JPH10302624A - Ｘ線管陽極の製造方法 - Google Patents

Ｘ線管陽極の製造方法

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JPH10302624A
JPH10302624A JP10128209A JP12820998A JPH10302624A JP H10302624 A JPH10302624 A JP H10302624A JP 10128209 A JP10128209 A JP 10128209A JP 12820998 A JP12820998 A JP 12820998A JP H10302624 A JPH10302624 A JP H10302624A
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anode
ray
plasma
rotating anode
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レートハンマー ペーター
Dietmar Sprenger
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｘ線回転陽極のＸ線を放射する被膜をコスト的
に有利に作ることができ、特にその疲労亀裂強度に関し
て従来の基準に一致するかそれを凌駕するようなＸ線管
陽極の製造方法を提供する。 【解決手段】Ｘ線を放射する被膜２が誘導プラズマ溶射
により基体１の上に被着される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基体と、この基
体とは異なる、Ｘ線を放射する被膜とからなるＸ線管陽
極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線を発生させるために、集束された電
子線が衝突するときにＸ線を放射する物質が使用され
る。高融点金属のタングステン、モリブデン及びそれら
の合金が例えばこのような物質であり、これらの物質は
Ｘ線の所望の種類に応じて使用される。
【０００３】医療診断において、Ｘ線を発生させるため
にＸ線管に軸対称の円板形の回転陽極がしばしば使用さ
れる。この回転陽極においては、多くの場合、その表面
の一部のリング状の軌道、いわゆる焦点軌道が、直接電
子線が衝突しＸ線を発生させる物質からなる範囲におい
て比較的薄い被膜として構成され、一方回転陽極の基体
は他の高融点物質からなる。
【０００４】Ｘ線管を動作させる際にこの焦点軌道被膜
の使用挙動に対しては、被膜の組織、熱伝導、熱膨張、
機械的性質及び密度のようなその固有の材料特性が基準
となる。残留多孔度はＸ線管における熱伝導、疲労亀裂
強度及びガス発生に悪い影響があるので、焦点軌道被膜
についてはできるだけ高い密度値が求められている。疲
労亀裂強度の減少は特に使用時間と共に著しく増加する
焦点軌道の粗面化とこれに関連して減少するＸ線の発生
収量に現れる。
【０００５】焦点軌道被膜は今日まで主として加圧、焼
結や鍛造による粉末冶金法により作らる。基体に金属材
料を使用した場合、焦点軌道被膜は特に混合粉末を積層
することによって１つの作業工程で基体と共に作られ、
これにより理論的密度の９６％乃至９８％の密度値が標
準として達成される。焦点軌道被膜のこのような製造方
法はコスト的に有利であるが、特にその疲労亀裂強度に
関してはなお最適ではない特性に至っている。
【０００６】特に、グラファイトを基体物質として使用
し、独立して粉末冶金法で作られた焦点軌道被膜と基体
との結合が困難な場合、焦点軌道被膜は公知の被膜方法
による成膜、特に化学気相蒸着法もしくはまた物理気相
蒸着法によっても被着される。これらの方法によれば確
かに焦点軌道被膜に対して理論的密度のほぼ１００％の
密度が達成されるが、これらの製造方法はその製造コス
トがかなり高くつくので、主としてグラファイト基体を
備えた回転陽極の製造に限定されるにとどまり、焦点軌
道被膜の粉末冶金による製造方法にとって代わることが
できなかった。
【０００７】従来のプラズマ溶射法は、一連の製造工程
上の利点を持つややコスト的に有利な被膜方法として傑
出している。このことは特に、制御された雰囲気の下
で、即ち低圧の下で或いは保護ガス雰囲気の下で適用さ
れる場合にそうである。従来のプラズマ溶射法では焦点
軌道被膜のための物質が粉末として直流アーク放電によ
り発生されたプラズマビーム中に半径方向にもたらさ
