JPS6026260B2 - 回転陽極ｘ線管用構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に回転陽極Ｘ線管用の陽極構造物に関する
もので、更に詳しく言えば、黒鉛韓郭材を含む複合基体
に関する。

回転陽極Ｘ線管の寿命および効率は、蓄熱性および放熱
性の良い陽極円板の使用によって向上させることができ
る。

円板の基体を作製するために使用される他の材料として
のモリブデンおよびタングステンと比べた場合、黒鉛は
格段に大きい熱容量を有している。相対単位で表わした
場合、１０００ｏｏにおける黒鉛とモリブデンおよびタ
ングステンとの熱容量の比はそれぞれ４８：７．４およ
び４８：４．１である。また１０００ｏ０における熱放
射率の比はいずれの場合にも０．８５：０．１５である
。しかしながら、黒鉛を基体材料として使用する際の困
難は陽極ターゲットをいかにして黒鉛基体に接合するか
という点にある。黒鉛基体を実現した従釆の陽極構造物
においては、陽極ターゲットを黒鉛基体に接合するのに
薄した材料としてジルコニウムまたはハフニウムを使用
することが提唱されている。

しかるに、これらの材料はいずれも炭化物生成物質であ
るため、接合作業中および陽極構造物の所望の実用寿命
（通例は最低１０００の司のＸ線照射）中に生成する炭
化物の量をいかにして抑制するかという問題が生じる。
実用期間中には陽極構造物の温度がかなり高いレベル（
１２００午０程度）にまで循環するから、炭化物の生成
が継続して起り得ることは明らかである。こうして生成
する炭化物層の機械的性質を考えると、振幅の大きい温
度循環を受ける回転陽極Ｘ線管においてかかる陽極構造
物を使用することが不可能な場合もある。さて本発明に
従えば、回転陽極Ｘ線管において使用するのに適した複
合基体が提供される。

かかる複合基体は陽極ターゲットの固定に役立つ第１の
部村を含んでいる。この第１の部材はタングステン、タ
ングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金から
成り得る。第１の部材には黒鉛製の第２の都材が固定さ
れている。

これら２つの部材は非炭化物生成物質を含む金属層によ
って互いに接合されて複合基体を形成している。かかる
金属層を形成するのに適した非炭化物生成物質としては
、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウムおよびルテ
ニウムがある。白金が使用される場合には、炭化物の生
成を助長することが知られているクロムを１（重量）％
までの割合で含んでいても差支えない。次に図面を参照
すれば、回転陽極Ｘ線管において使用するのに適した陽
極構造物１０が示されている。

かかる陽極構造物１川ま、ろう付け、溶接などのごとき
適当な手段によって心棒１４に接合された円板１２を含
んでいる。また、円板１２は黒鉛製の第２の都材２川こ
接合された第１の都材１８から成る複合基体１６を含ん
でいる。第１の部材１８は皿状であって、２つの相対す
る主面２２および２４がそれぞれ外面および内面を成し
ている。また、第１の部材１８は中央部およびそれと一
体になった外周部から構成されている。第１の部材１８
の外周部の外面２２の特定領域には陽極ターゲット２６
が固定されている。なお、第１の都材１８を構成する材
料はタングステン、モリブデンまたはそれらの適当な合
金であることが好ましい。陽極ターゲット２６の材料が
夕ングステンとしニウムとの合金である場合、しニウム
含量は約２５（重量）％までであり得るが、通例は３〜
１０（重量）％である。第２の部村２０は黒鉛から作ら
れている。

黒鉛は経済的な炭素形態であると同時に、第２の部材２
０を形成するための信頼できる製造工程用としても適し
ている。黒鉛を使用すれば、円板１２および構造物１０
‘ま蓄熱性および放熱性に優れるという望ましい特徴を
有することになる。第２の部村２０の表面領域３０は、
第１の部材１８の内面２４に近似するように成形されて
いる。また、第２の都材２０を貫通する穿孔が壁面３２
によって規定されている。第１の部材１８および陽極タ
ーゲット２６はそれぞれ別個に作製し、それから適当な
ろう材の使用によって互いに接合すればよい。

