JPH0150189B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばイオンインプランタや表面分
析のためのエネルギ分析等に用いられ得る回転円
盤型高電圧発生装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、数百KV以上の高電圧を発生する装置
としてはフアンデグラーフ型静電発生装置が知ら
れているが、大型で取扱いが面倒であるため、最
近では、上述のような目的には小型で取扱いの容
易な静電発電方式の回転円盤型高電圧発生装置が
用いられるようになつてきた。回転円盤型高電圧
発生装置は、原理的には電荷を受取る入力側の低
電圧部と、この低電圧部に対向して電荷を送り出
す出力側の高電圧部との中間に中心軸をもつ絶縁
回転円盤の外周囲に沿つて同心円上に等間隔に多
数の同一形状の電荷搬送体を設け、上記絶縁回転
円盤を回転することにより、低電圧部及び高電圧
部における同一形状のインダクタ電極内部を横断
通過させて静電誘導により低電圧部からの電荷を
高電圧部へ運び込むように構成されている。この
種の装置の一例として特許第1452812号（特公昭
62−60918号公報）を挙げることができる。

このような回転円盤型高電圧発生装置は、通
常、定電流源として用いられるが、その構造上実
際には高電圧側には脈流となつて現われ、従つて
出力電圧をリツプルは避けられず、リツプル率は
約２×10^-3となつている。

ところで、一般に粒子加速による表面分析等に
対する高圧用の電源に要求されるリツプル率は
10^-4であり、上述のような回転円盤型高電圧発生
装置ではこのような低いリツプル率の出力電圧を
得ることはできない。

このような要求を満すため、先に、絶縁回転円
盤と、その外周部に沿つて同心円上に設けた同一
形状の多数の電荷搬送体と、絶縁回転円盤の回転
中心を通る直径上相対した位置で各電荷搬送体の
回転軌道に沿つてそれぞれ設けられ、上記各電荷
搬送体に対して誘導電荷の発生を行なう同一形状
の低電圧側インダクタ電極組立体及び高電圧側イ
ンダクタ電極組立体と、低電圧側インダクタ電極
組立体及び高電圧側インダクタ電極組立体の設け
られた領域に沿つてそれぞれ設けられ、これらの
領域内を通過する各電荷搬送体と順次接触する接
地された低電圧側導電性ベルト部材及び高電圧出
力端子に接続された高電圧側導電性ベルト部材と
を有する回転円盤型高電圧発生装置において、低
電圧側インダクタ電極組立体及び高電圧側インダ
クタ電極組立体をそれぞれ、絶縁回転円盤の半径
方向に対して角度を成したギヤツプで分割しかつ
互いに逆の極性で電圧源に接続した絶縁回転円盤
に平行な平面状の二つの電極で構成し、回転中心
から見た上記各ギヤツプの回転方向前方端と回転
方向後方端とを挾む領域幅を回転中心から見た電
荷搬送体の隣接電荷搬送体との〓間を含む周方向
幅より大きく設定することを提案し、これによ
り、高圧側に流入する電流の脈流を実質的に低下
させることができた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような回転円盤型高電圧発生装
置で発生させる電流値を大きくするためには、電
荷搬送体の設けられた絶縁回転円盤の回転数を増
大するかまたはインダクタ電極に可能な限り高電
圧を印加する必要がある。

電荷搬送体の設けられた絶縁回転円盤の回転数
を増大させることは、遠心力が回転数の二乗に比
例して大きくなるため30回／秒が限度である。

一方、インダクタ電極に印加する電圧を増大す
ると、各電荷搬送体がインダクタ電極から出て行
くときに電気容量が変化するため、各電荷搬送体
とインダクタ電極との間に高電位差が発生し、放
電が生じ得る。そのためインダクタ電極に印加す
る電圧も制限されることになり、結果として出力
側の電流値の増大も自ずと制限されることになり
得る。

