JPH0733429Y2 - Power supply for glow discharge load - Google Patents
Power supply for glow discharge loadInfo
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- JPH0733429Y2 JPH0733429Y2 JP1989052100U JP5210089U JPH0733429Y2 JP H0733429 Y2 JPH0733429 Y2 JP H0733429Y2 JP 1989052100 U JP1989052100 U JP 1989052100U JP 5210089 U JP5210089 U JP 5210089U JP H0733429 Y2 JPH0733429 Y2 JP H0733429Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はグロー放電負荷、例えば減圧ガス雰囲気中のグ
ロー放電によるイオンの衝撃により、金属や非鉄金属な
どの表面処理を行なう熱化学処理装置などの電源に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a thermochemical treatment device for performing surface treatment of metal or non-ferrous metal by impact of ions by glow discharge load, for example, glow discharge in depressurized gas atmosphere. Of the power supply.
（従来技術と解決すべき問題点） グロー放電負荷、例えば第１図のように、ガスボンベ
（１）による供給ガスと真空ポンプ（２）により、減圧
ガス雰囲気が形成される気密容器（３）内に被処理物
（４）を収容して、直流電源（５）により気密容器
（３）を陽極とし被処理物（４）を陰極として、所要の
直流電位差を与えることによりグロー放電を生じさせ、
これにより得られるイオンの衝撃により金属などの窒化
処理などを行なう所謂熱化学処理装置は周知である。と
ころでこの装置により処理を行なう場合、被処理物の形
状に左右されることなく均一な処理膜を形成されなけれ
ばならない。そのためには気密容器（３）内のガス圧を
高くすると同時に、放電電流密度を高くすることが必要
である。しかし高い放電電流密度を得ようとして放電電
圧を高くすると、例えば被処理物の過熱によりグロー放
電が局所的なアーク放電（異常放電）に移行して、被処
理物（４）の表面に損傷を与えたり、均一な処理膜の形
成を阻害するおそれがある。(Problems to be Solved with Prior Art) Glow discharge load, for example, in an airtight container (3) in which a reduced pressure gas atmosphere is formed by a supply gas from a gas cylinder (1) and a vacuum pump (2) as shown in FIG. The object to be treated (4) is housed in, and the airtight container (3) is used as an anode and the object to be treated (4) is used as a cathode by a DC power source (5) to generate a required DC potential difference, thereby causing glow discharge,
A so-called thermochemical treatment device for performing nitriding treatment of metal or the like by bombardment of ions obtained by this is well known. By the way, when processing is performed by this apparatus, a uniform processing film must be formed without being influenced by the shape of the object to be processed. For that purpose, it is necessary to increase the gas pressure in the airtight container (3) and simultaneously increase the discharge current density. However, when the discharge voltage is increased in order to obtain a high discharge current density, for example, the glow discharge shifts to a local arc discharge (abnormal discharge) due to overheating of the object to be processed, and the surface of the object to be processed (4) is damaged. There is a possibility that it may be applied or the formation of a uniform treated film may be hindered.
そこで従来においては例えば第２図のように、直流電圧
発生回路Ａ、即ちインバータ回路（６）、昇圧トランス
（７）、整流用ダイオード（８）、平滑回路（９）を形
成するチョークＬ、抵抗R1、コンデンサC1からなる直流
電圧発生回路Ａに、出力電流の検出器（10）、電流検出
レベル設定用電源（11a）を備えた異常放電電流検出用
比較回路（11）、その比較差出力により動作して出力電
圧が所定値に一定になるようにインバータ回路（６）の
点弧位置を制御する位相制御回路（12）とよりなる定電
流（定出力）制御回路Ｂを持たせた電源回路に以下に説
明する異常放電消弧回路Ｃをもたせることが行われてい
る。Therefore, in the prior art, for example, as shown in FIG. 2, a DC voltage generating circuit A, that is, an inverter circuit (6), a step-up transformer (7), a rectifying diode (8), a choke L forming a smoothing circuit (9), a resistor. An abnormal discharge current detection comparison circuit (11) equipped with an output current detector (10) and a current detection level setting power supply (11a) in a DC voltage generation circuit A composed of R 1 and a capacitor C 1 , and its comparison difference. A constant current (constant output) control circuit B composed of a phase control circuit (12) for controlling the firing position of the inverter circuit (6) so that the output voltage operates at a constant value is provided. The power supply circuit is provided with an abnormal discharge extinguishing circuit C described below.
