JP2017059360A - Ｘ線計測装置、電子線源の交換方法、及び電子銃 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線源を容易に交換できるＸ線計測装置、電子線源の交換方法、及び電子銃を提供する。【解決手段】Ｘ線計測装置は、Ｘ線発生部１Ａと、Ｘ線検出部と、を備えている。Ｘ線発生部１Ａは、真空容器１１と、開口を介して真空容器１１を外部に開放するためのフランジ２４及びフランジ２５と、電子線Ｒｅを出射する電子線源１５と、電子線源１５を保持するガラス管１７と、ガラス管１７に設けられ開放部に臨むように真空容器１１の外部に配置されるフランジ１８と、を含む電子銃１２Ａと、電子線Ｒｅが照射されることによりＸ線Ｒｘを出射するターゲット２１と、ターゲット２１を保持するガラス管２３と、を含むターゲット部１３Ａと、を有し、電子銃１２Ａは、フランジ１８と、フランジ１８とフランジ２４との間に介在された第１シール部材Ｓ１と、により開口を気密に封止している。【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線計測装置、電子線源の交換方法、及び電子銃に関する。

特許文献１には、Ｘ線発生装置が記載されている。このＸ線発生装置は、フィラメント部を有する電子銃と、電子銃を収容する筒状部と、を備えている。また、特許文献２には、電子線発生装置が記載されている。この電子線発生装置は、光電面を収容する複数のカートリッジと、複数のカートリッジを保持するスライダと、を備えている。

特開２００１−１３５４９６号公報 特開２００３−４５３６８号公報

特許文献１に記載されたＸ線発生装置では、筒状部を開放することにより、電子銃のフィラメント部が交換可能とされている。また、特許文献２に記載された電子線発生装置では、スライダを利用してカートリッジが交換可能とされている。このように、上記技術分野では、フィラメント部や光電面といった電子線源を容易に交換可能とすることが望まれている。

本発明は、電子線源を容易に交換できるＸ線計測装置、電子線源の交換方法、及び電子銃を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線計測装置は、試料に照射するＸ線を発生させるＸ線発生部と、試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、を備え、Ｘ線発生部は、開口が形成された真空容器と、開口を介して真空容器を外部に開放するための開放部と、真空容器の内部に配置され電子線を出射する電子線源と、電子線源を保持する電子線源保持部と、電子線源保持部に設けられ開放部に臨むように真空容器の外部に配置される第１フランジと、を含む電子銃と、真空容器の内部に配置され電子線が照射されることによりＸ線を出射するターゲットと、ターゲットを保持するターゲット保持部と、を含むターゲット部と、を有し、電子銃は、第１フランジと、第１フランジと開放部との間に介在された第１シール部材と、により開口を気密に封止している。

このＸ線計測装置においては、電子銃が、第１フランジを含み、第１フランジと第１シール部材とにより、真空容器の開口を気密に封止している。このため、真空容器内の真空度を調整することにより、電子銃が開口を封止する力を容易に調整することができる。したがって、例えば真空容器を大気に開放して真空度を小さくすれば、電子銃が開口を封止する力が弱められることによって、電子銃を真空容器から容易に取り外すことができる。この結果、このＸ線計測装置によれば、真空容器から電子銃を取り外して電子線源を容易に交換することができる。

本発明に係るＸ線計測装置においては、ターゲット保持部は、一端及び他端を含む筒状部材を含み、ターゲットは、一端において筒状部材に保持されており、電子線源は、筒状部材に収容されており、開放部は、他端側において筒状部材に設けられた第２フランジを含み、筒状部材は、開口を介して真空容器に挿入され、一端は、真空容器の内部に配置され、他端及び第２フランジは、真空容器の外部に配置され、電子銃は、第２フランジと真空容器との間に第２シール部材が介在された状態において、第１フランジと、第１フランジと第２フランジとの間に介在された第１シール部材と、により開口を気密に封止していてもよい。

本発明に係るＸ線計測装置においては、開放部は、開口を囲うように真空容器に設けられた第３フランジを含み、電子銃は、第１フランジと、第１フランジと第３フランジとの間に介在された第１シール部材と、により開口を気密に封止していてもよい。この場合、電子銃により開口を気密に封止するための構成を簡単にすることができる。

本発明に係るＸ線計測装置においては、ターゲット保持部は、一端及び他端を含む筒状部材を含み、ターゲットは、一端において筒状部材に保持されており、電子線源は、筒状部材に収容されており、一端は、真空容器の内部に配置され、筒状部材は、一端を含む第１部分と、他端を含む第２部分と、第１部分と第２部分とを着脱可能に接続する接続部と、を有し、他端において第１フランジの開放部側の部分に取り付けられ、開口を介して真空容器に挿入されていてもよい。この場合、ターゲット保持部が、ターゲットを保持する筒状部材を含み、筒状部材は、電子線源を内部に収容した状態で、他端において第１フランジの開放部側に取り付けられている。このように、筒状部材が第１フランジに取り付けられ、ターゲット部と電子銃とが一体化されているので、ターゲット部と電子銃との位置合わせが容易となる。また、筒状部材の第１部分と第２部分との接続を解除することにより、筒状部材の内部に収容された電子線源を容易に交換することができる。また、第１部分と第２部分との接続を解除することにより、ターゲットの交換も容易となる。

本発明に係るＸ線計測装置においては、ターゲット保持部は、一端及び他端を含む棒状部材を含み、ターゲットは、一端において棒状部材に保持されており、他端は、真空容器に固定されていてもよい。この場合、ターゲット保持部は、ターゲットを棒状部材により真空容器に固定して保持しているので、ターゲット保持部の構成を簡単にすることができる。また、ターゲットを単独で取り外すことが可能であるため、ターゲットの交換が一層容易となる。

