JPH11260591A - Ｘ線管用高圧電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大耐電圧を要求するフィラメント変圧
器を無くし、安価な変圧器を使用可能とするＸ線管用高
圧電源装置を提供する。 【解決手段】 コッククロフト回路２の一端側にインバ
ータ３より高い周波数の電力Ｓｆを供給するインバータ
６をインバータ３と直列に設け、かつ、コッククロフト
回路２の他端側に前記インバータ６の動作周波数に対し
て低いインピーダンスを有する結合コンデンサＣｃを設
け、コッククロフト回路２の他端側のコンデンサアーム
Ｃ_1,Ｃ₂ 間に結合コンデンサＣｃを介してＸ線管５のフ
ィラメント５ａを接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｘ線を放射する
ためのＸ線管用高圧電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のＸ線管用の高圧電源装置１
０を示す図である。図５において、２は直流の高電圧を
作りだすためのコッククロフト回路、３はこのコックク
ロフト回路２を動作させるインバータ（ドライブ電
源）、４はインバータ３をコッククロフト回路２の一端
側に接続する変圧器である。これらの部材２〜４はイン
バータ式のコッククロフト型高圧電源発生回路を構成し
ており、５は発生した高圧電力を供給することによりＸ
線を放射するＸ線管である。

【０００３】前記コッククロフト回路２は、コンデンサ
Ｃ₁₁〜Ｃ_1nからなる第１コンデンサアームＣ₁ と、コン
デンサＣ₂₁〜Ｃ_2nからなる第２コンデンサアームＣ
₂ と、各コンデンサＣ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2nが一方向に
充電されるように両コンデンサアームＣ_1,Ｃ₂ 間に接続
された複数個のダイオードＤ₁ 〜Ｄ_m とからなってい
る。

【０００４】Ｘ線管５はフィラメント５ａを有してお
り、このフィラメント５ａに電流を流している状態で、
フィラメント５ａに高電圧をかけることにより、Ｘ線管
５からＸ線が放出される。１１はフィラメント５ａに適
宜の電力を供給してこれに電流を流すためのインバー
タ、１２はこのインバータ１１からの電力を絶縁された
状態でフィラメント５ａに供給する絶縁変圧器である。

【０００５】すなわち、ドライブ電源であるインバータ
３によって放射するＸ線の波長を調節し、フィラメント
電源であるインバータ１１によってＸ線の強度を調節す
ることができる。

【０００６】上述のように、コッククロフト回路２によ
って直流高電圧を作ることにより、比較的低い耐圧のコ
ンデンサＣ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2nやダイオードＤ₁ 〜Ｄ
_m などを使用して直流高電圧を得ることができる。例え
ば各コンデンサアームＣ_1,Ｃ₂ にそれぞれ１０個（図示
は３個でｎ＝３であるが、同様の回路を１０段設けるこ
とによりｎ＝１０となる）のコンデンサを設けた場合に
は、例えば３ｋＶ耐圧のコンデンサを使用して段数倍で
ある３０ｋＶの直流高電圧を得ることができる。また、
変圧器４の二次電圧も比較的低い（例えば３０ｋＶの直
流高電圧を得るのに３ｋＶ）でよい。従って変圧器４の
一次／二次間の絶縁耐圧も比較的低くてもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、フィラメン
ト用のインバータ１１をフィラメント５ａに接続するた
めの絶縁変圧器１２は全電圧（上の例では、３０ｋＶ）
の耐圧を必要としていた。そして、絶縁変圧器１２に高
い絶縁耐圧を確保するためには高度の設計製作技術を必
要としているので、絶縁変圧器１２が高価にならざるを
得ず、それだけＸ線管用の高圧電源装置１０全体のコス
トを引き上げるものとなっていた。

【０００８】この発明は、上述の事柄を考慮に入れてな
されたものであって、その目的とするところは、最大耐
電圧を要求するフィラメント変圧器を無くし、安価な変
圧器を使用可能とするＸ線管用高圧電源装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、コッククロフト回路の一端側にそのド
ライブ電源より高い周波数の電力を供給するフィラメン
ト電源をドライブ電源と直列に設け、かつ、コッククロ
フト回路の他端側に前記フィラメント電源の動作周波数
に対して低いインピーダンスを有する結合コンデンサを
設け、コッククロフト回路の他端側のコンデンサアーム
間に結合コンデンサを介してＸ線管のフィラメントを接
続したことを特徴としている。

