特許 6386051 Ｘ線管用回転陽極ターゲットの製造方法、Ｘ線管の製造方法、およびＸ線検査装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6386051

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】Ｘ線管用回転陽極ターゲットの製造方法、Ｘ線管の製造方法、およびＸ線検査装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 9/14 20060101AFI20180827BHJP

   H01J 35/10 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   H01J9/14 M

   H01J35/10 B

   H01J35/10 D

   H01J35/10 F

   H01J35/10 C

   H01J35/10 M

   H01J35/10 Z

   H01J35/10 A

【請求項の数】15

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-537755(P2016-537755)

(86)(22)【出願日】2015年7月29日

(86)【国際出願番号】JP2015003806

(87)【国際公開番号】WO2016017163

(87)【国際公開日】20160204

【審査請求日】2017年10月11日

(31)【優先権主張番号】特願2014-154133(P2014-154133)

(32)【優先日】2014年7月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 慎一

【審査官】 道祖土 新吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開平５−７４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０２０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３２４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／４９７６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第９５／２６５６５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ９／１４

Ｈ０１Ｊ ３５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属または前記金属を含有する合金を含む第１の原料粉末を成形して第１の成形体を形成し、前記第１の成形体を焼結して焼結体を形成し、前記焼結体を円盤状に加工して円盤状金属部材を形成する工程と、
前記円盤状金属部材の表面にＸ線放射部を形成する工程と、
モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属または前記金属を含有する合金を含む第２の原料粉末を成形して第２の成形体を形成し、前記第２の成形体を円筒状に加工して円筒状金属部材を形成する工程と、
前記円盤状金属部材と前記円筒状金属部材とを接合する工程と、
を具備し、
前記円盤状金属部材は、前記円盤状金属部材と前記円筒状金属部材との接合部から２ｍｍ以内の第１の領域に複数の第１の結晶粒子を含み、
前記円筒状金属部材は、前記接合部から２ｍｍ以内の第２の領域に複数の第２の結晶粒子を含み、
前記第１の結晶粒子の第１の平均アスペクト比は、１．３以上１．８以下であり、
前記第２の結晶粒子の第２の平均アスペクト比は、２．４以上６．５以下である、Ｘ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項2】

１０００μｍ×１０００μｍの単位面積あたり個数割合で８０％以上１００％以下の前記第２の結晶粒子の長径方向と前記円筒状金属部材の長さ方向とのずれが−２５度以上＋２５度以下である、請求項１に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項3】

前記第１の結晶粒子の平均粒径が２０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項4】

前記第２の結晶粒子の平均粒径が２０μｍ以上８００μｍ以下である、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項5】

前記円筒状金属部材がろう材層を介して前記円盤状金属部材に接合される、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項6】

前記ろう材層がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含む、請求項５に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項7】

前記円盤状金属部材の表面に金属酸化物被膜を形成する工程をさらに具備する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項8】

前記金属酸化物被膜が酸化チタンと酸化アルミニウムとの混合物を含む、請求項７に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項9】

グラファイト部材を前記円盤状金属部材に接合する工程をさらに具備する、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項10】

前記円盤状金属部材の厚さが１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項11】

前記Ｘ線放射部がＲｅとＷとの合金を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項12】

前記円筒状金属部材の円筒内に固定軸を設ける工程と、
前記円筒状金属部材と前記固定軸との間に液体金属潤滑剤を供給する工程と、をさらに具備する、請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項13】

前記円盤状に加工するときの前記焼結体の加工率は、１０％以上６０％以下であり、
前記円筒状金属部材を形成するときの前記第２の成形体の加工率は、１０％以上９０％以下である、請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法。

【請求項14】

Ｘ線管の製造方法であって、
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載のＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法によりＸ線管用回転陽極を製造する工程と、
前記Ｘ線管用回転陽極と、前記Ｘ線放射部に電子ビームを照射する陰極と、を保持する真空容器を設ける工程と、を具備するＸ線管の製造方法。

【請求項15】

請求項１４に記載のＸ線管の製造方法によりＸ線管を製造する工程と、
透過されたＸ線を検出する検出器を設ける工程と、
前記検出器からの検出データに対応する画像を生成する工程と、を具備する、Ｘ線検査装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線管用回転陽極ターゲット、Ｘ線管、およびＸ線検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線管は、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＣＴ）装置など様々なＸ線検査装置に搭載されている。Ｘ線管は、Ｘ線管用回転陽極ターゲットを具備する。Ｘ線管用回転陽極ターゲットは、Ｘ線放射部を備える円盤状部材と、円盤状部材と一体化された回転軸と、を具備する。回転陽極ターゲットは、陰極から放出される電子ビームがＸ線放射部に照射されることによりＸ線を放射する。Ｘ線放射を繰り返すとＸ線放射部の温度が上昇する。高温下では、回転陽極ターゲットが熱変形しやすくなる。

