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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlungserzeuger mit einer Anode, die mit einer Mehrzahl von Röntgenstrahlungserzeugungszonen versehen ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Röntgenanalysevorrichtung, die den Röntgenstrahlungserzeuger nutzt.
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STAND DER TECHNIK
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In Röntgenanalysevorrichtungen, d. h. Röntgendiffraktometern, Röntgenfluoreszenzgeräten, Kleinwinkelröntgenstreuungsgeräten und dergleichen, wird ein Prüfkörper für die Analyse gezielt mit erzeugten Röntgenstrahlen aus einem Röntgenstrahlungserzeuger bestrahlt. In einem typischen Röntgenstrahlungserzeuger werden aus einer Kathode erzeugte Elektronen mit der Oberfläche einer Anode in Kollision gebracht und erzeugen dadurch Röntgenstrahlen aus der Oberfläche der Anode. Die Region, in der die Elektronen kollidieren, d. h. der Bereich, in dem die Röntgenstrahlen erzeugt werden, wird typischerweise als Röntgenfokus bezeichnet.
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Die Wellenlänge der aus der Anode erzeugten Röntgenstrahlen wird durch das Material der Region bestimmt, die dem Röntgenfokus in der Anode entspricht. Bekannte Materialien für Anoden umfassen Cu (Kupfer), Mo (Molybdän), Cr (Chrom), Co (Kobalt) und dergleichen. Das Material der Anode wird je nach Art der auszuführenden Analyse entsprechend ausgewählt. Für den Fall, dass eine Strukturanalyse eines Proteins durch ein Röntgendiffraktometer durchzuführen ist, würden mehrere aus der obigen Mehrzahl von Materialien ausgewählte Materialien eingesetzt.
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Gemäß Patentliteratur 1 ist ein Röntgenstrahlungserzeuger bekannt, in dem zwei Arten von Röntgenstrahlungserzeugungszone an einer einzelnen Anode vorgesehen sind und nach Bedarf eine der zwei Röntgenstrahlwellenlängen in einem einzelnen Röntgenstrahlungserzeuger selektiv erzeugt wird, indem eine der Zonen in einer Position gegenüberliegend zu einer Kathode angeordnet wird. In diesem Röntgenstrahlungserzeuger wird über die Drehung einer Gewindewelle die Bewegung einer mobilen Plattform bewirkt, wodurch bewirkt wird, dass eine von der mobilen Plattform getragene Anode sich relativ zu einer Kathode bewegt, und diese relative Bewegung bewirkt, dass eine der beiden Arten von Röntgenstrahlzone selektiv in einer der Kathode gegenüberliegenden Position angeordnet wird.
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Die Vorrichtung von Patentliteratur 1 weist ein Problem dahingehend auf, dass die Parallelbewegung der Anode von nur einem Antriebsmechanismus bewirkt wird, der an einer Position getrennt von der Drehmittelachse der Anode angeordnet ist, weshalb die Anode einem seitlichen Schwingen und Kippen während der Parallelbewegung unterliegt, was es schwierig macht, die Position der Röntgenstrahlungserzeugungszone gegenüber der Kathode richtig zu bestimmen.
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Weiterhin ist gemäß Patentliteratur 2 eine Ausgestaltung bekannt, in der ein die Anode halterndes Anodengehäuse durch saugluftbewirkten Unterdruck bewegt wird, und diese Bewegung bewirkt, dass eine der an der Anode vorgesehenen zwei Arten von Röntgenstrahlzone selektiv in eine der Kathode gegenüberliegenden Position angeordnet wird. In der Vorrichtung von Patentliteratur 2 erfolgt jedoch das Anlegen des saugluftbewirkten Unterdrucks an einer von der Drehmittelachse der Anode getrennten Position, weshalb die Anode während der Parallelbewegung letztlich in ein seitliches Schwingen und Kippen gerät, was es schwierig macht, die Position der Röntgenstrahlungserzeugungszone gegenüber der Kathode richtig zu bestimmen.
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Gemäß Patentliteratur 3 ist weiterhin eine Ausgestaltung bekannt, in der bewirkt wird, dass eine Drehanode, die mit mehreren Röntgenstrahlungserzeugungszonen versehen ist, sich parallel zu einer Kathode bewegt, wodurch bewirkt wird, dass eine der mehreren Röntgenstrahlungserzeugungszonen in einer der Kathode gegenüberliegenden Position angeordnet wird. Darüber hinaus wird in 5 der Patentliteratur 3 ein Verfahren zum Vorspannen der Anode in eine Richtung mit Hilfe einer Feder offenbart.
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Patentliteratur 3 gibt jedoch keine spezielle Ausgestaltung für die Bewirkung der Parallelbewegung der Drehanode an. Daraus folgt das Fehlen einer Erläuterung eines Verfahrens zur Vermeidung des seitlichen Schwingens oder Kippens der Anode während der Parallelbewegung.
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Gemäß Patentliteratur 4 ist ferner eine Ausgestaltung bekannt, in der ein bewegliches schraubenförmiges Element in Bewegung versetzt wird, wodurch bewirkt wird, dass sich eine mit mehreren Röntgenstrahlungserzeugungszonen versehene Drehanode parallel zu einer Kathode bewegt, was dazu führt, dass eine der mehreren Röntgenstrahlungserzeugungszonen in einer der Kathode gegenüberliegenden Position angeordnet wird. 1 von Patentliteratur 4 offenbart zudem ein Verfahren zum Beaufschlagen der Anode mittels eines Federkraftelements, wie einer Schraubenfeder, was es ermöglicht, die bewegliche Schraube mit geringer Kraft zu bewegen, unter Ausgleich der Kraft, mit der die Drehanode bei atmosphärischem Druck in Richtung einer Anodenaufnahmekammer gedrückt wird.
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In der Vorrichtung von Patentliteratur 4 wird die äußere Peripheriefläche des Wellenabschnitts der Drehanode so betrieben, dass sie als Führungsfläche dient, und die Drehanode wird in eine Parallelbewegung versetzt. Der als Führungsfläche dienende Wellenabschnitt der Drehanode ist nicht der Hauptpunkt. Darüber hinaus ist die Ausbildung des Wellenabschnitts der Drehanode zur hochpräzisen Führungsfläche aus Verarbeitungssicht äußerst schwierig. Dementsprechend ist die Vorrichtung von Patentliteratur 4 mit dem Risiko verbunden, dass die Anode während der Parallelbewegung zur Seite schwingt oder kippt, wodurch es schwierig wird, die Position der der Kathode gegenüberliegenden Röntgenstrahlungserzeugungszone richtig zu bestimmen.
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ZITATLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: Mikrofilm der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. H3-043251 ( Japanisches Ungeprüftes Gebrauchsmuster Veröffentlichung Nr. H3-43251 )
- Patentliteratur 2: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2008-269933
- Patentliteratur 3: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. H5-135722
- Patentliteratur 4: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. H8-236050
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Vor dem Hintergrund der Probleme mit den oben erwähnten herkömmlichen Vorrichtungen besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Röntgenstrahlungserzeugers, der ein seitliches Schwingen oder Kippen einer mit mehreren Röntgenstrahlungserzeugungszonen versehenen Anode während der Parallelbewegung verhindern kann und eine korrekte und reproduzierbare Positionsgenauigkeit erzielen kann.
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PROBLEMLÖSUNG
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Der Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Kathode zur Erzeugung von Elektronen; eine Anode, die der Kathode gegenüber vorgesehen ist und mit wenigstens zwei benachbart zueinander angeordneten Röntgenstrahlungserzeugungszonen versehen ist; ein Gehäuse, das einen Innenraum zur Aufnahme der Kathode und der Anode aufweist und das mit der Kathode einstückig ist; mehrere Antriebsmittel zum Bewirken einer Bewegung der Anode in Bezug auf das Gehäuse; mehrere Führungsmittel zum Führen der Bewegung der Anode in Bezug auf das Gehäuse; und ein Dichtungselement, um den Innenraum des Gehäuses luftdicht zu halten, wobei die Mittelachse des Dichtungselements sich in einer Richtung parallel zu der Richtung erstreckt, in der die zwei oder mehr Röntgenstrahlungserzeugungszonen gereiht sind; wobei: die mehreren Antriebsmittel an unterschiedlichen Positionen in der Oberfläche senkrecht zur Mittelachse des Dichtungselements vorgesehen sind; die mehreren Antriebsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements gleichförmig vorgesehen sind; die mehreren Führungsmittel an unterschiedlichen Positionen in der Oberfläche senkrecht zur Mittelachse des Dichtungselements vorgesehen sind; und die mehreren Führungsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements gleichförmig vorgesehen sind.
