JPS6166349A - Ｘ線管用回転陽極タ−ゲツトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はＸ線管用回転陽極ターゲットおよびその製造方
法に係り、特に軽量、大口径の大容量Ｘ線管用回転陽極
ターゲットの構造およびその製造方法に関する。

〔発明の背景〕

熱陰極を利用してＸ線を発生させるＸ線管は、陰極に対
向して熱電子衝撃を受ける陽極が設けられている。医療
用Ｘ線管の陽極は、回転構造になっており、一般に回転
陽極ターゲット（以下、単にターゲットと称す）と呼ば
れている。このターゲットは回転軸の上部に取付けられ
て円盤状をなし、この円盤の表面に熱陽極から放出され
る電子線を照射することによりＸ線を発生させるもので
ある。

従来、このようなターゲットとしては、タングステンお
よびタングステン合金とモリブデンから焼結鍛造等で製
造した全金属製のものが一般的である。近年、医療機器
の急激な進歩によって、スループプロット（単位時間当
りの患者数）を大きく且つ鮮明な情報を得る等の必要か
ら高出力化を図るため大容量ターゲットが要求されてい
る。

大容量ターゲットを得るためにはターゲット基板からの
熱放射をよくすると共に、ターゲット基板を大口径化し
て単位面積当りに蓄積される熱量を小さくする必要があ
る。さらに、回転数を上げてターゲット基板からの熱放
出を向上させることが必要である。

この要求に厄するターゲットとして、■電子放射面（Ｘ
ａ源発生部）のみをタングステンあるいはタングステン
合金とし、その他の部分はこれらの合金より比重が小さ
く且つ比熱の大きいモリブデンを用いた金属ターゲット
、■熱放射をよくするために電子放射面とは反対の面に
金属酸化物（例えば、Ｔ　ｉＯｚ　、ｈＬｘｏｓ、Ｚｒ
０ｚ　、ＣａＯ等）の単体あるいは混合粉末を溶射法等
によシ吹付けて黒化処理したもの、さらに■金属ターゲ
ットの裏面に黒鉛を高融点金属ろうで接着したターゲッ
ト等が開発されている。

しかし、従来のターゲットでは比重の大きい金属が主体
であシ、ターゲットを大口径にして回転数を上げるとタ
ーゲットを支持する回転軸その他の部品が強度的に限界
がある一方、撮映時におけるターゲットのクイックスタ
ート、ストップに限界が生ずる。

そこで最近ではこの問題を解決するため、軽量且つ耐熱
性に優れる黒鉛基板上にＸ線発生源材料のタングステン
やタングステン合金をＣＶＤ（（：：ｈｅｍｉｃａｌ　
ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法によシ積層し
たターゲットが研究されている。このターゲットは基板
が軽量の黒鉛であるため大口径のターゲットとして好都
合である。

しかしながら、このターゲットでは、回転数を上げて大
容量高輝度化を図るには黒鉛自体の材料破壊強度面で限
度があシ強度的に問題を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、軽量、大口径でかつ高速回転に耐えう
る大容量のＸ線管用ターゲットを提供することにある。

〔発明の概要〕

熱陰極から放出された電子線はターゲット表面で七のエ
ネルギーのほとんどが熱に変換される。

従ってターゲット基板に要求される性質は耐熱性。

熱伝導性が高いことおよび回転強度が大きいことである
。これらを満足するものとしてセラミックスがある。特
にＢｅｄ（酸化ベリリウム）を含有した５ｉＣ（炭化珪
素）は黒鉛にくらべ５〜１０倍の曲げ強度があシ熱伝導
率も金属アルミニウムと同等で黒鉛の２倍程度の性質を
有する。

しかしこのセラミックスを基板材として用いる場合には
１つの問題点が残る。セラミックスは難加工性であり一
般的な傘形ターゲットを得るには高価である。そこで安
価で且つセラミックスの回転強度得性を生かすことがで
きるターゲットを発明するに至った。すなわち第１の本
発明は、軽量で且つ高速回転に耐え得る大容量のＸ線管
用回転陽極ターゲットに関するもので、中心に回転軸を
軸止する取付穴を有すると共に１上面の外周に傘形傾斜
部を有するＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて、前記
ターゲットが電気伝導材と高強度材とを交互に積層する
円盤状複合体であって、該複合体の少なくとも上部が電
気伝導材であることを特徴としている。

一方、第２の発明は、上記の軽量且つ高速回転に耐え得
る大容量のＸｍ管用回転陽極ターゲットの割れを発生す
ることなく且つ簡単に得ることができる製造方法に関し
、中心に回転軸を軸止する取付穴を有すると共に上部円
周に傘形傾斜部を有する複合体からなるＸ線管用回転陽
極ターゲットを製造する方法において、前記複合体の中
心部に中子材を介在させて電気伝導材と高強度材とを交
互に積層し焼成することを特徴とするものでおる。

第１図は本発明のＸ線管用回転陽極ターゲットの一例を
示す断面図であって、セラミックス１上に黒鉛２を積層
しその上面の円周に形成される傘形傾斜部３にＸ線発生
材料が被覆されている。そして円盤上の複合体の中心を
貫通して回転軸の取付穴４が形成されている。このよう
なターゲットを製造するに際して、黒鉛の型内にセラミ
ックス粉末を入れて、ホットプレスによシ焼成し、その
後黒鉛の型を大気中で燃焼させて除去するか、あるいは
研摩によって取シ除くことによって円盤状の複合体が得
られる。このようにして得られるターゲット基板は、傘
形傾斜部３が黒鉛２で形成されているため加工が容易で
あシ且つ回転数を上げるために必要な強度はセラミック
ス１で維持するため軽量で且つ高速回転に耐え得る大容
量のＸ線管用回転陽極ターゲットを得ることができる。

このターゲットは陽極であるため、絶縁性のセラミック
スをターゲット基板として用いるにはＸ線発生源材料３
と回転軸とを導通する必要がある。本発明のターゲット
は、第１図に示すように、基板の表面が電気伝導性材料
である黒鉛２で形成されているため傘形傾斜部のＸ線発
生源材料３と回転軸とは導通される。

一方、第１図に示したターゲットを試作し回転破壊試験
を行って従来の黒鉛基板のみのターゲットと比較すると
、本発明のターゲットは従来のターゲットよ９３倍以上
の高速回転に耐え得ることができる。このターゲットを
製造するに際しては、ターゲットの上面の傘形傾斜部３
にＣＶＤ法でＸ線発生源材料を被覆した層、ターゲット
の裏面のセラミックス層１さらに基板の中心に穿設する
回転軸取付穴４１等を仕上げ加工する際にセラミックス
基板上に夛ラックが発生することがある。このクラック
は応力集中の起点となって破損につながる。破損の原因
を詳しく調査してみると、クラックは回転軸取付穴のセ
ラミックスのエッチ部が起点であると共に、ミクロ的観
察でクラックの伝播は黒鉛の界面で止っている。すなわ
ち黒鉛はクラックの伝播の防止材として働くものでアシ
、セラミックスと黒鉛とを交互に積層した複合体をター
ゲットとして用いれば、軽量、大口径で且つ高速回転に
耐え得る大容量のＸ線管用夕、−ゲットを製造すること
ができることを見出した。

さらに、ターゲットの回転軸取付穴となる部分はセラミ
ックスと黒鉛とを交互に積層して焼成する際に、高耐熱
性で且つセラミックスより加工性が容易である材料を中
子として介在させれば取付穴の加工が容易となシ、より
安価なターゲットを製造することができる。

第２の発明はこのような見知に基づいてなされたもので
、中心に中子材を介’ＥＥさせ電気伝導材と高強度材と
を交互に積層して形成することｔ−特徴としている。こ
のように製造されるターゲット基板は少なくとも上部が
黒鉛ある−はＭ鉛を主体とする材料であることが好まし
い。ま九、ｌＲ層される複合体の中心に設けた中子材は
高耐熱性ンよび高加工性の材料から形成されているから
ホットプレスを行った後の大関は仕上げが容易となる。

以下、本発明の実施例ｔａ明する。

〔発明の実施例〕

〈実施例１〉 黒鉛トセラミックスの複合体の製作は、ＳｉＣとＢｅＯ
の粉末および焼結助剤を混合して造粒し、圧粉成形後、
黒鉛星材に充填してホットプレスした。黒鉛は引ｇｋＩ
ｊＥ［２５０ｋｇｆ／ｃｄ　、比重１．７？。

熱膨張係数４６ＸＩＱ−’／Ｃで、ＦＤ−１１材相当品
（日立化成（株）ａ）１ｋＭ！Ａた。黒鉛とセラミック
スとの複合体をターゲット基板として用いる場合、その
界面の密層力が問題であり、少なくとも強度の小さい黒
鉛内部で破壊することが望ましい。そこでホットプレス
して得た複合体から１５ｍＱｘ　１２ｔａｍ厚さく８ｉ
Ｃ２ｍ、黒鉛１０■厚さ〕の引張試験片を採取し、複合
体の両端面に引張治具を熱硬化性エポキシ樹脂で接着し
た後引張試験を行った。また実際のＸ線管用ターゲット
では電子線照射エネルギーのほとんどが熱に変換される
ため、ターゲット基板は熱サイクルを受ける。そこで本
複合体は２００〜１ｏ００ｔ：’に加熱した後、５ｏ−
ｘｏｏｃ／ａｄｓの冷却速度で急熱急冷する熱ティクル
を３回縁シ返す熱処理を施したものについて引張試験を
行った。

第２図は焼成材および熱処理材の引張試験の比較結果を
示すグラフであって、焼成材および熱処理材とも２００
　ｋｇ　ｆ／ａｄ程度の引張強度を示し、引張破断部は
いずれも黒鉛内部であった。従って黒鉛とセラミックス
の複合体界面は急熱急冷の熱サイクルにも充分耐え得る
基板であることが判明した。

〈実施例２〉 セラミックスの焼成に用いる黒鉛散材はホットプレスで
強固に接着し、接着ろう等は一切不要である。これを利
用して第３図に示す断面構造のターゲットを製作した。

傘形傾斜部３の仕上げ等でチャックされるターゲット上
下面は黒鉛２とし、セラミックスエをテンドイツチした
もので超音波加工によって精度よく仕上げられた回転軸
の取付用穴４と電子線の照射を受ける傘形傾斜部３のＸ
線発生源材料５からなる。本ターゲットは同一形状の黒
鉛のみで製作したものと比較すると２倍以上の回転破壊
強度を有することがわかった。さらに第１図に示した構
造は裏面がセラミックス１であるのに対し、第２図では
黒鉛２であるため仕上げ加工が容易である。

〈実施例３〉 ターゲットは高速回転物であシ、回転軸の取付用穴４の
加工精度は１００〜１０００分の１ｍが要求される。実
施例２で述べた超音波加工では穴開は加工に相当の時間
がかかる。そこでセラミックス焼成時に予め黒鉛製の中
子を挿入してホットプレスしてその後穴開は加工を行っ
た。その結果穴開は加工！ＩＣ要する時間が４分の１以
下に短縮できた。さらに回転破壊強度は実施例２と同様
であることがわかつ九。

〈実施例４〉 黒鉛とセラミックスの積層複合体にクラックが発生した
場合、黒鉛がクラックの伝播を阻止する。

そこで実施例２および３で述べた積層をさらに多層にす
れば、万一にセラミックスにクラックが発生した場合で
も最少限にくい止められ、安全性の面からも優れている
。そこで第４図に示す断面構造であって、その中心部に
黒鉛性中子６を介在させ２層のセラ“ミックス１，１を
挾み込む状態で黒鉛２．２．２でサンドイッチ構造にし
た多重積層基板を製作した。その後、第５図に示すよう
に傘形傾斜部３と回転軸取付用穴４を加工し、Ｘ線発生
源材料５を傘形傾斜部３上に設けてターゲットを作製試
作した。その結果、回転破壊強度は実施例２と同等であ
ることがわかった。さらにセラミックスｌの１枚当シの
肉厚が薄いため、均質のセラミックスが得られる。特に
８６０人、ａｓ　ｔｃでは、その高熱伝導性が肉厚およ
び径方向に対し均−区な）良好な基板が得られる。なお
、中子の中心を穴開は加工する際に１第６図に示すよう
に回転軸取付穴４の内周部に中子材６を残すような断面
構造にしても上記と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、大口径にした場合にお
いても軽量であシ、且つ高速回転に耐え得る大容量のＸ
線管用回転陽極ターゲットが得られる。さらに傘形傾斜
部の加工および回転軸の取付穴の穴開は加工が容易でア
シ且つ加工割れを発生することなく簡単に安価なＸ線管
用回転陽極ターゲットを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線管用回転陽極ターゲットの一例を
示す断面図、第２図は焼成材および熱処理材からなるタ
ーゲットの引張試験の比較結果を示すグラフ、第３図〜
第６図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １・・・セラミックス、２・・・黒鉛、３・・・傘形傾
斜部、４・・・回転軸取付穴、５・・・Ｘ線発生材料、
６・・・中子材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心に回転軸を軸止する取付穴を有すると共に、上
   面の外周に傘形傾斜部を有するＸ線管用回転陽極ターゲ
   ットにおいて、前記ターゲットが電気伝導材と高強度材
   とを交互に積層する円盤状複合体であつて、該複合体の
   少なくとも上部が電気伝導材であることを特徴とするＸ
   線管用回転陽極ターゲット。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記傘形傾斜部は
   電気伝導材からなることを特徴とするＸ線管用回転陽極
   ターゲット。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記円盤状複合体
   は高強度材が１以上積層されていることを特徴とするＸ
   線管用回転陽極ターゲット。 ４、特許請求の範囲第１項及び第２項において前記電気
   伝導材は黒鉛を主体とする材料であることを特徴とする
   Ｘ線管用回転陽極ターゲット。 ５、特許請求の範囲第１項〜第３項において、前記高強
   度材は高熱伝導セラミックスであることを特徴とするＸ
   線管用回転陽極ターゲット。 ６、特許請求の範囲第１項〜第５項において、前記傘形
   傾斜部がＸ線発生源材料からなることを特徴とするＸ線
   管用回転陽極ターゲット。 ７、中心に回転軸を軸止する取付穴を有すると共に上部
   円周に傘形傾斜部を有する複合体からなるＸ線管用回転
   陽極ターゲットを製造する方法において、前記複合体の
   中央部に中子材を介在させて電気伝導材と高強度材とを
   交互に積層して焼成することを特徴とするＸ線管用回転
   陽極ターゲットの製造方法。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記中子材は黒鉛
   、モリブデン、タングステン等の高融点材であることを
   特徴とするＸ線管用回転陽極ターゲット。