專利名稱：工業(yè)用x射線發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 一種在進行工廠的配管管路等之類的構造物的無損檢驗時使用的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，涉及使從陰極發(fā)射的電子碰到陽極而從該陽極產生X射線的工業(yè)用 X射線發(fā)生裝置。
背景技術：
以往，公知有由鎢燈絲形成電子源即陰極而成的X射線發(fā)生裝置(例如參照專利文獻1)。通常，對燈絲通電將其加熱到2000°c以上而從其發(fā)射熱電子。在對燈絲施加高電壓，即在工業(yè)用X射線管中將X射線燈泡和X射線電源設置于一個單元內的情況下，為了確保絕緣而將X射線燈泡和X射線電源封入于高壓氣體容器以確保絕緣(例如參照專利文獻 2)?，F(xiàn)有專利文獻
專利文獻
專利文獻1 日本特開平6-267692號公報(第2頁，圖1) 專利文獻2 日本特開平3-149740號公報(第2 3頁，第1圖) 專利文獻3 日本特開平6-267692號公報(第5頁，圖1) 專利文獻4 日本特開2001-135496號公報(第3頁，圖2) 專利文獻5 日本特開2001-135497號公報(第3頁，圖2)。在使用高壓氣體容器的現(xiàn)有工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，由于必須使用高壓容器， 所以存在大型化且重量重的問題。例如，按X射線發(fā)生器和控制器的合計達到30kg左右。另外，在由燈絲形成陰極的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，由于需要用于對燈絲用的電源、燈絲部進行冷卻的構成，所以存在在造成大型化的同時還使重量加重的問題。另外，公知還有替代使用氣體的絕緣而通過模制成形進行高電壓部的絕緣的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置(例如，參照專利文獻3、專利文獻4、專利文獻5等)。但是，在專利文獻3所公開的裝置中，僅是將電纜插座和X射線管通過模制成形進行覆蓋，不能通過模制成形將高電壓部和X射線管雙方形成為小型、重量輕的絕緣結構。另外，在專利文獻4及專利文獻5所公開的裝置中，在將X射線管和高電壓發(fā)生部在位置上彼此無關地分別配置之后，將高電壓發(fā)生部通過模制成形進行絕緣。在該現(xiàn)有裝置中，由于將X射線管和高電壓發(fā)生部在位置上不帶關聯(lián)地分別設置，因而不得不使包含X 射線管和高電壓發(fā)生部的裝置整體的形狀變大。另外，雖然高電壓發(fā)生部是向其輸入端子輸入數(shù)kV左右的低電壓，從其輸出端子輸出幾十kV 一百幾十kV這樣的高電壓，但是，在專利文獻4及專利文獻5所公開的裝置中，沒有對這些高電壓部位和低電壓部位的配置位置采取適當?shù)目紤]，為了使絕緣變得可靠而必須在高電壓部位與低電壓部位之間確保充分的距離，必須使模制成形的大小、體積等變得足夠大，怎么也無法實現(xiàn)小型化。通常，在包含X射線管的X射線發(fā)生裝置、特別是在工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，為了不使X射線向外部泄漏，而需要通過由鉛等構成的X射線屏蔽部件覆蓋X射線管、高電壓發(fā)生部，但是，當X射線發(fā)生裝置變?yōu)榇笮蜁r，會使X射線屏蔽部件也變?yōu)榇笮?，在該情況下，存在因鉛等的影響而使重量變得非常重的問題

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有裝置中的上述問題而做成的，其目的在于，提供一種工業(yè)用X 射線發(fā)生裝置，通過考慮X射線管和高電壓發(fā)生部的位置關系來設定它們的配置位置， 從而能夠使裝置整體隨著小型而重量輕地形成，而且能利用少量的模制材料(molding material)來確保充分的絕緣。本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，具有X射線管，將發(fā)射電子的陰極和吸引電子的陽極儲存于管體而成；X射線屏蔽部件，由主要包含原子序數(shù)55以上的元素且使X射線難以通過的物質形成，并覆蓋所述X射線管；以及升壓電路，生成施加于所述陰極的高電壓，所述陽極接地，所述升壓電路通過從自身的低電壓端子到高電壓端子依次連接多個升壓級而形成，所述升壓電路以使自身的所述低電壓端子與所述X射線管的陽極對應且使自身的所述高電壓端子與所述X射線管的陰極對應的方式，配置于所述X射線管的側部區(qū)域，從所述陰極向所述X射線管的外部延伸的導電部件連接于所述升壓電路的高電壓端子，至少所述X射線管的陰極側的端部、從該陰極側的端部延伸出的所述導電部件以及至少所述升壓電路的高電壓端子側的端部，通過包含絕緣性樹脂的模制材料進行模制成形。根據本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，X射線管的高壓端子和升壓電路的高壓端子互為附近鄰接。因此，可使連接這些端子的導電部件(例如，引線、匯流條)較短即可。因此，由于用于將導電部件絕緣的模制區(qū)域非常小，所以工業(yè)用X射線發(fā)生裝置小型、重量輕。模制由于小型化，而可以減小對其覆蓋的X射線屏蔽部件。X射線屏蔽部件通常由鉛形成而較重。但是，在可縮小X射線屏蔽部件的本發(fā)明中，能夠減少鉛的量，實現(xiàn)重量輕。本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置可以具有變壓器電路，包含壓電變壓器，向所述升壓電路的低電壓端子供電；以及電源驅動器，將適合于所述壓電變壓器的頻率的交流電向所述變壓器電路供給。