JPH02182386A - エネルギービーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、金属あるいは半導体や絶縁体に一部金属が
内在する被加工物の加工に利用するエネルギービーム加
工装置に関し、特に１例えば電子ビームにより除去加工
された被加工材料の溶融金属などが再度被加工物に付着
することを防止する手段を備えたエネルギービーム加工
装置に関するものである。

［従来の技術］ 電子ビーム溶接や電子ビーム加工、あるいはレザ溶接や
レーザ加工性ｊこ発生する金属類の溶融物が、加工プロ
セス上しばしば問題となる。その理由として、例えば［
ｔ４子・イオンビームハンドブック（第２版）Ｊ３８４
ページに記載の電子ビーム加工装置の鏡体構造の中で、
蒸着防止ガラスに金属蒸気が蒸着し、望遠顕微鏡による
加工状態を観測できなくなったり、あるいは加工時に被
加工物から発生する多数の微小溶融金属片が、ビーム軌
道を形成するための構体の内壁面や駆動部材をスパッタ
あるいはそれらに蒸着し、と、−ム性能や構造体の劣化
を引き起こす等の実用上大きな問題となっている。

この問題を解決するため、第６図に示したような、カー
テイス・ギルモア・ハワード等の［電子ビーム穿孔法及
び装置（特開昭６１−３７３８６号公報）」がある６図
において、電子ビーム＋１１は電子銃【２）のフィラメ
ント（３）から発し。

真空室（４）内にホルダ（５）で支持されている被加工
物（６）に照射される。電子ビーム（１）の通路には、
電磁レンズ（７）、偏向コイル（８）が配置されており
、さらに、加工時の金属蒸発物を蒸着させて蒸発物が電
磁レンズなどに蒸着するのを防止する蒸着防止板（９）
およびこれに近接してスフレバー１１０）が設けられて
いる。また、蒸着防止板（９）と同様の機能を有するデ
ィスク［１１１＋１２１がシャフト（１３）に支持され
ており、これにワイヤブラシ（１４）が当接している。

以上の構成により、電子銃（２）より発生した電子ビー
ム（１）は、電磁レンズ（７）、偏向コイル（８）によ
って被加工物（６）上の任意の位置に焦点を結ぶように
収束される。電子ビーム（１）は通常ｌ口６〜１０８Ｗ
／ｃＩＩ″の高いパワー密度に収束されるので、電子ビ
ーム（１）の照射された部分の被加工物（６）は瞬時に
溶融・蒸発し、穴明は加工が行われる。その際、被加工
物（６ンの蒸発物が飛散するが、蒸着防止板（９）ある
いはディスクｔｉｌｌ　（１２１に蒸着物が付着し、電
磁レンズ（７）などへの蒸着を防止する。蒸着防止板（
９）などに付着した蒸着物はスフレバー（１０）やワイ
ヤブラシ（１４）により除去される。

しかし、被加工物（６）が金属材料あるいは絶縁物や半
導体の表層などに金属が存在する材料を高密度電子ビー
ム（１）で穴明は加工する場合、その穿孔現象は、昇華
性の高い材料（合成樹脂やガラスなど）のみによる蒸発
現象と違い、局所的な溶融・過熱による沸騰および溶融
金属粒の飛散現象が主体となる。事実、金属の加工時に
は、ビーム照射部から激しい火玉状の金属粒が円錐状に
飛散し、この火玉は蒸着防止板（９）に付着することが
少な（、蒸着防止板（９）で反射し、はとんど被加工物
（６）の面上に戻って付着することが観測される。さら
に、その一部がまた被加工物（６）の面から反射・飛散
することも観測される。このような火玉の反射・付着現
象は、電子ビーム（１）のパワー密度、加工金属の材質
・温度、真空雰囲気、蒸着防止板（９）と被加工物（６
）との幾何学的配置等によって決まるが、特に被加工物
（６）の面上に蒸着防止板（９）から飛散する火玉を防
止するためには、蒸着防止板（９）と被加工物（６）と
の幾何学的配置が一番重要な要因である。

以上の従来装置にあっては、被加工物（６）と蒸着防止
板（９）とがほぼ平行で、かつ、近接して設置されてい
るため、蒸着防止板（９）からの火玉が被加工物（６）
に飛散する確立はほぼ１００％である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のエネルギービーム加工装置は以上のように構成さ
れているので、火玉（溶融金属粒）が多量に被加工物で
凝縮し、強固に付着・蒸着するため、スクレーバやワイ
ヤブラシによる除去が困難であり、さらに穴明は加工に
よる数百μｍ以下の微小加工穴の内壁に凝固した金属粒
を除去することは実用上不可能に近いという問題点があ
った。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、多量の昇華性蒸発物や火玉（溶融金属粒）が
被加工物の面に飛散することを防止することができるエ
ネルギービーム加工装置を得ることを目的とする。

［課ｍを解決するための手段１ この発明に係るエネルギービーム加工装置は、蒸着防止
板を直円錐台あるいは球帯状とした。

この発明においては、例えば冷却された直円錐台状の７
！Ａ着防止板により昇華性蒸発物を付着・蒸着させ、火
玉（溶融金属粒）を被加工物の面に飛来しない方向に反
射させる。

［実施例］ 第１図、第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図の
電子ビーム穿孔装置において、電子銃制御電源（１５）
、フィラメント（３）、電子ビーム制御量１　（１６１
、電子ビーム引出し電極（１７）等を備えた電子銃（２
）から出射される電子ビーム（１）の通路に、第２の蒸
着防止部材（１８）、真空コラム弁（１９）、電磁レン
ズ（７）および第１の蒸着防止部材（２０）が配置され
ている。被加工物（６）は、真空室（４）内にテーブル
（２１）に支持されている。テーブル（２１）はモータ
（２２）で移動される。

第１の蒸着防止部材（２ｏ）は、第２図に示すように、
直円錐台状のもので、その小径面に電子ビーム（１）が
通過できる程度の小径穴（２０ａｌが形成されている。

蒸着防止部材（２０）が着脱可能に取付けられるフラン
ジ状の保持部材（２３）には冷却手段（２４）が付設さ
れている。（２５１は蒸着防止部材（２０）に付着した
被加工物（６）からの蒸発物である。

次に動作について説明する。電子統制ｒ！Ｒ電源（１５
）で電子ビーム制御電極（Ｉ６）の電圧を制御すること
により電子銃（２）から間欠的に発生する電子ビーム（
１）は、第２の蒸着防止部材１１８１　、真空コラム弁
（１９）を通過し、電磁レンズ（７）で収束され、第１
の蒸着防止部材（２０）を通り抜け、被加工物（６）に
照射する。穴明は加工後、テーブル移動用のモータ（２
２）でテーブル（２１）は次の所定の位置に移動し、穴
明は加工が繰りかえされる。

その度に被加工物（６）から蒸発物が蒸着防止部材（２
０）に向かい飛散する。単位時間に全空間に噴射する蒸
発物の量的空間分布Ｍφは、第３図のように、発散角を
ψとすると、ψ＃３０°方向をピークに、ビームに対し
直角（ψ＝９０°）方向まで拡がっている。この指向性
は電子ビーム（１）の出力や密度、穿孔の深さや径、被
加工物（６）の材質（昇華性成分の含有量など）により
変化するが、はとんどが蒸着防止部材（２ｏ）に向かう
、昇華性物質や金属の蒸発物像蒸着防止部材（２ｏ）に
付着防止部材１２０）における火玉の反射軌跡を第４図
に示す、ここで、Ａは保持部材（２３）から被加工物（
６）までの距離、Ｂは保持部材（２３）から蒸着防止部
材（２０）の直円錐台の頂点までの距離、αは蒸着防止
部材（２０）における直円錐台の半角、ψは被加工物（
６）から噴出した火玉の発散角、Ｌは火玉が蒸着防止部
材（２０）あるいは保持部材（２３）で反射し、被加工
物（６）方向に戻ってくるときのビーム照射からの距離
である。ａ、ψに対するＡで規格化したしの関係式を以
下に示す。

火玉が保持部材（２３）で反射する場合は、簡単に次式
で示される、 被加工物（６）の最長寸法をＬｏとすると、上式のＬと
の比較において、Ｌ、＜Ｌの関係を満足すれば原理的に
被加工物（６）上に火玉が入射されることはない、Ａと
Ｂは加工プロセスおよび装ｒ！！、構成上で規定される
場合が多い、即ち、電子ビームの収束性を保持するため
被加工物（６）までの距ｆｉ（ワークデイスタンス）を
一定にすると共に、被加工物（６）から反１・１・飛散
する金属粒を考慮して蒸着防止部材（２０）から被加工
物（６）までの距離がほぼ一定になるまで、　Ｌ／Ａが
定数と考えられる。（１）式および（２）式を用い１条
件としてａ＝４５°、Ｌ／Ａ＝１／２としたときの計算
結果を第５図に示す。図から明らかなように、ψが３０
°付近でＬ／Ａが最小値を示している。この最小値は蒸
着防止部材（２０）と蒸着防止部材取付は用の保持部材
（２３）との境界域に対応する。即ち、この境界域で一
回反射して被加工物（６）に戻ってくる火玉が幾何学的
寸法上から一番厳しい状況になり、火玉が蒸着防止部材
（２０）−保持部材（２３）と少なくとも２回以上反射
する場合、あるいは火玉が発生域から遠い保持部材（２
３）で１回反射した場合では、火玉が被加工物（６）に
戻ってくる確立は急速に減少することを示している。従
って。

ａ≧３０°程度の角度を蒸着１防止部材（２ｏ）にもた
せると共に、蒸着防止部材（２０）の大径部の直径が≠
＃中＃＃襦−加工物（６）の最長寸法に対して少なくと
も同等であれば良い。

なＳ、電子ビーム（１）が通過する蒸着防止部材（２０
）の小径穴（２０ａ）から侵入し電子銃（２）側に向か
う火玉は、途中で電子ビーム（１）によりイオン化され
ることも少なく、直進して第２の蒸着防止部材（１８）
で反射されるため、電子銃（２）における絶縁破壊が防
止される。

ところで、被加工物（６）から蒸着防止部材（２０）に
付着・蒸着した物質（２５）を除去しやすいように、蒸
着防止部材（２０）は着脱可能な構造になっている。

また、上記実施例では直円錐台の蒸着防止部材の場合を
示したが、基本的に、反射する火玉が被加工物の面に戻
って来ない形状１例えば球帯であってもよい。

さらに、上記実施例では電子ビームによる穿孔装置の場
合について説明したが、電子ビームによる溶接装置、レ
ーザによる溶接あるいは穿孔など他のエネルギービーム
加工装置であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、穴あけ加工などを行
った場合に生じる火玉の飛散部位に置く蒸着防止部材に
角度をつけ、被加工物の面に付着・蒸着することを防止
するため、蒸着物の除去工程が省かれ、高精度・高品質
加工が達成される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の置所面図、第２図は第１
図のものの一部拡大立断面図、第３図は第２図における
単位時間に全空間に噴出する蒸発物の量的空間分布を示
した線図、第４図は同じく火玉の軌跡の原理図、第５図
は同じく火玉の噴射角度に対する反射位置の関係図、第
６図は従来のエネルギービーム加工装置の置所面図であ
る。 （１）・・・・電子ビーム、（２）・・・電子銃。 （６）・・・・被加工物、（２０）・・・・蒸着防止部
材。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代　　理　　人　　　曽　　　我　　　道　　　魚箱１
図 第３図 １： ６： ２０： 電子ど一部（エネルギーど一部） も９カロエ胸 祖看防止部付 事件の表示 特願平 １−１９４８号 発明の名称 エネルギービーム加工装置 １（１１正をする者 事件との関係　　特許出願人 ｒｌ　　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番
３号名　称　　（８０１）三菱電機株式会社代表者　志
岐守哉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 収束されたエネルギービームを間欠的に被加工物に照射
   し除去加工するエネルギービーム加工装置において、前
   記被加工物に対向して着脱可能に配置され直円錐台およ
   び球帯状のいずれかでなる蒸着防止部材を備えてなるこ
   とを特徴とするエネルギービーム加工装置。