JP2006258765A - 放射線遮蔽用器具 - Google Patents

Abstract

【課題】薬品、手垢などにより汚染されても表面の光沢を長期間保持できる放射性薬液注射器、放射性溶液用遮蔽容器、放射線遮蔽用部品のような放射線遮蔽用器具を提供することである。
【解決手段】タングステンとニッケルとモリブデンの成分から構成され且つ前記タングステンが８９質量％〜９８質量％である粉末焼結体により放射線遮蔽用器具を形成し、優れた放射線遮蔽能力及び防錆効果を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線遮蔽用器具に関し、より詳しくは、放射性薬液注射器、放射性溶液用遮蔽容器、放射線遮蔽用部品等の放射線遮蔽用器具に関する。

塩化タリウム、クエン酸ガリウム等の放射性薬液をヒトや動物に注射するために使用される注射器は、施術者の放射線被曝を軽減するために、タングステン等の高比重金属からなる放射性薬液注射筒鉛に入れて使用される。

その中でもタングステンは、放射線遮蔽能力に優れているだけでなく、非常に固くて傷がつきにくく、常温では空気、酸素、窒素、水素、塩素等と反応しない上に、酸にも強く耐蝕性に富んだ金属である。しかも、鉛よりも放射線遮蔽能力が優れているので、鉛と同じ遮蔽効果を得る場合に放射性薬液注射筒を小型にすることができるという利点がある。

タングステン合金からなる放射性薬液注射筒は、放射線遮蔽機能だけを考慮すれば表面塗装を必要としないが、美観を向上させたり触感を和らげる観点からラッカー、アクリル系塗料などを用いてその表面に着色が施されている。

また、タングステン合金からなる放射性薬液注射筒の表面に銀メッキを施すことも行われており、この場合には銀の錆による黒色化を防止するために防錆用のラスミン処理を行うことが下記の特許文献１に記載されている。

タングステン合金からなる放射性薬液注射筒は丈夫であり繰り返し何度も使用されているが、放射性薬液注射筒の表面に施された塗装やメッキに剥がれが生じたときには、塗装やメッキを完全に剥がした後に、ブラスト処理などの清浄処理、再塗装処理や再メッキ処理、塗装や防錆処理の仕上げのための表面処理等、多くの工程を含む作業が必要となる。

一方、タングステン又はタングステン鉄ニッケル、タングステン銅ニッケル等の焼結合金からなる放射性薬液注射筒の美観を向上させる方法として、放射性薬液注射筒の表面にバレル研磨を施すことにより金属光沢を生じさせることが下記の特許文献２に記載されている。この場合には、再利用処理時における塗装やメッキの剥離などの手間が軽減される。

なお、放射性薬液注射筒を構成するタングステン鉄ニッケル、又はタングステン銅ニッケル合金の焼結体を形成する方法として金属粉末射出成形法を適用することが下記の特許文献３に記載されている。
特許２６２３３１３号公報 特開２０００−５１３５２号公報 特開平５−２６４７８９号公報

ところで、上記のタングステン合金からなる放射性薬液注射筒の美観を向上するためにバレル研磨を採用しても、放射性薬液注射筒は病院などの施設で使用されるため、医薬品の使用や施術者の手垢などによって放射性薬液注射筒の表面が酸化されて金属光沢が鈍くなることがある。このように金属光沢が劣化した放射性薬液注射筒は再びバレル研磨が施されて金属光沢を回復させるための再処理が必要になる。

本発明の目的は、薬品、手垢などにより汚染されても表面の光沢を長期間保持できる放射線遮蔽用器具を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の第１の態様に係る放射線遮蔽用器具は、タングステンとニッケルとモリブデンの成分から構成され且つ前記タングステンが８９質量％（mass％）〜９８質量％である粉末焼結体からなることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る放射線遮蔽用器具は、前記ニッケルが１質量％〜９質量％であり、前記モリブデンが０．１質量％〜８質量％であることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る放射線遮蔽用器具は、前記粉末焼結体の表面は研磨処理による金属光沢を有することを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る放射線遮蔽用器具は、前記粉末焼結体が放射性薬液注射用プレフィルドシリンジの遮蔽筒であることを特徴とする。

