JP2000251810A - Ｘ線管ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、回転ターゲットの回転軸とねじ結
合する環状部分を対抗張力の大なる部材により形成する
ことにより、結合部材の強度を強化することによって機
械的強度を確保し、さらに、ターゲットドラムの冷却効
果を改善できる回転ターゲットを提供することを目的と
する。 【解決手段】 熱伝導の良好な金属材料で形成され、円
周表面を有する基台と、基台表面に接合され、電子の衝
突により所望のＸ線を発生する金属材料からなるターゲ
ット部材と、基台を回転軸に連結する環状部材を備えた
Ｘ線管ターゲットにおいて、環状部材４をステンレス等
の対抗張力の強い部材で形成し、拡散接合により基台２
に接合固定し、基台の円周方向裏面に傾斜部を設けたこ
とを特徴とするＸ線管ターゲットである。

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、電子銃から発射
された電子の衝突に応じてＸ線を発生するＸ線管ターゲ
ットの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線回折装置をはじめとする各種Ｘ線利
用装置のＸ線源に用いられるＸ線管は、電子銃に対向し
てＸ線管ターゲット（対陰極）を配置し、電子銃から発
射された電子をＸ線管ターゲットの表面に衝突させるこ
とにより、該Ｘ線管ターゲットの表面からＸ線を発生さ
せる構造となっている。電子の衝突に応じてＸ線を発生
する材料としては、例えば、銅、モリブデン、クロム、
タングステン、金、銀等の金属材料が用いられる。これ
らの金属材料だけでＸ線管ターゲットを形成した場合、
材料によっては熱伝導率が低く、電子が衝突した際に発
生する熱を効率的に冷却することができず、また耐腐食
性が低く冷却水を長時間にわたり接触させておくことが
できない等の問題があり、さらに、製品コストが高価格
となる。

【０００３】そこで、従来のＸ線管ターゲットは、図４
に示すように、Ｘ線管ターゲット１は、有底円筒状をし
た基台２の円周表面に環状のターゲット部材３を接合し
た構造とし、基台２は、熱伝導の良好な金属材料、例え
ば銅合金で形成し、環状部材４を介して回転軸にねじ結
合されており、図示しない回転駆動装置に装着されて高
速回転する。また、ターゲット部材３は、前記した電子
の衝突により所望のＸ線が発生する金属材料、例えばモ
リブデン，クロム，タングステン，金、銀で形成してあ
る。

【０００４】図示しない電子銃から発射した電子をター
ゲット部材３に衝突させることにより、ターゲット部材
３の表面からＸ線が発生するが、その際、ターゲット部
材３は電子の衝突に伴い高熱を発生する。この熱を冷却
するため、稼働中は配管１２ａ，１２ｂを介して基台２
の裏面側に冷却水を循環させており、基台２を介してタ
ーゲット部材３と冷却水との間で熱交換を行っている。

【０００５】一方、回転ターゲットは真空中において略
６０００ＲＰＭで回転するため、回転ターゲットの高速
回転時には、ターゲットドラムには円周方向に拡がろう
とする遠心力が作用し、回転時の遠心力は６．５ｋｇ／
ｃｍ² 以上に達する場合があり、基台はこれに耐えるた
めの強度を維持するため一定の抗張力を有する厚さが必
要であった。一方、ターゲットドラムの冷却効果を保つ
ためには、基台を薄く作成することが好ましく、ターゲ
ットドラムにはターゲットドラムの強度を維持するため
厚く作成するという必要性と、冷却効果を高めるため薄
く作成することが望ましいという二律背反の機能が要求
されていた。

【０００６】とくに、回転ターゲットは高速回転による
遠心力により、回転軸にねじ結合している環状部材４の
ねじ部には大きな機械的負荷が加わるため、ねじ部が金
属疲労により、欠損し、事故に発展する危険性を有して
いた。一方、ターゲットドラムの内部に供給される冷却
水は、ターゲット裏面に接触する部分において遠心力が
最大となるため、冷却水がターゲット裏面に接触する冷
却部分において、遠心力により冷却水の流れが阻害され
る。その結果、不純物が回転ドラム裏面に付着して焼付
き、ターゲットドラムの冷却効果をさらに低下させる要
因となり、また、回転トルクも増大する。

