JPS6028131B2 - 荷電粒子源用絶縁変圧器 - Google Patents
荷電粒子源用絶縁変圧器Info
- Publication number
- JPS6028131B2 JPS6028131B2 JP56165963A JP16596381A JPS6028131B2 JP S6028131 B2 JPS6028131 B2 JP S6028131B2 JP 56165963 A JP56165963 A JP 56165963A JP 16596381 A JP16596381 A JP 16596381A JP S6028131 B2 JPS6028131 B2 JP S6028131B2
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- JP
- Japan
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- isolation transformer
- transformer
- power
- charged particle
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
- H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
- H01F30/10—Single-phase transformers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、イオン銃や電子銃等の荷電粒子源に用いられ
る絶縁変圧器の改良に関する。
る絶縁変圧器の改良に関する。
イオン銃や電子銃等の荷電粒子源においてはＬ金属を加
熱し液化させるための、或いはフィラメントを加熱し熱
電子を放出させるためのパワーを伝送するのに、絶縁変
圧器が用いられている。
熱し液化させるための、或いはフィラメントを加熱し熱
電子を放出させるためのパワーを伝送するのに、絶縁変
圧器が用いられている。
電子銃の場合を例にとれば、ゥヱーネルトへの加速電圧
印加回路と組み合わせてフィラメントが用いられるので
、フィラメント加熱用の交流電力を供給する上記絶縁変
圧器は、加速電圧に耐え得るだけの耐圧を持たねばなら
ない。第１図は、従来から用いられているフィラメント
加熱回路（電子銃の場合）の構成を示す電気的接続図で
、図中、１は上述の熱電子放出用のフィラメントである
。このフィラメント１は、陰極を構成し、電子線ｅが、
ここから放出される。２は加速電圧が印加されるウェー
ネルト、３は陽極、４は三芯高圧ケーブルである。
印加回路と組み合わせてフィラメントが用いられるので
、フィラメント加熱用の交流電力を供給する上記絶縁変
圧器は、加速電圧に耐え得るだけの耐圧を持たねばなら
ない。第１図は、従来から用いられているフィラメント
加熱回路（電子銃の場合）の構成を示す電気的接続図で
、図中、１は上述の熱電子放出用のフィラメントである
。このフィラメント１は、陰極を構成し、電子線ｅが、
ここから放出される。２は加速電圧が印加されるウェー
ネルト、３は陽極、４は三芯高圧ケーブルである。
又、５はフィラメント１に加熱用電力を供給する交流電
源で、絶縁変圧器６及び三芯ケーブル４を介して、上記
電力の供給を行うものである。この絶縁変圧器６の１次
側巻線の中点Ｂは接地され、２次側巻線の中点Ｇは、バ
イアス蓬抗Ｒを介して、加速電源７の負極に接続されて
いる。尚、加速電源７の正極は接地されている。このよ
うな回路における絶縁変圧器６には、加速電圧が印加さ
れているので、絶縁変圧器６は、高電圧に耐え得る構成
でなければならない。そこで、絶縁性を維持するため、
図において破線で示した部分は、通常オイルタンク内に
収納される。第２図は、第１図中の絶縁変圧器６の構造
を示す外観図である。尚、第２図の１次巻線と２次巻線
の端子記号は、第１図に示す端子記号にそれぞれ対応し
ている。通常、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）に用いられる
この種の絶縁変圧器は、２０ＫＨＺ程度の高周波で励磁
される。このため、矩形コア８の材料としては、フェラ
イトが用いられ、巻線としては、シリコンゴム絶縁線又
はポリエチレン絶縁線が用いられる。このような構造の
絶縁変圧器が低加速電圧・小容量のＳＥＭ用電子銃等に
用いられる場合には、大きさ・効率等の問題は、特に生
じない。しかし、容量が５０乃至１００ワット或いはそ
れ以上で、加速電圧が５０乃至１００ＫＶの状況で使用
