JPH0733429Y2 - グロー放電負荷用電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はグロー放電負荷、例えば減圧ガス雰囲気中のグ
ロー放電によるイオンの衝撃により、金属や非鉄金属な
どの表面処理を行なう熱化学処理装置などの電源に関す
るものである。

（従来技術と解決すべき問題点） グロー放電負荷、例えば第１図のように、ガスボンベ
（１）による供給ガスと真空ポンプ（２）により、減圧
ガス雰囲気が形成される気密容器（３）内に被処理物
（４）を収容して、直流電源（５）により気密容器
（３）を陽極とし被処理物（４）を陰極として、所要の
直流電位差を与えることによりグロー放電を生じさせ、
これにより得られるイオンの衝撃により金属などの窒化
処理などを行なう所謂熱化学処理装置は周知である。と
ころでこの装置により処理を行なう場合、被処理物の形
状に左右されることなく均一な処理膜を形成されなけれ
ばならない。そのためには気密容器（３）内のガス圧を
高くすると同時に、放電電流密度を高くすることが必要
である。しかし高い放電電流密度を得ようとして放電電
圧を高くすると、例えば被処理物の過熱によりグロー放
電が局所的なアーク放電（異常放電）に移行して、被処
理物（４）の表面に損傷を与えたり、均一な処理膜の形
成を阻害するおそれがある。

そこで従来においては例えば第２図のように、直流電圧
発生回路Ａ、即ちインバータ回路（６）、昇圧トランス
（７）、整流用ダイオード（８）、平滑回路（９）を形
成するチョークＬ、抵抗R₁、コンデンサC₁からなる直流
電圧発生回路Ａに、出力電流の検出器（10）、電流検出
レベル設定用電源（11a）を備えた異常放電電流検出用
比較回路（11）、その比較差出力により動作して出力電
圧が所定値に一定になるようにインバータ回路（６）の
点弧位置を制御する位相制御回路（12）とよりなる定電
流（定出力）制御回路Ｂを持たせた電源回路に以下に説
明する異常放電消弧回路Ｃをもたせることが行われてい
る。

この回路は出力電流を入力とする電流検出レベル設定用
電源（13a）を備えた出力側電源検出用比較回路（13）
と、インバータ回路（６）の出力側電流（以下１次側電
流と云う）を検出する電流検出器（14）、その検出交流
出力の交直変換回路（15）、その出力を入力とする電流
検出レベル設定用電源（16a）を備えた１次側電流検出
用比較回路（16）、前記出力側電流検出用比較回路（1
3）と１次側電流検出用比較回路（16）の出力とが入力
されるオアゲート（17）、およびその出力によって動作
してインバータ回路（６）の出力電圧の送出を急速に零
とする異常放電制御回路（18）とからなるものである。
なおLOはグロー放電負荷である。

そして第３図の時刻ｔにおいて負荷LOに発生した異常放
電によりグロー放電電流Igに比べて大きく、しかも位相
制御回路（12）が応動できないような放電電流I_aが急激
に流れ、その値が出力側電流検出用比較回路（13）の検
出レベルDLを越えたとき送出される出力により、オアゲ
ート（17）を介して異常放電制御回路（18）を動作させ
る。そしてこれによりインバータ回路（６）による負荷
LDへの電力の供給を電子的に遮断して、放電エネルギの
供給を絶つことにより消弧させ、これにより出力電流が
出力側電流検出用比較回路（13）の電流検出レベルDLを
下廻ったとき、再び起動させて処理を継続するようにし
たものである。また直流電圧発生回路Ａの回路の例えば
コンデンサC₁の短絡故障などによってグロー放電電流を
上廻る大きな電流が流れたときには、１次側の電流を入
力とする１次側電流検出用比較回路（16）の検出出力に
より、異常放電制御回路（18）を動作せて電力の供給を
遮断するようにしたものである。

しかし上記の如き電源回路では電源を起動させて負荷に
電圧を加えて放電を開始しても、何時までたっても安定
なグロー放電領域に移行できない場合があり、またこの
ような事態はアークの発生状態を、一般に気密容器の外
部からの観察によって異常放電と区別して観察できな
い。このためこれに気付かず処理を進めることが多く、
不良処理品が出た段階で始めて気付く状態である。

（考案の目的） 本考案は放電開始後直ちに安定なグロー放電領域への移
行を可能とするグロー放電負荷用電源を提供し、不良処
理品の発生を確実に防ぎうるようにしたものである。

（問題点を解決するための本考案の手段） 本考案は上記従来の電源装置における次の原因究明結果
にもとづいてなされたものである。

負荷への電源の投入による放電の開始から安定なグロー
放電領域への移行に当たっては、第４図のように電圧印
加点→放電開始点→安定なグロー放電領域点に移
行する電流経路を辿る。このため放電開始時におけるガ
ス圧が高く、放電開始電圧が高かった場合には、放電電
流として１次側電流検出用比較回路（13）の電流検出レ
ベル点例えば第４図中の点を上廻る電流が流れること
がある。このため放電開始後放電電流が点の値になっ
たとき、出力側電流検出用比較回路（12）の検出出力に
より異常放電制御回路（18）が動作して、負荷Ｅへの電
力の供給を遮断する。

従ってこれを放置したときには、〔点→点→点→
電力供給遮断〕の一連の経過動作を何時までも繰り返し
て、安定なグロー放電領域である点に移行できず、こ
のような状態は使用されたターゲット材料の種類によっ
ても発生することが明らかにされた。

本考案は以上から安定なグロー放電への移行を可能すと
るためには、放電開始から安定なグロー放電への移行が
完了するまでの間、異常放電消弧回路の動作を阻止する
と同時に、安定なグロー放電領域への移行までの間、移
行に必要な電流を電源装置が過負荷とならないように安
定に供給できれば、可能であることを着想してなされた
ものである。次に本考案を実施例によって説明する。

（実施例） （構成） 第５図は本考案の一実施例回路であって、第２図と同一
符号部分は同等部分を示す。図においてＣは電源回路で
あって、従来装置と同様にインバータ（６）、昇圧トラ
ンス（７）、整流用ダイオード（８）、平滑回路
（９）、出力側電流検出器（10）、異常放電電流検出用
比較回路（11）、位相制御回路（12）、出力側電流検出
用比較（13）、電流検出器（14）、交直変換器（15）、
１次側比較回路（16）、オアゲート（17）、異常電圧制
御回路（18）などからなる。

Ｄは本考案の要部であるグロー放電移行回路であって、
前記異常放電制御回路の動作阻止用回路Ｅと、放電エネ
ルギ供給用電圧垂下回路Ｆとから構成され、それぞれは
次の各部から形成される。動作阻止用回路Ｅにおいて、
（19）は出力側電流検出用増幅器、（20）は放電開始位
置検出用比較回路、（20a）は検出レベル設定用電源、
（21）はタイマ回路、（22）は電流側路用ダイオードで
あって、ダイオード（21）は、前記出力側比較回路（1
3）の送出比較誤差出力の通過を許す極性に接続され
る。またタイマ回路（21）はここに設定された時間、例
えば電源の投入から安定なグロー放電領域への移行まで
に要するまでの時間（例えば100μｓ〜2msec）の間、出
力側比較回路（13）からの比較差出力がオアゲート（1
7）を介して異常放電制御回路（18）に入力されないよ
うに側路して受付けないようにする。次に放電エネルギ
ー供給用垂下回路Ｆにおいて、（23）はピークレベル検
出回路であって、平滑用チョークL₁の出力電流のピーク
レベルを検出することにより、放電電流の流通開始点を
交流の半波内において瞬時に知り、その後のピークレベ
ルの変動を検出する。（24）は垂下機能付与回路であっ
て、ピークレベル検出回路（23）の出力によって瞬時に
動作して、検出ピークレベルの変化に対応して安定なグ
ロー放電領域への移行に必要な一定の電流を、電源回路
Ｃが過負荷にならないように安定に供給しうる電圧まで
インバータ回路（６）の出力電圧を垂下させる。

（動作） 出力側電流検出用比較回路（13）の電流検出レベルに対
して、１次側電流検出用比較回路の電流検出レベルが大
きく、この間に放電位置検出用比較回路（20）とピーク
レベル検出回路（23）の電流検出レベルが位置するよう
に電流検出レベルを設定する。例えば出力側電流検出用
比較回路（13）のそれを120％、１次側電流検出用比較
回路（16）のそれを150％、放電位置検出回路（20）と
ピークレベル検出回路（23）のそれをそれぞれ130％に
設定する。

