(57)【要約】  【課題】  高電圧回路における放電による回路素子の破損，焼損を簡易な手法で防止すると共に，装置規模の小型化を実現すること  【解決手段】  入力電圧を昇圧する昇圧回路５４を多段に結合することによって高電圧を生成するＣＷ回路５１（高電圧回路）を備えた高電圧発生装置１１４において，上記高電圧発生装置１１４の外部或いは内部における放電から上記ＣＷ回路５１に用いられる電気回路部品をシールドするための導電性のシールド部材（２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ）を，上記ＣＷ回路５１に用いられる電気回路部品間に設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を昇圧する昇圧回路を多段に結合することによって高電圧を生成する高電圧回路を備えた高電圧発生装置において，
上記高電圧発生装置の外部或いは内部における放電から上記高電圧回路に用いられる電気回路部品をシールドする導電性のシールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品間に設けられてなることを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項２】
上記シールド部材が，上記多段に結合された複数の昇圧回路それぞれに対応して設けられてなる請求項１に記載の高電圧発生装置。
【請求項３】
少なくとも上記昇圧回路の外側及び／若しくは内側に，上記昇圧回路の電界の均一性を高めるために設けられた１又は２以上の導電性の環状部材を更に備え，
上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と上記環状部材との間に設けられてなる請求項１又は２に記載の高電圧発生装置。
【請求項４】
上記シールド部材が，上記環状部材と同心円筒状に配置されてなる請求項３に記載の高電圧発生装置。
【請求項５】
上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と電気的に接続されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の高電圧発生装置。
【請求項６】
上記高電圧回路が，少なくとも１以上のコンデンサを含んで構成され，上記シールド部材が，上記コンデンサの正或いは負の電極と電気的に接続されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の高電圧発生装置。
【請求項７】
上記シールド部材の電位を略均一にする電位均一手段を更に備えてなる請求項１〜４のいずれかに記載の高電圧発生装置。
【請求項８】
上記高電圧回路が，コッククロフト・ウォルトン回路或いはこれに準じる多段型の倍電圧整流回路である請求項１〜７のいずれかに記載の高電圧発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，イオン若しくは電子等の荷電粒子を加速する加速装置等に供給する高電圧を発生する高電圧発生装置に関し，特に，該高電圧発生装置に用いられる電気回路部品を放電から保護すると共に，装置の小型化を実現し得る高電圧発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来，イオン若しくは電子等の荷電粒子を加速する加速装置に用いられる高電圧発生装置においては，該高電圧回路がもたらす電界（電場）の不均一性を防止して，放電の発生を軽減するために，特許文献１等において周知の金属フープ（導電性の環状部材に相当）が，コンデンサやダイオード（整流素子）等で構成された高電圧回路の外側に設けられている。
図５に示すように，一般に，高電圧発生装置５０においては，高電圧回路としてコッククロフト・ウォルトン回路（以下，「ＣＷ回路」と略す。）５１が用いられることが多い。かかるＣＷ回路５１は，ダイオード５２とコンデンサ５３等で構成された昇圧回路５４が段階的に複数結合されて，倍電圧回路を構成するが（図５は６段の昇圧回路で構成されたＣＷ回路を示す。），低電位（外部電圧入力側）から順次高電位側（図５の上方向）に行くに従い，入力電圧が徐々に昇圧される構成となっている。そのため，上記ＣＷ回路５１の低電圧部５６と高電圧部５７との間に大きな電位差が生じ，これらの異なる電位がもたらす電界の不均一により，周辺部材等に電荷がチャージしやすくなり，上記周辺部材間，或いは上記周辺部材及び上記ダイオード５２やコンデンサ５３等の電気回路部品間で放電が発生しやすくなる。かかる放電を防止することを目的として，上記ＣＷ回路５１の外側に，上記昇圧回路５４それぞれに対応する位置に略環状の金属フープ５８が上記ＣＷ回路５１と所定間隔を隔てて複数設けられている。これにより，上記ＣＷ回路５１の周囲の電界が略均等となり，電界不均一に起因して発生する放電が抑制される。なお，上記金属フープ５８を有する従来の高電圧発生装置の模式図を図６に，図６のＢ−Ｂ断面図を図７に示す。
