(57)【要約】【課題】同軸ケーブルの絶縁破壊の防止。【解決手段】電子銃１０は、カソード１２、加速電極１４、ターゲット電極１６を備えている。絶縁トランス１８は、同軸ケーブルが用いられ、芯線を二次コイル１８ａとし、シース線を一次コイル１８ｂとして用いている。電子銃１０には、複数のダイオードを直列接続したダイオード群３４で構成された絶縁保護装置３２ａが設けられている。保護装置３２ａは、同軸ケーブルで構成された絶縁トランス１８の絶縁を保護するためのものであって、ダイオード群３４の一端側が接地され、他端側が同軸ケーブル２６とカソード１２との接続ノードに接続されている。アーク放電が発生して、同軸ケーブル２６の芯線の電位が高くなり、所定値を超えると、保護装置３２ａのダイオード群３４の一端側が、接地電位よりも高くなり、放電時のサージ電流の一部がダイオード群３４を介して、接地側に流れる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸ケーブルで構成された一次および二次コイルを有する絶縁トランスを備え、前記一次コイルに交流電源が接続され、前記二次コイルに、直流の高電位が印加されている電子銃のカソードが接続され、前記交流電源から供給される電気エネルギーで前記カソードを加熱する電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置おいて、
前記絶縁保護装置は、前記高電位の印加部と接地との間に、複数のダイオードを直列接続して、前記高電位に対応した耐圧を具備させたダイオード群を有し、
放電時のサージ電流の一部を、前記ダイオード群を介して、前記接地側に流すようにしたことを特徴とする電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置。
【請求項２】
一次コイルに交流電源が接続され、二次コイルに、直流の高電位が印加されている電子銃のカソードが接続され、前記交流電源から供給される電気エネルギーで前記カソードを加熱する電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置おいて、
前記電子銃は、前記カソードの前方に配置される電極部を有し、
前記電極部と直流電源との間には、中心に配置された芯線を介して高電位を前記電極部に伝達する同軸ケーブルが接続され、
前記絶縁保護装置は、前記芯線と接地との間に、複数のダイオードを直列接続して、前記高電位に対応した耐圧を具備させたダイオード群を有し、
放電時のサージ電流の一部を、前記ダイオード群を介して、前記接地側に流すようにしたことを特徴とする電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置。
【請求項３】
前記絶縁保護装置は、前記ダイオード群を前記同軸ケーブルの入出力側にそれぞれ配置することを特徴とする請求項２記載の電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置。
【請求項４】
前記絶縁保護装置は、前記ダイオード群を、前記高電位の印加部と接地との間、および、前記中心導体と接地との間にそれぞれ配置することを特徴とする電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置に関し、特に、電子銃に用いる同軸ケーブルの放電時の絶縁破壊を防止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加速した電子ビームを利用して微細加工を行う電子ビーム式の露光装置や、電子ビーム式の電子顕微鏡などでは、電子銃から出射した電子ビームを加速して、ターゲット電極に照射させるための、真空雰囲気下に設置される電子銃カラムを備えている。
このような電子カラムに用いられる電子銃では、電子を放出させるためにカソードを加熱する必要がある。図５には、この種の電子銃において、電子を放出させるためのカソード加熱装置の一例を示している。
【０００３】
同図において、電子銃１は、カソード１ａと、その前方に配置された加速電極１ｂおよび、接地されたターゲット電極１ｃとを備えている。カソード１ａには、絶縁トランス２の二次コイルが接続されており、この絶縁トランス２の一次コイルには、交流電源３が接続されており、カソード１ａを交流電源３で加熱するようになっている。
【０００４】
