Ｘ線発生装置
【課題】人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすこと無く、モノクロメータによるＸ線の集光効率を向上できるＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】フィラメント１１から出た電子が回転対陰極４に衝突する領域であるＸ線焦点ＦからＸ線を発生するＸ線発生装置１である。Ｘ線発生装置１は、フィラメント１１を取り囲むウエネルト電極１２と、ウエネルト電極１２と一体である取付部１３と、取付部１３が取り付けられる台座２０と、台座２０及び対陰極４を収容しているケーシング２とを有している。ケーシング２が対陰極４を収容している空間Ｋ２の幅Ｗ３２は、ケーシング２が台座２０を収容している空間Ｋ１の幅Ｗ３１よりも狭い。ウエネルト電極１２は、取付部１３が台座２０に取り付けられた状態で、ケーシング２が対陰極４を収容している空間Ｋ２内へ延び出ている。
【解決手段】フィラメント１１から出た電子が回転対陰極４に衝突する領域であるＸ線焦点ＦからＸ線を発生するＸ線発生装置１である。Ｘ線発生装置１は、フィラメント１１を取り囲むウエネルト電極１２と、ウエネルト電極１２と一体である取付部１３と、取付部１３が取り付けられる台座２０と、台座２０及び対陰極４を収容しているケーシング２とを有している。ケーシング２が対陰極４を収容している空間Ｋ２の幅Ｗ３２は、ケーシング２が台座２０を収容している空間Ｋ１の幅Ｗ３１よりも狭い。ウエネルト電極１２は、取付部１３が台座２０に取り付けられた状態で、ケーシング２が対陰極４を収容している空間Ｋ２内へ延び出ている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰極から発生した電子を対陰極に衝突させて当該対陰極からＸ線を発生するＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のＸ線発生装置は、例えばＸ線分析装置において分析対象である試料へ照射されるＸ線を発生する装置である。この種のＸ線発生装置として特許文献１に開示されたものが知られている。このＸ線発生装置は、図７に示すように、陰極であるフィラメント５１を内蔵した電子銃５２と、フィラメント５１に対向して設けられた回転対陰極５３とを有している。電子銃５２は、部分拡大図である図７（ａ）に示すように、扁平な直方体形状に形成されている。扁平な直方体形状の電子銃は、例えば、特許文献２にも開示されている。
【０００３】
電子銃５２の直方体形状を形付けているハウジング５４は導電性のウエネルト電極を兼ねている。フィラメント５１に対向する部分のウエネルト電極には、フィラメント５１から発生した電子を通過させる領域である開口５５が設けられている。電子銃５２及び回転対陰極５３はケーシング５７の内部に設けられている。ケーシング５７の内部は真空状態で気密に保持されている。
【０００４】
ケーシング５７はアースされ、フィラメント５１は例えば−６０ｋＶの電位であり、ウエネルト電極５４はフィラメント５１に対して数百Ｖだけ異なった電位である。通電によりフィラメント５１から発生した電子（熱電子）は、上記の高電圧の下に回転対陰極５３の表面に衝突する。このように電子が衝突した領域がＸ線焦点Ｆである。このＸ線焦点ＦからＸ線Ｒ０が発生する。このＸ線Ｒ０は、ベリリウム等によってケーシング５７の壁の適所に形成されたＸ線取出し窓５６を介して外部へ取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０１４８９５号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００７−１１５５５３号公報（第５〜６頁、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７において、従来のＸ線発生装置の各部の寸法は概ね次の通りであった。
電子銃５２の幅Ｗ０＝３０ｍｍ、
回転対陰極５３の幅Ｗ１＝２０ｍｍ、
電子銃５２とケーシング５７の壁の内面との距離Ｗ２＝１５ｍｍ、
回転対陰極５３の面平行方向（幅方向と直角の方向）に延びる中心線Ｘ２からケーシング５７の壁の外面までの距離Ｗ３＝５５ｍｍ、
回転対陰極５３の面平行方向に延びる中心線Ｘ２からＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等といったＸ線処理構造体）５９の先端までの距離Ｗ４＝６０ｍｍ、
である。
【０００７】
電子銃５２は消耗品であり、必要に応じて別の電子銃５２と交換する必要がある。また、電子銃５２を別の種類の電子銃に交換する必要がある場合がある。その交換の際には、電子銃５２に近い位置に設けた蓋５８をケーシング５７の壁から取り外し、電子銃５２を台座６０から取り外し、その後、別の電子銃５２を台座６０に取り付ける。上記の電子銃幅Ｗ０及び電子銃隙間Ｗ２は、このような電子銃の交換作業を人手によって行う場合を考慮している。
【０００８】
しかしながら、上記のような形状及び寸法の従来のＸ線発生装置においては、Ｘ線処理要素５９の設置距離Ｗ４が６０ｍｍ程度のように大きくならざるを得なかった。一般に、Ｘ線焦点ＦからＸ線処理要素５９までの距離が大きくなると、Ｘ線焦点Ｆから出たＸ線のうちＸ線処理要素５９によって取り込むことができるＸ線の角度が小さくなる。そのため、Ｘ線焦点Ｆから発生したＸ線の多くの部分を有効に利用することができないという問題があった。つまり、Ｘ線処理要素５９によるＸ線の集光効率を高く維持することができないという問題があった。
【０００９】
他方、仮にＸ線処理要素５９の設置距離Ｗ４を小さくすると、電子銃５２をケーシング５７の内部に取付け及びそこから取外すために特殊工具が必要となる上、Ｘ線発生装置のメーカの保守が必要となり、非常に不便になる。
【００１０】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすこと無く、モノクロメータ等といったＸ線処理要素によるＸ線の集光効率を向上できるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るＸ線発生装置は、陰極から出た電子が対陰極に衝突する領域であるＸ線焦点からＸ線を発生するＸ線発生装置において、前記陰極を取り囲むウエネルト電極と、前記ウエネルト電極と一体である取付部と、前記取付部が取り付けられる台座と、前記台座及び前記対陰極を収容しているケーシングとを有しており、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間の幅は、前記ケーシングが前記台座を収容している空間の幅よりも狭く、前記ウエネルト電極は、前記取付部が前記台座に取り付けられた状態で、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間内へ延び出ていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ケーシングが対陰極を収容している空間（対陰極収容空間）の幅が、ケーシングが台座を収容している空間（台座収容空間）の幅よりも狭くなっているので、台座収容空間の幅を、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすことの無い比較的広い幅に設定した場合でも、対陰極収容空間の幅を狭くすることができる。
【００１３】
このようにケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすれば、ケーシングの外部にＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等）を配置する場合に、対陰極の面平行方向に沿った中心線（すなわちＸ線焦点を通る対陰極の中心線）からそのＸ線処理要素までの距離を小さくすることができる。Ｘ線焦点からＸ線処理要素までの距離を小さくできれば、Ｘ線焦点から出てＸ線処理要素によって取込まれるＸ線の取込み角度の範囲及びその取込み角度に応じたＸ線の取込み長さの範囲を大きくすることができるので、Ｘ線処理要素によるＸ線集光効率を高めることができる。
さらに、Ｘ線焦点からＸ線処理要素の間の距離が短くなるため、空気散乱等によるＸ線の強度の減衰を抑えることもできる。
【００１４】
本発明に係るＸ線発生装置において、前記ウエネルト電極の幅は前記取付部の幅よりも狭いことが望ましい。これにより、ウエネルト電極の幅を狭くしても電子銃の取付部の幅は広いままに保持できるので、電子銃の交換作業の作業性が悪くなることを防止できる。
