JP2003017294A

JP2003017294A - Ｘ線撮影装置およびその制御方法

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Publication number: JP2003017294A
Application number: JP2001199813A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】陽極ターゲットを回転起動させる電力を小さ
くでき、小型化したＸ線撮影装置およびその制御装置を
提供すること。【解決手段】Ｘ線管およびＸ線管の回転体を回転させ
る回転トルクを発生するステータを備えたＸ線管装置１
８と、Ｘ線管装置１８が放射したＸ線２３によるＸ線像
を検出するＸ線検出器１９と、Ｘ線管装置１８およびＸ
線検出器１９が取り付けられ、所定の軸Ｏａを中心にし
て回転する架台回転部１５とを具備したＸ線撮影装置に
おいて、Ｘ線管の回転体を回転停止状態から回転状態へ
と立ち上げるためのステータへの電力の供給を架台回転
部１５の回転中に行う。

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、陽極ターゲット
を回転可能に支持する回転機構に動圧式すべり軸受が用
いられているＸ線管を備えたＸ線撮影装置およびその制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線撮影装置は被撮影物をＸ線で撮影す
る装置で、医療用や工業用の診断装置などに広く利用さ
れている。Ｘ線撮影装置のＸ線放射源にはＸ線管が使用
され、ＣＴスキャナのように大量のＸ線を必要とするＸ
線撮影装置には、回転陽極型Ｘ線管が多く使用されてい
る。

【０００３】回転陽極型Ｘ線管は、Ｘ線を放出する円盤
状の陽極ターゲットおよび電子ビームを発生する陰極を
真空容器内に対向させて配置し、真空容器外に陽極ター
ゲットを回転させるステータを配置した構造になってい
る。陽極ターゲットは回転機構によって回転可能に支持
され、回転機構は陽極ターゲットが連結された回転体お
よびこの回転体に嵌合した固定体などから構成されてい
る。また、回転体と固定体間などに軸受が設けられてい
る。

【０００４】上記した構成において、回転陽極型Ｘ線管
を動作させる場合、ステータが発生する回転磁界によっ
て陽極ターゲットを高速で回転させる。この状態で、陽
極ターゲットに対し陰極から電子ビームを照射し、陽極
ターゲットからＸ線を放射させる。

【０００５】なお、回転陽極型Ｘ線管を用いたＸ線撮影
装置たとえばＣＴスキャナは、特開昭５８−２３１９９
号公報、特開昭６２−６９４９５号公報、特開平６−１
９６１１３号公報、あるいは、米国特許第５１４０２４
６号明細書などに開示されている。

【０００６】また、陽極ターゲットを回転可能に支持す
る回転機構の軸受には、ボールベアリングのようなころ
がり軸受、あるいは、軸受面にらせん溝を形成し、ガリ
ウム（Ｇａ）やガリウム−インジウム−錫（Ｇａ−Ｉｎ
−Ｓｎ）合金などの少なくとも動作中は液状となる液体
金属潤滑剤をらせん溝などに満たす動圧式すべり軸受が
用いられている。

【０００７】ころがり軸受を有する回転陽極型Ｘ線管を
Ｘ線放射源として用いた場合、ボールベアリングの回転
抵抗が比較的小さいため、回転陽極型Ｘ線管を搭載した
ＣＴスキャナの架台回転部が回転しても、陽極ターゲッ
トの回転数はほとんど低下しない。そのため、陽極ター
ゲットの回転数を短時間に１５０ｒｐｓまたはそれ以上
の回転数まで上昇させ、この回転数を維持しながらＸ線
を放出させ、所要時間継続して断層撮影などを行うこと
ができる。

【０００８】しかし、ころがり軸受を用いる場合、ボー
ルベアリング中の潤滑剤たとえば固体軟金属が飛散し消
耗すると、寿命が短縮するという問題がある。したがっ
て、Ｘ線撮影の前後では、陽極ターゲットを支持する回
転機構の動作を停止させている。そして、Ｘ線撮影の直
前、停止状態にある陽極ターゲットを動作させ回転数を
短時間に上昇させ、Ｘ線撮影の終了後は、電気的ブレー
キなどを用いてできるだけ早く回転機構の動作を停止さ
せている。

【０００９】動圧式すべり軸受を有する回転陽極型Ｘ線
管をＸ線放射源として用いた場合、動圧式すべり軸受
は、回転機構を構成する回転体および固定体のたとえば
一方の軸受面に、ヘリンボンパターンのらせん溝を２０
μｍ程度の深さに形成し、このらせん溝や軸受間隙など
に液体金属潤滑剤を供給して構成される。そして、回転
体の高速回転によって軸受部分に所要の動圧を発生さ
せ、回転体および固定体間の軸受面に約１０乃至２０μ
ｍの間隙を保持し、回転体と固定体を実質的に非接触で
回転させている。

【００１０】なお、動圧式すべり軸受を構成するらせん
溝の形状や寸法、動作中の軸受間隙の寸法は、Ｘ線管の
使用中の設置条件および回転体の重量などを考慮し、最
適な動圧が発生するように設計される。

【００１１】動圧式すべり軸受を用いた回転陽極型Ｘ線
管は、たとえば特公昭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、あるいは特開平２−２２７
９４８号の各公報に開示されている。

