(57)【要約】  材料をX線源のアノードの表面に局所的に適用するための方法及び装置、並びに対応するアノードが示される。X線放射表面115中のくぼみ121を充填するための修復材料のようなアノード材料が、アノード101のX線放射表面に適用される。そのような材料が適用されるべき位置は、レーザビーム133を用いて検出されることができる。アノード材料(例えばタングステン、レニウム又はモリブデン)の粒子41を含む適用された修復材料は、高エネルギーレーザビーム151を用いて、その後局所的に焼結される。焼結された材料は、それから、高エネルギー電子線163を用いて溶融されることができる。そのような方法を用いることにより、アノードの損傷を受けた表面は、局所的に修復されることができる。あるいは、異なるアノード材料の構造又は異なるレベルを有する突出の構造が、選択的にアノード101のX線放射特性を操作するために、X線放射表面115上に提供されることができる。
2010536134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
X線源のアノードの表面に材料を局所的に適用する方法であって、
材料が適用されるべき前記アノードの表面領域を決定し、
決定された表面領域に材料を適用し、
決定された表面領域においてレーザビームにより局所的に照射することによって、適用された材料を選択的に局所的に焼結する、方法。
【請求項２】
焼結された材料を溶融することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料が小さい粒子を含む流体の形で適用される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料が、タングステン、レニウム及びモリブデンのうちの一つから選択される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
材料が適用されるべき前記アノードの表面領域の決定が、前記アノードの損傷を受けた表面領域を光学的に検出することを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記表面領域が、選択的な焼結のためのレーザと同じレーザを用いて検出される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記アノードの損傷を受けた表面領域の検出が、当該損傷を受けた領域におけるへこみの容積を検出することを含む、請求項５又は請求項６に記載の方法。
【請求項８】
材料が、局所的なへこみの前記容積に従って局所的に適用される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記決定された表面領域上への材料の適用及びその後の適用された材料の選択的焼結のシーケンスが数回繰り返される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
焼結された材料が、高エネルギービームを局所的に適用することによって溶融される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記アノードの表面の異なる場所で異なる材料が適用されて局所的に焼結される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
レリーフ構造のアノード表面になるように、前記アノードの表面の異なる場所において異なる量で材料が適用されて局所的に焼結される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
X線源のアノードに材料を局所的に適用するための装置であって、
前記アノードを保持するためのホルダー、
前記アノードの表面の予め定められた領域に材料を適用するための適用機構、
適用された材料を局所的に焼結するためのレーザ、
を有する装置。
【請求項１４】
焼結された材料を局所的に溶融するための高エネルギービーム源をさらに有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記高エネルギービーム源は電子線源からなる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ホルダーが中心回転軸のまわりで前記アノードを回転させる、請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記アノードの表面における損傷を検出するための検出器をさらに有する、請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出器が、前記アノードの表面における損傷の位置、容積及び深さのうちの少なくとも一つを光学的に検出するための、光源及び光検出器を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記適用機構が、前記アノードの表面上への散布、印刷及び吹き付けのうちの少なくとも一つによって、小さい材料粒子を含む流体を適用する、請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザのレーザ加工スポットの位置、サイズ及びパワーのうちの少なくとも一つを制御するための制御部をさらに含む、請求項１３から請求項１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
