JPH0787082B2 - Ｘ線管用回転陽極ターゲット - Google Patents
Ｘ線管用回転陽極ターゲットInfo
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- JPH0787082B2 JPH0787082B2 JP62185267A JP18526787A JPH0787082B2 JP H0787082 B2 JPH0787082 B2 JP H0787082B2 JP 62185267 A JP62185267 A JP 62185267A JP 18526787 A JP18526787 A JP 18526787A JP H0787082 B2 JPH0787082 B2 JP H0787082B2
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- JP
- Japan
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- inner peripheral
- peripheral portion
- thickness
- target
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
- H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
- H01J35/108—Substrates for and bonding of emissive target, e.g. composite structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
- H01J2235/083—Bonding or fixing with the support or substrate
- H01J2235/084—Target-substrate interlayers or structures, e.g. to control or prevent diffusion or improve adhesion
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、特に強
力なＸ線を得るに好適な大直径で高速回転に耐える大熱
容量Ｘ線管用回転陽極ターゲットに関する。
力なＸ線を得るに好適な大直径で高速回転に耐える大熱
容量Ｘ線管用回転陽極ターゲットに関する。
〔従来の技術〕 医用機器であるＸ線CT（Computed Tomography）装置な
どに用いられている回転陽極ターゲットはＸ線管中の回
転軸の端に取り付けられ、高速回転時に、陰極から放出
された電子線を受けることによりＸ線を発生する構造物
である。近年、Ｘ線CT装置が急速に普及するにつれて、
患者に対する観察時間の短縮、空間解像度の向上に対す
る要求が高まってきている。そのため、Ｘ線源の性能向
上、すなわち、回転陽極ターゲットの高輝度小焦点化が
必須となってきている。このためには、大直径で高速回
転可能な大熱容量の回転陽極ターゲットの開発が必要と
なってきている。ターゲットの熱容量は、密度、体積、
比熱に比例することから、ターゲットは重くて大きいほ
ど熱容量が増大するが、一方、回転軸や軸受の負担が増
大することとなる。
どに用いられている回転陽極ターゲットはＸ線管中の回
転軸の端に取り付けられ、高速回転時に、陰極から放出
された電子線を受けることによりＸ線を発生する構造物
である。近年、Ｘ線CT装置が急速に普及するにつれて、
患者に対する観察時間の短縮、空間解像度の向上に対す
る要求が高まってきている。そのため、Ｘ線源の性能向
上、すなわち、回転陽極ターゲットの高輝度小焦点化が
必須となってきている。このためには、大直径で高速回
転可能な大熱容量の回転陽極ターゲットの開発が必要と
なってきている。ターゲットの熱容量は、密度、体積、
比熱に比例することから、ターゲットは重くて大きいほ
ど熱容量が増大するが、一方、回転軸や軸受の負担が増
大することとなる。
従来、大熱容量化を図ったターゲットとしては、特開昭
55−1014、特開昭57−157446におけるように、タングス
テンやモリブデンの全金属製の基板に黒鉛体を接合した
構造が用いられてきた。この構造はタングステン（比
重:19.3g/cm3）、モリブデン（比重:10.2g/cm3）の金属
を主体としているため重い。従って、ターゲット直径を
大きくし、また、回転数を上げることは回転軸や軸受に
かかる負担が大きく、困難であった。また、一方、特公
昭46−34863、特開昭59−191247におけるように、黒鉛
を主体とした基板上にタングステンやタングステン合金
層をCVDなどの方法で設けた構造のターゲットも低速回
転ではあるが一部用いられている。
55−1014、特開昭57−157446におけるように、タングス
テンやモリブデンの全金属製の基板に黒鉛体を接合した
構造が用いられてきた。この構造はタングステン（比
重:19.3g/cm3）、モリブデン（比重:10.2g/cm3）の金属
を主体としているため重い。従って、ターゲット直径を
大きくし、また、回転数を上げることは回転軸や軸受に
かかる負担が大きく、困難であった。また、一方、特公
昭46−34863、特開昭59−191247におけるように、黒鉛
を主体とした基板上にタングステンやタングステン合金
層をCVDなどの方法で設けた構造のターゲットも低速回
転ではあるが一部用いられている。
グラファイトを主体とするターゲットは、グラファイト
の比重が約1.8g/cm2とタングステンの比重の約10分の１
であり、回転軸、軸受にかかる負担が軽減され、高速回
転の大直径ターゲットとして有望である。また、基板を
単一材料で製作することは、金属／グラファイト複合構
造に比べて接合工程がないことなどから、加工が容易で
あり、早く安価にでき、機械的信頼性も高くなる。そし
て、グラファイトは金属材料に比べてヤング率が低く、
実用負荷時に発生する応力が小さいという利点がある。
しかし、破壊強度が低い（平均曲げ強さ4Kg/mm2）ため
に高速回転（回転数＞8000rpm）時の信頼性を確保する
ことは非常に困難であった。そのため、従来は3000rpm
の低回転数で主に使用されている。
の比重が約1.8g/cm2とタングステンの比重の約10分の１
であり、回転軸、軸受にかかる負担が軽減され、高速回
