JPS5913143B2 - 荷電粒子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は荷電粒子ビーム装置に関し、更に詳しくはそ
の電源装置内に発生するサージ電圧を抑制するようにし
た装置に関するものである。

塀下荷電粒子装置の一種である電子ビーム装置を例に説
明する。

第１図は従来の電子ビーム装置を示す概念図で１は電源
装置で、バイアス電源１０、陰極加熱電源１１、平滑用
リアクトル１３およびコンデンサー１４を含む電子ビー
ム加速電源１２、電圧分割抵抗１５，１６放電ギヤツプ
１７で構成される。

２は同軸ケーブルで芯線２１，２２，２３．外部シール
ド２４で構成され、３は電子銃で、陰極３１、ウェネル
ト電極３２、陽極３３で構成され、３４は電子ビーム、
３５は真空中火花放電を示す。

陰極３１の端子は同軸ケーブルの芯線２２ 、２３を介
して陰極加熱電源１０に接続されるとともに、分割抵抗
１５，１６を介して電子ビーム加速電源１２の負電極に
接続されている。

ウェネルト電極３２は芯線２１を介してバイアス電源１
０の負電極に接続されている。

接地された陽極３３は同軸ケーブルの外部シールド２４
を介して電子ビーム加速電源１２の正電極に接続されて
いる。

このように構成された従来の電子ビーム装置において、
第１図では省略されている排気装置によって電子銃３内
部が真空に排気され、電源装置１から同軸ケーブル２を
介し電子銃３の各電極に所定の電圧が印加されると、ジ
ュール熱によって加熱された陰極３１から放出される熱
電子が、陰極３１と陽極３３間に印加される電圧によっ
て加速され電子ビーム３４が発生する。

陰極３１とウェネルト電極３２とで構成される陰極部と
陽極３３との間には電子ビーム３４を加速するための高
電圧が印加されるため、陰極部の最外周に配置され陽極
に対向するウェネルト電極３２と陽極３３との間で真空
中火花放電３５が発生することがある。

とくに電子ビーム溶接、電子ビーム溶解などに使用され
る電子銃３においては発生する金属蒸気の一部が流入す
るため真空中火花放電３５が起きやすい。

真空中火花放電３５によってウェネルト電極３２と陽極
３３間が短絡すると、高電圧に充電された加速電源１２
の平滑コンデンサー１４から電荷が供給されて、バイア
ス電源１０の出力端にサージ電圧が発生する。

このサージ電圧を吸収するため、従来の装置においては
、第１図に示すように放電ギャップ１７をバイアス電源
１０の出力端子間に接続していた。

しかし放電ギャップ１７の応答速度に比べてサージ電圧
の立ち上が急峻なため、サージ電圧は充分に抑制されず
、操返し真空中火花放電３５が発生すると、バイアス電
源１０および芯線間の絶縁が序々に劣化し、やがて絶縁
破壊に到るという欠点があった。

この発明は上記従来装置の欠点の解消を目的としてなさ
れたもので、電子銃内部で起きる真空中火花放電が原因
となって電源装置内部で発生するサージ電圧の立ち上り
速度を遅らせ、サージ電圧がアレスターの動作電圧に達
してからアレスターが動作するまでの期間におけるオー
バーシュート電圧を低（してサージ電圧の波頭値を抑制
するようにしたものである。

第２図は、この発明の一実施例を示す概念図で１〜３５
は上記従来の装置と全く同一のものである。

バイアス電源１０の出力端子間に接続されたサージ電圧
を吸収するアレスター４０、コンデンサー４１およびコ
ンデンサー４１に充電された電荷を放電するための抵抗
４２の並列体と電子ビーム加速電源１２の出力端に接続
された限流抵抗４３と限流リアクトル４４との直列体と
を備えたものである。

このように構成された電子ビーム装置においてウェネル
ト電極３２と陽極３３間で真空中火花放電３５が発生し
たときの等何回路を第３図に示す。

図においてＲ８は限流抵抗４３、Ｌｅは限流リアクトル
４４、Ｚはアレスター４０、Ｃ８はコンデンサー４１、
Ｒ８は抵抗４２、Ｓは真空中火花放電３５の有無を表わ
すスイッチ、Ｅｏは電子ビーム加速電源電圧、Ｅはバイ
アス電源１０の出力端子間に印加されるサージ電圧であ
る。

アレスター４０が動作するまでのサージ電圧Ｅは次式で
表わされる。

サージ電圧がアレスター４０の動作電圧Ｅ２に達する時
間なＴとし、アレスター４０の応答時間をｔとするとサ
ージ電圧の波頭値Ｅｍａｘは次式で近似できる。

アレスター４０の応答時間ｔを考慮し、（１）式から求
まる（ｄＥ／ｄｔ）Ｔの値を小さく設計すればサージ電
圧の波頭値Ｅｍａｘを所定の電圧以内に抑制することが
できる。

一例として、サージ電圧Ｅの波頭値を１ｏｏｏｖ以下に
設定したときの設計例を下記に示し、設計例におけるサ
ージ電圧Ｅの立ち上り波形を第４図に示す。

但し説明を簡単にするためバイアス電源１０の出力電圧
を零としている。

（設計例） 第４図において、サージ電圧Ｅの立ち上り速度（ｄＥ／
ｄｔ）は約１００Ｖ／μＳに規制されているから、アレ
スター４０の応答時間１μｓ間のオーバーシュート電圧
は１００ＶＣ−ある。

サージ電圧Ｅの波頭値Ｅｍａｘ＆！アレスターの抑制電
圧９００ｖにオーバーシュート電圧１００ｖを加算した
値となるから、サージ電圧Ｅは設定電圧１ｏｏｏｖ以下
に抑制される。

この実施例では、サージ電圧Ｅの立ち上り速度を遅くす
るため、電子ビーム加速電源１２の出力端に限流抵抗４
３と限流リアクトル４４とを直列に接続しているが、限
流抵抗４３あるいは限流リアクトル４４を単独に接続し
ても同様の効果が期待できる。

またサージ電圧によってコンデンサー４１に蓄積される
電荷を放電するための抵抗４２を接続しているが、バイ
アス電源１０の内部インピーダンスで代用することも可
能である。

ところで上記実施例では三極管構造の電子ビーム発生器
を用いた電子ビーム装置を例にして述べたが、他の構造
の電子ビーム発生器を用いた電子ビーム装置およびイオ
ンビーム装置などの荷電粒子を発生させる装置に広く適
用しうろことは多く説明するまでもなく明らかであろう
。

この発明は以上の説明から明らかなように、荷電粒子発
生用制御電源の出力端子間に接続されたアレスターとコ
ンデンサーの並列体および荷電粒子加速電源の出力端直
列に挿入された限流素子を備えたことを特徴とするもの
で、荷電粒子発生器内で真空中火花放電が発生したとき
、上記荷電粒子発生用制御電源の出力端子間に誘起され
るサージ電圧の立ち上り速度を遅らせるとともにこのサ
ージ電圧の波頭値を所定値内に抑制することができ、こ
の結果荷電粒子発生用制御電源装置および同軸ケーブル
の芯線間に生じる絶縁破壊を解消することができる。

なお、サージ電圧の波頭値を低い値に抑制することがで
きるから、荷電粒子発生用電源の耐電圧および同軸ケー
ブルの芯線間耐電圧を低いものとすることができるから
安価な装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子ビーム装置の概念図、第２図はこの
発明の一実施例を示す概念図、第３図は第２図に示す電
子ビーム装置において、電子銃内部で真空中火花放電が
発生したときにおける等価回路図、第４図は第３図に示
す等価回路図におけるサージ電圧の立ち上り波形の一例
を示す図である。 図において、１は電源装置、２は同軸ケーブル３は電子
銃、１０はバイアス電源、１１は陰極加熱電源、１２は
電子ビーム加速電源、１３は電子ビーム加速電源１２の
平滑用リアクトル、１４は電子ビーム加速電源１２の平
滑用コンデンサー、１５．１６はそれぞれ電圧分割抵抗
、１７サージ電圧吸収用放電キヤツプ、２１，２２，２
３は同軸ケーブル２の芯線、２４は同軸ケーブルの外部
シールド、３１は陰極、３２はウェネルト電極、３３は
陽極、３４は電子ビーム、３５は真空中火花放電、４０
はサージ電圧吸収用アレスター、４１はサージ電圧吸収
用コンデンサー、４２はコンデンサー４１の放電用抵抗
、４３は限流抵抗、４４は限流リアクトルである。 なお各図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子発生器、この発生器の各電極にそれぞれ所
   定の駆動電力を供給する荷電粒子発生用制御電源と荷電
   粒子加速用電源から成る電源装置およびこの電源装置と
   上記荷電粒子発生器とを連結する同軸ケーブルで構成さ
   れる荷電粒子装置において、上記制御電源の出力端子間
   に接続された容量性素子と電圧依存性導電素子との並列
   体および上記加速用電源の出力端でかつ上記加速用電源
   側に直列に挿入された限流素子を備えたことを特徴とす
   る荷電粒子装置。 ２ 限流素子が抵抗またはりアクドル若しくは抵抗とり
   アクドルの直列体である特許請求の範囲第１項記載の荷
   電粒子装置。 ３ 電圧依存性導電素子が放電ギャップ、電圧依存性抵
   抗体等のアレスターである特許請求の範囲第１項記載の
   荷電粒子装置。