アノード装置の他の部分に伝導するだけでなく、真空容器内の他のＸ線管部品や、内部にＸ線管を保持するＸ線装置の他の部品にも伝導する。時間が経つと、この熱はアノード、アノード装置、他の管の部品、装置全体や、他の内部部品を損傷する可能性があり、Ｘ線管の動作寿命や管の性能および動作効率を低下させる可能性がある。

これらの高い動作温度の存在から生じる問題の解決に役立てようと、いくつかの方式が用いられている。例えば、いくつかのＸ線デバイスでは、回転アノード円盤の環状部に、Ｘ線ターゲットつまり焦点軌道を配置する。アノードはさらに、支持シャフトおよび回転子装置上に取り付け、それからモータで回転させることができる。動作中、円盤は高速で回転し、焦点軌道を電子ビーム経路の内外に連続的に回転させ、非常に短い時間だけ電子ビームは焦点軌道に沿った所定の点に接触する。これによって、電子ビームの経路に回転して戻ってくるのにかかる時間中は軌道の残りの部分は冷却でき、アノードによって吸収される熱量を低減できる。アノードの回転は焦点軌道上の焦点に存在する熱量を低減するが、大量の熱はなおアノード、アノード駆動装置、および装置ハウジング内の他の部品に伝達される。

別の方式では、第二外側金属（例えば、鉛）ハウジング内に真空容器を構成するハウジングを配置し、前記第二外側金属ハウジングは放射線シールドとして機能して放射線の漏れを防ぎ、さらに冷却媒体用の容器として機能する。一つのよく知られたこのような媒体はオイルである（導電性がないため絶縁油とも呼ばれる）。このようなオイルを用いて、内側の真空容器の外面にポンプで循環させることは技術的によく知られている。熱がＸ線管の部品（アノード、アノード駆動装置（使用されている場合）など）から放出される際、真空ハウジングの外面に放射され、それから冷却流体によって少なくとも部分的に吸収される。加熱された冷却流体はその後、放射面などの熱交換デバイスの一部の形態に送られ、熱の大部分を除去できる。流体はその後、外側ハウジングを介してポンプによって再循環され、プロセスを繰り返す。オイルは電気的絶縁体としても機能し、真空ハウジングと外側ハウジングの間の電気的アーク放電の可能性を低減する。従って、オイルはＸ線装置内で適切に循環させることが必須である。

いくつかの既知のＸ線源では、冷却／絶縁媒体として外側ハウジングとオイルを使用しなくてもよい。例えば、いくつかの解決策では強制空気を利用して、真空ハウジングとその部品から熱を除去する。しかし、これらの方式は、様々な理由のため完全に満足できるものではない。例えば、冷却媒体として強制空気を利用する既知のＸ線生成デバイスは高電圧Ｘ線用途に対する適応がなされ、このような用途は一般にアノードとカソードの間で１５０ｋＶ以上の動作電位を利用する。高動作電圧はより高い動作温度をもたらし、空気対流を用いて十分な熱除去を保証するために、これらのＸ線管は一般に真空容器の外面に形成したフィンまたはチャネルを備え、熱除去を向上させている。当然のことながら、この追加の構造が必要なことは製造の複雑さを増大し、装置に対して追加の物理的空間要件を含んでいる。

Ｘ線装置、特に比較的高電圧で動作するもの（例えば、１５０ｋＶを超えるもの）に関連した別の懸念は、アノードおよびカソード構造の間で許容できないアーク放電が生じる可能性があることである。このようなアーク放電はもちろんＸ線管の内部部品を破壊し、システム全体にその他の損傷を引き起こす可能性がある。Ｘ線管は高い内部真空を有し、その結果、管を使用していないとき金属内部の部品が真空を汚染する可能性がある。通常、このような汚染は、管の通常動作中に再結合する。しかし、再結合がうまく発生しない場合、汚染は「マイクロアーク放電」または主アーク放電と呼ばれるものさえ引き起こす可能性がある。多くの場合、マイクロアーク放電は管の検出データに異常を引き起こすだけであり、管を動作させ続けると自己修復する。しかし、主アーク放電は、それが発生するたびにさらに真空を汚染する。所定の期間（アーク放電損傷の程度による）管を動作させた後、管を脱ガスすれば完全整備状態に戻すことができる。しかし、損傷が広範囲であれば、管を取り換える必要がある。従来の管設計では、余分な電流フローからわかるように、電源がアーク放電を検出するために役立っている。

以降の文書では、様々なＸ線装置の例を説明する。

特許文献１では、比較的小さな放射線撮影検査装置が説明されており、前記装置は誘電体材料の壁を備えたハウジング、ハウジング壁の内面に固定した導電性裏地、およびハウジングの内部チャンバと連絡する流入手段と流出手段を有し、前記チャンバに対して絶縁性誘電媒体の自由な循環を可能にする。

特許文献２では、真空リレーおよび回路ブレーカ内など、内部に可動部材を備えた密閉デバイス内で用いられる金属ベローズの寿命を改善するための装置が説明されている。金属ベローズの渦巻きは、べローズの可動端部に隣接するこのようないくつかの渦巻きを含む軸方向に対してシリコーン誘電体ゲルで充填し、主張によると軸方向の機械的振動を減衰し、可動端部に隣接するべローズ部に余分な応力が蓄積しないようにする。

