(57)【要約】  本発明は、実質的に中心に孔の開けられた円盤の形態を有する、回転ターゲット用のマウントに関する。このマウントは、ニッケルベースの構造的に強化された超合金である材料から作られ、その周辺に沿ってより薄い領域が設けられる円盤の形状を取る。この薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域とは、３°と１０°の間の傾斜を有するショルダ領域によって分離され、この薄い周辺領域の中央孔を取り囲む厚い領域に対する厚さの比は、１．５と３の間にある。この超合金は、機械加工後に構造的強化処理を行ったインコネルである。このマウントの面のうちの少なくとも１つは、熱放射によって熱を放出するのに役立つ放射性の被覆で被覆される。
2011526058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概略円盤形状であり、その中心に孔の開けられた回転ターゲット用のマウントであって、構造的に強化されたニッケルベースの超合金である材料から作られ、その周辺のところにより薄い領域を有する円盤の形状を有し、この薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域は、その傾斜が３°と１０°の間である不連続の領域によって分離され、薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域との間の厚さの比が１．５と３の間にあることを特徴とする、マウント。
【請求項２】
薄い周辺領域内の平均厚さが１０ｍｍ未満である、請求項１に記載のマウント。
【請求項３】
中央開口部を取り囲む厚い領域の外径Ａと孔の開けられた円盤の内径ｄの間のＡ／ｄ比が１．２と２の間にある、請求項１または２に記載のマウント。
【請求項４】
不連続の領域の外径Ｂが９０ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のマウント。
【請求項５】
孔の開けられた円盤の外径Ｄとその内径ｄの間のＤ／ｄ比が２．５と５の間にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のマウント。
【請求項６】
外径Ｄが２００ｍｍ未満である、請求項３に記載のマウント。
【請求項７】
内径ｄが４０ｍｍと８０ｍｍの間にある、請求項３に記載のマウント。
【請求項８】
超合金が、機械加工後構造的強化処理を行ったインコネルである、請求項１から７のいずれか一項に記載のマウント。
【請求項９】
その表面のうちの少なくとも１つが、熱放射線を介して熱を放出するために使用される放射性の被覆で被覆される、請求項１から８のいずれか一項に記載のマウント。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のマウントによって支承されるターゲットを含む回転アノードであって、マウントが概略円盤形状であり、その中央のところに孔が開けられており、構造的に強化されたニッケルベースの超合金である材料から作られ、マウントがその周辺のところにより薄い領域を有し、この薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域が、その傾斜が３°と１０°の間である不連続の領域によって分離され、薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域との間の厚さの比が１．５と３の間にあることを特徴とする、回転アノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ビームを発生させるために使用される回転アノードなどの回転ターゲット用のマウントに関する。これらのアノードはＸ線の超高輝度源に特に使用される。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線放射線の線源は、通常気密な壁によって境界を定められる真空チャンバを備え、中に電子の流れを発生させるように設計されるカソードが配設される。この真空チャンバの内側に回転アノードも存在し、それは回転軸の周りを回転させられ、その周辺上にカソードから発する電子の流れを受け取り、それによって出力に向かって導かれるＸ線を放射する。
【０００３】
そのようなデバイスは、例えば文献欧州特許第１，８０４，２７１号に記載され、そこではこの回転アノードはターボ分子真空ポンプと同じシャフト上に設置される。
【０００４】
Ｘ線は、電子ビームのターゲットとの相互作用中に発生する。電子のエネルギの少量の部分がＸ線に転換され、大部分はターゲットの材料によって吸収され、そのマウントに伝達される。超高輝度源に対しては、このビームの電子スポットのところのエネルギおよびエネルギ密度は極めて高い。したがって、暴露時間を減少させ、電子スポットの衝突ゾーンのところの温度の増加を制限し、それによってターゲットを形成する材料の溶融または昇華を防止するために、ターゲットを（通常２５，０００ｒｐｍより上の）非常に高い回転速度で回転させることが必要である。したがって、この回転速度および熱勾配から結果として生じる機械的な応力は、（一般に２００Ｗより大きい）エネルギ取り込み量および（しばしば３００℃より大きな）ターゲットマウントの平均温度であるとき、（４００ＭＰａより大きく）高い。
【０００５】
Ｘ線源に使用されるアノードは、ターゲットと通常銅またはグラファイトから作られるそのマウントとを含む。しかしこれらの材料は、絶え間のない応力に掛けられる金属部分が漸次、不可逆的にゆがむことを意味する、このマウントをクリープさせる高回転速度および高温での動作によって生じる機械的な応力に耐えることができない。このクリープ速度は、材料温度が高くなるとき増加する。このデバイスに十分な寿命を与えるために、マウントおよび回転ターゲットのクリープは、マウントの材料の破裂限度より下に留まらなければならない。
【０００６】
その上このマウントは、回転ターゲットを叩く電子を放電するために（５ｍＡ、５０ｋｅＶより大きな）電気的負荷を伝達できるように十分電気的に伝導性でなければならない。
【０００７】
熱クリープに対抗するための分散強化合金を製造する多段方法が提案されてきている。記載されるこの方法によって、この合金に好評な機械的特性を与えることが可能になる。この合金は、Ｘ線源用の回転アノードを構築するために特に使用することができる。この方法は複雑であり、多数の連続的なステップ、焼鈍処理の少なくとも一部分に対して合金の再結晶温度より下の温度で交互する様々な改鋳工程を伴う。
【０００８】
しかし、そのような材料の使用も回転アノードのクリープの問題点を解決するためには十分ではない。
【０００９】
超高輝度Ｘ線源の使用性能を改善するため、ビームがパルスで加えられる従来型のデバイスと異なり、電子ビームをこのターゲット上に連続的に加えることが望ましい。したがって、ターゲットのマウントが耐えなければならない温度は、従来技術のデバイスにおけるより相当に高くなり、それにしたがってクリープは増加するであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第１，８０４，２７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、そのクリープ特性が超高輝度Ｘ線を放射するためのデバイスの動作条件に適合するようになされた、回転ターゲット用のマウントを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、概略円盤形状の、その中心に孔の開けられた、回転ターゲット用のマウントである。本発明によればこのマウントは、ニッケルベースの構造的に強化された超合金である材料から作られ、その上、その周辺により薄い領域を有する円盤の形状を有し、この薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域とは、その傾斜が３°と１０°の間である不連続の領域によって分離され、この薄い周辺領域の厚さと中央開口部を取り囲む厚い領域の厚さとの比が１．５と３の間にある。
【００１３】
例えば、この不連続の領域の傾斜は約４．６°であることができ、薄い周辺領域の厚さと中央開口部を取り囲む厚い領域の厚さとの比は約１．７であってもよい。
このマウントの形状は、駆動エネルギを制限する、回転させられている質量を限定できるように、最適化もされる。結果として、この回転アノードは、ポンプの設計を改変する必要なしに、従来型のターボ分子ポンプのシャフト上に設置してもよい。アノードの回転中の機械的応力を最低限にすることによって、このより薄い形状により、回転アノードの安定性を改善し、ロータの高さの減少を可能にし、したがってシステム全体のコンパクト化を増大させることが可能になる。
【００１４】
このマウントは、円盤の周辺の近傍の平均厚さと比較してその中央開口部周りに数ミリメートルの増加した厚さを有する。この薄い周辺領域内のマウントの平均厚さが１０ｍｍ未満であるのが好ましい。
【００１５】
一実施形態では、中央開口部を取り囲む厚い領域の外径と孔の開けられた円盤の内径との間の比は、１．２と２の間（その数値を含む）であり、例えば約１．４であってもよい。
【００１６】
このマウントは、薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域との間に中間領域を有する。これ以降不連続の領域として知られるこの領域では、円盤の厚さは、厚い領域の厚さの値から薄い周辺領域内の厚さの値まで、特定の傾斜で移動する。この不連続の領域の外径が９０ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１７】
このマウントの内径は、回転アノードをロータシャフト上に取り付けるための手段によって影響される。このマウントの外径は、電子スポットのところでの線速度と、その回転速度によって加えられる機械的応力およびその動作温度のレベルと、放射線を介した熱の放出とを考慮することができるように選択される。本発明の別の実施形態では、このマウントの外径は、孔の開けられた円盤の外径Ｄとその内径ｄの間のＤ／ｄ比が２．５と５の間、例えば約３．３であるように選択される。
【００１８】
このマウントの内径は、４０ｍｍと８０ｍｍの間、例えば約５０ｍｍであるのが好ましい。このマウントの外径は、２００ｍｍ未満、例えば約１５０ｍｍであるのが好ましい。
【００１９】
この媒体の材料は、主としてニッケル（Ｎｉ）から作られるが、いくつかの他の金属、特にクロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、およびチタン（Ｔｉ）からも作られる超合金である、商標名「ＩＮＣＯＮＥＬ（Ｒ）」によって知られている材料であることが好ましい。
【００２０】
このアノードの最初の機械加工は、固溶化熱処理された材料、すなわちその目的がその合金を特定の合金成分（相、析出物）の溶けた状態に置き、その合金をそこに保持することである熱処理を行った合金に対して行われる。次いでこの機械加工された部品は、時効としても知られている焼鈍処理に掛けられる。この材料をより均一にし、その強度を増加させるために、機械的処理の後で焼鈍が行われる。この部品は、完全にオーステナイト化するまで加熱され、次いでゆっくりと冷却することが許され、それによってその元の特性を回復する。この処理は、材料の最初の機械加工によって誘起される応力を解放することも可能にする。しかし、この強化処理は部品を収縮させるので、時効後再度それらを機械加工することが必要である。
【００２１】
このいわゆる「構造的強化（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）」処理の目的は、マトリックス内に析出物を作り出すことである。このアノードが動作するとき、これらの析出物はデスロケーションの移動を妨げ、したがってクリープに起因するアノードのゆがみを防止する。
【００２２】
一実施形態では、このターゲットは、マウントの少なくとも１つの表面の周辺縁部上に堆積される、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）および／またはタングステン（Ｗ）ベースの被覆から作られる。この被覆がマウントの両方の表面の縁部上に堆積されるのが好ましい。この被覆は、両方の表面上で必ずしも同じである必要はない。ターゲットおよびそのマウントの両面が使えるので、ターゲットのいくつかの組合せ、Ｃｕ-Ｃｕ、Ｃｕ-Ｍｏ、Ｍｏ-Ｗ、等が可能である。
【００２３】
一実施形態の変形形態では、マウントの少なくとも１つの表面は、熱放射線を介して熱を放出するのに役立つ、例えばチタン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）から作られる放射性の被覆（黒体）で被覆される。この被覆は、熱交換を最大限にするために、利用可能な表面領域全体を覆うのが好ましい。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、マウントによって支承されるターゲットを備える回転アノードであり、それは、概略円盤形状であり、その中央のところに孔が開けられており、構造的に強化されたニッケルベースの超合金である材料から作られ、その周辺のところにより薄い領域を有し、この薄い周辺領域と中央開口部を取り囲む厚い領域とは、その傾斜が３°と１０°の間（その数値を含む）である不連続の領域によって分離され、薄い周辺領域の厚さと中央開口部を取り囲む厚い領域の厚さとの比が１．５と３の間（その数値を含む）にある。
【００２５】
適切な材料の組合せと、放射性の被覆の使用と、最適化された形状とが本発明のマウントに多数の利点を与える。特に本発明は、超高輝度Ｘ線のビームを発生させるためのコンパクトな解決策を提案する利点を有する。特に超小型電子測定機械に対して、電子ビームを連続的に加えるこの能力によって、機械の性能を５倍改善するのが可能になるのみならず、小さな寸法（３０μｍ×３０μｍ）を有するビームを使用して、集積回路生産用基板上での直接的な分析を実施することも可能になる。
【００２６】
本発明の他の特徴および利点は、勿論非限定の例示として与えられる、添付の図面内の一実施形態の以下の説明を読むことで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による、回転シャフトに連結された、回転ターゲットを支承するマウントを備える回転アノードの図である。
【図２ａ】図１のマウントの横断面図である。
【図２ｂ】図１の回転アノードの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示す本発明の実施形態では、このＸ線放射線源は真空チャンバを備え、やはりこのチャンバ内に配置されるカソードから電子の流れを受け取り、出力に導かれるＸ線を放射するターゲット２をその周辺に備える回転アノード１がその中に配設される。このターゲット２は、特別な外形形状を有するマウント３によって支承される。この形状は、回転軸が貫通できる開口部をその中心に有する薄い円盤である。現状では、この回転アノード１は、それが連結されるターボ分子ポンプのロータのシャフト４によって回転するように駆動される。この回転アノード１は締結部品５によってシャフト４に連結され、回転アノード１は断熱部品６によってそこから分離される。このアセンブリは、締め付け部品７を使用して締結される。
【００２９】
次に回転マウント３を横断面図で示す図２ａを考察する。
【００３０】
マウント３は、その中心に円形の開口部２０を支承する円盤である。このマウントの内径ｄは、例えば４５ｍｍであり、その外径Ｄは、３．２３のＤ／ｄ比に対する、例えば１４８ｍｍであってもよい。
【００３１】
マウント３は、中央開口部の近傍に例えば５ｍｍの厚さＥを有する厚い領域２１を有する。この領域２１は、この状況で１．４４のＡ／ｄ比に対する、例えば６５ｍｍであってもよい直径Ａを有する。
【００３２】
その周辺のところにこのマウントは、例えば２ｍｍの厚さｅを有する、より薄い領域２２を含む。
【００３３】
このより厚い領域２１とより薄い領域２２の間に、その内径Ａとその外径Ｂの間で不連続な厚さを有する移行領域２３が存在する。この内径Ａは例えば６５ｍｍであることができ、外径Ｂは、図示の不連続部に対して６．８°の傾斜である、例えば９０ｍｍであってもよい。
【００３４】
本発明の範囲内に留まるが、勿論実施形態に応じて上記で説明したこの領域は、わずかに異なる寸法特性を有するサブ領域に分割してもよい。
【００３５】
このマウント３は、回転アノードの作業条件に対して適切なクリープ限界を有するニッケルベースの超合金、好ましくはインコネルから構成される。
【００３６】
図２ｂは、この回転アノード１を斜視図で示す。ターゲットに加えられるエネルギは、２００ワットより大きく、回転シャフトに到達するエネルギは、ポンプのタービン（最高１３０°Ｃ）を加熱しないように、５０ワット未満でなければならない。したがってこのエネルギの差は、シャフトに到達する前に放出されなければならない。マウント３の全ての側面、その面の各々上に塗布されるチタン酸アルミニウムから作られる被覆２４が、放射線を介した冷却、および改善されるパワー放出を可能にするものである。この黒色の被覆２４は、マウント３の中央開口部２０からマウント３の外側縁部から３ｍｍより遠く離れた距離の最後まで表面を覆う。
【００３７】
Ｘ線を発生させるこのターゲット２は、マウント３の外側縁部上に堆積される厚く塗布された被覆である。この被覆の主成分は、例えば、銅Ｃｕ、モリブデンＭｏおよび／またはタングステンＷであってもよい。このターゲット２およびそのマウント３は、両面が使えるように設計される。ターゲット２の被覆の塗布は、マウント３の両表面上であることが好ましい。したがって、ターゲット２を形成する被覆の性質に異なる組合せを考慮してもよい。さらに、Ｘ線ビームの寸法を増加させないように、このターゲット２は研磨され、その平坦度は回転アノード１をポンプのシャフト４上に設置するに先立って確実にミクロンレベルにあるようにされる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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