KR20140122535A - 비확산게터를 가진 회전 양극형 엑스선관을 이용한 영상촬영장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 양극형 X선관이다.

Description

비확산게터를 가진 회전 양극형 엑스선관을 이용한 영상촬영장치{APPARATUS HAVING ROTARY ANODE TYPE X-RAY TUBE HAVING NON-EVAPORABLE GETTER}

본 발명은 회전 양극형 X선관이다.

종래의 동압식 슬라이딩 베어링을 구비하는 회전양극형 X선관 및 그것을 수용용기내에 장착한 X선관 장치의 구성에 대해서, 그 주요부를 단면으로 도시한 도 22를 참조하여 설명한다. 동도면의 부호 "141"는 회전양극형 X선관의 진공용기로, 이 진공용기(141)의 내부에 전자빔을 방출하는 음극(140)이나 원반형상 회전양극(142) 등이 배치되고, 이 원반형상 회전양극(142)의 음극(140)과 대향하는 영역에 X선을 방출하는 양극 타겟층(143)이 설치되어 있다.

원반형 회전양극(142)은 고정용 너트(144)로 지지 샤프트(145)에 고정되고 지지샤프트(145)는 전체가 거의 원통형으로 형성된 회전체(146)에 연결되어 있다. 회전체(146)는 외측 원통(146a), 중간원통(146b) 및 바닥이 있는 내측원통(146c)의 3층 구조로 이루어지고 중간원통(146b)에 지지 샤프트(145)가 연결되어 있다.

내측원통(146c)의 내측에는 원기둥 형상의 고정체(147)가 삽입되어 있다. 이 고정체(147)의 표면에는 헤링본 패턴의 나선홈(148)이 형성되어 있고 이 고정체(147)와 회전체(146) 사이의 동압식 슬라이딩 베어링을 포함하는 간격부분이나 나선홈(148)내에 적어도 동작중에는 액상인 금속윤활제 예를 들어 Ga-In-Sn합금이 공급되고 있다.

동 도면에는 도시되어 있지 않지만, 고정체(147)의 중심부분에는 액체금속윤활제를 수납하는 윤활제 수용실이 설치되어 있다. 그리고, 윤활제 수용실과 동압식 슬라이딩 베어링부 사이에는 복수개의 횡방향 윤활제 통로가 방사상으로 설치되고 윤활제 수용실에 수납된 액체금속 윤활제가 이 윤활제 통로를 통하여 동압식 슬라이딩 베어링부에 공급되도록 이루어져 있다.

동압식 슬라이딩 베어링을 구성하는 회전체의 내측원통(146c)과 고정체(147)는 동작중에 20μ정도의 베어링 간격을 유지하도록 설정되어 있다. 베어링면을 형성하는 내측원통(146c) 및 고정체(147)에는 예를 들어 SKD-11(JIS규정) 등의 철합금공구강과 같은 금속재료가 사용되고 있다. 이 SKD-11의 열전도율은 실온에서 24W/m·K로 비교적 작은 값이다.

고정체(147)의 외주부에는 상하방향으로 어떤 간격으로 2개의 계단부(149,150)가 환형으로 형성되어 있다. 계단부(149,150)에서 고정체(147)의 외부직경이 변화되고 있고, 모든 것이 원반형 회전양극(142)과 반대측에 위치하는 하단측쪽이 작아지고 있다. 아래쪽에 위치하는 계단부(150)의 외주부분에 돌출부(151)가 환형으로 형성되고, 돌출부(151)의 바깥쪽에 고정체(147)를 둘러싸는 금속링(152)이 배치되어 있다. 이 금속링(152)은 내주부분과 외주부분에 각각 환형의 돌출부(153,154)가 설치되어 있다. 고정체(147)의 도면의 아래쪽에 위치하는 고정체 바깥쪽 단부(147a)는 진공용기(141)의 바깥쪽까지 연장되고, 회전양극형 X선관을 수용용기(155)에 고정하는 피고정부로서 이용된다.

진공용기(141)는 원반형 회전양극(142)의 주요부분을 포위하는 금속제의 대직경부(141a) 및 회전체(146)나 고정체에(147)의 각 주요부분을 포위하는 소직경부(141b)로 구성되어 있다. 이 소직경부(141b)는 예를 들어 유리로 형성되고 그 단부에 두께가 얇은 시일링(156)이 접합되어 있다. 시일링(156)은 밀봉용 금속링(152)의 외주부분의 돌출부(154)와 그 선단부분이 기밀용접되어 있다. 밀봉용 금속링(152)의 내주부분의 돌출부(153) 및 고정체(147)의 계단부(150)에 형성된 돌출부(151)도 선단부분 끼리 기밀용접되고, 이렇게 하여 고정체(147)는 진공용기(141)와 진공기밀로 밀봉되어 있다. 진공용기(141)의 소직경부(141b)의 바깥쪽에는 회전체(146)에 회전력을 부여하는 스테이터(157)가 배치되어 있다. 이 스테이터(157)는 철심 및 그것에 감긴 코일을 구비하고 있다.

