JP7805977B2 - 構造体、ｘ線発生装置および放熱部の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造体、Ｘ線発生装置および放熱部の製造方法に関する。

使用時に高温となる部品は、蓄熱量を下げるために放熱性を高める技術が適用されていることがある。たとえば部品表面を黒色材で構成したり、黒色材を塗装・溶射したりすることで、光吸収率を高めて放熱性を向上させる技術等がある。

また、特許文献１には、Ｘ線管用ターゲットの表面にフィンを設けた形態が開示されている。

国際公開公報ＷＯ２０２０／０６７０７５

特許文献１の形態では放熱性が十分でなく、部品表面における放熱性の向上には検討の余地があった。

そこで本発明の目的は、放熱性を向上させた構造体を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、熱を放熱する放熱部を有する構造体であって、前記放熱部の表面に、複数の第１凸部および複数の第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記第１凹凸構造の複数の前記第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記ピーク波長の１／２未満であることを特徴とする。

本発明の構造体によれば、放熱性を向上させることができる。

Ｘ線発生装置（回転陽極Ｘ線管）の模式図である。 図２（ａ）は図１のＸ線発生装置における、電子管用ターゲット及び電子放出源を示す拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の円Ｃに囲まれた部分の拡大図である。 放熱部を製造するためのレーザ加工機の概略図である。 放熱部をレーザ加工する際の工程を説明するフローチャートである。 本実施形態のＸ線発生装置を適用したＣＴ装置の模式図である。 第２実施形態に係るターゲットを説明する図である。 図７（ａ）は熱処理前の部材表面の拡大写真であり、図７（ｂ）は熱処理後の部材表面の拡大写真である。 図８（ａ）は図７（ａ）をさらに拡大したＳＥＭ写真（図面代用写真）であり、図８（ｂ）は図７（ｂ）をさらに拡大したＳＥＭ写真（図面代用写真）である。 ドライエッチングを用いて放熱部に第１凹凸構造を形成する図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、以下に説明する形態は、発明の１つの実施形態であって、これに限定されるものではない。そして、共通する構成を複数の図面を相互に参照して説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。同じ名称で別々の事項については、それぞれ、第一の事項、第二の事項というように、「第〇」を付けて区別することができる。

＜第１実施形態＞
図１および図２を用いて、本実施形態に係る構造体について説明する。本実施形態は、Ｘ線発生装置の電子管用ターゲットが構造体を構成する例を示す。図１はＸ線発生装置（回転陽極Ｘ線管）の模式図である。また、図２（ａ）は図１のＸ線発生装置における、電子管用ターゲット及び電子放出源を示す拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の円Ｃに囲まれた部分の拡大図である。

図１において、Ｘ線発生装置１００は、陰極組立体１２に設けられた、電子放出源１１と、陽極シャフト１３に取り付けられた電子管用ターゲット（以下、単にターゲットと記すことがある）１０とを有する。電子放出源１１は陰極（カソード）を構成し、ターゲット１０は陽極（アノード）を構成する。これらの部材は、真空状態にした容器１４内に収容される。また、ターゲット１０は陽極シャフト１３と共に、例えば容器外に設けられた不図示のコイル等によって回転される。

電子放出源１１から放出された電子線１５は、不図示の集束電極によって集束され、ターゲット１０に照射される。電子線１５が照射されたターゲット１０からはＸ線１６が発生し、発生したＸ線１６は容器１４から外部に放射される。

このとき、ターゲット１０に照射された電子線１５のエネルギーの一部は、Ｘ線の発生に用いられるが、エネルギーの多くはターゲット１０に吸収され、ターゲット１０の温度を上昇させることになる。

高出力のＸ線を放出するには大量の電子線を照射する必要があり、結果としてターゲット１０が高温に加熱されてしまう。そのため、ターゲット１０を効率良く冷却することが重要である。しかしながら、ターゲット１０は真空中で用いられるため、対流による冷却は困難で、ターゲット１０からの熱放射及び陽極シャフト１３を通じた熱伝導を用いて冷却される。本実施形態は、ターゲット１０に凹凸構造を有する放熱部を設け、効率良く熱放射を行う構造体を構成したものである。

ターゲット１０を形成する材料としてはＸ線を放射し易いことはもとより、耐熱性が高い高融点金属が望ましい。また、放射されるＸ線を安定化するため、電子線が照射されている間のターゲット１０の温度変動を抑制できるように、熱容量の大きい高融点金属が望ましい。そのため、ターゲット１０の材料として、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム等を用いることが好ましい。

一方、容器１４の内部は真空状態であることが好ましい。ここで真空度は、低真空（圧力１．０Ｅ５Ｐａ）から絶対真空（圧力０Ｐａ）まで用途に応じて使い分けることができる。たとえば本実施形態のようなＸ線発生装置１００の場合、圧力が１．０Ｅ－４Ｐａ～１．０Ｅ－６Ｐａが好ましい。

