JP6305697B2

JP6305697B2 - Ｘ線発生装置及びｘ線検査装置

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Publication number: JP6305697B2
Application number: JP2013134004A
Authority: JP
Inventors: 淳一森谷; 直也斎藤
Original assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Current assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: JP2015011766A

Description

本発明は、絶縁油を満たした筺体の内部にＸ線管を収納し、Ｘ線管から発生したＸ線を筺体外に放出して種々の用途に供するＸ線発生装置と、係るＸ線発生装置を用いて被検査物の検査を行なうＸ線検査装置に係り、特にＸ線管と筺体の間で放電が起きることを抑制する構造を採用することにより、装置全体の小型化を図ったＸ線発生装置に関するものである。

下記特許文献１には、冷却効率を良くして装置の小型化を図るとともに、密閉の信頼性を向上させることを目的としたＸ線発生装置の発明が開示されている。この発明のＸ線発生装置は、Ｘ線を発生するＸ線管１２を内部に収容するとともにＸ線管１２を浸漬する絶縁油１３が充填された筐体１１と、筐体１１の開口１１ａを密閉する伝熱性を備えた蓋体１７と、蓋体１７の外側に設けられた放熱フィン１８と、蓋体１７の内側に取り付けられた熱伝板１９ａと、熱伝板１９ａに設けられて絶縁油１３に浸漬する吸熱フィン１９ｂとを備えている。この発明によれば、Ｘ線管１２から発生した熱を絶縁油１３から吸熱フィン１９ｂと熱伝板１９ａで吸熱して蓋体１７と放熱フィン１８に伝達するため十分な冷却効率が得られ、これによってＸ線発生装置の小型化を図ることができるものとされている。また、蓋体１７に設けられた放熱のための構造（冷却用のフィン等）は蓋体１７自体を貫通して設けられたものではなく、上述したように蓋体１７の上面に設けられた放熱フィン１８と、これとは別に、蓋体１７の底面に設けられた熱伝板１９ａ及び吸熱フィン１９ｂとから構成されているため、蓋体１７による筐体１１の開口１１ａの閉塞は確実となり、蓋体１７による筺体１１の密閉の信頼性が向上するものとされている。

特開２００４−２２４５９号公報

前述したＸ線発生装置では、筺体内に納められたＸ線管には用途に応じて数十ｋＶから数百ｋＶの高い管電圧が印加される。そのため、このようなＸ線発生装置では、高い管電圧によってＸ線管と筺体との間で放電が起きるのを防ぐため、筺体内に収納されたＸ線管と筺体の内面との距離（沿面距離と称する）を、管電圧に応じた十分に大きな寸法に設定する必要がある。このような事情があるため、Ｘ線発生装置を小型化したいとの要望に応えようとする場合には、単に筺体を小さくするだけでは十分な沿面距離を確保することができなくなり、放電が生じてしまう危険性が増大する。また、より大きな出力のＸ線発生装置を提供するために管電圧をより高くする必要性が生じる場合が考えられるが、そのような場合には前述した沿面距離を大きく設定せざるを得ず、装置としてのサイズが大きくなってしまう。しかし、このように出力向上が要求されるような場合であっても、装置の大型化を避けてコンパクトな構成とすることが求められる場合も多い。

本発明は、従来のＸ線発生装置における前述した課題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線発生装置を小型化することを主たる目的としている。例えば、Ｘ線管に加えられる管電圧をより大きく設定しても従来より大型化する必要がなく、また同一の管電圧であれば従来よりも小型化することができるようなＸ線発生装置と、そのようなＸ線発生装置をＸ線源として備えたＸ線検査装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載されたＸ線発生装置８，８１，８２は、
Ｘ線を発生するＸ線管１１と、
前記Ｘ線管１１を収納するとともに前記Ｘ線管１１を浸漬する絶縁油１４が充填された筺体１０と、
前記筺体１０内で前記筺体１０の内面と前記Ｘ線管１１の間に前記Ｘ線管を取り囲むように配置され、曲げ加工されたシート状かつ開放された筒状の絶縁体２０，３０，４０，５０と、
を具備することを特徴としている。