상기한 구성의 회전양극형 X선관은 그 고정체 단부(147a)가 절연체로 구성된 항아리 형상의 유지부재(158)의 중앙저부에 고정되어 있다. 이 유지부재(158)는 그 원통부(158b)의 개구단부가 수용용기(155)에 복수의 볼트(160)로 고정되어 있다. 또한 유지부재(158)의 중앙저부에는 투시구멍이 설치되어 있고 이 부분에 중앙투시구멍(159)이 있는 팽이 형상의 금속링(158a)이 복수개의 볼트(161)로 고정되어 있다. 그리고, 금속링(158a) 중앙의 투시구멍(159)을 고정체 바깥쪽 단부(147a)가 관통하고 있다.

금속링(158a)의 외부직경은 진공용기(141)의 내측을 향하여 테이퍼 형상으로 가늘어지고 고정체 바깥쪽 단부(147a)와 접하는 내주부분에 환형의 돌출부(162)가 형성되어 있다. 금속링(158a)의 고정체의 바깥쪽 단부(147a)를 고정하는 경우, 금속링(158a)의 돌출부(162)의 선단면과 고정체(147)의 계단부(150)가 접촉한다.

고정체 바깥쪽 단부(147a)는 그 외주벽에 형성된 숫나사에 결합되는 너트(163)로 금속링(158a)에 조여 고정되어 있다. 너트(163)를 조일 때, 피고정부인 고정체 바깥쪽 단부(147a)가 도면의 아래쪽으로 당겨지고 돌출부(162)의 선단면과 고정체(147)의 계단부(160)의 접촉이 강해져 회전양극형 X선관은 유지부재(168)에 고정된다.

회전양극형 X선관을 수납하는 수용용기(165)의 내측에는 절연냉각유가 충전되어 순환됨과 동시에 X선을 차폐하는 납의 차폐부재(164)가 배치되어 있다. 또한, 양극 타겟층(143)의 횡방향에 위치하는 영역에 X선을 외부로 취출하기 위한 X선 방사창(165)이 설치되어 있다. 유지부재(158)의 항아리 형상 부분(158b)이나 금속링(158a)에는 절연냉각유를 순환시키기 위한 순환용 구멍이 설치되고 유지부재(159)의 횡방향으로 위치하는 수용용기(155)의 부분에 절연냉각유를 도입하는 도입구(166)가 설치되어 있다. 이 도입구(166)로부터 공급된 절연냉각유는 화살표(Y)로 도시한 바와 같이 회전양극형 X선관의 진공용기(141)와 수용용기(155)의 간격을 흐르도록 이루어져 있다.

종래의 회전양극형 X선관의 경우, 회전양극에 발생하는 열은 주로 이 양극으로부터 복사로 진공용기에 도달하고 진공용기로부터 절연냉각유에 전도되어 방산된다. 회전양극이 발생하는 열의 일부 및 동압식 슬라이딩 베어링의 회전에 의해 발생하는 자기발열한 열은 예를 들어 양극회전기구를 구성하는 회전체에 전도되고, 회전체의 외주면으로부터 일부가 방산됨과 동시에 베어링을 통하여 고정체에 이르고, 또한 진공용기 밖에 위치하는 고정체 바깥쪽 단부에 이르러 관 밖으로 방산된다.

그런데, 동압식 슬라이딩 베어링 부분에 공급되어 있는 Ga합금 등의 액체 금속 윤활제는 매우 활성이고 베어링 부분이 고온이 되면 고정체나 회전체의 베어링면을 구성하는 금속재료와 반응한다. 그 결과, 금속간 화합물층이 베어링면상에 퇴적되고 나선홈의 깊이나 베어링 간격이 서서히 감소하여 회전 특성을 열화시키는 경우가 있다. 또한, 베어링 부분이 고온이 되면 각 재료로부터 가스가 발생하기 쉬워지고 발생한 가스기포와 함께 액체금속윤활제가 가스에 의해 베어링 부분으로부터 압출되어 누출되는 불합리함도 생각된다.

그 때문에, 고정체나 회전체, 베어링 부분의 온도 상승을 억제하기 위해 예를 들어 일본 특개평7-130311호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 고정체의 심부분을 고열전도재료로 구성하고 고정체에 이르는 열을 고정체의 심부를 지나 진공용기 밖으로 방출시키는 구조가 알려져 있다. 이것은 주로 용융된 동을 고정체의 심부에 흘려 넣어 고열전도체를 형성하는 것이다. 그 때문에, 고정체의 제조가 곤란함과 동시에 고정체의 기계적 강도가 약한 것이 되기 쉽다는 문제가 있다.

