放射线显像管及其制造方法

专利名称：放射线显像管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将放射线图像变换的可视光图像或电图像信号的放射线显像管及其制造方法，尤其涉及能够防止在输入部分发生放射线散射，提高放射线利用效率，达到更高的对比度及分辨率，获得更高质量的透视图像的放射线显像管及其制造方法。
作为本发明对象的输入单元激励用的放射线为包含X射线、α射线、β射线、γ射线、中子射线、电子射线或带电粒子射线等的广义的放射线。
下面以使用X射线作为放射线的代表性的X射线显像管为例对已有的放射线显像管加以说明。X射线显像管装备在用于检查人体或构造物内部结构的X射线诊断装置或无损检查装置中作为主要部件。X射线显像管用来将调查照射人体或构造物的X射线的透射量分布情况的放射线透射系统的放射线图像变换为可视光图像或电图像信号。
图18是表示已有的X射线显像管1的大概结构的剖视图。该X射线显像管1由真空管壳2、在该真空管壳2的一个侧面形成的向外侧凸出的由Al材制成的输入窗3、距该输入窗3的内侧一定间隔配置的输入基板4、在该输入基板4内表面形成的由CsI等输入荧光层和光电层组成的输入屏幕5、与该输入屏幕相对的真空管壳另一侧面上形成的输出窗6、以及在该输出窗6内表面形成的观察用荧光层等输出屏幕7构成。另外，在输入窗3与输出窗7之间同轴配置了形成静电透镜系统用的适当数量的聚焦电极8及阳极9。
构成输入窗3的材料必须具有良好的X射线透射性、且作为真空管壳2机械上能足以承受大气压等外部压力，因此一般采用厚度为0.5～3.2mm左右的铝合金板(日本工业标准(JIS)规定的A6061P-O材料等)或厚度为0.2～0.4mm左右的钛板或不锈钢板等。
另外，由于输入窗3在抽真空前后容易受外部压力作用而向内侧变形，因此直接在输入窗3内侧形成输入屏幕5时，输入图像容易产生失真。所以，为了避免由于输入窗3变形而产生的影响，输入屏幕5形成在与输入窗3分开而另外形成的输入基板4上，与输入窗3保持例如10～15mm左右的间隔配置。
再有，上述输入基板4，为了提高输入屏幕5的附着强度，以及为了抑制输入基板4表面上的发光光线的漫反射，采用容易做得平滑的软质纯铝材料制成。
在上述X射线显像管1中，透过输入窗3及输入基板4的X射线由输入屏幕5变换为荧光图像，再由光电阴极变换为与之相应的光电子图像。利用聚焦电极8及阴极9构成的静电透镜系统对该发射电子进行加速聚焦，通过与输出屏幕7碰撞，能够得到光学图像或电图像信号。
但是，在上述已有的X射线显像管中，由于用软质纯铝材料制成输入基板，因此必须要用相当厚的材料制成以便既保证高结构强度又能将荧光层等输入屏幕正确保持在规定位置上。因此问题在于，输入基板的X射线吸收率变大，而且X射线的散射也变得严重，X射线显像管的分辨率降低了。
另外，在上述已有的X射线显像管中，X射线输入部是由输入窗及距离该输入窗一定间隔配置的输入基板形成的双层结构，因此也有这样的问题，即入射的X射线在输入部的吸收及散射变得严重，X射线的利用效率低，最终得到的输出图像的辉度、对比度特性及分辨率大幅度降低。
另外，由于上述输入窗及输入基板是分别制作再装配的构造，因此还产生X射线显像管的制造装配工序复杂，X射线显像管的制造成本增加的问题。
除此之外，为了防止上述输入部的X射线散射。还制造了直接在输入窗内侧面形成输入屏幕的X射线像管。但是，由于输入窗内表面的表面光洁度不均匀而容易形成粗糙表面，因此其问题还在于，CsI蒸镀膜等输入荧光体层不均匀，容易受失真的影响，结果是输出图像的分辨率将恶化。
本发明是为解决上述问题而提出的，其目的特别是提供能够防止输入部的放射线的散射，提高放射线的利用效率，有更高的辉度特性、对比度特性及分辨率，进一步改善这些特性的一致性、重新构成高图像质量的放射线，而且制造比较容易的放射线显像管及其制造方法。
本发明涉及的放射线显像管，其特征在于，在一侧表面附着输入屏幕的输入基板由形成一体的复合材料构成，该复合材料在放射线入射侧为铝合金材料，在附着输入屏幕的一侧为纯铝材。
另外，本发明的放射线显像管制造方法，其特征在于，具有形成由上述复合材料制成的上述输入基板的工序、在该输入基板的纯铝材料一侧表面附着输入屏幕的工序、以及将制得的输入基板安装在真空管壳的放射线入射侧的工序，上述复合材料是将铝合金材料及纯铝材料压紧后在规定温度下退火再经压延加工形成一体制成的。
在纯铝材料表面上附着形成输入屏幕的由复合材料制得的输入基板，最好采用其铝合金材料的铝含量为不到99重量％，屈服强度为4kg/mm2以上的合金，而纯铝材料的铝含量为99重量％以上，屈服强度为3kg/mm2以下的延展材料。
另外，在不直接加大气压的状态下放射线显像管真空管壳内配置输入基板时，输入基板的强度也可以不要那么高，因此可以进一步减小输入基板的厚度。于是，通过尽可能减小输入基板的厚度，能够减少输入基板的放射线吸收及散射，更进一步提高显像管的分辨率。还有，实际上成为电子透镜系统的阴极的输入基板内表面也容易加工成最合适的形状及尺寸。
