JPS61240542A - 電子ビ−ム加工機の陰極モニタリング方法及びその装置 - 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〕 この発明は、真空雰囲気（１０−’ｍｍＨｇ程度）中に
被加工物を置き、これに高電圧で加速された電子ビーム
を集束レンズ（電子レンズともいう）で集束させて被加
工物に照射すると、その運動エネルギの大部分は熱エネ
ルギに変わるため、この電子ビームが照射された部分は
加熱され、たとえば１〜１０μｓｅｃでその材料の融点
に達し、材料が蒸発し、その蒸発圧力によって所定の加
工（穴あけ、切断、溶接、溶解および蒸着等）を行なう
電子ビーム加工方法及びその装置に関するもので、特に
この発明は、電子ビームを発生させる電子銃内の陰極の
状態を自動的に、かつ正確にモニタリングすることがで
きる電子ビーム加工機の陰極モニタリング方法及びその
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種電子ビーム加工機における電子銃の陰極状
態のモニタリング手段としては、たとえば加工前に、試
験用被加工物に電子ビームを照射することによって生成
さ−れたビードの断面を観察する方法がある。第５図（
Ａ）　、　（Ｂ）および第６図（Ａ）。

（Ｂ）は被加工物（４０）に照射される電子ビーム（３
ａ）。

（６ｂ）の形状と、被加工物（４０）内に生成されるビ
ード（＋Ｏａ）、　（３０ｂ）の溶は込み形状を示す断
面図で、第５図（Ａ）は電子銃内の良好な状態の陰極（
図示せず）から発生した正常電子ビーム（３ａ）を被加
工物（４０）に照射している状態を示し、この場合、被
加工物（４０）内に生成されるビード（３０ａ）は、第
５図（Ｂ）に示すように好ましい溶は込み形状となる。

また、第６図（Ａ）は電子銃内の劣化している陰極から
発生した異常電子ビーム（６ｂ）に被加工物（４０）に
照射している状態、すなわち陰極の劣化によって集束レ
ンズ（図示せず）などのように調整しても電子ビーム（
６ｂ）を細く絞ることができない状態を示し、この場合
、被加工物（１）内に生成されるビード（３０ｂ）は、
第６図（Ｂ）に示すように深さが浅く、好ましい溶は込
み形状とならない。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上述べた従来の電子銃の陰極状態のモニタリング手段
によれば、上述した被加工物（４０）のビード（３０ａ
）　、　（３０ｂ　）の断面形状を観察するためには、
この被加工物（４０）を切断するかあるいは研磨しなけ
ればならないので、モニタリング作業がきわめて面倒で
作業能率がきわめて悪く、作業に熟練を要するばかりで
なく、正確を欠く欠点がある。

ごの発明は、かかる点に着目してなされたもので、電子
ビームを発生させる電子銃内の陰極の状態を自動的に、
かつ正確にモニタリングすることができる電子ビーム加
工機の陰極モニタリング方法及びその装置を提供しよう
とするものである。

この発明に係る電子ビーム加工機の陰極モニタリング方
法は、電子ビームのビーム電流、集束コイル電流を所定
値に調整し、標準溝が設けられた標準試験片を所定の位
置に位置決めした後、標準試験片に設けた標準溝を横切
るように電子ビームを走査させたときに発生する放射線
の信号変化を検出し、この検出値とあらかじめ設定した
基準値とを比較して電子ビームを発生する電子銃に内蔵
した陰極の状態を自動的にモニタリングするものである
。

また、本発明に係る電子ビーム加工機の陰極モニタリン
グ装置は、標準溝を設けた標準試験片の位置決め手段と
、標準試験片に照射する電子ビームを発生させる陰極を
内蔵した電子銃と、電子ビームを標準試験片の表面に集
束させるための集束コイルととビーム電流及び集束コイ
ル電流を所定値に設定する制御手段と、標準試験片の標
準溝を横切るように電子ビームを走査させるための偏向
レンズと、電子ビームを標準試験片に照射した時に発生
する放射線を検出する放射線検出手段と、この放射線検
出手段によって得られた信号変化とあらかじめ設定した
基準値とを比較して電子銃に内蔵した陰極の状態を判別
するシステム制御装置とを備えたものである。

〔作　用〕

この発明においては、電子ビームのビーム電流、集束コ
イル電流を所定値に調整し、標準試験片を所定の位置に
位置決めした後、標準試験片の標準溝を横切るように電
子ビームを走査させたときに発生ずる放射線の信号変化
を検出し、この検１！ｌ値とあらかじめ設定した基準値
とを比較することによって、電子ビームを発生する電子
銃に内蔵した陰極の状態を自動的にモニタリングする。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の電子ビーム加工機の陰極モニタリン
グ装置の一例を示すブロック図である。