図２（ａ）に図１に示すＸ線発生装置の要部拡大図を示す。先に説明したように、ターゲット１０には電子放出源１１から電子線１５が照射される。そして、電子線１５が照射されたターゲット１０からＸ線１６が放射される。一方、ターゲット１０の電子線１５が照射された照射箇所１７において熱が発生し、ターゲット１０は１０００℃以上の高温状態となる。そのため、本実施形態においては、ターゲット１０の外表面に、図２（ｂ）に示す凹凸構造を有する放熱部２０を設け、照射箇所１７で発生した熱の少なくとも一部を放熱する。放熱部２０は、ターゲット１０の外表面の全体に設けられても良いし、一部に設けられても良い。ここで、ターゲット１０の電子線１５が照射される照射箇所１７が、「熱源となり得る構成」に相当する。また、電子線１５が熱を発生させることから、照射箇所１７及びここに電子線１５を照射する電子放出源１１を含めて「熱源となり得る構成」と考えることもできる。

次に、放熱部２０の構造について説明する。図２（ｂ）は、図２（ａ）の円Ｃに囲まれた部分の拡大図である。図２（ｂ）に示すように、本実施形態の放熱部２０の表面には、複数の第１凸部７１０及び複数の第１凹部７１１が交互に配置された第１凹凸構造７１を有する。複数の第１凸部７１０のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または複数の第１凹部７１１のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、一定のピッチＰ１となるように形成されている。互いに隣接する第１凸部間の距離とは、或る凸部の頂部から隣接する凸部の頂部までの距離である。同様に互いに隣接する第１凹部間の距離とは、或る凹部の底部から隣接する凹部の底部までの距離である。また、放熱部２０の表面には、複数の第２凸部７２０及び複数の第２凹部７２１が交互に配置された第２凹凸構造７２が形成されている。複数の第２凸部７２０のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離、または複数の第２凹部７２１のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、一定のピッチＰ２となるように形成されている。ここで、ピッチＰ２はピッチＰ１よりも長く、第１凹凸構造７１は、第２凹凸構造７２の表面に形成されている。

本実施形態においては、ピッチＰ１及びピッチＰ２が一定の例を示したが、互いに隣接する第１凸部間の距離または第１凹部間の距離（以下、距離Ｌ１と記す）は、必ずしも一定である必要はない。また同様に、互いに隣接する第２凸部間の距離または第２凹部間の距離（以下、距離Ｌ２と記す）も、必ずしも一定である必要はない。この場合、距離Ｌ１のうち、最も長い距離よりも、距離Ｌ２のうち、最も短い距離が長くなるように形成される。

本実施形態において、第１凹凸構造７１における互いに隣接する第１凸部間の距離または第１凹部間の距離Ｌ１は、放熱部２０から熱放射される電磁波のピーク波長の１／２未満となるように形成される。この構成によって、放熱部２０の放熱性が向上する。一方、距離Ｌ１が放熱部２０から熱放射される電磁波のピーク波長の１／２以上であると、放熱部２０の放熱性が低下してしまう。その理由は、次のように考えられる。後述するように、熱放射によって生じる波長λの電磁波を効率よく放射させるには、この電磁波と同じ波長λである電磁波が入射した場合に、電磁波が反射せず吸収できる構造を考えればよい。ここで、第１凹凸構造７１を回折格子と見立てて考えれば、干渉しない条件は第１凸部または第１凹部のピッチＰ１が波長λの半分以下であることとなる。これが所謂サブ波長構造（ＳｕｂＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、以下ＳＷＳと称す）であって、波長λの電磁波が反射しない構造となる。

ここで電磁波のピーク波長は、熱放射を行う発熱体の温度、つまり本実施形態においてはターゲット１０（特に放熱部２０）の温度によって変動し、たとえば７００℃で３．００μｍ、９００℃で２．４７μｍ、１３００℃で１．８４μｍ、１５００℃で１．６３μｍ、１６００℃で１．５５μｍである。そのため、第１凹凸構造７１の互いに隣接する第１凸部間の距離または第１凹部間の距離Ｌ１は、ターゲット１０がどのような状況で使用されるかによって設定されることが望ましい。例えば、放熱部２０の温度が７００℃となるような状況でターゲット１０が使用される場合、距離Ｌ１は３．００μｍの１／２未満の大きさであるとよい。つまり距離Ｌ１は５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満に形成されることが好ましい。また、例えば放熱部２０が９００℃～１３００℃となるような状況で使用される場合、高いほうの温度である１３００℃のピーク波長をもとに距離Ｌ１を設定することが好ましい。距離Ｌ１は、熱放射される電磁波のピーク波長の１／４未満であるとより好ましい。たとえば２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。

それに対して第２凹凸構造７２における互いに隣接する第２凸部間または第２凹部間の距離Ｌ２は、第１凹凸構造７１における距離Ｌ１より大きければよい。たとえば距離Ｌ２は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であればより好ましい。それにより、放熱部２０の放熱性を向上させることができる。

以下、第１凹凸構造７１及び第２凹凸構造７２を設けた放熱部２０の放熱性について説明する。放熱部２０の放熱性は、放熱部２０の吸収性と相関を有し、吸収性が高い放熱部は、放熱性も高いということができる。放熱部２０に入射する電磁波７３、反射する電磁波７４、透過する電磁波７５を図２（ｂ）に示す。第１凹凸構造７１の第１凸部７１０または第１凹部７１１のピッチＰ１が、放射させる電磁波のピーク波長の１／２未満であると、ＳＷＳの効果により、入射する電磁波７３の反射が低減し、電磁波７３の吸収率を大幅に向上させることができる。そのため、上述した吸収性と放熱性との関係から、第１凹凸構造７１によって放熱性を向上させることができる。

