KR102615714B1 - 엑스선관 타겟의 제조 방법 - Google Patents
엑스선관 타겟의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102615714B1 KR102615714B1 KR1020210042193A KR20210042193A KR102615714B1 KR 102615714 B1 KR102615714 B1 KR 102615714B1 KR 1020210042193 A KR1020210042193 A KR 1020210042193A KR 20210042193 A KR20210042193 A KR 20210042193A KR 102615714 B1 KR102615714 B1 KR 102615714B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- track
- base
- forging
- ray tube
- powder
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 41
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 40
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 description 4
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000013170 computed tomography imaging Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/14—Manufacture of electrodes or electrode systems of non-emitting electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
- H01J2235/081—Target material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
엑스선이 방출되도록 전자가 충돌하는 엑스선관 타겟을 제조하는 방법은, 몰리브덴을 포함하는 금속으로 된 모재를 기계 가공하여 베이스를 형성하는 베이스 기계 가공 단계, 및 상기 베이스의 표면에 상기 전자의 충돌에 의해 엑스선이 방출되는 금속으로 이루어진 트랙을 3D 프린팅으로 적층 형성하는 트랙 3D 프린팅 단계를 구비한다.
Description
본 발명은 엑스선관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 충돌에 의해 엑스선(X-ray)을 방출하는 엑스선관 타겟의 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 엑스선관 타겟에 충돌하며, 이때 엑스선이 방출된다. 통상적으로 엑스선관 타겟은 재료 성분을 포함하는 금속 내지 금속 산화물의 분말을 고온 소결 성형, 다시 말해 분말 야금(powder metallurgy)에 의해 제조된다. 상기 고온 소결 성형 방법은 금속 분말을 배합하는 배합 공정, 성형틀에 상기 금속 분말을 채우고 가압하여 엑스선관 타겟의 형태를 잡는 성형 공정, 상기 형태가 잡힌 금속 분말 덩어리를 고온 소결하는 소결 공정을 포함한다. 상기 소결 공정은 거의 24시간동안 고온으로 가열하고, 상온(常溫)으로 될 때까지 오랜 시간동안 냉각하는 과정을 포함한다. 따라서, 고온 소결 성형 방법으로 엑스선관 타겟을 제조하면 생산성이 저하되고, 생산 원가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은, 금속의 3D 프린팅(printing)을 적용하여 엑스선관 타겟의 트랙(track)을 적층함으로써, 생산성이 향상되고 생산 원가가 저하되는 엑스선관 타겟의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 엑스선(X-ray)이 방출되도록 전자(electron)가 충돌하는 엑스선관 타겟을 제조하는 방법으로서, 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속으로 된 모재(母材)를 기계 가공하여 베이스(base)를 형성하는 베이스 기계 가공 단계, 및 상기 베이스의 표면에 상기 전자의 충돌에 의해 엑스선이 방출되는 금속으로 이루어진 트랙(track)을 3D 프린팅(printing)으로 적층 형성하는 트랙 3D 프린팅 단계를 구비하는 엑스선관 타겟 제조 방법을 제공한다.
상기 트랙 3D 프린팅 단계는, 금속 분말을 레이저빔(laser beam) 또는 전자빔(electron beam)으로 상기 베이스의 표면에 용융 접합하여 트랙을 적층 형성하는 DED(direct energy deposition) 단계를 구비할 수 있다.
상기 DED 단계는, 상기 베이스의 표면으로 텅스텐(W) 분말과 레늄(Re) 분말을 연속적으로 공급하는 단계, 및 상기 베이스의 표면으로 공급된 텅스텐 분말과 레늄 분말에 레이저빔 또는 전자빔을 조사하여 상기 텅스텐 분말과 레늄 분말을 용융시키고 상기 베이스의 표면에 접합시키는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 엑스선관 타겟 제조 방법은, 상기 트랙이 적층된 베이스를 상기 엑스선관 타겟의 형상에 대응되는 단조 홈(groove)에 끼워 넣고 가압하여 상기 트랙의 형상을 교정하고 물성을 개선하는 단조 가공 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 트랙 3D 프린팅 단계를 통해 상기 베이스에 적층된 트랙의 높이는 2 내지 4mm 이고, 상기 단조 가공 단계 후에 상기 트랙의 높이는 1 내지 2mm 이며, 상기 단조 가공 단계 후에 상기 트랙의 표면 경도는 적어도 Hv 350 일 수 있다.
