JPS63211547A - Ｘ線管ターゲットおよびその製法 - Google Patents

Ｘ線管ターゲットおよびその製法

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JPS63211547A
JPS63211547A JP62325641A JP32564187A JPS63211547A JP S63211547 A JPS63211547 A JP S63211547A JP 62325641 A JP62325641 A JP 62325641A JP 32564187 A JP32564187 A JP 32564187A JP S63211547 A JPS63211547 A JP S63211547A
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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、一般的にはＸ線管の陽極ターゲット、及び更
に特定するとすれば、Ｘ線管の回転式陽極ターゲット用
の複合構造体に関する。
Ｘ線管の性能に向けられた要求の増大に伴ない、製造業
者らはＸ線管ターゲットの効率の増大及び／または寿命
の増加の方法を模索している。１つの方法は、ターゲツ
ト体に使用されるモリブデン等の従来の耐火金属を黒鉛
材料で置き換えることである。黒鉛は、相対的に、可成
高い蓄熱容量及び低い密度の両方の利点を与える。高め
られた蓄熱容量が、より高温での持続的な操作を許容し
、一方、より低い密度が、支持基材へのより小さい機械
的応力の故に、より大きなターゲットの使用を許容する
。
前述の黒鉛ターゲットの利点と共に、通常使用される耐
火金属の代わりにこの材料を選択する場合、克服すべき
多少の問題点がある。第１に、Ｘ線管の回転軸に対し金
属盤を固着させるよりも、黒鉛体を固着させる方が困難
である。第２に、焦点１−ラック（１’ｏｃａｌ　ｔｒ
ａｃｋ）を黒鉛基体に直接接触配置した場合、焦点トラ
ックから基体への熱伝達速度が、焦点トラックを金属基
体に固着させた場合よりも遅くなる。成る操作条件下で
は、このことが焦点トラックの過熱及び結果としてター
ゲット損傷の原因となり得る。
通常使用される材料群、即ち耐火金属と黒鉛の各々の利
点を獲１すするための公知のアプローチは、いわゆる複
合基体構造体において、これら２種の飼料を組合せて使
用することである。この構造体は、一般に、回転軸に固
イ１され、前面に環状の焦点Ｉ・ラックを固着させた耐
火金属盤の使用により特徴づけられる。この盤の裏面に
は、回転軸に対し同心円の関係の、耐火金属盤に実質的
に背負われた状態の黒鉛盤が固着されている。この様な
組合せにより、（ａ）金属盤の回転軸への固着が容易に
なり、（ｂ）焦点Ｉ・ラックから金属盤、次いで黒鉛盤
への熱流径路が良好となり、（ｃ）黒鉛盤は低密度特性
と共に、高い蓄熱容量を備えている。
この複合ターゲット構造体において、金属部分は、通常
、一般にティー・ゼット・エム（ＴＺＭ）として知られ
ているモリブデン合金により形成されている。ＴＺＭは
この用途において好ましい材料であるが、ＴＺＭに対し
エム・ティー１０４（ＭＴｉＯ３（を代用することがで
きる。この合金は、モリブデンに加え、約０．５％のチ
タン、０．０７％のジルコニウム及び０．０１５％の炭
素を含有する。非合金化モリブデンを含む他の材料群も
使用可能であり、且つ使用されてきている。
１夏合ターゲットに関し、主な関心事の１つは、黒鉛部
分を満足し得る方法で耐火金属部分に固着させることで
ある。１０，０００回転回転−も及ぶ回転速度を考慮し
た場合に重要となる明白な強度の要件に加えて、１２０
０℃程度の比較的高い操作温度及びこの結果としての高
い熱応力にも耐えなければならない。加えて、金属及び
黒鉛要素は、金属部分から黒鉛部分への最大限の熱伝達
を生じる様に、適切に接合される必要がある。例えば、
これら２つの部分の間に空隙（ｖｏｉｄｓ）が存在すれ
