KR20220034891A - X선관 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시 형태에 따르면, X선관 장치는 전자를 방출하는 음극과, 상기 음극으로부터 방출되는 전자가 충격을 가함으로써 X선이 발생하는 양극 타겟과, 제1 관부와, 상기 제1 관부와 함께 냉각액의 유로를 형성하는 제2 관부와, 보호막을 구비하며, 상기 보호막은 상기 제1 관부의 내면을 피복하고, 경질금으로 형성되어 있다.

Description

X선관 장치

본 발명의 실시 형태는 X선관 장치에 관한 것이다.

형광 X선 분석에 사용되는 X선관 장치는 음극; 양극 타겟; 냉각 파이프; 도수 파이프; 및 도수 파이프 및 냉각 파이프를 접속하는 조인트 접속부(이하, 조인트라고 부름);를 포함한다. X선관 장치는 냉각 파이프, 도수 파이프, 조인트 및 그 밖의 구조체에 의해 구성된 양극 타겟을 냉각하기 위한 냉각액의 유로를 구비하고 있다. 양극 타깃은 이 유로를 구성하는 구조체의 외측의 소정 위치에 접합되어 있다. 도수 파이프 및 냉각 파이프는 각각 조인트에 접속되어 있다. 도수 파이프는 예를 들면, 내측에 설치된 내측 파이프와, 외측에 설치된 외측 파이프로 구성되어 있다. 내측 파이프의 선단 노즐부는 양극 타겟이 설치된 방향으로 냉각액을 방출하도록 설치되어 있다. 이 경우, 냉각 파이프는 조인트를 통하여 내측 파이프에 접속된 제1 냉각 파이프와, 조인트를 통하여 외측 파이프에 접속된 제2 냉각 파이프로 구성된다. 이 X선관 장치에서, 냉각액은 제1 냉각 파이프를 지나 조인트를 통하여 내측 파이프에 보내어지고, 내측 파이프 및 외측 파이프 사이의 유로를 지나 조인트를 통하여 제2 냉각 파이프로부터 배출된다.

X선관 장치에서는 음극으로부터 방출된 전자가 양극 타겟에 충격을 가함으로써, 양극 타겟이나, 그 주변 부분이 고온이 된다. 양극 타겟이나 그 주변 부분은 근방에 구성된 유로를 흐르는 냉각액에 의해 냉각된다. 냉각액이 흐르는 유로 내의 양극 타겟이 설치된 부분의 근방의 유로의 벽면에서는, 냉각액의 서브쿨 비등이나, 냉각액의 흐름 중에서 캐비테이션 등이 발생할 수 있다. 이들 서브쿨 비등이나 캐비테이션 등에 의해, 양극 타겟이 설치된 부분의 근방의 유로, 즉 내측 파이프의 선단 노즐부의 근방에서 기포가 발생한다.

일본 특허 공개 평6-162974호 공보

본 실시 형태는 제품 수명의 장기화를 도모할 수 있는 X선관 장치를 제공한다.

일 실시 형태에 관한 X선관 장치는

전자를 방출하는 음극과; 상기 음극으로부터 방출되는 전자가 충격을 가함으로써 X선이 발생하는 양극 타겟과; 일단부와, 폐색되고 상기 양극 타겟이 접합된 저부를 포함하는 타단부를 갖는 제1 관부와; 상기 제1 관부의 내부에 위치하고 냉각액을 도입하는 도입구가 형성된 제1 단부와, 상기 저부와 대향하고 상기 냉각액을 상기 저부에 토출하는 토출구가 형성된 제2 단부를 갖고, 상기 제1 관부와 함께 상기 냉각액의 유로를 형성하는 제2 관부와; 상기 제1 관부의 내면을 피복하고, 경질금으로 형성된 보호막;을 구비한다.