そこで安定なグロー放電により処理を継続中異常放電が
発生したとき、上記した電流検出レベルの相互関係から
出力側電流検出用比較回路（13）のみが出力を送出し、
オアゲート（17）を介して異常放電制御回路（18）を動
作させ、その出力によりインバータ回路（６）による負
荷Ｅの供給を遮断する。

次に起動時異常放電にもとづく放電電流以上の放電電流
が流れたときには、出力側電流検出用比較回路（13）の
出力の送出と同時に放電位置検出用比較回路（20）から
出力が送出され、これによりタイマ回路（21）を動作さ
せて、出力側電流検出用比較回路（13）の送出出力を側
路する。そして安定なグロー放電に移行するまでの間、
オアゲート（17）が出力側電流検出用比較回路（13）の
送出出力を受付けないように動作して異常放電制御回路
（18）の動作を阻止し、インバータ回路（６）による電
力の供給遮断を阻止する。

一方ピークレベル検出回路（23）は放電電流の流れたこ
とをそのピーク値によって検出すると、垂下機能付付与
回路（24）の動作を開始させ、電源が過負荷とならない
ようにしながら必要な放電エネルギを供給しうるように
インバータ回路（６）の出力電圧を垂下させる。

（考案の効果） 以上から明らかなように本考案によれば、放電開始から
安定なグロー放電領域に移行するのに必要な放電エネル
ギが、電源回路を過負荷状態にすることなく自動的に供
給され、確実に安定なグロー放電領域への移行が可能と
なる。従ってこのような異常に気付かず処理を行なうこ
とはない。

なお以上においては１次側比較回路（16）を設けた場合
について説明したが、これが無い電源回路についても本
考案を適用できることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はグロ放電負荷の一例の説明図、第２図は従来の
グロー放電負荷電源装置の説明図、第３図は従来回路に
おける異常放電消弧動作の説明図、第４図はグロー放電
領域への移行経過の説明図、第５図は本考案の一実施例
回路図である。 （１）……ガスボンベ、（２）……真空ポンプ、（３）
……気密容器、（４）……被処理物、（５）……直流電
源、Ａ……直流電圧発生回路、Ｂ……定電圧制御回路、
Ｃ……電源回路、（６）……インバータ回路、（７）…
…昇圧トランス、（８）……整流用ダイオード、（９）
……平滑回路、（10）……出力電流検出器、（11）……
異常放電電流検出用比較回路、（12）……位相制御回
路、（13）……出力側電流検出用比較回路、（14）……
１次側電流検出器、（15）……交直変換回路、（16）…
…１次側電流検出用比較回路、（17）……オアゲート、
（18）……異常放電制御回路、Ｄ……グロー放電移行回
路、Ｅ……異常放電制御回路の動作阻止用回路、Ｆ……
放電エネルギ供給用電圧垂下回路、（19）……出力側電
流検出用増幅器、（20）……放電開始位置検出用比較回
路、（21）……タイマ回路、（22）……電流側路用ダイ
オード、（23）……ピークレベル検出回路、（24）……
垂下機能付与回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ回路と整流平滑回路を備えた直
   流電圧発生回路と、この回路の出力電流を検出してグロ
   ー放電電流を一定に制御する位相制御回路と、異常放電
   時の出力側電流の検出回路と、この出力により動作して
   前記インバータ回路による負荷への電力供給を遮断する
   異常放電制御回路を備えたグロー放電負荷用電源装置に
   おいて、前記異常放電電流検出回路の電流検出レベルよ
   り電流検出レベルの高い放電開始位置検出回路と、放電
   開始より安定なグロー放電への移行に要する時間だけ、
   前記異常放電時の出力電流検出回路出力を側路して前記
   異常放電制御回路が受け付けないようにするタイマ回路
   と、平滑用チョークの出力電流のピークレベルの検出回
   路とその出力により動作してグロー放電領域への移行ま
   で、前記インバータ回路の出力電圧を垂下させて前記電
   源回路が過負荷とならないように放電エネルギを供給す
   る垂下機能付与回路を設けたことを特徴とするグロー放
   電負荷用電源装置。