【００１２】ここで、従来のＸ線撮影装置について、動
圧式すべり軸受を有する回転陽極型Ｘ線管をＸ線放射源
としたＣＴスキャナを例にとり、その回転駆動制御方法
を図８で説明する。図８（ａ）の縦軸はステータコイル
に加える印加電圧（Ｖ）、横軸は時間（ｔ）を示してい
る。図８（ｂ）の縦軸は陽極ターゲットの回転数（ｒｐ
ｓ）およびＣＴスキャナの架台回転数（ｒｐｍ）、横軸
は時間（ｔ）を示している。

【００１３】ＣＴスキャナは、被撮影物を中心にして回
転する架台回転部などから構成され、架台回転部に、Ｘ
線放射源である回転陽極型Ｘ線管および被撮影物を透過
したＸ線を検出するＸ線検出器が取り付けられている。

【００１４】このような構成で、Ｘ線断層撮影の開始に
先立ち、図８（ａ）に示すように、ステータコイルにた
とえば２００Ｖの回転起動電圧（Ｖａ）を印加し、ステ
ータコイルに回転トルクを発生させ、回転陽極型Ｘ線管
の陽極ターゲットを回転させる。このとき、陽極ターゲ
ットの回転数は符号Ｔａで示すように上昇する。

【００１５】次に、陽極ターゲットが正常に回転してい
ることが確認されると、ステータコイルへの印加電圧を
符号Ｖｂで示すように１００Ｖに低下させる。このと
き、図８（ｂ）の符号Ｔｂで示すように、陽極ターゲッ
トは約６０ｒｐｓで連続回転する。ステータコイルに印
加される１００Ｖという値は、回転陽極型Ｘ線管が取り
付けられた架台回転部が静止した状態で、Ｘ線放射時に
必要とされる陽極ターゲットの回転数たとえば約６０ｒ
ｐｓが得られる値になっている。

【００１６】次に、Ｘ線断層撮影を開始する場合、たと
えば時間ａで、架台回転部の回転駆動機構に回転開始の
制御信号を送り、架台回転部を回転させる。図８（ｂ）
の符号Ｂａで示すように、架台回転部は回転数を上げ、
その後、符号Ｂｂで示すように一定の高速回転数に保た
れる。

【００１７】このとき、架台回転部を回転させると同時
に、符号Ｖｃで示すように、ステータコイルに印加され
る電圧を自動的にたとえば１２０Ｖに切り換え、陽極タ
ーゲットを支持する回転機構に対する回転トルクを増加
させる。その後、架台回転部の回転が終了するまで、ス
テータコイルは１２０Ｖの電圧が印加される。

【００１８】ステータコイルの印加電圧を１２０Ｖに上
げる理由は、架台回転部が回転すると、架台回転部に固
定された回転陽極型Ｘ線管に遠心力が発生し、その影響
で、図８（ｂ）の一点鎖線Ｔｒで示すように、陽極ター
ゲットの回転数が約５０ｒｐｓに低下する場合があり、
ステータコイルの回転トルクを増加し、回転数の低下を
防止するためである。したがって、陽極ターゲットの回
転数に与える遠心力の影響が少ない場合は、ステータコ
イルの印加電圧を増加させることなく、符号Ｖｅで示す
ように、一定の値たとえば１００Ｖに維持される。

【００１９】次に、架台回転部が高速回転している状態
で、たとえば時間ａから時間ｃまでの所要時間（Ｘ）に
わたり、回転陽極型Ｘ線管の陽極や陰極に所定の電源電
圧を加え、Ｘ線を放射させＸ線撮影が行われる。Ｘ線を
放出する時間（Ｘ）は、たとえばヘリカルスキャンモー
ド撮影の場合は約１分間である。

【００２０】次に、Ｘ線放出が終了した後、時間ｄで架
台回転部の回転を停止させる。このとき、符号Ｖｄで示
すように、ステータコイルの印加電圧は元の１００Ｖに
自動的に切換えられ、陽極ターゲットは約６０ｒｐｓの
回転を継続し、次のＸ線撮影に備えられる。

【００２１】陽極ターゲットの回転数は、ステータコイ
ルへの印加電圧を増加させた際に回転トルクの増大で一
時的に上昇し、また、架台回転部の回転を停止させた際
も遠心力の影響の低下で一時的に上昇する。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】回転陽極型Ｘ線管は、
陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構に動圧式
すべり軸受が用いられていると、陽極ターゲットが回転
していない場合、回転機構を構成する回転側の軸受部材
と固定側の軸受部材が機械的に接触する。そのため、陽
極ターゲットを回転停止状態から起動させる場合、軸受
部に働く摩擦抵抗力がボールベアリングの場合よりも大
きくなり、陽極ターゲットを回転させるに必要な回転起
動電力が大きくなる。

【００２３】また、ＣＴスキャナは、被撮影物の多くの
部位からの断層像が短時間に得られるように、Ｘ線量の
増加が求められている。Ｘ線量を増加させると、陽極タ
ーゲットの重量が大きくなり、陽極ターゲットの回転起
動時に生じる摩擦抵抗力が増大する傾向にある。

