JP2564390B2 - 真空スイツチ - Google Patents
真空スイツチInfo
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- JP2564390B2 JP2564390B2 JP1056492A JP5649289A JP2564390B2 JP 2564390 B2 JP2564390 B2 JP 2564390B2 JP 1056492 A JP1056492 A JP 1056492A JP 5649289 A JP5649289 A JP 5649289A JP 2564390 B2 JP2564390 B2 JP 2564390B2
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- vacuum
- switch
- electron beam
- anode
- cathode
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/50—Thermionic-cathode tubes
- H01J17/52—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode
- H01J17/54—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode having one or more control electrodes
- H01J17/56—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode having one or more control electrodes for preventing and then permitting ignition, but thereafter having no control
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J21/00—Vacuum tubes
- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
- H01J21/18—Tubes with a single discharge path having magnetic control means; having both magnetic and electrostatic control means
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- Plasma Technology (AREA)
- Lasers (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に高電圧化，高繰返しスイツチングを行う
のに好適な真空スイツチに関する。
のに好適な真空スイツチに関する。
近年高出力レーザ開発が国内，外で進められており、
数百ns位の間に数10GWまたはそれ以上の非常に大きなパ
ルス状の電気入力を必要とするレーザには、エキシマレ
ーザ，銅蒸気レーザ,TEMA−CO2レーザ，パルス駆動CO2
レーザなどがある。これらは、ウラン原子の同位体分
離、光誘起化学反応や半導体の微細加工等に代表される
用途がある。これらレーザのスイツチング素子には、第
10図に示すように熱陰極ガス封入式サイラトロンがあ
る。
数百ns位の間に数10GWまたはそれ以上の非常に大きなパ
ルス状の電気入力を必要とするレーザには、エキシマレ
ーザ，銅蒸気レーザ,TEMA−CO2レーザ，パルス駆動CO2
レーザなどがある。これらは、ウラン原子の同位体分
離、光誘起化学反応や半導体の微細加工等に代表される
用途がある。これらレーザのスイツチング素子には、第
10図に示すように熱陰極ガス封入式サイラトロンがあ
る。
サイラトロンは、例えばガス封入された放電管内に陽
極1,熱電子を放出する陰極2,グリツト３を設け、クリツ
ト３の電位を負から、正電圧のパルスを印加すると、陰
・陽極間でグロー放電を開始する。サイラトロンが始動
すると、コンデンサ７の電荷はレーザ放電管５に入力さ
れる。尚６は抵抗、４はヒータ、８は充電装置である。
極1,熱電子を放出する陰極2,グリツト３を設け、クリツ
ト３の電位を負から、正電圧のパルスを印加すると、陰
・陽極間でグロー放電を開始する。サイラトロンが始動
すると、コンデンサ７の電荷はレーザ放電管５に入力さ
れる。尚６は抵抗、４はヒータ、８は充電装置である。
このサイラトロンをウラン同位体分離用の銅蒸気レー
ザに使用する場合、数KHZのスイツチングが要求され
る。サイラトロンの動作は、クリツド３を正電位にすれ
ば、陰極２から熱電子がグリツド３および陽極１に引き
寄せられる時に水素ガスに衝突し、水素ガスがプライス
イオン化する。イオン化された水素ガス（以下プラズマ
と称する）は、グリツド３と陰極２との間で部分放電を
引起すと、それに応じてグリツド３と陽極１との間も部
分放電し、ついにグロー放電となる。
ザに使用する場合、数KHZのスイツチングが要求され
る。サイラトロンの動作は、クリツド３を正電位にすれ
ば、陰極２から熱電子がグリツド３および陽極１に引き
寄せられる時に水素ガスに衝突し、水素ガスがプライス
イオン化する。イオン化された水素ガス（以下プラズマ
と称する）は、グリツド３と陰極２との間で部分放電を
引起すと、それに応じてグリツド３と陽極１との間も部
分放電し、ついにグロー放電となる。
そして、グリツド電位を負電位にすれば、陰極２から
の熱電子が放出されなくなり、プラズマが拡散する時に
他の水素ガスに衝突し、拡散が悪くなる。この結果、グ
リツド３と両電極との間に放電空間にプラズマが残留
し、絶縁回復が悪くなり、次に投入するまでの時間を要
する。したがつて、高電圧には使用できないと共に、高
速度で繰返しスイツチングをすることができない等の欠
