KR20220075093A - 절연필름을 구비한 고정장치를 갖는 회전양극형 x선관장치 - Google Patents

Abstract

고속의 전자빔을 발생시키는 전자 발생부, 및 전자빔이 충돌해서 엑스레이를 발생시키는 타겟을 고속으로 회전시키는 엑스레이발생부가 내부에 설치된 인서트 튜브를 내측면에 엑스레이 차폐층이 형성된 알루미늄재질의 하우징 내부에 구비하는 회전양극형 X선관 장치에 있어서, 인서트 튜브는 스테이터 코일 및 위치 고정을 위한 고무 재질의 고정 링을 구비하고, 고정 링은 절연시트를 구비하여 국부적인 높은 전계를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

절연필름을 구비한 고정장치를 갖는 회전양극형 X선관장치{Rotating anode type X-ray tube device with fixing device with insulating film}

본 발명은 X선관장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 절연필름을 구비한 고정장치를 갖는 회전양극형 X선관장치에 관한 것이다.

빠른 전자(電子, electron)를 물체에 충돌시키게 되면, 강한 복사선이 방출되는데 이 복사선을 엑스레이(xray)이라고 한다. 이 엑스레이는 투과력이 강해서 물체의 내부를 관찰하는데 많이 사용된다. 일 예로 의료 영상기기의 하나로 널리 사용되는 바, 인체의 내부를 엑스레이 촬영해서 몸의 이상 여부를 진단하는데 이용된다.

이와 같은 엑스레이를 발생시키기 위한 X선관(X-RAY TUBE) 장치의 기본 구조를 보면, 가열된 텅스텐 필라멘트에서 방출된 전자는 높은 진공의 관 내에서 음극(금속제의 집속캡)과 양극(구리)에 가해진 높은 전압으로 가속되어 음극과 마주보는 양극의 타깃면에 충돌한다. 엑스레이는 이 충돌 부분에서 발생하여 임의의 방향으로 방사된다. 이 중 추출하기 쉬운 방향의 일부 엑스레이를 이용하고 다른 방향의 것은 엑스레이 방지용 용기로 피복하여 불필요한 엑스레이의 외부방출을 적게 한다.

회전형 X선관 장치 경우, 엑스레이를 발생시키는 양극 부분이 회전자와 상기 회전자를 자장에 의해 회전시키기 위하여 인서트튜브의 외부에서 결합되는 스테이터코일을 갖는 전동기 구성으로 이뤄지고, 회전자는 고진공, 고온에서 최대 10,800(RPM)까지 회전한다.

회전양극형 X선관 장치는, 하우징에 인서트 튜브가 내장된 형태로 구성된다. 인서트 튜브는 밀폐된 하우징 내부에 위치하고 있으며, 또한 하우징 내부는 절연유로 채워져 있다. 절연유는 일반적으로 일반광유(알킬벤젠등)가 사용될 수 있다.

또한, 하우징은 일반적으로 알루미늄으로 만들어지며, 하우징의 내측면에 엑스레이를 차폐하기 위한 실드층이 더 형성될 수 있다. 여기서, 실드층은 납과 같은 물질로 형성된다. 하우징의 측면상 일측지점에는 인서트 튜브가 만드는 엑스레이가 하우징 밖으로 나올 수 있도록 하는 방사구가 형성되어 있다.

도 1은 종래의 회전양극형 X선관장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 10-7 torr 이상의 고진공 상태가 유지되어야 하는 인서트 튜브(X-ray tube)는 필라멘트 소재로 만든 열전자를 방출하는 음극부에서 필라멘트 금속분말이 높은 온도로 인해 유리관(glass bulb) 내벽에 증착되는 현상이 발생되고 이로 인한 아크(arc) 문제가 지속적으로 발생되고 있다.

X-ray의 차폐를 위해 하우징(Housing) 내면에 부착된 서로 다른 두께의 납(Pb)층을 접합하는 부위는 용접 후 표면이 울퉁불퉁하고 매끄럽지 못하며, 음극부(-75V)에 비해 상대적으로 높은 전위(접지, 0V)에 있기 때문에 이 매끄럽지 못한 접합면에 전계가 집중되는 문제가 발생된다.

음극부와 납 접합면 사이에 생성된 국부 전계로 인해 음극부에서 발생된 일부 전자가 납 접합면의 높은 전계쪽으로 이동할 때 유리관(glass bulb)을 손상시킨다. 손상된 유리관(glass bulb)은 인서트 튜브(X-ray insert tube) 내 진공도를 떨어뜨리고 인서트 튜브(X-ray tube)를 불량으로 만드는 심각한 품질문제를 야기하고 있다.