請求項２に記載されたＸ線発生装置８，８１，８２は、請求項１記載のＸ線発生装置８，８１，８２において、
前記絶縁体２０，３０，４０，５０は、前記Ｘ線管１１を囲むように配置されるとともに、少なくともその一部が前記筺体１０の底面に支持されていることを特徴としている。

請求項３に記載されたＸ線検査装置１は、
Ｘ線発生装置８，８１，８２から被検査物に対してＸ線を曝射し、前記被検査物を透過した前記Ｘ線の透過量に基づいて前記被検査物の検査を行なうＸ線検査装置１において、
前記Ｘ線発生装置８，８１，８２が、
Ｘ線を発生するＸ線管１１と、
前記Ｘ線管１１を収納するとともに前記Ｘ線管１１を浸漬する絶縁油１４が充填された筺体１０と、
前記筺体１０内で前記筺体１０の内面と前記Ｘ線管１１の間に前記Ｘ線管を取り囲むように配置され、曲げ加工されたシート状かつ開放された筒状の絶縁体２０，３０，４０，５０と、
を具備することを特徴としている。

本発明は、絶縁体が、Ｘ線管を取り囲むように配置されたシート状かつ開放された筒状なので、Ｘ線発生装置の小型化にあたって柔軟な設計及び効率的な製造が可能となる。また、加工や筐体内への装着が容易であり、筐体内の必要な位置のみに局所的に配置することもできるので、筐体を大型化させることなく、必要な絶縁性能を効率よく達成することができる。また、筐体の内部において絶縁油の移動を妨げず、Ｘ線管が熱を放出した場合、この熱によって絶縁油は絶縁体の内外の間で対流することができ、図示しない放熱機構に熱を効率的に伝導することができる。そのほか、以下のような効果が得られる。
請求項１に記載されたＸ線発生装置によれば、絶縁油のみによる絶縁性能だけを考慮した場合には筺体の内面とＸ線管の沿面距離が十分でなくとも、筺体の内面とＸ線管はシート状の絶縁体によって隔てられているので、Ｘ線管と筐体の間の放電を確実に防止することができる。従って、Ｘ線管の管電圧をより大きく設定しても、筐体が大型化することはなく、また同一の管電圧であれば従来よりも筐体を小型化することができる。

請求項２に記載されたＸ線発生装置によれば、Ｘ線管の表面で、筐体の内面に対して放電が起こる可能性が特に高い一部分を取り巻くようにシート状の絶縁体を配置することができるとともに、その絶縁体の少なくとも一部を筺体の内面に支持して位置がずれないようにすることができるので、筺体の内面とＸ線管の絶縁をさらに確実に達成することができる。

請求項３に記載されたＸ線検査装置によれば、絶縁油のみによる絶縁性能だけを考慮した場合には筺体の内面とＸ線管の沿面距離が十分でなくとも、筺体の内面とＸ線管はシート状の絶縁体によって隔てられているので、Ｘ線管と筐体の間の放電を確実に防止することができる。従って、Ｘ線管の管電圧をより大きく設定しても、筐体が大型化することはなく、また同一の管電圧であれば従来よりも小型化することができるため、Ｘ線検査装置を全体としてコンパクトに構成することが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるＸ線検査装置の概略斜視図である。（ａ）は第１実施形態におけるＸ線発生装置の模式的透視図であり、（ｂ）は管電圧が（ａ）のＸ線発生装置と同等である従来のＸ線発生装置の模式的透視図である。第２実施形態のＸ線発生装置で用いられる絶縁体の斜視図である。第３実施形態のＸ線発生装置の模式的透視図である。第４実施形態のＸ線発生装置の模式的透視図である。

図１及び図２を参照して第１実施形態の実施形態のＸ線検査装置を説明する。
図１は本実施形態のＸ線検査装置１の概略斜視図である。このＸ線検査装置１は、Ｘ線遮蔽性を有する本体２と、その本体２の内部に、生肉、魚、加工食品、医薬などの被検査物を搬送するコンベア３と、このコンベア３で搬送される被検査物に異物が含まれているか否かをＸ線により検査する異物検出部４とを有している。

