(57)【要約】【課題】回転対陰極における冷却効果を向上させる。【解決手段】電子ビーム（Ａ）を放出する電子発生器（２）と、電子ビーム（Ａ）が照射されてＸ線（Ｂ）を放出する対陰極部（１３）を有し、かつ回転軸線（ｘ）を中心に回転可能に構成された円筒状の回転対陰極（１）と、を備えるＸ線発生装置（１００）であって、対陰極部（１３）の外周側において、対陰極部（１３）のうち電子ビーム（Ａ）が照射される照射領域（１３ｂ）を除き対陰極部（１３）に沿って形成された冷却通路（４）を備える。【選択図】図１
2018181664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子発生器と、
前記電子ビームが照射されてＸ線を放出する対陰極部を有し、かつ回転軸線を中心に回転可能に構成された円筒状の回転対陰極と、
前記対陰極部の外周側において、前記対陰極部のうち前記電子ビームが照射される照射領域を除き当該対陰極部に沿って形成された冷却通路と
を備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記冷却通路は、前記回転対陰極の回転方向とは反対の方向に冷媒を流す
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記冷却通路は、その外面と前記対陰極部の外周面との間隔が１ｍｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記冷却通路は、酸化した金属製の外壁面を有している
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記回転対陰極は、その内部に冷媒を流す冷却流路を備える
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対陰極型のＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、試料の分析分野において、電子ビーム、例えば熱電子が照射されてＸ線を放出する回転対陰極型のＸ線発生装置が知られている。Ｘ線発生装置は、熱電子を放出する電子発生器と、当該熱電子が照射されてＸ線を放出する回転対陰極と、電子発生器および回転対陰極を真空状態において収容するケースとを備える。
【０００３】
回転対陰極は、ケースに取り付けられるハウジングと、熱電子の照射を受けることによりＸ線を発生する周面部と、当該周面部に一体に形成されてハウジングに対して回転自在な中空軸部とを備える。回転対陰極の内部には、周面部と中空軸部とを冷却するための冷媒が流れる冷却流路が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転対陰極は、周面部に熱電子が照射されてＸ線を放出するが、当該周面部の外周面は、非常に高温になり冷却しない場合には溶けるおそれがある。そのため、回転対陰極は、その内部に形成された冷却流路内を通流する冷媒により内側から冷却されている。
【０００６】
ところで、熱電子の放出出力を上げて回転対陰極に当てる熱電子の量を増やして、Ｘ線の発生量を多くすると共に、輝度の高いＸ線を発生させたい場合がある。しかしながら、熱電子の放出量を増やした場合、熱電子の照射により加熱された回転対陰極は、一回転中に十分に冷却されない。冷却が十分に行われないまま回転対陰極に熱電子が照射され続けると、回転対陰極が溶けて回転対陰極の外周面が歪むおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回転対陰極における冷却効果が向上した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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電子ビームを放出する電子発生器と、前記電子ビームが照射されてＸ線を放出する対陰極部を有し、かつ回転軸線を中心に回転可能に構成された円筒状の回転対陰極と、を備えるＸ線発生装置であって、前記対陰極部の外周側において、前記対陰極部のうち前記電子ビームが照射される照射領域を除き当該対陰極部に沿って形成された冷却通路を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記冷却通路は、前記回転対陰極の回転方向とは反対の方向に冷媒を流すことが好ましい。
【００１０】
また、前記冷却通路は、その外面と前記対陰極部の外周面との間隔が１ｍｍ以下とされることが好ましい。
【００１１】
また、前記冷却通路は、酸化した金属製の外壁面を有していることが好ましい。
【００１２】
また、前記回転対陰極は、その内部に冷媒を流す冷却流路を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転対陰極における冷却効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るＸ線発生装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、本発明の範囲において、種々の実施の形態をとりうる。
【００１６】
＜Ｘ線発生装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線発生装置を部分的に断面にして示す概略的な平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００１７】
Ｘ線発生装置１００は、いわゆる回転対陰極方式を用いてＸ線（エックス線）を発生させる装置である。図１に示すように、Ｘ線発生装置１００は、回転対陰極１と、電子発生器２と、回転対陰極１および電子発生器２を収容する真空ケース３と、当該真空ケース３内において回転対陰極１をその外周側から冷却する冷却通路４とを備える。
【００１８】
［回転対陰極］
回転対陰極１は、軸線（回転軸線）ｘを中心に回転可能に構成され、電子発生器２から高電圧で加速された電子ビーム（以下、「熱電子」ともいう。）Ａが衝突してＸ線を発生させるものである。
【００１９】
図２に示すように、回転対陰極１は、軸線ｘ方向の一端が真空ケース３内に挿入された状態で真空ケース３に取り付けられるハウジング１１と、当該ハウジング１１に対して軸線ｘを中心に回転自在に軸支された中空軸部１２と、当該中空軸部１２に一体に形成されて電子発生器２から放出された熱電子Ａの照射を受けることによりＸ線を発生する円筒型の対陰極部１３とを備える。対陰極部１３の外周面には、例えばモリブデン、銅等の金属層が被覆されて形成された周面部１３ａが形成されている。なお、中空軸部１２および対陰極部１３は、図示しない電動機によりハウジング１１に対して回転駆動させられる。
【００２０】
回転対陰極１の内部には、中空軸部１２と対陰極部１３とを冷却するための、例えば水、油、ガス等の冷媒を流す冷却流路１４が設けられている。冷却流路１４は、回転対陰極１の内部に同心状に挿入されたセパレータ部材１５により、往路１４ａと復路１４ｂの２つの流路に仕切られている。往路１４ａは、最も高温化する対陰極部１３に冷媒を流入させる流入側流路１６の一部を構成する部分、復路１４ｂは、対陰極部１３から冷媒を外部に向けて流出させる流出側流路１７の一部を構成する部分である。回転対陰極１の内部を流れる冷媒の流れ方向Ｆｄは、対陰極部１３において回転対陰極１の回転方向Ｒと同じである。具体的に冷媒は、回転対陰極１の回転により、当該回転対陰極１の内壁面に押し付けられて回転対陰極１の回転に追従するように流れる。
【００２１】
［電子発生器］
電子発生器２は、熱電子型、電界放出型、またはショットキー型の電子発生器であってよく、本実施の形態では熱電子型を用いた。電子発生器２は、略直方体状の本体部２１と、タングステン・フィラメント等からなり熱電子を発する電子源２２とを備える。
【００２２】
［真空ケース］
真空ケース３は、Ｘ線透過率が低い金属材料により略直方体状に形成されていて、対陰極部１３および電子発生器２をそれらの周囲を真空雰囲気に保って収容する。図１および図２に示すように、真空ケース３は、周壁部３１と、底壁部３２と、天壁部（図示せず）を備え、周壁部３１、底壁部３２および天壁部により回転対陰極１および電子発生器２を収容する収容空間３ｓが画成されている。
【００２３】
図１に示すように、電子発生器２側からの熱電子Ａの放出方向に対して側方の真空ケース３の周壁部３１には、後述する冷却通路４を真空ケース３の外部と内部との間において案内する２つの接続開口が対向して形成されている。具体的には、２つの接続開口のうち一方は、真空ケース３の外部から冷媒を真空ケース３の内部に送り込む流入接続開口３３であり、他方は、真空ケース３内において対陰極部１３の周面部１３ａからの熱を吸収した冷媒を真空ケース３の外部に排出する流出接続開口３４である。
【００２４】
図２に示すように、真空ケース３の底壁部３２には、回転対陰極１を挿入する挿入開口３５が形成されている。また、真空ケース３の天壁部には、対陰極部１３の周面部１３ａから放出されたＸ線が通過する窓開口（図示せず）が形成されている。なお、挿入開口３５は、底壁部３２ではなく天壁部に形成されていてもよく、この場合、窓開口は、天壁部ではなく底壁部３２に形成されている。
【００２５】
真空ケース３における流入接続開口３３および流出接続開口３４は、図示の実施の形態では対向する壁部に設けられているが、流入接続開口３３および流出接続開口３４の配置関係は、これに限定されない。
【００２６】
［冷却通路］
冷却通路４は、真空ケース３の収容空間３ｓ内において対陰極部１３の周面部１３ａから外部に放射される熱（輻射熱）を吸収するための、例えば、水、油、ガス等の冷媒が流れるための流路を形成する。冷却通路４は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、鉄またはこれらの合金等の金属製の管路として断面略矩形状に形成されている。なお、特に、冷媒に水を選択し、冷却通路４は銅により形成されていることが好ましい。
【００２７】
対陰極部１３の周面部１３ａから放射される輻射熱の吸収率を高める観点から、冷却通路４は、酸化させられた外面（外壁面）４１を有していることが好ましい。また、冷却通路４の酸化させられた外面４１により、回転対陰極１に向かい合う冷却通路４の外面４１の表面積が拡大するので、輻射熱の熱吸収効率がさらに高まる。
【００２８】
図１に示すように、冷却通路４は、電子発生器２から放出された熱電子Ａを遮らないように、真空ケース３の収容空間３ｓ内において対陰極部１３の周面部１３ａを外周側から部分的に覆うようにして形成されている。具体的には、冷却通路４は、周面部１３ａの外周側において、周面部１３ａのうち熱電子Ａが照射される照射領域１３ｂを除いた周面部１３ａに沿って形成されている。また、図２に示すように、冷却通路４は、回転対陰極１の軸線ｘ方向に沿って対陰極部１３全体に対向するように形成されている。
【００２９】
冷却通路４は、例えば、対陰極部１３の周長の約１／２（５０％）以上に亘って対陰極部１３の周面部１３ａを覆っており、約３／４（７５％）を覆っていることが好ましい。また、冷却通路４は、その内部を流れる冷媒を、回転対陰極１の回転方向Ｒに対して反対方向（逆方向）Ｒｒに流すようになっている。
【００３０】
冷却通路４は、対陰極部１３の周面部１３ａの外周面に対して所定の間隔ｄをあけて設けられている。周面部１３ａを臨む冷却通路４の外面４１と、対陰極部１３の周面部１３ａの外周面との間の間隔ｄは、最大で１ｍｍ（１ｍｍ以下）であることが好ましい。
【００３１】
なお、冷却通路４が流入接続開口３３および流出接続開口３４に挿通された状態において、冷却通路４の外面４１と、流入接続開口３３および流出接続開口３４の周縁との間には、収容空間３ｓ内を気密に保つためのシール部材（図示せず）が備え付けられている。
【００３２】
＜回転対陰極の冷却効果＞
上記実施の形態に係るＸ線発生装置１００において、冷却通路４は、熱電子Ａが照射される周面部１３ａの外周面に外周側で沿うように形成されているので、熱電子Ａの照射により高温になった周面部１３ａの外周面から放射される熱を積極的に吸収することができる。
【００３３】
また、冷却通路４内を流れる冷媒が、回転対陰極１の軸線ｘを中心とした回転方向Ｒに対して反対方向Ｒｒに流れるので、流入接続開口３３側から流入した冷媒は、まず、最も高温化した状態を既に脱した回転対陰極１の傍らを通流する。冷却通路４内の冷媒は、比較的低温状態を保ったままで流出接続開口３４に到達するので、最も高温化した状態にある対陰極部１３の周面部１３ａを効果的に冷却する。かくして、回転対陰極１の冷却効果を高めることができる。
【００３４】
また、対陰極部１３の周面部１３ａの外周面と当該周面部１３ａを臨む冷却通路４の外面４１との間の間隔ｄを１ｍｍ以下にして、冷却通路４が回転対陰極１の近傍に配置されているので、対陰極部１３の周面部１３ａにおける冷却効果が高まる。
【００３５】
また、冷却通路４は、熱伝導率の高い金属、例えば銅により形成されているので、対陰極部１３の周面部１３ａから発せられる熱を積極的に吸収することができる。
【００３６】
さらに、回転対陰極１の内部には冷却流路１４が形成されているので、対陰極部１３の周面部１３ａは、冷却流路１４と冷却通路４とに挟まれて内側および外側より冷却することができる。本実施の形態に係るＸ線発生装置１００によれば、対陰極部１３の周面部１３ａを継続的に効果的に冷却することができる。かくして、試料の検査期間が数時間または数日に及ぶことがあったとしても、Ｘ線発生装置１００により長期に亘って精度の高い検査を実施することができる。
【００３７】
＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、冷却通路４は、上記の実施の形態のように管路として形成された構成に限定されない。例えば、冷却通路４を、電子発生器２に対向する真空ケース３の周壁部３１内に回転対陰極１を臨む外面４１を露出した状態で埋め込んでもよい。この場合、真空ケース３の周壁部３１の周壁部３１は、対陰極部１３の周面部１３ａの外周面に沿って形成されている。
【００３８】
冷却通路４の断面形状は、略矩形状に限られず、略円形、略楕円形、略長円形等の他の断面形状であってもよい。また、冷却通路４は、軸線ｘ方向に沿って、対陰極部１３の周面部１３ａの少なくとも一部に対向しているだけでもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  回転対陰極
１１  ハウジング
１２  中空軸部
１３  対陰極部
１３ａ  周面部
１３ｂ  照射領域
１４  冷却流路
２  電子発生器
２２  電子源
３  真空ケース
４  冷却通路
４１  外面
１００  Ｘ線発生装置
Ａ  熱電子（電子ビーム）
Ｂ  Ｘ線
Ｒ  回転方向
ｄ  間隔
ｘ  軸線（回転軸線）
【図１】
2018181664.tif 000003
【図２】
2018181664.tif 000004