JP2868284B2

JP2868284B2 - 電子ビーム加工装置および加工方法

Info

Publication number: JP2868284B2
Application number: JP2126987A
Authority: JP
Inventors: 敏郎丸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH0422586A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、電子ビームを被加工物に照射して加工す
る電子ビーム加工装置および加工方法、特に１本の電子
ビームを複数本に時分割して１回の電子ビーム照射で複
数の個所を加工する電子ビーム加工装置および加工方法
に関するものである。

［従来の技術］電子ビームは、そのエネルギー密度が非常に高いの
で、薄板の高速溶接または厚板の深溶け込み溶接を行な
える。これは電子ビーム溶接方法の特徴である。第７図
は、例えば特開昭63−30186号公報に開示されたロータ
の電子ビーム溶接方法が実施される従来の電子ビーム加
工装置を示すブロック図である。第７図に示すように、
従来の電子ビーム加工装置１は、電子ビームを発生して
加速する電子ビーム発生源、例えば電子銃1a、および電
子ビームを所要の大きさに集束する集束コイル1bから構
成され、筐体２の上部に配置されている。また、筐体２
内の集束コイル1bの下方にはロール３に固定された被加
工物例えばロータ４が台車５に載置された態様にて設け
られている。

従来の電子ビーム加工装置は上述したように構成され
ており、電子銃1a内で発生された電子ビームは加速され
て電子銃1aから出射され、集束コイル1bにて所要の大き
さの径に集束された後、台車５上でロール３に固定され
た被加工物４に照射される。被加工物４が複数の加工個
所例えば溶接個所（図示ない）をもつため、ロール３が
１回転して被加工物４の１周の溶接が終了すると、電子
ビームはその出力が一時中継される。そして台車５が次
の溶接箇所である矢印Ａの方向に移動して次の溶接箇所
に来ると、電子ビームの出力は再開されて溶接が行われ
る。これを順次繰り返えして全溶接箇所の溶接を終了す
る。

［発明が解決しようとする課題］従来の電子ビーム加工装置では、複数の溶接箇所の溶
接を実施する場合、被加工物の１周上の溶接が終了して
から次の溶接箇所まで台車を移動させるのに要する時
間、また複数の溶接箇所を溶接するためのタクトタイム
が非常に長くかゝり、生産性が低いなどの問題点があつ
た。

この発明は、上述したような問題点を解決するために
なされたもので、１回の電子ビーム照射で複数の個所を
同時に加工する電子ビーム加工装置および加工方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る電子ビーム加工装置は、電子ビームの
照射条件である電子ビームの分割数、分割された電子ビ
ームの出力比を決める分割割合、電子ビームの照射位置
などを決定する制御信号を発生する制御信号発生器と、
前記制御信号に応じた電流が通電されると偏向磁界を発
生し、この偏向磁界により電子ビーム発生源からの１本
の電子ビームを複数本に時分割する偏向コイル手段とを
設けたものである。

［作用］この発明の電子ビーム加工方法では、制御信号発生器
から電子ビームの照射条件に合致した制御信号が電源へ
与えられる。電源はこの制御信号に基づいた電流を偏向
コイルへ通電し、偏向コイルは通電された電流に応じて
偏向磁界を発生する。そうすると電子ビーム発生源から
出射された１本の電子ビームは磁界の時変化に合わせて
複数本に時分割され、また時分割された電子ビームに対
してその出力比が制御され、更にそれぞれ分割された電
子ビームの照射位置を制御してそれぞれの溶接箇所に電
子ビームは照射される。被加工物を載せた台車はこの間
移動されず、ロールが１回転することで被加工物の複数
の箇所の溶接が１回の電子ビーム照射で終了する。