コンベア３は、不図示の駆動モータと、この駆動モータにより循環して駆動されるベルト５によって構成されており、搬入口６から本体２内に被検査物を搬入し、これを搬出口７から本体２の外へ搬出することができる。異物検出部４は、本体２内においてコンベア３の上方に設けられたＸ線発生装置８と、本体２内においてコンベア３の上側のベルト５の直下位置に設けられたＸ線検出器９によって構成されており、コンベア３によって本体２内を搬送されている被検査物に対してＸ線発生装置８からＸ線を放射し、被検査物及びベルト５を透過したＸ線をＸ線検出器９で検出することにより、被検査物に異物が含まれているか否かを検査することができる。

図２（ａ）は本実施形態のＸ線発生装置８の模式的透視図である。同図（ｂ）は管電圧が実施形態のＸ線発生装置８と同等であるような従来のＸ線発生装置８ｂの模式的透視図であり、本実施形態のＸ線発生装置８と構造及び大きさの比較をするために示したものである。

まず、この図２（ａ）を参照して、本実施形態のＸ線発生装置８の構成のうち、従来のＸ線発生装置８ｂと共通する部分を説明する。
図２（ａ）に示すように、本実施形態のＸ線発生装置８は、略直方体状の筐体１０を有している。筐体１０はステンレス製又は鉄製であり、図示はしないが、その壁面にはＸ線遮蔽材料が設けられている。筐体１０の内部には、Ｘ線源となる円筒状のＸ線管１１が収納されている。Ｘ線管１１は、円筒形の軸線方向における一方の端部に設けられた陰極と、他方の端部に設けられた陽極を有しており、陽極にはタングステン等からなるターゲットが設けられている。この陽極に高電圧を印加することによって陰極から電子ビームを引き出し、電子をターゲットに射突させることよってＸ線を発生させる。

図２（ａ）に示すように、Ｘ線管１１の周面の下側と筐体１０の底面は中空円錐台形の基台１２によって接続されており、これによってＸ線管１１は、円筒形の軸線が水平となる姿勢で筐体１０の略中央位置に支持されている。基台１２の上端はＸ線の放射口を囲んでＸ線管１１に接続されており、基台１２の下端は筐体１０の底面に設けられたＢｅ等からなる窓部１３を囲んで筐体１０の底面に接続されている。従って、Ｘ線管１１の駆動時にターゲットから放射されたＸ線は、Ｘ線管１１の周面に設けられた放射口から基台１２の内部に放射され、さらに筐体１０の窓部１３から外部に放射される。また、以上のように構成された筐体１０の内部には、上部の若干の空気層を除いて絶縁油１４が充填されており、Ｘ線管１１及び基台１２は絶縁油１４に浸漬されている。絶縁油１４は、筺体１０とＸ線管１１の間の絶縁性を保つとともに、駆動時にＸ線管１１が発生する熱を図示しない放熱機構に伝達する冷却用の媒体としての機能も果たしている。

次に、図２（ａ）を参照して、従来のＸ線発生装置８とは異なる本実施形態のＸ線発生装置８に特有の構成について説明する。
図２（ａ）に示すように、本実施形態のＸ線発生装置８によれば、絶縁油１４で満たされた筐体１０の内部には、筐体１０の内面とＸ線管１１の間の位置にシート状の絶縁体２０が配置されている。この絶縁体２０は、筐体１０の底面に対して垂直であり、互いに直交して連続する４つの平板から構成された角筒状の周壁部２１と、さらに筐体１０の底面に接する底壁部２２とを有している。周壁部２１の上方は開口２３となっており、筐体１０の内部において絶縁油１４の移動を妨げないようになっている。すなわち、装置の使用時にＸ線管１１が熱を放出した場合、この熱によって絶縁油１４は絶縁体２０の内外の間で対流することができ、図示しない放熱機構に熱を効率的に伝導することができる。底壁部２２は、少なくとも一部において周壁部２１に連続しており、基台１２の部分が挿通する中央の円形の通孔２４を除いた部分が、筐体１０の底面を覆っている。そして、この底壁部２２は、筐体１０の底面に任意の方法、構造によって支持又は固定されており、その結果、周壁部２１の筐体１０内における位置は固定され、筐体１０の内面及びＸ線管１１と周壁部２１との距離は一定に保持されている。

本実施形態のＸ線発生装置８によれば、筐体１０の内面とＸ線管１１の間に配置されたシート状の絶縁体２０は、破壊電圧が高く電荷が溜まりにくいため、高電圧が印加されるＸ線管１１と筐体１０との間で放電が発生するのを防止する機能を備えている。前述したように、筐体１０の内部が絶縁油１４で満たされているのは、絶縁破壊電圧が空気よりも高い絶縁油１４を筐体１０内に満たすことにより、高電圧が与えられるＸ線管１１と筐体１０との間で放電が起こるのを防止するためであるが、本実施形態によれば、絶縁油１４に加えて、筐体１０の内面とＸ線管１１の間にさらにシート状の絶縁体２０を配置することにより、管電圧はそのままでＸ線管１１と筐体１０の内面との距離（沿面距離と称する）を従来より小さくしても放電が起こらないようにすることができる。すなわち、同一の管電圧であれば従来よりも装置を小型化できるという効果が得られるため、所望の管電圧のＸ線発生装置８を必要な絶縁性能を確保しつつ小型化することができる。また、この絶縁物はシート状であるため、筐体１０の内部でＸ線管１１を取り囲むような配置で設置することが容易であり、上述したＸ線発生装置８の小型化にあたって柔軟な設計及び効率的な製造が可能となる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す実施形態のＸ線発生装置８と管電圧が同等であるような従来のＸ線発生装置８ｂの模式的透視図である。図２（ｂ）に示す従来のＸ線発生装置８ｂと、図２（ａ）に示す実施形態のＸ線発生装置８を比較すれば理解できるように、管電圧、絶縁性能その他の条件が同じであれば、シート状の絶縁体２０を備えた実施形態のＸ線発生装置８（図２（ａ））は、従来のＸ線発生装置８ｂ（図２（ｂ））よりも沿面距離を短くして従来の筐体１０ｂよりも筐体１０を小さくし、装置全体の小型化を図ることができる。

次に、Ｘ線発生装置８において、筐体１０の内面とＸ線管１１の間で放電が起こらないようにするため、使用する絶縁油１４に対応した沿面距離の算出方法等について具体的に説明し、さらに絶縁油１４とともに使用するシート状の絶縁体２０の具体例と、これを設けたことによる沿面距離短縮の効果について、さらに具体的に説明する。

まず、前述したように、Ｘ線発生装置の設計においては、高電圧が印加されるＸ線管１１と、これを収納する金属製の筐体１０との間で放電が起きることを防止するため、印加する電圧に応じた沿面距離を確保する必要がある。また、高電圧を印加されたＸ線管１１が発生する熱を伝導して放熱するために、筐体１０内を絶縁油１４で満たし、Ｘ線管１１を絶縁油１４に浸漬する必要もある。

この絶縁油１４の絶縁性能を示す特性値としては、ＪＩＳＣ２１０１（電気絶縁油試験方法）に絶縁破壊電圧（ｋＶ／ｍｍ）とその試験方法が規定されている。通常、市販の絶縁油はこの規格で絶縁破壊電圧が測定されており、その値は当該製品メーカが発行する製品ごとのデータシートに記載されている。絶縁油の選定においてはデータシートに記載された絶縁破壊電圧を考慮して選択することができるが、単に絶縁破壊抵抗が高いものを選べばよいというわけではなく、前述したように絶縁油の機能として放熱も考慮する必要があるため、現実的には選択肢は限定されることとなる。

放熱性を含むその他の要素を考慮した上で、可能な限り絶縁破壊抵抗の高い絶縁油を選択したところで、次の式に示すように、Ｘ線発生装置が必要とする耐圧(kV)と当該絶縁油の絶縁破壊電圧(kV/mm) から、最低沿面距離を算出する。
［必要な耐圧(kV)／絶縁破壊電圧(kV/mm) ］×（余裕率）＝最低沿面距離(mm)

