JP2001152275A - Ｘ線管用途のための陰極用ワイヤ・フィラメント - Google Patents
Ｘ線管用途のための陰極用ワイヤ・フィラメントInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線管の陰極アセンブリ中における高温動作
のために適した熱処理済みの再結晶カリウム添加タング
ステン−レニウムフィラメントを提供する。 【解決手段】 Ｘ線陰極フィラメントが、約３〜約７重
量％のレニウム及び残部のタングステンから成るものに
約３０〜約１１０ｐｐｍの範囲内の濃度でカリウムを添
加した材料で作製された再結晶コイル巻きワイヤから構
成される。このフィラメントは、約２０ミクロンより大
きい平均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含んで
いる。
のために適した熱処理済みの再結晶カリウム添加タング
ステン−レニウムフィラメントを提供する。 【解決手段】 Ｘ線陰極フィラメントが、約３〜約７重
量％のレニウム及び残部のタングステンから成るものに
約３０〜約１１０ｐｐｍの範囲内の濃度でカリウムを添
加した材料で作製された再結晶コイル巻きワイヤから構
成される。このフィラメントは、約２０ミクロンより大
きい平均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含んで
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、診断用及び治療用
の放射線医学装置〔たとえば、計算機断層撮影（ＣＡ
Ｔ）スキャナ〕において使用するためのＸ線管の陰極部
材として使用されるＸ線用ワイヤ・フィラメントに関す
るものである。更に詳しく言えば本発明は、延性と共に
耐熱衝撃性及び耐機械衝撃性を示す形態及び組成を有す
るＸ線用ワイヤ・フィラメント並びにそれの製造方法に
関する。
の放射線医学装置〔たとえば、計算機断層撮影（ＣＡ
Ｔ）スキャナ〕において使用するためのＸ線管の陰極部
材として使用されるＸ線用ワイヤ・フィラメントに関す
るものである。更に詳しく言えば本発明は、延性と共に
耐熱衝撃性及び耐機械衝撃性を示す形態及び組成を有す
るＸ線用ワイヤ・フィラメント並びにそれの製造方法に
関する。
【０００２】
【発明の背景】発生した熱を吸収するために油で満たさ
れた防護用鉛ケーシング内に封入されるのが通例である
従来のＸ線管アセンブリは、陰極部材、（陽極を構成す
る）回転円板ターゲット、及びロータを収容したガラス
管球を含んでいる。ロータは、ターゲットを回転させる
電動機アセンブリの一部を成している。Ｘ線管の外部に
は、ロータに近接してステータが設けられていて、これ
はロータの長さの約 2/3と重なり合っている。ガラス管
球にはまた、Ｘ線管によって発生されたＸ線の放出を可
能にする窓が設けられている。
れた防護用鉛ケーシング内に封入されるのが通例である
従来のＸ線管アセンブリは、陰極部材、（陽極を構成す
る）回転円板ターゲット、及びロータを収容したガラス
管球を含んでいる。ロータは、ターゲットを回転させる
電動機アセンブリの一部を成している。Ｘ線管の外部に
は、ロータに近接してステータが設けられていて、これ
はロータの長さの約 2/3と重なり合っている。ガラス管
球にはまた、Ｘ線管によって発生されたＸ線の放出を可
能にする窓が設けられている。
【０００３】Ｘ線の発生は、Ｘ線管内の真空中において
発生した電子が順次に放出され、加速され、そして急激
に停止されることによって起こる。電子を放出するた
め、陰極カップ内に配置されたつる巻きワイヤ・フィラ
メントを含む陰極部材が電流の供給によって電気的に白
熱状態まで加熱される。次いで、放出された電子はＸ線
管の陰極と陽極との間において約１万〜数十万ボルト程
度の高電圧の印加によって加速される。加速された放出
電子が方向制御されつつ回転ターゲット陽極に衝突する
結果、陽極外周面上の相異なる点において電子が停止さ
れ、その結果としてＸ線が放出される。Ｘ線管を動作さ
せるために必要な高電圧は変圧器によって供給される
が、その場合の交流は整流管又は空乏層整流器によって
整流される。
発生した電子が順次に放出され、加速され、そして急激
に停止されることによって起こる。電子を放出するた
め、陰極カップ内に配置されたつる巻きワイヤ・フィラ
メントを含む陰極部材が電流の供給によって電気的に白
熱状態まで加熱される。次いで、放出された電子はＸ線
管の陰極と陽極との間において約１万〜数十万ボルト程
度の高電圧の印加によって加速される。加速された放出
電子が方向制御されつつ回転ターゲット陽極に衝突する
結果、陽極外周面上の相異なる点において電子が停止さ
れ、その結果としてＸ線が放出される。Ｘ線管を動作さ
せるために必要な高電圧は変圧器によって供給される
が、その場合の交流は整流管又は空乏層整流器によって
整流される。
【０００４】Ｘ線を発生させるための電子は、金属製カ
ップ内に収容されたコイルフィラメントから成る陰極ア
センブリによって供給される。従来、かかるコイルフィ
ラメントはカリウム添加タングステン・ワイヤから構成
されてきたが、それは電子放出及びＸ線発生のために必
要な高い動作温度において優れた構造安定性及び集束特
性を示す。Ｘ線管の性能は、陰極内におけるフィラメン
トの整列状態によって左右されることがある。従って、
タングステンコイルフィラメントは陰極カップ内に取付
けられてから一直線状に整列させられる。取付けられた
後、所望の再結晶ミクロ組織を生み出すためフィラメン
トは約２８００℃に加熱される。この加熱中において、
フィラメントはたるみを生じて整列状態から外れること
が多い。その場合には、フィラメントの再整列及び熱処
理工程の繰返しが必要となる。
ップ内に収容されたコイルフィラメントから成る陰極ア
センブリによって供給される。従来、かかるコイルフィ
ラメントはカリウム添加タングステン・ワイヤから構成
されてきたが、それは電子放出及びＸ線発生のために必
要な高い動作温度において優れた構造安定性及び集束特
性を示す。Ｘ線管の性能は、陰極内におけるフィラメン
トの整列状態によって左右されることがある。従って、
