(57)【要約】【課題】三相遮断素子が故障しているか否かの判別が困難であったという点である。【解決手段】電子ビームを発生する電子銃と、前記電子銃の加速電圧を検出する加速電圧検出回路と、前記電子銃のエミッション電流を検出するエミッション電流検出回路と、加速電圧検出信号とエミッション電流検出信号に基づいて前記電子銃の放電を判定する判定回路と、を備えたことを特徴とした電子ビーム発生装置。また、加速電圧検出信号が所定の加速電圧設定値より低く、エミッション電流検出信号が所定のエミッション電流設定値より高い場合に、前記電子銃の放電と判定し、遮断回路により前記電子銃に供給される電流を遮断することを特徴とする電子ビーム発生装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子銃と、
前記電子銃の加速電圧を検出する加速電圧検出回路と、
前記電子銃のエミッション電流を検出するエミッション電流検出回路と、
加速電圧検出信号とエミッション電流検出信号に基づいて前記電子銃の放電を判定する判定回路と、を備えたことを特徴とした電子ビーム発生装置。
【請求項２】
前記電子銃放電時に前記電子銃に供給される電流を遮断する遮断回路と、
前記加速電圧検出信号を所定の加速電圧設定値と比較する加速電圧比較回路と、
前記エミッション電流検出信号を所定のエミッション電流設定値と比較するエミッション電流比較回路と、を備えた請求項１に記載された電子ビーム発生装置であって、
前記加速電圧検出信号が前記所定の加速電圧設定値より低く、前記エミッション電流検出信号が前記所定のエミッション電流設定値より高い場合に、前記電子銃の放電と判定し、前記遮断回路により前記電子銃に供給される電流を遮断することを特徴とする電子ビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを発生する電子銃を備える電子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子銃から発生させた電子ビームを物質表面にぶつけると、跳ね返されるもの、内部に潜り込むもの、あるいはＸ線・光となるものなど多くの現象がおこる。これらは、情報源として、電子顕微鏡、電子線プローブマイクロアナライザー、テレビ等に利用されている。
【０００３】
しかし、これら情報源に変化する電子ビームのエネルギー量は、数％以下で、残りは全部熱になる。この発生する熱は非常に特徴があり、電子ビームを細く絞れば、１ｃｍ２当たり百万ＫＷもの密度で熱を発生させることが可能で、地球上のどんな物質でも瞬時に蒸発させてしまう能力がある。すなわち、電子ビームは磁界などで容易に位置制御、走査制御を行うことができるため、加熱材料面を最適な電子ビーム電流密度での制御ができ、電子ビームの電力密度が大きくできる。このため、タングステン、モリブテン等の高融点金属からＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の誘電体まであらゆる材料を蒸発させることが可能である。
【０００４】
偏向型電子銃はディジタルカメラ、メガネ、プロジェクタ用レンズ、ＤＶＤ・ＣＤ検出用レンズ、プラズマディスプレー、ディジタルビデオテープ等のコーティング用の蒸着源として用いられている。
【０００５】
直進型電子銃は高速で連続的に送られる幅広のプラスチックフィルム、板ガラス、鋼板等に均一に金属、金属酸化物を蒸着するために開発された電子ビーム蒸発源で、高密度記録用磁気テープ、酸化バリア機能をもつ包装用フィルムの製造、プラズマディスプレーパネルのＭｇＯ膜の蒸着、表面処理鋼板の開発などに広く使用されている。また、高融点材料、高純度金属の溶融にも使用できる。
【０００６】
図１は従来技術における高圧回路を備えた電子ビーム発生装置である。三相交流電源１から供給された三相交流電流は、瞬時に電流を遮断するＩＧＢＴ等の半導体スイッチから構成された三相遮断素子２、導通角を制御することにより位相制御を行う位相制御用サイリスタ３、昇圧トランス４を経て、三相整流回路５により直流に整流され、電子銃８に供給される。
【０００７】
