JP3930770B2

JP3930770B2 - Ｘ線照射装置

Info

Publication number: JP3930770B2
Application number: JP2002174780A
Authority: JP
Inventors: 通浩伊藤; 博己川上
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP2004022302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管を備えるＸ線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管を備えるＸ線照射装置は、Ｘ線回析装置などのＸ線を利用する分析装置に適用される。かかる分析装置においては、Ｘ線発生源の精密な位置決めが要求される。例えば、Ｘ線回析装置では、Ｘ線発生源の位置がずれると、照射Ｘ線の試料に当たる位置がずれたり、照射Ｘ線の入射角度がずれたりして正確な分析が困難となる。
【０００３】
Ｘ線管でＸ線が発生する際、高電圧で加速された熱電子が衝突することにより陽極ターゲットブロックのＸ線発生源付近が高温になって膨張するため、Ｘ線発生源の位置ずれが生じてしまうことがある。そこで、従来のＸ線照射装置では、陽極ターゲットブロックを冷却することでＸ線発生源の位置ずれを防止していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＸ線照射装置では、陽極ターゲットブロックの温度変化を十分に抑え得る程に冷却することは極めて難しく、Ｘ線発生源の位置ずれを十分に防止できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、Ｘ線発生源の位置ずれを低減できるＸ線照射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線照射装置は、電子銃が収容されかつ一方端が封止された筒状部材と、筒状部材の他方端に設けられた環状部材と、Ｘ線発生部を含みかつ環状部材の開口部に当接された陽極ターゲットブロックとを備えたＸ線管と、陽極ターゲットブロックが固定された支持部材とを備えており、Ｘ線発生部が環状部材の外側に位置するように設けられ、筒状部材及び環状部材が陽極ターゲットブロックを介して支持部材に固定されたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成すれば、陽極ターゲットブロックのＸ線発生部が環状部材の外側に位置するので、陽極ターゲットブロックのＸ線発生部に近接した部分が支持部材に固定される。また、Ｘ線管本体（環状部材、筒状部材及び電子銃）は、陽極ターゲットブロックを介して支持部材に支持される。その結果、陽極ターゲットブロックが膨張したとき、Ｘ線管本体が支持部材に対して相対移動し、Ｘ線発生源を含むＸ線発生部の位置ずれ（支持部材に対する相対移動）が抑制される。
【０００８】
また、陽極ターゲットブロックのＸ線発生部に近接した部分が支持部材に固定されていることが好適である。或いは、陽極ターゲットブロックが部分的に支持部材に固定されており、陽極ターゲットブロックの当該部分がＸ線発生部を含むことが好適である。
【０００９】
また、陽極ターゲットブロックに、冷却パイプが挿通される貫通孔が形成されていることが好適である。
【００１０】
こうすれば、冷却パイプを陽極ターゲットブロックの中に設け得るので、陽極ターゲットブロックが効率的に冷却される。その結果、陽極ターゲットブロックの膨張が抑制される。
【００１１】
あるいは、本発明のＸ線照射装置は、電子銃が収容されかつ一方端が封止された筒状部材と、筒状部材の他方端に設けられた環状部材と、柱状部を有する陽極ターゲットブロックとを備えたＸ線管と、環状部材が固定された支持部材と、を備えており、柱状部が、環状部材の開口部に挿入され、且つ先端面にＸ線発生部を含み、柱状部の先端部が環状部材の開口部の内壁に固定され、柱状部の先端面が環状部材の開口部の内壁に掛止されたことを特徴とする。
