JPS63279542A - イオンプラズマ電子銃組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、イオンプラズマ電子銃と、この電子銃から２
次電子を形成する方法に関する。

〈従来の技術〉 本発明のイオンプラズマ電子銃は、米国特許第３９７０
８９２号及び米国特許願５Ｎ５９６０９３号に開示され
た電子銃と同一の一般的な形式のものである。この米国
特許及び米国特許願に開示されているように、例えばｅ
ビーム励起ガスレーザーに使用される高エネルギーの電
子ビームを発生させる技術においての、最近の大きな進
歩は、プラズマカソード電子銃である。この電子銃にお
いては、プラズマは、中空の陰極面と格子に対して比較
的低い電圧において作動される陽極格子との間の中空陰
極放電中において発生する。電子は、陽極格子及び制御
格子を経て、放電プラズマから抽出され、両方の格子と
加速陽極との間のプラズマのない領域において、高エネ
ルギーに加速される。加速電極は通常は、薄いはく窓で
あり、これは陰極に対して比較的高電圧に保たれている
。プラズマカソード電子銃の利点は、構造が簡単で堅牢
なこと、制御可能性及び効率が高くコストが低床であり
、大面積の電子ビームの発生に適していること、などで
ある。

米国特許第３９７０８９２号及び第４０２５８１８号に
開示された電子銃の電子ビームは、一般に、はく窓の中
心部にピークをもち、その両側の縁端にかけて零値まで
減少するような電子分布を示す。米国特許願５Ｎ５９６
０９３号に開示された装置は、はく窓から出射したとき
に全ビームを横切る方向に一様な電子分布をもった電子
ビームを発生させる改良された構造を供与する。

従来の技術による電子ビーム発生器を使用する場合、ビ
ームの均等性が本質的にビームの強度とは無関係である
ことが認識されている。ビーム電流は、高電圧電源から
の電流に比例する。即ち、照射される移動中の帯状材料
をボンバードする電子の線量率の制御は、単に、高電圧
電源によって供給される電流を測定し制御する問題とな
る。米国特許第３９７０８９２号に開示されたようなワ
イヤイオンプラズマ装置の場合には、高電圧電源の電流
は、入射ヘリウムイオンと放出電子との和である。入射
イオンに対する放出電子の比、即ち、２次放出係数は、
放出面の表面状態に依存する。

この状態が変化し易いことから、移動中の帯状材料の表
面に衝突する２次電子のｇ量率を制御するには、単に高
電圧電源をモニターするだけでは不適切である。

ワイヤイオンプラズマ装置を更に考えてみると、プラズ
マ室と高電圧放出電極との間の格子を機械的に変化させ
るオプシ目ンを排除するならば、２次電子の瞬時的なビ
ーム強度は、プラズマ放電の強度、従ってヘリウムイオ
ン流を変化させることのみによって変化させうる。しか
しプラズマ電流を因子２だけ上下に変化させると、プラ
ズマ強度の変化と共に、ビームの均等性ないしは一様さ
の際立った望ましくない変化が起こる。

〈発明が解決しようとする課題〉 従って、本発明の１つの目的は、２次電子ビーム出力の
一様さを保ちながら２次電子ビームの強度を変化させる
装置及びその作動方法を提供することにある。本発明の
別の目的は、移動しているか又は固定されている帯状材
料の全表面に亘って２次電子ビームの強度を保ちながら
、ワイヤイオンプラズマ装置を経て伝送される該帯状材
料に衝突する２次電子の線量率を変化させる手段を提供
することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、互に隣接した第１室及び第２室を形成してそ
の間の開口を備えている電導性の排気されたハウジング
を備えたイオンプラズマ電子銃を使用する。第１室中に
おいて正イオンと電子のプラズマを発生させる手段が設
けられている。第２室には、ハウジングから隔てられ絶
縁された関係においてカソード即ち陰極が配置されてい
る。陰極は、２次電子放出面を備えている。陰極とハウ
ジングとの間に負の高電圧を発生させる手段が設けられ
ており、これによって陰極により正イオンを第１室から
第２室に引込み、陰極面に衝突させ、２次電子放出面か
ら２次電子を放出させる。

電導性−電子透過性はくは、陰極に指向した第１室の先
端においてハウジングの開口上に延在している。このは
くは、ハウジングに電気的に接続されて２次電子のため
の陽極を形成し、この陽極によって２次電子が電子ビー
ムとしてはくを通過させられる。電導性抽出格子は、一
般に、陰極の２次電子放出面に近接して、第２室中に取
付けてあり、この陰極は、ハウジングに接続されて、該
放出面上に静電界を発生させ、格子中の開口を経て第１
室中に２次電子を通過させる。

電導性支持格子は、はくに近接して、第１室に取付けて
あり、はく及びハウジングに連結されている。支持格子
は、はくを支持する働きをし、抽出格子と共働してはく
中に２次電子を加速させるように作動する。

２次電子パルスを形成する手段が設けられている。これ
は、２次電子がはくを経て放出させる時間を変化させる
ことによって達せられる。そのためには、２次電子が伝
送されている時間を変化させながら、はくを経て放出さ
れる２次電子の強度を実質的に一定に保持する。これに
よって、パルスが発生し、帯状材料の単位長さは、帯状
材料の表面全体に亘って、一様なビーム強度を与えなが
ら帯状材料の表面を照射する全エネルギー量を制御する
ように変化させうる２次電子の線量を受ける。

