JP7056720B2 - Scintillator structure and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、シンチレータ構造体およびその製造方法に関し、例えば、それぞれ樹脂と蛍光体とを含む複数のセルを有するシンチレータ構造体およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a scintillator structure and a method for producing the scintillator structure, and the present invention relates to, for example, a scintillator structure having a plurality of cells including a resin and a phosphor, respectively, and an effective technique applied to the method for producing the scintillator structure.
特開昭63-100391号公報(特許文献1)には、粉末蛍光体とエポキシ樹脂とを混合した蛍光体成型体に関する技術が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-100391 (Patent Document 1) describes a technique relating to a phosphor molded body in which a powder phosphor and an epoxy resin are mixed.
特開平2-17489号公報(特許文献2)には、放射線検出器に使用される蛍光体に関する技術が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-17489 (Patent Document 2) describes a technique relating to a fluorescent substance used in a radiation detector.
シンチレータは、X線やガンマ線に代表される放射線が当たると、放射線のエネルギーを吸収して可視光を発生させる物質である。このシンチレータは、シンチレータと反射材とを含むシンチレータ構造体として製品化され、シンチレータ構造体とフォトダイオードなどの光電変換素子とを組み合わせたX線検出器が、例えば、X線CTなどの医療機器、分析機器、放射線を用いた非破壊検査装置、放射線漏洩検査装置などに用いられている。 A scintillator is a substance that absorbs the energy of radiation and generates visible light when exposed to radiation typified by X-rays and gamma rays. This scintillator has been commercialized as a scintillator structure including a scintillator and a reflective material, and an X-ray detector in which the scintillator structure and a photoelectric conversion element such as a photodiode are combined is, for example, a medical device such as an X-ray CT. It is used in analytical equipment, non-destructive inspection equipment using radiation, radiation leakage inspection equipment, etc.
例えば、シンチレータには、ガドリニウム酸硫化物(Gd2O2S)からなるセラミックスが使用されている。ここで、本明細書では、ガドリニウム酸硫化物を「GOS」と呼ぶことにする。なお、厳密には、ガドリニウム酸硫化物自体はほとんど発光せず、ガドリニウム酸硫化物にプラセオジウムやテルビウムなどを含有させることによって発光する。このことから、本明細書で「GOS」という文言は、ガドリニウム酸硫化物自体にプラセオジウムやテルビウムなどが含有されて発光する物質(蛍光体)を暗に意図して使用することにする。ただし、ガドリニウム酸硫化物自体にプラセオジウムやテルビウムなどが含有されていることを明示的に示す必要がある場合、プラセオジウムを含有する「GOS」やテルビウムを含有する「GOS」と表現することがある。 For example, ceramics made of gadolinium acid sulfide (Gd 2 O 2 S) are used for the scintillator. Here, in the present specification, gadolinium acid sulfide will be referred to as "GOS". Strictly speaking, the gadolinium sulfide itself hardly emits light, but emits light by containing praseodymium, terbium, or the like in the gadolinium sulfide. For this reason, the term "GOS" in the present specification implicitly intends to use a substance (fluorescent substance) that contains praseodymium, terbium, or the like in the gadolinium sulfide itself and emits light. However, when it is necessary to explicitly indicate that the gadolinium sulfide itself contains praseodymium, terbium, etc., it may be expressed as "GOS" containing praseodymium or "GOS" containing terbium.
また、シンチレータを「GOS」単体から構成する場合、「GOS」はセラミックから構成される。一方、後述するように、シンチレータを「GOS」と樹脂の混合物から構成することも検討されており、この場合の「GOS」は粉体から構成される。したがって、本明細書では、特にセラミックと粉体とを明示する必要がないときには、単に「GOS」と表現する。これに対し、セラミックを明示する必要があるときは「GOS」セラミックと呼ぶ。一方、粉体を明示する必要があるときは「GOS」粉体と呼ぶことにする。 When the scintillator is composed of "GOS" alone, "GOS" is composed of ceramic. On the other hand, as will be described later, it is also considered to configure the scintillator with a mixture of "GOS" and a resin, and in this case, "GOS" is composed of powder. Therefore, in the present specification, when it is not necessary to specify ceramic and powder in particular, it is simply expressed as "GOS". On the other hand, when it is necessary to specify the ceramic, it is called "GOS" ceramic. On the other hand, when it is necessary to specify the powder, it will be called "GOS" powder.
この「GOS」は、タングステン酸カドミウム(CdWO4)よりも可視光の発光出力が大きいという利点を有する一方、製造コストが高い。 This "GOS" has the advantage that the emission output of visible light is larger than that of cadmium tungstate (CdWO 4 ), but the manufacturing cost is high.
このことから、シンチレータ構造体の製造コストを低減するため、シンチレータとして「GOS」粉体と樹脂の混合物を使用することが検討されている。 For this reason, in order to reduce the manufacturing cost of the scintillator structure, it is considered to use a mixture of "GOS" powder and resin as the scintillator.
ところが、「GOS」粉体と樹脂の混合物を使用すると、製造コストを低減できる一方で、使用する「GOS」粉体によっては残光特性が劣化することを本発明者は新規に見出した。したがって、シンチレータとして「GOS」粉体と樹脂の混合物を使用する場合、残光特性の劣化を抑制することが望まれている。 However, the present inventor has newly found that the use of a mixture of "GOS" powder and a resin can reduce the manufacturing cost, while the afterglow characteristics deteriorate depending on the "GOS" powder used. Therefore, when a mixture of "GOS" powder and resin is used as a scintillator, it is desired to suppress deterioration of afterglow characteristics.
一実施の形態におけるシンチレータ構造体は、複数のセルと、複数のセルを覆う反射材とを備える。ここで、複数のセルのそれぞれは、樹脂と蛍光体とを含み、蛍光体は、プラセオジウムとセリウムを含有するガドリニウム酸硫化物からなる。そして、複数のセルのそれぞれの密度は、4.4g/cm3以上5.0g/cm3以下であり、複数のセルのそれぞれの厚さは、0.3mm以上2.5mm以下である。 The scintillator structure in one embodiment includes a plurality of cells and a reflective material covering the plurality of cells. Here, each of the plurality of cells contains a resin and a phosphor, and the phosphor is composed of a gadolinium acid sulfide containing praseodymium and cerium. The density of each of the plurality of cells is 4.4 g / cm 3 or more and 5.0 g / cm 3 or less, and the thickness of each of the plurality of cells is 0.3 mm or more and 2.5 mm or less.
一実施の形態によれば、製造コストを低減しながら、残光特性の劣化を抑制できる。 According to one embodiment, deterioration of afterglow characteristics can be suppressed while reducing manufacturing costs.
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted. In addition, in order to make the drawing easier to understand, hatching may be added even if it is a plan view.
<X線検出器の概要>
図1は、X線検出器を模式的に示す図である。
<Overview of X-ray detector>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an X-ray detector.
図1において、X線検出器100は、シンチレータ構造体10と受光素子20とを有している。シンチレータ構造体10は、X線検出器100に入射されるX線から可視光を発生するシンチレータ11と、このシンチレータ11を覆う反射材12から構成されている。一方、受光素子20は、シンチレータ11で発生した可視光から電流を生成する機能を有し、例えば、フォトダイオードに代表される光電変換素子から構成されている。
In FIG. 1, the
シンチレータ11は、X線を吸収して可視光を発生させる機能を有し、蛍光体11aと樹脂11bから構成されている。ここで、本明細書では、蛍光体11aを構成する「GOS」粉体と樹脂11bとを混合した材料を「樹脂GOS」と呼ぶこともある。つまり、本実施の形態におけるシンチレータ11は、「樹脂GOS」から構成されている。蛍光体11aは、プラセオジウムやテルビウムなどを含有するガドリニウム酸硫化物であり、樹脂11bは、例えば、エポキシ樹脂である。また、反射材12は、酸化チタンを含有するエポキシ樹脂から構成されている。
The
このように構成されているX線検出器は、以下に示すように動作する。 The X-ray detector configured in this way operates as shown below.
