JP2012146656A - Ｘ線シャッタ構成 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線シャッタを備えるハウジングを提供する。
【解決手段】ハウジング内の開口と、遮蔽位置と解放位置との間で移動可能なシャッタとを含み、Ｘ線ハウジングのためのシャッタ構成は、例えば、固体タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０パーセントを含む合金のシャッタ１０を含む。実施態様において、シャッタは、通孔２２を有し、Ｘ線ハウジングの内面上で閉塞位置と開放位置との間を摺動し、開放位置において、通孔２２はハウジング内の開口８と整列する。
【選択図】図４

Description

本発明は、Ｘ線シャッタと、Ｘ線シャッタを含む装置とに関する。

Ｘ線源を使用するＸ線機器、典型的には、Ｘ線管は、Ｘ線を通さないハウジングの内側にＸ線源を含むことが多い。ハウジング用の材料としては真鍮単独がより優勢となってきているが、歴史的には、ハウジングのために鉛が使用され、ハウジングは真鍮又はアルミニウム構造によって支持されることが多かった。ハウジングは、開口を有し、開口は、Ｘ線源によって生成されるＸ線ビームが、使用のためにハウジングを通過することを可能にする。Ｘ線が必要とされるとき以外、Ｘ線への開口を閉塞するよう、シャッタが開口に配置されてもよい。

本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。

本発明の第１の特徴において、
ハウジング内の出口ポートと、
遮蔽位置と開放位置との間で移動可能なシャッタとを含み、
出口ポートは、Ｘ線がハウジングの内面から外面に出口ポートを通過することを可能にし、ハウジングは、Ｘ線を実質的に通さず、
遮蔽位置は、出口ポートに隣接し、遮蔽位置において、シャッタは、出口ポートを遮蔽し、開放位置において、シャッタは、Ｘ線が出口ポートを通過することを可能にし、
シャッタは、タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０％のこれらの元素のうちの１つの元素と、更なる金属／元素とを含有する合金から成り、
シャッタは、ブロックであり、ブロックは、ブロックを通じる孔を有し、シャッタが開放位置にあるとき、Ｘ線が孔を通過することを可能にするよう、孔は出口ポートと整列させられ、シャッタが遮蔽位置にあるとき、シャッタは出口ポートを遮蔽する、シャッタ構成が提供される。

この形態におけるシャッタの利用は、使用中にシャッタの背後でシャッタが出口ポートの内側縁部を覆うことを可能にする。以下に詳細に説明するように、これは腐食を低減し得る。

本発明の第２の特徴によれば、ハウジング内の出口ポートと、遮蔽位置と開放位置との間でハウジングの内面上を移動可能なシャッタとを含み、出口ポートは、Ｘ線がハウジングの内面から外面に出口ポートを通過することを可能にし、ハウジングは、Ｘ線を実質的に通さず、遮蔽位置は、出口ポートに隣接し、遮蔽位置において、シャッタは、出口ポートを遮蔽し、開放位置において、シャッタは、Ｘ線が出口ポートを通過することを可能にし、シャッタは、タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０％のこれらの元素のうちの１つの元素と、２６を超える原子番号の更なる金属／元素とを含有する合金から成る、シャッタ構成が提供される。

発明者は、ハウジングの内面上のタンタルのシャッタの配置が腐食を大いに低減することを可能にすることを悟った。

本発明の他の特徴において、そのようなシャッタ構成を有するＸ線回折装置が提供される。

本発明のより良好な理解のために、添付の図面を参照して、純粋に一例として、実施態様を記載する。

本発明の実施態様を示す概略図である。 本発明の代替的な実施態様を示す概略図である。 図１及び２の構成の詳細を示す詳細図である。 図３における開放位置を示す詳細図である。 図３における閉塞位置を示す詳細図である。 Ｘ線に晒された後の比較例に従ったシャッタを示す説明図である。 Ｘ線に晒された後の固体タンタルのシャッタを示す概略図である。 本発明に従ったＸ線回折装置を示す概略図である。 本発明の一層更なる実施態様を示す概略図である。

図面は純粋に概略的であり、原寸通りではない。１つよりも多くの図面中に同一又は類似の構成部品を含めることができ、それらに関する記載は必ずしも反復されない。

図１を参照すると、Ｘ線管２は、端部に窓４を有し、窓４は、ベリリウムで作製されるのが典型的であり、Ｘ線２０がＸ線管から排出されるのを可能にする。Ｘ線管２は、真鍮製のハウジング６内に収容され、ハウジング６は、Ｘ線がハウジングから排出されるのを可能にするよう、窓４と整列される開口８を有する。ハウジング６の正面は、外側部材１１と内側部材１３とを有し、シャッタ１０が、開口８が開く（図１に示される）開放位置と、シャッタ１０が開口を遮蔽する閉塞位置との間で、内側部材１１と外側部材１３との間を移動する。

図２を参照すると、代替的なアプローチにおいて、Ｘ線管２は、端部に窓４を有し、窓４は、ベリリウムで作製されるのが典型的であり、Ｘ線２０がＸ線から排出されるのを可能にする。Ｘ線管２は、真鍮製のハウジング６内に収容され、ハウジング６は、Ｘ線がハウジングから排出されるのを可能にするよう、窓４と整列される開口８を有する。ハウジング６の正面は、外表面１２と、内表面１４とを有する。開口８が開く（図２に示される）開放位置と、シャッタ１０が開口を遮蔽する閉塞位置との間でハウジングの内面１４上を移動するよう、シャッタ１０が配置される。

そのような構成では、シャッタ１０の腐食が有意な問題である。Ｘ線管を様々な場所で使用し得るが、それらの一部は湿気があり、従って、腐食を増大し得る。

更に、発明者は、Ｘ線が空気中の水分又は湿気と共に空気をイオン化し、硝酸を形成し、硝酸がシャッタ１０又は他の遮蔽体を攻撃し得ることを悟った。よって、腐食の全プロセスは、単に従来的な腐食の問題ではなく、特にイオン化レベルが最大である場合には、物理化学的プロセスである。

腐食に対処する１つのアプローチは、耐食性のニッケル、金等のような塗膜内にシャッタを覆うことである。更に、発明者は、次のことを悟った。即ち、そのような塗膜の使用に伴う問題は、腐食が単に化学的腐食ではなく、バッテリ効果が起こり得る０．１Ｖよりも大きな差を有する電気化学的電位差を備える２つの異なる金属を使用するとき、電気化学的腐食によっても腐食を引き起こし得るということである。そのような塗膜で顕微鏡ピン孔を回避することは殆ど不可能であり、その場合には、これは電気化学的腐食及び物理化学的腐食の両方が起こるのを可能にし得る。そのようなシャッタ、即ち、銀及び金で塗工されたタングステン銅（合金）シャッタで得られる結果を、比較例として以下に提示する。

従って、代替的なアプローチは、ガラス又はセラミックのような非金属シャッタを使用することであり得る。残念ながら、殆どのそのような材料は、シャッタとして機能する十分なＸ線吸収性を有さない。

シャッタ用材料の選択は、代替的に、インコロイ合金８２５(Incoloy Alloy 825)、モリブデン及び銅が添加されたニッケル鉄クロム合金のような、耐食性合金であり得る。インコロイ合金８２５はＸ線耐食を満足することが証明された。

残念ながら、インコロイ中の鉄元素は、適用において分析性能に影響を及ぼし得る望ましくない鉄Ｘ線蛍光をもたらす。一般的に使用されるＸ線源は、鉄蛍光を可能にする十分に高いエネルギを有する銅ＫアルファＸ線放射(copper K-alpha X-ray radiation)を生成する銅標的(copper target)を使用する。

更に、鉄はタンタル又はタングステンと比べて有意に低い遮蔽特性（Ｘ線の吸収）を有する。

シャッタの領域内の蛍光は、Ｘ線源からの（擬似）単色Ｘ線ビームを汚染し、これはより高い背景放射(background radiation)を生じさせる。よって、Ｘ線回折装置において、測定されるディフラクトグラム(diffractogram)は、より高い背景(background)を有する。蛍光が他の角度で予期せぬ望ましくない回折ピークも生成することが可能であり、これは正確な測定を深刻に妨げる。

本発明の実施態様に従った構成において、シャッタ１０の材料は、特別に良好な結果をもたらし且つ蛍光が問題ではない十分に高い原子番号を有することが証明されている固体タンタルで構成される。タンタルは実質的に純粋であり得る、即ち、シャッタを本質的にタンタルで構成し得る。代替的な実施態様では、少量の、好ましくは、２％未満の、更に好ましくは、１％未満の不純物が存在し得る。具体的には、不純物の量は、硝酸への露出が表面の荒れを引き起こさないよう十分に小さくあり得る。

代替的に、余り好適でない構成は、固体ニオブ又は固体ジルコニウムのいずれかを使用する。更に、代替的な構成は、２０％以下の、好ましくは、比較的少量（１０％以下）の他の元素（銅Ｋアルファ放射が蛍光を引き起こさないよう２６を超える原子番号を有さなければならない）を備える、タンタル、ニオブ、又は、ジルコニウムの合金を含む。硝酸に対する耐性は重要である。適切な代替的な合金は、タンタル−ジルコニウム、タンタル−ニオブ、又は、タンタル−タングステンを含む。

これらの材料は良好な遮蔽をもたらし、蛍光の問題はない。

図３乃至５を参照して記載するように、シャッタは特別な構成内にも配置される。

図３は隆起した案内部材１６，１８のパターンを示している。図１の構成において、これらはハウジング６の正面で側部材１３と外側部材１１との間に設けられる。図２の構成に適用されるとき、案内部材はハウジング６の正面の内表面１４上に設けられる案内隆起部である。いずれの場合においても、案内部材は開口８を取り囲み、外側案内部材１６と内側案内部材１８とを含む。

図４及び５は、図４中の開放位置におけるシャッタ１０及び図５中の閉塞位置におけるシャッタ１０を示している。シャッタは遮蔽部分を単に有するのではなく、シャッタを通じる通孔２２を有する。シャッタ１０は案内部材と係合し、案内部材によって案内され、ハウジング６の正面の平面内の２つの例示される位置の間を摺動する。閉塞位置（図５）において、シャッタ１０は開口８（破線で示されている）を完全に覆う。開放位置（図４）において、通孔２２は開口８と整列され、Ｘ線が開口を通じるのを可能にする。

開放位置において、開口８の周りのシャッタの固体部分は、開口８の縁部を完全に覆うことに留意のこと。

図１を参照すると、発明者は、外側部材１１内の開口８の窓４に面する内側縁部１５で、腐食が特に問題であることを悟った。何故ならば、幾何学的構成の故に、Ｘ線はこの地点で高密度であり、更に、この地点での如何なる腐食もシャッタの動作を妨げ得るからである。同様に、図２の構成においても、同じ理由から、腐食は開口８にある内面１４の内側縁部１５で特に問題である。

従って、このような方法で配置されるシャッタと固体タンタル材料との組み合わせは、開放位置における並びに閉塞位置におけるシャッタを備えるＸ線管の動作中、ハウジングの真鍮材料の特定部分をＸ線から保護することが理解されよう。

発明者は、Ｘ線の存在が空中のイオン化の量を大いに増大し、従って、腐食を大いに増大することを悟った。よって、シャッタによる動作中にハウジングの真鍮材料を保護することには有意な利点がある。具体的には、実施態様において、開放位置において、動作中、Ｘ線は、開口４の周りのハウジング６の材料を打たず、或いは、より少ない程度で打ち、具体的には、Ｘ線は、通孔２２の周りのシャッタの固体材料によって、開口８の周りの内側縁部１５から遮蔽される。図１の構成では、Ｘ線が内側部材１３の内側縁部を打ち得ることは事実であるが、この場所での腐食は内部的であり、シャッタ１０の動作を妨げない。従って、装置の長期の信頼性に関して、この場所での腐食の問題はより少ない。

更に、特に好適な実施態様では、閉塞位置におけるシャッタ１０と窓４との間の空気間隙を可能な限り小さく維持することによって、イオン化の量は減少される。好ましくは、空気間隙は２０ｍｍ未満であり、更に好ましくは、１０ｍｍ未満であり、更に好ましくは、５ｍｍ未満である。目標は、窓４とシャッタ１０との間の領域において、空気容積を可能な限り小さく維持することである。何故ならば、存在しない空気はイオン化されないからである。従来的なシャッタが開放するとき、それは比較的大きな容積の空気を創成し、その容積はシャッタが閉塞位置にあった場合である。これは物理化学的プロセスにとって余分な空気供給であり、故に、余分のイオンを生成する。新規な設計においても、空気はもちろん存在するが、閉塞位置では、図１の構成において、この容積内にＸ線は今や存在しない。

よって、本発明の既述の実施態様は、窓４に近接して配置されるタンタルシャッタ１０を使用することによって、腐食の問題を大いに低減する。使用中、通孔２２の周りのシャッタがハウジング６内の開口８の周りの内側縁部１５を遮蔽するよう、シャッタ１０は通孔２２を有する。

図６及び７は、銀及び金で塗工されたタングステン銅合金（図６）と比較して、タンタル（図７）の腐食性能の改良を例示している。この場合において、シャッタは従来的な形状のシャッタである。両方のシャッタを同じ時間に亘ってＸ線に晒した。図６と比較した図７における腐食の実質的な改良及び減少を見ることができる。

上述されたシャッタ構成は、図８に例示されるようなＸ線回折装置に特に適している。上記において説明したように、Ｘ線回折装置は、Ｘ線管２と、ハウジング６と、シャッタ１０とを含む。サンプル３２を取り付けるために、サンプルステージ３０が使用される。開口８を通じてＸ線管から放射されるＸ線がサンプル３２を打つとき、Ｘ線検出器３４がサンプルステージ３０上のサンプル３２から放射されるＸ線を検出する。コントローラ、典型的には、コンピュータが様々な構成部品を制御する。

シャッタ機構は、そのような用途に特に適している。何故ならば、インコロイ８２５のような腐食を制御する以前のアプローチと異なり、シャッタ構成は腐食防止をＸ線回折測定に影響を及ぼす材料の使用の回避と組み合わせるからである。腐食防止の重要性を増大する挑戦的な環境においてＸ線回折装置を使用し得る。

図９に例示されるシャッタ機構の代替的な実施態様において、外側部材１１は、ハウジング６の正面で、Ｘ線を透過する窓４０で封止されている。シャッタ１０が開放位置にあるとき、この窓４０は環境からの新鮮な空気供給がユニット内に進入することを防止し、腐食を更に低減する。

図９は図１のアプローチに基づくが、Ｘ線を透過する窓を図２の構成との組み合わせでも使用し得る。

当業者は、上述した実施態様に対する変更を行い得ることを理解しよう。例えば、ハウジングは真鍮のみで作製される必要はなく、鉛又はタンタルのような他の材料を導入し得る。

更に、固体タンタルは１００％の純度である必要はなく、不純物が存在してもよい。

一部の実施態様では、タンタルをニオブ又はジルコニウムと置換し得る。典型的には、少なくとも８０％の、好ましくは、９０％のタンタル、ニオブ、又は、ジルコニウムを備える合金を使用し得る。

２ Ｘ線管 (X-ray tube)
４ 窓 (window)
６ ハウジング (housing)
８ 開口 (opening)
１０ シャッタ (shutter)
１１ 内側部材 (inner member)
１２ 内表面 (inner surface)
１３ 外側部材 (outer member)
１４ 外表面 (outer surface)
１５ 内側縁部 (inner edge)
１６ 外側案内部材 (outer guide member)
１８ 内側案内部材 (inner guide member)
２０ Ｘ線 (X-ray)
２２ 通孔 (through hole)

Claims (20)

1. ハウジング内の開口と、
   遮蔽位置と開放位置との間で移動可能なシャッタとを含み、
   前記開口は、Ｘ線が、前記ハウジングの内面から外面に、前記開口を通過することを可能にし、前記ハウジングは、Ｘ線を実質的に通さず、
   前記遮蔽位置は、前記開口に隣接し、前記遮蔽位置において、前記シャッタは、前記開口を遮蔽し、前記開放位置において、前記シャッタは、Ｘ線が前記開口を通過することを可能にし、
   前記シャッタは、タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０％のこれらの元素のうちの１つの元素と、更なる金属／元素とを含有する合金から成り、
   前記シャッタは、ブロックであり、該ブロックは、該ブロックを通じる通孔を有し、前記シャッタが前記開放位置にあるとき、Ｘ線が前記通孔を通過することを可能にするよう、前記通孔は前記開口と整列させられ、前記シャッタが前記遮蔽位置にあるとき、前記シャッタは前記開口を遮蔽する、
   シャッタ構成。
2. 前記ブロックを通じる前記通孔は、前記シャッタが前記開放位置にあるとき、前記開口の前記縁部を完全に覆うような大きさとされる、請求項１に記載のシャッタ構成
3. 前記シャッタは、前記遮蔽位置と前記開放位置との間で、前記開口の平面内で前記出口ポートを横断して横方向に摺動するよう構成される、請求項１に記載のシャッタ構成。
4. 前記ハウジングは、Ｘ線管を収容し、該Ｘ線管は、Ｘ線が前記Ｘ線管から排出されるのを可能にする窓を有し、前記シャッタは、前記遮蔽位置において、前記Ｘ線管内の前記窓から２０ｍｍ以下の距離にある、請求項１に記載のシャッタ構成。
5. 前記シャッタは、前記遮蔽位置において、前記Ｘ線管内の前記窓から１０ｍｍ以下の距離にある、請求項４に記載のシャッタ構成。
6. 前記ハウジングは、真鍮から成る、請求項１に記載のシャッタ構成。
7. 前記シャッタは、本質的にタンタルで構成される、請求項１に記載のシャッタ構成。
8. 前記シャッタは、少なくとも８０％のタンタル、ニオブ、又は、ジルコニウムと、２０％以下の２６を超える原子番号を有する少なくとも１つの他の金属／元素との合金で構成される、請求項１に記載のシャッタ構成。
9. 前記開口を封止するＸ線透過窓を更に含む、請求項１に記載のシャッタ構成。
10. ハウジング内の開口と、
    遮蔽位置と開放位置との間で前記ハウジングの内面上を移動可能なシャッタとを含み、
    前記開口は、Ｘ線が、前記ハウジングの内面から外面に、前記開口を通過することを可能にし、前記ハウジングは、Ｘ線を実質的に通さず、
    前記遮蔽位置は、前記出口ポートに隣接し、前記遮蔽位置において、前記シャッタは、前記開口を遮蔽し、前記開放位置において、前記シャッタは、Ｘ線が前記開口を通過することを可能にし、
    前記シャッタは、タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０％のこれらの元素のうちの１つの元素と、更なる金属／元素とを含有する合金から成る、
    シャッタ構成。
11. 前記シャッタは、ブロックであり、該ブロックは、該ブロックを通じる通孔を有し、前記シャッタが開放位置にあるとき、Ｘ線が前記通孔を通過することを可能にするよう、前記通孔は前記開口と整列させられ、前記シャッタが前記遮蔽位置にあるとき、前記シャッタは前記開口を遮蔽する、請求項１０に記載のシャッタ構成。
12. 前記ブロックを通じる前記通孔は、前記シャッタが前記開放位置にあるとき、前記開口の全ての縁部が完全に覆われるような大きさとされる、請求項１１に記載のシャッタ構成。
13. 前記シャッタは、前記遮蔽位置と前記開放位置との間で、前記開口の平面内で前記開口を横断して横方向に摺動するよう構成される、請求項１０に記載のシャッタ構成。
14. 前記ハウジングは、Ｘ線管を収容し、該Ｘ線管は、Ｘ線が前記Ｘ線管から排出されるのを可能にする窓を有し、前記シャッタは、前記遮蔽位置において、前記Ｘ線管内の前記窓から２０ｍｍ以下の距離にある、請求項１０に記載のシャッタ構成。
15. 前記ハウジングは、真鍮から成る、請求項１０に記載のシャッタ構成。
16. 前記シャッタは、本質的にタンタルで構成される、請求項１０に記載のシャッタ構成。
17. 前記シャッタは、タンタル、ニオブ、又は、ジルコニウムと、２６を超える原子番号の他の金属／元素とを含む合金から成る、請求項１０に記載のシャッタ構成。
18. 前記開口を封止するＸ線透過窓を更に含む、請求項１０に記載のシャッタ構成。
19. 窓を有するＸ線管と、
    該Ｘ線管の周りのハウジングと、
    遮蔽位置と開放位置との間で移動可能なシャッタと、
    サンプルを取り付けるためのサンプル領域と、
    該サンプル領域内のサンプルから放射されるＸ線を検出するＸ線検出器とを含み、
    前記遮蔽位置は、前記開口に隣接し、前記遮蔽位置において、前記シャッタは、前記開口を遮蔽し、前記開放位置において、前記シャッタは、Ｘ線が前記開口を通過することを可能にし、
    前記シャッタは、タンタル、ニオブ、若しくは、ジルコニウム、又は、少なくとも８０％のこれらの元素のうちの１つの元素と、更なる金属／元素とを含有する合金から成り、
    前記シャッタは、ブロックであり、該ブロックは、該ブロックを通じる通孔を有し、前記シャッタが前記開放位置にあるとき、Ｘ線が前記開口を通過するのを可能にするよう、前記通孔は前記開口と整列させられ、前記シャッタが前記遮蔽位置にあるとき、前記シャッタは前記開口を遮蔽する、
    Ｘ線回折装置。
20. 前記ブロックを通じる前記通孔は、前記シャッタが前記開放位置にあるとき、前記開口の前記縁部を完全に覆うような大きさとされる、請求項１９に記載のＸ線回折装置。

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