工業用Ｘ線発生装置
【課題】Ｘ線管と高電圧発生部とを適正な位置関係で配置することにより、装置全体を小型、軽量に形成し、しかも少量のモールド材で十分な絶縁を確保できる工業用Ｘ線発生装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置１において、昇圧回路２７ａは自身の低電圧入力端子Ｔ１ａから高電圧出力端子Ｔ２ａにわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されている。昇圧回路２７ａは、自身の低電圧端子Ｔ１ａがＸ線管７の陽極１３に対応し自身の高電圧端子Ｔ２ａがＸ線管７の陰極１１に対応するようにＸ線管７の側部領域に配置される。陰極１１からＸ線管７の外部へ延びているリード線２８ａが昇圧回路２７ａの高電圧端子Ｔ２ａに接続されている。少なくともＸ線管７の陰極１１側の端部と、陰極側の端部から延出するリード線２８ａと、昇圧回路２７ａの高電圧端子Ｔ２ａ側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材Ｍによってモールド成形されている。
【解決手段】Ｘ線発生装置１において、昇圧回路２７ａは自身の低電圧入力端子Ｔ１ａから高電圧出力端子Ｔ２ａにわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されている。昇圧回路２７ａは、自身の低電圧端子Ｔ１ａがＸ線管７の陽極１３に対応し自身の高電圧端子Ｔ２ａがＸ線管７の陰極１１に対応するようにＸ線管７の側部領域に配置される。陰極１１からＸ線管７の外部へ延びているリード線２８ａが昇圧回路２７ａの高電圧端子Ｔ２ａに接続されている。少なくともＸ線管７の陰極１１側の端部と、陰極側の端部から延出するリード線２８ａと、昇圧回路２７ａの高電圧端子Ｔ２ａ側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材Ｍによってモールド成形されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの配管パイプ等といった構造物の非破壊検査を行う際に用いられる工業用Ｘ線発生装置であって、陰極から放出された電子を陽極に当てて当該陽極からＸ線を発生する工業用Ｘ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子源である陰極をタングステンフィラメントによって形成して成るＸ線発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。一般には、フィラメントに通電してこれを２０００℃以上に加熱してこれから熱電子を放出させている。フィラメントには高電圧が印加されるものであり、工業用Ｘ線管においてＸ線管球とＸ線電源とを１つのユニット内に設置する場合には、絶縁を確保するためにＸ線管球とＸ線電源とを高圧ガス容器に封入して絶縁を確保している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６７６９２号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平３−１４９７４０号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−２６７６９２号公報（第５頁、図１）
【特許文献４】特開２００１−１３５４９６号公報（第３頁、図２）
【特許文献５】特開２００１−１３５４９７号公報（第３頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高圧ガス容器を用いた従来の工業用Ｘ線発生装置においては、高圧容器を使用しなければならないので、大型で重量が重いという問題があった。例えば、Ｘ線発生器と制御器との合計で３０ｋｇ程度になっていた。
【０００５】
また、フィラメントによって陰極を形成した工業用Ｘ線発生装置においては、フィラメント用の電源やフィラメント部を冷却するための構成が必要であるため、大型になると共に重量が重くなるという問題があった。
【０００６】
また、ガスを用いた絶縁に代えて、モールド成形によって高電圧部の絶縁を行うことにした工業用Ｘ線発生装置も知られている（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５等参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献３に開示された装置では、ケーブルレセプタクルとＸ線管とをモールド成形によって覆っているだけであり、高電圧部とＸ線管との両方をモールド成形によって小型、軽量の絶縁構造に形成することはできていない。
【０００８】
また、特許文献４及び特許文献５に開示された装置では、Ｘ線管と高電圧発生部とが位置的に互いに関連無く別々に配置された上で、高電圧発生部がモールド成形によって絶縁されている。この従来装置では、Ｘ線管と高電圧発生部とが位置的に関連付けされることなく別々に設けられているので、Ｘ線管と高電圧発生部とを含んだ装置全体の形状が大きくならざるを得ない。
【０００９】
また、高電圧発生部は、その入力端子に数ｋＶ程度の低電圧を入力し、その出力端子から数十ｋＶ〜百数十ｋＶといった高電圧を出力するものであるが、特許文献４及び特許文献５に開示された装置では、それらの高電圧部位と低電圧部位との配置位置に適切な考慮が払われておらず、絶縁を確実にするためには高電圧部位と低電圧部位との間に十分な距離を確保したり、モールド成形の大きさ、体積等を十分に大きくしなければならず、なかなか小型化が実現できなかった。
【００１０】
一般にＸ線管を含むＸ線発生装置、特に工業用Ｘ線発生装置においては、Ｘ線が外部へ漏れないように鉛等から成るＸ線遮蔽部材によってＸ線管や高電圧発生部を覆う必要があるが、Ｘ線発生装置が大型になるとＸ線遮蔽部材も大型になり、その場合には、鉛等の影響により、重量が非常に重くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線管と高電圧発生部との位置関係を考慮してそれらの配置位置を設定することにより、装置全体を小型に従って軽量に形成でき、しかも少量のモールド材で十分な絶縁を確保できる工業用Ｘ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、電子を放出する陰極と電子を引き付ける陽極とを管体に格納して成るＸ線管と、原子番号５５以上の元素を主として含みＸ線を通し難い物質によって形成されており前記Ｘ線管を覆うＸ線遮蔽部材と、前記陰極に印加する高電圧を生成する昇圧回路とを有しており、前記陽極が接地されており、前記昇圧回路は、自身の低電圧端子から高電圧端子にわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されており、前記昇圧回路は、自身の前記低電圧端子が前記Ｘ線管の陽極に対応し自身の前記高電圧端子が前記Ｘ線管の陰極に対応するように、前記Ｘ線管の側部領域に配置されており、前記陰極から前記Ｘ線管の外部へ延びている導電部材が前記昇圧回路の高電圧端子に接続されており、少なくとも前記Ｘ線管の陰極側の端部、当該陰極側の端部から延出する前記導電部材及び少なくとも前記昇圧回路の高電圧端子側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材によってモールド成形されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置によれば、Ｘ線管の高圧端子と昇圧回路の高圧端子が互いに近傍に隣接する。よって、それらの端子をつなぐ導電部材（例えば、リード線、ブスバー）は短くて済む。このため、導電部材を絶縁するためのモールド領域が非常に小さいので、工業用Ｘ線発生装置は小型、軽量である。
【００１４】
モールドが小型のためそれを覆っているＸ線遮蔽部材を小さくできる。Ｘ線遮蔽部材は通常は鉛によって形成されていて重い。しかし、Ｘ線遮蔽部材を小さくできる本発明では鉛の量を減らすことができ、軽量である。
【００１５】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、圧電トランスを含んでおり前記昇圧回路の低電圧端子に電力を供給するトランス回路と、前記圧電トランスに適合した周波数の交流電力を前記トランス回路に供給する電源ドライバと、を有することができる。この構成によれば、電磁トランスを用いた場合に比べて、工業用Ｘ線発生装置の重量及び体積を軽減できる。
【００１６】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記電源ドライバ及び前記トランス回路は、前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍に配置されることが望ましい。電源ドライバ及び前記トランス回路は低電圧を取り扱うのでＸ線管の低圧側に配置した方が良いからである。
【００１７】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記昇圧回路、前記トランス回路及び前記電源ドライバの動作を制御するコントローラをさらに有しており、前記トランス回路は前記コントローラに隣接して配置されることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記Ｘ線管が載置されるベースをさらに有しており、前記電源ドライバが当該ベース上に載置され、当該電源ドライバの上に前記トランス回路が載置され、当該トランス回路の上に前記コントローラが配置されることを特徴とする。この構成によれば、トランス回路を構成している圧電トランスに含まれる鉛がコントローラへ向かうＸ線を遮蔽し、コントローラの誤動作を防止できる。また、圧電トランスをＸ線遮蔽要素として配置することにより、その分だけ鉛板等のＸ線遮蔽を不要にでき、Ｘ線発生装置の軽量化が達成される。
【００１９】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記電源ドライバへ電圧を印加するバッテリをさらに有しており、当該バッテリは前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍の前記ベース上に配置されることが望ましい。
【００２０】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記昇圧回路はコッククロフト・ウォルトン回路であることが望ましい。これにより、簡単な構成で所望の高圧を得ることができる。
また、前記モールド材は、原子番号５５以上の元素を含む酸化物、いわゆる重金属酸化物をフィラーとして含有することが望ましい。これにより、モールド材によってＸ線を遮蔽できる。
また、前記モールド材の熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。これにより、工業用Ｘ線発生装置の内部に熱が蓄積してＸ線発生装置が必要以上の高温になることを防止できる。
【００２１】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記陰極は電界放出（Field Emission：フィールドエミッション）に基づいて電子を放出することが望ましい。こうすれば、フィラメントを用いた熱電子放出型の電子放出素子を用いた場合に比べて、工業用Ｘ線発生装置を小型且つ軽量にできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置によれば、Ｘ線管の高圧端子と昇圧回路の高圧端子が互いに近傍に隣接する。よって、それらの端子をつなぐ導電部材は短くて済む。このため、導電部材を絶縁するためのモールド領域が非常に小さくなり、工業用Ｘ線発生装置を小型、軽量に形成できる。
【００２３】
また、モールド領域が小さいため、それを覆っているＸ線遮蔽部材を小さくできる。Ｘ線遮蔽部材は通常は鉛によって形成されていて重い。しかし、Ｘ線遮蔽部材を小さくできる本発明では鉛の量を減らすことができ、軽量である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の一実施形態の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に従った平面断面図である。
【図３】図１の矢印Ｂに従った工業用Ｘ線発生装置の底面図である。
【図４】（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に従った側面断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ｅに従って昇圧回路の構成要素の配置を示す図である。
【図５】図１の工業用Ｘ線発生装置の使用例を示す図である。
【図６】図１の工業用Ｘ線発生装置で用いる制御系のブロック図である。
【図７】図６の制御系ブロック図の等価回路を示す回路図である。
【図８】図６のブロック図の具体的な回路構成の一実施形態を示す回路図である。
【図９】図８の回路で用いられる主要素子であるピエゾトランスの評価結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の他の実施形態を示す側面断面図である。
【図１１】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる高圧電源部を示す回路図である。
【図１２】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる制御系のブロック図である。
【図１３】図１２の一部を詳しく示す回路図である。