次に本発明の好ましい実施例を示した添付図面に基づい
て説明する。

〈実施例〉 第１図に１本発明の一実施例に従った構造のイオンプラ
ズマ電子銃の基本的な構成部分が示されている。電子銃
は、導電性の接地された外囲いを含み、この外囲いは、
高電圧室１３、イオンプラズマ放電室１２及び電子透過
性はく窓２を備えている。ワイヤ４は、プラズマ放電室
１２中に入りこみ、そこを通って延長している。はく窓
２は、接地された外囲いに電気的に接続されており、外
囲いに向って、そしてこの外囲いを通って電子を加速す
るための陽極を形成している。外囲いは。

１〜１０ミクロンのヘリウムに充満されている。

陰極６は、高電圧室１３中に配置してあり、これから絶
縁されている。陰極６のインサート５は。

その下面に取付けられている。インサート５は、典型的
には、モリブデン製であるが、２次放出係数の高いどん
な材料からできていてもよい。外囲いと陰極６との間の
間隙は、電界のパッシェン崩壊を防止する形状を備えて
いる。

高電圧源２１０は、１５０〜３００Ｋｖの負の高電圧を
陰極６にケーブル９を経て供給し、ケーブル９は、ケー
ブル９と陰極６との間に介在されたオプションの抵抗８
まで、エポキシ絶縁筒１４を通り延長している。陰極６
とインサート５とは、ダクト７を経て圧送される適宜の
冷却液、例えば油によって冷却される。

プラズマ放電室１２は、機械的及び電気的に一緒に結合
された成る数の金属製リブ３を収容している。リブ３は
、ワイヤ４が全構造物を通過することを許容するための
複数の切欠を中心部に備えている。陰極６に指向したリ
ブ３の側面は、抽出格子１６を形成しているか、或いは
、リブ３の他の側面は、電子透過性はく窓２を支持する
ための支持格子１５を形成している。別の方法として。

抽出格子と陽極板とは、Ｐｉ数の孔を切いて形成した金
属材料の複数のシートから成っていてもよい。

液冷チャンネル１１は、プラズマ放電室１２から熱を除
去するために用いられる。

電子透過性はく窓２は、０．００６４〜０．００２５ｍ
ｍ　（１７４〜１ミル）の厚さのチタン又はアルミニウ
ムのはく材からできていてもよく、このはく材は。

支持格子１５によって支持され、０リングにより外囲い
にシールされている。ガスマニホルド１０は、与圧され
た窒素ではく窓２を冷却してオゾンをビーム域から除去
するためのオプションの手段である。

変調された電ｇ１を作動させると、ヘリウムイオンと電
子放電とから成るプラズマが、ワイヤ４を囲む電界によ
って、プラズマ放電室１２中に形成される。変調器は、
直流電源でも、２０〜３０ＭＨ２ｐＭ線周波数発生器で
もよい。プラズマが形成されると、ヘリウムイオンは、
抽出格子１６を経てプラズマ放電室１２に漏出する電界
によって、陰極６に向って吸引される。この電界の強度
は、数１００Ｖ（ボルト）カら１０，０ＯＯＶまテノ範
囲とすることができる。イオンは、電界線に沿って、抽
出格子１６を経て高電圧室１３中に流入する。イオンは
、ここで全ポテンシャルに亘って加速され、平行ビーム
として、陰極６のインサート５をボンバードする。陰極
６から放出された２次電子は、負電荷をもつため、陽極
に向って吸引され、帯状材料５０に伝送される所望の電
子ビームを形成する。

はく窓２を経て伝送された電子ビームは、矢印５１の方
向に移動する帯状材料５０に衝突する。

移動する帯状材料５０又は固定された帯状材料の特定の
単位長さを特定の単位時間内にキュアーし。

又は他の仕方で照射するために、２次電子によって供給
される全エネルギー量を制御しうろことが。

時に望まれる。前述したように、本発明の以前には、こ
れはプラズマ室と高電圧放出電極との間の格子を機械的
に変更する（これには、ワイヤイオンプラズマ装置の物
理的な変更が必要とされる）か、又はプラズマ放電の強
さ、従ってヘリウムイオン流を変化させるかすることの
みによってなされていた。しかし、プラズマ流の強、さ
を因子３よりも多く上向き又は下向きに変更することに
よって出力ビームの強度を安定化する実験を行なった結
果として、ビームの一様さにとって非常に好ましくない
変化を生ずることが示された。これは移動しているか又
は固定されている帯状材料がその幅方向に不均等にキュ
アーされる傾向を示すこと′になるため、明らかに容認
できない。

本発明は、移動しているか又は固定されている帯状材料
５０の全表面に亘る均等性を保ちながらこの帯状材料に
衝突する２次電子の線量率を変更する問題の、非常に好
ましい解決策を提供する。