도 1은 일 실시 형태에 관한 X선관 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 상기 실시 형태의 보호막 및 비교예의 보호막의 각각을 냉각액에 노출시킨 시간에 대한 보호막의 두께 변화를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 3은 경질금에서의 코발트의 함유량에 대한, 내식 저항의 변화 및 열전도율의 변화를 각각 그래프로 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 개시는 어디까지나 일례에 지나지 않고, 당업자에 있어서, 발명의 주지를 유지한 적절한 변경에 대해 용이하게 생각해 낼 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 형태에 비해 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해 모식적으로 나타내어지는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에 있어서, 이미 나온 도면에 관하여 상술한 것과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다.

도 1은 일 실시 형태에 관한 X선관 장치(1)를 도시한 단면도이다. 도 1(a)는 상기 X선관 장치(1)의 전체를 나타내는 단면도이고, 도 1(b)는 상기 X선관 장치(1)의 일부를 확대한 부분 단면도이며, 도 1(c)는 상기 실시 형태의 X선관 장치(1)의 다른 일부를 확대한 부분 단면도이다. 도 1(a)에는 관축(TA)을 중심으로, X선관 장치(1)의 일부분의 단면이 도시되어 있다. 이하에서, 관축(TA)에 평행한 방향을 축 방향이라고 부른다. 축 방향에서, X선관(2)측을 하방향(하측)이라고 부르고, 하방향에 대하여 반대 방향을 상방향(상측)이라고 부른다. 또한, 관축(TA)에 대하여 수직인 방향을 직경 방향이라고 부른다.

도 1에 도시한 바와 같이, X선관 장치(1)는 X선관(2)과, 이 X선관(2)을 포함하는 관 용기(3)를 구비한다. 또한, X선관 장치(1)는 고전압 케이블을 삽입 접속하기 위한 고전압 리셉터클(4)과, 냉각 파이프(5)와, 조인트 접속부(이하, 간단히 조인트라고 함)(6)와, 도수 파이프(7)와, 고전압 리셉터클(4) 및 도수 파이프(7)를 전기적으로 접속하는 도체 스프링(8)과, 고전압 리셉터클(4)의 외측에 설치되는 원통 형상의 절연통체(9)와, 조정 공간(10)과 내부 공간(22)을 격리하는 벨로우즈(11)를 구비한다.

고전압 리셉터클(4)은 고전압 케이블을 접속하기 위해 상단부가 개구되고, 또한 하단부가 폐쇄된, 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있다. 고전압 리셉터클(4)은 관축(TA)을 중심축으로 하여 후술하는 관 용기(3)의 상측에 액밀하게 설치되어 있다. 고전압 리셉터클(4)은 내측으로부터 외측의 저부를 관통하는 접속 단자(12)를 구비하고 있다. 접속 단자(12)는 고전압 리셉터클(4)에 삽입되는 외부 전로(電路)의 부싱과 단자를 포함한다. 접속 단자(12)는 도체 스프링(8)을 통하여 조인트(6)에 접속되어 있다.　

절연통체(9)는 대략 원통 형상의 절연체로 형성되어 있다. 절연통체(9)는 도시하지 않지만 절연유가 유통 가능한 구조로 되어 있다. 절연통체(9)의 상단부는, 예를 들면 관 용기(3)의 내측에 고정되어 있다.

냉각 파이프(5)는 냉각액, 예를 들면 수계 냉각액으로서의 순수를 흐르게 하기 위한 도관이다. 냉각 파이프(5)는 고전압 리셉터클(4)과 절연통체(9) 사이에 나선형으로 설치되어 있다. 냉각 파이프(5)는 냉각액이 공급되는 급수구(5a)를 구비하는 제1 냉각 파이프(5b)와, 냉각액이 배출되는 배출구(5d)를 구비하는 제2 냉각 파이프(5c)로 구성되어 있다. 제1 냉각 파이프(5b)에 있어서, 급수구(5a)가 냉각액의 공급원인 순환 냉각 장치 등(도시하지 않음)에 접속되고, 급수구(5a)와 반대측의 단부가 조인트(6)에 접속되어 있다. 한편, 제2 냉각 파이프(5c)에 있어서, 배출구(5d)가 순환 냉각 장치 등(도시하지 않음)에 접속되고, 배출구(5d)와 반대측의 단부가 조인트(6)에 접속되어 있다. 또한, 냉각 파이프(5)는 나선형으로 설치되어 있지 않아도 된다.

