JPH02236981A - 真空スイツチ - Google Patents
真空スイツチInfo
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- JPH02236981A JPH02236981A JP1056492A JP5649289A JPH02236981A JP H02236981 A JPH02236981 A JP H02236981A JP 1056492 A JP1056492 A JP 1056492A JP 5649289 A JP5649289 A JP 5649289A JP H02236981 A JPH02236981 A JP H02236981A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- electron beam
- switch
- cathode
- vacuum
- Prior art date
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- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/50—Thermionic-cathode tubes
- H01J17/52—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode
- H01J17/54—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode having one or more control electrodes
- H01J17/56—Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode having one or more control electrodes for preventing and then permitting ignition, but thereafter having no control
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J21/00—Vacuum tubes
- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
- H01J21/18—Tubes with a single discharge path having magnetic control means; having both magnetic and electrostatic control means
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Lasers (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
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。
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〕
本発明は特に高電圧化，高繰返しスイッチングを行うの
に好適な真空スイッチに関する。
に好適な真空スイッチに関する。
近年高出力レーザ開発が国内，外で進められており、数
百ｎｓ位の間に数１０ＧＷまたはそれ以上の非常に大き
なパルス状の電気入力を必要とするレーザには、エキシ
マレーザ，銅蒸気レーザ，ＴＥＭＡ−Ｃｏ２レーザ，パ
ルス駆動Ｃ Ｏ ２レーザなどがある。これらは、ウラ
ン原子の同位体分離、光誘起化学反応や半導体の微細加
工等に代表される用途がある。これらレーザのスイッチ
ング素子には、第１０図に示すような熱陰極ガス封入式
サイラトロンがある。
百ｎｓ位の間に数１０ＧＷまたはそれ以上の非常に大き
なパルス状の電気入力を必要とするレーザには、エキシ
マレーザ，銅蒸気レーザ，ＴＥＭＡ−Ｃｏ２レーザ，パ
ルス駆動Ｃ Ｏ ２レーザなどがある。これらは、ウラ
ン原子の同位体分離、光誘起化学反応や半導体の微細加
工等に代表される用途がある。これらレーザのスイッチ
ング素子には、第１０図に示すような熱陰極ガス封入式
サイラトロンがある。
サイラトロンは、例えばガス封入された放電管内に陽極
１，熱電子を放出する陰極２，グリット３を設け、グリ
ット３の電位を負から、正電圧のパルスを印加すると、
陰・陽極間でグロー放電を開始する。サイラトロンが始
動すると、コンデンサ７の電荷はレーザ放電管５に入力
される。尚６は抵抗、４はヒータ、８は充電装置である
。
１，熱電子を放出する陰極２，グリット３を設け、グリ
ット３の電位を負から、正電圧のパルスを印加すると、
陰・陽極間でグロー放電を開始する。サイラトロンが始
動すると、コンデンサ７の電荷はレーザ放電管５に入力
される。尚６は抵抗、４はヒータ、８は充電装置である
。
このサイラトロンをウラン同位体分離用の銅蒸気レーザ
に使用する場合、数ＫＨＺのスイッチングが要求される
．サイラトロンの動作は、グリッド３を正電位にすれば
、陰極２から熱電子がグリッド３および陽極１に引き寄
せられる時に水素ガスに衝突し、水素ガスがプラスイオ
ン化する。イオン化された水素ガス（以下プラズマと称
する）は、グリッド３と陰極２との間で部分放電を引起
すと、それに応じてグリッド３と陽極１との間も部分放
電し、ついにグロー放慮となる。
に使用する場合、数ＫＨＺのスイッチングが要求される
．サイラトロンの動作は、グリッド３を正電位にすれば
、陰極２から熱電子がグリッド３および陽極１に引き寄
せられる時に水素ガスに衝突し、水素ガスがプラスイオ
ン化する。イオン化された水素ガス（以下プラズマと称
する）は、グリッド３と陰極２との間で部分放電を引起
すと、それに応じてグリッド３と陽極１との間も部分放
電し、ついにグロー放慮となる。
そして、グリッド電位を負電位にすれば、陰極２からの
熱電子が放出されなくなり、プラズマが拡散する時に他
の水素ガスに衝突し、拡散が悪くなる。この結果，グリ
ッド３と両電極との間に放電空間にプラズマが残留し、
絶縁回復が悪くなり、次に投入するまで時間を要する。
