(57)【要約】【課題】ターゲットの表面に発生する引張などの応力、ターゲットと基台との接合部に発生するせん断応力を軽減することで、ターゲットのクラックや剥離を防止し得るＸ線発生用ターゲットを提供する。【解決手段】希土類金属により構成されたターゲット部材４を、当該ターゲット部材４の構成材料よりも熱伝導性が高い銅にて構成された基台２に、銀にチタンが加えられてなるろう材３を用いてろう付けにて接合し、且つ上記基台２の厚さｔ２に対するターゲット部材４の厚さｔ１の比率を、０．１〜０．６の範囲としたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類金属により構成されたターゲット部材を、当該ターゲット部材の構成材料よりも熱伝導性が高い金属材料にて構成された基台にろう付けにて接合し、
且つ上記基台の厚さに対するターゲット部材の厚さの比率を、０．１〜０．６の範囲としたことを特徴とするＸ線発生用ターゲット。
【請求項２】
基台の表面にターゲット部材が接合されてなるＸ線発生用ターゲットの製造方法であって、
上記ターゲット部材として希土類金属を用い且つ基台として上記ターゲット部材の構成材料よりも熱伝導性が高い金属材料を用いるとともに、
互いの接合をろう付けにて行い、
さらに上記基台に対するターゲットの厚さの比率が、０．１〜０．６の範囲であることを特徴とするＸ線発生用ターゲットの製造方法。
【請求項３】
基台とターゲット部材とが接合される各対向面における表面積同士が、互いに等しいか、または基台側の表面積の方がターゲット部材のそれよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生用ターゲットの製造方法。
【請求項４】
希土類金属として、ホウ化物を用いることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生用ターゲットの製造方法。
【請求項５】
ろう付けの材料が、銀または銅であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生用ターゲットの製造方法。
【請求項６】
ろう付けの材料に、チタン、ジルコウニウムおよびベリリウムのうち、少なくとも１つを含ませることを特徴とする請求項５に記載のＸ線発生用ターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線発生用ターゲットおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線発生装置は、通常、フィラメント（陰極）とターゲット（対陰極または陽極ともいう）とが互いに対向するように配置されており、フィラメントに通電することで熱電子が放出され、そしてこの熱電子がターゲットに衝突することで、ターゲットの表面からＸ線を発生させるようにしたものである。その他、上記熱電子放出の代わりに、電界電子を放出するＸ線発生装置もあるが、この場合も、熱電子放出と同様のターゲットでＸ線を発生させることができる。
【０００３】
また、ターゲットから発生するＸ線は、材料固有の特性Ｘ線と、印加電圧で決定される連続Ｘ線とからなる。
一般的に、ターゲットの構成材料としては、銅（８．０ｋｅＶ）やモリブデン（１７．４ｋｅＶ）が用いられており、さらに高いエネルギーが求められる場合は、銀（２２．１ｋｅＶ）やタングステン（５８．９ｋｅＶ）が用いられている。そして、医療分野で必要とされる３０〜４０ｋｅＶ程度の高いエネルギーのＸ線用としては、希土類金属が相当するが、希土類金属をターゲットの材料に用いたＸ線検査装置は、未だ一般的でないのが現状である。
【０００４】
ところで、ターゲットの表面には高速の熱電子が衝突するため、Ｘ線の出力に比例してターゲット自身が高温となる。このため、Ｘ線発生用ターゲットを、熱伝導性の高い金属材料から成る基台（治具ともいう）にターゲット部材を接触させて構成するとともに、この基台に冷却手段を設けることで、ターゲット部材からの放熱を行っている。
【０００５】
特に、ターゲット部材が熱伝導性の低い希土類金属で構成されている場合、ターゲット部材自体の放熱性が悪く、高出力のＸ線を発生させることが困難であった。
そこで、ターゲット部材を希土類金属で構成する場合、熱伝導性の高い金属材料から成る基台に、中間層を介して、拡散接合などを用いて強固に接合して、放熱し易いように考慮されていた。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０２９１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した方法では、熱膨張差により、ターゲット部材にクラックや剥離が発生するという問題があった。これら、クラックや剥離は、熱膨張差が大きい異種金属をろう付けさせた際に発生し、ターゲット部材の表面で発生する過大な引張応力、ターゲットと基台との接合部で発生する過大なせん断応力に起因するものと考えられる。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するため、本発明は、ターゲットの表面に発生する少なくとも引張応力、ターゲットと基台との接合部に発生するせん断応力を軽減することで、ターゲット部材のクラックや剥離を防止し得るＸ線発生用ターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のＸ線発生用ターゲットは、希土類金属により構成されたターゲット部材を、当該ターゲット部材の構成材料よりも熱伝導性が高い金属材料にて構成された基台にろう付けにて接合し、