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Gemäß dem Röntgenstrahlungserzeuger der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Antriebsmittel und die mehreren Führungsmittel jeweils gleichförmig in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements angeordnet, weshalb sich die Anode ordnungsgemäß auf parallele Weise ohne Kippen oder seitliches Schwingen bewegen kann. Die wenigstens zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen können dementsprechend der Kathode mit gleicher Entfernung und mit gleichem kathodenbezogenen Winkel gegenüberliegen. Mit anderen Worten lässt sich eine Positionsgenauigkeit mit korrekter Reproduzierbarkeit für die zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen in Bezug auf die Kathode erreichen. Infolge dessen können unter gleichen Bedingungen Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen aus den zwei oder mehr Röntgenstrahlungserzeugungszonen erzeugt werden.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die mehreren Antriebsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements einen gleichen Abstand zueinander aufweisen und in winkelgleichen Intervallen zueinander um die Mittelachse herum angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine viel zuverlässigere Vermeidung des seitlichen Schwingens oder Kippens der Anode während der Parallelbewegung.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung weisen die mehreren Antriebsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements einen gleichen Abstand zueinander auf und können in der senkrecht zur Mittelachse stehenden Oberfläche punktsymmetrisch zur Mittelachse des Dichtungselements oder liniensymmetrisch zu einer durch die Mittelachse verlaufenden Linie angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger der vorliegenden Erfindung weisen die mehreren Führungsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements einen gleichen Abstand zueinander auf und können in winkelgleichen Intervallen zueinander um die Mittelachse herum angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine viel zuverlässigere Vermeidung des seitlichen Schwingens oder Kippens der Anode während der Parallelbewegung.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung können die mehreren Führungsmittel in der senkrecht zur Mittelachse des Dichtungselements stehenden Oberfläche punktsymmetrisch zur Mittelachse oder liniensymmetrisch zu einer durch die Mittelachse verlaufenden Li- nie angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung.
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Der Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Absaugmittel zur Absaugung des Innenraums des Gehäuses und Reduzierung des Drucks sowie mehrere Federkraftbeaufschlagungsmittel zur Beaufschlagung der Anode in Richtung des Austritts aus dem Innenraum des Gehäuses umfassen. Die mehreren Federkraftbeaufschlagungsmittel können an unterschiedlichen Positionen in der Oberfläche senkrecht zur Mittelachse des Dichtungselements vorgesehen sein, und die mehreren Federkraftbeaufschlagungsmittel können gleichförmig in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements vorgesehen sein. Falls Federkraftbeaufschlagungsmittel vorgesehen sind, kann die Saugkraft in der einer Vakuumierung unterzogenen Anode durch die von den Federkraftbeaufschlagungsmitteln erzeugte Federkraft vermindert werden.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die mehreren Federkraftbeaufschlagungsmittel in Bezug auf die Mittelachse des Dichtungselements einen gleichen Abstand zueinander aufweisen und in winkelgleichen Intervallen zueinander um die Mittelachse herum angeordnet sind. Dies ermöglicht eine viel zuverlässigere Vermeidung des seitlichen Schwingens oder Kippens der Anode während der Parallelbewegung. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung können die mehreren Federkraftbeaufschlagungsmittel in der senkrecht zur Mittelachse des Dichtungselements stehenden Oberfläche punktsymmetrisch zur Mittelachse oder liniensymmetrisch zu einer durch die Mittelachse verlaufenden Linie angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Realisierung der „Gleichförmigkeit“ der oben erwähnten Ausgestaltung.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Dichtungselement einen Faltenbalg umfassen. Durch Verwendung eines Faltenbalgs kann eine die Anode stützende Stützplatte problemlos parallel verfahren, während der Innenraum des Gehäuses luftdicht gehalten wird.
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Im Röntgenstrahlungserzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung können die Antriebsmittel einen Luftzylinder umfassen, um eine Einund Ausfahrbewegung eines Ausfahrstabes per Luftkraft zu bewirken. Dies gestattet ein schnelles paralleles Verfahren eines Anodenstützkörpers mit der richtigen Hublänge, d. h. mit der korrekten Wegstrecke.
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Die Röntgenanalysevorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst nunmehr einen Röntgenstrahlungserzeuger der oben offenbarten Ausgestaltung und ein röntgenoptisches System, das die vom Röntgenstrahlungserzeuger erzeugten Röntgenstrahlen nutzt. Ein röntgenoptisches System ist beispielsweise durch einen Divergenzspalt, einen Prüfkörper, einen Streuschlitz, einen Lichtaufnahmeschlitz und einen Röntgenstrahldetektor ausgestaltet. Im röntgenoptischen System können je nach Bedarf auch andere röntgenoptische Komponenten enthalten sein. Solche röntgenoptische Komponenten können zum Beispiel ein Kollimator, ein Sollerschlitz und ein Monochromator sein.
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Gemäß der Röntgenanalysevorrichtung der vorliegenden Erfindung sind im eingebauten Röntgenstrahlungserzeuger mehrere Antriebsmittel und mehrere Führungsmittel jeweils gleichförmig in Bezug auf die Mittelachse eines Dichtungselements angeordnet, weshalb sich eine Anode ordnungsgemäß auf parallele Weise ohne seitliches Schwingen oder Kippen bewegt. Die wenigstens zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen können dementsprechend einer Kathode mit gleicher Entfernung und mit gleichem kathodenbezogenen Winkel gegenüberliegen. Mit anderen Worten lässt sich eine Positionsgenauigkeit mit korrekter Reproduzierbarkeit für die zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen in Bezug auf die Kathode erreichen. Infolge dessen können unter gleichen Bedingungen Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen aus den verschiedenen Röntgenstrahlungserzeugungszonen erzeugt werden.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß dem Röntgenstrahlungserzeuger und der Röntgenanalysevorrichtung der vorliegenden Erfindung sind mehrere Antriebsmittel und mehrere Führungsmittel jeweils gleichförmig in Bezug auf die Mittelachse eines Dichtungselements angeordnet, weshalb sich eine Anode ordnungsgemäß auf parallele Weise ohne seitliches Schwingen oder Kippen bewegt. Die wenigstens zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen können dementsprechend der Kathode mit gleicher Entfernung und mit gleichem kathodenbezogenen Winkel gegenüberliegen. Mit anderen Worten lässt sich eine Positionsgenauigkeit mit korrekter Reproduzierbarkeit für die zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen in Bezug auf die Kathode erreichen. Infolge dessen können unter gleichen Bedingungen Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen aus den zwei oder mehr Röntgenstrahlungserzeugungszonen erzeugt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Vorderansicht, die eine Ausführungsform der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform des Röntgenstrahlungserzeugers gemäß der vorliegenden Erfindung entlang Pfeil A in 1 darstellt;
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3 ist eine Längsquerschnittsansicht des Röntgenstrahlungserzeugers entlang der Linie B-B von 2;
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4 ist eine Querschnittsdraufsicht des Röntgenstrahlungserzeugers entlang der Linie C-C von 2;
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5 ist eine Querschnittsansicht der Hilfseinheit entlang der Linie G-G von 2;
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6 ist ein Vorderaufriss, der eine andere Ausführungsform des Röntgenstrahlungserzeugers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist ein Vorderaufriss, der noch eine andere Ausführungsform des Röntgenstrahlungserzeugers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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8 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Röntgenanalysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Röntgenstrahlungserzeuger und die Röntgenanalysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend jeweils anhand von Ausführungsformen beschrieben. Es wird deutlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. In den an die vorliegende Beschreibung angehängten Figuren werden Einzelbestandteile in bestimmten Einzelfällen für ein besseres Verständnis der kennzeichnenden Merkmale abweichend vom originalen Maßstab dargestellt.
