JP5859999B2 - Ｘ線管用高電圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置に係り、さらに詳しくは、高電圧発生部を中心として第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部とを互いに直列に接続して高電圧発生部において発生された高電圧を高効率にて安定的にＸ線管の駆動電源に変換し、高電圧発生部に多数の絶縁変圧器または高電圧変圧器を直列に接続して第２倍電圧整流部の電圧を絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に分圧して優れた絶縁性が得られるＸ線管用高電圧駆動回路に関する。

産業用Ｘ線撮影装置はＸ線を発生し、発生したＸ線を鉄板の溶接部位やコンクリート構造物などに投射してＸ線イメージを取得するための装置であり、ユーザーは、取得したイメージを用いて溶接部位や構造物の異常の有無を確認する。

図１に基づき、従来の産業用のＸ線撮影装置に用いられるＸ線管用高電圧駆動回路について詳述する。図１を参照すると、Ｘ線管用高電圧駆動回路は、商用交流電源を受け取って高周波交流電源を生成するインバーター部１０と、インバーター部１０において生成された高周波交流電源を１次コイルで受け取って１次コイルおよび２次コイルの巻線比に相当する高電圧電源を２次コイルに誘起する高電圧発生部２０と、高電圧発生部２０において発生された高電圧電源を受け取ってＸ線管４０を駆動するのに必要な大きさの高電圧整流電源を生成する倍電圧整流部３０と、を備える。ここで、倍電圧整流部３０は、受け取った高電圧電源を倍増して高電圧整流電源を生成する。

Ｘ線管４０は、内部が真空状態に保たれるＸ線管ハウジング４１と、Ｘ線管ハウジング４１の内部に相対向して配設されているカソード４３およびアノード４５と、Ｘ線管ハウジング４１の内部にアノード４５と相対向して配設され、カソード４３と一方の端が接続されている陰極フィラメント４７と、を備えている。ここで、アノード４５は接地されている。倍電圧整流部３０は、発生された高電圧整流電源をカソード４３およびカソード４３に一方の端が接続された陰極フィラメント４７に提供し、フィラメント駆動電源部５０は、陰極フィラメント４７に駆動電源を提供する。

陰極フィラメント４７に提供された駆動電源によって発生されるフィラメント電流は陰極フィラメント４７を加熱して熱電子を発生し、発生した熱電子はアノード４５と陰極フィラメント４７との間の電圧差によってアノード４５に衝突してＸ線を発生する。

図２は、従来のＸ線管用高電圧駆動回路の倍電圧整流部の回路図である。

図２に基づいて詳述すると、高電圧発生部２０は、高電圧発生部２０の１次コイルに高周波電源ＮＰが入力される場合に、１次コイルおよび２次コイルの巻線比に相当する大きさまで高周波電源ＮＰが上昇して２次コイルに高電圧電源ＮＳが誘起される。

倍電圧整流部３０には、単位倍電圧回路３０−１、３０−２、３０−３、???、３０−Ｎが多数接続されており、単位倍電圧回路３０−１、３０−２、３０−３、???、３０−Ｎを通過する度に入力される電源のほぼ２倍の大きさを有する電源として整流されて出力される。倍電圧整流部３０は、単位倍電圧回路３０−１、３０−２、３０−３、???、３０−Ｎを多数接続してＸ線管４０においてＸ線を発生させ得る程度の大きさの高電圧整流電源を発生する。

しかしながら、Ｘ線管４０においてＸ線を発生するのに必要な大きさの高電圧整流電源を発生するためには、倍電圧整流部３０は多数の単位倍電圧回路を備えることを余儀なくされ、単位倍電圧回路の数が増えるにつれてエネルギー伝達効率は下がり、且つ、リップル電圧は上がるため、むやみに単位倍電圧回路の数を増やすことは困難である。なお、単位倍電圧回路の数を増やすにつれて、コンデンサーおよびダイオードの容量も増やさなければならないため、製品の軽量薄型化を図ることができず、これにより、Ｘ線管４０の高電圧駆動回路を安価でコンパクトに製作することができないという問題点がある。

本発明は、上述した従来のＸ線管用高電圧駆動装置が抱えている問題点を解消するためのものであり、その目的は、単位倍電圧回路の段数を減らしながらも、Ｘ線管に必要な大きさの高電圧整流電源を発生することのできるＸ線管用高電圧駆動装置を提供することである。