조인트(6)는 X선관 장치(1)의 중심부, 예를 들면 관축(TA) 상에 설치되고, 냉각 파이프(5)와 도수 파이프(7)를 접속한다. 조인트(6)는 제1 통로(6p1); 제1 통로(6p1)에 대략 평행하게 형성된 제2 통로(6p2); 및 제1 통로(6p1) 및 제2 통로(6p2)에 대하여 수직으로 형성된 제3 통로(6p3);의 3개의 구멍이 형성된 본체부(6a)를 갖는다.

예를 들면, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 제1 통로(6p1)는 본체부(6a)의 상부에서, 관축(TA)에 대략 수직으로, 측면부(외주부)로부터 제3 통로(6p3)까지 연통하여 형성되어 있다. 동일하게, 제2 통로(6p2)는 본체부(6a)의 제1 통로(6p1)보다 하부에서, 관축(TA)에 대략 수직으로, 측면부로부터 제3 통로(6p3)까지 연통하여 형성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 통로(6p1, 6p2)는 각각 본체부(6a)의 측면부에서 관축(TA)에 수직인 방향으로 개구되어 있다. 또한, 제1 통로(6p1)에는 제1 냉각 파이프(5b)가 액밀하게 접속되고, 제2 통로(6p2)에는 제2 냉각 파이프(5c)가 액밀하게 접속되어 있다. 제3 통로(6p3)는 관축(TA)을 따라, 본체부(6a)의 하단부로부터 제1 통로(6p1)까지 연통하여 형성되고, 제2 통로(6p2)에 연결되는 부분으로부터 제1 통로(6p1)에 연결되는 부분에 걸쳐 단차를 갖고 있다. 즉, 제3 통로(6p3)는 관축(TA)을 따라 하부를 향하여 개구하고, 제2 통로(6p2)에 연결되는 부분의 구멍 직경보다도 제1 통로(6p1)에 연결되는 부분의 구멍 직경의 쪽이 작게 형성되어 있다. 이하에서, 제3 통로(6p3)에 있어서, 제1 통로(6p1)에 연결되어 있는 구멍 직경이 작은 부분을 소직경부라고 부르고, 제2 통로(6p2)에 연결되어 있는 구멍 직경이 큰 부분을 대직경부라고 부른다.

도수 파이프(7)는 원통 형상으로 형성된 외측 파이프(7a)와, 외측 파이프(7a)의 내측에 설치된 원통 형상의 내측 파이프(7b)를 포함한다. 또한, 도수 파이프(7)는 내부에 탄성 부재(23)와, 지지 부재(25)를 구비한다. 도수 파이프(관부)(7)는 축 방향, 예를 들어 관축(TA)을 따라 연장되어 설치되고, 조인트(6)의 하부에 접속되어 있다.

외측 파이프(7a)는 조인트(6)의 본체부(6a)의 하부와 후술하는 양극 블록(14)의 상부의 각각에 액밀하게 접합되어 있다. 외측 파이프(7a)의 내경은 제3 통로(6p3)의 소직경부와 대략 동일한 직경으로 형성되어 있다.

내측 파이프(7b)는 외측 파이프(7a)의 내경보다 작은 외경으로 형성되어 있다. 내측 파이프(7b)는 관축(TA)을 따라 연장되어 설치되어 있다. 내측 파이프 (7b)에 있어서, 상단부가 제3 통로(6p3)의 소직경부에 끼워 맞추어지고, 중간부가 지지 부재(25)에 지지되며, 또한 하단부에 선단 노즐부(24)를 구비하고 있다. 내측 파이프(7b)는 외경이 제1 통로(6p1)의 구멍 직경과 대략 동일하고, 제1 통로(6p1)와의 사이에 소정의 공차의 끼워 맞춤 간극을 갖고 있다.