すなわち、X線がシンチレータ構造体10のシンチレータ11に入射すると、シンチレータ11を構成する蛍光体11a内の電子は、X線のエネルギーを受け取って基底状態から励起状態に遷移する。その後、励起状態の電子は、基底状態に遷移する。この際、励起状態と基底状態との間のエネルギー差に相当する可視光が放出される。このようなメカニズムによって、シンチレータ11は、X線を吸収して可視光を発生させる。
That is, when X-rays are incident on the
そして、シンチレータ11から発生した可視光のうちの一部の可視光は、直接的に受光素子20に入射するとともに、シンチレータ11から発生した可視光のうちの他の一部の可視光は、シンチレータ11を覆う反射材12での反射を繰り返しながら受光素子20に集光される。
Then, some visible light of the visible light generated from the
続いて、例えば、フォトダイオードから構成される受光素子20に可視光が入射すると、この可視光のエネルギーによって、フォトダイオードを構成する半導体材料の電子が価電子帯から伝導帯に励起される。これにより、伝導帯に励起した電子に起因する電流がフォトダイオードに流れる。そして、フォトダイオードから出力された電流に基づいて、X線画像が取得される。このようにして、X線検出器100によれば、X線画像を取得できる。
Subsequently, for example, when visible light is incident on the
<「樹脂GOS」の採用理由>
上述したように、本実施の形態では、シンチレータ11として「樹脂GOS」が採用されている。以下では、この理由について説明する。
<Reason for adopting "Resin GOS">
As described above, in the present embodiment, "resin GOS" is adopted as the
例えば、シンチレータ構造体10を構成するシンチレータ11として、タングステン酸カドミウム(以下、「CWO」と呼ぶ)が使用されているが、この「CWO」には、RoHS指令/REACH規則対象物質であるカドミウムが含まれている。このことから、シンチレータ11として、カドミウムを含有する「CWO」に替えて「GOS」セラミックが使用されてきている。この「GOS」セラミックは、「CWO」に比べて、可視光の発光出力が高いというメリットを有している一方、製造コストが高くなるデメリットがある。
For example, cadmium tungstate (hereinafter referred to as "CWO") is used as the
そこで、製造コストを削減する観点から、シンチレータ11として、「GOS」セラミックに替えて、エポキシ樹脂などからなる樹脂と「GOS」粉体とを混合した「樹脂GOS」を採用することが検討されている。すなわち、「GOS」セラミックによる製造コストの上昇を抑制するために、「GOS」セラミックよりも価格の安い「樹脂GOS」をシンチレータ11に使用する動きがある。
Therefore, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it has been considered to use "resin GOS" as the
ところが、「樹脂GOS」は、「GOS」セラミックよりも発光出力が低く、シンチレータ11として「樹脂GOS」を採用する場合においても、発光出力を確保することが望まれている。
However, the "resin GOS" has a lower emission output than the "GOS" ceramic, and it is desired to secure the emission output even when the "resin GOS" is adopted as the
<発光出力の低下要因>
まず、「樹脂GOS」において、発光出力が低下する原因について説明する。
<Factors that reduce light emission output>
First, in "resin GOS", the cause of the decrease in light emission output will be described.
<<第1原因>>
「樹脂GOS」は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂と「GOS」粉体との混合物から構成される。そして、エポキシ樹脂および「GOS」粉体のいずれも可視光に対して透光性を有している。この点に関し、エポキシ樹脂の透光性は、「GOS」の透光性よりも高い。このことから、「樹脂GOS」の透光性は、「GOS」セラミックの透光性よりも高くなる。したがって、「樹脂GOS」の透光性が「GOS」の透光性よりも高い結果、一見すると、「樹脂GOS」を使用したシンチレータ11の発光出力は、「GOS」セラミックを使用したシンチレータ11の発光出力よりも高くなると考えられる。
<< First cause >>
The "resin GOS" is composed of a mixture of a resin such as an epoxy resin and a "GOS" powder. And both the epoxy resin and the "GOS" powder have translucency with respect to visible light. In this respect, the translucency of the epoxy resin is higher than the translucency of "GOS". From this, the translucency of the "resin GOS" is higher than the translucency of the "GOS" ceramic. Therefore, as a result of the translucency of "resin GOS" being higher than that of "GOS", at first glance, the light emission output of the
ところが、実際には、「樹脂GOS」を使用したシンチレータ11の発光出力は、「GOS」セラミックを使用したシンチレータ11の発光出力よりも低くなる。
However, in reality, the light emitting output of the
これは、「樹脂GOS」では、「GOS」粉体を使用している結果、「GOS」セラミックの総表面積よりも「樹脂GOS」を構成する「GOS」粉体の総表面積が大きくなることに起因していると考えられる。すなわち、「樹脂GOS」では、エポキシ樹脂内に多量の「GOS」粉体が存在していることから、「GOS」粉体で発光した光は、たとえ、「GOS」粉体からエポキシ樹脂内に出射されたとしても、その後、多量に存在する「GOS」粉体の表面で多重散乱し、散乱の度に「GOS」粉体の表面で光吸収が生じる。この結果、「樹脂GOS」では、「GOS」セラミックよりも光吸収が大きくなるため、「樹脂GOS」を使用したシンチレータ11の発光出力は、「GOS」セラミックを使用したシンチレータ11の発光出力よりも高くなると考えられる。これが「樹脂GOS」において発光出力が低下する第1原因と推察される。
This is because, as a result of using the "GOS" powder in the "resin GOS", the total surface area of the "GOS" powder constituting the "resin GOS" is larger than the total surface area of the "GOS" ceramic. It is thought to be caused. That is, in the "resin GOS", since a large amount of "GOS" powder is present in the epoxy resin, the light emitted by the "GOS" powder can be emitted from the "GOS" powder into the epoxy resin. Even if it is emitted, it is subsequently multiple-scattered on the surface of a large amount of "GOS" powder, and light absorption occurs on the surface of the "GOS" powder each time it is scattered. As a result, since the "resin GOS" absorbs more light than the "GOS" ceramic, the light emission output of the
<<第2原因>>
例えば、図2に示すように、シンチレータ構造体10は、直方体形状をしたシンチレータ11とシンチレータ11を覆う反射材12から構成されている。ここで、直方体形状をしたシンチレータ11は、ダイシング工程や研削工程などの加工工程を経て形成されることから、直方体形状の表面には、加工面が形成される。すなわち、「加工面」とは、機械的な加工が施された面をいう。具体的に、「加工面」には、ワーク厚み出しを実施するにあたり、研削砥石にて研削した面、もしくは、ダイシング処理を実施するためにスライシングブレードにてワークを切断した表面が含まれる。例えば、「樹脂GOS」を使用したシンチレータ11において、「加工面」とは、樹脂が露出する面と「GOS」粉体が破断した面とが混在する面として定義される。例えば、図1において示される破線は、「樹脂GOS」を使用したシンチレータ11において、シンチレータ11と反射材12との界面が「加工面」である場合を模式的に表している。この場合、「加工面」においては、樹脂11bを切断する領域と蛍光体11a(「GOS」粉体)が破断する領域が混在することがわかる。なお、図1に示す破線は、「加工面」の構成をわかりやすく説明するために描かれたものであり、破線によってシンチレータ11のシュリンクを意図するものではなく、破線で囲まれるシンチレータ11のサイズは、実線で囲まれるサイズであってもよい。
<< Second cause >>
For example, as shown in FIG. 2, the
この加工面は、加工工程に起因する機械的ダメージを受けることから、加工変質層30となる。「加工変質層」とは、機械的な加工工程に起因する機械的ダメージを受けることによって、機械的な加工を施す前よりも光の反射特性が劣化して光が吸収されやすくなる層として定義される。例えば、「加工変質層」の具体例としては、「GOS」粉体表面の硫黄成分の脱硫による光吸収層を挙げることができる。
Since this machined surface receives mechanical damage due to the machined process, it becomes the