するような場合、例えば、イオンビーム露光として脚光
をあびているＡｕ，Ｓｕ，Ｂｉ，Ｇａ等の液体金属加熱
パワーの伝送用絶縁変圧器として用いる場合は、極めて
不適当である。その理由は、以下のとおりである。【１
ー １次巻線・２次巻線間の距離が、幾何学的に離れて
いるので、変圧器としての伝送効率が悪い。
源で、絶縁変圧器６及び三芯ケーブル４を介して、上記
電力の供給を行うものである。この絶縁変圧器６の１次
側巻線の中点Ｂは接地され、２次側巻線の中点Ｇは、バ
イアス蓬抗Ｒを介して、加速電源７の負極に接続されて
いる。尚、加速電源７の正極は接地されている。このよ
うな回路における絶縁変圧器６には、加速電圧が印加さ
れているので、絶縁変圧器６は、高電圧に耐え得る構成
でなければならない。そこで、絶縁性を維持するため、
図において破線で示した部分は、通常オイルタンク内に
収納される。第２図は、第１図中の絶縁変圧器６の構造
を示す外観図である。尚、第２図の１次巻線と２次巻線
の端子記号は、第１図に示す端子記号にそれぞれ対応し
ている。通常、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）に用いられる
この種の絶縁変圧器は、２０ＫＨＺ程度の高周波で励磁
される。このため、矩形コア８の材料としては、フェラ
イトが用いられ、巻線としては、シリコンゴム絶縁線又
はポリエチレン絶縁線が用いられる。このような構造の
絶縁変圧器が低加速電圧・小容量のＳＥＭ用電子銃等に
用いられる場合には、大きさ・効率等の問題は、特に生
じない。しかし、容量が５０乃至１００ワット或いはそ
れ以上で、加速電圧が５０乃至１００ＫＶの状況で使用
するような場合、例えば、イオンビーム露光として脚光
をあびているＡｕ，Ｓｕ，Ｂｉ，Ｇａ等の液体金属加熱
パワーの伝送用絶縁変圧器として用いる場合は、極めて
不適当である。その理由は、以下のとおりである。【１
ー １次巻線・２次巻線間の距離が、幾何学的に離れて
いるので、変圧器としての伝送効率が悪い。
即ち、１次・２次間の漏れインダクタンスが大きく、伝
送効率が５０％以下であるので、大容量のパワー伝送に
は不向きである。■ 巻線として用いる絶縁線の芯線、
絶縁被覆、コア等の対向部の電界強度が不平等なため、
電界強度が著しく高くなる場合が生じる。
送効率が５０％以下であるので、大容量のパワー伝送に
は不向きである。■ 巻線として用いる絶縁線の芯線、
絶縁被覆、コア等の対向部の電界強度が不平等なため、
電界強度が著しく高くなる場合が生じる。
このため、巻線としての構造に余裕を持たせねばならず
、絶縁被覆部分のスペースを大きくとらないと、高電圧
に耐えない。‘３｝ 高圧ケーブル４（第１図参照）の
ケーブル長が大きいので、ケーブル芯線で生ずる電力損
失が、大パワーの場合には、無視できなくなる。
、絶縁被覆部分のスペースを大きくとらないと、高電圧
に耐えない。‘３｝ 高圧ケーブル４（第１図参照）の
ケーブル長が大きいので、ケーブル芯線で生ずる電力損
失が、大パワーの場合には、無視できなくなる。
この電力損失を小さくするためには、芯線の径を太くす
る必要があり、不経済である。本発明は、このような点
に鑑みてなされたもので、１本の同軸ケーブルを略Ｕ字
状に曲げ、絶縁体で包まれた上記Ｕ字状部をリング状コ
アに通し、内部導体、外部導体を夫々負荷又は交流電源
に接続することにより、低コスト且つコンパクトな、し
かも伝送効率の良い荷電粒子源用絶縁変圧器を実現した
ものである。
る必要があり、不経済である。本発明は、このような点
に鑑みてなされたもので、１本の同軸ケーブルを略Ｕ字
状に曲げ、絶縁体で包まれた上記Ｕ字状部をリング状コ
アに通し、内部導体、外部導体を夫々負荷又は交流電源
に接続することにより、低コスト且つコンパクトな、し
かも伝送効率の良い荷電粒子源用絶縁変圧器を実現した
ものである。
以下、図面を参照し本発明を詳細に説明する。
第３図は、本発明に係る絶縁変圧器の一実施例を示す斜
視図で、この絶縁変圧器は、同軸ケーブル（いわゆる同
軸コードをも含む）を略Ｕ字状に曲げ、それをリング状
コアに通したもので、いわば外鉄形の変圧器である。図
において、１０は内部導体、銅の単線又はより線からな
る。この内部導体１０は、ポリヱチレン等の絶縁体１１
に埋められ、その外部は銅編組等の外導体１２で包まれ
ている。１３は外部導体１２を覆うシースで、塩化ビニ
ル樹脂等の絶縁体でなる。１４及び１５は、ケーブル５
０が通されたりング状コアで、フェライト等から構成さ
れる。
視図で、この絶縁変圧器は、同軸ケーブル（いわゆる同
軸コードをも含む）を略Ｕ字状に曲げ、それをリング状
