JP3203267B2

JP3203267B2 - イオン加速装置

Info

Publication number: JP3203267B2
Application number: JP12684592A
Authority: JP
Inventors: 阿川　　義昭; 鯉力雄杉本
Original assignee: 日本真空技術株式会社
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH05299197A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン加速装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】図３乃至図５は従来例の
イオン加速装置を示すものであるが、これら図において
グランドシールドボックス４１内には、高電圧ターミナ
ル４２がグランドレベルより所定の高さに配設されてお
り、これは４本の絶縁支柱４５によりグランドレベルに
設けられた絶縁支柱支持板４６上に支持されている。高
電圧ターミナル４２からグランドレベルまでの距離を等
分割して中間ターミナル４７が、これら絶縁支柱４５に
巻装されており、これらとの間に、高電圧ターミナル４
２及び中間ターミナル４７、もしくは絶縁支持板４６と
の間に抵抗体４８が接続されている。

【０００３】また高電圧ターミナル４２の側方には、電
力供給装置５０が配設されており、これは電力ケーブル
シールドパイプ５７により、その上端部が高電圧ターミ
ナル４２に接続されている。本従来例の電力供給装置５
０は、いわゆる絶縁トランスでなり、一次側に商用電源
が接続され、二次側が上方へと延びていて、その上端部
はコロナシールド５６を被覆させている。

【０００４】更に電力供給装置５０の側方には高電圧電
源用スタック（コックロフト・ウォルトン型の高電圧電
源）５１が配設されており、この下端部において発振器
５２の出力端子がケーブルを介して接続されている。コ
ックロフト・ウォルトン型の高電圧電源装置５１は公知
のように構成され、図７で示すように、ダイオード、コ
ンデンサなどを段階的に結合させた構成を有し、倍電圧
回路を構成するが、順次上方に行くに従い、昇圧され、
本従来例では４００ＫＶの最高電圧が得られ、上端部に
はコロナシールド５４を被覆されており、これは接触棒
５５により高電圧ターミナル４２に接続されている。

【０００５】高電圧ターミナル４２内には公知の構造を
有するイオン源４３、質量分離磁石４４、プラズマ発生
用電源６６、引き出し電源６７、ガスボックス６８など
が配設されており、高電圧ターミナル４２の一側壁部に
は、加速管６０が接続されており、また、これに連接し
て集束用Ｑレンズ６１、Ｘ−Ｙ走査ユニット６２及び注
入チャンバ６３が設けられている。加速管６０の一端部
はグランドシールドボックス４１と同レベルとされてい
る。また排気管４９が高電圧ターミナル４２の他側壁部
とグランドシールドボックス４１との間に接続され、外
部の真空ポンプ１２に接続される。

【０００６】図６は以上の電力供給装置５０の詳細を示
すものであるが、下方のトランス部５０ｂの一次側巻線
の入力端子Ｕ、Ｖには商用電源が供給され、このトラン
ス部５０ｂにより昇圧されて二次側巻線から得られる電
圧は上方へと長く延在する導線５０ａにより、その上端
部の電極Ｕ’、Ｖ’を介してイオン源４３や質量分離磁
石４４などに電力を供給するものである。導線５０ａは
上述したように絶縁材でなるブッシング５０ｃにより被
覆されている。

【０００７】また上述の高電圧発生装置５１の詳細は図
７に示されるが、この装置５１においても、下方部はト
ランス部５１ｂでなり、この入力端子ｐ、ｑには商用周
波数を整流し、それをスイッチング回路にて２０ＫＨｚ
程度にした高周波が接続され、また二次側の巻線はカス
ケード状に構成され、ダイオードＤ及びコンデンサＣの
図示する接続でなる倍電圧発生部５１ａに接続されてい
る。そしてこの上端部において４００ＫＶの高電圧が得
られる。

【０００８】従来のイオン加速装置は以上のように構成
され、作用を行なうものであるが、図４に明示されるよ
うに高電圧ターミナル４２の図において右側面には加速
管６０がシールドボックス４１との間に接続され、また
左側面には排気管４９がシールドボックス４１との間に
接続されている。イオン源４３からは、イオンビームが
導出され、これは質量分離磁石４４により、図において
は加速管６０側に曲げられるのであるが、この９０度の
軌跡偏向のためにイオン源４３と加速管６０とは同一直
線上に配列することはできない。排気管４９と加速管６
０とは高電圧ターミナル４２の左右の側面に取り付けら
れているが、これがために高電圧ターミナル４２を電磁
気的に遮蔽するシールドボックス４１の容積を大として
いる。