상기 단조 가공 단계는 상기 트랙이 적층된 베이스를 1100 내지 1200℃ 의 온도 환경에서 열간 단조하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속 분말의 고온 소결 성형을 통해 엑스선관 타겟을 제조하지 않고, 절삭 연마 등의 기계 가공과 금속의 3D 프린팅(printing)을 통해 엑스선관 타겟을 제조한다. 그러므로, 엑스선관 타겟의 생산성이 향상되고, 생산 원가가 절감된다. 또한, 현재까지 전량 수입에 의존하고 있는 예컨대, CT 촬영용 엑스선관 장치의 엑스선관 타겟을 고품질, 저원가로 생산함으로써 수입 대체 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 엑스선관 타겟을 구비한 엑스선관의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟의 제조 방법을 나타낸 블록 다이아그램이다.
도 3은 도 2의 트랙 3D 프린팅 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 단조 가공 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟의 제조 방법을 나타낸 블록 다이아그램이다.
도 3은 도 2의 트랙 3D 프린팅 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 단조 가공 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟의 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 엑스선관 타겟을 구비한 엑스선관의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 엑스선관(10)은 예컨대, 전산화 단층 영상(CT; computed tomography) 촬영 기기와 같은 의료용 영상 기기에 포함되는 엑스선관 장치(미도시)의 내부에 삽입 장착되어 엑스선(X-ray)을 생성 방출하는 것으로, 진공 튜브(vacuum tube)(11), 음극(cathode)(16), 양극(anode)(30), 로터(rotor)(28), 및 스테이터(stator)(미도시)를 구비한다.
진공 튜브(11)는 외형이 종(bell)과 유사하여 소위 벨캔(bellcan)으로 불리우기도 한다. 진공 튜브(11)는 상대적으로 직경이 큰 대직경부(13)와, 대직경부(13)에서 이어져 대직경부(13) 아래에 배치되며, 상기 대직경부(13)보다 직경이 작은 소직경부(14)을 구비한다. 진공 튜브(11)는 밀봉되고, 진공 튜브(11)의 내부 공간은 고진공 상태로 유지된다.
음극(16)은 진공 튜브(11)의 상측에 고정되며, 상기 양극(30)과의 사이에 대략 150V(volt)의 전위차를 형성한다. 음극(16)에서 생성된 전자(electron)는 상기 전위차에 의해 가속되어 상기 양극(30)으로 투사된다. 상기 양극(30)에 전자가 투사되어 충돌하므로, 상기 양극(30)을 엑스선관 타겟(target)이라 한다.
엑스선관 타겟(30)은 디스크(disk) 형태의 부재로서, 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속, 즉 순수 몰리브덴이나 몰리브덴을 주재료로 포함하는 몰리브덴 합금으로 이루어진 베이스(base)(31)와, 베이스(31)의 상측면 외주부의 트랙 적층 경사면(33)에 적층되고 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금으로 이루어진 트랙(track)(40)을 구비한다. 상기 트랙(40)에 상기 음극(16)에서 고속 투사된 전자가 충돌하여 엑스선이 방출된다.
상기 베이스(31)의 소재인 몰리브덴 합금은 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 몰리브덴(Mo)을 포함한 TZM 합금일 수 있다. 이 경우 상기 엑스선관 타겟(30)을 TZM 타겟이라고도 한다. 상기 트랙(40)의 소재인 텅스텐과 레늄의 합금은 예컨대, 텅스텐 90 wt%, 레늄 10 wt% 일 수 있다. 도 1에 도시되진 않았으나, 엑스선관 타겟(30)은 열용량을 확대하고 방열을 촉진하기 위하여 상기 베이스(31) 아래에 흑연(graphite)이나 C-C 복합체(Carbon-Carbon composite)로 된 흡열층을 더 구비할 수도 있다.
