JPS647360B2 - - Google Patents

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JPS647360B2
JPS647360B2 JP1866280A JP1866280A JPS647360B2 JP S647360 B2 JPS647360 B2 JP S647360B2 JP 1866280 A JP1866280 A JP 1866280A JP 1866280 A JP1866280 A JP 1866280A JP S647360 B2 JPS647360 B2 JP S647360B2
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JP
Japan
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output
voltage
abnormal discharge
charged particle
particle beam
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JP1866280A
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Japanese (ja)
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JPS56116000A (en
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Akihiro Mitsu
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Daihen Corp
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Daihen Corp
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Publication of JPS647360B2 publication Critical patent/JPS647360B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷電粒子ビームを照射して行う加工装
置において荷電粒子ビーム発生器内において異常
放電が発生したときにこれを検出して放電を強制
的に停止せしめるとともに放電停止後は可及的速
かに荷電粒子ビームの加速電圧を回復させること
により被加工物の欠陥発生をなくした装置に関す
るものである。
Detailed Description of the Invention The present invention detects when an abnormal discharge occurs in a charged particle beam generator in a processing device that performs processing by irradiating a charged particle beam, and forcibly stops the discharge. The latter relates to an apparatus that eliminates the occurrence of defects in workpieces by recovering the accelerating voltage of a charged particle beam as quickly as possible.

電子ビーム、イオンビームなどを高電圧にて加
速し、被加工物に照射して行う荷電粒子ビーム加
工装置においては被加工物の蒸気や吸蔵ガス分子
が荷電粒子ビーム発生器内に進入したり、また極
部的に電荷が蓄積されて電界強度が高くなつたり
して荷電粒子ビーム発生器内で放電を起すことが
あり、しかもこれらの放電はその発生原因からし
て突発的であり予測不可能である。
In charged particle beam processing equipment in which electron beams, ion beams, etc. are accelerated at high voltage and irradiated onto the workpiece, steam and occluded gas molecules from the workpiece may enter the charged particle beam generator. In addition, charge may accumulate locally, increasing the electric field strength and causing discharge within the charged particle beam generator, and these discharges are sudden and unpredictable due to their cause. It is.

このような放電が発生した場合はこれを短時間
に遮断しないと放電は大きく成長し荷電粒子ビー
ム発生器および高圧電源を破壊する大事故にまで
発展する危険性がある。そこで放電を起した場合
は給電回路を遮断することが必要となるが通常は
操作の容易な高圧電源の一次側即ち入力側を遮断
することが行なわれている。しかるに高圧電源は
通常その内部に昇圧用変圧器、整流回路および平
滑回路を含むため全体として相当大なる時定数を
有するので、その遮断および復帰には相当長時間
を要し、このため放電発生時の十分な保護および
放電停止時の急速な回復が望めず、またこれらの
間は加工のための荷電粒子ビームが停止されるた
めに被加工物に加工欠陥を発生させることにな
る。また高圧電源の出力側に直列に真空管のよう
なスイツチング素子を挿入し、放電発生時にこれ
をカツトオフ状態として加速電圧を遮断する方法
も提案されている。第1図はこのように考慮され
た装置の構成図を示すものであり、高電圧電源1
は交流電源2から電力を供給され出力を直列接続
されたスイツチング素子3を経て荷電粒子ビーム
発生器4に供給する。荷電粒子ビーム発生器4を
流れるビーム電流は電流検出器5を経て接地され
高電圧電源1に帰還する。電流検出器5の出力eb
は比較器6にて基準信号erと比較される。ここで
基準信号erは通常加工時に電流検出器5に流れる
ビーム電流によつて発生する信号の最大値よりも
いく分大きな値に設定される。比較器6の出力は
電流検出器5の出力ebが基準信号erよりも小さい
ときには例えば正の一定電圧信号をスイツチング
素子3に供給してこれを導通させ、逆に荷電粒子
ビーム発生器4内にて放電が発生して電流が増加
しeb>erとなつたときには負の一定電圧信号を出
力してスイツチング素子をカツトオフ状態とす
る。
When such a discharge occurs, unless it is shut off in a short time, the discharge will grow to a large extent and there is a risk of a major accident destroying the charged particle beam generator and the high-voltage power supply. If discharge occurs, it is necessary to shut off the power supply circuit, but usually the primary side, that is, the input side of the high-voltage power supply is shut off, which is easy to operate. However, since a high-voltage power supply usually includes a step-up transformer, a rectifier circuit, and a smoothing circuit, it has a fairly large time constant as a whole, so it takes a considerable amount of time to shut it off and restore it, so when a discharge occurs, Sufficient protection and rapid recovery when the discharge is stopped cannot be expected, and during these periods, the charged particle beam for machining is stopped, resulting in machining defects in the workpiece. A method has also been proposed in which a switching element such as a vacuum tube is inserted in series on the output side of a high-voltage power supply, and the switching element is placed in a cut-off state to cut off the accelerating voltage when discharge occurs. Figure 1 shows a configuration diagram of the device taken into consideration in this way, and shows a high voltage power supply 1.
is supplied with power from an AC power supply 2 and supplies its output to a charged particle beam generator 4 via a switching element 3 connected in series. The beam current flowing through the charged particle beam generator 4 is grounded via a current detector 5 and returned to the high voltage power supply 1. Output e b of current detector 5
is compared with the reference signal e r by the comparator 6. Here, the reference signal e r is set to a value somewhat larger than the maximum value of the signal generated by the beam current flowing through the current detector 5 during normal processing. When the output e b of the current detector 5 is smaller than the reference signal e r , the output of the comparator 6 supplies, for example, a positive constant voltage signal to the switching element 3 to make it conductive; When a discharge occurs inside and the current increases so that e b > e r , a constant negative voltage signal is output to turn the switching element into a cut-off state.

