JPH0345504B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ デイスク１を有し、このデイスクの表面に少
なくとも部分的にコーテイング層２が施され、こ
のコーテイング層２は黒色化され、金属を含むＸ
線管用回転陽極において、上記黒色化されたコー
テイング層２はチタン粒子を焼結した多孔質構造
であり、このチタン粒子はほとんどが樹枝状構造
であり、その粒度が0.5乃至150ミクロンであり、
１種類以上の高融点金属を含み、この高融点金属
は融点が2500℃より高く、この高融点金属の上記
コーテイング層に含まれる量は５乃至60重量％で
あることを特徴とするＸ線管用回転陽極。 ２ 高融点金属で作られたデイスク１において、
上記コーテイング層２の高融点金属が上記陽極の
デイスク１を形成する金属と同じであることを特
徴とする請求の範囲第１項に記載のＸ線管用回転
陽極。 ３ 回転陽極を有するＸ線管において、黒色化さ
れたコーテイング層２はチタン粒子を焼結した多
孔質構造であり、このチタン粒子はほとんどが樹
枝状構造であり、その粒度が0.5乃至150ミクロン
であり、１種類以上の高融点金属を含み、この高
融点金属は融点が2500℃より高く、この高融点金
属の上記コーテイング層に含まれる量は５乃至60
重量％である陽極を使用することを特徴とするＸ
線管。 技術分野 本発明はＸ線管に係り、特にＸ線管用回転陽極
及びこの陽極を使用するＸ線管に関する。 背景技術 従来公知のＸ線管用回転陽極はデイスクを有
し、このデイスクは表面に黒色のコーテイング層
を有し、このコーテイング層は酸化アルミニウム
又は酸化チタンより成り（フランス特許第
2443345号、1979年４月５日を参照されたい）、上
記コーテイング層はプラズマ吹付け法により上記
デイスクの表面に付着される。 上記酸化物のコーテイング層は放射率が小さ
く、約0.3である。その原因はコーテイングを施
すために使用する上記酸化物が白色であり、この
ようなコーテイングを施した陽極の放射率を上げ
るには溶着した粒子を粗くする以外に方法がない
からである。そのうえ、上記酸化物のコーテイン
グ層は熱伝導度が小さい。 酸化物を用いて強いコーテイング層を作るため
にはプラズマ吹付け法によらざるを得ないが、こ
の方法では複雑な装置が必要であり、コーテイン
グ用材料をその溶融点より高い温度まで加熱しな
ければならないから、コーテイング層の破断及び
粉末粒子の溶融が生じ易く、従つて素材の特性も
形成されるコーテイング層の特性も損われる。 上記コーテイング実施時の熱衝撃及び上記デイ
スクの素材とコーテイング層との熱膨脹係数の差
によつて上記回転陽極の表面に内部応力が生じ、
そのためにコーテイング層やコーテイング層の粒
子が裂け、上記陽極を回転した時に陽極の表面か
ら剥離する。 また、このような陽極を使用すれば、コーテイ
ング層の酸化物が分解して酸素を放出するので、
陰極にとつて有害な状態になる。 従つて上記従来の陽極を用いるＸ線管は、出力
が比較的小さく、寿命が短い。 寿命を延ばし、Ｘ線管の出力を増すための従来
の方法は、Ｘ線管作動中の回転する陰極の表面の
放射率を増大させる方法であり、この陽極のデイ
スクをモリブデンの合金で作り、このモリブデン
の合金に炭素を含ませ、上記デイスクにタングス
テン又はタングステン合金で作つた焦点面部分を
設け、この焦点面部分に黒色化された２層のコー
テイング層を設けるという方法であつた。この従
来の陽極の外側の基層は何種類かの酸化物又は何
種類かの金属と酸化物との混合物で作られ、上記
デイスクと基層との間の中間層は、厚さが10乃至
200ミクロンであり、モリブデン又はタングステ
ンで作られていた（フランス特許出願第2521776
号、公開1983年８月19日）。 このような陽極のコーテイング層の特性（強度
及び放射率）は、Ｘ線管の作動中は安定してい
る。その理由は上記中間層の高融点金属が上記デ
イスクと基層のコーテイング層との素材の物理的
機械的性状の差を部分的に補償するからである。 上記従来の陽極は、上述のような長所を有する
が、このような陽極を取り付けたＸ線管の出力を
向上させることはほとんど不可能である。この欠
