JPH05299192A - Ｘ線発生装置、ｘ線診断装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】立ち上がり時間が短く、しかも消費電力の少な
いＸ線を提供する。同時に発熱等によるベアリング部分
の消耗を少なくしメンテナンス作業を減らす。 【構成】 三相モーター部１１の三相コイル１０に三相
電力を供給し、ターゲット１を回転させる。フィラメン
ト５にフィラメント用電極４から電流を流し加熱する。
このとき、カソード電極３に負の高電圧を、アノード電
極に正の高電圧を印加すると、フィラメント５から放出
された電子が加速されてターゲット１の焦点部分に衝突
し、Ｘ線を発生する。このＸ線は、Ｘ線照射口６より照
射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線発生装置のターゲ
ットを回転させるモーター及びモーターを回転させる制
御装置及び、このＸ線発生装置を用いたＸ線診断装置並
びにＸ線ＣＴ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線は、高速に加速した電子を物質に衝
突させることにより発生させることができる。実際に
は、真空管内に設けられた陰極（フィラメント）から電
子を放出させ、高電圧で加速して陽極（ターゲット）に
衝突させてＸ線を発生させている。

【０００３】このようなＸ線発生装置において、ターゲ
ットに衝突する電子の運動エネルギーがＸ線に変換され
る割合は１％以下であり、ほとんどは熱に変換される。
このためターゲットが極めて高温になる。特に、Ｘ線の
出力を大きくするとターゲットの温度が著しく上昇し、
ターゲットが溶解するという問題があった。

【０００４】そこで、このような問題を解決する手段と
して、円板状のターゲットをモーターにより回転させ、
この回転している円板状のターゲットの外周付近に加速
した電子を衝突させる方法がある。このようにターゲッ
トを回転させることにより電子が衝突する面積が実質的
に増加するため、小さな焦点で瞬間的な大負荷に耐えら
れるようになった。

【０００５】このようにターゲットを回転させるＸ線発
生装置では、ターゲットの半径を大きくすることにより
電子が衝突する面積を実質的に増加させることができる
ため、大型のターゲットを使用することによりＸ線発生
装置の出力を上げることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５は、従来のＸ線発
生装置で用いられていたコンデンサモーターの回路図で
ある。

【０００７】コンデンサモーター部２２は、主巻線２１
と補助巻線２０で構成されている。主巻線２１には、単
相電源１８より単相の交流電力が供給される。補助巻線
２０には、単相電源１８とコンデンサ１９が直列に接続
され、主巻線２１と位相の異なる単相電力が供給され
る。これにより、コンデンサモーター部２２に回転力が
発生し、ターゲットを回転する。

【０００８】このターゲットの回転数が低いと、発生す
る熱がうまく分散ず瞬間的にターゲットの一部分が高温
となり溶解する恐れがあるため、ターゲットの回転数が
規定回転数以上になるまでは、Ｘ線を発生させることが
できない。このターゲットが、静止している状態から規
定回転数になるまでの時間を立ち上がり時間といい、こ
の立ち上がり時間は、できるだけ短いほうが良い。

【０００９】しかしながら、従来用いられていたコンデ
ンサモーター部は、単相の交流電源で回転することがで
きるという利点があるが、反面、効率が悪く立ち上がり
時間が長くなるという問題があった。特にＸ線発生装置
の高出力化に伴い、ターゲットの大型化が進み、このた
めターゲットが規定回転数になるまでの立上がり時間が
さらに長くなっていた。

【００１０】このようなＸ線発生装置は、Ｘ線を被検体
に照射し、その投影像を表示するＸ線診断装置や、Ｘ線
を被検体に照射し、その投影データから被検体内部の断
層像を求めるＸ線ＣＴ装置に用いられている。このた
め、立上がり時間が長くなることにより診断時間が長く
なり被検者に与える精神的苦痛が大きくなっていた。ま
た、一人辺りの診断時間が長くなることにより、装置の
スループットが低下していた。