탄성 부재(23)의 형상은 예를 들면, O링 형상, 또는 파이프 형상이다. 탄성 부재(23)의 단면 형상은 원 형상이어도 되고, 사각 형상이어도 된다. 탄성 부재(23)는 수지성의 고무 부재로 형성되어 있다. 탄성 부재(23)는 제3 통로(6p3)의 단차 부분이고, 내측 파이프(7b)의 끼워 맞춤부 근방의 외주부와 제3 통로(6p3)의 대직경부 사이에 설치되어 있다. 탄성 부재(23)의 두께(굵기)는 내측 파이프(7b)의 외경과 제3 통로(6p3)의 대직경부의 직경 사이의 폭과 대략 동일, 또는 이 폭보다 크다. 또한, 탄성 부재(23)는 내측 파이프(7b)의 끼워 맞춤부 근방에 있어서, 내측 파이프(7b)와 제3 통로(6p3) 사이의 적어도 일부에 설치되어 있으면 된다.

외측 파이프(7a) 및 양극 블록(14)은 제1 관부로서 기능하고, 상기 제1 관부는 조인트(6)측의 일단부(7ae)와, 폐색되고 양극 타겟(13)이 접합된 저부(14b)를 포함하는 타단부(14e)를 갖고 있다. 또한, 양극 타겟(13)은 양극 블록(14)의 외측에 위치하고 있다.

내측 파이프(7b)는 제2 관부로서 기능하고, 외측 파이프(7a) 및 양극 블록(14)의 내부에 위치하고 있다. 내측 파이프(7b)는 제1 단부(7be1)와, 제2 단부(7be2)를 갖고, 상기 제1 관부(외측 파이프(7a) 및 양극 블록(14))와 함께 냉각액의 유로를 형성하고 있다. 제1 단부(7be1)에는 냉각액을 도입하는 도입구(IL)가 형성되어 있다. 제2 단부(7be2)는 선단 노즐부(24)에 상당하고, 저부(14b)와 대향하고 있다. 제2 단부(7be2)에는 냉각액을 저부(14b)에 토출하는 토출구(OL)가 형성되어 있다.

도 1(c)에 도시한 바와 같이, 보호막(PR)은 양극 블록(14)(제1 관부)의 내면을 피복하고 있다. 양극 블록(14)의 내면은 양극 블록(14)의 양극 타겟(13)과 대향한 측과는 반대측의 저면(S1)과, 선단 노즐부(24)와 직경 방향으로 대향한 내주면(S2)을 갖고 있다. 보호막(PR)은 저면(S1)으로부터 내주면(S2)까지 연속적으로 피복되어 있다.

보호막(PR)은 경질금으로 형성되어 있다. 경질금은 첨가물에 코발트(Co)를 사용하고 있다. 경질금은 99 wt% 이상의 금(Au)과, 0 wt%를 초과하고, 또한 1 wt% 이하인 코발트를 포함하고 있다. 본 실시 형태에서 경질금은 0.3 wt%의 코발트를 포함하고 있다. 보호막(PR)은 도금법에 의해 형성되고, 경질금 도금이다. 양극 블록(14)의 내면에 경질금의 막을 형성한 후의 열처리 온도에 의해, 보호막(PR)의 경도(단단함)는 변화되는 것이다. 본 실시형태에서 보호막(PR)을 형성할 때의 열처리 온도는 700 ℃이지만, 상기 온도에 한정되는 것은 아니다.