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(Röntgendiffraktometer)
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1 ist eine Vorderansicht zur Darstellung eines Röntgendiffraktometers 1 als eine Ausführungsform der Röntgenanalysevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung. Die in der Papierblattebene der Zeichnung verlaufende Richtung ist die vertikale Richtung, und die senkrecht zum Papierblatt verlaufende Richtung ist die horizontale Richtung. Dieses Röntgendiffraktometer 1 weist einen Röntgenstrahlungserzeuger 2 und ein Goniometer 3 auf. Das Goniometer 3 weist eine θ-Rotationsplattform 4, eine 2θ-Rotationsplattform 5 und einen aus der 2θ-Rotationsplattform 5 herausragenden Detektor-Arm 6 auf.
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Die θ-Rotationsplattform 4 ist um die eigene Mittelachse ω drehbar. Die Mittelachse ω erstreckt sich in 1 in der Richtung senkrecht zum Papierblatt. Die 2θ-Rotationsplattform 5 ist ebenso um die gleiche Mittelachse ω drehbar. Zwischen dem Röntgenstrahlungserzeuger 2 und dem Goniometer 3 ist ein Divergenzspalt 7 angeordnet. Dieser Divergenzspalt 7 reguliert die Divergenz der aus dem Röntgenstrahlungserzeuger 2 austretenden Röntgenstrahlen und bewirkt, dass die Röntgenstrahlen einen Prüfkörper S bestrahlen.
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Ein Prüfkörperhalter 10 ist an der θ-Rotationsplattform 4 abnehmbar installiert, und der zu messende Prüfkörper S wird innerhalb des Prüfkörperhalters 10 aufgenommen. Beispielsweise kann der Prüfkörper S in eine am Prüfkörperhalter 10 vorgesehene Aussparung oder Durchgangsöffnung eingelegt werden. Am Detektor-Arm 6 sind über ein Röntgenstrahldetektionsmittel ein Streuschlitz 11, ein Aufnahmeschlitz 12 und ein zweidimensionaler Röntgenstrahldetektor 13 vorgesehen. Der Streuschlitz 11 verhindert, dass für die Zwecke der Analyse unerwünschte Streustrahlen in den Röntgenstrahldetektor 13 gelangen. Der Aufnahmeschlitz 12 lässt aus dem Prüfkörper S austretende sekundäre Röntgenstrahlen, z. B. gebeugte Röntgenstrahlen, passieren, während er andere, unerwünschte Röntgenstrahlen blockiert.
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Der zweidimensionale Röntgenstrahldetektor 13 weist einen zweidimensionalen Sensor 14 auf. Der zweidimensionale Sensor 14 ist ein Röntgensensor mit einer Positionsauflösungsfunktion in einem zweidimensionalen Bereich (d. h. innerhalb einer Ebene). Eine Positionsauflösungsfunktion ist eine Funktion zur Erkennung der Röntgenstrahlintensität je Position. Dieser zweidimensionale Sensor 14 ist ein Röntgenstrahldetektor mit beispielsweise einer Mehrzahl von zweidimensional (d. h. ebenflächig) angeordneten photonenzählertypischen Pixeln. Der Sensor hat als Funktion das Ausgeben elektrischer Signale einer Größenordnung, die der Intensität der von den einzelnen photonenzählertypischen Pixeln aufgenommenen Röntgenstrahlintensität entspricht. Deshalb ist der zweidimensionale Sensor 14 zum gleichzeitigen Aufnehmen von flächigen Röntgenstrahlen aus einer Mehrzahl von Pixeln und zum unabhängigen Ausgeben von elektrischen Signalen aus jedem dieser Pixel ausgelegt.
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Der zweidimensionale Sensor 14 könnte auch aus einem zweidimensionalen ladungsgekoppelten (CCD-)Sensors ausgestaltet sein. Ein zweidimensionaler CCD-Sensor ist ein zweidimensionaler Sensor, in dem einzelne Pixel zum Aufnehmen von Röntgenstrahlen durch ladungsgekoppelte Bausteine (CCDs) ausgebildet werden.
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Je nach Art der ausgeführten Messung könnte an Stelle des zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors 13 ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor verwendet werden. Ein eindimensionaler Röntgenstrahldetektor ist ein Röntgendetektor mit einer Positionsauflösungsfunktion in einem eindimensionalen Bereich (d. h. in einem linearen Bereich). Der eindimensionale Röntgenstrahldetektor kann beispielsweise ein positionsempfindlicher Proportionalzähler (PSPC), ein Röntgenstrahldetektor, der einen eindimensionalen CCD-Sensor nutzt, ein Röntgenstrahldetektor, in dem eine Mehrzahl von photonenzählertypischen Pixeln eindimensional angeordnet ist, oder dergleichen sein.
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Je nach Art der ausgeführten Messung könnte an Stelle des zweidimensionalen Röntgenstrahldetektors 13 ein 0(null)-dimensionaler Röntgenstrahldetektor verwendet werden. Ein 0(null)-dimensionaler Röntgenstrahldetektor ist ein Röntgendetektor ohne Positionsauflösungsfunktion in Bezug auf die Röntgenstrahlintensität. Dieser 0(null)-dimensionale Röntgenstrahldetektor kann beispielsweise ein Röntgenstrahldetektor, der einen Proportionalzähler (PC) nutzt, ein Röntgenstrahldetektor, der einen Szintillationszähler (SC) nutzt, oder dergleichen sein.
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Der Röntgenstrahlungserzeuger 2 ist an einer gegebenen Position fest angeordnet. Dieser Röntgenstrahlungserzeuger 2 umfasst eine Kathode 16, die durch elektrisches Leiten thermische Elektronen emittiert, und eine Drehanode 17, die der Kathode 16 gegenüber angeordnet ist. Emittierte Elektronen von der Kathode 16 prallen mit hoher Geschwindigkeit auf die äußere Peripheriefläche der Drehanode 17. Der Bereich, in dem die Elektronen aufprallen, ist ein Röntgenfokus F, und in diesem Röntgenfokus werden Röntgenstrahlen erzeugt. Die flächige Form des Röntgenfokus beträgt zum Beispiel 0,3 mm × 3 mm. Die von der Drehanode 17 erzeugten Röntgenstrahlen R1, deren Divergenzwinkel dann durch den Divergenzspalt 7 reguliert wurde, treffen auf dem Prüfkörper S auf.
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Die θ-Rotationsplattform 4 dreht sich um die Achse ω und wird dabei von einer θ-Drehantriebsvorrichtung 20 angetrieben. Diese Rotation ist eine diskontinuierliche Drehung mit vorgeschriebenen Schrittwinkeln oder eine kontinuierliche Drehung mit vorgeschriebener Winkelgeschwindigkeit. Diese Drehung der θ-Rotationsplattform 4 ist eine Drehung, die stattfindet, um den Einfallswinkel θ der Röntgenstrahlen auf den Prüfkörper S zu ändern, und wird typischerweise θ-Rotation genannt.
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Die 2θ-Rotationsplattform 5 dreht sich um die Achse ω und wird dabei von einer 2θ-Drehantriebsvorrichtung 21 angetrieben. Diese Drehung wird typischerweise als 2θ-Rotation bezeichnet. Diese 2θ-Rotation ist eine Drehung, die so stattfindet, dass, wenn sekundäre Röntgenstrahlen (z. B. gebeugte Röntgenstrahlen) R2 vom Prüfkörper S zu Zeitpunkten erzeugt werden, an denen Röntgenstrahlen mit einem Einfallswinkel θ auf den Prüfkörper auftreffen, die sekundären Röntgenstrahlen vom Röntgenstrahldetektor 13 aufgenommen werden können.
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Die θ-Rotationsantriebsvorrichtung 20 und die 2θ-Rotationsantriebsvorrichtung 21 können mit beliebigen Rotationsantriebsvorrichtungen ausgestaltet werden. Eine solche Rotationsvorrichtung kann beispielsweise aus einer Rotationskraftquelle und einer Kraftübertragungsvorrichtung ausgestaltet werden. Die Rotationskraftquelle kann beispielsweise mit einem drehzahlgeregelten Motor, z. B. Servomotor, oder einem Schrittmotor ausgestaltet sein. Die Kraftübertragungsvorrichtung kann beispielsweise mit einer an der Abtriebswelle der Rotationskraftquelle befestigten Schnecke und einem mit der Schnecke kämmenden Schneckenrad ausgestaltet sein und ist an der Mittelwelle der θ-Rotationsplattform 4 oder an der Mittelwelle der 2θ-Rotationsplattform 5 befestigt.
