(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用機器の内部で発生したノイズの漏出を防ぐラインフィルタが外部から多相電源を供給する電源線に挿入して接続される医用電源装置であって、
前記ラインフィルタの電源出力段の各相の電源線の間にサージ電圧を吸収する第１のサージアブソーバを接続し、
前記ラインフィルタの電源入力段の各相の電源線の間にサージ電圧を吸収する第２のサージアブソーバを接続し、
前記ラインフィルタの電源出力段の電源線とグランド線との間に繰り返し変動するサージ電圧を吸収する第３のサージアブソーバを接続し、
前記ラインフィルタの電源入力段の電源線とグランド線との間にサージ電圧を吸収する第４のサージアブソーバを接続し、
前記第３のサージアブソーバと第４のサージアブソーバは、共通のグランド端子に接続されることを特徴とする医用電源装置。
【請求項２】
前記第３のサージアブソーバ及び前記第４のサージアブソーバは、繰り返し変動するサージ電圧を吸収するサージアブソーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の医用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の医用電源装置を有することを特徴とするＸ線ＣＴ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、電源線を伝搬するノイズを低減させる機能を有する医用電源装置およびこれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外部電源から電源線を介して電源供給を受ける医用機器においては、電源線を伝搬してきた外来のノイズによって機器が誤動作することを防ぐため、また、機器内部で発生したノイズが電源線を伝搬して機器の外部へ漏出することを防ぐため、電源線にこのような伝導ノイズを低減させるラインフィルタ（電源線フィルタともいう）を接続した医用電源装置を有する構成となっている。
【０００３】
図８は、ラインフィルタの一般的な構成を示す回路図である。ここでは、一例として電源の供給方式にいわゆる３相３線式を適用した場合のラインフィルタを示してある。同図のラインフィルタは、入力端子６１，６２，６３に図示していない交流の外部電源が３相に対応する３本の電源線を介して接続されており、また、出力端子６４，６５，６６には図示していない機器内部の各回路が同様に３本の電源線を介して接続されている。
【０００４】
この３相の外部電源は、電源線に接続された入力端子６１乃至６３および出力端子６４乃至６６を介して機器内部の回路や電装パーツ等へ供給され、さらに、交流電源から生成された直流電源が機器の動作制御等を行なうデジタル回路へ供給されている。
【０００５】
また、入力端子６１乃至６３に接続された電源線を伝搬してきた外来のノイズは、各電源線の間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を介して各電源線の間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に入力され、低減されるようになっている。
【０００６】
一方、機器内部で発生して出力端子６４乃至６６に接続された電源線を伝搬してきたノイズは、各電源線にそれぞれ挿入して接続されたインダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３と各電源線の間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６とで構成されるいわゆるＬＣ低域フィルタにより低減されるようになっており、電源線を伝搬して入力端子６１乃至６３から機器の外部へ漏出しないようにしている。
【０００７】
さらに、各電源線とグランド線との間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ７，Ｃ８，Ｃ９により、機器内部からラインフィルタのグランド線に伝搬してきたノイズも低減されるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のラインフィルタにおいては、落雷等により機器の外部から通常時の１０倍以上にもなる非常に大きなサージ電圧（過電圧）が、電源線に混入してきたような場合には、このサージ電圧がラインフィルタで増幅されるという現象が起こる。
【０００９】
すなわち、本来、ラインフィルタはノイズを低減するために用いられるものであるが、このような外来のサージ電圧に対しては、低減することができないばかりか増幅してしまうのである。
【００１０】
図９は、従来のラインフィルタの入力端子に入力されたサージ電圧の波形と、このときの出力端子における出力電圧の波形の一例を示す図である。同図（ａ）に示すように印加時に２［ｋＶ］という非常に大きな一過性のサージ電圧が入力端子に入力された場合には、同図（ｂ）に示すように、例えば３［ｋＶ］程度に増幅された電圧が出力端子から出力されることとなる。