【００２４】したがって、動圧式すべり軸受を有する回
転陽極型Ｘ線管をＸ線放射源として用いた場合、陽極タ
ーゲットの起動時など、ステータコイルに電源電圧を供
給するステータ用電源に高い出力パワーが必要となる。
その結果、電源の重量が増え形状が大形化し、電源を搭
載する架台部分が大形化するという問題がある。このよ
うな問題は、ＣＴスキャナに限らず、動圧式すべり軸受
を用いた回転陽極型Ｘ線管を使用したＸ線撮影装置に共
通する。

【００２５】本発明は、上記した欠点を解決し、陽極タ
ーゲットの回転起動時に必要とされる電力を小さくし、
小型化したＸ線撮影装置およびその制御方法を提供する
ことを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｘ線を放射
する陽極ターゲット、この陽極ターゲットが連結された
回転体、この回転体とともに前記陽極ターゲットを回転
可能に支持する回転機構を構成する固定体、前記回転体
および前記固定体間に設けられた動圧式すべり軸受を有
するＸ線管と、所定電源から供給される電力によって前
記Ｘ線管の回転体を回転させる回転トルクを発生するス
テータと、前記陽極ターゲットが放射したＸ線の進行方
向に位置するＸ線検出器と、前記Ｘ線管および前記ステ
ータが所定位置に取り付けられ、所定の軸を中心にして
回転する回転構造体とを具備したＸ線撮影装置におい
て、前記Ｘ線管の回転体を回転停止状態から回転状態へ
と立ち上げる前記ステータへの電力の供給を前記回転構
造体の回転中に行う電源制御装置を設けたことを特徴と
している。

【００２７】また、この発明は、Ｘ線を放射する陽極タ
ーゲット、この陽極ターゲットが連結された回転体、こ
の回転体とともに前記陽極ターゲットを回転可能に支持
する回転機構を構成する固定体、前記回転体および前記
固定体間に設けられた動圧式すべり軸受を有するＸ線管
と、所定電源から供給される電力によって前記Ｘ線管の
回転体を回転させる回転トルクを発生するステータと、
前記陽極ターゲットが放射したＸ線の進行方向に位置す
るＸ線検出器と、前記Ｘ線管および前記ステータが所定
位置に取り付けられ、所定の軸を中心にして回転する回
転構造体とを具備したＸ線撮影装置の制御方法におい
て、前記Ｘ線管の回転体を回転停止状態から回転状態へ
と立ち上げる回転トルクを発生させる電力を前記ステー
タコイルに供給する第１工程と、この第１工程中に前記
回転構造体を回転させる第２工程とを有している。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、Ｘ線
断層撮影を行うＣＴスキャナを例にとり図１を参照して
説明する。符号１１はＣＴスキャナを構成する架台で、
架台１１中央にドーム１２が設けられている。このドー
ム１２内に、ベッド１３およびベッド１３に載せられた
被撮影物１４が進退する構造になっている。

【００２９】架台１１内部に回転構造体たとえばリング
状の架台回転部１５が設けられている。架台回転部１５
は複数の回転駆動装置１６に連結され、Ｘ線撮影時な
ど、回転駆動装置１６の回転によって被撮影物１４のま
わりを矢印１７方向に回転する。架台回転部１５の所定
位置に、Ｘ線を放射するＸ線管を組み込んだＸ線管装置
１８が配置されている。被撮影物１４を挟んでＸ線管装
置１８の反対側には、放射されたＸ線の進行方向にＸ線
検出器１９が配置されている。Ｘ線管装置１８およびＸ
線検出器１９は同じ位置関係を保ったまま被撮影物１４
のまわりを回転する。Ｘ線検出器１９に、コンピュータ
画像信号処理装置２０およびＣＲＴモニタ２１が順に接
続されている。架台回転部１５の回転中心軸ＯａとＸ線
管装置１８を構成するＸ線管の陽極ターゲット２２の回
転軸Ｏｂは、平行またはほぼ平行に設定されている。

【００３０】また、ＣＴスキャナに電源装置１００が設
けられている。電源装置１００は、各装置の立ち上げや
立ち下げなど、その駆動状態を制御する主電源制御装置
１０１、および、Ｘ線管装置２０によるＸ線の放射状態
を制御するＸ線放射制御装置１０２、Ｘ線管装置２０に
組み込まれたステータに駆動電力を供給し、陽極ターゲ
ット２２の回転状態などを制御するステータ駆動電源制
御装置１０３、陽極ターゲット２２の回転状態などを検
出する回転状態検出装置１０４、回転駆動装置１６の回
転状態を制御する架台回転制御装置１０５などから構成
されている。

【００３１】主電源制御装置１０１は、コンピュータ画
像信号処理装置２０およびＣＲＴモニタ２１、Ｘ線放射
制御装置１０２、ステータ駆動電源制御装置１０３、架
台回転制御装置１０５をたとえばＯＮ、ＯＦＦ状態に設
定するなど、これら各装置の立ち上げや立ち下げなどを
制御している。

【００３２】回転状態検出装置１０４は、Ｘ線管装置１
８のステータたとえばステータコイルに供給される駆動
電力をもとにステータ消費電力を検出し、陽極ターゲッ
ト２２の回転数や回転抵抗、動圧式すべり軸受の回転状
態などを検出する。ステータ消費電力は、ステータ駆動
電源制御装置１０３の出力端からみた負荷回路たとえば
ステータコイルに消費される電力で、ステータ消費電力
と陽極ターゲットの回転数の間には図２に示すような関
係がある。

