JP5189256B2 - 電子ビーム照射表面改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材等の表面に電子ビームを照射して表面改質加工を行う電子ビーム照射表面改質装置に関するものである。

近年、プラズマ化した電離ガスの中を通過させた大面積で比較的均一な高エネルギ密度の電子ビームを発生させ、該電子ビームを機械切削加工後や放電加工後の各種金属部材に照射して、広面積を一様に加工することにより、深部に至ることなく表面仕上げ及び表面改質加工を行う方法が開発されている。

該方法を使用した装置としては、筒状アノード及び該アノードの軸線上に配置され電子を放出するカソードを備える電子ビーム発生部と、該電子ビーム発生部により発生された電子ビームが照射される被照射体とを、低圧のアルゴンガス（電離ガス）を充填して密閉したハウジング内部に配置し、カソードと被照射体との間の加速電圧をパルス状に印加して、金属部品の全体の表面へ電子ビームを間欠的に繰り返し照射し、鋳造直後の金属部品表面の薄い表層を溶解してアモルファス表面とすることにより酸に対する耐食性を増加させることができる金属部品の表面改質用電子ビーム装置が開示されている（特許文献１）。
特開２００３−１１１７７８号公報

しかしながら上記のような表面改質装置は、電子ビーム発生部が配置される電子ビーム発生室と被照射体を加工する加工室とが１つのハウジングによって形成され、加工室は表面改質装置で加工する可能性のある被照射体の最大の寸法に合わせた容積で形成されているため、ハウジング内部の気圧を調整するときに、被照射体が小さい場合でも、被照射体が大きい場合と同じ時間を要してしまい作業効率が低下してしまう。

さらに被照射体の表面改質を施す加工面積が電子ビームの照射面積よりも大きい場合には、被照射体を電子ビーム軸に対して直角な平面内で移動させる必要があるため、加工室はその移動に必要なストローク分のスペースも要するので、加工室はさらに大きくなり、ハウジング内部の気圧の調整に時間がかかってしまう。

また電子ビーム発生室と加工室とが一体化されたハウジングは、被照射体を加工室に取付け及び取外しする際に操作し難く、被照射体の加工状況を確認する際にも被照射体の加工面側に電子ビーム発生室が配置されているので目視しづらいという問題がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、作業効率を向上させた電子ビーム照射表面改質装置を提供することを目的とするものである。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、被照射体に照射して表面改質を行う電子ビームを発生する電子ビーム発生部を設けた電子ビーム発生室と、該電子ビーム発生室を形成し、前記電子ビームが出射する出射口を有する電子ビームハウジングと、前記出射口から出射された電子ビームが照射される被照射体を収容する加工室を形成し、前記電子ビームが入射する入射口を有する加工ハウジングと、を備えてなる電子ビーム照射表面改質装置において、
前記電子ビームハウジングと前記加工ハウジングとが分離して構成され、
前記電子ビーム発生室と前記加工室とが前記出射口と前記入射口とを介して連通し密閉空間が形成されるように前記加工ハウジングを前記電子ビームハウジングに連結させ、かつ、前記加工ハウジングを前記電子ビームハウジングから離脱させるべく、前記加工ハウジング及び前記電子ビームハウジングの双方に設けられた平行に対向する連結面を接近させ、または、離脱するように、前記電子ビームハウジング及び／又は前記加工ハウジングを移動させる連結離脱手段を備えていることを特徴とするものである。

なお本発明において「連結」は、電子ビーム発生室と加工室とが連通した密閉空間が形成されることであり、加工ハウジングと電子ビームハウジングとが直接連結していても、他の部材を介して間接的に連結していてもよい。

