JPH0472347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般的にはＸ線管の陽極ターゲツ
ト、及び更に特定するとすれば、Ｘ線管の回転式
陽極ターゲツト用の複合構造体に関する。

Ｘ線管の性能に向けられた要求の増大に伴な
い、製造業者らはＸ線管ターゲツトの効率の増大
及び／または寿命の増加の方法を模索している。
１つの方法は、ターゲツト体に使用されるモリブ
デン等の従来の耐火金属を黒鉛材料で置き換える
ことである。黒鉛は、相対的に、可成高い蓄熱容
量及び低い密度の両方の利点を与える。高められ
た蓄熱容量が、より高温での持続的な操作を許容
し、一方、より低い密度が、支持基材へのより小
さい機械的応力の故に、より大きなターゲツトの
使用を許容する。

前述の黒鉛ターゲツトの利点と共に、通常使用
される耐火金属の代わりにこの材料を選択する場
合、克服すべき多少の問題点がある。第１に、Ｘ
線管の回転軸に対し金属盤を固着させるよりも、
黒鉛体を固着させる方が困難である。第２に、焦
点トラツク（focal track）を黒鉛基体に直接接
触配置した場合、焦点トラツクから基体への熱伝
達速度が、焦点トラツクを金属基体に固着させた
場合よりも遅くなる。或る操作条件下では、この
ことが焦点トラツクの過熱及び結果としてターゲ
ツト損傷の原因となり得る。

通常使用される材料群、即ち耐火金属と黒鉛の
各々の利点を獲得するための公知のアプローチ
は、いわゆる複合基体構造体において、これら２
種の材料を組合せて使用することである。この構
造体は、一般に、回転軸に固着され、前面に環状
の焦点トラツクを固着させた耐火金属盤の使用に
より特徴づけられる。この盤の裏面には、回転軸
に対し同心円の関係の、耐火金属盤に実質的に背
負われた状態の黒鉛盤が固着されている。この様
な組合せにより、(a)金属盤の回転軸への固着が容
易になり、(b)焦点トラツクから金属盤、次いで黒
鉛盤への熱流径路が良好となり、(c)黒鉛盤は低密
度特性と共に、高い蓄熱容量を備えている。

この複合ターゲツト構造体において、金属部分
は、通常、一般にテイー・ゼツト・エム（TZM）
として知られているモリブデン合金により形成さ
れている。TZMはこの用途において好ましい材
料であるが、TZMに対しエム・テイー104
（MT104）を代用することができる。この合金
は、モリブデンに加え、約0.5％のチタン、0.07
％のジルコニウム及び0.015％の炭素を含有する。
非合金化モリブデンを含む他の材料群も使用可能
であり、且つ使用されてきている。

複合ターゲツトに関し、主な関心事の１つは、
黒鉛部分を満足し得る方法で耐火金属部分に固着
させることである。10000回転／分にも及ぶ回転
速度を考慮した場合に重要となる明白な強度の要
件に加えて、1200℃程度の比較的高い操作温度及
びこの結果としての高い熱応力にも耐えなければ
ならない。加えて、金属及び黒鉛要素は、金属部
分から黒鉛部分への最大限の熱伝達を生じる様
に、適切に接合される必要がある。例えば、これ
ら２つの部分の間に空〓（voids）が存在すれば、
熱伝達特性がこれらの領域において不適切とな
る。

黒鉛部分を金属部分に接合させる通常の方法
は、介在金属を使用しての炉内又は誘動加熱ろう
付である。ジルコニウムが、卓越した流動及び濡
れ特性に因り、この目的のために使用されてい
る。しかし、ジルコニウムの使用に伴ない、ジル
コニウムと黒鉛の接触面における炭化物の生成と
いう問題が起る。炭化物が接合を脆弱化する傾向
にあるので、接合強度が、生成した炭化物の厚み
及び炭化物層の連続性に反比例の関係となる。生
成した炭化物の量は、部品の製造及び操作の両段
階の間の熱履歴によつて決まり、これら何れの段
階も、望ましくない炭化物が生成しないことを確
実にする様には的確に制御できない。

