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JP3818162B2 - Electron beam irradiation processing equipment - Google Patents

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JP3818162B2
JP3818162B2 JP2002021391A JP2002021391A JP3818162B2 JP 3818162 B2 JP3818162 B2 JP 3818162B2 JP 2002021391 A JP2002021391 A JP 2002021391A JP 2002021391 A JP2002021391 A JP 2002021391A JP 3818162 B2 JP3818162 B2 JP 3818162B2
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JP
Japan
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electron beam
current
tube
irradiation processing
ammeter
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博成 羽田
真典 山口
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を照射することによって、印刷塗料や半導体材料の硬化、材質の改善、殺菌等を行う電子線照射処理装置に係わり、特に、電子管から放射される電子線の出力を制御する制御手段の改良に係る電子線照射処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、電子線照射処理装置は、電子線管から放射される電子線を計測してフィードバック制御することにより所定量の電子線が出力されるように制御する制御手段を備えている。
【0003】
図5は、そのような制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
この装置では、直流高電圧電源から供給される直流高電圧を電子線管のフィラメントとフランジおよび電子線出射窓間に印加することによって、図示破線で示すように流れる管電流を計測し、計測結果に基づいてフィラメント電源またはグリッド電源を制御することにより、フィラメントに流れる電流や、グリッドに印加するグリッド電圧を制御して、管電流を一定に制御し、それによって電子線出力を一定に制御している。
【0004】
ここで、管電流が変化する理由としては、フィラメントが熱的に劣化したり、または変形することによって抵抗値が変化することが考えられる。上記のような制御手段を付加することにより、前記抵抗値の変化に係わらず、管電流を一定に維持制御することができるものである。
【0005】
図6は、図5に示すものと異なる制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【0006】
この装置では、電子線出射窓から放射される電子線を電流検出部および電流測定部によって計測し、計測結果に基づいてフィラメント電源を制御し、電子線出力を一定に制御している。
【0007】
この装置に係る公知技術としては、特開2001−221898が知られているが、この種の装置の優れている点は、電流検出部、電流測定部によって電子線出射窓から出射される電子線出力を直接検出し測定している点にある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示す電子線照射処理装置においては、電子線管内部の部品の熱的変形や静電気帯電によって電子線の形状が変化すると、電子線出射窓から出射されない電子線が増えてしまい、このような場合は、管電流を一定に維持制御しても、電子線出力を一定に維持することはできない問題がある。
【0009】
さらに、電子線出射窓が、電子線照射雰囲気ガスとの反応により、その厚みが増減し、それに伴って電子線の電子線出射窓を透過する電子線量が増減し、管電流と電子線出力との比が変化してしまい、たとえ管電流を一定に維持しても電子線出力を一定に維持することができない問題がある。
【0010】
また、図6に示す電子線照射処理装置では、電流検出部によって電子線出力の一部を捕捉する必要があり、被処理物に照射できる電子線の一部が失われる問題がある。本件発明者等の知見によれば、電子線を安定的に検出し、所定の安定した一定の電子線出力を得るためには、電子線の約20〜30%までも捕捉する必要がある。
【0011】
さらに、電流検出部を電子線出射窓の近傍に配置しなければならないので、被処理物を電子線出射窓に近接させることができない。そのため電子線を大気圧中で照射するような場合、電子線が電子線出射窓と被処理物間の大気圧によって吸収・散乱され減衰されてしまう。上記特開2001−221898に開示されている実施例においては、電子線出射窓と電流検出部間の距離が5mmであり、このときの被処理物までの距離は10mm程度を必要とし、電子線の大気による吸収・散乱が非常に大きくなる。
【0012】
さらに、この装置は、長時間の使用によって電流検出部の感度が変化して電子線出力が変化する問題がある。
【0013】
さらに、この装置では、減圧条件下で照射する場合、雰囲気ガスプラズマが発生するため、雰囲気ガスプラズマからの電流により、電流検出部における検出が不安定となり、その結果、電子線出力が変動してしまい、また雰囲気ガスの圧力により雰囲気ガスプラズマの状態も変化するため、雰囲気ガスの圧力によって電子線出力が変動する問題が発生する。
【0014】
さらには、被処理物等から発生する汚染物質が電流検出部に付着すると、電流検出部の感度が変化し、電子線出力が変化してしまう問題も発生する。
【0015】
本発明の目的は、上記のような従来の電子線照射処理装置における種々の問題点に鑑み、電子線管に流れる管電流と電子線管の電子線出射部からアースに流れる電流との差を検出する手段を設けることにより、電子線管から長期間にわたり安定した一定の電子線を出力させることのできる電子線照射処理装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
第2の手段は、第1の手段において、前記制御手段は、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および/または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御することを特徴とする。