点があつた。また内部に封入している水素等のガス気体
の劣化による耐電圧不足が生じる。さらに放電時のサー
ジ電圧がグリツト電極に侵入し、サイラトロン駆動電源
部を破壊することがあつた。
の熱電子が放出されなくなり、プラズマが拡散する時に
他の水素ガスに衝突し、拡散が悪くなる。この結果、グ
リツド３と両電極との間に放電空間にプラズマが残留
し、絶縁回復が悪くなり、次に投入するまでの時間を要
する。したがつて、高電圧には使用できないと共に、高
速度で繰返しスイツチングをすることができない等の欠
点があつた。また内部に封入している水素等のガス気体
の劣化による耐電圧不足が生じる。さらに放電時のサー
ジ電圧がグリツト電極に侵入し、サイラトロン駆動電源
部を破壊することがあつた。
これに対処するため、陽・陰極間にグリツト電極を用
いず、電子ビームによりスイツチ動作を行なわせる例と
して第11図に示す特開昭59−134517号公報が提案されて
いる。棒状電極9,10間に電子ビーム11を照射し、放電制
御用のアルゴン等の気体を電離させ、放電を開始させ
る。この場合放電制御用気体を封入するため電子ビーム
が散乱され、制御困難となる不具合が生じる。またガス
を放電制御用に用いているため、サイラトロンと同様
に、高繰返し時のプラズマ拡散が悪く、耐電圧不足とな
る欠点があつた。
いず、電子ビームによりスイツチ動作を行なわせる例と
して第11図に示す特開昭59−134517号公報が提案されて
いる。棒状電極9,10間に電子ビーム11を照射し、放電制
御用のアルゴン等の気体を電離させ、放電を開始させ
る。この場合放電制御用気体を封入するため電子ビーム
が散乱され、制御困難となる不具合が生じる。またガス
を放電制御用に用いているため、サイラトロンと同様
に、高繰返し時のプラズマ拡散が悪く、耐電圧不足とな
る欠点があつた。
本発明の目的は、高電圧状態で高繰返しスイツチング
を行うことができる真空スイツチを提供することにあ
る。
を行うことができる真空スイツチを提供することにあ
る。
本発明の真空スイツチは、真空容器内に設けられた少
なくとも一対の陽極および陰極と、電子ビーム照射装置
とを備えていることにある。
なくとも一対の陽極および陰極と、電子ビーム照射装置
とを備えていることにある。
投入時は、電子ビームで陽極を加熱する。加熱された
陽極の表面から、金属蒸気が放出され、それに電子ビー
ムを照射することにより、蒸気を電離・プラズマ化し、
電子及び陽イオンが、ぶつかりながら、陰極・陽極に流
れこむことにより導通状態となり、スイツチが始動でき
る。
陽極の表面から、金属蒸気が放出され、それに電子ビー
ムを照射することにより、蒸気を電離・プラズマ化し、
電子及び陽イオンが、ぶつかりながら、陰極・陽極に流
れこむことにより導通状態となり、スイツチが始動でき
る。
遮断時は、電子ビームの照射を中止しているため、主
回路の放電電流の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成は
とまる。残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め、瞬時拡散され、陽・陰極間の絶縁が回復する。
回路の放電電流の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成は
とまる。残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め、瞬時拡散され、陽・陰極間の絶縁が回復する。
したがつて、本発明の真空スイツチは、放電開始前、
陽・陰極間は真空であるため、電子ビームは散乱される
ことなく、容易に制御でき、主電極間の金属粒子を電子
ビームによりプラズマ化するため、放電ジツターを小さ
くすることができる。放電開始後は、真空拡散により急
速に陽・陰極間の絶縁回復が早く、耐電圧特性にすぐれ
ているので、高電圧状態で高繰返しのスイツチングを増
加させることができる。
陽・陰極間は真空であるため、電子ビームは散乱される
ことなく、容易に制御でき、主電極間の金属粒子を電子
ビームによりプラズマ化するため、放電ジツターを小さ
くすることができる。放電開始後は、真空拡散により急
速に陽・陰極間の絶縁回復が早く、耐電圧特性にすぐれ
ているので、高電圧状態で高繰返しのスイツチングを増
加させることができる。
以下、本発明の実施例を第１図，第２図により説明す
る。第１図に示す本発明の真空スイツチ100は次のよう
に構成されている。
る。第１図に示す本発明の真空スイツチ100は次のよう
に構成されている。
真空容器１は積重ねた４個の絶縁筒2A〜2Dと、絶縁筒
2A,2Dの外端に取付けられたフランジ部3A,4Aと、フラン
ジ部4Aの外端に取付けた絶縁部4Bとより構成している。
絶縁部4Bに真空ポンプ５を連結している。真空容器内は
常時真空ポンプ５により排気されて、真空状態にしてい
る。真空度はPaschenの曲線の絶縁耐圧の最小値よりも
高真空側を必要とする。例えば２×10-2Torr（2.66Pa）
以上の高真空とする。尚、真空容器は真空ポンプを常時
使用しない場合には、単に容器内を真空状態にして密閉
して使用してもよい。そして、真空容器内は次に述べる
陽極３など電極を設置している。
2A,2Dの外端に取付けられたフランジ部3A,4Aと、フラン
ジ部4Aの外端に取付けた絶縁部4Bとより構成している。
絶縁部4Bに真空ポンプ５を連結している。真空容器内は
常時真空ポンプ５により排気されて、真空状態にしてい
る。真空度はPaschenの曲線の絶縁耐圧の最小値よりも
高真空側を必要とする。例えば２×10-2Torr（2.66Pa）
以上の高真空とする。尚、真空容器は真空ポンプを常時
使用しない場合には、単に容器内を真空状態にして密閉
して使用してもよい。そして、真空容器内は次に述べる
陽極３など電極を設置している。
フランジ部3Aの中央部に取付けられた陽極３は、陰極
５方向に突出している。陰極５のフランジ部5Aは絶縁部
