JPH05176540A

JPH05176540A - 高電圧発生装置

Info

Publication number: JPH05176540A
Application number: JP3343488A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsuchiya; 明土屋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-13
Also published as: US5363286A

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁油を用いた装置に比べ、格段の小形化、軽
量化等を図る。【構成】高電圧トランス１０１、高電圧整流器１０２、
フィラメント加熱用トランス１０３、高電圧ケーブル１
０４の接続端の一部を、エポキシ樹脂などの固体絶縁物
１０で箱状に固め、単一のブロック体を形成する。この
ブロック体の表面には、アース用の導電層１５を金属蒸
着によって形成する。この高電圧発生装置１は、例えば
Ｘ線管の電源装置として使用できる。【効果】小形化、軽量化のほか、運動する機器に搭載し
た場合でも安定した絶縁特性が得られ、またケーブルの
引出し方向も任意に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高電圧発生装置に係
り、とくに、低圧で与えられた交流電圧を昇圧した後、
整流して高圧の直流電圧を得る構造の高電圧発生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高電圧発生装置としては、図５に
記載した回路構成のものが知られている。この図５記載
の装置は、医療用Ｘ線診断装置のＸ線管に高圧（例えば
１５０ｋＶ）の高圧電源を供給するものである。

【０００３】図４に示す高電圧発生装置は、入力端子Ｉ
Ｎ_１，ＩＮ_２に接続された高電圧トランス１０１と、こ
の高電圧トランス１０１と３極の出力端子ＯＵＴ_１， O
UT₂に接続された高電圧整流器１０２と、別の入力端子
ＩＮ_３〜ＩＮ_６及び出力端子ＯＵＴ_２に接続されたフィ
ラメント加熱トランス１０３とを高電圧部品として備え
ている。これにより、入力端子ＩＮ_１，ＩＮ_２に供給さ
れた低圧の交流電圧（例えば２００Ｖ）が高圧の直流電
圧（例えば１５０ｋＶ）に変換され、出力端子ＯＵ
Ｔ_１，ＯＵＴ_２から３芯の高電圧ケーブル１０４、１０
４を介してＸ線管１０５の陽極及びフィラメント間に供
給される。また、出力端子ＯＵＴ_２から取り出される交
流電圧によってＸ線管１０５の２つの焦点用のフィラメ
ントが加熱される。なお、入力端子ＩＮ_１，ＩＮ_２に供
給される交流電圧は、インバータにより高周波化するこ
ともあり、その場合、高電圧トランス１０１自体は小形
化され且つ軽量化が可能になる。

【０００４】これらの高電圧部品は図５に示すように組
み立てられる。即ち、高電圧部品１０１〜１０３を支持
構造物１０７…１０７で支持させ、組み立てた後、その
組体全体を鉄製の容器１０８に収容する。そして、容器
１０８の内部を乾燥させた後、絶縁油１０９を容器１０
８内に注ぎ、各部品間の絶縁を確保するものである。

【０００５】しかし、絶縁油１０９中に粉塵や金属粉が
微量でも浮遊していると、それらの異物の対流に起因し
た絶縁耐圧が低下することがある。そこで、従来は絶縁
材料の板材から成るバリヤー（隔壁）１１０…１１０
を、図５に示すように部品間に配置し、これにより異物
の対流を抑制するようにしている。

【０００６】また、出力端子ＯＵＴ_１，ＯＵＴ_２は実際
には図５に示すように高電圧ソケット１１１、１１１で
形成される。各高電圧ソケット１１１は高電圧電極部と
アース部を有するが、沿面放電の発生を回避するため、
それら高電圧電極部とアース部との間に所定の絶縁距離
を確保している。

【０００７】なお、高電圧ソケット１１１、１１１や端
子台１１２…１１２（入力端子IN₁…ＩＮ_６を形成）等
は図５に示すように、上蓋１１３に装備されている。図
５中、１１４…１１４は低電圧ケーブルである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高電圧発生装置にあっては、バリヤーを形成す
ると、容器内部の構造が複雑化する。また、バリヤーを
設置したことにより、絶縁油のストレスが上がるので、
各高電圧部品間の距離は絶縁油の劣化を見込んで、十分
な安全率を採らざるを得ないから、高電圧部品間の空間
的間隔が大きい。同様に、高電圧ソケットも同様に十分
な安全率を考慮した絶縁距離が必要である。これらの理
由によって、従来の絶縁油によって耐圧を確保する構造
の高電圧発生装置は、装置全体が大形化・複雑化すると
いう問題があった。

