KR20060100465A - 고주파 전력 공급 시스템 - Google Patents

고주파 전력 공급 시스템 Download PDF

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KR20060100465A
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가부시키가이샤 다이헨
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Abstract

고주파 전력 공급 시스템은 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L)측의 회로에서 발생한 이상을 검출하는 이상 검출 장치(3)를 구비한다. 이상 검출 장치(3)는 고주파의 진행파의 전압치(Vf)를 검출하는 제 1 검파부(21)와, 고주파의 반사파의 전압치(Vr)를 검출하는 제 2 검파부(22)와, 진행파 전압치(Vf)와 반사파 전압치(Vr)로부터 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt를 연산하는 반사 계수 연산부(23) 및 미분 연산부(24)와, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서 이상 발생의 유무를 판정하는 이상 판정부(25)로 구성된다. 이상 검출 장치(3)로부터 고주파 전원(1)에 이상 검출 신호가 출력되면, 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작은 정지시킨다.
고주파 전력, 임피던스 정합기, 이상 검출, 반사 계수, 미분 연산

Description

고주파 전력 공급 시스템{High-Frequency Power Supply System}
본 발명은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 플라즈마 처리 장치 등의 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
도 23은, 종래의 고주파 전력 공급 시스템의 기본 구성예를 나타내는 도면이다. 이 고주파 전력 공급 시스템은 고주파 전력을 출력하기 위한 고주파 전원(51)과, 고주파 전원(51)의 입력 임피던스와 부하 임피던스를 정합하기 위한 임피던스 정합기(53)와, 예를 들어 플라즈마 처리 장치로 이루어진 부하(L)로 구성되어 있다. 임피던스 정합기(53)는 고주파 전원(51)에 동축 케이블로 이루어진 전송 선로(52)를 개재해서 접속되어 있다. 부하(L)는 임피던스 정합기(53)에, 전자파가 누설을 방지하기 위해 차폐된 동판 등으로 이루어진 부하 접속부(54)를 개재해서 접속되어 있다.
고주파 전원(51)은 부하(L)에 대해서 고주파 전력을 공급하기 위한 장치이다. 고주파 전원(51)은 도시하지 않은 전력 증폭 회로 및 발진 회로 등을 구비하 고, 소정의 전력에 설정된 고주파 전력을 전송 선로(52)를 통해서 임피던스 정합기(53)에 출력한다.
임피던스 정합기(53)는 그 입력단으로부터 고주파 전원(51) 측을 읽은 입력 임피던스와, 그 입력단으로부터 부하(L) 측을 읽은 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이다. 임피던스 정합기(53)는 고주파 전원(51)의 출력을 효율적으로 부하(L)에 공급하는데 사용된다. 부하(L)는 에칭 또는 CVD 등의 방법을 이용해서 반도체 웨이퍼 및 액정 기판 등의 피가공물을 가공하기 위한 장치이다.
상기 고주파 전력 공급 시스템에서는, 고주파 전원(51)으로부터 부하(L)에 고주파 전력이 공급되고 있는 동안, 부하(L)가 변동하고, 고주파 전원(51)과 부하(L)와의 사이에 임피던스의 부정합이 발생한다. 그 때문에, 고주파 전력 공급 시스템에서는, 부하(L)의 변동에 따라 임피던스 정합기(53) 내의 가변 임피던스 소자(도시 생략)의 임피던스 값을 자동적으로 변화시켜서, 고주파 전원(51)과 부하(L)와의 사이의 임피던스를 정합시키도록 되어 있다.
그런데, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 예를 들면 부하(L)인　플라즈마 처리 장치로 가스압의 변화나 방전 온도의 상승에 의해 아크 방전이 생기거나, 절연 파괴가 생기거나 하는 이상 상태가 발생하면, 부하(L)의 임피던스가 급변한다. 그 때문에, 고주파 전력 공급 시스템에서는, 임피던스 정합기(53)의 정합 동작을 충분히 추종할 수 없게 되고, 경우에 따라서는 임피던스 정합을 취할 수 없는 상태가 생긴다. 이와 같은 경우, 임피던스 부정합에 의해 고주파 전원(51)으로 되돌아오는 고주파 전력의 반사파가 상당히 커지고, 고주파 전원(51)을 손상시킬 우 려가 있다. 또한, 부하(L)의 손상 부분에도 고주파 전력이 계속 공급되기 때문에, 그 손상 부분의 피해를 증대할 우려가 있다.
고주파 전력 공급 시스템에서는, 전송 선로(52) 및 임피던스 정합기(53) 등의 고주파 전원(51)과 부하(L)와의 사이의 선로 상에서, 절연 불량, 절연 파괴 또는 커넥터의 접촉 불량 등의 이상이 발생한 경우도 그 부분에서의 임피던스 부정합이 발생한다. 그 때문에, 고주파 전력 공급 시스템에서는, 고주파 전원(51)에의 반사파 전력이 증대하고, 그 고주파 전원(51)의 손상 또는 선로 상의 이상 발생 부분의 손상 확대를 초래하게 된다.
이와 같은 이상이 발생한 경우는, 즉시 고주파 전력 공급을 정지하는 등의 안전 대책을 강구하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 고주파 전력 공급 시스템은 상술한 이상을 검출해서 안전 대책을 강구하는 구성으로 되어 있지 않았다.
한편, 고주파 기술에 있어서는, 부하로의 전력 공급 효율을 나타내는 파라미터로서 반사 계수 및 리턴 로스 등이 널리 알려져 있고, 이들 파라미터를 이용하면, 고주파 전원(51)을 손상시킬 우려가 있는 반사파 전력을 알 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 일본 특개 제 2000－299198호 공보에 나타나 있는 것과 같이, 반사 계수(Γ)를 이용해서 부하 측의 상태를 감시하고, 예를 들면 반사 계수가 소정의 기준치를 초과하는지 아닌지에 의해 이상을 검출해서 안전 대책을 강구하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이 방법에서는, 반사 계수의 크기가 기준치를 초과하지 않으면 이상으로 되지 않는다. 그 때문에, 반사 계수의 변화 상태에 따라서는, 부하 측에 이상 이 발생하고 있음에도 불구하고 이상이라고 판정되지 않고, 이 방법은, 안전 대책의 응답이 충분하다고는 말할 수 없다. 예를 들면 도 24 및 도 25는, 시간의 경과에 수반하는 반사 계수의 변화를 나타낸 도면이다. 도 24는, 기준치를 초과하지 않는 범위에서 순간적으로 반사 계수가 이상하게 증대하는 경우를 나타낸다. 도 25는, 기준치를 초과하지 않는 범위에서 반사 계수가 증대할 때가 단속적으로 계속되는 경우를 나타낸다. 도 24 및 도 25에 나타낸 경우 등에서는, 그 반사 계수가 변화할 때에 부하 측에 이상이 발생해도 그 이상이 검출되지 않는다. 또한, 이상이 확대해서 반사 계수가 기준치를 초과했을 때, 그 이상이 검출되는 것으로 되기 때문에, 안전 대책용의 검출 방법으로서는 충분하다고는 말할 수 없다.
발명의 개시
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 해소하고, 또한 억제할 수 있는 고주파 전력 공급 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제 1 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 미분 연산 수단과, 상기 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제１, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 1).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 2).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 계수 수단을 구비하고, 이 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 3).
바람직하게는, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 연산 수단을 나아가 구비하고, 상기 이상 판정 수단은 상기 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량과 상기 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정한다(청구항 4).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 상기 고주파 전원의 내부, 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부의 임의의 검출점에 있어서, 예를 들면 전력치 및 전압치 등의 고주파의 진행파에 관한 정보(이하, 진행파 정보라고 한다)와 반사파에 관한 정보(이하, 반사파 정보라고 한다)가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 크기의 단위 시간당의 변화량(이하, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt라고 한다. )이 산출된다.
그리고, 이 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 예를 들면 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또한, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상 발생이라고 판정된다.
이와 같이, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정되므로, 도 24 및 도 25에 나타낸 것과 같은, 반사 계수가 순간적으로 증대하거나, 반사 계수가 증대하는 상태가 단속적으로 계속하거나 해서 이상이 발생한 경우에도 가급적 신속하게 이상이라고 판정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 5).
바람직하게는, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과, 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 2 계수 수단을 구비하고, 상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한, 상기 제 2 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 2 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 6).
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부에서 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정한다(청구항 7).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 진행파 정보와 반사파 정보가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 크기와 이 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 산출된다. 그리고, 이 반사 계수(Γ)의 크기와 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
예를 들면 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 또한, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 상기 고주파 전원의 내부, 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정된 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또한, 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 2 기준 회수를 초과하고, 또한, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과했을 때, 상기 전송 선로 상에 설정된 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
이와 같이, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 가하고 반사 계수(Γ)의 크기를 가미해서, 상기 전송 선로 상의 임의의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정되므로, 상술한 이상 판정의 정도가 향상한다.
본 발명의 제 ２ 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측에 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측에 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 １ 미분 연산 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과, 상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 출력 전압과 상기 제 ４ 검출 수단에 의해 검출된 출력 전류에 근거해서, 그 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 읽은 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 ２ 미분 연산 수단과, 상기 제 １ 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량과, 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 8).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 9).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과, 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 ３ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 10).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 상기 고주파 전원의 내부, 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부의 임의의 검출점에 있어서, 예를 들면 전력치 및 전압치 등의 고주파의 진행파 정보와 반사파 정보가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 산출된다.
또한, 상기 임피던스 정합기의 내부로부터 부하와의 사이의 선로 상에 있어서, 상기 부하에 대한 입력 전압과 입력 전류가 검출되고, 이들 입력 전압과 입력 전류에 근거해서, 임피던스(Z)의 크기의 단위 시간당의 변화량(이하, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt라고 한다.)이 산출된다.
그리고, 상기 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt와, 상기 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt에 근거해서, 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 예를 들면 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 또한 상기 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 미리 설정된 소정의 제 3 기준치를 초과했을 때, 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 부하 측의 회로에 있어서 이상 발생이라고 판정된다.
이와 같이, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt 및 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt에 의해 이상 검출을 행하면, 부하(L) 측에서의 이상을 확실하게 검출할 수 있다. 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 구하는 것에 의해, 고주파 전원의 출력단으로부터 부하 측에 이르는 회로에 있어서 이상이 생긴 것을 검출할 수 있지만, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt만으로는, 부하만으로 생기는 이상을 특정하고 싶은 경우, 그것을 특정하는 것은 곤란하다. 고주파 전원의 출력단으로부터 부하 측에 이르는 회로에는, 전송 선로나 임피던스 정합기가 포함되어 있기 때문이다. 한편, 부하의 입력단에 있어서 임피던스(Z)를 측정하는 것만으로는, 부하에서는 통상, 피가공물의 가공 중에 있어서 임피던스가 다소나마 변동하기 때문에, 이상이라고 판정하기 위한 기준치를 정하는 것은 어렵고 부하에 생기는 이상을 검출하는 것은 곤란하다. 그래서, 본 발명에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt에 더해서 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt를 구하는 것에 의해, 특히 부하에 있어서 이상을 특정해서 그것을 확실하게 검출하도록 하고 있다.
또한, 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 대한 제 ３ 기준치는 정상치보다도 작은 값으로 설정해도 좋고, 큰 값으로 설정해도 좋다. 제 ３ 기준치를 정상치보다도 작은 값으로 설정한 경우는, 연산치가 제 ３ 기준치보다도 큰 값으로부터 제 ３ 기준치보다도 작은 값이 되었을 때가, 제 ３ 기준치를 초과했을 때이다. 또한, 제 ３ 기준치를 정상치보다도 큰 값으로 설정한 경우는, 연산치가 제 ３ 기준치보다도 작은 값으로부터 제 ３ 기준치보다도 큰 값이 되었을 때가, 제 ３ 기준치를 초과했을 때이다.
바람직하게는, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 연산 수단을 나아가 구비하고, 상기 이상 판정 수단은 상기 제 1 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량, 상기 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기, 및 상기 제 2 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제３, 제４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정한다(청구항 11).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 나아가 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 12).
바람직하게는, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과, 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 2 계수 수단과, 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 1 기준 회수를 초과하고, 상기 제 2 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 2 기준 회수를 초과하고, 나아가 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 13).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 진행파 정보와 반사파 정보가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 크기와 이 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 산출된다. 또한, 상기 부하에 대한 입력 전압과 입력 전류가 검출되고, 이들 입력 전압과 입력 전류에 근거해서, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 산출된다. 그리고, 이 반사 계수(Γ)의 크기와 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt와 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt에 근거해서, 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
예를 들면 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또한, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 2 기준 회수를 초과하고, 또한 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
이와 같이, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt 및 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt에 가하고 반사 계수(Γ)의 크기를 가미해서, 상기 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정되기 때문에, 상술한 이상 판정의 정밀도가 향상한다.
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되고, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부로부터 부하와의 사이의 선로 상에 설정된다(청구항 14).
본 발명의 제 ３ 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 대수(對數)치를 연산하는 대수 반사 계수 연산 수단과, 상기 대수 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 대수치를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 대수 반사 계수 기억 수단과, 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치와 １개 전의 기억치에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 15).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때에 이상 발생이라고 판정한다(청구항 16).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 1개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ４ 계수 수단을 구비하고, 이 제 ４ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ４ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 17).
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있다(청구항 18).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 상기 고주파 전원의 내부, 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부의 임의의 검출점에 있어서, 예를 들면 전력치나 전압치 등의 고주파의 진행파에 관한 진행파 정보와 반사파 정보가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 대수치(log Γ)가 산출된다. 이 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)는 기억부에 소정의 주기 Δt로 순차적으로 기억된다.