本発明に係る電子線源の交換方法は、真空容器の内部に配置され電子線を出射する電子線源、電子線源を保持する電子線源保持部、及び、電子線源保持部に設けられ真空容器の外部に配置される第１フランジを含み、真空容器の開口を第１フランジによって気密に封止する電子銃と、真空容器の内部に配置され電子線が照射されることによりＸ線を出射するターゲットと、を備えるＸ線計測装置の電子線源を交換する電子線源の交換方法であって、真空容器を大気開放する第１ステップと、第１ステップの後に、真空容器から電子銃を取り外す第２ステップと、第２ステップの後に、電子銃の電子線源を交換する第３ステップと、第３ステップ後に、電子線源が真空容器の内部に配置されるように電子銃を真空容器に組み付ける第４ステップと、第４ステップの後に、真空容器を真空引きすることによって、第１フランジにより開口を封止する第５ステップと、を含む。

この電子線源の交換方法においては、電子銃が、第１フランジを含み、第１フランジにより真空容器の開口を気密に封止している。このため、第１ステップにおいて、真空容器を大気開放することによって、電子銃が開口を封止する力が弱められる。また、第５ステップにおいて、真空容器を真空引きすることによって、電子銃が開口を封止する力を強められる。このように、真空容器内の真空度を調整することにより、電子銃が開口を封止する力を容易に調整することができる。この結果、真空容器から電子銃を取り外して電子線源を容易に交換することができる。

本発明に係る電子銃は、Ｘ線計測装置のＸ線発生部に用いられる電子銃であって、真空容器の内部に配置され、電子線を出射する電子線源と、電子線源を保持する電子線源保持部と、電子線源保持部に設けられ、真空容器の外部に配置される第１フランジと、を備える。

この電子銃は、第１フランジを備えているので、第１フランジにより真空容器の開口を気密に封止することができる。このため、真空容器内の真空度を調整することにより、電子銃が開口を封止する力を容易に調整することができる。したがって、例えば真空容器を大気に開放して真空度を小さくすれば、第１フランジにより開口を封止する力が弱められることによって、電子銃を真空容器から容易に取り外すことができる。この結果、この電子銃によれば、真空容器から電子銃を取り外して電子線源を容易に交換することができる。

本発明によれば、電子線源を容易に交換できるＸ線計測装置、電子線源の交換方法、及び電子銃を提供することができる。

第１実施形態に係るＸ線計測装置の構成図である。 図１に示されるＸ線発生部の構成図である。 図２に示されるＸ線発生部の分解図である。 第１実施形態に係る電子線源の交換方法の主要な工程を示す図である。 第１実施形態に係る電子線源の交換方法の主要な工程を示す図である。 第１実施形態に係る電子線源の交換方法の主要な工程を示す図である。 第２実施形態に係るＸ線発生部の構成図である。 第３実施形態に係るＸ線発生部の構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線計測装置の構成図である。図１に示されるように、Ｘ線計測装置１０Ａは、Ｘ線発生部１Ａと、排気部２と、Ｘ線照射部３と、Ｘ線検出部４と、を備えている。Ｘ線計測装置１０Ａは、例えば、軟Ｘ線３Ｄ顕微鏡である。Ｘ線計測装置１０Ａは、例えば、「水の窓」と呼ばれるエネルギー領域（２８５ｅＶ〜５４３ｅＶ）のＸ線を用いることにより、低原子番号（Ｚ）の材料、及び生体試料の内部構造を３次元的に観察することができる。この領域のＸ線は、大気及び窓材によるＸ線吸収が大きいため、Ｘ線計測装置１０Ａでは、真空系が用いられる。また、通常のＸ線管とは異なり、窓材は用いられない。もしくは、厚さが数μｍ以下の薄膜の窓材が用いられる。

Ｘ線発生部１Ａは、試料Ｓに照射するＸ線を発生させる電子線励起型のＸ線源である。Ｘ線発生部１Ａの各構成については、後で詳細に説明する。

排気部２は、例えば、真空容器１１に接続された真空ポンプである。排気部２は、真空容器１１を真空引きすることができる。

Ｘ線照射部３は、真空容器３１と、Ｘ線光学素子３２，３４と、を有している。真空容器３１は、Ｘ線光学素子３２，３４と試料Ｓとを収容している。真空容器３１は、ゲートバルブＧＶを介して真空容器１１と接続されている。試料Ｓは、試料支持部（不図示）により支持されている。Ｘ線光学素子３２，３４は、全反射を利用してＸ線Ｒｘの結像及び集光を行う光学素子である。Ｘ線光学素子３２，３４は、例えば、ウォルターミラーといった筒状の斜入射反射鏡である。ここでは、Ｘ線光学素子３２は、Ｘ線発生部１Ａにおいて発生されたＸ線Ｒｘを試料Ｓに集光する。また、Ｘ線光学素子３４は、試料ＳからのＸ線ＲｘをＸ線検出部４に結像する。真空容器３１には、排気装置５２が接続されている。排気装置５２は、例えば、真空ポンプであり、真空容器３１を真空引きしている。

Ｘ線検出部４は、真空容器３１に配管５３によって接続されている。Ｘ線検出部４は、例えば、ＣＣＤ素子等のＸ線検出素子を含んでいる。配管５３には、排気装置５５が接続されている。排気装置５５は、例えば、真空ポンプであり、配管５３を真空引きしている。