【0003】

Ｘ線管用回転陽極ターゲットの回転構造は、ベアリングボールを使った玉軸受構造と動圧軸受構造との２種類の構造に分けられる。玉軸受構造は、回転軸をベアリングボールで支持しながら回転させる構造である。動圧軸受構造は、円筒形状を有する回転軸の円筒と、円筒内に設けられ、らせん形状などを有する固定軸と、円筒内に充填された液体金属等の液体金属潤滑剤とを備えるすべり軸受を具備する構造である。

【0004】

玉軸受構造は、ベアリングボールを備える構造であるため、安定な高速回転を得ることができる。しかしながら、回転軸がベアリングボールと接触するため、動作音がうるさいといった問題があった。

【0005】

動圧軸受構造は、すべり軸受を備える構造である。よって、動作音や振動は非常に小さい。また、磨耗も小さいため長寿命である。動圧軸受構造は、液体金属などの液体金属潤滑剤を使用していることからＸ線放射部を備える円盤状部材の放熱性に優れている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−０６８２３９号公報

【特許文献2】特開２０１０−２１２０８８号公報

【発明の概要】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、熱変形が生じにくいＸ線管用回転陽極ターゲットを提供することである。本発明が解決しようとする課題は、液体金属を用いた動圧軸受で回転駆動させるＸ線管に適した回転陽極ターゲットおよびＸ線管を提供することである。

【0008】

実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法は、円盤状金属部材を形成する工程と、円盤状金属部材の表面にＸ線放射部を形成する工程と、円筒状金属部材を形成する工程と、円盤状金属部材と円筒状金属部材とを接合する工程と、を具備する。円盤状金属部材は、円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合部から２ｍｍ以内の第１の領域に複数の第１の結晶粒子を含み、円筒状金属部材は、接合部から２ｍｍ以内の第２の領域に複数の第２の結晶粒子を含む。第１の結晶粒子の第１の平均アスペクト比は、１．３以上１．８以下であり、第２の結晶粒子の第２の平均アスペクト比は、２．４以上６．５以下である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】Ｘ線管用回転陽極ターゲットの一例を示す断面模式図である。

【図2】Ｘ線管用回転陽極ターゲットの他の一例を示す断面模式図である。

【図3】Ｘ線管用回転陽極ターゲットの他の一例を示す断面模式図である。

【図4】円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合部を含むＸ線管用回転陽極ターゲットの断面の一例を示す断面模式図である。

【図5】円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合部を含むＸ線管用回転陽極ターゲットの断面の一例を示す断面模式図である。

【図6】動圧軸受構造のＸ線管用回転陽極ターゲットの一例を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、Ｘ線管用回転陽極ターゲットの一例を示す断面図である。図１に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１は、円盤状金属部材２と、円筒状金属部材３と、Ｘ線放射部４と、を具備する。

【0011】

円盤状金属部材２は、円筒状金属部材３と接続するための穴を備える。円盤状金属部材２の直径は、例えば１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。円盤状金属部材の厚さは、例えば１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。円筒状金属部材３と接続する穴の直径は、例えば３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0012】

円盤状金属部材２は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄の少なくとも一つの金属、または上記金属を主成分とする合金を含むことが好ましい。Ｘ線管用回転陽極ターゲットからＸ線を放射しているとき、Ｘ線管用回転陽極ターゲットは高温になる。よって、円盤状金属部材２の耐熱性は高いことが好ましい。例えば、モリブデン（融点２６２０℃）、タングステン（融点３４００℃）、タンタル（融点２９９０℃）、またはニオブ（融点２４７０℃）等の金属は、融点が高いため円盤状金属部材２の材料として好ましい。さらに、モリブデンまたはモリブデン合金は、高融点金属の中で加工しやすく、価格が低いため、円盤状金属部材２の材料としてより好ましい。

【0013】

合金の場合、金属酸化物および金属炭化物の少なくとも一つの金属化合物を含有する合金が円盤状金属部材２に用いられてもよい。酸化物や炭化物を含有させる場合、円盤状金属部材２は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、もしくは希土類元素の酸化物、および炭化物の少なくとも一つの材料を０．１質量％以上５質量％以下含有することが好ましい。希土類元素としては、例えばＬａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）が挙げられる。金属酸化物や金属炭化物は、高融点金属の強度向上、高温下でのガス発生の抑制といった効果を有する。また、金属酸化物や金属炭化物は、高融点金属の結晶粒子の粒成長を抑制する効果も有する。

【0014】

鉄を使用する場合、合金工具鋼を用いることが好ましい。合金工具鋼は、炭素工具鋼にモリブデン、タングステン、クロム、珪素、バナジウム、ニッケルなどを添加することにより形成される。合金工具鋼として、例えば金型用合金工具鋼（例えばＳｔｅｅｌ Ｋｏｇｕ Ｄｉｃｅ：ＳＫＤ）を用いることが好ましい。

