JPH09237694A - Ｘ線断層像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、高いＸ線管陽極ターゲット回転
駆動効率が得られ、且つこの陽極回転駆動電源から発生
する電気的ノイズがＸ線画像信号処理等に悪影響を及ぼ
さないＸ線断層像撮影装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 この発明は、架台回転部１５に搭載され
たＸ線管装置１９の回転陽極型Ｘ線管３１が回転体及び
固定体の嵌合部の軸受間隙に液体金属潤滑剤が供給され
た動圧式すべり軸受を有するＸ線管であり、Ｘ線管陽極
回転駆動電源装置２１がステータコイル３６に供給する
平衡３相のパルス状回転駆動電力を出力するインバータ
回路を有するとともに架台回転部に取り付けられてスリ
ップリング１７を介して入力電源が供給されて動作する
Ｘ線断層像撮影装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｘ線断層像撮影
装置に係わり、とくに動圧式すべり軸受を有する回転陽
極型Ｘ線管が架台回転部に搭載された撮影装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＴスキャナとして普及しているＸ線断
層像撮影装置には、Ｘ線放射源として回転陽極型Ｘ線管
が組み込まれている。この回転陽極型Ｘ線管は、周知の
ように、円盤状の陽極ターゲットを、相互間に軸受を有
する回転体および固定体で機械的に支え、回転体の位置
に対応する真空容器外に配置したステータの電磁コイル
に回転駆動電力を供給して高速回転させながら、陰極か
ら電子ビームを放出させて陽極ターゲットに当て、Ｘ線
を放射する。

【０００３】回転陽極型Ｘ線管の軸受部は、玉軸受のよ
うなころがり軸受や、軸受面にらせん溝を形成するとと
もにガリウム（Ｇａ）、又はガリウム−インジウム−錫
（Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ）合金のような、少なくとも動作中
は液状となる液体金属潤滑剤を用いた動圧式すべり軸受
で構成される。後者のすべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ
線管は、例えば特公昭６０−２１４６３号、特開昭６０
−９７５３６号、特開昭６０−１１７５３１号、特開昭
６０−１６０５５２号、特開昭６２−２８７５５５号、
特開平２−２２７９４７号、或いは特開平２−２２７９
４８号等の各公報に開示されている。

【０００４】従来一般的な玉軸受を有する回転陽極型Ｘ
線管の場合は、Ｘ線管陽極ターゲットの回転駆動制御に
あたって、玉軸受の潤滑剤等の損耗を防止するためにＸ
線撮影の前後は回転を極力停止するように制御してい
る。そのため、Ｘ線撮影すなわちＸ線曝射の直前に陽極
ターゲットを急速に回転始動し、Ｘ線曝射が終了した後
は制動をかけて極力早期に回転停止させるように制御し
ている。

【０００５】それに対して、上記の動圧式すべり軸受を
有するＸ線管では、例えば１日単位のＸ線撮影業務の
間、常時、Ｘ線管陽極ターゲットを連続回転させること
が、軸受部の液体金属潤滑剤の凍結を防止したり、或い
は迅速で安定なＸ線撮影に対応できるので推奨されてい
る。

【０００６】回転陽極型Ｘ線管のステータコイルに供給
する駆動電力は、これまでは商用周波数の単相であり、
コンデンサによって分相してステータのメインコイルと
サブコイルに供給するのが一般的である。しかしこの方
式は、Ｘ線管陽極回転駆動電源が簡略になるとは言え、
回転駆動電力の総合効率が低いという不都合がある。

