KR101469915B1 - Ｘ선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 X선관에 관한 것으로, X선을 패키지(2)의 외부로 투과시키는 X선투과창(5) 부근의 구조를 개량하고, 패키지의 강도를 향상시키는 동시에, 기판에 대한 X선투과창의 형성 및 기판 취급을 용이하게 한다.
X선관(1)은, 벌집 구조(7)의 개구부(6)가 형성된 426합금으로 이루어지는 2매의 제1기판(4a), 제2기판(4b)과, 제1기판(4a)과 제2기판(4b)에 끼워져 개구부를 폐지하는 티타늄박제의 X선투과창(5)으로 이루어지는 기판과, 상기 기판에 취부되어 내부가 고진공 상태가 된 상자형태의 용기부(3)와, 용기부의 내부에서 상기 제1기판(4a)의 개구부에 설치된 X선타겟(8)과, 용기부 내에 설치되어 X선 타겟으로 전자를 공급하는 음극(10)을 구비한다. 기판의 벌집 구조로 X선투과창을 양면으로부터 보강했으므로, 기판이나 X선투과창이 변형하지 않게 되고, 패키지 강도가 향상했다.

Description

Ｘ선관{Ｘ-ray tube}

본 발명은, 고진공 상태가 된 패키지의 내부에서 전자원으로부터 전자를 방출시켜서 X선 타겟에 충돌시키고, X선 타겟으로부터 방출된 X선을 패키지의 X선투과창으로부터 외부로 방사하는 X선관에 관한 것으로서, 특히 X선투과창의 개량에 의해 패키지의 강도를 향상시킨 X선관에 관한 것이다.

하기 특허문헌 1에는, 공기에 X선을 조사하여 이온 가스를 생성하기 위한 X선 발생 장치가 개시되어 있다. 이 X선 발생 장치에 이용되는 X선관은, 원주형상의 패키지(밸브)를 본체로 하고 있고, 패키지내에 있어서, 필라멘트로부터 방출된 전자는, 포커스에 의해서 집속되어, X선 타겟에 충돌하여 X선을 발생시키고, 이 X선은 출력창(X선투과창)을 투과하여 패키지의 외부로 출사된다.

도 8은, 상술한 특허 문헌 1의 X선관과 마찬가지로, 유리제의 원주형상의 패키지(100)를 본체로 하는 소위 환형관으로 불리는 타입의 X선관의 단면도이다. 이 원주형상의 패키지(100)는, 그 일단면에 있는 원형의 통로가 베릴륨의 막으로 이루어지는 X선투과창(101)으로 폐지되어 있고, 내부가 고진공 상태로 유지되고 있다. 패키지(100)의 내부에 있어서, X선투과창(101)의 내면에는 X선타겟(102)이 마련되어 있다. 또한 패키지(100)의 타단면의 측에는, 전자원인 음극(103)와 제어전극(104)이 마련되어 있다. 그리고, 음극(103)로부터 방출된 전자는 제어전극(104)에서 가속되고, 집속되어 X선타겟(102)에 충돌하고, X선투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 X선을 방사하게 되어 있다. 또한 도 8 중에서, X선투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 방사되는 X선을 모식적으로 부호 X로 나타는 동시에, X선투과창(101)에 있어서의 X선의 방사의 중심을 P로 나타냈다.

JP 2005-116534 A

그러나, 도 8에 나타낸 종래의 X선관에서는, 음극(103)로부터의 전자선이 빔형상으로 조여져 있고, 타겟(102)에 충돌한 위치를 중심으로 하여 X선이 방사형상으로 넓어지는 점형상의 X선조사이고(도 8에 있어서 부호 P로 나타내는 점이 중심), X선은 X선투과창(101)으로부터 나온 후에는 원추형상으로 넓어지기 때문에(도 8에 있어서 부호 X로 나타낸다), 조사 대상물의 크기에 대해서 유효한 조사 구역이 좁다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 조사 구역이 좁은 환형관의 X선관을 이용하여 넓은 범위로 X선을 조사시키기 위해서는, 다수의 X선관을 이용하고, 이것들을 늘어놓아 사용할 필요가 있으며, 설비 비용이나 유지보수 면에서의 부담이 컸다.

또한, X선을 광범위하게 조사하려면, 예를 들면 대상물로부터 멀리하여 X선을 조사하는 것도 생각할 수 있지만, 조사 대상물에 원하는 X선을 조사하려면, X선의 조사 강도를 강하게 할 필요가 있다. 아울러, 불필요한 곳에까지 X선을 조사하게 되어, X선 누설의 문제가 생겨 버린다.

그런데, 본원 발명의 발명자 등은, 이러한 종래의 환형관타입의 X선관의 문제점을 해결하기 위해서, 도 6 및 도 7에 나타내는 평형관타입의 X선관을 발명했다. 이 X선관은, 유리판을 상자형태로 조립한 용기부(51)의 개방측 주연부에, 가는 슬릿형상의 개구부(52)(예를 들면 폭 2 mm정도)가 형성된 X선불투과성의 금속으로 이루어지는 기판(53)을 취부하여 폐지하고, 추가로 기판(53)의 외측으로부터 개구부(52)에 티타늄박(箔)으로 이루어지는 X선투과창(54)을 취부하여 폐지한 패키지(55)를 본체로 하고 있다. 패키지(55)의 내부는 고진공 상태로 유지되고 있다. 패키지(55)내에 있어서, 기판(53)의 개구부(52)에 나타나고 있는 X선투과창(54)에는 텅스텐 등의 타겟(56)이 설치되어 있다. 또한, 패키지(55)의 내부에는, X선투과창(54)과 반대측의 내면에 배면전극(57)이 형성되고, 그 하방에는 필라멘트형상의 음극(58)과, 음극(58)으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극(59)과, 제1제어전극(59)이 인출한 전자를 가속하는 제2제어전극(60)이 순차적으로 배설되어 있다.

이 X선관에 의하면, 제1제어전극(59)에 의해서 음극(58)로부터 인출된 전자는 제2제어전극(60)에 의해서 가속된다. 그리고, X선타겟(56)과 충돌하여 발생한 X선은, X선투과창(54)을 투과하여 패키지(55)의 밖으로 방사된다. 이와 같이, 이 X선관에서는, X선투과창(54)의 소재로서 X선투과성이 양호하고 강도가 높은 티타늄을 사용하고 있고, 산화하면 유해한 베릴륨은 사용하고 있지 않다. 또한, X선은 기판(53)의 개구부(52)로 규제된 X선투과창(54)으로부터 방사되기 때문에, 개구부(52)가 가늘고 긴 슬릿 형상의 치수를 원하는 사이즈로 설정하면, X선이 방사되는 영역을 실질적으로 선형상으로서 X선투과창(54)의 슬릿폭으로 X선이 넓어지도록 할 수 있기 때문에, 대상물의 크기에 대응하여 유효한 넓이의 조사 구역을 비교적 높은 자유도로 용이하게 설정할 수 있고, 조사 구역이 좁은 환형관의 X선관에는 없는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 개구부(52)의 치수형상을 원하는 사이즈의 직사각형 홈형상 등으로 형성하면, X선투과창(54)에 있어서 X선이 방사되는 영역은 원형의 X선투과창에 비해 비교적 용이하게 외형으로부터 판단할 수 있기 때문에, X선을 정해진 위치에 정밀하게 이끄는 경로설정을 하는 것이 비교적 용이하다.

그러나, 본원 발명의 발명자 등이 제안한 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같은 평형관타입의 X선관에 의하면, 금속제의 기판(53)이나, 기판(53)의 개구부(52)에 마련된 티타늄박으로 이루어지는 X선투과창(54)이, 패키지(55)내의 진공 분위기에 의해서 외압을 받아 변형하고, 경우에 따라서는 파손하여 진공 상태를 유지할 수 없게 되는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.

게다가, X선투과창(54) 그 자체의 기계적인 강도가 약하고 작은 힘으로 파손해 버리므로, 기판(53)으로의 취부가 곤란하거나, X선투과창(54)을 기판(53)으로 취부한 후의 기판(53)의 취급에 주의를 필요로 한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 고진공 상태가 된 패키지의 내부에 전자원이나 X선타겟을 가지는 평형관타입의 X선관에 있어서, X선을 패키지의 외부에 방사하는 X선투과창 부근의 구조를 개량하는 것으로써, 패키지의 강도를 향상시키는 동시에, 기판에 대한 X선투과창의 형성 및 X선투과창 형성 후의 기판 취급을 용이하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 X선관에 의하면, 직사각형 형상 혹은 슬릿 형상으로 또한 대들보 구조를 가지는 개구부가 형성되고 또한 금속재료로 이루어지는 X선불투과성의 제1기판 및 제2기판으로 이루어지고, 상기 제1기판과 상기 2매의 기판에 끼워져서 상기 개구부를 폐지하는 X선투과창을 가지는 기판과, 상기 기판에 취부되어 내부가 고진공 상태로 된 상자형태의 용기부와, 상기 용기부의 내부에 있어서 내측에 있는 상기 기판의 상기 개구부에 설치되어 상기 X선투과창과 밀착해서 설치된 X선타겟과, 상기 용기부의 내부에 설치되고, 상기 기판의 개구부에 대응하여 연재하는 선형상의 음극 및 상기 음극의 길이 방향에 대응하는 개구를 가지는 복수의 제어전극을 적어도 갖고, 상기 음극으로부터 방출된 전자를 상기 복수의 제어전극에 의해서 인출하여 상기 X선 타겟으로 전자를 공급하는 전자원을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재된 X선관은, 청구항 1에 기재된 X선관에 있어서, 상기 전자원이, 용기부(3)의 내면에 형성된 배면전극과, 선형상의 음극와, 상기 음극의 길이 방향에 대응하여 그물망 형상의 개구를 가지는 제1제어전극과, 상기 음극 및 제1제어전극을 둘러싸도록 설치되어 제1제어전극의 개구보다 좁은 개구를 가지는 제2제어전극을 적어도 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재된 X선관은, 청구항 1 또는 2에 기재된 X선관에 있어서, 상기 제1제어전극 및 제2제어전극의 개구에는, 격자 또는 벌집구조 형상의 그물망이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재된 X선관은, 청구항 1 또는 2 또는 3에 기재된 X선관에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1기판 및 제2기판은 426합금으로 이루어지고, 상기 개구부의 상기 대들보 구조가 에칭 또는 프레스 가공에 의해서 형성되는 동시에, 상기 X선투과창은 티타늄으로 이루어지고, 상기 제1기판과 상기 제2기판의 사이에 상기 X선투과창을 사이에 두어 열확산 접합되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에 기재된 X선관은, 상기 기판의 상기 개구에 설치된 대들보 구조가 격자 또는 벌집구조인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 X선관은, 대들보 구조를 가지는 개구부가 형성되고 또한 금속재료로 이루어지는 X선불투과성의 제1기판, 제2기판에 의해서 X선투과창을 사이에 두고, X선투과창을 양면측으로부터 대들보 구조로 보강했으므로, 평형관타입의 X선관에 있어서, 기판이나 X선투과창이 변형하기 어려워지고, 패키지 강도가 향상한다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 개구부에 의해서 규정되는 X선투과창의 형상을 비교적 자유롭게 설정할 수 있고, 반드시 가는 슬릿 형상으로 한정하지 않고, 어느 정도의 면적이 있는 종횡비가 작은 직사각형 형상, 정방형상의 X선투과창을 설치할 수도 있다. 또한, X선투과창을 구성하는 금속박이 X선관의 외면에 직접 노출하고 있지 않고, 기판의 개구부에 형성된 대들보 구조가 X선투과창보다 외측에 있어서 X선투과창을 보호하는 구조로 이루어져 있기 때문에, X선투과창에 패키지의 외측으로부터 취급자의 손가락이나 어떠한 물체가 접촉하려고 해도, 이들이 X선투과창에 직접 접촉하는 상황은 일어나기 어렵다고 하는 효과도 얻을 수 있다. 게다가, 전자원에 선형상의 음극과 복수의 제어전극을 가지고, 그리고 선형상 음극의 연재 방향과 제어전극의 개구가 상기 기판의 개구부의 형상에 대응하고 있기 때문에, X선은 기판의 개구부의 거의 모든 영역으로부터 균일하게 취출할 수 있고, 기판의 개구부에 상당하는 X선투과창으로부터 X선이 방사되는 것으로, X선의 방사 위치(영역)를 정확하게 특정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다수의 X선관을 이용하지 않아도 X선의 광범위 조사가 가능하게 되는 것부터, 설비 비용이나 유지보수에 관련되는 비용을 저감할 수 있다.

청구항 2에 기재된 X선관에 의하면, 전자원의 구조를, 배면전극과 제1제어전극 및 제2제어전극으로 선형상의 음극을 둘러싸는 구성으로 했으므로, 용기부 내면으로의 대전을 억제하고, 음극 주위의 전위를 안정시키는 효과가 있다. 또한, 제2제어전극의 개구를 제1제어전극의 개구보다 좁게 하는 것에 의해서, 전자의 취출위치를 규제하고, X선타겟의 기판 개구부(X선타겟의, 기판의 개구부에 위치하는 부분)와 그 근방에만 전자가 충돌하도록 제2제어전극으로부터의 전자의 조사 위치를 규제할 수 있고, 기판의 불필요한 범위로 전자의 충돌을 막을 수 있다.

청구항 3에 기재된 X선관에 의하면, 제1제어전극 및 제2제어전극의 개구에 격자 또는 벌집 구조 형상의 그물망을 형성했으므로, 제1제어전극 및 제2제어전극의 강도가 향상하고, 전자원 내의 전위를 안정시키는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 4에 기재된 X선관에 의하면, 426합금의 기판에 개구부의 대들보 구조를 에칭 또는 프레스 가공으로 일체로 구성하고, X선투과창의 티타늄을 426합금의 기판으로 사이에 두어 열확산 접합했으므로, 기판 및 X선투과창의 강도가 한층 더 향상하고, 패키지 강도의 개량이 한층 더 확실하게 된다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

청구항 5에 기재된 X선관에 의하면, 기판의 개구에 격자 또는 벌집 구조 형상의 대들보 구조가 있어 2매의 기판으로 X선투과창을 끼우는 구조에 있어서 기판의 강도가 확보되고, 패키지 강도의 개량의 정도가 한층 더 향상한다. 나아가 격자 또는 벌집 구조로 하는 것에 의해서 개구율의 향상을 도모하고, X선조사량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서의 전극 구조를 나타내는 분해 확산 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서의 벌집 구조의 일변 길이(一長)와 티타늄박에 걸리는 응력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 기판인 426합금의 두께와 발생하는 응력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 발명자 등이 발명한 X선관의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 발명자 등이 발명한 X선관의 정면도이다.
도 8은 종래의 환형관의 단면도와, X선조사 영역을 모식적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1에 나타내는 평형관타입의 X선관(1)은 상자형태의 패키지(2)를 본체로 하고 있다. 이 패키지(2)는, 유리판을 상자형태로 조립한 용기부(3)의 개방측 주연부에, 2매의 제1기판(4a), 제2기판(4b)에 티타늄박의 X선투과창(5)을 끼운 구성의 기판(4)을 취부하여 폐지한 것으로서, 내부는 고진공 상태에 배기되고 있다. 기판(4)은, X선불투과성의 426합금으로 생성된 직사각형판이다. 426합금이란 42%Ni, 6%Cr, 잔부 Fe등의 합금이고, 용기부(3)를 구성하는 소다 라임 유리와 열팽창 계수가 거의 동일하다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1기판(4a), 제2기판(4b)의 중앙에는 길이 방향을 따라서 가늘고 긴 직사각형 형상(또는 슬릿 형상)의 개구부(6)가 형성되고 있고, 그리고 이 개구부(6)의 내부에는 동일 형상의 벌집 구조(7)가 형성되어 대들보 구조를 구성해 있다. 그리고 X선투과창(5)은, 제1기판(4a), 제2기판(4b)과 거의 같은 크기의 티타늄박으로, 이 티타늄박을 상기 제1기판(4a), 제2기판(4b)의 사이에 끼운 상태에서, 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 열확산 접합에 의해서 일체화되어 기판(4)을 구성하고 있다. 또한, 기판(4)을 금속재료로 하고 있으므로, 금속박으로 이루어지는 X선투과창(5)과의 접합성이 양호하다.

여기서 열확산 접합이란, 모재를 밀착시키고, 모재의 융점 이하의 온도 조건으로 접합면 사이에 생기는 원자의 확산을 사용하여 접합하는 방법이다.

따라서 티타늄박의 X선투과창(5)은, 벌집 구조(7)의 대들보가 존재하는 부분에서는 반드시 상하로부터 끼워져 일체화되어 있고, 강고한 구조에 의해서 지지되고 있다. 또한, 제1기판(4a)과 제2기판(4b)의 다른 부분에서도 티타늄박이 고착제의 작용을 하고, 제1기판(4a)과 제2기판(4b)이 강고하게 고착하고, 기판(4)의 강도를 향상시키는 효과가 있다.

이러한 개구부(6) 및 벌집 구조(7)는, 용기부(3)를 구성하는 소다 라임 유리의 판재에서는 가공이 곤란하지만, 426합금 등의 금속재료는, 강도가 높은 분할에는 가공성이 좋고, 개구부(6) 및 벌집 구조(7)는 에칭 또는 프레스 가공에 의해서 용이하게 만들어 낼 수 있다.

그리고, 패키지(2)의 내부에 있어서, 내측에 있는 제1기판(4a)의 개구부(6), 벌집 구조(7) 및 이들로부터 들여다보는 티타늄박의 X선투과창(5)의 내면에는, 상기 개구부(6)의 내측으로부터 X선투과창(5)의 내면에 밀착하도록, 텅스텐의 막이 증착 되는 것에 의해 X선타겟(8)이 형성되어 있다. 그리고, X선타겟(8)으로서는, 몰리브덴 등의 텅스텐 이외의 금속을 이용해도 좋다.

이어서, 패키지(2) 내부의 전극 구성에 대해 설명한다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 패키지(2)의 내부에는, X선투과창(5)과 반대측의 용기부(3)의 내면에, 유리로의 대전을 방지하기 위한 배면전극(9)이 마련되어 있다. 배면전극(9)의 하방에는, 전자원인 선형상의 음극(10)이 장설(張設)되어 있고, 음극(10)의 하방에는 음극(10)으로부터 전자를 인출하기 위한 그물망 형상의 개구(11a)를 가지는 제1제어전극(11)이 설치되고, 그 하방에는 전자선의 조사 범위를 규제하는 제2제어전극(12)이 설치되고 있다. 그리고, 배면전극(9), 음극(10), 제1제어전극(11), 제2제어전극(12)에 의해서 전자원을 구성하고 있다.

그리고, 상기 음극(10)은, 텅스텐 등으로 이루어지는 와이어상의 심선(芯線)의 표면에 탄산염을 입힌 것으로, 심선을 통전(通電) 가열함으로써, 열전자를 방출하는 것이다.

또한, 제1제어전극(11)과 제2제어전극(12)은, 선형상의 음극(10)과 대응하여 그물망 형상의 개구를 갖고, 제2제어전극(12)은 주위의 사방을 판체에 둘러싸인 상자형태의 전극 부재이고, 선형상의 음극(10)과 대응하는 부분에는, 가늘고 긴 슬릿의 개구(13)를 갖고 또한 이 개구(13)에는, 그물망(14)이 형성되어 있다. 이 제2제어전극(12)의 개구(13) 및 그물망(14)은, 상술한 제1기판(4a)의 개구부(6)및 그 근방에 설치된 X선타겟(8)에 대응하고 있고, 음극(10)으로부터 방출된 전자가 제2제어전극으로부터 방사되는 범위를 규제하며, 제1기판(4a)측의 X선투과창(5)의 X선타겟(8)이나 그 근방에 전자를 맞히는 것에 의해서, 효율적으로 X선을 발생시켜서 패키지(2) 밖으로 취출시키도록 구성되어 있다. 또한, 제2제어전극(12)과 X선타겟(8)의 거리도, X선투과창(5)에 전자가 적절한 상태로 충돌하기 위해 적합한 값으로 설정되어 있다.

상기와 같이, 상기 음극(10)은, 주위가 정해진 전위가 인가된 전극으로 둘러싸인 구성이 되므로, 용기부 내면의 대전의 영향을 받는 일 없이, 음극(10) 주위의 전위를 안정시킬 수 있다.

나아가, 제2제어전극(12)에는, 제1제어전극(11)에 의해서 인출된 전자가 X선투과창(5) 이외의 장소, 예를 들면 패키지(2)의 내벽 등에 충돌하여 양극인 X선타겟(8)과 음극(10)과의 절연성을 악화시키는 일이 없도록, 음극(10)측을 차폐(遮蔽)하는 기능도 가지고 있다.

그리고, 배면전극(9)은, 용기부(3)와 선형상의 음극(10)과의 거리가 충분히 유지되어 있으면, 용기부(3)로의 전자의 대전의 영향이 적고 불필요하다. 또한, 제어전극은, 제1제어전극, 제2제어전극에 더하여, 선형상의 음극(10)과 X선타겟(8)의 거리, 관(管)전압, 혹은 X선투과창(5)으로부터 취출하는 X선의 집속정도에 따라 추가해도 좋다.

또한, 상기 용기부(3)의 재질이 소다 라임 유리 이외의 유리판인 경우, 상기 기판(4)은, 상기 용기부(3)의 열팽창 계수에 거의 같아지도록 다른 재질의 금속판을 사용해도 좋다.

또한, 제1제어전극(11) 및 제2제어전극(12)은, 상기 기판(4)과 마찬가지로, 용기부(3)의 열팽창 계수를 거의 같게 하기 위해서, 426합금을 사용하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 X선관(1)에 의하면, 공기 등에 X선을 조사하여 이온화한 가스를 생성하고, 이 가스를 대전한 피제전체에 보내어 제전(除電)처리를 행할 수 있다.

이어서, 상기 개구부(6)의 벌집 구조(7)의 일변 길이(육각형의 1변의 길이)의 바람직한 조건을 조사했다. 우선, 벌집 구조가 없는 여러 가지의 사이즈의 개구부(슬릿)가 형성된 기판을 준비하고, 티타늄박의 두께를 10㎛으로 하여 X선관을 실제로 제작하며, 내부의 진공에 의한 외압으로 티타늄박이 파손하는지 하지않는지 조사했다. 그 결과, 적어도 슬릿 폭이 2㎜이하라면, 티타늄박은 파손하지 않았다.

그래서, 시뮬레이션에 의해, 개구부의 티타늄박이 파손하지 않는 티타늄박에 가해지는 응력의 상한을 조사했다. 그 결과, 응력의 상한은 281kgf/㎟ 인 것이 판명되었다. 그리고, 시뮬레이션에 의해, 티타늄박의 두께를 10㎛에 고정하여 개구부(슬릿)의 벌집 구조의 일변 길이의 길이를 변화시켰을 때, 티타늄박에 가해지는 응력이 앞의 상한치를 넘지 않는 범위를 조사했다. 그 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 적어도 벌집 구조(7)의 일변 길이가 2.2㎜이하이면, 티타늄박에 발생하는 응력은 281kgf/㎟ 를 넘지 않고(동일 도면 중 화살표 F1의 범위 내), 파손하지 않는 것이 판명되었다.

또한, 2매를 겹쳐서 사용하고 있는 426합금제의 기판(4)의 바람직한 두께에 대한 시뮬레이션에 의해 조건을 조사했다. 426합금의 두께와, 판 부분과 벌집 구조(7)의 각 부분에 발생하는 응력과의 관계는 도 5에 나타내는 대로이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 벌집 구조(7)는 기판(4)의 중앙 부분에 있기 때문에 판 부분보다 응력이 높아지고, 따라서 파단 강도는 벌집 구조(7)의 부분에서 검토할 필요가 있다. 또한, 426합금의 파단 강도는 대체로 37kgf/㎟ 정도라고 생각할 수 있기 때문에(동일 도면 중 화살표 F2의 범위내), 필요한 426합금의 두께는 대체로 0.2㎜이므로, 2매 겹쳐서 사용하는 본 실시예의 426합금의 1매의 두께는 적어도 0.1㎜이상일 필요가 있다.

상기의 시뮬레이션등을 고려하여, 구체적으로 벌집 구조(7)을 가지는 개구부(6)을 구비한 2매의 기판(4)에 티타늄박(X선투과창(5))을 끼운 구조의 X선관(1)을 작성했다. 그 때의 조건으로서, 티타늄박의 두께는 10㎛이고, 패키지(2)의 사이즈는 세로 18.5㎜, 가로 65㎜, 두께 12.8㎜이며, 개구부(6)는 4㎜×30㎜이고, 벌집 구조(7)의 일변 길이는 1.5㎜, 선지름은 50㎛이다. 이러한 구성이라면, 패키지(2)의 강도도 충분하고, 또한 X선투과창(5)의 강도도 충분한 X선관(1)을 얻을 수 있었다. 나아가, 벌집 구조(7)의 일변 길이를 1.5㎜로 하고, 티타늄박의 두께를 바꾸어 동일한 실험을 실시한 바, 티타늄박의 두께가 3㎛에서는 파손이 생겼지만, 5㎛이상 20㎛이하에서는 문제는 생기지 않았다.

이상과 같이, 본 실시예의 X선관(1)에 의하면, 제1제어전극(11)에 의해서 음극(10)으로부터 인출된 전자는 제2제어전극(12)의 전계(電界)에서 규제되어 조사 범위가 기판(4)의 개구부(6) 근방에 규제되고, 전자는 개구부(6)와 그 근방에서 X선타겟(8)에 충돌하여 X선을 발생시키고, 이 X선은 기판(4)의 개구부(6)로 규제된 X선투과창(5)으로부터 방사된다. 이 때문에, 개구부(6)의 치수형상을 원하는 사이즈의 직사각형 홈 형상 등으로 형성하면, X선이 방사되는 영역을 거의 선형상으로서 X선투과창(5)의 폭으로 X선이 조사되도록 할 수 있기 때문에, 예를 들면 대전 해소용 X선조사 등의 목적으로 이용하는 경우에도, 대상물의 크기, 범위 등에 대응하여 유효한 넓이의 조사 구역을 비교적 높은 자유도로 용이하게 설정할 수 있다. 게다가, 개구부(6)의 치수형상을 원하는 사이즈의 직사각형 홈 형상 등으로 형성하면, X선투과창(5)에 있어서 X선이 방사되는 영역은, 원형의 X선투과창의 경우에 비해 비교적 용이하게 알 수 있기 때문에, X선을 정해진 위치에 정밀하게 이끄는 기기류 등의 배치도 비교적 용이하게 된다.

이상 설명한 실시예에서는, 티타늄박의 두께가 10㎛인 예에 대해서 설명해 왔지만, X선투과창의 막 두께에 대해서는 여러 가지로 변경이 가능하다.

또한, 개구부(6)의 벌집 구조(7)의 1변의 길이는, 2매 겹침으로 하는 제1기판(4a), 제2기판(4b)의 두께 혹은, 티타늄박의 두께가 두꺼우면, 1변의 길이를 길게 할 수 있지만, 역으로 얇은 경우에는 1변의 길이를 짧게 할 필요가 있다.

이 외, 대들보 구조에 의해 X선투과창(5)의 강도가 향상했으므로, X선투과창(5)의 형상은 가늘고 긴 슬릿 형상으로 한정하지 않고, 폭이 보다 큰 면형상이라도 좋다. 그 경우에는, 선형상의 음극(10)은 기판(4)의 개구부(6)의 면적에 따라서 필요한 갯수를 병렬하여 장설하면 좋다. 또한, 기판(4)의 개구부(6)에 마련하는 대들보 구조는 벌집 구조(7)로 한정하지 않고, 격자형상(개구 형상이 사각형 뿐만 아니라 마름모 형태를 포함한다) 그 외의 규칙적인 반복 구조라도 좋다. 그리고, 대들보 구조가 벌집 구조 혹은 격자형상이라면, 개구 형상이 원형의 것보다 필요한 강도를 유지하면서 개구부(6)의 개구율을 올릴 수 있다.

게다가, 티타늄은 베릴륨과 같이 산화했을 경우에 독성을 일으키는 일은 없고, X선투과성이 양호한 점에 있어서도, X선투과창(5)에 적합하다.

또한, 상술한 실시예의 X선관(1)은, 대상물에 X선을 조사하여 제전을 행하는 용도로 이용되는 것으로서 설명했지만, 물론 용도를 한정하는 것이 아닌, 그 외의 용도로 사용해도 상관없다.

이 외, 상술한 실시예에서는, 그 공정 중, 2매의 426합금으로 이루어지는 제1기판(4a)과 제2기판(4b)에 티타늄박을 끼우고, 열확산 접합시키기 때문에, 426합금과 티타늄박은 접합되지만, 426합금끼리는 완전하게는 접합되지 않기 때문에, 이들 기판(4)을 다수 겹처서 한 번에 열확산 접합할 수 있으므로, 기판(4)의 제조를 효율적으로 실시할 수 있다.

1 : X선관 2 : 패키지
3 : 용기부 4 : 기판
5 : X선투과창 6 : 개구부
7 : 대들보 구조로서의 벌집 구조 8 : X선타겟

Claims (8)

1. 직사각형 형상 혹은 슬릿 형상으로 또한 대들보 구조를 가지는 개구부(6)가 형성되고 또한 금속재료로 이루어지는 X선불투과성의 제1기판(4a) 및 제2기판(4b)으로 이루어지고, 상기 제1기판(4a)과 상기 제2기판(4b)에 끼워져서 상기 개구부(6)를 폐지하는 X선투과창(5)을 가지는 기판(4)과;
   상기 기판(4)에 취부되어 내부가 고진공 상태가 된 상자형태의 용기부(3)와;
   상기 용기부(3)의 내부에 있어서 내측에 있는 상기 기판(4)의 상기 개구부(6)에 마련되어 상기 X선투과창(5)과 밀착해서 설치된 X선타겟(8)과;
   상기 용기부(3)의 내부에 설치되고, 상기 기판(4)의 개구부(6)에 대응하여 연재하는 선형상의 음극(10) 및 상기 음극(10)의 길이 방향에 대응하는 개구(11a,13)를 가지는 복수의 제어전극(11,12)을 적어도 갖고, 상기 음극(10)으로부터 방출된 전자를 상기 복수의 제어전극(11,12)에 의해서 인출하여 상기 X선 타겟(8)으로 전자를 공급하는 전자원을 구비한 X선관에 있어서,
   상기 전자원이, 용기부(3)의 내면에 형성된 배면전극(9)과, 선형상의 음극(10)과, 상기 음극(10)의 길이 방향에 대응하여 그물망 형상의 개구(11a)를 가지는 제1제어전극(11)과, 상기 음극(10) 및 제1제어전극(11)을 둘러싸도록 설치되어 제1제어전극(11)의 개구(11a)보다 좁은 개구(13)를 가지는 제2제어전극(12)을 적어도 구비한 것을 특징으로 하는 X선관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 개구(11a,13)에는, 격자 또는 벌집 형상의 그물망이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 X선관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 기판(4)은, 상기 제1기판(4a) 및 제2기판(4b)은 426합금으로 이루어지고, 상기 개구부(6)의 상기 대들보 구조가 에칭 또는 프레스 가공에 의해서 형성되는 동시에, 상기 X선투과창(5)은 티타늄으로 이루어지고, 상기 제1기판(4a)과 상기 제2기판(4b)의 사이에 상기 X선투과창(5)을 끼워 가열하면서 압착함으로써, 상기 제1기판(4a)과 상기 제2기판(4b)과 상기 X선투과창(5)이 열확산 접합되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 X선관.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판(4)의 상기 개구부(6)에 설치된 대들보 구조가 격자 또는 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 X선관.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 기판(4)의 상기 개구부(6)에 설치된 대들보 구조가 격자 또는 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 X선관.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 기판(4)의 상기 개구부(6)에 설치된 대들보 구조가 격자 또는 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 X선관.
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