JP4530452B2

JP4530452B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4530452B2
Application number: JP30861299A
Authority: JP
Inventors: 克典祐安; 祥司高村; 一成橘
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001120536A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線照射用のＸ線管と透過Ｘ線を検出するＸ線検出器とを対向した状態で両者を、または、Ｘ線管を回転枠に取り付け、この回転枠を被検体の周りを回転させて被検体の断層面の投影データを収集する形式のＸ線ＣＴ装置に係り、特には、回転枠の回転駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線ＣＴ装置は、図２に示すように、不図示の主枠（ガントリ）にベアリングを介して回転自在に支持されたリング型の回転枠１に大径のプーリ（大径プーリ）２が取り付けられており、この大径プーリ２とモータ4の回転軸に取り付けられた小径のプーリ（小径プーリ）５との間に伝動ベルト６が架け渡されている。なお、モータとしては、通常、サーボモータが使用されている。
【０００３】
回転枠１を駆動制御するＣＰＵ７からの回転制御指令信号がサーボコントローラ８を介してサーボドライバ９に与えられると、サーボモータ４が回転し、その回転軸に取り付けられた小径プーリ５が回転する。この小径プーリ５の回転は、伝動ベルト６を介して回転枠１に固定またはそれと一体の大径プーリ２に伝達され、回転枠１が回転する。サーボモータ４の回転速度（回転数）は、タコジェネレータ10で検出され、サーボコントローラ８に入力される。サーボコントローラ８はＣＰＵ７からの回転制御指令信号との差に基づいて制御信号を定め、これをサーボドライバ９を通じて、サーボモータ４に与え、ＣＰＵ７の制御指令信号に従って回転枠１の回転制御を行う。
【０００４】
なお、回転枠１には、第３世代のＸ線ＣＴ装置では、ファンビームＸ線を被検体に照射するＸ線管と被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とが互いに対向する状態に配置されており、第４世代のＸ線ＣＴ装置にあっては、Ｘ線管のみが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような回転制御機構を有するＸ線ＣＴ装置においては、停電でない正常時には、サーボモータ４、ＣＰＵ７、サーボコントローラ８、サーボドライバ９、コジェネレータ10で形成されるサーボ系によるサーボ制御でもって、サーボモータ（回転枠）の停止状態からの加速−データ収集時の定速回転−減速−サーボモータ４のブレーキ３による機械的拘束による停止（回転枠１の停止）、の一連の制御がＣＰＵ７の制御指令信号にしたがって行われる。なお、ブレーキとしては、通常、電流の遮断（オフ）でサーボモータの回転を拘束するオフブレーキが使用されている。
【０００６】
しかしながら、サーボモータ４の回転中に停電事故が発生すると、サーボ系のサーボ制御によるサーボモータ４の減速制御が機能せず、即ブレーキ３がサーボモータ４の回転を機械的に拘束することになるので、駆動系のサーボモータ４に付属するブレーキ３を破損、ないし、破壊させる、という問題がある。
すなわち、回転枠１はそれ自体でも重いが、それにＸ線管、Ｘ線検出器等が搭載されているためにかなりの重量となり、それの回転による慣性モーメントも非常に大なものとなる。
【０００７】
そのために、サーボモータ４（回転枠１）の回転中に停電事故が発生すると、サーボ系のサーボ制御による減速制御が行えず、回転中のサーボモータ４の回転をブレーキで３が機械的に拘束され、回転枠１の慣性モーメントによる大きな回転エネルギーが伝動ベルト６を介して小径プーリ５に伝達されることになる。
伝動ベルト６は、大径プーリ２とサーボモータ４の回転軸に取り付けられた小径プーリ５間に直に架け渡されているので、図示のように小径プーリ５の伝動ベルトに対する接触角度θ１が大きく、これにより両者の摩擦抵抗が大きいことから、回転枠１の慣性モーメントによる大きな回転エネルギーが伝動ベルト６を介して小径プーリ５伝達され、この大きな全てのエネルギーをサーボモータ４の回転を機械的に拘束して停止させるブレーキ３が受けることになる。
【０００８】
大重量の回転枠１の慣性モーメントによる回転エネルギーは、膨大であり、そのためにブレーキ３を破壊させてしまうことになり、撮像時間の短縮化のために回転枠の高速回転が求められていることから、ますます回転枠１の惰性回転で生じる慣性モーメントが大くなる傾向にあり、ブレーキ３の破壊がより問題となる。