【００１１】
ここで、ラインフィルタの内部でサージ電圧が増幅されるメカニズムについて解析すべく、発明者らが行なった実験について説明する。
【００１２】
図１０（ａ）は、電圧源７１を示す図であり、図１０（ｂ）は、この電圧源７１で発生させる印加時に１［ｋＶ］のサージ電圧の入力波形を示す図である。
【００１３】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すように、電圧源７１で図１０（ａ）のサージ電圧を発生させてインダクタンス７３に入力し、その出力電圧を電圧計７２で測定したときの出力波形を示す図である。図１１（ｂ）より、インダクタンス単体においては、入力されたサージ電圧はなんら変化することはなく、そのまま出力されることが観測された。
【００１４】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示すように、電圧源７１で図１０（ｂ）のサージ電圧を発生させてコンデンサ７４に入力し、その出力電圧を電圧計７２で測定したときの出力波形を示す図である。図１２（ｂ）より、コンデンサ単体においてはサージ電圧は約１．５倍に増幅され、その後にサージ電圧の振幅が振動しつつ減衰していくのが観測された。
【００１５】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すように、電圧源７１で図１０（ｂ）のサージ電圧を発生させてインダクタンス７３とコンデンサ７４により構成されるＬＣ低域フィルタに入力し、直列に接続されたインダクタンス７３とコンデンサ７４の出力電圧を電圧計７２で測定したときの出力波形を示す図である。図１３（ｂ）より、ＬＣ低域フィルタにおいては、約１．５倍に増幅された後に、コンデンサ単体の場合よりも発振に近いような状態でサージ電圧の振幅が振動しつつ減衰していくのが観測された。
【００１６】
この実験の結果から、コンデンサ単体の場合であっても、実際には電源線にインダクタンス成分が発生していることを考えると、コンデンサとインダクタンス若しくはインダクタンス成分とを有する場合にサージ電圧が増幅されるものと考えられる。
【００１７】
このように、ラインフィルタにおけるサージ電圧の増幅率は１．５倍〜２倍程度になることがあるため、この増幅されたサージ電圧によって機器内部の回路や電装パーツ等に不具合が生じるおそれがあった。
【００１８】
また、一過性のサージ電圧ほどの高電圧ではないが、繰り返し変動するサージ電圧が機器の外部からラインフィルタのグランド線に混入してきたような場合には、このグランド線をラインフィルタと共通にするデジタル回路に影響を与えることもある。すなわち、デジタル回路は、５［Ｖ］あるいは３.３［Ｖ］等のような低電圧で動作するので、グランド線に繰り返し変動するサージ電圧が混入してきた場合には、それが僅かな変動であっても誤動作が発生するおそれがあった。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、落雷等に起因する一過性のサージ電圧や繰り返し変動するサージ電圧から機器内部の各回路や電装パーツ等を保護し得る医用電源装置およびこれを用いたＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る医用電源装置は、医用機器の内部で発生したノイズの漏出を防ぐラインフィルタが外部から多相電源を供給する電源線に挿入して接続される医用電源装置であって、前記ラインフィルタの電源出力段の各相の電源線の間にサージ電圧を吸収する第１のサージアブソーバを接続し、前記ラインフィルタの電源入力段の各相の電源線の間にサージ電圧を吸収する第２のサージアブソーバを接続し、前記ラインフィルタの電源出力段の電源線とグランド線との間に繰り返し変動するサージ電圧を吸収する第３のサージアブソーバを接続し、前記ラインフィルタの電源入力段の電源線とグランド線との間にサージ電圧を吸収する第４のサージアブソーバを接続し、前記第３のサージアブソーバと第４のサージアブソーバは、共通のグランド端子に接続したことを要旨とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用する実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるラインフィルタの構成を示す回路図であり、図２は、このラインフィルタを適用した医用機器の一例としてＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図２の架台１は、対向配置されたＸ線管装置（図示せず）とＸ線検出器（図示せず）とをその間に配置された被検体を中心に回転可能なように設けられた回転部２と、外部電源８から電源線９を介して供給されてきた３相電源を回転部２へ電源線１０を介して供給する固定部３を有する構成である。
【００３２】