転の大直径ターゲットとして有望である。また、基板を
単一材料で製作することは、金属／グラファイト複合構
造に比べて接合工程がないことなどから、加工が容易で
あり、早く安価にでき、機械的信頼性も高くなる。そし
て、グラファイトは金属材料に比べてヤング率が低く、
実用負荷時に発生する応力が小さいという利点がある。
しかし、破壊強度が低い（平均曲げ強さ4Kg/mm2）ため
に高速回転（回転数＞8000rpm）時の信頼性を確保する
ことは非常に困難であった。そのため、従来は3000rpm
の低回転数で主に使用されている。
本発明者らは、従来のグラファイトを主体としたターゲ
ットについて、特公昭46−34863、特開昭59−191247で
示されているようなお椀形や円盤形状上面に傾斜部のつ
いている形状や、特開昭60−81745に示されているよう
な截頭円錐面形状のものに対し、実用最大負荷時（平均
基盤温度1200℃、回転数10000rpm）の入力モードによっ
て生じる温度分布を、その温度分布によって生ずる熱応
力、および回転によって生ずる遠心応力に関して正確な
シミュレーションを行なった。その結果、特公昭46−34
863で示されているような外周部へ行くほど厚くなり、
下へ湾曲している御椀形の形状では、高速回転の実用負
荷時、内孔（回転軸が挿通される孔）面下端において、
破壊に至る大きな遠心力が発生すること、また、特開昭
59−191247、特開昭60−81745で示されるように内周側
へ行くほど厚くなる形状では、実用負荷時、電子線照射
による入熱部がターゲット外周上面の傾斜部であり、タ
ーゲット下側から主に熱を輻射するため、前記傾斜部が
高温で内孔面下端が低温になる温度勾配が生じ、そのた
め、内孔面上端に大きな熱応力が生じ、下方へ行くに従
い熱応力が急激に減少することが判明した。
ットについて、特公昭46−34863、特開昭59−191247で
示されているようなお椀形や円盤形状上面に傾斜部のつ
いている形状や、特開昭60−81745に示されているよう
な截頭円錐面形状のものに対し、実用最大負荷時（平均
基盤温度1200℃、回転数10000rpm）の入力モードによっ
て生じる温度分布を、その温度分布によって生ずる熱応
力、および回転によって生ずる遠心応力に関して正確な
シミュレーションを行なった。その結果、特公昭46−34
863で示されているような外周部へ行くほど厚くなり、
下へ湾曲している御椀形の形状では、高速回転の実用負
荷時、内孔（回転軸が挿通される孔）面下端において、
破壊に至る大きな遠心力が発生すること、また、特開昭
59−191247、特開昭60−81745で示されるように内周側
へ行くほど厚くなる形状では、実用負荷時、電子線照射
による入熱部がターゲット外周上面の傾斜部であり、タ
ーゲット下側から主に熱を輻射するため、前記傾斜部が
高温で内孔面下端が低温になる温度勾配が生じ、そのた
め、内孔面上端に大きな熱応力が生じ、下方へ行くに従
い熱応力が急激に減少することが判明した。
このように、従来の形状では、実用最大負荷時（平均基
板温度1200℃、回転数10000rpm）において、遠心応力ま
は熱応力に関し、その分布が偏っており、破壊強度の低
いグラファイトを基板とするターゲットでは、負荷耐性
が小さく、実用負荷時に発生する応力に対する余裕度が
充分とはいえない。
板温度1200℃、回転数10000rpm）において、遠心応力ま
は熱応力に関し、その分布が偏っており、破壊強度の低
いグラファイトを基板とするターゲットでは、負荷耐性
が小さく、実用負荷時に発生する応力に対する余裕度が
充分とはいえない。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、負荷耐性
大で、強力なＸ線を発生できる信頼性の高い高速回転可
能な大容量回転陽極ターゲットを提供することにある。
大で、強力なＸ線を発生できる信頼性の高い高速回転可
能な大容量回転陽極ターゲットを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の要旨とするところ
は、中心部に回転軸挿通のための貫通孔を有し、グラフ
ァイトを主体とする良熱伝導性材料からなる回転盤上面
の周辺部に傾斜部を設け、該傾斜部にＸ線発生用の気相
堆積によって形成された金属から成る被覆層を有してな
るＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて、前記回転盤
は、前記回転軸を固定する部分からなる内周部と該内周
部から外周側の外周部とによって構成され、該外周部の
最大厚さが前記内周部の厚さより厚く、且つ、前記回転
盤の最大厚さが前記傾斜部の内周側或いはそれより内周
側にあり、前記回転盤の前記傾斜部における平均盤厚が
前記内周部における盤厚よりも大きく、且つ、Ｘ線発生
時に前記回転盤の表裏の温度差によって生ずる前記回転
盤の下向き方向の変形と前記回転盤の10000rpm時での回
転による遠心力により生ずる前記回転盤の上向き方向の
変形とが相殺して、前記貫通孔部内周面に生ずる円周方
向応力の上下方向分布が応力平均値に対して±10％の範
囲内となるように前記外周部の最大厚さ部分の底面を前
記内周部底面より下にすることを特徴とするＸ線管用回
転陽極ターゲットにある。
は、中心部に回転軸挿通のための貫通孔を有し、グラフ
ァイトを主体とする良熱伝導性材料からなる回転盤上面
の周辺部に傾斜部を設け、該傾斜部にＸ線発生用の気相
堆積によって形成された金属から成る被覆層を有してな
るＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて、前記回転盤
は、前記回転軸を固定する部分からなる内周部と該内周
部から外周側の外周部とによって構成され、該外周部の
最大厚さが前記内周部の厚さより厚く、且つ、前記回転
盤の最大厚さが前記傾斜部の内周側或いはそれより内周
側にあり、前記回転盤の前記傾斜部における平均盤厚が
前記内周部における盤厚よりも大きく、且つ、Ｘ線発生
時に前記回転盤の表裏の温度差によって生ずる前記回転
盤の下向き方向の変形と前記回転盤の10000rpm時での回
転による遠心力により生ずる前記回転盤の上向き方向の
変形とが相殺して、前記貫通孔部内周面に生ずる円周方
向応力の上下方向分布が応力平均値に対して±10％の範
囲内となるように前記外周部の最大厚さ部分の底面を前
