KR20240030009A - 필라멘트 제조 방법, 그에 의해 제조된 필라멘트 및 이를 구비하는 엑스선 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판 형상 베이스의 관통 구멍에 소정 길이의 전극을 삽입한 후 접합하여 제 1 부품을 제작하는 과정; 판 형상 디스크의 일면에 소정 길이의 와이어를 접합하여 제 2 부품을 제작하는 과정; 및 상기 제 1 부품의 전극과 상기 제 2 부품의 와이어를 접합하여 필라멘트를 제조하는 과정을 포함하는 필라멘트 제조 방법과, 이에 의해 제조된 필라멘트 및 이를 구비하는 엑스선 튜브를 제공한다.

Description

필라멘트 제조 방법, 그에 의해 제조된 필라멘트 및 이를 구비하는 엑스선 튜브{Method of manufacturing a filament, filament manufactured thereby, and X-ray tube having the filament}

본 발명은 엑스선 발생 장치의 필라멘트에 관한 것으로, 특히 엑스선 빔(X-ray Beam) 에너지를 집중시켜 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 있도록 하는 필라멘트 제조 방법, 그에 의해 제조된 필라멘트 및 이를 구비하는 엑스선 튜브에 관한 것이다.

엑스선(X ray) 시스템은 비침습적인 방법으로 인체 내부를 조영할 수 있어 의료 관련 기관에서 진단과 진료에 보편적으로 활용하고 있으며, 첨단 기술의 발전에 힘입어 더욱 편리하고 정밀한 사용이 가능하도록 개발되어 왔다. 또한, 엑스선 시스템은 의료 분야 뿐만 아니라 비파괴 검사 분야에서 피검체 내부 형상을 관찰하기 위해 이용되고 있다.

엑스선 시스템은 엑스선을 피검체에 조사시키면 피검체 내부에서 물질의 밀도 차이에 따라 엑스선의 흡수 정도가 다른 원리를 이용한다. 여기서, 밀도가 큰 조직은 밀도가 작은 조직에 비해 엑스선을 많이 흡수하기 때문에 생체 조직에 엑스선을 투과시킨 후 엑스선 감광 필름이나 검출기에서 관찰하면 밀도가 큰 조직은 밀도가 작은 조직에 비해 검게 나타나게 된다. 따라서, 밀도 차이에 따른 피검체의 내부 조직의 구조를 명확하게 구별할 수 있게 된다.

이러한 엑스선 시스템은 일반적으로 엑스선을 발생하는 엑스선 튜브, 엑스선 튜브에 필요한 고전압을 발생시켜 공급하는 전압 발생 장치, 피검체를 통과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출 장치 및 엑스선 튜브와 전압 발생 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 엑스선 튜브 및 전압 발생 장치가 엑스선 발생 장치를 이룬다. 이러한 엑스선 발생 장치는 전압 발생 장치로부터 적절하게 계산된 튜브 전압, 튜브 전류, 조사 시간 등에 따른 소정의 신호가 엑스선 튜브에 공급되고, 엑스선 튜브는 전압 발생 장치로부터 공급된 소정의 신호에 따라 필라멘트(음극)에서 방출된 열전자를 타겟(양극)에 고속으로 충돌시켜 엑스선을 발생시킨다. 즉, 전압 발생 장치에서 엑스선 튜브의 필라멘트로 전류를 흘리면 필라멘트는 가열되며, 가열된 필라멘트에서 전자 방출이 유도되어 필라멘트 주변으로 전자들이 방출되고, 방출된 전자들이 고전압 차이로 인한 강한 전계에 의해 타겟을 향해 이동하여 타겟과 충돌함으로써 엑스선이 발생하게 된다.

전자 방출을 유도하는 엑스선 발생 장치의 필라멘트 형상이 도 1에 도시되어 있다. 필라멘트는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 베이스(11)와, 베이스(11)를 관통하여 형성된 두개의 전극(12)과, 타겟과 대향하여 두개의 전극 사이에 형성된 에미터(13)를 포함할 수 있다. 여기서, 에미터(13)는 금속 물질로 이루어져 도 1(a)에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 스프링처럼 꼬아진 형태, 즉 코일 형태를 갖거나, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 평면 나선형 형태를 가질 수 있다. 한편, 도 1(b)는 에미터(13)의 상부 평면 형태를 도시한 것으로서 그 하측의 구조는 도 1(a)의 베이스(11) 및 전극(12)과 동일하며 나선형의 두 말단부가 두개의 전극(12)과 연결된다.

그런데, 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 바와 같이 코일형 또는 나선형의 종래의 에미터 형태를 가진 필라멘트는 엑스선 빔(X-ray Beam) 에너지를 집중시키지 못해 양호한 해상도를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 즉, 종래의 에미터 형태로는 타겟에 형성되는 빔 에너지가 집중되지 않고 분산되어 빔 에너지 밀도가 낮고 그에 따라 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 없다.

한국공개특허 제10-2022-0007379호

본 발명은 엑스선 빔(X-ray Beam) 에너지를 집중시켜 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 있도록 하는 필라멘트 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 에미터의 형상을 변경하여 엑스선 빔 에너지를 집중시킬 수 있는 필라멘트 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 필라멘트 제조 방법, 그에 의해 제조된 필라멘트 및 이를 구비하는 엑스선 튜브를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법은 판 형상 베이스의 관통 구멍에 소정 길이의 전극을 삽입한 후 접합하여 제 1 부품을 제작하는 과정; 판 형상 디스크의 일면에 소정 길이의 와이어를 접합하여 제 2 부품을 제작하는 과정; 및 상기 제 1 부품의 전극과 상기 제 2 부품의 와이어를 접합하여 필라멘트를 제조하는 과정을 포함한다.

상기 제 1 부품을 제작하는 과정과 상기 제 2 부품을 제작하는 과정은 동시에 실시되거나 순차적으로 실시된다.

상기 베이스는 상기 디스크보다 크고 두꺼우며, 상기 전극은 상기 와이어보다 큰 선폭을 갖는다.

상기 제 1 부품을 제작하는 과정은, 관통 구멍이 형성된 판 형상의 베이스 및 소정 길이의 전극을 각각 마련하는 과정; 상기 베이스의 관통 구멍에 상기 전극을 삽입한 후 접합부에 브레이징 필러를 형성하는 과정; 및 소정 온도의 브레이징 공정으로 상기 베이스와 전극을 접합하는 과정을 포함한다.

상기 브레이징 공정은 상기 브레이징 필러의 녹는점까지 온도를 다단계로 상승시켜 실시한다.

