ジャンクで目指す
走査型電子顕微鏡のページ
その１5：予備実験と装置の製作
２０１５年
８月２９日
先週の実験で発光がちらちらしていたので、電子銃部を一度分解して組立て直しました。今度は安定しました。デジカメ撮影もＥＶを落としてスポットの形が分るようにしました。
秋月で購入した部品です。高圧電源を安定化するためのトランジスタです。メインのトランジスタはＰＮＰにしました。大昔の日立製の回路図がここにあり参考になります。現在、Ｌｔｓｐｉｃｅでシミュレーション中。右は調子が悪いと思って買ったフィラメント／高圧用の電圧計ですが、新しい物に交換するときに判りましが、ジャンパのし忘れで不安定だっただけでした。電圧計は無実でした（笑）。
Ｌｔｓｐｉｃｅの高圧安定回路図です。センタタップトランスを使った元電源とコッククロフト・ウォルトン回路です。まだオペアンプが無くフィードバックしていません。
高圧電源に使っているトランスはタップが並列になっています。センタタップとして使えるか確認します。１００Ｖと２００Ｖの切替用と思われます。
タップの直流抵抗を測ってみます。片側は６．４Ω、もう、片側は５．８Ω。少し値が違いますが〜
スライダックを１０Ｖにして、片側づつ接続して出力側を測ってみます。１３．２８Ｖと１３．２９Ｖ。
並列にすると１３．３７Ｖ。大丈夫みたいです。
８月３０日
フィラメント／高圧用の電圧計ですが、分圧抵抗が中空配線になっているので、アクリル板で固定プレートをレーザ加工機で作ります。プレートと固定用のブロックを切り出しました。ブロックは３ｍｍのタップを立てて、ピンチで仮止めして〜
ジクロロメタンをアクリルの隙間に少し流し込みます。即、接着できます。早速、取り付けてみます。プレートの隙間に抵抗のリードを挟んで筐体に固定します。他のケーブルも固定できるように作れば良かったです。しまった！
アノードと蛍光面の距離を伸ばして発光面がどのくらい広がるの見てみます。左は一番上の写真と同じで、アノードの先端から蛍光面まで約２０ｍｍ、右は約４０ｍｍに延ばした所。少し広がっているのが分ります。フィラメント電圧２Ｖ、加速電圧４ＫＶ。
アクリル板の固定プレートはリーク用抵抗や高圧ケーブルも保持できるように隙間を追加して作り直しました。Ｑｃａｄ−＞ＨｅｅｋｓＣＮＣでＣＮＣデータを生成します。
レーザ加工機で切って、ジクロロメタンで接着します。
早速、取り付けます。電圧計の分圧抵抗に加えて、放電用抵抗とマイナス側の高圧ケーブルも保持するようにしました。中央の２つの抵抗の奥側リードをショートさせれば高圧が放電できます。
マグネチックモーションフィードスルーの部品も作ります。
マグネットの入る角穴の開いた円盤と３ｍｍのステンレスシャフトの入る円盤を作り、接着しました。
９月５日
モーションフィードスルーの軸の固定部を作って組み立てました。
フィラメント電源のステーをアクリルで作り筐体から離して耐圧を上げます。ヒートシンクは臨時です。後で大きい物を作ります。
アマゾンで購入したａｒｄｕｉｎｏＭＥＧＡの互換ボードとユニバーサル基板です。偏向、画像データ入力系の制御ボードです。３Ｄプリンタ／レーザ加工機の制御ボートと同じで、壊れた時に使い回しができます。
この前壊れた熱電対真空ゲージですが、ｅｂａｙでＤＶ−６Ｍを探しましたが、中古のサビサビの物でもけっこうな値段のため、新品の互換品にしました。特性は同一と書いてありました。送料込で一万円弱です。
早速、交換して粗引きしてみます。特性はほぼ同じみたいです。
９月６日
モーションフィードスルーをテストしてみます。１００円ショップでテグスを購入してきました。蛍光面をテグス３本で吊って、３ｍｍのアルミ棒で作ったステーを介して下側に向けて、モーションフィードスルーで巻き取ります。
巻き取りテストです。ベルジャーの外側のマグネットを回せば、蛍光面が上下します。少し傾いているのは、蛍光面の下にあるアルミプレートのポリウレタン線に引っ張られているからです。細いポリウレタン線に変更して、たわませました。
本番で使ってみます。蛍光面が下にある時はマグネットの影響がかなり出ます。５ｍｍ位スポットが移動します。まあまあですが、一応使えます(笑）。
ａｒｄｕｉｎｏのユニバーサル基板にコネクタを半田づけしました。３Ｄプリンタを作った時の余りで間に合いました。