特許文献３では、歯科用放射線撮影で使用するための既存のＸ線管およびシールドが説明されている。従来の装置は開端を備えた円筒シールド内に取り付けたＸ線管を有し、管の焦点はシールド内に設けた小さな開口部に対して中心を合わせる。このＸ線生成器内の管シールド装置の位置合わせは、試行錯誤的手段によって実現される。その改善は、シールドから外向きに、シールドの小さな開口部の周りに同心円状に延びる内部にネジを切った管状部材を含んでいる。ネジを切った管状部材はフィルタ要素で受け取り、前記フィルタ要素はＸ線生成器のアイポート内に配置する。管状部材とアイポート開口部の間にはわずかな寸法の隙間を設けるので、フィルタ要素が環状部材と噛み合うと環状部材はＸ線管およびシールドと自動的にそれ自体に中心を合わせる。

特許文献４では、ハウジングを備えた密閉、内蔵、空冷産業用Ｘ線機械が説明されており、前記ハウジングはガス対ガスの熱交換器でもある。Ｘ線管および電力変換器用の円筒金属ハウジングは機械加工し、内面と外面の両方に介在する細い羽根を備えた多数の細い放射状の溝を提供する。外側は薄壁の円筒ジャケットで被覆し、複数の縦方向の通路を提供する。内側の管状スリーブはＸ線管を支持し、内部の溝の側に密に適合するように調整して内面に複数の縦方向の溝を提供する。ハウジングは端部プレートで閉鎖密閉し、所定の圧力の所定の熱伝達および絶縁性ガスを充填する。内部ファンは、Ｘ線管上および内部の縦方向の通路を介してファンに戻るようにガスを循環させる。外部ファンは、外側の縦長の通路を介して部屋の空気を循環させる。

特許文献５では、内部に熱生成部品を備えたＸ線放射器が説明されており、前記部品はその周りに絶縁性流体を充填したハウジング内に収容されている。循環ポンプはハウジングの内部と流体連絡し、個々のポートを有し、前記ポート間でポンプによって流体を循環させ、部品からの熱を放散させる際に役立つ。ポンプはハウジング内に一体化させることも、ハウジング外に取り付けることもでき、そのポートだけがハウジング内部と連絡している。ポンプは、船のプロペラなどの流体搬送要素を備えたカゴ型誘導モータであってもよく、回転子とユニットを形成して固定子と共に保護ハウジング内に配置する。

特許文献６では、真空管容器を含むＸ線管が一般に説明され、前記容器は主に金属から製造され、第一および第二端部壁と円筒側壁を備え、回転アノードを収容し、そのターゲット面は第二端部壁と対向している。熱伝達スリーブは第一端部壁からアノードを介して延び、アノードからの熱を受け取りそれを端部壁に伝達し散逸させる。スリーブの端部の熱伝達十字プレートはさらにアノードを収容し、熱を受け取り伝達する。管容器は円筒管ハウジング内に取り付け、第一端部壁はフィン付き実装プレートと接触して熱を散逸する。管容器の表面は十分に冷却したままにして鉛層を適用し、それによって管は小型になる。アノードとカソードの電気供給は、第二端部壁を介して行う。電気供給は、その上に鉛を備え傾斜した終端部を有する。

特許文献７では、その温度を低減するために熱交換器を介してオイルを循環させるＸ線管が説明されている。より詳細には、少なくとも一つの熱冷媒流体を受け取る開口部は、カソード終端装置を取り囲むホーン部の上側の大部分内で、吸引管の端部に隣接して規定される。流体内のガスの泡は、Ｘ線管ハウジング内の電界によってイオン化される可能性があり、Ｘ線管の電流異常および対応するＸ線管の出力異常を引き起こすので吸引管の開口部内に引き込む。脱泡器は、Ｘ線管のアノードのホーン部に戻す前に冷却した冷媒流体から泡を除去する。また、泡は、熱交換器およびポンプの動作によって再吸収、溶解、または均一化する場合もある。冷媒流体は、熱を吸収するＸ線管の中央部を介して、カソードのホーン部に戻る。

特許文献８では、Ｘ線放射器を備えたＸ線設備を動作させるための方法が説明されており、前記Ｘ線放射器は電気的絶縁性液体を充填したハウジング内にＸ線管を有する。電気的絶縁性液体はそれによって周期的に脱ガスされ、生成されたＸ線放射によって引き起こされる電気的絶縁性液体の分解の結果として生じるガスがＸ線放射器の高電圧強度を劣化させるのを防ぐ。

特許文献９ではＸ線生成装置が説明されており、前記装置は回転アノードのターゲットとカソード装置を備えた単一の真空容器を備え、Ｘ線窓を介して送られるＸ線を生成する。カソード装置は、その上部壁内の開口部を介して真空容器内に配置し、この開口部を完全に被覆する円盤を有する。単一の真空容器と円盤は、放射線シールドを構成する。単一の真空容器の熱容量を増やし、保持台内にＸ線生成装置を設置するためにさらに取り付けブロックを有し、前記ブロックは単一の真空容器に接続するか、またはそれを取り囲むことができる。Ｘ線窓は、取り付けブロック内に配置する。窓アダプタは、Ｘ線窓を設置するために利用できる。

特許文献１０では、主張によるとＸ線管の寿命を延長するための方法および装置が説明され、前記Ｘ線管はＸ線を生成するための「挿入部」を有する。挿入部はハウジング内に収容され、そこで絶縁性流体がハウジング内の挿入部の周りを循環し、熱的電気的絶縁を提供する。この特許は、絶縁性オイルから水を除去するための方法および装置を含んでいる。一実施例は融合要素を含む処理部を含み、オイルから蒸気として水を除去する。他の実施例は、ハウジングの内部を乾燥するための方法およびデバイスを含んでいる。別の実施例は融合要素を備えた処理部を含むキットを有し、絶縁性オイルから水を除去する。

特許文献１１では放射線撮影装置が説明されており、前記装置は単一の一体型ハウジングを利用して、アノードおよびカソード装置用の真空容器を提供する。一体型ハウジングは主張によると、十分な放射線遮蔽および熱伝達特性を提供し、追加の外部ハウジングを必要としない。一体型ハウジングは空冷されるので、任意の冷媒を使わなくてすむ。さらに、一体型ハウジングは充填材料で絶縁され、前記材料は一体型ハウジングとその部品を電気的に絶縁し、さらに動作中にハウジングから放出されるノイズの量を制限する。別の実施例では、管内部の所定の領域に配置した充填材料の使用によって、熱的および電気的絶縁特性の改善が主張によると実現される。充填材料は管装置を介した最適な気流と協調し、そこから熱を効率的および連続的に除去する。

特許文献１２では、Ｘ線放射を生成するデバイス内の改善された放射線減衰用のデバイスが説明されている。高電圧容器が開示され、前記容器はＸ線管に電気を供給するために高電圧コネクタに適合するように調整され、誘電体材料とＸ線減衰金属化合物などのＸ線減衰材料の混合物から形成される。そうでなければシールドのない容器を貫通する高電圧容器に衝突したＸ線放射は、Ｘ線減衰材料によって吸収または散乱され、追加のＸ線シールドを必要としない。また、Ｘ線管を収容するように適応させたＸ線ハウジングと、高電圧容器を含むＸ線ハウジング装置も開示されており、前記高電圧容器および選択的にＸ線ハウジングの一部は、誘電体材料とＸ線減衰材料の混合物から構成される。

特許文献１３では高電圧生成器が説明されており、前記生成器は高出力電力と共に特に低重量を実現するように調和がとられ、計算断層撮影装置などの回転Ｘ線システムでの使用に特に適している。この目的のために、高電圧生成器はハイブリッド絶縁を備え、前記絶縁は高抵抗発泡体および絶縁性液体によって可能な限り形成される。高抵抗発泡体のみで保証可能なものより強い熱放出または電気強度を必要とする領域で、絶縁性液体が流れることができるチャネルを形成するように発泡体を成形し構成する。

特許文献１４では、閉ループ冷却流体回路内に恒久的に含まれるフィルタ手段によって、冷媒流体から金属粒子および他の分解生成物をフィルタ処理することによってＸ線管の有用な寿命が主張によると延長され、前記流体回路はさらにポンプ手段と熱交換手段を有する。

特許文献１５では、Ｘ線管を含む高電圧デバイス内で使用するための誘電体コネクタが説明されている。コネクタは誘電体材料を有し、Ｘ線管に取り付ける前に事前成形される。コネクタの事前成形は内部に第一キャビティ部を形成し、前記第一キャビティ部は管面の対応するセグメントの形状に一致する。第二キャビティ部も、高電圧容器を受け取るために規定される。管を取り付ける際、第一キャビティ部は対応する管のセグメントを受け取る。高電圧容器は第二キャビティ部内に受け取られ、管面上に規定された容器と電気的に接続する。容器は、電極を通過する高電圧信号は管内に配置したアノードまたはカソードのいずれかに接続できる。コネクタの事前成形によって、管を取り付ける前にコネクタの検査および修正を行い、資源、時間、およびコストを節約できる。

なお、本発明は、米国で出願された次の各出願と同時係属出願の関係にあり、これらの相互参照をすると、次の通りである。これらの同時係属出願は全て、この発明の出願人に譲渡されている。

米国特許出願番号１１，０９１，５２１、出願日２００５年０３月２９日では、荷物上にビームを導き、確立された基準に基づいて荷物内の物体（例えば、爆発物）を検出するためにフレーム上に配置した複数の個別の画像検査デバイス（例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影デバイスなどのＸ線発生装置）を用いる画像検査装置が定義されている。装置は、移動経路に沿って装置内の検査場所まで荷物を送るコンベヤを利用し、そこで検査デバイスは荷物上にＸ線ビームを導く。ビームは、処理および解析装置に提供される信号を検出および出力し、前記装置は信号を解析し、基準に適合する所定の物体を識別する。

米国特許出願番号１１／１４１，４９４、出願日２００５年０６月０１日では、出願番号１１／０９１，５２１のものと同様の画像検査装置が定義されており、前記装置は冷却構造を利用して、Ｘ線画像デバイスの冷却を実現しその長寿命化を保証している。

米国特許出願番号１１／１４１，３４９、出願日２００５年０６月０１日でも、出願番号１１／０９１，５２１のものとある程度同様の画像検査装置が定義されているが、前記装置は出願番号１１／１４１，４９４内で定義されたものとは異なる種類の冷却構造を利用して、Ｘ線画像デバイスの冷却を実現しその長寿命化を保証している。
米国特許３，４７３，０２８号 米国特許４，０７９，２１７号 米国特許４，１２７，７７６号 米国特許４，３５５，４１０号 米国特許４，８４１，５５７号 米国特許４，８８４，２９２号 米国特許５，０８６，４４９号 米国特許５，３５７，５５５号 米国特許５，８０２，１４０号 米国特許６，２５４，２７２号 米国特許６，４８７，２７３号 米国特許６，４９４，６１８号 特許出願公開番号ＵＳ２００２／００２０５４７ Ａ１ 特許出願公開番号ＵＳ２００２／０１９６９０５ Ａ１ 特許出願公開番号ＵＳ２００５／０２３２３９５ Ａ１

以上の各特許文献に示されているような望ましい特徴および以降の開示内容から認識される他の特徴を備えたＸ線発生装置は、技術的に著しい進歩を表している。

従って、この発明の主な目的は、Ｘ線発生装置技術を改善することである。
この発明の別の目的は、装置の冷却の改善、装置のアノードおよびカソード要素の間の望ましくないアーク放電の容易な検出、および装置に電力を供給する電気的接続部にＸ線管を接続することの改善を実現するＸ線発生装置を提供することである。

この発明のさらに別の目的は、その最終消費者に許容可能なコストで製造可能なＸ線発生装置を提供することである。

この発明の一形態によるとＸ線発生装置を提供し、前記装置はハウジングと、内部にアノードを備えた第一端部、および内部にカソードを備えた第二端部を含み、Ｘ線発生装置の動作中にＸ線を出射するように適応させたＸ線管と、ハウジング内に配置したソケット部材を有し、前記ソケット部材は第一部品と第二部品を含み、前記第一部品、第二部品または両方は内部に開口部を規定し、Ｘ線発生装置の動作中にＸ線を放射する際、Ｘ線管はソケット部材内に配置され、これらのＸ線は規定された開口部を通過する。

すなわち、本発明に係るＸ線発生装置は、まず、ハウジングと、内部にアノードを備えた第一端部、および内部にカソードを備えた第二端部を含み、動作中にＸ線を放出するように適応させたＸ線管と、前記ハウジング内に配置し、第一部品および第二部品を含み、前記第一部品、第二部品または両方が内部に開口部を規定したソケット部材を有するものであって、動作中に前記Ｘ線を放出する際、前記Ｘ線管が前記ソケット部材内に配置され、前記Ｘ線が前記開口部を通過するものである。

このＸ線発生装置は、前記ソケット部材の前記第一および第二部品を、高分子材料からなるものとすることができ、この高分子材料を、ポリエチレンからなるものとすることができ、さらに、前記ソケット部材内に実質的に配置し、内部に前記アノードを備えた前記Ｘ線管の前記第一端部を内部に配置するように適応させたソケットベースを含むものとすることができる。

また、このＸ線発生装置は、前記ソケット部材の前記第一および第二部品と前記ソケットベースを、高分子材料からなるものとすることができ、この高分子材料を、ポリエチレンからなるものとすることができる。

さらに、このＸ線発生装置は、前記開口部に隣接する前記ハウジング内に配置した光検出器を有し、前記動作中に前記Ｘ線管内のアーク放電を検出するものとすることができ、前記ハウジング内に実質的に配置したマイクロフォンを有し、前記動作中に前記Ｘ線管の外側を通過するアーク放電に関連した音響を確立されたレベルで記録するものとすることができ、さらに、前記ハウジング内に配置した鉛シールド構造を有し、前記鉛シールド構造内に前記Ｘ線管と前記ソケット部材を配置したＸ線発生装置とすることができる。

そして、このＸ線発生装置は、前記鉛シールド構造が管部材と、その両端で前記管部材に固定した第一および第二キャップを有し、前記Ｘ線管と前記ソケット部材を実質的に取り囲むものであり、さらに、前記ハウジング内に実質的に配置したポンプを有し、前記ハウジングの所定の位置を介してオイルをポンプ引きし、前記動作中に前記Ｘ線管を冷却するものである。

また、このＸ線発生装置は、前記ソケット部材内に実質的に配置し、内部にアノードを備えた前記Ｘ線管の第一端部を内部に配置するように適応させたソケットベースを有し、前記ソケットベースを適応させ、それを介して前記Ｘ線管上に前記ポンプによってポンプ引きされるオイルを通過させるものとすることができ、前記ポンプについては、前記ハウジング内で回転するように適応させた撹拌器を有するものとすることができ、さらに、前記ハウジング内に実質的に配置し、前記オイルが所定の温度に到達したとき拡張するように適応させたべローズを有するものとすることができる。