【０００９】今、仮にこれを小とするために加速管６０
及び排気管４９を図４において高電圧ターミナル４２の
同側面とシールドボックス４１との間に接続した場合に
は真空ポンプ１２に対する高電圧ターミナル４２内での
排気管の寸法が長くなり、コンダクタンスが小となり、
イオン源４３を所定の真空度まで減圧させることができ
なくなる。

【００１０】なお加速管６０内で発生したＸ線（これは
加速イオンが加速管内の残留ガスを電離、または電極と
の衝突により生ずる二次電子により生ずるものであ
る。）は、グランドシールドボックス４１によって外部
に漏れることが防止される。またコロナシールド５４及
び５６はコロナ放電を発生させないために、ある曲率以
上の球形をしている。

【００１１】また各中間ターミナル４７間もしくはこれ
と高電圧ターミナル４２との間または絶縁支柱支持板４
６との間は抵抗４８により強制的に高電圧ターミナル４
２とグランドレベルとの間を等分割した電位としてい
る。これにより中間ターミナルや絶縁物表面の帯電が原
因でなる電場の乱れやイオンビームの変動（負荷変動）
による発生電圧の変動などで電場の攪乱がおこっても、
放電する確率を低減させており、また電圧を長時間安定
に発生し得るようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上記問題に
鑑みてなされ、高電圧を印加されるケーシング、すなわ
ち高電圧ターミナルを電磁気的に遮蔽するシールドボッ
クスの全容積を小とすることができるイオン加速装置を
提供することを目的としている。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、地上よ
り所定の高さに配設され、少なくともイオン源及び質量
分離磁石を内蔵したケーシングの一側面と該ケーシング
を電磁気的に遮蔽するシールドボックスの該一側面と対
向する内壁面との間に、ａ）各々加速管と、ｂ）前記イ
オン源を排気するための排気装置の排気管と、ｃ）高電
圧電源装置の電圧を前記ケーシングに印加するための導
電部材を絶縁材で被覆した第１ブッシングと、ｄ）電力
供給装置の電力を前記イオン源及び前記質量分離磁石に
導出するための導電部材を絶縁材で被覆した第２ブッシ
ングとを有し、前記ケーシングの他側面と該他側面と対
向する前記シールドボックスの内壁面との間は、大気を
介在させるのみとし、前記排気管と前記イオン源とを接
続する排気通路に設けた真空ポンプと、前記シールドボ
ックス外壁面に固定され絶縁流体を充満させた容器の内
部に配置される前記高電圧電源装置の高電圧発生部及び
前記電力供給装置の電力発生部と、を有することを特徴
とするイオン加速装置、によって達成される。

【００１４】

【作用】高電圧を印加されるケーシングの一側面とシー
ルドボックスの内壁面との間に加速管、排気装置の排気
管、電力供給装置の所定の電力を導出する導電部材を被
覆する絶縁材でなる第１ブッシング及び高電圧発生装置
の高電圧を導出する導電部材を被覆し、絶縁材でなる第
２ブッシングがそれぞれ接続固定されることにより、高
電圧ターミナル、すなわちケーシングの他側面には何ら
装置を取り付ける必要がなく、従ってこれら面と対向す
るシールドボックスの内壁との間の距離は何らかの絶縁
材でこれらを接続して沿面放電により決定される耐電圧
よりも大きな大気の耐電圧を得ることができるので、こ
れらの距離を従来より大巾に小とすることができ、従っ
てケーシングもしくは高電圧ターミナルの一側面とシー
ルドボックスの内壁との間に配設される絶縁材の沿面放
電のみを考慮すればよく、従ってシールドボックスの全
容積を大巾に小とすることができる。例えば、高電圧タ
ーミナル、もしくはケーシングに４００ＫＶが印加され
る場合には、シールドボックスの内壁までの通常の耐電
圧距離として８０ｃｍ〜１ｍが必要であるが、ケーシン
グの他側面部とこれと対向するシールドボックスの内壁
との間は大気を隔ててのみ絶縁であるので、５０〜６０
ｃｍとすることができるので、シールドボックスの全容
積を大巾に小とし得ることは明白である。なお、高電圧
ターミナルを地上に支持している支柱の高さは従来と同
じである。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例によるイオン加速装置
について図面を参照して説明する。

【００１６】図１は、本実施例のイオン加速装置全体の
平面図を示すものであるが、図において高電圧ターミナ
ル１はシールドボックス２内に配設されている。従来と
同様に高電圧ターミナル１内にはイオン源３、引き出し
電極４、プラズマ発生材料ガス収納箱６、プラズマ発生
用電源５などを内蔵し（なお、これらの配置構成は従来
と若干異なる）、またイオン源３には連接して従来と同
様に質量分離磁石４４が配設されており、これは導管８
を介し、加速管６０に接続されている。この一端はシー
ルドボックス２に接続されている。

【００１７】また本発明によれば、イオン源３に第１の
真空ポンプ７が接続されており、更に導管８に第２の真
空ポンプ９が接続されている。そしてシールドボックス
２の外方には第３の真空ポンプ１２が配設されており、
これは排気管１１を介してＴ字型の排気ダクト１０に接
続されている。これは第１の真空ポンプ７に接続され、
更に導管８に接続されている第２の真空ポンプ９を補助
する。また、第４の真空ポンプ４０が加速管６０内を排
気するために集束用Ｑレンズユニット６１に取り付けら
れている。

【００１８】更に本発明によれば、絶縁トランス１４及
び高電圧発生装置１６のトランス部１４ａ、高電圧発生
部１６ａがシールドボックス２の外方に配設され、この
シールドボックス２と高電圧ターミナル１との間に絶縁
トランス１４及び高電圧発生装置１６の高電圧を高電圧
ターミナル１に接続するために、これを被覆して絶縁材
でなるブッシング１３、１５がシールドボックス２と高
電圧ターミナル１との間に接続されている。ここで、一
方のブッシング１３は本発明に係る第２ブッシングに対
応し、他方のブッシング１５は本発明に係る第１ブッシ
ングに対応する。

【００１９】高電圧発生装置１６の詳細は図２に示され
るが、この高電圧発生部１６ａの絶縁容器１６ｂはシー
ルドボックス２の外壁面に固定されており、この内部に
絶縁流体として絶縁油Ｍを充填させており、これにより
ダイオードＤやコンデンサＣなどでなる倍電圧回路部１
６Ａの最高電圧部は抵抗体１６Ｂを介して高電圧ターミ
ナル１に接続されている。また図２において倍電圧回路
部１６Ａの入力端子ａ、ｂには発振器の出力端子が接続
される。

【００２０】絶縁トランス１４のトランス部１４ａは金
属容器１４ｂを備えており、これもシールドボックス２
の外壁面に固定され、高電圧発生装置１６と同様に絶縁
油Ｍを充填させており、この絶縁油Ｍ中に一次側コイル
Ｃ₁ 、鉄心Ｆ、二次側コイルＣ₂ とからなるトランス部
が浸漬されている。二次側コイルＣ₂ からの導出端子
ｅ、ｆは上方へと延びており、これから高電圧ターミナ
ル１内のイオン源３、質量分離磁石４４、引き出し電極
４などに電力を供給する。高電圧発生装置１６は上述し
たようにシールドボックス２に固定されているが、この
シールドボックス２と高電圧ターミナル１との間には絶
縁材でなるブッシング２０が取り付けられており、この
内部で高電圧発生装置１６の最高電圧が抵抗体１６Ｂに
接続されるが、これを被覆している。またブッシング２
０には所定の間隔で金属リング２１が取り付けられてお
り、これらの間は抵抗体２２で接続されている。

【００２１】絶縁トランス１４の二次側コイルＣ₂ 側も
高電圧ターミナル１側に延出され、これを囲繞するよう
に絶縁材でなるブッシング２３がシールドボックス２と
高電圧ターミナル１との間に取り付けられており、この
外周には高電圧発生装置１６と同様に金属リング２４が
所定の間隔で固定されており、この間は抵抗体２５で接
続されている。

【００２２】排気管１１及び加速管６０も同様に、その
外周は絶縁材でなるブッシング２６、２９により被覆さ
れており、この外周には金属リング２７、３０が同様に
所定の間隔で固定されており、これらの間は抵抗体２
８、３１で接続されている。ｍはターミナル１に形成し
た開口の周辺に固定された金属リングで放電防止用であ
る。

【００２３】本発明の実施例によるイオン加速装置は、
以上ように構成されるが、次にこの作用について説明す
る。

【００２４】第１、第２の真空ポンプ７、９により、そ
れぞれイオン源３及び質量分離磁石４４に接続される導
管８が所定圧まで減圧される。シールドボックス２の外
方に配設された第３の真空ポンプ１２により、排気管１
１及び排気ダクト１０を介して第１、第２の真空ポンプ
７、９を補助する形で排気管１１及び質量分離磁石４４
と加速管６０とを接続する導管８内を所定の減圧度まで
低下するよう排気する。

【００２５】以上のような状態で従来と同様にイオン源
３から所定の電圧で加速されたイオンが、質量分離磁石
４４により質量分離され、所定のイオンのみが導管８及
び加速管６０を介してイオン注入装置６３へと導かれ
る。

【００２６】本実施例の作用は以上の通りであるが、次
のような効果を奏するものである。すなわち図１から明
らかなように、本実施例によれば高電圧ターミナル１の
一側面に加速管６０、排気管１１、絶縁トランス１４の
ブッシング１３、高電圧発生装置１６のブッシング１５
全てが取り付けられているので、他の３つの側面には何
ら装置は取り付けられておらず、従って高電圧ターミナ
ル１は、本実施例によれば、４００ＫＶが印加されてい
るのであるが、これの他側面とシールドボックス２との
間は大気を介在させているのみであり、同じ距離であれ
ば、絶縁材で高電圧ターミナル１の側面とシールドボッ
クス２とを結合している場合とでは耐電圧は前者のほう
がはるかに大きい。従って所定の耐電圧を得るために
は、シールドボックス２と高電圧ターミナル１の側面と
の間を更に小さくすることができ、加速管６０、排気管
１１、絶縁トランス１４のブッシング１３、高電圧発生
装置１６のブッシング１５を取り付けている側面と、こ
れと対向するシールドボックス２の内壁との間の距離に
比べて、はるかに小さくすることができる。従って、高
電圧ターミナル１を囲うシールドボックス２の全容積を
はるかに小とすることができる。よって本イオン加速装
置のコストを大巾に低下させることができる。他の種の
装置に比べ、一般に大きな占有面積を必要とするこの種
装置と比べても、大巾にその占有面積を小とすることが
できるので、限られた工場内の面積を有効に利用するこ
とができる。更に以上の実施例では、グランド電位から
同じ距離の位置に均等に金属リング２１、２４、２７、
３０が取り付けられ、それらの間に抵抗２２、２５、２
８、３１が設けられているので、Ｌの線で示すような等
電位面がシールドボックス２から高電圧ターミナル１の
間に均等に形成され、高電圧を安定に維持させている。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２８】例えば、以上の実施例では高電圧発生装置
１６及び絶縁トランス１４の絶縁容器内には絶縁の媒体
として絶縁油Ｍを充填させたが、これに代えて、ＳＦ₆
のような絶縁ガスを充満させるようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のイオン加速
装置によれば、高電圧ターミナル、すなわち高電圧を印
加されるケーシングをシールドするシールドボックスの
全容積を従来よりはるかに小とし、装置コスト及びイオ
ン加速装置の占有面積を大巾に低下させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例によるイオン加速装置の
平面図である。

【図２】同要部を拡大断面で示す平面図である。

【図３】従来例のイオン加速装置の正面図である。

【図４】同平面図である。

【図５】同側面図である。

【図６】同装置における一部の拡大側断面図である。

【図７】同装置における他一部の拡大側断面図である。

【符号の説明】

１高電圧ターミナル２シールドボックス３イオン源７第１の真空ポンプ９第２の真空ポンプ１０排気ダクト１１排気管１２第３の真空ポンプ１３ブッシング（第２ブッシング）１４絶縁トランス１５ブッシング（第１ブッシング）１６高電圧発生装置６０加速管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−158400（ＪＰ，Ａ) 特開平５−29095（ＪＰ，Ａ) 特開平５−266995（ＪＰ，Ａ) 特開平１−311556（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−187281（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−138249（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−193600（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−58900（ＪＰ，Ｕ) 特表平１−500942（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 5/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地上より所定の高さに配設され、少なく
ともイオン源及び質量分離磁石を内蔵したケーシングの
一側面と該ケーシングを電磁気的に遮蔽するシールドボ
ックスの該一側面と対向する内壁面との間に、ａ）各々加速管と、ｂ）前記イオン源を排気するための排気装置の排気管
と、ｃ）高電圧電源装置の電圧を前記ケーシングに印加する
ための導電部材を絶縁材で被覆した第１ブッシングと、ｄ）電力供給装置の電力を前記イオン源及び前記質量分
離磁石に導出するための導電部材を絶縁材で被覆した第
２ブッシングとを有し、前記ケーシングの他側面と該他側面と対向する前記シー
ルドボックスの内壁面との間は、大気を介在させるのみ
とし、前記排気管と前記イオン源とを接続する排気通路に設け
た真空ポンプと、前記シールドボックス外壁面に固定され絶縁流体を充満
させた容器の内部に配置される前記高電圧電源装置の高
電圧発生部及び前記電力供給装置の電力発生部と、を有することを特徴とするイオン加速装置。
【請求項２】前記高電圧電源装置及び前記電力供給装
置は各々コックロフト・ウォルトン型及び絶縁トランス
であり、各々そのスタック部及びトランス部を前記絶縁
流体を充満させる容器内に位置させている請求項１に記
載のイオン加速装置。