(57)【要約】【課題】  加速管のコストダウン及び作動効率の向上を図ることができる加速管用電圧分割抵抗体、加速管、及び加速器を提供する。【解決手段】  イオン（荷電粒子）Ｉを加速電圧Ｖの印加により加速する加速管１であって、円管状に形成された合成樹脂製の加速管本体２と、この加速管本体２の内周面２ａに互いに所定の間隔を開けて加速管本体２の軸心方向に一列に並んで設けられたリング状の複数の加速電極３と、加速管本体２の外周面２ｂに螺旋状に巻き付けられた複数の電圧分割抵抗体（加速管用電圧分割抵抗体）５と、加速管本体２の径方向に貫通しかつ加速管本体２に密着して設けられて、先端（前端）４ａが加速電極３と電気的に接続され、頭部（後端）４ｂが電圧分割抵抗体５の各コネクタ（接続点）１６と電気的に接続された複数の端子ボルト（端子部材）４と、を備えた加速管１。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速電圧の印加により加速する加速管用の前記加速電圧を分割するための電圧分割抵抗体であって、
複数の抵抗器を直列に接続し、これら複数の抵抗器をその接続方向に延びる絶縁性熱収縮チューブで被覆したことを特徴とする加速管用電圧分割抵抗体。
【請求項２】
前記複数の抵抗器を絶縁性ゲルで被覆し、この絶縁性ゲルを介して前記複数の抵抗器を前記絶縁性熱収縮チューブで被覆した請求項１記載の加速管用電圧分割抵抗体。
【請求項３】
前記抵抗器は表面に塗料が塗られていないものである請求項１又は２記載の加速管用電圧分割抵抗体。
【請求項４】
荷電粒子を加速電圧の印加により加速する加速管であって、
円管状に形成された合成樹脂製の加速管本体と、
この加速管本体の内周面に互いに所定の間隔を開けて前記加速管本体の軸心方向に一列に並んで設けられたリング状の複数の加速電極と、
前記加速管本体の外周面に螺旋状に巻き付けられた請求項１から３のいずれか記載の複数の加速管用電圧分割抵抗体と、
前記加速管本体の径方向に貫通しかつ前記加速管本体に密着して設けられて、前端が前記加速電極と電気的に接続され、後端が前記加速管用電圧分割抵抗体の各接続点と電気的に接続された複数の端子部材と、
を備えたことを特徴とする加速管。
【請求項５】
前記端子部材を、シール用接着剤を介して前記加速管本体に密着させた請求項４記載の加速管。
【請求項６】
前記加速電極と前記端子部材との間にバネ部材を介在させた請求項４又は５記載の加速管。
【請求項７】
前記バネ部材と前記加速電極との間にスペーサを介在させた請求項６記載の加速管。
【請求項８】
前記加速管本体の外周面に螺旋状に延びるように形成された充填溝内に前記複数の加速管用電圧分割抵抗体を収容し、前記充填溝内に絶縁性ゲルを充填した請求項３から７のいずれか記載の加速管。
【請求項９】
前記加速管本体の外周面を絶縁性カバーで被覆した請求項８記載の加速管。
【請求項１０】
請求項４から９のいずれか記載の加速管を備えた加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子を加速電圧の印加により加速する加速管用の加速電圧を分割するための加速管用電圧分割抵抗体、この加速管用電圧分割抵抗体を備えた加速管、及びこの加速管を備えた加速器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術としては、荷電粒子を加速管内で加速する際に印加される加速電圧を分割するために、隣接する２つの加速電極を電圧分割抵抗体でそれぞれ電気的に接続した多段加速型荷電粒子ビーム発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−０２５９００号公報（第３−４頁，図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の電圧分割抵抗体としてはセラミック抵抗体が用いられることが多いが、このセラミック抵抗体は、沿面放電を防ぐためにラジエータのようなフィン状に形成された高価なものである。そのため、複数のセラミック抵抗体を備えた加速管がコスト高であるという問題点がある。
【０００４】
また、加速管がセラミックで構成されている場合は、加速管内を高真空状態にした際にそのセラミックに含まれている吸着ガスや水分が徐々に加速管内に放出され、加速管内を高真空状態に維持するのが困難になるので、加速管の作動効率が低下するという問題点がある。
【０００５】