また連結離脱手段は、加工ハウジングを電子ビームハウジングに連結又は加工ハウジングを電子ビームハウジングから離脱するように、加工ハウジングを電子ビームハウジングに対して相対的に移動させることができればよく、加工ハウジングと電子ビームハウジングのどちらを移動させてもよい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、前記加工ハウジングが前記電子ビームハウジングから離脱しているとき、前記電子ビームハウジング及び／又は前記加工ハウジングが前記連結面に平行な平面上で移動可能に構成されていることが好ましい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、前記加工ハウジングが、前記電子ビーム発生室側からみて、前記入射口の少なくとも一部を外部に臨ませる位置まで移動可能に構成されていることが好ましい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、前記電子ビームハウジングの前記出射口を開閉する開閉手段を備えていることが好ましい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、前記開閉手段が、前記出射口に対応する孔を有する平坦な閉鎖板と、該閉鎖板を前記出射口と前記孔とが重なる位置及び重ならない位置に移動させる閉鎖板移動手段とを備えていることが好ましい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、前記閉鎖板移動手段が、前記閉鎖板を前記重なる位置と前記重ならない位置との間で移動させるときに、前記閉鎖板の平面方向以外の方向に移動させることが好ましい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置は、電子ビームハウジングと加工ハウジングとが分離して構成され、電子ビーム発生室と加工室とが出射口と入射口とを介して連通し密閉空間が形成されるように加工ハウジングを電子ビームハウジングに連結させ、かつ、加工ハウジングを電子ビームハウジングから離脱させるべく、加工ハウジング及び電子ビームハウジングの双方に設けられた平行に対向する連結面を接近させ、または、離脱するように、電子ビームハウジング及び／又は加工ハウジングを移動させる連結離脱手段を備えているので、被照射体の形状に応じた容積の加工室を有する加工ハウジングを選択して使用することができ、被照射体が小さい場合には、小さい容積の加工室を有する加工ハウジングを使用することにより密閉空間を小さくすることができるので、密閉空間内の気圧を短時間で調整することができて作業効率が向上する。

また被照射体を加工室に取付け及び取外しする際に、加工ハウジングを電子ビームハウジングから離脱させることができるため操作性が向上する。さらに複数の加工ハウジングを取り替えて使用することができるので、被照射体を加工中に別の加工ハウジング内に次に加工する被照射体を設置することができて、作業時間を短縮することができる。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置が、加工ハウジングが電子ビームハウジングから離脱しているとき、電子ビームハウジング及び／又は加工ハウジングが連結面に平行な平面上で移動可能に構成されている場合には、加工ハウジングの入射口が電子ビームハウジングの出射口に対して移動可能となるので、被照射体の非特定任意の部位に出射口を対向することが可能となり大きな表面積の局部別加工ができるので、加工室内に被照射体を平面移動させるために必要なストローク分のスペースをとる必要がなく、加工室は被照射体の形状に合わせた最小の容積で形成することができる。これにより加工室内の気圧の調整をさらに短時間で行なうことができ、作業効率が向上する。

また本発明の電子ビーム照射表面改質装置が、加工ハウジングが、電子ビーム発生室側からみて、前記入射口の少なくとも一部を外部に臨ませる位置まで移動可能に構成されている場合には、作業者が外部に臨んだ入射口から加工ハウジング内部の被照射体の状態を容易に目視することが可能となる。

また本発明の電子ビーム照射表面改質装置が、電子ビームハウジングの出射口を開閉する開閉手段を備えている場合には、調整した気圧を保持した状態で電子ビーム発生室を密閉することができるので、電子ビームハウジングから加工ハウジングを離脱させて被照射体を加工室に取付け及び取外ししたり、被照射体の加工状態を調べたりした後、再度加工ハウジングを電子ビームハウジングに連結させて、電子ビームを照射するときには、電子ビーム発生室以外の密閉空間を気圧調整すればよいため、気圧調整にかかる時間を短縮することができて作業効率が向上する。

また本発明の電子ビーム照射表面改質装置が、開閉手段が前記出射口に対応する孔を有する平坦な閉鎖板と、該閉鎖板を出射口と孔とが重なる位置及び重ならない位置に移動させる閉鎖板移動手段とを備え、該閉鎖板移動手段が、閉鎖板を重なる位置と重ならない位置との間で移動させるときに、閉鎖板の平面方向以外の方向に移動させる場合には、電子ビームハウジングと閉鎖板とがシールされた状態で移動することがないので、閉鎖板の平面方向移動により生じる摩擦を防ぐことができる。

以下、本発明の一実施の形態である電子ビーム照射表面改質装置１について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１の正面断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１の右側面図である。なお本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は便宜上、電子銃２０が位置する側を上側、テーブル６１が位置する側を下側、図１の手前側を前側、該前側から見た左右方向（図１の左右方向）を左右方向として説明する。また電子ビーム照射表面改質装置１の前側を作業者Ｐの作業位置とする。

本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、図１、図３に示す如く、床面に設置された略直方体の架台１１と、該架台１１の後方上面に立設されたコラム１２と、後方が該コラム１２の上面に載置された長方形の天板１３とにより骨格構造が形成され、架台１１は天板１３よりも前側に突出するように形成されている。そして天板１３の上方には、電子ビームを発生する電子ビーム発生部２２を備えた電子銃２０が配設され、下方には電子ビームが照射される被照射体Ｗを収容する加工室３１を形成する加工ハウジング３０が配設されている。

