(57)【要約】【課題】  カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置を調節可能なＸ線発生装置を提供する。【解決手段】  電子４を放出するカソード３と、カソード３から放出された電子４が衝突することによりＸ線を発生するアノード６と、電磁石１３とを備えている。カソード３及びアノード６は真空チャンバ内に設けられ、電磁石１３は真空チャンバ外に設けられている。電磁石１３により発生させた磁場を真空チャンバの外部から電子４に作用させることにより、アノード６に対する電子４の衝突位置を調節することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、当該カソードから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置において、
前記カソードから放出された電子に前記真空チャンバの外部から磁場を作用させることにより前記アノードに対する電子の衝突位置を調節可能な電子衝突位置調節手段を備えたことを特徴とする、Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記アノードを軸回りに回転させる回転機構を備え、
前記アノードは、前記軸と同軸に設けられた円筒面状のターゲット面を有し、
前記電子衝突位置調節手段は、前記アノードに対する電子の衝突位置を、前記ターゲット面の周方向又は軸方向に調節可能である、請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記電子衝突位置調節手段は、前記磁場の発生源として永久磁石又は電磁石を備える、請求項１又は２記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかのＸ線発生装置と、当該Ｘ線発生装置から出射したＸ線を試料に向けて反射させるミラーと、当該ミラーを保持するミラー台と、試料を保持する試料台と、試料からの回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を有するＸ線回折装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、当該カソードから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７には一般的な回転対陰極型Ｘ線発生装置の構成が例示されている。図７に示すＸ線発生装置３０は、真空チャンバ３１内に、電子３２を放出するカソード（フィラメント）３３と、カソード３３から放出された電子３２が衝突することによりＸ線３４を発生する円柱状又は円板状のアノード３５とを備えている。アノード３５の外周面は、カソード３３から放出された電子３２が衝突するターゲット面３５ａを成している。真空チャンバ３１の外側には、アノード３５を軸３５ｂ回りに回転させる回転機構（図示省略）が設けられている。このＸ線発生装置３０は、アノード３５から放出された電子３２を高速で回転するアノード３５のターゲット面３５ａに衝突させることによりＸ線３４を発生させる。発生したＸ線３４は、真空チャンバ３１の窓３６から出射される。
【０００３】
このＸ線発生装置３０は、Ｘ線回折装置のＸ線源として用いられる。Ｘ線回折装置は、Ｘ線の回折現象を利用して試料の結晶構造を調べるための装置である。図８に例示するＸ線回折装置４０は、Ｘ線源であるＸ線発生装置３０と、Ｘ線発生装置３０から出射したＸ線３４を試料４１に向けて反射させるミラー４２と、ミラー４２を保持するミラー台４３と、試料４１を保持する試料台４４と、試料４１からの回折Ｘ線４５ｂを検出するＸ線検出器４６と、を備えている。試料台４４とＸ線検出器４６はゴニオメータ４７に搭載されている。ゴニオメータ４７は、ミラー台４３と試料台４４とＸ線検出器４６との相対位置関係を変更させるための装置である。そして、Ｘ線発生装置３０と、ミラー台４３と、ゴニオメータ４７とが同一ベース４８上に正確に位置決めされて固定されている。試料４１は、ゴニオメータ４７の回動中心軸上に正確に位置決めされて保持されている。
【０００４】
図８に例示するＸ線回折装置４０によれば、ゴニオメータ４７を回動させて、ミラー台４３と試料台４１とＸ線検出器４６との相対位置関係を変更させることにより、Ｘ線発生装置３０からミラー４２を介して試料４１に向かう入射Ｘ線４５ａと試料４１からＸ線検出器４６に向かう回折Ｘ線４５ｂとのなす角度を変更しながら試料４１からの回折Ｘ線４５ｂの強度を検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８に例示するＸ線回折装置４０においては、Ｘ線発生装置３０とミラー４２と試料４１とＸ線検出器４６との相対位置をベース４８上にて正確に調整した上でＸ線回折測定がなされる。
