(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
除電用の電界放出型Ｘ線発生装置であって、
電子を放出する電子放出素子と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によってＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットで発生したＸ線を外部に放出する窓部を有するＸ線管と、
このＸ線管に対して高圧ケーブルを介して電圧を印加する電源部とを備え、
前記電源部近傍には、当該電源部から前記高圧ケーブルを流れる電流を制限する第１の電流制御抵抗が設けられ、
前記電子放出素子近傍には、前記高圧ケーブルから電子放出素子に流れる電流を制限する第２の電流制御抵抗が設けられ、
前記第２の電流制御抵抗の抵抗値は、前記電子放出素子固有の抵抗値と前記電子放出素子−前記ターゲット間の抵抗値との合計抵抗値よりも小さく、
かつ前記第２の電流制御抵抗の抵抗値は、１０３〜１０７Ωであることを特徴とする、除電用電界放出型Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記第２の電流制御抵抗は、前記電子放出素子と高圧ケーブル間において、前記電子放出素子から２ｍ以内に設けられ、
前記第２の電流制御抵抗と前記電子放出素子との間の高圧ケーブルに寄生するインダクタンスは２μＨ以下、かつキャパシタンスは２００ｐＦ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の除電用電界放出型Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記電子放出素子は、グラファイトを基材とした冷陰極素子であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の除電用電界放出型Ｘ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除電用の電界放出型Ｘ線発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえばフラットパネルディスプレイの製造工程では、軟Ｘ線（微弱Ｘ線）を照射してイオンを生成し、これを利用して除電する技術が使われている。軟Ｘ線を発生させる装置としては、これまでフィラメント方式のＸ線発生装置が使用されてきたが、このフィラメント方式のＸ線発生装置では、消費電力が大きいという問題があった。
【０００３】
そこで最近では、電界放出型電子源を用いたＸ線管（電界放出型Ｘ線管）が、常温での電子放出が可能なことから消費電力を低く抑えることができるため、従来のフィラメント方式のＸ線管に代わる方式として期待されている。しかしながら、数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧電圧を電界放出型Ｘ線管に印加すると、点灯時間の経過とともに電子放出特性が劣化するという問題がある。そのため数千時間以上の寿命が最低限要求される用途、すなわち除電用では、電界放出型Ｘ線管を用いた装置は実用化されていないのが実情である。
【０００４】
この点に関し、電界放出型のＸ線発生装置の長寿命を確保する技術して、エミッタとゲート電極間を所定の抵抗をもった配線で短絡する技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５３２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、静電気帯電起因の電位発生による放電破壊防止を目的にしており、後述のように高圧ケーブルによって、電源と電界放出型Ｘ線管を結ぶ装置として構成した場合には、高圧ケーブルに発生する過電流や特に点灯開始時に発生しやすい突発的な異常電流の対策には十分ではない。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、長寿命の除電用の電界放出型Ｘ線発生装置を提供して、上記した問題の解決を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らが鋭意研究したところ、数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧電圧をＸ線管に印加した場合に、電子放出特性が劣化する大きな原因は、電界放出型Ｘ線管特有の電子放出源の電流の変動に誘発される過電流の発生であることが判った。
【０００９】
これを図に基づいて説明すると、図２に示したように、たとえば除電用の装置として構成する場合、電界放出型Ｘ線管１０１に対しては、高圧ケーブル１０２を介して直流電源１０３から電界放出型Ｘ線管１０１内の電子放出素子に対して電圧を印加する構成となる。この高圧ケーブル１０２には、ケーブル長さに由来して寄生するいわゆる寄生インダクタンスＬとキャパシタンスＣが存在する。また高圧ケーブル１０２における直流電源１０３近傍の箇所には、過電流防止のための過電流防止抵抗１０４が設けることが通常考えられる。
【００１０】
この状態で電界放出型Ｘ線管１０１が点灯すると、電界放出型Ｘ線管１０１はフィラメント方式のＸ線管よりも電子放出量の変動が大きく、この変動に起因して前記した寄生インダクタンスＬとキャパシタンスＣによって、高電圧がいわば二次的に高圧ケーブル１０２に発生することが判った。この二次的に発生した電圧は、過電流防止抵抗１０４を経由せず、その結果、図２に示した装置構成は、結局、図３に示した回路と等価となる。そのため、過電流防止抵抗１０４による過電流防止機能が働かず、電子源の電子放出量がさらに増大し、異常放電によるエミッタ（電子放出素子）の劣化を引き起こしてしまう。
【００１１】
この劣化は、電子放出性能を次第に劣化させるため、電界放出型Ｘ線管１０１の寿命が短くなる。さらにまた、前記した寄生インダクタンスＬとキャパシタンスＣによって、とりわけ点灯開始時に極めて短時間に高電圧が高圧ケーブル１０２に発生することも判った。発明者らの知見では、最大で電界放出型Ｘ線管１０１の定格の１１０％の電圧が印加される可能性がある。
【００１２】
そこでこのような問題に鑑み、本発明の除電用電界放出型Ｘ線発生装置は、電子を放出する電子放出素子と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によってＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットで発生したＸ線を外部に放出する窓部を有するＸ線管と、このＸ線管に対して高圧ケーブルを介して電圧を印加する電源部とを備え、前記電源部近傍には、当該電源部から前記高圧ケーブルを流れる電流を制限する第１の電流制御抵抗が設けられ、前記電子放出素子近傍には、前記高圧ケーブルから電子放出素子に流れる電流を制限する第２の電流制御抵抗が設けられ、前記第２の電流制御抵抗の抵抗値は、前記電子放出素子固有の抵抗値と前記電子放出素子−前記ターゲット間の抵抗値との合計抵抗値よりも小さく、かつ前記第２の電流制御抵抗の抵抗値は、１０３〜１０７Ωであることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、前記した電源近傍に設けられる過電流防止用の第１の電流制御抵抗の他に、電子放出素子近傍に、前記高圧ケーブルから電子放出素子に流れる電流を制限する第２の電流制御抵抗が設けられているので、前記したような、寄生インダクタンスとキャパシタンスによって極めて短時間に高電圧が高圧ケーブルに発生しても、この第２の電流制御抵抗によって、電子放出素子からの電子放出量を抑制し、当該放出素子の保護を図って長寿命を実現することが可能である。
【００１５】
また前記第２の電流制御抵抗は、前記電子放出素子と高圧ケーブル間において、前記電子放出素子から２ｍ以内に設けられ、前記第２の電流制御抵抗と前記電子放出素子との間の高圧ケーブルに寄生するインダクタンスは２μＨ以下、かつキャパシタンスは２００ｐＦ以下であることが好ましい。
【００１６】
さらにまた本発明で使用される前記電子放出素子は、グラファイトを基材とした冷陰極であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、特殊な電子放出素子を用いることなく、長寿命の除電用電界放出型Ｘ線発生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態にかかる除電用電界放出型Ｘ線発生装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図２】従来技術の下で構成した除電用の電界放出型Ｘ線発生装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図３】図２の除電用の電界放出型Ｘ線発生装置の使用時の等価回路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明すると、図１は実施の形態にかかる除電用電界放出型Ｘ線発生装置１の全体の構成を模式的に示しており、電界放出型Ｘ線管１０は、真空容器としての筐体１１、電子放出素子としての冷陰極１２、ターゲット１３、及び筐体１１内で発生したＸ線を外部に放出させる窓１４を有している。
【００２０】
筐体１１は、内部を気密に維持できる絶縁性のある材質で構成されている。たとえばガラス材と絶縁材とで構成される。筐体１１内部には、冷陰極１２とターゲット１３とが対向している。
【００２１】
電子放出素子となる冷陰極１２は、導電性の薄板で構成しても良いが、グラファイトによって構成してもよい。本実施の形態では、グラファイトを基材とした電子材料（グラファイトナノスパインズ）を使用した。その他、炭素を主材料とする素材、たとえばカーボンナノチューブを用いることもできる。
【００２２】
ターゲット１３は窓１４を介して接地され、ターゲット１３及び窓１４は接地電位である。ターゲット１３の材質は、たとえばタングステン、銅など、導電性の良好な金属材料によって構成されている。窓１４は、ターゲット１３で発生したＸ線を外部に放出する機能を持った材料が使用され、たとえばＸ線の透過性にすぐれたベリリウムによって構成されている。
【００２３】
冷陰極１２は、直流電源２１と高圧ケーブル２２によって電気的に接続されている。直流電源２１は、正極側が接地されており、冷陰極１２に対して、高圧の負電圧、たとえば−９ｋＶ〜−１６ｋＶを印加することが可能になっている。
【００２４】
直流電源２１は、制御装置２３によってその電圧、電流が制御される。かかる制御は、高圧ケーブル２２に流れる電流、または電界放出型Ｘ線管１０に印加される電圧値を検出するモニタ２４からの検出信号に基づいて、当該電圧や電流を一定値に制御するフィードバック制御によってなされる。
【００２５】
そして高圧ケーブル２２における直流電源２１の近傍には、第１の電流制御抵抗３１が高圧ケーブル２２に対して直列に設けられている。この第１の電流制御抵抗３１の抵抗値は、本実施の形態では、たとえば１００ｋΩである。
【００２６】
また高圧ケーブル２２における直流電源２１の近傍には、第２の電流制御抵抗４１が高圧ケーブル２２に対して直列に設けられている。この第２の電流制御抵抗４１の抵抗値は、電界放出型Ｘ線管１０に印加される電圧の絶対値をＶｏ［Ｖ］としたとき、０．１×Ｖｏ〜１０００×Ｖｏ［Ω］である。
【００２７】
発明者の知見によれば、既述した過電流を信頼性高く防止するためには、第２の電流制御抵抗４１の抵抗値は０．１Ω以上、好ましくは１０Ω以上あればよく、これより高くすればするほど、より異常放電防止機能は向上する。すなわち、既述したように、電界放出型Ｘ線管１０での電流変動に伴う寄生インダクタンス起因の電圧が発生した場合、第２の電流制御抵抗４１の抵抗値が高いほど、より多くの電圧が第２の電流制御抵抗４１に付加され、その分電界放出型Ｘ線管１０への負過電圧は少なくなり、過電流を発生させるリスクが小さくなる。
【００２８】
一方、第２の電流制御抵抗３４を直列に接続することは、電界放出型Ｘ線管１０の定常点灯時、たとえば５００μＡで点灯中、第２の電流制御抵抗４１には、この第２の電流制御抵抗４１の抵抗値×０．０００５Ａの電圧がかかる。そうすると、たとえば第２の電流制御抵抗４１の抵抗値が１００ｋΩの場合には、５０ｖの電圧がかかるので、その結果、第２の電流制御抵抗４１では、５０［ｖ］×０．０００５［Ａ］＝０．０２５［Ｗ］の電力が消費されることになる。
【００２９】
このように０．０２５Ｗ程度のレベルだと問題はないが、第２の電流制御抵抗４１で消費される電力が数Ｗ以上になると、電界放出型Ｘ線管１０を用いることで従来のフィラメント型Ｘ線管よりも少ない電力で所定のＸ線を発生させられるという、電界放出型Ｘ線管のメリットは減じられ、優位性がなくなってしまう。
【００３０】
そこで、前記したように、第２の電流制御抵抗４１の抵抗値の上限は、１０００×Ｖｏ［Ω］とした。なお発明者の知見では、より好適で実用的な範囲は、電界放出型Ｘ線管１０に印加される電圧の絶対値をＶｏ［Ｖ］としたとき、数Ｖｏ〜数百Ｖｏ［Ω］である。
【００３１】
この例では、第２の電流制御抵抗４１の抵抗値は、１０５Ωとした。これは冷陰極１２の抵抗（エミッタ抵抗：冷陰極１２を構成する素子固有の抵抗値と当該素子−ターゲット１３間の抵抗値との合計抵抗値）よりも小さいものである。すなわち本実施の形態では、冷陰極１２の抵抗が、２×１０７Ω（１０ｋＶ印加で０．５ｍＡが測定されることから算出）であるとき、好ましい第２の電流制御抵抗４１の抵抗値の範囲は、０．１×１０４〜１０００×１０４Ω、すなわち、１０３〜１０７Ωである。これは、冷陰極１２の抵抗（エミッタ抵抗）よりも小さいものである。
【００３２】
また第２の電流制御抵抗４１を電界放出型Ｘ線管１０の近傍に直列に設ける位置については、冷陰極１２から２ｍ以内が好ましい。これは、冷陰極１２から離れれば離れるほど、高圧ケーブル２２に寄生するインダクタンスとキャパシタンスが大きくなり、その分これらを原因とする過電流によるリスクが増大する。一方発明者が実験で確かめたところ、冷陰極１２から２ｍ以内であれば、本発明の所期の効果が得られることが確認できた。また前記リスクを考慮すれば、第２の電流制御抵抗４１は、冷陰極１２と直接接続してもよいが、そうすると、冷陰極１２自体の構造を改変する必要がある。したがって、実用上は、冷陰極１２から１〜１０ｃｍ以内が好ましい。これによって、高圧ケーブル２２の材質にもよるが、一般的なこの種の用途に使用されるシリコーンゴム等で絶縁された銅線の数十ｋＶ用の高圧ケーブルに寄生するインダクタンスを２μＨ以下、かつキャパシタンスは２００ｐＦ以下に抑えることができる。
【００３３】
本実施の形態は、以上の構成を有しているので、直流電源２１から高圧ケーブル２２を介して電界放出型Ｘ線管１０の電界放出素子である冷陰極１２に対して、絶対値が数十ｋＶの電圧を印加した際、図１に示したように、高圧ケーブル２２に寄生するインダクタンスＬやキャパシタンスＣに起因する起電力によって過電流が発生しても、第２の電流制御抵抗４１によって、当該過電流がそのまま冷陰極１２に流れることを防止できる。したがって、冷陰極１２すなわち、電界放出型Ｘ線管１０の寿命を従来よりもはるかに延ばすことができ、たとえば除電用途に必要な数千時間以上の寿命を確保できる。
【００３４】
また点灯開始時に、電流のゆらぎ（変動）と前記した寄生インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣの相互作用により発生する起電力による電圧が防止されるので、点灯開始時において、極めて短時間に流れるたとえばパルス的な電圧印加も防止できる。
【００３５】
図１に示した除電用電界放出型Ｘ線発生装置１を用いて発明者が実験したところ、次のような結果が得られた。すなわち、電界放出型Ｘ線管１０に印加される電圧が−１４ｋＶ、第２の電流制御抵抗４１の抵抗値が１００ｋΩ、高圧ケーブル２２の長さが１５ｍの場合、点灯初期と１０００時間経過後の冷陰極１２に流れる電流を測定したところ、いずれも５００μＡで安定していた。
【００３６】
これに対し、第２の電流制御抵抗４１を持たない図２に示した装置で、同じ条件で調べたところ、点灯初期は、冷陰極１２に流れる電流は５００μＡであったが、２４時間経過後には、既に２００μＡまで低下しており、２４時間後には既に冷陰極１２が所期の機能を発揮しえなくなっていることが確認できた。
【００３７】
なお本実施の形態では、電子放出素子となる冷陰極１２に、グラファイトを基材とした電子材料（グラファイトナノスパインズ）を使用したが、そのようなグラファイトを利用した電子材料を用いなくとも、本発明の所期の効果である、フィラメント方式よりもエネルギー効率がよく、かつ長寿命の除電用の電界放出型Ｘ線発生装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、長時間連続して使用する除電用の電界放出型Ｘ線発生装置に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１    除電用電界放出型Ｘ線発生装置
１０    電界放出型Ｘ線管
１１    筐体
１２    冷陰極
１３    ターゲット
１４    窓
２１    直流電源
２２    高圧ケーブル
２３    制御装置
２４    モニタ
３１    第１の電流制御抵抗
４１    第２の電流制御抵抗
【図１】
0005760290.tif 000002
【図２】
0005760290.tif 000003
【図３】
0005760290.tif 000004