【００１５】
本発明に係るＸ線発生装置は、前記対陰極を収容しているケーシングに設けられたＸ線取出し窓を、さらに有することができる。そして、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記Ｘ線取出し窓までの距離は、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記台座を収容している部分のケーシングの内面までの距離よりも小さく設定することができる。この構成により、台座に対して電子銃を着脱する作業の容易性を確保した上で、Ｘ線取出し窓の外側に設置するＸ線処理要素と対陰極上のＸ線焦点との間の距離を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ケーシングの対陰極収容空間の幅が、ケーシングの台座収容空間の幅よりも狭くなっているので、台座収容空間の幅を、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすことの無い比較的広い幅に設定した場合でも、ケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすることができる。
【００１７】
このようにケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすれば、ケーシングの外部にＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等）を配置する場合に、対陰極の面平行方向に沿った中心線（すなわちＸ線焦点を通る対陰極の中心線）からＸ線処理要素までの距離を小さくすることができる。Ｘ線焦点からＸ線処理要素までの距離を小さくできれば、Ｘ線焦点から出てＸ線処理要素によって取込まれるＸ線の取込み角度を大きくすることができるので、Ｘ線処理要素によるＸ線集光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す平面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に従ったＸ線発生装置の側面断面図である。
【図３】図１のＸ線発生装置の主要部を拡大してしめす断面図である。
【図４】図２の矢印Ｂに従って電子銃の正面の構成を示す図である。
【図５】回転対陰極からのＸ線の取り出し方を説明するための平面図である。
【図６】図１のＸ線発生装置の他の主要部であるモノクロメータを示す斜視図である。
【図７】従来のＸ線発生装置の一例を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るＸ線発生装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２０】
図１は、本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す平面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に従ったそのＸ線発生装置の側面断面図である。図３は、図１の主要部である電子銃及びその周辺の拡大図である。
【００２１】
これらの図において、Ｘ線発生装置１は、金属製のケーシング２と、ケーシング２の内部に設けられた電子銃３と、電子銃３に対向して設けられた回転対陰極４とを有している。電子銃３と回転対陰極４とが対向している部分のケーシング２の壁の部分にＸ線取出し窓６が設けられている。Ｘ線取出し窓６は、Ｘ線を通過させることができる材料、例えば、Ｂｅ（ベリリウム）によって形成されている。ケーシング２において電子銃３が設けられている側の端部は、電子銃３（すなわち、後述するウエネルト電極１２及びそれと一体な取付部１３）を出し入れできる大きさの開口となっている。そして、その開口は蓋５によって閉じられている。蓋５はケーシング２に対して、ネジその他の締結手段によって着脱可能となっている。
【００２２】
図１では、ケーシング２の右側の壁（図２の図示しない手前側の壁）にＸ線取出し窓６を設ける例を示したが、Ｘ線取出し窓６はケーシング２の左側の壁（図２の奥側の壁）に設けることもできる。また、Ｘ線取出し窓６は、図１の手前側及び／又は奥側（すなわち、図２に示すＸ線発生装置１の上側Ｕ及び／又は下側Ｄ）に設けることもできる。
【００２３】
Ｘ線発生装置１は、また、Ｘ線取出し窓６の外部の近傍に設けられたＸ線シャッタ７と、Ｘ線シャッタ７の後部（図１の右部）に設けられたＸ線処理要素としての集光機能を備えたモノクロメータ８と、不要なＸ線の進行を遮断するスリット９とを有している。Ｘ線取出し窓６は、Ｘ線焦点Ｆから発生したＸ線をモノクロメータ８が取り込む角度β（図３参照）の範囲よりも広い照射角度を有している。なお、Ｘ線処理要素としては、モノクロメータ以外のＸ線処理構造体を用いることもできる。
【００２４】
Ｘ線発生装置１がＸ線測定装置、すなわちＸ線分析装置に適用される場合には、スリット９を通過したＸ線は試料Ｓ、例えばタンパク質の微小領域、例えば５０×５０μｍ〜１５０×１５０μｍの範囲内の領域を照射する。そして、試料Ｓで回折が生じた場合には、その回折線が図示しないＸ線検出器によって検出される。Ｘ線測定装置は特定の構成に限定されるものではなく、集中法回折測定装置、平行ビーム法回折測定装置、その他種々のＸ線測定装置に適用できる。
【００２５】
電子銃３は、図２及び図３に示すように、陰極としてのフィラメント１１と、フィラメント１１を取り囲むウエネルト電極１２と、ウエネルト電極と一体である取付部１３とを有している。ウエネルト電極１２は本実施形態ではその全体が単一の金属材料によって形成されている。しかしながら、ウエネルト電極１２は、必要に応じて、複数の部品によって形成されることもある。
【００２６】
フィラメント１１は、例えばＷ（タングステン）によって形成されている。図４は、図２の矢印Ｂに従って電子銃３を正面から見た状態を示している。フィラメント１１は、長さＬ１のコイル状、すなわち螺旋状のフィラメントによって形成されている。フィラメント１１の前面には電子を通過させるための開口１４が設けられている。
【００２７】
図１及び図２から理解されるように、回転対陰極４は円盤形状に形成されている。回転対陰極４の外周表面は、希望する波長のＸ線を発生できる材料によって形成されている。例えば、ＣｕＫα線を希望する場合には、Ｃｕ（銅）によって形成されている。
【００２８】
なお、フィラメントとターゲットとの組み合わせは、タングステンと銅との組み合わせに限られない。例えば、フィラメントは、コイル形状のタングステンでは無く、断面矩形状で棒状又は板状のＬａＢ６を適宜の外観形状に形成したものとすることもできる。また、ターゲットは、Ｃｒ（クロム）又はＷ（タングステン）とすることもできる。
【００２９】
回転対陰極４は、図示しない駆動装置によって駆動されて、対陰極４自身の幅方向（すなわち、円形状の平面と直交する方向）に延びる中心線Ｘ０を中心として回転する。例えば、９，０００〜１２，０００ｒｐｍの回転速度で回転する。駆動装置は、図示されていないが、例えば回転対陰極４の中心軸と駆動源とをベルトで連結して成るベルト駆動方式や、回転対陰極４の中心軸を電磁力によって直接に回転駆動するダイレクトドライブ方式等、任意の構成とすることができる。異なる方式の駆動方法を採用する場合でケーシング２の形状が変わることがあるが、いずれの場合でもケーシング２はその内部を気密に保持する。
【００３０】
図５は、陰極であるフィラメント１１と回転対陰極４とを模式的に示している。図５において、回転対陰極４は電気的に接地されている。回転対陰極４とフィラメント１１との間には負の電圧Ｖ１、例えばＶ１＝４５〜６０ｋＶが印加されている。フィラメント１１とウエネルト電極１２との間には負の電圧Ｖ２、例えばＶ２＝２００Ｖが印加されている。フィラメント１１は通電によって発熱して熱電子を放出する。放出された電子は、ウエネルト電極１２によって進行方向を制御されながら、電圧Ｖ１によって加速されて回転対陰極４の外周面に衝突する。こうして回転対陰極４の外周面に電子が衝突した領域がＸ線焦点Ｆであり、このＸ線焦点ＦからＸ線が空間の全方位に発生する。
【００３１】
回転対陰極４の外周面上に形成された実際のＸ線焦点Ｆは実焦点と呼ばれる。実焦点Ｆの大きさは、例えばフィラメント１１の形状に対応した幅Ｗ５、長さＬ０の長方形状である。寸法は、例えば、Ｗ５＝４０μｍ、Ｌ０＝４００μｍの長方形状からＷ５＝７０μｍ、Ｌ０＝７００μｍの長方形状である。
