JPH1050242A - X線管陽極及びその製造方法 - Google Patents

X線管陽極及びその製造方法

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JPH1050242A
JPH1050242A JP22322396A JP22322396A JPH1050242A JP H1050242 A JPH1050242 A JP H1050242A JP 22322396 A JP22322396 A JP 22322396A JP 22322396 A JP22322396 A JP 22322396A JP H1050242 A JPH1050242 A JP H1050242A
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JP
Japan
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tungsten
alloy
molybdenum
ray tube
rhenium
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Application number
JP22322396A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Hiraishi
雅弘 平石
Shinichi Kuroda
晋一 黒田
Yoshio Kuni
嘉夫 國
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Shimadzu Corp
Shimadzu Mectem Inc
Original Assignee
Shimadzu Corp
Shimadzu Mectem Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 加速電子からX線への変換を効率的に行うこ
とが可能で、電子線衝突時の熱放散特性にも優れた高線
量率のX線管陽極及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 X線の透過しやすい低原子番号の金属材
料の基材2に、化学蒸着法により、高融点金属であるタ
ングステン、レニウム、モリブデン、トリウム、或いは
これらの合金の0.1〜15μmの範囲の蒸着膜3を形
成する。

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、X線管陽極及び
その製造方法に関し、特に透過型X線管の陽極構造であ
って高線量率が得られるX線管陽極の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】透過型のX線を用いるX線管は主として
微小な焦点、例えばLSIの内部構造を拡大してX線写
真を撮るような工業用X線装置に用いられる。図5
(A)は従来の陽極を用いた透過型のX線管球構造を示
す図であり、図5(B)は図5(A)のP部拡大図であ
る。真空とした管本体50の内部空間50aには高電圧
レセクタブル51が配置され、その端部の陰極52の近
傍にはフィラメント53が配置され、この陰極52で発
生した電子がフォ−カスカップ54とフォ−カスコイル
56で加速及び収束され陽極55に衝突し、ここでX線
が発生する。X線はあらゆる方向に発生するが、そのう
ち陽極55を透過して陰極52とは反対方向に発生する
のが透過型X線ある。このようなX線管で用いられる陽
極55には、基材(通常、アルミニウムやアルミニウム
とマグネシウムの合金)58に20〜30μmの厚さの
タングステン(W)の箔57をスポット溶接したものが
用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】透過型X線管の陽極は
上記するようにアルミニウム等の基材にタングステン
(W)の箔をスポット溶接したものが用いられるが、こ
のような従来のX線管の陽極はX線の利用効率が悪いも
のが多い。その理由としては、タングステンのような高
融点金属箔を均等の厚さに製作するには20〜30μm
が限度であること、通常、融点の高い金属箔は焼結法に
よって製作するため組織に空洞が多く高密度にできない
こと、焼結法ではバインダ−を混合するため重量が低下
すること、従来程度の箔の厚さでは熱放散特性が十分で
ないこと、等が考えられる。また、従来のX線陽極は、
特に長波長のX線が自己吸収され、プラスチック等の低
吸収試料の検査には不適切である。
【0004】この発明は上記する課題に着目してなされ
たものであり、陽極の厚さを従来のものより大幅に薄く
且つ均一にすることができ、加速電子からX線への変換
を効率的に行うことが可能で、電子線衝突時の熱放散特