電子銃２０は、上壁２１ａを有し下端に電子ビームが出射する第一の出射口としての筒口２１ｂを有する筒状の電子銃筒２１と、該電子銃筒２１の内部に配置される電子ビーム発生部２２とを備えるものであって、電子ビーム発生部２２が配置され電子銃筒２１により形成される空間が電子ビーム発生室２５となって、該電子ビーム発生室２５には例えばアルゴンガス等の低圧電離気体が充填されてプラズマが生成される。

電子銃筒２１は、下端部外周から外方に向かって突出する鍔部２８を有し、該鍔部２８の下端面にはリング状のシール部材２９が、電子ビームの照射を直接受けないように出射口２１ｂを囲んで嵌合されている。また電子銃筒２１の外周には磁場を発生させるソレノイド２６が配設され、該ソレノイド２６に励磁する電源として図示しない励磁回路が備えられている。このソレノイド２６は電子ビーム発生室２５に磁場を形成し、プラズマと電子ビームの安定をはかっている。

さらに電子銃筒２１の外周には電子ビーム発生室２５を真空にするための図示しない排気ポンプと接続する真空用配管２７ａ及びアルゴンガス等の電離気体が充填された図示しないガスボンベと接続するガス用配管２７ｂが設けられている。

電子ビーム発生部２２は、電子ビーム発生室２５の上方にカソード２３、上下方向中央付近にプラズマ陽極２４を備え、これらは電子銃筒２１の筒軸と同軸線上に配設されている。

カソード２３は、電子を放出するものであって、円筒状の金属または黒鉛により形成されている。カソード２３の上端には電子銃筒２１の上壁２１ａを貫通し、上下方向に移動可能なカソード軸２３ａが電気絶縁されて接続され、図示しない導線により高圧電源（図示しない）と接続されている。カソード２３はカソード軸２３ａによって必要に応じて上下移動し、後述の照射条件を変更することが可能である。

プラズマ陽極２４は、プラズマを安定に保つために反射放電方式が用いられて円環状に形成され、カソード２３から放出された電子がプラズマ陽極２４の内側を通過する。そしてカソード２３を陰極、被照射体Ｗをターゲットとして、両極間に高圧コンデンサ放電を発生させてμｓ程度の電子ビームパルスを発生させる。プラズマの発生は、プラズマ陽極２４と電子銃筒２１の内壁との間に励磁回路によって、アルゴンガス等の低圧電離気体をプラズマ化する。

電子ビームの照射条件は電子ビームの放射エネルギを変化させることによって変更することが可能である。前記放射エネルギは、カソード電圧、カソード２３と被照射体Ｗとの距離及び電離ガスの圧力をそれぞれ変更することによって変化させることが可能であり、表面改質に応じて電子ビーム照射表面改質装置１を制御する図示しないシステムによって適宜調整可能に構成されている。

電子銃２０の下方には電子銃筒２１の筒口２１ｂを開閉する開閉手段としての開閉ユニット４０が配設されている。該開閉ユニット４０は、鍔部２８の外周面と一体に接続し内部にユニット空間４１ａを形成する箱状のユニット外板４１と、ユニット空間４１ａに配置される閉鎖板４２と、該閉鎖板４２を移動させる閉鎖板移動機構部（閉鎖板移動手段）４３とを備えている。またユニット外板４１の下端面には、電子銃筒２１の筒口２１ｂと対応する下孔４１ｂが形成され、閉鎖板４２にも前記筒口２１ｂと対応する孔４２ａが形成されている。そして筒口２１ｂと孔４２ａとが重なる位置にあるときは筒口２１ｂが開状態、重ならない位置にあるときは筒口２１ｂが閉状態となり、筒口２１ｂが開状態及び閉状態になるように閉鎖板４２が閉鎖板移動機構部４３によって移動される。

閉鎖板移動機構部４３は、図２に示す如く、閉鎖板４２の右端略中央に位置する四角形の切欠きが形成された閉鎖板切欠部４２ｂに固着されたジョイント４３１と、一端に該ジョイント４３１と係合する連結棹４３２を備えユニット外板４１を貫通した他端にピストン４３４が接続された操作軸４３３と、一端がユニット外板４１の外面と接続し内面をピストン４３４が左右方向に移動するシリンダ４３５とから構成された動力部を備えている。連結棹４３２のジョイント４３１側先端には球状止具４３２ａが設けられている。なおシリンダ４３５には図示しないポンプが接続されて、シリンダ４３５内部にピストン４３４を移動させる圧力を発生させる。ジョイント４３１は、上面に前方から後方へ貫通した凹部４３１ａを有し、該凹部４３１ａの右壁に上端から下方に向かって縦長に切欠かれたジョイント切欠部４３１ｂを有している。凹部４３１ａには球状止具４３２ａが位置し、ジョイント切欠部４３１ｂには連結棹４３２が挿通する。そしてピストン４３４が左右に移動すると、該移動に伴って連結棹４３２、球状止具４３２ａ及びジョイント４３１を介して閉鎖板４２に左右方向の動力が加えられる。