固定部３は、外部電源８から供給されてきた電流が過剰になったときに電源線９を遮断する遮断器４と、機器内部で発生したノイズが電源線９を伝搬して外部へ漏出することを防ぐとともに、電源線９に混入してきた外来のサージ電圧を低減させるイミュニティラインフィルタ（Immunity Line Filter、以下「イミュニティＬＦ」という）５と、３相電源を機器内部の各回路や電装パーツ等に供給する順番を制御するパワー投入回路６と、３相電源から生成した直流電源を機器の制御等を行なうデジタル回路や各ユニット（図示せず）に供給するＤＣ供給部７とを有する構成である。
【００３３】
図１のラインフィルタは、このイミュニティＬＦ５に相当するものであり、前述した図８記載のラインフィルタの電源出力段において各電源線の間にバリスタＶ４，Ｖ５，Ｖ６がそれぞれ接続された構成である。なお、その他、図８と同一物には同一の符号を付す。
【００３４】
まず、このような構成のＸ線ＣＴ装置の撮像動作について簡単に説明する。
【００３５】
回転部２は、図示していない制御処理装置から固定部３を介して伝送されてきた制御信号に従って、対向して配置されたＸ線管装置とＸ線検出器との位置関係を保持した状態で被検体を中心として回転する。この回転のための電源は、固定部３から電源線１０を介して供給されるものであり、回転部２においては例えばスリップリング方式によりＸ線管装置やＸ線検出器に電源が供給される。なお、このような回転部２の回転動作はノイズの発生源の一つとなるものであるが、イミュニティＬＦ５により、このノイズが電源線１０、９を介して漏出することは防止される。
【００３６】
次に、Ｘ線管装置に一定の回転角度毎に、例えばファンビーム形状のＸ線を３６０°の方向から曝射させ、それぞれの回転角度毎に被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出する。Ｘ線検出器では、検出したＸ線量に基づいてデジタル信号を生成し、対数変換することで被検体の断層面に関する情報信号、すなわち、いわゆる投影データを得る。Ｘ線検出器としては２次元のＸ線検出器を用いることで、被検体の複数の断層面に関する投影データを得ることができる。なお、Ｘ線のビーム形状は、ファンビーム形状に限らず、パラレルビーム形状の場合もある。
【００３７】
続いて、Ｘ線検出器により得られた投影データを固定部３を介して制御処理装置へ伝送し、制御処理装置では、例えばフィルタ補正逆投影法による画像再構成処理を行なうことで、被検体の断層面に関する画像を得る。
【００３８】
次に、イミュニティＬＦ５の作用について説明する。
【００３９】
通常、電源線９に過電流が流れてきたような場合には、基本的には遮断器４が作動して電源線９を遮断する。しかし、通常の遮断器は、電圧制御よりも電流制御の方が支配的であるため、落雷等によるサージ電圧には対応しきれない場合も多い。
【００４０】
このようにサージ電圧が電源線９に混入してきたにも関わらず、遮断器４を作動させる程の電流が流れない場合には、イミュニティＬＦ５によりサージ電圧を低減させるようにする。
【００４１】
一般に、バリスタは、電圧が上昇すると非直線的に抵抗値が低下する半導体素子であり、特に、一過性のサージ電圧に対する追従特性に優れている。
【００４２】
そこで、イミュニティＬＦ５の電源出力段に接続したバリスタＶ４乃至Ｖ６には、例えば、前記所定値が落雷等により想定される電圧値に近い特性を有するバリスタを用いることで、入力端子６１乃至６３を介して供給されてきた電源電圧が通常値であるときにはバリスタＶ４乃至Ｖ６の抵抗値が変わらないようにしておき、落雷等によりサージ電圧が混入してきた場合にだけ抵抗値が低下するようにしておく。
【００４３】
したがって、本実施の形態によれば、このようなバリスタＶ４乃至Ｖ６を電源出力段の各電源線の間に接続したことで、入力端子６１乃至６３を介して混入してきた外来のサージ電圧が、イミュニティＬＦ５の内部で増幅される現象が生じた場合であっても、出力端子６４乃至６６から出力される前にこの増幅されたサージ電圧を低減させることができ、もって機器内部の各回路や電装パーツ等を保護することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、医用機器の一例としてＸ線ＣＴ装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、超音波診断装置やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等、外部電源から電源線を介して電源供給を受ける他の医用機器にも本発明を適用することができる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、３相により電源の供給が行われることとしたが、２相あるいは４相以上で電源が供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態においては、サージアブソーバの一例としてバリスタを用いることとしたが、これに限られるものではなく、類似の特性を有するものであればよいことはいうまでもない。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。その特徴としては、図１記載のイミュニティＬＦの電源入力段において各電源線の間にバリスタＶ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ接続して、入力端子６１乃至６３を介して電源線を伝搬してきた外来のサージ電圧を電源入力段で低減させるようにしたことにある。なお、その他、図１と同一物には同一の符号を付す。
