特開 2024-161343 ワゴンホイール型Ｘ線窓支持構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024161343

(43)【公開日】2024-11-19

(54)【発明の名称】ワゴンホイール型Ｘ線窓支持構造体

(51)【国際特許分類】

   G01T 7/00 20060101AFI20241112BHJP

   H05G 1/00 20060101ALI20241112BHJP

   H01J 35/18 20060101ALI20241112BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

G01T7/00 A

H05G1/00 G

H01J35/18

G21K1/00 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024074623

(22)【出願日】2024-05-02

(31)【優先権主張番号】63/463,618

(32)【優先日】2023-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】501218636

【氏名又は名称】モックステック・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】アラディニ， ガザレー

(72)【発明者】

【氏名】ザッピー， マイケル

(57)【要約】      （修正有）

【課題】低いガス透過性、低いガス放出、高い強度、低い可視光および赤外光透過性、低い原子番号の材料で作られた高いＸ線束、耐食性、高い信頼性、高開口面積、および低コスト等の特性間のバランスを考慮したＸ線窓の設計。
【解決手段】Ｘ線窓は、支持構造体１０に封止された薄膜を含むことができる。支持構造体１０は、外側リング開口部１５を取り囲む外側リングと、内側開口部を取り囲む内側リングと、複数のスポーク１３とを含むことができる。内側リングは、外側リング開口部１５内に配置することができる。内側リングは、複数のスポーク１３によって外側リングに取り付けることができる。支持構造体１０の形状は、強度および開口面積パーセントを最適化することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持構造体であって、
前記支持構造体が外側リング開口部を取り囲む外側リングと、内側開口部を取り囲む内側リングと、複数のスポークとを含む、
支持構造体に封止された薄膜を備え、
前記内側リングが、前記外側リング開口部に位置し、前記複数のスポークによって前記外側リングに取り付けられ、
前記薄膜が、前記内側開口部および前記外側リング開口部に及ぶ、
Ｘ線窓。

【請求項2】

前記外側リングが円形形状を有し、前記内側リングが円形形状を有する、請求項１に記載のＸ線窓。

【請求項3】

前記内側リングが六角形の形状を有する、請求項１に記載のＸ線窓。

【請求項4】

それぞれが前記六角形の形状の角に取り付けられた、６本のスポークがある、請求項３に記載のＸ線窓。

【請求項5】

１２本のスポークがあり、１対のスポークが前記六角形の形状の各角に取り付けられている、請求項３に記載のＸ線窓。

【請求項6】

２本のスポークが、前記六角形の形状の各側面と整列している、請求項５に記載のＸ線窓。

【請求項7】

前記複数のスポークのうちの単一のスポークが、前記六角形の形状の各角に取り付けられ、前記複数のスポークのうちの単一のスポークが、前記六角形の形状の隣接する角の各対の間に位置する、請求項３に記載のＸ線窓。

【請求項8】

前記六角形の形状の隣接する角の各対の間に位置する前記単一のスポークが、前記六角形の形状の隣接する角の前記各対の間の中点に位置する、請求項７に記載のＸ線窓。

【請求項9】

２本のスポークが、前記六角形の形状の各角に取り付けられる、請求項３に記載のＸ線窓。

【請求項10】

各角の前記２本のスポークのうちの一方が、前記外側リングに最も近い前記スポークの端部の隣接する角で前記２つのスポークのうちの一方と合流する、請求項９に記載のＸ線窓。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、Ｘ線窓に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線窓は、高い割合のＸ線、さらには低エネルギーのＸ線を透過させるように設計されている。Ｘ線窓は、高い信頼性を必要とする高価なシステムで使用される。高いシステム要件は、Ｘ線窓の要求特性をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0003】

（図面は縮尺通りに描かれていない場合がある）

【図1】Ｘ線窓用の支持構造体１０の上面図である。支持構造体１０は、外側リング１１、内側リング１２、複数のスポーク１３、外側リング開口部１５、および内側開口部１４を含むことができる。図１では、内側リング１２および／または内側開口部１４は、円形形状を有することができる。

【図2】Ｘ線窓用の支持構造体１０の上面図である。支持構造体１０は、外側リング１１、内側リング１２、複数のスポーク１３、外側リング開口部１５、および内側開口部１４を含むことができる。図２では、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六角形の形状を有することができる。六角形の形状の各角２１には、一対のスポーク１３ｂを取り付けることができる。六角形の形状の各側面１２ａには、２つのスポーク１３ａを整列させることができる。

