JP4839475B2

JP4839475B2 - Ｘ線照射型イオナイザ

Info

Publication number: JP4839475B2
Application number: JP2006262399A
Authority: JP
Inventors: 潤河合; 好則細川; 茂雄岡本
Original assignee: Kyoto University
Current assignee: Kyoto University
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: JP2008084656A

Description

この発明は、Ｘ線を利用した、Ｘ線照射型イオナイザに関する。

電子デバイス、例えば液晶パネルやプラズマディスプレイパネル等の製造工程においてはクーンルーム下で行われており、これらの製造工程において静電気が発生した際には、電子デバイスを構成する絶縁体が電気的に破壊されて絶縁性を失う、いわゆる絶縁破壊の問題や、電子デバイスを構成する半導体回路に空気中を浮遊する微粒子が吸引付着して短絡を引き起こす問題等につながり、このような静電気に起因する問題が、電子デバイス等の歩留まりを低下させる大きな原因となっている。その他にも、粉体梱包作業時や、液晶ディスプレイに用いられる光学フィルムの製造ラインにおける該光学フィルムの搬送工程においても、静電気による不純物の混入等に起因する問題が生じている。

これらの静電気に起因する問題を未然に防止すべく、静電気を除電するための除電装置が必要となるが、これらに使用される除電装置としては、繊維やワイヤーの先端などに高電圧を印加した際に生じるコロナ放電を利用したコロナ放電式イオナイザが使用されている。また、図６に示すような、従来のＸ線式イオナイザ１００においても、一方に流入口１０１が、また他方に照射口１０２が形成される筒体の流路シールド部１０３と、流路シールド部１０３内にＸ線を照射するＸ線照射装置１０４と、流路シールド部１０３の流入口１０１側に配置され、流路シールド部１０３内へ矢印１０５方向へ送風する送風部１０６と、を備え、Ｘ線の最も照射口１０２側にある照射領域限界線１０７と、流路シールド部１０３の照射口１０２の開口面と、が略平行であって、他は流入口１０１側へ近づくようにＸ線を流路シールド部１０３内壁へ向けて照射してＸ線照射領域１０８を形成し、このＸ線照射領域内１０８で生成したイオンを照射口１０２から被除電物１０９へ照射するものが考案されている（例えば、特許文献１）。そして、それらに用いられる従来のＸ線発生装置は、金属ターゲットに熱電子を衝突させることでＸ線を発生させる熱電子加速式Ｘ線管が多く採用されている。

特開平２００５−２４３３２５号公報

しかし、前述のコロナ放電式イオナイザにおいては、コロナ放電が生じる際に、人体に有害なオゾンや、人体及び電子機器に影響を及ぼす電磁ノイズが生じたり、度重なる使用により電極部分が劣化磨耗し、それらが粉塵となる可能性があると共に、除電性能が不安定になる等の問題が生じる。さらに、コロナ放電式イオナイザにおいては、発生したイオンを風により送る必要があるため、粉体梱包等の気流の乱れにより弊害を受ける分野において使用することができず、その用途が制限される。また、図６に示すＸ線を利用したイオナイザにおいても、送風部を備えたものであり、前述のコロナ放電式イオナイザと同様に、その用途が制限される。そして、従来のＸ線を発生させる熱電子加速式Ｘ線管を構成するカソード又はフィラメント等の熱電子源は、高真空下で加熱蒸発したり、真空封じされた外囲体中に残留したガスイオンが衝突することにより、経時的に劣化して熱電子放射量が少なくなるが、外囲体が真空封じされているため、カソードやフィラメントを取り出して交換することができず、カソードやフィラメントが通常１年程度で寿命に達すると、熱電子加速式Ｘ線管自体をその都度交換しなければならないためコストアップ及び管理の煩雑化につながる。さらに、従来のＸ線発生装置は、使用者が発生したＸ線を暴露する可能性があり、安全性にも問題があった。

この発明は上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、使用者がＸ線を暴露することがなく、また、イオナイザの小型化、及びメンテナンスの容易化を可能とし、さらに、効率的に被除電物を除電することができる、Ｘ線照射型イオナイザを提供する。