これは、瞬時的なビーム強度は一定に保ちながらビーム
の放出される時間区分を変更するようにしたパルス幅変
調方式によって達成される。１ビームパルスの最小接続
時間は、全プラズマ室に亘ってプラズマを形成するため
に必要な時間によって定まる６例えば、ヘリウムの圧力
２０μｍ、・最大゛電圧又は「衝突」電圧１５００Ｖ、
陽極のワイヤに沿った陽極域の寸法約数インチについて
、プラズマ放電室１２全体に亘ってプラズマを形成する
のに必要な時間は、約５０μ秒である。移動する帯状材
料５０の場合、変調期間の最大持続時間は、帯状材料５
０の走行時間によって定まる。線量率は、設計上の選択
の問題であり、照射される物質並びにキュアーにとって
必要な全エネルギーに依存するが、多くの事情の下では
、はく窓２の下方を通過する間に少くとも１０変調周期
の間帯状材料５０が曝露されていた場合に、照射の適切
な均等性が得られることが指摘される。例示すると、は
く窓２の長さを２５．４（！１１（１０インチ）とし　
　　　゛て、帯状材料５０の速度を、１分間３００ｍ（
’１０００フィート）とした場合、走行時間は５０ｍ秒
となる。その場合、パルス期間ないしパルス周期は、５
ｍ秒と選定しうるであろう。パルス持続時間を最小の５
０μ秒から完全な“ＯＮ”状態まで°変化させた場合、
配送（デリベリ−）線量は、１００〜１の範囲に亘って
調節可能に変化するであろう。明らかなように、より長
いはく窓２及び／又はより遅い帯状材料５０の速度を使
用することによって、より法尻なダイナミックレンジが
達成可能となる。

２次電子の所要の線量率を与えるための本発明による電
子銃の作動を定める変数の例は、出力ビームの強度、帯
状材料の速度、並びに、帯状材料をキュアーし又は他の
仕方で帯状材料に作用するのに必要な所望の線量率又は
照射量である。

電子ビーム発生器の出力ビームの強度をモニターするた
めの多くの既知の手段があり、これらのモニタ一手段は
、本発明の範囲に含まれないため。

ここでは説明しない。これらのモニタ一手段には、直接
遮蔽線量率モニター又はＸ線線量率モニターでもよい。

しかし、瞬時的なビーム強度の測定がなされた後は、帯
状材料のためのデユーティファクターを定めることがで
きる。このデユーティファクターは、単に、移動して、
いる帯状材料の表面に電子ビームを連続的に供給した場
合に供与されるエネルギーに対する。電子ビームがパル
スモードでＯＮになっていた場合に与えられるべきエネ
ルギーの比である。

第２図を参照すると、プラズマ電子銃のワイヤ４のパル
ス変調プラズマ流供給源の配列が概略的に図示されてい
る。電源は電流発生器６４に電力を供給す委、スイッチ
６６は、パルス発生器６８によって制御されで、電流発
生器６４とワイヤ４との間の接続を開閉する。電流発性
器６４とスイッチ６６とは、変調された電源１を共同し
て形成する。

パルス発生器６８は、指定されたデユーティサイクルの
パルス列を供給するように、ユーザーによってセットさ
れる。このパルス列は、周期信号であり、その各々の周
期は、全周期の一部分については、ＯＮ状態にあり、残
りの部分についてはＯＦＦの状態にある。全周期時間に
対するＯＮ時間の比は、パルス列のデユーティサイクル
又はデューティファクターとして知られる。前述したよ
うに、パルス列のデユーティサイクルは、帯状材料５０
に対する所望の線量を与えるように選定する。

第３，４図を特に参照して、電流発生器６４とスイッチ
６６との機能の具体化について一層詳細に説明する。パ
ルス発生器６８は、調節可能なデユーティサイクルをも
ったパルス列を、供与しうる多くのパルス発生器のうち
のどれでもよく１例えば米国カルフォルニア州、コンコ
ード、シストロン・ドナー・コーポレイションの１００
Ａ型の装置でもよい。

第４図は、パルス発生器６８とのインターフェースを取
るために、変調された電源１に含まれる回路を示してい
る。

第３図を参照して、変調された電源１について一層詳細
に説明する０本発明のこの好ましい実施例によれば、電
流発生器６４は、最初の高電圧のスパイクと、それに続
く特定の持続時間の持続するレベルとを有するパルスを
供給する。−例として、高電圧スパイク即ちトリガーパ
ルスは、約２００ｖの電圧を、そして持続部分は、約４
００Ｖのレベルを、それぞれもつことができる。この波
形特性は、トリガーパルス回路７０（トリガー源）から
のトリガーパルスを持続電圧源７２からの持続電圧と組
合せることによって得られる。これら２つの供給源は、
第３図の回路については、１２０ｖ交流電力を供給する
べき電源６０からの電力を変換する。トリガーパルスと
持続パルスとは、抵抗７６とダイオード７８との組合せ
を介して、加え合せノード７４によって、加え合せられ
る。

抵抗７６は、トリガーパルス回路７０からのトリガーパ
ルスを受け、ダイオード７８を経て加え合せノード７４
に信号を供給する。ダイオード７８は、トリガーパルス
回路７０と加え合せノード７４との間の電流が、加え合
せノード７４に流入し、それと逆の方向に流れないこと
を保証すると共に、持続電圧源７２によって発生した信
号からトリガーパルス回路７０を切離す。同様に抵抗８
０とダイオード８２とは、持続電圧源７２からの持続パ
ルス信号を、一方向に加え合せノード７４に結合させる
。

