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KR102542892B1 - 고전압 발생장치 및 x선 발생 장치 - Google Patents

고전압 발생장치 및 x선 발생 장치 Download PDF

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KR102542892B1
KR102542892B1 KR1020227042113A KR20227042113A KR102542892B1 KR 102542892 B1 KR102542892 B1 KR 102542892B1 KR 1020227042113 A KR1020227042113 A KR 1020227042113A KR 20227042113 A KR20227042113 A KR 20227042113A KR 102542892 B1 KR102542892 B1 KR 102542892B1
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voltage generator
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타쿠미 하야시
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메이덴샤 코포레이션
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Abstract

본 발명은 교류 전원(1)으로부터 교류 전력을 공급 받은 후 부하(2)에 전위차를 인가하는 코크크로프트-월톤 회로로 이루어지는 고전압 발생장치에 관한 것이다. 3개 이상의 기판이 두께 방향으로 서로 이격되게 배치된다.
평판 형상의 커패시터(C1-1내지 C6-2)가 각 기판에 장착된다. 다이오드(D1~D6)가 각 기판들 사이에 접속된다. 요홈들(3)이 3개 이상의 기판들중 양끝단이 아닌 기판상에 형성된다. 다이오드(D1~D6)가 요홈(3)에 배치된다. 본발명에 의해 소형의 고생산성 고전압 발생장치가 제공된다.

Description

고전압 발생장치 및 X선 발생 장치
본 발명은 고전압 발생장치의 소형화에 관한 것이다.
의료용 X선 발생장치에 사용되는 고전압 발생장치는 종종 코크크로프트-월톤(Cockcroft-Walton) 회로(이하 CW 회로라 함)를 포함한다. 도 11은 CW 회로의 회로도를 나타낸다.
특허문헌 1에는 CW 회로의 소형화 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 도 3은 각 다이오드(3a-1, 3a-2, 3a-3)가 굴곡 가공 리드 와이어를 채용하고, 각 커패시터(2a-1, 2a-2, 2a-3, 2a-4)는 원통형 성형물을 사용하고 있다.
그러나, 이것은 CW 회로의 스테이지마다 인가되는 전압이 스테이지 내의 하나의 커패시터에만 수용되게 하므로, 커패시터는 CW 회로에서 할당된 전압을 견딜 수 있는 내전압이 충분히 큰 대형 커패시터를 필요로 한다. 그렇지 않으면 내전압이 작은 커패시터를 직렬로 배열하는 것도 가능하다. 그러나, 이것은 스테이지 증가 방향(즉, 특허 문헌 1의 도 3에서 수평 방향)으로 CW 회로의 크기를 증가시키고, CW 회로의 소형화를 방해한다. 또한, 커패시터의 말단 전극은 어느 정도 커야 하며 과도한 소형화가 어렵다.
이러한 점을 감안하여 소형화 및 생산성이 높은 고전압 발생장치를 제공하는 것이 바람직하다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 제 6097393 호 공보
본 발명의 목적은 소형화 및 생산성이 향상된 고전압 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 일측면에 따르면, 교류 전원으로부터 교류 전력을 공급받아 부하에 전위차를 인가하도록 구성된 코크크로프트-월톤(Cockcroft-Walton) 회로를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서, 두께 방향으로 간격을 두고 배치된 3개 이상의 회로 기판; 상기 회로 기판 중 대응하는 회로 기판에 각각 탑재되는 평판 형상의 커패시터; 및 상기 회로기판들 중 대응하는 회로기판에 각각 접속되는 다이오드;를 포함하고, 상기 3개 이상의 회로기판 중 상기 3개 이상의 회로기판 배열의 양단에 배치된 2개 이외의 각 회로기판에 요홈이 형성되고, 상기 각각의 다이오드는 상기 요홈중 대응하는 것에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 각각의 다이오드는 직선상의 리드 와이어를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 각각의 다이오드는 2회 굴곡가공된리드 와이어를 포함하고, 대응하는 상기 회로기판의 단부면에서 상기 대응하는 회로기판과 접속된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 상기 커패시터들은 상기 대응하는 회로기판의 전면 및 후면에 각각 장착되고 서로 병렬로 접속되는 한 쌍의 커패시터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 각각의 회로 기판은 슬릿에 의해 분할된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 회로 기판은 상기 회로 기판의 조립 시에 상기 회로 기판들의 위치 결정용 지그로 고정된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 고전압 발생장치는 X선 발생장치에 채용된다.
본 발명에 따르면, 고전압 발생장치를 소형화하고 기계장착에 적합하며 제작이 용이하여 신뢰성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 고전압 발생장치의 정면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 고전압 발생장치의 회로 기판의 평면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 고전압 발생장치의 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 다이오드들의 위치를 도시한 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 고전압 발생장치의 정면도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 회로 기판의 분할 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 제1 내지 제3 실시예에서 플로우 노즐 접근 방향을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 고전압 발생장치의 사시도이다.
도 9는 제4 실시예에 따른 고전압 발생장치의 정면도이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 고전압 발생장치의 회로 기판의 평면도이다.
도 11은 CW 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 고전압 발생 장치의 제1 내지 제4 실시예를 상세히 설명한다.
[제1 실시예]
고전압 발생장치는 예를 들어 X선 발생장치에 사용된다. 고전압 발생장치는 종종 CW 회로를 포함한다. 먼저, 다음은 도 11을 참조하여 CW 회로에 대해 설명한다. CW 회로는 교류전원(1)으로부터 교류전력을 공급받아 부하(2)에 높은 전위차를 인가하는 구조이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 교류 전원(1)은 커패시터(C1, C3, C5)가 직렬로 접속된 제1 단부를 포함한다. 또한, 교류 전원(1)은 커패시터(C2, C4, C6)가 직렬로 접속된 제2 단부를 포함한다. 교류 전원(1)의 제2 단부는 접지된다.
교류 전원(1)과 커패시터(C2) 사이의 공통 노드가 커패시터(C1)와 커패시터(C3) 사이의 공통 노드에 접속되도록 다이오드(D1)가 배치된다. 커패시터(C1)와 커패시터(C3) 사이의 공통 노드가 커패시터(C2)와 커패시터(C4) 사이의 공통 노드에 접속되도록 다이오드(D2)가 배치된다. 커패시터(C2)와 커패시터(C4) 사이의 공통 노드가 커패시터(C3)와 커패시터(C5) 사이의 공통 노드에 접속되도록 다이오드(D3)가 배치된다. 커패시터(C3)와 커패시터(C5) 사이의 공통 노드가 커패시터(C4)와 커패시터(C6) 사이의 공통 노드에 접속되도록 다이오드(D4)가 배치된다. 커패시터(C4)와 커패시터(C6) 사이의 공통 노드가 커패시터(C5)에 접속되도록 다이오드(D5)가 배치된다. 다이오드(D6)는 커패시터(C5)와 다이오드(D5) 사이의 공통 노드가 커패시터(C6)에 접속되도록 배치된다.
부하(2)는 커패시터(C6)와 다이오드(D6) 사이의 공통 노드를 교류 전원(1)의 제2단부에 접속하도록 배치된다.
도 11의 CW 회로는 3스테이지식이다. 2스테이지형의 경우 도 11의 회로에서 제3스테이지는 제거된다. 4스테이지 이상의 경우 CW 회로는 도 11의 제1스테이지 내지 제3스테이지와 마찬가지로 커패시터와 다이오드로 구성된 회로를 추가로 포함한다.
도 1 및 도 2는 제1 실시예에 따른 고전압 발생장치의 구조를 나타낸다. 도 1은 고전압 발생장치의 정면도이다. 도 2는 고전압 발생장치의 회로 기판의 평면도이다.
고전압 발생장치는 적어도 3개의 회로 기판을 포함할 필요가 있으며, 제1 실시예에서 4개의 회로 기판 1번 내지 4번을 포함한다. 회로 기판 1번 내지 4번은 두께 방향으로 간격을 두고 배열되며 다이오드 및 접속 단자를 통해 서로 접속된다. 또한, 회로기판 1번 내지 4번은 회로기판의 표면에 실장 가능한 평판형상의 커패시터를 채용하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 회로기판 1번에는 커패시터 C2-2, C4-2, C6-2가 실장된다. 회로 기판 2번에는 커패시터 C2-1, C4-1 및 C6-1가 실장된다. 회로 기판 3번에는 커패시터 C1-1, C3-1 및 C5-1가 실장된다. 회로 기판 4번에는 커패시터 C1-2, C3-2 및 C5-2가 실장된다. 또한, 같은 스테이지(단)의 커패시터는 스테이지가 증가하는 축에 수직한 방향으로 서로 정렬된다.
다이오드(D1)는 2번 회로기판에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 4번 회로기판에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)를 포함한다. 다이오드(D2)는 회로기판 4번에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 회로기판 1번에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)를 포함한다. 다이오드(D2)의 제1단부(애노드)에는 회로 기판 3번의 관통 구멍을 통해 연장되고 회로 기판 3번의 상기 관통 구멍에 납땜에 의해 회로 기판 3번에도 접속되는 리드 와이어가 구비된다. 다이오드(D3)는 회로기판 1번에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 회로기판 4번에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)를 포함한다. 다이오드(D3)의 제1단부(애노드)에는 회로 기판 2번의 관통 구멍을 통해 연장되고 회로 기판 2번의 관통 구멍에 납땜에 의해 회로 기판 2번에도 접속되는 리드 와이어가 구비된다. 다이오드(D4)는 회로기판 4번에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 회로기판 1번에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)을 포함한다. 다이오드 (D4)의 제1단부(애노드)에는 회로 기판 3번의 관통 구멍을 통해 연장되고 회로 기판 3번의 관통 구멍에 납땜에 의해 회로 기판 3번에도 접속되는 리드 와이어가 제공된다. 다이오드(D5)는 회로기판 1번에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 회로기판 4번에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)를 포함한다. 다이오드(D5)의 제1단부(애노드)에는 회로 기판 2번의 관통 구멍을 통해 연장되고 회로 기판 2번의 관통 구멍에 납땜에 의해 회로 기판 2번에도 접속되는 리드 와이어가 구비된다. 다이오드(D6)는 회로기판 4번에 접속된 제1단부(즉, 애노드)와 회로기판 1번에 접속된 제2단부(즉, 캐소드)를 포함한다. 다이오드(D6)의 제1단부(애노드)에는 회로 기판 3번의 관통 구멍을 통해 연장되고 회로 기판 3번의 관통 구멍에 납땜에 의해 회로 기판 3번에도 접속되는 리드 와이어가 구비된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1~D6)의 리드 와이어는 휘지 않고 곧게 형성되어 있다.
다이오드의 참조번호 D1 내지 D6은 도 1 및 도11에 적용되어 있다. 도 1의 커패시터(C1-1) 및 커패시터(C1-2)는 도 11의 커패시터(C1)에 대응하는 직렬 회로를 형성하기 위해 직렬로 접속되며, 커패시터(C1-1)와 커패시터(C1-2) 사이의 접속 배선은 도 1에서 일부 생략되어 있다. 다른 커패시터(C2~C6)도 마찬가지이다.
도 11에 도시된 교류 전원(1)은 회로기판 2번과 회로기판 3번 사이에 인가되는 전압을 발생시킨다.
도 3은 제1 실시예에 따른 고전압 발생장치의 사시도이다. 중간부의 회로 기판인 2번 회로 기판과 3번 회로 기판, 즉 3개 이상의 회로 기판 배열중 단부에 배치된 두개의 회로기판 이외의 회로기판에는 요홈(3)이 형성되어 있다. 이 요홈(3)은 다이오드(D1~ D6)를 수용한다.
도 3은 또한 회로 기판의 조립 작업을 용이하게 하는 회로 기판의 위치 결정을 위한 지그(4)를 도시한다. 지그(4)는 조립 작업이 완료된 후 회로 기판에서 분리되거나 회로 기판과 함께 장치에 장착될 수 있다.
특허문헌 1은 비교적 외형이 큰 커패시터를 채용하고 있어 장치의 소형화에 어려움이 있다. 또한, 특허문헌 1은 다이오드에 굴곡진 리드 와이어를 사용하고 있으며, 외력에 의해 다이오드가 변형되어 주변 부품과의 거리가 변하는 경우 절연 파괴가 발생할 수 있다.
제1실시예에 따른 구조는 절연파괴 가능성을 감소시켜 고전압 발생장치의 신뢰성을 높이고, 소형화 및 생산성 향상을 가능하게 한다.
회로 기판들은 충분한 간격으로 배열된다. 이는 회로 기판 사이, 특히 커패시터 사이의 방전을 억제한다. 다이오드와 접속단자에 의해 회로기판 제작 후의 간격이 일정하게 유지되며, 또한 다이오드의 리드 와이어가 굴곡되어 있지 않다. 이는 외력에 의한 절연성 저하 가능성을 줄이는 역할을 한다.
도 4는 다이오드를 배치하는 방법을 도시하며, 회로 기판 3번의 일부가 예로서 도시되어 있다. 다이오드(D1 및 D3)의 위치 결정은 요홈(3)에 의해 용이해진다. 다이오드(D2, D4, D5, D6)의 위치결정은 도면에서 생략되었지만 유사하게 수행될 수 있다. 이것은 생산 공수를 줄이고 생산성을 향상시킨다. 또한 요홈(3)은 다이오드들 사이의 거리도 충분히 확보하여 그들 사이의 절연을 확보하고 신뢰성을 높이는 역할을 한다.
회로 기판 1번 내지 4번의 표면에 장착된 커패시터(C)는 평판 형상이고 짧다. 이것은 커패시터의 치수에 따른 회로 기판 사이의 간격 제약을 제거하고 원통형 커패시터를 사용하는 경우에 비해 장치를 소형화하는 역할을 한다.
회로 기판 위치 결정용 지그(4)는 도 3에 도시된 바와 같이 회로 기판 1번 내지 4번을 고정한다. 이는 조립 작업을 용이하게 하여 생산성을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
제1 실시예는 소용량의 고전압 발생장치에 적합하다.
도 1 내지 도 3은 4개의 회로 기판을 채용한 경우의 구성을 예시한다. 회로기판이 3개 이상인 한, 요홈에 의해 다이오드를 고정할 중간 부분 회로기판(즉, 양단부 이외의 회로기판)이 존재하기 때문에 본 발명을 적용할 수 있다.
[제2 실시예]
도 5는 제2실시예에 따른 고전압 발생장치의 구조를 나타낸다. 커패시터(C)가 커패시터의 커패시턴스를 증가시키기 위해 회로 기판의 후면에 추가된다. 회로 기판의 후면에 있는 커패시터(C)와 회로 기판의 전면에 있는 커패시터(C)는 회로 기판에서 병렬로 접속된다.
제2 실시예에 따른 구조는 제1 실시예와 유사한 효과를 얻으면서 커패시터의 커패시턴스를 2배로 하는 역할을 한다. 커패시턴스를 두 배로 하면 CW 회로의 출력이 향상된다.
[제3 실시예]
도 6은 제3실시예에 따른 고전압 발생장치의 구조를 나타낸다. 이는 제1 실시예의 회로 기판을 각 스테이지마다 슬릿으로 분할하도록 구성된다. 도6에 도시된 이 분할 방법은 연면방전이 발생할 수 있는 부분을 분할하여 효과를 얻은 예이다.
제3 실시예에 따른 구조는 제1 및 제2 실시예와 유사한 효과를 얻으면서 회로 기판에서 전위차를 갖는 부분을 분리하는 역할을 한다. 이는 고전압 발생장치 회로를 회로 기판에 실장할 때 주요 문제인 회로 기판에서의 연면 방전의 발생을 억제한다.
회로기판 위치결정용 지그(4)는 회로기판 사이의 간격 및 회로기판 스테이지간 거리를 일정하게 유지하는 역할을 한다. 따라서, 지그(4)는 분할된 회로 기판이 서로 접촉하는 것을 억제하는 구조의 제조를 가능하게 한다.
따라서, 제3 실시예에 따른 구조는 회로 기판에서 발생하는 연면 방전을 억제하는 역할을 하여 신뢰성을 더욱 향상시킨다.
[제4 실시예]
제1 내지 제3 실시예 각각은 소형화에는 유리하지만, 기계실장의 어려움 및 수작업 납땜의 필요성으로 인해 실장(장착) 작업의 품질을 유지하는데 문제가 있다.
제1 내지 제3 실시예에서 기계실장이 어려운 이유는 4개의 회로기판을 하나의 유닛으로 조립할 때 플로우 솔더링용 노즐이 TMDs(Through hole Mount Device)의 모든 솔더링 포인트에 들어가지 못하는 구조 때문이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 실시예 각각은 플로우 솔더링용 노즐이 외부 2개의 회로 기판 1번 및 4번에서 납땜 포인트에 접근하는 것을 허용하지만 노즐이 중앙 2개의 회로 기판 2번 및 3번에서 납땜 포인트에 접근하는 것을 허용하지 않는다.
따라서, 제1 내지 제3 실시예의 구조는 수작업으로 납땜하거나 특수하고 고가의 장치를 사용해야 한다.
제4 실시예는, 도 8 내지 도10에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1 내지 D6)의 리드 와이어(즉, 애노드 리드 및 캐소드 리드)을 각각 2회 굴곡 가공하여 다이오드(D1 내지 D6)의 리드 와이어를 회로 기판 1번 내지 4번의 단부면에서 회로 기판 1번 내지 4번에 접속하도록 한 구조이다. 이는 다이오드(D1 내지 D6)의 리드 와이어들과 회로 기판 1번 내지 4번의 접속 지점들이 단부면 관통 구멍으로 되도록 한다. 다이오드(D1~D6) 각각은 캐소드 리드와 애노드 리드를 포함하도록 형성된다. 도 8 내지 도 10에서, 도면부호 5는 단부면 관통 구멍을 나타내고, 도면부호 6은 2번 굴곡 가공된 부분을 나타낸다. 또한 다이오드 본체(D1~D6)는 제1~제3 실시예와 마찬가지로 요홈(3)에 배치된다.
제1 내지 제3 실시예는 회로 기판 2번 및 3번에 대한 다이오드의 기계 장착이 어려운 반면에, 제4 실시예는 스폿 솔더링과 같은 기계 장착에 적합한 단부면 관통 구멍을 채용함으로써 납땜불량을 상당히 감소시키는 역할을 한다. 단부면 관통 구멍이 기계 장착에 적합한 이유는 단부면 관통 구멍을 사용하면 장착 지점이 회로 기판 내부에서 회로 기판 끝으로 이동하고 플로우 솔더링 노즐이 장착기판에 접근할 수 있기 때문이다.
제1 내지 제3실시예에서는 다이오드(D1~D6)가 회로기판의 관통 구멍을 관통하도록 배치될 수 밖에 없는 반면, 제4실시예에서는 다이오드(D1~D6)를 회로기판 1번 내지 4번의 측면으로부터 단순히 배치할 수 있다.
상술한 바와 같이 제4실시예의 구조는 고전압 발생장치를 소형화하고 기계장착에 적합하며 제작이 용이하여 신뢰성을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
제4실시예는 다이오드(D1~D6)의 캐소드 리드와 애노드 리드를 2번 굴곡시키고 단부면 관통 구멍을 채용하여 모든 납땜 개소를 기계로 실장할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제4 실시예는 회로 기판에 실장할 때 관통 구멍을 뚫도록 배치되는 부품을 제거하여 부품 실장을 용이하게 한다.
상기 내용은 본 발명의 특정 실시예만을 상세히 기술한 것이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 다양하게 변경 또는 수정될 수 있으며, 이러한 변경 및 수정도 본 발명의 범위에 속함은 당연하다.

Claims (7)

  1. 교류 전원으로부터 교류 전력을 공급받아 부하에 전위차를 인가하도록 구성된 코크크로프트-월톤(Cockcroft-Walton) 회로를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서,
    두께 방향으로 간격을 두고 배치된 3개 이상의 회로 기판;
    상기 회로 기판 중 대응하는 회로 기판에 각각 탑재되는 평판 형상의 커패시터; 및 상기 회로기판들 중 대응하는 회로기판에 각각 접속되는 다이오드;를 포함하고,
    상기 3개 이상의 회로기판 중 상기 3개 이상의 회로기판 배열의 양단에 배치된 2개 이외의 각 회로기판에 요홈이 형성되고,
    상기 각각의 다이오드는 상기 요홈중 대응하는 것에 배치되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 다이오드는 직선상의 리드 와이어를 포함하는 고전압 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 다이오드는 2회 굴곡가공된 리드 와이어를 포함하고, 대응하는 상기 회로기판의 단부면에서 상기 대응하는 회로기판과 접속되는 고전압 발생장치.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커패시터들은 상기 대응하는 회로기판의 전면 및 후면에 각각 장착되고 서로 병렬로 접속되는 한 쌍의 커패시터를 포함하는 고전압 발생장치.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 회로 기판은 슬릿에 의해 분할되는 고전압 발생장치 .
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 상기 회로 기판의 조립 시에 상기 회로 기판들의 위치 결정용 지그로 고정되는 고전압 발생장치.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 따른 고전압 발생장치를 채용한 X선 발생장치.
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