且つ上記基台の厚さに対するターゲット部材の厚さの比率を、０．１〜０．６の範囲としたものである。
【０００９】
また、請求項２に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、基台の表面にターゲット部材が接合されてなるＸ線発生用ターゲットの製造方法であって、
上記ターゲット部材として希土類金属を用い且つ基台として上記ターゲット部材の構成材料よりも熱伝導性が高い金属材料を用いるとともに、
互いの接合をろう付けにて行い、
さらに上記基台に対するターゲットの厚さの比率が、０．１〜０．６の範囲とする方法である。
【００１０】
また、請求項３に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、請求項２に記載の製造方法において、基台とターゲット部材とが接合される各対向面における表面積同士が、互いに等しいか、または基台側の表面積の方をターゲット部材のそれよりも大きくする方法である。
【００１１】
また、請求項４に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、請求項２に記載の製造方法において、希土類金属として、ホウ化物を用いる方法である。
また、請求項５に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、請求項２に記載の製造方法において、ろう付けの材料として、銀または銅を用いる方法である。
【００１２】
さらに、請求項６に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、請求項２に記載の製造方法において、ろう付けの材料に、チタン、ジルコウニウムおよびベリリウムのうち、少なくとも１つを含ませる方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記Ｘ線発生用ターゲットおよびその製造方法によると、ターゲット部材の構成材料として、高いエネルギーのＸ線を発生させることができる希土類金属を用いるとともに、このターゲット部材を、当該構成材料よりも高い熱伝導性を有する金属材料にて構成された基台に接合する際に、ろう付けにて行うとともに、基台に対するターゲット部材の厚さの比率を、０．１〜０．６の範囲となるようにしたので、ターゲット部材の表面に発生する引張・圧縮応力などの垂直応力、特に引張応力の軽減化を図り得るとともに、両者の接合部（接合面近傍）で発生するせん断応力についても軽減化を図ることができ、したがってターゲット部材の表面または基台との接合部にクラック・剥離等が生じるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係るＸ線発生用ターゲットおよびその製造方法を、図１〜図４に基づき説明する。
【００１５】
まず、Ｘ線発生用ターゲットの構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１に係るＸ線発生用ターゲット１は、所定厚さｔ２で且つ所定直径Ｄの円板状の基台２と、この基台２の上面に、ろう材（ろう付けの材料）３を介して、すなわちろう付けにて接合された所定厚さｔ１で且つ所定直径ｄの円板状のターゲット部材４とから構成されている。
【００１６】
上記ターゲット部材４の構成材料としては、熱伝導性の低い金属材料、例えばホウ化希土類金属［より具体的には、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）が用いられる］が用いられるとともに、単結晶のものが用いられている。
【００１７】
また、上記基台２の材料としては、放熱のためにターゲット部材４の構成材料である希土類金属よりも熱伝導性が高い材料、例えば銅が用いられている。
さらに、上記基台２の厚さｔ２とターゲット部材４の厚さｔ１との比率（以下、厚さ比という）については、０．１〜０．６の範囲内となるようにされ、しかも基台２とターゲット部材４とが接合される各対向面における表面積同士が、同一かまたは基台２の方が大きくなるようにされている。これは、基台２側の表面積が、ターゲット部材４側の表面積より小さくなると、ターゲット部材４から基台２への放熱性が著しく下がるからである。
【００１８】
