JPH05307941A - 回転陽極ｘ線管 - Google Patents
回転陽極ｘ線管Info
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- JPH05307941A JPH05307941A JP11050792A JP11050792A JPH05307941A JP H05307941 A JPH05307941 A JP H05307941A JP 11050792 A JP11050792 A JP 11050792A JP 11050792 A JP11050792 A JP 11050792A JP H05307941 A JPH05307941 A JP H05307941A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 苛酷な熱負荷に対し安定で、高速回転におけ
る機械的強度が強くしかも熱放射性の良好な理想の回転
陽極Ｘ線管を提供する。 【構成】 熱伝導性の良好なセラミックからなる回転陽
極基体１に高融点金属からなる中間層３を形成し、さら
に前記中間層３に熱放射膜４を形成したＸ線管陽極を備
えたことを特徴とする回転陽極Ｘ線管。
る機械的強度が強くしかも熱放射性の良好な理想の回転
陽極Ｘ線管を提供する。 【構成】 熱伝導性の良好なセラミックからなる回転陽
極基体１に高融点金属からなる中間層３を形成し、さら
に前記中間層３に熱放射膜４を形成したＸ線管陽極を備
えたことを特徴とする回転陽極Ｘ線管。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主として医療用Ｘ線
装置例えばＸ線ＣＴ装置などに用いる回転陽極Ｘ線管に
関する。
装置例えばＸ線ＣＴ装置などに用いる回転陽極Ｘ線管に
関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線診断法、例えばデイジタル化Ｘ線写
真法またはＸ線コンピュータ断層撮影法（Ｘ線ＣＴ法）
では、長時間に亘って強力なＸ線曝射を必要とするの
で、Ｘ線管陽極の熱負荷が極めて大きくなり、その値が
規定値を越えるとＸ線管が破壊し装置自体が使用不可能
となる場合がある。このため、実際の使用に際してはＸ
線管陽極の熱負荷状態を常時計算し、熱負荷が予め定め
られた基準値を越えた時点で次の撮影可能時まで装置の
動作を強制的に中止させることが行われている。従っ
て、前記基準値が大きくかつ、この基準値を越えた場合
の次の撮影可能時までの時間の短いＸ線管が望まれる。
即ち、熱容量が大きく、Ｘ線管陽極の熱放射効率の高い
Ｘ線管が必要となる。
真法またはＸ線コンピュータ断層撮影法（Ｘ線ＣＴ法）
では、長時間に亘って強力なＸ線曝射を必要とするの
で、Ｘ線管陽極の熱負荷が極めて大きくなり、その値が
規定値を越えるとＸ線管が破壊し装置自体が使用不可能
となる場合がある。このため、実際の使用に際してはＸ
線管陽極の熱負荷状態を常時計算し、熱負荷が予め定め
られた基準値を越えた時点で次の撮影可能時まで装置の
動作を強制的に中止させることが行われている。従っ
て、前記基準値が大きくかつ、この基準値を越えた場合
の次の撮影可能時までの時間の短いＸ線管が望まれる。
即ち、熱容量が大きく、Ｘ線管陽極の熱放射効率の高い
Ｘ線管が必要となる。
【０００３】そこで、従来から熱容量を大きくする手段
としてＸ線管陽極の大型化が図られている。しかし、Ｘ
線管陽極の回転陽極基体は、モリブデン合金やタングス
テンなど比較的比重の大きい高融点材料からなるため、
重量との関係でその大型化には限界がある。このため、
回転陽極基体として低比重、高比熱であり、熱伝導性の
良好な窒化アルミニウム等の窒化物あるいは炭化珪素等
の炭化物を主体としたものや、それらの混合物の炭窒化
物等の非酸化系セラミックスを用いることが提案されて
いる（特開昭６１−１４３９２９、特開昭５６−１４１
１５３）。
としてＸ線管陽極の大型化が図られている。しかし、Ｘ
線管陽極の回転陽極基体は、モリブデン合金やタングス
テンなど比較的比重の大きい高融点材料からなるため、
重量との関係でその大型化には限界がある。このため、
回転陽極基体として低比重、高比熱であり、熱伝導性の
良好な窒化アルミニウム等の窒化物あるいは炭化珪素等
の炭化物を主体としたものや、それらの混合物の炭窒化
物等の非酸化系セラミックスを用いることが提案されて
いる（特開昭６１−１４３９２９、特開昭５６−１４１
１５３）。
【０００４】一方、熱放射率を良くする手段としては、
陽極表面を黒い被膜で覆うなどの手段が提案されてい
る。通常の回転陽極基体であるモリブデン、タングステ