れ、プラズマビーム中で溶融され、溶融された滴が基体
上に析出される。時間単位当たりの高い被着性能、広い
範囲にわたって調整可能な被膜温度並びに問題として廃
棄処理されるべき化合物を回避できることは例えばこの
方法の重要な長所である。従来のプラズマ溶射法におい
ては、しかしながら、最近の強力な世界的な開発努力に
も係わらず理論的密度の９３％の最大密度を持つ焦点軌
道被膜しか得ることができず、このような被膜された回
転陽極を使用する際に疲労亀裂及びガス発生挙動に関し
て不充分な結果に終わっていた。公知の熱的な後処理方
法によって理論的にはその密度をさらに高めることもで
きるが、この方法は実際には制限的にしか有効でなく、
或いはまた基体物質もしくは結合特性に対する影響によ
り制限的にしか適用できない。このことは、特に、基体
物質としてグラファイトを使用した場合そうであり、そ
の結果この制約された条件の下ではまた焦点軌道被膜の
充分な後加圧及び完全な脱ガスを行うことができない。
このような欠点により焦点軌道被膜がプラズマ溶射で被
着された回転陽極は、従来、大規模には使用されていな
い。
【０００８】最近に至ってプラズマ溶射の新しい方式、
いわゆる誘導真空プラズマ溶射が開発された。この特別
なプラズマ溶射法の従来のプラズマ溶射法に対する違い
は、プラズマが誘導加熱により発生され、これにより溶
射粉末がプラズマビームの形成前に既に簡単に軸方向に
導入され得ることにある。これにより、そして誘導加熱
に基づきプラズマの膨張速度が小さいことにより、粉末
粒子が に長くプラズマビーム中に滞留する。これによ
りプラズマから溶射粉末の個々の粒子へのエネルギー伝
達が改善され、その結果比較的大きい粉末粒子も完全に
その溶融温度以上に加熱され、完全に溶融された滴とし
て分離され得る。従って誘導真空プラズマ溶射法は従来
のプラズマ溶射法に比して、より広い粒子サイズ分布を
持つコスト的により有利な溶射粉末の使用に適してい
る。Ｘ線管陽極においてＸ線を放射する被膜の製造のた
めに誘導プラズマ溶射を適用することは、疲労特性の不
満足な結果に関する従来のプラズマ溶射の経験に基づい
て今までは行われていなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、そ
れ故、Ｘ線を発生する被膜のコスト的に有利な製造を可
能とし、しかもその被膜はその使用特性、特にその疲労
亀裂強度に関して今日まで適用されている基準に少なく
とも完全に一致するか或いはこれを凌駕するようなＸ線
管陽極の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、この
課題はＸ線を放射する被膜を誘導プラズマ溶射により形
成することにより解決される。
【００１１】このようにして製造された被膜は、使用さ
れるとき疲労亀裂強度を、従って従来のプラズマ溶射で
作られた被膜のそれを、その上粉末冶金法で作られた被
膜のそれをも明らかに凌駕する粗面化特性を示す。この
成果は、特にこの発明により作られた被膜の密度値が最
善の場合には粉末冶金法で作られた被膜の密度値にも到
達する（通常の場合にはそれ以下である）が故にこの分
野における専門家にとって全く驚異である。この疲労亀
裂強度の予期せぬ改善の原因は、この発明により作られ
た回転陽極における種々の状態（被膜の直後、熱処理の
後、試験の後）での多数の材料学的検討からも一義的に
は説明できない。１つの可能な説明としては、誘導真空
プラズマ溶射においては、特に焦点軌道被膜に適した高
融点金属の析出に対して必要であるプロセスパラメータ
を適用したとき、通常のプラズマ溶射法で、特に集中的
に検討された真空プラズマ溶射法で得られる薄葉状の凝
固組織とは明らかに異なる特殊な結晶組織が得られるこ
とにあるものと思われる。
【００１２】Ｘ線を放射する被膜は個々の溶射膜を複数
層重ねることにより全体の厚さが０．４ｍｍ乃至０．７
ｍｍの間に形成されるのが有効である。通常、このため
には溶射膜の個々の層を２０乃至５０層重ねることが推
奨される。
【００１３】この発明による方法の特に好ましい変形例
は、Ｘ線を放射する被膜を形成する前にこの被膜の範囲
の陽極の基体部分に望ましい被膜の厚さの深さよりやや
大きい凹部を加工するときに得られる。この方法で被膜
の表面は簡単な研磨により陽極基体の隣接する表面を持
つ一つの平面に仕上げられる。
【００１４】さらに、この発明による方法に対しては、
被膜の形成が誘導的に結合された５０ｋＷ〜１００ｋＷ
の電力の下でかつ溶射粉末を１０ｇ／ｍｉｎ〜５０ｇ／
