JPS587010B2 - 放射線透過用窓を有する真空容器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ線螢光増倍管、Ｘ線管、放射線検出器、ベー
タトロンドーナツ管や類似の放射線を通過させる窓をも
つ真空容器、およびその製造方法に関する。

この種の真空容器は一部に放射線透過用の窓を有し、内
部を真空もしくは所定のガス雰囲気に維持するため気密
構造を有する。

例えばＸ線螢光増倍管においては、被検物体を通過して
変調されたＸ線を導入する１５０〜４００ｍｍという大
口径の入力窓は、Ｘ線吸収および散乱の比較的大きいガ
ラスに替えて、アルミニウム（Ａｔ）やチタニウム（Ｔ
ｉ）が採用されはじめている。

一方、真空容器の中央部分に金属を用いたＸ線管におい
ては、高温でかつ二次電子を放射しやすい陽極ターゲッ
トの極く近傍にＸ線放射窓を設けなければならず、この
Ｘ線放射窓が非常に高温に耐えなければならない。

このような条件のもとて放射線吸収および散乱が少なく
、かつ大気圧に充分耐える金属材料としてはチタニウム
またはチタニウム合金（以下単にＴｉ材と記す）が実用
上有効である。

ところで、この種真空容器は、種々の内部電極を支えた
りリード線を容器外まで貫通させたり、また可視光像を
容器外に透過させたりする必要から、その一部にガラス
やセラミックのような絶縁体を用いる必然性がある。

もしそうでなくともＴｉ材のみで容器の全体を構成する
場合はほとんどなく、他の金属部材を少なくとも１箇所
でＴｉ材の部分と気密接合して構成するのが普通である
。

この金属部材としてはガラスやセラミックとの安定な接
合ができるコバール（商品名）やステンレス鋼、高透礒
率材などの鉄（Ｆｅ）、または鉄を含む合金（以下単に
Ｆｅ材と記す）がしばしば用いられる。

このような真空容器におけるＴｉ材とＦｅ材との真空気
密接合技術としては、特開昭５４−７１５５２号公報；
あるいはＵＳＰ３，８７８，４１７明細書などに開示さ
れている。

前者は要するにフエルニコ（商品名）、クロムニッケル
鋼、ＭＯのような厚肉の支持枠に薄いＴｉ材を直接溶接
や点溶接、半田付けするもので、また後者は薄いＴｉ材
をはさんだ支持枠の外側端縁を溶接するものである。

またこれらとは別に、従来からＴｉ材とステンレス鋼と
の接合は主としてろう付法が用いられ、真空中でのＴｉ
−Ｎｉ，またはＴｉ−Ｃｕの合金化を目的としてニッケ
ル（Ｎｉ）、または銅（Ｃｕ）の箔を中間部材として介
在させ、これを約９５０±１０℃に加熱してろう接する
方法である。

また銀（Ａｇ）系のろう材を用いて約９８０〜９９５℃
の温度で共晶組織をつくつろう接する方法も広く知られ
ている。

なおこの場合にＴｉ材にＮｉ被覆をすることが有効であ
ることもまた知られている。

しかしながら、前記特開昭５４−７１５５２号公報に開
示されているような溶接方法により実施してみると、Ｔ
ｉ材が薄くなればなるほどこのＴｉ材の溶接点のみが溶
融して脆化し、全周にわたる良質の気密接合が得にくい
ことがわかった。

そして、安定な接合状態を得るための溶接条件がきわめ
てせまい範囲にしかなく、工業的には採用しがたいもの
であった。

また、Ａｇ系のろう材やＮｉ，Ｃｕ箔を中間部材として
ろう接する方法を試みてみると、Ｔｉ材をほゾ９５０〜
９９５℃のような高温にさらすため、Ｔｉ材全体が脆化
し、またＴｉ材とその支持枠との熱膨張係数の差のため
薄くするほど変形が著しく生じてしまい、この種真空容
器としてはやはり採用しがたいことがわかった。

