JP2002150981A

JP2002150981A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2002150981A
Application number: JP2000339866A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Osaka; 尚久大坂
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】対陰極の回転振れを極めて小さく抑えた状態
でその対陰極を高速で回転させることのできるＸ線発生
装置を提供する。【解決手段】Ｘ線を発生しながら回転する対陰極６
と、対陰極６と共に回転する筒状の回転軸７と、回転軸
７の内部に設けられ回転軸７の内周面との間に第１空間
Ｒ１を形成する固定軸３２とを有するＸ線発生装置１で
ある。回転軸７が回転軸線Ｘ０に対して直角方向へ移動
するときに圧力を発生する流体を、第２空間Ｒ２及び孔
３３を通して第１空間Ｒ１内に通流させる。第１空間Ｒ
１内の流体の圧力により流体軸受が構成されて対陰極６
の回転振れを±１μｍ以下の極微小量に抑えることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線回折装置等と
いったＸ線装置に用いられるＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線発生装置は、例えば、通電に
よって熱電子を放出するフィラメントすなわち陰極と、
これに対向して配置されたターゲットすなわち対陰極と
を有する。フィラメントから放出された熱電子は高速度
でターゲットに衝突し、この衝突の際、熱電子が有する
エネルギがＸ線に変換されてターゲットからＸ線が発生
する。

【０００３】このとき、ターゲットに衝突する熱電子の
うちＸ線に変換されるものの割合は非常に小さく、大部
分の熱電子は熱に変換されてターゲットを発熱させる。
従って、ターゲットは冷却される必要がある。このよう
な冷却の手段として、従来、ターゲットの内部に冷却流
体、例えば冷却水を通水すること及びターゲットを回転
させることの２つの操作を同時に行うことが知られてい
る。

【０００４】このようにターゲットを回転させるときに
はターゲットの回転軸を支持するための軸受構造が必要
となる。従来の軸受構造としては、特開昭５３０８９３
８８号公報に開示されているように、ラジアルベアリン
グ等といったメカニカル構造のベアリング等を用いる構
造が広く知られており、この構造によって支持されて回
転するターゲットの振れは最小でも約±５μｍ程度であ
った。

【０００５】今、通常のフォーカスサイズに基づくＸ線
測定を行うものとすれば、ターゲットの振れが±５μｍ
程度であれば、十分に信頼性の高い測定結果を得ること
ができる。ところが、近年、フォーカスサイズを小さく
して、すなわちターゲットの単位面積に当たる電子の量
を大きくして、輝度の高いＸ線を発生させるという要求
が高まっている。この要求を満足することが期待されて
いるものが、いわゆるマイクロフォーカス型のＸ線発生
装置である。このＸ線発生装置では、フォーカスサイズ
がターゲット上で約８０μｍ×８００μｍ以下、望まし
くは６０μｍ×６００μｍ以下であり、これを見込み角
６°方向から見ると８０μｍ×８０μｍ以下、望ましく
は６０μｍ×６０μｍ以下となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、Ｘ線発生装置
で採用されるフォーカスサイズとしては、ターゲット上
で１ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさのノーマルフォーカス
や、０．４ｍｍ×８ｍｍ程度の大きさのファインフォー
カスや、０．４ｍｍ×１２ｍｍのロングフォーカスや、
２ｍｍ×１２ｍｍのブロードフォーカス等が知られてい
る。また、開放管の中には、フォーカスサイズが０．１
ｍｍ×１ｍｍ以下の微小焦点が用いられるものもある。

【０００７】上記のマイクロフォーカスサイズのＸ線発
生装置に関しては、ターゲット上のフォーカスサイズが
上記の一般的なフォーカスサイズに比べて著しく小さく
なるので、従来のメカニカル構造のベアリングを用いた
Ｘ線発生装置のようにターゲットの振れが±５μｍ程度
もあると、ターゲットから発生されたＸ線の振れが大き
くなり過ぎて、高精度で信頼性の高いＸ線測定ができな
くなるという問題が考えられる。

【０００８】また、ターゲット上にマイクロフォーカス
を形成する場合には、ターゲット表面において小さなマ
イクロフォーカス領域にエネルギが集中するので、ター
ゲットに過剰な負荷がかかるのを防止するためにターゲ
ットを高速度で回転させる必要がある。メカニカル構造
のベアリングを用いた場合には、ターゲットの回転速度
は６，０００〜１０，０００ｒｐｍ程度が限度である
が、この程度の回転速度ではマイクロフォーカスが形成
されるターゲットの負荷を軽減することに関しては不十
分であると考えられる。