【図3】Ｘ線窓用の支持構造体１０の上面図である。支持構造体１０は、外側リング１１、内側リング１２、複数のスポーク１３、外側リング開口部１５、および内側開口部１４を含むことができる。図３では、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六芒星形状を有することができる（点３１を参照）。

【図4】Ｘ線窓用の支持構造体１０の上面図である。支持構造体１０は、外側リング１１、内側リング１２、複数のスポーク１３、外側リング開口部１５、および内側開口部１４を含むことができる。図４では、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六角形の形状を有することができる。６つのスポーク１３が存在し得る。六角形の形状の各角２１には、単一のスポーク１３を取り付けることができる。

【図5】Ｘ線窓用の支持構造体１０の上面図である。支持構造体１０は、外側リング１１、内側リング１２、複数のスポーク１３、外側リング開口部１５、および内側開口部１４を含むことができる。図５では、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六角形の形状を有することができる。１２個のスポークが存在し得る。六角形の形状の各角２１には、単一のスポーク１３を取り付けることができる。六角形の形状の隣接する角２１の各対の間に単一のスポーク１３が存在することもできる。

【図6】図５の線６－６に沿った、図５の支持構造体１０に封止された薄膜６１を含むＸ線窓６０の断面側面図である。

【図7】支持構造体１０に封止された薄膜６１を含むＸ線窓６０の側面図である。薄膜６１は、ポリマー層７１およびホウ素層７２を含むことができる。

【発明を実施するための形態】

【0004】

定義
複数の定義を含む以下の定義は、本特許出願を通して適用される。

【0005】

本明細書で使用される場合、「上に（ｏｎ）」、「上に位置する（ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ）」、「に位置する（ｌｏｃａｔｅｄ ａｔ）」、および「上方に位置する（ｌｏｃａｔｅｄ ｏｖｅｒ）」という用語は、間に何らかの他の固体材料が直接上にまたは上方に位置することを意味する。「直接上に位置する」、「隣接する（ａｄｊｏｉｎ）」、「隣接する（ａｄｊｏｉｎｓ）」、および「隣接する（ａｄｊｏｉｎｉｎｇ）」という用語は、直接および直の接触を意味する。

【0006】

本明細書で使用される場合、「等しい」（例えば等しい幅）という用語は、正確に等しい、通常の製造公差内で等しい、またはほぼ性格に等しいことを意味し、それにより、正確に等しいものからのいかなる逸脱も、装置の通常の使用に対して無視できる効果を有する。

【0007】

Ｘ線窓の有用な特性には、低いガス透過性、低いガス放出、高い強度、低い可視光および赤外光透過性、低い原子番号の材料で作られた高いＸ線束、耐食性、高い信頼性、高開口面積、および低コストが含まれる。各Ｘ線窓の設計は、これらの特性間のバランスである。

【0008】

Ｘ線窓は、ハウジングと組み合わせて内部真空を囲むことができる。内部真空は、装置の性能を支援することができる。例えば、Ｘ線検出器の内部真空は、（ａ）入射Ｘ線のガス減衰を最小化し、（ｂ）Ｘ線検出器のより容易な冷却を可能にする。

【0009】

Ｘ線窓を通るガスの透過は、内部真空を低下させるおそれがある。したがって、低いガス透過性は、望ましいＸ線窓特性である。

【0010】

Ｘ線窓材料からのガス放出は、装置の内部真空を低下させるおそれがある。したがって、ガス放出が少ない材料の選択が有用である。

【0011】

Ｘ線窓は、一方の側面上で真空、反対側面上で大気圧に面することができる。したがって、Ｘ線窓は、この差圧に耐えるための強度を必要とし得る。

【0012】

可視光および赤外光は、Ｘ線検出器に望ましくないノイズを引き起こす可能性がある。可視光および赤外光の透過を遮断する能力は、Ｘ線窓の別の有用な特性である。

【0013】

Ｘ線窓を通る高いＸ線束は、Ｘ線検出器の迅速な動作を可能にする。したがって、Ｘ線窓を通る高いＸ線透過率が有用である。

【0014】

低エネルギーＸ線の検出および分析は、いくつかの用途で必要とされる。したがって、低エネルギーＸ線の高透過性は、Ｘ線窓の別の有用な特性である。

【0015】

Ｘ線を使用して試料を分析することができる。Ｘ線窓からのものを含む周囲の装置からのＸ線ノイズは、試料からの信号と干渉する可能性がある。高原子番号材料からのＸ線ノイズはより問題である。したがって、Ｘ線窓が低原子番号材料で作られることが有用である。

