JPH0372178B2 - - Google Patents

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JPH0372178B2
JPH0372178B2 JP59187743A JP18774384A JPH0372178B2 JP H0372178 B2 JPH0372178 B2 JP H0372178B2 JP 59187743 A JP59187743 A JP 59187743A JP 18774384 A JP18774384 A JP 18774384A JP H0372178 B2 JPH0372178 B2 JP H0372178B2
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Japan
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graphite
target
ray tube
umbrella
shaped
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JP59187743A
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JPS6166349A (ja
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Noboru Baba
Tsuneo Yamada
Jusaku Nakagawa
Munetomo Kotabe
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Hitachi Ltd
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Medical Corp
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Priority to JP18774384A priority Critical patent/JPS6166349A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/108Substrates for and bonding of emissive target, e.g. composite structures

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はX線管用回転陽極ターゲツトおよびそ
の製造方法に係り、特に軽量、大口径の大容量X
線管用回転陽極ターゲツトの構造およびその製造
方法に関する。
〔発明の背景〕
熱陰極を利用してX線を発生させるX線管は、
陰極に対向して熱電子衝撃を受ける陽極が設けら
れている。医療用X線管の陽極は、回転構造にな
つており、一般に回転陽極ターゲツト(以下、単
にターゲツトと称す)と呼ばれている。このター
ゲツトは回転軸の上部に取付けられて円盤状をな
し、この円盤の表面に熱陽極から放出される電子
線を照射することによりX線を発生させるもので
ある。
従来、このようなターゲツトとしては、タング
ステンおよびタングステン合金とモリブデンから
焼結鍛造等で製造した全金属製のものが一般的で
ある。近年、医療機器の急激な進歩によつて、ス
ループプロツト(単位時間当りの患者数)を大き
く且つ鮮明な情報を得る等の必要から高出力化を
図るため大容量のターゲツトが要求されている。
大容量ターゲツトを得るためにはターゲツト基
板からの熱放射をよくすると共に、ターゲツト基
板を大口径化して単位面積当りに蓄積される熱量
を小さくする必要がある。さらに、回転数を上げ
てターゲツト基板からの熱放出を向上させること
が必要である。
この要求に応ずるターゲツトとして、電子放
射面(X線源発生部)のみをタングステンあるい
はタングステン合金とし、その他の部分はこれら
の合金より比重が小さく且つ比熱の大きいモリブ
デンを用いた金属ターゲツト、熱放射をよくす
るために電子放射面とは反対の面に金属酸化物
(例えば、TiO2、Al2O3、ZrO2、CaO等)の単体
あるいは混合粉末を容射法等により吹付けて黒化
処理したもの、さらに金属ターゲツトの裏面に
黒鉛を高融点金属ろうで接着したターゲツト等が
開発されている。
しかし、従来のターゲツトでは比重の大きい金
属が主体であり、ターゲツトを大口径にして回転
数を上げるとターゲツトを支持する回転軸その他
の部品が強度的に限界がある一方、撮影時におけ
るターゲツトのクイツクスタート、ストツプに限
界が生ずる。
そこで最近ではこの問題を解決するため、軽量
且つ耐熱性に優れる黒鉛基板上にX線発生源材料
のタングステンやタングステン合金をCVD
(Chemical Vapor Deposition)法により積層し
たターゲツトが研究されている。このターゲツト
は基板が軽量の黒鉛であるため大口径のターゲツ
トとして好都合である。
しかしながら、このターゲツトでは、回転数を
上げて大容量高輝度化を図るには黒鉛自体の材料
破壊強度面が限界があり強度的に問題を有してい
た。
〔発明の目的〕 本発明の目的は、軽量、大口径でかつ高速回転
に耐えうる大容量のX線管用ターゲツトを提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
熱陰極から放出された電子線はターゲツト表面
でそのエネルギーのほとんどが熱に変換される。
従つてターゲツト基板に要求される性質は耐熱
