KR101731594B1 - 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치에 관한 것으로, 캐소드, 게이트 전극 및 애노드와, 진공관 구조를 형성하도록 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드를 연결하는 적어도 하나의 절연관을 포함하는 초소형 엑스선관으로서, 상기 진공관 구조 내 일 측에 배치되고 전자 방출을 위한 에미터가 구비된 상기 캐소드; 상기 에미터를 사이에 두고 상기 캐소드와 대향하도록 상기 진공관 구조 내 타 측에 위치하고, 전자의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타깃이 형성된 상기 애노드; 및 상기 에미터와 상기 애노드 사이에서 상기 에미터의 전자 방출을 제어하는 상기 게이트 전극을 포함하고, 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나는, 상기 절연관과 맞물리는 턱을 갖는다.

Description

정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치{MICRO X-RAY TUBE WITH IMPROVING ACCURACY OF ALIGNMENT AND ALIGNING APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치에 관한 것으로, 특히, 초소형 엑스선관의 브레이징 공정 과정에 있어서 엑스선관의 조립성과 정렬성을 개선할 수 있는 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치에 관한 것이다.

현재 상용되고 있는 엑스선관은 진공 튜브 내부에 캐소드(Cathode)와 애노드(Anode)가 설치되어 있고 캐소드의 에미터(Emitter)에서 발생된 전자가 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 고전압에 의해 가속되어 애노드의 타깃(Target)에 충돌하면서 엑스선이 발생하는 현상을 이용하고 있다.

도 1은 일반적인 전계 방출형 엑스선관을 제작하는 과정을 나타낸 흐름도로서, 도 1을 참조하여 일반적인 전계 방출형 엑스선관을 제작하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 3차원 시뮬레이션 등의 기법을 이용하여 엑스선관을 설계하고(S100), 설계한 바에 따라 에미터(Emitter)를 제작하는 등 엑스선관 생산에 필요한 부품, 즉, 에미터가 구비된 캐소드, 게이트 전극, 포커스 전극, 애노드, 절연관 등을 준비한다(S200). 다음에, 준비된 부품을 적층하는 형태로 조립하여 엑스선관 형태를 만들고(S300), 조립된 엑스선관을 브레이징(Brazing) 로에 안치하여 진공 브레이징 공정을 수행한다(S400). 이후에, 브레이징 공정을 거친 엑스선관에 대하여 상온에서 전기적 안정화 공정을 거친 후에(S500), 최종적으로 제품 테스트를 통하여 불량품을 폐기한다(S600).

그러나, 상술한 바와 같이 엑스선관을 제작하는 경우에는, 엑스선관을 조립하기 위한 부품의 개수가 비교적 많은 바, 부품 간 정렬과 조립이 어렵고, 특히, 캐소드와 게이트 전극 간 정렬이 틀어질 경우 누설 전류의 발생으로 엑스선관의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여, 엑스선관의 부품 간에 안착 구조를 형성하고, 이를 통하여 부품의 적층만으로도 정렬이 완료되도록 함으로서, 초소형 엑스선관의 브레이징 공정 과정에 발생할 수 있는 조립 및 정렬 불량을 방지하며, 아울러 불량에 수반되는 엑스선관의 성능 저하를 방지할 수 있는 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관 및 이를 위한 정렬 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 캐소드, 게이트 전극 및 애노드와, 진공관 구조를 형성하도록 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드를 연결하는 적어도 하나의 절연관을 포함하는 초소형 엑스선관으로서, 상기 진공관 구조 내 일 측에 배치되고 전자 방출을 위한 에미터가 구비된 상기 캐소드; 상기 에미터를 사이에 두고 상기 캐소드와 대향하도록 상기 진공관 구조 내 타 측에 위치하고, 전자의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타깃이 형성된 상기 애노드; 및 상기 에미터와 상기 애노드 사이에서 상기 에미터의 전자 방출을 제어하는 상기 게이트 전극을 포함하고, 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나는, 상기 절연관과 맞물리는 턱을 갖는다.