熱電子が放出されなくなり、プラズマが拡散する時に他
の水素ガスに衝突し、拡散が悪くなる。この結果，グリ
ッド３と両電極との間に放電空間にプラズマが残留し、
絶縁回復が悪くなり、次に投入するまで時間を要する。
したがって、高電圧には使用できないと共に、高速度で
繰返しスイツチングをすることができない等の欠点があ
った．また内部に封入している水素等のガス気体の劣化
による耐電圧不足が生じる。さらに放電時のサージ電圧
がグリット電極に侵入し、サイラトロン駆動電源部を破
壊することがあった。
繰返しスイツチングをすることができない等の欠点があ
った．また内部に封入している水素等のガス気体の劣化
による耐電圧不足が生じる。さらに放電時のサージ電圧
がグリット電極に侵入し、サイラトロン駆動電源部を破
壊することがあった。
これに対処するため，陽・陰極間にグリット電極を用い
ず，電子ビーｌ１によりスイッチ動作を行なわせる例と
して第１１図に示す特開昭５９−１３４５１７号公報が
提案されている。棒状電極９，１０間に電子ビーム１１
を照射し、放電制御用のアルゴン等の気体を電離させ，
放電を開始させる．この場合放電制御用気体を封入する
ため電子ビームが散乱され、制御困難となる不具合が生
じる．またガスを放電制御用に用いているため、サイラ
トロンと同様に、高繰返し時のプラズマ拡散が悪く、耐
電圧不足となる欠点があった． 本発明の目的は、高電圧状態で高繰返しスイッチングを
行うことができる真空スイッチを提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 本発明の真空スイッチは、真空容器内に設けられた少な
くとも一対の陽極および陰極と，電子ビーム照射装置と
を備えていることにある。
ず，電子ビーｌ１によりスイッチ動作を行なわせる例と
して第１１図に示す特開昭５９−１３４５１７号公報が
提案されている。棒状電極９，１０間に電子ビーム１１
を照射し、放電制御用のアルゴン等の気体を電離させ，
放電を開始させる．この場合放電制御用気体を封入する
ため電子ビームが散乱され、制御困難となる不具合が生
じる．またガスを放電制御用に用いているため、サイラ
トロンと同様に、高繰返し時のプラズマ拡散が悪く、耐
電圧不足となる欠点があった． 本発明の目的は、高電圧状態で高繰返しスイッチングを
行うことができる真空スイッチを提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 本発明の真空スイッチは、真空容器内に設けられた少な
くとも一対の陽極および陰極と，電子ビーム照射装置と
を備えていることにある。
投入時は、電子ビームで陽極を加熱する。加熱された陽
極の表面から、金属蒸気が放出され、それに電子ビーム
を照射することにより、蒸気を電離・プラズマ化し、電
子及び陽イオンが，ぶつかりながら、陰極・陽極に流れ
こむことにより導通状態となり、スイッチが始動できる
． 遮断時は、電子ビームの照射を中止しているため、主回
路の放電電流の零点で、陽ｉｌｌ３極間のプラズマ生成
はとまる．残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め，瞬時拡散され、陽・陰極間の絶縁が回復する． したがって、本発明の真空スイッチは、放電開始前、陽
・陰極間は真空であるため、電子ビームは散乱されるこ
となく、容易に制御でき、主電極間の金属粒子を電子ビ
ームによりプラズマ化するため、放電ジツターを小さく
することができる．放電開始後は、真空拡散により急速
に陽・陰極間の絶縁回復が早く、耐電圧特性にすぐれて
いるので，高電圧状態で高繰返しのスイッチングを増加
させることができる。
極の表面から、金属蒸気が放出され、それに電子ビーム
を照射することにより、蒸気を電離・プラズマ化し、電
子及び陽イオンが，ぶつかりながら、陰極・陽極に流れ
こむことにより導通状態となり、スイッチが始動できる
． 遮断時は、電子ビームの照射を中止しているため、主回
路の放電電流の零点で、陽ｉｌｌ３極間のプラズマ生成
はとまる．残留電荷は、プラズマ領域の周囲が真空のた
め，瞬時拡散され、陽・陰極間の絶縁が回復する． したがって、本発明の真空スイッチは、放電開始前、陽
・陰極間は真空であるため、電子ビームは散乱されるこ
となく、容易に制御でき、主電極間の金属粒子を電子ビ
ームによりプラズマ化するため、放電ジツターを小さく
することができる．放電開始後は、真空拡散により急速
に陽・陰極間の絶縁回復が早く、耐電圧特性にすぐれて
いるので，高電圧状態で高繰返しのスイッチングを増加
させることができる。
以下、本発明の実施例を第１図，第２図により説明する
．第１図に示す本発明の真空スイッチ１００は次のよう
に構成されている． 真空容器１は積重ねた４個の絶縁筒２Ａ〜２Ｄと、絶縁
筒２Ａ，２Ｄの外端に取付けられたフランジ部３Ａ，４
Ａと，フランジ部４Ａの外端に取付けた絶縁部４Ｂとよ
り構成している。絶縁部４Ｂに真空ポンプ５を連結して
いる．真空容器内は常時真空ポンプ５により排気されて
、真空状態にしている．真空度はＰａｓｃｈｅｎの曲線
の絶縁耐圧の最小値よりも高真空側を必要とする．例え
ば２Ｘ １ ０−”Ｔｏｒｒ（２．６ ６ Ｐ ａ）以
上の高真空とする。
．第１図に示す本発明の真空スイッチ１００は次のよう
に構成されている． 真空容器１は積重ねた４個の絶縁筒２Ａ〜２Ｄと、絶縁
筒２Ａ，２Ｄの外端に取付けられたフランジ部３Ａ，４
Ａと，フランジ部４Ａの外端に取付けた絶縁部４Ｂとよ
り構成している。絶縁部４Ｂに真空ポンプ５を連結して
いる．真空容器内は常時真空ポンプ５により排気されて
、真空状態にしている．真空度はＰａｓｃｈｅｎの曲線
の絶縁耐圧の最小値よりも高真空側を必要とする．例え
ば２Ｘ １ ０−”Ｔｏｒｒ（２．６ ６ Ｐ ａ）以
上の高真空とする。
尚、真空容器は真空ポンプを常時使用しない場合には、
単に容器内を真空状態にして密閉して使用してもよい．
そして、真空容器内は次に述べる陽極３などの電極を設
置している． フランジ部３Ａの中央部に取付けられた陽極３は、陰極
５方向に突出している。陰極５のフランジ部５Ａは絶縁
筒２Ａと絶縁筒２Ｂとの間に支持されている．フランジ
部５Ａの中間部に形成した陰極５は、陽極３を包囲する