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Wenn die θ-Rotationsplattform 4 und der auf ihr installierte Prüfkörper S eine θ-Rotation erfahren und die 2θ-Rotationsplattform 5 und der von ihr gestützte Röntgenstrahldetektor 13 eine 2θ-Rotation erfahren, ist der Röntgenfokus F fest auf einem zur Achse ω zentrierten Goniometerkreis Cg angeordnet, während der Röntgenerfassungspunkt des Aufnahmeschlitzes 12 sich über den Goniometerkreis Cg bewegt. Während der θ-Rotation des Prüfkörpers S und 2θ-Rotation des Röntgenstrahldetektors 13 befinden sich der Röntgenstrahlfokus F, die ω-Achse und der Röntgenstrahl-Erfassungspunkt des Aufnahmeschlitzes 12 auf einem Fokussierkreis Cf. Der Goniometerkreis Cg ist ein hypothetischer Kreis mit konstantem Radius, und der Fokussierkreis Cf ist ein hypothetischer Kreis, dessen Radius sich in Verbindung mit Änderungen des Winkels θ und des Winkels 2θ ändert.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das röntgenoptische System mit dem Divergenzspalt 7, dem Prüfkörper S, dem Streuschlitz 11, dem Aufnahmeschlitz 12 und dem Röntgenstrahldetektor 13 ausgestaltet. Bei Bedarf kann das röntgenoptische System weitere röntgenoptische Elemente umfassen. Solche röntgenoptischen Elemente könnten zum Beispiel ein Kollimator, ein Sollerschlitz, ein Monochromator oder dergleichen sein.
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Es folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise des Röntgendiffraktometers 1 gemäß obiger Ausgestaltung. Zuerst werden die verschiedenen vorhandenen röntgenoptischen Elemente auf dem vom Röntgenfokus F zum Röntgendetektor 13 führenden Röntgenpfad auf der röntgenoptischen Achse positionskorrekt ausgerichtet. Das heißt, es erfolgt eine Einstellung der optischen Achse. Als nächstes werden der Röntgenstrahl-Einfallswinkel θ zum Prüfkörper S und der Beugungswinkel 2θ des Röntgendetektors 13 auf die gewünschten Ausgangspositionen (Nullstellungen) eingestellt.
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Als nächstes werden ausgehend von der Kathode 16 thermische Elektronen erzeugt, indem Strom durch die Kathode 16 geleitet wird, um diese zu erwärmen. Diese Elektronen, obwohl sie in Vorschubrichtung durch ein elektrisches Feld eingeschränkt werden, das gewöhnlich durch einen Wehnelt- Zylinder (nicht dargestellt) angelegt wird, prallen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Drehanode 17 und bilden den Röntgenfokus F. Röntgenstrahlen einer vom Material der Drehanode 17 abhängigen Wellenlänge werden dann aus dem Röntgenfokus F emittiert. Der Strom, der aufgrund der elektrischen Zuleitung zur Kathode 16 von der Kathode 16 zur Anode 17 fließt, wird typischerweise als Röhrenstrom bezeichnet. Zur Beschleunigung der Elektronen, die von der Kathode 16 emittiert werden und mit der Drehanode 17 kollidieren, wird eine vorgeschriebene hohe Spannung über die Kathode 16 und die Drehanode 17 angelegt. Diese Spannung wird typischerweise als Röhrenspannung bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Röhrenspannung und der Röhrenstrom auf 30–60 kV bzw. 10–120 mA eingestellt. Das Drehanodenmaterial wird weiter unten erörtert.
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Die aus dem Röntgenstrahlungserzeuger 2 emittierten und divergierenden Röntgenstrahlen R1 umfassen kontinuierliche Röntgenstrahlen, die Röntgenstrahlen verschiedener Wellenlängen umfassen, und charakteristische Röntgenstrahlen spezifischer Wellenlänge. Für den Fall, dass eine Auswahl gewünschter charakteristischer Röntgenstrahlen aus diesen Röntgenstrahlen gewünscht ist, ist auf dem vom Röntgenstrahlungserzeuger 2 zum Prüfkörper S führenden röntgenoptischen Pfad ein einfallseitiger Monochromator ("Einfallmonochromator") angeordnet. Die Röntgenstrahlen R1, deren Divergenz durch den Divergenzspalt 7 reguliert wird, bestrahlen den Prüfkörper S. In Intervallen, in denen der Prüfkörper eine θ-Rotation erfährt und der Röntgenstrahldetektor 13 eine 2θ-Rotation erfährt, wenn die auf den Prüfkörper S ein- fallenden Röntgenstrahlen R1 eine vorgeschriebene Rotationsbedingung in Bezug auf die Kristallgitterebenen im Prüfkörper, insbesondere einen dem Braggschen Beugungswinkel entsprechenden Winkelzustand, erfüllen, werden vom Prüfkörper S sekundäre Röntgenstrahlen, z. B. gebeugte Strahlen R2, mit einem Beugungswinkel von 2θ erzeugt. Diese gebeugten Strahlen R2 passieren den Streuschlitz 11 und den Aufnahmeschlitz 12 zur Aufnahme durch den Röntgendetektor 13. Der Röntgendetektor 13 gibt ein Signal aus, das von der Zählung der an einzelnen Pixeln des Röntgendetektors 13 aufgenommenen Röntgenstrahlen abhängig ist, und auf Grundlage dieses Ausgabesignals wird die Röntgenstrahlintensität berechnet.
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Der oben beschriebene Prozess zur Berechnung der Röntgenstrahlintensität wird an jedem Winkel der einfallenden Röntgenstrahlwinkel θ und Beugungswinkel 2θ durchgeführt, wobei im Ergebnis an jeder Winkelposition des Beugungswinkels 2θ eine Röntgenstrahlintensität I(2θ) abgeleitet wird. Durch Darstellung der Röntgenstrahlintensität I(2θ) in Flächenkoordinaten, bei denen der Beugungswinkel 2θ die horizontale Achse und die Röntgenstrahlintensität I die vertikale Achse ist, wird ein Beugungslinienmuster bekannten Typs abgeleitet. Durch anschließendes Beobachten der erzeugten Intensität (I) und des Winkels (2θ), bei dem die im Beugungslinienmuster erscheinende Spitzenwertwellenform der Röntgenstrahlintensität erzeugt wird, kann die interne Struktur des Prüfkörpers S analysiert werden.
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(Röntgenstrahlungserzeuger)
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Nachstehend wird der Röntgenstrahlungserzeuger 2 im Detail beschrieben.
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2 zeigt den Röntgenstrahlungserzeuger 2, der entlang Pfeil A in 1 betrachtet wird. 3 zeigt die Längsquerschnittsstruktur des Röntgenstrahlungserzeugers 2 entlang der Linie B-B von 2. 4 zeigt die planare Querschnittsstruktur des Röntgenstrahlungserzeugers entlang der Linie C-C von 2. Der Röntgenstrahlungserzeuger 2 in 2 und 4 weist die zuvor erwähnte Kathode 16, die zuvor erwähnte Drehanode 17, eine Anodeneinheit 24, welche die Drehanode 17 umfasst, und einen Faltenbalg 36 als Dichtmaterial auf.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein geschweißter Faltenbalg 36 eingesetzt. Der geschweißte Faltenbalg weist eine Akkordeonform auf, in der die äußeren Peripherien und inneren Peripherien mehrerer dünner ringförmiger Metallplatten durch Schweißen zusammengefügt werden. Der Faltenbalg 36 ist von runder Form, wenn in Richtung von Pfeil A betrachtet, und insgesamt von zylindrischer Form. An der äußeren Peripheriefläche der Drehanode 17 sind zwei Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A, 27B vorgesehen, die benachbart zueinander aufgereiht sind. Die Mittelachse X1 der zylindrischen Form des Faltenbalgs 36 erstreckt sich in der Richtung, in der die Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A bis 27B gereiht sind (vertikale Richtung in 4).
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Ein Ende des Faltenbalgs 36 (das oberseitige Ende in 4) ist fest mit dem ersten Flansch 36a verbunden, beispielsweise durch Schweißen. Das andere Ende des Faltenbalgs 36 (das unterseitige Ende in 4) ist fest mit einem zweiten Flansch 36b verbunden, beispielsweise durch Schweißen.
