JP2517824B2 - 高周波四重極加速器 - Google Patents

高周波四重極加速器

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JP2517824B2 JP4226589A JP22658992A JP2517824B2 JP 2517824 B2 JP2517824 B2 JP 2517824B2 JP 4226589 A JP4226589 A JP 4226589A JP 22658992 A JP22658992 A JP 22658992A JP 2517824 B2 JP2517824 B2 JP 2517824B2
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克己 登木口
健介 雨宮
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、運転周波数可変型の高
周波四重極加速器に係り、特に4重極電極に高周波電圧
を発生させるための周波数可変型共振回路の構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】イオンのエネルギーをMeVオーダーと
いう高エネルギーにまで加速する手段として高周波四重
極加速器がある。一般的な高周波四重極加速器は、加速
空洞内に向かいあった面に波打ち加工をほどこした4重
極電極を配置し、加速空洞が空洞共振器となる特定の周
波数の高周波電力を空洞に供給し、4重極電極に高周波
電圧を発生させる。このとき4重極電極に囲まれた中心
部にイオンビームを入射させると、イオンは、電極の波
打ち構造により発生する軸方向電界により加速される。
【0003】この方式によるイオン加速では、電極の波
打ち形状と高周波電界の周波数によりイオンの出射速度
つまりはエネルギーが決まる。一般に空洞共振器では共
振周波数が一定であるために、イオンの出射エネルギー
が一定となってしまうが、高周波四重極加速器を半導体
素子のイオン打ち込みや高機能材料の表層改質に利用す
るには、イオンの出射エネルギーを可変にする必要があ
る。このための4重極電極の高周波電圧の周波数を可変
にする共振回路構造が、例えば特開昭60−11519
9や特開平1−137549に示されている。
【0004】運転周波数を可変とする共振回路構造の一
例を図5を使って説明する。向いあった面が波打った4
重極電極2a、2b、3a、3bのうち、2aと2bは
導体4a、4bにより、また3a、3bは導体5a、5
bにより電気的に接続される。4重極電極2aに接続さ
れた導体7および3aに接続された導体8に、ほぼ平行
な対をなす導体9a〜9iと10a〜10iとが接続さ
れている。この対をなす導体を可動短絡導体手段11で
短絡する。導体7、導体9a〜9i、可動短絡導体手段
11、導体10a〜10iおよび導体8で構成されるコ
イルのインダクタンスと、4重極電極の静電容量とでL
C共振回路を構成する。短絡導体手段11の位置を変え
ることにより、回路のインダクタンスを変え、共振周波
数つまりは高周波四重極加速器の運転周波数を可変にす
る。
【0005】この共振回路への電力の供給は、通常(図
示していない)カップリングコイル等を導体7、8の近
くのバー状導体9a〜9i、10a〜10i間に挿入し
て誘導結合による共振周波数の高周波電力供給方法を採
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、可動短絡導体
手段11が真空容器内に配されているため、そのバー状
導体9a〜9i、10a〜10iとの接触部に潤滑剤を
使った通常の摺動接触子の利用は不可能である。このた
め、充分な接触圧力を与えると可動短絡導体手段の移動
操作が困難になり、接触圧力を下げると溶着現象の発生
を避けることが困難であった。
【0007】この問題を解決するための本発明の第1の
目的は、真空容器内に在って共振回路の周波数変更のた
めの摺動接触部を有する可動短絡導体手段に、通電時に
は充分な接触圧力を与えるが、移動時には接触圧力を解
除して潤滑剤を使わなくてもスムースな移動が可能な機
能を付与することにある。
【0008】第2の目的は、通常のバネ接触子が使用可
能な高周波四重極加速器の構造を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この第1の目的を達成す
