JP2001143647A

JP2001143647A - マンモグラフィー用ｘ線管およびそれに用いられるターゲット

Info

Publication number: JP2001143647A
Application number: JP32028199A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Aoyama; 斉青山; Takahiro Okuhata; 孝浩奥畑; Toshiaki Sudo; 利昭須藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】運転時にターゲットから発生するガスを低減し
て異常放電を防止し、Ｘ線管の管特性を向上し得るマン
モグラフィー用Ｘ線管およびそれに用いられるターゲッ
トを提供する。【解決手段】電子ビームの照射を受けてＸ線を放出する
ターゲット３を回転自在に配置したマンモグラフィー用
Ｘ線管において、上記ターゲット３がＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔ
ｉおよびＺｒの少なくとも１種を含有するモリブデン合
金層１と、純モリブデン層２との接合体から成ることを
特徴とするマンモグラフィー用Ｘ線管および、少なくと
も電子ビーム照射面を構成するＮｂ，Ｖ，ＴｉおよびＺ
ｒの少なくとも１種を含有するモリブデン合金層１と、
純モリブデン層２との接合体からなることを特徴とする
マンモグラフィー用Ｘ線管に用いられるターゲット３で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマンモグラフィー用
Ｘ線管およびそれに用いられるターゲットに係り、特に
運転時に陽極（ターゲット）において発生するガスに起
因する異常放電を低減しＸ線管の管特性を向上し得るマ
ンモグラフィー用Ｘ線管およびターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線の透過力を利用して被験体内部の状
況を把握するＣＴ装置などの医療機器や非破壊検査用の
分析機器にＸ線管が使用されている。

【０００３】このＸ線管は、一般に、ガラスバルブ、メ
タルまたはセラミック容器内に対向するように配設され
た一対の陰極および陽極（ターゲット）を有し、陰極は
タングステンフィラメント等で構成された電子放出源で
あり、陽極は、タングステン（Ｗ），モリデブン（Ｍ
ｏ）またはその合金で形成されている。

【０００４】そしてタングステンフィラメントを加熱す
ることによって電子放出源から放出された電子ビーム
は、陽陰極間に印加した高電圧によって加速され、大き
な運転エネルギーをもって陽極に衝突する。この際、大
部分の運転エネルギーは、熱となって失われるが、一部
のエネルギーがＸ線となって周囲に放出される。

【０００５】ところで近年、検査技術の高度化の要請に
対応して、より強力なＸ線を発生させるＸ線管が開発実
用化されている。この高出力用のＸ線管では電子ビーム
の衝突によって発生する高熱によって陽極（ターゲッ
ト）が溶解することを防止するために、陽極（ターゲッ
ト）を円板状に形成し、約１００００ｒｐｍ程度の高速
度で回転させて、電子照射焦点面が常に変化するように
構成している。

【０００６】Ｘ線管用陽極は前記の通り、一般にタング
ステン、モリブデンまたはその合金から構成される。タ
ングステン等が使用される理由は、耐熱強度や耐熱衝撃
性が極めて高く、またＸ線を安定して発生させるなどの
優れた特性を有するからである。

【０００７】特に、マンモグラフィー（乳房検査法）検
査において使用されるマンモグラフィー用Ｘ線管の陽極
（アノード）にはモリブデンターゲットが広く採用され
ている。この理由はモリブデンターゲットから発生する
軟Ｘ線のエネルギースペクトルが乳癌の検査用Ｘ線源と
して極めて有効であるためである。

【０００８】すなわち、胸部，腹部，頭部等の一般部位
の医療診断におけるＸ線撮影には、５０〜１２０ｋＶ程
度の管電圧を有するＸ線管がＸ線源として使用されてい
る。一方、乳癌の早期発見に有効な乳房のＸ線撮影にお
いては、石灰部分や異常軟部組織を高い分解能で識別で
きるコントラストを得るために、モリブデン合金から成
るターゲットを用いたＸ線管がＸ線源として用いられて
いる。このようなＭｏターゲットを備えるＸ線管によれ
ば、１７．４ｋｅＶと１９．５ｋｅＶの特性Ｘ線を効率
良く発生することが可能であり、マンモグラフィー検査
に有効である。