상기 브레이징 공정은, 베이스와 전극의 체결체를 퍼니스에 인입하는 과정과, 퍼니스의 온도를 상온으로부터 소정의 승온 속도로 제 1 온도까지 상승시키는 제 1 히트업 과정과, 상기 제 1 온도에서 소정 시간 동안 제품을 가열하여 잔존 유기물을 제거하는 번아웃 과정과, 상기 퍼니스의 온도를 제 1 온도로부터 소정의 승온 속도로 제 2 온도까지 상승시키는 제 2 히트업 과정과, 상기 제 2 온도에서 소정 시간동안 유지시키는 프리히팅 과정과, 상기 퍼니스의 온도를 제 2 온도로부터 소정의 승온 속도로 제 3 온도까지 상승시키는 제 3 히트업 과정과, 상기 제 3 온도에서 소정 시간 동안 브레이징하여 베이스와 전극을 접합하는 브레이징 과정과, 상기 제 3 온도에서 소정의 속도로 퍼니스의 온도를 낮추는 퍼니스 쿨링 과정과, 베이스와 전극이 접합된 제 1 부품을 퍼니스에서 인출하여 공기중에서 냉각시키는 에어 쿨링 과정을 포함한다.

상기 제 2 부품을 제작하는 과정은, 소정 길이의 와이어 및 판 형상의 디스크를 각각 마련하는 과정; 상기 디스크의 일면에 상기 와이어를 위치시킨 후 마이크로 스팟 웨딩 공정으로 상기 디스크와 와이어를 접합하는 과정을 포함한다.

상기 제 1 부품의 전극과 상기 제 2 부품의 와이어는 마이크로 스팟 웰딩 공정으로 접합한다.

상기 베이스의 중심과 상기 디스크의 중심을 정렬시켜 상기 전극과 와이어를 접합한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 필라멘트는 소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스; 상기 베이스의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극; 상기 전극의 일 단부와 연결된 와이어; 및 상기 전극과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크를 포함한다.

상기 베이스, 전극, 와이어 및 디스크는 서로 다른 재질로 이루어진다.

상기 베이스는 상기 디스크보다 크고 두꺼우며, 상기 전극은 상기 와이어보다 큰 선폭을 갖는다.

상기 베이스의 중심과 상기 디스크의 중심이 정렬되어 접합된다.

본 발명의 또다른 실시 예에 따른 엑스선 튜브는 전원을 인가받아 전자를 방출하는 필라멘트; 상기 필라멘트에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스선을 방출하는 타겟; 상기 필라멘트와 타겟이 서로 대향되도록 밀봉하는 바디; 및 상기 타겟과 밀착되어 열을 방출시키는 캡을 포함하며, 상기 필라멘트는, 소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스와, 상기 베이스의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극과, 상기 전극의 일 단부와 연결된 와이어와, 상기 전극과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크를 포함한다.

상기 타겟은 엑스선이 방출되는 방향으로 기울어진 형태를 갖는다.

상기 베이스, 전극 및 상기 타겟의 중심이 정렬된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 필라멘트는 소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스에 전극이 관통되고, 전극의 일 영역에 와이어가 연결되며, 와이어의 단부에 판 형상의 디스크가 연결된다. 이때, 판 형상의 베이스와 판 형상의 디스크는 중심이 일치하고, 타겟의 중심과도 일치하게 된다. 또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 필라멘트는 베이스와 전극이 고온 브레이징에 의해 접합되고, 와이어와 디스크, 그리고 전극과 와이어가 마이크로 스팟 웰딩에 의해 접합되어 제조된다.

본 발명에 따른 판 디스크 형태의 필라멘트는 종래에 비해 엑스선 빔 에너지가 타겟의 좁은 영역에 집중되고, 그에 따라 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 있다. 즉, 스프링 형태의 필라멘트를 이용하는 종래의 경우 엑스선 빔 에너지가 타겟의 좁은 영역에 집중하지 못하고 넓게 퍼지게 되지만, 본 발명에 따른 판 디스크 형태의 필라멘트는 엑스선 빔 에너지가 종래보다 타겟의 좁은 영역에 집중되어 종래에 비해 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 필라멘트 형상을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 형상을 도시한 사시도 및 일측면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 필라멘트 형상을 도시한 일측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 필라멘트가 적용되는 엑스선 튜브의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트가 적용된 엑스선 튜브와 전압 발생 장치를 포함하는 엑스선 발생 장치의 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법 중 베이스와 전극의 접합을 위한 고온 브레이징의 공정 레시피도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스팟 웰딩 공정의 조건도이다.
도 11은 마이크로 스팟 웰딩에 의해 접합된 상태의 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 필라멘트 사진이다.
도 13은 종래의 스프링 형태의 필라멘트의 시뮬레이션 결과의 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 판 디스크 형태의 필라멘트의 시뮬레이션 결과 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.

Ⅰ. 본 발명의 필라멘트 구조

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트의 일측면도이다. 또한, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 필라멘트 형상을 도시한 일측면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트는 소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스(110)와, 베이스(110)의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극(120)과, 전극(120)의 일 단부와 연결된 와이어(130)와, 전극(120)과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어(130)의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크(140)를 포함할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트를 각 구성별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 베이스

베이스(110)는 디스크(140)를 타겟과 대향되도록 고정하고, 필라멘트를 엑스선 튜브 내에 고정하도록 한다. 즉, 필라멘트에서 발생되는 전자가 고전압에 의하여 타겟 방향으로 이동하기 위해 필라멘트가 엑스선 튜브의 내부에 일정하게 고정되어야 하며, 타겟의 반대 방향은 막혀 있어야 하는데, 이를 위해 필라멘트의 베이스(110)가 타겟과 이격되어 엑스선 튜브 내에 마련된다. 또한, 베이스(110)는 전극(120)이 관통되도록 둘 이상의 영역에 관통 구멍이 형성된다. 바람직하게, 베이스(110)는 중심점을 기준으로 소정 간격 이격되어 두개의 관통 구멍이 형성되고 전극(120)이 관통 구멍을 통해 삽입되어 고정된다. 즉, 베이스(110)의 관통 구멍을 통해 전극(120)이 삽입되어 고정되므로 필라멘트가 엑스선 튜브의 내부에 있으면서도 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 한편, 베이스(110)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 소정 두께를 갖는 원형의 판 형상을 가질 수 있다. 이때, 베이스(110)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 판 및 제 2 판의 이중 판 형상을 가질 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 단일 판 형상을 가질 수도 있다. 이중 판 형상을 가질 경우 제 1 및 제 2 판이 동일 크기로 형성될 수 있다. 그런데, 이중 판 형상을 가질 경우 하측의 제 1 판은 상측의 제 2 판보다 크게 마련될 수 있다. 즉, 디스크(140)와 가까운 상측의 제 2 판은 하측의 제 1 판보다 작은 직경으로 마련될 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 판의 이중 판 형상을 가질 경우에도 관통 구멍은 제 1 및 제 2 판의 동일 영역에 동일 크기로 형성되어 제 1 및 제 2 판에 형성될 수 있다. 한편, 이중 판 형상으로 제작되는 경우 제 1 및 제 2 판이 동일 재질로 형성될 수도 있고, 다른 재질로 형성될 수도 있다. 즉, 제 1 및 제 2 판이 동일 크기의 동일 재질 또는 다른 재질로 형성될 수도 있고, 제 1 및 제 2 판이 다른 크기의 동일 재질 또는 다른 재질로 형성될 수도 있다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 판은 동일 재질의 다른 크기로 형성되며 계단 형태로 가공하여 형성될 수 있다. 다른 예로서, 제 1 및 제 2 판은 동일 재질 또는 다른 재질의 다른 크기로 형성되어 접합되어 형성될 수도 있다.

