JPH07148584A - 表面処理法 - Google Patents
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- JPH07148584A JPH07148584A JP6134909A JP13490994A JPH07148584A JP H07148584 A JPH07148584 A JP H07148584A JP 6134909 A JP6134909 A JP 6134909A JP 13490994 A JP13490994 A JP 13490994A JP H07148584 A JPH07148584 A JP H07148584A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 別の部材に結合しようとする加工物（２）の
表面を、エネルギー・ビームを投射することにより処理
する方法を得る。 【構成】 一連の加工物表面上の位置をエネルギー・ビ
ーム（１）に露出すること、それによって各位置で加工
物材料（４）がエネルギー・ビームの影響下に横方向に
間隔をおいて溶融されること、次いで加工物表面に関し
て持上げられ、くぼみのある表面相を有する固化した材
料の部分によって囲まれた空洞（３）を形成するように
放置して固化させること、から成ることを本発明の処理
方法は特徴としている。
表面を、エネルギー・ビームを投射することにより処理
する方法を得る。 【構成】 一連の加工物表面上の位置をエネルギー・ビ
ーム（１）に露出すること、それによって各位置で加工
物材料（４）がエネルギー・ビームの影響下に横方向に
間隔をおいて溶融されること、次いで加工物表面に関し
て持上げられ、くぼみのある表面相を有する固化した材
料の部分によって囲まれた空洞（３）を形成するように
放置して固化させること、から成ることを本発明の処理
方法は特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、別の材料又は物体に関
する機械的摩擦の程度あるいは、機械的係合の程度を増
加させるために、加工物又は母材の表面トポグラフィー
を変更するかあるいは調整することに関するものであ
る。
する機械的摩擦の程度あるいは、機械的係合の程度を増
加させるために、加工物又は母材の表面トポグラフィー
を変更するかあるいは調整することに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】機械加工、研磨、平らな型に対して行う
成形等による比較的滑らかにした材料の表面粗さを増加
させるのには、種々の方法が使用されてきた。こういっ
た粗さを与える方法には、溝切り、ローレット切りとい
った機械的手段又はエッチングのような科学的手段によ
る表面変形法がある。
成形等による比較的滑らかにした材料の表面粗さを増加
させるのには、種々の方法が使用されてきた。こういっ
た粗さを与える方法には、溝切り、ローレット切りとい
った機械的手段又はエッチングのような科学的手段によ
る表面変形法がある。
【０００３】代わりに、例えば消耗溶接ワイヤによるア
ーク溶接によって、母材表面に物質を加えることも行わ
れている。一例を示すと、電流が、金属の小溶融粒を個
々の規則正しい方法で溶融ワイヤ電極から切り離すよう
に調整された消耗電極ガス金属アーク（ＧＭＡ）法を利
用して、小さな金属粒が金属表面に溶着されるものであ
る。これらの金属粒は、これがなければ比較的滑らかな
母材表面上に盛り上がった周壁として働き、母材と別の
物体との間で滑りを生ずる傾向を減らすために用いられ
てきた。
ーク溶接によって、母材表面に物質を加えることも行わ
れている。一例を示すと、電流が、金属の小溶融粒を個
々の規則正しい方法で溶融ワイヤ電極から切り離すよう
に調整された消耗電極ガス金属アーク（ＧＭＡ）法を利
用して、小さな金属粒が金属表面に溶着されるものであ
る。これらの金属粒は、これがなければ比較的滑らかな
母材表面上に盛り上がった周壁として働き、母材と別の
物体との間で滑りを生ずる傾向を減らすために用いられ
てきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、機械的手段又は科学的手段による表面粗さを増す
方法は、表面を汚損することが多く、他部材との結合力
がそれ程強くない点である。又溶接棒を用いる方法は加
工物以外の材料を消費する欠点がある点である。又何れ
の方法も比較的時間がかかるという問題がある。
点は、機械的手段又は科学的手段による表面粗さを増す
方法は、表面を汚損することが多く、他部材との結合力
がそれ程強くない点である。又溶接棒を用いる方法は加
工物以外の材料を消費する欠点がある点である。又何れ
の方法も比較的時間がかかるという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、別の部
材に結合しようとする加工物の表面を処理する方法は、