여기에서, 저면(S1)과 대향한 영역에서의 보호막(PR)의 두께를 "T1"으로 하고, 내주면(S2)과 대향한 영역에서의 보호막(PR)의 두께를 "T2"로 한다. 본 실시 형태에서 두께(T1)는 15 내지 25 ㎛의 범위 내에 있고, 두께(T2)는 25 내지 35 ㎛의 범위 내에 있다. 두께(T2)는 두께(T1)보다 커지는 경향에 있지만, 두께(T1)와 두께(T2)의 관계는 상기 관계에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 두께(T1)는 두께(T2)보다 커도 된다.

보호막(PR)은 냉각액에 의한 양극 블록(14)의 부식 및 침식을 방지하기 위해 설치되어 있다. 경질금으로 형성된 보호막(PR)은 연질금으로 형성된 보호막의 열전도율과 동등한 열전도율을 갖고 있다. 경질금으로 형성된 보호막(PR)의 경도(단단함)는 연질금으로 형성된 보호막의 경도의 실질적으로 2배이다. 그 때문에, 경질금으로 형성된 보호막(PR)은 부식 및 침식의 내구성이 우수한 기능을 갖는 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, X선관(2)은 양극 타겟(양극)(13), 양극 블록(14), 전자를 방출하는 음극(15), 웨넬트 전극(16), 제1 진공 외관 용기(17) 및 제2 진공 외관 용기(18)를 구비하고 있다. 고전압 리셉터클(4)에 고전압 케이블이 접속된 경우, 양극 타겟(13)과 후술하는 음극(15) 사이에 고전압(관 전압)이 인가된다.

양극 블록(14)은 관축(TA)을 중심축으로 한 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있다. 양극 블록(14)의 개구부측에는, 외측 파이프(7a)의 하단부가 고정되어 있다. 양극 블록(14)의 내측에는 내측 파이프(7b)의 선단 노즐부(24)가 배치되어 있다. 이 선단 노즐부(24)로부터 양극 블록(14)의 저부(14b)(또는 양극 타겟 (13)의 설치 방향)를 향하여 냉각액이 방출된다.

X선관 장치(1)에서 상술한 조인트(6), 도수 파이프(7) 및 양극 블록(14)은 조립됨으로써, 냉각액을 흐르게 하기 위한 유로를 구성한다. 또한, 조인트(6), 도수 파이프(7) 및 양극 블록(14)은 각각 별체로서 기재했지만, 냉각액을 흐르게 하는 유로를 구성하면, 모두 일체로 형성되어 있어도 되고, 부분적으로 일체로 형성되어 있어도 된다. 냉각액이 조인트(6), 도수 파이프(7) 및 양극 블록(14)으로 구성된 유로와, 냉각 파이프(5)를 순환함으로써, 후술하는 내부 공간(22)에 충전된 절연유나 양극 타겟(13) 등이 냉각된다.

양극 타겟(13)은 양극 블록(14)의 저부(14b)에 접합되어 있다. 양극 타겟(13)은 전자가 충격을 가함으로써 X선이 발생한다. 이 때, 양극 타겟(13)은 전자가 충격을 가함으로써 온도가 상승하지만, 양극 블록(14)의 내부의 유로를 흐르는 냉각액에 의해 냉각된다. 상대적으로, 양극 타겟(13)에는 정의 전압이 인가되고, 음극(15)에는 부의 전압이 인가된다. 예를 들어, 음극(15)은 전기적으로 접지되어 있다.

음극(15)은 링 형상의 필라멘트로 형성되고, 양극 타겟(13)(또는 양극 블록 (14))으로부터 직경 방향의 외측에 소정의 간격을 두고 설치되어 있다. 음극(15)으로부터 방출되는 전자는, 후술하는 웨넬트 전극(16)의 하단부를 넘어 양극 타겟(13)상에 충돌한다.

웨넬트 전극(16)은 원 형상으로 형성되고, 양극 타겟(13)과 음극(15) 사이에 설치되어 있다. 웨넬트 전극(16)은 음극(15)으로부터 방출된 전자를 양극 타겟(13) 상에 집속시킨다.