９月９日
高圧安定化回路のシミュレーションです。フィードバック系を追加しました。約７ｋＶで安定化しています。リファレンス電圧に追従します。ただ、低くする方は放電時間が長いので反応が遅そうです。
９月１２日
現在、ベルジャ−内の金属部分は電気的に浮いている状態です。本来は高圧電源のプラス側に接続しなければなりません。現在、電源ユニットの耐圧が無いためこれができません。先週、フィラメント用電源を筐体から浮かせました。今回はヒートシンクを取り付けます。使うのはＰＣのＣＰＵ用のヒートシンクとファンです。トランジスタとＬ字家具を固定する３ｍｍのネジを切り、その後Ｌ字金具を付けます。
レーザ加工機で８ｍｍ厚のアクリルを加工してステーを作製します。
ステーを使って筐体内にヒートシンクを固定し、シリコンシートを挟んでトランジスタを取り付けます。
９月１３日
ユニバーサル基板に作った回路（冷却水フローセンサ）も高圧部からなるべく遠ざけます。３ｍｍのアクリルでサブフレームを作って移動しました。
内部配線もなるべく高圧部から遠ざけます。
９月１９日
電源ユニットの耐圧を高める続きです。フィラメント電源の電圧調節とバイアス調整のボリュームをパネルから浮かせます。アクリルでサブパネルを作ります。シャフトはホームセンタのフックから作製しました。
サブパネルを樹脂ネジで固定しました。
９月２０日
秋月の電源キットですが、Ｔｒ４のコレクタとエミッタが逆ではないかとの情報あり。この電源発振しやすいので、この辺に原因があるかもしれません。
１０月１０日
都合により、２週間ほど更新していませんでしたが再開します。フィラメント電源のヒートシンクの温度を確認しておきます。１５分ほど約２Ｖで動作させて温度を測ります。約４０℃で問題ありません。
電源ユニットの耐圧を高くする続きです。コック・クロフト回路をゲタで持ち上げます。以前に作ったアクリルホルダの下側を１２ｍｍほど削ります。
プラダンを３枚重ねて約１２ｍｍのスペーサを作ります。固定は樹脂ネジを使いました。右はかさ上げされたコック・クロフト回路。
もう一つの対策はフィラメントの電圧計です。高圧の電圧計と共用でしたが、ここが全然ダメでフィラメント用の電圧計を追加して筐体から浮かせます。固定方法はまだ考えてません。
動作テスト。良好です。
ベルジャーのベースに抵抗を介して高圧の＋側（約５ｋＶ）を接続してみます。問題なく発光しています。以前は”バシ”といって放電していました。少し改善しているようです。
耐圧を高くする件のまとめ。下記が以前のブロック図です。水色の破線の内側がマイナスの高圧エリア。加速電圧として〜１０ｋＶ位まで使いたいです。上にも書きましたが、フィラメントと高圧の電圧計の切り替えスイッチ付近が最も問題のあったところ。ベルジャー内の緑色の枠内にスイッチとして書いてあるのは高圧のプラス側を機器の金属部にコモンとして接続するかどうかの切り替えです。実際にはスイッチはありません。
フィラメントの電圧計を分離したり、電圧の差が大きい配線を離したりして、以前よりだいぶ良くなったのが下記です。電圧計の固定が未解決です。また、ＡＣ１００Ｖの電源トランスの耐圧の問題は解決していません。高圧の方はコック・クロフト回路の中点にドライブすると電圧を半分にできます。普通の低圧用の電源トランスの耐圧は１０００Ｖで１分間とかの規定だと思います。フィラメント電源の根本解決はこのページのように電源を作り替えるしかなさそうです。
１０月１８日
今週は日曜日のみのガレージ作業です。午前中は桐生市役所で用事を済ませて、帰りにジョイフル本田に寄って、電圧計の絶縁パネル用の３ｍｍの黒アクリル板を購入してきました。
早速、２ｍｍ厚で少しペラペラ感のあった電子銃の絶縁プレートをレーザ加工機で再作しました。
フィラメントの電圧計を絶縁するためにアルミのフロントパネルをくり抜いてアクリル板に変更します。ＬＥＤやネオン管のブラケットは前側取り付けなので一度半田を外さないとパネルが分離できません。組立時に分るように写真を撮っておきます。
フロントパネルが外れました。くり抜く部分をケガキします。
フライス盤でくり抜きます。
フィラメントと高圧の電圧計２個を並べて配置できる大きさです。次回は取付用のアクリル板を加工する予定です。