另一方面，在具有输入基板兼作真空管壳放射线入射窗的结构的放射线显像管中，输入基板不仅必须足以承受大气压，而且直接附着在该输入基板内表面的输入屏幕成为电子透镜系统的阴极，因而必须能够易于做成与之适应的凹曲面形状，同时还不容易变形。作为这样的兼作入射窗的输入基板的材料，比较理想的是将高纯度铝合金材料与纯铝材料形成一体的复合材料。
作为构成复合材料的一个侧面的铝合金材料的具体例子，比较理想的是日本工业标准(JIS)H4000-1988规定的A3000牌号的铝合金(Al-Mn系)、A4000牌号的铝合金(Al-Si系)、A5000牌号的铝合金(Al-Mg系)以及A6000牌号的铝合金(Al-Mg-Si系、Al-Mg2Si系)中的某一种，而另一面，另一侧面的纯铝材料比较理想的是日本工业标准(JIS)H4000规定的A1000牌号的铝材(纯度99.0％以上)。
再有，构成输入基板的复合材料整个厚度即合计的厚度，在不承受大气压的状态下安装时，最好在0.2～2.0mm范围内，而在输入基板兼作输入窗的构造下，在承受大气压的状态下安装时实用上最理想的复合材料厚度在0.5～3.0mm内。
另外，构成复合材料的铝合金材料厚度与纯铝材厚度之比最好在1∶2～80∶1的范围内。
输入屏幕的荧光层，为了得到高分辨率及变换效率，由例如钠激活的碘化铯等荧光体构成，为了得到高分辨率及变换效率，利用真空蒸镀法形成具有微细的、膜厚较厚的(400μm左右)柱状结晶构造的薄膜。
另外，构成兼作输入窗的输入基板的复合材料的材料中，配置在放射线入射侧的铝合金材料，由于是作为真空管壳的一部分而必须具有承受大气压的结构强度，因此所用的材料最好是例如JIS H4000-1988规定的A3000牌号的Al-Mn系合金、A4000牌号的Al-Si合金、A5000牌号的Al-Mg系合金、A6000牌号的Al-Mg-Si系及Al-Mg2Si系合金等高强度铝合金。
例如，上述A3000牌号的合金组成是例如按重量比由0.6％以下的Si、0.8％以下的Fe、0.30％以下的Cu、1.5％以下的Mn、1.3％以下的Mg、0.20％以下的Cr、0.40％以下的Zn,0.15％以下不可避免的杂质元素，以及剩余部分的Al构成的合金。
又，上述A5000牌号的合金组成是例如按重量比由0.4％以下的Si、0.7％以下的Fe、0.2％以下的Cu、1.0％以下的Mn、5.0％以下的Mg、0.35％以下的Cr、0.25％以下的Zn、0.15％以下不可避免的杂质元素、以及剩余部分的Al构成的合金。
又，上述A6000牌号的合金组成是例如按重量比由0.4～0.8％的Si、0.7％以下的Fe、0.15～0.40％的Cu、0.15％以下的Mn、0.8～1.2％的Mg、0.04～0.35％的Cr、0.25％以下的Zn、0.15％以下不可避免的杂质元素，以及剩余部分的Al构成的合金。
上述铝合金材料中，例如作为一种Al-Si-Mg合金的JIS-6061牌号的铝合金特别理想。这是含有Mg约1.0重量％、Si约0.6重量％、Cu约0.25重量％、以及Cr约0.25重量％的铝合金。另外，在下面说明的实施例中主要使用材料的质地符号为“O”的、即退过火的轧制压延为约0.5mm厚的延展材料。当然，这样的铝合金材料也可以用来作为在不承受大气压状态下配置在真空管壳内部的输入基板一面的结构材料。
另外，上述JIS规定的A2000牌号的Al-Cu系合金及A7000牌号的Al-Zn系合，由于结构强度不够高，因此不宜作为构成兼作输入窗的输入基板的铝合金材料使用。
另外，作为构成复合材料的另一种材料即纯铝材，是为形成具均匀且良好表面性状的荧光体层而使用的材料，采用特别能够形成均匀的表面质量的软质纯铝材。该纯铝材的具体例子可以是JIS H4000-1988规定的A1000牌号的铝板(纯度99.0％以下)，特别理想的是A1050P材料(纯度99.5％以上)。例如，上述A1000牌号的合金组成是由0.25％以下的Si、0.4％以下的Fe、0.05％以下的Cu、0.05％以下的Mn、0.05％以下的Mg、0.10％以下的Zn、0.15％以下不可避免的杂质元素、以及剩余部分的Al组成的铝材。
当构成兼作真空管壳输入窗的输入基板的复合材料厚度小于0.5mm时，作为真空管壳的耐压强度不够，而反过来，当厚度超过3.0mm时，放射线的透射损失及散射量增加，很难得到具有高对比度特性及分辨率的高图像质量的透射图像。因而，构成兼作真空管壳输入窗的输入基板的复合材料的总厚度设在0.5～3.0mm内。
另外，在不作为真空管壳输入窗时，由于不承受大气压，因此只要具有必需的最小限度的机械强度即可，实用上复合材料的总厚度只要在0.2mm～2.0mm即可。
另外，当构成复合材料的高强度铝合金材料厚度与纯铝材厚度之比小于1∶2时，复合材料的耐压强度不够，在大气压作用下容易产生变形，透射图像容易产生失真。另外，一旦厚度比超过80∶1，即纯铝材厚度的比例过少，则难以确保均匀的表面质量，由CsI蒸镀构成的荧光体层受到粗糙表面的影响，透射图像的分辨率降低。因而高强度铝合金材料与纯铝材厚度之比取在1∶2～80∶1范围内。