【0015】

円筒状金属部材３は、動圧軸受構造を有するＸ線管用回転陽極ターゲットを構成する部材の一つであり、Ｘ線管の回転軸としての機能を有する。円筒状金属部材３は、円筒を有する。円筒状金属部材３は、円盤状金属部材２に接合されている。図１において、円筒状金属部材３の側面は、円盤状金属部材２の穴の側面に接合されている。円筒状金属部材３が円盤状金属部材２と接合されている状態を円筒状金属部材３が円盤状金属部材２と一体化されている状態ともいう。すなわち、図１に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１は、一体化された円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とを具備する。

【0016】

円筒状金属部材３の直径は、例えば４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。円筒状金属部材３は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄の少なくとも一つの金属、または当該金属を主成分とする合金を含むことが好ましい。

【0017】

円筒状金属部材３は、金属酸化物や金属炭化物を含有してもよい。鉄を使う場合、円筒状金属部材３は、合金工具鋼、さらには金型用合金工具鋼であることが好ましい。円筒状金属部材３の材料は円盤状金属部材２と同じでもよい。円筒状金属部材３の材料は円盤状金属部材２と異なる材料でもよい。

【0018】

Ｘ線放射部４は、円盤状金属部材２に設けられている。Ｘ線放射部４は、円盤状金属部材２の上面に設けられている。Ｘ線放射部４は、陰極から照射される電子ビームによりＸ線を発生する領域である。Ｘ線放射部４は、例えばＲｅ−Ｗ合金を含むことが好ましい。

【0019】

図２はＸ線管用回転陽極ターゲットの他の一例を示す断面図である。図２に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１は、円盤状金属部材２と、円筒状金属部材３と、Ｘ線放射部４と、ろう材層５と、を具備する。円筒状金属部材３は、ろう材層５を介して円盤状金属部材２に接合されている。図１に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１と共通する部分の説明として、図１の説明を適宜援用することができる。

【0020】

ろう材層５は、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との間に設けられる。ろう材層５に用いられるろう材の融点は、１５００℃以上であることが好ましい。Ｘ線検査装置を連続稼働しているとき、Ｘ線管用回転陽極ターゲットの温度が１０００℃付近まで上昇する。ろう材の融点が１５００℃未満であると円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合の信頼性が低下しやすくなる。

【0021】

融点１５００℃以上のろう材は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、およびＶの少なくとも１つの元素を主成分として含む。融点１５００℃以上のろう材は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＰｔの少なくとも１つの元素を主成分として含むことがより好ましい。融点１５００℃以上のろう材は、ＴｉおよびＺｒの少なくとも１つの元素を主成分として含むことがより好ましい。ＴｉおよびＺｒの少なくとも１つの元素を主成分とするろう材を用いることにより、ろう材層５とモリブデン（モリブデン合金）との接合強度を高くすることができる。

【0022】

図３はＸ線管用回転陽極ターゲットの他の一例を示す断面図である。図３に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１は、円盤状金属部材２と、円筒状金属部材３と、Ｘ線放射部４と、ろう材層５と、グラファイト部材６と、を具備する。図１に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１と共通する部分の説明として、図１の説明を適宜援用することができる。

【0023】

グラファイト部材６は、円盤状金属部材２に接合されている。図３において、グラファイト部材６は、円盤状金属部材２の下面に接合されている。グラファイト部材６を設けることにより、円盤状金属部材２の熱を逃がしやすくすることができる。また、円盤状金属部材２の厚みを減らすことができ、Ｘ線管用回転陽極ターゲット１を軽量化することができる。

【0024】

図１ないし図３に示す構造に限定されず、例えば円盤状金属部材２の外周の少なくとも一部に金属酸化物被膜が設けられてもよい。例えば、円盤状金属部材２のＸ線放射部４が設けられていない領域に金属酸化物被膜が設けられてもよい。金属酸化物被膜は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）との合金を含むことが好ましい。ＴｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３と円盤状金属部材２に適用されるモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄の少なくとも一つの金属、または上記金属を主成分とする合金とのなじみは良い。よって、密着性が高い膜を形成することができる。金属酸化物被膜を設けることにより、Ｘ線管用回転陽極ターゲット１の熱放射を促進させ、温度を下げることができる。

【0025】

金属酸化物被膜の形成法としては、例えば溶射法やスパッタ法などの成膜技術や、ペーストの塗布、焼成といった塗布技術が挙げられる。金属酸化物被膜の膜厚は３００μｍ以下であることが好ましい。３００μｍを超えると、それ以上の効果が得られないだけでなく放熱性が低下するおそれがある。

【0026】

図４は、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合部を含む、円筒状金属部材３の長さ方向に垂直な方向のＸ線管用回転陽極ターゲット１の断面模式図である。円盤状金属部材２は、複数の第１の結晶粒子を有する第１の結晶組織を備える。円筒状金属部材３は、複数の第２の結晶粒子を有する第２の結晶組織を備える。

【0027】

複数の第１の結晶粒子の平均アスペクト比は、２未満、より好ましくは１．６以下である。複数の第２の結晶粒子の平均アスペクト比は、２以上、より好ましくは２．５以上である。平均アスペクト比の上限は８以下であることが好ましい。平均アスペクト比が８を超える場合、加工の負荷が大きくなる。また、円筒状金属部材に加工歪が残るおそれがある。

【0028】

結晶粒子のアスペクト比は、例えば以下のように求められる。円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合部を含み、円筒状金属部材３の長さ方向に垂直な方向のＸ線管用回転陽極ターゲット１の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で撮影する。撮影した断面の拡大写真に写る個々の結晶粒子の最大径を長径と定義する。拡大写真上において長径の中心を通り、かつ長径方向に垂直な方向の粒径を短径と定義する。短径に対する長径の比が結晶粒子のアスペクト比に相当する。上記作業を円盤状金属部材２の第１の結晶組織内の１００粒の第１の結晶粒子に対して行い、得られた複数のアスペクト比の平均値を第１の平均アスペクト比と定義する。また、上記作業を円筒状金属部材３の第２の結晶組織内の１００粒の第２の結晶粒子のそれぞれに対して行い、得られた複数のアスペクト比の平均値を第２の平均アスペクト比と定義する。このとき、アスペクト比の測定対象は、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合部から２ｍｍ以内の第１の領域に位置する第１の結晶粒子および当該接合部から２ｍｍ以内の第２の領域に位置する第２の結晶粒子である。図４の場合、ろう材層５から２ｍｍ以内の領域に位置する結晶粒子も測定対象とする。

【0029】

アスペクト比が２未満の場合、結晶粒子は実質的な球状組織を備える。球状組織は、熱の伝わり方が方向によって変化しない。よって、第１の結晶粒子の平均アスペクト比を２未満に調整することにより、円盤状金属部材２の表面全体で放熱することができる。例えば、電子ビームがＸ線放射部４に照射されたとき、Ｘ線放射部４の温度は約２５００℃と非常に高い。よって、平均アスペクト比が２未満である第１の結晶粒子を含む第１の結晶組織を備える円盤状金属部材２を用いることにより、円盤状金属部材２の表面全体で放熱することができる。

【0030】

アスペクト比が２以上の場合、結晶粒子が実質的な柱状組織を備える。柱状組織は、結晶粒子の短径方向よりも長径方向に熱が伝わりやすい。よって、第２の結晶粒子の平均アスペクト比を２以上に調整し、第２の結晶粒子の長径方向を実質的に円筒状金属部材３の長さ方向に揃えることにより、円盤状金属部材２での熱を円筒状金属部材３の長さ方向に沿って逃がしやすくすることができる。よって、Ｘ線管用回転陽極ターゲット全体の放熱性が向上し、熱膨張による熱変形を小さくすることができる。例えば、動圧軸受構造を備えるＸ線管用回転陽極ターゲットの場合、円筒状金属部材３の内面が液体金属潤滑剤と接するため、効率的に放熱させることができる。

【0031】

第２の結晶粒子の長径方向が実質的に円筒状金属部材３の長さ方向に揃っている状態は、以下のように定義される。図５は、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合部を含む、円筒状金属部材３の長さ方向に垂直な方向のＸ線管用回転陽極ターゲット１の断面模式図である。円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合部を含み、円筒状金属部材３の長さ方向に垂直な方向のＸ線管用回転陽極ターゲット１の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で撮影する。撮影した断面の拡大写真（ＳＥＭ写真）に写る個々の第２の結晶粒子の長径（最大径）を示す第１の直線を引く。円筒状金属部材３の長さ方向を示す第２の直線を引く（図５左側）。第１の直線と第２の直線とのずれをθとする。第２の結晶粒子の長径方向が実質的に円筒状金属部材３の長さ方向に揃っている状態とは、θが−２５度以上＋２５度以下である状態である。

【0032】

平均アスペクト比が２以上である第２の結晶粒子のうち、単位面積１０００μｍ×１０００μｍあたり個数割合で８０％以上１００％以下の第２の結晶粒子の長径方向と円筒状金属部材３の長さ方向とのずれは、−２５度以上２５度以下であることが好ましい。

【0033】

第１の結晶粒子の平均粒径は、２０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が２０μｍ未満の場合、粒界の割合が多い。粒界が多くなると熱が伝わり難くなり放熱性が低下するおそれがある。平均粒径が５００μｍを超える場合、第１の結晶粒子の熱膨張による熱変形が大きくなるおそれがある。第１の結晶粒子の平均粒径は、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。

【0034】

第２の結晶粒子の平均粒径は、２０μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が２０μｍ未満であると、粒界の割合が多くなる。粒界が多くなると熱が伝わりにくくなり放熱性が低下するおそれがある。平均粒径が８００μｍを超えると第２の結晶粒子の熱膨張による熱変形が大きくなるおそれがある。第２の結晶粒子の平均粒径は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。

【0035】

平均粒径は以下のように求められる。アスペクト比の測定で使用する結晶粒子の長径と短径の情報を利用し、（長径＋短径）÷２＝結晶粒径とする。１００粒の第１の結晶粒子に対して上記作業を行い、平均値を第１の結晶粒子の平均粒径とする。また、１００粒の第２の結晶粒子に対して上記作業を行い、平均値を第２の結晶粒子の平均粒径とする。