性、熱伝導性が高いことおよび回転強度が大きい
ことである。これらを満足するものとしてセラミ
ツクスがある。特にBeO(酸化ベリリウム)を含
有したSiC(炭化珪素)は黒鉛にくらべ5〜10倍
の曲げ強度があり熱伝導率も金属アルミニウムと
同等で黒鉛の2倍程度の性質を有する。
しかしこのセラミツクスを基板材として用いる
場合には1つの問題点が残る。セラミツクスは難
加工性であり一般的な傘形ターゲツトを得るには
高価である。そこで安価で且つセラミツクスの回
転強度得性を生かすことができるターゲツトを発
明するに至つた。すなわち第1の本発明は、軽量
で且つ高速回転に耐え得る大容量のX線管用回転
陽極ターゲツトに関するもので、中心に回転軸を
軸止する取付穴を有すると共に、上面の外周に傘
形傾斜部を有するX線管用回転陽極ターゲツトに
おいて、中心に回転軸を軸止する取付穴を有する
と共に、上面の外周に傘形傾斜部を有するX線管
用回転陽極ターゲツトにおいて、黒鉛とセラミツ
ク焼結体とを交互に積層して円盤状複合体を焼成
し、円盤状複合体の黒鉛の外周に傘形傾斜部を形
成してなる構成とする。
一方、第2の発明は、上記の軽量且つ高速回転
に耐え得る大容量のX線管用回転陽極ターゲツト
の割れを発生することなく且つ簡単に得ることが
できる製造方法に関し、中心に回転軸を軸止する
取付穴を有すると共に、上面の外周に傘形傾斜部
を有するX線管用回転陽極ターゲツトの製造方法
において、黒鉛とセラミツク焼結体とを交互に積
層しかつ中央部に中子材を介在させて円盤状複合
体を焼成し、円盤状複合体の黒鉛の外周に傘形傾
斜部を形成する構成とする。
第1図は本発明のX線管用回転陽極ターゲツト
の一例を示す断面図であつて、セラミツクス1上
に黒鉛2を積層しその上面の円周に形成される傘
形傾斜部3にX線発生材料が被覆されている。そ
して円盤上の複合体の中心を貫通して回転軸の取
付穴4が形成されている。このようなターゲツト
を製造するに際して、黒鉛の型内にセラミツクス
粉末を入れて、ホツトプレスにより焼成するだけ
で、強固に接着した黒鉛とセラミツクス焼結体の
円盤状の複合体が得られる。このようにして得ら
れるターゲツト基板は、傘形傾斜部3が黒鉛2で
形成できるため加工が容易であり且つ回転数を上
げるために必要な強度はセラミツクス1で維持す
るため軽量で且つ高速回転に耐え得る大容量のX
線管用回転陽極ターゲツトを得ることができる。
このターゲツトは陽極であるため、絶縁性のセラ
ミツクスをターゲツト基板として用いるにはX線
発生源材料5と回転軸とを導通する必要がある。
本発明のターゲツトは、第1図に示すように、基
板の表面が電気伝導性材料である黒鉛2で形成さ
れているため傘形傾斜部3のX線発生源材料5と
回転軸とは導通される。
一方、第1図に示したターゲツトを試作し回転
破壊試験を行つて従来の黒鉛基板のみのターゲツ
トと比較すると、本発明のターゲツトは従来のタ
ーゲツトより3倍以上の高速回転に耐え得ること
ができる。このターゲツトを製造するに際して
は、ターゲツトの上面の傘形傾斜部3にCVD法
でX線発生源材料5を被覆した層、ターゲツトの
裏面のセラミツク層1さらに基板の中心に穿設す
る回転軸取付穴取付穴4等を仕上げ加工する際に
セラミツクス基板上にクラツクが発生することが
ある。このクラツクは応力集中の起点となつて破
損につながる。破損の原因を詳しく調査してみる
と、クラツクは回転軸取付穴のセラミツクスのエ
ツヂ部が起点であると共に、ミクロ的観察でクラ
ツクの伝播は黒鉛の界面で止つている。すなわち
黒鉛はクラツクの伝播の防止材として働くもので
あり、セラミツクスと黒鉛とを交互に積層した複
合体をターゲツトとして用いれば、軽量、大口径
で且つ高速回転に耐え得る大容量のX線管用ター
ゲツトを製造することができることを見出した。
さらに、ターゲツトの回転軸取付穴となる部分
はセラミツクスと黒鉛とを交互に積層して焼成す
る際に、高耐熱性で且つセラミツクスより加工性
が容易である材料を中子として介在させれば取付
穴の加工が容易となり、より安価なターゲツトを
製造することができる。
第2の発明はこのような見知に基づいてなされ
たもので、中心に中子材を介在させ電気伝導材と
高強度材とを交互に積層して形成することを特徴
としている。このように製造されるターゲツト基
板は少なくとも上部が黒鉛あるいは黒鉛を主体と
する材料であることが好ましい。また、積層され
る複合体の中心に設けた中子材は高耐熱性および
高加工性の材料から形成されているからホツトプ
レスを行つた後の穴開け仕上げが容易となる。
以下、本発明の実施例を説明する。
〔発明の実施例〕
実施例 1 黒鉛とセラミツクスの複合体の製作は、SiCと
BeOの粉末および焼結助剤を混合して造粒し、
圧粉成形後、黒鉛型材に充填してホツトプレスし
た。黒鉛は引張強度250Kgf/cm2、比重1.77、熱
膨張係数4.6×10-6/℃で、PD−11剤相当品(日
立化成(株)製)を用いた。黒鉛とセラミツクスとの
複合体をターゲツト基板として用いる場合、その
界面の密着力が問題であり、少なくとも強度の小
さい黒鉛内部で破壊することが望ましい。そこで
ホツトプレスして得た複合体から15mm角×12mm厚
さ(SiC2mm、黒鉛10mm厚さ)の引張試験片を採
取し、複合体の両端面に引張治具を熱硬化性エポ
キシ樹脂で接着した後引張試験を行つた。また実
際のX線管用ターゲツトでは電子線照射エネルギ
ーのほとんどが熱に変換されるため、ターゲツト
基板は熱サイクルを受ける。そこで本複合体は
200〜1000℃に加熱した後、80〜100℃/minの冷