コアに通したもので、いわば外鉄形の変圧器である。図
において、１０は内部導体、銅の単線又はより線からな
る。この内部導体１０は、ポリヱチレン等の絶縁体１１
に埋められ、その外部は銅編組等の外導体１２で包まれ
ている。１３は外部導体１２を覆うシースで、塩化ビニ
ル樹脂等の絶縁体でなる。１４及び１５は、ケーブル５
０が通されたりング状コアで、フェライト等から構成さ
れる。
このコア１４，１５は分割されたコア片をリング状に形
成したものでも良い。尚、必要な断面積が得られるなら
ば、上記コアの個数は、１個であっても良いし、３個以
上あっても良い。この絶縁変圧器では、例えば外部導体
１２を１次巻線とし、内部導体１０を２次巻線として用
い、第４図の等価回路に示すように、１次巻線、２次巻
線共、１ターン構成となっている。
成したものでも良い。尚、必要な断面積が得られるなら
ば、上記コアの個数は、１個であっても良いし、３個以
上あっても良い。この絶縁変圧器では、例えば外部導体
１２を１次巻線とし、内部導体１０を２次巻線として用
い、第４図の等価回路に示すように、１次巻線、２次巻
線共、１ターン構成となっている。
以上のように構成すれば、１次巻線と２次巻線が非常に
近接しているので、理想に近い変圧器となり、両者の電
気的結合が極めて良好なため、パワーの伝送効率の非常
に高い変圧器が得られる。
近接しているので、理想に近い変圧器となり、両者の電
気的結合が極めて良好なため、パワーの伝送効率の非常
に高い変圧器が得られる。
又、１次巻線及び２次巻線となる部分が同軸ケープルで
あるので、軸方向に常に同一の電界強度を持ち、細いケ
−ブルであっても高い耐電圧強度が得られる。この変圧
器の励磁周波数を２０乃至１００ＫＨＺ程度の高周波に
とれば、巻数がそれぞれ１ターンであっても、数Ｖ乃至
数十Ｖの高周波電圧を２次側に伝送することができる。
あるので、軸方向に常に同一の電界強度を持ち、細いケ
−ブルであっても高い耐電圧強度が得られる。この変圧
器の励磁周波数を２０乃至１００ＫＨＺ程度の高周波に
とれば、巻数がそれぞれ１ターンであっても、数Ｖ乃至
数十Ｖの高周波電圧を２次側に伝送することができる。
一例として、内部導体１０が直径１側の銅線で、絶縁体
１１として直径７脚のポリエチレン円筒体、外導部体１
２として銅編組、シース１３としてビニール製のものを
用い、コア１４及び１５の断面積を５の、励磁周波数を
５皿ＨＺ、最大磁束密度を３０００ガウスとすると、２
次側に、約３０Ｖの高周波電圧を伝送することができる
。一方、内部導体１０と外導部体１２の間にかかる電圧
は、直流の加速電圧であるので、両者間の標遊容量は問
題とならない。従って、５０乃至６０ＫＶ程度の絶縁耐
圧を十分維持することができる。以上の説明より明らか
なように、本絶縁変圧器は、高周波で励磁することによ
り、大パワーを２次側に伝送することができるので、イ
オン銃等の大パワー伝送用変圧器として用いると有効で
あるる。
１１として直径７脚のポリエチレン円筒体、外導部体１
２として銅編組、シース１３としてビニール製のものを
用い、コア１４及び１５の断面積を５の、励磁周波数を
５皿ＨＺ、最大磁束密度を３０００ガウスとすると、２
次側に、約３０Ｖの高周波電圧を伝送することができる
。一方、内部導体１０と外導部体１２の間にかかる電圧
は、直流の加速電圧であるので、両者間の標遊容量は問
題とならない。従って、５０乃至６０ＫＶ程度の絶縁耐
圧を十分維持することができる。以上の説明より明らか
なように、本絶縁変圧器は、高周波で励磁することによ
り、大パワーを２次側に伝送することができるので、イ
オン銃等の大パワー伝送用変圧器として用いると有効で
あるる。
第５図は、液体金属イオン源の要部の構成図である。
図において、２川まェクストラクタ、２１はェミツタ、
２２は加熱部、２３はヒ−夕である。このイオン源にお
いて、ヒータ２３にパワーが供給されると、加熱部２２
内の金属が、液化し、ェクストラクタ２０１こ印加され
ている電圧による静電力で、ェミッタ２１の先端部まで
移送され、そこに円錐突起（ティラ−・コーン）が形成
される。ェミツタ２１の先端は非常に高い電界強度とな
っているため、そこの液体金属は、電界蒸発・イオン化
し、イオンビームを生ずる。このイオン源では、金属を
液化し得るパワーをヒータ２３に供給する必要があり、
融点の高い金属の場合、必要なパワーが１００ワット以
上になる場合もある。
２２は加熱部、２３はヒ−夕である。このイオン源にお
いて、ヒータ２３にパワーが供給されると、加熱部２２
内の金属が、液化し、ェクストラクタ２０１こ印加され
