KR102248748B1 - 엑스선관 타겟 제조용 지그, 및 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
중공이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스에 전자 충돌층을 형성하기 위하여 베이스가 탑재되는 엑스선관 타겟 제조용 지그, 및 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법이 개시된다. 개시된 엑스선관 타겟 제조용 지그는, 일직선을 따라 이어지도록 서로 착탈 가능하게 결합되며, 각각의 길이가 베이스의 두께보다 큰 복수의 스페이서 샤프트, 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 사이에 개재되며, 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 베이스 받침, 및 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트의 하단면에 착탈 가능하게 결합되는 턴테이블을 구비한다. 베이스 받침의 상측에 배치된 스페이서 샤프트에 베이스의 중공이 꿰어지고 베이스 받침에 중공의 주변부가 지지되어서 베이스가 엑스선관 타겟 제조용 지그에 탑재된다. 턴테이블이 회전하면, 복수의 스페이서 샤프트, 베이스 받침, 및 베이스가 함께 회전한다.
Description
본 발명은 엑스선관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 충돌에 의해 엑스선(X-ray)을 방출하는 엑스선관 타겟을 제조하는데 사용되는 지그와, 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법에 관한 것이다.
전자가 고속으로 타겟(target)에 충돌하면 엑스선(X-ray)이 방출되는데, 엑스선관(X-ray tube)이 이러한 원리를 이용하여 의도적으로 엑스선을 방출시키는데 사용된다. 엑스선관을 내부에 포함하는 것으로, 방출되는 엑스선을 이용하여 예컨대, 인체 내부를 관찰하는 의료용 영상 기기로 사용되는 장치를 엑스선관 장치라고 한다.
엑스선관은 양극(anode), 즉 타겟(target)과 음극(cathode)의 전위차에 의해 전자가 가속되어 타겟에 충돌하며, 이때 엑스선이 방출된다. 엑스선관 타겟은 내열성이 큰 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금으로 된 베이스(base)와, 상기 베이스 위에 적층된, 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금으로 된 전자 충돌층을 구비한다.
통상적으로, 엑스선관 타겟은 분말야금에 의해 상기 베이스와 전자 충돌층을 일체로 형성하고, 강성 강화를 위해 단조 가공을 수행하여 제조된다. 한편, 대한민국 등록특허공보 제10-1902010호에는 엑스선관 타겟 제조의 생산성을 높이고 제조 비용을 절감하기 위하여 통해 모재를 기계 가공하여 베이스를 형성하고, 상기 베이스에 텅스텐(W)을 포함하는 금속 분말을 용사(溶射)하여 전자 충돌층을 형성하는 엑스선관 타겟 제조 방법이 개시되어 있다. 상기한 금속 분말을 용사하는 작업을 효율적으로 진행할 수 있도록 베이스를 지지하는 엑스선관 타겟 제조용 지그(jig)가 요구되는 실정이다.
본 발명은, 엑스선관 타겟을 제조하는 과정 중에서 베이스에 금속 분말을 용사할 때 상기 베이스를 지지하는 엑스선관 타겟 제조용 지그, 및 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 중공(中孔)이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스(base)에 전자 충돌층을 형성하기 위하여 상기 베이스가 탑재되는 엑스선관 타겟 제조용 지그로서, 일직선을 따라 이어지도록 서로 착탈 가능하게 결합되며, 각각의 길이가 상기 베이스의 두께보다 큰 복수의 스페이서 샤프트(spacer shaft), 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 사이에 개재되며, 상기 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 베이스 받침, 및 상기 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트의 하단면에 착탈 가능하게 결합되는 턴테이블(turn table)을 구비하고, 상기 베이스 받침의 상측에 배치된 스페이서 샤프트에 상기 베이스의 중공이 꿰어지고 상기 베이스 받침에 상기 중공의 주변부가 지지되어서 상기 베이스가 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 탑재되며, 상기 턴테이블이 회전하면, 상기 복수의 스페이서 샤프트, 상기 베이스 받침, 및 상기 베이스가 함께 회전하는 엑스선관 타겟 제조용 지그(jig)를 제공한다.
상기 스페이서 샤프트 및 베이스 받침은 탄소(graphite) 소재로 형성될 수 있다.
인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 중에서 하나의 스페이서 샤프트의 말단면에는 다른 하나의 스페이서 샤프트의 마주보는 말단면을 향해 돌출된 체결 돌기가 구비되고, 상기 다른 하나의 스페이서 샤프트의 마주보는 말단면에는 상기 체결 돌기가 끼워지는 체결 홀(hole)이 형성되고, 상기 베이스 받침에는 상기 체결 돌기가 끼워지는 중공(中孔)이 형성될 수 있다.
상기 체결 돌기의 외주면에는 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성되고, 상기 체결 홀의 내주면 및 상기 베이스 받침의 중공의 내주면에는 상기 체결 돌기 외주면의 수형 스크류 패턴에 대응되는 암형 스크류 패턴이 형성될 수 있다.