제1 진공 외관 용기(17)는 내측 원통과, 외측 원통으로 구성되어 있다. 제1 진공 외관 용기(17)는 내측 원통과 외측 원통의 상단부가 서로 접합되어 있다. 내측 원통 및 외측 원통은 각각 대략 원통 형상으로, 예를 들면 유리재 또는 세라믹스재로 형성되어 있다. 제1 진공 외관 용기(17)는 내측 원통의 하단부가 양극 블록(14)에 진공 기밀하게 접속되고, 외측 원통의 하단부가 X선관(2)의 벽면의 일부로서 X선관(2)의 벽부에 진공 기밀하게 접속되어 있다.

제2 진공 외관 용기(18)는 바닥이 있는 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 제2 진공 외관 용기(18)는, 상단부가 X선관(2)의 벽면의 일부로서 X선관의 벽부에 진공 기밀하게 접속되어 있다. 제2 진공 외관 용기(18)는 후술하는 관 용기(3) 모두 전기적으로 접지된다. 제2 진공 외관 용기(18)는 저부의 중심 부근을 관통하는 개구부에 X선 투과창(창부)(19)이 진공 기밀하게 접합되어 있다. X선 투과 창(19)은 전자가 충돌했을 때 양극 타겟(13)으로부터 발생하는 X선을 투과하고, X 선을 X선관 장치(1)의 외부로 방출한다. X선 투과창(19)은 X선을 투과하는 부재, 예를 들면 베릴륨 박판으로 형성되어 있다. 또한, X선관(2)은 외벽의 일부에 직경 방향의 외측에 돌출되는 제1 볼록부(20a)와, 제2 볼록부(20b)를 구비하고 있다.

관 용기(3)는 X선관 장치(1)의 각 부를 내부에 수용하는 밀폐된 용기이다. 관 용기(3)는 관축(TA)을 중심축으로 하는 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 관 용기(3)는 예를 들면, 금속 부재로 형성되어 있다. 또한, 관 용기(3)는 내벽에 연판(鉛板)(21)이 내측에 접착되어 있다. 관 용기(3)(연판(21))의 내측의 내부 공간(22)에는 절연유가 충전되어 있다. 여기에서, 내부 공간(22)은 예를 들면, 관 용기(3)의 내측, X선관(2) 및 고전압 리셉터클(4)의 외측, 또한 조정 공간(10) 이외의 공간이다.

벨로우즈(11)는 관 용기(3)의 하측의 소정의 부분에, 내부 공간(22)과 조정 공간(10)을 격리하도록 구비되어 있다. 벨로우즈(11)에서, 제1 볼록부(20a)에 일단부가 고정되고, 타단부가 제2 볼록부(20b)에 고정되어 있다. 벨로우즈(11)는 수지성의 탄성 부재로 형성되어 있고, 절연유의 팽창 및 수축 등을 조정 공간(10)이 수축 및 팽창함으로써 흡수한다. 또한, 벨로우즈(11)는 신축 자유로운 신축 부재이고, 예를 들어 고무 벨로우즈(고무막)이다.

본 실시 형태에서는 X선관 장치(1)에서, 냉각액은 제1 냉각 파이프(5b)로부터 도입되고, 제1 통로(6p1)를 통하여 상단부로부터 내측 파이프(7b)로 유입된다. 내측 파이프(7b)에 유입된 냉각액은 내측 파이프(7b)의 선단 노즐부(24)로부터 양극 타겟(13)이 설치된 방향의 양극 블록(14)의 저부(14b)에 충돌한다. 선단 노즐부(24)로부터 방출된 냉각액은, 양극 블록(14)의 내측 표면, 또는 외측 파이프(7a)의 내측 표면과, 내측 파이프(7b)의 외주부로 구성된 유로를 지나, 조인트(6)의 제3 통로(6p3)에 흐른다. 제3 통로(6p3)에 흐른 냉각액은 제2 통로(6p2)를 통하여 제2 냉각 파이프(5c)로부터 취출된다.