【０００７】また、上記の原因によりターゲットドラム
の冷却機能が低下すると、ターゲットドラムの回転軸と
の結合部である環状部材４のねじ部が熱により膨張して
ターゲットドラムが脱落する事故を発生することも想定
される。そのため、ターゲットドラムの回転トルクを検
出して、事前に上記した事故の発生を防止する手段が講
じられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した通り、従来の
回転ターゲットにおいては、回転ターゲットの高速回転
による遠心力により、回転軸にねじ結合している環状部
材が金属疲労を発生し、また、ターゲットドラムの内部
に供給される冷却水は、ターゲット裏面に接触する部分
において遠心力が最大となるため、ターゲット裏面に接
触する部分において、冷却水の流れが阻害され、不純物
が回転ドラム裏面に付着して焼付き、ターゲットドラム
の冷却効果を低下するという課題を有していた。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決するため、回
転ターゲットの回転軸とねじ結合する環状部分を対抗張
力の大なる部材により形成することにより、結合部材の
強度を強化することによって機械的強度を確保し、さら
に、ターゲットドラムの冷却効果を改善できる回転ター
ゲットを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱伝導の良好
な金属材料で形成され、円周表面を有する基台と、基台
表面に接合され、電子の衝突により所望のＸ線を発生す
る金属材料からなるターゲット部材と、基台を回転軸に
連結する環状部材を備えたＸ線管ターゲットにおいて、
環状部材をステンレス等の対抗張力の強い部材で形成
し、拡散接合により基台に接合固定したことを特徴とす
るＸ線管ターゲットであり、また、基台の円周部の裏面
を、冷却水の水流方向に向けて口径を大きくしたテーパ
ー面としたことを特徴とするＸ線管ターゲットである。

【００１１】本発明によれば、ターゲットドラムと回転
軸との連結部である環状部材にステンレス等の強度（抗
張力）の大きい部材を用いることにより、ターゲット全
体の機械的強度が大幅に高くなり、そのため、基台の円
周表面の裏面の厚さを従来装置に比べて薄く設定するこ
とが可能となる。そのためターゲットの冷却効果を改善
することも可能となる。また、従来装置においては、環
状部材のねじが金属疲労により欠損する事故が発生する
危険性を有していたが、本発明においては、連結部にス
テンレス等を用い機械的強度を高くすることにより、上
記した事故の発生を防止することができる。

【００１２】また、冷却水は回転軸の軸部とセパレータ
の軸部の隙間から、ターゲット裏面を通って、セパレー
タの中心空間に到り、セパレータの軸部の内側から排出
される。この冷却水による冷却作用において、ターゲッ
ト裏面は回転ターゲットの高速回転により遠心力が最大
となるため、ターゲット裏面に接触する面においては冷
却水の流れが阻害されるが、本発明においては、基台の
円周表面の裏面に基台裏面入口部を小径として、出口部
に向けて大径に形成した傾斜部を設けた構成としたこと
により、回転軸から供給される冷却水は基台の入口部に
おいて噴流効果により、冷却水は高速流体としてターゲ
ット裏面を冷却するため、ターゲット裏面に堆積する堆
積物の堆積を大幅に減少するとともに、冷却効果を大幅
に改善することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、熱伝導の良好な金属材料で形成され、円周表面を有
する基台と、基台表面に接合され、電子の衝突により所
望のＸ線を発生する金属材料からなるターゲット部材
と、基台を回転軸に連結する環状部材を備えたＸ線管タ
ーゲットにおいて、環状部材をステンレス等の対抗張力
の強い部材で形成し、拡散接合により基台に接合固定し
たことを特徴とするものであり、本発明によれば、ター
ゲットドラムと回転軸との連結部である環状部材にステ
ンレス等の強度（対抗張力）の大きい部材を用いること
により、ターゲット全体の機械的強度が大幅に高くな
り、そのため、基台の厚さを従来装置に比べて薄く設定
することが可能となり、ターゲットの冷却効果を改善す
ることも可能となる作用を有する。また、従来装置にお
いては、環状部材のねじが金属疲労により欠損する事故
が発生する危険性を有していたが、本発明においては、
連結部における機械的強度を高くすることにより、上記
した事故の発生を防止することができる作用を有する。