【００４８】
図４（ａ）は、図３に示したように電源入力段と電源出力段において各電源線の間にバリスタがそれぞれ接続されたイミュニティＬＦの入力端子に入力されたサージ電圧の波形を示す図であり、同図（ｂ）は、このときの出力端子における出力電圧の波形の一例を示す図である。同図（ｂ）より、印加時に２［ｋＶ］程度あったサージ電圧が出力時には１［ｋＶ］程度に低減されることがわかる。
【００４９】
したがって、本実施の形態によれば、バリスタＶ１乃至Ｖ３をイミュニティＬＦの電源入力段の各電源線の間にそれぞれ接続したことで、電源入力段でサージ電圧を低減させることができ、イミュニティＬＦの内部の回路をサージ電圧から保護することができる。
【００５０】
また、イミュニティＬＦの電源入力段に接続したバリスタＶ１乃至Ｖ３と、電源出力段に接続したバリスタＶ４乃至Ｖ６とを併用することによって、サージ電圧を更に低減させることができ、もって医用機器の内部の各回路や電装パーツ等を確実に保護することができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。その特徴としては、図３記載のイミュニティＬＦに接地されたグランド端子６７を設け、イミュニティＬＦの電源入力段のいずれかの電源線とグランド端子６７との間にバリスタＶ７を接続するとともに、イミュニティＬＦの電源出力段のいずれかの電源線とグランド端子６７との間にバリスタＶ８を接続して、落雷等によりサージ電圧がグランド線に混入してきた場合にもこれを低減できるようにしたことにある。なお、その他、図３と同一物には同一の符号を付す。
【００５２】
したがって、本実施の形態によれば、イミュニティＬＦの電源線とグランド端子６７との間にバリスタＶ７，Ｖ８をそれぞれ接続したことで、サージ電圧がグランド線に混入してきた場合にもこれを低減させることができ、もって医用機器の内部の各回路や電装パーツ等をサージ電圧から保護することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、３相３線式により電源が供給されるものとしたが、３相電源の代わりに単相電源を用いることとした場合であっても、電源線とグランド端子との間にバリスタを接続することで、電源線あるいはグランド線に混入してきた外来のサージ電圧を低減させることができる。
【００５４】
［第４の実施の形態］
図６は、本発明の第４の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。その特徴としては、図５記載のイミュニティＬＦの電源入力段の電源線に接続されたバリスタＶ７とグランド端子６７との間、および電源出力段の電源線に接続されたバリスタＶ８とグランド端子６７との間に繰り返し変動するサージ電圧の吸収特性に優れたダイサージアブソーバＤＳＡ１，ＤＳＡ２をそれぞれ接続し、グランド線に混入してきた繰り返し変動するサージ電圧を吸収するようにしたことにある。なお、その他、図５と同一物には同一の符号を付す。
【００５５】
ダイサージアブソーバＤＳＡ１，ＤＳＡ２には、例えば、繰り返し変動するサージ電圧として想定される最大値を所定値として、この所定値以下で電圧が変動する場合であっても電流はほとんど変化せず、電圧が所定値を超えたときに抵抗値が低下して電流が増加するような非直線的な電圧−電流特性を有するものを用いることとし、所定値以下の繰り返し変動するサージ電圧がグランド線に混入してきたような場合には、これを吸収できるようにする。
【００５６】
次に、図６記載のイミュニティＬＦの総合的な動作について図７を用いて説明する。
【００５７】
電源線やグランド線（ＧＮＤ）に混入してきた一過性のサージ電圧および繰り返し変動するサージ電圧（ラインノイズ）を、イミュニティＬＦでは以下のように低減させる（ブロック７００，７１０）。
【００５８】
まず、イミュニティＬＦの電源入力段（前段）において各電源線の間に接続されたサージアブソーバ（バリスタＶ１乃至Ｖ３）により電源線に混入してきた一過性のサージ電圧を低減させ、イミュニティＬＦの内部の回路を保護する（ブロック７２０）。
【００５９】
続いて、イミュニティＬＦの電源出力段（後段）において各電源線の間に接続されたサージアブソーバ（バリスタＶ４乃至Ｖ６）によりイミュニティＬＦの内部で増幅されたサージ電圧を低減させる（ブロック７３０）。
【００６０】
