JP2000090843A - イオン源電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多段の加速電極と電極に電圧を掛ける電源回
路が絶縁ガス（ＳＦ_６ガス）容器内に収容されているイ
オン源において、使用に先だって電極のエージングを行
う必要がある。個別の電極間のエージングと一括エージ
ングを行う必要がある。従来のエージングはガス交換の
ために長い日数がかかっていた。ガス交換の必要のない
エージングを行う事のできるイオン源電源回路を提供す
ることが目的である。 【解決手段】 隣接電極間に電圧を印加する電源を短絡
するスイッチを設け、短絡スイッチを外部から開閉出来
るようにし、ＳＦ_６ガスを容器に充たしたまま一つの電
源に対するスイッチだけを開放し、他の電源に対するス
イッチは閉じて、その電源によって電圧を印加される電
極間のエージングを行う。スイッチを切り替えて個別エ
ージングを行った後、全てのスイッチを開放して一括エ
ージングを行う。ガス交換や繋ぎ替え作業はなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型で複数の電極
を有するイオン源の電極のエージング方法に関する。多
段電極を持つイオン源を製造した場合、組立後通電開始
前の電極には細かい突起や傷やゴミがある。そのまま使
うと放電が起こって電極間に所望の電圧が掛からない。
そこで使用の前に電極間に電圧を印加して意図的に放電
を発生させ放電エネルギーにより電極面の突起、ムラ等
を除去し平滑にする。これがエージングである。エージ
ングはそのイオン源が使用されるのと同じ条件でなされ
なければならない。

【０００２】ここで対象とするイオン源容器は絶縁性の
高いガスによって充たされる。例えばＳＦ_６ガスを容器
に充填する。ガスによって充たすのは電極や端子の間で
の放電などを避けるためである。ガスによって絶縁性を
高めることができる。窒素ガスや空気でも絶縁性はある
が、絶縁耐力の点でＳＦ_６ガスが優れている。ガス圧力
を高めると絶縁耐力が高くなり、容器内に設置するイオ
ン源及び電源機器をコンパクトにすることができる。そ
れで５ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力のＳＦ_６ガスを容器内に
充填し高い絶縁性能を確保する。大型のイオン源を対象
にするが、イオン源容器の全体にＳＦ_６ガスを充たし、
フィラメントや電源及びスイッチ、端子、電極なども全
てＳＦ_６ガスの雰囲気にある。大型の容器であるから作
業者が内部に入って電源の調整、配線の接続、交換、調
整などを行うことができる。

【０００３】

【従来の技術】このようなイオン源装置を製造した時、
すぐには使用できない。イオン源には多数の穴を穿孔し
た電極板がある。これはＣｕなどの導電性の板に穴を明
けたものであるから尖った部分やバリ、ゴミ、傷などが
ある。電極に電圧が掛かるとバリ、傷、ゴミなど尖鋭部
には電界が集中する。電界集中のため放電が起こりやす
い。電極にはそのような異物や異形のものがあってはい
けない。そこで運転を始める前に電極間に電圧を掛けて
意図的に放電を起こさせて放電エネルギーにより突起物
を消滅させる。突起物や異形物がなくなると、電界分布
が一様になり、放電が起こり難くなる。これがエージン
グである。使用前のエージングは不可欠である。それも
できるだけ使用条件と同じような条件で行う必要があ
る。

【０００４】エージングは電極間毎と、全体一括で行
う。つまりｍ枚の電極があると、（ｍ−１）回の個別の
エージングと、全体一括のエージングとで合計ｍ回のエ
ージングを行う必要がある。