ターゲツトの黒鉛部分の金属部分への接合に有
用な、他の材料も見い出されている。この様な接
合に特に適した、前記材料の一群が、1979年３月
20日付で発行され、本発明に係る譲受人に譲渡さ
れた米国特許第4145632号明細書において検討さ
れている。これらの材料群、及び特に白金が、黒
鉛と白金の接触面での炭化物の生成に比較的影響
を受けにくいことから、ジルコニウム材料を凌ぐ
重要な利点を有していることが見い出された。

米国特許第4145632号明細書に開示された技法
及び材料群が、複合Ｘ線ターゲツトの接着技術に
重要な改良をもたらしたが、これらの技法及び材
料群は未だ少率の容認し難い接着を生じがちであ
る。これら接着不良のいくつかが、ろう材と黒鉛
との接触面で引き起されていると考えられる。例
えば、空〓がしばしばこの領域で発見されてい
る。

即ち、本発明の目的は、良好な強度及び熱伝達
特性を有するろう付された相互接続部を備える、
改良された複合Ｘ線ターゲツトを提供することに
ある。

本発明の他の目的は、ろう付された材料と黒鉛
との接触面における空〓を最小限に押え、及びこ
れにより接着強度及びターゲツト内の熱伝達を最
大限にする複合Ｘ線管ターゲツトのろう付方法を
提供することにある。

これらの目的、並びに他の特徴点乃至利点は、
添付した図面と共に以下の記載を参照することに
より、更に容易に明確となる。

発明の概要 簡潔に言うと、本発明の１つの観点に従つて、
濡れ改良剤、好ましくはタンタルの比較的薄い層
が、成形された黒鉛部分に接触配置される。次い
で、白金の盤体が、前記タンタルに接触配置さ
れ、そして耐火金属部分が前記白金盤上に配置さ
れる。この結合体が、しかる後に、これら材料群
の一体のろう付を起こさせるために加熱される。
この方法において、白金が主要な結合材料とな
り、一方タンタルの薄い層は、白金と黒鉛の良好
な接触を確保するための濡れ改良剤として作用す
る。

濡れ改良剤の作用は、一般に黒鉛の液体白金濡
れを改良することである。タンタルの濡れ改良剤
が、黒鉛上での白金の濡れ角を可成りの程度減ら
すことが見出された。このことは、白金と黒鉛と
の接触がより促進されることを示唆するものであ
る。

本発明の種々の観点に従えば、タンタルを、物
理蒸着、化学蒸着、プラズマ溶射、タンタルの水
素化物の形態で溶射被覆、又は更にタンタル・ス
ラリーの形態でシルク・スクリーンにかけること
ができる。一般的に、タンタルは2000乃至10000
オングストロームの範囲の厚みの層内にあるべき
であり、また、好ましくは、この厚みは2500乃至
5000オングストロームの範囲であるべきである。
この層は、ろう付の間に白金がそれのタンタルに
ついての溶解限度に到達しない様な十分な薄さで
あるべきであり、上記で特定した範囲群は、通常
この要件を満足する。

以下に記述された図面において、好適な実施の
態様が記載されている。しかし、本発明の真正な
思想及び範囲を逸脱しないで、この態様に対し
種々の他の変更及び別の構成がなされ得る。

好適な実施態様の説明 まず、第１図を参照すると、図中には本発明に
係る回転式陽極Ｘ線管において使用されるターゲ
ツト、即ち陽極が示されている。概括して１０で
示されている集合体は、従来からの方法により陰
極からの電子により衝撃を加えられたときにＸ線
を発生させるための焦点トラツク１２を前面に接
触配置させている金属盤部分１１を含んでいる。
盤１１は、モリブデン、あるいはTZMもしくは
MT104等のモリブデン合金などの適宜の耐火金
属により構成されている。この表面に配置された
従来からの焦点トラツク１２は、タングステンあ
るいはタングステン／レニウム合金材料により構
成されている。盤１１は、例えばろう付、拡散結
合法、あるいは機械的固着等の従来の方法により
軸１３に固着される。