この回路は出力電流を入力とする電流検出レベル設定用
電源（13a）を備えた出力側電源検出用比較回路（13）
と、インバータ回路（６）の出力側電流（以下１次側電
流と云う）を検出する電流検出器（14）、その検出交流
出力の交直変換回路（15）、その出力を入力とする電流
検出レベル設定用電源（16a）を備えた１次側電流検出
用比較回路（16）、前記出力側電流検出用比較回路（1
3）と１次側電流検出用比較回路（16）の出力とが入力
されるオアゲート（17）、およびその出力によって動作
してインバータ回路（６）の出力電圧の送出を急速に零
とする異常放電制御回路（18）とからなるものである。
なおLOはグロー放電負荷である。This circuit is a comparator circuit (13) for detecting the power supply on the output side, which is equipped with a power supply (13a) for setting the current detection level that receives the output current.
And a current detector (14) that detects the output side current (hereinafter referred to as the primary side current) of the inverter circuit (6), the AC / AC conversion circuit (15) for the detected AC output, and the current detection that receives the output. Primary side current detection comparison circuit (16) equipped with level setting power supply (16a), output side current detection comparison circuit (1)
3) and the output of the primary side current detection comparison circuit (16) are input to the OR gate (17), and an abnormality that operates by the output and rapidly outputs the output voltage of the inverter circuit (6) to zero And a discharge control circuit (18).
LO is the glow discharge load.
そして第３図の時刻ｔにおいて負荷LOに発生した異常放
電によりグロー放電電流Igに比べて大きく、しかも位相
制御回路（12）が応動できないような放電電流Iaが急激
に流れ、その値が出力側電流検出用比較回路（13）の検
出レベルDLを越えたとき送出される出力により、オアゲ
ート（17）を介して異常放電制御回路（18）を動作させ
る。そしてこれによりインバータ回路（６）による負荷
LDへの電力の供給を電子的に遮断して、放電エネルギの
供給を絶つことにより消弧させ、これにより出力電流が
出力側電流検出用比較回路（13）の電流検出レベルDLを
下廻ったとき、再び起動させて処理を継続するようにし
たものである。また直流電圧発生回路Ａの回路の例えば
コンデンサC1の短絡故障などによってグロー放電電流を
上廻る大きな電流が流れたときには、１次側の電流を入
力とする１次側電流検出用比較回路（16）の検出出力に
より、異常放電制御回路（18）を動作せて電力の供給を
遮断するようにしたものである。Then, at time t in FIG. 3, the discharge current I a, which is larger than the glow discharge current Ig due to the abnormal discharge that has occurred in the load LO and which the phase control circuit (12) cannot respond to, rapidly flows, and its value is output. The abnormal discharge control circuit (18) is operated via the OR gate (17) by the output sent when the detection level DL of the side current detection comparison circuit (13) is exceeded. Then, the load by the inverter circuit (6)
When the output current falls below the current detection level DL of the output side current detection comparison circuit (13) by extinguishing the supply of electric power to the LD electronically and extinguishing the supply of discharge energy. , Is restarted and the processing is continued. Further, when a large current exceeding the glow discharge current flows due to, for example, a short circuit failure of the capacitor C 1 of the DC voltage generating circuit A, the primary side current detection comparison circuit (16) which receives the primary side current as an input (16 ), The abnormal discharge control circuit (18) is operated to cut off the power supply.
しかし上記の如き電源回路では電源を起動させて負荷に
電圧を加えて放電を開始しても、何時までたっても安定
なグロー放電領域に移行できない場合があり、またこの
ような事態はアークの発生状態を、一般に気密容器の外
部からの観察によって異常放電と区別して観察できな
い。このためこれに気付かず処理を進めることが多く、
不良処理品が出た段階で始めて気付く状態である。However, in the power supply circuit as described above, even if the power supply is started and voltage is applied to the load to start the discharge, there are cases where the stable glow discharge region cannot be reached at any time. In general, the state cannot be distinguished from the abnormal discharge by observation from the outside of the airtight container. For this reason, we often proceed without noticing this,
It is in a state where it is noticed for the first time when defective products are released.