그리고, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)의 최신 기억치와 １개 전의 기억치로부터 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 하고 있다.
또한, 상술한 다른 구성 예와 같이, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 이용하지 않는 것은, 반사 계수(Γ)가 작은 범위와 큰 범위에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)의 변화량이 다르므로, 단순하게 기준치와 비교해서 이상인지 아닌지를 판정할 수 없기 때문이다. 그 때문에, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 이용하는 일 없이, 또한 빠르게 이상 검출이 가능하게 하기 위해, 반사 계수의 미분치를 연산하는 경우와 마찬가지로, 반사 계수의 최신의 기억치와 １개 전의 기억치를 이용해서, 그 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상 판정을 행하도록 하고 있다.
예를 들면, 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상에서, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또한, 최신 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상에서, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때의 회수가 미리 설정된 제 ４ 기준 회수를 초과했을 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
이와 같이, 상기 구성에서는, 대수를 이용하고 있으므로, 고주파의 입력을 넓은 범위에서 허용할 수 있다. 또한, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)를 구할 때에, 반사파 정보의 대수로부터 진행파 정보의 대수를 감산한다고 하는 형태로 행할 수 있으므로, 제산 회로를 이용할 필요가 없고, 그 회로 구성을 용이한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 ４ 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 대수치를 연산하는 대수 반사 계수 연산 수단과, 상기 대수 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 대수치를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 대수 반사 계수 기억 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과, 상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전압과 상기 제 ４ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전류에 근거해서, 그 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 읽은 임피던스 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 ２ 미분 연산 수단과, 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치, １개 전의 기억치 및 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 19).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하이고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 20).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ４ 계수 수단, 및 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 ４ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ４ 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 21).
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있고, 상기 제３, 제４의 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부에서 부하와의 사이의 선로 상에 설정되어 있다(청구항 22).
상기 구성에 의하면, 대수를 이용한다고 하는 효과에 더해, 임피던스(Z)의 미분치dＺ／dt를 이용하는 것에 의해, 특히 부하에 있어서 이상을 특정해서 그것을 확실하게 검출할 수 있다.
본 발명의 제 ５ 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 반사 계수 연산 수단과, 상기 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 반사 계수 기억 수단과, 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치와 １개 전의 기억치에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 23).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때에 이상 발생이라고 판정한다(청구항 24).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ５ 계수 수단을 구비하고, 이 제 ５ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ５ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 25).
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있다(청구항 26).
상기 구성에 의하면, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력이 공급되고 있을 때, 상기 고주파 전원의 내부, 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부의 임의의 검출점에 있어서, 예를 들면 전력치나 전압치 등의 고주파의 진행파에 관한 진행파 정보와 반사파 정보가 검출되고, 이들 진행파 정보와 반사파 정보에 근거해서, 반사 계수(Γ)가 산출된다. 이 반사 계수(Γ)는, 기억부에 소정의 주기 Δｔ로 순차적으로 기억된다.
그리고, 반사 계수(Γ)의 최신 기억치와 １개 전의 기억치로부터 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 하고 있다.
예를 들면, 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상에서, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다. 또한, 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상에서, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때의 회수가 미리 설정된 제 ５ 기준 회수를 초과했을 때, 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정된다.
이와 같이, 반사 계수의 미분치를 연산하는 경우와 마찬가지로, 반사 계수의 최신 기억치와 １개 전의 기억치를 이용해서, 그 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 진행파 정보 및 반사파 정보의 검출점으로부터 부하 측의 회로에 있어서 이상의 발생이 판정되므로, 도 24 및 도 25에 나타낸 것과 같은, 반사 계수가 순간적으로 증대하거나, 반사 계수가 증대하는 상태가 단속적으로 계속하거나 해서 이상이 발생한 경우에도 가급적 신속하게 이상이라고 판정할 수 있다.
또한, 최신의 기억치에 대한 기준치와 １개 전의 기억치에 대한 기준치를 설정하고 있으므로, 이상의 정의를 보다 간단하고 명확한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 ６ 측면에 의해 제공되는 고주파 전력 공급 시스템은, 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템이고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 반사 계수 연산 수단과, 상기 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 반사 계수 기억 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과, 상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과, 상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전압과 상기 제 4 검출 수단에 의해 검출된 입력 전류에 근거해서, 그 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 본 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 2 미분 연산 수단과, 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치, １개 전의 기억치 및 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다(청구항 27).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하이고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 28).
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ５ 계수 수단, 및 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 ５ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ５ 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정한다(청구항 29).
바람직하게는, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있고, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부로부터 부하와의 사이의 선로 상에 설정되어 있다(청구항 30).
상기 구성에 의하면, 반사 계수의 최신 기억치와 １개 전의 기억치를 이용해서 이상 판정을 행하는 것의 효과에 더해, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt를 이용하는 것에 의해, 특히 부하에 있어서 이상을 특정해 그것을 확실하게 검출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이상 판정 수단에 의해 이상 발생이라고 판정되었을 때, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 전력량을 감소 방향으로 변경하는 출력 전력 변경 수단을 나아가 구비한다(청구항 31).
바람직하게는, 상기 출력 전력 변경 수단은 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 전력량을 제로(zero)로 한다(청구항 32).
바람직하게는, 상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되면, 제 １ 소정 시간의 경과 후에 상기 고주파 전원의 출력 전력량을 원래의 출력 전력량으로 복귀시키는 출력 전력 복귀 수단을 나아가 구비한다(청구항 33).
바람직하게는, 상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되면, 상기 임피던스 정합기의 정합 동작을 정지시키고, 그 때의 상태를 지지하는 정합 동작 정지 수단을 나아가 구비한다(청구항 34).
바람직하게는, 상기 고주파 전력 공급 시스템에 있어서, 상기 이상 판정 수단에 의해 이상 발생이라고 판정되고, 상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되고 나서 상기 출력 전력 복귀 수단에 의해 원래의 출력 전력량으로 복귀 후, 제 ２ 소정 시간 경과까지 상기 이상 판정 수단의 판정 동작을 금지하는 제 １ 판정 금지 수단을 나아가 구비한다(청구항 35).
바람직하게는, 사용자에 의한 조작에 따라서 상기 고주파 전원의 전력 공급 동작이 개시된 후, 또는 사용자에 의한 조작에 의해 전력 공급 동작중에 출력 전력 설정치가 변경된 후, 제 ２ 소정 시간 경과까지 상기 이상 판정 수단을 금지하는 제 2 판정 금지 수단을 나아가 구비한다(청구항 36).
바람직하게는, 상기 제 ２ 소정 시간은, 상기 임피던스 정합기에 의해 상기 고주파 전원과 상기 부하가 임피던스 정합될 때까지의 시간보다도 길다(청구항 37).
바람직하게는, 상기 제 1 검출 수단에 의해 검출되는 정보에는 적어도 진행파의 전력치 또는 전압치가 포함되고, 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출되는 정보에는 적어도 반사파의 전력치 또는 전압치가 포함된다(청구항 38, 39).
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점에 대해서는, 이하에서 행하는 발명의 실시예의 설명으로부터, 보다 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 １에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 이상 검출 신호 등의 발생 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 반사 계수의 미분치와 기준치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 ２에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 임피던스의 미분치와 기준치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 ３에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 ４에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 ５에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 ６에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나 타내는 회로도이다.
도 10은 반사 계수의 미분치와 기준치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 ６의 변형예를 설명하기 위한, 반사 계수와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 ７에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13은 임피던스의 미분치와 기준치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 임피던스와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예 ８에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 ９에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 10에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 10에 관계된 이상 판정부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는 반사 계수와 시간과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예 11에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 12에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 22는 본 발명의 실시예 13에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 23은 종래의 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 그림이다.
도 24는 종래의 반사 계수와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 종래의 반사 계수와 시간과의 다른 관계를 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 １은, 본 발명의 실시예 １에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 이 시스템은 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 피가공물에 대해서 고주파 전력을 공급하고, 예를 들면 플라즈마 에칭이라고 하는 가공 처리를 행하는 것이다. 이 고주파 전력 공급 시스템은 고주파 전원(1), 임피던스 정합기(2), 이상 검출 장치(3), 전송 선로(4), 부하 접속부(5) 및 플라즈마 처리 장치로 이루어진 부하(L)에 의해 구성되어 있다.
고주파 전원(1)에는, 예를 들면 동축 케이블로 이루어진 전송 선로(4)를 개재해서 임피던스 정합기(2)가 접속되어 있다. 임피던스 정합기(2)에는, 예를 들면 전자파가 누설되지 않도록 차폐된 동판으로 이루어진 부하 접속부(5)를 개재해서 부하(L)(예를 들면 플라즈마 처리 장치)가 접속되어 있다. 또한, 고주파 전원(1)에는, 이상 검출 장치(3)가 접속되어 있다. 또한, 이상 검출 장치(3)는 고주파 전원(1)에 대해서 별도 독립한 상태로 설치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 이상 검출 장치(3)는 고주파 전원(1)의 내부에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 이상 검출 장치(3)는 임피던스 정합기(2)의 내부에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 고주파 전원(1)은 임피던스 정합기(2)를 포함하는 구성으로 해도 좋다.
고주파 전원(1)은 부하(L)에 대해서 예를 들면 수백ｋＨ　이상의 주파수를 갖는 고주파 전력을 공급하기 위한 장치이다. 고주파 전원(1)은 고주파 발생 증폭부(11)와, 방향성 결합기(12)와, 전원 제어부(13)를 구비하고 있다.
고주파 발생 증폭부(11)는 부하(L)에 공급하는 고주파 전력을 발생하는 것이다. 고주파 발생 증폭부(11)는 도시하지 않는 정류 회로, 평활 회로, 전력 증폭 회로 및 발진 회로 등을 구비한다. 고주파 발생 증폭부(11)는 예를 들면 입력 전원으로부터의 입력 전압(예를 들면 AC 200V)을 정류·평활해서 직류 전압을 생성하고, 이 직류 전압을 스위칭하는 것에 의해 소정의 고주파 전압으로 변환해서 출력한다. 이 고주파 전압은 방향성 결합기(12) 및 임피던스 정합기(2)를 이용해서 부하(L)에 공급된다.
방향성 결합기(12)는 고주파 발생 증폭부(11)로부터 부하(L)측으로 진행하는 고주파(이하, 진행파라고 한다)와 부하(L)측으로부터 반사해 오는 고주파(이하, 반사파라고 한다)를 분리해서 검출하는 것이다. 방향성 결합기(12)는 １개의 입력 포트와 ３개의 출력 포트를 갖고, 입력 포트에는 고주파 발생 증폭부(11)가 접속되 고, 제 1 출력 포트에는 전송 선로(4)가 접속되어 있다. 또한, 제 2 출력 포트와 제 ３ 출력 포트는, 각각 후술하는 이상 검출 장치(3)의 제 1 검파부(21)와 제 2 검파부(22)에 접속되어 있다.
입력 포트로부터 입력되는 진행파는, 제 1 출력 포트로부터 출력되고, 제 1출력 포트로부터 입력되는 반사파는 입력 포트로부터 출력된다. 방향성 결합기(12)는, 진행파를 적절한 레벨까지 감쇠시켜서 검출하고, 그것을 제 2 출력 포트로부터 출력한다. 또한, 방향성 결합기(12)는 반사파를 적절한 레벨까지 감쇠시켜 검출하고, 그것을 제 ３ 출력 포트로부터 출력한다. 따라서, 이상 검출 장치(3)의 제 1 검파부(21)에는 방향성 결합기(12)의 제 2 출력 포트로부터 출력되는 진행파(PF)가 입력된다. 이상 검출 장치(3)의 제 2 검파부(22)에는, 방향성 결합기(12)의 제 3 출력 포트로부터 출력되는 반사파(PR)가 입력된다.
또한, 도 １에서는 생략하고 있지만, 본 실시예에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에는, 고주파 전원(1)으로부터의 고주파 전력의 출력 개시를 지시하는 출력 개시 스위치, 및 고주파 전원(1)으로부터 출력되는 고주파 전력의 출력치를 설정하기 위한 출력 전력 설정 스위치가 설치된 조작부가 설치되어 있다. 조작자에 의해 출력 개시 스위치가 조작되면, 도 1에 나타낸 것과 같이, 그 조작 신호인　출력 개시 신호가 고주파 전원(1)의 전원 제어부(13)와 이상 검출 장치(3)의 이상 판정부(25)에 입력된다. 조작자에 의해 출력 전력 설정 스위치가 조작되면, 그 조작 신호인　출력 전력 설정 신호가 고주파 전원(1)의 전원 제어부(13)와 이상 검출 장치(3)의 이상 판정부(25)에 입력되도록 되어 있다.
전원 제어부(13)는 상기 출력 개시 신호가 입력되어 있을 때에, 방향성 결합기(12)로부터 출력되는 진행파(PF)에 의해 요구되는 진행파 전력치와, 상기 출력 전력 설정 신호로 설정된 출력 전력치가 같아지도록, 고주파 발생 증폭부(11)에 지령 신호를 출력하는 것이다. 또한, 전원 제어부(13)는 진행파 전력치뿐만 아니라, 방향성 결합기(12)로부터 출력되는 반사파(PR)에 의해 요구되는 반사파 전력치를 이용해서, 진행파 전력치로부터 반사파 전력치를 감산한 부하(Ｌ)측 전력치(진행파 전력치－반사파 전력치)와 출력 설정 신호로 설정시킨 출력 전력치가 같아지도록, 고주파 발생 증폭부(11)에 대해서 지령을 출력해도 좋다.