金属盤１１の裏面には黒鉛盤部分１４が固着さ
れている。固着は、概括的に１６で示された白金
ろう材により、以下に記載される方法によつてな
される。黒鉛盤１４の主要な目的は、焦点トラツ
ク１２から金属盤１１を通して伝達される熱に対
してヒート・シンクを提供することである。ヒー
ト・シンク作用が、ターゲツト部品集合体の嵩高
の可成りの要因とならずに与えられることが最善
である。

ろう材１６は、第１図において２層から成る様
に示されている。第１の層２３は、純白金から成
つている。純白金により意味するのは、濡れ改良
剤を含まない白金である。換言すれば、ろう付過
程の間に何ら有意の量の濡れ改良剤が層２３に入
りこまない。第２の層２４は、白金及び濡れ改良
剤により構成されている。濡れ改良剤は、ろう付
の前に黒鉛部分１４に施用される。濡れ改良剤の
目的は、黒鉛に対する白金の液体濡れ性を高める
ことである。実際には、以下に特定される厚みに
関しては、ろう材層１６が組成においてほぼ均一
となる。このことは、ろう材層１６が、内部にほ
ぼ均一に溶存したタンタルを保有する白金の単一
層２４ａから成る点を除いて、第１図と同一の参
照番号を使用している第１Ａ図に示されている。

濡れ改良剤は、白金中に溶存可能であり、且つ
ろう付過程の間にターゲツト焦点トラツクを汚染
することがない様に、低い蒸気圧を有することが
好ましい。

実験により、黒鉛に対する白金の濡れ角が70度
と90度の間であることが示された。濡れ角は、融
解材料と固体基体との間に形成される角度のこと
を言う。濡れ角が90度に近づく程、融解金属がよ
り不十分に基体を濡らす。融解金属が基体を十分
に濡らさない場合、この材料が固化した後に接触
面において空〓を発見することがありうる。逆
に、濡れ角が０に近づく程、表面がより良好に濡
らされる。濡れが高まるほど、接着部における空
〓の可能性を減らす。

実験により、タンタル及びモリブデンを含めい
くつかの材料が、黒鉛に対して薄い層として接触
配置された場合、白金の濡れ角を10度以下に減ら
すことが示された。特定の実験により、濡れ角が
４乃至７度に減らされることが示された。タング
ステン、ニオブ及び他の材料群も同様に作用する
と考えられる。

金属間化合物相が何ら形成されない様に、ろう
付の間に白金に含まれる濡れ改良剤の溶解限界に
達しない程度に十分薄い層として、濡れ改良剤が
黒鉛に対して施用されることが好ましい。しか
し、この層が黒鉛の全表面部分の完全な被覆を確
保する程度に十分な厚みであることが最善であ
る。

試験により、たとえろう付前に少量の炭化物が
生成しても、通常ろう付の間に白金中に溶解し、
何ら問題がない。

一般に、濡れ改良剤は2000乃至10000オングス
トロームの厚みの層として施用されるべきであ
る。好ましくは、濡れ改良剤は、2500乃至5000オ
ングストロームの厚みの層として施用されるべき
である。

ターゲツト組立品の製造法は、第２図に記載さ
れている。説明上の目的で、金属盤部分１１及び
黒鉛盤部分１４が、従来の方法により、盤１１あ
るいは各々が、Ｘ線管の軸１３を締りばめの関係
で収容するための中心孔１８を有して形成されて
いると仮定する。

黒鉛部分１４が、金属部分１１の平坦表面２１
と固着される平坦表面１９に特別な注意を払いな
がら、先ず洗浄される。黒鉛部分１４の表面は、
Ｘ線管の操作の間の黒鉛粒子群の放出（粉じん）
を防止するため、超音波洗浄あるいは他の適切な
表面処理法によつて処理されるのが好ましい。

黒鉛１４の加工後、更に熱衝撃付与により処理
される。熱衝撃付与は、黒鉛を、空気中、約250
℃乃至300℃まで加熱し、次いでこの加熱された
黒鉛を、室温の脱イオン水中に急激に浸漬させる
ことにより達成される。熱衝撃付与の後、黒鉛
は、真空中で約１時間、1900℃の高温に加熱する
ことによりガス抜きされる。こうして処理された
黒鉛は、この時点で濡れ改良剤の施用及び金属要
素とのろう付のための用意が整えられている。