電子銃８から電子ビームが照射されると、電子銃８に放電が発生することがある。すなわち、電子銃８は図示しない真空容器に収容されており、カソードとアノードは絶縁されているが、２つの電極間の電圧を高くすると、絶縁が破れて両電極間に電流が流れるのである。
【０００８】
また、エミッション電流１０が流れる高圧回路は分岐され、電気的に並列に接続されたフィルタ・コンデンサ１１及びエミッション電流検出抵抗９から構成されたフィルタを介してＡ／Ｄ変換器の役割を果たすエミッション電流コンパレータ１２が接続される。エミッション電流コンパレータ１２からの出力である信号Ａが、エミッション電流１０が閾値以下の時はＬｏｗ（０Ｖ）、エミッション電流１０が閾値以上の時はＨｉｇｈ（５Ｖ）となるよう、任意の設定値−Ｖを設定する。
【０００９】
電子銃８に放電が発生した場合、放電電流が閾値を越え、信号ＡはＨｉｇｈとなる。他の状態においては、信号ＡはＬｏｗとなる。エミッション電流コンパレータ１２はワンショットマルチバイブレータ回路１３に接続され、信号ＡがＨｉｇｈの場合、所定のパルス幅のパルス信号が信号Ｂとして制御回路１４に出力される。信号ＡがＬｏｗの場合、信号ＢはＨｉｇｈとなる。制御回路１４はパルス信号を受けると、三相遮断素子２及び位相制御用サイリスタ３をオフさせる。制御回路１４は所定の時間が経過し、放電が納まった後、三相遮断素子２及び位相制御用サイリスタ３を再点弧させる。すると、平滑コンデンサ７を充電しながら加速電圧が自動復帰し、エミッション電流１０が流れ、再び電子銃８から電子ビームが照射される。フィルタ・コンデンサ１１を用いたフィルタにより完全な放電は検出し、微小な放電は検出しない。
【００１０】
図２は図１における電子ビーム発生装置の放電検出タイムチャートを示す図である。電子銃に放電が発生した場合、放電電流が閾値を越え、信号ＡがＨｉｇｈになり、信号Ｂにおいて所定のパルス幅のパルス信号を出力する。
【００１１】
しかしながら、図１に示すような電子ビーム発生装置は電子ビームによる蒸着ライン等の生産装置として用いられるため、放電が発生しても極力生産を停止しないことが要求される。つまり、放電状態が非常に微弱な場合は危険な状態とみなさず、装置の稼働を継続させなければならない。そして、電子銃のカソードとアノードが完全に短絡するほどの放電が発生したときは危険状態とみなし、装置の稼働を停止させる。
【００１２】
上述したように図１においては、放電状態を判別するため、放電電流をフィルタ・コンデンサ１１及びエミッション電流検出抵抗９からなるフィルタ回路で平滑することにより、完全な放電は検出し、微弱な放電は検出しない方法をとっていた。フィルタ回路で放電波形を平滑すると、時定数により放電発生から検出までの遅延時間が発生してしまう。三相遮断素子２は放電発生後、瞬時に電流をオフさせないと過電流により破損してしまうことがある。このように、完全な放電と微弱な放電を判別することと、放電発生瞬時に三相遮断素子をオフすることを両立させることは非常に困難であった。
【００１３】
なお、従来技術としては、加速電圧に基づきエミッション電流の許容値を求め、検出されたエミッション電流が適正な値であるか判別をする電子顕微鏡がある（例えば、特許文献１）。
【００１４】
【特許文献１】特開平５−２８３０２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明が解決しようとする問題点は、完全な放電と微弱な放電を判別し、かつ、放電発生瞬時に三相遮断素子をオフさせることが困難であったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載した発明は、電子ビームを発生する電子銃と、前記電子銃の加速電圧を検出する加速電圧検出回路と、前記電子銃のエミッション電流を検出するエミッション電流検出回路と、前記加速電圧検出信号と前記エミッション電流検出信号に基づいて前記電子銃の放電を判定する判定回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載した発明は、前記電子銃放電時に前記電子銃に供給される電流を遮断する遮断回路と、前記加速電圧検出信号を所定の加速電圧値と比較する加速電圧比較回路と、前記エミッション電流検出信号を所定のエミッション電流値と比較するエミッション電流比