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Für die Flächenform und Dicke des ersten Flansches 36a und des zweiten Flansches 36b kann neben den dargestellten Formen nach Bedarf eine beliebige Form gewählt werden. In einigen Fällen kann der Faltenbalg 36 durch einen geformten Faltenbalg an Stelle eines geschweißten Faltenbalgs oder durch einen Faltenbalg anderer Ausgestaltung ausgebildet werden. Geformte Faltenbälge sind Faltenbälge, die durch ein Formverfahren statt Schweißen ausgebildet werden.
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In 3 und 4 ist der erste Flansch 36a des Faltenbalgs 36 durch eine Schraube oder ein anderes Befestigungsmittel an einem Basiselement 29 befestigt, das ein Metallelement ist. Ein O-Ring (d. h. ein elastischer Ring) 23 zur Sicherstellung der Luftdichtheit ist zwischen dem Basiselement 29 und dem ersten Flansch 36a platziert. Das Basiselement 29 und der erste Flansch 36a bilden ein Gehäuse 25. Das Gehäuse 25 weist einen Innenraum H zur Aufnahme der Anode 17 und der Kathode 16 auf. Das Basiselement 29 (und damit das Gehäuse 25) und die Kathode 16 sind integriert.
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In einem Abschnitt des Basiselements 29 des Gehäuses 25 ist ein Röntgenstrahlfenster 28 zur Extraktion der von der Drehanode 17 erzeugten Röntgenstrahlen R1 angeordnet. Das Röntgenstrahlfenster 28 ist aus einem Material ausgebildet, durch das Röntgenstrahlen hindurchdringen können, beispielsweise aus Beryllium (Be).
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Die Drehanodeneinheit 24 weist ein Anodengehäuse 26 auf, das die Drehanode 17 haltert und sich zur Außenseite der Drehanode 17 erstreckt. Das Anodengehäuse 26 haltert die Drehanode 17 drehbar um die Achse X0, wie durch Pfeil D verdeutlicht. Das Basiselement 29 und das Anodengehäuse 26 sind beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Das Anodengehäuse 26 ist in zylindrischer Form ausgestaltet, wenn aus der Richtung von Pfeil A betrachtet. Das Basiselement 29 ist in zylindrischer Form ausgestaltet, wenn aus der Richtung von Pfeil A betrachtet. Das Basiselement 29 kann auch eine eckige Röhrenform aufweisen.
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Die Drehanode 17 wird ausgebildet, indem zwei Arten von Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B an der äußeren Peripheriefläche eines aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. aus Kupfer (Cu) oder einer Kupferlegierung) gebildeten Grundelements in Reihe angeordnet werden. Die Drehanode 17 hat eine Topfform mit flächig verschlossener Oberseite, wie in 4 dargestellt. Die Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B sind in Ausdehnungsrichtung der Mittelachse X0 der Drehanode 17 (d. h. in Axialrichtung der Drehanodeneinheit 24) aneinander gereiht und in Ringform in Form von Bändern angeordnet.
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Die Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B sind aus jeweils unterschiedlichen Materialien ausgebildet, wobei jedes Material aus beispielsweise Cu, Mo (Molybdän), Cr (Chrom), Co (Kobalt) oder anderen Metallen gewählt ist. Die Materialien Mo, Cr und Co werden auf einem Cu-Grundelement beispielsweise durch Ionenplattieren, Plattieren, Aufschrumpfen oder ein anderes geeignetes Filmbildungsverfahren ausgebildet. Wenn die Abmessungen des Röntgenfokus F 0,3 mm × 3 mm betragen, werden die Breiten der Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A, 27B in Axialrichtung auf etwa 5 mm eingestellt.
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Das Anodengehäuse 26 ist in allgemein zylindrischer Form zentriert auf der Achse X0 ausgebildet. Wie in 3 zu sehen, sind im Innenraum des Anodengehäuses 26 eine mit der Drehanode 17 integrierte rotierende Welle 30, ein als Rotationsantriebsvorrichtung für den Drehantrieb der rotierenden Welle 30 dienender Elektromotor 40, eine um die rotierende Welle 30 herum angeordnete Magnetdichtungsvorrichtung 38 und ein Wasserkanal 31 für Wasser zur Kühlung der Drehanode 17 angeordnet. Die Drehanode 17 dreht sich bei Antrieb durch den Motor 40. Die Drehzahl der Drehanode 17 beträgt zum Beispiel 6.000 U/min.
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Die Magnetdichtungsvorrichtung 38 ist eine Wellendichtungsvorrichtung zum Halten eines Differenzdrucks zwischen dem Innenraum H des Gehäuses 25, der sich in einem Hochvakuumzustand befindet, und dem Innenraum des Anodengehäuses 26, der mit atmosphärischem Druck in Verbindung steht. Die Magnetdichtungsvorrichtung 38 weist ein Magnetfluid auf, das durch Magnetkraft auf die äußere Peripheriefläche der rotierenden Welle 30 abgeschieden wird. Durch dieses Magnetfluid wird ein hohes Vakuum auf einer Seite der Magnetdichtungsvorrichtung 38 und atmosphärischer Druck auf der anderen Seite gehalten. Da das Magnetfluid kein erhebliches Drehmoment auf die rotierende Welle 30 ausübt, behindert die Magnetdichtungsvorrichtung 38 nicht die Drehung der rotierenden Welle 30.
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Der Wasserkanal 31 ist an eine Wasserzuführöffnung 46 und eine Wasseraustragsöffnung 47 angeschlossen, die am hinteren Ende des Anodengehäuses 26 (linkes Ende in 3) angeordnet sind. Kühlwasser, das aus der Wasserzuführöffnung 46 in das Anodengehäuse 26 eingeleitet wird, wird durch den Auslaufabschnitt des Wasserkanals 31 zum Innenraum der Drehanode 17 geführt und kühlt die Drehanode 17 von innen her und läuft anschließend durch den Rücklaufabschnitt des Wasserkanals 31 und wird aus der Wasseraustragsöffnung 47 nach draußen geführt.
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Die Innenstruktur der Drehanodeneinheit
24 ist allgemein wie oben beschrieben. Insbesondere kann die Innenstruktur der zum Beispiel in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung 2008-269933 offenbarten Drehanodeneinheit übernommen werden.
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In 3 und 4 ist der zweite Flansch 36b des Faltenbalgs 36 an einem Flansch 35 befestigt, der am Anodengehäuse 26 vorgesehen ist. Der Faltenbalg 36 hält den Innenraum H des Gehäuses 25 gegenüber dem atmosphärischen Druck in einem luftdichten Zustand. Wie in 4 dargestellt, ist dieser Innenraum H mit einer Absaugvorrichtung 34 verbunden. Die Absaugvorrichtung 34 zieht Luft aus diesem Innenraum H ab und hält ein hohes Vakuum (nachfolgend vereinfacht als „Vakuumzustand“ bezeichnet) im Innenraum H.
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Die Absaugvorrichtung 34 kann beispielsweise als Kombination einer Rotationspumpe und einer Turbomolekularpumpe ausgestaltet sein. Die Rotationspumpe ist eine Pumpe, die den Druck im Innenraum H auf ein geringes Vakuum reduzieren kann. Die Turbomolekularpumpe ist eine Pumpe, welche die durch die Rotationspumpe druckreduzierte Atmosphäre weiter auf einen Hochvakuumzustand bringen kann. Durch die Wirkung dieser Turbomolekularpumpe kann der Umgebungsbereich der Drehanode 17 und der Kathode 16 mit einem Hochvakuum von 10–3 Pa oder weniger beaufschlagt werden. Vorausgesetzt, dass der Innenraum des Gehäuses 25 in einen Hochvakuumzustand versetzt werden kann, kann eine Kombination aus einer anderen Hochvakuumpumpe an Stelle der Turbomolekularpumpe und einer anderen Hilfspumpe an Stelle der Rotationspumpe eingesetzt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse 25 an einem geeigneten Ort des Röntgendiffraktometers 1 von 1 befestigt. In 4 ist der Faltenbalg 36 ein Element, das entlang der eigenen Mittelachse X1 verlängerbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform weicht die Drehmittelachse X0 der Drehanode 17 von der Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 ab. Natürlich kann die Drehmittelachse X0 des Anodengehäuses 26 auf die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 ausgerichtet sein.
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Durch Anordnen des Faltenbalgs 36 zwischen dem Gehäuse 25 und dem Anodengehäuse 26 von 4 kann der die Anode 17 umgebende Innenraum H durch die Ausdehnung und Zusammenziehung des Faltenbalgs 36 in einem luftdichten Zustand gehalten werden, selbst wenn der zweite Flansch 36b einer Vorschub- oder Rückfahrbewegung in Bezug auf das Gehäuse 25 unterworfen ist. In der vorliegenden Ausführungsform stellen das Anodengehäuse 26 und der zweite Flansch 36b einen Anodenstützkörper 32 zum Stützen der Anode 17 dar.
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In 2 ist die Fläche 36c des zweiten Flansches 36b auf der von der Anode 17 abgewandten Seite (Vorderseite in 2) mit mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform zwei) Luftzylindern 41a, 41b als Antriebsmittel, mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform zwei) linearen Führungen 42a, 42b als Führungsmittel, mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform vier) Hilfseinheiten 43a, 43b, 43c, 43d als Federkraftbeaufschlagungsmittel versehen. Der zweite Flansch 36b des Faltenbalgs 36 funktioniert auf diese Weise als Tragplatte zum Stützen dieser Vorrichtungen, d. h. zum Stützen der Luftzylinder 41, 41b, der linearen Führungen 42a, 42b, der Hilfseinheiten 43a, 43b, 43c, 43d und der Stoppervorrichtungen 44a, 44b, 44c, 44d. Nachfolgend wird der zweite Flansch 36b gelegentlich als Stützplatte 36b bezeichnet.
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In 4 weisen die linearen Führungen 42a, 42b Schwalbenschwanz-Leisteneinheiten 55 und Schwalbenschwanz-Nuteneinheiten 56 auf. Die Schwalbenschwanz-Leisteneinheiten 55 umfassen einen Tragständer 57a, der an der Oberfläche 36c der Stützplatte 36b befestigt ist, und eine Schwalbenschwanzleiste 58, die als geführtes Element dient und an einer Seitenfläche des Tragständers 57a angeordnet ist. Der Tragständer 57a und die Schwalbenschwanzleiste 58 erstrecken sich in Richtung der Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36. Die Schwalbenschwanz-Nuteneinheiten 56 umfassen einen Tragständer 57b, der am das Gehäuse 25 bildenden ersten Flansch 36a befestigt ist, und ein Schwalbenschwanz-Nutelement 59, das als führendes Element dient und an einer Seitenfläche des Tragständers 57b angeordnet ist. Der Tragständer 57b und das Schwalbenschwanz-Nutelement 59 erstrecken sich auch in Richtung der Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36.
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Die Schwalbenschwanzleisten 58 sind passend zu den Schwalbenschwanznuten der Schwalbenschwanz-Nutelemente 59. Das Einpassen der Schwalbenschwanzfedern und der Schwalbenschwanznuten umfasst ein Einpassen dergestalt, dass die Teile in Längsrichtung verschiebbar sind (d. h. gleitgelagert verfahren können), aber nicht in Richtungen senkrecht zur Längsrichtung aus dem Passzustand abheben können. Der die Anode 17 stützende Anodenstützkörper 32 bewegt sich parallel zum Gehäuse 25, wie durch Pfeil E und Pfeil J angezeigt, und wird dabei durch die linearen Führungen 42a, 42b geführt. Durch diese Wirkung der linearen Führungen 42a, 42b wird der Anodenstützkörper 32 so geführt, dass er keinem seitlichen Schaukeln oder Kippen ausgesetzt ist. Auf diese Weise kann die Anode 17 eine parallele Bewegung erfahren, ohne im Innenraum H des Gehäuses 25 seitlich abzuweichen und ohne zu kippen.
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Ein erster Stopper 65a und ein zweiter Stopper 65b sind an der Seitenfläche der Stützsäule 57b der Schwalbenschwanz-Nuteneinheit 56 vorgesehen. Der erste Stopper 65a ist in der Nähe des Endes des Schwalben- schwanz-Nutelements 59 näher an der Anode 17 angeordnet. Der zweite Stopper 65b ist in der Nähe des Endes des Schwalbenschwanz-Nutelements 59 weiter von der Anode 17 entfernt angeordnet. Der Anodenstützkörper 32 ist in der Richtung von Pfeil E und in der Richtung von Pfeil J innerhalb eines vom ersten Stopper 65a und zweiten Stopper 65b begrenzten Bereichs auf parallele Weise verfahrbar.
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Wie in 3 zu sehen, weisen die in 2 dargestellten Luftzylinder 41a, 41b einen Zylinderkörper 48 und einen Ausfahrstab 49 auf. Der Zylinderkörper 48 ist an der Oberfläche 36c der Stützplatte 36b auf der Seite befestigt, die der Anode 17 entgegengesetzt ist. Das ferne Ende des Ausfahrstabs 49 ist über eine Schraube 50 am ersten Flansch 36a, d. h. am Gehäuse 25, befestigt.
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Der Zylinderkörper 48 ist mit einer ersten Luftanschlussöffnung 51 und einer zweiten Luftanschlussöffnung 52 versehen. Diese Luftanschlussöffnungen sind mit einer nicht dargestellten Luftversorgungsquelle verbunden. Wenn Luft zur ersten Luftanschlussöffnung 51 geführt wird, erfährt der Ausfahrstab 49 eine Ausfahrbewegung. Aufgrund dieser Ausfahrbewegung erfährt die Stützplatte 36b eine Parallelbewegung in einer Richtung vom Gehäuse 25 weg, wie durch Pfeil E dargestellt. Wenn Luft zur zweiten Luftanschlussöffnung 52 geführt wird, erfährt der Ausfahrstab 49 eine Einfahrbewegung. Aufgrund dieser Einfahrbewegung erfährt die Stützplatte 36b eine Parallelbewegung in Richtung auf das Gehäuse 25 zu, wie durch Pfeil J dargestellt. Wenn die Stützplatte 36b eine Parallelbewegung in Richtung von Pfeil E oder in Richtung von Pfeil J vollführt, erfährt die integrierte Anode 17 eine Parallelbewegung in die gleiche Richtung. Aufgrund dieser Parallelbewegung der Anode 17 kann jede der an der Anode 17 vorgesehenen Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B selektiv an eine der Kathode 16 gegenüberliegende Position verfahren werden (siehe 4).
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5 zeigt eine Querschnittsstruktur einer Hilfseinheit 43a, dargestellt in Längsrichtung entlang der Linie G-G von 2. Die anderen Hilfseinheiten 43b, 43c, 43d sind im Aufbau identisch. Die Hilfseinheit 43a umfasst eine Durchgangsöffnung 62, die durch die den zweiten Flansch des Faltenbalgs 36 bildende Stützplatte 36b verläuft, eine Druckfeder 63, die an ein Ende des ersten Flansches 36a des Faltenbalgs 36 anstößt, und einen Federdeckel 64, der an einem Ende in die Durchgangsöffnung 62 der Stützplatte 36b montiert ist. Die Druckfeder 63 verläuft durch die Durchgangsöffnung 62 der Stützplatte 63b.
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Ein Ende des in die Durchgangsöffnung 62 der Stützplatte 36b eingepassten Federdeckels 64 ist offen, und das Ende auf der entgegengesetzten Seite ist geschlossen. Der Federdeckel 64 komprimiert die Druckfeder 63 mittels des geschlossenen Endes. Die Druckfeder 63 legt an den Anodenstützkörper 32 eine (elastische) Federkraft entsprechend der komprimierten Länge an. Auf diese Weise wird der Anodenstützkörper 32 durch die Druckfeder 63 in Richtung von Pfeil E (d. h. in eine Richtung vom Innenraum H weg) beaufschlagz.
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In 4 wird der Innenraum H durch die Absaugvorrichtung 34 evakuiert und in einen Vakuumzustand versetzt. Der Anodenstützkörper 32, der das Anodengehäuse 26 und die Stützplatte 36b umfasst, neigt deshalb dazu, sich vom atmosphärischen Druck verschieben zu lassen, der ihn in die Richtung von Pfeil J (d. h. in die Richtung zum Innenraum H) schiebt. Die von der Druckfeder 63 von 5 in Richtung von Pfeil E auf den Anodenstützkörper 32 ausgeübte Druckkraft wirkt auf den vakuumierten Anodenstützkörper 32 als entgegengerichtete Rückschubkraft zur Erzeugung eines Kräftegleichgewichts.
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Der Röntgenstrahlungserzeuger 2 der vorliegenden Ausführungsform ist so wie oben beschrieben ausgestaltet, und wenn eine Röntgenstrahlungserzeugungszone 27B der Kathode 16 gegenüberliegt, wie in 4 dar- gestellt, werden dadurch Röntgenstrahlen der Wellenlänge, die dem bei Ausbildung der Röntgenstrahlungserzeugungszone 27B verwendeten Metall entspricht, aus der Röntgenstrahlungserzeugungszone 27B in alle Richtungen emittiert. Einige dieser Röntgenstrahlen treten durch das Röntgenstrahlfenster 28 nach draußen aus. Diese Röntgenstrahlen R1 werden auf die oben beschriebene Weise in der röntgenanalytischen Messung in 1 verwendet.
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Wenn Röntgenstrahlen aus der Röntgenstrahlungserzeugungszone 27A von 4 benötigt werden, um die Bedingungen der röntgenanalytischen Messung zu ändern, werden der Luftzylinder 41a und der Luftzylinder 41b von 3 gleichzeitig in Betrieb gesetzt und der Anodenstützkörper 32 in die sich dem Gehäuse 25 annähernde Richtung verfahren (Richtung von Pfeil J). Wenn sich die Stützplatte 36b, die den Anodenstützkörper 32 darstellt, in paralleler Weise in Richtung von Pfeil J bewegt hat, schlägt die Schwalbenschwanzleiste 58 in 4 an den ersten Stopper 65a an und kommt zum Stehen, und die Bewegung der Stützplatte 36b wird angehalten. Auf diese Weise wird die Röntgenstrahlungserzeugungszone 27A in einer der Kathode 16 gegenüberliegenden Position angeordnet. Wenn in diesem Zustand thermische Elektronen von der Kathode 16 emittiert werden, werden Röntgenstrahlen der Wellenlänge, die dem zum Ausbilden der Röntgenstrahlungserzeugungszone 27A verwendeten Metall entspricht, aus der Röntgenstrahlungserzeugungszone 27A emittiert, und einige der Röntgenstrahlen gehen durch das Röntgenstrahlfenster 28 hindurch nach draußen.
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Wie oben beschrieben, kann im Röntgendiffraktometer 1 von 1 die Wellenlänge der vom Röntgenstrahlungserzeuger 2 kommenden Röntgenstrahlen je nach Art der Messung geändert werden. Die Luftzylinder 41a, 41b von 2 und 3 setzen die Anodeneinheit 24 in eine parallelläufige Bewegung und bewirken, dass die Anode 17 auf parallele Weise verfährt. Die linearen Führungen 42a, 42b von 2 und 4 führen zudem die Anodeneinheit 24 so, dass die Anode 17 korrekt parallel verfährt.
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Die Hilfseinheiten 43–43d von 2 und 5 legen eine Vorspannkraft in die Richtung entgegengesetzt zu der von der Ansaugvorrichtung 34 von 4 angesaugten Anodeneinheit 24 an, wodurch die Parallelbewegung der Anode 17 ruhiger gestaltet wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform befinden sich von den Luftzylindern 41a, 41b, die als Antriebsmittel dienen, den linearen Führungen 42a, 42b, die als Führungsmittel dienen, den Hilfseinheiten 43a–43d, die als Federkraftbeaufschlagungsmittel dienen, alle Elemente zusammen auf der Stützplatte 36b, die ein Einzelelement ist, und inbesondere auf dem zweiten Flansch 36b des Faltenbalgs 36, wodurch der Röntgenstrahlungserzeuger 2 in der Gesamtausgestaltung sehr kompakt gehalten werden kann.
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In 2 verläuft die Oberfläche 36c der Stützplatte 36b, die der zweite Flansch des Faltenbalgs 36 ist, senkrecht zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36. Die beiden Luftzylinder 41a und 41b sind an dieser Oberfläche 36c an unterschiedlichen Positionen vorgesehen. Ferner sind die Luftzylinder 41a und 41b gleichförmig zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 vorgesehen.
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Zudem sind auch die beiden linearen Führungen 42a und 42b an unterschiedlichen Positionen an der Oberfläche 36c vorgesehen. Die linearen Führungen 42a und 42b sind ebenso gleichförmig zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 vorgesehen. Zudem sind auch die vier Hilfseinheiten 43a–43d an unterschiedlichen Positionen an der Oberfläche 36c vorgesehen. Die Hilfseinheiten 43a–43d sind ebenso gleichförmig zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 vorgesehen.
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„Gleichförmig“ in Bezug auf mehrere Elemente bezieht sich in der vorliegenden Beschreibung auf einen Zustand, in dem die mehreren Elemente so angeordnet sind, dass, wenn an die Elemente gleichgroße Kräfte in der gleichen Richtung angelegt werden, der Angriffspunkt der resultierenden Kraft, die eine aus diesen Kräften synthetisierte Kraft ist, im Allgemeinen auf die Mittelachse X1 des als Dichtungselement dienenden Faltenbalgs 36 ausgerichtet ist. Der Ausdruck „im Allgemeinen“ im Wortlaut „im Allgemeinen ausgerichtet“ wird in einem Sinne gebraucht, der Fälle mit einschließt, in denen der Angriffspunkt der resultierenden Kraft so weit von der Mittelachse X1 abweicht, dass die vom Anodenstützkörper 32 gestützte Anodeneinheit 24 gemäß Abbildung in 3 und 4 ohne erhebliches Kippen und ohne praktische Schwierigkeit eine Parallelbewegung vollführen kann.
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Wenn insbesondere in 2 Kräfte gleicher Größenordnung in der gleichen Richtung an die zwei Luftzylinder 41a und 41b angelegt werden, ist der Angriffspunkt ihrer resultierenden Kraft im Allgemeinen auf die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 ausgerichtet. Weiter insbesondere weisen der Luftzylinder 41a und der Luftzylinder 41b ein punktsymmetrisches Positionsverhältnis in Bezug zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 auf. Innerhalb der Oberfläche 36c des zweiten Flansches 36b weisen zudem der Luftzylinder 41a und der Luftzylinder 41b ein liniensymmetrisches Verhältnis in Bezug zu einer durch die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 hindurch verlaufenden Linie C-C auf. Darüber hinaus sind der Luftzylinder 41a und der Luftzylinder 41b im gleichen Abstand zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 und in gleichgroßen Intervallen von 180° vorgesehen.
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Wenn außerdem Kräfte gleicher Größenordnung in der gleichen Richtung an die zwei linearen Führungen 42a und 42b angelegt werden, ist der Angriffspunkt ihrer resultierenden Kraft im Allgemeinen auf die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 ausgerichtet. Insbesondere weisen die lineare Führung 42a und die lineare Führung 42b ein punktsymmetrisches Positionsverhältnis in Bezug zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 auf. Innerhalb der Oberfläche 36c des zweiten Flansches 36b weisen zudem die lineare Führung 42a und die lineare Führung 42b ein liniensymmetrisches Verhältnis in Bezug zu einer durch die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 hindurch verlaufenden Linie B-B auf. Darüber hinaus sind die lineare Führung 42a und die lineare Führung 42b im gleichen Abstand zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 und in gleichgroßen Intervallen von 180° vorgesehen.
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Die vier Hilfseinheiten 43a–43d sind an den vier Ecken eines hypothetischen, auf der Mittelachse X1 zentrierten Quadrats K angeordnet. Wenn Kräfte gleicher Größenordnung in der gleichen Richtung an die Hilfseinheiten 43a–43d angelegt werden, ist deshalb der Angriffspunkt ihrer resultierenden Kraft im Allgemeinen auf die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 ausgerichtet. Insbesondere weisen die Hilfseinheiten 43a–43d ein punktsymmetrisches Positionsverhältnis in Bezug zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 auf. Innerhalb der Oberfläche 36c des zweiten Flansches 36b weisen zudem die Hilfseinheiten 43a–43d ein liniensymmetrisches Verhältnis in Bezug zu Linie B-B bzw. Linie C-C auf, die durch die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 hindurchgehen. Zudem sind die lineare Führung 42a und die lineare Führung 42b im gleichen Abstand zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 und in gleichgroßen Intervallen von 90° vorgesehen.
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Wie oben beschrieben, sind die mehreren Luftzylinder 41a, 41b, die mehreren linearen Führungen 42a, 42b, die mehreren Hilfseinheiten 43a–43d jeweils gleichförmig zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 angeordnet, und wenn die von den Luftzylindern 41a, 41b angetriebene Anodeneinheit 24 einer Vorschub- oder Rückfahrbewegung in Bezug zum Gehäuse 25 unterzogen wird, vollführt die Anode 17 dadurch eine ordnungsgemäße Parallelbewegung ohne seitliches Schwanken oder Kippen. Die Röntgenstrahlungserzeugungszone 27A und Röntgenstrahlungserzeugungszone 27B in 4 können infolge dessen der Kathode 16 mit gleicher Entfernung und mit gleichem Winkel zur Kathode 16 gegenüberliegen. Das heißt, es lässt sich eine korrekte, reproduzierbare Positionsgenauigkeit der Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B in Bezug zur Kathode 16 erreichen. Infolge dessen können unter den gleichen Bedingungen Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen aus den Röntgenstrahlungserzeugungszonen 27A und 27B erzeugt werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Während die vorliegende Erfindung oben in Bezug auf ihre derzeit bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und innerhalb des Umfangs der in den Ansprüchen offenbarten Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich.
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In der obigen Ausführungsform in 2 sind zum Beispiel die beiden Luftzylinder 41a, 41b und die beiden linearen Führungen 42a, 42b im gleichen Abstand und in winkelgleichen Intervallen zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 vorgesehen. Alternativ können auch drei oder mehr Luftzylinder und Linearführungen mit gleichem Abstand und winkelgleichen Intervallen zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs vorgesehen werden. Wie ersichtlich, können auch drei oder mehr Hilfseinheiten mit gleichem Abstand und winkelgleichen Intervallen zur Mittelachse X1 des Faltenbalgs vorgesehen werden.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind vier Hilfseinheiten 43a–43d an den vier Eckpunkten eines um die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 gezogenen imaginären Quadrats K angeordnet, wie in 2 dargestellt. Alternativ können die vier Hilfseinheiten 43a–43d auch an den vier Eckpunkten eines um die Mittelachse X1 des Faltenbalgs 36 gezogenen imaginären Rechtecks L angeordnet sein, wie in 6 zu sehen. Natürlich können nicht nur die Hilfseinheiten, sondern auch die mehreren Luftzylinder und die mehreren linearen Führungen an den vier Eckpunkten des imaginären Rechtecks L angeordnet sein.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird als Dichtungselement der Faltenbalg 36 verwendet, wie in 4 dargestellt. Alternativ kann ein O-Ring 67, der ein elastisches Element ist, als Dichtungselement verwendet werden, wie in 7 zu sehen. Auch in einem solchen Fall sind die linearen Führungen 42a, 42b gleichförmig zur Mittelachse X1 des O-Rings 67 vorgesehen. Die Luftzylinder 41a, 41b und die Hilfseinheiten 43a–43d von 2, und nicht nur die linearen Führungen 42a, 42b, sind ebenso gleichförmig zur Mittelachse X1 des O-Rings 67 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass das Bezugszeichen 67d in 7 sich auf den Mittelpunkt des O-Rings bezieht. Das Bezugszeichen 36b bezieht sich auf die Stützplatte zum Stützen der Luftzylinder, linearen Führungen und Hilfseinheiten.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Hilfseinheiten 43a, 43b, 43c, 43d an den vier Ecken des imaginären Quadrats K angeordnet, wie in 2 dargestellt. Alternativ, sofern die Voraussetzung erfüllt ist, dass der Einwirkungspunkt der resultierenden Kraft etwa mit der Mittelachse X1 des als Dichtungselement wirkenden Faltenbalgs 36 zusammenfällt, können jedoch die Positionen, an denen die Hilfseinheiten 43a, 43b, 43c, 43d angeordnet sind, beliebige 6 Punkte, 8 Punkte, 10 Punkte oder eine sonstige Anzahl von Punkten auf dem Quadrat K sein.
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8 zeigt noch eine andere Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist eine Röntgenstrahlungserzeugungszone 27B durch zwei Arten von Metall, einem ersten Metall 33a und einem zweiten Metall 33b, ausgebildet. Diese Metalle 33a und 33b sind in Umfangsrichtung der Drehanode 17 abwechselnd angeordnet. Das erste Metall 33a ist beispielsweise Kupfer (Cu), und das zweite Metall 33b ist beispielsweise Molybdän(Mo).
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Somit wird eine Röntgenstrahlungserzeugungszone aus einer anderen Art von Metall ausgebildet, um Röntgenstrahlen einer anderen Wellenlänge (d. h. einer anderen Energie) aus eben dieser Röntgenstrahlungserzeugungszone zu erzeugen. Diese Art von Röntgenstrahlungserzeugungsstruktur ist als „gestreiftes Target“ z. B. im
Japanischen Patent Nr. 5437180 offenbart.
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Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Metall zur Ausbildung dieser einen Röntgenstrahlungserzeugungszone eines von drei oder mehr Arten sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgendiffraktometer (Röntgenanalysegerät),
- 2
- Röntgenstrahlungserzeuger (Röntgengenerator),
- 3
- Goniometer,
- 4
- θ-Rotationsplattform,
- 5
- 2θ-Rotationsplattform,
- 6
- Detektor-Arm,
- 7
- Divergenzspalt,
- 10
- Prüfkörperhalter,
- 11
- Streuschlitz,
- 12
- Aufnahmeschlitz,
- 13
- zweidimensionaler Röntgendetektor (Röntgendetektionsmittel),
- 14
- zweidimensionaler Sensor,
- 16
- Kathode,
- 17
- Drehanode,
- 23
- O-Ring,
- 24
- Anodeneinheit,
- 25
- Gehäuse,
- 26
- Anodengehäuse,
- 27A, 27B
- Röntgenstrahlungserzeugungszonen,
- 28
- Röntgenstrahlfenster,
- 29
- Gehäuse-Basiselement,
- 30
- rotierende Welle,
- 31
- Wasserkanal,
- 32
- Anodenstützkörper,
- 35
- Anodengehäuseflansch,
- 36
- Faltenbalg (Dichtungselement),
- 36a
- erster Flansch,
- 36b
- zweiter Flansch (Stützplatte),
- 36c
- zweite Flanschfläche,
- 38
- Magnetdichtungsvorrichtung,
- 40
- Motor (Rotationsantriebsvorrichtung),
- 41a, 41b
- Luftzylinder (Antriebsmittel),
- 42a, 42b
- lineare Führungen (Führungsmittel),
- 43a, 43b, 43c, 43d
- Hilfseinheiten (Federkraftbeaufschlagungsmittel),
- 46
- Wasserzuführöffnung,
- 47
- Wasseraustragsöffnung,
- 48
- Zylinderkörper,
- 49
- Ausfahrstab,
- 50
- Schraube,
- 51
- erste Luftanschlussöffnung,
- 52
- zweite Luftanschlussöffnung,
- 55
- Schwalbenschwanz-Leisteneinheiten,
- 56
- Schwalbenschwanz-Nuteneinheiten,
- 57a, 57b
- Tragständer,
- 58
- Schwalbenschwanzleiste,
- 59
- Schwalbenschwanz-Nutelement,
- 62
- Durchgangsöffnung,
- 63
- Druckfeder,
- 64
- Federdeckel,
- 65a
- erster Stopper,
- 65a
- zweiter Stopper,
- 67
- O-Ring,
- H
- Innenraum,
- Cf
- Fokussierkreis,
- Cg
- Goniometerkreis,
- F
- Röntgenfokus,
- R1
- Röntgenstrahlen,
- R2
- gebeugte Röntgenstrahlen,
- X0
- Achslinie des Anodengehäuses,
- X1
- Mittelachslinie des Faltenbalgs,
- θ
- Röntgenstrahl-Einfallswinkel,
- 2θ
- Beugungswinkel,
- ω
- Mittelachse