絶縁油は、空気や水分に触れて劣化し、絶縁破壊電圧が低下するので、余裕率（安全倍率）は大きな値に設定することが好ましい。仮に、余裕率（安全倍率）を５乃至１０程度の範囲で決定した場合の計算例を示すと、例えば、必要な耐圧であるＸ線発生装置の管電圧が５０(kV)であり、使用する絶縁油の絶縁破壊電圧が２０(kV/mm) であり、安全倍率を１０とした場合、最低沿面距離(mm)は次のようになる。
［５０(kV)／２０(kV/mm) ］×１０＝２５(mm)

実際のＸ線発生装置では、Ｘ線管や筐体の構造上、突起や角部が特定の位置に存在しており、そのために筐体内で絶縁油の滞留が生じ、場所によって絶縁性能が不均一になることが考えられる。そこで、係る事情を考慮すれば、余裕率は上述したものよりもさらに大きく設定することが好ましい。

Ｘ線発生装置の設計においては、以上のようにして沿面距離を設定することができるが、本実施形態では、絶縁油１４に加えて、さらに筐体１０の内面とＸ線管１１の間にシート状の絶縁体２０を配置することにより、前記沿面距離を可及的に短縮化している。シート状の絶縁体２０としては、マイラーシート、マイカ板、微小なマイカ片を表面にエポキシ樹脂等で接合した積層複合材料等が使用できる。このような絶縁体２０の絶縁破壊電圧は、ＪＩＳＣ２１５１（電気用プラスチックフィルム試験方法）、ＪＩＳＣ２１１６（電気絶縁用マイカ製品試験方法）、ＪＩＳＫ６９１１（熱硬化性プラスチック一般試験方法）等による試験結果として、少なくとも数kV/mm から数十kV/mm 程度あることが好ましいが、放熱性を含むその他の要素を考慮しつつも、なるべく絶縁破壊電圧の高い絶縁体２０を選択することによって、先に計算例で示したように設定した最低沿面距離をさらに小さくすることが可能である。

また、このように筐体１０の内面とＸ線管１１の間に配置したシート状の絶縁体２０は、絶縁油１４に比べて劣化が起こりにくいため、このような絶縁体２０を設けることを前提とすれば、先に例示したような計算を行なう際には余裕率を小さく見積もることができる。また、シート状の絶縁体２０は、加工や筐体１０内への装着が容易であり、筐体１０内の必要な位置のみに局所的に配置することもできるので、筐体１０を大型化させることなく、必要な絶縁性能を効率よく達成することができる。

図３を参照して第２実施形態の絶縁体３０を説明する。筐体１０及びＸ線管１１等の構成については図２を援用する。
図３は、第２実施形態のＸ線発生装置におけるシート状の絶縁体３０を示す斜視図である。この絶縁体３０は、第１実施形態の絶縁体２０と同様、上部が開放された角筒状の周壁部３１を有している。周壁部３１は第１実施形態と同一形状であるが、筐体１０の底面に接する底壁部３２の構造は第１実施形態とは異なっている。本実施形態の底壁部３２は、周壁部３１の対向する２面の各下縁にそれぞれ接続された２つの片部３５，３５を備えている。各片部３５の自由端の中央には半円形の切欠き３６がそれぞれ形成されており、２つの片部を筐体１０の底面上に配置した場合に、Ｘ線管１１の基台１２を取り囲む円形の通孔３４が形成されるようになっている。

本実施形態の絶縁体３０は、上述したような構造であるため、筐体１０の内部にＸ線管１１を取り付けた後で、筐体１０の内部に装着することができる。すなわち、内部にＸ線管１１が取り付けられた筐体１０の上面を開放しておき、２枚の片部３５，３５を周壁部３１の内面に沿うように持ち上げた状態で、Ｘ線管１１を取り囲むように周壁部３１を筐体１０の中に入れる。そして、２枚の片部３５，３５を筐体１０の底面の上に重ねる。筐体１０の底面の上に重ねられた２枚の片部３５，３５には、Ｘ線管１１を支える基台１２と干渉しないように切欠き３６，３６によって通孔３４が構成されるので、基台１２の周囲にある筐体１０の底面は絶縁体３０の片部２５で覆われる。そして、片部３５，３５の互いに重なった部分を任意の手段で固定し、必要に応じて筐体１０の底面にも固定する。これによって、絶縁体３０は筐体１０に対して所定の位置で固定される。
その他の構成及び効果は第１実施形態と同等である。