同図において、（１）は高電圧電源、（２）は陰極（図
示せず）を内蔵した電子銃、（３）は電子銃（２）の＠
極より発生した電子ビーム、（４）は標準試験片、（５
）は電子銃（２）の陰極より発生した電子ビーム（３）
を所定の集束コイル電流を流すことにより標準試験片（
４）表面に集束させるための集束コイル、（６）は標準
試験片（４）の標準溝（７）を横切るように電子ビーム
（３）を走査させるための偏向レンズである。また（２
０）は標準試験片（４）を所定の位置（前後、左右、高
さ）に位置決めするための移動機構である。

（８）は反射電子および二次電子放射線の一釉である電
子線（９）を検出する放射線検出手段であるコレクタ、
ＣＩ！４１はコレクタ（８）によって得られた信号変化
とあらかじめ設定した基準値とを比較して電子銃（２）
に内蔵した陰極の状態を判別し、システム全体を制御す
るシステム制御装置で、電子ビーム（３）のビーム電流
の制御も行う。（１１）はシステム制御装置（２）の指
令にしたがって偏向コイル（６）の制御信号を発生する
信号発生器、（１０）は信号発生器０１）からの信号を
偏向コイル（６）に印加するための電流増幅器、Ｒ２お
よび几、は抵抗器である。０１）はコレクタ（８）で補
足した反射電子および二次電子などの二次エネルギ検出
信号のノイズ分を除去するためのフィルタ、（至）は入
力信号の最小値を検出し、これを記憶保持する最小値検
出保持部、（財）はこの最小値をＡ／Ｄ変換するための
Ａ／Ｄ変換器である。０ωは偏向レンズ（６）を流れる
偏向レンズ電流の正および負のピークを検出して、正ピ
ークから負ピークまたは負ピークから正ピークまでの間
、最小値検出保持部（ハ）を動作させる制御信号を出力
するピーク検出制御部である。（ハ）はシステム制御装
置ｔ　（２４１からの指令に従って集束コイル（５）を
制御する集束コイル制御装置である。ビーム電流及び集
束コイル電流を所定値に設定するための制御手段はシス
テム制御装置（財）と集束コイル制御装置（２０とから
構成されている。

第２図は標準試験片（４）の標準溝（７）を横切るよう
に電子ビーム（３）を走査させた時、コレクタ（８）に
よって検出される反射電子および二次電子の電子線（９
）などの変化を示したものである。

第３図は正常な陰極の場合と異常な陰極の場合とについ
て、標準試験片（４）の標準溝（力を横切るように電子
ビーム（３）を走査させた時、コレクタ（８）により検
出される電子線変化を示したものである。

第６図（ａ）は正常な陰極の場合を示し、第３図（ｂ）
は異常な陰極の場合を示している。第４図は動作説明図
である。

次に、動作について説明する。

まず、最初にシステム制御装置（２４）によって、ビー
ム電流、集束コイル電流および、標準試験片（４）を予
め設定記憶された所定の電流値および位置に設定する。

そして、第２図に示すように標準試験片（４）の標準溝
（７）を横切るように電子ビーム（３）を走査させた時
、コレクタ（８）によって検出される電子重量は標準溝
（７）の近傍で変化するようになる。この変化舒である
第２図のＡ、Ｂ、Ｃは、標準溝（７）の幅や照射する電
子ビーム（３）のビーム電流を一定とした場合、照射す
る電子ビーム（３）の径に対応して変化するようになる
。電子ビームを、標準試験片（４）の標準溝（７）を横
切るように走査させると、電子ビームが正常な陰極でよ
く絞られた場合には第３図（ａ）に示すように電子線量
が変化し、電子ビームがうまく絞られない場合には第６
図（ｂ）に示すように電子線量が変化する。したがって
、電子線量の変化状態により陰極のモニタリングができ
るようになる。

信号発生装置０］）は第４図四に示すような正弦波また
は三角波を発生して、電流増幅器（１０）を介して偏向
コイル（６）に偏向フィル電流を供給する。この電流を
抵抗■ｔ１の両端の電圧として検出し、ピーク検出制御
部（１つで、正・負それぞれのピークを検出し、最小値
検出保持部（ハ）で第４図（ｂ）に示すような制御信号
を発生する。最小値検出保持部０■ではｔｌからｔ２ま
での間の電子線量を検出する。したがって、ｔ、で保持
部（ハ）をリセットし、電子線量の最小値Ｉｃｍ１ｎを
検出して、これを保持する。そして、電子線量の最小値
１ｃｍ　ｉｎ　ｔ−Ａ　／　Ｄ変換器（財）でＡ／Ｄ変
換して、システム制御装置ｒ２４）に取り込む。この検
出値と、あらかじめ設定した標準陰極の基準、値とを比
較して、その差が所定限度を越える場合には陰極状態が
異常であると判断することができる。

なお、上記実施例においては、電子線量の最小値（第２
図に示すＢ）を検出する場合について示したが、第２図
に示すＡやＣの値を検出するようにしてもよい。

また、上記実施例においては、電子ビーム（３）の照射
により発生する反射電子及び二次電子の電子線を検出す
る場合について示したが、コレクタ（８）の代わりに光
導電素子を用いて反射電子及びＸ線を検出するようにし
ても、検出されるＸ線信号は電子線とまったく同様な挙
動を示し、まったく同様な効果が得られる。

さらに、上記実施例においては、検出信号をＡ／Ｄ変換
して、システム制御装置に取り込んで、比較判断する場
合について示したが、検出信号をＡ／Ｄ変換せずにアナ
ログ回路で比較判断するようにしても同様の効果を奏す
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、電子ビームのビ
ーム電流、集束コイル電流を所定値に調整し、標準溝が
設けられた標準試験片を所定の位置に位置決めした後、
標準試験片に設けた標準溝を横切るように電子ビームを
走査したときに発生する放射線の信号変化を検出し、こ
の検出値と、あらかじめ設定した標準陰極の場合の基準
値とを比較して、陰極状態を自動的にモニタリングする
ようにしたので、ビームの品質が常に保証され、常に正
確な電子ビーム加工を行なうことができる優れた効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である電子ビーム加工機の陰
極モニタリング装置を示すブロック図、第２図は標準試
験片の溝を横切るように電子ビームを走査させた時の電
子線の変化を示す説明図、第３図は正常な陰極の場合と
における電子線量変化を示す説明図、第４図は動作を説
明するための説明図、第５図及び第６図は標準試験片に
照射される電子ビームの形状と、標準試験片に形成され
るビードの溶は込み形状とを示す模式図である。 図において、（２）・・・電子銃、（３）・・・電子ビ
ーム、（４）・・・標準試験片、（５）・・・集束コイ
ル、（６）・・・偏向コイル、（７）・・・標準溝、（
８）・・・コレクタ（放射線検出手段）、（９）・・・
放射線、（２■・・・移動機構、（財）・・・システム
制御装置、弼は集束フィル制御装置である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　　木　村　三　朗 第４図 第５図　第６図 （Ａ）　　　　　　　　（Ａ） （Ｂ）　　　　　　　　（Ｂ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームのビーム電流、集束コイル電流を所定
   値に設定し、標準溝を有する標準試験片を所定の位置に
   位置決めした後、標準試験片の溝を横切るように電子ビ
   ームを走着させたときに発生する放射線の信号変化を検
   出し、この検出値と予め設定した基準値とを比較して電
   子ビームを発生する電子銃に内蔵した陰極の状態を自動
   的にモニタリングすることを特徴とする電子ビーム加工
   機の陰極モニタリング方法。
2. （２）放射線は反射電子と二次電子とからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム加工機
   の陰極モニタリング方法。
3. （３）放射線は反射電子とＸ線とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム加工機の陰
   極モニタリング方法。
4. （４）標準試験片を所定の位置に位置決めするための位
   置決め機構と、標準試験片に照射する電子ビームを発生
   させる陰極を内蔵した電子銃と、電子ビームを標準試験
   片の表面に集束させるための集束コイルと、ビーム電流
   及び集束コイル電流を所定値に設定するための制御手段
   と、標準試験片の標準溝を横切るように電子ビームを走
   査させるための偏向コイルと、電子ビームを標準試験片
   に照射した時に発生する放射線を検出する放射線検出手
   段と、この放射線検出手段によつて得られた信号変化と
   あらかじめ設定した基準値とを比較して電子銃に内蔵し
   た陰極の状態を判別するシステム制御装置とを備えたこ
   とを特徴とする電子ビーム加工機の陰極モニタリング装
   置。
5. （５）放射線は反射電子と二次電子とからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の電子ビーム加工機
   の陰極モニタリング装置。
6. （６）放射線は反射電子とＸ線とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の電子ビーム加工機の陰
   極モニタリング装置。
7. （７）放射線検出手段は、コレクタであることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項又は第５項記載の電子ビーム
   加工機の陰極モニタリング装置。
8. （８）放射線検出手段は光導電素子であることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項又は第６項記載の電子ビーム
   加工機の陰極モニタリング装置。