【００１１】この立ち上がり時間を短くするには、モー
ター部の容量を大きくしてターゲットを回転させれば良
いが、一般にコンデンサモーターは効率があまり良くな
いため、コンデンサモーター部の容量を大きくすると、
コンデンサモーター部からの発熱が増え、この熱により
ターゲットを支えるベアリング部分の劣化が早くなり、
Ｘ線発生装置の寿命を縮めるという問題が生じた。そこ
で本発明は、立ち上がり時間を短くすると同時に、モー
ター部からの発熱を減らすことにより長寿命化したＸ線
発生装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
するために、電子を放出する電子放出手段と、前記電子
放出手段から放出された電子を加速するための電子加速
手段と、前記電子加速手段により加速された電子を衝突
させることによりＸ線を発生するターゲットと、前記タ
ーゲットを三相電力を用いて回転させる回転手段と、を
備えたことを特徴とするＸ線発生装置を提供する。

【００１３】

【作用】電子放出手段より放出された電子を電子加速手
段で加速し、三相電力を用いる回転手段により回転する
ターゲットに衝突させることによりＸ線を発生させる。
このように三相電力を用いる回転手段を使用することに
より装置の立ち上がり時間を短くし、同時に消費電力を
減らすことができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明に関わるＸ線発生装置の断面
図である。ターゲット１は、タングステン等の耐熱性の
ある導電性材料を円板上にしたものである。

【００１５】三相モーター部１１は、ローター７と三相
コイル１０で構成されターゲット１を回転させる回転力
を発生させる。ターゲット１は、三相モーター部１１の
ローター７により支えられており、ローター７を回転さ
せることにより回転する。ロ−タ−７は、鉄、アルミニ
ウム等の導電性材料を円筒状にしたもので一端にターゲ
ット１を支えるための軸が設けられている。ローター７
は、アノード電極９にベアリング８を介して取り付けら
れており、自由に回転運動ができるようになっている。
三相コイル１０は、三相電源１２から供給される三相電
力により回転磁界を発生する。この回転磁界を、ロータ
ー７の円筒部分にかけると電磁誘導現象により回転力を
生じローター７が回転する。外囲気２は、ターゲット
１、フィラメント５、ローター７、ベアリング８を覆っ
ており、内部を真空に保っている。フィラメント５は、
フィラメント用電極４から供給される電流により加熱さ
れ電子が放出し易いようになっている。

【００１６】カソード電極３は、フィラメント５と電気
的に接続されており、カソード電極３に供給される高電
圧をフィラメント５に供給する。アノード電極９は、タ
ーゲット１と電気的に接続されており、アノード電極９
の供給される高電圧をターゲット１に供給する。

【００１７】このとき、カソード電極３に負の高電圧
を、アノード電極に正の高電圧を印加すると、フィラメ
ント５は負の電圧に帯電し、ターゲット１は正の電圧に
帯電する。これによりターゲット１とフィラメント５の
間に電界が発生する。この電界により、フィラメント５
から放出された電子が加速されてターゲット１の焦点部
分に衝突し、Ｘ線を発生する。このＸ線は、Ｘ線照射口
６より照射される。次に本発明に関わるＸ線発生装置の
三相コイル１０について説明する。図２は、三相コイル
１０の回路図を示している。

【００１８】三相コイル１０は、３つのコイル１３のそ
れぞれの一端を共通にし、Ｙ字状に結線にしたものであ
る。このとき、それぞれのコイルの他端に三相電源を加
えると、三相コイル１０は回転磁界を発生し、ローター
７を回転させる。

【００１９】このように三相電源を用いて回転力を発生
する三相モーター部は、従来の単相電源を用いて回転力
を発生させるコンデンサモーター部に比べ効率良く電力
を回転力に変換することができる。

【００２０】表１に三相モーター部１１を有するＸ線発
生装置とコンデンサモーター部を有するＸ線発生装置に
おける定常回転時の電力と立ち上がり時間に関する一実
測例を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の定常回転時の電力は、規定回転数で
ターゲット１を回転させ続けるために、どれだけの電力
を供給すれば良いかを表したものである。表１の立ち上
がり時間は、定常回転時の電力を測定したモーター部に
２００Ｖの電圧を印加したときの立上がり時間を示して
いる。