加工物の表面上の一連の位置をエネルギー・ビームに露
出させ、それにより各位置で加工物材料がエネルギー・
ビームの影響下に横方向に間隔をおいて溶融され、次い
で、隣りにある加工物表面に関して持ち上げられ、くぼ
みのある表面相を有する固化した材料の部分によって囲
まれた空洞を形成するように放置して固化させることと
から成ることを特徴とする。
材に結合しようとする加工物の表面を処理する方法は、
加工物の表面上の一連の位置をエネルギー・ビームに露
出させ、それにより各位置で加工物材料がエネルギー・
ビームの影響下に横方向に間隔をおいて溶融され、次い
で、隣りにある加工物表面に関して持ち上げられ、くぼ
みのある表面相を有する固化した材料の部分によって囲
まれた空洞を形成するように放置して固化させることと
から成ることを特徴とする。
【０００６】従ってくぼみのある表面相を有する、適当
な持ち上げた部分あるいは周壁が、母材に入射する電子
ビームのようなエネルギー・ビーム（代表的なものは収
束されている）による、迅速に溶解する微小な限られた
場所によって、これがなければ比較的滑らかな材料表面
上に母材から作られる。高出力密度のビームが点から点
へと急速に移動され、このような一連の（周囲の）持ち
上がったくぼみを生ずる。このくぼみの間隔を小さくす
ることにより、反連続のライン又はうねを作ることがで
きる。この持ち上げられた材料は溶融した材料を溶解及
び移動させることによって生じ、従って母材の中に小さ
な空洞を残すのである。投与したビームの高出力密度の
下では僅かな材料が蒸発によって失われることがある。
な持ち上げた部分あるいは周壁が、母材に入射する電子
ビームのようなエネルギー・ビーム（代表的なものは収
束されている）による、迅速に溶解する微小な限られた
場所によって、これがなければ比較的滑らかな材料表面
上に母材から作られる。高出力密度のビームが点から点
へと急速に移動され、このような一連の（周囲の）持ち
上がったくぼみを生ずる。このくぼみの間隔を小さくす
ることにより、反連続のライン又はうねを作ることがで
きる。この持ち上げられた材料は溶融した材料を溶解及
び移動させることによって生じ、従って母材の中に小さ
な空洞を残すのである。投与したビームの高出力密度の
下では僅かな材料が蒸発によって失われることがある。
【０００７】使用に際して、加工物が別の部材に付着さ
せられるときは、空洞と持ち上げられた周壁とが機械的
結合に寄与することができる。
せられるときは、空洞と持ち上げられた周壁とが機械的
結合に寄与することができる。
【０００８】このくぼみのある表面相は母材を別の部材
から引離すか、又は別の部材の上に母材を滑らせるのに
要する機械的な力を更に増加させる。
から引離すか、又は別の部材の上に母材を滑らせるのに
要する機械的な力を更に増加させる。
【０００９】くぼみのある表面相は、例えば付着材、特
に自身では母材に付着しないか、又は僅かな強さでしか
付着しないような付着材を保持するのに有益である。換
言すれば、非付着材料、例えば低摩擦重合体と母材表面
との間の付着力は、くぼみのある表面相の結合特性によ
ってかなり増強されるであろう。
に自身では母材に付着しないか、又は僅かな強さでしか
付着しないような付着材を保持するのに有益である。換
言すれば、非付着材料、例えば低摩擦重合体と母材表面
との間の付着力は、くぼみのある表面相の結合特性によ
ってかなり増強されるであろう。
【００１０】更に、処理された表面はビームの作用によ
って、かなり清浄化され、どんな小さな汚れも無くな
り、従ってこれがその後引続いて行われる付着材の結合
作用で得られる、付着力を増加させるのである。
って、かなり清浄化され、どんな小さな汚れも無くな
り、従ってこれがその後引続いて行われる付着材の結合
作用で得られる、付着力を増加させるのである。
【００１１】一連の密接した周壁が反連続のうねを形成
する場合は、このうねも又くぼみのある表面相を有する
ことが好ましい。
する場合は、このうねも又くぼみのある表面相を有する
ことが好ましい。
【００１２】付着材の統合付着力を増すために、付着材
が周壁にあるくぼみのある表面だけでなく空洞にも入
り、付着せん断強さを増すことが望ましい。
が周壁にあるくぼみのある表面だけでなく空洞にも入
り、付着せん断強さを増すことが望ましい。
【００１３】好ましくは、この表面トポグラフィーは既
存の母材を利用、追加の材料を母材上に堆積させること
をしないことである。表面トポグラフィーを変える技術
は、加工物表面の目的部分にある、収束点に向って通常
当てられるエネルギー・ビーム又は高出力密度の熱源の
溶融／蒸発能力を利用している。
存の母材を利用、追加の材料を母材上に堆積させること
をしないことである。表面トポグラフィーを変える技術
は、加工物表面の目的部分にある、収束点に向って通常
当てられるエネルギー・ビーム又は高出力密度の熱源の
溶融／蒸発能力を利用している。