記内周部底面より下にすることを特徴とするＸ線管用回
転陽極ターゲットにある。
実用最大負荷時、ターゲットは、電子照射線、及び管壁
からの２次電子の反射により熱せられる一方、ターゲッ
ト表面からの輻射と回転軸を伝わる熱により冷却され
る。この熱の流れによりターゲット内に温度分布が生じ
る。各熱の入出力条件を実験確認し、実用熱負荷時のシ
ュミレーションを行なった結果、電子線が照射されるタ
ーゲット外周部上面か高温になり、内周部下面が最も低
い温度分布となることが明らかとなった。この温度分布
により内孔付近の上面において最も大きい円周方向の引
っ張り応力が発生する。また、実用回転負荷時には回転
数の２乗に比例した遠心応力が生じる。遠心応力に対し
てもシュミレーションを行なった結果、内周部下端に最
も大きい円周方向の引っ張り応力が生じ、上面になるに
従って減少することが明らかとなった。
からの２次電子の反射により熱せられる一方、ターゲッ
ト表面からの輻射と回転軸を伝わる熱により冷却され
る。この熱の流れによりターゲット内に温度分布が生じ
る。各熱の入出力条件を実験確認し、実用熱負荷時のシ
ュミレーションを行なった結果、電子線が照射されるタ
ーゲット外周部上面か高温になり、内周部下面が最も低
い温度分布となることが明らかとなった。この温度分布
により内孔付近の上面において最も大きい円周方向の引
っ張り応力が発生する。また、実用回転負荷時には回転
数の２乗に比例した遠心応力が生じる。遠心応力に対し
てもシュミレーションを行なった結果、内周部下端に最
も大きい円周方向の引っ張り応力が生じ、上面になるに
従って減少することが明らかとなった。
以上のことから、実用負荷時のターゲット内の応力分布
は、内孔面付近において、厚さ方向に対し、熱応力と遠
心応力の勾配が逆になり、それらの和として最大応力が
発生することが明らかとなった。
は、内孔面付近において、厚さ方向に対し、熱応力と遠
心応力の勾配が逆になり、それらの和として最大応力が
発生することが明らかとなった。
本発明のターゲットにおいては、外周部に質量部を付加
し、外周部が最内周部の厚さより肉厚となっており、且
つ、外周部の最大厚さが傾斜部より内周側となっている
ことによって、内孔面の熱応力と遠心応力の勾配が回転
軸に直角な面に対してほぼ対称となり、それら応力の和
が一様に分布して、応力的にバランスがとれる。
し、外周部が最内周部の厚さより肉厚となっており、且
つ、外周部の最大厚さが傾斜部より内周側となっている
ことによって、内孔面の熱応力と遠心応力の勾配が回転
軸に直角な面に対してほぼ対称となり、それら応力の和
が一様に分布して、応力的にバランスがとれる。
本発明のＸ線管用回転陽極ターゲットを第１図に例示す
る。第１図において、１はグラファイト基板であり、そ
の表面には金属被覆層２が設けてある。この金属被覆層
に電子線E0照射することによりＸ線が発生する。金属被
覆層としては、Ｘ線の発生効率を高めるために、原子番
号が大きく、且つ、耐熱性の面から、高融点の金属が好
ましい。一般に、タングステンやレニウム／タングステ
ン合金が用いられる。また、グラファイト基板として
は、特性が均一な等方性グラファイト材料が好まく、強
度向上の面からは、高密度グラファイト材料、または、
SiCなどのセラミックスや炭素繊維を用いて複合化した
グラファイト材料を用いても良い。このグラファイト基
板１の中心には孔（内孔）があいており、この内孔に回
転軸３を通しワッシャ４を介してナット５で固定してあ
る。
る。第１図において、１はグラファイト基板であり、そ
の表面には金属被覆層２が設けてある。この金属被覆層
に電子線E0照射することによりＸ線が発生する。金属被
覆層としては、Ｘ線の発生効率を高めるために、原子番
号が大きく、且つ、耐熱性の面から、高融点の金属が好
ましい。一般に、タングステンやレニウム／タングステ
ン合金が用いられる。また、グラファイト基板として
は、特性が均一な等方性グラファイト材料が好まく、強
度向上の面からは、高密度グラファイト材料、または、
SiCなどのセラミックスや炭素繊維を用いて複合化した
グラファイト材料を用いても良い。このグラファイト基
板１の中心には孔（内孔）があいており、この内孔に回
転軸３を通しワッシャ４を介してナット５で固定してあ
る。
本発明者らは、ターゲット実用化条件として、直径133m
mのターゲットが、電子線入射時、回転数10000rpmに
おいて安定した作動が得られることを目標とした。その
ためには、最大応力が発生すると思われる内孔面付近の
応力が、ターゲットの下面から上面に亘り一様となるよ
うなターゲットの形状が好ましい。しかし、熱及び回転
によって発生する応力及びその分布は、形状や入熱条件
などが複雑であるため、推測することは困難である。そ
こで、有限要素法を用い、種々の形状のターゲットを解
析し、外周部の厚さを内周部の厚さより厚くした形状が
有効であると云う指針を得た。そこで、詳細な形状を決
定すべく、外周部の形状の厚みを厚さ方向、半径方向に
種々変えて有限要素法によるシミュレーションを行なっ
た。
mのターゲットが、電子線入射時、回転数10000rpmに
おいて安定した作動が得られることを目標とした。その
ためには、最大応力が発生すると思われる内孔面付近の
応力が、ターゲットの下面から上面に亘り一様となるよ
うなターゲットの形状が好ましい。しかし、熱及び回転
によって発生する応力及びその分布は、形状や入熱条件
などが複雑であるため、推測することは困難である。そ
こで、有限要素法を用い、種々の形状のターゲットを解
析し、外周部の厚さを内周部の厚さより厚くした形状が
有効であると云う指針を得た。そこで、詳細な形状を決
定すべく、外周部の形状の厚みを厚さ方向、半径方向に
種々変えて有限要素法によるシミュレーションを行なっ
た。
第２図に、シミュレーションに用いたターゲットを要素
分割した図を示す。第２図において構成要素に付した番
号は、C1,C2は銅,M1〜M17はモリブデンより成る軸であ
り、T1〜T4はタンタルより成るワッシャであり、M18〜M
20はモリブデンより成るナットであり、W1〜W12はタン
グステン層であり、残部はグラファイトである。電子線
はW3〜W6までの範囲内に照射され、その99％が熱にな
る。受熱の60％がこのタングステン面からであり、残り
は電子線衝突後反射して２次電子としてターゲット全面
に戻る。一方、ターゲット表面からの輻射と熱が回転軸
