(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極基体部とこれに結合された軸部とからなり、この基体部は黒鉛から或いは炭素を基材とする又はセラミックスの他の高耐熱材料からなり、かつ被膜方法により被着されたＸ線を発生する焦点軌道皮膜を備えているＸ線管用回転陽極ユニットの製造方法において、第一の工程で軸線方向に穿孔されてない、基体部の仕上がり寸法に比較して大きめの寸法を持つ基体部粗材が軸部に物質的に結合されて回転陽極ユニットを形成し、それに続く工程でこの回転陽極ユニットの最終形状に近い寸法への機械加工、焦点軌道皮膜の被着及び選択的に最終寸法への最終的機械補正加工が行われ、その際それぞれの機械加工を実施するために軸部の回転軸線が寸法規準として利用されることを特徴とするＸ線管用回転陽極ユニットの製造方法。
【請求項２】
軸部と基体部との物質的結合としてろう付けが適用されることを特徴とする請求項１に記載の回転陽極ユニットの製造方法。
【請求項３】
回転陽極ユニットの第一の工程に続く加工が最終形状に近い寸法への基体部の旋盤加工により、真空プラズマ溶射による焦点軌道皮膜の被着により、そしてこの皮膜の最終寸法への最終的な研磨により行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転陽極ユニットの製造方法。
【請求項４】
焦点軌道皮膜の被着の際にも軸部の軸線が被膜の実施のための寸法規準として利用されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の回転陽極ユニットの製造方法。
【請求項５】
焦点軌道皮膜の材料としてレニウムが使用され、この焦点軌道皮膜が６０乃至１５０μｍの膜厚、好ましくは約１００μｍの膜厚に作られることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の回転陽極ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転陽極の基体部とこれに結合された軸部とからなり、この基体部が黒鉛から或いは炭素を基材とする又はセラミックの他の高耐熱物質からなり、かつ被膜方法により被着されたＸ線を発生する焦点軌道皮膜を備えているＸ線管用回転陽極ユニットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管用回転陽極は、通常、高融点金属或いは合金からなり電子の照射によって所望のＸ線を発生するリング状の焦点軌道皮膜を備えた円板状の基体部からなる。この基体部の中央範囲は、しばしば中空の金属性の円筒状軸部に結合され、この軸部は回転陽極の駆動要素としての回転体と結合されている。
【０００３】
支持基体部として金属円板を備えた回転陽極ユニットは、通常、仕上がり加工された回転陽極の基体部の中央に貫通孔を持ち、この孔に軸部がはめ込まれ、この軸部は通常ねじ結合によって基体部と機械的に結合されている。これにより両構造部分の確実な、充分に安定した結合が得られる。
【０００４】
回転陽極はその使用の際極めて短い時間内に非常に大きい周速に加速されねばならない。この理由から、例えば特にコンピュータ断層撮影装置のために必要とされるような、特に大きな寸法の回転陽極においては、重量の大きい金属基体部に代わって、しばしば、より比重の小さい黒鉛或いは炭素を基材とする或いはセラミックスの他の高耐熱材料からなる基体部が使用される。
【０００５】
これらの材料は、匹敵する耐熱性を持つ金属に対して比較的小さい比重による利点を持つが、しかしながら、しばしば強度が比較的小さいという重大な欠点を伴う。このことは、特に回転陽極の基体部と軸部との間の結合に関してもマイナスに作用している。
【０００６】
比重の軽い、しかし強度の小さい材料からなる回転陽極は、その基体部が軸部を機械的に接続するために中央に貫通孔を備えるときには、使用中に割れる傾向があるのが特に欠点である。このような回転陽極と軸部との結合は例えば米国特許第４２７６４９３号明細書に記載されている。この欠点を除くために、従って、特に基体部として黒鉛を使用した場合に、貫通孔を開けることなく軸部を基体部にろう付けによって固定する提案も多くなされている。
【０００７】
ドイツ特許出願公開第２４２５０８２号公報は、例えば回転陽極の基体部を中空の軸部に溶接及び／又はろう付けによって結合することを記載している。特に、黒鉛からなる基体部と軸部との結合も記載されている。この結合のために既に加工され、焦点軌道皮膜を備えた基体部はその下側の中央部に形成された円筒状の突起が管状の軸部に挿入され、しかる後この突起の端部が軸の内壁とろう付けされる。形成された突起は、しかしながら、黒鉛にとっては、基体部と突起との間の移行半径が大きい場合でさへ、強度の理由から決して材料的には好ましいものではない。例えば、切欠き効果により材料亀裂が生じ、使用中に回転陽極の脱落に至ることがある。
【０００８】
既に被膜され最終加工された回転陽極の基体部が管状の軸部の閉鎖された或いは鍔状に広げられた端部と突き合わせろう付けされる従来の技術の他の例によれば、回転陽極の基体部の真ん中に凹みを少なくとも１つの心出し補助手段として設けることが必要である。このようなろう付けにおいてはろう材を接触面の間に入れなければならないので、ろう付け工程中にろう材が液状化してこの心出し補助手段にも係わらず、しばしば、側面に片寄ったり或いは回転陽極の基体部が軸部の長手軸線に対して傾いたりすることがある。これにより回転陽極の軸線方向及び／又は半径方向に片寄りが生じ、これはろう付け工程の後に機械加工によって再び平衡化されねばならない。特に軸線方向の片寄りを平衡化するには、被膜方法によって被着された焦点軌道皮膜を持つ回転陽極においてはコストがかかる。その場合、焦点軌道の一部が薄くなることなく、片寄りを均すためには、皮膜はそれだけ過大寸法に被着されねばならないからである。この焦点軌道皮膜の材料は高価であり、被膜方法自体もコストがかかるので、膜厚を増大することは、いかなる必然性があったとしても、重大な欠点である。さらに、回転陽極における焦点軌道皮膜の厚さが異なると焦点軌道の粗面化状態も異なり、これはまた使用のために望ましくない。
【０００９】
これらの理由から、強度的に臨界の高耐熱材料、特に黒鉛のような材料からなり、回転陽極の基体部の中央の貫通孔なしに被膜によって被着された焦点軌道皮膜を備えた回転陽極は今日まで採用されていなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、従って、強度的に臨界の高耐熱材料及び被膜方法により被着された焦点軌道皮膜を備え、コスト的に有利に、精密に、機械的に充分に安定した回転陽極の基体部と軸部との結合が達成されるような回転陽極ユニットの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、この課題は、第一の工程で軸線方向に穿孔されてない、基体部の仕上がり寸法に比較して大きめの寸法を持つ基体部粗材が軸部に物質的に結合されて回転陽極ユニットを形成し、それに続く工程でこの回転陽極ユニットの最終形状に近い寸法への機械加工、焦点軌道皮膜の被着及び選択的に最終寸法への最終的機械補正加工が行われ、その際それぞれの機械加工を実施するために軸部の回転軸線が寸法規準として利用されることにより解決される。
【００１２】
このようにして、軸部と基体部とを結合する際に生ずるこれらの部分相互の側面方向のずれ或いは軸線方向の傾きは、規準としての軸部の回転軸線を用いた機械加工によって各部相互の正確な位置合わせができるので重大とならない。この発明による方法によれば、その上、軸部を各心出し補助手段なしで基体部に位置決めをして結合するので、基体部におけるいかなる凹みをも省略できることも考えられる。
【００１３】
焦点軌道皮膜を被着する被膜方法の仕方に応じて、回転陽極ユニットを皮膜を被着した後にさらに機械的に正確な最終寸法に補正加工することが必要となることがある。例えば、焦点軌道皮膜をＰＶＤ法で被着する場合には、一般に、非常に均一なそして滑らかな皮膜が得られ、その望ましい膜厚を狭い限界内で良好に制御することができる。このような被膜方法を適用する場合には既に皮膜を被着しただけで回転陽極ユニットの正確な最終寸法が得られるので、最終的な機械加工は通常省略することができる。
しかし、焦点軌道皮膜がプラズマ溶射法で被着される場合には、ＰＶＤ法と較べてやや粗い不均一な皮膜が生ずるので異なる。このような場合、回転陽極ユニットの正確な最終寸法を得るために皮膜の機械的な精密加工が相応しいものとなる。
【００１４】
この発明による方法の適用は、特に軸部と基体部との物質的結合がろう付けによって行われるときに、特に有利である。この結合方法においては各部分相互の比較的大きいずれもしくは傾きが生ずることもあるが、この発明による方法は、それにも係わらず回転陽極ユニットの仕上がり加工された状態において各部の高精度な位置合わせが可能となるからである。
【００１５】
この発明による方法の有利な実施態様においては、先ず被膜されてない基体部が軸部と物質的に結合されて回転陽極ユニットを形成し、次にこの軸部が旋盤のチャックに締め付けられ、基体部が最終形状に近い寸法に加工される。その後の工程で焦点軌道皮膜が真空プラズマ溶射により被着される。最後に回転陽極ユニットは焦点軌道皮膜を研磨加工によって最終寸法にされる。
【００１６】
焦点軌道皮膜をプラズマ溶射により被着する際にも回転陽極ユニットの軸部が、回転陽極をプラズマ銃に対して一定の間隔で回転させる取付け装置に締めつけるのがコスト的に特に有利である。
【００１７】
特に、非常に高価な材料であるレニウムを焦点軌道の皮膜に使用するときに、この発明の適用は好適である。その場合、煩わしい材料の研削を後から行わないでも膜厚の均一性が得られ、これによりコストの節約が得られるからである。焦点軌道皮膜を６０乃至１５０μｍ、特に約１００μｍの膜厚に被着することでこの場合充分である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明を製造例及び図面を参照して詳細に説明する。
図１は黒鉛からなる円板状の基体部１と、レニウムからなるリング状の焦点軌道皮膜２と、基体部１にろう付けされた鍔状の端部４を備えたチタン・ジルコニウム・モリブデン合金（ＴＺＭ）の中空軸３とからなる仕上げ加工された回転陽極ユニットを断面で示す。
【００１９】
基体部は１８０ｍｍの直径と６４ｍｍの最大厚みを持っている。焦点軌道を備えた円錐状の上面側の面６は水平線に対して７°の傾斜角を持ち、中央の水平範囲７に移行している。焦点軌道皮膜２は１００μｍの膜厚を持っている。下側の円錐面８は水平線に対して２０°傾斜しており、中央の水平範囲９に移行している。この範囲９は２ｍｍの深さの凹み１０を備え、この中に中空軸３がその鍔状の端部４でろう付けされている。ＴＺＭからなる中空軸３は３４ｍｍの外径と、２．５ｍｍの壁厚を持っている。鍔状の端部４は６５ｍｍの外径を持っている。図１による回転陽極ユニットを製造するために１８５ｍｍの外径と６８ｍｍの厚さを持つ黒鉛からなる円板状の粗材に旋盤で先ず凹み１０が加工された。凹み１０の直径は中空軸３の鍔状の端部４に対して０．１５ｍｍの過大寸法を持っていた。しかる後粗材はろう材としてジルコニウムの薄膜を挿入して１６００℃で仕上げ加工された中空軸にろう付けされた。次いで、中空軸３にろう付けされた粗材は中空軸部分５を旋盤で締めつけて、上面側の円錐面６を除いて全面側に約０．５ｍｍの僅かな過大寸法を持つ回転陽極の望ましい最終形状が作られた。円錐面６は、これに対して、仕上げ加工された皮膜厚さに相当する１００μｍの不足寸法を差し引いた所望の最終形状に削られた。
【００２０】
この機械加工の後、回転陽極ユニットの焦点軌道皮膜２は真空プラズマ溶射法により約１３０μｍの厚さのレニウム膜として作られた。次いでこの焦点軌道皮膜は１００μｍの定格寸法に研磨され、回転陽極ユニットの正確な最終寸法が残りの全ての面を旋盤加工することによって作られた。最後に回転陽極が旋盤から外された。
【００２１】
このように作られた回転陽極は最後に測定したところ、極めて僅かな、問題とならない軸線方向の１２μｍの焦点軌道の片寄りが確かめられた。半径方向の片寄りは２７μｍであった。
【００２２】
この実施例は回転陽極ユニットの特に良好なこの発明の製造例である。この発明はしかしながらこの例に限定されない。
【００２３】
例えば、焦点軌道を載せる面を除いて全ての面を、皮膜を正確な最終寸法とする前に、そして焦点軌道を載せる面を、皮膜を被着した後付加的な機械加工により或いはそれ無しで回転陽極ユニット全体が正確な最終寸法になるように、不足寸法に機械的に加工することも考えられる。
【００２４】
同様に、軸部の閉塞された或いは鍔状に広げられた端部を黒鉛の凹みなしに黒鉛表面と突き合わせろう付けすることも考えられる。
【００２５】
また、軸部の材料はモリブデン合金ＴＺＭに限定されない。他の耐熱合金、例えばニオブ或いはタンタルを基材とする、或いはまた炭素或いはセラミックスを基材とする繊維強化材料も同様に考慮することができる。
【００２６】
基体部の材料としては黒鉛の他に特にまた炭素或いはセラミックスを基材とした繊維強化材料も有利に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による回転陽極ユニットの断面図。
【符号の説明】
１              基体部
２              焦点軌道皮膜
３              中空軸
４              中空軸の鍔状端部
６              上面側の円錐面
７              上面側の水平面
８              下面側の円錐面
９              下面側の水平面
１０            凹み
【図１】
0004342616.tif 000002