タングステンコイルフィラメントは陰極カップ内に取付
けられてから一直線状に整列させられる。取付けられた
後、所望の再結晶ミクロ組織を生み出すためフィラメン
トは約２８００℃に加熱される。この加熱中において、
フィラメントはたるみを生じて整列状態から外れること
が多い。その場合には、フィラメントの再整列及び熱処
理工程の繰返しが必要となる。
【０００５】このようなたるみ及び整列の問題と取り組
んだものとして、本願の場合と同じ譲受人に譲渡された
ビー・エイ・クヌードセン(B.A. Knudesen) 等の米国特
許第５４９８１８５号、同第５５１４４１３号及び同第
５６７２０８５号が挙げられる。なお、それらの開示内
容は引用によって本明細書中に組込まれる。従来のＸ線
管アセンブリの詳細な説明を含むそれらの特許は、フィ
ラメントの整列方法及び固体の一体絶縁物ユニットの付
随したＸ線管陰極アセンブリを提供するものである。
んだものとして、本願の場合と同じ譲受人に譲渡された
ビー・エイ・クヌードセン(B.A. Knudesen) 等の米国特
許第５４９８１８５号、同第５５１４４１３号及び同第
５６７２０８５号が挙げられる。なお、それらの開示内
容は引用によって本明細書中に組込まれる。従来のＸ線
管アセンブリの詳細な説明を含むそれらの特許は、フィ
ラメントの整列方法及び固体の一体絶縁物ユニットの付
随したＸ線管陰極アセンブリを提供するものである。
【０００６】再結晶済みのドープしたタングステン・フ
ィラメントは室温で低い延性を有しているため、再結晶
陰極は極めて脆くなる。更にまた、かかるドープしたタ
ングステン・フィラメントは実質的な熱衝撃及び機械衝
撃が存在する用途において大きな欠点を示す。熱衝撃
は、たとえば、急速循環型ＣＡＴのＸ線装置への使用時
におけるフィラメントの急速な熱サイクルによって生じ
ることがある。このような条件下では、フィラメント温
度はほぼ瞬間的に約２５００℃の放出温度にまで上昇さ
せられる。また、たとえば走査型ＣＡＴのＸ線装置のガ
ントリー内における高速の回転及び逆回転は大きな機械
衝撃を生じることがあるが、かかる装置はこの種のＸ線
管にとって益々重要な用途となりつつある。
ィラメントは室温で低い延性を有しているため、再結晶
陰極は極めて脆くなる。更にまた、かかるドープしたタ
ングステン・フィラメントは実質的な熱衝撃及び機械衝
撃が存在する用途において大きな欠点を示す。熱衝撃
は、たとえば、急速循環型ＣＡＴのＸ線装置への使用時
におけるフィラメントの急速な熱サイクルによって生じ
ることがある。このような条件下では、フィラメント温
度はほぼ瞬間的に約２５００℃の放出温度にまで上昇さ
せられる。また、たとえば走査型ＣＡＴのＸ線装置のガ
ントリー内における高速の回転及び逆回転は大きな機械
衝撃を生じることがあるが、かかる装置はこの種のＸ線
管にとって益々重要な用途となりつつある。
【０００７】約３〜約３０重量％(w/o) のレニウム及び
残部のタングステンから成るタングステン−レニウム合
金を白熱電球用のフィラメントとして使用することは公
知である。タングステン及びドープしたタングステンへ
のレニウムの添加は、延性を増大させることによって耐
熱衝撃性及び耐機械衝撃性を高めるという利益をもたら
すことが認められた。しかるに、従来のかかるタングス
テン−レニウム合金は一般に微細な等軸ミクロ組織を有
していたが、これはそれから作製されるフィラメントの
クリープ性能に悪影響を及ぼし、そして高温への暴露時
にはフィラメントのたるみを引起こした。クリープに由
来するフィラメントのたるみは、（上記のごとき）陰極
カップ内における陰極用ワイヤ・フィラメントの位置狂
いの原因となることが認められており、またかかるフィ
ラメントから放出されるＸ線が適正な集束を示さないこ
とも知られている。タングステン−レニウム・フィラメ
ント部材の実用寿命は、Ｘ線用ワイヤ・フィラメントの
動作時間中において高温下で起こるクリープ及びその結
果としてのクリープ破損によって制限されるものと考え
られてきた。従って、（Ｘ線管が通例動作する温度であ
る）２３００℃を越える範囲内の高温においては顕著な
クリープを示すという理由で、かかる温度でのタングス
テン−レニウム・ワイヤの使用は不適当であることが先
行技術において認められていた。〔エッチ・ジェイ・フ
ロスト及びエム・エフ・アシュビー(H.J. Frost & M.F.
Ashby) 著「デフォーメイション・マップス−ザ・プ
ラスティシティ・アンド・クリープ・オブ・メタルズ・
アンド・セラミックス(Deformation Maps−The Plastic
ity and Creep of Metals and Ceramics) （パーガモン
社、１９８２年）の１５０〜１５２頁を参照された
い。〕
残部のタングステンから成るタングステン−レニウム合
金を白熱電球用のフィラメントとして使用することは公
知である。タングステン及びドープしたタングステンへ
のレニウムの添加は、延性を増大させることによって耐
熱衝撃性及び耐機械衝撃性を高めるという利益をもたら
すことが認められた。しかるに、従来のかかるタングス
テン−レニウム合金は一般に微細な等軸ミクロ組織を有
していたが、これはそれから作製されるフィラメントの
クリープ性能に悪影響を及ぼし、そして高温への暴露時
にはフィラメントのたるみを引起こした。クリープに由
来するフィラメントのたるみは、（上記のごとき）陰極
カップ内における陰極用ワイヤ・フィラメントの位置狂
いの原因となることが認められており、またかかるフィ
ラメントから放出されるＸ線が適正な集束を示さないこ
とも知られている。タングステン−レニウム・フィラメ
ント部材の実用寿命は、Ｘ線用ワイヤ・フィラメントの
動作時間中において高温下で起こるクリープ及びその結
果としてのクリープ破損によって制限されるものと考え
られてきた。従って、（Ｘ線管が通例動作する温度であ
る）２３００℃を越える範囲内の高温においては顕著な
クリープを示すという理由で、かかる温度でのタングス
テン−レニウム・ワイヤの使用は不適当であることが先
行技術において認められていた。〔エッチ・ジェイ・フ
ロスト及びエム・エフ・アシュビー(H.J. Frost & M.F.