を伝わっていくことにより冷却される。冷却効率をあげ
るには輻射率が大きい材料が好ましい。グラファイトの
輻射率は0.9であり、モリブデン（輻射率は0.1）などと
比べてターゲット材料として適している。
分割した図を示す。第２図において構成要素に付した番
号は、C1,C2は銅,M1〜M17はモリブデンより成る軸であ
り、T1〜T4はタンタルより成るワッシャであり、M18〜M
20はモリブデンより成るナットであり、W1〜W12はタン
グステン層であり、残部はグラファイトである。電子線
はW3〜W6までの範囲内に照射され、その99％が熱にな
る。受熱の60％がこのタングステン面からであり、残り
は電子線衝突後反射して２次電子としてターゲット全面
に戻る。一方、ターゲット表面からの輻射と熱が回転軸
を伝わっていくことにより冷却される。冷却効率をあげ
るには輻射率が大きい材料が好ましい。グラファイトの
輻射率は0.9であり、モリブデン（輻射率は0.1）などと
比べてターゲット材料として適している。
第３図は、遠心応力によるターゲットの変形を一点鎖線
で、熱応力による変形を破線で示す。同図に示した番号
は第１図と共通である。ターゲットの外周部は、内周部
に比べて肉厚となっているため、遠心力によって外周部
は上へはね上がる変形となり、そのときの最大応力は内
孔面６の下端ｂにおいて発生する。一方、熱を受けると
ターゲット内に温度分布が生じ、温度が高い外周部が下
へたれる変形となり、そのときの最大応力は内孔面上端
ａに生じる。
で、熱応力による変形を破線で示す。同図に示した番号
は第１図と共通である。ターゲットの外周部は、内周部
に比べて肉厚となっているため、遠心力によって外周部
は上へはね上がる変形となり、そのときの最大応力は内
孔面６の下端ｂにおいて発生する。一方、熱を受けると
ターゲット内に温度分布が生じ、温度が高い外周部が下
へたれる変形となり、そのときの最大応力は内孔面上端
ａに生じる。
本発明の特徴は、回転と熱負荷が同時にかかる実用時に
おいて、前記発生する最大の遠心応力と熱応力がバラン
スのとれているようなターゲット形状とすることにあ
る。ターゲットの傾斜部が変形すると、発生するＸ線の
角度がずれるためＸ線の有効に利用できる量が少なくな
るが、本発明においては、実負荷時の変形の際における
傾斜部の変形量が少ないために有効なＸ線密度が得られ
る。
おいて、前記発生する最大の遠心応力と熱応力がバラン
スのとれているようなターゲット形状とすることにあ
る。ターゲットの傾斜部が変形すると、発生するＸ線の
角度がずれるためＸ線の有効に利用できる量が少なくな
るが、本発明においては、実負荷時の変形の際における
傾斜部の変形量が少ないために有効なＸ線密度が得られ
る。
第４図に本発明のターゲットの実用最大負荷時の最大応
力と熱応力及び遠心応力の関係を示す。発生する応力は
内孔面において下端ｂから上端ａに亘る変化を示す。遠
心応力σＮは下端ｂから上端ａへ移るに従い減少するの
に対して熱応力σＴは、逆に、下端ｂから上端ａへ移る
に従い増加する。両応力は内孔面中心付近で等しくな
り、回転軸に直角な方向に対して対称的な応力分布をし
ている。そして、遠心応力と熱応力の和は、内孔面に沿
って上端ａから下端ｂまで応力平均値に対して±3.5％
の範囲内で変化しているにすぎず、ほぼ一様な分布であ
る。つまり、応力的にバランスのとれた構成となってい
る。
力と熱応力及び遠心応力の関係を示す。発生する応力は
内孔面において下端ｂから上端ａに亘る変化を示す。遠
心応力σＮは下端ｂから上端ａへ移るに従い減少するの
に対して熱応力σＴは、逆に、下端ｂから上端ａへ移る
に従い増加する。両応力は内孔面中心付近で等しくな
り、回転軸に直角な方向に対して対称的な応力分布をし
ている。そして、遠心応力と熱応力の和は、内孔面に沿
って上端ａから下端ｂまで応力平均値に対して±3.5％
の範囲内で変化しているにすぎず、ほぼ一様な分布であ
る。つまり、応力的にバランスのとれた構成となってい
る。
前記のような有限要素法により設計した本発明のＸ線管
用回転陽極ターゲットの実施例を以下説明する。
用回転陽極ターゲットの実施例を以下説明する。
実施例１ ブロック形状のグラファイト（平均曲げ強さ4Kg/mm2,ヤ
ング率1000Kg/mm2）を第５図に示す形状に加工した。こ
のグラファイト基板１の上面積斜部角度は８度とした。
Ｘ線を最も効率よく得るには前記角度は８から12度の範
囲が良い。内孔面の厚さは20mmであり、外周部の最大厚
さは28mmである。上面平坦部と外周部底面は平行になっ
ている。これは、加工が容易であると共に、上面傾斜部
に金属被覆層を形成するときに、ターゲットを重ねて設
置するのに適した形状である。そして、上面平坦部と外
周部底面が平行になっていると、金属被覆層形成用のCV
D装置に取り付けたとき安定しているためCVDによる金属
被覆層が均一厚さに生成できる。また、熱輻射方向が回
転軸に直角な面に対して対称となるため、ターゲット上
下面の冷却の差が少なくなる。
ング率1000Kg/mm2）を第５図に示す形状に加工した。こ
のグラファイト基板１の上面積斜部角度は８度とした。
Ｘ線を最も効率よく得るには前記角度は８から12度の範
囲が良い。内孔面の厚さは20mmであり、外周部の最大厚
さは28mmである。上面平坦部と外周部底面は平行になっ
ている。これは、加工が容易であると共に、上面傾斜部
に金属被覆層を形成するときに、ターゲットを重ねて設
置するのに適した形状である。そして、上面平坦部と外
周部底面が平行になっていると、金属被覆層形成用のCV
D装置に取り付けたとき安定しているためCVDによる金属
被覆層が均一厚さに生成できる。また、熱輻射方向が回
転軸に直角な面に対して対称となるため、ターゲット上
下面の冷却の差が少なくなる。
内周部厚さと外周部厚さの比が大きすぎると、遠心応力
が増大し熱応力とのバランスが崩れるため、その厚さの
比は、外周部厚さ／内周部厚さが1.2〜1.6の範囲である
のがよい。外周部の傾斜部の厚さが大きい方が熱容量的
には好ましいが、しかし、ターゲットの破壊に対する信
頼性、発生したＸ線の有効利用等を考えた場合、最大厚
さ部は前記傾斜部より外側にあるのは好ましくない。本
発明では傾斜部の厚さは内周部より厚く、且つ、最大厚
さ部は前記傾斜部より内周側に設けてあり、ターゲット
回転時の振動に対してＸ線の発生する前記傾斜部の振
れ、熱による傾斜部の変形が少なくなる構造になってい
る。傾斜部は、レニウム・タングステン合金をCVDによ
り被覆した。この被覆層部２の厚さは0.2〜0.6mmの範囲
が良い。この被覆層部の厚さは厚いほどターゲット基板
に伝わる熱が少なくなり熱応力が軽減されるが、外周部
の重量増加等により耐破壊回転数が低下する。被覆層２
の厚さが0.6mmより大きくなると、回転負荷だけを与え
た場合、破壊回転数が15000rpm以下となり実用回転数10
000rpmに対して充分な余裕度が得られなくなる。0.2mm
未満ではターゲットに熱が伝わり過ぎ、中心軸のモリブ
デンの耐用寿命が短くなる。
が増大し熱応力とのバランスが崩れるため、その厚さの
比は、外周部厚さ／内周部厚さが1.2〜1.6の範囲である
のがよい。外周部の傾斜部の厚さが大きい方が熱容量的
には好ましいが、しかし、ターゲットの破壊に対する信
頼性、発生したＸ線の有効利用等を考えた場合、最大厚
さ部は前記傾斜部より外側にあるのは好ましくない。本
発明では傾斜部の厚さは内周部より厚く、且つ、最大厚
さ部は前記傾斜部より内周側に設けてあり、ターゲット
回転時の振動に対してＸ線の発生する前記傾斜部の振
れ、熱による傾斜部の変形が少なくなる構造になってい
る。傾斜部は、レニウム・タングステン合金をCVDによ
り被覆した。この被覆層部２の厚さは0.2〜0.6mmの範囲
が良い。この被覆層部の厚さは厚いほどターゲット基板
に伝わる熱が少なくなり熱応力が軽減されるが、外周部
の重量増加等により耐破壊回転数が低下する。被覆層２
の厚さが0.6mmより大きくなると、回転負荷だけを与え
た場合、破壊回転数が15000rpm以下となり実用回転数10
000rpmに対して充分な余裕度が得られなくなる。0.2mm
未満ではターゲットに熱が伝わり過ぎ、中心軸のモリブ
デンの耐用寿命が短くなる。
実際に製作した回転陽極ターゲットを管球に設置し、10
000rpmの速度で回転しながら、電圧120KV、電流600mA、
パルス幅2.2m秒、パルス回転134回／秒の条件で９秒ず
つ、計50時間電子ビームを当ててＸ線を発生した結果、
ターゲットに破損等は生じず、何等変化はなかった。タ
ーゲットの外径、内径、及び熱容量が同じ従来構造のタ
ーゲットは、上記と同様な試験で、3000rpmでは破損す
るものはなかったが、10000rpmに回転数をあげると破損
するものが生じた。
000rpmの速度で回転しながら、電圧120KV、電流600mA、
パルス幅2.2m秒、パルス回転134回／秒の条件で９秒ず
つ、計50時間電子ビームを当ててＸ線を発生した結果、
ターゲットに破損等は生じず、何等変化はなかった。タ
ーゲットの外径、内径、及び熱容量が同じ従来構造のタ
ーゲットは、上記と同様な試験で、3000rpmでは破損す
るものはなかったが、10000rpmに回転数をあげると破損
するものが生じた。
実施例２ 第６図に示すような形状のＸ線管用回転陽極ターゲット
を作成した。構造部材に付した番号は第１図、第５図と
共通である。形状は、直径125mm、内周部厚さ12mm、
最大厚さ19mmである。実施例１に比べて直径、厚さとも
小さくしてあり、より高速回転可能（12000rpm）にして
ある。実際に製作した回転陽極ターゲットを管球に設置
し、12000rpmの速度で回転しながら、電圧120KV、電流6
00mA、パルス幅2.2秒、パルス回数134回／秒の条件で９
秒ずつ、計50時間電子ビームを当ててＸ線を発生した結
果、ターゲットに破損等は生じず、何等変化はなかっ
た。
を作成した。構造部材に付した番号は第１図、第５図と
共通である。形状は、直径125mm、内周部厚さ12mm、
最大厚さ19mmである。実施例１に比べて直径、厚さとも
小さくしてあり、より高速回転可能（12000rpm）にして
ある。実際に製作した回転陽極ターゲットを管球に設置
し、12000rpmの速度で回転しながら、電圧120KV、電流6
00mA、パルス幅2.2秒、パルス回数134回／秒の条件で９
秒ずつ、計50時間電子ビームを当ててＸ線を発生した結
果、ターゲットに破損等は生じず、何等変化はなかっ
た。
実施例３ 第７図に示すような形状のＸ線管用回転陽極ターゲット
を製作した。構造部材に付した番号は第１図、第５図と
共通である。但し、黒鉛材料としては、実施例１で用い
た等方性黒鉛材料の替わりに約２倍の強度を有する高密
度黒鉛材料を設いた。形状は、実施例１に比べて内周部
の厚さを２倍にし、外周部の厚さも約２倍にしてターゲ
ットの熱容量を増大させた。このような構造のターゲッ
トについて、実用最大負荷条件を想定してシュミレーシ
ョンを行なったところ、第８図に示すように内周部上面
から下面に亘り、応力分布は応力平均値に対して±5.5
％の範囲内で緩やかに変化しており、ほぼ、一様でバラ
ンスのとれた構造となっていることが判った。本実施例
のターゲット内周部に発生する応力は実施例１に比べて
増大するが、黒鉛材料の破壊強度も増大しているため、
回転体としての信頼性は確保されている。実際に製作し
た回転陽極ターゲットを管球に設置し、10000rpmの速度
で回転しながら、電圧120KV、電流600mA、パルス幅2.2m
秒、パルス回数134回／秒の条件で９秒ずつ、計50時間
電子ビームを当ててＸ線を発生した結果、ターゲットに
破損等は生じず、何等変化はなかった。
を製作した。構造部材に付した番号は第１図、第５図と
共通である。但し、黒鉛材料としては、実施例１で用い
た等方性黒鉛材料の替わりに約２倍の強度を有する高密
度黒鉛材料を設いた。形状は、実施例１に比べて内周部
の厚さを２倍にし、外周部の厚さも約２倍にしてターゲ
ットの熱容量を増大させた。このような構造のターゲッ
トについて、実用最大負荷条件を想定してシュミレーシ
ョンを行なったところ、第８図に示すように内周部上面
から下面に亘り、応力分布は応力平均値に対して±5.5
％の範囲内で緩やかに変化しており、ほぼ、一様でバラ
ンスのとれた構造となっていることが判った。本実施例
のターゲット内周部に発生する応力は実施例１に比べて
増大するが、黒鉛材料の破壊強度も増大しているため、
回転体としての信頼性は確保されている。実際に製作し
た回転陽極ターゲットを管球に設置し、10000rpmの速度
で回転しながら、電圧120KV、電流600mA、パルス幅2.2m
秒、パルス回数134回／秒の条件で９秒ずつ、計50時間
電子ビームを当ててＸ線を発生した結果、ターゲットに
破損等は生じず、何等変化はなかった。
