(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から放出された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生させるＸ線ターゲットであって、
構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有することを特徴とするＸ線ターゲット。
【請求項２】
前記副成分の含有量を、２重量％以下（ただし０を含まず）としたことを特徴とする請求項１のＸ線ターゲット。
【請求項３】
前記副成分の少なくとも一部は結晶粒界に析出し、析出硬化によって銅合金の強度を増加させたことを特徴とする請求項１または２のＸ線ターゲット。
【請求項４】
熱電子を放射する電子銃と、この電子銃から放射された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生するＸ線ターゲットとを備えたＸ線発生装置において、
前記Ｘ線ターゲットを、請求項１乃至３のいずれか一項に記載したＸ線ターゲットにより形成したことを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱電子の衝突に伴いＸ線を発生させるＸ線ターゲットおよびこのＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線発生装置は、Ｘ線ターゲットに熱電子を衝突させてＸ線を取り出す方式が採られている。しかし、数万ボルトの電圧で加速された電子がＸ線ターゲットに衝突する際に、そのエネルギーのうちＸ線として取り出される効率は高々１％程度で、残りの約９９％はジュール熱として消費されてしまう。したがって、高い出力のＸ線発生装置を得ようとすると、同時に約１００倍の熱がＸ線ターゲットに発生することとなり、ターゲット材料が極めて高い温度に曝されることとなる。このため、十分に耐熱性を有する材料を使用することと、Ｘ線ターゲットから効率よく熱を放散させることが重要である。
【０００３】
このような装置から取り出すことのできるＸ線強度の限界は、Ｘ線ターゲットの材質と冷却能力により定まる。すなわち、熱電子の照射によりＸ線ターゲットが融解しない範囲で熱電子の照射エネルギーを増加させることにより、発生するＸ線エネルギーを増加させることができる。したがって、これまでのＸ線ターゲットは、熱伝導率および融点の高い金属材料が主に用いられてきており、これを水冷することにより熱を放散させている。
【０００４】
また、さらに高い強度のＸ線を得るために、Ｘ線ターゲットを回転させながら冷却する方式も開発されている。この方式では、熱電子が照射されＸ線を放出する部分が順次回転していくため、ある一点が高温になることなく、固定式のＸ線ターゲットに比べて高いエネルギーのＸ線を取り出すことができる。
【０００５】
Ｘ線ターゲットに用いられる材料としては、その適用装置（例えば、Ｘ線回折装置）が通常Ｃｕの特性Ｘ線を利用するため、理想的には純銅が望ましい。しかしながら、上述のように材料が高温に曝されると、内部で結晶粒が成長し、結晶粒界においてすべりが生じやすくなり、材料の硬度が低下してくる。また、前記回転式のＸ線ターゲットの場合、熱電子の照射部位は加熱され、それ以外の部位は冷却されるため、回転中に加熱・冷却を繰り返すこととなる。このような加熱冷却を繰り返すことは、材料の膨張・収縮を伴うため、前記強度の低下と相俟って、時間の経過と共に表面に亀裂が生じ、取り出されるＸ線量が低下してしまうといった問題があった。
【０００６】
このような耐久性の低下を防止する目的で、例えば特公昭５６−１７７８４号公報では、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｂｅ合金を用い、材料の強度を向上させ、耐久性を向上させたＸ線ターゲットが検討されている。
【０００７】