【００３２】
Ｘ線焦点Ｆから全方位に放出されたＸ線は、回転対陰極４の回転中心線Ｘ０と平行方向に設けられた（すなわち実焦点Ｆの短手側に設けられた）取出し窓６から外部へ取り出されたり、回転中心線Ｘ０と直角方向に設けられた（すなわち実焦点Ｆの長手側に設けられた）取出し窓１６から外部へ取り出される。Ｘ線焦点Ｆに対する取出し窓６の角度α１及びＸ線焦点Ｆに対する取出し窓１６の角度α２は、Ｘ線取出し角と呼ばれており、これらの角度は例えば角度５°〜６°である。なお、Ｘ線取出し窓６は図１に示したＸ線取出し窓６と同じものである。また、Ｘ線取出し窓１６は図１に示す本実施形態では設けられていない。
【００３３】
実焦点端手側の窓６から取り出されるＸ線についてのＸ線焦点、及び実焦点長手側の窓１６から取り出されるＸ線についてのＸ線焦点は、実効焦点と呼ばれている。実焦点短手側の窓６から取り出されるＸ線の実効焦点の大きさは、実焦点が４０×７０μｍであれば、４０×４０μｍの矩形状又はφ（直径）４０μｍの円形状である。他方、実焦点が７０×７００μｍであれば７０×７０μｍ又はφ７０μｍである。こうして取り出されたＸ線はポイントフォーカスのＸ線と呼ばれる。
【００３４】
実焦点長手側の窓１６から取り出されるＸ線の実効焦点の大きさは、実焦点が４０×７０μｍであれば、４０×７０μｍの長方形状である。他方、実焦点が７０×７００μｍであれば７０×７００μｍの長方形状である。こうして取り出されたＸ線はラインフォーカスのＸ線と呼ばれる。
【００３５】
ポイントフォーカス又はラインフォーカスは、Ｘ線回折装置、Ｘ線散乱装置等といったＸ線分析装置によって行われる測定の種類に応じて適宜に選択して使用される。本実施形態では、実焦点端手側の１つのＸ線取出し窓６からポイントフォーカスのＸ線を取り出すものとしている。
【００３６】
図１及び図２において、ケーシング２はその内部を真空状態に保持する機能を持っている。そのため、ケーシング２には、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとを備えた排気系や、その他の任意の構成から成る排気系が付設される。しかしながら、図１及び図２ではその排気系の図示を省略している。異なる方式の排気系を際王する場合でケーシング２の形状が変わることがあるが、いずれの場合でもケーシング２はその内部を気密に保持する。
【００３７】
図２において、ケーシング２の端部に電子銃３の支持装置１８が設けられている。この支持装置１８は、セラミックによって形成されたガイシ１９と、ガイシ１９の上に固定された台座２０とを有している。電子銃３の取付部１３は、ネジ等といった固定具によって台座２０の上に固定されている。この固定は、ネジ以外の任意の固定手段を用いて行っても良い。ガイシ１９はベアリング２１によって自身の中心線Ｘ１を中心として回転可能にケーシング２に支持されている。ガイシ１９従って台座２０の回転中心線Ｘ１は、回転対陰極４の回転中心線Ｘ０に直交している回転対陰極４の幅方向の中心線Ｘ２、すなわち回転対陰極４の円形状の面に対して平行方向に延びる回転対陰極４の中心線Ｘ２と交差している。
【００３８】
ガイシ１９及びそれに固定された台座２０は中心線Ｘ１を中心として回転可能であるが、通常は、図１に示す位置、すなわち、電子銃３のウエネルト電極１２が回転対陰極４と一直線を成す位置に固定されている。ウエネルト電極１２が回転対陰極４と一直線を成す位置とは、ウエネルト電極１２が回転対陰極４の面平行方向に延びる中心線（すなわち回転対陰極４の幅方向の中心線）Ｘ２上に載る位置である。
【００３９】
ウエネルト電極１２を上記の固定状態から解除することにより、台座２０及びそれに取り付けられた電子銃３を線Ｘ１を中心として小さな角度で回転移動、すなわち傾斜移動させることができる。そして、台座２０はその傾斜移動させた後の位置に固定することができる。このような電子銃３の傾斜移動は、回転対陰極４の外周面上における電子の衝突領域、すなわちＸ線焦点Ｆの形成領域を、回転対陰極４の外周面上で変化させるためのものである。例えば、回転対陰極４の外周表面の中心から左側の部分と右側の部分とを互いに異なる材料で形成した上で、電子銃３を左右方向へ傾斜移動させれば、回転対陰極４の外周面から発生するＸ線の波長を変化させることができる。
【００４０】
図１のモノクロメータ８はＸ線焦点Ｆから出た複数種類の波長のＸ線を含むＸ線を単色化する。すなわち、モノクロメータ８は複数種類の波長のＸ線から特定波長のＸ線を選択的に取り出す。本実施形態においてモノクロメータ８は、いわゆるサイド・バイ・サイド構造の多層膜ミラーによって構成されている。このような多層膜ミラーは、例えば株式会社リガク製のマックス・フラックス（登録商標）を用いることができる。サイド・バイ・サイドの多層膜ミラーは、例えば図６に示すように、それぞれが湾曲したＸ線反射面２１ａ，２１ｂを有した２つの多層膜ミラー８ａ，８ｂを互いに直角に配置した構成となっている。
【００４１】
個々の多層膜ミラー８ａ，８ｂは、図６の部分図（ａ）に模式的に示すように、複数の異なる物質から成る薄膜２２を交互に積層することによって形成されている。例えば、Ｎｉ（ニッケル）とＣ（炭素）、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）、Ｗ（タングステン）とＢ４Ｃ、等といった各種の物質の積層の組み合わせを適用できる。図６（ａ）では便宜的に個々の薄膜２２を非常に厚い膜厚で描いているが、実際には非常に薄い薄膜である。Ｘ線焦点Ｆから出たＸ線Ｒ０は各Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂで反射（すなわち回折）する。反射したＸ線Ｒ１は、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂの湾曲形状に応じた進行経路をたどる。
【００４２】
例えば、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂが楕円面であれば、Ｘ線焦点Ｆを１つの楕円焦点に置いたとき、反射Ｘ線Ｒ１はもう１つの楕円焦点に集束する集束Ｘ線となる。Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂが放物面であれば、反射Ｘ線Ｒ１は平行Ｘ線となる。本実施形態では、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂを楕円面に設定し、試料Ｓが置かれる位置Ｐに反射Ｘ線Ｒ１が集束するように設定する。
【００４３】
Ｘ線は、一般に、ブラッグの回折条件である２ｄｓｉｎθ＝ｎλを満足するときに回折する。但し、「ｄ」は格子面間隔、「θ」はブラッグ角（すなわち、Ｘ線の入射角及び反射角）、「ｎ」は反射次数、「λ」は使用したＸ線の波長である。多層膜ミラー８ａ．８ｂでは、Ｘ線入射側からの距離をＹとしたとき、Ｙの値が変化するごとにｄの値を変化させて、距離Ｙの各位置においてＸ線が反射（すなわち回折）するように設定している。これにより、反射Ｘ線Ｒ１として強度の強いＸ線を得ている。
【００４４】
図１において、ケーシング２のＸ線取出し窓６とＸ線処理要素としてのモノクロメータ８との間に設けられたＸ線シャッタ７は、例えば、図１の紙面垂直方向に延びる円筒形状に形成されており、さらにその円筒形状の中心線を横切る方向にＸ線通過用の貫通孔が設けられている。Ｘ線シャッタ７を自身の中心線の周りに矢印Ｃで示すように回転させて貫通孔をＸ線進行路に合わせるか、あるいは合わせないかにより、それぞれ、Ｘ線を通過させるか、あるいはＸ線の進行を遮断できる。
【００４５】
本実施形態のＸ線発生装置１は以上のように構成されているので、図１において、図示しない排気系の働きにより、ケーシング２の内部が真空状態に設定される。その後、フィラメント１１に通電が成されると、そのフィラメント１１が発熱して熱電子が放出される。放出された熱電子は、ウエネルト電極１２によって進行方向を制御されながら、回転対陰極４の外周面に衝突してＸ線焦点Ｆを形成する。そして、このＸ線焦点ＦからＸ線が空間の全方位に出射する。
【００４６】
Ｘ線シャッタ７がＸ線の通過を許容する状態に設定されていると、Ｘ線シャッタ７を通過したＸ線Ｒ０がモノクロメータ８のＸ線反射面に入射する。モノクロメータ８は入射したＸ線を単色化し、単色化されたＸ線Ｒ１が試料Ｓ内の領域に集束する。スリット９は、不要なＸ線が試料Ｓに向かうことを防止する。試料Ｓに入射したＸ線は、その試料Ｓの結晶構造に対応して回折し、その回折線が図示しないＸ線検出器によって検出される。その検出結果を分析することにより、試料Ｓの結晶構造を解析できる。
