JP2001276053A

JP2001276053A - カソードスキャン型ｘ線発生器及びｘ線ｃｔスキャナ

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Publication number: JP2001276053A
Application number: JP2000100234A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】Ｘ線ＣＴスキャナのスキャン時間を大幅に短縮
した超高速ＣＴスキャナ、及びこれを実現する為にカソ
ードスキャン型Ｘ線発生器を提供する。【解決手段】ドーナツ型の真空容器ＶＶ内に、陰極側回
転体組立ＡＲと、電子銃組立ＥＧと、電子放出用陰極
と、環状の陰極給電機構ＳＬ１とを有し、上記陰極に給
電しながら陰極を被検体の周りで周回させ、環状のＸ線
ターゲットＴＧの表面に、加速電子ビームを入射して高
速度で周回するＸ線を発生させることができる超高速Ｃ
Ｔスキャナ、及びこれを実現する為のカソードスキャン
型Ｘ線発生器であって、陰極側回転体組立は液体金属潤
滑剤で潤滑した動圧滑り軸受から成る軸受機構ＣＢＧで
回転自在に支承されている。動圧滑り軸受には軸受の開
口部と真空空間の途中に液体金属潤滑剤吸収機構を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、小型でありなが
ら、高速度で周回するＸ線焦点からＸ線を放射して超高
速スキャンができるＸ線ＣＴスキャナ用のカソードスキ
ャン型Ｘ線発生器、及びこれを使った超高速スキャンが
できるのＸ線ＣＴスキャナに関する。Ｘ線焦点を周回さ
せる為の回転部分を真空容器内の小型の部品に限定する
ことにより、大気中における機械的な回転機構を持たず
にＸ線焦点を披検体の周囲に高速度で安定して周回させ
て被検体を瞬時に撮影して３次元の画像が得られる小型
のＸ線ＣＴスキャナを提供する。液体金属を潤滑剤とす
る動圧滑り軸受を使って真空容器内で電子銃組立を周回
させると共に、真空容器内で周回している電子銃組立や
他の部品に真空容器の外から通電している。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ＣＴスキャナについて、概略
の断面を表している図１を参照して説明する。従来のＸ
線ＣＴスキャナは、固定架台１００１と、軸受１００３
を介して回転する回転架台１００２とを有している。回
転架台１００２は制御器１００８を用いて制御された回
転駆動機構１００９によって空気中において回転させら
れる。Ｘ線を発生する為のＸ線管１００４や、これに高
電圧を供給する為の高電圧電源（図示せず）や、Ｘ線を
受け取る為の検出器１００６や、その他の電子回路１０
０７等をこの回転架台１００２に取り付けた構造になっ
ている。回転架台１００２に取り付けられた電子回路の
信号は図示しないスリップリングを介して固定架台１０
０１に伝達される。この為に回転架台１００２に取り付
けられた部品の質量の和が大きくなって、Ｘ線ＣＴスキ
ャナのスキャン速度を増そうとすると大きな遠心力が働
き、回転架台１００２に取り付けられた部品や回転架台
１００２自体が過大な応力に耐えられないのでスキャン
速度を高めることができない欠点を持っている。

【０００３】従来構造のＸ線ＣＴスキャナに使われるＸ
線管１００４は、直径が１０ｃｍ程度の円板状のＸ線タ
ーゲットをシリンダー状の真空容器の中で３０００ｒｐ
ｍ程度の高速度で回転させ、これに電子銃組立の陰極か
ら放射された電子を衝突させてＸ線１００５を一方向に
放出するものであり、全体が円柱状に構成されている。
多量のＸ線を発生させる必要があるＸ線ＣＴスキャナ用
のＸ線管では冷却器が必要であり、両者の質量の和は１
００Ｋｇ程度に大きくなり、体積も大きくなり、これを
取り付けて空気中で回転させる為の回転架台１００２は
大型になり、Ｘ線ＣＴスキャナ全体が大きくなって取り
扱いが不便であるだけでなく、設置スペースも大きくな
り、運転費用も多額であった。更に、近年になってＸ線
ＣＴスキャナの用途が広がるにしたがって血液や造影剤
の瞬時的な観測が求められてきた。これに応える為に
は、Ｘ線管１００４を高速度で被検体の周りで周回させ
る必要が生じている。これまでの最高の周回速度は２ｒ
ｐｓであり、これが限度と考えられている。一方では、
Ｘ線量を増して画質を高めて診断能を高めたいとの要求
があり、従来のＸ線管１００４の寸法と質量がますます
増大する必要がある。この相反する要求を同時に満たす
ことは従来の構造のＸ線ＣＴスキャナでは不可能であっ
た。