上記目的を達成するために、請求項１記載のＸ線照射型イオナイザは、内部が低圧気密状態に保持可能な気密筺体に外部の気体を給排可能な気体給排口とＸ線を透過可能な照射窓とを具備するＸ線照射型イオナイザにおいて、該気密筺体内部に前記照射窓と略平行に配設された絶縁体と、該絶縁体と前記照射窓の間に該絶縁体と対向するように配設されて該絶縁体に電圧を印加してその表面を帯電させる繊条電極と、を具備することによって、前記照射窓の外側の気体をイオン化することを特徴としている。

請求項２記載のＸ線照射型イオナイザは、前記照射窓がアルミニウムであることを特徴としている。

請求項３記載のＸ線照射型イオナイザは、前記照射窓の周縁部にＸ線の飛散を防止すると共に該照射窓を保護するための保護部材を備えたことを特徴としている。

請求項４記載のＸ線照射型イオナイザは、前記保護部材が前記照射窓の周縁部に沿って外側へ突出する枠体であることを特徴としている。

請求項１記載のＸ線照射型イオナイザは、該気密筺体内部に前記照射窓と略平行に配設された絶縁体と、該絶縁体と前記照射窓の間に該絶縁体と対向するように配設されて該絶縁体に電圧を印加してその表面を帯電させる繊条電極とを具備している。これにより、Ｘ線の照射領域が広くなり、周囲の気体のイオン化を効率よく行うことができるという利点がある。また、絶縁体を帯電させ、Ｘ線を発生させることで、低い印加電圧で、高真空とせずとも高い強度のＸ線を発生することができる。

請求項２記載のＸ線照射型イオナイザは、前記照射窓がアルミニウムであるので、該アルミニウムの吸収端により、光子エネルギー約１５６０eＶ以上のＸ線はカットされ、光子エネルギー約１５６０ｅＶ未満のＸ線が該照射窓から照射される。これにより、照射窓から照射されるＸ線は、該照射窓から離反する方向に数センチ進行した後空気中において吸収され、すなわち、短期間のうちに効率的に空気中の気体分子を電離させることができるため、対象物を効率的に除電することができると共に、使用者がＸ線を暴露する危険性がない。

請求項３記載のＸ線照射型イオナイザは、前記照射窓の周縁部にＸ線の飛散を防止すると共に該照射窓を保護するための保護部材を備えている。そのことにより、使用者がＸ線を暴露することなく安全に使用することができ、また、照射窓を物理的衝撃から保護することができる。

請求項４記載のＸ線照射型イオナイザは、前記保護部材が前記照射窓の周縁部に沿って外側へ突出する枠体あるので、より確実に、使用者がＸ線を暴露することなく安全に使用することができ、また、照射窓を物理的衝撃から保護することができる。

この発明のＸ線照射型イオナイザ１の最良の実施形態について、以下図に基づいて説明する。この発明のＸ線照射型イオナイザ１は、外部の気体を給排可能な気体給排口２とＸ線を透過可能な照射窓３とを、その内部が低圧気密状態に保持可能な気密筺体４に具備するＸ線照射型イオナイザ１において、該気密筺体４内部に前記照射窓３と略平行に配設された絶縁体５と、該絶縁体５と前記照射窓３の間に該絶縁体５と対向するように配設されて該絶縁体５に電圧を印加してその表面を帯電させる繊条電極６と、を具備し、必要に応じて、前記照射窓３の周縁部に沿って外側へ突出する、Ｘ線の飛散を防止すると共に該照射窓３を保護するための保護部材７を備えている。

気密筺体４は、外部の気体を給排可能な気体給排口２と、Ｘ線を透過可能な照射窓３を備えており、その内部は低圧気密状態に保持されている。そして、気密筺体４は、Ｘ線透過率が低い、例えば鉛、金、銅若しくは真鍮等の密度の高い部材や、それらを含有した部材を用いることが好ましいが、Ｘ線を遮蔽できるものであればその他の部材であってもよく、該気密筺体４の厚さも使用する部材に応じて設計することができる。また、気密筺体４は、気体給排口２以外から気体が、出入りすることがなくその内部を気密状態に保持する筺体であり、気体給排口２を設けた例えばガラス製の気密容器を前述のようなＸ線透過率の低い部材で覆うようにして構成されていてもよい。さらに、本願実施例において気密筺体４の形状は略直方体となっているが、この形状に限定されるものではなく、その形状は、内部に上述の部材が収納でき、気密筺体４内部を低圧気密状態に保持する際に、その圧力に耐え得るものであれば、球状であってもよく、又は、その他の形状であってもよい。

気体給排口２は外部の気体を給排可能とするものである。そして、本願実施例においては、図１に示すように、気密筺体４の長手方向の一端部に、該気体給排口２を設けている。そして気密筺体４内部を減圧する際には、気体給排口２に接続された圧力調節機能を有する減圧ポンプ８用いて、適宜圧力を調節する。そして、気密筺体４の圧力は例えば、２．０×１０^−２〜５．０×１０^−２ＴｏｒｒとすることがＸ線の発生効率がよく、安定してＸ線が発生するため好ましいが、それらの圧力よりも高く、若しくは低くてもよい。

また、圧力調節機能を有しない減圧ポンプ８を使用する際には、気体給排口２は、気密筺体４内部の気体を外部へ排出する排出口と、気密筺体４外部の気体を内部へ給入する給入口にそれぞれ分けられていてもよい（図示せず）。そして、気密筺体４内部を減圧する際には、排出口に接続された減圧ポンプ８を用いて気密筺体４内部の気体を外部へ排出する。そして、圧力が目的の圧力よりも減少した際には、必要に応じて給入口から気密筺体４外部の気体を給入することにより、該気密筺体４内部の圧力を調節する。また、これらの気体給排口２の数及び取付位置は本願実施例に限定されるものではなく適宜選択することができる。

照射窓３は、発生したＸ線を透過させ、空気中に該Ｘ線を照射するためのものである。これらの材料は、Ｘ線を透過するものであれば特に限定されるものではないが、マグネシウムやシリコンを含有する金属膜や、ポリイミド等の樹脂膜を適宜使用することができる。しかし、成形性、材料コスト、Ｘ線の透過率等を考慮すると、アルミニウムを使用するのが好ましい。

ここで、本願実施例においては、照射窓３に、図４に示すようなＸ線透過率を示す厚さ約１０μｍのアルミニウムを使用している。そして、発生したＸ線が、厚さ約１０μｍのアルミニウムの照射窓３を透過した際には、図４に示すように、アルミニウムの吸収端により光子エネルギー約１５６０eＶ以上のＸ線が吸収される。これにより、人体に悪影響を及ぼす、光子エネルギーの高いＸ線を照射窓３によりカットすることができ、光子エネルギー約１５６０eＶ未満のＸ線を取り出すことができる。さらに、図４に示すように、発生したＸ線が、厚さ約１０μｍのアルミニウムを透過した後の、光子エネルギー約１５６０eＶ付近のＸ線透過率も約０．３５程度となっているため、空気をはじめとした気体をイオン化するために十分なＸ線強度も得ることができる。そして、照射窓３に用いる厚さ約１０μｍのアルミニウムは、例えば、厚さ約１０μｍのアルミニウム箔をガラス等の基板に貼り付けて使用してもよく、また、真空蒸着等によりガラス等の基板上に厚さ約１０μｍとなるように形成してもよい。さらに、気密筺体４が、上述のように気体給排口２を設けた例えばガラス製の気密容器をＸ線透過率の低い部材により覆うようにして構成されている場合には、該気密容器の内部に照射窓３が設けられていてもよく、これら照射窓３は、発生したＸ線が該照射窓３を介して該Ｘ線が照射されるような位置であれば、取付方法及びその位置は、本願実施例に限定されるものではない。そして、本願実施例のようにアルミニウムの照射窓３を使用すれば、従来用いられてきた人体に有害なベリリウムを用いる必要がなく、使用者にとっても安全である。

そして、照射窓３は、取外し自在（図示せず）となっているため、内部の繊条電極６、絶縁体５等の消耗部材の交換を容易に行うことができる。これにより、従来の真空封じされた熱電子加速式Ｘ線管における、前述のような各消耗部材を単体で交換することができず、該熱電子加速式Ｘ線管自体を交換しなければいけないという問題を解決することができる。さらに、照射窓３自体が、発生したＸ線により劣化する、若しくは物理的な衝撃により破損する可能性もあるが、その際にも、容易に照射窓３を交換することができる。また、前述した各部材の交換は、例えば気密筺体４の側面や、その他の場所に開口部を設け（図示せず）、該開口部から行うようにしてもよい。