【００４７】
Ｘ線発生の処理を継続して行うと、電子銃３の特性が次第に劣化する。特性が許容限界よりも悪くなった場合には、電子銃３を交換する。また、測定の種類に応じて異なった種類の電子銃３に交換する必要が生じる場合がある。これらのような電子銃３の交換に際しては、ケーシング２の側端の蓋５をケーシング２から取り外し、ケーシング２が台座２０を収容している空間Ｋ１（以下、台座収容空間Ｋ１と言うことがある）内に作業者が指を挿入し、電子銃３の取付部１３を台座２０から取り外し、さらに、電子銃３の全体をケーシング２の外側へ持ち出す。その後、別の電子銃３を台座収容空間Ｋ１内へ挿入し、その電子銃３の取付部１３を台座２０に固定することにより、電子銃３を回転対陰極４に対する所定位置に設置する。
【００４８】
本実施形態において、ケーシング２等に関する形状及び寸法は、図３において、次のように設定されている。なお、各寸法は許容誤差を含んだ概略の値である。
電子銃３（ウエネルト電極１２）の幅Ｗ１０＝１０ｍｍ、
回転対陰極４の幅Ｗ１１＝１０ｍｍ、
電子銃３（ウエネルト電極１２）とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ１２＝９．５ｍｍ、
電子銃３の取付部１３とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ２２＝１５ｍｍ、
回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からＸ線処理要素であるモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４＝３０ｍｍ、
である。
【００４９】
上記のように、電子銃３の取付部１３とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ２２は、約１５ｍｍに設定されている。これは、図７に示した従来装置において電子銃５２とケーシング５７の壁の内面との距離Ｗ２が約１５ｍｍであることに対応している。この寸法設定により、作業者は、ケーシング２の台座収容空間Ｋ１内への電子銃３の出し入れを支障なく行うことができる。
【００５０】
本実施形態では、回転対陰極４の幅Ｗ１１及び電子銃３のウエネルト電極１２の幅Ｗ１０を従来よりも狭く設定した。そして、それに対応して、ケーシング２が回転対陰極４を収容している空間Ｋ２（以下、対陰極収容空間Ｋ２と言うことがある）の幅Ｗ３２を、ケーシング２の台座収容空間Ｋ１の幅Ｗ３１よりも狭く設定した。そして、電子銃３に関して、取付部１３の幅Ｗ３０が従来の電子銃の幅と略等しく設定され、その取付部１３から延びているウエネルト電極１２（すなわち電子銃３の主体部分）の幅Ｗ１０が取付部１３の幅Ｗ３０よりも狭くなっている。そして、電子銃３の取付部１３が台座２０に取り付けられた状態で、上記のように狭く形成されたウエネルト電極１２が、ケーシング２の対陰極収容空間Ｋ２内へ延び出ている。
【００５１】
なお、蓋５によってふさがれている台座収容空間Ｋ１の開口は、当該台座収容空間Ｋ１のうち前記対陰極収容空間（Ｋ２）と反対側の面に設けられている。これにより、当該開口を介しての電子銃３の取付け及び取外しが容易になっている。
【００５２】
以上のようにケーシング２の対陰極収容空間Ｋ２の幅Ｗ３２を狭く形成できたことにより、回転対陰極４の面平行方向（幅方向に対して直交する方向）の中心線Ｘ２からＸ線取出し窓６までの距離Ｗ４０が、その中心線Ｘ２から台座収容空間Ｋ１を形成しているケーシング２の内面までの距離Ｗ４１よりも小さくなっている。この結果、回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４は、図７に示した従来のＸ線発生装置において対応する距離である距離Ｗ４に比べて、大幅に小さくなっている。例えば、従来のモノクロメータ５９の配置距離Ｗ４が約６０ｍｍであるところ、本実施形態におけるモノクロメータ８の配置距離Ｗ１４は約３０ｍｍと小さくなっている。
【００５３】
回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４が小さいということは、Ｘ線焦点Ｆから出てモノクロメータ８によって取り込まれるＸ線Ｒ０の取込み角度βを大きくとれるということであり、モノクロメータ８によって多量のＸ線を取込むことができるということである。そしてその結果、Ｘ線の集光効率を向上できるということである。
【００５４】
なお、本実施形態ではＸ線シャッタ７をＸ線の進行方向に沿ってモノクロメータ８の上流位置に設けたが、Ｘ線シャッタ７はモノクロメータ８の下流位置に設けることもできる。こうすることにより、Ｘ線焦点Ｆからモノクロメータ８までの距離をさらに小さくできる。
【００５５】
（その他の実施形態）
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。
【００５６】
例えば、陰極は、図４に示すような螺旋形状のフィラメント１１に限られず、断面矩形状で所定長さの電子発生材料とすることができる。
また、上記の実施形態では図３において電子銃３を中心線Ｘ１を中心として傾斜移動できるようにしたが、そのような傾斜移動を行うことなく、電子銃３が常に回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２と平行に延在する状態に固定されている場合も本発明に含まれる。
また、上記の実施形態では対陰極として回転対陰極４を用いたが、これを固定型の対陰極とすることもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１．Ｘ線発生装置、 ２．ケーシング、 ３．電子銃、 ４．回転対陰極、 ５．蓋、 ６．Ｘ線取出し窓、 ７．Ｘ線シャッタ、 ８．モノクロメータ（Ｘ線処理要素）、 ８ａ，８ｂ．多層膜ミラー、 ９．スリット、 １１．フィラメント（陰極）、 １２．ウエネルト電極、 １３．取付部、 １４．開口、 １６．Ｘ線取出し窓、 １８．支持装置、 １９．ガイシ、 ２０．台座、 ２１ａ，２１ｂ．Ｘ線反射面、 ２２．薄膜、 Ｆ．Ｘ線焦点、 Ｋ１．ケーシングの台座収容空間、 Ｋ２．ケーシングの対陰極収容空間、 Ｌ０．Ｘ線焦点の長さ、 Ｌ１．フィラメントの長さ、 Ｒ０，Ｒ１．Ｘ線、 Ｓ．試料、 Ｗ５．Ｘ線焦点Ｆの幅、 Ｗ１０．電子銃の幅、 Ｗ１１．回転対陰極の幅、 Ｗ１２．電子銃とケーシングの壁の内面との距離、 Ｗ１４．回転対陰極の中心線からモノクロメータの先端までの距離、 Ｗ２２．電子銃の取付部とケーシングの壁の内面との距離、 Ｗ３０．電子銃の取付部の幅、 Ｗ３１．ケーシングの台座収容空間の幅、 Ｗ３２．ケーシングの対陰極収容空間の幅、 Ｗ４０．回転対陰極の面平行方向に沿った中心線からＸ線取出し窓までの距離、 Ｗ４１．回転対陰極の面平行方向に沿った中心線から台座収容空間を形成しているケーシングの内面までの距離、 Ｘ０．回転対陰極の回転中心線、 Ｘ１．ガイシの中心線、 Ｘ２．回転対陰極の面平行方向の中心線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰極から発生した電子を対陰極に衝突させて当該対陰極からＸ線を発生するＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のＸ線発生装置は、例えばＸ線分析装置において分析対象である試料へ照射されるＸ線を発生する装置である。この種のＸ線発生装置として特許文献１に開示されたものが知られている。このＸ線発生装置は、図７に示すように、陰極であるフィラメント５１を内蔵した電子銃５２と、フィラメント５１に対向して設けられた回転対陰極５３とを有している。電子銃５２は、部分拡大図である図７（ａ）に示すように、扁平な直方体形状に形成されている。扁平な直方体形状の電子銃は、例えば、特許文献２にも開示されている。
【０００３】
電子銃５２の直方体形状を形付けているハウジング５４は導電性のウエネルト電極を兼ねている。フィラメント５１に対向する部分のウエネルト電極には、フィラメント５１から発生した電子を通過させる領域である開口５５が設けられている。電子銃５２及び回転対陰極５３はケーシング５７の内部に設けられている。ケーシング５７の内部は真空状態で気密に保持されている。
【０００４】