【００３３】図２の縦軸は陽極ターゲットの回転数（ｒ
ｐｓ）、横軸はステータ消費電力Ｐ（Ｗ）を示し、軸受
動作が正常で陽極ターゲットが高速で回転する場合、ス
テータ消費電力Ｐは小さくなる。軸受動作が異常で軸受
の回転部分を回転させるトルクが増加し、あるいは軸受
の回転部分の回転が停止する場合、ステータ消費電力Ｐ
は大きくなる。したがって、ステータ消費電力Ｐを検出
すれば、陽極ターゲットの回転状態たとえば軸受動作が
正常か否かが検出される。

【００３４】たとえば、ステータに所定の電圧が印加さ
れ、軸受動作が正常で、軸受の回転部分の回転数がたと
えば６０ｒｐｓの場合のステータ消費電力を基準消費電
力Ｐｓとする。このとき、ステータに対する印加電圧の
大きさが同じで、ステータ消費電力が基準消費電力Ｐｓ
以下の場合、軸受動作は正常ＯＫと判定される。軸受動
作が正常ＯＫと判定されると、回転状態検出装置１０４
からＸ線放射制御装置１０２に対し、Ｘ線管装置１８に
よるＸ線放射を許可する許可信号が送られる。

【００３５】一方、ステータに所定の電圧が印加され、
ステータ消費電力が基準消費電力Ｐｓよりも大きい場
合、軸受動作が異常ＮＧと判定される。軸受動作が異常
ＮＧと判定されると、回転状態検出装置１０４からＸ線
放射制御装置１０２に対し、Ｘ線管装置１８がＸ線を放
射しないように、Ｘ線管への高電圧の供給を禁止する不
許可信号が送られる。

【００３６】Ｘ線放射制御装置１０２に許可信号が送ら
れると、その後、所定の時点で、Ｘ線放射制御装置１０
２はＸ線管装置１８に対し駆動用電源電圧を供給し、点
線で示したファンビーム状のＸ線２３を放出させる。Ｘ
線２３は被撮影物１４を透過し、被撮影物１４のＸ線像
がＸ線検出器１９に入力し、Ｘ線検出器１９からＸ線画
像信号が出力される。Ｘ線画像信号はコンピュータ画像
信号処理装置２０で画像処理され、画像処理された画像
出力信号はＣＲＴモニタ２１に送られ、その表示画面上
に被撮影物の断層画像が表示される。

【００３７】ここで、ＣＴスキャナを構成するＸ線管装
置１８について図３を参照して説明する。収容容器３０
の内部に回転陽極型Ｘ線管３１および絶縁油（図示せ
ず）が収納されている。回転陽極型Ｘ線管３１は絶縁支
持体３２、３３を介して収容容器３０に固定されてい
る。回転陽極型Ｘ線管３１は、真空容器３４、陽極ター
ゲット２２、回転体３５、陰極３６、Ｘ線放射窓３７な
どから構成され、陽極側接続ケーブル受３８ａおよび陰
極側接続ケーブル受３８ｂを通して陽極および陰極に電
源電圧が供給される。収容容器３０の外部に、陽極ター
ゲット２２など回転部分を回転させるステータ３９が設
けられている。ステータ３９は鉄心３９ａおよびステー
タコイル３９ｂなどから構成されている。

【００３８】上記のＸ線管装置１８はＣＴスキャナの架
台回転部１５（図１）に取り付けられ固定されている。
そのため、ヘリカルスキャンモードなどで、架台回転部
１５が回転すると、矢印Ｆで示すように、図示上方たと
えば外方向に向う遠心力が作用する。

【００３９】次に、Ｘ線管装置１８を構成する回転陽極
型Ｘ線管３１について、その要部を抜き出した図４を参
照して説明する。真空容器３４の内部に重金属からなる
円盤状陽極ターゲット２２が配置され、陽極ターゲット
２２は回転シャフト４１を介して円筒状回転体３５と一
体的に連結している。陽極ターゲット２２の焦点軌道面
に対向して、電子ビームを放出する陰極３６が配置され
ている。回転体３５の内側に円柱状の固定体４２が嵌合
され、回転体３５および固定体４２は陽極ターゲット２
２を回転可能に支持する回転機構を構成している。回転
体３５の開口部にスラストリング４３が固着されてい
る。固定体４２の端部は陽極端子４２ａとして利用さ
れ、その一部は真空容器３４のガラス円筒容器部３４ａ
に気密接合されている。

【００４０】陽極ターゲット２２や回転シャフト４１な
どとともに回転部分を構成する回転体３５およびスラス
トリング４３と固定体４２との対向部分に、前述の各公
報に示されるような一対のラジアル方向の動圧式すべり
軸受４４、４５、および、スラスト方向の動圧式すべり
軸受４６、４７が設けられている。ラジアル方向の動圧
式すべり軸受４４、４５は、固定体４２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４４
ａ、４５ａと回転体３５の内周軸受面とで構成されてい
る。

【００４１】１つのスラスト方向の動圧式すべり軸受４
６は、固定体４２の図示左側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３５
の底面とで構成される。もう１つのスラスト方向の動圧
式すべり軸受４７は、スラストリング４３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４２の肩部の軸受面とで構成されている。