較回路と、を備えた電子ビーム発生装置であって、前記加速電圧検出信号が前記所定の加速電圧値より低く、前記エミッション電流検出信号が前記所定のエミッション電流値より高い場合に、前記電子銃の放電と判定し、前記遮断回路により前記電子銃に供給される電流を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、完全な放電と微弱な放電を判別し、かつ、放電発生瞬時に三相遮断素子をオフさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の構成を図３を用いて説明する。図３中、図１で使用された符号と同一符号の付されたものは同一構成要素である。図３は本発明における高圧回路を備えた電子ビーム発生装置である。位置制御装置、走査制御装置は図示していない。１は三相交流電源である。電圧値としては、例えば２００Ｖや４００Ｖが用いられる。２は三相交流電源１と接続された、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチから構成された三相遮断素子である。三相遮断素子２は放電が検出された場合、三相交流電流を瞬時に遮断する。３は三相遮断素子２と接続された、それぞれの毎相に設けられた位相制御用サイリスタである。これら位相制御用サイリスタ３はその導通角を制御することにより、位相制御ができるようになっている。
【００２０】
４は昇圧トランスで、位相制御用サイリスタ３の出力が１次側に接続されている。５は昇圧トランス４の２次側に接続された、三相整流回路である。この三相整流回路５はダイオードから構成され、全波整流を行う。６は三相整流回路５のアノード側に接続された平滑用のチョークコイル、７はチョークコイル６の一端に接続された平滑コンデンサである。チョークコイル６と平滑コンデンサ７とで平滑回路を構成している。この平滑回路からは、直流電圧が出力される。
【００２１】
８は負荷としての電子銃であり、カソード、アノード、フィラメント等から構成される。電子銃８には、エミッション電流１０が流れ、電子ビームが照射される。また、電子銃８には加速電圧２４が印加される。
【００２２】
加速電圧２４は分岐・検出され、加速電圧コンパレータ１６に入力される。加速電圧コンパレータ１６において、加速電圧検出信号入力され、その入力が閾値以下なる場合は信号ＣとしてＬｏｗ（０Ｖ）が出力され、入力が閾値以上になる場合は信号ＣとしてＨｉｇｈ（５Ｖ）が出力される。加速電圧コンパレータ１６はＯＲ回路１７、ＮＡＮＤ回路１８、１９から構成される判定回路を経て、ワンショットマルチバイブレータ回路１３に接続される。
【００２３】
一方、エミッション電流１０は分岐・検出されエミッション電流コンパレータ１２に接続される。エミッション電流コンパレータ１２において、エミッション電流検出信号が入力され、その入力が閾値以上になる場合は信号ＤとしてＨｉｇｈ（５Ｖ）が出力され、入力が閾値以下になる場合は信号ＤとしてＬｏｗ（０Ｖ）が出力される。エミッション電流コンパレータ１２はＯＲ回路１７、ＮＡＮＤ回路１８、１９から構成される判定回路を経て、ワンショットマルチバイブレータ回路１３に接続される。
そして、ワンショットマルチバイブレー回路１３は制御装置１４に接続され、制御装置１４は三相遮断素子２及び位相制御用サイリスタ３を制御する。
【００２４】
以上、図３における各部の構成について説明したが、次に動作について説明する。
高圧回路２３に三相交流電源１から供給される電圧を印加し、図５で示すフィラメント２５に電流を流してカソード２６を加熱すると、図３で示すエミッション電流１０が流れる。すると、電子銃８に放電が発生することがある。すなわち、電子銃８は図示しない真空容器に収容されており、カソード２６とアノード２７は絶縁されているが、２つの電極間の電圧を高くすると、絶縁が破れて両電極間に電流が流れるのである。
【００２５】
電子ビーム発生時に高圧回路２３の平滑コンデンサ７に蓄えられる電荷をＱｃ、完全な放電が発生したときの放電電流による電荷をＱｄ１、微小放電が発生したときの放電電流による電荷をＱｄ２とする。完全な放電発生時にはＱｃ＜Ｑｄ１となり、加速電圧検出信号は瞬時にゼロになる。また、微小放電発生時にはＱｃ＞Ｑｄ２となり、加速電圧検出信号の変化は少ない。