【００１４】好ましい例では、エネルギー・ビームは電
子ビームから成る。一般的には、この電子ビームは従来
の電子銃を使って通常の方法で発生し、ビームは本書で
引用するＵＳ−Ａ−５１５１５７１に述べられている方
法と類似の技法により、コンピュータ制御の下に加工物
を横切って移動される。代表的なものとしては、ビーム
の移動速度と出力は、１秒当たり５００個を越える空
洞、好ましくは１秒当たり５８０個以上の空洞が形成さ
れるようなものである。ビームと加工物との間の相対移
動速度は、代表的な値としては、１ｋｍ／秒までであ
り、一方空洞間の移動時間は典型的な例としては、各空
洞における停止時間の１／１００である。
子ビームから成る。一般的には、この電子ビームは従来
の電子銃を使って通常の方法で発生し、ビームは本書で
引用するＵＳ−Ａ−５１５１５７１に述べられている方
法と類似の技法により、コンピュータ制御の下に加工物
を横切って移動される。代表的なものとしては、ビーム
の移動速度と出力は、１秒当たり５００個を越える空
洞、好ましくは１秒当たり５８０個以上の空洞が形成さ
れるようなものである。ビームと加工物との間の相対移
動速度は、代表的な値としては、１ｋｍ／秒までであ
り、一方空洞間の移動時間は典型的な例としては、各空
洞における停止時間の１／１００である。
【００１５】電子ビームの最大出力密度は一般的には１
０5 〜１０7 Ｗ／ｍｍ2 の範囲内である。
０5 〜１０7 Ｗ／ｍｍ2 の範囲内である。
【００１６】高出力密度ビームによって母材中の個々の
部分を溶解し蒸発させる方法は、よく知られている穴あ
け又はドリル穴あけの技術とは区別しなくてはならな
い。後者においては、目的は、最小の変形又は障害で穴
をあけ、最小の溶融を生じることで、蒸発を最大にする
ことである。このためには、ビーム中の出力密度は中心
においてできるだけ高く、中心部を取り巻く周縁部分に
おいてはできるだけ低くする。このようなビームでは、
周縁部分を切捨て、従って中心部分の相対強度を増加さ
せるため、ダイヤフラム等によって出力分布を改善する
ことは一般によく行われる実施方法である。
部分を溶解し蒸発させる方法は、よく知られている穴あ
け又はドリル穴あけの技術とは区別しなくてはならな
い。後者においては、目的は、最小の変形又は障害で穴
をあけ、最小の溶融を生じることで、蒸発を最大にする
ことである。このためには、ビーム中の出力密度は中心
においてできるだけ高く、中心部を取り巻く周縁部分に
おいてはできるだけ低くする。このようなビームでは、
周縁部分を切捨て、従って中心部分の相対強度を増加さ
せるため、ダイヤフラム等によって出力分布を改善する
ことは一般によく行われる実施方法である。
【００１７】これとは対照的に、本発明においては、母
材中の溶融スポットすなわち空洞の縁の溶解を高め、こ
のような溶融材の母材への溶接又は結合を促進するた
め、中心部から離れている領域で十分な程度のエネルギ
ーを確保することが望ましい。このため、最小の直径又
は収束点におけるビームのエネルギーは、大部分でなく
とも、かなりの部分が収束点の外側領域で生じるように
分布される。収束点における電子ビームに関しては、そ
の直径の中心の１／３におけるビーム電流を、中心部を
取り巻く環状帯における残りと比較することができる。
材中の溶融スポットすなわち空洞の縁の溶解を高め、こ
のような溶融材の母材への溶接又は結合を促進するた
め、中心部から離れている領域で十分な程度のエネルギ
ーを確保することが望ましい。このため、最小の直径又
は収束点におけるビームのエネルギーは、大部分でなく
とも、かなりの部分が収束点の外側領域で生じるように
分布される。収束点における電子ビームに関しては、そ
の直径の中心の１／３におけるビーム電流を、中心部を
取り巻く環状帯における残りと比較することができる。
【００１８】環状帯における電流は中心部における電流
の少なくとも半分、もっと特別な場合は少なくとも中心
部の電流と等しいことが望ましい。環状帯の電流が母材
及び希望する周壁の種類によって、中心部電流の２倍、
あるいは３倍にもなるときは満足すべき結果が得られ
る。
の少なくとも半分、もっと特別な場合は少なくとも中心
部の電流と等しいことが望ましい。環状帯の電流が母材
及び希望する周壁の種類によって、中心部電流の２倍、
あるいは３倍にもなるときは満足すべき結果が得られ
る。
【００１９】他の用途では、例えばレーザのようなその
他のエネルギー・ビームも使用することができると思わ
れる。レーザでは、加工物との結合効率が低いので、電
子ビームに比べて空洞当たりに要する正味エネルギーは
一般的に僅かに高い。実際のレーザパルス幅は電子ビー
ムよりは短くなる可能性があり、これに対応してピーク
エネルギー密度は少し許り高くなることがある。３００
Ｗの平均出力のＣＯ2パルスレーザを使用して、１秒間
に２０個の速度で同様サイズの空洞が作られており、従
って空洞当たり約１５ジュールとなる。
他のエネルギー・ビームも使用することができると思わ