2Aと絶縁筒2Bとの間に支持されている。フランジ部5Aの
中間部に形成した陰極５は、陽極３を包囲するカツプ形
状に形成することにより、電流通電面積を広くして、回
路のリアクタンスを減少している。陽極３および陰極５
の材料は、アークによる消耗が少ないタングステン形銅
合金、または耐電圧特性の良いクロム形銅合金等が使用
されている。
５方向に突出している。陰極５のフランジ部5Aは絶縁部
2Aと絶縁筒2Bとの間に支持されている。フランジ部5Aの
中間部に形成した陰極５は、陽極３を包囲するカツプ形
状に形成することにより、電流通電面積を広くして、回
路のリアクタンスを減少している。陽極３および陰極５
の材料は、アークによる消耗が少ないタングステン形銅
合金、または耐電圧特性の良いクロム形銅合金等が使用
されている。
制御電極６は絶縁筒2Bと2Cとの間に支持され、陰極５
および電子流引出電極７とに対向配置されている。電子
流引出電極７はフランジ部7Aを制御電極側に突出し、フ
ランジ部7Aが絶縁筒2Cと2Dとの間に支持されている。電
子流引出電極７の内側は電子流制御電極４を配置してい
る。電子流制御電極４はフランジ部4Aを電子流引出電極
側方向に突出していると共に、この内部にフイラメント
８を配置している。
および電子流引出電極７とに対向配置されている。電子
流引出電極７はフランジ部7Aを制御電極側に突出し、フ
ランジ部7Aが絶縁筒2Cと2Dとの間に支持されている。電
子流引出電極７の内側は電子流制御電極４を配置してい
る。電子流制御電極４はフランジ部4Aを電子流引出電極
側方向に突出していると共に、この内部にフイラメント
８を配置している。
フイラメント８の端子はフランジ部4Aに形成した貫通
穴を挿通し、絶縁物4Bに支持されていると共に、外部に
露出している。フイラメント８からの矢印方向に進行す
る電子ビーム10は、各制御電極4,7,6,5に形成した貫通
孔11を介して、陽極３を照射する。フイラメント８およ
び各電極3,5,6,7は、真空容器外に配置された電源7X等
に接続している。
穴を挿通し、絶縁物4Bに支持されていると共に、外部に
露出している。フイラメント８からの矢印方向に進行す
る電子ビーム10は、各制御電極4,7,6,5に形成した貫通
孔11を介して、陽極３を照射する。フイラメント８およ
び各電極3,5,6,7は、真空容器外に配置された電源7X等
に接続している。
電子流引出電極7,電子流制御電極４およびフイラメン
ト８は、電線11Aを介して電子流引出用電源7X、電子流
制御用電源4Xおよびフイラメント用電源8Xにそれぞれ接
続されている。制御電極６は、パルストランス12の二次
巻線14の一端に接続していると共に、絶縁筒2B,2Cの外
側に磁界発生用コイル15を装着している。磁界発生用コ
イル15は直流電源15A,スイツチ15Bを設置している。
ト８は、電線11Aを介して電子流引出用電源7X、電子流
制御用電源4Xおよびフイラメント用電源8Xにそれぞれ接
続されている。制御電極６は、パルストランス12の二次
巻線14の一端に接続していると共に、絶縁筒2B,2Cの外
側に磁界発生用コイル15を装着している。磁界発生用コ
イル15は直流電源15A,スイツチ15Bを設置している。
パルストランス12は一次巻線13および二次巻線14とよ
り構成されている。一次巻線18の両端はコンデンサ13A,
パルス用スイツチ13Bおよびパルス用充電装置13Cとより
構成されていると共に、接地している。パルス用スイツ
チ13BはSIT（静電誘導形トランジスタ）を使用してい
る。パルス用スイツチ13Bは開放および閉じている時に
応じて制御電極６が負電位および正電位に印加される。
二次巻線14の一端は充電用抵抗14A,負バイアス用コンデ
ンサ14Bを介して接地している。二次巻線14の他端は上
述の如く制御電極６と電位用コンデンサ16を介して主回
路17に接続している。
り構成されている。一次巻線18の両端はコンデンサ13A,
パルス用スイツチ13Bおよびパルス用充電装置13Cとより
構成されていると共に、接地している。パルス用スイツ
チ13BはSIT（静電誘導形トランジスタ）を使用してい
る。パルス用スイツチ13Bは開放および閉じている時に
応じて制御電極６が負電位および正電位に印加される。
二次巻線14の一端は充電用抵抗14A,負バイアス用コンデ
ンサ14Bを介して接地している。二次巻線14の他端は上
述の如く制御電極６と電位用コンデンサ16を介して主回
路17に接続している。
主回路17はコンデンサ18および抵抗19を介して陽極用
フランジ部3Aと陰極用フランジ部5Aとの間に接続してい
る。レーザ発振器20は抵抗19と並列するように主回路間
に接続していると共に、抵抗21の一端は主回路17に接続
し、他端は接地している。22はコンデンサ18およびフラ
ンジ部3Aに接続している充電装置である。
フランジ部3Aと陰極用フランジ部5Aとの間に接続してい
る。レーザ発振器20は抵抗19と並列するように主回路間
に接続していると共に、抵抗21の一端は主回路17に接続
し、他端は接地している。22はコンデンサ18およびフラ
ンジ部3Aに接続している充電装置である。
次に、真空スイツチ100の投入・遮断作用について説
明する。
明する。
先ず、フイラメント用電源8Xよりフイラメント８に正
電位を印加し、フイラメント８を加熱して電子ビーム10
を放出しているが、電子ビーム10は電子流制御電源4Xよ
り電子流制御電極４に負荷位を印加して、電子ビーム10
の径方向放出を抑制している。電子流引出用電源7Xは電
子流引出電極７に正電位を印加した状態にある。
電位を印加し、フイラメント８を加熱して電子ビーム10
を放出しているが、電子ビーム10は電子流制御電源4Xよ
り電子流制御電極４に負荷位を印加して、電子ビーム10
の径方向放出を抑制している。電子流引出用電源7Xは電
子流引出電極７に正電位を印加した状態にある。
この状態で、充電装置22からコンデンサ18を充電し