【０００９】また、インバータ方式の高電圧発生装置の
場合には、高周波化により高電圧トランス自体は小形、
軽量になるが、絶縁油自体の耐圧は変わらないので、一
定の耐圧を確保しようとすると、自ずと限界が生じる。
このため、装置全体は依然として、ある程度の形状、重
量が必要で、大きな設置スペースも必要となるなどの問
題があった。

【００１０】さらに、従来の高電圧発生装置をＸ線ＣＴ
装置などの架台に搭載して使用する場合、架台の回転時
に生じる回転加速度に因って、シール部の絶縁油に対す
る気密度が問題になり、空気混入に因る耐圧不良を生じ
る恐れがあった。また、このように運動させる架台に取
り付ける場合、高電圧発生装置の重量が大きいため、支
持構造物の強度を上げなければならず、搭載対象のシス
テム全体も大形化、重量増になるという問題があった。

【００１１】さらにまた、従来の絶縁油を使った構造の
ものでは、絶縁油を完全密封することは困難であったの
で、高電圧ケーブルの引き出し方向は通常、上向きにな
るように設計されていた。

【００１２】この発明は上記従来の問題に鑑みなされた
もので、小形化、軽量化を図った高電圧発生装置を提供
することを、第１の目的とする。インバータ方式を採用
した場合でも、トランスの高周波化に因る小形、軽量化
のメリットを装置全体に存分に反映させることができる
高電圧発生装置を提供することを、第２の目的とする。
さらに、Ｘ線ＣＴ装置の架台のように、運動させる架台
に搭載して使用する場合でも、加速度に因る気密性の低
下の問題を生じない高電圧発生装置を提供することを、
第３の目的とする。さらに、高電圧ケーブルの引き出し
方向を任意に設定可能な高電圧発生装置を提供すること
を、第４の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１〜４記載の高電圧発生装置によれば、入力
した交流電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器により昇
圧された交流電圧を整流する整流器とを高電圧部品とし
て有し、これらの高電圧部品を相互に所定距離離した状
態のまま固体絶縁物でモールドして、一つのブロック体
に形成すると共に、このブロック体の外側表面に接地用
の導電層を形成した。例えば、前記整流器からの直流出
力は、Ｘ線を発生させるＸ線管の電源となる。また例え
ば、前記高電圧部品としては、前記Ｘ線管のフィラメン
トを加熱する交流電源を供給するためのフィラメント加
熱用変圧器も含まれる。さらに、前記整流器の出力側に
は高電圧ケーブルが接続され、この高電圧ケーブルの整
流器側端部は、その一部が前記固体絶縁物に直接、埋設
された構造である。

【００１４】

【作用】請求項１〜４記載の高電圧発生装置によれば、
入力した交流電圧は昇圧後、整流されて、高電圧の直流
電圧として取り出され、例えばＸ線管に供給される。こ
のとき、高電圧部品は固体絶縁物により、全体が一つの
ブロック体に固められているため、従来の絶縁油を絶縁
体とする場合に比べて、絶縁耐力自体が大きいから絶縁
距離が小さくて済み、また内部の支持構造物を固体絶縁
物が兼ねるから、同等の電気的特性を有する従来装置に
比べ、そのサイズ、重量を大幅に小形・軽量化できる。
また、回転する架台などに取り付けた場合でも、固体絶
縁物であるから、加速度に因る気密性の問題は生じな
い。一方、この高電圧発生装置がＸ線管用であれば、Ｘ
線管のフィラメント加熱用の変圧器も一緒にコンパクト
にブロック化される。さらに、高電圧ケーブルも一緒に
埋設された装置では、高電圧ケーブルの引き出し口が簡
素化され、一層の小形化及び軽量化が図られる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図４に基
づき説明する。なお、この実施例における高電圧発生装
置は、前述した従来例と同様にＸ線管用の装置であり、
その回路構成は前述した図４に記載したものと同一であ
るとする（このため、同一の構成要素には同一符号を用
いる）。

【００１６】図１は、全体を箱形で単一のブロック体に
形成した高電圧発生装置１を示す。この高電圧発生装置
１は、図４に示した高電圧部品、即ち高電圧トランス１
０１、高電圧整流器１０２（２つのケースに分割されて
いる）、フィラメント加熱用トランス１０３（２つに分
割されている）を固体絶縁体１０により箱状に一体に固
めたものである。図２には、各高電圧ケーブルの１０４
の引出し口が、ケーブルガイド及び補強を兼ねて、固体
絶縁体１０を段状に形成した段部１０Ａで固められてい
る様子を示す。