【００４２】軸受面に形成されるらせん溝は約１０乃至
２０μｍの深さを有し、回転部分および固定部分のそれ
ぞれの軸受面は、動作中、約１０乃至２０μｍの軸受間
隙が保たれる。

【００４３】回転陽極型Ｘ線管３１の回転中心軸Ｏｂ上
に位置する固定体４２は、その中心部分に軸方向にくり
抜かれた孔で潤滑剤収容室４８が形成されている。固定
体４２は外周壁の中間部がわずかにテーパ状に削られて
径小部４９が設けられている。径小部４９で形成される
円筒状の空間に液体金属潤滑剤の一部が溜まるようにな
っている。また、潤滑剤収容室４８と径小部４９による
空間とを結んで４つの放射方向通路５０が等角度で対称
的に形成されている。

【００４４】上記した回転部分と固定部分との間の隙間
および各軸受のらせん溝、潤滑剤収容室４８、径小部４
９の空間、放射方向通路５０を含む内部空間に、Ｇａ−
Ｉｎ−Ｓｎ合金からなる液体金属潤滑剤が供給されてい
る。液体金属潤滑剤の全体積は、たとえば上記の内部空
間の全容積の約６０％に相当する量になっている。

【００４５】回転体３５の主要部は３重の円筒で構成さ
れ、内側は鉄合金製の軸受円筒、中間は鉄からなる強磁
性体円筒、外側は銅円筒で、各円筒は一体的に結合され
ている。回転体３５は、これを取り巻くガラス円筒容器
部３４ａの外周に配置されたステータ３９と協動して電
磁誘導モータの回転子として動作する。

【００４６】ステータ３９は、ステータ駆動電源制御装
置１０３からステータコイル３９ｂに回転駆動電力が供
給されると回転磁界を発生し、陽極ターゲット２２を支
持するたとえば回転機構の回転体３５を回転させる回転
トルクを生起する。

【００４７】回転陽極型Ｘ線管３１たとえばその真空容
器３４や固定体４２の各部分は収容容器３０に機械的に
固定され、収容容器３０は架台回転部１５（図１）に固
定されている。また、回転体３５と固定体４２との間に
軸受間隙があり、陽極ターゲット２２や回転体３５など
の回転部分は実質的に固定体４２から浮いた状態になっ
ている。そのため、架台回転部１５が回転すると、陽極
ターゲット２２や回転体３５などの回転部分は、図示上
方に向う遠心力Ｆが働き固定体４２に押し付けられる形
になる。

【００４８】ここで、ＣＴスキャナの制御方法について
図５を参照して説明する。図５（ａ）の縦軸はＸ線管の
ステータコイルに対する印加電圧（Ｖ）、横軸は時間
（ｔ）を示している。図５（ｂ）の縦軸は陽極ターゲッ
トの回転数（ｒｐｓ）および架台回転部の回転数（ｒｐ
ｍ）を示し、横軸は時間（ｔ）を示している。

【００４９】たとえばＸ線断層撮影を行うその当日、ま
ず、主電源制御装置１０１を立ち上げ、さらに主電源制
御装置１０１の制御により、Ｘ線放射制御装置１０２や
ステータ駆動電源制御装置１０３などの各装置を立ち上
げる。

【００５０】次に、図５（ａ）に示すように、ステータ
駆動電源制御装置１０３からＸ線管装置１８のステータ
コイルに、たとえば１００Ｖの回転起動用電圧Ｖａ１を
印加し回転トルクを発生させる。ステータコイルに回転
起動用電圧Ｖａ１が印加された状態、たとえば回転起動
用電圧Ｖａ１の印加と同時に、架台回転制御装置１０５
から回転駆動装置１６に駆動電圧が供給され、回転駆動
装置１６が回転し、ＣＴスキャナの架台回転部１５が回
転を開始する。このとき、符号Ｂａ１で示すように、架
台回転部１５はたとえば約３６ｒｐｍの回転数でゆっく
り回転する。

【００５１】架台回転部１５が回転すると、前述したよ
うに、Ｘ線管装置１８たとえば陽極ターゲット２２や回
転体３５の回転部分に遠心力が働く。この場合、遠心力
の大きさを、回転部分の質量Ｍで除した値を遠心加速度
ｆと呼び、架台回転部１５がたとえば約３６ｒｐｍで回
転する場合に、遠心加速度ｆと重力加速度ｇが一致する
ように設定されている。

【００５２】ここで、回転部分の遠心加速度ｆと重力加
速度ｇとを合成した合成加速度Ｓの大きさについて図６
を参照して説明する。図６（ａ）は、架台回転部１５の
回転により、Ｘ線管が基準位置ｃから時計方向にたとえ
ば角度θだけ回転した状態を示し、遠心加速度ｆおよび
重力加速度ｇ、合成加速度Ｓは図のような関係になる。
図６（ｂ）の縦軸は合成加速度Ｓの大きさ、横軸は回転
角度θを示し、合成加速度Ｓと回転角度θは図のような
関係になる。

【００５３】図６（ｂ）に示すように、回転角度θが０
度から３６０度の範囲で変化すると、合成力は最小値０
から最大値２Ｍｇの間で変化する。ＣＴスキャナの架台
の最上部たとえば図６（ａ）の基準位置ｃにＸ線管が位
置する場合、遠心加速度ｆと重力加速度ｇが打ち消し合
い、合成力は最小値０となる。

【００５４】このようにＸ線管が基準位置ｃの近傍にあ
る場合、固体接触している回転側の軸受部材と固定側の
軸受部材間には押し合う力がほとんど働かない。そのた
め、ステータコイルに既に印加されているたとえば１０
０Ｖの電圧で発生する回転トルクによって回転部分が回
転し、陽極ターゲットが回転を始める。

【００５５】次に、回転状態検出装置１０４によって陽
極ターゲットが正常に回転しているかどうかが検出され
る。陽極ターゲットが正常に回転し、軸受動作が正常Ｏ
Ｋと判定された場合、架台回転制御装置１０５の制御で
架台回転部の回転を停止させる。また、Ｘ線管装置１８
によるＸ線放射すなわちＸ線管への高電圧の供給を許可
する許可信号がＸ線放射制御装置１０２に送られ、その
後は、いつでも断層撮影などが可能な待機状態となる。

【００５６】なお、軸受動作が異常ＮＧと判定された場
合、架台回転制御装置１０５の制御により、軸受動作が
正常ＯＫと判定されるまで、架台回転部１５は毎秒約３
６ｒｐｍの回転を継続する。

【００５７】陽極ターゲットが正常の回転状態に入った
後も、ステータコイルに対する印加電圧は符号Ｖａ１で
示すように１００Ｖに維持される。この１００Ｖという
値は、架台回転部が静止した状態で、Ｘ線放射時に必要
とされる陽極ターゲットの回転数たとえば約６０ｒｐｓ
が得られる値になっている。したがって、図５（ｂ）の
符号Ｔａで示すように、陽極ターゲットは約６０ｒｐｓ
で回転を継続する。

【００５８】次に、Ｘ線断層撮影を開始する場合、たと
えば時間ａで、架台回転制御装置１０５の制御で回転駆
動装置１６を回転させ、架台回転部１５を回転させる。
このとき、図５（ｂ）の符号Ｂａ２で示すように、架台
回転部１５はＸ線管の回転部分を起動させる場合の回転
数Ｂａ１よりも高い回転数で回転し、その後、時間ｄま
で一定の回転数Ｂａ１が維持される。

【００５９】また、架台回転部１５を回転させると同時
に、符号Ｖａ２で示すようにステータコイルに印加する
電圧が自動的にたとえば１２０Ｖに切り換えられ、陽極
ターゲットを含む回転部分に対する回転トルクを増加さ
せる。その後、架台回転部１５の回転が終了するまで、
ステータコイルに１２０Ｖの電圧が印加される。

【００６０】ステータコイルの印加電圧を１２０Ｖに上
げる理由は、架台回転部が回転すると、架台回転部に固
定された回転陽極型Ｘ線管に遠心力が発生し、陽極ター
ゲットの回転数が低下する場合があり、ステータコイル
が発生する回転トルクを増加し、陽極ターゲットの回転
数の低下を防止するためである。したがって、陽極ター
ゲットの回転数に与える遠心力の影響が少ない場合は、
ステータコイルの印加電圧を高くせず、一定の値たとえ
ば１００Ｖのまま維持される。

【００６１】次に、架台回転部が回転している状態で、
たとえば時間ｂから時間ｃまでの所要時間（Ｘ）にわた
り、Ｘ線放射制御装置１０２の制御で、回転陽極型Ｘ線
管の陽極や陰極などに所定の電源電圧が供給される。こ
れによってＸ線管装置がＸ線を放射し、Ｘ線撮影が行わ
れる。Ｘ線を放射する時間（Ｘ）は、たとえばヘリカル
スキャンモード撮影の場合は約１分間である。

【００６２】次に、Ｘ線放射が終了し、Ｘ線撮影が終了
した後、時間ｄで架台回転部の回転を停止させる。この
とき、ステータコイルの印加電圧は、符号Ｖａ３で示す
ように、元の１００Ｖに自動的に切換えられる。陽極タ
ーゲットは約６０ｒｐｓの回転を継続し、次のＸ線撮影
に備えられる。

【００６３】なお、陽極ターゲットの回転数は、ステー
タコイルへの印加電圧を増加させた場合に回転トルクが
増大し一時的に上昇する。架台回転部の回転を停止させ
た場合も、遠心力の影響が低下し回転数は一時的に上昇
する。

【００６４】上記した構成によれば、ステータたとえば
ステータコイルに電圧を印加し、回転トルクを発生させ
た状態で、架台回転部を回転させている。そして、Ｘ線
管の回転部分の遠心加速度ｆと重力加速度ｇの打ち消し
合いを利用して、Ｘ線管の回転部分を起動させている。
このため、従来技術のように、ステータに印加する電圧
を高くし、回転トルクを増加させる必要がなくなる。

【００６５】その結果、陽極ターゲットを回転可能に支
持する回転機構に動圧式すべり軸受が設けられている場
合に、陽極ターゲットを回転させる回転起動電力を小さ
くでき、電源の重量や形状が小型化し、さらに、電源を
搭載するＸ線撮影装置も小型化する。

【００６６】次に、本発明の他の実施形態について図７
を参照して説明する。この実施形態の場合、Ｘ線管の回
転部分の起動時に架台回転部を回転させ、その後、架台
回転部の回転を停止させることなく架台回転部を高速回
転させ、Ｘ線撮影に移行している。

【００６７】この場合、Ｘ線撮影時における架台回転部
の高速回転による遠心力の影響を考慮し、符号Ｖｂ１で
示すように、架台回転部の停止時に印加される１００Ｖ
の電圧よりも高いたとえば１２０Ｖの起動電圧をステー
タコイルに印加し、回転トルクを発生させている。そし
て、ステータコイルに起動電圧（Ｖｂ１）が印加された
状態で、符号Ｂｂ１で示すように、架台回転部をたとえ
ば３６ｒｐｍで回転させ、Ｘ線管の回転部分を起動し、
陽極ターゲットを回転させている。

【００６８】その後、符号Ｔｂで示すように陽極ターゲ
ットが正常の回転状態に入ると、架台回転部の回転を停
止させることなく、符号Ｂｂ２で示すように、断層撮影
時に必要な回転数たとえば約１００ｒｐｍに上昇させ
る。そして、架台回転部の回転数が上昇した状態で、断
層撮影などのＸ線撮影が行われる。

【００６９】Ｘ線撮影が終了すると、符号Ｖｂ２で示す
ように、ステータコイルに印加する電圧を１００Ｖに切
り換え、また、架台回転部の回転を停止させる。

【００７０】その後、次の断層撮影時に、符号Ｂｂ３で
示すように、架台回転部を回転させ、これに合わせて、
符号Ｖｂ３で示すようにステータコイルに印加する電圧
を１２０Ｖに切り換え、Ｘ線撮影が行われる。

【００７１】なお、上記の実施形態において、陽極ター
ゲットを回転させた後、主電源を遮断する時または遮断
する直前まで陽極ターゲットの回転を継続させれば、陽
極ターゲットの停止時に発生する軸受部分の回転部材と
固定部材の接触回数が少なくなり、軸受の寿命が長くな
る。

【００７２】また、上記の実施形態では、架台回転部の
回転速度を、Ｘ線管の回転部分の遠心加速度ｆと重力加
速度ｇが互いに打ち消し合う大きさに設定している。し
かし、架台回転部を回転させれば、Ｘ線管の回転部分の
遠心加速度ｆと重力加速度ｇに打ち消し合いが発生す
る。そのため、架台回転部の回転速度は、必ずしも、遠
心加速度ｆと重力加速度ｇが完全に打ち消し合う大きさ
に設定する必要はない。

【００７３】また、上記の実施形態は、Ｘ線撮影装置が
ＣＴスキャナの場合で説明している。しかし、本発明は
その他のＸ線撮影装置、たとえば所定の軸を中心に回転
する回転構造体たとえばＣアームにＸ線管を垂直に取り
付けた多目的診断装置にも適用できる。多目的診断装置
の場合、Ｃアームの回転方向に対し垂直方向に回転陽極
型Ｘ線管の回転軸が向いている。また、端部が上下方向
に起倒する寝台に連結してＸ線管を取り付けたＸ線診断
装置、あるいは、Ｃアームに沿ってＸ線管を取り付けた
循環器診断装置にも適用できる。これらの装置は、寝台
や架台などの回転構造体の回転方向に沿う方向に回転陽
極型Ｘ線管の回転軸が向いている。また、Ｃアームが多
次元の動きを同時に行なう構成、あるいは、架台回転部
の回転方向に対し回転陽極型Ｘ線管の回転軸が斜めに取
り付けられた構成の装置などにも適用できる。

【００７４】なお、ステータが発生する回転トルクの大
きさは、ステータに供給する電力や電圧、電流、周波数
のいずれか１つ、あるいは、これらのいくつかを組み合
わせて調整することによって制御できる。

【００７５】また、Ｘ線撮影が終了した後、主電源やス
テータへの印加電圧がＯＦＦになった状態で、Ｘ線撮影
装置が液体金属潤滑剤の融点よりも低い環境中に置か
れ、液体金属潤滑剤が凍る場合がある。このような場合
には、Ｘ線撮影装置を立ち上げる前に、必要に応じて液
体金属潤滑剤の解凍工程が設けられる。たとえばＸ線管
の管内や管外に、加熱コイルおよび熱放射体、高周波放
射体のような熱源を設ける方法、あるいは、陰極フィラ
メントの熱放射を利用する方法、動圧軸受部の潤滑剤の
温度を直接的または間接的に検出できるようにし、予め
ステータコイルに電流を供給して軸受部の損失熱を利用
して金属潤滑剤を熱し、液体金属潤滑剤の温度が融点以
上に達した後に陽極ターゲットを回転させる方法などで
ある。

【００７６】

【発明の効果】この発明によれば、陽極ターゲットを回
転起動させる電力を小さくでき、小型化したＸ線撮影装
置およびその制御方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。