또한, 전원 제어부(13)는 이상 검출 장치(3)로부터 입력되는 이상 검출 신호에 근거해서, 고주파 발생 증폭부(11)의 고주파 생성 동작을 제어하는 것이다. 후술하는 바와 같이, 이상 검출 장치(3)에서는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 본 부하(L) 측의 회로에 있어서, 예를 들면 전송 선로(4) 내에서 발생한 절연 파괴, 임피던스 정합기(2) 내에서 발생한 절연 불량, 또는 전송 선로(4)와 임피던스 정합기(2)의 접속부에서 발생한 접촉 불량 등의 이상이 발생하면, 그 이상 발생을 검출한 이상 검출 신호가 출력된다. 전원 제어부(13)는 이상 검출 장치(3)로부터 이상 검출 신호가 입력되면, 고주파 발생 증폭부(11)에 의한 고주파 전력의 발생을 소정의 기간(T)만 정지시킨다.
임피던스 정합기(2)는 고주파 전원(1)과 부하(L)와의 임피던스를 정합시키는 것이다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 전원 측을 본 임피던스(출력 임피던스)가 50Ω로 설계되고, 고주파 전원(1)이 특성 임피 던스 50Ω의 전송 선로(4)에서 임피던스 정합기(2)의 입력단(B)에 접속되어 있다고 하면, 임피던스 정합기(2)는 그 임피던스 정합기(2)의 입력단(B)으로부터 부하(L)측을 본 임피던스를 가급적 50Ω로 자동 조정한다. 또한, 본 실시예에서는 특성 임피던스를 50Ω로 하고 있지만, 말할 필요도 없이 특성 임피던스는 50Ω로 한정되는 것은 아니다.
임피던스 정합기(2)는 입력 검출부(15)와, 정합기 제어부(16)와, 정합부(17)에 의해 대략 구성되어 있다.
입력 검출부(15)는 고주파 전원(1)으로부터 입력되는 고주파(입사파)의 고주파 전압(V), 고주파 전류(I), 및 그들의 위상차(θ)를 검출하는 것이다. 입력 검출부(15)로 검출된 고주파 전압(V), 고주파 전류(I) 및 위상차(θ)는 정합기 제어부(16)에 입력된다.
정합기 제어부(16)는 입력 검출부(15)로부터 입력된 고주파 전압(V), 고주파 전류(I) 및 위상차(θ)를 이용해서 입력 임피던스(Zin)(입력단(B)으로부터 부하(L)측을 본 임피던스)를 산출하고, 이 입력 임피던스(Zin)가 50Ω가 되도록, 정합부(17)의 가변 임피던스 소자인　가변 커패시터(VC1, VC2)(후술)를 제어하는 것이다. 보다 구체적으로는, 정합기 제어부(16)는 ｜V｜/｜I｜가 소정의 범위 내, 예를 들면 50±5Ω가 되고, 위상차(θ)가 약 ０°로 되도록, 정합부(17)의 가변 커패시터(VC1, VC2)를 제어한다.
정합부(17)는 인덕터(L1)와 가변 임피던스 소자인　가변 커패시터(VC1, VC2)를, 이른바 π형에 접속한 회로로 구성되어 있다. 가변 커패시터(VC1, VC2)는 도시 생략의 전동 모터로 이루어진 구동부재에 의해 대향 전극의 한쪽이 이동 가능하게 이루어지고, 한쪽 전극을 이동시키는 것에 의해, 대향 전극의 면적이 변화해서 각 커패시턴스가 변화하도록 되어 있다. 또한, 가변 커패시터(VC1, VC2)의 한쪽 전극의 구동은, 정합기 제어부(16)로부터의 제어 신호에 근거해서 제어되도록 되어 있다.
따라서 정합부(17)는 정합기 제어부(16)로부터의 제어 신호에 근거해서 가변 커패시터(VC1, VC2)의 각 커패시턴스를 변화시키고, 이것에 의해 입력 임피던스(Zin)의 크기(절대치)가 소정의 범위(예를 들면 50±５Ω)내에 들어가도록, 또한 위상차가 약 ０°로 되도록 조정한다. 또한, 도 1의 실시예에 의한 정합부(17)의 회로 구성은, π형이지만, 이것을 대신해, Ｔ형, L형, 역 Ｌ형 등이 채용되어도 좋다. 또한, 가변 임피던스 소자로서 가변 커패시터를 대신해, 가변 인덕터가 채용되어도 좋다.
정합기 제어부(16)에는 이상 검출 장치(3)로부터 동작 금지 신호가 입력되도록 되어 있다. 이 동작 금지 신호는 정합기 제어부(16)에 의한 상술한 정합 동작을 금지시키는 신호이고, 예를 들면 정합 동작을 금지시킬 때, 하이 레벨로 이루어진 구형파 신호이다. 이상 검출 장치(3)는 이상을 검출하면, 고주파 전원(1)에 이상 검출 신호를 출력함과 동시에, 소정의 시간(T)(도２ 참조)만 하이 레벨로 이루어진 동작 금지 신호를 정합기 제어부(16)에 출력한다. 이것에 의해 정합기 제어부(16)는 이상 검출 장치(3)에서 이상이 검출되면, 고주파 전원(1)이 일시 정지되어 있는 시간, 임피던스 정합기(2)의 정합 동작을 정지시킨다.
이와 같이, 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작을 일시 정지시키고 있는 기간에 임피던스 정합기(2)의 정합 동작도 정지시키는 것은, 고주파 전원(1)으로부터 전력이 출력되지 않으면, 입력 검출부(15)에서 임피던스 정합을 자동 조정하기 위한 입력 임피던스(Zin)를 검출할 수 없다고 하는 문제가 생기기 때문이다. 또한, 임피던스 정합기(2)의 정합 동작도 정지시키는 것은, 전력 비출력 중에 임피던스 정합기(2)의 정합 동작을 시키면, 정합부(17)의 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스 값이 부정(不定)으로 된다. 그 때문에, 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작이 재개되었을 때, 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스 값이 부정합이 큰 값으로 변동되어 있으면 , 신속하게 정합 상태로 끌어들일 수 없다고 하는 문제가 생기기 때문이다.
전력 비출력 중에 임피던스 정합기(2)의 정합 동작을 정지시키고 있으면, 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스 값이 전력 정지 직전의 조정치로부터 보다 부정합이 큰 값으로 변동하는 일이 없이, 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작의 재개후에 신속하게 임피던스 정합기(2)를 정합 상태로 할 수 있다.
부하(L)는 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판 등의 피가공물을 에칭 또는 CVD 등의 방법을 이용해서 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치에서는, 피가공물의 가공 목적에 따라 각종 가공 프로세스가 실행된다. 예를 들면, 피가공물에 대해서 에칭을 행하는 경우에는, 그 에칭에 따른 가스 종류, 가스 압력, 고주파 전력의 공급 전력치, 및 고주파 전력의 공급 시간 등이 적절하게 설정된 가공 프로세스가 행해진다. 플라즈마 처리 장치에서는, 피가공물이 배치된 용 기(도시 생략) 내에 플라즈마 방전용 가스를 도입하고, 그 플라즈마 방전용 가스를 방전시켜 비 플라즈마 상태에서 플라즈마 상태로 하고 있다. 그리고, 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 상태가 된 가스를 이용해서 피가공물을 가공하고 있다.
이상 검출 장치(3)는 부하(L)에 있어서 이상, 동축 케이블인　전송 선로(4) 또는 동축 케이블의 양단에 설치되는 동축 커넥터에 있어서 절연 불량, 절연 파괴, 및 접촉 불량 등의 이상이 발생한 경우에, 그것을 검출하는 것이다. 이상 검출 장치(3)는 제 1 검파부(21)와 제 2 검파부(22)와, 반사 계수 연산부(23)와, 반사 계수(Γ)의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 미분 연산부(24)와, 미분 연산부(24)의 출력에 근거해서 이상인지 아닌지를 판정하는 이상 판정부(25)에 의해 구성되어 있다.
제 1 검파부(21)는 진행파(PF)의 진폭(Vf)을 검파하는 것이다. 제 2 검파부(22)는 반사파(PR)의 진폭(Vr)을 검파하는 것이다. 제 1 검파부(21) 및 제 2 검파부(22)는 예를 들면 도시 생략의 다이오드와 RC저역 필터로 이루어진 주지의 다이오드 검파 회로에 의해 구성되어 있다. 제 1 검파부(21) 및 제 2 검파부(22)의 검출치(Vf, Vr)는 반사 계수 연산부(23)에 입력된다. 또한, 제 1, 제 2 검파부(21, 22)는 정류 회로로 구성하는 등, 다른 구성으로 해도 좋다.
반사 계수 연산부(23)는 제 1 검파부(21)로부터 입력되는 진행파(PF)의 진폭(Vf)과 제 2 검파부(22)로부터 입력되는 반사파(PR)의 진폭(Vr)으로부터 반사 계수 Γ＝Vr／Vf를 산출하는 것이다. 반사 계수 연산부(23)는 진행파(PF)의 진폭(Vf) 및 반사파(PR)의 진폭(Vr)을 A／D 컨버터(도시 생략)에 의해 디지털의 진폭치(Df, Dr)로 변환한 후, Dr／Df를 연산하는 것에 의해 반사 계수(Γ)의 값을 산출한다. 반사 계수(Γ)의 연산 처리는, 소정의 주기 Δｔ로 행해진다. 또한, 반사 계수(Γ)의 데이터는, 미분 연산부(24)에 입력된다.
또한, 반사 계수 연산부(23)는 아날로그 신호로 Vr／Vf의 신호를 생성하고, 이 신호를 A／D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 변환하도록 해도 좋다. 제 1 검파부(21) 및 제 2 검파부(22)는 전력 검출 회로로 구성되고, 이 전력 검출 회로에 의해 진행파(PF)의 전력(Wf)과 반사파(PR)의 전력(Wr)을 검출하도록 해도 좋다. 이 경우, 반사 계수 연산부(23)에서는 (Wr／Wf)1/2를 연산하는 것에 의해 반사 계수(Γ)가 산출된다.
미분 연산부(24)는 반사 계수 연산부(23)에 의해 구해진 반사 계수(Γ)의 크기의 단위 시간당의 변화량을 구하는 것이다. 바꿔 말하면, 미분 연산부(24)는, 반사 계수(Γ)의 크기의 미분량(ｄΓ／dt)을 구하는 것이다. 이하, 반사 계수(Γ)의 크기의 단위 시간당의 변화량을 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt라고 한다.
미분 연산부(24)에서는, 반사 계수 연산부(23)로부터 소정의 주기 dt로 반사 계수(Γ)가 입력될 때마다, 전회 입력된 반사 계수(Γ１)와 이번회 입력된 반사 계수 (Γ２)와의 차이 ｄΓ＝Γ２－Γ１이 산출됨과 동시에, ｄΓ／dt가 연산된다. 또한, 반사 계수 연산부(23)로부터 아날로그 신호에 의해 반사 계수(Γ)가 입력되는 경우, 미분 연산부(24)는 이 반사 계수(Γ)의 신호를 A／D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 변환한 후, ｄΓ／dt를 연산하는 것이 된다. 미분 연산부(24)의 연산 결과(ｄΓ／dt)는, 이상 판정부(25)에 입력된다.
이상 판정부(25)는 미분 연산부(24)로부터 입력되는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서, 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정한다. 이상 판정부(25)는 이상 발생이라고 판정한 경우, 이상을 나타내는 이상 검출 신호를 제 1 소정 시간(T)(도２ 참조)만 고주파 전원(1)의 전원 제어부(13)에 대해서 출력함과 동시에, 정합기 제어부(16)에 대해서 동작 금지 신호를 출력한다.
즉, 이상 판정부(25)는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt를 미리 설정된 소정의 기준치와 비교하고, 미분치ｄΓ／dt가 기준치를 초과하고 있는 경우, 고주파 전원(1)의 출력단(A)로부터 부하(L) 측에 이르는 회로에 있어서 어떠한 이상이 발생하고 있다고 판정하고, 제 1 소정 시간(T)만, 예를 들면 하이 레벨로 반전하는 이상 검출 신호를 출력한다. 예를 들면 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 도 3에 나타낸 것과 같이 변화한 경우, 이상 판정부(25)는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 기준치를 초과한 타이밍(t1)에서 하이 레벨로 반전하는 이상 검출 신호를 소정의 시간(T)만 출력한다. 또한, 도 3에 있어서, 타이밍(t2)은 반사 계수(Γ)가 극치로 이루어진 타이밍이다. 이상 판정부(25)는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 의해 이상 검출을 행하고 있기 때문에, 반사 계수(Γ)에 의해 이상 검출을 행하는 것보다도 빨리, 순식간에 이상 검출이 가능해지고 있다.
그리고, 전원 제어부(13)는 이 이상을 나타내는 이상 검출 신호에 의해서, 고주파 발생 증폭부(11)에 의한 고주파 전력의 발생을 소정의 시간(T)만 정지시킨다. 또한, 정합기 제어부(16)는 동작 금지 신호에 의해 그 정합 동작을 금지시킨 다.
또한, 이상 판정부(25)는 이상이 발생하고 있다고 판정하고, 제 1 소정 시간(T)만 경과한 후, 이상 검출 신호의 출력 레벨을 반전시킨다(도２의 ａ참조). 이것에 의해, 전원 제어부(13)는 고주파 전원(1)으로부터의 고주파 전력의 출력의 정지를 해제하고, 다시, 고주파 전력을 출력시킨다. 또한, 이상 판정부(25)는 정합기 제어부(16)에 대해서 출력하는 동작 금지 신호의 출력 레벨을 반전시킨다(도２의 ｂ 참조). 이것에 의해, 정합기 제어부(16)는 그 정합 동작을 재개시킨다.
또한, 이상 판정부(25)는 그 이상 판정 동작을, 상기 제 1소정 시간(T)이 경과한 후, 또한 미리 설정된 제 2소정 시간(Ｔ′)이 경과할 때까지 금지한다. 즉, 이상 판정 동작은 이상이 발생하고 있다고 판정되었을 때부터 Ｔ＋Ｔ′의 시간만 금지된다. 또한, 이 제 2 소정 시간(Ｔ′)은 고주파 전원(1)이 고주파 출력 동작을 개시한 후, 실질적으로 임피던스 정합기(2)에 의해 임피던스 정합될 때까지의 상정 시간보다도 길게 설정된 시간이고, 경험적으로 또는 실험적으로 구해진 값이다. 또한, 이상이 발생하고 있다고 판정되어 있지 않아도, 처음에 고주파 전력의 출력 동작을 개시했을 때, 또는 고주파 전력의 출력 전력 설정치가 변경되었을 때는, 제 2소정 시간(Ｔ′)이 경과할 때까지 이상 판정 동작이 금지된다.
또한, 처음에 고주파 전력의 출력 동작을 개시했을 때는, 출력 개시 신호를 감시하는 것에 의해 판정을 할 수 있다. 또한, 고주파 전력의 출력 전력 설정치가 변경되었는지 아닌지는, 출력 전력 설정 신호를 감시하는 것에 의해 판정할 수 있다.
고주파 전원(1)이 고주파 전력의 출력을 개시한 직후, 또는 전력 공급 동작중에 출력 전력 설정치가 변경된 직후는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측에 이르는 회로가 이상하지 않음에도 불구하고, 부정합 상태로 되고, 반사 계수(Γ)가 증가해서 이상이라고 오검출되는 일이 있다. 그 때문에, 상기 제 2 소정 시간(Ｔ′)의 기간은, 이상 판정 동작을 금지하도록 하고 있다.
한편, 임피던스 정합기(2)가 정합 상태를 유지하고 있을 때에 이상이 발생한 경우는, 상술한 것과 같이 이상 검출 장치(3)에 있어서, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 의해, 그 이상을 빨리 검출하고, 고주파 전원(1)의 고주파 출력 동작과 임피던스 정합기(2)의 정합 동작을 정지시킨다. 이상 검출 장치(3)는 실질적으로 고주파 전원(1)이 고주파 출력 동작을 개시하고(일시 정지 후에 한번 더 개시된 경우를 포함한다), 임피던스 정합기(2)에 의한 정합 상태가 유지되도록 된 후에 이상 판정 동작을 행한다.
이상 판정부(25)는 예를 들면 도시하지 않는 통보 장치에 접속되어 있고, 이상 검출 신호는 이 통보 장치와 고주파 전원(1)의 전원 제어부(13)에 입력된다. 또한, 이상 검출 신호와 동시에, 임피던스 정합기(2)에는 예를 들면 하이 레벨로 반전하는 동작 금지 신호가 입력된다. 통보 장치는 이상 검출 신호가 입력되면, 표시 또는 음성에 의해 이상이 발생하고 있는 것을 알린다. 또한, 상술한 것과 같이, 고주파 전원(1)은 이상 검출 신호가 입력되면, 소정의 시간(T)만 고주파 전력의 출력 동작을 정지하고, 임피던스 정합기(2)는 동작 금지 신호가 입력되면, 소정의 시간(T)만 정합 동작을 정지한다.
다음으로, 실시예 1에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에 있어서 이상 검출 처리에 대해서 설명한다.
플라즈마 처리 장치(부하(Ｌ))로 플라즈마 가공을 행하기 위해 고주파 전원(1)의 전원이 온(on)이 되면, 고주파 전원(1)으로부터 소정의 고주파 전력이 생성되고, 전송 선로(4), 임피던스 정합기(2) 및 부하 접속부(5)를 개재해서 부하(L)에 공급된다.
임피던스 정합기(2)에 고주파 전원(1)으로부터 고주파 전력이 입력되면, 임피던스 정합기(2)에서는, 이 입력 전력에 근거해서 임피던스 정합기(2)의 입력 임피던스(Zin)(입력단(B)의 임피던스)의 크기｜V｜／｜I｜와 위상차(θ)가 검출된다. 임피던스 정합기(2)에서는, 이 검출 정보에 근거해서 입력 임피던스(Zin)가 특성 임피던스 50Ω가 되도록, 정합부(17)의 가변 커패시터(VC1, VC2)가 자동 조정된다.
고주파 전원(1)을 시동한 직후, 즉, 임피던스 정합기(2)에 고주파 전원(1)으로부터 고주파 전력이 입력된 직후는, 임피던스 정합기(2)의 입력 임피던스(Zin)는 통상, 특성 임피던스(50Ω)로부터 빗나가고, 부정합 상태로 되어 있다. 임피던스 정합기(2)가 임피던스의 자동 조정 동작을 개시하면, 예를 들면 ３초 정도의 소정의 시간이 경과 후에는 입력 임피던스(Zin)는, 미리 설정된 정합 범위(예를 들면 50±５Ω)에 조정된다. 그리고, 그 후는, 임피던스 정합기(2)는 부하(L)의 임피던스 Ｚｌ의 변동에 따라 가변 커패시터(VC1, VC2)를 변화시키고, 입력 임피던스(Zin)가 항상 소정의 정합 범위 내에 들어가도록 자동 조정한다.
고주파 전원(1)이 고주파 전력의 공급을 개시하면, 방향성 결합기(6)는 고주 파의 진행파(PF)와 반사파(PR)를 분리해서 검출하고, 검출 신호를 이상 검출 장치(3)에 입력한다. 이상 검출 장치(3)는 진행파(PF)와 반사파(PR)로부터 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt를 산출하고, 이 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt의 변화에 근거해서 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측의 회로에서 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정한다. 즉, 이상 검출 장치(3)는 고주파 전원(1)이 전력 공급을 개시하면, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt의 변화에 근거해서 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측의 회로에서 이상 발생의 유무의 감시를 개시한다.
또한, 이상 검출 장치(3)는 이상이 발생하고 있다고 판정되었을 때부터 Ｔ＋Ｔ′의 시간(도２ 참조)만 이상 판정 동작이 금지된다. 그 때문에, 실질적으로 이상 검출 장치(3)에 의한 이상 발생의 유무의 감시는, 임피던스 정합기(2)에 의한 임피던스 정합의 조정이 종료되고, 그 정합 상태의 유지로 이행했을 때부터 개시된다.
따라서 이 고주파 전력 공급 시스템에서는, 플라즈마 처리 장치(Ｌ)가 플라즈마 처리를 종료할 때까지, 즉, 고주파 전원(1)으로부터의 전력 공급이 정지될 때까지, 이상 검출 장치(3)에 의해 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측에서의 이상 발생의 유무가 감시되면서, 임피던스 정합기(2)에 의해 고주파 전원(1)과 플라즈마 처리 장치(Ｌ)와의 임피던스 정합이 자동적으로 조정되고, 고주파 전원(1)으로부터의 고주파 전력은 가급적 효율 좋게 플라즈마 처리 장치(Ｌ)에 공급된다.
여기서, 고주파 전원(1)으로부터 부하(L)에 고주파 전력이 공급되고 있을 때 에, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측의 회로, 예를 들면 전송 선로(4)의 선로 상, 전송 선로(4)와 고주파 전원(1) 또는 임피던스 정합기(2)와의 접속 커넥터, 임피던스 정합기(2)의 내부 등으로 절연 파괴, 절연 불량, 또는 접촉 불량 등의 이상이 발생하면, 그 이상 발생점의 임피던스가 변화하고, 반사파가 증대하는 것이 된다.
임피던스 정합기(2)의 출력단으로부터 부하(L) 측에서 이상이 발생한 경우는, 부하(L) 측의 임피던스의 변동에 따라 임피던스 정합기(2)가 자동적으로 임피던스 정합을 취하도록 동작한다. 그 때문에, 고주파 전력 공급 시스템은 가급적 부하(L) 측에 고주파 전력을 공급하고, 고주파 전원측으로의 반사파의 증대를 억제하도록 동작한다. 이 상태가 계속하면, 부하(L) 측의 이상 발생 부분에 고주파 전력이 공급되고 그 손상 상태가 나아가 확대하게 된다. 또한, 그 손상이 확대하고, 임피던스 정합기(2)에서는 임피던스 정합을 취할 수 없게 되면, 상당히 큰 반사파가 고주파 전원(1)으로 되돌아가 그 고주파 전원(1)도 손상되는 사태가 된다.
동일한 현상은, 고주파 전원(1)과 임피던스 정합기(2)와의 사이에서 이상이 발생한 경우에도 생긴다. 그러나, 이 경우는, 임피던스 정합기(2)에 의한 임피던스 정합 동작은 작용하지 않기 때문에, 예를 들면 전송 선로(4)로 절연 불량 또는 절연 파괴가 발생한 경우는, 그 손상 부분에서 임피던스 부정합으로 되고, 상당히 큰 반사파가 고주파 전원(1)으로 되돌아오고, 그 고주파 전원(1)을 손상시키게 된다.
그러나, 본 실시예에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에서는, 이상 검출 장치(3)에서 고주파 전원(1)으로부터 입력된 입사파(PF) 및 반사파(PR)로부터 산출한 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt를 이용해서 이상의 발생을 감시하고 있다. 그 때문에, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측의 회로에서 이상이 발생하면, 이상 검출 장치(3)에 입력되는 반사파(PR)가 증대하고, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 기준치를 초과하기 때문에, 즉시 이상의 발생이 검출된다.
도２에 나타낸 것과 같이, 이상 판정부(25)에서 이상 발생이라고 판정되면, 이상 판정부(25)로부터 고주파 전원(1)의 전원 제어부(13)와 통보 장치(도시 생략)에 이상 검출 신호(하이 레벨의 신호)가 입력된다. 전원 제어부(13)는 이상 검출 신호가 입력되면, 고주파 발생 증폭부(11)를 제어하고, 고주파 전력의 발생을 정지한다(고주파 전력의 출력 파형 참조). 또한, 통보 장치는 이상 검출 신호가 입력되면, 고주파 전력 공급 시스템에 이상이 발생한 취지를 알린다.
이와 같이, 이상 발생이 검출되면, 이상 검출 신호에 의해 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작이 즉시 정지되기 때문에, 상술한 이상 발생 부분의 손상의 확대가 방지됨과 동시에, 그 고주파 전원(1)의 반사파에 의한 손상도 미연에 방지된다. 특히, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt에 의해 이상 검출하고 있으므로, 실제로 이상이 발생하고 반사 계수(Γ)의 크기가 이상치로 변화하기 전에 조기에 이상이 검출되고, 고주파 전원(1)의 전력 출력 정지 등의 안전 조치가 유효하게 작용한다.
그 후, 전원 제어부(13)는 고주파 발생 증폭부(11)에 의한 고주파 전력의 발생을 정지시킨 후, 소정 시간(T)의 경과 후에 원래의 출력량으로 고주파 전력을 출력시킨다. 이것은, 이상 검출에 의해 검출된 이상이, 예를 들면 플라즈마 처리 장치(Ｌ)에서 생기는 아크 방전과 같이 순시적으로 큰 부하 변동인　경우나 손상이 생기고 있다고 하더라도 자연 회복 가능한 경우가 있고, 이와 같은 경우에도 항상 수동으로 전력 공급을 회복시키는 것으로서는 작업 효율을 쓸데없이 저하시키기 때문에, 고주파 전력 공급 시스템을 자동적으로 복귀시키는 것에 의해 작업 효율의 저하를 절감하도록 한 것이다. 또한, 소정의 시간(T)은 경험적으로 또는 실험적으로 구해진 값이다.
본 실시예에서는, 작업 효율의 관점에서 이상 검출시에 소정의 시간(T)만 고주파 전원(1)의 전력 출동작을 정지시키도록 하고 있지만, 보다 안전성을 고려해서 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작을 완전하게 정지시키도록 해도 좋다.
이상 판정부(25)에 있어서 이상 발생이라고 판정되면, 도 2에 나타낸 것과 같이, 이상 판정부(25)로부터 임피던스 정합기(2)의 정합기 제어부(16)에 동작 금지 신호(하이 레벨의 신호)가 입력된다. 정합기 제어부(16)는 동작 금지 신호가 입력되면, 정합부(17)의 가변 임피던스 소자인 가변 커패시터(VC1, VC2)의 구동 제어를 소정의 시간(T)만 정지하고, 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스 값을 이상 발생시의 상태로 유지한다.
이것에 의해, 소정의 시간(T)의 경과 후에 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작이 복귀했을 때, 임피던스 정합기(2)는 고주파 전원(1)의 전력 출력 동작이 정지했을 때의 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스 값으로부터 임피던스 정합 동작을 개시하는 것이 되므로, 부정합 상태가 크게 빗나가는 일이 없고, 신속하게 임피던스 정합 동작을 할 수가 있다.
이상 검출 장치(3)의 이상 판정 동작은, 고주파 전원(1)의 전력 공급이 복귀 되어도 임피던스 정합기(2)가 부정합 상태이기 때문에, 정합 상태로 끌어 들이기까지의 시간(Ｔ’)이 경과할 때까지, 금지 상태를 나타내는 로우(low) 레벨(동작 오프(off)가 유지된다.
