軟Ｘ線発生装置及び該軟Ｘ線発生装置を用いた除電装置
【課題】小さな電界で大きな出力の軟Ｘ線を安定した状態で大面積状に発生することができるとともに、発生したＸ線の照射方向を制御して非照射物に対して効率良く集中させて照射することが可能な、安価で性能の良い軟Ｘ線発生装置を提供する。
【解決手段】密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
【解決手段】密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉可能な真空ハウジング内に冷陰極と陽極を間隔を空けて対向配置した軟Ｘ線発生装置、及び該軟Ｘ線発生装置を用いた除電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を発生させる装置としては、従来タングステンフィラメント等の熱陰極を使用し、熱陰極から放出された熱電子によりターゲット（陽極）からＸ線を放射させる装置が、広く用いられている。しかしながら、熱陰極を使用したＸ線発生装置では、高出力の加熱源が必要となり、また陰極が非常に高温になるために周辺の熱対策設計が必要となるので、装置が大型化し高価なものとなる等の問題点があった。
【０００３】
このような問題点を解決するために、熱陰極に代えてカーボンナノチューブ等の材料により構成された冷陰極を用いたＸ線発生装置が種々提案されているが（例えば、特許文献１、２参照）、必要な線量のＸ線を安定して出力することが困難であるといった欠点があった。
【特許文献１】特開２００７−６６６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６２２７号公報
【０００４】
一方、Ｘ線発生装置の用途として、波長が１Å〜数百Åで低エネルギーの軟Ｘ線を用いて、帯電している物体から静電気を除去する除電装置が種々提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。これらの除電装置は、例えばＬＳＩや液晶製造プロセスにおいて、帯電したシリコンウエハや液晶用ガラス基板に低エネルギーの軟Ｘ線を照射することによって帯電物体の周辺の空気をイオン化し、帯電物体の電荷を中和するものである。
【特許文献３】特許第２７４９２０２号公報
【特許文献４】特開２００７−３０５５６５号公報
【０００５】
除電に用いる小型軟Ｘ線管は、Ｘ線を発生する陽極と電子を発生する陰極間の距離を狭くすることによって小型化を図っており、陰極・陽極間の距離が狭いために、比較的低い電圧で使用される。
従来の装置では、タングステンフィラメント等の比較的小径の熱陰極を用い、陰極から発生した熱電子が陽極電圧により加速され、ベリリウムのようなＸ線透過材料（窓）の表面に数μｍの厚みで成膜されたタングステン等のＸ線発生材料からなる陽極に衝突することで、発生したＸ線が透過窓を透過して外部に放射される。
【０００６】
Ｘ線による除電を行う場合、対象となる帯電物体にＸ線源を近接させて、かつＸ線照射面積を大面積化することができれば、Ｘ線の強度分布の均一化が可能となり、比較的低電圧での操作が可能になる。
しかしながら、従来のＸ線管においては、点光源的な線源から放射されるＸ線の放射角度は９０〜１５０度程度である。したがって、対象物に近づけると小面積しか除電することができないので、通常は対象物から１ｍ程度離した位置にＸ線管を配置する。このため、Ｘ線強度の距離による低下や、照射面積内でのＸ線の強度分布が生じ、均一な除電を短時間で行うことができない。また、装置を小型化した場合には、自然冷却方式で使用する場合、通常９〜１０ｋＶの電圧で０．１〜０．２ｍＡ程度の小出力となり、大出力の装置とすることは困難である。
【０００７】
このため、図１０にみられるように、従来のＸ線除電装置では、Ｘ線源を帯電物体から相当離れた位置に配置して照射面積の増大化を行うか、複数のＸ線源を設置することが必要であった。そして、Ｘ線出力が小さいために、除電性能はＸ線源と帯電物体との距離の３乗に反比例して低下するとともに、照射領域内でＸ線の強度分布が発生することから、除電性能の点でも極めて不利であった。
また、従来のＸ線除電装置では、帯電物体に対して線源から発生するＸ線を集中的に照射して効率良く除電することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明はこれら従来技術の問題点を解消して、小さな電界で大きな出力の軟Ｘ線を安定した状態で大面積状に発生することができるとともに、発生したＸ線の照射方向を制御して非照射物に対して効率良く集中させて照射することが可能な、安価で性能の良い軟Ｘ線発生装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、帯電物体に近接して前記軟Ｘ線発生装置を配置した、小型化可能で除電性能に優れた除電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】
【０００９】
本発明者等は鋭意検討した結果、筒状の真空ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置し、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することによって、上記課題が解決されることを発見し、本発明を完成した。
すなわち、本発明はつぎの１〜１５の構成を採用するものである。
１．密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
２．前記冷陰極と前記陽極の間にメッシュ状又は格子状のわん曲した引き出し電極を前記陽極と略平行に配置したことを特徴とする１に記載の軟Ｘ線発生装置。
３．前記ハウジングの冷陰極側に、Ｘ線透過性物質により構成された窓を設けたことを特徴とする１又は２に記載の軟Ｘ線発生装置。
４．前記陽極をＸ線反射層としたことを特徴とする１〜３のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
５．前記冷陰極を構成する電極材料が、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を形成したものであることを特徴とする１〜４のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
６．前記針状体が、先端部に導電性被膜を設けたものであることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
７．前記針状体が、基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成したものであることを特徴とする１〜６のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
８．前記陽極を板状体により構成したことを特徴とする１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
９．前記陽極を複数の棒状体又は管状体により構成したことを特徴とする１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１０．前記陽極を構成するそれぞれの棒状体又は管状体に印加する電圧を、他の棒状体又は管状体とは独立して制御可能としたことを特徴とする９に記載の軟Ｘ線発生装置。
１１．前記陽極のわん曲面の焦点又はその近傍に前記冷陰極を配置して、軟Ｘ線発生装置から放射されるＸ線が平行に放射されるように構成したことを特徴とする１〜１０のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１２．前記電極間に印加する電圧が０．５〜１０ｋｅＶであることを特徴とする１〜１１のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１３．１〜１２のいずれかに記載された軟Ｘ線発生装置と、前記軟Ｘ線発生装置に近接して配置した帯電物体を支持する支持手段を有することを特徴とする除電装置。
１４．前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体の幅方向の全長にわたって配置したことを特徴とする１３に記載の除電装置。
