JP6645657B2 - Electron beam welding equipment - Google Patents

Electron beam welding equipment Download PDF

Info

Publication number
JP6645657B2
JP6645657B2 JP2015186825A JP2015186825A JP6645657B2 JP 6645657 B2 JP6645657 B2 JP 6645657B2 JP 2015186825 A JP2015186825 A JP 2015186825A JP 2015186825 A JP2015186825 A JP 2015186825A JP 6645657 B2 JP6645657 B2 JP 6645657B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vacuum chamber
orifice
electron beam
hole
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015186825A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017060961A (en
Inventor
中島 透
透 中島
浩三 児玉
浩三 児玉
春彦 大野
春彦 大野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Platforms Ltd
Original Assignee
NEC Platforms Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Platforms Ltd filed Critical NEC Platforms Ltd
Priority to JP2015186825A priority Critical patent/JP6645657B2/en
Publication of JP2017060961A publication Critical patent/JP2017060961A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6645657B2 publication Critical patent/JP6645657B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Description

本発明は、電子ビーム溶接装置及びオリフィスに関する。   The present invention relates to an electron beam welding device and an orifice.

真空チャンバ内において、電子ビームをワークに照射して、ワークを溶接する電子ビーム溶接装置がある。特許文献1には、このような電子ビーム溶接装置の一例が開示されている。   There is an electron beam welding apparatus that irradiates a workpiece with an electron beam in a vacuum chamber and welds the workpiece. Patent Document 1 discloses an example of such an electron beam welding apparatus.

特開2006−095553号公報JP 2006-095553 A

上記した電子ビーム溶接装置では、溶接ビームをワークに照射すると、ワークが溶融し、又は、蒸発し、スパッタ分子が放出される。このようなスパッタ分子は、フィラメントに付着して、電子ビーム溶接装置に好ましくない影響を与えることが有った。本出願の発明者等は、上記した電子ビーム溶接装置に、フィラメントを有する真空チャンバと、ワークを収容する試料室と、を設けることを想起した。しかし、スパッタ分子は、真空チャンバに流入することが有った。   In the above-described electron beam welding apparatus, when the work is irradiated with the welding beam, the work is melted or evaporated, and sputter molecules are released. Such sputter molecules may adhere to the filament and have an undesirable effect on the electron beam welding equipment. The inventors of the present application have recalled that the electron beam welding apparatus described above is provided with a vacuum chamber having a filament and a sample chamber for accommodating a workpiece. However, sputter molecules could flow into the vacuum chamber.

本発明は、スパッタ分子が、フィラメントを有する真空チャンバに流入することを抑制することのできる電子ビーム溶接装置を提供する。   The present invention provides an electron beam welding apparatus capable of suppressing sputter molecules from flowing into a vacuum chamber having a filament.

本発明に係る電子ビーム溶接装置は、
電子ビームを生成する電子銃部と、
前記電子ビームが照射される溶接対象物が配置される試料室と、を備え、
前記電子銃部は、
第1の真空チャンバと、
前記第1の真空チャンバと第1の開口を介して連結され、前記第1の真空チャンバよりも前記試料室側に設けられている第2の真空チャンバと、
前記第1の開口に設けられている第1のオリフィスと、を含み、
前記第1のオリフィスは、前記電子ビームを前記溶接対象物に照射したときに前記溶接対象物から生じたスパッタ分子が、前記第2の真空チャンバから前記第1の真空チャンバへ流入することを抑制する孔を有する。
The electron beam welding apparatus according to the present invention,
An electron gun for generating an electron beam;
A sample chamber in which the welding object to be irradiated with the electron beam is arranged,
The electron gun section,
A first vacuum chamber;
A second vacuum chamber connected to the first vacuum chamber via a first opening and provided on the sample chamber side with respect to the first vacuum chamber;
A first orifice provided in the first opening,
The first orifice suppresses sputter molecules generated from the welding object when the electron beam is irradiated on the welding object from flowing into the first vacuum chamber from the second vacuum chamber. It has a hole.

本発明に係るオリフィスは、
電子ビームを生成する電子銃部と、
前記電子ビームが照射される溶接対象物が配置される試料室と、を備え、
前記電子銃部は、
第1の真空チャンバと、
前記第1の真空チャンバと第1の開口を介して連結され、前記第1の真空チャンバよりも前記試料室側に設けられている第2の真空チャンバと、
を含む電子ビーム溶接装置において、前記第1の開口に設けられているオリフィスであって、
前記電子ビームを前記溶接対象物に照射したときに前記溶接対象物から生じたスパッタ分子が、前記第2の真空チャンバから前記第1の真空チャンバへ流入することを抑制する孔を有する。
The orifice according to the present invention,
An electron gun for generating an electron beam;
A sample chamber in which the welding object to be irradiated with the electron beam is arranged,
The electron gun section,
A first vacuum chamber;
A second vacuum chamber connected to the first vacuum chamber via a first opening and provided on the sample chamber side with respect to the first vacuum chamber;
An orifice provided in the first opening, wherein the orifice is provided in the first opening,
There is a hole for suppressing sputter molecules generated from the welding object when the electron beam is irradiated on the welding object from flowing into the first vacuum chamber from the second vacuum chamber.

本発明に係る電子ビーム溶接装置によれば、スパッタ分子が、フィラメントを有する真空チャンバに流入することを抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the electron beam welding apparatus concerning this invention, it can suppress that a sputter molecule flows into the vacuum chamber which has a filament.