ｍｉｎの搬送率で行われるのが有効である。このような
条件の下で溶滴の完全な溶融及び充分な加熱が行われ
る。
【００１５】さらに、成膜すべき表面上を流れるにプラ
ズマビームの相対速度が従来のプラズマ溶射に対して普
通に適用されているパラメータに比して低いことが有利
であることが実証された。この値は、好ましくは、プラ
ズマの中心域の衝突点の範囲において最大温度が１４０
０℃から２４００℃に設定されるように選ばれる。被膜
すべき基体自体はこのために好ましくは１０００℃から
１５００℃の温度に予め加熱される。
【００１６】回転陽極の製造のためのこの発明による方
法の他の有利な変形例においては、プラズマビームと回
転陽極の基体とが、プラズマ粒子流の陽極表面への中心
の衝突点と、回転陽極軸に対して同心の活性焦点軌道範
囲の中心線とが少なくとも近似的に重なるように相互に
動かされ、その際プラズマビームの粒子流が、活性焦点
軌道範囲の内部に衝突するプラズマビームの粒子流が発
生された完全なプラズマビームのガウス状粒子分布の半
値幅内にあるような範囲のみを含むように設定される。
これにより、層構成に対してあまり有効でないプラズマ
ビームの縁部範囲が活性焦点軌道範囲の外部にある陽極
表面の範囲に殆ど移される。活性焦点軌道範囲とは、こ
の場合、Ｘ線を発生するために直接電子線が衝突する範
囲と解すべきである。
【００１７】さらに、回転陽極が最後に焼鈍処理を受け
るのが有効である。この焼鈍の目的は、拡散プロセスに
よる組織の性質のさらなる改善並びに陽極の脱ガスであ
る。焼鈍処理の方式は、特に、回転陽極の基体として使
用される物質に関係する。高融点金属からなる基体の場
合には焼鈍処理は１２００℃乃至１６００℃の間の温度
で１乃至２０時間行われ、グラファイトが基体として使
用された回転陽極の場合にはこの焼鈍処理は、通常、１
３００℃までの温度で約１０時間までの間行われる。グ
ラファイト基体の場合、公知の拡散阻止層、例えばレニ
ウムによって境界範囲に不都合な炭化物が形成されるこ
とが遅らされ、有利である。
【００１８】この発明による方法は、陽極の基体がグラ
ファイト、モリブデン或いはモリブデン合金からなり、
Ｘ線を放射する被膜がタングステン・レニウム合金から
なる場合に特に有利に適用される。
【００１９】
【実施例】以下に、この発明による方法を製造例及び図
に基づいて詳細に説明する。図１は請求項３及び６によ
るこの発明による方法の一実施例の基本図、図２は回転
陽極のこの発明により作られた焦点軌道被膜と粉末冶金
法で作られた焦点軌道被膜の焦点軌道粗面度Ｒａの平均
値の線図であり、図３はこの発明により作られた回転陽
極の焦点軌道の２００倍に拡大した研磨写真図、図４は
粉末冶金法で作られた焦点軌道被膜を備えた回転陽極の
焦点軌道の２００倍に拡大した断面の研磨写真図、図５
は従来のプラズマ溶射により作られた回転陽極の焦点軌
道の２００倍に拡大した断面の研磨写真図である。
【００２０】製造例１：０．５％のチタン、０．０８％
のジルコニウム、０．０４％までの炭素、残りモリブデ
ンのモリブデン合金からなり、１２０ｍｍの直径と２０
°の開き角の円錐台状の外側面とを持つ円板状の回転陽
極基体が回転駆動装置を備えた軸の上に据え付けられ、
真空室中に設置された。個々の基体の成膜は内径が５０
ｍｍで出力が６５ｋＷの誘導加熱されたプラズマ銃によ
り、５％のレニウム成分を持つタングステン合金からな
り１５乃至６３μｍの間の粉末サイズの溶射粉末で行わ
れた。溶射粉末は３０ｇ／ｍｉｎの搬送率でアルゴンキ
ャリアガスにより軸方向に導かれた。粉末射出の開始前
に基体は１５００℃に加熱された。基体の回転速度は１
０ｒ．ｐ．ｍであった。プラズマ銃は回転陽極軸に対し
て同心的に走る焦点軌道被膜の中心線に対して横方向
に、しかもプラズマ銃の軸が連続的に２ｍｍ／ｓｅｃの
速度でこの中心線を交互に両側にそれぞれ最大５ｍｍま
で越えるように動かされた。約４分間継続する成膜工程
でこの方法により約５０層の上下に重ねられた個々の層
によりそれぞれ約１ｍｍの全体厚及び２５ｍｍの幅を持
つ焦点軌道被膜が形成された。被膜プロセスの終了後、
１００℃以下に冷却された回転陽極が真空室から取り出
され、次いで焦点軌道被膜が０．７ｍｍの厚さに研磨さ
れた。最後にこのように最終加工された回転陽極が９０
分の間約１６００℃の温度で高真空焼鈍された。比較目
的のため、この発明による方法の適用のために使用され
たと同じ円板状の基体にタングステン５レニウム合金か
らなる０．８ｍｍの厚さの焦点軌道被膜が粉末冶金法で