構造化されたアノード表面を有する、X線源のアノード。
【請求項２２】
前記構造化されたアノード表面が、前記アノードがX線管中で動作する際のX線放射表面である、請求項２１に記載のアノード。
【請求項２３】
前記構造化されたアノード表面が、凹形の表面と凸形の表面のうちの一つを備えるレリーフを有する、請求項２１又は請求項２２に記載のアノード。
【請求項２４】
前記構造化されたアノード表面が対称構造を有する、請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載のアノード。
【請求項２５】
前記構造化されたアノード表面が、異なるX線放射材料からなる局所的表面領域を有する、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載のアノード。
【請求項２６】
レリーフ構造のアノード表面が、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の方法を用いて形成される、請求項２１から請求項２５のいずれか一項に記載のアノード。
【請求項２７】
請求項２１から請求項２６のいずれか一項に記載のアノードを有するX線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料をX線源のアノードの表面に適用するための方法及び装置に関する。特に、本発明は、X線源のアノードを修復するため、又は、X線源のアノードの表面における表面構造を提供するための方法及び装置に関する。さらに本発明は、特定の電子光学特性を有するアノード、及び、そのようなアノードを含むX線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
X線源は、例えば、調査される患者の二次元又は三次元の画像がX線投影及び対応するX線検出器を用いて取得されることができる医療アプリケーションのような、様々なアプリケーションに用いられる。X線源において、加速された電子のビームが、アノードの表面に導かれる。アノードに衝突するときに、電子は減速し、X線を発する。
【０００３】
アノードのX線放射表面の構造は、X線源におけるアノードのX線放射特性にとって重要である場合がある。
【０００４】
例えば、一定の期間の後、X線管のアノードの表面上の電子線の焦点軌道は、熱及び/又は機械的ストレスを負う場合があり、アノードの表面に損傷が発生する可能性がある。そのような損傷は、例えば焦点軌道の中の亀裂のような目に見える変化である場合がある。そのような損傷に起因して、X線ビームがますます揺れ始める場合があり、したがって、X線ビームの強度が予測不可能な態様で変化する場合がある。
【０００５】
特に、アノードの表面上へ衝突する電子線によって誘発される熱ストレスは、メルトダウン現象の原因となる場合があり、メルトダウン効果は真空を汚染する場合があり、管アーチ作用が大幅に増加する場合がある。
【０００６】
現在、損傷を受けたアノードを修復するために、アノードの表面上の焦点軌道の上層は通常、例えば損傷を受けた層を切削することによって、除去される。そこで、アノード材料の除去される層の厚さは、冶金学的欠陥の深さと同じオーダーある。この除去手順は、数回繰り返される場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この標準的な修理方法によれば、原則として焦点軌道上の特定の場所のみが実際に損傷を受け、これらの場所のみが修復されなければならないにもかかわらず、通常、アノードのX線放射表面全体で材料が除去される。さらに、焦点軌道におけるアノードの全体の厚さがあまりに小さくならない限り、アノードの表面を滑らかにするための従来の材料除去プロセスは数回だけ繰り返される場合がある。さらに、アノードの全体の厚さが従来の修復方法によって減少するので、X線源内の電子光学系は、各修復プロセスの後、アノードのX線放射表面の変化する位置に調整されなければならない場合がある。
【０００８】
したがって、少なくとも部分的に、最新技術の上記の欠陥を克服する、アノードの表面に材料を提供するための、特にX線管のアノードを修復するための、改善された方法及び改善された装置が必要である。
【０００９】
さらに、X線源用の従来のアノードは、通常、単一の材料から成る平らな又は均一なX線放射表面を持つ。例えば、X線放射表面は、従来は、基板表面上へ重金属を均一にスパッタリングすることによって提供されることができる。したがって、アノードは、そのX線放射表面全体に沿って、同様のX線放射特性を持つ。
【００１０】
