JP2001220232A

JP2001220232A - 複合セラミック物品及びその製造法

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Publication number: JP2001220232A
Application number: JP2000262014A
Authority: JP
Inventors: Venkat Subraman Venkataramani; ヴェンカット・サブラマン・ヴェンカタラマニ; Charles David Greskovich; チャールズ・デビッド・グレスコビッチ; Steven Jude Duclos; スティーブン・ジュード・ダクロス; James Anthony Brewer; ジェームズ・アンソニー・ブリュアー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-08-14
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: US6361735B1; DE10042608A1; DE10042608B4; JP4792155B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シンチレーターバー間に反射層が介在した検
出器列を容易かつ有効に形成する方法の提供。【解決手段】本発明は、複合物品の製造方法であっ
て、当該方法が、互いに隙間ができるように間隔をおい
て並んだ複数の未焼成セラミック素子を形成する段階、
上記隙間を第二の物質で充填する段階、及び第二の物質
と共に未焼成セラミック素子を焼成して複合物品を形成
する段階を含んでなる方法に関する。第二の物質は、焼
成後、焼成セラミック素子内の実質的にすべての光が隣
接する焼成セラミック素子に到達するのを防ぐ反射層と
して機能する。隙間を充填する段階は、第二の物質を粉
体として含むスラリーを形成し、このスラリーに未焼成
セラミック素子を浸漬することによって実施し得る。未
焼成セラミック素子と反射体組成物とを同時に焼成する
プロセスによって、焼成中の寸法制御が改善され、また
加工コストが低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広義にはセラミッ
クに関するものであり、さらに具体的には、第一のセラ
ミック物質と第二の物質とを同時に焼成して得られる発
光性セラミック物質と介在反射性物質とからなる複合物
品に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光性物質は、電磁スペクトルのある部
分におけるエネルギーを吸収して、電磁スペクトルの異
なる部分におけるエネルギーを放出する。「蛍光体」又
は「シンチレーター」とも呼ばれる大半の発光性物質
は、電磁スペクトルの可視域外の放射線の吸収に応答し
て電磁スペクトルの可視域内の放射線を放出する。大半
の蛍光体が応答する電磁スペクトル部分は、スペクトル
の可視域よりも高エネルギー側である。例えば、（蛍光
灯などでの）紫外線に応答する蛍光体、（ブラウン管な
どでの）電子に応答する蛍光体、及び（Ｘ線撮影法など
での）Ｘ線に応答する蛍光体などがある。

【０００３】発光性物質を用いた用途の一例はコンピュ
ータ断層撮影（ＣＴ）スキャナである。ＣＴスキャナで
は、Ｘ線源とＸ線検出器列を被検体の両側に配置して、
互いの位置関係を固定した状態で被検体の回りを回転さ
せる。通例、ＣＴスキャナは固体シンチレーターを含ん
でおり、これは透明な固体の形態にある発光性物質から
なる。ＣＴスキャナの典型的な検出器列は個々のシンチ
レーターバーを複数並べたものを含んでおり、各シンチ
レーターバーにはその蛍光を対応する電気信号へと変換
する光検出器ダイオードが結合している。セルのシンチ
レーターはそのセルに入射したＸ線を吸収して発光し、
該セルの光検出器で集光する。データの収集時、検出器
列の各セルは、その列の当該セルのその時点での光強度
を示す出力信号を与える。通例、ＣＴスキャナ内の発光
性物質は線形特性を有していてその光出力は吸収放射線
量の線形関数であり、その光出力を励起放射線強度と直
接関係づけることができる。ＣＴスキャナの技術分野で
周知のように出力信号を処理して被検体の像を作る。

【０００４】光検出器ダイオードの位置する面以外のシ
ンチレーターバーの面に反射コーティングを設けるのが
一般に有利である。コーティングは列の個々のシンチレ
ーターバーで生じた光を反射する。コーティングの反射
特性は、光が１つのシンチレーターバーから他のシンチ
レーターバーに伝わる（一般に「クロストーク」と呼ば
れる）のを阻止することにより、像の精度を改善する。

【０００５】反射層で隔てられた多数のシンチレーター
バーからなる検出器列の様々な形成方法が当技術分野で
公知である。通例、シンチレーター材料の製造は、適当
なセラミック粉体を調製し、粉体を粉砕し、粉体をプレ
スしてウェハを形成することによって行われる。次にウ
ェハを焼成して通例は理論密度の９９％を超える密度に
する。

【０００６】従来の形成法で起こることが知られている
一つつの問題は、焼成段階でウェハに反りが生じること
である。かかる反りは、シンチレーター材料での不均一
な密度分布によって収縮率に差が生じるためである。用
途によってはシンチレーターバーの寸法公差が極めて小
さく、例えば０．００１３ｃｍ（０．０００５インチ）
未満のこともあるので、シンチレーターバー焼成時の収
縮差のため、さらに加工しなければバーの最終寸法を達
成するのが極めて困難になることがある。そこで、シン
チレーターウェハは焼成後所望寸法まで研削、ラッピン
グ及び研磨するのが通例であるが、これは費用と時間が
かかることになる。シンチレーターバーの表面に反射コ
ーティングを設けるプロセスも、多数の処理段階を必要
とするので、費用がかさむことになりかねない。

【０００７】検出器列の他の形成方法が知られている。
例えば、ドイツ特許出願公開第１９７０９６９０Ａ１号
には、高密度層と高多孔質層とを交互に含んだ層構造を
もつセラミック素子が開示されている。多孔質層は隣り
合った高密度層間にブリッジを形成する超小型構造体を
含んでいる。しかし、この方法ではシンチレーター素子
同士がブリッジで光学的に結合した検出器列が得られる
が、これはクロストークを起こすことになり、デバイス
の画像精度を低下させる。