2. 전극

전극(120)은 베이스(120)의 관통 구멍을 통해 베이스(110)에 삽입되어 고정된다. 이러한 전극(120)은 외부의 전압 발생 장치와 연결되며, 이에 의해 전극(120)과 연결된 디스크(140)에 전류가 인가됨으로써 디스크(140)로부터 열전자가 발생될 수 있다. 이때, 전극(120)은 베이스(110)와는 다른 재질로 마련되는데, 금속 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 구리를 포함하는 전기가 잘 흐르는 재질로 이루어지거나, 코바(kovar)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 예로서, 전극(120)은 코바가 사용될 수 있는데, 코바는 베이스(110)의 재질인 세라믹과 비슷한 성질을 가지며 저온에서 유리와 비슷한 열팽창 계수를 갖는 철, 니켈, 코발트의 합금이다. 또한, 전극(120)은 베이스(110)의 상측으로 일부가 구부러진 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 두개의 전극(120)은 상측 일부가 서로 대면하도록 구부러진 형상을 가질 수 있다. 전극(120)의 일부를 구부러지게 함으로써 와이어(130)의 길이를 조절할 수 있다. 즉, 와이어(130)의 길이, 즉 전극(120)과의 연결점으로부터 디스크(140)의 연결점 사이의 길이에 의해 제품의 특성(spec)이 결정되는데, 전극(120)을 구부러지게 함으로써 와이어(130)의 길이를 조절할 수 있다. 한편, 베이스(110)와 전극(120)은 고온 브레이징에 의해 접합될 수 있다. 즉, 베이스(110)의 관통 구멍에 전극(120)을 삽입한 후 고온 브레이징을 통해 전극(120)이 베이스(110)에 접합되어 고정될 수 있다. 베이스(110)와 전극(120)의 고온 브레이징에 의한 접합은 추후 필라멘트 제조 방법에서 자세히 설명하겠다.

3. 와이어

와이어(130)는 전극(120)과 디스크(140)를 연결하기 위해 마련될 수 있다. 물론, 두개의 전극(120)를 내측으로 구부려 전극(120)과 디스크(140)가 와이어(130)를 통하지 않고 직접 연결될 수도 있다. 그러나, 전극(120) 사이의 간격, 디스크(140)의 크기 등을 고려하여 와이어(130)를 통해 전극(120)과 디스크(140)를 연결할 수 있다. 이러한 와이어(130)는 전극(120)보다 가늘게 형성되며, 전극(120)과 다르거나 같은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 와이어(130)는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 텅스텐 합금으로는 텅스텐과 레늄(Rhenium)의 합금, 예를 들어 Tungsten97%Rhenium3%의 합금을 이용할 수 있다. 한편, 와이어(130)는 서로 분리된 두개로 형성되거나, 이어진 하나로 형성될 수 있다. 즉, 두개의 와이어(130)가 두개의 전극(120) 말단부로부터 각각 연장되어 디스크(140)의 하면에 연결될 수도 있고, 하나의 와이어(130)의 두 말단부가 두개의 전극(120) 말단부에 연결되어 중앙부가 구부러져 디스크(140)의 하면에 연결될 수도 있다. 본 발명의 실시 예로서는, 하나의 와이어(130)를 구부려 전극(120) 및 디스크(140)와 연결할 수 있다. 이때, 와이어(130)는 전극(120) 및 디스크(140)와 마이크로 스팟 웰딩(micro spot welding)으로 접합할 수 있다.

4. 디스크

디스크(140)는 소정 두께를 갖는 판 형태로 마련될 수 있다. 디스크(140)는 베이스(110)보다 작은 크기와 베이스(110)보다 얇은 두께의 원형 판 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 디스크(140)는 일면(하면)이 와이어(130)와 접합되며, 이와 대향되는 타면(상면)이 타겟과 대향된다. 디스크(140)는 금속 재질로 마련될 수 있는데, 예를 들어 Ta로 제작될 수 있다. 여기서, 디스크(140)의 중심은 베이스(110)의 중심에 정렬될 수 있다. 즉, 엑스선이 고효율의 선량과 해상도를 위해서는 엑스선 빔을 타겟에 집중시켜야 하는데, 이를 위해서는 디스크(140)의 중심과 타겟의 중심이 정렬되어야 한다. 본 발명은 베이스(110)의 중심과 디스크(140)의 중심, 그리고 타겟의 중심을 정렬함으로써 엑스선 빔을 집중시킬 수 있도록 할 수 있다. 한편, 제품의 특성(Spec)을 결정하는 주요한 인자는 디스크(140)의 사이즈와 와이어(130)의 길이로 결정될 수 있다. 여기서, 와이어(130)의 길이는 전극(120)과 디스크(140) 사이의 길이일 수 있다. 예를 들어, 엑스선 선량을 3mA로 하고 싶을 경우, 디스크(140)는 1.22mm의 직경과 0.1mm의 두께로 형성하고 와이어(130)는 0.1mm의 선폭과 2.8mm의 길이로 형성할 수 있다.

Ⅱ. 본 발명의 필라멘트가 적용된 엑스선 튜브

도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 필라멘트가 적용되는 엑스선 튜브의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명이 적용되는 전원을 인가받아 전자를 방출하는 필라멘트(100)와, 필라멘트(100)에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스선을 방출하는 타겟(200)과, 필라멘트(100)와 타겟(200)이 서로 대향되도록 밀봉하는 바디(300)와, 타겟(200)과 밀착되어 열을 방출시키는 캡(400)을 포함할 수 있다.