ここで電流検出器5比較器6および基準信号er
は異常放電検出器を構成している。
Here, current detector 5 comparator 6 and reference signal e r
constitutes an abnormal discharge detector.

なお7はビーム制御装置であり、加速電圧値お
よびビーム電流値、ビーム電流の照射、停止をそ
れぞれ高電圧電源1および荷電粒子ビーム発生器
4に指令するものである。
Note that 7 is a beam control device that instructs the high voltage power supply 1 and the charged particle beam generator 4 to control the acceleration voltage value, the beam current value, and the irradiation and stop of the beam current, respectively.

上記従来装置においては加速電圧をその出力側
で直列スイツチング素子により遮断するため、一
次側で開閉する場合と異なり高速遮断および高速
復帰が可能となるが、直列に挿入するスイツチン
グ素子の電力損失が無視できない値となるのみで
なく耐圧も十分な余裕を取る必要がある。
In the conventional device described above, the accelerating voltage is cut off by a series switching element on its output side, which enables high-speed cut-off and fast recovery, unlike when switching is performed on the primary side, but the power loss of the switching element inserted in series is ignored. It is necessary not only to set a value that is impossible, but also to provide a sufficient margin for the withstand voltage.

例えば直列スイツチング素子に真空管を用いる
場合、その内部電圧降下は百ボルトないし数百ボ
ルトにもなり、このため正常溶接時においても電
力損失が数百ワツトにも達し、スイツチング素子
としてきわめて大型の真空管を用いることが必要
となる。これらは内部電圧降下の少ないトランジ
スタなどの半導体スイツチング素子を採用すれば
解決できるかに見受けられるが、これら半導体素
子はその本質上過負荷耐量が極端に少なくわずか
の過電流又は過電圧で永久破壊されることは周知
の通りである。
For example, when a vacuum tube is used as a series switching element, the internal voltage drop is 100 to several hundred volts, resulting in a power loss of several hundred watts even during normal welding, making it necessary to use an extremely large vacuum tube as the switching element. It is necessary to use it. It seems that these problems can be solved by using semiconductor switching devices such as transistors with low internal voltage drop, but these semiconductor devices inherently have extremely low overload resistance and can be permanently destroyed by a slight overcurrent or overvoltage. This is well known.

そして第1図のような装置においては、直列ス
イツチング素子3には正常な加工電流が流れてい
る上に突発事故として発生する異常放電時の大電
流をも素子が破壊されることなく安全に流通させ
ることが絶対必要条件となる。さらに放電発生時
において放電による大きな電流を急速に遮断する
ため回路のインダクタンスに原因する大きな誘起
電圧が素子の両端に発生する。この誘起電圧は電
流の遮断速度が速いほど大なる値となり、結局電
流容量および耐圧ともに大巾な余裕をもつた素子
を使用することが必要となる。さらにこの装置の
最大の欠点は、一般に半導体素子は過負荷により
破壊されると完全導通となつてしまい保護装置と
しての役割を全く果さなくなることにある。
In the device shown in Fig. 1, not only is a normal machining current flowing through the series switching element 3, but also a large current during an abnormal discharge that occurs as a sudden accident can be safely passed through without damaging the element. It is an absolute necessity to do so. Further, when a discharge occurs, a large current caused by the discharge is rapidly cut off, so a large induced voltage caused by the inductance of the circuit is generated across the element. The value of this induced voltage becomes larger as the current cutoff speed becomes faster, and it becomes necessary to use an element having a wide margin in both current capacity and withstand voltage. Furthermore, the biggest drawback of this device is that when a semiconductor element is destroyed by overload, it becomes completely conductive and does not function as a protection device at all.