図４を参照して第３実施形態のＸ線発生装置を説明する。
図４は、第３実施形態のＸ線発生装置８１の斜視図である。この実施形態におけるシート状の絶縁体４０は、上面が開放された円筒状の周壁部４１と、周壁部４１と同等の直径を有し、基台１２の部分に干渉しないように窓部１３と同等の形状・寸法の通孔４４が形成された円形の底壁部４２とを有している。周壁部４１は、帯状のシートを丸めて両端部を接続することで製造できる。底壁部４２には、通孔４４に達する図示しないスリットを形成しておき、筐体１０の内部にＸ線管１１及び基台１２を取り付けた後で、筐体１０の内部に装着できるようにしてもよい。
その他の構成及び効果は第１実施形態と同等である。

図５を参照して第４実施形態のＸ線発生装置を説明する。
図５は、第４実施形態のＸ線発生装置８２の斜視図である。この実施形態におけるシート状の絶縁体５０は、矩形のシートを略半円筒形に曲げたかまぼこ形の２つの壁部５１，５２を有している。第１の壁部５１は、その略半円筒形の母線が、円筒形状であるＸ線管１１の母線と略一致するような位置関係で、Ｘ線管１１を上から覆うように筐体１０の底面上に配置・固定されている。従って、第１の壁部５１の両端の開口には、Ｘ線管１１の円筒形の両端にある陽極と陰極が臨んでいる。また、第２の壁部５２は、その略半円筒形の母線が、円筒形状であるＸ線管１１の母線と直交するとともに、Ｘ線管１１の陽極が配置されている第１の壁部５１の一方の端部の開口を覆うように、筐体１０の底面上に配置・固定されている。この実施形態によれば、絶縁体５０として２枚のシート状の壁部５１，５２を用いた簡単な構造でありながら、Ｘ線管１１のなかで放電の危険性が高い陽極の側を筐体１０に対して確実に遮蔽して放電の危険性を低く抑えることができるという効果が得られる。
その他の構成及び効果は第１実施形態と同等である。

１…Ｘ線検査装置
８，８１，８２…Ｘ線発生装置
１０…筐体
１１…Ｘ線管
１２…基台
１３…窓部
１４…絶縁油
２０，３０，４０，５０…絶縁体

Claims

Ｘ線を発生するＸ線管（１１）と、
前記Ｘ線管を収納するとともに前記Ｘ線管を浸漬する絶縁油（１４）が充填された筺体（１０）と、
前記筺体内で前記筺体の内面と前記Ｘ線管の間に前記Ｘ線管を取り囲むように配置され、曲げ加工されたシート状かつ開放された筒状の絶縁体（２０，３０，４０，５０）と、
を具備することを特徴とするＸ線発生装置（８，８１，８２）。
前記絶縁体（２０，３０，４０，５０）は、前記Ｘ線管（１１）を囲むように配置されるとともに、少なくともその一部が前記筺体（１０）の底面に支持されていることを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置（８，８１，８２）。
Ｘ線発生装置（８，８１，８２）から被検査物に対してＸ線を曝射し、前記被検査物を透過した前記Ｘ線の透過量に基づいて前記被検査物の検査を行なうＸ線検査装置において、
前記Ｘ線発生装置（８，８１，８２）が、
Ｘ線を発生するＸ線管（１１）と、
前記Ｘ線管を収納するとともに前記Ｘ線管を浸漬する絶縁油（１４）が充填された筺体（１０）と、
前記筺体内で前記筺体の内面と前記Ｘ線管の間に前記Ｘ線管を取り囲むように配置され、曲げ加工されたシート状かつ開放された筒状の絶縁体（２０，３０，４０，５０）と、
を具備することを特徴とするＸ線検査装置（１）。