【0017】
第3の手段は、第1の手段または第2の手段において、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする。
【0018】
第4の手段は、電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図1ないし図4を用いて説明する。
図1は、本発明に係る電子線照射処理装置の基本原理を説明するための構成を示す図である。
同図において、1は電子線管、11は熱電子を放射するためのフィラメント、12はフィラメント11から放射された電子を加速制御するグリッド、13は電子線管1のフランジ、14は電子線管1の外部に電子線を透過出射させる電子線出射窓、2はフィラメント電源、3はフィラメント電源トランス、4はグリッド電源、5はグリッド電源トランス、6は電子線管に流れる管電流を計測する電流計、7は一端を電子線管1の高電圧印加部に接続し、他端をアースに接続して、電子線管1に直流高電圧を供給する直流高電圧電源である。
【0020】
この電子線照射処理装置において、フィラメント11で発生した熱電子はグリッド12による高電圧により電界集中部に引き出された後に、電子線出射窓14方向に向かって加速され、電子線出射窓14に到達するように構成されている。
【0021】
ここで、フランジ13および電子線出射窓14は全体として電子線出射部を構成し、これらは導電性部材で構成される。電子線出射窓14に到達した電子は、加速電圧に応じた割合で、電子線出射窓14を透過するものと、電子線出射窓14に吸収されるものとに分けられる。なお、若干量の電子は、電子線出射窓14ではなく、フランジ13により吸収される。
【0022】
この電子線照射処理装置の各部に流れる電流について説明すると、管電流をIt、電子線として流れる電流をIeb、フランジ13と電子線出射窓14において吸収される電流をIs、漏れ電流をImとすると、管電流Itは下式で表される。
It=Ieb+Is+Im・・・(1)
さらに、漏れ電流Imは、電子線管1のガラス壁面を流れる漏れ電流Im、長期使用による電子線管1内の真空度劣化によって生ずる電子線管1内の漏れ電流Im、電子線出射窓14やフランジ13で発生した2次電子の再結合電流Im、電子線管1の高電圧印加部から空気や絶縁ガス等を介して漏れる放電電流Im等からなり、従って、漏れ電流Imは大凡下式で表される。
Im=Im+Im+Im+Im・・・(2)
なお、これらの漏れ電流Im,Im,Im,Imは、電流Iebや電流Isと比べて相対的に無視し得る程小さいが、これらの全ての漏れ電流Imは、電子線出射窓14とフランジ13によって吸収される。
【0023】
(1)式を書き換えると、電子線として出力される電流Iebは下式で表される。
Ieb=It−(Is+Im)・・・(3)
先に述べたように、電流(Is+Im)は、電子線出射部を構成するフランジ13と電子線出射窓14を流れる電流の総和を表しているので、管電流Itとフランジ13および電子線出射窓14を流れる電流の総和(Is+Im)を知ることにより、電子線として出力される電流Iebを知ることができる。
【0024】
図2は、電子線管1の保持部構造を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
同図において、20は減圧チャンバー、21は電子線管1のフランジ13と減圧チャンバー20間に介在し、フランジ13から減圧チャンバー20を通ってアースに流れる電流を阻止するために設けられた絶縁体、22はフランジ13と絶縁体21間に設けられるOリング、23は絶縁体21と減圧チャンバー20間に設けられるOリング、24は電流(Is+Im)を測定するためにフランジ13とアース間に設けられる電流計、25は電流計6と電流計24とによって検出された電流に基づいて、フィラメント電源を制御して、電子線として出力される電流Iebを所定値に維持するように制御する制御部である。
なお、その他の構成は図1に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
ここで、絶縁体21としては、セラミック、ガラスや樹脂等が用いられ、減圧チャンバー20はSUS製が用いられる。
【0025】
この電子線照射処理装置において、フィラメント電源2およびグリッド電源4を動作させ、直流高電圧電源7から電子線管1に直流高電圧を印加すると、電子線出射窓14から電子線が放射され被処理物を照射することができる。電子線出射窓14から電子線が放射されると、それと共にフランジ13に流れ込んだ電流は絶縁体21に阻止されて減圧チャンバー20を介してアースに流れることはできないが、フランジ13とアース間に接続された電流計24を通って流れることができ、その結果、電流計24によってフランジ13に流れ込んだ電流の総和(Is+Im)を測定することができる。一方、電流計6において管電流Itが測定され、電流計24および電流計6において測定された電流は、制御部25に入力される。制御部25では、フィラメント電源2を制御して電子線として出力される電流Ieb=It−(Is+Im)が所定値に保持されるように制御する。
【0026】
なお、ここではフィラメント電源2を制御する場合について説明したが、フィラメント電源2を制御することに代えてグリッド電源4を制御するようにしてもよいし、または両者を同時に制御するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0027】
図3は、制御系を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
同図において、電流計6,24に、それぞれホール素子を用いて電流を検出する場合を示しており、各ホール素子によって検出された電流It,(Is+Im)はそれぞれ制御部25の電流増幅器251,252に入力するように構成される。電流増幅器251,252において増幅されたそれぞれの電流は、電流−電圧変換器253,254で電圧に変換され、さらに両電圧は演算部255において、比x=(Is+Im)/Itに相当する演算が行われる。演算部255ではさらに、求められた比xに基づく計算式x=(Is+Im)/Itと、出力すべき電子線出力に応じて設定入力されている電子線の出力電流Ieb=It−(Is+Im)に相当する設定値とに基づいて、修正すべき管電流It=Ieb/(1−x)に相当する値を求め、管電流ItがこのIt=Ieb/(1−x)となるように制御信号を出力する。演算部255から出力された制御信号はフィルター256において不要な周波数成分が除去された後に、ゲイン調整器257によってゲイン調整されてフィラメント電源2のPWM制御回路202に制御信号として出力される。フィラメント電源2では、PWM制御回路202は、基準発振器201によって与えられる周波数において、前記制御信号に応じて制御されたパルス幅変調信号を出力する。ドライブ回路203は前記のパルス幅変調信号によって駆動され、フィラメント11に流れるフィラメント電流を制御している。
