JP6097393B2 - 高電圧発生装置およびx線発生装置 - Google Patents
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Description
X線管は、大別して、陰極が負電位、陽極が接地電位である陽極接地型と、陰極が負電位、陽極が正電位である中性点接地型に分類される。
図10に示すように、X線発生装置10は、高電圧発生装置であるコッククロフト・ウォルトン回路1Gと、陽極接地型のX線管5とを備えている。コッククロフト・ウォルトン回路1Gは、交流電源4によって交流電力の供給を受けて、X線管5の陽極と陰極との間に、高い電位差を印加するものである。コッククロフト・ウォルトン回路1Gは、直列接続されたコンデンサ2a−1〜2a−4と、直列接続されたコンデンサ2b−1〜2b−4と、ダイオード3a−1〜3a−4と、ダイオード3b−1〜3b−4とを備えている。
ラダー回路L3は、同様にコンデンサ2a−3,2b−3と、ダイオード3a−3,3b−3とで構成される。コンデンサ2b−3の一端には、ラダー回路L2のコンデンサ2b−2の他端が接続される。コンデンサ2b−3の他端には、交流電圧のピーク値の6倍の負電圧が印加される。
このように交流電源4を、はしご状に接続したコンデンサ2とダイオード3に接続し、高電位差をX線管5に印加することにより、X線を発生させることができる。なお、ラダー回路L1〜L4の段数は、4段に限定されず、任意の段数であってもよい。
図11に示すように、X線発生装置10Aは、コッククロフト・ウォルトン回路1Hと、中性点接地型のX線管5Aとを備えている。コッククロフト・ウォルトン回路1Hは、交流電源4によって交流電力の供給を受けて、X線管5Aに高い電位差を印加するものである。コッククロフト・ウォルトン回路1Hは、直列接続されたコンデンサ2a−1,2a−2と、直列接続されたコンデンサ2b−1,2b−2と、直列接続されたコンデンサ2c−1,2c−2と、直列接続されたコンデンサ2d−1,2d−2と、ダイオード3a−1,3a−2と、ダイオード3b−1,3b−2と、ダイオード3c−1,3c−2と、ダイオード3d−1〜3d−2とを備えている。
ラダー回路L2Aは、同様にコンデンサ2a−2,2b−2と、ダイオード3a−2,3b−2とで構成される。コンデンサ2b−2の一端には、コンデンサ2b−1の他端が接続される。コンデンサ2b−2の他端には、交流電圧のピーク値の4倍の負電圧が印加される。
ラダー回路L4Aは、ラダー回路L3Aと同様にコンデンサ2c−2,2d−2と、ダイオード3c−2,3d−2とで構成される。コンデンサ2c−2の一端には、コンデンサ2c−1の他端が接続される。コンデンサ2c−2の他端には、交流電圧のピーク値の4倍の正電圧が印加される。
図12は、第1の比較例のコッククロフト・ウォルトン回路1Jを構成するプリント基板6の一部を示す平面図である。
各ダイオード3は、プリント基板6の切欠部61に挿入されており、プリント基板6の部品実装後の厚みを薄くできる。よって、コッククロフト・ウォルトン回路1Jを薄型かつ小型に構成することができる。他のランドパターン72a−2,72a−3,72b−2,72b−3も同様に構成されている。
ダイオード3b−1〜3b−3や、ダイオード3a−2,3a−3を基板の切欠部61に挿入したとしても、ダイオード3の構造上、ランドパターン72周囲での電界を緩和する作用はなく、絶縁信頼性に欠ける虞がある。
図13(a),(b)は、第2の比較例のフィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサの電気的接続構造を示す断面図である。図13(a)は、両リード線21を直接接続した構造断面図である。図13(b)は、両リード線21をプリント基板6を介して接続した構造の断面図である。
図13(a)に示すように、コンデンサ2a−1,2a−2は、それぞれ誘電体24を電極23で挟み込んでいる。以下、コンデンサ2a−1,2a−2を特に区別しないときには、単にコンデンサ2と記載する。コンデンサ2の電極23は、両端に設けられた端部電極22に、電気的に接続される。
コンデンサ2a−1と、コンデンサ2a−2とを接続するために、コンデンサ2a−1が備えるリード線21と、コンデンサ2a−2が備えるリード線21とは、それぞれ曲げられている。両リード線21は、コンデンサ2から遠い位置、かつ、プリント基板6上に形成したランドパターン72で、ハンダ71によって電気的に接続される。この構造は、図13(a)に示す例と同様に、コンデンサ2a−1,2a−2相互の距離を近くできるので、装置全体の小型化が可能であり、かつ、ハンダ付けによるリード線21の接続の作業性が良好である。しかし、この構造は、接続部7がエッジ状に突出していると共に、ランドパターン72の端にエッジ部73が形成されているので、リード線21に高い電位差が印加されると、エッジ状の接続部7の頂点部やエッジ部73に高電界が発生して放電が発生する虞がある。これにより、この構造は、絶縁信頼性に欠ける虞がある。
図1(a),(b)は、第1の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1の一部構成を示す図である。図1に示すコッククロフト・ウォルトン回路1は、図10のコッククロフト・ウォルトン回路1Gの具体的構造の一部を示している。図1(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1の斜視図である。図1(b)は、コッククロフト・ウォルトン回路1のコンデンサ2a−1〜2a−4の直列接続の断面図である。
接続部7a−3では、一方のコンデンサ2a−3と、これと直列に隣接する他方のコンデンサ2a−4とが電気的に接続される。接続部7a−3には更に、ダイオード3a−3のアノードと、ダイオード3b−3のカソードとが電気的に接続される。
同様に、コンデンサ2b−1〜2b−4と各ダイオード3とは、それぞれ接続部7b−1〜7b−3に電気的に接続されている。以下、接続部7a−1〜7a−3や、接続部7b−1〜7b−3を特に区別しないときには、単に接続部7と記載している場合がある。
よって、接続部7a−1に突起などがあっても電界が発生せず、放電が発生しない。他の接続部7a−2,7a−3や、図1(a)に示す接続部7b−1〜7b−3も同様に構成されているので、放電の発生を抑止することができる。したがって、コッククロフト・ウォルトン回路1の絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
図2(a),(b)は、第1の実施形態の変形例に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1の一部構成を示す図である。図2に示すコッククロフト・ウォルトン回路1は、図10のコッククロフト・ウォルトン回路1Gの具体的構造の一部を示している。図2(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1の斜視図である。図2(b)は、コッククロフト・ウォルトン回路1のコンデンサ2a−1〜2a−4の直列接続の断面図である。
接続部7a−1では、一方のコンデンサ2a−1の雄ネジ74が、これと直列に隣接する他方のコンデンサ2a−2の雌ネジ75に締結されて構成される。ダイオード3a−1のアノードに設けた圧着端子76と、ダイオード3b−1のカソードに設けた圧着端子76とが、雄ネジ74と雌ネジ75との間に挟み込まれることにより、接続部7a−1に電気的に接続される。
同様に、コンデンサ2a−2〜2a−4と各ダイオード3とは、それぞれ接続部7a−2、接続部7a−3に電気的に接続されている。コンデンサ2b−1〜2b−4と各ダイオード3とは、それぞれ接続部7b−1〜7b−3に電気的に接続されている。
接続部7は更に、雄ネジ74と雌ネジ75との間に圧着端子76を挟み込んで、雄ネジ74と雌ネジ75とを締結することによって、ダイオード3を電気的に接続している。よって、ハンダ付け作業が不要となり、装置を製造する際の作業性を向上させることができる。
図3(a),(b)は、第2の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Aの一部構成を示す図である。図3に示すコッククロフト・ウォルトン回路1Aは、図10のコッククロフト・ウォルトン回路1Gの具体的構造の一部を示している。図3(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Aの斜視図である。図3(b)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Aのコンデンサ2a−1〜2a−4の直列接続の断面図である。
コンデンサ2a−1〜2a−4は、第1の実施形態と同様に、両端に端部電極22(図1(a)参照)を有し、直列に接続されて、概ね直線状に配置される。コンデンサ2b−1〜2b−4は、同様に両端に端部電極22(図1(a)参照)を有し、同様に接続されて配置される。
各ランドパターン72の厚さは数十μmと薄いため、ランドパターン72の周囲に電界が発生したならば、端部から放電が発生する虞がある。
コンデンサ2a−1の端部電極22と、これと直列に隣接するコンデンサ2a−2の端部電極22とは同電位であり、第1空間9内の電界がゼロである。よって、ランドパターン72の周辺エッジや、ハンダ71の部位に突起などがあっても電界が発生せず、放電が発生しない。したがって、コッククロフト・ウォルトン回路1Aの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
図4(a)に示すように、プリント基板6は、それぞれコンデンサ2を嵌め込むための切欠部62と、穴63とが穿たれている。穴63は、コンデンサ2のリード線21や、ダイオード3のリード線などを挿入するために穿たれている。
更に、このコッククロフト・ウォルトン回路1Aは、プリント基板6上にコンデンサ2とダイオード3とをマウントする構造であるため、電子部品実装機によって好適に製造することができる。
図5(a)〜(c)は、第3の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Bの端部構成を示す図である。図5(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Bの端部の斜視図である。図5(b)は、最も電位差が大きい接続部7B近傍の断面図である。図5(c)は、次に電位差が大きい接続部7A近傍の断面図である。
接続部7Aは、コッククロフト・ウォルトン回路1Bのうち、接続部7Bに次いで電位差が大きくなる第3接続部であり、ダイオード3b−4のカソードとコンデンサ2a−4とが電気的に接続される。ダイオード3b−4は、アノードが第2接続部の接続部7Bに接続され、カソードが第3接続部である接続部7Aに接続されている。
よって、コッククロフト・ウォルトン回路1Bの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
高圧出力ケーブル8は、導体に絶縁体を被覆したものである。高圧出力ケーブル8の被覆材は、コッククロフト・ウォルトン回路1B全体の被覆材より、誘電率または導電率が高いほうが望ましい。また、高圧出力ケーブル8の断面の曲率は、接続部7A,7Bよりも小さいことが望ましい。
図6(a)〜(d)は、第4の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Cの端部構成を示す図である。図6(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Cの端部表面の斜視図である。図6(b)は、最も電位差が大きい接続部7B近傍の断面図である。図6(c)は、次に電位差が大きい接続部7A近傍の断面図である。図6(d)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Cの端部裏面の斜視図である。
コンデンサ2b−4の一端と、ダイオード3b−4のアノードとが接続されているプリント基板6の近傍には、高圧出力ケーブル8が電気的に接続されている。
これらのコッククロフト・ウォルトン回路1C全体は、第1〜第3の実施形態と同様に、エポキシ樹脂などの固体絶縁体で覆われている。高圧出力ケーブル8は、第3の実施形態と同様に、導体に絶縁体を被覆したものである。
ランドパターン72Bおよび接続部7Bは、第3の実施形態と同様に、コンデンサ2b−4の端部電極22と高圧出力ケーブル8との間の第2空間9Bから、はみ出さないように配置される。接続部7Bは、同電位のコンデンサ2b−4の端部電極22と、高圧出力ケーブル8の間に配置される。そのため、接続部7Bは、周囲の電界がゼロに近くなり、放電などが発生しにくくなる。
これにより、コッククロフト・ウォルトン回路1Cの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
ランドパターン72Aは、コンデンサ2a−4の一端に形成され、このコンデンサ2a−4の一端と、ダイオード3b−4のカソードとが電気的に接続されて、接続部7A(図6(c)参照)を構成する。
図7(a),(b)は、第5の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Dの一部構成を示す図である。図7(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Dの斜視図である。図7(b)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Dのコンデンサ2a−1〜2a−4の直列接続の断面図である。
金属板77は、コンデンサ2の端部電極22と同一の形状か、または、端部電極22よりも小さいことが望ましい。金属板77は、薄板または厚板のいずれでもよく、外周にエッジが無い形状であることが望ましい。金属板77と接続部7との電気的接続方法は、ハンダ付け、圧着端子、ネジ締めなどが好適である。
図8(a)〜(c)は、第6の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Eの端部構成を示す図である。図8(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Eの端部の斜視図である。図8(b)は、最も電位差が大きい接続部7B近傍の断面図である。図8(c)は、次に電位差が大きい接続部7A近傍の断面図である。
よって、コッククロフト・ウォルトン回路1Eの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
図9(a)〜(d)は、第7の実施形態に於けるコッククロフト・ウォルトン回路1Fの端部構成を示す図である。図9(a)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Fの端部表面の斜視図である。図9(b)は、最も電位差が大きい接続部7B近傍の断面図である。図9(c)は、次に電位差が大きい接続部7A近傍の断面図である。図6(d)は、コッククロフト・ウォルトン回路1Fの端部裏面の斜視図である。
これらのコッククロフト・ウォルトン回路1F全体は、第4の実施形態と同様に、エポキシ樹脂などの固体絶縁体で覆われている。高圧出力ケーブル8は、第4の実施形態と同様に、導体に絶縁体を被覆したものである。
ランドパターン72Aなどを含む接続部7Aは、同電位のコンデンサ2a−4の端部電極22と、同電位の金属板77Aとの間に配置される。そのため、接続部7Aの周囲の電界はゼロであり、接続部7Aでは、放電などが発生しにくくなる。
よって、コッククロフト・ウォルトン回路1Fの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
これら金属板77A,77Bは、コッククロフト・ウォルトン回路1Fの電位差が大きい部分からの放電を抑止する。よって、コッククロフト・ウォルトン回路1Fの絶縁信頼性を確保でき、かつ、装置全体の小型化が可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがある。
2,2a−1〜2a−4、2b−1〜2b−4,2c−1,2c−2,2d−1,2d−2 コンデンサ
21 リード線
22 端部電極
3,3a−1〜3a−4,3b−1〜3b−4,3c−1,3c−2,3d−1,3d−2 ダイオード
31 リード線
4,4−1,4−2 交流電源
5,5A X線管
6 プリント基板
61,62 切欠部
63 穴
7,7A,7B 接続部
71 ハンダ
72,72A,72B ランドパターン
73 エッジ部
74 雄ネジ
75 雌ネジ
76 圧着端子
77,77A,77B 金属板
8 高圧出力ケーブル
9 第1空間
9B 第2空間
9A 第3空間
10,10A X線発生装置
Claims (13)
- 両端に端部電極を有するコンデンサが複数個直列に接続され、
直列に隣接する2個の前記コンデンサが電気的に接続される接続部は、一方のコンデンサの端部電極と他方のコンデンサの端部電極との間の第1空間から、はみ出さないように配置され、
ダイオードの一端は、前記接続部に電気的に接続され、
高圧出力ケーブルとコンデンサとが電気的に接続される第2接続部は、当該コンデンサの端部電極と当該高圧出力ケーブルとの間の第2空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする高電圧発生装置。 - 前記コンデンサは更に、一端の端部電極に雄ネジを、他端の端部電極に雌ネジを設けており、
前記接続部は、前記一方のコンデンサの前記雄ネジが前記他方のコンデンサの前記雌ネジに締結されて構成され、
前記ダイオードは、当該ダイオードの一端に設けた端子を前記雄ネジと前記雌ネジとの間に挟み込むことにより、前記接続部に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 - 前記ダイオードは、ハンダ付けによって前記接続部に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 - 前記接続部に電気的に接続される金属板を更に有しており、
前記金属板は、前記第1空間から、はみ出さないように配置され、
前記ダイオードの一端は、前記金属板または前記接続部に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 - 前記第2接続部に金属板を電気的に接続し、
当該金属板は、前記第2空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 - 前記第2接続部に一端が接続されるダイオードの他端と、コンデンサとが電気的に接続される第3接続部は、当該コンデンサの端部電極と当該高圧出力ケーブルとの間の第3空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 - 前記第3接続部に金属板を電気的に接続し、
当該金属板は、前記第3空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項6に記載の高電圧発生装置。 - 両端に端部電極を有するコンデンサが複数個直列に接続され、
直列に隣接する2個の前記コンデンサが電気的に接続される接続部は、一方のコンデンサの端部電極と他方のコンデンサの端部電極との間の第1空間から、はみ出さないように配置され、
ダイオードの一端は、前記接続部に電気的に接続され、
前記一方のコンデンサの一端、前記他方のコンデンサの一端、および、前記ダイオードの一端を電気的に接続する複数のランドパターンと、
各前記コンデンサを嵌め込むための切欠部と、
を有するプリント基板を更に有しており、
前記ランドパターンは、前記第1空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする高電圧発生装置。 - 前記プリント基板は、高圧出力ケーブルとコンデンサとを電気的に接続する第2ランドパターンを有し、
前記第2ランドパターンは、当該コンデンサの端部電極と当該高圧出力ケーブルとの間の第2空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項8に記載の高電圧発生装置。 - 前記第2ランドパターンに金属板を電気的に接続し、
当該金属板は、前記第2空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項9に記載の高電圧発生装置。 - 前記プリント基板は、前記第2ランドパターンに一端が接続されるダイオードの他端と、コンデンサとが電気的に接続される第3ランドパターンを有し、
前記第3ランドパターンは、当該コンデンサの端部電極と当該高圧出力ケーブルとの間の第3空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項9に記載の高電圧発生装置。 - 前記第3ランドパターンに金属板を電気的に接続し、
当該金属板は、前記第3空間から、はみ出さないように配置される、
ことを特徴とする請求項11に記載の高電圧発生装置。 - 請求項1から12のうちのいずれか1項に記載の高電圧発生装置、
を備えたことを特徴とするX線発生装置。
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