しかし、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｂｅ合金では、未だ強度的に十分とはいえず、熱伝導率も不十分であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、十分な強度と、熱伝導率を有し、純銅に近いＸ線の取り出しが可能であり、しかも高い強度のＸ線の取り出しが可能なＸ線ターゲットと、このＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電子銃から放出された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生させるＸ線ターゲットであって、構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成を前提として、上記副成分の含有量を、２重量％以下（ただし０を含まず）としたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の構成を前提として、上記副成分の少なくとも一部は結晶粒界に析出し、析出硬化によって銅合金の強度を増加させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、熱電子を放射する電子銃と、この電子銃から放射された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生するＸ線ターゲットとを備えたＸ線発生装置において、Ｘ線ターゲットを、請求項１乃至３のいずれか一項に記載したＸ線ターゲットにより形成したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明のＸ線ターゲットは、構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有する。
【００１４】
このように、主成分の銅に、さらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有させることにより、十分な強度と、高い熱伝導率を有するＸ線ターゲットとすることができる。このため、純銅に近く、高い強度のＸ線の取り出しが可能となる。
【００１５】
Ｘ線ターゲットの主成分には銅が用いられる。銅から得られるＣｕＫα特性Ｘ線は、一般に使用される種々のＸ線装置（例えば、Ｘ線回折装置）に適している。特定の用途では他の材料から得られる特性Ｘ線を用いる場合もあるが、本発明ではＣｕＫα特性Ｘ線を取り出す為のＸ線ターゲットに限定する。このため、純粋なＣｕＫα特性Ｘ線を取り出すことのできる組成が好ましく、極力他の特性Ｘ線が混入しないようにすることが望ましい。そこで、本実施形態では、主成分の銅に対し、以下の副成分を総和で２重量％以下（ただし０を含まない）添加する。副成分の添加量が２重量％を超えると、ＣｕＫα特性Ｘ線以外の副成分に由来する特性Ｘ線強度が無視できない強度まで増大し、別途ＣｕＫα特性Ｘ線を取り出す為の機構、操作が必要になってくる。
【００１６】
副成分として添加されるクロム（Ｃｒ）は、後述する熱処理により粒界中に析出し、析出硬化（時効）によって銅合金の強度、硬度を増加させる。合金中のクロムは、析出硬化によって強度を増加させる上で有効な量から、全副成分の含有量の上限である２重量％まで添加することができるが、好ましいクロムの含有量は０．１０〜０．５０重量％である。
【００１７】
副成分として添加されるジルコニウム（Ｚｒ）は、銅原料中に存在する硫黄元素（Ｓ）が、結晶粒界中に析出し、合金の強度、硬度を低下させるのを防止する。ジルコニウムは、上記副成分の含有量の範囲（２重量％以下）で存在することが可能であるが、好ましいジルコニウムの含有量は０．０２〜０．１５重量％である。ジルコニウムの含有量が低過ぎると、上記硫黄の析出抑制効果が得られず、銅合金の強度、硬度が劣ってくる。一方、ジルコニウムの含有量が多すぎる場合には、Ｃｕ特性Ｘ線に悪影響を与えると共に、粗大粒が形成され、強度増加なしに銅合金の表面品質に悪影響を与える。より好ましいジルコニウムの含有量は０．０５％〜０．１０重量％である。
【００１８】
副成分として添加されるケイ素（Ｓｉ）は、合金中に固溶することによって合金強度を高める作用もあるが、適当な時効処理を行うことによりケイ素がＳｉ組成の析出物を形成し、合金の強度を著しく増加させるとともに付加応力に対する抵抗力の経時変化を抑制する働きを有し、熱伝導度をも高める。したがって、Ｓｉ元素の含有量が少ないと、これらの性質が低下してくる。このため、ケイ素の含有量は０．０１重量％以上とすることが好ましい。一方、ケイ素の含有量が０．１０重量％以上の場合は、粒界に発生するケイ素の化合物粒子の大きさよび頻度が増加し、焼鈍割れが助長されたり、Ｓｉ元素の易酸化特性の為に、熱処理中に酸化物を形成しやすくなる。このことから、より好ましいケイ素の含有量は０．０１〜０．０５重量％である。
【００１９】
これらの副成分を上記範囲（２重量％以下）で添加することにより、優れた強度、硬度を有すると共に、良好な熱伝導度を示すＸ線ターゲットを得ることができる。これらの副成分の少なくとも一部は、結晶粒界に析出し、いわゆる析出硬化により合金の強度、硬度を向上させる。これにより、再結晶粒の粗大化を著しく抑制し、表面状態を平滑に保ち、表面割れ等の欠陥を予防することができる。また、Ｘ線ターゲット中には、上記副成分の他に、強度、熱伝導度、取り出される特性Ｘ線に影響を与えない範囲で原料に由来する不可避成分を含有していてもよい。
【００２０】
本発明のＸ線ターゲットは、上記組成とすることにより、室温におけるビッカース硬度Ｈｖ＝１６０以上、室温における熱伝導率８０％以上を得ることができる。なお、上記熱伝導率は、ＩＡＣＳによる電気伝導率換算で、純銅を１００％としたときの値である。
【００２１】
次に、本発明のＸ線ターゲットの製造方法について説明する。銅合金は適当な方法で鋳造される。１つの例示的方法においては、シリカ製るつぼを使用して溶解される。次に、所望量の副成分が添加された後、溶湯は鋼製モールド内に注入され、インゴットに鋳造される。
【００２２】
次に、インゴットは、圧延に先立って、一般的には温度約８５０℃〜１０５０℃で約３０分〜約２４時間加熱される。このことはまた少なくとも部分的に銅合金を均質化する。
【００２３】
あるいはまた、インゴットは当該技術分野でストリップ鋳造として知られているように、薄肉スラブに直接鋳造される。次いで、鋳造ストリップは冷間圧延されるか、または鋳造後の再結晶・均質化焼鈍処理を受け、冷間圧延される。
【００２４】
均質化工程の後、インゴットは約５０％を超える縮減率（加工度）で熱間圧延される。熱間圧延、および後述の冷間圧延による圧下は単一パスであってもよく、多段パスを要してもよい。熱間圧延圧下の直後にインゴットは、時効温度よりも低い温度に迅速冷却される。
【００２５】
焼入れ工程に次いで、銅合金は溶体化板厚に冷間圧延される。冷間圧延段階は単一パスであってもよく、中間再結晶焼鈍を伴なうか伴なわない多段パスであってもよい。冷間圧延に引続き、銅合金は溶体化され、さらに引続き、急速冷却される。
【００２６】
次いで、銅合金は冷間圧延される。冷間圧延に次いで、銅合金は再結晶を防止するため十分に低い温度で時効硬化される。時効処理は好ましくは温度約３５０℃〜約６００℃で約１５分〜約８時間行なわれる。
【００２７】
非再結晶化時効工程に引続いて、冷間圧延され、その後必要により約３０分〜約５時間、温度約３５０℃〜約６００℃で第２の非再結晶化析出硬化処理を行う。
【００２８】
次に、銅合金は冷間圧延により最終板厚に冷間圧延されるが、この際、中間亜再結晶焼鈍は行なってもよく、行なわなくてもよい。その後必要により、ストランド焼鈍、ベル焼鈍等の焼鈍を行ってもよい。
【００２９】
なお、上記製造方法は、時効処理を伴う銅合金の製造方法の一例を示したものであって、本発明のＸ線ターゲットの組成を有し、析出硬化を有する合金が得られる製造方法であれば、公知のいかなる方法も用いることができる。
【００３０】
以上のようにして作製された銅合金は、所望の大きさ、形状に加工され、Ｘ線ターゲットとされる。
【００３１】
このようにして作製されたＸ線ターゲットは、例えば、図１に示すような構造のＸ線発生装置に用いることができる。
図１に示すＸ線発生装置は、電子銃１０とＸ線ターゲット２０とを備えており、電子銃１０から放射された熱電子ａをＸ線ターゲット２０の表面に照射して、同Ｘ線ターゲット２０の表面から特性Ｘ線を取り出す構成となっている。
【００３２】
Ｘ線ターゲット２０は、上記構成の銅合金、すなわち構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有する銅合金によって構成してある。
【００３３】
Ｘ線ターゲット２０は、回転式のＸ線ターゲットであり、図示しない駆動モータの回転力をもって支軸２１を中心に高速回転する。また、Ｘ線ターゲット２０の内部は中空部２０ａとなっており、この中空部２０ａ内に供給経路２２から水等の冷却媒体が充填され、Ｘ線ターゲット２０の熱を吸収する冷却構造を備えている。吸熱して温度が上昇した冷却媒体は、排出経路２３から排出される。
【００３４】
なお、本発明のＸ線ターゲットは上述した構造のＸ線発生装置に適用が限定されるものではなく、回転式または固定式のＸ線ターゲットとして、種々の構造をしたＸ線発生装置に適用できることは勿論である。
【００３５】
【実施例】
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉ系合金として、以下の組成の析出硬化型合金を上記のような公知の製造方法に従い作製し、Ｘ線ターゲットとした。
〔組成〕
Ｃｒ        ０．３０重量％
Ｚｒ        ０．０８重量％
Ｓｉ        ０．０３重量％
Ｃｕ        残部
【００３６】
また、比較サンプルとして、Ｃｒを０．７重量％含有するＣｕ−Ｃｒ合金を、常法に従い作製した。
【００３７】
得られた各サンプルについて、熱伝導率（電気伝導度換算）、および硬さＨｖ  （ビッカース硬度）、ＨＲＢ（ロックウエルＢスケール）を求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
0003593512.tif 000002
【００３９】
表１から明らかなように、発明サンプルは比較サンプルに比べて、熱伝導率は略同じであり、硬度は優れていることがわかる。
【００４０】
次に、得られた各Ｘ線ターゲットのサンプルを、図１に示すような構造のＸ線発生装置に装着し、Ｘ線を発生させ、Ｘ線強度の減衰特性を測定した。このときの各サンプルの回転数は６０００ｒｐｍ  であった。
【００４１】
評価にあたっては、先ず、予めＸ線が所定の強度となるようにフォーカスを設定し、このときのＸ線のフォーカス寸法を測定し、その値と、投入電力から、単位面積当たりの電力密度を算出した。次に、Ｘ線の強度を測定しながら、一定出力が得られるよう、投入電力を増やしつつフォーカスの大きさを順次小さくして、過負荷な状態を作り出し、Ｘ線強度が減衰する投入電力を求めた。結果を図２に示す。
【００４２】
図２から明らかなように、比較サンプルであるＣｕ−Ｃｒターゲットでは、１１ｋＷ／ｍｍ２  投入し初めてから強度が急激に減衰していることがわかる。
【００４３】
一方、発明サンプルであるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉターゲットは、１３．２ｋＷ／ｍｍ２  投入して、初めて緩やかに減衰していることがわかる。したがって、同ターゲットによれば、１２ｋＷ／ｍｍ２  の電力を投入して安定的にＸ線を取り出すことが可能となる。
【００４４】
次に、このようなＸ線強度減衰特性が、どの程度Ｘ線発生装置に寄与しているかを評価するため、Ｘ線ターゲットの回転を変化させて同じ測定を行った。一般に、投入できる電力は、Ｘ線ターゲットの回転数の平方根に比例することが知られている。そこで、比較サンプルの回転数を６０００ｒｐｍ  から８５００ｒｐｍ  に変化させて同様に測定した。結果を図３に示す。
【００４５】
図３から明らかなように、回転数を増加させた比較サンプルと、発明サンプルとでほぼ同様な減衰特性が得られた。この結果から、性能改善率を数値化すると、同じ出力に対する回転数比が、６０００：８５００であるので、
投入負荷率          １：１．２
となり、発明サンプルは２０％の性能向上を達成できることがわかる。
【００４６】
また、Ｘ線ターゲットに投入できる電力は、Ｘ線ターゲットの回転数の平方根に比例することが知られているが、上記発明サンプルによれば、比較サンプルに比べて１／√２の回転数で、比較サンプルと同等の電力を投入することが可能となる。したがって、仮に同じ強度のＸ線を取り出す場合には、Ｘ線ターゲットを支持する軸受の耐久性向上やＸ線ターゲットを回転駆動するモータの低出力化を実現できる効果がある。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、十分な強度と熱伝導率を有し、純銅に近いＸ線の取り出しが可能であり、しかも高い強度のＸ線の取り出しが可能なＸ線ターゲットと、このＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線発生装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における各投入電力毎のＸ線強度減衰特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例におけるＸ線ターゲットの回転数を変化させたときのＸ線強度減衰特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：電子銃
２０：Ｘ線ターゲット
２１：支軸
２２：供給経路
２３：排出経路
【図１】
0003593512.tif 000003
【図２】
0003593512.tif 000004
【図３】
0003593512.tif 000005