CH318624A - Arrangement for drilling holes in solid bodies - Google Patents

Arrangement for drilling holes in solid bodies

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CH318624A
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drilling
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Bas-Taymaz Enis
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Foerderung Forschung Gmbh
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    • G04D3/00Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0069Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams
    • G04D3/0071Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams for bearing components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/09Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/31Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for cutting or drilling

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Description

  

      Anordnung    zum Bohren von Löchern in festen Körpern    Bombardiert man einen festen Körper mit  Elektronen, so wird die kinetische Energie der  Elektronen im Körper in Wärme umgewan  delt; die Temperatur des festen Körpers steigt.  Konzentriert man das Elektronenbombarde  ment auf einen sehr kleinen Bereich, so kann  man sehr starke lokale Übertemperaturen er  zielen und den Festkörper im     Bombardie-          rungsbereich    momentan zum     Schmelzen    und  Verdampfen bringen, während die übrigen  Partien des Körpers fest bleiben. Auf diesem  Prinzip beruht die Materialbearbeitung mit  Elektronenstrahlen.  



  Will man auf diese Weise Löcher in einen  Festkörper bohren, so muss der Querschnitt des  Elektronenstrahls die gleiche Form haben wie  der gewünschte Lochquerschnitt. Die erfin  dungsgemässe Anordnung zum Bohren von  Löchern ist daher gekennzeichnet durch einen       Elektronenstrahlerzeuger    und eine vor dem  Bohrgut angeordnete Bohrmaske aus hoch  schmelzendem Material mit einem Ausschnitt,  dessen Querschnitt dem zu erzeugenden Bohr  querschnitt entspricht, um einen Elektronen  strahl von diesem Querschnitt zu erzeugen.  Diese Maske wird vorzugsweise im Fokus eines  Elektronenstrahls angebracht, wodurch ein  intensiver Strahl mit dem gewünschten Quer  schnitt auf das Bohrgut auftrifft und dort  durch den     Abtragungsprozess    das     gewünschte     Loch erzeugt.

      Die Maske wird vorzugsweise in einem  wassergekühlten kupfernen Maskenträger be  festigt, am besten hartgelötet. Es ist zweck  mässig, die Maske durch eine Zwischenmaske,  gleichfalls aus hochschmelzendem Material,  gegen die direkte     Bedampfung    seitens des beim  Bohren verdampften Materials zu schützen.  Diese Zwischenmaske erhält eine solche Boh  rung, dass sie von den Elektronen nicht     ge-          troffen-wird.    Diese Zwischenmaske wird zweck  mässigerweise so angeordnet, dass -sie hin und  her geschoben werden kann, wobei durch ge  eignete Anordnung jedesmal die     Aufdampf-          schicht    auf ihrer dem Bohrgut zugekehrten  Seite abgeschabt wird.

   Dieses Hin- und Her  schieben kann zur Öffnung und Sperrung des  Elektronenstrahls ausgenützt werden, wobei  während der Sperrzeit das Bohrgut gewech  selt und während der Öffnungszeit gebohrt  wird. Dieser Vorgang kann selbstverständ  lich automatisiert werden.  



  In     Fig.    1 ist die prinzipielle     Darstellung     dieser Bohranordnung gezeigt. 1 ist das Bohr  gut, 2 die Maske im Maskenträger, 3 die  Zwischenmaske und 4 der     Elektronenstrahl.     



  Da man für den Bohrvorgang sehr inten  sive Elektronenstrahlen benötigt, kann es als  zweckmässig erscheinen, die Maske im     Fokus     einer Elektronenkanone anzuordnen, wie sie  im Patent Nr. 309700 beschrieben und in     Fig.    2  dargestellt ist, und die mit     Ionentrennung        und              Bolzenkathode    - (indirekt geheizte     Reinmetall-          kathode)    versehen ist. Dies deswegen, weil sie  eine hohe Stromstärke, die Möglichkeit der  Verlegung des     Brennpluiktes    in genügend  weite     Entfernung    von der Kathode und die  Vermeidung der Zerstörung der Kathode  durch positive Ionen bietet.

   Der letzte Punkt  ist besonders wichtig, da die Maske 7     -(Fig.    2)  selbst auf hohe Temperaturen kommt und da  durch positive Ionen emittieren kann und  durch den     Bohrvorgang    beträchtliche Gas  mengen frei werden, die das Vakuum ver  schlechtern und damit die Erzeugung von  positiven Ionen durch den Elektronenstrahl       begünstigen.    In dem in     Fig.2    schematisch  dargestellten Ausführungsbeispiel     bezeichnen-          1    die     Bolzenkathode,    2 die     Fokussierelektrode,     die Anode, 4 die fächerförmigen     Äquipoten-          tiällinien,    5 den Elektronenstrahl,

   6 die posi  tiven     Ionenbahnen,    7 die Bohrmaske, 8 die  Zwischenmaske, 9 das Bohrgut.  



  Selbstverständlich kann an Stelle der er  wähnten Elektronenkanone eine andere be  nützt werden, die einen genügend intensiven  Elektronenstrahl liefert.  



  Wenn man das Arbeitsstück (Bohrgut)  quer zu dem Elektronenstrahl verschiebbar  anordnet, könnte selbstverständlich an Stelle  der Bohrung ein Schlitz gefräst werden bzw.  können die Arbeitsstücke auf diese Weise zer  sägt werden.  



  Beim Bohren von roten     Rubinsteinen    z. B.       für    Uhren kann die     Behandlung    beim Bohren  so     durchgeführt    werden, dass um die Bohrzone  durch     Entchromung    eine weisse Zone entsteht,  die praktisch einem weissen     Reinkorundkristall     entspricht.

   Da bekanntlich     Reinkorund-          kristalle        günstigere    Eigenschaften bei Ver-         wendung    solcher Steine als Lager in der  Uhren-, Zähler- und sonstigen     Messinstrument-          und        Kleinapparatetechnik    aufweisen, ist die  erwähnte Behandlung für diese Anwendung  von besonderer Bedeutung.



      Arrangement for drilling holes in solid bodies If a solid body is bombarded with electrons, the kinetic energy of the electrons in the body is converted into heat; the temperature of the solid rises. If the electron bombardment is concentrated on a very small area, very strong local excess temperatures can be achieved and the solid body in the bombardment area momentarily melts and evaporates while the other parts of the body remain solid. Material processing with electron beams is based on this principle.



  If you want to drill holes in a solid in this way, the cross-section of the electron beam must have the same shape as the desired hole cross-section. The inven tion to the invention arrangement for drilling holes is therefore characterized by an electron gun and a drilling mask arranged in front of the drillings made of high-melting material with a cutout whose cross-section corresponds to the drilling to be generated to generate an electron beam from this cross-section. This mask is preferably placed in the focus of an electron beam, whereby an intense beam with the desired cross-section strikes the cuttings and creates the desired hole there through the removal process.

      The mask is preferably fastened in a water-cooled copper mask carrier, preferably brazed. It is advisable to use an intermediate mask, also made of high-melting material, to protect the mask against direct vaporization by the material vaporized during drilling. This intermediate mask receives such a hole that it is not hit by the electrons. This intermediate mask is expediently arranged in such a way that it can be pushed back and forth, with the vapor deposition layer being scraped off on its side facing the cuttings each time through a suitable arrangement.

   This back and forth pushing can be used to open and block the electron beam, with the cuttings changed during the blocking period and drilled during the opening period. This process can of course be automated.



  In Fig. 1, the basic representation of this drilling arrangement is shown. 1 is the Bohr good, 2 the mask in the mask carrier, 3 the intermediate mask and 4 the electron beam.



  Since very intense electron beams are required for the drilling process, it may seem appropriate to arrange the mask in the focus of an electron gun, as described in patent No. 309700 and shown in Fig. 2, and the one with ion separation and bolt cathode - (indirect heated pure metal cathode). This is because it offers high amperage, the possibility of relocating the fuel plug at a sufficiently large distance from the cathode and avoiding destruction of the cathode by positive ions.

   The last point is particularly important because the mask 7 - (Fig. 2) itself comes to high temperatures and can emit through positive ions and considerable amounts of gas are released by the drilling process, which worsen the vacuum ver and thus the generation of positive Favor ions through the electron beam. In the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2, 1 denotes the bolt cathode, 2 the focusing electrode, the anode, 4 the fan-shaped equipotential lines, 5 the electron beam,

   6 the positive ion paths, 7 the drilling mask, 8 the intermediate mask, 9 the drilling material.



  Of course, instead of the electron gun mentioned, another one can be used that delivers a sufficiently intense electron beam.



  If the work piece (drilling material) is arranged to be displaceable transversely to the electron beam, a slot could of course be milled in place of the bore or the work pieces can be sawn up in this way.



  When drilling red ruby stones z. B. for watches, the treatment during drilling can be carried out in such a way that a white zone is created around the drilling zone by dechroming, which practically corresponds to a white pure corundum crystal.

   Since pure corundum crystals are known to have more favorable properties when such stones are used as bearings in watch, counter and other measuring instrument and small apparatus technology, the treatment mentioned is of particular importance for this application.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Anordnung zum Bohren von Löchern in festen Körpern, gekennzeichnet durch einen Elektronenstrahlerzeuger und eine vor dem Bohrgut angeordnete Bohrmaske aus hoch schmelzendem Material mit einem Ausschnitt, dessen Querschnitt dem zu erzeugenden Bohr querschnitt entspricht, um einen Elektronen strahl von diesem Querschnitt zu erzeugen. UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine Zwischenmaske zwi schen Bohrgut und Bohrmaske, zum Schutze der Bohrmaske gegen Aufdampfung von beim Bohren verdampften Materials. 2. Anordnung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenmaske derart beweglich angeord net ist, dass sie bei der Bewegung von der Aufdampfschicht befreit wird. 3. PATENT CLAIM Arrangement for drilling holes in solid bodies, characterized by an electron gun and a drilling mask made of high-melting material with a cutout whose cross-section corresponds to the drilling to be generated in order to generate an electron beam from this cross-section. SUBClaims 1. Arrangement according to claim, characterized by an intermediate mask between the drillings and drilling mask, to protect the drilling mask against evaporation of material that has evaporated during drilling. 2. Arrangement according to claim and dependent claim 1, characterized in that the intermediate mask is movable angeord net such that it is freed from the vapor deposition layer during the movement. 3. Anordnung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenmaske derart beweglich angeord net ist, dass sie als Sperrorgan für den Elek tronenstrahl dienen kann. 4. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Elektronen kanone mit Ionenausscheidung und Bolzen kathode verwendet ist, wobei die Bohrmaske mindestens angenähert iin Brennpunkt des Elektronenstrahls angebracht ist. Arrangement according to claim and dependent claim 1, characterized in that the intermediate mask is so movably angeord net that it can serve as a blocking member for the electron beam. 4. Arrangement according to claim, characterized in that an electron gun with ion precipitation and a bolt cathode is used, the drill mask being attached at least approximately in the focal point of the electron beam.
CH318624D 1954-07-12 1954-01-16 Arrangement for drilling holes in solid bodies CH318624A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2309972A1 (en) * 1975-05-02 1976-11-26 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg ELECTRON CANNON WITH DEVIATION SYSTEM, INTENDED TO BE USED FOR HEATING, MELTING AND EVAPORATION PURPOSES
EP2365513A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-14 ESSILOR INTERNATIONAL (Compagnie Générale d'Optique) Protective envelope for an ion beam gun, vacuum deposition device using evaporation and including such a protective envelope and material deposition process

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