却速度で急熱急冷する熱サイクルを3回繰り返す
熱処理を施したものについて引張試験を行つた。
第2図は焼成材および熱処理材の引張試験の比
較結果を示すグラフであつて、焼成材および熱処
理材とも200Kgf/cm2程度の引張強度を示し、引
張破断部はいずれも黒鉛内部であつた。従つて黒
鉛とセラミツクスの複合体界面は急熱急冷の熱サ
イクルにも充分耐え得る基板であることが判明し
た。
実施例 2 セラミツクスの焼成に用いる黒鉛型材のホツト
プレスで強固に接着し、接着ろう等は一切不要で
ある。これを利用して第3図に示す断面構造のタ
ーゲツトを製作した。傘形傾斜部3の仕上け等で
チヤツクされるターゲツト上下面は黒鉛2とし、
セラミツクス1をサンドイツチしたもので超音波
加工によつて精度よく仕上げられた回転軸の取付
用穴4と電子線の照射を受ける傘形傾斜部3のX
線発生源材料5からなる。本ターゲツトは同一形
状の黒鉛のみで製作したものと比較すると2倍以
上の回転破壊強度を有することがわかつた。さら
に第1図に示した構造は裏面がセラミツクス1で
あるのに対し、第2図では黒鉛2であるため仕上
げ加工が容易である。
実施例 3 ターゲツトは高速回転物であり、回転軸の取付
用穴4の加工精度は100〜1000分の1mmが要求さ
れる。実施例2で述べた超音波加工では穴開け加
工に相当の時間がかかる。そこでセラミツクス焼
成時に予め黒鉛製の中子を挿入してホツトプレス
してその後穴開け加工を行つた。その結果穴開け
加工に要する時間が4分の1以下に短縮できた。
さらに回転破壊強度は実施例2と同様であること
がわかつた。
実施例 4 黒鉛とセラミツクスの積層複合体にクラツクが
発生した場合、黒鉛がクラツクの伝播を阻止す
る。そこで実施例2および3で述べた積層をさら
に多層にすれば、万一にセラミツクスにクラツク
が発生した場合でも最少限にくい止められ、安全
性の面からも優れている。そこで第4図に示す断
面構造であつて、その中心部に黒鉛性中子6を介
在させ2層のセラミツクス1,1を侠み込む状態
で黒鉛2,2,2でサンドイツチ構造にした多重
積層基板を製作した。その後、第5図に示すよう
に傘形傾斜部3と回転軸取付用穴4を加工し、X
線発生源材料5を傘形傾斜部3上に設けてターゲ
ツトを製作試作した。その結果、回転破壊強度は
実施例2と同等であることがわかつた。さらにセ
ラミツクス1の1枚当りの肉厚が薄いため、均質
のセラミツクスが得られる。特にBeO入りSiCで
は、その高熱伝導性が肉厚および径方向に対し均
一になり良好な基板が得られる。なお、中子の中
心を穴開け加工する際に、第6図に示すように回
転軸取付穴4の内周部に中子材6を残すような断
面構造にしても上記と同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、大口径にした
場合においても軽量であり、且つ高速回転に耐え
得る大容量のX線管用回転陽極ターゲツトが得ら
れる。さらに傘形傾斜部の加工および回転軸の取
付穴の穴開け加工が容易であり且つ加工割れを発
生することなく簡単に安価なX線管用回転陽極タ
ーゲツトを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のX線管用回転陽極ターゲツト
の一例を示す断面図、第2図は焼成材および熱処
理材からなるターゲツトの引張試験の比較結果を
示すグラフ、第3図〜第6図は本発明の他の実施
例を示す断面図である。 1……セラミツクス、2……黒鉛、3……傘形
傾斜部、4……回転軸取付穴、5……X線発生材
料、6……中子材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 中心に回転軸を軸止する取付穴を有すると共
    に、上面の外周に傘形傾斜部を有するX線管用回
    転陽極ターゲツトにおいて、黒鉛とセラミツク焼
    結体とを交互に積層して円盤状複合体を焼成し、
    該円盤状複合体の前記黒鉛の外周に前記傘形傾斜
    部を形成してなることを特徴とするX線管用回転
    陽極ターゲツト。 2 円盤状複合体は、少なくとも一層の黒鉛及び
    セラミツク焼結体が積層されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のX線管用回転陽
    極ターゲツト。 3 中子材は、少なくとも黒鉛、モリブデン又は
    タングステンの高融点材であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のX線管用回転陽極タ
    ーゲツト。 4 中心に回転軸を軸止する取付穴を有すると共
    に、上面の外周に傘形傾斜部を有するX線管用回
    転陽極ターゲツトの製造方法において、黒鉛とセ
    ラミツク焼結体とを交互に積層しかつ中央部に中
    子材を介在させて円盤状複合体を焼成し、該円盤
    状複合体の前記黒鉛の外周に前記傘形傾斜部を形
    成することを特徴とするX線管用回転陽極ターゲ
    ツトの製造方法。
JP18774384A 1984-09-07 1984-09-07 X線管用回転陽極タ−ゲツトおよびその製造方法 Granted JPS6166349A (ja)

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JPS6166349A JPS6166349A (ja) 1986-04-05
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