【図１４】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態の外観構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（工業用Ｘ線発生装置の第１の実施形態）
以下、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２６】
図１は本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の一実施形態の長手方向を示す正面断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に従った平面断面図である。図３は図１の矢印Ｂに従った工業用Ｘ線発生装置の底面図である。図４（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に従った工業用Ｘ線発生装置の短手方向を示す側面断面図である。
【００２７】
これらの図において、工業用Ｘ線発生装置１は長方形の板形状であるベース２を有している。ベース２は熱伝導性が良好である材料、例えばＡｌ（アルミニウム）によって形成されている。ベース２の周縁には、後述する２次元Ｘ線検出器を支持するための支持部材、例えばワイヤが取り付けられる複数の取付用孔３が設けられている。図３に示すように、ベース２の底面には多数の線状の溝４が形成されており、それらの溝４の間にひれ状で板状の放熱用のフィン６が多数、平面内で２段の列状に設けられている。
【００２８】
図１において、ベース２上にＸ線管７が設けられている。Ｘ線管７は円筒形状の管体１４を有している。この管体１４の内部に、電子を放出する陰極（カソード）１１と、引出し電極であるグリッド１２と、電子を引き付ける陽極（アノード）１３とが設けられている。陽極１３は電子が衝突してＸ線を発生する部材、すなわちターゲットの機能を有する。発生する白色Ｘ線のエネルギ、すなわち白色Ｘ線の波長は、陽極１３と陰極１１の間に印加される加速電圧によって決定され、また、発生する特性Ｘ線のエネルギは陽極１３の材質によって決定される。
【００２９】
陰極１１は電界放出（Field Emission：フィールドエミッション）に基づいて電子を放出する。電界放出は、物質表面に強い電位を印加したときにその物質の表面から電子が放出される現象である。電界放出によって実用上十分な量の電子を放出できる物質としてカーボンナノチューブを含んだ物質、グラファイト粒子を含んだ物質等が知られている。
【００３０】
カーボンナノチューブは、六炭素環で構成される針状、すなわちアスペクト比（粒子長／粒子径）が非常に大きい状態、で管状の粒子である。グラファイト粒子はグラファイトを含んで成る物質である。グラファイトとは、炭素六角網面（複数の六炭素環が連なって１つの層を構成している面）が複数個層状に積層されて成る層状構造物質である。
【００３１】
Ｘ線管７の周囲には、フェライトによって形成されている円筒形状の磁気遮蔽部材１６が設けられている。この磁気遮蔽部材１６は、管体１４の周囲を流れる電流によって励起される磁界がＸ線管７の内部の電子線に影響を与えることを防止する。この磁気遮蔽部材１６は、図４（ａ）に示すように、Ｘ線管７の管体１４の外周に沿って円筒状に配置されている。磁気シールドとしては透磁率が大きく、保磁力が小さく、電気絶縁性の高いことが必要である。本実施形態ではマンガン亜鉛フェライト（（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｃ３Ｏ４）を用いている。
【００３２】
磁気遮蔽部材１６のうち陽極１３の側方に位置する部分であって、ベース２に対向する部分は開口となっており、さらに当該部分のベース２は加工によって薄く形成されている。これらの開口及び薄肉部分により、陽極１３で発生したＸ線を外部へ取り出すための領域１７が形成されている。ベース２の厚さは、例えば１０ｍｍであり、薄肉部分の厚さは、例えば５ｍｍである。
【００３３】
熱伝導率の高い材料、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等によって形成された伝熱体２１がベース２の面上に設けられており、陽極１３がこの伝熱体２１に接合されている。この接合は、例えばメタライズ（金属を生成する処理）やハンダ接合等によって成されている。
【００３４】
本実施形態では、陽極１３が電気的に接地され、陰極１１が負の高電圧（例えば、−８０ｋＶ〜−２００ｋＶの範囲内の任意の電圧に設定される。陽極１３が接地されているので、陽極１３に伝熱体２１を接触させても電気的な安定性が担保される。陽極１３は、伝熱体２１によってベース２にしっかりと固定されている。陽極１３は電子の衝突により高い温度に昇温するが、伝熱体２１を通して熱がベース２へ流れるので、陽極１３は効率良く冷却され、損傷が回避される。陰極１１は高電圧であり、しかも発熱していないので、ベース２に固定しない。
【００３５】
図１においてＸ線管７の陽極１３側の端部の外側のベース２上の領域８ａ、及び図２においてＸ線管７の両側部の外側のベース２上の領域８ｂに高圧電源部が設けられている。本実施形態の高圧電源部は、図１の領域８ａに設けられているリチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ａ，２３ｂと、トランス回路２４ａ，２４ｂと、制御装置であるコントローラ２５と、図２の２つの側部領域８ｂに設けられている昇圧回路２７ａ，２７ｂとを含んでいる。この高圧電源部の回路構成については、後述する。
【００３６】
リチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ａと、トランス回路２４ａと、昇圧回路２７ａは、陰極１１に高電圧を印加するための高圧電源部を構成している。陰極１１には、例えば−２００ｋＶの負の高電圧が印加される。リチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ｂと、トランス回路２４ｂと、昇圧回路２７ｂは、グリッド１２に高電圧を印加するための高圧電源部を構成している。グリッド１２には、例えば−１００ｋＶの負の高電圧が印加される。
【００３７】
後述するが図２の昇圧回路２７ａ，２７ｂはＸ線管７の長手方向に沿って長い外観形状を有している。これらの回路の陽極１３側の端子部分Ｔ１ａ，Ｔ１ｂが低電圧を入力する低電圧端子である入力端子部である。そして、これらの回路の陰極１１側の端子部分Ｔ２ａ，Ｔ２ｂが高電圧を出力する高電圧端子である出力端子部である。例えば、それぞれの昇圧回路２７ａ，２７ｂの入力端子部Ｔ１ａ，Ｔ１ｂに４〜１０ｋＶ程度の電圧が入力され、陰極用昇圧回路２７ａの出力端子Ｔ２ａに−２００ｋＶが出力され、グリッド用昇圧回路２７ｂの出力端子Ｔ２ｂに−１００ｋＶが出力される。
【００３８】
図２において、Ｘ線管７の陰極１１側の端部において、陰極１１から延びる導電部材としてのリード線２８ａがＸ線管７の外側へ出て陰極用昇圧回路２７ａの出力端子Ｔ２ａに接続されている。他方、グリッド１２から延びる導電部材としてのリード線２８ｂがＸ線管７の外側へ出てグリッド用昇圧回路２７ｂの出力端子Ｔ２ｂに接続されている。陰極用昇圧回路２７ａ及びグリッド用昇圧回路２７ｂのそれぞれの入力端子Ｔ１ａ及びＴ１ｂは、それぞれ、陰極用トランス回路２４ａ及びグリッド用昇圧回路２４ｂの出力端子に接続されている。なお、導電部材として、リード線に代えてブスバー（すなわち、バスバー）を用いても良い。
【００３９】
リード線２８ａ，２８ｂは、絶縁処理が施されていない金属そのままの配線や、金属そのままではなくわずかな電流は通す状態（すなわち、非絶縁状態）の配線、等である。リード線の断面形状は、通常、円形である。また、ブスバーは、断面形状が非円形（矩形、楕円、長円、等）であって細長い金属製の板、棒等のことである。金属としては、例えば銅、銅合金等が用いられる。ブスバーは、一般に、リード線に比べて放熱効果が高い。
【００４０】
ベース２上の所定位置に設置されたＸ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂは、モールド成形処理を受けてモールド材Ｍによって覆われている。モールド成形処理はそれ自体周知の処理であり、流動性を持ったモールド材を型枠の中に流し込んだ後、そのモールド材を固化させる処理である。陰極１１と昇圧経路２７ａの出力端子Ｔ２ａとをつないでいるリード線２８ａ、及びグリッド１２と昇圧経路２７ｂの出力端子Ｔ２ａとをつないでいるリード線２８ｂもモールド材Ｍによって覆われている。
【００４１】
モールド材Ｍの中に空間又は隙間があると、その部分で沿面放電やコロナ放電が発生するおそれがあるので、モールド成形処理時にはモールド材Ｍの中に泡が発生しないように真空槽内でモールド材Ｍを型枠内に充填する。本実施形態では、モールド材ＭがＸ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂの全てを覆うようにモールド成形が行われているが、最低限必要なのは、Ｘ線管７の陰極１１側の端部、リード線２８ａ，２８ｂ及び昇圧回路２７ａ，２７ｂの高電圧出力端子部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ側の一部分がモールド材Ｍによって覆われることである。具体的には、５ｋＶ以上の高圧部が大気中で放電することに鑑み、そのような高圧部をモールドしている。
【００４２】
本実施形態で用いたモールド材は、電気絶縁性を有する合成樹脂、例えばエポキシ系又はシリコン系の合成樹脂を主体とし、その中に窒化アルミニウム、アルミナ、シリカ等といったセラミックスや、Ｂｉ２Ｏ３等といった重金属酸化物をフィラーとして含有させて成る材料である。モールド材Ｍの中にセラミックスや重金属酸化物のフィラーを混在させたことにより、モールド材Ｍは絶縁性に加えてＸ線吸収性を有している。
【００４３】
モールド樹脂と被モールド部材との接着性を高めるため、被モールド部材の表面は、良く洗浄した後、プライマーと呼ばれる表面処理材を塗布されることが望ましい。このような化学的な接着性が不十分な材質の場合は、被モールド部材の表面にサンドブラスト処理を施してその表面を粗面化することにより、物理的に接着力を高めることができる。このような粗面化処理はアンカー処理と呼ばれている。
【００４４】
モールド材Ｍの中にセラミックスを混在させることにより、モールド材Ｍの熱伝導率を向上させることができる。平均的なエポキシ樹脂の熱伝導率は０．３Ｗ／）であり、同じくシリコン樹脂は０．１６、窒化アルミニウムは３００、アルミナは３６．０、シリカは１０．４である。熱伝導率を大きくするにはセラミックス等の充填率を大きくすることが重要であるが、単一の粒径の粒子から構成すると粒子と粒子とが接する細密充填でも充填率は７４％である。そのため、２種又は３種以上の粒径の粒子を混ぜることにより、最大９０％以上の充填率を得ることができる。
【００４５】
また、モールド材Ｍの中に原子番号５５以上の元素を含む酸化物（いわゆる、重金属酸化物）を混在させることにより、Ｘ線吸収性を向上することができる。本実施形態では、原子番号８３、第１５族元素の酸化物として化学的に安定なＢｉ２Ｏ３を使用した。
【００４６】
モールド材Ｍの外側であってＸ線管７に対応した領域にＸ線遮蔽部材２９、例えば鉛によって形成された薄いシート状部材がＸ線管７を覆うように設けられている。これにより、Ｘ線管７の外部にＸ線が漏れ出ることが防止されている。鉛によって形成されたＸ線遮蔽部材２９は重量が非常に重いので、工業用Ｘ線発生装置１を持ち運ぶことを考える場合にはＸ線遮蔽部材２９ができるだけ小さいことが望まれる。
【００４７】
一般に、Ｘ線遮蔽板を通過した後のＸ線強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｔ）
で表される。そして、透過率Ｔは、
Ｔ＝Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（−μｔ）
で表される。ここで、「μ」は物質の化学組成、密度によって決まる線吸収係数（１／ｍ）、「ｔ」はＸ線遮蔽板の厚さ（ｍ）である。
【００４８】
Ｘ線遮蔽板として鉛（Ｐｂ）を用いる場合、上式によれば、透過率を０．１％にするにはｔ＝約３．５ｍｍが必要となる。透過率ＴはＸ線遮蔽板の厚さの関数であり、Ｘ線遮蔽板が同じ厚さであればＸ線源からの距離を小さくすることにより、Ｘ線遮蔽板の面積を減らすことができ、面積を減らすことによりＸ線遮蔽板の重量を減らすことができる。本実施形態では、Ｘ線源からの距離が小さいモールド材部分それ自身にＸ線遮蔽性を持たせ、さらにその小さなモールド材の外側をＸ線遮蔽板で覆うことにしたので、Ｘ線遮蔽板の面積を小さくでき、それ故、Ｘ線遮蔽板の重量を低減することができた。この結果、工業用Ｘ線発生装置の全体の重量を大幅に低減できた。
【００４９】
また、本実施形態においてモールド材Ｍの熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に設定されている。これにより、工業用Ｘ線発生装置１の内部に熱が蓄積して、このＸ線発生装置１が必要以上の高温になることを防止できる。
【００５０】
図１において、モールド材Ｍの外側に外装ケース３１が設けられている。外装ケース３１は、モールド材Ｍの全体を覆うようにしてベース２の上に固定されている。外装ケース３１の上壁にハンドル３２が取り付けられている。工業用Ｘ線発生装置１の使用者は、このハンドル３２を持って工業用Ｘ線発生装置１を希望の測定場所へ持ち運んで、Ｘ線による非破壊検査を行う。
【００５１】
本実施形態では、Ｘ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂがモールド材Ｍで覆われており、その外側に電源ドライバ２３ａ，２３ｂ、トランス回路２４ａ，２４ｂ及びコントローラー２５が積み重ね状態で設けられている。モールド材Ｍで覆われているのは、５ｋＶ以上の高圧になる部分である。上記の回路の積み重ね部分は低圧部分であるので、その上にモールド材Ｍは装填されていない。