根據該構成，與使用電磁變壓器的情況相比，能夠減輕工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的重量及體積。在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，優(yōu)選所述電源驅動器和所述變壓器電路配置于所述X射線管的所述陽極側的端部附近。這是由于電源驅動器及所述變壓器電路處理低電壓，所以最好配置于X射線管的低壓側的緣故。優(yōu)選的是，本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置還具有控制器，對所述升壓電路、所述變壓器電路和所述電源驅動器的動作進行控制，所述變壓器電路與所述控制器鄰接配置。本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的特征在于，還具有載置有所述X射線管的底座， 所述電源驅動器載置于該底座上，在該電源驅動器上載置有所述變壓器電路，在該變壓器電路上配置有所述控制器。根據該構成，包含于構成變壓器電路的壓電變壓器的鉛屏蔽朝向控制器的X射線，能夠防止控制器的誤動作。另外，通過配置壓電變壓器作為X射線屏蔽要素，從而可相應地不需要鉛板等的X射線屏蔽，會達成X射線發(fā)生裝置的輕量化。優(yōu)選的是，本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置還具有向所述電源驅動器施加電壓的電池，該電池配置于所述X射線管的所述陽極側端部附近的所述底座上。在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，優(yōu)選所述升壓電路為考-瓦二氏電路 (Cockcroft-ffalton circuit)。由此，能夠以簡單的構成得到所期望的高壓。另外，優(yōu)選的是，所述模制材料含有包含原子序數(shù)55以上的元素的氧化物、所謂的重金屬氧化物作為填充物。由此，可利用模制材料屏蔽X射線。另外，優(yōu)選所述模制材料的熱傳導率為IOW / (m-K)以上。由此可 防止在工業(yè)用 X射線發(fā)生裝置的內部積蓄熱量而使X射線發(fā)生裝置成為所需以上的高溫。在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中，優(yōu)選所述陰極基于場致發(fā)射(Field Emission)而發(fā)射電子。據此，與利用了使用燈絲的熱電子發(fā)射型的電子發(fā)射元件的情況相比，能夠使工業(yè)用X射線發(fā)生裝置小型且輕量化。根據本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，X射線管的高壓端子和升壓電路的高壓端子互為附近鄰接。因此，連接這些端子的導電部件較短即可。因此，用于使導電部件絕緣的模制區(qū)域變得非常小，能夠小型、重量輕地形成工業(yè)用X射線發(fā)生裝置。另外，由于模制區(qū)域小，所以可減小覆蓋其的X射線屏蔽部件。X射線屏蔽部件通常由鉛形成而較重。但是，在可減小X射線屏蔽部件的本發(fā)明中，能夠減少鉛的量，實現(xiàn)重量輕。


圖1是本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的一實施方式的正面圖。圖2是按圖1的A-A線的平面剖面圖。圖3是按圖1的箭頭B的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的底面圖。圖4 (a)是按圖2的C-C線的側面剖面圖，(b)是按圖4 (a)的箭頭E表示升壓電路的構成要素的配置的圖。圖5是表示圖1的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的使用例的圖。圖6是在圖1的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置中使用的控制系統(tǒng)的框圖。圖7是表示圖6的控制系統(tǒng)框圖的等效電路的電路圖。圖8是表示圖6的框圖的具體電路構成的一實施方式的電路圖。圖9是表示在圖8的電路中使用的主要元件即壓電變壓器的評價結果的圖表。圖10是表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的另一實施方式的側面剖面圖。圖11是表示在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的又一實施方式中使用的高壓電源部的電路圖。圖12是表示在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的又一實施方式中使用的控制系統(tǒng)的框圖。圖13是詳細表示圖12的局部的電路圖。圖14是表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的又一實施方式的外觀構造的立體圖。附圖標記說明1…工業(yè)用X射線發(fā)生裝置；2…底座；3…安裝用孔；4…槽；6…散熱片；7…X射線管； 8a…底座上的低電壓區(qū)域；8b…底座上的X射線管的側方區(qū)域；9…手柄；10…安裝配件； 11…陰極(cathode);12…柵極(grid);13…陽極(anode);14…管體；15…外部電源連接器； 16…磁屏蔽部件；17…X射線取出區(qū)域；21…熱導體；22…電池；23…驅動器基板；23a-陰極用電源驅動器；23b…柵極用電源驅動器；24…變壓器基板；24a…陰極用變壓器電路；24b…柵極用變壓器電路；25···控制器；27a…陰極用升壓電路；27b…柵極用升壓電路； 28a、28b…引線(導電部件)；29…X射線屏蔽部件；31…外殼；32…手柄；33…檢查對象物； 34…檢查對象物的支承用部件；36…二維X射線檢測器；38…陰極電源模塊；38a…可變陰極電源；39…柵極電源模塊；39a…可變柵極電源；41a…監(jiān)視器部；42a 42d···壓電變壓器；43…考-瓦二氏電路；44…一個升壓級；46…電壓監(jiān)視端子；47…二極管；48…電流監(jiān)視端子；51···電容器；52…二極管；60···限制電阻；61···電容器；62···電極；D…X射線管的外徑；H…模制高度；L··· X射線管的長度；M…模制材料；Tla、Tlb…輸入端子部；T2a、T2lr·· 輸出端子部。