あるいはまた、粉末冶金技術の使用により、陽極ターゲ
ット２６および第１の部材１８を一体部品として作製し
てもよい。その場合には、陽極ターゲット２６作製用の
所定量の粉末金属材料が金型内に装入される。次いで、
モリブデンまたはタングステン粉末金属が金型内に追加
される。これらの粉末金属を圧縮すれば、第１の部材１
８と一体になった陽極ターゲット２６の圧縮体が形成さ
れる。かかる圧縮体に暁結および熱間鍛造を行えば、第
１の部材１８と結合した陽極ターゲット２６が得られる
のである。その後、慣性溶接、ろう付けなどのごとき適
当な手段によって心棒１４が第１の都材１８に接合され
る。

心棒１４の作製に適した材料としてはコロンビウム（Ｃ
ｂ）、Ｃｂ２９１、Ｃｂｌ０３およびＣｂ−ＩＺｒが挙
げられる。なお、心棒１４は内室を規定する内部壁面（
図示せず）を有することが好ましい。そうすれば、心棒
１４を経由して他の構成部品へ熱エネルギーが伝達され
ることを抑制するのに役立つｏ第１の部材１８および第
２の部材２０は、それぞれの表面２４および３０が互い
に向い合いかつ金属層３４によって分離されるように配
置されている。

心棒１４は第２の部材２０の壁面３２によって規定され
た通路を貴遺している。壁面３２は心棒１４から離隔し
ているため、心棒１４の金属中における炭化物の生成に
よってそれの実用寿命の早期終結が起ることは防止され
る。金属層３４の材料は炭化物生成物質でないようなも
のであ。

第１の部材１８がタングステンまたはモリブデンから成
る場合、この点は特に重要である。更にまた、最高約１
３０ぴ０にまで達し得る動作温度の範囲内において金属
層３４の材料が炭素溶解性を有していてはならない。な
お、それより遥かに高い温度において金属層３４の材料
が多少の炭素溶解性を有することは許容される。すなわ
ち、第１の部材１８を第２の部材２０１こ接合する際の
温度下では、金属層３４の材料が１〜４（原子）％の炭
素溶解度を有することは差支えない。かかる材料はまた
、第１の部材１８を成すタングステンおよびタングステ
ン合金中にある程度溶解し得るものとする。金属層３４
を形成するのに通した材料としては、白金、パラジウム
、ロジウム、オスミウムおよびルテニウムが挙げられる
。

これらの材料はいずれも非炭化物生成物質である。その
上、これらの材料の各々はタングステン、モリブデンお
よびそれらの合金中に可溶であり、しかも炭素に対する
溶解度が４・さし、。特に、炭素溶解度は陽極構造物１
０を使用した回転陽極Ｘ線管の最高内部動作温度（約１
３００午０）においてほとんどゼロである。白金、パラ
ジウム、ロジウム、オスミウムおよびルテニウムはいず
れも炭素と共に単純な共雛系を作る。とは言え、商業的
用途の場合、金属層３４を形成するため実際に使用でき
る材料は白金およびパラジウムのみである。ロジウム、
オスミウムおよびルテニウムは、その各々が白金および
パラジウムよりも高いろう付け温度を有するとは言え、
金属層３４の主要材料として使用するには現在のところ
高価過ぎる。最低接合温度すなわち炭素−パラジウム共
融温度が１５０４℃でありかつ１３００℃未満の温度に
おける炭素溶解度がほとんどゼロである点から見ればパ
ラジウムは金属層３４の材料として適している。

それによれば、第１の都村１８と第２の部材２０との間
に優れた結合が達成される。しかしながら、陽極構造物
１０の最高内部動作温度は約１３００℃であるから、僅
か２００ｏｏの安全限界が存在するに過ぎない。それ故
、かかる陽極構造物の信頼性は金属層３４の材料が白金
である場合よりも低い。金属層３４の材料として現在の
ところ好適な物質は白金である。

