JPS6258105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転陽極Ｘ線管用の陽極構造物に関す
るもので、更に詳く言えば、黒鉛基体から成る陽
極円板に関する。

回転陽極Ｘ線管の寿命および効率は、蓄熱性お
よび放熱性の良い陽極円板の使用によつて向上さ
せることができる。円板の基体を作製するために
使用される他の材料としてのモリブデンおよびタ
ングステンと比べた場合、黒鉛は格段に大きい熱
容量を有している。相対単位で表わした場合、
1000℃における黒鉛とモリブデンおよびタングス
テンとの熱容量の比はそれぞれ48：7.4および
48：4.1である。また、1000℃における熱放射率
の比はいずれの場合にも0.85：0.15である。しか
しながら、黒鉛を基体材料として使用する際の困
難は陽極ターゲツトをいかにして黒鉛基体に接合
するかという点にある。

黒鉛基体を実現した従来の陽極構造物において
は、陽極ターゲツトを黒鉛基体に接合するのに適
した材料としてジルコニウムまたはハフニウムを
使用することが提唱されている。しかるに、これ
らの材料はいずれも炭化物生成物質であるため、
接合作業中および陽極構造物の所望の実用寿命
（通例は最低10000回のＸ線照射）中に生成する炭
化物の量をいかにして抑制するかという問題が生
じる。実用期間中には陽極構造物の温度がかなり
高いレベル（1200℃程度）にまで循環するから、
炭化物の生成が継続して起り得ることは明らかで
ある。こうして生成する炭化物層の機械的性質を
考えると、振幅の大きい温度循環を受ける回転陽
極Ｘ線管においてかかる陽極構造物を使用するこ
とが不可能な場合もある。

陽極ターゲツトを黒鉛基体に接合するための材
料としてはレニウムも使用されてきた。レニウム
は接合温度や陽極構造物の動作温度において炭化
物を生成しない。しかしながら、レニウムの炭素
溶解度は比較的大きいため、炭素がそれを通過し
て陽極ターゲツトの材料中へ拡散することが起り
得る。その結果、炭化タングステンの生成によつ
て陽極ターゲツトの材料が脆くなることがある。
それ故、かかる陽極構造物の実用寿命および効率
は現在使用されている全金属製陽極構造物の場合
と同等またはそれ以下である。

さて本発明に従えば、タングステンまたはタン
グステン合金から成る陽極ターゲツトを黒鉛基体
にろう付けした回転陽極Ｘ線管用の円板構造物が
提供される。その場合のろう材は白金、白金―ク
ロム合金、オスミウム、パラジウム、ロジウムま
たはルテニウムであり得る。

次に第１図を参照すれば、回転陽極Ｘ線管にお
いて使用するのに適した陽極構造物１０が示され
ている。かかる陽極構造物１０は、ろう付け、溶
接などのごとき適当な手段によつて心棒１４に接
合された円板１２を含んでいる。また、円板１２
は黒鉛基体１５を含んでいて、後者は中央部１６
およびそれと一体となつた外周部１８から構成さ
れている。黒鉛基体１５は２つの相対する主面２
０および２２を有していて、それらがそれぞれ黒
鉛基体１５の内面および外面を成している。黒鉛
基体１５の外周部１８の外面２２の特定領域には
陽極ターゲツト２４が金属層２６によつて固定さ
れている。本発明に従つて製造された円板１２の
１例によれば、黒鉛基体１５が皿状形態を有して
いて、中央部１６と一体になつた外周部１８が前
記皿状形態の上方に伸びる部分を形成し、かつ前
記皿状形態の内面が黒鉛基体１５の内面を形成し
ている。

陽極ターゲツト２４の材料はタングステンまた
はタングステンとレニウムとの合金である。後者
の場合、レニウム含量は１〜約25（重量）％であ
り得るが、通例は３〜10（重量）％である。

金属層２６の材料は炭化物生成物質でないよう
なものである。更にまた、約1000〜約1300℃程度
にもなる動作温度の範囲内において金属層２６の
材料が炭素溶解性を有していてはならない。な
お、それより遥かに高い温度において金属層２６
の材料が多少の炭素溶解性を有することは許容さ
れる。すなわち、陽極ターゲツト２４を黒鉛基体
１５に接合する際の温度下では、金属層２６の材
料が１〜４（原子）％の炭素溶解度を有すること
は差支えない。かかる材料はまた、陽極ターゲツ
ト２４を成すタングステンおよびタングステン合
金中にある程度溶解し得るものとする。