【０００８】ドイツ特許出願公開第１９７０９６９１Ａ
１号には、スペーサ構造体を備えた未焼成セラミック素
子を積み重ねて焼成した構造化セラミック素子の製造法
が開示されている。未焼成セラミック素子を焼成した後
スペーサ構造体間のキャビティーに機能補助物質を添加
することができる。しかし、この場合も、スペーサ素子
はセラミック素子と光学的に結合しており、そのためデ
バイスの画像精度が低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、公知の方法で
みられる問題を回避しながら、シンチレーターバー間に
反射層が介在した検出器列を容易かつ有効に形成する方
法を開発することが望まれる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態で
は、複合物品の製造方法は、互いに隙間ができるように
間隔をおいて並んだ複数の未焼成セラミック素子を形成
する段階、上記隙間を第二の物質で充填する段階、及び
第二の物質と共に未焼成セラミック素子を焼成して複合
物品を形成する段階を含んでなる。第二の物質は、焼成
後、焼成セラミック素子内の実質的にすべての光が隣接
する焼成セラミック素子に到達するのを防ぐ反射層とし
て機能する。これら複数の未焼成セラミック素子は射出
成形で形成することができ、各々が共通の連結部材から
延在するものであってもよい。

【００１１】隙間を充填する段階は、第二の物質を粉体
として含んだスラリーを形成し、スラリーに未焼成セラ
ミック素子を浸漬することによって実施し得る。この隙
間を充填する段階は、粉体形態の第二の物質を隙間に噴
霧することによっても実施し得る。隙間を充填する第二
の物質は未焼成セラミック素子の形成に用いたものと同
一物質であってもよいが、例えば充填密度及び／又は粒
度などが異なる。

【００１２】未焼成セラミック素子を反射体組成物と共
に焼成するプロセスは、焼成時の寸法制御を改善すると
ともに、加工コストを低減する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は以下
の詳細な説明並びに添付の図面から明らかとなろう。

【００１４】図１は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）ス
キャニングシステムの一例を示す。ＣＴスキャニングシ
ステム１００は円筒形エンクロージャ１１０を有してお
り、その中に走査しようとする患者又は対象物が置かれ
る。ガントリー１１２がシリンダー１１０を囲繞してい
て、シリンダー軸の回りを回転するように構成されてい
る。ガントリー１１２は、ガントリー上の電子機器をシ
ステムの残りに接続するため、用いるシステムに応じ
て、完全に一回転した後戻るようにも設計し得るし、或
いは連続回転するようにも設計し得る。ガントリー上の
電子機器はＸ線源１１４を含んでいるが、Ｘ線源は通例
扇形Ｘ線ビームを発生し、シリンダー１１０のガントリ
ーの反対側に計装されたシンチレーター検出器列１１６
に入射する。Ｘ線源の扇形パターンはＸ線源と検出器列
１１６とで画成される平面内に位置する。

【００１５】シンチレーター検出器列１１６の各セル１
１８にはシンチレーター材料からなる固体透明バーとシ
ンチレーターバーに光学的に結合した光検出器ダイオー
ドとが組み込まれている。各光検出器ダイオードの出力
はガントリー上に計装された演算増幅器に接続される。
各演算増幅器の出力は、個々の導線１２０又は他の電子
機器によってコンピュータ断層撮影システムの主制御系
１５０に接続される。図示した実施形態では、Ｘ線源の
電力とシンチレーション検出器列の信号とがケーブル１
３０によって主制御系１５０へと伝えられる。別法とし
て、ガントリーの連続回転が望まれる場合には、スリッ
プリング又は光もしくは無線伝送を用いてガントリー電
子機器を主制御系１５０に接続してもよい。このタイプ
のＣＴスキャニングシステムでは、シンチレーター材料
を用いて入射Ｘ線を光へと変換し、光を光検出器ダイオ
ードで検出して電気信号へと変換し、電気信号を画像形
成その他の目的に処理すればよい。

【００１６】検出器列１１６内のシンチレーターバーは
通例近接して隔設され、その一面、すなわち前面から放
射線が入る。シンチレーターバー内で放出された光は前
面と反対側の後面へと伝えられ検出される。光の放出は
照射体積内のあらゆる場所で起こり得るので、あらゆる
方向へと進行し得る。そのため、放出された光が後面以
外の面に向かって伝わる確率が比較的高い。そこで、各
シンチレーターバーは、光をシンチレーターバー内で後
面の光検出器に向けて反射する反射コーティングを外面
に含んでいるのが通例である。反射コーティングは１つ
のシンチレーターバー内部の光が隣接シンチレーターバ
ーに到達するのを防ぐ。

【００１７】本発明の一実施形態では、検出器列１１６
の製造は、互いに隙間ができるように間隔をおいて並ん
だ複数の未焼成セラミック素子を形成することによって
行われる。次いで、隙間を反射性物質で充填し、（未焼
成セラミック素子と介在反射性物質からなる）複合物品
を焼成する。「未焼成セラミック」という用語は、バイ
ンダーを含むか含んでいないかを問わずセラミック材料
についていう。未焼成セラミック材料は理論密度未満
（通例、理論密度の６５％未満）の密度を有しており、
通例は開放気孔構造を有している。「未焼成セラミッ
ク」という用語は、従前素焼きセラミック材料として知
られているもの、例えばバインダーを除去するととも
に、圧粉体での粒子同士のネッキングを通してその機械
的安定性を増大させるためセラミック成形体を予備焼成
して得られる材料を包含する。したがって、未焼成セラ
ミック材料は理論密度の約９０％以下の密度を有し得
る。