【０００５】電極各段をエージングするときは、ＳＦ_６
ガス絶縁容器内のＳＦ_６ガスを回収し、大気開放した
後、別の直流電源を用意し、作業者が容器の内部に入り
外部より電源を引き込み、絶縁容器内で配線の接続を行
う。作業者が容器から出て蓋を閉じＳＦ_６ガスを導入し
て絶縁性を確保する。そして電源から対象となる一対の
電極に電圧を掛けてエージングを行う。その電極対のエ
ージングが終わると、ＳＦ_６ガスを排出し他の容器に移
し、大気開放し、作業者が内部に入り、電極と電源の配
線をつなぎ替えて、つぎの電極対の間に直流電圧が掛か
るようにする。また作業者が容器から出て、真空引き
し、ＳＦ_６ガスを導入して、電源から電極間に電圧を印
加してエージングする。

【０００６】大容量の容器であるからＳＦ_６ガスを排出
するだけでも半日掛かる。配線のつなぎ替えを行うのも
数時間掛かる、空気を排出してＳＦ_６ガスを入れるのに
やはり一日掛かる。エージング自体に１日掛かる。する
と一対の電極を個別エージングするだけで３日間かか
る。例えば５枚の電極があるとすると、４対の電極間で
個別エージングする必要がある。これに実質１２日の日
数が掛かってしまう。それだけでは済まない。個別のエ
ージングが終わっても、全体の一括エージングを行わな
くてはならない。その場合もＳＦ_６ガスを排出して真空
とし大気を入れて蓋を開き作業者が入って、電源と電極
の接続を変更し、全段の電極に全電圧を印加する。例え
ば５段の電極を持ちそれぞれの段間の電圧が２００ｋＶ
とした場合、それぞれの段間は２００ｋＶの電圧を掛け
てエージングする。全体でのエージングは１０００ｋＶ
の電圧を掛けて一括エージングする。一括エージングに
も３日程度の日数がかかる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン源のエー
ジング方法は、ＳＦ_６ガスと空気の交換を各段毎に行わ
なくてはならなかった。作業者が内部に入って作業する
ぐらいの大きい容器である。またゲージ圧で５ｋｇ／ｃ
ｍ^２もの高圧にガスを充填しなければならない。大容量
の容器にガスを高圧になるまで入れるのであるからガス
交換も容易でない。ガス交換だけで半日から１日掛かっ
てしまう。日数が掛かりすぎる。これが問題である。日
数がかかるというのは単に時間の浪費というだけに留ま
らない。排気のためのモータ電力が必要である。長時間
であるからかなりの電力費を要する。またＳＦ_６ガスが
何度も排気、充填されるからガスが配管や弁から洩れて
しまう。高価なＳＦ_６ガスがそのたびに空中に逃げて行
く。

【０００８】エージングを空気中で行う事ができれば、
各段ごとのＳＦ_６ガス、大気の交換は不要になるであろ
う。しかし空気であると耐圧が低いので電極間に十分な
高圧を掛ける事ができない。空気とＳＦ_６ガスでは絶縁
耐圧が違うので使用時と同じ条件でない。これは望まし
くない。やはりＳＦ_６ガスの雰囲気で個別段のエージン
グを実施するべきである。

【０００９】また作業者が一回毎に容器に入って、狭い
空間で、電源と電極の接続を変える必要がある。狭いの
で作業性が悪いし、高圧が掛かる装置であるから危険性
もある。エージングの為の特別の工夫がなされておらず
特別の回路がないのでいちいちつなぎ変えないといけな
いのである。面倒な作業である。しかも高圧が掛かる部
分であるから熟練者が行わなければならない。イオン源
立上げに意外な労力が掛かるのである。

【００１０】イオン源のエージングをより短時間で行え
るようにしたイオン源の電源回路を提供する事が本発明
の第１の目的である。イオン源のエージングを行う際に
ガス交換を不要としたイオン源回路を提供する事が本発
明の第２の目的である。エージングを行う際に作業者が
容器内に入って配線をつなぎ替える必要のないイオン源
電源回路を提供する事が本発明の第３の目的である。個
別の電極間のエージングから全体一括のエージングへの
流れを円滑にしたイオン源電源回路を提供することが本
発明の第４の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】各段間毎に短絡スイッチ
を入れ、各段間のエージングをするとき、ＳＦ_６ガス絶
縁容器外部より遠隔操作が可能なこの短絡スイッチによ
り各段間毎にエージング可能な回路への接続と切り離し
ができる回路とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１によって本発明の実施の形態
を説明する。イオン源１は、絶縁容器２の内部に収容さ
れる。イオン源１は内部にフィラメント３と、加速電極
系を有する。加速電極系は、第１電極３１、第２電極３
２、第３電極３３、第４電極３４、第５電極３５、第６
電極３６よりなる。第１電極は接地される。

【００１３】容器２の内部には、イオン源１の為の加速
電源４や端子部分、スイッチや抵抗等を有する。絶縁容
器２は絶縁ガス（ＳＦ_６ガス）５が収容される。フィラ
メント３は負電源に接続されて熱電子を放射するもので
ある。ここではフィラメント電源は図示を略している
が、電極の電源よりもさらに負電圧になっている。加速
電極の電源４は直列に接続された第１電源２１、第２電
源２２、第３電源２３、第４電源２４、第５電源２５等
よりなる。これは５段加速（加速電極が５枚、接地電極
が１枚）のものであるがより段数の多いものであっても
良い。同じ電圧の電源が直列に繋がれているから、第１
電源２１の負極の電圧は−Ｖ、第２電源２２の負極の電
圧は−２Ｖ…というふうになる。例えば５段の電源があ
り、各段間に−２００Ｖの電圧が印加される。第１電源
２１の正極Ａが接地される。接地、第１電源〜第５電源
の接続点をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、第５電源２５の負極を
Ｆとする。

【００１４】加速電極３１、３２、３３、３４、３５、
３６の端子をａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’とす
る。電源系の方からの端子はそれに対応してａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅ、ｆとする。電源２１の正極Ａが端子ａにつ
ながっている。電源２１、２２の中間点Ｂが限流抵抗Ｒ
１を介して端子ｂにつながる。電源２２、２３の中間点
Ｃが限流抵抗Ｒ２を通って端子ｃにつながる。中間点Ｄ
は抵抗Ｒ３を経て端子ｄにつながる。中間点Ｅは抵抗Ｒ
４を経て端子ｅにつながる。電源２５の負極Ｆは抵抗Ｒ
５を通り端子ｆにつながる。

【００１５】電源側の端子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、
電極側の端子ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’と接
続される。従来は、端子間を人手によって繋ぎ替えて、
隣接電極間に電源電圧を与えて、放電を起こしひとつひ
とつエージングを行っていたのである。例えば、電源側
のａ、ｂ端子を、電極側の、ａ’、ｂ’に接続すると電
極３１、３２間のエージングが行える。電源側ａ、ｂ端
子を、電極側のｂ’、ｃ’間につなぐと電極３２、３３
間のエージングを実施できる。従来はこのように端子間
の接続の切り替えを人手によって行っていた。ところが
本発明は、以下のような回路構成にすることによって自
動的に接続の切り替えを行い順次電極間の個別エージン
グを行う事ができる。

【００１６】本発明はそれぞれの電源の端子間を限流抵
抗を介して短絡するスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を設ける。
第１電源２１の正負極間には第１スイッチＳＷ１が繋が
れる。第２電源２２の正負極間には第２スイッチＳＷ２
が繋がれる。第３電源２３の正負極間には第３スイッチ
ＳＷ３がつながれる。第４電源２４、第５電源２５も同
様に第４、第５スイッチが接続されている。

【００１７】これらの短絡用スイッチＳＷｊを操作する
短絡スイッチ駆動回路７が容器２内に設けられる。さら
に短絡スイッチ駆動回路７を制御するための制御盤６が
容器２の外部に設けられる。

【００１８】初めに各段間の個別エージングを行い、そ
の後一括エージングをする。全てのエージングにおいて
ＳＦ_６ガスは容器に充填したままとする。ＳＦ_６ガスの
排気、大気開放、ＳＦ_６ガスの充填などの工程がない。
各段のエージングを行うときは、エージングを行うとこ
ろの段間の短絡スイッチをオフとし、その他の段につい
てはオンとする。