【０００９】本発明は、上記の問題点に鑑みて成された
ものであって、ターゲットすなわち対陰極の回転振れを
極めて小さく抑えた状態で該対陰極を高速で回転させる
ことのできるＸ線発生装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）上記の目的を達成
するため、本発明に係るＸ線発生装置は、Ｘ線を発生し
ながら回転する対陰極と、該対陰極と共に回転する筒状
の回転軸と、該回転軸の内部に設けられ前記回転軸の内
周面との間に第１空間を形成する固定軸とを有し、前記
回転軸が回転軸線に対して直角方向へ移動するときに圧
力を発生する流体を前記第１空間内に入れたことを特徴
とする。

【００１１】このＸ線発生装置によれば、回転軸の内周
面に面する第１空間と、その第１空間内に入れられた流
体とによって構成される、いわゆる流体軸受によって、
回転軸従ってそれと一体な対陰極が回転可能に支持され
るので、回転する対陰極の振れを著しく低減、例えば±
１μｍ以下に低減できる。また、メカニカル構造のベア
リングを用いる構造ではないので、回転軸従って対陰極
の回転数を高く、例えば４０，０００ｒｐｍ以上、望ま
しくは５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転にすることも
できる。このように、本発明に係るＸ線発生装置では対
陰極の回転振れを極めて小さく抑えた状態で該対陰極を
高速回転させることができるので、何等の支障もなくそ
の対陰極の表面にマイクロフォーカスを形成することが
できる。

【００１２】上記構成のＸ線発生装置は、さらに、前記
固定軸の内部に設けられた第２空間と、該第２空間と前
記第１空間とを連通する少なくとも１つの孔と、前記第
２空間へ前記流体を供給する流体供給手段とを有するこ
とができる。この場合、前記孔は、前記第２空間から前
記第１空間へ前記流体を供給できる程度にその総面積が
大きく且つ前記第１空間内の流体が前記回転軸に対して
圧力を発現できる程度にその総面積が小さいことが望ま
しい。この構成によれば、流体軸受構造を簡単且つ確実
に形成できる。

【００１３】次に、第１空間と第２空間とを孔によって
連通することによって流体軸受構造を構築する構造の上
記Ｘ線発生装置においては、前記孔は前記固定軸の少な
くとも１ヶ所の断面部分においてその断面の円周方向に
関して互いに間隔を開けて複数個形成されることが望ま
しい。また特に、それらの孔は、断面円周方向に関して
等角度間隔、例えば、等１８０°間隔で２個、等１２０
°間隔で３個、あるいは等９０°間隔で４個設けること
が望ましい。この構成によれば、第２空間を経由して第
１空間へ入る流体の流れ分布を均一にでき、それ故、回
転軸従って対陰極の回転振れを確実に防止できる。

【００１４】次に、以上に述べた構成のＸ線発生装置に
おいて、前記第１空間は前記対陰極の内部を通過し、そ
して前記流体はＸ線を発生している前記対陰極よりも温
度が低いことが望ましい。この構成によれば、対陰極の
内部を通過する第１空間に流体が流れることにより、対
陰極を内部から冷却できる。つまり、この構成のＸ線発
生装置によれば、第１空間内を流れる流体が、流体軸受
の機能及び対陰極を冷却する機能の両方を達成する。

【００１５】次に、第１空間の中に入れられる流体は、
その第１空間の内部を流れるものであっても良いし、あ
るいは、その第１空間の内部に留まるものであっても良
い。第１空間内で流体が流れるようにする場合には、そ
の第１空間に流体入口及び流体出口を形成する。また、
第１空間内で流体が留まるようにする場合には、その第
１空間を入口及び出口のない閉空間に形成する。

【００１６】次に、本発明で用いる流体軸受には静圧軸
受及び動圧軸受が含まれる。静圧軸受は、流体が入れら
れる空間の間隔が回転軸線の軸線方向及びそれと直角方
向の両方に関して均一であり、支持する回転体の回転速
度が変化しても常に均一な流体圧力で回転体を支持でき
る構造を有する。この静圧軸受では、流体は循環する。

【００１７】一方、動圧軸受では、回転体の外周表面に
凸状溝又は凹状溝のパターンを設けることにより、回転
体の回転に従って特定個所に流体を集め、これにより、
回転速度に従って流体の圧力分布に変化を持たせること
ができる。この動圧軸受では、流体は循環することなく
閉空間内に留められる。

【００１８】上記静圧軸受は、例えば、前記第１空間を
形成する前記回転軸の内周面と前記固定軸の外周面との
両方を、前記流体の流れに変化を生じさせるような凹凸
のない滑らかな面とし、さらに、前記第１空間の間隔を
前記固定軸の軸線方向に関して均一にすることによって
構成される。