性にも優れた高線量率のX線管陽極及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、この発明は、上記
する課題を解決するために、X線管陽極が、低原子番
号の金属材料の基材に、タングステン、レニウム、モリ
ブデン、トリウム、タングステン・レニウム合金、モリ
ブデン・レニウム合金、タングステン・モリブデン合
金、タングステン・モリブデン・レニウム合金のいずれ
かの蒸着膜を形成してなることを特徴とする。
【0006】また、前記のX線管陽極の製造方法
が、低原子番号の金属材料の基材に、タングステン、レ
ニウム、モリブデン、トリウム、タングステン・レニウ
ム合金、モリブデン・レニウム合金、タングステン・モ
リブデン合金、タングステン・モリブデン・レニウム合
金のいずれかを化学蒸着法により0.1〜15μmのう
ち適宜の厚さの蒸着膜を形成することを特徴とする。
【0007】或いは、X線管陽極が、低原子番号の金
属材料の基材に、タングステン、レニウム、モリブデ
ン、タングステン・レニウム合金、モリブデン・レニウ
ム合金、タングステン・モリブデン合金、タングステン
・モリブデン・レニウム合金のいずれかにトリウムを混
合して蒸着膜を形成してなることを特徴とする。
【0008】或いはまた、前記のX線管陽極の製造
方法が、低原子番号の金属材料の基材に、タングステ
ン、レニウム、モリブデン、トリウム、タングステン・
レニウム合金、モリブデン・レニウム合金、タングステ
ン・モリブデン合金、タングステン・モリブデン・レニ
ウム合金のいずれかにトリウムを混合して化学蒸着法に
より0.1〜15μmのうち適宜の厚さの蒸着膜を形成
することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的な実施の
形態について図面を参照しながら説明する。図1(A)
はこの発明のX線管陽極の製造方法によって製作される
X線管陽極の平面図であり、図1(B)は断面図であ
る。即ち、この製造方法によって製作されるX線管陽極
1は低原子番号の金属基材2に、0.1μm〜15μm
程度の厚さの高融点金属膜3が形成される。
【0010】このX線管陽極1はCVD(Chemical Vap
or Deposition)法(即ち、化学蒸着法)により製作され
るが、図2はこのCVD法によりX線管陽極1を製造す
る装置の構成図である。即ち、X線管陽極1の製造に際
しては、低原子番号の金属基材2、例えばアルミニウム
(Al)やマグネシウム(Mg)或いはアルミニウムと
マグネシウム合金或いはチタン(Ti)の板材に、高融
点金属膜3、たとえばタングステン(W)、レニウム
(Re)、モリブデン(Mo)、トリウム(Th)、或
いはこれらの合金等の膜を化学蒸着するものである。
【0011】このCVD装置は、基材2を設置する台5
と該台5内に配置したヒ−タ6とを備えた反応管4と、
六フッ化タングステン(WF6 )ガスを入れたボンベ7
と、六フッ化レニウム(ReF6 )ガスを入れたボンベ
8と、六フッ化モリブデン(MoF6 )ガスを入れたボ
ンベ9と、Th〔(C5 7 2 4 〕等のTh源10
と、水素(H2 )ガスボンベ11と、窒素(N2 )また
はアルゴン(Ar)ガスボンベ12と、管路13、1
4、15、16に配置されたマスフロ−コントロ−ラ1
7、18、19、20及び電磁弁21、22、23、2
4と、管路25、26、27に配置される流量計28、
29、30及び電磁弁31、32、33と、前記反応管
4内のガスを排気するための排気用ロ−タリ−ポンプ3
4と、排ガス処理装置35と、管路36、37、38に
配置される電磁弁39、40、41等で構成される。
【0012】前記低原子番号の金属基材2はその厚みと
して0.1〜1.0μm程度の板材を用いる。なお、図
では便宜上金属基材2の厚みを高融点金属膜3より厚く
図示してある。該基材2は、陽極として作用する高融点
金属膜3を保持するために機能するのであって、過大な
厚みを必要としない。即ち、該基材2は厚すぎると、軽
い低原子番号の金属といえども発生するX線が吸収され
減弱するため好ましくない。前記高融点金属膜3の生成
は上記構成からなる装置を用いるCVD法(化学蒸着
法)によるが、その手法は、例えば前記高融点金属膜3
としてタングステン(W)膜を生成する場合にはWF6
の水素還元により行う。即ち、タングステン(W)膜を
生成する場合、六フッ化タングステン(WF6 )と水素
(H2 )とを反応させると、基材2の表面にタングステ
ン膜3が蒸着生成され、反応管4内の空間にフッ化水素
(HF)ガスが生成される。同様に、レニウム(Re)
膜を生成する場合はReF6 の水素還元により行い、モ
リブデン膜を生成する場合はMoF6 の水素還元により
行う。
【0013】次に、図2の装置と図3に示すフロ−チャ
−トにより、基材2表面にタングステン等の高融点金属
膜3を生成する具体的工程について説明する。