この加工変質層30では、シンチレータ11で発生した可視光が吸収されやすくなる。すなわち、シンチレータ11に存在する加工変質層30によって、発生した可視光の一部が吸収される結果、発光出力の低下が生じる。つまり、シンチレータ11の表面に加工変質層30が形成されることが、シンチレータ構造体10からの発光出力を低下させる一因となるのである。
In this
特に、近年では、図2に示すように、X線画像の解像度を向上する観点から、複数のフォトダイオードのそれぞれに合わせてシンチレータ11を複数のセルCLに分割することが行われている(シンチレータ11のアレイ化)。そして、複数のセルCLを覆うように反射材12が設けられる。具体的に、セルCLの上面と4つの側面は、反射材12で覆われる。一方、セルCLの下面は、フォトダイオードと接触させる必要があるため、反射材12で覆われてはいない。
In particular, in recent years, as shown in FIG. 2, from the viewpoint of improving the resolution of an X-ray image, the
シンチレータ11を複数のセルCLに分割する場合、複数のセルCLのそれぞれの表面に加工変質層30が形成されることから、シンチレータ構造体10Aに占める加工変質層30の面積が大きくなる。この結果、複数セル型のシンチレータ構造体10Aでは、加工変質層30に起因する発光出力の低下が大きくなると考えられる。
When the
本実施の形態におけるシンチレータ構造体は、X線画像の解像度の向上を図ることができる複数セル型シンチレータ構造体10Aを前提としている。このため、加工変質層30に起因する発光出力の低下が大きくなると考えられるため、発光出力を維持するために工夫を施すことが重要になることがわかる。
The scintillator structure in the present embodiment is premised on the
ここで、シンチレータ11として、「GOS」セラミックを使用しても「樹脂GOS」を使用しても、シンチレータ11の表面に加工変質層30が形成されることには変わりがない。したがって、シンチレータ11を「GOS」セラミックから構成する場合や「樹脂GOS」から構成する場合のいずれであっても、加工変質層30に起因する発光出力の低下が生じると考えられる。
Here, regardless of whether the "GOS" ceramic or the "resin GOS" is used as the
この点に関し、本発明者の検討によると、シンチレータ11を「GOS」セラミックから構成する場合よりも、シンチレータ11を「樹脂GOS」から構成する場合のほうが、加工変質層30に起因する発光出力の低下が大きくなることを新規に見出した。
In this regard, according to the study of the present inventor, when the
以下に、この理由について説明する。例えば、「GOS」セラミックは、セルCLに個片化した後においても加熱処理を加えることができる。そして、加熱処理は、機械的ダメージで形成された加工変質層30を回復する機能を有する。したがって、シンチレータ11を「GOS」セラミックから構成する場合には、セルCLに個片化した後、加熱処理を加えることにより、セルCLの表面に形成されている加工変質層30を回復することができるのである。これにより、シンチレータ11を「GOS」セラミックから構成する場合には、加熱処理によって加工変質層30が低減されることから、加工変質層30に起因する発光出力の低下を抑制することができる。
The reason for this will be explained below. For example, the "GOS" ceramic can be heat-treated even after being fragmented into the cell CL. The heat treatment has a function of recovering the work-altered
これに対し、「樹脂GOS」は、セラミックスではなく「GOS」粉体を樹脂で固めたものであり、加熱処理を施すことが困難である。この結果、シンチレータ11を「樹脂GOS」から構成する場合、加熱処理による加工変質層30の回復効果を得ることができないため、加工変質層30に起因する発光出力の低下が大きくなるのである。つまり、「樹脂GOS」は、「GOS」セラミックと異なり加熱処理を施すことが困難で加工変質層30を回復できないことが、シンチレータ構造体10Aからの発光出力を低下させる第2原因である。
On the other hand, "resin GOS" is not ceramics but "GOS" powder hardened with resin, and it is difficult to heat-treat it. As a result, when the
以上のことから、シンチレータ11を「樹脂GOS」から構成すると、「GOS」粉体の使用に起因する第1原因と、加工変質層30の回復が困難であるという第2原因との相乗要因によって、「GOS」セラミックよりも発光出力が低下する。
From the above, when the
したがって、シンチレータ11として「樹脂GOS」を使用すると、本質的に「GOS」セラミックよりも発光出力が低下することは避けられない。ただし、本発明者は、シンチレータ11として「樹脂GOS」を使用する場合、「樹脂GOS」から構成されているセルCLの厚さや密度によって、発光出力が変化することを新規な知見として獲得した。すなわち、本発明者の見出した新規な知見によれば、セルCLの厚さや密度を規定することにより、「樹脂GOS」でもある程度以上の発光出力を確保できると考えられる。
Therefore, when "resin GOS" is used as the
そこで、以下では、発光出力の厚さ依存性および密度依存性について説明する。 Therefore, in the following, the thickness dependence and the density dependence of the emission output will be described.
<発光出力の厚さ依存性>
図3は、セルの厚さと発光出力との関係を示すグラフである。
<Thickness dependence of light emission output>
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the cell thickness and the emission output.
図3において、横軸はセルの厚さを示しており、縦軸は発光出力を示している。 In FIG. 3, the horizontal axis indicates the cell thickness, and the vertical axis indicates the emission output.
まず、「第1GOS」とは、プラセオジウム(Pr)とセリウム(Ce)を添加した「GOS」である。一方、図3には示されていないが、「第2GOS」とは、テルビウム(Tb)とセリウム(Ce)を添加した「GOS」である。 First, the "first GOS" is "GOS" to which praseodymium (Pr) and cerium (Ce) are added. On the other hand, although not shown in FIG. 3, the "second GOS" is a "GOS" to which terbium (Tb) and cerium (Ce) are added.
ここで、「第1GOS」と「第2GOS」の発光出力に着目すると、「第1GOS」よりも「第2GOS」のほうが発光出力は高い。言い換えると、「第1GOS」は、「第2GOS」よりも発光出力が低い。なお、図3の縦軸に示す発光出力は、厚さが1.3mmの「第1GOS」の発光出力を100パーセントとしたパーセント表示で示されている。 Here, focusing on the light emission outputs of the "first GOS" and the "second GOS", the light emission output of the "second GOS" is higher than that of the "first GOS". In other words, the "first GOS" has a lower emission output than the "second GOS". The light emission output shown on the vertical axis of FIG. 3 is shown as a percentage with the light emission output of the "first GOS" having a thickness of 1.3 mm as 100%.
「第2樹脂GOS」は、「第2GOS」からなる「GOS」粉体とエポキシ樹脂との混合物である。 The "second resin GOS" is a mixture of a "GOS" powder composed of the "second GOS" and an epoxy resin.
「第3樹脂GOS」と「第4樹脂GOS」は、いずれも「第1GOS」からなる「GOS」粉体とエポキシ樹脂との混合物であり、「第3樹脂GOS」と「第4樹脂GOS」の相違点は密度である。 "Third resin GOS" and "fourth resin GOS" are both a mixture of "GOS" powder composed of "first GOS" and an epoxy resin, and "third resin GOS" and "fourth resin GOS". The difference between is the density.
図3において、「第1GOS」の曲線に着目すると、「第1GOS」の発光出力は、セルの厚さにほとんど依存しないことがわかる。一方、図3において、「第2樹脂GOS」~「第4樹脂GOS」のそれぞれの曲線に着目すると、「第2樹脂GOS」~「第4樹脂GOS」のそれぞれの発光出力は、セルの厚さに依存していることがわかる。 Focusing on the curve of the "first GOS" in FIG. 3, it can be seen that the emission output of the "first GOS" hardly depends on the thickness of the cell. On the other hand, focusing on the curves of "second resin GOS" to "fourth resin GOS" in FIG. 3, each emission output of "second resin GOS" to "fourth resin GOS" is the thickness of the cell. It turns out that it depends on the plastic.