一方、放熱部２０に入射する電磁波７３の一部は第２凹部７２１内に反射する。反射した電磁波７４は、第２凹凸構造７２の表面に形成された第１凹凸構造７１によるＳＷＳの効果で反射が抑制されるが、一部はさらに第２凹部７２１内に反射する。このように、表面の第１凹凸構造（ＳＷＳ）と第２凹凸構造７２の穴による効果で反射率を大幅に低減できる。反射率の低減は吸収率の増加に繋がり、上述のように吸収率が高い放熱部は放熱性も高いという関係があるため、第２凹凸構造７２を設けることで、より放熱性を高めることができる。

このような放熱性向上のメカニズムは、互いに隣接する第１凸部間または第１凹部間の距離Ｌ１がピッチＰ１のように一定ではない場合も同様である。また、互いに隣接する第２凸部間または第２凹部間の距離Ｌ２がピッチＰ２のように一定ではない場合も、同様に放熱性を向上させることができる。また、本実施形態においては、第２凹凸構造７２の表面に第１凹凸構造７１が形成された例を示した。ただ、第２凹凸構造７２は必ずしも設けられている必要はなく、第１凹凸構造が形成されていれば、ＳＷＳの効果により放熱性を向上させることができる。

第１凹凸構造７１を構成する第１凸部７１０あるいは第１凹部７１１の形状は特に限定されないが、放熱部２０の表面に付着した粒子から第１凸部７１０が形成されていることが好ましい。第１凸部７１０を、粒子が堆積した形状とすることで、他の形状に比べて表面積が大きくなり、電磁波の吸収率を向上させることができる。特に、１０００℃以上となるような使用環境下で用いられるターゲット１０においては、粒子を凝集させることでピッチＰ１の短い第１凹凸構造７１を形成し易く、また第２凹凸構造７２と併用する効果が大きくなる。第１凹凸構造７１が粒子が堆積した形態であるとき、粒子の粒径は第１凹凸構造７１のピッチＰ１に相当すると捉えることができる。そのため第１凹凸構造７１を形成する粒子の粒径は、放射させる電磁波のピーク波長の１／２より小さく形成される。同様に第１凹凸構造７１の深さは、粒子の粒径に相当すると捉えることができる。

第１凹凸構造７１は、Ｘ線の放射効率が高く、高融点で熱容量が大きい金属から形成されることが好ましい。ここで高融点の金属とは融点が１５００℃以上の金属である。このような金属としては、タングステンが好ましく、熱容量の大きいモリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムなども好適である。

高融点の金属から第１凹凸構造７１が形成される場合、第１凹凸構造７１の表面から１００ｎｍ以下の部分の窒素含有量が１ａｔ％以上、または酸素含有量が１０ａｔ％以下であることが好ましい。例えば、後述するような方法で第１凹凸構造７１を加工する場合、窒素雰囲気下で加工すると、１ａｔ％以上の窒素が表面に取り込まれ、放射率の向上に寄与する。また高融点金属に酸素が多量に含まれてしまうと、融点が下がってしまう虞がある。そのため、酸素含有量は１０ａｔ％以下であることが好ましい。ただ、窒素含有量および酸素含有量は、必ずしも上記の範囲とする必要はなく、用途に応じて適当な範囲とすれば良い。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態に係る放熱部２０の製造方法について説明する。図３は、放熱部２０を製造するためのレーザ加工機１１０の概略図である。このレーザ加工機１１０を用いて、本実施形態のターゲット１０のような部材の表面をレーザ光で切削することによって、放熱部２０に第２凹凸構造７２のような形状が加工される（以下、放熱部２０が形成される部材という意味で、ターゲット１０を被加工部材と表記することがある）。一方、第２凹凸構造７２の表面に、切削された金属粒子が堆積することによって、第１凹凸構造７１が形成される（図２（ｂ）参照）。そのため、第１凹凸構造７１の互いに隣接する第１凸部間または第１凹部間の距離Ｌ１は一定ではない。さらに、堆積する金属粒子の粒径は一定である必要はなく、最大粒径と最小粒径で３００ｎｍ以上の差がある粒子が存在することが好ましい。それによって、第１凹凸構造７１内でランダムに反射を発生させることができ、第１凹凸構造７１における吸収率を向上させることができる。ここで、粒子の粒径は５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることが望ましい。そのため、第１凹凸構造の深さも５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることが望ましい。

図３に示すレーザ加工機１１０において、レーザ発振器１１１から出射したレーザ光は、ビームエキスパンダ１１２によってビーム径が拡大される。その後レーザ光は、ガルバノミラー１１３で反射されてＦθレンズ１１４に入射し、放熱部２０を形成するターゲット（被加工部材）１０に集光する。ターゲット（被加工部材）１０は、固定テーブル１１６に固定され、移動ステージ１１７によって自在に移動させることができる。

