JP2008517773A - モリブデンとモリブデンのろう付け及びこのろう付けを有する回転アノードｘ線管 - Google Patents

Abstract

本発明は、モリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けをなす方法に関する。本発明の方法は、・モリブデン又はモリブデン合金により形成される少なくとも２つの部分１６，２２を設けるステップと、・ろう付け材料２６を用いて２つの部分１６，２２を共にろう付けするステップと、さもなくば接触するろう付け材料２６の少なくとも一部上にプラズマ溶射されたモリブデン又はモリブデン合金の層２８を形成するステップとを有する。本発明は、中央穴１８を有しモリブデン又はモリブデン合金により形成される第１の部分１６としての軸材１６と、モリブデン又はモリブデン合金により形成される第２の部分２２としてのキャップ２２とを有する螺旋状溝ベアリング１２が設けられ、軸材１６の一方の開放軸端部２４を閉じるため、軸材１６及びキャップ２２は、本発明の方法を用いて共にろう付けされる、回転アノードＸ線管１４を指向する。

Description

本発明は、モリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けを行う方法に関する。当該方法は、
・モリブデン又はモリブデン合金により作られる少なくとも２つの部分を設けるステップと、
・ろう付け金属を用いて前記２つの部分を共にろう付けするステップと、
を有するものである。

また、本発明は、中心穴を有しモリブデン又はモリブデン合金により形成される第１の部分としての軸材と、モリブデン又はモリブデン合金により形成される第２の部分としてのキャップとを有する螺旋状溝ベアリングが装備された回転アノードＸ線管に関する。

これに限定されるものではないが、上述したろう付けは、例えば螺旋状溝ベアリング、特に高出力Ｘ線管の螺旋状溝ベアリングに関して必要となることがある。螺旋状溝ベアリングの原理は、湿った表面におけるアクアプレーン効果と非常によく似ている。当該ベアリングの回転部と静止部との間に形作る流体力学上のくさびが当該回転部の「浮動」を起こし、これにより当該部分の間に液体金属が充填された間隙を形成する。電気的伝導率及び極端に低い蒸気圧の条件のため、ガリウム系合金だけが滑剤を形成する液体状態の金属として適している。残念ながら、ガリウム合金は、一般的に用いられるほぼ全ての金属を腐食又は溶解する特性を有する。モリブデンは、長時間にわたり摂氏３００°までの真空中において極端に強力な滑剤、特にＧａＩｎＳｎに耐える（Ｗ、Ｔａ及び幾つかのセラミック材の他では）唯一の材料である。他の全ての金属及び合金は、ＧａＩｎＳｎに溶ける。これにより、ガリウム合金を汚染し、その滑剤において硬い粒子を生成する可能性がある。

ここで用いられるような「螺旋状溝ベアリング」なる用語は、上述した原理に従って動作する全ての種類のベアリングをカバーするように意図したものである。例えば、その溝は、実用的実施例において正確な螺旋状である必要はないが、上述した「浮動」効果を導く形態、例えば螺旋形体を有するものとすることができる。

高出力Ｘ線管において、螺旋状溝ベアリングは、例えば非常に高い速度で回転するアノードを支えるために用いられる。例えば、このような回転式アノードＸ線管には、当該管を冷却する必要がある。この冷却をなすため或いは少なくとも助けるため、銅製ヒートシンクが設けられた空部を有する軸を持つ螺旋状溝ベアリングが既に知られている。このような軸は、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示される。図８Ａを参照すると、空部１３２を有するモリブデン軸材１１６からなる軸１３０が示される。空部１３２の中には、銅製ヒートシンク１２０が設けられる。図８Ｂ及び図８Ｃにおいて分かるように、図８Ｃは図８Ｂの細部Ｂを示しており、銅製ヒートシンク１２０は、複数の銅薄膜１５２を有する。図８Ｃにおいて分かるように、銅製ヒートシンク１２０は、ろう付け材料１５０により軸材１１６にろう付けされる。図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃにおいて示される種類の軸１３０を用いた螺旋状溝ベアリングは、当該ベアリング軸を通じた直接の液体冷却によりＸ線管における熱を管理する可能性を持つ。空部１３２は、ブラインドホールにより形成される。すなわち、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃによる軸材１１６は、一体構造の形態を有する。この先行技術によれば、既知のろう付けが非常に強力な滑剤ＧａＩｎＳｎに耐性がないものなので、軸材１１６のこの一体的形態が必要だったのである。