엑스선관 타겟(30)의 중심을 상하 방향으로 관통하는 관통공에 끼워지고 고정 캡(cap)(27)에 의해 엑스선관 타겟(30)에 고정된 타겟 연결 샤프트(23)는, 엑스선관 타겟(30)을 상하 방향으로 연장된 가상의 회전 축선(RC)을 중심으로 회전 가능하게 지지한다. 진공 튜브(11)의 소직경부(14) 내측에 배치된 원통 형상의 로터(28)는 상기 타겟 연결 샤프트(23)에 고정 결합된다. 상기 로터(28)의 내측에서 상기 회전 축선(RC)을 따라 연장된 내부 샤프트(25)의 상단은 상기 타겟 연결 샤프트(23)에 고정 결합된다. 샤프트 지지체(17)는 진공 튜브(11)의 하단이 밀봉되도록 상기 진공 튜브(11)의 하단에 고정 결합되고, 상측 베어링(bearing)(21)과 하측 베어링(22)이 상기 내부 샤프트(25)와 샤프트 지지체(17) 사이에 개재된다. 이와 같은 구성으로, 서로 고정 결합된 내부 샤프트(25), 로터(28), 타겟 연결 샤프트(23), 및 엑스선관 타겟(30)은 진공 튜브(11) 내부에서 샤프트 지지체(17)에 회전 축선(RC)을 중심으로 고속 회전 가능하게 지지된다.
상기 스테이터(미도시)는 진공 튜브(11)의 소직경부(14) 바깥에서 로터(28)를 에워싸도록 권선된 코일(coil)(미도시)을 구비한다. 상기 코일에 전류가 인가되면 전자기력이 발생하고, 이 전자기력에 의해 상기 로터(28) 및 이에 고정 결합된 내부 샤프트(25), 타겟 연결 샤프트(23), 및 엑스선관 타겟(30)이 회전 축선(RC)을 기준으로 회전하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선관 타겟의 제조 방법을 나타낸 블록 다이아그램이고, 도 3은 도 2의 트랙 3D 프린팅 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2의 단조 가공 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 엑스선관 타겟(30)의 제조 방법은 베이스 기계 가공 단계(S10), 트랙 3D 프린팅 단계(S20), 및 단조 가공 단계(S30)를 구비한다. 상기 베이스 기계 가공 단계(S10)는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속, 즉 순수 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 된 모재(母材)를 기계 가공하여 베이스(base)(31)를 형성하는 단계이다. 여기서, 상기 베이스(31)의 소재인 몰리브덴 합금은 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 몰리브덴(Mo)을 포함한 TZM 합금일 수 있다.
구체적으로, 상기 베이스 기계 가공 단계(S10)는 상기 모재를 베이스(31)의 형상으로 절삭 가공하는 단계를 포함한다. 기계 가공에 의해 형성된 베이스(31)는 대체로 원반(disk) 형상이며, 중심부에 마련된 수평한 원형의 내측면(34)과, 상기 내측면(34)의 바깥에 외주 측으로 갈수록 두께가 얇아지게 경사진 트랙 적층 경사면(33)과, 상기 트랙 적층 경사면(33)의 반대측에 마련된 수평한 원형의 트랙 반대측면(35)을 포함한다.
상기 트랙 3D 프린팅 단계(S20)는 상기 베이스(31)의 표면, 구체적으로 트랙 적층 경사면(33)에 전자의 충돌에 의해 엑스선이 방출되는 금속으로 이루어진 트랙(track)(40)을 3D 프린팅(printing)으로 적층 형성하는 단계이다. 상기 트랙(40)의 소재인 금속은 상술한 바와 같이 텅스텐(W)과 레늄(Re)의 합금일 수 있다.
상기 트랙 3D 프린팅 단계(S20)는, 금속 분말(PO1, PO2)을 레이저빔(laser beam)으로 상기 트랙 적층 경사면(33)에 용융 접합하여 트랙을 적층 형성하는 DED(direct energy deposition) 단계를 구비한다. DED 단계는 프린팅 헤드(head)(50)를 구비하는 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 프린팅 헤드(50)에는 상기 프린팅 헤드(50)의 내부로 텅스텐(W) 분말(PO1) 및 레늄(Re) 분말(PO2)을 각각 공급하는 텅스텐 분말 공급기(65) 및 레늄 분말 공급기(66)와, 상기 텅스텐 분말(PO1) 및 레늄 분말(PO2)을 고속으로 유동(流動)시키는 캐리어 가스(carrier gas)를 상기 프린팅 헤드(50)의 내부로 공급하는 캐리어 가스 공급기(67)가 연결된다. 또한 도시되진 않았으나, 프린팅 헤드(50) 하단부의 노즐(53)의 과열로 인한 프린팅 헤드(50)의 고장이나 폭발을 방지하는 노즐 보호 가스(nozzle shielding gas)(SG)를 상기 프린팅 헤드(50)의 내부로 공급하는 노즐 보호 가스 공급기도 상기 프린팅 헤드(50)에 연결될 수 있다.
