(57)【要約】【課題】ヨハンソン型分光器用湾曲Ｘ線分光素子の製造方法ならびその湾曲Ｘ線分光素子およびそれを用いるＸ線分析装置を提供することを目的とする。【解決手段】高分子フィルムを加圧加熱成形する湾曲Ｘ線分光素子の製造方法であって、複数枚の高分子フィルムを積重ね、第１積層体１３を形成するステップと、第１積層体１３の上面に階段状である第２積層体１４と第３積層体１５とを形成するステップと、高分子熱分解温度以下の温度で熱処理し、第１積層体１３、第２積層体１４および第３積層体１５を炭素化するステップと、凹型成形冶具１１と凸型成形冶具の円筒凸面１２とで第１積層体１３、第２積層体１４および第３積層体１５を高分子熱分解温度を超える温度で加圧成形するステップとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子フィルムを加圧加熱成形する湾曲Ｘ線分光素子の製造方法であって、
所定の半径の円筒凹面を有する凹型成形冶具を準備するステップと、
所定の半径の円筒凸面を有する凸型成形冶具を準備するステップと、
前記凹型成形冶具の凹面上に複数枚の高分子フィルムを積重ね、第１積層体を形成するステップと、
前記凸型成形冶具の円筒凸面を前記第１積層体の上面に接触させるとともに、前記第１積層体の上面の前記凹型成形冶具の円筒軸に平行な中心線を境にして両側のそれぞれに、複数枚の高分子フィルムを積重ね、前記複数枚の高分子フィルムの全ての前記中心線側の端面が前記円筒凸面に接する階段状である第２積層体と第３積層体とを形成するステップと、
高分子熱分解温度以下の温度で熱処理し、前記第１積層体、前記第２積層体および前記第３積層体を炭素化するステップと、
前記凹型成形冶具と前記凸型成形冶具とで前記第１積層体、前記第２積層体および前記第３積層体を高分子熱分解温度を超える温度で加圧成形するステップとを、
有する湾曲Ｘ線分光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記凸型成形冶具の円筒凸面の半径が前記凹型成形冶具の円筒凹面の所定の半径の１／２である湾曲Ｘ線分光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって製造される湾曲Ｘ線分光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の湾曲Ｘ線分光素子を有するＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲Ｘ線分光素子の製造方法ならびその湾曲Ｘ線分光素子およびそれを用いるＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線分光素子としてグラファイト結晶が用いられ、この結晶を湾曲させて用いることによって集中光学系や平行光学系を構成している。そのためグラファイトを湾曲させるのに適したグラファイトの製造方法（特許文献１）や湾曲グラファイトＸ線分光素子の製造方法（特許文献２）やこれらの製造方法によって製造されるＸ線分光素子を用いたＸ線照射装置（特許文献３）の技術がある。これらの技術は高分子フィルムを高分子熱分解温度以下の温度域、例えば４５０〜１６００℃で加熱しながら加圧成形し、炭素化フィルム（炭素質フィルム）としている。得られた炭素化フィルムを複数枚、例えば５０枚を、湾曲面を有するグラファイトプレス冶具に沿って重ね入れ、高分子熱分解温度を超える温度域、例えば３０００℃で加熱しながら加圧成形し図８に示すような湾曲Ｘ線分光素子を製造している。
【特許文献１】特開平４−２０２０５６号公報
【特許文献２】特開平２−８３２０６号公報
【特許文献３】特開平７−１９０９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような湾曲Ｘ線分光素子は平坦な炭素化フィルムを複数枚重ねた状態から湾曲されており、グラファイト湾曲Ｘ線分光素子の結晶格子面（網平面）と結晶反射表面とが一致（平行）しており、常に収差を伴うものである。また、平坦な炭素化フィルムを複数枚重ねた状態から湾曲させ、湾曲させた分光面の曲率半径を削り結晶格子面と結晶反射表面とが一致しない面に加工することは困難であり、そのようなグラファイトの湾曲Ｘ線分光素子は製造されていない。
【０００４】
従来からＸ線分析装置用の湾曲Ｘ線分光素子として図６のヨハン型分光器と図７のヨハンソン型分光器が知られている。図６に示すようにヨハン型分光器６では、ローランド円６４上にあるＸ線源６１からのＸ線が分光素子６３により焦点であるスリット６２上に集光されるが収差を生じる。一方、図７に示すようにヨハンソン型分光器７では、理論的にローランド円７４上にあるＸ線源７１からのＸ線が分光素子７３により焦点であるスリット７２上に集光され、収差を生じない。ヨハンソン型分光器は収差がなく、反射強度も強く、分解能も優れていることは当該分野において従来から知られている技術である。
【０００５】
ヨハンソン型分光器の湾曲Ｘ線分光素子の曲率半径はヨハン型分光器の湾曲Ｘ線分光素子の曲率半径の１／２であり、前記したようにグラファイトの湾曲Ｘ線分光素子では平坦な炭素化フィルムを複数枚重ねた状態から湾曲されており、ヨハン型の湾曲分光素子の曲率半径を削り結晶格子面と結晶反射表面とが一致しない面に加工することは困難であり、これまでヨハンソン型分光器用グラファイト湾曲Ｘ線分光素子は製造されていない。
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、グラファイト湾曲Ｘ線分光素子の製造方法ならびその湾曲Ｘ線分光素子およびそれを用いるＸ線分析装置において、ヨハンソン型分光器用グラファイト湾曲Ｘ線分光素子の製造方法ならびその湾曲Ｘ線分光素子およびそれを用いるＸ線分析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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の第１構成にかかる湾曲Ｘ線分光素子の製造方法は、高分子フィルムを加圧加熱成形する湾曲Ｘ線分光素子の製造方法であって、所定の半径の円筒凹面を有する凹型成形冶具を準備するステップと、所定の半径の円筒凸面を有する凸型成形冶具を準備するステップと、前記凹型成形冶具の凹面上に複数枚の高分子フィルムを積重ね、第１積層体を形成するステップと、前記凸型成形冶具の円筒凸面を前記第１積層体の上面に接触させるとともに、前記第１積層体の上面の前記凹型成形冶具の円筒軸に平行な中心線を境にして両側のそれぞれに、複数枚の高分子フィルムを積重ね、前記複数枚の高分子フィルムの全ての前記中心線側の端面が前記円筒凸面に接する階段状である第２積層体と第３積層体とを形成するステップと、高分子熱分解温度以下の温度で熱処理し、前記第１積層体、前記第２積層体および前記第３積層体を炭素化するステップと、前記凹型成形冶具と前記凸型成形冶具とで前記第１積層体、前記第２積層体および前記第３積層体を高分子熱分解温度を超える温度で加圧成形するステップとを有する。
【０００８】
前記第１構成によれば、ヨハンソン型分光器用グラファイト湾曲Ｘ線分光素子を製造することができる。
【０００９】
前記第１構成においては、高分子フィルムは１０〜５０μｍ程度の厚さを有するポリイミド、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンの中から選ばれたものを用いるのが好ましい。凸型成形冶具の円筒凸面の半径は前記凹型成形冶具の円筒凹面の所定の半径の１／２であるのが好ましく、５０〜２００ｍｍ程度であるのが好ましい。凹型成形冶具の円筒凹面の所定の半径は１００〜４００ｍｍ程度であるのが好ましい。第１積層体は高分子フィルムを５〜３０枚程度積重ねるのが好ましい。
【００１０】
第２積層体および第３積層体は高分子フィルムを凸型成形冶具の円筒凸面の両側に１０〜１００枚程度積重ねるのが好ましい。第２積層体および第３積層体の高分子フィルムの積層枚数は同一であっても、異なっていてもよい。第１積層体、第２積層体および第３積層体を炭素化する加熱温度は２０００℃以下であることが好ましく、１０００〜１６００℃であることがより好ましい。第１積層体、第２積層体および第３積層体を加圧成形するときの加熱温度は２０００℃を超える温度であることが好ましく、成形圧力は３９２ｋＰａ以上であることが好ましく、３９２〜４９００ｋＰａがより好ましい。
【００１１】
本発明の第２構成にかかるグラファイト湾曲Ｘ線分光素子は、前記第１構成の製造方法を用いて製造されるものである。
【００１２】
前記第２構成によれば、収差が少なく長波長で高い反射強度であり、かつ高分解能のＸ線分光器を提供することができる。
【００１３】
本発明の第３構成にかかるＸ線分析装置は、前記第２構成の湾曲Ｘ線分光素子を有する。
【００１４】
前記第３構成によれば、長波長で高感度、高分解能のＸ線分析装置を提供することができ、高感度、かつ高精度の分析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態であるグラファイト湾曲Ｘ線分光素子の製造方法について説明する。この製造方法では、原材料とし使用する高分子フィルムは、例えば厚さ１０μｍのポリイミドを用い、図１に示す超高温加圧成形装置の成形部１を用いて加圧加熱成形する。
【００１６】
図１に示すように、例えば半径２００ｍｍの円筒面を有する凹型成形冶具１１の円筒凹面上に、例えば長辺４０ｍｍ、短辺３０ｍｍの長方形で厚さ１０μｍのポリイミドフィルムの短辺が凹型成形冶具１１の円筒軸に平行になるように３０枚積重ね、第１積層体１３を形成する。
【００１７】
例えば半径１００ｍｍの円筒面を有する凸型成形冶具の円筒凸面１２を前記凹型成形冶具１１の円筒凹面１８に沿わせるように下降させ、第１積層体１３の上面中央部１６に接触させ、凸型成形冶具の円筒凸面１２の両側のそれぞれに、例えば、長辺３０ｍｍ、短辺２０ｍｍの長方形で厚さ１０μｍのポリイミドフィルムの長辺が円筒凸面１２の円筒軸に平行に円筒凸面１２に接触するように前記第１積層体１３の上面に載置し、第２積層体１４と第３積層体１５の第１層を形成し、短辺のみが第１層より０．１４ｍｍ短い第２層を第１層と同様に第１層の上に積み重ね、順次短辺のみが前段より０．１４ｍｍ短い層を積み重ね、各々１００枚を前記第１積層体１３の上面に積重ね、階段状の第２積層体１４と第３積層体１５を形成する。
【００１８】
第２積層体１４と第３積層体１５の円筒凸面側と反対側の端面に、例えば２０ｋＨｚの微振動を与え、１００枚のポリイミドフィルムのそれぞれをスライドさせて、ポリイミドフィルムの円筒凸面側の端面を凸型成形冶具の円筒凸面１２により確実に接触させる。
【００１９】
次に、超高温加圧成形装置の成形部１を高分子熱分解温度以下の温度で熱処理し、例えば１時間で常温より１０００℃まで昇温させた後、１０００℃で１時間保持して熱処理し、第１積層体１３、第２積層体１４および第３積層体１５を炭素化する。さらに、超高温加圧成形装置の成形部１を高分子熱分解温度を超える温度、例えば３０００℃に昇温させ、凹型成形冶具の円筒凹部１１と凸型成形冶具の円筒凸面１２とにそれぞれ、例えば１９６０ｋＰａの圧力で第１積層体１３、第２積層体１４および第３積層体１５を１時間加圧成形すると、例えば図３に示すグラファイト湾曲Ｘ線分光素子３を製造することができる。
【００２０】
前記第１実施形態においては、第１積層体を形成する高分子フィルムは長辺４０ｍｍ、短辺３０ｍｍの長方形で厚さ１０μｍのポリイミドフィルムを用いたが、製造する湾曲Ｘ線分光素子の大きさに適合した形状のものを用いればよい。高分子フィルムは炭素化の容易性や湾曲形状にするのに適した厚みが必要であり、１０〜５０μｍ程度が好ましい。材質は、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンなどが好ましい。
【００２１】
前記第１実施形態では、凹型成形冶具の円筒面の半径が２００ｍｍのものを用いたが、製造する湾曲Ｘ線分光素子に適合した半径のものを用いればよく、１００〜４００ｍｍ程度であるのが好ましい。また、凸型成形冶具の円筒面の半径は１００ｍｍのものを用いたが、５０〜２００ｍｍ程度であるのが好ましい。凸型成形冶具の円筒凸面の半径と凹型成形冶具の円筒凹面の半径とは、１対２の比率、すなわち凸型成形冶具の円筒凸面の半径がＲで凹型成形冶具の円筒凹面の半径が２Ｒであることが好ましい。
【００２２】
前記第１実施形態では、第１積層体は１０μｍの高分子フィルム３０枚を積重ねたが、本実施形態に限られるものではなく、第１積層体の厚みは３００μｍ程度のものが好ましく、高分子フィルムの厚みに応じて５〜３０枚程度を積重ねるのが好ましい。また、第２積層体および第３積層体は、各々１０μｍの高分子フィルム１００枚を積重ねたが、本実施形態に限られるものではなく、図２に示すように、例えば第２積層体１９を５０枚、第３積層体２０を１００枚のように第２積層体１９と第３積層体２０の積層枚数が異なっていてもよい。このように第２積層体１９と第３積層体２０の積層枚数が異なる製造方法で製造したものは、図４に示すように、円筒軸線に対し非対称の反射面４２を有する湾曲Ｘ線分光素子４になる。第２積層体および第３実施形態の厚みは５００〜１０００μｍ程度のものが好ましく、高分子フィルムの厚みに応じて１０〜１００枚程度を積重ねるのが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、積重ねた高分子フィルムであるポリイミドフィルムの一端面に２０ｋＨｚの振動を与え、第２積層体１４と第３積層体１５のポリイミドフィルムの１枚１枚をスライドさせて、ポリイミドフィルムの他方の端面を凸型成形冶具の円筒凸面１２により確実に接触させているが、振動させる振動周波数は２０ｋＨｚに限られるものではなく、１０〜１００ｋＨｚ程度が好ましい。高分子フィルムに振動を付与する代わりに、高分子フィルムの端面に風を吹きつけスライドさせて凸型成形冶具の円筒凸面により確実に接触させてもよい。
【００２４】
本実施形態では、第１積層体、第２積層体および第３積層体を炭素化する加熱温度は使用する高分子フィルムの材料により設定されるのが好ましく、前記した高分子フィルムの材料であれば、２０００℃以下であることが好ましく、１０００〜１６００℃であることがより好ましい。また、加圧加熱成形する温度や成形圧力は３０００℃や１９６０ｋＰａに限られたものではなく、使用する高分子フィルムの材料、成形する曲率半径、積層膜厚などによって決められるものであり、加熱温度は２０００℃を超える温度が好ましく、２５００〜３０００℃であることがより好ましく、成形圧力は３９２ｋＰａ以上であることが好ましく、３９２〜４９００ｋＰａがより好ましい。炭素化の時間や加圧加熱成形の時間なども使用する高分子フィルムの材料、成形する曲率半径、積層膜厚などによって適切な時間を決めればよい。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態のグラファイト湾曲Ｘ線分光素子について説明する。本実施形態の湾曲Ｘ線分光素子は前記第１実施形態の製造方法によって製造されたものであり、図３に示すように、グラファイト湾曲Ｘ線分光素子３は、反射面である曲率半径２００ｍｍの円筒凹面３２、半径１００ｍｍの円筒凸面３１、厚みは１ｍｍで、３０ｍｍの長さを有している。反射面である円筒凹面３２の曲率半径と円筒凸面３１の曲率半径の比率が１対２であり、結晶格子面と結晶反射表面とが一致しておらず、分光素子基板に貼り付けてヨハンソン型分光器用湾曲Ｘ線分光素子として用いられる。
【００２６】
本実施形態の湾曲Ｘ線分光素子は前記第１実施形態の製造方法によって製造するものに限られたものではなく、前記第１実施形態で説明した好ましい製造方法によって製造される。製造される湾曲Ｘ線分光素子は、反射面である円筒凹面の曲率半径と円筒凸面の曲率半径の比率が１対２であるヨハンソン型分光器用湾曲Ｘ線分光素子であることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の第３実施形態のＸ線分析装置である蛍光Ｘ線分析装置について説明する。この蛍光Ｘ線分析装置は前記第２実施形態のグラファイト湾曲Ｘ線分光素子を有するものである。図５に示すように、蛍光Ｘ線分析装置５は、試料５３に１次Ｘ線５２を照射するＸ線源５１、試料５３から発生した蛍光Ｘ線５４を前記第２実施形態のグラファイト湾曲Ｘ線分光素子を有するヨハンソン型分光器５５で分光し、分光された蛍光Ｘ線５６を検出する計数管５７を有し、その検出したＸ線強度やエネルギにより定量・定性分析を行う分析装置である。
【００２８】
本実施形態の蛍光Ｘ線分析装置は、前記第２実施形態の湾曲Ｘ線分光素子を有するものに限らず、前記した好ましいグラファイト湾曲Ｘ線分光素子を有しているものであればよい。
【００２９】
本実施形態の蛍光Ｘ線分析装置によれば、湾曲Ｘ線分光素子は結晶格子面と結晶反射表面とが一致しておらず、集中光学系であるヨハンソン型分光器用ものであり、収差を生じず、反射強度も強く、分解能も優れており、特に微小部分析や微量分析を高感度、高精度に行うことができる。また、本実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の湾曲Ｘ線分光素子はグラファイト結晶であるので、Ｓ−Ｋα、Ｐ−Ｋα、Ｃｌ−Ｋαなどの蛍光Ｘ線を用いて硫黄、リン、塩素などの軽元素を高感度で分析することができる。
【００３０】
本実施形態では、Ｘ線分析装置である蛍光Ｘ線分析装置について説明したが、Ｘ線分析装置は蛍光Ｘ線分析装置に限られたものではなく、Ｘ線回折装置などのその他のＸ線分析装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態である湾曲Ｘ線分光素子の製造方法における超高温加圧成形装置の成形部を示す図である。
【図２】同製造方法の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態である湾曲Ｘ線分光素子の斜視図である。
【図４】同実施形態の変形例である湾曲Ｘ線分光素子の斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態である蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。
【図６】ヨハン型分光器の光学配置図である。
【図７】ヨハンソン型分光器の光学配置図である。
【図８】従来のグラファイト結晶の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１        ：超高温加圧成形装置の成形部
３、４    ：湾曲Ｘ線分光素子
５        ：蛍光Ｘ線分析装置
１１      ：凹面成形冶具
１２      ：凸型成形冶具の円筒凸面
１３      ：第１積層体
１４、１９：第２積層体
１５、２０：第３積層体
１８      ：凹面成形冶具の円筒凹面
【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】
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【図８】
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