【００２３】コンデンサモーター部２２で規定回転数を
維持するためには６０Ｖの電圧で２５０Ｗの電力を供給
する必要があるのに対し、三相モーター部１１は４０Ｖ
の電圧で１００Ｗの電力を供給すれば規定回転数を維持
することができる。この供給された電力の一部は、ター
ゲット１を回転させるための運動エネルギーに変換さ
れ、残りは熱として放出される。

【００２４】ターゲット１を回転させ続けるために必要
な運動エネルギーは、三相モーター部１２を有するＸ線
発生装置とコンデンサモーター部２２を有するＸ線発生
装置でほぼ等しいため、モーター部に供給される電力が
大きいモーター部の方が発熱が多くなる。このことか
ら、表１の実測例では、三相モーター部１１は、コンデ
ンサモーター部に比べ半分以下の発熱であることが分か
る。この発熱はＸ線発生装置のベアリング８の寿命を縮
めるため、できるだけ少ない方が良い。

【００２５】三相モーター部１２は、従来のコンデンサ
モーター部２２に比べ発熱が少ないためベアリング８の
寿命を延ばすことができるため、装置のメンテナンス作
業を減らすことができる。このように発熱という点で、
三相モーター部１１は、コンデンサモーター部２２に比
べ非常に優れている。また、同時に定常回転時の消費電
力も大幅に減少させることができるため、Ｘ線発生装置
を長時間運用する際のランニングコストを少なくするこ
ともできる。さらに立ち上がり時間も、従来のコンデン
サモーターの半分の時間となるため、装置を駆動させて
からＸ線の照射を始めるまでの時間を短くすることがで
きる。

【００２６】このように三相モーター部１１を有するＸ
線発生装置は、発熱、消費電力、立上がり時間という点
で、従来のコンデンサモーター部２２を有するＸ線発生
装置に比べて優れている。次に、三相モーター部１１の
回転数を制御する方法について説明する。図３は、電圧
を切り替えることにより三相モーター部１１の回転数を
制御する回転制御部の回路構成図である。

【００２７】ターゲット１を停止している状態から規定
の回転数にする時は、切り替えスイッチ１５をａ側に投
入して、例えば２００Ｖの電圧を三相コイル１０に印加
し、規定回転数に達したら切り替えスイッチ１５をｂ側
に切り替え、変圧器１４により低下させた例えば４０Ｖ
の電圧を三相コイル１０に印加して使用する。

【００２８】このように始め高い電圧を三相コイル１０
に印加して始動することにより、規定回転数に達するま
での時間を短くすることができる。また、規定回転数に
達した後は、電圧を低くすることにより余計な電力の消
費を減らすことができると同時に三相モーター部１２か
らの発熱を減らすことができる。また、印加電圧を低く
することにより、三相モーター部１２の回転数が必要以
上に高くなることを防ぐことができる。三相モーター部
１２の回転数が必要以上に高くなるとベアリング８に掛
かる負担が大きくなり、ベアリング８の寿命を短くして
しまうことから、電圧を切り替えて必要以上に回転数が
上昇するのを防ぐことにより、装置のメンテナンス作業
を減らすことができるという効果がある。

【００２９】この様の電圧の切り替えは、手動により切
り替えスイッチ１３を切り替えて行うようにしても良い
し、三相モーター部１２に回転数検出器を設けて規定回
転数に達したときに自動的に切り替えても良い。また、
切り替えスイッチ１３をａ側に投入後、ある一定の時間
が経過したら自動的にｂ側に切り替えるようにしても良
い。

【００３０】さらに木目細く回転数を制御する方法とし
て、図４の回路構成図に示す回転数制御部のようにイン
バータ回路１６により三相コイル１０に印加する三相電
源の周波数のみを変化させる方法や、周波数及び電圧を
変化させる方法もある。図４のＸ線照射レベル設定器１
７は、発生するＸ線の強さを設定するための装置であ
る。

【００３１】インバータ回路１６は、Ｘ線照射レベル設
定器１７で設定されたＸ線照射レベルに基き、三相電源
の周波数及び電圧を無段階に変化する。このインバータ
回路１６からの出力を、三相コイル１０に印加すること
により、ターゲット１の回転数をＸ線照射レベルに対応
させて変化させることができる。

【００３２】ターゲット１の回転数は、Ｘ線の出力が大
きいときはターゲット１が溶解しないように高速で回転
させ、Ｘ線の出力が小さいときは消費電力や装置の寿命
という点から低い回転数で回転させることが望ましい。
このため、Ｘ線の出力が大きいときは、インバータ回路
１６からの出力される三相電源の周波数及び電圧を高く
し、Ｘ線の出力が小さいときは、インバータ回路１６か
らの出力される三相電源の周波数及び電圧を低くする。
これにより、ターゲット１の回転数は、Ｘ線の出力が大
きいときは高速で回転させ、Ｘ線の出力が小さいときは
低い回転数で回転させることができ、効率良くターゲッ
ト１の回転を制御できる。

【００３３】従来のコンデンサモーターにインバータ回
路で周波数及び電圧を変化させた電圧を印加して回転数
を制御する場合は、インバータ回路の出力周波数に応じ
てコンデンサ２０の容量を変える必要があったため、回
転数を無段階に制御するのは難しかった。しかし、本発
明の三相モーター部を有するＸ線発生装置では、コンデ
ンサを用いる必要が無いため容易に回転数の制御を行う
ことができる。

【００３４】このように上述したＸ線発生装置を、Ｘ線
診断装置やＸ線ＣＴ装置に使用することにより、Ｘ線診
断撮影や断層像撮影にかかる時間を短くすることがで
き、被検者に与える精神的苦痛を少なくすることができ
る。同時に、これらの装置のスループットを向上させる
ことができる。さらに、発熱が少ないためＸ線発生装置
部分の消耗を少なくでき、メンテナンスに要する費用及
び時間を少なくすることができる。また、消費電力が少
ないため装置のランニングコストを減らすことができ
る。

【００３５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施
例では、３つのコイルをＹ字状に結線していたが、Δ状
に結線したΔ結線により実施しても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、立
ち上がり時間が短く、消費電力の少ないＸ線発生装置を
提供することができる。また、モーター部からの発熱を
少なくすることができ、Ｘ線発生装置の寿命を長くする
ことができる。さらにモーター部の回転が制御が容易に
なるため、より消費電力を少なく、Ｘ線発生装置の寿命
を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わるＸ線発生装置の断面図である。

【図２】本発明に関わるＸ線発生装置の三相モーター部
の回路図である。

【図３】回転数制御部の一実施例を示す回路構成図であ
る。

【図４】回転数制御部の一実施例を示す回路構成図であ
る。

【図５】従来用いられていたコンデンサモーター部の回
路図である。

【符号の説明】

１ ターゲット ２ 外囲気 ３ カソード電極 ４ フィラメント用電極 ５ フィラメント ６ Ｘ線照射口 ７ ローター ８ ベアリング ９ アノード電極 １０ 三相コイル １１ 三相モーター部 １２ 三相電力 １３ コイル １４ 変圧器 １５ 切り替えスイッチ １６ インバータ回路 １７ Ｘ線照射レベル設定器 １８ 単相電源 １９ コンデンサ ２０ 補助巻線 ２１ 主巻線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子を放出する電子放出手段と、前記電
   子放出手段から放出された電子を加速するための電子加
   速手段と、前記電子加速手段により加速された電子を衝
   突させることによりＸ線を発生するターゲットと、前記
   ターゲットを三相電力を用いて回転させる回転手段と、
   を備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
2. 【請求項２】 前記三相電力の電圧を変化させる電圧制
   御手段を有する請求項１記載のＸ線発生装置。
3. 【請求項３】 前記三相電力の周波数を変化させる周波
   数変換手段を有する請求項１記載または請求項２記載の
   Ｘ線発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３いずれか１項記載
   のＸ線発生装置を備えたことを特徴とするＸ線診断装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３いずれか１項記載
   のＸ線発生装置を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装
   置。