るために、短絡導体手段は対のバー状導体との接触部に
おいて接離可能な手段を付与される。この接離可能手段
は、真空容器外から操作される可撓性導体と接触子とを
備える。この可撓性導体の操作ロットにバネ構造を加え
れば、部品製作誤差、組立誤差を吸収して、1個の伸縮
操作機構で多数の可撓性導体を同時に操作できる。
【0010】第2の目的を達成するためには、可動短絡
導体手段を真空容器外に出し、できる限り高絶縁性ガス
を充填することにすればよい。真空容器と高絶縁性ガス
空間との仕切りは気密を保つ電気的絶縁物隔壁とする必
要がある。
【0011】
【作用】可動短絡導体手段を、対のバー状導体との接触
部で接離可能な手段を備えたものにすることにより、通
電時には充分な接触圧力を有するも、移動時には接触を
切離し、この部分での摺動抵抗を完全に排除できる。こ
の接離可能手段を可撓性導体と接触子により構成してそ
の伸縮操作機構を取付ければ、真空容器外からの接離操
作が可能になり、別の移動操作機構を用いて非接触状態
で容易に移動させることが可能になる。この伸縮操作機
構は1部にバネ構造を設ければ製作・組立誤差による接
触子とバー状導体との相対的位置関係のバラツキを吸収
して全ての接触子に必要充分な接触圧力を付与すること
が可能になる。これにより1個の伸縮操作手段で複数個
の接触子を同時操作することができる。ガイドを含む伸
縮操作手段を絶縁構成とすることにより、この伸縮操作
機構における摺動接触部の通電を阻止して寿命を延ばす
ことが可能になる。
【0012】さらに、可動短絡導体手段を真空空間外へ
押し出すことにより潤滑剤を塗布して使う従来技術のバ
ネ接触子の使用が可能になる。従来の真空容器を気密性
電気的絶縁物の隔壁によって隔て、4重極電極側を真空
に、短絡導体手段側を6弗化硫黄ガス等の高絶縁性ガス
で充満させると、湿度管理が同時になされて、隔壁部等
における対のバー状導体間の短絡電流を押えることがで
きる。通常のバネ接触子を利用すると経済的であると同
時に信頼性の向上にもなる。
【0013】
【実施例】本発明による一実施例を図1、図2により説
明する。真空容器1の中に配された、向い合う面を波打
たせている4本の電極2a、2bおよび3a、3bはそ
れぞれ電極間接続導体4および5により電気的に接続さ
れ1対の電極が構成される。4本の電極2a、2bおよ
び3a、3bは絶縁体電極支持手段6により真空容器1
に固定される。1対の電極にはそれぞれ図1に示すよう
に電極間接続導体4、5を、あるいは図5に示すように
バー状導体接続電極7、8を介して1対のバー状導体
9、10あるいは複数対のバー状導体9a、9b、9
c、9d、9e、9f、9g、9h、9iおよび10
a、10b、10c、10d、10e、10f、10
g、10h、10iが接続され、可動短絡導体手段11
が対のバー状導体間を短絡する。
【0014】本実施例においては、図1に示すように、
可動短絡導体手段11は中央部12の両端にバー状導体
9、10との接触部において、それぞれ可撓性導体1
3、14と接触子15、16を備え、真空容器1の外か
ら可撓性導体13、14の伸縮操作をするための操作手
段17、18が配される。この操作手段17、18とは
別に可動短絡導体手段11の移動操作をするための移動
操作機構19が設けられる。可動短絡導体手段11の上
端側だけの接離操作機構の詳細を図2に示す。接触子1
5の前面に固定され中央部12の方へ向けて伸びたロッ
ト20の先はトグル機構構成部材21、22を経て操作
手段17へリンク接続される。接触子15の移動方向を
ガイドするためのガイド23、24が備えられる。
【0015】真空容器内に存在する摺動接触形電気接点
には通常の潤滑剤の使用が不可能である。真空を破るこ
となく外部から接点位置を変えて共振回路のインダクタ
ンスを変えようとする時には、接触子15の摺動接触部
をバー状導体9、10から切離してから移動操作機構1
9により短絡導体手段11を移動させ、位置が定まって
から再び接触を回復させる必要がある。操作手段17を
矢印Aの方向へ押すとリンク機構により方向転換されて
接触子15が上方へ押し付けられる。接触子15がバー
状導体9に押し付けられている状態で操作手段17を矢
印Aと逆方向に引くと接触子15は下方へ引離される。
この構造では接触子15がバー状導体9に接触している
時接触圧力が適正になるようなトグル機構(20、2