【0014】ステップ:反応管4内のヒ−タ6を設置
した台5の上にアルミニウム等低原子番号の金属の基材
2をセットする。
【0015】ステップ:反応管4内の不純物ガス(主
として空気)を取り除くため排気用ロ−タリ−ポンプ3
4を駆動して真空排気する。
【0016】ステップ:反応管4内を真空排気した
後、反応管4内に水素(H2 )ガス、又はアルゴン(A
r)ガスのような不活性ガスまたは窒素(N2 )ガス等
のいずれかを導入する。尚、真空排気のままでガスを導
入しなくてもよいが、次の昇温工程に時間がかかる。
【0017】ステップ:次に、ヒ−タ6により反応管
4内にセットした基材2の温度を上げる。この場合の温
度は、270°C〜450°Cであるが、310°C〜
360°Cが最も望ましい。
【0018】ステップ:所定の温度に達したら、排気
用ロ−タリ−ポンプ34を駆動して反応管4内を再び真
空排気する。真空排気状態のまま昇温した場合にはこの
工程は必要ない。なお、水素ガスを導入している場合に
はこの水素ガスが反応管4内に残らないように注意しな
ければならない。
【0019】ステップ:次に排気口を一端閉止し、反
応管4内にWF6 ガス又はReF6ガス、またはMoF
6 ガスを一定量封入する。そしてこの状態をおよそ30
分程度保持する。このステップでのガス量は、反応管4
の容量によって異なるが、発明者らは、分圧で2Tor
r封入したが、ガス量は多いほどよい。この工程により
次のステップで生成する高融点金属膜3の基材2との密
着性が向上する。
【0020】ステップ:次に反応に必要なガス
(H2 )を導入して成膜工程に入るが、好ましい条件と
して反応管4内の圧力を0.1〜10Torrとして、
水素(H2)ガスを流量30〜1000(CCM)、W
6 ガス又はReF6 ガス又はMoF6 ガスの流量を1
0〜400(CCM)のうち任意の値とする。更に、好
ましい条件として、H2 ガスとWF6 又はReF6 又は
MoF6 の全ガス、又はH2とWF6 又はReF6 又は
MoF6 を断続的に流すと生成される高融点金属膜3の
均一性が向上する。ガスを流す時間と膜厚はほぼ比例す
るため、ガスを流す時間はどれだけの膜厚を得るかによ
って決めればよい。
【0021】ステップ:基材2の表面に高融点金属膜
3が生成された後、反応管4内に生成されるフッ化水素
(HF)ガスを窒素ガスやアルゴンガス等で置換し、ヒ
−タ6の電源をOFFとして内部が室温まで冷却した
ら、基材2を取り出す。
【0022】ステップ:上記工程で基材2に高融点金
属膜膜3を生成した後、台5との接触面を除いた該基材
2の全表面に高融点金属膜3が生成する。そこで必要な
部分の高融点金属膜以外は除去する。その手法としては
ウェットエッチング法を用いる。エッチング液として
は、例えば過酸化水素水が適当である。また、マスキン
グ法としてはバイトンゴムなどを用いる。
【0023】この発明のX線管陽極の製造方法ににいて
は、タングステン(W)、レニウム(Re)、モリブデ
ン(Mo)の他、トリウム(Th)、タングステン・レ
ニウム合金、モリブデン・レニウム合金、タングステン
・モリブデン合金、タングステン・モリブデン・レニウ
ム合金等のいずれかを高融点金属膜3として生成するこ
とができる。
【0024】前記基材2にタングステン(W)やレニウ
ム(Re)やモリブデン(Mo)より重いトリウムを混
合した高融点金属膜3を生成することもできる。この場
合、上記したステップの工程で、Th源10のTh
〔(C5 7 2 4 〕をボンベ12に収容した窒素
(N2 )ガス又はアルゴン(Ar)ガス及び管路26に
配置した流量計29、弁32等を用いてキャリヤガスと
して流してバブリングさせて、反応管4に導き、化学蒸
着する過程でトリウムをタングステン(W)又はレニウ
ム(Re)又はモリブデン(Mo)と混合させて一種の
合金とするものである。
【0025】前記高融点金属膜3として、タングステン
(W)、レニウム(Re)、モリブデン(Mo)等にト
リウム(Th)を混合した合金の膜を生成するが、その
他、タングステン・レニウム合金、モリブデン・レニウ
ム合金、タングステン・モリブデン合金、タングステン
・モリブデン・レニウム合金、等のいずれかにトリウム
を混合した高融点金属膜3としてもよい。
【0026】この発明のX線管陽極の製造方法によって
製作されたX線管陽極1は図5に示すのと同様のX線管
の陽極として使用する。この場合、X線が当たるとX線
が発生し、X線は陽極で反射して陰極方向と透過する方
向等を含めてあらゆる方向に発生するが、陽極を透過す
るX線管の線量率は、X線の透過する物質の厚さと材料
の原子量により大きく減衰する。低原子番号の基材2は
陽極であるタングステン等を蒸着膜として保持してお
り、しかも従来のものに比べて薄い膜で密着度も高い。
X線はこの低原子番号の基材2を殆ど減弱せずに透過す