ケーシング５７はアースされ、フィラメント５１は例えば−６０ｋＶの電位であり、ウエネルト電極５４はフィラメント５１に対して数百Ｖだけ異なった電位である。通電によりフィラメント５１から発生した電子（熱電子）は、上記の高電圧の下に回転対陰極５３の表面に衝突する。このように電子が衝突した領域がＸ線焦点Ｆである。このＸ線焦点ＦからＸ線Ｒ０が発生する。このＸ線Ｒ０は、ベリリウム等によってケーシング５７の壁の適所に形成されたＸ線取出し窓５６を介して外部へ取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０１４８９５号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００７−１１５５５３号公報（第５〜６頁、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７において、従来のＸ線発生装置の各部の寸法は概ね次の通りであった。
電子銃５２の幅Ｗ０＝３０ｍｍ、
回転対陰極５３の幅Ｗ１＝２０ｍｍ、
電子銃５２とケーシング５７の壁の内面との距離Ｗ２＝１５ｍｍ、
回転対陰極５３の面平行方向（幅方向と直角の方向）に延びる中心線Ｘ２からケーシング５７の壁の外面までの距離Ｗ３＝５５ｍｍ、
回転対陰極５３の面平行方向に延びる中心線Ｘ２からＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等といったＸ線処理構造体）５９の先端までの距離Ｗ４＝６０ｍｍ、
である。
【０００７】
電子銃５２は消耗品であり、必要に応じて別の電子銃５２と交換する必要がある。また、電子銃５２を別の種類の電子銃に交換する必要がある場合がある。その交換の際には、電子銃５２に近い位置に設けた蓋５８をケーシング５７の壁から取り外し、電子銃５２を台座６０から取り外し、その後、別の電子銃５２を台座６０に取り付ける。上記の電子銃幅Ｗ０及び電子銃隙間Ｗ２は、このような電子銃の交換作業を人手によって行う場合を考慮している。
【０００８】
しかしながら、上記のような形状及び寸法の従来のＸ線発生装置においては、Ｘ線処理要素５９の設置距離Ｗ４が６０ｍｍ程度のように大きくならざるを得なかった。一般に、Ｘ線焦点ＦからＸ線処理要素５９までの距離が大きくなると、Ｘ線焦点Ｆから出たＸ線のうちＸ線処理要素５９によって取り込むことができるＸ線の角度が小さくなる。そのため、Ｘ線焦点Ｆから発生したＸ線の多くの部分を有効に利用することができないという問題があった。つまり、Ｘ線処理要素５９によるＸ線の集光効率を高く維持することができないという問題があった。
【０００９】
他方、仮にＸ線処理要素５９の設置距離Ｗ４を小さくすると、電子銃５２をケーシング５７の内部に取付け及びそこから取外すために特殊工具が必要となる上、Ｘ線発生装置のメーカの保守が必要となり、非常に不便になる。
【００１０】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすこと無く、モノクロメータ等といったＸ線処理要素によるＸ線の集光効率を向上できるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るＸ線発生装置は、陰極から出た電子が対陰極に衝突する領域であるＸ線焦点からＸ線を発生するＸ線発生装置において、前記陰極を取り囲むウエネルト電極と、前記ウエネルト電極と一体である取付部と、前記取付部が取り付けられる台座と、前記台座及び前記対陰極を収容しているケーシングとを有しており、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間の幅は、前記ケーシングが前記台座を収容している空間の幅よりも狭く、前記ウエネルト電極は、前記取付部が前記台座に取り付けられた状態で、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間内へ延び出ていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ケーシングが対陰極を収容している空間（対陰極収容空間）の幅が、ケーシングが台座を収容している空間（台座収容空間）の幅よりも狭くなっているので、台座収容空間の幅を、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすことの無い比較的広い幅に設定した場合でも、対陰極収容空間の幅を狭くすることができる。
【００１３】
このようにケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすれば、ケーシングの外部にＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等）を配置する場合に、対陰極の面平行方向に沿った中心線（すなわちＸ線焦点を通る対陰極の中心線）からそのＸ線処理要素までの距離を小さくすることができる。Ｘ線焦点からＸ線処理要素までの距離を小さくできれば、Ｘ線焦点から出てＸ線処理要素によって取込まれるＸ線の取込み角度の範囲及びその取込み角度に応じたＸ線の取込み長さの範囲を大きくすることができるので、Ｘ線処理要素によるＸ線集光効率を高めることができる。
さらに、Ｘ線焦点からＸ線処理要素の間の距離が短くなるため、空気散乱等によるＸ線の強度の減衰を抑えることもできる。
【００１４】
本発明に係るＸ線発生装置において、前記ウエネルト電極の幅は前記取付部の幅よりも狭いことが望ましい。これにより、ウエネルト電極の幅を狭くしても電子銃の取付部の幅は広いままに保持できるので、電子銃の交換作業の作業性が悪くなることを防止できる。
【００１５】
本発明に係るＸ線発生装置は、前記対陰極を収容しているケーシングに設けられたＸ線取出し窓を、さらに有することができる。そして、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記Ｘ線取出し窓までの距離は、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記台座を収容している部分のケーシングの内面までの距離よりも小さく設定することができる。この構成により、台座に対して電子銃を着脱する作業の容易性を確保した上で、Ｘ線取出し窓の外側に設置するＸ線処理要素と対陰極上のＸ線焦点との間の距離を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ケーシングの対陰極収容空間の幅が、ケーシングの台座収容空間の幅よりも狭くなっているので、台座収容空間の幅を、人手を使った電子銃の交換作業に支障を来たすことの無い比較的広い幅に設定した場合でも、ケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすることができる。
【００１７】
このようにケーシングの対陰極収容空間の幅を狭くすれば、ケーシングの外部にＸ線処理要素（例えば、モノクロメータ、Ｘ線集光ミラー等）を配置する場合に、対陰極の面平行方向に沿った中心線（すなわちＸ線焦点を通る対陰極の中心線）からＸ線処理要素までの距離を小さくすることができる。Ｘ線焦点からＸ線処理要素までの距離を小さくできれば、Ｘ線焦点から出てＸ線処理要素によって取込まれるＸ線の取込み角度を大きくすることができるので、Ｘ線処理要素によるＸ線集光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す平面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に従ったＸ線発生装置の側面断面図である。
【図３】図１のＸ線発生装置の主要部を拡大してしめす断面図である。
【図４】図２の矢印Ｂに従って電子銃の正面の構成を示す図である。
【図５】回転対陰極からのＸ線の取り出し方を説明するための平面図である。
【図６】図１のＸ線発生装置の他の主要部であるモノクロメータを示す斜視図である。
【図７】従来のＸ線発生装置の一例を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るＸ線発生装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２０】
図１は、本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す平面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に従ったそのＸ線発生装置の側面断面図である。図３は、図１の主要部である電子銃及びその周辺の拡大図である。