상기 베이스 받침은 자신의 상측 및 하측의 스페이서 샤프트 중 하나와 분리되지 않게 일체로 결합될 수 있다.
본 발명의 엑스선관 타겟 제조용 지그는, 상기 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트와 상기 턴테이블 사이에 개재되며, 상기 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 최하층 베이스 받침을 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 중공이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스를 준비하는 베이스 준비 단계, 상기한 엑스선관 타겟 제조용 지그에 상기 베이스를 탑재하되, 상기 베이스 받침에 일대일로 대응되도록 상기 베이스를 탑재하는 베이스 탑재 단계, 상기 턴테이블을 회전시켜 상기 베이스를 회전시키는 베이스 회전 단계, 및 상기 베이스가 회전하는 동안에 용사 토치(torch)를 이용하여 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말을 상기 베이스에 용사(溶射)하고 냉각하여 상기 베이스의 표면에 전자 충돌층을 적층 형성하는 전자 충돌층 형성 단계를 구비하는, 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법을 제공한다.
상기 베이스 준비 단계에서 상기 베이스는 복수 개가 준비되고, 상기 베이스 탑재 단계에서 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 상기 복수의 베이스가 탑재되며, 상기 전자 충돌층 형성 단계에서 상기 용사 토치가 상기 베이스의 개수보다 작거나 같은 개수로 복수 개가 준비되어서, 상기 용사 토치의 개수와 같은 개수의 베이스에 동시에 상기 전자 충돌층이 형성될 수 있다.
상기 베이스 준비 단계는, 상기 베이스의 표면에 복수의 결합 강화 홈(groove)을 형성하는 결합 강화 홈 형성 단계를 더 구비하고, 상기 전자 충돌층 형성 단계에서 형성된 전자 충돌층은, 상기 복수의 결합 강화 홈에 상기 용사된 금속이 채워지고 경화된 표면 침투부, 및 상기 베이스의 일 표면 상에 적층되며 상기 표면 침투부와 일체로 형성된 표면 적층부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법은, 상기 전자 충돌층 형성 단계에 앞서서, 상기 베이스가 회전하는 동안에 용사 토치를 이용하여 텅스텐(W) 분말, 또는 텅스텐(W) 분말과 몰리브덴(Mo) 분말을 혼합한 혼합 금속 분말을 상기 베이스에 용사하고 냉각하여 상기 베이스의 표면에 버퍼층(buffer layer)을 적층 형성하는 버퍼층 형성 단계를 더 구비하고, 상기 전자 충돌층 형성 단계에서 상기 전자 충돌층은 상기 버퍼층 상에 적층될 ㅅ 있다.
본 발명의 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용하면, 엑스선관 타겟의 베이스를 안정적으로 지지하고 회전시킬 수 있어서, 상기 베이스의 표면에 금속 분말을 용사하여 전자 충돌층을 형성하는 작업의 속도가 빨라져서 생산성이 향상되고, 작업의 신뢰성이 향상되어 엑스선관 타겟의 불량율이 낮아진다.
또한, 복수의 용사 토치를 이용하여 복수의 베이스에 동시에 용사 작업을 진행하는 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선관 타겟의 제조 속도가 더욱 빨라져서 생산성이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 엑스선관 타겟 제조용 지그의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 엑스선관 타겟 제조용 지그의 단면도로서, 복수의 엑스선관 타겟의 베이스를 지지하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 용사 토치(torch)의 내부를 개략적으로 도시한, 용사 토치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟 제조 방법에 의해 제조된 엑스선관 타겟의 단면도이다.
도 2는 도 1의 엑스선관 타겟 제조용 지그의 단면도로서, 복수의 엑스선관 타겟의 베이스를 지지하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 용사 토치(torch)의 내부를 개략적으로 도시한, 용사 토치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟 제조 방법에 의해 제조된 엑스선관 타겟의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟 제조용 지그, 및 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 엑스선관 타겟 제조용 지그의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 엑스선관 타겟 제조용 지그의 단면도로서, 복수의 엑스선관 타겟의 베이스를 지지하고 있는 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 용사 토치(torch)의 내부를 개략적으로 도시한, 용사 토치의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟 제조 방법에 의해 제조된 엑스선관 타겟의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 엑스선관 타겟(10)은 엑스선관(X-ray tube)(미도시) 내부에 고속 회전 가능하게 설치되는 디스크(disk) 형태의 부재로서, 베이스(base)(11)와 전자 충돌층(20)을 구비한다.