加速管がセラミック又はガラスで構成されている場合は、加速管の作動時に荷電粒子により加速管内に放電が引き起こされ、即ち、セラミック又はガラスの表面の組成が分解されて表面リーク電流が流れるので、荷電粒子の加速が妨げられるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情や問題点に鑑みてなされたものであり、加速管のコストダウン及び作動効率の向上を図ることができる加速管用電圧分割抵抗体、加速管、及び加速器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】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１の加速管用電圧分割抵抗体は、荷電粒子を加速電圧の印加により加速する加速管用の前記加速電圧を分割するための電圧分割抵抗体であって、複数の抵抗器を直列に接続し、これら複数の抵抗器をその接続方向に延びる絶縁性熱収縮チューブで被覆したものである。
【０００８】
請求項２の加速管用電圧分割抵抗体は、前記複数の抵抗器を絶縁性ゲルで被覆し、この絶縁性ゲルを介して前記複数の抵抗器を前記絶縁性熱収縮チューブで被覆したものである。
【０００９】
請求項３の加速管用電圧分割抵抗体においては、前記抵抗器は表面に塗料が塗られていないものである。
【００１０】
また、請求項４の加速管は、荷電粒子を加速電圧の印加により加速する加速管であって、円管状に形成された合成樹脂製の加速管本体と、この加速管本体の内周面に互いに所定の間隔を開けて前記加速管本体の軸心方向に一列に並んで設けられたリング状の複数の加速電極と、前記加速管本体の外周面に螺旋状に巻き付けられた請求項１から３のいずれか記載の複数の加速管用電圧分割抵抗体と、前記加速管本体の径方向に貫通しかつ前記加速管本体に密着して設けられて、前端が前記加速電極と電気的に接続され、後端が前記加速管用電圧分割抵抗体の各接続点と電気的に接続された複数の端子部材と、を備えたものである。
【００１１】
請求項５の加速管は、前記端子部材を、シール用接着剤を介して前記加速管本体に密着させたものである。
【００１２】
請求項６の加速管は、前記加速電極と前記端子部材との間にバネ部材を介在させたものである。
【００１３】
請求項７の加速管は、前記バネ部材と前記加速電極との間にスペーサを介在させたものである。
【００１４】
請求項８の加速管は、前記加速管本体の外周面に螺旋状に延びるように形成された充填溝内に前記複数の加速管用電圧分割抵抗体を収容し、前記充填溝内に絶縁性ゲルを充填したものである。
【００１５】
請求項９の加速管は、前記加速管本体の外周面を絶縁性カバーで被覆したものである。
【００１６】
更に、請求項１０の加速器は、請求項４から９のいずれか記載の加速管を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、それ自体がコンパクトでかつ安価であるので、加速管を小型化してコストダウンを図ることができる。また、複数の抵抗器が絶縁性熱収縮チューブで被覆されているので、抵抗器の表面に表面リーク電流が流れるのを防止することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明よりも更に、抵抗器の表面に表面リーク電流が流れるのを効果的に防止することができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、抵抗器の表面に表面リーク電流が流れるのを、塗料が表面に塗られたものよりも確実に防止することができる。
【００２０】
請求項４及び請求項１０の発明によれば、加速管用電圧分割抵抗体がコンパクトでかつ安価であり、円管状の加速管本体と一体化すれば小型化が可能であると共に、合成樹脂製の加速管本体も安価であるので、コストダウンを図ることができる。また、加速管本体は合成樹脂製であり、絶縁性が高いので、従来のセラミックからなる加速管本体よりも長さを２／３程度に短縮化することができる。更に、加速管本体の内部空間を高真空状態にしても吸着ガスや水分が内部空間内に放出されたり、表面リーク電流が流れたりすることはないので、加速管本体のクリーニングが不要であると共に、加速管本体の寿命が長い。加えて、加速管用電圧分割抵抗体を装備しているので、絶縁効果に優れると共に、表面リーク電流が流れるのを防止することができる。そのため、加速管の作動効率の向上を図ることができる。
【００２１】
請求項５及び請求項１０の発明によれば、加速管本体と端子部材との間のシールをより確実に行うことができる。
【００２２】
請求項６及び請求項１０の発明によれば、バネ部材が加速電極の外周面に圧接するように付勢されているので、加速電極を強固に支持することができる。
【００２３】
請求項７及び請求項１０の発明によれば、より小さいバネ部材を使用できるので、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
請求項８及び請求項１０の発明によれば、加速管をより小型化できると共に、加速管用電圧分割抵抗体の表面に表面リーク電流が流れるのをより効果的に防止することができる。