【0028】
ここで、基準発振器201の基準発振周波数は80kHz、ドライブ回路203はプッシュプル方式を採用し、管電流10μA〜1000μAの範囲において、安定した電子線出力が得られることが確認されている。
【0029】
図4は、電子線管から放射される電子線電流Iebが何らかの理由により変化した場合に制御されて修正される様子を説明するための表である。
同表の例1において、正常時、電流計24で計測されて電子線出射部からアースに流れる電流(Is+Im)=225μA、電流計6で計測された管電流It=300μ、これに基づいて演算された電子線の電流Ieb=(300−225)μA=75μAの正常状態にあったものが、何らかの理由により、電流計24で計測された電流が(Is+Im)=230μAに変化し、その結果、正常時の電子線電流Ieb=75μAであるべきものが電子線の電流Ieb=(300−230)μA=70μAに減少して、異常状態に到ったとする。本発明によれば、上記に説明した計算式に基づいて、It=Ieb/(1−x)=75/(1−230/300)=321.4μA、同様に、(Is+Im)=Ieb・x/(1−x)=75・230/300(1−230/300)=246.4μAとなるように計算され、これらの電流になるように制御部25から制御信号が出力される。その結果、管電流It=321.4μA、および電流(Is+Im)=246.4μAとなるように修正制御され、これにより演算された電子線の電流Ieb=(321.4−246.4)μA=75μAに維持させることができ、常に電子線の電流Iebを所定の値75μAに維持することができる。また、例2についても同様に説明される。
【0030】
なお、本発明の上記の実施形態では、何らかの理由により、電流計24で計測された電流(Is+Im)が変化し、その結果、電子線の電流がIebが減少した場合、管電流Itや電流(Is+Im)を増やして、電子線電流Iebを一定に維持するように制御する場合について説明したが、これに代えて、またはこれと共に、電子線の電流Iebが設定された所定の範囲を逸脱したか否かを判断して、所定の範囲を逸脱した場合は、発光手段や発音手段等の表示手段によって異常状態にあることを報知させるようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、電子線出射部を導電性部材で構成し、前記電子線出射部と直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたので、従来の管電流を制御することによる電子線出力の一定化を図る従来装置の欠点を解決し、常に安定した一定の電子線を出力させることができる。また、電子線出射窓が、電子線照射雰囲気ガスとの反応によりその厚みが増減しても、電子線出力を一定に維持することが可能となる。さらに、電子線の一部を捕捉して電流を検出する従来装置に比べて、電子線を全て有効に使用することができるので装置の効率化を図ることができると共に、電流検出部が雰囲気ガスプラズマや被処理物からの汚染物質に曝されることによる種々の問題を解決することができる。
【0032】
請求項2に記載の発明によれば、制御手段が、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および/または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御するようにしたので、簡便な手段で電子線出力を高精度に制御することができる。
【0033】
請求項3または請求項4に記載の発明によれば、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたので、電子線出力の異常状態を簡便な手段で容易にかつ高精度に報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電子線照射処理装置の基本原理を説明するための構成を示した図である。
【図2】電子線管の保持部構造を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
【図3】制御系を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置のの構成を示す図である。
【図4】電子線管から放射される電子線電流Iebが何らかの理由により変化した場合の修正される様子を説明するための表である。
【図5】従来技術に係る制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【図6】従来技術に係る制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 電子線管
11 フィラメント
12 グリッド
13 フランジ
14 電子線出射窓
2 フィラメント電源
201 基準発振器
202 PWM制御回路
203 ドライブ回路
3 フィラメント電源トランス
4 グリッド電源
5 グリッド電源トランス
6 電流計
7 直流高電圧電源
20 減圧チャンバー
21 絶縁体
22,23 Oリング
24 電流計
25 制御部
251,252 電流増幅器
253,254 電流−電圧変換器
255 演算部
256 フィルター
257 ゲイン調整器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam irradiation processing apparatus that performs curing, improvement of material quality, sterilization, and the like of printed paints and semiconductor materials by irradiating an electron beam, and in particular, controls the output of an electron beam emitted from an electron tube. The present invention relates to an electron beam irradiation processing apparatus according to an improvement of control means.
[0002]
[Prior art]