しかしながら、アノード及びX線源用のそのようなアノードを作成するための方法又は装置を提供する必要があり、このアノードは、X線放射表面に沿った異なる位置においてさまざまな異なるX線放射特性を持つX線放射表面を持つ。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の必要性の少なくとも一部は、独立請求項による主題によって満たされることができる。本発明の有利な実施の形態は、従属請求項に記述される。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、X線源のアノードの表面に局所的に材料を適用するための方法が提案され、当該方法は、材料が適用されるべきアノードの表面領域を決定し、決定された表面領域に材料を適用し、決定された表面領域におけるレーザビームによる局所的照射によって、適用された材料を選択的に局所的に焼結し、オプションとして、焼結された材料を溶融する。
【００１３】
本発明の第１の態様は、連続的な熱及び機械的ストレスの結果として発生する場合がある、例えば表面のくぼみ又はへこみのような、新たな材料が必要である必要な場所でのみ、又は構造化アノード表面を提供するためのアノード表面上の特定の場所でのみ、アノード材料がアノードに適用されることができるというアイデアに基づくものと理解される。この目的のために、アノード材料は、最初にアノードの表面に適用され、その後、レーザビームを用いて局所的に加熱することにより焼結されてそれによって表面に密着することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様による方法の要点は、第一に、例えば表面にへこみ又はくぼみが存在する、アノードの損傷を受けた表面領域のような、材料が適用されるべき領域が決定されること、第二に、修復材料又は付加的なアノード材料のような材料が、損傷を受けた表面領域上又はその中のような決定された領域に適用されること、第三に、適用された材料が、レーザビームを用いて局所的に焼結され、続いて、オプションとして、例えば高エネルギービームを用いて溶融されることといった事実において理解されることができる。
【００１５】
したがって、例えばアノードが損傷を受けた又は構築されるべきアノードの表面の局所的領域にのみ材料を適用することが可能である。アノードの表面全体を研磨し、その後アノード表面層全体を(例えば化学的蒸着(CVD)によって)置換することと比較して、損傷を受けたへこみ又はくぼみのみが修復材料によって充填される必要があるので、修復材料を節約することができる。修復材料(例えばタングステン、レニウム又はモリブデンのような重金属)は非常に高価である場合があるので、本発明の第１の態様による方法を適用することによって、コストは節約されることができる。
【００１６】
さらに、損傷を受けたくぼみのみを修復材料によって充填し、それを焼結し、その後溶融することによって、アノードの元の表面を復旧することができる。したがって、アノードを修復した後で、それは元のX線源に搭載されることができ、そして、例えばX線源及びその電子光学系を再調整することは必要ない。
【００１７】
さらに、第１の態様による方法によって、構造化表面を有するアノードが作成されることができる。アノード材料をアノードの表面に局所的に適用することによって、例えば、異なる高さのバンプがアノードの表面に形成されることができ、それによって、アノードの電子光学特性は、局所的に影響を与えられることができる。あるいは、それぞれのアノード表面領域から放射されるX線放射に影響を与えるために、異なるアノード材料がアノード表面上の異なる場所に適用されることができる。
【００１８】
以下において、上述の第１の態様による方法の考えられる特徴、利点及び実施の形態が詳細に説明される。
【００１９】
X線源用のアノードは、少なくとも、X線源中に取り付けられたときに電子線にさらされるその表面(本明細書において、X線放射表面と呼ばれる)において、重金属(例えばタングステン、レニウム又はモリブデン)を有することができる。例えば、アノードは、その周囲の縁にX線放射表面を持つ円形ディスクであることができる。例えば、電子線及び結果として生じるX線ビームの方向が互いに対してほぼ垂直であるようにカソードから来る電子線がX線放射表面上へ衝突することができるように、ディスク形アノードの周囲表面は、ある角度に傾けられることができる。アノード表面上の電子衝突の位置(本明細書において、焦点軌道と呼ばれる)がアノードの円周に沿って移動するように、そのようなディスク形アノードは、X線管の動作の間、回転することができる。
【００２０】
アノード材料がアノードの表面に適用又は堆積されなければならない異なる理由が存在する場合がある。例えば、くぼみ又は溝が表面内に形成されるという点で、アノードのX線放射表面はX線源の連続的な動作の後で損傷を受ける可能性がある。これらの損傷は、例えば損傷を受けていないアノード表面領域を基準として検出されることができる。
【００２１】
一つ若しくはいくつかの又は全ての損傷を受けた表面領域を検出した後で、修復材料が、いくつかの又は各々の被検出領域上又はその中に適用されることができる。そこで、修復材料は、アノード表面全体若しくはその一部にわたって適用されることができ、又は、検出された被損傷表面領域上/中にのみ選択的に適用されることができる。以下でさらに説明されるように、材料を適用するプロセスは、様々な異なる態様で実行されることができる。
【００２２】
適用された材料は、続いて、いわゆる選択的レーザ焼結(selective laser sintering:SLS)プロセスによって、局所的に焼結されることができる。そこで、アノード材料の粒子は、高エネルギーレーザビームによる照射によって、局所的に焼結されることができる。この目的のために使用される典型的なレーザは、パルスレーザソース又は持続性レーザソース(例えばCO2レーザ及びエキシマレーザ)であることができる。
