JP2014216290A

JP2014216290A - Ｘ線管及び陽極ターゲット

Info

Publication number: JP2014216290A
Application number: JP2013095324A
Authority: JP
Inventors: 阿武　秀郎; Hideo Abu; 秀郎阿武; 哲也米澤; Tetsuya Yonezawa
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-17
Also published as: US20140321620A1; US9251993B2; CN104134602A

Abstract

【課題】金属酸化物から成る熱放射膜を形成させた陽極ターゲットを用いたＸ線管において、使用時のガス発生を低減し、寿命を向上する。【解決手段】実施形態において、Ｘ線管は、電子放出源と、陽極ターゲットと、真空外囲器と、を具備する。電子放出源は、電子を放出する。陽極ターゲットは、前記電子放出源からの電子によりＸ線を放出するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、炭化物強化型モリブデン合金から成る基体とを備える。真空外囲器は、前記電子放出源及び前記陽極ターゲットを収容する。陽極ターゲットは、拡散障壁層と、熱放射膜と、を具備する。拡散障壁層は、前記基体の表面の一部に粉末冶金法により前記基体とともに一体に形成され、前記基体に比較して炭素が欠乏した高融点金属から構成される。熱放射膜は、前記拡散障壁層の表面の少なくとも一部に形成され、金属酸化物から構成される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管及び陽極ターゲットに関する。

電子ビーム、例えばＸ線を出力するＸ線管は、陽極ターゲットを備える。陽極ターゲットは、電子ビームの衝突によりＸ線を発生する。

Ｘ線管を含むＸ線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。

回転陽極型Ｘ線管では、陰極から放出された電子は、固定陰極と回転陽極ターゲット間の電位勾配により加速、集束され、典型的には２０乃至１５０ｋｅＶのエネルギを持って、回転陽極ターゲットのターゲット面に衝突し、これにより、ターゲット面にＸ線発生源となる焦点が形成される。

焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームはターゲット材により急速に減速されるため焦点からＸ線が放出される。ターゲット面はタングステンまたはタングステン合金のような高融点金属から成る。ターゲット面はモリブデンやモリブデン合金のような高融点金属から成る基体（ターゲット本体）の上に形成されている。特に、高強度の電子ビームが必要とされるＣＴやアンギオグラフィー等の用途の場合には、使用中の基体の温度や熱応力が高くなるため、基体にはＴＺＭ（チタンジルコニアモリブデン）のような強化型のモリブデン合金が使用されている。Ｘ線に変換される割合は、陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギの中の約１％とわずかである。残りのエネルギは熱に変換される。

陽極ターゲットに発生した熱を放散させ易くするため、陽極ターゲットの表面の一部に熱放射膜が形成される。熱放射膜は一般的に、酸化チタンやアルミナなどの金属酸化物の混合物を、例えばプラズマスプレー法を使って形成されている。

特開平３−９５８４０号公報特開平３−３４２４４号公報特開平５−２０５６７５号公報

しかしながら、ＴＺＭのように炭素含有量の多いモリブデン合金の表面に前記したような酸化チタンやアルミナなどの金属酸化物から成る熱放射膜を形成させた陽極ターゲットは使用中のＣＯガスやＣＯ_２ガスの発生量が多く、徐々に真空空間内に放出され、終にはＸ線管に放電を引き起こす原因となる。その結果、Ｘ線管の寿命が短くなるという問題が生じていた。

ＣＯガスやＣＯ_２ガス発生のメカニズムは上記特許文献３にも示唆されているように、ＴＺＭ中のカーボンや金属炭化物と熱放射膜を構成する金属酸化物との化学反応によって発生すると予想されている。上記特許文献３には、この反応を防止するために、ＴＺＭ基体と熱放射膜との間にカーボンと反応して炭化物を形成させるリアクティブバリア層をプラズマスプレー法によって形成させる構造が開示されている。また、さらに信頼性を高めるために、リアクティブバリア層と熱放射膜との間にリアクティブバリア層よりも薄い保護皮膜を形成させる構造についても開示されている。

しかしながら、上記特許文献３が示す構造はリアクティブバリア層自体を使用中に化学変化させる原理に基づくため、カーボンに対するバリア効果の寿命、リアクティブバリア層の基体との密着力の寿命などに懸念がある。

