KR101511331B1 - X선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평형관 타입의 X선관에 있어서 제어전극으로부터의 방전을 방지한다.
X선관(1)은 창부(3)가 형성된 X선 불투과성의 기판(4)과, 창부를 폐지하는 X선 투과창(8)과, 기판의 내면측으로부터 창부에 설치한 X선 타겟(9)과, 기판의 내면측에 취부되어 내부가 고진공으로 된 용기부(5)와, 용기부 내에 설치된 음극(11)과, 전자를 인출하는 제1제어전극(12)과, 전자선의 조사범위를 규제하는 상자형의 제2제어전극(14)을 갖는다. 제2제어전극의 코너부(20)는 이를 구성하는 3개의 판재의 코너가 둥글게 가공되는 것에 의해 만곡형상으로 형성되어있다. 이에 따라, 제2제어전극의 코너부에의 전계 집중에 의해서 방전이 발생할 가능성이 적고, 충분한 내전압이 얻어진다.

Description

X선관{X-ray tube}

본 발명은 고진공 상태로 된 패키지의 내부에서 전자원으로부터 전자를 방출시켜 X선 타겟에 충돌시키고, X선 타겟으로부터 방출된 X선을 패키지의 X선 투과창으로부터 외부에 방사하는 X선관에 관한 것으로서, 특히 제어전극으로부터 발생하는 방전에 의해 패키지가 손상되어 진공도가 저하하는 현상이 생기지 않도록 한 X선관에 관한 것이다.

하기 특허문헌 1에는 공기에 X선을 조사하여 이온 가스를 생성하기 위한 X선 발생 장치가 개시되어있다. 이 X선 발생 장치에 이용되는 X선관은 원주형상의 패키지(밸브)를 본체로 하고 있고, 패키지 내에 있어서 필라멘트로부터 방출된 전자는 포커스에 의해서 집속되고, X선 타겟에 충돌하여 X선을 발생시키고, 이 X선은 출력창(X선 투과창)을 투과하여 패키지의 외부에 출사된다.

도 8은 상술한 특허문헌 1의 X선관과 마찬가지로, 유리제의 원주형상의 패키지(100)를 본체로 하는 소위 환형관으로 불리는 타입의 X선관의 단면도이다. 이 원주형상의 패키지(100)는 그 일단면에 있는 원형의 개구가 베릴륨의 막으로 이루어지는 X선 투과창(101)으로 폐지되어 있고, 내부가 고진공 상태로 유지되고 있다. 패키지(100)의 내부에 있어서, X선 투과창(101)의 내면에는 X선 타겟(102)이 설치되어있다. 또한, 패키지(100)의 타단면의 측에는 전자원인 캐소드(103)와 제어전극(104)이 설치되어있다. 그리고, 캐소드(103)로부터 방출된 전자는 제어전극(104)에서 가속되고, 집속되어 X선 타겟(102)에 충돌하고, X선 투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 X선을 방사하도록 되어있다. 또한, 도 8중, X선 투과창(101)으로부터 패키지(100)의 밖으로 방사되는 X선을 모식적으로 부호 X로 나타내는 동시에, X선 투과창(101)에 있어서의 X선의 방사의 중심을 부호 P로 나타내었다.

JP 2005-116534 A

그러나, 도 8에 나타낸 종래의 X선 관에서는 캐소드(103)로부터의 전자선이 빔형상으로 매어져 있고, X선 타겟(102)에 충돌한 위치를 중심으로 해서 X선이 방사형상으로 넓어지는 점형상의 X선 조사이고(도 8에 있어서 부호 P로 나타내는 점이 중심), X선은 X선 투과창(101)으로부터 나온 후에는 원추형상으로 넓어지기 때문에(도 8에 있어서 부호 X로 나타냄), 조사 대상물의 크기에 대해 유효한 조사영역이 좁다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 조사영역이 좁은 환형관의 X선관을 이용해서 넓은 범위로 X선을 조사시키기 위해서는 다수의 X선관을 이용하고, 이들을 배열해서 사용할 필요가 있고, 설비 비용이나 유지 보수면에서의 부담이 컸다.

또한, X선을 광범위하게 조사하기 위해서는 예를 들면 대상물로부터 멀리하여 X선을 조사한다고 하는 것도 고려되지만, 조사 대상물에 원하는 X선을 조사하기 위해서는 X선의 조사 강도를 강하게 할 필요가 있다. 아울러, 불필요한 개소까지 X선을 조사하게 되고, X선 누설의 문제가 생겨 버린다.