【００２３】
選択的レーザ焼結(SLS)は、プラスチック、金属又はセラミック粉末の小粒子を一緒に溶融して、例えば所望の三次元オブジェクトを表す塊にするためにハイパワーレーザを用いることを伴う、付加的急速製造技術又は修復技術として定義されることができる。製造目的のために、レーザは、粉末層の表面上で、(例えばCADファイルからの)製造されるべき部分の３次元デジタル記述から生成される断面をスキャンすることによって、選択的に粉末状の材料を溶融させることができる。各断面がスキャンされた後で、一層の厚さ分、粉末層は下げられて、材料の新たな層が上に適用され、所望の部分が完成するまで、プロセスが繰り返される。
【００２４】
他の方法と比較して、比較的広い範囲の粉末材料が加工されることができる。市販の材料は、ポリマー、金属(タングステン、モリブデンなど)を含む。物理的プロセスは、全溶融、部分溶融、液相焼結であることができ、そして材料に応じて、最高100%の密度が達成されることができ、材料特性は、従来の製造方法による特性に匹敵する。
【００２５】
本発明の実施の形態によれば、選択的焼結ステップの後、焼結された材料は、例えば電子線又は高エネルギーレーザビームのような高エネルギービームを適用することによって、例えば溶融される。この溶融ステップは、予備焼結された材料の密度を増加させることに役立つ。そこで、予備焼結された材料は、完全に又は部分的に液化されることができる。その後、液化された材料は再凝固し、それによって、好ましくはアノード表面上に滑らかな表面を生成する。
【００２６】
溶融ステップは、各々の予め定められた表面領域上/中に材料を適用及び焼結した直後に実行されることができ、あるいは、全ての予め定められた又は損傷を受けた表面領域が、その表面領域上で予備焼結された材料によって先ず被覆又は充填されることができ、その後、アノード全体が適切な溶融ステップを受けることができる。この目的のために、アノードは、例えば高温炉のような、又はより好ましくは、例えば電子線又は高エネルギーレーザビームのような高エネルギービームを適用することによって、予備焼結された材料を局所的に溶融するための装置のような、別の装置の中に配置される。例えば、溶融ステップは実際のX線管の中で実行されることができ、通常はX線ビームを生成するために用いられる電子線のエネルギーが、予備焼結された材料を局所的に溶解するための十分なエネルギーを持つように高められる。
【００２７】
特に、選択的レーザ焼結のために使用されるレーザのレーザパワーが、その境界材料への一体化を含めて、ほぼ100%の密度の材料を実現するように十分高い場合、及び、新たな重い材料がその場所に適用される際に用いられる光学部品の精度が高い場合、溶融ステップは必要ない。その場合、適用された材料は、SLSレーザによって直接溶融されることができる。
【００２８】
本発明の実施の形態によれば、修復材料は、小さい粒子を含んでいる流体の形で適用される。この文脈において、流体は、流れる又は吹き付けられることが可能な材料として定義されることができる。そのような流体は、粉末として又は小さい粒子が液体溶液に調合される乳剤若しくはペーストとして提供されることができる。粒子のサイズは、損傷を受けたアノード表面の典型的なくぼみが修復材料によって実質的に完全に充填されることができるように適合していることができる。典型的な粒径は、およそ100nmから2μmの間の範囲である。粒子は、元のアノード表面の材料(例えば、タングステン、レニウム、モリブデン又はそれらの化合物若しくは合金のような重金属)と同様の材料から成ることができる。
【００２９】
流体は、様々な異なる態様でアノード表面に適用されることができる。例えば、流体は、アノードの表面上へ局所的に、撒かれる又は印刷されることができる。あるいは、流体は、最初に流体を表面領域上に適用して（例えば撒いて）、それから例えばスキージ(squeegee)を用いてその流体をのばすことによって、予め定められた表面領域に適用されることができる。そのようなスキージを用いることにより、スキージは、過剰な修復材料をアノード表面からすくい取り又は拭き取りつつ、流体を自動的にアノードの表面の損傷くぼみに押し込むことができるので、損傷を受けた表面領域を決定するステップと修復材料を適用するステップは事実上一つの単一のステップに結合されることができる。修復材料は、損傷を受けたアノード表面上に撒かれること、印刷されること又は吹き付けられることができ、その次に、スキージを用いて修復材料をのばすことによって、損傷を受けた表面領域のくぼみは、修復材料によって好ましくは充填される。
【００３０】
本発明の他の実施例によれば、材料が適用されるべき領域の決定は、損傷を受けた表面領域を光学的に検出することによって実行される。この目的のために、例えばレーザ又はLEDのような光源から来る光が、処理される又は修復されるアノードの表面に導かれることができる。光は、小さいスポットに焦束されることができる。スポットは、アノードの表面に沿ってスキャンされることができる。アノードの表面から反射される光から、損傷を受けた表面領域中のくぼみの場所、形状及び/又は容積が検出されることができる。くぼみの深さを検出するために、光源及びアノードの表面は、干渉計と同様の配置を形成するように配置されることができる。
【００３１】
損傷を受けた表面領域を光学的に検出することによって、アノード表面のくぼみ又は溝は、表面と機械的に接触せずに、確実かつ正確に検出されることができ、それによって、任意の汚染を回避する。
【００３２】
さらに、実施の形態によれば、選択的レーザ焼結用のレーザビームと同じレーザビームが、損傷を受けた表面領域を検出するために用いられることができる。それによって、必要な光源の数は削減されることができる。レーザとアノード表面との間に更なる光学部品が設けられることができる。
【００３３】
更なる実施の形態によれば、損傷を受けた表面領域中の一つのくぼみの容積又は全てのくぼみを合わせた容積が、好ましくは、修復材料を適用する前に決定されることができる。そのような容積を知ることで、修復材料の必要な量が決定されることができる。
【００３４】
更なる実施の形態によれば、修復材料は、前もっての検出ステップにおいて検出された局所的なくぼみの容積に従って、局所的に適用されることができる。損傷を受けた表面領域中のくぼみの容積を知ることで、実質的に対応する量又は僅かに過剰な量の修復材料が、くぼみに適用されることができる。したがって、修復材料は、十分ではあるが過剰ではない量で適用されることができ、高価な修復材料は無駄にならない。
【００３５】
更なる実施の形態によれば、決定された表面領域上又はその中へ材料を適用し、その後、適用された材料を選択的に焼結するシーケンスは、数回繰り返される。したがって、材料の層が、次々とアノード表面上へ適用されることができる。例えば、最初に、数マイクロメートルの厚さを持つ修復材料の薄層（この層厚は用いられる材料及び平均粒径による）が、損傷を受けた表面に適用され、続いて焼結されることができ、そして、アノードの元の表面が再確立されるまで、修復材料の次の層が適用されて焼結されることができる。それによって、アノードの表面中の深いくぼみでさえ、焼結された修復材料によって充填されることができる。例えば、1μmの平均材料粒径を有する材料を用いるとき、層厚はおよそ３倍大きいことができる。
【００３６】
更なる実施の形態によれば、焼結材料は、例えば電子線又は高エネルギーレーザビームのような高エネルギービームを局所的に適用することによって溶融される。予備焼結された修復材料は依然として小さいキャビティをその中に持ち、したがって最適な密度を持たない場合があるが、溶融の後、修復材料は実質的にキャビティを伴わずに凝固して、最適な密度を持つ。予備焼結された修復材料を局所的にのみ溶融するために、集束された電子ビーム又は光が、修復材料によってすでに充填されたアノードの表面のそれぞれの損傷を受けた領域に適用されることができる。ビームが十分に高いエネルギーを持つ場合、修復材料は、局所的に溶融して、流れて、そこに残存するキャビティを充填して、それから再凝固する。
【００３７】
オプションとして、修復材料を溶融させた後に、修復されたアノードの表面は、例えば研磨によって仕上げられることができる。それによって、元の新品のアノードの高さに正確に合致するように、修復されたアノード表面の定められた高さが達成されることができる。
【００３８】
更なる実施の形態によれば、アノード表面の異なる場所に、異なる材料が適用されて局所的に焼結される。このようにして、異なるX線放射材料を備えている異なる領域を持つアノードが作成されることができる。例えば、いくつかの表面領域がタングステンを備えることができる一方、他の領域はレニウムを備えることができる。例えばディスク形アノードが動作中に回転する場合、これらの異なる領域は衝突する電子線に引き続いてさらされる。したがって、タングステン表面からX線が放射される時間が存在する一方で、他の時間では、レニウム表面がX線を放射する。これらの異なる材料はX線の異なるスペクトルを放射するので、放射されたX線スペクトラムは時間に依存して変化することができる。例えば異なるX線スペクトルを区別することが可能であるX線検出器を用いることにより、更なる情報がX線投影から導き出されることができる。
【００３９】
更なる実施の形態によれば、材料は、アノードの表面の異なる場所において異なる量で適用されて局所的に焼結され、レリーフ構造のアノード表面となる。そのようなレリーフ構造のアノードは、平らなX線放射表面を持たず、X線放射表面から突出するアノード材料の予め定められた構造を持つことができる。そのような構造に起因して、アノード表面の電子光学特性及び/又はX線光学特性は、局所的に変化することができる。したがって、例えばそのような平らでないX線放射表面を持つディスク状のアノードがX線管の動作の間に回転する場合、時間依存の集束特性を持つX線ビームが得られる。
【００４０】
本発明のさらに別の態様では、材料をX線源のアノードに局所的に適用するための装置が提供され、当該装置は、アノードを保持するためのホルダー、アノードの表面の予め定められた領域に材料を適用するように適応された適用機構、及び、適用された材料を局所的に焼結するように適応されたレーザを有する。
【００４１】
この装置は、本発明の上述の第１の態様による方法を実行するように適応されることができる。
【００４２】
ホルダー、適用機構及びレーザの全ては、一つの単一のチャンバ中に含まれることができる。作成される又は修復されるアノードは、それからチャンバに持ち込まれることができて、ホルダーに取り付けられることができる。アノード材料が適用されるべき場所は、予め定められていることができる。例えば、アノードの表面の損傷は、検出器(例えば光学検出器) を用いて検出されることができ、そして、修復材料は、適用機構を用いて損傷上へ/中に適用されることができる。その後、修復材料は、損傷を受けた表面領域に適用された修復材料へ焦点スポットが導かれることができるレーザを用いて、局所的に焼結されることができる。
【００４３】
本発明の実施の形態によれば、装置はさらに、焼結材料を局所的に溶融するように適応される高エネルギービーム源を有する。この高エネルギービーム源は、例えば、予備焼結された材料に焦点を定められることができる加速された電子ビームを供給する電子ビーム源から成ることができる。高エネルギービーム源は、装置の他のコンポーネントと同じチャンバ中に設けられていることができる。あるいは、高エネルギービーム源を備える第２のチャンバが用意されることができ、アノードは最初に、修復材料を適用して予備焼結するために、第１のチャンバ中に挿入されて、その中で処理されることができ、それから、局所的に高エネルギービーム源を用いて予備焼結された修復材料を溶融するために、第２のチャンバへ移されることができる。あるいは、この２つのチャンバは、２つの別個の装置中に設けられていることができる。
【００４４】
更なる実施の形態によれば、ホルダーは、中心回転軸のまわりでアノードを回転させるように適応されている。例えば、ディスク形アノードが修復される場合、ホルダーは、アノードがディスクの中央軸のまわりで回転することができるように適応されていることができる。ホルダーを用いてアノードを回転させる間、X線放射表面上の各ポイントが、適用機構、レーザ及びオプションの検出器（それらの全てはアノードの周囲のラインに対して一定の位置に取り付けられる）にさらされることができるように、アノードディスクの周縁に設けられているX線放射表面は、円形ラインに沿って360度回転することができる。したがって、アノードのX線放射表面全体は、単にアノードを回転させることによって作成又は修復されることができ、適用機構、レーザ又は検出器のいずれも動かす必要はない。
【００４５】
更なる実施の形態によれば、装置はさらに、損傷(例えばアノード表面のホール又はくぼみ)を検出するための検出器を有する。検出器は、アノード表面の損傷の場所、容積及び深さのうちの少なくとも１つを光学的に検出するように適応された、光源及び光検出器を有することができる。したがって、本装置は、適用機構が材料を適用すべき領域を光学的にかつ非接触で検出するように適応されていることができる。
【００４６】
本発明の他の実施例によれば、適用機構は、アノードの表面上への散布、印刷及び吹き付けの少なくとも１つによって、小さい材料粒子を含む流体を適用するように適応される。そこで、適用機構は、検出器によって検出された損傷を受けた表面領域に直接流体を選択的に局所的に適用するように適応されることができる。そのような局所的適用の精度は、数μmから数百μmの範囲であることができる。流体は、粉末のように乾燥していることができ、又は、実際の重金属アノード材料の粒子がその中に含まれることができる液体バインダーを含む流体乳剤として供給されることができる。
【００４７】
あるいは、適用機構は、X線放射表面全体の上に修復材料を適用するように適応されることができ、アノード表面内のくぼみ又は溝に修復材料をのばして導入する更なる手段を持つことができる。例えば、修復されるべきアノードの表面上でスライドするスキージが提供されることができ、このスキージは、すでに適用された材料をすくい取り、又は広げて、好ましくはそれを必要な領域に押し込む。
【００４８】
本発明の他の実施例によれば、本装置はさらに、レーザのレーザ加工スポットの場所、サイズ及びパワーのうちの少なくとも１つを制御するための制御部を含む。例えば、レーザは、レーザスポットが例えば検出器によって検出される損傷を含む表面に沿ってスキャンされるように、そのレーザ加工スポットが、構築される又は修復されるべきアノードの表面に沿って長手方向又は横方向に動くように制御されることができる。レーザスポットのパワーは、例えば適用された材料の層の厚さを考慮して、アノード表面上の特定の位置に供給されて適用された材料の全てが焼結されるように、適応されることができる。
【００４９】
本発明のさらに別の態様では、X線源のアノードが提供され、このアノードは構造化されたアノード表面を有する。構造化されたアノード表面は、X線管中でアノードが動作するときのX線放射表面であることができる。構造化されたアノード表面は、上述の方法を用いて形成されることができる。
【００５０】
実施の形態によれば、レリーフ構造のアノード表面はレリーフ構造を有することができ、非平坦であることができ、凹形面及び凸形面のうちの一つを有することができる。表面構造は、レリーフ構造の表面が衝突電子線にさらされるときに、特定の電子光学的性質を示すように適応されていることができる。例えば、X線放射表面において突出する側壁は、放射されたX線の焦点を定めることができる。
【００５１】
更なる実施の形態によれば、レリーフ構造のアノード表面は、対称構造を有する。例えば、ディスク形アノード上の焦点軌道に関する鏡映対称性が存在することができる。
【００５２】
更なる実施の形態によれば、構造化アノード表面は、異なるX線放射材料から成る局所的表面領域を有する。したがって、どの局所的表面領域が電子線によって照射されるかによって、異なる特性のX線が放射されることができる。
【００５３】
本発明のさらに別の態様では、本発明の先の態様について説明されたアノードを有するX線管が提供される。
【００５４】
本発明の実施の形態は異なる主題に関して説明されることに留意すべきである。特に、いくつかの実施の形態は方法に関して説明されるが、他の実施の形態は装置に関して説明される。しかしながら、当業者は、別途通知されない限り、上述の及び以下の記載から、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間の任意の組み合わせも本出願によって開示されていると考えられると推測する。
【００５５】
本発明の上で定められた態様や更なる態様、特徴及び利点は、以下に記述される実施の形態の例から導き出されることができ、実施の形態の例を参照して説明される。本発明は実施の形態の例を参照して以下でさらに詳細に説明されるが、本発明はそれらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】アノードを有するX線管配置の概略図。
【図２ａ】本発明の実施の形態による方法のプロセスステップを概略的に示す図。
【図２ｂ】本発明の実施の形態による方法のプロセスステップを概略的に示す図。
【図２ｃ】本発明の実施の形態による方法のプロセスステップを概略的に示す図。
【図２ｄ】本発明の実施の形態による方法のプロセスステップを概略的に示す図。
【図３】本発明の実施の形態による装置の側面図。
【図４】図3に示される装置の平面図。
【図５】本発明の実施の形態によるレリーフ構造のX線放射表面を持つアノードの断面図。
【図６】本発明の実施の形態による異なる局所領域を備えるX線放射表面を有するアノードの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図面中の図示は概略に過ぎず、尺度通りとは限らない点に留意する必要ある。さらに、それぞれの図において、同様の又は同一の要素には、同じ参照符号が与えられている。
【００５８】
図1は、ディスク形アノード101及び電子源105を含むX線管配置を示す。アノード101はディスク形であり、重金属(例えばタングステン、レニウム又はモリブデン)を含む。その周囲の辺縁113において、アノード101は、電子源105から来る電子線107によって照射されるときにX線ビーム109を放射するためのX線放射表面115として作用する傾斜面を含む。電子線107がX線放射表面115上へ衝突する所である焦点軌道111において、X線管の連続的な動作の後で、亀裂又はくぼみが発生する場合がある。
【００５９】
図2a〜2dは、本発明による方法の実施の形態の異なるプロセスステップにおける、図1に示される焦点軌道111近傍の領域Aを示す。
【００６０】
図2aに示されるように、焦点軌道111の上に形成されるくぼみ121が検出されることができ、そして、第１のレーザ131から来るレーザビーム133を用いて、その深さが測定されることができる。図2aにおいて矢印によって示されるように、図1に示されるようにアノード101が回転する間、レーザビーム133又はレーザ131自体が、X線放射表面115に沿って横断してスキャンされることができる。したがって、X線放射表面115全体が、レーザビーム133によって、くぼみの形の損傷に対してスキャンされることができる。
【００６１】
図2bは、修復材料が適用された後のくぼみ121を示す。領域Bの拡大された図で分かるように、修復材料の粒子141を含む粉末が、くぼみ121の領域に適用された。過剰な修復材料が供給されるので、粒子141を含む流体はくぼみ121から僅かに突出する。
【００６２】
図2cに示される次のプロセスステップにおいて、粒子141は、高エネルギーレーザ151を用いて焼結される。同様に、このレーザ151又はレーザビーム153は、X線放射表面115全体に及ぶことができるように、アノード101のX線放射表面115に沿ってスキャンされることができる。くぼみ121の中で修復材料を焼結することによって、粒子141は、互いに、そしてくぼみ121の中の表面に密着する。しかしながら、焼結修復材料の中にキャビティが残る可能性がある。
【００６３】
図2dに示される更なるプロセスステップにおいて、電子源161から生じる高エネルギー電子線163は、すでに焼結された修復材料へと導かれる。電子線163は、修復材料の重金属粒子が溶融するような高エネルギーを持つ。したがって、以前は焼結修復材料中に存在したキャビティは消滅し、そして修復材料の再凝固の後、好ましくは、くぼみ121は最適密度を持つ修復材料によって完全に充填される。くぼみ121の容積がレーザ131を用いてあらかじめ測定されたので(図2aを参照)、くぼみ121に適用される修復材料の量は、再凝固の後、くぼみ121が完全に充填されることができるように、好ましくは修復材料がX線放射表面115を越えて突出しないように、適応されることができる。
【００６４】