필라멘트(110)는 본 발명의 실시 예들에 따라 도 2 내지 도 5를 이용하여 설명된 바와 같이 소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스(110)와, 베이스(110)의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극(120)과, 전극(120)의 일 단부와 연결된 와이어(130)와, 전극(120)과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어(130)의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크(140)를 포함할 수 있다. 이러한 필라멘트(100)는 외부의 전원 발생 장치로부터 전원을 인가받아 전자를 방출한다. 즉, 필라멘트(100)는 전극(120)과 연결된 외부 전원 장치로부터 전원을 인가받아 디스크(140)가 가열되고, 가열된 디스크(140)가 특정 온도를 넘어서게 되면 전자를 방출한다. 이때, 필라멘트(100)에서 방출되는 전자를 필라멘트(100)와 타겟(120) 사이에 걸리는 고전압을 이용하여 타겟(200) 방향으로 빠르게 이동시키고, 이동한 전자가 타겟(200)에 충돌하여 엑스선을 발생시킨다.

타겟(200)은 필라멘트(100)와 대향되어 바디(300)의 타측에 마련되고, 필라멘트(100)에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스선을 방출한다. 타겟(200)은 구리와 같은 금속 소재로 이루어지는 것이 바람직한데, 고전압에 의해 빠른 속도로 이동하는 전자가 금속 표면에 충돌하게 되면 엑스선이 발생되는 현상을 이용하여 엑스선을 발생시킬 수 있다. 타겟(200)은 엑스선이 방출되는 방향으로 기울어진 형태를 가짐으로써 필라멘트(100)에서 방출된 전자가 충돌하였을 때 해당 방향으로 엑스선이 방출될 수 있도록 구성될 수 있다. 타겟(200)의 구조, 기울기, 소재 등에 따라 동일한 전자에 대하여 다른 엑스선 방출 형태를 가질 수 있어 엑스선의 활용 방법 등에 따라 다른 구조를 가질 수 있다.

바디(300)는 일측에 필라멘트(100)가 연결되고, 타측에 타겟(200)이 연결되어 필라멘트(100)와 타겟(200) 사이를 밀봉 상태로 만든다. 즉, 필라멘트(100)와 타겟(200)이 바디(300) 내에 서로 대향되도록 밀봉된다. 엑스선 튜브의 내부는 전자가 방해받지 않고 이동할 수 있도록 진공으로 되어 있는데, 이를 위하여 필라멘트(100)와 타겟(200)을 포함하여 엑스선 튜브 전체를 감싸는 바디(300)가 필요하다. 바디(300)는 내부에서 전자가 이동하고 엑스선이 방출되기 때문에 전자의 이동에 영향을 주지 않고 인가되는 고전압이 절연될 수 있도록 세라믹 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 높은 열에 대응할 수 있도록 세라믹 소재의 바디(300)와 맞닿는 금속 부분은 코바(kovar)와 같이 세라믹 소재와 열팽창계수가 유사한 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

캡(400)은 바디(300)의 반대쪽으로 타겟(200)과 밀착되어 열을 방출시킨다. 즉, 필라멘트(100)에서 발생된 전자가 타겟(200)에 충돌함으로써 엑스선이 발생되는데, 충돌 과정에서 열이 발생되게 된다. 특히, 대형 엑스선 장치보다 소형 엑스선 장치에서 높은 에너지의 엑스선을 방출하도록 하면, 좁은 타겟 영역에서 많은 열이 발생하게 되어 기기의 변형을 초래하거나 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 캡(400)은 많은 열이 발생되는 타겟(200)과 연결되어 타겟(200)의 열을 빠르게 방출시키는 역할을 한다. 이를 위하여 캡(400)은 전기전도도가 높은 금속 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 캡(400)의 외부 표면은 주름이 형성되도록 하여 열을 방출하는 면적을 극대화하여 열 방출 효율을 높이도록 할 수 있다. 한편, 캡(400)은 타겟(200)의 열을 빠르게 방출하도록 타겟(200)과 동일한 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있는데, 엑스선 방출을 용이하게 하는 구리와 같은 금속이 그 소재로 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 엑스선 튜브는 필라멘트(100)의 중심이 타겟(200)의 중심과 정렬될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 필라멘트(100)와 타겟(200)의 중앙에 중심선(A)이 마련될 수 있다. 이때, 디스크(140)의 중심은 베이스(110)의 중심에 정렬될 수 있다. 엑스선에서는 디스크(140)에서 타겟(200)까지의 거리와 정렬이 중요하다. 즉, 디스크(140)의 중심과 타겟의 중심(200)이 정렬되는 것이 중요하다. 또한, 소형 제품일수록 타겟(200)의 크기가 작아 정렬이 더 중요하다. 즉, 엑스선이 고효율의 선량과 해상도를 위해서는 엑스선 빔을 타겟(200)에 집중시켜야 하는데, 이를 위해서는 디스크(140)의 중심과 타겟(200)의 중심이 정렬되어야 한다. 본 발명은 베이스(110)의 중심과 디스크(140)의 중심, 그리고 타겟(200)의 중심을 정렬함으로써 엑스선 빔을 집중시킬 수 있도록 할 수 있다.

Ⅲ. 본 발명의 엑스선 튜브가 적용된 엑스선 발생 장치

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 튜브 및 전압 발생 장치를 포함하는 엑스선 발생 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 발생 장치는 엑스선 튜브(1000) 및 전압 발생 장치(2000)를 포함하고, 전압 발생 장치(2000)는 콘솔(2100), 펄스 제어부(2200) 및 고전압 발생부(2300)를 포함할 수 있다.

엑스선 튜브(1000)는 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 즉, 엑스선 튜브(1000)는 전자를 방출하는 필라멘트(100)와 방출된 전자와 충돌해 엑스선을 발생시키는 타겟(200)을 포함한다. 필라멘트(100)는 전압 발생 장치(2000)로부터 전극(120)을 통해 전원이 공급되어 디스크(140)가 가열되면 열전자를 방출하며, 방출 전자는 엑스선 튜브의 필라멘트와 타겟 사이에 20kV 이상의 고압을 공급할 경우 빠른 속도로 타겟에 충돌하여 엑스선을 발생시키는 역할을 한다.

전압 발생 장치(2000)는 소정의 전압을 발생시켜 엑스선 튜브(1000)에 공급한다. 즉, 전압 발생 장치(2000)는 엑스선 튜브(1000)에서 엑스선을 발생시키기 위한 소정의 전압을 발생시킨다. 본 발명의 실시 예들에 따른 전압 발생 장치는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 방식을 이용하여 전압을 발생시킬 수 있다. 이러한 펄스 폭 변조 방식의 본 발명의 실시 예들에 따른 전압 발생 장치(2000)는 엑스선 조사 스위치(10)로부터 엑스선 조사 신호를 입력받아 엑스선 발생 장치의 온(on)/오프(off), 튜브 전압, 튜브 전류 및 조사 시간 등에 대한 제어 신호를 발생시키고 엑스선 조사 신호를 감지하는 콘솔(2100)과, 콘솔(2100)로부터 제어 신호에 따라 튜브 전압, 튜브 전류 및 조사 시간 등에 따라 변조된 소정 폭의 펄스 신호를 발생시키는 펄스 제어부(2200)와, 펄스 제어부(2200)로부터의 펄스 신호에 따라 직류 고전압을 발생시켜 엑스선 튜브(1000)에 인가하는 고전압 발생부(2300)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 전압 발생 장치(2000)는 콘솔(2100)에서 엑스선 조사 신호를 감지하여 소정의 감지 신호를 발생시키고, 펄스 제어부(2200)에서 콘솔(2100)로부터의 감지 신호를 감지하여 펄스 신호의 발생을 제어할 수 있다.

Ⅳ. 본 발명의 필라멘트 제조 방법

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법의 공정 흐름도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스와 전극의 접합을 위한 고온 브레이징의 공정 레시피도이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스팟 웰딩 공정의 조건도이고, 도 11은 마이크로 스팟 웰딩에 의해 접합된 상태의 사진이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법은 베이스와 전극을 접합하여 제 1 부품을 제작하는 과정(S110, S120, S130; S100)과, 와이어와 디스크를 접합하여 제 2 부품을 제작하는 과정(S210, S220; S200)과, 제 1 및 제 2 부품의 전극과 와이어를 접합하여 필라멘트를 제작하는 과정(S300)을 포함할 수 있다. 여기서, 베이스와 전극을 접합하여 제 1 부품을 제작하는 과정(S100)은 베이스와 전극을 준비하는 과정(S110)과, 베이스와 전극을 체결하고 브레이징 필러를 형성하는 과정(S120)과, 고온 브레이징을 실시하여 베이스와 전극을 접합하는 과정(S130)을 포함할 수 있다. 또한, 와이어와 디스크를 접합하여 제 2 부품을 제작하는 과정(S200)은 와이어와 디스크를 각각 마련하는 과정(S210)과, 마이크로 스팟 웰딩을 실시하여 와이어와 디스크를 접합하는 과정(S220)을 포함할 수 있다. 이러한 각각의 과정을 통해 제작된 제 1 및 제 2 부품의 전극과 와이어를 마이크로 스팟 웰딩을 실시하여 접합함으로써 필라멘트를 제작(S300)할 수 있다. 여기서, 베이스와 전극을 접합하는 과정(S100)과 와이어와 디스크를 접합하는 과정(S200)은 상기한 바와 같이 병렬(즉 별도의 공정으로 동시에)로 실시할 수도 있고, 어느 하나의 과정 후 다른 하나의 과정을 순차적으로 실시할 수도 있다. 즉, 순차적으로 실시하는 경우 베이스와 전극을 접합하는 과정을 실시한 후 와이어와 디스크를 접합하는 과정을 실시할 수도 있고, 와이어와 디스크를 접합하는 과정을 실시한 후 베이스와 전극을 접합하는 과정을 실시할 수도 있다. 또한, 베이스와 전극의 접합 과정(S100)은 도 9에 제시된 온도 및 시간 등의 레시피에 의한 고온 브레이징에 의해 실시될 수 있으며, 와이어와 디스크의 접합 과정(S200) 및 전극과 와이어의 접합 과정(S300)은 각각 도 10에 도시된 조건으로 마이크로 스팟 웰딩(micro spot welding)에 의해 실시될 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 제조 방법을 각 과정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 베이스와 전극 접합 과정(제 1 부품 형성)

베이스와 전극을 접합하는 과정(S100)은 도 9에 도시된 공정 조건에 따른 고온 브레이징으로 실시할 수 있다. 이를 위해 원형 판 형상을 갖고 중앙부에 두개의 관통 개구가 형성된 세라믹 재질의 베이스를 마련하고 봉 형상의 금속 재질의 두개의 전극을 마련한 후(S110) 베이스의 관통 개구에 전극을 삽입하고 브레이징 필러(brazing filler, 용가제)를 베이스와 전극의 접합 부위에 형성한다(S120). 그리고난 후 고온 브레이징 공정을 실시하여 베이스와 전극을 접합한다(S130).

1.1. 베이스와 전극 준비(S110)

베이스는 디스크를 타겟과 대향되도록 고정하고, 필라멘트를 엑스선 튜브 내에 고정하도록 한다. 따라서, 베이스는 엑스선 튜브가 밀폐되도록 엑스선 튜브의 내경에 대응되는 직경을 가질 수 있다. 또한, 베이스는 엑스선 튜브의 단면 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 원형으로 마련될 수 있다. 즉, 베이스는 소정의 두께를 갖는 원형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 그리고, 베이스는 전극이 관통되도록 둘 이상의 영역에 관통 구멍이 형성된다. 바람직하게, 베이스는 중심점을 기준으로 소정 간격 이격되어 두개의 관통 구멍이 형성된다. 한편, 베이스는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.

전극은 외부의 전압 발생 장치로부터 전원을 공급받아 디스크에 전달함으로써 디스크로부터 전자가 발생되도록 한다. 이러한 전극은 소정 길이를 갖고 베이스의 관통 구멍에 대응되는 형상으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 관통 구멍이 원형이면 전극은 원기둥 형상으로 마련될 수 있고, 관통 구멍이 사각형이면 전극은 그에 해당하는 육면체 형상을 가질 수 있다. 또한, 전극은 소정의 길이를 가질 수 있는데, 베이스 상측으로 엑스선 튜브 내로 인입되는 길이와, 베이스 하측으로 연장되어 전압 발생 장치와 연결되는 길이를 고려하여 적절한 길이를 가질 수 있다. 이때, 엑스선 튜브 내로 인입되는 전극의 길이에 따라서도 디스크와 타겟의 거리가 조절될 수 있으므로 디스크와 타겟의 거리를 고려하여 엑스선 튜브 내로 인입되는 전극의 길이를 결정할 수 있다. 한편, 전극은 베이스와는 다른 재질로 마련되는데, 코바(kovar) 등의 금속 재질로 마련될 수 있다.

1.2. 베이스와 전극 체결 및 브레이징 필러 형성(S120)

베이스의 관통 개구에 전극을 삽입하여 전극을 베이스에 고정시킨다. 이어서, 브레이징 필러(brazing filler, 용가제)를 베이스와 전극의 접합 부위에 형성한다. 즉, 브레이징 필러는 전극이 삽입된 베이스의 관통 개구 주위에 형성된다. 브레이징 필러는 베이스와 전극의 형상 및 특성을 변화시키지 않으면서 소정의 녹는점을 갖는 물질로 선택될 수 있다.