図２は、図１に示されるＸ線発生部の構成図である。図３は、図２に示されるＸ線発生部の分解図である。図１〜図３に示されるように、Ｘ線発生部１Ａは、真空容器１１と、電子銃１２Ａと、ターゲット部１３Ａとを有している。Ｘ線発生部１Ａでは、電子銃１２Ａ及びターゲット部１３Ａがそれぞれ交換可能となっている。真空容器１１には、開口Ａが形成されている。真空容器１１には、開口Ａを囲うようにフランジ（第３フランジ）１４が設けられている。フランジ１４は、ＩＣＦ等の真空機器の接続で一般に使用される規格のフランジである。真空容器１１は、排気部２と、真空容器３１とに連通可能に接続されている。

電子銃１２Ａは、電子線源１５と、制御電極１６と、ガラス管（電子線源保持部）１７と、フランジ（第１フランジ）１８とを含んでいる。

電子線源１５は、タングステン及びＬａＢ_６等からなるフィラメント１５ａと、フィラメント１５ａを一対の端子Ｔ_１に対して着脱自在に取り付ける一対のソケット１５ｂと、を含んでいる。電子線源１５は、真空容器１１の内部に配置されている。電子線源１５は、端子Ｔ_１を介してフィラメント１５ａに電圧が印加されることにより、電子線Ｒｅを出射する。

制御電極１６は、電子線源１５と共に真空容器１１の内部に配置されている。制御電極１６は、例えば、円筒状であり、電子線源１５の周囲に配置されている。制御電極１６は、電子レンズを形成し、電子線Ｒｅの軌道制御を行う。制御電極１６は、一対の端子Ｔ_２に接続されている。制御電極１６と一対の端子Ｔ_２とは、例えば、ウェルダー加工で接続されている。制御電極１６は、一対の端子Ｔ_２に電圧が印加されることにより、電子線源１５から出射された電子線Ｒｅを後述するターゲット２１の照射面２１ａに集光（収束）させる。

ガラス管１７は、軸方向Ｄの一方の端部１７ａと、軸方向Ｄの他方の端部１７ｂと、を含む筒状部材である。ガラス管１７は、例えば、円筒部材である。ガラス管１７は、真空容器１１の外部において、端部１７ａが真空容器１１側となるように配置されている。端部１７ａは、電子線源１５側の端部である。一対の端子Ｔ_１及び一対の端子Ｔ_２は、ガラス管１７の内部を貫通している。端子Ｔ_１，Ｔ_２は、例えば端部１７ｂにおいてガラス管１７に融着されている。ガラス管１７は、一対の端子Ｔ_１及び一対の端子Ｔ_２を介して、電子線源１５及び制御電極１６を保持している。したがって、電子線源１５と、制御電極１６と、ガラス管１７と、フランジ１８とは、互いに一体化されている。

フランジ１８は、端部１７ａに設けられている。フランジ１８は、真空容器１１の外部に配置されている。フランジ１８は、端部１７ａからガラス管１７の外方に延びる環状部１８ａと、環状部１８ａの外縁から電子線源１５側に延びるように環状部１８ａに立設された筒状部１８ｂと、を含んでいる。環状部１８ａは、例えば円環状である。筒状部１８ｂは、例えば円筒状である。環状部１８ａは、例えば、融着によりガラス管１７に固定されている。

ターゲット部１３Ａは、ターゲット（ターゲット電極）２１と、制御電極２２と、ガラス管２３と、フランジ（第２フランジ）２４と、フランジ（第２フランジ）２５とを含んでいる。ターゲット２１と、制御電極２２と、ガラス管２３と、フランジ２４と、フランジ２５とは、互いに一体化されている。

ターゲット２１は、真空容器１１の内部に配置されている。ターゲット２１は、電子線源１５と対向して配置されている。ターゲット２１は、電子線Ｒｅが照射されることによりＸ線Ｒｘを出射する。ターゲット２１は、例えば、軟Ｘ線を放出するチタン等から形成されている。ターゲット２１は、照射面２１ａと、底面２１ｂと、側面２１ｃとを含んでいる。

照射面２１ａは、電子線源１５と軸方向Ｄに沿って対向している。照射面２１ａは、Ｘ線Ｒｘが照射される面である。照射面２１ａは、例えば楕円形状を呈している。底面２１ｂは、例えば円形状を呈している。側面２１ｃは、照射面２１ａと底面２１ｂとを軸方向Ｄに接続している。ターゲット２１は、照射面２１ａが軸方向Ｄに対して４５°傾斜すると共に、底面２１ｂが軸方向Ｄに対して垂直をなすように配置されている。底面２１ｂには、電線２７が電気的に接続されている。電線２７は、端子Ｔ_３と電気的に接続されている。端子Ｔ_３は、真空容器１１のフランジ５０に接続するフランジ５1の大気側に配置されている。ターゲット２１には、端子Ｔ_３から電線２７を介して高電圧が供給される。これにより、電子線Ｒｅが加速してターゲット２１に入射する。

制御電極２２は、制御電極１６と共に、電子レンズを形成し、電子線Ｒｅの軌道制御を行う。制御電極２２は、ここでは、ターゲット２１への電子線Ｒｅの集光（収束）等に使用されている。制御電極２２は、ターゲット２１と共に真空容器１１の内部に配置されている。制御電極２２は、ターゲット２１の側面２１ｃを覆うようにターゲット２１の周囲に配置されている。制御電極２２は、例えば、円筒状をなし、軸方向Ｄの一端２２ａ及び他端２２ｂを含んでいる。制御電極２２の軸方向Ｄの長さは、ターゲット２１の軸方向Ｄの長さよりも長い。