て、陽極３と陰極５との間を高電圧状態にする。パルス
用スイツチ13Bを閉じると、コンデンサ13Aが放電し、一
次巻線13に放電電流が流れて、二次巻線14に誘起電圧を
誘起し、制御電極６に第４図（ａ）に示す正電位Ｖを印
加する。そうすると、第３図に示す放電を開始する。
て、陽極３と陰極５との間を高電圧状態にする。パルス
用スイツチ13Bを閉じると、コンデンサ13Aが放電し、一
次巻線13に放電電流が流れて、二次巻線14に誘起電圧を
誘起し、制御電極６に第４図（ａ）に示す正電位Ｖを印
加する。そうすると、第３図に示す放電を開始する。
すなわち、電子ビーム10の電流i1は、第４図（ａ）に
示す如く陰極５の貫通孔11を通して、電子ビーム10が陽
極３を加熱する〔第３図（Ａ）〕。加熱された陽極３の
表面から、金属蒸気が放出され〔同図（Ｂ）〕、それに
電子ビームを照射することにより、蒸気を電離・プラズ
マ化〔同図（Ｃ）〕し、電子及び陽イオンが、ぶつかり
ながら、陰極・陽極に流れこむことにより導通状態とな
り〔同図（Ｄ）〕、第４図（ａ）の放電電流i2が主回路
17に流れて、スイツチが始動する。
示す如く陰極５の貫通孔11を通して、電子ビーム10が陽
極３を加熱する〔第３図（Ａ）〕。加熱された陽極３の
表面から、金属蒸気が放出され〔同図（Ｂ）〕、それに
電子ビームを照射することにより、蒸気を電離・プラズ
マ化〔同図（Ｃ）〕し、電子及び陽イオンが、ぶつかり
ながら、陰極・陽極に流れこむことにより導通状態とな
り〔同図（Ｄ）〕、第４図（ａ）の放電電流i2が主回路
17に流れて、スイツチが始動する。
遮断時にはパルス用スイツチ13Bを切ると、制御電極
６は第４図（ａ）の如く負電位（−Ｖ）になり、電子ビ
ーム10の電流i1は零になり、電子ビーム10の照射は中止
されているため〔第３図（Ｅ）〕、主回路17の放電電流
i2の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成はとまる〔同図
（Ｆ）〕。残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め、瞬時拡散され〔同図（Ｇ）〕、陽・陰極間の絶縁が
回復する〔同図（Ｈ）〕。
６は第４図（ａ）の如く負電位（−Ｖ）になり、電子ビ
ーム10の電流i1は零になり、電子ビーム10の照射は中止
されているため〔第３図（Ｅ）〕、主回路17の放電電流
i2の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成はとまる〔同図
（Ｆ）〕。残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め、瞬時拡散され〔同図（Ｇ）〕、陽・陰極間の絶縁が
回復する〔同図（Ｈ）〕。
このように、本発明では放電開始前に、陽・陰極3,5
間は真空であるため、電子ビーム10が散乱されることな
く、早く陽極表面を照射し、金属粒子を発生し、金属粒
子をプラズマ化するので、主回路17で早く放電を開始で
きる。つまり放電ジツタを小さくできる。放電後は、金
属粒子，プラズマはすぐに放電空間より拡散し、絶縁回
復が早く、次の放電をすぐに開始できる。つまり、放電
開始時間を早くできる。したがつて、本発明の真空スイ
ツチは、短時間で高繰返しのスイツチング回数を行うこ
とができる。
間は真空であるため、電子ビーム10が散乱されることな
く、早く陽極表面を照射し、金属粒子を発生し、金属粒
子をプラズマ化するので、主回路17で早く放電を開始で
きる。つまり放電ジツタを小さくできる。放電後は、金
属粒子，プラズマはすぐに放電空間より拡散し、絶縁回
復が早く、次の放電をすぐに開始できる。つまり、放電
開始時間を早くできる。したがつて、本発明の真空スイ
ツチは、短時間で高繰返しのスイツチング回数を行うこ
とができる。
このことは、第４図（ｂ）に示す如く主回路17の放電
電流i2の半波時間より、若千短い時間だけ電子ビーム10
を照射し、放電電流i2の零点を早期に作り、電流を遮断
し、電子ビーム照射時間を制御し、高繰り返しスイツチ
ング動作を行うことができる。更に貫通孔を有する陰極
５下側にフイラメント８を配置し、フイラメント８から
の電子ビームが貫通孔を通過するようにしたので、フイ
ラメント８は放電時の金属粒子が付着することなく、電
子ビームの効率が低下しないばかりか、また放電による
損傷がなく、寿命を長く（フイラメント８を放電路に配
置した場合に比べて）することが出来る。
電流i2の半波時間より、若千短い時間だけ電子ビーム10
を照射し、放電電流i2の零点を早期に作り、電流を遮断
し、電子ビーム照射時間を制御し、高繰り返しスイツチ
ング動作を行うことができる。更に貫通孔を有する陰極
５下側にフイラメント８を配置し、フイラメント８から
の電子ビームが貫通孔を通過するようにしたので、フイ
ラメント８は放電時の金属粒子が付着することなく、電
子ビームの効率が低下しないばかりか、また放電による
損傷がなく、寿命を長く（フイラメント８を放電路に配
置した場合に比べて）することが出来る。
また、真空状態で陽極３と陰極５との間で放電を行う
ことは、ガス中に比べてアーク電圧が極めて低いため電
極に流入するエネルギー量即ち電流とアーク電圧との積
が小さく、陽極3,陰極５に使用されている金属たとえば
タングステン−銅合金又はクロム−銅合金等は、消耗が
少なく、寿命を延ばすことができるので、スイツチング
回数を更に増加することができる。
ことは、ガス中に比べてアーク電圧が極めて低いため電
極に流入するエネルギー量即ち電流とアーク電圧との積
が小さく、陽極3,陰極５に使用されている金属たとえば
タングステン−銅合金又はクロム−銅合金等は、消耗が
少なく、寿命を延ばすことができるので、スイツチング
回数を更に増加することができる。
この点に関し、本発明者達が実験した結果によれば、
従来の第10図に示すサイラトロンでは、陽極と陰極との
間に20KV以下の電圧しか印加することができず、陽極と
陰極との間に1KA以下の放電電流を流し、この放電電流
を106シヨツト以下しかスイツチングを行うことができ
なかつた。これに対して、本発明の真空スイツチでは、
陽極３と陰極５との間に20KV以上の定格電圧を印加し、
陽極と陰極との間に1KV以上の放電電流を流し、この放
電電流を106シヨツト以上スイツチングを行うことがで
きるようになつた。また、定格電圧と放電電流の最大値
で実験した場合を説明する。陽極と陰極との間に30KVの
定格電圧を印加し、陽極と陰極との間に10KAの放電電流
を流し、この放電電流をスイツチングできる回数は、本
発明では108シヨツトであつた。
従来の第10図に示すサイラトロンでは、陽極と陰極との
間に20KV以下の電圧しか印加することができず、陽極と
陰極との間に1KA以下の放電電流を流し、この放電電流
を106シヨツト以下しかスイツチングを行うことができ
なかつた。これに対して、本発明の真空スイツチでは、
陽極３と陰極５との間に20KV以上の定格電圧を印加し、
陽極と陰極との間に1KV以上の放電電流を流し、この放
電電流を106シヨツト以上スイツチングを行うことがで
きるようになつた。また、定格電圧と放電電流の最大値
で実験した場合を説明する。陽極と陰極との間に30KVの
定格電圧を印加し、陽極と陰極との間に10KAの放電電流
を流し、この放電電流をスイツチングできる回数は、本
発明では108シヨツトであつた。
この実施例では、磁界発生用コイル15を使用して、軸
方向磁界を発生させて、電子ビーム10が散乱することな
く、陽極方向に集中て照射するようにした結果、電子ビ
ーム10が無駄にならず、フイラメント８の効率が良くな
り、フイラメント８および電源4X,7X,8X等を小形化する
ことができるようになつた。
方向磁界を発生させて、電子ビーム10が散乱することな
く、陽極方向に集中て照射するようにした結果、電子ビ
ーム10が無駄にならず、フイラメント８の効率が良くな
り、フイラメント８および電源4X,7X,8X等を小形化する
ことができるようになつた。
上述の実施例では磁界発生用コイル15に常時電流を流
しているが、パルス用スイツチ13Bの開閉に同期してス
イツチ15Bを開閉する。たとえばパルス用スイツチ13Bが
開放している時にこれに同期してスイツチ15Bを開閉す
れば、磁界発生コイル15に電流を流す必要がなく、消費
電力を少なくできる。これとは逆に、パルス用スイツチ
13Bの閉じに同期してスイツチ15Bを閉じて、電流を印加
することにより、コイルに流れる電流損失を一定にすれ
ば、常時電流を流している場合と比較して、印加電流を
パルス的に間欠に流す場合の方がコイルに流せる最大許
容電流は大きくすることができる。このため、コイルに
パルス的に流した大電流により誘起される磁場を強くす
ることができる。これにより電子流10の電子密度は高ま
り、高繰返し放電での安定性に寄与することができる。
しているが、パルス用スイツチ13Bの開閉に同期してス
イツチ15Bを開閉する。たとえばパルス用スイツチ13Bが
開放している時にこれに同期してスイツチ15Bを開閉す
れば、磁界発生コイル15に電流を流す必要がなく、消費
電力を少なくできる。これとは逆に、パルス用スイツチ
13Bの閉じに同期してスイツチ15Bを閉じて、電流を印加
することにより、コイルに流れる電流損失を一定にすれ
ば、常時電流を流している場合と比較して、印加電流を
パルス的に間欠に流す場合の方がコイルに流せる最大許
容電流は大きくすることができる。このため、コイルに
パルス的に流した大電流により誘起される磁場を強くす
ることができる。これにより電子流10の電子密度は高ま
り、高繰返し放電での安定性に寄与することができる。
次に、本発明の別の実施例を第５図ないし第９図によ
り説明する。
り説明する。
第５図は磁界発生用コイル15を真空容器内に配置し、
軸中心部での磁束密度が強力となるため、電子流密度を
上げ、放電制御の安定性にさらに効果がある。
軸中心部での磁束密度が強力となるため、電子流密度を
上げ、放電制御の安定性にさらに効果がある。
第６図は高電圧化に適した真空スイツチであり、陽極
３をベローズ22を介してフランジ23に取りつけ、陽・陰
極電極3,5間のギヤツプ長を可変とする。約15kV/mmの耐
電圧特性が向上する。ギヤツプ長を広げた時は、電子ビ
ーム源24の電子ビーム量を増加させると、放電の安定性
を増す。100kVクラスの真空スイツチを提供することが
できる。
３をベローズ22を介してフランジ23に取りつけ、陽・陰
極電極3,5間のギヤツプ長を可変とする。約15kV/mmの耐
電圧特性が向上する。ギヤツプ長を広げた時は、電子ビ
ーム源24の電子ビーム量を増加させると、放電の安定性
を増す。100kVクラスの真空スイツチを提供することが
できる。
第７図は電子ビーム源24及び陽極電極３の開口部25を
複数設けた場合である。交互に電子ビームを照射するこ
とにより、陽極３の消耗は軽減でき、長寿命の真空スイ
ツチを提供することができる。
複数設けた場合である。交互に電子ビームを照射するこ
とにより、陽極３の消耗は軽減でき、長寿命の真空スイ
ツチを提供することができる。
第８図は２次電子によるプラズマ化増幅を狙つた構成
である。電子ビーム源24から照射された電子ビーム10
は、図面垂直方向磁場25により進行方向が陽極方向に偏
向され、陽極３の表面をたたいて蒸気化させる。一方、
偏向しきれなかつた電子ビームは陰極５の表面をたた
き、２次電子26を発生させる。２次電子が金属蒸気に衝
突し、プラズマ化を増幅させる効果となつている。ま
た、電子ビーム源24は陰極より上側の真空容器に取付
け、斜め下側から陽極に電子ビームを照射してもよい。
である。電子ビーム源24から照射された電子ビーム10
は、図面垂直方向磁場25により進行方向が陽極方向に偏
向され、陽極３の表面をたたいて蒸気化させる。一方、
偏向しきれなかつた電子ビームは陰極５の表面をたた
き、２次電子26を発生させる。２次電子が金属蒸気に衝
突し、プラズマ化を増幅させる効果となつている。ま
た、電子ビーム源24は陰極より上側の真空容器に取付
け、斜め下側から陽極に電子ビームを照射してもよい。
上述の実施例はいずれもレーザ装置の放電スイツチと
して述べたが、第９図はプラズマフオーカス形の軟Ｘ線
源に用いた場合であり、これを説明する。
して述べたが、第９図はプラズマフオーカス形の軟Ｘ線
源に用いた場合であり、これを説明する。
真空容器30中に希ガス（Ne,Ar,Kr等）が封入されてお
り、コンデンサ33の電荷を真空スイツチ100を入力し、
上記同軸状電極31,32に電圧を印加させると、絶縁物34
の沿面で放電が開始し、放電シースが下方に走り、電極
31の前方でプラズマがピンチし、高温・高密度プラズマ
中から軟Ｘ線35が発生する。Ｘ線リソグラフイの場合は
発生した軟Ｘ線35を透過窓36を通して、マスク37のパタ
ーンをシリコンウエハ38に転写することになる。尚39は
アライナである。軟Ｘ線源の場合、放電電流は数百kAを
必要とする。
り、コンデンサ33の電荷を真空スイツチ100を入力し、
上記同軸状電極31,32に電圧を印加させると、絶縁物34
の沿面で放電が開始し、放電シースが下方に走り、電極
31の前方でプラズマがピンチし、高温・高密度プラズマ
中から軟Ｘ線35が発生する。Ｘ線リソグラフイの場合は
発生した軟Ｘ線35を透過窓36を通して、マスク37のパタ
ーンをシリコンウエハ38に転写することになる。尚39は
アライナである。軟Ｘ線源の場合、放電電流は数百kAを
必要とする。
このため、本発明の真空スイツチは大電流プラズマピ
ンチを利用した軟Ｘ線源，中性子源，空間的に１つの塊
となつたプラズマを105m/s程度の初速度をもたせて打ち
出すプラズマガン、数ｇから数kgの飛しよう体を加速す
る電磁加速装置、ウラン濃縮システム等に用いることが
できる。たとえば、真空容器内にウラン235,238とを有
するウラン金属を設置し、ウラン金属を蒸発させかつ上
昇途中にレーザ発振器からのレーザ光を蒸発金属に照射
する時に、本発明の真空スイツチをオン・オフし、レー
ザ光を蒸発金属に照射するのを制御して、ウラン235と2
38に分離するのを制御するウラン濃縮システムに利用で
きる。
ンチを利用した軟Ｘ線源，中性子源，空間的に１つの塊
となつたプラズマを105m/s程度の初速度をもたせて打ち
出すプラズマガン、数ｇから数kgの飛しよう体を加速す
る電磁加速装置、ウラン濃縮システム等に用いることが
できる。たとえば、真空容器内にウラン235,238とを有
するウラン金属を設置し、ウラン金属を蒸発させかつ上
昇途中にレーザ発振器からのレーザ光を蒸発金属に照射
する時に、本発明の真空スイツチをオン・オフし、レー
ザ光を蒸発金属に照射するのを制御して、ウラン235と2
38に分離するのを制御するウラン濃縮システムに利用で
きる。
本発明によれば、真空容器中に少なくとも一対の対向
する陽・陰極電極を設け、陽極電極の表面に電子ビーム
を照射する装置を設けた。これにより、真空のための電
子ビーム制御が良好であり、電子ビーム衝撃で陽極表面
を蒸気化し、しかもその蒸気粒子に電子ビームを照射す
ることによりプラズマ化するため、スイツチングの高繰
り返し制御及び高電圧化ができるようになつた。更に貫
通孔を有する陰極５下側にフイラメント８を配置し、フ
イラメント８からの電子ビームが貫通孔を通過するよう
にしたので、フイラメント８は放電時の金属粒子が付着
することなく、電子ビームの効率が低下しないばかり
か、また放電による損傷がなく、寿命を長く（フイラメ
ント８を放電路に配置した場合に比べて）することが出
来る。
する陽・陰極電極を設け、陽極電極の表面に電子ビーム
を照射する装置を設けた。これにより、真空のための電
子ビーム制御が良好であり、電子ビーム衝撃で陽極表面
を蒸気化し、しかもその蒸気粒子に電子ビームを照射す
ることによりプラズマ化するため、スイツチングの高繰
り返し制御及び高電圧化ができるようになつた。更に貫
通孔を有する陰極５下側にフイラメント８を配置し、フ
イラメント８からの電子ビームが貫通孔を通過するよう
にしたので、フイラメント８は放電時の金属粒子が付着
することなく、電子ビームの効率が低下しないばかり
か、また放電による損傷がなく、寿命を長く（フイラメ
ント８を放電路に配置した場合に比べて）することが出
来る。
第１図は本発明の実施例として示した真空スイツチの概
略説明図、第２図は第１図の電極附近を拡大した側断面
図、第３図は第１図を説明する説明図、第４図（ａ），
（ｂ）は第１図の電圧，放電電流等の作用を説明する波
形図、第５図ないし第８図は本発明の他の実施例として
示した真空スイツチの側断面図、第９図は本発明の真空
スイツチを軟Ｘ線に使用した概略図、第10図，第11図は
従来例の真空スイツチの説明図である。 １……真空容器、３……陽極、５……陰極、６……制御
電極、８……フイラメント、12……パルストランス、24
……照射装置。
略説明図、第２図は第１図の電極附近を拡大した側断面
図、第３図は第１図を説明する説明図、第４図（ａ），
（ｂ）は第１図の電圧，放電電流等の作用を説明する波
形図、第５図ないし第８図は本発明の他の実施例として
示した真空スイツチの側断面図、第９図は本発明の真空
スイツチを軟Ｘ線に使用した概略図、第10図，第11図は
従来例の真空スイツチの説明図である。 １……真空容器、３……陽極、５……陰極、６……制御
電極、８……フイラメント、12……パルストランス、24
……照射装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 幸夫 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 昭64−102823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−134517（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−186780（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】真空容器内に少なくとも一対の陽極と陰極
を対応配置し、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビ
ーム照射装置を陰極下側に設け、陰極に電子ビームが通
過し得る少なくとも１個以上の貫通孔を設けることを特
徴とする真空スイツチ。 - 【請求項２】前記陽極と陰極との間に20KVより高い定格
電圧を印加する手段を有し、前記陽極及び陰極間に1000
A以上の放電電流を流し得る容量を有し、前記放電電流
を106シヨツト以上のスイツチングを行うことを特徴と
する請求項第１項記載の真空スイツチ。 - 【請求項３】前記陽極と陰極との間に形成した間隙長を
調整する調整手段を備えていることを特徴とする請求項
第１項記載の真空スイツチ。 - 【請求項４】前記陽極および陰極にタングステン−銅合
金又はクロム−銅合金を使用することを特徴とする請求
項１記載の真空スイツチ。 - 【請求項５】前記真空スイツチによつてパルスレーザ発
振器をオン・オフするパルスレーザシステムに使用する
ことを特徴とする請求項第１項記載の真空スイツチ。 - 【請求項６】前記真空スイツチによつてオン・オフする
パルスレーザ発振器からのレーザ光をウラン235とウラ
ン238とから成るウラン金属蒸気に照射して、ウラン235
と238に分離するウラン濃縮システムに使用することを
特徴とする請求項第１項記載の真空スイツチ。 - 【請求項７】前記真空容器に設けた電子ビームのオン・
オフを制御する制御電極と、制御電極に接続したパルス
トランスの二次側と、前記パルストランスの一次側に設
けた制御電極を正又は負電位に制御する第１スイツチと
を備えたことを特徴とする請求項第１項記載の真空スイ
ツチ。 - 【請求項８】前記真空容器に設けた電子ビームのオン・
オフを制御する制御電極と、制御電極に接続したパルス
トランスの二次側と、前記パルストランスの一次側に設
けた制御電極を正又は負電位に制御する前記第１スイツ
チとを備え、陽極と陰極との間およびビーム照射装置に
電圧を印加し、第１スイツチを動作させ、制御電極に正
又は負電位を印加し、電子ビーム装置からの電子ビーム
が陽極を照射するのをオン・オフ制御をすることを特徴
とする請求項第１項記載の真空スイツチ。 - 【請求項９】前記真空容器の内側又は外側に設けた磁界
発生コイルと、磁界発生コイルに設けた第２スイツチと
を備えたことを特徴とする請求項第１項記載の真空スイ
ツチ。 - 【請求項１０】真空容器内に設けた少なくとも一対の陽
極および陰極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子
ビーム照射装置と、真空容器に設けた電子ビームのオン
・オフを制御する制御電極と、制御電極に接続したパル
ストランスの二次側と、前記パルストランスの一次側に
設けた制御電極を正又は負電位にする第１スイツチと、
前記真空容器の内側又は外側に設けた磁界発生コイル
と、磁界発生コイルに設けた第２スイツチとを備え、第
１スイツチの開閉動作に同期して第２スイツチを開閉す
ることを特徴とする真空スイツチ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056492A JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
| EP90104286A EP0386710B1 (en) | 1989-03-10 | 1990-03-06 | Vacuum switch apparatus |
| DE69013720T DE69013720T2 (de) | 1989-03-10 | 1990-03-06 | Vakuumschalter. |
| US07/489,666 US5038082A (en) | 1989-03-10 | 1990-03-07 | Vacuum switch apparatus |
| CA002011644A CA2011644C (en) | 1989-03-10 | 1990-03-07 | Vacuum switch apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056492A JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236981A JPH02236981A (ja) | 1990-09-19 |
| JP2564390B2 true JP2564390B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=13028590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1056492A Expired - Lifetime JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5038082A (ja) |
| EP (1) | EP0386710B1 (ja) |
| JP (1) | JP2564390B2 (ja) |
| CA (1) | CA2011644C (ja) |
| DE (1) | DE69013720T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0473814B1 (de) * | 1990-09-03 | 1995-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Hohlelektrodenschalter |
| US5126638A (en) * | 1991-05-13 | 1992-06-30 | Maxwell Laboratories, Inc. | Coaxial pseudospark discharge switch |
