JP7413614B1

JP7413614B1 - Ｘ線発生装置、ｘ線撮像装置およびモールド変圧器

Info

Publication number: JP7413614B1
Application number: JP2023546350A
Authority: JP
Inventors: 順也川瀬; 裕齋藤
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2024-01-15
Anticipated expiration: 2043-03-10

Abstract

Ｘ線発生装置は、収納容器と、前記収納容器の中に配置された絶縁容器と、少なくとも一部分が前記絶縁容器の中に配置されたＸ線発生管と、前記絶縁容器の中に配置された複数の電気部品と、を備える。前記Ｘ線発生装置は、前記複数の電気部品は、モールド変圧器を含む。前記モールド変圧器は、コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かって延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含む。

Description

本発明は、Ｘ線発生装置、Ｘ線撮像装置およびモールド変圧器に関する。

検査装置等に用いられるＸ線発生装置において、小型化および耐電圧性の向上が求められている。そのためには、モールド変圧器の採用が有利であると考えられるが、従来のモールド変圧器では、コアの熱を効率的に排出することが難しく、そのため、Ｘ線発生装置の動作の安定性が損なわれうる。

本発明は、Ｘ線発生装置の動作の安定性の向上に有利な技術を提供する。

本発明の第１の側面は、Ｘ線発生装置に係り、前記Ｘ線発生装置は、収納容器と、前記収納容器の中に配置された絶縁容器と、少なくとも一部分が前記絶縁容器の中に配置されたＸ線発生管と、前記絶縁容器の中に配置された複数の電気部品と、を備える。前記複数の電気部品は、モールド変圧器を含み、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアに巻かれた第１巻線と、前記コアのうち前記第１巻線が巻かれた第１部分を覆い、かつ前記コアのうち前記第１巻線が巻かれていない第２部分を覆わない絶縁体と、前記絶縁体を介して前記コアに巻かれた第２巻線と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアの前記第２部分に向かって延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含む。
本発明の第２の側面は、Ｘ線発生装置に係り、前記Ｘ線発生装置は、収納容器と、前記収納容器の中に配置された絶縁容器と、少なくとも一部分が前記絶縁容器の中に配置されたＸ線発生管と、前記絶縁容器の中に配置された複数の電気部品と、を備える。前記複数の電気部品は、モールド変圧器を含み、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かって延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、前記絶縁容器は、前記モールド変圧器を支持する支持面を含む壁を含み、前記放熱路は、前記壁における前記コアの中心から最も近い位置と前記中心とを通る仮想線から離れた位置に配置されている。

本発明の第３の側面は、モールド変圧器に係り、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かう方向に延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、前記放熱路は、前記絶縁体よりも熱伝導率が高い絶縁材料で構成された部材を含み、前記放熱路は、前記コアの中心を通り前記方向に平行な仮想線から離れた位置に配置されている。
本発明の第４の側面は、モールド変圧器に係り、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かう方向に延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、前記放熱路は、前記コアの中心を通り前記方向に平行な仮想線から離れた位置に配置されている。

一実施形態のＸ線発生装置の構成を模式的に示す図。モールド変圧器の構成を模式的に示す断面図。モールド変圧器の構成を模式的に示す側面図。モールド変圧器の構成を模式的に示す断面図。モールド変圧器の構成を模式的に示す側面図。変形例のモールド変圧器の構成を模式的に示す側面図。他の変形例のモールド変圧器の構成を模式的に示す側面図。比較例のモールド変圧器の構成を模式的に示す断面図。一実施形態のＸ線撮像装置の構成を模式的に示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。本明細書および添付図面では、ＸＹＺ座標系によって方向および配置が示される。

図１には、本開示の一実施形態のＸ線発生装置１００の構成が模式的に示されている。Ｘ線発生装置１００は、収納容器２０と、収納容器２０の中に配置された絶縁容器５０と、少なくとも一部分が絶縁容器５０の中に配置されたＸ線発生管１０と、絶縁容器５０の中に配置された複数の電気部品と、を備えうる。収納容器２０は、導電性部材で構成されうる。絶縁容器５０は、絶縁体で構成される。絶縁容器５０は、１又は複数の開口を有しうる。Ｘ線発生管１０は、その少なくとも一部が絶縁容器５０の中に配置され、絶縁容器５０の１つの開口を通して絶縁容器５０の中から外に延びように配置されうる。収納容器２０の一部分は、Ｘ線発生管１０と共有されうる。

上記の複数の電気部品は、駆動回路１４、モールド変圧器１５、ケーブル１６、１８を含みうる。モールド変圧器１５は、収納容器２０の外部から引き込まれたケーブル１７に電気的に接続された一次巻線と、ケーブル１６に電気的に接続された二次巻線とを有する。駆動回路１４は、モールド変圧器１５からケーブル１６を介して供給させる電力を使ってＸ線発生管１０を駆動する。駆動回路１４は、昇圧回路を含みうる。該昇圧回路は、例えば、コッククロフト・ウォルトン回路（ＣＷ回路）を含みうる。該昇圧回路は、例えば、収納容器２０に対して負の高電圧を生成しうる。

Ｘ線発生管１０は、電子を放出する電子放出部を含む陰極１２と、該電子放出部から放射された電子が衝突することによってＸ線を発生するターゲットを含む陽極１３とを有しうる。収納容器２０は、接地されてよく、Ｘ線発生管１０の陽極１３は、収納容器２０に対して電気的に接続されうる。駆動回路１４は、Ｘ線発生管１０の陰極１２に対してケーブル１８を介して負電位を供給しうる。ケーブル１６、１８は、導電性部材と、該導電性部材を被覆する絶縁材とを含みうるが、絶縁材を有しなくてもよい。絶縁容器５０の内側の空間、収納容器２０と絶縁容器５０との間の空間５７、および、絶縁容器５０とＸ線発生管１０との間の空間には、絶縁性液体（例えば、絶縁油）が充填されうる。また、駆動回路１４の内側の空間にも絶縁性液体が充填されうる。Ｘ線発生管１０の陰極１２と収納容器２０とは、電気的に絶縁されている。収納容器２０と絶縁容器５０の間の空間５７は、絶縁性液体の対流を可能にする対流空間として機能しうる。絶縁容器５０は、モールド変圧器１５を支持する壁５２を含みうる。壁５２は、平面形状を有してもよいし、曲面形状を有してもよいし、他の形状を有してもよい。壁５２は、モールド変圧器１５を支持する支持面５２１を有する。

図２および図３には、モールド変圧器１５の構成が模式的に示されている。図２は、モールド変圧器１５の模式的な断面図である。図３は、Ｘ軸のプラス方向から見たモールド変圧器１５の側面図である。図３では省略されているが、モールド変圧器１５の背後には、モールド変圧器１５を支持するように絶縁容器５０の壁５２が存在する。モールド変圧器１５は、コア６０と、コア６０を覆う絶縁体８０と、コア６０から絶縁体８０の外部空間に熱を移動させる放熱路８２と、を含みうる。放熱路８２は、絶縁体８０の外部空間からコア６０に向かって延びるように絶縁体８０に設けられた穴８４を含む。放熱路８２は、例えば、空間、あるいは流路であり、絶縁性液体で満たされうる。放熱路８２は、放熱路８２を通してコア６０の一部である露出部ＥＲが絶縁体８０の外部空間に露出するように構成されてもよい。あるいは、放熱路８２は、放熱路８２を通してコア６０の一部である露出部ＥＲが被膜を介して絶縁体８０の外部空間に露出するように構成されてもよい。該被膜は、コア６０の熱が放熱路８２を通して外部空間に十分に移動するように設けられうる。放熱路８２は、絶縁体８０よりも熱伝導率が高い絶縁材料（例えば、アルミナ）で構成された部材を含んでもよい。絶縁容器５０あるいは壁５２は、貫通開口５４を有し、放熱路８２あるいは穴８４は、貫通開口５４を通して絶縁体８０の外部空間、例えば、空間５７に連通し、あるいは面してもよい。

コア６０は、トロイダルコアでありうる。絶縁体８０は、コア６０を覆うようにモールド成形される。絶縁体８０は、例えば、樹脂で構成される。絶縁体８０は、コア６０の開口部を通るように配置された貫通孔８５を有しうる。モールド変圧器１５は、コア６０に巻かれ絶縁体８０によって覆われた第１巻線と、絶縁体８０を介してコア６０に巻かれた第２巻線とを含みうる。第２巻線は、絶縁体８０の貫通孔８５を通過するように絶縁体８０（の一部分）を介してコア６０に巻かれうる。第１巻線および第２巻線は、２つの巻線を相互に区別するための表現である。図２に示された例では、第１巻線は一次巻線６１であり、第２巻線は二次巻線６２である。つまり、図２に示された例では、モールド変圧器１５は、絶縁体８０によって覆われた一次巻線６１と、絶縁体８０（の一部分）を介してコア６０に巻かれた二次巻線６２とを含みうる。二次巻線６２は、絶縁体８０の貫通孔８５を通過するように絶縁体８０（の一部分）を介して６０に巻かれうる。

図２に示された構成とは異なり、モールド変圧器１５は、絶縁体８０によって覆われた二次巻線６２と、絶縁体８０（の一部分）を介してコア６０に巻かれた一次巻線６１とを含んでもよい。この場合。一次巻線６１は、絶縁体８０の貫通孔８５を通過するように絶縁体８０（の一部分）を介して６０に巻かれうる。

図２に示された例に沿って説明すると、モールド変圧器１５における絶縁性能は、二次巻線６２とコア６０の露出部ＥＲとの間の沿面距離（絶縁体８０の表面に沿った最短距離）に依存しうる。沿面距離の評価において、二次巻線６２のうち考慮されるべき位置は、例えば、貫通孔８５の出口付近である。つまり、沿面距離は、貫通孔８５の出口付近における二次巻線６２と露出部ＥＲとの間の絶縁体８０の表面に沿った最短距離でありうる。

一次巻線６１は、例えば、絶縁容器５０あるいは壁５２に設けられた配線孔５６を通してケーブル１７に接続されうる。配線孔５６には、ネジなどの導電性部材が挿入され、該導電性部材を介してケーブル１７と一次巻線６１とが電気的に接続されてもよい。一次巻線６１は、正端子、負端子を有しうるが、正端子、負端子、接地端子を有してもよい。ケーブル１７は、一次巻線６１の端子数に応じた導電線を含みうる。

コア６０は、前述のようにトロイダルコアでありうるが、他の形状を有するコア、例えば、ＥＩコア、ＥＥコア、ＥＥＲコア、ＰＱコアであってもよい。露出部ＥＲは、コア６０の円筒面（外周面）に設けられてもよいし、コア６０の端面（図２では、ＸＺ面に平行な面）、即ち、コア６０の軸方向（図２では、Ｙ方向）に直交する面に設けられてよい。あるいは、露出部ＥＲは、円筒面あるいは外周面と端面との双方に設けられてもよい。

高い冷却性能を実現するためには、放熱路８２は、コア６０の熱を収納容器２０と絶縁容器５０との間に配置された空間５７（対流空間）に伝達するように、換言すると、空間５７に向けて延びるように配置されることが好ましい。ただし、放熱路８２は、コア６０の熱を絶縁容器５０の内部空間に移動させるように、換言すると、絶縁容器５０の内部空間に向けて延びるように配置されてもよい。放熱路８２の断面形状は、例えば、矩形でありうるが、他の形状を有してもよい。放熱路８２は、露出部ＥＲと貫通開口５４とを最短経路で接続するように配置されることが好ましい。

図４を参照しながら放熱路８２の好ましい配置について説明する。放熱路８２は、絶縁容器５０の壁５２におけるコア６０の中心Ｇから最も近い位置ＮＰとコア６０の中心Ｇとを通る仮想線ＶＬから離れた位置に配置されることが好ましい。他の観点では、放熱路８２は、コア６０の中心Ｇを通る仮想線ＶＬから離れた位置に配置されることが好ましい。他の観点では、放熱路８２の少なくとも一部は、仮想線ＶＬとは重ならない位置に配置されることが好ましい。このような配置は、二次巻線６２と露出部ＥＲとの間の沿面距離ＣＤを長くするために有利である。なお、沿面距離は、仮想線ＶＬに重なるように放熱路８２が配置された場合に最短になりうる。更に、放熱路８２を仮想線ＶＬから離れた位置に配置することは、放熱路８２の断面に面する露出部ＥＲの面積を大きくすること、即ちコア６０（露出部ＥＲ）から放熱路８２への放熱効率を高めるために有利である。放熱路８２の断面に面する露出部ＥＲの面積は、露出部ＥＲの円弧長に比例する。図４に例示されるように、放熱路８２は、壁５２の支持面５２１を含む平面に対して放熱路８２が正射影された領域の少なくとも一部が、該平面に対してコア６０が正射影された領域ＰＲに収まるように配置されうる。

図５は、Ｙ軸のマイナス方向から見たモールド変圧器１５の側面図である。絶縁体８０は、絶縁体８０の表面に沿って二次巻線６２からコア６０（露出部ＥＲ）に至る経路（沿面距離ＣＤを規定する経路）上に凹凸８７を有することが好ましい。凹凸８７は、沿面距離ＣＤを大きくし、絶縁性能を向上するように機能しうる。

図６には、モールド変圧器１５の変形例が示されている。図６は、Ｘ軸のプラス方向から見た変形例のモールド変圧器１５の側面図である。変形例のモールド変圧器１５は、二次巻線６２（第２巻線）の少なくとも一部を覆う絶縁部材１５２を含む。絶縁部材１５２は、絶縁性能を向上するように機能しうる。

図７には、モールド変圧器１５の他の変形例が示されている。図７は、Ｘ軸のプラス方向から見た他の変形例のモールド変圧器１５の側面図である。他の変形例のモールド変圧器１５は、二次巻線６２（第２巻線）の少なくとも一部を覆う絶縁部材１５３を含む。絶縁部材１５３は、絶縁性能を向上するように機能しうる。絶縁部材１５３は、例えば、モールド成形によって形成されうる。

以上説明したモールド変圧器１５において、図２－図８に例示されるように、第２巻線６２は、放熱路８２を囲まないように配置されている。他の観点では、第２巻線６２は、放熱路８２を囲う位置とは異なる位置に配置されている。このような構成は、沿面距離ＣＤを大きくし、絶縁性能を向上させるために有利である。図８には、比較例のモールド変圧器１５’が示されている。比較例のモールド変圧器１５’では、第２巻線６２’が放熱路８２を囲むように配置されている。比較例では、絶縁体８０の表面に沿った二次巻線６２’とコア６０(露出部ＥＲ)との最短距離(沿面距離)が短いことが分かる。

図９には、本開示の一実施形態のＸ線撮像装置２００の構成が示されている。Ｘ線撮像装置２００は、Ｘ線発生装置１００と、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出するＸ線検出器１１２とを備えうる。Ｘ線撮像装置２００は、制御装置１２０および表示装置１３０を更に備えてもよい。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線検出器１１２と、信号処理部１１４とを含みうる。制御装置１２０は、Ｘ線発生装置１００およびＸ線検出器１１２を制御しうる。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線発生装置１００から放射され物体１０６を透過したＸ線１０４を検出あるいは撮像する。信号処理部１１４は、Ｘ線検出器１１２から出力される信号を処理して、処理された信号を制御装置１２０に供給しうる。制御装置１２０は、信号処理部１１４から供給される信号に基づいて、表示装置１３０に画像を表示させうる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

Claims

収納容器と、前記収納容器の中に配置された絶縁容器と、少なくとも一部分が前記絶縁容器の中に配置されたＸ線発生管と、前記絶縁容器の中に配置された複数の電気部品と、を備えるＸ線発生装置であって、
前記複数の電気部品は、モールド変圧器を含み、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアに巻かれた第１巻線と、前記コアのうち前記第１巻線が巻かれた第１部分を覆い、かつ前記コアのうち前記第１巻線が巻かれていない第２部分を覆わない絶縁体と、前記絶縁体を介して前記コアに巻かれた第２巻線と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアの前記第２部分に向かって延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含む、
ことを特徴とするＸ線発生装置。
前記放熱路は、絶縁性液体で満たされる、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記放熱路は、前記収納容器と前記絶縁容器との間の空間に対して連通している、
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記放熱路は、前記絶縁体よりも熱伝導率が高い絶縁材料で構成された部材を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
収納容器と、前記収納容器の中に配置された絶縁容器と、少なくとも一部分が前記絶縁容器の中に配置されたＸ線発生管と、前記絶縁容器の中に配置された複数の電気部品と、を備えるＸ線発生装置であって、
前記複数の電気部品は、モールド変圧器を含み、前記モールド変圧器は、コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かって延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、
前記絶縁容器は、前記モールド変圧器を支持する支持面を含む壁を含み、
前記放熱路は、前記壁における前記コアの中心から最も近い位置と前記中心とを通る仮想線から離れた位置に配置されている、
ことを特徴とするＸ線発生装置。
前記放熱路は、前記支持面を含む平面に対して前記放熱路が正射影された領域の少なくとも一部が、前記壁に対して前記コアが正射影された領域に収まるように、配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生装置。
前記第２部分は、前記穴に満たされた前記絶縁性液体に対して露出し、又は、前記穴に満たされた前記絶縁性液体に対して被膜を介して露出している、
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記絶縁体は、貫通孔を有し、前記第２巻線は、前記貫通孔を通過するように前記絶縁体を介して前記コアに巻かれている、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１巻線は、一次巻線であり、前記第２巻線は、二次巻線である、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
前記第１巻線は、二次巻線であり、前記第２巻線は、一次巻線である、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
前記モールド変圧器は、前記第２巻線の少なくとも一部を覆う絶縁部材を更に含む、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
前記絶縁体は、前記絶縁体の表面に沿って前記第２巻線から前記コアに至る経路に凹凸を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
前記第２巻線は、前記放熱路を囲まないように配置されている、
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生装置。
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置と、
前記Ｘ線発生装置から放射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
を備えることを特徴とするＸ線撮像装置。
モールド変圧器であって、
コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かう方向に延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、
前記放熱路は、前記絶縁体よりも熱伝導率が高い絶縁材料で構成された部材を含み、
前記放熱路は、前記コアの中心を通り前記方向に平行な仮想線から離れた位置に配置されている、
ことを特徴とするモールド変圧器。
前記放熱路は、空間である、
ことを特徴とする請求項１５に記載のモールド変圧器。
前記コアに巻かれ前記絶縁体によって覆われた第１巻線と、前記絶縁体を介して前記コアに巻かれた第２巻線とを含み、
前記方向は、前記外部空間から前記コアのうち前記第１巻線が巻かれていない部分に向かう方向である、
ことを特徴とする請求項１５に記載のモールド変圧器。
モールド変圧器であって、
コアと、前記コアを覆う絶縁体と、前記コアから前記絶縁体の外部空間に熱を移動させる放熱路と、を含み、前記放熱路は、前記外部空間から前記コアに向かう方向に延びるように前記絶縁体に設けられた穴を含み、
前記放熱路は、前記コアの中心を通り前記方向に平行な仮想線から離れた位置に配置されている、
ことを特徴とするモールド変圧器。
前記モールド変圧器は、前記コアに巻かれ前記絶縁体によって覆われた第１巻線と、前記絶縁体を介して前記コアに巻かれた第２巻線とを含む、
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載のモールド変圧器。
前記絶縁体は、貫通孔を有し、前記第２巻線は、前記貫通孔を通過するように前記絶縁体を介して前記コアに巻かれている、
ことを特徴とする請求項１９に記載のモールド変圧器。
前記第１巻線は、一次巻線であり、前記第２巻線は、二次巻線である、
ことを特徴とする請求項２０に記載のモールド変圧器。
前記第１巻線は、二次巻線であり、前記第２巻線は、一次巻線である、
ことを特徴とする請求項２０に記載のモールド変圧器。
前記モールド変圧器は、前記第２巻線の少なくとも一部を覆う絶縁部材を更に含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載のモールド変圧器。
前記絶縁体は、前記絶縁体の表面に沿って前記第２巻線から前記コアに至る経路に凹凸を有する、
ことを特徴とする請求項１９に記載のモールド変圧器。
前記第２巻線は、前記放熱路を囲まないように配置されている、
ことを特徴とする請求項１９に記載のモールド変圧器。