（考案の目的） 本考案は放電開始後直ちに安定なグロー放電領域への移
行を可能とするグロー放電負荷用電源を提供し、不良処
理品の発生を確実に防ぎうるようにしたものである。(Object of the Invention) The present invention provides a glow discharge load power source that enables a stable transition to a glow discharge region immediately after the start of discharge, and can reliably prevent the generation of defective products.
（問題点を解決するための本考案の手段） 本考案は上記従来の電源装置における次の原因究明結果
にもとづいてなされたものである。(Means of the Present Invention for Solving Problems) The present invention has been made based on the following results of investigating the cause of the above-described conventional power supply device.
負荷への電源の投入による放電の開始から安定なグロー
放電領域への移行に当たっては、第４図のように電圧印
加点→放電開始点→安定なグロー放電領域点に移
行する電流経路を辿る。このため放電開始時におけるガ
ス圧が高く、放電開始電圧が高かった場合には、放電電
流として１次側電流検出用比較回路（13）の電流検出レ
ベル点例えば第４図中の点を上廻る電流が流れること
がある。このため放電開始後放電電流が点の値になっ
たとき、出力側電流検出用比較回路（12）の検出出力に
より異常放電制御回路（18）が動作して、負荷Ｅへの電
力の供給を遮断する。When transitioning from the start of discharge by turning on the power to the load to the stable glow discharge region, the current path is changed from the voltage application point → the discharge start point → the stable glow discharge region point as shown in FIG. Therefore, when the gas pressure at the start of discharge is high and the discharge start voltage is high, the discharge current exceeds the current detection level point of the primary side current detection comparison circuit (13), for example, the point in FIG. Electric current may flow. Therefore, when the discharge current reaches the point value after the start of discharge, the abnormal discharge control circuit (18) operates by the detection output of the output side current detection comparison circuit (12) to supply power to the load E. Cut off.
従ってこれを放置したときには、〔点→点→点→
電力供給遮断〕の一連の経過動作を何時までも繰り返し
て、安定なグロー放電領域である点に移行できず、こ
のような状態は使用されたターゲット材料の種類によっ
ても発生することが明らかにされた。Therefore, when this is left unattended, [dot → dot → dot →
It has been clarified that it is not possible to shift to the point of a stable glow discharge region by repeating a series of lapsed operations of (power supply cutoff) forever, and such a state also occurs depending on the type of target material used. It was
本考案は以上から安定なグロー放電への移行を可能すと
るためには、放電開始から安定なグロー放電への移行が
完了するまでの間、異常放電消弧回路の動作を阻止する
と同時に、安定なグロー放電領域への移行までの間、移
行に必要な電流を電源装置が過負荷とならないように安
定に供給できれば、可能であることを着想してなされた
ものである。次に本考案を実施例によって説明する。In order to enable a stable glow discharge transition from the above, the present invention prevents the abnormal discharge arc extinguishing circuit from operating at the same time from the start of discharge to the completion of the stable glow discharge. It was made in view of the fact that it is possible if the current necessary for the transition can be stably supplied until the power supply device is not overloaded until the transition to the glow discharge region. Next, the present invention will be described by way of examples.
（実施例） （構成） 第５図は本考案の一実施例回路であって、第２図と同一
符号部分は同等部分を示す。図においてＣは電源回路で
あって、従来装置と同様にインバータ（６）、昇圧トラ
ンス（７）、整流用ダイオード（８）、平滑回路
（９）、出力側電流検出器（10）、異常放電電流検出用
比較回路（11）、位相制御回路（12）、出力側電流検出
用比較（13）、電流検出器（14）、交直変換器（15）、
１次側比較回路（16）、オアゲート（17）、異常電圧制
御回路（18）などからなる。(Embodiment) (Structure) FIG. 5 shows a circuit of an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. In the figure, C is a power supply circuit, and like the conventional device, an inverter (6), a step-up transformer (7), a rectifying diode (8), a smoothing circuit (9), an output side current detector (10), and an abnormal discharge. Current detection comparison circuit (11), phase control circuit (12), output side current detection comparison (13), current detector (14), AC / DC converter (15),
It is composed of a primary side comparison circuit (16), an OR gate (17), an abnormal voltage control circuit (18) and the like.
