KR101955917B1 - X-선관 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 X-선을 발생시키는 X-선관 장치에 관한 것으로, 전자의 방출이 이루어지는 전자 발생부와, 전자 발생부에서 발생된 전자가 충돌하여 X-선의 발생시키는 X-선 발생부를 포함하는 인서트 튜브(10)와; 상기 X-선 발생부에서 발생된 X-선의 방출이 이루어지는 윈도우가 마련되어 상기 인서트 튜브가 수납되는 원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징(110)과; 상기 제1하우징(110)의 외주면에 압입 고정되는 동(Cu)을 주 소재로 하는 제2하우징(120)을 포함한다.
이러한 본 발명은 X-선 차폐를 위한 차폐부재의 조립 공정이 용이하면서도 X-선 차폐가 효과적으로 이루어질 수 있다.

Description

X-선관 장치 및 그 제조방법{X-RAY TUBE, AND MANUFACTURING OF THE SAME}

본 발명은 X-선을 발생시키는 X-선관 장치와 그 제조방법에 관한 것이다.

X-선은 파장이 10^-6~10^-9 cm 범위의 전자파로서, 물질을 잘 투과하고 형광 작용, 전리(電離) 작용, 사진 작용이 있으며, 재료의 비파괴 시험 장치 혹은 의료 영상기기에서 널리 사용된다.

일반적으로 X-선 발생장치는 X-선을 발생시키기 위한 전자 방출원으로 텅스텐 소재의 열음극을 사용하며, 고전압으로 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 방출시키고 방출된 전자를 애노드 전극 측의 타겟에 충돌시켜 X-선을 발생시키는 구조로 되어 있다.

이러한 X-선 발생장치는 공기를 이온화시키는 X-선이 공기 중으로 직접 방사되어 작업자 등이 X-선에 불필요하게 노출될 수 있으며, 특히 의료용 X-선에서 환자를 진단하기 위해 특정 방향으로만 X-선이 투사되도록 하여 과다한 X-선에 노출되는 것을 방지할 필요가 있다.

따라서 X-선 발생장치는 X-선이 발생되는 X-선 튜브의 외부를 감싸게 되는 하우징 내에 수납되며, 하우징은 특정 방향으로 X-선이 투사되도록 마련된 윈도우를 제외한 나머지는 X-선의 차폐가 이루어지도록 별도의 차폐체가 마련된다. 이러한 차폐체로는 밀도가 높은 주지 납이 사용되고 있다.

도 1의 (a)(b)는 종래기술의 X-선관 장치에 있어 차폐체의 조립 순서를 보여주는 도면이다.

도 1을 참고하면, 먼저 원통 형상의 하우징(10) 내에 납 차폐체(20)를 삽입하며, 다음으로 하우징(10) 내부에 위치하는 납 차폐체(20)를 외경 방향으로 확관 가공하여 하우징(10) 내측면에 납 차폐체(20)가 일체로 고정된다. 한편, 하우징(10)은 필요에 따라서는 수직 방향으로 연결튜브가 연장될 수 있으며, 이러한 연결튜브에 납 차폐체가 구비되기 위해 하우징와 연결튜브 내부에 각각 복수 개의 납 차폐체가 삽입된 상태에서 납 차폐체들을 용접하는 별도의 용접 공정이 필요할 수 있다.

이와 같이 종래의 X-선관 장치의 납 차폐체의 조립은 하우징의 내측에 납 차폐체를 삽입하고 확관하여 작업이 이루어지며, 특히 납 차폐체의 용접 작업 시에 하우징 내부에서 용접 작업이 요구되어 작업성이 나쁜 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2013-0121557호(공개일자: 2013.11.06) 등록특허공보 제10-1512620호(공고일자: 2015.04.16.) 등록특허공보 제10-1559002호(공고일자: 2015.10.12.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, X-선관 장치에 있어서, X-선 차폐를 위한 차폐부재의 조립이 용이하면서도 효과적인 X-선 차폐가 이루어질 수 있는 X-선관 장치 및 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 X-선관 장치는, 전자의 방출이 이루어지는 전자 발생부와, 전자 발생부에서 발생된 전자가 충돌하여 X-선의 발생시키는 X-선 발생부를 포함하는 인서트 튜브와; 상기 X-선 발생부에서 발생된 X-선의 방출이 이루어지는 윈도우가 마련되어 상기 인서트 튜브가 수납되는 원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징과; 상기 제1하우징의 외주면에 압입 고정되는 동(Cu)을 주 소재로 하는 제2하우징을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1하우징은 외주면에 상기 제2하우징의 두께에 해당하는 단차부가 형성되어 상기 제2하우징이 단차부에 압입되어 위치한다.

다음으로, 본 발명에 따른 X-선관 장치의 하우징 조립 방법은, 원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징을 준비하는 제1단계와; 상기 제1하우징의 외주면에 삽입 고정될 동(Cu)을 주 소재로 하는 원통 형상의 제2하우징을 가열하여 반경 방향으로 열팽창시키는 제2단계와; 열팽창이 이루어진 제2하우징을 제1하우징의 축방향으로 삽입하여 조립하는 제3단계와; 상기 제1하우징과 조립된 제2하우징을 냉각하여 제2하우징의 수축하여 제1하우징의 외주면에 압입 고정이 이루어지는 제4단계를 포함한다.

바람직하게는, 제1단계는 상기 제1하우징의 외주면에 상기 제2하우징이 안착 위치하게 되는 단차부를 형성하는 것을 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 단차부의 깊이는 상기 제2하우징의 두께와 동일하다.

본 발명에 따른 x-선관 장치 및 그 제조방법은, X-선관 장치의 외관을 구성하는 알루미늄 소재의 제1하우징의 외주면에 X-선 차폐부재로서 동(Cu)을 주 소재로 하는 제2하우징을 열팽창하여 삽입하고 냉각시킴으로써 제2하우징이 제1하우징의 외주면에 압입 고정이 이루어져 종래의 인체에 유해성이 있는 납 사용을 배제하면서도 조립 작업성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1의 (a)(b)는 종래기술의 X-선관 장치에 있어 차폐체의 조립 순서를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 X-선관 장치의 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 X-선관 장치의 사시도,
도 4는 황동 두께에 따른 X-선 누설선량을 보여주는 그래프,
도 5의 (a)(b)(c)는 본 발명에 따른 X-선관 장치의 조립 순서를 간략히 보여주는 도면.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 X-선관 장치의 단면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 X-선관 장치의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 X-선관 장치는, 전자의 방출이 이루어지는 전자 발생부와, 전자 발생부에서 발생된 전자가 충돌하여 X-선의 발생시키는 X-선 발생부를 포함하는 인서트 튜브(10)와; 상기 X-선 발생부에서 발생된 X-선의 방출이 이루어지는 윈도우가 마련되어 상기 인서트 튜브가 수납되는 원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징(110)과; 상기 제1하우징(110)의 외주면에 압입 고정되는 동(Cu) 재질의 제2하우징(120)을 포함한다.

인서트 튜브(10)는 고진공 상태의 유리관 내부에 마련되는 전자 발생부와, X-선 발생부를 포함하며, 전자 발생부와 X-선 발생부에 각각 음극과 양극의 전압이 인가되어 전자 발생부에서 발생된 열전자가 가속되어 X-선 발생부의 타겟에 충돌하여 X-선이 발생된다. 이러한 인서트 튜브(10)의 구성은 예를 들어, 본 출원인의 등록특허공보 제10-1512620호(공고일자: 2015.04.16.) 및 등록특허공보 제10-1559002호(공고일자: 2015.10.12.)가 참고될 수 있으며, 이하에서 그 구체적인 설명은 생략한다.

인서트 튜브(10)는 밀폐된 구조를 갖는 제1하우징(110) 내부에 수납되며, 이때 제1하우징(110) 내부는 일반광유인 절연유가 채워질 수 있다.

제1하우징(110)는 전체적으로 원통 형상을 가지며, 인서트 튜브(10)에서 발생된 X-선이 방사되는 윈도우(20)가 마련되며, 윈도우(20)는 X-선 투과율이 좋은 소재가 사용될 수 있으며, 예를 들어 구명한 나일론 수지일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

외관을 구성하는 제1하우징(110)은 가공성을 고려하여 알루미늄을 소재로 하며, 제1하우징(110)의 외주면에 X-선 차폐를 위한 제2하우징(120)이 구비된다. 제2하우징(120)은 인체에 무해하고 알루미늄 재질의 제1하우징(110)에 부착이 용이한 동(Cu)을 주 소재로 하며, 이때 제2하우징(120)은 납 성분이 5% 이하로 적용된 황동일 수도 있다.

도 4는 황동 두께에 따른 X-선 누설선량을 보여주는 그래프로서, 황동의 두께가 2.5㎜에서 20mR/h 이하의 누설선량을 보여주고 있으며, 이는 유방 촬영술(mammography)에서 요구하는 허용 누선설량 25R/h 이하를 만족하는 것을 알 수 있다.

다시 도 2 및 도 3을 참고하면, 제2하우징(120)은 제1하우징(110)의 외주면 전체에 마련될 필요 없이 실질적으로 X-선의 방출이 이루어지는 윈도우(20)와 인접한 제1하우징(110)의 일부 구간에만 마련될 수 있으며, 또한 제1하우징(110)은 단차부가 형성되어 제2하우징(120)는 제1하우징(110)의 단차부에 위치하여 전체적으로 제1하우징(110)과 제2하우징(120)의 외주면은 단차 없이 연속된 곡면을 가질 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 X-선관 장치는 제2하우징(120)을 가열하여 열팽창을 시킨 후에 제1하우징(110)과 조립이 이루어지며, 이후 제2하우징(120)을 냉각시킴으로써 제2하우징(120)은 제1하우징(110)와 수축에 의해 압입 고정이 이루어져 제작될 수 있다.

도 5의 (a)(b)(c)는 본 발명에 따른 X-선관 장치의 조립 순서를 간략히 보여주는 도면으로서, 도 5를 참고하여 X-선관 장치의 조립방법을 설명한다.

도 5의 (a)에 도시된 것과 같이, 제1단계는 알루미늄 소재의 원통 형상을 갖는 제1하우징(110)을 준비하고 제2하우징(120)을 가열하여 원통 형상의 반경 방향으로 열팽창을 시키는 과정이다. 바람직하게는, 제1하우징(110)은 제2하우징(120)의 조립이 이루어지는 상측 조립면에 단차부(111)가 형성될 수 있으며, 이때 단차부(111)의 깊이는 제2하우징(120)의 두께와 동일할 수 있다.

한편 제2하우징(120)의 가열 전(즉, 열팽창 전)에 제2하우징(120)의 내경(D2)은 제1하우징(110)의 외경(D1)과 유격이 없이 실질적으로 동일하거나 다소 작게 제작이 이루어지며(D1≒D2), 가열 후에 제2하우징(120)은 열팽창에 의해 제2하우징(120)의 내경(D2)은 제1하우징(110)의 외경((D1)보다 크다(D1<D2).

다음으로 도 5의 (b)를 참고하면, 제2하우징(120)은 고온으로 가열되어 반경 방향으로 열팽창이 이루어지며, 따라서 제2하우징(120)은 제1하우징(110) 상부에 소정의 유격(δ)을 갖고 쉽게 조립이 이루어질 수 있다.

도시되지 않았으나, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)의 조립 과정에서 제1하우징(110)은 별도의 지그에 의해 고정되고, 제2하우징(120)은 이동 가능한 이동지그에 고정되며, 이때 각 지그는 제1하우징(110)과 제2하우징(120)이 일정 온도를 유지할 수 있는 온도조절수단이 마련될 수 있다. 따라서 조립 과정에서 제1하우징(110)은 상온 또는 상온 이하에 온도 조절이 이루어지고, 제2하우징(120)은 충분히 열팽창이 이루어지는 온도에서 조절이 이루어져 두 하우징의 조립이 이루어질 수 있다.

도 5의 (c)에 예시된 것과 같이, 제1하우징(110) 상부에 열팽창된 제2하우징(120)이 안착 위치한 상태에서 제2하우징(120)을 상온까지 냉각시키게 되면, 제2하우징(120)은 반경 방향으로 수축이 이루어지면서 제2하우징(120)은 제1하우징(110)의 외주면에 견고히 압입되어 고정될 수 있다.

한편, 일단 제1하우징(110)과 조립된 제2하우징(120)은 다시 온도가 상승하더라도 제1하우징(110)을 구성하는 알루미늄은 제2하우징(120)을 구성하는 동(Cu) 보다 열팽창계수가 더 크므로, 제2하우징(120) 내측에 위치하는 제1하우징(110)의 열팽창 정도가 더 커서 제2하우징(120)이 제1하우징(110)에서 분리되지는 않는다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 인서트 튜브 110 : 제1하우징
111 : 단차부 120 : 제2하우징

Claims (5)

1. 전자의 방출이 이루어지는 전자 발생부와, 전자 발생부에서 발생된 전자가 충돌하여 X-선의 발생시키는 X-선 발생부를 포함하는 인서트 튜브와;
   상기 X-선 발생부에서 발생된 X-선의 방출이 이루어지는 윈도우가 마련되어 상기 인서트 튜브가 수납되는 원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징과;
   상기 제1하우징의 외주면에 압입 고정되는 동(Cu)을 소재로 포함하는 제2하우징을 포함하는 X-선관 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1하우징은 외주면에 상기 제2하우징의 두께에 해당하는 단차부가 형성되어 상기 제2하우징이 단차부에 압입되어 위치하는 것을 특징으로 하는 X-선관 장치.
3. X-선을 발생시키는 X-선관 장치의 외관을 구성하는 하우징의 조립 방법에 있어서,
   원통 형상의 알루미늄 재질의 제1하우징을 준비하는 제1단계와;
   상기 제1하우징의 외주면에 삽입 고정될 동(Cu)을 소재로 포함하는 원통 형상의 제2하우징을 가열하여 반경 방향으로 열팽창시키는 제2단계와;
   열팽창이 이루어진 제2하우징을 제1하우징의 축방향으로 삽입하여 조립하는 제3단계와;
   상기 제1하우징과 조립된 제2하우징을 냉각하여 제2하우징의 수축하여 제1하우징의 외주면에 압입 고정이 이루어지는 제4단계를 포함하는 X-선관 장치의 하우징의 조립방법.
4. 제3항에 있어서, 제1단계는 상기 제1하우징의 외주면에 상기 제2하우징이 안착 위치하게 되는 단차부를 형성하는 것을 더 포함하는 X-선관 장치의 하우징의 조립방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 단차부의 깊이는 상기 제2하우징의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 X-선관 장치의 하우징의 조립방법.
   

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