特許 5812346 テラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器、蛍光Ｘ線分析装置ならびに膜厚計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5812346

(24)【登録日】2015年10月2日

(45)【発行日】2015年11月11日

(54)【発明の名称】テラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器、蛍光Ｘ線分析装置ならびに膜厚計測装置

(51)【国際特許分類】

   H05G 1/00 20060101AFI20151022BHJP

【ＦＩ】

   H05G1/00 Z

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-21507(P2012-21507)

(22)【出願日】2012年2月3日

(65)【公開番号】特開2012-186149(P2012-186149A)

(43)【公開日】2012年9月27日

【審査請求日】2014年12月2日

(31)【優先権主張番号】特願2011-33801(P2011-33801)

(32)【優先日】2011年2月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】大石 祐嗣

(72)【発明者】

【氏名】名雪 琢弥

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／１０２７８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開平２−９７７９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 Horvat, J.，Peeling adhesive tape emits electromagnetic radiation at terahertz frequencies，Optics Letters，２００９年 ７月１５日，Volume 34, Issue 14，Pages 2195 - 2197

【文献】 Camara, C.G.，Mechanically driven millimeter source of nanosecond X-ray pulses，Applied Physics B: Lasers and Optics，２０１０年 ６月，Volume 99, Issue 4，Pages 613 - 617

【文献】 三浦崇，粘着テープの剥離放電，コンバーテック，２０１０年 ２月１５日，第３８巻，第２号，92 - 97 頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｇ １／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣｉＮｉｉ

Ｓｃｏｐｕｓ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に隔離して配設された２本の中心軸回りに回転可能に形成された第１および第２の回転ローラと、
前記第１および第２の回転ローラの少なくとも一方の外周面に貼着され、誘電体材料で形成された第１の接合部材と、
前記第１および第２の回転ローラ間に掛けられ、内周面が前記第１の接合部材との接触により接合される誘電体材料で形成された第２の接合部材となっており、前記第１および第２の回転ローラの回転に伴い前記第１および第２の回転ローラ間を移動するとともに、前記移動に伴い前記第１の接合部材に第２の接合部材が接合されて移動された後剥離されることにより剥離帯電テラヘルツ電磁波または剥離帯電Ｘ線を照射する帯状または線条のループ状部材とを有することを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項2】

請求項１に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、
前記第１および第２の回転ローラ、第１および第２の接合部材、ループ状部材は、これらを真空容器内に真空状態で収納したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、
前記第１の接合部材は、粘着剤で形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、
前記第１および第２の接合部材は面ファスナーで形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項5】

請求項１〜請求項４の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、
前記第１および第２の回転ローラの径が異なることを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項6】

請求項１〜請求項５の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、
前記第１の回転ローラと第２の回転ローラとの間隔を調整可能に形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器。

【請求項7】

請求項２〜請求項６の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器のうち、前記真空容器を有するＸ線の発生器と、
前記発生器から試料に前記剥離帯電Ｘ線を照射し、これに伴い試料から放出された蛍光Ｘ線を検出して前記試料の種類と前記試料における元素の量（濃度）を求める検出手段（Ｘ線スペクトロメーター）とを有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。

【請求項8】

請求項７に記載する蛍光Ｘ線分析装置において、
前記ループ状部材を帯状部材で形成するとともに、前記検出手段が、前記帯状部材から照射される線状の剥離帯電Ｘ線に基づき前記試料から放出される線状の蛍光Ｘ線を検出して分析するものであることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。

【請求項9】

請求項８に記載する蛍光Ｘ線分析装置において、
前記帯状部材の幅方向であり、前記真空容器の軸方向に伸びるＸ線透過用のＸ線放出窓を前記真空容器が有するとともに、
照射された前記Ｘ線に基づき前記試料から放出された蛍光Ｘ線を透過させる前記軸方向と同方向に伸びるとともに、前記試料に対する前記Ｘ線放出窓との位置関係が一定に保持されている蛍光Ｘ線入射窓を前記検出手段が有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置。

【請求項10】

請求項７〜請求項９の何れか一つに記載する蛍光Ｘ線分析装置において、
前記検出手段は、
基準サンプルに前記剥離帯電Ｘ線を照射して前記基準サンプルから放出される蛍光Ｘ線の強度に基づき、前記蛍光Ｘ線の波長で特定される複数の材料毎の膜厚情報を記憶している記憶手段と、
前記試料に前記剥離帯電Ｘ線を照射して放出された蛍光Ｘ線の特定の波長における強度を検出して前記記憶手段の記憶内容と比較することにより特定の元素の膜厚を計測するように構成したことを特徴とする膜厚計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器、蛍光Ｘ線分析装置ならびに膜厚計測装置に関し、特に狭隘な場所で使用する小型のテラヘルツの電磁波の発生源やＸ線発生源を構成する際に適用して有用なものである。

【背景技術】

【0002】

配管の減肉量等、構造物の内部を非破壊検査により検知するＸ線検査装置のＸ線源としてレーザープラズマＸ線源が知られている（例えば特許文献１および非特許文献１参照）。レーザープラズマＸ線源は、高強度短パルスレーザーを集光照射することで瞬時に高温高密度プラズマを生成し、このプラズマ中の電子を介してＸ線を生成させるものであり、高空間分解能で、狭隘部の検査が可能となるＸ線源として期待されている。

【0003】

ところが、この種のレーザープラズマＸ線源は、レーザー装置およびレーザー光の伝送系等を有することに起因して構造自体が複雑になり、また定期的なメンテナンスも必要になるという問題を有している。そこで、簡単な構造で所望のＸ線を発生することができ、実質的にメンテナンスフリーを実現し得るＸ線源の出現が待望されている。

【0004】

一方、非特許文献２には、巻回された粘着テープを真空中で剥離させた場合にＸ線が生成される旨の記載がある。すなわち、剥離放電によるＸ線の生成の可能性について言及している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−０４７４４０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「レーザープラズマＸ線源の開発に向けたＸ線コンバータ方式の評価」電力中央研究所報告：Ｈ０５０１４（２００５年３月）

【非特許文献2】Carlos G,et al,Nature 455,1089-1092(2008)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献２に記載された剥離放電を利用したＸ線源として図５に示すようなものが考えられる。同図（ａ）に示すように、剥離部分で剥離放電を生起させる粘着テープは、最初は全部が第１の回転ローラ０１に巻回されている。かかる状態の粘着テープ０３を、第１の回転ローラ０１と第２の回転ローラ０２とを同期回転させつつ、図５（ｂ）に示すように第２の回転ローラ０２に巻き取っていく。ここで、第１の回転ローラ０１の最外周に巻回された粘着テープ０３は第２の回転ローラ０２側に移動・巻回される際に剥離される。かかる剥離に伴い剥離点でＸ線が発生する。このときの剥離放電によるＸ線の発生点を図中にＰ０１の符号を付して示す。Ｘ線は剥離点Ｐ０１における粘着テープが形成する円の接線の法線方向に放射される。

【0008】

ところが、かかる原理により放射線を発生させる場合、小型で低電圧駆動は可能になるが、第１の回転ローラ０１に巻回されている粘着テープ０３が第２の回転ローラ０２に巻き取られて移動するに伴い、第１および第２の回転ローラ０１，０２に巻回される粘着テープ０３の径が系時的に変化する結果、発生点Ｐ０１も移動し、Ｘ線の放射方向が不安定になるという大きな問題を発生する。また、粘着テープ０３を第２の回転ローラ０２に巻回・移動させてしまった後では、第１の回転ローラ０１と第２の回転ローラ０２との回転方向を逆転させる必要があり、その分駆動系の構造が複雑になるという問題もある。

【0009】

本発明は、上記従来技術に鑑み、剥離放電によりテラヘルツ電磁波ないしＸ線を所定の一定方向に安定的に放射させることができる小型で低電圧駆動が可能なテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器、蛍光Ｘ線分析装置ならびに膜厚計測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】

【0010】

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、水平方向に隔離して配設された２本の中心軸回りに回転可能に形成された第１および第２の回転ローラと、前記第１および第２の回転ローラの少なくとも一方の外周面に貼着され、誘電体材料で形成された第１の接合部材と、前記第１および第２の回転ローラ間に掛けられ、内周面が前記第１の接合部材との接触により接合される誘電体材料で形成された第２の接合部材となっており、前記第１および第２の回転ローラの回転に伴い前記第１および第２の回転ローラ間を移動するとともに、前記移動に伴い前記第１の接合部材に第２の接合部材が接合されて移動された後剥離されることにより剥離帯電テラヘルツ電磁波または剥離帯電Ｘ線を照射する帯状または線条のループ状部材とを有することを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0011】

本態様によれば、第１および第２の回転ローラの回転に伴いループ状部材が移動するので、これに伴い前記第１の接合部材に第２の接合部材が接合されて移動された後剥離されることにより剥離帯電テラヘルツ電磁波または剥離帯電Ｘ線を照射する。すなわち、ループ状部材は誘電体材料で形成されているので帯電している。この結果、ループ状部材が剥離される瞬間に剥離ポイントで剥離放電が生起され、これに伴いＸ線およびテラヘルツ電磁波が発生される。

【0012】

ここで、ループ状部材は第１および第２の回転ローラ間に掛けられ第１および第２の回転ローラの回転に伴い第１および第２の回転ローラ間を移動しているので、剥離ポイントはループ状部材と第１および／または第２の回転ローラとの接点または接線であり、この接点または接線は一定位置となる。このため、剥離放電の位置は一定となり、これにより発生するＸ線およびテラヘルツ電磁波も所定の一方向に安定的に放射される。ちなみに、この場合のＸ線およびテラヘルツ電磁波の放射方向は、第１および／または第２の回転ローラの中心と剥離ポイントを結ぶ直線の延長方向となり、この方向に安定的にＸ線およびテラヘルツ電磁波が放射される。

【0013】

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、前記第１および第２の回転ローラ、第１および第２の接合部材、ループ状部材は、これらを真空容器内に真空状態で収納したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0014】

本態様によれば、剥離放電によるＸ線ないしテラヘルツ電磁波をより容易に、また安定的に発生させることができる。

【0015】

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、前記第１の接合部材は、粘着剤で形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0016】

本態様によれば粘着剤による粘着状態を強制的に剥離するので、良好な剥離放電を発生させることができる。

【0017】

本発明の第４の態様は、第１または第２の態様に記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、前記第１および第２の接合部材は面ファスナーで形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0018】