本発明によれば、放射線遮蔽用器具をＷ−Ｎｉ−Ｍｏから構成している。Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏは、金属光沢を長期に保持する効果に優れていることが実験によって明らかになり、これにより表面研磨がなされた放射線遮蔽用器具を再利用する際にバレル処理や表面処理を施す必要がなくなり、表面光沢維持についてメンテナンスフリーな状態となり、作業の手間やコストを軽減することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１(a) は、本発明の実施形態に係る放射性薬液注射筒の側面図、図１(b) は、放射性薬液注射筒が装着された放射性薬液注射装置を示す断面図である。

図１において、放射性薬液注射装置１は、注射用プレフィルドシリンジ２を差し込むための空洞が内部に形成された放射性薬液注射筒１０を有している。その放射性薬液注射筒１０は、タングステン（Ｗ）を８９〜９８質量％、ニッケル（Ｎｉ）を１〜９質量％、モリブデン（Ｍｏ）を０．１〜８質量％の割合で含ませたＷ−Ｎｉ−Ｍｏの粉末焼結体から構成されて高い放射線遮蔽能力を有しており、その表面にはバレル処理等の研磨による金属光沢が表れている。

放射性薬液注射筒１０の一部には、軸方向に沿って長いストライプ状の目視窓１１が形成され、その目視窓１１には放射線遮蔽効果のある光透過性の鉛ガラス１２が嵌め込まれている。放射性薬液注射筒１０の後端には注射用プレフィルドシリンジ２を出し入れするための第１の開口１３が形成され、また、その先端には注射用プレフィルドシリンジ２の先端を露出させる第２の開口１４が形成されている。

注射用プレフィルドシリンジ２の先端には薬液注射用突起２ａが形成されおり、薬液注射用突起２ａ内にはゴム栓３が嵌め込まれ、その外側には薬液を通し得るルアーチップ４が被されている。さらに、ルアーチップ４先端の突起には、注射針５ａとバック針５ｂを前後に取り付けた針基５が外側から嵌められている。バック針５ｂは、針基４をルアーチップ４に取り付ける際にゴム栓３を貫通して注射用プレフィルドシリンジ２内に入り得る構造になっている。

注射用プレフィルドシリンジ２は、ガラス又はプラスチックから構成され、その中に放射性のヨード、タリウム、ガリウム、テクネチウム、フッ素等を含む半減期の短い放射性薬液６、例えば、ＳＰＥＣＴ癌検診に用いられている９９ｍＴｃ−ＨＭＤＰ（９９ｍＴｃ−ヒドロキシメチレンジホスホン酸テクネチウム）が容れられている。

なお、図１において符号７は、注射用プレフィルドシリンジ２内に挿入されるガスケットを示し、符号８は、注射用プレフィルドシリンジ２後端の開口を通してガスケット７にねじこ込んで取り付けられるプランジャを示し、符号９ａは、放射性薬液注射筒１０後部の外周に取り付けられ且つ薬液投与時の指掛け部となる固定フランジを示し、符号９ｂは、固定フランジ９ａ中央の開口を通して放射性薬液注射筒１０内に取り付けられた注射用プレフィルドシリンジ２を後端から押さえて移動を規制するためのリング状の固定フランジ用キャップを示している。

以上の放射性薬液注射装置１において、放射性薬液注射筒１０を構成するＷ−Ｎｉ−Ｍｏは、以下に説明するような実験により放射線遮蔽能力及び金属光沢保持効果に優れているので、放射性薬液注射筒１０を再利用する際にバレル処理や表面光沢処理を施す必要がなくなり、作業の手間やコストを軽減することができる。