再有，在前述放射线显像管制造方法中，在对复合材料进行弯曲加工、形成输入基板的工序之后，最好设置对输入基板的纯铝材一侧表面进行抛光处理以去除表面微细凸起使表面光滑的工序。通过实施该抛光处理，去除复合材料形成时产生的凹凸及轧辊印等的微细凹凸，使输入基板的凹曲面变得光滑，因此能够大幅度改善荧光体层相对于输入基板的附着强度，同时抑制在输入基板表面的放射线散射，大幅度提高放射线显像管的分辨率。
另外，最好将卤化碱荧光体膜及光电面形成一体覆盖在放射线入射的输入窗的内表面。
采用具有上述结构的放射线显像管，由于用高强度铝合金材料及表面质量良好的纯铝材构成的复合材料形成输入基板，因此与已有的仅用纯铝材构成的输入基板相比，能够将其厚度减少到0.2～0.3mm左右的最低限度。所以能够有效地抑制输入基板对放射线的吸收，能够提高显像管的分辨率。
另外，在形成输入基板兼作X射线输入窗的显像管的情况下，由于用高强度铝合金材料与软质纯铝材形成一体的复合材料构成的输入窗，因此在输入部放射线的散射及透射损失少、以此能够提高放射线的利用效率，能够得到具有高对比度特性及高分辨率的透射图像。
另外，由于在软质、表面质量好的纯铝材的内表面形成荧光体层，因此形成的该荧光层能够做得均匀光滑，能够减少噪声，大幅度提高分辨率。也就是说，由于直接附着形成输入荧光面(荧光体层)的输入基板内表面是用纯铝构成，通过放入大量的直径1mm左右的金属或陶瓷的小球使其旋转对该内表面的微细凹凸进行抛光处理，很容易将其去除而使表面光滑。
再有，在形成输入基板兼作输入窗的显像管的情况下，由于能够用一块复合材料完成以往分别制造再组装的输入窗及输入基板的功能，零部件数量减少，因而能够简化制造装配工序，所以能够大幅度降低放射线显像管的制造成本。
图1是表示本发明涉及的放射线显像管一实施例的剖面图。
图2为图1中Ⅱ部分的放大剖面图。
图3为表示本发明涉及的放射线显像管的制造工序方框图。
图4为表示弯曲加工复合材料的压机的结构的剖面图，图中表示压机上安装了切成圆板状的复合材料的状态。
图5是表示从图4的状态出发将复合材料压成曲面形状的状态的压机剖面图。
图6是表示弯曲加工后的输入基板形状的剖面图。
图7是表示从图6的状态出发在输入基板的外围安装支持框架的状态的剖面图。
图8是表示使输入基板的纯铝材表面变得光滑的抛光装置的结构的正视图。
图9是表示弯曲加工前输入基纯铝材表面凹凸轮廓的图形。
图10是表示腐蚀处理后输入基板纯铝材表面凹凸轮廓的图形。
图11是表示抛光处理后输入基板纯铝材表面凹凸轮廓的图形。
图12是表示抛光处理后仅用铝合金构成的输入基板的凹凸轮廓图形。
图13是表示本发明涉及的放射线显像管另一实施例的剖面图。
图14为图13中XVI部分的部分放大剖面图。
图15为图13中XV部分的放大剖面图。
图16是表示本发明涉及的放射线显像管又一实施例的主要部分纵剖面图。
图17是表示本发明涉及的放射线显像管又一实施例的半纵剖面图。
图18是表示已有的X射线显像管的大概结构的剖面图。
下面参照附图更具体地说明本发明的实施形态。
图1～图2所示为本发明涉及的放射线显像管用于X射线显像管1a的实施例的剖面图。也就是说，本实施例的X射线显像管1a具有在真空管壳2a的某一侧面形成的使X射线射入真空管壳2a内的输入窗10、将射入输入窗10的X射线变换为荧光图像及光电子图像的输入屏幕5、以及支持该输入屏幕5的输入基板4a，在该X射线显像管1a中，上述输入基板4a用X射线入射侧的铝合金材料11及输入屏幕侧的纯铝材12形成一体的复合材料13构成。
另外，上述输入窗10，由于构成直接受大气压作用的真空管壳的一部分，因此用前述高强度铝合金材料做成。输入窗10的外围边缘与高强度材料制成的支持框架14的一端连接，形成真空气密结构，支持框架14的另一端与从真空管壳2a的主体延伸设置的密封用金属环状体15的前端部气密连接。
还有，上述输入基板4a，如图2放大所示，用X射线入射侧的高强度铝合金材料11与输入屏幕5一侧的纯铝材12形成一体的复合材料13构成。在输入基板4a设定纯铝材料12内侧表面附着形成的输入屏幕5没有特别限定，可以采用具有众所周知的由活性化碘化铯(CsI)形成的柱状结晶结构的荧光体层，在其表面形成的光电阴极层、以及根据需要加在荧光体层与光电阴极层之间的光透射性中间层或导电层的屏幕。
在上述输入基板4a的外围边缘部分形成外围凸缘部分11a，该外围凸缘部分11a与支持框架14a的一端进行机械及电气连接，该支持框架14a的另一端夹在支持框架14与密封用金属环状体15的前端部之间，保持机械及电气连接。另外，支持框架14与密封用金属环状体15在最外围边缘利用氦弧焊形成真空气密连接，形成气密焊接部分16。
另外，在支持固定输入基板4a的支持框架14a上设置穿透的通气孔17，该结构利用该通气孔17能够可靠而且高效对输入窗10与输入基板4a之间的空间抽真空。另外，在真空管壳2a的内圆周表面同轴配置形成静电透镜系统用的多个聚焦电极8a。