以下では、「第2樹脂GOS」~「第4樹脂GOS」のそれぞれの発光出力の厚さ依存性について定性的に説明する。まず、厚さが薄い範囲では、厚さが増加するほど発光出力が大きくなっている。これは、厚さが薄い範囲では、厚さが厚くなるにつれて、入射されるX線を吸収して可視光を発生させることに寄与する「樹脂GOS」の量が増加することから理解できる。そして、厚さがある程度厚くなると、入射されるX線を吸収して可視光を発生させることに寄与する「樹脂GOS」の量が飽和する一方、厚さが厚くなると透光性が低下するとともに、上述した第1原因や第2原因が顕在化することにより、厚さが厚くなるにつれて、発光出力が低くなることが理解される。 Hereinafter, the thickness dependence of each emission output of the "second resin GOS" to the "fourth resin GOS" will be qualitatively described. First, in the range where the thickness is thin, the light emission output increases as the thickness increases. This can be understood from the fact that in the thin range, the amount of "resin GOS" that contributes to the absorption of incident X-rays and the generation of visible light increases as the thickness increases. When the thickness becomes thick to some extent, the amount of "resin GOS" which absorbs the incident X-rays and contributes to the generation of visible light is saturated, while when the thickness becomes thick, the translucency decreases. It is understood that the light emission output decreases as the thickness increases due to the manifestation of the first cause and the second cause described above.
<発光出力の密度依存性>
次に、発光出力の密度依存性について説明する。
<Density dependence of emission output>
Next, the density dependence of the light emission output will be described.
図4は、セル自体の密度と発光出力の関係を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the density of the cell itself and the emission output.
図4において、横軸はセルを構成するシンチレータの密度を示しており、縦軸は発光出力を示している。なお、縦軸の発光出力は、厚さ1.5mmの「第1GOS」の発光出力を100パーセントとしたパーセント表示で示されている。 In FIG. 4, the horizontal axis shows the density of the scintillators constituting the cell, and the vertical axis shows the emission output. The light emission output on the vertical axis is shown as a percentage with the light emission output of the "first GOS" having a thickness of 1.5 mm as 100%.
ここで、「密度」とは、「樹脂GOS」全体の密度をいう。特に、「樹脂GOS」では、エポキシ樹脂に比べて「GOS」粉体の密度が高いことから、以下の関係が成立する。 Here, the "density" means the density of the entire "resin GOS". In particular, in "resin GOS", the density of "GOS" powder is higher than that of epoxy resin, so that the following relationship is established.
すなわち、「樹脂GOS」の密度が低いということは、「GOS」粉体の量が少なく、エポキシ樹脂の量が多いことを意味する。言い換えれば、「樹脂GOS」の密度が高いということは、「GOS」粉体の量が多く、エポキシ樹脂の量が少ないことを意味する。 That is, the low density of "resin GOS" means that the amount of "GOS" powder is small and the amount of epoxy resin is large. In other words, the high density of "resin GOS" means that the amount of "GOS" powder is large and the amount of epoxy resin is small.
図4において、「第1樹脂GOS」(比較例)の密度は、5.0(g/cm3)である一方、「第2樹脂GOS」の密度は、4.4(g/cm3)である。すなわち、「第2樹脂GOS」の密度は、「第1樹脂GOS」の密度よりも低くなっている。言い換えれば、「第1樹脂GOS」の密度は、「第2樹脂GOS」の密度よりも高くなっている。 In FIG. 4, the density of the “first resin GOS” (comparative example) is 5.0 (g / cm 3 ), while the density of the “second resin GOS” is 4.4 (g / cm 3 ). Is. That is, the density of the "second resin GOS" is lower than the density of the "first resin GOS". In other words, the density of the "first resin GOS" is higher than the density of the "second resin GOS".
図4に示すように、密度が低くなるにつれて、発光出力が高くなることがわかる。これは、密度が小さいということは、「GOS」粉体よりも透光性の高いエポキシ樹脂の量が相対的に大きくなることを意味するから、可視光の吸収が低減される結果、密度が低くなると発光出力が大きくなると考えられる。言い換えれば、密度が大きいということは、「GOS」粉体の量が透光性の高いエポキシ樹脂の量よりも多くなることを意味するから、「GOS」粉体における可視光の吸収が増加する結果、密度が高くなると発光出力が低くなると考えられる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the emission output increases as the density decreases. This means that the lower density means that the amount of highly translucent epoxy resin is relatively larger than that of the "GOS" powder, and as a result, the absorption of visible light is reduced, resulting in a higher density. It is considered that the lower the value, the larger the light emission output. In other words, the higher density means that the amount of "GOS" powder is higher than the amount of highly translucent epoxy resin, thus increasing the absorption of visible light in the "GOS" powder. As a result, it is considered that the emission output decreases as the density increases.
以下では、シンチレータ11を「樹脂GOS」から構成することにより、「GOS」セラミックをシンチレータ11として使用する場合よりも製造コストを削減しながらも、上述した発光出力の厚さ依存性(図3参照)および発光出力の密度依存性(図4)に基づいて、シンチレータ構造体10Aの性能を向上する工夫点について説明する。言い換えれば、シンチレータ構造体10Aのコストパフォーマンスを向上する工夫点について説明する。
In the following, by configuring the
具体的には、シンチレータ構造体10Aの性能を向上する工夫点として、発光出力を確保する観点からの第1工夫点と、残光特性を確保する観点からの第2工夫点のそれぞれについて説明することにする。
Specifically, as the ingenuity to improve the performance of the
<発光出力を確保する観点(第1工夫点)>
図3に示すように、「第2樹脂GOS」における発光出力の厚さ依存性を見ると、例えば、厚さが0.5mm以上1.8mm以下である場合において、「第2樹脂GOS」の発光出力は、「第1GOS」の発光出力よりも高くなる。つまり、「第1GOS」よりも発光出力の大きい「第2GOS」からなる「GOS」粉体にエポキシ樹脂を混合して形成された「第2樹脂GOS」は、「第2GOS」よりも発光出力が低下するものの、セルの厚さを0.5mm以上1.8mm以下の範囲にすることにより、「第1GOS」よりも発光出力を高くすることできることがわかる。つまり、「第2樹脂GOS」から構成されるセルの厚さを0.5mm以上1.8mm以下の範囲に設定すれば、「第2樹脂GOS」の発光出力を「第1GOS」と同等以上にすることができるのである。
<Viewpoint to secure light emission output (first device)>
As shown in FIG. 3, looking at the thickness dependence of the light emission output in the "second resin GOS", for example, when the thickness is 0.5 mm or more and 1.8 mm or less, the "second resin GOS" The light emission output is higher than the light emission output of the "first GOS". That is, the "second resin GOS" formed by mixing an epoxy resin with the "GOS" powder composed of the "second GOS" having a larger emission output than the "first GOS" has a higher emission output than the "second GOS". Although it decreases, it can be seen that the emission output can be made higher than that of the "first GOS" by setting the cell thickness in the range of 0.5 mm or more and 1.8 mm or less. That is, if the thickness of the cell composed of the "second resin GOS" is set in the range of 0.5 mm or more and 1.8 mm or less, the emission output of the "second resin GOS" becomes equal to or more than that of the "first GOS". You can do it.
次に、図4に示すように、セル自体の密度が小さくなると、発光出力が向上することがわかる。特に、密度を4.4g/cm3以上5.0g/cm3未満の範囲にすることにより、厚さが1.5mmの「第1GOS」の発光出力を「100パーセント」とした場合に、「125パーセント以上」の発光出力を得ることができることがわかる。 Next, as shown in FIG. 4, it can be seen that the emission output is improved as the density of the cell itself becomes smaller. In particular, when the density is set in the range of 4.4 g / cm 3 or more and less than 5.0 g / cm 3 , the emission output of the "first GOS" having a thickness of 1.5 mm is set to "100%". It can be seen that a light emission output of "125% or more" can be obtained.
以上のことから、シンチレータ11として、「第2GOS」からなる「GOS」粉体にエポキシ樹脂を混合した「樹脂GOS」を使用することを前提として、セルの厚さを0.5mm以上1.8mm以下の範囲にするとともに、セル自体の密度を4.4g/cm3以上5.0g/cm3未満の範囲にすることにより、「樹脂GOS」であっても「第1GOS」以上の発光出力を得ることができる。このように、製造コストを低減できる「樹脂GOS」を使用しながらも、厚さの範囲と密度の範囲を上述した範囲に設定することにより、「第1GOS」以上の発光出力を得ることができるのである。すなわち、製造コストを低減できる「樹脂GOS」を使用しながらも発光出力を確保することは、セルの厚さを0.5mm以上1.8mm以下の範囲に設定し、かつ、セル自体の密度を4.4g/cm3以上5.0g/cm3未満の範囲に設定することにより実現することができる。
From the above, on the premise that "resin GOS", which is a mixture of "GOS" powder made of "second GOS" and an epoxy resin, is used as the
<残光特性を確保する観点(第2工夫点)>
上述した第1工夫点は、発光出力を確保する観点からの工夫点である。これに対し、これから説明する第2工夫点は、残光特性を確保する観点からの工夫点である。すなわち、シンチレータ構造体10Aの性能としては、発光出力が大きいだけでなく、残光特性が良好であることも要求される。そこで、まず、残光特性について説明する。
<Viewpoint to ensure afterglow characteristics (second device)>
The first device described above is a device from the viewpoint of ensuring the light emission output. On the other hand, the second ingenuity to be described below is an ingenuity from the viewpoint of ensuring the afterglow characteristics. That is, the performance of the
シンチレータ構造体10Aを構成するシンチレータ11は、X線を当てると可視光を発生させる物質である。シンチレータ11において、X線を当てると可視光を発生させるメカニズムは、以下のようなものである。すなわち、シンチレータ11にX線を照射すると、シンチレータ11内の電子がX線からエネルギーを受け取って、エネルギーの低い基底状態からエネルギーの高い励起状態に遷移する。そして、励起状態にある電子は、エネルギーの低い基底状態に遷移する。このとき、励起された電子の大部分は、直ちに基底状態に遷移する。一方、励起された電子のうちの一部の電子は、ある程度の時間が経過した後に基底状態に遷移する。このある程度の時間が経過した後に生じる電子の励起状態から基底状態への遷移によって発生する可視光が残光になる。つまり、残光とは、励起状態から基底状態に遷移するタイミングがX線を照射した時刻からある程度時間が経過後に生じることによって発生する可視光である。そして、この残光が大きいということは、X線を照射してからもある程度の時間経過後まで発生する可視光の強度が大きいことを意味する。この場合、次のX線を照射するときまで前のX線照射で発生した残光が残存することになり、残存した残光はノイズとなる。このことから、残光は小さいことが望ましい。つまり、残光特性が良好であるとは、残光が小さいことを意味する。
The
ここで、残光特性は、シンチレータ11の種類によって異なる。例えば、図5は、「CWO」の残光特性を示すグラフであり、図6は、「第3樹脂GOS」の残光特性を示すグラフである。また、図7は、「第1樹脂GOS」の残光特性を示すグラフである。
Here, the afterglow characteristics differ depending on the type of the
図5~図7において、縦軸は残光の強度を示している一方、横軸は時刻を示している。図5~図7において、時刻経過後において残光の強度が大きいほど残光特性が悪いことを示している。言い換えれば、図5~図7において、時刻経過後において残光の強度が小さいほど残光特性が良好であることを示している。 In FIGS. 5 to 7, the vertical axis indicates the intensity of afterglow, while the horizontal axis indicates the time. 5 to 7 show that the higher the intensity of the afterglow after the passage of time, the worse the afterglow characteristics. In other words, in FIGS. 5 to 7, it is shown that the smaller the intensity of the afterglow after the passage of time, the better the afterglow characteristics.
この点に着目して図5~図7を見ると、図5の残光特性と図6の残光特性はほぼ同等で残光特性が良好である一方、図7の残光特性が悪いことがわかる。つまり、図5に示す「CWO」の残光特性と図6に示す「第3樹脂GOS」の残光特性は、ともに良好である一方、図7に示す「第1樹脂GOS」の残光特性は、悪いことがわかる。 Looking at FIGS. 5 to 7 focusing on this point, the afterglow characteristics of FIG. 5 and the afterglow characteristics of FIG. 6 are almost the same and the afterglow characteristics are good, while the afterglow characteristics of FIG. 7 are poor. I understand. That is, the afterglow characteristics of "CWO" shown in FIG. 5 and the afterglow characteristics of the "third resin GOS" shown in FIG. 6 are both good, while the afterglow characteristics of the "first resin GOS" shown in FIG. 7 are good. Turns out to be bad.
つまり、発光出力の観点からは、上述した工夫点1を実現すると、「第2GOS」>「第2樹脂GOS」>「第1樹脂GOS」>「第1GOS」>「第4樹脂GOS」>「第3樹脂GOS」>「CWO」の関係が成立する領域がある。
That is, from the viewpoint of light emission output, if the above-mentioned
これに対し、図5~図7を参照すると、残光特性の観点からは、「CWO」≒「第3樹脂GOS」<「第1樹脂GOS」の関係が成立する。 On the other hand, referring to FIGS. 5 to 7, the relationship of “CWO” ≈ “third resin GOS” <“first resin GOS” is established from the viewpoint of afterglow characteristics.
したがって、例えば、「第1樹脂GOS」と「第3樹脂GOS」と「CWO」に着目すると、発光出力の観点からは、「第1樹脂GOS」が最も優れている。これに対し、残光特性の観点からは、「CWO」および「第3樹脂GOS」が優れているということになる。 Therefore, for example, focusing on "first resin GOS", "third resin GOS", and "CWO", "first resin GOS" is the most excellent from the viewpoint of light emission output. On the other hand, from the viewpoint of afterglow characteristics, "CWO" and "third resin GOS" are superior.
このことから、残光特性に優れた「樹脂GOS」を実現するためには、「第2GOS」からなる「GOS」粉体にエポキシ樹脂を混合した「第1樹脂GOS」や「第2樹脂GOS」よりも、「第1GOS」からなる「GOS」粉体にエポキシ樹脂を混合した「第3樹脂GOS」や「第4樹脂GOS」が望ましいことがわかる。ただし、図3に示すように、「第3樹脂GOS」や「第4樹脂GOS」は、「第2樹脂GOS」よりも発光出力が低い。 From this, in order to realize "resin GOS" having excellent afterglow characteristics, "first resin GOS" or "second resin GOS" in which an epoxy resin is mixed with "GOS" powder composed of "second GOS" It can be seen that "third resin GOS" and "fourth resin GOS", which are obtained by mixing an epoxy resin with "GOS" powder composed of "first GOS", are preferable. However, as shown in FIG. 3, the "third resin GOS" and the "fourth resin GOS" have a lower emission output than the "second resin GOS".
そこで、「第3樹脂GOS」や「第4樹脂GOS」を採用することにより残光特性を確保しながら、発光出力もできるだけ高くすることが望まれる。この点に関し、図3において、「第1GOS」からなる「GOS」粉体にエポキシ樹脂を混合した「樹脂GOS」を使用することを前提として、セルの厚さを0.3mm以上2.5mm以下の範囲にするとともに、図4の類推からセル自体の密度を4.4g/cm3以上5.0g/cm3以下の範囲にすることにより、「第2GOS」の発光出力には及ばないものの、「CWO」以上の発光出力を得ることができると考えられる。このように、製造コストを低減できるとともに残光特性の良好な「樹脂GOS」を使用しながらも、厚さの範囲と密度の範囲を上述した範囲に設定することにより、「CWO」以上の発光出力を得ることできる。すなわち、製造コストを低減できるとともに残光特性の良好な「樹脂GOS」を使用しながらも発光出力を確保することは、セルの厚さを0.3mm以上2.5mm以下の範囲に設定し、かつ、セル自体の密度を4.4g/cm3以上5.0g/cm3以下の範囲に設定することにより実現することができる。 Therefore, it is desired to increase the light emission output as much as possible while ensuring the afterglow characteristics by adopting the "third resin GOS" or the "fourth resin GOS". In this regard, in FIG. 3, the cell thickness is 0.3 mm or more and 2.5 mm or less on the premise that "resin GOS" in which an epoxy resin is mixed with "GOS" powder composed of "first GOS" is used. By analogizing with Fig. 4, the density of the cell itself is set to the range of 4.4 g / cm 3 or more and 5.0 g / cm 3 or less, although it does not reach the emission output of "2nd GOS". It is considered that a light emission output of "CWO" or higher can be obtained. In this way, while using "resin GOS" that can reduce manufacturing costs and has good afterglow characteristics, by setting the thickness range and density range to the above-mentioned ranges, light emission of "CWO" or higher is achieved. You can get the output. That is, to secure the light emission output while using "resin GOS" which can reduce the manufacturing cost and has good afterglow characteristics, the cell thickness is set in the range of 0.3 mm or more and 2.5 mm or less. Moreover, it can be realized by setting the density of the cell itself in the range of 4.4 g / cm 3 or more and 5.0 g / cm 3 or less.
<シンチレータ構造体の製造方法>
続いて、シンチレータ構造体10の製造方法について説明する。
<Manufacturing method of scintillator structure>
Subsequently, a method for manufacturing the
図8は、シンチレータ構造体の製造工程の流れを説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a manufacturing process of the scintillator structure.
図8において、まず、原料粉末とフラックス成分を所定量秤量して混合した後(S101)、この混合物を坩堝に充填し、1300℃~1400℃の大気炉中で7~9時間焼成することにより(S102)、「GOS」粉体を生成する。そして、「GOS」粉体中に含まれるフラックス成分や不純物を塩酸と温水を使用した洗浄により除去する(S103)。次に、「GOS」粉体にエポキシ樹脂を滴下することにより、「GOS」粉体にエポキシ樹脂を浸み込ませる(S104)。次に、エポキシ樹脂を硬化させた後(S105)、「GOS」粉体と混合していないエポキシ樹脂を除去する(S106)。これにより、「樹脂GOS」からなるシンチレータを形成できる。 In FIG. 8, first, a predetermined amount of the raw material powder and the flux component are weighed and mixed (S101), and then the mixture is filled in a crucible and fired in an air furnace at 1300 ° C to 1400 ° C for 7 to 9 hours. (S102), "GOS" powder is produced. Then, the flux component and impurities contained in the "GOS" powder are removed by washing with hydrochloric acid and warm water (S103). Next, the epoxy resin is impregnated into the "GOS" powder by dropping the epoxy resin into the "GOS" powder (S104). Next, after the epoxy resin is cured (S105), the epoxy resin that is not mixed with the "GOS" powder is removed (S106). This makes it possible to form a scintillator made of "resin GOS".
続いて、シンチレータが形成された基板をダイシングすることにより、基板を複数のセルに個片化する(S107)。個片化された複数のセルは、再配列された後(S108)、複数のセルを覆うように反射材が塗布される(S109)。そして、シンチレータ構造体10Aとしての不要部を切断した後(S110)、検査をパスしたシンチレータ構造体10Aが出荷される(S111)。
Subsequently, the substrate on which the scintillator is formed is diced to individualize the substrate into a plurality of cells (S107). After the plurality of individualized cells are rearranged (S108), a reflective material is applied so as to cover the plurality of cells (S109). Then, after cutting the unnecessary portion of the
図9は、ダイシング工程から反射材塗布工程までの工程を模式的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a process from the dicing process to the reflective material coating process.
図9に示すように、「樹脂GOS」からなるシンチレータが形成された基板WFをダイシングすることにより、基板WFは複数のセルCLに個片化される。そして、個片化された複数のセルCLは、例えば、ライン状に再配列される。その後、ライン状に再配列された複数のセルCLを内包するように外枠FRが配置される。次に、外枠FR内に配置された複数のセルCLを覆うように、例えば、酸化チタンを含有するエポキシ樹脂からなる反射材12を塗布する。その後、外枠FRを除去する。このようにして、シンチレータ構造体10Aが製造される。
As shown in FIG. 9, by dicing the substrate WF on which the scintillator made of "resin GOS" is formed, the substrate WF is individualized into a plurality of cell CLs. Then, the plurality of individualized cell CLs are rearranged in a line, for example. After that, the outer frame FR is arranged so as to include a plurality of cells CL rearranged in a line. Next, for example, a
なお、図9では、1×n個のセルを使用したライン状のシンチレータ構造体10Aを例に挙げて説明しているが、本実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、n×n個のセルを使用したアレイ状(行列状)のシンチレータ構造体にも適用可能である。
In FIG. 9, a line-shaped
<製法上の特徴>
次に、本実施の形態における製法上の特徴点について説明する。
<Characteristics of manufacturing method>
Next, the feature points in the manufacturing method in this embodiment will be described.
本実施の形態における製法上の特徴点は、シンチレータ11が形成された基板WFをフルカットダイシングすることにより完全に複数のセルCLに個片化した後、個片化した複数のセルCLを再配列し、その後、再配列された複数のセルCLを覆うように反射材12を塗布してシンチレータ構造体10Aを製造する点にある。
The characteristic feature of the manufacturing method in the present embodiment is that the substrate WF on which the
これにより、本実施の形態によれば、セル間の間隔を自由に調整できる。 Thereby, according to the present embodiment, the spacing between cells can be freely adjusted.
例えば、シンチレータ11が形成された基板WFを途中までハーフダイシングした後、反射材12を塗布し、その後、ハーフダイシングした基板WFを研削して互いに隣り合うセルCLを切り離す技術がある。この技術によれば、互いに隣り合うセルCLの間隔がハーフダイシングの切断幅で決定されるため、互いに隣り合うセルCL間の間隔を精度よく決定することができる。このことは、裏を返せば、この技術では、セルCL間の間隔を自由に変えることができないことを意味する。
For example, there is a technique of half-dicing a substrate WF on which a
この点に関し、例えば、X線検出器のユーザによっては、受光素子であるフォトダイオードを高密度に配置して高精細なX線画像を取得したいユーザもいれば、フォトダイオードを低密度に配置して高精細ではないが広い範囲のX線画像を取得したいユーザもいる。前者の場合、高密度に配置されるフォトダイオードに対応してシンチレータ構造体10Aを構成する複数のセルCLも高密度に配置することが要求される。この場合、セルCL間の間隔を非常に小さくする必要がある。例えば、セルCL間の間隔をハーフダイシングの切断幅よりも小さくする場合、ハーフダイシングを使用した技術では対応できない。一方、後者の場合も、セルCLの間隔をハーフダイシングの幅よりも大きくしたくても、ハーフダイシングを使用した技術では対応できない。このように、ハーフダイシングを利用した技術では、セルCL間の間隔がハーフダイシングのせん断幅で一律に決定されてしまうため、ユーザの要求に合わせてセルCL間の間隔を自由に調整することできない。
Regarding this point, for example, depending on the user of the X-ray detector, there is a user who wants to acquire a high-definition X-ray image by arranging a photodiode as a light receiving element at a high density, and a photodiode is arranged at a low density. There are also users who want to acquire a wide range of X-ray images, although they are not high-definition. In the former case, it is required to arrange a plurality of cells CL constituting the
これに対し、本実施の形態では、ハーフダイシングではなく、フルカットダイシングしてシンチレータ11が形成された基板WFを複数のセルCLに個片化した後、この個片化した複数のセルCLを再配列している。これにより、本実施の形態によれば、複数のセルCLを再配列する際、互いに隣り合うセルCL間の間隔を自由に設定することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the substrate WF on which the
このことから、本実施の形態によれば、セルCL間の間隔をダイシングの切断幅よりも小さくも大きくもできるため、ユーザのニーズに対応したシンチレータ構造体10Aを柔軟に製造することができる利点が得られる。
From this, according to the present embodiment, since the interval between the cell CLs can be made smaller or larger than the cutting width of the dicing, there is an advantage that the
さらに、本実施の形態によれば、以下に示す利点も得ることができる。すなわち、ハーフダイシングを使用した技術では、最終的に研削工程によってセルCLを切り離す。 Further, according to the present embodiment, the following advantages can be obtained. That is, in the technique using half dicing, the cell CL is finally separated by the grinding process.