れる。レーザでは、加工物との結合効率が低いので、電
子ビームに比べて空洞当たりに要する正味エネルギーは
一般的に僅かに高い。実際のレーザパルス幅は電子ビー
ムよりは短くなる可能性があり、これに対応してピーク
エネルギー密度は少し許り高くなることがある。３００
Ｗの平均出力のＣＯ2パルスレーザを使用して、１秒間
に２０個の速度で同様サイズの空洞が作られており、従
って空洞当たり約１５ジュールとなる。
【００２０】代表的なものとして、空洞は事実上０．６
ｍｍの最大直径と０．６〜１ｍｍの範囲の深さを持って
いる。提案の例では、空洞のピッチは約１ｍｍである。
ｍｍの最大直径と０．６〜１ｍｍの範囲の深さを持って
いる。提案の例では、空洞のピッチは約１ｍｍである。
【００２１】上記で述べた各空洞の寸法は、再溶融して
くぼみのある特徴を生じている材料の侵入によって減少
する。
くぼみのある特徴を生じている材料の侵入によって減少
する。
【００２２】幾つかの場合には、空洞は事実上同じ形を
持つことができ、次いで立方体的もしくは密接した配置
に整えることができる。ただし、可変サイズの空洞も作
ることができ、従って他のパターンの空洞を形成させる
ことができる。
持つことができ、次いで立方体的もしくは密接した配置
に整えることができる。ただし、可変サイズの空洞も作
ることができ、従って他のパターンの空洞を形成させる
ことができる。
【００２３】一般的には、加工物はエネルギー・ビーム
によって、溶融又は蒸発させることができる金属、又は
その他の材料である。一例としては鋼があげられる。
によって、溶融又は蒸発させることができる金属、又は
その他の材料である。一例としては鋼があげられる。
【００２４】本発明の第二の側面によれば、ある加工物
を別の部材に結合する方法は、本発明の第一の側面によ
る方法を使って加工物の表面を処理することと、加工物
の調整表面に別の部材を付着させることから成る。
を別の部材に結合する方法は、本発明の第一の側面によ
る方法を使って加工物の表面を処理することと、加工物
の調整表面に別の部材を付着させることから成る。
【００２５】この方法は多くの用途において有用であ
る。特に、この別の部材は任意の重合体又は他の材料
で、選択された基板又は加工物の空洞に圧力、熱、又は
化学反応の任意の組合せによってうまく導入することが
できるものとすることができる。例えば、この別の材料
は、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＭＭＡ、アルミニウムとそ
の合金、フェノール樹脂、及びマグネシウムとその合金
のうちの一つにすることができる。
る。特に、この別の部材は任意の重合体又は他の材料
で、選択された基板又は加工物の空洞に圧力、熱、又は
化学反応の任意の組合せによってうまく導入することが
できるものとすることができる。例えば、この別の材料
は、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＭＭＡ、アルミニウムとそ
の合金、フェノール樹脂、及びマグネシウムとその合金
のうちの一つにすることができる。
【００２６】本発明の重要な応用の例には、ブレーキ・
パッドを金属のブレーキ・パッド当て板に付着させるこ
と；低摩擦の重合体を人工的補足装置の製造のため耐食
性の金属に結合させること、例えば股関節等；ゴムを例
えば衝撃吸収用緩衝材の製造のため綱等の金属に結合さ
せること；及び例えば軽量ブレーキ円板の製造のため、
アルミニウムを綱あるいは鋳鉄に結合させることが含ま
れる。
パッドを金属のブレーキ・パッド当て板に付着させるこ
と；低摩擦の重合体を人工的補足装置の製造のため耐食
性の金属に結合させること、例えば股関節等；ゴムを例
えば衝撃吸収用緩衝材の製造のため綱等の金属に結合さ
せること；及び例えば軽量ブレーキ円板の製造のため、
アルミニウムを綱あるいは鋳鉄に結合させることが含ま
れる。
【００２７】
【実施例】本発明による方法の幾つかの例を添付図面を
参照して述べる。
参照して述べる。
【００２８】図１ａ〜１ｅは、くぼみのある表面の特徴
を有する空洞の形成における連続段階を示している。開
始時には、電子ビーム又はレーザビーム１が鋼製の加工
物２のような基板上に入射する。続いて（図１ｂ）空洞
３が、溶融された材料４が横方向外側に排除されて形成
され始める。更に露出しておくと、更に溶融された材料
４が排除されて表面に拡がった溶融域５を形成する。ビ
ーム１は次いで第二の位置に移動して第二の空洞３′を
形成し始め（図１ｄ）、かくして溶融された材料４′を
排除する。この更に溶融された材料４′は、隣の領域５
の以前の材料と重なり、図１ｅの６に示されるように表
面張力のもとに準球形の形にその後固まる。こうしてく
ぼみのある特徴物７が形成される。
を有する空洞の形成における連続段階を示している。開
始時には、電子ビーム又はレーザビーム１が鋼製の加工
物２のような基板上に入射する。続いて（図１ｂ）空洞
３が、溶融された材料４が横方向外側に排除されて形成
され始める。更に露出しておくと、更に溶融された材料
４が排除されて表面に拡がった溶融域５を形成する。ビ
ーム１は次いで第二の位置に移動して第二の空洞３′を
形成し始め（図１ｄ）、かくして溶融された材料４′を
排除する。この更に溶融された材料４′は、隣の領域５
の以前の材料と重なり、図１ｅの６に示されるように表
面張力のもとに準球形の形にその後固まる。こうしてく
ぼみのある特徴物７が形成される。
【００２９】一般に、各空洞は同様の形状と型を有し、
空洞は図７ａ（立方体的）又は図７ｂ（密接形）で示す
とおりの配置となろう。しかし、空洞が同一サイズであ
ることは重要なことではなく、図７ｃに示すように種々
の異なるサイズによって、一層高密度が達成できる。
空洞は図７ａ（立方体的）又は図７ｂ（密接形）で示す
とおりの配置となろう。しかし、空洞が同一サイズであ
ることは重要なことではなく、図７ｃに示すように種々
の異なるサイズによって、一層高密度が達成できる。
【００３０】図２は、電子ビームを使って織ったように
作られ、沢山のくぼみ点を有する鋼の表面の結果を示
す。これらのくぼみ点は一連のうねを表していることに
注意しなければならない。
作られ、沢山のくぼみ点を有する鋼の表面の結果を示
す。これらのくぼみ点は一連のうねを表していることに
注意しなければならない。
【００３１】代表的な電子ビームに関するパラメータは
次のとおりである。
次のとおりである。
【００３２】１４０ｋＶの加速電圧、４２ｍＡのビーム
電流を有するビームで約５．８ｋＷのエネルギーを与え
て、鋼の表面を織ったように作るには、ビームは約０．
４ｍｍの直径にまで収束し、加工物に約５８０個の穴を
毎秒作ることになる。この場合、最大ビーム出力密度は
１０5 〜１０7 Ｗ／ｍｍ2 の領域で生じる。それぞれの
穴は、約１．７ｍｓに約１０ジュールのエネルギーで作
られる。一つの穴の位置から次の穴の位置までのビーム
の移行時間は、代表的な値として穴の位置での停止時間
の１／１００、この場合約１７μｓである。ビームは加
工物の表面の上を約１ｋｍ／秒の速さで動いているとみ
られるから、移行中スイッチを切ったり出力を減らした
りする必要はない。とにかくこういう走査速度ではいか
なる場合にも表面の溶融又はその他の損傷は起こりそう
もないからである。
電流を有するビームで約５．８ｋＷのエネルギーを与え
て、鋼の表面を織ったように作るには、ビームは約０．
４ｍｍの直径にまで収束し、加工物に約５８０個の穴を
毎秒作ることになる。この場合、最大ビーム出力密度は
１０5 〜１０7 Ｗ／ｍｍ2 の領域で生じる。それぞれの
穴は、約１．７ｍｓに約１０ジュールのエネルギーで作
られる。一つの穴の位置から次の穴の位置までのビーム
の移行時間は、代表的な値として穴の位置での停止時間
の１／１００、この場合約１７μｓである。ビームは加
工物の表面の上を約１ｋｍ／秒の速さで動いているとみ
られるから、移行中スイッチを切ったり出力を減らした
りする必要はない。とにかくこういう走査速度ではいか
なる場合にも表面の溶融又はその他の損傷は起こりそう
もないからである。
【００３３】鋼においては、１０ジュールで作られた空
洞は、元の表面から約０．６ｍｍの深さである。これら
の寸法は再溶融された材料の侵入により各空洞で減少
し、くぼみのある特徴を与える。空洞のピッチは代表的
な値としては約１ｍｍとなる。
洞は、元の表面から約０．６ｍｍの深さである。これら
の寸法は再溶融された材料の侵入により各空洞で減少
し、くぼみのある特徴を与える。空洞のピッチは代表的
な値としては約１ｍｍとなる。
【００３４】レーザによっても同様な空洞を作ることが
できる。一般的には、基板との結合効率が低いので、空
洞当たり僅かに高い正味エネルギーが必要である。実際
のレーザパルス幅は電子ビームの場合よりも短くなる可
能性があり、これに対応して最大エネルギー密度は僅か
に高くなろう。同様なサイズの空洞は、３００Ｗの平均
出力のパルスＣＯ2 レーザを使って１秒当たり２０個の
速度で作られており、空洞当たり約１５ジュールを与え
ている。
できる。一般的には、基板との結合効率が低いので、空
洞当たり僅かに高い正味エネルギーが必要である。実際
のレーザパルス幅は電子ビームの場合よりも短くなる可
能性があり、これに対応して最大エネルギー密度は僅か
に高くなろう。同様なサイズの空洞は、３００Ｗの平均
出力のパルスＣＯ2 レーザを使って１秒当たり２０個の
速度で作られており、空洞当たり約１５ジュールを与え
ている。
【００３５】提案する例では、電子ビーム１を横切る出
力分布は、５ｋＷ電子ビームに基づく図３に示すものと
類似の形を持っている。従って、約０．６ｍｍの直径を
持つ中心部において比較的高い最大出力密度があるが、
かなりの周縁出力領域もある。ビームの半値幅は０．２
５ｍｍ〜０．３ｍｍである。
力分布は、５ｋＷ電子ビームに基づく図３に示すものと
類似の形を持っている。従って、約０．６ｍｍの直径を
持つ中心部において比較的高い最大出力密度があるが、
かなりの周縁出力領域もある。ビームの半値幅は０．２
５ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【００３６】電子ビームの場合は、ビームを作り出すの
に多くの異なる種類の電子ビーム銃を使うことができ
る。代表的な電子銃では、耐熱性の金属の陰極が１０-5
から１０-6ｍｂａｒの真空中で約２０００℃に過熱され
る。３０〜１５０ｋＶの電位が中空の陽極を通ってビー
ムを加速する。３極電子銃では、ビーム電流は第３の
“偏倚”又は“ヴェルンヘルト”電極で制御される。２
極電子銃では、ビーム電流は陰極の温度だけによって制
御される。
に多くの異なる種類の電子ビーム銃を使うことができ
る。代表的な電子銃では、耐熱性の金属の陰極が１０-5
から１０-6ｍｂａｒの真空中で約２０００℃に過熱され
る。３０〜１５０ｋＶの電位が中空の陽極を通ってビー
ムを加速する。３極電子銃では、ビーム電流は第３の
“偏倚”又は“ヴェルンヘルト”電極で制御される。２
極電子銃では、ビーム電流は陰極の温度だけによって制
御される。
【００３７】ビームは磁気レンズ等のシステムを通って
流れるが、このシステムは磁気トラップ（好ましくない
物質の侵入に対して電子銃を保護することができる装
置）及び高速でビームを操作することのできる偏向コイ
ルを組み込むことができる。ビームの動作環境は１０-1
ｍｂａｒ程度の真空であればよいが、代表的な値は５×
１０-3ｍｂａｒである。真空のレベルはビームの質と強
さに影響を及ぼす。
流れるが、このシステムは磁気トラップ（好ましくない
物質の侵入に対して電子銃を保護することができる装
置）及び高速でビームを操作することのできる偏向コイ
ルを組み込むことができる。ビームの動作環境は１０-1
ｍｂａｒ程度の真空であればよいが、代表的な値は５×
１０-3ｍｂａｒである。真空のレベルはビームの質と強
さに影響を及ぼす。
【００３８】陰極は直接過熱することも間接過熱するこ
ともできる。直接過熱の陰極は（例えば）１０〜１００
時間の間隔で交換することを要し、その動作は（一般的
には）終わるまでに約１５分かかる。間接過熱の陰極は
ずっと長く寿命が保たれ、代表的には交換を要するまで
に数百時間動作する。
ともできる。直接過熱の陰極は（例えば）１０〜１００
時間の間隔で交換することを要し、その動作は（一般的
には）終わるまでに約１５分かかる。間接過熱の陰極は
ずっと長く寿命が保たれ、代表的には交換を要するまで
に数百時間動作する。
【００３９】ビームの質はリアルタイムで（例えば）ス
リットプローブ装置の使用により監視できる。これは、
自動システムとしての電子ビーム制御システムに結合さ
れる可能性を有する。
リットプローブ装置の使用により監視できる。これは、
自動システムとしての電子ビーム制御システムに結合さ
れる可能性を有する。
【００４０】一つの例では、鋸の刃の製造、バイメタル
片等のような用途に作られて成功している従来の空気−
真空−空気システムを使用する連続帯状品として、加工
物を処理することができる。
片等のような用途に作られて成功している従来の空気−
真空−空気システムを使用する連続帯状品として、加工
物を処理することができる。
【００４１】これに代わる方法は、個々に帯状材料のリ
ールを処理すること（図４）であり、その結果リール１
１に巻いたブランク材１０は、空の巻取リール１３と共
に特別に設計された真空室１２の中に装填される。これ
らのリール１１、１３は、もし材料が“セット”を採用
しないなら、必然的に非常に大きな直径となるであろ
う。例えば、７ｍｍの厚さの材料中に０．２％のひずみ
を与える最小の純粋な曲げ半径は１７５０ｍｍである。
半径が２．５ｍのリールは従って６トンまでの８０ｍｍ
幅のストリップ−長さ１．４ｋｍ−を保持することがで
きるであろう。５ｋＷ電子銃１４では、１分当たり１ｍ
の処理速度が可能であるが、これは上記のようなリール
を処理するのに約２４時間かかるということを意味す
る。しかし周壁で織ったように表面を作る速さが５０ｋ
Ｗの電子銃による電子銃出力に比例して増加される、す
なわち１０ｍ／分の速さで処理されるならば、このよう
なリールは約２．５時間で処理されるであろう。
ールを処理すること（図４）であり、その結果リール１
１に巻いたブランク材１０は、空の巻取リール１３と共
に特別に設計された真空室１２の中に装填される。これ
らのリール１１、１３は、もし材料が“セット”を採用
しないなら、必然的に非常に大きな直径となるであろ
う。例えば、７ｍｍの厚さの材料中に０．２％のひずみ
を与える最小の純粋な曲げ半径は１７５０ｍｍである。
半径が２．５ｍのリールは従って６トンまでの８０ｍｍ
幅のストリップ−長さ１．４ｋｍ−を保持することがで
きるであろう。５ｋＷ電子銃１４では、１分当たり１ｍ
の処理速度が可能であるが、これは上記のようなリール
を処理するのに約２４時間かかるということを意味す
る。しかし周壁で織ったように表面を作る速さが５０ｋ
Ｗの電子銃による電子銃出力に比例して増加される、す
なわち１０ｍ／分の速さで処理されるならば、このよう
なリールは約２．５時間で処理されるであろう。
【００４２】ただし既存の生産方法による電子ビームを
使った織目状処理技法を統合する見地からすれば、提案
する方法はブレーキ・パッドの当て板（ＰＢＰ）のよう
な個々の加工物を“処理する”（織る）ことになろう。
これを達成する器具の例を図５及び図６に示す。２個の
シュート２０と２１を側面を隣接して取り付け（図６で
は１個しか示していない）。２束の積み重ねたＰＢＰを
両者が電子ビームの偏向場内にあるように電子銃身２２
に向かってシュート内を下降して供給する。シュート２
０、２１の出口は排気した槽２３の中にある。１個のＰ
ＢＰが処理を終わって除去されつつある間に、もう１個
が処理される。このことは、使用可能なビームエネルギ
ーは連続的に動作させることにより完全に利用すること
ができることを意味している。その上、他の技法と異な
りこの技法は、各ＰＢＰが必要な時のみ選択的に容易に
処理できるようにするであろう。既に穴のあいている一
般的なＰＢＰの選択された部分だけを処理することも当
然可能となる。
使った織目状処理技法を統合する見地からすれば、提案
する方法はブレーキ・パッドの当て板（ＰＢＰ）のよう
な個々の加工物を“処理する”（織る）ことになろう。
これを達成する器具の例を図５及び図６に示す。２個の
シュート２０と２１を側面を隣接して取り付け（図６で
は１個しか示していない）。２束の積み重ねたＰＢＰを
両者が電子ビームの偏向場内にあるように電子銃身２２
に向かってシュート内を下降して供給する。シュート２
０、２１の出口は排気した槽２３の中にある。１個のＰ
ＢＰが処理を終わって除去されつつある間に、もう１個
が処理される。このことは、使用可能なビームエネルギ
ーは連続的に動作させることにより完全に利用すること
ができることを意味している。その上、他の技法と異な
りこの技法は、各ＰＢＰが必要な時のみ選択的に容易に
処理できるようにするであろう。既に穴のあいている一
般的なＰＢＰの選択された部分だけを処理することも当
然可能となる。
【００４３】実際上は、積み重ねたＰＢＰは連続して各
シュートに装填でき、従ってシュートの側壁は実効的な
真空のシールとして働く。これを容易にするために、１
００番目くらい毎にそのＰＢＰをダミーのただの板と
し、恐らくＯリングの助けをかりてシュートの寸法にぴ
たりとはめるようにして、真空の封止を維持する。図中
２５、２６で示したようにシュートからの空気の出口を
設け、これらを真空ポンプ（図示していない）に接続す
ることにより真空を維持する。
シュートに装填でき、従ってシュートの側壁は実効的な
真空のシールとして働く。これを容易にするために、１
００番目くらい毎にそのＰＢＰをダミーのただの板と
し、恐らくＯリングの助けをかりてシュートの寸法にぴ
たりとはめるようにして、真空の封止を維持する。図中
２５、２６で示したようにシュートからの空気の出口を
設け、これらを真空ポンプ（図示していない）に接続す
ることにより真空を維持する。
【００４４】処理が終わると、ＰＢＰは単純にホッパー
２７中に落下し、ホッパーは一定の間隔で空になる。
２７中に落下し、ホッパーは一定の間隔で空になる。
【００４５】調整された表面を持つ加工物が一度形成さ
れてしまうと、付着材を使って普通の方法で別の部材に
結合することができる。
れてしまうと、付着材を使って普通の方法で別の部材に
結合することができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法による
処理表面は、相当な程度に結合部の性能を高め、強化す
るので、以前は結合することができなかった付着材を使
用してもある材料と結合することができるようになる。
処理表面は、相当な程度に結合部の性能を高め、強化す
るので、以前は結合することができなかった付着材を使
用してもある材料と結合することができるようになる。
【００４７】又本発明の方法による表面処理は、加工物
の材料だけを使用しており、他の材料を必要としない利
点を有し、又ビームの作用により自動的に表面が清浄化
されるという副次的効果がある。
の材料だけを使用しており、他の材料を必要としない利
点を有し、又ビームの作用により自動的に表面が清浄化
されるという副次的効果がある。
【図１】表面のくぼみを特徴とする空洞の形成におい
て、連続する各段階を示した説明図である。
て、連続する各段階を示した説明図である。
【図２】鋼における電子ビームによる織ったような処理
表面の平面図である。
表面の平面図である。
【図３】電子ビームの出力密度分布の一例を示す説明図
である。
である。
【図４】本発明の方法を実施する器具を示す説明線図で
ある。
ある。
【図５】本発明の方法を実施する器具の一部を示す第二
の例の説明図である。
の例の説明図である。
【図６】図５の器具をもっと詳細に示す説明図である。
【図７】空洞の三つの異なる配置を示す説明図である。
１ 電子ビーム（又はレーザ・ビーム） ２ 基板 ３、３′ 空洞 ４、４′ 溶融材料 ５ 拡がった溶融域 ６ 表面張力で丸まった溶融材料 ７ くぼみのある特徴物 １０ ブランク材 １１、１３ リール １２ 真空槽 １４ 電子銃 ２０、２１ シュート ２２ 電子銃 ２３ 排気された槽 ２４ 処理を終わったＰＢＰ ２５、２６ シュートポンプへのシュート出口 ２７ ホッパー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】鋼における電子ビームによる織ったような処理
表面の平面図を示す顕微鏡写真である。
表面の平面図を示す顕微鏡写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (22)
- 【請求項１】 別の部材に結合しようとする加工物の表
面上の一連の位置をエネルギー・ビームに露出し、これ
によって各位置において加工物材料がエネルギー・ビー
ムの影響の下に横方向に間隔をおいて溶融され、次い
で、加工物の隣り合った表面に関して持上げられ凹みの
ある表面相を有する固化した材料の部分によって囲まれ
た空洞を形成するように、加工物材料を放置して固化さ
せることを特徴とする、加工物表面を処理する方法。 - 【請求項２】 上記エネルギー・ビームは電子ビーム又
はレーザ・ビームから成ることを特徴とする、請求項１
の表面処理法。 - 【請求項３】 前記空洞は少なくとも毎秒５００個の速
度で加工物に形成されることを特徴とする、請求項２の
表面処理法。 - 【請求項４】 上記空洞は少なくとも毎秒５８０個の速
度で加工物に形成されることを特徴とする、請求項３の
表面処理法。 - 【請求項５】 前記エネルギー・ビームが約１ｋｍ／秒
の速度で加工物の表面に関して移動することを特徴とす
る、前記の請求項の何れかの表面処理法。 - 【請求項６】 前記加工物表面の位置の間の移動時間
は、各位置での停止時間の約１／１００であることを特
徴とする、前記の請求項の何れかの表面処理法。 - 【請求項７】 前記エネルギー・ビームの最大密度は１
０5 〜１０7 Ｗ／ｍｍ2 の範囲内にあることを特徴とす
る、前記の請求項の何れかの表面処理法。 - 【請求項８】 前記エネルギー・ビームの流れは、その
ビームの中心部分を取り囲むエネルギー・ビームの環状
帯中の流れが、ビームの直径の１／３に事実上等しい横
方向の寸法を有している中心部分の流れの少なくとも半
分となるようビームの直径の範囲内に分布されているこ
とを特徴とする、前記請求項の何れかの表面処理法。 - 【請求項９】 上記環状帯の流れは少なくとも中心部分
の流れに等しいことを特徴とする請求項８の表面処理
法。 - 【請求項１０】 上記環状帯の流れは中心部分の流れの
２倍又は３倍であることを特徴とする請求項９の表面処
理法。 - 【請求項１１】 前記空洞は約０．６ｍｍの最大直径を
有することを特徴とする、前記請求項の何れかの表面処
理法。 - 【請求項１２】 前記空洞は０．６〜１ｍｍの範囲の深
さを有することを特徴とする、前記請求項の何れかの表
面処理法。 - 【請求項１３】 前記空洞は約１ｍｍのピッチの間隔で
並んでいることを特徴とする、前記請求項の何れかの表
面処理法。 - 【請求項１４】 前記空洞はすべて事実上同じサイズで
あることを特徴とする、前記請求項の何れかの表面処理
法。 - 【請求項１５】 上記空洞は立方体的又は密接形の配列
状に配置されていることを特徴とする請求項１４の表面
処理法。 - 【請求項１６】 前記加工物は金属から成ることを特徴
とする、前記請求項の何れかの表面処理法。 - 【請求項１７】 上記加工物はブレーキ・パッドの当て
板から成ることを特徴とする請求項１６の表面処理法。 - 【請求項１８】 前記請求項の何れかの表面処理法によ
って表面が処理されている加工物。 - 【請求項１９】 請求項１から請求項１８までの何れか
の方法を用いて加工物の表面を処理し、その加工物の調
整された表面に他の部材を付着させることから成ること
を特徴とする、加工物を別の部材に結合させる方法。 - 【請求項２０】 上記他の部材は重合体から成ることを
特徴とする請求項１９の方法。 - 【請求項２１】 上記他の部材は、ナイロン、ＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメタ
クリル酸メチル）、ポリウレタン、アルミニウム及びそ
の合金、フェノール樹脂、並びにマグネシウム及びその
合金の中の一つからできていることを特徴とする、請求
項１９の方法。 - 【請求項２２】 上記他の部材はブレーキ・パッドから
成ることを特徴とする請求項１９の方法。
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