JP4818785B2 - 高安定度電源装置及びそれを用いた高電圧電子管装置 - Google Patents

Description

本発明は、周囲温度に影響されずに高安定度直流電圧、特に高安定度直流高電圧を出力するのに適した高安定度電源装置、及びその高安定度電源装置を用いて高安定の電子ビームあるいはＸ線などの電子線を照射する高電圧電子管装置に関する。

半導体製造装置に用いられる電子ビーム又はイオンビームなどのような荷電粒子ビームによる集積回路のマスク描画装置、電子顕微鏡装置などにあっては、高精度の荷電粒子ビームなどを照射する必要があり、このような場合には荷電粒子ビームなどの安定度に大きな影響を与える直流高電圧に対しても、非常に高い安定度が要求される。このような非常に高い安定度の出力高電圧を要求される直流高電圧電源装置にあっては、周囲温度などの条件が理想状態にある場合には、要求される安定度を満足する高安定度の直流高電圧を出力する機能を備えている。

通常、半導体製造装置は室温が設定温度に対して±１℃程度の温度範囲で管理されているクリーンルーム内で使用され、これに伴い、半導体製造装置に用いられる高安定度の直流高電圧を出力する直流高電圧電源装置はクリーンルーム内で使用されるが、±１℃程度の室温の変動でも無視できない悪影響を受ける。この周囲温度の変化によって直流高電圧電源装置の出力電圧の安定度が低下する主な原因は、電圧検出抵抗器の抵抗値が温度ドリフトにより変化することと、基準電圧発生回路の出力である基準電圧が温度ドリフトにより変動することにあると考えられていた。したがって、従来の一般的な高安定化電源装置では、温度ドリフトの小さい電子部品を選定して回路を構成し、また、出力電圧検出抵抗器の温度特性を補償して周囲温度が変化しても温度特性がほとんど変化しないようにするなどの対策がとられていた。

しかし、最近、集積回路のマスクなどの高密度化に伴って荷電粒子ビームをよりいっそう高精度で制御する必要が生じ、このためには荷電粒子ビーム装置から荷電粒子ビームを引き出す加速電圧の更なる高安定度化の要求がある。前述のように温度ドリフトの小さい電子部品を選定して回路を構成し、出力電圧検出抵抗器の温度特性を補償することにより周囲温度が変化しても温度特性がほとんど変化しないようにするなどの対策を行ってもこのような高安定度化の要求に応えることができないことが分かった。この問題点を解決するために、出力電圧検出抵抗器及び基準電圧発生回路など高安定化電源装置の出力高電圧の安定性に影響を与える一部分の回路だけを恒温室に収納し、温度制御することによって、電子部品の発熱や周囲温度の変化による特性変化の小さい、安定度に優れた直流高電圧電源などを得ることが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８４３２３公報

しかしながら、集積回路のマスクなどの高密度化に伴って荷電粒子ビームをより高精度で制御するためには、荷電粒子ビーム装置から荷電粒子ビームを引き出す加速電圧の更に高い安定度が必要であり、そのためには従来のような高電圧抵抗器と電圧検出用抵抗器の温度安定化対策だけでは要求に応じられないことが分かった。本発明者等はこのような点に鑑みて種々の検討し、試験を行った結果、僅かな温度変化でもインバータ回路の動作周波数がやはり僅かに変化し、このことが高安定化電源装置の出力高電圧の安定化を低下させる主要因の一つであることをつきとめた。また、高安定化電源装置の中で他の回路部分からの電気的な影響、熱的な影響などによっても、インバータ回路の動作周波数を決定する発振器の出力発振周波数が僅かに変化し、この発振周波数の微小な変化も高安定化電源装置の出力高電圧の安定化を低下させる要因であることも分かった。

したがって、本発明は、インバータ回路の動作周波数を決定する発振器の出力発振周波数がその周囲温度の変化による影響を受けず、あるいは他の回路部分からの電気的な影響、熱的な影響などを受けることなく、インバータ回路の動作周波数を設定温度において高度に安定化させ、高安定化電源装置の出力高電圧の安定化を今まで以上に向上させることを主目的としている。

第１の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、そのインバータ回路の出力側に１次巻線が接続されたトランスと、そのトランスの２次巻線に接続された整流装置と、前記インバータ回路の駆動信号の周波数を決定する発振器と、前記整流装置の出力に高電圧抵抗器と電圧検出用抵抗器とを直列接続してなる出力電圧検出用手段とを備え、前記発振器と該発振器の周囲温度を制御する温度制御回路とが単一の恒温室ユニット内に収納され、前記恒温室ユニット内の温度制御を行い、前記発振器の発振周波数を安定化して高安定度の直流電圧を出力する高安定度電源装置であって、前記出力電圧検出用手段は電気絶縁被覆材料でモールドされてモールド物品となっており、そのモールド物品の外面の２面以上を覆う導電性の良好な熱伝導材料手段と、その熱伝導材料手段の外面に設けられて、その熱伝導材料手段の温度を制御する温度制御手段と、前記熱伝導材料手段の外面に設けられて、その熱伝導材料手段の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記温度制御手段の温度を制御して、前記熱伝導材料手段の温度を一定に保って前記出力電圧検出用手段の温度を一定に保持し、前記インバータ回路の前記駆動信号の周波数を高度に安定化することを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記温度制御手段は、初期加熱用ヒータとこれよりも電力容量の小さい温度調整用ヒータとからなり、予め設定した時間だけ前記初期加熱用ヒータを無制御で運転して、予め設定した電力量を供給することを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第３の発明は、前記第２の発明において、前記予め設定した時間は、前記電気絶縁被覆材料をその飽和温度の予想値まで温度上昇又は降下させるのに必要な熱量に基づいて求められることを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第４の発明は、前記第１の発明ないし前記第３の発明のいずれかにおいて、前記発振器を構成する電子部品が第１のプリント基板に搭載され、前記温度制御回路を構成する電子部品が第２のプリント基板に搭載されていることを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第５の発明は、前記第４の発明において、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とに対してそれぞれ独立した電源から電力を供給するように構成したことを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第６の発明は、前記第４の発明又は前記第５の発明において、前記発振器と前記温度制御回路との間には静電遮蔽体が備えられていることを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、前記恒温室ユニットの壁部を通して、前記発振器に直流電力を給電する第１の入力配線と、前記温度制御回路に直流電力を給電する第２の入力配線とが前記恒温室ユニット内に導入されると共に、前記発振器の高安定度発振信号を送信する出力配線が導出されていることを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第８の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、前記発振器が出力する高安定度発振信号の周波数を調整する周波数調整用手段と、前記温度制御回路の温度を調整する温度調整用手段とを備え、前記恒温室ユニットの壁部にはスリットが形成されており、前記スリットから前記周波数調整用手段と前記温度調整用手段とを調整することを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第９の発明は、前記第８の発明において、前記周波数調整用手段と前記温度調整用手段との調整後に前記スリットを断熱シートで塞ぐことを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

第１０の発明は、前記第８の発明又は前記第９の発明において、前記温度制御回路は、前記恒温室ユニット内の温度に対応する電圧信号を出力する温度センサと、設定温度に対応する基準電圧信号を与える基準電圧源と、前記電圧信号と前記基準電圧信号との誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、該誤差増幅器からの前記誤差増幅信号により発熱が調整されるヒータ部材とを備え、前記温度調整用手段を調整することによって前記誤差増幅器の前記誤差増幅信号が調整され、前記恒温室ユニット内の温度が前記設定温度に保持されることを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