ンの熱放射率は表面の粗さに応じて０．３５ないし０．
５（１０００℃において）であるが、この表面を例えば
チタニアＴｉＯ2 ・アルミナＡｌ2 Ｏ3 の二元系金属酸
化物あるいはＴｉＯ2 ・Ａｌ2 Ｏ3 ・ＺｒＯ3 の三元系
金属酸化物（いづれもセラミックス）を混合した黒色被
膜、遷移金属の炭化物と窒化物、ホウ素と酸化物、グラ
ファイトなどで被覆することにより、その熱放射率は
０．６ないし０．９位まで向上させることが知られてい
る。具体的な被覆の方法としては溶射またはろう付け法
ならびに予め塗付けられた金属粉末の焼結による方法が
ある。
陽極表面を黒い被膜で覆うなどの手段が提案されてい
る。通常の回転陽極基体であるモリブデン、タングステ
ンの熱放射率は表面の粗さに応じて０．３５ないし０．
５（１０００℃において）であるが、この表面を例えば
チタニアＴｉＯ2 ・アルミナＡｌ2 Ｏ3 の二元系金属酸
化物あるいはＴｉＯ2 ・Ａｌ2 Ｏ3 ・ＺｒＯ3 の三元系
金属酸化物（いづれもセラミックス）を混合した黒色被
膜、遷移金属の炭化物と窒化物、ホウ素と酸化物、グラ
ファイトなどで被覆することにより、その熱放射率は
０．６ないし０．９位まで向上させることが知られてい
る。具体的な被覆の方法としては溶射またはろう付け法
ならびに予め塗付けられた金属粉末の焼結による方法が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の熱放射膜の形成は、回転陽極基体および被膜材料のい
ずれもが金属材料を対象としたものであり、非酸化系セ
ラミックス例えば前記窒化アルミニウムを回転陽極基体
に用いたものは存在しない。これは非酸化系セラミック
スを前記金属酸化物からなる熱放射膜で被膜することの
困難性によるものである。即ち、非酸化系セラミックス
は、濡れ性（接合性）が悪くろう材による被膜の接合に
は困難が伴い、また溶射法では溶射前にブラスト処理が
行れ汚れなどの酸化膜を除去し同時に粗面化するのであ
るが、粗面化と同時にセラミックス基体にマイクロクラ
ックが発生する問題が生じる。さらに炭化物や酸化物は
その小さな熱伝導率（例えば炭化タンタルはタングステ
ンの約２０分の１）のためセラミックス基体に直接被覆
すれば、電子線照射時に生じる局部的な著しい温度上昇
に伴い被膜の断面方向に大きな温度勾配が発生して剥離
や割れが生じるという問題がある。
の熱放射膜の形成は、回転陽極基体および被膜材料のい
ずれもが金属材料を対象としたものであり、非酸化系セ
ラミックス例えば前記窒化アルミニウムを回転陽極基体
に用いたものは存在しない。これは非酸化系セラミック
スを前記金属酸化物からなる熱放射膜で被膜することの
困難性によるものである。即ち、非酸化系セラミックス
は、濡れ性（接合性）が悪くろう材による被膜の接合に
は困難が伴い、また溶射法では溶射前にブラスト処理が
行れ汚れなどの酸化膜を除去し同時に粗面化するのであ
るが、粗面化と同時にセラミックス基体にマイクロクラ
ックが発生する問題が生じる。さらに炭化物や酸化物は
その小さな熱伝導率（例えば炭化タンタルはタングステ
ンの約２０分の１）のためセラミックス基体に直接被覆
すれば、電子線照射時に生じる局部的な著しい温度上昇
に伴い被膜の断面方向に大きな温度勾配が発生して剥離
や割れが生じるという問題がある。
【０００６】本発明はこれらの問題点に鑑み、回転陽極
基体の構成材料として熱伝導性の良好な非酸化系セラミ
ックスに対し熱放射性を高める被膜を形成し、しかも高
速回転及び繰り返し熱負荷においても剥離しない密着度
の高い被膜を形成することで熱容量が大きく高強度なＸ
線管陽極を備えた回転陽極Ｘ線管を提供することを目的
とする。
基体の構成材料として熱伝導性の良好な非酸化系セラミ
ックスに対し熱放射性を高める被膜を形成し、しかも高
速回転及び繰り返し熱負荷においても剥離しない密着度
の高い被膜を形成することで熱容量が大きく高強度なＸ
線管陽極を備えた回転陽極Ｘ線管を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】熱伝導性の良好なセラミ
ックからなる回転陽極基体に高融点金属からなる中間層
を形成し、その中間層に対して熱放射膜を形成した。
ックからなる回転陽極基体に高融点金属からなる中間層
を形成し、その中間層に対して熱放射膜を形成した。
【０００８】
【作用】熱伝導性の良好なセラミックスからなる回転陽
極基体に高融点金属からなる中間層を形成したことによ
り、濡れ性の悪い非酸化系セラミックスに対し熱放射膜
を形成することが可能となる。これにより低比重、高比
熱であり、熱伝導性の良好な窒化アルミニュム等の非酸