本発明の目的は、ＴＺＭのように炭素含有量の多いモリブデン合金の表面に金属酸化物から成る熱放射膜を形成させた陽極ターゲットを用いたＸ線管において、使用時のガス発生を低減し、寿命を向上することである。

実施形態において、Ｘ線管は、電子放出源と、陽極ターゲットと、真空外囲器と、を具備する。電子放出源は、電子を放出する。陽極ターゲットは、前記電子放出源からの電子によりＸ線を放出するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、炭化物強化型モリブデン合金から成る基体とを備える。真空外囲器は、前記電子放出源及び前記陽極ターゲットを収容する。陽極ターゲットは、拡散障壁層と、熱放射膜と、を具備する。拡散障壁層は、前記基体の表面の一部に粉末冶金法により前記基体とともに一体に形成され、前記基体に比較して炭素が欠乏した高融点金属から構成される。熱放射膜は、前記拡散障壁層の表面の少なくとも一部に形成され、金属酸化物から構成される。

実施形態を適用するＸ線管の一例を示す。実施形態を適用するＸ線管の陽極の一例を示す。実施形態を適用するＸ線管の陽極の一例を示す。実施形態を適用するＸ線管の陽極の一例を示す。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施形態を適用する回転陽極型Ｘ線管の一例を示す。

回転陽極型Ｘ線管１は、ガラス製の真空外囲器１１、真空外囲器１１内に偏心して位置する陰極１２を含む。また、真空外囲器１１内には陰極１２と対向して傘状の円盤状回転体（陽極ターゲット）１３０が配置されている。

円盤状回転体１３０の基体１３は、高融点金属、例えばモリブデンやタングステン、またはそれらの合金、もしくはＴＺＭ（チタンジルコニアモリブデン／炭化物強化型モリブデン合金）で構成されている。円盤状回転体１３０は、軸１５を介してロータ１６に固定されている。また、陰極１２からの電子ビームが衝突することによりＸ線を発生するターゲット層１４が円盤状回転体１３０の所定の位置に環状に設けられている。

ターゲット層１４は、例えばタングステン、あるいはレニウム−タングステン合金等のタングステン合金で構成されている。

ロータ１６は、真空外囲器１１の外部に配置されたステータ１７の作用で回転する。従って、ロータ１６の回転で、円盤状回転体１３０が回転する。ロータ１６は、その内部に固定体シャフト（図示せず）が嵌め込まれ、ロータ１６と固定体シャフトとの間に、軸受が設けられている。

円盤状回転体１３０の裏面すなわちロータ１６側には、ＴＺＭに比較して炭素が欠乏した（炭素含有量が抑制された）高融点金属から成る障壁層であって、円盤状回転体１３０の基体１３とともに、または基体１３およびターゲット層１４とともに粉末冶金法によって一体成形される拡散障壁層１８、及び拡散障壁層１８の表面の少なくとも一部（ロータ１６側となる概ね全域）を覆うように形成され、例えば酸化チタンやアルミナ等の金属酸化物から構成される熱放射膜１９が位置する。具体的には拡散障壁層１８は、炭素含有質量が５０ｐｐｍ以下である純モリブデンである。

上記した構造の回転陽極型Ｘ線管１においては、動作状態になると、陰極１２から電子ビームが放出され、ターゲット層１４に衝突する。ターゲット層１４は、電子ビームに比例するＸ線を出力する。なお、電子ビームの衝突により、円盤状回転体（陽極ターゲット）１３０の温度が上昇する。このとき、円盤状回転体１３０の基体１３を構成するＴＺＭ（あるいはモリブデンやタングステン、またはそれらの合金）中のカーボンや金属炭化物と熱放射膜１９との間の金属酸化物との化学反応によってＣＯガスやＣＯ_２ガスが発生することが、上述の拡散障壁層１８により、抑止される。

図２に示すように、拡散障壁層１８は、拡散障壁層１８表面に形成された熱放射膜１９表面から基体１３までの最短距離（拡散障壁層１８の厚み）が１ｍｍ以上となるように形成される。なお、基体１３が含む炭素の熱放射膜１９への拡散に対する拡散障壁層１８のブロック効果は、当然拡散障壁層１８の厚みが増す程大きいが、本発明者らは厚みが１ｍｍ以上であれば十分な効果（ＣＯガスやＣＯ_２ガスの発生量が１／１０以下に低減する効果）が得られることを確認した。また、拡散障壁層１８の厚みは、拡散障壁層１８が基体１３と一体に粉末冶金法で成形されているため、厚みをいくら増しても剥がれの恐れがないため、真空外囲器１１内への配置を考慮する必要があるものの、（直接的な）厚みの上限はない（巨視的には、１ｃｍを超えることも許容される）。