ば、熱伝達特性がこれらの領域において不適切となる。
黒鉛部分を金属部分に接合させる通常の方法は、介在金
属を使用しての炉内又は誘動加熱ろう付である。ジルコ
ニウムが、引越した流動及び濡れ特性に因り、この目的
のために使用されている。しかし、ジルコニウムの使用
に伴ない、ジルコニウムと黒鉛の接触面における炭化物
の生成という問題が起る。炭化物が接合を脆弱化する傾
向にあるので、接合強度が、生成した炭化物の厚み及び
炭化物層の連続性に反比例の関係となる。生成した炭化
物の量は、部品の製造及び操作の両段階の間の熱履歴に
よって決まり、これら何れの段階も、望ましくない炭化
物が生成しないことを確実にする様には的確に制御でき
ない。
ターゲットの黒鉛部分の金属部分への接合に有用な、他
の材料も見い出されている。この様な接合に特に適した
、前記材料の一群が、１９７９年３月２０日付で発行さ
れ、本発明に係る論受入に譲渡された米国特許第４，１
４５，６３２号明細書において検討されている。これら
の材料群、及び特に白金が、黒鉛と白金の接触面での炭
化物の生成に比較的影響を受けにくいことから、ジルコ
ニウム材料を凌ぐ重要な利点を有していることが見い出
された。
米国特許第４，１４５，６３２号明細書に開示された技
法及び材料群が、複合Ｘ線ターゲットの接着技術に重要
な改良をもたらしたが、これらの技法及び材料群は未だ
少率の容認し難い接着を生じがちである。これら接着不
良のいくつかが、ろう材と黒鉛との接触面で引き起され
ていると考えられる。例えば、空隙がしばしばこの領域
で発見されている。
即ち、本発明の目的は、良好な強度及び熱伝達特性を有
するろう付された相互接続部を備える、改良された１夏
合Ｘ線ターゲットを提供することにある。
本発明の他の目的は、ろう付された材料と黒鉛との接触
面における空隙を最小限に押え、及びこれにより接着強
度及びターゲット内の熱伝達を最大限にする複合Ｘ線管
ターゲットのろう付方法を提供することにある。
これらの目的、並びに他の特徴点乃至利点は、添付した
図面と共に以下の記載を参照することにより、更に容易
に明確となる。
発明の概要 簡潔に言うと、本発明の１つの観点に従って、濡れ改良
剤、好ましくはタンタルの比較的薄い層が、成形された
黒鉛部分に接触配置される。次いで、白金の盤体が、前
記タンタルに接触配置され、そして耐火金属部分が前記
白金盤上に配置される。
この結合体が、しかる後に、これら材料群の一体のろう
付を起こさせるために加熱される。この方法において、
白金が主要な結合材料となり、一方タンタルの薄い層は
、白金と黒鉛の良好な接触を確保するための濡れ改良剤
として作用する。
濡れ改良剤の作用は、一般に黒鉛の液体白金溝れを改良
することである。タンタルの濡れ改良剤が、黒鉛上での
白金の濡れ角を可成りの程度減らすことが見出された。
このことは、白金と黒鉛との接触がより促進されること
を示唆するものである。
本発明の種々の観点に従えば、タンタルを、物理蒸着、
化学薄青、プラズマ溶射、タンタルの水素化物の形態で
溶射被覆、又は更にタンタル・スラリーの形態でシルク
・スクリーンにかけることができる。一般的に、タンタ
ルは２，０００乃至１０．０００オングストロームの範
囲の厚みの層内にあるべきであり、また、好ましくは、
この厚みは２，５００乃至５，０００オングストローム
の範囲であるべきである。この層は、ろう付の間に白金
がそれのタンタルについての溶解限度に到達しない様な
十分な薄さであるべきであり、上記で特定した範囲群は
、通常この要件を満足する。
以下に記述された図面において、好適な実施の態様が記
載されている。しかし、本発明の真正な思想及び範囲を
逸脱しないで、この態様に対し種々の他の変更及び別の
構成がなされ得る。
ます、第１図を参照すると、図中には本発明に係る回転
式陽極Ｘ線管において使用されるターゲット、即ち陽極
が示されている。概括して１０で示されている集合体は
、従来からの方法により陰極からの電子により衝撃を加
えられたときにＸ線を発生させるための焦点トラック１
２を前面に接触配置させている金属盤部分１１を含んで
いる。
盤１１は、モリブデン、あるいはＴＺＭもしくはＭＴｉ
Ｏ３等のモリブデン合金などの適宜の耐火金属により構
成されている。この表面に配置された従来からの焦点ト
ラック１２は、タングステンあるいはタングステン／レ
ニウム合金材料により構成されている。盤１１は、例え
ばろう付、拡散結合法、あるいは機械的固イ１等の従来
の方法により輔１３に固着される。
金属盤１１の裏面には黒鉛盤部分１４が固着されている
。固着は、概括的に１６で示された白金ろう材により、
以下に記載される方法によってなされる。黒鉛盤１４の
主要な目的は、焦点トラック１２から金属盤１１を通し
て伝達される熱に対してヒート・シンクを提供すること
である。ヒート・シンク作用が、ターゲット部品集合体
の嵩高の可成りの要因とならずに与えられることが最善
である。
ろう材１６は、第１図において２層から成る様に示され
ている。第１の層２３は、純白金から成っている。純白
金により意味するのは、濡れ改良剤を含まない白金であ
る。換言すると、ろう付過程の間に何ら有意の量の濡れ
改良剤が層２３に入りこまない。第２の層２４は、白金
及び濡れ改良剤によりもが成されている。濡れ改良剤は
、ろう付の前に黒鉛部分１４に施用される。濡れ改良剤
の目的は、黒鉛に対する白金の液体濡れ性を高めること
である。実際には、以下に特定される厚みに関しては、
ろう材層１６が組成においてほぼ均一となる。このこと
は、ろう材層１６が、内部にほぼ均一に溶存したタンタ
ルを保育する白金の単一層２４ａから成る点を除いて、
第１図と同一の参照番号を使用している第１Ａ図に示さ
れている。
濡れ改良剤は、白金中に溶存可能であり、且つろう付過
程の間にターゲット焦点トラックを１９染することがな
い様に、低い蒸気圧を有することが好ましい。
実験により、黒鉛に対する白金の濡れ角が７０度と９０
度の間であることが示された。濡れ角は、融解材料と固
体基体との間に形成される角度のことを言う。濡れ角が
９０度に近づく程、融解金属がより不十分に基体を濡ら
す。融解金属が基体を十分に濡らさない場合、この材料
が固化した後に接触面において空隙を発見することがあ
りうる。
逆に、濡れ角が０に近づく稈、表面がより良好に濡らさ
れる。濡れが高まるほど、接着部における空隙の可能性
を減らす。
実験により、タンタル及びモリブデンを含めいくつかの
材料が、黒鉛に対して薄い層として接触配置された場合
、白金の濡れ角を１０度以下に減らすことが示された。
特定の実験により、濡れ角が４乃至７度に減らされるこ
とが示された。タングステン、ニオブ及び他の材料群も
同様に作用すると考えられる。
金属間化合物相が何ら形成されない様に、ろう付の間に
白金に含まれる濡れ改良剤の溶解限界に達しない程度に
十分薄い層として、濡れ改良剤が黒鉛に対して施用され
ることが好ましい。しかし、この層か黒鉛の全表面部分
の完全な被覆を確保する程度に十分な厚みであることが
最善である。
試験により、たとえろう付前に少量の炭化物が生成して
も、通常ろう付の間に白金中に溶解し、何ら問題がない
。
一般に、濡れ改良剤は２，０００乃至１０，０００オン
グストロームの厚みの層として施用されるべきである。
好ましくは、濡れ改良剤は、２゜５００乃至５，０００
オングストロームの厚みの層として施用されるべきであ
る。
ターゲット組立品の製造法は、第２図に記載されている
。説明上の目的で、金属盤部分１１及び黒鉛盤部分１４
が、従来の方法により、盤１１あるいは各々が、Ｘ線管
の軸１３を締りばめの関係で収容するための中心孔１８
を有して形成されていると仮定する。
黒鉛部分１４が、金属部分１１の平坦表面２」と固着さ
れる平坦表面１９に特別な注意を払いながら、先ず洗浄
される。黒鉛部分１４の表面は、Ｘ線管の１・′φ作の
間の黒鉛粒子群の放出（粉じん）を防止するため、超音
波洗浄あるいは他の適切な表面処理法によって処理され
るのが好ましい。