【0016】

Ｘ線窓は腐食環境で使用され、製造中に腐食性化学物質にさらされる可能性がある。したがって、耐食性はＸ線窓の別の有用な特性である。

【0017】

Ｘ線窓の破損は、多くの用途において許容できない。例えば、Ｘ線窓は、火星上の分析装置で使用される。高い信頼性は、有用なＸ線窓の特性である。

【0018】

Ｘ線窓は、支持構造体に封止された薄膜を含むことができる。支持構造体は、薄膜を支持するためのリブまたは他の支持構造体を含むことができる。リブ／支持構造体はＸ線を減衰させる可能性があるので、それらを最小化し、開口面積パーセントを増加させることが有用である。

【0019】

Ｘ線窓の顧客は、上記の特性を有する低コストのＸ線窓を求めている。Ｘ線窓のコストを低減することは別の考慮事項である。

【0020】

本明細書に記載のＸ線窓、および本明細書に記載の方法によって製造されたＸ線窓は、これらの有用な特性（低ガス透過性、低ガス放出性、高強度、低可視光および赤外光透過性、高Ｘ線束、低原子番号材料、耐食性、高信頼性、ならびに低コスト）を有することができる。各例は、これらの有用な特性のうちの１つ、いくつか、または全てを満たすことができる。

【0021】

Ｘ線窓６０または７０は、支持構造体１０（図１～図７）に封止された薄膜６１（図６～図７）を含むことができる。支持構造体１０は、外側リング開口部１５を取り囲む外側リング１１と、内側開口部１４を取り囲む内側リング１２と、複数のスポーク１３とを含むことができる。内側リング１２は、外側リング開口部１５内に配置することができる。薄膜６１は、内側開口部１４および外側リング開口部１５に及ぶことができる。

【0022】

内側リング１２は、複数のスポーク１３によって外側リング１１に取り付けることができる。複数のスポーク１３は、内側リング１２の周囲に均等に間隔を置いて配置することができる。複数のスポーク１３は、互いに対して等しい幅を有することができる。

【0023】

図１～図５に示すように、外側リング１１は円形形状を有することができる。外側リング１１は、長方形、楕円形、または六角形を含む他の形状を有することができる。

【0024】

外側リング開口部１５内のより多くのおよび／またはより広い支持（内側リング１２およびスポーク１３）は、支持構造体の強度を高めることができる。この強度の増加により、支持構造体１０は、より長い距離に及ぶことができ、および／または破損することなくＸ線窓にわたるより大きな圧力差に耐えることができる。

【0025】

しかしながら、外側リング開口部１５内のより多くのおよび／またはより広い支持は、開口面積パーセントを減少させる。開口面積パーセントに過度の悪影響を及ぼすことなく最適な強度のために支持構造体１０を成形することが有用である。

【0026】

したがって、内側リング１２および／または内側開口部１４は、強度と開口面積パーセントとの最適なバランスのために成形することができる。全ての図における支持構造体１０のこれらの形状は有用であるが、いくつかは他のものよりも良いようである。最も好ましいものから最も好ましくないものまでランク付けされた支持構造体１０の図は、図５、図１、図４、図３、次いで図２である。このランキングは、全体的に高い強度と広い開口面積とを組み合わせたものに基づいている。

【0027】

開口面積は、支持構造体の外側（すなわち、内側リング１２、スポーク１３、または任意の他の固体材料の外側）および外側リング開口部１５内の領域である。開口面積パーセントは、外側リング開口部１５内の総面積で割った開口面積である。例えば、開口面積パーセントは、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、または９０％以上であり得る。開口面積パーセントは、９０％以下または９５％以下であり得る。図１の開口面積パーセントは約７５％である。

