(57)【要約】      （修正有）【課題】試料の収容領域のＸ線照射方向における長さを従来のものより小さくしたＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セルを提供する。【解決手段】ポリイミド製の試料収容部材２０の中央部に切削加工により収容凹部を形成する。この収容凹部に測定対象の試料が収容され、Ｘ線透過窓１０により密閉される。試料収容部材２０は、基部１１０に設けられた保持面に保持される。保持面は、前方に突出したテーパ面とされ、これによって試料収容部材２０が湾曲される。この結果、試料収容部材２０には張力が作用し、これにより、試料収容部材２０における皺の発生が抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である試料を収容する試料セルであって、
光源から照射されたＸ線を透過させるＸ線透過窓と、
試料を収容するための収容凹部が形成されており、前記Ｘ線透過窓が前記収容凹部を塞ぐように取り付けられることによって、前記Ｘ線透過窓と前記収容凹部とによって試料の収容領域が形成される試料収容部材と、
前記試料収容部材及び前記Ｘ線透過窓を保持する基部と、
前記基部に取り付けられ、前記基部に対して前記試料収容部材及び前記Ｘ線透過窓を固定する固定部材と、
を備え、
前記試料収容部材は、スーパーエンジニアリングプラスチック製であり、前記収容凹部が切削加工によって形成されている、
Ｘ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項２】
前記Ｘ線透過窓は、スーパーエンジニアリングプラスチック製である、
請求項１に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項３】
前記収容凹部は、その深さが１０μｍ以上１００μｍ以下である、
請求項１又は２に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項４】
前記試料収容部材は、その厚さが１５μｍ以上１１０μｍ以下である、
請求項３に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項５】
前記固定部材は、前記試料収容部材に張力が生じるように、前記試料収容部材を前記基部に対して固定するように構成されている、
請求項１乃至４の何れかに記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項６】
前記試料収容部材には、その主面に沿った方向に張力が生じるように構成されている、
請求項５に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項７】
前記試料収容部材には、放射状に均等に張力が生じるように構成されている、
請求項６に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項８】
前記基部は、前記Ｘ線照射方向に延びる貫通孔が設けられており、前記収容凹部を前記貫通孔に位置させた状態で前記試料収容部材を保持するように、前記貫通孔の周縁に前記試料収容部材の保持面が形成されており、
前記保持面は、外側に向かうにしたがって、前記Ｘ線照射方向の同一側に位置が変化するように傾斜しており、
前記固定部材は、前記保持面に保持された状態の前記試料収容部材を前記Ｘ線照射方向に押し付けることにより、前記試料収容部材に張力を生じさせるように構成されている、
請求項５乃至７の何れかに記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項９】
前記保持面は、円錐台の斜面状をなしており、
前記固定部材は、前記保持面に対応する円環状をなしている、
請求項８に記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【請求項１０】
前記試料収容部材は、ポリイミド製である、
請求項１乃至９の何れかに記載のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線吸収微細構造透過測定用の試料セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線吸収微細構造（X-ray absorption fine structure, XAFS）の透過Ｘ線強度測定には、測定対象の試料を収容した試料セルが用いられる。例えば、特許文献１には、ｉｎ−ｓｉｔｕ  ＸＡＦＳ測定用の試料セルが開示されている。当該特許文献１に記載された試料セルでは、２枚のＸ線透過窓の間に、気相又は液相の試料を保持する固定触媒が配置される。試料の収容領域のＸ線照射方向における長さ、即ち、２枚のＸ線透過窓の間隔は、２ｍｍとされる。このように、従来のＸＡＦＳ測定用の試料セルでは、試料の収容領域のＸ線照射方向における長さは数ｍｍ程度とされるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６２５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