上述X射线显像管1a通过图3所示的工序制造。首先，制造构成输入基板的复合材料。以形成复合材料的各原材料厚度为一实例。即将厚约0.8mm左右的纯铝板材与厚约3.2mm左右的铝合金板材冷轧，形成总厚度为2mm左右的复合体。
接着，将所得的复合体在氮氢混合气体中以例如250℃的温度加热约1.5小时进行退火处理。该退火处理的条件为，温度在100～600℃的范围，最好是150～400℃的范围内，时间在1～2小时的范围内。通过进行该退火处理，即使不使用粘接剂等中间材料，也能够大幅度提高复合材料的粘接强度。
接着再经过压延加工工序，将复合体压制成适应用途的厚度。例如，铝合金材料部分的厚度Ta约为0.8mm，纯铝板部分的厚度Tb约为0.2mm，总厚度约为1.0mm。
另外，作为构成在不承受大气压作用状态下使用的输入基板的复合材料的总厚度的一个例子，对于输入屏幕有效直径为9英寸以下大小的X射线显像管，0.2mm～0.5mm比较适合；对于12英寸大小的X射线显像管，0.5mm～0.8mm比较适合；而对于14英寸以上大小的X射线显像管，则1.0mm～2.0mm比较适合。
另外，作为兼作下述真空管壳的放射线输入窗的输入基板使用的复合材料总厚度的一个例子，对于输入屏幕有效直径为9英寸以下大小的X射线显像管，0.5mm～0.8mm比较适合；对于12英寸大小的X射线显像管，1.0mm～1.5mm比较适合，而对于14英寸以上大小的X射线显像管，则1.5mm～3.0mm比较适合。
然后，将上述方法制成的平板状复合材料切割成直径比X射线显像管输入窗或输入屏幕形成区域的直径略大的圆板状，例如9英寸型X射线显像管用的切割成直径约260mm,12英寸型用的切割成直径约350mm,16英寸型用的切成直径约440mm。
然后，利用加压成形将铝合金材料一侧作为外面一侧形成规定曲率半径的凸出球面形状。再将成形体洗净，进行腐蚀处理。然后，将该输入基板的周围部分与高强度支持环气密连接。然后，对该输入基板的输入屏幕形成面即纯铝一侧的表面进行抛光处理。再在该输入基板表面形成光体层等输入屏幕，并将其安装在输入窗一侧，同时作为真空管壳密封，将其内部抽真空，在输入屏幕上形成光电阴极层，从而完成X射线显像管的制作。
下面说明各工序。将复合材料切成圆板状后，如图4所示，将该圆板状复合材料13放在压机下模22上，将周围部分21a用压边圈23夹住，紧紧压住，同时如图5所示，在常温下以规定的压力压下上冲头24冲压成形，得到球面状的输入基板。复合材料13的铝合金材料11面放在下模22一侧，而纯铝一面12则位于上冲头24一侧。下模22的冲压面22a与上冲头24的冲压面24a将表面精加工成规定的曲率半径，且精加工成接近镜面的高光洁度。
成形为球面状的输入基板4a各区域的曲率半径，根据电子透镜的电子发射阴极面所需要的条件，一般最好如图6所示设定。也就是说，输入基板4a中心区域C的曲率半径R2小于周围边缘区域P的曲率半径R1。
在图6中，输入基板4a的外围边缘部分形成的外围凸缘部分11a只用铝合金材料11形成。该外围凸缘部分11a是通过将输入基板4a外围边缘部分的纯铝材12切削加工加去除而形成的。
接着，如上所述将加压成形的输入基板4a除油清洗。也就是说，将输入基板4a的全部表面短时间浸在硝酸等中进行腐蚀处理以去除氧化膜等。然后，如图7所示，利用局部热压接法，将输入基板4a外围凸缘部分11a的被接合面与厚壁不锈钢制支持框架14a的被接合面气密连接。
在这样制成的输入基板4a的至少纯铝材一侧内表面上存在辊印及由于腐蚀等原因而产生的大量微细凹凸。因此，接下来如图8所示，将输入基板4a固定在抛光装置31上，在该基板4a的凹曲内表面即纯铝材一侧表面上放入大量的微小球体32，然后在规定时间内连续旋转输入基板4a，实施抛光处理。
该所谓抛光(burnishing)处理具一种使表面光滑的加工方法，是利用使例如微小球体在基板的被加工表面上滚动，或将其他工具按压在基板的被加工表面上滑动，使表面微细的凸起粉碎，并利用它填埋微细凹坑的方法。因而，由于该方法不是削掉从而去除输入基板被加工表面的凸起的方法，因此如果采用该方法，则基本上不产生基板材料的切削屑。
抛光装置31具有兼作激振器的底座33、在圆弧状部分有连续齿34的倾斜角调整臂35、驱动该调整臂35的齿轮36、固定输入基板4a用的基板支架37、支撑该支架并使其能旋转的轴承38、使基板支架旋转的旋转驱动电动机39、其旋转轴40、与旋转轴40连接传递旋转力矩并作为基板盖板的旋转盖板41、以及支持电动机用的臂42。另外，与此类似的装置在德国公开专利第2435629号公报中揭示，也可以使用那样的装置。
在抛光处理时，将输入基板4a固定在装置的基板支架37上，同时如上所述，在输入基板4a的内侧放入规定数量的微小球体32。然后，将与电动机39成为一体的旋转盖板41罩住输入基板4a，同时固定在基板支架37上，驱动电动机39，如箭头S所示，以例如每秒1转的速度使输入基板4a旋转。
微小球体32的维氏(Vickers)硬度比输入基板4a的材料硬度大2倍以上。用例如不锈钢那样的金属材料或氧化铝瓷那样的材料制成。另外，该微小球体32的平均直径在0.3mm～3.0mm范围内，最好是例如1.0mm左右的圆球体。例如在12英寸型用的输入基板的处理中，将总重量约500克左右的大量微小球体32放入，使输入基板旋转约60分钟。这样，输入基板内表面微细凸起在转动的微小球体作用下慢慢粉碎，同时大量的蚀孔由此而逐渐被填补，由上述加压成形产生的无方向性的缓慢变化的凹凸，如下面所述变得比较光滑，能够大致保留其形状及尺寸不变。
另外，在抛光处理中，使用规定量的微小球体并使基板旋转的方法，由于被处理基板的形状及曲率半径基本上不发生变化，是比较理想的。但是，不限于这种方法，也可以采用以适当的压力将接触头压紧基板面而又不使基板产生变形，一边让基板或接触头至少一方移动使基板表面的微小凸起粉碎的手段。
另外，利用该抛光装置31，根据需要能够适当调节倾斜角调整臂35，使输入基板4a的旋转中心轴的倾斜角连续或阶跃式变化，或者利用激振器适当加以振动，以改变输入基板中心区域、中间区域或边缘区域的抛光处理程度。或者，使倾斜角调整臂35的倾斜速度不恒定，例如随着倾斜变大倾斜速度变慢，或者加大倾斜角度主要将微小球体集中在边缘区域时降低电动机39驱动的基板旋转速度等，能够根据愿望改变基板表面的每个被处理区域的单位面积基板表面与球体的接触时间。另外，微小球体可以是在输入基板表面上旋转、移动或摩擦等运动，也可以是任意运动。
另外，如前所述，由于在抛光处理中基本上不切削微细凸起，因此不会产生不希望产生的粉末。因而不需要清洗去除粉末。但是，在例如下述实施例那样产生若干粉末等的情况下，则进行乾式或湿式清洗处理。
在这样抛光处理后，在输入基板4a的输入屏幕形成的表面上形成作为光反射膜的铝蒸镀膜，厚度为例如约3000埃(A)。另外，也可以没有这种光反射膜，但在有必要把输入屏幕形成的表面的光反射率规定为所要求的值时，或者对于在输入基板整个表面消除部分污垢等缺陷，光反射膜还是有用的。
然后，在输入基板表面附着形成输入屏幕5。也就是说，用众所周知产蒸镀方法在输入基板表面的纯铝材一侧表面上形成例如钠激活的碘化铯(CsI)构成的厚度为例如400～500μm柱状结晶构造的荧光体层。该荧光体层的各柱状结晶的平均直径在大约6～10μm范围内，例如约为8μm。根据需要，也可以形成透光性的中间层，甚至形成透光性的导电层，以使得在由该柱状结晶的集合构成的荧光体层上各结晶的端部相连。
然后，将该输入基板安装在真空管壳的放射线输入窗一侧，作为真空管壳再将规定部位气密焊接密封，然后利用抽真空装置对内部抽真空，再形成光电面，完成输入屏幕5的制作。
采用上述图1～图2所示结构的本实施例的X射线像管1a，由于利用高强度铝合金材料11与表面质量良好的纯铝材料12构成的复合材料13形成输入基板4a，因此与已有的仅由纯铝材形成的输入基板4相比，歪扭等变形小，而且能够将其厚度减少到0.2～2.0mm左右的最低必需限度。所以能够减少输出图像的球面像差，并且有效地抑制输入基板4a中放射线的吸收，并能够改善显像管1a的分辨率及辉度的一致性。
另外，输入基板4a的形成输入屏的纯铝材料表面，利用抛光处理将复合材料制作及加压成形中产生的凹凸不平变得光滑。因此，荧光体层发出的光线中，经过各柱状晶体内部向着输入基板表面或其面上的光反射膜的方向前进，受到反射的光基本返回到相同柱状结晶内，到达光电面。其结果是，能够改善辉度的一致性及分辨率特性。
对已确认这样的改善特性的本实施例输入基板表面的状态，通过与以往的例子进行比较并观察，证实了下述的事实。也就是如图9-12所示的各种输入基板表面的凹凸轮廓图。各凹凸廓图是根据JIS规定的探针式表面粗糙度测定法进行测定的。
图9为厚0.4mm的铝合金材料与厚0.1mm的纯铝材料构成的总厚度0.5mm的复合材料，是表示曲面加压成形前平板状复合材料的纯铝材一侧表面的凹凸轮廓图。另外，横轴表示沿复合材料(输入基板)表面方向的位置，纵轴表面在厚度方向上的位置，这一点在其他凹凸剖面图中也一样。
从上述图9的凹凸轮廓图明显可以确认，在复合材料的纯铝材表面确实存在包括压延成形时产生的辊印在内的无数微细凹凸。
图10是将上述复合材料加压成形构成具有规定凹曲面的输入基板后，再实施约15分钟的腐蚀处理，将纯铝材表面清洗后的纯铝材表面凹凸轮廓图。从图10明显可以确认，在压力加工及腐蚀处理后的输入基板表面确实形成落差更大的无数微细凹凸及大量的蚀孔。
图11是表示上述腐蚀处理过的输入基板，其后经过约50分钟的抛光处理情况下的纯铝材表面的凹凸轮廓图形。
从图11明显可以确认，通过抛光处理，加压成形时生成的尖峰状凹凸变成平滑的凹凸，同时在抛光处理前存在的无数微细凹凸及蚀孔几乎消失。
图12所示为比较例，是将仅由厚0.5mm的铝合金材料形成的输入基板在与上述输入基板相同条件下经加压成形、腐蚀处理及抛光处理后的表面凹凸轮廓图形。从图12明显可以确认，仅由铝合金形成的输入基板，即使实施抛光处理，表面的凹凸也不能完全消除，与上述实施例的输入基板相比，凹凸较粗且残留有微细凹凸。
比较上述事实可以明白，通过对由复合材料形成的输入基板的纯铝材表面实施抛光处理，能够在很大程度上消除微细凹凸。这样采用本实施例的制造方法，预先由纯铝及铝合金形成的复合材料在压延时及加压成形时或腐蚀处理产生的微细凹凸，利用抛光处理能够基本消除。