一般に、トリガーパルス回路７０は、必要な電圧スパイ
クを発生させるために、ステップアップ変圧器８６とコ
ンデンサー８８とを使用する。電圧スパイクの発生の間
に、コンデンサー８８には、所定量の電流が供給される
。この電流は、ゼナーダイオード９０、抵抗９２及びト
ランジスター９４のベース−エミッター接合によって定
まる。第３図かられかるように、抵抗９２は、トランジ
スター９４のエミッターとゼナーダイオード９０のカソ
ードとの間に接続されている。ゼナーダイオード９０の
アノードは、トランジスター９４のベースに接続されて
いる。そのため、ゼナーダイオード９０は、抵抗９２の
両端間の電圧降下を定める。この電圧降下は、抵抗９２
を流れる電流パルスを設定する。

トランジスター９４に対するベース暉動は、抵抗９６を
介して供給され、抵抗９６は、抵抗１００を経て、ノー
ド９８の整流電力に持続されている。整流電力は、１：
２ステツプアツプ変圧器１０４の２次巻線からの交流電
流を整流する、余波ダイオードブリッジ１０２を経て供
給される。ステップアップ変圧器１０４の１次巻線は、
この例では１２０ｖ交流電源である電源６２に接続され
る。

トランジスター１０７のエミッターは、トランジスター
９４のコレクターに、ベースは、抵抗９６．１００の間
の接合部に、コレクターはノード９８に、それぞれ接続
されている。トランジスター１０７は、トリガーパルス
回路７０がオフ状態にトリガーされた時にトランジスタ
ー９４のコレクター−ベース間に供給されるはずの電圧
の一部分を取扱うように動作する。そのため、単一のよ
り高価な高電圧トランジスターではなく破壊電圧のより
低いトランジスターを使用することが可能となる。

コンデンサー８８とステップアップ変圧器８６とが高電
圧を発生させる機構について説明すると、ダイオード１
０６．１’０８は、コンデンサー８８の充放電を制御す
るように、５ＣＲ１１０と共に動作する。５ＣＲＩＩＯ
は、第４図に示した点火トリガー回路１０９によってオ
ンオフされる。第４図については後に詳述する。

ＳＣ’ＲＩＩＯがオフ状態にあるとき、ダイオード１０
６，１０８は、逆方向にバイアスされ、コンデンサー８
８は、トランジスター９４，１０７、抵抗９２及びゼナ
ーダイオード９０を介して充電される。コンデンサー８
８がその充電電圧に到達すると、トランジスター９４，
１０６はオフとなる。５ＣＲＩＩＯがオン状態となると
、ダイオード１０６，１０８は、順方向にバイアスされ
た状態となるため、トランジスター９４，１０６は、オ
フに保たれ、１次巻線８６を経てコンデンサー８８を放
電させる。

第３図かられかるように、ステップアップ変圧器８６は
、その２つの端子のところのドツトで示したような極性
をもつため、コンデンサー８８の放電中にステップアッ
プ変圧器８６の２次巻線に。

高電圧スパイクが誘起される。ドツトでマークした変圧
器８６の２次側の端子は、正移行高電圧を抵抗７６及び
ダイオード７８に与える。この状態の下では、ダイオー
ド７８は、順方向にバイアスされて導通し、ワイヤ４に
高電圧が供給されることを許容する。

コンデンサー８８が最初に充電し始めるときは、その両
端間の電圧は低く、それを通る電流は大きい。コンデン
サー８８に供給される電流は、前記のように抵抗９２の
両端間の電圧降下によって定まる。コンデンサー８８が
充電されるにつれて、その両端間の電圧は増大し、それ
を通る電流は減少する。この状態の下では、トランジス
ター８６の１次巻線を通る電流は、ドツトでマークしな
い端子に流入するので、負移行信号が２次巻線に誘起さ
れる。そのためダイオード７８は、逆方向にバイアスさ
れ、信号は、ノード７４には供給されない。

５ＣＲＩ　１０がオン状態にあるとき、コンデンサー８
８は、変圧器８６の１次巻線を経て放電される。この放
電のため、正移行電圧スパイクが変圧器８６の２次巻線
の両端間に誘起される。この波形は、高電圧（例えば２
０００Ｖ）への非常に早い立上り時間と、それに続いて
、零電圧に向ってのより緩徐な電圧の減少とを示す。こ
のスパオりによってダイオード７８は順方向にバイアス
されるので、スパイクはノード７４に到達する。

ステップアップ変圧器８６の１次巻線中のリンギングは
、５ＣＲＩＩＯがそのオフ状態に戻ることを許容する。

コンデンサー８８が放電し、５ＣＲ１１０がオフ状態と
なると、トランジスター９４．１０７は、再びオン状態
におかれる。コンデンサー８８は、その後に、次のトリ
ガーパルスのための準備のために、前記のように充電さ
れる。

持続電圧源７２（第３図）について説明すると、ＭＯ８
ＦＥＴ１０８を介して抵抗８ｏに対し接続したり切離し
たりできる電圧源が図示されている。

この電圧源は、１対の５ＣＲ１１４，１１６に接続され
た１次巻線１１２を備えた変圧器１１０を使用する。５
ＣＲ１１４，１１６は、変圧器１１０の２次巻線１１８
に存在する電圧レベルを制御するために適切な比率にお
いてオンオフにスイッチングすることができる。

２次巻線１１８は、２次巻線１１８からの交流電流を全
波整流するダイオードブリッジ１２０の両端間に接続さ
れている。インダクター１２２とコンデンサー１２４と
は、全波整流された信号を濾波して直流電圧をノード１
２６に供給する。ＭＯ５ＦＥＴ１０８のドレンは、ノー
ド１２６に、ソースは抵抗８０にそれぞれ接続されてい
る。ＭＯ８ＦＥＴ１０８のゲートは、抵抗１２８，１３
０を経て接地されている。ゲートは、第４図について後
に詳述するゲート駆動回路１３２にも接続されている。