【００１２】
この場合、柱状部の先端部分が環状部材を介して支持部材に固定される。その結果、先端面に位置するＸ線発生部の移動が妨げられる。また、先端面が環状部材の開口部の内壁に掛止されることにより、Ｘ線発生部の掛止方向への移動がより効果的に妨げられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明のＸ線照射装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、第１実施形態のＸ線照射装置１を備えるＸ線回析装置５の概観図である。Ｘ線回析装置５は、試料にＸ線を照射するＸ線照射装置１、試料からの散乱Ｘ線を検出する検出装置２、試料台３、支持棒４１ａを介してＸ線照射装置１を支える回転棒４１及び支持棒４２ａを介して検出装置２を支える回転棒４２により構成される。回転棒４１、４２は、それぞれ支点４０を中心として平面上を回転する。Ｘ線照射装置１の前方には、照射Ｘ線の発散を制限する又はコリメートする発散スリット（図示せず。）が設けられている。また、検出装置２の前方には、Ｘ線の検出角度を制限する散乱スリット（図示せず。）が設けられている。なお、図１ないし６におけるＸ方向は、Ｘ線照射装置１のＸ線照射方向を示す。
【００１７】
図１中のω軸は、回転棒４１、４２の回転軸を示す。Ｘ線照射装置１は、試料台３のω軸との交点を照射するように支持棒４１ａに固定され、回転棒４１を回転させることによって照射Ｘ線の試料面への入射角度を任意かつ所望に変化させる。また、検出装置２は、試料台３のω軸上の位置で散乱したＸ線を検出するように支持棒４２ａに固定されている。照射Ｘ線の入射角度に応じて回転棒４２を回転させることによって、試料の結晶面で反射したＸ線が検出装置２で検出される。
【００１８】
図２は、図１のII−II線一部断面図である。図３は、図１のIII−III線一部断面図である。図４は、図３のIV−IV線一部断面図である。ここで、図２ないし６に示すＯ軸は、Ｘ線照射装置１を構成するＸ線管Ａの管軸（熱電子ビームの軌道方向）を示す。
【００１９】
以下、これらの図面を参照して、Ｘ線照射装置１の構造の概略を説明する。Ｘ線照射装置１は、Ｘ線管Ａを支える支持板１０（支持部材）を備える。略半円柱形状をなすＣｕ製の陽極ターゲットブロック１０２が、クランク状板１２により支持板１０に固定されている。具体的には、クランク状板１２の中央凸部に陽極ターゲットブロック１０２がネジ１４ａによって固定されている。また、クランク状板１２が陽極ターゲットブロック１０２を支持板１０に押さえつけるように、クランク状板１２の両端平面部がネジ１４ｂによって支持板１０に取り付けられている。支持板１０は、図１に示す支持棒４１ａに固定される。
【００２０】
さらに、支持板１０には、陽極ターゲットブロック１０２に設けられたベリリウム窓１０３から出射するＸ線をＸ線照射装置１の外部に取り出すための開口部が形成されている。
【００２１】
また、陽極ターゲットブロック１０２の先端面が環状部材１０４に当接して固定されている。さらに、環状部材１０４が筒状部材（バルブ１０６、リング１０６ａ及び底壁１０６ｂ）に固定されることにより、Ｘ線管Ａの真空外囲が構成されている（Ｘ線管Ａの構造の詳細は後述する。）。Ｘ線管Ａは、コネクタ１０８を介して高圧ケーブル１２０に接続されている。
【００２２】
コネクタ１０８の高圧ケーブル１２０側の端部にはフリンジ１０９が設けられている。フリンジ１０９及び環状部材１０４には、Ｘ線管Ａを覆う金属製の筐体１１４が固定されている。筐体１１４内壁における筒状部材及びコネクタ１０８を覆う部分には、Ｘ線遮へい用の鉛のブロック１１０が設置されている。ブロック１１０と筒状部材及びコネクタ１０８との間には、絶縁オイル１１２が封入されている。このように、Ｘ線管Ａ、コネクタ１０８、高圧ケーブル１２０、絶縁オイル１１２、ブロック１１０及び筐体１１４により、Ｘ線管装置Ａが構成されている。
【００２３】
ここで、環状部材１０４及び筐体１１４は、支持板１０とは直接固定されていない。すなわち、Ｘ線管装置Ａ本体（Ｘ線管装置Ａの陽極ターゲットブロック１０２を除く部分）は、陽極ターゲットブロック１０２及び支持板１０を介して支持棒４１ａに固定されおり、陽極ターゲットブロック１０２が膨張したときＸ線管装置Ａ本体が支持板１０に対して相対移動できるように設置されている。
【００２４】
図５は、Ｘ線管Ａの構造を示す断面図であり、図６は、その一部を拡大して示す断面図である。図５に示す如く、Ｘ線管Ａは、内部に電子銃１０７を収容する筒状のガラス製バルブ１０６を備える。バルブ１０６の高圧ケーブル１２０側の端部には、金属製の底壁１０６ｂが設けられている。底壁１０６ｂに電子銃１０７が設置されている。電子銃１０７は、ヒータで加熱されて熱電子を放出するカソードを備え、カソードには負の高電圧が印加される。
【００２５】
一方、バルブ１０６のターゲット側の端部には金属製のリング１０６ａが設けられている。このリング１０６ａには環状部材１０４がろう付けにより封着されている。また、環状部材１０４の中心部には熱電子ビームを通過させるための開口部１０４ａが形成されている。
【００２６】
さらに、図６に示す如く、陽極ターゲットブロック１０２の先端部には円柱状の中空部である孔部１０２ａが形成されている。陽極ターゲットブロック１０２は、孔部１０２ａの中心線が管軸Ｏと一致するように、環状部材１０４の開口部１０４ａにろう付けにより固定されている。孔部１０２ａの底面には、タングステン製のターゲット１０２ｂ（Ｘ線発生部）が埋め込まれており、ろう付けにより固定されている。なお、ターゲットは蒸着により形成されてもよい。また、Ｘ線発生部は融点の高い材質で構成されることが望ましいが、孔部１０２ａの底面（Ｃｕ）をそのままＸ線発生部としてもよい。
【００２７】
孔部１０２ａの底面は、ターゲット１０２ｂで発生するＸ線がＸ方向に放射されるように、管軸Ｏと所定の角度をなして斜設されている。また、孔部１０２ａの底面は、クランク状板１２により支持板１０に固定される箇所に近接して設けられると好適である。孔部１０２ａ側壁のターゲット１０２ｂと対向する位置にはＸ線を外部に取り出すための開口部１０２ｃが形成されている。開口部１０２ｃは、ベリリウム窓１０３により封止されている。
【００２８】
このような構成を有するＸ線照射線装置においては、電子銃１０７から放出された熱電子が、負の高電圧が印加されたカソードと、グラウンド電位に維持されている陽極ターゲットブロック１０２との電位差により加速されて、ターゲット１０２ｂに衝突する。衝突により熱電子が失うエネルギーの一部はＸ線に変換されてＸ方向に放射されるが、大部分は陽極ターゲットブロック１０２の熱エネルギーに変換される。そのため、陽極ターゲットブロック１０２は高温になり膨張する。
【００２９】
Ｘ線照射装置１は、陽極ターゲットブロック１０２の内部にＸ線発生部が設けられた構造を有しており、上述の如く陽極ターゲットブロック１０２のＸ線発生部付近が支持板１０に固定されている。また、Ｘ線管装置Ａ本体は、陽極ターゲットブロック１０２を介して支持板１０に支持されている。したがって、陽極ターゲットブロック１０２が膨張すると、Ｘ線管装置Ａ本体が膨張した分変位するが、固定箇所に近接するＸ線発生源（熱電子ビームがターゲット１０２ｂに当たる位置）の支持板１０に対する相対位置はほとんど変化しない。よって、Ｘ線発生装置１を備えるＸ線回析装置５（図１参照）においては、Ｘ線発生源の位置を正確に制御することができる。
【００３０】
Ｘ線照射装置１では、陽極ターゲットブロック１０２がグラウンド電位に維持されるので、容易に陽極ターゲットブロック１０２を支持板１０に固定することができる。また、陽極ターゲットブロック１０２が膨張しても、Ｘ線管装置Ａ本体が支持板１０に対して相対移動するのでＸ線照射装置１に機械的ストレスがかからない。
【００３１】
図７は、第２実施形態のＸ線照射装置における陽極ターゲットブロック１０２の拡大断面図である。図７中のＯ軸はＸ線管の管軸（熱電子ビームの軌道方向）を示し、Ｘ方向はＸ線の放射方向を示す。本実施形態では、陽極ターゲットブロック１０２に形成された貫通孔１０２ｄに冷却パイプ１３０が挿通されている。貫通孔１０２ｄは、ターゲット１２０ｂに近接して設けられるのが望ましい。第１実施形態におけると同様、前述のＸ線照射装置１と同様に、陽極ターゲットブロック１０２のターゲット１２０ｂに近接した箇所が支持板１０に固定されている。
【００３２】
かかる構成のＸ線照射装置においては、冷却パイプにより陽極ターゲットブロック１０２の温度上昇が抑制されるので、Ｘ線発生源の位置ずれ（支持板１０に対する相対位置の移動）がより小さくなる。また、陽極ターゲットブロック１０２の内部にＸ線発生部が設けられているので、Ｘ線発生部と近接して冷却パイプを設けることができる。そのため、陽極ターゲットブロック１０２が効率的に冷却される。
【００３３】
図８は、第３実施形態のＸ線照射装置における陽極ターゲットブロック７０２の拡大断面図である。図８中のＯ軸はＸ線管の管軸（熱電子ビームの軌道方向）を示し、Ｘ方向はＸ線の放射方向を示す。
【００３４】
環状部材７０４には、管軸Ｏを中心軸とする円柱状の中空部である開口部７０４ａが形成されている。
【００３５】
陽極ターゲットブロック７０２は、Ｃｕにより構成され、略半円柱の形状をなす。陽極ターゲットブロック７０２は、中心軸が管軸Ｏ（開口部７０４ａの中心軸）と一致するように、先端面が環状部材７０４にろう付けされている。
【００３６】
陽極ターゲットブロック７０２の先端部における中心軸上の部分に、先端面に対して所定の角度をなす斜面が形成されている。この斜面には、タングステン製のターゲット７０２ｂ（Ｘ線発生部）が埋め込まれている。先端面と斜面とのなす角度は、ターゲット７０２ｂで発生したＸ線がＸ方向に放射されるように調整されている。このように、陽極ターゲットブロック７０２の先端部における管軸Ｏの部分に斜面が形成されているので、斜面と対向する位置に開口部７０２ｃが形成される。開口部７０２ｃは、ベリリウム窓７０２ｃにより封止される。
【００３７】
陽極ターゲットブロック７０２のＸ線発生部に近接した位置に貫通孔７０２ｄが形成されている。貫通孔７０２ｄには、陽極ターゲットブロック７０２を冷却する冷却パイプ７３０が挿通されている。
【００３８】
陽極ターゲットブロック７０２の外壁平面部が支持板１０にろう付けされている。Ｘ線管装置本体（Ｘ線管装置Ａの陽極ターゲットブロック１０２を除く部分）は、支持板１０と直接固定されておらず、陽極ターゲットブロック７０２を介して支持板１０に支持されている。
【００３９】
かかる構成のＸ線照射装置においては、Ｘ線管の電子銃から放出された熱電子は管電圧により加速され、環状部材７０４の開口部７０４ａを通過してターゲット７０２ｂに衝突し、ターゲット７０２ｂからＸ線が放射される。Ｘ線は、開口部７０２ｃ及びベリリウム窓７０３を通過してＸ線照射装置の外部に出射する。
【００４０】
このとき、第２実施形態のＸ線照射装置と同様に、冷却パイプ７３０がＸ線発生部に近接して設けられるので、陽極ターゲットブロック７０２が効率的に冷却される。また、内部にＸ線発生部を備える陽極ターゲットブロック７０２が支持板１０にろう付けされているので、陽極ターゲットブロック７０２が膨張してもＸ線発生部の位置ずれを僅少に抑えることができる。
【００４１】
図９は、第４実施形態のＸ線照射装置の一部断面図である。図１０は、図９の要部拡大断面図である。図９及び１０中のＯ軸はＸ線管の管軸（熱電子ビームの軌道方向）を示し、Ｘ方向はＸ線の放射方向を示す。
【００４２】
Ｘ線管Ａは、内部に電子銃８０７を収容する筒状のガラス製バルブ８０６を備える。バルブ８０６のステム側の端部には、電子銃８０７が設置された金属製の底壁８０６ｂが設けられている。電子銃８０７は、ヒータで加熱されて熱電子を放出するカソードを有しており、カソードには負の高電圧が印加される。一方、バルブ８０６のターゲット側の端部には、金属製のリング８０６ａが設けられている。リング８０６ａには環状部材８０４がろう付けにより固定されている。
【００４３】
環状部材８０４には、管軸Ｏに沿って延びる円柱状の中空部である開口部８０４ａが形成されている。開口部８０４ａの側壁に段差８０４ｂが形成されており、段差８０４ｂよりターゲット側の部分では開口部８０４ａの径が後述する陽極ターゲットブロック８０２の柱状部８０２ａの径と同一とされており、かつ段差８０４ｂよりステム側の部分においては開口部８０４ａの径が柱状部８０２ａの径よりも小さくされている。
【００４４】
また、陽極ターゲットブロック８０２は、本体部分と、円柱形状の柱状部８０２ａとからなり、Ｃｕから構成される。さらに、円柱部８０２ａが環状部材８０４の開口部８０４ａに挿入されることにより、開口部８０４ａが封止されている。円柱部８０２ａは、先端面の一部（周縁部）が段差８０４ｂに掛止された状態で開口部８０４ａの内壁にろう付けされている。つまり、円柱部８０２ａは、その先端部を含んでろう付けにより固定されている。ここで、陽極ターゲットブロック８０２の本体部分は、環状部材８０４に固定されておらず、陽極ターゲットブロック８０２が膨張したとき環状部材８０４に対して相対移動できるように設置されている。
【００４５】
また、円柱部８０２ａの先端面には、タングステンのターゲット８０２ｂ（Ｘ線発生部）が埋め込まれ、ターゲット８０２ｂで発生したＸ線がＸ方向に放射されるように管軸Ｏに対して所定の角度で斜設されている。さらに、環状部材８０４の開口部８０４ａの側壁におけるターゲット８０２ｂに対向する部分には、Ｘ線をＸ線管の外部に取り出すための開口部８０４ｄが形成されている。環状部材８０４の側壁には、開口部８０４ｄを覆うようにベリリウム窓８０３がろう付けされている。
【００４６】
陽極ターゲットブロック８０２の本体部分に貫通孔８０２ｄが形成されている。貫通孔８０２ｄには、陽極ターゲットブロック８０２を冷却するための冷却パイプ８３０が挿通されている。
【００４７】
環状部材８０４にＸ線管装置を覆う金属製の筐体８１４が固定されている。筐体８１４の内壁における筒状部材（バルブ８０６、リング８０６ａ及び底壁８０６ｂ）及びカソードに負の高電圧を印加するコネクタ（図示しない。）を覆う部分には、Ｘ線遮へい用の鉛のブロック８１０が設置されている。ブロック８１０の内側には絶縁オイル８１２が封入されている。また、筐体８１４が支持板１０（支持部材）に固定されている。すなわち、環状部材８０４は、筐体８１４を介して支持板１０に固定されている。
【００４８】
このような構成のＸ線照射装置においては、電子銃８０７から放出された熱電子が、負の高電圧が印加されたカソードと、グラウンド電位に維持されている陽極ターゲットブロック８０２との電位差により加速されてターゲット８０２ｂに衝突する。衝突により熱電子が失うエネルギーの一部はＸ線に変換されてＸ方向に放射されるが、大部分は陽極ターゲットブロック８０２の熱エネルギーに変換される。そのため、陽極ターゲットブロック８０２は高温になり膨張する。
【００４９】
このとき、先端面にターゲット８０２ｂを備える柱状部８０２ａの先端部が、環状部材８０４の開口部８０４ａの内壁に固定されているので、陽極ターゲットブロック８０２が膨張しても、Ｘ線発生源（熱電子ビームがターゲット８０２ｂに当たる位置）は環状部材８０４に対してほとんど相対移動しない。特に、柱状部８０２ａの先端面の端部が段差８０４ｂに掛止されているので、Ｘ線発生源の環状部材８０４に対する相対移動量を一層小さくすることができる。また、環状部材８０４が筐体８１４を介して支持板１０に固定されているので、Ｘ線発生源の位置ずれ（支持板１０に対する相対位置の移動）を効果的にかつ確実に防止できる。しかも、冷却パイプにより陽極ターゲットブロック８０２の温度上昇が抑制されるので、Ｘ線発生源の位置ずれを更に低減できる利点がある。