ている電圧による静電力で、ェミッタ２１の先端部まで
移送され、そこに円錐突起（ティラ−・コーン）が形成
される。ェミツタ２１の先端は非常に高い電界強度とな
っているため、そこの液体金属は、電界蒸発・イオン化
し、イオンビームを生ずる。このイオン源では、金属を
液化し得るパワーをヒータ２３に供給する必要があり、
融点の高い金属の場合、必要なパワーが１００ワット以
上になる場合もある。
本発明に係る絶縁変圧器は、特に、この場合のパワー伝
送用変圧器として用いると有効である。第６図は、第３
図に示す絶縁変圧器を、第５図のヒータ用電源へのパワ
ー伝送用変圧器として用いる場合の具体的構成を示す断
面図である（第３図及び第５図と同一部分には同一符号
を付して示した）。
送用変圧器として用いると有効である。第６図は、第３
図に示す絶縁変圧器を、第５図のヒータ用電源へのパワ
ー伝送用変圧器として用いる場合の具体的構成を示す断
面図である（第３図及び第５図と同一部分には同一符号
を付して示した）。
図において、３１は金属容器で、この金属容器３１内（
第６図左方）に、第５図の如き構造のイオン源が収容さ
れている。３２は金属容器３１にボルト３３で固着され
た支持パイプで、これには絶縁物でなるブッシング３４
が、導電性押え金具３５でもつて取付けられている。
第６図左方）に、第５図の如き構造のイオン源が収容さ
れている。３２は金属容器３１にボルト３３で固着され
た支持パイプで、これには絶縁物でなるブッシング３４
が、導電性押え金具３５でもつて取付けられている。
同軸ケーブル５０の外導部体１２は、ブツシング３４の
電界緩和用コーン部分で、押え金具３５と導通し、押え
金具３５に取付けられたリード線３６を介して高周波交
流電源に接続されている。一方、同軸ケーブル５０の内
部導体１０は、プツシング３４の先端のコネクタ用ジャ
ック３７に接続されている。そして、外部導体１２（１
次巻線）に電流が流れると、内部導体１０（２次巻線）
に２次電圧が譲起され、上記コネクタを介して、イオン
源内のヒータ２３に電力が供給される。この絶縁変圧器
の場合、加速電位をイオン源に与える部分を、通電しな
いので、高電圧ケーブルでのパワー損失が無くなる。以
上のことから、上述の従来の絶縁変圧器の有する欠点１
〜３は、本発明によれば全て克服される。第７図は、励
振用の交流源の一実施例を示す電気的接続図で、これは
、高周波発振器ＯＳＣの出力を、変圧器Ｔ，を介して、
コンブリメンタリトランジスタＱ，，Ｑ２に与え、その
出力を、カップリングコンデンサＣを介して、降圧変圧
器Ｔ２の一次側に供Ｖ給し、得られた２次側電圧を、本
発明の絶縁変圧器の１次側に与えるものである。
電界緩和用コーン部分で、押え金具３５と導通し、押え
金具３５に取付けられたリード線３６を介して高周波交
流電源に接続されている。一方、同軸ケーブル５０の内
部導体１０は、プツシング３４の先端のコネクタ用ジャ
ック３７に接続されている。そして、外部導体１２（１
次巻線）に電流が流れると、内部導体１０（２次巻線）
に２次電圧が譲起され、上記コネクタを介して、イオン
源内のヒータ２３に電力が供給される。この絶縁変圧器
の場合、加速電位をイオン源に与える部分を、通電しな
いので、高電圧ケーブルでのパワー損失が無くなる。以
上のことから、上述の従来の絶縁変圧器の有する欠点１
〜３は、本発明によれば全て克服される。第７図は、励
振用の交流源の一実施例を示す電気的接続図で、これは
、高周波発振器ＯＳＣの出力を、変圧器Ｔ，を介して、
コンブリメンタリトランジスタＱ，，Ｑ２に与え、その
出力を、カップリングコンデンサＣを介して、降圧変圧
器Ｔ２の一次側に供Ｖ給し、得られた２次側電圧を、本
発明の絶縁変圧器の１次側に与えるものである。
以上、詳細に説明したように、本発明は同軸ケーブルを
リング状のコアに通し、内部導体及び外部導体を巻線と
するもので、本発明によれば、低コスト且つコンパクト
で伝送効率の良い荷電粒子源用絶縁変圧器を実現するこ
とができる。
リング状のコアに通し、内部導体及び外部導体を巻線と
するもので、本発明によれば、低コスト且つコンパクト
で伝送効率の良い荷電粒子源用絶縁変圧器を実現するこ
とができる。
第１図は、従来から知られているフィラメント加熱回路
の構成を示す電気的接続図、第２図は第１図中の絶縁変
圧器の構造を示す外観図、第３図は本発明の一実施例を
示す斜視図、第４図は等価回路図である。 第５図はイオン源の要部の構成図、第６図は本発明絶縁
変圧器の具体的構成図、第７図は励振用交流電源の実施
例を示す電気的接続図である。１……フイラメント、２