Ｄは本考案の要部であるグロー放電移行回路であって、
前記異常放電制御回路の動作阻止用回路Ｅと、放電エネ
ルギ供給用電圧垂下回路Ｆとから構成され、それぞれは
次の各部から形成される。動作阻止用回路Ｅにおいて、
（19）は出力側電流検出用増幅器、（20）は放電開始位
置検出用比較回路、（20a）は検出レベル設定用電源、
（21）はタイマ回路、（22）は電流側路用ダイオードで
あって、ダイオード（21）は、前記出力側比較回路（1
3）の送出比較誤差出力の通過を許す極性に接続され
る。またタイマ回路（21）はここに設定された時間、例
えば電源の投入から安定なグロー放電領域への移行まで
に要するまでの時間（例えば100μｓ〜2msec）の間、出
力側比較回路（13）からの比較差出力がオアゲート（1
7）を介して異常放電制御回路（18）に入力されないよ
うに側路して受付けないようにする。次に放電エネルギ
ー供給用垂下回路Ｆにおいて、（23）はピークレベル検
出回路であって、平滑用チョークL1の出力電流のピーク
レベルを検出することにより、放電電流の流通開始点を
交流の半波内において瞬時に知り、その後のピークレベ
ルの変動を検出する。（24）は垂下機能付与回路であっ
て、ピークレベル検出回路（23）の出力によって瞬時に
動作して、検出ピークレベルの変化に対応して安定なグ
ロー放電領域への移行に必要な一定の電流を、電源回路
Ｃが過負荷にならないように安定に供給しうる電圧まで
インバータ回路（６）の出力電圧を垂下させる。D is a glow discharge transfer circuit which is an essential part of the present invention,
The abnormal discharge control circuit includes an operation prevention circuit E and a discharge energy supply voltage drooping circuit F, each of which is formed of the following parts. In the operation prevention circuit E,
(19) is an output side current detection amplifier, (20) is a discharge start position detection comparison circuit, (20a) is a detection level setting power supply,
(21) is a timer circuit, (22) is a diode for current side path, and the diode (21) is the output side comparison circuit (1
It is connected to the polarity that allows passage of the output comparison error output in 3). In addition, the timer circuit (21) outputs the output side comparison circuit (13) from the output side comparison circuit (13) during the time (eg, 100 μs to 2 msec) from the time when the power is turned on to the time when a stable glow discharge region is reached. Comparison difference output of OR gate (1
Do not accept by bypassing the abnormal discharge control circuit (18) via 7) so that it will not be input. Next, in the discharge energy supply drooping circuit F, (23) is a peak level detection circuit, which detects the peak level of the output current of the smoothing choke L 1 to determine the discharge current distribution starting point to half of the AC current. It knows instantly in the wave and detects subsequent peak level fluctuations. (24) is a drooping function imparting circuit, which operates instantaneously by the output of the peak level detecting circuit (23) and responds to changes in the detected peak level to a constant level necessary for a stable transition to the glow discharge region. The output voltage of the inverter circuit (6) is drooped to a voltage at which the current can be stably supplied so that the power supply circuit C is not overloaded.
（動作） 出力側電流検出用比較回路（13）の電流検出レベルに対
して、１次側電流検出用比較回路の電流検出レベルが大
きく、この間に放電位置検出用比較回路（20）とピーク
レベル検出回路（23）の電流検出レベルが位置するよう
に電流検出レベルを設定する。例えば出力側電流検出用
比較回路（13）のそれを120％、１次側電流検出用比較
回路（16）のそれを150％、放電位置検出回路（20）と
ピークレベル検出回路（23）のそれをそれぞれ130％に
設定する。(Operation) The current detection level of the primary side current detection comparison circuit is higher than the current detection level of the output side current detection comparison circuit (13), and the discharge position detection comparison circuit (20) and peak level The current detection level is set so that the current detection level of the detection circuit (23) is positioned. For example, that of the output side current detection comparison circuit (13) is 120%, that of the primary side current detection comparison circuit (16) is 150%, that of the discharge position detection circuit (20) and peak level detection circuit (23) Set each to 130%.
そこで安定なグロー放電により処理を継続中異常放電が
発生したとき、上記した電流検出レベルの相互関係から
出力側電流検出用比較回路（13）のみが出力を送出し、
オアゲート（17）を介して異常放電制御回路（18）を動
作させ、その出力によりインバータ回路（６）による負
荷Ｅの供給を遮断する。Therefore, when abnormal discharge occurs while continuing the process by stable glow discharge, only the output side current detection comparison circuit (13) outputs the output due to the mutual relation of the above current detection levels,
The abnormal discharge control circuit (18) is operated via the OR gate (17), and the output thereof cuts off the supply of the load E by the inverter circuit (6).
次に起動時異常放電にもとづく放電電流以上の放電電流
が流れたときには、出力側電流検出用比較回路（13）の
出力の送出と同時に放電位置検出用比較回路（20）から
出力が送出され、これによりタイマ回路（21）を動作さ
せて、出力側電流検出用比較回路（13）の送出出力を側
路する。そして安定なグロー放電に移行するまでの間、
オアゲート（17）が出力側電流検出用比較回路（13）の
送出出力を受付けないように動作して異常放電制御回路
（18）の動作を阻止し、インバータ回路（６）による電
力の供給遮断を阻止する。Next, when a discharge current more than the discharge current due to abnormal discharge at start-up flows, the output of the output side current detection comparison circuit (13) is sent and the output is sent from the discharge position detection comparison circuit (20) at the same time. As a result, the timer circuit (21) is operated to bypass the output output of the output side current detection comparison circuit (13). And until the transition to stable glow discharge
The OR gate (17) operates so as not to receive the output output of the output side current detection comparison circuit (13) to prevent the abnormal discharge control circuit (18) from operating, and the inverter circuit (6) to cut off the power supply. Block.
一方ピークレベル検出回路（23）は放電電流の流れたこ
とをそのピーク値によって検出すると、垂下機能付付与
回路（24）の動作を開始させ、電源が過負荷とならない
ようにしながら必要な放電エネルギを供給しうるように
インバータ回路（６）の出力電圧を垂下させる。On the other hand, when the peak level detection circuit (23) detects that a discharge current has flown by its peak value, it starts the operation of the drooping function adding circuit (24) to prevent the power supply from being overloaded and to maintain the required discharge energy. So that the output voltage of the inverter circuit (6) is drooped.
（考案の効果） 以上から明らかなように本考案によれば、放電開始から
安定なグロー放電領域に移行するのに必要な放電エネル
ギが、電源回路を過負荷状態にすることなく自動的に供
給され、確実に安定なグロー放電領域への移行が可能と
なる。従ってこのような異常に気付かず処理を行なうこ
とはない。(Effect of the Invention) As is clear from the above, according to the present invention, the discharge energy required for shifting from the start of discharge to the stable glow discharge region is automatically supplied without overloading the power supply circuit. As a result, it is possible to reliably shift to a stable glow discharge region. Therefore, no processing is performed without noticing such an abnormality.
なお以上においては１次側比較回路（16）を設けた場合
について説明したが、これが無い電源回路についても本
考案を適用できることは云うまでもない。Although the case where the primary side comparison circuit (16) is provided has been described above, it goes without saying that the present invention can be applied to a power supply circuit without this.