ガルバノ制御部１１８は、レーザ発振器１１１及びガルバノミラー１１３を制御する。図３ではガルバノミラー１１３が１枚の例を図示したが、レーザ光を２軸方向に制御する場合は２枚のミラーが必要で、用途に応じてミラーの枚数は適時選択することができる。ステージ制御部１１９は、移動ステージ１１７を制御する。オートフォーカスを行う場合は、図示しない変位計からの信号にもとづき、レーザ集光位置とターゲット（被加工部材）との距離が一定になる様に移動ステージ１１７を上下に移動させる等の制御を行う。ホストコンピュータ１２０は、ユーザインタフェース、加工データ記憶部を備え、ガルバノ制御部１１８及びステージ制御部１１９を、所定のタイミングで相互連動して制御する事ができる。図示しないが、移動ステージ１１７やターゲット（被加工部材）１０は環境ボックス内に設置されており、酸素濃度を０．５％以下に制御した環境でレーザ加工を行うことができる。

次に、図４に示すフローチャートを用いて本実施形態に係る放熱部２０をレーザ加工する際の工程を説明する。まず、固定テーブル１１６上にターゲット（被加工部材）１０を固定後、アライメントマークの読み込みなどによって加工に必要な位置情報を取得し、レーザ加工位置の補正等を行い、加工準備を整える。

図４のフローチャートでは、まずステップＳ２１において、ステージ制御部１１９に固定テーブル１１６を所望の位置に移動させるように指示を出す。次にステップＳ２２において、ガルバノ制御部１１８に、加工位置データおよびガルバノミラー静止時間、レーザ加工条件を指示する。ステップＳ２３では、移動ステージ１１７の移動完了を確認し、ステップＳ２４で加工を開始する。加工工程では、まずステップＳ２５において、レーザの発振を休止した状態で、発振した際に所望の位置にレーザが照射されるようにガルバノミラー１１３を駆動する。次にステップＳ２６でガルバノミラー１１３の駆動終了を確認した後、ステップＳ２７であらかじめ設定された時間だけガルバノミラー１１３を停止し、待機させる。続いてステップＳ２８でレーザを発振させ、第２凹凸構造７２の加工を実施する。加工中はレーザから発したレーザ光を所望の時間もしくは所望のパルス数、ターゲット（被加工部材）１０に照射する。次にステップＳ２９において、１つの第２凹部７２１の加工完了を確認し（図２（ｂ）参照）、レーザ発振を休止する。続いてステップＳ３０では、ガルバノミラー１１３によって加工可能なエリアにおける全ての加工が終了したかの判断を行う。そして、終了していない場合はステップＳ２５に戻り、加工を継続する。一方、ガルバノミラー１１３によって加工可能なエリア全ての加工が終了した場合は、上述のエリアの加工は終了とする。上述のエリアの加工のみで放熱部２０が製造できる場合は、製造工程はこれで終了となるが、他のエリアの加工が必要な場合はステップＳ２１の工程に戻る。

本実施形態では、レーザ加工機を用いることで、ターゲット（被加工部材）１０の表面の所定の位置に、酸化を抑制して凹凸構造を形成することができる。ここで、レーザ発振器１１１としてフェムト秒レーザを使用すると、タングステンやモリブデンなどの高融点金属にも酸化を抑制してレーザ加工を行うことができる。先に説明したように、レーザ光を所望の時間もしくはパルス数照射することで、蒸発したターゲット（被加工部材）１０の蒸発分子が気相中で凝集し、粒子となってターゲット（被加工部材）１０の表面に付着する。付着した粒子はＳＷＳを形成し、ターゲット１０の放射率を向上させることができる。ＳＷＳとしては、熱放射する電磁波のピーク波長の１／２未満のピッチ或いは凸部間距離（凹部間距離）の凹凸構造であり、深さがその３倍以上である構造であることが好ましい。この構造により、熱放射する電磁波のピーク波長に対する界面における屈折率の深さ方向の変化を緩やかにすることで、効果的に電磁波の反射を抑制して放射率を向上することができる。また、第１凹凸構造７１であるＳＷＳの機能が不十分な場合でも、第２凹凸構造７２と併用することで、放射率を向上することができる。さらに、加工表面の酸化を抑制できるため、高融点金属からなるターゲット１０がその融点近傍まで昇温した際にも、加工表面の融点降下に伴う溶融による微細構造の消失を抑え、放射率の低下を防止できる。すなわちターゲットが高温となる使用環境下においても放射率を維持でき、放射冷却を有効に活用できる。

本実施形態では、ガルバノミラー１１３を間欠的に停止させて放熱部２０の加工を行なう形態を説明したが、ガルバノミラー１１３を停止させることなく、レーザ光を点滅させながら連続的に走査して加工を行ってもよい。

本実施形態に係るＸ線発生装置１００は、たとえば図５に示すＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置に用いることができる。図５は、Ｘ線ＣＴ装置６００の断面図である。Ｘ線ＣＴ装置６００は、固定子２００と回転子１５０を含み、固定子２００に対してＺ軸を回転軸として回転子１５０が回転するように構成されている。