여기서, 상기 게이트 전극은, 전자가 투과하는 홀 어레이가 형성되고 제1 체결부에 의해 위치가 고정되는 제1 시트를 포함하고, 상기 에미터는, 전자를 방출하는 팁 어레이가 형성되고 제2 체결부에 의해 상기 홀 어레이와 상기 팁 어레이가 상호 정렬되도록 위치가 고정되는 제2 시트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 시트와 상기 제2 시트 중 적어도 하나에는, 열 팽창 시 응력을 해소하기 위한 버퍼홀이 구비될 수 있다.

한편, 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나의 외면에는, 위치 정렬을 위한 홈이 구비될 수 있다.

또한, 상기 홈은, 원통형의 상기 외면에 대해 직선 형상을 가질 수 있다.

한편, 상기 홈은 원통형의 상기 외면에 대해 좌우 대칭의 둘 이상의 직선 형상을 가질 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 캐소드, 게이트 전극 및 애노드와, 진공관 구조를 형성하도록 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드를 연결하는 적어도 하나의 절연관을 포함하는 초소형 엑스선관의 정렬 장치로서, 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나의 외면에는, 위치 정렬을 위한 홈이 구비되고, 상기 정렬 장치는, 상기 엑스선관을 삽입 가능한 개구; 상기 엑스선관의 삽입에 따라 상기 홈과 정합되도록 내면으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출형 가이드를 포함한다.

전술한 본 발명에 따르면, 엑스선관의 부품 간 이탈이나 회전을 방지하는 구조를 구비함으로써, 초소형 엑스선관의 브레이징 공정 과정에 발생할 수 있는 조립 및 정렬 불량을 방지하며, 아울러 불량에 수반되는 엑스선관의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 전계 방출형 엑스선관을 제작하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 도시한 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 단면을 도시한 조감도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 게이트 전극에 제1 시트가 장착된 형태를 도시한 조감도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 게이트 전극에 제1 시트가 장착된 형태를 도시한 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 캐소드에 제2 시트가 장착된 형태를 도시한 조감도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 캐소드에 제2 시트가 장착된 형태를 도시한 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 도시한 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 단면을 도시한 조감도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 이용한 정렬 장치를 도시한 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 이용한 정렬 장치를 도시한 조감도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.

또한, “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 도시한 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 단면을 도시한 조감도이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 게이트 전극(300)에 제1 시트(600)가 장착된 형태를 도시한 조감도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 게이트 전극(300)에 제1 시트(600)가 장착된 형태를 도시한 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관은, 제1 절연관(110), 제2 절연관(120), 제3 절연관(130), 캐소드(200), 게이트 전극(300), 포커스 전극(400) 및 애노드(500)를 포함한다.

제1 절연관(110)은, 진공관 구조의 벽면을 형성하는 절연부(100)의 일부로서, 캐소드(200)와 게이트 전극(300) 간에 벽면을 따라 전류가 흐르지 않도록 한다.

또한, 제2 절연관(120)은, 제1 절연관(110)과 마찬가지로 진공관 구조의 벽면을 형성하는 절연부(100)의 일부로서, 게이트 전극(300)과 포커스 전극(400) 간에 벽면을 따라 전류가 흐르지 않도록 한다.

한편, 제3 절연관(130)은, 제1 절연관(110) 및 제2 절연관(120)과 마찬가지로 진공관 구조의 벽면을 형성하는 절연부(100)의 일부로서, 포커스 전극(400)과 애노드(500) 간에 벽면을 따라 전류가 흐르지 않도록 한다.

여기서, 절연부(100)인 제1 절연관(110), 제2 절연관(120) 및 제3 절연관(130)은, 모두 동일한 직경을 갖는 원통형 구조일 수 있고, 그 소재는 절연체인 세라믹(Ceramics) 재질일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 캐소드(200)는, 진공관 내 일 측에 배치되고 전자 방출을 위한 에미터(210)가 형성된다. 이 때, 캐소드(200)는, 원기둥 형태의 금속 재질, 예를 들면, OFC(Oxygen-Free Copper), STS(Stainless Steel) 또는 코바(Kovar) 합금 등으로 형성되는데, 이와 같은 금속 재질인 캐소드(200)를 절연체인 제1 절연관(110)에 접합시키기 위하여 금속과 절연체에 모두 잘 달라붙는 필러를 이용하게 된다. 즉, 필러를 캐소드(200)와 제1 절연관(110) 간 접합 부위에 녹인 후에 냉각함으로써 용접이 불가능한 이종 재질을 접합할 수 있게 된다.

