KR101823876B1 - 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배기구, 캐소드, 게이트, 집속전극 및 아노드 사이에 절연 스페이서(예컨대, 세라믹 등)를 삽입하고 접합 물질로 각각 접합시켜 적층형 구조의 엑스선관을 제작하고, 캐소드 기판 상의 전계방출 에미터와 게이트 전극과 연결된 게이트 홀 사이에 스페이서를 삽입함으로써, 각 전극마다 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되면서도 적층형 제작하여 엑스선관의 크기를 줄일 수 있는, 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치에 관한 것이다.

Description

스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치{LAYERED X-RAY TUBE APPARATUS USING SPACER}
본 발명은 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배기구, 캐소드, 게이트, 집속전극 및 아노드 사이에 절연 스페이서(예컨대, 세라믹 등)를 삽입하고 접합 물질로 각각 접합시켜 적층형 구조의 엑스선관을 제작하고, 캐소드 기판상의 전계방출 에미터와 게이트 전극과 연결된 게이트 홀 사이에 스페이서를 삽입함으로써, 전극마다 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되면서도 적층형으로 엑스선관을 제작하여 엑스선관의 크기를 줄일 수 있는, 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치에 관한 것이다.
일반적인 엑스선 관은 금속 아노드 타겟에 전자를 고에너지로 충돌시켜 발생시킨다. 예를 들어, 엑스선관은 엑스선은 브렘스트랄룽(Bremstralung) 엑스선 또는 아노드 타겟의 물질에 따라 발생하는 특성 엑스선의 발생 원리를 이용한다. 여기서, 전자를 방출시키는 전자원은 열전자원이 일반적이다.
한편, 나노 물질을 이용하여 전자를 방출하는 엑스선관이 있다. 이러한 엑스선관은 전계방출 에미터를 이용한다. 전계방출을 이용한 엑스선관은 전계방출에 효과적인 나노 물질을 캐소드 전극을 도포하는 것, 나노 물질에 전계를 인가하기 위해 게이트 전극을 형성하는 것 및 이러한 엑스선관의 각 구조물들을 진공으로 밀봉하는 것이 중요하다.
하지만, 이러한 전계방출 에미터를 이용한 엑스선관은 게이트 전극, 에미터 전극, 아노드 전극 및 캐소드 전극 등의 다양한 전극을 구비해야 한다. 다양한 전극 등으로 인해 엑스선관의 크기가 커져서 소형화하기 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배기구, 캐소드, 게이트, 집속전극 및 아노드 사이에 절연 스페이서(예컨대, 세라믹 등)를 삽입하고 접합 물질로 각각 접합시켜 적층형 구조의 엑스선관을 제작하고, 캐소드 기판 상의 전계방출 에미터와 게이트 전극과 연결된 게이트 홀 사이에 스페이서를 삽입함으로써, 전극마다 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되면서도 적층형 제작하여 엑스선관의 크기를 줄일 수 있는, 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 장치는, 캐소드 기판 상에 형성된 전계방출 에미터를 통해 전자를 방출시키는 캐소드; 게이트 홀이 형성된 게이트 전극을 통해 상기 전계방출 에미터에 전계를 가하는 게이트; 상기 캐소드로부터 발생된 전자를 집속시키는 집속 전극; 상기 집속된 전자가 아노드 타겟에 충돌되어 엑스선을 발생시키는 아노드; 및 상기 캐소드, 상기 게이트, 상기 집속전극 및 상기 아노드는 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되도록 복수의 스페이서에 의해 적층 구조로 각각 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 배기구, 캐소드, 게이트, 집속전극 및 아노드 사이에 절연 스페이서(예컨대, 세라믹 등)를 삽입하고 접합 물질로 각각 접합시켜 적층형 구조의 엑스선관을 제작하고, 캐소드 기판 상의 전계방출 에미터와 게이트 전극과 연결된 게이트 홀 사이에 스페이서를 삽입함으로써, 전극마다 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되면서도 적층형 제작하여 엑스선관의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 다양한 전극을 가지는 전계방출 엑스선관을 적층 형태로 용이하게 제작할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치의 일실시예 조립도,
도 2 는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치의 일실시예 단면도,
도 3 은 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 캐소드와 게이트 간의 적층형 구조의 일실시예 구조도,
도 4 는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 캐소드와 게이트 간의 적층형 구조에 대한 일실시예 상세구조도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1 은 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치의 일실시예 조립도이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스선관 장치(10)는 전계방출 에미터(132)를 전자원으로 이용하여 엑스선을 인출시킨다. 엑스선관 장치(10)는 배기부(110), 복수의 스페이서부(120), 캐소드(130), 게이트(140), 1차 집속 전극(150), 2차 집속 전극(160), 엑스선 인출부(180) 및 아노드(190)를 포함한다. 이러한 부품들은 조립되어 도 1의 (b)와 같이, 적층형 구조의 엑스선관 장치(10)가 된다.
여기서, 배기부(110)는 배기관(111) 및 배기관 연결부(112)를 포함한다. 또한, 복수의 스페이서부(120)는 각각 절연 스페이서(121)로 이루어져 있으며 배기부(110), 캐소드(130), 게이트(140), 1차 집속 전극(150), 2차 집속 전극(160), 엑스선 인출부(180) 및 아노드(190)와 각각 접합 물질(122)에 의해 상단 및 하단에 접합되어 있다. 캐소드(130)는 배기 구멍(131) 및 캐소드 기판 상에 형성된 전계방출 에미터(132)를 포함한다. 또한, 게이트(140)는 배기 구멍(141) 및 게이트 홀(142)을 포함한다. 또한, 엑스선 인출부(180)는 윈도우(181)를 포함한다. 아노드(190)는 아노드 타겟(191), 백스케터링 방지 캡(192) 및 아노드 전극(193)을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치의 구성 요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다.
배기부(110)는 아노드(190) 내지 캐소드(130) 사이의 공기를 배기관(111)을 통해 배기시킨다. 그리고 엑스선관 장치(10)의 절연 스페이서(121)가 접합 물질(122)에 의해 각각 접합되어 제작시, 배기관 연결부(112)에 연결된 배기관(111)을 통해 엑스선관 내부의 공기를 뽑아낸 후 배기관(111)을 밀봉 절단한다. 이는 엑스선 튜브가 진공 밀봉되도록 하기 위함이다. 여기서, 배기관(111)은 유리관 또는 핀치오프가 가능한 무산소동관으로 이루어진다. 게이트(140)와 아노드(190) 사이 공간의 공기는 게이트(140) 및 캐소드(130)에 각각 형성된 배기 구멍(131 및 141)을 통해 배기관(111)으로 배기된다.
전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되도록, 복수의 스페이서부(120)는 배기부(110), 캐소드(130), 게이트(140), 1차 집속 전극(150), 2차 집속 전극(160), 엑스선 인출부(180) 및 아노드(190) 사이에 삽입되고 적층 구조로 각각 접합 물질(122)에 의해 접합된다.
캐소드(130)는 캐소드 기판 상에 형성된 전계방출 에미터(132)를 통해 전자를 방출시킨다.
게이트(140)는 게이트 홀(142)이 형성된 게이트 전극을 통해 전계방출 에미터(132)에 전계를 가한다.
1차 및 2차 집속 전극(150 및 160)은 캐소드(130)로부터 발생된 전자를 집속시킨다.
아노드(190)는 1차 및 2차 집속 전극(150 및 160)에서 집속된 전자가 아노드 타겟(191)에 충돌되어 엑스선을 발생시킨다. 아노드 타겟(191)은 텅스텐 또는 몰리브덴으로 이루어진다.
엑스선 인출부(180)는 아노드(190)에서 발생된 전자를 윈도우(181)를 통해 외부로 인출한다.
한편, 복수의 스페이서부(120)와 각각 접합되는 캐소드(130), 게이트(140) 또는 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)은 각각의 부품이 접합 물질(122)과의 접합시 일직선으로 정렬되어 접합되도록, 절연 스페이서(121)의 외경을 덮는 가이드를 포함할 수 있다. 여기서, 절연 스페이서(121)는 세라믹으로 이루어진다. 또한, 절연 스페이서(121)는 프릿(Frit) 유리 또는 브레이징 필러(Brazing Filler)로 이루어진 접합 물질(122)에 의해 캐소드(130), 게이트(140) 또는 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)과 각각 접합된다.
아노드(190) 및 배기부(110)를 제외한 금속 부품인 캐소드(130), 게이트(140) 또는 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)은 세라믹과의 접합을 위해 세라믹의 열팽창 계수와 유사한 코바(Kovar) 합금으로 이루어진다.
도 2 는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치의 일실시예 단면도이다.
아노드(190)는 아노드 타겟(191) 및 아노드 전극(193)을 포함한다. 여기서, 아노드 타겟(191)은 엑스선 발생 목적에 따라 텅스텐 또는 몰리브덴 등으로 이루어질 수 있다. 아노드 전극(193)은 열전도도가 우수한 구리로 이루어질 수 있다.
또한, 아노드(190)는 전자의 통과를 허용하는 작은 구멍이 뚫린 백스케터링 방지 캡(192)을 포함할 수 있다. 여기서, 백스케터링 방지 캡(192)은 아노드 타겟(191)에 충돌한 전자의 백스케터링(Back Scattering)을 방지하기 위함이다.
아노드 타겟(191)에서 발생된 엑스선은 베릴륨 등으로 제작된 윈도우(181)를 통해 엑스선관 튜브의 외부로 인출된다.
게이트 전극(143)과 아노드 전극(193) 사이의 공간의 공기는 게이트 전극(143)과 캐소드 전극(133)에 각각 형성된 배기 구멍(141, 131)을 통하여 배기관(100)을 통해 배기된다.
절연 스페이서(121)와 각각 접합되는 캐소드(130), 게이트(140) 또는 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)은 세라믹으로 이루어진 절연 스페이서(121)의 외경을 덮는 가이드(135, 145, 152 및 162)를 각각 포함할 수 있다. 접합 물질(122)과의 접합시, 가이드(162)는 각각의 부품이 일직선으로 정렬되어 접합되게 한다. 또한, 캐소드(130), 게이트(140) 또는 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)에 대해서, 절연 스페이서(121)는 각 전극 간의 간격이 충분히 유지되면서 절연 스페이서(121)의 내측 표면이 노출되는 면적을 최대한 줄여 전자의 타격에 의한 전하 축적이 방지되도록 한다.
또한, 캐소드(130) 및 게이트(140)는 캐소드 전극(133) 및 게이트 전극(143)을 각각 포함한다. 캐소드 전극(133), 게이트 전극(143) 및 제1 및 제2 집속 전극(150 및 160)에는 외부에 나사 탭(134, 144, 151 및 161)이 포함되어 있다. 이러한 나사 탭(134, 144, 151 및 161)은 외부 전원에 연결이 용이하도록 한다.
한편, 아노드 전극(193), 아노드 타겟(191), 윈도우(181) 및 스페이서부(120) 이외의 금속 구성품은 세라믹과 열팽창 계수가 유사한 코바(Kovar) 합금으로 이루어질 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 캐소드와 게이트 간의 적층형 구조의 일실시예 구조도이다.
스페이서를 이용한 캐소드(130)와 게이트(140) 간의 적층형 구조를 살펴보기로 한다.
구체적으로 살펴보면, 캐소드(130)는 캐소드 전극(133), 캐소드 기판(136) 및 전계방출 에미터(132)를 포함한다. 한편, 게이트(140)는 게이트 전극(133), 게이트 홀(142) 및 절연 스페이서(1466)를 포함한다.
이하, 캐소드(130)와 게이트(140) 간의 적층형 구조를 형성하는 과정을 살펴보기로 한다.
캐소드 전극(133) 상에 캐소드 기판(136)이 형성된다.
그리고 캐소드 기판(136) 상에 전계방출 에미터(132)가 형성된다.
이후, 절연 스페이서(146)는 전계방출 에미터(132)와 게이트 홀(142) 사이에 삽입된다.
절연 스페이서(146) 위에 게이트 홀(142)이 형성된다.
그리고 형성된 게이트 홀(142)은 게이트 전극(143)과 결합된다.
이러한 과정을 통해 각 부품이 적층되면, 게이트 홀(142)과 전계방출 에미터(132) 사이의 간격은 절연 스페이서(146)에 의해 고정되어 일정한 간격을 유지하게 된다.
도 4 는 본 발명에 따른 스페이서를 이용한 캐소드와 게이트 간의 적층형 구조에 대한 일실시예 상세구조도이다.
도 4에는 도 3에서 전술된 바와 같이, 적층 형태로 결합된 캐소드(130)와 게이트(140)가 상세하게 도시되어 있다.
전계방출 에미터(132), 스페이서(146) 및 게이트 홀(142)이 차례대로 적층되어 있다. 다양한 전극을 가지는 엑스선관 장치(10)는 이러한 적층 형태를 통해 전기적 절연을 유지하면서도 엑스선관의 크기를 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
본 발명은 배기구, 캐소드, 게이트, 집속전극 및 아노드 사이에 절연 스페이서(예컨대, 세라믹 등)를 삽입하고 접합 물질로 각각 접합시켜 적층형 구조의 엑스선관을 제작하고, 캐소드 기판 상의 전계방출 에미터와 게이트 전극과 연결된 게이트 홀 사이에 스페이서를 삽입함으로써, 전극마다 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되면서도 적층형 제작하여 엑스선관의 크기를 줄일 수 있다. 이러한 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.
10: 엑스선관 장치 110: 배기부
120: 스페이서부 130: 캐소드
140: 게이트 150: 1차 집속 전극
160: 2차 집속 전극 180: 인출부
190: 아노드 132: 전계방출 에미터
142: 게이트 홀 121, 146: 절연 스페이서
122: 접합 물질

Claims (11)

  1. 캐소드 기판 상에 형성된 전계방출 에미터를 통해 전자를 방출시키는 캐소드;
    게이트 홀이 형성된 게이트 전극을 통해 상기 전계방출 에미터에 전계를 가하는 게이트;
    상기 캐소드로부터 발생된 전자를 집속시키는 집속 전극;
    상기 집속된 전자가 아노드 타겟에 충돌되어 엑스선을 발생시키는 아노드; 및
    상기 캐소드, 상기 게이트, 상기 집속전극 및 상기 아노드는 전기적 절연 및 기설정된 간격이 유지되도록 복수의 스페이서에 의해 적층 구조로 각각 접합되고,
    상기 전계방출 에미터와 상기 게이트 홀 사이의 기설정된 간격이 유지되도록 상기 전계방출 에미터와 상기 게이트 홀 사이에 절연 스페이서가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아노드 내지 상기 캐소드 사이의 공기를 배기관을 통해 배기하는 배기부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배기관은,
    유리관 또는 핀치오프가 가능한 무산소동관인 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트와 아노드 사이 공간의 공기는,
    상기 게이트 및 상기 캐소드에 각각 형성된 배기 구멍을 통해 상기 배기부를 통해 배기되는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서와 접합되는 상기 캐소드, 상기 게이트 또는 상기 집속 전극 각각은,
    각각의 부품이 접합 물질과의 접합시 일직선으로 정렬되어 접합되도록, 상기 스페이서의 외경을 덮는 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 스페이서는,
    세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 스페이서는,
    프릿(Frit) 유리 또는 브레이징 필러(Brazing Filler)로 이루어진 접합 물질에 의해 상기 캐소드, 상기 게이트, 상기 집속전극 및 상기 아노드와 각각 접합되는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드, 상기 게이트 또는 상기 집속 전극은,
    코바(Kovar) 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 아노드는,
    상기 집속된 전자의 통과를 허용하는 구멍이 뚫린 백 스케터링(Back Scattering) 방지 캡
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 아노드 타겟은,
    텅스텐 또는 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출 엑스선관 장치.
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