この点に関し、本実施の形態では、フルカットダイシングによって複数のセルCLを個片化している。このことから、その後の工程で複数のセルCLを切り離す研削工程が必要なくなる。このことは、複数のセルCLを切り離す研削工程を削減できることを意味する。この結果、本実施の形態におけるシンチレータ構造体10Aの製造方法は、製造工程を簡略化できる利点も得ることができる。
In this regard, in the present embodiment, a plurality of cell CLs are individualized by full-cut dicing. This eliminates the need for a grinding process that separates a plurality of cell CLs in the subsequent process. This means that the grinding process for separating a plurality of cell CLs can be reduced. As a result, the method for manufacturing the
<密着性の向上を図る観点(第3工夫点)>
例えば、上述した製造工程を経ることにより製造された完成品であるシンチレータ構造体10Aに対して、信頼性を確保するために恒温高湿試験が行われる。
<Viewpoint to improve adhesion (third device)>
For example, a constant temperature and high humidity test is performed on the
ここで、シンチレータ11に「樹脂GOS」を使用したシンチレータ構造体10Aに対して恒温高湿試験を行うと、恒温高湿試験に合格する割合が低下することが確認された。この点に関し、本発明者は、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11と反射材12との界面の密着力の低下に起因して、恒温高湿試験に合格する割合が低下することを新規に見出した。そこで、本実施の形態では、シンチレータ構造体10Aの信頼性を向上する観点から、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11と反射材12との密着性を向上するための工夫を施している。以下では、この工夫点について説明する。
Here, it was confirmed that when a constant temperature and high humidity test was performed on the
<<新規な知見>>
まず、本発明者が見出した新規な知見について説明する。
<< New findings >>
First, the novel findings found by the present inventor will be described.
本発明者が見出した新規な知見とは、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11を覆うように反射材12を塗布する前に、「樹脂GOS」の表面に対して表面処理を施すと、この表面処理の種類によって、「樹脂GOS」と反射材12との界面における密着力に差が生じるという知見である。そして、「樹脂GOS」と反射材12との界面における密着力に差が生じる要因は、「樹脂GOS」の表面に対する表面処理の種類によって反射材12に対する濡れ性が変化することにあると本発明者は推測している。このことから、反射材12に対する濡れ性を向上できる表面処理を「樹脂GOS」の表面に施すと、「樹脂GOS」と反射材12との界面における密着力を向上できると考えることができる。すなわち、複数のセルCLの表面であって反射材12と接触する表面に表面処理層を形成すると、「樹脂GOS」と反射材12との界面における密着力を向上できると考えられる。例えば、複数のセルCLのそれぞれの少なくとも側面および上面に表面処理層を形成すると密着力を向上できると考えられる。
The novel finding found by the present inventor is that the surface of the "resin GOS" is surface-treated before the
そこで、様々な表面処理に対して、エポキシ樹脂に対する濡れ性を評価した。 Therefore, the wettability to the epoxy resin was evaluated for various surface treatments.
図10は、「樹脂GOS」の表面に様々な表面処理を行った後、「樹脂GOS」の表面にエポキシ樹脂を滴下したときの接触角を比較することにより、エポキシ樹脂に対する濡れ性を評価した結果を示すグラフである。 In FIG. 10, the wettability with respect to the epoxy resin was evaluated by comparing the contact angles when the epoxy resin was dropped on the surface of the “resin GOS” after various surface treatments were applied to the surface of the “resin GOS”. It is a graph which shows the result.
図10において、様々な表面処理としては、未処理とIPA処理(イソプロピルアルコール処理)と酸化チタン液浸漬処理と純水洗浄処理がある。 In FIG. 10, various surface treatments include untreated, IPA treatment (isopropyl alcohol treatment), titanium oxide solution immersion treatment, and pure water cleaning treatment.
図10に示すように、表面処理の相違によって、接触角が異なることがわかる。このことは、表面処理の種類によって、濡れ性に変化があることを意味している。 As shown in FIG. 10, it can be seen that the contact angle differs depending on the difference in surface treatment. This means that the wettability varies depending on the type of surface treatment.
そして、図10に示す結果から、「樹脂GOS」の表面に酸化チタン液浸漬処理を行った後、「樹脂GOS」の表面にエポキシ樹脂を滴下したときの接触角が最も小さいことがわかる。これは、表面処理として酸化チタン液浸漬処理を実施することにより、エポキシ樹脂に対する濡れ性が最も向上することを意味している。 From the results shown in FIG. 10, it can be seen that the contact angle when the epoxy resin is dropped on the surface of the "resin GOS" after the titanium oxide solution is immersed in the surface of the "resin GOS" is the smallest. This means that the wettability to the epoxy resin is most improved by performing the titanium oxide liquid immersion treatment as the surface treatment.
したがって、エポキシ樹脂に対する濡れ性が最も良好である酸化チタン浸漬処理を実施すると、「樹脂GOS」と反射材12との界面における密着力が高くなると推測される。つまり、図11に示すように、酸化チタン浸漬処理を実施すると、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11の表面に酸化チタンが付着することにより濡れ性が向上してシンチレータ11と反射材12との接着面積が増大する結果、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11と反射材12との界面における密着力が高くなると考えられる。
Therefore, it is presumed that when the titanium oxide dipping treatment, which has the best wettability with respect to the epoxy resin, is carried out, the adhesive force at the interface between the "resin GOS" and the
以上のことから、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11と反射材12との密着性を向上するための工夫点とは、シンチレータ11を覆うように反射材12を塗布する前に、反射材12に対して濡れ性を向上させるための表面処理をシンチレータ11の表面に実施する点である。具体的に、この工夫点は、シンチレータ11を覆うように反射材12を塗布する前に、酸化チタン液浸漬処理をシンチレータ11の表面に実施することで実現される。
From the above, the device for improving the adhesion between the
<<効果の検証>>
以下では、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11を覆うように反射材12を塗布する前に、酸化チタン液浸漬処理をシンチレータ11の表面に実施することにより、シンチレータ11と反射材12との界面における密着力が高くなることを裏付ける検証結果について説明する。
<< Verification of effect >>
In the following, before the
本発明者は、シンチレータ11と反射材12との界面における密着力を抗折試験の破断強度で定量的に比較できることが可能と考え、抗折試験によってシンチレータ11と反射材12との界面における密着力を評価したので、この抗折試験による評価結果について説明する。具体的に、本実施の形態では、「JIS K7171」で規定される3点曲げ試験に準拠した抗折試験で密着力を評価した。例えば、「JIS K7171」に示される図において、以下に示す条件でサンプルが破断する荷重を測定した。
The present inventor considers that it is possible to quantitatively compare the adhesion at the interface between the
サンプル形状(長さ、厚さ、幅):50mm×6.2mm×1.2mm
圧子の先端半径(R1):0.3mm
支持台コーナーの半径(R2):0.3mm
試験片(サンプル)の厚さ(h):6.2mm
試験片(サンプル)の長さ(l):50mm
支点間距離(L):10mm
1.サンプルの作製
図12(a)は、抗折試験で評価するサンプルの作製工程を模式的に示す断面図であり、図12(b)は、抗折試験で評価するサンプルの作製工程を模式的に示す上面図である。
Sample shape (length, thickness, width): 50 mm x 6.2 mm x 1.2 mm
Indenter tip radius (R 1 ): 0.3 mm
Support base corner radius (R 2 ): 0.3 mm
Specimen (sample) thickness (h): 6.2 mm
Specimen (sample) length (l): 50 mm
Distance between fulcrums (L): 10 mm
1. 1. Sample Preparation FIG. 12 (a) is a cross-sectional view schematically showing a sample preparation process to be evaluated in a folding test, and FIG. 12 (b) is a schematic view of a sample preparation process to be evaluated in a folding test. It is a top view shown in.