【0036】

実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットは、放熱性に優れ、耐熱性に優れるため熱変形が生じにくい。よって、Ｘ線管用回転陽極ターゲットの寿命を長くすることができる。さらに、実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットを用いたＸ線管並びにＸ線検査装置の信頼性は高い。

【0037】

Ｘ線管用回転陽極ターゲットの回転駆動構造としては、動圧軸受構造または玉軸受構造を適用することができる。実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットは、円筒状金属部材を備える。よって、動圧軸受構造に適している。

【0038】

図６は、動圧軸受構造のＸ線管用回転陽極ターゲットの一例を示す断面模式図である。図６に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１は、円盤状金属部材２と、円筒状金属部材３と、固定軸７と、液体金属潤滑剤８と、を具備する。図１に示すＸ線管用回転陽極ターゲット１と共通する部分の説明として、図１の説明を適宜援用することができる。

【0039】

固定軸７の表面および円筒状金属部材３の内面は、ラジアル方向やスラスト方向のらせん溝を有していてもよい。円筒状金属部材３の図面下部方向は、図示しないスラストリングなどで封止されている。回転磁界によって回転駆動させるためのステータなどが設けられている。Ｘ線管の場合は、Ｘ線照射部４に電子ビームを照射する陰極やＸ線管用回転陽極ターゲット１と陰極とを保持する真空容器などと組み合せてもよい。

【0040】

液体金属潤滑剤８は、円筒状金属部材３と固定軸７との間に供給されている。液体金属潤滑剤８は、例えばガリウム、ガリウム合金などを含む。動圧軸受構造は、固定軸７が円筒状金属部材３の内面と直接接触していないため振動が小さく、動作音が小さい。また、直接接触していないため、円筒状金属部材３の内面と固定軸７との磨耗がほとんどない。そのため、軸受としての寿命を長くすることができる。

【0041】

実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットの放熱性は高い。よって、熱変形が生じにくい。従って、連続稼働時の熱変形により固定軸７が円筒状金属部材３の内面と直接接触することを防ぐことができる。このため、優れた長期信頼性を有するＸ線管並びにＸ線検査装置を提供することができる。

【0042】

Ｘ線検査装置は、医療用検査装置や工業用検査装置など様々な分野に用いられている。医療用検査装置としては、ＣＴ装置（コンピュータ断層撮影装置等）が挙げられる。ＣＴ装置は、被検者（患者）にＸ線を照射し、透過したＸ線を、シンチレータなどを備えた検出器で検出して画像を得ることができる。近年では、２次元画像だけでなく、３次元画像を得ることもできる。

【0043】

ＣＴ装置を使用しているとＸ線管用回転陽極ターゲットの温度が上昇する。Ｘ線管用回転陽極ターゲットが一定の温度を超えると一定時間測定を止めて、Ｘ線管用回転陽極ターゲットを冷却する必要がある。Ｘ線管用回転陽極ターゲットを冷却する際、被検者の測定を行うことができない。実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットの放熱性および熱変形は優れている。よって、Ｘ線検査装置の連続稼働に対応することができる。従って連続稼働時間を長くすることができるため、被検者の測定を長時間連続して行うことができる。

【0044】

次に、実施形態に係るＸ線管用回転陽極ターゲットの製造方法例について説明する。前述の構成を具備していれば製造方法は特に限定されないが、効率的に得るための方法として次の方法がある。

【0045】

円盤状金属部材２の形成法としては、例えば粉末金型成形法、ホットプレス法、通電プラズマ焼結、溶射法のいずれか１つが挙げられる。

【0046】

粉末金型成形法では、原料粉末を金型に充填し、成形する。得られた成形体を必要に応じ脱脂した後、焼結する。ホットプレス法では、原料粉末を金型に充填し、圧力と温度を付加して焼結する。通電プラズマ焼結法では、成形体を通電焼結する。溶射法では、原料粉末を溶射して堆積させる。

【0047】

焼結工程の雰囲気は、真空雰囲気（１０^−３Ｐａ以下）や不活性ガス雰囲気であることが好ましい。大気などの酸素含有雰囲気中では焼結体が酸化してしまうおそれがある。焼結または溶射を行った後、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）を行ってもよい。ＨＩＰでは、温度が１６００℃以上２０００℃以下であり、圧力が１００ＭＰａ以上であることが好ましい。

【0048】

原料粉末は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、鉄またはこれらを主成分とする合金から選ばれる１つ材料を含むことが好ましい。主成分とする合金は、５０質量％以上含有されている合金である。合金に金属酸化物または金属炭化物を添加してもよい。

【0049】

原料粉末の平均粒径は例えば０．５μｍ以上２０μｍ以下、さらには１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。上記範囲の原料粉末を用いることにより、第１の結晶粒子の平均粒径を例えば２０μｍ以上５００μｍ以下に制御しやすい。

【0050】

焼結前に成形体を形成してもよい。成形工程は、金型成形、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）などを含んでいてもよい。成形圧力は１００ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下であることが好ましい。円筒状金属部材３を接合するための穴を成形体に設けてもよい。

【0051】

原料粉末として、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、またはこれらの合金を用いる場合、焼結温度は１８００℃以上２５００℃以下であることが好ましい。焼結温度が１８００℃未満では焼結体の密度が低くなりやすい。焼結温度が２５００℃を超えると粒成長し過ぎるおそれがある。原料粉末として鉄または鉄合金を用いる場合、焼結温度が１０００℃以上１６００℃以下であることが好ましい。焼結雰囲気は、真空雰囲気（１０^−３Ｐａ以下）や不活性ガス雰囲気であることが好ましい。

【0052】

焼結体に鍛造加工または機械加工を行ってもよい。鍛造加工または機械加工を行うことにより、焼結体を所望のＸ線管用回転陽極ターゲットの形状に加工することができる。鍛造工程を行うことにより、焼結体中に存在するポアをつぶすことができる。その結果、気孔率が０％以上０．５％以下である高密度の円盤状金属部材２を得ることができる。

【0053】

鍛造加工は、温度が１４００℃以上１７００℃以下であり、加工率が１０％以上６０％以下である熱間鍛造加工を含むことが好ましい。温度が１４００℃未満である場合、焼結体に割れが発生しやすい。温度が１７００℃を超える場合、必要以上に熱変形するおそれがある。熱間鍛造加工の温度は、１５００℃以上１６００℃以下であることがより好ましい。加工率が１０％未満である場合、加工量が小さいため、ポアが潰れないおそれがある。加工率が６０％を超える場合、第１の結晶粒子の平均アスペクト比が２未満になりにくい。加工率は２０％以上５０％以下であることがより好ましい。機械加工としては、例えば表面研磨加工などが挙げられる。円盤状金属部材２において、円筒状金属部材３に接合される面は、研磨加工等により平坦面であることが好ましい。

【0054】

Ｘ線放射部４の形成方法としては、円盤状金属部材２の成形体の所定の位置にＲｅ−Ｗ合金粉末層を設けて、焼結工程を行う方法が挙げられる。円盤状金属部材２となる焼結体を調製した後、Ｒｅ−Ｗ合金粉末層を形成して焼成してもよい。Ｒｅ−Ｗ合金層の形成法として、溶射法、ＣＶＤ法等を用いてもよい。

【0055】

円筒状金属部材３の製造方法について説明する。円筒状金属部材３を構成する材料からなる焼結体インゴットまたは溶解品インゴットを用意する。これらインゴットに圧延加工、鍛造加工を施して板状部材に加工する。１８００℃以上２５００℃以下の焼結温度で焼結体インゴットを調製することが好ましい。焼結工程の雰囲気は、真空雰囲気（１０^−３Ｐａ以下）や不活性ガス雰囲気である。

【0056】

板状部材を管形状に加工することにより円筒状金属部材３を作製する。このとき、円筒状金属部材３の長さ方向の加工率は１０％以上９０％以下であることが好ましい。加工率を１０％以上にすることにより、円筒状金属部材３の第２の結晶粒子の平均アスペクト比を２以上に調整しやすくなる。円筒状金属部材３の長さ方向の加工率を１０％以上とすることにより、第２の結晶粒子の長径を円筒状金属部材３の長さ方向に揃えやすい。加工率が９０％を超える場合、板状部材を均一な厚さに加工することが困難である。円筒状金属部材３の長さ方向の加工率は１５％以上７０％以下であることが好ましい。板状部材を管形状に加工する場合、板状部材の結晶粒子のアスペクト比を考慮して加工率を決定することが好ましい。円筒状金属部材３の先端部と底辺部に蓋部材を取り付けてもよい。

【0057】

円筒状金属部材３の原料粉末は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、および鉄の少なくとも一つの金属、または上記金属を主成分とする合金を含むことが好ましい。原料粉末の平均粒径は、例えば０．５μｍ以上２０μｍ以下、さらには１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この範囲の原料粉末を用いることにより、第２の結晶粒子の平均粒径を２０μｍ以上８００μｍ以下の範囲に制御しやすくなる。また、歪取り熱処理を施してもよい。円筒状金属部材３において、円盤状金属部材２に接合する面は研磨加工等により平坦面であることが好ましい。

【0058】

円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との一体化工程（接合工程）について説明する。円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合方法としては、例えばろう材法、焼きばめ法、冷やしばめ法、圧入法、溶接法などが挙げられる。円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合方法は、ろう材法であることがより好ましい。

【0059】

ろう材法では、円盤状金属部材２および円筒状金属部材３の一方または両方の接合面にろう材を塗布する。ろう材を塗布した後、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とをはめ合わせる。その後、熱処理して一体化する。

【0060】

ろう材法では、熱処理によりろう材を溶かして円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との隙間を埋めるようにろう材層５を形成する。例えばペーストを用いることにより、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との隙間にろう材が入り込んでいく。このため、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とを強固に接合することができる。また、ろう材が隙間に入り込んでいくために、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との隙間にポアが形成されにくい。よって、円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との間の放熱性を向上させることができる。

【0061】

焼きばめ法は、熱処理を行いながら円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とをはめ合わせる方法である。焼きばめ法では、例えば第１の部材に凹部を形成し、第２の部材に凸部を形成し、凸部と凹部とをはめ合わせる。焼きばめ法を用いることにより、ろう材を使用する必要がなくなるため、工程を簡素化できる。

【0062】

冷やしばめ法は、熱処理を行わずに円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とをはめ合わせる方法である。円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とを冷やしながらはめ合わせてもよい。室温中または冷やしながら円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とをはめ合わせることにより、熱膨張による円盤状金属部材２と円筒状金属部材３との接合不良を抑制することができる。圧入法は、圧力をかけて円盤状金属部材２と円筒状金属部材３とをはめ合わせる方法である。

【実施例】

【0063】

（実施例１Ａ〜６Ａ、比較例１Ａ）
円盤状金属部材を構成する原料粉末として、平均粒径５μｍのモリブデン（Ｍｏ）粉末を用意した。Ｍｏ粉末を金型成形して、円筒状金属部材と接合するための穴を備える円盤状の成形体を調製した。次に、２０００℃、真空中（１０^−３Ｐａ以下）で焼結工程を行った。得られたＭｏ焼結体に表１に示す加工率で鍛造加工を行った。上記加工率は、円盤状金属部材の厚み方向の加工率である。得られたＭｏ鍛造体に表面研磨加工を施した。円盤状金属部材の上面にＲｅ−Ｗ合金層からなるＸ線放射部を設けた。Ｘ線放射部を設けていない円盤状金属部材の上面にＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３膜（膜厚４０μｍ）を設けた。以上により、直径が１４０ｍｍであり、厚さが５０ｍｍであり、円筒状金属部材を接合するための穴が直径５０ｍｍである円盤状金属部材を作製した。

【0064】

円筒状金属部材を構成する原料粉末として、平均粒径５μｍのモリブデン（Ｍｏ）粉末を用意した。次に、２０００℃、真空中（１０^−３Ｐａ以下）で焼結工程を行った。得られたＭｏ焼結体に表１に示す加工率で圧延加工、鍛造加工を行い板状部材を調製した。上記加工率は、円筒状金属部材３の長さ方向の加工率である。以上のように、直径（外径）が５０ｍｍであり、内径が３０ｍｍ（板厚５ｍｍ）であり、長さが１００ｍｍである円筒状金属部材を作製した。

【0065】

【表1】

【0066】

次に、円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合工程を行った。接合工程では、円盤状金属部材における円筒状金属部材に接合される面および円筒状金属部材における円盤状金属部材に接合される面に対して表面粗さＲａ３μｍ以下の表面研磨加工を施した。次に、Ｔｉろう材（融点１６００℃）を用意し、円盤状金属部材の接合面および円筒状金属部材の接合面にそれぞれ塗布した。円盤状金属部材と円筒状金属部材とをはめ合わせた後、１７００℃に加熱して接合した。上記工程により実施例１Ａないし実施例６Ａおよび比較例１Ａに係るＸ線管用回転陽極ターゲットを作製した。

【0067】

実施例１Ａないし６Ａおよび比較例１Ａに係るＸ線管用回転陽極ターゲットの円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合部から２ｍｍ以内の領域を含むＸ線管用回転陽極ターゲットの断面組織をＳＥＭを用いて観察して２０００倍の拡大写真を得た。拡大写真を用いて第１の結晶粒子および第２の結晶粒子において、平均粒径、平均アスペクト比を求めた。また、円筒状金属部材において、長径が長さ方向に揃っている第２の結晶粒子の割合を求めた。その結果を表２および表３に示す。

【0068】

【表2】

【0069】

【表3】

【0070】

表２から分かる通り、実施例１Ａないし実施例６Ａに係る円盤状金属部材の平均アスペクト比は、いずれも２未満であった。これは加工率を所定の範囲に調整しているためである。これに対し、比較例１に係る円盤状金属部材の平均アスペクト比は２以上であった。

【0071】

表３から分かる通り、実施例１Ａないし実施例６Ａのように加工率が高い円筒状金属部材では、平均アスペクト比が２以上であった。加工率が高くなるに従い長径が長さ方向に揃っている第２の結晶粒子の割合が高くなった。

【0072】

（実施例１Ｂ〜６Ｂ、比較例１Ｂ）
実施例１Ａないし実施例６Ａおよび比較例１Ａに係るＸ線管用回転陽極ターゲットを用いて実施例１Ｂないし実施例６Ｂおよび比較例１Ｂに係るＸ線管を作製した。Ｘ線管を作製するにあたり、回転機構を動圧軸受構造とした。また、円筒状金属部材の内面と固定軸の間に液体金属潤滑剤を充填した。

【0073】

実施例１Ｂないし実施例６Ｂおよび比較例１Ｂに係るＸ線管に対し、Ｘ線放射部に電子ビームを衝突させる曝射試験を行った。１００００サイクルの曝射試験を行った後、円筒状金属部材の内径寸法を測定し、試験前と試験後の変形量（μｍ）を測定した。その結果を表４に示す。

【0074】

【表4】

【0075】

表４から分かる通り、実施例１Ｂないし実施例６Ｂに係るＸ線管において、円筒状金属部材の変化量は小さかった。このことから、実施例１Ｂないし実施例６Ｂに係るＸ線管の長期信頼性が優れていることが分かる。これは放熱性がよく、熱変形が生じにくい構造となっているためである。この結果、実施形態に係るＸ線管を用いたＸ線検査装置は連続稼働が可能となる。

【0076】

（実施例７Ａ〜１０Ａ）
円盤状金属部材を構成する原料粉末として、平均粒径３μｍのモリブデン（Ｍｏ）粉末、平均粒径１μｍのＴｉＣ粉末を用意した。０．８重量％のＴｉＣ粉末と残部のＭｏ粉末とを含む混合原料粉末を調製した。

【0077】

混合原料粉末の金型成形を行い、円筒状金属部材と接合するための穴を備える円盤状の成形体を調製した。次に、２０００℃以上２２００℃以下、真空中（１０^−３Ｐａ以下）で焼結工程を行った。得られたＭｏ合金焼結体に表５に示す加工率で鍛造加工を行った。上記加工率は、円盤状金属部材の厚み方向の加工率である。

【0078】

得られたＭｏ合金鍛造体に表面研磨加工を施した。円盤状金属部材の表面にＲｅ−Ｗ合金層からなるＸ線放射部を設けた。Ｘ線放射部を設けていない円盤状金属部材の表面にＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３膜（膜厚４０μｍ）を設けた。

【0079】

円筒状金属部材を構成する原料粉末として、平均粒径５μｍのモリブデン（Ｍｏ）粉末を用意した。次に、２０００℃以上２２００℃以下、真空中（１０^−３Ｐａ以下）で焼結工程を行った。得られたＭｏ焼結体に表５に示す加工率で圧延加工、鍛造加工を行い板状部材を調製した。上記加工率は、円筒状金属部材の長さ方向の加工率である。

【0080】

得られた円盤状金属部材および円筒状金属部材のサイズを表５および表６に示す。また、円盤状金属部材における円筒状金属部材に接合される面および円筒状金属部材における円盤状金属部材に接合される面に対して表面粗さＲａ３μｍ以下の表面研磨加工を施した。

【0081】

次に、表６に示すように、Ｔｉろう材（融点１６００℃）またはＺｒろう材（融点１５５０℃）を用いて円盤状金属部材と円筒状金属部材を接合した。以上の工程により実施例７Ａないし実施例１０Ａに係るＸ線管用回転陽極ターゲットを製造した。

【0082】

【表5】

【0083】

【表6】

【0084】

実施例７Ａないし実施例１０Ａに係るＸ線管用陽極ターゲットの円盤状金属部材と円筒状金属部材との接合部から２ｍｍ以内の領域を含むＸ線管用回転陽極ターゲットの断面組織をＳＥＭを用いて観察して２０００倍の拡大写真を得た。拡大写真を用いて第１の結晶粒子および第２の結晶粒子において、平均粒径、平均アスペクト比を求めた。また、円筒状金属部材において、長径が長さ方向に揃っている第２の結晶粒子の割合を求めた。その結果を表７および表８に示す。

【0085】

表７から分かる通り、実施例７Ａないし実施例１０Ａに係る円盤状金属部材の平均アスペクト比は、いずれも２未満であった。これは加工率を所定の範囲に調整しているためである。

【0086】

表６、表８から分かる通り、実施例７Ａないし実施例１０Ａのように加工率が高い円筒状金属部材では、平均アスペクト比が２以上であった。加工率を所定の範囲に調整することにより長径が長さ方向に揃っている第２の結晶粒子の割合が高くなった。

【0087】

【表7】

【0088】

【表8】

【0089】

（実施例７Ｂ〜１０Ｂ）
実施例７Ａないし実施例１０Ａに係るＸ線管用回転陽極ターゲットを用いてＸ線管を作製した。Ｘ線管を作製するにあたり、回転機構を動圧軸受構造とした。円筒状金属部材の内面と固定軸の間に液体金属潤滑剤を充填した。実施例７Ｂないし実施例１０Ｂに係るＸ線管に対し、Ｘ線放射部に電子ビームを衝突させる曝射試験を行った。１００００サイクルの曝射試験を行った後、円筒状金属部材の内径寸法を測定し、試験前と試験後の変形量（μｍ）を測定した。その結果を表９に示す。

【0090】

【表9】

【0091】

表９からＭｏ合金を用い、円盤状金属部材および円筒状金属部材のサイズを変更しても変化量が小さいことが分かる。このことからＸ線管用回転陽極ターゲットの放熱性が高く、Ｘ線管用回転陽極ターゲットは、熱変形が生じにくい構造を備えることが分かる。

【0092】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】