[发明专利]带电粒子束装置的控制方式

说明书

本发明是一项关于备有使放电引起的负载短路在短时间内能自动恢复的高电压、高输出功率电源装置的带电粒子束装置的控制方式的发明。

图5，是作为以前这类装置一例的电子束焊接机的构成原理图。图中，（1）是变换器的可控制电源，（2）是可控电源（1）的输出侧的升压变压器;（3）是由可控电源输出的交流电流的整流电路;（4）是平滑用扼流圈;（5）是滤波电容器;（6）是焊接机的阴极;（7）是焊接机的阳极;（8）是由阴极（6）发射的电子束;（9）是控制电子束（8）电流值的维纳尔电极;（10）是电子束照射的被加工物;（11）是供给维纳尔电极（9）电压的可控偏压电源;（12）是供给高电位的可控偏压电源（11）电功率的绝缘变压器;（13）是电子束加速电压（V_A）的取样电阻;（14）是电子束加速电压（V_A）的恒压控制电路;（15）是电源电流（Ik）的取样电阻;（16）是电源电流（Ik）的恒流控制电路;（17）是将恒流控制电路的输出功率传输到高电位的可控偏压电源（11）的光纤;（18）是维纳尔电极（9）或阴极（6）与阳极（7）间产生的负载短路（以下，称为起弧）。

图6示出了恒压控制电路（14）或恒流控制电路（16）的构成图。其中，（19）是由电子束加速电压（V_A）的取样电阻（13）或电源电流（Ik）的取样电阻（15）输出的反馈信号;（20）是除去包含在反馈信号中的噪声的低通滤波器;（21）是给定信号;（22）是反馈信号（19）与给定信号（21）的比较器;（23）是控制信号。

图7和图8，表示出了在起弧时各部分的电压和电流波形。（V_A）是电子束加速电压，（I_O）是可控电源（1）的电源输出电流（实际的I_O是高频的波形，而图7和图8中表示出了峰值的包络线），（I_K）是电源电流，（I_C） 是电子束电流，（t）是时间，（24）是发生电弧的时间，（25）是第二次发生电弧的时间，（26）是电源切断时间。

图9示出由电弧发生引起的焊蚕缺陷，（27）是焊蚕的表面形状，（28）是焊接线，（29）是焊蚕的纵断面形状。

下面，根据图5-9，说明一下工作情况。如图5所示，由可控电源（1）供给的电功率，通过升压变压器（2）升压，整流电路（3）整流，平滑扼流圈（4）及滤波电容器（5）平滑，供电给阴极（6）与阳极（7）之间以产生电子束（8），照射在被加工物（10）上。电子束（8）的电流值由加在维纳尔电极（9）与阴极（6）间的可控偏压电源（11）的偏压控制。偏压通过绝缘变压器（12）、可控偏压电源（11）供给，由于同电子束加速电压（V_A）重叠着，所以，例如通过光纤（17）控制。电子束加速电压（V_A）及电子束电流（I_C）（除电弧发生时候以外，与电源电流（Ik）相等），分别通过电子束加速电压（V_A）的取样电阻（13）、电源电流（Ik）的取样电阻（15）测出，电子束加速电压（V_A）通过恒压控制电路（14），电源电流（Ik）通过恒流控制电路（16）分别进行控制。恒压及恒流的控制，如图6所示，通过比较器（22）检出反馈信号（19）与给定信号（21）的差，利用比较器（22）的输出作为控制信号（23）进行控制对于电子束加速电压（V_A）的情况，例如通过整流器的流通率，对于电源电流（Ik）的情况，通过光纤（17），使可控偏压电源（11）的偏压发生变化，可达到反馈信号（19）与给定信号（21）相等。这时，如果进行焊接，从被加工物（10）的熔融部分产生的金属蒸汽流入阴极（6）或维纳尔电极（9）与阳极（7）之间，经常引起两电极间短路产生电弧。在这样的真空中，电弧（18）脉冲式地发生，约100微秒结束。电弧（18）发生前后各部分的电压、电流波形示于图7。由于电弧（18）发生期（由于时间极短，图中没有表示出来）一结束，滤波电容器（5）没有电荷，所以电子束加速电压（V_A）一度变为零伏。可是，由于在进行恒压控制，可控制电源（1）的电源输出电流（I_O）急剧增大，电子 束加速电压（V_A）和电源输出电流（I_O），在由平滑扼流圈（4）与电容器（5）决定的时间常数（数毫秒）内，都产生了很大的变化。并且，在产生电弧时，由于高峰值的电弧（18）电流重叠在为控制电子束电流（I_C）而检出的电源电流（Ik）上，实际上，即使没有电子束电流（Ic），恒流控制电路（16）在不产生电子束电流（Ic）的方向上也起作用。因此，由于与电子束加速电压（V_A）的变化相互干扰，电源电流（Ik）和电子束电流（Ic）在产生电弧（18）后都发生了很大变化。