【０００３】
一方，特許文献２に開示された高電圧電源装置は，ＣＷ回路の各段を構成する昇圧回路が結線された基盤を可撓性の絶縁樹脂でモールドすることにより，上記ＣＷ回路における放電の発生を防止すると共に，上記基盤間の距離を短縮して装置の小型化を実現している。
【特許文献１】特開平０６−１７６８９１号公報
【特許文献２】特開平０７−３１２３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，上記特許文献１の金属フープでは，上記ＣＷ回路等の高電圧回路における放電を減少させることはできても，完全に放電を防止することはできず，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品が放電によって破損，焼損するという問題を回避することはできない。一方，上記電気回路部品間や，周辺部材と電気回路部品間の距離を大きくすると，絶縁効果が高まり，放電が減少し，上記電気回路部品の破損，焼損を防止することができるが，その反面，装置が大型化するという問題が伴う。また，近年，イオン等の荷電粒子を高エネルギー化するために，加速装置等に供給する電圧がますます高電圧化される傾向にあることからすると，上記電気回路部品が放電により破損，焼損するという問題はより深刻化すると考えられる。
また，上記特許文献２の高電圧電源装置のように，昇圧回路を形成する各段の基盤を可撓性の絶縁樹脂でモールドすると，放電による基盤の破損，焼損を防止することができるが，モールドするために費やされる費用と時間の負担が大きく，経済的ではない。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，高電圧回路における放電による回路素子の破損，焼損を簡易な手法で防止すると共に，装置規模の小型化を実現することができる高電圧発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は，入力電圧を昇圧する昇圧回路を多段に結合することによって高電圧を生成する高電圧回路を備えた高電圧発生装置において，上記高電圧発生装置の外部或いは内部における放電から上記高電圧回路に用いられる電気回路部品をシールドする導電性のシールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品間に設けられてなることを特徴とする高電圧発生装置として構成されている。
この場合，上記シールド部材が，上記多段に結合された複数の昇圧回路それぞれに対応して設けられてなるものであることが好ましい。
【０００６】
また，上記高電圧発生装置が，少なくとも上記昇圧回路の外側及び／若しくは内側に，上記昇圧回路の電界の均一性を高めるために設けられた１又は２以上の導電性の環状部材を備えて構成されている場合は，上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と上記環状部材との間に設けることが望ましい。
この場合，上記シールド部材が，上記環状部材と同心円筒状に配置されるように構成することが考えられる。
【０００７】
また，上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と電気的に接続されて構成されたものであることが好ましい。
更にまた，上記高電圧回路が，少なくとも１以上のコンデンサを含んで構成され，上記シールド部材が，上記コンデンサの正或いは負の電極と電気的に接続されてなるものであってもよい。
また，上記高電圧発生装置の好ましい具体例としては，上記高電圧回路が，コッククロフト・ウォルトン回路或いはこれに準じる多段型の倍電圧整流回路であることが考えられる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように，本発明は，入力電圧を昇圧する昇圧回路を多段に結合することによって高電圧を生成する高電圧回路を備えた高電圧発生装置において，上記高電圧発生装置の外部或いは内部における放電から上記高電圧回路に用いられる電気回路部品をシールドする導電性のシールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品間に設けられてなることを特徴とする高電圧発生装置として構成されているため，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品間に放電が発生した場合であっても，上記電気回路部品への直接放電を回避することができる。そのため，放電による電気回路部品の破損，焼損を防止することが可能となる。また，放電防止のために設けていた上記電気回路部品間の絶縁空間を小さくすることができるため，装置の小型化が可能となり，これにより，例えば，加速器に充填するＳＦ6等の絶縁ガスの消費量が減少し，環境を悪化させない高電圧発生装置が実現され得る。また，上記加速器に充填された絶縁ガスの回収も容易となる。
更にまた，上記シールド部材が，上記多段に結合された複数の昇圧回路それぞれに対応して設けられてなるものであれば，上記多段に設けられた昇圧回路間の絶縁空間を小さくすることができ，装置の小型化を図ることが可能となる。
【０００９】
また，少なくとも上記昇圧回路の外側及び／若しくは内側に，上記昇圧回路の電界の均一性を高めるために設けられた１又は２以上の導電性の環状部材を備えて構成された高電圧発生装置においては，上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と上記環状部材との間に設けられているため，上記電気回路部品と上記環状部材との間の絶縁空間を小さくして，装置の小型化を実現することが可能となる。
また，この場合，上記シールド部材が，上記環状部材と同心円筒状に配置されることにより，上記環状部材において生じるあらゆる方向からの放電を効果的に遮断して，上記電気回路部品を保護することができる。また，装置の小型化という面においても，円筒状の構成が最も優れた構造と考えられる。
【００１０】
また，上記シールド部材が，上記高電圧回路に用いられる電気回路部品と電気的に接続されて構成されたものであれば，例え放電が発生したとしても，放電電流が電気回路部品の電極に流れ，上記電気回路部品の本体（ＢＯＤＹ）が直接的に放電を受けることがないため，放電から上記電気回路部品を効果的に保護することが可能となる。
また，上記高電圧回路が，少なくとも１以上のコンデンサを含んで構成され，上記シールド部材が，上記コンデンサの正或いは負の電極と電気的に接続されてなるものであれば，上記コンデンサによって放電サージや放電後の続流が吸収されるため，ダイオード等の他の電気回路部品を放電から保護して部品の破損等を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下添付図面を参照しながら，本発明の一実施形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る高電圧発生装置を備えたラザフォード後方散乱分析装置Ｘの概略構成を示す全体図，図２は本発明の実施形態に係る高電圧発生装置を示す模式図，図３は図２のＡ−Ａ断面図，図４は本発明の他の実施例に係る高電圧発生装置Ｘの断面図，図５は従来の高電圧発生装置の高電圧回路を示す等価回路，図６は従来の高電圧発生装置を示す模式図，図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。
【００１２】
まず，図１の全体図に基づいて，本発明の一実施形態にかかるコッククロフト・ウォルトン型の高電圧発生装置１１４を備えたラザフォード後方散乱分析装置（以下，「ＲＢＳ分析装置」と略す。）Ｘの概略構成について説明する。尚，言うまでもないが，このＲＢＳ分析装置Ｘは，入力電圧を昇圧して所定の高電圧を発生する高電圧発生装置１１４の用途の単なる一例に過ぎない。
図示のＲＢＳ分析装置Ｘでは，測定チャンバ１０３（真空容器）の鉛直上方に配設された加速器（加速装置）１１０において，不図示のガスボンベから送り出されたヘリウムなどがイオン源１１２でイオン化され，その後，イオン化された一価のヘリウムイオン（荷電粒子の一例）が加速管１１３に送り出される。上記加速管１１３内では，上記ヘリウムイオンは，上記高圧電源発生装置１１４から高電圧が供給されることにより，この高電圧に対応したエネルギーが蓄えられて加速される。上記加速器１１０内は，高電圧による放電等を抑制するため，消弧性及び絶縁性の高いＳＦ6等の絶縁ガスで充填されている。
この実施形態における上記高圧電源発生装置１１４は，ＰＮ型ダイオード（整流素子の一例，以下，「ダイオード」と称す。），コンデンサなどで構成された昇圧回路５４（図５参照）を段階的に複数結合して構成されたＣＷ回路５１（図５参照）によって入力電圧を所定の高電圧に昇圧するコッククロフト・ウォルトン型の高電圧発生装置である。なお，上記ＣＷ回路５１は高電圧回路の単なる一例であって，上記ＣＷ回路５１をこれに準じる多段型の倍電圧整流回路に置き換えた高電圧発生装置であっても，本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
上記加速管１１３内で加速されたイオンは鉛直下方へ出射され，ビームダクト１１６を通り，途中，四重極マグネット１１１により収束されて，加速器１１０の鉛直下方に位置する測定チャンバ１０３内の試料１０２に照射される。
上記試料１０２に照射され，試料１０２の表面又は内部で弾性散乱されたイオンのうち，検出器１０５で検出されたイオンが，分析に供される。
【００１３】
測定チャンバ１０３は，円筒形の測定チャンバであり，内部を真空状にするため，測定チャンバ１０３近傍には内部の空気を排出して真空化するターボ分子ポンプ１０９が設けられている。また，この測定チャンバ１０３には，試料１０２に照射されたイオンによって上記試料１０２から複数の方向に散乱した散乱イオンを検出する検出器１０５が設けられている。
また，上記円筒形の測定チャンバ１０３の中心軸（円筒軸）にあたる位置には試料１０２を保持する試料台が配置されている。この上記試料台は上記測定チャンバ１０３の中心軸を中心にして上記測定チャンバ１０３の中心軸方向に上下動自在に支持される。上記測定チャンバ１０３の外部には，上記試料台に試料１０２を搬出入するトランファーロッド１０６が設けられており，該トランスファーロッド１０６の気密は，ロードロックチャンバ１０７で保持されている。また，この測定チャン１０３の外周には，マグネット冷却器１０８によって冷却される超電導マグネット１０４が配置されており，この超電導マグネット１０４によって，散乱イオンの散乱方向が変えられる。
【００１４】
上記高電圧発生装置１１４は，図５に示す従来の高電圧発生装置５０と略同様に構成されており，絶縁支持部材６１により互いに絶縁された状態で支持された低電圧部５６及び高電圧部５７と，上記低電圧部５６及び高電圧部５７の間に設けられたＣＷ回路５１（高電圧回路）と，上記低電圧部５６の下部に配置された上記ＣＷ回路５１に入力電圧を供給するトランス５５と，上記ＣＷ回路５１で生成された高電圧を加速器１１１に供給するための高電圧ターミナル（高電圧端子）と，により構成され，上記加速器１１０内に加速管１１３やイオン源１１２等（図１）と共に配設されている。
上記ＣＷ回路５１は，上記トランス５５により変圧されて入力された入力電圧を昇圧する昇圧回路５４を多段に結合して構成され，所定の高電圧を生成する高電圧回路である。このＣＷ回路５１の外側には，所定の間隔を隔てて設けられた１又は２以上の導電性の金属フープ５８（導電性の環状部材の一例）が不図示の絶縁支持部材により支持されて配設されている。なお，上記金属フープ５８が上記ＣＷ回路５１の内側に設けられたものであってもかまわない。
上記金属フープ５８は，その上下に配設された他の金属フープと所定間隔を持って離間されており，更に，隣接する金属フープ間は，抵抗６０を介して接続されている。また，複数の金属フープにチャージされた電荷を放出すると共に，該金属フープを略接地電位に均一化するため，最下部に配置された金属フープは接地されている。
【００１５】
上述の如く，本発明に係る高電圧発生装置１１４は，従来の高電圧発生装置５０と略同様に構成されているが，本高電圧発生装置１１４は，上記高電圧発生装置５０とは，図２の模式図及び図３の断面図に示すように，上記ＣＷ回路５１に用いられるダイオード５２やコンデンサ５３等の電気回路部品と上記金属フープ５８との間，即ち，上記ＣＷ回路５１と上記金属フープ５８との間に導電性のシールド部材２１ａ，２１ｂが設けられ，上記ダイオード５２や上記コンデンサ５３と上記抵抗６０との間（電気回路部品間）に導電性のシールド部材２２ａ，２２ｂが設けられている点において大きく異なる。
このように，本高電圧発生装置１１４が構成されることにより，放電が発生したとしても，上記シールド部材２１ａ等に放電され，上記ダイオード５２や上記コンデンサ５４，或いは上記金属フープ５８間に設けられた抵抗６０等の電気回路部品への直接的な放電が回避されるため，放電による上記電気回路部品の破損，焼損を防止することが可能となる。また，放電防止のために離間させていた上記電気回路部品間の絶縁空間（絶縁距離），及び上記電気回路部品と上記金属フープとの間の絶縁空間（絶縁距離）を小さくすることができるため，装置の小型化を図ることが可能となる。この結果，上記加速器１１０内に充填されるＳＦ６等の絶縁ガスの消費量が減少するため，絶縁ガスの回収が容易となると共に，環境を悪化させない高電圧発生装置が実現され得る。
なお，上記シールド部材に放電されることにより，該シールド部材に電荷がチャージされるため，上記シールド部材をそれぞれ接地することが望ましい。また，このように，上記シールド部材を接地電位に保持することにより，上記接地された金属フープ５８と上記シールド部材とが等電位となるため，上記金属フープ５８及び上記シールド部材間における放電の発生が抑制される。
【００１６】
また，図示されるように，上記シールド部材２１ａ等は，上記金属フープ５８と同心円筒状に配置されているため，上記金属フープ５８において生じるあらゆる方向からの放電が効果的に遮断される。これにより，上記電気回路部品を放電から保護することが可能となる。また，装置の小型化という面においても，図２に示されるシールド部材２１ａ等のように円筒状の構成が最も優れた構造であると考えられる。
なお，本実施形態例では，図３に示すように，略半円筒状のシールド部材２１ａと２１ｂとが，そして，略半円筒状のシールド部材２２ａと２２ｂとが対向して配設されているが，特にこれに限定されることはない。
即ち，上記シールド部材が，放電元となる加速器１１３等の周辺部材と電気回路部品との間に設けられていれば，本発明の課題である，上記電気回路部品の保護を十分に図ることが可能である。従って，例えば，上記シールド部材が，上記多段に結合された複数の昇圧回路５４（図５）それぞれに対応して設けられたものであってもよい。このように構成されることで，上記昇圧回路５４を放電から防止することができると共に，上記昇圧回路５４間の絶縁空間，或いは，上記昇圧回路５４と上記金属フープ５８との間の絶縁空間をを小さくすることができ，装置の小型化を図ることが可能となる。また，この場合，上記昇圧回路５４それぞれに対応して設けられた複数のシールド部材をそれぞれ内部抵抗等を介して接続することにより，上記それぞれのシールド部材の電位を均一にすることで，本高電圧発生装置Ｘ内の電位或いは電界の不均一性が軽減されるため，放電を効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記高電圧発生装置Ｘに設けられたシールド部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは，図４の断面図に示すように，上記電気回路部品と電気的に接続された実施例であってもよい。具体的には，上記シールド部材２１ａと２２ａとがコンデンサ５３ｂの正或いは負の電極に配線４１ｂ等により接続されて構成されている。このように構成されることにより，例え放電が発生したとしても，放電電流が電気回路部品の電極に流れ，上記電気回路部品の本体（ＢＯＤＹ）が直接的に放電を受けることがないため，放電から上記電気回路部品を効果的に保護することができる。
また，上記シールド部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂが，上述の如く上記コンデンサ５３ａ，５３ｂに電気的に接続されることにより，上記コンデンサ５３によって放電サージや放電後の続流が吸収されるため，ダイオード５２や抵抗６０等の他の電気回路部品を放電から保護し，部品の破損等を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は，半導体を初めとする各種材料の定量，組成分析する分析装置分野，若しくは，イオンを材料に注入するイオン注入分野，イオンや電子を照射することで殺菌，その他の効果があるイオン照射，イオン若しくは電子ビームによる加工などの分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る高電圧発生装置を備えたラザフォード後方散乱分析装置Ｘの概略構成を示す全体図。
【図２】本発明の実施形態に係る高電圧発生装置を示す模式図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の実施例に係る高電圧発生装置の断面図。
【図５】従来の高電圧発生装置の高電圧回路を示す等価回路。
【図６】従来の高電圧発生装置を示す模式図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
【００２０】
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…シールド部材
５１…コッククロフト・ウォルトン回路（高電圧回路の一例）
５２…ダイオード（電気回路部品の一例）
５３…コンデンサ（電気回路部品の一例）
５４…昇圧回路
５８…金属フープ（環状部材の一例）
６０…抵抗（電気回路部品の一例）
１０２…試料
１０３…測定チャンバ
１０４…超電導マグネット
１０５…検出器
１０６…トランスファーロッド
１０７…ロードロックチャンバ
１０８…マグネット冷却器
１０９…ターボ分子ポンプ
１１０…加速器（加速装置）
１１１…四重極マグネット
１１２…イオン源
１１３…加速管
１１４…高電圧発生装置
１１６…ビームダクト
【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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