１５．前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体を挟んで前記帯電物体の両側に配置したことを特徴とする１３又は１４に記載の除電装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小さな電界で大きな出力の軟Ｘ線を安定した状態で発生することができるとともに、発生したＸ線の照射方向を制御して非照射物に対して効率良く集中させて照射することが可能な、安価で性能の良い軟Ｘ線発生装置を得ることができる。
また、この軟Ｘ線発生装置を用いた除電装置では、帯電物体に近接した位置にＸ線源を配置することが可能となるので、装置の小型化と低価格化が可能となる。さらに、発生したＸ線を帯電物体の幅方向全体にわたって効率良く集中させて照射することができ、かつ陽極電極を制御することで帯電物体との距離が変更されても必要なＸ線量を照射することができるので、除電性能を大幅に改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明のＸ線発生装置の１例を示す図である。図１は装置全体の構成を示す概念図、図２の（Ａ）は装置の構成を示す模式図（斜視図）、図２の（Ｂ）は装置の縦断面模式図、そして図３は冷陰極を構成する電極材料の拡大模式図である。
このＸ線発生装置１は、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３を設けた密閉可能な円筒状の真空ハウジング２内に、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を密集して形成させた電極材料１０１により構成された冷陰極４をハウジングの中心に配置し、陽極５を間隔を空けて冷陰極４と平行に対向配置したものである。
【００１２】
陽極５は、タングステン、銅等の金属材料により構成されたターゲット極で、一枚の板状体を曲げ加工することによって円筒状の真空ハウジング２と類似するわん曲面を有する形状とし、ハウジング２の内壁面に長手方向に沿って配置している。ハウジング２の両端には、ボタン型のステム１２、１３を溶接してハウジング２を密封する。一方のステム１２には、陽極５に接続された陽極端子１４、１４が設けられ、他方のステム１３には、冷陰極４に接続された陰極端子１５、１５並びにハウジング２内を排気するための排気管１６が設けられている（図２の（Ｂ）参照）。この排気管１６は、ハウジング内を真空状態に排気した後に、溶接することによって密封される。冷陰極４と陽極５は、それぞれ端子１４、１５を介して導線７により電極間に電圧を印加する高電圧電源８に接続されている。
この装置１は、高真空状態で稼動させるものであり（ハウジングの真空度は、１×１０−２〜１×１０−７Ｐａ程度、特に１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ程度とすることが好ましい。)、ハウジング２及びステム１２、１３並びに排気管１６は金属、ガラス等の密封可能な耐圧性材料によって構成するが、これらの部材を同質の材料により構成した場合には、水素ガス炎等を用いて溶接することにより各部材を容易に接合することができるで好ましい。また、ハウジング２の形状は、円筒形の他断面が楕円形や四角形の筒状体等、任意の形状とすることができる。
【００１３】
この装置１を１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ程度の真空状態にして、冷陰極４と陽極５間に電源８により電圧を印加すると、冷陰極４の針状体の先端部に強電界が生じ、電界放射によって陽極５に向って電子（図１の点線矢印）が放出される。この電界放射は、電源８により制御することができる。そして、この電子が衝突することによって陽極５から発生したＸ線は、図１の実線矢印で示したように、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３からハウジング２の外部に向けて放射される（反射型Ｘ線発生装置）。
【００１４】
本発明のＸ線発生装置では、陽極５のわん曲面の曲率及び冷陰極４から陽極５までの距離等を調整することによって、Ｘ線透過材料からなる窓３から放出されるＸ線の照射方向を、平行或いは集束するように制御することが可能となる。従来のＸ線発生装置は点光源型で、Ｘ線の放射角度が９０度程度であり、非照射物との距離を離してＸ線発生装置を設置する必要があるため、非照射物に対してＸ線を効率良く集中させて照射することが困難であった。また、Ｘ線の出力が小さいために、充分な量のＸ線を照射することができなかった。これに対して、本発明のＸ線発生装置では、非照射物に対して大量のＸ線を効率良く集中させて照射することが可能となるので、例えば除電装置等に用いた場合に、Ｘ線の照射効率を大幅に改善することが可能となる。
【００１５】
図３は、Ｘ線発生装置の冷陰極４を構成する電極材料を示す拡大模式図である。
この電極材料１０１は、炭素繊維等の導電性繊維１０２の円周方向において、放射状に針状体１０３を成長させたものである。この電極材料１０１では、針状体１０３の先端部１０４における数密度が、根元部１０５における数密度に比較して大幅に減少したものとなる。したがって、この電極材料１０１を冷陰極４とし、これに対向する陽極５を設けた本発明のＸ線発生装置では、針状体１０３の先端部１０４に集中する電界が大幅に増加するので、低い陽極電圧により必要量の電子を引き出すことが可能となり、この電子により陽極５からＸ線を効率よく発生させることができる。
【００１６】
基材表面に針状体を有する材料を冷陰極の電極材料として使用することは公知であり（例えば、特許文献５、６参照）、本発明のＸ線発生装置では、これら公知の方法により得られる針状体を有する電極材料を冷陰極に使用することができる。
【特許文献５】特開２００７−７０１４０号公報
【特許文献６】特開２００１−３５４２４号公報
【００１７】
冷陰極４を構成する好ましい電極材料としては、炭素繊維、或いは銅、金、銀、白金、アルミニウム等の金属繊維等の導電性繊維或いはステンレス、ＮｉＯ２合金等からなる線材（以下、これらをまとめて単に「導電性繊維」という）の円周方向に、放射状に針状体を密集させて形成した電極材料が挙げられる。
このような針状体としては、特許文献５に記載されたプラズマＣＶＤ法により形成される針状炭素膜、特に基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成した針状体（以下、「カーボンナノエックス：ＣＮＸ」と略記することがある）が挙げられる。（図４にＣＮＸのＳＥＭ映像を示す。）
また、特許文献６に記載された大気開放型ＣＶＤ法により形成される、酸化亜鉛をはじめとする金属酸化物の針状体を使用してもよい。
【００１８】
導電性繊維の表面に形成する針状体の長さは５〜３０μｍ程度、フィールドエミッションにおける電界係数β値は１０００〜５０００程度、密度は１０４〜１０８本／ｍｍ２程度とすることが好ましい。
この導電性繊維の円周方向に針状体を成長させた電極材料は、小さな電界で大きな放射電流特性を示すことから、Ｘ線発生装置の冷陰極を構成する材料として好適に用いられる。針状体の先端部には、所望により金属酸化物膜又はアモルファス炭素系膜等から選択された導電性被膜（トップコート）を設けることによって、電界集中係数をさらに向上させることができる。トップコートを構成する好ましい材料としては、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、アモルファス水素化窒化炭素、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
このような電極材料を使用することによって、本発明のＸ線発生装置では電極間に印加する電圧が０．５ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ、特に１ｋｅＶ〜４ｋｅＶといった低電圧においても、効率良くＸ線を発生させることが可能となる。針状体を形成する基材としては、導電性繊維に代えて幅の狭い長尺の板状体を使用するようにしてもよい。
【００１９】
図５は、本発明のＸ線発生装置の他の例を示す模式図（斜視図）である。
