JPH0684599A - タンデム型イオン加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電変換ガス流量調節系の簡素化、圧力容器
の小型化を図ること。 【構成】 荷電変換部３へのガス流量を調節するサーモ
メカニカルバルブ５は電圧調整器２０から弁開度操作電
圧Ｖｂが与えられており、電圧調整器には、ターボ分子
ポンプ１５、１６を駆動する電動発電機１０の出力電圧
Ｖｇを印加する。電動発電機は可調整電源である可変周
波数インバータ２１から駆動されており、流量設定信号
Ｖｆに応じてインバータの出力周波数を制御し、電動発
電機速度を制御して出力電圧Ｖｇを変化させる。電圧調
整器２０は出力電圧Ｖｇに対応する弁開度操作電圧を発
生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可動機構部品で構成さ
れる専用の調節機構を用いずに荷電変換用ガスの流量を
調節するタンデム型イオン加速器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のタンデム型イオン加速器の
構成図であり、図示しない質量分析装置からの負イオン
ビームは、高圧絶縁ガスを充填した圧力容器１の内部に
収容されている低エネルギ側加速管２で高電位部に向け
て加速されて荷電変換部３に導入される。荷電変換部に
はガスボンベ４から荷電変換用ガスとしてアルゴンガス
がサーモメカニカルバルブ５を経て供給されており、導
入された負イオンから２個以上の電子を剥ぎ取ることに
より正イオンに荷電変換し、正イオンビームは高エネル
ギ側加速管６で接地電位部に向けて更に加速される。

【０００３】加速管２、６に高電圧を供給する高電圧発
生回路７は外部電源の電圧を整流逓倍して直流高電圧を
発生する。高電位部に配置する各種機器が取り付けられ
る高電位架台８は高電圧発生回路の正極端子に接続され
ており、同回路の負極端子に接続された導線はフィード
スルー端子９を経て圧力タンク外の接地電位（大地電
位）点に接続し、圧力タンクも接地電位点に接続されて
いる。高電位部に配置する機器に所要の低圧交流電力を
供給する交流電動発電機１０は、高電位部に配置された
交流発電機１１、接地電位部に配置された誘導電動機１
２及び両者を連結する絶縁軸１３で構成されており、誘
導電動機は外部電源１４から給電されている。

【０００４】荷電変換部３には交流発電機１１によって
給電駆動されるターボ分子ポンプ１５、１６が接続され
ており、これにより荷電変換用ガスが加速管側に流出す
るのを防ぐと共に、ポンプの排気路をサーモメカニカル
バルブ５の出口側に接続し、荷電変換用ガスを回収、再
利用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】サーモメカニカルバル
ブ５のバルブ開度の操作電圧は交流発電機１１に接続さ
れた摺動変圧器１７から供給されており、同変圧器の出
力電圧によるバルブ開度操作電圧を、例えば３０〜８０
Ｖの範囲で変化させることによりバルブを所要の最小流
量から最大流量を与える開度まで調節することができ
る。同変圧器の摺動操作軸は絶縁軸１８を介して圧力タ
ンク内の接地電位部に配置されたサーボモ−タ１９に結
合されている。圧力タンクの外部からサーボモ−タを制
御することにより、サーボモ−タを介して摺動変圧器１
７の出力電圧を調節し、荷電変換部３への荷電変換用ガ
スの供給流量を調節する。

【０００６】かかる荷電変換用ガスの流量調節機構によ
れば、圧力容器１内に摺動変圧器１７、絶縁軸１８、サ
ーボモ−タ１９を設けなければならず、構造が複雑であ
り、機構組立ては簡単に行えず長時間を要する。また、
かかる機構によれば機械的接続部分が存在するから、機
構の設置スペースに加えて、加速器構造部にとって有効
でないメンテナンスのスペースを必要とする。