【０００４】一方で、スキャン速度を増す為に電子スキ
ャン方式のＸ線ＣＴスキャナが過去に開発された。これ
は、横倒しに置いた魔法瓶の形をした真空容器の底の位
置に固定した電子銃組立から電子を取り出し、電子を真
空容器内でおよそ１００ｃｍ走行させながら電磁的に電
子の位置を制御して被検体の周りを周回させた後に、こ
の電子を円弧状のＸ線ターゲットに入射させて半周回す
るＸ線を取り出すようになっている。この構造では、ス
キャン時間が０．１秒程度の高速スキャンができるが、
十分なＸ線量が得られないこと等に起因して画質が劣悪
であることや、Ｘ線の焦点が大き過ぎることや、安定な
動作を維持し難いことや、装置全体が大きくて取り扱い
難いことや、高価であること等の欠点を持ち、特殊な用
途に使用されているにすぎない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、Ｘ線ＣＴスキャナのスキャン時間を大幅に短縮し
て動きが速い被検体の撮影におうてモーションアーチフ
ァクトを無くするとともに十分なレベルのＸ線量を確保
してフォトンノイズが少ない良質な画像を得ることがで
き、装置全体が小型であって取り扱い易いＸ線ＣＴスキ
ャナを提供することである。特に、これを実現する為に
真空中で信頼性よく使える軸受機構、及び真空中で回転
している部品に給電できる給電機構として、動作時に液
体である金属を潤滑剤として使用した環状の動圧滑り軸
受を開発し、この軸受の直径が大きく、軸受の開口部の
周方向における高低落差が大きいにもかかわらず、液体
金属潤滑剤が軸受機構の外部の真空空間に漏出するのを
防止する機構を設けることにより安定に動作するカソー
ドスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴス
キャナを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、Ｘ線ＣＴス
キャナの全ての回転部分をドーナツ状の真空容器の中に
取り付けて最小限度まで小さくし、空気中での機械的な
回転部分を無くすることにより超高速スキャンができる
Ｘ線ＣＴスキャナを実現している。真空容器はドーナツ
状に作られており、真空容器の中心軸近傍の大気中に在
る寝台上に被検体が置かれている。真空容器の中で周回
する電子銃組立の陰極から電子が放出され、陰極の周回
軌道に対向して真空容器内に取り付けてある環状のＸ線
ターゲットに加速された電子が衝突してＸ線を発生させ
る。発生したＸ線は真空容器の小径側の壁に設けられた
Ｘ線放出窓を通って大気中の被検体に照射される。被検
体を通過したＸ線は前記の真空容器と同軸状に大気中に
おいて配設された環状のＸ線検出器で検出され、コンピ
ュータで断層像に再構成されて表示装置に表示される。
真空容器内のＸ線焦点を周回させる為の回転部分は軽量
な電子銃組立などに限定されておりその体積が小さく、
全体としてほぼ対称な形状であるので回転周期が０．１
秒以下の高速回転をしても回転体にかかる応力が十分に
小さくでき、安定して高速回転を続けることができる。
また、同一の陰極側回転体組立に３個程度の電子銃組立
が取り付けられるのでスキャン時間が０．０３秒程度の
超高速スキャンが行える。

【０００７】ドーナツ型の真空容器の内部で電子銃部分
を周回させる方式のＸ線ＣＴスキャナは過去に提案され
ているがこれまでに実現していない。その理由の一つは
真空中において安定した回転を続ける手段と、回転体の
電位を安定して一定値に設定する確かな手段が見出され
なかった為である。本発明では真空中で信頼性よく使え
る軸受機構として、動作時に液体である液体金属を潤滑
剤として使用した環状の動圧滑り軸受を採用し、この軸
受の直径が大きくて軸受の開口部の周方向における高低
落差が大きいにもかかわらず、液体金属潤滑剤が軸受機
構の外部の真空空間に漏出するのを防止する手段を提供
している。また、液体金属潤滑剤を介して回転体の電位
を一定値に設定している。

【０００８】本発明のＸ線ＣＴスキャナでは回転中心軸
が実質的に水平方向にあり、軸受の直径がおよそ１００
ｃｍと大きい為に軸受ギャップ内の高低落差が大きいの
で、重力加速度の影響で前記の軸受ギャップの鉛直下方
に位置する部分における液体金属潤滑剤内の静圧力が大
きくなり、軸受の回転部分が回転を停止した場合には液
体金属潤滑剤が軸受の外部に漏出し易くなる。これを防
止する為に、液体金属潤滑剤が通常に存在する領域の実
質的な境界である軸受開口にさまざまな工夫を施してお
り、この軸受開口で液体金属潤滑剤の漏出が防止されて
いるが、予期し得ない理由により、液体金属潤滑剤がこ
の軸受開口から真空空間に近づくように移動した場合で
も、前記の陰極が周回する真空空間には液体金属潤滑剤
が到達しないようにする必要がある。本発明のＸ線ＣＴ
スキャナでは、前記の軸受開口と前記の真空空間との間
に、前記の軸受の回転部分である軸受回転体と前記の軸
受の固定部分である軸受固定体とで挟まれた出口通路を
設け、この出口通路の途中に、前記の液体金属潤滑剤を
吸収して閉じ込める液体金属潤滑剤吸収機構を設け、こ
の位置まで出てきた液体金属潤滑剤を軸受機構の内部に
閉じ込めるようにしている。従って、本発明を採用する
と、予期し得ない理由により軸受開口から出てきた液体
金属潤滑剤が軸受機構の外部の真空空間に出ないように
なっている。

【０００９】上記の液体金属潤滑剤吸収機構は、前記の
出口通路と、前記の軸受回転体に設けられた、入り口を
有する空洞と、この空洞の入り口と前記の出口通路とを
繋ぐ液体金属潤滑剤吸収路を有している。この液体金属
潤滑剤吸収路は、液体金属潤滑剤で濡れない表面を持つ
ギャップ又は細孔でできており、前記の空洞の入り口は
前記の出口通路よりも半径が大きな位置に在るように構
成されている。前記の空洞の入り口に達した液体金属潤
滑剤は、前記の軸受回転体が回転している場合に遠心力
を受けて前記の空洞内に押し込まれるようになってい
る。前記の空洞内に入った液体金属潤滑剤は、この空洞
の入り口における表面張力が作用して、この空洞の外部
に出られないようになっている。

【００１０】軸受面は真空容器に熱的に接続されてお
り、真空容器は外部から強制冷却されているので軸受で
の発熱があるにもかかわらず、軸受面の温度が上がら
ず、熱膨張が少なく、長時間にわたって安定な動作を行
うことができる。さらに、電子銃組立やＸ線ターゲット
などのように発熱する部品も軸受ギャップ内にある液体
金属潤滑剤を介して強制冷却され、熱膨張等が抑制され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】カソードスキャン型Ｘ線発生器は
ドーナツ型の真空容器で包まれており、この真空容器は
中心軸がほぼ水平になるように設置してあり、その中心
軸の近くの大気中に被検体（人体）が置かれており、真
空容器は被検体を取り囲むように配置されている。真空
容器は回転せずに固定されており、被検体との角度及び
水平方向の位置は変えることができるようになってい
る。この真空容器の内部でＸ線焦点が被検体の周りを周
回するように、Ｘ線焦点が移動しながら被検体に向って
Ｘ線が発生される。この周回するＸ線を使用することに
より大気中に回転機構を持たないＸ線ＣＴスキャナを実
現している。従来の構造のＸ線ＣＴスキャナでは実現が
不可能であった超高速スキャンが行えるとともに大出力
が得られるＸ線ＣＴスキャナ用のカソードスキャン型Ｘ
線発生器、及びこれを使った超高速Ｘ線ＣＴスキャナを
簡単な構造で安価にしかも信頼性良く実現した。

【００１２】

【実施例】以下に、図面を参照して、本発明の一実施例
によるカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使っ
たＸ線ＣＴスキャナの実施例を説明する。図２は本発明
のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ
線ＣＴスキャナの全体構造体の概略の断面図であり、図
３は原理図であり、図４は本発明に係わるカソードスキ
ャン型Ｘ線発生器の、ある瞬間において鉛直上方に位置
する一部分の断面を拡大した図であり、ある瞬間に鉛直
上方に位置した状態における電子銃組立周辺の断面の一
部を拡大して示している。図５は本発明のカソードスキ
ャン型Ｘ線発生器の軸受機構ＣＢＧの一部を拡大した断
面図であり、図６は図５の下方の一部を拡大した断面図
である。

【００１３】図２に示すように、ドーナツ型の真空容器
ＶＶは中心軸がほぼ水平になるように設置してあり、図
示しない真空ポンプによって排気口ＶＣから高真空状態
にいつも排気されている。図２又は図４に示すように、
この真空容器ＶＶの内部の真空空間に円筒状の陰極側回
転体組立ＣＲがあり、陰極側回転体組立ＣＲは常温で液
体である液体金属を潤滑剤とした動圧滑り軸受から成る
軸受機構ＣＢＧによって真空中で回転自在に支承されて
おり、これらの中心軸はＣＣ’に一致している。陰極側
回転体組立ＣＲには電子銃組立ＥＧが周方向に分離して
３個取り付けてある。図２と図４に示すように、陰極側
回転体組立ＣＲには銅でできた円筒状のロータＲＴ２が
同軸状に取り付けられており、これと同軸状に磁性体か
ら成る磁路円筒が取り付けられている。ロータＲＴ２に
対向した状態で真空容器ＶＶの外側において真空容器壁
に沿って円弧状のステータＬＭ２が取り付けられてい
る。前記のロータＲＴ２は前記の磁路円筒とステータＬ
Ｍ２で挟まれた状態に配設されている。ロータＲＴ２は
ステータＬＭ２から真空容器ＶＶの非磁性の材質で出来
た壁を通して電磁誘導作用を受けて回転トルクを与えら
れるので陰極側回転体組立ＣＲは回転する。陰極側回転
体組立ＣＲは動圧滑り軸受から成る軸受機構ＣＢＧ内の
液体金属潤滑剤を通して電気的にも熱的にも真空容器Ｖ
Ｖに接続されている。

【００１４】図４に示すように、電子銃組立ＥＧの先端
部には熱電子２を放出する陰極１が取り付けられてい
る。この陰極１の回転軌道に対向した状態で環状のＸ線
ターゲットＴＧが取り付けられている。図２又は図４に
示すように、Ｘ線ターゲットＴＧは円筒状の陽極側回転
体組立ＡＲに機械的に結合されている。陽極側回転体組
立ＡＲは常温で液体である液体金属を潤滑剤とした動圧
滑り軸受から成る軸受機構ＡＢＧを介して真空容器ＶＶ
の一部に回転自在に取り付けられている。陽極側回転体
組立ＡＲには銅管でできたロータＲＴ１が取り付けられ
ており、これと同軸状に磁性体から成る磁路円筒が取り
付けられている。ロータＲＴ１に対向した状態で真空容
器ＶＶの外側において真空容器壁に沿って円弧状のステ
ータＬＭ１が取り付けられている。前記のロータＲＴ１
は前記の磁路円筒とステータＬＭ１で挟まれた状態に配
設されている。ロータＲＴ１はステータＬＭ１から真空
容器ＶＶの非磁性の材質でできた壁を通して電磁誘導作
用を受けることによって回転トルクを与えられるので、
陽極側回転体組立ＡＲは回転する。Ｘ線ターゲットＴＧ
の回転中心軸と前記の電子銃組立ＥＧに含まれる陰極１
の周回中心軸ＣＣ’とは一致しており、陰極１は常にＸ
線ターゲットＴＧの表面と対向した状態で両者は互いに
反対方向に回転する。

【００１５】図２又は図４を参照して陰極給電機構ＳＬ
１について説明する。図２又は図４に示す実施例では３
個の陰極給電機構ＳＬ１が同軸状に取り付けられてお
り、３本の独立した電流通路を形成している。これらの
図では陰極給電機構ＳＬ１の内部構造は簡略化して表し
ている。電子銃組立ＥＧの陰極１は、真空容器ＶＶ内の
真空空間で電子銃組立ＥＧの周回中心軸ＣＣ’と実質的
に同じ中心軸を持つ環状の陰極給電機構ＳＬ１を通して
高電圧端子ＨＴに電気的に接続されている。高電圧端子
ＨＴには真空容器ＶＶの外に在る図示しない高電圧電源
からおよそー１５０ＫＶの負の高電圧と電子銃組立ＥＧ
の陰極１を加熱する電力が供給される。それぞれの陰極
給電機構ＳＬ１は固定部と回転部を有し、固定部は絶縁
体２２０を介して電気絶縁を保ちながら真空容器ＶＶの
一部に機械的に固定されている。陰極給電機構ＳＬ１の
回転部と固定部は、液体金属を潤滑剤とする動圧滑り軸
受を構成しており、液体金属潤滑剤を介して両者間で通
電される。陰極給電機構ＳＬ１の回転部が電子銃組立Ｅ
Ｇに弾力性のある回転トルク伝達機構２１７で機械的に
連結されており、陰極給電機構ＳＬ１は、ある程度の偏
芯及び軸方向の変位を許容した状態で電子銃組立と共に
回転する。

【００１６】Ｘ線ターゲットＴＧは陽極側回転体組立Ａ
Ｒの軸受機構ＡＢＧ内に在る液体金属潤滑剤を介して電
気的にも熱的にも真空容器ＶＶに接続されている。真空
容器ＶＶは接地電位になっており、冷却水等で強制冷却
されている。従って、Ｘ線ターゲットＴＧは接地電位に
設定されると共に、Ｘ線ターゲットＴＧから発生した多
量の熱は液体金属潤滑剤を介して真空容器ＶＶの壁の部
分を流れる冷却水で効率良く取り去られる。Ｘ線ターゲ
ットＴＧと冷却水との間の熱抵抗は十分に小さいのでＸ
線ターゲットＴＧの温度は低く保たれる為に大電力の入
力が許容され、極めて多量のＸ線を短時間に発生するこ
とができる。

【００１７】電子銃組立ＥＧは、図３に示すＦ１，Ｆ
２，Ｆ３のように陰極側回転体組立ＣＲの周囲に等配に
３個取り付けられている。ここで、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は
前記の電子２が加速されてＸ線ターゲットＴＧに衝突し
てできるＸ線の３つの焦点を示している。Ｘ線焦点Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３は同時にＸ線を発生させながら図３に示
すように同時に同じ方向に周回する。これらのＸ線焦点
の現在位置は陰極側回転体組立ＣＲに取り付けられた角
度検出機構（図示せず）によって検出される。Ｘ線焦点
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３から放射されたＸ線は、図２又は図４
に示すようにＸ線ターゲットＴＧの内側にあるＸ線分布
制限機構によってファン状に整形され、陰極側回転体組
立ＣＲに取り付けられたファン方向分布整形器ＷＦ（図
４参照）を通過してファン方向のＸ線強度分布を適正化
された後に真空容器ＶＶのＸ線放出窓ＸＷ（図４参照）
を通過し、外部の環状のスリットＳＬＴを通過した後
に、被検体Ｍを通過してＸ線ターゲットＴＧと同軸状に
取り付けられた２個の環状のＸ線検出器ＤＦ，ＤＢのそ
れぞれの対向面に到達する。

【００１８】図３に示すように、Ｘ線焦点Ｆ１，Ｆ２，
Ｆ３から出たＸ線は、それぞれが検出器の対向する部分
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に在る細分化された検出素子で受信さ
れる。検出器の部分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は互いに重ならな
いように照射野範囲などが決められている。検出器の部
分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の合計は環状検出器のほとんど全体
を占めるのでＸ線検出器ＤＦ，ＤＢ内の全ての検出素子
が有効に活用され、コスト対性能比が改善される。環状
の検出器ＤＦ，ＤＢはそれぞれが中心軸ＣＣ’の方向に
も多数の検出素子列に分けられており、それぞれの検出
素子で検出された信号は図示しない電子回路でデジタル
信号に変換され、図示しないコンピュータで断層像に再
構成され、図示しない画像表示装置に表示されてマルチ
スライスのＣＴ画像を得ることができるようになってい
る。

【００１９】ある瞬間に鉛直上方に位置した状態におけ
る電子銃組立周辺の断面の一部を拡大して図４に示して
おり、同じ部分は同じ記号を付している。図４におい
て、軸受機構ＣＢＧの内部構造は簡略化して表してい
る。陰極側回転体組立ＣＲは全体的に見ると概略回転対
称構造であり、これに取り付けられた電子銃組立ＥＧ等
の部品は小型で軽量であるので１０ｒｐｓ程度の高速回
転に十分耐えることができる。この場合、Ｘ線焦点が３
個であるのでスキャン時間は０．０３秒まで短縮するこ
とができる。Ｘ線ターゲットＴＧは直径が１２０ｃｍと
大型であり、Ｘ線焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と反対方向に回
転しており、前記のように強制冷却されているのでＸ線
ターゲットＴＧの表面温度が高くなり難く、大電力の入
力が許容されるので短時間に十分な量のＸ線を発生する
ことができ、超高速スキャンであるにもかかわらずフォ
トンノイズが少ない良質なＣＴ画像を得ることができ
る。また、マルチスライススキャンを実現しているので
Ｘ線の有効利用ができ、中心軸ＣＣ’と平行な方向の解
像度を高めることもできるだけでなく、広い範囲の撮影
を短時間で完了して３次元のリアルタイムＣＴ画像を得
ることができる。

【００２０】上記の構成のＸ線ＣＴスキャナを実現する
為に避けて通れないのは、前記の機器構成で実用できる
軸受機構ＣＢＧ、ＡＢＧ、及び前記の陰極給電機構ＳＬ
１の回転部分を真空中で回転自在に支承する動圧滑り軸
受を実現させることである。従来は、直径が５ｃｍ以下
である小型で且つ軸受の開口が片側のみにある動圧滑り
軸受は実用化されている。この場合には、動圧滑り軸受
の内部に挿入された液体金属潤滑剤は軸受の開口におけ
る表面張力の作用で軸受の開口より内側に留められてい
た。動圧滑り軸受の十分な軸受圧力を得る為には回転部
分と固定部分のギャップのサイズは数十μｍに限定され
ていた。例えば開口部におけるギャップのサイズが５０
μｍの場合には液体金属潤滑剤の高低差がおよそ１８ｃ
ｍを超えると、重力加速度による液体金属潤滑剤の静圧
力が軸受の開口における表面張力に打ち勝って液体金属
潤滑剤が外部に漏出する。このことは、軸受の回転部分
が回転を停止したときに深刻な問題となる。特に、本発
明の場合のように軸受の開口の周方向における高低落差
が１００ｃｍ程度の動圧滑り軸受は従来の技術では実現
不可能であった。

【００２１】図５と図６とを参照して動圧滑り軸受から
成る軸受機構ＣＢＧの実施例について説明する。図５は
陰極側回転体組立ＣＲと陰極側の軸受機構ＣＢＧの断面
の一部を拡大して表しており、図５の上方の部分は実使
用時において、ある瞬間において鉛直上方に位置する部
分を示し、下方の部分は同じ瞬間において鉛直下方に位
置する部分を示している。図５においては中央部を省略
して短縮して表示している。図６は図５の下方に位置す
る一部分の拡大図であり、軸受機構ＣＢＧの断面を表し
ている。図６の説明は、図示されている鉛直下方の部分
のみについて番号を示す。陰極側回転体組立ＣＲには軸
受機構ＣＢＧの回転部分である軸受回転体１０２が同軸
状に取り付けてある。軸受回転体１０２には軸受機構Ｃ
ＢＧの固定部分である軸受固定体１０１がギャップを有
して嵌め合わせてある。軸受固定体１０１の一部は真空
容器ＶＶに機械的及び熱的に結合されている。真空容器
ＶＶは図示しない支持架台に取り付けられており、設置
床に対して適正な姿勢及び水平方向の位置が保てるよう
になっている。軸受固定体１０１と軸受回転体１０２と
は互いに対向した面を有し、この対向した面は第一の軸
受ギャップ１０３、１０８、第二の軸受ギャップ１０
４，１０９、第三の軸受ギャップ１０６、１１１を有し
ている。これらの軸受ギャップを構成する対向面の少な
くとも一方にはヘリンボーン状の軸受溝がある。第一、
第二、第三の軸受ギャップ内には常温で液体である液体
金属、好適にはガリウム、インジューム、鈴の合金から
なる潤滑剤が充填されており、それぞれの軸受ギャップ
は、ラジアル軸受と、これを挟んで互いに距離をもって
対向して取り付けられた第一のスラスト軸受、及び第二
のスラスト軸受のそれぞれの軸受ギャップに一致してい
る。軸受ギャップ１０３と１０８、軸受ギャップ１０４
と１０９、軸受ギャップ１０６と１１１とはそれぞれ同
一のものであり、異なる番号は示す位置の違いを表して
いる。ここで、軸受ギャップとは対向する面の少なくと
も一方に前記の軸受溝を有していることを示している。

【００２２】陰極側回転体組立ＣＲに回転トルクが与え
られた場合には、これらの軸受内に動圧力が生じるので
回転部分を浮上させて回転自在に支承することができ
る。軸受回転体１０２が回転している場合にはそれぞれ
の軸受ギャップ内の液体金属潤滑剤は、軸受の内部に閉
じ込める作用を受けるので軸受のギャップから外部の真
空空間に漏出することは無い。

【００２３】図５及び図６に示すように、前記の軸受固
定体１０１と軸受回転体１０２が構成する軸受ギャップ
の端部には、液体金属潤滑剤が存在する領域と真空空間
との実質的な境界となる環状の軸受開口１２０、及び軸
受開口１２１があり、軸受開口１２０、及び軸受開口１
２１における液体金属潤滑剤の表面張力の圧力効果によ
って液体金属潤滑剤は軸受の内部に閉じ込められるの
で、通常は軸受開口１２０、及び軸受開口１２１を境と
してこれよりも真空空間側には前記の液体金属潤滑剤が
実質的に存在しないようになっている。軸受開口１２
０、及び軸受開口１２１よりも真空空間側では、軸受固
定体１０１と軸受回転体１０２の表面で挟まれた出口通
路３００，３０１が構成されており、この出口通路３０
０、３０１は軸受機構ＣＢＧの外部の真空空間に連通し
ている。前記の第一のスラスト軸受の軸受ギャップ１０
９と第二のスラスト軸受の軸受ギャップ１１１を構成す
るそれぞれの対向面は平面状になっており、第一のスラ
スト軸受の軸受ギャップ１０９はラジアル軸受の軸受ギ
ャップ１０８と軸受開口１２１とに、第二のスラスト軸
受の軸受ギャップ１１１はラジアル軸受の軸受ギャップ
１０８と軸受開口１２０とに連通している。軸受開口１
２０、及び軸受開口１２１を構成する面の直径は第一の
軸受ギャップ１０８を構成する対向面の直径より小さく
なっている。

【００２４】予期し得ない理由により液体金属潤滑剤が
軸受開口１２０、又は軸受開口１２１よりも真空空間側
に移動した場合でも、前記の陰極が周回する真空空間に
は液体金属潤滑剤が到達しないようにする必要がある。
この為に以下の工夫がされている。前記の出口通路３０
０、３０１には液体金属潤滑剤吸収路５０５，５０７，
５０３，５０１が設けられている。これらの液体金属潤
滑剤吸収路５０５，５０７，５０３，５０１は液体金属
潤滑剤で濡れない表面を持っており、大きな表面張力の
圧力効果を生じるように狭いギャップ又は小さな孔から
出来ている。これらの液体金属潤滑剤吸収路５０５，５
０７，５０３，５０１はこれらよりも半径が大きい側に
液体金属潤滑剤を吸収する為の空洞５０６，５０８，５
０４，５０２にそれぞれ繋がっている。液体金属潤滑剤
を吸収する為の空洞５０６，５０８，５０４，５０２の
内部は液体金属潤滑剤で濡れる表面となっていることが
好ましい。出口通路３００、３０１を構成する表面の内
で、軸受回転体１０２側に在る表面は液体金属潤滑剤吸
収路５０５，５０７，５０３，５０１の位置で半径が大
きくなるように傾斜した面を持っている。

【００２５】次にこの部分の作用について述べる。軸受
機構ＣＢＧ内の液体金属潤滑剤が予期しない理由で軸受
開口部１２０、及び軸受開口１２１から軸受の外に出た
場合には、軸受回転体１０２が回転しているときに、遠
心力により液体金属潤滑剤吸収路５０５，５０７，５０
３，５０１の入り口に移動する。ここでは強い遠心力を
受けて液体金属潤滑剤吸収路５０５，５０７，５０３，
５０１を通過して空洞５０６，５０８，５０４，５０２
内に押し込まれる。前記のように液体金属潤滑剤吸収路
５０５，５０７，５０３，５０１では大きな表面張力が
作用するが、遠心力が勝るように通路の幅が決められて
おり、空洞５０６，５０８，５０４，５０２内には液体
金属潤滑剤が移動するが、軸受回転体１０２が回転を停
止した場合には液体金属潤滑剤吸収路５０５，５０７，
５０３，５０１の表面張力が大きいので外に出られない
ようになっている。更に、好適には、空洞５０６，５０
８，５０４，５０２内は液体金属潤滑剤で濡れる表面を
持っているのでこの面に張り付いた状態になる。

【００２６】このようにして、液体金属潤滑剤の漏出に
関して多重安全策がとられているので、液体金属潤滑剤
が軸受機構ＣＢＧの外部の真空空間に出て本発明のＸ線
ＣＴスキャナの特性に悪影響を与える事もないし、真空
容器内の回転部分の回転特性に悪影響を及ぼさないよう
になっている。また、移動する液体金属潤滑剤の質量は
陰極側回転体組立ＣＲ全体の質量に比べると小さいので
回転バランスに対する影響は無視できる。

【００２７】以上は陰極側回転体組立ＣＲに使用してい
る動圧滑り軸受から成る軸受機構ＣＢＧについての説明
であるが、陽極側回転体組立ＡＲに使用している動圧滑
り軸受から成る軸受機構ＡＢＧも、前記の陰極給電機構
ＳＬ１の回転部分に使用している動圧滑り軸受から成る
軸受機構も同様の構造と成っている。

【００２８】軸受回転体１０２が十分な高速度で回転し
ている場合には前記のそれぞれの軸受ギャップにおいて
比較的大きな軸受損失が発生するが、軸受固定体１０１
は、外部から強制冷却されている真空容器ＶＶに熱的に
も結合されているので、低い温度に保たれる。軸受回転
体１０２は、前記のそれぞれの軸受ギャップ内に在る液
体金属潤滑剤を介して軸受固定体１０１に熱的に結合さ
れており、十分に低い温度に保たれる。また、軸受回転
体１０２には陰極側回転体組立ＣＲが機械的に結合して
あり、陰極側回転体組立ＣＲには電子銃組立ＥＧなどの
発熱体が取り付けてある。特に、陽極側の軸受機構ＡＧ
Ｂでは多量の熱を発生するＸ線ターゲットＴＧから多量
の熱が流入する。これらの場合でも、上記の理由により
軸受部分の温度を十分に低く保つことができる。

【００２９】本発明を実施例に関連して説明したが、本
発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定さ
れるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろ
な変更及び改変を加えることができることを理解された
い。例えば、この発明では電子銃組立が３個取り付けて
あるが１個でも３個以上でも良い。また、この発明では
陰極側回転体組立ＣＲとＸ線ターゲットＴＧの両方を回
転させる構造を示しているが、Ｘ線ターゲットＴＧ及び
これに繋がっている部分を固定にした構造のカソードス
キャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャ
ナを含む事は勿論である。また、空洞５０６，５０８，
５０４，５０２内や液体金属潤滑剤吸収路５０５，５０
７，５０３，５０１はいくつかを省略できることは勿論
である。また、これらは環状構造であることが好ましい
が、周方向に配設された多数の有底の穴で構成しても良
い。軸受固定体１０１は真空容器の一部として構成して
も良いことは勿論である。更に、上記の実施例では常温
で液体である液体金属を潤滑剤として使用した例を示し
ているが、やや高い融点を持っており常温で固体であっ
ても動作の前に加熱して液化させてから動作させれば同
じ効果が得られることは勿論である。更に、前記のＸ線
ターゲットから発生したＸ線を前記の真空容器の外に取
り出す為のＸ線放出窓は真空容器と一体になっていて
も、真空容器の一部として構成されていてもこの部分で
のＸ線の減衰率が小さければＸ線放出窓と見なすことが
出来るのは勿論である。真空容器ＶＶは回転対称な形状
でなくても良い事は勿論である。真空容器ＶＶの中心軸
と陰極側回転体組立ＣＲ又は陽極側回転体組立ＡＲの中
心軸がある程度ずれていても良い事は勿論である。Ｘ線
ターゲットＴＧが分割して構成されており、それぞれの
分割された部分に隙間があっても良い事は勿論である。
陰極給電機構ＳＬ１の回転部分は、この陰極給電機構Ｓ
Ｌ１の軸受機構を構成する軸受回転体そのものであって
も良い事は勿論である。陰極給電機構ＳＬ１は、軸受機
構ＣＢＧと一体に構成されていても良い事は勿論であ
る。尚、本発明では、ギャップのサイズとは、ギャップ
を構成する対向面の一方の面上の任意の点から、このギ
ャップを構成する対向面の他方の面への最短の距離を意
味している。

【００３０】この発明は、これまで述べてきたように超
高速スキャンができるＸ線ＣＴスキャナを実現させるも
のであるが、次のように小変更することにより周回中心
軸方向に向かって全周囲方向から電子線を照射する電子
線照射装置に応用することができる。即ち、前記の実施
例で説明した機器構成からＸ線ターゲット及びこれに関
する部分と、Ｘ線のＸ線分布制限機構及びファン方向分
布整形器ＷＦ及びその他のＸ線に関する部品を省略し
て、Ｘ線放出窓ＸＷを薄いチタン板から成る電子線放出
窓に変更し、電子銃組立ＥＧから電子を放出する方向を
電子線放出窓の方向に変えるだけでそのまま実用にな
る。これを使用すると、プラスチックやガラスやその他
の改質処理に使用できて工業的に大きな効果を得る電子
線照射装置を供給することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカソード
スキャン型Ｘ線発生器を採用すると、回転する部分を真
空容器内部の概略回転対称な構造体に軽い部品を取り付
けた構造にできるので遠心力の影響が少なくなり、例え
ばスキャン時間が０．０３秒の超高速スキャン型Ｘ線Ｃ
Ｔスキャナを簡単な構造で安価に実現させることができ
る。特に、複数のＸ線焦点から同時に短時間に多量のＸ
線を発生することができ、フォトンノイズが少ない十分
に良質な画像を得ることができる。発生したＸ線は環状
の面検出器で有効に受信され、広い範囲の領域における
多数の断面を瞬時に撮影することができ、このデータを
使用して被検体の３次元の内部構造を瞬時に検査できる
ようになる。その為に例えば人間の心臓のように動きが
速い部分が被検体の内部にあっても、これを忠実に即時
性をもって撮影できるＸ線ＣＴスキャナを提供すること
ができる。軸受機構には液体金属を潤滑剤とした動圧滑
り軸受を採用しているので真空中で長時間にわたって安
定に使用できるだけでなく、回転している部分の電位を
一定に保つことができて微小放電などの不安定な現象の
発生を防止できる。さらに、動圧滑り軸受を通して内部
で発生した熱を有効に真空容器の外部に導いて冷却する
ことができる。軸受の内部から出てきた液体金属潤滑剤
は多重安全の為の液体金属潤滑剤吸収機構に閉じ込めら
れることにより軸受機構の外部の真空空間に飛散しない
ので本発明のＸ線ＣＴスキャナは十分な信頼性を保って
安定に動作することができる。外部に機械的な回転機構
がなく、これに関連した電源や電子回路は静止状態で使
用できるので全体として信頼性がよく、Ｘ線ＣＴスキャ
ナ全体がコンパクトになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＸ線ＣＴスキャナの概略の断面を表す図
である。

【図２】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生
器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナの全体構造体の
主要部の断面である。

【図３】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生
器、及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナの原理を説明す
る図である。

【図４】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器
の、ある瞬間において鉛直上方に位置する一部分の断面
を拡大した図である。

【図５】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器
の主要部である軸受機構の部分を拡大した断面図であ
る。

【図６】本発明に係わるカソードスキャン型Ｘ線発生器
に関する図５の一部を更に拡大した断面図である。

【符号の説明】

ＡＢＧ陽極側の軸受機構ＡＲ陽極側回転体組立Ｂ寝台ＣＢＧ陰極側の軸受機構ＣＲ陰極側回転体組立ＤＢ後方検出器組立ＤＦ前方検出器組立Ｄ１検出器ＤＦ，ＤＢの一部Ｄ２検出器ＤＦ，ＤＢの一部Ｄ３検出器ＤＦ，ＤＢの一部ＥＧ電子銃組立Ｆ１Ｘ線焦点Ｆ２Ｘ線焦点Ｆ３Ｘ線焦点ＨＴ高電圧端子ＬＭ１円弧状のステータＬＭ２円弧状のステータＭ被検体ＲＴ１ロータＲＴ２ロータＳＬ１陰極給電機構ＳＬＴスリットＴＧＸ線ターゲットＶＣ排気口ＶＶ真空容器ＷＦファン方向分布整形器ＸＷＸ線放出窓１陰極２電子ビーム１０１軸受固定体１０２軸受回転体１０３ラジアル軸受ギャップの鉛直上方部分１０４第一スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直上
方部分１０５端部ギャップの鉛直上方部分１０６第二スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直上
方部分１０７端部ギャップの鉛直上方部分１０８ラジアル軸受ギャップの鉛直下方部分１０９第一スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直下
方部分１１０端部ギャップの鉛直下方部分１１１第二スラスト軸受の軸受ギャップの鉛直下
方部分１１２端部ギャップの鉛直下方部分１２０環状の軸受開口１２１環状の軸受開口２１７回転トルク伝達機構２２０絶縁体３００出口通路３０１出口通路５０１液体金属潤滑剤吸収路５０２空洞５０３液体金属潤滑剤吸収路５０４空洞５０５液体金属潤滑剤吸収路５０６空洞５０７液体金属潤滑剤吸収路５０８空洞１００１従来のＸ線ＣＴスキャナの固定架台１００２従来のＸ線ＣＴスキャナの回転架台１００３従来のＸ線ＣＴスキャナの軸受１００４従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線管１００５従来のＸ線ＣＴスキャナのＸ線１００６従来のＸ線ＣＴスキャナの検出器１００７従来のＸ線ＣＴスキャナの電子回路１００８従来のＸ線ＣＴスキャナの制御器１００９従来のＸ線ＣＴスキャナの回転駆動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を真空の状態に保持して真空空間を
形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
部の真空空間において真空容器の中心軸と同軸的に回転
できるように支承された陰極側回転体組立と、この陰極
側回転体組立の一部に取り付けられた電子銃組立と、こ
の電子銃組立に取り付けられており電子を放出する陰極
と、この陰極に前記の真空容器の外部から給電する為の
陰極給電機構の回転部分と、前記の陰極の周回軌道を含
む面と対面して取り付けられた環状のＸ線ターゲット
と、このＸ線ターゲットの表面で発生したＸ線を前記の
真空容器の外に取り出す為のＸ線放出窓と、前記の陰極
側回転体組立に回転力を与える回転駆動機構と、前記の
陰極側回転体組立を真空容器内で回転自在に支承する軸
受機構と、前記の陰極給電機構の回転部分を真空容器内
で回転自在に支承する軸受機構とを有して構成されてお
り、これらの軸受機構の内の少なくとも一方の軸受機構
は、この軸受機構を固定する部分である軸受固定体と、
この軸受固定体に嵌め合わされて回転する軸受回転体と
を有し、これらの軸受固定体と軸受回転体との間には動
作時に液体である液体金属を潤滑剤とした複数の動圧滑
り軸受が構成されており、これらの動圧滑り軸受はギャ
ップを有して対向する軸受面を有しており、これらの軸
受面の少なくとも一方にはヘリンボーン状の軸受溝が設
けられており、前記の動圧滑り軸受のいずれか２個は、
前記の軸受回転体と前記の軸受固定体とに挟まれて出来
ている出口通路を通じて前記の真空空間に通じており、
この出口通路の途中に、前記の液体金属潤滑剤を非可逆
的に閉じ込める液体金属潤滑剤吸収機構が設けられたこ
とを特徴とするカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこ
れを使ったＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項２】内部を真空の状態に保持して真空空間を
形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
部の真空空間において真空容器の中心軸と同軸的に回転
できるように支承された陽極側回転体組立と、この陽極
側回転体組立に取り付けられた環状のＸ線ターゲット
と、このＸ線ターゲットの表面に対向した軌道を成して
周回できるように取り付けられた電子銃組立と、この電
子銃組立に取り付けられており電子を放出する陰極と、
この陰極に前記の真空容器の外部から給電する為の陰極
給電機構と、前記のＸ線ターゲットの表面から発生した
Ｘ線を前記の真空容器の外に取り出す為のＸ線放出窓
と、前記の陽極側回転体組立に回転力を与える回転駆動
機構と、前記の陽極側回転体組立を真空容器内で回転自
在に支承する軸受機構とを有して構成されており、この
軸受機構は、この軸受機構を固定する部分である軸受固
定体と、この軸受固定体に嵌め合わされて回転する軸受
回転体とを有し、これらの軸受固定体と軸受回転体との
間には動作時に液体である液体金属を潤滑剤とした複数
の動圧滑り軸受が構成されており、これらの動圧滑り軸
受はギャップを有して対向する軸受面を有しており、こ
れらの軸受面の少なくとも一方にはヘリンボーン状の軸
受溝が設けられており、前記の動圧滑り軸受のいずれか
２個は、前記の軸受回転体と前記の軸受固定体に挟まれ
て出来ている出口通路を通じて前記の真空空間に通じて
おり、この出口通路の途中に前記の液体金属潤滑剤を非
可逆的に閉じ込める液体金属潤滑剤吸収機構が設けられ
たことを特徴とするカソードスキャン型Ｘ線発生器、及
びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項３】前記の液体金属潤滑剤吸収機構は、前記
の出口通路よりも半径が大きい位置に入り口を持ち、こ
の入り口よりも半径が大きい方向に閉じた状態で前記の
軸受回転体に設けられた空洞と、この空洞の入り口と前
記の出口通路とを連結する液体金属潤滑剤吸収路とで構
成されており、この液体金属潤滑剤吸収路は前記の液体
金属潤滑剤で濡れない表面を持っていることを特徴とす
る特許請求項１または２のいずれか１つに記載のカソー
ドスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴス
キャナ。
【請求項４】前記の液体金属潤滑剤吸収路は、ギャッ
プまたは細孔から成っており、前記の空洞内に溜まった
液体金属潤滑剤が外部に出るのを妨げる大きさの表面張
力が働くことを特徴とする特許請求項３に記載のカソー
ドスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ線ＣＴス
キャナ。
【請求項５】前記の液体金属潤滑剤吸収路は、前記の
軸受回転体が回転したときに、前記の空洞の外にある液
体金属潤滑剤を遠心力で前記の空洞の中に移動させるよ
うに作られていることを特徴とする特許請求項４に記載
のカソードスキャン型Ｘ線発生器、及びこれを使ったＸ
線ＣＴスキャナ。
【請求項６】前記の空洞の内表面は前記の液体金属潤
滑剤で濡れる面をもっていることを特徴とする特許請求
項３又は４のいずれか１つに記載のカソードスキャン型
Ｘ線発生器及びこれを使ったＸ線ＣＴスキャナ。
【請求項７】内部を真空の状態に保持して真空空間を
形成するドーナツ形状の真空容器と、この真空容器の内
部の真空空間において真空容器の中心軸と同軸的に回転
できるように支承された陰極側回転体組立と、この陰極
側回転体組立の一部に取り付けられた電子銃組立と、こ
の電子銃組立に取り付けられており電子を放出する陰極
と、この陰極に前記の真空容器の外部から給電する為の
陰極給電機構の回転部分と、前記の陰極から放出されて
加速された電子を取り出す為の電子線放出窓と、前記の
陰極側回転体組立に回転力を与える回転駆動機構と、前
記の陰極側回転体組立を真空容器内で回転自在に支承す
る軸受機構と、前記の陰極給電機構の回転部分を真空容
器内で回転自在に支承する軸受機構とを有して構成され
ており、これらの軸受機構の内の少なくとも一方の軸受
機構は、この軸受機構を固定する部分である軸受固定体
と、この軸受固定体に嵌め合わされて回転する軸受回転
体とを有し、これらの軸受固定体と軸受回転体との間に
は動作時に液体である液体金属を潤滑剤とした複数の動
圧滑り軸受が構成されており、これらの動圧滑り軸受は
ギャップを有して対向する軸受面を有しており、これら
の軸受面の少なくとも一方にはヘリンボーン状の軸受溝
が設けられており、前記の動圧滑り軸受のいずれか２個
は、前記の軸受回転体と前記の軸受固定体とに挟まれて
出来ている出口通路を通じて前記の真空空間に通じてお
り、この出口通路の途中に、前記の液体金属潤滑剤を非
可逆的に閉じ込める液体金属潤滑剤吸収機構が設けられ
たことを特徴とする電子線照射装置。