Usually, the electron beam irradiation processing apparatus is provided with a control means for controlling the electron beam emitted from the electron beam tube to output a predetermined amount of electron beam by performing feedback control.
[0003]
FIG. 5 is a diagram showing an example of an electron beam irradiation processing apparatus provided with such a control means.
In this device, a direct current high voltage supplied from a direct current high voltage power source is applied between the filament and flange of the electron beam tube and the electron beam exit window to measure the tube current flowing as shown by the broken line in the figure, and the measurement result By controlling the filament power supply or grid power supply based on the above, the current flowing through the filament and the grid voltage applied to the grid are controlled to control the tube current constant, thereby controlling the electron beam output constant. Yes.
[0004]
Here, the reason why the tube current changes may be that the resistance value changes due to thermal degradation or deformation of the filament. By adding the control means as described above, the tube current can be maintained and controlled constant regardless of the change in the resistance value.
[0005]
FIG. 6 is a diagram showing an example of an electron beam irradiation processing apparatus provided with a control means different from that shown in FIG.
[0006]
In this apparatus, the electron beam emitted from the electron beam exit window is measured by the current detection unit and the current measurement unit, the filament power supply is controlled based on the measurement result, and the electron beam output is controlled to be constant.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-221898 is known as a known technique relating to this device, but the advantage of this type of device is that an electron beam emitted from an electron beam emission window by a current detection unit and a current measurement unit. The output is directly detected and measured.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the electron beam irradiation processing apparatus shown in FIG. 5, when the shape of the electron beam changes due to thermal deformation or electrostatic charging of components inside the electron beam tube, the number of electron beams that are not emitted from the electron beam emission window increases. In such a case, there is a problem that the electron beam output cannot be kept constant even if the tube current is kept constant.
[0009]
Furthermore, the electron beam exit window increases or decreases in thickness due to the reaction with the electron beam irradiation atmosphere gas, and accordingly, the electron dose transmitted through the electron beam exit window of the electron beam increases or decreases, and the tube current and the electron beam output There is a problem that the electron beam output cannot be kept constant even if the tube current is kept constant.