Ashby) 著「デフォーメイション・マップス−ザ・プ
ラスティシティ・アンド・クリープ・オブ・メタルズ・
アンド・セラミックス(Deformation Maps−The Plastic
ity and Creep of Metals and Ceramics) （パーガモン
社、１９８２年）の１５０〜１５２頁を参照された
い。〕
【０００８】
【発明の概要】本発明は、Ｘ線管の陰極アセンブリ中に
おける高温動作のために適した熱処理済みの再結晶カリ
ウム添加タングステン−レニウム・フィラメントを提供
するものである。かかるフィラメントは、タングステン
及びドープしたタングステン・フィラメントに対してク
リープ寿命の向上を示す。本発明に係わるフィラメント
には、約２０ミクロンより大きい粒度を有する概して一
様な再結晶ミクロ組織を生み出す熱処理工程が施され
る。このような大きさの粒度は、タングステン−レニウ
ム・フィラメントに固有の耐熱性及び耐衝撃性の保持に
加えてクリープ強度の向上をもたらす。詳しく述べれ
ば、本発明のＸ線用ワイヤ・フィラメントは約３．０〜
約７．０重量％の範囲内のレニウム、約３０〜約１１０
ｐｐｍの範囲内のカリウム、及び残部のタングステンか
ら成ると共に、約２０ミクロンより大きい粒度を有する
互いにかみ合った結晶粒を含んでいる。
おける高温動作のために適した熱処理済みの再結晶カリ
ウム添加タングステン−レニウム・フィラメントを提供
するものである。かかるフィラメントは、タングステン
及びドープしたタングステン・フィラメントに対してク
リープ寿命の向上を示す。本発明に係わるフィラメント
には、約２０ミクロンより大きい粒度を有する概して一
様な再結晶ミクロ組織を生み出す熱処理工程が施され
る。このような大きさの粒度は、タングステン−レニウ
ム・フィラメントに固有の耐熱性及び耐衝撃性の保持に
加えてクリープ強度の向上をもたらす。詳しく述べれ
ば、本発明のＸ線用ワイヤ・フィラメントは約３．０〜
約７．０重量％の範囲内のレニウム、約３０〜約１１０
ｐｐｍの範囲内のカリウム、及び残部のタングステンか
ら成ると共に、約２０ミクロンより大きい粒度を有する
互いにかみ合った結晶粒を含んでいる。
【０００９】陰極カップ内への設置に先立ち、本発明の
フィラメントには約２６００〜約３２３０℃の範囲内の
温度で約０．１分〜約５時間の時間にわたり熱処理が施
される。かかる熱処理は、たとえば、約３１７０〜約３
２３０℃の範囲内の温度で約１．５〜約３．０分の時間
にわたり加熱することによって行われるか、あるいは約
２８７０〜約２９３０℃の範囲内の温度で約４時間にわ
たり加熱することによって行われる。かかる熱処理を単
独で実施するか、あるいは引抜きスケジュールと組合わ
せて実施することにより、約２０ミクロンより大きい平
均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含むフィラメ
ントが得られる。
フィラメントには約２６００〜約３２３０℃の範囲内の
温度で約０．１分〜約５時間の時間にわたり熱処理が施
される。かかる熱処理は、たとえば、約３１７０〜約３
２３０℃の範囲内の温度で約１．５〜約３．０分の時間
にわたり加熱することによって行われるか、あるいは約
２８７０〜約２９３０℃の範囲内の温度で約４時間にわ
たり加熱することによって行われる。かかる熱処理を単
独で実施するか、あるいは引抜きスケジュールと組合わ
せて実施することにより、約２０ミクロンより大きい平
均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含むフィラメ
ントが得られる。
【００１０】本発明に係わるフィラメントは、Ｘ線装置
におけるタングステン−レニウム・ワイヤ・フィラメン
トの使用を可能にし、その結果としてタングステン−レ
ニウム・フィラメントの利点を実現することを可能にす
る。すなわち、一定範囲内のカリウム・ドープ剤を添加
すること、並びに約２０ミクロンを越える粒度を生み出
すような熱処理及び（又は）成形操作を用いて粒度を更
に調整することにより、タングステン−レニウム・フィ
ラメントの利点をＸ線用途において得ることができる。
かかる利点としては、公知のタングステン及びドープし
たタングステン・フィラメントに比べて熱衝撃及び機械
衝撃の少なくとも一方に対する抵抗性が向上することが
挙げられるが、それのみに限定されるわけではない。
におけるタングステン−レニウム・ワイヤ・フィラメン
トの使用を可能にし、その結果としてタングステン−レ
ニウム・フィラメントの利点を実現することを可能にす
る。すなわち、一定範囲内のカリウム・ドープ剤を添加
すること、並びに約２０ミクロンを越える粒度を生み出
すような熱処理及び（又は）成形操作を用いて粒度を更
に調整することにより、タングステン−レニウム・フィ
ラメントの利点をＸ線用途において得ることができる。
かかる利点としては、公知のタングステン及びドープし
たタングステン・フィラメントに比べて熱衝撃及び機械
衝撃の少なくとも一方に対する抵抗性が向上することが
挙げられるが、それのみに限定されるわけではない。
【００１１】更に詳しく述べれば本発明は、約３．０〜
約５．５重量％のレニウム及び残部のタングステンから
成るものに約３０〜約１１０ｐｐｍの範囲内のカリウム
を添加した組成を有すると共に、約２０ミクロンより大
きい粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含むよう
な、Ｘ線管の陰極として使用するためのＸ線用ワイヤ・
フィラメントを提供する。
約５．５重量％のレニウム及び残部のタングステンから
成るものに約３０〜約１１０ｐｐｍの範囲内のカリウム
を添加した組成を有すると共に、約２０ミクロンより大