点の原因は、回転する陽極の黒色化されたコーテ
イング層が上述のように酸化物を含むことにあ
る。 さらに、上記従来の陽極は製造工程が複雑であ
る。これは何種類ものコーテイング層を塗布しな
ければならないからであり、従つて陽極が極めて
高価になる。 発明の開示 本発明は機械的強度及び放射率が大きい組成及
び構造のコーテイング層を有するＸ線管用回転陽
極を提供することを目的とする。本発明の他の目
的は、上記回転陽極を取り付けて出力を増し寿命
を延ばしたＸ線管を提供することにある。 上記目的は、デイスクを有し、このデイスクが
少なくとも部分的に黒色化されたコーテイング層
を有し、このコーテイング層が金属を含むＸ線管
用陽極において、本発明に基づき、上記黒色化さ
れたコーテイング層はチタン粒子を焼結した多孔
質構造であり、このチタン粒子はほとんどが樹枝
状構造であり、粒度が0.5乃至150ミクロンであ
り、１種類以上の高融点金属を含み、この高融点
金属は融点が2500℃よりも高く、この高融点金属
の上記コーテイング層における含有率は５乃至60
重量％であるＸ線管用陽極によつて達成される。
上記陽極が高融点金属で作られる場合には、上記
コーテイング層を作る高融点金属を、上記陽極用
の高融点金属とするのが好ましい。 Ｘ線管の回転陽極の表面の放射率がこの表面の
色、粗さ、及び表面部の層の多孔度に支配される
ことは公知である。 本発明に基づく回転陽極は金属を含むコーテイ
ング層を表面部分にのみ有するので、酸化物（酸
化アルミニウム（AI₂O₃）及び酸化チタン
（TiO₂））でコーテイングされる場合よりも色が
暗色化する。 また、金属を焼結させて作つた上記表面は酸化
物を融着させた表面よりも放射率が大きい。その
理由は焼結で作つた面の構造及び物理的機械的特
性が、焼結時の温度が1200℃を越えないので損わ
れることがないからである。 さらに本発明によれば、上記回転陽極の表面の
放射率が改善される。これはチタン粒子が樹枝状
構造であり、この樹枝状構造は形状が複雑で表面
積が大きく、相互に多点接触し、上記チタン粒子
は焼結時に上記接融点で、相互に結合すると共に
上記高融点金属と上記デイスクとを結合させるか
らである。 本発明に基づく上記回転陽極はＸ線管の寿命を
延ばし、出力を増すのでＸ線管に用いるのが好ま
しい。 本発明に基づく回転陽極を用いれば、Ｘ線管の
寿命及び出力を1.3乃至1.6倍向上させることがで
きる。その理由は、上記陽極のコーテイング層の
放射率が良いので、Ｘ線管の作動中の陽極の温度
げ低いからである。また、この陽極は温度が低い
から薄くすることができ、従つて陽極の重量を減
らして軸承に対する荷重を軽減できるので、陽極
の寿命及びＸ線管全体の寿命を延ばすことができ
る。 また、本発明に基づく回転陽極を有するＸ線管
の寿命はさらに延ばすことができる。その理由は
上記本発明に基づいて黒色化されたコーテイング
層は大きい機械的荷重（9000回点毎分の高速回
転）及び大きい熱的負荷（1000℃）に破損するこ
となく耐え得るからである。 本発明のさらに他の長所を挙げれば次のとおり
である。すなわち上記コーテイング層はＸ線管の
真空度を向上させるので、Ｘ線管の寿命を延ばす
ことができ、陽極の冷却時間の短縮及び休止時間
の短縮ができるのでＸ線装置の効率を上げること
ができ、陽極の素材は高価であり、この素材の所
要量を節約できるので、陽極の製造コストを低下
させ、従つてＸ線管の製造コストを下げることが
できる等である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくＸ線管の回転陽極の横
断面図、第２図は本発明に基づくＸ線管の回転陽
極の一部破断図である。 本発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の好ましい実施例を図を用いて詳
細に説明する。 第１図に示すＸ線管の回転陽極はデイスク１を
有し、このデイスク１は表面に黒色のコーテイン
グ層２を有する。このコーテイング層２は、第１
図に示すように円盤１の表面の一部に施してもよ
く、或いは円盤１の焦点面部分以外の全面に施し
てもよい。 コーテイング層２は主として樹枝状構造の、粒