形成された。このために一方でマトリクス状にチタン・
ジルコニウム・モリブデン粉末混合物の層が、他方で焦
点軌道被膜としてタングステン・レニウム合金の膜が作
られ、加圧され、この加圧体が焼結され、鍛造及び機械
加工により最終の形に作られた。最後にこの回転陽極は
この発明により作られた回転陽極と同様に高真空焼鈍さ
れた。
【００２１】浮揚法により焦点軌道被膜の密度が決定さ
れた。この発明により形成された焦点軌道被膜は理論密
度の９７．２％の密度を示したが、粉末冶金で作られた
焦点軌道被膜は理論密度の９７．４％の密度を示した。
【００２２】製造例２：もう１つの製造例においては、
製造例１によるものと同様な回転陽極基体の焦点軌道被
膜の範囲に０．８ｍｍの深さのリング状の溝が加工され
た。しかる後この回転陽極基体が主として同じ成膜条件
で製造例１によるこの発明による方法に応じて成膜され
た。この成膜実施例の唯一の違いは、プラズマ銃が成膜
の際に横方向に動かされるのではなく、定常的に固定さ
れ、即ちプラズマ銃３の軸Ｌが回転陽極軸に対して同心
の焦点軌道被膜２の中央線４と重なり、プラズマビー
ム、従って粒子流が、粒子分布ＨＷの半値幅が、図１に
示されるように、焦点軌道被膜２の活性範囲Ｂの幅に一
致するように設定されたことである。理解をよりよくす
るために、図１においては焦点軌道の範囲における粒子
の瞬時的な空間分布が回転陽極基体１に直接ではなく、
その上に、かつ尺度を合わせてではなく、著しく誇張し
て図示されている。焦点軌道被膜２を被着した後回転陽
極の表面は０．７ｍｍのレベルＳまで機械的に研磨さ
れ、最終の厚さ及び回転陽極基板に対する焦点軌道被膜
の清潔な側面の境界が作られた。この成膜例で作られた
回転陽極は、製造例１によりこの発明に従って製造され
た回転陽極に対して理論値の凡そ９７．８％のやや改善
された密度を示し、これは残留多孔度の２０％以上の低
減に相当する。
【００２３】この発明により並びに従来の技術により製
造例１に従って作られた回転陽極がＸ線管回転陽極の試
験台に設置され、Ｘ線管電圧９０ｋＶ、Ｘ線管電流４０
０ｍＡ、射出時間２ｓｅｃ、休止時間５８ｓｅｃのパラ
メーターを持つ通常の条件の下でサイクルテストされ
た。
【００２４】この試験は、決められた時点で抜き取りの
ために中断され、それまでに生じた燃焼軌道被膜の粗面
化を疲労亀裂強度及びこれに伴うＸ線発生収量の減少の
基準として定めた。製造例当たりそれぞれ３つの回転陽
極において求められたデータの粗面化の深さＲａのそれ
ぞれの平均値を図２に示す。この図において、この発明
により製造された回転陽極の場合の粗面化の曲線Ｂが
に良好であることがわかる。１００時間の試験時間後で
平均の粗面化の深さＲａは、周囲方向に測定して、粉末
冶金で製造された比較回転陽極の粗面化の曲線Ａの対応
する比較値よりも２４％だけ低かった。観点を代えて考
察すれば、この発明による回転陽極の粗面化は、１００
時間後の試験結果で示されているように、比較回転陽極
においては平均して約２０時間の試験時間後に既に達し
ている。比較試験の終了後、この発明により成膜された
回転陽極及び粉末冶金で作られた回転陽極からそれぞれ
研磨面が作られた。これらの研磨面の２００倍の拡大写
真が図３及び４に示されている。
【００２５】図３による誘導プラズマ溶射により作られ
た焦点軌道の組織は、図４による粉末冶金で作られた焦
点軌道とは基本的に異なる形態を示している。誘導プラ
ズマ溶射の際に衝突する溶滴はその凝固の際に柱状結晶
化している、即ちそれら自体はそれに続いて衝突する溶
滴に対する結晶面として作用する。これにより膜に一度
生じた成長方向は少なくとも多くの溶滴にわたって充分
維持され、図５において従来のプラズマ溶射により作ら
れた回転陽極の焦点軌道被膜の例において明らかに示さ
れるような、通常従来のプラズマ溶射において観察され
るような、結合の悪い結晶粒界を持つ薄片状の組織構造
が形成されない。誘導プラズマ溶射においては、引き続
いて凝固した滴の間の元の境界は微小透孔の結晶にわた
る縁によって兆候としてしか検出されず、これはさらに
柱状結晶化する粒子によって包囲される。総体してそれ
により図３に示された密度の高い、主として柱状の組織
が結果として得られる。これらの柱状の微結晶間に成長
方向に延びる結晶粒界が良好に形成され、微小透孔が集
合することがない。これとは反対に図４による粉末冶金
で作られた組織における粒子は殆ど等方性に現れてい
る。残留多孔度はここではより粗い透孔の形で明確に現
