特許 7651734 高電圧電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-17

(45)【発行日】2025-03-26

(54)【発明の名称】高電圧電源

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20250318BHJP

   H02M 7/10 20060101ALI20250318BHJP

   H01J 37/248 20060101ALN20250318BHJP

【ＦＩ】

H02M7/06 Z

H02M7/10 Z

H01J37/248 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023576599

(86)(22)【出願日】2022-01-31

(86)【国際出願番号】 JP2022003682

(87)【国際公開番号】W WO2023145092

(87)【国際公開日】2023-08-03

【審査請求日】2024-05-22

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】門井 涼

(72)【発明者】

【氏名】李 ウェン

(72)【発明者】

【氏名】石垣 直也

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】実開平０４－０６４９９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－０１６８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６９９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／０６

Ｈ０２Ｍ ７／１０

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧生成回路と、
前記高電圧生成回路に接続されたフィルタ回路と、
第１接続導体を介して前記フィルタ回路に接続された、出力抵抗と、
第２接続導体を介して前記出力抵抗に接続された、出力端子と、
前記第１接続導体に接続され、かつ前記高電圧生成回路と前記第２接続導体との間に少なくとも一部が配置された、空間ノイズ遮蔽用導体と、
を有する高電圧電源。

【請求項2】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記高電圧生成回路は、前記高電圧生成回路の出力電圧を出力する第１素子と、前記出力電圧よりも低い電圧を出力する第２素子と、を含み、
前記出力端子、前記出力抵抗、前記空間ノイズ遮蔽用導体の配置位置は、前記第２素子より前記第１素子に近い、
高電圧電源。

【請求項3】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体は、空間ノイズを遮蔽するための導体である、
高電圧電源。

【請求項4】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記フィルタ回路、前記出力抵抗、前記出力端子、及び、前記空間ノイズ遮蔽用導体は、１枚の基板に実装される、
高電圧電源。

【請求項5】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記第１接続導体は、前記フィルタ回路と前記出力抵抗とが実装された基板に形成され、前記出力抵抗と前記フィルタ回路とを接続する配線パターンであって、
前記空間ノイズ遮蔽用導体は、前記配線パターンに接続される、
高電圧電源。

【請求項6】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体は、板状の導体である、
高電圧電源。

【請求項7】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体は、前記フィルタ回路及び前記出力抵抗が実装される基板に形成される配線パターンである、
高電圧電源。

【請求項8】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体の少なくとも一部は、前記出力抵抗、前記第２接続導体及び前記出力端子の何れかと、前記高電圧生成回路と、を通過する直線上に配置される、
高電圧電源。

【請求項9】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記高電圧生成回路は、複数のコンデンサと、複数のダイオードと、交流電源と、を含む、
高電圧電源。

【請求項10】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記第２接続導体は、前記出力抵抗の出力ピンに接続され、かつ前記出力端子の入力ピンに接続される、
高電圧電源。

【請求項11】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体の少なくとも一部は、前記高電圧生成回路と前記出力端子との間に配置される、
高電圧電源。

【請求項12】

請求項１に記載の高電圧電源において、
前記空間ノイズ遮蔽用導体の少なくとも一部は、前記高電圧生成回路と前記出力抵抗との間に配置される、
高電圧電源。

【請求項13】

高電圧生成回路と、
前記高電圧生成回路に接続された複数直列のフィルタ回路と、
前記複数直列のフィルタ回路間を接続する１又は複数の接続導体と、
第１接続導体を介して前記複数直列のフィルタ回路の最後段のフィルタ回路に接続された、出力抵抗と、
第２接続導体を介して前記出力抵抗に接続された、出力端子と、
前記第１接続導体に接続され、かつ前記高電圧生成回路と前記第２接続導体との間に少なくとも一部が配置された、第１の空間ノイズ遮蔽用導体と、
前記１又は複数の接続導体の何れかに接続され、かつ前記高電圧生成回路と前記第２接続導体との間に少なくとも一部が配置された、第２の空間ノイズ遮蔽用導体と、
を有する高電圧電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高電圧電源に関し、特に空間ノイズを遮蔽する空間ノイズ遮蔽用導体を有する高電圧電源に関する。

【背景技術】

【0002】

高電圧電源で発生する空間ノイズを遮蔽する技術として、特許文献１（段落０００４）には、「伝送される高電圧に対する伝送ノイズの影響を小さくするためのシールド板Ｓが加速電圧発生回路１と電力伝送回路７との間に配置されている。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１５６１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、加速電圧発生回路で発生する空間ノイズが出力端子に伝搬するのを低減するために、空間ノイズを低減するシールド板６が配置されている。このシールド板６は、図１及び図２に示されるように、ＧＮＤに接続されている。高電圧発生装置内で、ＧＮＤに接続されたシールド板６を用いるためには、加速電圧発生回路などの高電圧となっている部分とシールド板６との間に絶縁距離を確保する必要があるため、高電圧発生装置が大型化してしまう。