黒鉛１４の加工後、更に熱衝撃付与により処理される。
熱衝撃付与は、黒鉛を、空気中、約２５０°Ｃ乃至３０
０’Ｃまで加熱し、次いでこの加熱された黒鉛を、室温
の脱イオン水中に急激に浸漬させることにより達成され
る。熱衝撃付与の後、黒鉛は、真空中で約１時間、１９
００　’Ｃの高温に加熱することによりガス抜きされる
。こうして処理された黒鉛は、この時点で濡れ改良剤の
施用及び金属要素とのろう付のための用意が整えられて
いる。
陽極ターゲットの金属部分は、好ましくはＴＺＭあるい
はＭＴｉＯ３により形成される。黒鉛要素に対して適用
されたのと同一の工程群のいくつかが、ＴＺＭあるいは
ＭＴ１０４金属要素にも適用される。特に、Ｔ　Ｚ　Ｍ
はガス抜きのため、１９００°Ｃで約１時間真空焼成さ
れる。ガス抜き後、この高’ｔＨにおけるガス抜きが金
属を湾曲させる原因となる可能性もあるため、ＴＺ〜１
の黒鉛表面に固着される而が、表面の平坦度を調整する
ために仕上げ機械加工される。機械加工後、ＴＺＭ金属
要素が、典型的には超音波メタノール浴を用いて洗浄さ
れる。もし必要ならば、接着される表面を史にショット
・ピーニングすることもできる。超音波洗浄からの乾燥
後、Ｔ　Ｚ　ＭあるいはＭＴＩ０４金属要素は、この時
点で黒鉛要素との接着のための用意が整えられている。
黒鉛部分の好適な調製法は、クンタルの表面１９への物
理蒸着（ＰＶＤ）である。タンタルにより’Ｕ１’Ｅ！
されない表面部分は、従来の方法でマスクさせることが
できる。ＰＶＤ法のパラメータ一群は、以下のとおりで
ある。
イオン電流密度−３乃至４ワツト／ｃＪが好適である。
しかし１乃至４ワツト／ｃＪが許容される。タンタルの
純度は、少なくとも９９゜９５％であることが好ましい
。
ＰＶＤ’８Ｓの内圧は、アルゴンの３乃至１０ミクロン
が好ましい。しかし、アルゴンの＋乃至２０ミクロンが
許容される。
ターゲラＩ・電圧は、２乃至ｉｋＶの範囲が好ましい。
しかし１乃至３ｋＶの範囲内であり得る。
物理蒸着法が好ましいものの、濡れ改良剤は、シルク・
スクリーン・スラリー技法、プラズマ溶射技法、化学蒸
着により接触配置することもでき、あるいはタンタルの
水素化物を黒鉛基体にスプレー塗装することもできる。
濡れ改良剤が施用された後、複合集合体が、白金のワッ
シャーもしくは箔層を露出した濡れ改良剤層と金属部分
との間に配置することにより形成される。好ましくは、
数個、代表的には３個あるいは４個の集合体群が、１つ
を他の上面に積み重ねて同時に形成される。
この様に積み重ねた後、好ましくは約１６ポンドの錘り
が積み車ねられた集合体群の−に而にｉ＆かれ、この積
み重ね構造物が真空室炉内に置かれる。
炉は、代表的には約１０　’Ｔｏｒｒの真空度に真空引
される。この方法における第１の工程は、炉を約１８０
０’Ｃに昇／Ｉ＋ＩＡシ、白金を融解させるためこの温
度でほぼ５分間保持することである。それから真空のま
ま炉の温度を約４５０℃に降下させる。
４５０°Ｃにおいて、炉をアルゴンガスで充満させて、
約１００’Ｃまで強制的に急速冷却を行なう。
この時点で、炉が開けられ、接着された陽極ターゲット
構造体が取り出される。
好適な白金層は、２５０，０００乃至７５０゜０００オ
ングストロームの厚みであり、ろう材の液相線温度より
３０°Ｃ高い温度でろう付される。
本発明は、特定の実施の態様及び実施例を参照して説明
されているが、前記教示からみて、当該技術分野の熟達
者によって、他の変更乃至変形も想起されるであろう。
従って特許請求の範囲の事項の範囲内で、本発明が特定
的に記載された事項以外でも実施し得ることが理解され
るべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従って製造されるＸ線ターゲットの
断面図である。 第１Ａ図は１２本発明の好適な実施の態様に従ったＸ線
ターゲットの部分断面図である。 第２図は、本発明の好適な実施の態様に従うターゲット
の製造法を示す工程流れ図である。 １０・・・集合体、１１・・・金属盤部分、１２・・・
焦点トラック、１３・・・回転軸、１４・・・黒鉛盤部
分、１６・・・白金ろう材、１８・・・中心孔、２３・
・・第１の層、２４・・・第２の層。 特５′「出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）表面に焦点トラックを保持している耐火金属部分
    ； 黒鉛基体部分；及び、 前記黒鉛基体部分を前記耐火金属部分に接合している接
    着層； を備え、前記接着層が白金の層により構成され、前記白
    金がタンタルを含有しているＸ線管用複合ターゲット。 （２）前記白金が、純白金の層、及び黒鉛基体に面して
    、内部に溶存したタンタルを保有する白金の層により構
    成されている特許請求の範囲第１項記載のＸ線管用複合
    ターゲット。 （３）前記白金が、該白金内に均一に分布して溶存した
    タンタルを保有している特許請求の範囲第１項記載のＸ
    線管用複合ターゲット。 （４）黒鉛基体に、黒鉛の白金による液体濡れを改良す
    る能力を有する濡れ改良剤を施用する工程； 前記濡れ改良剤に隣接して白金の層を配置する工程； 前記白金に隣接して耐火金属ターゲット部分を配置する
    工程；及び この集合体を、該集合体が一体にろう付されるのに十分
    な時間及び温度で加熱する工程を含むＸ線管用複合ター
    ゲットの製法。 （５）濡れ改良剤が、白金内に溶存し得る特許請求の範
    囲第４項記載の製法。 （６）濡れ改良剤が、黒鉛に対する白金の濡れ角を約１
    ０度未満とする特許請求の範囲第４項記載の製法。 （７）濡れ改良剤が、タンタル、モリブデン、ニオブ及
    びタングステンから成る群から選ばれる材料からなる特
    許請求の範囲第４項記載の製法。 （８）濡れ改良剤がタンタルである特許請求の範囲第４
    項記載の製法。 （９）濡れ改良剤が、２，０００乃至１０，０００オン
    グストロームの範囲の厚みで施こされる特許請求の範囲
    第８項記載の製法。 （１０）濡れ改良剤が、２，５００乃至５，０００オン
    グストロームの範囲の厚みで施こされる特許請求の範囲
    第９項記載の製法。 （１１）濡れ改良剤が、物理蒸着法により施こされる特
    許請求の範囲第４項記載の製法。（１２）濡れ改良剤が
    、プラズマ溶射により施こされる特許請求の範囲第４項
    記載の製法。 （１３）濡れ改良剤が、シルクスクリーン・スラリーに
    より施こされる特許請求の範囲第４項記載の製法。 （１４）濡れ改良剤が、タンタルの水素化物をスプレー
    塗装して施こされる特許請求の範囲第４項記載の製法。 （１５）濡れ改良剤が、黒鉛の全表面部分の完全な被覆
    を確保し且つ黒鉛に対する化学的な結合を形成するのに
    十分な厚みの層として施こされる特許請求の範囲第４項
    記載の製法。 （１６）濡れ改良剤が、ろう付の間に白金との金属間化
    合物相を析出させない様な十分な薄さで施こされる特許
    請求の範囲第４項記載の製法。 （１７）黒鉛基体に、２，０００乃至１０，０００オン
    グストロームの範囲の厚みで、黒鉛の白金による液体濡
    れを改良する能力を有するタンタルからなる濡れ改良剤
    を施用する工程； 前記濡れ改良剤に隣接して白金の層を配置する工程； 前記白金に隣接して耐火金属ターゲット部分を配置する
    工程；及び この集合体を、該集合体が一体にろう付されるのに十分
    な時間及び温度で加熱する工程を含む、特許請求の範囲
    第４項記載の製法。 （１８）濡れ改良剤が、物理蒸着法により施こされる特
    許請求の範囲第１７項記載の製法。 （１９）濡れ改良剤が、２，５００乃至５，０００オン
    グストロームの範囲の厚みで施こされる特許請求の範囲
    第１８項記載の製法。
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