또한, X선관 장치(1)는 고전압 리셉터클(4)에 고전압 케이블이 접속된 경우, 양극 타겟(13)에 관 전압이 인가된다. 그리고, 음극(15)로부터 방출된 전자가 양극 타겟(13)에 충격을 가하여 X선이 발생한다. 이 때, 양극 블록(14)의 내측에 구성된 유로를 흐르는 냉각액에 의해, 양극 타겟(13)이 냉각된다. 양극 블록(14)의 내측의 유로를 흐르는 냉각액에서는 서브쿨 비등이나 캐비테이션에 의해 기포가 발생한다.

다음에, 경질금으로 형성된 보호막(PR)(본 실시 형태의 보호막(PR))과, 연질금으로 형성된 보호막(비교예의 보호막)의 대 부식(대 캐비테이션)에 대해서, 동일한 평가 조건하에서 비교한다. 도 2는 보호막을 냉각액에 노출시킨 시간에 대한 보호막의 두께 변화를 그래프로 나타내는 도면이다. 보호막을 냉각액에 노출시킬 때에는, 보호막을 냉각액에 침지할 뿐만 아니라, 보호막에 냉각액을 분사하면서 보호막의 경시 변화에 대해서 실험했다.

도 2에 도시한 바와 같이, 연질금으로 형성된 보호막의 두께는 시간의 경과와 함께 감소하는 결과가 되었다. 예를 들면, 30분 후에, 연질금으로 형성된 보호막의 두께는 실질적으로 45 %까지 감소하는 결과가 되었다. 이에 대하여, 경질금으로 형성된 보호막(PR)에 있어서, 두께는 거의 변화(감소)되지 않는 결과가 되었다. 상기로부터, 보호막(PR)을 연질금이 아니라 경질금으로 형성하는 것은, 양극 블록(14)을 화학적으로 보호하는 관점에서, 대폭적인 개선 효과가 얻어지는 것이다.

상기와 같이 구성된 일 실시 형태에 관한 X선관 장치(1)에 의하면, X선관 장치(1)는 음극(15); 양극 타겟(13); 제1 관부(외측 파이프(7a) 및 양극 블록(14)); 제2 관부(내측 파이프(7b)); 및 양극 블록(14)의 내면을 피복하여 보호막(PR);을 구비하고 있다. 그런데, 냉각액의 비등 냉각이나 냉각액 회로 내의 압력차 등에 의해 거품이 발생하고, 보호막(PR)은 거품이 소멸할 때의 충격파를 반복하여 받게 된다.

그 때문에, 보호막(PR)이 연질금으로 형성되어 있는 경우, 보호막(PR)에 부식이 발생하게 된다. 또한, 보호막(PR)에 있어서, 냉각액에 의한 부식 및 침식이 서서히 진행되어 가고, 최악의 경우에는 양극 블록(14)이나, 또한 그 안의 양극 타겟(13)까지 관통하여, X선관(2) 내에 냉각액이 유입되는 문제가 발생할 우려가 있다. 보호막(PR)에서 냉각액에 의한 부식 및 침식을 방지하기 위해, 거품의 발생 그 자체를 억제하는 것은 매우 곤란하다.

그래서, 본 실시 형태에서 보호막(PR)을 경질금으로 형성하고 있다. 경질금은 99 wt% 이상의 금과, 0 wt%를 초과하고 또한 1 wt% 이하인 코발트를 포함하고 있다. 보호막(PR)은 코발트를 함유시킨 경질금의 막을 도금법에 의해 형성함으로써 얻을 수 있다. 연질금보다 높은 경도(단단함)의 경질금으로 보호막(PR)을 형성함으로써, 보호막(PR)에서의 부식 및 침식의 내구성의 향상을 도모할 수 있다.