きい粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含むよう
な、Ｘ線管の陰極として使用するためのＸ線用ワイヤ・
フィラメントを提供する。
【００１２】本発明の別の側面に従えば、Ｘ線管の陰極
として使用するためのコイル巻きワイヤフィラメントの
製造方法が提供される。かかる方法は、（ａ）約４〜約
６重量％のレニウム及び残部のタングステンから成るも
のに約３０〜約１１０ｐｐｍのカリウムを添加した材料
から実質的に成るワイヤ部材を、１回以上の連続した引
抜きパスによって棒材から形成する工程であって、各々
の引抜きパスによりワイヤ部材の横断面積を減少させる
工程と、（ｂ）ワイヤ部材の横断面積の累積減少率を少
なくとも約４０％にする工程と、（ｃ）ワイヤ部材中に
コイルを形成する工程と、（ｄ）約２６００〜約３２３
０℃の範囲内の温度で約０．１分〜約５時間の時間にわ
たり加熱することによってワイヤ部材に熱処理を施す工
程とを含み、これにより、約２０ミクロンを越える平均
粒度を有する互いにかみ合った結晶粒組織を有するフィ
ラメントが得られる。
として使用するためのコイル巻きワイヤフィラメントの
製造方法が提供される。かかる方法は、（ａ）約４〜約
６重量％のレニウム及び残部のタングステンから成るも
のに約３０〜約１１０ｐｐｍのカリウムを添加した材料
から実質的に成るワイヤ部材を、１回以上の連続した引
抜きパスによって棒材から形成する工程であって、各々
の引抜きパスによりワイヤ部材の横断面積を減少させる
工程と、（ｂ）ワイヤ部材の横断面積の累積減少率を少
なくとも約４０％にする工程と、（ｃ）ワイヤ部材中に
コイルを形成する工程と、（ｄ）約２６００〜約３２３
０℃の範囲内の温度で約０．１分〜約５時間の時間にわ
たり加熱することによってワイヤ部材に熱処理を施す工
程とを含み、これにより、約２０ミクロンを越える平均
粒度を有する互いにかみ合った結晶粒組織を有するフィ
ラメントが得られる。
【００１３】本発明の上記及びその他の実施の態様、利
点及び顕著な特徴は、添付の図面を参照しながら本発明
の実施の態様を開示する以下の詳細な説明を読むことに
よって自ずから明らかとなろう。なお、図面中において
は、同じ構成要素は同じ参照番号によって表わされてい
る。
点及び顕著な特徴は、添付の図面を参照しながら本発明
の実施の態様を開示する以下の詳細な説明を読むことに
よって自ずから明らかとなろう。なお、図面中において
は、同じ構成要素は同じ参照番号によって表わされてい
る。
【００１４】
【好適な実施の態様の詳細な説明】本発明のカリウム添
加タングステン−レニウム線（ワイヤ）は、コイル巻き
フィラメントに成形された場合、任意公知のＸ線管の構
造中又は米国特許第５５１５４１３号明細書中に記載さ
れた陰極カップアセンブリ中において陰極として使用す
るために特に適している。
加タングステン−レニウム線（ワイヤ）は、コイル巻き
フィラメントに成形された場合、任意公知のＸ線管の構
造中又は米国特許第５５１５４１３号明細書中に記載さ
れた陰極カップアセンブリ中において陰極として使用す
るために特に適している。
【００１５】本発明のカリウム添加タングステン−レニ
ウム・ワイヤは、約３０〜約１１０ｐｐｍ（たとえば、
約５５〜約７０ｐｐｍ）の範囲内のカリウム濃度を有す
るように製造される。完全に焼結されたタングステン−
レニウム・インゴット中においては、かかるカリウムは
元素状カリウムのバブルから成る細長いストランドとし
て存在するのが通例である。一般に、カリウム濃度が高
くなるほどクリープ性能の高いフィラメントが得られる
が、カリウム・レベルが高くなるほどワイヤの製造は困
難になる。レニウム含量は約３〜約７重量％(w/o) の範
囲内にあるが、最も普通には約３(w/o) である。組成の
残部はタングステンによって構成される。
ウム・ワイヤは、約３０〜約１１０ｐｐｍ（たとえば、
約５５〜約７０ｐｐｍ）の範囲内のカリウム濃度を有す
るように製造される。完全に焼結されたタングステン−
レニウム・インゴット中においては、かかるカリウムは
元素状カリウムのバブルから成る細長いストランドとし
て存在するのが通例である。一般に、カリウム濃度が高
くなるほどクリープ性能の高いフィラメントが得られる
が、カリウム・レベルが高くなるほどワイヤの製造は困
難になる。レニウム含量は約３〜約７重量％(w/o) の範
囲内にあるが、最も普通には約３(w/o) である。組成の
残部はタングステンによって構成される。
【００１６】陰極カップの組立て及びＸ線管内への設置
後に行われてきた熱処理工程は、陰極カップ内へのフィ
ラメントの取付けに先立ち、管理された温度下での熱処
理又は熱処理サイクルを用いて炉内で行うことができ
る。あるいはまた、かかる熱処理工程を自己抵抗加熱に
よって行うこともできる。上記のごときカリウム添加タ
ングステン−レニウム・ワイヤは、下記に一層詳しく記
載されるような所望のフィラメント形状に形成される。
タングステン工具を用いて内部及び外部から支持された
フィラメントは炉内の配置され、そして熱処理工程を施
される。この熱処理工程はフィラメントの再結晶を引起
こすように機能するものであって、結晶粒の成長及び最
終の粒度を決定するフィラメントのミクロ組織を制御す
るために役立つ。約２０ミクロンより大きい所望の粒度
及びクリープ破損に対する抵抗性を得るためには、本明
細書中に列挙される特定の因子に応じ、約２６００〜約
３２００℃の範囲内の温度で約０．１０分〜約５時間の
時間にわたる加熱が行われるのが通例である。
後に行われてきた熱処理工程は、陰極カップ内へのフィ
ラメントの取付けに先立ち、管理された温度下での熱処
理又は熱処理サイクルを用いて炉内で行うことができ
る。あるいはまた、かかる熱処理工程を自己抵抗加熱に