【００１８】本発明の一実施形態では、未焼成セラミッ
ク素子は、好適なセラミック粉体を調製し、セラミック
粉体をバインダー中に分散して、得られた組成物を未焼
成セラミック素子の列の形状に射出成形することによっ
て形成される。

【００１９】図２に、射出成形で形成した複合物品の一
例を示す。複合物品２１６は、各々一つの連結部材２２
０から延在した多数の未焼成セラミック素子２１８を含
んでいる。図２に示す通り、連結部材２２０は長方形の
形をしており、複合物品２１６の辺「ｘ」と「ｚ」に沿
って延在している。連結部材２２０は厚さ「ｔ」を有す
る。連結部材２２０は未焼成セラミック素子２１８と一
体につながっている。

【００２０】発光性物質はＸ線透過方向（矢印２１０で
示す）に厚さ「ｙ」を有する。焼成後の厚さ「ｙ」は通
例約２〜４ｍｍであるが、辺ｘ及びｚは各々通例約２０
〜４０ｍｍの長さを有する。焼成後のセラミック素子間
の隙間は通例約１００〜１３０ミクロンの幅である。こ
れらの寸法が単なる例示にすぎないことはいうまでもな
い。

【００２１】図２に示す通り、シンチレーター列の各素
子は反射層２２４で隔てられている。反射層２２４は列
の個々の素子２１８内で発生した光を反射する。好まし
くは、反射層は鏡面反射体ではなく、拡散反射体であ
る。鏡面反射体ではいずれかの鏡面に当たった光が反射
してシンチレーターバー内に戻る。結局、反射光の一部
が後面に到達して検出される。この過程では幾つかのタ
イプの損失が生じ、光の出力は所望値よりも低くなる。
例えば、光が垂直に近い入射角で鏡面反射面に当たる
と、後面に到達するまでに多数の反射が必要となる。銀
のような優れた反射体でも反射するのは入射光の約９５
％にすぎず、その残りは吸収される。そこで、一回の反
射で約５％の光が損失する。シンチレーターバーの表面
で何回も反射すれば、ごく僅かな光しか残らない。さら
に、面から面へと何度も反射する間、バー透過時にシン
チレーター材料によって光が吸収される。対照的に、反
射体ではなく散乱体として作用する拡散反射体では、こ
うした問題はかなり回避される。例えば、垂直入射角で
拡散反射体に当たった光はほぼ余弦分布で放射される。
そこで、バー内へと戻る入射エネルギーの割合は格段に
高まり、その反射角度は後面に達するのに有効な浅い角
度で、他の面との相互作用も減る。

【００２２】図４に、未焼成セラミック素子がグリッド
又は画素構造の形態を取る本発明の別の実施形態を示
す。反射体物質の充填された隙間４２４は直交する２方
向に走っている。未焼成セラミック素子４１８は一つの
連結部材４２０から延びる。

【００２３】未焼成セラミック素子の列の製造に使用し
得るセラミック粉体の一例はＧｄ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃及び１種
類以上の希土類酸化物賦活剤からなる。この実施形態で
は、シンチレーターバーは、Ｇｄ₂Ｏ₃約５〜５０モル
％、Ｅｕ₂Ｏ₃及びＮｄ₂Ｏ₃からなる群から選択される希
土類酸化物賦活剤約０．０２〜１２モル％、並びにＰｒ
₂Ｏ₃及びＴｂ₂Ｏ₃からなる群から選択される１種類以上
の残光低減剤約０．００３〜０．５モル％から実質的に
なる組成を有する。このシンチレーター組成物の残部は
Ｙ₂Ｏ₃である。

【００２４】この実施形態のセラミック粉体は、例えば
純度９９．９９〜９９．９９９９％のイットリア及びガ
ドリニアのサブミクロン乃至ミクロン粉体を、酸化物、
シュウ酸塩、炭酸塩もしくは硝酸塩の形態の所望の希土
類賦活剤又はそれらの混合物と混合することによって調
製できる。液体ビヒクルとして例えば水、ヘプタン又は
アルコールを用いてメノウ乳鉢と乳棒又はボールミルで
所定の成分を混合すればよい。乾式ミリングを混合及び
粉体凝集物の解体のために用いてもよく、好ましくはボ
ールミル内での粉体の詰まりや粘着を防ぐため１〜５重
量％のステアリン酸又はオレイン酸のような粉砕助剤を
用いる。化学成分を硝酸塩、炭酸塩又はシュウ酸塩の形
態で添加したときは、通例、セラミックシンチレーター
の製造前に対応酸化物を得るためのか焼段階が必要とさ
れる。

【００２５】上述のシンチレーター材料のある具体的な
製造方法では、ガドリニア、ユーロピア及びイットリア
の酸化物化合物を硝酸に溶解して硝酸塩溶液とする。酸
化プラセオジムを含む組成物では、Ｐｒ₆Ｏ₁₁も硝酸に
溶解させる。次に、これら２種類の硝酸塩溶液を混合
し、シュウ酸の過飽和溶液に添加して、共沈結晶性シュ
ウ酸塩粉体を生じさせる。シュウ酸塩粉体を洗浄乾燥し
た後、約８００℃の空気中での加熱によってか焼して所
望の酸化物粉体を得る。

【００２６】酸化テルビウムを含む組成物では、Ｐｒ₆
Ｏ₁₁に代えて又は加えてＴｂ₄Ｏ₇を硝酸に溶解して硝酸
塩溶液を生じさせ、これをガドリニア、ユーロピア及び
イットリアの硝酸塩溶液と混合する。なお、Ｐｒ₆Ｏ₁₁
及びＴｂ₄Ｏ₇は、シンチレーター材料の製造法での焼成
のような熱処理時にシンチレーター組成物中でそれぞれ
Ｐｒ₂Ｏ₃とＴｂ₂Ｏ₃へと転化する。ユーロピウムに代え
て又は加えてネオジムを賦活剤として使用することもで
きる。この場合、Ｎｄ₂Ｏ₃を硝酸塩溶液に添加する。