따라서 이상 판정부(25)의 판정 동작의 금지 상태는, 고주파 전원(1)의 전력 공급이 정지되고 나서 소정의 시간(T)과 임피던스 정합기(2)가 정합 상태에 이르기까지의 시간(Ｔ’)이 경과할 때까지 계속된다. 이것에 의해, 고주파 전원(1)의 전력 공급이 복귀한 직후의 임피던스 부정합 상태에 있어서 이상 검출 장치(3)의 오동작을 방지할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시예 2에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다. 실시예 １에서는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)에 있어서 고주파 출력의 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서, 고주파 전원(1)의 출력단(A)로부터 부하(L)측에서의 이상을 검출하도록 했지만, 실시예 2에서는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)에 있어서 고주파 출력의 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt와, 부하(L)의 입력단에 있어서 임피던스의 미분치에 근거해서, 부하(L)에 있어서 이상을 특정해서 검출하는 것이다.
실시예 1과 다른 점에 대해서 설명하면, 임피던스 정합기(2)에는, 정합부(17)의 후단에, 전압 검출부(18) 및 전류 검출부(19)가 설치되어 있다.
전압 검출부(18)는 정합부(17)의 출력단(Ｃ)에 있어서 고주파의 전압치(VL)를 검출하는 것이다. 바꿔 말하면, 정합부(17)의 출력단(Ｃ)은, 부하 접속부(5)를 개재해서 부하(L)에 접속되어 있기 때문에, 전압 검출부(18)는 부하(L)측의 입력단에 있어서 고주파의 전압치(VL)를 검출한다.
전류 검출부(19)는 정합부(17)의 출력단(Ｃ)에 있어서 고주파의 전류치(IL)를 검출하는 것이다. 바꿔 말하면, 정합부(17)의 출력단(Ｃ)은 부하 접속부(5)를 개재해서 부하(L)에 접속되어 있기 때문에, 전류 검출부(19)는 부하(L)측의 입력단에 있어서 고주파의 전류치(IL)를 검출한다.
전압 검출부(18)에 의해 검출된 전압치(VL) 및 전류 검출부(19)에 의해 검출된 전류치(IL)는 이상 검출부(3)의 임피던스 연산부(26)(후술)에 주어진다.
이상 검출 장치(3)에는, 임피던스 연산부(26)와, 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 2 미분 연산부(27)가 설치되어 있다. 또한, 실시예 1에서 설명한 미분 연산부(24)는, 이 실시예 2에서는, 편의상「제 １ 미분 연산부(24)」로서 설명한다.
임피던스 연산부(26)는 전압 검출부(18)로부터 입력되는 부하(L)의 입력단에 있어서 전압치(VL)와 전류 검출부(19)로부터 입력되는 부하(L)의 입력단에 있어서 전류치(IL)로부터 임피던스 Ｚ＝VL／ＩL를 산출하는 것이다. 임피던스 연산부(26)는 전압 검출부(18)로부터 입력되는 전압치(VL) 및 전류 검출부(19)로부터 입력되는 전류치(IL)를 A／D 컨버터에 의해 디지털의 진폭치(Ｄv, Di)로 변환한 후, (Dv／Di)를 연산하는 것에 의해 임피던스(Z)의 값을 산출한다. 임피던스(Z)의 연산 처리는, 소정의 주기 Δt로 행해진다. 또한, 임피던스(Z)의 데이터는 제 2 미분 연산부(27)에 입력된다. 또한, 임피던스 연산부(26)에서는, 아날로그 신호로 VL／ＩL의 신호를 생성하고, 이 신호를 A／D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 변환하도록 해도 좋다.
제 2 미분 연산부(27)는 임피던스 연산부(26)에 의해 구해진 임피던스(Z)의 크기의 단위 시간당의 변화량을 구한 것이다. 바꿔 말하면, 제 2 미분 연산부(27)는 임피던스(Z)의 크기의 미분치(ｄZ／dt)를 구하는 것이다. 이하, 임피던스(Z)의 크기의 단위 시간당의 변화량을 임피던스의 미분치ｄZ／dt라고 한다.
제 2 미분 연산부(27)에서는, 임피던스 연산부(26)로부터 소정의 주기 dt에서 임피던스(Z)가 입력될 때마다, 전회 입력된 임피던스(Z1)과 이번회 입력된 임피던스(Z2)와의 차이 ｄＺ＝Ｚ２－Ｚ１이 산출됨과 동시에, ｄＺ／dt가 연산된다. 또한, 임피던스 연산부(26)으로부터 아날로그 신호에 의해 임피던스(Z)가 입력되는 경우, 제 2 미분 연산부(27)는 이 임피던스(Z)의 신호를 A／D 컨버터에 의해 디지털 데이터로 변환한 후, ｄZ／dt가 연산되는 것이 된다. 제 2 미분 연산부(27)의 연산 결과(ｄZ／dt)는, 이상 판정부(25)에 입력된다.
이상 판정부(25)에서는, 제 １ 미분 연산부(24)로부터 입력되는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt 및 제 2 미분 연산부(27)으로부터 입력된 임피던스의 미분치ｄＺ／dt에 근거해서, 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정하고, 이상 발생이라고 판정한 경우는, 이상을 나타내는 이상 검출 신호를 제 1 소정 시간(T)(도２ 참조)만 고 주파 전원(1)의 전원 제어부(13)에 대해서 출력함과 동시에, 정합기 제어부(16)에 대해서 동작 금지 신호를 출력한다.
즉, 이상 판정부(25)는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt를 미리 설정된 소정의 기준치와 비교함과 동시에, 임피던스의 미분치ｄZ／dt를 미리 설정된 소정의 기준치와 비교한다. 이상 판정부(25)는 미분치ｄΓ／dt가 기준치를 초과하고, 또한 미분치ｄZ／dt가 기준치를 초과하고 있는 경우, 부하(L) 측에 있어서 어떠한 이상이 발생하고 있다고 판정하고, 제 1 소정 시간(T)(도２ 참조)만, 예를 들면 하이 레벨로 반전하는 이상 검출 신호를 출력한다.
예를 들면, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 도 3에 나타낸 것과 같이 변화한 경우, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 기준치를 초과하고(타이밍(t1) 참조), 또한 임피던스의 미분치ｄＺ／dt가 도 ５에 나타낸 것과 같이 변화한 경우, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 기준치를 초과(타이밍(t1′)참조)했을 때, 이상 판정부(25)는 하이 레벨을 출력한다. 또한, 도 ３에 있어서, 타이밍(t2)은 반사 계수(Γ)가 극치로 이루어지는 타이밍이고, 도 ５에 있어서, 타이밍(t2′)은 임피던스(Z)가 극치로 이루어지는 타이밍이다.
이와 같이, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt 및 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt에 의해 이상 검출을 행하면, 부하(L) 측에서의 이상을 확실하게 검출할 수 있다. 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 구하는 것에 의해, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L)측에 이르는 회로에 있어서 이상이 생긴 것을 검출할 수 있지만, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt만으로는, 부하(L)만으로 생기는 이상을 특정하고 싶은 경우, 그것을 특정하는 것은 곤란하다. 즉, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L)측에 이르는 회로에는, 전송 선로(4)나 임피던스 정합기(2)가 포함되어 있기 때문이다. 한편, 부하(L)의 입력단에 있어서 임피던스(Z)를 측정하는 것만으로는, 부하(L)에서는 통상, 가공 중에 있어서 임피던스가 다소나마 변동하므로, 이상이라고 판정하기 위한 기준치를 정하는 것은 어렵고 부하(L)에 생기는 이상을 검출하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 실시예 2에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt에 더해 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt를 구하는 것에 의해, 특히 부하(L)에 있어서 이상을 특정해서 그것을 확실하게 검출하도록 하고 있다.
이상 판정부(25)는 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt 및 임피던스의 미분치ｄＺ／dt에 의해 이상 검출을 행하고 있으므로, 간단히 반사 계수(Γ)의 크기에 의해 이상 검출을 행하는, 또는 임피던스(Z)의 크기에 의해 이상 검출을 행하는 것보다도 빨르게, 순식간에 이상 검출이 가능해지고 있다.
보다 구체적으로 동작을 설명하면, 고주파 전원(1)이 고주파 전력의 공급을 개시하면, 고주파 전원(1)은 고주파의 진행파(PF)와 반사파(PR)를 분리해서 검출하고, 검출 신호를 이상 검출 장치(3)에 입력한다. 한편, 임피던스 정합기(2)는 부하(L)의 입력단에 있어서 전압치 및 전류치를 이상 검출 장치(3)에 입력한다. 이상 검출 장치(3)는 진행파(PF)와 반사파(PR)로부터 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 산출함과 동시에, 임피던스 정합기(2)로부터의 전압치 및 전류치로부터 임피던스의 미분치ｄZ／dt를 산출하고, 이 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt의 변화 및 임피던 스의 미분치ｄZ／dt의 변화에 근거해서 부하(L) 측의 회로에서 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정한다. 즉, 이상 검출 장치(3)는 고주파 전원(1)이 전력 공급을 개시하면, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt의 변화 및 임피던스의 미분치ｄZ／dt의 변화에 근거해서 부하(L) 측에서 이상 발생의 유무의 감시를 개시한다.
이 경우, 이상 검출 장치(3)에서는, 고주파 전원(1)으로부터 입력된 입사파(PF) 및 반사파(PR)로부터 산출한 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 이용해서 이상의 발생을 감시하고 있기 때문에, 부하(L)에 있어서 이상을 포함하는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L)에 이르는 회로, 예를 들면 전송 선로(4)의 선로상, 전송 선로(4)와 고주파 전원(1) 또는 임피던스 정합기(2)와의 접속 커넥터, 또는 임피던스 정합기(2)의 내부 등에서 절연 파괴, 절연 불량, 또는 접촉 불량 등의 이상, 또는 부하(L)의 이상이 발생하는 것을 예상할 수 있다.
그러나, 본 실시예 2의 구성에서는, 또한 이상 검출 장치(3)에서 부하(L)의 입력단에 있어서 전압치(VL) 및 전류치(IL)로부터 산출한 임피던스(Z)의 ｄZ／dt를 이용해서 이상의 발생을 감시하고 있으므로, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L) 측의 회로에서의 이상을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 부하(L)에 있어서 이상을 특정하고, 그것을 확실하게 검출할 수 있다.
또한, 본 실시예 2에 있어서는, 고주파 전원(1)의 출력단(A)과 전압이나 전류의 검출점과의 사이에 있어서 이상도 특정할 수 있다. 예를 들면, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 기준치를 초과하지만, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 기준치를 초과하고 있지 않은 경우, 고주파 전원(1)의 출력단(A)과 전압이나 전류의 검출점과의 사이에 있어서 이상, 예를 들면 전송 선로(4)의 선로상, 전송 선로(4)와 고주파 전원(1) 또는 임피던스 정합기(2)와의 접속 커넥터, 또는 임피던스 정합기(2)의 내부 등에서 절연 파괴, 절연 불량, 또는 접촉 불량 등의 이상이라고 특정할 수 있다.
또한, 이 이상을 나타내는 이상 검출 신호에 의해, 전원 제어부(13)가 고주파 발생 증폭부(11)에 의한 고주파 전력의 발생을 제 1 소정 시간(T)만 정지시키는 제어, 정합기 제어부(16)가 동작 금지 신호에 의해 그 정합 동작을 금지시키는 제어 등은, 실시예 1과 동일하기 때문에, 여기서는 생략한다.
도 6은, 본 발명의 실시예 3에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 1에서는 반사 계수(Γ)의 검출점을 고주파 전원(1) 내의 출력단 근방에 설치하고 있지만, 실시예 3은, 반사 계수(Γ)의 검출점을 전송 선로(4) 상에 설치한 것이다. 구체적으로는, 도 6에 나타낸 구성은, 고주파 전원(1)의 방향성 결합기(12)를 제거하고, 전송 선로(4) 상에 방향성 결합기(6)를 설치한 것이다. 고주파 전원(1)과 방향성 결합기(6)와의 사이, 및 방향성 결합기(6)와 임피던스 정합기(2)와의 사이는, 동축 케이블로 이루어진 전송 선로(4)에 의해 각각 접속되어 있다. 또한, 방향성 결합기(6)의 제 2 출력 포트와 제 3 출력 포트는, 각각 이상 검출 장치(3)의 제 1 검파부(21)와 제 2 검파부(22)에 접속되어 있다.
실시예 3에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에 있어서 이상 판정 동작은, 상술한 실시예 1에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에 있어서 이상 판정 동작과 동일 하다. 따라서, 여기서는, 자세한 내용 설명은 생략한다. 실시예 3에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에서는, 이상 검출점이 전송 선로(4) 상(구체적으로는 방향성 결합기(6)의 위치)이 되므로, 방향성 결합기(6)로부터 부하(L) 측의 회로에서의 이상, 구체적으로는 방향성 결합기(6)와 임피던스 정합기(2)를 결합하는 전송 선로(4), 접속 커넥터에서의 절연 파괴 또는 접촉 불량, 임피던스 정합기(2) 내에서의 절연 불량, 또는 부하(L)에서의 이상 등이 검출되고, 상술한 실시예 1과 동일한 작용 효과를 갖는다.
또한, 반사 계수(Γ)의 검출점을 전송 선로(4) 상에 설치한 실시예 3의 구성을, 부하(L)의 입력단에 있어서 임피던스의 미분치를 검출하는 도 4에 나타낸 실시예 2의 구성에 적용하도록 해도 좋다.
도 7은, 본 발명의 실시예 4에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 1에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 이용해서 이상 발생을 판정하고 있지만, 실시예 4는 반사 계수(Γ)와 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt의 양쪽을 이용해서 이상 발생을 판정하도록 한 것이다. 구체적으로는, 도 7은, 도 1에 있어서, 반사 계수 연산부(23)와 이상 판정부(25)와의 사이에 제 1 비교부(28)를 설치하고, 미분 연산부(24)와 이상 판정부(25)와의 사이에 제 2 비교부(29)를 설치한 것이다.
제 1 비교부(28)에는 반사 계수 연산부(23)에서 연산된 반사 계수(Γ)가 입력된다. 제 2 비교부(29)에는 미분 연산부(24)에서 연산된 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 입력된다.
제 2 비교부(29)는 미분 연산부(24)로부터 입력되는 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 미리 정해진 제 1 기준치와 비교하고, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 그 제 1 기준치를 초과했을 때, 그 취지의 신호(예를 들면 로우(low) 레벨에서 하이 레벨로 반전하는 신호)를 출력하는 것이다. 이 신호는, 이상 판정부(25)에 입력된다.
또한, 제 1 비교부(28)는 반사 계수 연산부(23)로부터 입력되는 반사 계수(Γ)의 크기를 미리 정해진 제 2 기준치와 비교하고, 반사 계수(Γ)의 크기가 그 제 2 기준치를 초과했을 때, 그 취지의 신호(예를 들면 로우(low) 레벨에서 하이 레벨로 반전하는 신호)를 출력하는 것이다. 이 신호도 이상 판정부(25)에 입력된다.
이상 판정부(25)는 도시 생략의 AND회로를 갖고, 이 AND회로에서 제 1 비교부(28) 및 제 2 비교부(29)로부터 입력되는 신호의 논리적이 연산되고, 그 연산 결과의 신호가 이상 검출 신호로서 출력된다. 즉, 제 1 비교부(28) 및 제 2 비교부(29)로부터 입력되는 신호가 모두 하이 레벨일 때, 이상 판정부(25)로부터 하이 레벨의 신호가 출력되고, 제 1 비교부(28) 및 제 2 비교부(29)로부터 입력되는 신호의 어느 한쪽이 로우(low) 레벨일 때, 이상 판정부(25)로부터 로우(low) 레벨의 신호가 출력된다. 또한, 이상 판정부(25)에 있어서 신호의 로우(low) 레벨, 하이 레벨의 관계는 반대로 되어 있어도 좋다.
실시예 4에 관계된 고주파 전력 공급 시스템에서는, 이상 판정부(25)에 있어서, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt와 반사 계수(Γ)가 각각 대응하는 제 1 기준 치와 제 2 기준치와 비교되고, 양 파라미터가 기준치를 초과하면, 이상 발생이라고 판정된다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이와 같이, 실시예 4에서는 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt뿐만 아니라, 반사 계수(Γ)도 가미해서 이상 발생을 판정한다. 예를 들면, 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt가 크고, 또한 반사 계수(Γ)가 큰 경우에 이상이라고 판정한다.
또한, 이상 판정부(25)에 있어서 이상 판정에서는, 제 1 비교부(28)의 비교 결과 및 제 2 비교부(29)의 비교 결과의 AND조건으로, 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과하고, 또한, 반사 계수(Γ)가 제 2 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하고 있지만, 이것을 대신해서, 제 1 비교부(28)의 비교 결과 및 제 2 비교부(29)의 비교 결과의 OR 조건으로, 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과했을 때, 또는 반사 계수(Γ)가 제 2 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하도록 해도 좋다.
도 8은, 본 발명의 실시예 5에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 4에서는, 반사 계수(Γ)의 크기와 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 이용해서 이상 발생을 판정하고 있지만, 실시예 5는, 반사 계수(Γ)의 크기와 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt의 양쪽 및 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt를 이용해서 이상 발생을 판정하도록 한 것이다. 구체적으로는, 도 8은, 실시예 4를 나타내는 도 7에 있어서, 임피던스 정합기(2)에 전압 검출부(18) 및 전류 검출부(19)를 설치하고, 이상 검출 장치(3)에 임피던스 연산부(26) 및 제 2 미분 연산부(27)를 설치한 것이다.
이 실시예 5에서는, 제 1 비교부(28) 및 제 2 비교부(29)에 있어서, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt와 반사 계수(Γ)의 크기가 각각 대응하는 제 1 기준치와 제 2 기준치가 비교되고, 그들이 모두 대응하는 기준치를 초과하면, 하이 레벨을 출력한다. 이상 검출 장치(3)의 이상 판정부(25)는 제 1 비교부(28) 및 제 2 비교부(29)로부터 입력되는 신호가 모두 하이 레벨이고, 제 2 미분 연산부(27)로부터 입력되는 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 기준치를 초과하면, 이상 발생이라고 판정된다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이와 같이, 실시예 5에서는 반사 계수(Γ)의 크기 및 반사 계수의 미분치ｄΓ／dt뿐만 아니라, 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt도 가미해서 이상 발생을 판정하므로, 보다 확실하게 또한 정밀도 좋게 부하(L)에 있어서 이상을 검출할 수 있다.
또한, 이상 판정부(25)에 있어서 이상 판정에서는, 제 1 비교부(28)의 비교 결과, 제 2 비교부(29)의 비교 결과, 및 제 2 미분 연산부(27)의 출력에 근거한 연산 결과의 AND 조건으로, 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과하고, 반사 계수(Γ)가 제 2 기준치를 초과하며, 나아가 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하고 있지만, 이것을 대신해서, 제 1 비교부(28)의 비교 결과, 제 2 비교부(29)의 비교 결과, 및 제 2 미분 연산부(27)의 출력에 근거한 연산 결과의 OR조건으로, 즉, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과했을 때, 반사 계수(Γ)가 제 2 기준치를 초과했을 때, 또는 임피던스(Z)의 미분치ｄＺ／dt가 제 ３ 기준치를 초과했을 때 이 상 발생이라고 판정하도록 해도 좋다.
도 9는, 본 발명의 실시예 6에 관계된 고주파 전력 공급 시스템을 나타내는 도이다. 실시예 1에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하면, 즉시 이상 발생이라고 판정하고 있지만, 실시예 6은, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과한 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하면, 이상 발생이라고 판정하도록 한 것이다. 따라서, 도 9는, 도 １에 있어서, 미분 연산부(24)와 이상 판정부(25)와의 사이에 계수부(31)를 설치한 것이다. 그 밖의 구성은, 실시예 1에 관계된 고주파 전력 공급 시스템과 동일하므로, 여기서는 실시예 1과 서로 다른 계수부(31)와 이상 판정부(25)의 동작에 대해서 간단하게 설명한다.
도 9에 있어서 계수부(31)는 미분 연산부(24)에서 연산된 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 소정의 제 1 기준치와 비교하고, 그 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 것이다. 즉, 예를 들면 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 도 10에 나타낸 것과 같이 변화한 경우, 계수부(31)는 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 제 1 기준치를 초과한 타이밍(t1, t2, t3)에서 내장 카운터의 카운트 값을 １씩 증가시켜, 그 카운트 값을 이상 판정부(25)에 출력한다.
이상 판정부(25)는 계수부(31)로부터 입력되어 계수치가 제 1 기준치를 초과하면, 이상 발생이라고 판정한다.
실시예 6에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하고, 이 상 통보나 고주파 전력의 출력 정지 조치가 행해지도록 하고 있다. 그 때문에, 예를 들면 반사 계수(Γ)가 도 25에 나타낸 것과 같이 단속적으로 증대하는 경우, 각 반사 계수(Γ)의 변화가 생기고 있을 때에 고주파 전력의 전송 회로 상에 경미한 손상이 발생하고, 이러한 손상이 반복되어 치명적인 손상에 이를 것 같은 경우에 조기에 이상 발생을 검출하고, 그 손상의 증대를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 실시예 6의 변형예로서, 실시예 4(도７ 참조)와 마찬가지로 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt에 반사 계수(Γ)의 크기를 가미하도록 해도 좋다. 이 경우는, 도 9에 있어서, 반사 계수 연산부(23)와 이상 판정부(25)와의 사이에 계수부(도시하지 않음)를 추가하고, 이 계수부에서 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하고, 그 계수 결과를 이상 판정부(25)에 입력한다. 그리고, 이상 판정부(25)에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한, 반사 계수(Γ)가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 2 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정된다. 또는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과했을 때, 또는, 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 2 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정된다.
또한, 실시예 6에 나타낸 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 기준치를 초과했을 때의 회수가 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 이상이라고 판정하는 방법에서는, 반사 계수(Γ)가 도 11에 나타낸 것과 같이 계단모양으로 변화한 경우 는, 상기 계수부(31)의 카운트 값은「１」인 채로, 이상 판정부(25)에서 이상 발생이라고 판정되지 않는다. 그러나, 반사 계수(Γ)가 높은 상태가 계속하고 있다고 하는 것은 이상이 발생하고 있을 가능성이 높기 때문에, 이상 판정부(25)에서 이상 발생의 간과가 생길 가능성이 있다.
따라서, 이와 같은 부적합한 경우를 해소하기 위해서, １번째를 카운트한 후, 카운트했을 때의 반사 계수(Γ)의 크기가 일정 값 이상이고, 소정 시간(ta)(도 11 참조)이상 유지된 경우에는, 이상이라고 판정하도록 해도 좋다.
도 12는, 본 발명의 실시예 7에 관계된 고주파 전력 공급 시스템을 나타내는 도이다. 실시예 6에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하면, 곧 이상 발생이라고 판정하고 있지만, 실시예 7은, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하고, 또한 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 기준치를 초과하는 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하면, 이상 발생이라고 판정하도록 한 것이다. 따라서, 도 12는, 실시예 6을 나타낸 도 9에 있어서, 임피던스 정합기(2)에 전압 검출부(18) 및 전류 검출부(19)를 설치하고, 이상 검출 장치(3)에 임피던스 연산부(26) 및 제 2 미분 연산부(27)를 설치하고, 나아가 제 2 미분 연산부(27)와 이상 판정부(25)와의 사이에 제 2 계수부(32)를 설치한 것이다. 또한, 도 12에서는, 도 9에 나타낸 계수부(31)를「제１ 계수부(31)」로서 설명한다.
제 2 계수부(32)는, 제 2 미분 연산부(27)에서 연산된 임피던스(Z)의 미분치 ｄZ／dt를 소정의 제 ３ 기준치와 비교하고, 그 미분치ｄZ／dt가 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 것이다. 즉, 예를 들면 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 도 13에 나타낸 것과 같이 변화한 경우, 제 2 계수부(32)는 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 제 ３ 기준치를 초과한 타이밍(t1′, t2′, t3′)으로 내장 카운터의 카운트 값을 １씩 증가시켜, 그 카운트 값을 이상 판정부(25)에 출력한다.
이상 판정부(25)는 제 １ 계수부(31)로부터 계수 회수가 입력되고, 그 계수 회수가 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한 제 2 계수부(32)로부터 계수 회수가 입력되어, 그 계수 회수가 제 3 기준 회수를 초과하면, 이상 발생이라고 판정한다.
실시예 7에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하고, 이상 통보나 고주파 전력의 출력 정지 조치가 행해지도록 하고 있다. 그 때문에, 예를 들면 반사 계수(Γ)가 도 25에 나타낸 것과 같이 단속적으로 증대하는 경우, 및 임피던스(Z)가 도 14에 나타낸 것과 같이 단속적으로 감소하는 경우, 각 반사 계수(Γ)의 변화가 생기고 있을 때에 고주파 전력의 전송 선로 상에 경미한 손상이 발생하고, 이러한 손상이 반복되어 치명적인 손상에 이를 것 같은 경우에 조기에 이상 발생을 검출하고, 그 손상의 증대를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 실시예 7의 변형예로서, 실시예 4(도 7참조)와 마찬가지로, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt 및 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt에 반사 계수(Γ)의 크기 를 가미하도록 해도 좋다. 이 경우는, 도 12에 있어서, 반사 계수 연산부(23)와 이상 판정부(25)와의 사이에 계수부(도시하지 않음)를 추가하고, 이 계수부에서 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하고, 그 계수 결과를 이상 판정부(25)에 입력한다. 이상 판정부(25)에서는 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과하고, 나아가 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수가 소정의 제 2 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정된다. 또는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt가 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 제 ３ 기준치를 초과한 회수, 또는 반사 계수(Γ)의 크기가 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수의 어느 한쪽이 그들에 대응하는 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정된다.
또한, 실시예 7에 나타낸 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 기준치를 초과했을 때의 회수를 계수하는 방법에서는, 임피던스(Z)가 계단모양으로 변화한 경우는, 상기 제 2계수부(32)의 카운트 값은「１」대로이다. 그러나, 임피던스(Z)가 낮은 상태가 계속하고 있다고 하는 것은 이상이 발생하고 있을 가능성이 높기 때문에, 이상 판정부(25)에서 이상 발생의 간과가 생길 가능성이 있다.
그래서, 이와 같은 이상을 해소하기 위해서, １번째를 카운트한 후, 카운트했을 때의 임피던스(Z)의 크기가 일정 값 이하이고, 소정 시간 이상 유지될 경우에는, 그 취지를 이상 판정부(25)에 출력하도록 해서, 이상 판정부(25)에서는, 반사 계수(Γ)가 동일한 현상이 생기고, 제 1계수부(31)로부터 그 취지의 출력이 있었던 경우, 이상이라고 판정해도 좋다.
도 15는, 본 발명의 실시예 8에 관계된 고주파 전력 공급 시스템을 나타내는 도이다. 실시예 8은, 이상을 판정할 때의 파라미터로서의 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt를 대신해서, 정재파(定在波)비의 크기의 단위 시간당의 변화량(이하, 정재파비의 미분치ｄS／dt라고 한다.)을 이용하도록 한 것이다. 따라서, 도 15는, 도 1에 있어서, 반사 계수 연산부(23)를 정재파 비연산부(33)로 대치한 것이다. 그 밖의 구성은, 실시예 1과 동일하기 때문에, 여기서는 정재파 비연산부(33)에 대해서 간단하게 설명한다.
반사 계수(Γ)는 Γ＝Vr／Vf이고, 반사 계수(Γ)와 정재파비(S)와의 사이에는 Ｓ＝(１＋Γ)／(１－Γ)와의 관계가 있기 때문에, 정재파비(Ｓ)는 Ｓ＝(Vf＋Vr)／(Vf－Vr)로 산출된다. 따라서, 정재파 비연산부(33)에서는 제 1 검파부(21)로부터 입력되는 진행파(PF)의 진폭(Vf)와 제 2 검파부(22)로부터 입력되는 반사파(PR)의 진폭(Vr)을 이용해서, Ｓ＝(Vf＋Vr)／(Vf－Vr)를 연산하는 것에 의해 정재파비(Ｓ)를 산출한다.
정재파 비연산부(33)에 의해 요구된 정재파비Ｓ의 크기는, 데이터로서 미분 연산부(24)에 입력되고, 미분 연산부(24)에서는, 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt가 연산된다. 이상 판정부(25)에 있어서, 미분 연산부(24)로 산출된 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt가 소정의 기준치와 비교되어, 미분치ｄS／dt가 기준치를 초과하고 있을 경우, 이상이 발생하고 있다고 판정되고, 예를 들면 하이 레벨에 반전하는 이상 검출 신호가 출력된다.
실시예 8은, 이상 판정의 파라미터를 정재파비(S)라고 한 것으로, 정재파비(S)도 반사 계수(Γ)도 입사파에 대한 비율에 의해 반사파의 정도나 정합의 정도를 나타내고, 반사파의 정도가 이상하게 큰 경우나 정합의 정도가 이상하게 악화한 경우는 회로에 이상이 발생하고 있다고 추정할 수 있다. 그 때문에, 실시예 8에 있어서도 상술한 실시예 1과 동일한 작용 효과를 이룰 수 있다.
또한, 실시예 8에 있어서는, 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt를 이상 판정의 파라미터로서 이용했지만, 이것을 대신해서 정재파비(S)의 역수의 크기의 단위 시간당의 변화량 ｄ(１／Ｓ)／dt를 이용해도 좋다.
도 16은, 실시예 9에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 8에서는, 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt에 근거해서 이상을 검출하도록 했지만, 실시예 9는, 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt 및 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt를 이용해서 이상 발생을 판정하도록 한 것이다. 구체적으로는, 도 16은, 실시예 8을 나타내는 도 15에 있어서, 임피던스 정합기(2)에 전압 검출부(18) 및 전류 검출부(19)를 설치하고, 이상 검출 장치(3)에 임피던스 연산부(26) 및 제 2 미분 연산부(27)를 설치한 것이다.
이 실시예 9에 관계된 이상 검출 장치(3)의 이상 판정부(25)는, 정재파비의 미분치ｄS／dt가 제 1 기준치와 비교되고, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 제 2 기준치와 비교되어, 각 파라미터가 각각 대응하는 기준치를 초과하면, 이상 발생이라고 판정된다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 8과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이와 같이, 실시예 9에서는 정재파비의 미분치ｄS／dt뿐만 아니라, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt도 가미해서 이상 발생을 판정하므로, 보다 확실하게 또한 정밀도 좋게 부하(L)에 있어서 이상을 검출할 수 있다.
또한, 이 실시예 9에 있어서는, 정재파비(S)의 미분치ｄS／dt를 이상 판정의 파라미터로서 이용했지만, 이것을 대신해서 정재파비(S)의 역수의 크기의 단위 시간당의 변화량 ｄ(1／S)／dt를 이용해도 좋다.
도 17은, 본 발명의 실시예 10에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예１∼９에서는, 반사 계수(Γ)의 미분치ｄΓ／dt에 근거해서 이상 발생을 판정하고 있지만, 실시예 10은, 반사 계수(Γ)의 대수를 구하고, 이 대수치의 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 한 것이다.
구체적으로는, 실시예 10에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성은, 도 1에 나타낸 이상 검출 장치(3)가 이하에 나타내는 구성으로 된다. 즉, 실시예 10에 있어서 이상 검출 장치(3)는 제 1 대수 앰프부(35)와, 제 2 대수 앰프부(36)과, 대수 반사 계수 연산부(37)와, 대수 반사 계수 기억부(38)와, 대수 최신치 비교부(39)와, 대수 전회치 비교부(40)와, 이상 판정부(41)에 의해 구성되어 있다.
제 1 대수 앰프부(35)는, 진행파(PF)의 진폭(Vf)을 검파하고, 그 진폭(Vf)에 대응하는 대수치를 출력하는 것이고, 제 2 대수 앰프부(36)는 반사파(PR)의 진폭(Vr)을 검파해서, 그 진폭(Vr)에 대응하는 대수치를 출력하는 것이다. 제 1 대수 앰프부(35) 및 제 2 대수 앰프부(36)는 예를 들면, 실시예 1에서 설명한 제 1 검파 부(21) 및 제 2 검파부(22)(도 1참조)에 있어서 회로에 가해서, OP앰프와, 그것에 병렬 접속된 다이오드로 이루어진 대수 증폭 회로에 의해 구성되어 있다. 또한, 제 1 대수 앰프부(35) 및 제 2 대수 앰프부(36)는 시판되고 있는 대수 앰프를 이용해도 좋다. 제 1 대수 앰프부(35) 및 제 2 대수 앰프부(36)의 출력치인　진행파(PF)의 진폭(Vf)의 대수치 log(Vf) 및 반사파(PR)의 진폭(Vr)의 대수치 log(Vr)는, 대수 반사 계수 연산부(37)에 입력된다.
대수 반사 계수 연산부(37)는 제 1 대수 앰프부(35)로부터 입력되는 진행파(PF)의 진폭(Vf)의 대수치 log(Vf)와, 제 2 대수 앰프부(36)로부터 입력되는 반사파(PR)의 진폭(Vr)의 대수치 log(Vr)에 근거해서, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)(＝log(Vr／Vf))를 산출하는 것이다. 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)는, 대수 반사 계수 기억부(38)에 입력된다. 또한, 대수 반사 계수 연산부(37)에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치 log(Vr／Vf)의 연산을, log(Vr)－log(Vf)라고 하는 감산의 형태로 행할 수 있으므로, 예를 들면 반사파(PR)의 진폭(Vr)을 진행파(PF)의 진폭(Vf)으로 직접적으로 제산하기 위한 제산 회로를 이용할 필요가 없고, 그 회로 구성을 용이한 것으로 할 수 있다.
또한, 대수 반사 계수 연산부(37)는 아날로그 신호를 처리하는 것이라도 좋고, 디지털 신호를 처리하는 것이라도 좋다. 디지털 신호를 처리하는 것을 이용할 경우는, 대수 반사 계수 연산부(37)의 전단에 도시 생략의 A／D 컨버터를 설치하고, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)의 연산 처리를 소정의 주기 Δｔ로 행한다. 아날로그 신호를 처리하는 것을 이용할 경우는, 대수 반사 계수 연산부(37)와 후술하 는 대수 반사 계수 기억부(38)와의 사이에 도시 생략의 A／D 컨버터를 설치하면 좋다.
대수 반사 계수 기억부(38)는 도시 생략의 메모리를 구비하고, 대수 반사 계수 연산부(37)에 의해 산출된 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)를 소정의 주기 Δｔ로 순차 기억함과 동시에, 대수 반사 계수 연산부(37)로부터 소정의 주기 Δｔ로 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)가 입력 될 때마다, 이번 입력된 최신의 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)와 전회 입력되어 기억되고 있는 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)를 출력한다. 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 출력된 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)은, 대수 최신치 비교부(39)에 입력되고, 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)는 대수 전회치 비교부(40)에 입력된다.
대수 최신치 비교부(39)는 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 입력되는 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)을 미리 정해진 기준치와 비교하고, 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)이 그 기준치 이상일 때, 그 취지의 신호(예를 들면 하이 레벨의 신호)를 출력하는 것이다. 이 신호는 이상 판정부(41)에 입력된다. 상기 기준치는, 반사 계수(Γ)로 나타내면, 예를 들면, 0.8∼0.9 정도로 설정된다.
대수 전회치 비교부(40)는 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 입력되는 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)를 미리 정해진 기준치와 비교하고, 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)가 그 기준치 이하일 때, 그 취지의 신호(예를 들면 하이 레벨의 신호)를 출력하는 것이다. 이 신호는 이상 판정부(41)에 입력된다. 상기 기준치는 반사 계수(Γ)로 나타내면, 예를 들면, 0.2∼0.3 정도로 설정된다.
이상 판정부(41)는 대수 최신치 비교부(39) 및 대수 전회치 비교부(40)의 출력에 근거해서 이상을 판정하는 것이고, 도 18에 나타낸 것과 같이, 대수 최신치 비교부(39) 및 대수 전회치 비교부(40)로부터 입력되는 신호의 논리적을 출력하는 AND 회로(42)가 포함되어 있다. 이 AND 회로(42)의 출력은, 이상 검출 신호로서 출력된다. 즉, 대수 최신치 비교부(39) 및 대수 전회치 비교부(40)로부터 입력되는 신호의 양쪽이 하이 레벨일 때에, 이상 판정부(41)로부터 하이 레벨의 신호가 출력되어 이상 발생이라고 판정된다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 1과 동일하므로, 설명을 생략하다. 또한, 이상 판정부(41)에 있어서 신호의 로우(low) 레벨, 하이 레벨의 관계는 반대가 되어 있어도 좋다.
이 실시예 10에 있어서, 반사 계수(Γ)의 대수를 이용하고 있는 것은, 지금까지의 실시예와 마찬가지로 단지 반사 계수(Γ)의 대수의 미분치를 구하고, 그것을 기준치와 비교하면, 이상 판정을 적절하게 행할 수 없기 때문이다.
즉, 이 실시예 10에서는, 반사 계수(Γ)의 대수를 이용하고 있기 때문에, 정합 상태에서 이상이라고 판정되지 않은 반사 계수(Γ)가 비교적 작을 때(도 19의 Ｐ１에 나타낸 범위에 대부분 있을 때)라도, 반사 계수(Γ)의 대수치의 미분치ｄ(logΓ)／dt는 큰 값을 나타낼 때가 있다. 예를 들면, 주기 Δｔ에 있어서 반사 계수(Γ)가 0.01로부터 0.04로 변화한 경우, 대수의 바닥을 10으로 하면, 반사 계수(Γ)의 대수의 미분치는, log(0.04)－log(0.01)≒0.602로 된다.
또한, 주기 Δｔ에 있어서 반사 계수(Γ)가 0.2로부터 0.8로 변화할 때와 같은　 이상이라고 판정되는 변화를 하는 경우라도, 반사 계수(Γ)의 대수의 미분치 는, log(0.8)－log(0.2)≒0.602로 된다. 이와 같이, 반사 계수(Γ)의 변화량이 다른 것에도 불구하고, 반사 계수(Γ)가 변화하는 비율이 동일하면, 반사 계수(Γ)의 대수의 미분치는, 동일한 값이 되어 버린다. 따라서, 단지, 반사 계수(Γ)의 대수치의 미분치ｄ(logΓ)／dt가 소정의 기준치를 초과했을 때를, 이상이라고 판정하면, 그것은 오판정이 되어 버린다.
그래서, 이 실시예 10에서는, 이상 판정을 행하를 경우에, 대수치가 비교적 작은 값으로부터 큰 값으로 빠르게 변화한 경우를 이상이라고 판정하도록 하고 있다. 즉, 미분치를 연산하는 경우와 마찬가지로, 최신치와 전회치를 이용해서, 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 판정을 행한다.
구체적으로는, 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 최신치 비교부(39)에 입력되는 반사 계수(Γ１)의 대수치log Γ１이 미리 정해진 기준치 이상이고, 또한 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 전회치 비교부(40)에 입력되는 반사 계수(Γ２)의 대수치log Γ２가 미리 정해진 기준치 이하일 때에, 이상이라고 판정하도록 하고 있다. 즉, 반사 계수(Γ)의 대수치(logΓ)를 반사 계수(Γ)로 나타낸 경우에, 반사 계수(Γ)가 도 19에 나타낸 P１의 범위로부터 P２의 범위로 변화했을 때에 이상이라고 판정하도록 하고 있다.
이와 같이, 실시예 10에서는 반사 계수(Γ)의 최신치 및 １개 전의 전회치에 근거해서 이상 발생을 판정하기 때문에, 실질적으로 대수치의 미분치ｄ(logΓ)／dt에 의한 판정과 동일한 효과가 있고, 즉석에서 이상을 검출할 수 있다. 또한, 대수를 이용하고 있기 때문에, 방향성 결합기(12)로부터의 진행파(PF) 및 반사파(PR)의 고주파의 입력을 넓은 범위로 허용할 수 있다. 예를 들면, 입력 레벨이 １∼1000Ｖ의 범위인　경우에는, 대수를 이용한다면 0∼3V의 범위로 되고, 입력 레벨이 １∼10000V의 범위인　 경우에는, 대수를 이용한다면 0∼4Ｖ의 범위로 된다.
도 20은, 실시예 11에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 10에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치의 최신치와 전회치로부터 구해지는 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 했지만, 실시예 11에서는, 이것에 가해서 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt를 이용해서 이상 발생을 판정하도록 한 것이다. 구체적으로는, 도 20은, 실시예 11을 나타내는 도 17에 있어서, 임피던스 정합기(2)에 전압 검출부(18) 및 전류 검출부(19)를 설치하고, 이상 검출 장치(3)에 임피던스 연산부(26) 및 제 2 미분 연산부(27)를 설치한 것이다.
이 실시예 11에 관계된 이상 검출 장치(3)의 이상 판정부(41)에서는, 대수 최신치 비교부(39)에 입력되는 최신의 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)이 소정의 기준치 이상이고, 또한 대수 전회치 비교부(40)에 입력되는 전회의 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)가 소정의 기준치 이하이고, 또한 제 2 미분 연산부(27)에 입력되는 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt가 소정의 기준치를 초과했을 때에, 이상 발생이라고 판정된다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 10과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이와 같이, 실시예 11에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치의 최신치와 전회치로부터 구해지는 단위 시간당의 변화의 방법뿐만 아니라, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／ dt도 가미해서 이상 발생을 판정하기 때문에, 보다 확실하게 또한 정밀도 좋게 부하(L)에 있어서 이상을 검출할 수 있다.
도 21은, 실시예 12에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 10에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치의 최신치와 전회치로부터 구해지는 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 했지만, 실시예 12는, 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 최신치 비교부(39)에 입력되는 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)가 미리 정해진 기준치 이상이고, 또한 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 전회치 비교부(40)에 입력되는 반사 계수(Γ２)의 대수치(log Γ２)가 미리 정해진 기준치 이하일 때의 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하는 것에 근거해서, 이상 발생이라고 판정하도록 한 것이다. 따라서, 도 21은, 도 17에 있어서, 대수 최신치 비교부(39) 및 대수 전회치 비교부(40)의 각 출력측과 이상 판정부(41)와의 사이에 계수부(43)를 설치한 것이다.
도 21에 있어서 계수부(43)는 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 최신치 비교부(39)에 입력되는 반사 계수(Γ１)의 대수치(logΓ1)가 미리 정해진 기준치 이상이고, 또한 대수 반사 계수 기억부(38)로부터 대수 전회치 비교부(40)에 입력되는 반사 계수(Γ２)의 대수치(logΓ2)가 미리 정해진 기준치 이하일 때의 회수를 계수한 것이다.
이상 판정부(41)는 계수부(43)로부터 계수치가 입력되어, 그 계수치가 소정의 기준 회수를 초과하면, 이상 발생이라고 판정한다. 그 밖의 동작에 대해서는 실시예 10과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이와 같이, 실시예 12에서는, 반사 계수(Γ)의 대수치의 최신치와 전회치로부터 구해지는 단위 시간당의 변화를 순시적으로 보는 것은 아니고, 이상이라고 판정되는 조건을 충족시키는 회수에 근거해서 이상 발생을 판정한다. 그 때문에, 예를 들면 반사 계수(Γ)가 도 25에 나타낸 것과 같이 단속적으로 증대하는 경우, 각 반사 계수(Γ)의 변화가 생기고 있을 때에 고주파 전력의 전송 회로 상에 경미한 손상이 발생하고, 이러한 손상이 반복되어 치명적인 손상에 이를 것 같은 경우에 조기에 이상 발생을 검출하고, 그 손상의 증대를 미연에 방지할 수 있다.
도 22는, 본 발명의 실시예 13에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 실시예 10에서는, 반사 계수(Γ)의 대수를 구하고, 이 대수치의 단위 시간당의 변화의 방법에 근거해서 이상 발생을 판정하도록 하고 있지만, 실시예 13에서는, 이 사고방식을 대수가 아니라, 실시예 1 등에서 설명한 반사 계수(Γ)를 이용하는 경우에 적응한 것이다. 구체적으로는, 실시예 13에 관계된 고주파 전력 공급 시스템의 구성은, 도 17에 나타낸 이상 검출 장치(3)가 이하에 나타내는 구성으로 된다. 즉, 실시예 13에 있어서 이상 검출 장치(3)는 제 1 검파부(21)와, 제 2 검파부(22)와, 반사 계수 연산부(23)와, 반사 계수 기억부(44)와, 반사 계수 최신치 비교부(45)와, 반사 계수 전회치 비교부(46)와, 이상 판정부(47)에 의해 구성되어 있다.
제 1 검파부(21), 제 2 검파부(22) 및 반사 계수 연산부(23)는 실시예 １과 동일하므로, 설명을 생략한다. 또한, 반사 계수 기억부(44), 반사 계수 최신치 비교부(45), 반사 계수 전회치 비교부(46) 및 이상 판정부(47)는 실시예 10에서 설명 한 대수 반사 계수 기억부(38), 대수 최신치 비교부(39), 대수 전회치 비교부(40) 및 이상 판정부(41)의 기능을 반사 계수(Γ)를 이용하는 경우에 적용한 것이다. 이와 같은 구성으로서도, 실시예 1에서 설명한 구성과 마찬가지로, 반사 계수(Γ)의 단위 시간당의 변화에 근거해서 이상 판정을 행하기 때문에, 실시예 1에서 설명한 구성과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 13의 구성에 더해서, 실시예 11과 같이, 임피던스(Z)의 미분치ｄZ／dt를 이용해서 이상 발생이라고 판정하도록 해도 좋다. 또한, 실시예 13의 구성에 더해서, 실시예 12와 같이, 계수부를 설치해서 이상의 회수를 카운트하고, 그 회수가 소정의 기준 회수를 초과하는 것에 근거해서, 이상 발생이라고 판정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시예１∼실시예 13에서는, 이상 검출시에 고주파 전원(1)의 출력 전력을 제로(zero)로 하고 있지만, 그 출력 전력을 감소시키는 방향으로 변경하도록 해도 좋다. 예를 들면 출력 전력을 1／2로 절감하도록 해도 좋다. 이것에 의해서도, 고주파 전원(1)의 출력단(A)으로부터 부하(L)측에서 발생한 손상의 확대를 가급적 억제할 수 있고, 반사파 전력에 의해서 고주파 전원(1) 내의 소자(도시 생략)에 과전압이 인가되거나 과전류가 흐르거나 해서, 소자에 데미지(damage)가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 방향성 결합기(12)는 고주파 전원(1)의 출력단(A)과 임피던스 정합기(2)의 정합부(17)의 입력단(Ｄ)과의 사이에 설치되어 있어도 좋다.
본 발명의 내용은, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 본 발명에 관계된 고 주파 전력 공급 시스템의 각 부분의 구체적인 구성은, 여러 가지로 설계 변경이 자유롭다.

Claims (39)

  1. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용하여 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거하여, 그 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 미분 연산 수단과,
    상기 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미 리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 계수 수단을 구비하고, 상기 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 연산 수단을 추가로 구비하고, 상기 이상 판정 수단은, 상기 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량과 상기 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 또한 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과, 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 2 계수 수단을 구비하고, 상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한, 상기 제 2 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 2 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고 주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부에서 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  8. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 １ 미분 연산 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과,
    상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전압과 상기 제 ４ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전류에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 읽은 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 ２ 미 분 연산 수단과,
    상기 제 １ 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량과, 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과, 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 1 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 ３ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 연산 수단을 추가로 구비하고, 상기 이상 판정 수단은 상기 제 1 미분 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량, 상기 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기, 및 상기 제 2 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하고, 상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 1 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 1 계수 수단과,
    상기 반사 계수의 크기가 미리 설정된 소정의 제 2 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 2 계수 수단과,
    상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고,
    상기 제 1 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 1 기준 회수를 초과하고, 상기 제 2 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 2 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고 주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되고, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부로부터 부하와의 사이의 선로 상에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  15. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 대수치를 연산하는 대수 반사 계수 연산 수단과,
    상기 대수 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 대수치를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 대수 반사 계수 기억 수단과,
    상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치와 １개 전의 기억치에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때에 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 1개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ４ 계수 수단을 구비하고, 이 제 ４ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ４ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  19. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용하여 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 대수치를 연산하는 대수 반사 계수 연산 수단과,
    상기 대수 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 대수치를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 대수 반사 계수 기억 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과,
    상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전압과 상기 제 ４ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전류에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 본 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 ２ 미분 연산 수단과,
    상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치, １개 전의 기억치 및 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하이고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기 억치가 미리 설정된 제 ４ 기준치 이상이고, 또한 상기 대수 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ５ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ４ 계수 수단, 및 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 ４ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ４ 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있고, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부에서 부하와의 사이의 선로 상에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  23. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용해서 부하에 고주파 전력을 공 급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 반사 계수 연산 수단과,
    상기 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 반사 계수 기억 수단과,
    상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치와 １개 전의 기억치에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때에 이상 발생이라고 판정하 는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ５ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 ５ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제５ 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부로부터 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  27. 고주파 전원으로부터 임피던스 정합기를 이용하여 부하에 고주파 전력을 공 급하는 고주파 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파에 관한 정보를 검출하는 제 1 검출 수단과,
    상기 부하로부터 상기 고주파 전원측으로 진행하는 반사파에 관한 정보를 검출하는 제 2 검출 수단과,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출된 진행파에 관한 정보와 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출된 반사파에 관한 정보에 근거해서, 당해 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점에 있어서 반사 계수의 크기를 연산하는 반사 계수 연산 수단과,
    상기 반사 계수 연산 수단에 의해 연산된 반사 계수의 크기를 소정의 주기로 순차적으로 기억하는 반사 계수 기억 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전압을 검출하는 제 ３ 검출 수단과,
    상기 부하에 대한 입력 전류를 검출하는 제 ４ 검출 수단과,
    상기 제 ３ 검출 수단에 의해 검출된 입력 전압과 상기 제 4 검출 수단에 의해 검출된 입력 전류에 근거하여, 상기 제 ３, 제 ４의 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측을 본 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량을 연산하는 제 2 미분 연산 수단과, 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치, １개 전의 기억치 및 상기 제 ２ 미분 연산 수단에 의해 연산된 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량에 근거하여, 상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점으로부터 부하 측에 있어서 이상의 발생을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하이고, 또한 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 최신의 기억치가 미리 설정된 제 ６ 기준치 이상이고, 또한 상기 반사 계수 기억 수단에 기억된 １개 전의 기억치가 미리 설정된 제 ７ 기준치 이하일 때의 회수를 계수하는 제 ５ 계수 수단, 및 상기 임피던스의 크기의 단위 시간당의 변화량이 미리 설정된 소정의 제 ３ 기준치를 초과하는 회수를 계수하는 제 ３ 계수 수단을 구비하고, 상기 제 ５ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 미리 설정된 제 ５ 기준 회수를 초과하고, 또한 상기 제 ３ 계수 수단에 의해 계수된 회수가 소정의 제 3 기준 회수를 초과했을 때, 이상 발생이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  30. 제 27항에 있어서,
    상기 제 １, 제 2 검출 수단의 검출점은 상기 고주파 전원의 내부, 상기 고주파 전원의 고주파 전력의 출력 단부에서 상기 임피던스 정합기의 고주파 전력의 입력단부의 사이의 전송 선로 상, 또는 임피던스 정합기의 내부에 설정되어 있고, 상기 제 ３, 제 ４ 검출 수단의 검출점은 상기 임피던스 정합기의 내부로부터 부하와의 사이의 선로 상에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  31. 제 1, 8, 15, 19, 23, 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단에 의해 이상 발생이라고 판정되었을 때, 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 전력량을 감소 방향으로 변경하는 출력 전력 변경 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 출력 전력 변경 수단은 상기 고주파 전원으로부터 출력되는 전력량을 제로(zero)로 하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되면, 제 １ 소정 시간의 경과 후에 상기 고주파 전원의 출력 전력량을 원래의 출력 전력량으로 복귀시키는 출력 전력 복귀 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되면, 상기 임피던스 정합기의 정합 동작을 정지시키고, 그때의 상태를 유지하는 정합 동작 정지 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단에 의해 이상 발생이라고 판정되고, 상기 출력 전력 변경 수단에 의해 상기 고주파 전원의 출력 전력량이 변경되고 나서 상기 출력 전력 복귀 수단에 의해 원래의 출력 전력량으로 복귀 후, 제 ２ 소정 시간 경과까지 상기 이상 판정 수단의 판정 동작을 금지하는 제 １ 판정 금지 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  36. 제 1, 8, 15, 19, 23, 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용자에 의한 조작에 따라서 상기 고주파 전원의 전력 공급 동작이 개시된 후, 또는 사용자에 의한 조작에 의해 전력 공급 동작중에 출력 전력 설정치가 변경된 후, 제 ２ 소정 시간 경과까지 상기 이상 판정 수단을 금지하는 제 2 판정 금지 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  37. 제 35항에 있어서,
    상기 제 ２ 소정 시간은, 상기 임피던스 정합기에 의해 상기 고주파 전원과 상기 부하가 임피던스 정합될 때까지의 시간보다도 긴 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  38. 제 1, 8, 15, 19, 23, 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출되는 정보는 진행파의 전력치이고, 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출되는 정보는 반사파의 전력치인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
  39. 제 1, 8, 15, 19, 23, 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 수단에 의해 검출되는 정보는 진행파의 전력치이고, 상기 제 2 검출 수단에 의해 검출되는 정보는 반사파의 전력치인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 공급 시스템.
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