これはＴｉ材が再結晶化し脆化する温度すなわち変態点
である約９００〜９５０℃を越える温度でろう材を溶融
して接合するため、Ｔｉ材の脆化と変形が著しく生ずる
ためであると考えられる。

本発明は以上のような従来技術の不都合を解消して、Ｔ
ｌ材の脆化、変形を生じさせることなく接合強度、真空
気密性が充分得られる工業的に実用性のある放射線透過
用窓を有する真空容器の構造、およびそれを確実、容易
に製造する方法を提供するものである。

以下図面を参照してその実施例を説明する。

なお同一部分は同一符号であらわす。

第１図ないし第４図に示す実施例はＸ線螢光増倍管に本
発明を適用したものである。

このＸ線螢光増倍管は第１図に示すように真空容器１１
の内部にＣｓＩのような入力螢光層および光電陰極層を
もつ球面状入力基板１２、円筒状の第１グリッド１３、
第２グリッド１４、第３グリッド１５、陽極１６、およ
び出力螢光板１７が配列されてなる。

真空容器１１は、図の上方から到来するＸ線を透過して
入力基板１２に到達させるＴｉ材のＸ線入力窓材１８、
出力螢光板１７で生ずる可視光像を管の外へ透過させる
出力部ガラス容器１９、およびこれら入力窓材１８と出
力部ガラス容器１９との間を順次継なぐリング状の入力
窓支持枠２０、胴部シリンダー２１、コバールのような
ガラス封止用リング２２を有してなる。

まず入力窓材１８とその支持枠２０とは符号２３の位置
で全周が気密接合される。

次に入力窓支持枠２０とシリンダー２１とが外方に折り
曲げられた各々のフランジ２４，２５ａを符号２６で示
すように不活性ガスアーク溶接により気密接合される。

一方、出力部ガラス容器１９の開口端部１９ａとコバー
ルリング２２とはあらかじめ溶着される。

そして内部の各電極を組み入れたあと、最終的にシリン
ダー２１の下側フランジ２５ｂと、コバールリング２２
のフランジ２７とを符号２８で示すように同じく不活性
ガスアーク溶接により全周を気密接合して真空容器を閉
じる。

これによって、最終的な気密溶接部２８は入力窓材１８
や入力基板１２から充分離れた位置であるため、この溶
接の際入力窓材および入力基板を不所望に加熱しないで
真空容器を完成させることができる。

シリンダー２１はコバールリング２２および入力窓支持
枠２０との溶接がしやすい金属であって、強磁性または
非磁性ステンレス鋼、パーマロイ（Ｆｅ２７％、ＭＯ５
％、残りＮｉなどの合金）のような高透磁率金属材料、
その他の鉄（Ｐｅ）、または鉄を含む合金（Ｆｅ材）で
構成される。

また入力窓支持枠２０はこれらと同様の金属材料を使用
しうるが、好ましくは後述する高パルス電流による抵抗
加熱圧接時に起磁力で着磁したり変形が生じないように
非磁性（低透磁率）の金属材料を用いる。

また入力窓材１８は前述の如くチタニウム（Ｔｉ）、ま
たはこれに小量のＡｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｍｎ，Ｖな
どを単独または複合して含むＴｉ合金（以下単にＴｉ材
と記す）を用いる。

次にこの入力窓支持枠２０とＴｉ材からなる入力窓材１
８との気密接合構造およびその製造方法を説明する。

第２図に示すようにＴｉ材からなる入力窓材１８として
は厚さｔ１が０． １〜０．４ｍｍ好ましくは０．２５
ｍｍの平板状の板を用い、表面を清浄にしたものを用い
る。

一方、支持枠２０は厚さｔ２が１〜３ｍｍ，好ましくは
２ｍｍで半断面をクランク状に折り曲げたものである。

またその管軸に垂直な上面の入力窓材１８が接合される
位置の全周にその厚さｔ１と同等の深さに切削した円周
状の凹み２９を形成してある。

そしてあらかじめこの支持枠２０の全面にニッケル（Ｎ
ｉ）のメッキ層３０を５〜４０μｍ、好ましくは１５μ
ｍ被覆しておく。

なおＮｉ薄層３０は蒸輝ハり被着させてもよい。

そこでこれら入力窓材１８と支持枠２０との間に薄く幅
もせまいリリング状の金属中間部材３１をはさみ、一対
のスポット抵抗加熱圧接用電極３２，３３の間に積み重
ねて挿入する。

