JPH0395840A - Ｘ線管ターゲット用の熱放射性被膜 - 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】 発明の背景 本発明はＸ線管陽極用の改良された熱放射性被膜に関す
るものである。更に詳しく言えば本発明は、高い熱放射
率を有すると共に、Ｘ線管陽極に対して改善された結合
性を示すような被膜に関する。

本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された米国特許第４１
３２９１６号明細書中に述べられている通り、Ｘ線管タ
ーゲットに衝突する電子ビームが有する全エネルギーの
うち、Ｘ線に変換されるのは約１％に過ぎないのであっ
て、残りの約９９％は熱に変わることが知られている。

また、上記特許明細書の「発明の背景Ｊ中に説明されて
いるごとく、焦点軌道外のターゲット表面を各種の被膜
材料で被覆すれば、Ｘ線管ターゲットの熱放射率をある
程度まで向上させ得ることも知られている。

こうして放射された熱はＸ線管のガラス管球を通過し、
そして最終的にはＸ線管ケーシング内を循環する油に伝
達される． 従来、各種の熱放射率向上用被膜が使用されてきた。た
とえば、上記のごとき米国特許第４１３２９１６号明細
書中には、二酸化ジルコニウム（　Ｚ　ｒ　Ｏ　２　）
、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）　、酸化ストロンチウム（Ｓ　ｒｏ　）、二酸化セ
リウム（Ｃ　ｅｏ　２）、酸化ランタン（Ｌａ２０，）
またはそれらの混合物を酸化カルシウム（Ｃａ○）もし
くは酸化イットリウム（Ｙ２０３）で安定化しかつ二酸
化チタン（ＴｉＯ２）と混合して成るような被膜が記載
されている。この被膜は、Ｘ線管陽極上に「融合型」の
被膜を与える。この被膜は商業的用途のために採用され
てきたが、熱放射率がやや低いという点に問題があった
。一層重要な点は、この被膜を陽極上に設置するための
方法が厳しい条件を必要とすることであった。更にまた
、この被膜をある種の合金基体上に形戒する場合には、
所要の融着処理に際して被膜が非被覆領域上に流れる傾
向があり、そのために余分の加工工程が必要になるとい
う問題もあった．一層重大な問題の１つは、陽極上に設
置された被膜の真空焼或に際し、温度を１４００℃以下
に保たなければならないことであった。このことは、使
用者がＸ線管の組立に先立って陽極のガス抜きを行う作
業にも制限を加えることになる。

米国特許第４０２９８２８号明細書中には、８Ｏ〜９４
％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および６〜２０％のＴｉ○
２から成るＸ線管ターゲット用被膜が記載されている。

この被膜は良好な熱放射率を有するが、密着性の点で問
題があった。

米国特許第４０９０１０３号明細書中には、モリブデン
、タングステン、ニオブおよび（または）タンタルのご
とき金属と２０〜６０（容量）％のセラミック酸化物［
たとえば、ＴｉＯ２、Ａ　Ｉ２０　，および（または）
ＺｒＯ２］とを組合わせて或る被膜が開示されている。

この特許および米国特許第４０２９８２８号の被膜はＸ
線管陽極上に「非融合型」の被膜を与えるのであって、
これらは正規の動作条件下でも安定性に問題がある。

発明の要約 本発明に従えば、電子により衝撃されてＸ線を発生する
ための表面領域を有する本体、および該表面領域とは異
なる部位に設置されて本体の熱放射率を向上させるため
の被膜から構戒されるＸ線管陽極が提供される。本発明
のＸ線管陽極は、上記の被膜が５０〜８０（重量）％の
Ａ　１２０　３と５？〜２０（重量）％のＺｒＯ２また
はＬ　ａ２０　３およびＴｉｏ２との金属酸化物混合物
がら成り、がっＴｉＯ２とＺｒＯ２またはＬａ２０３と
が１＝１〜１０：１の範囲内の比率で存在することを特
徴とするものである．このような被膜は、黒体の理論的
な最大熱放射率を１、Ｏとした場合、０．９１という高
い熱放射率を有している。