【００２５】
請求項９及び請求項１０の発明によれば、加速管全体を高電圧からシールドできるので、使用者の安全を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る加速管１は、図１〜図６に示すように、イオン（荷電粒子）Ｉを加速電圧Ｖの印加により加速するものであって、加速管本体２と、複数の加速電極３と、複数の端子ボルト（端子部材）４と、複数の電圧分割抵抗体（加速管用電圧分割抵抗体）５とを備えている。
【００２７】
加速管本体２は、合成樹脂製で高耐電圧のものであり、図２及び図３に示すように、外径が１２０ｍｍ程度、内径が４０ｍｍ程度、肉厚が４０ｍｍ程度、長さが３００ｍｍ程度の円管状に形成されている。この加速管本体２を構成する合成樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ，例えばテフロン（商品名）。〕、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）等が挙げられる。本実施形態では加速管本体２の上部の内径を５２ｍｍ程度として他の部分の内径よりも大きくしているが、これに限定されるものではなく、加速管本体２の内径は上部から下部まで同じであってもよい。このように、加速管本体２の内径、外径、肉厚、長さ等は、必要に応じて適宜変更可能である。
【００２８】
加速電極３は、図２及び図３に示すように、加速管本体２の内周面２ａに密着するようにリング状に形成されている。加速管本体２の内周面２ａには、図３に示すように、複数の加速電極３が互いに所定の間隔を開けて加速管本体２の軸心方向に一列に並んで設けられている。
【００２９】
端子ボルト４の雄ネジ部６は、図２〜図４に示すように、加速管本体２にその径方向に貫通するように形成された各ボルト孔７に外側からそれぞれ螺着されている。なお、ボルト孔７の端子ボルト４周辺の所定範囲には、端子ボルト４の雄ネジ部６が螺合する雌ネジ（図示せず）が形成されている。
【００３０】
この端子ボルト４の先端（前端）４ａは、ボルト孔７に挿入された植込みボルト〔（いわゆるイモネジ）スペーサ〕８及びコイルバネ（バネ部材）９を介して加速電極３に電気的に接続されている。なお、ボルト孔７の植込みボルト８周辺には、前記雌ネジは形成されていない。
【００３１】
コイルバネ９は圧縮した状態で端子ボルト４の先端４ａと植込みボルト８との間に挿入されているので、植込みボルト８は加速電極３の外周面に圧接するように付勢されている。このように、端子ボルト４と加速電極３との間にコイルバネ９を介在させておけば、加速電極３を強固に支持できるという利点がある。また、コイルバネ９と加速電極３との間に植込みボルト８を介在させておけば、より小さいコイルバネ９を使用できるので、コストダウンを図ることができるという利点がある。なお、バネ部材は、コイルバネ９の他、板バネ、竹の子バネ、渦巻ばね等であってもよい。スペーサは、植込みボルト８の他、金属製の丸棒等であってもよい。
【００３２】
ここで、端子ボルト４は加速管本体２の内部空間１０を高真空状態にできるように加速管本体２に密着させておけばよいが、図４に示すように、シール用接着剤１１を介して加速管本体２に密着させておけば、加速管本体２と端子ボルト４との間のシールをより確実に行えるという利点がある。
【００３３】
電圧分割抵抗体５は、図７に示すように、複数の抵抗器１２を直列に接続し、これら複数の抵抗器１２をその接続方向に延びる絶縁性熱収縮チューブ１３で被覆したものである。
【００３４】
抵抗器１２としては、合成樹脂で表面がコーティングされた樹脂コート型の炭素皮膜抵抗器、樹脂コート型の酸化金属皮膜抵抗器、炭素粉末と合成樹脂との混合物で表面が被覆された樹脂モールド型の炭素系混合体抵抗器等が挙げられる。複数の抵抗器１２を直列に接続するには、各抵抗器１２の長手方向の端部に設けられたリード線１４の先端１４ａ同士を半田（白鉛）等の接合材１５で接合する。
【００３５】
絶縁性熱収縮チューブ１３は、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ，例えばテフロン（商品名）。〕又はポリエチレン（ＰＥ）等で構成されている。複数の抵抗器１２を絶縁性熱収縮チューブ１３で被覆するには、図８に示すように、円管状に形成された絶縁性熱収縮チューブ１３内に直列に接続された複数の抵抗器１２を挿入し、絶縁性熱収縮チューブ１３を加熱により図７のように複数の抵抗器１２等の表面に密着するように収縮させる。
【００３６】
このような電圧分割抵抗体５は、図１、図４、図５、及び図９に示すように、加速管本体２の外周面２ｂに互いが螺旋状に連なるようにその螺旋の半周分ずつ巻き付けられている。端子ボルト４の頭部（後端）４ｂは、電圧分割抵抗体５の端部に設けた各コネクタ（接続点）１６とそれぞれ電気的に接続されている。端子ボルト４の頭部４ｂをコネクタ１６に電気的に接続するには、コネクタ１６を端子ボルト４の頭部４ｂと加速管本体２との間に介在させる。端子ボルト４の頭部４ｂを隣接する２つの電圧分割抵抗体５のコネクタ１６に電気的に接続するには、各コネクタ１６を重合するようにして端子ボルト４の頭部４ｂと加速管本体２との間に介在させる。コネクタ１６の形状は、図９のような丸形の他、Ｕ字形、コ字形等であってもよい。
【００３７】
上記のように構成された電圧分割抵抗体５によれば、それ自体がコンパクトでかつ安価であるので、加速管１を小型化してコストダウンを図ることができるという利点がある。また、複数の抵抗器１２が絶縁性熱収縮チューブ１３で被覆されているので、抵抗器１２の表面に表面リーク電流が流れるのを防止できるという利点がある。
【００３８】
ここで、本実施形態のように、複数の抵抗器１２を絶縁性ゲル１７で被覆し、この絶縁性ゲル１７を介して複数の抵抗器１２を絶縁性熱収縮チューブ１３で被覆しておけば、抵抗器１２の表面に表面リーク電流が流れるのをより効果的に防止できるという利点がある。絶縁性ゲル１７としては、シリコーンゴム、ケイ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ，例えばテフロン（商品名）。〕等が挙げられる。複数の抵抗器１２を絶縁性ゲル１７で被覆する方法としては、スプレー塗装、粉末塗装等が挙げられる。
【００３９】
また、抵抗器１２が表面に塗料が塗られていないものであれば、抵抗器１２の表面に表面リーク電流が流れるのを、塗料が塗られたものよりも確実に防止できるという利点がある。
【００４０】
上記のように構成された加速管１は、図６のような加速器２１に使用することができる。この加速器２１は、図６に示すように、真空ポンプ２２が接続された真空容器２３と、この真空容器２３上に台部材２４を介して立設された加速管１と、この加速管１の上部に設けられたイオン源（荷電粒子源）２５とを備えている。イオン源２５からは、イオンＩが加速管本体２の内部空間１０の下方に向けてその中心軸と一致するように出射する。加速管本体２の内部空間１０は、台部材２４に設けた連通孔２６及び真空容器２３に設けた連通孔２７を介して真空容器２３内と連通しており、真空ポンプ２２により高真空状態に減圧される。イオン源２５には、原料ガスＧ等の原料が供給される。このイオンＩの原料としては、水素（Ｈ）、ヘリウム（He）、ホウ素（Ｂ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、Al（アルミニウム）等が挙げられる。また、加速管１の上方には、カバー体２８がイオン源２５を覆うように支持されている。このカバー体２５の内部空間２９には空気又は耐電圧絶縁ガスを充填することができる。カバー体２８の内部空間２９に耐電圧絶縁ガスを充填する場合は、カバー体２８と加速管１との隙間３０を適宜の閉塞部材で閉塞しておく。なお、荷電粒子は、イオンＩの他、電子等であってもよい。
【００４１】
加速電圧Ｖは、最上の加速電極３と最下の加速電極３との間に印加され、複数の電圧分割抵抗体５により各加速電極３に電圧分割される。最上の端子ボルト４の頭部４ｂと加速管本体２との間や、最下の端子ボルト４の頭部４ｂと加速管本体２との間には、加速電圧Ｖを印加するための電極の端部に設けたコネクタをそれぞれ介在させておいてもよい。加速管本体２の内部空間１０が高真空状態にされれば、イオン源２５から出射したイオンＩは加速電圧Ｖの印加により加速される。加速されたイオンＩは、台部材２４の連通孔２６及び真空容器２３の連通孔２７を通って真空容器２３内に入射し、真空容器２３内に収容された各種材料の表面改質等に利用することができる。加速電圧Ｖの値は特に限定されるものではないが、数十〜１００ｋＶ程度が適当である。
【００４２】
このように、荷電粒子がイオンＩである、即ち、荷電粒子源がイオン源２５である場合は、加速器２１を小型のイオン注入装置として使用することができる。イオン源（荷電粒子源）２５に固体ソースを取り付けてアルゴンでスパッターすれば、Ｂ（ホウ素）やAl（アルミニウム）等のｐ形ドーピング材も注入可能であると共に、ガス排気も比較的安全である。この場合、真空容器２３内にはイオンＩを注入（ドーピング）する基板等を設置しておけばよく、イオン注入装置としての加速器２１を各種デバイスの作製、例えば、SiＣ（炭化ケイ素）センサ等におけるｐｎ接合等に利用することができる。更に、基板等の設置部にヒータを設けておけば、ヒータによる基板等の加熱によって高温でのイオン注入も可能になるので、イオン注入装置としての加速器２１をｐｎ接合ダイオードのみならず、SiＣショットキーダイオード等のショットキーダイオードのガードリングの作製等に利用することもできる。