프린팅 헤드(50)는 그 내부에 레이저빔(BE)을 상기 노즐(53)을 향한 방향으로 투사하는 빔 투사기(51)과, 상기 레이저빔(BE)의 에너지가 상기 노즐(53) 아래에 배치된 베이스(31)의 트랙 적층 경사면(33)에 집중되도록 안내하는 광학계(미도시)를 구비한다. 또한, 프린팅 헤드(50)의 내부에는 상기 캐리어 가스에 실려 고속으로 유동하는 텅스텐 분말(PO1)이 상기 노즐(53)의 아래로 방출되도록 안내하는 텅스텐 분말 유로와, 상기 캐리어 가스에 실려 고속으로 유동하는 레늄 분말(PO2)이 상기 노즐(53)의 아래로 방출되도록 안내하는 레늄 분말 유로와, 상기 노즐 보호 가스(SG)를 상기 노즐(53) 내부를 관통하여 아래로 방출되도록 안내하는 노즐 보호 가스 유로가 형성된다.
상기 DED 단계는, 상기 베이스(31)를 상기 트랙 반대측면(35)이 아래를 향하도록 작업 테이블(60)에 고정 지지하는 단계와, 상기 베이스(31)가 중앙의 회전 축선(RC)을 중심으로 회전하도록 상기 작업 테이블(60)을 회전시키는 단계와, 상기 노즐(53)이 상기 베이스(31)의 트랙 적층 경사면(33) 위에 정렬되도록 상기 프린팅 헤드(50)를 상기 베이스(31)의 위에 배치하고, 상기 트랙 적층 경사면(33)으로 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)을 연속적으로 공급하는 단계와, 상기 트랙 적층 경사면(33)으로 공급된 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)에 레이저빔(BE)을 조사하여 상기 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)을 용융시키고 상기 트랙 적층 경사면(33)에 접합시키는 단계를 구비한다.
부연하면, 상기 노즐(53)의 아래로 방출되는 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)은 상기 레이저빔(BE)의 에너지가 집중되는 지점을 향해 진행하여 혼합됨과 동시에 상기 레이저빔(BE)에 의해 용융되고, 상기 용융된 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)의 혼합 금속은 상기 트랙 적층 경사면(33)에 적층된다. 상기 레이저빔(BE)의 에너지에 의해 상기 트랙 적층 경사면(33)도 부분적으로 용융된 상태이므로 상기 용융된 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)의 혼합 금속이 상기 트랙 적층 경사면(33)에 강한 접합력으로 접합 적층된다.
상기 베이스(31)가 회전 축선(RC)을 따라 한 바퀴를 회전하면 상기 회전 축선(RC)으로부터 일정한 거리만큼 이격된 동심원 궤도를 따라 트랙 돌기(41)가 형성된다. 상기 베이스(31)가 한 바퀴 회전한 후에, 상기 프린팅 헤드(50)을 이용하여 상기 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)을 용융시키고 상기 트랙 적층 경사면(33)에 접합시키는 단계를 반복하면 상기 회전 축선(RC)을 중심으로 하는 동심원 형상의 다수의 트랙 돌기(41)가 형성된다. 상기 다수의 트랙 돌기(41)가 트랙(40)을 구성한다. 트랙 적층 경사면(33)에 용융 접합된 금속은 상기 노즐(53) 아래로 토출되는 노즐 보호 가스(SG)에 의해 적절히 냉각되므로 트랙 돌기(41)의 형상이 붕괴되지 않고 유지된다. 상기 트랙 3D 프린팅 단계(S20)를 통해 상기 베이스(31)에 적층된 트랙(40)의 높이, 구체적으로 각각의 트랙 돌기(41)의 높이(HT1)는 2 내지 4mm 일 수 있다.