【００１９】初め第１電極３１と第２電極３２の間のエ
ージングを行う。ＳＦ_６ガス５は容器２に充たしたまま
とする。作業者は容器２に入らない。外から制御盤６を
操作することにより短絡スイッチ駆動回路７を動作させ
る。スイッチＳＷ２〜ＳＷ５の全てを閉じる。第２電極
３２〜第６電極３６の間には電圧が掛からなくなる。ス
イッチＳＷ１だけ開く（オフとする）。第１電源２１の
電圧が第１、２電極３１、３２の間に印加される。第１
電源の電圧は初め０またはある低電圧とする。ＳＦ_６ガ
スは所定の圧力（例えば５ｋｇ／ｃｍ^２）で容器に充た
され、使用時と同じ条件である。電源電圧を上げていく
と、製造したばかりで傷、ゴミ、突起などが存在する電
極間で放電が起こる。放電によって焼き切れてそのよう
な異形のものが消滅する。さらに電圧を上げると新たな
傷や突起の箇所で放電が起こる。放電によって傷や突起
などがなくなる。さらに電圧を上げる。このようにして
使用時の電圧（例えば−２００ｋＶ）まで上げて、もは
やその電圧では電極間放電が起こらないようにする。電
極表面は平滑化して等電位面の特異点がなくなる。これ
で１段目のエージングが終了する。エージングはＳＦ_６
ガスの中で行われた。

【００２０】ついで第２段めの個別エージングを行う。
制御盤６を操作しスイッチＳＷ２だけを開き（オフ）と
して、スイッチＳＷ１、ＳＷ３〜ＳＷ５をオンとする。
第２電極３２と第３電極３３の間に第２電源２２の電圧
が掛かる。第２電極の下側の傷や突起は消滅したが上側
の異形物が残っている。第２電源２２の電圧を徐々に上
げ第２電極３２、第３電極３３の間の電圧を上げてい
く。突起物、ゴミなどがあると放電が起こりこれが焼か
れて消滅する。さらに電圧を上げるとより小さな傷やゴ
ミから放電が起こるようになる。この異形物も放電で消
滅する。さらに電圧を上げる。このようにして使用時の
電圧まで緩やかに電圧を上げて緩やかな放電を起こし
傷、ゴミ、突起などを消して行く。第２電極の両面と第
３電極の下面のエージングが終わる。

【００２１】さらに第３段の個別エージングを行う。外
部から制御盤６を操作して、スイッチＳＷ３だけを開
き、その他のスイッチを閉じる。電源２３の電圧が第３
電極３３、第４電極３４の間に印加される。以下同じ手
順で第３段階のエージングが行われる。第４、第５段階
の個別エージングも同様な方法で行うことができる。電
極面は平滑になっている。

【００２２】これらの個別エージングにおいて、作業者
は、容器２の内部に入る必要がない。ＳＦ_６ガスの交換
も不要である。ＳＦ_６ガスは容器２内に充填されたまま
である。単に外部からのスイッチの切り替えだけで個別
エージングを実行できる。５段階の個別エージングが終
わると、最後に一括エージングを行う。

【００２３】ＳＦ_６ガスは所定圧力（例えば６ｋｇ／ｃ
ｍ^２）で容器に充填されたままである。制御盤６からの
操作によって全ての短絡スイッチＳＷ１〜ＳＷ５を開
く。第ｊ電極の電圧が、第ｊ電極と第ｊ＋１電極の間に
掛かる。電極３１と電極３６の間に掛かる電圧は全ての
電源電圧の和ΣＶｊとなる。それぞれの電源に於ける電
圧を少しづつ上げてゆく。放電が起こることもあるが、
放電によって傷やゴミはなくなるので、電圧をさらに上
げることができる。最終的には使用時と同じ電圧まで上
げる。使用時電圧を例えば電極間あたり−２００ｋＶと
すると、全電極間では−１０００ｋＶの電圧が掛かる。
この状態でもはや放電が起こらなくなると一括エージン
グが終わったということである。

【００２４】この例では加速電極が５段構成（加速電極
５枚、接地電極１枚）としているが、任意の段数に適用
できる。限流抵抗Ｒ１〜Ｒ５はイオン源電極放電時の流
入エネルギーを低減するために設けている。

【００２５】ここでは負イオン源の例を示した。しかし
勿論本発明は正イオン源にも適用できる。その場合は、
電源はマイナスでなくプラス電圧を印加するものとな
る。

【００２６】

【実施例】ＳＦ_６ガス５中で、加速電極４とイオン源１
が各段毎に接続されており、かつ各段間に短絡スイッチ
が接続されて１段目のみ短絡スイッチがオフでそのほか
は、オン（短絡）となっている状態で、まず一段目のエ
ージングを行う。

【００２７】つぎに制御盤６により遠隔操作を行い、２
段目のみ短絡スイッチをオフとし、その他についてはオ
ンとする。これを遠隔操作にして各段毎にエージングを
行う。

【００２８】各段毎のエージングが終了すれば、制御盤
６より遠隔操作を行い、全ての短絡スイッチをオフにし
て一括のエージングを行う。イオン源は一般に正イオン
と負イオンの二種類がある。図１については負イオン源
用の負極性出力加速電源であるが、正イオン源用の場合
は加速電源出力が正極性となるだけで同様に適用でき
る。

【００２９】上記の切り替えは全てＳＦ_６ガス容器中で
行われる。

【００３０】

【発明の効果】従来のエージングは、各段間の個別エー
ジングを行うため、ＳＦ_６ガスを別の容器に取りだし、
大気開放して作業者が内部に入って、配線の繋ぎ替えを
して真空引きし、ＳＦ_６ガスを入れてエージングを行っ
ていた。一段あたり２．５日〜３日かかるから５段の個
別エージングと一括エージングに１５日〜１８日掛かっ
ていた。

【００３１】本発明は、ガス交換をしないからエージン
グ時間を大幅に短縮できる。容器容積が大きいのでガス
交換時間は長い。これが省略できるというのは大きな利
益である。本発明では個別、一括エージングを含め３日
〜４日で行うことができる。さらに作業者が容器内部に
入る必要がないので作業者の負担も軽減される。危険な
作業を回避できる利益は大きい。またＳＦ_６ガスを容器
間でたびたび交換輸送しないからガスの損失も少ない。
高価なガスの損失を免れる。ガス交換に伴う電力費も省
くことができる。ガス、電力両方の資源のムダ遣いを防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるイオン源電源回路の概
略構成図。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ 絶縁容器 ３ フィラメント ４ 加速電源 ５ ＳＦ_６ガス ６ 制御盤 ７ 短絡スイッチ駆動回路 ２１ 第１電源 ２２ 第２電源 ２３ 第３電源 ２４ 第４電源 ２５ 第５電源 ３１ 第１電極 ３２ 第２電極 ３３ 第３電極 ３４ 第４電極 ３５ 第５電極 ３６ 第６電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多段の加速電極と、隣接電極間に電圧を
   与える電源とを有し、加速電極と電源が絶縁ガス容器内
   に収容されるイオン源の電源回路であって、隣接電極間
   に電圧を加える電源の正負極間に短絡スイッチを設け、
   短絡スイッチを容器外部から開閉できるようにして、絶
   縁ガスを容器に充填したまま、短絡スイッチのうち一つ
   のスイッチだけ開放し、他のスイッチは閉じて、そのス
   イッチによって電圧が印加される電極間の個別エージン
   グを行い、全てのスイッチを開放して一括エージングを
   行う事ができるようにしたことを特徴とするイオン源電
   源回路。