抵抗１２８，１３０の接合部は、ゲート駆動回路１３２
にも接合されている。

ＭＯ５ＦＥ７１０８は、エンハンスメントモードのｎ−
チャンネル装置であり、正のゲート−ソース電圧によっ
て、そのドレンからソースに電流が流れる。その逆に、
ゲート−ソース電圧が零に近付くと１Ｍ０８ＦＥＴ１０
８はオフとなる。ＭＯ８ＦＥＴ１０８は、そり自体とし
ては、ゲート−ソース供給電圧に依存して、スイッチと
して動作する。成る場合には、ＭＯＳＦＥＴ１０８は、
パルスの間プラズマ流を平坦にするようにサーボ制御さ
れる。

ゲート駆動回路１３２は、ワイヤ４に供給される信号の
持続パルス部分を発生させるように１Ｍ０８ＦＥＴ１０
８のゲート−ソース間に、適切な制御信号を供給するよ
うに動作する。

持続電圧源７２には、図示したように、１対の抵抗１３
４，１３６があり、これらの抵抗は、ノニド１２６とア
ースとの間に結合されている。これらの抵抗は、ノード
１２６においての電圧の所定の一部分である電圧を電圧
モニター１３８に供給するための分圧器として用いられ
る。このように持続電圧源１０２によって供給される電
圧レベルを定めることができる。

同様に、電流感知抵抗１４０は、ダイオードブリッジ１
２０の一方の接合部とアースとの間に接続されている。

電流感知抵抗１４０の両端間に生ずる電圧は、持続電圧
、源７２によって供給される電流に比例する。この電圧
は電圧モニター１４２に供給される。

前述したように、プラズマ流のための好ましい波形は、
所定のデユーティ−サイクルをもった一連のパルスであ
り、各々のパルスは、最初の高電圧スパイクと、それに
続く、際立って低い一定の電圧の持続パルスとを有して
いる。第５図は、この波形の２周期分を示している。こ
の波形は、第３図のノード７４に存在しており、トリガ
ーパルス回路７０からのトリガーパルスと持続電圧源７
２からの持続パルスとの和である。点火トリガー回路１
０９とゲート駆動回路１３２との動作は。

各々の供給源からの波形が相互に対する適切な順序にお
いて発生するように同期させる。この機能は、第４図の
インターフェース回路によって制御する。

第４図には、この回路が図示されている。前述したよう
に、第１図において、パルス発生器６８は、変調電圧源
１を、線量率モニター６９によって測定された電流レベ
ルの関数として駆動する。

第４図の回路は、パルス発生器６８と、第３図のトリガ
ーパルス回路７０及び持続電圧源７２との間のインター
フェースを与える６点火トリガー回路１０９とゲート駆
動回路１３２とは、第４図に破線の枠により示されてい
る。

更に詳しく説明すると、点火トリガー回路１０９は、パ
ルス発生器６８から信号を受けるために。

光リンク又はフォトリンクを使用する。これらの信号は
、デジタルワンショット１４６を駆動し、デジタルワン
ショット１４６は、ＭＯＳＦＥＴ１４８を動作させる。

ＭＯＳＦＥＴ１４８は、パルス発生器６８からの信号に
同期して５ＣＲ１１０をオンオフさせる。同様に、ゲー
ト駆動回路１３２は、フォトリンク１５０を介して、パ
ルス発生器６８からの信号を受ける。ゲート駆動回路１
３２が受けた信号は、１対の相互に切離された電圧源の
間に供給されたインバーター１５２を駆動する。パルス
発生器６８からの波形が正に移行すると、インバーター
１５２は、ノード１５４をより正とする。ノード１５４
は、抵抗１５５，１２９を経てＭＯＳＦＥＴ１０８のゲ
ートに、第３図に示すように接続されている。抵抗１５
６は、ノード１５４と負の切離された供給源との間に、
第４図に示すように接続されている。抵抗１５６と負の
供給源との間の接合部は、第３図に示した抵抗１２８．
１３０の間の接合部に接続されている。

この回路形態において、ノード１５４が正に移行すると
、抵抗１２８の両端間、従ってＭＯＳＦＥＴ１０８のゲ
ート−ソース間に、正電圧が誘起される。そのためＭＯ
ＳＦＥＴ１０８は、オンになる。

その逆に、パルス発生器６８からの信号が論理「０」で
あると、インバーター１５２は、導通しなくなる。その
ため、ノード１５４の電圧は、第３図の持続電圧源７２
からの信号のみによって定まる。そのため抵抗１２８の
両端間に零電圧が誘起され、ＭＯＳＦＥＴ１０８はそれ
によってオフとなる。そのため、パルス発生器６８は、
持続電圧源７２を、ノード７４に対して結合させたり。

切離したりする。

第４図かられかるように、パルス発生器６８からの信号
は、フォトリンク１４４，１５０に共通に供給され、従
って１点火トリガー回路１０９及びゲート駆動回路１３
２から発生した制御信号は、同期化される。第２図のス
イッチ６６との関係において、フォトリンク１４４，１
４５への共通の駆動と、それに応答した５ＣＲＩＩＯ及
びＭＯ８ＦＥＴ１０８の動作とは、スイッチ６６の機能
的な均等物である。