化系セラミックスからなる回転陽極基体の熱放射効率を
向上させることができるため、苛酷な熱負荷に対し安定
で高速回転における機械的強度が強くしかも熱放射性の
良好な理想のＸ線管陽極を備えた回転陽極Ｘ線管を提供
することが可能となる。
極基体に高融点金属からなる中間層を形成したことによ
り、濡れ性の悪い非酸化系セラミックスに対し熱放射膜
を形成することが可能となる。これにより低比重、高比
熱であり、熱伝導性の良好な窒化アルミニュム等の非酸
化系セラミックスからなる回転陽極基体の熱放射効率を
向上させることができるため、苛酷な熱負荷に対し安定
で高速回転における機械的強度が強くしかも熱放射性の
良好な理想のＸ線管陽極を備えた回転陽極Ｘ線管を提供
することが可能となる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る回転陽極Ｘ線
管の陽極部分の断面を示したもので、１は回転陽極部、
２は回転陽極基体で本実施例では窒化アルミニウムで構
成される。３は高融点金属部材からなる前記中間層で本
実施例ではタングステンで構成される。４は中間層３に
形成した熱放射膜で本実施例ではチタニアＴｉＯ2・ア
ルミナＡｌ2 Ｏ3 の二元系金属酸化物で構成される熱放
射膜をＸ線照射面の裏面に形成する場合を示す。
管の陽極部分の断面を示したもので、１は回転陽極部、
２は回転陽極基体で本実施例では窒化アルミニウムで構
成される。３は高融点金属部材からなる前記中間層で本
実施例ではタングステンで構成される。４は中間層３に
形成した熱放射膜で本実施例ではチタニアＴｉＯ2・ア
ルミナＡｌ2 Ｏ3 の二元系金属酸化物で構成される熱放
射膜をＸ線照射面の裏面に形成する場合を示す。
【００１０】この高融点金属部材からなる中間層３をこ
こでは最適な手法と考られるＣＶＤ（Chemical Vaper D
eposition)法によって形成する場合の実施例を示す。こ
の中間層３の形成方法およびその装置を第２図によって
説明すると、５はＣＶＤ反応管で、この内部に回転陽極
基体２をターゲット挿入棒６を介して載置する。７は反
応管加熱コイルでこれによって反応管内温度を４００℃
〜８００℃に加熱する。８はＷＦ6 ボンベ、９はその加
熱ヒータ、１０はＨ2 ボンベ、１１はＡｒボンベで、各
ボンベはバルブＶおよびマスフローメータ１２またはフ
ローメータ１３を介して反応管５に接続される。１４は
排気ガス流路で、１５は排気ガス処理部である。
こでは最適な手法と考られるＣＶＤ（Chemical Vaper D
eposition)法によって形成する場合の実施例を示す。こ
の中間層３の形成方法およびその装置を第２図によって
説明すると、５はＣＶＤ反応管で、この内部に回転陽極
基体２をターゲット挿入棒６を介して載置する。７は反
応管加熱コイルでこれによって反応管内温度を４００℃
〜８００℃に加熱する。８はＷＦ6 ボンベ、９はその加
熱ヒータ、１０はＨ2 ボンベ、１１はＡｒボンベで、各
ボンベはバルブＶおよびマスフローメータ１２またはフ
ローメータ１３を介して反応管５に接続される。１４は
排気ガス流路で、１５は排気ガス処理部である。
【００１１】以上の装置において反応管５内のターゲッ
ト棒６上に回転陽極基体２を図のごとくセットし、その
電子衝撃面を適当な物質でマスクしたのち、管内を０．
５〜７６０Torr程度に減圧し、Ｈ2 ボンベ１０のバルブ
を開いてＨ2 ガスを流しながら、加熱コイル７に通電し
て管内を所望の温度に設定する。この状態でＷＦ6 ボン
ベ８のバルブを開いてＷＦ6 ガスを管内に流通させる。
これにより管内では次式(1) に示す水素還元反応が起
り、回転陽極基体２の表面にタングステンの膜が生成す
る。
ト棒６上に回転陽極基体２を図のごとくセットし、その
電子衝撃面を適当な物質でマスクしたのち、管内を０．
５〜７６０Torr程度に減圧し、Ｈ2 ボンベ１０のバルブ
を開いてＨ2 ガスを流しながら、加熱コイル７に通電し
て管内を所望の温度に設定する。この状態でＷＦ6 ボン
ベ８のバルブを開いてＷＦ6 ガスを管内に流通させる。
これにより管内では次式(1) に示す水素還元反応が起
り、回転陽極基体２の表面にタングステンの膜が生成す
る。
【００１２】 ＷＦ6 ＋３Ｈ2 →Ｗ＋６ＨＦ …………… (1) 生成したＨＦガスは排気ガス流路１４を通って、排気ガ
ス処理装置部１５で処理される。所定時間この反応を継
続させた後、加熱を停止しＷＦ6 ガス、Ｈ2 ガスボンベ
のバルブを閉じ、Ａｒガスボンベ１１のバルブを開いて
反応管内をＡｒガスで置換し、管内を大気圧に戻して冷
却する。タングステンの膜はＸ線発生層では０．２〜