制御電極２２は、他端２２ｂ側において、内部にターゲット２１を収容している。他端２２ｂは、ターゲット２１の底面２１ｂにより閉塞されている。一端２２ａは、ガラス管２３の内部において開放されている。ターゲット２１は、例えば、側面２１ｃにおいてネジ等により制御電極２２に固定されている。制御電極２２は、通常、ターゲット２１と同電位であり、制御電極１６と協働して、電子線源１５から出射された電子線Ｒｅをターゲット２１の照射面２１ａに集光（収束）させる。制御電極２２における照射面２１ａに臨む部分には開口が設けられている。ターゲット２１からのＸ線Ｒｘは、この開口を介してターゲット部１３Ａから出射される。

ガラス管２３は、軸方向Ｄの一端２３ａ及び他端２３ｂを含む筒状部材である。ガラス管２３は、例えば、円筒状である。ガラス管２３は、開口Ａを介して真空容器１１に挿入されている。一端２３ａは、真空容器１１の内部に配置され、他端２３ｂは、真空容器１１の外部に配置されている。ガラス管２３は、制御電極１６と共に他端２３ｂを介して内部に挿入された電子線源１５を収容している。すなわち、電子線源１５は、真空容器１１及びガラス管２３に収容されている。

ガラス管２３の一端２３ａ側の内部には、制御電極２２の一端２２ａ側の一部が収容されている。一端２３ａには、例えば、制御電極２２の一端２２ａ側の一部の外面が融着により固定されている。したがって、ガラス管２３は、一端２３ａにおいて、制御電極２２を介してターゲット２１を保持している。即ち、ガラス管２３及び制御電極２２は、ターゲット保持部Ｈを構成している。また、他端２３ｂには、フランジ２４が設けられている。フランジ２４は、例えば、環状の部材をガラス管２３に融着により固定することにより構成されている。

フランジ２４は、真空容器１１の外部に配置されている。フランジ２４は、他端２３ｂの周囲を覆う筒状部２４ａと、筒状部２４ａの一端２３ａ側の端部からガラス管２３の外方に延びる環状部２４ｂと、を含んでいる。筒状部２４ａは、例えば円筒状である。環状部２４ｂは、例えば円環状である。環状部２４ｂの外側の寸法（円環状の場合には外径）は、筒状部１８ｂの内側の寸法（円筒状の場合には内径）と同等以下である。フランジ２４は、筒状部１８ｂ内に収容される。環状部２４ｂと環状部１８ａとの間には、環状の第１シール部材Ｓ１が介在している。第１シール部材Ｓ１は、例えば、円環状のＯリングである。第１シール部材Ｓ１は、筒状部２４ａを囲むように環状部２４ｂ上に配置され、環状部２４ｂと環状部１８ａとの間で押圧されて弾性変形されている。

フランジ２５は、ＩＣＦ等の真空機器の接続で一般に使用される規格のフランジである。フランジ２５は、一端２３ａよりも他端２３ｂ側においてガラス管２３に設けられている。フランジ２５は、具体的には、一端２３ａと他端２３ｂとの間であって、一端２３ａとフランジ２４との間に設けられている。フランジ２５は、例えば、環状（一例として円環状）の部材をガラス管２３に融着により固定することで構成されている。

フランジ２５は、真空容器１１の外部に配置されている。フランジ２５の外側の寸法（円環状の場合には外径）は、フランジ１４の外側の寸法（円環状の場合には外径）と同等である。フランジ２５は、軸方向Ｄに沿ってフランジ１４と対向している。フランジ２５は、フランジ１４との間に、環状（一例として円環状）の第２シール部材Ｓ２を介在させた状態で、例えば、ネジ等でフランジ１４に固定されている。これにより、フランジ２５とフランジ１４とは気密に接続されている。第２シール部材Ｓ２は、例えば、ガスケットである。

引き続いて、以上のＸ線計測装置１０Ａの動作について説明する。Ｘ線計測装置１０Ａを動作させる際には、まず、ゲートバルブＧＶを閉じて、Ｘ線照射部３及びＸ線検出部４からＸ線発生部１Ａを隔離する。Ｘ線照射部３及びＸ線検出部４は、排気装置５２及び排気装置５５で真空に維持されている。続いて、ターゲット部１３Ａを真空容器１１の開口Ａから真空容器１１内に挿入する。このとき、フランジ１４とフランジ２５との間に第２シール部材Ｓ２を介在させた状態で、フランジ１４とフランジ２５とを、例えばネジ等で固定する。これにより、フランジ２５とフランジ１４とが気密に接続される。続いて、ターゲット２１の底面２１ｂと電線２７とを接続し、端子Ｔ_３及び電線２７を介してターゲット２１に電圧を印加できるようにする。

続いて、電子銃１２Ａをターゲット部１３Ａのガラス管２３に挿入する。このとき、フランジ２４とフランジ１８との間に第１シール部材Ｓ１を介在させた状態とする。続いて、排気部２により真空容器１１を真空引きする。これにより、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により、フランジ１８が第１シール部材Ｓ１を介してフランジ２４に密着するように押圧される。この結果、第１シール部材Ｓ１が弾性変形され、フランジ１８とフランジ２４とが気密に接続される。

これにより、Ｘ線発生部１Ａが組み立てられる。したがって、Ｘ線発生部１Ａにおいては、電子銃１２Ａが、真空容器１１の開口Ａを、フランジ１８と、フランジ１８とフランジ２４との間に介在された第１シール部材Ｓ１と、により気密に封止している。より具体的には、電子銃１２Ａは、フランジ２５と真空容器１１のフランジ１４との間に第２シール部材Ｓ２が介在された状態において、フランジ１８と、フランジ１８とフランジ２４との間に介在された第１シール部材Ｓ１と、により開口Ａを気密に封止している。