本発明の目的は、冒頭の段落で述べたタイプの方法であって、例えばＧａＩｎＳｎのような非常に強力な滑剤に耐えるろう付けをなすことができるものを提供すること、また、そうした方法の好適な可能な用法を規定することである。

この目的を達成するため、本発明によるモリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けをなす方法は、さもなくば接触してしまうろう付け材料の少なくとも一部の上にプラズマ溶射したモリブデン又はモリブデン合金の層を形成するステップをさらに有することを特徴としている。

当該ろう付け材料の少なくとも一部をカバーするこのプラズマ溶射モリブデン又はモリブデン合金層は、この部分を、例えば、さもなくば当該ろう付け材料を崩壊させてしまうＧａＩｎＳｎのような極めて強力な滑剤に対して保護する。これにより例えば、共にろう付けされるもののそれでもＧａＩｎＳｎのような極めて強力な滑剤に耐えることのできる複数の部分からなる装置構成部を提供することができる。

本発明による方法の好適実施例において、このろう付け材料は、金及びニッケルを有する。例えば、金／ニッケル８２／１８は、良好なろう付け特性を有するだけでなく、プラズマ溶射されるモリブデン又はモリブデン合金層により被覆されるのにも非常に適している。

本発明によるモリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けをなす方法は、冒頭の段落に述べた種類の回転アノードＸ線管と連係して用いて非常に有利なものとすることができる。本発明によるＸ線管は、当該軸空部の一方の開放軸端部を閉じるため、その軸材及びキャップは、本発明による方法を用いて共にろう付けされることを特徴としている。好ましくは、少なくとも強力な滑剤に接触するろう付け間隙材料の部分は、低密度モリブデン層とすることが好ましいプラズマ溶射されたモリブデン層により被覆される。勿論、強力な滑剤に対して保護が必要な螺旋状溝ベアリングの他の部分に、少なくとも１つの他のプラズマ溶射されたモリブデン又はモリブデン合金層を形成することも可能である。例えばモリブデンの電子ビーム溶接と比べると、本発明によるろう付け処理は有利である。何故なら、そのような溶接処理は、幾つかのケースにおいてモリブデン軸の構造を崩壊しそこで正に高い応力を誘発する可能性がある非常に高い温度に絡むという不利な面があるからである。その他の既知の溶接技術は、摩擦溶接である。しかしながら、摩擦溶接は、広い領域において材料の構造及び形状を崩壊させる。溶接処理のこれらの不利な面の他に、溶接はろう付けよりも非常に高価である。

本発明による回転アノードＸ線管においては、当該軸材内にヒートシンクを設けるのが好ましい。このヒートシンクは、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに関して上述したようなタイプのものとすることができる。

非常に好適な実施例によれば、当該軸材及び当該ヒートシンクは、一体構造の形態で形成される。一体的に形成されたヒートシンク（例えば侵食された裂け目の冷却体）を有する軸を持つ螺旋状溝ベアリングは、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照して説明したような銅製ヒートシンクを有する軸と比べて、高出力Ｘ線管からの熱量の約２倍除去することができる。したがって、Ｘ線管について、例えばＣＴの適用中における異なる診断サイクルの間の待機時間を劇的に短くすることができる。さらに、より小さい直径の軸を用いることができる。例えば、現在用いられている２８ｍｍの軸から２４ｍｍの軸に小さくすることによって、約４５％流体力学上の摩擦力が減るものと考えられる。何故なら、この摩擦は、概して当該直径の４乗で増加するからである。そしてこれにより、アノードを回転するために用いられるモータのサイズを小さくすることが可能となる。全体の電力消費はこのようにして減らされる。或いは、より細い軸により、アノードの回転速度を上昇させ、アノードディスク上により小さい焦点スポットを呈することができ、画像解像度が向上することとなる。

本発明によるＸ線管の他の好適実施例では、当該ヒートシンクの少なくとも一部がワイヤカットＥＤＭ（wire-cut EDM）により形成される。ワイヤカットＥＤＭは、中心穴を必要としこれにより当該中心穴を有する軸材とともに用いられることが可能な簡単かつ廉価な製造方法である。