フォトリンク１４４，１５０は、パルス電力供給源から
パルス発生器６８を切離すために使用される。これは、
ゲート駆動回路１３２への互に切離された電力供給を用
いる理由でもある。

第６図には、直列調整器型の回路７２の代りに使用可能
な分路調整器が示されている。ここでは、ＭＯ５ＦＥＴ
１５８の直列接続配列が、電源とアースとの間に分路と
して接続されている。電源は。

適切な保持パルス電圧レベルを与えるようになっている
。所望時間の間パルスが供給されると、制御信号がＭＯ
Ｓ、ＦＥＴ１５８に供給されるので、ＭＯ８ＦＥＴ１５
８は、電源の出力をアースに短絡させる。直列に接続さ
れたダイオード１６０は、半波整流された信号を、フィ
ルターコンデンサー１６２に供給する。ゼナーダイオー
ド１６４は、ノード１６６に存在する電圧レベルを調整
する。

抵抗１６８とゼナーダイオード１７０とは、ＭＯ８ＦＥ
Ｔ１５８に対するバイアスを供給する。

以上に説明したパルス幅変調されたプラズマ流の供給は
、本発明のイオンプラズマ電子銃によって供給される線
量をより細密に制御するために、サーボ制御形態におい
て具体化することができる。

より詳細には、第７図には、この形態が、単純化された
機能形式において図示されている。第７図は、第１図と
同様であるが、第１図のパルス発生器６８が第７図の線
量率制御ブロック２００に代えられることと、直列調整
器の代わりに餉６図の分路調整器２０１が持続プラズマ
電力供給源２０２と共に用いられていることでは相違す
る。

第１図において、線量率モニター６９からの信号は、パ
ルス発生器６８に破線のように接続されたように図示さ
れており、これは、線量率モニター６９からの信号がパ
ルス発生器６８を間接に制御することを表わしている。

より詳しくは、使用者は、この信号に基づいて、所要の
線量のための適正なパルス幅を定め、それに従ってパル
ス発生器６８をセットする。

これと対照的に、第７図の形態において、線量率モニタ
ー信号は、サーボループ内においてフィードバック信号
として使用され、このループにおいて、線量率制御ブロ
ック２００は、変調電源１を制御するために、線量率信
号を、線量率セットポイント及び帯状材料の速度と比較
し、パルス幅を自動的に設定する。

同期信号は、トリガーパルス回路７０と線量率制御ブロ
ック２００とに同時に供給される。トリガーパルス回路
７０は、プラズマを開始させるトリガーパルスを次に発
生させる。ＩｗＩ量率制御ブロック２００は、線量率信
号の積分が線量のセットポイントレベルを超過するまで
、持続電圧源７２への入力を保つことによって、持続電
圧源７２をオンに保持する。この時点で、線量率制御ブ
ロック２００は、接続電圧源７２への入力をオフにして
、プラズマパルスを終了させる。

第８図は、図示した例による線量率制御ブロック２００
の回路を示すより詳細な回路図であり。

積分器２０２、比較器２０４及びパルス形成回路２０６
の回路が図示されている。積分器２０２は。

線量率モニター６９からの線量率信号を受けてこれを積
分する。積分器２０２の出力は、電子ビームないしは、
ｅビーム積分閾値と、比較器２０４によって比較される
。ｅビーム積分閾値は、本明細書において、線量セット
ポイントとも呼ばれている。積分された線量率信号がｅ
ビーム積分閾値を超過し、電流周期に対して適正な線量
が供給されたことが、それによって指示されると、比較
器２０４は、変調電源１をオフ状態に指令するための信
号をパルス形成回路２０６に供給する。

クロック回路（図示しない）は、パルス列の各々の周期
の開始を行なわせるために、導線２０７上の同期信号を
積分器２０２及びパルス形成回路２０６に供給する。こ
の同期信号は、トリガーパルス回路７０に同時に供給さ
れる。積分器２０２は、その状態を零に再度初期設定す
ることによって、同期信号に応答する。パルス形成回路
２０６は、変調電源１をオン状態に指令するようにその
状態を再セットすることによって応答する。

開放ループ作動が望まれる事情の下では、線量率信号は
、積分器２０２に、手動によって供給される。手動セッ
トポイント回路２０８は、第８図に示され、スイッチ２
１０によって積分器２０２の入力２０９に、接続可能な
可調節の電源として作動する。スイッチ２１０は、第１
位置及び第２位置をもち、第１位置では、線量率モニタ
ー６９からの信号は、積分器２０２の入力２０９に接続
される。第２位置では２手動セットポイント回路２０８
は、積分器２０２の入力２０９に接続される。

第８図の前述した機能ブロックの各々について以下によ
り詳細に説明する。積分器２０２は、利得段２１２を含
み、この利得段は、線量率信号を受けてこれを増幅する
。インバーター−バッファ一段２１４は、利得段２１２
からの信号の極性を修正する。

実際の積分は、インバーター−バッファ一段２１４から
の信号に対して作用する積分段２１６において生ずる。

積分段２１６は、増幅器２１８を含み、増幅器２１８は
、その出力と反転入力との間に接続されたコンデンサー
２２０を備えている。

非反転入力は、信号共通に接続されている。インバータ
ー−バッファ一段２１６からの信号は、抵抗２２２を経
て、増幅器２１８の反転入力に供給される。ＭＯ８２２
４は、コンデンサー２２０の分路に接続しであるため、
コンデンサー２２０の両端間の電圧は、新しい積分動作
が望まれる場合、同期信号に応答して、零にセットする
ことができる。

比較器２０４は、ｅビーム積分閾値信号を発生させるた
めの可調節分圧回路２２６を備えている。

より詳細には、固定抵抗２２８と可変抵抗２３０とは、
直列に接続されており、所望の閾値レベルを表わす電圧
に、供給電圧を分圧する。使用者は。

可変抵抗２３０を操作することによって、発生電圧を変
化させることができる。

ｅビーム積分閾値信号は、比較器２３２の反転入力に供
給される。積分された線量率信号は、比較器２３２の非
反転入力に供給される。積分された線量率信号が、ｅビ
ーム積分閾値を超過し、所望の線量が供給されたことが
それによって指示されると、比較器２３２は、論理「１
」の出力レベルをパルス形成回路２０６に供給する。そ
の逆に、積分された線量率信号がｅビーム積分閾値より
も小さい場合には、比較器２３２は、論理「０」出力信
号を供給する。

パルス形成回路２０６は、Ｄフリップフロップ２３４と
フォロワー−ドライバ一段２３６とを備えている。比較
器２３２からの信号は、Ｄフリップフロップ２３４のク
ロック入力に供給される。

Ｄフリップフロップ２３４のＤ入力は、論理「１」レベ
ルに固定してあり、Ｄフリップフロップ２３４の反転出
力は、フォロワー−ドライバ一段２３６を駆動する。

Ｄフリップフロップ２３４のリセット入力は、インバー
ター２３８を経て、導線２０７の同期信号のコンブリメ
ントを受ける。前述したように、同期信号は１Ｍ０８２
２４の制御端子にも供給され、新しい積分動作が開始さ
れるべき時にコンデンサー２２０を放電させるように動
作する。そのため、同期信号が、ＭＯ８２２４の導通し
た論理「１」の状態から、ＭＯ８２２４が不導通となり
コンデンサー２２０が充電されている論理ｒＱＪの状態
に移行する際に、Ｄフリップフロップ２３４がリセット
される。

Ｄフリップフロップ２３４がリセットされると、その反
転出力は、論理ｒ’Ｊ−Ｊとなり、フォロワー−ドライ
バ一段２３６は、付勢パルスを開始させることを変調電
源１に通報する。本発明による変調電源１の別の実施例
によれば、第７図のトリガーパルス回路７２及び持続電
圧源７ｏの代わりに、トリガーパルスについて必要とさ
れる値に対応した最大電圧を有する電流制御された供給
源を用いることができる。電流制御された供給源は、分
路調整器２０１と共に、第７図の持続プラズマ電力供給
源２０２の位置において使用される。第７図の分路調整
器２０１がオフになると、電流制御された供給源は、プ
ラズマ放電が形成されるまでその最大電圧レベルに向っ
てランプする。電流制御される供給源は、より低い持続
電圧レベルにおいてプリセットされた電流を供給するよ
うに調節される。

このようにして、ビームが発生し、ターゲット又は製品
に線量が供給される。線量率モニター６９は、供給され
る線量を測定し、それを表わす線量率信号を、線量率制
御ブロック２００に供給する。線量率制御ブロック２０
０中の積分器２１８は、この信号を積分し、積分値を比
較器２０４に送出する。積分値がｅビーム積分閾値を超
過すると、比較器２０４は、正移行うロックパルスをＤ
フリップフロップ２３４に供給する。Ｄフリップフロッ
プ２３４は、そのＤ入力に存在する論理状態、この場合
には論理ｒｌＪを記憶すると共に、論理「０」をその反
転出力に供給する。フォロワー−ドライバー２３５は、
分路調整器２００に、それをオンにする信号を供給する
。分路調整器２００は、プラズマ放電を持続させていた
電流を分流させる。プラズマは流失し、電子ビームは終
了し、そのパルス期間についてのパルスは、それにより
終止される。前記の過程は、次のパルス期間についても
反復される。

前記のようにして、サーボ制御される系が供与される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イオンプラズマ電子銃の基本的な構成要素を
示す一部断面斜視図、第２図は、本発明のワイヤイオン
プラズマ装置からの２次電子放出のパルス幅変調を生ず
るために必要な基本的な構成要素を示す概略配列図、第
３図は、本発明において使用可能な電力供給源の一実施
例を示す回路図、第４図は、パルス幅発生器と電力供給
源との間のインターフェースとして本発明の好ましい実
施例において使用される回路を示す回路図、第５図は、
第３．４図の回路によって発生するパルス列の波形を示
す波形図、第６図は、本発明の持続電力供給源として使
用可能な分路調整器電力供給源を示す結線図、第７図は
、本発明によるサーボ制御される構成部分の形態をＸ線
線量率モニターと共に示す略配列図、第８図は、線量率
制御ブロックの好ましい実施例を示すためのより詳細な
回路図である。 ２・・はく窓（はく）、６・・陰極、１５・・支持格子
、１６・・抽出格子。 特許出願人　　アール・ピー・シー・インダストリイズ
代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　異同　　　　　酒
　　井　　　　　　− 同　　　　　兼　　坂　　　　　　繁 ＦＩＧ、　Ｉ。 ’ｒ’ＬＩ”Ｌ Ｆｌ（Ｌ−２゜ 一１’ＩＳＯ τシ東６２がも ＦＩＧ、Ｊ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）互に隣接した第１室及び第２室を形成し、これらの
   室の間の開口を備えている、電導性の排気されたハウジ
   ングと、該第１室中に正イオンを発生させる発生手段と
   、該ハウジングから隔てられ且つ絶縁された関係におい
   て、該第２室中に配され、２次電子放出面を備えている
   、陰極と、負の高電圧を該陰極と該ハウジングとの間に
   適用して該陰極により正イオンを該第１室から該第２室
   に取出して該陰極の該２次電子放出面に衝突させ該２次
   電子放出面から２次電子を放出させる電圧適用手段と、
   該陰極に指向する該第１室の先端において該ハウジング
   の開口の上方に延在する電導性−電子透過性のはくとを
   有し、該はくは、２次電子のための陽極を形成するよう
   に該ハウジングに電気的に接続され、該２次電子が電子
   ビームとして該はくを通過するようになっており、その
   ほかに、該陰極の該２次電子放出面に隣接して該第２室
   中に取付けられた電導性抽出格子を有し、該抽出格子は
   、該ハウジングに連結されて、該２次電子放出面に静電
   界を形成し、該格子中の開口を経て２次電子を該第１室
   中に移行させ、そのほかに、該はくに隣接して該第１室
   中に取付けてあり、該はく及び該ハウジングに連結され
   ている、電導性支持格子を有し、該支持格子は、該はく
   を支持すると共に、該抽出格子と共働して２次電子を該
   はくに向って加速させるようにしたものにおいて、２次
   電子が該はくを経て伝送される期間を変化させることに
   よって、２次電子のパルスを発生させる発生手段を備え
   たことを特徴とするイオンプラズマ電子銃。 ２）該はくを経て伝送される２次電子の強度を２次電子
   の伝送時間を変化させる間実質的に一定に保つ請求項第
   １項記載のイオンプラズマ電子銃。 ３）２次電子によって照射されるべき該はく窓に隣接し
   た固定の又は移動している帯状材料に２次電子を衝突さ
   せるようにした請求項第２項記載のイオンプラズマ電子
   銃。 ４）２次電子が伝送されて該固定の又は移動している帯
   状材料に衝突する時間を変化させてパルスを形成し、帯
   状材料が２次電子により連続的に照射されたとした場合
   に受けるべき線量の１００〜１の範囲において調節自在
   な２次電子の線量を帯状材料の単位長さが受けるように
   した請求項第３項記載のイオンプラズマ電子銃。 ５）２次電子の最小のパルスが、プラズマ室を通るプラ
   ズマを形成するのに必要な時間によって定まる請求項第
   １項記載のイオンプラズマ電子銃。 ６）互に隣接した第１室及び第２室を形成し、これらの
   室の間の開口を備えている、電導性の排気されたハウジ
   ングと、該第１室中に正イオンを発生させる発生手段と
   、該ハウジングから隔てられ且つ絶縁された関係におい
   て、該第２室中に配され、２次電子放出面を備えている
   、陰極と、負の高電圧を該陰極と該ハウジングとの間に
   適用して該陰極により正イオンを該第１室から該第２室
   に取出して該陰極の該２次電子放出面に衝突させ該２次
   電子放出面から２次電子を放出させる電圧適用手段と、
   該陰極に指向する該第１室の先端において該ハウジング
   の開口の上方に延在する電導性−電子透過性のはくとを
   有し、該はくは、２次電子のための陽極を形成するよう
   に、該ハウジングに電気的に接続され、該２次電子が電
   子ビームとして該はくを通過するようになっており、そ
   のほかに、該陰極の該２次電子放出面に隣接して該第２
   室中に取付けられた電導性抽出格子を有し、該抽出格子
   は、該ハウジングに連結されて、該２次電子放出面に静
   電界を形成し、該格子中の開口を経て２次電子を該第１
   室中に移行させ、そのほかに、該はくに隣接して該第１
   室中に取付けてあり、該はく及び該ハウジングに連結さ
   れている、電導性支持格子を有し、該支持格子は、該は
   くを支持すると共に、該抽出格子と共働して２次電子を
   該はくに向って加速させるようにした、イオンプラズマ
   電子銃から、２次電子を形成するために、該イオンプラ
   ズマ電子銃によって照射されるべき固定の又は移動して
   いる帯状材料に衝突する２次電子の線量を変化させ、該
   はくを通って２次電子が伝送される時間を変化させて該
   ２次電子のパルスを発生させることを含む２次電子の形
   成方法。 ７）該はくを通って伝送される２次電子の放出時間を変
   化させる間、該２次電子の強度を実質的に一定に保つ請
   求項第６項記載の２次電子の形成方法。 ８）２次電子がはくを経て伝送されて該固定の又は移動
   している帯状材料と衝突する時間を、該帯状材料が該２
   次電子によって連続的に照射されたとした場合に受ける
   べき線量１００〜１の範囲に亘って可変又は可調節とす
   る請求項第７項記載の２次電子の形成方法。 ９）２次電子の最小パルスをプラズマ室に亘ってプラズ
   マを形成するのに必要な時間によって定める請求項第６
   項記載の２次電子の形成方法。