本発明は高圧加速電源が通常相当な内部インピ
ーダンスを有し、短時間であれば出力側が略短絡
に近い状態となつても十分に耐えられるものであ
り、また、荷電粒子ビーム発生器内で生じた放電
は、通常数msないし数十msの間、高圧電源を遮
断することによりそのほとんどが停止するもので
あることに着目し、スイツチング素子ないしはア
ナログ制御素子を高圧電源の出力側に荷電粒子ビ
ーム発生器と並列に接続し、これら並列素子を荷
電粒子ビーム発生器内で異常放電が発生したとき
のみこれを導通させて荷電粒子ビーム発生器への
高圧加速電圧の供給を制限し、これによつて放電
を急速に停止させるとともに放電が停止した後は
速かに加速電圧を回復させることができる装置を
提供したものである。
In the present invention, the high-voltage accelerating power supply normally has a considerable internal impedance, and can sufficiently withstand even if the output side is almost short-circuited for a short period of time. Focusing on the fact that most discharges are stopped by shutting off the high-voltage power supply for several milliseconds to several tens of milliseconds, we installed a switching element or an analog control element on the output side of the high-voltage power supply with a charged particle beam. Connected in parallel with the charged particle beam generator, these parallel elements are made conductive only when abnormal discharge occurs within the charged particle beam generator, thereby limiting the supply of high-voltage accelerating voltage to the charged particle beam generator. The present invention provides a device that can quickly stop the discharge and quickly restore the accelerating voltage after the discharge has stopped.

第2図は本発明の実施例を示す構成図であり第
1図と同様の機能を有するものには同一の符号を
付してある。また8は高圧電源7の出力側に荷電
粒子ビーム発生器4と並列に接続された電圧制限
器であり、高圧電源1の短絡電流を極く短時間導
通させる能力を有するスイツチング素子またはア
ナログ制御素子が使用される。ここで電流検出器
5、比較器6および基準信号erが異常放電検出器
を構成するのは第1図と同様である。第2図の装
置において正常時はビーム電流検出器5の出力eb
は基準信号erよりも少さくこのとき比較器6は第
1図の場合と逆に例えば負電圧信号を出力し電圧
制限器8を遮断状態に保つ。荷電粒子ビーム発生
器4内において異常放電が発生するとその放電電
流は電流検出器5を経て高圧電源1に帰るため
に、電流検出器5の出力ebは急激に増加しerより
大となり比較器6の出力は反転して正電圧信号と
なり電圧制限器8を導通させ高圧電源1の出力を
接地する。この結果、荷電粒子ビーム発生器4の
加速電圧は瞬時に低下し、内部で発生していた放
電は維持できなくなり消滅する。放電が停止する
と電流検出器5の出力ebは低下し比較器6の出力
は再び反転して電圧制限器8の導通を停止する。
この結果荷電粒子ビーム発生器4には再び加速電
圧が印加されて元通りビームが発生し加工が再開
される。放電発生から加速電圧が回復して加工を
再開するまでの時間は、電圧制限器8の応答速度
によつてのみ定まり高電圧電源の内部時定数には
全く無関係であるので数十ms以内の短時間とな
る。この場合、電圧制限器8の導通量を完全導通
ではなく異常放電を停止するのに必要な最低の導
通量とすればさらに加速電圧の回復時間を短かく
することができる。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and parts having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. Further, 8 is a voltage limiter connected in parallel with the charged particle beam generator 4 on the output side of the high-voltage power supply 7, and is a switching element or an analog control element that has the ability to conduct the short-circuit current of the high-voltage power supply 1 for a very short time. is used. Here, as in FIG. 1, the current detector 5, comparator 6, and reference signal e r constitute an abnormal discharge detector. In the device shown in Fig. 2, when normal, the output e b of the beam current detector 5 is
is smaller than the reference signal e r, and at this time, the comparator 6 outputs, for example, a negative voltage signal, contrary to the case in FIG. 1, and keeps the voltage limiter 8 in the cut-off state. When an abnormal discharge occurs in the charged particle beam generator 4, the discharge current returns to the high voltage power supply 1 via the current detector 5, so the output e b of the current detector 5 rapidly increases and becomes larger than e r . The output of the voltage regulator 6 is inverted and becomes a positive voltage signal, causing the voltage limiter 8 to conduct and grounding the output of the high voltage power supply 1. As a result, the accelerating voltage of the charged particle beam generator 4 drops instantaneously, and the discharge generated inside can no longer be maintained and disappears. When the discharge stops, the output e b of the current detector 5 decreases, the output of the comparator 6 is inverted again, and the voltage limiter 8 stops conducting.
As a result, the accelerating voltage is applied to the charged particle beam generator 4 again, the beam is generated as before, and processing is restarted. The time from the occurrence of discharge until the accelerating voltage recovers and machining is restarted is determined only by the response speed of the voltage limiter 8 and is completely unrelated to the internal time constant of the high voltage power supply, so it can be as short as several tens of milliseconds. It's time. In this case, the recovery time of the accelerating voltage can be further shortened by setting the amount of conduction of the voltage limiter 8 to the minimum amount of conduction necessary to stop the abnormal discharge instead of making it completely conductive.