한편, 이상에서 도 3을 참조하여 레이저빔(BE)으로 텅스텐 분말(PO1)과 레늄 분말(PO2)을 용융하는 프린팅 헤드(50)와 이를 적용한 DED 단계에 대해서만 언급하였으나, 본 발명의 엑스선관 타겟 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 전자빔(electron beam)을 투사하여 텅스텐 분말과 레늄 분말(PO2)을 용융하는 단계를 포함하는 DED 단계를 구비할 수도 있다.
도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 단조 가공 단계(S30)는 상기 트랙(40)이 적층된 베이스(31)를 엑스선관 타겟(30)의 형상에 대응되는 단조 홈(groove)(73)에 끼워 넣고 가압하여 상기 트랙(40)의 형상을 교정하고 물성을 개선하는 단계이다. 구체적으로, 상기 단조 가공 단계(S30)는 단조용 금형(mold)(71)과 단조용 프레스 블록(press block)(76)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 단조용 금형(71)은 그 상측면(72)에 트랙(40)이 적층된 엑스선관 타겟(30)의 내측면(34)과 상기 트랙(40)의 표면 형상에 대응되는 형상의 바닥면을 구비한 단조 홈(73)이 형성된다.
상기 단조 홈(73)의 바닥면에는 상기 다수의 트랙 돌기(41)에 대응되는 다수의 트랙 홈부(74)가 마련된다. 다수의 트랙 홈부(74)는 상기 다수의 트랙 돌기(41)에 대응되게 동심원 형상이고, 각각의 트랙 홈부(74)의 단면 형상은 물결 형상일 수 있다. 상기 베이스(31)의 상측면이 아래를 향하도록 상기 엑스선관 타겟(30)의 위아래를 뒤집어서 상기 단조 홈(73)에 끼웠을 때 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 트랙 돌기(41)와 다수의 트랙 홈부(74)가 일대일로 대응되게 서로 마주볼 수 있다.
각각의 트랙 홈부(74)의 깊이(GD2)는 상기 트랙 3D 프린팅 단계(S20)에서 형성된 트랙 돌기(41)의 높이(HT1)보다 작으며, 1 내지 2mm 일 수 있다. 상기 단조 홈(73)의 최대 깊이(GD1)는 상기 베이스 기계 가공 단계(S10)에서 형성된 베이스(31)의 내측면(34)과 트랙 반대측면(35) 사이의 높이(HB1)보다 작다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 엑스선관 타겟(30)이 상기 단조 홈(73)에 끼워진 상태로 단조용 프레스 블록(76)의 편평한 하측면(77)을 베이스(31)의 트랙 반대측면(35)에 밀착시키고, 상기 하측면(77)이 상기 단조용 금형(71)의 상측면(72)에 닿도록 상기 단조용 프레스 블록(76)을 아래로 가압하면, 상기 베이스(31)의 초기 높이(HB1)가 상기 단조 홈(73)의 깊이(GD1)와 같아지고, 상기 트랙(40)의 초기 높이(HT1), 즉 트랙 돌기(41) 초기 높이(HT1)가 상기 트랙 홈부(74)의 깊이(GD2)와 같아지도록 상기 베이스(31)와 이에 적층된 트랙(40)이 단조 가공된다.
상기 베이스(31)와 트랙(40)이 단조 가공됨으로서, 상기 베이스(31)와 트랙(40)이 수축되어 밀도가 커지고 조직이 치밀해지면서 물성이 개선된다. 구체적으로, 상기 단조 가공 단계(S30) 후에 상기 트랙(40)의 표면 경도는 적어도 Hv 350 또는 그 이상으로 향상될 수 있다. 이로 인해, 상기 트랙(40)에 전자가 충돌할 때 엑스선이 원활하게 방출되고, 트랙 돌기(41)의 손상도 억제된다. 단조 가공 단계(S30)에서 베이스(31) 및 트랙(40)의 소성 변형과 물성 개선이 촉진되도록 상기 단조 가공 단계(S30)는 상기 트랙(40)이 적층된 베이스(31)를 1100 내지 1200℃ 의 고온 온도 환경에서 열간 단조하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다.
