(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の電圧制御を行うものであって、外部から与えられる制御信号に応じてサイリスタの制御角を調整して出力電圧の大きさを制御する交流電圧制御装置と、
この交流電圧制御装置から与えられる交流電力を昇圧および整流して、直流高圧の加速電圧を出力する直流高圧電源装置と、
この直流高圧電源装置から与えられる加速電圧によって電子を加速して射出する電子線加速器と、
前記直流高圧電源装置から出力する加速電圧を検出する電圧検出器と、
この電圧検出器で検出した加速電圧と設定値を比較して、両者を一致させる制御信号を前記交流電圧制御装置に与える自動制御装置とを備える電子線照射装置において、
前記電圧検出器で検出した加速電圧が正常値に対する一定割合よりも上昇したことを検出して、前記交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号を与える過電圧検出手段を設けたことを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】
交流の電圧制御を行うものであって、外部から与えられる制御信号に応じてサイリスタの制御角を調整して出力電圧の大きさを制御する交流電圧制御装置と、
この交流電圧制御装置から与えられる交流電力を昇圧および整流して、直流高圧の加速電圧を出力する直流高圧電源装置と、
この直流高圧電源装置から与えられる加速電圧によって電子を加速して射出する電子線加速器と、
前記直流高圧電源装置から出力する加速電圧を検出する電圧検出器と、
この電圧検出器で検出した加速電圧と設定値を比較して、両者を一致させる制御信号を前記交流電圧制御装置に与える自動制御装置とを備える電子線照射装置において、
前記電子線加速器から射出される電子流を検出する電子流検出器と、
この電子流検出器で検出した電子流が正常値に対する一定割合よりも低下したことを検出して、前記交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号を与える電子流低下検出手段とを設けた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、被照射物に電子（電子線）を照射して、当該被照射物に例えば殺菌、架橋、改質等の処理を施す電子線照射装置に関し、より具体的には、電子線加速器における放電発生等に伴って、電子線加速器に加速電圧を供給する直流高圧電源装置の負荷が急激に軽くなったときの加速電圧の上昇を小さく抑える手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子線照射装置の従来例を図３に示す。この電子線照射装置は、変圧器２から供給される交流電力ＡＣを受けてその交流の電圧制御を行う交流電圧制御装置４と、それから与えられる交流電力を昇圧および整流して直流高圧の加速電圧ＶA を出力する直流高圧電源装置１２と、この加速電圧ＶA によって電子（電子線）２８を加速して射出する電子線加速器２４と、加速電圧ＶA のフィードバック制御を行う自動制御装置４０とを備えている。
【０００３】
交流電圧制御装置４は、外部から与えられる制御信号（例えば自動制御装置４０から与えられる制御信号Ｓ1 または後述する加算器４６から与えられる制御信号Ｓ3 ）に応じてサイリスタの制御角を調整して出力電圧Ｖ2 の大きさを制御するものであり、この例では、互いに逆方向に並列接続されたサイリスタ６および８と、それらに、外部から与えられる上記制御信号Ｓ1 またはＳ3 に応じた制御角α（図４参照）のゲートパルスＰ1 、Ｐ2 を与えるゲート制御回路１０とを備えている。なお、この交流電圧制御装置４は、図示の簡略化のために単相回路で示しているが、通常は３相回路である。
【０００４】
交流電圧制御装置４における位相制御の原理を図４に示す。ゲートパルスＰ1 、Ｐ2 の制御角αを変化させることによって、交流の入力電圧Ｖ1 は一定でも、交流の出力電圧Ｖ2 の大きさ（実効値）を調整することができる。ひいては、直流高圧電源装置１２から出力する加速電圧ＶA の大きさを調整することができる。なお、この例では、制御信号Ｓ1 またはＳ3 を大きくすると制御角αが小さくなり、出力電圧Ｖ2 が大きくなるように構成している。但し、この逆としても良く、これについては後述する。
【０００５】
直流高圧電源装置１２は、この例では、交流電圧制御装置４の出力電圧Ｖ2 を受けてそれを昇圧する変圧器１４と、それからの交流を整流して直流の（具体的には負の）加速電圧ＶA を出力する整流器１６と、この加速電圧ＶA を平滑化する平滑コンデンサ１８とを備えている。加速電圧ＶA の大きさ（絶対値）は、例えば５００ｋＶ〜１ＭＶ程度である。この直流高圧電源装置１２には、電子線加速器２４から射出する電子２８の量に相当する大きさの電子流（電子電流）ＩE が流れる。なお、この直流高圧電源装置１２は、図示の簡略化のために単相整流回路で示しているが、通常は多相整流回路、例えば６相整流回路を備えている。
【０００６】
直流高圧電源装置１２内には、それから出力する加速電圧ＶA を検出する電圧検出器２０が設けられている。この電圧検出器２０は、例えば分圧抵抗器である。
【０００７】
直流高圧電源装置１２からの加速電圧ＶA は、例えば、直流高圧ケーブル２２によって電子線加速器２４に供給される。
【０００８】
電子線加速器２４は、この例では走査型のものであり、フィラメント２６から発生させた電子２８を、上記加速電圧ＶA が印加される加速管３０によって加速し、走査器３２で走査した後、走査管３４の先端部に設けた窓箔３５を透過させて、照射雰囲気中（例えば大気中）に射出する構成をしている。この電子２８を目的の被照射物３６に照射することによって、当該被照射物３６に前述したような各種の処理を施すことができる。もっとも、電子線加速器２４は、電子２８を走査しない非走査型の場合もある。
【０００９】
自動制御装置４０は、この例では、上記電圧検出器２０で検出した加速電圧ＶA と、設定器３８からの設定値とを比較して、両者を一致させる働きをする制御信号Ｓ1 を交流電圧制御装置４に与える。より具体的には、加速電圧ＶA と設定値との偏差を減算器４２で求め、それを制御回路４４で増幅する等して、当該偏差に応じた大きさの制御信号Ｓ1 を交流電圧制御装置４（より具体的にはそのゲート制御回路１０）に与える。例えば、加速電圧ＶA が設定値よりも小さいと上記偏差が大になり、制御信号Ｓ1 が大になり、上記制御角αが小さくなり、出力電圧Ｖ2 が大きくなり、加速電圧ＶA が大きくなる。加速電圧ＶA が設定値よりも大きいときはこの逆になる。このようなフィードバック制御によって、加速電圧ＶA を設定値に一致させることができる。
【００１０】
なお、上記制御回路４４は、この例では、上記偏差を比例積分（ＰＩ）演算するものであるが、それ以外のもの、例えば比例積分微分（ＰＩＤ）演算するものや、比例（Ｐ）演算するもの等でも良い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記電子線照射装置においては、電子２８を発生させている運転中に、電子線加速器２４での突発的なトラブルによって、例えば加速管３０の内部での放電発生等によって、出力する電子２８の量が短時間で急激に（例えば零まで）低下することがある。これによって、直流高圧電源装置１２の負荷が短時間で急激に軽くなる。図２Ｂに、このときの電子流ＩE の低下の様子の一例を示す。
【００１２】
その場合、直流高圧電源装置１２の出力である加速電圧ＶA は、入力交流電力ＡＣの半サイクル程度の短時間（例えば、商用周波数の交流電力ＡＣを用いる場合、６０Ｈｚの場合で８ｍｓ程度、５０Ｈｚの場合で１０ｍｓ程度）で上昇しようとする。
【００１３】
これに対して、自動制御装置４０による自動制御（フィードバック制御）が追従してその制御が効いてくるまでには、通常、入力交流電力ＡＣの３〜４サイクル程度の時間がかかるため、自動制御の応答が間に合わない。従って、加速電圧ＶA が上昇してしまう。
【００１４】
しかも、直流高圧電源装置１２に供給される電圧Ｖ2 は、サイリスタ６、８の上記のような位相制御によるものであり、その場合は、通常、直流高圧電源装置１２の負荷が重いときは電圧Ｖ2 を昇圧した交流電圧の平均値に近い電圧が加速電圧ＶA として出力されるけれども、負荷が軽いときはピーク値に近い電圧が加速電圧ＶA として出力される性質を有しているため、誘導電圧調整器（ＩＶＲ）を用いる場合に比べて、負荷が急激に軽くなったときの加速電圧ＶA の上昇の割合が大きい。例えば、正常値の３０〜４０％程度も上昇することがある。
【００１５】
このような加速電圧ＶA の上昇の様子を、図２Ａ中に２点鎖線で従来例として示す。大きく上昇している。なお、図２の例では、加速電圧ＶA の正常時の値を８００ｋＶとしている。
【００１６】
加速電圧ＶA が上記のように大きく上昇すると、例えば、直流高圧電源装置１２の出力回路、直流高圧ケーブル２２、電子線加速器２４等に過大な電圧が印加されるので、それらにおける絶縁破壊等の更なるトラブル発生の原因になる。
【００１７】
そこでこの発明は、電子線加速器に加速電圧を供給する直流高圧電源装置の負荷が急激に軽くなったときの加速電圧の上昇を小さく抑えることを主たる目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の電子線照射装置は、前記電圧検出器で検出した加速電圧が正常値に対する一定割合よりも上昇したことを検出して、前記交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号を与える過電圧検出手段を設けたことを特徴としている。
【００１９】
この発明に係る第２の電子線照射装置は、前記電子線加速器から射出される電子流を検出する電子流検出器と、この電子流検出器で検出した電子流が正常値に対する一定割合よりも低下したことを検出して、前記交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号を与える電子流低下検出手段とを設けたことを特徴としている。
【００２０】
上記第１の電子線照射装置は、直流高圧電源装置の負荷が軽くなったことを、その出力電圧である加速電圧によって検出して制御を行うものである。即ち、直流高圧電源装置の負荷が急激に軽くなって、それから出力する加速電圧が正常値に対する一定割合よりも上昇すると、過電圧検出手段から交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号が与えられる。これによって、前記自動制御装置によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧の上昇を抑えることができる。その結果、加速電圧の上昇を小さく抑えることができる。
【００２１】
上記第２の電子線照射装置は、直流高圧電源装置の負荷が軽くなったことを、電子線加速器から射出される電子流の低下によって検出して制御を行うものである。即ち、電子線加速器から射出される電子流が正常値に対する一定割合よりも低下すると、電子流低下検出手段から交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号が与えられる。これによって、前記自動制御装置によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧の上昇を抑えることができる。その結果、加速電圧の上昇を小さく抑えることができる。
【００２２】
上記第１の発明と第２の発明とを併用しても良い。そのようにすれば、より確実に、加速電圧の上昇を小さく抑えることができる。
【００２３】
【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回路図である。図３および図４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。
【００２４】
この電子線照射装置は、前述した過電圧検出手段と電子流低下検出手段とを併用している例である。
【００２５】
即ち、過電圧検出手段として、前記電圧検出器２０で検出した加速電圧ＶA が正常値に対する一定割合よりも上昇したことを検出して、前記交流電圧制御装置４からの出力電圧Ｖ2 を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号Ｓ2 を出力する過電圧検出回路４８と、この制御信号Ｓ2 と前記自動制御装置４０からの制御信号Ｓ1 とを加算して得られる制御信号Ｓ3 （＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ）を前記交流電圧制御装置４（より具体的にはそのゲート制御回路１０）に位相制御用の制御信号として与える加算器４６とを備えている。
【００２６】
上記各制御信号Ｓ1 、Ｓ2 およびＳ3 の波形の例を図２ＣおよびＤに示す。
【００２７】
この例では、過電圧検出回路４８から負の制御信号Ｓ2 が出力されるので、これと、自動制御装置４０から出力される正の制御信号Ｓ1 とを加算して得られる制御信号Ｓ3 は、図２Ｄに示すように、制御信号Ｓ1 の一部を強制的に引き下げた波形になる。
【００２８】
もっとも、過電圧検出回路４８から上記例とは反対に正の制御信号Ｓ2 を出力させると共に、加算器４６の代わりに、Ｓ3 ＝Ｓ1 −Ｓ2 なる減算を行う減算器を設けても良く、その場合も図２Ｄと同様の波形の制御信号Ｓ3 が得られる。
【００２９】
加速電圧ＶA の正常値に対する上記の一定割合は、即ち過電圧検出回路４８における検出レベルは、例えば、正常値を１００％として１０５％程度である。図２の例は、加速電圧ＶA の正常値が８００ｋＶであるので、検出レベルは、それの１０５％の８４０ｋＶに設定している。
【００３０】
出力電圧Ｖ2 を強制的に下げる上記の一定時間は、即ちこの例では制御信号Ｓ2 によって制御信号Ｓ3 を強制的に引き下げる時間Ｔ1 は、自動制御装置４０による自動制御が効いてくるまでの短時間で良い。例えば、自動制御装置４０による自動制御は、通常は、前述したように入力交流電力ＡＣの３〜４サイクル程度で効いてくるので、上記時間Ｔ1 はそれよりも短い時間で良い。
【００３１】
更に言えば、前述したように、加速電圧ＶA の上昇は入力交流電力ＡＣの半サイクル程度の短時間で起こるので、この間の電圧上昇を抑えることが重要であり、従って上記時間Ｔ1 は、少なくともこの半サイクル程度以上にするのが好ましい。
【００３２】
以上を総合すると、上記時間Ｔ1 は、入力交流電力ＡＣの半サイクルないし２サイクル程度の時間にするのが好ましい。より具体的に言えば、１サイクル程度の時間にすれば良い。この時間は、入力交流電力ＡＣの周波数が商用周波数の場合、１５ｍｓ〜２０ｍｓ程度である。
【００３３】
図２の例では、台形状をした制御信号Ｓ2 のピーク部の時間Ｔ1 を１５ｍｓとし、そこから徐々に零に戻る時間Ｔ2 を２０〜３０ｍｓとしている。
【００３４】
上記のような過電圧検出手段を設けることによって、電子線加速器２４において放電が発生する等して、直流高圧電源装置１２の負荷が急激に軽くなって加速電圧ＶA が上記検出レベルを超えると、それが過電圧検出回路４８において検出されて当該過電圧検出回路４８から制御信号Ｓ2 が出力され、それによって交流電圧制御装置４に与えられる制御信号Ｓ3 が一定時間強制的に引き下げられるので、自動制御装置４０によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧ＶA の上昇を抑えることができる。その結果、加速電圧ＶA の上昇を小さく抑えることができる。その様子を図２Ａに実施例として示す。従来例よりも遙かに小さく抑えられている。
【００３５】
更にこの例では、図１に示すように、電子流低下検出手段として、電子線加速器２４から射出される電子２８の量すなわち電子流ＩE を検出する電子流検出器５０と、この電子流検出器５０で検出した電子流ＩE が正常値に対する一定割合よりも低下したことを検出して上記と同様の制御信号Ｓ2 を出力する電子流低下検出回路５２と、上記加算器４６とを備えている。即ち、この例では加算器４６を上記過電圧検出手段とこの電子流低下検出手段とに兼用している。
【００３６】
電子線加速器２４から射出された電子２８による電流は、アースを経由して、直流高圧電源装置１２の二次回路（整流回路）に流れる。上記電子流検出器５０は、この電流を電子流ＩE として検出するものである。
【００３７】
電子流ＩE の正常値に対する上記の一定割合は、即ち電子流低下検出回路５２における検出レベルは、例えば、正常値を１００％として５０％程度である。
【００３８】
このような電子流低下検出手段を設けることによって、電子線加速器２４において放電が発生する等して、電子流ＩE が急激に低下して直流高圧電源装置１２の負荷が急激に軽くなると、即ち電子流ＩE が上記検出レベルより小さくなると、それが電子流低下検出回路５２によって検出されて当該電子流低下検出回路５２から制御信号Ｓ2 が出力され、それ以降は上記と同様の作用によって、自動制御装置４０によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧ＶA の上昇を抑えることができるので、加速電圧ＶA の上昇を小さく抑えることができる。
【００３９】
なお、上記のような過電圧検出手段と電子流低下検出手段とは、どちらか一方のみを設けても良いし、この例のように両方を設けても良い。両方設ければ、相互にバクアップし合う形になるので、より確実に、加速電圧ＶA の上昇を小さく抑えることができる。
【００４０】
また、前述したように、交流電圧制御装置４は、上記例とは反対に、制御信号Ｓ3 を大きくすると制御角αが大きくなって出力電圧Ｖ2 が小さくなるものでも良く、その場合は、上記例とは反対に、自動制御装置４０からの制御信号Ｓ1 を上記制御信号Ｓ2 によって一定時間Ｔ1 だけ強制的に大きく引き上げるように構成すれば良い。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００４２】
請求項１記載の発明によれば、直流高圧電源装置の負荷が急激に軽くなって、それから出力する加速電圧が正常値に対する一定割合よりも上昇すると、過電圧検出手段から交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号が与えられる。これによって、自動制御装置によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧の上昇を抑えることができる。その結果、加速電圧の上昇を小さく抑えることができる。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、電子線加速器から射出される電子流が正常値に対する一定割合よりも低下すると、電子流低下検出手段から交流電圧制御装置に対して、それからの出力電圧を一定時間強制的に下げる働きをする制御信号が与えられる。これによって、自動制御装置によるフィードバック制御が効いてくる前に、加速電圧の上昇を抑えることができる。その結果、加速電圧の上昇を小さく抑えることができる。
【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回路図である。
【図２】電子線加速器における放電発生時の加速電圧、電子流および制御信号の波形の一例を示す図である。
【図３】従来の電子線照射装置の一例を示す回路図である。
【図４】位相制御による交流の電圧制御の原理を示す概略図である。
【符号の説明】
４  交流電圧制御装置
６、８  サイリスタ
１２  直流高圧電源装置
２０  電圧検出器
２４  電子線加速器
２８  電子（電子線）
４０  自動制御装置
４６  加算器
４８  過電圧検出回路
５０  電子流検出器
５２  電子流低下検出回路
【図１】
0003752969.tif 000002
【図２】
0003752969.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003752969.tif 000005