【００２７】Ｅｕ₂Ｏ₃の望ましい濃度は約１〜６モル％
である。Ｎｄ₂Ｏ₃は好ましくは約０．０５〜１．５モル
％の濃度で添加される。Ｇｄ₂Ｏ₃の濃度は一般に約５〜
５０モル％とし得る。この製造法のさらに詳しい説明は
米国特許第５５２１３８７号に記載されており、その開
示内容は文献の援用によって本明細書の内容の一部をな
す。

【００２８】本発明の別の実施形態では、シンチレータ
ー組成物は、母材ガーネットをＸ線又は光ルミネセンス
のため適当なイオンで賦活化したものからなり、かかる
賦活イオンには、例えばクロム、セリウム、ネオジムそ
の他のカチオン又はこれらの混合物などがある。これら
の材料の母材ガーネットは、例えばガドリニウムガリウ
ムガーネット（Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂）やイットリウムアルミ
ニウムガーネット（Ｙ ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）のような三元素系
（２種カチオン）であってもよいし、或いは例えばガド
リニウムスカンジウムガリウムガーネット（Ｇｄ₃Ｓｃ₂
Ｇａ₃Ｏ₁₂）やガドリニウムスカンジウムアルミニウム
ガーネット（Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ａｌ₃Ｏ₁₂）のように４元素以
上からなるものでもよい。

【００２９】かかる組成物のシンチレーター粉体原料は
適量の所望カチオンの塩酸溶液を作ることによって調製
できる。適量とは、所望の相対比のカチオンを含む最終
透明物体が得られるような相対的濃度を意味する。例え
ば、カチオンがカチオン原料の塩酸溶液中での濃度と同
じ相対濃度で最終透明物体中に存在するような場合に
は、その相対濃度は塩酸溶液中での所望濃度である。原
料塩酸溶液を最終透明多結晶質物体へと転化させるプロ
セスで１種類以上のカチオンの量がその他のカチオンの
量に対して相対的に減少する場合には、原料塩酸溶液に
おける適量は所望の組成を有する最終透明ガーネット物
体が得られるような量である。

【００３０】この原料塩化物溶液の一つの調製方法は、
酸化物の形態の原料カチオンを熱濃塩酸に溶解すること
である。カチオン原料は所望により酸化物ではなく塩化
物として準備してもよい。その他の原料化合物も使用で
きる。原料が熱濃塩酸に完全に溶解したら、得られた溶
液を室温に冷却する。得られた溶液は透明で、いかなる
原料の析出又は沈殿もあってはならない。原料の析出や
沈殿が生じた場合には、溶液を再度加熱して、再度室温
に冷却したときに析出や沈殿が全く起こらないように追
加の塩酸を溶液に加えるべきである。換言すれば、原料
が室温での溶解度以上に存在することがないように充分
な塩酸を使用すべきである。

【００３１】これとは別個に、シュウ酸アンモニウム又
はそれぞれの量のアンモニアとシュウ酸を溶解すること
によってシュウ酸アンモニウム(ＮＨ₄)₂Ｃ₂Ｏ₄溶液を形
成する。カチオン含有塩化物溶液と完全に反応するよう
に充分なシュウ酸アンモニウムを調製しなければならな
い。シュウ酸アンモニウム溶液は通例約７．５〜約９．
５のｐＨ、さらに典型的には８．０〜８．５のｐＨを有
する。

【００３２】小バッチを作成する際には、シュウ酸アン
モニウム溶液を攪拌しながらシュウ酸アンモニウム溶液
に塩化物カチオン原料溶液を滴下してもよい。通例、こ
れら２種類の溶液が接触すると白色析出物が生じる。少
量調製する場合には、混合容器中に磁気攪拌棒を使うの
が、これらの溶液を混合する好ましい方法である。塩化
物原料溶液がすべてシュウ酸アンモニウム溶液に添加さ
れれば、析出物の生成は完了する。

【００３３】この析出段階で、析出物は、最初シュウ酸
塩溶液中に析出物がコロイド状に懸濁して存在する充分
小さい粒子として形成される。析出段階の完了後、コロ
イド状懸濁物はゆっくりと沈降して、容器の底の白色の
析出物とその上の透明な溶液が残る。この沈殿過程は析
出物を含む液体をろ過及び／又は遠心することで促進し
得る。

【００３４】所望により、液体から析出物を分離する前
に析出物を水及び／又はアルコールで洗浄してもよい。
そうするには、析出物を沈殿させ、液体を流し捨てるな
どして大半の液体を除き、洗浄用の水又はアルコールを
加え、析出物を再度沈殿させ、透明な液体を再度除去す
ればよい。最終的な透明ガーネットに高純度及び／又は
厳密に制御された組成が望まれる場合には、洗浄水は高
純度脱イオン水であるべきであり、アルコールは標準試
薬級の純度のものであるべきである。この洗浄工程で過
剰のシュウ酸アンモニウム及び塩化アンモニウムなどの
反応生成物が析出物から除去される。析出物を次いでろ
過、遠心その他の技術によって洗浄溶液から分離する。
析出物は、例えば約１１０℃の温度で一日オーブン乾燥
するか又は真空乾燥するなどして乾燥するのが好まし
い。乾燥析出物を次いで空気中約７５０℃の温度に加熱
して熱分解する。