도면에 도시되진 않았으나, 본 발명의 엑스선관 타겟 제조 방법은, 단조 가공 단계(S30) 이후에 상기 베이스(31)의 트랙 반대측면(35)에 흑연(graphite)이나 C-C 복합체로 된 흡열층을 접합하는 흡열층 접합 단계와, 상기 엑스선관 타겟에 상기 타겟 연결 샤프트(23)(도 1 참조)가 관통하는 관통공을 형성하는 관통공 형성 단계를 더 구비할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 엑스선관 타겟 제조 방법에 의하면, 금속 분말의 고온 소결 성형을 통해 엑스선관 타겟을 제조하지 않고, 절삭 연마 등의 기계 가공과 금속의 3D 프린팅(printing)을 통해 엑스선관 타겟(30)을 제조한다. 그러므로, 엑스선관 타겟(30)의 생산성이 향상되고, 생산 원가가 절감된다. 또한, 현재까지 전량 수입에 의존하고 있는 예컨대, CT 촬영용 엑스선관 장치의 엑스선관 타겟(30)을 고품질, 저원가로 생산함으로써 수입 대체 효과를 얻을 수 있다.
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 30: 엑스선관 타겟
31: 베이스 40: 트랙
50: 프린팅 헤드 60: 테이블
71: 단조용 금형 73: 단조 홈(groove)
31: 베이스 40: 트랙
50: 프린팅 헤드 60: 테이블
71: 단조용 금형 73: 단조 홈(groove)
Claims (6)
- 엑스선(X-ray)이 방출되도록 전자(electron)가 충돌하는 엑스선관 타겟을 제조하는 방법으로서,
몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속으로 된 모재(母材)를 기계 가공하여 베이스(base)를 형성하는 베이스 기계 가공 단계;
상기 베이스의 표면에 상기 전자의 충돌에 의해 엑스선이 방출되는 금속으로 이루어진 트랙(track)을 3D 프린팅(printing)으로 적층 형성하는 트랙 3D 프린팅 단계; 및,
상기 트랙이 적층된 베이스를 상기 엑스선관 타겟의 형상에 대응되는 단조 홈(groove)에 끼워 넣고 가압하여 상기 트랙의 형상을 교정하고 물성을 개선하는 단조 가공 단계;를 구비하고,
상기 단조 가공 단계는, 단조용 금형과 단조용 프레스 블록 사이에, 상기 형성된 트랙이 상기 단조용 금형 방향을 향하도록 상기 베이스를 상기 단조용 금형에 끼워 넣는 단계와, 상기 단조용 프레스 블록이 상기 단조용 금형에 끼워진 베이스를 가압하는 단계를 포함하고,
상기 단조용 금형의 상측면에는, 상기 트랙이 적층된 엑스선관 타겟의 내측면과, 상기 트랙의 표면 형상에 대응하는 바닥면을 구비하고, 상기 다수의 트랙 홈부는 상기 바닥면에 형성되고,
상기 단조 가공 단계는, 상기 트랙 3D 프린팅 단계에서 형성된 트랙 돌기의 높이보다 상기 단조 가공 단계 이후의 트랙 돌기의 높이가 낮아지도록 단조용 금형과 단조용 프레스 블록을 가압하는 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조 방법. - 제1 항에 있어서
상기 트랙 3D 프린팅 단계는, 금속 분말을 레이저빔(laser beam) 또는 전자빔(electron beam)으로 상기 베이스의 표면에 용융 접합하여 트랙을 적층 형성하는 DED(direct energy deposition) 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 DED 단계는, 상기 베이스의 표면으로 텅스텐(W) 분말과 레늄(Re) 분말을 연속적으로 공급하는 단계, 및 상기 베이스의 표면으로 공급된 텅스텐 분말과 레늄 분말에 레이저빔 또는 전자빔을 조사하여 상기 텅스텐 분말과 레늄 분말을 용융시키고 상기 베이스의 표면에 접합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조 방법. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 트랙 3D 프린팅 단계를 통해 상기 베이스에 적층된 트랙의 높이는 2 내지 4mm 이고,
상기 단조 가공 단계 후에 상기 트랙의 높이는 1 내지 2mm 이며,
상기 단조 가공 단계 후에 상기 트랙의 표면 경도는 적어도 Hv 350 인 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 단조 가공 단계는 상기 트랙이 적층된 베이스를 1100 내지 1200℃ 의 온도 환경에서 열간 단조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선관 타겟 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210042193A KR102615714B1 (ko) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 엑스선관 타겟의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210042193A KR102615714B1 (ko) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 엑스선관 타겟의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220135905A KR20220135905A (ko) | 2022-10-07 |
| KR102615714B1 true KR102615714B1 (ko) | 2023-12-19 |
Family