ところで、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体は、放射性薬液注射装置の他に、プランジャ８及び針基５を外した放射性薬液注射用プレフィルドシリンジ２を収納する放射性溶液用遮蔽容器、その他の放射性溶液用遮蔽器具及びその部品など、広く放射線遮蔽用器具の構成材料として用いることができ、その表面の金属光沢は長期間良好な状態に保持される。

次に、放射性溶液用遮蔽器具を構成するＷ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体について説明する。

Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体は例えば次のような金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）により形成される。

まず、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏの粉末を混合し、これにバインダーを配合したものを加熱混練してペレット状の混練体を形成する。Ｗの粉末は、平均粒度が例えば１μｍ〜１５μｍ程度のものを用いる。続いて、混練体を射出成形機により例えば放射性薬液注射筒の形状の粉末射出成形体とする。成形は、温度１５０〜２００℃、加圧力５０〜１００ＭＰａで行われる。さらに、粉末射出成形体を所定温度により脱脂することによりバインダーを除去した後に、真空雰囲気、還元ガス雰囲気又は不活性ガス雰囲気において例えば１３５０〜１５５０℃の温度で焼成することによりＷ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体が得られる。

タングステン合金を形成する場合、Ｎｉは融点を下げるために添加され、その効果を得るためには１．０質量％以上の添加が必要になる。

また、Ｍｏは、標準電位がＷとＮｉに近い元素であってＷとＮｉの中間にあるので耐蝕性に有効である。しかも、ＭｏはＮｉと共晶を形成し、Ｍｏ−ＮｉはＮｉ単体より低い温度でタングステンと液相を発生させ、Ｗのオストワルド成長を生じさせるので、高い密度の焼結体の形成に寄与する。

従って、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ焼結体から形成した放射線遮蔽用器具は、殆ど空孔がなく、Ｗ粒子間の焼結が進行してＷが粒成長する。この場合、Ｍｏは、焼結時にＮｉとともに液相を発生させ、Ｗ粒子のオストワルド成長を生じさせるのに有効な元素であり、その効果を得るためには０．１％以上の添加が必要であるが、多すぎると焼結温度を高くする必要があり、好ましくない。

一方、ＮｉとＭｏの量が多くなってＷ量が少なくなると、液相量が多くなって焼結の際に自重で骨格が潰れやすくなるし、放射線遮蔽能力も低下するので最適な量が必要となる。

次に、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ等の元素の配合成分の割合を変えた直径数十ｍｍ程度の図２に示すような円盤状の焼結体のサンプルＳを粉末成形法により表１に示す配合成分で作成した。サンプルは、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ粉末又はこれにＦｅを添加した粉末に型潤滑材を添加混合して、金型に充填し、成形圧７ｔ／ｃｍ² で成形した。９００℃、３０分で潤滑材を抜き、水素中で１４３０℃〜１４９５℃、１時間焼成した。

そして、各サンプル１〜１２、１３、１４の金属光沢の優劣を判断するために、各サンプルを湿潤環境に置き、湿潤試験前と湿潤試験後に反射光量を測定したところ、表１に示す結果が得られた。なお、表１は、サンプル毎に３カ所で測定された反射光量の中央値を示している。

表１において、サンプル１〜１２、サンプル１４〜１６は、それぞれ配合成分の欄に示す質量％で元素が配合された焼結体である。サンプル１〜１２はそれぞれ２個ずつ作成された。

サンプル１〜１２は粉末焼結後にそれぞれバレル研磨が行われていたが、サンプル１４〜１６はバレル研磨が行われていない。

サンプル１、２、４〜１１は、それぞれＷ−Ｎｉ−Ｍｏ焼結体であり、そのうちサンプル７〜９は同じ配合成分であるが焼結温度は１４９５℃、１４６０℃、１４３０℃と異なっている。なお、サンプル１、２、４〜６、１０、１１の焼結温度は１４９５℃である。