図４に閉鎖板移動機構部４３及び閉鎖板４２の主要部斜視図を示す。閉鎖板移動機構部４３は、図２に示す如く、ユニット外板４１の前壁及び後壁の内面左右にそれぞれ固着され、図４に示す如く、左方から右方に向かうにつれて上昇する案内溝４３６ａを有する４つのガイド板４３６と、図２、図４に示す如く、閉鎖板４２の上面の左右前後に固着された４つのガイドピンホルダ４３７と、一端がガイドピンホルダ４３７に固着し、他端が案内溝４３６ａと係合する４つのガイドピン４３８とを備え、上述のように閉鎖板４２に左右方向の動力が加えられるとガイドピン４３８が案内溝４３６ａに案内されて斜めに移動することにより、閉鎖板４２を筒口２１ｂと孔４２ａとが重なって筒口２１ｂを開状態とする開位置及び重ならないで筒口２１ｂを閉状態とする閉位置に移動させている。ガイドピン４３８が案内溝４３６ａの左端に位置するときに筒口２１ｂが開状態となり右端に位置するときに筒口２１ｂは閉状態となって、該閉状態のときには閉鎖板４２の上面が鍔部２８の下端面に当接する。このとき下端面には上述のようにシール部材２９が配設されているので、電子ビーム発生室２５を気密にすることができる。

なお閉鎖板４２が左右に移動する際には、案内溝４３６ａの作用によって上下方向にも移動するが、この上下方向の移動は縦長のジョイント切欠部４３１ｂによって操作軸４３３には伝わらないようになっている。また閉鎖板移動機構部４３が閉鎖板４２を、前記重なる位置と前記重ならない位置との間で移動させるときに、斜め方向すなわち閉鎖板４２の平面方向以外の方向に移動させるので、閉鎖板４２上面と鍔部２８の下端面とがシールされた状態で移動することがない。従って閉鎖板４２の平面方向移動によって水平摩擦が生じるのを防止することができる。

上記のように形成された電子銃２０及び開閉ユニット４０は、ユニット外板４１の下端面を上述の天板１３の上面に固着して載置される。なお本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、電子銃筒２１と、ユニット外板４１と、天板１３とで構成されるハウジングを、電子ビームハウジング１０とする。また天板１３には電子銃筒２１の筒口２１ｂすなわち第一の出射口と対応する天板孔１３ａが形成され、該天板孔１３ａが、電子ビームが出射する第二の出射口となる。このとき天板孔１３ａと下孔４１ｂとは連通する。

本発明において特徴的なのは、上述した電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが分離して構成され、電子ビーム発生室２５と加工室３１とが連通した密閉空間が形成されるように加工ハウジング３０を電子ビームハウジング１０に連結させ、かつ、加工ハウジング３０を電子ビームハウジング１０から離脱させるべく、加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａを接近させ、または、離脱するように移動させる連結離脱手段を備えていることである。このとき加工ハウジング３０の上端面３０ｄが加工ハウジング側連結面、天板１３の下端面１０ａが電子ビームハウジング側連結面となる。

加工ハウジング３０は、上端に電子ビームが入射する入射口３０ａを有する箱状であって、上端外周に外方に向かって環状に突出した突出部３０ｂを有している。該突出部３０ｂは上端面に環状溝３０ｃが形成され、該環状溝３０ｃに加工側シール部材３２が装着されている。加工ハウジング３０の内部は、電子ビームが照射される被照射体Ｗが直接載置されて収容される加工室３１となっている。また加工ハウジング３０の外面には加工室３１内の気圧調整をする図示しない排気ポンプと接続する真空用配管３３が接続されている。なお被照射体Ｗは表面改質を行う部分を上面にして載置され、加工ハウジング３０の上端面より下方に位置するように加工室３１に配置される。

そして加工ハウジング３０は、後述のテーブル６１を介して、上下方向（天板１３の下端面１０ａに連結または離脱する方向）に移動する連結離脱手段としての上下移動機構部５０に載置される。このとき加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａとは平行になる。上下移動機構部５０は、図１に示す如く、テーブル６１が載置される上下台５１と、架台１１の略中央に設置された上下移動用流体シリンダ５２及び上下移動用ピストン５３と、一端が該上下移動用ピストン５３と連結し他端が上下台５１の下端面と接続する上下軸５４と、コラム１２よりも前方の左右前後の４箇所に一端が上下台５１に固着された棒状のガイドバー５５と、架台１１に備えられガイドバー５５が挿入するブッシュ１１ａとから概略構成されている。

上下台５１は、図３に示す如く、前側端面が架台１１の前側端面と同一平面に位置し、後側端面はコラム１２と若干の間を有するように形成されている。なお上下移動用流体シリンダ５２には図示しないポンプが接続されて、上下移動用シリンダ５２内部に上下移動用ピストン５３を移動させる圧力を供給する。そして上下移動用ピストン５３が上下移動用流体シリンダ５２の内面を上下に移動すると、該移動に伴って上下台５１が上下軸５４を介して上下移動する。このとき上下移動はガイドバー５５がブッシュ１１ａに案内されることにより上下方向以外の移動が規制される。

上記のように構成された上下移動機構部５０の上下台５１にテーブル６１を介して載置された加工ハウジング３０は、電子ビームの照射時に、加工ハウジング３０の上端面３０ｄと、天板１３の下端面１０ａとが接触するように上下移動機構部５０によって上方向に移動される。このとき加工ハウジング３０には上述のようにシール部材３２が装着されているので、天板１３の下端面１０ａとの気密を保持できる。なお天板１３の下端面１０ａは加工ハウジング３０を気密に連結させるために平滑な仕上げ加工がなされている。そして、加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａとがシール部材３２を介して気密に連結することにより、上述の電子ビーム発生室２５と加工室３１とが、天板孔１３ａ、下孔４１ｂ、筒口２１ｂ及びユニット空間４１ａを介して連通し、これらが密閉された一つの密閉空間を形成する。

さらに、加工ハウジング３０は該加工ハウジング３０を載置する載置台である上下台５１上で、天板１３の下端面１０ａと平行な平面内で、すなわち上下台５１の上面上で移動可能に構成されている。具体的には、上下台５１上にテーブル６１を載置し、該テーブル６１上に加工ハウジング３０を載置するとともに、テーブル６１と上下台５１との間の摩擦を小さくして、上下台５１上でテーブル６１を手動により容易に移動可能とする。なお上下台５１の上面はテーブル６１が滑動し易いように平滑な仕上げ加工がなされている。

前記摩擦を小さくする方法として浮上機構６０を使用する。ここで図５に浮上機構６０の断面図を示す。図５に示す如く、テーブル６１の内部には空気室６１ａが形成され、テーブル６１の外面には空気室６１ａ内に空気を供給する図示しない圧縮空気源と接続する配管６１ｂが接続されている。またテーブル６１の下端面には穴で構成された適宜な数のポケット６１ｃが全周に亘って形成され、該ポケット６１ｃは、例えば多孔質焼結金属等の多孔質材料で形成された詰栓６１ｄを介して空気室６１ａと連通している。そして配管６１ｂから空気室６１ａ内に圧縮空気を送ると、該空気は詰栓６１ｄを通過してポケット６１ｃに送られる。これによりポケット６１ｃの圧力が上昇し、上下台５１とテーブル６１の上面の間に空気膜が生じテーブル６１が浮上し、上下台５１上面を容易に滑動することが可能となる。またテーブル６１に傾きが生じると、各ポケット６１ｃ間には圧力差が生じるので、詰栓６１ｄを通過する空気流量が自動的に変化して空気膜の厚さは一定に保持される。

上述のように構成された浮上機構６０は、テーブル６１すなわち加工ハウジング３０を手動により上下台５１の上面で移動させることができる。このとき上下台５１の上面は目盛を備えているので、テーブル５１の位置を容易に決定することができる。そして上下台５１の前側端面が天板１３の前側端面よりも突出して配設されているので、加工ハウジング３０はテーブル６１と共に、上下台５１の前端付近まで移動することができ、電子ビーム発生室２５からみて入射口３０ａの少なくとも一部を外部に臨ませる位置まで移動することができる。これにより作業者Ｐが加工ハウジング３０を自由に移動させることができるので、被照射体Ｗの照射部位を電子ビームの第一の出射口である筒口２１ｂに位置決めしたり、被照射体Ｗの取り付け、交換あるいは結果の観察を容易に行なうことができる。

なお電子ビーム照射表面改質装置１は、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが分離されて構成されているが、電子ビームがカソード２３から被照射体Ｗに向けて出射されるときには、カソード２３及び被照射体Ｗがそれぞれ電源に接続されていなければならない。そのため被照射体Ｗと電源は導線により確実に接続される。

次に上記のように構成された電子ビーム照射表面改質装置１の動作について説明する。先ず加工室３１の大きさが異なる複数の加工ハウジング３０の中から被照射体Ｗの大きさ等の形状に応じた加工室３１を有する加工ハウジング３０を選択し、上下台５１の上面前側に移動したテーブル６１に載置する。このとき上下台５１は下側に移動されているので、加工ハウジング３０は天板１３から離れて位置する。次に表面改質を行なう面を上面にして被照射体Ｗを加工室３１内に配置する。そしてテーブル６１を電子銃２０の下方に移動させて、第一の出射口である筒口２１ｂから出射された電子ビームが通過する第二の出射口である天板孔１３ａと被照射体Ｗの照射部位とを合致させる。

照射位置が複数あるときは、各照射時に表面改質を施したい被照射体Ｗの照射部位に応じて、必要であればテーブル６１を手動で移動させ所望の照射部位に自由に位置決めすることができる。

次に上下移動機構部５０により上下台５１を上昇させて加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａとを接触させる。そして電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが連結した状態で電子ビーム発生室２５と加工室３１とが、天板孔１３ａ、下孔４１ｂ、筒口２１ｂ及びユニット空間４１ａを介して連通し、一体的に密閉された密閉空間を形成する。その後、真空用配管２７ａ、３３に接続された排気ポンプを作動させて前記密閉空間内の気圧を所定値にするために気圧の調整を開始する。これにより加工室３１の気圧が低下して加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａとの接触がさらに密になる。

そしてこの密閉空間にガス用配管２７ｂからアルゴンガスを注入し、電子銃２０により被照射体Ｗの照射部位への電子ビームの照射を行なう。なおこのとき照射条件は、上述した図示しないシステムによって制御される。

被照射体Ｗに必要な電子ビームの照射が終了した後、閉鎖板移動機構部４３により閉鎖板４２を、筒口２１ｂを閉じる方向（図１中右方向）へ移動させ、電子ビーム発生室２５を該電子ビーム発生室２５内の低圧を保持した状態で密閉する。そして真空用配管３３から加工室３１に空気を供給して、加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａとの連結を解除し、その後、上下台５１を上下移動機構部５０により降下させ、さらにテーブル６１を上下台５１前側の作業位置に移動させる。そして作業者が被照射体Ｗの取り外し作業を行い、さらに次に表面改質を行なう被照射体Ｗを取り付ける。このとき次の被照射体Ｗの形状に応じて、加工ハウジング３０を取り替えてもよい。

次に表面改質を行なう被照射体Ｗが加工室３１に配置された加工ハウジング３０を、上記と同様の動作により電子ビームハウジング１０に連結させる。そして真空用配管３３に接続された排気ポンプを作動させて加工室３１、天板孔１３ａ、下孔４１ｂ及びユニット空間４１ａ内の気圧を電子ビーム発生室２５と同じ気圧になるように調整する。このとき電子ビーム発生室２５は最初の気圧が保持されているので、次の電子ビーム照射時には、電子ビーム発生室２５以外の密閉空間を気圧調整すればよいため、気圧調整にかかる時間を短縮することができて作業効率が向上する。

そして電子ビーム発生室２５と加工室３１とが同気圧となった後で、筒口２１ｂが開状態となるように閉鎖板移動機構部４３により閉鎖板４２を移動させる。そして密閉空間にガス用配管２７ｂからアルゴンガスを吸入し、電子銃２０により被照射体Ｗの照射部位への電子ビームの照射を行なう。そして上記動作を繰り返し行うことにより、所望の数の被照射体Ｗの表面改質を行なう。このようにして本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１による電子ビームの照射作業が行なわれる。なお、同一被照射体Ｗであって照射部位だけ変更する場合には連結位置を変える操作のみを行えばよい。

本発明の電子ビーム照射表面改質装置１は、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが分離して構成され、電子ビーム発生室２５と加工室３１とが連通した密閉空間が形成されるように加工ハウジング３０を電子ビームハウジング１０に連結させ、かつ、加工ハウジング３０を電子ビームハウジング１０から離脱させるべく、加工ハウジング３０の上端面３０ｄと天板１３の下端面１０ａを接近させ、または、離脱するように移動させる連結離脱手段を備えているので、被照射体Ｗの形状に応じた容積の加工室３１を有する加工ハウジング３０を選択して使用することができ、被照射体Ｗが小さい場合には、小さい容積の加工室３１を有する加工ハウジング３０を使用することにより密閉空間を小さくすることができるので、密閉空間内の気圧を短時間で調整することができて作業効率が向上する。

また被照射体Ｗを加工室３１に取付け及び取外しする際に、加工ハウジング３０を電子ビームハウジング１０から離脱させることができるため操作性が向上する。さらに複数の加工ハウジング３０を取り替えて使用することができるので、被照射体Ｗを加工中に別の加工ハウジング３０内に次に加工する被照射体Ｗを設置することができて、作業時間を短縮することができる。

また本発明の電子ビーム照射表面改質装置１は、加工ハウジング３０が電子ビームハウジング１０から離脱しているとき、加工ハウジング３０が連結面としての加工ハウジング３０の上端面３０ｄ及び天板１３の下端面１０ａに平行な平面上で移動可能に構成されているので、加工ハウジング３０の入射口３０ａが電子銃筒２１の筒口２１ｂに対して移動可能となるため、被照射体の非特定任意の部位に第一の出射口である筒口２１ｂを対向することが可能となり大きな表面積の局部別加工ができるので、加工室３１内に被照射体Ｗを平面移動させるために必要なストローク分のスペースをとる必要がないため、加工室３１は被照射体Ｗの形状に合わせた最小の容積で形成することができる。これにより加工室３１内の気圧の調整をさらに短時間で行なうことができ、作業効率が向上する。

また本発明の電子ビーム照射表面改質装置１は、加工ハウジング３０が、電子ビーム発生室２５側からみて、入射口３０ａの少なくとも一部を外部に臨ませる位置まで移動可能に構成されているので、作業者Ｐが外部に臨んだ入射口３０ａから被照射体Ｗの状態を容易に目視することが可能である。

なお本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、連結離脱手段として上下に移動する上下移動機構部５０を備えたが、本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とを連結及び離脱できるものであれば、いかなる機構部であってもよい。また本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１の連結離脱手段は、加工ハウジング３０を移動させるものであるが、本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、電子ビームハウジング１０を移動させるものであってもよい。

なお本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、加工ハウジング３０を連結面に平行な平面上で移動可能に構成したが、本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、電子ビームハウジングを連結面に平行な平面上で移動可能に構成してもよい。

本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、加工ハウジングを平面内で手動により移動可能としたが、本発明はこれに限られるものではなく、平面移動手段によって移動可能としてもよい。具体的には、載置台として公知のＸＹテーブル（平面移動手段）を使用し、該ＸＹテーブルで加工ハウジングを移動させる。

また本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、上述のように開閉ユニット４０を、第一の出射口としての筒口２１ｂを開閉するものとしたが、本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、第二の出射口としての天板孔１３ａを開閉するものであってもよい。この場合、天板孔１３ａを直接開閉する構造であっても、例えば下孔４１ｂを介して開閉する等の間接的に開閉する構造であってもよい。天板孔１３ａを開閉可能な構成にすることにより、少なくとも電子ビーム発生室２５とユニット空間４１ａとを所定の気圧を保持した状態で密閉することができるので、次の電子ビーム照射時には、前記密閉された空間以外の密閉空間を気圧調整すればよいため、気圧調整にかかる時間をさらに短縮することができて作業効率が向上する。

本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は上述のように開閉ユニット４０を備えるものとしたが本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、開閉ユニット４０を備えていないものであってもよい。また本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１は、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが直接連結するものであるが、本発明の電子ビーム照射表面改質装置はこれに限られるものではなく、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とが他の部材を介して間接的に連結してもよい。

以下、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とを別の方法で連結させた第二及び第三の実施形態について図面を参照して説明する。なお第二及び第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置は、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０との連結方法については異なるが他の部分は上述した実施形態と同様であるため、同一箇所は同一の符号を使用して詳細な説明は省略する。図６に第二の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’の主要部断面図、図７に第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’’の主要部断面図を示す。

第二の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’は、図６に示す如く、上端に入射口３０ａを有する箱状であって、上端外周に外方に向かって環状に突出した突出部３０ｂを有する加工ハウジング３０の、突出部３０ｂの上端面３０ｄ’を、下端部外周に一体的に設けられ外方に向かって突出する鍔部２８を有する電子銃筒２１の、鍔部２８の下端面１０ａ’に、電子ビーム発生室２５と加工室３１とを連通させて接触させ、電子ビームハウジング１０と加工ハウジング３０とを連結させている。なお電子ビーム発生室２５と加工室３１とを一体に密閉した空間の気密性を高めるために加工ハウジング３０の突出部３０ｂ上端面３０ｄ’にはシール部材３２が装着されている。なお第二の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’は、鍔部２８を有する電子銃筒２１を電子ビームハウジング１０’とする。

また第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’’は、図７に示す如く、上端に入射口３０ａを有する箱状の加工ハウジング３０の上端面３０ｄ’’を、電子銃筒２１の下端面１０ａ’’に、電子ビーム発生室２５と加工室３１とを連通させて、直接連結させている。なお電子ビーム発生室２５と加工室３１とを一体に密閉した空間の気密性を高めるために加工ハウジング３０の上端面３０ｄ’’にはシール部材３２が装着されている。なお第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’’は、電子銃筒２１を電子ビームハウジング１０’’とする。

なお上述した第二及び第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置１’、１’’が、第一の電子ビーム照射表面改質装置１と同様に、骨格構造として天板１３を備えてなるものである場合には、天板１３を含めて電子ビームハウジング１０’、１０’’とし、電子ビームハウジング１０’、１０’’と加工ハウジング３０とが、連結するものであってもよい。

本実施形態の電子ビーム照射表面改質装置の主要部断面図 図１のII-II線断面図 図１の右側面図 閉鎖板移動機構部及び閉鎖板の主要部斜視図 浮上移動機構の断面図 第二の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置の主要部断面図 第三の実施形態の電子ビーム照射表面改質装置の主要部断面図

符号の説明

１ 電子ビーム照射表面改質装置
１０ 電子ビームハウジング
１０ａ 電子ビームハウジング側連結面（下端面）
１３ 天板
１３ａ 天板孔（第二の出射口）
２０ 電子銃
２１ 電子銃筒
２１ｂ 筒口（第一の出射口）
２２ 電子ビーム発生部
２５ 電子ビーム発生室
３０ 加工ハウジング
３０ａ 入射口
３０ｄ 加工ハウジング側連結面（上端面）
３１ 加工室
４０ 開閉ユニット（開閉手段）
４２ 閉鎖板
４２ａ 孔
４３ 閉鎖板移動機構部（閉鎖板移動手段）
５０ 上下移動機構部（連結離脱手段）
６０ 浮上機構
Ｂ 電子ビーム
Ｐ 作業者
Ｗ 被照射体

Claims (2)

1. 被照射体に照射して表面改質を行う電子ビームを発生する電子ビーム発生部を設けた電子ビーム発生室と、該電子ビーム発生室を形成し、前記電子ビームが出射する出射口を有する電子ビームハウジングと、前記出射口から出射された電子ビームが照射される被照射体を収容する加工室を形成し、前記電子ビームが入射する入射口を有する加工ハウジングと、を備えてなる電子ビーム照射表面改質装置において、
   前記電子ビームハウジングと前記加工ハウジングとが上下に分離して構成され、
   前記電子ビーム発生室と前記加工室とが前記出射口と前記入射口とを介して連通し密閉空間が形成されるように前記加工ハウジングを前記電子ビームハウジングに連結させ、かつ、前記加工ハウジングを前記電子ビームハウジングから離脱させるべく、前記加工ハウジング及び前記電子ビームハウジングの双方に設けられた平行に対向する連結面を接近させ、または、離脱するように、前記電子ビームハウジング及び／又は前記加工ハウジングを上下方向に移動させる連結離脱手段を備え、前記加工ハウジングが前記電子ビームハウジングから上下方向に離脱しているとき、前記電子ビームハウジング及び／又は前記加工ハウジングが前記連結面に平行な平面上で移動可能に構成され、
   前記電子ビームハウジングの前記出射口を開閉する開閉手段を備え、
   前記開閉手段が、前記出射口に対応する孔を有する平坦な閉鎖板と、該閉鎖板を前記出射口と前記孔とが重なる位置及び重ならない位置に移動させる閉鎖板移動手段とを備え、
   前記閉鎖板移動手段が、前記閉鎖板が前記重なる位置と前記重ならない位置との間で移動するときに斜めに移動することにより、前記閉鎖板の平面方向以外の方向に移動して、前記開閉手段の閉状態において前記電子ビーム発生室と前記閉鎖板とが当接することを特徴とする電子ビーム照射表面改質装置。
2. 前記加工ハウジングが、前記電子ビーム発生室側からみて、前記入射口の少なくとも一部を外部に臨ませる位置まで移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照射表面改質装置。

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