KR 10-1512620 B

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 고정링에 절연시트를 감싸는 구조로 형성되어 아크 불량을 감소시킬 수 있는 회전양극형 X선관장치를 제공한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고속의 전자빔을 발생시키는 전자 발생부, 및 전자빔이 충돌해서 엑스레이를 발생시키는 타겟을 고속으로 회전시키는 엑스레이발생부가 내부에 설치된 인서트 튜브를 내측면에 엑스레이 차폐층이 형성된 알루미늄재질의 하우징 내부에 구비하는 회전양극형 X선관 장치에 있어서, 인서트 튜브는 스테이터 코일 및 위치 고정을 위한 고무 재질의 고정 링을 구비하고, 고정 링은 절연시트를 구비하여 국부적인 높은 전계를 감소시키는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 포함되는 스테이터 코일은, 주권선과 보조권선이 서로 직각방향으로 배열되고 보조권선에 단상교류 전원공급장치의 콘덴서가 직렬연결 되게 형성되어 회전자계를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 절연시트는 폴리에스터가 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 회전양극형 X선관장치는 고정링에 절연시트를 감싸는 구조로 형성되어 아크 불량을 감소시킬 수 있어 고출력 회전양극형 X선관장치에도 확대 적용이 가능하다.

도 1은 종래의 회전양극형 X선관장치를 나타낸 도면
도 2는 회전양극형 X선관장치의 제조과정을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전양극형 X선관장치의 도면
도 4는 회전양극형 X선관장치에 적용된 고정 링(11) 및 절연시트(12)의 도면
도 5는 회전양극형 X선관장치에 적용된 고정 링(11) 및 절연시트(12)의 다른 도면

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 회전양극형 X선관장치의 제조과정을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전양극형 X선관장치의 도면이고, 도 4는 회전양극형 X선관장치에 적용된 고정 링(11) 및 절연시트(12)의 도면이고, 도 5는 회전양극형 X선관장치에 적용된 고정 링(11) 및 절연시트(12)의 다른 도면이다.

본 실시예에 따른 회전양극형 X선관장치는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.

도 2는 제안된 회전양극형 X선관장치의 제조과정을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면,

- 인서트 튜브(X-ray insert tube, 100)

히터에 의해 가열된 필라멘트(1)에서 발생된 전자빔을 집속시키는 Focusing cup(2), 집속된 전자빔을 고속으로 가속하기 위한 관전압(tube voltage, 120 ~ 150kV)이 인가되며 고속 전자빔이 충돌하여 입사된 에너지의 1% 이하는 X-ray를 발생하며 나머지 99%는 열로 변환하는 기능을 하는 Target(3), 전자빔이 충돌하는 focal spot 영역의 높은 Target 온도(약 2,600℃ )에 의한 Target 표면의 열화를 방지하기 위해 Target을 회전시키기 위한 Rotor부(회전자, 4), 상기 부품들을 고진공으로 유지하기 위한 glass bulb(5)로 구성되어 있으며, 조립순서는 [(1) - (2), (3) - (4)] - (5) 순서대로 이루어진다.

- Stator-coil + X-ray insert tube + 고무링

Target을 포함한 Rotor부를 회전시키기 위한 교류 자기장을 발생시키기 위한 Stator-coil(고정자, 5)과 고무재질의 고무링(6)이 구비된다.

조립순서는 X-ray insert tube의 Rotor부쪽 유리관(glass bulb) 외부에 스케이터 코일(Stator-coil)을 삽입한 후 볼트로 조립한다.

- X-ray tube assembly(X선관장치)

인서트 튜브(X-ray insert tube, 100)의 Target면에서는 사방으로 X-ray가 나오기 때문에 인체의 측정 부위로만 X-ray가 조사되고 다른 방향은 X-ray를 차폐하기 위해 내부가 두꺼운 납으로 둘러싸였으며 일정 온도(약 70℃) 이하로 X-ray insert tube를 유지시키기 위한 절연유(7)와 보호회로(8)로 구성된 하우징(Housing, 9)으로 구성된다.

조립순서는 고무링이 삽입된 X-ray tube를 포함한 Stator-coil의 고정부와 하우징의 내면의 지지부를 볼트로 고정 후 절연유를 기포가 없도록 진공상태로 주입 후 보호회로가 부착된 홀더를 삽입하여 봉합한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 제안된 회전양극형 X선관장치는 인서트 튜브(100), 하우징(200)을 포함하고, 인서트 튜브는 음극(110), 유리관(120), 양극(130), 고정 링(11) 및 절연시트(12)를 포함하여 구성된다.