サンプル１４、１５は、その配合成分、焼結温度がそれぞれサンプル１０、１１と同じであるが、バレル研磨が行われていない点で違いがある。なお、サンプル１４、１５の焼結温度は１４９５℃である。

サンプル３は、上記の特許文献３に記載されたＷ−Ｎｉ−Ｆｅ焼結体の配合成分であり、その焼結温度を１４００℃とした。

サンプル１２のＷ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ焼結体は、特許第３２１２２２５公報に記載されているように、携帯電話、ＰＨＳ、ポケットベル等の小型無線呼出用の振動子に適した配合成分である。また、サンプル１６は、その配合成分、焼結温度はサンプル１２と同じであるが、バレル処理による表面研磨はなされていない点で相違する。

表１に示す６０℃湿潤試験は、サンプル１〜１２の各々の１個目のサンプルを湿度９０％ＲＨの雰囲気中に置いて６０℃の温度に加熱し、この状態を４８時間維持し、その後に外に取り出すといった条件で行われた。また、表１に示す７０℃湿潤試験は、サンプル１〜１２の各々の２個目のサンプルを湿度９０ＲＨの雰囲気中に置いて７０℃で加熱し、この状態を４８時間維持し、その後に外に取り出すといった条件で行われた。サンプル１４〜１６については、６０℃湿潤試験のみが行われた。

実験での反射光量の測定は、スガ試験機株式会社製の光沢測定機、型式ＨＧ−２６８を使用して行われた。また、反射光量の測定は、図２に示すように、光沢測定機内でサンプルＳの中央領域の平坦面に入射角度θ＝６０°で光を照射し、そこから反射された光について行われた。

表１の反射光量に基づいて光沢保持率を求めたところ、表２のようになった。光沢保持率は、各湿潤試験後の反射光量を湿潤試験前の反射光量で割った値の百分率である。

表２によれば、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ焼成体であるサンプル１、２、４〜８、１０、１１は、６０℃湿潤試験後、７０℃湿潤試験後のそれぞれについて光沢保持率が全て８０％を超え、見た目にも金属光沢が極めて良好であった。

また、サンプル７〜９については、同じ配合成分のＷ−Ｎｉ−Ｍｏから構成されているが、表２に示すように焼結温度が低くなるほど残留空孔が多くなって密度が小さくなり、それに伴って光沢保持率も僅かに落ちている。従って、残留空孔が生じないように最適な焼結温度を選択することが好ましいが、焼結温度が低いサンプル９の場合でも目視による金属光沢の劣化は感じられず、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏは光沢保持のために有効であることがわかる。

これに対して、Ｍｏを含まないサンプル３は、表１に示したように湿潤試験前の反射光量がＷ−Ｎｉ−Ｍｏのサンプル１、２、４〜１１と殆ど同じであるが、光沢保持率は３０％以下となり、しかも湿潤試験により金属光沢が劣化したことが見た目にも明らかであった。

また、Ｆｅを含むサンプル１２についてはＭｏを含むにもかかわらず湿潤試験後の光沢保持率がサンプル１、２、４〜１１に比べて大幅に低下することがわかり、Ｗ−Ｎｉ−ＭｏにＦｅを積極的に含ませると光沢が失われることがわかる。

バレル処理が行われなかったＷ−Ｎｉ−Ｍｏのサンプル１４、１５は、表１から明らかなようにサンプル作成時から反射光量が少ないが、湿潤試験後の光沢保持率は７０％以上であり、湿潤試験による光沢劣化は少ないことがわかる。バレル処理のないサンプル１６についてもサンプル作成時から反射光量が少なく、光沢保持率も６０％台と小さくなっている。

なお、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ焼結体の作成工程において、その焼結体の中にＦｅなどの不可避不純物が含まれてしまうことがあるが、不可避不純物は例えば０．０３質量％以下と小さいので焼結体の光沢を大きく喪失させることはない。