Ｘ線ＣＴ装置６００は、板状部２０１と、Ｘ線照射部２０２と、Ｘ線検出部２０３と、信号増幅部２０４と、冷却部２０５と、電源部２０６と、電源制御部２０７とを有している。板状部２０１と、Ｘ線照射部２０２と、Ｘ線検出部２０３と、信号増幅部２０４と、冷却部２０５と、電源部２０６と、電源制御部２０７はそれぞれ回転子１５０に設置された構成要件である。

板状部２０１は、円筒形状の回転子１５０の内部に設置された円環状の板状部材である。板状部２０１の中央には、Ｘ線ＣＴの対象であるヒトその他の生物等の被検体が内部に挿入される撮影口２０８が設けられている。

撮影口２０８の内部に被検体を挿入する態様は特に限定されるものではないが、例えば、撮影口２０８のＺ方向に沿って被検体が横臥する不図示の寝台が撮影口２０８の内部にスライドすることにより撮影口２０８の内部に被検体が挿入される。なお、被検体は、必ずしもヒト等の生物に限定されるものではなく、工業製品等の物品であってもよい。

Ｘ線照射部２０２、Ｘ線検出部２０３、信号増幅部２０４、冷却部２０５、電源部２０６及び電源制御部２０７は、それぞれ板状部２０１のＺ方向における一方の面に取り付けられて設置されている。Ｘ線照射部２０２、Ｘ線検出部２０３、信号増幅部２０４、冷却部２０５、電源部２０６及び電源制御部２０７は、回転駆動装置１０による回転子１５０の回転に伴う板状部２０１の回転によりＺ軸を回転軸として回転する。なお、これら各部は、板状部２０１のＺ方向における一方若しくは他方の面又は両面に取り付けられていてもよい。また、これら各部は、複数のコイル列の間に配置されていてもよい。

Ｘ線照射部２０２及びＸ線検出部２０３は、板状部２０１のＺ方向における同一の面に設置されている。Ｘ線照射部２０２及びＸ線検出部２０３は、円環状の板状部２０１の直径方向にその回転軸であるＺ軸を挟んで互いに対向するように配置されている。

Ｘ線照射部２０２は、回転子１５０が被検体の周囲を１回転する間に被検体に向けて放射線であるＸ線を照射する照射部である。Ｘ線照射部２０２は、例えばＸ線発生装置１００である。電源部２０６は、Ｘ線管に対する管電圧等のＸ線照射のための電圧をＸ線照射部２０２に供給する電源装置である。電源制御部２０７は、電源部２０６による管電圧の供給を制御する制御装置である。冷却部２０５は、Ｘ線の照射時に発熱するＸ線照射部２０２を冷却する冷却装置である。

Ｘ線検出部２０３は、Ｘ線照射部２０２から被検体に向けて照射されて被検体を透過したＸ線を検出する検出器である。Ｘ線検出部２０３は、検出したＸ線に応じた検出信号を出力する。信号増幅部２０４は、Ｘ線検出部２０３から出力された検出信号を増幅する。信号増幅部２０４は、増幅した検出信号を不図示のシステム制御部に出力する。システム制御部は、信号増幅部２０４からの検出信号に基づき画像処理等によりＸ線ＣＴ画像を生成する。

＜第２実施形態＞
図６を用いて第２実施形態に係るターゲット１０を説明する。本実施形態における放熱部２０は、第１凹凸構造７１のみが形成され、第２凹凸構造７２が形成されていない点で、第１実施形態と異なる。

本実施形態では、図２（ａ）の円Ｃで囲んだ範囲を拡大した図が、図６となる。このように第２凹凸構造７２を有していない場合でも、第１凹凸構造７１のみで放熱性を向上させることができる。なお、第１凹凸構造７１により放熱性を向上させるメカニズムは、第１実施形態と同様である。

本実施形態の放熱部２０は、第１実施形態と同様に図３に示すレーザ加工機１１０を用いて作製可能である。但し、本実施形態においては、第１実施形態のようにレーザ光で蒸発させた分子を堆積させるのではなく、ターゲット（被加工部材）の表面をレーザ光で所望の深さまで加工することによって第１凹凸構造７１を形成している。そのため、本実施形態の第１凹凸構造７１に関しては、互いに隣接する第１凸部間または第１凹部間の距離Ｌ１を、ピッチＰ１のように一定の値にすることが可能である。また、本実施形態の第１凹凸構造は、レーザ加工ではなく、リソグラフィー（マスクを用いたドライエッチング）によって形成しても良い。更に、第１凹凸構造の形成方法として、物理蒸着や化学蒸着等でターゲット（被加工部材）の表面に粒子を堆積させる方法等を用いることもできる。

＜実施例＞
次に、種々の加工条件によって形成されたターゲットを、実施例および比較例として挙げることにより、本発明を更に詳細に説明する。ただ、本発明は、下記実施例により限定されるものではない。