【０００９】この種のモリブデンターゲットは、使用状
態において高強度の電子ビームにより、その表面が照射
され、かつ高温度に加熱される。そして、電子ビームが
照射される表面部の再結晶による脆化を防止し結晶構造
を安定化させるため、また高温度での構造強度を確保
し、Ｘ線管の回転子（ロータ）と固定する際に必要な室
温強度を確保するために、ターゲットはＮｂ，Ｖ，Ｗ，
Ｔｉ，Ｚｒなどの強化元素を添加したＭｏ合金から構成
されているのが一般的である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｍｏ合
金から成る従来のターゲットを有するマンモグラフィー
用Ｘ線管は、ターゲットからの放出ガスの影響を低減す
るために煩雑な真空脱ガス処理が必要となるため、Ｘ線
管の製造原価が大幅に増加してしまう問題点があり、こ
の製造原価を低減することが解決すべき大きな課題とな
っている。

【００１１】具体的には、上記従来のモリブデンターゲ
ットについては、高温度、高真空の使用条件下でのガス
の放出量を低減するために、ターゲットの黒化処理前後
に、１４００〜１６００℃の高温度および１×１０^−３
Ｐａ以下の高真空中においてターゲット構成材を例えば
３〜１０時間と長時間に亘って真空脱ガス処理を行う工
程が必要となるため、Ｘ線管の製造減価を大幅に増大さ
せる原因となっている。

【００１２】しかしながら、上記真空脱ガス処理の効果
は不十分であり、この脱ガス処理を長時間実施した場合
においても、Ｘ線管の組立段階において突発的にガス放
出に起因する耐電圧不良が多発してしまう問題点があっ
た。

【００１３】また、Ｎｂを添加したモリブデンターゲッ
トを例にとると、本来、Ｎｂは酸素や水素などの不純物
ガス成分を吸着し易い性質がある。一方、粉末冶金法で
モリブデンターゲットを製造する際には、ターゲット内
部に炭素や酸素が不可避的に多く残存し易い傾向があ
り、Ｘ線管の運転時にＣＯやＣＯ_２などのガスが放出さ
れる割合が高くなり、Ｘ線管内の真空度が低下し、ター
ゲット表面において異常放電が頻発し易く、Ｘ線撮像に
ノイズを出現せしめ、Ｘ線検査精度を大幅に低下させる
という問題点があった。

【００１４】しかしながら、上記Ｎｂ等の強化用添加材
は、ターゲットの室温強度および高温強度を保持し、ま
た電子ビーム照射面における亀裂伝播によるＸ線出力の
低下を防止するために必要不可欠の成分であった。その
ため、上記強度特性および出力特性を良好に保ちなが
ら、ガス発生量が少ないターゲットを実現することが技
術上の課題となっていた。

【００１５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、運転時にターゲットから発生するガス
を低減して異常放電を防止し、Ｘ線管の管特性を向上し
得るマンモグラフィー用Ｘ線管およびそれに用いられる
ターゲットを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るマンモグラフィー用Ｘ線管は、電子ビ
ームの照射を受けてＸ線を放出するターゲットを回転自
在に配置したマンモグラフィー用Ｘ線管において、上記
ターゲットがＮｂ，Ｖ，Ｗ，ＴｉおよびＺｒの少なくと
も１種を含有するモリブデン合金層と、純モリブデン層
との接合体から成ることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明のターゲットは、少なくと
も電子ビーム照射面を構成するＮｂ，Ｖ，ＴｉおよびＺ
ｒの少なくとも１種を含有するモリブデン合金層と、純
モリブデン層との接合体からなることを特徴とする。

【００１８】また、モリブデン合金層における結晶粒径
が１０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。さら
に、純モリブデン層における炭素含有量が５０ｐｐｍ以
下であり、かつ酸素含有量が５０ｐｐｍ以下であること
が好ましい。

【００１９】また、純モリブデン層における結晶粒径が
１００μｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。さら
に、モリブデン合金層におけるＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉおよ
びＺｒの少なくとも１種の元素の含有量が０．０５〜５
重量％の範囲であることが好ましい。また、ターゲット
の相対密度が９８％以上であることが好ましい。

【００２０】本発明に係るＸ線管のターゲットにおいて
は、電子照射面を構成する部分とＸ線管の回転子（ロー
タ）とを固定する際に、室温下で高い構造強度を必要と
する部分のみをＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも
１種を添加したモリブデン合金で形成する一方、その他
の部分は、ガス放出が少ない純モリブデンで形成するこ
とによって、ターゲット全体の放出ガス量を低減し、異
常放電の影響を解消し高精度のＸ線撮像を得る効果を得
ている。

【００２１】Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも１
種を添加したモリブデン合金層における結晶粒径は１０
〜３００μｍの範囲とされる。上記結晶粒径が１０μｍ
未満と過小な場合には、電子ビーム照射により結晶粒界
が選択的にダメージを受け易くなり、Ｘ線管の出力特性
が低下してしまう。一方、結晶粒径が３００μｍを超え
るように過大になると、純モリブデン層との接合強度が
低下してしまう。そのため、モリブテン合金層の結晶粒
径は１０〜３００μｍの範囲とされるが、２０〜２５０
μｍの範囲がより好ましい。

【００２２】Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，ＺｒはいずれもＭｏ
合金層の構造強度を高めるために添加されるものであ
り、上記の少なくとも１種の元素の添加量は０．０５〜
５重量％の範囲とされる。この添加量が０．０５重量％
未満と過少になる場合には、上記Ｍｏ合金層の構造強度
を高める効果が不十分となる。一方、添加量が５重量％
を超えるように過大となる場合には、ターゲットの加工
性が低下したり、Ｘ線管を使用した際にターゲットから
のガス放出量が増加する不具合が発生し易い。したがっ
て、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，…等の少なくとも１種の元素の添加
量は、０．０５〜５重量％とされるが０．１〜４重量％
の範囲がより好ましい。

【００２３】純モリフリデン層に含有される炭素および
酸素は、Ｘ線管の使用時にガスとして放出され異常放電
を起こす成分である。そのため、本発明では純モリブデ
ン層における炭素含有量および酸素含有量はそれぞれ５
０ｐｐｍ以下に設定される。特に炭素または酸素の含有
量が５０ｐｐｍを超えるように過量となると、ターゲッ
トから発生するＣＯガスおよびＣＯ_２ガスが急激に増加
してしまう。したがって、ガス放出を低減するために炭
素および酸素の含有量は５０ｐｐｍ以下とされるが、３
０ｐｐｍ以下とすることがより好ましい。

【００２４】さらに、放出ガスをより低減するために、
純モリブデン層の純度は可及的に高いことが望ましい
が、工業的に生産可能な９９．９５％以上の純度を有す
るように構成することが好ましい。

【００２５】また、ターゲットの相対密度は冷却効率に
大きな影響を及ぼすため、本発明においては９８％以上
とされる。ターゲットの相対密度が９８％未満と過小な
場合にはターゲットの熱伝導率が急激に低下し冷却効率
が低下する。そのため、ターゲットの相対密度は９８％
以上とされるが、９９％以上であることが、より好まし
い。

【００２６】さらに純モリブデン層における結晶粒径は
１００μｍ〜５ｍｍの範囲に調整することが好ましい。
純モリブデンの結晶粒径が１００μｍ未満になると、結
晶粒界に沿って純モリブデン層内部に残存しているガス
成分が放出され易くなる。一方、純モリブデンの結晶粒
径が５ｍｍを超えるように過大となると、再結晶脆化に
より強度が低下し、旋盤等を使用した切削加工工程にお
いて結晶の脱落が起こり易くなる。そのため結晶粒径は
１００μｍ〜５ｍｍの範囲とされるが２００μｍ〜２ｍ
ｍの範囲が、より好ましい。

【００２７】上記のようなターゲットは、例えば以下の
ような工程を経て製造される。すなわち、所定の添加元
素を含有したＭｏ合金粉末と純Ｍｏ粉末とを成形型内に
積層充填した後に加圧成形し、得られた成形体を不活性
ガス雰囲気中で焼結してＭｏ合金層と純Ｍｏ層とから成
るターゲット焼結体を調製し、さらに得られたターゲッ
ト焼結体を鍛造加工したり、熱間静水プレス（ＨＩＰ）
処理して相対密度および強度を高め、しかる後に切削加
工により所定の形状に仕上げて製造される。

【００２８】また、上記製法と比較して製造コストの増
加は避けられないが、他の製造方法として、予め純モリ
ブデン層のみから成るターゲット本体を上記の方法によ
って製造した後に、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）等を使用
して上記ターゲット本体表面に強化型モリブデンをコー
ティングして純モリブデン層から成るターゲット本体と
モリブデン合金層としての強化型モリブデンとを一体に
接合してターゲットとする方法も採用できる。

【００２９】本発明に係るマンモグラフィー用Ｘ線管
は、上記のように調製した陽極としてのターゲットをガ
ラスバルブ内に回転自在に配置する一方、電子ビーム放
出源である陰極を上記陽極と対向するように配置して形
成される。

【００３０】本発明に係るマンモグラフィー用Ｘ線管に
よれば、電子ビームの照射を受けてＸ線を放出するター
ゲットが、Ｎｂ等を含有する高強度のモリブデン合金層
と、ガス放出が少ない純モリブデン層との接合体から構
成されているため、ターゲット全体の構造強度を損うこ
となく、ターゲット全体から放出されるガス量を大幅に
低減することが可能になる。そのため、Ｘ線の出力特性
が良好であり、放出ガスに起因する異常放電の発生が効
果的に防止でき、ノイズの少ない高精度のマンモグラフ
ィー用Ｘ線撮像が得られ、マンモグラフィーによる診断
精度を大幅に向上させることが可能になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下の実施例に基づいて具体的に説明する。

【００３２】実施例１〜８平均粒径が３μｍである３％Ｎｂ−Ｍｏ合金粉末と，３
％Ｖ−Ｍｏ合金粉末と，１％Ｔｉ−Ｍｏ合金粉末と，純
度が９９．９９％であり、平均粒径が３μｍである純Ｍ
ｏ粉末とを用意した、ここで、純Ｍｏ粉末については最
終的にターゲッ内に含有される炭素量および酸素量を種
々変更するために、原料粉末であるＭｏＯ_３の還元温度
および還元に使用する水素の露点を変更し、原料粉末の
段階で上記ＣおよびＯの含有量を調整したものを使用し
た。

【００３３】次に上記純Ｍｏ粉末と、それぞれのＭｏ合
金粉末とを、表１に示す組成の組合せとなるように成形
機の金型に順次層状に充填し、３００ＭＰａの成形圧力
で加圧成形して各成形体を形成した。次に、各成形体を
水素雰囲気中で温度２０００℃で焼結し、純Ｍｏ層とＭ
ｏ合金層とが一体に接合したターゲット焼結体を得た。

【００３４】さらに、各ターゲット焼結体の結晶粒径を
変更して、その影響を確認するために、各ターゲット焼
結体を表１に示す加工率で鍛造加工するとともに、表１
に示す所定の温度でアニール処理を実施し、それぞれ結
晶粒径が異なるターゲット鍛造体を調製した。そして各
ターゲット鍛造体を機械加工して、図１に示すようにＭ
ｏ合金層１と純Ｍｏ合金層２とが一体に接合した実施例
１〜８に係る複合ターゲット３をそれぞれ調製した。

【００３５】比較例一方、実施例１において純Ｍｏ粉末を使用せず、３％Ｎ
ｂ−Ｍｏ合金粉末のみを使用した点以外は実施例１と同
一条件で成形，焼結，鍛造，アニール処理，機械加工し
て、図２に示すように実施例１と同一寸法形状を有し、
Ｍｏ合金層のみから成る単体ターゲット４を比較例とし
て調製した。

【００３６】上記のように調製した各実施例用および比
較例用の各ターゲットの結晶粒径，Ｃ含有量，Ｏ_２含有
量，相対密度を測定するとともに、ガス放出量を下記の
条件で測定した。すなわち、まず、前処理として各ター
ゲットを水素雰囲気中で１４００℃に加熱して３０分間
保持し、このターゲットを真空装置内に収容した状態で
真空装置内の圧力が室温で１×１０^−３Ｐａになるまで
排気した。次に、真空装置内のターゲットを１４００℃
／ｈの昇温速度で加熱し、温度１４００℃で３時間保持
した際にターゲットから発生した合計ガス量を圧力の変
化から測定し、表１に示す結果を得た。

【００３７】次に各実施例用および比較例用のターゲッ
トをガラスバルブ内に陽極として回転自在に配置する一
方、電子ビーム放出源としての陰極を上記陽極と対向す
るように配置して実施例１〜８および比較例に係るＸ線
管を調製し、出力特性の評価を行った。この出力特性
は、Ｘ線を５０００回爆射した時の線量の、初期の線量
からの低下率（％）で評価した。以上の測定結果を合せ
て下記表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】上記表１に示す結果から明らかなように、
純Ｍｏ合金層とＭｏ合金層との接合体から成る複合ター
ゲットを使用した実施例１，２，３，７，８に係るＸ線
管によれば、Ｍｏ合金のみから成る従来のターゲットを
使用したＸ線管と比較して、ターゲット全体から放出さ
れるガス量を１／８程度にまで大幅に低減できることが
判明した。また、実施例１，７，８に係るＸ線管によれ
ば、Ｘ線の出力低下率も比較例のＸ線管と比較して１／
３にまで減少し、出力特性が良好なマンモグラフィー用
Ｘ線管が得られている。

【００４０】なお、Ｍｏ合金層の結晶粒径が８μｍと過
小な実施例２のＸ線管においては、結晶粒界のダメージ
が大きく、Ｘ線の出力低下が顕著であった。またＭｏ合
金層の結晶粒径が５００μｍと過大な実施例３のＸ線管
においては、構造強度が不足し、評価試験中にターゲッ
トに割れが発生した。また純Ｍｏ層の結晶粒径が７００
０μｍと粗大な実施例４のＸ線管においては、機械加工
によってターゲットに仕上げる際に純Ｍｏ層にクラック
を生じ使用不能となった。さらに純Ｍｏ層の結晶粒径が
１０μｍと過小な実施例５の場合には、純Ｍｏ層に残存
しているガスの放出量が増加しＸ線の出力低下が顕著に
なることが判明した。

【００４１】また、純Ｍｏ層におけるＣ含有量およびＯ
_２含有量がそれぞれ８０ｐｐｍ，１００ｐｐｍと高い実
施例６の場合には、ガス放出が顕著になり、Ｘ線管の異
常放電が顕著になり、評価試験を中止した。

【００４２】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るマンモグ
ラフィー用Ｘ線管およびターゲットによれば、電子ビー
ムの照射を受けてＸ線を放出するターゲットが、Ｎｂ等
を含有する高強度のモリブデン合金層と、ガス放出が少
ない純モリブデン層との接合体から構成されているた
め、ターゲット全体の構造強度を損うことなく、ターゲ
ット全体から放出されるガス量を大幅に低減することが
可能になる。そのため、Ｘ線の出力特性が良好であり、
放出ガスに起因する異常放電の発生が効果的に防止で
き、ノイズの少ない高精度のマンモグラフィー用Ｘ線撮
像が得られ、マンモグラフィーによる診断精度を大幅に
向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマンモグラフィー用Ｘ線管に使用
されるターゲットの一実施例を示す断面図。

【図２】従来のＸ線管に使用されるターゲットの構成例
を示す断面図。

【符号の説明】

１モリブデン合金層２純モリブデン層３複合ターゲット４単体ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤利昭神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB17 AB19 AC01 BD06 BD19 BD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームの照射を受けてＸ線を放出す
るターゲットを回転自在に配置したマンモグラフィー用
Ｘ線管において、上記ターゲットがＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ
およびＺｒの少なくとも１種を含有するモリブデン合金
層と、純モリブデン層との接合体から成ることを特徴と
するマンモグラフィー用Ｘ線管。
【請求項２】モリブデン合金層は、電子ビーム照射面
に配置されることを特徴とする請求項１記載のマンモグ
ラフィー用Ｘ線管。
【請求項３】モリブデン合金層における結晶粒径が１
０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１
記載のマンモグラフィー用Ｘ線管。
【請求項４】純モリブデン層における炭素含有量が５
０ｐｐｍ以下であり、かつ酸素含有量が５０ｐｐｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィ
ー用Ｘ線管。
【請求項５】純モリブデン層における結晶粒径が１０
０μｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１
記載のマンモグラフィー用Ｘ線管。
【請求項６】モリブデン合金層におけるＮｂ，Ｖ，
Ｗ，ＴｉおよびＺｒの少なくとも１種の元素の含有量が
０．０５〜５重量％の範囲であることを特徴とする請求
項１記載のマンモグラフィー用Ｘ線管。
【請求項７】ターゲットの相対密度が９８％以上であ
ることを特徴とする請求項１記載のマンモグラフィー用
Ｘ線管。
【請求項８】少なくとも電子ビーム照射面を構成する
Ｎｂ，Ｖ，ＴｉおよびＺｒの少なくとも１種を含有する
モリブデン合金層と、純モリブデン層との接合体からな
ることを特徴とするマンモグラフィー用Ｘ線管に用いら
れるターゲット。
【請求項９】モリブデン合金層における結晶粒径が１
０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項８
記載のターゲット。
【請求項１０】純モリブデン層における炭素含有量が
５０ｐｐｍ以下であり、かつ酸素含有量が５０ｐｐｍ以
下であることを特徴とする請求項８記載のターゲット。
【請求項１１】純モリブデン層における炭素含有量が
１００μｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求
項８記載のターゲット。