この金属中間部材３１はＴｉ材からなる入力窓材１８の
変態点すなわち結晶構造に変化を生ずる温度（Ｔｉのそ
れは８８２℃で、Ｔｉ合金はほぼ８００〜９５０℃）よ
りも低く製造工程および製品使用中の最高温度約５００
℃よりも高い温度に融点をもつＣｕとＡｕまたはＡｇと
の合金であり、これには次のようなものが用いうる。

すなわち銅（Ｑ１）を含む金（Ａｕ）を主体にした合金
または銀（Ａｇ）を主体にした合金であり、７０〜８５
％のＡｕと１５〜３０％のＣｕとを含む合金、４５〜８
０％のＡｕと、３〜３５％のＡｇと、８〜２２％Ｃｕと
を含む合金、あるいは６０〜８０％のＡｇと２０〜４０
％のＣｕとを含む合金、４０〜７５％のＡｇと、１０〜
３５％のＣｕと、３〜３０％のＺｎとを含む合金、ある
いはこれらにＮｉ，Ｃｄ．Ｓｎの１つまたは複数を小量
含む合金などを使用しうる。

そしてこのリング状中間部材３１の幅ｗ１に対して入力
窓材がわの丸棒状圧接電極３２の接触面直径Ｄが大きい
関係を有し、これによって通電電流が中間部材３１に集
中して電極直下の中間部材がその幅方向にわたって完全
に溶融しうるようにする。

またこの中間部材の厚さｔ３は０．０５〜０．４ｍｍ，
好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。

このように配置し、空気中もしくは不活性ガス雰囲気中
で圧接電極３２，３３間に矢印Ｆの如く４０〜２００ｋ
９／ｃｍ２，好ましくは７０〜１５０ｋｙ／ｃｍ２の範
囲の圧力を加えつつ、１０，０００〜４０，００ｏＡ／
＝ｃｍ２のパルス電流（尖頭値）を通電し加圧抵抗加熱
溶接する。

このパルス電流は３〜２ＱＨＺ（ヘルツ）で１つの圧接
点につき０．５〜３秒間通電する。

そしてこの加圧、通電を第３図に示すように各圧接点部
３４ａ，３４ｂ，…が互いに重なり合いながら入力窓材
の全周にわたって事実上連続的につながるように位置を
移しながら間欠的に行なう。

この圧接点のピッチは電極が接する面の円周方向寸法の
２／３〜１／２づつ重なり合うピッチ間隔で行なう。

これによって中間部材が全周にわたって一様に溶融し充
分な気密接合が得られる。

この圧接の際、電極およびＴｉ材入力窓が過熱しないよ
うに水冷および空冷しながら行なう。

なお、同図にＸ印３５で示すように、溶接電極による加
圧、通電圧接工程の前に、あらかじめ中間部材３１を間
にはさんだ支持枠２０と入力窓材１８の外周端縁とをレ
ーザ溶接あるいはスポット溶接により数個所を仮止めし
て、加圧、通電工程で不所望な位置のずれや変形が生じ
ないようにしておく。

こうして第４図に示すように入力窓材１８と支持枠２０
とは全周が溶融した中間部材３１、Ｎｉメツキ層３０を
介して気密に抵抗加熱圧接接合される。

なお中間部材３１は通電による抵抗加熱で溶融するとと
もに圧力によりＮｉメツキ層３０の厚さと同等の厚さに
なる。

以上の本発明によれば、薄いＴｉ材の放射線入力窓材と
厚いＦｅ材製支持枠とをＴｉ材の変態点よりも低い融点
をもつＣｕを含むＡｕまたはＡｇ主体合金の薄い中間部
材を介して間欠的なスポット抵抗加熱圧接接合して真空
気密接合してあるため、Ｔｉ材を不所望に変態点以上の
温度まで加熱する工程が不要でありＴｉ材の脆化、変形
をきたすことがない。

したがって薄肉のＴｉ材製放射線入力窓の安定な気密接
合が工業的に能率よく行ないうる。

なお完成された真空容器は内部を真空もしくは低圧ガス
状態にすると大気圧のため第１図に示す如くわずかに内
側に凹んだ形状となる。

第５図は支持枠としてＮｉメツキを約１５μｍの厚さで
被覆したステンレス鋼を用い、中間部材としてＡｇ７２
％と残りがＣｕの合金（融点約７２０℃）の厚さ０．１
５ｍｍの薄いリングを用いて上記本発明により接合した
部分Ｘ１−Ｘ２におけるＸ線マイクロアナライザにより
実測した各金属元素のプロファイルをあらわしている。

この図から注目できるのは、中間部材３１のＣｕがＴｉ
材１８の方に移動して多く分布し約２．５μｍのＣｕ−
Ｔｉ相互拡散層Ｍ１が認められることである。

またＮｉメツキ層側においても約１μｍのＮｉ 一Ｃｕ
拡散層Ｍ２が認められる。

ここにはＡｇ分布の変化がほとんど認められず中間部材
のＣｕが主としてＣｕ−Ｔｉ，Ｎｉ−Ｃｕ合金層の形成
に役立ち、良好な気密接合を完成しているものと認めら
れる。

また支持枠２０とＮｉメツキ層３０との間にも約１．５
μｍの相互拡散層Ｍ３が認められる。

そしてこのような良好な接合状態は、加圧力やパルス電
流の通電量が前述の如く比較的広い範囲でも確実に得ら
れることが確認され、このことは大量生産や自動化を可
能とし、工業的にきわめて有効な利点である。

またこの接合部の接合強度もＴｉ材がごく表面部分しか
合金化しておらず、真空容器として要求される充分な強
度をもっている。

第６図に示す実施例は、支持枠２０および入力窓材１８
の各接合面に細かい凹凸面３６．３７を全周にわたって
形成し、支持枠２０にＮｉ薄層３０を被着させたうえ、
この凹凸面で中間部材３１を介して加圧、スポット抵抗
加熱接合するものである。

なお支持枠２０は全体として強度を増すため厚肉のもの
を使用し、容器の胴部シリンダーへのアーク溶接用薄肉
フランジ２４を、溝３８の形成によりつくったものであ
る。

この実施例によれば凹凸面において中間部材を加圧、抵
抗加熱により溶融して接合するため、接触面積が増加し
、一層良好な気密接合を得ることができる。

この凹凸面は支持枠、入力窓材のいずれか一方に形成す
るだけでもよい。

第７図の実施例は、半断面クランク状の支持枠２０の外
側面にＮｉメツキ層３０を被覆し、Ｔｉ材からなる入力
窓材１８のゆるやかな折り曲げ外周縁１８ａを中間部材
３１を介してＮｉメツキ層３０に重ね、リング状の内側
電極３３ａと、棒状外側電極３２により加圧しながら、
パルス電流を通電して抵抗加熱接合するものである。

この場合も各圧接点部を互いに重ね合せながら全周にわ
たつで連続的に加圧抵抗加熱接合する。

第８図および第９図に示す実施例は、本発明Ｘ線管に適
用したものである。

すなわちこのＸ線管真空容器４１として中央がふくらん
だステンレス鋼製シリンダー４２と、コバールリング４
３と、ガラス容器４４とを有してなる。

容器４１の内部には回転子４５のシャフト４６に支持さ
れた傘形陽極ターゲット４７が配置され、これに対向し
て陰極構体４８およびその支持構体４９が設けられてい
る。

そこでシリンダー４２の陽極ターゲット上の電子ビーム
焦点軌道に対向してＸ線が取り出される位置にＸ線透過
用のＴｉ材からなる窓材１８が設けられている。

このＸ線放射用窓材１８は、前記実施例と同様のＦｅ材
からなる支持枠２０に本発明の方法により気密接合され
ている。

すなわち支持枠２０にＮｉ薄層３０がメッキあるいは蒸
着により被覆されており、間に中間部材３１をはさんで
一対の電極３２，３３で加圧しながらパルス電流を通じ
全周にわたって抵抗加熱圧接される。

あらかじめ窓材が接合された支持枠２０はそのフランジ
部２４が容器シリンダー４２に設けられたフランジ４２
ａと符号２６の如くアーク溶接される。

このＸ線放射窓は、とくに陽極ターゲットの電子焦点軌
道に近接しているため、直接熱輻射を受け、また２次電
子や浮遊電子が入射するため過熱され易いが、本発明に
より構成した気密接合構造のＴｉ材により耐熱性もよく
、充分この種金属容器Ｘ線管の使用に耐えるものである
。

なお以上の実施例では少なくとも一方を棒状の溶接電極
としたが、ローラ式の電極を用いて加圧しながらパルス
電流を通電して全周にわたりいわゆるシーム溶接を行な
ってもよい。

また支持枠自体をガラスあるいはセラミックに接合され
たコバールのような合金リングもしくはシリンダーとし
て、例えば第１図の容器の胴部シリンダー２１を省くこ
ともできる。

以上のように本発明によれば、Ｔｉ材からなる放射線窓
材全体の温度を上げることなく周辺部のＦｅ材支持枠に
気密接合でき、窓材の脆化と変形とを起すことなく容易
に且つ確実に真空容器をつくることができる。

しかも充分な気密接合を得るための材料の選択や圧力、
抵抗加熱電流の各選択幅も比較的広く、機械による自動
化が可能で工業的に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図はそ
の要部分解拡大断面部、第３図は同じく要部上面図、第
４図は同じく要部断面図、第５図は接合部の金属元素プ
ロファイルを示す図、第６図は本発明の他の実施例を示
す要部分解断面図、第７図はさらに他の実施例を示す要
部縦断面図、第８図はさらに他の実施例を示す縦断面図
、第９図はその要部拡大断面図である。 Ｉ１，４１・・・・・・真空容器、１８・・・・・・放
射線透過窓材、２０・・・・・・支持枠、３０・・・・
・・Ｎｉ薄層、３１・・・・・・中間部材、３２，３３
，３３ａ・・・・・・溶接電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対のスポット抵抗加熱圧接電極の間に、チタニウ
   ムまたはチタニウム合金からなる放射線透過用窓材、鉄
   または鉄を含む合金からなる支持枠、および上記窓材と
   支持枠との間に介在する金属中間部材を重ね合せて挿入
   し、上記圧接電極間に４０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力
   を加えながらパルス電流を通電して接合するとともに、
   この通電接合部の位置を窓材の周縁部に沿って移しなが
   ら全周にわたって気密接合することを特徴とする放射線
   透過用窓を有する真空容器の製造方法。 ２ 支持枠にあらかじめ薄いニッケル層を被着させてお
   き、このニッケル層を介して気密接合する特許請求の範
   囲第１項記載の製造方法。 ３ パルス電流を１０，０００〜４０．００ｏＡ／ｃｍ
   ２（尖頭値）に設定して通電接合する特許請求の範囲第
   １項記載の製造方法。 ４ 金属中間部材の幅よりも広い幅の圧接電極を用いて
   通電接合する特許請求の範囲第１項記載の製造方法。