JP4939866B2 - 直流高電圧発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子銃やイオンビーム発生装置、電子顕微鏡などで電子ビームを加速する際に用いる直流高電圧発生装置に関するものである。

電子銃やイオンビーム発生装置、電子顕微鏡などで電子ビームを加速する際に用いる直流高電圧発生装置では、交流電圧を直流高電圧に変換する回路として多段倍電圧整流回路が用いられており、この多段倍電圧整流回路の代表的なものとして、コッククロフト・ウォルトン回路（以下、ＣＷ回路と略す）が知られている。

ＣＷ回路は、その回路構成によって、通常のＣＷ回路であるシングル形、それを２個組み合わせた形の対称形、或いは直流側、交流側双方とも対称的に接続された回路構成のバランス形、さらにはシングル形、対称形において最初の交流コンデンサとダイオードを省略したインバース形、対称インバース形と呼ばれる回路等、さまざまな構成がある。

対称形ＣＷ回路は、シングル形ＣＷ回路に比べて電圧降下やリップルが小さい特徴を持ち、大電流容量が必要とされる場合に用いられることが多い。また、インバース形ＣＷ回路においては、交流コラムコンデンサが１個少ないため出力電圧が若干低くなるが、負荷時の電圧降下が小さい特徴を持つ。そして、これらの回路方式は用途に応じて選択されるのが通常である。

ところで、このＣＷ回路を用いた従来の直流高電圧発生装置として、例えばコンデンサとダイオードからなる倍電圧昇圧回路ごとに同一形状の絶縁基板に配置し、これを複数段階積み重ねてＣＷ回路を構成すると共に、可撓性の絶縁樹脂でモールドすることにより、上記ＣＷ回路における放電の発生を防止し、上記絶縁基板間の距離を短縮して装置の小型化を実現したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の従来の直流高電圧発生装置として、高電圧発生装置の外側或いは内側における放電から、高電圧発生装置に用いられる電気回路部品をシールドするための導電性のシールド部材を電気回路部品間に設けることにより、高電圧発生装置に用いられる電気回路部品間に放電が発生した場合でも電気回路部品への直接放電を回避し、電気回路部品の破損、焼損を回避すると共に、電気回路部品間の絶縁空間を小さくして小型化を実現したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−３１２３００号公報（要約の欄、図１） 特開２００５−２２８４９４号公報（要約の欄、図２）

しかし、上記特許文献１に開示された直流高電圧発生装置は、各段階の絶縁基板を同一形状で構成しているため、外周容器との絶縁は最も電圧の高い高圧部の電圧を考慮する必要があり、低圧部は過剰な絶縁耐圧を有することとなって、装置の小型化にとって不利である。また、高圧回路全体と各段階に配置された電気回路部品全体を樹脂モールド材で一体成形しており、装置全体の重量が重くなるという問題もある。

また、上記特許文献２に開示された直流高電圧発生装置は、電気回路部品への直接放電を回避し、電気回路部品の破損・焼損を回避することを目的としているが、完全に放電を防止することができず、更に、ＣＷ回路全体の出力インピーダンスは一般の電源装置に比べて高いものであるから、ＣＷ回路で放電が発生すると、その電荷量が多ければ出力電圧に過大なリップル電圧が発生してしまう問題がある。一方、電気回路部品相互間や電気回路部品と外周容器の距離を大きくすると絶縁効果が高まり、放電が減少することが考えられるが、装置全体が大型化する問題が伴う。

この発明は、上記従来技術の問題点を解決するために成されたもので、絶縁耐圧を確保するとともに装置内の空間を有効利用する構造を得て、直流高電圧発生装置の装置規模の小型化を実現することを目的とするものである。

この発明に係る直流高電圧発生装置は、コンデンサとダイオードを有する昇圧回路をモールドして構成されるモールドブロックを絶縁基板上に配置するとともに、上記絶縁基板を複数段積み重ねることにより構成された多段倍電圧整流回路を備え、上記多段倍電圧整流回路が外周容器内に設置される直流高電圧発生装置において、上記モールドブロックは、上記複数段のうち高電圧となる段を、低電圧となる段より小さく構成するとともに、上記絶縁基板は、各段毎に大きさを異ならせるものである。

この発明によれば、多段倍電圧整流回路の各段階間および高電圧端子と外周容器間との絶縁耐圧が確保できることにより、装置内の空間を有効利用する構造が得られ、直流高電圧発生装置の装置規模の小型化が実現できる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る直流高電圧発生装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態においては、対称インバース形ＣＷ回路を例に挙げて説明するが、他の形態のＣＷ回路であっても良く、また、一例として１３倍昇圧の対称インバース形ＣＷ回路を有する直流高電圧発生装置について説明するが、これに特定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の直流高電圧発生装置に使用される１３倍昇圧の対称インバース形ＣＷ回路図、図２は、実施の形態１の直流高電圧発生装置を示す断面図で、図２（Ａ）は正面から見た断面図、図２（Ｂ）は側面から見た断面図である。

先ず、図１により実施の形態１に使用される対称インバース形ＣＷ回路について説明する。図１において、対称インバース形ＣＷ回路１はインバータ回路１０１に接続された２個の昇圧トランス１０２ａ、１０２ｂに接続される。インバータ回路１０１は１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの高周波で駆動されるハーフブリッジ構成、又はフルブリッジ構成等のものであり、これらはいずれも広く知られているので詳細説明を省略する。

昇圧トランス１０２ａと１０２ｂは、インバータ回路１０１の出力を数十倍に昇圧するトランスであり、それぞれの１次巻線ｔ１ａ、ｔ２ａ、２次巻線ｔ１ｂ、ｔ２ｂを有し、２次巻線ｔ１ｂ、ｔ２ｂは互いに直列になるように接続されている。各巻線の極性は黒点で示されており、２次巻線ｔ１ｂ、ｔ２ｂは黒点側同士が接続されている。昇圧トランス１０２ａの２次巻線ｔ１ｂの双方の端子が対称インバース形ＣＷ回路１の入力端子Ｔ１、Ｔ２となり、昇圧トランス１０２ｂの２次巻線ｔ２ｂの双方の端子が対称インバース形ＣＷ回路１の入力端子Ｔ２、Ｔ３となる。なお、入力端子Ｔ２は固定電位に接続されている。

対称インバース形ＣＷ回路１は、複数のダイオードと複数のコンデンサを絶縁基板上に配置して構成される。既に説明したように、対称インバース形ＣＷ回路１は、最初の交流コラムコンデンサとダイオードが省略されているので、初段は単純に整流回路部１１を構成する。この整流回路部１１を構成する直流コラムコンデンサＣａとダイオードＤａ１、Ｄａ２に、直流コラムコンデンサＣｂ１、交流コラムコンデンサＣｂ２、Ｃｂ３とダイオードＤｂ１〜Ｄｂ４からなる倍電圧昇圧回路部１０が段階的に複数積み重ねられ、これらが結合されて多段倍電圧整流回路が構成される。一般に、整流回路部１１の直流コラムコンデンサＣａの容量は、倍電圧昇圧回路部１０の直流コラムコンデンサＣｂ１の２倍の容量に設定される場合が多い。

対称インバース形ＣＷ回路１の出力電圧は、負荷の短絡保護用としての抵抗体、即ち、負荷短絡保護抵抗３を介して高電圧出力Ｖとして取り出され、例えば、電子ビーム発生用の高電圧として利用される。この時、高電圧出力Ｖは、昇圧トランス１０２ａ、１０２ｂの出力電圧波高値をｖ_０とすると、Ｖ＝（２ｎ＋１）ｖ_０と表される。ただし、ｎは倍電圧整流回路部１０の直列数を示し、例えば、倍電圧整流回路部１０の総直列数が６であれば、この対称インバース形ＣＷ回路は１３倍昇圧回路ということになる。

また高電圧出力は、この出力電圧を検出するために並列に接続された抵抗１０５とコンデンサ１０６を多数直列接続した電圧検出回路２に接続される場合が多い。

なお、対称インバース形ＣＷ回路１の構成部品の各単体は低い耐圧の部品であるが、昇圧されて出力端子に近づくにつれて高電圧となる。このため対称インバース形ＣＷ回路１の低電圧部と高電圧部との間に大きな電位差が生じ、これらの電界の不一致により、各端子間あるいは高圧部と外周容器間で放電が発生し易くなる。このような放電の発生を防ぐために絶縁耐圧を十分に確保する必要があり、部品実装方法や絶縁技術について工夫が施される。

対称インバース形ＣＷ回路１は上記のように構成されており、次に、この対称インバース形ＣＷ回路１を用いた直流高電圧発生装置の実施の形態１について、図２（Ａ）および図２（Ｂ）により、その構成を説明する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、直流高電圧発生装置の対称インバース形ＣＷ回路１は円筒形状の外周容器２００の中に設置され、容器底部の底板８０に配置された昇圧トランス１０２ａ、１０２ｂの出力を、段階的に複数積み重ね、それらを結合した昇圧回路により昇圧する構造となっている。対称インバース形ＣＷ回路１を構成する各段階は、４本の絶縁スペーサ９０ａ〜９０ｄを介して略等間隔に積み重ねられ、その最上段に電圧検出回路２と負荷短絡保護抵抗３が配置される。また、外周容器２００はＧＮＤ電位に接地されている。

樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄは、硬質の樹脂、例えばガラスエポキシ樹脂製等の絶縁基板２０ａ〜２０ｄ上に配置されており、最下段の樹脂モールドブロック３０ａには、最初の整流回路部１１と２つの倍電圧昇圧回路部１０、次段の樹脂モールドブロック３０ｂには２つの倍電圧昇圧回路部１０、その上段の樹脂モールドブロック３０ｃおよび３０ｄには、それぞれ１つの倍電圧昇圧回路部１０が構成されている。

樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄは、絶縁基板、例えばプリント基板上に配置されたコンデンサとダイオードで構成される。例えば、樹脂モールドブロック３０ｄを詳細に示すと、図３に示すようにプリント基板１１０上に配置されたダイオードＤｂ１〜Ｄｂ４と、直流コラムコンデンサＣｂ１、交流コラムコンデンサＣｂ２およびＣｂ３とから構成される。対称インバース形ＣＷ回路１を構成するそれぞれのコンデンサには大型で大容量のものを１個用いても良いが、小型のコンデンサを複数個並列に接続して用いれば、比較的コンデンサの配置が自由になるため、より樹脂モールドブロック３０ｄを小型化できるメリットがある。

特に図３では直線状に小型コンデンサを配列しているが、多数に分散される小型コンデンサは必ずしも直線状である必要は無く、プリント基板１１０のスペースに応じて適宜形状を変化させて配置してもよい。例えばプリント基板１１０が円形である場合は、プリント基板１１０の形状に合わせて円形状（交流コラムコンデンサＣｂ２、Ｃｂ３のうち中央部に配列されているコンデンサを外側寄り、端部に近いコンデンサは内側寄り）に配置してもよい。この場合、円筒形状で設置されている外周容器２００に対しておよそ等距離まで部品を配置することができるため、プリント基板１１０の面積を最大限に広げた設計が可能となる。

一方、図３において、例えば交流コラムコンデンサＣｂ２の端子部付近とダイオードＤｂ１のカソード部分、あるいはダイオードＤｂ３のアノード部分との絶縁破壊が懸念される場合、交流コラムコンデンサＣｂ２の端部をダイオードＤｂ１、Ｄｂ３から離すように、例えば、弓なり形状に配置してもよい。勿論、交流コラムコンデンサＣｂ３とダイオード部Ｄｂ２、Ｄｂ４との関係も同様である。これにより端子部分（あるいはコンデンサ部の端部とダイオード部の端部）の絶縁距離を十分取ることができる。

勿論、図３に示すような直線状の配置には、部品実装などが容易に行えるという利点がある。尚、外側容器２００に対して絶縁距離を確保するため、並列接続されたコンデンサの高電圧側の端子が、プリント基板１１０の中央部に向かって配置されるのがより好ましい。例えば出力端子７０ａは出力端子７０ｄよりも低電圧であることが望ましい。

コンデンサＣｂ１、Ｃｂ２およびＣｂ３の端子間、及び各コンデンサと各ダイオードとの間には絶縁距離が空間的に確保されるように、プリント基板１１０上に間隙を設けている。これら部品をプリント基板１１０上にハンダ付けにて固定し、部品間は銅パターンで電気的に接続する。樹脂モールドブロック３０ｄの出力端子７０ａ〜７０ｆは高耐圧配線ケーブル、若しくは端子台を介した高耐圧配線ケーブルとしており、換言すれば高耐圧配線ケーブルの端部ごと樹脂モールドした構造としている。

モールド化は、例えばアクリルなどの容器内に部品、高耐圧配線ケーブルが接続されたプリント基板１１０を挿入し、樹脂モールド材を流し込んで行う。この時、容器からは配線ケーブルの一端が突出した状態でのモールドとなる。モールド液が固まった後、容器から樹脂モールドブロック３０ｄとして取り外して使用する。あるいは容器ごと樹脂モールドブロック３０ｄとして使用してもよい。容器にアクリルなどの半透明な材質を利用すれば、モールドの充填状況および気泡の有無を確認できるなどのメリットがある。

図４は樹脂モールドブロック３０ｄと３０ｃの上下段階の接続図を示す。配線ケーブルを用いればモールド後の各樹脂モールドブロック３０ｄ、３０ｃの接続が容易である。上下段階の樹脂モールドブロック３０ｄ、３０ｃは、上記樹脂モールドブロック３０ｄ、３０ｃより突出した高耐圧配線ケーブル７０ａ、７０ｆを上下段階で接続端子７５によって接続することにより接続される。上記高耐圧配線ケーブル７０ａ、７０ｆは高耐圧の接続端子７５を用いて接続しても良いが、絶縁を持たせることができれば、高耐圧配線ケーブル７０ａ、７０ｆを直接接続して接続部の外周に高耐圧絶縁テープを巻いたり、あるいは接続部を高耐圧の熱収縮チューブ等で覆う、といった簡易的な方法でもよい。

また、上下段階の接続には、必ずしも高耐圧配線ケーブル７０ａ、７０ｆを用いる必要は無い。本実施の形態の特徴の１つは出力端子の一端をモールド樹脂で硬化し、他端をモールド樹脂から突出させることにある。これを満たすものであればステンレス、銅などの材質でパイプ状のものを形成し、出力端子としてもよい。図５に金属パイプ７６を出力端子とした場合の接続図を示す。特にステンレスは、銅に比べて導電率が低いので、発熱等の問題から一般的に大電流を流すことはできないが、銅に比べ仕事関数が高いので絶縁破壊しにくい。よって高電圧、小電流で、なおかつ上下段階間の距離が短い構造となる本実施の形態においては、ステンレスの使用は非常に有効である。

対称インバース形ＣＷ回路１によって昇圧された高電圧は、最上段の絶縁基板４０上に配置される負荷短絡保護抵抗３を介して取り出され、例えば、電子ビーム発生用の高電圧として利用される。またこの高電圧出力は、負荷短絡保護抵抗３と同様に、最上段の絶縁基板４０上に設置された電圧検出回路２に接続される。この構成により、絶縁空間を小さくすることができるので、直流高電圧発生装置を小型化できることになる。また、電圧検出回路２には対称インバース形ＣＷ回路１の出力に相当する耐圧が必要であるので、並列接続された抵抗１０５とコンデンサ１０６を複数個直列に接続して構成され、最も低電位にある抵抗両端から検出電圧が引き出される。この構成により、電圧検出回路２は、対称インバース形ＣＷ回路１の出力に相当する耐圧が得られる。なお、これらの負荷短絡保護抵抗３と電圧検出回路２は、樹脂モールドブロック３０ｄ、３０ｃと同様に、別々に、あるいは一括してモールドされる。

また、これらの負荷短絡保護抵抗３と電圧検出回路２は、例えば図６に示すように高電圧となる負荷短絡保護抵抗３を中央部に配置し、電圧検出回路２の高電圧側の一部の抵抗１０５とコンデンサ１０６を、絶縁基板の中央部に配置した略円形に配置される。このように高電圧となる部品を絶縁基板の中央部に配置することにより、外周容器２００に対して絶縁が確保されるので、モールド厚を薄くできるとともに、空間を有効利用できる。また外周部に配置された抵抗とコンデンサでは、隣り合う部品間の電圧降下が小さいため、高密度に部品を配置することができる。よって装置を小型・軽量化できるというメリットがある。

また、外周部に配置された電圧検出回路２の抵抗１０５は、図７に示されるように、外周容器２００の中心に向かって円形に並べられ、それぞれの抵抗を接続する際に、外側端子−内側端子−外側端子・・・・となるように接続されるのが好ましい。このような接続にすると隣りあう部品端子間の電位差を最小限にできるので、より高密度に部品を配置することができる。

さらにまた、これらの負荷短絡保護抵抗３と電圧検出回路２は、図８に示すように外周容器２００に対して大きな絶縁距離を必要とする負荷短絡保護抵抗３を円形の中心に配置し、電圧降下に伴って順次電圧検出回路２の抵抗１０５とコンデンサ１０６を外側に向かって配置するような渦巻き状の構成としてもよい。このような配置にすると外周容器２００に対する電界強度を下げることが可能となり、モールド厚が薄くても、外周容器２００に対して絶縁が確保され、空間を有効利用できる。よって装置を小型・軽量化できるというメリットがある。

ここで、対称インバース形ＣＷ回路１の低電圧出力段は、高電圧出力段に比べて外周容器２００に対して大きな絶縁耐圧を必要としない。そのため各段階の樹脂モールドブロックは、対称インバース形ＣＷ回路１の高電圧出力段になるにつれて小さくする。例えば、最下段の樹脂モールドブロック３０ａには、最初の整流回路部１１と２つの倍電圧昇圧回路部１０、次段階の樹脂モールドブロック３０ｂには２つの倍電圧昇圧回路部１０、その上段の樹脂モールドブロック３０ｃおよび３０ｄには、それぞれ１つの倍電圧昇圧回路部１０が配置される。このように高電圧出力段になるにつれて絶縁基板を小さくし、回路部品を外周容器２００の中央部に配置すれば、外周容器２００に対して絶縁が確保されるのでモールド厚を小さくでき、装置を小型・軽量化できるというメリットがある。

また、本実施の形態では絶縁基板２０ａ〜２０ｄの大きさを異ならしている。絶縁破壊は上述のごとく樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄと外周容器２００との間、若しくは樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄ相互間で発生すると考えてよい。すべての絶縁基板の大きさが絶縁基板２０ａに揃えられている場合、樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄ相互間の絶縁はより確保されることになる。具体的には、例えば図２では樹脂モールドブロック３０ｃと３０ｄの間においてその端部から電界が漏れだし、絶縁破壊の生じる可能性があるが、絶縁基板２０ｄの大きさが絶縁基板２０ａのように十分に広ければ電界強度は弱まり絶縁破壊は生じにくくなる。あるいは単純にすべての部材を絶縁基板２０ａに揃えれば生産性が向上するメリットもある。

しかし一方で、樹脂モールドブロック３０ｄと外周容器２００との絶縁破壊を考えるならば、絶縁基板２０ｄ上の縁面を経由して樹脂モールドブロック３０ｄと外周容器２００との間で放電する可能性がある。この場合、絶縁距離確保のためには樹脂モールドブロック３０ｄと外周容器２００との空間的な距離を確保することが望ましい。そのため本実施形態では生成電圧が高くなる上段での絶縁基板の面積を下段に比べて小さくすることで外周容器２００との絶縁破壊を防止している。

外周容器２００との絶縁破壊、モールド樹脂間の絶縁破壊のどちらが支配的であるかは、外周容器２００との距離、外周容器２００の材質、あるいは樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄの距離などに変わってくる。

なお、本実施の形態では整流回路部１１と６段の倍電圧昇圧回路１０で構成された１３倍昇圧の対称インバース形ＣＷ回路を用いて説明したが、対称インバース形ＣＷ回路の昇圧段数は制限されるものではなく、任意の選定が可能である。また本実施の形態では、最初の直流コンデンサコラムとダイオードを含む２段分の昇圧回路、次段の樹脂モールドブロック３０ｂには２段分の昇圧回路、その上段の樹脂モールドブロック３０ｃおよび３０ｄには、それぞれ１段分の昇圧回路を配置したが、各々の樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄに含まれる昇圧回路の数も制限されるものではない。

実施の形態２．
次に、実施の形態２の直流高電圧発生装置について説明する。図９は実施の形態２に係る直流高電圧発生装置を示す正面断面図である。尚、本実施の形態では基本的な構成は実施の形態１と同等であるので、同一部分を同一符号にて表記しており、各段階の絶縁基板の大きさと配置の仕方、および各段階の樹脂モールドブロックが同一形状である点を除けば、作製方法、接続方法、及び電圧検出回路２と負荷短絡保護抵抗３の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態は、特に図９に示すように、絶縁基板２１ａ〜２１ｄの大きさをそれぞれ異ならせ、１段階ごとに大・小・大・・・と交互に配置している。絶縁破壊に際しては樹脂モールドブロック３１ａ〜３１ｄ相互間、樹脂モールドブロック３１ａ〜３１ｄと外周容器２００との間で生じやすいことはすでに説明したとおりである。特に絶縁基板２１ａ〜２１ｄを使用する場合、絶縁基板２１ａ〜２１ｄのエッジ（端部）に電界強度が集中してコロナ放電が発生しやすく、樹脂モールドブロック３１ａ〜３１ｄ相互間で絶縁破壊してしまう場合がある。このとき絶縁基板同士のエッジを極力離すことで絶縁強度が確保できることが判明した。これは例えば実施の形態１で述べたように上部にいくほど絶縁基板の大きさを単調減少的に小さくするような構造でもよい。少なくとも絶縁基板面積を同一にするよりもエッジ間の距離は広げられる。しかしながらこれでは空間が有効に利用しにくいという課題がある。

そこで本実施の形態では交互に絶縁基板２１ａ〜２１ｄの大きさを異ならせている。このような構成とすれば絶縁基板２１ａ〜２１ｄのエッジ間は確保しつつ空間を有効に利用することができる。具体的には例えば最上段の絶縁基板２１ｄの大きさを確保することができるため、最上段の部品点数を増やした回路構成が可能となる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３の直流高電圧発生装置について説明する。実施の形態１では、特に樹脂モールドブロックごとに対称インバース形ＣＷ回路の段数を異ならせた直流高電圧発生装置について説明した。特に電圧検出回路２は、対称インバース形ＣＷ回路とは別に最上段の絶縁基板４０に別途構成している。これは昇圧回路、電圧検出、と機能分離の観点から管理しやすい構成ではあるが、それぞれの段階ごとに構成が異なるため生産性が悪いという課題がある。特に樹脂モールドブロックはそれぞれのブロックで対称インバース形ＣＷ回路の倍電圧整流回路１０の数が異なるため各ブロック用に製造する必要があった。

そこで本実施の形態では図１０あるいは図１１に示すように、電圧検出回路と昇圧回路を一体化し、全体を樹脂モールド化して樹脂モールドブロック３２ａ〜３２ｄとしている。図１０は樹脂モールドブロック３２ａ〜３２ｄの正面断面図であり、図１１は樹脂モールドブロック３２ａ〜３２ｄを上面から見た部品配置図であるが、図３の部品配置にさらに抵抗、コンデンサからなる分圧抵抗ブロック２ａ〜２ｄを昇圧電圧に対応して分散配置した構成としている。この時、出力端子７１ａは、出力端子７１ｂよりも低圧（ＧＮＤ側）であり、出力端子７０ｂ、７０ｅと同じ向きに揃えている。これにより電圧勾配が揃うため絶縁破壊は起こりにくくなる。

このような構成とすれば、すべての樹脂モールドブロック３２ａ〜３２ｄは等しくなるため生産性が向上する。また、実施の形態１では樹脂モールドブロック３０ａ〜３０ｄが、上部に行くほど高圧になるように設計されているにもかかわらず、電圧検出回路２で高圧からＧＮＤまでの急激な電位勾配が存在していたが、本実施形態のような構成とすることで上部に行くほど一方的に高圧になるだけで急激な電位勾配は発生せず、絶縁強度が確保できる。すなわち高耐圧化を図ることができる。

尚、電圧検出回路２は高電圧出力端のモニタであるため、厳密にはこの発明で説明しているごとくＧＮＤと高電圧出力端とを分圧するものでなければならないが、おおよそ各対称インバース形ＣＷ回路で均等に分圧されていると考えれば、各対称インバース形ＣＷ回路内で分圧抵抗を設け電圧をセンシングすることも考えられる。すなわち、出力端子７０ｂと７１ａ、７０ｅと７１ｂとを接続してしまってもよい。あるいは分圧抵抗ブロック２ａを直流コラムコンデンサＣｂ１の直近に配置し、出力端子７０ｂを共有する構成であってもよい。

更にいえば、図１２に示すように、対称インバース形ＣＷ回路の一部が分圧機能を兼ねるような構成でもよい。図１２では、直流コラムコンデンサＣｂ１は並列接続では無く、少なくとも直列接続としており、それぞれのコンデンサに分圧抵抗１０７を並列に接続している。例えば直流コラムコンデンサＣｂ１はフィルムコンデンサなどの比較的大容量のコンデンサとして、出力端子７０ａ−７０ｄ間、７０ｂ−７０ｅ間、７０ｃ−７０ｆ間の合成容量がほぼ均等となるように構成している。すべての対称インバース形ＣＷ回路が理想的に分圧しているとすれば、最下段の整流回路部１１だけでも図１２の構成とし、直列に接続された分圧抵抗１０７の一部をセンシングに利用することで、部品点数を大幅に削減することができる。

以上のように、この発明に係る直流高電圧発生装置は、多段倍電圧整流回路の各段階間および高電圧端子と外周容器間との絶縁耐圧が確保でき、装置内の空間を有効利用する構造を実現することができ、産業上の利用可能性は大なるものである。

この発明の実施の形態１の直流高電圧発生装置に使用される１３倍昇圧の対称インバース形ＣＷ回路図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装置の樹脂モールドブロック配置例を示す図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装置の樹脂モールドブロックの接続例を示す図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装置の樹脂モールドブロックの他の接続例を示す図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装の電圧検出回路の配置例を示す図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装の電圧検出回路の他の配置例を示す図である。 この発明の実施の形態１による直流高電圧発生装の電圧検出回路の更に他の配置例を示す図である。 この発明の実施の形態２による直流高電圧発生装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による直流高電圧発生装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による樹脂モールドブロックの配置例を示す図である。 この発明の実施の形態３による樹脂モールドブロックの他の配置例を示す図である。

符号の説明

１ 対称インバース形ＣＷ回路
２ 電圧検出回路
２ａ〜２ｄ 分圧抵抗ブロック
３ 負荷短絡保護抵抗
１０ 倍電圧昇圧回路部
１１ 整流回路部
２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄ、４０ 絶縁基板
３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄ 樹脂モールドブロック
７０ａ〜７０ｆ、７１ａ、７１ｂ 出力端子（高耐圧配線ケーブル）
７５ 接続端子
７６ 金属パイプ
８０ 底板
９０ａ〜９０ｄ 絶縁スペーサ
１０１ インバータ回路
１０２ａ、１０２ｂ 昇圧トランス
１０５、１０７ 抵抗
１０６ コンデンサ
１１０ プリント基板
２００ 外周容器
Ｔ１〜Ｔ３ 入力端子
Ｃａ、Ｃｂ１ 直流コラムコンデンサ
ｔ１ａ、ｔ２ａ １次巻線
ｔ１ｂ、ｔ２ｂ ２次巻線
Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄａ３、Ｄａ４ ダイオード
Ｃｂ２、Ｃｂ３ 交流コラムコンデンサ

Claims (6)

1. コンデンサとダイオードを有する昇圧回路をモールドして構成されるモールドブロックを絶縁基板上に配置するとともに、上記絶縁基板を複数段積み重ねることにより構成された多段倍電圧整流回路を備え、上記多段倍電圧整流回路が外周容器内に設置される直流高電圧発生装置において、
   上記モールドブロックは、上記複数段のうち高電圧となる段を、低電圧となる段より小さく構成するとともに、上記絶縁基板は、各段毎に大きさを異ならせることを特徴とする直流高電圧発生装置。
2. 上記直流高電圧発生装置の出力端子を検出する電圧検出回路を上記多段倍電圧整流回路の最上段の上側に設けた絶縁基板に配置し、上記電圧検出回路が樹脂モールドされることを特徴とする請求項１に記載の直流高電圧発生装置。
3. 上記電圧検出回路を、並列接続された抵抗とコンデンサを複数個直列接続して構成したことを特徴とする請求項２に記載の直流高電圧発生装置。
4. 上記直流高電圧発生装置の出力電圧を、抵抗体を介して取り出すと共に、上記抵抗体を上記多段倍電圧整流回路の最上段の上側に設けた絶縁基板に配置し、上記抵抗体が樹脂モールドされることを特徴とする請求項１に記載の直流高電圧発生装置。
5. 上記抵抗体の高電圧側を絶縁基板の中央部に配置したことを特徴とする請求項４に記載の直流高電圧発生装置。
6. 上記直流高電圧発生装置の出力電圧を検出する電圧検出回路を、並列接続された抵抗とコンデンサを複数個直列接続して構成し、上記並列接続された抵抗とコンデンサを上記多段倍電圧整流回路の複数の絶縁基板に昇圧電圧に対応して分散配置したことを特徴とする請求項１に記載の直流高電圧発生装置。

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