金属層２６を形成するのに適した材料として
は、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウムお
よびルテニウムが挙げられる。これらの材料はい
ずれも非炭化物生成物質である。その上、これら
の材料の各々は陽極ターゲツト２４を成すタング
ステンおよびタングステン合金中に可溶であり、
しかも炭素に対する溶解度が小さい。特に、炭素
溶解度は陽極構造物１０を使用した回転陽極Ｘ線
管の最高内部動作温度（約1300℃）においてほと
んどゼロである。白金、パラジウム、ロジウム、
オスミウムおよびルテニウムはいずれも炭素と共
に単純な共融系を作る。とは言え、商業的用途の
場合、金属層２６を形成するため実際に使用でき
る材料は白金およびパラジウムのみである。ロジ
ウム、オスミウムおよびルテニウムは、その各々
が白金およびパラジウムよりも高にろう付け温度
を有するとは言え、金属層２６の主要材料として
使用するには現在のところ高価過ぎる。

最低接合温度すなわち炭素―パラジウム共融温
度が1504℃でありかつ1300℃未満の温度における
炭素溶解度がほとんどゼロである点から見れば、
パラジウムは金属層２６の材料として適してい
る。それによれば、陽極ターゲツト２４と黒鉛基
体１５との間に優れた結果が達成される。しかし
ながら、陽極構造物１０の最高内部動作温度は約
1300℃であるから、僅か200℃の安全限界が存在
するに過ぎない。それ故、かかる陽極構造物の信
頼性は金属層２６の材料が白金である場合よりも
低い。

金属層２６の材料として現在のところ好適な物
質は白金である。陽極ターゲツト２４を黒鉛基体
１５に接合する際の温度は約1800℃となる。最低
接合温度すなわち炭素―白金共融温度は1705℃で
ある。この場合には、Ｘ線管の動作に際して400
℃という大きな安全限界が得られることになる。
約1500℃以下においては、白金から成る金属層２
６の炭素溶解度はゼロである。従つて白金から成
る金属層２６は、約1000〜約1300℃の動作温度範
囲内においても、陽極ターゲツト２４中への炭素
拡散に対する優れた障壁を成すのである。

白金の合金もまた使用できる。とは言え、接合
温度における炭化物の生成またはＸ線管の動作温
度範囲内における過度の炭素拡散を引起し得るよ
うな元素をかかる合金中に高濃度で使用してはな
らない。クロムは炭化物生成物質であるけれど
も、１（重量）％までのクロムを混入した白金―
クロム合金は金属層２６として使用することがで
きる。

白金または白金合金から成る金属層２６を形成
するためには幾つかの方法がある。たとえば、黒
鉛上にめつきを行えばよい。その場合には電気め
つき法の使用が好ましい。１／４〜約１ミルの厚
さが好適である。あるいはまた、スパツタ法によ
つて白金を黒鉛に付着させてもよい。白金の付着
後、めつき済みの黒鉛を真空中において約1200±
20℃で約３時間にわたり熱処理することによつて
ガス抜きが行われる。

更にまた、箔状の白金または白金―クロム合金
の使用によつて金属層２６を形成することもでき
る。その場合、箔の厚さはもつぱら良好な結合を
確保する必要性にのみ依存する。かかる箔は少な
くとも１／２ミルの厚さを有するものとする。箔
の厚さが１／２ミル未満であると、接合すべき表
面の凹凸のために陽極ターゲツト２４と黒鉛基体
１５とが密着せず、従つて両者間に不完全な結合
しか得られないことがある。なお、金属層２６に
よつて形成された信頼できる接合部を確保するた
めには、箔の厚さが１ミルであることが好まし
い。

陽極構造物１０を製造するためには幾つかの方
法がある。一例を挙げれば、陽極ターゲツト２４
をめつき済みの黒鉛基体１５上に配置し、それか
ら約1800℃の高温下で互いに接合すればよい。別
の例によれば、黒鉛基体、白金または白金―クロ
ム合金の箔、および陽極ターゲツト２４をサンド
イツチ状に組立て、それから約1800℃で互いに接
合してもよい。

タングステンまたはタングステン―レニウム合
金から成る陽極ターゲツト２４を黒鉛基体１５に
接合するための好適な方法は、白金めつき済みの
黒鉛基体１５、箔部材、および陽極ターゲツト２
４をサンドイツチ状に組立てるというものであ
る。その場合には、箔部材が黒鉛基体１５のめつ
き表面上に配置され、次いで陽極ターゲツト２４
が箔部材上に配置される。かかる「サンドイツ
チ」の構成部品は、互いに接合すべき表面同士が
密着するように適当な方法で保持される。

組立済みの構成部品は制御雰囲気炉内に装入さ
れる。好適な雰囲気は水素である。水素は接合す
べき表面を白金が濡らすことを促進する。その
上、水素は接合すべき構成部品の表面上に存在す
る酸化物に対し還元剤としても役立つ。

最初、組立済みの構成部品は水素管状炉の最低
温区域に装入されて、それから最高約30分までの
時間にわたり予熱することによつて構成部品の馴
化が行われる。なお、最低10分の予熱時間が所望
される。予熱完了後、組立済みの構成部品は約
1800±30℃の温度を有する炉内区域へ移動され
る。この炉内区域における滞留時間は、金属層２
６の形成に基づくろう付けによつて構成部品同士
を互いに接合するのに十分なものとする。最高10
分までの滞留時間が十分であると判明している
が、好適な時間は約３分である。ろう付け工程の
完了後、得られた円板１２は管状炉の「冷却区
域」へ移動される。この区域における滞留時間
は、円板１２を冷却しかつ溶融物を凝固させて金
属層２６を形成するのに十分なものとする。「冷
却区域」の温度である約1000℃から炉外取出し可
能となるまで円板１２を冷却するのに十分な時間
は約１時間であることが判明している。