よって行うこともできる。上記のごときカリウム添加タ
ングステン−レニウム・ワイヤは、下記に一層詳しく記
載されるような所望のフィラメント形状に形成される。
タングステン工具を用いて内部及び外部から支持された
フィラメントは炉内の配置され、そして熱処理工程を施
される。この熱処理工程はフィラメントの再結晶を引起
こすように機能するものであって、結晶粒の成長及び最
終の粒度を決定するフィラメントのミクロ組織を制御す
るために役立つ。約２０ミクロンより大きい所望の粒度
及びクリープ破損に対する抵抗性を得るためには、本明
細書中に列挙される特定の因子に応じ、約２６００〜約
３２００℃の範囲内の温度で約０．１０分〜約５時間の
時間にわたる加熱が行われるのが通例である。
【００１７】本発明によって規定されるような熱処理工
程の条件下では、フィラメントには再結晶組織及び約２
０ミクロンより大きい粒度が付与される。このような結
晶粒組織のため、フィラメントの耐熱衝撃性及び耐機械
衝撃性を損なうことなしにフィラメントのクリープ強度
が得られるのである。
程の条件下では、フィラメントには再結晶組織及び約２
０ミクロンより大きい粒度が付与される。このような結
晶粒組織のため、フィラメントの耐熱衝撃性及び耐機械
衝撃性を損なうことなしにフィラメントのクリープ強度
が得られるのである。
【００１８】タングステン−レニウム・フィラメントは
一般にそれの最高使用温度より高い再結晶温度を有し、
従ってかかる最高使用温度より高くかつかかる再結晶温
度より高い温度での熱処理は再結晶した結晶粒組織を生
み出す。しかるに、高い熱処理温度においては、熱処理
工程中における過度のカリウム・バブル成長及び（又
は）蒸発のために得られる熱処理フィラメントの早期破
損を招くことがある。従って、熱処理中における再結晶
時間及び結晶粒成長は、最少限のバブル成長を伴いなが
ら粒度の増大を促進するように調整する必要がある。
一般にそれの最高使用温度より高い再結晶温度を有し、
従ってかかる最高使用温度より高くかつかかる再結晶温
度より高い温度での熱処理は再結晶した結晶粒組織を生
み出す。しかるに、高い熱処理温度においては、熱処理
工程中における過度のカリウム・バブル成長及び（又
は）蒸発のために得られる熱処理フィラメントの早期破
損を招くことがある。従って、熱処理中における再結晶
時間及び結晶粒成長は、最少限のバブル成長を伴いなが
ら粒度の増大を促進するように調整する必要がある。
【００１９】本発明のタングステン−レニウム・フィラ
メントは、次のような工程に従って製造される。実質的
に純粋なタングステン粉末を適宜所望の重量パーセント
のレニウム粉末と混合してふるいを通した後、３０〜１
１０ｐｐｍの濃度となるように元素状カリウムが添加さ
れる。なお、かかるカリウムは不純物として存在するも
のであってもよい。一定量の混合粉末を秤量して鋼製の
金型に充填した後、その金型が油圧プレス内に挿入され
る。プレス内で加圧成形した後、通例は約１／２インチ
×約１／２インチ（１２７ｍｍ×１２７ｍｍ）の横断面
を有する加圧成形インゴット棒材が耐火性容器（「ボー
ト」）内に配置され、そして水素雰囲気を有する炉内に
挿入される。かかる炉内において一定時間にわたり１２
００℃に維持することにより、インゴットの予備焼結工
程が実施される。その後、水素雰囲気中において棒材に
電流を流して抵抗加熱することにより、インゴットの完
全焼結が行われる。かかる工程中において、棒材内には
タングステン結晶並びにカリウム・バブルの細長い連鎖
が生成し始まる。
メントは、次のような工程に従って製造される。実質的
に純粋なタングステン粉末を適宜所望の重量パーセント
のレニウム粉末と混合してふるいを通した後、３０〜１
１０ｐｐｍの濃度となるように元素状カリウムが添加さ
れる。なお、かかるカリウムは不純物として存在するも
のであってもよい。一定量の混合粉末を秤量して鋼製の
金型に充填した後、その金型が油圧プレス内に挿入され
る。プレス内で加圧成形した後、通例は約１／２インチ
×約１／２インチ（１２７ｍｍ×１２７ｍｍ）の横断面
を有する加圧成形インゴット棒材が耐火性容器（「ボー
ト」）内に配置され、そして水素雰囲気を有する炉内に
挿入される。かかる炉内において一定時間にわたり１２
００℃に維持することにより、インゴットの予備焼結工
程が実施される。その後、水素雰囲気中において棒材に
電流を流して抵抗加熱することにより、インゴットの完
全焼結が行われる。かかる工程中において、棒材内には
タングステン結晶並びにカリウム・バブルの細長い連鎖
が生成し始まる。
【００２０】その後、棒材は丸棒にスエージ加工され
る。すなわち、棒材が約１２００〜約１６００℃の範囲
内の温度に加熱され、そして毎分約１００００回の打撃
速度で急速な槌打ちを施すように設計された金型に通さ
れる。スエージ加工の結果、丸棒中に生成された結晶は
伸長され、それによって所望の繊維状組織が生み出され
る。スエージ加工装置は、１回のパス当り約１２％だけ
丸棒の直径を減少させるのが通例である。２回以上の据
込みを施した後、丸棒のスエージ加工を更に続行するた
め、約２５００℃を越える温度に加熱することによって
丸棒を再結晶させる必要がある場合もある。場合によっ
ては追加の再結晶工程を伴いながら追加のスエージ加工
を行うことにより、約０．２５〜約０．１０インチ
（６．３〜２．５ｍｍ）の範囲内の直径を有する丸棒を
得ることができる。
る。すなわち、棒材が約１２００〜約１６００℃の範囲
内の温度に加熱され、そして毎分約１００００回の打撃
速度で急速な槌打ちを施すように設計された金型に通さ
れる。スエージ加工の結果、丸棒中に生成された結晶は
伸長され、それによって所望の繊維状組織が生み出され
る。スエージ加工装置は、１回のパス当り約１２％だけ
丸棒の直径を減少させるのが通例である。２回以上の据