【００５０】
また、陽極ターゲットブロック８０２が膨張しても、本体部分が環状部材８０４に対して相対移動するのでＸ線照射装置に機械的ストレスがかからない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線発生源の位置ずれを低減できるＸ線照射装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線照射装置１を備えるＸ線回析装置５の概観図である。
【図２】図１のII−II線一部断面図である。
【図３】図１のIII−III線一部断面図である。
【図４】図３のIV−IV線一部断面図である。
【図５】Ｘ線管Ａの構造を示す断面図である。
【図６】図５に示すＸ線管Ａの拡大断面図である。
【図７】第２実施形態のＸ線照射装置における陽極ターゲットブロック１０２の拡大断面図である。
【図８】第３実施形態のＸ線照射装置における陽極ターゲットブロック７０２の拡大断面図である。
【図９】第４実施形態のＸ線照射装置の一部断面図である。
【図１０】図９要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線照射装置、５…Ｘ線回析装置、１０２、７０２、８０２…陽極ターゲットブロック、１０２ａ…孔部、１０２ｂ、７０２ｂ、８０２ｂ…ターゲット、１０２ｃ、７０２ｃ…開口部、１０２ｄ、７０２ｄ、８０２ｄ…貫通孔、１０３、７０３、８０３…ベリリウム窓、１０４、７０４、８０４…環状部材、１０４ａ、７０４ａ、８０４ａ…開口部、１０６、８０６…バルブ、１０６ａ、８０６ａ…リング、１０６ｂ、８０６ｂ…底壁、１０７、８０７…電子銃、１０８…コネクタ、１０９…フリンジ、１１０、８１０…ブロック、１１２、８１２…絶縁オイル、１１４、８１４…筐体、１２０…高圧ケーブル、１３０、７３０…冷却パイプ、７０２…陽極ターゲットブロック、８０２ａ…柱状部、８０４ｂ…段差、８０４ｄ…開口部。

Claims

電子銃が収容されかつ一方端が封止された筒状部材と、前記筒状部材の他方端に設けられた環状部材と、Ｘ線発生部を含みかつ前記環状部材の開口部に当接された陽極ターゲットブロックとを備えたＸ線管と、
前記陽極ターゲットブロックが固定された支持部材と、
を備えており、
前記Ｘ線発生部が前記環状部材の外側に位置するように設けられ、
前記筒状部材及び前記環状部材が前記陽極ターゲットブロックを介して前記支持部材に固定された、
ことを特徴とするＸ線照射装置。
前記陽極ターゲットブロックの前記Ｘ線発生部に近接した部分が前記支持部材に固定された、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線照射装置。
前記陽極ターゲットブロックが部分的に前記支持部材に固定されており、前記陽極ターゲットブロックの当該部分が前記Ｘ線発生部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線照射装置。
電子銃が収容されかつ一方端が封止された筒状部材と、前記筒状部材の他方端に設けられた環状部材と、柱状部を有する陽極ターゲットブロックとを備えたＸ線管と、
前記環状部材が固定された支持部材と、
を備えており、
前記柱状部が、前記環状部材の開口部に挿入され、且つ先端面にＸ線発生部を含み、
前記柱状部の先端部が前記環状部材の開口部の内壁に固定され、
前記柱状部の前記先端面が前記環状部材の開口部の内壁に掛止された、
ことを特徴とするＸ線照射装置。
前記陽極ターゲットブロックに、冷却パイプが挿通される貫通孔が形成された、
ことを特徴とする請求項１又は４に記載のＸ線照射装置。