[0010]
Moreover, in the electron beam irradiation processing apparatus shown in FIG. 6, it is necessary to capture a part of the electron beam output by the current detection unit, and there is a problem that a part of the electron beam that can be irradiated to the object to be processed is lost. According to the knowledge of the present inventors, in order to stably detect an electron beam and obtain a predetermined stable and constant electron beam output, it is necessary to capture about 20 to 30% of the electron beam.
[0011]
Furthermore, since the current detection unit must be disposed in the vicinity of the electron beam exit window, the object to be processed cannot be brought close to the electron beam exit window. Therefore, when an electron beam is irradiated at atmospheric pressure, the electron beam is absorbed and scattered by the atmospheric pressure between the electron beam exit window and the object to be processed and attenuated. In the embodiment disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 2001-221898, the distance between the electron beam exit window and the current detector is 5 mm, and the distance to the object to be processed at this time requires about 10 mm. Absorption and scattering by the atmosphere will be very large.
[0012]
Furthermore, this apparatus has a problem that the sensitivity of the current detector changes due to long-term use and the electron beam output changes.
[0013]
Furthermore, in this apparatus, when irradiating under reduced pressure conditions, atmospheric gas plasma is generated. Therefore, detection at the current detector becomes unstable due to current from the atmospheric gas plasma, resulting in fluctuations in the electron beam output. In addition, since the state of the atmospheric gas plasma changes depending on the pressure of the atmospheric gas, there arises a problem that the output of the electron beam varies depending on the pressure of the atmospheric gas.
[0014]
Furthermore, when contaminants generated from the object to be processed adhere to the current detection unit, the sensitivity of the current detection unit changes, and there is a problem that the electron beam output changes.
[0015]
The object of the present invention is to consider the difference between the tube current flowing through the electron beam tube and the current flowing from the electron beam emitting portion of the electron beam tube to the ground in view of various problems in the conventional electron beam irradiation processing apparatus as described above. An object of the present invention is to provide an electron beam irradiation processing apparatus capable of outputting a constant electron beam that is stable over a long period of time by providing a means for detecting.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The first means is an electron beam irradiation processing apparatus comprising: an electron beam tube including an electron beam emitting unit that transmits and transmits an electron beam; and a direct current high voltage power source that applies a direct current high voltage to the electron beam tube. The electron beam emitting portion is made of a conductive member, and electrically insulates between the electron beam emitting portion and the low voltage portion of the DC high voltage power source, and also flows current between the electron beam emitting portion and the low voltage portion. And an ammeter for measuring the tube current flowing in the electron beam tube, and the current flowing in each ammeter so that the difference between the current values measured by both ammeters is constant. It is characterized in that a control means for controlling is provided.
The second means is the first means, wherein the control means controls a traveling power of electrons generated by a filament power source for generating thermionic electrons from the filament of the electron beam tube and / or the grid of the electron beam tube. The grid power supply is controlled to control the current flowing through each ammeter so that the difference between the current values measured by the two ammeters is constant.
[0017]
The third means is provided with display means for notifying that an abnormal state is present when the difference between the current values measured by the two ammeters exceeds a predetermined range in the first means or the second means. It is characterized by that.
[0018]
A fourth means is an electron beam irradiation processing apparatus comprising: an electron beam tube including an electron beam emitting unit that transmits and transmits an electron beam; and a direct current high voltage power source that applies a direct current high voltage to the electron beam tube. The electron beam emitting portion is made of a conductive member, and electrically insulates between the electron beam emitting portion and the low voltage portion of the DC high voltage power source, and also flows current between the electron beam emitting portion and the low voltage portion. And an ammeter that measures the tube current flowing in the electron beam tube, and when the difference between the current values measured by the two ammeters exceeds a predetermined range, it is in an abnormal state. It is characterized in that a display means for informing is provided.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration for explaining the basic principle of an electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention.
In the figure, 1 is an electron beam tube, 11 is a filament for emitting thermoelectrons, 12 is a grid for accelerating and controlling electrons emitted from the filament 11, 13 is a flange of the electron beam tube 1, and 14 is an electron beam tube. 1 is an electron beam exit window through which an electron beam is transmitted and emitted to the outside, 2 is a filament power supply, 3 is a filament power transformer, 4 is a grid power supply, 5 is a grid power transformer, and 6 is a current for measuring a tube current flowing through the electron beam tube. A total of 7 is a DC high-voltage power supply for supplying a DC high voltage to the electron beam tube 1 with one end connected to the high voltage application unit of the electron beam tube 1 and the other end connected to the ground.
[0020]
In this electron beam irradiation processing apparatus, the thermoelectrons generated in the filament 11 are drawn out to the electric field concentration portion by a high voltage by the grid 12 and then accelerated toward the electron beam exit window 14 to reach the electron beam exit window 14. Is configured to do.
[0021]
Here, the flange 13 and the electron beam emission window 14 constitute an electron beam emission part as a whole, and these are constituted by a conductive member. The electrons that have reached the electron beam exit window 14 are divided into those that pass through the electron beam exit window 14 and those that are absorbed by the electron beam exit window 14 at a rate corresponding to the acceleration voltage. A slight amount of electrons is absorbed not by the electron beam exit window 14 but by the flange 13.
[0022]
The current flowing through each part of the electron beam irradiation processing apparatus will be described. It is assumed that the tube current is It, the current flowing as an electron beam is Ieb, the current absorbed in the flange 13 and the electron beam exit window 14 is Is, and the leakage current is Im. The tube current It is expressed by the following equation.
It = Ieb + Is + Im (1)
Furthermore, the leakage current Im includes a leakage current Im 1 flowing through the glass wall surface of the electron beam tube 1, a leakage current Im 2 in the electron beam tube 1 caused by deterioration of the degree of vacuum in the electron beam tube 1 due to long-term use, an electron beam exit window 14 and the recombination current Im 3 of the secondary electrons generated in the flange 13, the discharge current Im 4 leaking from the high voltage application part of the electron beam tube 1 through air or insulating gas, etc. It is represented by the general formula below.
Im = Im 1 + Im 2 + Im 3 + Im 4 (2)
Note that these leakage currents Im 1 , Im 2 , Im 3 , and Im 4 are relatively small compared to the currents Ieb and Is, but all these leakage currents Im are not emitted from the electron beam exit window. 14 and the flange 13 are absorbed.
[0023]
When the equation (1) is rewritten, the current Ieb output as the electron beam is expressed by the following equation.
Ieb = It− (Is + Im) (3)
As described above, the current (Is + Im) represents the sum of the currents flowing through the flange 13 and the electron beam emission window 14 constituting the electron beam emission part, so that the tube current It and the flange 13 and the electron beam emission window are displayed. By knowing the sum total (Is + Im) of the currents flowing through 14, the current Ieb output as an electron beam can be known.
[0024]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention, in which the holding part structure of the electron beam tube 1 is shown in detail.
In the figure, 20 is a decompression chamber, 21 is interposed between the flange 13 of the electron beam tube 1 and the decompression chamber 20, and is an insulator provided to block current flowing from the flange 13 through the decompression chamber 20 to the ground. , 22 is an O-ring provided between the flange 13 and the insulator 21, 23 is an O-ring provided between the insulator 21 and the decompression chamber 20, and 24 is provided between the flange 13 and the ground for measuring current (Is + Im). The ammeter 25 is a control unit that controls the filament power supply based on the current detected by the ammeter 6 and the ammeter 24 so as to maintain the current Ieb output as the electron beam at a predetermined value. It is.
Other configurations correspond to the same reference numerals shown in FIG.
Here, as the insulator 21, ceramic, glass, resin, or the like is used, and the decompression chamber 20 is made of SUS.
[0025]
In this electron beam irradiation processing apparatus, when the filament power source 2 and the grid power source 4 are operated and a DC high voltage is applied from the DC high voltage power source 7 to the electron beam tube 1, an electron beam is emitted from the electron beam exit window 14 and processed. Objects can be irradiated. When an electron beam is emitted from the electron beam exit window 14, the current flowing into the flange 13 together with the electron beam is blocked by the insulator 21 and cannot flow to the ground via the decompression chamber 20, but between the flange 13 and the ground. As a result, the sum (Is + Im) of the current flowing into the flange 13 by the ammeter 24 can be measured. On the other hand, the tube current It is measured by the ammeter 6, and the current measured by the ammeter 24 and the ammeter 6 is input to the control unit 25. The control unit 25 controls the filament power supply 2 so that the current Ieb = It− (Is + Im) output as an electron beam is maintained at a predetermined value.
[0026]
Although the case where the filament power source 2 is controlled has been described here, the grid power source 4 may be controlled instead of controlling the filament power source 2, or both may be controlled simultaneously. Needless to say.
[0027]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention, showing the control system in detail.
In the figure, the ammeters 6 and 24 show cases where currents are detected using Hall elements, and currents It and (Is + Im) detected by the Hall elements are respectively current amplifiers 251 and 251 of the control unit 25. 252 is configured to input. The respective currents amplified in the current amplifiers 251 and 252 are converted into voltages by the current-voltage converters 253 and 254, and both voltages correspond to the ratio x 1 = (Is + Im) 1 / It 1 in the arithmetic unit 255. An operation is performed. Further, in the calculation unit 255, the calculation formula x 1 = (Is + Im) 2 / It 2 based on the obtained ratio x 1 and the output current Ieb 0 of the electron beam set and input in accordance with the electron beam output to be output = Based on a set value corresponding to It 2 − (Is + Im) 2 , a value corresponding to the tube current It 2 = Ieb 0 / (1−x 1 ) to be corrected is obtained, and the tube current It is calculated as It 2 = Ieb. A control signal is output so that 0 / (1-x 1 ). The control signal output from the calculation unit 255 is subjected to gain adjustment by the gain adjuster 257 after an unnecessary frequency component is removed by the filter 256, and is output as a control signal to the PWM control circuit 202 of the filament power supply 2. In the filament power supply 2, the PWM control circuit 202 outputs a pulse width modulation signal controlled according to the control signal at a frequency given by the reference oscillator 201. The drive circuit 203 is driven by the pulse width modulation signal and controls the filament current flowing through the filament 11.
[0028]
Here, the reference oscillation frequency of the reference oscillator 201 is 80 kHz, the drive circuit 203 adopts a push-pull method, and it has been confirmed that a stable electron beam output can be obtained in the range of the tube current of 10 μA to 1000 μA.
[0029]
FIG. 4 is a table for explaining how the electron beam current Ieb radiated from the electron tube is controlled and corrected when it changes for some reason.
In Example 1 of the same table, the current (Is + Im) 0 = 225 μA measured by the ammeter 24 and flowing from the electron beam emitting portion to the ground when normal, the tube current It 0 = 300 μ measured by the ammeter 6, based on this What was in the normal state of the electron beam current Ieb 0 = (300−225) μA = 75 μA calculated in this way, the current measured by the ammeter 24 changes to (Is + Im) 1 = 230 μA for some reason. As a result, the normal electron beam current Ieb 0 = 75 μA is reduced to the electron beam current Ieb 1 = (300−230) μA = 70 μA, and an abnormal state is reached. According to the present invention, It 2 = Ieb 0 / (1-x 1 ) = 75 / (1-230 / 300) = 321.4 μA, similarly (Is + Im) 2 based on the calculation formula described above. = Ieb 0 · x 1 / (1−x 1 ) = 75 · 230/300 (1-230 / 300) = 246.4 μA, and the control signal from the control unit 25 so that these currents are obtained. Is output. As a result, correction control is performed so that the tube current It 2 = 321.4 μA and the current (Is + Im) 2 = 246.4 μA, and the electron beam current Ieb 2 = (321.4-246.4) calculated thereby. ) ΜA = 75 μA can be maintained, and the electron beam current Ieb can always be maintained at a predetermined value of 75 μA. Further, Example 2 will be described in the same manner.
[0030]
In the above-described embodiment of the present invention, when the current (Is + Im) measured by the ammeter 24 changes for some reason, and as a result, the current of the electron beam decreases Ieb, the tube current It or current ( (Is + Im) is increased to control the electron beam current Ieb to be constant, but instead of or in addition to this, has the electron beam current Ieb deviated from a predetermined range? If it is determined whether or not it deviates from a predetermined range, it may be informed that an abnormal state is present by a display means such as a light emitting means or a sounding means.
[0031]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the electron beam emitting portion is made of a conductive member, and the electron beam emitting portion and the low voltage portion of the DC high-voltage power source are electrically insulated, and the electron beam An ammeter for measuring the current flowing between the emission part and the low-voltage part and an ammeter for measuring the tube current flowing in the electron beam tube are provided so that the difference between the current values measured by the two ammeters is constant. In addition, since the control means for controlling the current flowing in each ammeter is provided, the disadvantage of the conventional device that makes the electron beam output constant by controlling the conventional tube current is solved, and the stable and constant electron A line can be output. Moreover, even if the thickness of the electron beam exit window increases or decreases due to the reaction with the electron beam irradiation atmosphere gas, the electron beam output can be kept constant. Furthermore, compared to a conventional device that captures a part of the electron beam and detects the current, all the electron beams can be used effectively, so that the efficiency of the device can be improved and the current detection unit has an atmospheric gas. Various problems caused by exposure to plasma and contaminants from the object to be processed can be solved.
[0032]
According to the invention described in claim 2, the control means controls the filament power source for generating thermionic electrons from the filament of the electron beam tube and / or the grid power source for controlling the traveling energy of the electrons generated by the grid of the electron beam tube. The current flowing through each ammeter is controlled so that the difference between the current values measured by the two ammeters is constant. Can be controlled.
[0033]
According to the invention described in claim 3 or claim 4, when the difference between the current values measured by the two ammeters exceeds a predetermined range, the display means for notifying that the state is abnormal is provided. The abnormal state of the electron beam output can be notified easily and with high accuracy by simple means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration for explaining the basic principle of an electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention, showing in detail the structure of an electron beam tube holder.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an electron beam irradiation processing apparatus according to the present invention showing a control system in detail.
FIG. 4 is a table for explaining how the electron beam current Ieb radiated from the electron beam tube is corrected when it changes for some reason.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an electron beam irradiation processing apparatus provided with a control means according to the prior art.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an electron beam irradiation processing apparatus provided with a control means according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Electron tube 11 Filament 12 Grid 13 Flange 14 Electron beam exit window 2 Filament power supply 201 Reference oscillator 202 PWM control circuit 203 Drive circuit 3 Filament power transformer 4 Grid power transformer 5 Grid power transformer 6 Ammeter 7 DC high voltage power supply 20 Depressurization chamber 21 Insulators 22, 23 O-ring 24 Ammeter 25 Control unit 251, 252 Current amplifier 253, 254 Current-voltage converter 255 Calculation unit 256 Filter 257 Gain adjuster

Claims (4)

電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、
前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする電子線照射処理装置。
In an electron beam irradiation processing apparatus comprising an electron beam tube having an electron beam emitting part that transmits and transmits an electron beam, and a DC high voltage power source that applies a DC high voltage to the electron beam tube,
The electron beam emitting portion is made of a conductive member, and electrically insulates between the electron beam emitting portion and the low voltage portion of the DC high voltage power source and flows between the electron beam emitting portion and the low voltage portion. An ammeter that measures current and an ammeter that measures the tube current flowing in the electron beam tube are provided, and flows to each ammeter so that the difference between the current values measured by the two ammeters is constant. An electron beam irradiation processing apparatus comprising a control means for controlling current.
前記制御手段は、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および/または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御することを特徴とする請求項1に記載の電子線照射処理装置。The control means controls the filament power source for generating thermionic electrons from the filament of the electron beam tube and / or the grid power source for controlling the traveling energy of electrons generated by the grid of the electron beam tube, The electron beam irradiation processing apparatus according to claim 1, wherein the current flowing through each of the ammeters is controlled so that a difference between measured current values is constant. 前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子線照射処理装置。3. The electronic device according to claim 1, further comprising display means for notifying that the state is abnormal when a difference between current values measured by the two ammeters exceeds a predetermined range. X-ray irradiation processing equipment. 電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、
前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする電子線照射処理装置。
In an electron beam irradiation processing apparatus comprising an electron beam tube having an electron beam emitting part that transmits and transmits an electron beam, and a DC high voltage power source that applies a DC high voltage to the electron beam tube,
The electron beam emitting portion is made of a conductive member, and electrically insulates between the electron beam emitting portion and the low voltage portion of the DC high voltage power source and flows between the electron beam emitting portion and the low voltage portion. An ammeter that measures current and an ammeter that measures the tube current flowing in the electron beam tube are provided, and when the difference between the current values measured by both ammeters exceeds a predetermined range, it is in an abnormal state. An electron beam irradiation processing apparatus provided with display means for notifying that.
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