【００１４】請求項２に記載の発明は、基台の円周表面
の裏面を、冷却水の水流方向に向けて口径を大きくした
テーパー面としたことを特徴とするものであり、冷却水
は回転軸の軸部とセパレータの軸部の隙間から、ターゲ
ット裏面を通って、セパレータの中心空間に到り、セパ
レータの軸部内側から排出される。この冷却水による冷
却作用において、ターゲット裏面は回転ターゲットの高
速回転により遠心力が最大となるため、ターゲット裏面
に接触する面においては冷却水の流れが阻害されるが、
本発明においては、基台の円周表面の裏面に基台裏面入
口部を小径として、出口部に向けて大径に形成した傾斜
部を設けた構成としたことにより、回転軸から供給され
る冷却水は、基台の入口部から、高速流体としてターゲ
ット裏面を冷却するため、ターゲット裏面に堆積する堆
積物の堆積を大幅に減少するとともに、冷却効果を大幅
に改善することができる作用を有する。

【００１５】請求項３に記載の発明は、テーパー面に突
起物を立設し、冷却面積を拡大したことを特徴とするも
のであり、テーパー面に突起物を立設することにより、
冷却水をより高速化するとともに、冷却面積を拡大し冷
却効果をより高くする作用を有する。請求項４に記載の
発明は、突起物は円柱、円錘、四角錘、または菱形錘か
ら選ばれる１つの形状であることを特徴とするものであ
り、請求項３に記載の発明と同じ作用を有する。 （実施の形態）以下本発明の実施の形態について、図面
を参照して説明する。

【００１６】図１は本発明の回転ターゲットの全体構成
を示す断面図、図２は回転ターゲットにおける回転軸、
基台、環状部材、及びセパレータを示す拡大断面図、図
３はターゲット内面に設けたテーパー部分を示す断面図
である。図において、１は回転ターゲット、２は円周表
面を有する基台であるターゲットドラム、３は基台の表
面に接合されるターゲット部材、４は基台２を回転軸に
連結する環状部材、５は回転軸、６は回転軸の軸部、７
はセパレータ、８はセパレータの軸部、９は環状部材４
と回転軸５を連結するねじ部、１０は傾斜部、１１は突
起である。

【００１７】回転ターゲット１の性能としては、大きな
パワー（ＫＷ）がかけられること、長時間安定してＸ線
を出せること、振れや、震動の少ないことなどが挙げら
れる。ところで、大きなパワーを出力できる条件とし
て、回転数と冷却が挙げられるが、回転数も冷却能力と
の関係で定められる。

【００１８】また、機械的強度は主にターゲットドラム
１全体の質量と運動量とによって定まり、熱を吸収する
冷却を冷却水の水流によって行っている。冷却効果を高
める為には、ターゲットドラム１が薄ければ好ましい
が、ターゲットドラム１の強度を維持すること、また熱
をターゲットドラム１（金属）の広い面で冷却するとい
う観点から、必ずしも薄いターゲットドラムが機能面で
好ましい条件を満すものでもない。

【００１９】又、熱量が大きく気化噴射が生ずる状態で
は、気化噴射の泡の中で新しい物質を創製し、その物質
がターゲットドラム１が銅の構造物であれば酸化銅がそ
の表面に堆積し、ターゲットドラムの回転の障害となる
ことがある。そこで、本発明は、回転軸に連結する環状
部材をステンレス等の抗張力の強い部材で形成し、ター
ゲットドラム１に堆積する堆積物の堆積を減少する方法
として、ターゲットドラム１の裏面にテーパー面１０を
設けたターゲットドラムを提供するものである。

【００２０】ターゲットドラム１の円周表面の裏面にテ
ーパー面１０を設けることにより、冷却水の流れが他の
部分よりも高速になるため、その高速流体によりターゲ
ットドラム１裏面に堆積する堆積物を大幅に減少するこ
とができる。また、さらに冷却水の水流を高速化する手
段としてテーパー面１０に突起物１１を立設すると好適
である。

【００２１】図に示すように、本発明においては、環状
部材４にはステンレス等の強度（抗張力）が大きい部材
が用いられる。ステンレス等の環状部材４は液相拡散と
熱間均等圧下で接合する拡散接合方法により基台２に強
固に一体的に接合される。また、ターゲット部材がモリ
ブデンのように抗張力が大きく、かつ旋削加工が可能な
ものであれば、環状部材４をターゲット部材３と同一部
材で製作してもよい。