【０００７】一方、例えばＣＴスキャナにおいては、被
撮影物を数十秒間にわたって間欠モード或いはヘリカル
スキャンモードで実質的に連続撮影を行うのが普通であ
る。このようなＸ線断層像撮影装置においては、架台回
転部にＸ線管装置やＸ線検出器等を搭載し、これらを架
台回転部と一緒に回転させる構造が採用される。そのた
め、Ｘ線管装置への電力供給、或いはＸ線検出器からの
出力画像信号を、架台回転部に取り付けたスリップリン
グとこれに接触する架台固定部のブラシからなる接触端
子とを介して外部電源装置や画像信号処理装置に電気的
に接続する必要がある。このような構造に関しては、既
に多くの発明がなされている。例えば、特開平５−７５
８１号公報には、Ｘ線管装置とともにそれに供給する高
電圧用のインバータ電源を架台回転部に搭載したＣＴス
キャナが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の各特
許公報に開示されている動圧式のすべり軸受を有する回
転陽極型Ｘ線管は、軸受損失が玉軸受よりも大きく、ま
た従来の単相コイルでは高い回転駆動効率が得にくい不
都合がある。また、架台回転部に搭載したＸ線管装置
に、スリップリングを介して駆動電力を供給する構成で
は、Ｘ線画像信号に種々の電気的ノイズ成分が混入しや
すい不都合がある。とくに、スリップリングは、直径の
大きい架台回転部の全周にわたって配置されているの
で、一種の無線アンテナの作用をする。そのため、この
スリップリングに高周波ノイズ成分が載ると画像信号系
や装置制御信号系に無視できない悪影響を及ぼすことに
なる。

【０００９】ところが、上述のように、動圧式のすべり
軸受を有する回転陽極型Ｘ線管を搭載したＸ線装置で
は、Ｘ線曝射時を含めて陽極ターゲットを常時回転させ
るのが普通であるので、その回転駆動電源から発する電
気的ノイズが画像信号系や装置の動作制御信号系に悪影
響を与える確率が高い。

【００１０】この発明は、以上のような事情に管がみて
なされたものであり、高いＸ線管陽極ターゲット回転駆
動効率が得られ、且つ陽極回転駆動電源から発生する電
気的ノイズがＸ線画像信号系や装置の動作制御信号系に
悪影響を及ぼすことを抑制することができるＸ線断層像
撮影装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、架台回転部
に搭載されたＸ線管装置の回転陽極型Ｘ線管が回転体及
び固定体の嵌合部の軸受間隙に液体金属潤滑剤が供給さ
れた動圧式すべり軸受を有するＸ線管であり、Ｘ線管陽
極回転駆動電源装置がステータコイルに供給する平衡３
相のパルス状回転駆動電力を出力するインバータ回路を
有するとともにこれが架台回転部に取り付けられてスリ
ップリングを介して入力電力が供給されて動作するＸ線
断層像撮影装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下その実施例を図面を参照して
説明する。なお同一部分は同一符号であらわす。概略構
成を示す図１のＣＴスキャナすなわちＸ線断層像撮影装
置は、架台１１の中央部に形成されたドーム１２の内側
に、進退移動可能なベッド１３及びその上に載せられた
被撮影物１４が入る構造になっている。架台１１の内部
には、リング状の枠からなる架台回転部１５が配置さ
れ、これはＸ線撮影時に主電源・制御装置１６からの制
御で被撮影物１４のまわりを矢印Ｒのように回転するよ
うになっている。

【００１３】架台回転部１５には、全周に適当な本数の
スリップリング１７が取り付けられており、これに接す
る電源用接触端子１８を経て主電源・制御装置１６から
入力電力が伝達されるようになっている。またこの架台
回転部１５には、点線で示すファンビーム状のＸ線
（Ｘ）を被撮影物の方向に放射するＸ線管装置１９、こ
れにＸ線放射のための陰極加熱電圧及び電子ビーム加速
用高電圧を供給するためのＸ線管用電源装置２０、及び
Ｘ線管の陽極ターゲットを回転駆動するためのＸ線管陽
極回転駆動電源装置２１、並びにＸ線管装置と反対側に
Ｘ線検出器２２がそれぞれ取り付けられており、Ｘ線撮
影時に被撮影物１４のまわりを一緒に回わるようになっ
いる。