好ましくは、ヒートシンクは星状形態を有するのが良い。例えば、ヒートシンクの星状断面は、軸材の中央穴及び放射状に除去された材料スライスにより形成されることができる。すなわち、ワイヤカットＥＤＭ処理の後に残存する材料は、当該星の輪郭を規定する。

少なくとも幾つかのケースでは、当該キャップが少なくとも断面が円錐形となっていることが利点であると考えられる。例えば、当該キャップは、軸の外面からその空所へ先細りになる切頭台の形状を有することができる。このキャップの円錐形構造は、例えば、軸材に対してキャップを位置合わせすることを容易にする。

これに関連して、当該軸材のエッジが当該キャップの形状に合わせられているのがさらに好ましい。

以下、本発明によるモリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けをなす方法及び本発明によるＸ線管の実施例を、図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明による方法の実施例を示すフローチャートである。この示される方法は、ステップＳ１において開始する。ステップＳ２では、中央穴を有しモリブデンにより形成される軸材が第１の部分として設けられる。ステップＳ３では、ワイヤカットＥＤＭ処理を用いて軸材内に星形の一体構造ヒートシンクが形成される。ワイヤカットＥＤＭ処理は、軸材が中央穴を有するので、ヒートシンクを形成するために用いられることが可能である。その後、ステップＳ４において、モリブデンにより形成されたキャップが第２の部分として設けられる。ステップＳ５において、このキャップは、軸材にモリブデンとモリブデンのろう付けがなされる。適切なろう付け材料は、例えば金／ニッケル８２／１８である。軸材にキャップをろう付けすることにより、軸材の一方の開放端部は閉じられる。最後に、ステップＳ６において、ろう付け間隙材料の少なくとも一部を被覆するプラズマ溶射されたモリブデン層が設けられる。この状況において、強力な滑剤に接触するろう付け間隙材料の少なくとも一部分が被覆されこれにより保護されることが好ましい。図１に示される方法は、ステップＳ７で終了する。

図２は、モリブデンにより形成され中央穴１８を有する軸材１６を示している。

図３は、ワイヤＥＤＭによる処理の後の図２の軸材１６の断面図を示し、図４は、図３及び図５の線Ｂ−Ｂについて破断した上部断面図を示している。軸材１６と一体的に形成されたヒートシンク２０は、中央穴１８と、放射状に延びる除去後の材料部分３６とにより形成される星形構造部を有する。ヒートシンクは、好ましくは、ワイヤカットＥＤＭ処理により少なくとも一部が形成されるとともに、穿孔又は旋削のような他の処理ステップも、例えば中央穴の直径を大きくするため又は図３に示される上部エッジ構造を形成するために適用可能である。

図５は、キャップにより一方の開放端部を閉じた後の図３の軸材１６の断面図を示し、図６は、図５の細部Ｄを示す。切頭台状のキャップ２２は、軸材１６にモリブデンとモリブデンのろう付けがなされる。好適なろう付け材料２６は、例えば金／ニッケル８２／１８である。図６において最もよく分かるように、ろう付け材料２６が被覆されるようにキャップ２２及び軸材１６に対して適用されるプラズマ溶射のモリブデン層２８が設けられる。この被覆は、ろう付け材料２６だけでなく軸材１６及びキャップ２２の外面が強力な滑剤に接触することになるので必要である。