（実施例１－１）
実施例１－１では、図３を用いて説明したレーザ加工機１１０を用いて、タングステンからなる部材に表面加工を行なった。レーザ加工機１１０の環境ボックス内に窒素ガスを供給し、酸素濃度を０．５％以下に保持した窒素環境下に、タングステンからなる部材を設置した。加工条件としては、レーザ波長１０６４ｎｍ、レーザ出力４Ｗ、パルス幅２５８ｆｓ、発振周波数２００ｋＨｚとし、部材の表面に凸部または凹部のピッチＰ２が４０μｍとなるように複数の穴を形成した。１つの穴あたりの照射時間は５０００μｓとした。これらの穴の連なりによって第２凹凸構造７２が形成されると共に、レーザ加工によって切削された部材（粒子）の堆積によって第１凹凸構造７１が形成された（図２（ｂ）参照）。粒子の堆積後に水素中で１１００℃の熱処理を行い、部材表面に取り込まれた酸素を低減し、高温となる使用環境下での構造安定化を実施した。この処理を行うことで１０００℃以上の高温となる使用環境下でも安定して高い放射率を得ることができる。熱処理は８００℃以上で行なうことが好ましい。

図７および図８は、本実施例における熱処理前後のタングステンからなる部材表面を拡大した走査顕微鏡（ＳＥＭ）写真（図面代用写真）である。図７（ａ）は熱処理前の部材表面の拡大写真であり、図７（ｂ）は熱処理後の部材表面の拡大写真である。図７に示す通り、第２凹凸構造７２の凹部７２１がハニカム配置されており、凹部７２１の深さは７０μｍであった。

図８（ａ）は図７（ａ）をさらに拡大したＳＥＭ写真（図面代用写真）であり、図８（ｂ）は図７（ｂ）をさらに拡大したＳＥＭ写真（図面代用写真）である。熱処理後の第１凹凸構造７１は、粒子が堆積した構造になっており、互いに隣接する第１凸部７１０間の距離Ｌ１は１１０ｎｍ～５８０ｎｍでばらつきが見られた。距離Ｌ１の平均は３６０ｎｍであった。熱処理後の放射率は０．５５であった。

（実施例１－２）
実施例１－２では、部材の表面に凸部または凹部のピッチＰ２が３０μｍとなるように複数の穴を形成したこと以外は、実施例１－１と同様の条件で部材の表面加工を行なった。熱処理後の放射率は０．８６であった。

（実施例１－３）
実施例１－３では、大気中でレーザ加工を行なったこと以外は、実施例１－２と同様の条件で部材の表面加工を行なった。熱処理後の第１凹凸構造７１は、粒子が堆積した構造になっており、互いに隣接する第１凸部７１０間の距離Ｌ１は１００ｎｍ～５９０ｎｍでばらつきが見られた。距離Ｌ１の平均は３１０ｎｍであった。熱処理後の放射率は０．６５であった。

（比較例）
比較例では、タングステンからなる部材に表面加工を行わず、熱処理のみを行なった。そのため、部材表面には第１及び第２凹凸構造を有していない状態であった。熱処理後の放射率は０．０８であった。

（評価結果）
実施例１－１～１－３および比較例の加工条件および放射率を表１に示す。所望の大きさの穴を設けることによって放射率を大きく向上させることができた。特に実施例１－２では、第２凹凸構造のピッチＰ２を小さくすることで実施例１－１よりも放射率を向上させることができた。

実施例１－１および実施例１－２では、酸素濃度を低減するために窒素環境でレーザ加工を行ったが、ターゲット材料と反応して融点の低下や昇華性を有する化合物を形成しない、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを使用しても良い。

（実施例２）
本実施例では、ドライエッチングを用いて放熱部２０に第１凹凸構造７１を形成した。図９（ａ）に示すように、タングステンからなる部材１０１上に金のナノ粒子１０２を塗布した。その後、図９（ｂ）のように、Ａｒイオン源で生成、加速したＡｒイオン１０３を照射し、ナノ粒子１０２をマスクとして部材１０１のドライエッチングを行なった。９００ｎｍの深さまで加工した後に、図９（ｃ）に示すようにマスクを除去し、部材１０１にピッチＰ１が３００ｎｍの第１凹凸構造７１を形成し、放熱部２０を製造した。放射率は０．７０であった。

高融点金属からなる放熱部２０に対して、第１凹凸構造７１を形成することで、放熱部２０が融点近傍まで昇温しても放射率の低下を防止することができる。すなわち高温の使用環境下においても放射率を維持でき、放射冷却を有効に活用できる。金のナノ粒子１０２の代わりにフォトリソ工程を利用してエッチングマスクを形成することもできる。

以上説明した実施形態においては、構造体としてＸ線発生装置に用いられるターゲットを挙げたが、本発明の構造体はこれに限らず、種々の物品に適用が可能である。たとえばＰＣなどの電子機器において、熱を外に逃がす手段として電子部品を囲む筐体などに用いることも可能である。ほかにも、放熱シートの表面に本発明のような凹凸構造を設けることによって構造体としてもよい。以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。また、複数の実施形態を組み合わせることができる。また、少なくとも１つの実施形態の一部の事項の削除あるいは置換を行うことができる。更に、少なくとも１つの実施形態に新たな事項の追加を行うことができる。

なお、本明細書の開示内容は、本明細書に明示的に記載したことのみならず、本明細書および本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。また本明細書の開示内容は、本明細書に記載した個別の概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢよりも大きい」旨の記載があれば、たとえ「ＡはＢよりも大きくない」旨の記載を省略していたとしても、本明細書は「ＡはＢよりも大きくない」旨を開示していると云える。なぜなら、「ＡはＢよりも大きい」旨を記載している場合には、「ＡはＢよりも大きくない」場合を考慮していることが前提だからである。