絶縁体５は、気密筺体４内部に照射窓３と略平行に配設されており、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の無機絶縁体結晶や、ポリテトラフルオロエチレン等の有機絶縁材料を使用することができる。また、その他、Ｎａｃｌ，ガラス（ＳｉＯ_２），ＮｉＦ_２等の絶縁体を使用することができるが、これらの材料に限定されるものではない。そして、これらの絶縁体に電圧を印加した際に、絶縁破壊が生じない程度の厚みに形成してなるものである。

繊条電極６は、絶縁体５と照射窓３の間に該絶縁体５と対向するように配設されて該絶縁体５に電圧を印加してその表面を帯電させるものである。また、本実施例においては、図３に示すように、Ｘ線照射領域を広げるために、導線９を介して外部電圧電源（図示せず）と電気的に接続される、前記気密筺体４の両端に設けられた端部電極１０間を、略直線状の繊条電極６を用いて電気的に接続している。そして、その際には、前記絶縁体５は、前述の略直線状の繊条電極６と対向するように配設され、また、その形状が略矩形の絶縁体５を用いている。そして、端部電極１０や繊条電極６に用いられる材料には、酸化等の化学反応しにくい例えばタングステンや、金、白金等の、一般に使用される導電材料が用いられ、該繊条電極６の形状及び配置は、本願実施例に用いられるような略直線状に限定されるものではなく、その他、円形や曲線状であってもよい。そして、その際には、該繊条電極６と対応して絶縁体５の形状も変化させる。

また、Ｘ線を発生させる際には、繊条電極６に例えば、１．０〜２．０ｋＶの電圧を印加し、気密筺体４内部の圧力を例えば、２．０×１０^−２〜５．０×１０^−２Ｔｏｒｒに減圧することで、絶縁体５に分極が生じ、該絶縁体５表面が帯電する。そして、繊条電極６から発生した電子が、気密筺体４内の残留ガスと衝突等を繰り返すことでＸ線が発生するのである。このように絶縁体の帯電現象を利用することで、低い印加電圧で且つ、高真空にすることなく効率的にＸ線を発生させることができるのである。

保護部材７は、前記照射窓３から照射されるＸ線を作業者が暴露することのないように、Ｘ線の飛散を防止するものである。そして、本願実施例において、保護部材７は、図２、図３に示すように、照射窓３の周縁部に沿って外側へ突出するように設けられている。また、この保護部材７には、上述の気密筺体４と同様にＸ線を遮蔽できるような部材が使用される。

ここで、発生したＸ線が、厚さ約１０μｍのアルミニウムの照射窓３を透過した後には、光子エネルギー約１５６０eＶ未満のＸ線であり、該照射窓３から照射されるＸ線で最も光子エネルギーが高いものは光子エネルギー約１５６０eＶ付近のＸ線であることがわかる。これらを考慮すると、その光子エネルギー約１５６０eＶ付近のＸ線の、空気層を５ｃｍ通過した後の透過率が、図５から約１．０×１０^−３程度であり、そのほとんどが空気層により吸収され、同時に光子エネルギー約１５６０eＶ付近よりも光子エネルギーが低いＸ線も、そのほとんどが空気層により吸収されていることがわかる。すなわち、空気を効率的に電離すると共に、使用者がＸ線を暴露する危険性がないのである。

よって、本願実施例のように、厚さ約１０μｍのアルミニウムを照射窓３として用いた際、該照射窓３から５ｃｍ以上離れた場所においては、該照射窓３から照射されたＸ線が空気層によって、そのほとんどが吸収される。そのため、照射窓３から５ｃｍ以上離れた場所には保護部材７を設ける必要がなく、該保護部材７を取付ける際に、過剰に大きな保護部材７を設ける必要がない。結果として、照射窓３のＸ線透過率、及び周囲の気体のＸ線透過率を考慮した、保護部材７を照射窓３の周縁部に備えることで、装置全体として、小型で、軽量にすることができると共に、高い安全性を得ることができる。さらに、それだけではなく、保護部材７を設けることにより、外部からの物理的な衝撃から照射窓３を保護することもできる。

また、保護部材７の形状は、照射窓３を保護でき、使用者がＸ線を暴露することのない形状であればよく、それらが、本願実施例のように、照射窓３のＸ線透過率、及び周囲の気体のＸ線透過率を考慮し、設計されたものであれば、その形状が限定されるものではない。また、図４及び図５のグラフは、本願の実施例の１つであり、照射窓３のＸ線透過率、及び周囲の気体のＸ線透過率がこれらに限定されるものではなく、使用する照射窓３の材料、周囲の気体、及びその透過距離等によって変化するものであり、それらに応じて保護部材７を適宜設計することができる。

本願実施例の、Ｘ線照射型イオナイザの、被除電物１１を除電する際の動作について説明する。図１に示すように、略矩形の絶縁体５に、該絶縁体５と照射窓３の間に該絶縁体５と対向するように配設された略直線状の繊条電極６に、外部電圧電源（図示せず）を用いて、１．０〜２．０ｋＶの電圧を印加する。そして、気体給排口２に接続された圧力調節機能を有する減圧ポンプ８を作動させ気密筺体４内部の圧力を２．０×１０^−２〜５．０×１０^−２Ｔｏｒｒに減圧する。そうすることで、気密筺体４内部でＸ線が発生する。

発生したＸ線は、照射窓３を介して空気中に照射されるが、厚さ約１０μｍのアルミニウムの照射窓３を介することで、図４に示すように、アルミニウムの吸収端により光子エネルギー約１５６０eＶ以上の高エネルギーのＸ線がカットされ、光子エネルギー約１５６０eＶ未満のＸ線が該照射窓３から照射される。そして、前述のように照射窓３から照射されたＸ線が、周囲の空気中の気体分子１２に照射されることによって、それらの気体分子１２がイオン化し、生成したそれらのイオンが、帯電した被除電物１１の表面の電荷を打消すことで、帯電した被除電物１１を除電することができる。すなわち、本願実施例のように例えば、正に帯電した被除電物１１表面を、イオン化した気体分子１２でその正電荷を打消すことにより除電を行うことができるのである。

また、イオン化した気体分子１２は、空気の自然対流や拡散によって、被除電物１１に到達するため、本願実施例において、照射窓３から５ｃｍ以上離れた場所においても該被除電物１１を除電することができ、また、空気の対流に影響されない作業下においては、ファンなどによって風を送ることにより強制的にイオン化した気体分子１２を被除電物１１の方へ送ってもよい。

上述のように、本願実施例によれば、絶縁体の帯電を利用したＸ線照射型イオナイザを用いることにより、低い印加電圧で、且つ高真空とすることなく該Ｘ線照射型イオナイザを駆動することができる。そのため、大掛かりな装置を必要とせず、設置スペースの狭い箇所において作業を行うことも可能である。また、広いＸ線照射領域を有するため効率的に気体をイオン化することができ、その際にも前述したような保護部材７を備えているため、使用者がＸ線を暴露することがなく安全である。また、電圧電源を乾電池とすることでさらに小型化することもできる。

本発明は、Ｘ線を周囲の気体に照射し、該気体をイオン化することで、除電装置だけでなく、殺菌・滅菌装置としても利用することができる。

本願実施例の上方断面図図１におけるＡ−Ａ断面図図１におけるＢ−Ｂ断面図本願実施例に用いた照射窓のＸ線透過率のグラフ本願実施例における空気層のＸ線透過率グラフ従来技術を示す図

符号の説明

１Ｘ線照射型イオナイザ
２気体給排口
３照射窓
４気密筺体
５絶縁体
６繊条電極
７保護部材
８減圧ポンプ
９導線
１０端部電極
１１被除電物
１２気体分子

Claims

内部が低圧気密状態に保持可能な気密筺体に外部の気体を給排可能な気体給排口とＸ線を透過可能な照射窓とを具備するＸ線照射型イオナイザにおいて、
該気密筺体内部に前記照射窓と略平行に配設された絶縁体と、
該絶縁体と前記照射窓の間に該絶縁体と対向するように配設されて該絶縁体に電圧を印加してその表面を帯電させる繊条電極と、
を具備することによって、前記照射窓の外側の気体をイオン化することを特徴とするX線照射型イオナイザ。
前記照射窓がアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載のX線照射型イオナイザ。
前記照射窓の周縁部にＸ線の飛散を防止すると共に該照射窓を保護するための保護部材を備えたことを特徴とする請求項２記載のＸ線照射型イオナイザ。
前記保護部材が前記照射窓の周縁部に沿って外側へ突出する枠体であることを特徴とする請求項３記載のＸ線照射型イオナイザ。