因而，采用本实施例实现的X射线像管，输入屏幕对输入基板仍旧保持有足够的附着强度，同时能够防止辉度一致性及分辨率的降低，而且能够降低输入基板歪扭或表面状态引起的电子透镜系统的像差，即球面差或像散以及图像噪声。
下面参照


具有输入基板兼作X射输入窗即真空管壳一部分的结构的放射线显像管实施例。图13～图15所示为本发明9英寸型X射线显像管1b(直径230mm)采用的另一实施例的剖面图。另外，相同结构要素标以相同符号，并省略重复说明。
也就是说，本实施例涉及的X射线显像管1b是在具有由玻璃制成的管体部分及输出窗6部分的真空管壳上气密连接同样作为真空管壳的一部分兼作X射线输入窗10的输入基板13a，在该输入基板13a的内表面直接形成输入屏幕5制成的。
兼作真空管壳X射线输入窗的输入基板10如图14放大所示，用X射线输入侧的高强度铝合金材料11及输入屏幕5侧的纯铝材12形成一体的复合材料13构成。
这里兼作真空管壳X射线输入窗的输入基板10按照下述步骤制造。首先，将高强度铝合金A6061(屈服强度为73.6N/mm2)及纯铝材A1050在重叠状态下通过压延加工制成总厚度为1.0mm、高强度铝合金材料与纯铝材料厚度比(Ta∶Tb)为4∶1、宽度为250mm的复合材料。再将得到的复合材料切成圆形，然后通过冲压加工制成曲率半径为200mm、中心部分向大气一侧凸出的具有规定双曲面的输入窗10。再如图15所示，在输入窗10的外围边缘去除部分纯铝材，形成仅由高强度铝合金材料11构成的平坦的外围凸缘部11a。
接着如图15所示，将X射线输入窗10外围边缘成的平坦的外围凸缘部11a置于预先镀镍的铁或不锈钢那样的铁合金制成的厚壁高强度支持框架14b上，同时放在上下成对的连接装置之间加热同时加压进行气密连接，形成连接部分B。另外，该气密连接也可以用在外围凸缘部分11a与支持框架14b之间夹着薄钎料环的状态下稍微加压进行钎焊连接的方法加以实施。
这样与高强度支持框架14b气密连接的外围凸缘部为了提高其连接强度并确保抵抗真空压力的结构强度，最好是部分切削去除纯铝材12，而仅由高强度铝合金形成。
下面与上述实施例一样，对纯铝材表面实施抛光处理。然后在与支持框架14b连接成一体的输入窗基板纯铝材一侧形成输入屏幕5。该输入屏幕的荧光体层由钠激活的碘化铯(CsI)形成，利用真空蒸镀法成膜。也就是首先在4.5×10-1Pa压力下蒸镀约400μm厚的CsI，再在其上在4.5×10-3Pa压力下蒸镀约20μm厚的CsI。再在该荧光体层上面附着透明导电膜。
接着如图13及图15所示，使与形成荧光体层5的输入窗10构成一体的高强度支持框架14b和预先与作为真空管壳2a的一部分的玻璃制管体的前端部连接着的例如由Fe-Ni-Co合金等制成的密封用金属环状体15a贴紧，对其贴紧部分的外围利用电弧焊接装置进行气密焊接。然后，抽出真空管壳2a内的气体，以此制成图13所示的X射线显像管1b。
采用上述实施例涉及的X射线显像管1b，由于用高强度铝合金材料11及软质纯铝材料12形成一体的复合材料13a构成兼作真空管壳输入窗10的输入基板，因此在输入部分的X射线散射和透射损失少。另外，输入基板的歪扭等变形少，而且放射线利用效率高，球面像差及像散小，能够得到具有辉度一致性好、高对比度特性及高分辨率的输出图像。
另外，由于在软质、表面质量良好的纯铝材12的内表面形成荧光体层5，因此形成的该荧光体层5也能够均匀平滑，能够减少噪声，大幅度提高分辨率。
再有，能够用一块复合材料13a完成以往分别制作再装配起来的输入窗及输入基板的功能，由于零部件数量减少而能够简化制造装配工序，因此能够大幅度降低放射线显像管的制造成本。
为了确认上述实施例涉及的X射线显像管1b的优越性，进行了下述对比试验。也就是将厚为0.8mm的高强度铝合金(A6061)经冲压加工形成具有与实施例的输入窗10相同曲率半径及尺寸的输入窗3，又将厚0.5mm的纯铝材(A1050)冲压加工制成具有与实施例的输入窗10相同曲率半径及尺寸的输入基板4，在其内侧形成与实施例相同的荧光体层5。接着，将上述输入窗3固定连接在真空管壳2的一侧面上，而将上述输入基板4设置于真空管壳2内离开上述输入窗3的距离为12mm，通过这样配置制成如图18所示的作为已有技术的例子的X射线显像管。
然后对前述实施例及上述已有技术例的X射线显像管1b及1、测定X射线利用效率的变化，同时测定因输入部X射线散射引起的透射图像对比度特性变化。X射线利用效率是利用具有60KeV能量的X射线的量子检测效率来评价的，而透射图像的对比度特性是根据进行诊断时重要的小区域对比度系数(φ10mm的对比度系数)来评价的。测定评价结果如下表1所示。
表1
根据上述表1所示结果显然可以判断，具有用复合材料形成的输入窗的实施例的X射线显像管，与具有输入窗及输入基板双层构造的以往的X射显像管相比，输入部的X射线散射量少，X射线的利用效率甚至可改善20％以上。