1.3. 베이스와 전극 접합(S130)

고온 브레이징을 실시하여 베이스를 관통하도록 두개의 전극을 접합한다. 베이스와 전극을 접합하기 위한 고온 브레이징 과정은 관통 개구에 두개의 전극이 삽입된 베이스를 소정의 퍼니스(furnace) 내에 인입시켜 실시할 수 있다. 퍼니스 내의 고온 브레이징 과정은 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 히트업 과정(S131), 번아웃 과정(S132), 제 2 히트업 과정(S133), 프리히팅 과정(S134), 제 3 히트업 과정(S135), 브레이징 과정(S136), 퍼니스 쿨링 과정(S137) 및 에어 쿨링 과정(S138)을 포함할 수 있다. 즉, 고온 브레이징 과정은 브레이징 필러를 녹여 베이스와 전극을 접합하는 과정으로, 브레이징 필러의 녹는점까지 복수의 과정을 거쳐 상승시키며, 그 과정중에서 베이스와 전극의 변형 또는 파손을 방지하고, 베이스와 전극에 잔류하는 유기물을 제거한다. 이러한 고온 브레이징 과정을 도 9의 레시피도를 이용하여 각 과정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 히트업 과정(S131)은 퍼니스의 온도를 상온(room temperature; RT)으로부터 소정의 승온 속도로 소정의 제 1 온도까지 상승시키는 과정이다. 예를 들어, 제 1 히트업 과정(S131)은 10℃/min의 승온 속도로 60분 동안 퍼니스의 온도를 상승시켜 퍼니스가 600℃의 온도를 유지하도록 한다. 이때, 제 1 히트업 과정(S131)의 승온 속도, 승온 시간, 그리고 제 1 온도는 예시한 온도보다 예를 들어 ±10%∼20%의 범위에서 조절하여 실시할 수 있다. 즉, 베이스의 관통 개구에 두개의 전극이 삽입된 제품의 크기, 재질, 그리고 브레이징 필러의 녹는점(melting point) 등에 따라 승온 속도가 10±2℃/min, 승온 시간이 60±12분, 제 1 온도가 600±120℃로 조절될 수도 있다. 이러한 제 1 히트업 과정(S131)은 퍼니스의 온도를 서서히 상승시킴으로써 급격한 온도 상승에 의한 제품 파손을 방지하기 위해 실시된다. 즉, 제 1 히트업 과정(S131)을 실시함으로써 세라믹 재질의 베이스와 금속 재질의 전극, 그리고 베이스와 전극의 접합 영역에 형성된 브레이징 필러(brazing Filler) 사이의 열팽창으로 인한 제품의 파손을 방지할 수 있다. 한편, 제 1 히트업 과정(S131)을 실시함으로써 세라믹 베이스에는 열팽창에 의해 약간의 치수 변화가 발생될 수 있지만, 다른 금속 재질보다 팽창 계수가 작아서 제품의 물리적 충격은 가해지지 않는다. 그러나, 승온 속도 및 승온 시간을 급격하게 하여 퍼니스 온도를 브레이징 온도까지 상승시키게 되면 베이스와 전극의 접합부에 크랙 또는 파손이 발생될 수 있으므로 상기 조건으로 제 1 히트업 과정(S131)을 실시하게 된다. 물론, 상기 조건보자 승온 속도를 느리게 승온 시간을 느리게 하면 전체 공정 시간이 지연되는 문제가 있으므로 상기한 바와 같이 베이스 및 전극의 크기, 재질, 그리고 브레이징 필러의 녹는점(melting point) 등에 따라 승온 속도, 승온 시간 및 제 1 온도를 조절할 수 있다.

번아웃 과정(S132)은 제 1 히트업 과정(S131)을 통해 상승된 제 1 온도에서 소정 시간 동안 제품을 가열하여 잔존 유기물을 제거하는 과정이다. 예를 들어, 600℃의 온도에서 60분동안 번아웃 과정(S132)을 실시할 수 있다. 세라믹 베이스와 금속 전극은 화학적 전처리(즉 세척)을 통하여 클린 상태를 유지할 수 있지만, 이러한 화학적 전처리를 통하여 유기물이 잔류할 수 있다. 또한, 세라믹 베이스 및 금속 전극의 가공 시 사용되는 절삭유 등이 제품에 잔류할 수도 있다. 이러한 잔류 유기물을 소정의 온도에서 소정 시간 동안 열처리함으로써 제거할 수 있는데, 이 과정이 번아웃 과정이라 할 수 있다. 한편, 소정의 온도에서 번아웃을 실시하게 되면 세라믹 베이스에는 열팽창을 통해 약간의 치수 변화가 발생될 수 있지만, 다른 금속보다 팽창계수가 작아 제품의 물리적 충격 등은 가해지지 않는다.

제 2 히트업 과정(S133)은 퍼니스의 온도를 제 1 온도로부터 소정의 승온 속도로 소정의 제 2 온도까지 상승시키는 과정이다. 예를 들어, 제 2 히트업 과정(S133)은 10℃/min의 승온 속도로 40분간 퍼니스의 온도를 상승시켜 퍼니스가 1000℃의 온도를 유지하도록 한다. 이때, 제 2 히트업 과정(S133)의 승온 속도, 승온 시간, 그리고 제 2 온도는 예시한 온도보다 ±10%∼20%의 범위에서 조절하여 실시할 수 있다. 즉, 베이스의 관통 개구에 두개의 전극이 삽입된 제품의 크기, 재질, 그리고 브레이징 필러의 녹는점(melting point), 제 1 온도 등에 따라 승온 속도가 10±2℃/min, 승온 시간이 40±8분, 제 1 온도가 1000±200℃로 조절될 수도 있다. 이러한 제 2 히트업 과정(S133)은 프리히팅 과정(S134) 전까지 퍼니스의 온도를 상승시키는 과정이다.

프리히팅 과정(S134)은 제 2 히트업 과정(S133)을 통해 상승된 제 2 온도에서 소정 시간동안 유지시킨다. 예를 들어, 프리히팅 과정(S134)은 1000℃의 온도에서 30분 동안 유지한다. 본 발명에 적용된 브레이징 필러(brazing Filler)의 녹는점(Melting point)이 예를 들어 1060℃이므로 이를 도달하기 위해 전체 레벨링으로 온도를 유지하며, 제품 전체에 동일한 온도를 맞추기 위해 프리히팅을 실시한다.

