WO1995026565A1 - Tube a rayons x et sa cible anodique - Google Patents

Description

明 細 書

X線管用陽極タ ーゲ ッ ト 及び X線管 技術分野

本発明は 、 電子線 を 照射 し て X線を発生さ せる X線管 X線管の陽極であ る X線タ ーゲ ッ ト及びそ の X線管 を用 い た X線装置 に係 り 、 特 に 耐負荷性に優れ、 高輝度、 高 精細な画像が要求 さ れる 医療用 の X線管及び X線装置 に 関す る 。

背景技術

産業用、 医療用な ど に用 い ら れる X線発生機器の X線 管は陰極か ら放出 さ れる 熱電子 を 陽極タ ーゲ ッ ト が受け て X線 を発生する 。 こ の陽極タ ーゲ ッ ト （ 以下、 X線タ —ゲ ッ ト と 記載す る 。 ） の X線発生金属 に は X線発生効 率が良 く 、 かつ高融点の金属 と し て Wあ る い は W合金が 用い られて い る 。

特に 医療用 に用 い ら れる X線管は、 診療部の高精細な 画像を得る 必要があ り 、 通常の X線管 に比べて 高い X線 出力 が要求さ れて い る 。 X線を発生す る際に電子線のェ ネルギ 一 の大部分が熱に変換さ れる ため X線タ ーゲ ッ ト は高温に加熱 さ れる 。

ま た 、 大容量の X線管は X線タ ーゲ ッ ト の過熱 を 防止 す る ため電子線照射時に タ ーゲ ッ ト を 回転さ せる構造と な っ て い る 。 こ の よ う に X線管 に は耐熱性、 回転時の強 度等が要求 さ れて い る 。 こ れに対 し て 、 例え ば特開昭 58 一 59 545号公報 に は、 表面に Wあ る い は W合金を C V D 等の方法に よ リ M o あ る い は M o 合金基板の表面に形成 す る 方法が開示さ れて い る 。 こ の方法は 、 基体の M 0 合 金と 表面の W合金と の密着性が良 く 、 従 っ て熱伝導性に 優れて い る 。 ま た 、 特開昭 5 7— 1 76654号公報 に は、 M o ま た は M o 合金の表面に Wあ る い は W合金を C V D 等の 方法で順次積層 し 、 そ の後アニー リ ン グ し て膜の密着力 を 向上する X線タ 一ゲ ッ ト の製造方法が開示 さ れて い る こ れ ら の X線タ ーゲ ッ ト を用い た X線管は従来の X線発 生金属 を焼結合金と し た X線管 に比べ耐負荷性に優れ、 長時間の連続使用 に耐え る こ と がで き る 。

医療機器用 の X線 C T 装置な どのコ ン ピ ュ ー タ 処理 を 伴 う X線装置の発達 に伴い 、 X線管に は処理画像の鮮明 化が要求さ れる よ う に な っ た。 ま た、 診断時間の短縮の ため に は X線管 を連続 し て使用で き る 時間 を長 く す る 必 要があ る 。 こ れに は X線管の入力 を増加 し て X線放射量 を多 く する こ と が必要 と な る 。 ま た、 鮮明な画像を得る ため に は、 陰極か ら の電子線を小 さ く 絞る 、 つ ま り 小焦 点で 大電流密度に よ る高輝度化が重要で あ る 。 こ の ため に X線タ 一ゲ ッ 卜 は電子線照射面の大 き な熱負荷に 耐え 得る 必要があ る 。 こ れ ら の要求に対 し て 、 特開昭 58— 5 9 545号公報 に 開示 さ れ た方法で は、 使用時間が長 く な る につれ、 W合金か ら な る X線発生金属 の表面が荒れ、 X 線発生効率が低下す る と い う 問題があ っ た。

ま た 、 特開昭 57— 1 766 54号公報 に開示 さ れ た方法は、 タ 一ゲ ッ 卜 作製工程が複雑化 し製造コ ス 卜 の上昇 を き た す おそれがあ っ た。

発明 の 開示

本発明の 目 的は 、 高輝度、 高精細、 長時間の連続使用 に 耐え得る 、 すなわ ち高い熱負荷 に耐え る こ と がで き る X線管 を 安価 に提供す る こ と で あ り 、 こ れ に よ つ て 、 よ り 鮮明な画像 を得る こ と がで き る X線 C T装置な どの X 線装置 を提供する こ と に あ る 。

上記 目 的 を 達成す る ため 、 本発明 に よ れば電子線 を 照 射 して 金属表面 よ リ X線を発生さ せる X線管 に おいて 、 該 X線管の陽極タ 一ゲ ッ ト の電子線照射面の少 な く と も 一部が、 金属 か ら な る基板の表面 に、 平均結晶粒径が 3 Ο μ πι以下、 好ま し く は Ι Ο μ πι以下の X線発生金属 を 有す る X線管が提供 さ れる 。 こ の場合の平均結晶粒径 と は扁平な結晶粒の場合は短径を意味す る 。 結晶粒径は研 摩面 を光学顕微鏡、 電子顕微鏡 を用いて 写真撮影 し 、 画 像処理方法 を用いて計算 し て も 良 く 、 ま た X線を用い て 結晶学的 に測定 し て も 良い 。 こ の場合 X線を用 いて測定 し た結晶粒径の方が小 さ く 測定さ れる傾向 に あ る が、 い ずれの方法 を 用い て も 平均結晶粒径が上記範囲 に入っ て いれば良い 。