以下に本発明の開示内容を示す。

（構成１）
７００℃以上に加熱される構造体であって、前記構造体の熱を放熱する放熱部を有し、前記放熱部の表面に、複数の第１凸部および複数の第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、前記複数の第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記複数の第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記ピーク波長の１／２未満であることを特徴とする構造体。

（構成２）
前記構造体は電子管用ターゲットを構成し、前記熱源となり得る構成は、前記電子管用ターゲットの電子が照射される箇所を含み、前記電子管用ターゲットの表面の少なくとも一部に前記第１凹凸構造を有することを特徴とする構成１に記載の構造体。

（構成３）
７００℃以上に加熱される構造体であって、前記構造体の熱を放熱する放熱部を有し、前記放熱部の表面に、複数の第１凸部および複数の第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、前記構造体は電子管用ターゲットを構成し、前記放熱部は、前記電子管用ターゲットの電子が照射される箇所を含み、前記電子管用ターゲットの表面の少なくとも一部に前記第１凹凸構造を有し、前記複数の第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記複数の第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長の１／２未満であることを特徴とする構造体。

（構成４）
前記放熱部および前記第１凹凸構造は、融点が１５００℃以上である金属からなることを特徴とする構成１乃至３のいずれか１項に記載の構造体。

（構成５）
前記第１凹凸構造のうち、表面からの深さが１００ｎｍ以下の部分の窒素含有量が１ａｔ％以上、または酸素含有量が１０ａｔ％以下であることを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。

（構成６）
前記放熱部の表面に、複数の第２凸部および複数の第２凹部が交互に配置された第２凹凸構造を有し、前記複数の第２凸部のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離は、前記第１凸部間の距離より長い、もしくは、前記複数の第２凹部のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、前記第１凹部間の距離より長く、前記第２凹凸構造の表面に前記第１凹凸構造が設けられていることを特徴とする構成１乃至５のいずれか１項に記載の構造体。

（構成７）
前記第２凹凸構造は、融点が１５００℃以上である金属からなることを特徴とする構成６に記載の構造体。

（構成８）
前記第２凸部間の距離または前記第２凹部間の距離は、１０μｍ以上であることを特徴とする構成６または７に記載の構造体。

（構成９）
前記第１凸部間の距離または前記第１凹部間の距離は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の構造体。

（構成１０）
前記第１凹凸構造の深さは、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることを特徴とする構成１または３に記載の構造体。

（構成１１）
前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の粒径は５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることを特徴とする構成１乃至１０のいずれか１項に記載の構造体。

（構成１２）
前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の最小の粒径と前記粒子の最大の粒径との差は、３００ｎｍ以上であることを特徴とする構成１乃至１１のいずれか１項に記載の構造体。

（構成１３）
前記放熱部は、真空中で用いられることを特徴とする構成２または３のいずれか１項に記載の構造体。

（構成１４）
前記構造体は、更に前記箇所に電子を照射する電子放出源を含むことを特徴とする構成１３に記載の構造体。

（装置１）
構成１４に記載の構造体と、前記構造体を内部に収容した容器とを含むことを特徴とするＸ線発生装置。

（装置２）
前記電子管用ターゲットを回転させる手段を有することを特徴とする装置１に記載のＸ線発生装置。

（装置３）
装置１または２に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から照射されるＸ線を検出する検出手段を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

（装置４）
前記Ｘ線発生装置と前記検出手段とは、前記Ｘ線ＣＴ装置に配置された被検体を介して対向し、前記検出手段は、前記Ｘ線発生装置から照射されたＸ線のうち前記被検体を透過したＸ線を検出することを特徴とする装置３に記載のＸ線ＣＴ装置。

（方法１）
部材の表面に、複数の第１凸部および複数の第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有する放熱部を製造する方法であって、前記部材の表面をレーザ光で切削する加工工程と、前記加工工程において切削された前記部材の一部を、前記表面に堆積させることによって前記第１凹凸構造を形成する堆積工程と、を含み、前記複数の第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記複数の第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長の１／２未満であることを特徴とする放熱部の製造方法。

（方法２）
前記加工工程において、前記部材の表面に複数の第２凸部および複数の第２凹部が交互に配置された第２凹凸構造が形成され、前記複数の第２凸部のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離は、前記第１凸部間の距離より長い、もしくは前記複数の第２凹部のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、前記第１凹部間の距離よりも長く、前記第２凹凸構造の表面に前記第１凹凸構造が設けられることを特徴とする方法１に記載の製造方法。

（方法３）
前記堆積工程の後に、前記放熱部に水素雰囲気中で８００℃以上の熱処理を行なうことを特徴とする方法１または２に記載の製造方法。

２０ 放熱部
７１ 第１凹凸構造
７１０ 第１凸部
７１１ 第１凹部
Ｐ１ 互いに隣接する第１凸部間の距離

Claims (23)