れる。この発明に従って作られた回転陽極における焦点
軌道被膜の疲労は、主として表面に対して垂直方向に延
びる微小亀裂の形で現れるが、これは表面の粗面化に関
して粉末冶金で作られた回転陽極の亀裂よりも有害には
作用しない。粉末冶金で作られた回転陽極における表面
組織では結晶粒界が機能しないことにより著しく粗面化
並びに非安定化することが図４に明らかに示されてい
る。
【００２６】以上の製造例はこの発明による製造方法の
特に有利な例を挙げたものであり、この発明はこれらの
例に決して限定されるものではない。例えば、焦点軌道
被膜を複数の重ね合わせた溶射膜によるのではなく、た
だ１つの層に被着することも同様に可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による方法の一実施例の基本説明図で
ある。
【図２】回転陽極のこの発明により作られた焦点軌道被
膜と粉末冶金法で作られた焦点軌道被膜の焦点軌道粗面
度の平均値の線図である。
【図３】この発明により作られた回転陽極の焦点軌道の
２００倍に拡大した研磨写真図である。
【図４】粉末冶金法で作られた焦点軌道被膜を備えた回
転陽極の焦点軌道の２００倍に拡大した断面の研磨写真
図である。
【図５】従来のプラズマ溶射により作られた回転陽極の
焦点軌道の２００倍に拡大した断面の研磨写真図であ
る。
【符号の説明】
１ 基体 ２ 焦点軌道被膜 ３ プラズマ銃 ４ 焦点軌道被膜の中央線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基体と、この基体とは異なる、Ｘ線を放射
    する被膜とからなり、このＸ線を放射する被膜が誘導プ
    ラズマ溶射により形成されることを特徴とするＸ線管陽
    極の製造方法。
  2. 【請求項２】Ｘ線を放射する被膜が個々の溶射膜を複数
    回重ねることにより０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの全体厚さ
    に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管
    陽極の製造方法。
  3. 【請求項３】Ｘ線を放射する被膜を形成する前にこの被
    膜の範囲にほぼ所望の被膜厚さの深さを持つ凹部が基体
    に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ
    線管陽極の製造方法。
  4. 【請求項４】析出が誘導結合された５０ｋＷ〜１００ｋ
    Ｗの出力及び１０ｇ／ｍｉｎ〜５０ｇ／ｍｉｎの溶射粉
    末の搬送率で行われることを特徴とする請求項１又は３
    記載のＸ線管陽極の製造方法。
  5. 【請求項５】回転陽極が被膜を形成する前に１０００℃
    〜１５００℃の温度に予備加熱され、被膜の範囲の局部
    的析出温度が１４００℃〜２４００℃であることを特徴
    とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のＸ線管陽
    極の製造方法。
  6. 【請求項６】プラズマ流と基体とが、プラズマ粒子流の
    陽極表面における中央の衝突点と回転陽極軸に対して同
    心的な、活性焦点軌道範囲の中心線とが少なくとも近似
    的に重なるように動かされ、その際プラズマ流の粒子流
    は、活性焦点軌道範囲の内部において衝突するプラズマ
    流の粒子流が発生された完全なプラズマ流のガウス状粒
    子分布の半値幅内にあるような範囲のみを含むように設
    定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１
    つに記載のＸ線管陽極の製造方法。
  7. 【請求項７】陽極が最後に焼鈍処理されることを特徴と
    する請求項１乃至６のいずれか１つに記載のＸ線管陽極
    の製造方法。
  8. 【請求項８】基体はグラファイト、モリブデン又はモリ
    ブデン合金からなり、Ｘ線を放射する被膜はタングステ
    ン・レニウム合金からなることを特徴とする請求項１乃
    至７のいずれか１つに記載された方法により製造された
    Ｘ線管陽極。
JP10128209A 1997-04-22 1998-04-21 Ｘ線管陽極の製造方法 Pending JPH10302624A (ja)

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