KR20230095766A - 필라멘트 조정 구조를 포함하는 엑스레이 튜브 - Google Patents

Abstract

엑스레이 튜브가 개시된다. 본 엑스레이 튜브는, 열전자를 방출하는 포커싱부를 포함하는 캐소드 및 캐소드로부터 방출된 열전자의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드를 포함하고, 포커싱부는, 전압이 인가되면 열전자를 방출하는 필라멘트 코일, 필라멘트 코일의 양단에 각각 연결되는 필라멘트 로드, 필라멘트 코일을 수용하며, 필라멘트 로드가 관통하는 로드 홀을 포함하는 하우징 및 로드 홀의 내부에서 필라멘트 로드를 감싸도록 배치되고, 로드 홀의 내경보다 작은 직경을 갖는 세라믹 부재를 포함하고, 세라믹 부재가 로드 홀의 내부에서 틸팅되면, 필라멘트 코일의 형상이 변형된다.

Description

필라멘트 조정 구조를 포함하는 엑스레이 튜브{X-RAY TUBE COMPRISING FILAMENT ALIGNING STRUCTURE}

본 개시는 엑스레이 튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필라멘트 조정 구조를 포함하는 엑스레이 튜브에 관한 것이다.

엑스레이 튜브는 엑스레이(X-ray)를 발생시키기 위한 장치로, 1회용으로 공급되는 폐쇄형과 진공 상태를 임의로 만들어 낼 수 있어 소모품인 필라멘트나 타겟을 교환할 수 있는 개방형으로 구분된다.

엑스레이 튜브는 고진공으로 감압된 진공챔버 내부에 필라멘트를 구비한 캐소드와, 타겟을 구비한 애노드를 포함한다. 엑스레이 튜브는 필라멘트로부터 발생한 열전자(thermo electron)가 타겟(target)에 충돌되면서 엑스레이를 방출시킨다.

엑스레이 튜브의 일반적인 동작은 다음과 같다. 필라멘트에 전류를 인가하여 필라멘트에 열이 발생하면 열전자가 발생한다. 필라멘트에 고전압을 인가하여 열전자를 가속시키면, 열전자가 타겟에 충돌되고 파장이 짧고 투과력이 높은 엑스레이가 발생하게 된다.

한편, 필라멘트에서 열이 발생함에 따라 필라멘트의 형태가 변형될 수 있고 이에 따라 엑스레이 초점이 변형되어 엑스레이 영상의 선명도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 열전자를 방출하는 필라멘트의 형태를 균일하게 유지함으로써 엑스레이 품질을 개선할 수 있는 엑스레이 튜브를 제공하는 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브는 열전자를 방출하는 포커싱부를 포함하는 캐소드 및 상기 캐소드로부터 방출된 열전자의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드를 포함하고, 상기 포커싱부는, 전압이 인가되면 열전자를 방출하는 필라멘트 코일, 상기 필라멘트 코일의 양단에 각각 연결되는 필라멘트 로드, 상기 필라멘트 코일을 수용하며, 상기 필라멘트 로드가 관통하는 로드 홀을 포함하는 하우징 및 상기 로드 홀의 내부에서 상기 필라멘트 로드를 감싸도록 배치되고, 상기 로드 홀의 내경보다 작은 직경을 갖는 세라믹 부재를 포함하고, 상기 세라믹 부재가 상기 로드 홀의 내부에서 틸팅되면, 상기 필라멘트 코일의 형상이 변형된다.

이 경우, 상기 로드 홀의 일단에 결합되며 상기 세라믹 부재의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 플랜지 부재를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 세라믹 부재는 상기 플랜지 부재를 관통하도록 배치되며, 상기 세라믹 부재가 외력에 의해 틸팅되면 상기 플랜지 부재는 상기 세라믹 부재를 틸팅된 상태로 고정할 수 있다.

한편, 상기 필라멘트 로드는 상기 필라멘트 코일의 일단에 연결되는 제1 로드 및 상기 필라멘트 코일의 타단에 연결되는 제2 로드를 포함하고, 상기 필라멘트 코일의 양단에 각각 연결된 상기 제1 및 제2 로드의 단부가 서로 멀어지도록 상기 세라믹 부재가 틸팅되면, 상기 필라멘트 코일의 외측 표면이 평탄해지도록 상기 필라멘트 코일의 형상이 변형될 수 있다.

한편, 상기 세라믹 부재 및 상기 플랜지 부재는 브레이징(brazing) 접합을 통해 결합될 수 있다.