【図２】本発明の実施形態の動作を説明する特性図であ
る。

【図３】本発明の実施形態に使用されるＸ線管装置を示
す断面図である。

【図４】本発明の実施形態に使用されるＸ線管を示す断
面図である。

【図５】本発明の実施形態の動作を説明するシーケンス
制御図である。

【図６】本発明の実施形態における回転部分に作用する
力を説明する図である。

【図７】本発明の他の実施形態の動作を説明するシーケ
ンス制御図である。

【図８】従来例の動作を説明するシーケンス制御図であ
る。

【符号の説明】

１１…架台１３…寝台１４…被撮影物１５…架台回転部１６…主電源制御装置１７…架台回転部の回転方向１８…Ｘ線管装置１９…Ｘ線検出器２２…陽極ターゲット３１…回転陽極型Ｘ線管３４…真空容器３５…回転体３６…陰極３９…ステータ４２…固定体Ｏａ…架台回転部の回転中心軸Ｏｂ…陽極ターゲットの回転中心軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を放射する陽極ターゲット、この陽
極ターゲットが連結された回転体、この回転体とともに
前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構を構
成する固定体、前記回転体および前記固定体間に設けら
れた動圧式すべり軸受を有するＸ線管と、所定電源から
供給される電力によって前記Ｘ線管の回転体を回転させ
る回転トルクを発生するステータと、前記陽極ターゲッ
トが放射したＸ線の進行方向に位置するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管および前記ステータが所定位置に取り付けら
れ、所定の軸を中心にして回転する回転構造体とを具備
したＸ線撮影装置において、前記Ｘ線管の回転体を回転
停止状態から回転状態へと立ち上げる前記ステータへの
電力の供給を前記回転構造体の回転中に行う電源制御装
置を設けたことを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２】Ｘ線を放射する陽極ターゲット、この陽
極ターゲットが連結された回転体、この回転体とともに
前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構を構
成する固定体、前記回転体および前記固定体間に設けら
れた動圧式すべり軸受を有するＸ線管と、電力の供給に
よって前記Ｘ線管の回転体を回転させる回転トルクを発
生するステータと、前記陽極ターゲットが放射したＸ線
の進行方向に位置するＸ線検出器と、前記Ｘ線管および
前記ステータが所定位置に取り付けられ、所定の軸を中
心にして回転する回転構造体と、前記ステータに電力を
供給するステータ用電源と、このステータ用電源を立ち
上げる主電源とを具備したＸ線撮影装置において、前記
Ｘ線管の回転体を回転停止状態から回転状態へと立ち上
げる前記ステータへの電力の供給を前記回転構造体の回
転中に行い、かつ、前記主電源が遮断する時または遮断
する直前まで前記ステータ用電源から前記ステータへの
電力を供給を継続させる電源制御装置を設けたことを特
徴とするＸ線撮影装置。
【請求項３】陽極ターゲットおよび回転構造体は、両
者の回転軸が平行またはほぼ平行になるように配置され
ている請求項１または請求項２記載のＸ線撮影装置。
【請求項４】陽極ターゲットおよび回転構造体は、両
者の回転軸が垂直またはほぼ垂直になるように配置され
ている請求項１または請求項２記載のＸ線撮影装置。
【請求項５】Ｘ線を放射する陽極ターゲット、この陽
極ターゲットが連結された回転体、この回転体とともに
前記陽極ターゲットを回転可能に支持する回転機構を構
成する固定体、前記回転体および前記固定体間に設けら
れた動圧式すべり軸受を有するＸ線管と、所定電源から
供給される電力によって前記Ｘ線管の回転体を回転させ
る回転トルクを発生するステータと、前記陽極ターゲッ
トが放射したＸ線の進行方向に位置するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管および前記ステータが所定位置に取り付けら
れ、所定の軸を中心にして回転する回転構造体とを具備
したＸ線撮影装置の制御方法において、前記Ｘ線管の回
転体を回転停止状態から回転状態へと立ち上げる回転ト
ルクを発生させる電力を前記ステータコイルに供給する
第１工程と、この第１工程中に前記回転構造体を回転さ
せる第２工程とを有するＸ線撮影装置の制御方法。
【請求項６】第１工程および第２工程でＸ線管の回転
体が回転状態へと移行した後、回転構造体の回転を停止
する第３工程を有する請求項５記載のＸ線撮影装置の制
御方法。
【請求項７】第３工程の後、回転構造体を第２工程よ
りも高速に回転させる第４工程を有する請求項６記載の
Ｘ線撮影装置の制御方法。
【請求項８】第４工程中に陽極ターゲットからＸ線を
放射させる第５工程を有する請求項７記載のＸ線撮影装
置の制御方法。
【請求項９】第１工程および第２工程でＸ線管の回転
体が回転状態へと移行した後、回転構造体の回転を停止
させることなく、前記回転構造体を前記第２工程よりも
高速に回転させる第６工程を有する請求項５記載のＸ線
撮影装置の制御方法。
【請求項１０】第６工程中に陽極ターゲットからＸ線
を放射させる第７工程を有する請求項９記載のＸ線撮影
装置の制御方法。
【請求項１１】第２工程における回転構造体の回転速
度を、前記回転構造体の回転によってＸ線管の回転部分
に働く遠心力と前記Ｘ線管の前記回転部分に働く重力が
打ち消し合いまたはほぼ打ち消し合う大きさに設定する
第８工程を有する請求項５、６、７、９のいずれか１つ
に記載のＸ線撮影装置の制御方法。