JPH0673265B2 - Ｘ線ターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、回転陽極式Ｘ線管のＸ線ターゲットを製造
する方法に関する。

【従来の技術】

回転陽極式Ｘ線管のＸ線ターゲットは、通常、ターゲッ
トディスクの中心穴に支持軸のフランジ取付部から突出
するねじ突きステムを「スキマバメ」し、このステムに
ナットをねじ締めすることによってターゲットディスク
を上記のフランジ取付部にクランプし、これによりター
ゲットディスクを支持軸に固着して製造される。 こうして組み立てられたＸ線ターゲットは動釣合い調整
を行なった後、ガラスエンベロープに封着される。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、このような組み立てのＸ線ターゲットで
は不都合が生じることがある。すなわち、Ｘ線ターゲッ
トは、回転陽極式Ｘ線管の実際の使用時には10秒間に12
00℃に加熱されることがあり、また２秒以内に10,000rp
mまで回転させられる。これらの熱応力と機械応力とに
よりディスクが偏心して動釣合いがくずれ、振動・騒音
が増大し、軸受け寿命が短縮し、まれには振動が管球破
壊を引き起こすほどに大きくなることがある。 また、上記のように高温になったターゲットディスクの
放熱は輻射と伝導の両者で行なわれることになるが、熱
伝導についてはディスクから支持軸を経てロータへと伝
わる経路となる。ところがターゲットディスクと支持軸
との間は面接触のため熱抵抗が大きいばかりでなく、そ
の値が上記で述べた熱応力と機械応力とにより変動して
さらに大きくなることがある。このようなときにはター
ゲット全体の温度や焦点軌道温度が設計値を超え、その
結果、性能が加速度的に劣化することになる。 そこで、たとえば特願昭62-168317号公報に記されてい
るように、ターゲットディスクと支持軸との固着方法を
工夫することが考えられている。しかし、この公報に示
された方法も、ろう付け材を用いる点で有効性が窺われ
るものの、基本的にはディスクの中心穴の径をそこに嵌
入される支持軸の先端の径よりも大きくしておき、支持
軸の先端を中心穴に入れた後ナットで締め付けるという
ものであるから、ナットで締め付ける以前に両者の中心
軸を合わせなければならず、この芯出し作業が困難であ
り、どれほど実用的に有効かは疑わしい。 この発明は、Ｘ線ターゲット部材が偏心したりあるいは
ターゲット部材と支持部材との間の熱抵抗が変動しない
ようにするとともに、簡単な作業で容易に実用的に用い
ることができる、Ｘ線ターゲットの製造方法を提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、この発明によるＸ線ターゲッ
トの製造方法は、耐熱金属よりなるターゲット部材の中
心穴に、耐熱金属よりなる支持部材の先端を「シマリバ
メ」により嵌合させる第１の工程と、こうして嵌合して
組み立てたものを、上記両部材のアニール条件のうち低
い方のアニール条件よりも温度を低くしまたは時間を短
くした条件で加熱する第２の工程と、その後、上記嵌合
して組み立てたものを、上記両部材のアニール条件のう
ち低い方のアニール条件よりも温度を高くしまたは時間
を長くした条件で加熱する第３の工程とからなることが
特徴となっている。

【作用】

第１の工程において、ターゲット部材の中心穴に支持部
材の先端を「シマリバメ」により嵌合させると、その嵌
合界面に大きな面圧力が発生する。 つぎの第２の工程ではこれら両部材のうちの低い方のア
ニール条件よりも温度を低くしまたは時間を短くした条
件で、こうして組み立てたものの加熱が行なわれる。こ
のとき、上記の面圧力により、嵌合界面では拡散接合が
生じる。また、このときアニール効果も生じることは生
じるが、上記のようにアニール条件よりも低い条件で加
熱が行われるので、そのアニール効果は若干のものに過
ぎない。 さらに第３の工程ではこれら両部材のうちの低い方のア
ニール条件よりも温度を高くしまたは時間を長くした条
件で加熱が行なわれる。このように第３の工程ではアニ
ール条件よりも高い条件で加熱が行われれるので、この
工程で十分なアニール効果が生じて、上記の第２の工程
後も残っていた残留応力が除去される。

【実施例】

つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図Ａにおいて、Ｘ線ターゲット部材１
は、耐熱合金のTZM（チタン−ジルコニウム−モリブデ
ン）合金で円板（たとえば外径100mm、厚さ8.8mm）状に
形成されたベース部材11に焦点軌道部材12をクラッドし
たものからなる。すなわち、この焦点軌道部材12はたと
えば厚さ1mmの５％レニウム入りのタングステン合金か
らなり、ベース部材11の外周寄りに設けられた約12°の
傾斜部にクラッドされている。このターゲット部材１の
中心には後述の支持部材２が嵌合されるハメアイ穴13
（たとえば直径▲12^+0.018 ₀▼mm）が設けられている。 支持部材２はTZM合金の非再結晶品からなり、ローター
部３から突出して形成されており、ハメアイ軸21、座部
22、支柱部23よりなる。ハメアイ軸21の直径は上記のハ
メアイ穴13の径よりも太くされており（たとえば直径▲
12^0.071 _0.060▼mm）、その側面には深さ0.02〜0.03mmの
クロスローレット加工が施されている。このハメアイ軸
21の基部にはターゲット部材１の位置決め用の座部22が
設けられている。支柱部23はターゲット部材１からロー
ター部３への熱伝導を制限しつつ軸強度を保持するため
のサイズ（たとえば外径11.5mm、内径9mm、長さ19mm）
とされる。 このようなＸ線ターゲット部材１と支持部材２とを、図
示しない真空チャンバ内において、第１図Ａのように、
ターゲット組み立て体完成品と同じ向きに、両者の軸芯
が一致するようにして、離れて配置する。そしてターゲ
ット部材１と対向して約5mm程度離れて加熱用のリング
状電子銃４を配置する。また、ターゲット部材１と支持
部材２との間には防熱板５をセットする。この防熱板５
は、たとえばモリブデン材により円板状に形成され、そ
の中央に支持部材２の座部22が通過できるほどの開口を
有し、さらにターゲット組み立て体完成後にこれを除去
できるように中央開口部より外周まで支柱部23の径より
も大きな巾の開口が設けられている。また、図では省略
しているが、ターゲット部材１の温度を測定し、それを
調整するため、２色温度計がターゲット部材１に焦点が
合うように配置され、この２色温度計からの測定出力に
よってリング状電子銃４の出力が制御されるようになっ
ている。 チャンバ内の真空度が所定の値に達したとき、リング状
電子銃４から電子ビームを発生させ、これをターゲット
部材１に衝突させてターゲット部材１を加熱する。たと
えば電子ビーム出力が直流10KV−400mAの場合、100秒ほ
どでターゲット部材１の温度は1350℃に達するので、こ
の温度を90秒保持する（第２図の第１工程）。 するとターゲット部材１のハメアイ穴13の径は0.1mm膨
張する。他方、支持部材２の温度は防熱板５の効果によ
り80℃以下に保たれ、ハメアイ軸21の径は膨張していな
い。そこで、油圧シリンダー（図示しない）などによっ
て支持部材２をターゲット部材１側に向かって速やかに
移動させ、ターゲット部材１のハメアイ穴13に支持部材
２のハメアイ軸21を挿入する。支持部材２の座部22がタ
ーゲット部材１に当たったときこの支持部材２お移動は
停止される。この状態は第１図Ｂに示される通りであ
る。 こうして支持部材２のハメアイ軸21がターゲット部材１
のハメアイ穴13に挿入されると、熱伝導によりこのハメ
アイ軸21は６秒ほどで６ターゲット部材１の温度とほぼ
同じになる。その温度は支持部材２の吸熱により1250℃
程度となる。そこで、ハメアイ軸21が熱膨張し、その直
径が大きくなるので、ハメアイ穴13との嵌合界面には大
きな面圧力が発生する（第４図ｄ参照）。 ついで第２図に示すようにこの1250℃を150秒ほど保持
して第２工程を行なう。この第２工程の間、ターゲット
部材１のハメアイ穴13と支持部材２のハメアイ軸21との
接触界面19（第１図Ｃ参照）では、上記の面圧により拡
散接合が生じる。また第１図Ｃに示すようにハメアイ軸
21にローレット加工による凹部24が設けてあり、この例
の場合支持軸２の方がターゲット部材１よりも高温強度
が大であるので、ターゲット部材１の側が塑性変形して
この凹部24に10〜20μｍほど噛み込みが生じる。上記の
第１工程で生じた面圧力はこの塑性変形と1250℃におけ
る若干のアニール効果のため減少する。 この第２工程までで生じた両部材の拡散接合は両部材が
完全一体化するほど完全なものではなく、接合部の強度
は母材のそれを下回る。そのため、この実施例ではハメ
アイ軸21にローレット加工を施し、その凹部24へターゲ
ット部材１側から噛み込みが生じるようにして接触界面
のせん断方向の強度を向上させるようにしている。 ここで、この第２工程において加熱条件を1250℃−150
秒に設定した理由は次の通りである。一般に拡散接合は
高温・高面圧力ほど生じやすい。他方、TZM合金の応力
除去条件の温度と時間の関係は第３図のようになってお
り、高温になればなるほど時間は逆指数関数的に短くて
よい。工業的に一般に使用されているアニーリング条件
は1100℃−６時間、1200℃−20分である。さらに高温域
では1250℃−５分、1300℃−70秒なども使用される。
「シマリバメ」においては面圧は自己発生にのみ依存し
ており、アニールにより応力が完全解除されてしまえば
面圧は消滅し、拡散接合の進行は停止してしまう。そこ
で、この実施例では1250℃−５分のアニール条件の50％
の時間としたわけである。すなわち、この第２の工程で
はターゲット部材１と支持部材２との拡散接合を生じさ
せるのであるから、加熱により多少のアニールが生じた
としてもそのアニール効果はなるべく少ないものとなる
ようにして主に拡散接合が有効に生じるような条件を選
ぶべきであり、この観点から上記のようにアニール条件
よりは低い加熱条件が選ばれる。また1200℃−10分の条
件でもよいが、ローター部３の温度が次の工程での加熱
を含めると高くなり過ぎるため好ましくないと思われ
る。 このように第１工程で生じた面圧は塑性変形と上記の第
２工程での多少のアニールとによって減少するが、ター
ゲット部材１には円周方向の大きな引張応力が残ってい
る。そのため、そのままではＸ線管としての負荷時に発
生する熱応力に伴う円周方向の引張応力が重畳して外周
からハメアイ穴13に至る応力割れを生じることがある。
そこで、この残留応力を除去するため、第３工程におい
てアニール条件以上の加熱を行なっている。その条件は
この実施例では1300℃−70秒以上とした。この第３工程
はターゲット組み立て体としての脱ガス工程をも兼ねる
ことになり工業的に有利である。しかし、ローター部３
の温度等の制約条件からその時間は制約される。 こうしてターゲット部材１と支持部材２とが固着された
ターゲット組み立て体は冷却後に真空チャンバより取り
出される。 このときのターゲット部材１の円周方向応力は第４図ｂ
のようにすべて圧縮応力を示している。これはターゲッ
ト部材１がTZM合金のベース部材11と５％レニウム入り
タングステン合金の焦点軌道部材12とをクラッドしたも
のであって、これらの材質の膨張係数の差に原因した応
力であると思われる。なぜなら、ターゲット部材１単体
で脱ガス加熱したものの円周方向応力は第４図ａのよう
になり、外周部において近似的な分布を示しているから
である。なお、第４図のa,b,c,dはそれぞれ、ターゲッ
ト部材１単体、支持部材２に塑性・拡散結合したターゲ
ット部材１、この塑性・拡散結合したターゲット部材１
をＸ線管に組み込んで排気完了したときのターゲット部
材１、ターゲット部材１を単一材料として焼嵌応力計算
したときの結果についての、室温時のターゲット部材１
の円周方向応力分布を表わすものである。 こうして支持部材２に固着されたターゲット部材１のハ
メアイ強度の試験のため、ターゲット部材１を支えて支
持部材２の先端を押して抜いてみたところ、必要な荷重
は約5tonであり、ターゲット部材１のハメアイ穴13の周
辺がむしりとれた。このようなターゲット組み立て体を
組み込んだ回転陽極式Ｘ線管では、従来のように熱応力
や機械応力によってターゲット部材１が偏心したり、タ
ーゲット部材１のハメアイ穴13と支持部材２のハメアイ
軸21との間の熱抵抗が変動することなく、従来の欠点は
解消されている。また、製造工程においても芯出し作業
などの困難な作業がなく、容易である。 以上、本発明を一般的な回転陽極式Ｘ線管に適用した１
つの実施例について説明してきたが、回転陽極式Ｘ線管
は種々の用途に応じそれぞれ設計・製造されるものであ
って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でこれらに適応さ
せるよう上記の実施例を変形することができる。ところ
で、ターゲット部材１のハメアイ穴13と支持部材２のハ
メアイ軸21との界面における応力の観点からみると前記
の通り熱応力と機械応力とに分類でき、熱応力は一般に
ターゲット部材１のベース部材11の平均温度上昇に比例
し、つまりＸ線管入力をターゲットの熱容量で除した値
に比例するものであり、機械応力は一般に起動トルクに
比例し、慣性モーメント（ターゲット重量×ターゲット
直径の２乗）を起動時間で除したものに比例することに
なる。そこで、ハメアイ界面応力の小さな機種の場合は
ハメアイ軸21における凹部24の形成を省略してもよい
し、また嵌合についても焼嵌より「シマリバメ」代の小
さい圧入によってもよい。他方、ハメアイ界面応力が相
当大きい機種の場合には、さらに拡散接合強度を増すた
めにターゲット部材１のハメアイ穴13と支持部材２のハ
メアイ軸21のいずれか一方または両方に拡散し易い元素
を含む金属膜を予め形成しておき、上記の第２工程にお
いて両母材に拡散させることが望ましい。この金属膜は
合金でもよく、融点が両母材より低く且つモリブデンへ
容易に拡散することとこのときモリブデンと脆弱な合金
を生成するような元素を含まないこととが条件となる。
具体的に好ましい元素はPd,Pt,Co,Zr,Tiなどである。 さらに特殊な用途の場合、ターゲット部材１のベース部
材11の温度が高温を長時間持続することがある。このよ
うな場合、ターゲット部材１の熱はハメアイ界面から支
持部材２の支柱部23、ローター部３及びベアリング軸を
経由してベアリングに伝わり、ベアリングの制限温度
（ベアリングの材質や潤滑油の材質により異なる）を超
える。これに対処するには、この発明の固着方法では上
記のようにターゲット部材１と支持部材２とのハメアイ
界面の熱抵抗が小さいので、両部材の見かけ上の接触面
積を適当に設定する必要があるが、接合強度確保の点で
限界があるため、支柱部23の熱抵抗を大きくすることが
望ましい。そこで、熱伝導の公式、 Ｑ＝（λ／σ）（θ１−θ２）Ａ Q;伝導熱量［Ｗ］ λ；熱伝導率［W/（ｍ・℃）］ （θ１−θ２）；温度差［℃］ σ；長さ［ｍ］ A;断面積［m²］ のうち、幾何学的寸法で決まる（A/σ）すなわち支柱部
23の断面積を支柱部23の長さで除した値を小さくする。
実験データでは（A/σ）が４×10^-3ｍ以下となるような
支柱部23の寸法関係が好ましい。下限は支柱部23におけ
る機械的強度により決まる。上記の実施例の場合（A/
σ）は2.12×10^-3ｍである。 また特殊な用途であるが短時間に大きな負荷が加わり、
ターゲット部材１のベース部材11の平均温度上昇率が極
端に大きくなる場合がある。この場合、負荷による発熱
はターゲット部材１の外周寄りの焦点軌道部材12で生じ
るため中央部のハメアイ部までの熱伝導の遅れが存在す
ることと、上記の固着方法ではターゲット部材１と支持
部材２との間のハメアイ部の熱抵抗が低いこととによ
り、両者間の温度差が小さくなる。しかし、支柱部23の
熱抵抗が過小であると、両者の温度差による熱膨張差に
基づきハメアイ部に引張応力が生じこれを無視できなく
なる。このような場合、ハメアイ部の接触面積を増して
ハメアイ部の熱抵抗を減少させ、且つ支柱部23の熱抵抗
を増大させることによってハメアイ部の温度差を小さく
する必要がある。実験的にはハメアイ部の見かけ上の接
触面積Ａ′を上記の（A/σ）で除した（Ａ′・σ/A）の
値が２×10^-4ｍ以上となるような寸法関係が望ましい。
なお上記の実施例の場合、（Ａ′・σ/A）の値は1.88×
10^-3ｍである。 さらに上記の実施例ではハメアイ穴13は丸穴、ハメアイ
軸21は円柱としているが、これに限定されず円、角、錐
など「シマリバメ」可能な形状すべての組合せを採用で
きる。 また、上記ではハメアイ軸21にクロスローレット加工に
よる凹部24を設けているが、このような凹凸無しでもよ
く、また設ける場合は接合界面のせん断方向への滑りに
抵抗する噛み込みが形成されるような形状であればよ
い。 上記の実施例では第１工程の嵌合を焼嵌とし、各工程の
温度はそれぞれ異なるものとしたが、これは第２、第３
の工程でアニール条件以下、以上とするためである。と
ころで応力除去のためのアニール条件は第３図に示すよ
うにアニール温度と時間との種々の組合せが可能であ
る。そのため「シマリバメ」代の選択により嵌合のため
の第１工程と、塑性変形・拡散接合のための第２工程と
を同一温度にすることも可能である。さらにアニールの
ための第３工程の温度を第２工程の温度と同じに設定す
ることもできる。たとえば1200℃で20分以上保持すれば
第２、第３工程は完了する。 また、上記では第１、第２、第３工程を継続して加熱す
ることにより行なったが、製造工程の都合から途中で冷
却し、再加熱することもできる。とくに第２、第３工程
をエンベロープに封着した後の排気工程における高周波
加熱や電子衝撃加熱と兼ねて行なってもよい。ただター
ゲット組み立て体の脱ガスを兼ねることができるという
理由からは上記実施例の方が好ましい。 先に第１工程のみでは「シマリバメ」応力が残存してタ
ーゲット部材１が割れるおそれがあることを述べたが、
きわめてまれではあるが次のような場合にも同様のこと
が生じるおそれがある。一般にターゲットの強度はター
ゲットの材質、構造に大きく依存する以外に製造時のば
らつきにより差があるものであり、このような原因から
ターゲットの強度が異常に低い場合であって、たとえば
Ｘ線装置の故障によって瞬時大負荷が加わったりまたは
Ｘ線管内の異常なアーク状の放電によりターゲットの局
所が急速に加熱された場合等、異常な一時的熱応力が加
わった場合、第４図ｃに示すようなダーゲット部材１に
内在する応力にこれが付加され、ターゲット部材１にそ
の外周からハメアイ穴13に至る一条の割れが生じる。こ
のような極度の応力には拡散接合強度も耐え得ず、また
割れによるハメアイ穴13の径の拡大率は経験的に0.5〜
１％ほどとなり、塑性変形量を超え、噛み込み効果を無
効ならしむる。その結果、ターゲット部材１は支持部材
２から脱落し、場合によってはエンベロープを破壊する
に至る。そのため、このような万一のトラブルに備え、
つぎの第５図、第６図、第７図に示すような構造をとる
ことも有効である。第５図では、ターゲット部材１のハ
メアイ穴13の先端部を面取りして傾斜面14を形成したも
ので、第１〜第３工程の終了後に支持部材２のハメアイ
軸21の先端の外周寄りにカシメ25を行い、傾斜面14まで
ハメアイ軸21の先端の径を広げている。なお、傾斜面14
の最大径はハメアイ穴13の径の110％程度、角度は30°
程度とする。第６図ではハメアイ軸21の先端外周面に雄
ネジを設けてナット15を螺合させており、第７図ではハ
メアイ軸21の先端内周面に雌ネジを設けてボルト16を螺
合させ、これらによりターゲット部材１の軸方向の移動
を妨げるようにしている。これらでは耐熱材料のナット
15またはボルト16が必要なため高価となるのでカシメの
方が優れている。