図７Ａは、本発明によるＸ線管１４の実施例を示し、図７Ｂは、図７ＡのＸ線管１４における螺旋状溝ベアリングのために用いられる軸溝パターンを示している。図７Ａに示される回転アノードＸ線管１４は、カソード４０が第１の絶縁体４２を介して固定される金属ハウジング３８を有する。さらに、回転アノード４４は、第２の絶縁体４８を介してハウジング３８に取り付けられる。回転アノード４４は、適切な電圧が掛けられたときにＸ線放射５２が生成されるカソード４０に向いた面上にアノードディスク５０を有する。Ｘ線放射５２は、放射出力窓５４を通じて出る。この出力窓５４は、ベリリウムにより形成されるのが良い。アノードディスク５０は、本発明により、螺旋状溝ベアリング１２のハウジング３２に取り付けられる。ハウジング３２は、本発明による方法を用いて共にろう付けされた２つの部分（軸材及びキャップ）によって形成される軸３０の周りを回転可能である。軸３０のステム部３４は、ここでは第２の絶縁部４８に取り付けられる担体５６に付けられる。軸３０は、ハウジング３２及びアノードディスク５０の軸部分を規定するディスク様拡大部分５８を有する。拡大部分５８の上部表面もその下部表面も、図７Ｂに示されるような溝パターンを有する。拡大部分５８の上に延びている軸３０の部分は、２つの螺旋溝パターン６０，６２も装備される。これら螺旋状溝パターン６０，６２の間には、環状凹部６４が設けられる。４つの環状溝パターンと当該ハウジングとの間の中間の空間は、液体滑剤、大抵は当業界で一般に知られているガリウム合金（ＧａＩｎＳｎ）が充填される。ハウジング３２及びアノードディスク５０を回転するため、これも当業界において知られているように、ハウジング３０の下側端部において銅製ロータ６６が設けられる。

軸３０内に一体的に形成されるヒートシンク（図７Ａには示されていない）は、第２の絶縁体４８に設けられる開口部６８を通じてアクセス可能であり、これにより、図７ＡのＸ線管１４内に生じる熱を放散するよう液体冷却剤にヒートシンクを接触させるようにすることができるようにしている。

軸３０内に一体的に形成される星形ヒートシンクにより、例えば、従来技術により用いられるろう付けされた銅製ヒートシンクと比べ、その冷却力を大幅に増大させることができる。

最後に、上述していない等価物や変形例も、付随する請求項に規定される本発明の範囲を逸脱することなく使用可能であることに留意されたい。

本発明による方法の実施例を示すフローチャート。 中央穴を有する軸材の断面図。 ワイヤカットＥＤＭによる処理後の図２の軸材の断面図。 図３及び図５の線Ｂ−Ｂについて破断した上部断面図。 キャップ部により一方開放端部を閉じた後の図３の軸材の断面図。 図５の細部Ｄを示す図。 本発明によるＸ線管の実施例を概略的に示す図。 図７ＡのＸ線管における螺旋状溝ベアリングのために用いられる溝パターンを示す図。 ヒートシンクを有する従来技術による従来技術の螺旋状溝ベアリング軸の断面図。 図８Ａの線Ａ−Ａにつき破断した上部断面図。 図８Ｂの細部Ｂを示す図。

Claims (9)

1. モリブデンとモリブデン又はモリブデン合金とモリブデン合金のろう付けをなすための方法であって、
   ・モリブデン又はモリブデン合金により形成される少なくとも２つの部分を設けるステップと、
   ・ろう付け材料を用いて前記２つの部分を共にろう付けするステップと、
   を有し、
   さもなくば接触してしまう前記ろう付け材料の少なくとも一部上にプラズマ溶射されたモリブデン又はモリブデン合金の層を形成するステップをさらに有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記ろう付け材料は、金及びニッケルを有する、方法。
3. 回転アノードＸ線管であって、中央穴を有しモリブデン又はモリブデン合金により形成される第１の部分としての軸材と、モリブデン又はモリブデン合金により形成される第２の部分としてのキャップとを有する螺旋状溝ベアリングが設けられ、前記軸材の一方の開放軸端部を閉じるため、前記材及び前記キャップは、請求項１又は２に記載の方法を用いて共にろう付けされている、回転アノードＸ線管。
4. 請求項３に記載の回転アノードＸ線管であって、前記軸材内にヒートシンクが設けられている回転アノードＸ線管。
5. 請求項４に記載の回転アノードＸ線管であって、前記軸材及び前記ヒートシンクは、一体構造の形態で設けられる、回転アノードＸ線管。
6. 請求項４に記載の回転アノードＸ線管であって、前記ヒートシンクの少なくとも一部は、ワイヤカットＥＤＭにより形成される、回転アノードＸ線管。
7. 請求項４に記載の回転アノードＸ線管であって、前記ヒートシンクは、星状形態を有する、回転アノードＸ線管。
8. 請求項３に記載の回転アノードＸ線管であって、前記キャップは、少なくとも断面が円錐形である、回転アノードＸ線管。
9. 請求項８に記載の回転アノードＸ線管であって、前記軸材のエッジは、前記キャップの形態に適合させられている、回転アノードＸ線管。

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