また、ろう材３としては、主成分を銀とするもの（他に銅が含まれている）に、チタン、ジルコニウムおよびベリリウムの活性金属の少なくとも一つが２％程度加えられたものが用いられるとともに、このろう付けの厚さｔ３としては、例えば１０〜１００μｍ（好ましくは、２０〜５０μｍ）の範囲とされ、できれば、ターゲット部材４の強度を基台２側で持たせる（カバーする）ことにより、より薄くして熱伝導性の向上を図るのが望ましい。
【００１９】
上記構成に係るＸ線発生用ターゲット１を製造する場合、上述した大きさの基台２の表面に、所定の大きさのターゲット部材４をろう材３を介して載置し、所定温度（例えば、７８０℃程度）まで加熱することにより接合（ろう付け）すればよい。
【００２０】
ここで、上記Ｘ線発生用ターゲット１の製造を行った際に、ターゲット部材４の表面、および基台２とターゲット部材４との接合部であるろう付け箇所に対する評価について、すなわち基台２とターゲット部材４との形状が、その熱変化［ろう付け温度（７８０℃）から常温（２０℃）への温度変化］により発生する引張応力および圧縮応力（以下、これらを纏めて言及する場合には、垂直応力という）、並びにせん断応力に及ぼす影響を調べた結果について、図３および図４に基づき説明する。
【００２１】
図３は、基台２とターゲット部材４との直径の比率が等しい（ｄ／Ｄ＝１）場合（丸印で示す）および直径の比率が半分（ｄ／Ｄ＝１／２）である場合（三角印で示す）のグラフを示し、横軸は基台２に対するターゲット部材４の厚さ比（ｔ１／ｔ２）を、縦軸は単位温度に対する垂直応力［引張応力（＋値）・圧縮応力（−値）］（σ／ΔＴ）（ＭＰａ／Ｋ）を表している。
【００２２】
例えば、ターゲット部材４の表面に１ＭＰａ／Ｋ以上の引張応力が作用すると、その表面にクラックが発生するため、引張応力がその値より小さくなるように、すなわちグラフから、厚み比が０．１〜０．６の範囲となるように選択すれば、少なくともターゲット部材４の表面に発生する引張応力を軽減（緩和）することができる。なお、圧縮応力については、３ＭＰａ／Ｋ程度であっても支障はなく、また直径の比率が大小（１／１，１／２）に関係なく垂直応力はほぼ一定であり、したがって、垂直応力に対する許容範囲Ｓσは、０．１〜０．６の範囲となる。上記から、引張応力よりも圧縮応力が生じるように、厚み比を設計するのが望ましい。
【００２３】
図４は、基台２とターゲット部材４との直径の比率が等しい（ｄ／Ｄ＝１）場合（丸印で示す）および直径の比率が半分（ｄ／Ｄ＝１／２）である場合（三角印で示す）のグラフを示し、横軸は基台２に対するターゲット部材４の厚さ比（ｔ１／ｔ２）を、縦軸は両者の接合部（接合面近傍）における単位温度に対するせん断応力（τ／ΔＴ）（ＭＰａ／Ｋ）を表している。
【００２４】
図４のグラフによると、せん断応力が小さい範囲（例えば、１．５ＭＰａ／Ｋ以下の範囲）は、両者の厚み比が２．５より小さい範囲であるが、図３の垂直応力の許容範囲を満足する必要があることから、垂直応力およびせん断応力の両方に対処し得る厚み比は、０．１〜０．６の範囲となる。
【００２５】
このように、ターゲット部材の構成材料として、高いエネルギーのＸ線を発生させることができる希土類金属（例えば六ホウ化ランタン）を用いるとともに、このターゲット部材を、当該構成材料よりも高い熱伝導性を有する金属材料にて構成された基台に接合する際に、銀等にチタンが添加されてなるろう材を用いて（ろう付け）行うとともに、基台に対するターゲット部材の厚さ比を、０．１〜０．６の範囲内となるようにしたので、ターゲット部材の表面に発生する引張・圧縮応力などの垂直応力、特に引張応力の軽減化（低減化）を図り得るとともに、両者の接合部（接合面近傍）で発生するせん断応力についても軽減化（低減化）を図ることができ、したがってターゲット部材の表面または基台との接合部にクラック・剥離等が生じるのを防止することができる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係るＸ線発生用ターゲットおよびその製造方法を、図５および図６に基づき説明する。
【００２６】
上述した実施の形態１においては、ターゲット部材として、希土類金属の単結晶を用いたが、本実施の形態２においては、焼結体を用いたものである。
まず、この場合のＸ線発生用ターゲットの構成について説明する。
【００２７】
図５に示すように、本実施の形態２に係るＸ線発生用ターゲット１１は、所定厚さｔ２で且つ所定直径Ｄの円板状の基台１２と、この基台１２の上面に、ろう材１３を介して接合された所定厚さｔ１で且つ所定直径ｄの円板状のターゲット部材１４とから構成されている。
【００２８】
ところで、このターゲット部材１４の構成材料としては、熱伝導性の低い金属材料、例えばホウ化希土類金属［より具体的には、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）が用いられる］が用いられるとともに、その焼結体１４ａが用いられている。この焼結体１４ａは、ホウ化希土類金属を焼き固めたもので、その粒子同士間には空隙が生じている。
