JP2009058281A - Energy beam irradiator - Google Patents

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Yukihiko Ono
幸彦 大野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy beam irradiator which can prevent a pinhole from being heated and reduce a load applied on an exhaust pump of a differential exhaust unit. <P>SOLUTION: The energy beam irradiator includes a generation unit 11 for generating an energy beam EB, a plurality of through holes 21, 22, 23 opened opposite to an irradiation object and permitting the energy beam EB to pass through the inside thereof, an irradiation section 12 having the through holes 21, 22, 23 integrally formed and a differential exhaust section 4 communicating with the through holes 21, 22, 23 and having a pressure gradient formed inside the through holes 21, 22, 23 by exhausting. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エネルギ線照射装置に関し、特に、金属製の大型構造物にエネルギ線を照射して構造物表面に焼入れ等の処理を施すエネルギ線照射装置に関する。   The present invention relates to an energy beam irradiating apparatus, and more particularly to an energy beam irradiating apparatus that irradiates a metal large structure with energy rays and performs a process such as quenching on the surface of the structure.

エネルギ線照射装置における高真空領域で発生されたエネルギ線、例えば電子線は低真空領域または大気圧領域に配置された被照射体に照射される。このとき、エネルギ線は非常に高いエネルギを有しているため、略直進して被照射体に照射される。   An energy beam, for example, an electron beam, generated in a high vacuum region in the energy beam irradiation apparatus is irradiated to an irradiation object arranged in a low vacuum region or an atmospheric pressure region. At this time, since the energy beam has very high energy, it travels substantially straight and irradiates the irradiated object.

エネルギ線照射装置における高真空領域と低真空領域または大気圧領域との間には、エネルギ線を通過させるピンホールが形成されている。高真空領域は、ピンホールに設けられた公知の差動排気装置により真空度が保たれている。このピンホールの径は差動排気性能を確保するため、狭く設定されることが望ましい(例えば、特許文献1参照。)。   Between the high vacuum region and the low vacuum region or the atmospheric pressure region in the energy beam irradiation apparatus, a pinhole that allows the energy beam to pass is formed. In the high vacuum region, the degree of vacuum is maintained by a known differential exhaust device provided in the pinhole. The diameter of the pinhole is preferably set narrow to ensure differential exhaust performance (see, for example, Patent Document 1).

一方、エネルギ線は、照射方向に対して直交方向に密度分布を有しており、ピンホール径が狭いと、エネルギ線の一部、つまり密度分布の裾野に相当するエネルギ線がピンホールの壁面に照射されることとなり、ピンホールが加熱されるという問題がある。この問題を回避するため、ピンホール径は、照射されるエネルギ線のビーム径と比較して十分な大きさに設定し、ピンホールの壁面にエネルギ線が照射されること防止する方法が知られている。   On the other hand, the energy rays have a density distribution in a direction perpendicular to the irradiation direction, and if the pinhole diameter is narrow, the energy rays corresponding to a part of the energy rays, that is, the skirt of the density distribution, are on the wall surface of the pinhole. There is a problem that the pinhole is heated. In order to avoid this problem, a method is known in which the pinhole diameter is set to be sufficiently large compared to the beam diameter of the irradiated energy beam, and the energy beam is prevented from being irradiated to the wall surface of the pinhole. ing.

また、高真空領域と、大気圧領域との間に、中真空領域を形成することにより、各領域の間にそれぞれ配置されたピンホールにおける圧力差を小さくして、差動排気性能の確保と、ピンホールの加熱防止とを両立させる技術も知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2001−33599号公報 欧州特許出願公開第0924019号明細書
In addition, by forming a medium vacuum region between the high vacuum region and the atmospheric pressure region, the pressure difference in the pinholes disposed between the regions can be reduced, ensuring differential pumping performance. Also known is a technique for achieving both pinhole heating prevention (see, for example, Patent Document 2).
JP 2001-33599 A European Patent Application No. 0924019

上述の特許文献1に記載の技術では、差動排気性能の確保と、ピンホールの加熱防止とを両立するピンホール径の設定が困難という問題があった。
つまり、ピンホールの加熱防止を優先するとピンホール径が大きくなるため、差動排気性能を確保するために、差動排気用の排気ポンプかかる負荷が増大するという問題があった。一方、差動排気性能の確保を優先するとピンホール径が小さくなるため、ピンホールの壁面に照射されるエネルギ線の割合が高くなり、ピンホールが加熱により変形するという問題があった。このようにピンホールが変形すると、さらに壁面に照射されるエネルギ線の割合が高くなり、ピンホールの変形がより大きくなるという悪循環が起きるという問題があった。
The technique described in Patent Document 1 described above has a problem that it is difficult to set a pinhole diameter that ensures both differential exhaust performance and prevention of pinhole heating.
That is, if the priority is given to preventing the heating of the pinholes, the pinhole diameter increases, so that there is a problem that the load on the differential exhaust pump increases in order to ensure the differential exhaust performance. On the other hand, if priority is given to ensuring differential pumping performance, the pinhole diameter is reduced, so that the ratio of energy rays irradiated to the wall surface of the pinhole is increased and the pinhole is deformed by heating. When the pinhole is deformed in this way, there is a problem that the rate of energy rays applied to the wall surface further increases, and a vicious circle occurs in which the deformation of the pinhole becomes larger.

上述の特許文献2に記載の技術では、異なる部材に形成された複数のピンホールを同一軸線上に配置することが困難であり、ピンホールの配置精度が確保できない場合には、ピンホールの加熱防止が図れないという問題があった。
つまり、ピンホールの配置精度が悪化し、ピンホールの配置位置が上述の同一軸線からズレると、同一軸線に沿って照射されるエネルギ線におけるピンホールの壁面に照射される部分の割合が高くなる。このように、照射されるエネルギ線の割合が高くなると、ピンホールは加熱されやすくなり、加熱防止が図れないという問題があった。
In the technique described in Patent Document 2 described above, it is difficult to arrange a plurality of pinholes formed on different members on the same axis, and when pinhole placement accuracy cannot be ensured, heating the pinholes There was a problem that it could not be prevented.
That is, when the pinhole arrangement accuracy is deteriorated and the pinhole arrangement position deviates from the same axis, the ratio of the portion irradiated to the wall surface of the pinhole in the energy beam irradiated along the same axis increases. . Thus, when the ratio of the energy rays irradiated becomes high, the pinhole is easily heated, and there is a problem that the prevention of heating cannot be achieved.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ピンホールの加熱を防止するとともに、差動排気装置における排気ポンプにかかる負荷を軽減することができるエネルギ線照射装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an energy beam irradiation device that can prevent the pinhole from being heated and reduce the load on the exhaust pump in the differential exhaust device. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のエネルギ線照射装置は、エネルギ線を発生する発生部と、被照射体に向かって開口するとともに、前記エネルギ線が内部を通過する複数の貫通孔と、該複数の貫通孔が一体に形成された照射部と、前記複数の貫通孔と連通され、排気することにより前記複数の貫通孔の内部に圧力勾配を形成する差動排気部と、が設けられたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The energy beam irradiation apparatus of the present invention includes a generator that generates energy beams, a plurality of through holes that open toward the irradiated body, and through which the energy beams pass, and the plurality of through holes are integrated. There is provided an irradiation portion formed and a differential exhaust portion that communicates with the plurality of through holes and forms a pressure gradient inside the plurality of through holes by exhausting.