【0028】

外側リング開口部１５の直径Ｄ１５と内側開口部１４の直径Ｄ１４との比は、強度と広い開口面積とのより良好なバランスのために選択することができる。例えば、１．５≦Ｄ１５／Ｄ１４、２≦Ｄ１５／Ｄ１４、２．５≦Ｄ１５／Ｄ１４、または３≦Ｄ１５／Ｄ１４である。他の例としては、Ｄ１５／Ｄ１４≦４、Ｄ１５／Ｄ１４≦４．５、Ｄ１５／Ｄ１４≦５またはＤ１５／Ｄ１４≦６が挙げられる。複数の直径がある場合（例えば六角形の形状の内側開口部１４の場合）、その比に対する直径Ｄ１５および／またはＤ１４は最大直径である。図１では、Ｄ１５／Ｄ１４＝３．６である。図２では、Ｄ１５／Ｄ１４＝１．９である。図５では、Ｄ１５／Ｄ１４＝２．２である。

【0029】

図１に示すように、内側リング１２および／または内側開口部１４は、円形形状を有することができる。外側リング１１および内側リング１２は、互いに同心であり得る。

【0030】

図２、図４、および図５に示すように、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六角形の形状を有することができる。図３に示すように、内側リング１２および／または内側開口部１４は、六芒星形状を有することができる（点３１を参照）。

【0031】

図２に示すように、２つのスポーク１３ａは、六角形の形状の各側面１２ａと整列させることができる。六角形の形状の各角２１には、２つのスポーク１３ｂを取り付けることができる。各角２１の２つのスポーク１３ｃのうちの一方は、外側リング１１に最も近いスポーク１３ｃの端部の隣接する角２１において、二つのスポーク１３ｃのうちの一方と合流することができる。

【0032】

図３に示すように、六芒星形状の各点３１に２つのスポーク１３ｄを取り付けることができる。各点３１に対する２つのスポーク１３ｅのうちの一方は、外側リング１１に最も近いスポーク１３ｅの端部の隣接する点３１において、２つのスポーク１３ｅのうちの一方と合流することができる。

【0033】

図３に示すように、外側リング１１と内側リング１２との間の外側リング開口部１５は、異なる部分３２および３３に分離することができる。これらの部分３２および３３の形状は、三面部分３３と交互になっている四面部分３２を含むことができる。これらの形状は、内側リング１２および／または内側開口部１４の六芒星形状（点３１を参照）に関連付けることができる。

【0034】

四面部分３２は、２つの対Ｐ１およびＰ２を含むことができる。各対Ｐ１またはＰ２の両側面の長さは、互いに対して等しくすることができる。対Ｐ１の一方の側面は、他方の対Ｐ２の側面とは異なる長さを有することができる（例えば、Ｐ１の長さ＞Ｐ２の長さ）。四面部分３２には、平行な対の側面が存在し得ない。三面部分３３は、２つの直線状の側面３３ｓと、１つの円弧状の側面３３ａとを有することができる。

【0035】

図１～図３および図５に示すように、１２本のスポーク１３（１２本より多くもなく少なくもないスポーク１３）が存在し得る。図４に示すように、６本のスポーク１３（６本より多くもなく少なくもないスポーク１３）が存在し得る。１２本より多いスポーク１３、６本より少ないスポーク１３、または少なくとも６個のスポーク１３および１２本以下のスポーク１３が存在し得る。３本以上のスポーク１３、６本以上のスポーク１３、または９本以上のスポーク１３が存在し得る。１２本以下のスポーク１３、１８本以下のスポーク１３、または２４本以下のスポーク１３が存在し得る。所望の強度を提供するため十分な数のスポーク１３を有するが、開口面積の不必要な減少を回避するために、多過ぎないスポーク１３を有することが有用であり得る。

【0036】

図４および図５に示すように、単一のスポーク１３を六角形の形状の各角２１に取り付けることができる。

【0037】

図５に示すように、支持構造体１０は、六角形の形状の隣接する角２１の各対の間に位置する単一のスポーク１３によって、開口面積をいくらか減少させて、強度を高めることができる。隣接する角２１の各対の間のこの単一のスポーク１３は、六角形の形状の隣接する角２１の対の間の中間点に位置することができる。

【0038】

支持構造体１０の材料組成は、全体にわたって均一であり得る。支持構造体１０は、シリコン、ポリカーボネート、またはその両方を含むことができる。例えば、支持構造体１０の材料組成は、少なくとも９０質量パーセントのシリコンまたは少なくとも９０質量パーセントのポリカーボネートとすることができる。

【0039】

図６および図７に示すように、Ｘ線窓６０および７０は、支持構造体１０に封止された薄膜６１を含むことができる。支持構造体１０は、本明細書に記載の任意の支持構造体１０とすることができる。

【0040】

薄膜６１は、グラファイト、ダイヤモンド、ベリリウム、非晶質炭素、グラフェン、ホウ素、ポリマー、またはそれらの組み合わせを含むことができる。薄膜６１は、ホウ素層７２およびポリマー層７１を含むことができる。ホウ素層７２およびポリマー層７１は、互いに隣接することができる。ポリマー層７１は、ホウ素層７２と支持構造体１０との間に挟まれ得る。

【0041】

ホウ素層７２は、少なくとも７０質量パーセントのホウ素、少なくとも８０質量パーセントのホウ素、または少なくとも９０質量パーセントのホウ素を含むことができる。ポリマー層７１は、少なくとも７０質量パーセントのポリマー、少なくとも８０質量パーセントのポリマー、または少なくとも９０質量パーセントのポリマーを含むことができる。ポリマーはポリイミドであることができ、またはポリイミドを含むことができる。したがって、ポリマー層７１は、少なくとも７０質量パーセントのポリイミド、少なくとも８０質量パーセントのポリイミド、または少なくとも９０質量パーセントのポリイミドを含むことができる。

【0042】

図７のＸ線窓７０の層の厚さの例を以下に示す。
Ｔ７２がホウ素層７２の厚さであるとき、０．５μｍ≦Ｔ７２≦４μｍであり、
Ｔ７１がポリマー層７１の厚さであるとき、５ｎｍ≦Ｔ７１≦１００ｎｍであり、および／または
Ｔ１１が支持構造体１０の厚さであるとき、５０μｍ≦Ｔ１１≦１０００μｍである。

【0043】

支持構造体１０は、２つの平面Ｆ１およびＦ２を含むことができる（図７参照）。２つの平面Ｆ１およびＦ２は、互いに平行であり得る。外側リング１１、内側リング１２およびスポーク１３のうちの一方の側面は、一方の平面Ｆ１と整列することができる。外側リング１１、内側リング１２、およびスポーク１３の反対側面は、他方の平面Ｆ２と整列することができる。

【0044】

支持構造体１０の形状は、材料のシートをレーザ切断、レーザアブレーション、またはエッチングすることによって形成することができる。例えば、シリコンまたはポリカーボネートのシートは、レーザによって切断されるか、または化学的にエッチングされて、図１～図５に示す形状を形成することができる。

【0045】

薄膜６１は、接着剤によって支持構造体１０に取り付けることができる。代替で、ポリイミドなどの薄膜６１は、まだ湿潤している／完全に硬化していない間に取り付けることができる。次いで、薄膜６１を硬化させて固化させることができる。

【符号の説明】

【0046】

１０ 支持構造体
１１ 外側リング外輪
１２ 内側リング
１３ スポーク
１３ａ スポーク１３ａ（スポーク１３のサブセット）は、六角形の形状の側面１２ａと位置合わせされる。
１３ｂ スポーク１３ｂ（スポーク１３のサブセット）は、各角２１に取り付けられた一対のスポーク１３ｂである。
１３ｃ スポーク１３ｃ（スポーク１３のサブセット）は、外側リング１１で合流する。
１３ｄ スポーク１３ｄ（スポーク１３のサブセット）は、各点３１に取り付けられた一対のスポーク１３ｄである。
１３ｅ スポーク１３ｅ（スポーク１３のサブセット）は、外側リング１１で合流する。
１４ 内側開口部
Ｄ１４ 内側開口部１４の直径
１５ 外側リング開口部
Ｄ１５ 外側リング開口部１５の直径
２１ 六角形の形状の角
３１ 六芒星形状の点
３２ 外側リング開口部１５の四面部分
Ｐ１およびＰ２ 四面部分３２の対
３３ 外側リング開口部１５の三面部分
３３ａ 三面部分３３の１つの弓形側面
３３ｓ 三面部分３３の二つの直線状の側面
６０ Ｘ線窓
７０ Ｘ線窓
６１ 薄膜
７１ ポリマー層
Ｔ７１ ポリマー層７１の厚さ
７２ ホウ素層
Ｔ７２ ホウ素層７２の厚さ
Ｆ１ 平面
Ｆ２ 平面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】