1、22の組合せ)の調整が微妙になる。なお、接触子
15の運動はガイド23、24によって案内されるが、
接点としての配慮を余り払っていない摺動接触部、すな
わち接触子15とガイド24間および中央部12と接触
子へ固定のロット20間の予期せぬ電流を阻止するため
には、ガイド24およびロット20を絶縁物とするのが
望ましい。
【0016】図3は本発明の第2の実施例を示す可撓性
導体13の伸縮操作機構の1部を示す構造図である。基
本的には図2に示す操作機構と同じであるが、接触子へ
固定のロット20の中間にバネ機能を挿入してある。す
なわち、接触子へ固定のロット20は接触子側の20a
と中央部側の20bとに分割されその間にスプリング2
5を挿入して両者をピン26を用いて接続する。接触子
へ固定のロット20が矢印Bの方向へ押されると、接触
子へ固定のロットの中央部側20bのピン26の処に設
けられた遊びの最下部であるいはスプリング25のバネ
力で接触子へ固定のロットの接触子側20a及びピン2
6が押し上げられ、最後はスプリング25のバネ力で接
触子15がバー状導体9へ押し付けられる。接触子15
がバー状導体9に接触してからの接触子へ固定のロット
の中央部側20bの移動距離は勿論前記ピン26部の遊
びより小さいことが必要である。矢印Bと逆方向に接触
子へ固定のロット20が引張られるときは、ピン26が
遊びの上端に達しそれに伴って接触子15が引離され
る。本実施例に示すようなバネ機能を付与すると、操作
機構のストロークに多少の誤差があっても接触子15に
必要充分な接触圧力を与え得る。なおこのバネ機能は、
必ずしも図3に図解するように接触子の側近くに置く必
要はなく、直線的に方向変換を与えるようなリンク機構
を用いれば、真空容器外において操作手段17(および
18)(図1参照)の1部にバネ機能を付与しても差支
えない。しかし複数個の接触子15(15a〜15i)
を1個の操作手段17で駆動する場合には、図3に示す
ように接触子15の側近くにそれぞれバネ機能を設ける
と、各部品の加工誤差や組立誤差による接触子15とバ
ー状導体9との相対位置関係のバラツキを吸収して、全
ての接触子に必要充分な接触圧力を付与することができ
て好都合である。
【0017】次に本発明による第3の実施例を図4によ
り説明する。高周波四重極加速器の電極周辺は真空容器
内に収納するのは必須条件で電極部およびバー状導体
9、10の引出し部迄は図1と全く同一構造になってい
る。可動短絡導体手段11が対のバー状導体9、10間
を短絡するための移動範囲は隔壁27によって真空空間
28の外へ出される。真空空間28の外へ出された空間
29には、6弗化硫黄ガス等の高絶縁性ガスを充満す
る。可動短絡導体手段11の両端部、すなわちバー状導
体9、10との接触部には通常のバネ接触の接触子3
0、31を使用する。隔壁27は真空空間28を高真空
に保つと共にバー状導体9と10の間の短絡を防止する
必要があり、気密を保つ電気的絶縁物で構成する必要が
ある。図示していない電力供給用カップリングコイルは
真空容器外に配してよいが、都合により真空容器内に残
してもよい。通常のバネ接触子30、31は通常潤滑剤
を塗布して使用するので、真空中の使用は問題があった
が、本実施例の如く、高絶縁ガス中での使用は可能とな
る。高絶縁ガスの代りに空気中での使用も可能である
が、この場合湿度制御の問題がある。
【0018】
【発明の効果】真空容器内に在って摺動接触部を有する
可動短絡導体手段の端部に可撓性導体と接触子で構成す
る接離可能手段を設け、前記可撓性導体の伸縮操作機構
を備えることにより、通電時には充分な接触圧力を付与
し、移動時には切離し可能な機能を実現できる。更に伸
縮操作機構にバネ構造を追加することにより、製造・組
立誤差による接触子とバー状導体との相対的位置関係の
バラツキを吸収して全ての接触子に必要充分な接触圧力
を付与することが可能になり、1個の伸縮操作手段で複
数個の接触子を同時操作することができる。
【0019】真空容器の4重極電極側と可動短絡導体手
段との中間に、気密性電気的絶縁物の隔壁を設け、可動
短絡導体手段側に6弗化硫黄ガス等の高絶縁性ガスを充
満させることにより、潤滑剤を塗布した従来形の通常の
バネ接触子の使用が可能になり、経済性・信頼性の向上
が計かられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施例を示す高周波四重極
加速器の断面図である。
【図2】本発明による第1実施例を示す可動短絡導体手
段の伸縮操作機構の詳細を示す構造図である。
【図3】本発明による第2の実施例を示す可動短絡導体
手段の伸縮操作機構の1部を示す構造図である。
【図4】本発明による第3の実施例を示す高周波四重極
加速器の断面図である。
【図5】複数対のバー状導体を備えた従来の周波数可変
型高周波四重極加速器の要部を示す図である。
【符号の説明】
1 真空容器 2a 電極 2b 電極 3a 電極 3b 電極 4 電極間接続導体 5 電極間接続導体 7 バー状導体接続電極 8 バー状導体接続電極 9 バー状導体 10 バー状導体 11 可動短絡導体手段 13 可撓性導体 14 可撓性導体 15 接触子 16 接触子 17 操作手段 18 操作手段 19 移動操作機構 20 接触へ固定のロット 21 ドグル機構構成部材 22 ドグル機構構成部材 24 ガイド 25 スプリング 27 隔壁 28 真空空間 29 絶縁性ガス充満空間 30 バネ接触子 31 バネ接触子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平3−245499(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 装置の主要部分が真空容器内に配され、
    向い合う面を波打たせている4本の電極が4重極電場を
    構成するように電気的に接続されて1対となり、該1対
    の電極のそれぞれに電気的に接続された1組以上の対の
    バー状導体が実質的に平行位置に配され、前記対のバー
    状導体間位置を変えて短絡する移動可能短絡導体手段を
    備えた高周波四重極加速器において、前記短絡導体手段
    の両端部のそれぞれを可撓性導体と接触子で構成すると
    ともに、前記接触子の前面に固定されたロットの先にリ
    ンク機構を取付け、更に前記リンク機構を動かす操作手
    段として棒状部材を取付け、且つ前記棒状部材の一部分
    を真空容器外に取り出し、前記棒状部材の軸方向の機械
    的往復運動を真空外で操作し、もって複数の接触子と前
    記複数対のバー状導体の組合せに対するそれぞれの接離
    動作を真空外から操作可能としたことを特徴とする高周
    波四重極加速器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記短絡導体手段背
    面に備えられたガイドを含む前記可撓性導体の伸縮操作
    機構を、主として絶縁体により構成することを特徴とす
    る高周波四重極加速器。
  3. 【請求項3】 装置の主要部分が真空容器内に配され、
    向い合う面を波打たせている4本の電極が4重極電場を
    構成するように電気的に接続されて1対となり、該1対
    の電極のそれぞれに電気的に接続された1組以上の対の
    バー状導体が実質的に平行位置に配されており、前記対
    のバー状導体間位置を変えて短絡する移動可能短絡導体
    手段を備えた高周波四重極加速器において、該短絡導体
    手段が移動する範囲を、4本の波打ち電極を収納した前
    真空容器の外に配置するとともに、該短絡導体手段の
    移動する範囲と該真空容器とを隔絶する隔壁が電気的絶
    縁物で構成されていることを特徴とする高周波四重極加
    速器。
  4. 【請求項4】 請求項3において、真空容器の外部に配
    した前記短絡導体手段の移動範囲を閉鎖容器に収納し、
    該閉鎖容器内に高絶縁性ガスを充填したことを特徴とす
    る高周波四重極加速器。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記高絶縁性ガスに
    6弗化硫黄ガスを使用することを特徴とする高周波四重
    極加速器。
  6. 【請求項6】 請求項4と5において前記真空容器と前
    記高絶縁性ガス封入容器の境界壁を気密性電気的絶縁物
    の隔壁とすることを特徴とする高周波四重極加速器。
  7. 【請求項7】 請求項4において、前記短絡導体手段の
    前記対のバー状導体との接触部に通常のバネ接触子を使
    用するのを特徴とする高周波四重極加速器。
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