(57)【要約】【課題】電子が衝突するターゲット面における放熱性を向上させることで、熱伝導率が小さい希土類金属を用いた場合であっても、長寿命で高出力のＸ線を発生し得るＸ線発生用ターゲットを提供する。【解決手段】希土類金属であるホウ化ランタンが用いられるとともに所定外径ｄ１で且つ所定厚さｔ１の円柱形状にされたターゲット本体２と、このターゲット本体２の材料すなわちホウ化ランタンよりも熱伝導率が大きい材料が用いられるとともにターゲット本体２の全面を覆うようにされた被覆部材３とから構成され、少なくとも、電子が入射される表面部３ａの厚さを、１〜３μｍの範囲にしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットであって、
希土類金属により形成されたターゲット本体の周囲を、当該ターゲット本体よりも熱伝導率が大きい材料で被覆したことを特徴とするＸ線発生用ターゲット。
【請求項２】
ターゲット本体を円柱状に形成するとともに、当該ターゲット本体の外径ｄ１を、電子が照射される照射部の直径をｄ０および厚さをｔ１とした場合、下記（１）式で表わされる範囲となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生用ターゲット。
ｄ０≦ｄ１≦ｄ０＋２ｔ１・・・（１）
【請求項３】
照射部の直径が５０〜５００μｍの範囲内に且つターゲット本体の厚さが２０〜５００μｍの範囲内となるようにした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。
【請求項４】
電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットであって、
希土類金属により形成された所定厚さのターゲット部材を複数且つ所定間隔を有して重ねて配置するとともに、これら重ねて配置された複数のターゲット部材の周囲およびこれら各ターゲット部材同士の隙間に当該ターゲット部材よりも熱伝導率が大きい材料を配置し被覆したことを特徴とするＸ線発生用ターゲット。
【請求項５】
希土類金属としてホウ化物を用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線発生用ターゲット。
【請求項６】
ターゲット本体またはターゲット部材の周囲に配置される被覆部材の内、少なくとも、電子が照射される側の表面部の厚さを、１〜３μｍの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線発生用ターゲット。
【請求項７】
電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットの製造方法であって、
希土類金属により形成されたターゲット本体を、当該ターゲット本体より熱伝導率が大きい材料で形成された被覆部材に形成された穴部内に挿入しろう付けにて接合した後、少なくとも上記ターゲット本体の表面に、上記被覆部材と同じ材料または当該被覆材料よりも熱伝導率が大きい材料の被覆部を形成することを特徴とする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線発生装置においては、通常、フィラメント（陰極ともいう）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、上記熱電子を放出する替わりに、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線とから成る。
一般的に用いられているターゲット材には、鋼、モリブデン、銀およびタングステンなどがある。これらの特性Ｘ線の波長（Ｋ殻α線）は、銅では８．９ｋｅＶ、モリブデンでは１７．４ｋｅＶ、銀では２２．１ｋｅＶ、およびタングステンでは５８．９ｋｅＶである。
【０００４】
しかし、医療分野や重金属の材料分析では、３０〜４０ｋｅＶのエネルギー領域の特性Ｘ線が必要とされ、この範囲のエネルギーに相当する材料としては、希土類金属が相当するが、希土類金属をターゲット材に使用したＸ線検査装置は、未だ一般的でないのが現状である。
【０００５】
ところで、ターゲットの表面には熱電子が高速で衝突するため、Ｘ線の出力に比例してターゲット自身が高温になり、したがってターゲットを熱伝導率が大きい材料から成る治具に接触させるとともに、この治具に冷却手段を設けることで、ターゲットの放熱を行っている。
【０００６】
特に、ターゲットが熱伝導率が小さい希土類金属で構成されている場合、ターゲット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。
このため、ターゲットを希土類金属で構成する場合、熱伝導率が大きい材料から成る治具に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）。