本発明によれば、照射部に複数の貫通孔を一体に形成することにより、複数の貫通孔の配置精度が確保しやすくなる。そのため、貫通孔の配置位置のズレにより、貫通孔の壁面へのエネルギ線の一部の照射を防止することができ、貫通孔の加熱を防止することができる。   According to the present invention, it is easy to ensure the arrangement accuracy of the plurality of through holes by integrally forming the plurality of through holes in the irradiation unit. Therefore, the displacement of the arrangement position of the through hole can prevent the irradiation of a part of the energy beam to the wall surface of the through hole, and the heating of the through hole can be prevented.

さらに、複数の貫通孔の配置精度が確保できるため、配置精度が確保できない場合と比較して、各貫通孔の径を小さくすることができる。そのため、複数の貫通孔の内部に圧力勾配を形成しやすくなり、差動排気部に求められる排気性能を軽減することができる。   Further, since the arrangement accuracy of the plurality of through holes can be ensured, the diameter of each through hole can be reduced as compared with the case where the arrangement accuracy cannot be ensured. Therefore, it becomes easy to form a pressure gradient inside the plurality of through holes, and exhaust performance required for the differential exhaust section can be reduced.

上記発明においては、前記照射部は、熱伝導率の高い材料から形成されていることが望ましい。   In the said invention, it is desirable that the said irradiation part is formed from the material with high heat conductivity.

本発明によれば、複数のピンホールの壁面にエネルギ線の一部が照射され当該壁面に熱が発生しても、照射部が熱伝導率の低い材料から形成されている場合と比較して、発生した熱は容易に拡散される。すると、照射部が局所的に熱膨張することが防止され、照射部の変形つまり貫通孔の変形や、複数の貫通孔の配置精度の悪化が防止される。   According to the present invention, even if a part of the energy rays is irradiated on the wall surfaces of the plurality of pinholes and heat is generated on the wall surfaces, the irradiated portion is formed from a material having low thermal conductivity. The generated heat is easily diffused. Then, it is prevented that the irradiation part thermally expands locally, and the deformation of the irradiation part, that is, the deformation of the through hole, and the deterioration of the arrangement accuracy of the plurality of through holes are prevented.

上記発明においては、前記複数の貫通孔の径は、小さくても、前記複数の貫通孔を通過するエネルギ線における密度分布または強度分布に関する3σに相当する径であることが望ましい。   In the above invention, it is desirable that the diameter of the plurality of through holes is a diameter corresponding to 3σ related to the density distribution or the intensity distribution in the energy beam passing through the plurality of through holes even if the diameter is small.

本発明によれば、貫通孔の径を、小さくてもエネルギ線の密度分布または強度分布に関する3σに相当する径とすることで、エネルギ線の大半つまり約99%以上は貫通孔の壁面に照射されることなく、貫通孔を通過する。言い換えると、エネルギ線における約1%未満のみが貫通孔の壁面に照射される。そのため、貫通孔の壁面における熱の発生を抑制することができる。   According to the present invention, by setting the diameter of the through-hole to a diameter corresponding to 3σ related to the density distribution or the intensity distribution of the energy beam even if it is small, most of the energy beam, that is, about 99% or more is irradiated to the wall surface of the through-hole. Without passing through the through hole. In other words, only less than about 1% of the energy rays are irradiated on the wall surface of the through hole. Therefore, heat generation on the wall surface of the through hole can be suppressed.

上記発明においては、前記照射部を冷却する冷却部が設けられたことが望ましい。   In the said invention, it is desirable to provide the cooling part which cools the said irradiation part.

本発明によれば、照射部を冷却部により冷却して貫通孔の壁面で発生した熱を取り除くことにより、照射部における局所的な熱膨張が防止されることにより、貫通孔の変形や、複数の貫通孔の配置精度の悪化が防止される。   According to the present invention, the irradiation part is cooled by the cooling part and the heat generated on the wall surface of the through hole is removed, so that local thermal expansion in the irradiation part is prevented. The deterioration of the arrangement accuracy of the through holes is prevented.

本発明のエネルギ線照射装置によれば、照射部に複数の貫通孔を一体に形成することにより複数の貫通孔の配置精度が確保しやすくなり、貫通孔の壁面へのエネルギ線の照射が防止され、ピンホールの加熱を防止することができるという効果を奏する。
さらに、複数の貫通孔の配置精度を確保できるため、各貫通孔の径が小さくなり、差動排気装置における排気ポンプにかかる負荷を軽減することができるという効果を奏する。
According to the energy beam irradiation apparatus of the present invention, by forming a plurality of through holes integrally in the irradiation part, it becomes easy to ensure the arrangement accuracy of the plurality of through holes, and the irradiation of the energy beam to the wall surface of the through holes is prevented. As a result, it is possible to prevent the pinhole from being heated.
Furthermore, since the arrangement accuracy of the plurality of through holes can be ensured, the diameter of each through hole is reduced, and the load on the exhaust pump in the differential exhaust device can be reduced.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る電子線照射装置ついて図1および図2を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る電子線照射装置の概略構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本発明をエネルギ線に含まれる粒子線のうちの電子線を出射する装置であって、金型(被照射体)Mの表面に電子線を照射して焼き入れなどの表面処理を施す電子線照射装置(エネルギ線照射装置)1に適用して説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, an electron beam irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an electron beam irradiation apparatus according to the present embodiment.
In the present embodiment, the present invention is an apparatus that emits an electron beam out of particle beams included in an energy beam, and the surface of a mold (irradiated body) M is irradiated with an electron beam and quenched. Description will be made by applying to an electron beam irradiation apparatus (energy beam irradiation apparatus) 1 that performs processing.

電子線照射装置1には、図1に示すように、金型Mに電子線を照射する照射部2と、照射部2を移動可能に支持する支持部3と、差動排気部4と、照射部2および支持部3を制御する制御部5と、金型M、照射部2および支持部3を内部に収納する遮蔽体6と、が設けられている。   As shown in FIG. 1, the electron beam irradiation apparatus 1 includes an irradiation unit 2 that irradiates the mold M with an electron beam, a support unit 3 that movably supports the irradiation unit 2, a differential exhaust unit 4, A control unit 5 that controls the irradiation unit 2 and the support unit 3, and a shield 6 that houses the mold M, the irradiation unit 2, and the support unit 3 therein are provided.

図2は、図1の照射部の構成を説明する概略図である。
照射部2は、照射ステージ7の上に配置された金型Mに対して電子線を照射し、金型Mに対して焼き入れなどの表面処理を施すものである。照射部2は、図1に示すように、支持部3の門型駆動部41に、左右方向であるX方向(図1の左右方向)および上下方向であるZ方向(図1の上下方向)に移動可能に支持されている。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the irradiation unit in FIG.
The irradiation unit 2 irradiates the mold M disposed on the irradiation stage 7 with an electron beam and performs surface treatment such as quenching on the mold M. As shown in FIG. 1, the irradiating unit 2 has an X direction (left and right direction in FIG. 1) that is the left and right direction and a Z direction (up and down direction in FIG. 1) that is the up and down direction. Is supported so as to be movable.

照射部2には、図2に示すように、電子線を発生させる電子線発生部(発生部)11と、発生された電子線を金型に向けて導いて照射する出射部(照射部)12と、が設けられている。
電子線発生部11は真空ポンプなどにより内部が高真空状態(例えば、10−3Pa)に保たれた容器であって、図示しないフィラメント(熱陰極)が内部に配置されている。フィラメントには電子線生成のための加速電圧等が供給されている。
As shown in FIG. 2, the irradiation unit 2 includes an electron beam generation unit (generation unit) 11 that generates an electron beam, and an emission unit (irradiation unit) that guides and emits the generated electron beam toward a mold. 12 are provided.
The electron beam generator 11 is a container whose interior is maintained in a high vacuum state (for example, 10 −3 Pa) by a vacuum pump or the like, and a filament (hot cathode) (not shown) is disposed inside. The filament is supplied with an acceleration voltage for generating an electron beam.