【0005】

本発明は、高電圧生成回路で発生する空間ノイズが出力端子に伝搬するのを低減し、かつ高電圧電源の小型化を図ることが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の高電圧電源は、高電圧生成回路と、高電圧生成回路に接続されたフィルタ回路と、第１接続導体を介してフィルタ回路に接続された、出力抵抗と、第２接続導体を介して出力抵抗に接続された、出力端子と、第１接続導体に接続され、かつ高電圧生成回路と第２接続導体との間に少なくとも一部が配置された、空間ノイズ遮蔽用導体と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、高電圧生成回路で発生する空間ノイズが出力端子に伝搬するのを低減し、かつ高電圧電源の小型化を図ることができる。

【0008】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の高電圧電源の構成を示す図である。

【図2】実施例１の高電圧電源の斜視図である。

【図3】実施例２の高電圧電源の斜視図である。

【図4】実施例３の高電圧電源の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態において、その構成要素は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。以下、本開示に好適な実施例について図面を用いて説明する。

【0011】

（実施例１）
図１は、実施例１の高電圧電源の構成を示す図である。図２は、図１に示した実施例１の高電圧電源の斜視図である。なお、図２の（ａ）は、図２の（ｂ）から空間ノイズ遮蔽用導体１０５を省略した図である。実施例１の高電圧電源１は、電子顕微鏡で使用される電源であって、電子顕微鏡で使用される電子銃電源やステージ構造物への電圧印加電源として使用することが可能である。なお、実施例１の高電圧電源１は、電子顕微鏡以外の装置で使用しても良い。また、「高電圧」とは、例えば、１００Ｖ以上の電圧を言う。

【0012】

図１に示すように、高電圧電源１は、高電圧生成回路１０１、フィルタ回路１０２、出力抵抗１０３、出力端子１０４、及び、空間ノイズ遮蔽用導体１０５を有する。この高電圧電源１は、１枚の基板上に、高電圧生成回路１０１、フィルタ回路１０２、出力抵抗１０３、出力端子１０４、及び、空間ノイズ遮蔽用導体１０５が実装されたアセンブリである。

【0013】

高電圧生成回路１０１は、例えば、コッククロフト・ウォルトン回路である。この高電圧生成回路１０１は、交流電源１１１と、複数のコンデンサ１１２ａ～１１２ｆ（以下、複数のコンデンサ１１２ａ～１１２ｆをまとめて、適宜、コンデンサ１１２と呼ぶ）と、複数のダイオード１１３ａ～１１３ｆ（以下、複数のダイオード１１３ａ～１１３ｆをまとめて、適宜、ダイオード１１３と呼ぶ）と、を有する。コンデンサ１１２は、高電圧生成回路１０１の出力電圧を出力する最終段のコンデンサ１１２ｆと、出力電圧より低い電圧を出力するコンデンサ１１２ａ～１１２ｅと、を含む。また、ダイオード１１３は、高電圧生成回路１０１の出力電圧を出力する最終段のダイオード１１３ｆと、出力電圧より低い電圧を出力するダイオード１１３ａ～１１３ｅと、を含む。そして、出力端子１０４、出力抵抗１０３及び空間ノイズ遮蔽用導体１０５の配置位置は、コンデンサ１１２ａ～１１２ｅより最終段のコンデンサ１１２ｆに近く、かつダイオード１１３ａ～１１３ｅより最終段のダイオード１１３ｆに近い。

【0014】

フィルタ回路１０２は、例えば、ＲＣフィルタ回路である。フィルタ回路１０２は、抵抗１２１と、コンデンサ１２２と、を有する。フィルタ回路１０２は、高電圧生成回路１０１に電気的に接続される。高電圧生成回路１０１の出力は、フィルタ回路１０２を介して出力抵抗１０３に出力される。

【0015】

出力抵抗１０３は、フィルタ回路１０２や出力抵抗１０３が実装された基板上に形成された配線パターン（第１接続導体）１０６を介してフィルタ回路１０２に電気的に接続される。図２に示すように、配線パターン１０６の一方端は、フィルタ回路１０２の抵抗１２１の出力ピン１２１ｂに接続され、かつ他方端は、出力抵抗１０３の入力ピン１０３ａに接続される。