なお、拡散障壁層１８は、図３が示すように粉末冶金法による一体成形時に、円盤状回転体１３０の外周面（回転中心と同心円となる外周部回転面）に回りこむような場合や、図４が示すように基体よりも厚みが大きい場合に、熱放射膜１９を円盤状回転体１３０の外周面上にも形成することができる。この場合、円盤状回転体１３０の外周面上に形成された熱放射膜１９の一部において、熱放射膜１９表面（拡散障壁層１８と熱射膜１９との界面）から基体１３までの最短距離が１ｍｍ未満となったり、熱放射膜１９が拡散障壁層１８の表面からはみだして直接、基体１３の表面上に形成されている領域があったとしても、そのような領域の総表面積が、熱放射膜１９全体の表面積の２０％以下であれば本発明による効果を得ることができる。すなわち、基体１３中のカーボンや金属炭化物と熱放射膜１９の金属酸化物との間の化学反応によってＣＯガスやＣＯ_２ガスが発生することが、低減できる。

このように、炭素含有量の多いモリブデン合金（基体）の表面に金属酸化物から成る熱放射膜を形成させた陽極ターゲットを用いたＸ線管において、使用時のＣＯガスやＣＯ_２ガスの発生を低減し、Ｘ線管の寿命を向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、実施形態では回転陽極型Ｘ線管について説明したが、本発明は固定陽極型Ｘ線管に適用することもできる。また、本発明の効果が得られるための拡散障壁層１８の厚みの下限値が１ｍｍ未満の如何なる値であるかまでは本発明者らは確認していない。しかし、この下限値を求めることは時間をかければ可能であり、求まった下限値以上に拡散障壁層１８の厚みを設定すれば本発明の効果が得られることは言うまでもない。

１…Ｘ線管、１１…真空外囲器、１２…陰極、１３０…円盤状回転体（陽極ターゲット）、１３…基体、１４…ターゲット層、１５…軸、１６…ロータ、１７…ステータ、１８…拡散障壁層、１９…熱放射膜。

Claims

電子を放出する電子放出源と、
前記電子放出源からの電子によりＸ線を放出するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、炭化物強化型モリブデン合金から成る基体とを備えた陽極ターゲットと、
前記電子放出源及び前記陽極ターゲットを収容した真空外囲器と、
を備えたＸ線管において、
前記基体の表面の一部に粉末冶金法により前記基体と一体に形成され、前記基体に比較して炭素が欠乏した高融点金属から構成される拡散障壁層と、
前記拡散障壁層の表面の少なくとも一部に形成され、金属酸化物から構成される熱放射膜と、
を備えたことを特徴とするＸ線管。
前記拡散障壁層は、前記基体が含む炭素成分が前記熱放射膜に到達することを抑止する請求項１のＸ線管。
前記拡散障壁層は、粉末冶金法により前記基体および前記ターゲット層と一体形成される請求項１または２のＸ線管。
前記拡散障壁層表面から前記基体までの最短距離は１ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれか１のＸ線管。
前記拡散障壁層は炭素含有質量が５０ｐｐｍ以下である純モリブデンである請求項１〜４のいずれか１のＸ線管。
電子放出源からの電子によりＸ線を放出するターゲット層と、前記ターゲット層を支持し、炭化物強化型モリブデン合金から成る基体とを備えた陽極ターゲットにおいて、
前記基体の表面の一部に粉末冶金法により前記基体と一体に形成され、前記基体に比較して炭素が欠乏した高融点金属から構成される拡散障壁層と、
前記拡散障壁層の表面の少なくとも一部に形成され、金属酸化物から構成される熱放射膜と、
を備えたことを特徴とする陽極ターゲット。
前記拡散障壁層は、粉末冶金法により前記基体および前記ターゲット層と一体形成される請求項６の陽極ターゲット。
前記熱放射膜から前記基体までの最短距離は１ｍｍ以上である請求項６または７の陽極ターゲット。
前記拡散障壁層は炭素含有質量が５０ｐｐｍ以下である純モリブデンである請求項６〜８のいずれか１の陽極ターゲット。