第2図の装置においては異常放電の検出を電流
値が基準値よりも増大したことを検知することに
より行つたが、異常放電発生時は電流の増加以外
に荷電粒子ビーム発生器4の端子電圧の低下をも
誘起するから、異常放電検出器はこの端子電圧が
基準値よりも低下したことを検出する回路として
もよく、あるいは高圧電源1から荷電粒子ビーム
発生器4への供給電流を微分する微分回路により
放電による電流の急激な増加を検出する回路でも
よく、また荷電粒子ビーム発生器4の端子電圧を
微分する回路により放電による端子電圧の急減を
検出する回路でも同様の効果が得られる。
In the apparatus shown in Fig. 2, abnormal discharge is detected by detecting that the current value has increased more than the reference value, but when abnormal discharge occurs, the terminal voltage of the charged particle beam generator 4 Therefore, the abnormal discharge detector may be used as a circuit that detects that this terminal voltage has fallen below the reference value, or it may be used as a circuit that differentiates the current supplied from the high-voltage power supply 1 to the charged particle beam generator 4. A similar effect can be obtained by using a circuit that uses a differentiating circuit to detect a sudden increase in current due to discharge, or a circuit that uses a circuit that differentiates the terminal voltage of the charged particle beam generator 4 to detect a sudden decrease in terminal voltage due to discharge.

なお第2図の装置において高圧電源1の出力電
圧はビーム制御装置7により設定されるものとし
たが、電圧制限器をアナログ素子とし、第2図中
に破線で示すようにビーム制御装置7からの信号
により電圧制限器の導通量を制御するようにして
もよく、この場合、高圧電源1は当然一定電圧を
出力し適当な内部インピーダンスを有するものを
用いる。
In the apparatus shown in FIG. 2, the output voltage of the high-voltage power supply 1 is set by the beam control device 7, but the voltage limiter is an analog element, and the output voltage from the beam control device 7 is set as shown by the broken line in FIG. The amount of conduction of the voltage limiter may be controlled by the signal .In this case, the high voltage power supply 1 is one that outputs a constant voltage and has an appropriate internal impedance.

第3図は本発明の装置のうち電圧制限器の具体
的実施例を示す接続図である。同図において線路
aの一方は高圧電源の負電位出力端子に接続さ
れ、他方は荷電粒子ビーム発生器に接続される。
線路bは高圧電源の正電位出力端子および荷電粒
子ビーム発生器に接続される接地電位の線路であ
る。電圧制限器は線路aおよびbの間に荷電粒子
ビーム発生器と並列に接続された複数のトランジ
スタQ11ないしQ1nおよびその駆動回路とから構
成されている。駆動回路は抵抗器R11ないしR1n、
抵抗器R21ないしR2n、抵抗器R11ないしR1nにそ
れぞれ並列接続されたフオトトランジスタQ21
いしQ2n、発光ダイオードD1ないしDnおよび電
流制限抵抗rとから構成されている。またフオト
トランジスタQ21ないしQ2nと発光ダイオードD1
ないしDnとは直接あるいはオプテイカルフアイ
バーなどにより光電的にカツプリングされており
各トランジスタの駆動回路を相互に絶縁してい
る。なお同図においてB1ないしBnは直列トラン
ジスタQ11ないしQ1nの負担電圧を均等化させる
ためのバランス回路であり一般には抵抗器あるい
は抵抗器とコンデンサなどが用いられる。
FIG. 3 is a connection diagram showing a specific embodiment of the voltage limiter of the device of the present invention. In the figure, one side of line a is connected to a negative potential output terminal of a high voltage power supply, and the other side is connected to a charged particle beam generator.
Line b is a ground potential line connected to the positive potential output terminal of the high voltage power supply and the charged particle beam generator. The voltage limiter consists of a plurality of transistors Q 11 to Q 1 n and their drive circuits connected in parallel with the charged particle beam generator between the lines a and b. The drive circuit consists of resistors R 11 to R 1 n,
It consists of resistors R 21 to R 2 n, phototransistors Q 21 to Q 2 n connected in parallel to the resistors R 11 to R 1 n, respectively, light emitting diodes D 1 to Dn, and a current limiting resistor r. Also a phototransistor Q 21 or Q 2 n and a light emitting diode D 1
or Dn, and are photoelectrically coupled directly or by optical fibers, etc., and the drive circuits of each transistor are insulated from each other. In the figure, B 1 to Bn are balance circuits for equalizing the burden voltages of the series transistors Q 11 to Q 1 n, and generally resistors or resistors and capacitors are used.