【００２２】本発明は上記した通り、回転軸５との連結
部である環状部材４にステンレス等の強度（抗張力）の
大きい部材を用いることにより、ターゲット全体の機械
的強度が大幅に高くなり、そのため、基台２の厚さを従
来装置に比べて薄くすることが可能となり、ターゲット
の冷却効果を改善することが可能となる。また、従来装
置においては、環状部材４のねじが金属疲労により欠損
する事故が発生する危険性を有していたが、本発明にお
いては、連結部における機械的強度を高くすることによ
り、上記した事故の発生を防止することができる。

【００２３】また、図２に示すように、基台２の内面に
は傾斜部１０が設けられ、傾斜部１０には図３に示すよ
うに突起１１が立設されている。図１の全体構成図に示
されている通り、冷却水は回転軸５の軸部６の内側とセ
パレータの軸部８の隙間から、ターゲット裏面を通っ
て、セパレータ７の中心空間に到り、セパレータの軸部
８の内側から排出される。この冷却水による冷却作用に
おいて、ターゲット裏面は回転ターゲットの高速回転に
より遠心力が最大となるため、ターゲット裏面に接触す
る面においては冷却水の流れが阻害される。

【００２４】そのため、本発明においては、基台２の円
周表面の裏面に基台裏面入口部を小径として、出口部に
向けて大径に形成した傾斜部１０を設けた。この構成と
することにより、回転軸５から供給される冷却水は、基
台の入口部からスムーズに流れ、冷却効果を大幅に改善
することができる。さらに、テーパー部に突起物を立設
することにより、冷却水の流速をより高速化するととも
に、冷却面積を拡大することにより冷却効果を向上する
ことができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記した通り、回転軸との連結
部である環状部材にステンレス等の強度（対抗張力）の
大きい部材を用いることにより、ターゲット全体の機械
的強度が大幅に高くなり、そのため、基台の円周表面の
裏面の厚さを従来装置に比べて薄く設定することが可能
となる。また、従来装置においては、環状部材のねじが
金属疲労により欠損する事故が発生する危険性を有して
いたが、本発明においては、連結部にステンレス等を用
い機械的強度を高くすることにより、上記した事故の発
生を防止することができる。

【００２６】また、冷却水は回転軸の軸部とセパレータ
の軸部の隙間から、ターゲット裏面を通って、セパレー
タの中心空間に到り、セパレータの軸部の内側から排出
される。この冷却水による冷却作用において、ターゲッ
ト裏面は回転ターゲットの高速回転により遠心力が最大
となるため、ターゲット裏面に接触する面においては冷
却水の流れが阻害されるが、本発明においては、基台の
円周表面の裏面に基台裏面入口部を小径として、出口部
に向けて大径に形成した傾斜部を設けた構成としたこと
により、回転軸から供給される冷却水は、基台の入口部
から高速流体としてターゲット裏面を冷却するため、タ
ーゲット裏面に堆積する堆積物の堆積を大幅に減少する
とともに、冷却効果を大幅に改善することができる。

【００２７】さらに、テーパー部に突起物を立設するこ
とにより、冷却面積を拡大し、冷却水の流速を高速化
し、冷却効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転ターゲットの全体構成を示す断面
図である。

【図２】回転ターゲットの拡大断面図である。

【図３】回転ターゲットの拡大断面図である。

【図４】従来の回転ターゲットを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 回転ターゲット ２ 基台 ３ ターゲット部材 ４ 環状部材 ５ 回転軸 ６ 回転軸の軸部 ７ セパレータ ８ セパレータの軸部 ９ ねじ部 １０ 傾斜部 １１ 突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導の良好な金属材料で形成され、円
   周表面を有する基台と、基台表面に接合され、電子の衝
   突により所望のＸ線を発生する金属材料からなるターゲ
   ット部材と、基台を回転軸に連結する環状部材を備えた
   Ｘ線管ターゲットにおいて、環状部材をステンレス等の
   抗張力の強い部材で形成し、拡散接合により基台に接合
   固定したことを特徴とするＸ線管ターゲット。
2. 【請求項２】 基台の円周表面の裏面を、冷却水の水流
   方向に向けて口径を大きくしたテーパー面としたことを
   特徴とする請求項１記載のＸ線管ターゲット。
3. 【請求項３】 テーパー面に突起物を立設し、冷却面積
   を拡大したことを特徴とする請求項２記載のＸ線管ター
   ゲット。
4. 【請求項４】 突起物は円柱、円錘、四角錘、または菱
   形錘から選ばれる１つの形状であることを特徴とする請
   求項３記載のＸ線管ターゲット。