実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置を模試的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部を模試的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部を模試的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置でのスパッタ分子の軌跡を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a locus of sputter molecules in the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の軌跡を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a locus of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の軌跡を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a locus of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の動きを模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating movement of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の動きを模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating movement of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の動きを模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating movement of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の動きを模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating movement of sputter molecules in a main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and a repeated description will be omitted as necessary.

実施の形態1
図1〜3を参照して実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置100について説明する。電子ビーム溶接装置100は、図1は、実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置を模式的に示す断面図である。図2及び図3は、実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部を模試的に示す断面図である。図1〜図6では、右手系xyz座標を規定した。つまり、図1〜図6では、紙面水平方向をX方向、紙面鉛直方向をZ方向としている。
Embodiment 1
The electron beam welding apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 2 and 3 are cross-sectional views schematically showing main parts of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 1 to 6, the right-handed xyz coordinates are defined. That is, in FIGS. 1 to 6, the horizontal direction in the drawing is the X direction, and the vertical direction in the drawing is the Z direction.

電子ビーム溶接装置100は、電子銃部110、試料室120、ターボ分子ポンプ(TMP)162、ターボ分子ポンプ(TMP)164、メカニカルブースターポンプ(MP)165及びロータリーポンプ(RP)166を有する。   The electron beam welding apparatus 100 includes an electron gun unit 110, a sample chamber 120, a turbo molecular pump (TMP) 162, a turbo molecular pump (TMP) 164, a mechanical booster pump (MP) 165, and a rotary pump (RP) 166.

ターボ分子ポンプ(TMP)162は、第1の真空ポンプとも称する。ターボ分子ポンプ(TMP)164は、第2の真空ポンプとも称する。なお、本実施の形態では、第1及び第2の真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用いているが、例えばディフュージョンポンプ(拡散ポンプ)などの他のタイプの真空ポンプを用いてもよい。同様に、メカニカルブースターポンプ(MP)165及びロータリーポンプ(RP)166も他のタイプの真空ポンプに置き換えてもよい。   The turbo molecular pump (TMP) 162 is also called a first vacuum pump. The turbo molecular pump (TMP) 164 is also called a second vacuum pump. Although a turbo molecular pump is used as the first and second vacuum pumps in this embodiment, other types of vacuum pumps such as a diffusion pump (diffusion pump) may be used. Similarly, the mechanical booster pump (MP) 165 and the rotary pump (RP) 166 may be replaced with another type of vacuum pump.

電子銃部110と試料室120とは、開口部153を介して連結され、一体の真空装置(真空チャンバ)を構成する。電子銃部110は、試料室120へ向けて、電子ビーム140を出射する。電子銃部110は、ターボ分子ポンプ162、164の2つによって排気される。試料室120は、縦続接続されたメカニカルブースターポンプ(MP)165及びロータリーポンプ(RP)166によって排気される。   The electron gun unit 110 and the sample chamber 120 are connected via an opening 153 to form an integrated vacuum device (vacuum chamber). The electron gun unit 110 emits an electron beam 140 toward the sample chamber 120. The electron gun section 110 is evacuated by two turbo molecular pumps 162 and 164. The sample chamber 120 is evacuated by a cascade-connected mechanical booster pump (MP) 165 and a rotary pump (RP) 166.

電子銃部110は、真空チャンバVC1〜VC3、フィラメント111、グリッド112、アノード113、アライメントコイル114、レンズコイル115、偏向コイル116及び、真空バルブ118を有する。   The electron gun section 110 has vacuum chambers VC1 to VC3, a filament 111, a grid 112, an anode 113, an alignment coil 114, a lens coil 115, a deflection coil 116, and a vacuum valve 118.

真空チャンバVC1〜VC3及び試料室120は、Z方向に縦続して連結されている。   The vacuum chambers VC1 to VC3 and the sample chamber 120 are cascaded and connected in the Z direction.

真空チャンバVC1内には、フィラメント111及びグリッド112が配置される。フィラメント111の一端はDC電源130の正極と接続され、他端はDC電源130の負極と接続される。これにより、フィラメント111にDC電圧が印加され、電流が流れる。フィラメント111は、電流が流れることによるジュール熱で加熱され、熱電子を放出する。真空チャンバVC1は、開口161を介して接続されるターボ分子ポンプ162により排気される。   The filament 111 and the grid 112 are arranged in the vacuum chamber VC1. One end of the filament 111 is connected to the positive electrode of the DC power supply 130, and the other end is connected to the negative electrode of the DC power supply 130. As a result, a DC voltage is applied to the filament 111, and a current flows. The filament 111 is heated by Joule heat caused by the flow of electric current, and emits thermoelectrons. The vacuum chamber VC1 is evacuated by a turbo-molecular pump 162 connected via the opening 161.

フィラメント111から放出された熱電子は、グリッド112を通過した後、後述するアノード113により加速電圧を与えられ、電子ビーム140となる。グリッド112は、フィラメント111に対して高電位となるように構成されている。グリッド112とフィラメント111との間の電圧を高くすることで、電子ビーム140のビーム電流を制御することができる。電子ビーム140は、経路B1を辿るようにして、真空チャンバVC1から真空チャンバVC2及びVC3を経て、試料室120に導かれる。   After passing through the grid 112, the thermoelectrons emitted from the filament 111 are given an accelerating voltage by an anode 113 described later, and become an electron beam 140. The grid 112 is configured to have a high potential with respect to the filament 111. By increasing the voltage between the grid 112 and the filament 111, the beam current of the electron beam 140 can be controlled. The electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC1 to the sample chamber 120 via the vacuum chambers VC2 and VC3 along the path B1.

真空チャンバVC1と真空チャンバVC2とは開口部151を介して連結され、オリフィス171が開口部151に設けられており、具体的には、開口部151において真空チャンバVC1側と真空チャンバVC2側とを繋ぐように設けられている。オリフィス171を介して真空チャンバVC1から真空チャンバVC2へ電子ビーム140が導かれる。   The vacuum chamber VC1 and the vacuum chamber VC2 are connected via an opening 151, and an orifice 171 is provided in the opening 151. Specifically, the opening 151 has a vacuum chamber VC1 side and a vacuum chamber VC2 side. It is provided to connect. The electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC1 to the vacuum chamber VC2 via the orifice 171.

図1及び図2に示すように、オリフィス171は、電子ビーム140が通過可能な孔171aを有し、孔171aは、開口部151と比較して小さな断面積を有する。孔171aの断面形状は、例えば、円形状であるが、円形状に限定されることなく、楕円や多角形などの多種多様な形状であってもよい。返し部171bが孔171aの内壁面に少なくとも1つ設けられている。また、返し部171bは、孔171aの内壁面から突き出る板状部であり、試料室120側(図2では、Z軸方向マイナス側)へ傾斜する。返し部171bの高さ、すなわち、孔171aの内壁面から返し部171bの先端までの距離は、後述するスパッタ分子M4(図6参照)よりも大きければよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the orifice 171 has a hole 171 a through which the electron beam 140 can pass, and the hole 171 a has a smaller cross-sectional area than the opening 151. The cross-sectional shape of the hole 171a is, for example, a circular shape, but is not limited to a circular shape, and may be a variety of shapes such as an ellipse and a polygon. At least one return portion 171b is provided on the inner wall surface of the hole 171a. The return portion 171b is a plate-like portion protruding from the inner wall surface of the hole 171a, and is inclined toward the sample chamber 120 (in FIG. 2, the minus side in the Z-axis direction). The height of the return portion 171b, that is, the distance from the inner wall surface of the hole 171a to the tip of the return portion 171b may be larger than the later-described sputter molecule M4 (see FIG. 6).

真空チャンバVC1、VC2のうち、一方の真空度が他方の真空度よりも高い場合、オリフィス171は、真空度の高い高真空側の真空チャンバの真空度を保持しつつ、真空度の低い低真空側の真空チャンバへのスパッタの流入を抑制する。オリフィス171の孔171aは、後述するスパッタ分子M4(図6参照)が、真空チャンバVC2から真空チャンバVC1へ流入することを抑制する形状を有すればよく、例えば、そのような大きさの断面積を有する。   When one of the vacuum chambers VC1 and VC2 has a higher degree of vacuum than the other, the orifice 171 maintains the vacuum degree of the high-vacuum-side high-vacuum chamber while maintaining a low-vacuum low-vacuum state. Of spatter into the vacuum chamber on the side. The hole 171a of the orifice 171 only needs to have a shape that suppresses a later-described sputter molecule M4 (see FIG. 6) from flowing from the vacuum chamber VC2 to the vacuum chamber VC1, and for example, a cross-sectional area of such a size. Having.

また、オリフィス171は、その長手方向(ここでは、Z軸方向)に長ければ長いほど、スパッタ分子M4の真空チャンバVC2から真空チャンバVC1への流入を抑制することができる。そのため、オリフィス171の長手方向における長さは、電子ビーム溶接装置100の他の構成、例えば、グリッド12や真空バルブ118が電子ビーム溶接装置100において必要な機能を確保できるような長さであればよく、具体的には、例えば、グリッド112又はその近傍から、真空バルブ118又はその近傍までであってもよい。   Further, the longer the orifice 171 is in the longitudinal direction (here, the Z-axis direction), the more the flow of the sputtered molecules M4 from the vacuum chamber VC2 to the vacuum chamber VC1 can be suppressed. For this reason, the length of the orifice 171 in the longitudinal direction is set to a length that allows other components of the electron beam welding apparatus 100, for example, the grid 12 and the vacuum valve 118 to secure necessary functions in the electron beam welding apparatus 100. More specifically, for example, it may be from the grid 112 or its vicinity to the vacuum valve 118 or its vicinity.

また、オリフィス171は、電子ビームが通過するために必要な耐熱性を有しつつ、磁性を帯びにくい材料からなるとよく、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼からなるとよい。このようなオーステナイト系ステンレス鋼として、例えば、JIS規格に定められるSUS304に相当する鋼がある。   The orifice 171 may be made of a material that has heat resistance necessary for the passage of the electron beam and is less likely to be magnetized. For example, the orifice 171 may be made of austenitic stainless steel. As such austenitic stainless steel, for example, there is a steel corresponding to SUS304 defined in JIS standards.

真空チャンバVC2と真空チャンバVC3とは開口部152を介して連結され、オリフィス172が開口部152に設けられており、より具体的には、開口部152における真空チャンバVC3側に設けられている。オリフィス172を介して真空チャンバVC2から真空チャンバVC3へ電子ビーム140が導かれる。   The vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3 are connected via the opening 152, and the orifice 172 is provided in the opening 152, and more specifically, is provided on the opening 152 on the side of the vacuum chamber VC3. The electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC2 to the vacuum chamber VC3 via the orifice 172.

図1及び図3に示すように、オリフィス172は、電子ビーム140が通過可能な孔172a、172b、172cを有し、孔172a、172b、172cは、フィラメント111側から試料室120に向かってこの順に連続しており、オリフィス172を貫通する。孔172a、172b、172cは、開口部152と比較して小さな断面積を有する。具体的には、孔172cは、直径X3の円形状の断面形状を有し、孔172bは、直径X2の円形状の断面形状を有し、孔172aは、直径X1の円形状の断面形状を有する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the orifice 172 has holes 172a, 172b, and 172c through which the electron beam 140 can pass, and the holes 172a, 172b, and 172c are formed from the filament 111 side toward the sample chamber 120. They are continuous in order and pass through the orifice 172. The holes 172a, 172b, 172c have a smaller cross-sectional area than the opening 152. Specifically, the hole 172c has a circular cross-sectional shape having a diameter X3, the hole 172b has a circular cross-sectional shape having a diameter X2, and the hole 172a has a circular cross-sectional shape having a diameter X1. Have.

なお、孔172a、172b、172cの断面形状は、円形状に限定されることなく、楕円や多角形などの多種多様な形状であってもよい。直径X1、X2、X3は、この順に小さい。また、孔172aは、孔172bと比較して小さな断面積を有し、孔172bは、孔172cと比較して小さな断面積を有する。オリフィス172の連続した孔172c、172b、172aの断面積は、試料室120側からフィラメント111側に向かって徐々に小さくなればよく、具体的には、この順に段階的に減じる。   The cross-sectional shape of the holes 172a, 172b, 172c is not limited to a circular shape, but may be various shapes such as an ellipse and a polygon. The diameters X1, X2, X3 are smaller in this order. The hole 172a has a smaller cross-sectional area than the hole 172b, and the hole 172b has a smaller cross-sectional area than the hole 172c. The cross-sectional area of the continuous holes 172c, 172b, 172a of the orifice 172 may be gradually reduced from the sample chamber 120 side to the filament 111 side, and more specifically, is gradually reduced in this order.

また、オリフィス172は、オリフィス171と同様に、その長手方向(ここでは、Z軸方向)に長ければ長いほど、スパッタ分子M2の真空チャンバVC3から真空チャンバVC3への流入を抑制することができる。そのため、オリフィス172の長手方向における長さは、電子ビーム溶接装置100の他の構成、例えば、レンズコイル115、偏向コイル116が、電子ビーム溶接装置100において必要な機能を確保できるような長さであればよい。具体的には、オリフィス172の長手方向における長さは、オリフィス172の先端がレンズコイル115と同じ高さ(ここでは、Z軸方向における位置)となるように決定してもよい。   Further, similarly to the orifice 171, the longer the orifice 172 is in the longitudinal direction (here, the Z-axis direction), the more the flow of the sputtered molecule M2 from the vacuum chamber VC3 to the vacuum chamber VC3 can be suppressed. Therefore, the length in the longitudinal direction of the orifice 172 is set to a length that allows other components of the electron beam welding apparatus 100, for example, the lens coil 115 and the deflection coil 116 to secure the functions necessary for the electron beam welding apparatus 100. I just need. Specifically, the length of the orifice 172 in the longitudinal direction may be determined so that the tip of the orifice 172 has the same height as the lens coil 115 (here, the position in the Z-axis direction).

真空チャンバVC2、VC3のうち、一方の真空度が他方の真空度よりも高い場合、オリフィス172は、真空度の高い高真空側の真空チャンバの真空度を保持しつつ、真空度の低い低真空側の真空チャンバへのスパッタの流入を抑制する。オリフィス172の孔172aは、後述するスパッタ分子M2(図5参照)が、真空チャンバVC3から真空チャンバVC2へ流入することを抑制する形状を有すればよく、例えば、そのような大きさの断面積を有する。オリフィス172は、オリフィス171と同じ種類の材料からなるとよい。   When one of the vacuum chambers VC2 and VC3 has a higher degree of vacuum than the other, the orifice 172 retains the degree of vacuum of the high-vacuum chamber on the high-vacuum side while maintaining a low degree of vacuum with a low degree of vacuum. Of spatter into the vacuum chamber on the side. The hole 172a of the orifice 172 only needs to have a shape that suppresses a later-described sputter molecule M2 (see FIG. 5) from flowing into the vacuum chamber VC2 from the vacuum chamber VC3. Having. Orifice 172 may be made of the same type of material as orifice 171.

真空チャンバVC3と試料室120とは開口部153を介して連結され、開口部153を介して真空チャンバVC3から試料室120へ電子ビーム140が導かれる。   The vacuum chamber VC3 and the sample chamber 120 are connected via an opening 153, and the electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC3 to the sample chamber 120 via the opening 153.

なお、ここでは、真空チャンバVC1を第1の真空チャンバとも称する。真空チャンバVC2を第2の真空チャンバとも称する。真空チャンバVC3を第3の真空チャンバとも称する。また、真空チャンバVC2と試料室120とは、真空チャンバVC3を介して連結されているが、この連結状態を、単に真空チャンバVC2と試料室120とが連結されているとも表記する。オリフィス171を第1のオリフィスとも称し、オリフィス172を第2のオリフィスとも称する。開口部151を第1の開口とも称し、開口部152を第2の開口とも称する。   Here, the vacuum chamber VC1 is also referred to as a first vacuum chamber. The vacuum chamber VC2 is also called a second vacuum chamber. The vacuum chamber VC3 is also called a third vacuum chamber. Further, the vacuum chamber VC2 and the sample chamber 120 are connected via the vacuum chamber VC3, but this connection state is also described simply as the connection between the vacuum chamber VC2 and the sample chamber 120. The orifice 171 is also called a first orifice, and the orifice 172 is also called a second orifice. The opening 151 is also referred to as a first opening, and the opening 152 is also referred to as a second opening.

真空チャンバVC2の内部には、アノード113が配置される。真空チャンバVC2内の開口部151には、アノード113が配置される。真空チャンバVC2と真空チャンバVC3との間の開口部152には、真空バルブ118が設けられる。真空バルブ118により、真空チャンバVC2と真空チャンバVC3との間が開放され、又は遮断される。真空チャンバVC2は、開口163を介して接続されるターボ分子ポンプ164により排気される。   An anode 113 is disposed inside the vacuum chamber VC2. The anode 113 is disposed in the opening 151 in the vacuum chamber VC2. A vacuum valve 118 is provided in an opening 152 between the vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3. The vacuum valve 118 opens or shuts off the space between the vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3. The vacuum chamber VC2 is evacuated by a turbo-molecular pump 164 connected via the opening 163.

真空チャンバVC3内には、アライメントコイル114、レンズコイル115及び偏向コイル116が配置される。真空チャンバVC3内では、レンズコイル115及び偏向コイル116が壁VC31によって区切られている。壁VC31によって区切られた空間のうち、レンズコイル115及び偏向コイル116を有する空間は、大気圧下にあってもよい。アライメントコイル114は、電子ビーム140のビームスポットの原点位置を決定する。レンズコイル115は、電子ビーム140のビームスポットの大きさを決定する。偏向コイル116は、溶接対象物に対する電子ビーム140の照射位置を制御する。   An alignment coil 114, a lens coil 115, and a deflection coil 116 are arranged in the vacuum chamber VC3. In the vacuum chamber VC3, the lens coil 115 and the deflection coil 116 are separated by a wall VC31. Of the space partitioned by the wall VC31, the space having the lens coil 115 and the deflection coil 116 may be under atmospheric pressure. The alignment coil 114 determines the origin position of the beam spot of the electron beam 140. The lens coil 115 determines the size of the beam spot of the electron beam 140. The deflection coil 116 controls the irradiation position of the electron beam 140 on the welding target.

試料室120には、溶接対象物(この例では、部材W1及びW2)が配置される。試料室120は、真空ポンプ(メカニカルブースターポンプ(MP)165、ロータリーポンプ(RP)166)により、溶接作業中は常時排気されている。この例では、電子ビーム140が部材W1と部材W2との接合部に照射され、部材W1と部材W2とが溶け合った溶融金属部141を形成する。この溶融金属部141が冷えて固化することで、部材W1と部材W2とが溶接される。   An object to be welded (members W1 and W2 in this example) is arranged in the sample chamber 120. The sample chamber 120 is constantly evacuated by a vacuum pump (mechanical booster pump (MP) 165, rotary pump (RP) 166) during the welding operation. In this example, the joint between the member W1 and the member W2 is irradiated with the electron beam 140 to form a molten metal portion 141 in which the member W1 and the member W2 are fused. As the molten metal part 141 cools and solidifies, the member W1 and the member W2 are welded.

次に、図1、図4〜図10を参照して、本実施の形態にかかる電子ビーム溶接装置100におけるスパッタ分子の真空チャンバVC1への流入抑制の原理について説明する。図4は、実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置でのスパッタ分子の軌跡を模式的に示す図である。図5及び図6は、実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置でのスパッタ分子の軌跡を模式的に示す図である。図7〜図10は、実施の形態1にかかる電子ビーム溶接装置の要部でのスパッタ分子の動きを模式的に示す図である。   Next, with reference to FIGS. 1 and 4 to 10, the principle of suppressing the flow of sputter molecules into the vacuum chamber VC1 in the electron beam welding apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a locus of sputter molecules in the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. FIGS. 5 and 6 are diagrams schematically showing the trajectories of sputter molecules in the electron beam welding apparatus according to the first embodiment. 7 to 10 are diagrams schematically showing movement of sputter molecules in the main part of the electron beam welding apparatus according to the first embodiment.

電子ビーム140が部材W1及びW2に照射されると、電子ビーム140のエネルギーにより、部材W1及びW2を構成する金属原子がスパッタ分子となって試料室120内に放出される。図4に示すように、部材W1及びW2から放出された一部のスパッタ分子M2は、電位が低いフィラメント111の側に引かれて、電子ビーム140とは逆の経路B2を辿ってフィラメント111へ向かい、オリフィス172の孔172cに進入する。部材W1及びW2から放出された残りのスパッタ分子M1は、まっすぐ(正確にZ軸に沿って)フィラメント111へ向かわずに、Z軸に対してある程度の角度をもってフィラメント111側に向かう。スパッタ分子M1は、オリフィス172における孔172c(図3参照)の外側部分、真空チャンバVC3の内壁、又は、壁VC31に付着し、若しくは、真空チャンバVC3内に漂う。これにより、この残りのスパッタ分子M1は、真空チャンバVC3とオリフィス172とによって、捕集される。   When the members W1 and W2 are irradiated with the electron beam 140, metal atoms forming the members W1 and W2 are emitted as sputter molecules into the sample chamber 120 by the energy of the electron beam 140. As shown in FIG. 4, some sputtered molecules M2 emitted from the members W1 and W2 are drawn toward the filament 111 having a lower potential, and follow the path B2 opposite to the electron beam 140 to the filament 111. Then, it enters the hole 172c of the orifice 172. The remaining sputtered molecules M1 emitted from the members W1 and W2 do not go straight (accurately along the Z axis) to the filament 111 but go to the filament 111 at an angle to the Z axis. The sputter molecule M1 adheres to the outer portion of the hole 172c (see FIG. 3) in the orifice 172, the inner wall of the vacuum chamber VC3, or the wall VC31, or floats in the vacuum chamber VC3. Thus, the remaining sputter molecules M1 are collected by the vacuum chamber VC3 and the orifice 172.

図5に示すように、オリフィス172の孔172cに進入したスパッタ分子M2の一部は、孔172b及び孔172aを通過して、真空チャンバVC2に進入する。なお、スパッタ分子M2の一部は、孔172cの内壁面、孔172bの内壁面、及び、孔172aの内壁面のいずれかに衝突し跳ね返った後、孔172b及び孔172aを通過し真空チャンバVC2に進入してもよい。孔172cに進入したスパッタ分子M2の残りは、孔172cの内壁面、孔172bの内壁面、及び、孔172aの内壁面のいずれかに付着する。オリフィス172の連続した孔172c、172b、172aの断面積は徐々に小さくなるため、このスパッタ分子M2の残りは、孔172c、172b、172aの内壁面に付着しやすい。これにより、このスパッタ分子M2の残りは、オリフィス172によって、捕集される。   As shown in FIG. 5, a part of the sputtered molecule M2 that has entered the hole 172c of the orifice 172 passes through the hole 172b and the hole 172a and enters the vacuum chamber VC2. A part of the sputtered molecule M2 collides with any one of the inner wall surface of the hole 172c, the inner wall surface of the hole 172b, and the inner wall surface of the hole 172a and rebounds. May enter. The remainder of the sputtered molecule M2 that has entered the hole 172c adheres to any one of the inner wall surface of the hole 172c, the inner wall surface of the hole 172b, and the inner wall surface of the hole 172a. Since the cross-sectional area of the continuous holes 172c, 172b, 172a of the orifice 172 gradually decreases, the remainder of the sputtered molecules M2 easily adhere to the inner wall surfaces of the holes 172c, 172b, 172a. Thus, the rest of the sputtered molecules M2 are collected by the orifice 172.

図4及び図6に示すように、真空チャンバVC2に進入したスパッタ分子M3の一部は、真空チャンバVC2を通過して、オリフィス171の孔171a(図6参照)に進入する。一方、スパッタ分子M3の残りは、まっすぐ(正確にZ軸に沿って)オリフィス171の孔171aへ向かわずに、Z軸に対してある程度の角度をもってフィラメント111側に向かい、オリフィス171における孔171aの外側部分、又は、真空チャンバVC2の内壁に付着したり、衝突して真空チャンバVC2の内側を漂ったりする。これらスパッタ分子M3の残りは、ターボ分子ポンプ164による排気によって、真空チャンバVC2の外側へ排出してもよい。これにより、この残りのスパッタ分子M3は、真空チャンバVC2とターボ分子ポンプ164とによって、捕集される。   As shown in FIGS. 4 and 6, a part of the sputter molecules M3 that have entered the vacuum chamber VC2 pass through the vacuum chamber VC2 and enter the holes 171a of the orifice 171 (see FIG. 6). On the other hand, the remainder of the sputtered molecule M3 does not go straight (accurately along the Z-axis) to the hole 171a of the orifice 171, but goes to the filament 111 side at a certain angle with respect to the Z-axis. It adheres to the outer part or the inner wall of the vacuum chamber VC2, or collides with and drifts inside the vacuum chamber VC2. The remainder of these sputter molecules M3 may be exhausted to the outside of the vacuum chamber VC2 by exhaustion by the turbo molecular pump 164. As a result, the remaining sputter molecules M3 are collected by the vacuum chamber VC2 and the turbo molecular pump 164.

孔171aに進入したスパッタ分子M4の一部は、孔171aの内壁面に衝突して付着する。一方、孔171aに進入したスパッタ分子M4の残りは、孔171aの内壁面と返し部171bとに捕集される。   Part of the sputtered molecules M4 that have entered the hole 171a collide with and adhere to the inner wall surface of the hole 171a. On the other hand, the remainder of the sputtered molecules M4 that have entered the hole 171a are collected by the inner wall surface of the hole 171a and the return portion 171b.

次に、図7〜図10を参照してスパッタ分子M4の一部の捕集について具体的に説明する。図7に示すように、孔171aに進入したスパッタ分子M4の一部は、例えば、軌道A1に沿って、孔171aの内壁面と返し部171bとに向かって進行する。ここで、孔171aの内壁面と返し部171bとの成す角度はαである。   Next, the collection of a part of the sputtered molecule M4 will be specifically described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, a part of the sputtered molecules M4 that have entered the hole 171a advances, for example, along the trajectory A1 toward the inner wall surface of the hole 171a and the return portion 171b. Here, the angle formed between the inner wall surface of the hole 171a and the return portion 171b is α.

続いて、図8に示すように、スパッタ分子M4の残りは、返し部171bに衝突する。ここで、スパッタ分子は、真空領域において壁面に衝突すると、正反射し、正反射したスパッタ分子は、さらに壁面に衝突すると、再度正反射する。つまり、スパッタ分子は、壁面との衝突のたびに正反射を繰り返す。従って、スパッタ分子M4は、返し部171bに衝突した後、正反射して軌道A2に沿って移動し、孔171aの内壁面に向かって進行する。さらに、スパッタ分子M4は、孔171aの内壁面と衝突して、正反射して軌道A3に沿って返し部171bに向かって進行する。   Subsequently, as shown in FIG. 8, the remaining sputtered molecules M4 collide with the return portion 171b. Here, when the sputtered molecules collide with the wall surface in the vacuum region, they are specularly reflected. When the sputtered molecules further collide with the wall surface, they are specularly reflected again. That is, the sputtered molecule repeats regular reflection every time it collides with the wall surface. Therefore, after colliding with the return portion 171b, the sputtered molecule M4 specularly reflects, moves along the trajectory A2, and proceeds toward the inner wall surface of the hole 171a. Further, the sputtered molecule M4 collides with the inner wall surface of the hole 171a, is specularly reflected, and proceeds toward the return portion 171b along the trajectory A3.

孔171aの内壁面と返し部171bとの成す角度αは、0°よりも大きく、90°よりも小さいと好ましい。これは、スパッタ分子が返し部171bに衝突して正反射して、孔171aの内壁面に向かって進行し、オリフィス172によるスパッタ分子の捕集をより確実にさせるからである。   The angle α formed between the inner wall surface of the hole 171a and the return portion 171b is preferably larger than 0 ° and smaller than 90 °. This is because the sputtered molecules collide with the return portion 171b and are specularly reflected, travel toward the inner wall surface of the hole 171a, and more reliably collect the sputtered molecules by the orifice 172.

続いて、図9に示すように、スパッタ分子M4は、返し部171bと衝突して、正反射して軌道A4に沿って孔171aの内壁面に向かって進行する。   Subsequently, as shown in FIG. 9, the sputtered molecule M4 collides with the return portion 171b, is specularly reflected, and travels along the trajectory A4 toward the inner wall surface of the hole 171a.

続いて、図10に示すように、スパッタ分子M4は、孔171aの内壁面と衝突して、正反射して軌道A5に沿って返し部171bに向かって進行する。このように、スパッタ分子M4は、孔171aの内壁面、又は、返し部171bとの衝突及び正反射を繰り返すことによって、孔171aの内壁面と返し部171bとの交差部又はその近傍に到達し、付着される。これにより、スパッタ分子M4は、孔171aの内壁面と返し部171bとによって、捕集される。   Subsequently, as shown in FIG. 10, the sputtered molecule M4 collides with the inner wall surface of the hole 171a, is specularly reflected, and proceeds toward the return portion 171b along the trajectory A5. As described above, the sputtered molecule M4 reaches the intersection or the vicinity of the inner wall surface of the hole 171a or the return portion 171b by repeating the collision and regular reflection with the inner wall surface of the hole 171a or the return portion 171b. Attached. Thereby, the sputtered molecules M4 are collected by the inner wall surface of the hole 171a and the return portion 171b.

以上より、電子ビーム溶接装置100では、スパッタ分子が、真空チャンバVC3、オリフィス172、真空チャンバVC2、ターボ分子ポンプ164、及び、オリフィス171によって、捕集されるため、フィラメント111を有する真空チャンバVC1内に流入することを抑制する。そのため、スパッタ分子が真空チャンバVC1に流入することを抑制する。また、真空チャンバVC1のメンテナンス性、及び、清掃性を向上させる。   As described above, in the electron beam welding apparatus 100, sputter molecules are collected by the vacuum chamber VC3, the orifice 172, the vacuum chamber VC2, the turbo molecular pump 164, and the orifice 171. To prevent inflow. Therefore, the flow of sputter molecules into the vacuum chamber VC1 is suppressed. In addition, maintenance and cleaning of the vacuum chamber VC1 are improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、オリフィス171の代わりにオリフィス172を開口部151に設けてもよいし、オリフィス172の代わりにオリフィス171を開口部152に設けてもよい。また、オリフィス172を開口部151に設けるとともにオリフィス171を開口部152に設けてもよい。さらに、オリフィス172は、オリフィス171と同様に、返し部をさらに備えてもよい。また、オリフィス171が返し部171bを備えたまま、孔171aの断面積が、オリフィス172と同様に、試料室120側からフィラメント111側に向かって徐々に小さくなってもよく、例えば、段階的に減じてもよい。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist. For example, the orifice 172 may be provided in the opening 151 instead of the orifice 171, or the orifice 171 may be provided in the opening 152 instead of the orifice 172. Alternatively, the orifice 172 may be provided in the opening 151 and the orifice 171 may be provided in the opening 152. Further, the orifice 172 may further include a return portion, similarly to the orifice 171. Also, while the orifice 171 has the return portion 171b, the cross-sectional area of the hole 171a may be gradually reduced from the sample chamber 120 side toward the filament 111 side similarly to the orifice 172, for example, stepwise. May be reduced.

100 電子ビーム溶接装置
110 電子銃部 111 フィラメント
120 試料室 140 電子ビーム
151、152、153 開口部 164 ターボ分子ポンプ
171 オリフィス 171a 孔
171b 返し部
172 オリフィス 172a、172b、172c 孔
M1、M2、M3、M4 スパッタ分子 VC1、VC2、VC3 真空チャンバ
W1、W2 部材 α 角度
Reference Signs List 100 electron beam welding apparatus 110 electron gun section 111 filament 120 sample chamber 140 electron beam 151, 152, 153 opening section 164 turbo molecular pump 171 orifice 171a hole 171b return section 172 orifice 172a, 172b, 172c hole M1, M2, M3, M4 Sputtered molecules VC1, VC2, VC3 Vacuum chamber W1, W2 Member α angle

Claims (3)

電子ビームを生成する電子銃部と、
前記電子ビームが照射される溶接対象物が配置される試料室と、を備え、
前記電子銃部は、
第1の真空チャンバと、
前記第1の真空チャンバと第1の開口を介して連結され、前記第1の真空チャンバよりも前記試料室側に設けられている第2の真空チャンバと、
前記第1の開口に設けられている第1のオリフィスと、
前記第2の真空チャンバと第2の開口を介して連結され、前記第2の真空チャンバよりも前記試料室側に設けられている第3の真空チャンバと、
前記第2の開口に設けられている第2のオリフィスと、を含み、
前記第1のオリフィスは、前記電子ビームを前記溶接対象物に照射したときに前記溶接対象物から生じたスパッタ分子が、前記第2の真空チャンバから前記第1の真空チャンバへ流入することを抑制する孔を有し、
前記第2のオリフィスは、前記電子ビームを前記溶接対象物に照射したときに前記溶接対象物から生じたスパッタ分子が、前記第3の真空チャンバから前記第2の真空チャンバへ流入することを抑制する孔を有し、
前記第1のオリフィスの前記孔の内壁面、及び、前記第2のオリフィスの前記孔の内壁面は、前記試料室側から前記第1の真空チャンバ側に向かうにつれて断面積が小さくなり、
前記第1のオリフィス、又は、前記第2のオリフィスは、返し部を有し、
前記返し部は、前記返し部を有する前記第1のオリフィス、又は、前記第2のオリフィスの前記孔の内壁面から突き出る
電子ビーム溶接装置。
An electron gun for generating an electron beam;
A sample chamber in which the welding object to be irradiated with the electron beam is arranged,
The electron gun section,
A first vacuum chamber;
A second vacuum chamber connected to the first vacuum chamber via a first opening and provided on the sample chamber side with respect to the first vacuum chamber;
A first orifice provided in the first opening;
A third vacuum chamber connected to the second vacuum chamber via a second opening and provided on the sample chamber side with respect to the second vacuum chamber;
A second orifice provided in the second opening ,
The first orifice suppresses sputter molecules generated from the welding object when the electron beam is irradiated on the welding object from flowing into the first vacuum chamber from the second vacuum chamber. a hole to possess,
The second orifice suppresses sputter molecules generated from the welding object when the electron beam is irradiated on the welding object from flowing into the second vacuum chamber from the third vacuum chamber. Has a hole to
The inner wall surface of the hole of the first orifice, and the inner wall surface of the hole of the second orifice have a smaller cross-sectional area from the sample chamber side toward the first vacuum chamber side,
The first orifice or the second orifice has a return portion,
The electron beam welding device , wherein the return portion protrudes from the inner wall surface of the hole of the first orifice having the return portion or the second orifice .
前記第2の真空チャンバを排気する真空ポンプをさらに含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム溶接装置。
The electron beam welding apparatus according to claim 1, further comprising a vacuum pump that exhausts the second vacuum chamber.
前記返し部と、前記返し部を有する前記第1のオリフィス、又は、前記第2のオリフィスの前記孔の内壁面の成す角度αは、0°よりも大きく、90°よりも小さい
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子ビーム溶接装置。
Wherein said return part, the first orifice having a return part, or the second angle α formed by the front Kiana inner wall surface of the orifice greater than 0 °, less than 90 ° The electron beam welding apparatus according to claim 1 or 2 , wherein
JP2015186825A 2015-09-24 2015-09-24 Electron beam welding equipment Active JP6645657B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015186825A JP6645657B2 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Electron beam welding equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015186825A JP6645657B2 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Electron beam welding equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017060961A JP2017060961A (en) 2017-03-30
JP6645657B2 true JP6645657B2 (en) 2020-02-14

Family

ID=58428664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015186825A Active JP6645657B2 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Electron beam welding equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6645657B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6805924B2 (en) 2017-03-27 2020-12-23 株式会社Ihi Combustion equipment and gas turbine engine system
CN111496366A (en) * 2020-06-01 2020-08-07 宁波江丰电子材料股份有限公司 High-purity sputtering target material electron beam welding tool and welding process

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017060961A (en) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6893697B2 (en) X-ray source with ionization tool
JP5787793B2 (en) Ion source
JP6645657B2 (en) Electron beam welding equipment
KR101371940B1 (en) Vacuum processing device
JPS6036468B2 (en) Vacuum arc plasma equipment
JP2013533382A (en) ARC deposition source with defined electric field
TW201631188A (en) Electron beam evaporation source and vacuum processing apparatus
JP2011161509A (en) Plasma arc welding method, multi-pass welding method, and equipment therefor
KR101994996B1 (en) Minute-hole Drilling Device Using Electron Beam
US20060196853A1 (en) Micro-joining using electron beams
JP4352920B2 (en) Laser processing head and laser processing method
JP2014164818A (en) Laser ion source and heavy particle beam therapy apparatus
CA3154887A1 (en) Electron beam welding systems employing a plasma cathode
WO2008070930A1 (en) Apparatus and method for welding
NL7907827A (en) METHOD FOR WELDING WITH AN ELECTRON BEAM AT HIGHER PRESSURES OF 1 KPA AND HIGHER AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD
JP2015222616A (en) Electron beam device, and device and method for manufacturing filament for electron beam
Bauer et al. High energy density welding processes
JPS6333261B2 (en)
KR100836924B1 (en) A welding point control device of electron beam welder and control method thereof
KR100513530B1 (en) A device for electron beam welding
JP5911204B2 (en) Laser welding method
JP2007136446A (en) Plasma spray device and its electrode
JP2018170091A (en) X-ray tube device
KR102452196B1 (en) Electron gun device and deposition device
JPH09155565A (en) Electron beam welding method and its welding machine

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170713

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180806

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190507

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190426

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6645657

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350