度が0.5乃至150ミクロンのチタン粒子を焼結させ
たものであり、多孔質である。上記チタン粒子は
１種類以上の高融点金属成分を含み、この高融点
金属成分は融点が2500℃より高く、上記チタン粒
子に５乃至60重量％含まれる。 上記焼結により作られたコーテイング層の特徴
は強度が大きく、寸法が安定し、成分の特性が経
時変化しない点にある。また、コーテイング層２
が多孔質で強度が大きいのは、このコーテイング
層２を作るために粒度分布範囲が広く0.5乃至150
ミクロンのチタン粒子を使用するからである。 上記チタン粒子の粒度が0.5ミクロンより小さ
ければ、コーテイング層２の多孔度が下がる。こ
れは粒子が球形に近くなるので、コーテイング層
の構造が緻密になるからである。 また上記とは逆に、チタン粒子の粒度が150ミ
クロンより大きければ、上記陽極を高速で（9000
回点毎分以上で）回転させた時に、コーテイング
層２が陽極から剥離する。 また、コーテイング層２の強度は上記陽極にと
つて極めて重要な特性であり、この強度もデイス
ク１の材料とコーテイング層２の材料の物理的機
械的性質を合致させ、特に熱膨張係数を一致させ
ることにより改善することができる。この改善
は、上記コーテイング層２を高融点金属で作るこ
とによつてのみ可能である。 上記コーテイング層を点が2500℃より高い高融
点金属を用いて作れば、コーテイング層２の素材
と陽極の素材との相性を良くすることができる。
その理由は、陽極の素材も、通常、融点が2500℃
より高い高融点金属が使用されるからである。こ
のような場合、上記コーテイング層２を構成する
高融点金属は、陽極のデイスク１を構成する金属
と同じにする。たとえば陽極１がタングステンで
作られる場合には、コーテイング層の高融点金属
もタングステンにする。陽極のデイスク１が高融
点金属の合金で作られる場合には、コーテイング
層２にも高融点金属とチタンとを混合した素材を
使用するのが好ましい。その理由は、コーテイン
グ層２の物理的機械的特性を上記デイスク１の素
材の物理的機械的特性に合わせるためである。た
とえば、円盤１がモリブデンとタングステンで作
られる場合には、コーテイング層２にも高融点金
属成分としてモリブデンとタングステンを含む素
材を使用すべきである。 さらに、陽極を高融点金属で作る時は、その陽
極の処理温度を1200℃まで上げることにより、
9000回点毎分以上の高速回転に耐え得る強度のコ
ーテイング層を作ることができる。 チタン粒子が高融点金属に含まれていれば、こ
のチタンの粒子が上記高融点金属の溶融を防ぐの
で、陽極の表層を極めて多孔質の構造にすること
ができる。高融点金属のチタン粒子含有率が５重
量％より少なければ、Ｘ線管の作動中にチタン粒
子が溶けるので多孔性が低下し、従つて回転する
上記陽極の表層の黒さが減少する。また、高融点
金属のチタン粒子含有率が60重量％より多い場合
には、コーテイングの多孔性は主としてチタン粒
子の樹枝状構造によつて支配され、やはり多孔性
が悪くなる。 第２図に陽極装置３を有するＸ線管を示す。こ
の陽極装置３は回転する陽極を有し、この陽極は
陽極デイスク１を有し、このデイスク１は黒いコ
ーテイング層２を有し、軸承５の軸４によつて回
転支持される。上記Ｘ線管は陰極装置６を有し、
この陰極装置６は陰極ヘツド７を有する。上記各
構成部材は密閉されたガラス球８の中に封入され
る。 上記Ｘ線管が作動している時には、陽極装置３
は3000乃至9000回点毎分の速度で回転し、陰極ヘ
ツド７の中に設けられた陰極にフイラメント電圧
が印荷されると、電子が放射されて陽極装置３と
陰極装置７との間の電場で加速される。 上記電子が陽極のデイスク１に衝突するとＸ線
が放射される。電子のエネルギーが十分に大きけ
れば所規特性のＸ線が陽極によつて放射され、陽
極の円盤１が約1000℃まで加熱される。 陽極のデイスク１に施されたコーテイング２が
粗く多孔質であり、黒色であるから、その作用で
デイスク表面の放射率が良くなり、陽極の温度が
750乃至800℃でＸ線管が上記と同じ作動状態にな
り、従つてこのＸ線管の出力が増大する。 Ｘ線管が作動している間、上記回転する陽極は
強く加熱され、かつ、大きい機械的な荷重が加え
