JP2002361441A - 真空容器製造方法 - Google Patents
真空容器製造方法Info
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49789—Obtaining plural product pieces from unitary workpiece
Abstract
を低い製造コストで提供できる真空容器製造方法を得
る。 【構成】 アルミニウム合金の板から、高さが真空容器
の高さの数個分(ここでは3個分)とした4枚の壁状部
材10(正面板1、後面板2、これらをつなぐ2枚の側
面板3、4)を一体の組見合わせて電子ビーム溶接し、
角筒体40を形成する。角筒体40をこの長手軸方向に
沿ってこの垂直な面で切り割りして複数個の筒状壁部6
0〜62を得る。筒状部60〜62には底板部5をそれ
ぞれ電子ビーム溶接する。これにより、電子ビーム溶接
の前工程を一挙にまとめて実行することで、製造時間、
ひいては製造コストを低減できる。
Description
導体といった電子部品の製造時などに用いられ、これら
の部品等を収容する真空室へのガス等の侵入を抑えクリ
ーンな真空環境を確保するようにした真空容器の製造方
法に関する。
っては、真空容器が使われている。この真空容器は、加
工対象物等を収納する真空室をクリーンに保つため、真
空室壁面でのガス吸着・脱離、真空室壁内の吸蔵ガスの
放出、外部から壁のガス透過などを抑えるように、真空
容器の材料や真空容器内部表面の処理、製造方法などに
苦心が凝らされている。従来、高真空を得るための真空
容器は、たとえば、ジョン F.オハンロン著の「真空
技術マニュアル」(昭和58年7月30日 産業図書株
式会社発行)の第269頁〜第272頁、第283頁〜
第286頁の記載にあるように、ステンレス材料をTI
G溶接して製造していた。
だ結果、より高度の真空が得られる真空容器が必要とな
った。上記TIG溶接の場合、溶接部に酸化層が成長し
ガスを多く放出しやすいこと、溶接後の歪みが大きいこ
となどから、現在では、石丸肇著の「そこが知りたい真
空技術」(1992年6月25日 日刊工業新聞社発
行)の第96頁〜第98頁の記載にあるように、ムクの
アルミニウム合金材料から真空室を一体削り出し加工で
製造することが主流となっている。このような一体削り
出し加工による真空容器の製造方法では、最初の材料品
質を確保しておけば、その後の機械加工などで表面加工
するだけであるから溶接の場合のように溶接不具合によ
りガス放出が生じるおそれがほとんどなく高い信頼度を
得ることができる。
化が進みつつあり、真空容器の大型化(ただし、高さは
ほとんど変わらない)がますます要望されている。この
大型化した真空容器をこれまでのように一体削り出し加
工で得ようとすると、真空室相当分の材料を大量に機械
加工で削り出さねばならず、材料の無駄遣いとなるばか
りか加工時間も長くなって製造コストが高くついてしま
う。この傾向は、真空容器が大型化するほど顕著にな
る。また、上記大型化と同時に、集積度がますます向上
してくる電子部品の製造には、より高度でクリーンな真
空を確保できる真空容器が必要となり、最近は、特開平
8−294788号公報に記載や上記「そこが知りたい
真空技術」の第178頁〜第179頁に記載のように、
真空容器を電子ビーム溶接することで製造することが、
試みられつつある。
クリーンな真空中で溶接され、また同一面積当たりの熱
の密度がTIG溶接に比べ2〜3桁も大きく熱集中が良
く、さらに溶接幅が狭く歪みが小さいというメリットが
あるものの、電子ビームで溶接する時間はそれほど長く
はないにもかかわらず、電子ビーム溶接のための前準備
に非常に多くの工数を取られる結果、製造コストを低減
することが難しい。
状寸法の真空容器に対する要望に対応でき、高度でクリ
ーンな真空を確保できるようにした真空容器の製造コス
トを低減することができる真空容器の製造方法を提供す
ることにある。
法は、板状の壁部材を電子ビーム溶接にて固着して筒体
を形成し、筒体をこの長手方向軸に沿ってこれと直交す
る平面上で切断することで複数個の筒状壁部を得、筒状
壁部の下方にこの開口部分を覆う底板部を電子ビーム溶
接により固着した後、筒状壁部及び底板部の少なくとも
内面を機械加工するようにしたことを特徴とする。
の正面部に向かい合う後面板と、正面板と後面板とのそ
れぞれ対応する両端間をつなぐ2枚の側面板とから構成
するようにする。
しくは、正面板及び後面板の両端側部分がこれらの中間