【００２６】
図４は放電検出のタイムチャートである。信号Ｃは加速電圧に関する信号で、信号Ｄはエミッション電流１０に関する信号である。
電子銃において完全な放電が発生した場合は加速電圧検出信号は瞬時に０になり、信号ＣはＬｏｗとなる。また、運転前も加速検出信号が発生していないため信号ＣはＬｏｗとなる。電子銃において微小放電が発生した場合は加速電圧信号の変化は少なく、信号ＣはＨｉｇｈとなる。つまり、完全な放電が発生した場合は加速電圧検出信号が０になるため放電とみなし、微小放電が発生した場合は加速電圧検出信号の変化が少ないため放電とみなさない。しかし、信号Ｃのみでは、運転前もＬｏｗであるため区別ができない。
【００２７】
一方、エミッション電流１０は完全な放電及び微小放電の場合も所定のエミッション電流設定値以上流れるため信号ＤはＨｉｇｈとなる。運転前はエミッション電流１０が流れていないため信号ＤはＬｏｗとなる。
【００２８】
信号Ｃにおける放電と運転前を区別するため、信号Ｄを用いて、ＯＲ回路１７及びＮＡＮＤ回路１８、１９利用して論理回路を組み、信号Ｇにおいて放電のみがＬｏｗとなるようにする。そうすると、信号Ｈにおいて放電のみがＬｏｗのパルス信号となる。
【００２９】
上述したように、図３において加速電圧コンパレータ１６により加速電圧が所定の加速電圧設定値２１以下であることを検出し、エミッション電流コンパレータ１２によりエミッション電流１０が所定のエミッション電流設定値２２以上であることを検出し、ＯＲ回路１７及びＮＡＮＤ回路１８、１９により判別を行う。信号ＧにおいてＬｏｗになった場合は、電子銃８が完全に放電していることを示す。信号ＧにおいてＬｏｗになった場合は、ワンショットマルチバイブレータ回路１３から所定のパルス幅のパルスが出力される。判別回路１４ではそのパルスが入力された場合、電子銃８が完全に放電していると判断し、三相遮断素子２及び位相制御用サイリスタ３をオフさせて三相交流電源電流を瞬時に遮断し、放電が納まるまで待つ。所定の時間が経過し、放電が納まった後、制御回路１４は三相遮断素子２及び位相制御用サイリスタ３を再点弧させる。すると、平滑コンデンサ７を充電しながら加速電圧２４が自動復帰し、エミッション電流１０が再び流れる。放電時に、瞬時に電力の供給が停止されるため放電は数ｍ秒程度で納まる。
【００３０】
以上、動作について説明したが、本発明により完全な放電と微弱な放電を判別し、かつ、放電発生から三相遮断素子により電流を瞬時にオフさせることができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ＯＲ回路、ＮＡＮＤ回路は他の論理回路を組み合わせても良く、設定値及びコンパレータはマイコン等を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術における高圧回路を備えた電子ビーム発生装置である。
【図２】従来技術における放電検出のタイムチャートである。
【図３】本発明における高圧回路を備えた電子ビーム発生装置である。
【図４】本発明における放電検出のタイムチャートである。
【図５】電子銃詳細図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  三相交流電源
２  三相遮断素子
３  位相制御用サイリスタ
４  昇圧トランス
５  三相整流回路
６  チョークコイル
７  平滑コンデンサ
８  電子銃
９  エミッション電流検出抵抗
１０  エミッション電流
１１  フィルタ・コンデンサ
１２  コンパレータ
１３  ワンショットマルチバイブレータ回路
１４  制御回路
１５  加速電圧検出抵抗
１６  コンパレータ
１７  ＯＲ回路
１８  ＮＡＮＤ回路
１９  ＮＡＮＤ回路
２１  加速電圧設定値
２２  エミッション電流設定値
２３  高圧回路
２４  加速電圧
２５  フィラメント
２６  カソード
２７  アノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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