本態様によれば、面ファスナーの機能により長期に亘り安定した接合・剥離を良好に実現し得る。

【0019】

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、前記第１および第２の回転ローラの径が異なることを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0020】

本態様によれば、第１の回転ローラの径と第２の回転ローラの径の比を任意に選択することにより剥離放電が生起される剥離ポイントを任意に選択することが可能になる。この結果、Ｘ線ないしテラヘルツ電磁波の放射方向を任意に選択することができる。

【0021】

本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器において、前記第１の回転ローラと第２の回転ローラとの間隔を調整可能に形成したことを特徴とするテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器にある。

【0022】

本態様によれば、第１および第２の回転ローラ間に張架されているループ状部材への張力を調整することができる。

【0023】

本発明の第７の態様は、第２〜第６の態様の何れか一つに記載するテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器のうち、前記真空容器を有するＸ線の発生器と、前記発生器から試料に前記剥離帯電Ｘ線を照射し、これに伴い試料から放出された蛍光Ｘ線を検出して前記試料の種類と前記試料における元素の量（濃度）を求める検出手段（Ｘ線スペクトロメーター）とを有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置にある。

【0024】

本態様によれば、剥離帯電Ｘ線を試料に照射することで、試料から放出される蛍光Ｘ線を分析することにより試料およびその量を良好に特定し得る。すなわち、狭隘部でも使用でき、可搬性に優れる蛍光Ｘ線分析装置を提供することができる。

【0025】

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載する蛍光Ｘ線分析装置において、前記ループ状部材を帯状部材で形成するとともに、前記検出手段が、前記帯状部材から照射される線状の剥離帯電Ｘ線に基づき前記試料から放出される線状の蛍光Ｘ線を検出して分析するものであることを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置にある。

【0026】

本態様によれば、線状の剥離帯電Ｘ線およびこれに対応する線状蛍光Ｘ線が容易に得られるので、試料の所定の線状部分の分析を効率良く位置行うことができる。

【0027】

本発明の第９の態様は、第８の態様に記載する蛍光Ｘ線分析装置において、前記帯状部材の幅方向であり、前記真空容器の軸方向に伸びるＸ線透過用のＸ線放出窓を前記真空容器が有するとともに、照射された前記Ｘ線に基づき前記試料から放出された蛍光Ｘ線を透過させる前記軸方向と同方向に伸びるとともに、前記試料に対する前記Ｘ線放出窓との位置関係が一定に保持されている蛍光Ｘ線入射窓を前記検出手段が有することを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置にある。

【0028】

本態様によれば、Ｘ線放出窓および蛍光Ｘ線入射窓を透過させることでＸ線の減衰を可及的に抑制して所定の良好な蛍光Ｘ線分析を行うことができる。

【0029】

本発明の第１０の態様は、第７〜第９の何れか一つの態様に記載する蛍光Ｘ線分析装置において、前記検出手段は、基準サンプルに前記剥離帯電Ｘ線を照射して前記基準サンプルから放出される蛍光Ｘ線の強度に基づき、前記蛍光Ｘ線の波長で特定される複数の材料毎の膜厚情報を記憶している記憶手段と、前記試料に前記剥離帯電Ｘ線を照射して放出された蛍光Ｘ線の特定の波長における強度を検出して前記記憶手段の記憶内容と比較することにより特定の元素の膜厚を計測するように構成したことを特徴とする膜厚計測装置にある。

【0030】

本態様によれば、試料の膜厚計測をその種類とともに、蛍光Ｘ線分析により簡便に行うことができる。この結果、狭隘部でも使用でき、可搬性に優れる膜厚計測装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、第１および第２の回転ローラの一回転毎に同一位置で継続的に剥離放電によるＸ線ないしテラヘルツ電磁波を発生させることができる。この結果、構造が簡単で設計の柔軟性に優れた小型のテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器を容易に提供することが可能になる。ここで、テラヘルツ電磁波はＸ線よりも透過性が弱いので樹脂等の非破壊検査に、Ｘ線は金属等の非破壊検査にというように使用用途を適正に使い分けることができる。また、小型で構造が簡単なテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器であるため、実質的にメンテナンスフリーとすることもでき、さらに第１および第２の回転ローラの駆動力を電池駆動のモータにより得ることもできる。

【0032】

さらに、剥離帯電により得られたＸ線を試料に照射することにより試料から蛍光Ｘ線が放出され、この蛍光Ｘ線により良好な蛍光Ｘ線分析を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器を概念的に示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′線断面図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器を概念的に示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。

【図3】本発明の第３の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器の一部を抽出して概念的に示す拡大図である。

【図4】本発明の第４の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器の一部を抽出して概念的に示す拡大図である。

【図5】剥離放電の原理を概念的に示す説明図である。

【図6】サンプル試料から得られた蛍光Ｘ線の特性を示す特性図である。

【図7】蛍光Ｘ線分析による膜厚測定原理を示す原理図である。

【図8】亜鉛めっき表面を模擬した試料からの蛍光Ｘ線分析を示す特性図である。

【図9】亜鉛厚さに対する蛍光Ｘ線特性を示す図で、（ａ）が亜鉛厚さと蛍光Ｘ線ピーク強度との関係、（ｂ）が亜鉛と鉄の蛍光Ｘ線ピーク強度比と亜鉛厚さとの関係を示している。

【図10】本発明の第５の実施の形態に係るライン状の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

【0035】

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器を概念的に示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ′線断面図である。

【0036】

同図に示すように、本形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器Ｉは、第１および第２の回転ローラ１，２、ループ状部材５、モータ８等を、これらが配設されたベース板７とともに真空容器６内に収納して構成してある。真空容器６は排気口９を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されることによりその内部が真空に引かれる。真空に引いた状態で排気口９を封じ切ることにより所定の真空度を保持する。勿論、真空ポンプを継続的に駆動して所定の真空度を保持するようにしても良い。第１および第２の回転ローラ１，２は、同径のローラで、ベース板７に回転可能に支持された垂直軸である回転軸３，４に固定されて該回転軸３，４の軸周りに回転するように構成してある。

【0037】

本形態における第１の回転ローラ１の外周面には粘着剤１Ａが塗布してある。ループ状部材５は、第１および第２の回転ローラ１，２間に掛けられ誘電体材料であるテープ状フィルムで形成されている。すなわち、ループ状部材５は、ポリイミドやアクリル等のプラスチック材料で好適に形成することができる。かかるループ状部材５は第１および第２の回転ローラ１，２の回転に伴い両回転ローラ１,２間を移動するとともに、この移動に伴い粘着剤１Ａに接着されて移動された後、剥離される。ここで、本形態では回転軸３がベース板７に配設されたモータ８で回転駆動されるように構成してある。粘着剤１Ａが塗布してあり、ループ状部材５との粘着、剥離が繰り返される第１の回転ローラ１側が大きなトルクを必要とするからである。モータ８で第２の回転ローラ２を回転駆動するような構成にした場合には、第２の回転ローラ２が回転してもループ状部材５が滑ってしまう可能性が存在する。すなわち、第２の回転ローラ２のみが空回りする事態が発生する可能性がある。

【0038】

本形態においては、第１の回転ローラ１と第２の回転ローラ２との間隔を調整可能に形成してある。これは、図示はしないが、例えば回転軸３をベース板７に対して水平方向に直線移動する機構を設けることにより容易に実現し得る。このように第１の回転ローラ１と第２の回転ローラ２との間隔を調整可能に形成することは必須ではないが、このことによりループ状部材５の張力を適切に調節することができる。かくして放射線量の調整が可能になる。

【0039】

かかる形態によれば、第１および第２の回転ローラ１，２の回転に伴いループ状部材５が移動して粘着剤１Ａに接着され、所定量回動（半回転）された後、粘着剤１Ａから剥離される。ここで、ループ状部材５は誘電体材料であるプラスチック材料で形成されているので帯電している。この結果、ループ状部材５が剥離される瞬間に剥離ポイントで剥離放電が生起され、これに伴いＸ線およびテラヘルツ電磁波が放射される。

【0040】

本形態の場合、第１および第２の回転ローラ１，２は同径であるのでループ状部材５は両回転ローラ１，２間で平行に張架されている。したがって、ループ状部材５と第１の回転ローラ１との接点である剥離ポイントは図１（ａ）中において回転軸３の中心から第１の回転ローラ１の径方向に伸びる垂線とループ状部材５との交点である。かかる交点は定点であり、Ｘ線およびテラヘルツ電磁波の発生点Ｐ１１となる。このため、剥離放電によるＸ線およびテラヘルツ電磁波の発生点Ｐ１１は一定となり、これにより発生するＸ線およびテラヘルツ電磁波も所定の一方向、すなわち回転軸３の中心と発生点Ｐ１１を結ぶ直線の延長方向に安定的に放射される。

【0041】

ここで、放射されるＸ線およびテラヘルツ電磁波の放射量はループ状部材５の幅により規定される。すなわちＸ線およびテラヘルツ電磁波の放射量は幅方向の積分値となるので、幅が広くなるほど強くなる。また、テラヘルツ電磁波はＸ線よりも透過性が弱いので樹脂等の非破壊検査に，Ｘ線は金属等の非破壊検査に使い分けるのが好適である。

【0042】

＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器を概念的に示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ′線断面図である。

【0043】

同図に示すように、本形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器IIは、外周面に粘着剤１１Ａが塗布された第１の回転ローラ１１，第２の回転ローラ１２、ループ状部材１５、モータ１８等を、これらが配設されたベース板１７とともに真空容器１６内に収納して構成してある。真空容器１６は排気口１９を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されることによりその内部が真空に引かれる。

【0044】

ここで、本形態における第１および第２の回転ローラ１１，１２はそれぞれの径が異なっている。本形態の場合、（第１の回転ローラ１１の径）＜（第２の回転ローラ１２の径）となっており、ベース板１７に回転可能に支持された垂直軸である回転軸１３，１４に固定されて該回転軸１３，１４の軸周りに回転するように構成してある。

【0045】

ループ状部材１５は、図１に示す第１の実施の形態と同様に、第１および第２の回転ローラ１１，１２間に掛けられ図１と同様の誘電体材料であるテープ状フィルムで形成されている。かかるループ状部材１５は第１および第２の回転ローラ１１，１２の回転に伴い両回転ローラ１１，１２間を移動するとともに、この移動に伴い粘着剤１１Ａに粘着されて移動された後、剥離される。本形態においては、回転軸１３がベース板１７に配設されたモータ１８で回転駆動される。回転軸１３側でループ状部材１５との接着・剥離が行われ、第１の実施の形態の場合と同様に、その分大きなトルクが必要になるからである。

【0046】

本形態においても、図１に示す第１の実施の形態と同様に、第１の回転ローラ１１と第２の回転ローラ１２との間隔を調整可能に形成してある。

【0047】

かかる本形態においても、第１および第２の回転ローラ１１，１２の回転に伴い誘電体で形成されているループ状部材１５が移動して粘着剤１１Ａに接着され、所定量回動された後、粘着剤１１Ａから剥離されるので、ループ状部材１５が剥離される瞬間に剥離ポイントで剥離放電が生起される。これに伴い前記第１の実施の形態と同様に、Ｘ線およびテラヘルツ電磁波が放射される。

【0048】

一方、本形態における第１および第２の回転ローラ１１，１２はその径が異なるので、両者の径の比により剥離ポイントを周方向に移動させることができる。剥離ポイントはループ状部材１５と第１および第２の回転ローラ１１，１２との接点で規定されるからである。したがって、本形態における剥離放電によるＸ線およびテラヘルツ電磁波の発生点Ｐ２１は一定となり、これにより発生するＸ線およびテラヘルツ電磁波も所定の一方向となるが、回転軸１３の中心と発生点Ｐ２１を結ぶ直線の延長方向となる。

【0049】

このように、本形態によれば、第１の回転ローラ１１の径と第２の回転ローラ１２の径の比を任意に選択することによりＸ線およびテラヘルツ電磁波の発生点Ｐ２１を任意に調節することが可能になる。

【0050】

＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器の一部を抽出して概念的に示す拡大図である。本形態は図１に示す第１の実施の形態に対応するもので、図１の第１の回転ローラ１に対応する部分を抽出したものである。

【0051】

図３に示すように、本形態においては、第１の回転ローラ２１の外周面に誘電体材料で形成された第１の接合部材２１Ａが貼着されている。一方、ループ状部材２５は、ベースフィルム２５Ａと、第１の接合部材２１Ａに接合されるようベースフィルム２５Ａの内側面に誘電体材料で形成された第２の接合部材２５Ｂとからなる。ここで、第１の接合部材２１Ａおよび第２の接合部材２５Ｂは面ファスナー（マジックテープ〈登録商標〉）を利用して好適に形成することができる。なお、第１の回転ローラ２１との間でループ状部材２５を張架している第２の回転ローラは図１に示す第２の回転ローラ２と同様に構成してある。また、本形態でも第１の接合部材２１Ａが貼着されている第１の回転ローラ２１およびループ状部材２５以外の部分は、図１に示す第１の実施の形態と同様に構成してある。

【0052】

かかる第３の実施の形態においては、ループ状部材２５が第１の回転ローラ２１および第２の回転ローラ（図には第１の回転ローラのみを示す。以下同じ。）の回転に伴い第１の回転ローラ２１および第２の回転ローラ間を移動するとともに、かかる移動に伴い第１の接合部材２１Ａに第２の接合部材２５Ｂが接合されて移動された後、剥離される。この結果、第１の実施の形態と同様に、発生点Ｐ３１からＸ線およびテラヘルツ電磁波が放射される。

【0053】

＜第４の実施の形態＞
図４は本発明の第４の実施の形態に係るテラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器の一部を抽出して概念的に示す拡大図である。本形態は図２に示す第２の実施の形態に対応するもので、図２の第１の回転ローラ１１に対応する部分を抽出したものである。

【0054】

図４に示すように、本形態は図３に示す第３の実施の形態に対し、第１の回転ローラ３１と第２の回転ローラ（図には第１の回転ローラのみを示す。以下、同じ。）との径が異なる点のみが異なる。すなわち、本形態における第１の回転ローラ３１の外周面にも誘電体材料で形成された第１の接合部材３１Ａが貼着されている。一方、ループ状部材３５は、ベースフィルム３５Ａと、第１の接合部材３１Ａに接合されるようベースフィルム３５Ａの内側面に誘電体材料で形成された第２の接合部材３５Ｂとからなる。ここで、第１の接合部材３１Ａおよび第２の接合部材３５Ｂも面ファスナー（マジックテープ〈登録商標〉）を利用して好適に形成することができる。なお、第１の回転ローラ３１との間でループ状部材３５を張架している第２の回転ローラは図２に示す第２の回転ローラ１２と同様に構成してある。すなわち、第１の回転ローラ３１の径＜第２の回転ローラの径となっている。また、本形態でも第１の接合部材３１Ａが貼着されている第１の回転ローラ３１およびループ状部材３５以外の部分は、図２に示す第２の実施の形態と同様に構成してある。

【0055】

かかる第４の形態においては、ループ状部材３５が第１の回転ローラ３１および第２の回転ローラの回転に伴い第１の回転ローラ３１および第２の回転ローラ間を移動するとともに、かかる移動に伴い第１の接合部材３１Ａに第２の接合部材３５Ｂが接合されて移動された後、剥離される。この結果、第２の実施の形態と同様に、（第１の回転ローラ３１の径）／（第２の回転ローラの径）で決まる特定の発生点Ｐ４１からＸ線およびテラヘルツ電磁波が放射される。

【0056】

＜他の実施の形態＞
上記各実施の形態では、所定の剥離が真空容器６，１６内で発生するように構成したが、必ずしも真空容器６，１６内に収納されている必要はない。特に、テラヘルツ電磁波は大気中であっても良好に放射される。

【0057】

上記各実施の形態では、剥離放電が第１の回転ローラ側で生起されるように構成したが、第２の回転ローラ側のみで生起されるように構成しても、また第１のローラ側のみならず第２の回転ローラ側でも生起されるように構成しても勿論構わない。前者の場合には、第２の回転ローラ２，１２側のみに粘着剤を塗布する（第１及び第２の実施の形態の場合）か、または第１の接合部材を貼着する（第３及び第４の実施の形態の場合）。後者の場合には、第１の回転ローラ１，１１側とともに第２の回転ローラ２、１２側にも粘着剤を塗布する（第１及び第２の実施の形態の場合）か、または第１の接合部材を貼着する（第３及び第４の実施の形態の場合）。ここで、第２の回転ローラ側におけるＸ線等の放射方向は、第２の回転ローラ２，１２とループ状部材５，１５との接点に向けて回転軸４，１４の中心から引いた図１（ａ）、図２（ａ）中における下側の線である。

【0058】

なお、第２および第４の実施の形態においては径が小さい第１の回転ローラ１１，３１側のみで剥離放電が生起されるように構成している。かかる構成は頻繁にテラヘルツ電磁波およびＸ線を発生させたい場合に好適である。逆に、発生頻度は少なくても構わない場合には径が大きい第２の回転軸側で剥離放電が生起されるように構成すれば良い。

【0059】

さらに、ループ状部材はテープ状部材に限るものでもない。誘電部材で形成されていれば、線条部材でも構わない。また、材料はピエゾテープを使用することもできる。

【0060】

上述の各実施の形態で剥離帯電により得られるＸ線のエネルギーは、現在のところ、１０〜２０ｋｅＶ程度であり、試料に照射して蛍光Ｘ線を放出させるには十分である。そこで、小型で可搬性に優れ、狭隘な場所でも良好に使用できるという特性を活かして蛍光Ｘ線分析装置として優れた性能を有するものを構築することができる。

【0061】

以下、蛍光Ｘ線分析の応用に関して言及しておく。蛍光Ｘ線分析はサンプル試料表面の組成分析によく用いられる手法である。蛍光Ｘ線は、元素に固有なエネルギー（波長）を持つことから固有Ｘ線、特性Ｘ線とも呼ばれ、これを利用して、試料を構成する元素の分析を行うことを蛍光Ｘ線分析(x-ray fluorescence analysis :ＸＲＥ)と呼ぶ。蛍光Ｘ線分析では、蛍光Ｘ線のエネルギー（波長）から元素の種類を、蛍光Ｘ線強度から元素の量（濃度）を求める。

【0062】

ここで原理実証のための実験を行った。Ｘ線発生器は上記実施の形態と同様の剥離帯電を利用したＸ線発生器を使用した。一方、蛍光Ｘ線検出器は低エネルギーＸ線領域においてエネルギー分解能に優れているＸ線スペクトロメータを使用した。

【0063】

試料は身の周りにあった、（ａ）ゆで卵の殻を割って袋に入れたもの、（ｂ）銅板テープ、（ｃ）タングステン（Ｗ）板（０．１ｍｍ）、（ｄ）ＳＵＳ板（^ｔ５ｍｍ）とした。

【0064】

この結果を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。図６（ａ）〜（ｄ）を参照すればサンプル試料の主成分に対応する蛍光Ｘ線ピークが観測できることが分かる。

【0065】

以上の結果より、本形態に係るループテープ方式の剥離帯電Ｘ線源が、蛍光Ｘ線分析に使用できることが明らかになった。

【0066】

かかる蛍光Ｘ線分析の応用例として薄膜の厚さ測定がある。近年、鉄塔に施された亜鉛メッキの減厚が報告されている。亜鉛メッキの厚さが薄くなり過ぎると耐食性などの効果が小さくなり、地金鋼材の劣化に繋がる。したがって、亜鉛メッキの残存膜厚を把握しておくことは、鉄塔施設の安全管理を行う上で非常に重要である。

【0067】

一方、前述の如き蛍光Ｘ線分析を行うことで薄膜の厚さを測定することができる。その測定原理を図７に示す。この例では、鉄塔を想定し、地金は鉄、メッキは亜鉛としている。同図において左側はメッキが無く、右側は厚いメッキ層となっている。メッキが全く無い場合には、メッキ組成である亜鉛の蛍光Ｘ線は観測されないため、地金である鉄の蛍光Ｘ線のみ観測される。逆にメッキ層が十分に厚い場合には、入射Ｘ線が地金層に届く前に、メッキ層内でかなり減衰するため、鉄原子を励起するための一次Ｘ線強度は小さくなる。さらに地金層で発生した鉄の蛍光Ｘ線は再び厚いメッキ層内で減衰するため検出器まで届かない。したがって、メッキ組成である亜鉛の蛍光Ｘ線のみ観測される。両者の中間領域においては、亜鉛と鉄両方の蛍光Ｘ線が観測でき、その強度はメッキ層の厚さに依存する。

【0068】

蛍光Ｘ線分析を適用した本手法の特長としては、顕微鏡断面法や電解法などと異なり、非破壊での測定が可能であること、渦電流式や磁力式に比べ薄膜領域での計測が可能であること、などが挙げられる。ただし、真鍮（黄銅）への銅メッキのように地金とメッキが同一元素の場合には、観測されるＸ線エネルギーは同一となり、地金とメッキのどちらから出てきたＸ線かが判別できないためメッキ厚さを求めることができない。

【0069】

亜鉛メッキの厚さは被覆方法および素材によってかなり異なるものの、おおよその厚さは、表１で与えられる。

【0070】

【表1】

【0071】

メッキ厚さ１００μｍ以下の領域では合金層が形成されていると考えられるが、ここでは原理実証のため、模擬サンプルとして、厚さ１ｍｍの鉄に厚さ０〜１００μｍの亜鉛薄膜をおいて、蛍光Ｘ線スペクトルに違いが現れるか、実験を行った。実験条件は、真空度：〜４×１０^−３ｍｂａｒ、照射時間：５分間とし、それ以外は上記蛍光Ｘ線分析と同様とした。

【0072】

得られた結果を図８に示す。亜鉛薄膜を置いていない図８（ａ）では、鉄からの蛍光Ｘ線のみ観測され、亜鉛の蛍光Ｘ線は観測されていない。亜鉛薄膜^ｔ２５μｍの図８（ｂ）においては、強度は低いものの、図中の拡大図に示すように鉄からの蛍光Ｘ線を確認することができる。亜鉛薄膜を設置した図８（ｂ）〜図８（ｄ）においては、亜鉛からの２つの蛍光Ｘ線ピークＫ_α，Ｋ_βを観測できる。なお、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれのエネルギー分布においても、Ｎｉの蛍光Ｘ線ピークが生じているが、これは装置を構成するＳＵＳに起因するものである。

【0073】

図９（ａ），（ｂ）は、それぞれ、蛍光Ｘ線ピーク強度と亜鉛厚さとの関係、亜鉛と鉄のピーク強度比と亜鉛厚さの関係を表したものである。同図（ａ）については、鉄Ｋ_αの亜鉛厚さ依存性が顕著であるが、定性的には原理を示す図７（ｂ）から予想された通りの結果を得ることができた。同図（ｂ）については、理論上は亜鉛薄膜が無い場合の信号強度比は０となり、薄膜が厚くなるにつれて無限大に近づくはずであるが、バックグランドノイズなどにより、実験結果ではそうなっていない。また、亜鉛厚さ５０μｍ、１００μｍにおいてはこの比が逆転しているが、これはほぼバックグランドレベルである鉄からの蛍光Ｘ線信号強度で割ったため、誤差が大きくなり生じたものと考えられる。基本的にはメッキが厚くなるにつれて、メッキからの蛍光Ｘ線は増加するので、亜鉛薄膜（メッキ層）が厚い領域においては、信号強度比を取るより、亜鉛からの蛍光Ｘ線強度だけで評価した方が良いように思われる。この場合、Ｘ線源強度の安定性が重要となる。

【0074】

一方、厚さ０〜５０μｍの範囲に着目してみると、この領域では強度比が５桁程度変わっており、メッキ厚さに応じて非常に敏感に変化することが分かる。したがって、この領域における残存膜厚測定への適用が期待される。さらに剥離帯電Ｘ線源の強度やエネルギーを増加することができれば、蛍光Ｘ線強度も増加するので、評価範囲の拡大および測定精度向上が期待できる。また、電力流通設備において塗膜剤として用いられる防食エポキシ樹脂から、Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｎの蛍光Ｘ線ピークが観測されていることから、本手法の塗膜厚さ計測への適用も考えられる。

【0075】

＜第５の実施の形態＞
かかる蛍光Ｘ線分析を応用した好適な実施の形態を第５の実施の形態として説明する。図１０は本発明の第５の実施の形態に係るライン状の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略斜視図である。同図に示すように、基本構造は図１に示す第１の実施の形態に係るＸ線の発生器と同様のＸ線発生器を利用してライン状の蛍光Ｘ線分析装置を構築したものである。そこで、図１と対応する部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。

【0076】

本形態におけるＸ線の発生器Ｉはループ状部材５の幅を長く形成することで、任意の長さのライン状の剥離帯電Ｘ線を得ている。ここで剥離点における第１の回転ローラ１の中心からの放射方向にはＸ線放出窓６Ａが形成してある。Ｘ線放出窓６Ａは、ループ状部材５の幅方向であり、円筒状の真空容器６の軸方向に伸びる線状のＸ線透過用の窓である。具体的には、ＳＵＳやアルマイト等で形成された真空容器６の肉厚をＸ線放出窓６Ａの部分だけ薄くすることで容易に形成することができる。

【0077】

Ｘ線の発生器ＩのＸ線放出窓６Ａを透過した線状剥離帯電Ｘ線は試料IVに照射される。この結果、試料IVからは線状の蛍光Ｘ線が放出される。Ｘ線スペクトロメータで構成したＸ線検出器IIIは筐体４２内にその検出器本体（図示せず）が収納されている。ここで、筐体４２には、試料IVから放出される線状の蛍光Ｘ線を減衰させることなく入射させるための蛍光Ｘ線入射窓４２Ａが設けられている。

【0078】

ここで、Ｘ線の発生器ＩおよびＸ線検出器IIIは車輪４１を介して移動可能に形成してあるテーブル４０上に配設してある。テーブル４０上で、Ｘ線放出窓６Ａと蛍光Ｘ線入射窓４２Ａとの試料IVに対する位置関係が一定となるようにＸ線の発生器ＩおよびＸ線検出器IIIの位置決めがなされ固定されている。

【0079】

本形態のようにＸ線放出窓６Ａおよび蛍光Ｘ線入射窓４２Ａを透過させることでＸ線の減衰を可及的に抑制することができる。

【0080】

前述したように、剥離帯電からのＸ線発生の特長は、構成がシンプルであり設計柔軟性に優れている点である。本形態では、この設計柔軟性を生かした計測診断システムとして構築することができる。

【0081】

本形態によれば、剥離帯電Ｘ線のライン形状に対応した試料IVからの蛍光Ｘ線を分析することで、試料IVの直線状分布を得る。また、Ｘ線の発生器ＩとＸ線検出器IIIとを同期させて水平方向にスキャンする（水平方向の位置関係を一定に保持する）ことで対象とする試料IVの二次元組成分布や二次元メッキ厚さ分布を容易に求めることができる。

【0082】

なお、本形態において得られる線状の剥離帯電Ｘ線の長さはループ状部材５の幅および回転ローラ１，２の寸法を調整することで容易かつ任意に選定することができる。すなわち、Ｘ線発生領域長さについては、ループテープなどを取り替えるだけで、簡単に変えることができる。

【0083】

また、Ｘ線検出器IIIに、基準サンプルに剥離帯電Ｘ線を照射して基準サンプルから放出される蛍光Ｘ線の強度に基づき、蛍光Ｘ線の波長で特定される複数の材料毎の膜厚情報を記憶している記憶手段を備えておけば、試料IVに剥離帯電Ｘ線を照射して放出された蛍光Ｘ線の特定の波長における強度を検出して記憶手段の記憶内容と比較することにより特定の元素の膜厚を正確に計測することができる。同様に基準試料のデータを記憶手段に記憶しておき、この記憶内容と実測データとを比較することにより分析対象である試料IVの正確な分析に資することができる。

【0084】

以上、実施の形態とともに詳述したように、剥離帯電Ｘ線源は、真空中において粘着テープや誘電体などを接触・剥離させるだけでＸ線が発生するため、構成がシンプルであり、設計の柔軟性に非常に優れている。そのため、Ｘ線発生器の小型化だけに留まらず、個々の測定対象の形状に応じたＸ線源構築への展開が期待される。

【0085】

また、Ｘ線スペクトロメータを用いたエネルギー分布計測により、ループテープ方式においても、一方向巻き取り方式と同様に１０〜２０ｋｅＶ程度のＸ線発生を確認することができた。イメージングプレートを用いて測定したＸ線放出空間分布では、予想通り、ループテープと回転軸に貼付した粘着物質の剥離点付近において強度が最も高くなった。Ｘ線強度の真空度依存については、４×１０^−２ｍｂａｒより高い高真空において観測され、４〜５×１０^−３ｍｂａｒで強度が最大となった。

【0086】

また、材料依存性に関しては、エポキシ樹脂と透明粘着テープの組合せなどのように、必ずしも粘着剤が無くてもＸ線が発生することを確認できた。

【0087】

さらに、本発明のＸ線源の応用例として、蛍光Ｘ線分析や膜厚測定への適用可能性を検討した。幾つかのサンプルについて計測を行いＣａ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｗなどの蛍光Ｘ線ピークを確認することできた。これにより、ループテープ方式の剥離帯電Ｘ線源が、蛍光Ｘ線分析に使用できることが明らかになった。

【0088】

薄膜厚さ測定では、鉄塔に施されている亜鉛メッキの残存膜厚測定を想定し、厚さ１ｍｍの鉄に厚さ０〜１００ミクロンμｍの亜鉛薄膜を置き、蛍光Ｘ線スペクトルの違いを調べた結果、亜鉛薄膜厚さ０〜５０μｍにおいて蛍光Ｘ線スペクトルに顕著な違いが現れた。亜鉛と鉄の蛍光Ｘ線強度比を調べたところ、上記領域において、強度比が５桁程度変わっており、メッキ厚さに応じて非常に敏感に変化することが分かった。さらに剥離帯電Ｘ線源の強度（線量）やエネルギーを増加することができれば、蛍光Ｘ線強度も増加するので、評価範囲の拡大および測定精度向上が期待できる。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明はＸ線およびテラヘルツ電磁波により非破壊検査を行う産業分野において有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0090】

Ｉ，ＩＩ テラヘルツ電磁波ないしＸ線の発生器
III Ｘ線検出器
ＩＶ 試料
１，１１，２１，３１ 第１の回転ローラ
１Ａ，１１Ａ 粘着剤
２，１２ 第２の回転ローラ
３，４，１３，１４ 回転軸
５，１５，２５，３５ ループ状部材
６，１６ 真空容器
６Ａ Ｘ線放出窓
２１Ａ 第１の結合部材
２５Ｂ 第２の結合部材
４２Ａ 蛍光Ｘ線入射窓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図8】

【図9】

【図10】

【図7】