【００５２】
そして、モールド部分とその積み重ね部分とが外装ケース３１の中に収納され、陰極用とグリッド用とで兼用のバッテリ２２が外装ケース３１の外側のベース２上に設置されている。上記の回路の積み重ね部分が外気に接し、さらに塵埃が入ると放電の可能性があるので、外装ケース３１は密閉されている。バッテリ２２は着脱方式であり、保有電力が消耗した場合には、ベース２から外して図示しない充電器によって充電可能である。
【００５３】
検査を行う際には、例えば図５に示すように、工業用Ｘ線発生装置１を検査対象物３３（図示の例ではプラント設備として用いられる鋼管、すなわちパイプ）に接触させて設置し、ベース２の取付用孔３（図２参照）に支持用部材３４を取り付ける。そして、この支持用部材３４によって２次元Ｘ線検出器３６を支持して、この２次元Ｘ線検出器３６を検査対象物３３のＸ線発生装置１と反対側の部分に配置する。２次元Ｘ線検出器３６は、Ｘ線フィルム、イメージングプレート、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）検出器、等によって構成できる。
【００５４】
図１において、例えば、Ｘ線管７の外径Ｄは５０ｍｍであり、Ｘ線管７の長さＬは１７０ｍｍであり、モールド高さＨは７０ｍｍである。次の理由、すなわち（１）フィラメントによる熱電子放出でなく電界放出による電子放出を採用したこと、（２）高圧電源部の構成要素である昇圧回路２７ａ，２７ｂをＸ線管７の側方部分にＸ線管７に沿わせて隣接して配置したこと、（３）高圧電源部の高圧部分である昇圧回路２７ａ，２７ｂの出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂをＸ線管７の高圧部分である陰極１１側の端部に対応させて配置し、高圧電源部のその他の構成要素（すなわち、バッテリ２２、電源ドライバ２３ａ，２３ｂ、トランス回路２４ａ，２４ｂ、コントローラ２５等）は、Ｘ線管７の陽極１３側（すなわち、接地側）の端部の近傍にまとめて配置したこと、等により、本実施形態の工業用Ｘ線発生装置１は従来のものに比べて、非常に小型、軽量になっており、良好な可搬性を実現している。
【００５５】
以下、高圧電源部の回路構成について説明する。
既述の通り、本実施形態で用いる高圧電源部は、図１及び図２に示した、Ｘ線管７の陽極１３側の端部の近傍領域８ａ及びＸ線管７の両側部の領域８ｂ，８ｂに設けられている。Ｘ線管７の陽極１３側の端部の近傍領域８ａは、とりもなおさず接地電位にある領域である。そして、Ｘ線管７の両側部の領域８ｂ，８ｂは、電位が接地電位から高電圧へ昇圧して行く領域である。
【００５６】
図６は、本実施形態で用いる高圧電源部の回路構成のブロックダイアグラムを示している。コントローラ２５、バッテリ２２、陰極用電源ドライバ２３ａ、陰極用トランス回路２４ａ、陰極用昇圧回路２７ａ、グリッド用電源ドライバ２３ｂ、グリッド用トランス回路２４ｂ、そしてグリッド用昇圧回路２７ｂは、それぞれ、図１、図２及び図４（ａ）において同じ符号で示した要素と同じものである。
【００５７】
陰極用の電源ドライバ２３ａ、トランス回路２４ａ、昇圧回路２７ａによってカソード電源モジュール３８が構成されている。一方、グリッド用の電源ドライバ２３ｂ、トランス回路２４ｂ、昇圧回路２７ｂによってグリッド電源モジュール３９が構成されている。カソード電源モジュール３８は陰極１１に印加される電圧を制御し、グリッド電源モジュール３９はグリッド１２に印加される電圧を制御する。例えば、グリッド電圧は−１００ｋＶに制御され、陰極電圧は−２００ｋＶに制御される。本実施形態では、陽極１３（すなわち、ターゲット）が接地されている。
【００５８】
図６のブロック図は、回路図としては図７に示す回路図と等価である。すなわち、Ｘ線管７において、接地された陽極１３とグリッド１２との間に可変グリッド電源３９ａが設置され、接地された陽極１３と陰極１１との間に可変カソード電源３８ａが設置されている。
【００５９】
図６において、コントローラ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵはメモリ内に記憶されたプログラムソフトに従ってカソード電源モジュール３８及びグリッド電源モジュール３９の動作を制御する機能を実現する。具体的には、出力電圧を何ボルトにするかを指示したり、動作の開始を指示したり、動作の終了を指示したり、実際の電圧及び電流をモニタしたりする。
【００６０】
図８は、陰極１１に高電圧、例えば−２００ｋＶを供給するための高圧電源部の具体的な回路構成の一実施形態を示している。グリッド１２に高電圧、例えば−１００ｋＶを供給するための回路構成は基本的には図８に示す回路と同じである。陰極１１用の高圧電源部は、バッテリ２２、電源ドライバ２３ａ、トランス回路２４ａ、昇圧回路２７ａ、モニタ部４１ａによって構成されている。グリッド１２用の高圧電源部は同様の構成となっているので、以下の説明では代表して主に陰極１１用の高電圧電源について説明することにする。
【００６１】
バッテリ２２は、例えば２４Ｖの直流電力を出力する。電源ドライバ２３ａは、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を発生するＰＷＭ信号発生部２３ａ−１と、そのＰＷＭ信号に応じた電圧を発生する電源部２３ａ−２とを有している。図示はしていないが、グリッド１２側の電源ドライバ２３ｂも同じ構成である。電源ドライバ２３ａはコントローラ２５から伝送される電圧設定指示信号に従って、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により、後段のトランス回路２４ａに適合した高周波電力を生成する。トランス回路２４ａは、複数（本実施形態では４個）のピエゾ（圧電）トランス４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを含んでいる。ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄはそれ自体周知の変圧素子であり、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコニウム酸鉛等といった圧電性を備えたセラミックスと金属電極とをそれぞれ複数個、交互に積層して焼成することによって形成されている。本実施形態では、鉛を含有したチタン酸ジルコニウム酸鉛を用いた。
【００６２】
ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは、共振周波数に近い周波数の交流電力が入力端子に入力されると、１００倍程度に昇圧された高周波電力を出力端子に出力する。ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは、後述のように、ベース２の方向から進入するＸ線がコントローラ２５へ入ることを防止して、コントローラ２５がＸ線を受けて誤動作することを防止する機能も有している。本実施形態では、大型でコストの高い大電力のピエゾトランスを用いるよりも、小型で低電力の液晶バックライト冷陰極管用のピエゾトランスを複数用いることにより、５０Ｗの出力を得られるようにしている。これにより、小型で低コストのトランス回路を構成している。このトランス回路２４ａにより、４〜８ｋＶ程度の高周波電力を出力端子に得ている。
【００６３】
図９は、本実施形態で使用したピエゾトランスに関して行った評価の結果を示している。グラフにおいて、線分Ａが評価対象であるピエゾトランスの出力特性を示している。曲線Ｂは目標である電力を１６０ｋＶ×５０Ｗと想定した場合に、その電力が一定であることを示している曲線である。本実施形態で用いたピエゾトランスはこの電力一定曲線を超える領域にあるので、特性的に問題がないことが分かる。また、出力電圧も１６０ｋＶ程度が得られているので、これも問題がないことが分かる。
【００６４】
図８において、トランス回路２４ａの高周波出力電力は、昇圧回路２７ａの入力端子に入力される。本実施形態では、昇圧回路２７ａはコッククロフト・ウォルトン回路４３によって構成されている。コッククロフト・ウォルトン回路４３は、それ自体周知の昇圧回路であり、２個のコンデンサと２個のダイオードとをブリッジ接続して成る１つの昇圧段４４を複数、直列に接続して成る昇圧回路である。
【００６５】
本実施形態のコッククロフト・ウォルトン回路４３は、１つの昇圧段４４で電圧を２倍に昇圧するようになっており、これを数十個順次に接続することにより、４〜８ｋＶ程度のトランス回路２４ａの高周波出力電力を２００ｋＶの直流高電圧まで昇圧している。コッククロフト・ウォルトン回路４３の出力端子は制限抵抗６０を介して陰極１１に接続されている。本実施形態では陽極１３が接地されているので、陰極１１は負の高圧となっている。図２において、陰極用昇圧回路２７ａの入力端子Ｔ１ａに昇圧前の低電圧が入力され、出力端子Ｔ２ａに昇圧後の高電圧が出力される。
【００６６】
図８において、陰極１１からの引出し線に電圧モニタ用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が直列に接続されている。これらの抵抗によって電圧降下した後の電圧が、電圧モニタ端子４６において測定される。他方、ダイオード４７を介して取り出される電流が電流モニタ端子４８において測定される。これらの測定データは、図６においてコントローラ２５へ制御用のデータとして伝送される。
【００６７】
陰極１１にリップルフィルタ６１が接続されている。このリップルフィルタ６１は、高圧電源から発生するリップルを低減する。陰極１１の近傍に小型で高耐圧のコンデンサを実装することは困難であるので、本実施形態では図１に示すように、陰極１１の外側に適宜の寸法のモールド材Ｍを挟んで電極６２を配置して並行平板型コンデンサを構成してリップルフィルタ６１としている。
【００６８】
具体的には、モールド樹脂の絶縁破壊電圧が約２５ｋＶ／ｍｍであり、比誘電率が約３．５であり、陰極１１側のモールド樹脂の厚さを１０ｍｍとし、その外側に面積２５０ｍｍ２ の電極６２を配置することにより、耐圧２５０ｋＶ、静電容量８．５ｐＦのコンデンサを配置した。
【００６９】
図４（ａ）において、陰極用昇圧回路２７ａを構成するコンデンサ（実施形態ではセラミックコンデンサ）５１及びダイオード５２は、ベース２側からハンドル３２側へ向けて縦方向に配置されている。また、これらと同様に図８の電圧モニタ用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の個々が、縦方向に延びるように設けられている。これらのコンデンサ５１等は、回路基板を用いずに、接続用のジグを用いて立体的且つフレキシブルにハンダ接合で互いに配線されている。モールドの硬化時の収縮、使用時の温度の上昇による熱膨張、使用時の温度の下降による熱収縮、等の際に破壊しないようにするためである。
【００７０】
これらの電子要素を図４（ａ）の矢印Ｅ方向から見ると、すなわち図１と同じ断面状態で見ると、図４（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４が高圧側から順に斜めに並べて配置され、コンデンサ５１が上下２段に分けて並べて配置され、複数のダイオード５２が各コンデンサ５１の入出力端子に接続されている。図では最も左側に置かれたコンデンサに接続されている３個のダイオードだけを代表して示し、それ以外のダイオードの図示を省略している。
【００７１】
以上のように、陰極用昇圧回路２７ａの構成要素である各電子要素は、工業用Ｘ線発生装置１の高さ方向の空間領域を有効に活用すると共に幅方向に関しては非常に狭い領域内に集約されて収められているので、工業用Ｘ線発生装置１の小型化に寄与している。
【００７２】
Ｘ線管７に関して陰極用昇圧回路２７ａの反対側に設けられたグリッド用昇圧回路２７ｂは、構成要素としては陰極用昇圧回路２７ａと同じ電子要素によって形成されている。但し、最終的に求められる高電圧の値が陰極１１とグリッド１２とで異なっているので、用いられる電子要素の個数がそれに応じて異なっている。このようにグリッド用昇圧回路２７ｂの構成は陰極用昇圧回路２７ａの構成に基づいて容易に理解できるので、説明を省略することにする。
【００７３】
図５において、工業用Ｘ線発生装置１の実際の使用の仕方を説明したが、本実施形態では高エネルギのＸ線がＸ線発生装置１から検査対象物３３へ向けて放射される。例えば、１６０ｋＶ程度の高エネルギのＸ線が放射される。このため、検査対象物３３から比較的高強度の散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線が発生し、それらが図１の領域８ａに配置された電子回路部分を照射するおそれがある。仮に、Ｘ線がコントローラ２５を照射すると、コントローラ２５の内部に設けられたＣＰＵやフラッシュメモリ等が誤作動するおそれがある。
【００７４】
しかしながら、本実施形態では、コントローラ２５の下にトランス回路２４ａ及び２４ｂを設けており、これらのトランス回路の構成要素であるピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは材料として鉛を含んでおり、この鉛はＸ線を遮断する性質を有しているので、散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線がコントローラ２５を照射することをその下に配置したトランス回路２４ａ，２４ｂによって防止でき、これにより、コントローラ２５が誤動作することを防止できる。
【００７５】
また、ピエゾトランスをＸ線遮蔽要素として配置することにより、その分だけ鉛板等のＸ線遮蔽を不要にでき、Ｘ線発生装置の軽量化に寄与している。
【００７６】
本実施形態によれば、Ｘ線管７と昇圧回路２７ａ，２７ｂ（つまり、高圧電源部）との間を、体積の大きな高電圧用コネクタを用いずに、リード線、ブスバー等といった導電部材で直接に接続し、それらをモールド材Ｍによって絶縁している。これにより、工業用Ｘ線発生装置の小型化及び軽量化を実現している。
【００７７】
（変形例）
図１０は、陰極用昇圧回路２７ａ及びグリッド用昇圧回路２７ｂを構成しているセラミックコンデンサ５１、ダイオード５２及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４の配置の仕方の、図４（ａ）に示した配置の仕方とは異なった例を示している。この変形例によれば、図から明らかなように、セラミックコンデンサ５１を縦方向で斜めに傾けて配置したため、高さ方向の寸法は図４（ａ）の例よりも若干大きくなっているが、幅方向の寸法を大きく減少できた。
【００７８】
（工業用Ｘ線発生装置の第２の実施形態）
図１１は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の他の実施形態で用いられる高圧電源部を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００７９】
図８に示した先の実施形態の高圧電源部においては、陰極１１から延びる引出し線に電圧モニタ用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を直列に接続した。そして、これらの抵抗によって電圧降下した後の電圧が、電圧モニタ端子４６において測定された。そして、この測定データが図６のコントローラ２５へ伝送されて制御用のデータとして用いられた。つまり、図８の実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４を含む電圧測定回路がコッククロフト・ウォルトン回路４３の最終段の電圧を測定した。
【００８０】
これに対し、図１１に示す本実施形態の高圧電源部では、１個又は複数個の抵抗を直列に接続して成るＲ１を含む電圧測定回路がコッククロフト・ウォルトン回路４３の入力端から出力端の中間位置Ｐの電圧を測定する。そして、その測定値を図６のコントローラ２５へ伝送して制御用のデータとして用いる。どの位置を中間位置Ｐとするかは、使用する抵抗Ｒ１の耐圧によって決めることができる。例えば、一般的な抵抗を抵抗Ｒ１として用いることを考えれば、電位が３０ｋＶ程度となる所から電位を取り出すことができる。一般的には、コッククロフト・ウォルトン回路４３の最終段の電位の１／２以下の電位を取り出すことが好ましい。
【００８１】
本実施形態によれば、図４（ｂ）において使用される抵抗を抵抗Ｒ１の１つだけにすることができる。これにより、Ｘ線発生装置をより一層、小型で軽量に形成することが可能となる。なお、本実施形態において、図１１に示した高圧電源部以外の構成は、図１、２，３，４，５，６，７，９に示した先の実施形態と同じである。
【００８２】
（工業用Ｘ線発生装置の第３の実施形態）
図１２及び図１３は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる主要回路部分を示している。具体的には、図１２は制御系のブロック図を示しており、図１３はそのブロック図の具体的な回路構成の一実施形態を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００８３】
図６及び図８に示した先の実施形態の高圧電源部においては、電源ドライバ２３ａがＰＷＭ信号発生部２３ａ−１と電源部２３ａ−２との両方を内蔵していた。そして、コントローラ２５からグリッド電源モジュール３９及びカソード電源モジュール３８へ電圧設定指示信号を出していた。そして、電圧設定指示信号に従ったＰＷＭ信号がＰＷＭ信号発生部２３ａ−１から出力され、そのＰＷＭ信号に応じた電圧が電源部２３ａ−２から出力されていた。
【００８４】
これに対し図１２及び図１３に示す本実施形態の高圧電源部では、電源ドライバ２３ａがＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び電源部２３ａ−２によって形成されていることは変わりが無いが、図１２に示すように、電源部２３ａ−２及び２３ｂ−２がトランス回路２４ａ及び２４ｂの前段に設けられ、ＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び２３ｂ−１がＭＣＵ（Micro Control Unit）によって構成されたコントローラ２５に内蔵されている。
【００８５】
本実施形態では、パルス幅変調を行うための信号、すなわちＰＷＭ信号がコントローラ２５に内蔵されたＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び２３ｂ−１から各電源モジュール３８及び３９へ出力される。このようにＰＷＭ信号をコントローラ２５で発生させるようにしたことにより、制御ループのシステムディレイを低減でき、そのため、電圧及び電流の安定性を向上させることができた。なお、本実施形態において、図１２及び図１３に示した高圧電源部以外の構成は、図１、２，３，４，５，７，９に示した先の実施形態と同じである。
【００８６】
（工業用Ｘ線発生装置の第４の実施形態）
図１４は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態の外観構造を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００８７】
図１に示した先の実施形態においては、ベース２から見て、陰極用電源ドライバ２３ａ、グリッド用電源ドライバ２３ｂ、陰極用トランス回路２４ａ、グリッド用トランス回路２４ｂ、そしてコントローラ２５の各基板を横置き（すなわちベース２に対して平行）で順番に積み重ねて配置した。これに対して図１４に示す本実施形態の工業用Ｘ線発生装置７１では、陰極用電源ドライバ２３ａとグリッド用電源ドライバ２３ｂとを１つの回路基板であるドライバ基板２３上に実装し、このドライバ基板２３とコントローラ２５とを横置きで順番に積み重ねた。
【００８８】
そして、陰極用トランス回路２４ａとグリッド用トランス回路２４ｂとを１つの回路基板であるトランス基板２４上に実装し、コントローラ２５等の積層構造体とモールド部Ｍとの間にトランス基板２４を縦置き（すなわち、コントローラ２５等の積層構造体に対して直角又は略直角）で配置した。モールド部ＭはＸ線管７を内蔵している。
【００８９】
つまり、本実施形態では、電源ドライバ２３ａ，２３ｂとコントローラ２５とが横置きで互いに重ねられて構造体を形成しており、その構造体が空間を隔ててＸ線管７に並んで設けられている。そして、トランス回路２４ａ，２４ｂは、上記の空間内に縦置きで設けられることにより上記の構造体とＸ線管７とを空間的に遮蔽している。
【００９０】
図１４において、符号２はベースを示し、符号９はハンドルを示し、符号１０は取付金具を示し、符号１５は外部電源コネクタを示し、符号３１は外装ケースを示している。なお、本実施形態において、図１４に示した外観構造以外の構成は、図３，４，５，６，７，８，９に示した先の実施形態と同じである。
【００９１】
本実施形態によれば、低電圧、中間電圧、そして高電圧への連続的な昇圧を容易に行うことができると共に、それらの電圧間の絶縁を正確に行うことを容易に実現できる。また、鉛を含むピエゾトランスを保有しているトランス基板２４をコントローラ２５等の積層基板部とモールド部Ｍとの間に縦置きで配置したことにより、Ｘ線管７で発生したＸ線をトランス基板２４で吸収することができ、そのため、コントローラ２５等に含まれている半導体素子にＸ線が照射されることを防止できる。この結果、半導体素子がＸ線によって誤動作する可能性を低減できる。
【００９２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、上記実施形態では陰極１１を電界放出型の電子発生部材によって形成したが、これに代えてフィラメントのような熱電子発生型の電子発生部材を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１．工業用Ｘ線発生装置、 ２．ベース、 ３．取付用孔、 ４．溝、 ６．フィン、 ７．Ｘ線管、 ８ａ．ベース上の低電圧領域、 ８ｂ．ベース上におけるＸ線管の側方領域、 ９．ハンドル、 １０．取付金具、 １１．陰極（カソード）、 １２．グリッド、 １３．陽極（アノード）、 １４．管体、 １５．外部電源コネクタ、 １６．磁気遮蔽部材、 １７．Ｘ線取出し領域、 ２１．伝熱体、 ２２．バッテリ、 ２３．ドライバ基板、 ２３ａ．陰極用電源ドライバ、 ２３ｂ．グリッド用電源ドライバ、 ２４．トランス基板、 ２４ａ．陰極用トランス回路、 ２４ｂ．グリッド用トランス回路、 ２５．コントローラ、 ２７ａ．陰極用昇圧回路、 ２７ｂ．グリッド用昇圧回路、 ２８ａ，２８ｂ．リード線（導電部材）、 ２９．Ｘ線遮蔽部材、 ３１．外装ケース、 ３２．ハンドル、 ３３．検査対象物、 ３４．検査対象物の支持用部材、 ３６．２次元Ｘ線検出器、 ３８．カソード電源モジュール、 ３８ａ．可変カソード電源、 ３９．グリッド電源モジュール、 ３９ａ．可変グリッド電源、 ４１ａ．モニタ部、 ４２ａ〜４２ｄ．ピエゾトランス、 ４３．コッククロフト・ウォルトン回路、 ４４．１つの昇圧段、 ４６．電圧モニタ端子、 ４７．ダイオード、 ４８．電流モニタ端子、 ５１．コンデンサ、 ５２．ダイオード、 ６０．制限抵抗、 ６１．コンデンサ、 ６２．電極、 Ｄ．Ｘ線管の外径、 Ｈ．モールド高さ、 Ｌ．Ｘ線管の長さ、 Ｍ．モールド材、 Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ．入力端子部（低電圧端子）、 Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ．出力端子部（高電圧端子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの配管パイプ等といった構造物の非破壊検査を行う際に用いられる工業用Ｘ線発生装置であって、陰極から放出された電子を陽極に当てて当該陽極からＸ線を発生する工業用Ｘ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子源である陰極をタングステンフィラメントによって形成して成るＸ線発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。一般には、フィラメントに通電してこれを２０００℃以上に加熱してこれから熱電子を放出させている。フィラメントには高電圧が印加されるものであり、工業用Ｘ線管においてＸ線管球とＸ線電源とを１つのユニット内に設置する場合には、絶縁を確保するためにＸ線管球とＸ線電源とを高圧ガス容器に封入して絶縁を確保している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６７６９２号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平３−１４９７４０号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−２６７６９２号公報（第５頁、図１）
【特許文献４】特開２００１−１３５４９６号公報（第３頁、図２）
【特許文献５】特開２００１−１３５４９７号公報（第３頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高圧ガス容器を用いた従来の工業用Ｘ線発生装置においては、高圧容器を使用しなければならないので、大型で重量が重いという問題があった。例えば、Ｘ線発生器と制御器との合計で３０ｋｇ程度になっていた。
【０００５】
また、フィラメントによって陰極を形成した工業用Ｘ線発生装置においては、フィラメント用の電源やフィラメント部を冷却するための構成が必要であるため、大型になると共に重量が重くなるという問題があった。
【０００６】
また、ガスを用いた絶縁に代えて、モールド成形によって高電圧部の絶縁を行うことにした工業用Ｘ線発生装置も知られている（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５等参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献３に開示された装置では、ケーブルレセプタクルとＸ線管とをモールド成形によって覆っているだけであり、高電圧部とＸ線管との両方をモールド成形によって小型、軽量の絶縁構造に形成することはできていない。
【０００８】
また、特許文献４及び特許文献５に開示された装置では、Ｘ線管と高電圧発生部とが位置的に互いに関連無く別々に配置された上で、高電圧発生部がモールド成形によって絶縁されている。この従来装置では、Ｘ線管と高電圧発生部とが位置的に関連付けされることなく別々に設けられているので、Ｘ線管と高電圧発生部とを含んだ装置全体の形状が大きくならざるを得ない。
【０００９】
また、高電圧発生部は、その入力端子に数ｋＶ程度の低電圧を入力し、その出力端子から数十ｋＶ〜百数十ｋＶといった高電圧を出力するものであるが、特許文献４及び特許文献５に開示された装置では、それらの高電圧部位と低電圧部位との配置位置に適切な考慮が払われておらず、絶縁を確実にするためには高電圧部位と低電圧部位との間に十分な距離を確保したり、モールド成形の大きさ、体積等を十分に大きくしなければならず、なかなか小型化が実現できなかった。
【００１０】
一般にＸ線管を含むＸ線発生装置、特に工業用Ｘ線発生装置においては、Ｘ線が外部へ漏れないように鉛等から成るＸ線遮蔽部材によってＸ線管や高電圧発生部を覆う必要があるが、Ｘ線発生装置が大型になるとＸ線遮蔽部材も大型になり、その場合には、鉛等の影響により、重量が非常に重くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線管と高電圧発生部との位置関係を考慮してそれらの配置位置を設定することにより、装置全体を小型に従って軽量に形成でき、しかも少量のモールド材で十分な絶縁を確保できる工業用Ｘ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、電子を放出する陰極と電子を引き付ける陽極とを管体に格納して成るＸ線管と、原子番号５５以上の元素を主として含みＸ線を通し難い物質によって形成されており前記Ｘ線管を覆うＸ線遮蔽部材と、前記陰極に印加する高電圧を生成する昇圧回路とを有しており、前記陽極が接地されており、前記昇圧回路は、自身の低電圧端子から高電圧端子にわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されており、前記昇圧回路は、自身の前記低電圧端子が前記Ｘ線管の陽極に対応し自身の前記高電圧端子が前記Ｘ線管の陰極に対応するように、前記Ｘ線管の側部領域に配置されており、前記陰極から前記Ｘ線管の外部へ延びている導電部材が前記昇圧回路の高電圧端子に接続されており、少なくとも前記Ｘ線管の陰極側の端部、当該陰極側の端部から延出する前記導電部材及び少なくとも前記昇圧回路の高電圧端子側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材によってモールド成形されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置によれば、Ｘ線管の高圧端子と昇圧回路の高圧端子が互いに近傍に隣接する。よって、それらの端子をつなぐ導電部材（例えば、リード線、ブスバー）は短くて済む。このため、導電部材を絶縁するためのモールド領域が非常に小さいので、工業用Ｘ線発生装置は小型、軽量である。
【００１４】
モールドが小型のためそれを覆っているＸ線遮蔽部材を小さくできる。Ｘ線遮蔽部材は通常は鉛によって形成されていて重い。しかし、Ｘ線遮蔽部材を小さくできる本発明では鉛の量を減らすことができ、軽量である。
【００１５】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、圧電トランスを含んでおり前記昇圧回路の低電圧端子に電力を供給するトランス回路と、前記圧電トランスに適合した周波数の交流電力を前記トランス回路に供給する電源ドライバと、を有することができる。この構成によれば、電磁トランスを用いた場合に比べて、工業用Ｘ線発生装置の重量及び体積を軽減できる。
【００１６】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記電源ドライバ及び前記トランス回路は、前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍に配置されることが望ましい。電源ドライバ及び前記トランス回路は低電圧を取り扱うのでＸ線管の低圧側に配置した方が良いからである。
【００１７】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記昇圧回路、前記トランス回路及び前記電源ドライバの動作を制御するコントローラをさらに有しており、前記トランス回路は前記コントローラに隣接して配置されることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記Ｘ線管が載置されるベースをさらに有しており、前記電源ドライバが当該ベース上に載置され、当該電源ドライバの上に前記トランス回路が載置され、当該トランス回路の上に前記コントローラが配置されることを特徴とする。この構成によれば、トランス回路を構成している圧電トランスに含まれる鉛がコントローラへ向かうＸ線を遮蔽し、コントローラの誤動作を防止できる。また、圧電トランスをＸ線遮蔽要素として配置することにより、その分だけ鉛板等のＸ線遮蔽を不要にでき、Ｘ線発生装置の軽量化が達成される。
【００１９】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置は、前記電源ドライバへ電圧を印加するバッテリをさらに有しており、当該バッテリは前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍の前記ベース上に配置されることが望ましい。
【００２０】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記昇圧回路はコッククロフト・ウォルトン回路であることが望ましい。これにより、簡単な構成で所望の高圧を得ることができる。
また、前記モールド材は、原子番号５５以上の元素を含む酸化物、いわゆる重金属酸化物をフィラーとして含有することが望ましい。これにより、モールド材によってＸ線を遮蔽できる。
また、前記モールド材の熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。これにより、工業用Ｘ線発生装置の内部に熱が蓄積してＸ線発生装置が必要以上の高温になることを防止できる。
【００２１】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置において、前記陰極は電界放出（Field Emission：フィールドエミッション）に基づいて電子を放出することが望ましい。こうすれば、フィラメントを用いた熱電子放出型の電子放出素子を用いた場合に比べて、工業用Ｘ線発生装置を小型且つ軽量にできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る工業用Ｘ線発生装置によれば、Ｘ線管の高圧端子と昇圧回路の高圧端子が互いに近傍に隣接する。よって、それらの端子をつなぐ導電部材は短くて済む。このため、導電部材を絶縁するためのモールド領域が非常に小さくなり、工業用Ｘ線発生装置を小型、軽量に形成できる。
【００２３】
また、モールド領域が小さいため、それを覆っているＸ線遮蔽部材を小さくできる。Ｘ線遮蔽部材は通常は鉛によって形成されていて重い。しかし、Ｘ線遮蔽部材を小さくできる本発明では鉛の量を減らすことができ、軽量である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の一実施形態の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に従った平面断面図である。
【図３】図１の矢印Ｂに従った工業用Ｘ線発生装置の底面図である。
【図４】（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に従った側面断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ｅに従って昇圧回路の構成要素の配置を示す図である。
【図５】図１の工業用Ｘ線発生装置の使用例を示す図である。
【図６】図１の工業用Ｘ線発生装置で用いる制御系のブロック図である。
【図７】図６の制御系ブロック図の等価回路を示す回路図である。
【図８】図６のブロック図の具体的な回路構成の一実施形態を示す回路図である。
【図９】図８の回路で用いられる主要素子であるピエゾトランスの評価結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の他の実施形態を示す側面断面図である。
【図１１】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる高圧電源部を示す回路図である。
【図１２】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる制御系のブロック図である。
【図１３】図１２の一部を詳しく示す回路図である。
【図１４】本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態の外観構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（工業用Ｘ線発生装置の第１の実施形態）
以下、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２６】
図１は本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の一実施形態の長手方向を示す正面断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に従った平面断面図である。図３は図１の矢印Ｂに従った工業用Ｘ線発生装置の底面図である。図４（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に従った工業用Ｘ線発生装置の短手方向を示す側面断面図である。
【００２７】
これらの図において、工業用Ｘ線発生装置１は長方形の板形状であるベース２を有している。ベース２は熱伝導性が良好である材料、例えばＡｌ（アルミニウム）によって形成されている。ベース２の周縁には、後述する２次元Ｘ線検出器を支持するための支持部材、例えばワイヤが取り付けられる複数の取付用孔３が設けられている。図３に示すように、ベース２の底面には多数の線状の溝４が形成されており、それらの溝４の間にひれ状で板状の放熱用のフィン６が多数、平面内で２段の列状に設けられている。
【００２８】
図１において、ベース２上にＸ線管７が設けられている。Ｘ線管７は円筒形状の管体１４を有している。この管体１４の内部に、電子を放出する陰極（カソード）１１と、引出し電極であるグリッド１２と、電子を引き付ける陽極（アノード）１３とが設けられている。陽極１３は電子が衝突してＸ線を発生する部材、すなわちターゲットの機能を有する。発生する白色Ｘ線のエネルギ、すなわち白色Ｘ線の波長は、陽極１３と陰極１１の間に印加される加速電圧によって決定され、また、発生する特性Ｘ線のエネルギは陽極１３の材質によって決定される。
【００２９】
陰極１１は電界放出（Field Emission：フィールドエミッション）に基づいて電子を放出する。電界放出は、物質表面に強い電位を印加したときにその物質の表面から電子が放出される現象である。電界放出によって実用上十分な量の電子を放出できる物質としてカーボンナノチューブを含んだ物質、グラファイト粒子を含んだ物質等が知られている。
【００３０】
カーボンナノチューブは、六炭素環で構成される針状、すなわちアスペクト比（粒子長／粒子径）が非常に大きい状態、で管状の粒子である。グラファイト粒子はグラファイトを含んで成る物質である。グラファイトとは、炭素六角網面（複数の六炭素環が連なって１つの層を構成している面）が複数個層状に積層されて成る層状構造物質である。
【００３１】
Ｘ線管７の周囲には、フェライトによって形成されている円筒形状の磁気遮蔽部材１６が設けられている。この磁気遮蔽部材１６は、管体１４の周囲を流れる電流によって励起される磁界がＸ線管７の内部の電子線に影響を与えることを防止する。この磁気遮蔽部材１６は、図４（ａ）に示すように、Ｘ線管７の管体１４の外周に沿って円筒状に配置されている。磁気シールドとしては透磁率が大きく、保磁力が小さく、電気絶縁性の高いことが必要である。本実施形態ではマンガン亜鉛フェライト（（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｃ３Ｏ４）を用いている。
【００３２】
磁気遮蔽部材１６のうち陽極１３の側方に位置する部分であって、ベース２に対向する部分は開口となっており、さらに当該部分のベース２は加工によって薄く形成されている。これらの開口及び薄肉部分により、陽極１３で発生したＸ線を外部へ取り出すための領域１７が形成されている。ベース２の厚さは、例えば１０ｍｍであり、薄肉部分の厚さは、例えば５ｍｍである。
【００３３】
熱伝導率の高い材料、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等によって形成された伝熱体２１がベース２の面上に設けられており、陽極１３がこの伝熱体２１に接合されている。この接合は、例えばメタライズ（金属を生成する処理）やハンダ接合等によって成されている。
【００３４】
本実施形態では、陽極１３が電気的に接地され、陰極１１が負の高電圧（例えば、−８０ｋＶ〜−２００ｋＶの範囲内の任意の電圧に設定される。陽極１３が接地されているので、陽極１３に伝熱体２１を接触させても電気的な安定性が担保される。陽極１３は、伝熱体２１によってベース２にしっかりと固定されている。陽極１３は電子の衝突により高い温度に昇温するが、伝熱体２１を通して熱がベース２へ流れるので、陽極１３は効率良く冷却され、損傷が回避される。陰極１１は高電圧であり、しかも発熱していないので、ベース２に固定しない。
【００３５】
図１においてＸ線管７の陽極１３側の端部の外側のベース２上の領域８ａ、及び図２においてＸ線管７の両側部の外側のベース２上の領域８ｂに高圧電源部が設けられている。本実施形態の高圧電源部は、図１の領域８ａに設けられているリチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ａ，２３ｂと、トランス回路２４ａ，２４ｂと、制御装置であるコントローラ２５と、図２の２つの側部領域８ｂに設けられている昇圧回路２７ａ，２７ｂとを含んでいる。この高圧電源部の回路構成については、後述する。
【００３６】
リチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ａと、トランス回路２４ａと、昇圧回路２７ａは、陰極１１に高電圧を印加するための高圧電源部を構成している。陰極１１には、例えば−２００ｋＶの負の高電圧が印加される。リチウムイオンバッテリ２２と、電源ドライバ２３ｂと、トランス回路２４ｂと、昇圧回路２７ｂは、グリッド１２に高電圧を印加するための高圧電源部を構成している。グリッド１２には、例えば−１００ｋＶの負の高電圧が印加される。
【００３７】
後述するが図２の昇圧回路２７ａ，２７ｂはＸ線管７の長手方向に沿って長い外観形状を有している。これらの回路の陽極１３側の端子部分Ｔ１ａ，Ｔ１ｂが低電圧を入力する低電圧端子である入力端子部である。そして、これらの回路の陰極１１側の端子部分Ｔ２ａ，Ｔ２ｂが高電圧を出力する高電圧端子である出力端子部である。例えば、それぞれの昇圧回路２７ａ，２７ｂの入力端子部Ｔ１ａ，Ｔ１ｂに４〜１０ｋＶ程度の電圧が入力され、陰極用昇圧回路２７ａの出力端子Ｔ２ａに−２００ｋＶが出力され、グリッド用昇圧回路２７ｂの出力端子Ｔ２ｂに−１００ｋＶが出力される。
【００３８】
図２において、Ｘ線管７の陰極１１側の端部において、陰極１１から延びる導電部材としてのリード線２８ａがＸ線管７の外側へ出て陰極用昇圧回路２７ａの出力端子Ｔ２ａに接続されている。他方、グリッド１２から延びる導電部材としてのリード線２８ｂがＸ線管７の外側へ出てグリッド用昇圧回路２７ｂの出力端子Ｔ２ｂに接続されている。陰極用昇圧回路２７ａ及びグリッド用昇圧回路２７ｂのそれぞれの入力端子Ｔ１ａ及びＴ１ｂは、それぞれ、陰極用トランス回路２４ａ及びグリッド用昇圧回路２４ｂの出力端子に接続されている。なお、導電部材として、リード線に代えてブスバー（すなわち、バスバー）を用いても良い。
【００３９】
リード線２８ａ，２８ｂは、絶縁処理が施されていない金属そのままの配線や、金属そのままではなくわずかな電流は通す状態（すなわち、非絶縁状態）の配線、等である。リード線の断面形状は、通常、円形である。また、ブスバーは、断面形状が非円形（矩形、楕円、長円、等）であって細長い金属製の板、棒等のことである。金属としては、例えば銅、銅合金等が用いられる。ブスバーは、一般に、リード線に比べて放熱効果が高い。
【００４０】
ベース２上の所定位置に設置されたＸ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂは、モールド成形処理を受けてモールド材Ｍによって覆われている。モールド成形処理はそれ自体周知の処理であり、流動性を持ったモールド材を型枠の中に流し込んだ後、そのモールド材を固化させる処理である。陰極１１と昇圧経路２７ａの出力端子Ｔ２ａとをつないでいるリード線２８ａ、及びグリッド１２と昇圧経路２７ｂの出力端子Ｔ２ａとをつないでいるリード線２８ｂもモールド材Ｍによって覆われている。
【００４１】
モールド材Ｍの中に空間又は隙間があると、その部分で沿面放電やコロナ放電が発生するおそれがあるので、モールド成形処理時にはモールド材Ｍの中に泡が発生しないように真空槽内でモールド材Ｍを型枠内に充填する。本実施形態では、モールド材ＭがＸ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂの全てを覆うようにモールド成形が行われているが、最低限必要なのは、Ｘ線管７の陰極１１側の端部、リード線２８ａ，２８ｂ及び昇圧回路２７ａ，２７ｂの高電圧出力端子部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ側の一部分がモールド材Ｍによって覆われることである。具体的には、５ｋＶ以上の高圧部が大気中で放電することに鑑み、そのような高圧部をモールドしている。
【００４２】
本実施形態で用いたモールド材は、電気絶縁性を有する合成樹脂、例えばエポキシ系又はシリコン系の合成樹脂を主体とし、その中に窒化アルミニウム、アルミナ、シリカ等といったセラミックスや、Ｂｉ２Ｏ３等といった重金属酸化物をフィラーとして含有させて成る材料である。モールド材Ｍの中にセラミックスや重金属酸化物のフィラーを混在させたことにより、モールド材Ｍは絶縁性に加えてＸ線吸収性を有している。
【００４３】
モールド樹脂と被モールド部材との接着性を高めるため、被モールド部材の表面は、良く洗浄した後、プライマーと呼ばれる表面処理材を塗布されることが望ましい。このような化学的な接着性が不十分な材質の場合は、被モールド部材の表面にサンドブラスト処理を施してその表面を粗面化することにより、物理的に接着力を高めることができる。このような粗面化処理はアンカー処理と呼ばれている。
【００４４】
モールド材Ｍの中にセラミックスを混在させることにより、モールド材Ｍの熱伝導率を向上させることができる。平均的なエポキシ樹脂の熱伝導率は０．３Ｗ／）であり、同じくシリコン樹脂は０．１６、窒化アルミニウムは３００、アルミナは３６．０、シリカは１０．４である。熱伝導率を大きくするにはセラミックス等の充填率を大きくすることが重要であるが、単一の粒径の粒子から構成すると粒子と粒子とが接する細密充填でも充填率は７４％である。そのため、２種又は３種以上の粒径の粒子を混ぜることにより、最大９０％以上の充填率を得ることができる。
【００４５】
また、モールド材Ｍの中に原子番号５５以上の元素を含む酸化物（いわゆる、重金属酸化物）を混在させることにより、Ｘ線吸収性を向上することができる。本実施形態では、原子番号８３、第１５族元素の酸化物として化学的に安定なＢｉ２Ｏ３を使用した。
【００４６】
モールド材Ｍの外側であってＸ線管７に対応した領域にＸ線遮蔽部材２９、例えば鉛によって形成された薄いシート状部材がＸ線管７を覆うように設けられている。これにより、Ｘ線管７の外部にＸ線が漏れ出ることが防止されている。鉛によって形成されたＸ線遮蔽部材２９は重量が非常に重いので、工業用Ｘ線発生装置１を持ち運ぶことを考える場合にはＸ線遮蔽部材２９ができるだけ小さいことが望まれる。
【００４７】
一般に、Ｘ線遮蔽板を通過した後のＸ線強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｔ）
で表される。そして、透過率Ｔは、
Ｔ＝Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（−μｔ）
で表される。ここで、「μ」は物質の化学組成、密度によって決まる線吸収係数（１／ｍ）、「ｔ」はＸ線遮蔽板の厚さ（ｍ）である。
【００４８】
Ｘ線遮蔽板として鉛（Ｐｂ）を用いる場合、上式によれば、透過率を０．１％にするにはｔ＝約３．５ｍｍが必要となる。透過率ＴはＸ線遮蔽板の厚さの関数であり、Ｘ線遮蔽板が同じ厚さであればＸ線源からの距離を小さくすることにより、Ｘ線遮蔽板の面積を減らすことができ、面積を減らすことによりＸ線遮蔽板の重量を減らすことができる。本実施形態では、Ｘ線源からの距離が小さいモールド材部分それ自身にＸ線遮蔽性を持たせ、さらにその小さなモールド材の外側をＸ線遮蔽板で覆うことにしたので、Ｘ線遮蔽板の面積を小さくでき、それ故、Ｘ線遮蔽板の重量を低減することができた。この結果、工業用Ｘ線発生装置の全体の重量を大幅に低減できた。
【００４９】
また、本実施形態においてモールド材Ｍの熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に設定されている。これにより、工業用Ｘ線発生装置１の内部に熱が蓄積して、このＸ線発生装置１が必要以上の高温になることを防止できる。
【００５０】
図１において、モールド材Ｍの外側に外装ケース３１が設けられている。外装ケース３１は、モールド材Ｍの全体を覆うようにしてベース２の上に固定されている。外装ケース３１の上壁にハンドル３２が取り付けられている。工業用Ｘ線発生装置１の使用者は、このハンドル３２を持って工業用Ｘ線発生装置１を希望の測定場所へ持ち運んで、Ｘ線による非破壊検査を行う。
【００５１】
本実施形態では、Ｘ線管７及び昇圧回路２７ａ，２７ｂがモールド材Ｍで覆われており、その外側に電源ドライバ２３ａ，２３ｂ、トランス回路２４ａ，２４ｂ及びコントローラー２５が積み重ね状態で設けられている。モールド材Ｍで覆われているのは、５ｋＶ以上の高圧になる部分である。上記の回路の積み重ね部分は低圧部分であるので、その上にモールド材Ｍは装填されていない。
【００５２】
そして、モールド部分とその積み重ね部分とが外装ケース３１の中に収納され、陰極用とグリッド用とで兼用のバッテリ２２が外装ケース３１の外側のベース２上に設置されている。上記の回路の積み重ね部分が外気に接し、さらに塵埃が入ると放電の可能性があるので、外装ケース３１は密閉されている。バッテリ２２は着脱方式であり、保有電力が消耗した場合には、ベース２から外して図示しない充電器によって充電可能である。
【００５３】
検査を行う際には、例えば図５に示すように、工業用Ｘ線発生装置１を検査対象物３３（図示の例ではプラント設備として用いられる鋼管、すなわちパイプ）に接触させて設置し、ベース２の取付用孔３（図２参照）に支持用部材３４を取り付ける。そして、この支持用部材３４によって２次元Ｘ線検出器３６を支持して、この２次元Ｘ線検出器３６を検査対象物３３のＸ線発生装置１と反対側の部分に配置する。２次元Ｘ線検出器３６は、Ｘ線フィルム、イメージングプレート、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）検出器、等によって構成できる。
【００５４】
図１において、例えば、Ｘ線管７の外径Ｄは５０ｍｍであり、Ｘ線管７の長さＬは１７０ｍｍであり、モールド高さＨは７０ｍｍである。次の理由、すなわち（１）フィラメントによる熱電子放出でなく電界放出による電子放出を採用したこと、（２）高圧電源部の構成要素である昇圧回路２７ａ，２７ｂをＸ線管７の側方部分にＸ線管７に沿わせて隣接して配置したこと、（３）高圧電源部の高圧部分である昇圧回路２７ａ，２７ｂの出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂをＸ線管７の高圧部分である陰極１１側の端部に対応させて配置し、高圧電源部のその他の構成要素（すなわち、バッテリ２２、電源ドライバ２３ａ，２３ｂ、トランス回路２４ａ，２４ｂ、コントローラ２５等）は、Ｘ線管７の陽極１３側（すなわち、接地側）の端部の近傍にまとめて配置したこと、等により、本実施形態の工業用Ｘ線発生装置１は従来のものに比べて、非常に小型、軽量になっており、良好な可搬性を実現している。
【００５５】
以下、高圧電源部の回路構成について説明する。
既述の通り、本実施形態で用いる高圧電源部は、図１及び図２に示した、Ｘ線管７の陽極１３側の端部の近傍領域８ａ及びＸ線管７の両側部の領域８ｂ，８ｂに設けられている。Ｘ線管７の陽極１３側の端部の近傍領域８ａは、とりもなおさず接地電位にある領域である。そして、Ｘ線管７の両側部の領域８ｂ，８ｂは、電位が接地電位から高電圧へ昇圧して行く領域である。
【００５６】
図６は、本実施形態で用いる高圧電源部の回路構成のブロックダイアグラムを示している。コントローラ２５、バッテリ２２、陰極用電源ドライバ２３ａ、陰極用トランス回路２４ａ、陰極用昇圧回路２７ａ、グリッド用電源ドライバ２３ｂ、グリッド用トランス回路２４ｂ、そしてグリッド用昇圧回路２７ｂは、それぞれ、図１、図２及び図４（ａ）において同じ符号で示した要素と同じものである。
【００５７】
陰極用の電源ドライバ２３ａ、トランス回路２４ａ、昇圧回路２７ａによってカソード電源モジュール３８が構成されている。一方、グリッド用の電源ドライバ２３ｂ、トランス回路２４ｂ、昇圧回路２７ｂによってグリッド電源モジュール３９が構成されている。カソード電源モジュール３８は陰極１１に印加される電圧を制御し、グリッド電源モジュール３９はグリッド１２に印加される電圧を制御する。例えば、グリッド電圧は−１００ｋＶに制御され、陰極電圧は−２００ｋＶに制御される。本実施形態では、陽極１３（すなわち、ターゲット）が接地されている。
【００５８】
図６のブロック図は、回路図としては図７に示す回路図と等価である。すなわち、Ｘ線管７において、接地された陽極１３とグリッド１２との間に可変グリッド電源３９ａが設置され、接地された陽極１３と陰極１１との間に可変カソード電源３８ａが設置されている。
【００５９】
図６において、コントローラ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵはメモリ内に記憶されたプログラムソフトに従ってカソード電源モジュール３８及びグリッド電源モジュール３９の動作を制御する機能を実現する。具体的には、出力電圧を何ボルトにするかを指示したり、動作の開始を指示したり、動作の終了を指示したり、実際の電圧及び電流をモニタしたりする。
【００６０】
図８は、陰極１１に高電圧、例えば−２００ｋＶを供給するための高圧電源部の具体的な回路構成の一実施形態を示している。グリッド１２に高電圧、例えば−１００ｋＶを供給するための回路構成は基本的には図８に示す回路と同じである。陰極１１用の高圧電源部は、バッテリ２２、電源ドライバ２３ａ、トランス回路２４ａ、昇圧回路２７ａ、モニタ部４１ａによって構成されている。グリッド１２用の高圧電源部は同様の構成となっているので、以下の説明では代表して主に陰極１１用の高電圧電源について説明することにする。
【００６１】
バッテリ２２は、例えば２４Ｖの直流電力を出力する。電源ドライバ２３ａは、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を発生するＰＷＭ信号発生部２３ａ−１と、そのＰＷＭ信号に応じた電圧を発生する電源部２３ａ−２とを有している。図示はしていないが、グリッド１２側の電源ドライバ２３ｂも同じ構成である。電源ドライバ２３ａはコントローラ２５から伝送される電圧設定指示信号に従って、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により、後段のトランス回路２４ａに適合した高周波電力を生成する。トランス回路２４ａは、複数（本実施形態では４個）のピエゾ（圧電）トランス４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを含んでいる。ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄはそれ自体周知の変圧素子であり、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコニウム酸鉛等といった圧電性を備えたセラミックスと金属電極とをそれぞれ複数個、交互に積層して焼成することによって形成されている。本実施形態では、鉛を含有したチタン酸ジルコニウム酸鉛を用いた。
【００６２】
ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは、共振周波数に近い周波数の交流電力が入力端子に入力されると、１００倍程度に昇圧された高周波電力を出力端子に出力する。ピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは、後述のように、ベース２の方向から進入するＸ線がコントローラ２５へ入ることを防止して、コントローラ２５がＸ線を受けて誤動作することを防止する機能も有している。本実施形態では、大型でコストの高い大電力のピエゾトランスを用いるよりも、小型で低電力の液晶バックライト冷陰極管用のピエゾトランスを複数用いることにより、５０Ｗの出力を得られるようにしている。これにより、小型で低コストのトランス回路を構成している。このトランス回路２４ａにより、４〜８ｋＶ程度の高周波電力を出力端子に得ている。
【００６３】
図９は、本実施形態で使用したピエゾトランスに関して行った評価の結果を示している。グラフにおいて、線分Ａが評価対象であるピエゾトランスの出力特性を示している。曲線Ｂは目標である電力を１６０ｋＶ×５０Ｗと想定した場合に、その電力が一定であることを示している曲線である。本実施形態で用いたピエゾトランスはこの電力一定曲線を超える領域にあるので、特性的に問題がないことが分かる。また、出力電圧も１６０ｋＶ程度が得られているので、これも問題がないことが分かる。
【００６４】
図８において、トランス回路２４ａの高周波出力電力は、昇圧回路２７ａの入力端子に入力される。本実施形態では、昇圧回路２７ａはコッククロフト・ウォルトン回路４３によって構成されている。コッククロフト・ウォルトン回路４３は、それ自体周知の昇圧回路であり、２個のコンデンサと２個のダイオードとをブリッジ接続して成る１つの昇圧段４４を複数、直列に接続して成る昇圧回路である。
【００６５】
本実施形態のコッククロフト・ウォルトン回路４３は、１つの昇圧段４４で電圧を２倍に昇圧するようになっており、これを数十個順次に接続することにより、４〜８ｋＶ程度のトランス回路２４ａの高周波出力電力を２００ｋＶの直流高電圧まで昇圧している。コッククロフト・ウォルトン回路４３の出力端子は制限抵抗６０を介して陰極１１に接続されている。本実施形態では陽極１３が接地されているので、陰極１１は負の高圧となっている。図２において、陰極用昇圧回路２７ａの入力端子Ｔ１ａに昇圧前の低電圧が入力され、出力端子Ｔ２ａに昇圧後の高電圧が出力される。
【００６６】
図８において、陰極１１からの引出し線に電圧モニタ用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が直列に接続されている。これらの抵抗によって電圧降下した後の電圧が、電圧モニタ端子４６において測定される。他方、ダイオード４７を介して取り出される電流が電流モニタ端子４８において測定される。これらの測定データは、図６においてコントローラ２５へ制御用のデータとして伝送される。
【００６７】
陰極１１にリップルフィルタ６１が接続されている。このリップルフィルタ６１は、高圧電源から発生するリップルを低減する。陰極１１の近傍に小型で高耐圧のコンデンサを実装することは困難であるので、本実施形態では図１に示すように、陰極１１の外側に適宜の寸法のモールド材Ｍを挟んで電極６２を配置して並行平板型コンデンサを構成してリップルフィルタ６１としている。
【００６８】
具体的には、モールド樹脂の絶縁破壊電圧が約２５ｋＶ／ｍｍであり、比誘電率が約３．５であり、陰極１１側のモールド樹脂の厚さを１０ｍｍとし、その外側に面積２５０ｍｍ２ の電極６２を配置することにより、耐圧２５０ｋＶ、静電容量８．５ｐＦのコンデンサを配置した。
【００６９】
図４（ａ）において、陰極用昇圧回路２７ａを構成するコンデンサ（実施形態ではセラミックコンデンサ）５１及びダイオード５２は、ベース２側からハンドル３２側へ向けて縦方向に配置されている。また、これらと同様に図８の電圧モニタ用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の個々が、縦方向に延びるように設けられている。これらのコンデンサ５１等は、回路基板を用いずに、接続用のジグを用いて立体的且つフレキシブルにハンダ接合で互いに配線されている。モールドの硬化時の収縮、使用時の温度の上昇による熱膨張、使用時の温度の下降による熱収縮、等の際に破壊しないようにするためである。
【００７０】
これらの電子要素を図４（ａ）の矢印Ｅ方向から見ると、すなわち図１と同じ断面状態で見ると、図４（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４が高圧側から順に斜めに並べて配置され、コンデンサ５１が上下２段に分けて並べて配置され、複数のダイオード５２が各コンデンサ５１の入出力端子に接続されている。図では最も左側に置かれたコンデンサに接続されている３個のダイオードだけを代表して示し、それ以外のダイオードの図示を省略している。
【００７１】
以上のように、陰極用昇圧回路２７ａの構成要素である各電子要素は、工業用Ｘ線発生装置１の高さ方向の空間領域を有効に活用すると共に幅方向に関しては非常に狭い領域内に集約されて収められているので、工業用Ｘ線発生装置１の小型化に寄与している。
【００７２】
Ｘ線管７に関して陰極用昇圧回路２７ａの反対側に設けられたグリッド用昇圧回路２７ｂは、構成要素としては陰極用昇圧回路２７ａと同じ電子要素によって形成されている。但し、最終的に求められる高電圧の値が陰極１１とグリッド１２とで異なっているので、用いられる電子要素の個数がそれに応じて異なっている。このようにグリッド用昇圧回路２７ｂの構成は陰極用昇圧回路２７ａの構成に基づいて容易に理解できるので、説明を省略することにする。
【００７３】
図５において、工業用Ｘ線発生装置１の実際の使用の仕方を説明したが、本実施形態では高エネルギのＸ線がＸ線発生装置１から検査対象物３３へ向けて放射される。例えば、１６０ｋＶ程度の高エネルギのＸ線が放射される。このため、検査対象物３３から比較的高強度の散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線が発生し、それらが図１の領域８ａに配置された電子回路部分を照射するおそれがある。仮に、Ｘ線がコントローラ２５を照射すると、コントローラ２５の内部に設けられたＣＰＵやフラッシュメモリ等が誤作動するおそれがある。
【００７４】
しかしながら、本実施形態では、コントローラ２５の下にトランス回路２４ａ及び２４ｂを設けており、これらのトランス回路の構成要素であるピエゾトランス４２ａ〜４２ｄは材料として鉛を含んでおり、この鉛はＸ線を遮断する性質を有しているので、散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線がコントローラ２５を照射することをその下に配置したトランス回路２４ａ，２４ｂによって防止でき、これにより、コントローラ２５が誤動作することを防止できる。
【００７５】
また、ピエゾトランスをＸ線遮蔽要素として配置することにより、その分だけ鉛板等のＸ線遮蔽を不要にでき、Ｘ線発生装置の軽量化に寄与している。
【００７６】
本実施形態によれば、Ｘ線管７と昇圧回路２７ａ，２７ｂ（つまり、高圧電源部）との間を、体積の大きな高電圧用コネクタを用いずに、リード線、ブスバー等といった導電部材で直接に接続し、それらをモールド材Ｍによって絶縁している。これにより、工業用Ｘ線発生装置の小型化及び軽量化を実現している。
【００７７】
（変形例）
図１０は、陰極用昇圧回路２７ａ及びグリッド用昇圧回路２７ｂを構成しているセラミックコンデンサ５１、ダイオード５２及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４の配置の仕方の、図４（ａ）に示した配置の仕方とは異なった例を示している。この変形例によれば、図から明らかなように、セラミックコンデンサ５１を縦方向で斜めに傾けて配置したため、高さ方向の寸法は図４（ａ）の例よりも若干大きくなっているが、幅方向の寸法を大きく減少できた。
【００７８】
（工業用Ｘ線発生装置の第２の実施形態）
図１１は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置の他の実施形態で用いられる高圧電源部を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００７９】
図８に示した先の実施形態の高圧電源部においては、陰極１１から延びる引出し線に電圧モニタ用の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を直列に接続した。そして、これらの抵抗によって電圧降下した後の電圧が、電圧モニタ端子４６において測定された。そして、この測定データが図６のコントローラ２５へ伝送されて制御用のデータとして用いられた。つまり、図８の実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４を含む電圧測定回路がコッククロフト・ウォルトン回路４３の最終段の電圧を測定した。
【００８０】
これに対し、図１１に示す本実施形態の高圧電源部では、１個又は複数個の抵抗を直列に接続して成るＲ１を含む電圧測定回路がコッククロフト・ウォルトン回路４３の入力端から出力端の中間位置Ｐの電圧を測定する。そして、その測定値を図６のコントローラ２５へ伝送して制御用のデータとして用いる。どの位置を中間位置Ｐとするかは、使用する抵抗Ｒ１の耐圧によって決めることができる。例えば、一般的な抵抗を抵抗Ｒ１として用いることを考えれば、電位が３０ｋＶ程度となる所から電位を取り出すことができる。一般的には、コッククロフト・ウォルトン回路４３の最終段の電位の１／２以下の電位を取り出すことが好ましい。
【００８１】
本実施形態によれば、図４（ｂ）において使用される抵抗を抵抗Ｒ１の１つだけにすることができる。これにより、Ｘ線発生装置をより一層、小型で軽量に形成することが可能となる。なお、本実施形態において、図１１に示した高圧電源部以外の構成は、図１、２，３，４，５，６，７，９に示した先の実施形態と同じである。
【００８２】
（工業用Ｘ線発生装置の第３の実施形態）
図１２及び図１３は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態で用いられる主要回路部分を示している。具体的には、図１２は制御系のブロック図を示しており、図１３はそのブロック図の具体的な回路構成の一実施形態を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００８３】
図６及び図８に示した先の実施形態の高圧電源部においては、電源ドライバ２３ａがＰＷＭ信号発生部２３ａ−１と電源部２３ａ−２との両方を内蔵していた。そして、コントローラ２５からグリッド電源モジュール３９及びカソード電源モジュール３８へ電圧設定指示信号を出していた。そして、電圧設定指示信号に従ったＰＷＭ信号がＰＷＭ信号発生部２３ａ−１から出力され、そのＰＷＭ信号に応じた電圧が電源部２３ａ−２から出力されていた。
【００８４】
これに対し図１２及び図１３に示す本実施形態の高圧電源部では、電源ドライバ２３ａがＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び電源部２３ａ−２によって形成されていることは変わりが無いが、図１２に示すように、電源部２３ａ−２及び２３ｂ−２がトランス回路２４ａ及び２４ｂの前段に設けられ、ＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び２３ｂ−１がＭＣＵ（Micro Control Unit）によって構成されたコントローラ２５に内蔵されている。
【００８５】
本実施形態では、パルス幅変調を行うための信号、すなわちＰＷＭ信号がコントローラ２５に内蔵されたＰＷＭ信号発生部２３ａ−１及び２３ｂ−１から各電源モジュール３８及び３９へ出力される。このようにＰＷＭ信号をコントローラ２５で発生させるようにしたことにより、制御ループのシステムディレイを低減でき、そのため、電圧及び電流の安定性を向上させることができた。なお、本実施形態において、図１２及び図１３に示した高圧電源部以外の構成は、図１、２，３，４，５，７，９に示した先の実施形態と同じである。
【００８６】
（工業用Ｘ線発生装置の第４の実施形態）
図１４は、本発明に係る工業用Ｘ線発生装置のさらに他の実施形態の外観構造を示している。以下、この実施形態について説明する。
【００８７】
図１に示した先の実施形態においては、ベース２から見て、陰極用電源ドライバ２３ａ、グリッド用電源ドライバ２３ｂ、陰極用トランス回路２４ａ、グリッド用トランス回路２４ｂ、そしてコントローラ２５の各基板を横置き（すなわちベース２に対して平行）で順番に積み重ねて配置した。これに対して図１４に示す本実施形態の工業用Ｘ線発生装置７１では、陰極用電源ドライバ２３ａとグリッド用電源ドライバ２３ｂとを１つの回路基板であるドライバ基板２３上に実装し、このドライバ基板２３とコントローラ２５とを横置きで順番に積み重ねた。
【００８８】
そして、陰極用トランス回路２４ａとグリッド用トランス回路２４ｂとを１つの回路基板であるトランス基板２４上に実装し、コントローラ２５等の積層構造体とモールド部Ｍとの間にトランス基板２４を縦置き（すなわち、コントローラ２５等の積層構造体に対して直角又は略直角）で配置した。モールド部ＭはＸ線管７を内蔵している。
【００８９】
つまり、本実施形態では、電源ドライバ２３ａ，２３ｂとコントローラ２５とが横置きで互いに重ねられて構造体を形成しており、その構造体が空間を隔ててＸ線管７に並んで設けられている。そして、トランス回路２４ａ，２４ｂは、上記の空間内に縦置きで設けられることにより上記の構造体とＸ線管７とを空間的に遮蔽している。
【００９０】
図１４において、符号２はベースを示し、符号９はハンドルを示し、符号１０は取付金具を示し、符号１５は外部電源コネクタを示し、符号３１は外装ケースを示している。なお、本実施形態において、図１４に示した外観構造以外の構成は、図３，４，５，６，７，８，９に示した先の実施形態と同じである。
【００９１】
本実施形態によれば、低電圧、中間電圧、そして高電圧への連続的な昇圧を容易に行うことができると共に、それらの電圧間の絶縁を正確に行うことを容易に実現できる。また、鉛を含むピエゾトランスを保有しているトランス基板２４をコントローラ２５等の積層基板部とモールド部Ｍとの間に縦置きで配置したことにより、Ｘ線管７で発生したＸ線をトランス基板２４で吸収することができ、そのため、コントローラ２５等に含まれている半導体素子にＸ線が照射されることを防止できる。この結果、半導体素子がＸ線によって誤動作する可能性を低減できる。
【００９２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、上記実施形態では陰極１１を電界放出型の電子発生部材によって形成したが、これに代えてフィラメントのような熱電子発生型の電子発生部材を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１．工業用Ｘ線発生装置、 ２．ベース、 ３．取付用孔、 ４．溝、 ６．フィン、 ７．Ｘ線管、 ８ａ．ベース上の低電圧領域、 ８ｂ．ベース上におけるＸ線管の側方領域、 ９．ハンドル、 １０．取付金具、 １１．陰極（カソード）、 １２．グリッド、 １３．陽極（アノード）、 １４．管体、 １５．外部電源コネクタ、 １６．磁気遮蔽部材、 １７．Ｘ線取出し領域、 ２１．伝熱体、 ２２．バッテリ、 ２３．ドライバ基板、 ２３ａ．陰極用電源ドライバ、 ２３ｂ．グリッド用電源ドライバ、 ２４．トランス基板、 ２４ａ．陰極用トランス回路、 ２４ｂ．グリッド用トランス回路、 ２５．コントローラ、 ２７ａ．陰極用昇圧回路、 ２７ｂ．グリッド用昇圧回路、 ２８ａ，２８ｂ．リード線（導電部材）、 ２９．Ｘ線遮蔽部材、 ３１．外装ケース、 ３２．ハンドル、 ３３．検査対象物、 ３４．検査対象物の支持用部材、 ３６．２次元Ｘ線検出器、 ３８．カソード電源モジュール、 ３８ａ．可変カソード電源、 ３９．グリッド電源モジュール、 ３９ａ．可変グリッド電源、 ４１ａ．モニタ部、 ４２ａ〜４２ｄ．ピエゾトランス、 ４３．コッククロフト・ウォルトン回路、 ４４．１つの昇圧段、 ４６．電圧モニタ端子、 ４７．ダイオード、 ４８．電流モニタ端子、 ５１．コンデンサ、 ５２．ダイオード、 ６０．制限抵抗、 ６１．コンデンサ、 ６２．電極、 Ｄ．Ｘ線管の外径、 Ｈ．モールド高さ、 Ｌ．Ｘ線管の長さ、 Ｍ．モールド材、 Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ．入力端子部（低電圧端子）、 Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ．出力端子部（高電圧端子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する陰極と、電子を引き付ける陽極とを管体に格納して成るＸ線管と、
原子番号５５以上の元素を主として含みＸ線を通し難い物質によって形成されており前記Ｘ線管を覆うＸ線遮蔽部材と、
前記陰極に印加する高電圧を生成する昇圧回路と、を有しており、
前記陽極が接地されており、
前記昇圧回路は、自身の低電圧端子から高電圧端子にわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されており、
前記昇圧回路は、自身の前記低電圧端子が前記Ｘ線管の陽極に対応し自身の前記高電圧端子が前記Ｘ線管の陰極に対応するように、前記Ｘ線管の側部領域に配置されており、
前記陰極から前記Ｘ線管の外部へ延びている導電部材が前記昇圧回路の高電圧端子に接続されており、
少なくとも前記Ｘ線管の陰極側の端部、当該陰極側の端部から延出する前記導電部材及び少なくとも前記昇圧回路の高電圧端子側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材によってモールド成形されている
ことを特徴とする工業用Ｘ線発生装置。
【請求項２】
圧電トランスを含んでおり前記昇圧回路の低電圧端子に電力を供給するトランス回路と、
前記圧電トランスに適合した周波数の交流電力を前記トランス回路に供給する電源ドライバと、
を有することを特徴とする請求項１記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記電源ドライバ及び前記トランス回路は、前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍に配置されることを特徴とする請求項２記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記昇圧回路、前記トランス回路及び前記電源ドライバの動作を制御するコントローラをさらに有しており、
前記トランス回路は前記コントローラに隣接して配置される
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記Ｘ線管が載置されるベースをさらに有しており、前記電源ドライバが当該ベース上に載置され、当該電源ドライバの上に前記トランス回路が載置され、当該トランス回路の上に前記コントローラが配置される
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記陰極に対して所定幅の前記モールド材を介して電極が配置されることにより、前記陰極にコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項７】
前記昇圧回路はコッククロフト・ウォルトン回路を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項８】
前記モールド材は原子番号５５以上の元素を含む酸化物をフィラーとして含有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項９】
前記モールド材の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１０】
前記陰極は電界放出に基づいて電子を放出することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１１】
前記複数の昇圧段の前記低電圧端子と前記高電圧端子との中間位置の電圧を測定する電圧測定回路を有し、
当該電圧測定回路の出力電圧は前記コントローラへ伝送されて制御のための情報として用いられる
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１２】
前記電源ドライバは、パルス幅変調を行うための信号であるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号に応じて電圧を発生する電源部とを有しており、
前記電源部は前記トランス回路の前段に設けられ、前記ＰＷＭ信号発生部は前記コントローラの内部に設けられ、
前記コントローラでＰＷＭ信号を発生し、前記電源部でＰＷＭ信号に応じて電圧を発生する
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１３】
前記電源ドライバ及び前記コントローラが互いに重ねられて成る構造体が空間を隔てて前記Ｘ線管に並んで設けられており、
前記トランス回路は、前記空間内に設けられることにより前記構造体と前記Ｘ線管とを空間的に遮蔽する
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１】
電子を放出する陰極と、電子を引き付ける陽極とを管体に格納して成るＸ線管と、
原子番号５５以上の元素を主として含みＸ線を通し難い物質によって形成されており前記Ｘ線管を覆うＸ線遮蔽部材と、
前記陰極に印加する高電圧を生成する昇圧回路と、を有しており、
前記陽極が接地されており、
前記昇圧回路は、自身の低電圧端子から高電圧端子にわたって複数の昇圧段が順次に接続されることによって形成されており、
前記昇圧回路は、自身の前記低電圧端子が前記Ｘ線管の陽極に対応し自身の前記高電圧端子が前記Ｘ線管の陰極に対応するように、前記Ｘ線管の側部領域に配置されており、
前記陰極から前記Ｘ線管の外部へ延びている導電部材が前記昇圧回路の高電圧端子に接続されており、
少なくとも前記Ｘ線管の陰極側の端部、当該陰極側の端部から延出する前記導電部材及び少なくとも前記昇圧回路の高電圧端子側の端部は、絶縁性樹脂を含むモールド材によってモールド成形されている
ことを特徴とする工業用Ｘ線発生装置。
【請求項２】
圧電トランスを含んでおり前記昇圧回路の低電圧端子に電力を供給するトランス回路と、
前記圧電トランスに適合した周波数の交流電力を前記トランス回路に供給する電源ドライバと、
を有することを特徴とする請求項１記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記電源ドライバ及び前記トランス回路は、前記Ｘ線管の前記陽極側の端部の近傍に配置されることを特徴とする請求項２記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記昇圧回路、前記トランス回路及び前記電源ドライバの動作を制御するコントローラをさらに有しており、
前記トランス回路は前記コントローラに隣接して配置される
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記Ｘ線管が載置されるベースをさらに有しており、前記電源ドライバが当該ベース上に載置され、当該電源ドライバの上に前記トランス回路が載置され、当該トランス回路の上に前記コントローラが配置される
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記陰極に対して所定幅の前記モールド材を介して電極が配置されることにより、前記陰極にコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項７】
前記昇圧回路はコッククロフト・ウォルトン回路を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項８】
前記モールド材は原子番号５５以上の元素を含む酸化物をフィラーとして含有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項９】
前記モールド材の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１０】
前記陰極は電界放出に基づいて電子を放出することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１１】
前記複数の昇圧段の前記低電圧端子と前記高電圧端子との中間位置の電圧を測定する電圧測定回路を有し、
当該電圧測定回路の出力電圧は前記コントローラへ伝送されて制御のための情報として用いられる
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１２】
前記電源ドライバは、パルス幅変調を行うための信号であるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号に応じて電圧を発生する電源部とを有しており、
前記電源部は前記トランス回路の前段に設けられ、前記ＰＷＭ信号発生部は前記コントローラの内部に設けられ、
前記コントローラでＰＷＭ信号を発生し、前記電源部でＰＷＭ信号に応じて電圧を発生する
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【請求項１３】
前記電源ドライバ及び前記コントローラが互いに重ねられて成る構造体が空間を隔てて前記Ｘ線管に並んで設けられており、
前記トランス回路は、前記空間内に設けられることにより前記構造体と前記Ｘ線管とを空間的に遮蔽する
ことを特徴とする請求項４記載の工業用Ｘ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−４９１２３（Ｐ２０１２−４９１２３Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７８１３（Ｐ２０１１−１６７８１３）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
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