出射部12は、電子線EBが通過するピンホールなどが形成された部材であって、例えば銅などの熱伝導率の高い材料から形成された部材である。
出射部12には、図2に示すように、電子線EBが通過する高真空ピンホール(貫通孔)21、中真空ピンホール(貫通孔)22および低真空ピンホール(貫通孔)23と、差動排気部4に接続された中真空排気管25および低真空排気管26と、出射部12を冷却する冷媒を供給する冷却部31と接続された冷却用流路(冷却部)32と、が設けられている。
The emission part 12 is a member formed with a pinhole or the like through which the electron beam EB passes, and is a member formed of a material having high thermal conductivity such as copper, for example.
As shown in FIG. 2, the emitting portion 12 includes a high vacuum pinhole (through hole) 21 through which the electron beam EB passes, a medium vacuum pinhole (through hole) 22, and a low vacuum pinhole (through hole) 23, A medium vacuum exhaust pipe 25 and a low vacuum exhaust pipe 26 connected to the differential exhaust section 4, a cooling flow path (cooling section) 32 connected to a cooling section 31 for supplying a refrigerant for cooling the emitting section 12, Is provided.

高真空ピンホール21、中真空ピンホール22および低真空ピンホール23は、出射部12の内部に一体に形成された貫通孔であって、同一軸線上に直列に並んで配置された貫通孔である。
具体的には、高真空ピンホール21は、電子線発生部11と中真空排気管25とを連通する貫通孔であり、中真空ピンホール22は、中真空排気管25と低真空排気管26とを連通する貫通孔であり、低真空ピンホール23は、低真空排気管26と出射部12における金型Mと対向する面に形成された開口孔とを連通する貫通孔である。
The high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole 22 and the low vacuum pinhole 23 are through holes formed integrally in the emission part 12, and are through holes arranged in series on the same axis. is there.
Specifically, the high vacuum pinhole 21 is a through hole that communicates the electron beam generator 11 and the intermediate vacuum exhaust pipe 25, and the intermediate vacuum pinhole 22 is the intermediate vacuum exhaust pipe 25 and the low vacuum exhaust pipe 26. The low vacuum pinhole 23 is a through hole that communicates the low vacuum exhaust pipe 26 and the opening formed in the surface of the emitting portion 12 facing the mold M.

高真空ピンホール21、中真空ピンホール22および低真空ピンホール23における孔径の最小値は、電子線EBの密度分布に基づいて定められている。具体的には、電子線EBにおける照射方向に対して垂直方向の密度分布に関する3σに相当する径よりも大きな孔径に設定されている。   The minimum value of the hole diameter in the high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole 22 and the low vacuum pinhole 23 is determined based on the density distribution of the electron beam EB. Specifically, the hole diameter is set to be larger than the diameter corresponding to 3σ related to the density distribution in the direction perpendicular to the irradiation direction of the electron beam EB.

中真空排気管25および低真空排気管26は、図2に示すように、出射部12に形成された差動排気部4と連通された排気管であって、各ピンホール21,22,23に対して交差する方向に延びるものである。
中真空排気管25は、電子線発生部11と低真空排気管26との間に配置され、高真空ピンホール21と中真空ピンホール22と連通された排気管である。中真空排気管25の内部は、中真空状態、例えば約10Paに保たれている。
低真空排気管26は、中真空排気管25よりも金型M側(図2の下側)に配置され、中真空ピンホール22と、低真空ピンホール23とに連通された排気管である。低真空排気管26の内部は、低真空状態、例えば約1000Paに保たれている。
As shown in FIG. 2, the middle vacuum exhaust pipe 25 and the low vacuum exhaust pipe 26 are exhaust pipes that communicate with the differential exhaust section 4 formed in the emission section 12, and each pinhole 21, 22, 23. It extends in the direction that intersects.
The medium vacuum exhaust pipe 25 is an exhaust pipe disposed between the electron beam generator 11 and the low vacuum exhaust pipe 26 and communicating with the high vacuum pinhole 21 and the medium vacuum pinhole 22. The inside of the middle vacuum exhaust pipe 25 is maintained in a middle vacuum state, for example, about 10 Pa.
The low vacuum exhaust pipe 26 is an exhaust pipe that is disposed on the mold M side (lower side in FIG. 2) with respect to the middle vacuum exhaust pipe 25 and communicated with the middle vacuum pinhole 22 and the low vacuum pinhole 23. . The inside of the low vacuum exhaust pipe 26 is kept in a low vacuum state, for example, about 1000 Pa.

冷却用流路32は、出射部12の内部に各ピンホール21,22,23に沿って延びる流路であって、出射部12を冷却する冷媒が流れる流路である。さらに、冷却用流路32は、図2に示すように、出射部12の外部に設けられた冷却部31との間で、冷媒が循環する経路を形成するように接続されている。
冷却部31は、出射部12において熱を吸収した冷媒から熱を奪い、外部に放出するものである。この冷却部31の構成、および、冷媒としては、公知の構成および物質を用いることができ、特に限定するものではない。
The cooling flow path 32 is a flow path that extends along the pinholes 21, 22, and 23 inside the emission part 12, and is a flow path through which a refrigerant that cools the emission part 12 flows. Further, as shown in FIG. 2, the cooling flow path 32 is connected to the cooling section 31 provided outside the emitting section 12 so as to form a path through which the refrigerant circulates.
The cooling unit 31 takes heat from the refrigerant that has absorbed heat in the emission unit 12 and releases the heat to the outside. As the configuration of the cooling unit 31 and the refrigerant, known configurations and substances can be used, and are not particularly limited.

支持部3は、図1に示すように、金型Mに対して照射部2を3次元方向に移動可能に支持するものである。
支持部3には、照射部2を支持する門型駆動部41と、門型駆動部41がその上を移動する走行部42と、が設けられている。
As shown in FIG. 1, the support unit 3 supports the irradiation unit 2 with respect to the mold M so as to be movable in a three-dimensional direction.
The support unit 3 is provided with a portal drive unit 41 that supports the irradiation unit 2 and a traveling unit 42 on which the portal drive unit 41 moves.

門型駆動部41には、間に照射ステージ7および金型Mを挟んで配置されたZ方向に沿って延びる柱部43と、柱部43の上端を繋ぐX方向に沿って延びる梁部44とが設けられている。梁部44における金型Mと対向する面である下面には、照射部2が梁部44に沿う方向、つまりX方向およびZ方向へ移動可能に取り付けられている。
梁部44と照射部2との接続部の構成は、照射部2がX方向およびZ方向に移動可能な構成であれば、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
The portal drive unit 41 includes a column part 43 extending along the Z direction, which is arranged with the irradiation stage 7 and the mold M interposed therebetween, and a beam part 44 extending along the X direction connecting the upper ends of the column parts 43. And are provided. The irradiation unit 2 is attached to a lower surface, which is a surface facing the mold M in the beam portion 44, so as to be movable in a direction along the beam portion 44, that is, in the X direction and the Z direction.
The configuration of the connecting portion between the beam portion 44 and the irradiation unit 2 can be a known configuration as long as the irradiation unit 2 can move in the X direction and the Z direction, and is not particularly limited.

走行部42は、照射ステージ7と隣接した領域に、前後方向であるY方向に沿って延びる部材であって、その上を門型駆動部41が走行するものである。例えば、走行部42としてはレールなどの公知の部材を用いることができる。   The traveling unit 42 is a member extending along the Y direction, which is the front-rear direction, in a region adjacent to the irradiation stage 7, on which the portal drive unit 41 travels. For example, a known member such as a rail can be used as the traveling unit 42.

なお、門型駆動部41は、上述のように走行部42に沿って走行してY方向に移動しても良いし、Y方向に移動するその他の公知の機構を備えていればよく、特に限定するものではない。   The portal drive unit 41 may travel along the traveling unit 42 and move in the Y direction as described above, or may have other known mechanisms that move in the Y direction. It is not limited.

差動排気部4は、上述の出射部12の内部に圧力勾配を形成し、外部と連通された電子線発生部11の内部を真空状態に保つものである。差動排気部4の本体は遮蔽体6の外側に配置され、本体から延びる中真空排気管25および低真空排気管26が遮蔽体6の内部に配置された出射部12に接続されている。
なお、差動排気部4の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
The differential evacuation unit 4 forms a pressure gradient inside the emission unit 12 described above, and keeps the inside of the electron beam generation unit 11 communicated with the outside in a vacuum state. The main body of the differential exhaust section 4 is disposed outside the shield 6, and a middle vacuum exhaust pipe 25 and a low vacuum exhaust pipe 26 extending from the main body are connected to the emitting section 12 disposed inside the shield 6.
In addition, as a structure of the differential exhaust part 4, a well-known structure can be used and it does not specifically limit.

制御部5は、照射部2および支持部3の移動および電子線の照射を制御することにより、金型Mの所定領域に電子線を照射するものである。
制御部5は遮蔽体6の外側に配置され、制御部5から延びる信号線45が遮蔽体6の内部に配置された支持部3および照射部2に接続されている。
なお、制御部5による照射部2等の移動制御方法などについては、本実施形態の電子線照射装置1における金型Mの焼入れ方法の説明において併せて説明する。
The control unit 5 irradiates a predetermined region of the mold M with an electron beam by controlling the movement of the irradiation unit 2 and the support unit 3 and the irradiation of the electron beam.
The control unit 5 is disposed outside the shield 6, and a signal line 45 extending from the control unit 5 is connected to the support unit 3 and the irradiation unit 2 disposed inside the shield 6.
In addition, about the movement control method of the irradiation part 2 grade | etc., By the control part 5, it demonstrates together in description of the hardening method of the metal mold | die M in the electron beam irradiation apparatus 1 of this embodiment.

遮蔽体6は、図1に示すように、内部に照射ステージ7、金型M、支持部3および照射部2を収納し、電子線EBが照射された金型Mから発生するX線などの電磁波を遮蔽するものである。遮蔽体6を構成する材料としては鉛などを例示することができる。
遮蔽体6の大きさは、内部に照射ステージ7およい金型Mを配置した上で、支持部3が移動可能な空間を確保できる大きさであればよく、金型MをX方向およびY方向に移動させる空間を確保する必要はない。
As shown in FIG. 1, the shield 6 houses therein an irradiation stage 7, a mold M, a support unit 3 and an irradiation unit 2, and X-rays generated from the mold M irradiated with the electron beam EB. It shields electromagnetic waves. Examples of the material constituting the shield 6 include lead.
The size of the shield 6 may be any size as long as it can secure a space in which the support unit 3 can move after the mold M is placed inside the irradiation stage 7. There is no need to secure space to move in the direction.

遮蔽体6の上面には、金型Mを搬入および搬出する開口部46が形成され、開口部46を塞ぐ蓋体47が開口部46に配置されている。さらに、遮蔽体6の内部には、支持部3および照射部2の動作状況や、金型Mの焼入れ状況を確認する観察用カメラ51が配置されている。観察用カメラ51により撮影された画像は、遮蔽体6の外側に配置されたモニタ(図示せず)に映し出される。   An opening 46 for carrying in and out the mold M is formed on the upper surface of the shield 6, and a lid 47 for closing the opening 46 is disposed in the opening 46. Furthermore, an observation camera 51 for confirming the operation status of the support unit 3 and the irradiation unit 2 and the quenching status of the mold M is disposed inside the shield 6. An image photographed by the observation camera 51 is displayed on a monitor (not shown) arranged outside the shield 6.

次に、上記の構成からなる電子線照射装置1における作用について説明する。
最初に、図1に示すように、遮蔽体6の内部に焼き入れなどの表面処理を施す金型Mを搬入する。具体的には、遮蔽体6の上面に配置された蓋体47を取り外し、門型駆動部41をY方向に移動させ、照射ステージ7の上方に金型Mを搬入する空間を形成する。開口部46から金型Mを遮蔽体6の内部に搬入した後、蓋体47により開口部46を閉じる。
Next, the operation of the electron beam irradiation apparatus 1 having the above configuration will be described.
First, as shown in FIG. 1, a mold M for performing a surface treatment such as quenching is carried into the shield 6. Specifically, the lid 47 disposed on the upper surface of the shield 6 is removed, and the portal drive unit 41 is moved in the Y direction to form a space for carrying the mold M above the irradiation stage 7. After the mold M is carried into the shield 6 from the opening 46, the opening 46 is closed by the lid 47.

その後、照射部2における電子線発生部11に設けられたフィラメントに加速電圧等が供給され、電子線が生成される。
生成された電子線EBは、図2に示すように、高真空ピンホール21、中真空ピンホールおよび低真空ピンホール23の順に通過して、出射部12から金型Mに向けて出射される。
金型Mにおける電子線EBが照射された領域では、電子線EBの有するエネルギが熱に変換されるため、焼き入れ処理が施される。
Then, an acceleration voltage etc. are supplied to the filament provided in the electron beam generation part 11 in the irradiation part 2, and an electron beam is produced | generated.
As shown in FIG. 2, the generated electron beam EB passes through the high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole, and the low vacuum pinhole 23 in this order, and is emitted from the emission unit 12 toward the mold M. .
In the region irradiated with the electron beam EB in the mold M, the energy of the electron beam EB is converted into heat, so that a quenching process is performed.

ここで、照射部2の各ピンホール21,22,23における差動排気、および、照射部2の冷却について説明する。
差動排気部4は、図2に示すように、排気を行うことにより中真空排気管25の内部を約10Paの圧力に保ち、低真空排気管26の内部を約1000Paの圧力に保つ。
Here, the differential exhaust in each pinhole 21, 22, and 23 of the irradiation part 2 and the cooling of the irradiation part 2 are demonstrated.
As shown in FIG. 2, the differential exhaust unit 4 keeps the inside of the middle vacuum exhaust pipe 25 at a pressure of about 10 Pa and the inside of the low vacuum exhaust pipe 26 at a pressure of about 1000 Pa by performing exhaust.

すると、低真空ピンホール23の内部には、金型M側の端部が大気圧(約100000Pa)、低真空排気管26側の端部が低真空(約1000Pa)となる圧力勾配が形成される。一方、中真空ピンホール22の内部には、低真空排気管26側の端部が低真空、中真空排気管25側の端部が中真空(約10Pa)となる圧力勾配が形成される。さらに、高真空ピンホール21の内部には、中真空排気管25側の端部が中真空、電子線発生部11側の端部が高真空(約10−3Pa)となる圧力勾配が形成される。 Then, a pressure gradient is formed inside the low vacuum pinhole 23 such that the end on the mold M side is at atmospheric pressure (about 100,000 Pa) and the end on the low vacuum exhaust pipe 26 side is at low vacuum (about 1000 Pa). The On the other hand, a pressure gradient is formed inside the intermediate vacuum pinhole 22 such that the end on the low vacuum exhaust pipe 26 side is low vacuum and the end on the intermediate vacuum exhaust pipe 25 side is medium vacuum (about 10 Pa). Further, a pressure gradient is formed inside the high vacuum pinhole 21 so that the end on the medium vacuum exhaust pipe 25 side is in a medium vacuum and the end on the electron beam generating unit 11 side is in a high vacuum (about 10 −3 Pa). Is done.

一方で、各ピンホール21,22,23の内径は、電子線EBの密度分布に関する3σに相当する径よりも大きな孔径に設定されているため、各ピンホール21,22,23を通過する電子線EBのうち約99%以上は、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射されることなく通過する。言い換えると、約1%未満の電子線EBは、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射され、当該内壁面には熱が発生する。   On the other hand, since the inner diameter of each pinhole 21, 22, 23 is set to a larger hole diameter than the diameter corresponding to 3σ related to the density distribution of the electron beam EB, the electrons passing through each pinhole 21, 22, 23 About 99% or more of the line EB passes through the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 without being irradiated. In other words, an electron beam EB of less than about 1% is irradiated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23, and heat is generated on the inner wall surface.

出射部12は、銅などの熱伝導率の高い材料を用いて形成されているため、各ピンホール21,22,23の内壁面で発生した熱は、当該内壁面から出射部12の全体に向けて速やかに拡散される。
さらに、出射部12の冷却用流路32内には、冷却部31との間で循環される冷媒が流れており、出射部12の全体に拡散された熱は、循環する冷媒に吸収される。言い換えると、各ピンホール21,22,23の内壁面は、冷却用流路32内を循環する冷媒により冷却される。
Since the emission part 12 is formed using a material having high thermal conductivity such as copper, the heat generated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23 is transferred from the inner wall surface to the entire emission part 12. It spreads quickly toward.
Further, the refrigerant circulated between the cooling section 31 flows in the cooling flow path 32 of the emission section 12, and the heat diffused throughout the emission section 12 is absorbed by the circulating refrigerant. . In other words, the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22 and 23 are cooled by the refrigerant circulating in the cooling flow path 32.

冷却用流路32内を通過する際に、各ピンホール21,22,23の内壁面で発生した熱を奪った冷媒は、冷却部31において奪った熱を外部に放出し、再び冷却用流路32に流入し、各ピンホール21,22,23の内壁面を冷却する。   When passing through the cooling flow path 32, the refrigerant that has taken away the heat generated on the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 releases the heat taken away in the cooling section 31 to the outside, and again flows into the cooling flow. It flows into the path 32 and cools the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22 and 23.

冷却用流路32は、各ピンホール21,22,23が一体に形成され、大型化された出射部12に設けられているため、熱交換が可能な面積が大きくなっている。そのため、冷却用流路32による冷却性能が向上しており、電子線EBの照射による各ピンホール21,22,23の内壁面における発熱に関する制約が軽減されている。
つまり、当該内壁面における発熱による各ピンホール21,22,23の変形の発生を抑制できるため、約1%未満であっても電子線EBの各ピンホール21,22,23の内壁面への照射を許容することができる。
The cooling channel 32 has the pinholes 21, 22, 23 formed integrally and is provided in the enlarged emission part 12, so that the heat exchange area is large. Therefore, the cooling performance by the cooling flow path 32 is improved, and restrictions on heat generation on the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 due to irradiation of the electron beam EB are reduced.
That is, since the deformation of the pinholes 21, 22, and 23 due to heat generation on the inner wall surface can be suppressed, even if it is less than about 1%, the inner wall surface of the pinholes 21, 22, and 23 of the electron beam EB Irradiation can be tolerated.

上記の構成によれば、照射部2に高真空ピンホール21、中真空ピンホールおよび低真空ピンホール23を一体に形成することにより、各ピンホール21,22,23の配置精度が確保しやすくなる。そのため、各ピンホール21,22,23の配置位置のズレにより、各ピンホール21,22,23の壁面への電子線EBの一部の照射を防止することができ、各ピンホール21,22,23の加熱を防止することができる。
さらに、各ピンホール21,22,23の配置精度が確保できるため、配置精度が確保できない場合と比較して、各ピンホール21,22,23の径を小さくすることができる。そのため、各ピンホール21,22,23の内部に圧力勾配を形成しやすくなり、差動排気部4に求められる排気性能を軽減することができる。
According to the above configuration, the high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole, and the low vacuum pinhole 23 are integrally formed in the irradiating unit 2, thereby making it easy to ensure the placement accuracy of the pinholes 21, 22, and 23. Become. Therefore, the irradiation of a part of the electron beam EB to the wall surfaces of the pinholes 21, 22, 23 can be prevented by the displacement of the arrangement positions of the pinholes 21, 22, 23, and the pinholes 21, 22 can be prevented. , 23 can be prevented.
Furthermore, since the placement accuracy of each pinhole 21, 22, 23 can be ensured, the diameter of each pinhole 21, 22, 23 can be made smaller than when the placement accuracy cannot be secured. Therefore, it becomes easy to form a pressure gradient inside each pinhole 21, 22, 23, and the exhaust performance required for the differential exhaust section 4 can be reduced.

高真空ピンホール21、中真空ピンホールおよび低真空ピンホール23の壁面に電子線EBの一部が照射され当該壁面に熱が発生しても、照射部2が熱伝導率の低い材料から形成されている場合と比較して、発生した熱は容易に拡散される。すると、照射部2が局所的に熱膨張することが防止され、照射部2の変形つまり各ピンホール21,22,23の変形や、各ピンホール21,22,23の配置精度の悪化が防止される。   Even if a part of the electron beam EB is irradiated on the wall surfaces of the high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole and the low vacuum pinhole 23 and heat is generated on the wall surfaces, the irradiation part 2 is formed of a material having low thermal conductivity. Compared to the case where the heat is generated, the generated heat is easily diffused. Then, it is prevented that the irradiation part 2 thermally expands locally, and the deformation | transformation of the irradiation part 2, ie, the deformation | transformation of each pinhole 21,22,23, and the deterioration of the arrangement precision of each pinhole 21,22,23 are prevented. Is done.

高真空ピンホール21、中真空ピンホールおよび低真空ピンホール23の径を、小さくても電子線EBの密度分布に関する3σに相当する径とすることで、電子線EBの大半つまり約99%以上は各ピンホール21,22,23の壁面に照射されることなく、各ピンホール21,22,23を通過する。言い換えると、電子線EBにおける約1%未満のみが各ピンホール21,22,23の壁面に照射される。そのため、各ピンホール21,22,23の壁面における熱の発生を抑制することができる。   By setting the diameters of the high vacuum pinhole 21, the medium vacuum pinhole and the low vacuum pinhole 23 to a diameter corresponding to 3σ related to the density distribution of the electron beam EB, even if it is small, most of the electron beam EB, that is, about 99% or more. Passes through the pinholes 21, 22, 23 without being irradiated on the wall surfaces of the pinholes 21, 22, 23. In other words, only less than about 1% of the electron beam EB is applied to the wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23. Therefore, heat generation on the wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 can be suppressed.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図3を参照して説明する。
本実施形態の電子線照射装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照射部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図3を用いて照射部の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図3は、本実施形態の電子線照射装置における照射部の構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the electron beam irradiation apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the irradiation unit is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the configuration of the irradiation unit will be described with reference to FIG. 3, and description of other components and the like will be omitted.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of the irradiation unit in the electron beam irradiation apparatus of the present embodiment.
In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

電子線照射装置(エネルギ線照射装置)101の照射部102は、照射ステージ7の上に配置された金型Mに対して電子線を照射し、金型Mに対して焼き入れなどの表面処理を施すものである(図1参照。)。
照射部102には、図3に示すように、電子線を発生させる電子線発生部11と、発生された電子線を金型に向けて導いて照射する出射部(照射部)112と、が設けられている。
The irradiation unit 102 of the electron beam irradiation apparatus (energy beam irradiation apparatus) 101 irradiates the mold M disposed on the irradiation stage 7 with an electron beam, and performs a surface treatment such as quenching on the mold M. (See FIG. 1).
As shown in FIG. 3, the irradiation unit 102 includes an electron beam generation unit 11 that generates an electron beam, and an emission unit (irradiation unit) 112 that guides and radiates the generated electron beam toward a mold. Is provided.

出射部112には、図3に示すように、電子線EBが通過する高真空ピンホール21、中真空ピンホール22および低真空ピンホール23が形成された中央部材113と、差動排気部4に接続された中真空排気室125および低真空排気室126と、が設けられている。   As shown in FIG. 3, the emission unit 112 includes a central member 113 in which a high vacuum pinhole 21, a medium vacuum pinhole 22, and a low vacuum pinhole 23 through which an electron beam EB passes, and a differential exhaust unit 4. Are connected to the middle vacuum exhaust chamber 125 and the low vacuum exhaust chamber 126.

中央部材113は、例えば銅などの熱伝導率の高い材料から形成された部材であり、中央部材113には、冷媒を供給する冷却部31と接続された冷却用流路32が設けられている。さらに中央部材113には、中真空排気室125と高真空ピンホール21および中真空ピンホール22とを繋ぐ貫通孔135と、低真空排気室126と中真空ピンホール22および低真空ピンホール23とを繋ぐ貫通孔136と、が設けられている。   The central member 113 is a member formed of a material having high thermal conductivity such as copper, for example. The central member 113 is provided with a cooling flow path 32 connected to the cooling unit 31 that supplies the refrigerant. . Further, the central member 113 includes a through-hole 135 that connects the medium vacuum exhaust chamber 125 to the high vacuum pinhole 21 and the medium vacuum pinhole 22, a low vacuum exhaust chamber 126, the medium vacuum pinhole 22, and the low vacuum pinhole 23. And a through hole 136 for connecting the two.

中真空排気室125は、差動排気部4と高真空ピンホール21と中真空ピンホール22と接続された空間である。中真空排気室125は、中央部材113のうちの高真空ピンホール21が形成された領域の外側を覆うように形成されている。
低真空排気室126は、差動排気部4と中真空ピンホール22と低真空ピンホール23と接続された空間である。低真空排気室126は、中真空排気室125を外側から覆うとともに、中央部材113のうちの中真空ピンホール22が形成された領域の外側を覆うように形成されている。
The middle vacuum exhaust chamber 125 is a space connected to the differential exhaust unit 4, the high vacuum pinhole 21, and the middle vacuum pinhole 22. The middle vacuum exhaust chamber 125 is formed so as to cover the outside of the region of the central member 113 where the high vacuum pinhole 21 is formed.
The low vacuum exhaust chamber 126 is a space connected to the differential exhaust unit 4, the intermediate vacuum pinhole 22, and the low vacuum pinhole 23. The low vacuum evacuation chamber 126 is formed so as to cover the middle vacuum evacuation chamber 125 from the outside and to cover the outside of the region of the central member 113 where the medium vacuum pinhole 22 is formed.

次に、上記の構成からなる電子線照射装置101における照射部102の各ピンホール21,22,23における差動排気、および、照射部202の冷却について説明する。
なお、第1の実施形態と同一の作用効果については、その説明を省略する。
Next, the differential exhaust in each pinhole 21, 22, and 23 of the irradiation part 102 in the electron beam irradiation apparatus 101 having the above configuration and the cooling of the irradiation part 202 will be described.
In addition, the description about the same effect as 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

差動排気部4は、図3に示すように、排気を行うことにより中真空排気室125の内部を約10Paの圧力に保ち、低真空排気室126の内部を約1000Paの圧力に保つ。
すると、低真空ピンホール23の内部には、金型M側の端部が大気圧(約100000Pa)、低真空排気室126側の端部が低真空(約1000Pa)となる圧力勾配が形成される。一方、中真空ピンホール22の内部には、低真空排気室126側の端部が低真空、中真空排気室125側の端部が中真空(約10Pa)となる圧力勾配が形成される。さらに、高真空ピンホール21の内部には、中真空排気室125側の端部が中真空、電子線発生部11側の端部が高真空(約10−3Pa)となる圧力勾配が形成される。
As shown in FIG. 3, the differential exhaust section 4 keeps the inside of the middle vacuum exhaust chamber 125 at a pressure of about 10 Pa and the inside of the low vacuum exhaust chamber 126 at a pressure of about 1000 Pa by performing exhaust.
Then, a pressure gradient is formed inside the low vacuum pinhole 23 such that the end on the mold M side is atmospheric pressure (about 100,000 Pa) and the end on the low vacuum exhaust chamber 126 side is low vacuum (about 1000 Pa). The On the other hand, a pressure gradient is formed inside the intermediate vacuum pinhole 22 such that the end on the low vacuum exhaust chamber 126 side is low vacuum and the end on the intermediate vacuum exhaust chamber 125 side is medium vacuum (about 10 Pa). Furthermore, a pressure gradient is formed inside the high vacuum pinhole 21 so that the end on the medium vacuum exhaust chamber 125 side is in a medium vacuum and the end on the electron beam generating unit 11 side is in a high vacuum (about 10 −3 Pa). Is done.

一方で、各ピンホール21,22,23の内径は、電子線EBの密度分布に関する3σに相当する径よりも大きな孔径に設定されているため、各ピンホール21,22,23を通過する電子線EBのうち約99%以上は、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射されることなく通過する。言い換えると、約1%未満の電子線EBは、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射され、当該内壁面には熱が発生する。   On the other hand, since the inner diameter of each pinhole 21, 22, 23 is set to a larger hole diameter than the diameter corresponding to 3σ related to the density distribution of the electron beam EB, the electrons passing through each pinhole 21, 22, 23 About 99% or more of the line EB passes through the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 without being irradiated. In other words, an electron beam EB of less than about 1% is irradiated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23, and heat is generated on the inner wall surface.

中央部材113は、銅などの熱伝導率の高い材料を用いて形成されているため、各ピンホール21,22,23の内壁面で発生した熱は、当該内壁面から中央部材113の全体に向けて速やかに拡散される。
さらに、中央部材113の冷却用流路32内には、冷却部31との間で循環される冷媒が流れており、中央部材113の全体に拡散された熱は、循環する冷媒に吸収される。言い換えると、各ピンホール21,22,23の内壁面は、冷却用流路32内を循環する冷媒により冷却される。
Since the central member 113 is formed using a material having high thermal conductivity such as copper, the heat generated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23 is transferred from the inner wall surface to the entire central member 113. It spreads quickly toward.
Further, the refrigerant circulated between the cooling section 31 flows in the cooling channel 32 of the central member 113, and the heat diffused throughout the central member 113 is absorbed by the circulating refrigerant. . In other words, the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22 and 23 are cooled by the refrigerant circulating in the cooling flow path 32.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図4から図6を参照して説明する。
本実施形態の電子線照射装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照射部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図4から図6を用いて照射部の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図4は、本実施形態の電子線照射装置における照射部の構成を説明する模式図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the electron beam irradiation apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the irradiation unit is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the configuration of the irradiation unit will be described using FIGS. 4 to 6, and description of other components and the like will be omitted.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the irradiation unit in the electron beam irradiation apparatus of the present embodiment.
In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

電子線照射装置(エネルギ線照射装置)201の照射部202は、照射ステージ7の上に配置された金型Mに対して電子線を照射し、金型Mに対して焼き入れなどの表面処理を施すものである(図1参照。)。
照射部202には、図4に示すように、電子線を発生させる電子線発生部11と、発生された電子線を金型に向けて導いて照射する出射部(照射部)212と、が設けられている。
The irradiation unit 202 of the electron beam irradiation apparatus (energy beam irradiation apparatus) 201 irradiates the mold M disposed on the irradiation stage 7 with an electron beam and performs surface treatment such as quenching on the mold M. (See FIG. 1).
As shown in FIG. 4, the irradiation unit 202 includes an electron beam generation unit 11 that generates an electron beam, and an emission unit (irradiation unit) 212 that guides and emits the generated electron beam toward a mold. Is provided.

出射部212には、図4に示すように、電子線EBが通過する高真空ピンホール21、中真空ピンホール22および低真空ピンホール23が形成された中央部材213と、差動排気部4に接続された中真空排気室225および低真空排気室226と、が設けられている。   As shown in FIG. 4, the emission unit 212 includes a central member 213 in which a high vacuum pinhole 21, a medium vacuum pinhole 22, and a low vacuum pinhole 23 through which an electron beam EB passes, and a differential exhaust unit 4. Are provided with a middle vacuum exhaust chamber 225 and a low vacuum exhaust chamber 226.

図5は、図4の中央部材の構成を説明する側面視図である。
中央部材213は、図4および図5に示すように、例えば銅などの熱伝導率の高い材料から形成された略板状の部材であり、中央部材213には、冷媒を供給する冷却部31と接続された冷却用流路242が設けられている。さらに中央部材113には、中真空排気室125と高真空ピンホール21および中真空ピンホール22とを繋ぐ貫通孔235と、低真空排気室126と中真空ピンホール22および低真空ピンホール23とを繋ぐ貫通孔236と、が設けられている。
FIG. 5 is a side view for explaining the configuration of the central member in FIG. 4.
As shown in FIGS. 4 and 5, the central member 213 is a substantially plate-like member formed of a material having high thermal conductivity such as copper, for example, and the central member 213 includes a cooling unit 31 that supplies a refrigerant. And a cooling flow path 242 connected to the. Further, the central member 113 includes a through-hole 235 that connects the medium vacuum exhaust chamber 125 to the high vacuum pinhole 21 and the medium vacuum pinhole 22, a low vacuum exhaust chamber 126, the medium vacuum pinhole 22, and the low vacuum pinhole 23. And a through hole 236 connecting the two.

中真空排気室225は、差動排気部4と高真空ピンホール21と中真空ピンホール22と接続された空間である。中真空排気室225は、中央部材213の一方の側面(図4の右側の側面)に、高真空ピンホール21が形成された領域の外側を覆うように形成されている。
低真空排気室226は、差動排気部4と中真空ピンホール22と低真空ピンホール23と接続された空間である。低真空排気室226は、中央部材213の他方の側面(図4の左側の側面)に、高真空ピンホール21および中真空ピンホール22が形成された領域の外側を覆うように配置されている。
The middle vacuum exhaust chamber 225 is a space connected to the differential exhaust section 4, the high vacuum pinhole 21, and the middle vacuum pinhole 22. The middle vacuum exhaust chamber 225 is formed on one side surface (the right side surface in FIG. 4) of the central member 213 so as to cover the outside of the region where the high vacuum pinhole 21 is formed.
The low vacuum exhaust chamber 226 is a space connected to the differential exhaust unit 4, the intermediate vacuum pinhole 22, and the low vacuum pinhole 23. The low vacuum evacuation chamber 226 is disposed on the other side surface (the left side surface in FIG. 4) of the central member 213 so as to cover the outside of the region where the high vacuum pinhole 21 and the medium vacuum pinhole 22 are formed. .

図6は、図5の冷却用流路における迂回流路の構成を説明する模式図である。
冷却用流路242は、図5に示すように、中央部材213を冷却する冷媒が流れる流路である。
冷却用流路242には、各ピンホール21,22,23を間に挟み、各ピンホール21,22,23に沿って延びる一対の直線流路243と、図5および図6に示すように、中真空ピンホール22を迂回して直線流路243を繋ぐ迂回流路244と、が設けられている。さらに、冷却用流路242は、出射部212の外部に設けられた冷却部31との間で、冷媒が循環する経路を形成するように接続されている。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the bypass flow path in the cooling flow path of FIG.
As shown in FIG. 5, the cooling flow path 242 is a flow path through which a coolant that cools the central member 213 flows.
As shown in FIGS. 5 and 6, the cooling flow path 242 includes a pair of linear flow paths 243 that sandwich the pinholes 21, 22, and 23 and extend along the pinholes 21, 22, and 23. A bypass channel 244 that bypasses the medium vacuum pinhole 22 and connects the straight channel 243 is provided. Furthermore, the cooling flow path 242 is connected to the cooling unit 31 provided outside the emitting unit 212 so as to form a path through which the refrigerant circulates.

冷却部31は、中央部材213において熱を吸収した冷媒から熱を奪い、外部に放出するものである。この冷却部31の構成、および、冷媒としては、公知の構成および物質を用いることができ、特に限定するものではない。   The cooling unit 31 takes heat from the refrigerant that has absorbed heat in the central member 213 and releases it to the outside. As the configuration of the cooling unit 31 and the refrigerant, known configurations and substances can be used, and are not particularly limited.

次に、上記の構成からなる電子線照射装置201における照射部202の各ピンホール21,22,23における差動排気、および、照射部202の冷却について説明する。
なお、第1の実施形態と同一の作用効果については、その説明を省略する。
Next, the differential exhaust in each pinhole 21, 22, and 23 of the irradiation part 202 in the electron beam irradiation apparatus 201 which consists of said structure, and the cooling of the irradiation part 202 are demonstrated.
In addition, the description about the same effect as 1st Embodiment is abbreviate | omitted.

差動排気部4は、図4に示すように、排気を行うことにより中真空排気室225の内部を約10Paの圧力に保ち、低真空排気室226の内部を約1000Paの圧力に保つ。
すると、低真空ピンホール23の内部には、金型M側の端部が大気圧(約100000Pa)、低真空排気室226側の端部が低真空(約1000Pa)となる圧力勾配が形成される。一方、中真空ピンホール22の内部には、低真空排気室226側の端部が低真空、中真空排気室225側の端部が中真空(約10Pa)となる圧力勾配が形成される。さらに、高真空ピンホール21の内部には、中真空排気室125側の端部が中真空、電子線発生部11側の端部が高真空(約10−3Pa)となる圧力勾配が形成される。
As shown in FIG. 4, the differential exhaust section 4 keeps the inside of the middle vacuum exhaust chamber 225 at a pressure of about 10 Pa and the inside of the low vacuum exhaust chamber 226 at a pressure of about 1000 Pa by performing exhaust.
Then, a pressure gradient is formed inside the low vacuum pinhole 23 so that the end on the mold M side is at atmospheric pressure (about 100,000 Pa) and the end on the low vacuum exhaust chamber 226 side is at low vacuum (about 1000 Pa). The On the other hand, a pressure gradient is formed inside the intermediate vacuum pinhole 22 so that the end on the low vacuum exhaust chamber 226 side is low vacuum and the end on the intermediate vacuum exhaust chamber 225 side is medium vacuum (about 10 Pa). Furthermore, a pressure gradient is formed inside the high vacuum pinhole 21 so that the end on the medium vacuum exhaust chamber 125 side is in a medium vacuum and the end on the electron beam generating unit 11 side is in a high vacuum (about 10 −3 Pa). Is done.

一方で、各ピンホール21,22,23の内径は、電子線EBの密度分布に関する3σに相当する径よりも大きな孔径に設定されているため、各ピンホール21,22,23を通過する電子線EBのうち約99%以上は、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射されることなく通過する。言い換えると、約1%未満の電子線EBは、各ピンホール21,22,23の内壁面に照射され、当該内壁面には熱が発生する。   On the other hand, since the inner diameter of each pinhole 21, 22, 23 is set to a larger hole diameter than the diameter corresponding to 3σ related to the density distribution of the electron beam EB, the electrons passing through each pinhole 21, 22, 23 About 99% or more of the line EB passes through the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22, and 23 without being irradiated. In other words, an electron beam EB of less than about 1% is irradiated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23, and heat is generated on the inner wall surface.

中央部材213は、銅などの熱伝導率の高い材料を用いて形成されているため、各ピンホール21,22,23の内壁面で発生した熱は、当該内壁面から中央部材213の全体に向けて速やかに拡散される。   Since the central member 213 is formed using a material having high thermal conductivity such as copper, the heat generated on the inner wall surface of each pinhole 21, 22, 23 is transferred from the inner wall surface to the entire central member 213. It spreads quickly toward.

さらに、図5に示すように、中央部材213の冷却用流路242内には、冷却部31との間で循環される冷媒が流れており、中央部材213の全体に拡散された熱は、循環する冷媒に吸収される。言い換えると、各ピンホール21,22,23の内壁面は、冷却用流路242内を循環する冷媒により冷却される。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the refrigerant circulated between the cooling unit 31 flows in the cooling flow path 242 of the central member 213, and the heat diffused throughout the central member 213 is Absorbed by circulating refrigerant. In other words, the inner wall surfaces of the pinholes 21, 22 and 23 are cooled by the refrigerant circulating in the cooling flow path 242.

具体的には、冷却部31から供給された冷媒は、冷却用流路242の一の直線流路243に流入し、高真空ピンホール21側から低真空ピンホール23側に向かって流れる。その後冷媒は、図5および図6に示すように、迂回流路244を流れて他の直線流路243に流入する。冷媒は他の直線流路243を低真空ピンホール23側から高真空ピンホール21側に向かって流れ、冷却部31に流入する。   Specifically, the refrigerant supplied from the cooling unit 31 flows into one linear flow path 243 of the cooling flow path 242 and flows from the high vacuum pinhole 21 side toward the low vacuum pinhole 23 side. Thereafter, as shown in FIGS. 5 and 6, the refrigerant flows through the bypass channel 244 and flows into the other straight channel 243. The refrigerant flows through the other straight flow path 243 from the low vacuum pinhole 23 side toward the high vacuum pinhole 21 side, and flows into the cooling unit 31.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を、電子線を照射する電子線照射装置に適用して説明したが、この電子線照射装置に限られることなく、レーザ等のエネルギ線を照射するその他各種の照射装置に適用することができるものである。
また、この発明を、金型に電子線を照射して焼き入れ処理を施す電子線照射装置に適用して説明したが、電子線を照射する対象は金型に限られるものではなく、特に限定するものではない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described as applied to an electron beam irradiation apparatus that irradiates an electron beam. However, the present invention is not limited to this electron beam irradiation apparatus, and an energy beam such as a laser is irradiated. It can be applied to other various irradiation apparatuses.
Further, although the present invention has been described by applying it to an electron beam irradiation apparatus that irradiates a mold with an electron beam and performs a quenching process, the object to be irradiated with the electron beam is not limited to the mold, and is particularly limited. Not what you want.

本発明の第1の実施形態に係る電子線照射装置の概略構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining schematic structure of the electron beam irradiation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の照射部の構成を説明する概略図である。It is the schematic explaining the structure of the irradiation part of FIG. 本発明の第2の実施形態の電子線照射装置における照射部の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the irradiation part in the electron beam irradiation apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の電子線照射装置における照射部の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the irradiation part in the electron beam irradiation apparatus of the 3rd Embodiment of this invention. 図4の中央部材の構成を説明する側面視図である。It is a side view explaining the structure of the center member of FIG. 図5の冷却用流路における迂回流路の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the detour channel in the cooling channel of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,101,201 電子線照射装置(エネルギ線照射装置)
2,102,202 照射部
4 差動排気部
11 電子線発生部(発生部)
12,112,212 出射部(照射部)
21 高真空ピンホール(貫通孔)
22 中真空ピンホール(貫通孔)
23 低真空ピンホール(貫通孔)
31 冷却部
32 冷却用流路(冷却部)
M 金型(被照射体)
1,101,201 Electron beam irradiation device (energy beam irradiation device)
2,102,202 Irradiation part 4 Differential exhaust part 11 Electron beam generation part (generation part)
12, 112, 212 emitting part (irradiating part)
21 High vacuum pinhole (through hole)
22 Medium vacuum pinhole (through hole)
23 Low vacuum pinhole (through hole)
31 Cooling part 32 Cooling channel (cooling part)
M Mold (Subject to be irradiated)

Claims (4)

エネルギ線を発生する発生部と、
被照射体に向かって開口するとともに、前記エネルギ線が内部を通過する複数の貫通孔と、
該複数の貫通孔が一体に形成された照射部と、
前記複数の貫通孔と連通され、排気することにより前記複数の貫通孔の内部に圧力勾配を形成する差動排気部と、
が設けられたことを特徴とするエネルギ線照射装置。
A generator for generating energy rays;
A plurality of through holes that open toward the irradiated body and through which the energy rays pass;
An irradiation section in which the plurality of through holes are integrally formed;
A differential exhaust part that communicates with the plurality of through holes and forms a pressure gradient in the plurality of through holes by exhausting; and
An energy beam irradiating apparatus characterized in that is provided.
前記照射部は、熱伝導率の高い材料から形成されていることを特徴とする請求項1記載のエネルギ線照射装置。   The energy beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit is made of a material having high thermal conductivity. 前記複数の貫通孔の径は、小さくても、前記複数の貫通孔を通過するエネルギ線における密度分布または強度分布に関する3σに相当する径であることを特徴とする請求項1または2に記載のエネルギ線照射装置。   3. The diameter according to claim 1, wherein a diameter of the plurality of through-holes is a diameter corresponding to 3σ related to a density distribution or an intensity distribution in an energy beam passing through the plurality of through-holes even if the diameter is small. Energy beam irradiation device. 前記照射部を冷却する冷却部が設けられたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のエネルギ線照射装置。   The energy beam irradiation apparatus according to claim 1, further comprising a cooling unit that cools the irradiation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018040602A (en) * 2016-09-06 2018-03-15 日立造船株式会社 Electron beam irradiation device and method of using the same

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