そこで、本発明の目的は、インダクタ電極に印
加する電圧を増大しても各電荷搬送体がインダク
タ電極から出て行く際に放電が生じないようにし
て出力電流値を大幅に増大させることのできる回
転円盤型高電圧発生装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明による回
転円盤型高電圧発生装置は、電気絶縁性回転円盤
と、同一形状の多数の電荷搬送体と、同一形状で
平板状の低電圧側インダクタ電極及び高電圧側イ
ンダクタ電極と、低電圧側インダクタ電極及び高
電圧側インダクタ電極と同一平面内でこれらのイ
ンダクタ電極間にそれぞれ配置されたそれぞれ対
応した形状で同数の中間インダクタ電極と、接地
された低電圧側導電性ベルト部材及び高電圧出力
端子に接続された高電圧側導電性ベルト部材とか
ら成り、各電荷搬送体が絶縁回転円盤の両面に跨
つて同心円上に等間隔に設けられしかも低電圧側
導電性ベルト部材及び高電圧側導電性ベルト部材
と接触する外方接触面及び低電圧側インダクタ電
極及び高電圧側インダクタ電極と対向する対向面
を備え、低電圧側インダクタ電極及び高電圧側イ
ンダクタ電極が絶縁回転円盤の回転中心を通る直
径上相対した位置で各電荷搬送体の回転軌道に沿
つてそれぞれ設けられ、各電荷搬送体に対して誘
導電荷の発生を行い、また低電圧側導電性ベルト
部材及び高電圧側導電性ベルト部材が、低電圧側
インダクタ電極及び高電圧側インダクタ電極の設
けられた領域に沿つてそれぞれ設けられ、これら
の領域内を通過する各電荷搬送体の外方接触面が
低電圧側導電性ベルト部材及び高電圧側導電性ベ
ルト部材と順次接触するようにしたことを特徴と
している。

好ましくは、低電圧側インダクタ電極、高電圧
側インダクタ電極及び各中間インダクタ電極にお
ける各電荷搬送体の回転方向に対して前方縁部分
はそれぞれ、各電荷搬送体の回転軌道との間隔を
大にするように曲げられ得る。

［作用］ 本発明による回転円盤型高電圧発生装置におい
ては、低電圧側インダクタ電極と高電圧側インダ
クタ電極との間にそれぞれこれらのインダクタ電
極と同一平面内にそれぞれ対応した形状で同数の
中間インダクタ電極を設けたことにより、低電圧
間インダクタ電極と高電圧側インダクタ電極との
間の電位は分割され階段的な電位勾配をもつこと
になり、それにより各電荷搬送体が低電圧側イン
ダクタ電極から出で行く際に放電を伴うことがな
く、低電圧側から高電圧側へ安定して電荷を搬送
することができる。

また、低電圧側インダクタ電極、高電圧側イン
ダクタ電極及び各中間インダクタ電極は、各電荷
搬送体の出て行く側の縁部分を各電荷搬送体の回
転軌道から離れる方向に反らせて回転通過する各
電荷搬送体との間隔を大きくしているので、各電
荷搬送体が各インダクタ電極から出て行く際に各
電荷搬送体と各インダクタ電極との間に高電位差
が発生してもそれらの間の距離が長いため電場の
強さは約1/3程度に低下され得る。それにより、
各電荷搬送体が各インダクタ電極から出て行く際
に放電の発生するのを防止することができきる。

［実施例］ 以下、添附図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

以下、添附図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図〜第４図には本発明の一実施例による回
転円盤型高電圧発生装置の要部を示し、１，２は
固定アクリル円盤で、これらの固定アクリル円盤
１，２間に絶縁回転円盤を成す回転アクリル円盤
３が配置されており、この回転アクリル円盤３は
適当な駆動装置に連結され、所要の回転速度で回
転するようにされている。

固定アクリル円盤１には、それぞれ第１図に示
すように二つの低電圧側インダクタ電極１ａ，１
ｂ、これらの低電圧側インダクタ電極１ａ，１ｂ
と直径上相対しかつこれらの低電圧側インダクタ
電極１ａ，１ｂと同一対称形状の高電圧側インダ
クタ電極１ｃ，１ｄ、および低電圧側インダクタ
電極１ａ，１ｂと高電圧側インダクタ電極１ｃ，
１ｄとの間に左右６個づつ12個の中間インダクタ
電極１ｅが互いに間隔を置いて取付けられてい
る。これらの中間インダクタ電極１ｅは低電圧側
インダクタ電極１ａ，１ｂと高電圧側インダクタ
電極１ｃ，１ｄの間の高電位差を等分割して段階
的な電位勾配にしている。

低電圧側インダクタ電極１ａは図示したように
低電圧側電源Ｅ１の負の端子に接続され、低電圧
側インダクタ電極１ｂは低電圧側電源Ｅ１の正の
端子に接続される。同様に高電圧側インダクタ電
極１ｃは高電圧側電源Ｅ２の負の端子に接続さ
れ、高電圧側インダクタ電極１ｄの高電圧側電源
Ｅ２の正の端子に接続される。固定アクリル円盤
２についても図示してないが、固定アクリル円盤
１と全く同様に構成されている。

二つの低電圧側インダクタ電極１ａ，１ｂ、二
つの高電圧側インダクタ電極１ｃ，１ｄ及び各中
間インダクタ電極１ｅは第３図に示すように、回
転アクリル円盤３の回転方向に向つて前方の縁部
分が回転アクリル円盤３上の各電荷搬送体４から
離れる方向に曲げられており、これにより、各電
荷搬送体４が各インダクタ電極から出て行く際に
各電荷搬送体と各インダクタ電極との間に高電位
差が発生してもそれらの間の電場の強さを大幅
（約1/3程度）に低下するようにする。

回転アクリル円盤３は、第２図に示すように、
その外周囲部分に同心に24個の電荷搬送体４が等
間隔に取付けられている。各電荷搬送体４は第４
図に部分拡大断面図で示すように、固定アクリル
円盤１，２に設けられた各インダクタ電極１ａ，
１ｂ；２ａ，２ｂに近接対向する平担な面４ａ，
４ｂと導電性ゴムベルト５，６に当接する外方接
触面４ｃとを備えている。各電荷搬送体４の両側
の平坦な面４ａ，４ｂと各インダクタ電極１ａ，
１ｂ；２ａ，２ｂとの間の〓間はできる限り狭く
設定され得る。

導電性ゴムベルト５は、第１図および第２図に
示すように、低電圧側インダクタ電極１ａ，１ｂ
の設けられている範囲内にわたつて各電荷搬送体
４の外方接触面４ｃに当接する位置にプーリ５
ａ，５ｂに掛られ、回転アクリル円盤３における
各電荷搬送体４の外方接触面４ｃの円周速度と同
一速度で回動するようにされている。またこの導
電性ゴムベルト５は、例えばカーボン粉末を含有
した合成ゴム材料で構成することができ、プーリ
５ａ，５ｂを介して第２図に示すようにアース電
位に接続され、従つてこの導電性ゴムベルト５
は、回転アクリル円盤３における各電荷搬送体４
の外方接触面４ｃに接触する際に衝撃なしに滑ら
かに当接して確実に電位を伝達し、そして滑らか
に離れていくようにされる。

高電圧側に設けられる導電性ゴムベルト６も低
電圧側の導電性ゴムベルト５と同様に高電圧側イ
ンダクタ電極１ｃ，１ｄの設けられている範囲内
にわたつて各電荷搬送体４の外方接触面４ｃに当
接する位置でプーリ６ａ，６ｂに掛られ、これら
のプーリ６ａ，６ｂを介して高電圧出力端子HV
に電気的に接続される。なお、各部の構成は、動
作上の平衡を得るために点対称にされている。

図示装置は、全体を高圧のSF₆ガス内に収容し
て使用され得、各電荷搬送体４は、低電圧側イン
ダクタ電極１ａ，１ｂの部位を通過する際に、低
電圧側導電性ゴムベルト５と接触するので接地電
位にあり、低電圧側電源Ｅ１の負の端子に接続さ
れて負電位にある低電圧側インダクタ電極１ａを
通過するとき静電誘導により各電荷搬送体４の両
側の平坦な面４ａ，４ｂに正の電荷が現れる。こ
の正の電荷は、電荷搬送体４が低電圧側導電性ゴ
ムベルト５から離れ、接地電位から遮断されても
火花の発生なしにそのまま維持されている。こう
した正の電荷をもつた各電荷搬送体４は、階段的
な電位勾配を与える６個の中間インダクタ電極１
ｅを通ることにより放電なしに安定してそのポテ
ンシヤルを高められ、高電圧側インダクタ電極１
ｃへ入つていくと共に高電圧側導電性ゴムベルト
６と接触する。この場合、高電圧側インダクタ電
極１ｃ内においては高電圧側導電性ゴムベルト６
に対して低電圧側インダクタ電極１ａにおけると
全く同じ電位関係にあるので、火花放電を発生す
ることはない。そして正の電荷をもつた各電荷搬
送体４が高電圧側インダクタ電極１ｃ，１ｄの間
のギヤツプ１ｇを通過するとき、各電荷搬送体４
の正の電荷は高電圧側へ送り込む。その後、各電
荷搬送体４は高電圧側電源Ｅ２の正の端子に接続
されて正電位にある高電圧側インダクタ電極１ｄ
を通過するとき、静電誘導により各電荷搬送体４
の両側の平坦な面４ａ，４ｂに負の電荷が現れ
る。こうして負の電荷をもつた各電荷搬送体４は
再び低電圧側インダクタ電極１ｂに入り、低電圧
側導電性ゴムベルト５と接触して負の電荷を接地
させる。この動作を何回も次から次へと繰返すこ
とにより、高電圧側電源において所望の高電圧を
得ることができる。このような高電圧発生原理は
例えば特許第1452812号（特公昭62−60918号公
報）に開示されているものと同じで、それ自体公
知であるので詳細な説明は省略する。具体例とし
てインダクタ電極と各電荷搬送体４との間に
40KVの電圧を印加した場合、従来の同一平面上
に全べて配列したインダクタ電極構造ではインダ
クタ電極の前方縁部分と各電荷搬送体４との間の
電場は65KV／mmとなるのに対して、第３図に示
す本発明の実施例の構造では電場は22KV／mmに
低減され得る。これにより、低電圧側インダクタ
電極と各電荷搬送体との間の印加電圧を５割増大
して50％近く電流搬送量を増加することができ
る。

なお、本発明は、第１図及び第２図に示すよう
な型式の装置に限らず、上記公報に開示されたよ
うな他の型式の静電発電装置にも同様に適用でき
る。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明よれば、低電
圧側インダクタ電極と高電圧側インダクタ電極と
の間にそれぞれこれらのインダクタ電極と同一平
面内にそれぞれ対応した形状で同数の中間インダ
クタ電極を設けているので、低電圧側インダクタ
電極と高電圧側インダクタ電極との間の電位は分
割され、それにより階段的な電位勾配をもつこと
になり、各電荷搬送体と各インダクタ電極との間
でのスパーク等の異状放電が防止でき、低電圧側
から高電圧側へ安定して電荷を搬送することがで
きる。

また、低電圧側インダクタ電極、高電圧側イン
ダクタ電極及びそれらの間の各中間インダクタ電
極における上記各電荷搬送体の回転方向に対して
前方の縁部分をそれぞれ、上記各電荷搬送体の回
転軌道との間隔を大にするように曲げているの
で、低電圧側インダクタ電極と各電荷搬送体との
間の印加電圧を増大しても各電荷搬送体が、各隣
接インダクタ電極を横切つて通過する際に放電の
生じる恐れがなく、その結果、高電圧側への電流
の搬送量を大幅に増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施している回転円盤型高電
圧発生装置を示す概略平面図、第２図は第１図の
装置の内部構造を示す概略図、第３図は第１図及
び第２図の装置の要部の構造を拡大して示す部分
断面図、第４図は電荷搬送体の構造を示す拡大断
面図である。 図中、１：固定アクリル円盤、１ａ，１ｂ：低
電圧側インダクタ電極、１ｃ，１ｄ：高電圧側イ
ンダクタ電極、１ｅ：中間インダクタ電極、３：
回転アクリル円盤、４：電荷搬送体、５，６：導
電性ゴムベルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気絶縁性回転円盤３と、同一形状の多数の
   電荷搬送体４と、同一形状で平板状の低電圧側イ
   ンダクタ電極１ａ，１ｂ及び高電圧側インダクタ
   電極１ｃ，１ｄと、低電圧側インダクタ電極１
   ａ，１ｂ及び高電圧側インダクタ電極１ｃ，１ｄ
   と同一平面内でこれらのインダクタ電極１ａ，１
   ｂ；１ｃ，１ｄ間にそれぞれ配置されたそれぞれ
   対応した形状で同数の中間インダクタ電極１ｅ
   と、接地された低電圧側導電性ベルト部材５及び
   高電圧出力端子HVに接続された高電圧側導電性
   ベルト部材６とから成り、各電荷搬送体４が絶縁
   回転円盤３の両面に跨つて同心円上に等間隔に設
   けられしかも低電圧側導電性ベルト部材５及び高
   電圧側導電性ベルト部材６と接触する外方接触面
   ４ｃ及び低電圧側インダクタ電極１ａ，１ｂ及び
   高電圧側インダクタ電極１ｃ，１ｄと対向する対
   向面４ａ，４ｂを備え、低電圧側インダクタ電極
   １ａ，１ｂ及び高電圧側インダクタ電極１ｃ，１
   ｄが絶縁回転円盤３の回転中心を通る直径上相対
   した位置で各電荷搬送体４の回転軌道に沿つてそ
   れぞれ設けられ、各電荷搬送体４に対して誘導電
   荷の発生を行い、また低電圧側導電性ベルト部材
   ５及び高電圧側導電性ベルト部材６が、低電圧側
   インダクタ電極１ａ，１ｂ及び高電圧側インダク
   タ電極１ｃ，１ｄの設けられた領域に沿つてそれ
   ぞれ設けられ、これらの領域内を通過する各電荷
   搬送体４の外方接触面４ｃが低電圧側導電性ベル
   ト部材５及び高電圧側導電性ベルト部材６と順次
   接触するようにしたことを特徴とする回転円盤型
   高電圧発生装置。 ２ 低電圧側インダクタ電極１ａ，１ｂ、高電圧
   側インダクタ電極１ｃ，１ｄ及び各中間インダク
   タ電極１ｅにおける各電荷搬送体４の回転方向に
   対して前方縁部分をそれぞれ、各電荷搬送体４の
   回転軌道との間隔を大にするように曲げたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の回転円
   盤型高電圧発生装置。