【００２９】
そして、上述した実施の形態１と同様に、基台１２の材料としては、放熱のためにターゲット部材１４の構成材料である希土類金属よりも熱伝導性が高い材料、例えば銅が用いられるとともに、ろう材１３においても、主成分を銀にしたもの（他に銅が含まれている）に、チタンが２％程度加えられたものが用いられる。
【００３０】
勿論、上記基台１２の厚さｔ２とターゲット部材１４の厚さｔ１との比率（厚さ比）については、０．１〜０．６の範囲内となるようにされている。
次に、上記構成に係るＸ線発生用ターゲット１１の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、図６（ａ）に示すように、ターゲット部材１４の構成材料である焼結体１４ａを所定直径で且つ所定厚さに、例えば１００〜５００μｍ以下の厚さに薄片化する。なお、焼結体１４ａを薄片化する方法としては、例えば焼結体に厚みがある場合は、放電加工（焼結体が電気伝導性を有する材料の場合）等で行い、焼結体の厚みが薄い場合や仕上げ加工においては、研摩により行う。
【００３２】
次に、図６（ｂ）に示すように、焼結体１４ａを、基台１２の表面にろう材１３にて、すなわちろう付けにて接合する。
また、もう一つの接合法として、薄片化された焼結体１４ａの一方の表面を、アルゴンガスの雰囲気中で、銀を主成分とするろう材（後述のろう付けに用いるろう材と同じもの）でメタライズ（被覆）し、同じく図６（ｂ）に示すように、焼結体１４ａを、基台１２の表面に、ろう材１３にて、すなわちろう付けにて接合することもできる。但し、この方法では、このメタライズ（被覆）がターゲット１１と基台１２の異種材料による熱膨張の緩和の効果がある反面、余分な中間層を付加することになり、ターゲット１１から基台１２への放熱性能の低下に繋がる。したがって、上述したメタライズ（被覆）による方法を用いない方が好ましい。
【００３３】
また、このろう材１３の厚みｔ３は、実施の形態１と同様に、例えば１０〜１００μｍ（好ましくは、２０〜５０μｍ）の範囲とされる。
次に、基台１２に接合された焼結体１４ａを、ろう材１３が含浸した部分が現われる層より手前５０μｍ程度の厚さ（つまり、ろう材が含浸した部分の厚さ＋５０μｍ程度の厚さ）まで研摩することにより、図６（ｃ）に示すように、基台１２の表面に所定のターゲット部材１４がろう付けにより接合されてなる、Ｘ線発生用ターゲット１１が製造される。
【００３４】
勿論、本実施の形態２に係るＸ線発生用ターゲット１１およびその製造方法においても、上述した実施の形態１と同様の作用・効果が得られるが、特に、ターゲット部材１４の構成材料として、焼結体１４ａを用いたので、そのろう付けの際に、ろう材１３が焼結体１４ａの粒子同士間の空隙に入り込み（含浸）、したがってターゲット部材１４における熱伝導性をよくすることができる。
【００３５】
ところで、上記各実施の形態においては、ターゲットの構成材料として、六ホウ化ランタンである場合を説明したが、例えば六ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）、六ホウ化ガドリニウム（ＧｄＢ６）を用いることもでき、さらには希土類金属の炭化物を用いてもよい。
【００３６】
また、上記各実施の形態においては、ろう材として、銀等にチタンが２％程度加えられたものを用いたが、例えば銀の代わりに、主成分が銅であるもの（他に銀を含んである）に、チタンを２％程度加えたものでもよく、さらにチタンの代わりにジルコニウム、ベリリウムなどの活性金属を用いてもよく、またチタン、ジルコニウム、ベリリウムなどの活性金属を加えないものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＸ線発生用ターゲットの斜視図である。
【図２】同Ｘ線発生用ターゲットの側面図である。
【図３】同Ｘ線発生用ターゲットのターゲット部材に発生する軸方向応力を示すグラフである。
【図４】同Ｘ線発生用ターゲットに発生するせん断応力を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るＸ線発生用ターゲットの断面図である。
【図６】同実施の形態２に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      Ｘ線発生用ターゲット
２      基台
３      ろう材
４      ターゲット部材
１１      Ｘ線発生用ターゲット
１２      基台
１３      ろう材
１４      ターゲット部材
１４ａ    焼結体
【図１】
2006216340.tif 000003
【図２】
2006216340.tif 000004
【図３】
2006216340.tif 000005
【図４】
2006216340.tif 000006
【図５】
2006216340.tif 000007
【図６】
2006216340.tif 000008