【００１７】ここで、上記高電圧発生装置１の製作工程
を図３を参照して説明する。まず、高電圧トランス１０
１、高電圧整流器１０２（ここでは、倍電圧整流器）、
及びフィラメント加熱用トランス１０３に必要なアセン
ブリ部品、並びに、箱形の金型、固体絶縁体１０を形成
するモールド注型材料（例えば、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂など）、硬化剤及び硬化促進剤を予め用意す
る。そして、図３の準備工程３０ａ，３０ｂでは、巻枠
に絶縁紙と巻線を、多重円筒巻きに巻いて高電圧トラン
ス１０１及びフィラメント加熱用トランス１０３とを単
独に製作する。これらの準備工程３０ａ，３０ｂでは、
絶縁紙として樹脂含浸紙を用いるので、絶縁紙を真空加
熱乾燥させてから組み立てる。また、並行して行われる
別の準備工程３０ｃでは、高電圧整流器１０２が組み立
てられる。

【００１８】次の製作工程３１では、完成した高電圧ト
ランス１０１、フィラメント加熱用トランス１０３、高
電圧整流器１０２、及び、別途用意された金型を集め
て、型組を行う。この型組工程３１では、各高電圧部品
１０１〜１０３を金型内で位置決めし、その位置を支持
する必要がある。このため、まず、各高電圧部品１０１
〜１０３を、必要最小限の絶縁耐圧距離を確保する位置
に、固体の支持体で位置決めする。各支持体はモールド
注型材料と同一材料で形成されている。このとき、各部
品１０１〜１０３の間は配線材と端子（外側に真鍮タッ
プが形成されている）により接続され、高電圧トランス
１０１の入力端子には低電圧ケーブル１１４、…、１１
４（図１参照）が接続される一方、整流器１０３の出力
端子の各々には高電圧ケーブル１０４、１０４が接続さ
れる。各低電圧ケーブル１１４及び各高電圧ケーブル１
０４は、所定位置に位置決めされると共に、高電圧ケー
ブル１０４、１０４は位置決めされた位置から各々、直
立させた状態で、金型の上方にそのまま引き出される。
これにより、各部品１０１〜１０３及び配線材が金型内
で立体的に固定・配置される。

【００１９】上記型組工程３１が終了すると、注型工程
３２に移行し、真空状態にてモールド注型材料、硬化剤
及び硬化促進剤を金型内に含浸させる。このとき、高電
圧ケーブル１０４、１０４の端末に対しては、外装ビニ
ールシース及びシールド用綱編組を除いた部分が注型さ
れる。

【００２０】次いで、硬化工程３３では、金型全体を加
熱することにより、注型した各材料を硬化させる。この
硬化により、各支持体はモールド注型材料と同一材料で
形成してあるため、一体として硬化され、固体絶縁体１
０になる。次いで、分解工程３４では、自然冷却後、金
型から硬化した箱形のブロック体を取り出す。このブロ
ック体内には、高電圧部品１０１〜１０３が固定された
状態で一体に組み込まれている（図１参照）。

【００２１】さらに、仕上工程３５では、整形や端子台
１１２…１１２などの取付けを行う。さらに、バンド締
めなどのコア組込み工程３６、耐電圧評価などを行う電
気試験工程３７に至る。その後、表面塗装工程３８で
は、例えば鉛などの金属蒸着をブロック体の外表面に施
し、外装としての導電層１５を形成する（図１参照）。
この導電層１５はアースに接続される。

【００２２】以上のようにして形成された高電圧発生装
置１によれば、回路中の入力端IN₁，ＩＮ_２から供給し
た低圧の交流電圧が巻線比に応じて昇圧され、その後、
整流されて、出力端ＯＵＴ_１，ＯＵＴ_２から高圧の直流
電圧として取り出すことがきる。