【００１０】したがって、フィラメント電源から供給さ
れるドライブ電源より高い周波数の電力は、コッククロ
フト回路のコンデンサアームを流れてフィラメントに達
し、フィラメントに電流を流すことができる。つまり、
フィラメント電源をコッククロフト回路の一端側に接続
することにより、従来の高耐電圧の絶縁変圧器を通常耐
電圧の変圧器に置き換えることができ、高価な絶縁変圧
器を不要とするので、それだけＸ線管用高圧電源装置の
生産コストを抑えることができる。

【００１１】前記ドライブ電源とフィラメント電源をお
のおのの変圧器を介してコッククロフト回路の一端側に
直列に接続した場合には、ドライブ電源とフィラメント
電源を互いに干渉させることなく、容易に直列接続した
状態でコッククロフト回路の一端側に接続できる。さら
に、ドライブ電源に接続される変圧器にフィラメント電
源の動作周波数において共振する直列共振回路を並列接
続することにより、フィラメント電源から供給される電
力が、ドライブ電源に接続される変圧器の影響を受けて
減衰したり、この変圧器を介してドライブ電源側に流れ
ることを防止できる。

【００１２】また、前記ドライブ電源およびフィラメン
ト電源が直列に接続されたのちに一つの変圧器を介して
コッククロフト回路の一端側に接続されることにより、
変圧器の数を可及的に少なくすることが可能となり、そ
れだけ生産コストを引き下げることができる。

【００１３】前記Ｘ線管のフィラメントとコッククロフ
ト回路の他端側との間にフィラメント電源の動作周波数
において共振する直列共振回路を設けた場合には、フィ
ラメント電源から供給される電力をより効果的にフィラ
メントに流すことができる。

【００１４】また、前記Ｘ線管のフィラメントとコック
クロフト回路の他端側との間に変圧器を設けて、この変
圧器と前記結合コンデンサによってフィラメント電源の
動作周波数において共振する直列共振回路を形成した場
合には、フィラメント電源から供給される電力をさらに
効果的にフィラメントに流すことができる。さらに、前
記変圧器の鉄心にインダクタンス調整用のギャップを形
成して共振周波数を調節することにより、共振周波数を
より良く調節することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明のＸ線管用高圧電源
装置１の第１実施例を示す図である。図１において、Ｘ
線管用高圧電源装置１は、コッククロフト回路２と、こ
れを動作させるためのインバータ（ドライブ電源）３
と、インバータ３をコッククロフト回路２の一端側に接
続する変圧器４とを有し、これらがインバータ式のコッ
ククロフト型高電圧発生回路を形成している。

【００１６】これらは、図５に示した従来例と同じ既知
の回路であり、第１コンデンサアームＣ₁ の一端側が基
準電圧Ｇに接続されている。本例ではダイオードＤ₁ 〜
Ｄ_mが各コンデンサＣ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2nに負の電圧
を印加する方向に接続されているので、コッククロフト
回路２の他端側の出力部Ｏに接続されたＸ線管５に負の
高電圧を印加することができる。なお、本例において図
５と同一または同等の部材については図５と同じ符号を
付してその詳細な説明を省略する。

【００１７】６はフィラメント用インバータ（フィラメ
ント電源）であり、フィラメント変圧器７および変圧器
４を介して前記インバータ３に直列に接続するように設
けられている。つまり、インバータ６で発生したフィラ
メント用信号（フィラメント５ａに供給する電力）Ｓｆ
はインバータ３から供給される電力Ｐと重畳してコック
クロフト回路２に印加される。

【００１８】Ｃｃはコッククロフト回路２の他端側のコ
ンデンサアームＣ₂ に接続されてフィラメント用信号Ｓ
ｆの周波数に対して低いインピーダンスを有する結合
（カップリング）コンデンサ、８は結合コンデンサＣｃ
を介してコッククロフト回路２の他端側をフィラメント
５ａに接続するフィラメント変圧器である。

【００１９】インバータ６は前記インバータ３より高い
周波数の電力を出力するものであり、例えば本例ではイ
ンバータ３が２０ｋＨｚの電力Ｐを供給し、インバータ
６は１００ｋＨｚの電力（フィラメント用信号）Ｓｆを
供給する。

【００２０】一般に、コッククロフト回路２を構成する
コンデンサＣ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2nは、高電圧のリップ
ルをできるだけ小さくするために比較的大きな容量を使
用する。これは、言い換えるならコンデンサＣ₁₁〜
Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2nが電力Ｐの動作周波数（２０ｋＨｚ）
に対して低いインピーダンスを示すことであり、より高
い周波数（１００ｋＨｚ）の電力信号Ｓｆに対しては、
さらに低いインピーダンスを呈する。

【００２１】したがって、インバータ６で発生したフィ
ラメント用信号Ｓｆはフィラメント変圧器７を介してコ
ッククロフト回路２の各コンデンサＣ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜
Ｃ_2nを小さいインピーダンスで通過し、結合コンデンサ
Ｃｃを通ってフィラメント変圧器８を介してＸ線管５の
フィラメント５ａに至る。つまり、インバータ６の出力
を調節することにより、Ｘ線管５から放射するＸ線の強
度を調節することができる。なお、フィラメント変圧器
８の一次側コイル８ａと二次側コイル８ｂはその一端側
において接続されている。すなわち、フィラメント５ａ
全体に出力Ｏと同じ負の電位が印加される。

【００２２】本例のように構成することにより、フィラ
メント変圧器７とフィラメント変圧器８とは、直流的に
は高電圧（例えば３０ｋＶ）の電位差があるにもかかわ
らず、交流的には低いインピーダンスで接続される。こ
のとき、フィラメント変圧器７に要求される絶縁耐電圧
は通常の変圧器の耐電圧と同程度でよく１〜２ｋＶ程度
であり、フィラメント変圧器８に要求される絶縁耐電圧
はない。

【００２３】すなわち、フィラメント変圧器７，８が低
耐電圧の変圧器でよいので、変圧器７，８の製造コスト
を引き下げることができ、それだけＸ線管用高圧電源装
置１の製造コストを下げることが可能となる。

【００２４】なお、上述の例では一例としてコッククロ
フト回路２の段数ｎを４段にした図を示しているが、本
発明はこれに限られるものでないことは言うまでもな
い。すなわちコッククロフト回路２の段数ｎを増やすこ
とによって、フィラメント変圧器７、変圧器４など、よ
り低耐圧の部材を用いて段数ｎ倍の高電圧を生成でき
る。

【００２５】また、結合コンデンサＣｃとフィラメント
変圧器８が持つインダクタンスによりインバータ６から
供給されるフィラメント用信号Ｓｆの周波数を共振周波
数とする直列共振回路を形成して、フィラメント変圧器
８が直列共振回路の一部を構成してもよい。この場合、
フィラメント用信号Ｓｆがより効率よくフィラメント５
ａに流れる。

【００２６】なお、このとき、フィラメント変圧器８の
鉄心にギャップを設けて、このギャップを調整すること
により、フィラメント変圧器８が持つインダクタンス分
を調節して、前記共振周波数を調節してもよい。また、
フィラメント変圧器８の一次と二次の巻線の位置によっ
てインダクタンスを調節してもよい。このように、コッ
ククロフト回路２の他端側に共振回路を形成することに
より電力Ｐではなくフィラメント用信号Ｓｆを選択的に
フィラメント５ａに印加することが可能となる。

【００２７】図２は本発明のＸ線管用高圧電源装置１の
第２実施例を示す図である。図２において、図１と同一
または同等の部材については同一の符号を付すことによ
り、その詳細な説明を省略する。本例のＸ線管用高圧電
源装置１が第１実施例と異なる点は、変圧器４の一次側
と二次側にコンデンサＣｒとコイルＬｒによる共振回路
Ｒを設けている点と、結合コンデンサＣｃと直列にコイ
ルＬｃを設けて共振回路Ｒｃを設けている点である。

【００２８】各共振回路Ｒ，Ｒｃは何れも前記フィラメ
ント用信号Ｓｆの周波数を共振周波数とする直列共振回
路である。共振回路Ｒはインバータ６からのフィラメン
ト用信号Ｓｆが変圧器４によって減衰したり、変圧器４
を介してインバータ３に流れることを防止する。なお、
この共振回路Ｒは変圧器４の一次側および二次側の両方
に設けることに限られるものではなく、変圧器４の一次
側または二次側の何れか一方に設けられてもよいことは
言うまでもない。

【００２９】一方、共振回路Ｒｃはインバータ６からフ
ィラメント変圧器８に流れ込む電流を大きくして、フィ
ラメント５ａに供給される電力（フィラメント用信号Ｓ
ｆ）を強くするためのものである。同時に、共振回路Ｒ
ｃを設けることによりインバータ３からの電力Ｐに対し
ては高インピーダンスを呈することができ、電力Ｐをフ
ィラメント５ａに供給することを可及的に無くすことが
できる。なお、共振回路Ｒｃは変圧器８が持つインダク
タンスによる影響を考慮に入れたものであってもよい。

【００３０】図３は本発明のＸ線管用高圧電源装置１の
第３実施例を示す図である。図３において、図１，２と
同一または同等の部材については同一の符号を付すこと
により、その詳細な説明を省略する。本例のＸ線管用高
圧電源装置１において、インバータ６はインバータ３に
直列に接続された状態で変圧器４を介してコッククロフ
ト回路２の一端側に接続されている。つまり、インバー
タ３に接続されるフィラメント変圧器７（図１，２参
照）を省略することによりＸ線管用高圧電源装置１の製
造コストをさらに引き下げている。

【００３１】また、本例ではコッククロフト回路２の他
端側に接続されるフィラメント変圧器８（図１，２参
照）を省略し、結合コンデンサＣｃを介して直接フィラ
メント５ｃを接続することにより、可及的に簡略化を図
って製造コストを引き下げている。

【００３２】図４は図３のＸ線管用高圧電源装置１を更
に変形した第４実施例を示す図である。図４において、
図３の例と異なる点は、インバータ３の出力に、インバ
ータ６から供給されるフィラメント用信号Ｓｆの周波数
において共振するコンデンサＣｒとコイルＬｒからなる
直列共振回路Ｒを並列に設けた点と、インバータ６の出
力に、インバータ３から供給される電力Ｐを低インピー
ダンスで通過させるコイルＬｐを設けた点である。

【００３３】本例のように構成することにより、インバ
ータ３から出力される電力Ｐがインバータ６に流れた
り、インバータ６から出力されるフィラメント用信号Ｓ
ｆがインバータ３に流れることを防止できる。したがっ
て、インバータ３およびインバータ６を互いに干渉しあ
うことなく直列に接続でき、両インバータ３，６から出
力される電力Ｐ，Ｓｆを重畳してコッククロフト回路２
の一端側に供給することが可能となる。

【００３４】一方、コッククロフト回路２の他端側に
は、フィラメント用信号Ｓｆの周波数を共振周波数とす
るコンデンサＣｃとコイルＬｃからなる直列共振回路Ｒ
ｃを形成し、コイルＬｃの両端をフィラメント５ａに接
続している。したがって、フィラメント用信号Ｓｆに対
して直列共振回路Ｒｃのインピーダンスが最小となり、
直列共振回路Ｒｃにフィラメント用信号Ｓｆがより良く
流れるので、コイルＬｃとコンデンサＣｃとの間で電気
振動が生じ、コイルＬｃとコンデンサＣｃの間の電圧が
振動する。すなわち、フィラメント用信号Ｓｆをより効
果的にフィラメント５ａに供給することができる。

【００３５】また、上述のように直列共振回路を形成す
ることにより、インバータ３から供給される電力Ｐに対
しては高いインピーダンスとすることができ、電力Ｐを
フィラメント５ａに流すことを可及的に防止できる。

【００３６】なお、上述の各例ではコッククロフト回路
２のドライブ電源およびフィラメント電源としてそれぞ
れインバータ３，６を用いた例を示しているが、本発明
はこれらの電源の種類に限定するものではない。また、
本例では各電源３，６の動作周波数が可聴周波数より高
くしているので、人間の耳に聞こえる雑音が生じること
はないが、本発明はこの周波数に限定されるものでな
く、インバータ３の代わりに５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの
商用電源を用いることも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、フィラメント電源から供給される電力は、コックク
ロフト回路のコンデンサアームを流れてフィラメントに
達し、フィラメントに電流を流すことができる。つま
り、従来のように高価な高耐電圧の絶縁変圧器を用いる
必要がなく、通常耐電圧の変圧器によってフィラメント
に流す電流を調節できるので、Ｘ線管用高圧電源装置の
生産コストを抑えることができる。

【００３８】コッククロフト回路のドライブ電源とフィ
ラメント用の電源をおのおのの変圧器を介してコックク
ロフト回路の一端側に直列に接続した場合には、両電源
を互いに干渉させることなく、容易に直列接続した状態
でコッククロフト回路の一端側に接続できる。さらに、
コッククロフト回路のドライブ用の電源に接続される変
圧器にフィラメント用信号の動作周波数において共振す
る直列共振回路を並列接続することにより、フィラメン
ト用信号の減衰を最小限に抑えることができる。

【００３９】一方、ドライブ用の電源およびフィラメン
ト用の電源を直列に接続したのちに一つの変圧器を介し
てコッククロフト回路の一端側に接続する場合には、変
圧器の数を可及的に少なくすることが可能となり、それ
だけ生産コストを引き下げることができる。

【００４０】前記Ｘ線管のフィラメントとコッククロフ
ト回路の他端側との間にフィラメント用信号の周波数を
共振周波数とする直列共振回路を設けた場合には、フィ
ラメント用信号をより効果的にフィラメントに流すこと
ができる。また、前記Ｘ線管のフィラメントとコックク
ロフト回路の他端側との間に変圧器を設けて、この変圧
器と前記結合コンデンサによってフィラメント用信号の
周波数において共振する直列共振回路を形成した場合に
は、フィラメント用信号をさらに効果的にフィラメント
に流すことができる。さらに、前記変圧器の鉄心にイン
ダクタンス調整用のギャップを形成して共振周波数を調
節することにより、共振周波数を容易にフィラメント用
信号に合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線管用高圧電源装置の第１実施例を
示す図である。

【図２】本発明のＸ線管用高圧電源装置の第２実施例を
示す図である。

【図３】本発明のＸ線管用高圧電源装置の第３実施例を
示す図である。

【図４】本発明のＸ線管用高圧電源装置の第４実施例を
示す図である。

【図５】従来のＸ線管用高圧電源装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…Ｘ線管用高圧電源装置、２…コッククロフト回路、
３…ドライブ電源、４…変圧器、５…Ｘ線管、５ａ…フ
ィラメント、６…フィラメント電源、７，８…フィラメ
ント変圧器、Ｃ₁₁〜Ｃ_1n，Ｃ₂₁〜Ｃ_2n…コンデンサ、Ｃ
_1,Ｃ₂ …コンデンサアーム、Ｃｃ…結合コンデンサ、Ｄ
₁ 〜Ｄ_m …ダイオード、Ｒ，Ｒｃ…直列共振回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のコンデンサを直列に接続して形
   成された一対のコンデンサアームおよび各コンデンサが
   一方向に充電されるように両コンデンサアーム間に接続
   された複数個のダイオードからなるコッククロフト回路
   と、このコッククロフト回路の一端側のコンデンサアー
   ム間に接続されてこれを動作させるドライブ電源とを有
   する高圧電源装置において、コッククロフト回路の一端
   側に前記ドライブ電源より高い周波数の電力を供給する
   フィラメント電源をドライブ電源と直列に設け、かつ、
   コッククロフト回路の他端側に前記フィラメント電源の
   動作周波数に対して低いインピーダンスを有する結合コ
   ンデンサを設け、コッククロフト回路の他端側のコンデ
   ンサアーム間に結合コンデンサを介してＸ線管のフィラ
   メントを接続したことを特徴とするＸ線管用高圧電源装
   置。
2. 【請求項２】 前記ドライブ電源とフィラメント電源を
   おのおのの変圧器を介してコッククロフト回路の一端側
   に直列に接続した請求項１に記載のＸ線管用高圧電源装
   置。
3. 【請求項３】 前記ドライブ電源に接続される変圧器に
   フィラメント電源の動作周波数において共振する直列共
   振回路を並列接続した請求項２に記載のＸ線管用高圧電
   源装置。
4. 【請求項４】 前記ドライブ電源およびフィラメント電
   源が直列に接続されたのちに一つの変圧器を介してコッ
   ククロフト回路の一端側に接続された請求項１に記載の
   Ｘ線管用高圧電源装置。
5. 【請求項５】 前記Ｘ線管のフィラメントとコッククロ
   フト回路の他端側との間にフィラメント電源の動作周波
   数において共振する直列共振回路を設けた請求項１〜４
   の何れかに記載のＸ線管用高圧電源装置。
6. 【請求項６】 前記Ｘ線管のフィラメントとコッククロ
   フト回路の他端側との間に変圧器を設けて、この変圧器
   と前記結合コンデンサによってフィラメント電源の動作
   周波数において共振する直列共振回路を形成した請求項
   １〜５の何れかに記載のＸ線管用高圧電源装置。
7. 【請求項７】 前記変圧器の鉄心にインダクタンス調整
   用のギャップを形成して共振周波数を調節した請求項６
   に記載のＸ線管用高圧電源装置。