るため高融点金属の保持具として熱のヒ−トシング(熱
放散)という有効な作用のみを行う。そして化学蒸着法
により生成された高融点金属膜は高密度で極めて純度も
高く、ほぼ理想の密度に近い膜となる。
【0027】図4は、この発明のX線管陽極の製造方法
によって製作された約3μmの高融点金属膜を備えたX
線管陽極と、従来の製造法によって製作された約30μ
mの高融点金属膜(箔)を備えたX線管陽極とのX線量
率の測定結果を示す。この図からも明らかなように、こ
の発明のX線管陽極の製造方法によって製作されたX線
管陽極の法が線量率が高いことがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明のX線管
陽極の製造方法によれば、従来の陽極に比べて基材に大
幅に薄い高融点金属膜を形成することができる。この発
明の製造方法によって形成された高融点金属膜は高密度
であり、かつ基材との密着度においてはるかに優れてい
るため熱放散特性が良く、したがって従来法によって製
作されたX線管陽極に比べて同一の管電圧及び管電流条
件下ではるかに高い高線量率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)はこの発明のX線管陽極の製造方法
によって製作されるX線管陽極の平面図であり、図1
(B)は断面図である。
【図2】この発明のX線管陽極の製造方法であるCVD
法によりX線管陽極を製造する装置の構成を示す図であ
る。
【図3】この発明のX線管陽極の製造方法を実施する場
合のフロ−チャ−ト図である。
【図4】この発明のX線管陽極の製造方法によって製作
された高融点金属膜を備えたX線管陽極と、従来の製造
法によって製作された高融点金属膜を備えたX線管陽極
とのX線量率の測定結果を示す図である。
【図5】図5(A)は透過型のX線管球構造を示す図で
あり、図5(B)は図5(A)のP部拡大図である。
【符号の説明】
1 X線管陽極 2 基材 3 高融点金属膜 4 反応管 5 台 6 ヒ−タ 7 WF6 ガスボンベ 8 ReF6 ガスボンベ 9 MoF6 ガスボンベ 10 Th源 11 H2 ガスボンベ 12 N2 ガス又はArガスボンベ 34 ロ−タリ−ポンプ 35 排ガス処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國 嘉夫 滋賀県大津市月輪一丁目8番1号 島津メ クテム株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低原子番号の金属材料の基材に、タング
    ステン、レニウム、モリブデン、トリウム、タングステ
    ン・レニウム合金、モリブデン・レニウム合金、タング
    ステン・モリブデン合金、タングステン・モリブデン・
    レニウム合金のいずれかの蒸着膜を形成してなるX線管
    陽極。
  2. 【請求項2】 低原子番号の金属材料の基材に、タング
    ステン、レニウム、モリブデン、トリウム、タングステ
    ン・レニウム合金、モリブデン・レニウム合金、タング
    ステン・モリブデン合金、タングステン・モリブデン・
    レニウム合金のいずれかを化学蒸着法により0.1〜1
    5μmのうち適宜の厚さの蒸着膜を形成するX線管陽極
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 低原子番号の金属材料の基材に、タング
    ステン、レニウム、モリブデン、タングステン・レニウ
    ム合金、モリブデン・レニウム合金、タングステン・モ
    リブデン合金、タングステン・モリブデン・レニウム合
    金のいずれかにトリウムを混合して蒸着膜を形成してな
    るX線管陽極。
  4. 【請求項4】 低原子番号の金属材料の基材に、タング
    ステン、レニウム、モリブデン、タングステン・レニウ
    ム合金、モリブデン・レニウム合金、タングステン・モ
    リブデン合金、タングステン・モリブデン・レニウム合
    金のいずれかにトリウムを混合して化学蒸着法により
    0.1〜15μmのうち適宜の厚さの蒸着膜を形成する
    X線管陽極の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068053A (ja) * 1999-07-17 2001-03-16 Bruker Saxonia Analytik Gmbh 電子源による電離箱
EP1599883A2 (en) * 2003-02-21 2005-11-30 Xoft Microtube, Inc. Anode assembly for an x-ray tube

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Effective date: 20031021