【００２３】この高電圧発生装置１は、従来の手法によ
って製作された装置に対して、種々の利点を有する。

【００２４】まず、十分な安全率を見込んだ場合でも装
置全体を著しく小形・軽量化できることである。その理
由は、以下のようである。第１に、固体絶縁物１０を使
用しているため、従来の絶縁油よりも絶縁耐力が大き
い。この絶縁耐力が大きいことによって、各高電圧部品
１０１〜１０３間や外装１５（導電層）との絶縁距離が
絶縁油に比べて小さく済む。第２に、ブロック体内は固
体絶縁体１０で固められているため、従来の絶縁油で見
られた、浮遊粉塵の対流を抑制するバリヤーが不要にな
る。第３に、内部での高電圧部品の支持は固体絶縁物１
０が兼ねるから、従来のような内部の支持構造体が不要
になる。また、第４に、高電圧ソケットの代わりに、高
電圧ケーブル１０４、１０４を直接埋設して形成できる
ことにより、高電圧ソケットを使用するときの沿面距離
の確保が不要になる。このとき、各ケーブル１０４の埋
込み寸法はケーブル固定分だけを残した最小限に調節で
き、ブロック体の３辺の内の一つ辺の寸法を抑えること
ができる。さらに、第５に、従来構成のような鉄製容器
のアースの代わりに導電層１５を形成し、重たい鉄製容
器を排除できる。これらの利点が総合的に結合されて、
高電圧発生装置１全体が従来構造に比べて格段に小形化
され、軽量化される。

【００２５】さらに、上記小形・軽量化のメリットは、
インバータ方式を採用した装置にも反映させることがで
きる。従来は、インバータ方式による高周波化で、メイ
ンのトランスは小さく製造できるが、その小形・軽量化
の点で限界があった。しかし、この発明の利点とトラン
ス自体の小形・軽量化が融合して、インバータ方式の高
電圧発生装置が格段に軽く且つ小さく製作できる。

【００２６】本発明者がこの発明を実施したところ、従
来の同等規模の高電圧発生装置に比べ、体積を約１／１
５と小さくでき、且つ、重量を約１／４〜１／５と減ら
すことができるという結果を得た。なお、このように固
体絶縁物でモールドした場合でも、管電圧波形などの電
気的特性や内部の熱的特性も、従来と何等変わらないこ
とが確認されている。

【００２７】さらに、上記のように小形、軽量に製造で
きることで、種々の二次的効果が得られる。持ち運びが
容易になるほか、設置スペースが格段に減少するから、
高電圧を供給する対象機器にも一体に搭載することが可
能になる。この場合、対象機器の搭載部分の支持構造体
を従来のように特別に強固に形成する必要もなくなる。
これにより、Ｘ線ＣＴ装置のように架台が回転する構造
の装置にも一体に組み込み易くなる。

【００２８】別の重要な利点は、Ｘ線ＣＴ装置の回転架
台の如く、運動する架台に搭載した場合でも、ブロック
体内は固体絶縁物１０で固められているから、架台と一
緒に運動しても、従来見られた、空気混入に因る絶縁油
の耐圧低下のような問題が生じることもない。また、絶
縁油の温度に因る膨脹、収縮も無く、空蓋も不要とな
る。これにより、運動時や振動時及び温度上昇時に発生
する油漏れや耐圧不良なども無くなり、安定した耐圧特
性を発揮できる。

【００２９】更に別の重要な利点は、高電圧ケーブル１
０４、１０４の取り出し方向を任意に設計できることで
ある。従来のように絶縁油を使用した場合、ケーブルの
高電圧ソケットなどの取り付け部や天板と容器との密着
部のシールの強度限界及び劣化の問題があり、実際には
完全密封は困難であった。このため、高電圧ケーブルの
取り出し方向は通常、上方向であった。これに対して、
この発明を実施した装置では固体絶縁物１０で固めてい
るから、そのような心配は無用であり、高電圧ケーブル
１０４、１０４の取り出しは横方向、下方向など、任意
に設計することができ、対象とする機器にも搭載し易く
なった。

【００３０】さらに、上記実施例によれば、以下のよう
な種々の利点が得られる。最初に、装置の信頼性が向上
することが挙げられる。絶縁油を使用した場合、絶縁油
の劣化、油中の水分及び粉塵などに因る絶縁耐圧の低下
に起因して、絶縁放電が起こり、部品を損傷してしまう
恐れもあった。しかし、この発明を実施した装置は、そ
のような可能性は極めて少なくなり、絶縁耐圧に関する
信頼性が格段に高くなる。次に、絶縁油漏れの問題も解
消され、経時変化に因る絶縁油の交換が不要になるか
ら、保守が容易になる。次に、従来、オイルタンクとし
て使用していた鉄製容器も不要になり、また内部の構造
支持体が不要であるなど、部品点数が削減され、製造コ
ストも従来構造に比べて下がる。さらに、真空乾燥、真
空注油の工程が無くなり、製造効率も向上する。