込みを施した後、丸棒のスエージ加工を更に続行するた
め、約２５００℃を越える温度に加熱することによって
丸棒を再結晶させる必要がある場合もある。場合によっ
ては追加の再結晶工程を伴いながら追加のスエージ加工
を行うことにより、約０．２５〜約０．１０インチ
（６．３〜２．５ｍｍ）の範囲内の直径を有する丸棒を
得ることができる。
【００２１】その後、１回以上の引抜きパスにより、ス
エージ加工された丸棒が炭化タングステン又はダイヤモ
ンドから成る１個以上の型を通して引抜かれる。各回の
引抜きパスにより、丸棒の直径は更に減少する。複数の
引抜きパスの後には、所望の線径が得られるまで直径を
減少させるための追加の引抜きパスを可能にするため、
（約１２００〜約１６００℃の範囲内の）低温熱処理及
び（又は）（再結晶温度より高い）高温熱処理が必要と
なる場合がある。Ｘ線用ワイヤ・フィラメントの所望の
直径は、通例約０．０１０〜約０．０２５インチ（０．
２５４〜０．６３ｍｍ）の範囲内にある。
エージ加工された丸棒が炭化タングステン又はダイヤモ
ンドから成る１個以上の型を通して引抜かれる。各回の
引抜きパスにより、丸棒の直径は更に減少する。複数の
引抜きパスの後には、所望の線径が得られるまで直径を
減少させるための追加の引抜きパスを可能にするため、
（約１２００〜約１６００℃の範囲内の）低温熱処理及
び（又は）（再結晶温度より高い）高温熱処理が必要と
なる場合がある。Ｘ線用ワイヤ・フィラメントの所望の
直径は、通例約０．０１０〜約０．０２５インチ（０．
２５４〜０．６３ｍｍ）の範囲内にある。
【００２２】スエージ加工済みの丸棒の形成後における
（中間の高温又は低温応力除去焼なましを伴う）引抜き
工程並びに最終熱処理の時間及び温度はいずれも、得ら
れるワイヤ部材中における互いにかみ合った結晶粒の生
成及び生成される結晶粒の平均粒度に対して様々な程度
に影響を及ぼす。本発明に係わる方法の一例について述
べれば、（通例は約０．１０〜約０．２５インチの範囲
内の直径を有する）スエージ加工済みの丸棒の形成後、
かかる丸棒は１回以上の引抜きパスにより型を通して引
抜かれる。各回の引抜きパスにより、線の直径は更に減
少する。フィラメントに関して所望される直径〔たとえ
ば、約０．０１０インチ（２．５４ｍｍ）〕に到達した
後、かかるワイヤ部材中につる巻きコイルが形成され
る。その後、約２６００〜約３２３０℃の範囲内の温度
で約０．１分〜約５時間の時間にわたり加熱することに
よってワイヤ部材を再結晶させれば、約２０ミクロンを
越える平均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒組織が
ワイヤ部材中に生み出される。
（中間の高温又は低温応力除去焼なましを伴う）引抜き
工程並びに最終熱処理の時間及び温度はいずれも、得ら
れるワイヤ部材中における互いにかみ合った結晶粒の生
成及び生成される結晶粒の平均粒度に対して様々な程度
に影響を及ぼす。本発明に係わる方法の一例について述
べれば、（通例は約０．１０〜約０．２５インチの範囲
内の直径を有する）スエージ加工済みの丸棒の形成後、
かかる丸棒は１回以上の引抜きパスにより型を通して引
抜かれる。各回の引抜きパスにより、線の直径は更に減
少する。フィラメントに関して所望される直径〔たとえ
ば、約０．０１０インチ（２．５４ｍｍ）〕に到達した
後、かかるワイヤ部材中につる巻きコイルが形成され
る。その後、約２６００〜約３２３０℃の範囲内の温度
で約０．１分〜約５時間の時間にわたり加熱することに
よってワイヤ部材を再結晶させれば、約２０ミクロンを
越える平均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒組織が
ワイヤ部材中に生み出される。
【００２３】一般に、最終熱処理の温度が高くかつ時間
が長くなるほど、粒度は大きくなる。結晶粒の粒度及び
かみ合いの程度は、最終の再結晶熱処理に依存するばか
りでなく、（もし起こるとすれば）スエージ加工操作中
における再結晶の量並びに約３〜約７(w/o) の範囲内に
おいて使用される実際のレニウム含量にも依存する。
が長くなるほど、粒度は大きくなる。結晶粒の粒度及び
かみ合いの程度は、最終の再結晶熱処理に依存するばか
りでなく、（もし起こるとすれば）スエージ加工操作中
における再結晶の量並びに約３〜約７(w/o) の範囲内に
おいて使用される実際のレニウム含量にも依存する。
【００２４】本発明を例証するため、以下に実施例を示
す。これらの実施例は本発明の範囲内にある特徴を明ら
かにするためのものに過ぎないのであって、本発明の範
囲を制限するものと解すべきでない。
す。これらの実施例は本発明の範囲内にある特徴を明ら
かにするためのものに過ぎないのであって、本発明の範
囲を制限するものと解すべきでない。
【００２５】［実施例１］実質的に純粋な（９９．５
％）タングステン粉末を適当な重量の実質的に純粋な
（９９．８％）レニウム粉末と混合することにより、５
５ｐｐｍの濃度で元素状カリウムを含有するタングステ
ン−３重量％レニウム混合物を調製した。この混合粉末
を加圧成形することにより、横断面が約１／２インチ×
約１／２インチのインゴットを形成した。かかるインゴ
ットを水素雰囲気の炉内に入れ、そして約１２００℃で
予備焼結した。その後、融解アンペア数の約９０％の電
流を棒材に流すことにより、水素雰囲気中においてイン
ゴットを抵抗加熱した。その後、約１２００〜約１６０
０℃の範囲内の温度で一連の据込みを施すことにより、
得られた棒材を直径約０．２５インチ（６．３ｍｍ）の
丸棒にスエージ加工した。直径約０．２５インチへの最
後の据込みに先立ち、丸棒には約２５００℃の中間再結
晶熱処理が施された。その後、得られた丸棒には成形型