１．０ｍｍ程度の膜厚が必要であるが、熱放射膜を設け
る裏面側においては０．０１ｍｍ以上あればよい。
ス処理装置部１５で処理される。所定時間この反応を継
続させた後、加熱を停止しＷＦ6 ガス、Ｈ2 ガスボンベ
のバルブを閉じ、Ａｒガスボンベ１１のバルブを開いて
反応管内をＡｒガスで置換し、管内を大気圧に戻して冷
却する。タングステンの膜はＸ線発生層では０．２〜
１．０ｍｍ程度の膜厚が必要であるが、熱放射膜を設け
る裏面側においては０．０１ｍｍ以上あればよい。
【００１３】次に熱放射膜４の形成方法について説明す
る。熱放射膜はプラズマ溶射法によって形成することが
でき、その形成方法及びプラズマ溶射装置を第３図を用
いて説明する。第３図において２１は陰極、２２はノズ
ル形状の陽極、２３は被膜材料である容射材料粉末、２
４は作動ガスを示す。
る。熱放射膜はプラズマ溶射法によって形成することが
でき、その形成方法及びプラズマ溶射装置を第３図を用
いて説明する。第３図において２１は陰極、２２はノズ
ル形状の陽極、２３は被膜材料である容射材料粉末、２
４は作動ガスを示す。
【００１４】以上の装置で、熱放射膜の形成に際してま
ずタングステン中間層を形成した窒化アルミニウムの回
転陽極基体２をＸ線照射面の裏面をプラズマ容射装置と
対向して配設する。そして、陰極２１と陽極２２の間に
高電圧をかけ両極間に直流ア−クを発生させ、後方から
供給される作動ガス２４をこれによって熱し、高温プラ
ズマジェットとしてノズルから噴出させ、同時に溶射粉
末材料２３を作動ガス２４に載せて加熱、加速して回転
陽極基体の裏面に衝突させ熱放射膜を形成する。本実施
例では作動ガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用い、
溶射粉末材料としてチタニアＴｉＯ2 ・アルミナＡｌ2
Ｏ3 の粉末（組成比４：６）を用いて溶射膜を形成し
た。熱放射膜としては数十μｍ程度の溶射膜が必要とさ
れるが、最適値としては約５０μｍである。
ずタングステン中間層を形成した窒化アルミニウムの回
転陽極基体２をＸ線照射面の裏面をプラズマ容射装置と
対向して配設する。そして、陰極２１と陽極２２の間に
高電圧をかけ両極間に直流ア−クを発生させ、後方から
供給される作動ガス２４をこれによって熱し、高温プラ
ズマジェットとしてノズルから噴出させ、同時に溶射粉
末材料２３を作動ガス２４に載せて加熱、加速して回転
陽極基体の裏面に衝突させ熱放射膜を形成する。本実施
例では作動ガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用い、
溶射粉末材料としてチタニアＴｉＯ2 ・アルミナＡｌ2
Ｏ3 の粉末（組成比４：６）を用いて溶射膜を形成し
た。熱放射膜としては数十μｍ程度の溶射膜が必要とさ
れるが、最適値としては約５０μｍである。
【００１５】本発明の有効性を確認するために２個の窒
化アルミニウム回転陽極基体について、その一方のＸ線
照射面裏面に高融点金属中間層としてＣＶＤによりタン
グステン約２０μｍの中間層を形成し、他方はそのまま
としてそれらの表面に同一条件でチタニウムＴｉＯ2 ・
アルミナＡｌ2 Ｏ3 （組成比４：６）の熱放射膜を形成
し比較した。実験は真空中（１０-5Torr）で温度を１１
００℃として５時間の熱処理を行った。その結果、窒化
アルミニウムに直接熱放射膜を形成した方には一部に剥
離が認められたのに対し、タングステンによる中間層を
形成した方には全く剥離は認められず強固な密着性を示
した。
化アルミニウム回転陽極基体について、その一方のＸ線
照射面裏面に高融点金属中間層としてＣＶＤによりタン
グステン約２０μｍの中間層を形成し、他方はそのまま
としてそれらの表面に同一条件でチタニウムＴｉＯ2 ・
アルミナＡｌ2 Ｏ3 （組成比４：６）の熱放射膜を形成
し比較した。実験は真空中（１０-5Torr）で温度を１１
００℃として５時間の熱処理を行った。その結果、窒化
アルミニウムに直接熱放射膜を形成した方には一部に剥
離が認められたのに対し、タングステンによる中間層を
形成した方には全く剥離は認められず強固な密着性を示
した。
【００１６】また、上記熱処理後の熱放射膜の全使用温
度帯での平均輻射率を測定した結果、輻射率０．９以上
が得られた。
度帯での平均輻射率を測定した結果、輻射率０．９以上
が得られた。
【００１７】以上によって得られた回転陽極基体を実際
にＸ線管に封じ込めた状態でＸ線を発生させた。具体的
には、Ｘ線透視装置や、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
（Ｘ線ＣＴ）で現実に撮影を行う条件でＸ線発生試験を
多数回行ったが、熱放射膜は剥離をすることなく放熱特
性に変化は認められなかった。
にＸ線管に封じ込めた状態でＸ線を発生させた。具体的
には、Ｘ線透視装置や、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
（Ｘ線ＣＴ）で現実に撮影を行う条件でＸ線発生試験を
多数回行ったが、熱放射膜は剥離をすることなく放熱特
性に変化は認められなかった。
【００１８】なお、前記中間層の形成手段としてＣＶＤ
法を用いることにより濡れ性の不足を解消しセラミック
ス表面に隙間なく、そして前記熱放射膜の形成に最適な
表面粗さの中間層を必要な厚さに形成することを可能と
した。
法を用いることにより濡れ性の不足を解消しセラミック
ス表面に隙間なく、そして前記熱放射膜の形成に最適な
表面粗さの中間層を必要な厚さに形成することを可能と
した。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば苛酷な熱負荷に対し安定
で、高速回転における機械的強度が強くしかも熱放射性
の良好な理想の回転陽極Ｘ線管を提供することが可能と
なる。
で、高速回転における機械的強度が強くしかも熱放射性
の良好な理想の回転陽極Ｘ線管を提供することが可能と
なる。
【図１】この発明に基づくＸ線管回転陽極の１実施例の
断面図。
断面図。
【図２】回転陽極基体にタングステン中間層を形成する
ためのＣＶＤ装置。
ためのＣＶＤ装置。
【図３】回転陽極基体に形成したタングステン中間層に
熱放射膜を形成するためのプラズマ容射装置
熱放射膜を形成するためのプラズマ容射装置
２…回転陽極基体 ３…タングステン中間
層 ４…熱放射膜 ５…ＣＶＤ反応管 ７…加熱コイル ８…ＷＦ6 ボンベ
１０…Ｈ2 ボンベ １１…Ａｒボンベ １５…排気ガス処理
部
層 ４…熱放射膜 ５…ＣＶＤ反応管 ７…加熱コイル ８…ＷＦ6 ボンベ
１０…Ｈ2 ボンベ １１…Ａｒボンベ １５…排気ガス処理
部
Claims (1)
- 【請求項１】 熱伝導性の良好なセラミックスからなる
回転陽極基体に高融点金属からなる中間層を形成し、さ
らに前記中間層に熱放射膜を形成したＸ線管陽極を備え
たことを特徴とする回転陽極Ｘ線管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11050792A JPH05307941A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 回転陽極ｘ線管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11050792A JPH05307941A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 回転陽極ｘ線管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05307941A true JPH05307941A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14537533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11050792A Pending JPH05307941A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 回転陽極ｘ線管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05307941A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122101A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Tomohei Sakabe | 画像測定方法及び画像測定装置 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP11050792A patent/JPH05307941A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122101A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Tomohei Sakabe | 画像測定方法及び画像測定装置 |
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