換言すれば、フランジ２５とフランジ１４との間の気密状態を解除することにより、又は、フランジ１８とフランジ２４との間の気密状態を解除することにより、真空容器１１が開口Ａを介して外部に開放される。したがって、Ｘ線発生部１Ａにおいて、フランジ２４、及び、フランジ２５は、開口Ａを介して真空容器１１を外部に開放するための１つの開放部Ｆを構成する。また、フランジ１８は、開放部Ｆ（例えばフランジ２４）に臨むように配置されている。

続いて、真空容器１１の真空度が、Ｘ線発生部１Ａの動作可能な真空度に達したら、ゲートバルブＧＶを開ける。そして、端子Ｔ_３及び電線２７を介してターゲット２１に高電圧を印加する。更に、端子Ｔ_１により電子線源１５に電流を供給すると、電子が放出されて電子線Ｒｅが発生する。この電子線Ｒｅが加速してターゲット２１に入射することにより、ターゲット２１からＸ線Ｒｘが放出される。このＸ線Ｒｘを試料Ｓに照射することにより、Ｘ線計測を行うことができる。

引き続いて、第１実施形態に係る電子線源の交換方法について説明する。図４〜図６は、第１実施形態に係る電子線源の交換方法の主要な工程を示す図である。この方法においては、まず、ゲートバルブＧＶを閉じて、Ｘ線照射部３及びＸ線検出部４からＸ線発生部１Ａを隔離する。このとき、Ｘ線照射部３は真空に保たれる。続いて、真空容器１１にリークバルブ（不図示）等から大気を導入し、真空容器１１を大気開放する（第１ステップ）。これにより、真空容器１１内が大気圧となるため、フランジ１８をフランジ２４に向けて押圧する力がなくなり、第１シール部材Ｓ１が弾性変形されなくなる。

続いて、図４に示されるように、真空容器１１から電子銃１２Ａを取り出す（第２ステップ）。ここでは、ターゲット部１３Ａを真空容器１１に取り付けた状態を維持しつつ、電子銃１２Ａのみを真空容器１１及びガラス管２３から取り出す。続いて、図５に示されるように、電子銃１２Ａの電子線源１５を交換する（第３ステップ）。具体的には、図５（ａ）に示されるように、電子線源１５のソケット１５ｂから端子Ｔ_１を取り外し、図５（ｂ）に示されるように、別の電子線源１５ｚのソケット１５ｂに端子Ｔ_１を取り付ける。なお、このとき、真空容器１１からターゲット部１３Ａを更に取り出し、ターゲット２１を交換することも可能である。

続いて、図６に示されるように、別の電子線源１５ｚが真空容器１１の内部に配置されるように、電子銃１２Ａを真空容器１１に組み付ける（第４ステップ）。最後に、真空容器１１を排気部２（図１参照）により真空引きする。これにより、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により、フランジ１８がフランジ２４側に押圧される。この結果、電子銃１２Ａがターゲット部１３Ａに固定されると共に、上述したようにフランジ１８等によって開口Ａが気密に封止される（第５ステップ）。

以上説明したように、本実施形態に係るＸ線計測装置１０Ａにおいては、電子銃１２Ａは、フランジ１８を含んでいる。電子銃１２Ａは、フランジ１８と、フランジ１８とフランジ２４との間に介在された第１シール部材Ｓ１とにより、開口Ａを気密に封止している。特に、電子銃１２Ａは、フランジ２５とフランジ１４との間に第２シール部材Ｓ２が介在された状態において、開口Ａを封止している。

このため、真空容器１１内の真空度を調整することにより、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力を容易に調整することができる。したがって、例えば真空容器１１を大気に開放して真空度を小さくすれば、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力が弱められることによって、電子銃１２Ａを真空容器１１から容易に取り外すことができる。この結果、このＸ線計測装置１０Ａによれば、真空容器１１から電子銃１２Ａを取り外して電子線源１５を容易に交換することができる。したがって、電子銃とターゲット部とが一体化され、電子線源のみを交換することができない従来のＸ線管と比べて、電子線源の交換に要する時間及びコストを削減することができる。

また、ターゲット部１３Ａは、ターゲット保持部Ｈを有し、ターゲット保持部Ｈは、ターゲット２１を保持するガラス管２３を含んでいる。ガラス管２３は、電子線源１５を内部に収容した状態で、開口Ａを介して真空容器１１に挿入されている。また、電子銃１２Ａが、ガラス管２３に設けられたフランジ２５と真空容器１１との間に第２シール部材Ｓ２が介在された状態において、フランジ１８と、第１シール部材Ｓ１と、により開口Ａ１を気密に封止している。このため、例えば真空容器１１を大気に開放して真空度を小さくすれば、フランジ１８により開口Ａを封止する力が弱められる。また、真空容器１１から電子銃１２Ａを取り出した後、フランジ１４とフランジ２５との固定を解除することができる。すなわち、電子銃１２Ａに加えて、ガラス管２３に保持されたターゲット２１を真空容器１１から容易に取り外すことができる。

本実施形態に係る電子線源の交換方法では、第１ステップにおいて、真空容器１１を大気開放することによって、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力が弱められる。また、第５ステップにおいて、真空容器１１を真空引きすることによって、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力を強められる。このように、真空容器１１内の真空度を調整することにより、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力を容易に調整することができる。この結果、真空容器１１から電子銃１２Ａを取り外して電子線源１５を容易に交換することができる。

本実施形態に係る電子銃１２Ａは、フランジ１８を備えているので、フランジ１８により真空容器１１の開口Ａを気密に封止することができる。このため、真空容器１１内の真空度を調整することにより、電子銃１２Ａが開口Ａを封止する力を容易に調整することができる。したがって、例えば真空容器１１を大気に開放して真空度を小さくすれば、フランジ１８により開口Ａを封止する力が弱められる。これにより、電子銃１２Ａを真空容器１１から容易に取り外すことができる。この結果、この電子銃１２Ａによれば、真空容器１１から電子銃１２Ａを取り外して電子線源１５を容易に交換することができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係るＸ線計測装置の構成図である。図１及び図７に示されるように、第１実施形態に係るＸ線計測装置１０ＡはＸ線発生部１Ａを備えるのに対して、第２実施形態に係るＸ線計測装置１０ＢはＸ線発生部１Ｂを備えている。以下では、図１及び図７を参照しながら、Ｘ線計測装置１０Ａとの相違点を中心に、Ｘ線計測装置１０Ｂの説明を行う。

図１及び図７に示されるように、Ｘ線発生部１Ｂは、電子銃１２Ａに代えて電子銃１２Ｂを有する点、及び、ターゲット部１３Ａに代えてターゲット部１３Ｂを有する点においてＸ線発生部１Ａと相違している。電子銃１２Ｂは、フランジ１８に代えてフランジ（第１フランジ）４１を含む点において、電子銃１２Ａと相違している。フランジ４１は、端部１７ａの周囲を覆う筒状部４１ａと、筒状部４１ａの端部１７ｂ側の端部からガラス管１７の外方に延びる環状部４１ｂと、を含んでいる。筒状部４１ａは、例えば円筒状である。環状部４１ｂは、例えば円環状である。

ターゲット部１３Ｂは、ガラス管２３に代えてガラス管４３を含む点において、ターゲット部１３Ｂと相違している。ガラス管４３は、軸方向Ｄ（図３参照）の一端４３ａ及び他端４３ｂを含む筒状部材である。ガラス管４３は、例えば、円筒部材である。ガラス管４３は、開口Ａ（図３参照）を介して真空容器１１に挿入されている。一端４３ａは、真空容器１１の内部に配置され、他端（不図示）は、真空容器１１の外部に配置されている。ガラス管４３の外側の寸法（円筒部材の場合には外径）は、ガラス管１７の外側の寸法（円筒部材の場合には外径）と同等である。ガラス管４３は、制御電極１６と共に他端を介して内部に挿入された電子線源１５を収容している。

ガラス管４３は、第１部分４３２と、第２部分４３１と、接続部Ｃとを有している。第１部分４３２は、ガラス管４３の一端４３ａを含み、第２部分４３１は、ガラス管４３の他端を含んでいる。接続部Ｃは、第１部分４３２の第２部分４３１側の端部の雌ネジ部Ｃ２と、第２部分４３１の第１部分４３２側の端部の雄ネジ部Ｃ１とにより、第１部分４３２と第２部分４３１とを着脱可能に接続している。なお、接続部Ｃの接続方式はこれに限られない。

ガラス管４３の一端４３ａ側の内部には、制御電極２２の一端２２ａ側の一部が収容されている。一端４３ａには、例えば、制御電極２２の一端２２ａ側の一部の外面が融着により固定されている。したがって、ガラス管４３は、一端４３ａにおいて、制御電極２２を介してターゲット２１を保持している。即ち、ガラス管２３及び制御電極２２は、ターゲット保持部Ｈを構成している。また、他端には、フランジ４１の筒状部４１ａが融着されている。即ち、ターゲット部１３Ｂは、電子銃１２Ｂと一体的に形成されている。

フランジ４１とフランジ１４との間には、第１シール部材Ｓ１、補助部材４５、及び第２シール部材Ｓ２（図３参照）が、フランジ４１側からこの順に設けられている。補助部材４５は、フランジ１４との間に、第２シール部材Ｓ２（図３参照）を介在させた状態で、例えば、ネジ等でフランジ１４に気密に固定されている。補助部材４５は、フランジ１４にフランジ４１を固定させるために用いられる部材（アダプター）である。

補助部材４５は、フランジ１４側に設けられた環状部４５ａと、環状部４５ａの外縁部からフランジ１８側に延びるように環状部４５ａに立設された筒状部４５ｂと、を含んでいる。環状部４５ａは、例えば円環状である。筒状部４５ｂは、例えば円筒状である。筒状部４５ｂの内側の寸法（筒状部４５ｂが円筒状の場合には内径）は、ガラス管４３の外側の寸法（ガラス管４３が円筒部材の場合には外径）と同等である。フランジ４１は、第１シール部材Ｓ１を挟んで環状部４１ｂと環状部４５ａとを対向させた状態で、筒状部４５ｂ内に収容されている。

このようにＸ線発生部１Ｂでは、電子銃１２Ｂが、フランジ４１と補助部材４５との間に第１シール部材Ｓ１を介在させた状態で、真空容器１１の開口Ａに接続されている。更に、ターゲット部１３Ｂは、電子銃１２Ｂと一体的に形成されて、電子銃１２Ｂと共に真空容器１１の開口Ａに接続されている。したがって、排気部２により真空容器１１が真空引きされると、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により、フランジ４１が第１シール部材Ｓ１を介して補助部材４５に密着するように押圧される。この結果、開口Ａが気密に封止された状態となる。

したがって、Ｘ線発生部１Ｂにおいては、電子銃１２Ｂが、フランジ４１と、フランジ４１とフランジ１４との間に介在された第１シール部材Ｓ１と、により真空容器１１の開口Ａを気密に封止している。換言すれば、フランジ４１とフランジ１４との間の気密状態を解除することにより、真空容器１１が開口Ａを介して外部に開放される。したがって、Ｘ線発生部１Ｂにおいて、フランジ１４は、補助部材４５と共に、開口Ａを介して真空容器１１を外部に開放するための開放部Ｆを構成する。また、フランジ４１は、開放部Ｆ（例えば補助部材４５）に臨むように配置されている。