【０００７】本発明は、荷電変換用ガス流量調節弁の制
御に用いられていた可動機構部品を不要とし、加速器構
造の簡素化、コンパクト化を図ったタンデム型イオン加
速器の提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、荷電変換部への荷電変換用ガスの流量
調節弁と、荷電変換部に接続されたターボ分子ポンプ
と、このポンプに給電する電動発電機とを有するタンデ
ム型イオン加速器において、前記電動発電機から給電さ
れて前記流量調節弁に弁開度操作電圧を印加する電圧調
整器と、前記電動発電機の電動機を駆動する可調整電源
とを備え、この可調整電源によって電動発電機の速度を
制御することにより前記弁開度操作電圧を調節すること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】電動発電機から給電される電圧調整器は、電動
発電機の出力電圧を変化させたとき、流量調節弁が所要
の最小流量から最大流量まで調節することができる弁開
度操作電圧を発生する。電動発電機の出力電圧は、可調
整電源によって電動発電機における電動機速度を制御し
て変化させる。ターボ分子ポンプを駆動する電動発電機
を利用することにより、専用の調節機構によらずに流量
調節弁を制御することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は実施例全体の構成図であり、以下、図５と
同一符号は同等部分を示す。荷電変換用ガスの供給流量
を調節するサーモメカニカルバルブ５は電圧調整器２０
から弁開度操作電圧Ｖｂが与えられており、同電圧調整
器は、ターボ分子ポンプ１５、１６を駆動する交流電動
発電機１０、具体的にはその交流発電機１１から給電さ
れる。電動発電機１０の誘導電動機１２は圧力容器１の
外部に設けられた可調整電源、例えば可変周波数インバ
ータ２１によって駆動される。外部電源１４から給電さ
れる同インバータの出力の周波数を変化させることによ
り、電動機１２の速度は周波数に比例して変化し、交流
発電機１１の出力電圧Ｖｇは電動機速度に比例して変化
する。

【００１１】可変周波数インバータ２１を流量設定信号
Ｖｆに応じて、ターボ分子ポンプ１５、１６の能力を極
端に低下させない範囲で、電動発電機１０の出力電圧Ｖ
ｇを変化させる。この出力電圧の変化範囲は、例えば、
定格出力電圧の８０〜１００％、８０〜１００Ｖの範囲
をカバーするものとする。サーモメカニカルバルブ５に
弁開度操作電圧Ｖｂを印加する電圧調整器２０は、かか
る範囲の電動発電機出力電圧Ｖｇの変化に対応して必要
とする弁開度調節範囲の操作電圧Ｖｂを発生する。

【００１２】図２に電圧調整器２０のブロック図を示
す。電動発電機１０の出力電圧Ｖｇは電圧調整器の整流
部２０１に印加されており、この整流部と出力端子２０
２との間に設けられた制御部２０３を制御することによ
り、電圧調整器２０はその出力端子に弁開度操作電圧Ｖ
ｂを発生する。例えば抵抗分圧器で構成される検出部２
０４で実際の操作電圧Ｖｂを検出し、検出部からの操作
電圧Ｖｂに比例する検出電圧Ｖｂ’は基準部２０５の基
準電圧Ｖｓと比較部２０６で比較される。比較部からの
誤差出力を増幅部２０７で増幅して制御部２０３を制御
することにより、出力端子の弁開度操作電圧Ｖｂに比例
する検出電圧Ｖｂ’は基準電圧Ｖｓに一致するように制
御され、弁開度操作電圧Ｖｂは基準電圧Ｖｓに比例した
値に制御される。

【００１３】基準部２０５には、電動発電機１０に接続
された絶縁変圧器２０８を介して整流部２０９から電動
発電機の出力電圧Ｖｇに比例する整流平滑電圧Ｖｒを印
加する。基準部２０５は図３（ａ）に示すように、ツェ
ナーダイオード２１０と抵抗２１１の直列回路で構成さ
れており、抵抗２１１の端子電圧を基準電圧Ｖｓとして
用いる。整流平滑電圧Ｖｒがツェナーダイオードのツェ
ナー電圧Ｖｚを超えると同ダイオードは導通するから、
基準電圧Ｖｓの特性は図３（ｂ）に示すものとなる。

