JPS63174251A

JPS63174251A - Ｘ線管用回転陽極タ−ゲツト

Info

Publication number: JPS63174251A
Application number: JP485187A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 明田中; Satoshi Shimada; 智嶋田; Takeshi Yasuda; 健安田; Tadahiko Mitsuyoshi; 忠彦三吉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1988-07-18

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】〔産業上の利用分野〕本発明はＸ線管用回転陽極ターゲットに係り、特に、軽
量、大口径で高速回転に酎える大容量Ｘ線管用回転陽極
ターゲットの構造に関する。

〔従来の技術〕

ＸＢ管は陰極に対向した熱電子衝撃を受ける陽極がある
。医療用Ｘ線管の陽極は回転構造であり、ターゲット、
回転及び固定軸、軸受、ロータ等で構成されている。タ
ーゲットは回転軸の上部に取付けられて傘形円板状をな
す。この傘形傾斜部表面に陰極から放出された電子線が
照射して、Ｘ線を発生する。ＸｌｌｌＡ発生材料にはタ
ングステンあるいはタングステン合金が使用される。原
子番号が大きくＸ線の変換効率が高い、さらに融点が高
く耐熱性が優れる等の特性がある。

近年、医療機器の急激な進歩に伴い、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍ
ｐｕｔａｄ　Ｔ　ｏ＋＊ｏｇｒａｐｈｙ）装置は患者の
診断効率の向上１画像の鮮明化を図るためＣＴ用Ｘ線管
の高出力化が要求されている。このためにはターゲット
基板を大口径にして熱容量を大きくすること、高速回転
にして冷却効率を向上させること等が考えられる。

従来のターゲットは■電子照射面（Ｘ線発生面）がタン
グステン、あるいは、タングステン合金で、その他の部
分はタングステンより比重が小さく、且つ、比熱の大き
いモリブデンの全金属製のもの、■全金属製ターゲット
の熱輻射率を向上させるため電子照射面と反対側の面に
金属酸化物（例えばＴｉＯ２、Ａ　１２０８、ＺｒＯ２
、Ｃａ　Ｏ）の混合粉末を容射法等で焼付けて黒化処理
したもの、さらに■全金属製ターゲットの裏面に黒鉛を
高融点金属ろうで接着したものが開発されてきた。また
、一方で、軽量、且つ、耐熱性に優れ、金属にくらべて比熱の大き
い黒鉛基板にＸ線発生材料のタングステンやタングステ
ン合金をＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でつけたターゲットが研究され
ている。さらに、ターゲットが高速回転に耐えるように
、高強度セラミックス基板を用い、その基板の上下面に
黒鉛層をもつ複合ターゲットも考案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例のうち、タングステンやモリブデンを主体と
する金属製ターゲットは、比重が大きい（タングステン
の比重は１９．３ｇ／ａｄ、また、モリブデンの比重は
、１０．２ｇ／ｃｄ）ため、ターゲット径を大きくして
回転数を上げることは、それを支持する回転軸、軸受等
の負荷が大きくなる一方、診断撮映時のターゲットのク
イック・スタート、ストップに限界が生じるという問題
点があった。

一方、黒鉛より成るターゲットは、黒鉛の比重が１．８
ｇ／ａ（前後とモリブデンの約五分の−であり、大口径
ターゲット基板として適しているが、黒鉛は強度が低く
、回転数を上げ、大容量高輝度化を図ることは困難であ
るという問題点があったまた、高強度セラミックス基板
を主体としたターゲットは、熱容量を大きくするため基
板の肉厚を大きくするとセラミックス部が均一に焼結し
にくく適切な強度、熱伝導性が得難い。また、セラミッ
クス部を薄くし、黒鉛層とセラミックス層からなる多重
積層構造とした場合は、ターゲット製作工程が複雑とな
るため高価なものとなるという問題点があった。また、
このようなセラミックス基板を熱輻射率の大きい黒鉛を
上下面より挟み込んだ構造のターゲットは、金属、また
は、黒鉛製ターゲットよりは、高速回転が可能であるが
、ターゲットの中心部から破壊するという問題があった
。

〔問題点を解決するための手段〕

Ｘ線管の熱陰極から放出された電子線は回転陽極ターゲ
ットの表面でそのエネルギ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、
高熱伝導性で、且つ、軽量、高強度である。これらを満
足する材料としてセラミックスがある。特に、ＢａＯ入
りＳｉＣは黒鉛にくらべて五〜十倍の曲げ強度があり、
熱伝導率も金属アルミニウムと同等で黒鉛の約二倍であ
る。

このセラミックスをターゲット基板として用い。

熱輻射率の大きい黒鉛を上下面より挟み込んだ構造のタ
ーゲットは、金属、または、黒鉛製ターゲットよりは、
高速回転が可能上なった。しかし、このターゲットは、
第４図に示すように、入力される熱は、直接電子線によ
る局所受熱ＥｉＯと。

電子線衝突後、反射して二次電子として全面に戻り受熱
するＥｉｓ　とがあり、これに対し冷却は、表面黒鉛、
セラミックスからの輻射、Ｅｏｚ、Ｅｏｚ、Ｅｏａと軸
部を伝わるＥｏａとがあり、この加熱冷却システムによ
り、ターゲット内部には、図中の破線で示すような熱分
布が生じる。この熱分布状態により、ターゲットのセラ
ミックス部において、軸を通す内孔に近い部分、特に、
上面において、大きな引張りの熱応力が発生し、破壊す
るということが判明した。一方、黒鉛を主体としたーゲ
ットでも、軸を通す内孔に近い部分、特に、上面では、
大きな引張りの熱応力、又、下面では、大きな引張りの
遠心応力が発生し破壊するということが判明した。そこ
でこの問題点を解決するため、本発明は、中心に回転軸
を軸止めする取付は孔を設けると共に、上面の外周に傘
形傾斜部をもつＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて、
ターゲットが電気伝導材と、その一部に形成したＸ線放
射部とから成り、実用負荷中にターゲット内部で発生す
る応力の最大となる部分、すなわち、少なくともターゲ
ット上部に補強部材として、環状体、好ましくは、高強
度高熱伝導セラミックスより成る環状体を用いることを
特徴としている。

本発明のターゲットは、従来の黒鉛／セラミックス積層
ターゲットに比べ、セラミックス部が小さくなることか
ら、実用負荷中において、セラミックス部の温度分布が
小さくなり、発生する熱応力が軽減され、より高速回転
化が可能となった。

また、ターゲットの製作も従来に比べ容易となった。一
方、黒鉛よりなるターゲットに比べても、黒鉛部に発生
する応力が最大となる部分を、約十倍強度が大きい補強
部材に置き換えたため、実用負荷中のターゲット自体の
強度も向上し、より高速回転化が可能となった。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

〈実施例１〉軽量且つ大口径で高速回転に耐えるＸ線管用回転陽極タ
ーゲットで黒鉛基板上面にセラミックス環状体を用いた
ターゲットを第１図に示す。

このターゲットの製作は、まず、セラミックスとして平
均粒径２μｍの炭化珪素（ＳｉＣ）と焼結助助剤として
、平均粒径０．２μｍの酸化ベリラム（ＢａＯ）の粉末
をキシレン、シリコーン等の溶媒と混合し、造粒して圧
粉成形後、黒鉛の型材に充填して真空中でホットプレス
した。ホットプレス条件は、圧力３００ｋｇｆ／ｃｄ、
温度２１００℃で、一時間である。黒鉛の型材は、引張
り強さ２４０ｋｇｆ／ｃｄ　、比重１．７８、熱膨張係
数４９Ｘ１０−８／℃の材質の黒鉛を用いた。

得られた焼結体を所定の形状に加工し、真空脱ガス処理
を行った後、傘形傾斜部３の表面にレニウム、さらには
、Ｘ６発生材料のレニウム−タングステン合金をＣＶＤ
法でめっきした。

この工程で製作したＸ、Ｈ管用回転陽極ターゲットは同
形の金属ターゲットに比べて重量は部分の一以下、熱容
量は四〜五倍であり軽量大容量のターゲットである。ま
た、全黒鉛製ターゲットに比べて、黒鉛層に発生する最
大応力は低減され、１．２倍の高速回転化が可能となっ
た。また、従来の黒鉛／セラミックス積層ターゲットと
比べ、構造が単純であり製作が容易である。そして、セ
ラミックスが少量ですむ。また、従来の積層ターゲット
中のセラミックスの実用負荷中において生じる温度分布
幅は、約２００℃に達し、また、ヤング率が大きいこと
などから、ターゲット中心部付近のセラミックス部は、
大きな熱応力が発生し、ターゲットにおける破壊起点と
なっている。

これに対し、本発明のターゲット中のセラミックス部に
かかる応力は、セラミックスの体積が小さいことなどか
ら、従来の積層ターゲットに比べて部分の一以下となり
、信頼性が高いターゲットとなっている。

〈実施例２〉軽量、且つ、大口径で高速回転に耐えるＸ線管用回転陽
極ターゲットで、黒鉛基板上部にセラミックス環状体を
用い、環状体の上部に黒鉛層を設けたターゲットを第２
図に示す。

このターゲットは、実施例１と同様な方法で製作し、セ
ラミックス環状体の上部に黒鉛層が残るように可能し、
真空脱ガス処理を行った後、傘形傾斜部３の表面にレニ
ウム、さらには、Ｘ線発生材料のレニウム−タングステ
ン合金をＣＶＤ法でめっきした。

この工程で製作したＸ線管用回転陽極ターゲットは、実
施例１で示した効果の他に、セラミックス環状体上部に
黒鉛層を設けることによりターゲットの回転軸５をナツ
ト６により締め付は固定した場合、ナツトとセラミック
ス環状体２との間の黒鉛層は、セラミックスに比べてヤ
ング率が小さいために変形しやすく、締め付けたナツト
は、ゆるみ難くなる。さらに、黒鉛層は、セラミックス
よりも熱輻射率が大きい（黒鉛は０．９、ＳｉＣは０．
６）ためターゲット表面は、黒鉛層でおおわれているこ
とが好ましい。

〈実施例３〉軽量、且つ、大口径で高速回転に耐えるＸ線管用回転陽
極ターゲットで、黒鉛基板上部にセラミックス環状体を
用い、この環状体の断面積が外周方向へ徐々に小さくな
っているターゲットを第３図に示す。このターゲットは
、実施例１と同様な方法で製作した。Ｘ線管用回転陽極
ターゲットにおいて、実用負荷中に発生する遠心応力は
、回転軸に近く成るほぼ大きくなるが、補強部材として
用いたセラミック環状体の断面積を回転軸に近いほど大
きくすることで、ターゲットとしての信頼性を向上させ
ている。また、セラミック環状体の断面積を徐々に変え
、発生する応力が集中しない形状とすることでターゲッ
トとしての信頼性を向上させている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、軽量、大口径で、且つ、高速回転に耐
える大容量のＸ線管用回転陽極ターゲットが得られる。

黒鉛を主体としたターゲットに。

黒鉛に比べて約十倍の強度をもつセラミックスを実用負
荷中に最大応力が生じるターゲット上部に用いることに
より、ターゲットとしての強度が向上し、また、従来の
黒鉛／セラミックスに比べ、比重が約三分の二と軽く、
高速回転化に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は１本発明の一実施例のＸ線管用回
転陽極ターゲットの構造を示す断面図、第４図は実用負
荷中のＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて生じる温度
分布図である。１・・・黒鉛、２・・・セラミックス、３・・・傘形傾
斜部、４・・・Ｘ線発生材料、５・・・回転軸、６・・
・ナツト。

Claims

【特許請求の範囲】１、中心に回転軸を軸止めする取付孔を設け、上面の外
周に傘形傾斜部をもつＸ線管用回転陽極ターゲットにお
いて、前記Ｘ線管用回転陽極ターゲットが電気伝導材とその一
部に形成したＸ線発生部とから成り、実用負荷中に、前
記Ｘ線管用回転陽極ターゲットの内部において、発生す
る最大応力部に補強部材を設けたことを特徴とするＸ線
管用回転陽極ターゲット。