陽極ターゲツトの金属部分は、好ましくは
TZMあるいはMT104により形成される。黒鉛要
素に対して適用されたのと同一の工程群のいくつ
かが、TZMあるいはMT104金属要素にも適用さ
れる。特に、TZMはガス抜きのため、1900℃で
約１時間真空焼成される。ガス抜き後、この高温
におけるガス抜きが金属を湾曲させる原因となる
可能性もあるため、TZMの黒鉛表面に固着され
る面が、表面の平坦度を調整するために仕上げ機
械加工される。機械加工後、TZM金属要素が、
典型的には超音波メタノール浴を用いて洗浄され
る。もし必要ならば、接着される表面を更にシヨ
ツト・ピーニングすることもできる。超音波洗浄
からの乾燥後、TZMあるいはMT104金属要素
は、この時点で黒鉛要素との接着のための用意が
整えられている。

黒鉛部分の好適な調製法は、タンタルの表面１
９への物理蒸着（PVD）である。タンタルによ
り被覆されない表面部分は、従来の方法でマスク
させることができる。PVD法のパラメーター群
は、以下のとおりである。

イオン電流密度−３乃至４ワツト／cm²が好適で
ある。しかし１乃至４ワツト／cm²が許容される。
タンタルの純度は、少なくとも99.95％であるこ
とが好ましい。

PVD容器の内圧は、アルゴンの３乃至10ミク
ロンが好ましい。しかし、アルゴンの1/2乃至20
ミクロンが許容される。

ターゲツト電圧は、２乃至２ 1/2kVの範囲が
好ましい。しかし１乃至3kVの範囲内であり得
る。

物理蒸着法が好ましいものの、濡れ改良剤は、
シルク・スクリーン・スラリー技法、プラズマ溶
射技法、化学蒸着により接触配置することもで
き、あるいはタンタルの水素化物を黒鉛基体にス
プレー塗装することもできる。

濡れ改良剤が施用された後、複合集合体が、白
金のワツシヤーもしくは箔層を露出した濡れ改良
剤層と金属部分との間に配置することにより形成
される。好ましくは、数個、代表的には３個ある
いは４個の集合体群が、１つを他の上面に積み重
ねて同時に形成される。

この様に積み重ねた後、好ましくは約16ポンド
の錘りが積み重ねられた集合体群の上面に置か
れ、この積み重ね構造物が真空室炉内に置かれ
る。炉は、代表的には約10^-5Torrの真空度に真
空引される。この方法における第１の工程は、炉
を約1800℃に昇温し、白金を融解させるためこの
温度でほぼ５分間保持することである。それから
真空のまま炉の温度を約450℃に降下させる。450
℃において、炉をアルゴンガスで充満させて、約
100℃まで強制的に急速冷却を行なう。この時点
で、炉が開けられ、接着された陽極ターゲツト構
造体が取り出される。

