JP5193795B2

JP5193795B2 - 高電圧発生装置

Info

Publication number: JP5193795B2
Application number: JP2008271084A
Authority: JP
Inventors: 和之指田; 寛史城
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP2010104085A

Description

本発明は、高電圧を発生する高電圧発生装置に関する。

従来、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた高電圧発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３０８８６６号公報

数１０ｋＶから数１００ｋＶ以上の高電圧を発生させる場合、コッククロフト・ウォルトン回路を構成するコンデンサの段数は数１０段となる。また、コッククロフト・ウォルトン回路に用いるコンデンサは１０００Ｖ以上の高耐圧である必要がある。また、この回路が許容する出力リプル値が大きい場合、回路に用いるコンデンサの容量を大きくする必要がある。これらより、コッククロフト・ウォルトン回路に用いるコンデンサは大型の高電圧コンデンサである必要がある。よって、高電圧発生装置は大型になるという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、より小型な高電圧発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、コッククロフト・ウォルトン回路を備えた高電圧発生装置であって、前記コッククロフト・ウォルトン回路は、電気伝導性を有するｍ枚（ｍは２以上の整数）の平行平板の間にそれぞれ誘電体を挟んで構成され、ｉ段目（ｉは１≦ｉ≦ｍ−２を満たす整数）の平行平板と（ｉ＋１）段目の平行平板とこれらに挟まれた誘電体とを含んでなるコンデンサと、（ｉ＋１）段目の平行平板と（ｉ＋２）段目の平行平板とこれらに挟まれた誘電体とを含んでなる前記コンデンサと隣接するコンデンサとが、前記（ｉ＋１）段目の平行平板を共有するように構成された第１および第２のコンデンサ回路と、前記第１および第２のコンデンサ回路の互いに対応する各段の平行平板のそれぞれ同一面側に接続された各１個の端子の間にそれぞれ整流方向が同一となるように第１のダイオードを接続するとともに、前記第２のコンデンサ回路の（ｘ−１）段目（ｘは２≦ｘ≦ｍを満たす整数）の前記平行平板に接続された各１個の端子と前記第１のコンデンサ回路のｘ段目の前記平行平板に接続された各１個の端子とを前記第１のダイオードと整流方向が同一になるように第２のダイオードを接続してなるダイオード直列回路と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の高電圧発生装置において、前記第１および第２のコンデンサ回路は真空中に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、高電圧発生装置をより小型化することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態を説明する。図１は本実施形態における高電圧発生装置の回路図である。この回路はコッククロフト・ウォルトン回路である。図示する例では交流電源１１の両端に、コンデンサを直列接続した第１のコンデンサ回路１２と、第２のコンデンサ回路１３とが接続されている。

第１のコンデンサ回路１２は、直列に接続しているコンデンサＣ１，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ７，・・・，Ｃ（ｎ−１）を含んでいる。なお、ｎは４以上の偶数である。また、コンデンサＣ１を第１のコンデンサ回路１２の１段目のコンデンサとする。また、コンデンサＣ３を第１のコンデンサ回路１２の２段目のコンデンサとする。他のコンデンサＣ５，Ｃ７，・・・，Ｃ（ｎ−１）も同様に、第１のコンデンサ回路１２の３段目，４段目，・・・，（ｎ／２）段目のコンデンサとする。

第２のコンデンサ回路１３は、直列に接続しているコンデンサＣ２，Ｃ４，Ｃ６，・・・，Ｃｎを含んでいる。また、コンデンサＣ２を第２のコンデンサ回路１３の１段目のコンデンサとする。また、コンデンサＣ４を第２のコンデンサ回路１３の２段目のコンデンサとする。他のコンデンサＣ６，Ｃ８，・・・，Ｃｎも同様に、第２のコンデンサ回路１３の３段目，４段目，・・・，（ｎ／２）段目のコンデンサとする。

なお、互いに対応する各段のコンデンサとは、第１のコンデンサ回路１２と第２のコンデンサ回路において、同一の段のコンデンサを示す。例えば、第１のコンデンサ回路１２に含まれるコンデンサＣ１と、第２のコンデンサ回路１３に含まれるコンデンサＣ２とは互いに対応する各段のコンデンサである。

また、第１のコンデンサ回路１２に含まれるコンデンサＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ（ｎ−１）の出力端Ｃ１＿２，Ｃ３＿２，・・・，Ｃ（ｎ−１）＿２と、第２のコンデンサ回路１３に含まれるコンデンサＣ２，Ｃ４，・・・，Ｃｎの出力端Ｃ２＿２，Ｃ４＿２，・・・，Ｃｎ＿２との間において、互いに対応する各段のコンデンサの出力端の間に、それぞれ整流方向が同一となるようにダイオードＤ２，Ｄ４，・・・，Ｄｎが接続されている。

具体的には、ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１の出力端Ｃ１＿２とコンデンサＣ２の出力端Ｃ２＿２との間に、整流方向が出力端Ｃ１＿２から出力端Ｃ２＿２の向きに接続されている。他のダイオードＤ４，Ｄ６，・・・，Ｄｎの接続については図示するとおりである。

また、第２のコンデンサ回路１３に含まれるコンデンサＣ２，Ｃ４，・・・，Ｃｎの入力端Ｃ２＿１，Ｃ４＿１，・・・，Ｃｎ＿１と、第１のコンデンサ回路１２に含まれるコンデンサＣ１，Ｃ３，・・・，Ｃ（ｎ−１）の出力端Ｃ１＿２，Ｃ３＿２，・・・，Ｃ（ｎ−１）＿２との間において、ダイオードＤ２，Ｄ４，・・・，Ｄｎと整流方向が同一となるように、ダイオードＤ１，Ｄ３，・・・，Ｄ（ｎ−１）が接続されている。

具体的には、ダイオードＤ１は、コンデンサＣ２の入力端Ｃ２＿１とコンデンサＣ１の出力端Ｃ１＿２との間に、整流方向が入力端Ｃ２＿１から出力端Ｃ１＿２との向きに接続されている。他のダイオードＤ３，Ｄ５，・・・，Ｄ（ｎ−１）の接続については図示するとおりである。

すなわち、ダイオードＤ１〜Ｄｎは順方向に接続されている。このダイオードＤ１〜Ｄｎにより、図１に示す回路の動作は、交流電源１１の出力が反転する毎にコンデンサの充電経路を変えてＣ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎの順に充電する動作となる。また、この回路において、出力端子１４の出力電圧は、各コンデンサの容量と、個数とによって変わるが、数１０ｋＶから数１００ｋＶである。

次に、図２を参照して本実施形態における第１のコンデンサ回路１２の構成について説明する。第１のコンデンサ回路１２は、ｍ枚の平行平板２１＿１〜２１＿ｍの間に誘電体２２＿１〜２２＿（ｍ−１）を挟んだ構成である。また、平行平板２１＿１〜２１＿ｍには端子２３＿１〜２３＿ｍが接続されている。なお、ｍは２以上の整数である。また、ｍとｎの関係は、ｍ＝（ｎ／２）である。

平行平板２１＿１〜２１＿ｍは、電気伝導性を有する。例えば、平行平板２１＿１〜２１＿ｍは銅板である。誘電体２２＿１〜２２＿（ｍ−１）は誘電体である。この誘電体は、誘電率が高く、耐圧があるものが望ましい。例えば、誘電体２２＿１〜２２＿（ｍ−１）はセラミックである。端子２３＿１〜２３＿ｍはフレキシブル基板であり、平行平板２１＿１〜２１＿ｍにダイオードＤ１〜Ｄｎを接続するための端子である。例えば、端子２３＿１〜２３＿ｍは銅箔である。

図示する例では、平行平板２１＿１と２１＿２との間に誘電体２２＿１を挟み、コンデンサＣ１を構成している。また、平行平板２１＿２と２１＿３との間に誘電体２２＿２を挟み、コンデンサＣ２を構成している。他のコンデンサＣ５，Ｃ７，・・・，Ｃ（ｎ−１）の構成については図示するとおりである。

また、端子２３＿１は、図１の入力端子Ｃ１＿１である。また、端子２３＿２は、図１の出力端子Ｃ１＿２および入力端子Ｃ３＿１である。他の端子と図１の入力端子との関係は図示するとおりである。

次に、図３を参照して本実施形態における第２のコンデンサ回路１３の構成について説明する。第２のコンデンサ回路１３は、ｍ枚の平行平板３１＿１〜３１＿ｍの間に誘電体３２＿１〜３２＿（ｍ−１）を挟んだ構成である。また、平行平板３１＿１〜３１＿ｍには端子３３＿１〜３３＿ｍが接続されている。なお、ｍは２以上の整数である。また、ｍとｎの関係は、ｍ＝（ｎ／２）である。

平行平板３１＿１〜３１＿ｍは、平行平板２１＿１〜２１＿ｍと同様である。また、誘電体３２＿１〜３２＿（ｍ−１）は誘電体２２＿１〜２２＿（ｍ−１）と同様である。また、端子３３＿１〜３３＿ｍは端子２３＿１〜２３＿ｍと同様である。

図示する例では、平行平板３１＿１と３１＿２との間に誘電体３２＿１を挟み、コンデンサＣ２を構成している。また、平行平板３１＿２と３１＿３との間に誘電体３２＿２を挟み、コンデンサＣ４を構成している。他のコンデンサＣ６，Ｃ８，・・・，Ｃｎの構成については図示するとおりである。

また、端子３３＿１は、図１の入力端子Ｃ２＿１である。また、端子３３＿２は、図１の出力端子Ｃ２＿２および入力端子Ｃ４＿１である。他の端子と図１の入力端子との関係は図示するとおりである。

図２に示したとおり、第１のコンデンサ回路１２は、隣接するコンデンサ間で電極を共有している。これにより、従来のコンデンサ単体を直列に接続する構成と比較し、第１のコンデンサ回路１２の体積を小さくすることができる。特に、本実施形態のように多数のコンデンサを直列に接続する場合は、より体積を小さくする効果が大きい。また、図３に示したとおり、第２のコンデンサ回路１３も同様である。よって、本実施形態によれば、高電圧発生装置をより小型化することができる。

また、第１のコンデンサ回路１２と、第２のコンデンサ回路１３との体積を小さくすることができるため、これらを含む高電圧発生装置の高電圧部分を真空中に配置することができる。例えば、高電圧発生装置は真空にすることができる真空容器を備えている。また、高電圧発生装置の高電圧部分は真空容器内に配置されている。この高電圧発生装置において、高電圧部分に電流を流す前に真空容器内を真空にする。真空容器内が真空になった後、電流を流して高電圧発生装置に高電圧を発生させる。真空中では縁面距離を小さくすることができるため、さらに第１のコンデンサ回路１２と第２のコンデンサ回路の体積を小さくすることができる。

また、高電圧発生装置を小型化することができるため、高電圧発生装置を使用する装置を小型化することができる。Ｘ線発生装置に本実施形態の高電圧発生装置を用いた例について図４を参照して説明する。図示する例では、Ｘ線発生装置は、一次電源４１と、電子光学系（ＥＯＳ）４２とを備えている。また、電子光学系４２は高電圧発生装置４２１を備えている。従来では高電圧発生装置を電子光学系に内蔵することはできなかったが、本実施形態の高電圧発生装置を用いることで、図示するとおり、電子光学系４２に高電圧発生装置４２１を内蔵することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の一実施形態における高電圧発生装置の回路図である。本実施形態における第１のコンデンサ回路の構成を示した図である。本実施形態における第２のコンデンサ回路の構成を示した図である。本実施形態における高電圧発生装置を備えたＸ線発生装置の構成を示した図である。

符号の説明

１１・・・交流電源、１２・・・第１のコンデンサ回路、１３・・・第２のコンデンサ回路、１４・・・出力端子、２１＿１〜２１＿ｍ，３１＿１〜３１＿ｍ・・・平行平板、２２＿１〜２２＿（ｍ−１），３２＿１〜３２＿（ｍ−１）・・・誘電体誘電体、２３＿１〜２３＿ｍ，３３＿１〜３３＿ｍ・・・端子、４１・・・一次電源、４２・・・電子光学系、４２１・・・高電圧発生装置、Ｃ１〜Ｃｎ・・・コンデンサ、Ｄ１〜Ｄｎ・・・ダイオード

Claims

コッククロフト・ウォルトン回路を備えた高電圧発生装置において、
前記コッククロフト・ウォルトン回路は、
電気伝導性を有するｍ枚（ｍは２以上の整数）の平行平板の間にそれぞれ誘電体を挟んで構成され、ｉ段目（ｉは１≦ｉ≦ｍ−２を満たす整数）の平行平板と（ｉ＋１）段目の平行平板とこれらに挟まれた誘電体とを含んでなるコンデンサと、（ｉ＋１）段目の平行平板と（ｉ＋２）段目の平行平板とこれらに挟まれた誘電体とを含んでなる前記コンデンサと隣接するコンデンサとが、前記（ｉ＋１）段目の平行平板を共有するように構成された第１および第２のコンデンサ回路と、
前記第１および第２のコンデンサ回路の互いに対応する各段の平行平板のそれぞれ同一面側に接続された各１個の端子の間にそれぞれ整流方向が同一となるように第１のダイオードを接続するとともに、前記第２のコンデンサ回路の（ｘ−１）段目（ｘは２≦ｘ≦ｍを満たす整数）の前記平行平板に接続された各１個の端子と前記第１のコンデンサ回路のｘ段目の前記平行平板に接続された各１個の端子とを前記第１のダイオードと整流方向が同一になるように第２のダイオードを接続してなるダイオード直列回路と、
を備えたことを特徴とする高電圧発生装置。
前記第１および第２のコンデンサ回路は真空中に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の高電圧発生装置。