又可以确认，诊断上重要的小区域对比度从17∶1增加至24∶1，能够得到分辨率高、噪声小的X射线显像管。因而能够提高X射线诊断系统的透视图像的图像质量，大幅度提高诊断精度。
另外，除了上述实施例外，使高强度铝合金材料(A6061P-O)的厚度在0.7～0.9mm范围内改变，而纯铝材料(A1050P)的厚度在0.2-0.5mm范围内改变，从而制成各种复合材料，做成X射线显像管，比较测定其对X射线利用效率及对比度特性的影响。其结果是，各材料厚度增加0.2mm的情况下X射线显像管特性的影响也只是造成相对于上述实施例的X射线显像管的特性值有1％左右的变化。
图16所示的实施例是将铝复合材料13制成的兼作输入窗10的输入基板4a外围凸缘部分11a与铝材制成的厚壁支持框架14e以端部焊接部B真空气密连接。这种情况下，不去除纯铝材12而将其仍旧保留在外围凸缘部11a，和铝合金材料11一起连接在支持框架14c上。另外，铝材制成的厚壁支持框架11c预先与铁合金制的辅助支持框架14d以气密钎焊部C连接成一体。所以，在用焊接部B将预先连接成一体的两支持框架14d及14c与输入基板4a连接之后，附着形成输入屏幕5，然后用氦弧焊接部D将辅助支持框架14d的外围边缘与真空管壳部分的铁合金制环状体15a的外围边缘气密连接，进行真空管壳的密封。这样能够抑制各焊接部分的焊接热量直接波及输入屏幕而带来的不好影响。
图17所示的实施例是使用平板或在大气压下只是微凹的基本上是平板状的、用铝复合材料13制成兼作输入窗10的输入基板4a的X射线显像管之一例。该X射线显像管的真空管壳由兼作X射线输入窗10的用铝复合材料制成的平圆板状输入基板4a、密封用金属环状体15a、绝缘陶瓷制圆环18、以及与另一密封用金属环状体15b真空气密焊接的平圆板状输出玻璃窗6构成。而且，将复合材料13制成的输入基板4a的外围凸缘部11a与兼作高强度支持框架的密封用金属环状体15a用焊接部B直接气密焊接。
然后，在输入基板4a的内表面附着形成输入屏幕5，靠近输入屏幕5配置微通道板(MCP:Micro Channel Plate)，在靠近其输出侧配置的圆板状输出玻璃窗6的内表面附着形成输出屏幕7。以此构成比较薄的平板型X射线显像管。
另外，附着形成输入屏幕的用铝复合材料13制成的输入基板4a也可以与真空管壳的X射线输入窗分开制作，作为独立的零部件隔开一定距离配置在靠近该X射线输入窗的真空区域一侧。采用该结构，如上所述，输入基板可以不必考虑大气压的作用，以相当薄的铝复合材料构成。
如上述说明那样，采用本发明的放射线显像管，由于用高强度铝合金材料与软质纯铝材形成一体的复合材料构成输入窗及输入基板，因此该输入基板的歪扭等变形小，而且能够做得较薄，所以输入部分的放射线散射及透射损失小。这样，电子透镜系统的球面像差及像散小，能够得到辉度及分辨率的一致性好的、具有高对比度特性的输出图像。
另外，由于在软质且表面质量良好的纯铝材内表面形成荧光体层，因此该荧光体层也够做成得均匀平滑，能够减少噪声并大幅度提高分辨率。也就是说，由于用纯铝构成直接附着形成输入荧光面的输入窗内表面，因此可以通过放入大量直径1mm左右的金属或陶瓷的微小球体使其旋转以进行抛光处理，就能够很容易地使该内表面的微细凹凸粉碎而变得平滑。
再有，在形成兼作输入窗的输入基板时，能够用一块复合材料完成以往分别制作装配起来的输入窗及输入基板的功能，零部件数量减少，可以简化制造装配工序，所以能够大幅度降放射线显像管的制造成本。
这样，采用本发明，能够得到输入基板的歪扭等变形小、输出图像的全部区域像差小、分辨率高且辉度一致性及对比度特性良好的放射线显像管。
权利要求
1．一种放射线显像管，具有在一侧形成使放射线入射的放射线输入窗的真空管壳、将前述入射放射线形成的放射线图像变换为荧光图像或光电子图像的输入屏幕、在一侧表面附着了该输入屏幕的输入基板、以及在上述真空管壳的另一侧设置的输出屏幕，其特征在于，上述输入基板用上述放射线入射侧的铝合金材料与上述输入屏幕附着的一侧的纯铝材料形成一体的复合材料构成。
2．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料，其铝合金材料部分的厚度与纯铝材部分的厚度之比在1∶2～80∶1的范围内。
3．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，上述输入基板作为与上述真空管壳的放射线输入窗分开的零部件配置在前述真空管壳的内部靠近该放射线输入窗而又隔有一段距离的地方。
4．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，上述输入基板兼作上述真空管壳的放射线输入窗，在其纯铝材一侧表面上直接附着上述输入屏幕。
5．如权利要求4所述的放射线显像管，其特征在于，上述放射线输入窗或输入基板形成向上述放射线射来的方向凸出的接近球面的形状。
6．如权利要求3或4所述的放射线显像管，其特征在于，上述放射线输入窗或输入基板形成与通过上述输入屏幕及输出屏幕各中心轴的管轴大致垂直的平板形状。
