JP3593512B2

JP3593512B2 - X-ray target and X-ray generator

Info

Publication number: JP3593512B2
Application number: JP2001241443A
Authority: JP
Inventors: 勝栗林; 友弘茶木; 貞幸高橋
Original assignee: Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP2003059439A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱電子の衝突に伴いＸ線を発生させるＸ線ターゲットおよびこのＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線発生装置は、Ｘ線ターゲットに熱電子を衝突させてＸ線を取り出す方式が採られている。しかし、数万ボルトの電圧で加速された電子がＸ線ターゲットに衝突する際に、そのエネルギーのうちＸ線として取り出される効率は高々１％程度で、残りの約９９％はジュール熱として消費されてしまう。したがって、高い出力のＸ線発生装置を得ようとすると、同時に約１００倍の熱がＸ線ターゲットに発生することとなり、ターゲット材料が極めて高い温度に曝されることとなる。このため、十分に耐熱性を有する材料を使用することと、Ｘ線ターゲットから効率よく熱を放散させることが重要である。
【０００３】
このような装置から取り出すことのできるＸ線強度の限界は、Ｘ線ターゲットの材質と冷却能力により定まる。すなわち、熱電子の照射によりＸ線ターゲットが融解しない範囲で熱電子の照射エネルギーを増加させることにより、発生するＸ線エネルギーを増加させることができる。したがって、これまでのＸ線ターゲットは、熱伝導率および融点の高い金属材料が主に用いられてきており、これを水冷することにより熱を放散させている。
【０００４】
また、さらに高い強度のＸ線を得るために、Ｘ線ターゲットを回転させながら冷却する方式も開発されている。この方式では、熱電子が照射されＸ線を放出する部分が順次回転していくため、ある一点が高温になることなく、固定式のＸ線ターゲットに比べて高いエネルギーのＸ線を取り出すことができる。
【０００５】
Ｘ線ターゲットに用いられる材料としては、その適用装置（例えば、Ｘ線回折装置）が通常Ｃｕの特性Ｘ線を利用するため、理想的には純銅が望ましい。しかしながら、上述のように材料が高温に曝されると、内部で結晶粒が成長し、結晶粒界においてすべりが生じやすくなり、材料の硬度が低下してくる。また、前記回転式のＸ線ターゲットの場合、熱電子の照射部位は加熱され、それ以外の部位は冷却されるため、回転中に加熱・冷却を繰り返すこととなる。このような加熱冷却を繰り返すことは、材料の膨張・収縮を伴うため、前記強度の低下と相俟って、時間の経過と共に表面に亀裂が生じ、取り出されるＸ線量が低下してしまうといった問題があった。
【０００６】
このような耐久性の低下を防止する目的で、例えば特公昭５６−１７７８４号公報では、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｂｅ合金を用い、材料の強度を向上させ、耐久性を向上させたＸ線ターゲットが検討されている。
【０００７】
しかし、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｂｅ合金では、未だ強度的に十分とはいえず、熱伝導率も不十分であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、十分な強度と、熱伝導率を有し、純銅に近いＸ線の取り出しが可能であり、しかも高い強度のＸ線の取り出しが可能なＸ線ターゲットと、このＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電子銃から放出された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生させるＸ線ターゲットであって、構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成を前提として、上記副成分の含有量を、２重量％以下（ただし０を含まず）としたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の構成を前提として、上記副成分の少なくとも一部は結晶粒界に析出し、析出硬化によって銅合金の強度を増加させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、熱電子を放射する電子銃と、この電子銃から放射された熱電子の衝突に伴いＸ線を発生するＸ線ターゲットとを備えたＸ線発生装置において、Ｘ線ターゲットを、請求項１乃至３のいずれか一項に記載したＸ線ターゲットにより形成したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明のＸ線ターゲットは、構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有する。
【００１４】
このように、主成分の銅に、さらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有させることにより、十分な強度と、高い熱伝導率を有するＸ線ターゲットとすることができる。このため、純銅に近く、高い強度のＸ線の取り出しが可能となる。
【００１５】
Ｘ線ターゲットの主成分には銅が用いられる。銅から得られるＣｕＫα特性Ｘ線は、一般に使用される種々のＸ線装置（例えば、Ｘ線回折装置）に適している。特定の用途では他の材料から得られる特性Ｘ線を用いる場合もあるが、本発明ではＣｕＫα特性Ｘ線を取り出す為のＸ線ターゲットに限定する。このため、純粋なＣｕＫα特性Ｘ線を取り出すことのできる組成が好ましく、極力他の特性Ｘ線が混入しないようにすることが望ましい。そこで、本実施形態では、主成分の銅に対し、以下の副成分を総和で２重量％以下（ただし０を含まない）添加する。副成分の添加量が２重量％を超えると、ＣｕＫα特性Ｘ線以外の副成分に由来する特性Ｘ線強度が無視できない強度まで増大し、別途ＣｕＫα特性Ｘ線を取り出す為の機構、操作が必要になってくる。
【００１６】
副成分として添加されるクロム（Ｃｒ）は、後述する熱処理により粒界中に析出し、析出硬化（時効）によって銅合金の強度、硬度を増加させる。合金中のクロムは、析出硬化によって強度を増加させる上で有効な量から、全副成分の含有量の上限である２重量％まで添加することができるが、好ましいクロムの含有量は０．１０〜０．５０重量％である。
【００１７】
副成分として添加されるジルコニウム（Ｚｒ）は、銅原料中に存在する硫黄元素（Ｓ）が、結晶粒界中に析出し、合金の強度、硬度を低下させるのを防止する。ジルコニウムは、上記副成分の含有量の範囲（２重量％以下）で存在することが可能であるが、好ましいジルコニウムの含有量は０．０２〜０．１５重量％である。ジルコニウムの含有量が低過ぎると、上記硫黄の析出抑制効果が得られず、銅合金の強度、硬度が劣ってくる。一方、ジルコニウムの含有量が多すぎる場合には、Ｃｕ特性Ｘ線に悪影響を与えると共に、粗大粒が形成され、強度増加なしに銅合金の表面品質に悪影響を与える。より好ましいジルコニウムの含有量は０．０５％〜０．１０重量％である。
【００１８】
副成分として添加されるケイ素（Ｓｉ）は、合金中に固溶することによって合金強度を高める作用もあるが、適当な時効処理を行うことによりケイ素がＳｉ組成の析出物を形成し、合金の強度を著しく増加させるとともに付加応力に対する抵抗力の経時変化を抑制する働きを有し、熱伝導度をも高める。したがって、Ｓｉ元素の含有量が少ないと、これらの性質が低下してくる。このため、ケイ素の含有量は０．０１重量％以上とすることが好ましい。一方、ケイ素の含有量が０．１０重量％以上の場合は、粒界に発生するケイ素の化合物粒子の大きさよび頻度が増加し、焼鈍割れが助長されたり、Ｓｉ元素の易酸化特性の為に、熱処理中に酸化物を形成しやすくなる。このことから、より好ましいケイ素の含有量は０．０１〜０．０５重量％である。
【００１９】
これらの副成分を上記範囲（２重量％以下）で添加することにより、優れた強度、硬度を有すると共に、良好な熱伝導度を示すＸ線ターゲットを得ることができる。これらの副成分の少なくとも一部は、結晶粒界に析出し、いわゆる析出硬化により合金の強度、硬度を向上させる。これにより、再結晶粒の粗大化を著しく抑制し、表面状態を平滑に保ち、表面割れ等の欠陥を予防することができる。また、Ｘ線ターゲット中には、上記副成分の他に、強度、熱伝導度、取り出される特性Ｘ線に影響を与えない範囲で原料に由来する不可避成分を含有していてもよい。
【００２０】
本発明のＸ線ターゲットは、上記組成とすることにより、室温におけるビッカース硬度Ｈｖ＝１６０以上、室温における熱伝導率８０％以上を得ることができる。なお、上記熱伝導率は、ＩＡＣＳによる電気伝導率換算で、純銅を１００％としたときの値である。
【００２１】
次に、本発明のＸ線ターゲットの製造方法について説明する。銅合金は適当な方法で鋳造される。１つの例示的方法においては、シリカ製るつぼを使用して溶解される。次に、所望量の副成分が添加された後、溶湯は鋼製モールド内に注入され、インゴットに鋳造される。
【００２２】
次に、インゴットは、圧延に先立って、一般的には温度約８５０℃〜１０５０℃で約３０分〜約２４時間加熱される。このことはまた少なくとも部分的に銅合金を均質化する。
【００２３】
あるいはまた、インゴットは当該技術分野でストリップ鋳造として知られているように、薄肉スラブに直接鋳造される。次いで、鋳造ストリップは冷間圧延されるか、または鋳造後の再結晶・均質化焼鈍処理を受け、冷間圧延される。
【００２４】
均質化工程の後、インゴットは約５０％を超える縮減率（加工度）で熱間圧延される。熱間圧延、および後述の冷間圧延による圧下は単一パスであってもよく、多段パスを要してもよい。熱間圧延圧下の直後にインゴットは、時効温度よりも低い温度に迅速冷却される。
【００２５】
焼入れ工程に次いで、銅合金は溶体化板厚に冷間圧延される。冷間圧延段階は単一パスであってもよく、中間再結晶焼鈍を伴なうか伴なわない多段パスであってもよい。冷間圧延に引続き、銅合金は溶体化され、さらに引続き、急速冷却される。
【００２６】
次いで、銅合金は冷間圧延される。冷間圧延に次いで、銅合金は再結晶を防止するため十分に低い温度で時効硬化される。時効処理は好ましくは温度約３５０℃〜約６００℃で約１５分〜約８時間行なわれる。
【００２７】
非再結晶化時効工程に引続いて、冷間圧延され、その後必要により約３０分〜約５時間、温度約３５０℃〜約６００℃で第２の非再結晶化析出硬化処理を行う。
【００２８】
次に、銅合金は冷間圧延により最終板厚に冷間圧延されるが、この際、中間亜再結晶焼鈍は行なってもよく、行なわなくてもよい。その後必要により、ストランド焼鈍、ベル焼鈍等の焼鈍を行ってもよい。
【００２９】
なお、上記製造方法は、時効処理を伴う銅合金の製造方法の一例を示したものであって、本発明のＸ線ターゲットの組成を有し、析出硬化を有する合金が得られる製造方法であれば、公知のいかなる方法も用いることができる。
【００３０】
以上のようにして作製された銅合金は、所望の大きさ、形状に加工され、Ｘ線ターゲットとされる。
【００３１】
このようにして作製されたＸ線ターゲットは、例えば、図１に示すような構造のＸ線発生装置に用いることができる。
図１に示すＸ線発生装置は、電子銃１０とＸ線ターゲット２０とを備えており、電子銃１０から放射された熱電子ａをＸ線ターゲット２０の表面に照射して、同Ｘ線ターゲット２０の表面から特性Ｘ線を取り出す構成となっている。
【００３２】
Ｘ線ターゲット２０は、上記構成の銅合金、すなわち構成材料の主成分として銅を含有し、この主成分に対してさらに副成分としてクロム、ジルコニウム、およびケイ素を含有する銅合金によって構成してある。
【００３３】
Ｘ線ターゲット２０は、回転式のＸ線ターゲットであり、図示しない駆動モータの回転力をもって支軸２１を中心に高速回転する。また、Ｘ線ターゲット２０の内部は中空部２０ａとなっており、この中空部２０ａ内に供給経路２２から水等の冷却媒体が充填され、Ｘ線ターゲット２０の熱を吸収する冷却構造を備えている。吸熱して温度が上昇した冷却媒体は、排出経路２３から排出される。
【００３４】
なお、本発明のＸ線ターゲットは上述した構造のＸ線発生装置に適用が限定されるものではなく、回転式または固定式のＸ線ターゲットとして、種々の構造をしたＸ線発生装置に適用できることは勿論である。
【００３５】
【実施例】
Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉ系合金として、以下の組成の析出硬化型合金を上記のような公知の製造方法に従い作製し、Ｘ線ターゲットとした。
〔組成〕
Ｃｒ０．３０重量％
Ｚｒ０．０８重量％
Ｓｉ０．０３重量％
Ｃｕ残部
【００３６】
また、比較サンプルとして、Ｃｒを０．７重量％含有するＣｕ−Ｃｒ合金を、常法に従い作製した。
【００３７】
得られた各サンプルについて、熱伝導率（電気伝導度換算）、および硬さＨｖ（ビッカース硬度）、ＨＲＢ（ロックウエルＢスケール）を求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１から明らかなように、発明サンプルは比較サンプルに比べて、熱伝導率は略同じであり、硬度は優れていることがわかる。
【００４０】
次に、得られた各Ｘ線ターゲットのサンプルを、図１に示すような構造のＸ線発生装置に装着し、Ｘ線を発生させ、Ｘ線強度の減衰特性を測定した。このときの各サンプルの回転数は６０００ｒｐｍであった。
【００４１】
評価にあたっては、先ず、予めＸ線が所定の強度となるようにフォーカスを設定し、このときのＸ線のフォーカス寸法を測定し、その値と、投入電力から、単位面積当たりの電力密度を算出した。次に、Ｘ線の強度を測定しながら、一定出力が得られるよう、投入電力を増やしつつフォーカスの大きさを順次小さくして、過負荷な状態を作り出し、Ｘ線強度が減衰する投入電力を求めた。結果を図２に示す。
【００４２】
図２から明らかなように、比較サンプルであるＣｕ−Ｃｒターゲットでは、１１ｋＷ／ｍｍ^２投入し初めてから強度が急激に減衰していることがわかる。
【００４３】
一方、発明サンプルであるＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｓｉターゲットは、１３．２ｋＷ／ｍｍ^２投入して、初めて緩やかに減衰していることがわかる。したがって、同ターゲットによれば、１２ｋＷ／ｍｍ^２の電力を投入して安定的にＸ線を取り出すことが可能となる。
【００４４】
次に、このようなＸ線強度減衰特性が、どの程度Ｘ線発生装置に寄与しているかを評価するため、Ｘ線ターゲットの回転を変化させて同じ測定を行った。一般に、投入できる電力は、Ｘ線ターゲットの回転数の平方根に比例することが知られている。そこで、比較サンプルの回転数を６０００ｒｐｍから８５００ｒｐｍに変化させて同様に測定した。結果を図３に示す。
【００４５】
図３から明らかなように、回転数を増加させた比較サンプルと、発明サンプルとでほぼ同様な減衰特性が得られた。この結果から、性能改善率を数値化すると、同じ出力に対する回転数比が、６０００：８５００であるので、
投入負荷率１：１．２
となり、発明サンプルは２０％の性能向上を達成できることがわかる。
【００４６】
また、Ｘ線ターゲットに投入できる電力は、Ｘ線ターゲットの回転数の平方根に比例することが知られているが、上記発明サンプルによれば、比較サンプルに比べて１／√２の回転数で、比較サンプルと同等の電力を投入することが可能となる。したがって、仮に同じ強度のＸ線を取り出す場合には、Ｘ線ターゲットを支持する軸受の耐久性向上やＸ線ターゲットを回転駆動するモータの低出力化を実現できる効果がある。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、十分な強度と熱伝導率を有し、純銅に近いＸ線の取り出しが可能であり、しかも高い強度のＸ線の取り出しが可能なＸ線ターゲットと、このＸ線ターゲットを備えたＸ線発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線発生装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例における各投入電力毎のＸ線強度減衰特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例におけるＸ線ターゲットの回転数を変化させたときのＸ線強度減衰特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：電子銃
２０：Ｘ線ターゲット
２１：支軸
２２：供給経路
２３：排出経路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an X-ray target that generates X-rays due to the collision of thermoelectrons, and an X-ray generator including the X-ray target.
[0002]
[Prior art]
The X-ray generation device adopts a method of extracting X-rays by causing thermal electrons to collide with an X-ray target. However, when an electron accelerated by a voltage of tens of thousands of volts collides with an X-ray target, the efficiency of extracting the energy as X-rays is at most about 1%, and the remaining about 99% is consumed as Joule heat. Would. Therefore, in order to obtain a high-output X-ray generator, about 100 times more heat is generated in the X-ray target at the same time, and the target material is exposed to an extremely high temperature. For this reason, it is important to use a material having sufficient heat resistance and to efficiently radiate heat from the X-ray target.
[0003]
The limit of the X-ray intensity that can be extracted from such an apparatus is determined by the material and cooling capacity of the X-ray target. That is, by increasing the irradiation energy of the thermoelectrons within a range where the X-ray target is not melted by the irradiation of the thermoelectrons, the generated X-ray energy can be increased. Therefore, a metal material having a high thermal conductivity and a high melting point has been mainly used for the conventional X-ray target, and heat is dissipated by cooling the target with water.
[0004]
Further, in order to obtain X-rays of higher intensity, a method of cooling while rotating an X-ray target has been developed. In this method, since the part that emits X-rays by irradiating thermions rotates sequentially, it is possible to extract X-rays with higher energy than a fixed X-ray target without a certain point becoming hot. it can.
[0005]
As a material used for the X-ray target, pure copper is ideally desirable because an application apparatus (for example, an X-ray diffraction apparatus) normally uses characteristic X-rays of Cu. However, when the material is exposed to a high temperature as described above, crystal grains grow inside, and slip tends to occur at crystal grain boundaries, and the hardness of the material decreases. In the case of the rotary X-ray target, the portion irradiated with the thermoelectrons is heated and the other portions are cooled, so that heating and cooling are repeated during rotation. The repetition of such heating and cooling involves expansion and contraction of the material, which, together with the decrease in the strength, causes cracks on the surface with the passage of time and reduces the amount of X-ray taken out. was there.
[0006]
For the purpose of preventing such a decrease in durability, for example, Japanese Patent Publication No. 56-17784 discloses an X-ray target using Cu-Cr or Cu-Be alloy to improve the strength of the material and improve the durability. Is being considered.
[0007]
However, Cu-Cr and Cu-Be alloys are not yet sufficiently strong in strength and have insufficient thermal conductivity.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an X-ray target having sufficient intensity and thermal conductivity, capable of extracting X-rays close to pure copper, and capable of extracting high-intensity X-rays, An object of the present invention is to provide an X-ray generator provided with:
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an X-ray target that generates X-rays due to the collision of thermoelectrons emitted from an electron gun, and contains copper as a main component of a constituent material, It is characterized in that chromium, zirconium, and silicon are further contained as subcomponents with respect to this main component.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, based on the configuration of the first aspect, the content of the auxiliary component is set to 2% by weight or less (however, excluding 0).
[0011]
Further, the invention of claim 3 is based on the premise of claim 1 or 2, wherein at least a part of the subcomponents precipitates at the crystal grain boundaries, and the strength of the copper alloy is increased by precipitation hardening. I do.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an X-ray generator including an electron gun that emits thermoelectrons and an X-ray target that generates X-rays due to the collision of the thermoelectrons emitted from the electron gun. Is formed by the X-ray target according to any one of claims 1 to 3.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The X-ray target of the present invention contains copper as a main component of the constituent material, and further contains chromium, zirconium, and silicon as subcomponents to the main component.
[0014]
As described above, by adding chromium, zirconium, and silicon as subcomponents to copper as a main component, an X-ray target having sufficient strength and high thermal conductivity can be obtained. For this reason, it is possible to extract X-rays having a high intensity close to pure copper.
[0015]
Copper is used as a main component of the X-ray target. CuKα characteristic X-rays obtained from copper are suitable for various commonly used X-ray apparatuses (for example, X-ray diffraction apparatuses). In specific applications, characteristic X-rays obtained from other materials may be used, but the present invention is limited to X-ray targets for extracting CuKα characteristic X-rays. For this reason, a composition capable of extracting pure CuKα characteristic X-rays is preferable, and it is desirable to minimize mixing of other characteristic X-rays. Therefore, in the present embodiment, the following subcomponents are added to copper as the main component in a total of 2% by weight or less (however, 0 is not included). If the added amount of the sub-component exceeds 2% by weight, the characteristic X-ray intensity derived from the sub-component other than the CuKα characteristic X-ray increases to a nonnegligible intensity, and a mechanism and operation for separately extracting the CuKα characteristic X-ray are required. It becomes.
[0016]
Chromium (Cr) added as an auxiliary component precipitates in the grain boundaries by heat treatment described later, and increases the strength and hardness of the copper alloy by precipitation hardening (aging). Chromium in the alloy can be added from an amount effective for increasing the strength by precipitation hardening to 2% by weight, which is the upper limit of the content of all subcomponents, but the preferred chromium content is 0.10 to 0.10%. 0.50% by weight.
[0017]
Zirconium (Zr) added as a sub-component prevents the sulfur element (S) present in the copper raw material from precipitating in the crystal grain boundaries and lowering the strength and hardness of the alloy. Zirconium can be present in the range of the content of the above-mentioned auxiliary component (2% by weight or less), and the preferable content of zirconium is 0.02 to 0.15% by weight. If the zirconium content is too low, the effect of suppressing the precipitation of sulfur cannot be obtained, and the strength and hardness of the copper alloy will be poor. On the other hand, when the content of zirconium is too large, it adversely affects the Cu characteristic X-rays, forms coarse grains, and adversely affects the surface quality of the copper alloy without increasing the strength. A more preferred zirconium content is 0.05% to 0.10% by weight.
[0018]
Silicon (Si) added as a sub-component also has the effect of increasing the alloy strength by forming a solid solution in the alloy, but by performing an appropriate aging treatment, silicon forms a precipitate of the Si composition, It has a function to remarkably increase the strength and to suppress a temporal change in resistance to an applied stress, and also enhances thermal conductivity. Therefore, if the content of the Si element is small, these properties deteriorate. Therefore, the content of silicon is preferably set to 0.01% by weight or more. On the other hand, when the silicon content is 0.10% by weight or more, the size and frequency of the silicon compound particles generated at the grain boundaries increase, which promotes annealing cracking and the easy oxidation characteristics of Si elements. In addition, an oxide is easily formed during the heat treatment. For this reason, the more preferable silicon content is 0.01 to 0.05% by weight.
[0019]
By adding these subcomponents in the above range (2% by weight or less), an X-ray target having excellent strength and hardness and exhibiting good thermal conductivity can be obtained. At least some of these subcomponents precipitate at the crystal grain boundaries, and improve the strength and hardness of the alloy by so-called precipitation hardening. Thereby, coarsening of the recrystallized grains can be significantly suppressed, the surface state can be kept smooth, and defects such as surface cracks can be prevented. The X-ray target may contain an unavoidable component derived from the raw material in a range that does not affect the strength, the thermal conductivity, and the extracted characteristic X-rays, in addition to the above-mentioned subcomponent.
[0020]
With the X-ray target of the present invention having the above composition, a Vickers hardness Hv at room temperature of 160 or more and a thermal conductivity of 80% or more at room temperature can be obtained. In addition, the said thermal conductivity is a value when 100% of pure copper is converted into the electric conductivity by IACS.
[0021]
Next, a method for manufacturing the X-ray target of the present invention will be described. The copper alloy is cast in a suitable manner. In one exemplary method, dissolution is performed using a silica crucible. Next, after the desired amount of subcomponents has been added, the melt is poured into a steel mold and cast into an ingot.
[0022]
The ingot is then heated prior to rolling, typically at a temperature of about 850C to 1050C for about 30 minutes to about 24 hours. This also at least partially homogenizes the copper alloy.
[0023]
Alternatively, ingots are cast directly into thin slabs, as is known in the art as strip casting. The cast strip is then cold rolled or subjected to a post-cast recrystallization / homogenization annealing treatment and cold rolled.
[0024]
After the homogenization step, the ingot is hot-rolled with a reduction (deformation) of more than about 50%. The reduction by hot rolling and cold rolling described below may be a single pass, or may require a multi-pass. Immediately after the hot rolling reduction, the ingot is rapidly cooled to a temperature below the aging temperature.
[0025]
Subsequent to the quenching step, the copper alloy is cold rolled to a solution treated thickness. The cold rolling stage may be a single pass or a multi-pass with or without intermediate recrystallization annealing. Subsequent to cold rolling, the copper alloy is solution-treated and subsequently rapidly cooled.
[0026]
Next, the copper alloy is cold-rolled. Subsequent to cold rolling, the copper alloy is age hardened at a temperature low enough to prevent recrystallization. The aging treatment is preferably performed at a temperature of about 350 ° C. to about 600 ° C. for about 15 minutes to about 8 hours.
[0027]
Following the non-recrystallization aging step, cold rolling is performed, and then a second non-recrystallization precipitation hardening treatment is performed at a temperature of about 350 ° C to about 600 ° C for about 30 minutes to about 5 hours, if necessary.
[0028]
Next, the copper alloy is cold-rolled to a final thickness by cold rolling. In this case, the intermediate sub-recrystallization annealing may or may not be performed. Thereafter, if necessary, annealing such as strand annealing and bell annealing may be performed.
[0029]
Note that the above manufacturing method is an example of a method for manufacturing a copper alloy accompanied by aging treatment, and is not limited to a manufacturing method having an X-ray target composition of the present invention and capable of obtaining an alloy having precipitation hardening. Any known method can be used.
[0030]
The copper alloy produced as described above is processed into a desired size and shape, and used as an X-ray target.
[0031]
The X-ray target thus manufactured can be used, for example, in an X-ray generator having a structure as shown in FIG.
The X-ray generator shown in FIG. 1 includes an electron gun 10 and an X-ray target 20, and irradiates the surface of the X-ray target 20 with thermoelectrons a radiated from the electron gun 10 to generate the X-ray target. The configuration is such that characteristic X-rays are extracted from the surface of the substrate 20.
[0032]
The X-ray target 20 is made of a copper alloy having the above-described structure, that is, a copper alloy containing copper as a main component of the constituent material and further containing chromium, zirconium, and silicon as subcomponents with respect to the main component. .
[0033]
The X-ray target 20 is a rotary X-ray target, and rotates at a high speed around a support shaft 21 with the rotational force of a drive motor (not shown). Further, the inside of the X-ray target 20 is a hollow portion 20a. The hollow portion 20a is filled with a cooling medium such as water from a supply path 22 and has a cooling structure for absorbing heat of the X-ray target 20. I have. The cooling medium whose temperature has risen due to heat absorption is discharged from the discharge path 23.
[0034]
In addition, the application of the X-ray target of the present invention is not limited to the X-ray generator having the above-described structure, and can be applied to an X-ray generator having various structures as a rotary or fixed X-ray target. Of course.
[0035]
【Example】
As a Cu-Cr-Zr-Si-based alloy, a precipitation hardening type alloy having the following composition was produced according to the above-mentioned known production method, and used as an X-ray target.
〔composition〕
Cr 0.30% by weight
0.08% by weight of Zr
Si 0.03% by weight
Cu balance [0036]
As a comparative sample, a Cu-Cr alloy containing 0.7% by weight of Cr was produced according to a conventional method.
[0037]
For each of the obtained samples, the thermal conductivity (in terms of electrical conductivity), hardness Hv (Vickers hardness), and HRB (Rockwell B scale) were determined. Table 1 shows the results.
[0038]
[Table 1]

[0039]
As is clear from Table 1, the inventive sample has substantially the same thermal conductivity and superior hardness as the comparative sample.
[0040]
Next, the obtained samples of the respective X-ray targets were mounted on an X-ray generator having a structure as shown in FIG. 1 to generate X-rays, and the attenuation characteristics of the X-ray intensity were measured. The rotation speed of each sample at this time was 6000 rpm.
[0041]
In the evaluation, first, the focus is set in advance so that the X-ray has a predetermined intensity, the focus dimension of the X-ray at this time is measured, and the power density per unit area is calculated from the value and the input power. did. Next, while measuring the X-ray intensity, the input power is gradually reduced while increasing the input power so as to obtain a constant output, thereby creating an overload state and reducing the input power at which the X-ray intensity is attenuated. I asked. FIG. 2 shows the results.
[0042]
As is clear from FIG. 2, in the case of the Cu—Cr target that is the comparative sample, the intensity is rapidly attenuated from the first input of 11 kW / mm ² .
[0043]
On the other hand, it can be seen that the Cu—Cr—Zr—Si target, which is an inventive sample, is gradually attenuated only after 13.2 kW / mm ² is supplied. Therefore, according to the target, it is possible to stably extract X-rays by supplying power of 12 kW / mm ² .
[0044]
Next, in order to evaluate how much such an X-ray intensity attenuation characteristic contributes to the X-ray generator, the same measurement was performed while changing the rotation of the X-ray target. In general, it is known that the power that can be supplied is proportional to the square root of the rotation speed of the X-ray target. Therefore, the same measurement was performed while changing the rotation speed of the comparative sample from 6000 rpm to 8500 rpm. The results are shown in FIG.
[0045]
As is apparent from FIG. 3, substantially the same damping characteristics were obtained in the comparative sample having the increased number of rotations and the inventive sample. From this result, when the performance improvement rate is quantified, the rotation speed ratio with respect to the same output is 6000: 8500.
Input load ratio 1: 1.2
It can be seen that the invention sample can achieve a 20% improvement in performance.
[0046]
It is known that the power that can be applied to the X-ray target is proportional to the square root of the rotation speed of the X-ray target. However, according to the above-described invention sample, the rotation speed is 1 / √2 as compared with the comparative sample. And the same power as that of the comparative sample can be supplied. Therefore, if X-rays of the same intensity are taken out, there is an effect that the durability of the bearing that supports the X-ray target can be improved and the output of the motor that drives and rotates the X-ray target can be reduced.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an X-ray target having sufficient strength and thermal conductivity, capable of extracting X-rays close to pure copper, and capable of extracting high-intensity X-rays, An X-ray generator including an X-ray target can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an X-ray generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an X-ray intensity attenuation characteristic for each input power in the example of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing X-ray intensity attenuation characteristics when the number of revolutions of an X-ray target is changed according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: electron gun 20: X-ray target 21: support shaft 22: supply path 23: discharge path

Claims

An X-ray target that generates X-rays due to the collision of thermoelectrons emitted from an electron gun,
An X-ray target comprising: copper as a main component of a constituent material; and chromium, zirconium, and silicon as subcomponents with respect to the main component.

2. The X-ray target according to claim 1, wherein the content of the subcomponent is set to 2% by weight or less (excluding 0).

3. The X-ray target according to claim 1, wherein at least a part of the subcomponent precipitates at a crystal grain boundary, and the strength of the copper alloy is increased by precipitation hardening.

An X-ray generator including an electron gun that emits thermoelectrons and an X-ray target that generates X-rays due to the collision of thermoelectrons emitted from the electron gun,
An X-ray generator, wherein the X-ray target is formed by the X-ray target according to any one of claims 1 to 3.