【０００７】
しかし、ターゲットおよび治具の双方の熱伝導率が互いに異なるため、熱膨張差によりターゲットにクラックや剥離が発生してしまうという問題があった。
これを解決する方法として、希土類金属の粉体と熱伝導率が大きい材料の粉体とを加圧成形することで、ターゲットにクラックや剥離が発生するのを防止する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０２９１０
【特許文献２】特開２００４−１６４８８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した方法では、ある程度のターゲットの放熱効果は期待できるが、熱電子が衝突するターゲット面での高温化が顕著であり、この部分での放熱対策としては不十分であった。
【０００９】
このため、熱伝導率が小さい希土類金属のターゲットでは、短寿命で低出力領域のＸ線にしか利用できないという問題があった。
そこで、本発明は、電子が衝突するターゲット面における放熱性を向上させることで、熱伝導率が小さい希土類金属を用いた場合であっても、長寿命で高出力のＸ線を発生し得る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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るＸ線発生用ターゲットは、電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットであって、
希土類金属により形成されたターゲット本体の周囲を、当該ターゲット本体よりも熱伝導率が大きい材料で被覆したものである。
【００１１】
また、請求項２に係るＸ線発生用ターゲットは、請求項１に記載のターゲットにおけるターゲット本体を円柱状に形成するとともに、当該ターゲット本体の外径ｄ１を、電子が照射される照射部の直径をｄ０および厚さをｔ１とした場合、下記（１）式で表わされる範囲となるようにしたものである。
【００１２】
ｄ０≦ｄ１≦ｄ０＋２ｔ１・・・（１）
また、請求項３に係るＸ線発生用ターゲットは、請求項２に記載のターゲットにおける照射部の直径が５０〜５００μｍの範囲内に且つターゲット本体の厚さが２０〜５００μｍの範囲内となるようにしたものである。
【００１３】
また、請求項４に係るＸ線発生用ターゲットは、電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットであって、
希土類金属により形成された所定厚さのターゲット部材を複数且つ所定間隔を有して重ねて配置するとともに、これら重ねて配置された複数のターゲット部材の周囲およびこれら各ターゲット部材同士の隙間に当該ターゲット部材よりも熱伝導率が大きい材料を配置し被覆したものである。
【００１４】
また、請求項５に係るＸ線発生用ターゲットは、請求項１乃至４のいずれかに記載のターゲットにおいて、希土類金属としてホウ化物を用いたものである。
また、請求項６に係るＸ線発生用ターゲットは、請求項１乃至５のいずれかに記載のターゲットにおけるターゲット本体またはターゲット部材の周囲に形成される被覆部材の内、少なくとも、電子が照射される側の表面部の厚さを、１〜３μｍの範囲としたものである。
【００１５】
さらに、請求項７に係るＸ線発生用ターゲットの製造方法は、電子を照射させてＸ線を発生させるＸ線発生用ターゲットの製造方法であって、
希土類金属により形成されたターゲット本体を、当該ターゲット本体より熱伝導率が大きい材料で形成された被覆部材に形成された穴部内に挿入しろう付けにて接合した後、少なくとも上記ターゲット本体の表面に、上記被覆部材と同じ材料または当該被覆材料よりも熱伝導率が大きい材料の被覆部を形成する方法である。
【発明の効果】
【００１６】
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、ターゲット本体の周囲を、当該ターゲット本体の材料よりも熱伝導率が大きい材料でもって被覆したので、ターゲット本体にて発生した熱を効率良く外側に伝えることができ、したがって照射部の径を小さくして対面積当たりのＸ線強度を高くすることができるので、Ｘ線による分析・撮像能力を向上させ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るＸ線発生用ターゲットおよびその製造方法を、図１〜図６に基づき説明する。
【００１８】
まず、このＸ線発生用ターゲットの構成について説明する。