以上のことからＷ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体合金から構成した放射線遮蔽用器具は、表面研磨後に過酷な湿潤環境においても表面光沢が維持できるので、表面光沢維持についてメンテナンスフリーな状態となり、放射線遮蔽用器具の繰り返し利用のための作業を軽減することができる。

なお、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ焼結体とＷ−Ｎｉ−Ｍｏ焼結体については小型振動発生装置用振動子に適用されることが特許第３２１２２２５号公報に記載されている。その特許公報には双方の焼結体とも防錆効果が高いことが示されているが、表１、表２に示した実験により、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ焼結体については金属光沢保持効果が得られず、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ焼結体に金属光沢の長期保持効果があることが明らかになった。

ところで、上記したようにタングステンの量が少なくなれば液相量が多くなり焼結する際に自重で骨格が潰れやすくなるので、この点からはタングステンの含有量は９３質量％以上が好ましい。しかし、液相を介さずに焼結することも可能であるし、後述する放射線遮蔽効果を考慮しても、表１、表２に示したサンプル１のようにタングステンの含有量が９０質量％となっても高い金属光沢保持効果が要求される放射線遮蔽用器具に適した材料が得られる。なお、分析誤差を考慮するとタングステンは８９質量％〜９８質量％が好ましい範囲である。

次に、５つのサンプルについての放射線遮蔽能力の測定結果について説明する。

放射線遮蔽能力を測定するために、表３に示す配合成分、密度、外径を有する５つのサンプルａ〜ｅを作成した。サンプルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅはそれぞれ表１、表２のサンプル１、２、７、８、３に対応する。

放射線遮蔽能力の測定は、Ｃｏ−５７、Ｂａ−１３３、Ｃｓ−１３７、Ｃｏ−６０のγ線源と放射線測定器を使用し、各γ線源と放射線測定器の間にサンプルを挿入し、サンプルによってγ線の遮蔽を行い、サンプル厚さとγ線計数率の関係をグラフにプロットし、そのグラフから各サンプルａ〜ｅの半価層値を求めた。測定は、減衰するγ線の量が１／１００になる程度まで同一素材のサンプルを重ねて行われた。半価層値は、サンプルによるγ線の吸収によってγ線の透過量が半分に減衰するサンプルの厚さである。なお、Ｃｓ−１３７、Ｃｏ−６０のγ線源を用いる場合には、減衰量が少なく、１段ずつ重ねても変化が小さいので、同一サンプルを２段ずつ重ねて試験を行った。

各サンプルａ〜ｅについての各γ線源における半価層値は表４に示すような結果となり、各サンプルａ〜ｅの組成、密度、焼成条件の違いに関わらずに半価層値には差が無く、特定のサンプルに放射線を透過し易い構造が存在しないことが明らかになった。

従って、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏの焼結体からなる放射線遮蔽用器具は、既に使用されているタングステン合金からなる放射線遮蔽用器具と比較してもγ線遮蔽能力の点で優劣がないといえる。

図１(a) は、本発明の実施形態に係る放射線遮蔽用器具である放射性薬液注射筒を示す側面図、図１(b) は、その放射性薬液注射筒が装着された放射性薬液注射装置を示す断面図である。 図２は、放射性溶液用遮蔽器具に用いられる材料のサンプルの形状を示す斜視図である。

符号の説明

１：放射性薬液注射装置
２：注射用プレフィルドシリンジ
６：放射性薬液
１０：放射性薬液注射筒

Claims (4)

1. タングステンとニッケルとモリブデンの成分から構成され且つ前記タングステンが８９質量％〜９８質量％である粉末焼結体からなることを特徴とする放射線遮蔽用器具。
2. 前記ニッケルは１質量％〜９質量％であり、前記モリブデンは０．１質量％〜８質量％であることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽用器具。
3. 前記粉末焼結体の表面は研磨処理による金属光沢を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射性遮蔽器具。
4. 前記粉末焼結体は放射性薬液注射用プレフィルドシリンジの遮蔽筒であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の放射線遮蔽用器具。

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