を通して複数の引抜きパスを施した。なお、最後の引抜
き工程に先立って約１２００℃の低温中間焼なましが施
された。このようにして、約０．０１０インチ（２５４
ｍｍ）の直径が得られた。かかるフィラメントに対し、
約２６００℃で約６０分間にわたる最終熱処理が施され
た。
％）タングステン粉末を適当な重量の実質的に純粋な
（９９．８％）レニウム粉末と混合することにより、５
５ｐｐｍの濃度で元素状カリウムを含有するタングステ
ン−３重量％レニウム混合物を調製した。この混合粉末
を加圧成形することにより、横断面が約１／２インチ×
約１／２インチのインゴットを形成した。かかるインゴ
ットを水素雰囲気の炉内に入れ、そして約１２００℃で
予備焼結した。その後、融解アンペア数の約９０％の電
流を棒材に流すことにより、水素雰囲気中においてイン
ゴットを抵抗加熱した。その後、約１２００〜約１６０
０℃の範囲内の温度で一連の据込みを施すことにより、
得られた棒材を直径約０．２５インチ（６．３ｍｍ）の
丸棒にスエージ加工した。直径約０．２５インチへの最
後の据込みに先立ち、丸棒には約２５００℃の中間再結
晶熱処理が施された。その後、得られた丸棒には成形型
を通して複数の引抜きパスを施した。なお、最後の引抜
き工程に先立って約１２００℃の低温中間焼なましが施
された。このようにして、約０．０１０インチ（２５４
ｍｍ）の直径が得られた。かかるフィラメントに対し、
約２６００℃で約６０分間にわたる最終熱処理が施され
た。
【００２６】図１には、こうして得られたフィラメント
のミクロ組織が倍率５００×で示されている。平均粒度
は約８ミクロンである。
のミクロ組織が倍率５００×で示されている。平均粒度
は約８ミクロンである。
【００２７】下記の非制限的な実施例（実施例２）にお
いては、再結晶時間及び温度を変更したところ、タング
ステン−３(w/o) レニウム・ワイヤ・フィラメントに関
して所要の互いにかみ合った結晶粒組織及び約２０ミク
ロンを越える平均粒度が生み出され、その結果としてク
リープ抵抗性を有するフィラメントが得られることが判
明した。
いては、再結晶時間及び温度を変更したところ、タング
ステン−３(w/o) レニウム・ワイヤ・フィラメントに関
して所要の互いにかみ合った結晶粒組織及び約２０ミク
ロンを越える平均粒度が生み出され、その結果としてク
リープ抵抗性を有するフィラメントが得られることが判
明した。
【００２８】［実施例２］実施例１において得られたも
のと同じ直径０．０１０インチのタングステン−３(w/
o) レニウム・ワイヤ・フィラメントを使用した。ただ
し、この場合には、約２６００℃で約６０分間にわたる
最終熱処理を施す代りに、約３２００℃で約２分間にわ
たる最終熱処理（再結晶）がフィラメントに施された。
のと同じ直径０．０１０インチのタングステン−３(w/
o) レニウム・ワイヤ・フィラメントを使用した。ただ
し、この場合には、約２６００℃で約６０分間にわたる
最終熱処理を施す代りに、約３２００℃で約２分間にわ
たる最終熱処理（再結晶）がフィラメントに施された。
【００２９】図２には、こうして得られたミクロ組織が
倍率５００×で示されているが、約２０ミクロンより大
きい粒度が達成されたことがわかる。
倍率５００×で示されているが、約２０ミクロンより大
きい粒度が達成されたことがわかる。
【００３０】Ｘ線管内における電子放出のために必要な
温度においては、かかるフィラメントのクリープ寿命は
実施例１のフィラメント以上に満足すべきものであるこ
とが判明した。こうして得られたフィラメント部材はま
た、従来のタングステン・フィラメントに勝る延性を示
すと共に、同等の降伏強さを有していた。
温度においては、かかるフィラメントのクリープ寿命は
実施例１のフィラメント以上に満足すべきものであるこ
とが判明した。こうして得られたフィラメント部材はま
た、従来のタングステン・フィラメントに勝る延性を示
すと共に、同等の降伏強さを有していた。
【００３１】以上、様々な実施の態様に関連して本発明
を説明したが、本明細書に基づけば、本発明の範囲内に
おいて様々な組合せの構成要素、変更又は改良を使用し
得ることが当業者には容易に理解されよう。
を説明したが、本明細書に基づけば、本発明の範囲内に
おいて様々な組合せの構成要素、変更又は改良を使用し
得ることが当業者には容易に理解されよう。
【図１】５５ｐｐｍのカリウムを含有するタングステン
−３％レニウム・フィラメントを２６００℃で１時間に
わたり熱処理したものの走査電子顕微鏡写真（倍率５０
０×）である。
−３％レニウム・フィラメントを２６００℃で１時間に
わたり熱処理したものの走査電子顕微鏡写真（倍率５０
０×）である。
【図２】５５ｐｐｍのカリウムを含有するタングステン
−３％レニウム・フィラメントを３２００℃で２分間に
わたり熱処理したものの走査電子顕微鏡写真（倍率５０
０×）である。
−３％レニウム・フィラメントを３２００℃で２分間に
わたり熱処理したものの走査電子顕微鏡写真（倍率５０
０×）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｂ ６３０Ｋ ６５０ ６５０Ｃ ６６１ ６６１Ｚ ６８３ ６８３ ６８５ ６８５Ｚ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ａ (72)発明者 デニス・ジョセフ・ダルペ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ニスカユナ・ドライブ、2336番 (72)発明者 ブルース・エー・クヌドセン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、アムス テルダム、ベルファンス・ロード、238番
Claims (16)
- 【請求項１】 約３〜約７重量％のレニウム及び残部の
タングステンから成るものに約３０〜約１１０ｐｐｍの
範囲内の濃度でカリウムを添加した材料で作製された熱
処理済みの再結晶コイル巻きワイヤ部材で構成されてい
て、約２０ミクロンより大きい平均粒度を有する互いに
かみ合った結晶粒を含むことを特徴とする、Ｘ線管の陰
極として使用するためのＸ線用ワイヤ・フィラメント。 - 【請求項２】 前記熱処理が、前記コイル巻きワイヤ部
材を約２６００〜約３２００℃の範囲内の温度で約０．
１分〜約５時間の時間にわたり加熱することから成る請
求項１記載のフィラメント。 - 【請求項３】 前記熱処理が、前記コイル巻きワイヤ部
材を約３１７０〜約３２３０℃の範囲内の温度で約１．
５〜約３．０分の時間にわたり加熱することから成る請
求項２記載のフィラメント。 - 【請求項４】 前記熱処理が、前記コイル巻きワイヤ部
材を約２８７０〜２９３０℃の範囲内の温度で約４時間
にわたり加熱することから成る請求項２記載のフィラメ
ント。 - 【請求項５】 前記レニウムが約３．０〜約５．５重量
％の範囲内の量で存在する請求項２記載のフィラメン
ト。 - 【請求項６】 前記カリウムが約４０〜約７０重量％の
範囲内の濃度で存在する請求項５記載のフィラメント。 - 【請求項７】 約４〜約６重量％のレニウム及び残部の
タングステンから成るものに約３０〜約７０ｐｐｍのカ
リウムを添加した組成を有するコイル巻きワイヤ部材に
対し、約２７００〜約３２００℃の範囲内の温度で約
０．１分〜約４時間の時間にわたり熱処理を施すことに
よって構成されていて、約２０ミクロンより大きい平均
粒度を有する互いにかみ合った結晶粒を含むことを特徴
とする、Ｘ線管の陰極として使用するための熱処理済み
再結晶フィラメント。 - 【請求項８】 前記熱処理が、前記コイル巻きワイヤ部
材を約３１７０〜約３２３０℃の範囲内の温度で約２分
間にわたり加熱することから成る請求項７記載のフィラ
メント。 - 【請求項９】 前記熱処理が、前記コイル巻きワイヤ部
材を約２８７０〜２９３０℃の範囲内の温度で約４時間
にわたり加熱することから成る請求項７記載のフィラメ
ント。 - 【請求項１０】 約４〜約６重量％のレニウム及び残部
のタングステンから成るものに約３０〜約７０ｐｐｍの
カリウムを添加した材料から成るワイヤ部材を、１回以
上の連続した引抜きパスによってスエージ加工棒材から
形成する工程であって、前記引抜きパスの各々が前記ワ
イヤ部材の横断面積を減少させ、かつ前記ワイヤ部材の
横断面積の累積減少率が少なくとも約４０％である工程
と、前記ワイヤ部材中にコイルを形成する工程と、約２
６００〜約３２３０℃の範囲内の温度で約０．１分〜約
５時間の時間にわたり加熱することによって前記ワイヤ
部材に熱処理を施すことにより、約２０ミクロンを越え
る平均粒度を有する互いにかみ合った結晶粒組織を有す
るフィラメントを作成する工程と、を有することを特徴
とする、Ｘ線管の陰極として使用するためのコイル巻き
ワイヤ・フィラメントの製造方法。 - 【請求項１１】 前記ワイヤ部材が少なくとも２回の引
抜きパスによって棒材から形成される場合において、最
後の引抜きパスに先立って応力除去焼なましを施す工程
を更に含む請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記応力除去焼なましが前記ワイヤ部
材の再結晶温度より低い低温応力除去焼なましである請
求項１０記載の方法。 - 【請求項１３】 前記応力除去焼なましが前記ワイヤ部
材の再結晶温度より高い高温応力除去焼なましである請
求項１０記載の方法。 - 【請求項１４】 前記熱処理が、前記ワイヤ部材を約３
１７０〜約３２３０℃の範囲内の温度で約２分間にわた
り加熱することから成る請求項１０記載の方法。 - 【請求項１５】 前記熱処理が、前記ワイヤ部材を約２
８７０〜２９３０℃の範囲内の温度で約４時間にわたり
加熱することから成る請求項１０記載の方法。 - 【請求項１６】 （ａ）約４〜約６重量％のレニウム及
び残部のタングステンから成るものに約３０〜約７０ｐ
ｐｍのカリウムを添加した材料から成るワイヤ部材を、
一連の引抜きパスによって棒材から形成する工程であっ
て、前記引抜きパスの各々により前記ワイヤ部材の横断
面積を減少させる工程と、 （ｂ）少なくとも１回の前記引抜きパスの後に前記ワイ
ヤ部材の再結晶温度より低い低温応力除去焼なましを施
す工程と、 （ｃ）前記焼なましの後に少なくとも１回の引抜きパス
を行うことにより、前記焼なまし後における前記ワイヤ
部材の横断面積の累積減少率を少なくとも約４０％にす
る工程と、 （ｄ）前記ワイヤ部材中にコイルを形成する工程と、 （ｅ）約３１７０〜約３２３０℃の範囲内の温度で約２
分間にわたり加熱することによって前記ワイヤ部材に熱
処理を施すことにより、約２０ミクロンを越える平均粒
度を有する互いにかみ合った結晶粒組織を有するフィラ
メントを作成する工程と、を含むことを特徴とする、Ｘ
線管の陰極として使用するためのコイル巻きワイヤ・フ
ィラメントの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/394,212 US6419758B1 (en) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | Cathode wire filament for x-ray tube applications |
| US09/394212 | 1999-09-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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