즉, 회전양극형 X선관 장치는, 하우징(200)에 인서트 튜브(100)가 내장된 형태로 구성된다. 인서트 튜브(100)는 밀폐된 하우징(200) 내부에 위치하고 있으며, 또한 하우징(200) 내부는 절연유로 채워져 있다.

회전양극형 X선관장치는 고속의 전자빔을 발생시키는 전자 발생부 및 전자빔이 충돌해서 엑스레이를 발생시키는 타겟을 고속으로 회전시키는 엑스레이발생부가 내부에 설치된 인서트 튜브(100)를 내측면에 엑스레이 차폐층이 형성된 알루미늄재질의 하우징(200) 내부에 구비하도록 구성된다.

특히, 인서트 튜브(100)는 스테이터 코일 및 위치 고정을 위한 고무 재질의 고정 링(11)을 구비하고, 고정 링(11)은 절연시트(절연필름)(12)를 구비하여 국부적인 높은 전계를 감소시킬 수 있다.

이때, 스테이터 코일은 주권선과 보조권선이 서로 직각방향으로 배열되고 보조권선에 단상교류 전원공급장치의 콘덴서가 직렬연결 되게 형성되어 회전자계를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 절연시트(12)는 폴리에스터가 포함되는데, 절연시트(12)는 폴리에스터(PE) 재질로 두께는 0.25mm, 절연파괴전압은 24.5kV/mm를 적용하였으며, 고정 링(11)에 삽입 후 인서트 튜브(X-ray insert tube, 100)에 장착된다.

절연시트(12)의 두께는 최소 0.2mm 이상 최대 2mm 범위를 가지며 두께가 2mm 이상일 경우 작업성에 문제가 있을 것으로 예상된다.

고정 링(11)에는 복수 개의 돌출부가 있는데 절연시트(12)는 각 돌출부를 수용하기 위한 개구부가 형성되어 상호 간에 결합되면서 지지되는 형태를 이룬다. 즉, 절연시트(12)가 고정 링(11)의 외곽면을 감싸면서 돌출부에 삽입되는 형태를 이룬다.

상술한 바와 같이 본 발명은 150kV 이상의 관전압과 최대 1000mA의 관전류가 인가되는 고진공에서 동작하는 의료용 X선관장치에서 발생되는 아크(arc) 불량을 개선하기 위한 수단을 제공하는 것을 특징으로 한다.

아크 불량의 주된 요인 중 하나는 –75kV가 인가되는 X-ray tube의 음극부와 접지 역할을 하는 Housing 내면의 납(Pb) 층간의 불규칙한 형상으로 인해 형성되는 국부적인 높은 전계가 아크를 발생시켜 음극부에서 발생된 전자의 일부가 음극 대비 상대적으로 높은 전위를 가지는 Housing 내면의 납 층으로 가속되면서 X-ray tube의 유리관(glass bulb)를 파손시키는 현상을 아크 불량이라고 한다.

아크로 인한 유리관(glass bulb)의 파손은 고진공을 요구하는 X선관장치에 치명적인 품질손상이며 X-ray tube 손실을 초래하므로 막대한 손실을 입게 된다.

본 발명은 아크 불량을 해결하기 위해 아크가 발생되는 위치에 높은 절연파괴전압 특성을 갖는 절연필름을 구비한 고정 링(11)을 장착하여 동작 중 발생되는 고전계를 방지하는 역할을 제공한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 인서트 튜브
200 : 하우징
110 : 음극
120 : 유리관
130 : 양극
11 : 고정 링
12 : 절연시트

Claims (3)

1. 고속의 전자빔을 발생시키는 전자 발생부, 및 상기 전자빔이 충돌해서 엑스레이를 발생시키는 타겟을 고속으로 회전시키는 엑스레이발생부가 내부에 설치된 인서트 튜브를 내측면에 엑스레이 차폐층이 형성된 알루미늄재질의 하우징 내부에 구비하는 회전양극형 X선관 장치에 있어서,
   상기 인서트 튜브는 스테이터 코일 및 위치 고정을 위한 고무 재질의 고정 링을 구비하고,
   상기 고정 링은 절연시트를 구비하여 국부적인 높은 전계를 감소시키는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터 코일은,
   주권선과 보조권선이 서로 직각방향으로 배열되고 상기 보조권선에 단상교류 전원공급장치의 콘덴서가 직렬연결 되게 형성되어 회전자계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 절연시트는 폴리에스터가 포함된 것을 특징으로 하는 회전양극형 X선관장치.

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