第１図はグロ放電負荷の一例の説明図、第２図は従来の
グロー放電負荷電源装置の説明図、第３図は従来回路に
おける異常放電消弧動作の説明図、第４図はグロー放電
領域への移行経過の説明図、第５図は本考案の一実施例
回路図である。 （１）……ガスボンベ、（２）……真空ポンプ、（３）
……気密容器、（４）……被処理物、（５）……直流電
源、Ａ……直流電圧発生回路、Ｂ……定電圧制御回路、
Ｃ……電源回路、（６）……インバータ回路、（７）…
…昇圧トランス、（８）……整流用ダイオード、（９）
……平滑回路、（10）……出力電流検出器、（11）……
異常放電電流検出用比較回路、（12）……位相制御回
路、（13）……出力側電流検出用比較回路、（14）……
１次側電流検出器、（15）……交直変換回路、（16）…
…１次側電流検出用比較回路、（17）……オアゲート、
（18）……異常放電制御回路、Ｄ……グロー放電移行回
路、Ｅ……異常放電制御回路の動作阻止用回路、Ｆ……
放電エネルギ供給用電圧垂下回路、（19）……出力側電
流検出用増幅器、（20）……放電開始位置検出用比較回
路、（21）……タイマ回路、（22）……電流側路用ダイ
オード、（23）……ピークレベル検出回路、（24）……
垂下機能付与回路。FIG. 1 is an illustration of an example of glow discharge load, FIG. 2 is an illustration of a conventional glow discharge load power supply device, FIG. 3 is an illustration of abnormal discharge arc extinguishing operation in a conventional circuit, and FIG. 4 is glow discharge. FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, which is an explanatory view of the transition process to the region. (1) …… Gas cylinder, (2) …… Vacuum pump, (3)
...... Airtight container, (4) ...... Processing object, (5) ...... DC power supply, A ...... DC voltage generation circuit, B ...... Constant voltage control circuit,
C ... Power supply circuit, (6) ... Inverter circuit, (7) ...
… Step-up transformer, (8) …… Rectifying diode, (9)
…… Smoothing circuit, (10) …… Output current detector, (11) ……
Abnormal discharge current detection comparison circuit, (12) …… Phase control circuit, (13) …… Output side current detection comparison circuit, (14) ……
Primary side current detector, (15) ... AC / DC converter, (16) ...
… Primary side current detection comparison circuit, (17) …… OR gate,
(18) ... Abnormal discharge control circuit, D ... Glow discharge transfer circuit, E ... Abnormal discharge control circuit operation blocking circuit, F ...
Discharge energy supply voltage drooping circuit, (19) …… Output side current detection amplifier, (20) …… Discharge start position detection comparison circuit, (21) …… Timer circuit, (22) …… Current side path Diode, (23) …… Peak level detection circuit, (24) ……
Circuit for adding drooping function.
Claims (1)
流電圧発生回路と、この回路の出力電流を検出してグロ
ー放電電流を一定に制御する位相制御回路と、異常放電
時の出力側電流の検出回路と、この出力により動作して
前記インバータ回路による負荷への電力供給を遮断する
異常放電制御回路を備えたグロー放電負荷用電源装置に
おいて、前記異常放電電流検出回路の電流検出レベルよ
り電流検出レベルの高い放電開始位置検出回路と、放電
開始より安定なグロー放電への移行に要する時間だけ、
前記異常放電時の出力電流検出回路出力を側路して前記
異常放電制御回路が受け付けないようにするタイマ回路
と、平滑用チョークの出力電流のピークレベルの検出回
路とその出力により動作してグロー放電領域への移行ま
で、前記インバータ回路の出力電圧を垂下させて前記電
源回路が過負荷とならないように放電エネルギを供給す
る垂下機能付与回路を設けたことを特徴とするグロー放
電負荷用電源装置。1. A DC voltage generating circuit having an inverter circuit and a rectifying / smoothing circuit, a phase control circuit for detecting an output current of the circuit and controlling a glow discharge current at a constant level, and an output side current at the time of abnormal discharge. In a glow discharge load power supply device including a detection circuit and an abnormal discharge control circuit that operates by this output to cut off the power supply to the load by the inverter circuit, current detection is performed from the current detection level of the abnormal discharge current detection circuit. High-level discharge start position detection circuit, and only the time required for transition to stable glow discharge from the start of discharge,
A timer circuit for bypassing the output current detection circuit output at the time of the abnormal discharge so that the abnormal discharge control circuit does not accept it, a peak level detection circuit for the output current of the smoothing choke, and a glow circuit operated by the output thereof A power supply device for a glow discharge load, which is provided with a drooping function applying circuit that droops the output voltage of the inverter circuit and supplies discharge energy so that the power supply circuit does not become overloaded until the transition to the discharge region. .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1989052100U JPH0733429Y2 (en) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | Power supply for glow discharge load |
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1989
- 1989-05-02 JP JP1989052100U patent/JPH0733429Y2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH02141992U (en) | 1990-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |