JPS6321306B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6321306B2 JPS6321306B2 JP54157672A JP15767279A JPS6321306B2 JP S6321306 B2 JPS6321306 B2 JP S6321306B2 JP 54157672 A JP54157672 A JP 54157672A JP 15767279 A JP15767279 A JP 15767279A JP S6321306 B2 JPS6321306 B2 JP S6321306B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- beam current
- function
- switching element
- cathode resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Electron Beam Exposure (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電子ビームの照射開始時および終
了時に、ビームのカツトオフから所定のビーム電
流値までの間をゆるやかに増減するためのビーム
電流制御装置に関し、主に電子ビーム溶接機にお
いて、その効果を発揮するものである。
了時に、ビームのカツトオフから所定のビーム電
流値までの間をゆるやかに増減するためのビーム
電流制御装置に関し、主に電子ビーム溶接機にお
いて、その効果を発揮するものである。
電子ビーム溶接機では、そのビームの照射開始
時および終了時にビーム電流をゆるやかに増加お
よび減少させないと、溶接ビードに異状な盛り上
がりや、落ち込みを生じ、正常な溶接を実行する
ことが困難であることが知られている。従来にお
けるビーム電流制御回路は、第１図に示す如くで
あつた。この図は、電子ビーム溶接機における例
で、１は電子ビーム室で図示されない排気装置で
所要の真空度まで排気されている。この電子ビー
ム室１には、カソード４、グリツド５、アノード
６、ワーク８が収容され、カソード４からワーク
８に向つて電子ビーム７が照射されている。３は
カソード抵抗でカソード４にその一端が接続さ
れ、他端は加速電圧源２の負極とバイアス電源整
流器２２の正極の接合点に結ばれる。２１はバイ
アス電源の平滑用コンデンサで整流器２２の出力
を平滑してグリツド５に加える。
時および終了時にビーム電流をゆるやかに増加お
よび減少させないと、溶接ビードに異状な盛り上
がりや、落ち込みを生じ、正常な溶接を実行する
ことが困難であることが知られている。従来にお
けるビーム電流制御回路は、第１図に示す如くで
あつた。この図は、電子ビーム溶接機における例
で、１は電子ビーム室で図示されない排気装置で
所要の真空度まで排気されている。この電子ビー
ム室１には、カソード４、グリツド５、アノード
６、ワーク８が収容され、カソード４からワーク
８に向つて電子ビーム７が照射されている。３は
カソード抵抗でカソード４にその一端が接続さ
れ、他端は加速電圧源２の負極とバイアス電源整
流器２２の正極の接合点に結ばれる。２１はバイ
アス電源の平滑用コンデンサで整流器２２の出力
を平滑してグリツド５に加える。
２３は高圧絶縁トランスで加速電圧分だけ負電
位にあるバイアス電源整流器２２に高圧絶縁しつ
つその所要電力を供給する。２５はSCRなどの
スイツチング素子で交流電源２４の出力を位相制
御回路２６からのトリガーパルスにより位相制御
し、高圧絶縁トランス２３を介してグリツド５に
加えるバイアス電圧を制御し、最終的には電子ビ
ーム７の電流値を制御する。３７は関数発生器で
位相制御回路２６のトリガー信号位相を制御し、
グリツド５に加えるバイアス電圧をスロープ状に
変化させるために用いる。
位にあるバイアス電源整流器２２に高圧絶縁しつ
つその所要電力を供給する。２５はSCRなどの
スイツチング素子で交流電源２４の出力を位相制
御回路２６からのトリガーパルスにより位相制御
し、高圧絶縁トランス２３を介してグリツド５に
加えるバイアス電圧を制御し、最終的には電子ビ
ーム７の電流値を制御する。３７は関数発生器で
位相制御回路２６のトリガー信号位相を制御し、
グリツド５に加えるバイアス電圧をスロープ状に
変化させるために用いる。
この構成において、ビーム照射開始時には関数
発生器３７の出力電圧を下げ、バイアス電圧をゆ
るやかに下げてビーム電流をゆるやかに上昇させ
ビーム照射終了時には、関数発生器３７の出力電
圧を上げ、バイアス電圧をゆるやかに上げてビー
ム電流をゆるやかに下げるものである。しかし、
この構成では、関数発生器３７からの関数信号が
一度交流電力に交換され、高圧絶縁トランス２３
で高電位部分に伝送された後、整流平滑されて元
の関数信号に復調されるというルートをたどる。
この為、関数信号は、交流電力の周波数の数分の
一に選択しないこと完全な形で関数信号を伝送す
ることは出来ない。ところが、交流電源２４は、
経済的な理由から商用周波数〜数百Hzを使用する
のが普通であるので、関数発生器の周波数は、５
Hz程度が限度であつた。電子ビームの照射開始時
の立上り時間、終了時の立下り時間は電子ビーム
溶接機の場合、その溶接速度と反比例の関係にあ
り、溶接速度を上昇させるためには、立上り、立
下り時間は可能な限り短いことが望ましい。ただ
し、当然のことであるが、被照射物の材料によつ
ては、立上り、立下り時間を極端に短かくすると
溶接割れ等が発生し好ましくない場合もあり、無
制限にというわけにはいかない。ところが、従来
は前述の理由により関数発生器の上限周波数は５
Hz程度となつているため立上り、立下り時間は約
0.1秒となり、この時間が問題とならない遅い溶
接速度しか選定することが出来なかつた。したが
つて、約3000mm／分が溶接速度の上限であつた。
この溶接速度は、炭素の含有量の多い鉄等の一部
を除き溶接特性上、その溶接速度は、さらにスピ
ードアツプの可能性のある値であり、溶接速度が
関数発生器の上限周波数で制限を受ける結果とな
り装置の機能を十分に発揮できない状態であつ
た。
発生器３７の出力電圧を下げ、バイアス電圧をゆ
るやかに下げてビーム電流をゆるやかに上昇させ
ビーム照射終了時には、関数発生器３７の出力電
圧を上げ、バイアス電圧をゆるやかに上げてビー
ム電流をゆるやかに下げるものである。しかし、
この構成では、関数発生器３７からの関数信号が
一度交流電力に交換され、高圧絶縁トランス２３
で高電位部分に伝送された後、整流平滑されて元
の関数信号に復調されるというルートをたどる。
この為、関数信号は、交流電力の周波数の数分の
一に選択しないこと完全な形で関数信号を伝送す
ることは出来ない。ところが、交流電源２４は、
経済的な理由から商用周波数〜数百Hzを使用する
のが普通であるので、関数発生器の周波数は、５
Hz程度が限度であつた。電子ビームの照射開始時
の立上り時間、終了時の立下り時間は電子ビーム
溶接機の場合、その溶接速度と反比例の関係にあ
り、溶接速度を上昇させるためには、立上り、立
下り時間は可能な限り短いことが望ましい。ただ
し、当然のことであるが、被照射物の材料によつ
ては、立上り、立下り時間を極端に短かくすると
溶接割れ等が発生し好ましくない場合もあり、無
制限にというわけにはいかない。ところが、従来
は前述の理由により関数発生器の上限周波数は５
Hz程度となつているため立上り、立下り時間は約
0.1秒となり、この時間が問題とならない遅い溶
接速度しか選定することが出来なかつた。したが
つて、約3000mm／分が溶接速度の上限であつた。
この溶接速度は、炭素の含有量の多い鉄等の一部
を除き溶接特性上、その溶接速度は、さらにスピ
ードアツプの可能性のある値であり、溶接速度が
関数発生器の上限周波数で制限を受ける結果とな
り装置の機能を十分に発揮できない状態であつ
た。
この発明はかかる不具合をなくすために構成さ
れたもので、バイアス電圧を接地電位から絶縁ト
ランスを介して供給するのではなく、電子銃のカ
ソード回路に挿入したスイツチング素子を高速で
スイツチングし、そのスイツチングのパルス幅を
制御してスイツチング素子がカソード抵抗として
作用する抵抗値を制御することにより、その両端
に生ずる自己バイアス電圧をバイアス電圧として
利用するものである。この方法では、スイツチン
グのパルス周波数を十分に高く選ぶことが出来、
平滑コンデンサ等によるしや断周波数を考慮しな
くて済むため、極めて高速度の関数信号にもビー
ム電流が応答し、結局溶接速度の上昇を図ること
ができる。
れたもので、バイアス電圧を接地電位から絶縁ト
ランスを介して供給するのではなく、電子銃のカ
ソード回路に挿入したスイツチング素子を高速で
スイツチングし、そのスイツチングのパルス幅を
制御してスイツチング素子がカソード抵抗として
作用する抵抗値を制御することにより、その両端
に生ずる自己バイアス電圧をバイアス電圧として
利用するものである。この方法では、スイツチン
グのパルス周波数を十分に高く選ぶことが出来、
平滑コンデンサ等によるしや断周波数を考慮しな
くて済むため、極めて高速度の関数信号にもビー
ム電流が応答し、結局溶接速度の上昇を図ること
ができる。
第２図にこの発明の一実施例を示す。第２図で
は第１図の構成要素と同じものには同一番号を付
してあるので、説明を省略する。図において、３
１はスイツチング素子で真空管又は高耐圧トラン
ジスタが使用される。スイツチング素子３１が
OFFの期間に電子銃のカソード４に供給される
バイアス電圧は、分圧器５１，５２により加速電
圧源２の出力電圧を分圧することにより得られ
る。３３は光信号受信フオト・トランジスタで発
光ダイオード３９からのスイツチング用光パルス
３６をライトガイド３５を介して受取り、そのエ
ミツタ側に挿入された出力抵抗３２に電気信号と
してスイツチングパルスを伝達し、スイツチング
素子３１をスイツチする。３４はフオト・トラン
ジスタ３３の電源である。４０はコンパレーター
で三角波発生器３８からの三角波４１と関数発生
器３７からの関数信号４３のレベルを比較し、関
数信号４３よりも三角波のレベルが高い時発光ダ
イオード３９を発光させ最終的には、スイツチン
グ素子３１をONの状態とする。この関係を詳し
く示す図が第３図および第４図である。第３図の
上側の４１は三角波発生器３８からの三角波であ
る。この三角波がコンパレータ４０で関数波形４
３と比較されるわけであるが、今関数波形の代表
値として第３図に示すａ，ｂ，ｃを考えると、
各々レベルに対応したコンパレータ４０の出力波
形４２は第３図の下側の４２となり、関数信号の
レベルａ，ｂ，ｃに対応して順次そのパルス幅が
広がつてゆくことが示される。第４図は第３図に
示した関数を実際のビーム電流制御の場合で示し
たものである。第４図の上段は関数波形で、要求
するビーム電流の波形と180゜位相がズレている。
これは三角波と比較するためで、関数波形のレベ
ルが低い程三角波のすその部分でスライスする形
となりパルス幅はひろがる。したがつて、発光ダ
イオード（LED）のドライブ電流は中段に示す
とおりとなりビーム電流はこの波形を平均した形
となり、下段のとおりとなる。以下、順を追つて
説明すると、スイツチング素子３１にトリガー信
号がない時はスイツチング素子３１に電流が流れ
ない為、分圧器５１の両端電圧がそのまま電子銃
のカソード４とグリツド５に印加される。この分
圧器５１と５２の分圧比は電子銃をカツトオフす
るに十分な電圧が得られる様に選ばれているた
め、電子銃はカツトオフする。トリガー信号が入
ると、スイツチング素子３１はONの状態とな
り、分圧器２１を短絡するため、電子銃はON状
態となり、流れるビーム電流によりカソード抵抗
３の両端に発生する自己バイアス電圧でビーム電
流が平衡するレベルまで上昇しその値に留まる。
上記ONとOFFの状態を高速でくりかえし、その
ONの比率（デユーテイフアクタ）を第４図に示
す如く変化させ目的を達するわけである。この方
法であれば関数発生器の周波数は50Hz程度まで上
昇することが出来、ビームの立上り、立下り時間
は0.01秒程度となつた。これにより溶接速度は約
10.000mm／min以上まで上昇できることが確認さ
れている。
は第１図の構成要素と同じものには同一番号を付
してあるので、説明を省略する。図において、３
１はスイツチング素子で真空管又は高耐圧トラン
ジスタが使用される。スイツチング素子３１が
OFFの期間に電子銃のカソード４に供給される
バイアス電圧は、分圧器５１，５２により加速電
圧源２の出力電圧を分圧することにより得られ
る。３３は光信号受信フオト・トランジスタで発
光ダイオード３９からのスイツチング用光パルス
３６をライトガイド３５を介して受取り、そのエ
ミツタ側に挿入された出力抵抗３２に電気信号と
してスイツチングパルスを伝達し、スイツチング
素子３１をスイツチする。３４はフオト・トラン
ジスタ３３の電源である。４０はコンパレーター
で三角波発生器３８からの三角波４１と関数発生
器３７からの関数信号４３のレベルを比較し、関
数信号４３よりも三角波のレベルが高い時発光ダ
イオード３９を発光させ最終的には、スイツチン
グ素子３１をONの状態とする。この関係を詳し
く示す図が第３図および第４図である。第３図の
上側の４１は三角波発生器３８からの三角波であ
る。この三角波がコンパレータ４０で関数波形４
３と比較されるわけであるが、今関数波形の代表
値として第３図に示すａ，ｂ，ｃを考えると、
各々レベルに対応したコンパレータ４０の出力波
形４２は第３図の下側の４２となり、関数信号の
レベルａ，ｂ，ｃに対応して順次そのパルス幅が
広がつてゆくことが示される。第４図は第３図に
示した関数を実際のビーム電流制御の場合で示し
たものである。第４図の上段は関数波形で、要求
するビーム電流の波形と180゜位相がズレている。
これは三角波と比較するためで、関数波形のレベ
ルが低い程三角波のすその部分でスライスする形
となりパルス幅はひろがる。したがつて、発光ダ
イオード（LED）のドライブ電流は中段に示す
とおりとなりビーム電流はこの波形を平均した形
となり、下段のとおりとなる。以下、順を追つて
説明すると、スイツチング素子３１にトリガー信
号がない時はスイツチング素子３１に電流が流れ
ない為、分圧器５１の両端電圧がそのまま電子銃
のカソード４とグリツド５に印加される。この分
圧器５１と５２の分圧比は電子銃をカツトオフす
るに十分な電圧が得られる様に選ばれているた
め、電子銃はカツトオフする。トリガー信号が入
ると、スイツチング素子３１はONの状態とな
り、分圧器２１を短絡するため、電子銃はON状
態となり、流れるビーム電流によりカソード抵抗
３の両端に発生する自己バイアス電圧でビーム電
流が平衡するレベルまで上昇しその値に留まる。
上記ONとOFFの状態を高速でくりかえし、その
ONの比率（デユーテイフアクタ）を第４図に示
す如く変化させ目的を達するわけである。この方
法であれば関数発生器の周波数は50Hz程度まで上
昇することが出来、ビームの立上り、立下り時間
は0.01秒程度となつた。これにより溶接速度は約
10.000mm／min以上まで上昇できることが確認さ
れている。
以上を要するに、この発明によれば、電子ビー
ム機器のビーム照射開始の立上り、立下り時間を
極めて短縮することができ、その能力を十分に発
揮できることになり、この発明の工業的価値は高
い。
ム機器のビーム照射開始の立上り、立下り時間を
極めて短縮することができ、その能力を十分に発
揮できることになり、この発明の工業的価値は高
い。
第１図は、従来のこの種装置の構成を示す回路
図、第２図は、この発明の一実施例を示す回路図
第３図、第４図は第２図の実施例の動作を説明す
る波形図である。 １……電子ビーム室、２……加速電圧源、３…
…カソード抵抗、４……カソード、５……グリツ
ド、６……アノード、７……電子ビーム、８……
被照射物、２１……平滑コンデンサ、２２……バ
イアス整流器、２３……絶縁トランス、２４……
交流電源、２５……SCR、２６……ゲート回路、
３７……関数発生器、５１，５２……分圧器、３
１……スイツチング素子、３２……出力抵抗、３
３……フオト・トランジスタ、３６……パルス
光、３５……ライトガイド、３４……フオトトラ
ンジスタ用電源、３９……発光ダイオード、４２
……LEDドライブ信号、４０……コンパレータ
ー、３８……三角波発生器、３７……関数発生
器、４１……三角波、４３……関数信号。
図、第２図は、この発明の一実施例を示す回路図
第３図、第４図は第２図の実施例の動作を説明す
る波形図である。 １……電子ビーム室、２……加速電圧源、３…
…カソード抵抗、４……カソード、５……グリツ
ド、６……アノード、７……電子ビーム、８……
被照射物、２１……平滑コンデンサ、２２……バ
イアス整流器、２３……絶縁トランス、２４……
交流電源、２５……SCR、２６……ゲート回路、
３７……関数発生器、５１，５２……分圧器、３
１……スイツチング素子、３２……出力抵抗、３
３……フオト・トランジスタ、３６……パルス
光、３５……ライトガイド、３４……フオトトラ
ンジスタ用電源、３９……発光ダイオード、４２
……LEDドライブ信号、４０……コンパレータ
ー、３８……三角波発生器、３７……関数発生
器、４１……三角波、４３……関数信号。
Claims (1)
- １ 電子銃のアノード６とカソード抵抗３の間に
加速電圧源２を接続し、前記カソード抵抗３に生
ずる電圧降下を利用してビーム電流を制御する自
己バイアス型ビーム電流制御装置において、前記
カソード抵抗３に直列で、かつ前記加速電圧源２
の電圧を分圧する分圧器５１，５２の一方の分圧
器５１に並列にスイツチング素子３１を接続し、
電子ビームの照射開始時および照射終了時にその
スイツチングのデユーテイレシオを、ゆるやかに
０％から100％および100％から０％にすることに
より、カツトオフから前記カソード抵抗３の両端
に生ずる自己バイアス電圧で決定されるビーム電
流値までの間をゆるやかに増減する機能を備えた
ことを特徴とするビーム電流制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767279A JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767279A JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5680383A JPS5680383A (en) | 1981-07-01 |
| JPS6321306B2 true JPS6321306B2 (ja) | 1988-05-06 |
Family
ID=15654850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15767279A Granted JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5680383A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2178203A (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-04 | Radiation Dynamics | Regulating electron beam emission |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5148523Y2 (ja) * | 1972-06-24 | 1976-11-22 | ||
| JPS507797U (ja) * | 1973-05-21 | 1975-01-27 | ||
| DE2514805C3 (de) * | 1975-04-04 | 1978-05-18 | Leybold-Heraeus Gmbh & Co Kg, 5000 Koeln | Anordnung zur Leistungssteuerung von Hochspannungs-EIektronenstrahlerzeugern |
-
1979
- 1979-12-05 JP JP15767279A patent/JPS5680383A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5680383A (en) | 1981-07-01 |
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