JPH01211846A - 高圧電源保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、複数の直流高圧電源からそれぞれ電圧を供
給されかつ互いに絶縁状態を保っている複数の近接した
ｔｐｉ、例えば真空内でイオンビームの軌道を制御する
静電レンズを構成する複数の電極の間で前記絶縁状態が
破れて異常放電が起こったとき、この異常放電が生じた
電極に電圧を供給している電源を保護する装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来の技術を静電レンズを例に説明する。第６図は前記
静電レンズの動作説明図である。円形の開口を有する３
枚の板状電極を真空雰囲気の中に同軸上に配置し、両端
の電極１．２に同一の電圧を、中央の電極３に上記電圧
と異なった電圧を印加する。この場合、電界は歪曲して
等電位線が図中破線４のようになる。このような静電レ
ンズの中に左方からイオンビームを入射させると、レン
ズ内で交互に減速および加速され、さらに電界の歪曲に
より偏向され、その結果として図のようにイオンビーム
が集束する。

しかしながらこのような装置では、電極へのイオンビー
ムの射突等に起因して電極間の絶縁が低下し、電極間で
異常放電が生じる場合がある。第７図は１対の電極構成
とした場合の概略回路図、第８図は各部の電位状態図で
ある。電極６と７とにはそれぞれ直流高圧電源８と９と
から保護抵抗１０および１１を介して高電圧が印加され
ている。

この時の各部の電位は第８図の実線のようになる。

電極６と電極７との間で異常放電が発生すると、電極間
でアークを形成するためのアーク電圧や電極間の浮遊容
量の影響等を省略すると、第３図破線のような電位配置
になる。すなわち、電極間が短絡状態となるので、直流
高圧電源の出力差は保護抵抗１０と１１　とで負担する
０時間の経過とともに両電源中の図示しない平滑用コン
デンサの充放電（出力電圧の高い電源側では放電、低い
電源側では充電）により、電位分布は第３図二点鎖線の
ように推移する。これらの結果、直流高圧電源９が過電
圧になって故障を生じるおそれがある。

図示しないが、両電源の極性が異なる場合には衝撃過電
流が流れかつ一方の電源の平滑用コンデンサの極性が急
反°転して絶縁耐力が低下するおそれを生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、電極間の絶縁破壊がイオンビームの射突によ
る２次電子放出等に起因して起こり、あるいは電極配置
が限られた真空空間内で静電レンズを構成するために寸
法上の制約を受けているごとき電極へ電圧を供給してい
る電源をも対象としており、通常絶縁強化策として行わ
れる絶″縁寸法の拡大や電極形状の変更などでは絶縁破
壊防止の効果に限度がある。そこで本発明は、絶縁破壊
すなわち異常放電は起こりうるという前提で、異常放電
が生じた時に電源を絶縁破壊あるいは衝撃過電流による
絶縁耐力の低下から保護し得る構成の保護装置を提供す
ることをその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明によれば、複数の
直流高圧電源からそれぞれ電圧を供給されかつ互いに絶
縁状態を保っている複数の近接した電極の間で前記絶縁
状態が破れて異常放電が起こったとき、この異常放電が
生じた電極に電圧を供給している電源を保護する高圧電
源保護装置を、前記複数の直流高圧電源のそれぞれの出
力端子とこの出力端子に接続された電極との間に直列に
介装される抵抗と、始動電極が前記抵抗の一方の端子に
接続され２個の主電極がそれぞれ前記抵抗の他方の端子
と直流高圧ｉｔ源の他方の出力端子とに接続される３電
極式放電ギャップとを用いて構成し、前記近接した電極
間の異常放電時に放電電流による前記抵抗の電圧降下に
より前記放電ギャップを始動させて直流高圧電源の出力
端子間を短絡するものとする。

〔作用〕

このように、本発明は、異常放電時に抵抗の両端子に生
じた電圧降下により放電ギャップを動作させて電源の出
力端子を短絡するものであるが、この場合、異常放電開
始時点から３電極式放電ギャップ中の主電極間放電時点
までに出力電圧の高い電源から出力電圧の低い電源に流
入した電荷による低圧電源側の端子電圧上昇が問題にな
る。しかし、通常、直流高圧′ＩＸ源は交流電源から整
流器と充電抵抗とを介して充電されるコンデンサからな
り、従って異常放電時の低圧電源側コンデンサの高圧電
源側からの充電は前記放電ギャップ始動のための抵抗を
介して行われるから、低圧電源の端子電圧が瞬間的に上
昇することはなく、抵抗とコンデンサの静電容量とによ
り決まるｍｓオーダの時定数に従った速さで上昇しよう
とする。一方、異常放電時の放電電流は放電瞬時の高い
値から時間とともに指数関数的に減衰する波形を示すか
ら、放電瞬時に３電極式放電ギャップ中の始動電極と主
電極との間の始動ギャップを放電せしめるに足る電圧が
得られ、このため、電極間の異常放電開始時点から放電
ギャップの主電極間に主放電が形成されるまでのいわゆ
る放電のおくれ時間はμＳオーダの短時間となり、低圧
電源の端子電圧が危険な値に上昇するよりはるか早期に
電源の出力端子が短絡され、電源の保護を掻めて安全、
確実に行うことができる。

〔実施例］ 第１図に本発明による保護装置構成の一実施例を示す。

近接する２つの電極６と７とにはそれぞれ直流高圧電源
８と９とから保護抵抗１０および１１を介して高電圧が
供給される。これらの保護抵抗中、一方の保護抵抗１１
の電源側端子１１ｃには３電極式放電ギャップ１２中の
始動電極１２ｃが接続され、この始動電極１２ｃとの間
で始動ギャップを形成する　球状の主電極１２ａは前記
保護抵抗１１　の電極側端子１１ａに接続され、もう一
方の主電極１２ｂは直流高圧電源９の他方の出力端子に
接続されている。このような配置では、各部の電位は第
２図の実線のようになる。電極６と７との間で異常放電
が生じた場合には、両直流高圧電源の出力電圧差は保護
抵抗ＩＯと１１　とで負担し、各部の電位は第２図破線
のようになる。この時、保護抵抗１１の両端子間に発生
した電圧ば３電極式放電ギャップ１２の始動電極１２ｃ
と主電極１２ａと７　の間に形成された始動ギャップに
印加され、まず始動ギャップが放電する。この放電で発
生した電子とイオンの一部が主電極１２ａ、１２ｂの間
に拡散し、主電極間耐圧が低下して主放電が形成される
。

このときの各部の電位は第２図二点鎖線のようになる。

第１図では直流高圧電源８例の放電ギャップが図示され
ていないが、直流高圧電源９例の放電ギャップ１２が放
電して電極６の電位が零電位に落ちても、直流高圧電源
８の出方電圧は保護抵抗１０の存在によりもとの値を保
持し、この電圧のもとてこんどは保護抵抗１０を介して
前記２電極６，７間の異常放電時よりも大きい放電電流
が流れるから、このより大きい放電電流による保護抵抗
１０の電圧降下により、直流高圧電源Ｂ側の３電極式放
電ギャップがひきつづき放電し、結局両型源の出力端子
はともに短絡される。そして、この短絡が起こる時点は
、（作用〕の項で述べたように、異常放電時に低圧電源
の端子電圧が危険な値に達するよりはるか以前の時点で
あるから、低圧電源は確実に過電圧から保護される。

第３図は直流高圧電源の出力極性が異なる場合の本発明
の実施例である。電極間の異常放電時の直流高圧電源間
の電位差の負担は第２図の場合と同一で、第４図の破線
の状態になる。負極性の直流高圧電源の出力端は接地電
位より低くなるので、電源は過電流の状態になる。しか
しながら、保護抵抗１１の両端に発生した電圧によって
有孔球ギャップとして形成された３電極式放電ギャップ
１２が放電するので、各部の電位は第４図二点鎖線のよ
うになる。そして、第１図の場合と同様、ひきつづき直
流高圧電源８例の３電極式放電ギャップが放電するので
、両直流高圧電源の出力端子はともに短絡状態となる。