上記平均結晶粒径 3 0 m以下の X線発生金属は 2 層 以上か ら な る こ と が好ま し い。 2 層以上 と は各層 の組成 が異な っ て い て も 良い し 、 単に境界が生 じ て い る だ けで も 良い 。 例え ば、 X線発生金属層 を C V D 法 を用い て形 成す る場合、 成膜時に一時的に原料ガス の供給を停止 し 再び成膜を 行 う と 境界が生 じ 2 層 に な っ て い る よ う に見 え る 。 C V D に よ る成膜で は基板上に種結晶が一旦生成 し 、 そ の種結晶 を 基に結晶成長が起 こ り 膜が形成さ れる 原料ガスの供給を 一旦停止する と 、 そ の時点で結晶成長 が停止 し 、 再びガス が供給さ れる と 、 種結晶が新 し く 生 成す る こ と に な る 。 こ の よ う に し て 、 各層 の組成が同一 であ っ ても 2 層以上の金属膜を形成す る こ と がで き る 。 2 層以上か ど う か を判定す る に は、 断面 を研摩 して顕微 鏡で観察す る こ と が最も 簡便で あ る 。

ま た 、 上記の平均結晶粒径 3 0 μ m以下の X線発生金 属 が W、 R e を含む 2 層以上か ら な り 、 かつ前記金属 か ら な る基板 に接す る層が電子線照射面表面層 に比べ W'が 濃化 し てい る X線管で あ る こ と が好ま し い。 X線発生金 属 と し て は原子番号の大 き い物質の方が X線発生効率が 良 く 好 ま し い が、 一方融点が高い こ と も 要求さ れる 。 そ れ ら を満たす元素 と し て Wが一般 に用 い ら れて い る が、 こ の元素だけでは高温強度が低 く 、 実用 的で は ない ため 合金元素と し て R e を添加 して用 いる 。

ま た、 上記 X線発生金属膜の膜厚は 2 0 0 μ πι以下で あ る こ と が好 ま し い 。

上記 X線発生金属膜の前記基板側に W合金層 を有す る こ と が好ま し い。

ま た、 本発明 に よ れば、 上記 X線管の陽極タ ーゲ ッ ト の電子線照射面の少 な く と も一部が、 金属か ら な る基板 の表面 に、 2 層以上の合金層 を有する X線管が提供さ れ る 。 2 層以上の定義は前記 し た と お り で あ る 。

ま た 、 電子線を 照射 し て金属表面よ り X線を 発生さ せ る X線管に おいて 、 該 X線管の陽極タ ーゲ ッ ト の電子線 照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る基板の表面 に 柱状組織の X線発生金属膜 を有す る X線管が提供さ れる こ の場合の柱状組織と は 、 結晶方向（柱の長軸方向）がほ ぼ同一方向 に 向い た組織で あ り 、 ァスぺ ク ト比がほ ぼ 5 以上の結晶組織を 意味す る 。

ま た、 本発明 に よ れば電子線 を 照射 し て金属表面 よ り X線を発生さ せる X線管 に おいて 、 該 X線管の陽極タ 一 ゲ ッ ト の電子線照射面の少 な く と も 一部が、 金属か ら な る基板の表面 に 、 W、 R e か ら な る X線発生金属 を有 し かつ該 X線発生金属 の W、 R e 以外の元素の濃度が 1 0 O p p m以下で あ る X線管が提供 さ れる 。 濃度は重量比 で あ り 、 化学分析、 機器分析等の方法 に よ り 分析さ れる ま た、 形成 さ れる W、 R e を含む金属層が、 最大厚 さ 1 0 0 μ m以下で形成さ れて い る こ と が好 ま し い。 金属 基体の電子線照射面のすべて に X線発生金属膜が存在す る 必要は無 く 、 例え ば放射状に部分的 に X線発生金属膜 が存在 して も 良い。 ま た、 M o を 主成分と す る 金属焼結 体か ら なる基体の電子線照射面側の少 な く と も 一部 に W R e を 含む最大粒径 3 0 μ πι以上の金属層が形成さ れ、 更 に該最大粒径 3 0 m以上の金属層 の電子線照射面側 の少 な く と も 一部に最大粒径 1 以下の金属層 が設 け ら れて い る こ と が好ま し い。 最大粒径 3 0 z m以上の 金属層 と 最大粒径 1 Ο μ πι以下の金属層 と の間 に は明確 な層境界があ る こ と が好 ま しい。

ま た 、 M o を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の 電子線照射面側の少 な く と も一部 に W、 R e を含む金属 層が形成さ れ、 更 に該金属層の R e の分布が一様で あ る X線管が好 ま しい 。 X線発生金属 の断面 を走査型電子顕 微鏡（ S E M)で観察 し 、 E P M Aで元素分析 を 行う と 、 R e を粉末 と して添加 し て 焼結 し た焼結体の場合は R e がほ ぼ粒子の ま ま で焼結体中 に存在す る ため 、 R e の分 布 に ば らつ き があ る 。 C V D 、 P V D 法ゃスノ ッ タ 等の 方法で金属膜 を形成 し た場合、 こ の よ う な こ と はな く 、 R e が W中 に均一 に分散す る 。

ま た、 M o を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の 電子線照射面側の少 な く と も 一部 に W、 R e を 含む金属 層が形成さ れ、 かつ該金属層の理論密度 に対す る相対密 度が 9 8 %以上で あ る X線管が好 ま し い 。 理論密度 と し て は化学便覧等に記載さ れて い る 数値 を用い る 。 密度の 測定は 、 例え ば水中置換法（アルキメ デス法）等 を用 い る 金属薄膜か ら な る X線金属 の密度の測定は膜 を機械的 に 剥離 し て測定 を行 う のが最も簡便であ る 。

ま た、 W、 R e を 含む金属層が、 Wと R e の組成割合 が、 電子線照射面側の方が R e の比率が大き く な っ て い る X線管が好ま し い 。 X線の発生効率は原子番号の大き い金属 の方が大き い 。 Wの原子番号は 7 4 、 R e の原子 番号は 7 5 で あ る か ら R e の X線発生効率の方が W よ り 高い。 一方、 X線発生金属表面への電子線の侵入深 さ は 電子線のエネルギー に も よ る が 1 O i m程度で あ る 。 よ つ て表面か ら 1 Ο μ πι程度の深 さ ま で は R e の含有量 を 多 く し 、 金属基板 に近 く な る ほ ど Wの含有量 を 多 く す る 方が好 ま し く な る 。 な お 、 R e は W に 比べ て 融点が低 く コ ス ト が高 レ、 。 あ ま り R e の含有量 を 多 く す る こ と は 、 表面 の溶融 、 コ ス ト 面で 好 ま し く な い 。

X線管の X線タ ー ゲ ッ 卜 の使用 時 に お け る 温度分布 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結果 を 第 1 図 に 示す 。 電子線照射面 の 表面で は 1 5 0 0 °C程度 ま で温度 が上昇 し て い る が、 表 面下 で は急激 に温度が低下 し て い る 。 黒鉛 を 基材 と し 、 電子線照射面 に C V D 法 を 用 い て X線発生金属 を 設 け た 場合、 製造 コ ス ト と の関係 で X線発生金属 の厚 さ は 5 0 0 μ πι 以下で あ る の で 黒鉛 と X線発生金属 と の界面は 1 3 0 0 °C 以上 に上昇す る 。 こ の よ う な温度条件で は 黒鉛 と W— R e 合金か ら な る X線発生金属 の Wが反応 し W C の よ う な炭化物 を 生成す る 。 こ の よ う な炭化物 が生成す る と 界面の結合力 が低下 し 、 X線管使用 時の接合部分で 割れや剥離が発生す る 可能性があ る 。

ま た 、 こ の よ う な炭化物 は、 熱伝導率が小 さ い た め電 子線照射面で 発生 し た熱 が充分拡散 し に く く な る 。 す な わ ち 電子線照射面 の温度上昇 に つ な が り 、 耐負荷性の低 下 を ま ね く 。

発明者 ら は 上記 の よ う な炭化物生成 に よ る 耐負荷性の 低下 を 起 こ さ な い X線タ ーゲ ッ ト を検討中 に 本発明 に い た っ た。 す な わ ち 、 X線タ ーゲ ッ ト の基体 を M o の よ う な金属焼結体 と し 、 そ の 上 に C V D 法な どの薄膜技術 を 用 い て平均粒径 3 Ο ΠΙ 以下の X線発生金属 を 設け る こ と に よ り 耐負荷性の高い X線タ ーゲ ッ ト を得る こ と がで き る こ と を 見い出 し た。

X線管 を経年使用 し て い る と X線発生金属表面形状が 熱 に よ り 荒れて く る現象があ る 。 こ れは 、 電子線照射面 の ご く 近傍で は、 温度が 2 0 0 0 °C程度 に ま で上昇す る ため 、 X線発生金属 の昇華も し く は溶融が起 こ る た め で あ る 。 表面が荒れ た場合、 X線発生金属表面か ら放射 さ れる X線が表面の荒れに よ っ て散乱さ れ る ため 、 X線の 発生量が低下する 。 （第 2 図 に模式図 を示す。 ）

こ れ を抑制する ため 、 結晶粒径 を小 さ く す る こ と が有 効で あ る こ と を 見い 出 し た 。 X線発生金属表面の昇華、 溶融は粒内 に比べて 強度の小 さ い粒界 に優先的 に発生す る ためで あ る 。 （第 3 図 に模式図 を示す。 ）

こ れ ら の知見か ら 、 発明者 ら は X線発生金属 を C V D 法等 を用いて 、 平均粒径 3 0 t m以下、 好ま し く は 1 0 t m以下と し た X線タ 一ゲ ッ ト を 有す る X線管が高輝度 かつ長年使用時の性能劣化が少 な い こ と を 見い 出 し た 。

X線発生金属の結晶粒径 と 表面荒れの関係 を第 4 図 に 示す。 こ の試験は 、 試験時間 を加速す る ため 、 電子線で はな く Y A G レ ーザ を照射 し 、 高い入熱 を加え る こ と に よ り 、 X線発生金属 の表面の損耗量を測定 し た も ので あ る 。 こ れに よ れば、 結晶粒径 1 0 μ m以下の も のは 、 結 晶粒径が 5 0 μ m程度の も の に比べ損耗断面積が小 さ く 表面荒れが少 ない こ と がわかる 。 な お、 第 4 図 に おい て Z は レ ーザ焦点 レ ン ズ中心か ら 試料表面 ま で の距離 を示 す。 第 5 図 に 断面形状の写真を示す。 同写真 5 ( a ) は C V D · W - R e ( 往復 2 0 回 ） の場合の、 5 ( b ) は 焼結 W— R e (往復 2 0 回 ） の場合の も ので あ る 。 第 5 図 に おいて 、 長さ 1 cmは 2 0 i m に相当 する 。

ま た 、 第 6 図に 、 加熱温度に よ る X線発生金属の結晶 粒径の変化を示す 。 初期 の結晶粒径が 1 m程度のも の は 2 0 0 0 °C 、 1 時間の加熱に よ っ て も結晶粒径はそれ ほ ど大 き く な つ て い なレヽ こ と 力、'わかる 。 こ の こ と は 、 経 年使用時に おいて も 、 X線発生金属の結晶粒径の粗大化 はな く 、 従 っ て表面荒れの問題も 少な い こ と を意味 し て い る 。

第 7 図 に示す よ う に M 0 の焼結合金基体の表面に厚 さ 約 1 0 0 0 μ ιη の W— R e か ら な る焼結合金 を 設け た X 線タ ーゲ ッ ト を .作製 し 、 更 にそ の上の半面に結晶粒径 1 O m以下、 膜厚 1 Ο Ο μ π の X線発生金属膜 を 設け た

X線タ ーゲ ッ ト を作製 し た。 こ の X線タ ーゲ ッ ト を 回転 さ せなが ら 、 一定回数電子線を 照射 し た後、 タ ーゲ ッ ト の 回転 を停止 し 、 X線発生金属膜の有る側 と 無い側で の 発生す る X線の量 と X線量減率 を測定 し た結果 を第 8 図 に示す 。 X線量は X線発生金属膜の有る側の方が無い側 に比べて常 に 1 0 %程度多い こ と 。 X線量減率も X線発 生金属膜の有る側の方が無い側 に比べて 5 %程度少 な い こ と がわか る 。 試験後の X線発生金属近傍の断面写真 を 第 9 図 に示す。 同写真 9 ( a ) は C V D . W — R e の場 合の、 9 ( b ) は焼結 W — R e の場合の も の で あ る 。 第 9 図 に おい て 、 長さ 1 cmは 1 Ο θ Αί πι に相当 す る 。 表面 の荒れは X線発生金属膜の有る側の方が無い側 に比べて 少な い 。 触針式の表面粗さ 計で の測定に よ る と X線発生 金属膜の有る側の平均粗さ （ R a ) は 5 . 7 m , 最大 粗さ （ R m a x ) は 4 5 i mで あ る の に対 し無い側の R a は 7 . 5 μ m , R m a x は 7 1 m と やは り 表面粗 さ は X線発生金属膜の有る側の方が小 さ い 。

X線発生金属膜の有無 に よ る違い を考察 し た結果、 ① 電子線照射面の結晶粒径が一定値以下の場合は、 表面荒 れが少 ない 。 ②表面膜 と 下地に境界があ る と 表面のあ る 点 を起点と.し た割れの進展が妨害 さ れ、 割れの進展距離 が短 く な る 。 ③表面 に形成 し た X線発生金属膜中の R e の分布 を E P M A (Electron Probe Micro Analyzer)で 調べ た と こ ろ 、 焼結 W— R e 層 に比べて均一 に分布 し て 5/26565

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い る 。 ④ X線発生金属膜の表面の方が焼結 W— R e 層表 面 に比べて理論密度 に対す る 密度が大 き い、 すなわ ち焼 結 W— R e 層 に は空孔が多 く 、 表面粗 さ が大 き い。

上記の実験デー タ に基づ き 、 高輝度、 長寿命の X線管 を得る ため 、

① M o 等の金属基体の表面 に最大粒径 3 0 以下、 好 ま し く は最大粒径 1 Ο ^ πι以下の X線発生金属膜が形成 さ れて い る こ と 。

② X線発生金属膜 と 金属基体、 ま たは X線発生金属膜中 に境界が存在 し 、 割れの進展が妨害 さ れる よ う な構造に な っ て い る こ と 。

③ X線発生金属膜中 の R e の分布が均一 に な っ て い る こ と 。

④電子線照射面表面層 の対理論密度比が 9 8 %以上で あ る こ と 。

上記特定構造に よ り 、 高輝度、 長寿命の X線管が得 ら れる 。

ま た 、 本発明の製造法上の特徴と し て は X線発生金属 材料の W— R e .合金の被覆 を金属ハ ロ ゲ ン ガス （ W F ₆ ， R e F 6 ) を水素 を含 むガス で還元す る C V D法 を 用い て 、 基板温度 2 0 0 〜 6 0 0 °C 、 特に 4 0 0 〜 5 0 0 °C の温度範囲で あ る と き被膜生成速度 を大 き く 、 かつ均一 な微細組織 を得る こ と がで き る た め好 ま し い 。 基板温度 が 2 0 0 °C以下で は生成す る膜が不均一な形態の膜 と な る 可能性が高い。 ま た 、 基板温度が 6 0 0 °C以上に な る と R e の含有量が少 な く な る ため に微細組織が得 ら れな い 。 な お、 成膜速度 を 大 き く す る ため に は C V D圧力 が 常圧 に近い こ と が好 ま し い 。 ま た 、 微細組織の W— R e 合金に含ま れる R e の量は 2 . 5 〜 2 6 w t % であ る こ と が微細組織形成上好 ま し い。

ま た、 本発明の X線タ ーゲ ッ ト の製造法と し て 、 M o あ る い は M o 合金， Wあ る いは W合金、 さ ら に はそれ ら を積層 し た複合基体か ら な る耐熱性陽極金属基板に 、 X 線発生金属材料と し て微細組織の W— R e 合金 を被覆 し た後、 1 0 0 0 〜 2 0 0 0 °C の温度で真空加熱 を施す こ と が好 ま し い 。 こ の真空加熱処理 に よ り 、 前記金属基板 と 該金属基板上に被覆 し た前記 X線発生金属 と の拡散が 進み、 併せて X線タ ーゲ ッ 卜 に 吸蔵さ れて い る ガス を 完 全 に 除去す る 。 加熱温度が 1 0 0 0 °C未満で は、 被覆 し た X線発生金属 と M o あ る いは M o 合金， Wあ る い は W 合金、 も し く はそれ ら を積層 し た複合基板と の拡散が不 十分で あ る ので十分 に密着 し な い 。 ま た X線タ 一ゲ ッ ト の脱ガス も 不完全 と な る ため に X線管 に組み込ん だ と き に放出 さ れる ガス で耐電圧が低 く な り 十分な強度の X線 を発生す る こ と がで き な い 。

図面の簡単な説明

第 1 図は 、 X線タ ーゲ ッ ト の温度シ ミ ュ レ -シ ヨ ン結 果 を示す図で あ る 。

第 2 図は 、 X線タ ーゲ ッ ト表面の X散乱の模式図で あ る 。

第 3 図は 、 X線発生金属.層 の結晶粒径 と 粗 さ の模式図 で あ る 。

第 4 図は 、 X線発生金属 の レ ー ザー 照射加速試験結果 を示す図で あ る 。

第 5 図は 、 X線発生金属 の レ ーザー 照射加速試験後の 断面形状を示す写真であ る 。

第 6 図は 、 本発明 X線タ ーゲ ッ 卜 の X線発生金属 の加 熱温度 と結晶粒径 を示す図であ る 。

第 7 図は 、 半周面 に本発明の X線発生金属 を被覆 し た X線タ ーゲ ッ ト を示す図で あ る 。

第 8 図は 、 X線タ ーゲ ッ ト の実負荷試験後の線量減率 及び線量を 示す図で あ る 。

第 9 図は 、 X線タ ーゲ ッ ト の実負荷試験後の断面組織 を示す写真で あ る 。

第 1 0 図 は、 本発明の X線タ ーゲ ッ ト を組み込ん だ X 線管の断面構造を 示す図で あ る 。 第 1 1 図は、 本発明の X線タ ー ゲ ッ ト の断面構造 を示 す図で あ る 。

第 1 2 図は 、 本発明の X線タ ー ゲ ッ 卜 の実負荷試験後 の表面形態 を示す写真で あ る 。

第 1 3 図 は 、 従来の X線タ ー ゲ ッ ト の実負荷試験後の 表面形態 を示す写真で あ る 。

第 1 4 図は 、 本発明の他の実施例の X線タ ー ゲ ッ 卜 の 断面構造を示す図で あ る 。

第 1 5 図は 、 本発明の他の実施例の X線タ ー ゲ ッ ト の 断面構造を示す図で あ る 。

第 1 6 図は、 本発明の X線タ ー ゲ ッ ト の加熱試験後の 断面結晶組織 を示す図で あ る 。

第 1 7 図 は 、 本発明の他の X線タ ー ゲ ッ ト の多層構造 を示す模式図であ る 。

発明 を 実施す る ため の最良の形態

(実施例 1 )

第 1 0 図は、 本発明 に よ り 製造 し た X線タ ーゲ ッ ト を 備え た X線管の一実施例の概略断面図で あ る 。

X線管 1 0 は、 密閉容器 1 1 内 に X線管球 1 0 0 を 内 蔵 し て い る 。 こ の容器内の X線管球 1 0 0 の周 囲 に は冷 却媒体 1 5 が充填 さ れて い る 。 密閉容器 1 1 は 、 X線放 射窓 1 2 を有する 。 X線放射窓 1 2 は、 例え ばガラ ス板 の外側面或 い は 内側面 に X線が放射 さ れ る 部分 を残 し て 鉛製 ス リ ッ ト を 張 っ た も の が望 ま し い 。 X線放射窓 1 2 を 除 く 密閉 容器内 に も X線 を遮蔽す る た め に 例え ば鉛 を 張 る こ と 力、'望 ま し い 。

X線管は 、 X線放射 と と も に 多量の熱 を 発生す る 。 こ の発生 し た 熱 を 強制 的 に 冷却す る ため に 密 閉 容器内 に 冷 却媒体 1 5 を 充填 し 、 且つ こ れ を 循環 さ せ る 。 冷却媒体 と し て は 、 液体の も の例 え ば絶縁油 を 入れ る こ と が好 ま し い 。

X線管球 1 0 0 は 、 真空用外囲器 1 1 0 内 に 回転陽極 1 2 0 と 陰極 1 3 0 を有す る 。 真空用 外囲器 1 1 0 は 、 ガラ ス 、 或 い は金属 と ガラ ス の複合体 に よ り な る 。 回転 陽極 1 2 0 は 、 X線タ ー ゲ ッ ト 1 2 1 と こ の X線タ ー ゲ ッ ト の 回転機構 を 具備す る 。 X線 タ ー ゲ ッ ト の 回転機構 は 、 モー タ · ロ ー タ を備え て い る 。 X線管 の外側の前記 ロ ー タ と 対向 す る 位置 に モー タ · ス テ ー タ 1 2 5 を 有す る 。

陰極 1 3 0 は 、 電子線放出 の た め の フ ィ ラ メ ン ト を 備 え て お リ 、 放出 さ れ た電子線 1 3 1 は X線タ ーゲ ッ ト 1 2 1 に 入射 し 、 放射 し た X線は密 閉容器 1 1 の X線放射 窓 1 2 か ら 放出 さ れ る 。 符号 1 2 9 は 陽極端子 を示 し 、 符号 1 3 9 は 陰極端子 を 示す。 ま た 、 符号 1 4 1 ， 1 4 2 は 、 X線管球 1 0 0 を 密閉容器 1 1 内 に収納 ， 固定す る ため の部品 を示す 。 符号 1 1 1 は、 真空用外囲器 1 1 0 内 を真空排気 し 、 最終的 に管端 を封 じ た部分すなわ ち 真空封止部 を 示す 。

第 1 0 図 で は密閉容器 1 1 の上端に ゴム蓋 1 3 がかぶ せて あ る 。 こ れは 、 X線管球の動作に よ り X線管球， 絶 縁油が温度上昇 し 、 絶縁油 の体積が変化す る ため に 設け て あ る 。 ゴム蓋 1 3 は、 ゴムの持つ伸縮作用 に よ っ て冷 却媒体の圧力上昇 に よ る 流失を 阻止す る 。

本発明の X線タ ーゲ ッ ト は、 第 1 0 図 に示す よ う な構 造の X線管 に 回転陽極と し て使用する こ と に適する 。 ま た本発明の X線タ ーゲ ッ 卜 は大き な熱負荷に耐え る こ と がで き る ので 、 小焦点， 高輝度の X線管球に特 に適 し て い る 。

上記 し た よ う な X線管の陽極タ ーゲ ッ ト と し て第 1 1 図の断面構造 を有す る X線タ ーゲ ッ ト を用い た。 中心の 穴 7 は 、 M o 製の 回転軸 （ 図示せず） を挿入す る ため の 穴で あ り 、 M 0 製のナ ッ ト （ 図示せず） 等に よ り 前記 X 線タ ーゲ ッ ト と，該回転軸が締め付け ら れる 。 さ ら に 、 円 周上に は、 X線を 取 り 出す ため の傾斜が設けて あ る 。 基 板の構成は 、 金属製タ ーゲ ッ ト 8 の非電子照射面側 に 黒 鉛 4 を 高融点金属 ろ う 材 5 で接合 し た焼結 W— R e o ノ黒鉛で あ り 、 直径 5 イ ンチの基板の電子照射面 と な る結晶粒径が粗い焼結 W — R e 合金 1 の上 に 、 X線発生 金属 の微細組織 W— R e 合金 6 を C V D 法で被覆 し た。 C V D は、 先ず基板 を水素ガス雰囲気中で 4 5 0 °C に加 熱 し 、 ついで W F ₆ と R e F ₆ と を含む混合ガス を基板 上 に導入 し て行っ た 。 基板の電子照射面以外に は黒船製 のマ ス ク で マ ス キ ン グを 行い、 さ ら に 、 蒸着中は基板円 周上 に均一な被覆 を す る た め に約 1 0 rpm で基板を 回転 し た。 試作 し た X線タ ーゲ ッ ト は、 1 4 0 0 °C の真空加 熱処理を 1 時間行 っ た。 こ の時の微細組織 W— R e 合金 6 の粒径は 0 . 9 〜 4 . 5 μ πιで あ っ た。 次に こ のタ ーゲ ッ 卜 を 回転陽極に組立て 、 第 1 0 図に示す構造の X線管 に真空封止 し て実負荷試験 を行っ た。 管電圧 1 2 0 K V 管電流 4 0 0 m A の条件で X線を発生さ せ、 5 0 0 0 0 シ ョ ッ ト （ 1 シ ョ ッ 小 は X線断層撮影 1 枚分に相当 す る ) 後の X線発生量の変化 を検討 し た。 電子線の照射 を受 けて X線タ ーゲ ッ ト の表面が荒れる ため X線発生量が初 期 に比べて低下す る 。 微細組織の W— R e 合金 を被覆 し た本発明 に よ る X線管の低下量は 5 %程度で あ っ た。 一 方、 微細組織の W — R e 合金を被覆 し て い な い従来の タ ーゲ ッ 卜 で は X線発生量が初期 に比べて 1 5 %低下 し た 本発明 に よ る X線管で は発生す る X線の減少量が少な く 耐負荷性が高い結果 を得た 。 実負荷試験後の X線タ ーゲ ッ ト の表面 を軽 く 研摩 し 、 ヒ ー ト ク ラ ッ ク を 顕微鏡観察 し た。 第 1 2 図は本発明の X線タ ーゲ ッ 卜 、 第 1 3 は 従来の X線タ ーゲ ッ ト の ヒ ー ト ク ラ ッ ク で あ る 。 本発明 の X線タ 一ゲ ッ ト の ヒ ー ト ク ラ ッ ク は微細な も ので あ る 第 1 2 , 1 3 図 に おいて 、 長さ 1 cmは 1 0 0 μ m に相 当 す る 。

( 実施例 2 )

第 1 4 図 に 、 本発明の他の実施例の X線タ 一ゲ ッ 卜 の 断面構造を 示す。 M o 基板 2 の上に 晶粒径が粗い焼結 W— R e 合金 1 を積層 し た金属製タ ーゲ ッ ト で あ る 。 非 電子線照射面に T i , Z r ， A 1 等を含む混合酸化物の 被覆層 3 を 溶射法で設けて 、 熱の輻射 を 大き く し た基板 で あ る 。 こ の上に実施例 1 と 同様に し て C V D 法に よ リ 微細組織の W— R e 合金を被覆 し た。 次 に 非電子線照射 面 に T i , Z r , A l 等 を 含む混合酸化物の被覆層 3 を 溶射法で設 け た。 こ のタ ーゲ ッ ト を実施例 1 と 同様に し て真空加熱処理を行い 、 X線管 に真空封止 し て 実負荷試 験 を行 っ た 。 その結果、 実施例 1 と 同様の性能が得 ら れ た。

( 実施例 3 )

実施例 1 と 同 じ基板の上に実施例 1 と 同様な条件で C V D 法 に よ り 微細組織の W— R e 合金 を被覆 し た。 次 に こ の X線タ ーゲ ッ 卜 を 真空中で 2 0 0 0 °C 1 時間加熱処 理 し た。 こ の時の微細組織 W— R e 合金 6 の粒径は 2 〜 で あ っ た。 X線管 に真空封止 し て 実負荷試験を行 つ た。 そ の結果、 耐負荷性に優れ た X線タ ーゲ ッ ト で あ る こ と を確認 し た 。

( 実施例 4 )

第 1 5 図は 、 本発明の他の実施例の X線タ ーゲ ッ ト の 断面構造 を示す。 M o 単体基板 2 の電子線照射面に微細 組織の W— R e 合金 6 を C V D 法で実施例 1 と 同様に し て被覆 し た 。 こ の タ 一ゲ ッ 卜 に実施例 1 と 同様な真空加 熱処理を行い 、 次 に こ れを X線管 に真空封止 してか ら 実 負荷試験を 行 っ た 。 そ の結果、 こ のタ ーゲ ッ ト も 耐負荷 性に優れた X線タ 一ゲ ッ ト で あ る こ と を確認 し た。

( 実施例 5 )

本発明の タ 一ゲ ッ ト の耐熱性を加熱試験で検討 し た。 タ ーゲ ッ ト は実施例 1 と 同様に し て作製 し た。 M o 基板 の上に結晶粒径が粗い焼結 W— R e 合金 を積層 し 、 そ の 上 に微細組織の W — R e 合金を C V D 法で実施例 1 と 同 様に し て被覆 し た後真空加熱処理を行っ た。 こ のタ ーゲ ッ 卜 に つ い て加熱試験結果か ら 、 加熱温度が 2 0 0 0 °C と 非常 に高温度に お いて も 微細組織の W— R e 合金の結 晶成長に よ る粗大化は見 ら れなか っ た 。 断面組織の ス ケ ツ チ を第 1 6 図 に示す。 結晶粒径の大き な焼結 W— R e 合金基板の上 に形成 し た微細組織の C V D * W — R e 合 金は加熱試験後も結晶の成長がな く 微細組織 を保持 し て い る こ と がわかる 。 さ ら に 、 焼結 W— R e 合金基板上の 微細組織の C V D * W _ R e 合金の加熱試験後の表面の 残留応力 を X線法で解析 し た結果、 いずれの加熱温度 に おい て も圧縮応力 が作用 し て お り 、 熱負荷等 に よ る ク ラ ッ ク の発生を抑制す る 方向 の応力場に な っ て い る こ と が 明 ら か にな っ た。

( 実施例 6 )

W粉末、 R e 粉末を ら いかい器 を用 い て混合 し た混合 粉末に 、 更 に W粉末を加え たも の を V型 ミ キサー を用 い て 1 時間混合する 。 混合 し た粉末にバイ ン ダー と し て パ ラ フ ィ ン を加え 、 真空中で加熱す る こ と に よ り 乾燥 さ せ る 。 乾燥粉末をふる い に よ り 分級 し た物 を 直径 1 0 0 m m の金型に充填 し 、 その上 に M o 粉末を 充填 し圧力 3 0 O M P a で圧粉体 を作製す る 。 こ の圧粉体中 のパラ フ ィ ン を水素気流中で加熱す る こ と に よ り 燃やす と と も に焼 結を行い焼結体を得る 。 こ の よ う に し て得た焼結体 を鍛 造、 切削、 成形を 行い X線タ ーゲ ッ ト用金属基板を得る こ の よ う に し て得た金属基板の電子線照射面側 に、 C V D に よ り 成膜 を 行 っ た 。

上記金属 基板 を 水素 ガ ス雰囲気中 で 4 5 0 °C に加熱 し つ い で W F ₆ を 含 む混合ガス を 基板上 に 導入 し て 行 っ た 。 基板 の電子照射面以外 に は 黒鉛製 のマ ス ク で マ ス キ ン グ を 行い 、 さ ら に 、 蒸着 中 は基板 円周上 に均一 な被覆 を す る た め に約 1 0 rpm で基板 を 回転 し た 。 W薄膜が膜厚約 2 0 μ πι と な る よ う に C V D 時間 を 調整 し て C V D を 行 つ た 。 そ の後 、 W F ₆ ガス に R e F ₆ ガス を 添加 し た混合 ガス を 基板上 に導入 し て W— R e 薄膜 を 形成 し た 。 膜厚 は約 l O O ^ mで あ る 。 こ の よ う に し て 作製 し た X線タ ーゲ ッ 卜 を 1 4 0 0 °C の真空加熱処理 を 1 時間行 っ た 。

こ の 時の W— R e 合金の粒径は 0 . 9 ~ 4 . 5 m で あ つ た 。 次 に こ の タ ー ゲ ッ ト を 回転陽極 に組立て 、 第 1 0 図 に 示す構造の X線管 に 真空封止 し て X線管 を 得た 。 ( 実施例 7 )

実施例 6 で作製 し た金属基板の電子線照射面側 に C V D に よ り 成膜 を 行 っ た 。 上記金属基板 を 水素 ガス雰囲気 中 で 4 5 0 °C に加熱 し 、 つ いで W F ₆ を 含 む混合ガス を 基板上 に導入 し て W薄膜が膜厚約 1 0 /z m と な る よ う に C V D 時間 を 調整 し て C V D を 行 っ た 。 基板 の電子照射 面以外 に は 黒鉛製 の マ ス ク でマ ス キ ン グ を 行い 、 さ ら に 蒸着 中 は基板 円周 上 に均一 な被覆 を す る た め に 約 1 O rp m で基板を 回転す る のは実施例 6 と 同様で あ る 。 そ の後 W F ₆ ガス に R e F ₆ ガス を 少量添加 し た混合ガス を基板 上に導入 し て R e 含有量の少な い W— R e 薄膜 を形成 し た。 そ の後、 R e F ₆ ガス の添力 Π量 を徐々 に多 く し て い き電子.線照射面表面で の R e 含有量が重量で約 2 0 % に な る よ う に成膜を 行 っ た 。 全膜厚は約 1 0 O mで あ る こ の よ う に し て作製 し た X線タ 一ゲ ッ ト を 1 4 0 0 °C の 真空加熱処理 を 1 時間行 っ た。 こ の時の W— R e 合金の 粒径は 0 . 9 〜 4 . 5 i m で あ っ た。 次 に こ の タ ーゲ ッ 卜 を 回転陽極 に組立て 、 第 4 図 に示す構造の X線管に真空 封止 し て X線管 を得た。

( 実施例 8 )

実施例 6 で作製 し た 3属基板の電子線照射面側に C V D に よ リ 成膜 を行 っ た。

W F ₆ と R e F ₆ と を含む混合ガス を基板上に導入 し て C V D を行 つ た。 基板の電子線照射面以外に は黒鉛製の マス ク でマ ス キ ン グを行い、 さ ら に、 蒸着中 は基板円周 上に均一な被覆を す る ため に約 1 0 rpm で基板 を 回転 し た。 C V D の際に W F ₆ と R e F ₆ ガス の導入 を 同時 に停 止 し たも の 、 W F ₆ガス の導入のみ を停止 し たも の の 2 種を作製 し た 。 第 1 7 図 に多層 C V D 膜構造のス ケ ッ チ を示す。 （ a ) が W F ₆ と R e F ₆ ガス の導入 を 同時に停 止 し た も の 、 （ b ) が W F ₆ ガス の導入の み を停止 し た も の で あ る 。 ガス の導入 の停止 に よ り 、 結晶 の成長が一 旦停止す る た め 上記 の方法で作製 し た X線発生金属 は 、 層 境界 を 有す る 多層構造 と な っ て い る 。 こ の よ う な構造 の X線発生金属 は 、 一旦表面 に 亀裂が生 じ て も 亀裂が一 気 に 金属基板 に ま で 達 し な い 。 層境界で 亀裂 の進展が屈 曲 さ せ ら れ る か ら で あ る 。 こ れ に よ り 、 亀裂が一気 に金 属基板 ま で 達 し て 、 X線発生金属 が剥離す る と い う 問題 が少 な く な る 。 こ の よ う に し て形成 し た X線発生金属 の 全膜厚 は約 Ι Ο Ο μ πιで あ る 。 こ の よ う に し て 作製 し た X線タ ーゲ ッ ト を 1 4 0 0 °Cの真空加熱処理 を 1 時間行 つ た 。 こ の 時の W— R e 合金の粒径は 0 . 9 〜 4 . 5 m で あ っ た 。 次 に こ の タ ーゲ ッ ト を 回転陽極 に 組立て 、 図 1 0 に示す構造の X線管 に 真空封止 し て X線管 を得 た 。 以上述べ た よ う に 本発明 の X線タ ー ゲ ッ ト は 、 電子照 射面が微細組織の W — R e 合金で被覆 さ れて い る の で 耐 熱性が高い 。 従 っ て 、 本発明の X線タ ー ゲ ッ ト を 組み込 ん だ X線管 は 、 小焦点 ， 高負荷 に 耐え ら れ る た め 、 C T 装置診断画像の高輝度化 を 図 る こ と がで き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電子線 を 照射 し て金属表面 よ り X線を発生さ せる X線管 に おい て 、

該 X線管の陽極タ ーゲ ッ 卜 の電子線照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る基板の表面に 、 平均結晶粒径が 3 0 μ πι以下の X線発生金属 を有する こ と を特徴と す る

X線管。

2 . 電子線 を 照射 し て金属表面 よ り X線を発生さ せる X線管 に おいて 、

該 X線管の陽極タ ーゲ ッ ト の電子線照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る 基板の表面に 、 平均結晶粒径が

1 O ^ m以下の X線発生金属 を有する こ と を特徴と す る

X線管。

3 . 請求項 1 記載の平均結晶粒径 3 0 /z m以下の X線 発生金属が 2 層以上.か ら な る こ と を特徴と す る X線管。

4 . 請求項 1 記載の平均結晶粒径 3 O m以下の X線 発生金属が W、 R e を含む 2 層以上か ら な り 、 かつ前記 金属 か ら な る基板 に接す る 層が電子線照射面表面層 に比 ベ Wが濃化 し て い る こ と を特徴と す る X線管。

5 . 請求項 1 記載の X線管 に おいて 、

前記 X線発生金属膜の膜厚が 2 0 0 μ πι以下であ る こ と を特徴と す る X線管。

6 . 請求項 1 記載の X線管 に おいて 、

前記 X線発生金属膜が W — R e 合金膜で あ る こ と を特 徴と す る X線管。

7 . 請求項 1 記載の X線管に お いて 、

前記 X線発生金属膜の前記基板側に W合金層 を有す る こ と を特徴と する X線管。

8 . 電子線を照射 し て金属表面 よ り X線を発生さ せる X線管 に おいて 、

該 X線管の陽極タ ーゲ ッ ト の電子線照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る 基板の表面に 、 2 層以上の合金 層 を 有する こ と を特徴と す る X線管。

9 . 電子線 を照射 し て金属表面 よ り X線を発生さ せる X線管 に おいて、

該 X線管の陽極タ ーゲ ッ 卜 の電子線照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る 基板の表面に 、 柱状組織の X線 発生金属膜 を有す る こ と を特徴と する X線管。

1 0 . 電子線を 照射 し て金属表面よ り X線 を発生さ せ る X線管に おいて 、

該 X線管の陽極タ 一ゲ ッ 卜 の電子線照射面の少な く と も 一部が、 金属か ら な る 基板の表面に 、 W、 R e か ら な る X線発生金属 を 有 し 、 かつ該 X線発生金属 の W、 R e 以外の元素の濃度が 1 0 0 p p m以下で あ る こ と を特徴 と す る X線管。

1 1 . 電子線を 照射 し て 金属表面よ り X線 を 発生さ せ る X線管に おいて 、

M 0 を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の電子線 照射面側の少 な く と も 一部 に W、 R e を 含む金属層 が、 最大厚 さ 1 0 Ο μ πι 以下で形成 さ れて い る こ と を特徴と す る X線管。

1 2 . 電子線を 照射 し て金属表面 よ り X線 を 発生さ せ る X線管に おいて 、

M o を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の電子線 照射面側の少な く と も 一部に W、 R e を含む平均結晶粒 径 3 0 μ m以上の金属層 が形成 さ れ、 更 に該平均結晶粒 径 3 0 μ πι以上の金属層 の電子線照射面側の少 な く と も 一部に平均結晶粒径 1 Ο μ πι以下の金属層 が設け ら れて レヽ る こ と を特徴と する X線管。

1 3 . 電子線を 照射 して金属表面 よ り X線を発生さ せ る X線管に おいて 、

Μ 0 を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の電子線 照射面側の少 な く と も 一部 に W、 R e を 含む金属層 が形 成 さ れ、 更 に該金属層 の R e の分布が一様で あ る こ と を 特徴と する X線管。

1 4 . 電子線を 照射 し て金属表面よ り X線 を 発生 さ せ る X線管 に おいて 、

0 を主成分と す る金属焼結体か ら な る基体の電子線 照射面側の少 な く と も 一部 に W 、 R e を 含む金属層 が形 成 さ れ、 かつ該金属層 の理論密度 に対す る相対密度が 9 8 %以上で あ る こ と を特徴と す る X線管。

1 5 . 請求項 6 記載の W、 R e を含む金属層 が、 Wと R e の組成割合が、 電子線照射面側の方が R e の比率が 大き く な つ て い る こ と を特徴と す る X線管。

1 6 . 陽極金属基板の電子線照射面 に X線発生金属 を 有す る X線管の製造方法 に おいて 、 前記陽極基板の温度 を 2 5 0 〜 6 0 0 °C と し て 、 W の ノヽロ ゲ ン化合物 を 含む ガス及び R e のハ ロ ゲン化合物 を含むガス を水素 を含む ガス で還元す る C V D 法 に よ り 陽極金属基板の電子線照 射面 に形成 し 、 1 0 0 0 〜 2 0 0 0 °C で加熱処理す る こ と を特徴と す る X線管の製造方法。