【００１４】架台回転部１５に搭載されているＸ線管用
電源装置２０、及びＸ線管陽極回転駆動電源装置２１の
一次入力電力は、スリップリング１７を介して主電源・
制御装置１６から供給される。また、Ｘ線検出器２２か
ら得られるＸ線画像信号は、架台回転部１５に搭載され
た画像信号記憶変換処理装置２３で適当に信号処理さ
れ、スリップリング１７及び画像信号用接触端子２４を
介してコンピュータ画像信号処理装置２５に供給されて
処理され、その画像出力信号がＣＲＴモニタ２６に送ら
れて被撮影物の断層画像が表示されるようになってい
る。なお、Ｘ線検出器から出力されるＸ線画像信号は、
例えば架台回転部の信号処理装置２３で光信号に変換し
て図示しない光伝送装置によってコンピュータ画像信号
処理装置２５に伝送するように構成してもよい。

【００１５】なお、Ｘ線管装置に高電圧を供給してＸ線
を曝射しＸ線撮影をする間は、高電圧電源から高周波成
分を含む電気的ノイズが発生しやすいので、この期間は
Ｘ線画像信号を架台回転部に搭載した画像信号記憶変換
装置に一時的に記憶させ、Ｘ線管への高電圧印加が終了
した後にこの画像信号をスリップリング等を介して外部
の画像信号処理装置に転送する構成にしてもよく、それ
によれば、電気的ノイズの混入をいっそう確実に防止す
ることができる。

【００１６】さて、Ｘ線管装置１９は、図２に示すよう
に、回転陽極型Ｘ線管３１がＸ線管収容容器３２の内部
に固定され、且つこの容器の内部に絶縁油３３が詰めら
れている。またこのＸ線管装置１９は、Ｘ線管の回転体
４３及び陽極ターゲット４２を回転させるためのステー
タ３６を備えている。なお、同図の符号３７はＸ線管の
真空容器、４５は陰極、３９はＸ線放射ゲート、４０は
陽極側接続ケーブル受、４１は陰極側接続ケーブル受を
あらわしている。ステータ３６は、鉄芯３６ａ及びそれ
に巻かれたステータコイル３６ｂを有し、これにＸ線管
陽極回転駆動電源装置２１から回転駆動電力が供給され
る。

【００１７】回転陽極型Ｘ線管３１は、その要部を図３
に示すように、真空容器３７の内部に重金属からなる円
盤状陽極ターゲット４２が円筒状回転体４３の一端に突
設された回転シャフト４４に一体的に固定されている。
また、陽極ターゲット４２の焦点軌道面に対向して、電
子ビームを放出する陰極４５が配置されている。

【００１８】円筒状回転体４３の内側には、円柱状の固
定体４６が同軸状に嵌合されており、回転体の開口部に
スラストリング４７が固定されている。固定体４６の端
部は、陽極端子４６ａになっており、その一部は真空容
器のガラス円筒容器部３７ａに気密接合されている。回
転体４３と固定体４６との嵌合部分には、前述の各公報
に示されるような各一対のラジアル方向の動圧式すべり
軸受４８，４９、及びスラスト方向の動圧式すべり軸受
５０，５１が設けられている。

【００１９】ラジアル方向の動圧式すべり軸受４８，４
９は、鉄合金製の固定体４６の外周軸受面に形成された
２組のヘリンボンパターンのらせん溝４８ａ，４９ａ
と、回転体の内周軸受面とで構成される。また、一方の
スラスト方向の動圧式すべり軸受５０は、固定体４６の
先端軸受面に形成されたサークル状のヘリンボンパター
ンらせん溝と回転体の底面とで構成される。また、他方
のスラスト方向動圧式すべり軸受５１は、回転体の一部
となるスラストリング４７の軸受面に形成されたサーク
ル状のヘリンボンパターンらせん溝と固定体の肩部の軸
受面とで構成される。なお、各動圧軸受を構成する軸受
面に形成されている各らせん溝は、およそ２０μｍの深
さを有している。