【００１９】次に、以上に述べた構造のＸ線発生装置に
関しては、前記第１空間からの流体の漏れを封止するシ
ール手段を設けることが望ましく、さらにそのシール手
段は、前記回転軸と一体に回転する回転圧子と、これに
面接触する固定圧子と、これらの圧子を圧力付与状態で
面接触させる加圧手段とを有することが望ましい。

【００２０】次に、シール手段を用いる構造の本発明に
係るＸ線発生装置において、そのシール手段は、油を貯
留した油貯留槽と、前記回転圧子と前記固定圧子との間
から漏れる流体を前記油貯留槽へ導く流体ガイド部材
と、前記油貯留槽内の流体含有油を回収して該流体含有
油から流体を分離して分離後の油を前記油貯留槽へ戻す
油液分離手段とを有することが望ましい。この構成によ
れば、流体の漏れをさらに一層確実に防止できる。

【００２１】次に、以上に述べた構成のＸ線発生装置に
おいて、前記第１空間の間隔は約０．５ｍｍであること
が望ましく、さらに前記流体供給手段によって供給され
る流体の圧力は約３〜４ｋｇ／ｃｍ² であることが望ま
しい。この構成によれば、第１空間内において流体によ
って望ましい流体軸受機能を奏することが可能となる。

【００２２】次に、以上に述べた構成のＸ線発生装置に
おいて、前記流体は水であることが望ましい。流体とし
ては、水以外に油、不凍液、空気等も考えられるが、取
り扱い易さの点から考えれば水であることが望ましい。

【００２３】次に、本発明に係る他のＸ線発生装置は、
Ｘ線を発生しながら回転する対陰極と、該対陰極を気密
に包囲するケーシングと、前記対陰極と共に回転し前記
ケーシングの外側へ延びる筒状の回転軸と、該回転軸の
内部に設けられ前記回転軸の内周面との間に第１空間を
形成する固定軸と、前記回転軸に固定された動翼を備え
た排気手段と、前記対陰極から見て前記排気手段よりも
離れた位置の前記回転軸の軸上に配設されていて該回転
軸をロータとするモータと、前記対陰極から見て前記モ
ータよりも離れた位置の前記回転軸の軸上に配設されて
いて前記第１空間からの流体の漏れを封止するシール手
段とを有し、前記回転軸が回転軸線に対して直角方向へ
移動するときに圧力を発生する流体を前記第１空間内に
入れることを特徴とする。

【００２４】このＸ線発生装置によれば、回転軸の内周
面に面する第１空間と、その第１空間内に入れられた流
体とによって構成される、いわゆる流体軸受によって、
回転軸従ってそれと一体な対陰極が回転可能に支持され
るので、回転する対陰極の振れを著しく低減、例えば±
１μｍ以下に低減できる。また、回転軸従って対陰極の
回転数を高く、例えば４０，０００〜５０，０００ｒｐ
ｍ程度の高速回転にすることもできる。このように、対
陰極を高速度且つ少ない振れで回転させることができる
ので、何等の支障もなくその対陰極の表面にマイクロフ
ォーカスを形成することができる。

【００２５】また、この構成の発明によれば、回転軸上
に設けた動翼を用いて排気を行うので、つまりケーシン
グ内を真空に排気するための排気手段を回転対陰極の回
転部分に設けるので、ケーシングの内部の真空をシール
するためのシール手段を回転対陰極の回転部分に設ける
必要がなくなった。Ｘ線発生装置の技術分野において、
ケーシングの内部を真空状態にシールするためのシール
手段として磁気シール装置が広く用いられるが、この磁
気シール装置は、回転軸とそれを包囲するポールピース
との間に磁性流体を充填することにより、回転軸とポー
ルピースとの間に磁性流体の膜を形成し、これにより、
回転軸の回転を許容しながら回転軸に軸線方向に真空漏
れが生じることを防止するものである。しかしながら、
この磁気シール装置は、回転体の回転数が６，０００〜
１０，０００ｒｐｍ程度であれば問題はないが、これが
４０，０００〜５０，０００ｒｐｍであると本来のシー
ル機能を発揮できないおそれがある。

【００２６】これに対し、本発明のように、回転軸上に
設けた動翼を利用する排気手段を用いてケーシング内を
排気する技術と、回転軸を流体軸受によって支持する技
術とを組み合わせれば、振れの少ない状態で回転する回
転体すなわち対陰極を高速回転させることができ、マイ
クロフォーカスタイプのＸ線発生装置に対して非常に好
都合である。

【００２７】以上のように、本発明は、対陰極上でのサ
イズが約８０μｍ×８００μｍ以下、望ましくは６０μ
ｍ×６００μｍ以下のマイクロフォーカスを対陰極上に
形成する構造のＸ線発生装置に適用されるときに非常に
有効である。

【００２８】

【発明の実施の形態】図２は、本発明に係るＸ線発生装
置の一実施形態の全体の機械的な断面構造、それに付帯
する電気制御系及びそれに付帯する流体制御系の各部分
を示している。ここに示すＸ線発生装置１は、例えば角
筒形状のケーシング２と、そのケーシング２に固定され
た高電圧導入部３と、その高電圧導入部３の内部に設け
られた陰極すなわちフィラメント４と、このフィラメン
ト４に対向して配置された対陰極すなわちターゲット６
とを有する。

【００２９】フィラメント４は、例えば、Ｗ（タングス
テン）、ＬａＢ₆ 等によって形成される。また、ターゲ
ット６は、少なくともＸ線を発生させる表面が、例え
ば、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ（銅）等といった金属に
よって形成される。

【００３０】フィラメント４及びターゲット６には電圧
・電流供給装置１６が電気的に接続されている。この電
圧・電流供給装置１６はフィラメント４へ電流を供給
し、さらにフィラメント４とターゲット６との間に高電
圧を印加する。フィラメント４は通電によって発熱して
熱電子を放出し、放出された熱電子はフィラメント４と
ターゲット６との間に印加された高電圧によって加速さ
れてターゲット６の表面の所定領域に衝突し、その衝突
領域からＸ線が発生する。熱電子が衝突するその領域は
Ｘ線焦点又はフォーカスと呼ばれる。

【００３１】ターゲット６は中空の略円盤形状に形成さ
れている。また、ケーシング２は、その内部を気密に保
持できる構造を有し、さらに、ターゲット６の電子が当
たる面の近傍にＸ線通過窓１２を有する。このＸ線通過
窓１２は例えばＢｅ（ベリリウム）によって形成され
る。ターゲット６のＸ線焦点から発生したＸ線は、Ｘ線
通過窓１２を通して外部へ取り出される。

【００３２】ケーシング２の１つの側面には、円筒形状
の張出し部２ａが設けられる。また、ターゲット６の中
心部には円筒形状の回転軸７が設けられ、この回転軸７
の軸上には、ターゲット６から見て順に、排気手段とし
てのターボ分子ポンプ８と、回転軸７を回転駆動するモ
ータ９と、シール手段としてのメカニカルシール１１と
が設けられる。これらの各機器はケーシング２の張出し
部２ａの中に格納される。ケーシング張出し部２ａの端
部にはキャップ部材１３が内部を気密に保持できるよう
に装着される。

【００３３】モータ９は、図１に示すように、回転軸７
に固着されたロータ１８と、このロータ１８を包囲する
ステータ１９とを有する。ステータ１９には図２に示す
ように回転駆動装置２１が電気的に接続され、この回転
駆動装置２１は、例えば、ステータ１９に駆動信号を供
給する。駆動信号を受けたステータ１９はロータ１８の
回りに回転磁界を形成し、この回転磁界の作用によりロ
ータ１８従って回転軸７が中心軸線Ｘ０を中心として回
転する。本実施形態では、４０，０００〜５０，０００
ｒｐｍ程度の高速度で回転軸７従ってターゲット６が回
転する。

【００３４】ターボ分子ポンプ８は、図１に示すよう
に、回転軸７の外周面に固着されて該回転軸７の半径方
向の外側へ延びる複数の動翼２２と、ケーシング張出し
部２ａの内周面に固着されて該ケーシング張出し部２ａ
の半径方向の内側へ延びる複数の固定翼２３とを有す
る。これらの動翼２２及び固定翼２３は回転軸７の軸線
Ｘ０に沿って交互に配置される。また、図３に示すよう
に、動翼２２及び固定翼２３は回転軸７の軸線Ｘ０に対
して傾斜して配置され、さらにそれらの傾斜方向は互い
に逆向きに設定されている。各翼２２及び２３の傾斜角
度は軸線Ｘ０に対して±それぞれの方向へ約３０°〜４
０°であり、望ましくは、ターゲット６から離れるに従
って傾斜角度が次第に小さくなるように設定されてい
る。

【００３５】図１のモータ９が作動して回転軸７が回転
すると、図３において動翼２２が矢印Ａで示すように回
転軸７に従って回転する。このため、動翼２２の前面に
おける気体分子が動翼２２で叩かれて矢印Ｂで示すよう
に移動するが、この移動方向Ｂは固定翼２３とほぼ平行
であるため、該固定翼によってほとんど抵抗を受けるこ
となく次段の動翼２２へと進行する。こうして気体分子
が固定翼２２によって順次にターゲット６の反対側（図
３の下側）へ送られることにより、ターゲット６側の領
域すなわちケーシング２の内部領域が排気される。ま
た、このとき、ターゲット６の反対側からターゲット６
側へ向かって矢印Ｃのように拡散しようとする気体分子
は固定翼２３に衝突して高い流動抵抗を受けるためにそ
の拡散が阻止され、これにより、ケーシング２の内部領
域が高い減圧状態に維持される。