한편, 상기 하우징은 상기 필라멘트 코일의 외측 표면 일부가 노출되도록 상기 필라멘트 코일을 수용하는 코일 홈을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 로드 홀은 상기 코일 홈의 양단에 대응되는 위치에 각각 형성될 수 있다.

한편, 상기 필라멘트 로드와 상기 세라믹 부재 사이에 배치되며, 코바(kovar) 합금으로 이루어지는 코바 로드(kovar rod)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 세라믹 부재는 Al₂O₃ 재질로 형성될 수 있다.

한편, 상기 하우징 및 상기 플랜지 부재는 Ni 재질로 형성될 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 캐소드의 포커싱부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시에에 따른 포커싱부의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 히팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 필라멘트의 장력을 조정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

그리고, 본 명세서에서는 본 개시의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.

나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하, 도면들을 참고하여 본 개시를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브(1)는 열전자를 방출하는 캐소드(10) 및 캐소드(10)에서 방출된 열전자가 충돌하여 엑스레이를 발생시키는 애노드(20)를 포함할 수 있다.

캐소드(10)는 고전압 공급부(미도시)로부터 고전압을 인가 받아 포커싱부(100)를 통해 열전자(e)를 방출할 수 있다.

캐소드(10)의 포커싱부(100)는 필라멘트(120, 도 2 참조)를 포함할 수 있다. 필라멘트(120)는 일종의 저항체로서 필라멘트(120)에 인가되는 전원이 제공하는 전기 에너지를 열에너지로 전환하며, 이러한 열에너지의 일부가 필라멘트 내의 열전자에 제공됨으로써 열전자(e)가 필라멘트(120)로부터 방출될 수 있다. 필라멘트는 융점이 높으면서도 기화성이 낮은 텅스텐 재질로 이루어질 수 있다. 텅스텐으로 제작된 필라멘트의 경우 고온(예를 들면, 1000℃~2500℃)으로 가열되면 열전자를 방출할 수 있다.

포커싱부(100)는 필라멘트(120)로부터 방출된 열전자(e)를 외부로 포커싱할 수 있다. 예를 들어, 포커싱부(100)는 방출된 열전자(e)가 애노드(20)의 타겟면(22)으로 충돌하도록 포커싱할 수 있다.

애노드(20)는 일 방향으로 회전하는 타겟(21)을 포함하며, 타겟면(22)에 충돌한 열전자(e)에 의해 엑스레이(L)를 발생시킬 수 있다. 필라멘트(120)와 타겟(21) 사이에는 고전압에 의해 전기장이 형성되며, 필라멘트(120)에서 방출된 열전자(e)는 타겟(21) 측으로 가속될 수 있다. 가속된 열전자(e)는 타겟(21)에 충돌하기 직전 매우 빠른 속도를 갖는다. 즉 타겟(21)에 충돌하기 직전 열전자(e)는 매우 큰 운동에너지를 갖게 되며, 열전자(e)가 타겟(21)에 충돌 시 열전자(e)가 가지고 있던 운동에너지의 일부가 엑스레이(L)의 형태로 전환된다. 이러한 과정을 통하여 타겟(21)에서는 엑스레이(L)가 발생되며, 발생된 엑스레이(L)는 엑스레이 튜브(L) 외부로 방출되어 피검사체(미도시) 측으로 조사될 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 캐소드의 포커싱부(100)를 설명하기 위한 도면으로 필라멘트(120)가 배치된 영역을 절단한 단면을 도시한 부분 단면도이고, 도 3은 본 개시의 일 실시에에 따른 포커싱부(100)의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 포커싱부(100)는 하우징(110), 필라멘트(120), 세라믹 부재(130), 플랜지 부재(140), 코바 로드(150), 가이드 부재(160)를 포함할 수 있다.

필라멘트(120)는 전압이 인가되면 열전자를 방출하는 필라멘트 코일(121) 및 필라멘트 코일(121)의 양단에 각각 연결되는 필라멘트 로드(122)를 포함할 수 있다.

하우징(110)은 필라멘트 코일(121)의 외측 표면 일부가 노출되도록 필라멘트 코일(121)을 수용하는 코일 홈(111) 및 필라멘트 로드(122)가 관통하는 로드 홀(112)을 포함할 수 있다. 로드 홀(112)은 코일 홈(111)의 양단에 대응되는 위치에 각각 형성될 수 있다. 이에 따라, 필라멘트 코일(121)은 코일 홈(111) 내부에 안착되고 양단에 연결된 필라멘트 로드(122)는 로드 홀(112)을 통해 하우징(110)을 관통하여 반대편으로 연결될 수 있다. 즉 필라멘트 로드(122)의 일단은 필라멘트 코일(121)에 연결되고 타단은 외부 전원(미도시)에 연결되어 전압을 인가 받을 수 있다.