オプションとして、最終的なプロセスステップにおいて、X線放射表面151は研摩されることができる。
【００６５】
図3及び4は、側面図(図3)及び平面図(図4)で、材料をX線源のアノード101に適用するための装置を概略的に示す。アノード101は、ホルダー201に取り付けられるそのシャフト103によって保持されることができる。ホルダー201は、図3に矢印によって示されるように、そのシャフト103のまわりでアノード101を回転させるように適応される。
【００６６】
アノード101の回転の間、くぼみ121が存在する特定の位置は、最初にレーザ113を通る。レーザビームは、くぼみ121を検出して、好ましくはその容積を測定するために、X線放射表面115をスキャンする。
【００６７】
さらにアノード101を回転させる間、くぼみ121は、修復材料をX線放射表面115に適用する機構203に到達する。適用機構203は、X線放射表面115上に修復材料の粒子を含む粉末を撒く。
【００６８】
さらに回転する間、くぼみ121の位置は、過剰な修復材料粉末を平らにして拭き取るスキージ205に到達する。
【００６９】
さらに回転して、修復材料粒子141によって充填されたくぼみ121は、高エネルギーレーザ151に到達し、高エネルギーレーザ151は、第１のレーザ113によって検出されたくぼみ121の位置が分かっており、修復材料粒子を焼結するために、あらかじめ堆積された修復材料粉末を照射することができる。
【００７０】
修復材料を焼結して、それによってアノード101の表面にそれを密着させた後、アノード101は、修復材料を適用するための装置から取り外されることができて、更なる装置に、又はオプションとして元のX線管に取り付けられることができ、そこで高エネルギー電子線がX線放射表面115へと導かれることができる。そのような高エネルギー電子線を用いることにより、あらかじめ焼結された修復材料は、最適密度及び修復されたくぼみ121の面における滑らかな表面を得るために溶融されることができる。
【００７１】
あるいは、電子ビーム源は、適用して焼結された後すぐに材料が溶融されることができるように、材料自体を適用するための装置内に設けられていることができる。そのような配置では、アノードは、取り外され、局所的な溶融手順のための更なる装置に取り付けられる必要はなく、全てのプロセスステップを実行するように適応された単一の装置内で修復されることができる。
【００７２】
回転可能なホルダー201を駆動しているモーター211、材料を適用するための機構203、くぼみ121を検出するためのレーザ113及び適用された材料を局所的に焼結するためのレーザ151、並びに、オプションとして、電子ビーム源の全ては、例えば検出レーザ113の検出結果に基づいて材料を焼結するためのレーザ151のレーザ加工スポットの場所、サイズ及びパワーを制御するように適応された制御部221に接続される。明確にするために、制御部221は図4に示されない。
【００７３】
図5に、レリーフ構造の表面301を有するディスク形アノード101の断面が概略的に示される。レリーフ構造の表面301は、アノードの傾斜する周囲の表面に対して垂直な軸Sに関して対称的な凹形の表面構造を含む。それによって、そのようなアノード表面から放射されるX線に対する焦束効果が得られる。
【００７４】
図6は、異なるX線放射材料を含む表面領域403, 405を持つ構造化表面401を有するディスク形アノードを示す。異なる表面領域401, 403の交互の配置に起因して、アノード101が焦点軌道111上で電子線によって照射されつつその軸103のまわりで回転するとき、時間的に変化するX線が放射される。
【００７５】
本発明の上記の実施の形態を非制限的に要約すると、対応するアノードだけでなく、材料をX線源のアノードの表面に局所的に適用するための方法及び装置が示される。X線放射表面115中のくぼみ121を充填するための修復材料のようなアノード材料が、アノード101の表面に適用される。そのような材料が適用されるべき場所は、レーザビーム133を用いて検出されることができる。アノード材料(例えばタングステン、レニウム又はモリブデン) の粒子141を含む適用された修復材料は、高エネルギーレーザビーム151を用いて、その後局所的に焼結される。焼結された材料は、それから、高エネルギー電子線163を用いて溶融される。そのような方法を用いることにより、アノードの損傷を受けた表面は、局所的に修復されることができる。あるいは、異なるアノード材料の構造又は異なるレベルを有する突出構造が、選択的にアノード101のX線放射特性を操作するために、X線放射表面115上に提供されることができる。
【００７６】
「有する」「含む」などの用語は他の要素又はステップを除外せず、単数形は複数を除外しないことに留意すべきである。また、異なる実施の形態に関して説明された要素が組み合わせられることができる。特許請求の範囲中の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されてはならないことにも留意すべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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