以上説明したとおり、本発明においては、
「ハウジングと、
内部にアノードを備えた第一端部、および内部にカソードを備えた第二端部を含み、動作中にＸ線を放出するように適応させたＸ線管と、
前記ハウジング内に配置し、第一部品および第二部品を含み、前記第一部品、第二部品または両方が内部に開口部を規定したソケット部材を有するＸ線管装置であって、動作中に前記Ｘ線を放出する際、前記Ｘ線管が前記ソケット部材内に配置され、前記Ｘ線が前記開口部を通過するＸ線発生装置」
としたことに、その構成上の主たる特徴があり、これにより、この発明は、装置のＸ線管および他の内部部品の冷却の改善を実現し、さらに必要な電気的接続部に対してＸ線管を電気的に結合させるための有効な手段を保証し、前記接続部を介してＸ線管に電力を提供することができるのであり、Ｘ線発生装置技術を改善することができるのである。

また、この発明によれば、装置の冷却の改善、装置のアノードおよびカソード要素の間の望ましくないアーク放電の容易な検出、および装置に電力を供給する電気的接続部にＸ線管を接続することの改善を実現することができるのであり、その最終消費者に許容可能なコストで製造可能なＸ線発生装置を提供することができる。

さらに別に、この発明は、Ｘ線管のアノードおよびカソード構造の間の好ましくないアーク放電を検出するための手段を提供しているから、装置に対する潜在的危害または破壊を装置の操作者に知らせることができるのである。

この発明をより理解するために、その他の目的と別の目的、利点および機能と共に、添付の図面について以降の開示内容および添付の請求項を参照する。当然のことながら、全ての図面を通して同様の要素を示すために同様の番号が用られる。

ここで用いられる「Ｘ線管」という用語は、両端部（通常対向している）を備え、一方の端部がアノード構造を有し、他方の端部がカソード構造を有するガラス容器を含むＸ線電磁波放射ランプを意味する。このようなＸ線管の例は、上記の文書の様々なもので説明されいている。

ここで用いられる「Ｘ線発生装置」という用語は、内部にＸ線管を収容し、適切な電源にＸ線管を電気的に結合させる接続手段を提供し、管が意図されたとおりに機能でき、さらに装置の動作中にＸ線管を冷却するように設計された構造が意味される。このような装置の例は、上記の文書の様々なもので説明されている。

ここで用いられる「ソケット部材」という用語は、内部に配置したＸ線管を有し、Ｘ線発生装置の接続手段を介して、電源に管を電気的に結合できるように設計したソケット構造を意味する。

図１では、この発明の一実施例によるＸ線発生装置１１が示されている。装置１１は外側ハウジング１３および二つの電源ケーブルポート１５と１７を有し、後者は装置内に配置した装置のＸ線管２１（図２と３）に電力を供給するように設計した高電圧電力ケーブル１９（図３に示したもの）を収容するように設計される。図３に見られるように、ケーブル１９は「バナナ」プラグ２３と「バナナ」取り付けプラグ支柱２５の装置で終端し、前記装置はさらに導体プレート２７に電気的に結合される。プレート２７はさらに導体ボルト２９によってＸ線管２１に電気的に結合され、導体ボルト２９は図のように管２１の端部にねじ込む。さらに図１に見られるように、装置１１はさらに、二つの電力ケーブルポート１５と１７の直下の外側ハウジング１３に固定した実質的に管状の端部プレート３１を有する。装置１１は、図１にも示されているようにさらに端部コネクタ３３を有し、端部コネクタ３３は装置の中心軸に対してある角度で上向きに突出している（図２と３のように側面から見たとき）。コネクタ３３は、以降でより詳しく定義されるように、この発明の様々な内部要素への電気的結合を提供するように設計される。図１はさらに制御モジュール３５を示し、制御モジュール３５は外側ハウジング１３上に配置しそこに固定する。制御モジュール３５は上昇ブロック３７と隣接して図２と３でも見られ、同様に外側ハウジングに固定されている。上昇ブロックは、装置の設置および取り外し用の巻き上げポイントを提供するように機能する。

最後に、図１に示されているように、装置１１は取り付けフランジ３８と少なくとも二つの位置決めピン４０（図２と３も参照）を有するように示され、米国特許出願番号１１，０９１，５２１において上で識別された係属出願内で定義されているような適切な構造内に装置１１を取り付ける。

Ｘ線管２１は好ましくは産業用Ｘ線管であり、この発明の一実施例では事業拠点がユタ州ソルトレークシティー、Ｓ．Ｐｉｏｎｅｅｒ Ｒｏａｄ １６７８にあるＶａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓによって、製造記号「Ｖ１６０−３２Ｇ」の下で販売されているものである。ただし、これは発明を制限するものではなく、この発明の一部として他のＸ線管をうまく利用することもできる。簡単にいうと、Ｘ線管は特定の種類の電磁放射を生成するためのデバイスである。各Ｘ線管は、負に帯電したカソードと正に帯電したアノードからなる。電球（またはランプ）と同様に、カソードはフィラメントを有する。電圧または電流はフィラメントに印加し、電子の流れを生成し、前記電子は短い距離を進み光速に近い速度で金属アノードに衝突する。その衝突は、Ｘ線を生成する。

カソード／アノード装置は（ガラス球の）内部に鉛を裏打ちしたハウジング内に配置し、放射線があらゆる方向に放射されないようにする。内部ハウジング内には真空が生成されるので、電子はカソードからアノードまで可能な最も速い速度で移動できる。Ｘ線は、ハウジングの穴によって管から導き出される。特定の管からくるＸ線の貫通電力は、処理可能な電力レベルに依存する。４０，０００Ｖ（４０ｋＶ）で動作する管は、小さなサンプルの材料を貫通できる。例えば、荷物や人体を貫通可能なＸ線を生成するにはより大きな電圧レベルを必要とし、Ｘ線管２１の場合は１６０ｋＶである。荷物検査のＸ線管は、２５０ｋＶ、さらに３００ｋＶを含むより高電圧で動作できる。上記のように、Ｘ線管内の全エネルギの約０．５％だけが使用可能なＸ線に変換される。エネルギの約９９．５％は無用な熱になる。

図２と３に示した発明の実施例では、カソード４１は、Ｘ線管２１の左側端部に示され、アノード４３は右側端部に示されている。説明したように、ケーブル１９はアノード４３に（ボルト２９を介して）接続される。発明で使用される「Ｖ１６０−３２Ｇ」Ｘ線管は、カソード用のタングステンフィラメントを有し、最大１６０ｋＶで動作する。それは、最大３２０連続Ｗ、ターゲット角４５０°、Ｘ線範囲７６°で提供できる。管２１は、アノード端部の周りに銅フード４５を有する。管の長さは約７．３インチ、重量はわずか約２ポンド（１ｋｇ）である。ガラスは低フィルタ処理を保証するためにベリリウムを含み、二次電子を遮断することによってガラス壁の電荷および迷光を低減する。

この発明の開示内容によると、Ｘ線管２１はソケット部材５１内に保持し、ソケット部材５１は高分子材料からなり（好ましい高分子はポリエチレンであり、より詳細には、ＡＳＴＭ Ｄ４０２０−０１によって規定されている超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）であり、１０００Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧を提供する）、前記高分子材料は電気的絶縁を提供し、そのより高い電気強度のためにより小さな直径の鉛シールドの使用を可能にする（内部にＸ線管を配置するように設計した多くの既知の構造に比べて、装置の重量を低減する）。

ソケット部材５１は、Ｘ線に対して低い減衰率を有するので著しい放射線シールドは提供せず、これはこの発明では重要であると考えられる。重量低減は、このような装置を複数利用する荷物検査機などの装置内で使用されるＸ線装置では主な問題である。装置の重量を低減すると着脱が容易になり、検査装置内の位置合わせも容易になる。具体的には、この発明の高分子ソケット部材は二部品構成であり、一方の部品５３は内部にアノード４３を備えたＸ線管２１の端部を前記部品内に有するように設計し、他方の部品５５は内部にカソードを備えたＸ線管２１の他方の端部を収容する（図２、３および４参照）。

部品５３と５５は鉛（Ｐｂ）シールド構造６１内に隣接する向きに配置し、構造６１はＸ線管２１およびその関連のソケット部材を実質的に取り囲むように機能する（それによってシールドする）。シールド構造６１は管部材６１'と端部キャップ６３および６５を有し、図のように実質的に円筒の構成である。シールド構造６１に加えて、装置１１はさらに金属性円筒部材７１を有し、部材７１は管部材６１'の側面を取り囲む。部材７１は好ましくはアルミニウムまたは他の適切な熱伝導性金属からなり、電気的シールドおよびオイルの保持のために設計される。重要なことに、部材７１は上昇ブロック３７に結合されるので、この発明のための機械的構造も提供し、上昇ブロック３７はさらにアルミニウム本体内に結合される。

図４、５および６に見られるように、ソケットベース７５はさらに、それに対して配置したＸ線管２１の銅フード４５を有するように使用し調整する。ベース７５はさらに好ましくは高分子材料、より好ましくは部品５３および５５と同じ材料からなる。ベース７５はソケット部材（図２と３も参照）の部品５３内にぴったりと適合し、重要なことに、その後部壁内にチャネル７７（図２も参照）を規制し、管２１の冷却の一部としてそこにオイルを通過可能にする。ベース７５はさらに、上向きに延びるアーム８１を介して、それに（ボルト２９と３０を用いて、その背面で）固定し規制される導体プレート２７を有し、アーム８１はベース内の対応する受け取りポート８３と位置合わせし円筒管９１の端部を収容し、円筒管９１は高電圧電力ケーブル１９（図示せず）を収容する。

図４に見られるように、各管９１は、ソケット部材の部品５５内の関連の開口部９３を通過する。図３に対して上で定義したように、ケーブル１９はプレート２７（上向きのアーム８１に対するものであることが図４、５および６から理解される）と電気的に結合し、プレート２７は「Ｙ字型」のプレートのベースに収束し、それを介してボルト２９をＸ線管２１内に通過させ、それとの端部接続を形成可能にする。ボルト３０も、同様の方法で接続を提供する。

重要なことに、ベース７５はさらにオイル通路ポート１０１を有し、ポート１０１はそれを通過する冷却オイルを有するように設計したオイル管１０３（図２も参照）の円筒の開口端部を収容し、その上でオイルはチャネル７７、ベース内の環状オイルポート１０４を通過し、この発明のＸ線管２１の銅フード４５内の複数の平行なオイルポート１０５内に流れ落ちる。このオイルの通路は、一方向の矢印「Ｏ」によって図２で部分的に表されている。有効なオイルの流れは、上で説明したようにその動作中の熱いＸ線管の最適な冷却を保証するために必須である。オイルは、電気的に駆動される内部ポンプ１１１（図２と３）によって装置１１を介してポンプ引きされる。

ポンプへの電気的接続は内部配線（図示せず）を含み、それはコネクタ３３まで延びている。ポンプ１１１は、管２１によって生成される熱に応じて、約０．５リットル／分（ＬＰＭ）から約１ＬＰＭの速度で所望の冷却オイルをポンプ引きできる。ポンプ１１１は撹拌器１１３を有し、撹拌器１１３はシャフト（図示せず）上を軸方向に回転し、ポンプからの回転速度計出力はアーク放電検出器板上の回路によって読み取り、ポンプが適切に動作しているかどうかを決定する。内部ポンプ−撹拌器装置は、Ｘ線管を効率的に冷却可能であり、その長寿命化を保証する。ポンプに加えて、装置１１はさらにべローズ１１５（図２と３）を有し、ベローズ１１５はオイル温度に応じて伸縮するように設計されている。ベローズ１１５は、冷却オイルに体積的変化を提供することに加えて音響ダイヤフラムを提供し、アーク放電検出器板上のマイクロフォンと共に使用すると、ハウジング内であるが管の外部のアーク放電を検出できる。

この発明の主な特徴の一つは、この発明のソケット部材の二つの部品５３と５５によって、開口部１２１（図７参照）を規定することである（図４も参照）。当然のことながら、管２１からのＸ線は所望のとおりに機能するように通過し（例えば、荷物を貫通する）、この規定された開口部を通過する。図７はＸ線管２１のアノード４３とカソード４１の相対的な位置、および開口部１２１をそれらに対して正確に位置合わせする方法を示している。開口部１２１（図示せず）に対して、Ｘ線管内のアノードとカソードの間のアーク放電によって放出された紫外線（ＵＶ）放射を検出するように調整した光検出器１３１を配置する。光検出器１３１はプリント回路基板１３３上に配置し、それはさらに配線１３５（図７に部分的にのみ示されいる）を介してコネクタ３３に電気的に結合されるが、シールド構造６１（管状部）に隣接するソケット部材の部品５５内のスロット１３６（図４も参照）に沿って、装置内の適切に配置した通路を介して延びると理解される。このような追加の配線の配置は、当業者の技術内で十分に考慮され、さらなる説明は必要であるとは思われない。光検出器１３１のすぐ上には、管のフィラメントの赤外波長をフィルタ処理するためのＵＶ帯域通過フィルタ１３７を配置し、光検出器への過負荷を防ぐ（アーク放電はＵＶ波長において高い）。

装置１１内（ただし管の外部）でアーク放電を検出するために、この発明はさらに図のように装置の外側で、この発明のハウジング内に固定した第二プリント回路基板１４３上に取り付けた内部マイクロフォン１４１（図２と３）を有する。マイクロフォン（アーク放電検出器）は、べローズ装置の底部と共にアーク放電を検出するよに設計し、アーク放電はＸ線管の外部に通過し、Ｘ線発生装置の動作中に１ｋＨｚより高いノイズを生成する。この音響の検出は、不適切なアーク放電が発生し、管のハウジングへの恒久的な損傷を防ぐために、操作者が適切な保守ステップをとらなければならないことを装置の操作者に示す。回路基板上になるように配置した内部マイクロフォンを提供することは、この発明の別の重要な形態を表している。基板１３３と同様に、基板１４３は電力を受け取るために、配線（図示せず）を介してコネクタ３３に結合される。このような配線の配置は、アーク放電（光）検出器１３１に対するものと同様に当業者の能力の範囲内にあり、さらなる説明は必要とされない。

従って、既知のこのような装置を超える多くの望ましい特徴を含むＸ線発生装置を示し説明してきたが、それはとりわけ、正確な位置合わせでＸ線管を保持するための二部品の軽量ソケット、最適な管冷却を保証するために装置を介して戦略的に冷却オイルを循環させるための内部ポンプ、所定の音響レベルでアーク放電を検出するための内部マイクロフォン、およびソケット部材によって規定される開口部に対して戦略的に配置した光検出器の提供を含んでいる。ここで開示した管ハウジング内には、二つのアーク放電検出手段がある。ＵＶ帯域通過フィルタを備えた鉛シールド光検出器は管ハウジング内に組み込まれ、アーク放電を検出し、アーク放電強度を識別する。ハウジングはさらに可聴式アーク放電検出器を組み込み、全体として管の外部であるがハウジング内のアーク放電を検出する。

この発明の現在における好ましい実施例であるものを示し説明してきたが、当業者には明らかなように、添付の請求項によって定義される発明の範囲から逸脱することなく、そこに様々な変更および修正を行うことができる。

この発明の一実施例によるＸ線発生装置の端面図である。 図１のＸ線発生装置を示す側面図であり、図１のライン２−２における断面を部分的に示している。 同様に図１のＸ線発生装置を示す側面図であり、図１のライン３−３における断面を部分的に示している。 この発明の一実施例によるソケット部材、ソケットベースおよびＸ線管構成の分解斜視図である。 冷却オイル管に隣接して示した図４のＸ線管とソケットベースの分解斜視図であり、前記冷却オイル管もこの発明の一実施例によるＸ線発生装置の一部を構成している。 図５の構造の部分的分解斜視図であり、その対向する端部から見ている。 この発明の一実施例によるアーク放電検出器を示す十分に拡大した部分断面図である。

符号の説明

１１ Ｘ線発生装置
１３ 外側ハウジング
１５・１７ 電源ケーブルポート
１９ 高電圧電力ケーブル
２１ Ｘ線管
２３ バナナプラグ
２５ プラグ支柱
２７ 導体プレート
２９ 導体ボルト
３０ ボルト
３１ 端部プレート
３３ 端部コネクタ
３５ 制御モジュール
３７ 上昇ブロック
３８ フランジ
４０ 位置決めピン
４１ カソード
４３ アノード
４５ 同フード
５１ ソケット部材
５３ 一方の部品
５５ 他方の部品
６１ 鉛シールド構造
６１´ 管部材
６３・６５ 端部キャップ
７１ 金属製円筒部材
７５ ソケットベース
７７ チャネル
８１ アーム
８３ 受け取りポート
９１ 円筒管
９３ 開口部
１０１ オイル通路ポート
１０３ オイル管
１０４ 環状オイルポート
１０５ オイルポート
１１１ ポンプ
１１３ 撹拌器
１１５ ベローズ
１２１ 開口部
１３１ 基板
１３５ 配線
１３６ スロット
１３７ フィルタ
１４１ 内部マイクロフォン
１４３ 基板

Claims (11)

1. ハウジングと、
   内部にアノードを備えた第一端部、および内部にカソードを備えた第二端部を含み、動作中にＸ線を放出するように適応させたＸ線管と、
   前記ハウジング内に配置し、第一部品および第二部品を含み、前記第一部品、第二部品または両方が内部に開口部を規定したソケット部材と、
   実質的に前記ソケット部材内に配置されたソケットベースであって、Ｘ線発生装置の動作中に前記Ｘ線を放出するとき、内部に前記アノードを備えた前記Ｘ線管の前記第一端部がソケットベース内に配置されており、前記Ｘ線が前記ソケット部材の前記開口部を通過する、ソケットベースと、
   前記動作中に前記Ｘ線管を冷却するために前記ハウジングの選択された部分を通じてオイルをポンプ引きするための、前記ハウジング内にまた実質的に配置されたポンプであって、前記ソケットベースが前記ポンプによってポンプ引きされる前記オイルを前記Ｘ線管上に通過させるように適応させた、ポンプ
   を有する、Ｘ線発生装置。
2. 前記ソケット部材の前記第一および第二部品が、高分子材料からなる請求項１記載のＸ線発生装置。
3. 前記高分子材料が、ポリエチレンである請求項２記載のＸ線発生装置。
4. 前記ソケット部材の前記第一および第二部品と前記ソケットベースが、高分子材料からなる請求項１記載のＸ線発生装置。
5. 前記高分子材料が、ポリエチレンである請求項４記載のＸ線発生装置。
6. さらに、前記開口部に隣接する前記ハウジング内に配置した光検出器を有し、前記動作中に前記Ｘ線管内のアーク放電を検出する請求項１記載のＸ線発生装置。
7. さらに、前記ハウジング内に実質的に配置したマイクロフォンを有し、前記動作中に前記Ｘ線管の外側を通過するアーク放電に関連した音響を確立されたレベルで記録する請求項１記載のＸ線発生装置。
8. さらに、前記ハウジング内に配置した鉛シールド構造を有し、前記鉛シールド構造内に前記Ｘ線管と前記ソケット部材を配置した請求項１記載のＸ線発生装置。
9. 前記鉛シールド構造が管部材と、その両端で前記管部材に固定した第一および第二キャップを有し、前記Ｘ線管と前記ソケット部材を実質的に取り囲む請求項８記載のＸ線発生装置。
10. 前記ポンプが、前記ハウジング内で回転するように適応させた撹拌器を有する請求項１記載のＸ線発生装置。
11. さらに、前記ハウジング内に実質的に配置し、前記オイルが所定の温度に到達したとき拡張するように適応させたべローズを有する請求項１記載のＸ線発生装置。

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