【００４３】
上記のような加速管１によれば、電圧分割抵抗体５がコンパクトでかつ安価であり、円管状の加速管本体２と一体化すれば小型化が可能であると共に、合成樹脂製の加速管本体２も安価であるので、コストダウンを図ることができるという利点がある。また、加速管本体２は合成樹脂製であり、絶縁性が高いので、従来のセラミックからなる加速管本体よりも長さを２／３程度に短縮化できるという利点がある。更に、加速管本体２の内部空間１０を高真空状態にしても吸着ガスや水分が内部空間１０内に放出されたり、表面リーク電流が流れたりすることはないので、加速管本体２のクリーニングが不要であると共に、加速管本体２の寿命が長いという利点がある。加えて、電圧分割抵抗体５を装備しているので、絶縁効果に優れると共に、表面リーク電流が流れるのを防止することができる。そのため、加速管１の作動効率の向上を図ることができるという利点がある。
【００４４】
特に、加速器２１をイオン注入装置として使用する場合、このイオン注入装置は、小型化の実現により実験室レベル（研究所レベル）での半導体デバイスの試作品等の作製に好適である。また、このようなイオン注入装置は小型でかつ安価であるので、金属、セラミック等の表面被覆材で被覆した装飾品等の作製にも応用することができる。
【００４５】
ここで、図１、図３〜図５、図９に示すように、加速管本体２の外周面２ｂに螺旋状に延びるように形成された充填溝３１内に複数の電圧分割抵抗体５を収容し、充填溝３１内に絶縁性ゲル３２を充填しておけば、加速管１をより小型化でき、絶縁効果をより高めることができると共に、電圧分割抵抗体５の表面に表面リーク電流が流れるのをより効果的に防止できるという利点がある。この場合、各ボルト孔７は、加速管本体２の内部空間１０と充填溝３１とを連通するように設けておく。絶縁性ゲル３２としては、シリコーンゴム、ケイ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ，例えばテフロン（商品名）。〕等が挙げられる。
【００４６】
また、図１０に示すように、加速管本体２の外周面２ｂを絶縁性カバー３３で被覆しておけば、加速管１全体を高電圧からシールドできるので、使用者の安全を保つことができるという利点がある。絶縁性カバー３３の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン〔ＰＴＦＥ，例えばテフロン（商品名）。〕、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーンゴム、ケイ素樹脂等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る加速管用電圧分割抵抗体、加速管、及び加速器は、加速管のコストダウン及び作動効率の向上を図るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係る加速管の正面図。
【図２】加速管の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】端子ボルト付近の要部拡大断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線要部拡大断面図。
【図６】加速管を備えた加速器の一例を示す要部拡大概略断面図。
【図７】電圧分割抵抗体の要部拡大断面図。
【図８】絶縁性ゲルで被覆した複数の抵抗器を絶縁性熱収縮チューブ内に挿入した状態を示す要部拡大断面図。
【図９】隣接する２つの電圧分割抵抗体の各端部に設けたコネクタを重合するようにして端子ボルトの頭部と加速管本体との間に介在させる様子を示す説明図。
【図１０】加速管本体の外周面を絶縁性カバーで被覆した例を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１  加速管
Ｉ  イオン（荷電粒子）
２  加速管本体
２ａ  内周面
２ｂ  外周面
３  加速電極
４  端子ボルト（端子部材）
４ａ  先端（前端）
４ｂ  頭部（後端）
５  電圧分割抵抗体（加速管用電圧分割抵抗体）
８  植込みボルト（スペーサ）
９  コイルバネ（バネ部材）
１１  シール用接着剤
１２  抵抗器
１３  絶縁性熱収縮チューブ
１６  コネクタ（接続点）
１７  絶縁性ゲル
２１  加速器
Ｖ  加速電圧
３１  充填溝
３２  絶縁性ゲル
３３  絶縁性カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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