【００１４】そこで、ツェナーダイオードのツェナー電
圧値Ｖｚ及び検出部２０４における抵抗分圧器の分圧比
等を適当に選択することにより、図４（ａ）に示す電動
発電機の出力電圧Ｖｇに対する例えば３０〜８０Ｖの範
囲をカバーする弁開度操作電圧Ｖｂの特性を得ることが
できる。したがって、電動発電機１０に給電する可変周
波数インバータ２１の出力周波数を流量設定信号Ｖｆに
応じて調節し、電動発電機の出力電圧を例えば定格電圧
の８０〜１００％、８０〜１００Ｖの範囲で調節するこ
とにより、同図（ｂ）に示すように、サーモメカニカル
バルブ５による荷電変換ガス供給流量について、最小流
量から最大流量まで調節することができる。

【００１５】電動発電機１０の出力電圧Ｖｇの低下に伴
い電動発電機から駆動されるターボ分子ポンプ１５、１
６の能力は図４（ｃ）に示すように低下し、出力電圧が
定格値の８０％になるとポンプ能力は６０％に低下す
る。しかし、この時には荷電変換ガス流量は最小値であ
り、ガス流量が少ないときにはポンプ能力は小さくて良
いから、電動発電機の出力電圧Ｖｇの低下させたときの
ターボ分子ポンプ１５、１６の能力低下は特に問題には
ならない。

【００１６】電動発電機１０の誘導電動機１２を駆動す
る可変周波数インバータ２１は、せいぜい容量１ｋＷ程
度のものでよく、市販されている一般的なインバータを
利用する場合にあっても、０〜６０Ｈｚの可変周波数範
囲において、０．００２Ｈｚの分解能で周波数を調節す
ることができるから、電動発電機の出力電圧Ｖｇについ
ても十分な分解能で制御することができ、荷電変換ガス
流量の調節分解能も実用上十分なものとなる。そして、
ターボ分子ポンプ１５、１６及びサーモメカニカルバル
ブ５は所定の電動発電機の出力電圧Ｖｇ、弁開度操作電
圧Ｖｂの下での運転中、電動発電機に対する負荷状態が
変動しないから、電動発電機の速度を制御することによ
り荷電変換用ガス流量を安定に調節することができる。

【００１７】なお、電動発電機１０に対する可調整電源
としての可変周波数インバータ２１の代わりに可変電圧
交流電源装置を用いて、電動発電機の速度即ち電動発電
機における電動機の速度を制御するようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、電動発
電機の速度を制御して出力電圧を変化させることによ
り、荷電変換用ガスの流量調節弁を調節するものである
から、圧力容器内に配置する流量調節弁の調節に係る機
器としては、単に電子装置で構成される電圧調整器だけ
で済む。したがって、従来必要とされたサーボモ−タ、
絶縁軸及び摺動変圧器による機構が全く不要となり、電
動発電機を駆動する可調整電源は圧力容器外に設置する
ので圧力容器を小さくすることができる。

【００１９】そして、サーボモ−タ等による流量調節弁
の調節機構の軸芯合わせのような時間を要する作業がな
くなるのはもとより、同機構周辺に配置されていた他の
部品の組立て、メンテナンスも容易になり、更には、加
速器において圧力容器内でメンテナンスを必要とするも
のが減るから、圧力容器をオープンして行うメンテナン
スの頻度が全体として減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】電圧調整器のブロック図である。

【図３】電圧調整器の基準部についての説明図である。

【図４】実施例の動作説明図である。

【図５】従来例の構成図である。

【符号の説明】

3 荷電変換部 5 荷電変換用ガス流量調節弁 10 電動発電機 15,16 ターボ分子ポンプ 20 電圧調整器 21 可調整電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電変換部への荷電変換用ガスの流量調
   節弁と、荷電変換部に接続されたターボ分子ポンプと、
   このポンプに給電する電動発電機とを有するタンデム型
   イオン加速器において、前記電動発電機から給電されて
   前記流量調節弁に弁開度操作電圧を印加する電圧調整器
   と、前記電動発電機の電動機を駆動する可調整電源とを
   備え、この可調整電源によって電動発電機の速度を制御
   することにより前記弁開度操作電圧を調節することを特
   徴とするタンデム型イオン加速器。