られる。 Ｘ線管の寿命は主として回転する陽極の耐久性
及びその軸承の寿命に支配される。その理由は上
記陽極と軸承が他の部材よりも寿命が著しく短い
からである。この陽極の寿命を延ばし、この陽極
を有するＸ線管の出力を増大させることは、上記
陽極の表層の物理的機械的性質を改良することに
より可能である。また所定出力のＸ線管において
上記軸承の寿命を延ばすことは、上記回転する陽
極の重量を減少させることにより可能である。 第１図に示す陽極のデイスク１はＸ線管用のも
ので直径を100mm、厚さを3.5mmとし、タングステ
ンで作り、このデイスク１の表面にコーテイング
層２を施した。このコーテイング層２はチタン粒
子を70重量％含み、このチタン粒子は主として樹
枝状構造であり、粒度が５乃至150ミクロンであ
り、タングステンを30重量％含む。 コーテイング層２を形成する時には、素材とし
て使用する混合材料を機械的方法で十分に加振混
合させ、公知の適当な方法でデイスク１の表面に
塗布した。このコーテイング層２を塗布したデイ
スク１を真空炉に入れ、1.3×10^-3パスカル以下
に減圧し、この真空炉中で徐々に加熱した。 この加熱の間、上記真空炉の圧力を一定に保持
し、この圧力の値は温度を上げる間1.3×10^-1パ
スカルとした。この炉の温度が800℃になつた時
に、この炉を1.3×10^-3まで減圧した。この炉が
1000℃になるまで、炉の圧力が10×10^-3パスカル
を越えないようにして上記コーテイング層を焼結
させた。上記陽極は冷えた後に上記真空炉から取
り出した。この陽極の表面滑らかであつたが粗く
暗灰色であつた。 このようにして作つたコーテイング層の多孔度
は、重量法で測定したが、68％であつた。 上記コーテイング層の放射率はステフアンボル
ツマンの法則によつて測定したところ、0.7であ
つた。 本発明に基づく他のコーテイング層及びその測
定結果を次の比較表（多孔度及び放射率）に示
す。この表は、タングステン、モリブデン、又は
RTM（レニウム、タングステン、モリブデン）
から成る陽極用デイスクに施された黒色化された
コーテイング層の特性を示すものである。

【表】 上記デイスク１は、その焦点面部分以外の任意
の部分又は全面に、Ｘ線管に取り付けるための具
体的な要求仕様に応じ、本発明に基づいて上記コ
ーテイング層を施すことができる。 本発明に基づく陽極を作る時の温度は、Ｘ線管
作動時のコーテイング層のない陽極の温度より
200乃至300℃低く、酸化アルミニウム（AI₂O₃）
又は酸化チタン（TiO₂）でコーテイングした陽
極の温度より100乃至150℃低くすることができ
る。 酸化物でコーテイングした陽極と本発明に基づ
いて作つた陽極とを用いて、各種試験条件のもと
でＸ線管の比較試験を行なつた。その結果、Ｘ線
管の出力は本発明に基づく陽極を使用した時の方
が1.3乃至1.6倍大きかつた。 上記Ｘ線管の比較試験を、まず透視を行なう時
の条件で行なつたが、本発明に基づく陽極の温度
は酸化物をコーテイングした陽極の温度に等しか
つた。次にＸ線撮影を多数回行なつたが同様であ
つた。さらに第３回目の試験を行なつた後、本発
明に基づく陽極の温度を測定したが、その値は安
定しており、上記一連の試験の開始時の温度を越
えることはなかつた。これに対して、酸化物でコ
ーテイングした陽極は、Ｘ線管を通常の作動間隔
で作動させる場合でも、冷却のために作動を中断
せざるを得ない程、温度が上昇した。 本発明によれば、Ｘ線管に重さ0.7Kgで9000回
点毎分の回転に耐えるRTM陽極を取り付けて診
断用断層写真撮影を行なうことができる。 上記Ｘ線管の試験の後、本発明に基づく陽極の
寿命を確認するために上記供試Ｘ線管を開いて陽
極のコーテイング層を点検した。 その結果、顕微鏡によつても、上記コーテイン
グ層に機械的損傷も融けた跡も全く認められなか
つた。 産業上の利用分野 本発明に基づく回転陽極を装着したＸ線管は医
療の分野で診察やＸ線断層写真に使用することが
できるだけでなく、各種産業の分野、たとえば機
械加工、機器製造、冶金、その他の分野で探傷に
使用することができる。 本発明は、以上説明した長所を有するので、熱
放射面を有する部材を有するいかなる装置にも適
用することができる。