여기서, 에미터(210)는, 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 시트(700)를 포함하고, 제2 시트(700)에는 전자 방출 수단으로서 양자역학적인 전계 방출 방식을 이용함으로써 상대적으로 적은 전력이 소비되는 CNT(Carbon Nano Tube) 등의 나노 구조 물질의 팁이 구비된다.

한편, 캐소드(200)는, 제1 절연관(110)의 하부가 안착되기 위한 가이드부인 일정 높이의 턱(220)을 갖는데, 캐소드(200)의 턱(220)은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 절연관(110)의 내경에 정합되는 턱(220)일 수 있으나, 제1 절연관(110)의 외경을 감싸는 형태의 턱(도시되지 않음)을 형성할 수도 있으며 이에 한정되지 않는다.

또한, 게이트 전극(300)은, 에미터(210)의 전자 방출을 활성화한다. 즉, 게이트 전극(300)은, 캐소드(200)와 게이트 전극(300) 간에 인가되는 전압차에 의하여 에미터(210)의 전자 방출을 활성화하는 역할을 한다. 이때, 게이트 전극(300)은, 중앙에 홀이 형성된 원통 형태의 금속 재질, 예를 들면, OFC 또는 코바 합금 등으로 형성되고, 홀에는 도 3a에 도시된 바와 같이 제1 시트(600)가 결합되는데, 이와 같은 금속 재질인 게이트 전극(300)을 절연체인 제1 절연관(110) 및 제2 절연관(120)에 접합시키기 위하여 캐소드(200)와 제1 절연관(110)의 경우와 마찬가지로 금속과 절연체에 모두 잘 달라붙는 필러를 이용하게 된다.

한편, 게이트 전극(300)은, 그 하부에 제1 절연관(110)의 상부가 안착되기 위한 가이드부인 턱(310)을, 그 상부에 제2 절연관(120)의 하부가 안착되기 위한 가이드부인 턱(320)을 갖는데, 게이트 전극(300)의 턱(310, 320)은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 절연관(110) 및 제2 절연관(120)의 외경을 감싸는 턱(310, 320)일 수 있으나, 제1 절연관(110) 및 제2 절연관(120)의 내경에 정합되는 턱(도시되지 않음)을 형성할 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.

또한, 포커스 전극(400)은, 애노드(500)를 향하는 전계를 집속한다. 즉, 게이트 전극(300)을 투과한 전자는 전자 간 반발력에 의하여 점차 퍼져나가게 되므로, 포커스 전극(400)은 전계를 집속하여 전자가 타깃(510)의 포컬 스팟(Focal spot)을 향하게 한다. 이때, 포커스 전극(400)은, 중앙에 홀이 형성된 원통 형태의 금속 재질, 예를 들면, OFC 또는 코바 합금 등으로 형성되는데, 이와 같은 금속 재질인 포커스 전극(400)을 절연체인 제2 절연관(120) 및 제3 절연관(130)에 접합시키기 위하여 금속과 절연체에 모두 잘 달라붙는 필러를 이용하게 된다.

참고로, 도 2a, 도 2b, 도 5a 및 도 5b에서는 포커스 전극(400)이 게이트 전극(300)과 별도의 구성을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 필요 시 포커스 전극(400)과 게이트 전극(300)은 일체로 이루어져 전자 방출을 활성화하는 동시에 전계를 집속하는 역할을 겸할 수 있다. 이 경우 제2 절연관(120)은 생략된다.

한편, 포커스 전극(400)은, 그 하부에 제2 절연관(120)의 상부가 안착되기 위한 가이드부인 턱(410)을, 그 상부에 제3 절연관(130)의 하부가 안착되기 위한 가이드부인 턱(420)을 갖는데, 포커스 전극(400)의 턱(410, 420)은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제2 절연관(120) 및 제3 절연관(130)의 외경을 감싸는 턱(410, 420)일 수 있으나, 제2 절연관(120) 및 제3 절연관(130)의 내경에 정합되는 턱(도시되지 않음)을 형성할 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.

또한, 애노드(500)는, 에미터(210)를 사이에 두고 캐소드(200)와 대향하도록 진공관 내 타측에 위치하고, 포커스 전극(400)에서 집속된 전자의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타깃(510)이 형성된다. 여기서, 애노드(500)는, 원기둥 형태의 금속 재질로서 절연체 재질의 제3 절연관(130)과 접합되어야 하므로, 캐소드(200) 등과 마찬가지로 필러를 이용하여 접합하게 된다. 여기서, 애노드(500)는, 열전도가 좋은 OFC를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 애노드(500)는, 측면은 원기둥형이고, 캐소드(200)와 대향된 면은 타원 모양의 경사면을 이루도록 형성될 수 있다.

한편, 애노드(500)는, 제3 절연관(130)의 상부의 외경을 감싸는 일정 높이의 가이드부인 턱(520)을 갖는데, 애노드(500)의 턱(520)은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 제3 절연관(130)의 외경에 정합되는 턱(200)일 수 있으나, 제3 절연관(130)의 내경에 정합되는 턱(도시되지 않음)을 형성할 수도 있으며 이에 한정되지 않는다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시트(600)는, 홀 어레이(610) 및 제1 열 응력 해소 버퍼홀(620)을 포함할 수 있다.

제1 시트(600)는, 원통 형상의 게이트 전극(300)의 홀의 입구를 덮는 판형으로, 캐소드(200)와 게이트 전극(300) 간에 인가되는 전압차에 의하여 에미터(210)의 전자 방출을 활성화시키는 역할을 한다. 여기서, 제1 시트(600)는, 절연부(100)의 재질로 사용할 수 있는 세라믹의 열팽창 계수와 유사한 STS(STainless Steel)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 게이트 전극(300)은, 제1 시트(600)를 정해진 위치에 고정하기 위한 제1 체결부(330)를 가질 수 있는데, 제1 체결부(330)는, 게이트 전극(300)과 제1 시트(600)의 접합 시 틀어짐이 없도록 전, 후, 좌, 우측으로의 회전이 불가능하도록 하는 역할을 한다. 한편, 제1 시트(600)는, 제1 체결부(330)와의 용이한 체결을 위하여 홈(630)을 구비할 수도 있다.

이때, 홀 어레이(610)는, 에미터(210)에서 방출된 전자가 통과할 수 있는 경로를 형성하며, 에미터(210)가 CNT 등의 나노 구조 물질인 경우 나노 튜브의 일단 에 일대일 대응 관계로 홀이 형성되도록 구성될 수도 있다.

한편, 제1 열 응력 해소 버퍼홀(620)은, 열 팽창 시 응력을 해소하기 위하여 제1 시트(600)의 판의 일부를 제거한 것으로, 재료 간, 예를 들면, 이종 금속인 OFC와 STS 간 열팽창 계수의 차이로 인하여 조립 완료 후 제1 시트(600)의 정렬이 틀어지거나 필러 접합 부분이 떨어지는 것을 방지하는 역할을 한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 캐소드(200)에 제2 시트(700)가 장착된 형태를 도시한 조감도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 캐소드(200)에 제2 시트(700)가 장착된 형태를 도시한 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시트(700)는, 팁 어레이(710) 및 제2 열 응력 해소 버퍼홀(720)을 포함할 수 있다.

제2 시트(700)는, 캐소드(200)에 결합되는 판형으로, 제1 시트(600)와 일정 간격 이격되어 근접하고, 전자 방출을 위한 팁이 그 상면에 프린팅되어 에미터(210)의 기판 역할을 한다. 여기서, 제2 시트(700)는, 제1 시트(600)와 서로 다른 극성을 가지고, 제1 시트(600)와 마찬가지로 절연부(100)의 재질로 사용할 수 있는 세라믹의 열팽창 계수와 유사한 STS로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 캐소드(200)는, 제2 시트(700)를 정해진 위치에 고정하기 위한 제2 체결부(230)를 가질 수 있는데, 제2 체결부(230)는, 캐소드(200)와 제2 시트(700)의 접합 시 틀어짐이 없도록 전, 후, 좌, 우측으로의 회전이 불가능하도록 하는 역할을 한다. 한편, 제2 시트(700)는, 제2 체결부(230)와의 용이한 체결을 위하여 홈(730)을 구비할 수도 있다.

이때, 팁 어레이(710)를 따라서, 전자가 방출될 수 있는 팁이 구비되며, CNT 등의 나노 구조 물질로 팁이 형성되도록 구성될 수도 있다.

한편, 제2 열 응력 해소 버퍼홀(720)은, 열 팽창 시 응력을 해소하기 위하여 제2 시트(700)의 판의 일부를 제거한 것으로, 재료 간, 예를 들면, 이종 금속인 OFC와 STS 간 열팽창 계수의 차이로 인하여 조립 완료 후 제2 시트(700)의 정렬이 틀어지거나 필러 접합 부분이 떨어지는 것을 방지하는 역할을 한다.

이때, 제1 시트(600)와 제2 시트(700)가 정렬되지 않은 경우에는, 에미터(210)의 기판에 해당하는 제2 시트(700)의 팁 어레이(710)에서 방출된 전자가 게이트 전극(300)의 제1 시트(600)의 홀 어레이(610)를 통과하지 못하므로, 게이트 전극(300)에 많은 누설 전류가 발생할 수 있다. 즉, 팁 어레이(710)에서 방출된 전자가 애노드(500)로 갈 수 있는 확률이 감소하므로, 애노드(500)의 타깃(510)에 충돌하는 전자량이 감소하여 엑스선 변환 효율이 감소하는 등 엑스선관의 성능이 저하된다.

그러나, 본 발명의 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관은, 구조적으로 정렬이 완성되므로 제1 시트(600)와 제2 시트(700) 간의 정렬이 틀어지지 않아 에미터(210)의 기판에 해당하는 제2 시트(700)의 팁 어레이(710)에서 방출된 전자는 제1 시트(600)의 홀 어레이(610)를 쉽게 통과하게 되고, 게이트 전극(300)에서의 누설 전류 발생도 감소하게 된다. 결국, 제2 시트(700)의 팁 어레이(710)에서 방출된 전자가 애노드(500)로 갈 수 있는 확률이 증가하므로, 애노드(500)의 타깃(510)에 충돌하는 전자량이 증가하여 엑스선 변환 효율이 증가하는 등 엑스선관의 성능이 개선된다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 도시한 단면도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관의 단면을 도시한 조감도이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 정렬성이 형상된 초소형 엑스선관의 전체적인 구성 및 작용은 도 2a 및 2b에 도시된 초소형 엑스선과 유사한바, 앞서 살펴본 부분에 대해서는 도면 부호를 생략하였다. 본 실시예에 의한 초소형 엑스선관은 캐소드(200), 게이트 전극(300), 포커스 전극(400) 및 애노드(500)의 외면에 각각 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530)이 가공되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 도 5a 및 도 5b에는, 포커스 전극(400)이 게이트 전극(300)과 별도의 구성을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 필요 시 포커스 전극(400)과 게이트 전극(300)은 일체로 이루어져 전자 방출을 활성화하는 동시에 전계를 집속하는 역할을 겸할 수 있다. 이 경우 도 2a에 도시된 바와 같은 제2 절연관(120)은 생략된다.

제1 회전방지용 홈(240)은, 캐소드(200)의 적어도 일 측면에 형성되어, 캐소드(200)가 회전하지 않도록 고정할 뿐만 아니라 도 2a에 도시된 바와 같은 제1 절연관(110)과의 파트 간 정렬이 어긋나지 않도록 고정하는 역할도 아울러 수행할 수 있다. 여기서, 제1 회전방지용 홈(240)은, 도 5a에 도시된 바와 같이 그 수직 단면이 바닥면이 개방된 'ㄱ'자인 구조로 형성될 수도 있으나 금속 파트의 측면에 바닥면이 개방되지 않은 'ㄷ'자인 구조로 형성될 수도 있다.

또한, 제1 회전방지용 홈(240)은, 방향성을 부여하기 위하여 수평 단면이 원통 형상의 캐소드(200)의 외경에 대해 직선 형상을 가지는 것이 바람직하며, 효과적인 회전 방지를 위하여 좌우 대칭이 되도록 캐소드(200)의 외경을 따라 적어도 2개 이상의 직선 형상의 홈이 가공될 수 있다.

한편, 제2 회전방지용 홈(340)은, 게이트 전극(300)의 적어도 일 측면에 형성되어, 게이트 전극(300)이 회전하지 않도록 고정할 뿐만 아니라 도 2a에 도시된 바와 같은 제1 절연관(110) 및 제2 절연관(120)과의 파트 간 정렬이 어긋나지 않도록 고정하는 역할도 아울러 수행할 수 있다. 여기서, 제2 회전방지용 홈(340)은, 도 5a에 도시된 바와 같이 그 수직 단면이 'ㄷ'자인 구조로 형성될 수도 있다.

또한, 제2 회전방지용 홈(340)은, 방향성을 부여하기 위하여 수평 단면이 원통 형상의 게이트 전극(300)의 외경에 대해 직선 형상을 가지는 것이 바람직하며, 효과적인 회전 방지를 위하여 좌우 대칭이 되도록 게이트 전극(300)의 외경을 따라 적어도 2개 이상의 직선 형상의 홈이 가공될 수 있다.

한편, 제3 회전방지용 홈(430)은, 포커스 전극(400)의 적어도 일 측면에 형성되어, 포커스 전극(400)이 회전하지 않도록 고정할 뿐만 아니라 도 2a에 도시된 바와 같은 제2 절연관(120) 및 제3 절연관(130)과의 파트 간 정렬이 어긋나지 않도록 고정하는 역할도 아울러 수행할 수 있다. 여기서, 제3 회전방지용 홈(430)은, 도 5a에 도시된 바와 같이 그 수직 단면이 'ㄷ'자인 구조로 형성될 수도 있다.

또한, 제3 회전방지용 홈(430)은, 방향성을 부여하기 위하여 수평 단면이 원통 형상의 포커스 전극(400)의 외경에 대해 직선 형상을 가지는 것이 바람직하며, 효과적인 회전 방지를 위하여 좌우 대칭이 되도록 포커스 전극(400)의 외경을 따라 적어도 2개 이상의 직선 형상의 홈이 가공될 수 있다.

한편, 제4 회전방지용 홈(530)은, 애노드(500)의 적어도 일 측면에 형성되어, 애노드(500)가 회전하지 않도록 고정할 뿐만 아니라 도 2a에 도시된 바와 같은 제3 절연관(130)과의 파트 간 정렬이 어긋나지 않도록 고정하는 역할도 아울러 수행할 수 있다. 여기서, 제4 회전방지용 홈(530)은, 도 5a에 도시된 바와 같이 그 수직 단면이 상면이 개방된 'ㄴ'자인 구조로 형성될 수도 있으나 금속 파트의 측면에 상면이 개방되지 않은 'ㄷ'자인 구조로 형성될 수도 있다.

또한, 제4 회전방지용 홈(530)은, 방향성을 부여하기 위하여 수평 단면이 원통 형상의 애노드(500)의 외경에 대해 직선 형상을 가지는 것이 바람직하며, 효과적인 회전 방지를 위하여 좌우 대칭이 되도록 애노드(500)의 외경을 따라 적어도 2개 이상의 직선 형상의 홈이 가공될 수 있다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 이용한 정렬 장치(800)를 도시한 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 이용한 정렬 장치(800)를 도시한 조감도이다.

이때, 도 6a 및 도 6b에서는 포커스 전극(400)이 게이트 전극(300)과 별도의 구성을 갖는 것으로 나타나 있지만, 필요시 포커스 전극(400)과 게이트 전극(300)은 일체로 이루어져 전자방출을 활성화 하는 동시에 전계를 집속하는 역할을 겸할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관을 이용한 정렬 장치(800)는, 전면의 개구(810)를 정의하는 하단 지지부(820) 및 측면 지그(830)를 포함하여 상면 및 전면이 개구된 박스 또는 이와 유사한 형상을 구비한다.

개구(810)는, 브레이징 전 가조립 상태의 초소형 엑스선관이 삽입되기 위한 부분으로서, 사용자는 초소형 엑스선관의 접합부위, 즉, 캐소드(200), 제1 절연관(110), 게이트 전극(300), 제2 절연관(120), 포커스 전극(400), 제3 절연관(130), 애노드(500)의 사이사이에 필러를 개재한 상태로 가조립하여 개구를 통해 정렬 장치(800)에 삽입한다.

이때, 지지부(820)는, 초소형 엑스선관의 하부를 지지하는 역할을 한다.

한편, 측면 지그(830)는, 지지부(820)와 수직으로 연결되어 개구(810)가 형성된 측면을 제외한 나머지 세 면에 배치되고, 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530)에 각각 정합되는 복수개의 돌출형 가이드(831, 832, 833, 834)가 형성되어 있다.

여기서, 제1 돌출형 가이드(831)는, 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 회전방지용 홈(240)이 형성된 캐소드(200)가 삽입될 수 있도록 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간을 정의하면서, 제1 회전방지용 홈(240)에 끼워질 수 있도록 수직 단면 또한 'ㄷ'자인 요철 형상으로, 그 수직 길이는 제1 회전방지용 홈(240)의 수직 높이 미만이다. 이때, 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간의 크기는 캐소드(200)의 제1 회전방지용 홈(240)이 형성된 부분보다 약간 크게 형성되어야 하나, 효과적인 회전 방지를 위해서 끼움 형식으로 결합 가능할 정도의 크기인 것이 바람직하다.

또한, 제2 돌출형 가이드(832)는, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2 회전방지용 홈(340)이 형성된 게이트 전극(300)이 삽입될 수 있도록 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간을 정의하면서, 제2 회전방지용 홈(340)에 끼워질 수 있도록 수직 단면 또한 'ㄷ'자인 요철 형상으로, 그 수직 길이는 제2 회전방지용 홈(340)의 수직 높이 미만이다. 이때, 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간의 크기는 게이트 전극(300)의 제2 회전방지용 홈(340)이 형성된 부분보다 약간 크게 형성되어야 하나, 효과적인 회전 방지를 위해서 끼움 형식으로 결합 가능할 정도의 크기인 것이 바람직하다.

한편, 제3 돌출형 가이드(833)는, 도 6b에 도시된 바와 같이 제3 회전방지용 홈(430)이 형성된 포커스 전극(400)이 삽입될 수 있도록 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간을 정의하면서, 제3 회전방지용 홈(430)에 끼워질 수 있도록 수직 단면 또한 'ㄷ'자인 요철 형상으로, 그 수직 길이는 제3 회전방지용 홈(430)의 수직 높이 미만이다. 이때, 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간의 크기는 포커스 전극(400)의 제3 회전방지용 홈(430)이 형성된 부분보다 약간 크게 형성되어야 하나, 효과적인 회전 방지를 위해서 끼움 형식으로 결합 가능할 정도의 크기인 것이 바람직하다.

또한, 제4 돌출형 가이드(834)는, 도 6b에 도시된 바와 같이 제4 회전방지용 홈(530)이 형성된 애노드(500)가 삽입될 수 있도록 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간을 정의하면서, 제4 회전방지용 홈(530)에 끼워질 수 있도록 수직 단면 또한 'ㄷ'자인 요철 형상으로, 그 수직 길이는 제4 회전방지용 홈(530)의 수직 높이 미만이다. 이때, 수평 단면이 'ㄷ'자인 공간의 크기는 애노드(500)의 제4 회전방지용 홈(530)이 형성된 부분보다 약간 크게 형성되어야 하나, 효과적인 회전 방지를 위해서 끼움 형식으로 결합 가능할 정도의 크기인 것이 바람직하다.

따라서, 사용자가 개구를 통하여 정렬 장치(800) 내에 초소형 엑스선관을 끼우는 동작만으로도 초소형 엑스선관의 각 부분의 정렬이 가능하며, 다시 말하면, 정렬 장치(800)의 복수의 돌출형 가이드(831, 832, 833, 834)와 초소형 엑스선관의 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530) 간의 정합에 의해 초소형 엑스선관의 각 부분은 정렬 장치(800) 내에서 정렬된다.

다음에, 정렬 장치(800) 내에 초소형 엑스선관이 삽입된 상태로 브레이징로에 삽입하여 진공 브레이징을 진행하는데, 필러(도시되지 않음)가 용융되더라도 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530) 및 복수개의 돌출형 가이드(831, 832, 833, 834)의 결합에 의하여 캐소드(200), 게이트 전극(300), 포커스 전극(400), 애노드(500)의 회전이 불가능하므로, 캐소드(200), 게이트 전극(300), 포커스 전극(400) 및 애노드(500)가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 초소형 엑스선관은, 최종 완성제품의 외면, 예를 들면, 게이트 전극(300)과 포커스 전극(400)이 분리된 형태의 엑스선관에 있어서, 캐소드(200), 게이트 전극(300), 포커스 전극(400) 및 애노드(500)의 외면에 각각 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530)이 존재하게 된다.

더욱이, 이 같은 회전방지용 홈(240, 340, 430, 530)은 초소형 엑스선관의 장치 내 정렬 등에 활용 가능한바, 일례로 본 발명에 따른 초소형 엑스선관이 구강 내 엑스선 촬영을 위한 포터블 엑스레이 장치 등에 사용될 경우, 포터블 엑스레이 장치 내에서 초소형 엑스선관의 정위치 정렬에 활용되는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지, 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 절연부
110: 제1 절연관
120: 제2 절연관
130: 제3 절연관
200: 캐소드
300: 게이트 전극
400: 포커스 전극
500: 애노드
600: 제1 시트
610: 홀 어레이
620: 제1 열 응력 해소 버퍼홀
700: 제2 시트
710: 팁 어레이
720: 제2 열 응력 해소 버퍼홀
800: 정렬 장치
810: 개구
820: 지지부
830: 측면 지그

Claims (7)

1. 캐소드, 게이트 전극 및 애노드와, 진공관 구조를 형성하도록 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드를 연결하는 적어도 하나의 절연관을 포함하는 초소형 엑스선관으로서,
   상기 진공관 구조 내 일 측에 배치되고 전자 방출을 위한 에미터가 구비된 상기 캐소드;
   상기 에미터를 사이에 두고 상기 캐소드와 대향하도록 상기 진공관 구조 내 타 측에 위치하고, 전자의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타깃이 형성된 상기 애노드; 및
   상기 에미터와 상기 애노드 사이에서 상기 에미터의 전자 방출을 제어하는 상기 게이트 전극을 포함하고,
   상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나의 외면에는 가조립 상태에서 별도의 정렬 장치에 삽입 및 정합되어 회전 방향의 위치가 정렬되도록 형성되는 적어도 하나의 홈이 구비된 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 게이트 전극은, 전자가 투과하는 홀 어레이가 형성되고 제1 체결부에 의해 위치가 고정되는 제1 시트를 포함하고,
   상기 에미터는, 전자를 방출하는 팁 어레이가 형성되고 제2 체결부에 의해 상기 홀 어레이와 상기 팁 어레이가 상호 정렬되도록 위치가 고정되는 제2 시트를 더 포함하는 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 시트와 상기 제2 시트 중 적어도 하나에는, 열 팽창 시 응력을 해소하기 위한 버퍼홀이 구비된 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나는, 상기 절연관과 맞물리는 턱을 가지는 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 홈은, 원통형의 상기 외면에 대해 직선 형상을 가진 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 홈은 원통형의 상기 외면에 대해 좌우 대칭의 둘 이상의 직선 형상을 가진 정렬성이 향상된 초소형 엑스선관.
   
7. 캐소드, 게이트 전극 및 애노드와, 진공관 구조를 형성하도록 상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드를 연결하는 적어도 하나의 절연관을 포함하는 초소형 엑스선관의 정렬 장치로서,
   상기 캐소드, 상기 게이트 전극 및 상기 애노드 중 적어도 하나의 외면에는, 가조립 상태에서 회전 방향의 위치 정렬을 위한 홈이 구비되고,
   상기 정렬 장치는,
   상기 엑스선관을 삽입 가능한 개구;
   상기 엑스선관의 삽입에 따라 상기 홈과 정합되도록 내면으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출형 가이드를 포함하는 초소형 엑스선관의 정렬 장치.

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