［実施例］以下、この発明を、その一実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。

第１図はこの発明に係る電子ビーム加工装置の構成を
示すブロック図であり、図中10はこの発明の電子ビーム
加工装置を示す。真空引きが可能な筐体２の内部には、
電子ビームを発生して加速する電子銃1a、および電子ビ
ームを所要の大きさの径に集束する集束コイル1bに加え
て、後述する電源からの電流に応じて偏向磁界を発生す
る偏向コイル1cがこの順に配設されている。電子ビーム
加工装置10は、これらの構成部材に加えて、偏向コイル
1cに電流を通電する電源1dと、電子ビームの照射条件、
すなわち１本の電子ビームを複数本に分割する分割数、
分割された電子ビームの出力比を決める分割割合、電子
ビームの照射位置などを決定する制御信号を出力する制
御信号発生器1eとを備えている。被加工物であるロータ
４は上述したようにロール３上に固定されかつ台車５に
載置されている。なお、偏向コイル1cと電源1dは偏向コ
イル手段を構成する。

制御信号発生器1eから電源1dに制御信号が入力される
と、前述の条件に基づいて電源1dから偏向コイル1cに電
流が通電され、この電流に応じて偏向コイル1cから偏向
磁界が発生されるようになっており、１本の電子ビーム
は前述の条件で分割される。筐体２内の偏向コイル1cの
下方には台車５上のロール３にセットされた被加工物４
が在り、この被加工物４が回転することにより、台車５
の移動なしで、被加工物４の複数の溶接箇所に複数本に
分割された電子ビームが照射されるため溶接が１回の電
子ビーム照射により実施される。

次に動作について説明する。

電子銃1aにて発生された１本の電子ビームは加速され
て電子銃1aから出射され、集束コイル1bにて所望の大き
さの径に集束された後、偏向コイル1cに入射される。一
方、制御信号発生器1eにて後述するようにして所望の制
御信号が決定され、この制御信号が電源1dへ出力され
る。電源1dにてこの制御信号が増幅され、その増幅信号
に応じて電源1dから電流が偏向コイル1cに通電され、偏
向コイル1cにてこの電流に応じた偏向磁界が発生され
る。従って、偏向コイル1cに入射した１本の電子ビーム
は、偏向コイル1cにて生じられた偏向磁界により複数本
に時分割される。

以下、制御信号発生器1eからの制御信号、電子ビーム
分割の具体的動作について説明する。第２図は制御信号
発生器1eが発生する制御信号の一例（２分割する場合の
例）を示す波形図であり、電子ビームはこの制御信号に
基づいて時分割されるが、制御信号が第２図に示すよう
な場合には、第１図に示すように矢印Ａの方向に所定の
間隔をおいて第１電子ビームEB₁と第２電子ビームEB₂と
に分割される。そして分割時の第１電子ビームEB₁と第
２電子ビームEB₂との電子ビーム照射時間は第２図の高
レベルｈである時間T₁、低レベルである時間T₂とその周
波数とによって決定される。また第１電子ビームEB₁と第２
電子ビームEB₂との相対的な照射位置は第２図のｈの値
によつて決定される。ところでｈ＝０は電子ビームが分
割されていない場合を示す。

以上のようにこの実施例では１本の電子ビームが制御
信号に基づいて２分割される。この際、この制御信号は
所望のパターンに予め決定しておくので、電子ビームの
照射時間，照射位置を所望の範囲に設定することができ
る。

このようにして分割された２本の電子ビームEB₁,EB₂
は被加工物４上に照射され、台車上のロール３が回転す
ることにより溶接が実施される。２箇所の溶接が終了す
ると、台車５が矢印Ａの方向に移動されて次の溶接が実
施される。２分割ビームによる溶接では、この行程を繰
り返すことにより全溶接箇所の溶接が終了する。

上記実施例では電子ビームを２本に分割する場合につ
いて述べたが、これに限らず、第３図に示すような制御
信号を偏向コイル1cに供給すると、１本の電子ビームを
３本の電子ビームに分割することができ、２本に分割す
る場合に比べて３箇所の溶接を同時に実施することがで
きるので、タクトタイムは2/3に短縮することができ
る。なお、４分割以上とする実施例も考えられることは
勿論である。

上記実施例では、電子ビームを矢印Ａの方向に複数本
に時分割して複数箇所の溶接を１回の電子ビーム照射で
行い、台車移動時間およびタクトタイムを短縮する場合
について説明したが、第４図のように矢印Ａと直角の方
向に電子ビームを２分割し、溶接加工において溶接欠陥
を防止する方法としてこの発明の電子ビーム加工装置を
使用してもよい。この場合には制御信号を第５図に示す
ように周波数を重畳させた制御信号として、溶接金属を
撹拌するようにすると一層の効果が得られる。

また、溶接後の表面ビードの仕上げに用いる化粧ビー
ド方法において、この発明の電子ビーム加工装置を用い
てもよい。この場合には電子ビーム照射時間においてT₁
のT₂に対する割合を、溶接欠陥を防止するための前述の
実施例に比して少なくする。

さらに、難溶接材の溶接割れを防止するため、予熱、
後熱源としてこの発明の電子ビーム加工装置を使用して
もよい。予熱の場合、第２図のT₂に対するT₁の割合を少
なくして予熱用として利用する。後熱源として用いる場
合、このT₁,T₂の割合は逆であることは勿論である。

第６図は溶接スタート点の歪み（浮き上がり）を防止
する手段としてこの発明の電子ビーム加工装置を使用し
た場合であり、T₁＝T₂の割合に分割するのは言うまでも
ない。

［発明の効果］以上、詳述したように、この発明は、電子ビームの照
射条件である電子ビームの分割数、分割された電子ビー
ムの出力比を決める分割割合、電子ビームの照射位置な
どを決定する制御信号を発生する制御信号発生器と、前
記制御信号に応じた電流が通電されると偏向磁界を発生
し、この偏向磁界により電子ビーム発生源からの１本の
電子ビームを複数本に時分割する偏向コイル手段とを備
えているので、複数の溶接箇所の溶接を１回の電子ビー
ム照射でできるので、台車移動時間やタクトタイムを短
縮でき、ひいては生産性が向上するという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
および第３図は制御信号を示す波形図、第４図〜第６図
はこの発明に係る電子ビーム加工装置を用いた別の加工
方法を説明する図、第７図は従来のロータの電子ビーム
溶接方法が実施された装置を示すブロック図である。 1a……電子銃、1c……偏向コイル、1d……電源、1e……
制御信号発生器、４……被加工物、10……電子ビーム加
工装置、EB₁……第１電子ビーム、EB₂……第２電子ビー
ムである。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１本の電子ビームを発生する電子ビーム発
生源と、前記電子ビームの照射条件である前記電子ビー
ムの時分割数、時分割された各電子ビームの出力比率、
この時分割された各電子ビームの被加工物上における照
射位置などを決定する制御信号を発生する制御信号発生
器と、前記制御信号に基づいた電流が通電されると偏向
磁界を発生し、この偏向磁界により前記１本の電子ビー
ムを前記決定された複数本に時分割し、前記決定された
各照射位置に決定された出力で偏向させる偏向コイル手
段とを備えたことを特徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項２】１本の電子ビームを発生させるステップ
と、前記電子ビームの照射条件である前記電子ビームの
時分割数、時分割された各電子ビームの出力比率、この
時分割された各電子ビームの被加工物上の照射位置など
を決定する制御信号を発生するステップと、前記制御信
号に基づいた電流を通電して偏向磁界を発生させてこの
偏向磁界により前記１本の電子ビームを前記決定された
複数本に時分割し、前記決定された各照射位置に決定さ
れた出力で偏向させるステップと、これら複数本に時分
割された電子ビームを用いて１回の電子ビーム照射で複
数の個所を決定されたビーム出力で同時に加工するステ
ップと、を含むことを特徴とする電子ビーム加工方法。