カソード１ａには、直流の高圧電源４から同軸ケーブル５を介して、高圧電位が加えられている。また、加速電極１ｂには、直流の高圧電源６から同軸ケーブル７を介して、高圧電位が加えられていて、カソード１ａから発生した熱電子をビーム化して、ターゲット電極１ｃ側に向けて出射させる。
【０００５】
加熱用絶縁トランス２は、例えば、中心に配置された芯線と、絶縁層を介して芯線の外周に設けられたシース線とを備えた同軸ケーブルが用いられ、このような構造の同軸ケーブルをＵ字型に湾曲させて、カソード１ａの近傍に配置していた。なお、図５に符号８で示した部材は、交流を直流に変換する整流器であり、同軸ケーブル５，７のシース線は、接地されている。
【０００６】
ところが、このような構成の従来の電子銃においては、特に、絶縁トランス２を含む同軸ケーブル５，７に以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図５に示した従来の電子銃１においては、これが内蔵される電子カラム内が真空状態の雰囲気下にあり、１６０ｋＶといった直流の高電圧が加えられているので、電子銃内で高電圧印加部にアーク放電が発生しやすく、アーク放電が発生すると、同軸ケーブルで構成された絶縁トランス２は、アース（接地）に対して静電容量を有しているので、サージ電流が減衰脈動的に流れて、絶縁トランス２が絶縁破壊することが判った。
【０００８】
この場合、絶縁トランス２に用いている同軸ケーブルは、高電圧の直流ケーブルとして使用するには、問題がないが、脈動に弱いので、放電時に減衰脈動型のサージ電流が発生すると、これにより絶縁破壊を起こすものと考えられ、このような欠点は、図５に示した電子銃１の同軸ケーブル５，７にも内在していた。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放電時の減衰脈動を排除することにより、絶縁破壊を効果的に防止することができる電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、同軸ケーブルで構成された一次および二次コイルを有する絶縁トランスを備え、前記一次コイルに交流電源が接続され、前記二次コイルに、直流の高電位が印加されている電子銃のカソードが接続され、前記交流電源から供給される電気エネルギーで前記カソードを加熱する電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置おいて、前記絶縁保護装置は、前記高電位の印加部と接地との間に、複数のダイオードを直列接続して、前記高電位に対応した耐圧を具備させたダイオード群を有し、放電時のサージ電流の一部を、前記ダイオード群を介して、前記接地側に流すようにした。
このように構成した電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置によれば、放電時のサージ電流の一部を、ダイオード群を介して、接地側に流すので、サージ電流の脈動がなくなり、同軸ケーブルで構成した絶縁トランスの絶縁破壊が防止される。
【００１１】
また、本発明は、一次コイルに交流電源が接続され、二次コイルに、直流の高電位が印加されている電子銃のカソードが接続され、前記交流電源から供給される電気エネルギーで前記カソードを加熱する電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置おいて、前記電子銃は、前記カソードの前方に配置される電極部を有し、
前記電極部と直流電源との間には、中心に配置された芯線を介して高電位を前記電極部に伝達する同軸ケーブルが接続され、前記絶縁保護装置は、前記芯線と接地との間に、複数のダイオードを直列接続して、前記高電位に対応した耐圧を具備させたダイオード群を有し、放電時のサージ電流の一部を、前記ダイオード群を介して、前記接地側に流すようにした。
【００１２】
このように構成した電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置によれば、放電時のサージ電流の一部を、ダイオード群を介して、接地側に流すので、サージ電流の脈動がなくなり、同軸ケーブルの絶縁破壊が防止される。
前記絶縁保護装置は、前記ダイオード群を前記同軸ケーブルの入出力側にそれぞれ配置することができる。
【００１３】
前記絶縁保護装置は、前記ダイオード群を、前記高電位の印加部と接地との間、および、前記中心導体と接地との間にそれぞれ配置することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる電子銃に用いる同軸ケーブルの絶縁保護装置の一実施例を示している。
【００１５】
同図に示した電子銃１０は、カソード１２と、その前方に配置された加速電極１４および、接地されたターゲット電極１６とを備えている。カソード２には、絶縁トランス１８の二次コイル１８ａが、整流器２０を介して接続されており、この絶縁トランス１８の一次コイル１８ｂには、交流電源２２が接続されており、カソード１２を交流電源２２から供給するエネルギーで加熱するようになっている。
【００１６】
絶縁トランス１８は、具体的には、中心に配置された芯線と、絶縁層を介して芯線の外周に設けられたシース線とを備えた同軸ケーブルが用いられ、この同軸ケーブルの芯線を二次コイル１８ａとし、シース線を一次コイル１８ｂとして用い、一次コイル１８ｂは、接地されている。
【００１７】
カソード１２には、直流の第１高圧電源２４から第１同軸ケーブル２６の芯線を介して、高圧電位（３ｋＶ）が加えられている。また、加速電極１４には、直流の第２高圧電源２８から第２同軸ケーブル３０の芯線を介して、高圧電位（１２０ｋＶ）が加えられていて、カソード１２から発生した熱電子をビーム化して、ターゲット電極１６側に向けて出射させる。第１および第２同軸ケーブル２６，３０のシース線は、接地されている。
【００１８】
以上のような電子銃１０としての基本的な構成は、従来のこの種のものと実質的に同一であるが、本実施例の電子銃１０には、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００１９】
すなわち、図１に示した電子銃１０では、３個の第１〜第３絶縁保護装置３２ａ〜３２ｃが設けられている。各保護装置３２ａ〜３２ｃは、複数のダイオードを直列接続したダイオード群３４で構成されている。
【００２０】
ダイオード群３４は、高電位に対応した耐圧を具備させるために、尖頭電圧の高い複数のダイオードを直列接続したものであって、本実施例の場合には、単体で２２ｋＶの耐圧を備えた合計１０個のダイオードが直列接続され、２２０ｋＶの耐圧を有している。
【００２１】
第１保護装置３２ａは、同軸ケーブルで構成された絶縁トランス１８の絶縁を保護するためのものであって、ダイオード群３４の一端側が接地され、他端側がカソード１２に直流の高電位を印加している部分、すなわち、第１同軸ケーブル２６の芯線の出力側とカソード１２との接続ノードに接続されている。この場合、ダイオード群３４は、直列接続された各ダイオードおいて、接地側が順方向となるように配置される。
【００２２】
第２，第３保護装置３２ｂは、第２同軸ケーブル３０の絶縁を保護するためのものであって、第２同軸ケーブル３０の入出力端において、芯線に各ダイオード群３４の一端側が接続され、各ダイオード群３４の他端側は接地されている。この場合、ダイオード群３４は、第１保護装置３２ａと同様に、直列接続された各ダイオードおいて、接地側が順方向となるように配置される。
【００２３】
以上のように構成された第１保護装置３２ａでは、定常状態においては、ダイオード群３４の一端に第１直流電源２４の−３ｋＶが印加されている（接地から見れば、実際は、（−１２０ｋＶ）＋（−３ｋＶ）＝−１２３ｋＶ）ので、ダイオード群３４には、逆電圧が加わっていて、ダイオード群３４を介して接地側に電流が流れることはなく、これによりカソード１２の電位は、−１２３ｋＶに保たれる。
【００２４】
一方、アーク放電が発生して、同軸ケーブル２６の芯線の電位が高くなり、所定値を超えると、第１保護装置３２ａのダイオード群３４の一端側が、接地電位よりも高くなり、放電時のサージ電流の一部がダイオード群３４を介して、接地側に流れる。
【００２５】
放電時のサージ電流は、正および逆方向に脈動するので、このように構成した第１保護装置３２ａでは、接地電位を超える正方向の放電電圧が発生すると、サージ電流が接地側に流れることになり、少なくとも脈動の正方向に対するサージ電流をなくすことができる。
【００２６】
ところが、後述する実験結果によると、本実施例に示した構成の保護装置３２ａ〜３２ｃを用いると、放電が発生した際に、まったく脈動が発生しないことが確認された。
【００２７】
このようにして、アーク放電時の脈動が消去されると、脈動により絶縁破壊を起こし易い同軸ケーブル製の絶縁トランス１８の絶縁破壊を効果的に排除することができる。
また、本実施例の第１保護装置３２ａは、第１同軸ケーブル２６の出力側の芯線に接続されているので、この第１同軸ケーブル２６の絶縁破壊も防止することができる。
【００２８】
他方、上記構成の第２および第３保護装置３２ｂ，３２ｃでは、定常状態においては、ダイオード群３４の一端に第２直流電源２８の−１２０ｋＶが印加されているので、ダイオード群３４には、逆電圧が加わっていて、ダイオード群３４を介して接地側に電流が流れることはなく、このため、加速電極１４は、−１２０ｋＶの電位に保たれる。
【００２９】
一方、アーク放電が発生して、同軸ケーブル３０の芯線の電位が高くなり、これが所定値を超えると、第２ないしは第３保護装置３２ｂ，３２ｃのダイオード群３４の一端側が、接地電位よりも高くなり、放電時のサージ電流の一部がダイオード群３４を介して、接地側に流れ、第１保護装置３２ａと同様な作動により、第２同軸ケーブル３０の絶縁破壊を回避することができる。
【００３０】
図２は、本発明にかかる保護装置３２ａ〜３２ｃの作用効果を確認するために行った試験回路を示している。同図に示した試験回路では、７ｍ長さの同軸ケーブルＡを準備し、ケーブルＡの芯線Ｂの一端側に、抵抗Ｒ１を直列接続して、抵抗Ｒ１の他端側に−３０Ｖの電源Ｃを接続した。ケーブルＡのシース線Ｄは、接地した。
【００３１】
ケーブルＡの他端側には、抵抗Ｒ２を直列接続して、抵抗Ｒ２の他端側に、一端が接地されたコンデンサＣ１と、一端が接地されたダイオードＤ１を並列接続した。ダイオードＤ１は、上記実施例の保護装置３２ａ〜３２ｃに相当するものであって、接地側が順方向になっている。
【００３２】
また、抵抗Ｒ２の他端側には、コイルＬ１と、ＦＥＴとを直列接続して、ＦＥＴの端部は、接地した。擬似放電は、ＦＥＴに図２に示すようなパルス状電圧を加えて、これがコイルＬ１に加わるようにした。
【００３３】
図３は、図２に示した試験回路において、ダイオードＤ１（上記実施例の保護装置３２ａ〜３２ｃに相当する。）を設置しない状態におけるＯＳＣポイント（電圧観測点、上記実施例では、高電圧部位に相当する）における出力電圧波形を示している。
【００３４】
なお、図３，４においては、その上部側にＦＥＴのゲートにおける出力波形図を同時に示している。図３に示した試験結果から判るように、ダイオードＤ１を設置しないと、同軸ケーブルＡの芯線Ｂの電圧は、擬似放電時に、−３０Ｖが＋２２Ｖまで上がり、その後複数回上下移動する減衰脈動を起こすことが確認され、このような脈動が同軸ケーブルＡの絶縁破壊を起こすものと思われる。
【００３５】
ところが、図２に示した試験回路で、ダイオードＤ１を設置すると、図４に示すように、擬似放電時に、殆ど減衰脈動が起こらないことが判り、図１に示した保護装置３２ａ〜３２ｃを用いると、同軸ケーブル製の絶縁トランス１８の絶縁破壊が回避できることも確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる電子銃に用いる同軸ケーブルの保護装置によれば、減衰脈動による同軸ケーブルの絶縁破壊を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子銃に用いる同軸ケーブルの保護装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示した保護装置の作用効果を確認するために作製した試験回路である。
【図３】図２に示した試験回路で、保護装置を設置しない場合における擬似放電時の高電圧部位の出力波形図である。
【図４】図２に示した試験回路で、保護装置を設置した場合における擬似放電時の高電圧部位の出力波形図である。
【図５】従来の電子銃の加熱装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　電子銃
１２　　　　　　カソード
１４　　　　　　加速電極
１６　　　　　　ターゲット電極
１８　　　　　　絶縁トランス
２６　　　　　　第１同軸ケーブル
３０　　　　　　第２同軸ケーブル
３２　　　　　　保護装置
３２ａ〜３２ｃ　第１〜第３保護装置
３４　　　　　　ダイオード群
【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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