好適な白金層は、250000乃至750000オングスト
ロームの厚みであり、ろう材の液相線温度より30
℃高い温度でろう付される。

本発明は、特定の実施の態様及び実施例を参照
して説明されているが、前記教示からみて、当該
技術分野の熟達者によつて、他の変更乃至変形も
想起されるであろう。従つて特許請求の範囲の事
項の範囲内で、本発明が特定的に記載された事項
以外でも実施し得ることが理解されるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて製造されるＸ線ター
ゲツトの断面図である。第１Ａ図は、本発明の好
適な実施の態様に従つたＸ線ターゲツトの部分断
面図である。第２図は、本発明の好適な実施の態
様に従うターゲツトの製造法を示す工程流れ図で
ある。 １０……集合体、１１……金属盤部分、１２…
…焦点トラツク、１３……回転軸、１４……黒鉛
盤部分、１６……白金ろう材、１８……中心孔、
２３……第１の層、２４……第２の層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に焦点トラツクを保持している耐火金属
   部分； 黒鉛基体部分；及び、 前記黒鉛基体部分を前記耐火金属部分に接合し
   ている接着層； を備え、前記接着層が白金の層により構成され、
   前記白金がタンタル、モリブデン、タングステン
   及びニオブから成る群から選ばれる溶存した濡れ
   改良剤を含有しているＸ線管用複合ターゲツト。 ２ 前記接着層が前記耐火金属部分に隣接する純
   白金の層を有する特許請求の範囲第１項記載のＸ
   線管用複合ターゲツト。 ３ 前記白金が、該白金内に均一に分布して溶存
   したタンタルを保有している特許請求の範囲第１
   項記載のＸ線管用複合ターゲツト。 ４ 前記接着層がろう付されていて、前記接着層
   により生じる接合が約1200℃までの使用温度に耐
   えることができる特許請求の範囲第１項記載のＸ
   線管用複合ターゲツト。 ５ 黒鉛基体に、黒鉛の白金による液体濡れを改
   良する能力を有する2000乃至10000オングストロ
   ームの範囲の厚みでタンタルからなる濡れ改良剤
   を付加する工程； 前記濡れ改良剤に隣接してワツシヤーまたは箔
   層形状の白金の層を配置する工程； 前記白金に隣接して耐火金属ターゲツト部分を
   配置する工程；及び この集合体を、該集合体が一体にろう付される
   のに十分な時間及び温度で加熱し、前記タンタル
   が加熱中に前記白金内に略完全に溶解する工程を
   含むＸ線管用複合ターゲツトの製法。 ６ 濡れ改良剤が、物理蒸着法で付加する特許請
   求の範囲第５項記載の製法。 ７ 濡れ改良剤が、2500乃至5000オングストロー
   ムの範囲の厚みで付加される特許請求の範囲第６
   項記載の製法。 ８ 黒鉛基体に、黒鉛の白金による液体濡れを改
   良する能力を有する、タンタル、モリブデン、ニ
   オブ及びタングステンから成る群から選ばれる材
   料からなる濡れ改良剤を付加する工程； 前記濡れ改良剤に隣接して白金の層を配置する
   工程； 前記白金に隣接して耐火金属ターゲツト部分を
   配置する工程；及び この集合体を、該集合体が一体にろう付される
   のに十分な時間及び温度で加熱し、前記濡れ改良
   剤が加熱中に前記白金内に略完全に溶解する工程
   を含むＸ線管用複合ターゲツトの製法。 ９ 濡れ改良剤が、白金内に溶存し得る特許請求
   の範囲第８項記載の製法。 １０ 濡れ改良剤が、黒鉛に対する白金の濡れ角
   を約10度未満とする特許請求の範囲第８項記載の
   製法。 １１ 濡れ改良剤がタンタルである特許請求の範
   囲第８項記載の製法。 １２ 濡れ改良剤が、2000乃至10000オングスト
   ロームの範囲の厚みで付加される特許請求の範囲
   第１１項記載の製法。 １３ 濡れ改良剤が、2500乃至5000オングストロ
   ームの範囲の厚みで付加される特許請求の範囲第
   １２項記載の製法。 １４ 濡れ改良剤が、物理蒸着法により付加され
   る特許請求の範囲第８項記載の製法。 １５ 濡れ改良剤が、プラズマ溶射により付加さ
   れる特許請求の範囲第８項記載の製法。 １６ 濡れ改良剤が、シルクスクリーン・スラリ
   ーにより付加される特許請求の範囲第８項記載の
   製法。 １７ 濡れ改良剤が、タンタルの水素化物をスプ
   レー塗装して付加される特許請求の範囲第８項記
   載の製法。 １８ 濡れ改良剤が、黒鉛の全表面部分の完全な
   被覆を確保し且つ黒鉛に対する化学的な結合を形
   成するのに十分な厚みの層として付加される特許
   請求の範囲第８項記載の製法。 １９ 濡れ改良剤が、ろう付の間に白金との金属
   間化合物相を析出させない様な十分な薄さで付加
   される特許請求の範囲第８項記載の製法。