第3図の回路によるときは正常加工時において
は、Aで示した異常放電検出器は出力を発生して
おらず、このときには発光ダイオードD1ないし
Dnが正常に発光しているものとすると、フオト
トランジスタQ21ないしQ2nは導通しトランジス
タQ11ないしQ1nはそのエミツターベース間が短
絡されて遮断状態にある。異常放電が発生すると
異常放電検出器Aがこれを検出し発光ダイオード
D1ないしDnの発光を停止させ、フオトトランジ
スタQ21ないしQ2nは遮断され、トランジスタQ11
ないしQ1nは導通し、線路a,b間を短絡する。
この結果、第2図にて説明したように荷電粒子ビ
ーム発生器への高圧電源はトランジスタQ11ない
しQ1nの電圧降下の合計値に制限され内部で発生
していた異常放電は停止することになる。異常放
電が停止すると発光ダイオードD1ないしDnは再
び発光しトランジスタQ11ないしQ1nを遮断する。
When using the circuit shown in Fig. 3, during normal machining, the abnormal discharge detector indicated by A does not generate an output, and at this time, the light emitting diode D1 or
Assuming that Dn is normally emitting light, phototransistors Q 21 to Q 2 n are conductive and transistors Q 11 to Q 1 n are in a cut-off state with their emitters and bases short-circuited. When abnormal discharge occurs, abnormal discharge detector A detects it and lights up the light emitting diode.
D 1 to Dn stop emitting light, phototransistors Q 21 to Q 2 n are cut off, and transistor Q 11
Q 1 n conducts and short-circuits lines a and b.
As a result, as explained in Figure 2, the high-voltage power supply to the charged particle beam generator is limited to the sum of the voltage drops of transistors Q11 to Q1n , and the abnormal discharge that was occurring inside is stopped. become. When the abnormal discharge stops, the light emitting diodes D 1 to Dn emit light again and cut off the transistors Q 11 to Q 1 n.

第4図は電圧制限器の別の実施例を示す接続図
である。同図においてトランジスタQ1ないし
Qo-1は相互に相隣接するトランジスタのベース
間が抵抗器R31ないしR3nで接続され第n番目の
トランジスタQnのみに異常放電検出器Aの出力
が抵抗器R3nを経て供給されている。異常放電検
出器は荷電粒子ビーム発生器内で異常放電が発生
したときにこれを検出し線路bとトランジスタ
Qnのベース間に正電圧信号を発生しトランジス
タQnを導通させる。トランジスタQnの導通によ
りトランジスタQo-1ないしQ1は順次導通し、結
局線路a,b間を短絡することになる。異常放電
が停止するとトランジスタQnは直ちに遮断され、
これによつて他の全トランジスタQ1ないしQo-1
も遮断状態となりもとの状態に復帰する。第4図
のようにすればトランジスタはその駆動回路が1
個でよく、かつそれを接地電位に最も近いトラン
ジスタを駆動することにより行えば、第3図の場
合と異なり駆動回路を絶縁する必要がなくなる。
FIG. 4 is a connection diagram showing another embodiment of the voltage limiter. In the figure, transistors Q1 to
In Q o-1 , the bases of adjacent transistors are connected by resistors R 31 to R 3 n, and the output of the abnormal discharge detector A is supplied only to the n-th transistor Qn through the resistor R 3 n. has been done. The abnormal discharge detector detects abnormal discharge when it occurs in the charged particle beam generator and connects line b and transistor.
A positive voltage signal is generated between the base of Qn to make transistor Qn conductive. When transistor Qn becomes conductive, transistors Q o-1 to Q 1 become conductive in sequence, resulting in a short circuit between lines a and b. When the abnormal discharge stops, transistor Qn is immediately cut off,
This allows all other transistors Q 1 to Q o-1
is also turned off and returns to its original state. If the transistor is configured as shown in Figure 4, its drive circuit will be 1
If this is done by driving the transistor closest to the ground potential, there is no need to insulate the drive circuit, unlike the case shown in FIG.