【0016】

出力端子１０４は、図２の（ａ）に示すように、基板上に形成された配線パターン（第２接続導体）１０７を介して出力抵抗１０３に電気的に接続される。配線パターン１０７の一方端は、出力抵抗１０３の出力ピン１０３ｂに接続され、他方端は、出力端子１０４の入力ピン１０４ａに接続される。

【0017】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５は、空間ノイズを遮蔽するための導体であり、板状の金属である。空間ノイズ遮蔽用導体１０５は、配線パターン１０６に電気的に接続される。配線パターン１０６と高電圧生成回路１０１との間には、フィルタ回路１０２の抵抗１２１が接続されているが、この抵抗１２１での電圧降下は、高電圧生成回路１０１の出力電圧に比べて小さいので、配線パターン１０６の電圧は、高電圧生成回路１０１の出力電圧とほぼ等しい。また、図１に示すように、空間ノイズ遮蔽用導体１０５は、高電圧生成回路１０１と配線パターン１０７との間に少なくとも一部が配置される。さらに、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、高電圧生成回路１０１と出力端子１０４との間に配置される。また、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、高電圧生成回路１０１と出力抵抗１０３との間に配置される。

【0018】

実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、出力抵抗１０３、配線パターン１０７及び出力端子１０４の何れかと、高電圧生成回路１０１と、を通過する直線Ｌ１及びＬ２上に配置される。例えば、図１の例では、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、高電圧生成回路１０１（コンデンサ１１２ｅの左端）と、出力端子１０４（出力端子１０４の左端）とを通過する直線Ｌ１上に配置される。また、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、高電圧生成回路１０１（交流電源１１１の右端）と、出力抵抗１０３（出力抵抗１０３の右端）とを通過する直線Ｌ２上に配置される。

【0019】

＜実施例１の効果＞
高電圧生成回路１０１は、空間ノイズの主なノイズ源である。そして、出力抵抗１０３および出力端子１０４は、出力抵抗１０３の抵抗成分によりハイインピーダンスになるため、空間ノイズの影響を受け易い。そこで、実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５は、配線パターン１０６に電気的に接続され、かつ空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部は、高電圧生成回路１０１と配線パターン１０７との間に配置される。空間ノイズ遮蔽用導体１０５をフィルタ回路１０２の直後に接続することによって、空間ノイズ遮蔽用導体１０５自体がノイズ源となるのを防止することができる。また、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部を、高電圧生成回路１０１と配線パターン１０７との間に配置することによって、空間ノイズが配線パターン１０７を介して出力端子１０４に伝搬するのを低減することができる。さらに、空間ノイズ遮蔽用導体１０５をＧＮＤではない配線パターン１０６に電気的に接続することによって、絶縁距離を確保する必要がないので、高電圧電源１の小型化を図ることができる。

【0020】

出力端子１０４、出力抵抗１０３、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の配置位置は、第２素子（コンデンサ１１２ａ～１１２ｅ、ダイオード１１３ａ～１１３ｅ）より第１素子（コンデンサ１１２ｆ、ダイオード１１３ｆ）に近い。この構成により、空間ノイズ遮蔽用導体１０５と高電圧生成回路１０１との絶縁距離がより短い状態となるので、さらなる高電圧電源１の小型化を図ることができる。

【0021】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５が空間ノイズを遮蔽するための導体であるため、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズを効果的に遮蔽することができる。

【0022】

フィルタ回路１０２、出力抵抗１０３、出力端子１０４、及び、空間ノイズ遮蔽用導体１０５を１枚の基板に実装することによって、空間ノイズの伝搬を低減し、かつ小型化された高電圧電源基板を得ることができる。

【0023】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５を基板に形成された配線パターン１０６に電気的に接続することによって、製造コストや工程数が増加せず、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズが出力端子１０４に伝搬するのを低減し、高電圧電源１の小型化を図ることができる。

【0024】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５を板状の導体とすることによって、簡単な構成で空間ノイズを遮蔽することができる。

【0025】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部を、直線Ｌ１及びＬ２上に配置することによって、高電圧生成回路１０１から出力端子１０４、出力抵抗１０３及び配線パターン１０７に向かう空間ノイズを効果的に低減することができる。

【0026】

複数のコンデンサ１１２ａ～１１２ｆと、複数のダイオード１１３ａ～１１３ｆと、交流電源１１１とを含む高電圧生成回路１０１を採用した高電圧電源１において、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズが出力端子１０４に伝搬するのを低減し、かつ小型化を図ることができる。

【0027】

空間ノイズ遮蔽用導体１０５によって、出力抵抗１０３の出力ピン１０３ｂから出力端子１０４の入力ピン１０４ａまでを、高電圧生成回路１０１から発生した空間ノイズから遮蔽することができる。

【0028】

また、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部を、高電圧生成回路１０１と出力端子１０４との間に配置することによって、出力端子１０４に空間ノイズが伝搬するのを低減することができる。

【0029】

また、空間ノイズ遮蔽用導体１０５の少なくとも一部を、高電圧生成回路１０１と出力抵抗１０３との間に配置することによって、出力抵抗１０３に空間ノイズが伝搬するのを低減することができる。

【0030】

（実施例２）
図３は、実施例２の高電圧電源の斜視図である。実施例２の高電圧電源２は、実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５の代わりに、基板上に形成された導体パターン２０５を有する。導体パターン２０５が基板上に形成された配線パターンであること以外は、実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５と同じであるので、重複する説明は省略する。

【0031】

＜実施例２の効果＞
実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５のような板状でなくても、空間ノイズを遮蔽することが可能である。実施例２では、基板に形成された導体パターン２０５が空間ノイズ遮蔽用導体となる。これにより、製造コストや工程数が増加せず、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズが出力端子１０４に伝搬するのを低減し、高電圧電源２の小型化を図ることができる。その他の効果は、実施例１と同様である。

【0032】

（実施例３）
図４は、実施例３の高電圧電源の構成を示す図である。実施例３の高電圧電源３は、複数直列のフィルタ回路３０１、３０２、及び３０３と、フィルタ回路３０１、３０２、及び３０３の出力のそれぞれに電気的に接続した空間ノイズ遮蔽用導体３０４、３０５及び３０６と、を有する。

【0033】

図４に示すように、実施例３の高電圧電源３は、高電圧生成回路１０１と、高電圧生成回路１０１に接続された複数のフィルタ回路３０１～３０３と、複数のフィルタ回路３０１～３０３間を接続する複数の配線パターン（接続導体）３０７と、を有する。また、高電圧電源３は、配線パターン（第１接続導体）３０８を介して複数の最後段のフィルタ回路３０１に接続された、出力抵抗１０３と、配線パターン（第２接続導体）３０９を介して出力抵抗１０３に接続された、出力端子１０４と、を有する。そして、実施例３の高電圧電源３は、配線パターン３０８に接続され、かつ高電圧生成回路１０１と配線パターン３０９との間に少なくとも一部が配置された、空間ノイズ遮蔽用導体（第１の空間ノイズ遮蔽用導体）３０４を有する。また、実施例３の高電圧電源３は、複数の配線パターン３０７の何れかに接続され、かつ高電圧生成回路１０１と配線パターン３０９との間に少なくとも一部が配置された、空間ノイズ遮蔽用導体（第２の空間ノイズ遮蔽用導体）３０５及び３０６を有する。

【0034】

実施例３では、フィルタ回路３０１～３０３及び空間ノイズ遮蔽用導体３０４～３０６がそれぞれ３つの場合を例示したが、フィルタ回路及び空間ノイズ遮蔽用導体の数は、２つであっても良いし、４つ以上であっても良い。また、フィルタ回路及び空間ノイズ遮蔽用導体の数は同数でなくても良い。空間ノイズ遮蔽用導体３０４～３０６は、板状の導体であっても良いし、基板上に形成された配線パターンであっても良いし、板状の導体と配線パターンとを組み合わせても良い。空間ノイズ遮蔽用導体３０４～３０６が複数であること以外は、実施例１の空間ノイズ遮蔽用導体１０５と同じであるので、重複する説明は省略する。

【0035】

＜実施例３の効果＞
実施例３では、各フィルタ回路３０１～３０３の出力ごとに空間ノイズ遮蔽用導体３０４～３０６を有するので、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズを段階的に低減することができる。その結果、フィルタ回路および空間ノイズ遮蔽用導体が１組の場合に比べて、高電圧生成回路１０１で発生する空間ノイズをより低減することができる。その他の効果は、実施例１と同様である。

【0036】

なお、本開示は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0037】

１…高電圧電源、２…高電圧電源、３…高電圧電源、１０１…高電圧生成回路、１０２…フィルタ回路、１０３…出力抵抗、１０４…出力端子、１０５…空間ノイズ遮蔽用導体、１０６…配線パターン（第１接続導体）、１０７…配線パターン（第２接続導体）、２０５…導体パターン（空間ノイズ遮蔽用導体）、３０１～３０３…フィルタ回路、３０４…空間ノイズ遮蔽用導体（第１の空間ノイズ遮蔽用導体）、３０５，３０６…空間ノイズ遮蔽用導体（第２の空間ノイズ遮蔽用導体）、３０７…配線パターン（接続導体）、３０８…配線パターン（第１接続導体）、３０９…配線パターン（第２接続導体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】