具體實施例方式
(工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的第一實施方式)
下面，基于實施方式說明本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置。另外，本發(fā)明當然不限定于該實施方式。另外，雖然在以后的說明中參照附圖，但在該附圖中為了易于分清地示出特征部分，有時按與實際不同的比率表示構成要素。圖1是表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的一實施方式的長尺寸方向的正面剖面圖。圖2是按圖1的A-A線的平面剖面圖。圖3是按圖1的箭頭B的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的底面圖。圖4 (a)是表示按圖2的C-C線的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的短尺寸方向的側面剖面圖。在這些圖中，工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1具有作為長方形的板形狀的底座2。底座2 由熱傳導性良好的材料、例如Al (鋁)形成。在底座2的周緣設置有用于支承后述的二維X 射線檢測器的支承部件、例如安裝電線的多個安裝用孔3。如圖3所示，在底座2的底面形成有許多線狀的槽4，在這些槽4之間以翅片狀設有許多板狀的散熱用的散熱片6，且在平面內設置成兩級的列狀。在圖1中，在底座2上設有X射線管7。X射線管7具有圓筒形狀的管體14。在該管體14的內部設有發(fā)射電子的陰極(Cathode)ll、作為引出電極的柵極12、以及吸引電子的陽極(anode) 13。陽極13是電子碰撞而產生X射線的部件，即具有靶(target)的功能。 所產生的白色X射線的能量即白色X射線的波長取決于施加到陽極13與陰極11之間的加速電壓，另外，所產生的特性X射線的能量取決于陽極13的材質。陰極11基于場致發(fā)射(Field Emission)而發(fā)射電子。場致發(fā)射是在物質表面施加強的電位時從該物質的表面發(fā)射電子的現(xiàn)象。作為通過場致發(fā)射實用上可發(fā)射足夠的量的電子的物質，已知有含碳納米管的物質、含石墨粒子的物質等。碳納米管為由六碳環(huán)構成的針狀、即是縱橫比(粒子長度/粒子直徑)非常大的狀態(tài)且管狀的粒子。石墨粒子為含石墨而成的物質。所謂石墨是將碳六角網面(連接多個六碳環(huán)而構成一層的面)層疊為多個層狀而成的層狀構造物質。
在X射線管7的周圍設置有由鐵素體形成的圓筒形狀的磁屏蔽部件16。該磁屏蔽部件16防止由在管體14的周圍流過的電流激勵的磁場影響到X射線管7內部的電子線。如圖4(a)所示，該磁屏蔽部件16沿X射線管7的管體14外周以圓筒狀配置。作為磁屏蔽需要磁導率大、頑磁力小、電絕緣性高。在本實施方式中，使用了錳鋅鐵素體((Mn、Zn) Fe3O4)ο 磁屏蔽部件16中位于陽極13側方的部分、即與底座2對置的部分成為開口，進而，該部分的底座2通過加工而形成得較薄。由這些開口及薄壁部分形成用于將由陽極13 產生的X射線向外部取出的區(qū)域17。底座2的厚度例如為10mm，薄壁部分的厚度例如為 5mm ο由熱傳導率高的材料、例如Al (招)、Cu (銅)等形成的熱導體21設置于底座2的面上，陽極13與該熱導體21接合。該接合例如通過金屬噴鍍法(生成金屬的處理)、焊接等而成。在本實施方式中，將陽極13電接地，將陰極11設定為負的高電壓(例如-SOkV -200kV范圍內的任意電壓)。由于陽極13接地，所以即使使陽極13接觸熱導體21也能夠確保電穩(wěn)定性。陽極13通過熱導體21牢固地固定于底座2。陽極13因電子的碰撞而升溫到高的溫度，但是由于熱通過熱導體21而流向底座2，所以陽極13得到有效冷卻，避免了損傷。由于陰極11為高電壓，而且不發(fā)熱，因而不固定于底座2。在圖1中X射線管7的陽極13側的端部外側的底座2上的區(qū)域8a、及圖2中X射線管7的兩側部外側的底座2上的區(qū)域8b設置有高壓電源部。本實施方式的高壓電源部包含設置于圖1的區(qū)域8a的鋰離子電池22、電源驅動器23a、23b、變壓器電路24a、24b、 作為控制裝置的控制器25、以及設置于圖2的兩個側部區(qū)域8b的升壓電路27a、27b。關于該高壓電源部的電路構成將在以后記述。鋰離子電池22、電源驅動器23a、變壓器電路24a和升壓電路27a構成用于向陰極 11施加高電壓的高壓電源部。向陰極11施加例如-200kV的負的高電壓。鋰離子電池22、 電源驅動器23b、變壓器電路24b和升壓電路27b構成用于向柵極12施加高電壓的高壓電源部。向柵極12施加例如-IOOkV的負的高電壓。雖然將在以后記述，但圖2的升壓電路27a、27b沿X射線管7的長尺寸方向具有長的外觀形狀。這些電路的陽極13側的端子部分Tla、Tlb是輸入低電壓的輸入端子部。 而且，這些電路的陰極11側的端子部分T2a、T2b是輸出高電壓的輸出端子部。例如向各升壓電路27a、27b的輸入端子部Tla、Tlb輸入4 IOkV左右的電壓，向陰極用升壓電路27a 的輸出端子T2a輸出-200kV，向柵極用升壓電路27b的輸出端子T2b輸出_100kV。在圖2中，在X射線管7的陰極11側的端部中，從陰極11延伸的作為導電部件的引線28a向X射線管7的外側伸出并與陰極用升壓電路27a的輸出端子T2a連接。另一方面，從柵極12延伸的作為導電部件的引線28b向X射線管7的外側伸出并與柵極用升壓電路27b的輸出端子T2b連接。陰極用升壓電路27a及柵極用升壓電路27b各自的輸入端子 Tla及Tlb分別與陰極用變壓器電路24a及柵極用升壓電路24b的輸出端子連接。另外，作為導電部件也可以替代引線而使用匯流條(即匯流排)。引線28a、28b是未實施絕緣處理的保持金屬原樣不變的布線、不是保持金屬原樣不變而是微小的電流通過的狀態(tài)(即非絕緣狀態(tài))的布線等。引線的剖面形狀通常為圓形。另外，匯流條的剖面形狀為非圓形(矩形、橢圓、長圓等)、即細長的金屬制的板、棒等。作為金屬例如可使用銅、銅合金等。匯流條的散熱效果一般要高于引線。設置于底座2上的規(guī)定位置的X射線管7及升壓電路27a、27b受到模制成形處理并由模制材料M覆蓋。模制成形處理其自身是眾所周知的處理，是使具有流動性的模制材料流入型箱中之后，使該模制材料固化的處理。將陰極11和升壓路徑27a的輸出端子T2a 連接的引線28a、以及將柵極12和升壓路徑27b的輸出端子T2a連接的引線28b也由模制材料M所覆蓋。當模制材料M中有空間或間隙時，擔心在該部分會發(fā)生潛流放電、電暈放電，因此，以在模制成形處理時不在模制材料M中產生泡的方式在真空槽內將模制材料M充填于型箱內。在本實施方式中，以模制材料M覆蓋X射線管7及升壓電路27a、27b的全部的方式進行模制成形，但最低限度需要的是由模制材料M覆蓋X射線管7的陰極11側的端部、 引線28a、28b及升壓電路27a、27b的高電壓輸出端子部T2a、T2b側的一部分。具體而言， 鑒于5kV以上的高壓部在大氣中放電，對那樣的高壓部進行模制。本實施方式中使用的模制材料為以具有電絕緣性的合成樹脂、例如環(huán)氧類或硅類的合成樹脂為主體，其中作為充填物含有氮化鋁、氧化鋁、二氧化硅等之類的陶瓷、Bi2O3等之類的重金屬氧化物而成的材料。通過在模制材料M中混雜陶瓷、重金屬氧化物的填充物， 模制材料M除絕緣性外還具有X射線吸收性。為了提高模制樹脂和被模制部件的粘接性，優(yōu)選對被模制部件的表面進行較好的清洗后，涂敷被稱為底涂 劑的表面處理材料。在這樣的化學粘接性不充分的材質的情況下， 通過對被模制部件的表面實施噴砂處理使其表面粗糙化，從而能夠提高物理粘接力。這樣的粗糙化處理被稱為錨定處理。通過在模制材料M中混雜陶瓷，能夠使模制材料M的熱傳導率提高。平均環(huán)氧樹脂的熱傳導率為0. 3ff / (m ■ K)，同樣，硅樹脂為0. 16，氮化鋁為300，氧化鋁為36. 0，二氧化硅為10. 4。為了使熱傳導率變大，很重要的是使陶瓷等的充填率變大，但是當由單一粒徑的粒子構成時，即使是粒子和粒子相接的致密充填，充填率也是74%。因此，通過摻混兩種或者三種以上粒徑的粒子，能夠得到最大90%以上的充填率。另外，通過在模制材料M中混雜包含原子序數(shù)55以上的元素的氧化物(所謂的重金屬氧化物)，從而能夠提高X射線吸收性。在本實施方式中，作為原子序數(shù)83、第15族元素的氧化物使用化學性穩(wěn)定的Bi203。在模制材料M的外側、即與X射線管7對應的區(qū)域，以覆蓋X射線管7的方式設置有X射線屏蔽部件29、例如由鉛形成的薄的片狀部件。由此，可防止X射線泄露到X射線管 7的外部。由于由鉛形成的X射線屏蔽部件29重量非常重，因而在考慮到搬運工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1的情況下，期望X射線屏蔽部件29盡可能小。通常，通過X射線屏蔽板后的X射線強度I可用下式 I = I0exp ( - μ t)
表示。而且，透射率T可用 T = I / I0 = exp ( - μ t)
表示。在此，“μ ”是由物質的化學組成、密度決定的線吸收系數(shù)(1 /m)，“t”為X射線屏蔽板的厚度(m)。
在作為X射線屏蔽板使用鉛(Pb)的情況下，根據上式，為了使透射率為0. 1%而需要t =約3. 5mm。透射率T是X射線屏蔽板的厚度的函數(shù)，若X射線屏蔽板為相同的厚度， 則通過減小距X射線源的距離，能夠減小X射線屏蔽板的面積，通過減小面積，能夠減小X 射線屏蔽板的重量。在本實施方式中，距X射線源的距離小的模制材料部分其自身具有X 射線屏蔽性，進而，由于該小的模制材料的外側被X射線屏蔽板覆蓋，所以能夠減小X射線屏蔽板的面積，由此能夠降低X射線屏蔽板的重量。其結果是，能夠大幅降低工業(yè)用X射線發(fā)生裝置整體的重量。另外，在本實施方式中，將模制材料M的熱傳導率設定為IOW / (m ■ K)以上。由此，可防止在工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1的內部積蓄熱，使該X射線發(fā)生裝置1成為所需以上的尚溫。 圖1中，在模制材料M的外側設置有外殼31。外殼31以覆蓋模制材料M整體的方式固定于底座2上。在外殼31的上壁安裝有手柄32。工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1的使用者拿著該手柄32將工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1搬運到希望的測定場所，進行X射線的無損檢驗。在本實施方式中，X射線管7及升壓電路27a、27b由模制材料M覆蓋，在其外側以疊置狀態(tài)設置有電源驅動器23a、23b、變壓器電路24a、24b、及控制器25。由模制材料M所覆蓋的是成為5kV以上的高壓的部分。由于上述電路的疊置部分為低壓部分，所以其上未裝填模制材料M。而且，模制部分和其疊置部分收納于外殼31中，陰極用和柵極用兼用的電池22設置于外殼31的外側的底座2上。上述電路的疊置部分與戶外空氣相接，進而，由于當塵埃進入時有放電的可能性，所以將外殼31密閉。電池22為拆裝方式，在消耗完保有電力的情況下，可從底座2拆下并用未圖示的充電器進行充電。在進行檢查時，例如圖5所示，將工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1與檢查對象物33(在圖示例中作為工廠(Plant)設備使用的鋼管即管路(pipe))接觸設置，在底座2的安裝用孔3 (參照圖2)安裝支承用部件34。而且，由該支承用部件34支承二維X射線檢測器36，將該二維X射線檢測器36配置于檢查對象物33的與X射線發(fā)生裝置1相反側的部分。二維X 射線檢測器36由X射線膠片、成像板、CCD (Charge Coupled Device 電荷耦合器件)檢測器等構成。圖1中，例如X射線管7的外徑D為50mm，X射線管7的長度L為170mm，模制高度H為70mm。通過下面的理由，即，(1)不是基于燈絲的熱電子發(fā)射而是采用場致發(fā)射的電子發(fā)射；(2)將高壓電源部的構成要素即升壓電路27a、27b沿X射線管7鄰接配置于X 射線管7的側方部分；(3)將高壓電源部的高壓部分即升壓電路27a、27b的輸出端子T2a、 T2b與X射線管7的高壓部分即陰極11側的端部對應配置，且將高壓電源部的其他構成要素(即電池22、電源驅動器23a、23b、變壓器電路24a、24b、控制器25等)匯總配置于X射線管7的陽極13側(即接地側)的端部附近等等，從而本實施方式的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1 與現(xiàn)有的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置相比，成為了非常小型、重量輕，實現(xiàn)了良好的可搬運性。下面，說明高壓電源部的電路構成。如上所述，本實施方式中使用的高壓電源部被設置于圖1及圖2所示的X射線管7 的陽極13側的端部的附近區(qū)域8a及X射線管7的兩側部的區(qū)域8b、8b。X射線管7的陽極13側的端部的附近區(qū)域8a就是位于接地電位的區(qū)域。而且，X射線管7的兩側部的區(qū)域8b、8b是電位從接地電位升壓到高電壓去的區(qū)域。圖6是表示本實施方式中使用的高壓電源部的電路構成的框圖?？刂破?5、電池 22、陰極用電源驅動器23a、陰極用變壓器電路24a、陰極用升壓電路27a、柵極用電源驅動器23b、柵極用變壓器電路24b、以及柵極用升壓電路27b分別與在圖1、圖2及圖4 (a)中用同一附圖標記表示的要素相同。由陰極用的電源驅動 器23a、變壓器電路24a、升壓電路27a構成陰極電源模塊38。 另一方面，由柵極用的電源驅動器23b、變壓器電路24b、升壓電路27b構成柵極電源模塊 39。陰極電源模塊38控制施加于陰極11的電壓，柵極電源模塊39控制施加于柵極12的電壓。例如，將柵極電壓控制在-100kV，將陰極電壓控制在-200kV。在本實施方式中，陽極 13 (即靶)接地。圖6的框圖作為電路圖與圖7所示的電路圖等效。即，在X射線管7中，在接地的陽極13和柵極12之間設置有可變柵極電源39a，在接地的陽極13和陰極11之間設置有可變陰極電源38a。圖6中，控制器25由具備CPU (Central Processing Unit 中央處理器)、存儲器等的微型計算機構成。CPU按照存儲于存儲器內的程序軟件實現(xiàn)控制陰極電源模塊38及柵極電源模塊39的動作的功能。具體而言，指示輸出電壓成為多少伏、或者指示動作的開始、 或者指示動作的結束、或者監(jiān)視實際的電壓及電流。圖8表示用于向陰極11供給高電壓、例如供給_200kV的高壓電源部的具體電路構成的一實施方式。用于向柵極12供給高電壓、例如供給-IOOkV的電路構成基本上與圖 8所示的電路相同。陰極11用的高壓電源部由電池22、電源驅動器23a、變壓器電路24a、 升壓電路27a、監(jiān)視器部41a構成。柵極12用的高壓電源部成為同樣的構成，因而在以下的說明中，作為代表主要說明陰極11用的高電壓電源。電池22輸出例如24V的直流電。電源驅動器23a具有產生PWM(脈寬調制)信號的PWM信號發(fā)生部23a-l、和產生與該PWM信號相應的電壓的電源部23a_2。雖然未圖示， 但是柵極12側的電源驅動器23b也為相同的構成。電源驅動器23a按照從控制器25傳送的電壓設定指示信號，通過PWM(脈寬調制)控制，生成適合后級的變壓器電路24a的高頻電力。變壓器電路24a包含多個(在本實施方式中為4個)壓電(piezo)變壓器42a、42b、42c、 42d。壓電變壓器42a 42d其自身是眾所周知的變壓元件，其通過分別將多個鈦酸鋇、鈦酸鋯酸鉛等具備壓電性的陶瓷與金屬電極交替層疊燒成而形成。在本實施方式中，使用了含鉛的鈦酸鋯酸鉛。壓電變壓器42a 42d當將頻率接近共振頻率的交流電輸入到輸入端子時，將升壓到100倍左右的高頻電力輸出到輸出端子。如下述，壓電變壓器42a 42d還具有防止從底座2的方向進入的X射線進入到控制器25，并防止控制器25受到X射線而發(fā)生誤動作的功能。在本實施方式中，較之使用大型且昂貴的大功率的壓電變壓器，通過使用多個小型且低功率的液晶背光源冷陰極管用的壓電變壓器，可得到50W的輸出。由此，構成小型且低成本的變壓器電路。通過該變壓器電路24a在輸出端子得到4 SkV左右的高頻電力。圖9表示關于在本實施方式所使用的壓電變壓器進行的評價的結果。圖表中， 線段A表示評價對象即壓電變壓器的輸出特性。曲線B是表示將作為目標的電力假想為160kVX50W的情況下，其電力為恒定的曲線。本實施方式中使用的壓電變壓器由于處于超過該電力恒定曲線的區(qū)域，因而得知在特性上沒有問題。另外，由于輸出電壓也得到160kV 左右，因而得知其也沒有問題。 圖8中，變壓器電路24a的高頻輸出電力被輸出到升壓電路27a的輸入端子。在本實施方式中，升壓電路27a由考-瓦二氏電路43構成。考-瓦二氏電路43其自身是眾所周知的升壓電路，是將多個電橋橋接兩個電容器和兩個二極管而成的一個升壓級44串聯(lián)連接而成的升壓電路。本實施方式的考-瓦二氏電路43可由一個升壓級44將電壓升壓2倍，通過依次將其連接數(shù)十個，而將4 SkV左右的變壓器電路24a的高頻輸出電力升壓至200kV的直流高電壓。考-瓦二氏電路43的輸出端子經由限制電阻60與陰極11連接。在本實施方式中，由于陽極13接地，因而陰極11為負的高壓。圖2中，向陰極用升壓電路27a的輸入端子Tla輸入升壓前的低電壓，向輸出端子T2a輸出升壓后的高電壓。圖8中，在來自陰極11的引出線上串聯(lián)連接有電壓監(jiān)視用的電阻Rl、R2、R3、R4。 通過這些電阻使電壓下降后的電壓在電壓監(jiān)視端子46進行測定。另一方面，經由二極管47 取出的電流可在電流監(jiān)視端子48進行測定。這些測定數(shù)據在圖6中作為控制用的數(shù)據傳送到控制器25。在陰極11上連接有脈動濾波器61。該脈動濾波器61降低從高壓電源產生的脈動。由于在陰極11附近難以安裝小型且耐高壓的電容器，因而在本實施方式中，如圖1所示，在陰極11的外側夾持適當尺寸的模制材料M配置電極62以構成并行平板型電容器來作為脈動濾波器61。具體而言，模制樹脂的絕緣擊穿電壓約為25kV / mm，相對介電常數(shù)約為3. 5，設陰極11側的模制樹脂的厚度為10mm，通過在其外側配置面積250mm2的電極62，配置耐壓 250kV、靜電電容8. 5pF的電容器。圖4 (a)中，構成陰極用升壓電路27a的電容器(在實施方式中為陶瓷電容器)51 及二極管52從底座2側向手柄32側沿縱方向配置。另外，與此相同，以使圖8的各電壓監(jiān)視用電阻Rl R4在縱方向延伸的方式進行設置。這些電容器51等不使用電路基板而使用連接用的夾具(jig)立體且撓性地通過焊接彼此進行布線。這是為了在模制固化時的收縮、使用時溫度的上升引起的熱膨脹、使用時溫度的下降引起的熱收縮等時不至于造成破壞。當從圖4 (a)的箭頭E方向觀察這些電子要素時，即以與圖1相同的剖面狀態(tài)觀察時，如圖4 (b)所示，電阻Rl R4從高壓側按順序傾斜并排配置，電容器51被分為上下 2級地并排配置，多個二極管52分別與各電容器51的輸入輸出端子連接。圖中代表性地只示出與置于最左側的電容器連接的3個二極管，省略了除此以外的二極管的圖示。如上所述，由于陰極用升壓電路27a的構成要素即各電子要素被有效地靈活運用在工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1的高度方向的空間區(qū)域，并且，在寬度方向上集中收容于非常狹小的區(qū)域內，因而，有助于工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1的小型化。關于X射線管7設置于陰極用升壓電路27a相反側的柵極用升壓電路27b，作為構成要素由與陰極用升壓電路27a相同的電子要素形成。但是，由于最終要求的高電壓的值在陰極11和柵極12不同，所以，所使用的電子要素的個數(shù)因此而不同。這樣，柵極用升壓電路27b的構成基于陰極用升壓電路27a的構成能夠很容易理解，因而說明從略。圖5中，說明了工業(yè)用X射線發(fā)生裝置1實際使用的方法，但在本實施方式中，高能量的X射線從X射線發(fā)生裝置1放射向檢查對象物33。例如放射160kV左右的高能量X 射線。因此，從檢查對象物33產生強度比較高的散射X射線、熒光X射線，它們有可能照射到配置于圖1的區(qū)域8a的電子電路部分。假如X射線照射到控制器25，則有可能引起設置于控制器25內部的CPU、閃存等誤動作。但是，在本實施方式中，在控制器25下設有變壓器電路24a及24b，這些變壓器電路的構成要素即壓電變壓器42a 42d作為材料含鉛，由于該鉛具有隔斷X射線的性質，所以，通過配置于其下的變壓器電路24a、24b能夠防止散射X射線、熒光X射線照射到控制器 25，由此，能夠防止控制器25誤動作。另外，通過配置壓電變壓器作為X射線屏蔽要素，由 此可以相應地不需要鉛板等的X射線屏蔽，有助于X射線發(fā)生裝置的輕量化。根據本實施方式，在X射線管7和升壓電路27a、27b (即高壓電源部)之間不使用體積大的高電壓用連接器，而是用引線、匯流條等之類的導電部件直接連接，利用模制材料 M將它們絕緣。由此，實現(xiàn)了工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的小型化及輕量化。(變形例)
圖10是表示構成陰極用升壓電路27a及柵極用升壓電路27b的陶瓷電容器51、二極管 52及電阻Rl R4的配置方法與圖4 (a)所示的配置方法不同的例。根據該變形例，由附圖明顯可知，由于將陶瓷電容器51在縱方向傾斜配置，因而高度方向的尺寸比圖4 (a)例略大，但是能夠減少寬度方向的尺寸。(工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的第二實施方式)
圖11表示在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的其他實施方式中使用的高壓電源部。下面，對該實施方式加以說明。在圖8所示的之前的實施方式的高壓電源部中，從陰極11延伸的引出線上串聯(lián)連接有電壓監(jiān)視用的電阻Rl、R2、R3、R4。而且，通過這些電阻電壓下降后的電壓可在電壓監(jiān)視端子46中進行測定。而且，將該測定數(shù)據傳送到圖6的控制器25用作控制用的數(shù)據。艮口， 在圖8的實施方式中，由包含電阻R1、R2、R3及R4的電壓測定電路測定考-瓦二氏電路43 的最終級的電壓。與此相對，在圖11所示的本實施方式的高壓電源部中，串聯(lián)連接一個或者多個電阻而成的包含Rl的電壓測定電路測定考-瓦二氏電路43的從輸入端到輸出端的中間位置 P的電壓。而且，將該測定值傳送到圖6的控制器25作為控制用的數(shù)據使用。將哪個位置設為中間位置P，可由所使用的電阻Rl的耐壓來確定。例如，若考慮將普通的電阻用作電阻 Rl，則可以從電位成為30kV左右的地方取出電位。通常，優(yōu)選取出考-瓦二氏電路43的最終級的電位的1/2以下的電位。根據本實施方式，能夠將在圖4(b)中使用的電阻設為只有一個電阻R1。由此，能夠進一步小型且重量輕地形成X射線發(fā)生裝置。另外，在本實施方式中，圖11所示的高壓電源部以外的構成與圖1、2、3、4、5、6、7、9所示的之前的實施方式相同。(工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的第三實施方式)
圖12及圖13表示在本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的又一實施方式中使用的主要電路部分。具體而言，圖12表示控制系統(tǒng)的框圖，圖13表示該框圖的具體電路構成的一實施方式。下面，對該實施方式加以說明在圖6及圖8所示的之前的實施方式的高壓電源部中，電源驅動器23a內置有PWM 信號發(fā)生部23a-l和電源部23a-2這兩者。而且，從控制器25向柵極電源模塊39及陰極電源模塊38發(fā)出電壓設定指示信號。而且，遵循電壓設定指示信號的PWM信號從PWM信號發(fā)生部23a-l輸出，與該PWM信號相應的電壓從電源部23a_2輸出。與此相對，在圖12及圖13所示的本實施方式的高壓電源部中，電源驅動器23a由 PWM信號發(fā)生部23a-l及電源部23a-2形成，這一點沒有變化，但是，如圖12所示，將電源部 23a-2及23b-2設置于變壓器電路24a及24b的前級，將PWM信號發(fā)生部23a_l及23b_l內置于由MCU (Micro Control Unit 微控制器)構成的控制器25。在本實施方式中，用于進行脈寬調制的信號、即PWM信號從內置于控制器25的PWM 信號發(fā)生部23a-l及23b-l向各電源模塊38及39輸出。這樣，通過由控制器25發(fā)生PWM 信號，從而能夠降低控制循環(huán)的系統(tǒng)延時，因此，能夠使電壓及電流的穩(wěn)定性提高。另外，在本實施方式中，圖12及圖13所示的高壓電源部以外的構成與圖1、2、3、4、5、7、9所示的之前的實施方式相同。(工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的第四實施方式)
圖14表示本發(fā)明的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置的又一實施方式的外觀結構。下面，對該實施方式加以說明。在圖1所示的之前的實施方式中，從底座2觀察，陰極用電源驅動器23a、柵極用電源驅動器23b、陰極用變壓器電路24a、柵極用變壓器電路24b、以及控制器25的各基板依次橫置(即與底座2平行)地疊置配置。與此相對，在圖14所示的本實施方式的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置71中，將陰極用電源驅動器23a和柵極用電源驅動器23b安裝于一個電路基板即驅動器基板23上，將該驅動器基板23和控制器25依次橫置疊置。而且，將陰極用變壓器電路24a和柵極用變壓器電路24b安裝于一個電路基板即變壓器基板24上，在控制器25等的層疊構造體和模制部M之間將變壓器基板24縱置(即， 相對于控制器25等層疊構造體成直角或者大致直角)配置。模制部M內置有X射線管7。S卩，在本實施方式中，電源驅動器23a、23b和控制器25橫置且相互重疊形成構造體，該構造體隔開空間地與X射線管7并排設置。而且，變壓器電路24a、24b通過在上述空間內縱置設置，從而在空間上屏蔽上述的構造體和X射線管7。圖14中，附圖標記2表示底座，附圖標記9表示手柄，附圖標記10表示安裝配件， 附圖標記15表示外部電源連接器，附圖標記31表示外殼。另外，本實施方式中，示于圖14 的外觀結構以外的構成與示于圖3、4、5、6、7、8、9的之前的實施方式相同。根據本實施方式，能夠容易進行向低電壓、中間電壓、以及高電壓的連續(xù)升壓，并且，能夠容易實現(xiàn)正確進行這些電壓間的絕緣。另外，通過將保有含鉛的壓電變壓器的變壓器基板24縱置配置在控制器25等層疊基板部和模制部M之間，能夠由變壓器基板24吸收 X射線管7產生的X射線，因此，可防止X射線照射到包含于控制器25等的半導體元件。其結果是，能夠降低半導體元件因X射線而進行誤動作的可能性。(其他實施方式)
以上，列舉優(yōu)選的實施方式說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限定于該實施方式，在一同附上的權利要求書記載的發(fā)明的范圍內可進行各種改變。
例如，在上述實施方式中將陰極11由場致發(fā)射型電子發(fā)生部件形成，但也可以將其取代而使用燈絲這樣的熱電子發(fā)生型的電子發(fā)生部件。
權利要求
1.一種工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，具有X射線管，將發(fā)射電子的陰極和吸引電子的陽極儲存于管體而成； X射線屏蔽部件，由主要包含原子序數(shù)55以上的元素且使X射線難以通過的物質形成， 并覆蓋所述X射線管；以及升壓電路，生成施加于所述陰極的高電壓， 所述陽極接地，所述升壓電路通過從自身的低電壓端子到高電壓端子依次連接多個升壓級而形成， 所述升壓電路以使自身的所述低電壓端子與所述X射線管的陽極對應且使自身的所述高電壓端子與所述X射線管的陰極對應的方式，配置于所述X射線管的側部區(qū)域，從所述陰極向所述X射線管的外部延伸的導電部件連接于所述升壓電路的高電壓端子，至少所述X射線管的陰極側的端部、從該陰極側的端部延伸出的所述導電部件以及至少所述升壓電路的高電壓端子側的端部，通過包含絕緣性樹脂的模制材料進行模制成形。
2.根據權利要求1所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，具有 變壓器電路，包含壓電變壓器，向所述升壓電路的低電壓端子供電；以及電源驅動器，將適合于所述壓電變壓器的頻率的交流電向所述變壓器電路供給。
3.根據權利要求2所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述電源驅動器和所述變壓器電路配置于所述X射線管的所述陽極側的端部附近。
4.根據權利要求3所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，還具有控制器，對所述升壓電路、所述變壓器電路和所述電源驅動器的動作進行控制，所述變壓器電路與所述控制器鄰接配置。
5.根據權利要求4所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，還具有載置有所述X射線管的底座，所述電源驅動器載置于該底座上，在該電源驅動器上載置有所述變壓器電路， 在該變壓器電路上配置有所述控制器。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，通過針對所述陰極隔著規(guī)定寬度的所述模制材料配置電極，從而在所述陰極連接有電容器。
7.根據權利要求1 5的任一項所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述升壓電路具有考-瓦二氏電路。
8.根據權利要求1 5的任一項所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述模制材料含有包含原子序數(shù)55以上的元素的氧化物作為填充物。
9.根據權利要求1 5的任一項所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述模制材料的熱傳導率為low / (m ■ K)以上。
10.根據權利要求1 5的任一項所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述陰極基于場致發(fā)射而發(fā)射電子。
11.根據權利要求4所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于， 所述考_瓦二氏電路具有從輸入端至輸出端串聯(lián)連接的多個升壓級，所述工業(yè)用X射線發(fā)生裝置具有電壓測定電路，測定所述多個升壓級的所述輸入端和所述輸出端的中間位置的電壓，該電壓測定電路的輸出電壓向所述控制器傳送并作為用于進行控制的信息使用。
12.根據權利要求4所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述電源驅動器具有輸出用于進行脈寬調制的信號即PWM信號的PWM信號發(fā)生部、以及根據所述PWM信號產生電壓的電源部，所述電源部設置于所述變壓器電路的前級，所述PWM信號發(fā)生部設置于所述控制器的內部，由所述控制器產生PWM信號，由所述電源部根據PWM信號產生電壓。
13.根據權利要求4所述的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置，其特征在于，所述電源驅動器和所述控制器相互重疊而成的構造體隔開空間地與所述X射線管并排設置，所述變壓器電路通過設置于所述空間內，從而在空間上屏蔽所述構造體和所述X射線管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過按適當?shù)奈恢藐P系配置X射線管和高電壓發(fā)生部，從而能小型、重量輕地形成裝置整體，而且能用少量的模制材料確保充分絕緣的工業(yè)用X射線發(fā)生裝置。在X射線發(fā)生裝置(1)中，升壓電路(27a)通過從自身的低電壓輸入端子(T1a)到高電壓輸出端子(T2a)依次連接多個升壓級而形成。升壓電路(27a)以使自身的低電壓端子(T1a)與X射線管(7)的陽極(13)對應、使自身的高電壓端子(T2a)與X射線管(7)的陰極(11)對應的方式配置于X射線管(7)的側部區(qū)域。從陰極(11)向X射線管(7)的外部延伸的引線(28a)連接于升壓電路(27a)的高電壓端子(T2a)。至少X射線管(7)的陰極(11)側的端部、從陰極側的端部伸出的引線(28a)、升壓電路(27a)的高電壓端子(T2a)側的端部由包含絕緣性樹脂的模制材料(M)模制成形。
文檔編號H01J35/02GK102347187SQ201110215618
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者佐藤貴久, 可兒哲男, 尾形潔, 武田佳彥, 神部亮 申請人:株式會社理學