試料の収容領域及び透過窓領域のＸ線照射方向における長さが大きすぎると、試料及び透過窓のＸ線吸収により、透過Ｘ線強度の測定精度が低下する虞がある。また、透過窓はＸ線吸収量が小さく、均一な厚みの部材を使う必要がある。照射Ｘ線は縦横が数百μｍの大きさで、透過測定においては、試料がそのＸ線の大きさの中で均一な厚みで存在していることが必要である。特に５ｋｅＶ以下の低エネルギーのＸ線ではその透過窓による吸収の影響が顕著である。また、試料収容領域の長さが大きいと、照射Ｘ線が透過せずに試料に全て吸収され、透過Ｘ線強度を測定することができない。そこで、試料の収容領域及び透過窓領域のＸ線照射方向における長さを可及的に小さくすることが望まれる。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができるＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の試料セルは、測定対象である試料を収容する試料セルであって、光源から照射されたＸ線を透過させるＸ線透過窓と、試料を収容するための収容凹部が形成されており、前記Ｘ線透過窓が前記収容凹部を塞ぐように取り付けられることによって、前記Ｘ線透過窓と前記収容凹部とによって試料の収容領域が形成される試料収容部材と、前記試料収容部材及び前記Ｘ線透過窓を保持する基部と、前記基部に取り付けられ、前記基部に対して前記試料収容部材及び前記Ｘ線透過窓を固定する固定部材と、を備え、前記試料収容部材は、スーパーエンジニアリングプラスチック製であり、前記収容凹部が切削加工によって形成されている。
【０００７】
上記態様において、前記Ｘ線透過窓は、スーパーエンジニアリングプラスチック製であってもよい。
【０００８】
上記態様において、前記収容凹部は、その深さが１０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
【０００９】
上記態様において、前記試料収容部材は、その厚さが１５μｍ以上１１０μｍ以下であってもよい。
【００１０】
上記態様において、前記固定部材は、前記試料収容部材に張力が生じるように、前記試料収容部材を前記基部に対して固定するように構成されていてもよい。
【００１１】
上記態様において、前記試料収容部材には、その主面に沿った方向に張力が生じるように構成されていてもよい。
【００１２】
上記態様において、前記試料収容部材には、放射状に均等に張力が生じるように構成されていてもよい。
【００１３】
上記態様において、前記基部は、前記Ｘ線照射方向に延びる貫通孔が設けられており、前記収容凹部を前記貫通孔に位置させた状態で前記試料収容部材を保持するように、前記貫通孔の周縁に前記試料収容部材の保持面が形成されており、前記保持面は、外側に向かうにしたがって、前記Ｘ線照射方向の同一側に位置が変化するように傾斜しており、前記固定部材は、前記保持面に保持された状態の前記試料収容部材を前記Ｘ線照射方向に押し付けることにより、前記試料収容部材に張力を生じさせるように構成されていてもよい。
【００１４】
上記態様において、前記保持面は、円錐台の斜面状をなしており、前記固定部材は、前記保持面に対応する円環状をなしていてもよい。
【００１５】
上記態様において、前記試料収容部材は、ポリイミド製であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、試料の収容領域及び透過窓領域のＸ線照射方向における長さを従来のものより小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る試料セルの構成を示す正面図。
【図２】実施の形態に係る試料セルの構成を示す平面断面図。
【図３】実施の形態に係る試料セルの構成を示す側面断面図。
【図４】基部の構成を示す正面図。
【図５】基部の構成を示す平面断面図。
【図６】試料収容部材の構成を示す正面図。
【図７】試料収容部材の構成を示す部分平面断面図。
【図８】ロックリングとＸ線透過窓及び試料収容部材の保持面における取り付けの様子を説明するための試料セルの部分拡大平面断面図。
【図９】試料収容部材に作用する張力を説明するための模式図。
【図１０】評価実験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１乃至図３のそれぞれは、本実施の形態に係る試料セルの構成を示す正面図、平面断面図、及び側面断面図である。以下、図１の上下方向を「上下方向」、左右方向を「左右方向」、紙面手前側を「前方（正面側）」、紙面奥側を「後方（背面側）」という。図２においては、上方が「後方」、下方が「前方」、左右方向が「左右方向」、紙面手前側が「上方」、紙面奥側が「下方」である。また、図３においては、上下方向が「上下方向」、左方が「前方」、右方が「後方」、紙面手前側が「右方」、紙面奥側が「左方」である。
【００２０】
本実施の形態に係る試料セル１００は、試料の測定に使用される際に、Ｘ線照射装置に対向配置される。このとき、Ｘ線照射方向が後方となるように、Ｘ線照射装置に対して配置される（図２及び図３参照）。
【００２１】
本実施の形態に係る試料セル１００は、Ｘ線吸収微細構造透過測定に用いられる。試料セル１００は、Ｘ線を透過するＸ線フィルタからなるＸ線透過窓１０と、測定対象の試料を収容する試料収容部材２０とを保持する基部１１０を備えている。
【００２２】
図４及び図５は、基部１１０の構成を示す正面図及び平面断面図である。基部１１０は、ステンレス鋼製であり、実質的に直方体形状をなしている。この基部１１０には、正面中央位置に前後方向へ貫通する正面視円形の貫通孔１１１が設けられている。また、基部１１０の正面側には、貫通孔１１１の周縁において後方に窪んだ凹状の取付部１１３が形成されており、その取付部１１３の底面が、試料収容部材２０の保持面１１２とされている。
【００２３】
保持面１１２は、正面視において円環状をなしており、内側から外側に向かうにしたがって、後方に後退するように傾斜している。つまり、保持面１１２は、貫通孔１１１の正面側開口部に近づくにしたがって、前方へ突出する円錐台の斜面状のテーパ面となっている。
【００２４】
図６及び図７は、試料収容部材２０の構成を示す正面図及び部分平面断面図である。試料収容部材２０はポリイミド製であり、正面視において円形のフィルム状をなしている。かかる試料収容部材２０は、正面中央に円形の収容凹部２１が設けられている。この収容凹部２１には測定対象の試料が収容される。収容凹部２１は、均一な厚さのポリイミドフィルムを切削加工することによって形成されたものである。試料収容部材２０の厚さは６０μｍであり、収容凹部２１の深さは５０μｍ以上５５μｍ以下とされている。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、試料収容部材２０の材料をポリイミドとしたが、これに限定されるものではない。試料収容部材２０を他のスーパーエンジニアリングプラスチックで構成することも可能である。ここで、「スーパーエンジニアリングプラスチック」とは、耐熱温度が１５０℃以上、強度が４９ＭＰａ以上、曲げ弾性率が２．４ＧＰａ以上の合成樹脂をいい、非晶ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー等が含まれる。かかるスーパーエンジニアリングプラスチックは切削性がよいため、切削加工によって高精度に加工成形することが可能である。上述したような微細な収容凹部を形成するには高い加工精度が要求されるため、スーパーエンジニアリングプラスチックが適している。また、測定では試料温度を変化させる場合があり、様々な温度環境下において液体試料を保持することが可能である点でも、スーパーエンジニアリングプラスチックが適している。
【００２６】
上記の試料収容部材２０の正面には、Ｘ線透過窓１０が収容凹部２１を塞ぐように配置される。Ｘ線透過窓１０は、ポリイミド製であり、厚さが５μｍの正面視円形のフィルム状をなしている。かかるＸ線透過窓１０はＸ線の透過性を有しており、Ｘ線吸収量の小さい材質とすることが好ましい。なお、試料収容部材２０の場合と同様に、Ｘ線透過窓１０をポリイミド以外のスーパーエンジニアリングプラスチックで構成してもよい。
【００２７】
上述したような試料収容部材２０の収容凹部２１に試料（気相又は液相）が収容され、試料収容部材２０の正面にＸ線透過窓１０が取り付けられる。このようにして互いに密着された試料収容部材２０とＸ線透過窓１０は、試料収容部材２０が後側、Ｘ線透過窓１０が前側に位置するようにして、保持面１１２に取り付けられる。このとき、試料収容部材２０は収容凹部２１が貫通孔１１１上に位置するように配置される。
【００２８】
さらに、Ｘ線透過窓１０の正面側には、押さえ部材であるロックリング３１，３２が配置される（図２及び図３参照）。ロックリング３１，３２のそれぞれは、正面視において円環状の部材であって、ロックリング３１は無酸素銅製であり、ロックリング３２は黄銅製である。ロックリング３１の外径は，３２の内径よりも若干大きく、ロックリング３２がロックリング３１の内側に嵌合される。
【００２９】
また、ロックリング３１の正面側には、ロックリング３１を固定するロックスクリュー４１が配置される。ロックスクリュー４１は、正面視において円環状をなす黄銅製の部材である。かかるロックスクリュー４１の外周面には雄ネジが形成されている。また、基部１１０の正面側の取付部１１３の内周面には雌ネジが形成されており（図５参照）、ロックスクリュー４１が取付部１１３に螺合される。
【００３０】
ロックリング３２の正面側には、ロックリング３２を固定するロックスクリュー４２が配置される。ロックスクリュー４２は、円筒状をなすステンレス鋼製の部材である。かかるロックスクリュー４２は、その外径がロックスクリュー４１の内径と概ね同一であり、ロックスクリュー４２の内側に同軸的に配置される。ロックスクリュー４２の後側部分の外周面には雄ネジが形成されている。また、ロックスクリュー４１の内周面には雌ネジが形成されており、ロックスクリュー４２がロックスクリュー４１と螺合される。
【００３１】
図８は、図２の部分拡大図である。図８には、ロックリング３１，３２と、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０との、保持面１１２に取り付けられた様子が示されている。ロックスクリュー４１が取付部１１３に締め付けられると（図２及び図３参照）、図８に示すようにロックリング３１がＸ線透過窓１０及び試料収容部材２０を後方に押さえつける。また、ロックスクリュー４２がロックスクリュー４１に締め付けられると（図２及び図３参照）、図８に示すようにロックリング３２がＸ線透過窓１０及び試料収容部材２０を後方に押さえつける。このとき、保持面１１２がテーパ面であるため、ロックリング３１，３２に押さえつけられたＸ線透過窓１０及び試料収容部材２０が、保持面１１２上を中央から外側へ向かって摺動しようとする。また、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０は、保持面１１２に沿わされるため、中央が前方に突出するように湾曲する。これにより、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０には、それぞれの主面に沿って、中央から外側に向かって半径方向に張力が発生する。
【００３２】
図９は、試料収容部材２０に作用する張力を説明するための模式図である。図９に示すように、試料収容部材２０には、周方向に均等な張力が生じている。これは、Ｘ線透過窓１０についても同様である。
【００３３】
Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０の収容凹部２１が設けられている部分は厚さが約５μｍと非常に小さく、容易に皺が生じ、また収容凹部２１の深さ（つまり、収容されている試料の厚さ）が均一でなくなってしまう。これらはＸ線が照射され、測定が行われる部分であるので、皺が生じたり、収容凹部２１の深さが均一でなくなったりすると測定結果に悪影響を及ぼしてしまう。上記のようにＸ線透過窓１０及び試料収容部材２０に中央から外側に向かう張力を作用させることで、皺の発生を抑制し、収容凹部２１の深さを均一にすることができる。
【００３４】
また、基部１１０の左側面からは、右方に延びる挿入穴５が設けられている。挿入穴５は、貫通孔１１１の近傍まで延設されており、温度センサである熱電対のプローブが挿入される。この温度センサにより、試料の温度が測定される。
【００３５】
上記のようにして試料が試料セル１００に収容されると、試料セル１００は真空チャンバ内に設置される。真空チャンバ内に配置された試料セル１００にＸ線が照射され、Ｘ線吸収微細構造解析による試料の測定が行われる。
【００３６】
（評価実験）
発明者らは、上記の実施の形態に係る試料セル１００を製作し、その性能の評価実験を行った。図１０は、実験結果を示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸はＸ線のエネルギーを示し、縦軸はＸ線吸収量を示している。この実験では、セシウムを含有する試料を測定対象とし、収容凹部２１の深さを５０μｍとした。
【００３７】
図１０に示すように、Ｘ線エネルギーが５．０ｋｅＶのときに吸収端が現れている。吸収端においては、明瞭なピークが観測されており、また、吸収端から続くエネルギー領域において微細構造が明確に認められる。このように、試料の厚さを微小にすれば測定精度が向上し、Ｘ線吸収微細構造を明確に観測することが可能である。本実施の形態に係る試料セルによれば、微小な深さの収容凹部２１を形成することが可能であるので、測定精度のよい試料セルを構成することが可能となる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態においては、収容凹部２１の深さを５０μｍ以上５５μｍ以下としたが、これに限定されるものではない。収容凹部２１の深さは任意に設定することが可能である。ただし、上述したように試料の厚さが小さいほど測定精度が向上することから、収容凹部２１の深さは１００μｍ以下であることが好ましい。また、加工精度の観点から、収容凹部２１の深さは１０μｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、上述した実施の形態においては、試料収容部材２０の厚さを６０μｍとしたが、これに限定されるものではない。試料収容部材２０の厚さは、収容凹部の深さよりも大きければよい。ただし、収容凹部２１における底部の厚さは、測定精度の観点から、小さい方がよく、特に１０μｍ以下とすることが好ましい。また、試料収容部材２０の強度及び加工精度の観点からは、収容凹部２１における底部の厚さを５μｍ以上とすることが好ましい。これらの観点から、収容凹部２１の深さが１０μｍ以上１００μｍ以下の場合には、試料収容部材２０の厚さを１５μｍ以上１１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４０】
また、上述した実施の形態においては、保持面１１２をテーパ面とし、試料収容部材２０を保持面１１２に沿わせて湾曲させることにより、試料収容部材２０に張力を作用させる構成としたが、これに限定されるものではない。他の構成により、試料収容部材２０に張力を生じさせることとすることもできる。例えば、基部１１０に取り付けられた試料収容部材２０（及びＸ線透過窓１０）を、バネ等によって周囲から引っ張るようにして、試料収容部材２０（及びＸ線透過窓１０）に張力を生じさせる構成とすることも可能である。
【００４１】
また、上述した実施の形態においては、保持面１１２を円錐台の斜面状のテーパ面とし、円環状のロックリング３１，３２によって、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０を保持面１１２に押さえつける構成について述べた。このように構成することで、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０には、放射状に均等に張力が生じる。このため、張力に偏りが生じることがなく、皺の発生及び収容凹部２１の深さのばらつきが生じることを防止することができる。しかし、上記構成に限定されるものではない。例えば、保持面１１２を複数の斜面からなる角錐台状のテーパ面とし、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０を、各斜面に押さえつけるようにすることも可能である。このようにすることによっても、皺の発生を抑制したり、収容凹部２１の深さを均一にしたりする効果は得られる。
【００４２】
また、上述した実施の形態においては、Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０のそれぞれを円形のフィルム状としたが、これらに限定されるものではない。Ｘ線透過窓１０及び試料収容部材２０は、正面視において円形以外の形状のフィルム状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の試料セルは、例えば低エネルギーで温度可変のＸ線吸収微細構造透過測定用の試料セル等として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  Ｘ線透過窓
２０  試料収容部材
２１  収容凹部
３１，３２  ロックリング
４１，４２  ロックスクリュー
１００  試料セル
１１０  基部
１１１  貫通孔
１１２  保持面
【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】
2015215209.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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