(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の互いに並列接続されたフィラメントと、このフィラメントから放出させた電子を電子線として引き出す引出し電極と、交流入力を整流して前記フィラメントと前記引出し電極との間に前者を負極側にして直流の引出し電圧を印加する引出し電源と、前記フィラメントを加熱する電力および前記引出し電源用の前記交流入力を大地電位部から供給する絶縁変圧器と、前記引出し電極と大地電位部との間に前者を負極側にして直流の加速電圧を印加する加速電源とを備えていて、前記絶縁変圧器の１次巻線に一定の大きさの１次電圧が供給される電子線照射装置において、
大地電位部に設けられていて、前記絶縁変圧器の１次巻線に供給される１次電圧Ｖ1 を計測する１次電圧計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記絶縁変圧器の１次巻線に流れる１次電流Ｉ1 を計測する１次電流計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記電子線の引き出しに伴って前記加速電源に流れる電子線電流ＩA を計測する電子線電流計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記計測された１次電圧Ｖ1 、１次電流Ｉ1 および電子線電流ＩA と、定数として与えられる前記引出し電源の出力電圧ＶE と、前記引出し電源の出力電流に対する前記電子線電流の比であり定数として与えられる引出し効率ａとに基づいて、次式の演算を行って、前記フィラメントの点灯に実際に使用された実フィラメント電流ＩF を求める実フィラメント電流演算手段と、
ＩF ＝Ｉ1 −ＩA ・ＶE ／ａ・Ｖ1 
大地電位部に設けられていて、前記求められた実フィラメント電流と所定の基準値とを比較して、前者が後者よりも小さいときに断線検出信号を出力する比較手段とを備えることを特徴とする電子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数本の互いに並列接続されたフィラメントを有する電子線照射装置に関し、より具体的には、当該フィラメントの断線を検出する手段の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子線照射装置の従来例を図２に示す。この電子線照射装置は、電子線８を加速して引き出す電子線加速器２と、それに必要な電力を供給する電源装置２０とを備えている。
【０００３】
電子線加速器２は、この例では電子線８を走査しない非走査型のものであり、筒状の真空容器４内に設けられていて互いに並列接続された複数本のフィラメント６から引出し電極１０によって引き出した電子線８を、引出し電極１０と真空容器４間の電位差によって加速し、かつ窓箔１２を透過させて真空容器４外に引き出し、被照射物１４に照射する構成をしている。
【０００４】
電源装置２０は、フィラメント６を加熱する電力および引出し電源２８用の交流入力を大地電位部から供給する絶縁変圧器２４と、この絶縁変圧器２４の２次巻線２４ｂに接続されていて絶縁変圧器２４からの電力を変圧（例えば４００Ｖ／２２Ｖ）してフィラメント６に供給するフィラメント変圧器２６と、フィラメント６と引出し電極１０間に前者を負極側にして直流の引出し電圧Ｖｅ（例えば４００Ｖ程度）を印加する引出し電源２８と、この引出し電源２８に直列接続された引出し電圧制御器３０と、引出し電極１０およびそれに接続された部分と大地電位部（この例では圧力容器２２）との間に前者を負極側にして直流の加速電圧Ｖａ（例えば３００ｋＶ程度）を印加する加速電源３２とを備えている。絶縁変圧器２４の２次巻線２４ｂ以降は負の高電位になる。これらの機器は、絶縁ガス（例えばＳＦ6 ガス）が充填される圧力容器２２内に収納して、当該電源装置２０の小型化を図っている。この圧力容器２２および上記真空容器４は電気的に接地されている。
【０００５】
絶縁変圧器２４の１次巻線２４ａには、定電圧電源３４から一定の大きさの１次電圧Ｖ1 が供給される。
【０００６】
上記引出し電源２８は、絶縁変圧器２４から与えられる交流入力を変圧し（変圧器の図示は省略）かつ整流するものであり、その出力電圧ＶE は一定である。そのため、上記引出し電圧Ｖｅひいては引出し電極１０から引き出す電子流の調整は、上記引出し電圧制御器３０によって行われる。
【０００７】
ところで、上記複数本のフィラメント６の内の１本でも断線すると、電子線８の分布が悪くなるので、この断線を検出する必要がある。しかし、このフィラメント６の１本断線を、大地電位部において絶縁変圧器２４の１次電流Ｉ1 を計測することで検出することはできない。なぜなら、全フィラメント６に流れる合計のフィラメント電流Ｉｆの変化はフィラメント６の１本断線時には小さい（例えばフィラメントの総本数が１６本の場合で、変化は約６．３％）のに加えて、絶縁変圧器２４の１次電流Ｉ1 には引出し電源２８への電力供給用の電流も含まれているので、フィラメント１本断線時の絶縁変圧器２４の１次電流Ｉ1 の変化は微小なものとなり、その変化を確実にとらえることはできないからである。
【０００８】
そのために従来は、高電位部に上記フィラメント電流Ｉｆを計測する電流計測器３６を設け、その計測信号を電気／光変換器３８および光／電気変換器４０を用いて光信号３９で大地電位部に伝送して、大地電位部のフィラメント断線検出器４２でフィラメント６の１本断線を検出するようにしている。
【０００９】
フィラメント断線検出器４２は、例えば、上記フィラメント電流Ｉｆを一定の基準電流と比較し、フィラメント電流Ｉｆがこの基準電流よりも小さくなったときにフィラメント断線と判定するものである。これは、この電子線照射装置では、上記のように絶縁変圧器２４に一定の大きさの１次電圧Ｖ1 が供給されるので、フィラメント６の断線が起こっても各回路の電圧は全て一定であり、従って、並列接続されたフィラメント６の内の何本かが断線すると、その並列合成抵抗値が大きくなってそのぶんフィラメント電流Ｉｆが減少するからである。
【００１０】
しかし、この従来の断線検出手段は、サージ電圧に弱く、信頼性が低いという課題がある。これは、電子線加速器２内では、特に真空容器４内のコンディショニング（慣らし）が十分に行われるまでは、加速電圧Ｖａが印加される引出し電極１０等と大地電位部との間で放電が発生することがあり、それによる高圧のサージ電圧が、高電位部にある電気／光変換器３８に達してそれを構成する電子部品が故障する可能性が高いからである。
【００１１】
また、上記断線検出手段では、高電位部の計測信号を光信号３９の形で大地電位部へ正確に伝送する電気／光変換器３８および光／電気変換器４０（光信号伝送回路）が必要になるので、そのぶん機器構成が複雑になるという課題もある。
【００１２】
そこでこの発明は、フィラメントが１本断線した場合でもそれを、サージ電圧の影響の少ない大地電位部において検出することができるようにした電子線照射装置を提供することを主たる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の電子線照射装置は、大地電位部に設けられていて、前記絶縁変圧器の１次巻線に供給される１次電圧Ｖ1 を計測する１次電圧計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記絶縁変圧器の１次巻線に流れる１次電流Ｉ1 を計測する１次電流計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記電子線の引き出しに伴って前記加速電源に流れる電子線電流ＩA を計測する電子線電流計測器と、
大地電位部に設けられていて、前記計測された１次電圧Ｖ1 、１次電流Ｉ1 および電子線電流ＩA と、定数として与えられる前記引出し電源の出力電圧ＶE と、前記引出し電源の出力電流に対する前記電子線電流の比であり定数として与えられる引出し効率ａとに基づいて、次式の演算を行って、前記フィラメントの点灯に実際に使用された実フィラメント電流ＩF を求める実フィラメント電流演算手段と、
ＩF ＝Ｉ1 −ＩA ・ＶE ／ａ・Ｖ1 
大地電位部に設けられていて、前記求められた実フィラメント電流と所定の基準値とを比較して、前者が後者よりも小さいときに断線検出信号を出力する比較手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、実フィラメント電流演算手段によって、上記式の演算を行うことによって、前記フィラメントの点灯に実際に使用された実フィラメント電流ＩF を大地電位部において求めることができる。この実フィラメント電流ＩF は、前記絶縁変圧器の１次電流から前記引出し電源の出力に相当する電流を差し引いた残りであるので、前記フィラメントに流れる合計のフィラメント電流をほぼ忠実に表している。
【００１５】
従ってこの実フィラメント電流ＩF を、大地電位部に設けられた比較手段において所定の基準値と比較することによって、フィラメントが１本断線した場合でもそれを、サージ電圧の影響の少ない大地電位部において検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る電子線照射装置の一例を示す図である。図２に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１７】
この電子線照射装置においては、大地電位部に、次のような１次電圧計測器４４、１次電流計測器４６、電子線電流計測器４８およびフィラメント断線検出器５０を設けている。
【００１８】
１次電圧計測器４４は、前記絶縁変圧器２４の１次巻線２４ａに定電圧電源３４から供給される１次電圧Ｖ1 を計測する。
【００１９】
１次電流計測器４６は、前記絶縁変圧器２４の１次巻線２４ａに流れる１次電流Ｉ1 を計測する。
【００２０】
電子線電流計測器４８は、前記電子線加速器２からの電子線８の引き出しに伴って、アースを経由して加速電源３２に流れる電子線電流ＩA を計測する。この電子線電流ＩA は、加速電源３２の負荷電流と言うこともできる。
【００２１】
フィラメント断線検出器５０は、この例では、以下に詳述するような実フィラメント電流演算器（実フィラメント電流演算手段）５２および比較器（比較手段）５４を備えている。このフィラメント断線検出器５０は、コンピュータで構成しても良い。
【００２２】
さて、上記のような電子線照射装置においては、引出し電源２８の出力電流ＩE の何割かが電子線８として電子線加速器２から引き出される。この割合（比率）ａは、装置の構造等によって定まり、一つの電子線照射装置においてはほぼ一定である。この比率ａは引出し効率と呼ばれ、０＜ａ＜１である。従って、電子線加速器２から引き出される電子線８の量すなわち前記電子線電流ＩA と引出し電源２８の出力電流ＩE との間には、次式の関係が成立する。
【００２３】
【数１】
ＩE ＝ＩA ／ａ
【００２４】
従って、引出し電源２８の出力ＰE は次式で表される。ＶE は当該引出し電源２８の前述した出力電圧である。
【００２５】
【数２】
ＰE ＝ＩE ・ＶE ＝ＩA ・ＶE ／ａ
【００２６】
従って、大地電位部で計測した１次電流Ｉ1 から、上記出力ＰE に相当する電流を差し引くことによって、即ち次式の演算を行うことによって、引出し電源２８用の電力を除外して、前記フィラメント６の点灯に実際に使用された正味の電流である実フィラメント電流ＩF を大地電位部において求めることができる。
【００２７】
【数３】
ＩF ＝Ｉ1 −ＰE ／Ｖ1 
＝Ｉ1 −ＩA ・ＶE ／ａ・Ｖ1 
【００２８】
上記フィラメント断線検出器５０を構成する実フィラメント電流演算器５２は、この数３の演算を行って実フィラメント電流ＩF を求め、それを出力する。この演算は、フィラメント断線検出中は常に行う。そのためにこの実フィラメント電流演算器５２には、上記１次電圧計測器４４で計測された１次電圧Ｖ1 、１次電流計測器４６で計測された１次電流Ｉ1 および電子線電流計測器４８で計測された電子線電流ＩA が入力される。更にこの実フィラメント電流演算器５２には、上記引出し電源２８の出力電圧ＶE および上記引出し効率ａが定数として与えられる（設定される）。この引出し電源２８の出力電圧ＶE も、装置ごとに決まり一定である。この出力電圧ＶE および引出し効率ａの設定手段は図示を省略しているが、例えばコンピュータのキーボードである。
【００２９】
フィラメント断線検出器５０を構成する比較器５４は、上記実フィラメント電流演算器５２から与えられる実フィラメント電流ＩF と、予め設定された所定の基準値Ｒとを比較して、前者ＩF が後者Ｒよりも小さいときに断線検出信号Ｓを出力する。この基準値Ｒの設定手段も図示を省略しているが、例えばコンピュータのキーボードである。
【００３０】
上記基準値Ｒの定め方の例を説明する。今、フィラメント６の並列総本数をｎ本とする。フィラメント６が１本も断線していない正常時の実フィラメント電流ＩF は、上記数３から求められ、これをＩF0とする。ｎ本のフィラメント６の内の１本が断線すると、実フィラメント電流ＩF はＩF0／ｎだけ減少するから、１本断線時の実フィラメント電流ＩF1はＩF0（１−１／ｎ）となる。
【００３１】
従って、上記基準値Ｒを次式の範囲内に設定しておけば、フィラメント６の１本断線時には、実フィラメント電流演算器５２から与えられる実フィラメント電流ＩF がこの基準値Ｒよりも小さくなるので、フィラメント６の１本断線を確実に検出することができる。フィラメント６の断線が２本以上の場合も同様である。
【００３２】
【数４】
ＩF0（１−１／ｎ）＜Ｒ＜ＩF0
【００３３】
具体的には、基準値Ｒは数４の範囲内の中間位の値に、即ち次式のような値に設定しておけば良い。そのようにすれば、実フィラメント電流ＩF の多少の変動にも影響されずにフィラメント６の１本断線を確実に検出することができる。
【００３４】
【数５】
Ｒ≒ＩF0（１−１／２ｎ）
【００３５】
より具体例を示すと、フィラメント６の総本数ｎを１６、引出し電源２８の出力電圧ＶE を４００Ｖ、引出し効率ａを０．２、電子線電流ＩA を１５０ｍＡとし、そのときの１次電流Ｉ1 を１２Ａとすると、正常時は上記数３から実フィラメント電流ＩF は１０．５Ａとなる。フィラメント１本断線時には実フィラメント電流ＩF は、その１／１６（≒０．６６Ａ）が減少するので、９．８４Ａに低下する。一方、上記数５に従って基準値Ｒを設定しておけば、基準値Ｒは約１０．１７Ａであるので、比較器５４はこのフィラメント１本断線を確実に検出することができる。フィラメント６の断線が２本以上の場合も同様である。
【００３６】
以上のようにこの電子線照射装置によれば、フィラメント６が１本断線した場合でもそれを、サージ電圧の影響の少ない大地電位部において確実に検出することができる。従って、サージ電圧に強く信頼性も高い。また、従来必要だったフィラメント電流計測のための光信号伝送回路等が不要になるので、そのぶん機器構成の簡素化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記実フィラメント電流演算手段によって、フィラメントの点灯に実際に使用された実フィラメント電流を大地電位部において求めることができ、この実フィラメント電流を大地電位部に設けられた比較手段において所定の基準値と比較するようにしたので、フィラメントが１本断線した場合でもそれを、サージ電圧の影響の少ない大地電位部において確実に検出することができる。従って、サージ電圧に強く信頼性も高い。また、従来必要だったフィラメント電流計測のための光信号伝送回路等が不要になるので、そのぶん機器構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電子線照射装置の一例を示す図である。
【図２】従来の電子線照射装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
２  電子線加速器
６  フィラメント
８  電子線
１０  引出し電極
２０  電源装置
２４  絶縁変圧器
２８  引出し電源
３２  加速電源
４４  １次電圧計測器
４６  １次電流計測器
４８  電子線電流計測器
５０  フィラメント断線検出器
５２  実フィラメント電流演算器（実フィラメント電流演算手段）
５４  比較器（比較手段）
【図１】
0003636015.tif 000002
【図２】
0003636015.tif 000003