상기 베이스(11)는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속, 즉 순수 몰리브덴이나 몰리브덴을 주재료로 포함하는 몰리브덴 합금으로 이루어진다. 베이스(11)에는 엑스선관의 샤프트(shaft)(미도시)가 관통하도록 중공(中孔)(12)이 형성된다. 전자 충돌층(20)은 베이스(11)의 일 표면(15)에 적층 형성된다. 구체적으로, 베이스(11)의 상측면은 상기 중공(12)에 상대적으로 가까운 내주부 상측면(14)과, 상기 내주부 상측면(14)보다 상기 중공(12)에서 멀리 이격되며 상기 내주부 상측면(14)에 대해 경사진 외주부 상측면(15)으로 구분되며, 상기 전자 충돌층(20)은 상기 외주부 상측면에 적층 형성된다. 상기 전자 충돌층(20)은 텅스텐(W)을 포함하는 금속, 즉 순수 텅스텐(W)이나 텅스텐을 주재료로 포함하는 텅스텐 합금으로 이루어진다.
엑스선관의 음극(cathode)(미도시)에서 고속 투사된 전자(electron)가 상기 전자 충돌층(20)에 충돌하여 엑스선(X-ray)이 방출된다. 도 4에 도시되진 않았으나, 엑스선관 타겟(10)은 방열 촉진을 위하여 상기 베이스(11) 아래에 흑연(graphite)이나 C-C 복합체(Carbon-Carbon composite)로 된 방열층을 더 구비할 수도 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 제조용 지그(30)는 엑스선관 타겟(10)(도 4 참조)의 베이스(11)에 전자 충돌층(20)을 형성하기 위해 용사 작업을 할 때 상기 베이스(11)가 탑재되는 지그(jig)이다. 상기 지그(30)는 복수의 스페이서 샤프트(spacer shaft)(31), 턴테이블(turn table)(41), 및 복수의 베이스 받침(36, 46)을 구비한다.
복수의 스페이서 샤프트(31)는 일직선, 즉 축선(CX)을 따라 이어지도록 서로 착탈 가능하게 결합된다. 각각의 스페이서 샤프트(31)는 원기둥 형상이며, Z축과 평행한 방향으로 스페이서 샤프트(31)의 길이가 상기 베이스(11)의 두께보다 크다. 각각의 스페이서 샤프트(31)가 베이스(11)의 중공(12)(도 4 참조)을 관통할 수 있도록 스페이서 샤프트(31)의 직경(DS1)은 상기 중공(12)의 내경(inner diameter)과 같거나 약간 작다.
축선(CX)을 따라 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트(31) 중에서 하측에 위치한 스페이서 샤프트(31)는, 자신의 상단면에 자신보다 상측에 위치한 스페이서 샤프트(31)의 하단면을 향해 Z축과 평행하게 돌출된 체결 돌기(32)를 구비한다. 상기 하측의 스페이서 샤프트(31)의 상단면을 마주보는 상측의 스페이서 샤프트(31)의 하단면에는 상기 체결 돌기(32)가 끼워지는 체결 홀(hole)(34)이 형성된다. 상기 체결 돌기(32)의 외주면에는 수형 스크류 패턴(male screw pattern)(미도시)이 형성되고, 상기 체결 돌기(32)가 끼워지는 체결 홀(34)의 내주면에는 상기 체결 돌기(32)의 수형 스크류 패턴에 대응되는 암형 스크류 패턴(female screw pattern)(미도시)이 형성된다.
턴테이블(41)은 복수의 스페이서 샤프트(31) 중에서 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트(31)의 하단면에 착탈 가능하게 결합된다. 턴테이블(41)은 Z축과 평행하게 상향 돌출된 체결 돌기(42)를 구비하고, 상기 체결 돌기(42)는 상기 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트(31)의 하단면에 형성된 체결 홀(34)에 끼워진다. 상기 가장 아래 배치된 스페이서 샤프트(31)의 체결 홀(34) 내주면에도 암형 스크류 패턴(미도시)이 형성되고, 상기 턴테이블(41)의 체결 돌기(42) 외주면에는 상기 암형 스크류 패턴에 대응되는 수형 스크류 패턴(미도시)이 형성된다.
복수의 베이스 받침(36, 46)은 상기 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트(31)와 턴테이블(41) 사이에 개재되는 최하층 베이스 받침(46)과, 상기 최하층 베이스 받침(46)의 상측에 마련된 상층 베이스 받침(36)으로 구분된다. 상기 상층 베이스 받침(36)은 축선(CX)을 따라 이어진 복수의 스페이서 샤프트(31) 중에서 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트(31) 사이에 개재된다.
각각의 베이스 받침(36, 46)은 디스크(disk) 형상의 부재이며, 중앙에 체결 돌기(32, 42)가 끼워지는 중공(37)이 형성된다. 상기 중공(37)의 내주면에는 상기 체결 돌기(32, 42)의 외주면에 형성된 수형 스크류 패턴에 대응되는 암형 스크류 패턴(미도시)이 형성된다. 베이스 받침(36, 46)의 직경(DS2)은 스페이서 샤프트(31)의 직경(DS1)보다 크다. 베이스 받침(36, 46)의 상측면의 영역 중에서 상기 스페이서 샤프트(31)의 직경(DS1)보다 큰 영역인 외주부(39)에 베이스(11)가 지지된다. 상기 외주부(39) 내측의 영역인 중공 주변부(38)에는 베이스 받침(36, 46)의 바로 위에 위치한 스페이서 샤프트(31)의 하단면이 지지된다.