実例を述べれば、電着法によつて厚さ１インチ
の黒鉛基体の一方の表面上に厚さ１ミルの白金層
を付着させた。1200±20℃で３時間にわたりめつ
き済み黒鉛基体のガス抜きを行つた。他方、タン
グステンから成る陽極ターゲツトを作製した後、
その一方の表面を600番の紙やすりで金属組織学
的に研磨した。更にまた、白金箔から厚さ１ミル
の白金予備成形物をも作製した。

次に、かかる構成部品をサンドイツチ状に組立
てた。その際には、黒鉛基体の白金めつき表面上
に白金予備成形物を配置し、次いで研磨表面が予
備成形物に接触するようにして予備成形物上に陽
極ターゲツトを配置した。組立済みの構成部品を
しつかりと結束し、モリブデン製のボート内に配
置し、それから水素管状炉の最低温区域内に装入
した。10分間にわたる馴化の後、組立済みの構成
部品を管状炉の最高温区域へ移動した。光高温計
によつて測定したところ、温度は1800±30℃であ
ることが判明した。３分間にわたる最高温区域内
の滞留により、構成部品同士は互いにろう付けさ
れた。次いで、組立済みの構成部品を1000±20℃
の冷却区域へ移動した後、その温度から45分間に
わたつて炉内冷却し、それから炉外へ取出した。

炉外へ取出した後、ろう付けされた構成部品の
目視検査を行つた。ろう付け接合部は完全である
ように思われた。次に、ろう付けされた構成部品
の薄片を作製し、そしてタングステン―白金―炭
素の境界部を検査した。ろう付け接合部は全域に
わたつて完全であつた。更にまた、各種の薄片に
対し破断が起るまで曲げ荷重を加えた。その結
果、いずれの場合にも陽極ターゲツトまたは黒鉛
基体において破断が起つたのであつて、白金―タ
ングステンまたは白金―黒鉛境界部に破断が起つ
た例は見られなかつた。

本発明の新規な円板構造物によれば、従来の円
板構造物によつて可能であつたレベルを越えるよ
うな出力を短時間または長時間にわたつて要求す
るＸ線撮影技術が採用できるようになり、しかも
使用中に早期破壊が起る恐れはない。このように
大きい出力に耐え得る結果として、Ｘ線撮影操作
の際に患者を短時間だけ照射すれば済むことにも
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて製造された円板構造物
の立断面図、そして第２図は陽極ターゲツトを黒
鉛基体に接合する幾つかの方法を示す工程系統図
である。 図中、１０は陽極構造物、１２は円板、１４は
心棒、１５は黒鉛基体、１６は中央部、１８は外
周部、２０および２２は黒鉛基体の主面、２４は
陽極ターゲツト、そして２６は金属層を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ内面および外面を成す２つの相対す
   る主面を有しかつ中央部およびそれと一体になつ
   た外周部から成る黒鉛基体；前記基体の一体にな
   つた外周部の外面の特定表面領域に固定されたタ
   ングステンまたはタングステン―レニウム合金か
   ら成る陽極ターゲツト；前記陽極ターゲツトを前
   記基体の一体になつた外周部の外面の特定表面領
   域に接合している金属層の諸要素から構成される
   回転陽極Ｘ線管用陽極構造物の円板において、 前記金属層を構成する材料に対して、炭素が約
   1000℃乃至約1300℃の温度範囲において溶解性を
   示さないが、前記陽極ターゲツトを前記基体に接
   合する温度では１乃至４原子％の溶解度を有して
   よく、 前記金属層を構成する材料は前記陽極ターゲツ
   トの材料に対してある程度の溶解性を示し、 前記金属層を構成する材料はロジウム、オスミ
   ウム、ルテニウム、白金、パラジウム、または白
   金―クロム合金から成り、 前記金属層の厚さが１／２ミル（12.7ミクロ
   ン）以上である回転陽極Ｘ線管用陽極構造物の円
   板。 ２ 前記金属層が１（重量）％までのクロムを混
   入した白金―クロム合金から成る、特許請求の範
   囲第１項記載の円板。 ３ 前記基体が皿状形態を有していて、前記一体
   になつた外周部が前記皿状形態の上方に伸びる部
   分を形成し、かつ前記皿状形態の内面が前記基体
   の内面を形成している、特許請求の範囲第１また
   は２項記載の円板。 ４ 前記金属層の厚さが１ミル（25.4ミクロン）
   である特許請求の範囲第１乃至３項のいずれかに
   記載の円板。