【００３５】この粉体を通例ボールミルで、例えばジル
コニア粉砕媒体とメチルアルコールやイソプロピルアル
コールのような液体ビヒクルを用いて粉砕する。ボール
ミルによる粉砕時間は約４〜２４時間が有効である。別
法として、約６０〜約１００ｐｓｉの設定圧力での流体
エネルギーミリング又はジェットミリングを利用し得
る。

【００３６】粉砕した粉体の粒度分布は通例約０．１〜
２ミクロンの範囲である。この粉砕した粉体をプレスし
た圧粉体は理論密度まで焼成できる。賦活ガーネット系
シンチレーターに適したセラミック粉体の製造法のさら
に詳しい説明は米国特許第５４８４７５０号に開示され
ており、その開示内容は文献の援用によって本明細書の
内容の一部をなす。

【００３７】所望のセラミック粉体を調製すれば、セラ
ミック粉体から未焼成セラミック素子の列を形成でき
る。一実施形態では、セラミック粉体を適当なバインダ
ーに分散させ、未焼成セラミック素子の列を射出成形に
よってニアネットシェイプに一体成形する。こうして一
体成形した列は製造面で有利である。例えば、適当な反
射体材料を素子間の隙間に充填することによって各セラ
ミック素子に反射コーティングを容易に設けることがで
きる。また、反射体材料とセラミック素子の同時焼成プ
ロセスによって、焼成時のセラミック素子の寸法制御が
向上し、ひいては従来の後段の加工段階がある程度或い
は全く必要なくなる。

【００３８】射出成形工程では、セラミック粉体を適当
なバインダーとブレンドする。このブレンド段階は、例
えば高強度ミキサーで行うことができる。適当なバイン
ダーの一例は、融点５２〜５８℃のパラフィンワックス
３３＋１／３重量部、融点５９〜６３℃のパラフィンワ
ックス３３＋１／３重量部、及び融点７３〜８０℃のパ
ラフィンワックス３３＋１／３重量部からなる。これら
パラフィンワックスはアルドリッチ・ケミカル(Aldrich
Chemical)からそれぞれ製品番号３１７６５９、３２７
２１２、及び４１１６７１として入手できる。パラフィ
ンワックス１００重量部に対して白蜜ろう４重量部、オ
レイン酸８重量部及びステアリン酸アルミニウム３重量
部を添加する。

【００３９】別法として、バインダーは、例えば、蜜ろ
うのような低融点ワックスと、高融点のポリプロピレン
やポリエチレン−エチルビニルアセテートコポリマーの
ようなポリマーと、ステアリン酸のような潤滑剤との組
合せからなっていてもよい。セラミック粉体の射出成形
に好適な他のバインダーは、例えば米国カリフォルニア
州トランス(Torrance)のアライド・シグナル社(Allied
Signal Inc.)及び米国ニューヨーク州バッファローのベ
ンチマーク・セラミクス(Benchmark Ceramics)から市販
されている。

【００４０】射出成形によって未焼成セラミック素子の
列を製造する装置の一例を図３に示す。図３には、シン
チレーター材料を収容したインジェクタ３７０と共に金
型３６０が示してある。この射出成形プロセスでは、成
形用組成物、例えば有機バインダーに分散したセラミッ
ク粉体を軟化点まで加熱し、インジェクタ３７０を用い
て金型３６０内に射出して所望の形状とする。金型３６
０は本体部３６２とカバー部３６４を含み得る。

【００４１】射出成形プロセスでは、インジェクタ３７
０により通路３７２を介して金型をシンチレーター材料
で充填する。シンチレーター材料は射出後金型内で冷え
て硬化する。シンチレーター材料の硬化後にインジェク
タと金型のカバー部３６４を外す。次に、成形品（この
場合は未焼成セラミック素子の列）を金型から取り出
す。射出成形後の未焼成セラミック素子の密度は通例理
論密度の４５〜６５％である。

【００４２】本発明の例示的実施形態でニアネットシェ
イプの未焼成セラミック素子列を形成するその他の方法
には、スリップキャスティングとゲルキャスティングが
ある。未焼成セラミック素子の列は、未焼成セラミック
材料のブロックにダイヤモンドソーなどで溝を機械加工
することによっても形成できる。未焼成セラミック材料
のブロックはアイソスタティック成形、押出又は射出成
形のような慣用法によって形成できる。

【００４３】次に、未焼成セラミック素子間の隙間を図
２又は４に示す通り反射体材料で充填する。一実施形態
では、反射体材料を適当な液体中に分散した反射体粉体
からなる液体スラリーの形態で供給する。未焼成セラミ
ック素子の列をスラリーに浸漬する。そうするには、例
えば未焼成セラミック素子の列を適当な大きさの容器の
内部に入れればよい。容器は通例、未焼成セラミック素
子の列がスラリー中に完全に沈むようにその列の高さよ
りも高い側壁を有している。隙間及び列の上にスラリー
を注入する。所望により、浸透を促進するために反射体
スラリーを隙間に真空含浸してもよい。

【００４４】反射体粉体は、例えば、酸化イットリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタ
ル、ランタニドの酸化物、アクチニドの酸化物のような
耐熱酸化物、チタン酸バリウムのようなチタン酸塩、高
融点アルミン酸塩、重金属酸化物のケイ酸塩、及びこれ
らの混合物を含み得る。適当な反射体粉体の一例は酸化
イットリウム又は酸化イットリウムと気孔形成剤として
の炭素との混合物である。反射体粉体は通例、高屈折率
（例えば約１．８０を超える屈折率）と、反射すべき光
の波長の１／３〜２／３の平均粒径を有する。通例、シ
ンチレーター用途には、シンチレーターバーで発生する
光の波長は４００〜７００ナノメートルの範囲である。
通例、反射体粉体は、反射体材料がシンチレーター材料
と融合したり過剰に反応したりしないように高い融点
（例えばシンチレーター材料の融点以上の融点）を有す
る。

【００４５】反射体粉体は、水又はアルコール類やオレ
フィン類のような有機溶媒などの適当な液体に分散し得
る。ポリアルコール、アクリレート、アクリロイド及び
アクリルアミドのような追加の有機バインダーを配合し
て乾燥スラリーに強度を与えてもよい。粉体の分散は、
当技術分野で周知のように、高分子電解質などの適当な
分散剤や湿潤剤を用いて促進し得る。

【００４６】未焼成セラミック素子の列にスラリーを充
填した後、スラリーを乾燥又は空気硬化させて、固化し
た反射性物質と未焼成セラミック素子の列からなる複合
物品を形成する。反射体スラリーは、例えば約８０〜９
０℃に約７〜９時間加熱して反射体組成物中のバインダ
ーを重合させることによっても硬化できる。所要に応じ
て、スラリーを酸化して炭素を燃焼させることもでき
る。

【００４７】本発明の別の実施形態では、反射性物質は
別の方法で未焼成セラミック素子の列に充填できる。例
えば、粉体をドライエアロゾルとして噴霧するなど加圧
下で素子間の隙間に乾燥粉体を押し込むことによって、
未焼成セラミック素子の列の表面上に反射層を形成する
ことができる。未焼成セラミック素子間に挿入される乾
燥粉体は未焼成セラミック素子と同一材料であってもよ
いが、粒度及び充填密度のいずれか又は両方が異なる。
一例として、未焼成セラミック素子は密度が理論密度の
約５５〜６５％で平均粒径が約０．５〜０．７ミクロン
である賦活化イットリア−ガドリニア材（例えば、イッ
トリアとガドリニアと上記のユーロピウムなどの１種類
以上の希土類酸化物賦活剤からなる材料）からなり、反
射体粉体は同じ賦活化イットリア−ガドリニア材からな
るが、その密度は理論密度の約２５〜３５％であり、平
均粒径は約０．２〜０．３ミクロンである。

【００４８】反射体粉体の充填密度の方が低いため、得
られる反射体材料は焼成時に未焼成セラミック素子より
も低密度となり、収縮度は小さくなる。反射体材料の収
縮度が小さいことで、焼成時にセラミック素子の列がそ
の形状と寸法の完全性を維持する程度は反射体材料がな
い場合よりも高くなるという利点が得られる。得られる
最終反射層の気孔は、その反射層に入ってくる光を散乱
してシンチレーター素子へと戻す働きをし、素子間の光
学的なクロストークを阻止する。

【００４９】未焼成セラミック素子間に反射層を設ける
さらに別の方法では、モリブデンやタングステンのよう
な耐熱金属箔を所望の反射体粉体で被覆し、被覆された
箔をセラミック素子間の隙間に挿入し、得られた複合物
品を焼成する。金属箔を被覆するには、例えば、アクリ
ル系エマルションのようなバインダーに反射体粉体を分
散させてペイントを作り、金属箔上に粉体を塗布するこ
とができる。金属中間層は追加の光障壁となり、シンチ
レーター素子間のクロストークをさらに低減する。

【００５０】未焼成セラミック素子の列又は反射体組成
物が１種類以上のバインダーを含んでいる場合、通例、
未焼成セラミック素子の列及び／又は反射体組成物から
バインダーを除くため複合物品に対して予熱段階を実施
する。予熱段階は、通例、加熱速度が毎時約３〜１００
℃で、温度範囲が１２０〜６００℃で、加熱時間が６〜
１６８時間、特に６〜４８時間という加熱サイクルを含
んでおり、かかる加熱サイクルは、有意の変形を起こさ
ずに未焼成セラミック素子の列及び／又は反射体組成物
から有機バインダーを除去するのに有効である。別法と
して、未焼成セラミック素子の列をその列の素子間に反
射層を設ける前に予熱してバインダーを燃焼させてもよ
い。予熱段階後の未焼成セラミック素子の密度は通例理
論密度の約５５〜７０％である。所望により、複合物品
を予熱する段階、反射体組成物を硬化させる段階、及び
複合物品を焼成する段階は、中間冷却を行わずに一回の
加熱工程で実施することもできる。

【００５１】次に、複合物品を制御された雰囲気中高温
で所望の時間焼成してセラミックの密度をほぼその理論
密度まで高め、透明な物質を形成する。この焼成段階を
実施するには、例えば、複合物品を真空中又は還元性も
しくは酸化性の雰囲気中、毎時約１００〜７００℃の速
度で、約１８００〜２１００℃の焼成温度まで加熱すれ
ばよい。焼成温度を約１〜３０時間保った後、約２〜１
０時間かけて複合物品を室温まで冷却する。別法とし
て、焼成工程は最終焼成温度よりも低い温度に保持する
段階を含んでいてもよい。例えば、複合物品を毎時約３
００〜４００℃の速度で約１６００〜１７００℃の保持
温度まで加熱することができ、約１〜２０時間保持した
後、温度を毎時約２５〜７５℃の速度で約１８００〜２
１００℃の温度に上げ、約１〜１０時間の間最終焼成す
ることができる。焼成とは、加熱によってセラミック材
料の密度をその理論密度まで高める工程をいう。焼成シ
ンチレーター材料は通例理論密度の９９．９％を超える
密度を有する。

【００５２】焼成後充填反射体領域は、粉体の特定の組
成、焼成前の低い密度（通例、理論密度の２５〜５５
％）、及び焼成後得られる低い密度（通例、理論密度の
５０〜９９．５％、特に７０〜８０％）のため、不透明
のままである。不透明な反射層はシンチレーターバーか
ら放出された光を反射し、シンチレーターバーの１つで
発生した実質的に全部の光が隣接するシンチレーターバ
ーに伝播するのを阻止する。

【００５３】未焼成セラミック素子を緻密化して透明状
態にすると共に反射層を部分的に焼成して不透明な反射
体にする焼成工程の後、セラミック素子の列の連結部材
２２０、４２０を慣用法で除去すればよい。その後、列
の残りを所要の厚さ、通例は約３ｍｍに仕上げ加工し、
さらに加工してシンチレーターモジュールを形成するこ
とができる。

【００５４】通例、厚さ１００ミクロン（４ミル）の最
終反射性物質は９８％を超える反射率が、３％未満の透
過率、３％未満の可視波長吸光度、及び１０％未満の放
射線損傷を有する。放射線損傷は、１ＭＲａｄのＸ線照
射後の可視波長の反射能の変化と定義される。

【００５５】未焼成セラミック素子の列と介在反射体か
らなる複合物品を形成するさらに別の方法では、未焼成
セラミック素子の間に反射体材料の層を挟み込んだサン
ドイッチ構造体を製造する。このためには、１）未焼成
セラミック素子を所望の厚さの反射体層で被覆し、その
組合せを積み重ねて所望の列を形成し、得られた複合構
造体を焼成するか、２）未焼成セラミック素子上に所望
の厚さの反射体粉体の層を形成し、そのような未焼成セ
ラミック素子を多数作って列を形成し、得られた複合構
造体を焼成するか、３）予めテープの形状に製造した反
射体材料の層を未焼成セラミック素子間にサンドイッチ
状に挟んでスタックを形成し、得られた複合構造体を焼
成するか、或いは４）複数の未焼成セラミック素子をジ
グ中に並べ、複数のセラミック素子をスラリー中に浸漬
し、スラリーを乾燥させ、得られた複合物品を焼成すれ
ばよい。

【００５６】

【実施例】イットリア−ガドリニア材からなる図２に示
す未焼成セラミック素子の列を、３６ｍｌの脱イオン
水、０．８５ｇの分散剤Ｄａｒｖａｎ８２１Ａ、２．
０ｍｌのＮＨ₄ＯＨ、及び５０ｇの純度９９．９９％の
蛍光体級のＹ₂Ｏ₃（モリー社(Moly Corporation)）とい
う組成を有する反射体スラリーと共に焼成した。スラリ
ーペイントを５分間振盪した。次に、未焼成セラミック
素子の列をビーカーに入れた。約半分のスラリーをビー
カー中に注ぎ、列を覆った。ビーカーを真空チャンバに
入れ、３０分間真空に保った。次にビーカーを真空チャ
ンバから取り出し、約１時間列を乾燥させた。次に未焼
成セラミック素子の列をＢｒｅｗ炉に入れ、ほぼ理論密
度まで焼成した。

【００５７】得られた物品はシンチレーターバーとその
中に介在反射体層を有する複合構造体であった。この複
合構造体の寸法を測定して、この具体例の方法によって
達成された寸法安定性を確かめた。特に、各シンチレー
ターバーの幅（図２の「ｒ」）と各反射層の幅（図２の
「ｓ」）をバーの長さに沿って３つの点（図２の
「ｕ」、「ｖ」、「ｗ」）で測定した。１６のバーと反
射体の平均と標準偏差（σ）のデータをミクロンで表に
示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】本発明のこの実施形態に従って形成された
複合構造体を、反射体材料を介在させないで形成し焼成
した類似の構造体（「比較構造体」）と比較した。比較
構造体は研磨の際にシンチレーターバーの端が割れて破
片になる傾向があるのでその寸法の測定は困難であっ
た。しかし、目視で比較したところ、表１に記載した本
発明の実施例で達成された寸法安定性は比較構造体の寸
法安定性より明らかに優れていた。

【００６０】以上開示した実施形態を考慮すれば本発明
の他の実施形態は当業者に明らかであろう。本明細書及
び実施例は単なる例示であり、本発明の範囲と思想は特
許請求の範囲に定義した通りである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるコンピュータ断層
撮影スキャニングシステムの図である。

【図２】本発明の一実施形態による、複数の未焼成セ
ラミック素子と、これら素子間に介在反射物質とを含む
複合物品の図である。

【図３】未焼成セラミック素子の列を射出成形する装
置の一例の図である。

【図４】本発明の別の実施形態による、複数の未焼成
セラミック素子と、これら素子間に介在反射物質とを含
む複合物品の図である。

【符号の説明】

１００ＣＴスキャニングシステム１１４Ｘ線源１１６シンチレーター検出器列２１６複合物品２１８、４１８未焼成セラミック素子２２０、４２０連結部材２２４、４２４隙間（反射層）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０９Ｋ 11/08 Ｃ０９Ｋ 11/08 Ｊ 11/78 ＣＰＢ 11/78 ＣＰＢ (72)発明者チャールズ・デビッド・グレスコビッチアメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネクタデイ、ビューモント・ドライブ、1229 番 (72)発明者スティーブン・ジュード・ダクロスアメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフトン・パーク、キャリッジ・ロード、61番 (72)発明者ジェームズ・アンソニー・ブリュアーアメリカ合衆国、ニューヨーク州、グレンビル、ヒルサイド・コート、７番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合物品の製造方法であって、当該方法
が、互いに隙間ができるように間隔をおいて並んだ複数の未
焼成セラミック素子を形成する段階、上記隙間を第二の物質で充填する段階、及び第二の物質
と共に未焼成セラミック素子を焼成して複合物品を形成
する段階を含んでなり、上記第二の物質が焼成後に焼成
セラミック素子内の実質的にすべての光が隣接する焼成
セラミック素子に到達するのを防ぐ、方法。
【請求項２】前記複数の未焼成セラミック素子の各々
が一つの連結部材から延在している、請求項１記載の方
法。
【請求項３】前記隙間を充填する段階が、第二の物質を粉体として含むスラリーを形成する段階、
及び上記スラリー中に未焼成セラミック素子を浸漬する
段階を含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項４】未焼成セラミック素子をスラリー中に浸
漬しながら未焼成セラミック素子を真空に引く段階をさ
らに含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】複数の未焼成セラミック素子をジグ内で
整列させる段階をさらに含んでなり、前記隙間を充填す
る段階が複数のセラミック素子をスラリー中に浸漬する
ことを含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項６】前記第二の物質が乾燥粉体からなり、前
記隙間を充填する段階が乾燥粉体を隙間に噴霧すること
を含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項７】前記隙間を充填する段階が、金属箔を前記第二の物質で被覆する段階、及び上記金属
箔を隙間に挿入する段階を含んでなる、請求項１記載の
方法。
【請求項８】前記複数の未焼成セラミック素子を形成
する段階が酸化ガドリニウムと酸化イットリウムを含ん
だセラミック粉体を調製することを含んでなる、請求項
１記載の方法。
【請求項９】前記複数の未焼成セラミック素子を形成
する段階が賦活化ガーネット物質を含んだセラミック粉
体を調製することを含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】前記第二の物質が酸化イットリウム及
び酸化ガドリニウムの少なくとも１種類を含む、請求項
１記載の方法。
【請求項１１】第一の物質と第二の物質が同一化学組
成を有するが充填密度が異なる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】前記複合物品を予熱して未焼成セラミ
ック素子の少なくとも１つ及び第二の物質から１種類以
上のバインダーを除去する段階をさらに含む、請求項１
記載の方法。
【請求項１３】スラリーを硬化させる段階をさらに含
む、請求項３記載の方法。
【請求項１４】前記隙間が複数の平行な直線的隙間か
らなる、請求項１記載の方法。
【請求項１５】前記隙間が第一の組の平行な直線的隙
間と第二の組の平行な直線的隙間とからなり、第一の組
の隙間が第二の組の隙間に対して垂直である、請求項１
記載の方法。
【請求項１６】複合構造体の製造方法であって、当該
方法が、第一のセラミック物質からなる第一の充填密度を有する
第一の粉体から複数の未焼成セラミック素子を形成する
段階、第二のセラミック物質からなる第二の充填密度を有する
第二の粉体で前記未焼成セラミック素子間の隙間を充填
する段階、及び上記第二の粉体と共に未焼成セラミック
素子を焼成して複合構造体を形成する段階を含んでな
り、第一のセラミック物質が第二のセラミック物質と同
一であるが、第一の充填密度が第二の充填密度と異な
る、方法。
【請求項１７】第一のセラミック物質と第二のセラミ
ック物質がイットリア及びガドリニアを含む、請求項１
６記載の方法。
【請求項１８】第一の充填密度が理論密度の５５〜６
５％であり、第二の充填密度が理論密度の２５〜３５％
である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】第一の粉体が約０．５〜０．７ミクロ
ンの平均粒径を有しており、第二の粉体が約０．２〜
０．３ミクロンの平均粒径を有している、請求項１８記
載の方法。
【請求項２０】複合物品の製造方法であって、当該方
法が、一つの連結部材から延在していて該連結部材のみで連結
している複数の未焼成セラミック素子を含む第一の部品
であって、それら未焼成セラミック素子同士の間に隙間
が画成される第一の部品を形成する段階、上記隙間をセラミック粉体で充填する段階、及びセラミ
ック粉体と共に未焼成セラミック素子を焼成して複合物
品を形成する段階を含んでなる、方法。
【請求項２１】記隙間を充填する段階が、第二の物質を粉体として含むスラリーを形成する段階、
及び上記スラリー中に未焼成セラミック素子を浸漬する
段階を含んでなる、請求項２０記載の方法。前記隙間を
充填する段階が
【請求項２２】未焼成セラミック素子をスラリー中に
浸漬しながら未焼成セラミック素子を真空に引く段階を
さらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】前記隙間を充填する段階が前記第二の
物質を隙間に噴霧することを含んでなる、請求項２０記
載の方法。
【請求項２４】前記隙間を充填する段階が、金属箔を第二の物質で被覆する段階、及び上記金属箔を
隙間に挿入する段階を含んでなる、請求項２０記載の方
法。
【請求項２５】前記複数の未焼成セラミック素子を形
成する段階が酸化ガドリニウム及び酸化イットリウムを
含むセラミック粉体を調製することを含んでなる、請求
項２０記載の方法。
【請求項２６】前記複数の未焼成セラミック素子を形
成する段階が賦活化ガーネット物質を含むセラミック粉
体を調製することを含んでなる、請求項２０記載の方
法。
【請求項２７】一つの連結部材から延在した複数の未
焼成セラミック素子を含む第一の部分、及び未焼成セラ
ミック素子間の隙間を充填しているセラミック粉体を含
む第二の部分を含んでなる複合物品。
【請求項２８】前記未焼成セラミック素子が理論密度
の５５〜６５％である密度を有しており、前記第二の部
分が理論密度の２５〜３５％である密度を有している、
請求項２７記載の複合物品。
【請求項２９】前記第一の部分が約０．５〜０．７ミ
クロンの平均粒径を有する粒子を含んでおり、前記第二
の部分が約０．２〜０．３ミクロンの平均粒径を有する
粒子を含んでいる、請求項２８記載の複合物品。