복수의 스페이서 샤프트(31) 및 복수의 베이스 받침(36, 46)은 방열 특성이 우수한 탄소(graphite) 소재로 형성된다. 방열 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)에 복수의 베이스(11)를 탑재하고, 용사 작업을 수행할 때 베이스(11)에서 고열이 발생하는데, 탄소 소재로 형성된 베이스 받침(36, 46)과 스페이서 샤프트(31)가 상기 베이스(11)에서 발생한 고열의 원활한 방열을 돕는다.
상기 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)는 복수의 베이스(11)를 상기 지그(30)에 탑재함과 동시에 조립된다. 먼저, 최하층 베이스 받침(46)의 중공(47)을 턴테이블(41)의 체결 돌기(42)에 대해 정렬하고 상기 베이스 받침(46)의 중공(47) 내주면의 암형 스크류 패턴과 상기 체결 돌기(42) 외주면의 수형 스크류 패턴이 치합되도록 상기 베이스 받침(46)을 상기 체결 돌기(42)에 대해 회전하여 상기 베이스 받침(46)을 턴테이블(41)에 고정 결합한다.
그리고, 하나의 스페이서 샤프트(31)의 체결 홀(34)을 턴테이블(41)의 체결 돌기(42)에 대해 정렬하고 상기 스페이서 샤프트(31)의 체결 홀(34) 내주면의 암형 스크류 패턴과 상기 체결 돌기(42) 외주면의 수형 스크류 패턴이 치합되도록 상기 스페이서 샤프트(31)를 상기 체결 돌기(42)에 대해 회전하여 상기 스페이서 샤프트(31)를 턴테이블(41)에 고정 결합한다. 그리하면, 상기 턴테이블(41) 위에 제1 층의 스페이서 샤프트(31)가 Z축과 평행하게 세워진다. 그리고, 상기 제1 층의 스페이서 샤프트(31)가 하나의 베이스(11)의 중공(12)에 끼워지도록 상기 베이스(11)를 상기 제1 층 스페이서 샤프트(31)에 꿰고, 상기 베이스(11)를 상기 베이스 받침(46)에 지지되도록 내린다. 그리하면, 상기 베이스(11)의 중공(12)의 주변부 하측면이 상기 베이스 받침(46)의 외주부(49)에 접촉 지지되면서 상기 베이스(11)가 상기 베이스 받침(46)에 탑재된다.
다음으로, 하나의 상층 베이스 받침(36)의 중공(37)을 상기 제1 층 스페이서 샤프트(31)의 체결 돌기(32)에 대해 정렬하고 상기 베이스 받침(36)의 중공(37) 내주면의 암형 스크류 패턴과 상기 체결 돌기(32) 외주면의 수형 스크류 패턴이 치합되도록 상기 베이스 받침(36)을 상기 체결 돌기(32)에 대해 회전하여 상기 베이스 받침(36)을 제1 층 스페이서 샤프트(31)에 고정 결합한다.
그리고, 다른 하나의 스페이서 샤프트(31)의 체결 홀(34)을 제1 층 스페이서 샤프트(31)의 체결 돌기(22)에 대해 정렬하고 상기 스페이서 샤프트(31)의 체결 홀(34) 내주면의 암형 스크류 패턴과 상기 제1 층 스페이서 샤프트(31)의 체결 돌기(32) 외주면의 수형 스크류 패턴이 치합되도록 상기 스페이서 샤프트(31)를 상기 체결 돌기(32)에 대해 회전하여 상기 스페이서 샤프트(31)를 제1 층 스페이서 샤프트(31)에 고정 결합한다. 그리하면, 상기 제1 층 스페이서 샤프트(31) 위에 제2 층의 스페이서 샤프트(31)가 Z축과 평행하게 세워진다. 그리고, 상기 제2 층 스페이서 샤프트(31)가 다른 하나의 베이스(11)의 중공(12)에 끼워지도록 상기 베이스(11)를 상기 제2 층 스페이서 샤프트(31)에 꿰고, 상기 베이스(11)를 제1 층 및 제2 층 스페이서 샤프트(31) 사이에 개재된 베이스 받침(36)에 지지되도록 내린다. 그리하면, 상기 베이스(11)의 중공(12)의 주변부 하측면이 상기 베이스 받침(36)의 외주부(39)에 접촉 지지되면서 상기 베이스(11)가 상기 베이스 받침(36)에 탑재된다.
상술한 단계를 반복하여 제2 층 스페이서 샤프트(31) 위에 베이스 받침(36)을 고정 결합할 수 있고, 그 위에 제3 층 스페이서 샤프트(31)를 고정하여 세울 수 있으며, 상기 제2 층과 제3 층 스페이서 샤프트(31) 사이에 개재된 베이스 받침(36)에 또 다른 하나의 베이스(11)를 탑재할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 복수의 베이스 받침(36, 46)의 상측에 배치된 스페이서 샤프트(31)에 복수의 베이스(11)의 중공(12)이 꿰어지고 상기 복수의 베이스 받침(36, 46)에 베이스(11)의 중공(12) 주변부 하측면(13)이 지지되어서 상기 복수의 베이스(11)가 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)에 탑재된다.