【００２１】
これらの図において、Ｘ線発生装置１は、金属製のケーシング２と、ケーシング２の内部に設けられた電子銃３と、電子銃３に対向して設けられた回転対陰極４とを有している。電子銃３と回転対陰極４とが対向している部分のケーシング２の壁の部分にＸ線取出し窓６が設けられている。Ｘ線取出し窓６は、Ｘ線を通過させることができる材料、例えば、Ｂｅ（ベリリウム）によって形成されている。ケーシング２において電子銃３が設けられている側の端部は、電子銃３（すなわち、後述するウエネルト電極１２及びそれと一体な取付部１３）を出し入れできる大きさの開口となっている。そして、その開口は蓋５によって閉じられている。蓋５はケーシング２に対して、ネジその他の締結手段によって着脱可能となっている。
【００２２】
図１では、ケーシング２の右側の壁（図２の図示しない手前側の壁）にＸ線取出し窓６を設ける例を示したが、Ｘ線取出し窓６はケーシング２の左側の壁（図２の奥側の壁）に設けることもできる。また、Ｘ線取出し窓６は、図１の手前側及び／又は奥側（すなわち、図２に示すＸ線発生装置１の上側Ｕ及び／又は下側Ｄ）に設けることもできる。
【００２３】
Ｘ線発生装置１は、また、Ｘ線取出し窓６の外部の近傍に設けられたＸ線シャッタ７と、Ｘ線シャッタ７の後部（図１の右部）に設けられたＸ線処理要素としての集光機能を備えたモノクロメータ８と、不要なＸ線の進行を遮断するスリット９とを有している。Ｘ線取出し窓６は、Ｘ線焦点Ｆから発生したＸ線をモノクロメータ８が取り込む角度β（図３参照）の範囲よりも広い照射角度を有している。なお、Ｘ線処理要素としては、モノクロメータ以外のＸ線処理構造体を用いることもできる。
【００２４】
Ｘ線発生装置１がＸ線測定装置、すなわちＸ線分析装置に適用される場合には、スリット９を通過したＸ線は試料Ｓ、例えばタンパク質の微小領域、例えば５０×５０μｍ〜１５０×１５０μｍの範囲内の領域を照射する。そして、試料Ｓで回折が生じた場合には、その回折線が図示しないＸ線検出器によって検出される。Ｘ線測定装置は特定の構成に限定されるものではなく、集中法回折測定装置、平行ビーム法回折測定装置、その他種々のＸ線測定装置に適用できる。
【００２５】
電子銃３は、図２及び図３に示すように、陰極としてのフィラメント１１と、フィラメント１１を取り囲むウエネルト電極１２と、ウエネルト電極と一体である取付部１３とを有している。ウエネルト電極１２は本実施形態ではその全体が単一の金属材料によって形成されている。しかしながら、ウエネルト電極１２は、必要に応じて、複数の部品によって形成されることもある。
【００２６】
フィラメント１１は、例えばＷ（タングステン）によって形成されている。図４は、図２の矢印Ｂに従って電子銃３を正面から見た状態を示している。フィラメント１１は、長さＬ１のコイル状、すなわち螺旋状のフィラメントによって形成されている。フィラメント１１の前面には電子を通過させるための開口１４が設けられている。
【００２７】
図１及び図２から理解されるように、回転対陰極４は円盤形状に形成されている。回転対陰極４の外周表面は、希望する波長のＸ線を発生できる材料によって形成されている。例えば、ＣｕＫα線を希望する場合には、Ｃｕ（銅）によって形成されている。
【００２８】
なお、フィラメントとターゲットとの組み合わせは、タングステンと銅との組み合わせに限られない。例えば、フィラメントは、コイル形状のタングステンでは無く、断面矩形状で棒状又は板状のＬａＢ６を適宜の外観形状に形成したものとすることもできる。また、ターゲットは、Ｃｒ（クロム）又はＷ（タングステン）とすることもできる。
【００２９】
回転対陰極４は、図示しない駆動装置によって駆動されて、対陰極４自身の幅方向（すなわち、円形状の平面と直交する方向）に延びる中心線Ｘ０を中心として回転する。例えば、９，０００〜１２，０００ｒｐｍの回転速度で回転する。駆動装置は、図示されていないが、例えば回転対陰極４の中心軸と駆動源とをベルトで連結して成るベルト駆動方式や、回転対陰極４の中心軸を電磁力によって直接に回転駆動するダイレクトドライブ方式等、任意の構成とすることができる。異なる方式の駆動方法を採用する場合でケーシング２の形状が変わることがあるが、いずれの場合でもケーシング２はその内部を気密に保持する。
【００３０】
図５は、陰極であるフィラメント１１と回転対陰極４とを模式的に示している。図５において、回転対陰極４は電気的に接地されている。回転対陰極４とフィラメント１１との間には負の電圧Ｖ１、例えばＶ１＝４５〜６０ｋＶが印加されている。フィラメント１１とウエネルト電極１２との間には負の電圧Ｖ２、例えばＶ２＝２００Ｖが印加されている。フィラメント１１は通電によって発熱して熱電子を放出する。放出された電子は、ウエネルト電極１２によって進行方向を制御されながら、電圧Ｖ１によって加速されて回転対陰極４の外周面に衝突する。こうして回転対陰極４の外周面に電子が衝突した領域がＸ線焦点Ｆであり、このＸ線焦点ＦからＸ線が空間の全方位に発生する。
【００３１】
回転対陰極４の外周面上に形成された実際のＸ線焦点Ｆは実焦点と呼ばれる。実焦点Ｆの大きさは、例えばフィラメント１１の形状に対応した幅Ｗ５、長さＬ０の長方形状である。寸法は、例えば、Ｗ５＝４０μｍ、Ｌ０＝４００μｍの長方形状からＷ５＝７０μｍ、Ｌ０＝７００μｍの長方形状である。
【００３２】
Ｘ線焦点Ｆから全方位に放出されたＸ線は、回転対陰極４の回転中心線Ｘ０と平行方向に設けられた（すなわち実焦点Ｆの短手側に設けられた）取出し窓６から外部へ取り出されたり、回転中心線Ｘ０と直角方向に設けられた（すなわち実焦点Ｆの長手側に設けられた）取出し窓１６から外部へ取り出される。Ｘ線焦点Ｆに対する取出し窓６の角度α１及びＸ線焦点Ｆに対する取出し窓１６の角度α２は、Ｘ線取出し角と呼ばれており、これらの角度は例えば角度５°〜６°である。なお、Ｘ線取出し窓６は図１に示したＸ線取出し窓６と同じものである。また、Ｘ線取出し窓１６は図１に示す本実施形態では設けられていない。
【００３３】
実焦点端手側の窓６から取り出されるＸ線についてのＸ線焦点、及び実焦点長手側の窓１６から取り出されるＸ線についてのＸ線焦点は、実効焦点と呼ばれている。実焦点短手側の窓６から取り出されるＸ線の実効焦点の大きさは、実焦点が４０×７０μｍであれば、４０×４０μｍの矩形状又はφ（直径）４０μｍの円形状である。他方、実焦点が７０×７００μｍであれば７０×７０μｍ又はφ７０μｍである。こうして取り出されたＸ線はポイントフォーカスのＸ線と呼ばれる。
【００３４】
実焦点長手側の窓１６から取り出されるＸ線の実効焦点の大きさは、実焦点が４０×７０μｍであれば、４０×７０μｍの長方形状である。他方、実焦点が７０×７００μｍであれば７０×７００μｍの長方形状である。こうして取り出されたＸ線はラインフォーカスのＸ線と呼ばれる。
【００３５】
ポイントフォーカス又はラインフォーカスは、Ｘ線回折装置、Ｘ線散乱装置等といったＸ線分析装置によって行われる測定の種類に応じて適宜に選択して使用される。本実施形態では、実焦点端手側の１つのＸ線取出し窓６からポイントフォーカスのＸ線を取り出すものとしている。
【００３６】
図１及び図２において、ケーシング２はその内部を真空状態に保持する機能を持っている。そのため、ケーシング２には、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとを備えた排気系や、その他の任意の構成から成る排気系が付設される。しかしながら、図１及び図２ではその排気系の図示を省略している。異なる方式の排気系を際王する場合でケーシング２の形状が変わることがあるが、いずれの場合でもケーシング２はその内部を気密に保持する。
【００３７】
図２において、ケーシング２の端部に電子銃３の支持装置１８が設けられている。この支持装置１８は、セラミックによって形成されたガイシ１９と、ガイシ１９の上に固定された台座２０とを有している。電子銃３の取付部１３は、ネジ等といった固定具によって台座２０の上に固定されている。この固定は、ネジ以外の任意の固定手段を用いて行っても良い。ガイシ１９はベアリング２１によって自身の中心線Ｘ１を中心として回転可能にケーシング２に支持されている。ガイシ１９従って台座２０の回転中心線Ｘ１は、回転対陰極４の回転中心線Ｘ０に直交している回転対陰極４の幅方向の中心線Ｘ２、すなわち回転対陰極４の円形状の面に対して平行方向に延びる回転対陰極４の中心線Ｘ２と交差している。
【００３８】