第参図は本発明の他の実施例を示すものであるこの実施
例は、第１．３図の実施例に示す保護装置に対し、有孔
球ギヤツプ中の主ギャップの間隔を変えるギャップ調整
器１３を付加したものである。直流高圧電源９の出力が
可変の場合、その設定値に対応させて手動あるいは自動
的に主ギヤツプ間隔を調整することにより、異常放電時
に主ギャップを確実に放電させることができる。ギヤツ
ブ調整器１３が自動の場合、直流高圧Ｔ４源の出力値に
対応させて調整してもよい。

なお、存孔球ギャップを密閉容器内に入れ、高圧空気あ
るいは高耐電圧ガスを封入すれば、装置全体を小形化す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、複数の直流高圧
電源からぞれぞれ電圧を供給される。複数の近接した電
極相互間の絶縁が、絶縁寸法の拡大や電極形状の変更な
どではその強化の効果に限度があり、従って電極相互間
の異常放電は避は得ない場合の前記高圧電源の保護装置
として、電極間に異常放電が起こったときの放電電流を
抵抗を通して電圧降下を生ぜしめ、この電圧降下を電源
の出力端子間に接続された３電極式放電ギャップ中の始
動電極と一方の主電極との間の始動ギャップに導いて放
電ギャップを作動させ、両電源の出力端子間を短絡する
ようにしたので、放電ギヤツプの放電が、異常放電によ
り低圧電源の端子電圧が危険な値に達するよりもはるか
に早期に起こり、低圧電源を過電圧から確実に保護する
ことができる。また、両型源の出力電圧の極性が異なり
出力電圧差が大きい場合には、異常放電時の放電電流は
衝撃性の過電流となり、この衝撃性ｉＩＡ電流により直
流高圧電源を構成するコンデンサの極性が反転する場合
にはコンデンサの耐圧が低下するおそれを生ずるが、こ
の衝撃性過電流がコンデンサを流れる時間は３電極式放
電ギャップの放電のおくれ時間すなわちμＳオーダの短
時間であるからコンデンサの極性は反転するに到らず、
従ってその絶縁低下も実質的に無視することができ、電
源は絶縁耐力の低下もしくは過電圧から確実に保護され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数の直流高圧電源の出力電圧が同極性の場合
の高圧電源保護装置構成の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の回路における電極間異常放電前後の回路各部
の電位状態を示す電位分布図、第３図は複数の直流高圧
電源の出力電圧が異極性の場合にも第１図と同一構成の
保護装置が適用可能であることを示す回路図、第４図は
第３図の回路における電極間異常放電前後の回路各部の
電位状態を示す電位分布図、第５図は高圧電源保護装置
構成の第２の実施例を示す回路図、第６図は複数の直流
高圧電源から電圧を供給される複数の電極からなる静電
レンズ系構成例の概要図、第７図は従来の電源配置を示
す回路図、第８図は第７図の回路における電極間異常放
電前後の回路各部の電位状態を示す電位分布図である。 ６．７・・・電極、８．９・・・直流高圧電源、１０．
１１・・・保護抵抗（抵抗）、■・・・３電極式放電ギ
ャップ。 第　１　図 第　２　霞 葛　３　圓 第４図 第　５　図 ７６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）複数の直流高圧電源からそれぞれ電圧を供給されか
   つ互いに絶縁状態を保っている複数の近接した電極の間
   で前記絶縁状態が破れて異常放電が起こったとき、この
   異常放電が生じた電極に電圧を供給している電源を保護
   する装置であって、前記複数の直流高圧電源のそれぞれ
   の出力端子とこの出力端子に接続された電極との間に直
   列に介装される抵抗と、始動電極が前記抵抗の一方の端
   子に接続され２個の主電極がそれぞれ前記抵抗の他方の
   端子と直流高圧電源の他方の出力端子とに接続される３
   電極式放電ギャップとからなり、前記近接した電極間の
   異常放電時に放電電流による前記抵抗の電圧降下により
   前記放電ギャップを始動させて直流高圧電源の出力端子
   間を短絡することにより前記異常放電を生じた電極に電
   圧を供給している電源を保護することを特徴とする高圧
   電源保護装置。