前記第１１の発明は、前記第１０の発明において、前記ヒータ部材は、起動用ヒータと微調整用ヒータとからなり、前記恒温室ユニット内の温度が前記設定温度よりも低い目標温度に達したときには、前記起動用ヒータをオフさせ、前記微調整用ヒータの発熱で前記恒温室ユニット内の温度を前記設定温度に維持することを特徴とする高安定度電源装置を提供する。

前記第１２の発明は、前記第１の発明ないし前記第１１の発明のいずれかに記載された高安定度電源装置により駆動される高電圧電子管を備える高電圧電子管装置において、前記インバータ回路の交流出力電圧は前記トランスによって交流高電圧に昇圧され、その昇圧された交流高電圧は前記整流回路によって直流高電圧に変換され、前記高電圧電子管のアノードと、フィラメント及びグリッドからなるカソードとの間に印加されることを特徴とする高電圧電子管装置を提供する。

前記第１の発明によれば、各装置の電子部品のバラツキによる影響を受けず、かつ周囲の温度変化にかかわらずインバータ装置の駆動周波数を設定温度において高度に安定化することができるので、周囲の温度変化に影響されない高安定度の直流高電圧出力を得ることができると共に、出力電圧検出用手段の温度が安定かつ一定に保持されているので、より一層高安定度の直流高電圧を出力することができる。

前記第２の発明によれば、前記第１の発明が奏する効果の他に、出力電圧検出用手段を短時間でその飽和温度近辺まで上昇させることができ、一定温度に維持することができる。また、スイッチングノイズなどの影響を受けず、より電子部品の特性を安定に保持できる。

前記第３の発明によれば、前記第２の発明が奏する効果の他に、必要な熱量に基づいて飽和温度の予想値を算出し、実験から時間−熱量データを求めておくことによって、周囲温度の変化、放熱などの変化に対しても速やかに対応して、当該時間を容易に設定することが可能である。

前記第４ないし第６の発明によれば、前記第１の発明が奏する効果の他に、インバータ装置の駆動周波数を決める発振器の周波数が温度制御回路のノイズなどの影響を受け難いので、より高安定度の直流高電圧出力が得られる。

前記第７の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第６の発明が奏する効果の他に、恒温室ユニットの壁を電源用の配線と発振信号用の配線とが導入、導出されているだけであり、かつ温度制御がすべて恒温室ユニット内で行われるので、他の装置部分のスイッチングノイズなどの影響を受けずに、より一層前記発振器の周波数を安定化することができ、更に高安定度の直流高電圧出力を得ることができる。

前記第８の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第７の発明が奏する効果の他に、恒温室ユニットの筐体壁に設けたスリットを通して恒温室ユニット内の温度を設定温度に調整できると同時に、その設定温度における発振器の発振周波数を設定周波数に設定できるので、電子部品の特性のバラツキに影響されずに高安定度の直流高電圧を出力する電源装置を提供することができる。

前記第９の発明によれば、前記第８の発明が奏する効果の他に、温度調整、周波数調整の終了後に断熱シートで前記スリットを塞ぐので、恒温室ユニット内の温度が恒温室ユニット外の温度の影響を受け難く、恒温室ユニット内の温度を設定温度に維持することができる。

前記第１０の発明によれば、前記第８の発明又は前記第９の発明が奏する効果の他に、恒温室ユニット内における検出温度と基準温度との誤差増幅信号を温度調整用の手段で調整しているので、簡単な構成で容易にかつ高精度で温度調整を行うことができる。

前記第１１の発明によれば、前記第１０の発明が奏する効果の他に、起動用ヒータと微調整用ヒータとで短い一定時間に恒温室ユニット内の温度を目標温度まで上昇させ、その後、微調整用ヒータの小さい発熱量で恒温室ユニット内の温度を設定温度まで上昇させると共に、設定温度に保持できる。

前記第１２の発明によれば、高度に安定した電子線を照射する高電圧電子管装置を提供することができる。

[実施形態１]
本発明を実施するための最良の形態である実施形態１の高安定度電源装置について説明する。本発明は、描画装置のような非常に精度の高い加速電圧などを必要とする装置に適用されるのに適しており、電子部品の特性のバラツキなどに関係なくそれぞれの電源装置におけるインバータ装置などの駆動周波数を設定周波数に安定かつ高い精度で保持し得る高安定度電源装置に有効である。図１ないし図６、図１１及び図１２により本発明の実施形態１について説明する。図１は本発明の実施形態１に係る高安定度電源装置に用いられる恒温室ユニット内の構成を示す図である。図２は実施形態１に係る高安定度電源装置の外観の概略を示す図である。図３は高安定度電源装置を構成する電子部品を搭載する主なプリント基板の配置を示す図である。図４はこの高安定度電源装置に用いられる恒温室ユニット内の回路構成を説明するための図である。図５は恒温室ユニットの一部分を説明するための図面である。図６は本発明と従来の電源装置におけるエミッション電流の安定度を比較するための図である。図１１は本発明の実施形態１が適用される一般的な高安定度電源装置の回路構成を示す図である。図１２は制御の一例の概略を説明するための図である。

先ず、本発明の実施形態１を説明する前に、図１１及び図１２によって本発明が適用される高電圧電子管用の電源装置の回路構成の一例について説明する。加速電圧供給部には、商用交流電源１０１の交流電圧を所定の直流電圧に変換する第１のコンバータ１０２の直流低電圧を設定周波数の高周波交流電圧に変換するインバータ回路１０３が備えられている。インバータ回路１０３の高周波交流電圧は第１の高電圧トランス１０４により昇圧され、高電圧トランス１０４の２次巻線に接続されているコッククロフト・ウォルトン回路のような直流高電圧発生回路１０５は高電圧電子管ＥＥの加速電圧となる負極性の直流高電圧を出力する。この直流出力高電圧は高電圧抵抗器Ｒ１と電圧検出用抵抗器Ｒ２とを直列接続してなる出力電圧検出手段１０６により検出され、第１の制御回路１０７に送られる。制御回路１０７は前記直流出力高電圧が一定になるようにインバータ回路１０３を後述する振幅制御（ドロッパ制御）を行う。なお、高電圧電子管ＥＥはアノードＡ、フィラメントＦ及びグリッドＧからなるカソードを有する一般的なものである。

電子管ＥＥのフィラメントＦに電力を供給するフィラメント給電部は、商用交流電源１０１の交流電圧を所定の直流電圧に変換する第２のコンバータ１０８と、その出力である直流低電圧を所定の周波数の高周波交流電圧に変換する第２のインバータ回路１０９と、１次側と２次側とを絶縁する高電圧絶縁トランス１１０と、高電圧絶縁トランス１１０の２次巻線に接続された整流回路１１１と、インバータ回路１０９を振幅制御する第２の制御回路１１２とを備える。制御回路１１２は制御回路１０７と同様な回路構成である。整流回路１１１の出力の一端には直流高電圧発生回路１０５の負極性の直流出力電圧が印加され、整流回路１１１の出力電圧は高電圧電子管ＥＥのフィラメントＦに電流を流す。

高電圧電子管ＥＥのグリッドＧにバイアス電圧を印加するグリッドバイアス部は、フィラメント給電部と同様に、商用交流電源１０１の交流電圧を所定の直流電圧に変換する第３のコンバータ１１３と、その出力である直流低電圧を所定の周波数の高周波交流電圧に変換する第３のインバータ回路１１４と、高電圧トランス１１５と、高電圧整流回路１１６と、インバータ回路１１４を振幅制御する第３の制御回路１１７とを備える。制御回路１１７は制御回路１０７、１１２と同様な回路構成である。高電圧整流回路１１６の直流出力電圧が高電圧電子管ＥＥのグリッドＧに印加される。

制御回路１０７、１１２、１１７及びインバータ回路１０３、１０９、１１４はほぼ同じ回路構成であり、その概略は図１２に示すような構成になっている。図１２（Ａ）では、制御回路１０７及びインバータ回路１０３についてのみ説明する。制御回路１０７は、主に基準の周波数信号を発生する発振器１２０と、制御信号を生成する制御信号生成回路１２１とで構成されている。発振器１２０からの基準の周波数信号と制御信号生成回路１２１からの制御信号とがインバータ回路１０３の駆動回路１２２に入力されると、駆動回路１２２は、それらの信号によって周波数及び振幅が定められた駆動信号によって、スイッチング素子Ｑ１を制御する。スイッチング素子Ｑ１は、前記駆動信号の振幅によってその出力電圧の振幅を制御するドロッパの動作とスイッチングの動作を兼ねている。

図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）に示すように、制御信号生成回路１２１の制御信号の振幅を変化させることで、スイッチング素子Ｑ１のベース電流を変化、つまりスイッチング素子Ｑ１のインピーダンスを変化させることにより、スイッチング素子Ｑ１が負う電圧の大きさＸ１、Ｘ２を制御してトランス１０４の１次巻線Ｎ１の電圧Ｖの振幅及び電流Ｉの振幅を制御している。これによって出力電圧及び出力電流を制御している。スイッチング素子Ｑ１としては、トランジスタが好ましい。また、スイッチング素子Ｑ１の損失による発熱を小さくするために、スイッチング素子Ｑ１とは別にドロッパ回路を設け、スイッチング制御とは別に、そのドロッパ回路の電圧降下の大きさを制御して出力電圧の振幅制御を行っても良い。この場合には、スイッチング素子Ｑ１は、トランジスタに限らず、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴ、その他のスッチング半導体素子でも構わない。また、図１２（Ａ）のインバータ回路１０３では、スイッチング素子Ｑ１を１石によって構成しているが、２石用いてプッシュプル構成としてもよく、あるいは周知のフルブリッジ構成、ハーフブリッジ構成などでも勿論構わない。

このような制御回路において、発振器１２０として水晶発振器を用いれば少なくとも±１℃程度の温度変化に対しては安定な周波数特性を有しているので、インバータ回路の駆動周波数が変化するという問題は無い。しかしながら、それぞれの高安定度電源装置に用いられる電子部品には特性に微小のバラツキが存在し、そのバラツキに起因して電源装置毎の共振周波数が微妙に異なるために、極めて安定度の高い出力電圧を得るにはインバータ回路の駆動信号の最適な周波数に初期設定する必要がある。このためには水晶発振器は周波数が固定であるので、周波数を分周するなどのステップ的な調整になるが、周波数の調整を行うにはＣＲ発振器のようなアナログ発振器、又は原子発振器など周波数調整部分を有する発振器を用いなければならない。例えば、ＣＲ発振器の場合にはボリュームのような調整手段でＣＲ時定数を調整することによって、容易に周波数を任意の設定周波数に調整することができる。しかしながら、発振周波数を調整できる発振器はＣＲ発振器に限らず周波数調整機能を有しているために、特にそのＣＲ部分など周波数調整部分が周囲の僅かな温度変化によって変化する結果、発振周波数を変化させてしまうという問題がある。

このような構成の電源装置において、温度変化によってインバータ回路１０３、１０９、１１４を駆動する周波数が変化すると、前記加速電圧供給部の直流高電圧発生回路１０５の出力電圧である直流高電圧が変化するばかりでなく、前記フィラメント給電部の整流回路１１１の直流出力電流、前記グリッドバイアス部の高電圧整流回路１１６の直流出力電圧も変化する。特に、前記加速電圧供給部の高電圧出力電圧が変化すると、加速電圧のゆらぎが大きくなり、エミッション電流の安定度、つまり電子線放出の安定度が図６（Ｂ）に示すように悪化する。したがって、電子管用の高安定度電源装置にあっては、少なくとも前記加速電圧供給部のインバータ回路１０３の駆動周波数を温度変化に無関係に一定になるように配慮することが大切である。好ましくは、前記フィラメント給電部のインバータ回路１０９、前記グリッドバイアス部のインバータ回路１１４の駆動周波数も温度変化に無関係に一定になるようにした方が良い。更にまた、高電圧抵抗器Ｒ１と電圧検出用抵抗器Ｒ２とを直列接続してなる出力電圧検出手段１０６の抵抗値が周囲温度に影響されないこと、及び加速電圧となる直流高電圧の検出値と比較される基準電圧も周囲温度に影響されないことも、高安定度電源装置にとって大切である。実施形態１では、主に前記加速電圧供給部のインバータ回路１０３の駆動周波数を温度変化に無関係に一定になるような構成について述べる。

したがって、この実施形態１ではインバータ回路１０３、１０９、１１４の駆動周波数を温度変化に無関係に一定にするため、図１に示しているように、アルミニウムなど熱伝導の良好な金属材料からなるケース１とその外面を囲むようにその外面に貼り付けられている断熱シート２とからなる恒温室ユニット３を備え、インバータ回路１０３、１０９、１１４の駆動周波数をそれぞれ決定する発振器を構成する電子部品４を第１のプリント基板５に搭載してなる発振器６、及び恒温室ユニット３内の温度制御を行うヒータや種々の温度制御部を構成する電子部品７を第２のプリント基板８に搭載してなる温度制御回路９などを恒温室ユニット３内に収納している。ここで、発振器６は図１２の発振器１２０に相当するものである。恒温室ユニット３、発振器６、及び温度制御回路９などについて詳しく説明する前に、この高安定度電源装置の構造の概略について図２、図３により説明する。

この高安定度電源装置おいては、図１１に示した各インバータ回路１０３、１０９、１１４及び制御回路１０７、１１２、１１７など低電圧部を構成する電子部品及び配線などが、図２に示すように上側に位置する第１の筐体２１内に納められ、各トランスの２次巻線、直流高電圧発生回路１０５、整流回路１１１、高電圧整流回路１１６など高電圧部を構成するモールドされた電子部品、配線などが下側に位置する第２の筐体２２に納められている。第１の筐体２１は第２の筐体２２の上に積み重ねられ、２段重ねとなっている。筐体２１の天板２１Ａの内面には、前述の恒温室ユニット３が取付けられている。上側の筐体２１内には、図３に示すように、恒温室ユニット３の他に、筐体２１の底板であるシャーシ２１Ｂ上に入力電源用基板３１、加熱用電源基板３２、制御用基板３３、インバータ用基板３４、及び制御電源用基板３５が搭載されている。ブレーカ、フィルタ用基板、インターフェイス用基板などについては図示するのを省略している。

入力電源用基板３１は、図１１におけるコンバータ１０２、１０８、１１３をそれぞれ構成する不図示の電子部品が搭載されているプリント基板である。加熱用電源基板３２は温度制御回路９における不図示の抵抗器のようなヒータに電力を供給する電源を構成する不図示の電子部品を搭載してなるプリント基板である。制御用基板３３は、図１１における制御回路１０７、１１２、１１７をそれぞれ構成する不図示の電子部品が搭載されているプリント基板である。インバータ用基板３４は、図１１におけるインバータ回路１０３、１０９、１１４をそれぞれ構成する不図示の電子部品が搭載されているプリント基板であり、単一又は複数枚のプリント基板からなる。制御電源用基板３５は、発振器を駆動するための直流入力電圧を与える発振器用電源を構成する不図示の電子部品、及び図１１における制御回路１０７、１１２、１１７に電力を供給する制御電源を構成する不図示の電子部品が搭載されているプリント基板である。制御電源用基板３５に搭載されている電源は好ましくは２種類以上の直流低電圧を出力する。