ガイシ１９及びそれに固定された台座２０は中心線Ｘ１を中心として回転可能であるが、通常は、図１に示す位置、すなわち、電子銃３のウエネルト電極１２が回転対陰極４と一直線を成す位置に固定されている。ウエネルト電極１２が回転対陰極４と一直線を成す位置とは、ウエネルト電極１２が回転対陰極４の面平行方向に延びる中心線（すなわち回転対陰極４の幅方向の中心線）Ｘ２上に載る位置である。
【００３９】
ウエネルト電極１２を上記の固定状態から解除することにより、台座２０及びそれに取り付けられた電子銃３を線Ｘ１を中心として小さな角度で回転移動、すなわち傾斜移動させることができる。そして、台座２０はその傾斜移動させた後の位置に固定することができる。このような電子銃３の傾斜移動は、回転対陰極４の外周面上における電子の衝突領域、すなわちＸ線焦点Ｆの形成領域を、回転対陰極４の外周面上で変化させるためのものである。例えば、回転対陰極４の外周表面の中心から左側の部分と右側の部分とを互いに異なる材料で形成した上で、電子銃３を左右方向へ傾斜移動させれば、回転対陰極４の外周面から発生するＸ線の波長を変化させることができる。
【００４０】
図１のモノクロメータ８はＸ線焦点Ｆから出た複数種類の波長のＸ線を含むＸ線を単色化する。すなわち、モノクロメータ８は複数種類の波長のＸ線から特定波長のＸ線を選択的に取り出す。本実施形態においてモノクロメータ８は、いわゆるサイド・バイ・サイド構造の多層膜ミラーによって構成されている。このような多層膜ミラーは、例えば株式会社リガク製のマックス・フラックス（登録商標）を用いることができる。サイド・バイ・サイドの多層膜ミラーは、例えば図６に示すように、それぞれが湾曲したＸ線反射面２１ａ，２１ｂを有した２つの多層膜ミラー８ａ，８ｂを互いに直角に配置した構成となっている。
【００４１】
個々の多層膜ミラー８ａ，８ｂは、図６の部分図（ａ）に模式的に示すように、複数の異なる物質から成る薄膜２２を交互に積層することによって形成されている。例えば、Ｎｉ（ニッケル）とＣ（炭素）、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）、Ｗ（タングステン）とＢ４Ｃ、等といった各種の物質の積層の組み合わせを適用できる。図６（ａ）では便宜的に個々の薄膜２２を非常に厚い膜厚で描いているが、実際には非常に薄い薄膜である。Ｘ線焦点Ｆから出たＸ線Ｒ０は各Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂで反射（すなわち回折）する。反射したＸ線Ｒ１は、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂの湾曲形状に応じた進行経路をたどる。
【００４２】
例えば、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂが楕円面であれば、Ｘ線焦点Ｆを１つの楕円焦点に置いたとき、反射Ｘ線Ｒ１はもう１つの楕円焦点に集束する集束Ｘ線となる。Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂが放物面であれば、反射Ｘ線Ｒ１は平行Ｘ線となる。本実施形態では、Ｘ線反射面２１ａ，２１ｂを楕円面に設定し、試料Ｓが置かれる位置Ｐに反射Ｘ線Ｒ１が集束するように設定する。
【００４３】
Ｘ線は、一般に、ブラッグの回折条件である２ｄｓｉｎθ＝ｎλを満足するときに回折する。但し、「ｄ」は格子面間隔、「θ」はブラッグ角（すなわち、Ｘ線の入射角及び反射角）、「ｎ」は反射次数、「λ」は使用したＸ線の波長である。多層膜ミラー８ａ．８ｂでは、Ｘ線入射側からの距離をＹとしたとき、Ｙの値が変化するごとにｄの値を変化させて、距離Ｙの各位置においてＸ線が反射（すなわち回折）するように設定している。これにより、反射Ｘ線Ｒ１として強度の強いＸ線を得ている。
【００４４】
図１において、ケーシング２のＸ線取出し窓６とＸ線処理要素としてのモノクロメータ８との間に設けられたＸ線シャッタ７は、例えば、図１の紙面垂直方向に延びる円筒形状に形成されており、さらにその円筒形状の中心線を横切る方向にＸ線通過用の貫通孔が設けられている。Ｘ線シャッタ７を自身の中心線の周りに矢印Ｃで示すように回転させて貫通孔をＸ線進行路に合わせるか、あるいは合わせないかにより、それぞれ、Ｘ線を通過させるか、あるいはＸ線の進行を遮断できる。
【００４５】
本実施形態のＸ線発生装置１は以上のように構成されているので、図１において、図示しない排気系の働きにより、ケーシング２の内部が真空状態に設定される。その後、フィラメント１１に通電が成されると、そのフィラメント１１が発熱して熱電子が放出される。放出された熱電子は、ウエネルト電極１２によって進行方向を制御されながら、回転対陰極４の外周面に衝突してＸ線焦点Ｆを形成する。そして、このＸ線焦点ＦからＸ線が空間の全方位に出射する。
【００４６】
Ｘ線シャッタ７がＸ線の通過を許容する状態に設定されていると、Ｘ線シャッタ７を通過したＸ線Ｒ０がモノクロメータ８のＸ線反射面に入射する。モノクロメータ８は入射したＸ線を単色化し、単色化されたＸ線Ｒ１が試料Ｓ内の領域に集束する。スリット９は、不要なＸ線が試料Ｓに向かうことを防止する。試料Ｓに入射したＸ線は、その試料Ｓの結晶構造に対応して回折し、その回折線が図示しないＸ線検出器によって検出される。その検出結果を分析することにより、試料Ｓの結晶構造を解析できる。
【００４７】
Ｘ線発生の処理を継続して行うと、電子銃３の特性が次第に劣化する。特性が許容限界よりも悪くなった場合には、電子銃３を交換する。また、測定の種類に応じて異なった種類の電子銃３に交換する必要が生じる場合がある。これらのような電子銃３の交換に際しては、ケーシング２の側端の蓋５をケーシング２から取り外し、ケーシング２が台座２０を収容している空間Ｋ１（以下、台座収容空間Ｋ１と言うことがある）内に作業者が指を挿入し、電子銃３の取付部１３を台座２０から取り外し、さらに、電子銃３の全体をケーシング２の外側へ持ち出す。その後、別の電子銃３を台座収容空間Ｋ１内へ挿入し、その電子銃３の取付部１３を台座２０に固定することにより、電子銃３を回転対陰極４に対する所定位置に設置する。
【００４８】
本実施形態において、ケーシング２等に関する形状及び寸法は、図３において、次のように設定されている。なお、各寸法は許容誤差を含んだ概略の値である。
電子銃３（ウエネルト電極１２）の幅Ｗ１０＝１０ｍｍ、
回転対陰極４の幅Ｗ１１＝１０ｍｍ、
電子銃３（ウエネルト電極１２）とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ１２＝９．５ｍｍ、
電子銃３の取付部１３とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ２２＝１５ｍｍ、
回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からＸ線処理要素であるモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４＝３０ｍｍ、
である。
【００４９】
上記のように、電子銃３の取付部１３とケーシング２の壁の内面との距離Ｗ２２は、約１５ｍｍに設定されている。これは、図７に示した従来装置において電子銃５２とケーシング５７の壁の内面との距離Ｗ２が約１５ｍｍであることに対応している。この寸法設定により、作業者は、ケーシング２の台座収容空間Ｋ１内への電子銃３の出し入れを支障なく行うことができる。
【００５０】
本実施形態では、回転対陰極４の幅Ｗ１１及び電子銃３のウエネルト電極１２の幅Ｗ１０を従来よりも狭く設定した。そして、それに対応して、ケーシング２が回転対陰極４を収容している空間Ｋ２（以下、対陰極収容空間Ｋ２と言うことがある）の幅Ｗ３２を、ケーシング２の台座収容空間Ｋ１の幅Ｗ３１よりも狭く設定した。そして、電子銃３に関して、取付部１３の幅Ｗ３０が従来の電子銃の幅と略等しく設定され、その取付部１３から延びているウエネルト電極１２（すなわち電子銃３の主体部分）の幅Ｗ１０が取付部１３の幅Ｗ３０よりも狭くなっている。そして、電子銃３の取付部１３が台座２０に取り付けられた状態で、上記のように狭く形成されたウエネルト電極１２が、ケーシング２の対陰極収容空間Ｋ２内へ延び出ている。
【００５１】
なお、蓋５によってふさがれている台座収容空間Ｋ１の開口は、当該台座収容空間Ｋ１のうち前記対陰極収容空間（Ｋ２）と反対側の面に設けられている。これにより、当該開口を介しての電子銃３の取付け及び取外しが容易になっている。
【００５２】
以上のようにケーシング２の対陰極収容空間Ｋ２の幅Ｗ３２を狭く形成できたことにより、回転対陰極４の面平行方向（幅方向に対して直交する方向）の中心線Ｘ２からＸ線取出し窓６までの距離Ｗ４０が、その中心線Ｘ２から台座収容空間Ｋ１を形成しているケーシング２の内面までの距離Ｗ４１よりも小さくなっている。この結果、回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４は、図７に示した従来のＸ線発生装置において対応する距離である距離Ｗ４に比べて、大幅に小さくなっている。例えば、従来のモノクロメータ５９の配置距離Ｗ４が約６０ｍｍであるところ、本実施形態におけるモノクロメータ８の配置距離Ｗ１４は約３０ｍｍと小さくなっている。
【００５３】
回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２からモノクロメータ８の先端までの距離Ｗ１４が小さいということは、Ｘ線焦点Ｆから出てモノクロメータ８によって取り込まれるＸ線Ｒ０の取込み角度βを大きくとれるということであり、モノクロメータ８によって多量のＸ線を取込むことができるということである。そしてその結果、Ｘ線の集光効率を向上できるということである。
【００５４】
なお、本実施形態ではＸ線シャッタ７をＸ線の進行方向に沿ってモノクロメータ８の上流位置に設けたが、Ｘ線シャッタ７はモノクロメータ８の下流位置に設けることもできる。こうすることにより、Ｘ線焦点Ｆからモノクロメータ８までの距離をさらに小さくできる。
【００５５】
（その他の実施形態）
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。
【００５６】
例えば、陰極は、図４に示すような螺旋形状のフィラメント１１に限られず、断面矩形状で所定長さの電子発生材料とすることができる。
また、上記の実施形態では図３において電子銃３を中心線Ｘ１を中心として傾斜移動できるようにしたが、そのような傾斜移動を行うことなく、電子銃３が常に回転対陰極４の面平行方向の中心線Ｘ２と平行に延在する状態に固定されている場合も本発明に含まれる。
また、上記の実施形態では対陰極として回転対陰極４を用いたが、これを固定型の対陰極とすることもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１．Ｘ線発生装置、 ２．ケーシング、 ３．電子銃、 ４．回転対陰極、 ５．蓋、 ６．Ｘ線取出し窓、 ７．Ｘ線シャッタ、 ８．モノクロメータ（Ｘ線処理要素）、 ８ａ，８ｂ．多層膜ミラー、 ９．スリット、 １１．フィラメント（陰極）、 １２．ウエネルト電極、 １３．取付部、 １４．開口、 １６．Ｘ線取出し窓、 １８．支持装置、 １９．ガイシ、 ２０．台座、 ２１ａ，２１ｂ．Ｘ線反射面、 ２２．薄膜、 Ｆ．Ｘ線焦点、 Ｋ１．ケーシングの台座収容空間、 Ｋ２．ケーシングの対陰極収容空間、 Ｌ０．Ｘ線焦点の長さ、 Ｌ１．フィラメントの長さ、 Ｒ０，Ｒ１．Ｘ線、 Ｓ．試料、 Ｗ５．Ｘ線焦点Ｆの幅、 Ｗ１０．電子銃の幅、 Ｗ１１．回転対陰極の幅、 Ｗ１２．電子銃とケーシングの壁の内面との距離、 Ｗ１４．回転対陰極の中心線からモノクロメータの先端までの距離、 Ｗ２２．電子銃の取付部とケーシングの壁の内面との距離、 Ｗ３０．電子銃の取付部の幅、 Ｗ３１．ケーシングの台座収容空間の幅、 Ｗ３２．ケーシングの対陰極収容空間の幅、 Ｗ４０．回転対陰極の面平行方向に沿った中心線からＸ線取出し窓までの距離、 Ｗ４１．回転対陰極の面平行方向に沿った中心線から台座収容空間を形成しているケーシングの内面までの距離、 Ｘ０．回転対陰極の回転中心線、 Ｘ１．ガイシの中心線、 Ｘ２．回転対陰極の面平行方向の中心線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極から出た電子が対陰極に衝突する領域であるＸ線焦点からＸ線を発生するＸ線発生装置において、
前記陰極を取り囲むウエネルト電極と、
前記ウエネルト電極と一体である取付部と、
前記取付部が取り付けられる台座と、
前記台座及び前記対陰極を収容しているケーシングと、を有しており、
前記ケーシングが前記対陰極を収容している対陰極収容空間の幅は、前記ケーシングが前記台座を収容している台座収容空間の幅よりも狭く、
前記ウエネルト電極は、前記取付部が前記台座に取り付けられた状態で、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間内へ延び出ている
ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記ウエネルト電極の幅は前記取付部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記対陰極を収容しているケーシングに設けられたＸ線取出し窓を有しており、
前記対陰極の面平行方向の中心線から前記Ｘ線取出し窓までの距離は、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記台座を収容している部分のケーシングの内面までの距離よりも小さい
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記Ｘ線取出し窓の外側に設けられており前記Ｘ線焦点から出たＸ線を受け取るＸ線処理要素をさらに有しており、
前記Ｘ線取出し窓は、前記Ｘ線焦点から発生したＸ線を前記Ｘ線処理要素が取り込む角度の範囲よりも広い照射角度を有している
ことを特徴とする請求項３記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記台座収容空間の前記対陰極収容空間と反対側の面は開口となっており、
当該開口は、ウエネルト電極及びそれと一体である取付部を通過させることができる大きさを有しており、
当該開口は取外し可能な蓋によってふさがれている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線発生装置。
【請求項１】
陰極から出た電子が対陰極に衝突する領域であるＸ線焦点からＸ線を発生するＸ線発生装置において、
前記陰極を取り囲むウエネルト電極と、
前記ウエネルト電極と一体である取付部と、
前記取付部が取り付けられる台座と、
前記台座及び前記対陰極を収容しているケーシングと、を有しており、
前記ケーシングが前記対陰極を収容している対陰極収容空間の幅は、前記ケーシングが前記台座を収容している台座収容空間の幅よりも狭く、
前記ウエネルト電極は、前記取付部が前記台座に取り付けられた状態で、前記ケーシングが前記対陰極を収容している空間内へ延び出ている
ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記ウエネルト電極の幅は前記取付部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記対陰極を収容しているケーシングに設けられたＸ線取出し窓を有しており、
前記対陰極の面平行方向の中心線から前記Ｘ線取出し窓までの距離は、前記対陰極の面平行方向の中心線から前記台座を収容している部分のケーシングの内面までの距離よりも小さい
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記Ｘ線取出し窓の外側に設けられており前記Ｘ線焦点から出たＸ線を受け取るＸ線処理要素をさらに有しており、
前記Ｘ線取出し窓は、前記Ｘ線焦点から発生したＸ線を前記Ｘ線処理要素が取り込む角度の範囲よりも広い照射角度を有している
ことを特徴とする請求項３記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記台座収容空間の前記対陰極収容空間と反対側の面は開口となっており、
当該開口は、ウエネルト電極及びそれと一体である取付部を通過させることができる大きさを有しており、
当該開口は取外し可能な蓋によってふさがれている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４２１１５（Ｐ２０１２−１４２１１５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２６０３（Ｐ２０１０−２９２６０３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
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