図12(a)に示すように、配列された複数のシンチレータ11を反射材12で覆うように構成されたシンチレータ構造体10Aを用意し、このシンチレータ構造体10Aの上面を研削するとともに、図12(b)に示すように、シンチレータ構造体10Aの2つの側面(長辺側)を研削することにより、サンプルSPを作製する。
As shown in FIG. 12A, a
そして、このサンプルSPに対して、恒温高湿試験を行う。ここでは、80℃の温水に80分浸漬することで、恒温高湿試験を行う。その後、恒温高湿試験を実施したサンプルSPに対して抗折試験を実施する。 Then, a constant temperature and high humidity test is performed on this sample SP. Here, a constant temperature and high humidity test is performed by immersing in warm water at 80 ° C. for 80 minutes. Then, an anti-folding test is performed on the sample SP that has been subjected to the constant temperature and high humidity test.
2.抗折試験
図13(a)は、抗折試験の様子を示す断面図であり、図13(b)は、抗折試験の様子を示す上面図である。図13(a)に示すように、圧子NLの先端部は、シンチレータ11と反射材との界面に接触させるとともに、図13(b)に示すように、圧子NLの先端部は、サンプルSPの幅方向の中心に位置するように配置される。
2. 2. Folding test FIG. 13 (a) is a cross-sectional view showing a state of the folding test, and FIG. 13 (b) is a top view showing a state of the folding test. As shown in FIG. 13 (a), the tip of the indenter NL is brought into contact with the interface between the
抗折試験では、サンプルSPに対して上部から圧子NLを押し当てて、サンプルSPが破壊されたときの破断強度を測定する。この破断強度が高いほど、シンチレータ11と反射材12との界面における密着力が高いということができる。つまり、抗折試験で測定された破断強度に基づいて、シンチレータ11と反射材12との界面における密着力を評価することができる。以下では、この評価結果について説明する。
In the fracture resistance test, the indenter NL is pressed against the sample SP from above, and the breaking strength when the sample SP is broken is measured. It can be said that the higher the breaking strength, the higher the adhesion at the interface between the
なお、抗折試験で使用される測定装置は、例えば、駆動機(FGS-50V-L:SHIMPO製)と張力計(FGC-5:SHIMPO製)から構成される。また、測定に使用されるサンプルにおける測定点は3点であり、サンプルの破断強度は、3点の測定点での平均値で評価される。 The measuring device used in the bending test is composed of, for example, a drive (FGS-50V-L: manufactured by SHIMPO) and a tension meter (FGC-5: manufactured by SHIMPO). Further, the sample used for the measurement has three measurement points, and the breaking strength of the sample is evaluated by the average value at the three measurement points.
3.評価結果
図14は、抗折試験の評価結果を示す図である。
3. 3. Evaluation Results FIG. 14 is a diagram showing the evaluation results of the anti-fold test.
図14(a)は、サンプルSPを形成する前のシンチレータ構造体10Aで施される表面処理の条件を示す表である。図14(a)においては、8つの条件で表面処理を行ったシンチレータ構造体10Aを加工して8つのサンプルSPが作製されている。例えば、「条件1」は、表面処理として、IPA処理→酸化チタン液浸漬処理→純水洗浄を行った後に反射材を塗布する条件を示している。「条件2」は、表面処理として上述した処理を行わず反射材を塗布する条件を示している。
FIG. 14A is a table showing the conditions of the surface treatment applied to the
図14(b)は、「条件1」~「条件8」のそれぞれに対応するサンプルSPに対して、抗折試験を実施して測定された破断強度を示すグラフである。図14(b)に示すように、表面処理として、酸化チタン液浸漬処理を行ったサンプルSPの破断強度が高くなっていることがわかる。具体的に、酸化チタン液浸漬処理を行ったサンプルSPにおいては、シンチレータ11と反射材12との界面の破断強度が900gf以上であることがわかる。
FIG. 14B is a graph showing the breaking strength measured by performing a bending test with respect to the sample SP corresponding to each of “
この評価結果から、「樹脂GOS」からなるシンチレータ11を覆うように反射材12を塗布する前に、酸化チタン液浸漬処理をシンチレータ11の表面に実施することにより、シンチレータ11と反射材12との界面における密着力が高くなることが裏付けられていることがわかる。
From this evaluation result, before the
なお、シンチレータ11と反射材12との界面の密着性を向上する観点からは、界面の破断強度が938gf以上であることが望ましく、さらには、1059gf以上であることが望ましく、1182gf以上であることが望ましい。
From the viewpoint of improving the adhesion between the
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment thereof, the present invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.
10 シンチレータ構造体
10A シンチレータ構造体
11 シンチレータ
11a 蛍光体
11b 樹脂
20 受光素子
30 加工変質層
100 X線検出器
CL セル
FR 外枠
NL 圧子
SP サンプル
WF 基板
10
Claims (2)
前記複数のセルを覆う反射材と、
を備える、シンチレータ構造体であって、
前記複数のセルのそれぞれは、樹脂と蛍光体とを含み、
前記蛍光体は、プラセオジウムとセリウムを含有するガドリニウム酸硫化物からなり、
前記複数のセルのそれぞれの密度は、4.4g/cm3 以上5.0g/cm3 以下であり、
前記複数のセルのそれぞれの厚さは、0.3mm以上2.5mm以下であり、
前記複数のセルのそれぞれは、加工変質層を有し、
前記加工変質層は、機械的な加工工程に起因する機械的ダメージを受けることによって、機械的な加工を施す前よりも光の反射特性が劣化して光が吸収されやすくなる層である、シンチレータ構造体。 With multiple cells
The reflective material that covers the plurality of cells and
A scintillator structure comprising
Each of the plurality of cells contains a resin and a phosphor.
The fluorophore consists of gadolinium acid sulfide containing praseodymium and cerium.
The density of each of the plurality of cells is 4.4 g / cm 3 or more and 5.0 g / cm 3 or less.
The thickness of each of the plurality of cells is 0.3 mm or more and 2.5 mm or less.
Each of the plurality of cells has a processing alteration layer.
The processing alteration layer is a scintillator which is a layer in which light reflection characteristics are deteriorated and light is more easily absorbed than before mechanical processing due to mechanical damage caused by the mechanical processing process. Structure.
(a)基板を前記複数のセルに個片化する工程、
(b)個片化した前記複数のセルを配列する工程、
(c)配列された前記複数のセルを覆うように前記反射材を形成する工程、
を有し、
前記蛍光体は、プラセオジウムとセリウムを含有するガドリニウム酸硫化物からなり、
前記複数のセルのそれぞれの密度は、4.4g/cm3 以上5.0g/cm3 以下であり、
前記複数のセルのそれぞれの厚さは、0.3mm以上2.5mm以下である、シンチレータ構造体の製造方法。
A method for manufacturing a scintillator structure including a plurality of cells containing a resin and a phosphor, respectively, and a reflective material covering the plurality of cells.
(A) A step of separating the substrate into the plurality of cells.
(B) A step of arranging the plurality of separated cells.
(C) A step of forming the reflective material so as to cover the plurality of arranged cells.
Have,
The fluorophore consists of gadolinium acid sulfide containing praseodymium and cerium.
The density of each of the plurality of cells is 4.4 g / cm 3 or more and 5.0 g / cm 3 or less.
A method for manufacturing a scintillator structure, wherein the thickness of each of the plurality of cells is 0.3 mm or more and 2.5 mm or less.
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