【発明の効果】

この発明のＸ線ターゲットの製造方法によれば、ターゲ
ット部材と支持部材間の熱応力や機械応力によってター
ゲット部材が偏心しないようにすることができるととも
に、両部材間の熱抵抗が熱応力や機械応力によって変動
しないようにすることができる。そのため、振動・騒音
を抑え、軸受け寿命を長くすることができ、さらに管球
の破壊などの危険性をなくすことができる。また、組み
立て工程において困難な作業が不要となり、自動化も容
易である。

【図面の簡単な説明】

第１図A,B,Cはこの発明の一実施例を示すもので、第１
図Ａは嵌合前の断面図、第１図Ｂは嵌合後の断面図、第
１図Ｃは第１図ＢのＣ部分の拡大断面図、第２図は各工
程における加熱温度の時間的推移を示すグラフ、第３図
はTZM合金の応力除去におけるアニール温度と時間との
関係を示すグラフ、第４図はターゲットの円周方向応力
分布を示すグラフ、第５図、第６図及び第７図は変形例
をそれぞれ示す断面図である。 １……Ｘ線ターゲット部材、11……ベース部材、12……
焦点軌道部材、13……ハメアイ穴、２……支持部材、21
……ハメアイ軸、22……座部、23……支柱部、24……凹
部、３……ローター部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱金属よりなるターゲット部材の中心穴
   に、耐熱金属よりなる支持部材の先端を「シマリバメ」
   により嵌合させる第１の工程と、こうして嵌合して組み
   立てたものを、上記両部材のアニール条件のうち低い方
   のアニール条件よりも温度を低くしまたは時間を短くし
   た条件で加熱する第２の工程と、その後、上記嵌合して
   組み立てたものを、上記両部材のアニール条件のうち低
   い方のアニール条件よりも温度を高くしまたは時間を長
   くした条件で加熱する第３の工程とからなるＸ線ターゲ
   ットの製造方法。