JP5723099B2 - Ｘ線発生装置、及び除電装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線発生装置、及びＸ線発生装置を用いる除電装置の技術に関する。

電子を電子放出部から放出して金属膜からなるターゲットに照射し、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置が知られている。Ｘ線発生装置としては、電子放出部にフィラメントを用いる熱電子放出型（例えば、特許文献１、２を参照。）や、電子放出部にカーボンナノチューブ等を用いる電界放出型（例えば、特許文献３、４、５）がある。

特許文献１には、熱電子放出型のＸ線発生装置に関する技術として、Ｘ線を発生させる際の熱を抑えるため、Ｘ線管に水冷装置を設ける技術が開示されている。特許文献２には、熱電子放出型のＸ線発生装置に関する技術として、フィラメントが高温になることを抑えるため、Ｘ線管を流れる電流を抑制する技術が開示されている。特許文献３には、電界放出型のＸ線発生装置に関する技術として、発熱量を抑えると共に寿命を延ばすため、電子放出部の表面にダイヤモンド粒子かなる薄膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献４には、電界放出型のＸ線発生装置に関する技術として、漏洩電流の発生を防止するため、電子放出部とターゲットの間に絶縁部材を設けることでターゲットに照射される電子の範囲を規制する技術が開示されている。更に、特許文献５には、電界放出型のＸ線発生装置に関する技術として、電子流密度を高めて詳細にフォーカスするため、ターゲットに抵抗を入れて電流を制御する技術が開示されている。

特開２００１−２７３９９９号公報 特開２００８−２５１３００号公報 特開２００７−３０５５６５号公報 特開２００９−２１０３２号公報 特開２００７−８０７０４号公報

電子を電子放出部から放出して金属膜からなるターゲットに照射し、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置として、熱電子放出型のＸ線発生装置や、電界放出型のＸ線発生装置が知られている。ここで、例えば、熱電子放出型のＸ線発生装置の寿命が８０００時間であるあるのに対し、電界放出型のＸ線発生装置の寿命はその１０分の１程度若しくはそれ以下とも言われており、熱電子放出型のＸ線発生装置は、電界放出型のＸ線発生装置に比べて寿命が長い。但し、熱電子放出型のＸ線発生装置は、熱電子を放出するために加熱が必要であり、電界放出型のＸ線発生装置に比べて多くのエネルギーを必要とする。また、熱電子放出型のＸ線発生装置は、Ｘ線を発生する際の熱による弊害を防止するための冷却装置が必要とされる。

一方、電界放出型のＸ線発生装置は、電子を放出するための加熱が不要であり、Ｘ線を発生する際の熱の発生が少ないことから、エネルギー効率の高い技術として種々の分野で普及が望まれている。但し、従来の電界放出型のＸ線発生装置では、時間の経過に伴う電子放出部の劣化が早いことが懸念されている。電子放出部の劣化は、例えば数ｋＶから数十ｋＶといった高圧電圧をＸ線管に印加する場合に特に顕著となる。そして劣化の原因としては、Ｘ線管の真空管内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レ
ベルでの表面性状の変化（例えば、表面形状の変化）や、ターゲットからスパッタされた物質が電子放出部の表面への付着することなどが挙げられる。このように、従来の電界放出型のＸ線発生装置は、熱電子放出型のＸ線発生装置に比べて寿命が短いことから、長寿命化を可能とする技術の開発が望まれている。

本発明は、上記の問題に鑑み、電界放出型のＸ線発生装置において、従来よりも寿命を向上することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、検知される電流に基づいて、電源を制御してＸ線管の電圧を変化させることとした。

詳細には、本発明は、電子を放出する冷陰極としての電子放出部と、前記電子放出部から放出された電子が照射されることでＸ線を発生する対極としてのターゲットと、前記ターゲットと接続され、該ターゲットで発生したＸ線を外部に放出する透過窓とを含むＸ線管を備えるＸ線発生装置であって、前記Ｘ線管に対して所定の電圧を印加する電源部と、前記Ｘ線管を流れる電流の電流値を検知する電流検知部と、前記電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、前記電流検知部によって検知される電流値に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備える。

本発明に係るＸ線発生装置は、冷陰極としての電子放出部を備える、いわゆる電界放出型のＸ線発生装置である。従って、本発明に係るＸ線発生装置では、電子を放出するための加熱が不要であり、Ｘ線を発生する際の熱の発生が少ないことから、エネルギー効率が高い。また、制御部が、電流検知部によって検知される電流に基づいて電源を制御してＸ線管の電圧を変化させることで、電子放出部の電子の放出能力の低下が抑制される。つまり、電子放出部の劣化が抑制されることから、従来の電子放出型のＸ線発生装置よりも寿命を向上させることができる。

ここで、本発明において、冷陰極とは、熱電子放出型のＸ線発生装置に用いられるフィラメント等の加熱を必要とする熱陰極と区別されるものである。つまり、本発明の冷陰極としての電子放出部は、所定の電圧を印加することで加熱をせずに電子を放出する。所定の電圧は、Ｘ線発生装置を用いる用途などに応じて適宜設定できる他、本発明では電子放出部を活性化可能な値として設定される。なお、Ｘ線管に印加される所定の電圧、換言すると、Ｘ線管の電圧とは、電子放出部とターゲット間の電位差であり、負電圧であることが好ましい。Ｘ線管を流れる電流とは、電子放出部から放出された電子がターゲットに照射されることで、Ｘ線管内を流れる電流である。また、電子の放出能力とは、換言すると、所定の電圧下において電子を放出できる能力をいい、従来の電界放出型のＸ線発生装置では、この電子の放出能力が時間の経過と共に低下することが懸念されていた。なお、電子の放出能力の低下は、Ｘ線発生装置から照射するＸ線の線量の低下を意味する。

本発明の制御部による処理は、換言すると、電子の放出能力の低下を抑制するように、電源部を制御することでＸ線管に印加される電圧を昇圧又は減圧させるものである。電圧を昇圧するとは、換言すると、負電圧側により大きくすることを意味する。そして、この昇圧又は減圧は、Ｘ線管を流れる電流の電流値に基づいて行われる。Ｘ線管を流れる電流の電流値に基づく、Ｘ線管に印加される電圧の昇圧や減圧の態様としては、電流値が所定の値を下回った場合に電圧を昇圧させる態様や、電流が一定の値に保持されるよう電圧を昇圧又は減圧させる態様が例示される。

そこで、本発明に係るＸ線発生装置において、前記制御部は、前記検知部によって検知
される電流値が下限電流値を下回った場合、前記Ｘ線管に印加される電圧を昇圧（負電圧側により大きくする）させるようにしてもよい。Ｘ線管に印加する電圧を昇圧することで、Ｘ線管内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの表面性状の変化（例えば、表面形状の変化）が改善され、また、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。表面形状の変化については、電子放出部が真空容器内に封入されていることから外部からの確認は基本的には困難であるが、本発明者らは次のように考えている。すなわち、針状の先端部が消耗することで、鋭角な形状から丸みを帯びた形状となり、昇圧により再び先端が鋭化すると考える。更に、昇圧による容器内部の高温化が不純物の離脱を促進すると考えている。換言すると、時間の経過によって劣化した電子放出部が活性化され、電子放出部の電子の放出能力が回復する。つまり、Ｘ線管を流れる電流値を再び高めることができる。

下限電流値は、時間の経過と共に低下する電子の放出能力の傾向、換言すると、時間の経過と共に低下するＸ線発生装置から照射されるＸ線線量の低下の傾向と、低下した際のＸ線管を流れる電流の電流値とに基づいて予め設定することができる。例えば、下限電流値は、少なくとも所定のＸ線線量を照射可能な時点の電流値として設定することができる。なお、Ｘ線管に印加される電圧を昇圧するに際しては、電子放出部を活性化できる電圧値として予め設定した所定の電圧値まで昇圧することが好ましい。また、過剰な昇圧は、過剰な電流の上昇を招き、Ｘ線発生装置の故障などにつながる虞があることから、制御部は、検知部によって検知される電流値が所定の電流値を上回った場合、昇圧を解除するようにしてもよい。換言すると、制御部は、検知部によって検知される電流値が、Ｘ線発生装置の動作開始時におけるＸ線管を流れる電流の電流値を上回った場合、通常の電圧値に戻すようにしてもよい。所定の電流値は、Ｘ線発生装置の動作開始時における電流よりも高い値として、Ｘ線発生装置に故障などの支障をきたさない上限電流値としてもよい。

また、本発明に係るＸ線発生装置において、前記制御部は、前記検知部によって検知される電流が一定の電流値となるよう、前記Ｘ線管に印加される電圧を繰り返し昇圧させ、前記昇圧に伴って前記検知部によって検知される電流値が上限電流値に達した場合、前記Ｘ線管に印加される電圧を減圧させるようにしてもよい。一定の電流値は、Ｘ線発生装置の動作開始時におけるＸ線管を流れる電流とすることができる。これにより、時間の経過によって劣化する電子放出部を常時活性化することができ、電子放出部の放出能力をＸ線発生装置の動作開始時の能力に維持することができる。つまり、電子放出部の劣化を常に抑制することで、Ｘ線発生装置の寿命を向上することができる。なお、上限電流値は、Ｘ線発生装置の動作開始時における電流よりも高い値として、Ｘ線発生装置に故障などの支障をきたさない値とすることができる。

ここで、本発明に係るＸ線発生装置において、前記電流検知部は、前記Ｘ線管を流れる電流の電流値として、前記Ｘ線管の前後の電流値を検知し、前記制御部は、前記Ｘ線管の前後の電流値の差分に基づいて、漏洩電流の有無を判断するようにしてもよい。Ｘ線管の前後のうち、Ｘ線管の前とは、Ｘ線管の上流側、換言すると、電源部とＸ線管の間におけるＸ線管の近傍である。また、Ｘ線管の後とは、Ｘ線管の下流側、換言すると、Ｘ線管と接地の間におけるＸ線管の近傍である。また、漏洩電流とは、Ｘ線管以外に流れる電流である。漏洩電流の有無を判断することで、制御部による制御の精度をより高めることができる。漏洩電流が認められる場合における電流の低下は、時間経過による電流の低下とは異なるものである。そして、漏洩電流が認められる場合において、電源部を制御して電圧を高めても電子放出部の十分な活性化を実現することはできない。従って、漏洩電流の発生が認められる場合には、これを報知するなどして、漏洩電流の発生が認められない場合と区別される処理を行うことで、制御部による制御の精度をより高めることができ、その結果、より確実に電子放出部を活性化することができる。

漏洩電流の有無を制御部によって判断させる場合には、漏洩電流の有無を外部に対して出力する出力部を更に設けることが好ましい。これにより、漏洩電流の有無を報知することが可能となる。なお、Ｘ線管の前後の電流を検知することで、制御部による制御の精度をより高めることができるが、電流検知部は、Ｘ線管の前若しくは後の何れか一方の電流を検知するものでもよい。

ここで、本発明に係るＸ線発生装置において、前記電源部は、前記Ｘ線管に対して、−９ｋＶから−１６ｋＶの負電圧を印加し、前記Ｘ線管には、０．１５ｍＡから１．０ｍＡの電流が流れるようにしてもよい。Ｘ線管に印加される所定の電圧の範囲は、特に限定されるものではない。但し、電子放出部の劣化は、高電圧を印加した場合により顕著となることから、本発明は、上記のような高圧電源を用いるＸ線発生装置としてより好適に用いることができる。

上述した本発明に係るＸ線発生装置は、Ｘ線写真を撮影するＸ線写真装置、試料を分析する蛍光Ｘ線分析装置など、Ｘ線発生装置を要する種々の分野で用いることができる。また、本発明に係るＸ線発生装置は、熱の発生がなく、エネルギー効率が高く、更に、高圧電源を印加しても十分な寿命を有することから、半導体集積回路、液晶パネルなどの製造工場における静電気対策としての除電装置に特に好適である。

本発明によれば、電界放出型のＸ線発生装置において、従来よりも寿命を向上することが可能な技術を提供することができる。

実施形態に係るＸ線発生装置の構成を示す。 実施形態に係るＸ線発生装置で実行される昇圧制御処理フローを示す。 実施形態に係るＸ線発生装置で実行される定電流制御処理フローを示す。 実施形態に係るＸ線発生装置で実行される漏洩電流判断処理フローを示す。 試作したＸ線発生装置のＸ線管を流れる電流の時間依存性であって、昇圧制御処理を行った場合を示す。 試作したＸ線発生装置のＸ線管を流れる電流の時間依存性であって、定電流制御処理を行った場合を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜構成＞
図１は、実施形態に係るＸ線発生装置１の構成を示す。実施形態に係るＸ線発生装置１は、Ｘ線管２、電流モニタ回路３Ａ、３Ｂ、制御部４を備える。実施形態に係るＸ線発生装置１は、箱型形状を有するが、細長のバー形状としてもよく、また、円筒形としてもよい。

実施形態に係るＸ線管２は、Ｘ線管の筐体２１、電子放出部としてのエミッタ２２、ターゲット２３、透過窓２４を備える。

Ｘ線管の筐体２１は、６枚の板によって構成され内部に密閉空間を有する。Ｘ線管の筐体２１は、絶縁体であるガラスによって構成してもよく、また、外部をＡｌ（アルミニウム）等によって構成し、内側面に絶縁処理を施すようにしてもよい。

Ｘ線管の筐体２１の内部には、エミッタ２２とターゲット２３が対向して平行に配置されている。エミッタ２２は、本発明の電子放出部に相当し、導線を介して電源部５と接続されており、電源部５からの電力供給を受けて電子を放出する。エミッタ２２は、例えばニッケル板といった導電性基板と、その表面に形成されるカーボンナノチューブなどの薄膜を備える。このようなエミッタ２２は、フィラメントのような加熱が不要であり、冷陰極と称される。なお、薄膜は、カーボンナノダイヤモンドでもよい。

ターゲット２３は、エミッタ２２から放出された電子が照射されることでＸ線を発生する。ターゲット２３は、電子が照射されることでＸ線を発生させることが可能な材料であるタングステンによって構成することができる。なお、ターゲット２３は、タングステン（Ｗ）に代えて、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍ）、銅（Ｃｕ）によって構成してもよい。なお、ターゲット２３は、透過窓２４を介して接地されている。

透過窓２４は、ターゲット２３と接続され、ターゲット２３で発生したＸ線を外部に放出する。図１では簡略化されているが、実際には、透過窓２４の内面側にターゲット２３が成膜されている。透過窓２４は、例えばＸ線の透過能力に優れたベリウム（Ｂｅ）によって構成することができる。なお、透過窓２４は、ベリウム以外の材料によって構成することができるが、透過窓２４の材料には、Ｘ線の透過能力が高く、かつ、Ｘ線管の筐体２１の構成部材として機械的強度を有しているものが好ましい。透過窓２４は、接地されており、また、透過窓２４とターゲット２３は接地電位に維持されている。

電流モニタ回路３Ａ、３Ｂ（以下、両者を纏めて単に電源モニタ回路３とも称する。）は、本発明の電流検知部に相当し、Ｘ線管２を流れる電流の値を検知する。実施形態では、図１に示すように、Ｘ線管２の上流側及び下流側の２箇所に抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２（以下、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２を単に抵抗ともいう。）が設けられ、抵抗毎に設けられた電流モニタ回路３は、Ｘ線管２の上流側、下流側の電流を検知する。各電流モニタ回路３で検知された電流値は信号として制御部４へ送られる。実施形態では、抵抗Ｒ１がＸ線管２の上流側、換言すると電源部５とＸ線管２の間に設けられている。また、抵抗Ｒ２は、Ｘ線管２の下流側、換言するとＸ線管２と接地の間に設けられている。このように、Ｘ線管２の上流側及び下流側の双方の電流を検知することで、制御部４による制御の精度をより高めることが可能となる。その結果、より確実に電子放出部を活性化することができる。

なお、実施形態では、Ｘ線管２の上流側と下流側の双方から２つの電流値を検知したが、Ｘ線発生装置１をより簡易な構成とするため、電流値の検知は、Ｘ線管の上流側と下流側のうちいずれか一方で行うようにしてもよい。

電源部５は、接地され、また、高圧発生部５１、電圧制御回路部５２、及び電流制御回路部５３を有し、所定の電圧をＸ線管２に対して印加する。例えば、電源部５は、Ｘ線発生装置１が設置される室内等に設けられている電源と接続することで必要な電力を得る。高圧発生部５１は、例えば、−９ｋＶから−１６ｋＶといった高圧の負電圧を発生させる。電圧制御回路部５２は、制御部４からの信号に基づいて、Ｘ線管２に印加する電圧を調整する。電流制御回路部５３は、制御部４からの信号に基づいて、Ｘ線管２を流れる電流を調整する。

制御部４は、エミッタ２２から放出される電子の放出能力の低下を抑制するように、電流モニタ回路３によって検知される電流値に基づいて、Ｘ線管２に印加する電圧を変化させる。制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、メモリ４２を有するコン
ピュータと、コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現される。具体的には、制御部４は、電流値取得部４３、判断部４４、実行部４５を含む機能部を備える。そして、これら機能部の有する機能がコンピュータによって実行されることで、Ｘ線管２に印加
される電圧やＸ線管２を流れる電流が調整される。なお、これらの機能部は、専用のプロセッサとして構成してもよい。

電流値取得部４３は、電流モニタ回路３で検知されたＸ線管２を流れる電流の電流値を電気信号として取得する。取得されるＸ線管２の電流値には、Ｘ線管２の上流側で取得された電流値と、Ｘ線管２の下流側で取得された電流値が含まれる。

判断部４４は、電流値取得部４３で取得された電流値が下限電流値を下回っていないか否かの判断を含め、Ｘ線発生装置１で行われる必要な判断を行う。詳細については、後述する。

実行部４５は、判断部４４の判断結果に基づいて、電源部５、すなわち、高圧発生部５１、電圧制御回路部５２、及び電流制御回路部５３を制御する。詳細については、後述する。

（昇圧制御処理）
ここで、図２は、Ｘ線発生装置１で実行される昇圧制御処理フローを示す。まず、ステップＳ０１では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が取得される。具体的には、電流モニタ回路３が、Ｘ線管２の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する（以下、上流側の電流値を上流側電流値、下流側の電流値を下流側電流値とも称する。）。各電流モニタ回路３で検知された電流値は電気信号として制御部４の電流値取得部４３へ送られ、電流値取得部４３は、電流値を取得する。電流値が取得されるとステップＳ０２へ進む。

ステップＳ０２では、判断部４４は、電流値が下限電流値を下回っていないか判断する。下限電流値は、時間の経過と共に低下する電子の放出能力の傾向、換言すると、時間の経過と共に低下するＸ線発生装置１から照射されるＸ線線量の低下の傾向と、低下した際のＸ線管２を流れる電流とに基づいて予め設定することができる。例えば、下限電流値は、少なくとも所定のＸ線線量を照射可能な時点の電流値として設定することができる。電流値が下限電流値を下回っていると判断された場合には、ステップＳ０３へ進む。一方、電流値が下限電流値を下回っていると判断されなかった場合には、再度ステップＳ０１へ進む。

ステップＳ０３では、電圧制御回路部５２は、Ｘ線管２に対して過電圧を印加する。具体的には、判断部４４の判断結果が電気信号として実行部４５に入力され、実行部４５は、電圧制御回路部５２に対して負電圧としての過電圧を印加するよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部５２は、実行部４５からの命令に従って所定の過電圧を印加する。印加する電圧値は、エミッタ２２を活性化できる電圧値として予め設定した値とすることができる。過電圧が印加されるとステップＳ０４へ進む。

ステップＳ０４では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が再取得される。具体的には、電流モニタ回路３が、各電流モニタ回路３によって、Ｘ線管２の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する。各電流モニタ回路３で検知された電流値は電気信号として制御部４の電流値取得部４３へ送られ、電流値取得部４３は、電流値を再取得する。電流値が再取得されるとステップＳ０５へ進む。

ステップＳ０５では、判断部４４は、再取得された電流値が初期電流値を上回ったか否かを判断する。初期電流値は、Ｘ線発生装置１の動作開始時におけるＸ線管２を流れる電流値として設定することができる。再取得された電流値が初期電流値を上回った場合には、ステップＳ０６へ進む。一方、再取得された電流値が初期電流値を上回っていない場合には、再度ステップＳ０３へ進む。

ステップＳ０６では、電圧制御回路部５２は、Ｘ線管２に対して初期電圧を印加する。具体的には、判断部４４の判断結果が電気信号として実行部４５に入力され、実行部４５は、電圧制御回路部５２に対して初期電圧を印加するよう電気信号を送る。換言すると、実行部４５は、電圧制御回路部５２に対して初期電圧に戻すよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部５２は、実行部４５からの命令に従って初期電圧を印加する。初期電圧は、Ｘ線発生装置１の動作開始時におけるＸ線管２に印加される電圧値として設定することができる。その後、再度ステップＳ０１へ進み、昇圧制御処理が繰り返し実行される。

以上説明した昇圧制御処理が実行されることで、Ｘ線管２内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの表面性状の変化（例えば、表面形状の変化）が改善される。また、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。すなわち、時間の経過によって劣化したエミッタ２２が活性化され、エミッタ２２の電子の放出能力が回復する。つまり、過電圧を印加することで、Ｘ線発生装置１の寿命を向上することができる。

（定電流制御処理）
ここで、図３は、Ｘ線発生装置１で実行される定電流制御処理フローを示す。まず、ステップＳ１１では、昇圧制御処理におけるステップ０１と同じく、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が取得される。電流値が取得されるとステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が一定となるよう電圧が印加される。ステップＳ１２における処理は、換言するとフィードバック処理であり、電流値の取得と電圧の印加が繰り返し行われることで、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が一定の値に維持される。電流値が一定となるよう電圧が印加されるとステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が再取得される。具体的には、電流モニタ回路３が、Ｘ線管２の上流側、下流側の夫々の電流値を検知する。各電流モニタ回路３で検知された電流値は電気信号として制御部４の電流値取得部４３へ送られ、電流値取得部４３は、電流値を再取得する。電流値が再取得されるとステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、判断部４４は、再取得された電流値が上限電流値を上回ったか否かを判断する。上限電流値は、Ｘ線管２に過電流が流れることでＸ線発生装置１に故障などの支障をきたさない電流値として設定することができる。なお、上限電流値は、上述した初期電流値としてもよい。再取得された電流値が上限電流値を上回った場合には、ステップＳ１５へ進む。一方、再取得された電流値が上限電流値を上回っていない場合には、再度ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１５では、電圧制御回路部５２は、Ｘ線管２に対して初期電圧を印加する。具体的には、判断部４４の判断結果が電気信号として実行部４５に入力され、実行部４５は、電圧制御回路部５２に対して初期電圧を印加するよう電気信号を送る。換言すると、実行部４５は、電圧制御回路部５２に対して初期電圧に戻すよう電気信号を送る。この電気信号を受けると、電圧制御回路部５２は、実行部４５からの命令に従って初期電圧を印加する。初期電圧は、Ｘ線発生装置１の動作開始時におけるＸ線管２に印加される電圧値として設定することができる。その後、再度ステップＳ１１へ進み、定電流制御処理が繰り返し実行される。

以上説明した定電流制御処理が実行されて、上限電流値に対応した電圧の印加に至ることで、Ｘ線管２内に残存するガスのイオンと熱の影響による電子放出部の原子レベルでの
表面性状の変化が改善され、ターゲットからスパッタされ電子放出部の表面へ付着した物質が離脱される。すなわち、時間の経過によって劣化した電子放出部が活性化され、エミッタ２２の電子の放出能力が回復する。つまり、過電圧を印加することで、Ｘ線管２を流れる電流の電流が上昇して回復することから、Ｘ線発生装置１の寿命を向上することができる。なお、上述した昇圧制御処理では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が連続的に低下する傾向を示すが、定電流制御処理によれば、初期電流値を維持する制御であることから、印加する電圧の出力の変動幅を抑えることができる。そして、例えば管電圧が一定の上限に達した後に降圧させることで、エミッタの破損その他の故障を防止し、装置寿命を長く維持することができる。

（漏洩電流判断処理）
次に、漏洩電流判断処理について説明する。この漏洩電流判断処理は、上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理とともに実行することで、より精度の高い処理を実現することができる。漏洩電流とは、Ｘ線管２以外に流れる電流であり、このような漏洩電流の有無を判断することで、より精度の高い処理が実現する。すなわち、漏洩電流が認められる場合における電流の低下は、時間経過による電流の低下とは異なるものであり、漏洩電流が認められる場合において、上述した処理を実行してもエミッタ２２の十分な活性化を実現することはできない。そこで、以下に説明する漏洩電流判断処理では、漏洩電流の発生が認められる場合には、これを報知し、漏洩電流の発生が認められない場合のみ上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理を行うものである。

図４は、Ｘ線発生装置１で実行される漏洩電流判断処理フローを示す。まず、ステップＳ２１では、Ｘ線管２を流れる電流の電流値が取得される。具体的には、電流モニタ回路３が、上流側電流値と下流側電流値を検知する。各電流モニタ回路３で検知された上流側電流値と下流側電流値電流値は電気信号として夫々制御部４の電流値取得部４３へ送られ、電流値取得部４３は、上流側電流値と下流側電流値電流値を取得する。上流側電流値と下流側電流値電流値が取得されるとステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、判断部４４は、上流側電流値と下流側電流値との差分が所定の範囲内であるか否かを判断する。所定の範囲は、測定誤差等を考慮して設定することができる。上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断された場合には、ステップＳ０１へ進む。ステップＳ０１へ進むと、上述した図２に示すステップＳ０１からステップＳ０６からなる昇圧制御処理が実行される。また、上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断された場合には、ステップＳ１１へ進むようにしてもよい。この場合、上述した図３に示すステップＳ１１からステップＳ１５からなる定電流制御処理が実行される。一方、上流側電流値と下流側電流値電流値との差分が所定の範囲内であると判断されなかった場合には、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３では、報知部は、漏洩電流が発生していることを外部に対して報知する。報知の態様として、ランプを点灯させるなどの視覚を通じた報知や、音を鳴らすなどの聴覚を通じた報知が例示される。

以上説明した漏洩電流判断処理を実行することで、漏洩電流の発生が認められない場合のみ上述した昇圧制御処理又は定電流制御処理が行われるので、より精度の高い処理が実現可能となる。また、漏洩電流の発生が認められる場合には、その旨が報知されるので、修理等による対応が可能となる。

＜実施例＞
次に上述した実施形態に係るＸ線発生装置１におけるエミッタの活性化について、実施例に基づいて説明する。以下、上述した昇圧制御処理に対応する第一実施例と、上述した
定電流制御処理に対応する第二実施例について説明する。第一実施例と第二実施例では、いずれもＸ線管２の筐体２１の材料には、ガラスを用い、エミッタ２２には、グラファイトを用い、ターゲット２３には、タングステンを用い、透過窓２４には、ベリウムを用いた。

（第一実施例）
図５は、試作したＸ線発生装置１のＸ線管２を流れる電流の時間依存性であって、昇圧制御処理を行った場合を示す。以下、Ｘ線管２を流れる電流は、管電流とも称し、また、Ｘ線管２に印加される電圧は、管電圧とも称する。図５に示す例では、初期出力は、管電圧−１０ｋＶ、管電流５００μＡである。なお、第一実施例では、上流側電流値と下流側電流値の双方の値が下限電流値３００μＡを下回った場合に昇圧するよう設定した。図５によれば、Ｘ線発生装置１の動作時間の経過に伴い、管電流が減少、すなわち、Ｘ線管２が劣化していることが確認できる。動作開始から約１０００時間経過後、管電流が予め設定した電流下限値に達した時点で、管電圧を−１２ｋに昇圧した。すると、管電流は、増加し、その後しばらくすると急激に増加し、設定した上限電流値（過電流−１０００μＡ）に達した時点で、管電圧を初期電圧である−１０ｋＶに戻した。その結果、管電流は、再度５００μＡとなり、エミッタ２２が活性化され、電子放出性能が動作初期と同等の性能に塑性されたことが実証された。すなわち、高電圧の印加によりエミッタ２２の先端部分の形状変化が改善され、若しくは、吸着物質の再離脱が生じさせることで、エミッタ２２の電子放出能力が改善されることが確認された。すなわち、昇圧制御処理によりエミッタ２２の寿命、すなわちＸ線発生装置１の寿命が向上できることが確認された。

（第二実施例）
第二実施例では、試作したＸ線発生装置１において定電流制御処理を行った。図６は、試作したＸ線発生装置１のＸ線管２を流れる電流の時間依存性であって、定電流制御処理を行った場合を示す。第二実施例では、管電流が５００μＡで一定となるよう設定した。その結果、図６に示すように、管電圧は徐々に上昇し（負電圧側に大きくなり）、管電圧が一定の値（−１２ｋＶ）を超えたときにエミッタ２２が活性化されることが確認された。すなわち、定電流制御処理によっても、Ｘ線発生装置１の寿命が向上できることが確認された。

以上説明したように、実施形態に係るＸ線発生装置１によれば、昇圧制御処理、定電流制御処理のいずれによってもＸ線発生装置１の寿命を向上可能であることが確認された。ここで、Ｘ線管２から照射されるＸ線の線量は、管電圧の２乗に比例することから、昇圧制御処理では、下限電流で決定されるＸ線線量以上が補償されることになる。また、定電流制御処理では、Ｘ線発生装置１の動作開始時の管電圧の値及び管電流の値で決定されるＸ線線量以上が補償されることになる。このように、実施形態に係るＸ線発生装置１によれば、何れの制御処理によってもＸ線管の寿命を向上することができる。

（用途）
上述した実施形態に係るＸ線発生装置１は、除電装置として好適に用いることができる。例えば、Ｘ線発生装置１を備える除電装置をフラットパネルディスプレイ、半導体、フィルム等の製造装置に設置する。除電装置には、上記製造装置に設置されている直流電源から電力が供給され、Ｘ線管には、例えば、−９ｋＶから−１６ｋＶといった高圧の負電圧が印加される。その結果、軟Ｘ線（エネルギーが低くて透過性の弱いX線）が上記製造
装置内に照射される。その結果、空気中の分子がイオン化され、上記製造装置内に存在する半導体集積回路や液晶パネルなどが除電される。

また、実施形態に係るＸ線発生装置１は、Ｘ線写真を撮影するＸ線写真装置、試料を分析する蛍光Ｘ線分析装置など、Ｘ線発生装置を要する種々の分野で用いることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係るＸ線発生装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。

１・・・Ｘ線発生装置
２・・・Ｘ線管
３・・・電流モニタ回路
４・・・制御部
５・・・電源部

Claims (6)

1. 電子を放出する冷陰極としての電子放出部と、前記電子放出部から放出された電子が照射されることでＸ線を発生する対極としてのターゲットと、前記ターゲットと接続され、該ターゲットで発生したＸ線を外部に放出する透過窓とを含むＸ線管を備えるＸ線発生装置であって、
   前記Ｘ線管に対して所定の電圧を印加する電源部と、
   前記Ｘ線管を流れる電流の電流値を検知する電流検知部と、
   前記電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、前記電流検知部によって検知される電流値に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記Ｘ線管に印加される電圧を昇圧させ、前記電流検知部によって検知される電流値が上限電流値に達した場合、前記Ｘ線管に印加される電圧を減圧させるＸ線発生装置。
2. 電子を放出する冷陰極としての電子放出部と、前記電子放出部から放出された電子が照射されることでＸ線を発生する対極としてのターゲットと、前記ターゲットと接続され、該ターゲットで発生したＸ線を外部に放出する透過窓とを含むＸ線管を備えるＸ線発生装置であって、
   前記Ｘ線管に対して所定の電圧を印加する電源部と、
   前記Ｘ線管を流れる電流の電流値を検知する電流検知部と、
   前記電子放出部の電子の放出能力の低下を抑制するように、前記電流検知部によって検知される電流値に基づいて、前記電源部を制御する制御部と、を備え、
   前記電流検知部は、前記Ｘ線管を流れる電流の電流値として、前記Ｘ線管の上流側と下流側の電流値を検知し、
   前記制御部は、前記Ｘ線管の上流側と下流側の電流値の差分に基づいて、漏洩電流の有無を判断するＸ線発生装置。
3. 前記制御部は、前記電流検知部によって検知される電流値が下限電流値を下回った場合、前記Ｘ線管に印加される電圧を昇圧させる、請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。
4. 前記制御部は、前記電流検知部によって検知される電流が一定の電流値となるよう、前記Ｘ線管に印加される電圧を繰り返し昇圧させ、前記昇圧に伴って前記検知部によって検知される電流値が上限電流値に達した場合、前記Ｘ線管に印加される電圧を減圧させる、請求項１又は２に記載のＸ線発生装置。
5. 前記電源部は、前記Ｘ線管に対して、−９ｋＶから−１６ｋＶの負電圧を印加し、前記Ｘ線管には、０．１５ｍＡから１．０ｍＡの電流が流れる、請求項１から４の何れか１項に記載のＸ線発生装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のＸ線発生装置を有する除電装置。

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