【００３１】ところで、インバータ方式の高電圧発生装
置を製造する場合、上記実施例に係る装置本体、即ちブ
ロック体の外周面を利用し、その外周面の一部に入力電
源部の回路ユニットや高周波インバータ部のスイッチン
グ回路の各ユニットを取り付けるようにすれば、インバ
ータ方式の装置全体をコンパクトな単体にまとめること
ができる。

【００３２】なお、この発明は、上記実施例のように、
Ｘ線管の電源装置としての高電圧発生装置について実施
する場合に限定されず、例えばレーザ装置、イオン注入
装置、粒子加速器などの如く、他の用途に適用してもよ
い。また、この発明における高電圧ケーブルの整流器に
対する接続は、ケーブルを直接埋設する、上記実施例の
構造に限定されるものではなく、例えば、従来のように
高電圧ソケットも含めて一体にモールド化したり、高電
圧ケーブルが接続されたプラグをそのソケットに差し込
む構造でもよいし、また、高電圧コネクタをモールド化
したブロック体に取り付け、そのコネクタを介して接続
するようにしてもよい。さらに、ブロック体の形状も箱
形に限定されるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項記載の発明
に係る高電圧発生装置は、入力した交流電圧を昇圧する
変圧器と、この変圧器により昇圧された交流電圧を整流
する整流器とを高電圧部品として有し、これらの高電圧
部品を相互に所定距離離した状態のまま固体絶縁物でモ
ールドし、一つのブロック体に形成すると共に、このブ
ロック体の外側表面に接地用の導電層を形成する構成と
し、例えば、Ｘ線管の電源装置として利用できるように
した。このため、従来のような絶縁油による絶縁体とは
異なり、固体絶縁物の絶縁耐圧が大きいこと、固体絶縁
体が内部の高電圧部品の支持も兼ねること等によって、
従来装置に比べ、装置全体を格段に小形化、軽量化でき
る。また、インバータ方式を採用した電源装置の場合で
も、高周波化に拠る変圧器の小形、軽量化のメリットを
遺憾無く発揮させることができる。さらに、Ｘ線ＣＴ装
置の架台のように運動する架台に搭載する場合でも、加
速度に因って絶縁耐力が低下するということもなく、安
定した絶縁特性が得られる。

【００３４】一方、Ｘ線管の電源装置とする場合、高電
圧部品としてＸ線管のフィラメント加熱用の交流電源を
供給するフィラメント加熱用変圧器も一緒にモールド化
でき、装置全体を効率良く小形・軽量化できる。さら
に、整流器に接続する高電圧ケーブルを固体絶縁物に直
接、埋設する構造とすれば、高電圧ソケットなどの接続
器が不要になり、高電圧の引き出し部分を簡素化でき、
また高電圧ケーブルの引き出し方向も任意に設定できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る高電圧発生装置の一
部破断した斜視図。

【図２】高電圧ケーブルの引出し口の部分断面図。

【図３】モールド化の製作工程を示す工程流れ図。

【図４】発明の実施例及び従来例に係る高電圧発生装置
の要部回路図。

【図５】従来例に係る高電圧発生装置の一部破断した斜
視図。

【符号の説明】

１高電圧発生装置１０固体絶縁物１５外装としての導電層１０１高電圧トランス１０２高電圧整流器１０３フィラメント加熱用トランス１０４高電圧ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力した交流電圧を昇圧する変圧器と、
この変圧器により昇圧された交流電圧を整流する整流器
とを高電圧部品として有し、これらの高電圧部品を相互
に所定距離離した状態のまま固体絶縁物でモールドし、
一つのブロック体に形成すると共に、このブロック体の
外側表面に接地用の導電層を形成したことを特徴とする
高電圧発生装置。
【請求項２】前記整流器からの直流出力は、Ｘ線を発
生させるＸ線管の電源となる請求項１記載の高電圧発生
装置。
【請求項３】前記高電圧部品として、前記Ｘ線管のフ
ィラメントを加熱する交流電源を供給するためのフィラ
メント加熱用変圧器を付加した請求項２記載の高電圧発
生装置。
【請求項４】前記整流器の出力側には高電圧ケーブル
が接続され、この高電圧ケーブルの整流器側端部は、そ
の一部が前記固体絶縁物に直接、埋設された構造である
請求項１記載の高電圧発生装置。