JPS6324533A - Ｘ線管タ−ゲット - 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線管の陽極ターゲットに関するものであって
、更に詳しく言えば、Ｘ線管の回転陽極ターゲットとし
て役立つ複合構造物に関する。

Ｘ線管の性能に関する要求条件の増加に伴い、製造業者
達はＸ線管ターゲットの効率を高めかっ（あるいは）そ
れの寿命を延ばすための方法を探し求めてきた。１つの
方法は、ターゲット本体として従来使用されてきたモリ
ブデン材料を黒鉛材料で置換するというものであった。

黒鉛は、蓄熱容量が著しく大きくかつ密度が小さいとい
う利点を有している。蓄熱容量が大きいことは高温下に
おける長時間の動作を可能にし、また密度が小さいこと
は軸受材料に加わる機械的応力を低下させて一層大形の
ターゲットの使用を可能にする。

黒鉛製のターゲットが上記のごとき利点を有するとは言
え、常用されてきた高融点金属の代りにこの材料を選択
する場合には解決しなければならない幾つかの問題点が
存在する。第一に、Ｘ線管の回転軸に黒鉛製の物体を取
付けることは金属円板を取付けるよりも困難である。第
二に、黒鉛基体に焦点軌道を直接に取付けた場合、焦点
軌道から基体への伝熱速度は焦点軌道を金属基体に取付
けた場合よりも遅くなる。ある稲の動作条件下では、こ
れは焦点軌道の過熱をもたらし、その結果としてターゲ
ットの損傷を引起こすことがある。

これらの常用材料（すなわち、高融点金属および黒鉛）
のそれぞれの利点を活用するための公知の方法は、両者
を併用していわゆる複合基体構造物を形成することであ
る。かかる構造物においては、通例、回転軸に固定され
た高融点金属円板の前面に環状の焦点軌道が取付けられ
ている。それの後面には、軸と同心関係にある黒鉛円板
が固定され、そして実質的に高融点金属円板に対する支
持体を成している。このような組合せによれば、（ａ）
回転軸に対する金属円板の取付けが容易となり、（ｂ）
焦点軌道から金属円板へ、そして更に黒鉛円板への満足
すべき熱流路が得られ、かつ（ｃ）黒鉛円板の低密度特
性が利用できると共に蓄熱容量の増大が達成されるので
ある。

複合ターゲットを用いる場合、主な問題点の１つは黒鉛
部分を高融点金属部分に適切に固定する方法である。最
高１０００　ＯＲＰＭという回転速度を考慮すれば高度
の強度条件が要求されるのは勿論のこと、１２００℃程
度の比較的高い動作温度にも対応しなければならない、
加えて、金属部分から黒鉛部分への最大の伝熱速度が得
られるように両者を適切に結合しなければならない。こ
れら２つの部分間にエアポケットが存在すると、両者間
における伝熱特性は不満足なものになることが判明して
いる。

黒鉛部分を金属部分に結合するための常法は、介在金属
を用いて炉内ろう付けまたは誘導ろう付けを行うという
ものである。かかる目的のためには、優れた流動性およ
び湿潤性を有するジルコニウムを使用するのが通例であ
った。しかしながら、ジルコニウムの使用に付随する問
題点として、ジルコニウムと黒鉛との界面における炭化
物の生成が挙げられる。かかる炭化物は接合部を脆化す
る傾向があるため、接合部の強度は炭化物の生成量およ
び炭化物層の厚さに反比例する。炭化物の生成量はター
ゲットの製造および動作時におけるそれの熱履歴に依存
するが、望ましくない炭化物の生成を防止するように製
造条件および動作条件を十分に制御することは不可能で
ある。

ターゲットの黒鉛部分を金属部分に取付ける際に有用な
他種の材料も知られている。上記取付け目的のために特
に適したかかる材料の実例は、本発明の場合と同じ譲受
人に譲渡された１９７９年３月２０日付けの米国特許第
４１４５６３２号明細書中に記載されたものである。そ
れらの材料（とりわけ白金）は、黒鉛／白金界面に炭化
物を生成する傾向が比較的小さいため、ジルコニウム材
料よりも順著に有利であることが判明している。

