(57)【要約】【課題】フィラメントトランスの２次巻線を大焦点フィラメントＬＦ又は小焦点フィラメントＳＦに切り替えることにより、フィラメントトランスを１個に共通化して高電圧発生装置を小型化することにある。さらに、フィラメント切り替え制御を経済的かつ容易に行い、切り替え回路の小型化を達成することにある。【解決手段】大焦点及び小焦点フィラメントを有する２焦点Ｘ線管のフィラメント加熱装置であって、フィラメントトランス８の２次巻線と前記大焦点及び小焦点フィラメントとの間に設けられ、前記フィラメントトランス８の２次巻線を前記大焦点又は小焦点フィラメントに接続するスイッチ手段１６と、低電圧部と高電圧部とで構成され、前記スイッチ手段を切り替える駆動回路９と、を備えたことを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大焦点及び小焦点フィラメントを有する２焦点Ｘ線管のフィラメント加熱装置であって、
フィラメントトランスの２次巻線と前記大焦点及び小焦点フィラメントとの間に設けられ、前記フィラメントトランスの２次巻線を前記大焦点又は小焦点フィラメントに接続するスイッチ手段と、
低電圧部と高電圧部とで構成され、前記スイッチ手段を切り替える駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記駆動回路は、低電圧部に設けられ、高周波電流を発生する高周波インバータ回路と、
前記高周波インバータ回路の出力に接続された１次誘導巻線と、
高電圧部に設けられ、前記１次誘導巻線に対向して、Ｘ線管カソードの高電位に耐える絶縁距離だけ離隔した２次被誘導巻線と、
前記２次被誘導巻線に誘起する高周波電圧を整流する整流器と、
で構成され、前記１次誘導巻線の外部に高周波磁界を発生し、この磁界により前記２次被誘導巻線に誘導された電圧を整流して前記スイッチ手段を切り替えることを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記スイッチ手段は、機械的接点を有するリレースイッチ又は半導体スイッチからなることを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レントゲン用Ｘ線装置又はＣＴ用Ｘ線装置などの高電圧発生装置に関し、特に、２焦点Ｘ線管を有するフィラメント加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レントゲン用Ｘ線装置又はＣＴ用Ｘ線装置の高電圧発生装置は、通常、中性点接地方式であり、正極＋７５ｋＶ、負極−７５ｋＶの２出力を有する高電圧発生部を有する。また、陽極接地ＣＴ用Ｘ線装置では、−１４０ｋＶの負極出力のみの例もある。どのような形式でも、これらの高電圧発生装置の負極にはＸ線管のフィラメントが接続されるので、フィラメントトランスを設ける必要がある。このトランスは、−７５ｋＶ又は−１４０ｋＶ以上、ＵＬ規格では１．２５倍の電圧、−９０ｋＶ又は−１７５ｋＶの高電圧に耐えなければならない。また、Ｘ線管は、大焦点及び小焦点の２つのフィラメントを有するのが通常であり、従来は、それぞれ、大焦点及び小焦点用の２つのフィラメントトランスを必要とした。
【０００３】図５は、従来の陽極接地ＣＴ用Ｘ線高電圧発生装置の高電圧部の回路を示す。高電圧用インバータ回路１、フィラメント用インバータ回路２、フィラメントを切り替えるリレースイッチ３５、及び高電圧発生部３から構成され、出力にはＸ線管１７が接続される。高電圧発生部３は、絶縁油などの絶縁体１９で充満され、高電圧の絶縁を確保している。高電圧発生部３は、高電圧用インバータ回路１の高周波電圧で駆動される高電圧トランス６、高電圧整流回路７、及び大焦点と小焦点の２個のフィラメントトランス３３、３４から構成される。２回路を有するリレースイッチ３５は、図示しない駆動回路によって切り替えられ、フィラメント用インバータ回路２の出力は、リレースイッチ３５を通して、２個のフィラメントトランス３３又は３４の１次巻線に接続される。
【０００４】高電圧整流回路７の高電圧出力は、図示しない高電圧コネクタ及び高電圧ケーブルを通して、Ｘ線管１７のカソードコモンＣに接続される。また、フィラメントトランス３３、３４のフィラメント加熱出力電圧は、同様に高電圧コネクタ及び高電圧ケーブルを通して、Ｘ線管１７の大焦点フィラメントＬＦと小焦点フィラメントＳＦにそれぞれ接続される。例えば、Ｘ線オペレータが大焦点フィラメントＬＦを選択したときは、図５に示すように、リレースイッチ３５をＬ側にして、フィラメント用インバータ回路２の出力をフィラメントトランス３３の１次巻線に接続し、２次巻線から大焦点フィラメントＬＦを加熱する。
【０００５】しかし、これらのフィラメントトランス３３、３４は、−１７５ｋＶの絶縁耐圧が必要となるため非常に大型化となり、高電圧発生装置を小型化するための障害となっている。
【０００６】このような問題点を解決するものとして、下記特許文献１においてその技術を開示している。この技術は、大焦点、小焦点用に２個のフィラメントトランスを設け、さらに、フィラメントトランスの１次側に切り替え器を設け、その切り替え器によって大焦点、小焦点を切り替えるものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５１−４３６８６号公報（第１頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特許文献１の技術によれば、２つの焦点のいずれを加熱する場合にも、２個のフィラメントトランスを両方用いることで、フィラメントトランスの定格容量を半減させて高電圧発生装置の小型化を図っている。しかし、フィラメントトランスの１次２次間は高い絶縁耐圧が要求されるため、フィラメントトランスを小型化する上で限界がある。したがって、フィラメントトランスの１次側に切り替え器を設け、２個のフィラメントトランスを用いた構成では、高電圧発生装置の大幅な小型化が困難である。
【０００９】本発明は、フィラメントトランスの２次巻線を大焦点フィラメントＬＦ又は小焦点フィラメントＳＦに切り替えることにより、フィラメントトランスを１個に共通化して高電圧発生装置を小型化することにある。さらに、フィラメント切り替え制御を経済的かつ容易に行い、切り替え回路の小型化を達成することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するため、本願請求項１記載の発明は、大焦点及び小焦点フィラメントを有する２焦点Ｘ線管のフィラメント加熱装置であって、フィラメントトランスの２次巻線と前記大焦点及び小焦点フィラメントとの間に設けられ、前記フィラメントトランスの２次巻線を前記大焦点又は小焦点フィラメントに接続するスイッチ手段と、低電圧部と高電圧部とで構成され、前記スイッチ手段を切り替える駆動回路と、を備えたことを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置を提供するものである。
請求項１によれば、フィラメントトランスを１個に共通化し、高電圧発生装置を大幅に小型化することができる。
【００１１】本願請求項２は、請求項１において、前記駆動回路は、低電圧部に設けられ、高周波電流を発生する高周波インバータ回路と、前記高周波インバータ回路の出力に接続された１次誘導巻線と、高電圧部に設けられ、前記１次誘導巻線に対向して、Ｘ線管カソードの高電位に耐える絶縁距離だけ離隔した２次被誘導巻線と、前記２次被誘導巻線に誘起する高周波電圧を整流する整流器と、で構成され、前記１次誘導巻線の外部に高周波磁界を発生し、この磁界により前記２次被誘導巻線に誘導された電圧を整流して前記スイッチ手段を切り替えることを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置を提供するものである。
請求項２によれば、１次誘導巻線と２次被誘導巻線を備え、低電圧部と高電圧部を容易に絶縁すると同時に、高周波磁界を発生することで、必要最小限の電力によって経済的かつ容易にスイッチ手段を切り替えることができる。さらに、駆動回路の小型化が可能となる。
【００１２】本願請求項３の発明は、請求項１において、前記スイッチ手段は、機械的接点を有するリレースイッチ又は半導体スイッチからなることを特徴とするＸ線管のフィラメント加熱装置を提供するものである。
請求項３によれば、駆動回路によって、大焦点又は小焦点フィラメントの切り替えを経済的かつ容易に行うことができる。特に、機械的接点を有するリレースイッチでは、回路設計が容易となる。また、半導体スイッチでは、駆動電力を小さくすることができ、かつ高寿命となる。
【００１３】
【発明の実施の形態及び実施例】図１は、本発明によるアノード接地型ＣＴ用Ｘ線高電圧発生装置の一実施例を示す。基本的には、高電圧用インバータ回路１、高電圧トランス６、高電圧整流器７、フィラメント用インバータ回路２、１個のフィラメントトランス８、及び本発明のフィラメントを切り替えるリレースイッチ１６とその駆動回路９から構成され、出力にはＸ線管１７が接続される。
【００１４】高電圧発生部３の内部には、高電圧トランス６、高電圧整流器７、１個のフィラメントトランス８、リレースイッチ１６、及び駆動回路９の２次側高電圧部が含まれる。また、高電圧発生部３は、エポキシ樹脂又はシリコンゴムなどの絶縁体１８でモールドされ、必要な絶縁耐力を得ている。
【００１５】フィラメント用インバータ回路２に接続された１個のフィラメントトランス８の２次巻線の一端は、整流器７の負極出力、すなわちカソードコモンＣに接続され、他端はリレースイッチ１６のリレー接点１１を通して、大焦点フィラメントＬＦ又は小焦点フィラメントＳＦに接続される。なお、Ｘ線管１７のアノードＡは接地され、フィラメントには耐圧試験時において１７５ｋＶの高電圧が印加される。
【００１６】高電圧トランス６は、高電圧用インバータ回路１の高周波出力電圧を昇圧し、高電圧整流器７は、その高周波電圧を整流して負極性高電圧−１４０ｋＶを発生する。高電圧用インバータ回路１及びフィラメント用インバータ回路２は、３相２００Ｖの商用交流電源などを整流した直流電源を入力とする数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚの高周波インバータ回路である。
【００１７】駆動回路９は、低電圧部と高電圧部からなり、低電圧部は、高周波インバータ回路４及び１次誘導巻線５から構成される。高電圧部は、２次被誘導巻線１２、共振コンデンサ１３、ブリッジ整流器１４、及び平滑コンデンサ１５から構成され、リレースイッチ１６を形成するリレーコイル１０に接続される。高周波インバータ回路４の出力は、１次誘導巻線５に接続されており、１次誘導巻線５は、図示しないフェライトコアに巻かれている。同様に、２次被誘導巻線１２も図示しないフェライトコアに巻かれている。リレー接点１１は、フィラメントトランス８の２次巻線に接続されたｃ接点、大焦点フィラメントＬＦに接続されたｂ接点、及び小焦点フィラメントＳＦに接続されたａ接点を有する。
【００１８】ここで１次誘導巻線５は、高電圧発生部３の外壁に密接し、かつコアの先端がモールド内の駆動回路９の２次被誘導巻線１２に対向するように取り付けられている。また、両者間には、上記エポキシ樹脂又はシリコンゴムなどの絶縁体１８が介在し、Ｘ線管のカソード高電位に耐える絶縁距離Ｍだけ離隔されている。
【００１９】次に、動作を説明する。フィラメント選択信号を１又は０とし、信号０のとき大焦点フィラメントＬＦを選択し、信号１のとき小焦点フィラメントＳＦを選択するものとする。先ず、図１のように信号０を入力すると、高周波インバータ回路４は運転されず、１次誘導巻線５に高周波電流が流れないので、コアから高周波磁界が発生しない。その結果、２次被誘導巻線１２には誘導電圧が発生せず、整流器１４の電圧は零となり、リレーコイル１０に電圧が印加されず、リレー接点１１は制御されない。したがって、ここでフィラメント用インバータ回路２を運転すると、フィラメント電圧はｂ接点を通して、大焦点フィラメントＬＦに加えられ、その後、高電圧用インバータ回路１が運転されると、Ｘ線管１７のアノードＡと大焦点フィラメントＬＦとの間に高電圧が加わり、焦点の大きいＸ線が発生する。
【００２０】次に、信号１を入力すると、高周波インバータ回路４が運転され、１次誘導巻線５に高周波電流が流れる。その結果、１次側コアから高周波磁界が発生し、この磁束が２次側コアを透過して、２次被誘導巻線１２に誘導電圧が発生する。この高周波誘導電圧が整流器１４と平滑コンデンサ１５で直流化されて、リレーコイル１０に直流電圧が印加され、リレー接点１１のｃ接点は、ａ接点に接続される。ここでフィラメント用インバータ回路２を運転すると、フィラメント電圧はａ接点を通して、小焦点フィラメントＳＦに加えられ、高電圧用インバータ回路１が運転すれば、Ｘ線管１７のアノードＡと小焦点フィラメントＳＦ間に高電圧が加わり、焦点の小さいＸ線が発生する。共振コンデンサ１３を、２次被誘導巻線１２のインダクタンスと駆動周波数において共振させることにより、２次誘導電圧を効率よく上昇することができるが、省略することもできる。
【００２１】なお、駆動回路９の電位を固定するため、整流器１４の負極側は、高電圧整流器７の負極出力に接続される。この接続により、負極出力−１７５ｋＶの全電圧が絶縁距離Ｍに印加される。
【００２２】次に、図２により駆動回路９の具体例を説明する。図２において、１次側低電圧部３６は、１次誘導巻線５及び１次誘導巻線５を駆動するための高周波インバータ回路４で構成される。高周波インバータ回路４は、２個のＦＥＴ２０Ａ及び２０Ｂからなるプッシュプルインバータ回路２０で構成される。ＦＥＴ２０Ａ及び２０Ｂは、スイッチングレギュレータ用ＩＣ２１によって、交互に数１０〜数１００ｋＨｚの周波数で駆動される。１次誘導巻線５は、フェライトコア２３にバイファイラ巻きされ、２４Ｖの直流電源２２に接続されるセンタータップを中心にして、巻線５ａ、５ｂによって構成される。
【００２３】２次側高電圧部３７は、高電圧発生部３の内部に含まれており、１次巻線５と同様なフェライトコア２４に巻かれた２次被誘導巻線１２と、共振コンデンサ１３、ブリッジ整流器１４、平滑コンデンサ１５、及びリレースイッチ１６を形成するリレーコイル１０から構成される。
【００２４】この実施例によるリレースイッチを切り替える駆動回路から得られた性能を以下に示す。
１）１次電源電圧、電流、電力：２４Ｖ、０．１１Ａ、２．７Ｗ
２）２次誘導直流電圧、電流、電力：１２Ｖ、１４ｍＡ、１７０ｍＷ
３）電力伝達効率：６．３％
【００２５】上記データのように、１次側と２次側の電力伝達効率は、約６％程度の低効率であるが、負荷であるリレースイッチの絶対値電力が１７０ｍＷと小さいので、実用上の問題はない。また、１次側と２次側のコイル間の絶縁距離Ｍは約３０ｍｍであり、１次側と２次側をエポキシ樹脂又はシリコンゴムなどで絶縁した場合、電界集中が起きない形状、例えば平面対平面に近い形状にすれば、１７５ｋＶの試験耐圧に十分に耐え得る距離である。
【００２６】なお、この実施例のように１次誘導巻線５を高電圧発生部３の外に配置する際に、高電圧発生部３の絶縁体として絶縁油を用いる場合、高電圧発生部３のケースが金属となり、磁束が金属ケースで遮蔽され、電力の伝達が困難となるため、１次誘導巻線５も２次被誘導巻線１２と同様に絶縁油の中に入れることも可能である。もちろん、エポキシ樹脂又はシリコンゴムによる絶縁の場合においても、１次誘導巻線５も２次被誘導巻線１２と同様に高電圧発生部３の内部にモールドすることも可能であるが、高電圧発生部３を小型化する意味では、外部のほうが好ましい。
【００２７】この実施の形態では、１次誘導巻線と２次被誘導巻線を備え、低電圧部と高電圧部を容易に絶縁すると同時に、高周波磁界を発生することで、必要最小限の電力によって経済的かつ容易にフィラメントを切り替えるリレースイッチを制御することができる。さらに、駆動回路の大幅な小型化が可能となる。具体的には、フィラメントを切り替えるリレースイッチ及びその駆動回路の２次側高電圧部の体積は、フィラメントトランス１個の体積の１０〜２０％程度となる。
【００２８】なお、駆動回路９の高周波インバータ回路４は、この実施例に限定されるものではなく、例えばフォワードインバータ回路、ブリッジインバータ回路などで構成してもよい。また、低電圧部と高電圧部を絶縁するために、それぞれに発光素子と受光素子を設け、光信号を伝達するようにしてもよい。
【００２９】一般に、レントゲン用のＸ線高電圧発生装置では、フィラメント電流供給中に大焦点フィラメントＬＦと小焦点フィラメントＳＦとを切り替えることもあり、リレー接点はフィラメント電流を開閉する場合が多いが、ＣＴ用Ｘ線高電圧発生装置では、フィラメントの選択はＸ線発生前に決定し、発生中に切り替えることがないので、特にＣＴ用ではリレー接点の信頼性が向上する。
【００３０】フィラメントを切り替えるスイッチ手段は、機械的な接点を有するリレースイッチに限定されるものではなく、機械的な接点を有しない半導体スイッチを利用してもよい。
【００３１】図３に、２個のトランジスタを用いてフィラメントを切り替える実施例を示す。先ず、フィラメント選択信号が入力され、２次被誘導巻線１２に誘導電圧が発生すると、この誘導電圧が整流器１４と平滑コンデンサ１５で直流化され、抵抗２６Ａを通してトランジスタ２５Ａにベース電流が流れ、トランジスタ２５Ａがオンする。トランジスタ２５Ｂのベースは抵抗２６Ｃ、オンしているトランジスタ２５Ａを通してエミッタに短絡される。なお、抵抗２６Ａ、２６Ｃは、ベース電流制限用の抵抗であり、抵抗２６Ｂ、２６Ｄは、トランジスタ２５Ａ、２５Ｂを確実にオフするための抵抗である。このとき、図示しないフィラメントインバータ回路を運転すると、フィラメント電圧はダイオードブリッジ２７Ａ、トランジスタ２５Ａを通して、小焦点フィラメントＳＦに加えられる。その後、図示しない高電圧用インバータ回路が運転されると、Ｘ線管１７のアノードＡと小焦点フィラメントＳＦとの間に高電圧が加わり、焦点の小さいＸ線が発生する。
【００３２】次に、フィラメント選択信号が入力されない場合、トランジスタ２５Ａがオフする。このとき、図示しないフィラメントインバータ回路を運転すると、小焦点フィラメントＳＦ、ダイオードブリッジ２７Ａ及び抵抗２６Ｃを通して、微小電流が流れ、トランジスタ２５Ｂがオンする。なお、抵抗２６Ｃは高抵抗値であるため、小焦点フィラメントＳＦにはトランジスタ２５Ｂをオンする程度の微小電流しか流れない。フィラメント電圧はダイオードブリッジ２７Ｂ、トランジスタ２５Ｂを通して、大焦点フィラメントＬＦに加えられる。その後、図示しない高電圧用インバータ回路が運転されると、焦点の大きいＸ線が発生する。なお、ダイオードブリッジ２７Ａ、２７Ｂによって、フィラメントには交流電流が流れる。また、半導体スイッチは、トランジスタに限らず、ＦＥＴで構成してもよい。
【００３３】半導体スイッチを利用した他の実施例として、図４に、２個のトライアックを用いてフィラメントを切り替える例を示す。なお、トライアック２８Ａ、２８Ｂは、負のゲート電流でオンする。先ず、フィラメント選択信号が入力され、２次被誘導巻線１２に誘導電圧が発生すると、この誘導電圧が整流器１４と平滑コンデンサ１５で直流化される。この電圧によってゲート電流制限用の抵抗３０Ｄを通してトライアック２８Ｂに負のゲート電流が流れ、トライアック２８Ｂがオンして、小焦点フィラメントＳＦが選択される。また、トランジスタ２９にベース電流が流れ、トランジスタ２９がオンすると、トライアック２８Ａのゲートを短絡するので、トライアック２８Ａはオフになっている。
【００３４】次に、フィラメント選択信号が入力されない場合、トランジスタ２９のベースは、抵抗３０Ｂ、３０Ｃによってエミッタに短絡され、トランジスタ２９はオフする。ここで、フィラメントトランス８の２次巻線に交流電圧が発生すると、コンデンサ３１、ダイオード３２を通して、コンデンサ３１が充電される。この充電電圧によってゲート電流制限用の抵抗３０Ａを通してトライアック２８Ａに負のゲート電流が流れ、トライアック２８Ａがオンして、大焦点フィラメントＬＦが選択される。このとき、トライアック２８Ｂにはゲート電流が流れないのでオフになっている。
【００３５】この実施の形態では、機械的な接点を有するリレースイッチに比べて、半導体素子の駆動電力が小さいため、駆動が容易であり、回路の小型化が可能となる。また、リレースイッチに比べて、寿命が長く、信頼性が向上する。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線管高電圧装置、特にアノード接地など超高電圧のＣＴ用Ｘ線高電圧発生部のフィラメントトランスを大焦点、小焦点共通化して大幅な小型化ができる。なお、プラスマイナス各７５ｋＶを発生する通常の中性点接地Ｘ線高電圧装置にも本発明を適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高電圧発生装置の一実施例を説明するための回路図である。
【図２】本発明の駆動回路の具体例を説明するための回路図である。
【図３】本発明のスイッチ手段及び駆動回路の他の実施例を説明するための回路図である。
【図４】本発明のスイッチ手段及び駆動回路の他の実施例を説明するための回路図である。
【図５】従来のＣＴ用Ｘ線高電圧発生装置を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１−高電圧用インバータ回路                ２−フィラメント用インバータ回路
３−高電圧発生部                          ４−高周波インバータ回路
５、５ａ、５ｂ−１次誘導巻線              ６−高電圧トランス
７−高電圧整流器                          ８−フィラメントトランス
９−駆動回路                            １０−リレーコイル
１１−リレー接点                        １２−２次被誘導巻線
１３−共振コンデンサ                    １４−整流器
１５−平滑コンデンサ                    １６−リレースイッチ
１７−Ｘ線管                            １８、１９−絶縁体
２０−プッシュプルインバータ回路        ２０Ａ、２０Ｂ−ＦＥＴ
２１−スイッチングレギュレータ用ＩＣ    ２２−直流電源
２３、２４−フェライトコア              ２５Ａ、２５Ｂ−トランジスタ                  ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ−抵抗    ２７Ａ、２７Ｂ−ダイオードブリッジ            ２８Ａ、２８Ｂ−トライアック            ２９−トランジスタ                            ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ−抵抗    ３１−コンデンサ                  ３２−ダイオード                        ３３−大焦点フィラメントトランス              ３４−小焦点フィラメントトランス        ３５−リレースイッチ                          ３６−１次側低電圧部
３７−２次側高電圧部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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