第１の部材１８を黒鉛製の第２の部材２川こ接合する際
の温度は約１８００ｑｏとなる。最低接合温度すなわち
炭素−白金共高虫温度は１７０９０である。この場合に
は、Ｘ線管の動作に際して４００℃という大きな安全限
界が得られることになる。約１５００℃以下においては
、白金から成る金属層３４の炭素溶解度はゼロである。
従って白金から成る金属層３４は、約１３０ぴ０という
動作温度範囲の上限においても、第１の部材１８中への
炭素拡散に対する優れた障壁を成すのである。白金の合
金もまた使用できる。とは言え、接合温度における炭化
物の生成またはＸ線管の動作温度範囲内における過度の
炭素拡散を引起し得るような元素をかかる合金中に高濃
度で使用してはならない。クロムは炭化物生成物質であ
るけれども、１（重量）％までのクロムを混入した白金
は金属層３４として使用することができる。白金または
白金合金から成る金属層３４を形成するためには幾つか
の方法がある。

たとえば、黒鉛上にめつきを行えばよい。その場合には
露気めつき法の使用が好ましい。１／４〜約１ミルの厚
さが好適である。

あるいはまた、スパッタ法によって白金を黒鉛に付着さ
せてもよい。白金の付着後、めつき済みの黒鉛を真空中
において約１２００±２０℃で約３時間にわたり熱処理
することによってガス抜きが行われる。更にまた、箔状
の白金または白金−クロム合金の使用によって金属層３
４を形成することもできる。

その場合、箔の厚さはもっぱら良好な結合を確保する必
要性にのみ依存する。かかる箔は少なくとも１／２モル
の厚さを有するものとする。箔の厚さが１／２ミル禾満
であると、接合すべき表面の凹凸のために第１の部材１
８と黒鉛製の第２の部村２０とが密着せず、従って両者
間に不完全な結合しか得られないことがある。なお、金
属層３４によって形成された信頼できる接合部を確保す
るためには、箔の厚さが１ミルであることが好ましい。
陽極構造物１０を製造するためには幾つかの方法がある
。

一例を挙げれば、陽極ターゲット２６を含めた加工済み
の第１の部材１８をめつき済みの第２の都材２０上に配
置し、それから約１８００ｑｏの高温下で互いに接合す
ればよい。別の例によれば、第２の都材２０、白金また
は白金ークロム合金の箔、および第１の部材１８をサン
ドイッチ状に組立て、それから約１８０ぴ０で互いに接
合してもよい。第１の部材１８を第２の都材２０に接合
するための好適な方法は、白金めつき済みの第２の部材
２０、箔部材、および第１の部材１８をサンドイッチ状
に粗立てるというものである。

その場合には、箔部材が第２の部村２０のめつき表面上
に配置され、次いで第１の部材１８が箔部材上に配置さ
れる。かかる「サンドイッチ」の構成部品は、互いに接
合すべき表面同士が密着するように適当な方法で保持さ
れる。組立済みの構成部品は制御雰囲気炉内に装入され
る。

好適な雰囲気は水素である。水素は接合すべき表面を白
金が濡らすことを促進する。その上、水素は接合すべき
構成部品の表面上に存在する酸化物に対し還元剤として
も役立つ。最初、組立済みの構成部品は水素管状炉の最
低温区域に装入され、それから最高約３０分までの時間
にわたり子熱することによって構成部品の馴化が行われ
る。

なお、最低１び分の子熱時間が所望される。子熱完了後
、組立済みの構成部品は約１８００±３０ｑｏの温度を
有する炉内区域へ移動される。この炉内区域における滞
留時間は、金属層３４の形成に基づくろう付けによって
構成部品同士を互いに接合するのに十分なものとする。
最高１０分までの滞留時間が十分であると判明している
が、好適な時間は約３分である。ろう付け工程の完了後
、陽極構造物１川ま管状炉の「冷却区域」へ移動される
。この区域における滞留時間は、構成部品を冷却しかつ
溶融物を凝固させて金属層３４を形成するのに十分なも
のとする。「冷却区域」の温度である約１０００午０か
ら炉外取出し可能となるまで陽極構造物１０を冷却する
のに十分な時間は約１時間であることが判明している。
タングステンと黒鉛との結合が完全であることを例証す
るため、電着法によって厚さ１インチの黒鉛ブロックの
一方の表面上に厚さ１ミルの白金層を付着させた。

１２００土２０；○で３時間にわたりめつき済み黒鉛ブ
ロックのガス抜きを行った。

他方、タングステン部材を作製した後、その一方の表面
を６０ｑ電の紙やすりで金属組織学的に研磨した。更に
また、白金箔から厚さ１ミルの白金予備成形物をも作製
した。次に、かかる構成部品をサンドイッチ状に組立て
た。

その際には、黒鉛ブロックの白金めつき表面上に白金予
備成形物を配置し、次いで研磨表面が予備成形物に接触
するようにして予備成形物上にタングステン部材を配置
した。組立済みの構成部品をしっかりと結束し、モリブ
デン製のボート内に配置し、それから水素管状炉の最低
温区域内に装入した。１び分間にわたる馴化の後、組立
済みの構成部品を管状炉の最高温区域へ移動した。

光高温計によって測定したところ、温度は１８００土３
０℃であることが判明した。３分間にわたる最高温区域
内の滞留により、構成部品同志は互いにろう付けされた
。

次いで、組立済みの構成部品を１０００±２０午Ｃの冷
却区域へ移動した後、その温度から４５分間にわたって
炉内冷却し、それから炉外へ取出した。炉外へ取出した
後、ろう付けされた構成部品の目視検査を行った。

ろう付け接合部は完全であるように思われた。次に、ろ
う付けされた構成部品の薄片を作製し、そしてタングス
テン一白金−炭素の境界部を検査した。ろう付け接合部
は全域にわたって完全であった。更にまた、各種の薄片
に対し破断が起るまで曲げ荷重を加えた。その結果、い
ずれの場合にもタングステン部材または黒鉛ブロックに
おいて破断が起ったのであって、白金ータングステンま
たは白金−黒鉛境界部に破断が起った例は見られなかっ
た。本発明の新規な陽極構造物によれば、従来の陽極構
造物によって可能であったレベルを越えるような出力を
短時間または長時間にわたって要求するＸ線撮影技術が
採用できるようになり、しかも使用中に早期破壊が起る
恐れはない。

また、このように大きい出力に耐え得る結果として、Ｘ
線撮影操作の際に患者を短時間だけ照射すれば済むこと
にもなる。

【図面の簡単な説明】

図面は回転陽極Ｘ線管において使用するのに適した本発
明の陽極構造物の部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの相対する主面を持つた第１の部材及び黒鉛製
   の第２の部材から構成された複合基体を含む円板；前記
   第２の部材の中央部を貫通した穿孔を規定する壁面；前
   記第１の部材の一方の主面の特定領域に固定された陽極
   ターゲツト；前記第２の部材を前記第１の部材の他方の
   主面に接合している非炭化物生成物質から基本的になる
   金属層であつて、上記金属は約１３００℃までは炭素の
   溶解度が実際上無に等しいが、上記第１の部材を上記第
   ２の部材に接合する温度では１乃至４原子重量％の炭素
   を溶解しうる材料であつて、かつ上記金属が上記第１の
   部材の材料に溶解しうる金属層；並びに前記穿孔を規定
   する壁面から離隔しながら前記第２の部材の前記穿孔を
   貫通しかつ前記第１の部材の他方の主面の中央領域に固
   定された心棒の諸要素から成ることを特徴とする、回転
   陽極Ｘ線管用陽極構造物。 ２ 前記非炭化物生成物質が白金、パラジウム、ロジウ
   ム、オスミウムまたはルテニウムである、特許請求の範
   囲第１項記載の陽極構造物。 ３ 前記非炭化物生成物質が１（重量）％までのクロム
   を混入した白金である、特許請求の範囲第２項記載の陽
   極構造物。 ４ 前記第１の部材の材料がタングステン、タングステ
   ン合金、モリブデンまたはモリブデン合金である、特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の陽極構造物。 ５ 前記第１の部材の材料がタングステンであり、かつ
   前記非炭化物生成物質が白金である、特許請求の範囲第
   ４項記載の陽極構造物。