제 3 히트업 과정(S135)은 퍼니스의 온도를 제 2 온도로부터 소정의 승온 속도로 소정의 제 3 온도까지 상승시키는 과정이다. 예를 들어, 제 3 히트업 과정(S135)은 12℃/min의 승온 속도로 5분간 퍼니스의 온도를 상승시켜 퍼니스가 1060℃의 온도를 유지하도록 한다. 즉, 브레이징 필러(brazing Filler)의 녹는점(Melting point)이 1060℃이므로 이를 도달하기 위해 온도를 상승시킨다. 물론, 브레이징 필러의 녹는점에 따라 승온 속도와 제 3 온도가 조절될 수 있다.

브레이징 과정(S136)은 제 3 온도에서 소정 시간 동안 브레이징하여 세라믹 베이스와 금속 전극을 접합하는 과정이다. 예를 들어, 1060℃의 온도에서 브레이징 필러가 녹아 세라믹 베이스와 금속 전극을 접합함으로써 세라믹 베이스와 금속 전극을 고정하게 된다. 분리되어 있는 세라믹 베이스와 금속 전극을 브레이징 필러를 이용하여 접합하며, 고온으로 진행되므로 각 금속과 세라믹의 열팽창을 고려하여 온도 및 시간을 조절할 수 있다.

퍼니스 쿨링 과정(S137)은 브레이징 과정의 온도, 즉 1060℃의 온도에서 소정의 속도로 퍼니스의 온도를 낮추는 과정이다. 예를 들어, 퍼니스의 온도를 600℃로 낮출 수 있다. 즉, 브레이징된 제품을 퍼니스로부터 꺼내기 위해 퍼니스의 온도를 브레이징 온도로부터 소정 온도로 낮추게 된다.

에어 쿨링 과정(S138)은 제품을 퍼니스에서 꺼내 공기중에서 제품의 온도를 낮추는 과정이다.

2. 와이어와 디스크 접합 과정(제 2 부품 형성)

와이어와 디스크를 각각 마련하고(S210) 디스크의 하면에 와이어를 접합하여 제 2 부품을 형성한다(S220). 이때, 와이어와 디스크의 접합은 마이크로 스팟 웰딩 공정을 이용할 수 있다.

2.1. 와이어 및 디스크 준비(S210)

와이어는 전극과 디스크를 연결하기 위해 마련될 수 있다. 이때, 전극 사이의 간격, 디스크의 크기 등을 고려하여 와이어를 통해 전극과 디스크를 연결할 수 있다. 이러한 와이어는 전극보다 가늘게 형성되며, 전극과 다르거나 같은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 와이어는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 형성될 수 있다. 한편, 와이어는 서로 분리된 두개로 형성되거나, 이어진 하나로 형성될 수 있다. 즉, 두개의 와이어가 디스크의 하면에 각각 연결될 수도 있고, 하나의 와이어의 중앙부가 구부러져 디스크의 하면에 연결될 수도 있다.

디스크는 소정 두께를 갖는 판 형태로 마련될 수 있다. 디스크는 베이스보다 작은 크기와 베이스보다 얇은 두께의 원형 판 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 디스크는 일면(하면)이 와이어)와 접합되며, 이와 대향되는 타면(상면)이 타겟과 대향된다. 디스크는 금속 재질로 마련될 수 있는데, 예를 들어 Ta로 제작될 수 있다. 한편, 제품의 특성(Spec)을 결정하는 주요한 인자는 디스크의 사이즈와 와이어의 길이로 결정될 수 있다. 예를 들어, 엑스선 선량을 3mA로 하고 싶을 경우, 디스크는 1.22mm의 직경과 0.1mm의 두께로 형성하고 와이어는 0.1mm의 선폭과 2.8mm의 길이로 형성할 수 있다.

2.2. 와이어와 디스크 접합(S220)

와이어와 디스크를 접합하여 제 2 부품을 형성할 수 있다. 와이어와 디스크를 접합하는 과정(S220)은 마이크로 스팟 웰딩 공정으로 실시할 수 있다. 이때, 와이어와 디스크를 접합하기 위해 이들을 고정하기 위한 지그를 이용할 수 있다. 즉, 와이어와 디스크를 지그에 고정한 후 마이크로 스팟 웰딩을 실시하여 와이어와 디스크를 접합할 수 있다. 이때, 마이크로 스팟 웰딩 공정은 약 0.3초 이내에 실시하는데, 마이크로 스팟 웰딩의 공정 조건이 도 10에 도시되어 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 약 0.2초 동안 수kA의 전류를 인가하여 마이크로 스팟 웰딩을 실시하고 약 0.1초 동안 홀딩한다. 이때, 전류를 인가하는 약 0.2초 동안에 온도가 약 1000℃ 까지 상승하고 홀딩하는 약 0.1초 동안에 온도가 600℃ 및 그 이하도 내려간다. 그리고, 변위는 약 0.1mm 정도로 변한다.

3. 와이어와 전극 접합(S300)

베이스와 전극이 접합된 제 1 부품과 와이어와 디스크가 접합된 제 2 부품을 접합하여 필라멘트를 제작한다(S300). 이때, 제 1 부품의 전극과 제 2 부품의 와이어를 접합하는데, 전극의 상측 말단부와 와이어의 하측 말단부를 접합할 수 있다. 필라멘트를 제작하기 위한 접합 공정은 마이크로 스팟 웰딩 공정으로 실시할 수 있다. 이때, 전극과 와이어를 접합하기 위해 이들을 고정하기 위한 지그를 이용할 수 있다. 즉, 전극의 말단부가 노출되도록 베이스를 지그에 고정하고 그에 대향하는 위치에 와이어가 노출되도록 디스크를 지그에 고정한 후 마이크로 스팟 웰딩을 실시하여 와이어와 전극을 접합할 수 있다. 예를 들어, 제 1 부품을 하측에 고정하고 제 2 부품을 상측에 고정하여 마이크로 스팟 웰딩 공정을 실시할 수 있다. 이때, 마이크로 스팟 웰딩 공정은 도 10에 도시된 바와 같이 약 0.3초 이내에 실시할 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 부품을 접합할 때 디스크의 중심은 베이스의 중심에 정렬될 수 있다. 즉, 엑스선이 고효율의 선량과 해상도를 위해서는 엑스선 빔을 타겟에 집중시켜야 하는데, 이를 위해서는 디스크의 중심과 타겟의 중심이 정렬되어야 한다. 본 발명은 베이스의 중심과 디스크의 중심, 그리고 타겟의 중심을 정렬함으로써 엑스선 빔을 집중시킬 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제품의 특성(Spec)을 결정하는 주요한 인자는 디스크의 사이즈와 와이어의 길이로 결정될 수 있다. 여기서, 와이어의 길이는 전극과 디스크 사이의 길이일 수 있다. 따라서, 제품 특성을 고려하여 와이어의 길이를 결정한 후 마이크로 스팟 웰딩 공정을 실시할 수 있다.