……ウエーネルト、３・・・・・・陽極、４・・・・・
・高圧ケーブル、５・・・・・・交流電源、６・・・・
・・絶縁変圧器、７・・・・・・加速電源、８・・・・
・・コア、１０・・・・・・内部導体、１１・・・・・
・絶縁体、１２……外導部体、１３……シース（絶縁体
）、１４，１５……コア、２０……エクストラクタ、２
１・…・・ェミツタ、２２……加熱部、２３・・・・・
・ヒータ、５０・・・・・・同軸ケーブル、ＯＳＣ・・
・・・・高周波発振器、Ｔ，，Ｔ２・・・・・・変圧器
、Ｑ，，Ｑ２・・・・・・トランジスタ、Ｃ”””コン
デンサ。 第１図 解２図 第３図 帯ム図 第５図 第７図 図 の 鯉
の構成を示す電気的接続図、第２図は第１図中の絶縁変
圧器の構造を示す外観図、第３図は本発明の一実施例を
示す斜視図、第４図は等価回路図である。 第５図はイオン源の要部の構成図、第６図は本発明絶縁
変圧器の具体的構成図、第７図は励振用交流電源の実施
例を示す電気的接続図である。１……フイラメント、２
……ウエーネルト、３・・・・・・陽極、４・・・・・
・高圧ケーブル、５・・・・・・交流電源、６・・・・
・・絶縁変圧器、７・・・・・・加速電源、８・・・・
・・コア、１０・・・・・・内部導体、１１・・・・・
・絶縁体、１２……外導部体、１３……シース（絶縁体
）、１４，１５……コア、２０……エクストラクタ、２
１・…・・ェミツタ、２２……加熱部、２３・・・・・
・ヒータ、５０・・・・・・同軸ケーブル、ＯＳＣ・・
・・・・高周波発振器、Ｔ，，Ｔ２・・・・・・変圧器
、Ｑ，，Ｑ２・・・・・・トランジスタ、Ｃ”””コン
デンサ。 第１図 解２図 第３図 帯ム図 第５図 第７図 図 の 鯉
Claims (1)
- １ 一本の同軸ケーブルを略Ｕ字状に曲げ、絶縁体で包
まれた上記Ｕ字状部をリング状コアに通し、内部導体、
外部導体を夫々負荷又は交流電源に接続したことを特徴
とする荷電粒子源用絶縁変圧器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56165963A JPS6028131B2 (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 荷電粒子源用絶縁変圧器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56165963A JPS6028131B2 (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 荷電粒子源用絶縁変圧器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5867012A JPS5867012A (ja) | 1983-04-21 |
| JPS6028131B2 true JPS6028131B2 (ja) | 1985-07-03 |
Family
ID=15822335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56165963A Expired JPS6028131B2 (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 荷電粒子源用絶縁変圧器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028131B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229864A (ja) * | 1999-12-07 | 2001-08-24 | A & D Co Ltd | 電子ビーム装置 |
| US20140226387A1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-14 | John E. Stauffer | Transmission of electric power |
| JP6323260B2 (ja) * | 2014-08-29 | 2018-05-16 | 株式会社島津製作所 | 高周波電源装置 |
-
1981
- 1981-10-16 JP JP56165963A patent/JPS6028131B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5867012A (ja) | 1983-04-21 |
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