カップ形状に形成することにより、電流通電面積を広く
して、回路のりアクタンスを減少している．陽極３およ
び陰極５の材料は，アークによる消耗が少ないタングス
テン形銅合金、または耐電圧特性の良いクロム形銅合金
等が使用されている。
単に容器内を真空状態にして密閉して使用してもよい．
そして、真空容器内は次に述べる陽極３などの電極を設
置している． フランジ部３Ａの中央部に取付けられた陽極３は、陰極
５方向に突出している。陰極５のフランジ部５Ａは絶縁
筒２Ａと絶縁筒２Ｂとの間に支持されている．フランジ
部５Ａの中間部に形成した陰極５は、陽極３を包囲する
カップ形状に形成することにより、電流通電面積を広く
して、回路のりアクタンスを減少している．陽極３およ
び陰極５の材料は，アークによる消耗が少ないタングス
テン形銅合金、または耐電圧特性の良いクロム形銅合金
等が使用されている。
制御電極６は絶縁筒２Ｂと２Ｃとの間に支持され、陰極
５および電子流引出電極７とに対向配置されている．電
子流引出電極７はフランジ部７Ａを制御電極側に突出し
，フランジ部７Ａが絶縁筒２Ｃと２Ｄとの間に支持され
ている．電子流引出電極７の内側は電子流制御電極４を
配置している。
５および電子流引出電極７とに対向配置されている．電
子流引出電極７はフランジ部７Ａを制御電極側に突出し
，フランジ部７Ａが絶縁筒２Ｃと２Ｄとの間に支持され
ている．電子流引出電極７の内側は電子流制御電極４を
配置している。
電子流制御電極４はフランジ部４Ａを電子流引出電極側
方向に突出していると共に、この内部にフィラメント８
を配置している。
方向に突出していると共に、この内部にフィラメント８
を配置している。
フィラメント８の端子はフランジ部４Ａに形成した貫通
穴を挿通し、絶縁物４Ｂに支持されていると共に、外部
に露出している。フィラメント８からの矢印方向に進行
する電子ビーム１０は、各制御電極４，７，６．５に形
成した貫通孔１１を介して、陽極３を照射する。フィラ
メント８および各電極３，５，６．７は、真空容器外に
配置された電源７Ｘ等に接続している． 電子流引出電極７，電子流制御電極４およびフィラメン
ト８は，電線１１Ａを介して電子流引出用電源７Ｘ、電
子流制御用電源４Ｘおよびフィラメント用電源８Ｘにそ
れぞれ接続されている．制御電極６は、パルストランス
１２の二次巻線１４の一端に接続していると共に，絶縁
筒２Ｂ，２Ｃの外側に磁界発生用コイル１５を装着して
いる．磁界発生用コイル１５は直流電源１５Ａ，スイッ
チ１５Ｂを設置している． パルストランス１２は一次巻線１３および二次巻線１４
とより構成されている．一次巻線１８の両端はコンデン
サ１３Ａ，パルス用スイッチ１３Ｂおよびパルス用充電
装置１３Ｃとより構成されていると共に、接地している
。パルス用スイッチ１３ＢはＳＩＴ（静電誘導形トラン
ジスタ）を使用している。パルス用スイッチ１３Ｂは開
放および閉じている時に応じて制御電極６が負電位およ
び正電位に印加される。二次巻線１４の一端は充電用抵
抗１４Ａ，負バイアス用コンデンサ１４Ｂを介して接地
している。二次巻線１４の他端は上述の如く制御電極６
と電位用コンデンサ１６を介して主回路１７に接続して
いる。
穴を挿通し、絶縁物４Ｂに支持されていると共に、外部
に露出している。フィラメント８からの矢印方向に進行
する電子ビーム１０は、各制御電極４，７，６．５に形
成した貫通孔１１を介して、陽極３を照射する。フィラ
メント８および各電極３，５，６．７は、真空容器外に
配置された電源７Ｘ等に接続している． 電子流引出電極７，電子流制御電極４およびフィラメン
ト８は，電線１１Ａを介して電子流引出用電源７Ｘ、電
子流制御用電源４Ｘおよびフィラメント用電源８Ｘにそ
れぞれ接続されている．制御電極６は、パルストランス
１２の二次巻線１４の一端に接続していると共に，絶縁
筒２Ｂ，２Ｃの外側に磁界発生用コイル１５を装着して
いる．磁界発生用コイル１５は直流電源１５Ａ，スイッ
チ１５Ｂを設置している． パルストランス１２は一次巻線１３および二次巻線１４
とより構成されている．一次巻線１８の両端はコンデン
サ１３Ａ，パルス用スイッチ１３Ｂおよびパルス用充電
装置１３Ｃとより構成されていると共に、接地している
。パルス用スイッチ１３ＢはＳＩＴ（静電誘導形トラン
ジスタ）を使用している。パルス用スイッチ１３Ｂは開
放および閉じている時に応じて制御電極６が負電位およ
び正電位に印加される。二次巻線１４の一端は充電用抵
抗１４Ａ，負バイアス用コンデンサ１４Ｂを介して接地
している。二次巻線１４の他端は上述の如く制御電極６
と電位用コンデンサ１６を介して主回路１７に接続して
いる。
主回路１７はコンデンサ１８および抵抗１９を介して陽
極用フランジ部３Ａと陰極用フランジ部５Ａとの間に接
続している。レーザ発振器２０は抵抗１９と並列す゜る
ように主回路間に接続していると共に、抵抗２１の一端
は主回路１７に接続し、他端は接地している。２２はコ
ンデンサ１８およびフランジ部３Ａに接続している充電
装置である。
極用フランジ部３Ａと陰極用フランジ部５Ａとの間に接
続している。レーザ発振器２０は抵抗１９と並列す゜る
ように主回路間に接続していると共に、抵抗２１の一端
は主回路１７に接続し、他端は接地している。２２はコ
ンデンサ１８およびフランジ部３Ａに接続している充電
装置である。
次に、真空スイッチ１００の投入・遮断作用について説
明する． 先ず、フィラメント用電源８ｘよりフイラメント８に正
電位を印加し，フィラメント８を加熱して電子ビーム１
０を放出しているが、電子ビーム１０は電子流制御Ｗ１
＠４Ｘより電子流制御電極４に負荷位を印加して．ｆｌ
！子ビーム１０の径方向放出を抑制している。電子流引
出用電源７Ｘは電子流引出電極７に正電位を印加した状
態にある．〔投入時〕 この状態で，充電装置２２からコンデンサ１８を充電し
て、陽極３と陰極５との間を高電圧状態にする．パルス
用スイッチ１３Ｂを閉じると、コンデンサ１３Ａが放電
し、一次巻線１３に放１！電流が流れて、二次巻線１４
に誘起電圧を誘起し、制御電極６に第４図（ａ）に示す
正電位Ｖを印加する．そうすると、第３図に示す放電を
開始する．すなわち，電子ビーム１０の電流ｉ見は、第
４図（ａ）に示す如く陰極５の貫通孔１１を通して、電