1. 熱を放熱する放熱部を有する構造体であって、
   前記放熱部の表面に、第１凸部および第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、
   前記放熱部の表面に、第２凸部および第２凹部が交互に配置された第２凹凸構造を有し、
   前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、
   前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記第１凹凸構造の複数の前記第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、５０ｎｍ以上かつ前記ピーク波長の１／２未満であり、
   前記第２凹凸構造の複数の前記第２凸部のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離は、前記第１凸部間の距離より長く、１μｍ以上１００μｍ以下である、もしくは、前記第１凹凸構造の複数の前記第２凹部のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、前記第１凹部間の距離より長く、１μｍ以上１００μｍ以下であり、
   前記第２凹凸構造の表面に前記第１凹凸構造が設けられていることを特徴とする構造体。
2. 熱を放熱する放熱部を有する構造体であって、
   前記放熱部の表面に、第１凸部および第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、
   前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、
   前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記第１凹凸構造の複数の前記第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、５０ｎｍ以上かつ前記ピーク波長の１／２未満であり、
   前記第１凹凸構造のうち、表面からの深さが１００ｎｍ以下の部分の窒素含有量が１ａｔ％以上、または酸素含有量が１０ａｔ％以下であることを特徴とする構造体。
3. 熱を放熱する放熱部を有する構造体であって、
   前記放熱部の表面に、第１凸部および第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、
   前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、
   前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記第１凹凸構造の複数の前記第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記ピーク波長の１／２未満であり、
   前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の粒径は５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることを特徴とする構造体。
4. 熱を放熱する放熱部を有する構造体であって、
   前記放熱部の表面に、第１凸部および第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造を有し、
   前記放熱部から熱放射される電磁波のピーク波長は、３μｍ以下であり、
   前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記第１凹凸構造の複数の前記第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、前記ピーク波長の１／２未満であり、
   前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の最小の粒径と前記粒子の最大の粒径との差は、３００ｎｍ以上であることを特徴とする構造体。
5. 前記構造体は電子管用ターゲットを構成し、前記電子管用ターゲットの表面の少なくとも一部に前記第１凹凸構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
6. 前記第１凹凸構造は、融点が１５００℃以上である金属からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
7. 前記第１凹凸構造のうち、表面からの深さが１００ｎｍ以下の部分の窒素含有量が１ａｔ％以上、または酸素含有量が１０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１、３または４に記載の構造体。
8. 前記放熱部の表面に、第２凸部および第２凹部が交互に配置された第２凹凸構造を有し、
   前記第２凹凸構造の複数の前記第２凸部のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離は、前記第１凸部間の距離より長い、もしくは、前記第１凹凸構造の複数の前記第２凹部のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、前記第１凹部間の距離より長く、
   前記第２凹凸構造の表面に前記第１凹凸構造が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
9. 前記第２凹凸構造は、融点が１５００℃以上である金属からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
10. 前記第２凹凸構造は、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、ハフニウム、ジルコニウムまたはイットリウムから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
11. 前記第２凸部間の距離または前記第２凹部間の距離は、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
12. 前記第１凸部間の距離または前記第１凹部間の距離は、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
13. 前記第１凹凸構造の深さは、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
14. 前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の粒径は５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
15. 前記第１凹凸構造は粒子を含み、前記粒子の最小の粒径と前記粒子の最大の粒径との差は、３００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造体。
16. 前記放熱部は、真空中で用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体。
17. 前記電子管用ターゲットに電子を照射する電子放出源を備え、前記第１凹凸構造は、前記電子管用ターゲットの電子が照射される箇所から離れた部分に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電子管。
18. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体と、前記構造体を内部に収容した容器とを含むことを特徴とするＸ線発生装置。
19. 前記構造体に取り付けられたシャフトを備え、前記構造体および前記シャフトを回転させる手段を有することを特徴とする請求項１７に記載のＸ線発生装置。
20. 請求項１７に記載のＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から照射されるＸ線を検出する検出手段を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
21. 第１凸部および第１凹部が交互に配置された第１凹凸構造と、第２凸部および第２凹部が交互に配置された第２凹凸構造と、を有する構造体を製造する方法であって、
    融点が１５００℃以上である金属からなる部材の表面をレーザ光で表面加工する加工工程を含み、
    前記加工工程において、前記部材の一部を切削することによって前記第２凹凸構造を形成し、前記部材の前記一部から生じた粒子を、前記第２凹凸構造の表面に堆積させることによって前記第１凹凸構造を形成し、
    前記第１凹凸構造の複数の前記第１凸部のうち、互いに隣接する第１凸部間の距離、または前記複数の第１凹部のうち、互いに隣接する第１凹部間の距離は、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ未満であり、
    前記第２凹凸構造の複数の前記第２凸部のうち、互いに隣接する第２凸部間の距離は、前記第１凸部間の距離より長く、１μｍ以上１００μｍ以下であり、もしくは前記第２凹凸構造の複数の前記第２凹部のうち、互いに隣接する第２凹部間の距離は、前記第１凹部間の距離よりも長く、１μｍ以上１００μｍ以下である、
    ることを特徴とする構造体の製造方法。
22. 前記金属は、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、ハフニウム、ジルコニウムまたはイットリウムであることを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。
23. 前記堆積の後に、前記第１凹凸構造および前記第２凹凸構造に水素雰囲気中で８００℃以上の熱処理を行なうことを特徴とする請求項２１または２２に記載の製造方法。