7．如权利要求3所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料总厚度在0.2～2.0mm范围内。
8．如权利要求4所述的放射线显像管，其特征在于，构成兼作上述放射线输入窗的输入基板的复合材料总厚度在0.5～3.0mm范围内。
9．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料，其铝合金材料的铝含量小于99重量％，而且屈服强度为4Kg/mm2以上，而纯铝材的铝含量在99重量％以上，并且屈服强度小于3Kg/mm2。
10．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料的铝合金材料是由重量百分比为0.6％以下的Si、0.8％以下的Fe、0.30％以下的Cu、1.5％以下的Mn、1.3％以下的Mg、0.20％以下的Cr、0.40％以下的Zn、0.15％以下的不可避免的杂质元素，以及剩余部分的Al构成的合金。
11．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料的铝合金材料是由重量百分比为0.4％以下的Si、0.7％以下的Fe、0.2％以下的Cu、1.0％以下的Mn、5.0％以下的Mg、0.35％以下的Cr、0.25％以下的Zn、0.15％以下的不可避免的杂质元素、以及剩余部分的Al构成的合金。
12．如权利要求1所述的放射线显像管，其特征在于，构成上述输入基板的复合材料的铝合金材料是由重量百分比为0.4～0.8％的Si、0.7％以下的Fe、0.15～0.40的Cu、0.15％以下的Mn、0.8～1.2％的Mg、0.04～0.35％的Cr、0.25％以下的Zn、0.15％以下的不可避免的杂质元素、以及剩余部分的Al构成的合金。
13．如权利要求4所述的放射线显像管，其特征在于，兼作上述真空管壳放射线输入窗的输入基板，在该输入基板外围部分形成部分去除纯铝材的，主要由铝合金材料构成的外围凸缘部分，该外围凸缘部分直接或通过金属制支持框架与上述真空管壳的边缘部分真空气密连接。
14．如权利要求4所述的放射线显像管，其特征在于，在兼作上述真空管壳的放射线输入窗的输入基板外围部分与纯铝或铝合金构成的支持框架的一端部真空气密连接，而前述支持框架的另一端与上述真空管壳的边缘部分真空气密连接。
15．一种放射线显像管的制造方法，所制造的放射线显像管具有在一侧形成使放射线入射的放射线输入窗的真空管壳、将前述入射的放射线形成的放射线图像变换为荧光图像或光电子图像的输入屏幕、在一侧表面附着了该输入屏幕的输入基板、以及在上述真空管壳的另一侧设置的输出屏幕，该放射线显像管的制造方法，其特征在于包括将铝合金材料与纯铝材料压在一起后在规定温度下进行规定时间的退火处理，然后经压延加工形成一体的复合材料构成的上述输入基板形成的工序、在该输入基板的纯铝材一侧表面附着输入屏幕的工序，以及将制得的输入基板安装在上述真空管壳的放射线入射侧的工序。
16．如权利要求15所述的放射线显像管制造方法，其特征在于，上述退火处理在处理温度为100～600℃范围内、处理时间为1～2小时范围内实施。
17．如权利要求15所述的放射线显像管制造方法，其特征在于，还包括将上述复合材料进行弯曲加工形成该铝合金材料一侧向放射线入射而来的方向凸出的具有规定曲率的接近球面状，从而形成输入基板的工序，以及在该输入基板的纯铝材一侧表面附着上述输入屏幕的工序。
18．如权利要求15所述的放射线显像管制造方法，其特征在于，还具备将附着上述输入屏幕的输入基板直接或通过金属制支持框架进行真空气密连接，使其兼作上述真空管壳的放射线输入窗的工序。
19．如权利要求18所述的放射线显像管制造方法，其特征在于，还包括在使上述输入屏幕附着之前部分除去上述输入基板外围部分的纯铝材而形成主要由铝合金材料构成的外围凸缘部分的工序、将上述金属制支持框架与该外围凸缘部分进行真空气密连接的工序，以及在这之后将上述输入屏幕附着在上述输入基板的纯铝材表面上、然后再将上述支持框架与上述真空管壳的放射线入射则进行真空气密连接的工序。
20．如权利要求15所述的放射线显像管制造方法，其特征在于，还包括在对上述复合材料进行弯曲加工形成输入基板的工序之后，通过对该输入基板的纯铝材一侧的表面进行抛光处理使表面的微细凹凸变得光滑的工序。
全文摘要
本发明提供输入基板歪扭等变形少、输出图像在整个区域像差小、分辨率高且辉度一致性及对比度特性良好的放射线显像管。该放射线显像管1a具有在真空管壳2a的某一侧面形成的使放射线入射至真空管壳2a内的输入窗、将输入窗入射的放射线变换为荧光图像及光电子图像的输入屏幕、及支持该输入屏幕的输入基板4a,该放射线显像管1a的特征在于,输入基板4a由放射线入射侧的铝合金材料及输入屏幕一侧的纯铝材形成一体的复合材料构成。
文档编号H01J29/86GK1218272SQ9812266
公开日1999年6月2日 申请日期1998年11月20日 优先权日1997年11月21日
发明者野地隆司, 广井光正, 谷口淳二, 关岛义信 申请人:东芝株式会社