子ビーム１０が陽極３を加熱する〔第３図（Ａ）〕．加
熱された陽極３の表面から、金属蒸気が放出され〔同図
（Ｂ））．それに電子ビームを照射することにより、蒸
気を電離・プラズマ化〔同図（Ｃ））Ｌ、電子及び陽イ
オンが、ぶつかりながら、陰極・陽極に流れこむことに
より導通状態となり〔同図（Ｄ）） ，第４図（ａ）の
放電電流１２が主回路１７に流れて、スイッチが始動す
る。
明する． 先ず、フィラメント用電源８ｘよりフイラメント８に正
電位を印加し，フィラメント８を加熱して電子ビーム１
０を放出しているが、電子ビーム１０は電子流制御Ｗ１
＠４Ｘより電子流制御電極４に負荷位を印加して．ｆｌ
！子ビーム１０の径方向放出を抑制している。電子流引
出用電源７Ｘは電子流引出電極７に正電位を印加した状
態にある．〔投入時〕 この状態で，充電装置２２からコンデンサ１８を充電し
て、陽極３と陰極５との間を高電圧状態にする．パルス
用スイッチ１３Ｂを閉じると、コンデンサ１３Ａが放電
し、一次巻線１３に放１！電流が流れて、二次巻線１４
に誘起電圧を誘起し、制御電極６に第４図（ａ）に示す
正電位Ｖを印加する．そうすると、第３図に示す放電を
開始する．すなわち，電子ビーム１０の電流ｉ見は、第
４図（ａ）に示す如く陰極５の貫通孔１１を通して、電
子ビーム１０が陽極３を加熱する〔第３図（Ａ）〕．加
熱された陽極３の表面から、金属蒸気が放出され〔同図
（Ｂ））．それに電子ビームを照射することにより、蒸
気を電離・プラズマ化〔同図（Ｃ））Ｌ、電子及び陽イ
オンが、ぶつかりながら、陰極・陽極に流れこむことに
より導通状態となり〔同図（Ｄ）） ，第４図（ａ）の
放電電流１２が主回路１７に流れて、スイッチが始動す
る。
遮断時にはパルス用スイッチ１３Ｂを切ると、制御電極
６は第４図（ａ）の如く負電位（−■）になり、電子ビ
ーム１０の電流１１は零になり、電子ビーム１０の照射
は中止されているため〔第３図（Ｅ））．主回路１７の
放電電流１２の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成はと
まる〔同図（Ｆ））．残留電荷は、プラズマ領域の周囲
が真空のため，瞬時拡散され〔同図（Ｇ））．陽・陰極
間の絶縁が回復する〔同図（Ｈ）〕。
６は第４図（ａ）の如く負電位（−■）になり、電子ビ
ーム１０の電流１１は零になり、電子ビーム１０の照射
は中止されているため〔第３図（Ｅ））．主回路１７の
放電電流１２の零点で、陽・陰極間のプラズマ生成はと
まる〔同図（Ｆ））．残留電荷は、プラズマ領域の周囲
が真空のため，瞬時拡散され〔同図（Ｇ））．陽・陰極
間の絶縁が回復する〔同図（Ｈ）〕。
このように、本発明では放電開始前に、陽・陰極３，５
間は真空であるため、電子ビーム１０が散乱されること
なく，早く陽極表面を照射し、金属粒子を発生し、金蒸
粒子をプラズマ化するので、主回路１７で早く放電を開
始できる。つまり放電ジッダを小さくできる。放電後は
、金属粒子，プラズマはすぐに放電空間より拡散し、絶
縁回復が早く、次の放電をすぐに開始できる．つまり，
放電開始時間を早くできる．したがって、本発明の真空
スイッチは，短時間で高繰返しのスイッチング回数を多
く行うことができる． このことは、第４図（ｂ）に示す如く主回路１７の放電
電流１２の半波時間より、若干短い時間だけ電子ビーム
１ｏを照射し、放電電流ｉｔの零点を早期に作り，電流
を遮断し、電子ビーム照射時間を制御し、高繰り返しス
イッチング動作を行うことができる． また，真空状態で陽極３と陰極５との間で放電を行うこ
とは，ガス中に比べてアーク電圧が極めて低いため電極
に流入するエネルギー量即ち電流とアーク電圧との積が
小さく、陽極３，陰極５に使用されている金属たとえば
タングステン−銅合金又はクロム−銅合金等は，消耗が
少なく，寿命を延ばすことができるので，スイッチング
回数を更に増加することができる． この点に関し，本発明者達が実験した結果によれば，従
来の第１０図に示すサイラ１・ロンでは、陽極と陰極と
の間に２０ＫＶ以下の電圧しか印加することができず，
陽極と陰極との間にＩＫＡ以下の放電電流を流し、この
放電電流を１０”ショット以下しかスイッチングを行う
ことができなかった。これに対して、本発明の真空スイ
ッチでは、陽極３と陰極５との間に２０ＫＶ以上の定格
電圧を印加し、陽極と陰極との間にＩＫＡ以上の放電電
流を流し、この放電電流を１０”ショット以上スイッチ
ングを行うことができるようになった。
間は真空であるため、電子ビーム１０が散乱されること
なく，早く陽極表面を照射し、金属粒子を発生し、金蒸
粒子をプラズマ化するので、主回路１７で早く放電を開
始できる。つまり放電ジッダを小さくできる。放電後は
、金属粒子，プラズマはすぐに放電空間より拡散し、絶
縁回復が早く、次の放電をすぐに開始できる．つまり，
放電開始時間を早くできる．したがって、本発明の真空
スイッチは，短時間で高繰返しのスイッチング回数を多
く行うことができる． このことは、第４図（ｂ）に示す如く主回路１７の放電
電流１２の半波時間より、若干短い時間だけ電子ビーム
１ｏを照射し、放電電流ｉｔの零点を早期に作り，電流
を遮断し、電子ビーム照射時間を制御し、高繰り返しス
イッチング動作を行うことができる． また，真空状態で陽極３と陰極５との間で放電を行うこ
とは，ガス中に比べてアーク電圧が極めて低いため電極
に流入するエネルギー量即ち電流とアーク電圧との積が
小さく、陽極３，陰極５に使用されている金属たとえば
タングステン−銅合金又はクロム−銅合金等は，消耗が
少なく，寿命を延ばすことができるので，スイッチング
回数を更に増加することができる． この点に関し，本発明者達が実験した結果によれば，従
来の第１０図に示すサイラ１・ロンでは、陽極と陰極と
の間に２０ＫＶ以下の電圧しか印加することができず，
陽極と陰極との間にＩＫＡ以下の放電電流を流し、この
放電電流を１０”ショット以下しかスイッチングを行う
ことができなかった。これに対して、本発明の真空スイ
ッチでは、陽極３と陰極５との間に２０ＫＶ以上の定格
電圧を印加し、陽極と陰極との間にＩＫＡ以上の放電電
流を流し、この放電電流を１０”ショット以上スイッチ
ングを行うことができるようになった。
また，定格電圧と放電電流の最大値で実験した場合を説
明する．陽極と陰極との間に３０ＫＶの定格電圧を印加
し、陽極と陰極との間にＩＯＫＡの放電電流を流し，こ
の放電電流をスイッチングできる回数は、本発明では１
０８ショットであった．この実施例では、磁界発生用コ
イル１５を使用して、軸方向磁界を発生させて，電子ビ
ーム１０が散乱することなく、陽極方向に集中して照射
するようにした結果，電子ビーム１０が無駄にならず，
フィラメント８の効率が良くなり、フィラメント８およ
び電源４Ｘ，７Ｘ，８Ｘ等を小形化することができるよ
うになった． 上述の実施例では磁界発生用コイル１５に常時電流を流
しているが，パルス用スイッチ１３Ｂの開閉に同期して
スイッチ１５Ｂを開閉する．たとえばパルス用スイッチ
１３Ｂが開放している時にこれに同期してスイッチ１５
Ｂを開放すれば、磁界発生コイル１５に電流を流す必要
がなく、消費電力を少なくできる．これとは逆に、パル
ス用スイッチ１３Ｂの閉じに同期してスイッチ１５Ｂを
閉じて，ｆＩ＆流を印加することにより、コイルに流れ
る電流損失を一定にすれば、常時電流を流している場合
と比較して、印加電流をパルス的に間欠に流す場合の方
がコイルに流せる最大許容電流は大きくすることができ
る．このため，コイルにパルス的に流した大電流により
誘起される磁場を強くすることができる．これにより電
子流１０の電子密度は高まり、高繰返し放電での安定性
に寄与することができる． 次に，本発明の別の実施例を第５図ないし第９図により
説明する． 第５図は磁界発生用コイル１５を真空容器内に配置し，
軸中心部での磁束密度が強力となるため，電子流密度を
上げ，放電制御の安定性にさらに効果がある． 第６図は高電圧化に適した真空スイッチであり、陽極３
をベローズ２２を介してフランジ２３に取りつけ、陽・
陰極電極３，５間のギャップ長を可変とする．約１５ｋ
Ｖ／ＩＩ１１の耐電圧特性が向上する．ギャップ長を広
げた時は、電子ビーム源２４の電子ビーム量を増加させ
ると，放電の安定性を増す．１００ｋＶクラスの久塵ス
イッチを提供することができる． 第７図は電子ビーム源２４及び陽極電極３の開口部２５
を複数設けた場合である．交互に電子ビームを照射する
ことにより，陽極３の消耗は軽減でき、長寿命の真空ス
イッチを提供することができる． 第８図は２次電子によるプラズマ化増幅を狙った構成で
ある．電子ビーム源２４から照射された電子ビーム１０
は，図面垂直方向磁場２５により進行方向が陽極方向に
偏向され、陽極３の表面をたたいて蒸気化させる。一方
、偏而しきれなかった電子ビームは陰極５の表面をたた
き、２次電子２６を発生させる。２次電子が金属蒸気に
衝突し、プラズマ化を増幅させる効果となっている。ま
た、電子ビーム源２４は陰極より上側の真空容器に取付
け、斜め下側から陽極に電子ビームを照射してもよい． 上述の実施例はいずれもレーザ装置の放電スイッチとし
て述べたが、第９図はプラズマフォーカス形の軟Ｘ線源
に用いた場合であり、これを説明する。
明する．陽極と陰極との間に３０ＫＶの定格電圧を印加
し、陽極と陰極との間にＩＯＫＡの放電電流を流し，こ
の放電電流をスイッチングできる回数は、本発明では１
０８ショットであった．この実施例では、磁界発生用コ
イル１５を使用して、軸方向磁界を発生させて，電子ビ
ーム１０が散乱することなく、陽極方向に集中して照射
するようにした結果，電子ビーム１０が無駄にならず，
フィラメント８の効率が良くなり、フィラメント８およ
び電源４Ｘ，７Ｘ，８Ｘ等を小形化することができるよ
うになった． 上述の実施例では磁界発生用コイル１５に常時電流を流
しているが，パルス用スイッチ１３Ｂの開閉に同期して
スイッチ１５Ｂを開閉する．たとえばパルス用スイッチ
１３Ｂが開放している時にこれに同期してスイッチ１５
Ｂを開放すれば、磁界発生コイル１５に電流を流す必要
がなく、消費電力を少なくできる．これとは逆に、パル
ス用スイッチ１３Ｂの閉じに同期してスイッチ１５Ｂを
閉じて，ｆＩ＆流を印加することにより、コイルに流れ
る電流損失を一定にすれば、常時電流を流している場合
と比較して、印加電流をパルス的に間欠に流す場合の方
がコイルに流せる最大許容電流は大きくすることができ
る．このため，コイルにパルス的に流した大電流により
誘起される磁場を強くすることができる．これにより電
子流１０の電子密度は高まり、高繰返し放電での安定性
に寄与することができる． 次に，本発明の別の実施例を第５図ないし第９図により
説明する． 第５図は磁界発生用コイル１５を真空容器内に配置し，
軸中心部での磁束密度が強力となるため，電子流密度を
上げ，放電制御の安定性にさらに効果がある． 第６図は高電圧化に適した真空スイッチであり、陽極３
をベローズ２２を介してフランジ２３に取りつけ、陽・
陰極電極３，５間のギャップ長を可変とする．約１５ｋ
Ｖ／ＩＩ１１の耐電圧特性が向上する．ギャップ長を広
げた時は、電子ビーム源２４の電子ビーム量を増加させ
ると，放電の安定性を増す．１００ｋＶクラスの久塵ス
イッチを提供することができる． 第７図は電子ビーム源２４及び陽極電極３の開口部２５
を複数設けた場合である．交互に電子ビームを照射する
ことにより，陽極３の消耗は軽減でき、長寿命の真空ス
イッチを提供することができる． 第８図は２次電子によるプラズマ化増幅を狙った構成で
ある．電子ビーム源２４から照射された電子ビーム１０
は，図面垂直方向磁場２５により進行方向が陽極方向に
偏向され、陽極３の表面をたたいて蒸気化させる。一方
、偏而しきれなかった電子ビームは陰極５の表面をたた
き、２次電子２６を発生させる。２次電子が金属蒸気に
衝突し、プラズマ化を増幅させる効果となっている。ま
た、電子ビーム源２４は陰極より上側の真空容器に取付
け、斜め下側から陽極に電子ビームを照射してもよい． 上述の実施例はいずれもレーザ装置の放電スイッチとし
て述べたが、第９図はプラズマフォーカス形の軟Ｘ線源
に用いた場合であり、これを説明する。
真空容器３０中に希ガス（Ｎｃ，Ａｒ，Ｋｒ等）が封入
されており、コンデンサ３３の電荷を真空スイッチ１０
０を入力し、上記同軸状電極３１，３２に電圧を印加さ
せると、絶縁物３４の沿面で放電が開始し、放電シース
が下方に走り、電極３１の前方でプラズマがピンチし、
高温・高密度プラズマ中から軟Ｘ線３５が発生する。Ｘ
線リソグラフイの場合は発生した軟Ｘ線３５を透過窓３
６を通して、マスク３７のパターンをシリコンウエハ３
８に転写することになる。尚３９はアライナである．軟
Ｘ線源の場合、放電電流は数百ｋＡを必要とする。
されており、コンデンサ３３の電荷を真空スイッチ１０
０を入力し、上記同軸状電極３１，３２に電圧を印加さ
せると、絶縁物３４の沿面で放電が開始し、放電シース
が下方に走り、電極３１の前方でプラズマがピンチし、
高温・高密度プラズマ中から軟Ｘ線３５が発生する。Ｘ
線リソグラフイの場合は発生した軟Ｘ線３５を透過窓３
６を通して、マスク３７のパターンをシリコンウエハ３
８に転写することになる。尚３９はアライナである．軟
Ｘ線源の場合、放電電流は数百ｋＡを必要とする。
このため，本発明の真空スイッチは大電流プラズマピン
チを利用した軟Ｘ線源，中性子源，空間的に１つの塊と
なったプラズマを１０’ｍ／ｓ 程度の初速度をもたせ
て打ち出すプラズマガン、数ｇから数眩の飛しよう体を
加速する電磁加速装置、ウラン濃縮システム等に用いる
ことができる．たとえば、真空容器内にウラン２３５，
２３８とを有するウラン金属を設置し、ウラン金属を蒸
発させかつ上昇途中にレーザ発振器からのレーザ光を蒸
発金属に照射する時に，本発明の真空スイッチをオン・
オフし、レーザ光をゐ発金属に照射するのを制御して，
ウラン２３５と２３８に分離するのを制御するウラン濃
縮システムに利用できる。
チを利用した軟Ｘ線源，中性子源，空間的に１つの塊と
なったプラズマを１０’ｍ／ｓ 程度の初速度をもたせ
て打ち出すプラズマガン、数ｇから数眩の飛しよう体を
加速する電磁加速装置、ウラン濃縮システム等に用いる
ことができる．たとえば、真空容器内にウラン２３５，
２３８とを有するウラン金属を設置し、ウラン金属を蒸
発させかつ上昇途中にレーザ発振器からのレーザ光を蒸
発金属に照射する時に，本発明の真空スイッチをオン・
オフし、レーザ光をゐ発金属に照射するのを制御して，
ウラン２３５と２３８に分離するのを制御するウラン濃
縮システムに利用できる。
本発明によれば、真空容器中に少なくとも一対の対向す
る陽・陰極電極を設け，陽極電極の表面に電子ビームを
照射する装置を設けた。これにより、真空のため電子ビ
ーム制御が良好であり、電子ビーム衝撃で陽極表面を蒸
気化し、しかもその蒸気粒子に電子ビームを照射するこ
とによりプラズマ化するため、スイッチングの高繰り返
し制御及び高電圧化ができるようになった。
る陽・陰極電極を設け，陽極電極の表面に電子ビームを
照射する装置を設けた。これにより、真空のため電子ビ
ーム制御が良好であり、電子ビーム衝撃で陽極表面を蒸
気化し、しかもその蒸気粒子に電子ビームを照射するこ
とによりプラズマ化するため、スイッチングの高繰り返
し制御及び高電圧化ができるようになった。
第１図は本発明の実施例として示した真空スイッチの概
略説明図、第２図は第１図の電極附近を拡大した側断面
図、第３図（Ａ）ないし（Ｈ）は第１図を説明する説明
図、第４図（ａ），（ｂ）は第１図の電圧，放電電流等
の作用を説明する波形図、第５図ないし第８図は本発明
の他の実施例として示した真空スイッチの側断面図、第
９図は本発明の真空スイッチを軟Ｘ線に使用した概略図
、第１０図，第１１図は従来例の真空スイッチの説明図
である。 １・・・真空容器，３・・・陽極、５・・・陰極、６・
・・制御電極，８・・・フィラメント，１２・・・パル
ストランス、２４・・・照射装置．
略説明図、第２図は第１図の電極附近を拡大した側断面
図、第３図（Ａ）ないし（Ｈ）は第１図を説明する説明
図、第４図（ａ），（ｂ）は第１図の電圧，放電電流等
の作用を説明する波形図、第５図ないし第８図は本発明
の他の実施例として示した真空スイッチの側断面図、第
９図は本発明の真空スイッチを軟Ｘ線に使用した概略図
、第１０図，第１１図は従来例の真空スイッチの説明図
である。 １・・・真空容器，３・・・陽極、５・・・陰極、６・
・・制御電極，８・・・フィラメント，１２・・・パル
ストランス、２４・・・照射装置．
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置とを備えた真空スイッチ。 ２、真空容器内に設けた陽極と陽極を照射する電子ビー
ム照射装置と、陽極と電子ビーム照射装置との間に設け
た陰極と、前記陰極に形成した電子ビームが通過し得る
少なくとも１個以上の貫通孔とを備えた真空スイッチ。 ３、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置と、前記陽極と陰極との間に２０ＫＶより高い定格
電圧を印加する手段とを有し、前記陽極及び陰極は両者
間に１０００Ａ以上の放電電流を流し得る容量を有し、
前記放電電流を１０＾６ショット以上のスイッチングを
行う真空スイッチ。 ４、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置と、前記陽極に陽極と陰極との間に形成した間隙長
を調整する調整手段とを備えている真空スイッチ。 ５、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置とを備え、前記陽極および陰極にタングステン−銅
合金又はクロム−銅合金を使用する真空スイッチ。 ６、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム装置
とを備えた真空スイッチと、前記真空スイッチによつて
パルスレーザ発振器をオン・オフするパルスレーザシス
テム。 ７、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム装置
とを備えた真空スイッチと、前記真空スイッチによつて
オン・オフするパルスレーザ発振器と、パルスレーザ発
振器からのレーザ光をウラン２３５とウラン２３８とか
ら成るウラン金属蒸気に照射して、ウラン２３５と２３
８に分離するウラン濃縮システム。 ８、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置と、真空容器に設けた電子ビームのオン・オフを制
御する制御電極と、制御電極に接続したパルストランス
の二次側と、前記パルストランスの一次側に設けた制御
電極を正又は負電位に制御する第１スイッチとを備えた
真空スイッチ装置。 ９、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および陰
極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照射
装置と、真空容器に設けた電子ビームのオン・オフを制
御する制御電極と、制御電極に接続したパルストランス
の二次側と、前記パルストランスの一次側に設けた制御
電極を正又は負電位に制御する第１スイッチとを備え、
陽極と陰極との間およびビーム照射装置に電圧を印加し
、第１スイッチを動作させ、制御電極に正又は負電位を
印加し、電子ビーム装置からの電子ビームが陽極を照射
するのをオン・オフ制御する真空スイッチ装置の制御方
法。 １０、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および
陰極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照
射装置と、前記真空容器の内側又は外側に設けた磁界発
生コイルと、磁界発生コイルに設けた第２スイッチとを
備えた真空スイッチ装置。 １１、真空容器内に設けた少なくとも一対の陽極および
陰極と、前記陽極に電子ビームを照射する電子ビーム照
射装置と、真空容器に設けた電子ビームのオン・オフを
制御する制御電極と、制御電極に接続したパルストラン
スの二次側と、前記パルストランスの一次側に設けた制
御電極を正又は負電位にする第１スイッチと、前記真空
容器の内側又は外側に設けた磁界発生コイルと、磁界発
生コイルに設けた第２スイッチとを備え、第１スイッチ
の開閉動作に同期して第２スイッチを開閉する真空スイ
ッチ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056492A JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
| EP90104286A EP0386710B1 (en) | 1989-03-10 | 1990-03-06 | Vacuum switch apparatus |
| DE69013720T DE69013720T2 (de) | 1989-03-10 | 1990-03-06 | Vakuumschalter. |
| US07/489,666 US5038082A (en) | 1989-03-10 | 1990-03-07 | Vacuum switch apparatus |
| CA002011644A CA2011644C (en) | 1989-03-10 | 1990-03-07 | Vacuum switch apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056492A JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236981A true JPH02236981A (ja) | 1990-09-19 |
| JP2564390B2 JP2564390B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=13028590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1056492A Expired - Lifetime JP2564390B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 真空スイツチ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5038082A (ja) |
| EP (1) | EP0386710B1 (ja) |
| JP (1) | JP2564390B2 (ja) |
| CA (1) | CA2011644C (ja) |
| DE (1) | DE69013720T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9077158B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-07-07 | Denso Corporation | Spark plug for internal combustion engine |
| JPWO2022085086A1 (ja) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0473814B1 (de) * | 1990-09-03 | 1995-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Hohlelektrodenschalter |
| US5126638A (en) * | 1991-05-13 | 1992-06-30 | Maxwell Laboratories, Inc. | Coaxial pseudospark discharge switch |
| US5851725A (en) * | 1993-01-26 | 1998-12-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Exposure of lithographic resists by metastable rare gas atoms |
| US5550430A (en) * | 1994-05-16 | 1996-08-27 | Litton Systems, Inc. | Gas discharge closing switch with unitary ceramic housing |
| US5834898A (en) * | 1997-03-04 | 1998-11-10 | Litton Systems, Inc. | High power current regulating switch tube with a hollow electron beam |
| US6127779A (en) * | 1997-03-04 | 2000-10-03 | Litton Systems, Inc. | High voltage standoff, current regulating, hollow electron beam switch tube |
| CN103650091A (zh) * | 2011-06-07 | 2014-03-19 | 阿尔斯通技术有限公司 | 电力切换装置 |
| CN104183443B (zh) * | 2014-08-13 | 2016-10-05 | 俞权锋 | 一种高压静电放电管 |
| EP3561972B1 (de) * | 2018-04-27 | 2024-03-27 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Netzbeeinflussungsanlage |
| US12451672B2 (en) | 2023-03-06 | 2025-10-21 | The Boeing Company | Three-dimensional graphene network electrode for a high-power switch circuit |
| IL328154A (en) * | 2023-11-09 | 2026-06-01 | N T Tao Ltd | High power plasma switch with active magnetic cut-off control |
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| JPH01186780A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-26 | Toshiba Corp | 真空トリガ・ギャップ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1118565A (en) * | 1964-10-24 | 1968-07-03 | M O Valve Co Ltd | Improvements in or relating to gas-filled electric discharge devices |
| US3641384A (en) * | 1970-03-16 | 1972-02-08 | Hughes Aircraft Co | Switching device |
| GB2065962B (en) * | 1979-12-21 | 1983-11-02 | English Electric Valve Co Ltd | Thyratrosns |
| US4668896A (en) * | 1985-03-06 | 1987-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Linear geometry thyratron |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1056492A patent/JP2564390B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-06 DE DE69013720T patent/DE69013720T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-06 EP EP90104286A patent/EP0386710B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-07 CA CA002011644A patent/CA2011644C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-07 US US07/489,666 patent/US5038082A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JPS59134517A (ja) * | 1983-01-24 | 1984-08-02 | 富士通株式会社 | 高電圧スイツチ |
| JPH01186780A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-26 | Toshiba Corp | 真空トリガ・ギャップ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9077158B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-07-07 | Denso Corporation | Spark plug for internal combustion engine |
| JPWO2022085086A1 (ja) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | ||
| WO2022085086A1 (ja) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | 株式会社東芝 | スイッチング装置及び直流遮断装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2011644C (en) | 1996-02-20 |
| DE69013720T2 (de) | 1995-06-01 |
| DE69013720D1 (de) | 1994-12-08 |
| EP0386710A1 (en) | 1990-09-12 |
| CA2011644A1 (en) | 1990-09-10 |
| EP0386710B1 (en) | 1994-11-02 |
| JP2564390B2 (ja) | 1996-12-18 |
| US5038082A (en) | 1991-08-06 |
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