세라믹 부재(130)는 로드 홀(112)의 내부에서 필라멘트 로드(122)를 감싸도록 배치될 수 있다. 세라믹 부재(130)는 필라멘트(120)로 인가되는 고전압이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 부재(130)는 Al₂O₃ 재질로 형성될 수 있다.

필라멘트 로드(122)와 세라믹 부재(130) 사이에는 코바(kovar) 합금으로 이루어지는 코바 로드(kovar rod)(150)가 배치될 수 있다. 코바 합금은 세라믹과 같은 열팽창계수를 가지는 합금으로, 본 개시의 일 실시예에 따라 세라믹 부재(130)와 동일한 열팽창계수를 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 열 발생에 따른 세라믹 부재(130)와 필라멘트 로드(122) 사이의 구조 변형을 최소화할 수 있다.

플랜지 부재(140)는 하우징(110)에 결합되는 구성으로 필라멘트 로드(122)를 지지하도록 형성될 수 있다. 하우징(110) 및 플랜지 부재(140)는 Ni과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.

세라믹 부재(130)는 플랜지 부재(140)를 관통하며, 플랜지 부재(140)의 내경에 대응되는 직경을 가질 수 있다. 플랜지 부재(140)는 로드 홀(112)의 일단에 결합되며 로드 홀(112)을 관통하는 세라믹 부재(130)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어 세라믹 부재(130)를 고정시킬 수 있다. 이 경우, 세라믹 부재(130)와 플랜지 부재(140)는 브레이징(brazing) 접합을 통해 결합될 수 있다. 비교적 접합 강도가 낮은 브레이징 접합을 통해 세라믹 부재(130) 및 플랜지 부재(140)를 접합함에 따라, 세라믹 부재(130)는 플랜지 부재(140)에 의해 위치가 고정되나 외력이 가해지면 로드 홀(112) 내부 공간에서 틸팅(tilting)될 수 있다.

구체적으로, 세라믹 부재(130)는 로드 홀(112)의 내경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 도 2를 참고하면, 세라믹 부재(130)는 로드 홀(112)의 내측면과 이격된 상태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 세라믹 부재(130)는 플랜지 부재(140)에 의해 고정된 상태에서 외력이 가해지면 로드 홀(112)의 내부 공간 상에서 틸팅될 수 있다. 세라믹 부재(130)가 외력에 의해 틸팅되면 플랜지 부재(140)는 세라믹 부재(130)를 틸팅된 상태로 고정할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 필라멘트 로드(122)는 필라멘트 코일(121)의 일단에 연결되는 제1 로드(122-1) 및 필라멘트 코일(121)의 타단에 연결되는 제2 로드(122-2)를 포함한다. 필라멘트 코일(121)의 양단에 각각 연결된 제1 및 제2 로드(122-1, 122-2)의 단부가 서로 멀어지도록 세라믹 부재(130)가 틸팅되면, 필라멘트 코일(121)의 외측 표면이 평탄해지도록 필라멘트 코일(121)의 형상이 변형될 수 있다. 즉, 필라멘트 코일(121)의 양단이 서로 멀어지면서 장력이 증가함에 따라 감겨있는 코일이 늘어나면서 필라멘트 코일(121)의 외측 표면이 높낮이가 균일해질 수 있다.

이에 따라, 포커싱부(100)에 필라멘트(120)를 조립한 후 필라멘트(120) 발열에 따라 변형이 생기는 경우에도 하우징(110)의 외부로 노출되는 세라믹 부재(130)에 외력을 가하여 필라멘트 코일(121) 표면의 높낮이가 균일해지도록 조정할 수 있다. 필라멘트 코일(121)의 외부 표면의 형상을 균일하게 함으로써 필라멘트 코일(121)에서 방출된 열전자가 애노드(20)의 타겟면(22) 상에 포커싱되는 포커싱 영역의 변형을 최소화할 수 있으며, 엑스레이 튜브(1)의 엑스레이의 품질을 개선할 수 있다.

