(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニアネット成型され、等方性黒鉛で形成された放熱体と、
電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成され、前記放熱体がろう付けにより接合されたターゲット本体と、を備え、回転軸を中心に回転可能であることを特徴とするターゲット。
【請求項２】
前記ターゲット本体に接合された前記放熱体の接合面は、平坦であることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
前記ターゲット本体の表面の一部には、機械的除去加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項４】
ニアネット成型され、等方性黒鉛で形成された放熱体と、電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成され、前記放熱体がろう付けにより接合されたターゲット本体と、を備え、回転軸を中心に回転可能であるターゲットと、
前記ターゲットに照射する電子を放出する電子放出源と、
前記ターゲット及び電子放出源を収容した真空外囲器と、を備えていることを特徴とするＸ線管。
【請求項５】
回転軸を中心に回転可能であるターゲットの製造方法において、
１種類以上の炭素を主成分とする粉体材料を混合した混合物をニアネット成型し、
前記ニアネット成型された混合物を加熱焼成して得られる等方性黒鉛で放熱体を形成し、
電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成されたターゲット本体を用意し、
前記ターゲット本体に前記放熱体をろう付けにより接合することを特徴とするターゲットの製造方法。
【請求項６】
前記形成された放熱体の表面に機械的除去加工を施し、平坦な接合面を形成し、
前記ターゲット本体に前記放熱体を接合する際、前記ターゲット本体に前記放熱体の接合面を接合することを特徴とする請求項５に記載のターゲットの製造方法。
【請求項７】
前記ターゲット本体に前記放熱体を接合した後、前記ターゲット本体の表面の一部に機械的除去加工を施すことを特徴とする請求項５に記載のターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターゲット、ターゲットを備えたＸ線管及びターゲットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管装置は、Ｘ線管を備えている。Ｘ線管は、陽極ターゲットに電子ビームを衝突させてＸ線を発生する構成になっている。このようなＸ線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。以下では代表的な装置として回転陽極型Ｘ線管装置および回転陽極型Ｘ線管について説明する。
【０００３】
回転陽極型Ｘ線管では、陰極から放出された電子は、固定陰極と回転陽極ターゲット間の電位勾配により加速、集束され、典型的には２０乃至１５０ｋｅＶのエネルギを持って、回転陽極ターゲットのターゲット面に衝突し、これにより、ターゲット面にＸ線発生源となる焦点が形成される。
【０００４】
焦点に高いエネルギを持った電子ビームが衝突すると、電子ビームはターゲット材により急速に減速されるため焦点からＸ線が放出される。ターゲット面はタングステンまたはタングステン合金のような高融点金属から成る。ターゲット面はモリブデンやモリブデン合金のような高融点金属から成る基体（ターゲット本体）の上に形成されている。Ｘ線に変換される割合は、陽極ターゲットに衝突する電子の運動エネルギの中の約１％とわずかである。残りのエネルギは熱に変換される。
【０００５】
陽極ターゲットは発生した熱を蓄えるため、熱容量が必要とされる。大きい熱容量を得るために金属基体の体積を大きくすることで実現可能であるが、一般的には、より比重の小さい耐熱材料であるグラファイト(黒鉛)から成る蓄熱体が金属基体にろう付けされている。
【０００６】
グラファイト（黒鉛）材料としては、様々な結晶方位の黒鉛結晶が数多く集合した等方性黒鉛材が一般的に使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。グラファイト(黒鉛)から成る蓄熱体に蓄熱された熱は、比較的高い輻射率を有するグラファイト(黒鉛)表面から熱輻射作用により放出される。このため、グラファイト(黒鉛)から成る蓄熱体は放熱体と名付けることができ、以下そのように呼称する。
【０００７】
ところで、黒鉛を使用した放熱体は、放熱体の機械的除去加工によって細かい摩耗粉（黒鉛粒子）が表面に埋蔵されることが欠点である。このような機械的除去加工は、放熱体を黒鉛にて製作する工程と、さらに放熱体が金属基体にろう付けされた後に陽極ターゲットとしての最終仕上げ加工工程との通常２回に亘り実施される。この埋蔵された細かい摩耗粉は、洗浄工程によってある程度は除去されるが、十分に除去し切れないで放熱体の表面に残存し易い。
【０００８】
細かい摩耗粉は、Ｘ線管に組み込まれた陽極ターゲットが高速で回転した場合に働く遠心力や、Ｘ線管に高電圧が印加された場合に働く静電力の作用により、初めて放熱体の表面から離脱する。放熱体の表面から離脱した細かい摩耗粉は、Ｘ線管の真空空間内の導電性異物となるため、Ｘ線管に放電を引き起こす原因となる。
【０００９】
そこで、埋蔵された細かい摩耗粉が放熱体の表面から離脱することを防止する対策として、陽極ターゲットの最終仕上げ工程として、炭化水素ガスを活性直流グロー放電中で分解させて放熱体の表面に熱分解炭素被膜を形成させる方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平３−６４４４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４８７４号公報
【特許文献３】特許第２７９１９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のように熱分解炭素被膜を形成すると、製造コストが増大してしまい、さらに、放熱体中に吸蔵されたガスを強固に閉じ込めてしまう。放熱体中にガスが閉じ込められてしまうと、陽極ターゲット単体の真空中加熱ガス出し工程や、Ｘ線管の真空排気工程を経ても、十分に涸らすことができない。このため、放熱体中に閉じ込められたガスは、Ｘ線管の使用時に徐々に真空空間内に放出され、終にはＸ線管に放電を引き起こす原因となる。その結果、Ｘ線管の寿命が短くなるという問題が生じていた。
【００１２】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、製造コストを抑制でき、放熱体中にガスを閉じ込めることがなく、放熱体の露出面に摩耗粉が存在しないターゲット、ターゲットを備えたＸ線管及びターゲットの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係るターゲットは、
ニアネット成型され、等方性黒鉛で形成された放熱体と、
電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成され、前記放熱体がろう付けにより接合されたターゲット本体と、を備え、回転軸を中心に回転可能であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の他の態様に係るＸ線管は、
ニアネット成型され、等方性黒鉛で形成された放熱体と、電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成され、前記放熱体がろう付けにより接合されたターゲット本体と、を備え、回転軸を中心に回転可能であるターゲットと、
前記ターゲットに照射する電子を放出する電子放出源と、
前記ターゲット及び電子放出源を収容した真空外囲器と、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の他の態様に係るターゲットの製造方法は、
回転軸を中心に回転可能であるターゲットの製造方法において、
１種類以上の炭素を主成分とする粉体材料を混合した混合物をニアネット成型し、
前記ニアネット成型された混合物を加熱焼成して得られる等方性黒鉛で放熱体を形成し、
電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面を有し、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成されたターゲット本体を用意し、
前記ターゲット本体に前記放熱体をろう付けにより接合することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、製造コストを抑制でき、放熱体中にガスを閉じ込めることがなく、放熱体の露出面に摩耗粉が存在しないターゲット、ターゲットを備えたＸ線管及びターゲットの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る回転陽極型のＸ線管装置を示す断面図。
【図２】図２は、図１に示した回転陽極型のＸ線管を示す断面図。
【図３】図３は、図２に示した陽極ターゲットを示す拡大断面図。
【図４】図４は、上記陽極ターゲットの製造方法を示すフローチャート。
【図５】図５は、上記陽極ターゲットの放熱体を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る回転陽極型のＸ線管装置及びＸ線管装置に用いる陽極ターゲットの製造方法について詳細に説明する。始めに、Ｘ線管装置の構成について説明する。
【００１９】
図１に示すように、回転陽極型のＸ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、回転駆動機構として磁界を発生させるステータコイル（電磁コイル）６と、Ｘ線管１及びステータコイル６を収容した筐体２と、筐体２内に充填された冷却液としての絶縁油３と、冷却部３０とを備えている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、Ｘ線管１は、ターゲットとしての陽極ターゲット１０と、陰極１８と、真空外囲器１７と、回転体１３と、固定体１５と、を備えている。
【００２１】
回転体１３は、筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体１３は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸ａに沿って延出している。回転体１３は、回転軸ａを中心に回転可能である。回転体１３は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。
【００２２】
固定体１５は柱状に形成されている。固定体１５の直径は回転体１３の内径より小さい。固定体１５は、回転体１３と同軸的に設けられ、回転軸ａに沿って延出している。固定体１５は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定体１５の一端部は回転体１３の閉塞された一端部側に位置し、固定体１５の他端部は回転体１３の外側に突出し露出されている。
【００２３】
回転体１３及び固定体１５は、互いに２０乃至３０μｍ程度の隙間を置いて設けられている。固定体１５は、回転体１３を回転可能に支持している。図示しないが、回転体１３及び固定体１５間の隙間には、金属潤滑剤が充填されている。回転体１３、固定体１５及び金属潤滑剤は、ラジアルすべり軸受けを形成している。
【００２４】
回転体１３の開口した他端部にシール部１６が設けられている。シール部１６は、回転体１３の他端部に固定ねじで固着されている。シール部１６は、円環状に形成され、固定体１５の側面全周に亘って隙間を置いて設けられている。シール部１６は、回転体１３及び固定体１５の回転軸ａに沿った方向への相対的なズレを規制するものである。
【００２５】
シール部１６及び固定体１５間の隙間（クリアランス）は、回転体１３の回転を維持するとともに金属潤滑剤の漏洩を抑制できる値に設定されている。上記したことから、隙間はわずかである。また、回転軸ａに沿った方向において、固定体１５、シール部１６及び金属潤滑剤は、スラスト軸受けを形成している。
【００２６】
図２及び図３に示すように、陽極ターゲット１０は、回転軸ａに沿った方向に、回転体１３の一端部に対向配置されている。陽極ターゲット１０は、放熱体１２と、ターゲット本体１１と、を備えている。  
放熱体１２は、ニアネット成型され、機械的、電気的、熱的に等方性を示す黒鉛（等方性黒鉛）で形成されている。放熱体１２は、円環状に形成されている。放熱体１２の露出面には、機械的除去加工や皮膜形成加工は施されていない。
【００２７】
ターゲット本体１１は、電子が入射されることによりＸ線を放出するターゲット面１１ａを有している。ターゲット本体１１は、形状が円環状であり、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成されている。ここでは、ターゲット本体１１はモリブデン合金で形成され、ターゲット面１１ａはタングステン合金で形成されている。ターゲット本体１１には、放熱体１２がろう付けにより接合されている。ここでは、ターゲット本体１１及び放熱体１２は、ジルコニウムろう２０により接合されている。
【００２８】
陽極ターゲット１０は、回転体１３の閉塞された一端部にナット１４で固定されている。陽極ターゲット１０は、回転体１３及び固定体１５と同軸的に設けられている。陽極ターゲット１０は、回転軸ａを中心に平衡状態にあり、回転軸ａを中心に回転可能である。
【００２９】
図２に示すように、陰極１８は、陽極ターゲット１０のターゲット面１１ａに間隔を置いて対向配置されている。陰極１８は、陰極構体１９に取付けられている。陰極１８は、陽極ターゲット１０に照射する電子を放出する電子放出源としてのフィラメント１８ａを有している。
【００３０】
図１及び図２に示すように、真空外囲器１７は、円筒状に形成されている。真空外囲器１７は金属およびガラスで形成されている。真空外囲器１７において、陽極ターゲット１０と対向した個所の径は、回転体１３と対向した個所の径より大きい。真空外囲器１７は、真空外囲器１７の気密状態を維持するよう、固定体１５の他端部及び陰極構体１９と接合されている。真空外囲器１７は、陰極１８と対向したターゲット面１１ａ付近にＸ線を出射させるＸ線放射窓１７ａを有している。真空外囲器１７は、密閉され、回転体１３、固定体１５、陽極ターゲット１０及び陰極１８等を収容している。真空外囲器１７の内部は真空状態に維持されている。
【００３１】
ステータコイル６は、回転体１３の側面に対向して真空外囲器１７の外側を囲むように設けられている。ステータコイル６は回転体１３を回転させるものである。ステータコイル６に所定の電流が供給されることで回転体１３が所定の速度で回転され、陽極ターゲット１０が所定の速度で回転される。
【００３２】
筐体２は、陰極１８と対向したターゲット面１１ａ付近にＸ線を出射させるＸ線放射窓２ａを有している。筐体２の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル６が収容されている他、絶縁油３が充填されている。
【００３３】
冷却部３０は、冷却器（熱交換器）３１及びポンプ（絶縁油循環ポンプ）３２を有している。筐体２内に供給される絶縁油３は、冷却器３１により冷却される。ポンプ３２は、絶縁油３を、冷却器３１を循環させるとともに、筐体２に設けられた入り口及び出口を介し、筐体２内に形成された循環路を循環させる。これにより、Ｘ線管１において発生する熱が、絶縁油３を媒介として、筐体２の外部へ放出される。  
上記のように、回転陽極型のＸ線管装置が構成されている。
【００３４】
次に、上記陽極ターゲット１０の製造方法について説明する。  
図４に示すように、陽極ターゲット１０の製造がスタートすると、まず、ステップＳ１において、