本発明の他の目的は、高電圧発生部を中心として第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部とを互いに直列に接続して高いエネルギー効率にてＸ線管に必要な大きさの高電圧整流電源を発生することができ、安価でコンパクトに製作することのできるＸ線管用高電圧駆動装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、高電圧発生部を互いに直列に接続される少なくとも１以上の絶縁変圧器と少なくとも１以上の高電圧変圧器とにより構成して倍電圧整流部電圧を多数の絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に分圧して高い絶縁性を維持して安全に用いることのできるＸ線管用高電圧駆動装置を提供することである。

本発明の目的を達成するために、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、入力電源を高周波電源に変換するインバーター部と、前記高周波電源を受け取って高電圧電源を発生する高電圧発生部と、前記発生した高電圧電源を受け取って前記高電圧電源の倍数の大きさを有する第１高電圧整流電源を発生する第１倍電圧整流部、および、前記第１倍電圧整流部と直列に接続されており、前記発生した高電圧電源を受け取って第１倍電圧整流部の第１高電圧整流電源と同じ大きさを有する第２高電圧整流電源を発生する第２倍電圧整流部を有する倍電圧整流部と、を備え、前記第１倍電圧整流部の出力端はＸ線管のカソード端子に接続されており、前記第２倍電圧整流部の出力端はグランドに接続されていることを特徴とする。

ここで、高電圧発生部は、インバーター部から高周波電源を１次コイルで受け取って２次コイルに誘起される絶縁高周波電源を発生する絶縁変圧部と、絶縁高周波電源を受け取って高電圧電源に変換する高電圧変圧部と、を備えるが、好ましくは、絶縁変圧部から絶縁高周波電源を１次コイルで受け取って２次コイルに誘起される絶縁高周波電源を発生する少なくとも１以上の絶縁変圧部をさらに備えることを特徴とする。

ここで、第２倍電圧整流部の電圧は、絶縁変圧部または高電圧変圧部の耐電圧に分圧される。

好ましくは、第１倍電圧整流部または前記第２倍電圧整流部は、コッククロフト-ウォルトン倍電圧整流回路（cockcroft-walton voltage multiplying rectifier）であることを特徴とする。

本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、Ｘ線管のカソード端子に接続されているフィラメントに駆動電源を提供するフィラメント駆動電源部をさらに備えるが、駆動電源部は、Ｘ線管のカソード端子の電圧を分圧する直列に接続された少なくとも１以上のフィラメント変圧部を備えることを特徴とする。

本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、下記の効果を有する。
第一に、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、高電圧発生部を中心として倍電圧整流部を２段に分離して第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部とを互いに直列に接続することにより、第１倍電圧整流部または第２倍電圧整流部を構成する単位倍電圧回路の数を減らしながらも、Ｘ線管に必要な大きさの高電圧整流電源を発生することができる。

第二に、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、高電圧発生部を中心として第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部とを互いに直列に接続することにより、高いエネルギー効率にてＸ線管に必要な大きさの高電圧整流電源を発生することができ、軽量・安価に製作することができる。すなわち、倍電圧整流部を第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部とに分離することにより、第１倍電圧整流部および第２倍電圧整流部においてＸ線管の全体の駆動電源のうち各１／２の大きさの駆動電源のみを発生して少数の単位倍電圧回路により倍電圧効率を向上させることができる。

第三に、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、高電圧発生部を互いに直列に接続される少なくとも１以上の絶縁変圧器と少なくとも１以上の高電圧変圧器により構成することにより、倍電圧整流部電圧を多数の絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に分圧して高い絶縁性を維持することができる。

第四に、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、直列に接続された少なくとも１以上のフィラメント変圧器を用いてＸ線管のカソード端子の電圧を分圧することにより、カソード端子の電圧を多数のフィラメント変圧器の耐電圧に分圧して高い絶縁性を維持することができる。

従来のＸ線撮影装置に用いられるＸ線管用高電圧駆動回路を説明する機能ブロック図である。 従来のＸ線管用高電圧駆動回路の倍電圧整流部の回路図である。 本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置を説明する機能ブロック図である。 本発明に係る高電圧発生部１２０とフィラメント変圧部１６０を説明するための図である。 本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置に用いられる第１倍電圧整流部と第２倍電圧整流部の一例を説明するための回路図である。

以下、添付図面に基づき、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置について詳述する。

図３は、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置を説明する機能ブロック図である。

図３に基づいて詳述すると、インバーター部１１０は、商用交流電源を受け取り、受け取った商用交流電源を高速スイッチング動作により高周波交流電源に変換して生成する。高電圧発生部１２０は、インバーター部１１０において生成された高周波交流電源を受け取って高電圧電源を発生する。高電圧発生部１２０を中心として第１倍電圧整流部１３０と第２倍電圧整流部１４０とが互いに直列に接続されており、第１倍電圧整流部１３０は、高電圧発生部１２０において発生された高電圧電圧を受け取って高電圧電源の倍数の大きさを有する第１整流電源を発生する。一方、第２倍電圧整流部１４０は、高電圧発生部１２０において発生された高電圧電圧を受け取って高電圧電源の大きさを倍増して第１倍電圧整流部１３０において生成された第１整流電源と同じ大きさの第２整流電源を発生する。

ここで、第２倍電圧整流部１４０の出力端子はグランドに接地されている。このため、第１倍電圧整流部１３０の出力端は、第１倍電圧整流部１３０において生成された第１整流電源の大きさＡ_１ｋＶと、第２倍電圧整流部１４０において生成された第２整流電源の大きさＡ_２ｋＶとの和に相当する負の電源の大きさ（−Ａ_１＋Ａ_２ｋＶ）を有する。

第１倍電圧整流部１３０の出力端子はＸ線管１５０に接続されており、第１倍電圧整流部１３０は、Ｘ線管１５０においてＸ線を発生するのに必要な大きさの電源を提供する。Ｘ線管１５０は、Ｘ線管ハウジング１５１と、Ｘ線管ハウジング１５１の内部に相対向して配設されているカソード１５３およびアノード１５５と、Ｘ線管ハウジング１５１の内部にアノード１５５と相対向してカソード１５３と一方の端が接続されている陰極フィラメント１５７と、を備えている。ここで、アノード１５５はグランドに接地されている。

第１倍電圧整流部１３０において発生された高電圧整流電源はカソード１５３および陰極フィラメント１５７に提供されるが、このとき、フィラメント変圧部１６０は、インバーター部１１０から入力された高周波交流電源を受け取って陰極フィラメント１５７を駆動するための駆動電源を生成して陰極フィラメント１５７に提供する。陰極フィラメント１５７に提供されたフィラメント電流は陰極フィラメント１５７を加熱して熱電子を発生し、発生した熱電子はアノード１５５と陰極フィラメント１５７との間の電圧差によってアノード１５５に衝突してＸ線を発生する。

以上の説明を参照して高電圧発生部１２０についてさらに説明すると、高電圧発生部１２０は、互いに直列に接続されている少なくとも１以上の絶縁変圧器と、少なくとも１以上の高電圧変圧器とにより構成されている。絶縁変圧器は、インバーター部１１０から高周波交流電源を１次コイルで受け取って２次コイルで電気的に絶縁された変圧電源を生成し、高電圧変圧器は、絶縁変圧器から変圧電圧を１次コイルで受け取って２次コイルで１次コイルおよび２次コイルの巻線比に相当する大きさに上昇された高電圧電源を生成する。本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置における高電圧発生部１２０は、互いに直列に接続されている少なくとも１以上の絶縁変圧器と、少なくとも１以上の高電圧変圧器とを備えることにより、第２倍電圧整流部１４０の電圧を絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に分圧する。本発明では、第２倍電圧整流部１４０の電圧の大きさに応じて、異なる数の絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に第２倍電圧整流部１４０の電圧を分圧することができる。また、本発明では、絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧の大きさに応じて、第２倍電圧整流部の電圧を異なる数の絶縁変圧器または高電圧変圧器の耐電圧に分圧することができる。本発明では、高電圧発生部１２０の電圧を直列に接続された少なくとも１以上の絶縁変圧器と少なくとも１以上の高電圧変圧器の耐電圧に分圧することにより、高い絶縁性を維持することができて安全にＸ線管用高電圧駆動電源を作成することができる。

一方、フィラメント変圧部１６０について詳述すると、フィラメント変圧部１６０は、互いに直列に接続されている少なくとも１以上の絶縁変圧器により構成されている。フィラメント変圧部１６０は、インバーター部１１０から駆動電源を１次コイルで受け取って２次コイルで電気的に絶縁された駆動電源を生成する。陰極フィラメント１５７はカソード端子１５３に接続されており、カソード端子は第１倍電圧整流部１３０の出力端子に接続されており、第１倍電圧整流部１３０は非常に高い負の高電圧を有する。フィラメント変圧部１６０は、直列に接続された少なくとも１以上の絶縁変圧器の耐電圧にカソード端子の非常に高い負の高電圧を分圧することにより、高い絶縁性を維持することができて安全に陰極フィラメントの駆動電源を作成することができる。

図４は、本発明に係る高電圧発生部１２０とフィラメント変圧部１６０を説明するための図である。

図４に基づいて詳述すると、高電圧発生部１２０は、２つの絶縁変圧器Ｔ１、Ｔ２と、１つの高電圧変圧器Ｔ３とを備えてなり、第１絶縁変圧器Ｔ１はインバーター部１１０と接続されてインバーター部１１０から高周波電源を１次コイルで受け取る。１次コイルで受け取った高周波電源は磁界に変換されて２次コイルに誘起され、電気的に絶縁された１次変換電源が発生する。一方、第１絶縁変圧器Ｔ１に直列に第２絶縁変圧器Ｔ２が接続されているが、第２絶縁変圧器Ｔ２の１次コイルは、第１絶縁変圧器Ｔ１から１次変換電源を受け取る。第２絶縁変圧器Ｔ２の１次コイルで受け取った１次変換電源は磁界に変換されて第２絶縁変圧器Ｔ２の２次コイルに誘起され、電気的に絶縁された２次変換電源が発生する。また、第２絶縁変圧器Ｔ２に直列に高電圧変圧器Ｔ３が接続されており、高電圧変圧器Ｔ３の１次コイルは第２絶縁変圧器Ｔ２から２次変換電源を受け取る。高電圧変圧器Ｔ３の１次コイルで受け取った２次変換電源は高電圧変圧器Ｔ３の２次コイルで高電圧変圧器Ｔ３の１次コイルおよび２次コイルの巻線比に相当する高電圧電源に変換される。

本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、高電圧発生部１２０中心として第１倍電圧整流部１３０および第２倍電圧整流部１４０が直列に接続され、第２倍電圧整流部１４０の出力端はグランドに接地されているため、高電圧発生部１２０を構成する第１絶縁変圧器Ｔ１、第２絶縁変圧器Ｔ２および高電圧変圧器Ｔ３の耐電圧に第２倍電圧整流部１４０の電源をそれぞれ−５０ｋＶずつ分圧する。このため、高電圧発生部１２０は、電気的に絶縁された安定した高電圧を第１倍電圧整流部１３０および第２倍電圧整流部１４０に提供することができる。

一方、フィラメント変圧部１６０は、３つの絶縁変圧器Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を備えてなり、第３絶縁変圧器Ｔ４はインバーター部１１０と接続されてインバーター部１１０からフィラメント駆動電源を１次コイルで受け取る。１次コイルで受け取ったフィラメント駆動電源は磁界に変換されて２次コイルに誘起され、電気的に絶縁された１次フィラメント変換電源を発生する。一方、第３絶縁変圧器Ｔ４に直列に第４絶縁変圧器Ｔ５が接続されており、第４絶縁変圧器Ｔ５の１次コイルは第３絶縁変圧器Ｔ４から１次フィラメント変換電源を受け取る。第４絶縁変圧器Ｔ５の１次コイルで受け取った１次フィラメント変換電源は磁界に変換されて第４絶縁変圧器Ｔ５の２次コイルに誘起され、電気的に絶縁された２次フィラメント変換電源を発生する。なお、第４絶縁変圧器Ｔ５に直列に第５絶縁変圧器Ｔ６が接続されており、第５絶縁変圧器Ｔ６の１次コイルは第４絶縁変圧器Ｔ５から２次フィラメント変換電源を受け取る。第５絶縁変圧器Ｔ６の１次コイルで受け取った２次フィラメント変換電源は第５絶縁変圧器Ｔ６の２次コイルに誘起されて電気的に絶縁された３次フィラメント変換電源を発生する。好ましくは、第３絶縁変圧器乃至第５絶縁変圧器Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のうちの少なくともいずれか一つの絶縁変圧器において１次コイルおよび２次コイルの巻線比は異なるため、２次コイルに誘起される電源を１次コイルに入力される電源の大きさよりも小さく変換する。

本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置におけるフィラメントは、第１倍電圧整流部１３０の出力端子と接続されているカソード端子と短絡されているため非常に高い負の高電圧を有するが、フィラメント変圧部１６０を直列に接続された第３絶縁変圧器Ｔ４、第４絶縁変圧器Ｔ５および第５絶縁変圧器Ｔ６により構成して第３絶縁変圧器Ｔ４、第４絶縁変圧器Ｔ５および第５絶縁変圧器Ｔ６の耐電圧に第１倍電圧整流部１３０の非常に高い負の高電圧をそれぞれ−１００ｋＶずつ分圧する。このため、フィラメント変圧部１６０は電気的に絶縁された安定したフィラメント駆動電源をＸ線管１５０の陰極フィラメントに提供することができる。

図５は、本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置に用いられる第１倍電圧整流部および第２倍電圧整流部の一例を説明するための回路図である。

図５に基づいて詳述すると、高電圧発生部１２０を中心として第１倍電圧整流部１３０と第２倍電圧整流部１４０とが直列に接続されている。第１倍電圧整流部１３０は４つの単位倍電圧回路により構成されており、高電圧発生部１２０から入力された高電圧電源をそれぞれ倍数の大きさに変換して、出力端において、入力された高電圧電源の大きさの８倍の大きさを有する高電圧整流電源を出力する。

一方、第２倍電圧整流部１４０は、４つの単位倍電圧回路により構成されており、高電圧発生部１２０から入力された高電圧電源をそれぞれ倍数の大きさに変換して、出力端において、入力された高電圧電源の大きさの８倍の大きさを有する高電圧整流電源を出力する。ところが、第２倍電圧整流部１４０の出力端子はグランドに接地されて第１倍電圧整流部１３０の出力端には負の高電圧が形成される。

本発明に係るＸ線管用高電圧駆動装置は、高電圧発生部を中心として第１倍電圧整流部１３０と第２倍電圧整流部１４０を２段に直列に接続させて構成し、第２倍電圧整流部１４０の出力端をグランドに接地することにより、第１倍電圧整流部１３０は、高いエネルギー効率にてＸ線管に必要な大きさの整流電源を発生することができ、倍電圧整流部を２段に構成して低い容量のコンデンサーまたはダイオードを用いて安価でコンパクトにＸ線管用高電圧駆動装置を製作することができる。

１０、１１０：インバーター部
２０、１２０：高電圧発生部
３０：倍電圧整流部
４０、１５０：Ｘ線管
５０：フィラメント駆動電源部
１３０：第１倍電圧整流部
１４０：第２倍電圧整流部
１５１：Ｘ線管ハウジング
１５３：カソード
１５５：アノード
１５７：陰極フィラメント

Claims (5)

1. 入力電源を高周波電源に変換するインバーター部と、
   前記高周波電源を受け取って高電圧電源を発生する高電圧発生部と、
   前記発生した高電圧電源を受け取って前記高電圧電源の倍数の大きさを有する第１高電圧整流電源を発生する第１倍電圧整流部、および、前記第１倍電圧整流部と直列に接続されており、前記発生した高電圧電源を受け取って第１倍電圧整流部の第１高電圧整流電源と同じ大きさを有する第２高電圧整流電源を発生する第２倍電圧整流部を有する倍電圧整流部と、を備え、
   前記高電圧発生部は、前記インバーター部から高周波電源を１次コイルで受け取って２次コイルに誘起される絶縁高周波電源を発生する絶縁変圧部と、前記絶縁高周波電源を受け取って高電圧電源に変換する高電圧変圧部とを有し、
   前記倍電圧整流部は、前記高電圧発生部を中心として前記第１倍電圧整流部と前記第２倍電圧整流部とを互いに直列に接続して構成され、
   前記第１倍電圧整流部の出力端は、前記第１高電圧整流電源と前記第２の高電圧整流電源との和に相当する負の電源の大きさを有し、
   前記第１倍電圧整流部の出力端はＸ線管のカソード端子に接続されており、前記第２倍電圧整流部の出力端はグランドに接続されていることを特徴とするＸ線管用高電圧駆動装置。
2. 前記高電圧発生部は、
   前記インバーター部から高周波電源を１次コイルで受け取って２次コイルに誘起される絶縁高周波電源を発生する少なくとも１以上の絶縁変圧部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管用高電圧駆動装置。
3. 前記第２倍電圧整流部の電圧は、絶縁変圧部または高電圧変圧部の耐電圧に分圧されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線管用高電圧駆動装置。
4. 前記第１倍電圧整流部または前記第２倍電圧整流部は、コッククロフト-ウォルトン倍電圧整流回路（cockcroft-walton voltage multiplying rectifier）であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線管用高電圧駆動装置。
5. 前記Ｘ線管用高電圧駆動装置は、前記Ｘ線管のカソード端子に接続されているフィラメントに駆動電源を提供するフィラメント駆動電源部をさらに備え、
   前記駆動電源部は、前記Ｘ線管のカソード端子の電圧を分圧する直列に接続された少なくとも１以上のフィラメント変圧部を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管用高電圧駆動装置。