한편, 필라멘트 코일(121)의 표면의 형상을 균일하게 형성하고 캐소드(10) 조립 후 필라멘트 코일(121)의 변형을 최소화하기 위해, 상술한 필라멘트 조정 구조와는 별도의 다양한 방법을 적용하여 필라멘트를 포커싱부에 조립할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참고하여 필라멘트 코일의 표면 형상을 균일하게 형성하기 위한 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 히팅 유닛(2)을 나타낸 사시도이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면 별도의 히팅 유닛(2)을 통해 필라멘트에 대하여 선제적으로 열을 가하는 동작을 수행하여, 오차 범위 밖으로 열변형이 일어난 불량품을 걸러낼 수 있다. 예를 들어, 히팅 유닛(2) 내에 포커싱부(100)를 배치하여 2700℃ 이상의 온도를 가한 후 필라멘트의 열변형 정도에 따라 불량품으로 판정할 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 필라멘트의 장력을 조정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 필라멘트 코일(121)을 필라멘트 로드(122-1, 122-2)에 연결할 때의 필라멘트 로드(122-1, 122-2) 사이의 거리(d1)가 포커싱부(100)에 조립될 때의 거리(d2)보다 짧도록 설정하여 필라멘트 코일(121)을 필라멘트 로드(122-1, 122-2)에 연결할 수 있다. 이에 따라, 필라멘트(120)를 포커싱부(100)에 조립하면 필라멘트 로드(122-1, 122-2) 사이의 거리가 멀어지게 되어 필라멘트 코일(121)의 장력이 증가함에 따라 감겨있는 코일이 늘어나고, 필라멘트 코일(121)의 외측 표면이 높낮이가 균일해질 수 있다.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1: 엑스레이 튜브 2: 히팅 유닛
10: 캐소드 20: 애노드
100: 포커싱부 110: 하우징
120: 필라멘트 121: 필라멘트 코일
122: 필라멘트 로드 130: 세라믹 부재
140: 플랜지 150: 코바 로드
160: 가이드 부재

Claims (10)

1. 엑스레이 튜브에 있어서,
   열전자를 방출하는 포커싱부를 포함하는 캐소드; 및
   상기 캐소드로부터 방출된 열전자의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드;를 포함하고,
   상기 포커싱부는,
   전압이 인가되면 열전자를 방출하는 필라멘트 코일;
   상기 필라멘트 코일의 양단에 각각 연결되는 필라멘트 로드;
   상기 필라멘트 코일을 수용하며, 상기 필라멘트 로드가 관통하는 로드 홀을 포함하는 하우징; 및
   상기 로드 홀의 내부에서 상기 필라멘트 로드를 감싸도록 배치되고, 상기 로드 홀의 내경보다 작은 직경을 갖는 세라믹 부재;를 포함하고,
   상기 세라믹 부재가 상기 로드 홀의 내부에서 틸팅되면, 상기 필라멘트 코일의 형상이 변형되는, 엑스레이 튜브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로드 홀의 일단에 결합되며 상기 세라믹 부재의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 플랜지 부재;를 더 포함하는, 엑스레이 튜브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 세라믹 부재는 상기 플랜지 부재를 관통하도록 배치되며,
   상기 세라믹 부재가 외력에 의해 틸팅되면 상기 플랜지 부재는 상기 세라믹 부재를 틸팅된 상태로 고정하는, 엑스레이 튜브.
4. 제1항에 있어서,
   상기 필라멘트 로드는 상기 필라멘트 코일의 일단에 연결되는 제1 로드 및 상기 필라멘트 코일의 타단에 연결되는 제2 로드를 포함하고,
   상기 필라멘트 코일의 양단에 각각 연결된 상기 제1 및 제2 로드의 단부가 서로 멀어지도록 상기 세라믹 부재가 틸팅되면, 상기 필라멘트 코일의 외측 표면이 평탄해지도록 상기 필라멘트 코일의 형상이 변형되는, 엑스레이 튜브.
5. 제2항에 있어서,
   상기 세라믹 부재 및 상기 플랜지 부재는 브레이징(brazing) 접합을 통해 결합되는, 엑스레이 튜브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 필라멘트 코일의 외측 표면 일부가 노출되도록 상기 필라멘트 코일을 수용하는 코일 홈을 포함하는, 엑스레이 튜브.
7. 제6항에 있어서,
   상기 로드 홀은 상기 코일 홈의 양단에 대응되는 위치에 각각 형성되는, 엑스레이 튜브.
8. 제1항에 있어서,
   상기 필라멘트 로드와 상기 세라믹 부재 사이에 배치되며, 코바(kovar) 합금으로 이루어지는 코바 로드(kovar rod);를 더 포함하는, 엑스레이 튜브.
9. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹 부재는 Al₂O₃ 재질로 형성되는, 엑스레이 튜브.
10. 제2항에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 플랜지 부재는 Ni 재질로 형성되는, 엑스레이 튜브.

Images