| US5851725A (en) * | 1993-01-26 | 1998-12-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Exposure of lithographic resists by metastable rare gas atoms |
| US5550430A (en) * | 1994-05-16 | 1996-08-27 | Litton Systems, Inc. | Gas discharge closing switch with unitary ceramic housing |
| US6127779A (en) * | 1997-03-04 | 2000-10-03 | Litton Systems, Inc. | High voltage standoff, current regulating, hollow electron beam switch tube |
| US5834898A (en) * | 1997-03-04 | 1998-11-10 | Litton Systems, Inc. | High power current regulating switch tube with a hollow electron beam |
| WO2012167818A1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Alstom Technology Ltd | Power switching apparatus |
| JP6039983B2 (ja) | 2012-09-28 | 2016-12-07 | 株式会社デンソー | 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法 |
| CN104183443B (zh) * | 2014-08-13 | 2016-10-05 | 俞权锋 | 一种高压静电放电管 |
| EP3561972B1 (de) * | 2018-04-27 | 2024-03-27 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Netzbeeinflussungsanlage |
| WO2022085086A1 (ja) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | 株式会社東芝 | スイッチング装置及び直流遮断装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1118565A (en) * | 1964-10-24 | 1968-07-03 | M O Valve Co Ltd | Improvements in or relating to gas-filled electric discharge devices |
| US3641384A (en) * | 1970-03-16 | 1972-02-08 | Hughes Aircraft Co | Switching device |
| GB2065962B (en) * | 1979-12-21 | 1983-11-02 | English Electric Valve Co Ltd | Thyratrosns |
| JPS59134517A (ja) * | 1983-01-24 | 1984-08-02 | 富士通株式会社 | 高電圧スイツチ |
| US4668896A (en) * | 1985-03-06 | 1987-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Linear geometry thyratron |
| JPH01186780A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-26 | Toshiba Corp | 真空トリガ・ギャップ装置 |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1056492A patent/JP2564390B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-06 EP EP90104286A patent/EP0386710B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-06 DE DE69013720T patent/DE69013720T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-07 US US07/489,666 patent/US5038082A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-07 CA CA002011644A patent/CA2011644C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2011644A1 (en) | 1990-09-10 |
| JPH02236981A (ja) | 1990-09-19 |
| DE69013720D1 (de) | 1994-12-08 |
| EP0386710A1 (en) | 1990-09-12 |
| EP0386710B1 (en) | 1994-11-02 |
| DE69013720T2 (de) | 1995-06-01 |
| CA2011644C (en) | 1996-02-20 |
| US5038082A (en) | 1991-08-06 |
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