図１および図２に示すように、このＸ線発生用ターゲット（以下、単にターゲットともいう）１は、希土類金属例えばホウ化ランタン（ＬａＢ６）が用いられるとともに所定外径ｄ１で且つ所定厚さｔ１の円柱形状にされたターゲット本体２と、このターゲット本体２の材料すなわちホウ化ランタンよりも熱伝導率が大きい（伝熱性が高い）材料例えば銅（Ｃｕ）が用いられるとともにターゲット本体２の全面を被覆する被覆部材３とから構成されている。
【００１９】
そして、上記Ｘ線発生用ターゲット１の下面すなわち被覆部材３の下面には、ヒートパイプ１１と、上記被覆部材３と同じ材料すなわちホウ化ランタンよりも熱伝導率が大きい銅が用いられるとともに上記ヒートパイプ１１の外周に配置された被覆部材である筒状部材１２とからなる冷却体１３が配置されている。
【００２０】
勿論、ヒートパイプ１１の吸熱部が被覆部材３の下面に、直接、接触するように配置されて、ターゲット１を冷却するようにしている。
次に、ターゲット１の形状寸法について説明しておく。
【００２１】
ターゲット本体２の外径［電子（熱電子）が照射される表面部分］ｄ１については、電子の照射部すなわち入熱部２ａの外径をｄ０および厚さｔ１とすると、下記（１）式を満足する範囲にされる。
【００２２】
ｄ０≦ｄ１≦ｄ０＋２ｔ１・・・（１）
また、上記入熱部２ａの外径ｄ０は、一般的には、５０〜５００μｍの範囲にされるとともに、ターゲット本体２の厚さｔ１は、２０〜５００μｍの範囲、好ましくは、５０〜２００μｍの範囲にされている。なお、５０μｍ未満にすると、陰極の電圧を上げた場合、条件によっては、電子がターゲット本体を通過（透過）する可能性があり、一方、２００μｍを超えると、蓄熱性が高くなって放熱が十分に行われず、ターゲットが高温になるからである。
【００２３】
上記（１）式のような範囲としたのは、ターゲット本体２の外径ｄ１が入熱部２ａの外径ｄ０より小さいと、ターゲット本体２の周囲に電子が照射されて熱伝導率が大きい被覆部材３で発生するＸ線の強度が強くなり、特性Ｘ線波長におけるＸ線強度が低下するからである（電子線のエネルギーがＸ線に変換される効率が数％と低いうえに、ターゲット本体周囲の熱伝導率が大きい材料によるＸ線の割合が高いと、分離した後の特性Ｘ線の強度がさらに低くなってしまう）。
【００２４】
一方、ｄ１＞（ｄ０＋２ｔ１）である場合には、ターゲット本体２の熱が熱伝導率が大きい材料へ効率良く伝わらないため、放熱性が低下してターゲット本体２が高温になってしまうからである。
【００２５】
また、ターゲット本体２の厚さｔ１については、２０μｍ未満にすると、電子がターゲット本体を貫通して特性Ｘ線を取り出すことができなくなるからであり、一方、５００μｍを超えると、電子の到達深さ（侵入深さともいう）の限界を大幅に越えるため、その超えた部分についてはターゲットとしての役目を果たさず、単に、製造コストだけが増えるからである。
【００２６】
なお、一般的な陰極印加電圧に対するターゲット本体２への電子の到達深さの範囲を考慮すると、ターゲット本体２の厚さｔ１は、５０〜２００μｍの範囲が好ましい。
また、被覆部材３の厚さについては、電子の照射面（Ｘ線の放射面でもある）における表面部（被覆部である）３ａの厚さｔ２は、１〜３μｍの範囲にされるとともに、底部３ｂの厚さｔ３については、１００〜３００μｍの範囲にされている。
【００２７】
さらに、被覆部材３のターゲット本体２の外側部３ｃの半径方向での厚みｒについても、１００〜３００μｍの範囲にされている。
上記被覆部材３の表面部３ａの厚さｔ２を１μｍ未満にすると、当該表面部３ａでの蓄熱量が少なくなって放熱が十分に行われず、ターゲット本体２が高温となってダメージを受けてしまう。一方、表面部３ａの厚さｔ２が３μｍを超えると、ターゲット本体２に到達する（表面部３ａに照射された）電子の量が少なくなり、特性Ｘ線の強度が弱くなる。
【００２８】
次に、Ｘ線発生用ターゲットの製造方法を、図３に基づき説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、所定の外径Ｄ１および所定の厚さＴを有する円筒形状の熱伝導率が大きい被覆部材（基台とも言える）３を形成する。
【００２９】
次に、（ｂ）に示すように、この被覆部材３に所定の内径Ｄ０で且つ所定高さＨの円柱状の穴部４を形成する。
次に、（ｃ）に示すように、この穴部４の内面全体に亘って、粉末状の銀ろう材（Ａｇ）５を付着させる。
【００３０】
次に、（ｄ）に示すように、予め、上記穴部４に挿入し得る大きさにされたホウ化ランタン（ＬａＢ６）よりなる円柱状のターゲット本体２を当該穴部４に挿入した後、７００〜８００℃の温度でもって真空加熱を行い、ターゲット本体２を被覆部材３の穴部４にろう付けにて接合する。
【００３１】
次に、（ｅ）に示すように、少なくともターゲット本体２の表面に、より具体的にはターゲット本体２およびその周囲の被覆部材３の表面に、被覆部材３と同じ材料（または当該被覆材料より熱伝導率が大きい材料）をレーザーアブレーション法により蒸着させて表面部３ａを形成すれば、ターゲット１が得られる。
【００３２】
勿論、ターゲット本体２の外形、厚さ、並びに被覆部材３の外側部３ｃ、底部３ｂの厚さ、および表面部（被覆部）３ａの厚さについては、上述したような数値範囲にされている。
【００３３】
そして、上述した手順にてターゲット１が形成されると、このターゲット１の下面に、外周に上記被覆部材３と同じ材料のホウ化ランタン（ＬａＢ６）が用いられた筒状部材１２で覆われたヒートパイプ１１を有する冷却体１３を接合する（図１参照）。
【００３４】
ここで、ターゲット１に冷却体１３が接合された状態での使用例を図４に示しておく。
この図４においては、ターゲット１および冷却体１３の略上半部が真空容器６内に位置するように配置したものであり、勿論、冷却体１３の下半部が、真空容器６の外側に配置され放熱部にされている。なお、図４の仮想線にて示すように、真空容器６内における被覆部材３，１２を、強度の向上を図るためおよび真空中では大気中よりも熱伝導率が良いため、厚くしても良い（言い換えれば、大気中では、放熱性を向上させるために被覆部材を薄くする必要がある）。
【００３５】
したがって、電子を上記ターゲット１の表面部３ａに照射させてＸ線を発生させている場合には、当該ターゲット１で発生した熱は、被覆部材３から外方に、また被覆部材３を介してヒートパイプ１１に伝わり、筒状部材１２を介して最終的に外部に放出され、当該ターゲット１が効率良く冷却される。
【００３６】
このように、所定厚さの円柱状のターゲット本体２の外周を、当該ターゲット本体２の材料（ＬａＢ６）よりも熱伝導率が大きい材料（Ｃｕ）でもって被覆したので、ターゲット本体２で発生した熱を、全周囲に（四方に）、効率良く放出することができる。
【００３７】
なお、上記製造方法の説明［図３（ｅ）の説明部分］において、括弧内に記載したように、表面部３ａだけを、当該被覆部材３の材料（Ｃｕ）よりも熱伝導率が大きい材料（例えば、銀、ダイヤモンドなど）で形成することにより、電子の照射により特に高温となるターゲットにおける表面部分での放熱性のさらなる向上を図ることができる。
【００３８】
また、ターゲット１の下面には、やはり、熱伝導率が大きい材料（Ｃｕ）が用いられた筒状部材１２でその周囲が覆われたヒートパイプ１１を有する冷却体１３を配置したので、被覆部材３から放出される熱を、直接に、および筒状部材１２を介して、間接に、ヒートパイプ１１に伝えて外部に放熱することができる。
【００３９】
すなわち、ターゲット本体２で発生した熱を効率良く放出ることができるので、ターゲット本体２の面積を小さくして、強度の高い特性Ｘ線を発生させることができる。
詳しく説明すれば、一般的に、入熱部２ａの径ｄ０は、小さい方が対面積あたりのＸ線強度が高くなるため、Ｘ線による分析精度や、撮像分解能の向上が期待できるが、小さいと熱が集中してターゲット本体２が溶融して劣化するため、入熱部２ａの径ｄ０は大きくされている。
【００４０】
しかし、上述したように、本実施の形態に係るターゲット１においては、ターゲット本体２の周囲に配置された熱伝導率が大きい材料からなる被覆部材３により放熱するようにしているため、入熱部２ａの径ｄ０を小さくして対面積当たりのＸ線強度を高くしても支障がないので、Ｘ線による分析・撮像能力を向上させることができる。
【００４１】
ここで、ターゲット本体を、特に、電子が照射される表面側を被覆部材（Ｃｕ）で覆った場合の電子照射時における、表面部である被覆部材（Ｃｕ）の厚さと当該被覆部材およびターゲット本体（ＬａＢ６）の最高温度との関係を図５に示す。
【００４２】
図５から、被覆部材（Ｃｕ）の厚さが、１〜３μｍの範囲では、その厚さが増えるほど、ターゲット本体（ＬａＢ６）での温度が低下しているのが分かる。しかし、３μｍを超えると、その効果も殆ど無くなっているのが分かる。よって、表面部（被覆部）の厚さは、１〜３μｍの範囲とされる。なお、厚さとしては、温度の低さとＸ線強度の保持の点から、２μｍが実用的な値となる。
【００４３】
次に、ターゲット本体の表面を被覆部材で覆わない場合と、被覆部材（Ｃｕ）で覆った場合とで、それぞれＸ線の出力を実験により求めた結果を図６に示しておく。
図６から、被覆部材を設けない場合には、ターゲット本体（ＬａＢ６）の温度が急激に上昇し、その限界温度でのＸ線出力は、約０．７×１０１１（Ｗ／ｍ２Ｋ）であった。一方、被覆部材（Ｃｕ）を設けた場合には、ターゲット本体および被覆部材とも、温度上昇が非常に緩やかとなり、限界温度が高い方の被覆部材（Ｃｕ）でのＸ線出力は、３．２×１０１１（Ｗ／ｍ２Ｋ）であった。すなわち、被覆部材（Ｃｕ）を設けた場合の方が、設けない場合よりも、約５倍の出力が得られていることが分かる。
【００４４】