그래서, 본원발명의 발명자들은 이러한 종래의 환형관 타입의 X선관의 문제점을 해결하기 위해, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같은 평형관 타입의 X선관을 발명하였다. 이 X선관은 유리제의 1개의 배면판(61)과 4개의 측면판(62)을 상자형으로 조립해서 이루어지는 용기부(51)와, 해당 용기부(51)의 개방측 주연부에 X선 불투과성의 금속으로 이루어지는 기판(53)에 의해서 구성된 상자형의 패키지(55)를 본체로 하고 있다. 해당 패키지(55)의 X선 방사측으로 되는 기판(53)에는 가느다란 슬릿형상의 개구부(52)(예를 들면 폭 2㎜ 정도)가 형성되어 있고, 이 개구부(52)에는 기판(53)의 외측으로부터 티타늄박으로 이루어지는 X선 투과창(54)이 부착되어있다.

패키지(55)의 내부는 고진공 상태로 유지되어있다. 패키지(55)내에 있어서, 기판(53)의 개구부(52)에 나타나 있는 X선 투과창(54)에는 텅스텐 등의 X선 타겟(56)이 설치되어있다. 또한, 패키지(55)의 내부에는 X선 투과창(54)과 반대측의 내면에 배면전극(57)이 설치되고, 그 아래쪽에는 필라멘트형상의 캐소드(58)와, 캐소드(58)로부터 전자를 인출하는 제1제어전극(59)과, 제1제어전극(59)이 인출한 전자를 가속하는 제2제어전극(60)이 순차 배치되어있다.

이 X선관에 의하면, 제1제어전극(59)에 의해서 캐소드(58)로부터 인출된 전자는 제2제어전극(60)에 의해서 가속된다. 그리고, X선 타겟(56)과 충돌해서 발생한 X선은 X선 투과창(54)을 투과하여 패키지(55)의 밖으로 방사된다.

X선은 기판(53)의 개구부(52)에서 규제된 X선 투과창(54)으로부터 방사되기 때문에, 개구부(52)의 가늘고 긴 슬릿형상의 치수를 원하는 사이즈로 설정하면, X선이 방사되는 영역을 실질적으로 선형상으로 해서 X선 투과창(54)의 슬릿 폭에서 X선이 넓어지도록 할 수 있다. 이 때문에, 대상물의 크기에 대응해서 유효한 넓이의 조사영역을 비교적 높은 자유도로 용이하게 설정할 수 있고, 조사영역이 좁은 환형관의 X선관에는 없는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 개구부(52)의 치수형상을 원하는 사이즈의 직사각형 홈형상 등으로 형성하면, X선 투과창(54)에 있어서 X선이 방사되는 영역은 원형의 X선 투과창에 비해 비교적 용이하게 외형으로부터 판단할 수 있기 때문에, X선을 정해진 위치에 정밀하게 보내는 경로의 설정을 하는 것이 비교적 용이하다는 이점도 있다.

도 9 및 도 10에 나타내는 상술한 평형관 타입의 X선관에 의하면, 패키지(55)는 직육면체형상이다. 또한, 이 패키지(55)내에서, 기판(53)과 대면하는 배면판(61)의 위에 배치된 제2제어전극(60)은 도 9 및 도 11에 나타내는 바와 같은 대략 직육면체형상이고, 직사각형의 판형상 부재(60a)의 사방을, 이에 대해 직각으로 배치된 4개의 판형상 부재(60b)에 둘러싸인 상자형의 구조로 되어있다. 그리고, 본원발명의 발명자들은 이러한 평형관 타입의 X선관을 개발하는 과정에 있어서, 패키지(55)내에서 타겟(56)에 충돌하여 반사된 전자가 패키지(55)의 내면에 대전하고, 캐소드(58)의 전위를 불안정하게 해버린다고 하는 부적합한 현상이 생길 가능성을 발견하였다.

그래서, 본원발명의 발명자 등은 특히 기판(53)과 대면하는 배면판(61)의 내면에 전자가 대전하는 것을 방지하기 위해, 제2제어전극(60)의 사이즈를 가급적 크게 하고, 기판(53)과 대면하는 배면판(61)의 내면을 가능한 넓은 범위에서 덮도록 하는 것을 해결 수단으로서 검토하였다.

그러나, 직육면체형상의 제2제어전극(60)을, 직육면체형상의 패키지(55)의 내면에 근접한 사이즈로 하면, 직육면체형상의 제2제어전극(60)의 코너부와 패키지(55)의 내면의 거리가 매우 근접한 상태로 된다. X선 타겟(56)에 수 ㎸ 정도의 전압을 가해서 X선의 방사를 실행할 때에는 기판(53) 전체에 수 ㎸의 전압이 인가된다. 패키지(55)의 용기부(51)는 절연성 재료로 구성되어 있지만, 수 ㎸의 전압이 인가된 기판(53)의 전위의 영향을 받고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 패키지(55)의 내면과 제2제어전극(60)의 코너부가 근접한 상태에 있으면, 제2제어전극(60)과 기판(53)의 사이에서는 도 12에 나타내는 바와 같이 방전 E가 유발되기 쉬운 상태로 된다. 이 때문에, 패키지(55) 및 제2제어전극(60)의 조립 정밀도의 여하에 따라서는, 혹은 X선 타겟(56)에 가해지는 전압이 더욱 높게 설정되는 경우 등에는 해당 X선관의 내전압 성능이 불충분하게 될 가능성이 있었다.