ID=83595856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210042193A KR102615714B1 (ko) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 엑스선관 타겟의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102615714B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102091001B1 (ko) * | 2019-01-14 | 2020-03-19 | 주식회사 이엠엘 | 메탈 3ｄ 프린팅을 이용한 합금 타겟의 제조 및 리페어링 방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5159619A (en) * | 1991-09-16 | 1992-10-27 | General Electric Company | High performance metal x-ray tube target having a reactive barrier layer |
| KR102015640B1 (ko) | 2018-04-11 | 2019-08-28 | 주식회사 동남케이티씨 | 양극회전형 엑스선관용 회전양극타겟 제작용 몰드장치 및 이를 이용한 회전양극타겟 제조방법 |
| KR20220119952A (ko) * | 2021-02-22 | 2022-08-30 | 주식회사 씨엘엠티 | 3d-프린팅을 이용한 엑스선관 타겟의 제조 방법 |
-
2021
- 2021-03-31 KR KR1020210042193A patent/KR102615714B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102091001B1 (ko) * | 2019-01-14 | 2020-03-19 | 주식회사 이엠엘 | 메탈 3ｄ 프린팅을 이용한 합금 타겟의 제조 및 리페어링 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220135905A (ko) | 2022-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7522707B2 (en) | X-ray system, X-ray apparatus, X-ray target, and methods for manufacturing same | |
| KR101991610B1 (ko) | X-선 양극 | |
| KR102015640B1 (ko) | 양극회전형 엑스선관용 회전양극타겟 제작용 몰드장치 및 이를 이용한 회전양극타겟 제조방법 | |
| US7720200B2 (en) | Apparatus for x-ray generation and method of making same | |
| KR102615714B1 (ko) | 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| KR101902010B1 (ko) | 엑스선관 타겟, 이를 구비한 엑스선관, 및 상기 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| KR20220119952A (ko) | 3d-프린팅을 이용한 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| US8942353B2 (en) | Field assisted sintering of X-ray tube components | |
| US20090080617A1 (en) | Aperture shield incorporating refractory materials | |
| KR102248748B1 (ko) | 엑스선관 타겟 제조용 지그, 및 이를 이용한 엑스선관 타겟 제조 방법 | |
| KR20240175212A (ko) | 3d-프린팅을 이용한 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| US5577093A (en) | Target/stem connection for x-ray tube anode assemblies | |
| JP2020125509A (ja) | 三次元造形装置 | |
| KR102437758B1 (ko) | 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| US5530733A (en) | Target/stem connection utilizing a diffusion enhancer for x-ray tube anode assemblies | |
| US9251993B2 (en) | X-ray tube and anode target | |
| JPWO2016017163A1 (ja) | Ｘ線管用回転陽極ターゲット、ｘ線管、およびｘ線検査装置 | |
| KR102615715B1 (ko) | 엑스선관 타겟의 트랙 복구 방법 | |
| KR102236293B1 (ko) | 엑스선관용 회전양극타겟 제작방법 및 회전양극타겟 | |
| KR102030813B1 (ko) | 엑스선관 타겟, 이를 구비한 엑스선관, 및 상기 엑스선관 타겟의 제조 방법 | |
| KR102412650B1 (ko) | 엑스선관 타겟 및 이를 구비한 타겟 회전형 엑스선관 | |
| US10529526B2 (en) | Creep resistant electron emitter material and fabrication method | |
| US10614989B2 (en) | Creep resistant electron emitter material and fabrication method | |
| JP2714004B2 (ja) | Ｘ線管の回転陽極ターゲット及びその製造方法 | |
| KR20230095763A (ko) | 회전 애노드를 구비한 엑스레이 튜브 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |