(57)【要約】【課題】広範な温度及び圧力における試料のＸ線回折測定を可能にするＸ線回折測定用試料容器を提供する。【解決手段】Ｘ線回折測定を行う試料を収容するＸ線回折測定用試料容器１であって、上蓋４および底蓋６により密閉可能に構成され、内部に試料を収容可能な筒状の胴体２と、胴体２内部に圧力ガスを供給可能な供給部４ａとを備えており、胴体２は、全周にわたってＸ線透過材料により形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折測定を行う試料を収容するＸ線回折測定用試料容器であって、
上蓋および底蓋により密閉可能に構成され、内部に試料を収容可能な筒状の胴体と、前記胴体内部に圧力ガスを供給可能な供給部とを備えており、
前記胴体は、全周にわたってＸ線透過材料により形成されているＸ線回折測定用試料容器。
【請求項２】
平坦面を互いに密着させた状態で前記胴体に挿入可能な一対の試料保持具を備え、
一対の前記試料保持具は、Ｘ線透過材料により形成されており、少なくとも一方の前記平坦面に、試料が充填される収容溝と、該収容溝に圧力を作用させるための連通溝とが形成されている請求項１に記載のＸ線回折測定用試料容器。
【請求項３】
前記胴体への挿入時に前記胴体の内壁面と摺動可能な平坦面を有する試料保持具を備え、
前記試料保持具は、Ｘ線透過材料により形成されており、前記平坦面に、試料が充填される収容溝と、該収容溝に圧力を作用させるための連通溝とが形成されている請求項１に記載のＸ線回折測定用試料容器。
【請求項４】
容器容積が、０．１〜３×１０４ｍｍ３である請求項１から３のいずれかに記載のＸ線回折測定用試料容器。
【請求項５】
前記Ｘ線透過材料がベリリウムである請求項１から４のいずれかに記載のＸ線回折測定用試料容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線回折測定を行う試料を収容するＸ線回折測定用試料容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線回折測定は、Ｘ線源より発した特性Ｘ線（ＣｕＫα線、ＭｏＫα線等）を試料に照射し、試料より回折されるＸ線を検出器あるいはフィルムネガ等により捕捉し、それらに数値化処理あるいは光学的処理を行った後、測定結果を数値、グラフ、画像などにより表示して行われ、物体を構成する結晶の構造解析等を行う場合に利用されている。実験室レベルで使用されるＸ線としては、回転対陰極型装置の場合１２ｋＷあるいは１８ｋＷ、管球型の場合３ｋＷ以下のものが多く市販されている。
【０００３】
従来、Ｘ線回折測定を通じて我々が得られる知見は、各種試料物質を囲む温度や圧力が殆ど不変という前提に基づくものがほとんどである。しかしながら、加熱（冷却）状態や加圧（減圧）状態にある試料を測定するのは、各種物質の相や構造の変態に関する知見を得る上で必要不可欠であり、このような環境での測定ニーズが高まっている。
【０００４】
このため、収容された試料を加熱した状態でＸ線回折測定を行うことが可能な構成が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。特許文献１に開示された試料加熱装置は、天井面にＸ線を透過する窓部が形成された試料チャンバと、この試料チャンバ内に設けられて、前記窓部に面して平らな試料載置面が形成された加熱容器とを備えており、試料チャンバの窓部は、細長の開口部にＸ線透過膜を配設することで構成されている。また、特許文献２及び３に開示された試料格納容器は、試料を加熱する試料炉体がケーシングに包囲された構成となっており、ケーシングにＸ線が透過する窓部が形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１５１８３号公報（第３−４頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−１６６５２７号公報（第３−４頁、第１図）
【０００７】
【特許文献３】
特開平９−１６６５２９号公報（第３−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成において、試料チャンバまたはケーシングの窓部は、Ｘ線吸収が少ない材料により形成する必要があるため、上記特許文献１にはベリリウム箔が例示されている。ベリリウムは、大気に対しての安定性を有し、加工性や機械的強度に優れている。
【０００９】
ところが、ベリリウムはその一方で、靭性に乏しく、温度変化に伴う熱歪みが大きいという性質を有する。このため、窓部の取付部周辺における熱の影響を低減するために、試料チャンバまたはケーシングの壁面冷却機構が必要になる他、加熱容器または試料炉体と窓部との間に一定以上の間隔が要求されるので、構成が複雑化且つ大型化するという問題があった。
【００１０】
また、試料チャンバまたはケーシングが大型化して内容積が大きくなると、試料を高圧条件で測定する場合には圧力容器としての規格を満足しなければならず、検査などの手間が面倒になるという問題もあった。即ち、「高圧ガス保安法」ならびに「労働安全衛生法」「同施工令」「ボイラおよび圧力容器安全規則」等により、容器は使用場所の制約を受け、またその内容積ならびに最高使用圧力により、第一種圧力容器（更に第一種圧力容器と小型圧力容器に細分される。）、第二種圧力容器、容器もしくは適用外に区分される。最高使用圧力をＰ（ｋｇｆ／ｃｍ２）、容器容積をＶ（ｍ３）とした場合、その積であるＰＶ値が０．０１以下の場合に労働安全衛生法に基づく法規適用外品となるので、試料を高圧条件下で測定するためには、容器容積をなるべく小さくすることが好ましい。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、広範な温度及び圧力における試料のＸ線回折測定を可能にするＸ線回折測定用試料容器の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的は、Ｘ線回折測定を行う試料を収容するＸ線回折測定用試料容器であって、上蓋および底蓋により密閉可能に構成され、内部に試料を収容可能な筒状の胴体と、前記胴体内部に圧力ガスを供給可能な供給部とを備えており、前記胴体は、全周にわたってＸ線透過材料により形成されているＸ線回折測定用試料容器により達成される。
【００１３】
このＸ線回折測定用試料容器は、平坦面を互いに密着させた状態で前記胴体に挿入可能な一対の試料保持具を更に備えることができる。この場合、一対の前記試料保持具は、Ｘ線透過材料により形成されていることが好ましく、少なくとも一方の前記平坦面に、試料が充填される収容溝と、該収容溝に圧力を作用させるための連通溝とが形成されていることが好ましい。
【００１４】
或いは、Ｘ線回折測定用試料容器は、前記胴体への挿入時に前記胴体の内壁面と摺動可能な平坦面を有する試料保持具を備えることもできる。この場合、前記試料保持具は、Ｘ線透過材料により形成されていることが好ましく、前記平坦面に、試料が充填される収容溝と、該収容溝に圧力を作用させるための連通溝とが形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、上述したＸ線回折測定用試料容器において、容器容積は、０．１〜３×１０４ｍｍ３であることが好ましい。
【００１６】
また、前記Ｘ線透過材料は、ベリリウムであることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定用試料容器の概略構成を示す側面図である。同図に示すように、試料容器１は、円筒状に形成された胴体２の両端が、ガスケット（図示せず）を介して上蓋４及び底蓋６により密閉可能に構成されている。上蓋４または底蓋６の一方は、胴体２に対して必ずしも着脱自在である必要はなく、一体化されていてもよい。
【００１８】
上蓋４の中央には水素ガスなどの圧力ガスを供給するための供給部４ａが設けられており、この供給部４ａは、圧力ガス供給源（図示せず）に導入管５２を介して接続された取付部材５０に対して、Ｏリングなどを介して気密状態で嵌合する。尚、Ｘ線回折測定時に試料容器１を回転させる場合には、取付部材５０と導入管５２とをロータリジョイントなどにより相対的に回転可能に結合することが好ましい。
【００１９】
また、胴体２には、半円状の側面を有する一対の試料保持具８，１０が着脱自在に挿入される。一方の試料保持具８の下面には、底蓋６に形成された位置決め用凹部と係合する凸部８ｂが設けられており、胴体２の内部における試料保持具８，１０の回転を防止している。尚、この回転防止機構は、胴体２の内周面に形成された段差や溝などにより構成することもできる。
【００２０】
一対の試料保持具８，１０は、互いに密着可能に形成された平坦面８ａ，１０ａをそれぞれ有している。一方の試料保持具８における平坦面８ａには、図１及び図２に示すように、試料が充填される収容溝１２と、この収容溝１２に圧力を作用させるための連通溝１４とが形成されている。連通溝１４の幅及び深さは、収容溝１２の幅及び深さよりもそれぞれ小さいことが好ましいが、特に限定されるものではなく、収容溝１２の幅及び深さとそれぞれ同じであってもよい。
【００２１】
この試料容器１において、胴体２及び一対の試料保持具８，１０は、Ｘ線透過材料により形成されている。Ｘ線透過材料としては、Ｘ線が材料を透過する際の減衰の度合いを示す質量減弱係数（質量吸収係数ともいう）の小さい材料が好ましく、その機械的特性、及び測定条件や試料との反応性、更にはガス雰囲気等を考慮の上で使用することができる。具体的には、ベリリウム、窒化硼素、硼化リチウム等を例示することができ、特にベリリウムが好ましく用いられる。
【００２２】
胴体２の肉厚は、過度に厚くすると透過Ｘ線を減衰させることになるので、材質や使用最高圧力などを考慮して適宜定めればよい。一例を挙げると、ベリリウムからなる胴体２の外径を１０ｍｍ、常温での設計圧力を１００ＭＰａとした場合、胴体２の肉厚を１ｍｍ程度とすればよい。
【００２３】
以上の構成を備えた試料容器１を用いてＸ線回折測定を行う場合、まず、一方の試料保持具８の収容溝１２に試料を充填し、平坦面８ａに他方の試料保持具１０の平坦面１０ａを密着させた後、これら試料保持具８，１０を胴体２に挿入する。そして、胴体２の両端を上蓋４および底蓋６により密閉し、測定装置の載置面（例えば、θ回転台の上面）にセットして、上蓋４の供給部４ａに取付部材５０を接続する。尚、試料容器１と載置面６０との間における位置ずれを防止するため、底蓋６の下面と載置面６０との間に係合キー（図示せず）などを設けることが好ましい。また、後述するＸ線の通過や実験作業に支障のない範囲で、試料容器１の周囲をステンレスなどの保護板で覆うようにしてもよい。
【００２４】
この試料容器１を用いて加圧下におけるＸ線回折測定を行う場合、まず圧力ガス供給源（図示せず）のバルブ開度を調整し、所望の圧力に設定する。この後は、従来と同様、ギニエカメラ法（反射法および透過法）、ディフラクトメーター法、ラウエ法などによりＸ線回折測定を行うことができる。これらの方法において、Ｘ線は試料に入射した後、回折、反射、透過乃至は散乱され、検出器（シンチレーション計数管など）によって回折Ｘ線の強弱が数値信号に変換され、回折強度として認識される。あるいは、高感度フィルムによって光の濃淡として記録され、光学情報としてその濃淡がフィルムスキャナー等により数値化され、回折強度として認識される。測定終了後は、圧力ガス供給源（図示せず）のバルブを閉じて減圧した後に胴体２から上蓋４および底蓋６を取り外し、試料保持具８，１０を押し出すことで、試料の交換を行うことができる。
【００２５】
試料容器１を加圧または減圧する際には、ジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ）効果により熱が発生する。また、試料および導入ガスの組み合わせによっては、両者の反応により反応熱が発生する場合がある。これらに起因する試料容器１の内部温度の上昇を防止するために、必要に応じて水冷乃至は空冷等の手段を設けてもよい。
【００２６】
本実施形態に係る試料容器１によれば、胴体２及び一対の試料保持具８，１０がＸ線透過材料により形成されていることから、反射式測定の場合には、図３（ａ）のように特性Ｘ線を照射することで、試料Ｓの平らな表面において反射した回折Ｘ線を検出することができる一方、透過式測定の場合には、図３（ｂ）のように特性Ｘ線を照射することで、試料Ｓを透過した回折Ｘ線を検出することができ、反射式測定および透過式測定のいずれにも対応することができる。
【００２７】
また、胴体２に挿入される一対の試料保持具８，１０により試料を保持するようにしているので、試料容器１の内部空間を減少させて試料に高圧を容易に作用させることができ、試料の交換や容器内部の洗浄を容易にすることができる。更に、ディフラクトメーター法によりＸ線回折測定を行う場合において、θ回転台に配置される試料の表面を所定の基準面に容易に合わせることができる。
【００２８】
また、従来の構成に比べて容器の内容積を小さくすることができるので、高圧ガス保安法に基づく圧力容器の適用外とすることが容易であり、法規制に基づく点検などの手間を省くことができる。具体的に、試料容器１の容器容積は、０．１〜３×１０４ｍｍ３であることが好ましく、０．１〜５０ｍｍ３であることがより好ましい。胴体２の内容積が大きすぎると、試料容器１が労働安全衛生法に基づく圧力容器の適用外品となるためには最高使用圧力を小さくせざるを得ず、高圧下における測定が困難になる一方、胴体２の内容積が小さすぎると、測定に十分な試料を収容することが困難になる。尚、本実施形態のように、胴体２に挿入される試料保持具８，１０を使用する場合には、試料が充填される収容溝１２の大きさを適宜設定することで、所望量の試料による測定を行うことができる。
【００２９】
また、本実施形態においては、胴体２及び一対の試料保持具８，１０の全体がＸ線透過材料により形成されているため、均一な加熱により一様に膨張させることができ、加熱条件での測定時において、試料容器１に局部的な応力が発生するのを防止することができる。胴体２を均一に加熱する方法としては、リボンヒーター、ラバーヒーター、ジャケットヒーターなどの使用が挙げられる。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様が上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、収容溝１２および連通溝１４を一方の試料保持具８のみに形成しているが、一対の試料保持具８，１０の双方に収容溝及び連通溝を形成してもよい。
【００３１】
また、本実施形態において反射式測定しか行わない場合には、試料保持具８，１０の一方をＸ線透過材料以外の材料により形成することもできる。また、本実施形態において透過式測定しか行わない場合には、必ずしも試料保持具８，１０を使用する必要はなく、胴体２に試料を直接充填するようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態においては、胴体２の形状を円筒状として耐圧性能を高めているが、加圧時の圧力が小さく容器に変形が生じる可能性が低い場合には、角筒状等にすることもできる。角筒状の胴体２については、平坦面に収容溝および連通溝が形成された試料保持具を１つだけ挿入することによって、本実施形態と同様の効果を得ることができる。即ちこの場合、胴体２の内壁面が平坦面となるので、試料保持具の平坦面が挿入時に胴体の内壁面と摺動するように構成すればよい。更に、試料を胴体の内部に直接充填しても試料表面が平坦面となるので、試料保持具を使用しなくても反射式測定および透過式測定のいずれにも対応可能となる。
【００３３】
また、本実施形態においては、上蓋４の供給部４ａを圧力ガス供給源（図示せず）に接続しているが、減圧下で測定を行う場合には、供給部４に真空ポンプを接続することもできる。尚、大気圧下での測定においては、供給部４ａを栓などにより封止してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、広範な温度及び圧力における試料のＸ線回折測定を可能にするＸ線回折測定用試料容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定用試料容器の概略構成を示す側面図である。
【図２】上記試料容器における一方の試料保持具の平面図である。
【図３】上記試料容器を用いたＸ線回折測定方法を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１  試料容器
２  胴体
４  上蓋
４ａ  供給部
６  底蓋
８，１０  試料保持具
１２  収容溝
１４  連通溝
【図１】
2004251664.tif 000003
【図２】
2004251664.tif 000004
【図３】
2004251664.tif 000005