도 13은 종래 구조의 평형관 타입의 X선관의 일예에 있어서, 횡축에 X선 타겟 전압 Eb[㎸]을 취하고, 종축에 방전 전류[㎂]를 취하고, X선 타겟의 전류 TI 및 제2제어전극의 전류 GI를 나타낸 것으로서, 이 디바이스의 내전압 특성을 일예로서 나타낸 그래프이다. 이 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 구조의 평형관 타입의 X선관에서는 X선 타겟 전압 Eb가 6~8[㎸]에 도달하면 방전이 시작되고, X선 타겟(56)과 제2제어전극(60)에 동등하고 방향이 반대인 방전 전류가 흐르는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같이, 제2제어전극(60)의 코너부로부터 기판(53)과 용기부(51)의 접합부에 방전이 발생한 경우에는 접합부를 기밀하게 접합하고 있는 납 함유 유리의 실(seal)이 파괴되고, 또한 제2제어전극(60)의 코너부로부터 X선 타겟(56)에 방전이 발생한 경우에는 X선 타겟(56)과 X선 투과창(54)이 파괴되며, 어느 경우에도 패키지(55)의 기밀 상태가 손상되어 리크(leak)가 발생하고, X선관으로서 기능할 수 없는 상태가 되어버린다.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 고진공 상태로 된 패키지의 내부에 전자원이나 상자형의 제어전극이나 X선 타겟 등을 갖는 평형관 타입의 X선관에 있어서, 특히 상자형의 제어전극으로부터의 방전이 생겨 패키지의 진공도가 저하하는 현상이 발생하지 않도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 X선관은 창부가 형성된 X선 불투과성의 기판과, 상기 기판의 외면측으로부터 상기 창부를 폐지하도록 설치된 X선 투과창과, 상기 기판의 내면측으로부터 상기 창부에 설치된 X선 타겟과, 상기 기판의 내면측에 부착되어 내부가 고진공 상태로 된 용기부와, 상기 용기부의 내부에 설치되어 상기 X선 타겟에 전자를 공급하는 전자원과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 제1제어전극을 덮도록 배치되어 전자선의 조사범위를 규제하는 상자형의 제2제어전극을 구비한 X선관에 있어서, 상기 제2제어전극의 코너부를 만곡형상으로 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재된 X선관은 청구항 1에 기재된 X선관에 있어서, 상기 제2제어전극의 능선부를 만곡형상으로 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재된 X선관은 청구항 1에 기재된 X선관에 있어서, 4개의 코너가 만곡형상으로 형성된 중앙판부와 상기 중앙판부의 4변에 연속되어 있고 상기 중앙판부의 상기 각 코너에 대응하는 코너가 만곡형상으로 형성된 4개의 판체로 이루어지는 판재를, 상기 중앙판부와 상기 판체의 경계에서 절곡가공하여 상기 제2제어전극을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재된 X선관은 창부가 형성된 X선 불투과성의 기판과, 상기 기판의 외면측으로부터 상기 창부를 폐지하도록 설치된 X선 투과창과, 상기 기판의 내면측으로부터 상기 창부에 설치된 X선 타겟과, 상기 기판의 내면측에 취부되어 내부가 고진공 상태로 된 용기부와, 상기 용기부의 내부에 설치되어 상기 X선 타겟에 전자를 공급하는 전자원과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 제1제어전극을 덮도록 배치되어 전자선의 조사범위를 규제하는 개구부를 구비한 제2제어전극을 구비한 X선관에서 있어서, 상기 제2제어전극을, 상기 개구부의 긴쪽 방향과 교차하는 방향의 단면을 중앙부가 돌출된 만곡형상으로 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 X선관에 따르면, 용기부의 내부에서 전자원과 제1제어전극을 덮고 있는 제2제어전극은 용기부의 내면에 대면하고 있다. 여기서, 전자를 X선 타겟에 충돌시켜 X선 투과창으로부터 X선을 방출시키기 위해, X선 타겟에 고전압을 인가하면, 제2제어전극에는 용기부 내지 기판과의 사이에서 방전을 발생시키는 바와 같은 전계가 가해지는 것이 고려된다. 그러나, 이 X선관에 따르면, 상자형의 제2제어전극의 코너부가 만곡형상으로 되어 있으므로, 뾰족한 부분에의 전계의 집중에 의해서 방전이 발생할 가능성이 작고, 충분한 내전압을 얻을 수 있다.

청구항 2에 기재된 X선관에 따르면, 상자형의 제2제어전극의 코너부를 만곡형상으로 형성하는 것에 부가해서, 또한 그 능선부도 만곡형상으로 형성했으므로, 더욱 높은 내전압을 달성할 수 있다.

청구항 3에 기재된 X선관에 따르면, 각 코너를 만곡형상으로 가공한 중앙판부 및 4개의 판체로 이루어지는 판재를 절곡가공해서 제2제어전극을 제조했으므로, 압축가공에 비해 제조 비용을 저렴하게 억제할 수 있는 동시에, 완성된 제2제어전극의 코너부에는 판재의 만곡된 코너로 둘러싸인 구멍이 생기기 때문에, 코너를 만곡형상으로 가공하지 않는 경우의 절곡가공에 비해 높은 내전압 성능을 얻을 수 있다.

청구항 4에 기재된 X선관에 따르면, 용기부의 내부에서 전자원과 제1제어전극을 덮고 있는 제2제어전극은 용기부의 내면에 대면하고 있다. 여기서, 전자를 X선 타겟에 충돌시켜 X선 투과창으로부터 X선을 방출시키기 위해, X선 타겟에 고전압을 인가하면 제2제어전극에는 용기부 내지 기판과의 사이에서 방전을 발생시키는 바와 같은 전계가 가해지는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이 X선관의 제2제어전극은 전자의 조사범위를 규제하는 개구부의 긴쪽 방향과 교차하는 방향의 단면형상을, 중앙부가 돌출된 만곡형상으로 되도록 구성하고 있으므로, 뾰족한 부분에의 전계의 집중에 의해서 방전이 발생할 가능성이 작고, 충분한 내전압을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예인 X선관의 단면도이다.
도 2는 제1실시예의 X선관의 제2제어전극을 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1실시예의 X선관의 제2제어전극을 절곡가공으로 제조하기 전의 전개 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타내는 전개된 제2제어전극의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 5는 X선관에 있어서의 X선 타겟 전류와 X선 타겟 전압의 관계를 나타내는 내전압 특성 그래프 내지 방전 전류 특성 그래프에 있어서, 제1실시예의 X선관과 종래 구조의 X선관의 각 일예에 의한 결과를 비교를 위해 병렬해서 나타내는 도면이다.
도 6은 X선관에 있어서 X선 타겟에 방전이 발생했을 때의 전압(디바이스로서의 내전압)의 분포와 평균값을 나타내는 내전압 분포 그래프로서, 우측이 복수의 제1실시예의 X선관의 내전압 분포 그래프, 좌측이 복수의 종래 구조의 X선관의 내전압 분포 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예인 X선관의 단면도이다.
도 8은 종래의 환관형의 X선관의 단면도와, 그 X선 조사영역을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 발명자 등이 발명한 X선관의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 발명자 등이 발명한 X선관 정면도이다.
도 11은 본 발명의 발명자 등이 발명한 X선관에 설치되어 있는 제2제어전극의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 12는 종래 구조의 X선관에 있어서, 제2제어전극의 코너부를 기점으로 해서 패키지와의 사이에 발생하는 방전의 상태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 종래 구조의 X선관의 일예에 있어서, X선 타겟 전압과, X선 타겟 전류 및 제2제어전극의 전류의 각 관계를 나타내는 내전압 특성 그래프이다.

본 발명의 제1실시예를 도 1 ∼ 도 6을 참조해서 설명한다.

도 1에 나타내는 X선관(1)은 평형관 타입이며, 상자형의 패키지(2)를 본체로 하고 있다. 이 패키지(2)는 창부(3)가 형성된 X선 불투과성의 기판(4)과, 기판(4)의 내면으로 되는 측의 면에 취부된 상자형의 용기부(5)에 의해서 구성되어 있고, 그 내부는 고진공 상태로 배기되어있다. 기판(4)은 X선 불투과성의 426합금으로 이루어진 직사각형 판이며, 또 용기부(5)는 소다라임 유리로 이루어지는 배면판(6)과 측면판(7)을 조립해서 구성한 것이다. 426합금은 42％Ni, 6％Cr, 잔부 Fe 등의 합금이며, 소다라임 유리와 열팽창 계수가 대략 동등하다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 기판(4)의 중앙에는 X선을 외부에 조사하기 위해, 가늘고 긴 직사각형형상(또는 슬릿형상)의 개구인 창부(3)가 형성되어있다. 그리고, 기판(4)의 외면측에는 창부(3)보다 큰 티타늄박으로 이루어지는 X선 투과창(8)이 창부(3)를 폐지하도록 첩부되어있다. 또, 패키지(2)의 내부에 있어서, 기판(4)의 창부(3)의 주위의 내면과, 창부(3)에서 보는 티타늄박의 X선 투과창(8)의 내면에는 텅스텐의 막이 증착되는 것에 의해, X선 타겟(9)이 형성되어있다. X선 타겟(9)은 전자의 충돌을 받아 X선을 방출하는 금속이며, 몰리브덴 등의 텅스텐 이외의 금속을 이용할 수도 있다.

다음에, 패키지(2)의 내부의 전극 구성에 대해 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 패키지(2)의 내부에는 X선 투과창(8)과 반대측의 용기부(5)의 내면(즉, 기판(4)과 평행한 배면판(6)의 내면)에, 유리에의 대전을 방지하기 위한 배면전극(10)이 설치되어있다. 배면전극(10)의 바로 위에는 전자원인 선형상의 음극(11)이 장설되어있다. 음극(11)은 텅스텐 등으로 이루어지는 와이어형상의 심선(芯線)의 표면에 탄산염을 입힌 것이며, 심선을 통전가열함으로써 열전자를 방출할 수 있다.

음극(11)의 위쪽에는 음극(11)으로부터 전자를 인출하기 위한 제1제어전극(12)이 설치되어있다. 제1제어전극(12)에는 슬릿형상의 개구부(13)가 형성되어 있고, 그 개구부(13)내에는 메시(mesh)가 설치되어있다.

제1제어전극(12)의 위쪽에는 전자선의 조사범위를 규제하는 제2제어전극(14)이 설치되어있다. 제2제어전극(14)은 직사각형의 중앙판부(15)의 사방을 판체(16)에 둘러싸인 상자형의 전극 부재이고, 배면전극(10)과 음극(11)과 제1제어전극(12)을 둘러싸고 배면판(6)의 내면상에 배치되어있다. 제2제어전극(14)의 중앙판부(15)에는 선형상의 음극(11)과 대응하는 위치에, 슬릿의 개구부(17)가 형성되어있다. 이 개구부(17)는 제1제어전극(12)의 개구부(13)보다 폭이 작고, 제1제어전극(12)의 개구부(13)와 마찬가지로 메시가 형성되어있다.

본 실시예의 X선관(1)의 전극 구조에 의하면, 제2제어전극(14)의 개구부(17)는 기판(4)의 창부(3) 및 그 근방에 설치된 X선 타겟(9)에 대응한 배치로 형성되어 있고, 제1제어전극(12)에 인출되어 음극(11)으로부터 방출된 전자의 방사 범위를 규제하고, 기판(4)의 X선 투과창(8)에 설치된 X선 타겟(9)과 그 주변에 전자를 충돌시키고, X선 타겟(9)으로부터 효율적으로 X선을 발생시켜 패키지(2) 밖으로 취출할 수 있도록 되어있다. 또, 제2제어전극(14)과 X선 타겟(9)의 거리도, X선 투과창(8)에 전자가 적절한 상태에서 충돌하는데 적합한 값으로 설정되어있다.

또, 음극(11)은 소정의 전위가 인가된 제2제어전극(14) 등에 의해서 주위가 둘러싸인 구성으로 되므로, 용기부(5) 내면의 대전의 영향을 받기 어렵다. 특히, 배면판(6)의 내면을 대전시키지 않는 것에 의해서, 음극(11)의 주위의 전위를 안정화시킬 수 있고, 이것에 의해 안정하게 전자를 X선 타겟(9)에 공급할 수 있다.

또한, 제어전극은 제1제어전극(12), 제2제어전극(14)에 부가해서, 선형상의 음극(11)과 X선 타겟(9)의 거리, 관 전압, 혹은 X선 투과창(8)으로부터 취출하는 X선의 집속 정도에 따라 추가해도 좋다.

또, 제1제어전극(12)과 제2제어전극(14)은 소다라임 유리제의 용기부(5)와 열팽창 계수를 대략 동등하게 하기 위해, 기판(4)과 마찬가지로 426합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 용기부(5)의 재질이 소다라임 유리 이외의 유리판인 경우, 기판(4)과 제1제어전극(12) 및 제2제어전극(14)은 용기부(5)의 열팽창 계수에 대략 동등하게 되도록 다른 재질의 금속판을 사용해도 좋다.

도 2를 참조해서, 본 실시예의 X선관에 있어서의 제2제어전극(14)의 특징에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 있어서 파선으로 둘러싸서 나타낸 제2제어전극(14)의 코너부(20)를 확대해서 나타내는 사시도이다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 X선관(1)의 제2제어전극(14)은 상자형이지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 그 코너부(20)는 뾰족하게 되어 있지는 않고, 만곡형상으로 형성되어있다. 여기서, 만곡형상은 구면 내지 곡면의 일부로 이루어지는 매끄러운 볼록면의 형상만을 의미하는 것이 아니라, 또 상자형의 코너를 구성하기 위해 접해 있는 중앙판부(15) 및 2개의 판체(16, 16)의 3개의 평면의 각 정점이 곡선형상으로 가공되어 있는 구조도 포함하는 것으로 한다. 즉, 도 2에 나타낸 제2제어전극(14)의 코너부(20)의 구조에서는 서로 접해 있는 중앙판부(15) 및 2개의 판체(16, 16)의 3개의 평면의 각 정점이 중심 각도가 대략 90도 정도의 원호형상(소위 R형상)으로 가공되어 있고, 그 코너부(20)에는 내부와 연통하는 구멍이 뚫린 상태로 되어 있지만, 이 구멍의 주위는 모두 만곡형상으로 되어있다.

도 3 및 도 4를 참조해서, 이러한 만곡형상의 코너부(20)를 갖는 제2제어전극(14)의 더욱 구체적인 형상 내지 구조와, 그 제조 방법에 대해 설명한다. 도 3은 제2제어전극(14)을 프레스에 의한 절곡가공으로 제조하는 경우의 가공전의 평면도이며, 도 4는 도 3의 일부 확대도이다. 이들 도면은 조립 후에 X선 타겟(9)에 대면하는 측을 상면으로 해서 나타내고 있다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2제어전극(14)은 개구부(17) 및 메시가 형성된 직사각형의 중앙판부(15)와, 중앙판부(15)의 각 변에 연속해서 설치되고, 중앙판부(15)의 사방을 둘러싸는 4개의 판체(16)를 갖고 있다. 중앙판부(15)의 4개의 코너와, 4개의 판체(16)의 각 4개의 코너는 모두 중심 각도가 대략 90도 정도의 원호형상(소위 R형상)이고, 그 원호의 중심 반경이 예를 들면 1㎜(JIS의 제도 기호에서는 R1)로 되도록 가공되어있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 중앙판부(15)와 각 판체(16)의 경계부는 프레스에 의해서 절곡가공하지만, 절곡가공에 의하면, 그 결과로서 얻어지는 상자형의 능선, 즉 중앙판부(15)와 각 판체(16)의 경계부는 예리한 상태로는 되지 않고, 변에 직교하는 단면에서 보면 만곡형상으로 되어있다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 4개의 판체(16) 중, 중앙판부(15)의 2개의 긴 변에 연속하는 2개의 긴쪽의 판체(16)에는 그 외측의 변의 각 2개소로부터, 바깥쪽을 향해 가늘고 긴 판형상의 외부 단자(22)가 연장 설치되어 있다. 이들 4개의 외부 단자(22)는 조립된 X선관의 내부에 배치된 제2제어전극(14)으로부터 패키지의 밀봉부를 기밀하게 관통해서 외부에 도출되는 배선 부재이다.

도 5 및 도 6을 참조해서, 제2제어전극(14)의 구조에 유래하는 본 실시예의 X선관에 있어서의 효과에 대해 설명한다.

본 실시예의 X선관(1)에 의하면, 제2제어전극(14)은 용기부(5)의 내부에 있어서 상자형의 구조로 음극(11)과 제1제어전극(12)을 덮고 있고, 전극류 중에서 가장 외측에 있기 때문에, 용기부(5)의 내면에 직접 대면하고 있다. 그리고, 제2제어전극(14)은 특히 배면판(6)에 전자를 챠지시키지 않도록 하기 위해, 배면판(6)의 대부분을 덮는 바와 같은 크기로 형성되어 있고, 따라서 그 코너부(20)는 패키지(2)의 내면에 근접한 위치에 있다.

여기서, X선을 방출하기 위해, X선 타겟(9)에 수 ㎸ 정도의 고전압을 인가하면, 제2제어전극(14)에는 강한 전계(電界)가 가해진다. 그러나, 이 X선관(1)에 의하면, 도 2에 나타내는 바와 같이 상자형의 제2제어전극(14)의 코너부(20)가 상술한 바와 같이 만곡형상으로 되어 있고, 또한 능선부(30)도 만곡형상으로 되어 있기 때문에, 이들 부분에의 전계의 집중에 의해서 방전이 발생할 가능성이 적고, 충분한 내전압을 얻을 수 있었다. 즉, 방전은 미연에 방지되며, 방전으로 인한 패키지의 손상 등에 의한 리크의 발생은 확실하게 방지할 수 있다.

도 5는 X선관(1)에 있어서의 X선 타겟 전류와 X선 타겟 전압의 관계를 나타내는 내전압 특성 그래프 또는 방전 전류 특성 그래프이며, 제1실시예의 X선관과, 종래 구조의 X선관의 각 일예에 의한 결과를, 비교를 위해 병렬해서 나타낸 것이다. 또한, 종래 구조의 X선관은 도 4에 나타낸 제1실시예의 X선관에 있어서의 제2제어전극과 달리, 중앙판부의 4개의 코너가 직각이고, 중앙판부의 4변에 연속해 있는 4개의 판체의 코너도 직각인 바와 같은 재료를 이용하고, 중앙판부와 판부의 경계를 절곡가공으로 직각으로 구부려 상자형의 제2제어전극을 형성한 것이다. 따라서, 이와 같이 제조된 제2제어전극의 코너부에는 도 11에 나타내는 바와 같이 제1실시예와 같은 주위가 만곡형상의 구멍은 없고, 직각인 각 판재의 코너부가 접합한 폐지된 뾰족한 상태로 되어있다. 실험에 있어서는 배면전극(10), 음극(11), 제1및 제2제어전극(12, 14)의 인가 전압을 전류가 흐르지 않는 0V로 해 두고, 양극으로 되는 X선 타겟(9)에 가하는 X선 타겟 전압(도 5의 횡축의 Eb[㎸]에 상당)을 서서히 증가시키면서, 제2제어전극(14)으로부터 X선 타겟(9)에 흐르는 전류(도 5의 종축의 방전 전류에 상당)의 증대를 조사한다. 그 결과, 방전 전류가 1.5㎂를 넘은 곳의 X선 타겟 전압 Eb로서 내전압으로 한다. 즉, 이 내전압 이상에서는 제2제어전극(14)과 X선 타겟(9)의 절연이 파괴되어 제2제어전극(14)으로부터 X선 타겟(9)에 과대한 방전 전류가 흐르게 된다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 상자형의 제2제어전극의 코너부가 뾰족한 형상인 종래 구조의 X선관을 이용한 실험에 의하면, 제2제어전극의 뾰족한 코너부에 전계가 집중하기 때문에 방전이 발생하기 쉽고, X선 타겟 전압 Eb가 8㎸에서 방전 전류가 1.5㎂를 넘으며, 제2제어전극으로부터 X선 타겟 내지 용기부의 내면측에 방전이 발생하고 있다. 이에 대해, 본 실시예의 X선관(1)의 일예에 의하면, 방전이 발생하는 것은 X선 타겟 전압 Eb가 대략 13㎸를 넘은 후이며, 종래에 비해 높은 내전압을 나타내었다.

도 6은 도 5에 나타내는 바와 같은 실험을, 복수의 제1실시예의 X선관(1)과, 복수의 종래 구조의 X선관에 대해 실행한 결과로부터 얻은 내전압 분포 그래프이며, X선관의 내전압의 분포와 평균값을 나타내는 것이다. 좌측이 종래 구조의 X선관의 내전압 분포 그래프이고, 우측이 제1실시예의 X선관(1)의 내전압 분포 그래프이다. 좌측에 나타내는 종래 구조의 X선관의 내전압 분포 그래프에 의하면, 내전압의 분포는 7 ∼ 12㎸이고, 그 평균값은 9.5㎸이다. 이에 대해, 우측에 나타내는 제1실시예의 X선관(1)의 내전압 분포 그래프에 의하면, 내전압의 분포는 11 ∼ 14이고, 그 평균값은 13㎸이며, 분포 범위 및 평균값의 어느 것에 대해서도 종래 구조의 것보다 높다.

이상 설명한 제1실시예에서는 중앙판부의 4변에 4개의 판체가 연속되어 있는 판재를 준비하고, 중앙판부와 각 판체의 경계를 절곡가공하는 것에 의해서 제2제어전극을 형성하고 있고, 그때, 완성된 상자형의 제2제어전극의 코너부가 만곡형상으로 되도록, 중앙판부의 4개의 코너를 만곡형상으로 하는 동시에. 중앙판부의 상기 각 코너에 대응하는 판체의 각 코너를 만곡형상으로 하고 있고, 제2제어전극의 코너부에는 주위가 만곡형상으로 된 구멍이 형성되도록 하였다. 상술한 바와 같이, 이러한 구조라도, 상자형 구조의 코너부가 뾰족한 형상인 것보다는 높은 내전압 성능이 얻어지고, 또 절곡가공이기 때문에 제조 비용도 저렴하게 억제할 수 있다.

또한, 제2제어전극의 코너부를 만곡형상으로 형성하는 제조 방법으로서는 상기 제1실시예에서 설명한 절곡가공에 의한 구조 이외에, 이것보다 비용적으로는 약간 높아지지만, 압축가공을 채용할 수도 있다.

본 발명의 제2실시예를 도 7을 참조해서 설명한다.

도 7에 나타내는 X선관(1′)은 제1실시예와 기본적인 구조가 동일한 평형관 타입이기 때문에, 제1실시예와 다른 제2제어전극(24)의 구조를 중심으로 설명하고, 그 밖의 부분에 대해서는 제1실시예에 관한 설명을 원용하고, 도 7에는 제1실시예에 대응하는 부호를 붙이는 것으로 한다.

본 실시예에 있어서의 제2제어전극(24)은 도 7에 나타내는 바와 같이, 개구부(25)의 긴쪽 방향과 교차하는 방향의 단면이 반원형상이고, 중앙부가 돌출된 만곡형상, 또는 원통형을 축 방향으로 평행하게 축을 통과하는 단면에서 2등분할한 경우의 한쪽과 같은 형상으로 구성되어있다.

본 실시예의 X선관(1′)에 의하면, 용기부(5)의 내부에서 음극(11)과 제1제어전극(12)을 덮고 있는 제2제어전극(24)은 전극류의 가장 외측에 있기 때문에, 용기부(5)의 내면에 직접 대면하고 있다. 그리고, 제2제어전극(24)은 특히 배면판(6)에 전자를 챠지시키지 않도록 하기 위해, 배면판(6)의 대부분을 덮는 바와 같은 크기로 형성되어있다.

그러나, 이 X선관(1′)에 의하면, 전자의 조사범위를 규제하는 개구부(25)의 긴쪽 방향과 교차하는 방향의 단면형상을, 중앙부가 돌출된 만곡형상으로 되도록 구성하고 있으므로, 전체적으로 둘레형상의 외형으로 되고, 부분적으로 뾰족한 코너부와 능선부가 없기 때문에, 방전을 유발하는 전계의 집중이 일어나기 어렵게 되어있다. 또한, 어느 부분에 있어서도, 패키지(2)의 내면으로부터의 거리가 종래의 상자형의 제2제어전극에 비해서 크게 되어있다.

여기서, X선을 방출하기 위해 X선 타겟(9)에 수 ㎸ 정도의 고전압을 인가하고, 종래의 상자형의 제2제어전극이면 방전이 발생하는 바와 같은 전계가 가해졌다고 해도, 이 X선관(1′)에 의하면, 뾰족한 부분에의 전계의 집중에 의해서 방전이 발생할 가능성이 적고, 또 패키지(2)의 내면으로부터의 거리가 종래보다 크므로, 충분한 내전압을 얻을 수 있었다. 즉, 방전은 미연에 방지되며, 방전으로 인한 패키지(2)의 손상 등에 의한 리크의 발생은 확실하게 방지할 수 있다.

1, 1′ : X선관 2 : 패키지
3 : 창부 4 : 기판
5 : 용기부 8 : X선 투과창
9 : X선 타겟 11 : 전자원으로서의 음극
12 : 제1제어전극 14 : 제2제어전극
17 : 제2제어전극(14)의 개구부 20 : 코너부
24 : 제2제어전극 25 : 제2제어전극(24)의 개구부
30 : 능선부

Claims (4)

1. 창(窓)부가 형성된 X선 불투과성의 기판과, 상기 기판의 외면측으로부터 상기 창부를 폐지하도록 설치된 X선 투과창과, 상기 기판의 내면측으로부터 상기 창부에 설치된 X선 타겟과, 상기 기판의 내면측에 취부되어 내부가 고진공 상태로 된 용기부와, 상기 용기부의 내부에 설치되어 상기 X선 타겟에 전자를 공급하는 전자원과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 X선 타겟의 사이에 배치되어 상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 제1제어전극과, 상기 용기부의 내부에서 상기 전자원과 상기 제1제어전극을 덮도록 배치되어 전자선의 조사범위를 규제하는 상자형의 제2제어전극을 구비한 X선관으로서,
   상기 제1제어전극은, 상기 전자원을 덮도록 배치되고, 상기 전자원으로부터 인출한 전자를 통과시키는 개구부를 구비하고,
   상기 제2제어전극은, 상기 전자원과 상기 제1제어전극을 덮도록 배치된 전극이고, 또한, 상기 제1제어전극의 개구부보다 좁게 형성됨으로써 전자선의 조사범위를 결정하는 개구부를 구비하고,
   상기 제2제어전극의 코너부를 만곡형상으로 형성하며,
   상기 제2제어전극은, 금속판을 상자형으로 가공하여 이루어지고, 상기 코너부를 구성하기 위해 접하고 있는 상기 금속판의 3개의 평면의 각 정점이 만곡형상으로 가공됨으로써, 상기 코너부에 가장자리부가 만곡한 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 X선관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2제어전극의 능선부를 만곡형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 X선관.
3. 제1항에 있어서,
   4개의 코너가 만곡형상으로 형성된 중앙판부와 상기 중앙판부의 4변에 연속되어 있고 상기 중앙판부의 상기 각 코너에 대응하는 코너가 만곡형상으로 형성된 4개의 상기 금속판으로 이루어지는 판재를, 상기 중앙판부와 상기 금속판의 경계에서 절곡가공하여 상기 제2제어전극을 형성한 것을 특징으로 하는 X선관.
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