또한, 회전 양극형 X선관의 진공용기 밖으로 연장된 고정체의 바깥쪽 단부에 방열 핀을 부착하여 이것에 절연유를 직접 접촉시켜 냉각하는 구성이나, 고정체 내부에 설치한 공동에 냉각매체를 도입하여 순환시켜 냉각효율을 높이는 구성 등도 알려져 있다.

상술한 바와 같은 고정체의 바깥쪽 단부를 냉각하는 구성은 베어링 부분으로부터 상당히 떨어져 있으므로, 충분한 방열효과가 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, 고정체 내부에 냉각 매체를 순환시키는 구성은 축의 내부에까지 구멍을 내므로 고정체의 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 동압식 슬라이딩 베어링 부분의 온도는 상술한 바와 같이 회전 양극이 발생하는 열의 일부 및 회전에 의한 베어링 부분의 자기발열에 의해 장소에 따라 불균일해진다. 그 때문에, 온도가 높은 부분에서는 액체금속윤활제와 베어링면의 원하지 않는 반응이 진행되는 경우가 있다.

본 발명에 따른 회전 양극형 X선관은 베어링을 이용하여 축방향 열적 신축을 보상하고, 스프링 구조를 이용하여 길이방향 열적 신축을 보상하는 구조의 회전 양극형 X선관을 제공하는 것에 있다.

전자빔의 조사에 의해 X선을 방출하는 원반형 회전양극과,

상기 회전양극이 기계적으로 연결된 원통형상의 회전체와,

상기 회전체의 내측에 삽입됨과 동시에 중심축 방향을 따라서 형성된 윤활제 수용실을 갖는 원기둥형 고정체와,

상기 회전체와 상기 고정체 사이에 구성되는 복수의 베어링을 포함하는 회전양극형 X선관에 있어서,

상기 고정체를 감싸는 나선형의 탄성부재를 더 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 고정체의 축방향으로의 열적 신장에 대응하여 보상하는 힘을 제공하는 것을 특징으로 하는,

회전양극형 X선관을 포함한다.

본 발명에 따른 회전 양극형 X선관은 베어링을 이용하여 축방향 열적 신축을 보상하고, 스프링 구조를 이용하여 길이방향 열적 신축을 보상하는 구조의 회전 양극형 X선관을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전 양극형 X선관의 단면도.

회전 양극은 회전수를 증가시켜야 입력 전력을 높일 수 있다. 다만, 회전시 정밀하지 못한 경우에는 세차운동에 의한 파손을 불러일으킬 수 있다. 특히 고속 회전시에는 베어링의 구조가 매우 중요하다.

기존 규격 베어링을 사용하는 경우에는 발열에 의하여 내륜과 외륜이 팽창을 하여 유격이 발생하게 되고, 이로 인해 진동 및 멈춤 등의 문제가 발생하게 되었다.

본 발명은 내륜의 회전에 의하여 발생하는 열이 외균을 통하여 외부로 빠져나가도록 하는 구조를 제공하고 있다.

특히 반경 방향의 열적 신축은 베어링의 구조에 의하여 방지하고, 길이방향의 열적 신축은 스프링을 이용하여 방지하는 구조를 제공하고자 한다.

이를 위해 전자빔의 조사에 의해 X선을 방출하는 원반형 회전양극과, 상기 회전양극이 기계적으로 연결된 원통형상의 회전체와, 상기 회전체의 내측에 삽입됨과 동시에 중심축 방향을 따라서 형성된 윤활제 수용실을 갖는 원기둥형 고정체와, 상기 회전체와 상기 고정체 사이에 구성되는 복수의 베어링을 포함하는 회전양극형 X선관에 있어서, 상기 고정체를 감싸는 나선형의 탄성부재를 더 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 고정체의 축방향으로의 열적 신장에 대응하여 보상하는 힘을 제공하는 것을 특징으로 하는, 회전양극형 X선관을 제공한다.

50 : 회전 양극체

Claims (1)

1. 전자빔의 조사에 의해 X선을 방출하는 원반형 회전양극과,
   상기 회전양극이 기계적으로 연결된 원통형상의 회전체와,
   상기 회전체의 내측에 삽입됨과 동시에 중심축 방향을 따라서 형성된 윤활제 수용실을 갖는 원기둥형 고정체와,
   상기 회전체와 상기 고정체 사이에 구성되는 복수의 베어링을 포함하는 회전양극형 X선관에 있어서,
   상기 고정체를 감싸는 나선형의 탄성부재를 더 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 고정체의 축방향으로의 열적 신장에 대응하여 보상하는 힘을 제공하는 것을 특징으로 하는,
   비확산게터를 가진 회전양극형 X선관을 이용한 영상촬영장치.

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