また、電源線とグランド端子６７との間に接続されたサージアブソーバ（バリスタＶ７，Ｖ８、ダイサージアブソーバＤＳＡ１，ＤＳＡ２）によりグランド線に混入してきた一過性のサージ電圧あるいは繰り返し変動するサージ電圧を低減させてグランド線の電圧レベルを安定化させ、イミュニティＬＦとグランド線を共通とするデジタル回路の誤動作の発生を防いで他ユニット等を保護する（ブロック７４０）。
【００６１】
したがって、本実施の形態によれば、電源線とグランド端子６７との間に繰り返し変動するサージ電圧の吸収特性に優れたダイサージアブソーバＤＳＡ１，ＤＳＡ２をそれぞれ接続したことで、繰り返し変動するサージ電圧がグランド線に混入してきた場合であってもグランド線の電圧レベルを安定化させることができ、もってイミュニティＬＦとグランド線を共通とするデジタル回路の誤動作の発生を防止することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、ダイサージアブソーバは、上述したような非直線的な電圧−電流特性を有するものを用いることとしたが、例えばシリコン（Ｓｉ）のＰＮ接合による非直線的な電圧−電流特性を利用したシリコンサージアブソーバを用いるようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係る医用電源装置によれば、前記ラインフィルタの電源出力段の各相の電源線の間にサージアブソーバを接続したことで、医用機器の外部から前記電源線に混入し、ラインフィルタの内部で増幅された一過性のサージ電圧を低減させることができ、もってサージ電圧から医用機器の内部の各回路や電装パーツ等を保護することができる。
【００６４】
また、前記ラインフィルタの電源入力段の各相の電源線の間にサージアブソーバ を接続したことで、医用機器の外部から電源線に混入してきたサージ電圧を低減させることができ、ラインフィルタ内部の回路を保護することができる。
【００６５】
さらに、前記ラインフィルタの電源線とグランド線との間にサージアブソーバを接続したことで、医用機器の外部からグランド線に混入してきたサージ電圧を低減させることができ、もってサージ電圧から医用機器の内部の各回路や電装パーツ等を保護することができる。また、多相電源の代わりに単相電源を用いた場合であっても、電源線あるいはグランド線に混入してきた外来のサージ電圧を低減させることができる。
【００６６】
また、前記ラインフィルタの電源線とグランド線との間に繰り返し変動するサージ電圧を吸収するサージアブソーバを設けたことで、医用機器の外部からグランド線に混入してきた繰り返し変動するサージ電圧を低減させてグランド線の電圧レベルを安定化させることができ、もって前記ラインフィルタとグランド線を共通にするデジタル回路の誤動作の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。
【図２】イミュニティＬＦを適用した医用機器の一例としてＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。
【図４】イミュニティＬＦに入力されたサージ電圧の波形と、出力電圧の波形の一例を示す図である。
【図５】第３の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。
【図６】第４の実施の形態におけるイミュニティＬＦの構成を示す回路図である。
【図７】第４の実施の形態におけるイミュニティＬＦの動作を説明するためのブロック図である。
【図８】従来のラインフィルタの一般的な構成を示す回路図である。
【図９】従来のラインフィルタに入力されたサージ電圧の波形と、出力電圧の波形の一例を示す図である。
【図１０】電圧源と、この電圧源に発生させるサージ電圧の入力波形を示す図である。
【図１１】インダクタンス単体にサージ電圧を入力するための回路構成と、その出力波形を示す図である。
【図１２】コンデンサ単体にサージ電圧を入力するための回路構成と、その出力波形を示す図である。
【図１３】ＬＣ低域フィルタにサージ電圧を入力するための回路構成と、その出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１…架台、２…回転部、３…固定部、４…遮断器、５…イミュニティＬＦ、６…パワー投入回路、７…ＤＣ供給部、８…外部電源、９，１０…電源線、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…インダクタンス、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９…コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８…バリスタ、ＤＳＡ１，ＤＳＡ２…ダイサージアブソーバ、６１，６２，６３…入力端子、６４，６５，６６…出力端子、６７…グランド端子、７１…電圧源、７２…電圧計、７３…インダクタンス、７４…コンデンサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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