상기 턴테이블(41)이 화살표 방향(RD)으로 회전하면, 상기 지그(30)를 구성하는 복수의 스페이서 샤프트(31) 및 복수의 베이스 받침(36, 46)과, 상기 복수의 베이스 받침(36, 46)에 탑재된 복수의 베이스(11)가 함께 회전하게 된다. 복수의 베이스(11)는 중공(12)의 내주면이 복수의 스페이서 샤프트(31)의 외주면에 마찰 접촉되고, 상기 중공(12)의 주변부 하측면(13)이 복수의 베이스 받침(36, 46)의 외주부(49)에 마찰 접촉되어서 상기 턴테이블(41)이 회전할 때 함께 회전할 수 있다. 다만, 도시되어 있지 않지만, 복수의 베이스(11)가 신뢰성 있게 턴테이블(41)의 회전에 동조하여 회전하도록, 각각의 스페이서 샤프트(31)의 하부 외주면에 돌기가 형성되고, 각각의 베이스(11)의 중공(12) 내주면에는 상기 돌기가 끼워지는 돌기 끼움 홈(groove) 또는 슬롯(slot)이 형성될 수도 있다.
한편, 스페이서 샤프트(31)와 턴테이블(41)에 형성된 체결 돌기(32, 42)와 체결 홈(34)은, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 반대 방향으로 형성될 수도 있다. 다시 말해서, 체결 돌기가 스페이서 샤프트이 하단면에서 아래로 돌출되고, 상기 체결 돌기가 끼워지는 체결 홈이 스페이서 샤프트의 상단면과 턴테이블에 형성될 수도 있다.
또 한편, 베이스 받침(36, 46)은 스페이서 샤프트(31) 및 턴테이블(41)과 분리되지 않게 일체로 결합될 수 있다. 이러한 형상의 부재는 예컨대, 탄소 재질의 블록을 기계 가공하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 상층 베이스 받침(36)은 자신의 아래에 위치하는 스페이서 샤프트(31)에 일체로 결합되고, 최하층 베이스 받침(46)은 턴테이블(41)과 일체로 결합될 수 있다. 또는, 모든 베이스 받침(36, 46)은 자신의 위에 위치하는 스페이서 샤프트(31)에 일체로 결합될 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)를 이용한 엑스선관 타겟(10)의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상기 엑스선관 타겟(10)의 제조 방법은, 베이스 준비 단계, 베이스 탑재 단계, 베이스 회전 단계, 및 전자 충돌층 형성 단계를 구비한다. 상기 베이스 준비 단계는, 중공(12)이 형성된 엑스선관 타겟(10)의 베이스(11)를 준비하는 단계이다.
상기 베이스 준비 단계는, 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속, 즉 순수 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 된 모재(母材)를 기계 가공하여 중공(12)이 형성된 베이스(11)을 형성하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 기계 가공에는, 모재를 타격하여 베이스(11)의 형태와 유사한 디스크(disk) 형태로 변형함과 동시에 강성을 강화하는 단조(鍛造) 가공 단계가 포함될 수 있다. 상기 단조 가공된 모재는 대량 생산된 기성품을 구매할 수 있고, 엑스선관 타겟(10)의 제조자는 상기 단조 가공된 모재를 예컨대, 절삭, 그라인딩(grinding)과 같은 마무리 기계 가공을 하여 베이스(11)로 제조할 수 있다.
상기 베이스 준비 단계는, 베이스(11)의 표면, 구체적으로 외주부 상측면(15)에 복수의 결합 강화 홈(groove)(16)을 형성하는 결합 강화 홈 형성 단계를 더 구비할 수 있다. 상기 결합 강화 홈(16)은 한 쌍의 측면(18)과 바닥면(17)에 의해 한정된다. 그리고, 결합 강화 홈(16)의 입구의 폭(WG2)이 상기 결합 강화 홈(16)의 입구와 바닥면(17) 사이에 결합 강화 홈(16)의 폭이 최대(WG1)가 되는 지점이 존재하고, 상기 결합 강화 홈(16)의 최대 폭(WG1)은 결합 강화 홈(16)의 입구의 폭(WG2)보다 크다.
상기 복수의 결합 강화 홈(16)은, 엔드밀(end mill)(미도시)을 절삭 공구로 사용하여 베이스(11)의 외주부 상측면(15)을 절삭 가공하여 형성할 수 있다. 상기 절삭 가공 방법 외에, 레이저 빔(lager beam)을 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 조사하여 복수의 결합 강화 홈(16)을 형성할 수 있고, 포토레지스트 도포 단계, 마스킹 단계, 현상 단계, 및 식각 단계를 포함하는 포토리소그래피 공정을 통해서도 복수의 결합 강화 홈(16)을 형성할 수 있다.
상기 베이스 탑재 단계는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)에 복수의 베이스(11)를 탑재하되, 복수의 베이스 받침(36, 46)에 일대일로 대응되도록 복수의 베이스(11)를 탑재하는 단계이다. 상기 지그(30)를 조립함과 동시에 상기 지그(30)에 복수의 베이스(11)를 탑재하는 방법은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바 있으므로 중복되는 언급은 생략한다.
상기 베이스 회전 단계는, 턴테이블(41)을 도 1 및 도 2의 화살표 방향(RD)으로 회전시켜 상기 지그(30)에 탑재된 복수의 베이스(11)를 회전시키는 단계이다. 상기 전자 충돌층 형성 단계는, 상기 지그(30)에 탑재된 복수의 베이스(11)가 회전하는 동안에 복수의 용사 토치(torch)(60)를 이용하여 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말을 각각의 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 용사(溶射)하고 냉각하여 상기 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 전자 충돌층(20)을 형성하는 단계이다.
도 2에서는 지그(30)에 탑재된 베이스(11)의 개수와 같은 개수의 용사 토치(60)가 준비되어 지그(30)에 탑재된 모든 베이스(11)에 동시에 용사 작업이 진행되며 전자 충돌층(20)이 형성된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 하나의 용사 토치(60)를 이용하여 복수의 베이스(11)에 순차적으로 용사 작업을 진행하여 순차적으로 베이스(11)에 전자 충돌층(20)을 형성할 수도 있다.
부연하면, 상기 전자 충돌층 형성 단계는 상기 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말을 플라즈마(plasma)에 실어서, 상기 금속의 분말을 녹이면서 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 분사하는 플라즈마 용사 단계를 구비할 수 있다. 상기 용사 토치(60)는 소위 플라즈마 용사 토치일 수 있다.
도 3을 참조하면, 각각의 용사 토치(60)는 중앙부에 핀(pin) 형태로 돌출된 음극 전극(cathode)(61)과, 음극 전극(61) 주변을 감싸며 음극 전극(61)의 전방에 노즐 개구(64)가 형성된 양극 전극(anode)(62)을 구비한다. 아르곤, 수소, 질소, 헬륨과 같은 불활성 가스가 음극 전극(61) 주변의 불활성 가스 공급부(67)를 통해 공급되어 음극 전극(61)과 양극 전극(62) 사이에서 플라즈마화되고, 노즐 개구(64)를 통해 상기 용사 토치(60)의 전방으로 플라즈마 제트(plasma jet)가 분사된다. 상기 용사 토치(60)의 과열을 방지하기 위해 양극 전극(62)의 주변부로는 냉각수 공급부(68)를 통해 냉각수가 공급된다.
상기 용사 토치(60) 전면의 분말 투입부(66)를 통해 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말이 투입되면 상기 플라즈마 제트에 의해 용융되고, 상기 용융된 금속은 상기 플라즈마 제트에 실려 상기 용사 토치(60)의 전방으로 투사되어 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 코팅(coating)되고 냉각되면서 전자 충돌층(20)이 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 텅스텐(W)을 포함하는 금속은 텅스텐 합금이고, 그 성분에는 3 내지 10wt%의 라듐(Ra)이 포함될 수 있다. 상기 라듐(Ra)은 용사된 텅스텐 합금이 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 부착되는 부착력을 향상시켜 베이스(11)와 전자 충돌층(20) 간의 결합력을 높여준다.
상기 전자 충돌층 형성 단계에서 형성된 전자 충돌층(20)은, 복수의 결합 강화 홈(16)에 상기 용사된 금속이 채워지고 경화된 표면 침투부(21), 및 베이스(11)의 외주부 상측면(15) 상에 적층되며 상기 표면 침투부(21)와 일체로 형성된 표면 적층부(23)를 구비한다. 다시 말해서, 용사 토치(60) 전방으로 투사된 용융 금속이 상기 결합 강화 홈(35)에 채워져 경화되면 표면 침투부(21)가 되고, 그 위에 적층되어 경화되면 표면 적층부(23)가 되며, 상기 표면 침투부(21)와 표면 적층부(23)는 일체로 합쳐져 경화된다.
엑스선관의 음극에서 방출된 전자는 전자 충돌층(20)에 충돌하는데, 특히 전자 충돌층(20)의 중간 영역에 빈번하게 충돌한다. 상기 전자 충돌층(20)의 중간 영역은 베이스(11)의 내주부 상측면(14)에 근접한 내측 영역과, 베이스(11)의 외주 모서리에 근접한 외측 영역 사이에 위치한 영역을 가리킨다. 따라서, 적층된 전자 충돌층(20)의 두께가 일정하면, 상기 중간 영역에서 전자 충돌층(20)이 상기 내측 영역 및 외측 영역보다 빨리 마모되어 엑스선관 타겟(10)의 내구성이 저하될 수 있다. 그러므로, 상기 전자 충돌층(20)의 중간 영역의 두께(TL2)가 상기 전자 충돌층(20)의 내측 영역의 두께(TL1) 및 외측 영역의 두께(TL3)보다 두껍게 형성되는 것이, 엑스선관 타겟(10)의 내구성 향상을 위하여 바람직하다.
한편, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선관 타겟 제조 방법은 상기 전자 충돌층 형성 단계에 앞서서 버퍼층(buffer layer) 형성 단계를 구비할 수 있다. 상기 버퍼층 형성 단계는, 상기 턴테이블(41)이 회전하여 상기 지그(30)에 탑재된 복수의 베이스(11)가 회전하는 동안에 용사 토치(60)를 이용하여 텅스텐(W) 분말을 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 용사하고 냉각하여 상기 외주부 상측면(15)에 버퍼층(미도시)을 형성하는 단계이다. 본 발명의 엑스선관 타겟 제조 방법이 상기 버퍼층 형성 단계를 구비하는 경우에, 상기 전자 충돌층 형성 단계에서 상기 전자 충돌층은 상기 버퍼층 상에 적층된다. 상기 버퍼층 형성 단계에서 텅스텐(W)을 분말을 대신하여 텅스텐(W) 분말과 몰리브덴(Mo) 분말을 혼합한 혼합 금속 분말을 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 용사할 수도 있다.
상기 버퍼층의 열팽창 계수는 베이스(11)의 열팽창 계수와 전자 충돌층의 열팽창 계수의 중간 정도의 크기를 가지며, 전자 충돌층과 베이스(11) 사이의 접합력을 높여준다. 따라서, 전자 충돌로 엑스선관 타겟(10)에 높은 열이 발생하더라도 전자 충돌층이 베이스(11)에서 분리되거나 전자 충돌층에 크랙(crack)이 발생하지 않게 된다. 도 2에 도시된 결합 강화 홈(16)을 베이스(11)의 외주부 상측면(15)에 형성하지 않더라도, 상기 외주부 상측면(15)에 레이저 빔을 조사하거나 널링(knurling)과 같은 기계 가공을 수행하여 표면 조도(surface roughness)를 크게 한 후에 상기 버퍼층 형성 단계와 전자 충돌층 형성 단계를 수행하면, 상기 전자 충돌층과 베이스(11) 사이의 접합력이 더욱 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 엑스선관 타겟 제조용 지그(30)를 이용하면, 엑스선관 타겟(10)의 베이스(11)를 안정적으로 지지하고 회전시킬 수 있어서, 상기 베이스(11)의 표면에 금속 분말을 용사하여 전자 충돌층(20)을 형성하는 작업의 속도가 빨라져서 생산성이 향상되며, 작업의 신뢰성이 향상되어 엑스선관 타겟(10)의 불량율이 낮아진다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 용사 토치(60)를 이용하여 상기 지그(30)에 탑재된 복수의 베이스(11)에 동시에 용사 작업을 진행하면, 엑스선관 타겟(10)의 제조 속도가 더욱 빨라져서 생산성이 더욱 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 엑스선관 타겟 11: 베이스
20: 전자 충돌층 30: 엑스선관 타겟 제조용 지그
31: 스페이서 샤프트 32: 체결 돌기
36, 46: 베이스 받침 41: 턴테이블
20: 전자 충돌층 30: 엑스선관 타겟 제조용 지그
31: 스페이서 샤프트 32: 체결 돌기
36, 46: 베이스 받침 41: 턴테이블
Claims (10)
- 중공(中孔)이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스(base)에 전자 충돌층을 형성하기 위하여 상기 베이스가 탑재되는 엑스선관 타겟 제조용 지그로서,
일직선을 따라 이어지도록 서로 착탈 가능하게 결합되며, 각각의 길이가 상기 베이스의 두께보다 큰 복수의 스페이서 샤프트(spacer shaft); 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 사이에 개재되며, 상기 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 베이스 받침; 및, 상기 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트의 하단면에 착탈 가능하게 결합되는 턴테이블(turn table);을 구비하고,
상기 베이스 받침의 상측에 배치된 스페이서 샤프트에 상기 베이스의 중공이 꿰어지고 상기 베이스 받침에 상기 중공의 주변부가 지지되어서 상기 베이스가 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 탑재되고,
상기 턴테이블이 회전하면, 상기 복수의 스페이서 샤프트, 상기 베이스 받침, 및 상기 베이스가 함께 회전하고,
인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 중에서 하나의 스페이서 샤프트의 말단면에는 다른 하나의 스페이서 샤프트의 마주보는 말단면을 향해 돌출된 체결 돌기가 구비되고,
상기 다른 하나의 스페이서 샤프트의 마주보는 말단면에는 상기 체결 돌기가 끼워지는 체결 홀(hole)이 형성되고,
상기 베이스 받침에는 상기 체결 돌기가 끼워지는 중공(中孔)이 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조용 지그. - 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 샤프트 및 베이스 받침은 탄소(graphite) 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조용 지그. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 체결 돌기의 외주면에는 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성되고, 상기 체결 홀의 내주면 및 상기 베이스 받침의 중공의 내주면에는 상기 체결 돌기 외주면의 수형 스크류 패턴에 대응되는 암형 스크류 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조용 지그. - 제1 항에 있어서,
상기 베이스 받침은 자신의 상측 및 하측의 스페이서 샤프트 중 하나와 분리되지 않게 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조용 지그. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트와 상기 턴테이블 사이에 개재되며, 상기 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 최하층 베이스 받침;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조용 지그. - 중공이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스를 준비하는 베이스 준비 단계;
제1 항, 제2항, 제4항, 제5항 및 제6 항 중 어느 한 항의 엑스선관 타겟 제조용 지그에 상기 베이스를 탑재하되, 상기 베이스 받침에 일대일로 대응되도록 상기 베이스를 탑재하는 베이스 탑재 단계;
상기 턴테이블을 회전시켜 상기 베이스를 회전시키는 베이스 회전 단계; 및,
상기 베이스가 회전하는 동안에 용사 토치(torch)를 이용하여 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말을 상기 베이스에 용사(溶射)하고 냉각하여 상기 베이스의 표면에 전자 충돌층을 적층 형성하는 전자 충돌층 형성 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는, 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 베이스 준비 단계에서 상기 베이스는 복수 개가 준비되고,
상기 베이스 탑재 단계에서 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 상기 복수의 베이스가 탑재되며,
상기 전자 충돌층 형성 단계에서 상기 용사 토치가 상기 베이스의 개수보다 작거나 같은 개수로 복수 개가 준비되어서, 상기 용사 토치의 개수와 같은 개수의 베이스에 동시에 상기 전자 충돌층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법. - 중공(中孔)이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스(base)에 전자 충돌층을 형성하기 위하여 상기 베이스가 탑재되는 엑스선관 타겟 제조용 지그로서,
일직선을 따라 이어지도록 서로 착탈 가능하게 결합되며, 각각의 길이가 상기 베이스의 두께보다 큰 복수의 스페이서 샤프트(spacer shaft); 인접한 한 쌍의 스페이서 샤프트 사이에 개재되며, 상기 스페이서 샤프트의 직경보다 큰 직경을 갖는 베이스 받침; 및, 상기 복수의 스페이서 샤프트 중 가장 아래에 배치된 스페이서 샤프트의 하단면에 착탈 가능하게 결합되는 턴테이블(turn table);을 구비하고,
상기 베이스 받침의 상측에 배치된 스페이서 샤프트에 상기 베이스의 중공이 꿰어지고 상기 베이스 받침에 상기 중공의 주변부가 지지되어서 상기 베이스가 상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 탑재되고,
상기 턴테이블이 회전하면, 상기 복수의 스페이서 샤프트, 상기 베이스 받침, 및 상기 베이스가 함께 회전하는 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법으로서,
중공이 형성된 엑스선관 타겟의 베이스를 준비하는 베이스 준비 단계;
상기 엑스선관 타겟 제조용 지그에 상기 베이스를 탑재하되, 상기 베이스 받침에 일대일로 대응되도록 상기 베이스를 탑재하는 베이스 탑재 단계;
상기 턴테이블을 회전시켜 상기 베이스를 회전시키는 베이스 회전 단계; 및,
상기 베이스가 회전하는 동안에 용사 토치(torch)를 이용하여 텅스텐(W)을 포함하는 금속의 분말을 상기 베이스에 용사(溶射)하고 냉각하여 상기 베이스의 표면에 전자 충돌층을 적층 형성하는 전자 충돌층 형성 단계;를 구비하고,
상기 베이스 준비 단계는, 상기 베이스의 표면에 복수의 결합 강화 홈(groove)을 형성하는 결합 강화 홈 형성 단계를 더 구비하고,
상기 전자 충돌층 형성 단계에서 형성된 전자 충돌층은, 상기 복수의 결합 강화 홈에 상기 용사된 금속이 채워지고 경화된 표면 침투부, 및 상기 베이스의 일 표면 상에 적층되며 상기 표면 침투부와 일체로 형성된 표면 적층부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 전자 충돌층 형성 단계에 앞서서, 상기 베이스가 회전하는 동안에 용사 토치를 이용하여 텅스텐(W) 분말, 또는 텅스텐(W) 분말과 몰리브덴(Mo) 분말을 혼합한 혼합 금속 분말을 상기 베이스에 용사하고 냉각하여 상기 베이스의 표면에 버퍼층(buffer layer)을 적층 형성하는 버퍼층 형성 단계;를 더 구비하고,
상기 전자 충돌층 형성 단계에서 상기 전자 충돌층은 상기 버퍼층 상에 적층되는 것을 특징으로 하는, 엑스선관 타겟 제조용 지그를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법.
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