この装置１１では、陽極５’を断面が円形の多数の棒状体９を長手方向に並べて、陽極５’の断面がわん曲面となるように接合することによって構成したものである。また、陽極５’を構成する各棒状体を両外側から順次１本ずつ導線７で１対にして、それぞれ可変直流高電圧電源８’に接続することによって、各対となる棒状体に印加する電圧を他の棒状体から独立して制御することができるようにしたものである。陽極５’を構成する各棒状体は、ハウジング２の両側に設けたボタン型ステムのフィールドスルー端子に溶接することによって固定している。この装置１１の他の構成は、図１〜図３のＸ線発生装置１と同様である。このＸ線発生装置１１では、各棒状体陽極９に印加する電圧により、冷陰極表面の電界を精密に制御できる。冷陰極から制御されて放射される電子の量とその加速速度が変更可能となるために、例えば除電装置のＸ線源に使用した場合に、照射距離、対象物質の形状、及び不均一帯電等に関係なく、効率的に除電を行うことができる。
この例では、Ｘ線発生装置の陽極５’を、断面が円形の多数の棒状体９を長手方向に並べて接合することによって構成したが、棒状体に代えて中空の管状体を接合することによって、陽極５’を構成するようにしてもよい。
【００２０】
図６は、本発明のＸ線発生装置の他の例を示す概念図である。
この装置２１は、図１のＸ線発生装置１において、冷陰極４と陽極５の間に、例えばステンレス鋼等の金属材料により構成されたメッシュ状或いは格子状の引出し電極（ゲート電極）６を設けると共に、冷陰極４と引出し電極６を導線７により電極間に電圧を印加する高電圧電源１０に接続したものである。装置２１の他の構成は、図１の装置１と同様である。この装置２１では、冷陰極４のウィスカー先端から放出された電子は、引出し電極６により陽極電圧とは独立して非常に低電圧で必要な電子量を引き出すことができ、この引き出された電子を陽極電圧によりターゲット（陽極）に衝突させてＸ線エネルギーを制御することができる。引き出し電極６の形状や寸法は任意であるが、陽極５の形状と同様にわん曲させるとともに、陽極の寸法に見合うものとすることが好ましい。
また、図６に示す配線において、引き出し電極６を接地し、陽極５と引き出し電極６間に正極電源８を、陰極４と引き出し電極６間に負極電源１０を結線してもよい。
【００２１】
図７及び図８は、本発明のＸ線発生装置のさらに他の例を示す模式図であり、図７は装置の横断面図である。また、図８は装置を構成する電極の端子接続図である。
この装置２０１では、図５の装置２１において、陽極５’を断面が円形の棒状体ａ〜ｊ及びａ’〜ｊ’を楕円の片側の円周上に配置することによって構成し、この楕円の長軸と短軸の交点に冷陰極４を配置したものである。また、断面が円弧状の真空ハウジング２には、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３が設けられている。
この例では、上記の構成を採用することによって、対となる電極毎に独立して印加する電圧を制御可能としてＸ線の照射量を均一にするとともに、窓３からＸ線が略平行に放射されるようにしたものである。この装置２０１の他の構成は、図５の装置２１と同様である。
【００２２】
図９は、本発明のＸ線発生装置を、ＬＳＩや液晶製造プロセス等で用いられる除電装置に適用した１例を示す模式図で、図９の（Ａ）は装置の要部を示す平面図、そして（Ｂ）は同じく正面図である。
この除電装置３１は、液晶基板等の帯電物体３２を支持し搬送するベルトコンベヤーからなる支持手段３３、及び該支持手段３３に近接して配置した本発明のＸ線発生装置１を具備するものである。Ｘ線発生装置１は、帯電物体３２を支持するベルトコンベヤーの幅方向の全長にわたる長さのものとし、発生するＸ線を帯電物体３２全体に均等に照射することができるように構成している。ベルトコンベヤー３３は、複数のロール３４によって支持され、基板３２を矢印方向に搬送する。除電装置３１の要部を構成するこれらの部材は、Ｘ線の漏洩を防止するために、アルミニウムのような金属薄板からなる遮蔽カバー（図示せず）により覆うことが好ましい。また、ベルトコンベヤー３３に代えてチェインコンベヤー等他の搬送手段を使用することもできる。
【００２３】
図１０は、従来のＸ線発生装置を使用した除電装置を示す模式図である。
この除電装置４１では、１つ或いは複数の点線源に近いＸ線発生装置１’をＸ線源として使用することから、帯電物体３２全体にＸ線を照射するためには、Ｘ線発生装置１’は帯電物体３２から少なくとも６０ｃｍ以上離れた位置に設置する必要がある。
また、図１０の点線で示したように、Ｘ線は線源から広く拡散するように放射されるために、帯電物体に対してＸ線を集中的に照射することはできない。除電装置の除電性能は、Ｘ線源と帯電物体との距離の３乗に反比例して低下することから、この除電装置４１の除電性能は充分なものとは言えなかった。
【００２４】
これに対して、図９の除電装置３１では、例えば図１に示した本発明のＸ線発生装置１を使用することによって、Ｘ線の発生効率が格段に向上し、しかも発生したＸ線を図９の点線で示したように、帯電物体３２に対して集中してかつ帯電物体３２全体に均等に照射することが可能となるので除電性能が極めて優れたものとなる。また、Ｘ線発生装置１を帯電物体３２と近接させて配置することができることから、装置を小型化して価格を大幅に低下させることが可能となる。
【００２５】
図１１は、本発明の除電装置の他の例を示す模式図（正面図）である。
この除電装置５１は、図９の除電装置３１において、ベルトコンベヤー３３に代えて多数の細長い剛性棒状体の両端をチェインで連結したチェインコンベヤー５３を使用している。そして、２つのＸ線発生装置１、１を帯電物体３２を挟むように帯電物体３２を支持するチェインコンベヤー５３の両側に配置している。装置５１の他の構成は、図９の除電装置３１と同様である。
この装置５１では、図１１の点線で示したように、帯電物体３２の表裏両側からＸ線を照射することができるので、帯電物体３２の除電効率を一段と向上させることができる。
【実施例】
【００２６】
次に、実施例により本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
(製造例１：冷陰極構成材料（エミッタ）の作製）
基材となる直径１ｍｍで長さ６８ｍｍのＳＵＳ３０４製線材を、プラズマＣＶＤ装置成膜室内の陽極電極上にセットし成膜室内を真空排気した。メタン（ＣＨ４）/Ｈ２ガスの混合比１／１２で、成膜室内にメタンとＨ２を流し、室内圧力を８０Ｔｏｒｒとなるように制御した。次に、陽極電極と陰極電極間に５ｋｗの電力を投入し、メタン／Ｈ２による混合プラズマを生成させた。プラズマ中で、約１０００℃に加熱されたＳＵＳ３０４線材表面上に効率よくメタンが分解されたカーボンプリカーサが堆積し、成膜時間３０分でナノカーボン薄膜（ＣＮＸ）が成膜された。電力投入を停止後装置内を冷却し、Ｎ２で成膜室内をパージした後に、ＣＮＸが成膜されたＳＵＳ線材を取り出す。ＣＮＸが成膜されたＳＵＳ３０４線材からなる基材を以降エミッタと呼ぶ。
エミッタの電気特性（電流−電圧特性）を１×１０-４Ｐａの真空度で測定したところ、エミッタ表面上に２．５Ｖ／μｍの電界を印加すると、１０Ａ/ｃｍ２の電流が得られた。また走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でエミッタを観察した結果を図４の（Ａ）及び（Ｂ）（部分拡大図）に示す。これらの図に見られるように、エミッタには下部がピラミット型で頂上部にスピンドル状の長い太針が形成されており、その密度は１×１０７本/ｃｍ２であった。全体の長さは数１０μｍである。
【００２７】
（実施例１）
図１〜図３のＸ線発生装置１において、上記製造例１で得られた径１ｍｍ、長さ６８ｍｍのＣＮＸエミッタ陰極４と、板状体をわん曲加工した内径１３ｍｍ、板厚０．５ｍｍ、長さ７０ｍｍのタングステン製陽極５を、ベリリウムにより構成されたＸ線取り出し窓３があらかじめ溶接されたガラス製真空ハウジング２内に、エミッタ陰極４が中心となり、陽極５がハウジング２と同軸円筒状（半円部のみ）となるように配置した。
エミッタ陰極４と陽極５は、ハウジングの両側のガラスステム１２、１３に溶接加工した。この両側ステム１２、１３を真空ハウジング２に挿入し、水素炎等の加熱手段を用いて溶接することにより、Ｘ線発生装置１を作製した。組立を終了した装置１を排気管１６を介して超高真空排気装置（図示せず）に接続し、装置１を３００℃程度に加熱し、１×１０−５Ｐａ程度の真空度で約１夜真空排気したのち、冷却後排気管１６を水素炎で封止切断した。真空度を保持するために、ゲッターを入れておくことが好ましい。
【００２８】
得られたＸ線発生装置１の陰極端子１５と陽極端子１４を直流電源８に接続し、陽極端子を＋極、陰極端子１５を−極として、正電圧を０〜５ｋｖ迄印加していった。そのときの電圧に対するＸ線発生量を、５０００型サーベイメータ（東洋メディック製）にて測定した。Ｘ線発生装置１とサーベイメータの距離は５０ｍｍである。Ｘ線の発生量は、２ｋｖの電圧印加で１μＳｕ/ｈ以上で始まり、２．５ｋｖで１０μＳｕ/ｈ以上になった。この例で使用したサーベイメータは１０μＳｕ/ｈ以上の測定はできないため、測定を終了した。
上記のように、非常に低い電圧で高出力の軟Ｘ線が発生するのを確認した。
【００２９】
（実施例２）
製造例１で得られた径１ｍｍ長さ６８ｍｍのＣＮＸエミッタ陰極と、径１ｍｍで長さ８０ｍｍのタングステン製棒状体２０本を用いて、図７及び８のＸ線発生装置２０１を作製した。図７に示すように楕円の長軸と短軸の交点（中心）にエミッタ陰極４をおき、楕円の半円周上に円周と短軸との交点から左右対称に、陽極５’を構成する棒状体ａ，ｂ，ｃ…，ｊ，ａ’，ｂ’，ｃ’…，ｊ’をピッチ１ｍｍで各１０本配置した。
各陽極棒状体をハウジング２の両側のボタン型ガラスステムのフィードスルー端子に溶接して固定し、エミッタ陰極４も同様に固定した。次に、ベリリウムにより構成された窓３をあらかじめ溶接（Ｂｅ/ユバール／ユバールガラス）したガラス製の真空ハウジング２に挿入した後、ハウジング２と左右ステムを溶接し、Ｘ線発生装置２０１を組み立てた。次に、装置を３００℃のベーク温度で加熱しながら１×１０−５Ｐａ以下の真空度で１夜排気し、冷却後排気管を水素炎等で溶解封止してＸ線発生装置を完成させた。組立完成したＸ線発生装置の陽極側電極（１０本、左右対称のため）を一括して接続し、直流電源の＋極につなぎ、また陰極電極４を−極につないだ。
【００３０】
得られたＸ線発生装置に、直流電圧を０〜４ｋｖ迄昇圧しながら印加し、そのときのＸ線発生量を５０００型サーベイナータ（東洋メディック製）で測定した。
その結果、２．２ｋｖで１μＳｕ/ｈのＸ線の発生があり、３．０ｋｖで１０μＳｕ/ｈと非常に大きな出力が得られた。また、図８の端子接続図において、対電極（ａ，ａ’等）毎に電源と接続することにより、これらに印加する電圧を独立して制御することが可能となり、外周部においてＸ線発生量が低下することを防止することができた。この方法により、Ｘ線巾２０ｍｍで均一な１０μＳｕ/ｈ以上のＸ線発生を確認した。
【００３１】
上記の各例では、Ｘ線発生装置の冷陰極をＣＮＸエミッタにより構成した例について説明したが、ＣＮＸエミッタに代えて大気開放型ＣＶＤ法により導電性繊維等の基材表面に酸化亜鉛をはじめとする金属酸化物の針状体を形成した電極材料等を使用できることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のＸ線発生装置の１例を示す図である。
【図２】図１の装置の構成を示す模式図である。
【図３】図１の装置の冷陰極を構成する電極材料の拡大模式図である。
【図４】製造例１で得られた冷陰極を構成する電極材料のＳＥＭの映像で、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大映像である。
【図５】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図６】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図７】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図８】図７の装置を構成する電極の端子接続図である。
【図９】本発明のＸ線発生装置を使用した除電装置の１例を示す図である。
【図１０】従来のＸ線発生装置を使用した除電装置の１例を示す図である。
【図１１】本発明のＸ線発生装置を使用した除電装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，２１，２０１ Ｘ線発生装置
２ 真空ハウジング
３ 窓
４ 冷陰極
５ 陽極
６ 引出し電極
７ 導線
８、８’、１０ 電源
１２、１３ ステム
１４，１５ 端子
１６ 排気管
３１，４１，５１、 除電装置
３２ 帯電物体
３３ ベルトコンベヤー
３４ ロール
５３ チェーンコンベヤー
１０１ 電極材料
１０２ 導電性繊維
１０３ 針状体
１０４ 先端部
１０５ 根元部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉可能な真空ハウジング内に冷陰極と陽極を間隔を空けて対向配置した軟Ｘ線発生装置、及び該軟Ｘ線発生装置を用いた除電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を発生させる装置としては、従来タングステンフィラメント等の熱陰極を使用し、熱陰極から放出された熱電子によりターゲット（陽極）からＸ線を放射させる装置が、広く用いられている。しかしながら、熱陰極を使用したＸ線発生装置では、高出力の加熱源が必要となり、また陰極が非常に高温になるために周辺の熱対策設計が必要となるので、装置が大型化し高価なものとなる等の問題点があった。
【０００３】
このような問題点を解決するために、熱陰極に代えてカーボンナノチューブ等の材料により構成された冷陰極を用いたＸ線発生装置が種々提案されているが（例えば、特許文献１、２参照）、必要な線量のＸ線を安定して出力することが困難であるといった欠点があった。
【特許文献１】特開２００７−６６６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６２２７号公報
【０００４】
一方、Ｘ線発生装置の用途として、波長が１Å〜数百Åで低エネルギーの軟Ｘ線を用いて、帯電している物体から静電気を除去する除電装置が種々提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。これらの除電装置は、例えばＬＳＩや液晶製造プロセスにおいて、帯電したシリコンウエハや液晶用ガラス基板に低エネルギーの軟Ｘ線を照射することによって帯電物体の周辺の空気をイオン化し、帯電物体の電荷を中和するものである。
【特許文献３】特許第２７４９２０２号公報
【特許文献４】特開２００７−３０５５６５号公報
【０００５】
除電に用いる小型軟Ｘ線管は、Ｘ線を発生する陽極と電子を発生する陰極間の距離を狭くすることによって小型化を図っており、陰極・陽極間の距離が狭いために、比較的低い電圧で使用される。
従来の装置では、タングステンフィラメント等の比較的小径の熱陰極を用い、陰極から発生した熱電子が陽極電圧により加速され、ベリリウムのようなＸ線透過材料（窓）の表面に数μｍの厚みで成膜されたタングステン等のＸ線発生材料からなる陽極に衝突することで、発生したＸ線が透過窓を透過して外部に放射される。
【０００６】
Ｘ線による除電を行う場合、対象となる帯電物体にＸ線源を近接させて、かつＸ線照射面積を大面積化することができれば、Ｘ線の強度分布の均一化が可能となり、比較的低電圧での操作が可能になる。
しかしながら、従来のＸ線管においては、点光源的な線源から放射されるＸ線の放射角度は９０〜１５０度程度である。したがって、対象物に近づけると小面積しか除電することができないので、通常は対象物から１ｍ程度離した位置にＸ線管を配置する。このため、Ｘ線強度の距離による低下や、照射面積内でのＸ線の強度分布が生じ、均一な除電を短時間で行うことができない。また、装置を小型化した場合には、自然冷却方式で使用する場合、通常９〜１０ｋＶの電圧で０．１〜０．２ｍＡ程度の小出力となり、大出力の装置とすることは困難である。
【０００７】
このため、図１０にみられるように、従来のＸ線除電装置では、Ｘ線源を帯電物体から相当離れた位置に配置して照射面積の増大化を行うか、複数のＸ線源を設置することが必要であった。そして、Ｘ線出力が小さいために、除電性能はＸ線源と帯電物体との距離の３乗に反比例して低下するとともに、照射領域内でＸ線の強度分布が発生することから、除電性能の点でも極めて不利であった。
また、従来のＸ線除電装置では、帯電物体に対して線源から発生するＸ線を集中的に照射して効率良く除電することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明はこれら従来技術の問題点を解消して、小さな電界で大きな出力の軟Ｘ線を安定した状態で大面積状に発生することができるとともに、発生したＸ線の照射方向を制御して非照射物に対して効率良く集中させて照射することが可能な、安価で性能の良い軟Ｘ線発生装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、帯電物体に近接して前記軟Ｘ線発生装置を配置した、小型化可能で除電性能に優れた除電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】
【０００９】
本発明者等は鋭意検討した結果、筒状の真空ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置し、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することによって、上記課題が解決されることを発見し、本発明を完成した。
すなわち、本発明はつぎの１〜１５の構成を採用するものである。
１．密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
２．前記冷陰極と前記陽極の間にメッシュ状又は格子状のわん曲した引き出し電極を前記陽極と略平行に配置したことを特徴とする１に記載の軟Ｘ線発生装置。
３．前記ハウジングの冷陰極側に、Ｘ線透過性物質により構成された窓を設けたことを特徴とする１又は２に記載の軟Ｘ線発生装置。
４．前記陽極をＸ線反射層としたことを特徴とする１〜３のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
５．前記冷陰極を構成する電極材料が、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を形成したものであることを特徴とする１〜４のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
６．前記針状体が、先端部に導電性被膜を設けたものであることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
７．前記針状体が、基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成したものであることを特徴とする１〜６のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
８．前記陽極を板状体により構成したことを特徴とする１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
９．前記陽極を複数の棒状体又は管状体により構成したことを特徴とする１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１０．前記陽極を構成するそれぞれの棒状体又は管状体に印加する電圧を、他の棒状体又は管状体とは独立して制御可能としたことを特徴とする９に記載の軟Ｘ線発生装置。
１１．前記陽極のわん曲面の焦点又はその近傍に前記冷陰極を配置して、軟Ｘ線発生装置から放射されるＸ線が平行に放射されるように構成したことを特徴とする１〜１０のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１２．前記電極間に印加する電圧が０．５〜１０ｋｅＶであることを特徴とする１〜１１のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
１３．１〜１２のいずれかに記載された軟Ｘ線発生装置と、前記軟Ｘ線発生装置に近接して配置した帯電物体を支持する支持手段を有することを特徴とする除電装置。
１４．前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体の幅方向の全長にわたって配置したことを特徴とする１３に記載の除電装置。
１５．前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体を挟んで前記帯電物体の両側に配置したことを特徴とする１３又は１４に記載の除電装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小さな電界で大きな出力の軟Ｘ線を安定した状態で発生することができるとともに、発生したＸ線の照射方向を制御して非照射物に対して効率良く集中させて照射することが可能な、安価で性能の良い軟Ｘ線発生装置を得ることができる。
また、この軟Ｘ線発生装置を用いた除電装置では、帯電物体に近接した位置にＸ線源を配置することが可能となるので、装置の小型化と低価格化が可能となる。さらに、発生したＸ線を帯電物体の幅方向全体にわたって効率良く集中させて照射することができ、かつ陽極電極を制御することで帯電物体との距離が変更されても必要なＸ線量を照射することができるので、除電性能を大幅に改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明のＸ線発生装置の１例を示す図である。図１は装置全体の構成を示す概念図、図２の（Ａ）は装置の構成を示す模式図（斜視図）、図２の（Ｂ）は装置の縦断面模式図、そして図３は冷陰極を構成する電極材料の拡大模式図である。
このＸ線発生装置１は、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３を設けた密閉可能な円筒状の真空ハウジング２内に、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を密集して形成させた電極材料１０１により構成された冷陰極４をハウジングの中心に配置し、陽極５を間隔を空けて冷陰極４と平行に対向配置したものである。
【００１２】
陽極５は、タングステン、銅等の金属材料により構成されたターゲット極で、一枚の板状体を曲げ加工することによって円筒状の真空ハウジング２と類似するわん曲面を有する形状とし、ハウジング２の内壁面に長手方向に沿って配置している。ハウジング２の両端には、ボタン型のステム１２、１３を溶接してハウジング２を密封する。一方のステム１２には、陽極５に接続された陽極端子１４、１４が設けられ、他方のステム１３には、冷陰極４に接続された陰極端子１５、１５並びにハウジング２内を排気するための排気管１６が設けられている（図２の（Ｂ）参照）。この排気管１６は、ハウジング内を真空状態に排気した後に、溶接することによって密封される。冷陰極４と陽極５は、それぞれ端子１４、１５を介して導線７により電極間に電圧を印加する高電圧電源８に接続されている。
この装置１は、高真空状態で稼動させるものであり（ハウジングの真空度は、１×１０−２〜１×１０−７Ｐａ程度、特に１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ程度とすることが好ましい。)、ハウジング２及びステム１２、１３並びに排気管１６は金属、ガラス等の密封可能な耐圧性材料によって構成するが、これらの部材を同質の材料により構成した場合には、水素ガス炎等を用いて溶接することにより各部材を容易に接合することができるで好ましい。また、ハウジング２の形状は、円筒形の他断面が楕円形や四角形の筒状体等、任意の形状とすることができる。
【００１３】
この装置１を１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ程度の真空状態にして、冷陰極４と陽極５間に電源８により電圧を印加すると、冷陰極４の針状体の先端部に強電界が生じ、電界放射によって陽極５に向って電子（図１の点線矢印）が放出される。この電界放射は、電源８により制御することができる。そして、この電子が衝突することによって陽極５から発生したＸ線は、図１の実線矢印で示したように、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３からハウジング２の外部に向けて放射される（反射型Ｘ線発生装置）。
【００１４】
本発明のＸ線発生装置では、陽極５のわん曲面の曲率及び冷陰極４から陽極５までの距離等を調整することによって、Ｘ線透過材料からなる窓３から放出されるＸ線の照射方向を、平行或いは集束するように制御することが可能となる。従来のＸ線発生装置は点光源型で、Ｘ線の放射角度が９０度程度であり、非照射物との距離を離してＸ線発生装置を設置する必要があるため、非照射物に対してＸ線を効率良く集中させて照射することが困難であった。また、Ｘ線の出力が小さいために、充分な量のＸ線を照射することができなかった。これに対して、本発明のＸ線発生装置では、非照射物に対して大量のＸ線を効率良く集中させて照射することが可能となるので、例えば除電装置等に用いた場合に、Ｘ線の照射効率を大幅に改善することが可能となる。
【００１５】
図３は、Ｘ線発生装置の冷陰極４を構成する電極材料を示す拡大模式図である。
この電極材料１０１は、炭素繊維等の導電性繊維１０２の円周方向において、放射状に針状体１０３を成長させたものである。この電極材料１０１では、針状体１０３の先端部１０４における数密度が、根元部１０５における数密度に比較して大幅に減少したものとなる。したがって、この電極材料１０１を冷陰極４とし、これに対向する陽極５を設けた本発明のＸ線発生装置では、針状体１０３の先端部１０４に集中する電界が大幅に増加するので、低い陽極電圧により必要量の電子を引き出すことが可能となり、この電子により陽極５からＸ線を効率よく発生させることができる。
【００１６】
基材表面に針状体を有する材料を冷陰極の電極材料として使用することは公知であり（例えば、特許文献５、６参照）、本発明のＸ線発生装置では、これら公知の方法により得られる針状体を有する電極材料を冷陰極に使用することができる。
【特許文献５】特開２００７−７０１４０号公報
【特許文献６】特開２００１−３５４２４号公報
【００１７】
冷陰極４を構成する好ましい電極材料としては、炭素繊維、或いは銅、金、銀、白金、アルミニウム等の金属繊維等の導電性繊維或いはステンレス、ＮｉＯ２合金等からなる線材（以下、これらをまとめて単に「導電性繊維」という）の円周方向に、放射状に針状体を密集させて形成した電極材料が挙げられる。
このような針状体としては、特許文献５に記載されたプラズマＣＶＤ法により形成される針状炭素膜、特に基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成した針状体（以下、「カーボンナノエックス：ＣＮＸ」と略記することがある）が挙げられる。（図４にＣＮＸのＳＥＭ映像を示す。）
また、特許文献６に記載された大気開放型ＣＶＤ法により形成される、酸化亜鉛をはじめとする金属酸化物の針状体を使用してもよい。
【００１８】
導電性繊維の表面に形成する針状体の長さは５〜３０μｍ程度、フィールドエミッションにおける電界係数β値は１０００〜５０００程度、密度は１０４〜１０８本／ｍｍ２程度とすることが好ましい。
この導電性繊維の円周方向に針状体を成長させた電極材料は、小さな電界で大きな放射電流特性を示すことから、Ｘ線発生装置の冷陰極を構成する材料として好適に用いられる。針状体の先端部には、所望により金属酸化物膜又はアモルファス炭素系膜等から選択された導電性被膜（トップコート）を設けることによって、電界集中係数をさらに向上させることができる。トップコートを構成する好ましい材料としては、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、アモルファス水素化窒化炭素、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
このような電極材料を使用することによって、本発明のＸ線発生装置では電極間に印加する電圧が０．５ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ、特に１ｋｅＶ〜４ｋｅＶといった低電圧においても、効率良くＸ線を発生させることが可能となる。針状体を形成する基材としては、導電性繊維に代えて幅の狭い長尺の板状体を使用するようにしてもよい。
【００１９】
図５は、本発明のＸ線発生装置の他の例を示す模式図（斜視図）である。
この装置１１では、陽極５’を断面が円形の多数の棒状体９を長手方向に並べて、陽極５’の断面がわん曲面となるように接合することによって構成したものである。また、陽極５’を構成する各棒状体を両外側から順次１本ずつ導線７で１対にして、それぞれ可変直流高電圧電源８’に接続することによって、各対となる棒状体に印加する電圧を他の棒状体から独立して制御することができるようにしたものである。陽極５’を構成する各棒状体は、ハウジング２の両側に設けたボタン型ステムのフィールドスルー端子に溶接することによって固定している。この装置１１の他の構成は、図１〜図３のＸ線発生装置１と同様である。このＸ線発生装置１１では、各棒状体陽極９に印加する電圧により、冷陰極表面の電界を精密に制御できる。冷陰極から制御されて放射される電子の量とその加速速度が変更可能となるために、例えば除電装置のＸ線源に使用した場合に、照射距離、対象物質の形状、及び不均一帯電等に関係なく、効率的に除電を行うことができる。
この例では、Ｘ線発生装置の陽極５’を、断面が円形の多数の棒状体９を長手方向に並べて接合することによって構成したが、棒状体に代えて中空の管状体を接合することによって、陽極５’を構成するようにしてもよい。
【００２０】
図６は、本発明のＸ線発生装置の他の例を示す概念図である。
この装置２１は、図１のＸ線発生装置１において、冷陰極４と陽極５の間に、例えばステンレス鋼等の金属材料により構成されたメッシュ状或いは格子状の引出し電極（ゲート電極）６を設けると共に、冷陰極４と引出し電極６を導線７により電極間に電圧を印加する高電圧電源１０に接続したものである。装置２１の他の構成は、図１の装置１と同様である。この装置２１では、冷陰極４のウィスカー先端から放出された電子は、引出し電極６により陽極電圧とは独立して非常に低電圧で必要な電子量を引き出すことができ、この引き出された電子を陽極電圧によりターゲット（陽極）に衝突させてＸ線エネルギーを制御することができる。引き出し電極６の形状や寸法は任意であるが、陽極５の形状と同様にわん曲させるとともに、陽極の寸法に見合うものとすることが好ましい。
また、図６に示す配線において、引き出し電極６を接地し、陽極５と引き出し電極６間に正極電源８を、陰極４と引き出し電極６間に負極電源１０を結線してもよい。
【００２１】
図７及び図８は、本発明のＸ線発生装置のさらに他の例を示す模式図であり、図７は装置の横断面図である。また、図８は装置を構成する電極の端子接続図である。
この装置２０１では、図５の装置２１において、陽極５’を断面が円形の棒状体ａ〜ｊ及びａ’〜ｊ’を楕円の片側の円周上に配置することによって構成し、この楕円の長軸と短軸の交点に冷陰極４を配置したものである。また、断面が円弧状の真空ハウジング２には、ベリリウム等のＸ線透過材料からなる窓３が設けられている。
この例では、上記の構成を採用することによって、対となる電極毎に独立して印加する電圧を制御可能としてＸ線の照射量を均一にするとともに、窓３からＸ線が略平行に放射されるようにしたものである。この装置２０１の他の構成は、図５の装置２１と同様である。
【００２２】
図９は、本発明のＸ線発生装置を、ＬＳＩや液晶製造プロセス等で用いられる除電装置に適用した１例を示す模式図で、図９の（Ａ）は装置の要部を示す平面図、そして（Ｂ）は同じく正面図である。
この除電装置３１は、液晶基板等の帯電物体３２を支持し搬送するベルトコンベヤーからなる支持手段３３、及び該支持手段３３に近接して配置した本発明のＸ線発生装置１を具備するものである。Ｘ線発生装置１は、帯電物体３２を支持するベルトコンベヤーの幅方向の全長にわたる長さのものとし、発生するＸ線を帯電物体３２全体に均等に照射することができるように構成している。ベルトコンベヤー３３は、複数のロール３４によって支持され、基板３２を矢印方向に搬送する。除電装置３１の要部を構成するこれらの部材は、Ｘ線の漏洩を防止するために、アルミニウムのような金属薄板からなる遮蔽カバー（図示せず）により覆うことが好ましい。また、ベルトコンベヤー３３に代えてチェインコンベヤー等他の搬送手段を使用することもできる。
【００２３】
図１０は、従来のＸ線発生装置を使用した除電装置を示す模式図である。
この除電装置４１では、１つ或いは複数の点線源に近いＸ線発生装置１’をＸ線源として使用することから、帯電物体３２全体にＸ線を照射するためには、Ｘ線発生装置１’は帯電物体３２から少なくとも６０ｃｍ以上離れた位置に設置する必要がある。
また、図１０の点線で示したように、Ｘ線は線源から広く拡散するように放射されるために、帯電物体に対してＸ線を集中的に照射することはできない。除電装置の除電性能は、Ｘ線源と帯電物体との距離の３乗に反比例して低下することから、この除電装置４１の除電性能は充分なものとは言えなかった。
【００２４】
これに対して、図９の除電装置３１では、例えば図１に示した本発明のＸ線発生装置１を使用することによって、Ｘ線の発生効率が格段に向上し、しかも発生したＸ線を図９の点線で示したように、帯電物体３２に対して集中してかつ帯電物体３２全体に均等に照射することが可能となるので除電性能が極めて優れたものとなる。また、Ｘ線発生装置１を帯電物体３２と近接させて配置することができることから、装置を小型化して価格を大幅に低下させることが可能となる。
【００２５】
図１１は、本発明の除電装置の他の例を示す模式図（正面図）である。
この除電装置５１は、図９の除電装置３１において、ベルトコンベヤー３３に代えて多数の細長い剛性棒状体の両端をチェインで連結したチェインコンベヤー５３を使用している。そして、２つのＸ線発生装置１、１を帯電物体３２を挟むように帯電物体３２を支持するチェインコンベヤー５３の両側に配置している。装置５１の他の構成は、図９の除電装置３１と同様である。
この装置５１では、図１１の点線で示したように、帯電物体３２の表裏両側からＸ線を照射することができるので、帯電物体３２の除電効率を一段と向上させることができる。
【実施例】
【００２６】
次に、実施例により本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
(製造例１：冷陰極構成材料（エミッタ）の作製）
基材となる直径１ｍｍで長さ６８ｍｍのＳＵＳ３０４製線材を、プラズマＣＶＤ装置成膜室内の陽極電極上にセットし成膜室内を真空排気した。メタン（ＣＨ４）/Ｈ２ガスの混合比１／１２で、成膜室内にメタンとＨ２を流し、室内圧力を８０Ｔｏｒｒとなるように制御した。次に、陽極電極と陰極電極間に５ｋｗの電力を投入し、メタン／Ｈ２による混合プラズマを生成させた。プラズマ中で、約１０００℃に加熱されたＳＵＳ３０４線材表面上に効率よくメタンが分解されたカーボンプリカーサが堆積し、成膜時間３０分でナノカーボン薄膜（ＣＮＸ）が成膜された。電力投入を停止後装置内を冷却し、Ｎ２で成膜室内をパージした後に、ＣＮＸが成膜されたＳＵＳ線材を取り出す。ＣＮＸが成膜されたＳＵＳ３０４線材からなる基材を以降エミッタと呼ぶ。
エミッタの電気特性（電流−電圧特性）を１×１０-４Ｐａの真空度で測定したところ、エミッタ表面上に２．５Ｖ／μｍの電界を印加すると、１０Ａ/ｃｍ２の電流が得られた。また走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でエミッタを観察した結果を図４の（Ａ）及び（Ｂ）（部分拡大図）に示す。これらの図に見られるように、エミッタには下部がピラミット型で頂上部にスピンドル状の長い太針が形成されており、その密度は１×１０７本/ｃｍ２であった。全体の長さは数１０μｍである。
【００２７】
（実施例１）
図１〜図３のＸ線発生装置１において、上記製造例１で得られた径１ｍｍ、長さ６８ｍｍのＣＮＸエミッタ陰極４と、板状体をわん曲加工した内径１３ｍｍ、板厚０．５ｍｍ、長さ７０ｍｍのタングステン製陽極５を、ベリリウムにより構成されたＸ線取り出し窓３があらかじめ溶接されたガラス製真空ハウジング２内に、エミッタ陰極４が中心となり、陽極５がハウジング２と同軸円筒状（半円部のみ）となるように配置した。
エミッタ陰極４と陽極５は、ハウジングの両側のガラスステム１２、１３に溶接加工した。この両側ステム１２、１３を真空ハウジング２に挿入し、水素炎等の加熱手段を用いて溶接することにより、Ｘ線発生装置１を作製した。組立を終了した装置１を排気管１６を介して超高真空排気装置（図示せず）に接続し、装置１を３００℃程度に加熱し、１×１０−５Ｐａ程度の真空度で約１夜真空排気したのち、冷却後排気管１６を水素炎で封止切断した。真空度を保持するために、ゲッターを入れておくことが好ましい。
【００２８】
得られたＸ線発生装置１の陰極端子１５と陽極端子１４を直流電源８に接続し、陽極端子を＋極、陰極端子１５を−極として、正電圧を０〜５ｋｖ迄印加していった。そのときの電圧に対するＸ線発生量を、５０００型サーベイメータ（東洋メディック製）にて測定した。Ｘ線発生装置１とサーベイメータの距離は５０ｍｍである。Ｘ線の発生量は、２ｋｖの電圧印加で１μＳｕ/ｈ以上で始まり、２．５ｋｖで１０μＳｕ/ｈ以上になった。この例で使用したサーベイメータは１０μＳｕ/ｈ以上の測定はできないため、測定を終了した。
上記のように、非常に低い電圧で高出力の軟Ｘ線が発生するのを確認した。
【００２９】
（実施例２）
製造例１で得られた径１ｍｍ長さ６８ｍｍのＣＮＸエミッタ陰極と、径１ｍｍで長さ８０ｍｍのタングステン製棒状体２０本を用いて、図７及び８のＸ線発生装置２０１を作製した。図７に示すように楕円の長軸と短軸の交点（中心）にエミッタ陰極４をおき、楕円の半円周上に円周と短軸との交点から左右対称に、陽極５’を構成する棒状体ａ，ｂ，ｃ…，ｊ，ａ’，ｂ’，ｃ’…，ｊ’をピッチ１ｍｍで各１０本配置した。
各陽極棒状体をハウジング２の両側のボタン型ガラスステムのフィードスルー端子に溶接して固定し、エミッタ陰極４も同様に固定した。次に、ベリリウムにより構成された窓３をあらかじめ溶接（Ｂｅ/ユバール／ユバールガラス）したガラス製の真空ハウジング２に挿入した後、ハウジング２と左右ステムを溶接し、Ｘ線発生装置２０１を組み立てた。次に、装置を３００℃のベーク温度で加熱しながら１×１０−５Ｐａ以下の真空度で１夜排気し、冷却後排気管を水素炎等で溶解封止してＸ線発生装置を完成させた。組立完成したＸ線発生装置の陽極側電極（１０本、左右対称のため）を一括して接続し、直流電源の＋極につなぎ、また陰極電極４を−極につないだ。
【００３０】
得られたＸ線発生装置に、直流電圧を０〜４ｋｖ迄昇圧しながら印加し、そのときのＸ線発生量を５０００型サーベイナータ（東洋メディック製）で測定した。
その結果、２．２ｋｖで１μＳｕ/ｈのＸ線の発生があり、３．０ｋｖで１０μＳｕ/ｈと非常に大きな出力が得られた。また、図８の端子接続図において、対電極（ａ，ａ’等）毎に電源と接続することにより、これらに印加する電圧を独立して制御することが可能となり、外周部においてＸ線発生量が低下することを防止することができた。この方法により、Ｘ線巾２０ｍｍで均一な１０μＳｕ/ｈ以上のＸ線発生を確認した。
【００３１】
上記の各例では、Ｘ線発生装置の冷陰極をＣＮＸエミッタにより構成した例について説明したが、ＣＮＸエミッタに代えて大気開放型ＣＶＤ法により導電性繊維等の基材表面に酸化亜鉛をはじめとする金属酸化物の針状体を形成した電極材料等を使用できることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のＸ線発生装置の１例を示す図である。
【図２】図１の装置の構成を示す模式図である。
【図３】図１の装置の冷陰極を構成する電極材料の拡大模式図である。
【図４】製造例１で得られた冷陰極を構成する電極材料のＳＥＭの映像で、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大映像である。
【図５】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図６】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図７】本発明のＸ線発生装置の他の例を示す図である。
【図８】図７の装置を構成する電極の端子接続図である。
【図９】本発明のＸ線発生装置を使用した除電装置の１例を示す図である。
【図１０】従来のＸ線発生装置を使用した除電装置の１例を示す図である。
【図１１】本発明のＸ線発生装置を使用した除電装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，２１，２０１ Ｘ線発生装置
２ 真空ハウジング
３ 窓
４ 冷陰極
５ 陽極
６ 引出し電極
７ 導線
８、８’、１０ 電源
１２、１３ ステム
１４，１５ 端子
１６ 排気管
３１，４１，５１、 除電装置
３２ 帯電物体
３３ ベルトコンベヤー
３４ ロール
５３ チェーンコンベヤー
１０１ 電極材料
１０２ 導電性繊維
１０３ 針状体
１０４ 先端部
１０５ 根元部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記冷陰極と前記陽極の間にメッシュ状又は格子状のわん曲した引き出し電極を前記陽極と略平行に配置したことを特徴とする請求項１に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記ハウジングの冷陰極側に、Ｘ線透過性物質により構成された窓を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記陽極をＸ線反射層としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記冷陰極を構成する電極材料が、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を形成したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記針状体が、先端部に導電性被膜を設けたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項７】
前記針状体が、基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項８】
前記陽極を板状体により構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項９】
前記陽極を複数の棒状体又は管状体により構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１０】
前記陽極を構成するそれぞれの棒状体又は管状体に印加する電圧を、他の棒状体又は管状体とは独立して制御可能としたことを特徴とする請求項９に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１１】
前記陽極のわん曲面の焦点又はその近傍に前記冷陰極を配置して、軟Ｘ線発生装置から放射されるＸ線が平行に放射されるように構成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１２】
前記電極間に印加する電圧が０．５〜１０ｋｅＶであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載された軟Ｘ線発生装置と、前記軟Ｘ線発生装置に近接して配置した帯電物体を支持する支持手段を有することを特徴とする除電装置。
【請求項１４】
前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体の幅方向の全長にわたって配置したことを特徴とする請求項１３に記載の除電装置。
【請求項１５】
前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体を挟んで前記帯電物体の両側に配置したことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の除電装置。
【請求項１】
密閉可能な筒状の真空ハウジング内に、ハウジングの内壁面の長手方向に沿ってＸ線放出物質により構成されたわん曲面を有する陽極を設け、基材表面に針状体を密集して形成させた電極材料からなる冷陰極を前記陽極と間隔を空けて平行に配置してなり、陽極から発生するＸ線を冷陰極側に放射することを特徴とする軟Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記冷陰極と前記陽極の間にメッシュ状又は格子状のわん曲した引き出し電極を前記陽極と略平行に配置したことを特徴とする請求項１に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記ハウジングの冷陰極側に、Ｘ線透過性物質により構成された窓を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記陽極をＸ線反射層としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記冷陰極を構成する電極材料が、導電性繊維の円周方向に放射状に針状体を形成したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項６】
前記針状体が、先端部に導電性被膜を設けたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項７】
前記針状体が、基部にその周囲を壁状に取り囲む炭素膜を有し、その中央部に炭素により構成された針状体を形成したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項８】
前記陽極を板状体により構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項９】
前記陽極を複数の棒状体又は管状体により構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１０】
前記陽極を構成するそれぞれの棒状体又は管状体に印加する電圧を、他の棒状体又は管状体とは独立して制御可能としたことを特徴とする請求項９に記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１１】
前記陽極のわん曲面の焦点又はその近傍に前記冷陰極を配置して、軟Ｘ線発生装置から放射されるＸ線が平行に放射されるように構成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１２】
前記電極間に印加する電圧が０．５〜１０ｋｅＶであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の軟Ｘ線発生装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載された軟Ｘ線発生装置と、前記軟Ｘ線発生装置に近接して配置した帯電物体を支持する支持手段を有することを特徴とする除電装置。
【請求項１４】
前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体の幅方向の全長にわたって配置したことを特徴とする請求項１３に記載の除電装置。
【請求項１５】
前記軟Ｘ線発生装置を、前記帯電物体を挟んで前記帯電物体の両側に配置したことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の除電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２１２０１０（Ｐ２００９−２１２０１０Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５４６８（Ｐ２００８−５５４６８）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５０７１０３９５０）株式会社大河原製作所 (2)
【出願人】（５０４０８７９０５）
【出願人】（５０６０３６７８１）株式会社ライフ技術研究所 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（５０７１０３９５０）株式会社大河原製作所 (2)
【出願人】（５０４０８７９０５）
【出願人】（５０６０３６７８１）株式会社ライフ技術研究所 (7)
【Ｆターム（参考）】
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