続いて、Ｘ線計測装置１０Ｂにおける電子線源の交換方法について説明を行う。まず、ゲートバルブＧＶを閉じて、Ｘ線照射部３及びＸ線検出部４からＸ線発生部１Ｂを隔離する。このとき、Ｘ線照射部３は真空に保たれる。続いて、真空容器１１にリークバルブ（不図示）等から大気を導入し、真空容器１１を大気開放する（第１ステップ）。これにより、真空容器１１内が大気圧となるため、フランジ４１をフランジ１４に向けて押圧する力がなくなり、第１シール部材Ｓ１が弾性変形されなくなる。

続いて、真空容器１１から電子銃１２Ｂを取り出す（第２ステップ）。ここで、ターゲット部１３Ｂは電子銃１２Ｂと一体化されているので、電子銃１２Ｂと共に真空容器１１から取り出される。続いて、接続部Ｃを解除状態とした後、電子銃１２Ｂの電子線源１５を交換する（第３ステップ）。電子線源１５の交換後、接続部Ｃを接続状態に戻す。また、ターゲット部１３Ｂのターゲット２１を交換することも可能である。

続いて、電子銃１２Ｂを真空容器１１に組み付ける（第４ステップ）。最後に、真空容器１１を排気部２により真空引きする。これにより、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により、フランジ４１がフランジ１４側に押圧される。この結果、電子銃１２Ｂが真空容器１１に固定されると共に、上述したようにフランジ４１等によって開口Ａが気密に封止される（第５ステップ）。

以上説明したように、本実施形態に係るＸ線計測装置１０Ｂにおいては、ターゲット保持部Ｈが、ターゲット２１を保持するガラス管４３を含み、ガラス管４３は、電子線源１５を内部に収容した状態で、他端においてフランジ４１のフランジ１４側に取り付けられている。このように、ガラス管４３がフランジ４１に取り付けられ、ターゲット部１３Ｂと電子銃１２Ｂとが一体化されているので、ターゲット部１３Ｂと電子銃１２Ｂとの位置合わせが容易となる。また、第１部分４３２と第２部分４３１との接続を解除することにより、ガラス管４３の内部に収容された電子線源１５を容易に交換することができる。また、第１部分４３２と第２部分４３１との接続を解除することにより、ターゲット２１の交換も容易となる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係るＸ線計測装置の構成図である。図７及び図８に示されるように、第２実施形態に係るＸ線計測装置１０ＢはＸ線発生部１Ｂを備えるのに対して、第２実施形態に係るＸ線計測装置１０ＣはＸ線発生部１Ｃを備えている。以下では、図７及び図８を参照しながら、Ｘ線計測装置１０Ｂとの相違点を中心に、Ｘ線計測装置１０Ｃの説明を行う。

図７及び図８に示されるように、Ｘ線発生部１Ｃは、電子銃１２Ｂに代えて電子銃１２Ｃを有する点、及び、ターゲット部１３Ｂに代えてターゲット部１３Ｃを有する点においてＸ線発生部１Ｂと相違している。電子銃１２Ｃは、フランジ４１にガラス管４３が融着されておらず、ターゲット部１３Ｃと分離された状態で用いられる点において、電子銃１２Ｂと相違している。ターゲット部１３Ｃは、ガラス管４３に代えてロッド（棒状部材）４７を含む点において、ターゲット部１３Ｂと相違している。

ロッド４７は、軸方向Ｄ（図３参照）の一端４７ａ及び他端４７ｂを含んでいる。一端４７ａは、ターゲット２１の底面２１ｂに固定され、真空容器１１の内部に配置されている。他端４７ｂは、フランジ５１に固定されている。ロッド４７は、絶縁物で構成されている。ロッド４７は、ターゲット２１と、真空容器１１の外部に配置された端子Ｔ_３とを接続する電線２７を内部に収容している。ロッド４７は、一端４７ａにおいてターゲット２１を保持している。即ち、ロッド４７は、ターゲット保持部Ｈを構成している。また、ターゲット２１の交換は、真空容器１１を大気開放してフランジ５０とフランジ５１との固定を解除することで行う。

Ｘ線計測装置１０Ｃにおける電子線源の交換方法は、Ｘ線計測装置１０Ｃには接続部Ｃが含まれないため、接続部Ｃを解除状態及び接続状態とする工程がない点において、Ｘ線計測装置１０Ｂにおける電子線源の交換方法と相違し、その他の点で一致している。

以上説明したように、本実施形態に係るＸ線計測装置１０Ｃにおいては、ターゲット保持部Ｈは、ターゲット２１をロッド４７により真空容器１１に固定して保持しているので、ターゲット保持部Ｈの構成を簡単にすることができる。

以上、本実施形態に係るＸ線計測装置１０Ａ〜１０Ｃ、電子線源の交換方法、電子銃１２Ａ〜１２Ｃについて説明したが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、電子線Ｒｅの軌道を制御する必要がない場合、Ｘ線発生部１Ａ〜１Ｂに制御電極１６，２２を設置しなくてもよい。また、制御電極１６，２２のうちいずれか一方を設置してもよい。

Ｘ線計測装置１０Ａでは、フランジ１８は、フランジ２４を内部に収容する筒状部１８ｂを含んでいるが、フランジ１８は、フランジ２４との間で第１シール部材Ｓ１を弾性変形させることにより、開口Ａを密閉して封止できる構成であれば、筒状部１８ｂを有していなくてもよい。また、Ｘ線計測装置１０Ｂ，１０Ｃでは、フランジ１４が補助部材４５を用いているが、フランジ１４は、フランジ４１との間で第２シール部材Ｓ２を弾性変形させることにより、開口Ａを密閉して封止できる構成であれば、補助部材４５を用いなくてもよい。

Ｘ線計測装置１０Ａでは、フランジ２５を設けず、フランジ２４がフランジ２５を兼ねていてもよい。例えば、環状部２４ｂがフランジ１４と同じ規格(ＩＣＦ等）であれば、フランジ２４がフランジ２５を兼ねることができる。

Ｘ線計測装置１０Ａでは、フランジ２５とフランジ１４とがネジ等で固定されていなくてもよい。フランジ２５とフランジ１４との接続は、フランジ２４とフランジ１８との接続と同様に、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により形成されていてもよい。即ち、真空容器１１の内部の気圧と大気圧との差により、フランジ２５が第２シール部材Ｓ２を介してフランジ１４に密着するように押圧されることで、フランジ２５とフランジ１４とが接続されてもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…Ｘ線発生部、４…Ｘ線検出部、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…Ｘ線計測装置、１１…真空容器、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…電子銃、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…ターゲット部、１４…フランジ（第３フランジ）、１５…電子線源、１７…ガラス管（電子線源保持部）、１８…フランジ（第１フランジ）、２１…ターゲット、２２…制御電極、２３…ガラス管（筒状部材）、２４…フランジ（第２フランジ）、２５…フランジ（第２フランジ）、４３…ガラス管（筒状部材）、４３２…第１部分、４３１…第２部分、４５…補助部材、Ａ…開口、Ｃ…接続部、Ｆ…開放部、Ｈ…ターゲット保持部、Ｒｅ…電子線、Ｒｘ…Ｘ線、Ｓ…試料、Ｓ１…第１シール部材、Ｓ２…第２シール部材。

Claims (7)

1. 試料に照射するＸ線を発生させるＸ線発生部と、
   前記試料からのＸ線を検出するＸ線検出部と、を備え、
   前記Ｘ線発生部は、
   開口が形成された真空容器と、
   前記開口を介して前記真空容器を外部に開放するための開放部と、
   前記真空容器の内部に配置され電子線を出射する電子線源と、前記電子線源を保持する電子線源保持部と、前記電子線源保持部に設けられ前記開放部に臨むように前記真空容器の外部に配置される第１フランジと、を含む電子銃と、
   前記真空容器の内部に配置され前記電子線が照射されることによりＸ線を出射するターゲットと、前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、を含むターゲット部と、を有し、
   前記電子銃は、前記第１フランジと、前記第１フランジと前記開放部との間に介在された第１シール部材と、により前記開口を気密に封止している、Ｘ線計測装置。
2. 前記ターゲット保持部は、一端及び他端を含む筒状部材を含み、
   前記ターゲットは、前記一端において前記筒状部材に保持されており、
   前記電子線源は、前記筒状部材に収容されており、
   前記開放部は、前記他端側において前記筒状部材に設けられた第２フランジを含み、
   前記筒状部材は、前記開口を介して前記真空容器に挿入され、
   前記一端は、前記真空容器の内部に配置され、
   前記他端及び前記第２フランジは、前記真空容器の外部に配置され、
   前記電子銃は、前記第２フランジと前記真空容器との間に第２シール部材が介在された状態において、前記第１フランジと、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に介在された前記第１シール部材と、により前記開口を気密に封止している、
   請求項１に記載のＸ線計測装置。
3. 前記開放部は、前記開口を囲うように前記真空容器に設けられた第３フランジを含み、
   前記電子銃は、前記第１フランジと、前記第１フランジと前記第３フランジとの間に介在された前記第１シール部材と、により前記開口を気密に封止している、
   請求項１に記載のＸ線計測装置。
4. 前記ターゲット保持部は、一端及び他端を含む筒状部材を含み、
   前記ターゲットは、前記一端において前記筒状部材に保持されており、
   前記電子線源は、前記筒状部材に収容されており、
   前記一端は、前記真空容器の内部に配置され、
   前記筒状部材は、
   前記一端を含む第１部分と、
   前記他端を含む第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分とを着脱可能に接続する接続部と、を有し、
   前記他端において前記第１フランジの前記開放部側の部分に取り付けられ、前記開口を介して前記真空容器に挿入されている、
   請求項３記載のＸ線計測装置。
5. 前記ターゲット保持部は、一端及び他端を含む棒状部材を含み、
   前記ターゲットは、前記一端において前記棒状部材に保持されており、
   前記他端は、前記真空容器に固定されている、
   請求項３記載のＸ線計測装置。
6. 真空容器の内部に配置され電子線を出射する電子線源、前記電子線源を保持する電子線源保持部、及び、前記電子線源保持部に設けられ前記真空容器の外部に配置される第１フランジを含み、前記真空容器の開口を前記第１フランジによって気密に封止する電子銃と、前記真空容器の内部に配置され前記電子線が照射されることによりＸ線を出射するターゲットと、を備えるＸ線計測装置の前記電子線源を交換する電子線源の交換方法であって、
   前記真空容器を大気開放する第１ステップと、
   前記第１ステップの後に、前記真空容器から前記電子銃を取り外す第２ステップと、
   前記第２ステップの後に、前記電子銃の前記電子線源を交換する第３ステップと、
   前記第３ステップ後に、前記電子線源が前記真空容器の内部に配置されるように前記電子銃を前記真空容器に組み付ける第４ステップと、
   前記第４ステップの後に、前記真空容器を真空引きすることによって、前記第１フランジにより前記開口を封止する第５ステップと、
   を含む、電子線源の交換方法。
7. Ｘ線計測装置のＸ線発生部に用いられる電子銃であって、
   真空容器の内部に配置され、電子線を出射する電子線源と、
   前記電子線源を保持する電子線源保持部と、
   前記電子線源保持部に設けられ、前記真空容器の外部に配置される第１フランジと、を備える、電子銃。

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