상기의 것으로부터, 제품 수명의 장기화를 도모할 수 있는 X선관 장치(1)를 얻을 수 있다.

다음에, 상기 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 도 3은 경질금에 있어서의 코발트의 함유량에 대한, 내식저항의 변화 및 열전도율의 변화를 각각 그래프로 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이 보호막(PR)에 있어서, 코발트의 함유량을 증가시킬 수록, 보호막(PR)의 경도(단단함)가 높아지고 부식 저항이 향상되어, 부식되기 어려워지는 것을 알 수 있다. 그러나, 코발트의 함유량을 증가시킬수록, 보호막(PR)의 열전도율의 저하를 초래하는 것을 알 수 있다.

보호막(PR)의 열전도율이 저하되면, 양극 블록(14) 및 양극 타겟(13)의 냉각 효율이 저하되어, 양극 타겟(13)의 표면(타겟면)이 열화되기 쉬워진다(거칠어지 쉬워진다). 그리고, X선관 장치(1)의 제품 수명이 짧아지거나, 제품 신뢰성의 저하를 초래한다. 상기로부터 경질금은 0.4 wt% 이하의 코발트를 포함하고 있던 편이 바람직하다.

경질금에서의 코발트의 첨가량이 0.4 wt%를 초과하면, 보호막(PR)의 열전도율이 저하되고, 양극 타겟(13)의 표면의 열화(거칠어짐)가 촉진되어, X선관 장치(1)의 기대(설계적) 제품 수명을 다할 수 없게 될 확률이 높아지기 때문이다.

한편, 경질금에서의 코발트의 첨가량이 감소함과 함께, 보호막(PR)의 부식 저항이 서서히 저하되어, 양극 블록(14)의 내부의 부식이 진행되기 쉬워진다. 상기로부터, 경질금은 0.3 wt% 이상의 코발트를 포함하고 있던 편이 바람직하다.

경질금에서의 코발트의 첨가량이 0.4 wt% 미만이 되면, 양극 블록(14)의 내부의 부식이 촉진되어, X선관 장치(1)의 기대(설계적) 제품 수명을 다할 수 없게 될 확률이 높아지기 때문이다.

상기의 것으로부터, 경질금은 0.3 내지 0.4 wt%의 범위 내의 코발트를 포함하고 있는 편이 보다 바람직하다.

본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 상기 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 상기의 신규한 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러 가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 상기의 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

예를 들면, 보호막(PR)을 형성하기 위한 경질금은, 첨가물에 코발트(Co) 이외의 금속을 사용해도 된다. 예를 들어, 경질금은 0 wt%를 초과하고, 또한 1 wt% 이하인 니켈(Ni)을 포함하고 있어도 된다. 또한, 경질금은 0 wt%를 초과하고 또한 1 wt% 이하인 크롬(Cr)을 포함하고 있어도 된다.

Claims (4)

1. 전자를 방출하는 음극;
   상기 음극으로부터 방출되는 전자가 충격을 가함으로써 X선이 발생하는 양극 타겟;
   일단부와, 폐색되고 상기 양극 타겟이 접합된 저부를 포함하는 타단부를 갖는 제1 관부;
   상기 제1 관부의 내부에 위치하고 냉각액을 도입하는 도입구가 형성된 제1 단부와, 상기 저부와 대향하고 상기 냉각액을 상기 저부에 토출하는 토출구가 형성된 제2 단부를 갖고, 상기 제1 관부와 함께 상기 냉각액의 유로를 형성하는 제2 관부; 및
   상기 제1 관부의 내면을 피복하고, 경질금으로 형성된 보호막
   을 구비하는, X선관 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 경질금은
   99 wt% 이상의 금과,
   1 wt% 이하의 코발트, 니켈 또는 크롬을 포함하고 있는, X선관 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 경질금은 0.3 내지 0.4 wt%의 범위 내의 코발트를 포함하고 있는, X선관 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각액은 수계 냉각액인, X선관 장치.

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