１種類以上の炭素を主成分とする粉体材料を混合した混合物を用意する。ここでは、コークスと、カーボンブラックと、バインダーピッチと、を混合し、混練してなる混合物を用意する。
【００３５】
続いて、ステップＳ２において、上記混合物を乾燥させ、ステップＳ３において、乾燥した混合物を微粉砕する。次いで、ステップＳ４において、冷間静水圧プレスにより、上記微粉砕した混合物をニアネット成型する。これにより、上記混合物を予め所望の形状に形作ることができる。
【００３６】
その後、ステップＳ５において、上記混合物からなる成型物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で８００乃至１２００℃の温度で焼成し、成型物を炭化させる。続いて、ステップＳ６において、上記成型物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で２５００乃至３０００℃の温度で黒鉛化する。図５に示すように、これにより、等方性黒鉛で放熱体１２が形成される。上記のように、成型物を加熱焼成して得られる等方性黒鉛で放熱体１２を形成することができる。
【００３７】
次いで、図３乃至図５に示すように、ターゲット面１１ａを有し、モリブデン合金で形成されたターゲット本体１１を用意した後、ステップＳ７において、ジルコニウムろう２０を用い、ターゲット本体１１に放熱体１２の接合面１２Ｓをろう付けにより接合する。これにより、回転軸ａを中心に回転可能である陽極ターゲット１０が完成し、陽極ターゲット１０の製造が終了する。
【００３８】
以上のように構成された回転陽極型のＸ線管装置及び陽極ターゲット１０の製造方法によれば、陽極ターゲット１０は、ニアネット成型され、等方性黒鉛で形成された放熱体１２と、ターゲット面１１ａを有し、等方性黒鉛より比重の大きいモリブデン合金で形成され、放熱体１２がろう付けにより接合されたターゲット本体１１と、を備え、回転軸ａを中心に回転可能である。
【００３９】
ターゲット本体１１に放熱体１２が接合されているため、陽極ターゲット１０の許容できる熱入力を大きくすることができ、陽極ターゲット１０の熱容量の増加を図ることができる。黒鉛の比重は、モリブデンの比重の約５分の１であるため、陽極ターゲット１０の重量化を抑制しつつ熱容量の増加を図ることができる。
【００４０】
放熱体１２は、ニアネット成型されているため、放熱体１２の露出面に機械的除去加工を施さなくともよく、機械的除去加工を施す場合に比べて製造時間及び製造コストを抑制することができる。放熱体１２の露出面に、Ｘ線管１の真空空間内の導電性異物となる摩耗粉は存在しないため、摩耗粉が存在する場合にＸ線管に発生する恐れのある放電を防止することができる。
【００４１】
さらに、放熱体１２の表面に皮膜形成加工を施さなくともよいため、製造時間及び製造コストを抑制することができる。また、内部にガスを閉じ込めること無しに放熱体１２を形成することができるため、放熱体１２からガス放出される場合にＸ線管に発生する恐れのある放電を防止することができる。
【００４２】
上記したことから、製造コストを抑制でき、放熱体１２中にガスを閉じ込めることがなく、放熱体１２の露出面に摩耗粉が存在しない陽極ターゲット１０、陽極ターゲット１０を備えたＸ線管１、Ｘ線管装置、及び陽極ターゲット１０の製造方法を得ることができる。そして、長期に亘って放電不良の発生を抑制することができるＸ線管１及びＸ線管装置を得ることができる。
【００４３】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００４４】
例えば、ターゲット本体１１に放熱体１２を接合する前に、放熱体１２の表面に機械的除去加工を施し、平坦な接合面１２Ｓを形成してもよい。放熱体１２の接合面１２Ｓを平坦にすることにより、ターゲット本体１１及び放熱体１２の接着強度の向上を図ることができる。
【００４５】
ターゲット本体１１に放熱体１２を接合した後、ターゲット本体１１の表面の一部に機械的除去加工を施してもよい。陽極ターゲット１０が回転軸ａを中心に平衡状態に無い場合、上記手法により、陽極ターゲット１０が回転軸ａを中心に平衡状態となるように調整することができる。機械的除去加工を施す個所は、比重の大きいターゲット本体１１であるため、ターゲット本体１１の表面を僅かに除去すればよい。
【００４６】
ターゲット本体１１は、モリブデン合金に限らず、等方性黒鉛より比重の大きい金属で形成されていればよい。ターゲット本体１１及び放熱体１２を接合する際に使用するろう材は、ジルコニウムろう２０に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４７】
この発明のＸ線管及びＸ線管装置は、上記Ｘ線管及びＸ線管装置に限定されることなく種々変形可能であり、各種の回転陽極型のＸ線管及びＸ線管装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…Ｘ線管、１０…陽極ターゲット、１１…ターゲット本体、１１ａ…ターゲット面、１２…放熱体、１２Ｓ…接合面、１３…回転体、１５…固定体、１７…真空外囲器、１８…陰極、１８ａ…フィラメント、ａ…回転軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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