【０００６】
しかし、Ｘ線発生装置３０内、特にカソード３３とその近傍は高温になるため、熱の影響あるいは保守のための構成部品の交換等により、アノード３５に対するカソード３３の位置が変化することがある。アノード３５とカソード３３との相対位置が変化すると、アノード３５に対する電子３２の衝突位置が変化するため、Ｘ線発生装置３０からミラー４２に向かうＸ線３４の角度が変化してしまう。
【０００７】
このため、Ｘ線発生装置３０とミラー４２等との相対位置調整がいかに正確になされても、その位置調整後に、Ｘ線発生装置３０からミラー４２に向かうＸ線３４の角度が変化してしまうことにより、ミラー４２へのＸ線３４の入射角度及び入射位置が変化し、Ｘ線４５ａが試料４１に正確に照射されなくなる場合がある。このような場合、従来のＸ線回折装置４０においては、Ｘ線発生装置３０とミラー４２等との相対位置の再調整を余儀なくされていた。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置を真空チャンバの外部から適正な位置に調節可能なＸ線発生装置及びこれを備えたＸ線回折装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
【００１０】
［Ｘ線発生装置］
第１の発明のＸ線発生装置は、真空チャンバ内に、電子を放出するカソードと、当該カソードから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生するアノードとを備えたＸ線発生装置において、前記カソードから放出された電子に前記真空チャンバの外部から磁場を作用させることにより前記アノードに対する電子の衝突位置を調節可能な電子衝突位置調節手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記のように構成された第１の発明のＸ線発生装置は、カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位した場合、カソードから放出された電子に真空チャンバの外部から磁場を作用させることにより、アノードに対する電子の衝突位置を適正な位置に調節することが可能である。
【００１２】
第２の発明のＸ線発生装置は、第１の発明のＸ線発生装置を前提として、前記アノードを軸回りに回転させる回転機構を備え、
前記アノードは、前記軸と同軸に設けられた円筒面状のターゲット面を有し、
前記電子衝突位置調節手段は、前記アノードに対する電子の衝突位置を、前記ターゲット面の周方向又は軸方向に調節可能に構成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記のように構成された第２の発明のＸ線発生装置は、カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位した場合、カソードから放出された電子に真空チャンバの外部から磁場を作用させることにより、アノードに対する電子の衝突位置を、ターゲット面の周方向又は軸方向に移動させて適正な位置に調節することが可能である。
【００１４】
第３の発明のＸ線発生装置は、第１又は第２の発明のＸ線発生装置を前提として、前記電子衝突位置調節手段が前記磁場の発生源として電磁石又は永久磁石を備えていることを特徴としている。
【００１５】
上記のように構成された第３の発明のＸ線発生装置は、カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位した場合、カソードから放出された電子に、電磁石又は永久磁石を発生源とする磁場を真空チャンバの外部から作用させることにより、アノードに対する電子の衝突位置を適正な位置に調節することが可能である。
【００１６】
［Ｘ線回折装置］
本発明のＸ線回折装置は、請求項１乃至３の何れかのＸ線発生装置と、当該Ｘ線発生装置から出射したＸ線を試料に向けて反射させるミラーと、当該ミラーを保持するミラー台と、試料を保持する試料台と、試料からの回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、を有する。
【００１７】
上記のように構成されたＸ線回折装置は、カソードから放出された電子のアノードに対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位し、そのことが原因でＸ線が試料に正確に照射されなくなった場合でも、カソードから放出された電子に真空チャンバの外部から磁場を作用させて、アノードに対する電子の衝突位置を適正な位置に調節することにより、Ｘ線が試料に正確に照射されるようにすることができるので、Ｘ線発生装置とミラー等との相対位置を再調整する必要がない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カソードから放出された電子に真空チャンバの外部から磁場を作用させることにより、アノードに対する電子の衝突位置を適正な位置に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＸ線発生装置の実施形態の一例を示す断面図
【図２】本発明のＸ線発生装置の一例を示す斜視図
【図３】図２中の電子衝突位置調節装置の内部の構成を可視化した斜視図
【図４】真空チャンバ内に設けられたカソード及びアノードと真空チャンバの外部に設けられた電磁石との位置関係を例示する斜視図
【図５】アノードに対する電子の衝突位置の変化とアノードから発生するＸ線の出射軸の変化との関係を示すＸ線発生装置の断面図
【図６】アノードのターゲット面における電子の照射領域についての説明図
【図７】公知のＸ線発生装置の構成を例示する断面図
【図８】公知のＸ線回折装置の構成を例示する平面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照しつつ説明する。
［Ｘ線発生装置］
図１に示すＸ線発生装置１は、真空チャンバ２内に、電子を放出するカソード３と、カソード３から放出された電子４が衝突することによりＸ線５を発生する円柱状のアノード６とを備えている。アノード６の外周面は、カソード３から放出された電子４が衝突するターゲット面７を成している。真空チャンバ２の外側には、アノード６を軸６ａ回りに回転させる回転機構８が設けられている。このＸ線発生装置１は、カソード３から放出された電子を高速で回転するアノード６のターゲット面７に垂直に衝突させることによりＸ線５を発生させる。発生したＸ線５は、真空チャンバ２の窓９から出射される。ターゲット面７から放射されるＸ線５の放射角度θは約６°である。このため、Ｘ線５の断面形状（出射方向に対して直交する断面の形状）がほぼ円形になるように、ターゲット面７への電子４の照射領域１０のアスペクト比すなわち、ターゲット面７の円周（接線）方向の長さＬ１と軸６ａ方向の長さＬ２との比が１対１０に制御されている（図６参照）。
以上の基本的構成は、従来のＸ線発生装置と概ね同じである。
【００２１】
本発明のＸ線発生装置１は、上記基本的構成に加え、カソード３から放出された電子４に真空チャンバ２の外部から磁場を作用させることによりアノード６に対する電子４の衝突位置を調節可能な電子衝突位置調節装置１１を備えている。
【００２２】
図２に示すように、電子衝突位置調節装置１１は、回転機構８に隣接させて設けられている。電子衝突位置調節装置１１は、直方体形状の縦長の筐体１２を有し、図３に示すように、その筐体１２内に、磁場の発生源である電磁石１３を有している。電磁石１３は、図示しない磁場制御回路に接続されている。磁場制御回路は、電磁石１３のコイルに流す電流の強度及び向きを調節することにより磁場の強度及び極性を制御するための制御回路である。筐体１２は、その背面全体が開口しており、その開口している部分が真空チャンバ２に接合されている。
【００２３】
筐体１２には、電磁石１３を左右方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｙ軸方法）に移動させるための電磁石移動装置１４が設けられている。電磁石移動装置１４は、電磁石１３を保持している電磁石保持体１５と、電磁石保持体１５の位置をＸ軸方向に微調整するためのＸ軸微調節機構１６と、電磁石保持体１５の位置をＹ軸方向に微調節するためのＹ軸微調節機構１７と、を有している。Ｘ軸微調節機構１６は、Ｘ軸方向微調節螺子１８とＸ軸方向弾性支持機構２１とを有している。Ｙ軸微調節機構１７は、Ｙ軸方向微調節螺子１９とＹ軸方向弾性支持機構２２とを有している。Ｘ軸方向微調節螺子１８及びＹ軸方法微調節螺子１９は、手動で回動操作される送り螺子式の微調節螺子であり、回動操作量に応じて各々の先端１８ａ、１９ａがＸ軸方向及びＹ軸方向に進退移動する。電磁石保持体１５は、Ｘ軸方向弾性支持機構２１によってＸ軸方向に変位可能に支持されるとともに、Ｙ軸方向弾性支持機構２２によってＹ軸方向に変位可能に支持されている。また、電磁石保持体１５は、Ｘ軸方向弾性支持機構２１によってＸ軸方向微調節螺子１８の先端１８ａに押し付けられるとともに、Ｙ軸方向弾性支持機構２２によってＹ軸方向微調節螺子１９の先端１９ａに押し付けられている。両微調節螺子１８、１９の先端１８ａ、１９ａと電磁石保持体１５とは互いに摺動可能である。Ｘ軸方向微調節螺子１８を回動操作すると、その先端１８ａが進退移動するため、電磁石保持体１５がＸ軸方向に微少な移動量で移動する。Ｙ軸方向微調節螺子１９を回動操作すると、その先端１９ａが進退移動するため、電磁石保持体１５がＹ軸方向に微少な移動量で移動する。したがって、両微調節螺子１８、１９を操作することにより、カソード３及びアノード６に対する電磁石１４の相対位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に微調節することが可能である。
【００２４】
上記のように構成されたＸ線発生装置１は、真空チャンバ２の外部に電磁石１３を備えているので、カソード３から放出された電子４に真空チャンバ２の外部から磁場を作用させて、アノード６に到る電子４の軌道を変化せることができる。そして、電磁石１３により発生させる磁場の強度及び極性を調節するとともに、図４に示すように、カソード３及びアノード６に対する電磁石１４の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に調節することにより、電子４の軌道の変化の向き及び大きさを調節することができる。
【００２５】
したがって、このＸ線発生装置１によれば、カソード３から放出された電子４のアノード６に対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位した場合、真空チャンバ２の外部から磁場を作用させて、電子４の軌道の変化の向き及び大きさをＸ軸方向及びＹ軸方向に調節することにより、アノード６に対する電子４の衝突位置を、ターゲット面７の周方向又は軸方向に移動させて適正な位置に調節することができる。
【００２６】
［Ｘ線回折装置］
本発明のＸ線回折装置は、図８に例示したＸ線回折装置４０におけるＸ線発生装置３０に替えて、本発明のＸ線発生装置１を使用することにより実現できる。すなわち、本発明のＸ線回折装置は、Ｘ線発生装置１と、Ｘ線発生装置１から出射したＸ線３４（５）を試料４１に向けて反射させるミラー４２と、ミラー４２を保持するミラー台４３と、試料４１を保持する試料台４４と、試料４１からの回折Ｘ線４５ｂを検出するＸ線検出器４６と、を備えている。そして、Ｘ線発生装置１と、ミラー台４３と、ゴニオメータ４７とが同一ベース４８上に正確に位置決めされて固定されている。試料４１は、ゴニオメータ４７の回動中心軸上に正確に位置決めされて保持されている。
【００２７】
Ｘ線発生装置１内において、カソード３から放出された電子４のアノード６に対する衝突位置が何らかの原因で適正な位置から変位すると、Ｘ線発生装置１から出射されるＸ線３４（５）の出射軸が変位する。その結果、ミラー４２へのＸ線３４（５）の入射角度などが変化し、ミラー４２で反射されたＸ線４５ａ（５）が試料４１に正確に照射されなくなる。このような場合でも、本発明のＸ線回折装置は、カソード３から放出された電子４に真空チャンバ２の外部から電磁石１３の磁場を作用させて、アノード６に対する電子４の衝突位置を適正な位置に調節することにより、Ｘ線４５ａ（５）が試料４１に正確に照射されるようにすることができる。
【００２８】
図５に示すように、ターゲット面７の曲率のため、電子４の衝突位置がターゲット面７の周方向に変位すると、図５中に実線矢印及びその上下の破線矢印で示すように、Ｘ線５の出射軸が上下（Ｘ軸方向）にも変位する。また、図６に示すように、ターゲット面７への電子４の照射領域１０が、アノード６の軸６ａ方向に長く周方向に短く形成されるため、電子４の衝突位置がアノード６の軸６ａ方向に変位したときよりも周方向に変位したときの方がＸ線３４（５）の出射軸の変位に大きく影響する。このため、カソード３からアノード６に到る電子４の軌道を電磁石１３の磁場によってＹ軸方向（図４参照）に調節して、電子４の衝突位置をターゲット面７の周方向に変位させることにより、Ｘ線３４（５）の出射軸を最も効果的に調節して、Ｘ線４５ａ（５）試料４１に正確に照射されるように、Ｘ線３４（５）をミラー４２に入射させることができる。Ｘ線発生装置１内でＸ線３４（５）の出射軸を調整することができるので、Ｘ線発生装置１とミラー４２等との相対位置を再調整する必要はない。
【００２９】
なお、上記実施形態では、磁場の発生源として電磁石を採用したが、磁場の発生源として永久磁石を用いることも可能である。永久磁石を用いることにより、磁場制御回路を省略することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  Ｘ線発生装置
２  真空チャンバ
３  カソード
４  電子
５  Ｘ線
６  アノード
６ａ  軸
７  ターゲット面
８  回転機構
９  窓
４１  試料
４２  ミラー
４３  ミラー台
４４  試料台
４６  Ｘ線検出器
４７  ゴニオメータ
４８  ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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