【０００９】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回転枠の回転中に停電事故が発生してもモータの回転を停止させるブレーキを破損させる恐れのない回転駆動機構を備えたＸ線ＣＴ装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、回転枠と一体に回転する大径のプーリと、モータで駆動される小径のプーリとが伝動ベルトを介して連結され、前記モータの回転を機械的に拘束するブレーキを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記大径のプーリと小径のプーリとの間に、小径のプーリと伝動ベルトとの接触角度を小さくするアイドラープーリを介在させたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、小径のプーリのベルトに対する接触角度が小さくなろことから、摩擦抵抗が小さくなる。
したがって、回転枠の高速回転中に停電事故が発生し、回転枠、すなわち、モータの回転を機械的に拘束するブレーキがかかり、その状態で回転枠の惰性回転で生じる慣性モーメントによる大きな回転エネルギーが発生して、それが大径プーリと伝動ベルトを介して小径のプーリにかかっても、小径のプーリと伝動ベルトの間で滑りが生じ、この滑りで回転枠の慣性モーメントによる回転エネルギーが吸収されて、慣性モーメントによる大きな回転エネルギーの全てがブレーキにかかることがないので、それを破損させることがない。
【００１２】
なお、アイドラープーリは、小径のプーリの伝動ベルトに対する接触角度が、通常の回転時にモータで回転駆動される小径のプーリの回転力が伝動ベルトを介して大径のプーリに有効確実に伝達され、停電時のブレーキがかかった状態で、回転枠の高速惰性回転で生じる慣性モーメントによる大きな回転エネルギーが伝動ベルトを介して小径のプーリに伝達されても、小径プーリと伝動ベルトの間で滑りが生じてそれを吸収し、モータの回転を機械的に拘束してそれを停止させるブレーキが破損しない接触角度となる位置に配置される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は実施例に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す模式図で、１はリング型の回転枠で、この回転枠１は不図示の主枠（ガントリ）にベアリングを介して回転自在に保持されている。
回転枠１には、Ｘ線管２０とＸ線検出器２１とが対向するように装着されている。Ｘ線管２０は扇型に広がったＸ線ビームを発生し、Ｘ線検出器２１はこの扇型のＸ線ビームが入射するように弧状に形成され、その長さ方向に検出器のセルが多数配列された多チャンネル検出器となっており、この各チャンネルの検出信号がデータ収集部２２に導かれる。データ収集部２２は、各チャンネルの検出信号を増幅するプリアンプやＡ／Ｄ変換器などから構成されている。
【００１４】
さらに、回転枠１には、Ｘ線管２０に高電圧を供給する高電圧装置を構成するインバータユニット２３とトランスボックス２４とが取り付けられており、高電圧装置への外部からの電力の供給や多チャンネル検出器の検出データの外部への取り出しは、周知のスリップリング機構等を介して行われる。また、回転枠１には、インバータユニット２３等を制御するコントロール基板２５やＸ線管２０を冷却する熱交換器２６も搭載されている。
回転枠１の外周に形成された、または、回転枠１にボルト等で固定された大径のプーリ（大径プーリ）２と、サーボモータ４の回転軸に固定された小径のプーリ（小径プーリ）５の間に、アイドラープーリ１１を介在させて伝動ベルトとしてのＶベルト６が架け渡されている。なお、サーボモータ４やアイドラープーリ１１は、回転枠１の回転範囲外の固定部（主枠）に配置されている。
【００１５】
また、アイドラープーリ１１は、小径プーリ５のＶベルト６に対する接触角度θが、通常の回転時にサーボモータ４で回転駆動される小径プーリ５の回転駆動力がＶベルト６を介して大径プーリ２に有効確実に伝達され、且つ、停電時のサーボモータ４にブレーキがかかった状態で、回転枠の高速惰性回転で生じる回転による慣性モーメントによる大きな回転エネルギーがＶベルト６を介して小径プーリ５に伝達されても、小径プーリ５と伝送ベルト６の間で滑りが生じてそれを吸収し、サーボモータ４の回転を機械的に拘束するブレーキ３が破損しない接触角度となる位置に配置されている。
なお、図中、３、７、８、９、１０は、図２と同様、それぞれブレーキ（オフブレーキ）、ＣＰＵ、サーボコントローラ、サーボドライバ、回転速度を検出するタコジェネレータである。
【００１６】
このような構成の回転駆動機構を有するＸ線ＣＴ装置において、回転枠１を駆動制御するＣＰＵ７からの回転制御指令信号がサーボコントローラ８を介してサーボドライバ９に与えられると、サーボモータ４が回転し、その回転軸に取り付けられた小径プーリ５が回転する。この小径プーリ５の回転は、Ｖベルト６を介して回転枠１に固定されている大径プーリ２に伝達され、回転枠１が回転する。サーボモータ４の回転速度（回転数）は、タコジェネレータ１０で検出され、サーボコントローラ８に入力される。サーボコントローラ８は、ＣＰＵ７からの回転制御指令信号との差に基づいて制御信号を定め、これをサーボドライバ９を通じて、サーボモータ４に与え、ＣＰＵ７の回転制御指令信号に従って回転枠１の回転制御を行う。
【００１７】
回転枠１の回転制御は、停止時の回転速度（回転数）ゼロからの加速−定速回転−減速−サーボモータ４のブレーキ３による機械的拘束による停止であり、通常時には、これらの一連の制御は、ＣＰＵ７、サーボコントローラ８、サーボドライバ９、ＤＣサーボモータ４、コジェネレータ１０で形成されるサーボ系によるサーボー制御で行われ、減速さたサーボモータ４、すなわち、回転枠１は、ブレーキ３でもって機械的に拘束されて停止状態にされる。
このように、通常時には、サーボ制御で減速停止された後にブレーキによる機械的拘束でもって停止状態とされることから、回転枠１は惰性回転しないので、小径プーリ５を介して回転エネルギがブレーキ３に作用せず、ブレーキ３が損傷することはない。
【００１８】
しかしながら、回転枠１の回転中に停電事故が発生すると、サーボ制御による減速制御が行われずに、停電で電流が遮断されることでオフブレーキ３が働き、サーボモータ４（回転枠１）の回転を機械的に拘束するので、回転枠１の惰性回転で生じる慣性モーメントによる大きな回転エネルギーがＶベルト６を介して小径プーリ５に伝達され、この大きなエネルギーの全てをブレーキ３が受けることになる。
【００１９】
しかし、実施例では、大径プーリ２と小径プーリ５との間にアイドラープーリ１１が介在されていることから、このアイドラープーリ１１の作用で、小径プーリ５のＶベルト６に対する接触角度θが、大径プーリ２とサーボモータ４の回転軸に取り付けられた小径プーリ５に直に伝動ベルトが架け渡された図２に示す従来の小径プーリの伝動ベルトに対する接触角度θ１よりも小さく（θ＜θ１）されているので、小径プーリ５とＶベルト６間の摩擦抵抗が小さくなる。
【００２０】
したがって、停電事故で回転枠１の惰性回転の惰性モーメントによる大きな回転エネルギーが作用すると、小径プーリ５とＶベルト６間で滑りが生じ、回転枠１の慣性回転で生じる惰性モーメントによる回転エネルギーが吸収されて、慣性モーメントによる大きな回転エネルギーの全てがブレーキ３にかかることがないので、それを破損させることがない。
【００２１】
なお、上記の実施例では、伝動ベルトとしてＶベルトを使用したが平ベルトであってもよい。
また、実施例では、サーボモータとそれの回転を止めるブレーキを別体としたが、ブレーキを内蔵するサーボモータであってもよい。
さらに、実施例では、回転枠にＸ線管とＸ線検出器の両者を対向して搭載した第３世代のＸ線ＣＴ装置に適用したが、本発明は、Ｘ線管のみを回転枠に搭載した第４世代のＸ線ＣＴ装置やＸ線検出器としてパネル型Ｘ線センサ等の２次元Ｘ線検出器を使用したコーンビームＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。
さらにまた、実施例では、回転枠を回転駆動するモータをサーボモータとしたが、ステッピングモータ等他の電動モータであってもよく、また、それの回転制御もサーボ制御ではなく、プログラム制御等他の制御方式であってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線管等を搭載する回転枠の回転中に停電事故が発生しても、回転枠の駆動機構のブレーキを破損させることのないＸ線ＣＴ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す模式図である。
【図２】従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１：回転枠２：大径プーリ
３：ブレーキ４：ＤＣサーボモータ
５：小径プーリ６：Ｖベルト（伝動ベルト）
７：ＣＰＵ８：サーボコントローラ
９：サーボドライバ１０：タコジェネレータ
１１：アイドラープーリ２０：Ｘ線管
２１：Ｘ線検出器

Claims

少なくともＸ線管を保持する回転枠と一体に回転する大径のプーリと、モータで駆動される小径のプーリとが伝動ベルトを介して連結され、前記モータの回転を機械的に拘束するブレーキを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記大径のプーリと小径のプーリとの間に、小径のプーリと伝動ベルトとの接触角度を小さくするアイドラープーリを介在させたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。