図１及び図４によって恒温室ユニット３内に収納されている発振器６及び温度制御回路９などについて更に詳しく説明する。温度制御回路９のプリント基板８は二つ以上のネジ端子１０、１１でケース１の一面に固定されている。発振器６のプリント基板５は支柱部材１２によってプリント基板８上に支承されている。発振器６の不図示の電子部品はプリント基板５の一面に搭載されており、その反対面、つまりプリント基板８側の面にはほぼ前面に金属膜１３が形成され、その金属膜１３は不図示の接地ラインに接続されている。金属膜１３は、温度制御回路９が生じるスイッチングノイズを静電的にシールドして、そのノイズが発振器６に対して悪影響を与えない静電遮蔽部材として働く。

プリント基板５の上端には、発振器６の発振周波数を調整するための調整用ボリュームのような周波数調整用手段１４が備えられている。また、温度制御回路９のプリント基板８の上端には、恒温室ユニット３内の温度が設定温度に保持されるように調整するための調整用ボリュームのような温度調整用手段１５が備えられている。恒温室ユニット３のケース１の天板２１Ａには、周波数調整用手段１４と温度調整用手段１５とを恒温室ユニット３の外側から調整可能にするための開口である第１、第２のスリット１６、１７を備える。第１、第２のスリット１６、１７から周波数調整用手段１４と温度調整用手段１５とを調整した後に、第１、第２のスリット１６、１７を塞ぐと共に、ケース１の天板２１Ａの外面を覆うように断熱シート１８を貼り付ける。

図４に示すように、恒温室ユニット３の側壁３Ａを通して第１の入力配線４１が恒温室ユニット３内に導入されている。第１の入力配線４１は図３に示した加熱用電源基板３２に搭載された加熱用の電源回路の直流出力端子に接続されており、直流電圧Ｖ１を第１の電源電圧として恒温室ユニット３内に導入する。図１に示した温度制御回路９のプリント基板８上には、直流電圧Ｖ１をこれよりも低い直流電圧Ｖ２に変換して第２の電源電圧とする市販の３端子レギュレータ４２が搭載されている。さらにプリント基板８上には、直流電圧Ｖ２で動作する温度センサ４３、直流電圧Ｖ２で動作する基準電圧源４４、直流電圧Ｖ２で動作する第１、第２の誤差増幅器４５、４６、直流電圧Ｖ１で動作する起動用ヒータ４７、微調整用ヒータ４８が搭載される他に、第１、第２の温度調整用手段１５Ａと１５Ｂとが搭載され、これらが図３に示した温度制御回路９を構成している。また、恒温室ユニット３の側壁３Ａを通して第２の入力配線４９が恒温室ユニット３内に導入されている。第２の入力配線４９は、図３に示した制御電源用基板３５に搭載された発振器用の電源回路の直流出力端子に接続されており、直流電圧Ｖ１、Ｖ２よりも低い直流電圧Ｖ３を第３の電源電圧として恒温室ユニット３内に導入する。前述したように、温度制御回路９のプリント基板８から静電遮蔽されている発振器６のプリント基板５上には、直流電圧Ｖ３で動作する第１の発振器５０と第２の発振器５１、及び第１の発振器５０の発振周波数を調整する周波数調整用手段１４とが搭載されている。ここで、図１で示した温度調整用手段１５は図４では第１、第２の温度調整用手段１５Ａと１５Ｂに相当する。また、図１に示した発振器６は図４では第１の発振器５０、又は第１の発振器５０と第２の発振器５１とに相当する。

次に、恒温室ユニット３内の発振器６及び温度制御回路９の動作について説明する。起動用ヒータ４７と微調整用ヒータ４８とは、不図示の電源スイッチがオンするときに同時にオンし、直流電圧Ｖ１によって起動ヒータ４７と微調整用ヒータ４８とを電流が流れ、加熱が開始される。ただし、発振周波数の初期調整の場合には、恒温室ユニット３内の温度制御回路９、第１の発振器５０と第２の発振器５１だけを動作させる。温度センサ４３は恒温室ユニット３内の温度を検出し、検出温度に比例する電圧信号を温度信号として第１、第２の誤差増幅器４５、４６の一方の入力端子に入力する。第１、第２の誤差増幅器４５、４６の他方の入力端子には、基準電圧源４４からの基準電圧を第１の温度調整手段１５Ａと第１の演算増幅器１５ａ、第２の温度調整手段１５Ｂと第２の演算増幅器１５ｂとによってそれぞれ調整された第１、第２の基準電圧信号Ｅ１、Ｅ２が入力される。ここで、温度調整手段１５Ａは演算増幅器１５ａの帰還量を調整し、第２の温度調整手段１５Ｂは第２の演算増幅器１５ｂの帰還量を調整することによって、第１、第２の誤差増幅器４５、４６に入力される基準電圧信号Ｅ１、Ｅ２を調整している。第１、第２の誤差増幅器４５、４６は前記温度信号と基準電圧信号Ｅ１、Ｅ２とを比較し、それらの誤差信号を出力する。ここで、基準電圧信号Ｅ１は基準電圧信号Ｅ２よりも低い目標温度に設定されている。例えば、恒温室ユニット３内の設定温度が５０度のとき、目標温度はそれよりも２〜３度程度低い温度（例えば４８度）であり、基準電圧信号Ｅ１は前記目標温度に相当し、基準電圧信号Ｅ２は前記設定温度に相当する。第１、第２の誤差増幅器４５、４６は、前記温度信号が基準電圧信号Ｅ１、Ｅ２よりも低いときには、起動用ヒータ４７、微調整用ヒータ４８の加熱動作を続行させる。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、起動用ヒータ４７には並列に電流制限用抵抗５４と発光ダイオード５５とが接続され、微調整用ヒータ４８には並列に電流制限用抵抗５６と発光ダイオード５７とが接続されている。起動用ヒータ４７に電流Ｉ１が流れているときには、発光ダイオード５５にも電流が流れているので、発光ダイオード５５は発光する。同様に、微調整用ヒータ４８に電流Ｉ２が流れているときには、発光ダイオード５７にも電流が流れているので、発光ダイオード５７は発光する。したがって、起動用ヒータ４７、微調整用ヒータ４８が加熱動作を行っているかどうかは発光ダイオード５５、５７が発光しているか否かで一目瞭然に分かる。ここで発光ダイオード５５は、第２のプリント基板８に搭載してなる温度制御回路９の電子部品７の一つであり、図１には示していないが、恒温室ユニット３の天板２１Ａに形成された第２のスリット１７から見える位置に備えられている。また、発光ダイオード５７は、第２のプリント基板８に搭載してなる温度制御回路９の電子部品７の一つであり、図１には示していないが、恒温室ユニット３の天板２１Ａに形成された第２のスリット１７から見える位置に備えられている。

先ず、恒温室ユニット３内の温度が目標温度（例えば４８度）近辺に至るときには、作業者が不図示の温度計を観察しながら、実測で４８度の温度に至ったときに発光ダイオード５５の発光が止むように、第２のスリット１７を通して第１の温度調整用手段１５Ａを調整する。つまり、電子部品の特性のバラツキがあっても、起動用ヒータ４７は実測した目標温度で加熱動作を停止する。このとき当然に微調整用ヒータ４８は加熱動作を続行しているので、恒温室ユニット３内の温度は今までよりは緩やかに上昇する。恒温室ユニット３内の温度が設定温度（例えば５０度）近辺に至るときには、作業者は再度、不図示の温度計を観察しながら、実測で５０度の温度に至ったときに発光ダイオード５７の発光が止むように、第２のスリット１７を通して第２の温度調整用手段１５Ｂを調整する。

つまり、微調整用ヒータ４８は実測した設定温度に至るときに加熱動作を停止し、その設定温度を若干下がるときに再び加熱動作を行うので、電子部品の特性にバラツキがあっても、各電源装置の恒温室ユニット３内の温度は設定温度に保持される。この状態では、発光ダイオード５５は発光せず、発光ダイオード５７は恒温室ユニット３内の温度の僅かな変化（例えば±０．１℃）で点滅する。つまり、恒温室ユニット３内の温度は例えば５０±０．１℃程度に保持される。具体的には図示していないが、第１の温度調整用手段１５Ａ及び演算増幅器１５ａで基準電圧信号Ｅ１を調整することによって、誤差増幅器４５の出力である誤差信号を調整している。同様に、第２の温度調整用手段１５Ｂ及び演算増幅器１５ｂで基準電圧信号Ｅ２を調整することによって、誤差増幅器４６の出力である誤差信号を調整している。この温度調整は、恒温室ユニット３の容積が極力小さくなるように恒温室ユニット３が作られているので、比較的短い時間で行われる。なお、この実施形態１では第１、第２の温度調整用手段１５Ａ、１５Ｂの調整が同じ第２のスリット１７を通して行われたが、もう一つスリットを設けて別々のスリットから温度調整を行っても勿論よい。

前述のように温度調整が行われて、恒温室ユニット３内の温度が設定温度に達した状態で、不図示の周波数測定器を見ながら図１の第１のスリット１６を通して周波数調整手段１４で第１の発振器５０の発振周波数を厳密に設定周波数に設定する。したがって、各電源装置に用いられる電子部品に特性上のバラツキがあっても、第１の発振器５０は設定温度で精確な設定周波数の信号を出力することができる。第１の発振器５０の発振出力信号は、図１１に示した加速電圧用のインバータ回路１０３の駆動信号の周波数を決める信号ｇ１として、また、フィラメント用のインバータ回路１０９の駆動信号の周波数を決める信号ｇ２として、恒温室ユニット３内から第１の信号出力配線５２を通して導出される。また、第２の発振器５１は固定周波数の信号を出力すればよいので、この実施形態１では水晶発振器を用いている。

したがって、第２の発振器５１を必ずしも恒温室ユニット３内に配置する必要は無い。第２の発振器５１の出力信号は、図１１に示したグリッドバイアス用のインバータ回路１１４の駆動信号の周波数を決める信号ｇ３として、恒温室ユニット３内から第２の信号出力配線５３を通して導出される。前述したように周波数調整を完了したら、図１に示したように、断熱シート１８を恒温室ユニット３のケース１の天板２１Ａを少なくとも覆うように貼り付ける。天板２１Ａに形成されているすべてのスリット１６、１７が断熱シート１８で塞がれるのは勿論である。実施形態１によれば、恒温室ユニット３内の温度が実測した設定値で発振器５０の発振周波数を適切な設定周波数に調整しているので、電子部品の特性のバラツキにかかわらず、それぞれの電源装置に最適な駆動周波数に設定することができ、図６（Ａ）に示すように、安定したエミッション電流が得られる高安定な直流高電圧を出力する高安定電源装置を提供することができる。図６（Ａ）に示すエミッション電流は、従来電源装置で得られる図６（Ｂ）に示したエミッション電流に比べてほぼ１／６程度小さくなっており、大幅に安定化されるのが分かる。また、図３に示すように、この電源装置にあっては各インバータ回路の入力電源用基板３１に対して、温度制御回路９用の加熱用電源基板３２を別にしているので、温度制御回路９は各インバータ回路側からのノイズの影響をほとんど受けることなく、恒温室ユニット３内の温度を正確に制御することができる。また、図１に示したように、温度制御回路９が搭載されたプリント基板８とは別のプリント基板５に発振器６を搭載しており、かつ別の制御電源用基板３５を用い、さらに静電的に遮蔽もしているので、発振器６は温度制御回路９及びインバータ回路からのノイズの影響を受けることなく、安定した正確な周波数の信号を出力できる。

[実施形態２]
この実施形態２に係る高安定化電源装置は、実施形態１に係る高安定化電源装置よりも更に高い安定度の直流高電圧を出力し得るものであり、インバータ回路の駆動信号の周波数の高安定化を図った上に、図１１に示した高電圧抵抗器Ｒ１と電圧検出用抵抗器Ｒ２とを直列接続してなる出力電圧検出手段１０６の温度を一定に保持して、周囲温度の変化に影響されないようにするものである。インバータ回路の駆動信号の周波数の高安定化を図る構成など低電圧部については、実施形態１と同じであるので説明を省略する。図７〜図１０を用いて実施形態２に係る高安定度電源装置について説明する。図７は実施形態２に係る高安定度電源装置の直流高電圧部のブロック図であり、図８はその直流高電圧部における出力電圧検出手段とそれの温度制御部の構造を示す図であって、図７のＸ−Ｘ’での断面図である。図９は直流高電圧部の温度制御装置を説明するための図である。図１０は温度制御のフローチャートを示す図である。図７〜図１０において、図１〜図５で用いた記号と同じ記号は同じ名称の部材を示すものとする。

この実施形態２では、図７に示すように高安定度電源装置の直流高電圧部を第１、第２、第３の三つのブロックに分けて、それぞれを電気絶縁被覆材料でモールドしている。第１のブロックは、図１１の出力電圧検出手段１０６などを電気絶縁樹脂でモールドしてなる直流出力電圧検出部６０からなる。第２のブロックは、電子管のフィラメントを加熱するための電力を供給するフィラメント給電回路とグリッドのバイアス電圧を供給するグリッド給電回路との高電圧部分、つまり図１１の破線で囲まれた部分ＦＧを電気絶縁樹脂でモールドしてなるフィラメント・グリッド給電部７０からなる。第３のブロックは、図１１に示した高電圧トランス１０４の高電圧部分と直流高電圧発生回路１０５とを鎖線で囲んだ部分ＨＶに相当する高電圧昇圧部８０からなる。

図８に示すように、直流出力電圧検出部６０は図１１に示した出力電圧検出手段１０６を構成する高電圧抵抗器Ｒ１と電圧検出用抵抗器Ｒ２とをエポキシ樹脂のような電気絶縁被覆材料Ｍでモールドしてなるモールド物品６１を備える。モールド物品６１は直方体の形状をしており、モールド物品６１の六つの外面は、図示しない高電圧接続部を除いて一般的な導電塗料などを塗布、又は金属を蒸着することによって形成された導電膜６２で覆われている。導電膜６２の上には金属板６３が備えられている。導電膜６２と金属板６３との間の熱的結合を高めるためのコンパウンド層６４が形成されている。なお、高電圧抵抗器Ｒ１には不図示の電圧均等化用コンデンサが並列接続されていてもよく、また、電圧検出用抵抗器Ｒ２には不図示の高周波除去用コンデンサが並列接続されていても勿論よい。電圧検出用抵抗器Ｒ２は必ずしもモールド物品６１内でなくともよい。

モールド物品６１を覆う金属ジャケットを形成する金属板６３は、モールド物品６１の６面を覆う銅板のような熱伝導の良好な熱伝導材料手段からなり、その厚みは熱伝導、熱容量などの面から、好ましくは厚い方がよいが、重量、コスト、大きさなどを考慮して決められる。導電膜６２は、モールド物品６１の外面と金属板６３との間の電位差をゼロにして、これらの間に放電が発生するのを防ぐ働きを行うものである。これら導電膜６２とコンパウンド層６４と金属板６３とは、モールド物品６１の６面を覆う熱伝導材料手段を形成する。コンパウンド層６４は、金属板６３を導電膜６２に密接させることができれば、必要ではない。

対向する一対の金属板６３それぞれに、温度制御手段として温度調整用ヒータ６５、６６を設ける。温度調整用ヒータ６５、６６については、具体的な構造を図示しないが、例えば、適切な抵抗値を有する多数の抵抗器を直列接続したものを熱収縮チューブ内に納め、それを角型に配列して熱伝導の良好なシート間に挟んでなる簡便なシート状のヒータである。このようなヒータが金属板６３に固着されている。温度調整用ヒータ６５、６６の動作、働きなどについては後で詳述するが、モールド物品６１の温度が飽和予想値で安定したら、その温度を安定に維持する働きを行う。ここで、温度調整用ヒータ６５、６６は金属板６３の２面だけに備えられているが、金属板６３は熱伝導がよいことと、その保持される温度が周囲温度に比較的近い温度であるので、すべての金属板６３がほぼ一様な温度に保持される。なお、温度調整用ヒータ６５を金属板６３の１面のみに設け、温度調整用ヒータ６６は省略しても良い。又は金属板６３の３面に設けても良い。

また、温度調整用ヒータ６５、６６が設けられた金属板６３にほぼ直交する面の金属板６３には別の温度制御手段として初期加熱用ヒータ６７が取付けられている。初期加熱用ヒータ６７も、例えば、前述したような構造のシート状のヒータであり、温度調整用ヒータ６５、６６に比べて数倍から十数倍程度の電力容量、つまり発熱容量を有する。この初期加熱用ヒータ６７の動作、働きなどについても後で詳述するが、モールド物品６１は前述のように熱時定数が大きく、したがって、モールドされている高電圧抵抗器Ｒ１が発生する熱と、温度調整用ヒータ６５、６６が発生する熱だけでは飽和温度に達するまでに長時間かかるので、初期加熱用ヒータ６７は起動初期にモールド物品６１を飽和温度の予想値近辺まで短時間で上昇させる働きを行う。温度調整用ヒータ６５、６６は、市販のセラミックヒータ、あるいはペルチエ素子でも構わない。そして、これら温度調整用ヒータ６５、６６、初期加熱用ヒータ６７、及びこれらが設けられていない金属板６３部分を断熱材料層６８で覆う。断熱材料層６８は市販されている一般的なもので良い。

図７には示していないが、モールド物品６１の表面温度を測定する温度センサが、温度調整用ヒータ６５、６６が設けられた金属板６３の表面に接着される。モールド物品６１の表面温度と金属板６３の表面温度とは実質的に等しい。また、図７には示していないが、モールド物品６１の内部温度を測定する温度センサも備えている。これら温度に関するデータは後述する温度制御装置に送られる。

次に、フィラメント・グリッド給電部７０は、図７に示すように、フィラメント・グリッドモールド体７１と、このフィラメント・グリッドモールド体７１の一面に取付けられたフィラメント・グリッド用ヒータ７２とからなる。必要に応じてこのフィラメント・グリッド用ヒータ７２が取付けられている面と対向する面に同様な別のフィラメント・グリッド用ヒータを取付けても勿論よい。図７には示していないが、フィラメント・グリッドモールド体７１にもその表面の温度、内部の温度をそれぞれ測定する温度センサを備える。なお、高電圧昇圧部８０については、その周囲温度が変化してもこの部分の電子部品や回路は出力高電圧の安定性に実質的に影響を与えないので、いかなるヒータも設けていない。

次に、図９によって温度制御装置９０及び関連する構成について説明する。この温度制御装置９０はマイコンなどを備え、モールド物品６１用の温度調整用ヒータ６５、６６の電力制御、初期加熱用ヒータ６７の駆動、フィラメント・グリッド用ヒータ７２の駆動を行う。温度制御装置９０は、直流入力端子９１、９１′から、例えば、ＤＣ２４Ｖの直流電圧を受けて動作する。そして、温度制御装置９０は、必要な種々の設定が行われた状態で、信号端子９２、９２′から直流高電圧電源装置の運転オン信号をＩ／Ｏ入力端子９３に受信すると、Ｉ／Ｏ出力端子９４から信号を出力して、第１のリレーコイル９５Ａ、第２のリレーコイル９５Ｂを付勢する。第１、第２のリレーコイル９５Ａ、９５Ｂが付勢されると、その第１のリレー接点９５′Ａ、第２のリレー接点９５′Ｂが閉じ、これに伴い、第１のリレー接点９５′Ａに直列接続されている初期加熱用ヒータ６７、第２のリレー接点９５′Ｂに直列接続されているフィラメント・グリッド用ヒータ７２に、入力端子９１、９１′から電流が流れ始め、前述した直流出力電圧検出部６０、フィラメント・グリッド給電部７０をそれぞれ加熱し始める。

また、温度制御装置９０は、信号端子９２、９２′から高安定度電源装置の運転オン信号をＩ／Ｏ入力端子９３に受信すると、Ｄ／Ａ出力端子９６から前述の温度調整用ヒータ６５、６６に電流を流す。このとき温度調整用ヒータ６５、６６に供給される電流は、その最大の供給電流を１００％とすると、その半分である５０％の電流値に制御される。ただし、この時点で必ずしも温度調整用ヒータ６５、６６に電力が供給される必要はなく、直流出力電圧検出部６０が飽和温度の予想値でほぼ安定する時点以前の任意の時点で、電力供給が開始されて、温度調整用ヒータ６５、６６が加熱動作を開始しても良い。

Ａ／Ｄ入力端子９７には、直流出力電圧検出部６０の周囲の温度を検出する温度センサＳ１、Ｓ２、直流出力電圧検出部６０の内部の温度を検出する温度センサＳ３、直流出力電圧検出部６０の表面温度、つまり前述の金属板６３の温度を測定する温度センサＳ４、Ｓ５、フィラメント・グリッド給電部７０の内部の温度を検出する温度センサＳ６、フィラメント・グリッド給電部７０の表面の温度を検出する温度センサＳ７からの温度検出値が入力される。これらの温度検出値は温度データとして温度制御装置９０に入力される。なお、予備の温度センサＳ８も備えられている。ここで、直流出力電圧検出部６０の内部の温度とはモールド体の比較的中心部に近い箇所の温度を言い、好ましくは図１１に示した高電圧抵抗器Ｒ１の近傍の温度がよい。

次に、図１０を用いて前述した直流出力電圧検出部６０、及びこれを用いた高安定度電源装置の温度制御について説明する。先ず、各温度センサＳ１〜Ｓ７からのアナログ温度データがＡ／Ｄ入力端子９７に入力され（ステップ１、以下ではステップをＳｔで表す。）、それらはディジタル温度データに変換される。ここで、温度センサＳ１、Ｓ２の温度検出値は平均化され、その平均値が周囲温度Ｔａとされる。また、金属板６３の温度を測定する温度センサＳ４、Ｓ５の温度検出値は平均化され、その平均値が直流出力電圧検出部６０の表面温度とされる。以後、同じである。

そして、これら温度検出信号が図示しないマイコンに読み込まれ（Ｓｔ２）、直流高電圧電源装置が前述のようにして起動され、運転オン信号がＩ／Ｏ入力端子９３に入力される（Ｓｔ３）と、直流出力電圧検出部６０（モールド物品６１）、フィラメント・グリッド給電体７１の飽和温度の予想値を不図示のマイコンに設定する（Ｓｔ４）。直流出力電圧検出部６０の飽和温度の予想値は、周囲温度を目安として実験から予め求め、確認されている飽和温度データから、温度センサＳ１とＳ２によって検出された周囲温度Ｔａの検出値に基づいて求められる。

次に、タイマ機能を働かせ、初期加熱用ヒータ６７とフィラメント・グリッド用ヒータ７２とをオンさせると共に、温度調整用ヒータ６５、６６をオンさせて、加熱動作を開始させる（Ｓｔ５）。このタイマ機能によって、Ｉ／Ｏ出力端子９４は、オン時間が経過するまで初期加熱用ヒータ６７へ電力の供給を行わせる信号を出力する。また、タイマ機能によって、Ｉ／Ｏ出力端子９４は、そのオン時間が経過するまでフィラメント・グリッド用ヒータ７２へ電力の供給を行わせる信号を出力する。フィラメント・グリッド用ヒータ７２の加熱によってフィラメント・グリッド給電部７０の表面温度は急激に上昇し、フィラメント・グリッド用ヒータ７２のオフによってその表面温度は急激に下降を始め、従来に比べて短い時間で飽和温度に向かって減少する。

つまり、初期加熱用ヒータ６７、フィラメント・グリッド用ヒータ７２は無制御で１００％出力の状態でそれぞれ予め設定された時間だけ加熱を行い（Ｓｔ６）、タイマを停止させ、初期加熱用ヒータ６７、フィラメント・グリッド用ヒータ７２を順次オフにする（Ｓｔ７）。初期加熱用ヒータ６７、フィラメント・グリッド用ヒータ７２それぞれの発熱によって、直流出力電圧検出部６０、フィラメント・グリッド給電部７０それぞれの表面温度は短時間で上昇し、その熱が熱伝導によって電気絶縁被覆材料の内部まで伝わり、それによりモールドされている抵抗器、電子回路の発する熱の働きなどもあって、短い期間にそれぞれの飽和温度に近い予想値で安定する。そして、直流出力電圧検出部６０、フィラメント・グリッド給電部７０それぞれの内部温度も、表面温度と同様に短時間で上昇すると共に、従来に比べて短い時間で温度安定領域に近づく。

Ｄ／Ａ出力端子９６は、ほぼ５０％の出力で温度調整用ヒータ６５、６６を動作させる（Ｓｔ７）。温度調整用ヒータ６５、６６の加熱動作は、初期加熱用ヒータ６７のオンと同時に開始する。前記設定時間の経過により、初期加熱用ヒータ６７がオフして加熱動作を停止しても、温度調整用ヒータ６５、６６はそのまま５０％出力で加熱動作を行う。ここで、温度調整用ヒータ６５、６６は必ずしも初期加熱用ヒータ６７と同時にオンすることはなく、初期加熱用ヒータ６７がオフするまでに、加熱動作に入っていればよい。そのときには、５０％出力まで徐々に増大するソフトスタート起動であってもよい。

そして、直流出力電圧検出部６０の表面温度がその飽和温度の予想値付近で安定すると（Ｓｔ８）、温度制御装置９０はその安定した値を制御目標値として、温度調整用ヒータ６５、６６をフィードバック制御し（Ｓｔ９）、検出温度が前記制御目標値よりも低ければ（Ｓｔ１０）、温度調整用ヒータ６５、６６への出力電力を大きくし（Ｓｔ１１）、検出温度が前記制御目標値よりも高ければ（Ｓｔ１０）、温度調整用ヒータ６５、６６への出力電力を小さくして（Ｓｔ１２）、直流出力電圧検出部６０を飽和温度の前記予想値で安定させる。したがって、周囲温度の変化にかかわらず、温度調整用ヒータ６５、６６が直流出力電圧検出部６０の表面の温度を一定に保持し、このことが直流出力電圧検出部６０の内部をその飽和温度に保持する。つまり、図１１の出力電圧検出手段１０６の温度を高い精度で一定に維持するので、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が高い精度で一定に保持される。

実施形態２の高安定度電源装置によれば、インバータ回路の駆動信号の周波数を決定する信号の周波数が周囲温度変化に対して安定であると同時に、出力電圧検出手段の抵抗値が周囲温度の変化に対してやはり極めて安定である。したがって、インバータ回路の駆動信号の周波数が温度変化に対して極めて安定であり、かつ出力電圧検出信号が温度変化に影響されない精度の高い検出値を呈するので、前記駆動信号は周囲の温度変化に影響されずに高安定となり、より一層高安定度の高電圧直流電圧を出力することができる。実施形態１、２では高電圧電子管用の高安定度電源装置について述べたが、本発明はインバータ回路の駆動周波数を決定する信号を出力する手段を有する低電圧電源装置又は高電圧電源装置の全てに適用できるのは勿論である。なお、図１２に示した発振器１２０に相当する発振器６を恒温室ユニット３内へ収納する例を述べたが、必要に応じて図１２における鋸歯状波発生器１２１、更にはコンパレータ１２２をも恒温室ユニット３内へ収納しても構わない。なお、以上の実施形態ではインバータ回路が発生するスイッチングノイズを極力小さくするために、インバータ回路を振幅制御してドロッパ作用をさせたが、通常のインバータ回路のようにスイッチング素子をオフ状態と飽和領域とでパルス幅制御動作をさせるパルス幅制御などのスイッチング制御でもよい。

本発明の実施形態１に係る高安定度電源装置の恒温室ユニット部分を示す図面である。 実施形態１に係る高安定度電源装置の外観の概略を示す図面である。 実施形態１に係る高安定度電源装置における低電圧部のプリント基板の配置の概要を示すブロック図である。 恒温室ユニット部分を説明するための図面である。 恒温室ユニット部分の一部分を説明するための図面である。 本発明と従来例とのエミッション電流安定度を示す図である。 本発明の実施形態２に係る高安定度電源装置の高電圧部分を説明するための図である。 実施形態２に係る高安定度電源装置における出力電圧検出部を破断線Ｘ−Ｘ’で切断した断面図である。 実施形態２に係る高安定度電源装置における出力電圧検出部のなどの温度制御を説明するための図である。 実施形態２に係る高安定度電源装置の温度制御を説明するためのフローチャートである。 実施形態１に適用される高安定度電源装置の回路構成の一例を示す図である。 実施形態１の高安定度電源装置に用いられる電力制御の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・ケース
２・・・断熱シート
３・・・恒温室ユニット
３Ａ・・・恒温室ユニット３の側壁
４、７・・・電子部品
５、８・・・プリント基板
６・・・発振器
９・・・温度制御回路
１０、１１・・・ネジ端子
１２・・・支柱部材
１３・・・金属膜
１４・・・周波数調整用手段
１５・・・温度調整用手段
１５Ａ、１５Ｂ・・・第１、第２の温度調整手段
１５ａ、１５ｂ・・・第１、第２の演算増幅器
１６、１７・・・スリット
１８・・・断熱シート
２１・・・第１の筐体
２１Ａ・・・筐体２１の天板
２１Ｂ・・・筐体２１の底板であるシャーシ
２２・・・第２の筐体
３１・・・入力電源用基板
３２・・・加熱用電源基板
３３・・・制御用基板
３４・・・インバータ用基板
３５・・・制御電源用基板
４１・・・第１の入力配線
４２・・・３端子レギュレータ
４３・・・温度センサ
４４・・・基準電圧源
４５、４６・・・第１、第２の誤差増幅器
４７・・・起動用ヒータ
４８・・・微調整用ヒータ
４９・・・第２の入力配線
５０、５１・・・第１、第２の発振器
５２、５３・・・第１、第２の出力信号配線
５４、５６・・・電流制限用抵抗
５５、５７・・・発光ダイオード
６０・・・直流出力電圧検出部
６１・・・モールド物品
６２・・・導電膜
６３・・・金属板
６４・・・コンパウンド層
６５、６６・・・温度調整用ヒータ
６７・・・初期加熱用ヒータ
６８・・・断熱材料層
７０・・・フィラメント・グリッド給電部
７１・・・フィラメント・グリッドモールド体
７２・・・フィラメント・グリッド用ヒータ
８０・・・高電圧昇圧部
９０・・・温度制御装置
９１、９１′・・・直流入力端子
９２、９２′・・・信号端子
９３・・・Ｉ／Ｏ入力端子
９４・・・Ｉ／Ｏ出力端子
９５Ａ、９５Ｂ・・・第１、第２のリレーコイル
９５′Ａ、９５′Ｂ・・・第１、第２のリレー接点
９６・・・Ｄ／Ａ出力端子
９７・・・Ｄ／Ａ入力端子
１０１・・・商用交流電源
１０２・・・第１のコンバータ
１０３・・・第１のインバータ回路
１０４・・・高電圧トランス
１０５・・・直流高電圧発生回路
１０６・・・出力電圧検出手段
１０７・・・第１の制御回路
１０８・・・第２のコンバータ
１０９・・・第２のインバータ回路
１１０・・・高電圧絶縁トランス
１１１・・・整流回路
１１２・・・第２の制御回路
１１３・・・第３のコンバータ
１１４・・・第３のインバータ回路
１１５・・・高電圧トランス
１１６・・・高電圧整流回路
１１７・・・第３の制御回路
１２０・・・発振器
１２１・・・制御信号生成回路
１２２・・・駆動回路
Ｒ１・・・高電圧抵抗器
Ｒ２・・・電圧検出用抵抗器
ＥＥ・・・電子管
Ｓ１〜Ｓ８・・・温度センサ
ｇ１〜ｇ３・・・信号
Ｖ１〜Ｖ３・・・直流電圧
Ｅ１、Ｅ２・・・基準電圧信号
Ｉ１、Ｉ２・・・電流
Ｍ・・・電気絶縁被覆材料
Ｆ・・・フィラメント
Ｇ・・・グリッド
Ａ・・・アノード
ＨＶ・・・高電圧昇圧部モールド
ＦＧ・・・フィラメント・グリッド給電部モールド
Ｑ１・・・スイッチング素子

Claims (12)

1. 直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の出力側に１次巻線が接続されたトランスと、該トランスの２次巻線に接続された整流装置と、前記インバータ回路の駆動信号の周波数を決定する発振器と、前記整流装置の出力に高電圧抵抗器と電圧検出用抵抗器とを直列接続してなる出力電圧検出用手段とを備え、前記発振器と該発振器の周囲温度を制御する温度制御回路とが単一の恒温室ユニット内に収納され、前記恒温室ユニット内の温度制御を行い、前記発振器の発振周波数を安定化して高安定度の直流電圧を出力する高安定度電源装置であって、
   前記出力電圧検出用手段は電気絶縁被覆材料でモールドされてモールド物品となっており、
   該モールド物品の外面の２面以上を覆う導電性の良好な熱伝導材料手段と、該熱伝導材料手段の外面に設けられて、該熱伝導材料手段の温度を制御する温度制御手段と、前記熱伝導材料手段の外面に設けられて、該熱伝導材料手段の温度を検出する温度検出手段とを備え、
   前記温度制御手段の温度を制御して、前記熱伝導材料手段の温度を一定に保って前記出力電圧検出用手段の温度を一定に保持し、
   前記インバータ回路の前記駆動信号の周波数を高度に安定化することを特徴とする高安定度電源装置。
2. 請求項１において、
   前記温度制御手段は、初期加熱用ヒータとこれよりも電力容量の小さい温度調整用ヒータとからなり、予め設定した時間だけ前記初期加熱用ヒータを無制御で運転して、予め設定した電力量を供給することを特徴とする高安定度電源装置。
3. 請求項２において、
   前記予め設定した時間は、前記電気絶縁被覆材料をその飽和温度の予想値まで温度上昇又は降下させるのに必要な熱量に基づいて求められることを特徴とする高安定度電源装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
   前記発振器を構成する電子部品が第１のプリント基板に搭載され、
   前記温度制御回路を構成する電子部品が第２のプリント基板に搭載されていることを特徴とする高安定度電源装置。
5. 請求項４において、
   前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とに対してそれぞれ独立した電源から電力を供給するように構成したことを特徴とする高安定度電源装置。
6. 請求項４又は請求項５において、
   前記発振器と前記温度制御回路との間には静電遮蔽体が備えられていることを特徴とする高安定度電源装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
   前記恒温室ユニットの壁部を通して、前記発振器に直流電力を給電する第１の入力配線と、前記温度制御回路に直流電力を給電する第２の入力配線とが前記恒温室ユニット内に導入されると共に、前記発振器の高安定度発振信号を送信する出力配線が導出されていることを特徴とする高安定度電源装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
   前記発振器が出力する高安定度発振信号の周波数を調整する周波数調整用手段と、前記温度制御回路の温度を調整する温度調整用手段とを備え、
   前記恒温室ユニットの壁部にはスリットが形成されており、
   前記スリットから前記周波数調整用手段と前記温度調整用手段とを調整することを特徴とする高安定度電源装置。
9. 請求項８において、
   前記周波数調整用手段と前記温度調整用手段との調整後に前記スリットを断熱シートで塞ぐことを特徴とする高安定度電源装置。
10. 請求項８又は請求項９において、
    前記温度制御回路は、前記恒温室ユニット内の温度に対応する電圧信号を出力する温度センサと、設定温度に対応する基準電圧信号を与える基準電圧源と、前記電圧信号と前記基準電圧信号との誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、該誤差増幅器からの前記誤差増幅信号により発熱が調整されるヒータ部材とを備え、
    前記温度調整用手段を調整することによって前記誤差増幅器の前記誤差増幅信号が調整され、前記恒温室ユニット内の温度が前記設定温度に保持されることを特徴とする高安定度電源装置。
11. 請求項１０において、
    前記ヒータ部材は、起動用ヒータと微調整用ヒータとからなり、前記恒温室ユニット内の温度が前記設定温度よりも低い目標温度に達したときには、前記起動用ヒータをオフさせ、前記微調整用ヒータの発熱で前記恒温室ユニット内の温度を前記設定温度に維持することを特徴とする高安定度電源装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載された高安定度電源装置により駆動される高電圧電子管を備える高電圧電子管装置において、
    前記インバータ回路の交流出力電圧は前記トランスによって交流高電圧に昇圧され、その昇圧された交流高電圧は前記整流回路によって直流高電圧に変換され、前記高電圧電子管のアノードと、フィラメント及びグリッドからなるカソードとの間に印加されることを特徴とする高電圧電子管装置。

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