複合ターゲット構造物においては、金属部分は−ｉにＴ
ＺＭとして知られるモリブデン合金から成るのが普通で
ある。なお、このような用途のための好適な材料はＴＺ
Ｍであるが、ＴＺＭの代りにＭＴｉＯ３を使用すること
もできる。この合金は、モリブデンに加えて、約０．５
％のチタン、０１０７％のジルコニウムおよび０．０５
％の炭素を含有している。白金結合材を用いてＴＺＭま
たはＭＴｉＯ３と黒鉛とからターゲットを製造する場合
、白金が融解すると、黒鉛部分からの炭素がそれを通っ
て拡散し、そして白金とＴＺＭとの間に炭化モリブデン
（Ｍｏ２Ｃ）層を形成することが判明した。かかるＭＯ
２Ｃ層は、結合力を弱めるばかりでなく、ターゲット構
造物が熱サイクルを受けるのに伴って劣化することも判
明している。それ故、黒鉛をＴＺＭにろう付けするため
に白金のみを用いる。ことには幾つかの欠点があること
が認められている。

そこで本発明の目的の１つは、良好な強度特性および伝
熱特性を示するう付け接合部を有する改良されたＸ線管
用複合ターゲットを提供することにある。

また、黒鉛部分と金属部分との間のろう付け接合部にお
ける炭化物の生成を抑制するための方法およびろう材を
提供することも本発明の目的の１つである。

これらの目的並びにその他の特徴や利点は、添付の図面
を参照しながら以下の説明を読むことによって一層容易
に理解されよう。

発明の要約 本発明の実施の一態様に従って簡単に述べれば、金属部
分に比較的薄いタンタル層を付着させることによって遮
蔽層が形成される。次いで、タンタル層に接触して白金
ワッシャが配置され、それから白金ワッシャ上に黒鉛基
体部分が配置される。

その後、かかる集合体を加熱することによって全体がろ
う付けされる。このような方法においては、白金が主た
る結合材として働く一方、薄いタンタル層は炭化物を生
成する傾向のある金属部分と黒鉛基体部分とが直接に接
触しないよう隔離するために役立つ。

本発明の別の実施の態様に従えば、厚さ数ミクロンの薄
膜状のタンタルが設置される。そのためには、金属部分
上にタンクルインクをスクリーン印刷し、次いで得られ
た塗膜の乾燥および焼成を行うことによって金属部分に
タンタルを焼付ければよい。次に、白金ワッシャおよび
黒鉛基体部分を配置した後、かかる集合体を加熱するこ
とによってろう付けが行われる。あるいはまた、プラズ
マ溶射に続いて同じ焼成焼付け工程を行うことによって
タンタル被膜を形成することもできる。

下記の説明中において参照される図面中には、好適な実
施の態様が示されている。しかしながら、本発明の精神
および範囲から逸脱することなしにその他の様々な変更
態様が可能であることは言うまでもない。

好適な実施の態様の説明 先ず第１図を見ると、本発明に基づく回転陽極Ｘ線管用
の陽極ターゲットが示されている。１０として示された
陽極ターゲット構造物は、常法に従って陰極からの電子
で衝撃された場合にＸ線を発生するための焦点軌道１２
を前面に付着させた金属円板１１を含んでいる。金属円
板１１は、モリブデンまたはモリブデン食合（ＴＺＭも
しくはＭＴｉＯ３）のごとき適当な高融点金属から成っ
ている。その上に配置された焦点軌道１２は、従来通り
、タングステンまたはタングステン／レニウム合金から
成っている。金属円板１１は、ろう付け、拡散結合また
は機械的固定のごとき通常の方法によって回転軸１３に
取付けられている。

金属円板１１の後面には黒鉛円板１４が結合されている
が、かかる結合は互いに隣接した白金層１６、およびタ
ンタル層１７を後述のごとくにして介在させることによ
って達成される。黒鉛円板１４の主たる使用目的は、タ
ーゲット構造物の質景を大幅に増大させることなく、焦
点軌道１１から金属円板１２を通って伝達される熱のた
めの放熱手段を提供することにある。

かかる陽極ターゲットを製造するための方法が第２図に
示されている。説明の都合上、円板状の金属部分１１お
よび円板状の黒鉛基体部分１４は常法により形成された
ものであって、それらの各々はＸ線管の回転軸１３を締
り嵌めの状態で受入れるための中心開口１８を有してい
るものと仮定しよう。

黒鉛基体部分１４には、先ず最初に清浄処理が施される
が、金属部分１１の平坦面２１を接合すべき平坦面１９
については特に入念に行う必要がある。黒鉛基体部分１
４の表面は、Ｘ線管の動作時における黒鉛粒子の飛散（
ダスチング）を防止するため、超音波洗浄またはその他
適宜の表面処理方法によって処理することが好ましい。

黒鉛基体部分１４を処理するための好適な手順は、実際
には、素材としての黒鉛ビレットから黒鉛基体部分を形
成するための機械加工工程において開始する。すなわち
、機械加工中におけるダストの生成を抑制するため、機
械加工工程間において熱分解炭素被膜が黒鉛基体部分の
表面上に形成される。かかる熱分解炭素被膜は、当業界
において公知の化学蒸着法によって形成されるのが通例
である。黒鉛基体部分１４を機械加工して後、それを炉
内において１９００℃で約１時間にわたり加熱すること
によって黒鉛のガス抜きが行われる。

なお、乾式旋盤操作により黒鉛表面のスキン層除去を行
って平滑な外面を得ることが所望される場合には、その
操作を完了してから黒鉛のガス抜きを行うのが普通であ
る。ガス抜きの後、黒鉛表面の細孔を清浄にして結合力
を高めるための熱衝撃処理が施される。かかる熱衝撃処
理は、黒鉛基体部分を空気中において約２５０〜３００
℃の温度に加熱し、次いで加熱された黒鉛基体部分を室
温の脱イオン水中に浸して急冷することによって行われ
る。熱衝撃処理の後、黒鉛基体部分を１９００°Ｃの高
温下で約１時間にわたり加熱することによって再びガス
抜きが行われる。かかる処理の結果、黒鉛基体部分は金
属部分へのろう付けの準備が整ったことになる。

前述の通り、陽極ターゲットの金属部分はＴＺＭまたは
ＭＴｉＯ３から成ることが好ましい。黒鉛基体部分に対
して適用された工程の一部は、ＴＺＭまたはＭＴｉＯ３
製の金属部分にも適用される。詳しく述べれば、真空中
において金属部分を約１９００℃で約１時間にわたり加
熱することによってガス抜きが行われる。ガス抜きの後
、黒鉛表面に接合されるべき金属部分の表面に仕上加工
を施すことによって該表面の平坦性が調整される。

その理由は、高温下におけるガス抜きのために金属部分
がゆがみ易いからである。仕上加工の後、通例は超音波
メタノール浴の使用によってＴ　Ｚ　ＭまたはＭＴ１０
４製の金属部分に清浄処理が施される。必要ならば、接
合面にはショットピーニングもまた施される。超音波洗
浄に続いて乾燥させれば、ＴＺＭまたはＭＴ１０４製の
金属部分は黒鉛基体部分に結合する準備が整ったことに
なる。

ＴＺＭまたはＭＴ１０４製の金属部分を黒鉛基体部分に
結合するための好適な方法に従えば、先ず最初に、ＴＺ
ＭまたはＭＴ１０４製金属部分の表面にタンクルスラリ
ーが塗布される０次いで、金属部分を焼成してＴＺＭま
たはＭＴ１０４材料に１寸着させることによってタンタ
ル層が形成される。その後、Ｔ　Ｚ　ＭまたはＭＴ１０
４製金属部分の前面を下方に向けて配置し、タンタル層
上に白金ワッシャまたは白金箔を載せ、次いでかかる白
金ワッシャまたは白金箔上に黒鉛基体部分を重ねること
によって集合体が形成される。その場合、数個（通例３
または４個）の集合体を互いに積重ねた状態で同時に形
成することが好ま；い、かかる構成の場合には、２番目
の集合体中の黒鉛基体部分は１番目、の集合体中の黒鉛
基体部分に隣接して配置し、そして３番目の集合体中の
金属部分は２番目の集合体中の金属部分に隣接して配置
するのがよい。

このようにして３個の集合体を積重ねた後、３番目の集
合体の上に好ましくは約１６ポンドの重りが載せられ、
そして得られた堆積物が真空炉内に装入される。かかる
炉は約１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空度に排気される。最初の
段階において、炉は約１８００℃に加熱され、そして約
５分間にわたりその温度を保持することによって白金が
融解される。

次に、炉の温度が真空中において約４５０℃にまで低下
させられる。４５０°Ｃにおいて、アルゴンガスを満た
すことによって炉は約１００℃にまで急冷される。この
時点において炉が開放され、そして結合された陽極ター
ゲット構造物が取出される。このような特定の方法によ
れば、脆化によって白金と黒鉛との間の結合力を弱める
傾向のある炭化物層を生成することなしに最良の結合状
態がた 得られることが判明しゃ≠場。

上記の方法においては、白金の代りにその他公知の非炭
化物生成元素を使用し得ることは言うまでもない。たと
えば、ロジウム、オスミウム、ルテニウムまたはパラジ
ウムのごとき元素あるいは白金／クロム合金を結合材と
して使用することができるのである。かかる結合材に対
して要求される特性は、第一にそれが本質的に炭化物を
生成しないこと、そして第二にそれが比較的薄い層とし
て延展し得ることである。たとえば、１．５〜２５ミル
の範囲内の厚さを持った層が満足すべき結果をもたらす
ことが判明している。このような層を最適焼成条件下で
使用すれば、厚さ１〜１０ミクロンの「ゲッタ」帯域が
形成されるが、これはチタン、白金、モリブデンおよび
炭素から成る多元素系である。こうして得られた構造物
は、白金／ジルコニウム結合に特有のひび割れした中間
帯域を含まないことが多い。

白金層は、１〜３ミルの厚さに形成されかつ該結合材の
液相線温度より１０〜２５°Ｃだけ高い温度でろう付け
された場合に最良の性能を示す傾向がある。なお、純白
金は高温特性が比較的劣っている。９５％白金１５％ニ
ッケル、９０％白金／１０％ロジウム、９５％白金１５
％ジルコニウム、または９５％白金１５％タングステン
のごとき白金合金を使用すれば、高温特性（すなわち引
張強さ）を少なくとも２５％だけ向上させることができ
る。結合材としての白金の使用量を節約するため、ＰＶ
Ｄ法によって黒鉛基体部分の所定区域の表面上および表
面内に厚さ１ミル未満のめっきを施してもよい、かかる
ＰＶＤ法に従えば、特別に設計された支持台中に白金が
配置され、次いで黒鉛基体部分のろう付けすべき区域が
支持台の上方に配置される。その後、白金がそれの液相
線温度にまで加熱され、そして該温度が最高５時間にわ
たって保持される。このように１−れば、白金が黒鉛材
料中にｆｔ敗することになる。

炭化モリブデン層の形成を防止するためＴＺＭまたはＭ
Ｔ１０４製金属部分の表面上に配置される好適な材料は
タンタルであることが判明しｅ八 汐が、タングステン、ロジウムまたはニッケルを白金と
組合わせて使用してもある程度の成果が得た られそ≠４゜ 以上、炭化物層を含まない結合層の形成を可能にする黒
鉛基体部分と金属部分との特異な結合方法を記載した。

このような方法によって得られた構造物は従来よりも高
い温度下での動作！可能であり、従って一上記の方法は
従来の方法に改良をもたらすものである。詳しく述べれ
ば、ろう材としてジルコニウムを使用した場合、陽極タ
ーゲットの最高使用温度は約１５７０℃に制限されるの
が通例であった。しかるに、ジルコニウムを排除して白
金／タンタル結合技術を使用れば、陽極ターゲットを一
層高い温度下で動作させることが可能になるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施の態様に基づくχ線管用陽
極ターゲットの断面図、そして第２図は本発明の好適な
実施の態様に基づく陽極ターゲットの製造方法を示す流
れ図である。 図中、１０は陽極ターゲット構造物、１１は金属円板ま
たは金属部分、１２は焦点軌道、１３は回転軸、１４は
黒鉛円板または黒鉛基体部分、１６は白金層、そして１
７はタンタル層を表わす。 −ｔ−！ ０　巳 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相次いで配置された白金層およびタンタル層の介在
   によって結合された黒鉛基体部分と金属部分とから成り
   、かつ前記白金層が前記黒鉛基体部分と前記タンタル層
   との間に位置することを特徴とするＸ線管用の複合ター
   ゲット。 ２　前記白金層の厚さが５．０ミル未満である特許請求
   の範囲第１項記載の複合ターゲット。 ３、前記タンタル層の厚さが２．０ミル未満である特許
   請求の範囲第１項記載の複合ターゲット。 ４、黒鉛基体部分に金属部分を結合して成るＸ線管用の
   複合ターゲット中に使用すべき結合構造物において、白
   金、パラジウムおよびロジウムから成る群より選ばれた
   非炭化物生成材料から成りかつ前記黒鉛基体部分に接合
   された第１の層と、タンタルから成りかつ前記第１の層
   と前記金属部分との間に配置されて前記第１の層を前記
   金属部分に接合するために役立つ第２の層とから構成さ
   れ、そして前記第２の層は炭化物の生成を防止するため
   の隔離体として作用することを特徴とする結合構造物。 ５、前記金属部分がＴＺＭまたはＭＴ１０４合金から成
   る特許請求の範囲第４項記載の結合構造物。 ６、Ｘ線管ターゲットの金属部分をそれの黒鉛基体部分
   に結合するための方法において、（１）前記金属部分の
   一面にタンタル層を付着させ、（２）前記金属部分と前
   記黒鉛基体部分との間に前記タンタル層が介在した状態
   のターゲット集合体を形成するように前記金属部分およ
   び前記黒鉛基体部分を配置し、（３）前記タンタル層と
   前記黒鉛基体部分との間に白金ワッシャを挿入し、（４
   ）こうして得られたターゲット集合体を加圧し、次いで
   （５）加圧状態の前記ターゲット集合体を加熱すること
   により、前記白金ワッシャを融解して前記金属部分を前
   記黒鉛基体部分にろう付けする諸工程から成ることを特
   徴とする方法。 ７、前記加熱工程が、（１）加圧状態の前記ターゲット
   集合体を真空炉内に装入し、（２）前記炉を白金の融点
   より高い温度に加熱し、次いで（３）前記炉の温度を真
   空中において第１の中間値にまで低下させてからアルゴ
   ンガスによる保護下で室温にまで急速に対流冷却する諸
   工程を含む特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、前記加圧工程が、（１）３または４個の前記ターゲ
   ット集合体を積重ねて１個の堆積物とし、次いで（２）
   約１６ポンドの重りを用いて前記堆積物を加圧する両工
   程を含む特許請求の範囲第６項記載の方法。 ９、黒鉛基体部分を金属部分に結合して成るＸ線管用複
   合ターゲットの製造方法において、（１）（ａ）黒鉛ビ
   レツトの機械加工によって適当な形状を持った黒鉛基体
   部分を成形し、（ｂ）前記黒鉛基体部分を所定時間にわ
   たり高温に加熱してガス抜きを行い、（ｃ）前記黒鉛基
   体部分を所定温度に加熱してから脱イオン水中に浸して
   熱衝撃処理を施すことにより前記黒鉛基体部分を清浄に
   し、次いで（ｄ）前記工程（ｂ）のガス抜きを繰返すこ
   とによって前記黒鉛基体部分を用意し、（２）（ａ）適
   当な形状に成形された金属部分を所定時間にわたり高温
   に加熱してガス抜きを行い、（ｂ）ガス抜き後の前記金
   属部分に機械加工を施して平坦な接合面を確保し、（ｃ
   ）残留物を生成しない化学物質を用いて機械加工後の前
   記金属部分を清浄にし、次いで（ｄ）前記金属部分を風
   乾することによって前記金属部分を用意し、（３）前記
   金属部分の一面にタンタル層を付着させ、（４）前記黒
   鉛基体部分の対応面が前記金属部分上の前記タンタル層
   と向かい合うように前記黒鉛基体部分を配置し、（５）
   前記黒鉛基体部分と前記金属部分との間に白金ワッシャ
   を挿入してターゲット集合体を形成し、（６）前記ター
   ゲット集合体を加圧し、次いで（７）前記ターゲット集
   合体を加熱することにより、前記白金ワッシャのろう付
   け作用に基づいて前記複合ターゲットを形成する諸工程
   から成ることを特徴とする方法。