本発明によれば、その要旨とする回転盤の構成に基づい
て、該回転盤が例えば10000r.p.mにも及ぶ高速回転をし
てＸ線を発生する時に、熱による応力歪と遠心力による
変形が相殺して、回転盤貫通孔部内周面に生ずる円周方
向応力の上下方向分布が応力平均値に対して±10％の範
囲内にあるようになってターゲットの破損を生じること
がなくなり、高速回転が可能な大熱容量のＸ線管用回転
陽極ターゲットが得られる。
て、該回転盤が例えば10000r.p.mにも及ぶ高速回転をし
てＸ線を発生する時に、熱による応力歪と遠心力による
変形が相殺して、回転盤貫通孔部内周面に生ずる円周方
向応力の上下方向分布が応力平均値に対して±10％の範
囲内にあるようになってターゲットの破損を生じること
がなくなり、高速回転が可能な大熱容量のＸ線管用回転
陽極ターゲットが得られる。
第１図は本発明のＸ線管用回転陽極ターゲットの例を示
す断面図である。第２図は本発明のＸ線管用回転陽極タ
ーゲットの構造解析に用いた要素分割図である。第３図
は構造解析より求められるターゲットの変形を示す図で
ある。第４図は第３図の形状の構造解析より求められる
Ｘ線管用回転陽極ターゲットの内孔面の応力分布図であ
る。第５図、第６図、及び第７図は本発明のＸ線管用回
転陽極ターゲットの実施例を示す断面図である。第８図
は第７図のＸ線管用回転陽極ターゲットの内孔面の応力
分布図である。 １……黒鉛、２……金属被覆部 ３……回転軸、４……ワッシャ ５……ナット。
す断面図である。第２図は本発明のＸ線管用回転陽極タ
ーゲットの構造解析に用いた要素分割図である。第３図
は構造解析より求められるターゲットの変形を示す図で
ある。第４図は第３図の形状の構造解析より求められる
Ｘ線管用回転陽極ターゲットの内孔面の応力分布図であ
る。第５図、第６図、及び第７図は本発明のＸ線管用回
転陽極ターゲットの実施例を示す断面図である。第８図
は第７図のＸ線管用回転陽極ターゲットの内孔面の応力
分布図である。 １……黒鉛、２……金属被覆部 ３……回転軸、４……ワッシャ ５……ナット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 山田 一二 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中川 雄策 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 西原 元久 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 三吉 忠彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 馬場 昇 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 楮原 広美 茨城県勝田市堀口832番地の２ 株式会社 日立製作所勝田工場内 (72)発明者 稲村 一郎 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 株 式会社日立メデイコ内 (56)参考文献 特開 昭61−39352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−135695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−154756（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】中心部に回転軸挿通のための貫通孔を有
し、グラファイトを主体とする良熱伝導性材料からなる
回転盤上面の周辺部に傾斜部を設け、該傾斜部にＸ線発
生用の気相堆積によって形成された金属から成る被覆層
を有してなるＸ線管用回転陽極ターゲットにおいて、 前記回転盤は、前記回転軸を固定する部分からなる内周
部と該内周部から外周側の外周部とによって構成され、
該外周部の最大厚さが前記内周部の厚さより厚く、且
つ、前記回転盤の最大厚さが前記傾斜部の内周側或いは
それより内周側にあり、前記回転盤の前記傾斜部におけ
る平均盤厚が前記内周部における盤厚よりも大きく、且
つ、Ｘ線発生時に前記回転盤の表裏の温度差によって生
ずる前記回転盤の下向き方向の変形と前記回転盤の1000
0rpm時での回転による遠心力により生ずる前記回転盤の
上向き方向の変形とが相殺して、前記貫通孔部内周面に
生ずる円周方向応力の上下方向分布が応力平均値に対し
て±10％の範囲内となるように前記外周部の最大厚さ部
分の底面を前記内周部底面より下にすることを特徴とす
るＸ線管用回転陽極ターゲット。 - 【請求項２】前記傾斜部における平均盤厚に対する前記
内周部における盤厚の比が（1.2〜1.6）対１の範囲にあ
る特許請求の範囲第１項記載のＸ線管用回転陽極ターゲ
ット。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185267A JPH0787082B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | Ｘ線管用回転陽極ターゲット |
| US07/222,615 US4891831A (en) | 1987-07-24 | 1988-07-21 | X-ray tube and method for generating X-rays in the X-ray tube |
| DE3852727T DE3852727T2 (de) | 1987-07-24 | 1988-07-22 | Röntgenröhre und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen in der Röhre. |
| EP88306747A EP0300808B1 (en) | 1987-07-24 | 1988-07-22 | X-ray tube and method for generating x-rays in the x-ray tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185267A JPH0787082B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | Ｘ線管用回転陽極ターゲット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6430150A JPS6430150A (en) | 1989-02-01 |
| JPH0787082B2 true JPH0787082B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=16167834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62185267A Expired - Fee Related JPH0787082B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | Ｘ線管用回転陽極ターゲット |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4891831A (ja) |
| EP (1) | EP0300808B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0787082B2 (ja) |
| DE (1) | DE3852727T2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5052034A (en) * | 1989-10-30 | 1991-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | X-ray generator |
| EP0425718B1 (de) * | 1989-10-30 | 1994-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Röntgenstrahlerzeuger |
| FR2655192A1 (fr) * | 1989-11-28 | 1991-05-31 | Gen Electric Cgr | Anode pour tube a rayons x a corps de base composite. |
| US20110121179A1 (en) * | 2007-06-01 | 2011-05-26 | Liddiard Steven D | X-ray window with beryllium support structure |
| EP2167632A4 (en) * | 2007-07-09 | 2013-12-18 | Univ Brigham Young | METHODS AND DEVICES FOR HANDLING CHARGED MOLECULES |
| US9305735B2 (en) | 2007-09-28 | 2016-04-05 | Brigham Young University | Reinforced polymer x-ray window |
| US8736138B2 (en) * | 2007-09-28 | 2014-05-27 | Brigham Young University | Carbon nanotube MEMS assembly |
| US8498381B2 (en) | 2010-10-07 | 2013-07-30 | Moxtek, Inc. | Polymer layer on X-ray window |
| US8247971B1 (en) | 2009-03-19 | 2012-08-21 | Moxtek, Inc. | Resistively heated small planar filament |
| US7983394B2 (en) * | 2009-12-17 | 2011-07-19 | Moxtek, Inc. | Multiple wavelength X-ray source |
| US8995621B2 (en) | 2010-09-24 | 2015-03-31 | Moxtek, Inc. | Compact X-ray source |
| US8526574B2 (en) | 2010-09-24 | 2013-09-03 | Moxtek, Inc. | Capacitor AC power coupling across high DC voltage differential |
| US8804910B1 (en) | 2011-01-24 | 2014-08-12 | Moxtek, Inc. | Reduced power consumption X-ray source |
| US8750458B1 (en) | 2011-02-17 | 2014-06-10 | Moxtek, Inc. | Cold electron number amplifier |
| US8929515B2 (en) | 2011-02-23 | 2015-01-06 | Moxtek, Inc. | Multiple-size support for X-ray window |
| US8792619B2 (en) | 2011-03-30 | 2014-07-29 | Moxtek, Inc. | X-ray tube with semiconductor coating |
| US8989354B2 (en) | 2011-05-16 | 2015-03-24 | Brigham Young University | Carbon composite support structure |
| US9174412B2 (en) | 2011-05-16 | 2015-11-03 | Brigham Young University | High strength carbon fiber composite wafers for microfabrication |
| US9076628B2 (en) | 2011-05-16 | 2015-07-07 | Brigham Young University | Variable radius taper x-ray window support structure |
| US8817950B2 (en) | 2011-12-22 | 2014-08-26 | Moxtek, Inc. | X-ray tube to power supply connector |
| US8761344B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-06-24 | Moxtek, Inc. | Small x-ray tube with electron beam control optics |
| US9072154B2 (en) | 2012-12-21 | 2015-06-30 | Moxtek, Inc. | Grid voltage generation for x-ray tube |
| US9184020B2 (en) | 2013-03-04 | 2015-11-10 | Moxtek, Inc. | Tiltable or deflectable anode x-ray tube |
| US9177755B2 (en) | 2013-03-04 | 2015-11-03 | Moxtek, Inc. | Multi-target X-ray tube with stationary electron beam position |
| US9173623B2 (en) | 2013-04-19 | 2015-11-03 | Samuel Soonho Lee | X-ray tube and receiver inside mouth |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3900751A (en) * | 1974-04-08 | 1975-08-19 | Machlett Lab Inc | Rotating anode x-ray tube |
| JPS52135695A (en) * | 1976-05-10 | 1977-11-12 | Toshiba Corp | X-ray tube |
| JPS551014A (en) * | 1978-06-16 | 1980-01-07 | Toshiba Corp | Rotating anode of rotating anode x-ray tube and preparation |
| US4276493A (en) * | 1979-09-10 | 1981-06-30 | General Electric Company | Attachment means for a graphite x-ray tube target |
| EP0037956B1 (en) * | 1980-04-11 | 1984-02-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | A rotary anode for an x-ray tube and a method for manufacturing the same |
| JPS57154756A (en) * | 1981-03-20 | 1982-09-24 | Toshiba Corp | Rotary anode for x-ray tube |
| JPS57157447A (en) * | 1981-03-24 | 1982-09-29 | Toshiba Corp | Rotary anode for x-ray tube |
| JPS58102449A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-18 | Hitachi Ltd | 回転陽極ｘ線管 |
| JPS599841A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Hitachi Ltd | 回転陽極ｘ線管 |
| JPS59191247A (ja) * | 1983-04-15 | 1984-10-30 | Hitachi Ltd | Ｘ線管用タ−ゲツト |
| AT381805B (de) * | 1984-07-16 | 1986-12-10 | Plansee Metallwerk | Roentgendrehanode mit oberflaechenbeschichtung |
| FR2593324B1 (fr) * | 1986-01-17 | 1988-03-25 | Thomson Cgr | Anode tournante avec graphite pour tube radiogene |
| FR2593325A1 (fr) * | 1986-01-21 | 1987-07-24 | Thomson Cgr | Anode tournante a graphite pour tube radiogene |
| JPS6355841A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-10 | Hitachi Ltd | Ｘ線管用タ−ゲツト |
| US4800581A (en) * | 1986-10-27 | 1989-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | X-ray tube |
| JPH0681745A (ja) * | 1992-09-01 | 1994-03-22 | Hitachi Ltd | 電磁式燃料噴射弁 |
-
1987
- 1987-07-24 JP JP62185267A patent/JPH0787082B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-07-21 US US07/222,615 patent/US4891831A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-07-22 EP EP88306747A patent/EP0300808B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-07-22 DE DE3852727T patent/DE3852727T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| EP0300808A3 (en) | 1990-08-01 |
| DE3852727D1 (de) | 1995-02-23 |
| EP0300808B1 (en) | 1995-01-11 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |