JP2007066655A - Ｘ線源 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御回路基板を効率よく冷却することができるＸ線源を提供する。
【解決手段】 Ｘ線源１は、Ｘ線管９を収容するＸ線管収容部１１と、Ｘ線管９に電圧を供給する高圧供給回路１３ｂが絶縁ブロック１３ｆ中にモールドされた構造の高圧電源部１３と、を有するＸ線発生部５と、Ｘ線発生部５を制御する制御回路基板１９と、それらを収容する筐体３と、を備えている。Ｘ線管収容部１１とで電源部１３を挟む位置には、空気を流動させる通風領域としての基板配置スペースＡが形成されている。そして、制御回路基板１９は、この基板配置スペースＡ内に配置されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、Ｘ線を発生し外部に照射するＸ線源に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のＸ線源が知られている。この文献に記載のＸ線源では、Ｘ線管が、電圧を供給する高圧ブロックに埋め込まれるように収容され、この高圧ブロックの外面には、Ｘ線源の動作を制御する制御回路基板が取り付けられている（特許文献１のＦｉｇ．５〜６参照）。
米国特許第４６４６３３８号明細書

しかしながら、この種のＸ線源においては、駆動時にＸ線管から大量の熱が発生する。このため、Ｘ線管の周辺に配置される制御回路基板が熱の影響を受け、制御回路基板上の電子部品の耐久性が劣化するといった問題が発生するおそれがある。そこで、この種のＸ線源においては、上記のような問題を回避すべく、制御回路基板を効率よく冷却し、熱の影響を軽減することが望まれている。ところが、特許文献１記載の上記Ｘ線源にあっては、制御回路基板の効率的な冷却が考慮されているとは言えない。

本発明は、制御回路基板を効率よく冷却することができるＸ線源を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線源は、Ｘ線管を収容するＸ線管収容部と、Ｘ線管収容部に固定され、Ｘ線管に電圧を供給する電圧供給部が絶縁部材中に封入された構造の電源部と、を有するＸ線発生部と、Ｘ線発生部を制御する制御回路基板と、Ｘ線発生部及び制御回路基板を収容する筐体と、を備え、Ｘ線管収容部とで電源部を挟む位置には、空気が流動する通風領域が形成されており、回路基板は、通風領域内に配置されていることを特徴とする。

このＸ線源には、空気が流動する通風領域が形成され、この通風領域にはＸ線発生部を制御する制御回路基板が配置される。そして、この通風領域とＸ線管を収容するＸ線管収容部とに挟まれて電源部が存在している。このような位置関係により、制御回路基板は、大量の熱を発生するＸ線管から離れることになる。更に、制御回路基板とＸ線管収容部とに挟まれて、電圧供給部を封入した絶縁部材が存在することになる。その結果として、制御回路基板はＸ線管で発生する熱の影響を極めて受けにくくなる。更に、制御回路基板は、空気が流動する通風領域内に配置されるので、制御回路基板は、熱源となっているＸ線管収容部から離されることと相俟って、通風領域を流動する空気によって効率よく冷却される。

また、この場合、筐体には、通風領域に空気を流動させるための通風口が設けられていることが好ましい。このような構成により、通風口を介して、通風領域を流動する空気と筐体外部の空気との交換が行われるので、制御回路基板が更に効率よく冷却される。

また、本発明のＸ線源は、Ｘ線発生部と筐体との間に設けられ、通風領域を形成するスペーサを更に備えることが好ましい。このような構成により、制御回路基板が配置される通風領域を、Ｘ線発生部と筐体との間に容易に形成することができる。

また、この場合、スペーサは、Ｘ線発生部を支持する支持部と、支持部と筐体との間にスペースを形成するスペース形成部とで断面コ字状をなし、制御回路基板は、スペーサの内側で支持部に固定されていることが好ましい。このような構成により、スペーサによって通風領域を確保しつつ、制御回路基板を容易に通風領域内に配置することができる。

また、この場合、支持部とスペース形成部とは、一体に設けられていることが好ましい。このような構成により、Ｘ線源の組み立て作業性が良好になり、スペーサの強度が高くなる。

また、通風領域を形成する筐体の壁部には、開閉自在な蓋部が設けられており、制御回路基板上の電子部品は、蓋部に対面して取り付けられていることが好ましい。このような構成を採用すれば、蓋部を開くことによって、筐体外から制御回路基板上の電子部品にアクセスすることができる。このため、Ｘ線源の組み立て後においても、Ｘ線源の設定に関わる電子部品の操作を容易に行うことができ、その操作によってＸ線源の特性の調整を容易に行うことができる。

また、通風口は、制御回路基板の延在方向と同一の方向に形成されていることが好ましい。このような構成により、通風口を通過する空気が制御回路基板に沿って円滑に流動するので、制御回路基板を効率よく冷却することができる。

また、Ｘ線発生部のＸ線管収容部は、Ｘ線管から発生する熱を放散する冷却フィンを有し、冷却フィンの周囲で空気を流動させるために、筐体の他の通風口は、Ｘ線管収容部に対向する位置に設けられると共に、冷却フィンの延在方向と同一の方向に形成されていることが好ましい。

この場合、Ｘ線管から発生する熱は、Ｘ線管収容部に設けられた冷却フィンから放散される。このとき、Ｘ線管収容部に対向する位置の通風口は、冷却フィンの延在方向と同一の方向に形成されているので、この通風口を通過する空気が、冷却フィンに沿って円滑にＸ線管収容部の周囲を流動することになる。従って、Ｘ線管収容部を効率よく冷却することができる。

本発明のＸ線源によれば、Ｘ線管で発生する熱の制御回路基板への影響を軽減することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るＸ線源の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる「上」、「下」等の語は、図面に示された状態に基づくものである。

図１及び図２に示すように、Ｘ線源１は、電子銃からの電子をターゲットに衝突させ、発生したＸ線を照射窓を介して外部に照射させるＸ線管を備えるタイプの装置である。このようなＸ線源１は、例えば、Ｘ線非破壊検査装置におけるＸ線源として用いられる。このＸ線源１の筐体３の内部には、発生させたＸ線を外部に照射するＸ線発生部５が収容されており、Ｘ線発生部５は、熱伝導率の良い金属、例えばアルミニウムからなるスペーサ７を介して筐体３の壁部を構成する底板３ａ上に固定されている。このＸ線発生部５は、Ｘ線管９が収容されたＸ線管収容部１１と、Ｘ線管９に電力を供給する高圧電源部１３とを備えている。

図３及び図４に示すように、この高圧電源部１３は、高電圧を発生させる高圧トランス１３ａと、高圧トランス１３ａで発生した高電圧を増倍させる高圧供給回路（電圧供給部）１３ｂと、高圧トランス１３ａと高圧供給回路１３ｂとを連結する接続線１３ｃと、高圧供給回路１３ｂとＸ線管９に電圧を供給するための圧縮バネ１１ａとを連結する接続線１３ｄとを備えている。そして、高圧供給回路１３ｂ及び接続線１３ｃ，１３ｄは、電気絶縁性材料であるエポキシ樹脂からなる絶縁部材としての絶縁ブロック１３ｆ中にモールドされることによって封入されており、高圧トランス１３ａは、絶縁ブロック１３ｆの側面に突出している。このような高圧電源部１３の構造によって、高電圧が印加される高圧供給回路１３ｂ及び接続線１３ｃ，１３ｄからの外部への放電が防止されている。

この高圧電源部１３の上方に設けられたＸ線管収容部１１は、Ｘ線管９と、Ｘ線管９の一部を収容する金属筒１５とを備えている。このＸ線管９は、反射型ターゲットタイプのものであり、棒状の陽極９ｃを絶縁状態に保持して収容するガラス製のバルブ９ｂと、棒状陽極９ｃの端部に設けられたターゲット９ｄを包囲する金属製のヘッド部９ａと、ターゲット９ｄに向けて電子線を出射する電子銃（図示せず）を収める電子銃部９ｅとを備えている。Ｘ線管９のヘッド部９ａには、図示しない排気管が設けられており、この排気管を介してバルブ９ｂ、ヘッド部９ａ及び電子銃部９ｅの内部が真空引きされた後、排気管を封止することによって、Ｘ線管９の内部が真空状態で密封されている。

Ｘ線管９を包囲する金属筒１５は、絶縁ブロック１３ｆの上面に立設されており、この金属筒１５の上端の開口からは、Ｘ線管９が挿入されている。そして、Ｘ線管９のフランジ９ｆが金属筒１５の上端面にネジ止めされ、Ｘ線管９のヘッド部９ａが金属筒１５の上端から突出した状態で、Ｘ線管９が金属筒１５に固定される。このとき、Ｘ線管９のバルブ９ｂは金属筒１５に包囲された状態となり、このバルブ９ｂと金属筒１５と絶縁ブロック１３ｆの上面との間の空間には、液状の電気絶縁性物質である絶縁オイル１７が充填されている。このような絶縁オイル１７により、Ｘ線管９からの周囲への放電が防止されている。また、Ｘ線管９のヘッド部９ａ先端は、筐体３の上面に設けられた開口部３ｈから露出している。そのため、Ｘ線管９の放熱性は良くなるが、その一方で望まない方向への漏洩Ｘ線、特に電子銃部９ｅ側からの漏洩Ｘ線が問題となりやすくなる。そこで、本実施形態においては、筐体３の上面から突出した電子銃部９ｅを覆うようなカバー部材３ｋが筐体３に設けられている。

このようなＸ線源１の駆動時においては、Ｘ線発生の際に、Ｘ線管９から大量の熱が発生する。そこで、金属筒１５は、Ｘ線管９から発生する熱を効率よく放散させるために、放熱性に優れた金属（例えば、アルミニウム）からなると共に、水平方向（底板３ａと平行な方向）に延びる複数の冷却フィン１５ａが周囲に設けられている。冷却フィン１５ａは、金属筒１５の周面で円周方向に延びる凸条部として設けられている。そして、この金属筒１５に対向する筐体３の側壁３ｂには、後述する通風口３ｃが形成されている。この通風口３ｃは冷却フィン１５ａの延在方向と同じ方向に水平に延在しているので、通風口３ｃから筐体３の内部に流入した冷却風は、金属筒１５に当たり冷却フィン１５ａに沿って水平に流動する。従って、冷却風が冷却フィン１５ａの周囲を円滑に流動し、Ｘ線管収容部１１を効率よく冷却することができる。

このようなＸ線管収容部１１において、Ｘ線管９の棒状陽極９ｃの基端部９ｇは、バルブ９ｂの下部から下方に突出しており、この基端部９ｇには、圧縮バネ１１ａの一端が結合されている。この圧縮バネ１１ａの他端は、上記高圧電源部１３の接続線１３ｄに結合されており、棒状陽極９ｃは、この圧縮バネ１１ａ及び接続線１３ｄを介して、高圧供給回路１３ｂからの電圧の供給を受ける。更に、棒状陽極９ｃの基端部９ｇと圧縮バネ１１ａとの接合部は、アルミニウムまたは真鍮等の熱伝導率の良い金属製の高圧キャップ１１ｂによって包囲されている。この高圧キャップ１１ｂによって、基端部９ｇと圧縮バネ１１ａとの接合部は金属筒１５の内壁から見通せないように遮蔽され、この接合部における金属筒１５等への放電が防止されている。なお、絶縁ブロック１３ｆの上面にも、高圧キャップ１１ｂと金属筒１５との間において、棒状陽極９ｃの基端部９ｇを囲むような環状の壁部１３ｈが立設されている。この壁部１３ｈによっても基端部９ｇと圧縮バネ１１ａとの接合部における金属筒１５等への放電が防止される。

以上のようなＸ線発生部５の構成に基づき、Ｘ線管９には、接続線１３ｄ及び圧縮バネ１１ａを介して高圧供給回路１３ｂから高電圧が供給される。そして、Ｘ線管９の棒状電極９ｃが高電位となった状態で、電子銃９ｅからの電子がターゲット９ｄに衝突すると、ターゲット９ｄからＸ線が発生し、このＸ線がＸ線管９のヘッド部９ａに設けられたＸ線照射窓９ｈから上方に照射される。

このような構成のＸ線発生部５のＸ線発生の動作を制御するため、Ｘ線源１には、制御回路基板１９が、筐体３の内部に収容されている。この制御回路基板１９上には、各種電子部品１９ａが搭載されてＸ線発生部５の動作を制御するための制御回路が構成されており、Ｘ線発生部５はこの制御回路からの制御信号に基づいて動作する。また、筐体３の内部には、後述する３つの冷却ファンユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃや制御回路基板１９への電圧供給等を行う電源回路基板２１も配置されている。

図１〜図４に示すように、このようなＸ線源１においては、金属筒１５から放散された熱が筐体３の内部に蓄積してしまわないように、筐体３の内部と外部との間で、空気を冷却風として流動させるように、筐体３の内部を換気する必要がある。そこで、筐体３の側壁には、上下方向での位置が異なるように、３つの冷却ファンユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃ及び通風口３ｃ、３ｄが設けられている。これらの冷却ファンユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、筐体３内から筐体３外に向けて空気を吸い出すタイプのものであるので、Ｘ線源１の駆動中は、冷却ファンユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃから筐体３の内部の空気が排出され、その代わりに通風口３ｃ，３ｄから筐体３の内部へ冷却風が流入する。従って、Ｘ線管収容部１１から放散される熱は、上述したように、筐体３の通風口３ｃから筐体３の内部に取り込まれた冷却風によって、金属筒１５の冷却フィン１５ａを介して効率よく除去される。

しかしながら、Ｘ線管収容部１１の熱が効率よく放散されるゆえに、筐体３の内部の温度が上昇し易い傾向にある。特に、筐体３の内部に配置される制御回路基板１９が熱の影響を受ける場合には、制御回路基板１９上に搭載された電子部品１９ａの耐久性が熱によって劣化したり、熱の影響で電子部品１９ａの動作が不安定になったりするおそれがあるので、制御回路基板１９を効率よく冷却することが必要である。

そこで、Ｘ線源１においては、上述したスペーサ７を採用することで、Ｘ線発生部５と筐体３の底板３ａとの間に基板配置スペース（通風領域）Ａを確保し、この基板配置スペースＡに制御回路基板１９を配置することにしている。

このスペーサ７は、Ｘ線発生部５を載置し支持するための平板状の支持部７ａと、支持部７ａの両端から底板３ａに向かって延びたスペース形成部７ｂとを有している。そして、支持部７ａとスペース形成部７ｂとは、組み立て作業性やＸ線発生部５に対する保持強度を高めるために一体に設けられており、スペーサ７は断面コ字状をなしている。Ｘ線発生部５は、高圧電源部１３の底面を、このスペーサ７の支持部７ａの上面７ｃで保持した状態で固定される。そして、制御回路基板１９は、スペーサ７の内側、つまり、底板３ａ側でスペース形成部７ｂに挟まれた支持部７ａの下面７ｄに、６つの円筒状スペーサ１９ｂを介し、下面７ｄとの間に間隙を空けた状態で水平にネジ止めされる。また、この場合、制御回路基板１９の電子部品１９ａの搭載面が下向きになるように固定されて、制御回路基板１９上に搭載された電子部品１９ａは、底板３ａに対面することになる。

このような構成により、スペーサ７の内側には、支持部７ａとスペース形成部７ｂと底板３ａとで、長手方向の両端に開口を有する直方体形状の基板配置スペースＡが形成される。そして、制御回路基板１９は、この基板配置スペースＡ内に位置することになる。更に、この基板配置スペースＡの一端の開口に対応する筐体３の位置には、側壁３ｂに水平方向（底板３ａと平行な方向）に延在する２つの通風口３ｄが存在している。

このような位置関係により、制御回路基板１９は、熱源となるＸ線管収容部１１から離れて位置することになる。更に、制御回路基板１９とＸ線管収容部１１とに挟まれて、高圧電源部１３の絶縁ブロック１３ｆが存在することになる。加えて、熱源となるＸ線管収容部１１を配置した領域と基板配置スペースＡとが、スペーサ７によって、冷却ファンユニット近傍まで空間的にほぼ分断されたような状態であるために、Ｘ線管収容部１１を冷却することにより温度が高くなった空気（冷却風）が、制御回路基板１９に影響を及ぼすことが極めて少ない。それらの結果として、制御回路基板１９は、Ｘ線管９で発生する熱の影響を極めて受けにくくなる。

その上、この制御回路基板１９が配置された基板配置スペースＡは、両端が開口した細長い形状をなし、開口に対応して通風口３ｄが位置しているので、この通風口３ｄを通過して、基板配置スペースＡに筐体３外の空気が円滑に流入する。そして、この基板配置スペースＡは、通風口３ｄから流入した空気を冷却風として長手方向に流動させる通風領域として機能する。このとき、通風口３ｄは、制御回路基板１９の延在方向に沿って水平に延在しているので、通風口３ｄを通過した冷却風は、制御回路基板１９に沿って円滑に流動する。

更に、制御回路基板１９は、円筒状スペーサ１９ｂを介して支持部７ａの下面７ｄに固定されているので、基板配置スペースＡを流動する冷却風が、回路基板１９の表裏両面に接触しながら効率よく制御回路基板１９の熱を除去する。また、スペーサ７自体が熱伝導率の良い金属で形成されているためにヒートシンクとしても機能する。以上の結果として、Ｘ線源１においては、制御回路基板１９を効率よく冷却することができる。

なお、電源回路基板２１には、ヒートシンク２２が取り付けられており、このヒートシンク２２が２つの冷却ファン２３ｂ，２３ｃの直近に対向するように配置されている、このことで、電源回路基板２１は効率よく冷却される。

上記基板配置スペースＡを形成する筐体３の底板３ａは、ネジ止めされた蓋部３ｊを備えており、このネジの着脱によって蓋部３ｊが開閉自在となっている。そして、上述したように、制御回路基板１９上に搭載された電子部品１９ａが、蓋部３ｊに対面するように取り付けられているので、蓋部３ｊを開けることで電子部品１９ａが露出し、電子部品１９ａにアクセスすることが可能になる。従って、Ｘ線源１の組み立て後であっても、例えば、制御回路基板１９上の電子部品１９ａの可変抵抗スイッチを操作して、Ｘ線管９から照射されるＸ線の焦点径を調整するといったことを容易に行うことができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、スペーサ７の支持部７ａとスペース形成部７ｂとは、別体としてもよい。また、冷却ファンユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、筐体３内から筐体３外に向けて空気を排出するタイプに限られず、筐体３外の空気を筐体３内に取り入れるタイプでもよいし、上記２タイプを適宜組み合わせて採用してもよい。また、通風口３ｃ及び通風口３ｄも、筐体３内に外部の空気を取り入れる吸気口として機能してもよいし、筐体３内から外部に向けて空気を排出する排気口として機能してもよい。また、この場合、Ｘ線管収容部１１の周囲の冷却風と、第１制御回路基板１９の周囲の冷却風とが別個に生じるように、例えば、Ｘ線管収容部１１の周囲で空気を流動させるための冷却ファンユニット及びそれに対応する通風口の組と、基板配置スペースＡに空気を流動させるための冷却ファンユニット及びそれに対応する通風口の組とを、それぞれ専用に設けて構成するのが好ましい。また、前述の実施形態においては、制御回路基板１９を一枚の回路基板で構成したが、複数の回路基板で構成してもよく、制御回路基板１９のうち、特に熱の影響を避ける必要がある回路のみを基板配置スペースＡに配置することによって、このような回路に対しての冷却効率を高めてもよい。

本発明に係るＸ線源の実施形態を示す斜視図である。 図１のＸ線源を示す分解斜視図である。 図１のＸ線源を示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１のＸ線源を示すＩＶ−ＩＶ断面図である。

符号の説明

１…Ｘ線源、３…筐体、３ａ…底板（壁部）、３ｄ…通風口、３ｃ…他の通風口、３ｊ…蓋部、５…Ｘ線発生部、７…スペーサ、７ａ…支持部、７ｂ…スペース形成部、９…Ｘ線管、１１…Ｘ線管収容部、１３…高圧電源部、１３ｂ…高圧供給回路（電圧供給部）、１３ｆ…絶縁ブロック、１５ａ…冷却フィン、１９…制御回路基板、１９ａ…電子部品、Ａ…基板配置スペース（通風領域）。

Claims (8)

1. Ｘ線管を収容するＸ線管収容部と、前記Ｘ線管収容部に固定され、前記Ｘ線管に電圧を供給する電圧供給部が絶縁部材中に封入された構造の電源部と、を有するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部を制御する制御回路基板と、
   前記Ｘ線発生部及び前記制御回路基板を収容する筐体と、を備え、
   前記Ｘ線管収容部とで前記電源部を挟む位置には、空気が流動する通風領域が形成されており、前記回路基板は、前記通風領域内に配置されていることを特徴とするＸ線源。
2. 前記筐体には、前記通風領域に前記空気を流動させるための通風口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記Ｘ線発生部と前記筐体との間に設けられ、前記通風領域を形成するスペーサを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線源。
4. 前記スペーサは、前記Ｘ線発生部を支持する支持部と、前記支持部と前記筐体との間にスペースを形成するスペース形成部とで断面コ字状をなし、
   前記制御回路基板は、前記スペーサの内側で前記支持部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載のＸ線源。
5. 前記支持部と前記スペース形成部とは、一体に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線源。
6. 前記通風領域を形成する前記筐体の壁部には、開閉自在な蓋部が設けられており、前記制御回路基板上の電子部品は、前記蓋部に対面して取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＸ線源。
7. 前記通風口は、前記制御回路基板の延在方向と同一の方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のＸ線源。
8. 前記Ｘ線発生部の前記Ｘ線管収容部は、前記Ｘ線管から発生する熱を放散する冷却フィンを有し、
   前記冷却フィンの周囲で空気を流動させるために、前記筐体の他の通風口は、前記Ｘ線管収容部に対向する位置に設けられると共に、前記冷却フィンの延在方向と同一の方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のＸ線源。

Images