にある継手部間部分に対し、突出あるいは凹まされて継
手部とされ、この継手部に側面板の端部が側面板側の継
手部として突き合わされた状態で電子ビーム溶接される
ようにする。
底板部の周囲部分がこの内周の継手部間部分に対し、突
出あるいは凹まされて継手部とされ、この継手部に筒状
壁部の下方壁部分が底板部側の継手部として突き合わさ
れた状態で電子ビーム溶接されるようにする。
手部間部分との高低差を、継手部を貫通する電子ビーム
による継手部間部分への熱影響を許容できる範囲内とな
るように設定する。好ましくは、この高低差は極力小さ
く設定するのが良い。この高低差としては、より具体的
にはほぼ5mm〜20mm程度の範囲にする。
っては、板状の壁部材を電子ビーム溶接にて固着して筒
体を形成するようにしたので、ムクのアルミニウム合金
から一体掘り出しする必要がなくなり材料の無駄を省き
加工時間も短縮できる。また、真空容器の大きさ、形状
の設計の自由度も大きくでき、クリーンで高度な真空環
境を得ることが可能となる。さらに、筒状壁部を複数個
分の高さの壁部材で形成し電子ビーム溶接するので、非
常に時間のかかる前準備を複数個分まとめて一挙に実施
できる結果、各真空容器ごとに電子ビーム溶接する場合
に比べて製造コストを大幅に低減することができる。
合う後面板と、正面板と後面板とのそれぞれ対応する両
端間をつなぐ2枚の側面板とから構成するようにしたの
で、特殊な形状の材料や金型などを使う必要がなく、機
械加工も極力少なくしながら組み立て精度も向上させる
ことが可能となる。
正面板及び後面板の両端側部分がこれらの中間にある継
手部間部分に対し、突出あるいは凹まされて継手部とさ
れ、この継手部に側面板の端部が側面板側の継手部とし
て突き合わされた状態で電子ビーム溶接されるようにし
たので、これら板状壁部材の継手部の形状をシンプルに
でき、また機械加工量も少なくて済むになる。
周囲部分がこの内周の継手部間部分に対し、突出あるい
は凹まされて継手部とされ、この継手部に筒状壁部の下
方壁部分が底板部側の継手部として突き合わされた状態
で電子ビーム溶接されるようにしたので、これら筒状壁
部と底板部とにおける継手部の形状をシンプルにでき、
また機械加工量も少なくて済むになる。
は、継手部間部分との高低差を、継手部を貫通する電子
ビームによる継手部間部分への熱影響を許容できる範囲
内となるように設定したので、継手部間部分が溶けた
り、あるいは加熱により歪みが大きくなって曲げ変形が
生じてしまうといった不具合を回避できる。高低差が約
5mmより小さいと上記熱による悪影響を受けるので、
これ以上とし、約20mm以下にすれば機械加工分も少
なくて済み、製造コスト低減上望ましい。
き説明する。まず、JIS記号A5052のアルミニウ
ム合金からなる板材を用意し、4枚の壁部材10として
正面板1、後面板2、及び2枚の側面板3、4を形成す
る。なお、正面板1、後面板2としては最終製品として
の真空容器の縦、横の長さのうち短い方を選ぶが、この
正面、後面、側面といった名称はこの実施例での使用で
あって実際の真空容器にあってはその名称どおりに配置
されるか否かは別である。
アルミニウム合金の板材を、罫書き後、所定の大きさに
切り取る。このとき、壁部材の高さLは、「最終製品と
しての真空容器の壁面部の高さプラス・アルファ(加工
代分)」の複数個分の高さとなるように設定しておく。
この実施例では、3個分の高さに設定する。正面板1及
び後面板2は、それぞれ真空容器に組み立てる際に内面
となる方の面に機械加工して凹部(継手部間部分)1
1、21を形成する。この結果、正面板1及び後面板2
の内面側の両端には、組み付け時相手側に向かって突出
する継手部1A、1B、2A、2Bがそれぞれ形成され
ることになる。
長さは、図2に示す電子ビーム溶接時に上記継手部を貫
通した電子ビームが凹部11、21の底部分11a、2
1aに当たりこれらの壁面を溶かしたり、加熱により過
大変形することがない位置まで延ばすものの、できるだ
け短くして機械加工量を最小に抑えるようにしている。
この実施例では、たとえば、継手部1A、1B、2A、
2Bの底面からの突出量(高低差)を10mm前後程度
に設定する。継手部1A、1B、2A、2Bは、これら
の先端に溶接のため開先加工を併せて施す。次いで、こ
のようにして形成した正面板1、後面板2を洗浄する。
部材としての側面板3及び側面板4を得るには、JIS
記号A5052のアルミニウム合金からなる板材を、罫
書き後、所定の大きさに切り取る。これらの高さは、正
面板1、後面板2の場合と同様に、真空容器複数個分の
高さとする。また、両側面板3、4の両端を継手部3
A、3B、4A、4Bとし、これらの先端部分にも開先
加工を施す。次いで、このようにして形成された側面板
3、4を洗浄する。
部材10を筒状に組み合わせて、電子ビーム溶接装置の
真空室内に設けられたテーブル上にセットする。すなわ
ち正面板1、後面板2、側面板3、4は、図2に示すよ
うに、正面板1と後面板2とを、互いに凹部11、12
同士が向かい合うようにして、継手部1A〜2A間、及
び継手部1B〜2B間にそれぞれ側面板3、4を介在さ
せ、正面板1の継手部1Aを側面板3の継手部3Aに、
正面板1の継手部1Bを側面板4の継手部4Aに、また
後面板2の継手部2Aを側面板3の継手部3Aに、後面
板2の継手部2Bを側面板4の継手部4Bに、それぞれ
突き合わせて配置し、角筒体40(筒体)を形成する。
材1〜4、すなわち角筒体40には、図示しない治具を
組み込み、位置調整等を含めた電子ビーム溶接に必要な
前準備を行う。次いで、図示しない電子ビーム溶接装置
の真空室を、真空ポンプで真空引きし、規定の真空度ま
で減圧する。この状態で、過熱したタングステンフィラ
メントから電子ビームを発生させこの電子ビームを高電
圧で加速する電子銃、電子ビームを集束する集束レン
ズ、集束した電子ビームを目的の部位に向ける偏向レン
ズ(いずれも周知であり図示せず)によって、電子ビー
ムを上記突き合わされた各継手間に沿って上下方向に直
線移動させながら照射していく。このときの電子ビーム
の照射方向は、図に矢印で示すように方向Ba、Bb、
Bc、Bdとし、その都度電子銃を平面上で移動させた
り、テーブルを回転させて角筒体10の向きを変えたり
する。
原子と衝突散乱を繰り返しながら継手部内部へ侵入し、
その運動エネルギーを放出する。この運動エネルギーが
熱エネルギーとなって瞬時に継手部の突き合わせ部分を
加熱溶融もしくは蒸発させる。このとき、電子ビームの
一部は、継手部間を貫通するが、側面板間には図示しな
い貫通電子ビームを受けるビーム受けを配置して電子ビ
ーム流れの後方にある他方側の側面板を照射しないよう
にしておく。
が終了すると、治具を分解・取り外し、角筒体40を真
空室から取り出す。角筒体は、溶接部のビードの手入れ
を行った後、次工程へと流す。このようにして得た角筒
体40は、図3に示すように、カッティング・マシーン
でその長手方向軸に沿ってこの軸に垂直な面で複数個
(図では3個)に切り分け、真空容器の筒状壁部60、
61、62を得る。
ように、上記板状壁部材の加工の場合と同様に、JIS
記号A5052のアルミニウム合金からなる板材を罫書
きして所定の大きさに切り取る。底板部5は、上記筒状
壁部60の開口60aに嵌合する突出部51(継手部間
部分)が形成されるように、周囲に沿って上記筒状壁部
60の厚さ分切り取って突出部51の回りに切りとリブ
52を形成する。この凹ました切り取り部52は、継手
部を構成する。上記突出部51の高さは、筒状部60の
下面と底板部5との後述する溶接部を貫通してきた一部
の電子ビームが突出部51を加熱しこれを曲げ変形させ
ることのないような高さ分(高低差でここでは約10m
mに設定する)と、底面の最終仕上げ代分とを合わせた
高さとし、できるだけ低く設定することで切り取りによ
る削り分を少なくする。続いて、機械加工した底板部5
は、洗浄する。なお、底板部5は、筒状壁部の個数に等
しい個数、ここでは3個製作しておく。
うに、筒状壁部60の下方からこの開口60aに底板部
5の突出部51を挿入・嵌合させた状態で、電子ビーム
溶接装置の真空室のテーブル上に、治具とともにセット
し、真空室の真空引き後、電子ビームを順次、その都度
テーブルを回転させて矢印の方向Be、Bf、Bg、B
hからそれぞれ水平方向へ移動させながら照射し溶接す
る。このとき、筒状壁部60の下方端(継手部)と底板
部5の切り取り部(継手部)52との間を貫通した一部
の電子ビームは、突出部51の縦壁部に当たる結果、突
出部51の上面部分(真空容器の機械加工前の底面に相
当)が溶けたり、加熱による過大曲げ変形が生じるのが
回避される。
板部は、真空室から取り出して次工程へ回し、鏡面加工
などの機械加工をした後、洗浄する。なお、機械加工で
は、真空容器の底面が底板部5の切り取り部52より低
いになるまで削り取られるので、突出部51は削り取ら
れてしまうことになる。また、筒状壁部60及び底板部
5の内面は、これらの外面よりも深く削り込まれるとと
もに、筒状部の四角の面、及び筒状部60の内面から底
板部5の底面へ向かう面を、曲面に形成し洗浄を容易に
する。なお、図示しないが、筒状部の上側面には周に沿
って溝加工を施し、シールを挿入した上で上方から機械
加工済みの蓋部材を固定して、真空容器とする。
は、板状の壁部材10を電子ビーム溶接で固着して複数
個分の高さの角筒体40を形成し、これをこの長手軸に
沿ってその垂直面に沿って複数個に切り分けるようにし
たので、非常に工数のかかる電子ビーム溶接の前準備工
程が一度で済み、個々の真空容器ごとに電子ビーム溶接
する場合に比べて、製造時間、ひいては製造コストを大
幅に低減できる。
切り取った4枚の壁部材10を組み合わせ、真空容器の
縦横のうち短い方に相当する壁部材(正面板1と後面板
2)に凹部11、12を設けるようにするとともに、こ
れらの凹部両端の継手部1A、1B、2A、2Bも電子
ビームが凹部11、12の底部分11a、12a等の壁
に悪影響を与えないようなほぼ最小突出量に設定したの
で、削り出す機械加工分を非常に少なくすることがで
き、製造時間、製造コストをさらに低減することが可能
となる上、壁部材の組み合わせ精度も容易に確保でき
る。また、電子ビーム溶接を用いることで、ガスなどの
異物の混入や溶接周辺部の変形・熱影響を抑えてクリー
ン度を確保しながら、壁部材10の大きさを自由に設定
でき、この場合、金型等も不要であり製造コストを大き
く低減することができる。
する継手部の形状と、筒状壁部と底板部を溶接する継手
部の形状とを異ならせたが、これらを逆にしても、ある
いはいずれか一方に統一しても良い。また、正面板や後
面板の凹部は機械加工で形成したが、これに代えプレス
で折り曲げ成形しても良い。この場合、コ字状、L字状
あるいはロ字状などとすることも可能である。この場合
は製造コストが若干高くなることが多く同じ形状のもの
を多量に製造する場合に向いている。また、材料もA5
052のアルミニウム合金に限ることなく、他の材料で
あっても良い。さらに、上記実施例にあっては、角筒体
から3個の筒状壁部を切り分けたが、電子ビーム装置に
よってはさらに多く、たとえばその倍でも切り分けるこ
とも可能であり、多くなるほどコスト低減の効果が大き
くなることは言うまでもない。
の側面板の各形状を表す図である。
溶接方向の矢印とともに表す図である。
面で3個の筒状壁部に切り分けることを説明する図であ
る。
板部の各形状を表す図である。
向の矢印とともに表す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 板状の壁部材を電子ビーム溶接にて固着
して筒体を形成し、該筒体をこの長手方向軸に沿ってこ
れと直交する平面上で切断することで複数個の筒状壁部
を得、該筒状壁部の下方にこの開口部分を覆う底板部を
電子ビーム溶接により固着した後、前記筒状壁部及び前
記底板部の少なくとも内面を機械加工するようにしたこ
とを特徴とする真空容器製造方法。 - 【請求項2】 前記壁部材は、正面板と、該正面部に向
かい合う後面板と、前記正面板と前記後面板とのそれぞ
れ対応する両端間をつなぐ2枚の側面板とからなること
を特徴とする請求項1に記載の真空容器製造方法。 - 【請求項3】 前記正面板及び前記後面板と前記側面板
とは、前記正面板及び前記後面板の両端側部分がこれら
の中間にある継手部間部分に対し、突出あるいは凹まさ
れて継手部とされ、該継手部に前記側面板の端部が側面
板側の継手部として突き合わされた状態で電子ビーム溶
接されることを特徴とする請求項2に記載の真空容器製
造方法。 - 【請求項4】 前記筒状壁部と前記底板部とは、前記底
板部の周囲部分がこの内周の継手部間部分に対し、突出
あるいは凹まされて継手部とされ、該継手部に前記筒状
壁部の下方壁部分が底板部側の継手部として突き合わさ
れた状態で電子ビーム溶接されることを特徴とする請求
項1から請求項3のいずれかに記載の真空容器製造方
法。 - 【請求項5】 前記突出あるいは凹まされた継手部は、
前記継手部間部分との高低差を、前記継手部を貫通する
電子ビームによる前記継手部間部分への熱影響を許容で
きる範囲内となるように設定してあることを特徴とする
請求項3又は4のいずれかに記載の真空容器製造方法。
Priority Applications (2)
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US20020178562A1 (en) | 2002-12-05 |
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