好適な実施の態様に従えば、Ａ１■０３が被膜の重量を
基準として約８０（重量）％の量で存在し、かつＺｒＯ
２およびＴｉＯ２が被膜の重量を基準して約２０（重量
）％の量で存在する。

本発明に従えばまた、熱放射率を向上させるようなＸ線
管陽極用の被膜材料が提供される．かかる被膜材料は上
記のごとき金属酸化物混合物がら成ると共に、それを陽
極に融着させることによって得られた被膜の表面からは
Ａｌ２Ｏ，の粒子が突出していることを特徴とするもの
である。これは、「融合型Ｊ兼「非融合型ｊの被膜が得
られることを意味している。

本発明に従えばまた、Ｘ線管陽極上に熱放射率？高い被
膜を形成するための方法が提供される．かかる方法によ
れば、先ず最初に、上記のごとき金属酸化物混合物から
或る被膜材料が陽極の特定の表面領域上に付着させられ
る。次いで、被膜材料を融着させるのに十分な時間にわ
たって前記陽極を真空条件および少なくとも１６００℃
かつ最高１７２５℃までの温度の下で加熱することによ
り、Ａｌ２Ｏ３の粒子が被膜表面から突出している平滑
な黒色の被膜が形戒される。

本発明の目的の１つは、より広い範囲の陽極使用条件を
与えるようなＸ線管陽極用の被膜材料を提供することに
ある， また、高い熱放射率を有するような上記のごとき被膜材
料を提供することも本発明の目的の１つである。

更にまた、「融合型」兼「非融合型」の被膜を与えると
共に、焼成に際して流れを生じないような被膜材料を提
供することも本発明の目的の１つである。

本発明の上記およびその他の目的や利点は、添付の図面
を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによって自
ら明らかとなろう。

好適な実施の態様の説明 先ず第１図を見ると、本発明の被膜材料を使用し得る典
型的な回転陽極Ｘ線管１０が示されている。かかるＸ線
管１０は、一端に陰極支持体■２を封止したガラス管球
１１を含んでいる。陰極支持体１２には、電子放出用フ
ィラメンＩ・１４および集束カップ１５から成る陰極構
造物１３が取付けられている．また、フィラメントに加
熱電流を供給するための１対の導線１６、および陰極を
大地電位またはターゲットに対して負の電位に維持する
ための別の導線１７が設けられている。

陰極構造物１３からの電子ビームの衝撃を受けてＸ線を
発生する陽極またはターゲットは、参照番号１８によっ
て示されている．かかるターゲット１８は、通例、モリ
ブデン、タングステンまたはそれらの合金のごとき高融
点金属で作られている．なお、最高の定格出力を有する
Ｘ線管においては、ターゲット１８はモリブデン合金製
の基体上にタングステンを配置したものから或るのが普
通である．第ｌおよび２図中には、ターゲットの回転時
に電子ビームの衝撃を受けてＸ線を発生するための焦点
軌道を威す表面層ｌ９の断面が示されている。かかる表
面層１９は、公知の理由に基づいてタングステンーレニ
ウム合金から戒るのが普通である。

図示された実施の態様においては、ターゲット１８の後
面２０は平坦であることが好ましい．かかる後面２０は
、高い熱汲射率を有する本発明の被膜を設置し得る表面
の１つである．所望ならば、後面２０が凹面または凸面
を戒していてもよい。

本発明の被膜はまた、焦点軌道の外側に位置するターゲ
ットの表面領域（たとえば、ターゲットの前面２１およ
び外周面２２）にも設置することができる。

第１図においては、ターゲット１８はロータ２４から突
き出た軸２３上に固定されている．ロータ２４は内部の
ジャーナル軸受面２５上に支持されており、またジャー
ナル軸受面２５はガラス管球１１の端部に封止されたフ
ェルール２６によって支持されている．第ｌ図において
は、誘導電動機としてロータ２４を駆動するためのステ
ータコイルは省略されている．陽ｒｉｉ構造物中のター
ゲット１８には、コネクタ２７に接続された給電線路（
図示せず）によって高電圧が供給される。

公知の通り、回転陽極Ｘ線管はケーシング（図示せず）
の内部に封入されているのが通例である．かかるケーシ
ングは互いに離隔した壁体を有していて、それらの間を
循環する油が回転するターゲット１８から放射される熱
を運び去るために役立つ．多くの場合、タングステン１
８の本体温度はＸ線管の動作に際して１３５０℃にも達
するが、かかる熱の大部分はガラス管球１１内の真空を
通しての放射によってゲーシング内の油中に放散させな
ければならない。なお、かかる油は熱交換器（図示せず
）を通して冷却することができる．ロータ２４を支持す
る軸受が過熱するのを防止するため、ロータ２４を二酸
化チタンのごとき粗面材料で被覆して熱放射率を増大さ
せることが臀通である．ターゲット１８の蓄熱容量が十
分に大きくなかったり、あるいはそれの冷却速度が小さ
かったりすると、動作サイクルを短縮しなければならな
い。これは、ターゲット１８が安全な温度に達するまで
Ｘ線管を休止させなければならないことを意味している
．その結果、Ｘ線診断操作に要する時間がしばしば延長
することになる．それ故、ターゲット表面の熱放射率を
できるだけ高めることは重要なのである． 本発明を一層詳しく説明するため、以下に実施例を示す
。なお、本発明はこれらの実施例中に記載された特定の
成分、比率、温度またはその他の条件によって限定され
ないことを理解すべきである。

実施ｒＩＡ１ ９６個のモリブデン基合金製陽極（１８）において、タ
ングステン合金製の焦点軌道（１９）の反対側に位置す
る後面（２０）に対し、８０％のＡ１２０３　．１８％
ノＴ　ｉ　Ｏ　２および２％（７）ＺｒＯ２（４％の酸
化カルシウムによって安定化したもの）から成る被膜材
料をプラズマ溶射法によって吹付けた．渦電流装置によ
って測定したところ、吹付けたままの被膜は３．　０〜
３．８ミルの厚さを有していた。被覆済みの陽極を高真
空の炉内において１６５０℃で３０〜３５分間にわたり
焼成したところ、被膜は艶の無い黒色の外観を呈した。

外見上、被膜が当初の被覆領域を越える部位にまで流れ
た形跡は認められなかった。２ミクロンの波長範囲内に
おいて室温下で測定したところ、熱放射率は０．９０〜
０、９１であった． 実施例２ 上記実施例１において作製した被覆陽極のうち、１６個
を真空中において１６００℃に加熱した、そしてこの過
熱操作を全部で１４回にわたって繰返した．外見上、被
膜の劣化や流れは認められず、また熱放射率は０．８９
であった。

実施例３ 上記実施例１に記載された被膜材料をプラズマ溶射法に
よって４個の陽極に吹付け、そして１６００℃で３０分
間にわたり真空焼成した．外見上、焼成後の被膜は実施
例１において得られた被膜と同じであった．なお、エネ
ルギー分散Ｘ線分析（ＥＤＡＸ分析）によれば、該被膜
中に多少のアルゴンが存在することが判明したが、これ
は恐らく焼成時のガス抜きが不完全であったことに原因
するものである。このことは、上記の被膜材料について
はより高い焼戒温度が必要であることを示している． 実施例４ 上記実施例１に記載された被膜材料をプラズマ溶射法に
よって４個の陽極に吹付け、そして１６２５℃で３０分
間にわたり真空焼戒した。外見上、焼或後の被膜は実施
例１において得られた被膜と同じであり、またＥＤＡＸ
分析結果についても同様であった． 実施例５ 上記実施ＩＭＩに記載された被膜材料をプラズマ溶射法
によって４個の１ｉｉ極に吹付け、そして１７００℃で
３０分間にわたり真空焼或した．外見上焼戒後の被膜は
実施％１において得られた被膜と同じであり、またＥＤ
ＡＸ分析結果についても同様であった． 実施例６ 上記実施例ｌに記載された被膜材料をプラズマ溶射法に
よって４個の陽極に吹付け、そして１７５０℃で３０分
間にわたり真空焼成した．焼戒後の被膜は結晶質の外観
を呈すると共に、本来被覆しなかった陽極領域にまで薄
い黒色の被膜が広がっていた．このような現象は「流れ
」と呼ばれる。

このことは、上記の被膜材料にとって１７５０℃の焼成
温度は高過ぎることを示している。

実施例７ 上記実施例１に記載された被膜材料をプラズマ溶射法に
よって４個の陽極に吹付け、そして１７２５℃で３０分
間にわたり真空焼戒した。外見上、焼戒後の被膜は実施
例ｌにおいて得られた被膜と同じであった． 実１ｊＩｉｐＡ８ 上記実施例の場合と同様にして、８０％のＡｌ２Ｏ３、
４％のＴｉＯ２および１６％のＺｒＯ２　（４％の酸化
カルシウムによって安定化したもの）から戒る被膜材料
を４個のモリブデン基合金製陽極に吹付けた．渦電流装
置によって測定したところ、吹付けたままの被膜の厚さ
は実施例１の場合と同じであった。被覆済みの陽極を高
真空の炉内において１７００℃で３０分間にわたり焼成
したところ、被膜は艷の無い灰黒色の外観を呈し、かつ
流れの形跡を示さなかった。熱放射率は僅か０．　７に
過ぎなかった。

実施例９ 上記実施例の場合と同様にして、５０％のＡｌ２Ｏ３、
１０％のＴｉＯ２および４０％のＺｒＯ２から戒る被膜
材料を４個のモリブデン基合金製陽極に吹付けた．被覆
済みの陽極を高真空の炉内において１６５０℃で３０分
間にわたり焼戒した．得られた被膜は０．８７という良
好な熱放射率を有していたが、それは陽極上への設置に
際して流れを示した． 上記の実施例中には、１８％のＴｉＯ２および２％のＺ
ｒＯ２を８０％のＡ　Ｉ２０　３と組合わせて使用？る
ことによって有用な被膜が得られたことが記載されてい
るが、　１５％のＴｉ○２および５％のＺｒＯ２あるい
は１０％のＴｉＯ２および１０％のＺｒＯ２を使用した
場合にも有用な被膜が得られたことを指摘しておきたい
。それ故、本発明に従えば，ＡＩ■０３、ＴｉＯ■およ
びＺｒＯ■は被膜の重量を規準とした重量パーセントで
表わされる下記範囲内の量で使用される。

ＡＩ．０３　　５０〜８０（重量）％ ＴｉＯ２　　　１０〜２５（重量）％ ＺｒＯ２　　　　　２〜２５〈重量〉％なお、ＴｉＯ２
およびＺｒＯ２の合計量は被膜の重量を基準として５０
〜２０（重量）％の範囲内にあるものとする． 上記の実施例および本明細書中に記載されたその他の試
験例は、ＴｉＯ２とＺｒＯ２との比率を１＝１〜１０：
１の範囲内に維持することが重要であることを示してい
る．この点に関しては、実施例ｌ、２、４、５および７
並びに１５％のＴｉＯ２および５％のＺｒＯ■あるいは
１０％のＴｆ０２および１０％のＺｒＯ２を用いて有用
な被膜を得た試験例を実施例８および９と比較されたい
．上記の実施例中に記載されたごとく、金属酸化物混合
物から戒る被膜材料をターゲット上に付着させる望まし
い方法の１つはプラズマガンを用いてそれを吹付けるこ
とである。プラズマガンは、タングステン電極とそれを
取巻く銅電極との間にアークを発生させるような公知の
装置である．かかるアーク中を通過しながら、被膜材料
がアルゴンガス流によって運ばれる．イオン化した気体
原子の再結合によって生じたプラズマ中を通過する際に
、粒子は融解し、そしてガス流によりターゲット表面に
向けて投射される。その際、溶融した粒子が被覆すべき
表面に衝突することによって初期付着力が得られる。吹
付けたままの表面は薄い灰色を呈している。引続いて真
空焼戒を行うことにより、光沢のある外観を呈する「融
合型」兼「非融合型」の被膜が得られる。かかる被膜の
被膜表面からはＡｌ２Ｏ３粒子が突出しているが、この
ことは走査電子顕微鏡写真において観察された．？成後
の被膜は艶の無い黒色の外観を呈する．かかる被膜はそ
の他の方法によって設置することもできる．たとえば、
金属酸化物を適当な結合剤またはその他の揮発性液状ビ
ヒクル中に分散させ、そしてターゲット表面上に吹付け
もしくは塗布することができる．更にまた、不活性ガス
中において金属酸化物の真空スパッタリングを行うこと
によって付着させることもできるし、あるいは金属酸化
物を楕戒する金属の真空スパッタリングを酸素分圧の存
在下で行うことによって金属酸化物被膜を形戒すること
もできる． 前述の米国特許第４１３２９１６号明細書中に記載され
ている通り、プラズマ溶射法の場合には、プラズマアー
クが極めて高い温度を有するため、混合物中のＴｉＯ２
から部分的に酸素が奪われる．この段階において、最初
は白色であったＴｉＯ２が青黒色に変わる．混合物中に
存在するＴｉＯ■の量に応じ、吹付け後の被膜は約０．
　６〜０．８５の範囲内の熱放射率を有する．また、肉
眼もしくは極めて低い拡大倍率の下で検査してみると、
ががる被？は粒子から戒る粗面状の外観を呈している．
このような状況下では、ターゲット表面の金属に対する
拡散および結合はまだ十分に達成されていると言えない
。

上記のごとき方法のいずれかによって被膜材料を均一に
付着させた後に実施される次の工程は重要である．この
工程は、熱放射率を最適化すると共に、一部の粒子がそ
のまま残存しているような融合型の被膜を形戒すること
を目的とするものである。すなわち、被覆後のＸ線管タ
ーゲットを真空中（実際には、１　０−５Ｔｏｒｒ以下
の低い圧力下〉で焼或することにより、融合した黒色の
被膜が形戒される。その際、ＴｉＯ■からは更に酸素が
奪われる。焼或温度は少なくとも１６００℃であること
を要するが、１７２５℃を越えてはならない．焼成温度
が高過ぎると、溶融した被膜が被覆すべきでない領域に
まで流れることがある．真空中における焼成の結果、得
られた被膜はＸ線管の高真空中において少なくとも１６
００℃までの温度に対して安定である．この温度は、焦
点軌道外のターゲット領域に関して予想されるいかなる
温度よりも高い値である．本発明の方法に従って形戒さ
れた被膜は、一貫して０．９０〜０．９１の熱放射率を
示した． 当業者にとっては自明の通り、ターゲット１８はロータ
２４に取付けた後に焼戒することはできない．なぜなら
、ロータの銅製および鋼製部分はそれぞれ１０８３℃お
よび１４５０℃の融点を有するからである． 好適な実施の態様に従えば、ＺｒＯ２は４（重量）％の
酸化カルシウムによって安定化される。

所望ならば、酸化カルシウムの量を８％にまで増加させ
ることもできる．あるいはまた、酸化イットリウムのご
とき安定剤を上記の場合と同じ量で使用することもでき
る． Ａ　Ｉ．０　，およびＴｉＯ２と組合わせて使用するた
めに好適な材料はＺｒＯ２であるが、その代りに酸化ラ
ンタン（Ｌａ２０ｓ＞を使用することもできる．Ｌａ２
０３を用いた被膜材料は、ＺｒＯ２を用いた被膜材料の
場合と同様にしてターゲットの後面２ｏに付着させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の被膜材料を適用し得る典型的な回転陽
極Ｘ線管の断面図、そして第２図は第１図に示されたＸ
線管ターゲットの断面図である。 図中、１０はＸ線管、１１はガラス管球、１２は陰極支
持体、１３は陰極構造物、１４はフィラメント、１５は
集束カップ、１８は陽極またはターゲット、１９は焦点
軌道、２０は後面、２１は前面、２２は外周面、そして
２４はロータを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子により衝撃されてＸ線を発生するための表面領
   域を有する本体、および前記表面領域とは異なる部位に
   設置されて前記本体の熱放射率を向上させるための被膜
   から構成されるＸ線管陽極において、前記被膜が５０〜
   ８０（重量）％のＡｌ＿２Ｏ＿３と５０〜２０（重量）
   ％のＺｒＯ＿２またはＬａ＿２Ｏ＿３およびＴｉＯ＿２
   との金属酸化物混合物から成り、かつ前記ＴｉＯ＿２と
   前記ＺｒＯ＿２またはＬａ＿２Ｏ＿３とが１：１〜１０
   ：１の範囲内の比率で存在することを特徴とするＸ線管
   陽極。 ２、前記Ａｌ＿２Ｏ＿３が前記被膜の重量を基準として
   約８０（重量）％の量で存在し、かつ前記ＺｒＯ＿２お
   よび前記ＴｉＯ＿２が前記被膜の重量を基準として約２
   ０（重量）％の量で存在する請求項１記載の陽極。 ３、前記ＺｒＯ＿２が前記被膜の重量を基準として約２
   〜２５（重量）％の範囲内の量で存在する請求項１記載
   の陽極。 ４、前記ＺｒＯ＿２が前記被膜の重量を基準として約２
   （重量）％の量で存在する請求項１記載の陽極。 ５、前記ＺｒＯ＿２および前記ＴｉＯ＿２が相等しい量
   で存在する請求項１記載の陽極。 ６、前記ＺｒＯ＿２が酸化カルシウム（カルシア）によ
   って安定化されている請求項１記載の陽極。 ７、電子により衝撃されてＸ線を発生するための表面領
   域を有する本体、および前記表面領域とは異なる部位に
   設置されて前記本体の熱放射率を向上させるための被膜
   から構成されるＸ線管陽極用の被膜材料において、前記
   被膜材料が５０〜８０（重量）％のＡｌ＿２Ｏ＿３と５
   ０〜２０（重量）％のＺｒＯ＿２またはＬａ＿２Ｏ＿３
   およびＴｉＯ＿２との金属酸化物混合物から成り、前記
   ＴｉＯ＿２と前記ＺｒＯ＿２またはＬａ＿２Ｏ＿３とが
   １：１〜１０：１の範囲内の比率で存在し、かつ前記被
   膜材料を前記陽極に融着させることによって得られた被
   膜の表面からは前記Ａｌ＿２Ｏ＿３の粒子が突出してい
   ることを特徴とする被膜材料。 ８、前記Ａｌ＿２Ｏ＿３が前記被膜材料の重量を基準と
   して約８０（重量）％の量で存在し、かつ前記ＺｒＯ＿
   ２および前記ＴｉＯ＿２が前記被膜材料の重量を基準と
   して約２０（重量）％の量で存在する請求項７記載の被
   膜材料。 ９、前記ＺｒＯ＿２が前記被膜材料の重量を基準として
   約２〜２５（重量）％の範囲内の量で存在する請求項７
   記載の被膜材料。 １０、前記ＺｒＯ＿２が前記被膜材料の重量を基準とし
   て約２（重量）％の量で存在する請求項７記載の被膜材
   料。 １１、前記ＺｒＯ＿２および前記ＴｉＯ＿２が相等しい
   量で存在する請求項７記載の被膜材料。 １２、前記ＺｒＯ＿２が酸化カルシウムによって安定化
   されている請求項７記載の被膜材料。 １３、Ｘ線管陽極上に熱放射率の高い被膜を形成するた
   めの方法において、（ａ）５０〜８０（重量）％のＡｌ
   ＿２Ｏ＿３と５０〜２０（重量）％のＺｒＯ＿２または
   Ｌａ＿２Ｏ＿３およびＴｉＯ＿２との粒子状金属酸化物
   混合物から成り、かつ前記ＴｉＯ＿２と前記ＺｒＯ＿２
   またはＬａ＿２Ｏ＿３とが１：１〜１０：１の範囲内の
   比率で存在するような被膜材料を前記陽極の特定の表面
   領域上に付着させ、次いで（ｂ）前記被膜材料を融着さ
   せるのに十分な時間にわたつて前記陽極を真空条件およ
   び少なくとも１６００℃の温度の下で加熱することによ
   り、前記Ａｌ＿２Ｏ＿３の粒子が被膜表面から突出して
   いる平滑な黒色の被膜を形成する両工程から成ることを
   特徴とする方法。 １４、前記温度が１７２５℃を越えない請求項１３記載
   の方法。 １５、前記被膜材料がプラズマ溶射法によって前記陽極
   に付着させられる請求項１３記載の方法。