Ⅴ. 본 발명의 실시 예

도 11은 마이크로 스팟 웰딩에 의한 결과물 사진으로서, 도 11(a)는 디스크과 와이어가 접합된 사진이고, 도 11(b)는 전극과 와이어가 접합된 사진이다. 마이크로 스팟 웰딩에 의해 도 11(a)에 도시된 바와 같이 와이어가 디스크의 하면 중앙부에 견고하게 접합되고, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 전극의 상측 말단부에 와이어가 견고하게 접합될 수 있다. 그리고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 필라멘트 사진이다. 도 12에 도시된 바와 같이 고온 브레이징에 의해 세라믹 베이스와 금속 전극이 접합되고, 마이크로 스팟 웰딩에 의해 디스크와 와이어가 접합되며, 마이크로 스팟 웰딩에 의해 전극과 와이어가 접합되어 견고한 형태의 필라멘트가 제조될 수 있다.

Ⅵ. 본 발명과 종래 예의 비교

도 13은 종래의 스프링 형태의 필라멘트의 시뮬레이션 결과의 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 판 디스크 형태의 필라멘트의 시뮬레이션 결과 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이 스프링 형태의 필라멘트를 이용하는 경우 엑스선 빔 에너지가 타겟의 좁은 영역에 집중하지 못하고 넓게 퍼지는 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 판 디스크 형태의 필라멘트는 엑스선 빔 에너지가 타겟의 좁은 영역에 집중되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명은 엑스선 빔(X-ray Beam) 에너지를 집중시켜 종래에 비해 고효율의 선량과 양호한 해상도를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 베이스 120 : 전극
130 : 와이어 140 : 디스크
100 : 필라멘트 200 : 타겟
300 : 바디 400 : 캡

Claims (16)

1. 판 형상 베이스의 관통 구멍에 소정 길이의 전극을 삽입한 후 접합하여 제 1 부품을 제작하는 과정;
   판 형상 디스크의 일면에 소정 길이의 와이어를 접합하여 제 2 부품을 제작하는 과정; 및
   상기 제 1 부품의 전극과 상기 제 2 부품의 와이어를 접합하여 필라멘트를 제조하는 과정을 포함하는 필라멘트 제조 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 부품을 제작하는 과정과 상기 제 2 부품을 제작하는 과정은 동시에 실시되거나 순차적으로 실시되는 필라멘트 제조 방법.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 베이스는 상기 디스크보다 크고 두꺼우며, 상기 전극은 상기 와이어보다 큰 선폭을 갖는 필라멘트 제조 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 부품을 제작하는 과정은,
   관통 구멍이 형성된 판 형상의 베이스 및 소정 길이의 전극을 각각 마련하는 과정;
   상기 베이스의 관통 구멍에 상기 전극을 삽입한 후 접합부에 브레이징 필러를 형성하는 과정; 및
   소정 온도의 브레이징 공정으로 상기 베이스와 전극을 접합하는 과정을 포함하는 필라멘트 제조 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 브레이징 공정은 상기 브레이징 필러의 녹는점까지 온도를 다단계로 상승시켜 실시하는 필라멘트 제조 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 브레이징 공정은,
   베이스와 전극의 체결체를 퍼니스에 인입하는 과정과,
   퍼니스의 온도를 상온으로부터 소정의 승온 속도로 제 1 온도까지 상승시키는 제 1 히트업 과정과,
   상기 제 1 온도에서 소정 시간 동안 제품을 가열하여 잔존 유기물을 제거하는 번아웃 과정과,
   상기 퍼니스의 온도를 제 1 온도로부터 소정의 승온 속도로 제 2 온도까지 상승시키는 제 2 히트업 과정과,
   상기 제 2 온도에서 소정 시간동안 유지시키는 프리히팅 과정과,
   상기 퍼니스의 온도를 제 2 온도로부터 소정의 승온 속도로 제 3 온도까지 상승시키는 제 3 히트업 과정과,
   상기 제 3 온도에서 소정 시간 동안 브레이징하여 베이스와 전극을 접합하는 브레이징 과정과,
   상기 제 3 온도에서 소정의 속도로 퍼니스의 온도를 낮추는 퍼니스 쿨링 과정과,
   베이스와 전극이 접합된 제 1 부품을 퍼니스에서 인출하여 공기중에서 냉각시키는 에어 쿨링 과정을 포함하는 필라멘트 제조 방법.
   
7. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 부품을 제작하는 과정은,
   소정 길이의 와이어 및 판 형상의 디스크를 각각 마련하는 과정;
   상기 디스크의 일면에 상기 와이어를 위치시킨 후 마이크로 스팟 웨딩 공정으로 상기 디스크와 와이어를 접합하는 과정을 포함하는 필라멘트 제조 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제 1 부품의 전극과 상기 제 2 부품의 와이어는 마이크로 스팟 웰딩 공정으로 접합하는 필라멘트 제조 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 베이스의 중심과 상기 디스크의 중심을 정렬시켜 상기 전극과 와이어를 접합하는 필라멘트 제조 방법.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 필라멘트로서,
    소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스;
    상기 베이스의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극;
    상기 전극의 일 단부와 연결된 와이어; 및
    상기 전극과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크를 포함하는 필라멘트.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 베이스, 전극, 와이어 및 디스크는 서로 다른 재질로 이루어진 필라멘트.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 베이스는 상기 디스크보다 크고 두꺼우며, 상기 전극은 상기 와이어보다 큰 선폭을 갖는 필라멘트.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 베이스의 중심과 상기 디스크의 중심이 정렬되어 접합된 필라멘트.
    
14. 전원을 인가받아 전자를 방출하는 필라멘트;
    상기 필라멘트에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스선을 방출하는 타겟;
    상기 필라멘트와 타겟이 서로 대향되도록 밀봉하는 바디; 및
    상기 타겟과 밀착되어 열을 방출시키는 캡을 포함하며,
    상기 필라멘트는,
    소정 두께를 갖는 판 형상의 베이스와,
    상기 베이스의 적어도 두 영역을 관통하여 형성된 전극과,
    상기 전극의 일 단부와 연결된 와이어와,
    상기 전극과 연결된 일 단부와 대향되는 와이어의 타 단부와 연결된 판 형상의 디스크를 포함하는 엑스선 튜브.
    
15. 청구항 14에 있어서, 상기 타겟은 엑스선이 방출되는 방향으로 기울어진 형태를 갖는 엑스선 튜브.
16. 청구항 14에 있어서, 상기 베이스, 전극 및 상기 타겟의 중심이 정렬된 엑스선 튜브.

Images