【００２０】これら回転体及び固定体の嵌合部に設けら
れた各動圧軸受の軸受面は、回転動作中、およそ２０μ
ｍの軸受間隙を保つようになっている。固定体４６の中
心部分には、軸方向にくり抜かれた孔からなる潤滑剤収
容室５２が形成されている。また、この固定体の中間部
の外周壁がわずかにテーパ状に削られて径小部４６ｂが
形成され、それによって構成される円筒状の空間に潤滑
剤の一部が溜まるようになっている。また、中心部分の
潤滑剤収容室５２から径小部４６ｂの空間に通じる４つ
の放射方向通路５３が等角度で対称的に形成されてい
る。そして、回転体と固定体との間の隙間や、各軸受の
らせん溝、潤滑剤収容室５２、径小部４６ｂの空間、及
び放射方向通路５３を含む内部空間には、Ｇａ−Ｉｎ−
Ｓｎ合金からなる液体金属潤滑剤が供給されている。こ
の金属潤滑剤の全体積は、上記の内部空間の全容積のお
よそ６０％に相当する量である。

【００２１】回転体４３の主要部は、３重の円筒からな
り、最内側が鉄合金製の軸受円筒で、その外側が鉄から
なる強磁性体円筒、最外側が銅円筒であり、一体的に結
合されている。これらは、回転体４３を取り巻くガラス
円筒容器部３７ａの外周に配置されたステータ３６と協
動して電磁誘導モータの回転子として動作する。

【００２２】そこで、ステータ３６の電磁コイル３６ｂ
は、図４に示すように、Ｙ結線の３相巻線からなり、Ｘ
線管陽極回転駆動電源装置２１から平衡３相電力が供給
されるようになっている。回転駆動電源装置２１は、ス
リップリングを介して商用の正弦波の一次入力電力が供
給される整流回路２１ａ、インバータ回路２１ｂ、電力
検出回路２１ｃを備え、そのパルス波形からなる平衡３
相出力がＸ線管装置１９の内部のステータコイル３６ｂ
に供給されるようになっている。なお、この回転駆動電
源装置２１は、ステータコイル３６ｂへの供給電力又は
周波数を、主電源・制御装置１６からの供給制御信号に
より可変できるようになっている。

【００２３】さらに、このＸ線管陽極回転駆動電源装置
２１及びその出力ケーブルは、高周波ノイズ成分が外部
に放射されないように、電波シールド材からなるケース
２１ｄで覆われ、出力のシールドケーブルとともに接地
されている。それによって、Ｘ線管陽極ターゲットを連
続的に回転させるように回転駆動電力をステータコイル
に連続的又は短い周期で間欠的に供給しても、回転駆動
電源装置で発生する電気的ノイズ成分がＸ線画像信号系
や装置の種々の制御信号系に悪影響を与えることを防止
することができる。

【００２４】なお、Ｘ線管陽極回転駆動電源装置の少な
くとも一部の回路素子を、電波シールド作用を兼ね備え
ているＸ線管収容容器３２の内部に収容した構成にする
こともできる。それによって、よりコンパクトで且つ電
気的ノイズがＸ線管装置の外部に放射されにくいＸ線撮
影装置とすることができる。

【００２５】このＣＴスキャナは、Ｘ線断層像の撮影の
際、架台回転部を回転させるとともに、Ｘ線管の陽極タ
ーゲットを例えば３０００ｒｐｍで回転させながら陰極
及び陽極に所要の動作電圧を供給してＸ線を放射させ
る。そして、その日の撮影業務の終了までＸ線管の陽極
ターゲットが回転を続けるように、ステータコイルに、
常時、回転駆動電源装置から連続的または短い周期で間
欠的に回転駆動電力が供給されるようになっている。そ
れによって、動圧すべり軸受の動作を維持する金属潤滑
剤は、常に液状に保たれて、正常な軸受動作が維持され
るとともに、撮影が必要な時に直ちにＸ線管に高電圧を
供給してＸ線曝射を行うように制御することができる。