ところで、上記実施の形態においては、ターゲット１の底面に、冷却体１３を接合するように説明したが、例えば冷却体１３の筒状部材１２すなわち被覆部材とターゲット１の被覆部材３とを一体化したものでも良い。
【００４５】
この構成に係るターゲット２１を製造する場合、図７に示すように、ヒートパイプ２２全体を被覆部材（ヒートパイプに対応する部分については筒状部材である）２３で覆うとともに、その上部に配置されるターゲット本体２４側の被覆部分２３ａに穴部２５を形成し、この穴部２５内に、ターゲット本体２４を配置してろう付け２６により接合した後、穴部２５およびその周囲の表面を１〜３μｍの厚さでもって熱伝導率が大きい材料で被覆して表面部２３ｂを形成すれば良い。
【００４６】
また、上記実施の形態においては、ターゲット本体を塊状の１個として説明したが、例えば図８に示すように、ターゲット３１におけるターゲット本体に相当する部分を、比較的薄くされた薄片化ターゲット部材３２を複数重ねて配置することにより構成するとともに、その外周部分およびこれら薄片化ターゲット部材３２，３２同士の隙間にも、被覆部材３３と同じ熱伝導率が大きい材料を配置させるようにしたものでも良い。
【００４７】
このターゲット３１を製造する場合、被覆部材３３に形成された穴部３４内に、底部から、順番に、ホウ化ランタンと熱伝導率が大きい材料とを、レーザーアブレーション法により、交互に蒸着させて、複数の薄片化ターゲット部材３２と、これら薄片化ターゲット部材３２，３２同士間での層状被覆部３３ａとを積層させて形成する。なお、上記薄片化ターゲット部材３２の厚さは、０．１〜１μｍの範囲に、また上記層状被覆部３３ａの厚さは、０．１〜０．５μｍの範囲にされるとともに、最上部のターゲット部材３２の上面と最下部のターゲット部材３２の下面との距離が、２０〜５００μｍの範囲になるようにされる。
【００４８】
また、上記層状被覆部３３ａで発生するＸ線エネルギーにより、特性Ｘ線強度が低下することを防ぐため、層状被覆部３３ａの合計厚さが、上記最上部のターゲット部材３２の上面と最下部のターゲット部材３２の下面との距離に応じて、例えば距離１０μｍにつき１〜３μｍの範囲にすることが望ましい（例えば、合計厚さが２０μｍである場合には、２倍することにより、その望ましい範囲は２〜６μｍとなる）。
【００４９】
この構成によると、薄片化ターゲット部材３２を複数重ねて配置するとともにこれらターゲット部材３２，３２同士間それぞれに、熱伝導率が大きい材料で形成された層状被覆部３３ａを配置したので、ターゲット部材３２に発生した熱を、より効率的に、外側に伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係るＸ線発生用ターゲットの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同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。
【図４】同Ｘ線発生用ターゲットの使用状態を示す断面図である。
【図５】同Ｘ線発生用ターゲットにおける表面部の厚さと、被覆部材およびターゲット本体の温度との関係を示すグラフである。
【図６】Ｘ線発生用ターゲットの表面に被覆部材を設けた場合と設けない場合におけるＸ線の出力と、ターゲット本体の温度との関係を示すグラフである。
【図７】同Ｘ線発生用ターゲットの変形例を示す断面図である。
【図８】同Ｘ線発生用ターゲットにおける他の製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１      Ｘ線発生用ターゲット
２      ターゲット本体
３      被覆部材
３ａ    表面部
３ｂ    底部
３ｃ    外側部
４      穴部
５      ろう材
６      真空容器
１１      ヒートパイプ
１２      筒状部材（被覆部材）
１３      冷却体
２１      ターゲット
２２      ヒートパイプ
２３      被覆部材
２３ａ    被覆部分
２３ｂ    表面部
２４      ターゲット本体
２５      穴部
３１      ターゲット
３２      薄片化ターゲット部材
３３      被覆部材
３３ａ    層状被覆部
３３ｂ    表面部
３４      穴部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007188732.tif 000006
【図５】
2007188732.tif 000007
【図６】
2007188732.tif 000008
【図７】
2007188732.tif 000009
【図８】
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