【００３６】図２において、ターボ分子ポンプ８とモー
タ９との間の部分のケーシング張出し部２ａには排気ポ
ート１４が設けられる。排気ポート１４には１次排気手
段としてのロータリーポンプ１７が接続される。このロ
ータリーポンプ１７は、ケーシング張出し部２ａの内部
を真空状態よりは高く、しかし大気圧よりは低い１次気
圧、例えば１０^-2ｔｏｒｒまで減圧する。

【００３７】以上のように、ロータリーポンプ１７によ
って１次排気した上で、ターボ分子ポンプ８によって２
次排気を行うことにより、ターゲット６の周辺領域すな
わちケーシング２の内部領域を高真空状態、例えば１０
^-6ｔｏｒｒ程度以上の真空状態に排気できる。

【００３８】図２に示したメカニカルシール１１は、図
１に示すように、回転軸７のターゲット６と反対側の端
部に結合された円筒状のカバー２４と、該カバー２４の
内部に設けられたリング状の回転圧子２６と、ケーシン
グ張出し部２ａのターゲット６と反対側の端子部に設け
られた固定圧子２７と、これらの圧子２６，２７を互い
に押圧する弾性部材、例えばバネ２８とを有する。バネ
２８は、例えば、リング状の圧子２６，２７のそれぞれ
の円周方向に沿って適宜の角度間隔で複数個設けられ
る。

【００３９】カバー２４は、ターゲット６の反対側へ延
びる薄肉円筒部２９を流体ガイド部材として有し、この
薄肉円筒部２９はケーシング張出し部２ａのターゲット
６と反対側の端部に設けた油貯留槽３１の内部に貯留し
た油Ｏに浸漬している。また、図２に示すように、油貯
留槽３１には油液分離装置３７の液供給路３７ａと液回
収路３７ｂが接続されている。

【００４０】図１において、回転軸７の内部には、キャ
ップ部材１３に支持された円筒形状の固定軸３２が回転
軸７と同軸状に設けられ、この固定軸３２の外周面と回
転軸７の内周面との間に第１空間Ｒ１が形成される。こ
の第１空間Ｒ１は回転軸線Ｘ０を中心とする円筒形状で
あって、しかも回転軸線Ｘ０に沿って均等な間隔で形成
されている。固定軸３２の先端には円盤形状のヘッド３
４が設けられ、このヘッド３４がターゲット６の内部の
空間内にターゲット６の内壁面に対して適宜の隙間をお
いて置かれている。この隙間は前記第１空間Ｒ１につな
がることによって流体流路を構成している。

【００４１】第１空間Ｒ１のターゲット６と反対側の端
部はメカニカルシール１１の回転圧子２６と固定圧子２
７との圧接面に面しており、これにより第１空間Ｒ１が
液漏れのないように封止、すなわちシールされている。
回転圧子２６と固定圧子２７との圧接面からはほとんど
液漏れがないが、該部から液漏れが生じる場合、漏れた
液体は薄肉円筒部２９を伝って油貯留槽３１内の油Ｏへ
流れ込んで液体含有油を形成する。

【００４２】この液体含有油は液回収路３７ｂを通して
油液分離装置３７に回収され、この油液分離装置３７に
よって液体成分が除去され、油成分が液供給路３７ａを
通して油貯留槽３１内へ再び戻される。

【００４３】固定軸３２の内部にはキャップ部材１３に
支持された円筒形状の固定内筒３６が設けられ、この固
定内筒３６の外周面と固定軸３２の内周面との間に第２
空間Ｒ２が形成される。この第２空間Ｒ２は回転軸線Ｘ
０を中心とする円筒形状であって、しかも回転軸線Ｘ０
に沿って均等な間隔で形成されている。第２空間Ｒ２と
第１空間Ｒ１とは複数の孔３３によって連通する。これ
らの孔３３は固定軸３２の異なる３ヶ所の断面個所に設
けられ、さらに図４に示すように、固定軸３２の同一断
面の円周方向に関して適宜の間隔をおいて複数個、例え
ば３個設けられる。望ましくは、これらの孔３３は等角
度間隔、例えば１２０°の等角度間隔で設けられる。

【００４４】キャップ部材１３には半径方向へ延びる液
供給路３８ａ及び液回収路３８ｂが形成され、固定内筒
３６の内部空間が液回収路３８ｂに接続され、さらに第
２空間Ｒ２が液供給路３８ａに接続される。液供給路３
８ａ及び液回収路３８ｂは、図２に示すように、液体供
給装置３８に接続される。この液体供給装置３８は図１
の第２空間Ｒ２及び第１空間Ｒ１へ軸受用及び冷却用の
液体、例えば水を所定の圧力、例えば３〜４ｋｇ／ｃｍ
² で供給する。なお、液供給路３８ａの途中にはゴミ等
といった不純物を除去するためのフィルタ３９を設ける
のが望ましい。

【００４５】本発明に係るＸ線発生装置は以上のように
構成されているので、図２においてロータリーポンプ１
７が作動すると、ケーシング２の内部が１０^-2ｔｏｒｒ
程度に１次減圧される。また、図１においてモータ９が
作動するとロータ１８が回転し、これに従って回転軸７
及びターゲット６が回転する。ターゲット６の回転数
は、例えば、４０，０００ｒｐｍ以上、望ましくは５
０，０００ｒｐｍ以上に設定される。

【００４６】回転軸７が回転すると、ターボ分子ポンプ
８の動翼２２が同じ回転数で回転し、これにより、ケー
シング２内が１０^-6ｔｏｒｒ程度の真空状態に２次減圧
される。４０，０００〜５０，０００ｒｐｍの回転数は
ターボ分子ポンプ８の動翼２２の回転数に適している。

【００４７】また、図２において、流体供給装置３８が
作動すると、液供給路３８ａへ流体、例えば水が所定の
圧力で供給され、供給された水は図１において固定軸３
２内の第２空間Ｒ２内へ流入し、さらに孔３３を通して
第１空間Ｒ１内へ流入し、さらにターゲット６の内部を
循環した後、固定内筒３６の内部空間へ流れ込み、さら
にキャップ部材１３内の液回収路３８ｂを通って、図２
の流体供給装置３８へ回収される。第１空間Ｒ１の端部
に設けたメカニカルシール１１は通流する水が外部へ漏
れ出ることを防止する。

【００４８】水が第１空間Ｒ１の内部を流れるとき、回
転軸７はその水によって内側から軸受された状態で回転
する。つまり、本実施形態では、回転軸７が水圧軸受、
すなわち流体軸受によって支持された状態で回転する。
また、水が第１空間Ｒ１につながるターゲット６内の通
路を流れるとき、その水によってターゲット６が内側か
ら冷却される。

【００４９】なお、水圧軸受には、水圧が回転中心軸の
軸線方向に関して均一である静圧軸受と、水圧が回転中
心軸の軸線方向に関して不均一である動圧軸受がある
が、図１に示した第２空間Ｒ２、孔３３、第１空間Ｒ１
及び第１空間Ｒ１内を適宜圧力で流れる水によって構成
される水圧軸受は静圧軸受を構成している。

【００５０】第１空間Ｒ１を流れる水による回転軸７に
対する軸受条件は第１空間Ｒ１の隙間間隔や、孔３３の
孔径や、孔３３の数や、孔３３を設ける位置や、流体供
給装置３８によって供給される水の圧力等によって変化
すると考えられるが、供給水圧を３〜４ｋｇ／ｃｍ² 程
度に設定した本実施形態では第１空間Ｒ１の隙間間隔は
０．５ｍｍ程度にすることが望ましい。

【００５１】一般的な機械式のベアリングを用いて回転
軸７を支持する構造の軸受構造を採用する場合には、タ
ーゲット６の回転振れは±５μｍ程度以下に抑えること
は困難であるが、本実施形態のように水圧軸受すなわち
流体軸受によって回転軸７を支持する構造を採用すれ
ば、ターゲット６の回転振れは±１μｍ程度以下に抑え
ることが可能である。

【００５２】以上のように、ケーシング２の内部が真空
状態に設定され、ターゲット６が高速で回転し、第１空
間Ｒ１及びターゲット６内を軸受用及び冷却用水が流れ
る状態が達成されると、フィラメント４及びターゲット
６を用いたＸ線発生作業を開始できる。具体的には、電
圧・電流供給装置１６を作動してフィラメント４に通電
して熱電子を発生させ、さらにフィラメント４とターゲ
ット６との間に高電圧を印加することによりフィラメン
ト４に発生した熱電子を高速度でターゲット６の表面に
衝突させる。

【００５３】このときに熱電子が衝突する領域がＸ線焦
点すなわちフォーカスであり、このフォーカスは図５に
符号Ｆで示すように、ターゲット６の表面上で８０μｍ
×８００μｍ以下、望ましくは６０μｍ×６００μｍ以
下の大きさのマイクロフォーカスサイズに設定される。
この設定は、フィラメント４の大きさ及びフィラメント
４のまわりに配置されるウエネルト（図示せず）への印
加電圧等を調節することによって達成できる。

【００５４】Ｘ線焦点Ｆに衝突した電子はその一部がＸ
線に変換されて発散し、図２に示すように、ケーシング
２の適所に設けたＸ線通過窓１２を通過して外部へ取り
出される。一般にＸ線通過窓１２から取り出されるＸ線
の見込み角度θは、例えばθ＝６°程度に設定され、よ
って、見込み角度θ方向から見込まれるＸ線の断面サイ
ズは、６０μｍ×６０μｍ程度のサイズになる。

【００５５】上記のような８０μｍ×８００μｍ以下の
フォーカスはいわゆるマイクロフォーカスであり、これ
は、従来一般的なノーマルフォーカス、ファインフォー
カス、ロングファインフォーカス、ブロードフォーカス
等に比べて著しくサイズの小さいフォーカスである。ノ
ーマルフォーカス等を発生させる場合には、封入管に関
しては２ＫＷ程度、回転対陰極開放管に関しては１２Ｋ
Ｗ程度以上に設定される。そして、これらの電力を供給
するため、封入管では単相２００Ｖ程度、回転対陰極開
放管では３相２００Ｖ程度の電源が使用される。これに
対し、本実施形態で採用するマイクロフォーカスを発生
させるには、広く一般に利用されている家庭用電源であ
る単相１００Ｖを用いることができ、経費を低く抑える
ことができ、保守も簡単である。

【００５６】なお、ターゲット６の表面にマイクロフォ
ーカスを形成する場合には、ターゲット６の表面の局所
に高エネルギが集中するのでターゲット６を損傷するお
それが強いが、本実施形態ではターゲット６を４０，０
００ｒｐｍ以上、望ましくは５０，０００ｒｐｍ以上と
いった高速度で回転させるので、そのような損傷を確実
に回避できる。

【００５７】また、磁気シール装置等といったシール装
置を回転軸７の周囲に設けてケーシング２の内部と外部
とをシールする構造では、回転軸７が４０，０００ｒｐ
ｍ以上といった高速度で回転するとシール装置が損傷し
てしまうので、そのような高速回転は不可能であり、よ
って、マイクロフォーカスの実現も難しかった。これに
対し、本実施形態のように、回転軸７の軸上に真空排気
手段としてのターボ分子ポンプ８を設けることにより、
シール装置を回転軸７の軸上に設ける必要をなくした本
実施形態によれば、４０，０００ｒｐｍ以上といった高
速回転を難無く実現でき、それ故、マイクロフォーカス
を問題なく実現できる。

【００５８】以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を
説明したが、本発明はその実施形態に限定されるもので
なく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変
できる。

【００５９】例えば、上記実施形態では図１に示すよう
に、回転軸７の軸線Ｘ０方向に関して異なる３ヶ所に孔
３３を設けたが、より少ない又はより多くの個所に孔を
設けることもできる。また、図４に示すように固定軸７
の１つの断面個所に等角度間隔で３個の孔３を設けた
が、より多くの数又はより少ない数の孔を設けることも
できる。この孔３３を設ける個所及びその数は、第１空
間Ｒ１内で水等といった流体が流体軸受として機能でき
るように設定される。

【００６０】図１の実施形態ではケーシング２の内部を
排気するための排気手段を回転軸７の軸上に設けたが、
排気手段は回転軸７とは別の所に設けても良い。なお、
その場合には、回転軸７上に磁気シール装置、メカニカ
ルシール装置、その他のシール装置を設けることが必要
になる。

【００６１】また、図１の実施形態では、回転軸７上に
モータ９を設けることによりダイレクトドライブ構造を
構成したが、モータは回転軸７と別の所に設けて適宜の
動力伝達手段、例えば、ベルトとプーリとを有する機構
によって動力を伝達するように構成することもできる。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係るＸ
線発生装置によれば、回転軸の内周面に面する第１空間
と、その第１空間内に入れられた流体とによって構成さ
れる、いわゆる流体軸受によって、回転軸従ってそれと
一体な対陰極が回転可能に支持されるので、回転する対
陰極の振れを著しく低減、例えば±１μｍ以下に低減で
きる。また、メカニカル構造のベアリングを用いる構造
ではないので、回転軸従って対陰極の回転数を高く、例
えば４０，０００ｒｐｍ以上、望ましくは５０，０００
ｒｐｍ以上の高速回転にすることもできる。このよう
に、対陰極を少ない回転振れで高速回転させることがで
きるので、何等の支障もなくその対陰極の表面にマイク
ロフォーカスを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＸ線発生装置の断面構造を示す断
面図である。

【図２】図１に示すＸ線発生装置の全体構成を示す断面
図である。

【図３】図１のＸ線発生装置で用いられる排気装置の一
例を示す平面図である。

【図４】図１のＸ線発生装置におけるＩＶ−ＩＶ線に従
った断面図である。

【図５】図１のＸ線発生装置で用いられるターゲットを
示す斜視図である。

【符号の説明】

１Ｘ線発生装置２ケーシング２ａケーシング張出し部４フィラメント（陰極）６ターゲット（対陰極）７回転軸８ターボ分子ポンプ（排気手段）９モータ１１メカニカルシール（シール手段）２２動翼２３固定翼２８バネ（加圧手段）２９薄肉円筒部（流体ガイド部材）３２固定軸３３孔３４ヘッド３６固定内筒ＦＸ線焦点Ｏ油Ｒ１第１空間Ｒ２第２空間Ｘ０回転軸線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を発生しながら回転する対陰極と、
該対陰極と共に回転する筒状の回転軸と、該回転軸の内
部に設けられ前記回転軸の内周面との間に第１空間を形
成する固定軸とを有し、前記回転軸が回転軸線に対して直角方向へ移動するとき
に圧力を発生する流体を前記第１空間内に入れたことを
特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】請求項１において、前記固定軸の内部に設けられた第２空間と、該第２空間と前記第１空間とを連通する少なくとも１つ
の孔と、前記第２空間へ前記流体を供給する流体供給手段とを有
し、前記孔は前記第２空間から前記第１空間へ前記流体を供
給できる程度にその総面積が大きく且つ前記第１空間内
の流体が前記回転軸に対して圧力を発現できる程度にそ
の総面積が小さいことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】請求項２において、前記孔は前記固定軸
の少なくとも１ヶ所の断面部分においてその断面の円周
方向に関して互いに間隔を開けて複数個形成されること
を特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】請求項１から請求項３の少なくともいず
れか１つにおいて、前記第１空間は前記対陰極の内部を
通過し、前記流体はＸ線を発生している前記対陰極より
も温度が低いことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項５】請求項１から請求項４の少なくともいず
れか１つにおいて、前記流体は前記第１空間の中を流れ
ることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項６】請求項１から請求項５の少なくともいず
れか１つにおいて、前記第１空間を形成する前記回転軸
の内周面と前記固定軸の外周面との両方は、前記流体の
流れに変化を持たせるような凹凸のない滑らかな面であ
り、前記第１空間の間隔は前記固定軸の軸線方向に関し
て均一であることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項７】請求項１から請求項６の少なくともいず
れか１つにおいて、前記第１空間からの流体の漏れを封
止するシール手段を有し、該シール手段は、前記回転軸
と一体に回転する回転圧子と、これに面接触する固定圧
子と、これらの圧子を圧力付与状態で面接触させる加圧
手段とを有することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項８】請求項７において、前記シール手段は、
油を貯留した油貯留槽と、前記回転圧子と前記固定圧子
との間から漏れる流体を前記油貯留槽へ導く流体ガイド
部材と、前記油貯留槽内の流体含有油を回収して該流体
含有油から流体を分離して分離後の油を前記油貯留槽へ
戻す油液分離手段とを有することを特徴とするＸ線発生
装置。
【請求項９】請求項１から請求項８の少なくともいず
れか１つにおいて、前記第１空間の間隔は約０．５ｍｍ
であり、前記流体供給手段によって供給される流体の圧
力は約３〜４ｋｇ／ｃｍ² であることを特徴とするＸ線
発生装置。
【請求項１０】請求項１から請求項９の少なくともい
ずれか１つにおいて、前記流体は水であることを特徴と
するＸ線発生装置。
【請求項１１】Ｘ線を発生しながら回転する対陰極
と、該対陰極を気密に包囲するケーシングと、前記対陰極と共に回転し前記ケーシングの外側へ延びる
筒状の回転軸と、該回転軸の内部に設けられ前記回転軸の内周面との間に
第１空間を形成する固定軸と、前記回転軸に固定された動翼を備えた排気手段と、前記対陰極から見て前記排気手段よりも離れた位置の前
記回転軸の軸上に配設されていて該回転軸をロータとす
るモータと、前記対陰極から見て前記モータよりも離れた位置の前記
回転軸の軸上に配設されていて前記第１空間からの流体
の漏れを封止するシール手段とを有し、前記回転軸が回転軸線に対して直角方向へ移動するとき
に圧力を発生する流体を前記第１空間内に入れることを
特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１２】請求項１から請求項１１の少なくとも
いずれか１つにおいて、前記対陰極上に形成されるフォ
ーカスは、対陰極上での面積が約８０μｍ×８００μｍ
以下のマイクロフォーカスであることを特徴とするＸ線
発生装置。