【００２６】ところで、上述の実施例のような液体金属
で潤滑される動圧すべり軸受を有する回転陽極型Ｘ線管
を搭載したＸ線撮影装置において、ステータコイルにイ
ンバータで変換されたパルス状の平衡３相電力を供給す
る構成であるため、高い回転トルクを得ることができる
とともに高い回転駆動効率が得られ、且つ回転数の制御
やステータコイルの消費電力の検出も比較的簡便な回路
構成で可能である。

【００２７】また、この撮影装置によれば、ステータコ
イルに、常時、Ｘ線管陽極回転駆動電力を供給して連続
回転させても、この回転駆動電源装置が架台回転部に搭
載されるとともにスリップリング等を介さずにＸ線管装
置にその陽極回転駆動電力を直接的に供給する構成であ
るので、高周波ノイズが画像信号系や装置制御信号系等
に悪影響を与えず、高品位の断層像が再構成される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
Ｘ線管陽極ターゲットを回転駆動する回転駆動電源装置
からの電気的ノイズの影響が少なく、且つ高い回転駆動
効率が得られ、高品位の断層像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略構成図。

【図２】図１のＸ線管装置を示す概略縦断面図。

【図３】図２のＸ線管を示す縦断面図。

【図４】図１の陽極回転駆動電源装置の構成を示すブロ
ック回路図。

【符号の説明】

１４…被撮影物 １５…架台回転部 １７…スリップリング ３１…回転陽極型Ｘ線管 ４２…陽極ターゲット ４３…回転体 ４６…固定体 ３６…ステータ ３６ｂ…ステータコイル ２１…Ｘ線管陽極回転駆動電源装置 ２１ｂ…インバータ回路 ２１ｄ…シールドケース ３２…Ｘ線管収容容器 ４５…陰極 ４８，４９，５０，５１…動圧式すべり軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 立也 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須電子管工場内 (72)発明者 北出 康一 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須電子管工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被撮影物のまわりを回転できるように設
   けられた架台回転部と、この架台回転部に搭載されたＸ
   線管収容容器及びその内部に固定された回転陽極型Ｘ線
   管並びにステータコイルを備えるＸ線管装置と、上記架
   台回転部に設けられ上記Ｘ線管装置に動作電力を伝達す
   るスリップリングと、上記Ｘ線管装置のステータコイル
   に上記Ｘ線管の陽極を回転させる駆動電力を供給するよ
   うに電気的に接続されたＸ線管陽極回転駆動電源とを具
   備するＸ線断層像撮影装置において、 上記回転陽極型Ｘ線管は、陽極ターゲットが固定された
   回転体、この回転体に同軸状に嵌合する固定体、及びこ
   れら回転体と固定体との嵌合部の軸受間隙に所定の融点
   をもつ液体金属潤滑剤が供給された動圧式すべり軸受を
   有するＸ線管であり、 上記Ｘ線管陽極回転駆動電源装置は、上記ステータコイ
   ルに供給する平衡３相のパルス状回転駆動電力を出力す
   るインバータ回路を有するとともに上記架台回転部に取
   り付けられて上記スリップリングを介して入力電力が供
   給されて動作することを特徴とするＸ線断層像撮影装
   置。
2. 【請求項２】 上記Ｘ線管陽極回転駆動電源装置は、そ
   の少なくとも一部の回路素子が電波シールド材からなる
   ケース内に収容されている請求項１記載のＸ線断層像撮
   影装置。
3. 【請求項３】 上記陽極回転駆動電源装置は、その少な
   くとも一部の回路素子が上記Ｘ線管収容容器の内部に収
   容されている請求項１記載のＸ線断層像撮影装置。