なお直列トランジスタを駆動する回路は第4図
の例の他に複数のトランジスタのうちの特定の1
個を異常放電の発生により導通させ他のトランジ
スタはこの特定のトランジスタの導通状態に倣つ
て導通、遮断するものであればいかなる回路でも
よい。さらにこれらのトランジスタに代つて導通
遮断の可能なサイリスタ(一般にGTOとよばれ
るサイリスタ)や、トランジスタとサイリスタの
組合せでもよい。
In addition to the example shown in Fig. 4, the circuit for driving the series transistors may be
Any circuit may be used as long as one transistor is made conductive when an abnormal discharge occurs and other transistors are made conductive or cut off in accordance with the conduction state of this particular transistor. Further, instead of these transistors, a thyristor (generally called a GTO) that can be turned off or a combination of a transistor and a thyristor may be used.

ところで第2図の装置において高圧電源1が出
力電圧をフイードバツクしそれを基準信号と比較
して差信号により出力電圧を一定に保つように制
御されるフイードバツク制御式の電源である場合
には、異常放電の発生によりこれを検出して電圧
制限器8が導通し荷電粒子ビーム発生器の端子間
を短絡すると出力電圧が低下した信号がフイード
バツクされて高圧電源はもとの出力電圧を保つべ
く大出力を得るように動作する。この結果、短絡
電流は増大し電圧制限器8に多大の負荷をかける
だけでなく高圧電源も過負荷となり全体的に悪影
響を及ぼす。
By the way, in the device shown in Fig. 2, if the high voltage power supply 1 is a feedback control type power supply that feeds back the output voltage, compares it with a reference signal, and keeps the output voltage constant using a difference signal, an abnormality may occur. When the discharge is detected and the voltage limiter 8 conducts and the terminals of the charged particle beam generator are shorted, the signal that the output voltage has decreased is fed back and the high voltage power supply outputs a large output to maintain the original output voltage. Works to get. As a result, the short-circuit current increases, which not only places a large load on the voltage limiter 8 but also overloads the high-voltage power supply, which has an overall adverse effect.

第5図はこのような欠点をなくした本発明の実
施例を示す構成図であり、第2図の装置に出力電
圧検出器9、比較器10、切替回路11を追加し
たものである。第5図の回路において高圧電源1
は正常時においてはビーム制御装置7からの信号
と電圧検出器9の出力信号とを比較器10にて比
較し差信号により出力電圧を制御するフイードバ
ツク式制御を行う電源である。切替回路11は図
中に模式的に示したように正常時においてはN側
に接続しており出力電圧検出器9の出力信号を比
較器10に供給する。荷電粒子ビーム発生器4内
で異常放電が発生すると電流検出器5の出力が増
加し基準信号er1より大となつて比較器6は異常
放電発生信号を出力する。この出力信号は電圧制
限器8に供給されてこれを導通する一方、切替回
路11にも供給されてこれをNからEに切替え、
比較器10のフイードバツク信号を出力電圧信号
からあらかじめ出力電圧に対応して定められた基
準信号er2に切替える。第5図の装置によるとき
は異常放電が発生して電圧制限器が作動して出力
電圧が強制的に低下せしめられたときも疑似フイ
ードバツク信号である基準信号er2に相応した出
力状態を保つことになり単純なフイードバツク制
御を行うときのように不要な大出力を得る方向に
高圧電源が作動することがなくなるので、放電停
止後に電圧制限器が再び遮断したときに過渡的な
高電圧が発生する危険性がなく、よりすぐれた応
答性が得られる。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention that eliminates such drawbacks, and is obtained by adding an output voltage detector 9, a comparator 10, and a switching circuit 11 to the device shown in FIG. In the circuit shown in Figure 5, high voltage power supply 1
In normal operation, the power source performs feedback control in which the signal from the beam control device 7 and the output signal from the voltage detector 9 are compared by a comparator 10 and the output voltage is controlled based on the difference signal. As schematically shown in the figure, the switching circuit 11 is normally connected to the N side and supplies the output signal of the output voltage detector 9 to the comparator 10. When an abnormal discharge occurs in the charged particle beam generator 4, the output of the current detector 5 increases and becomes larger than the reference signal e r1 , and the comparator 6 outputs an abnormal discharge occurrence signal. This output signal is supplied to the voltage limiter 8 to make it conductive, and is also supplied to the switching circuit 11 to switch it from N to E.
The feedback signal of the comparator 10 is switched from the output voltage signal to a reference signal e r2 predetermined corresponding to the output voltage. When using the device shown in Fig. 5, even when an abnormal discharge occurs and the voltage limiter is activated and the output voltage is forcibly reduced, the output state corresponding to the reference signal e r2 , which is a pseudo feedback signal, must be maintained. This prevents the high-voltage power supply from operating in the direction of obtaining an unnecessary large output as would be the case when performing simple feedback control, so a transient high voltage will occur when the voltage limiter shuts off again after discharging has stopped. No danger and better responsiveness.

以上のように本発明の装置によるときは荷電粒
子ビーム発生器内にて異常放電が発生したときに
速やかに高圧電源の供給を制限するので極めて短
時間で放電を停止せしめることができ、さらに放
電が停止すれば直ちに加速用高圧電源の供給が回
復されるので、異常放電が発生した場合に荷電粒
子ビームが停止される時間が短くなり、加工途中
で放電が発生しても被加工物に欠陥が発生するこ
とがなく安定に加工を続行することができる。
As described above, when using the device of the present invention, when abnormal discharge occurs in the charged particle beam generator, the supply of high voltage power is immediately restricted, so the discharge can be stopped in an extremely short time, and furthermore, the discharge can be stopped in an extremely short time. As soon as the supply of high-voltage power for acceleration is restored, the time during which the charged particle beam is stopped in the event of abnormal discharge is shortened, and even if discharge occurs during machining, there will be no defects in the workpiece. Machining can be continued stably without any occurrence of this problem.

また異常放電発生時に動作する電圧制限器は荷
電粒子ビーム発生器に並列に接続してあるのでこ
れが作動して高圧電源を遮断した場合も、直列に
接続した従来装置のように大きな過渡電圧が発生
することもなく、また正常時には電圧制限器には
何ら電流が流れないので電圧制限器の耐圧および
電流容量ともに小容量のものが使用でき経済的で
ある。さらに電圧制限器は高圧電源の出力側に荷
電粒子ビーム発生器と並列に接続されているの
で、もし電圧制限器が故障により常時導通状態と
なつたときも異常放電発生と同様の動作となり、
装置はより安全な方向に作動することになる。
In addition, the voltage limiter that activates when an abnormal discharge occurs is connected in parallel to the charged particle beam generator, so even if it activates and shuts off the high-voltage power supply, a large transient voltage will be generated unlike conventional devices connected in series. Moreover, since no current flows through the voltage limiter during normal operation, a voltage limiter having a small withstand voltage and a small current capacity can be used, which is economical. Furthermore, since the voltage limiter is connected in parallel with the charged particle beam generator on the output side of the high-voltage power supply, even if the voltage limiter becomes permanently conductive due to a failure, the operation will be the same as when an abnormal discharge occurs.
The device will operate in a safer direction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来装置の例を示す構成図、第2図は
本発明の装置の実施例を示す構成図、第3図およ
び第4図は第2図の実施例における電圧制限器の
具体的接続図、第5図は本発明の別の実施例を示
す構成図である。 1……高圧電源、4……荷電粒子ビーム、5…
…電流検出器、6,10……比較器、7……ビー
ム制御装置、8……電圧制限器、9……電圧検出
器、11……切替回路、Q11ないしQn1……トラ
ンジスタ。
Fig. 1 is a block diagram showing an example of a conventional device, Fig. 2 is a block diagram showing an embodiment of the device of the present invention, and Figs. 3 and 4 are concrete diagrams of the voltage limiter in the embodiment of Fig. 2. The connection diagram, FIG. 5, is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 1...High voltage power supply, 4...Charged particle beam, 5...
...Current detector, 6, 10...Comparator, 7...Beam control device, 8...Voltage limiter, 9...Voltage detector, 11...Switching circuit, Q11 to Qn1 ...Transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 高電圧電源から加速電力を得る荷電粒子ビー
ム発生器と、前記高電圧電源の出力電流または出
力電圧の急変を検知する異常放電検出器と、前記
高電圧電源の出力回路に並列に接続され前記異常
放電検出器の出力信号により前記高電圧電源の出
力をバイパスする電圧制限器とを具備した荷電粒
子ビーム加工装置。 2 前記異常放電検出器が高電圧電源の出力電流
検出器と、基準電流設定器と、前記出力電流検出
器の出力が前記基準電流設定器の出力より大とな
つたときに異常放電発生信号を出力する比較器と
からなる特許請求の範囲第1項に記載の荷電粒子
ビーム加工装置。 3 前記異常放電検出器が高電圧電源の出力電流
を微分する微分回路である特許請求の範囲第1項
に記載の荷電粒子ビーム加工装置。 4 前記異常放電検出器が荷電粒子ビーム発生器
の端子電圧を検出する電圧検出器と、基準電圧設
定器と、前記電圧検出器の出力電圧が前記基準電
圧設定器の出力電圧よりも低下したときに異常放
電発生信号を出力する比較器とからなる特許請求
の範囲第1項に記載の荷電粒子ビーム加工装置。 5 前記異常放電検出器が荷電粒子ビーム発生器
の端子電圧を微分する微分回路である特許請求の
範囲第1項に記載の荷電粒子ビーム加工装置。 6 前記電圧制限器が直列接続された複数の半導
体スイツチング素子または半導体アナログ制御素
子からなり、前記各半導体素子毎に設けられた駆
動回路と、前記異常放電検出器の出力を前記駆動
回路に導びくための絶縁カツプリング回路とから
なる特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれ
か一に記載の荷電粒子ビーム加工装置。 7 前記電圧制限器が直列接続された複数の半導
体スイツチング素子または半導体アナログ制御素
子からなり前記各半導体素子のうち特定の1個は
前記異常放電検出器の出力信号により動作し、他
の半導体素子は前記特定の半導体素子の導通状態
に倣つて導通量が制御されるものである特許請求
の範囲第1項ないし第5項のいずれか一に記載の
荷電粒子ビーム加工装置。 8 前記電圧制限素子は加工時における荷電粒子
ビーム量の制御器をも兼ねるものである特許請求
の範囲第1項ないし第5項のいずれか一に記載の
荷電粒子ビーム加工装置。 9 出力電圧を入力側にフイードバツクして定電
圧出力を得るフイードバツク制御式高電圧電源
と、前記高電圧電源から加速電力を得る荷電粒子
ビーム発生器と、前記高電圧電源の出力電流また
は出力電圧の急変を検知する異常放電検出器と、
前記高電圧電源の出力回路に並列に接続され前記
異常放電検出器の出力信号により前記高電圧電源
の出力をバイパスする電圧制限器と、前記異常放
電検出器の出力により前記高電圧電源のフイード
バツク信号を前記高電圧電源の出力電圧信号から
あらかじめ出力電圧に対応して定められた一定電
圧に切替える切替回路とを具備した荷電粒子ビー
ム加工装置。
[Scope of Claims] 1. A charged particle beam generator that obtains accelerated power from a high voltage power source, an abnormal discharge detector that detects sudden changes in the output current or output voltage of the high voltage power source, and an output circuit of the high voltage power source. and a voltage limiter connected in parallel to the abnormal discharge detector to bypass the output of the high voltage power supply according to the output signal of the abnormal discharge detector. 2. The abnormal discharge detector outputs an abnormal discharge occurrence signal when the output current detector of the high voltage power supply, the reference current setter, and the output of the output current detector become larger than the output of the reference current setter. A charged particle beam processing apparatus according to claim 1, comprising a comparator that outputs an output. 3. The charged particle beam processing apparatus according to claim 1, wherein the abnormal discharge detector is a differentiating circuit that differentiates an output current of a high voltage power supply. 4. The abnormal discharge detector includes a voltage detector that detects the terminal voltage of the charged particle beam generator, a reference voltage setter, and when the output voltage of the voltage detector becomes lower than the output voltage of the reference voltage setter. 2. A charged particle beam processing apparatus according to claim 1, further comprising a comparator that outputs an abnormal discharge occurrence signal. 5. The charged particle beam processing apparatus according to claim 1, wherein the abnormal discharge detector is a differentiating circuit that differentiates a terminal voltage of a charged particle beam generator. 6. The voltage limiter is composed of a plurality of semiconductor switching devices or semiconductor analog control devices connected in series, and a drive circuit provided for each semiconductor device and an output of the abnormal discharge detector are guided to the drive circuit. A charged particle beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, comprising an insulated coupling circuit for. 7. The voltage limiter is composed of a plurality of semiconductor switching devices or semiconductor analog control devices connected in series, and a specific one of the semiconductor devices is operated by the output signal of the abnormal discharge detector, and the other semiconductor devices are operated by the output signal of the abnormal discharge detector. The charged particle beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of conduction is controlled in accordance with the conduction state of the specific semiconductor element. 8. The charged particle beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage limiting element also serves as a controller for the amount of charged particle beam during processing. 9 A feedback-controlled high-voltage power supply that feeds back the output voltage to the input side to obtain a constant voltage output, a charged particle beam generator that obtains accelerating power from the high-voltage power supply, and a An abnormal discharge detector that detects sudden changes,
a voltage limiter connected in parallel to the output circuit of the high voltage power supply and bypassing the output of the high voltage power supply based on the output signal of the abnormal discharge detector; and a feedback signal of the high voltage power supply based on the output of the abnormal discharge detector. and a switching circuit that switches the output voltage signal of the high voltage power supply to a constant voltage predetermined corresponding to the output voltage.
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