KR0172945B1

KR0172945B1 - 전자빔 용접기

Info

Publication number: KR0172945B1
Application number: KR1019900011528A
Authority: KR
Inventors: 시만 로렌스 그렌; 죤 헤이니 티모시; 도미니크 페라리오 죠셉
Original assignee: 죤 에이. 카수바; 페란티 사이애키 아이엔씨
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-07-28
Publication date: 1999-02-18
Also published as: JP3007990B2; EP0410596B1; EP0410596A2; CA2021471C; DE69001653T2; KR910002554A; US4998004A; ES2041139T3; DE69001653D1; JPH0364841A; CA2021471A1; EP0410596A3

Abstract

본 발명에 따른 전자빔 용접기는 캐소드 및 필라멘트 지지수단이 중공의 캐소드 절연체(6)와 이 캐소드 절연체(6)를 통과하는 전기도체로서의 필라멘트 포스트(36) 및 캐소드 장착볼트(37)를 포함하여, 상기 캐소드 절연체(6)는 원추대 형태의 외측표면을 가지는 동시에 그 원추대 정점에 캐소드(15) 및 필라멘트(16)를 유지하고, 또한 상기 외측표면을 형성하는 각도보다는 작은 정점의 각도로 원추대를 형성하는 내측표면을 가지고 있어 캐소드 절연체(6)의 두께는 외직경이 증대함에 따라 증대하고, 상기 캐소트 절연체의 두께의 증대에 따라 형성되는 최대 단부는 원통형 금속하우징(12)에 의해 지지되는 한편, 이 금속하우징(12)과 상기 최대 단부 부근의 캐소드 절연체(6) 사이에는 통로(23) 형성되어 이 통로(23)를 통해 액체냉매가 순환되며, 전자빔발생기의 동작시에 상기 캐소드 절연체(6)가 지지하는 주변부품들에서 발생하는 열이 상기 액체냉매의 순환에 의해 제거된다.

Description

전자빔 용접기

제1도는 전자빔 총 조립체의 단면도.

제2도는 케이블 각 단부의 플러그를 도시한 고전압 케이블 조립체의 단면도.

제2a도는 전자빔 총 플러그 케이블 종단의 말단 단면도.

제2b도는 전자빔 총 플러그의 측면도.

제3도는 고전압케이블의 상세한 구조도.

제4도는 전자빔 용접기의 진공실의 벽에 부착하도록 된 케이블 접합상자의 단면도.

본 발명은 용접재료의 접합선을 따라 용접재료를 용접하는데 이용하는 전자빔 용접기에 관한 것으로, 특히 용접재료의 접합 가장자리를 따라 재료를 용접하기 위하여 킬로와트 범위의 높은 전자빔을 발생시키는 전자빔 총에 관한 것이다.

종래 진공실 내부에 설치되는 전자빔 총은 2축 또는 3축 방향을 따라 이동할 수 있는 왕복대 위에 장착되어 최대 60KV, 1암페어의 전자빔 전류를 가할 수 있는 능력을 가지고 있다.

종래에 사용되었던 이러한 전자빔 용접기는 작업 중에 가동시간이나 생산성을 저하시키는, 몇 가지 문제점을 안고 있다. 종래의 전자빔 용접기를 비능률적으로 만드는 이러한 결점 중에는 다음과 같은 것이 있다.

(가) 고전위에서의 전자빔 총의 부분과 접지전위에서의 전자빔 총 부위 사이의 호락(弧絡)으로 인한 전자빔 총의 단락.

(나) 고전압 전원으로부터 전자빔 총으로 전압을 전달하는 케이블의 호락, 단락 및 소손.

(다) 전자빔 총에 사용되는 필라멘트 교환의 어려움.

(라) 필라멘트가 정상상태일 때 전자빔의 오정렬 또는 변위에 의해 용접하고자 하는 이음매를 조준할 수 없고, 그 결과 불량품을 산출하여 경우에 따라 수천불의 손실을 발생시킴.

(마) 빔의 접속과 공작물에 조사되는 빔의 크기를 변경시키고, 빔에 의해 공급된 총전류의 빔전류 밀도의 변화를 야기시키는 온도변화에 따르는 필라멘트의 축위치의 변경.

(바) 진공실의 압력을 목표 수준인 10^-4Torr 이하로 할 때 펌프로 압력을 낮추는데 소요되는 시간(pumpdown time)이 너무 김.

본 발명은 전자빔 용접기의 관련요소의 파손빈도를 줄여서 생산시간이 손실을 줄이기 위한 것이다.

본 발명의 제1목적은 상기한 바와 같은 시간손실. 불편한 및 파손이 없는 전자빔 용접기와 그 부품을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제2목적은 진공실내에서 움직이는 신뢰성 있는 전자빔 용접총을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제3목적은 전자빔 총으로부터 열을 효과적으로 제거하여 전자빔 총 주요부품의 열팽창에 기인한 변화를 감소시키는 개선된 수단을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제4의 목적은 고전압 전원으로부터 전자빔 총으로 전력을 전송하는 개선된 고전압 케이블을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제5의 목적은 케이블이 진공조건에서 사용될 때 내부기압에 견딜 수 있는 진공실 내부에 사용하는 고전압케이블을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제6의 목적은 케이블에 독특한 종단을 제공하여 케이블이 진공실 내부에서 사용될 때 케이블 내부를 진공으로부터 보호할 수 있게 하기 위한 것이다.

종래에 사용되었던 고전압 케이블은 외부전원으로부터 진공실 내부의 전자빔총으로 필라멘트 전류를 전달하는 도선과 전자빔 총의 애노드에 필요한 고전위를 전달하는 도체(이 도체는 또한 바이어스 전위를 전자빔 총의 제어전극에 전달한다) 사이에 유도성 결합이 존재하는 방식으로 구성되어 있다. 전압의 임의변동 예를 들면, 전력선에 발생한 과도전압 또는 고전압전원의 맥류와, 전류변화를 강조하는 바이어스 회로의 유도 전압은 전선의 과도현상 또는 맥류에 기인한다. 바이어스 전압의 유도성 변화를 억제하기 위하여 바이어스 회로를 과도하게 여파하므로 그에 따른 문제점이 발생한다. 즉 시스템의 반응시간의 증대는 전자빔 전류를 변화시킬 수 있는 속도에 대해 제한을 준다. 이것은 물론 전자빔 용접기에 대해 그 사용회수를 줄이는 결과가 된다.

종래의 전자빔 용접기의 다른 문제점은 케이블의 내부가 가스방충에 의해 진공실의 가스하중을 증가시킬 수 있다는 사실에 기인한다. 계속적인 가스방출 때문에 진공실의 압력을 전자빔 용접에 필요한 압력가지 낮추는데에는 긴 펌프다운 시간이 필요하다. 또 전자빔 용접기를 사용하는 동안의 가스방출의 폭발은 진공실내의 압력을 증가시키고 때로는 케이블의 달락 등을 야기시킨다.

새로운 전자빔 용접기는 케이블의 내부로부터 진공실의 내부로 공기가 누설되는 것을 막기 위한 수단을 구비한다. 이 수단은 고전압과, 필라멘트 및 바이어스 전압을 전자빔 총에 공급하는 케이블의 각 단부에 새로운 종단 마무리기법을 통해 달성한다.

다음에, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따라 제조된 전자빔 총의 필수 구성요소를 도시한 도면이다.

전자빔 총(1)의 필수 구성요소는 캐소드 조립체(2), 애노드 조립체(3), 집속코일(4), 편향코일(5), 캐소드 조립체 지지수단, 밸브수단(10), 밸브개폐수단(11), 및 터보분자 펌프(13), 총 본체(14)가 포함된다. 캐소드 조립체 지지수단은 캐소드 조립체(2)에 대한 전력공급용 단자가 되는 필라멘트 포스트(36) 및 캐소드 장착볼트(37)(제1도 가운데 부분 참조)를 포함하고, 캐소드 조립체(2)는 낮은 삽입압력을 갖는 코넷터(7)와 결합하며, 이 코넷터(7)는 전원 측에 접속된 케이블의플러그(8)에서 콘센트로서 작용한다.

밴브수단(10)이 폐쇄될 때 전자빔 총 주변의 대기통로를 통해 캐소드 조립체(2) 및 애노드 조립체(3)가 위치하는 영역에 대기가 유입되지 못하게 된다. 터부분자 펌프(13)는 상기 영역의 압력을 10^-5토르 이하로 감축 유지시키며, 전자빔 총 본체(14)는 전술한 전자빔 총의 필수 구성 요소들은 지지하는 작용을 한다.

캐소드 조립체(2)는 큰 원추형 세라믹 캐소드 절연체(6) 및 외부 금속하우징 (12) 뿐 아니라 캐소드 전극(15)과 필라멘트(17) 및 관련홀더와 클램프를 구비하고 있다. 또 다른 금속하우징(19)은 너트(16)와 함께 캐소드 전극(15)을 지지한다.

필라멘트(17)는 캐소드 접속기로 사용되는 지지체(18)와 함께 캐소드와 근접한 위치에서 필라멘트 포스트(36)에 의해 지지된다. 캐소드 전극(15)은 도체로서의 필라멘트 포스트(36)와는 절연되어 있고 전자빔 전류를 조절하는데 사용되는 0 내지 -2000볼트의 전위가 캐소드 장착 볼트(37)를 경유하여 캐소드에 가해진다. 전자빔 총 본체 내에서 캐소드의 중앙부위와 마주하는 애노드 조립체(3)는 전자빔 총이 동작하는 적당한 고전압 전원에 의해 60,000볼트까지의 전위가 유지된다. 필라멘트는 고전압 전원의 음단자에 접속된다. 또 가속전압을 전자빔 총에 공급하는 고전압원 외에도, 0-2,000 볼트 범위에서 조정이 가능한 바이어스 전원이 캐소드와 필라멘트 사이에 접속되어 필라멘트를 기준 전위로 하여 캐소드에 음전위를 가함으로써 전자빔 전류를 제어한다.

큰 원추형 세라믹 캐소드 절연체(6)는 캐소드부분을 지지하고, 캐소드를 접지와 60,000볼트의 애노드 전위로부터 절연시킨다. 캐소드 절연체(6)의 형태는 가장 단순하고, 가장 필수적인 형태로만 형성되었다. 고전압 응력을 받는 부분은 직선 형태로 되어 있는데 그 이유는 진공상태에서는 고전압 응력을 억제하는데 직선 표면이 가장 적합하기 때문이다. 캐소드 절연체(6)의 내외면은 원추형이다. 그러나 두 원추면은 외측으로 진행하면서 폭이 확대되므로 캐소드 절연체의 세라믹 벽두께나 단면 두께는 중앙에서부터 외부로 진행하면서 크게 증가하여 필라멘트 지지체로부터 전자빔 총 하우징 외부까지 탁월한 흡열 및 열전도체 역할을 한다.

열전도체로서의 역할을 하는 캐소드 절연체의 능력은 절연체 및 20Watt/m/°K의 높은 열 전도성을 갖는 산화알루미늄 등의 재료의 독특한 형상에 기인한다. 이것은 일부 금속보다 양호한 열전도성을 갖는다. 산화베릴륨이나 규소질화물 등을 대신 사용할 수도 있으나 다소 비용이 추가된다. 세라믹 캐소드 절연체의 상대적으로 작은 단부측(즉 제1도에서 볼 때 캐소드 절연체(6)의 아랫쪽 끝부분)은 캐소드(제어전극)홀더 쪽과 연결되며, 필라멘트 장착볼트(37)가 절연체에 직접 연결되므로 필라멘트 홀더로부터의 열이 절연체 속에 직접 흐를 수 있다. 여기서 캐소드 및 필라멘트 지지수단으로서 중공의 세라믹 캐소드 절연체(6)와 이 캐소드 절연체(6)를 통과하는 전기도체로서의 필라멘트 포스트(36) 및 캐소드 장착볼트(37)를 포함한다. 세라믹 캐소드 절연체(6)중에서 큰 외경측(도면에서 볼 때 윗쪽)은 열전도성 에폭시(9)에 의해 하우징(12)에 직접 접합된다(제1도 참조). 세라믹 캐소드 절연체(6)는 또한 납땜이나 기계적인 고정에 의해 하우징(12)에 부착될 수도 있다. 캐소드 절연체(6)를 냉각시키기 위한 수단은 도시된 바와 같이 절연체(22)의 상단부를 기계가공하여 캐소드 절연체(6)와 전자빔 총 본체(14) 사이에 원주형 채널(23)을 형성시킴으로써 실현할 수 있다. 물이나 기타 적당한 액체를 상기 채널(23)을 통해 순환시켜 캐소드 절연체(6)의 상단부로부터 열을 제거할 수 있다. 캐소드 절연체(6)를 지지하는 하우징(12)과 절연체는 또한 물 또는 기타 액체가 순환할 수 있도록 형성된 통로(21)를 갖춘 플랜지(20)에 의해 냉각될 수도 있으며, 이 플랜지는 전자빔 총의 본체(14)의 상단부에 형성된다. 이 통로(21)를 통하여 흐르는 냉각수는 캐소드 절연체(6)와 애노드로부터의 열을 집속코일 및 편향코일에서 발생할 수 있는 열을 전달하여 제거하는데 효과적이다.

케이블 조립체의 구조는 제2도 및 제3도에 도시되어 있다.

제3도의 케이블은 중앙에 바이어스 전압 리드선용 중심도체(24)가 위치하고, 그 둘레에 2개의 필라멘트 리드선용으로서 2개의동심의 외부도체(25),(26)가 둘러싸인 3축심을 구비하고 있음을 알 수 있다. 이들 3개의 도체선을 전자빔 총의 음적극에 필요한 리드선이다. 2개의 필라멘트 리드선은 열류를 필라멘트에 전달하고 중앙리드선은 제어전압 또는 바이어스전압을 그리드 또는 베넬트(wehnelt)로 알려진 큰 자게형 캐소드 전극 또는 제어전극에 전달한다. 캐소드전극이나 제어전극과 필라멘트는 둘다 높은 음전위이다. 따라서 고전압케이블의 3축심은 제1도에 도시된 전자빔 총에 대하여 높은 음전위(공칭전압 60KV)에 있다. 케이블은 내경의 반도체층(28)을 적당히 완충하면서 3개의 도체들을 감싸는 고전압 실리콘 절연수단(27)을 구비힌다. 외각의 망산선(網狀線)인 접지도체(29)는 접지용 외장이 되고, 전체 케이블은 하이파론(Hypalon)자켓(30)에 의해 보호된다. 이 자켓은 특히 케브랄(Kevlar) 섬유(31)를 삽입하므로써 보강된다. 이 보강자켓은 케이블조립체가 진공상태에서 동작할 때 내부기압을 견딜 수 있도록 한다.

케이블의 상세한 구조가 제2도에 도시되어 있다. 케이블의 외부는 진공하에서 취급할 수 있도록 제조된 반면, 케이블의 내부는 보강자켓과 케이블 말단을 특별히 처리하여 진공을부터 보호된다. 즉 케이블 말단은 밀봉작용과 양호한 고전압 절연재료로서 기능하는 실리콘 물질을 가하여 마무리된다.

케이블의 전자빔 총 일단을 실리콘 포팅(potting)재료를 주형에 주입하여 원하는 종단 외형이 형성된다. 제2b도에 도시한 바와 같이 완성된 종단은 세라믹 전자빔 총 캐소드 절연체(6)에 꼭맞게 형성된 원추형 탄성중합체(54)로서 케이블에 직각으로 위치한다.

종단으로서의 탄성중합체(54)는 제2b도에 도시된 바와같이 일체형 캐스트하우징(44)에 결합되며, 전자빔 총으로부터 제거될 때 케이블 단부를 지지하는데 사용할 수 있는 보조갈고리(32)와 함께 고정된다. 이 보조갈고리(32)는 단일레버(42)와 함께 신속해제식 클램프기구로서 작용한다.

제2도에 나타낸 바와같이, 케이블의 타단에서의 종단(45)(즉 탄성중합체(54)의 반대편 위치의 종단)은 실리콘 포팅재료로 된 프리캐스트 에폭시(46)속에 넣어진다. 이 에폭시 종단은 제4도에 도시된 진공실벽의 관통구(즉, 진공실 벽을 관통하는 고전압부싱)에 케이블을 연결하기 위하여 사용된다. 각 단부에서 규격형 코드 그립(grip)을 변형하여 케이블을 지지하고 있으며, 케이블 자켓을 밀봉하는 고무패킹마개가 배치된다. 철강재의 망상선(網狀線)으로된 슬리브가 케이블의 전체 길이에 걸쳐 덮혀짐으로써 용접 불똥으로부터 자켓을 보호하고, 클램프 칼라와 함께 관형 금속페룰(ferrule)상의 코드그립 장치에 의해 말단이 처리된다.

제4도에 나타낸 바와같이, 케이블 종단(45)(플러그)이 끼워지는 접속기(33)에는 유전체 그리스 또는 시릴콘 페이스트가 채워져 케이블 플러그와 접속기 사이의 계면에 있는 공극을 매운다. 접속기(33)와, 전자빔 총에 연결된 진공실 내부의 케이블로부터의 종단 및 전원의 연결된 진공실 외부의 케이블의 종단은 실린더(48)와 그 양단부의 단편(49) 및 (50)으로 형성된 케이블 접합상자의 내부에서 지지된다. 단편(49)는 진공실의 외벽(47)에 고정된다.

외측 케이블의 플러그는 접합상자에 삽입되어 너트(52)에 의해 소정위치에 고정된다. 진공실 내측 케이블 플러그는 진공실 내부로부터 접합상자 속에 삽입되고 이 외측 케이블 플러그와 내측 케이블 플러그는 접속기(33)에 의해 연결된다. 프러그는 핸들(51)이 부착된 너트(53)에 의해 소정위치에 유지된다. 이 핸들(51)은 플러그의 위치조정을 용이하게 하는데 사용된다. 내측 케이블의 타단은 캐소드 절연체(6)에 수용된다.

케이블의 한쪽 종단을 형성하는 실리콘 탄성중합체(54)는 세라믹 캐소드 절연체(6)의 내부와 일치하는 형상으로 주조된다. 즉 캐소드 절연체(6)는 콘덴서를 포함하고, 전원으로부터 전자빔발생수단(1)으로 흐르는 전류가 통과하는 케이블에는 플러그(8)가 결합되며, 콘덴서는 플러그(8)를 수용하는 구조로서, 콘덴서는 캐소드 절연체(6)의 원추형 내측표면에 의해 형성되고, 플러그(8)의 벽과 이 벽과 마주하는 콘덴서의 벽 사이에는 공차가 형성되어 밀봉용 그리스가 이 공차 사이에 채워진다.

이 케이블 종단이 되는 탄성중합체(54)는 세라믹 절연체6)의 콘덴서 공간속에 들어갈 때 탄성중합체의 변형작용 및 실리콘 유전체 그리스의 작용에 의해 어떠한 공간도 발생하지 않고 완전하게 일치하여 결합된다.

케이블은 단일레버(42)에 의해 움직이는 두 개의 탄성 하중을 갖는 보조갈고리(32)에 의해 유지된다. 이 레버는 케이블을 전자빔 총의 콘센트에 신속하게 접속하고 분리할 수 있게 해준다. 스프링 하중은 진공상태 및 온도변화상태 하에서 그리스로 채워진 콘센트의 정압(正壓)을 제어한다. 케이블 종단 하우징은 캐소드 조립체와 결합하는 0-링의 봉인을 구비하여, 케이블이 콘센트 안에 들어갈 때 콘센트를 밀봉한다. 압력조절용 체크밸브(55)를 구비한 배기밸브는 케이블이 삽입될 때 공기와 잉여 그리스를 배출시키는 반면에 그리스의 정압을 확보해준다. 즉, 플러그(8)가 콘덴서에 삽입될 때 공차 내의 그리스의 압력이 일정하게 유지되도록 체크밸브(55)가 그리스를 배출하게 된다.

케이블 양단이 종단에 있어 또 다른 특징은 필라멘트 리드용 도체를 종단처리하기 위하여 특수한 코로나링형 정착물을 포함한다는 점이다(제2a도 참조). 리드용 도체에는 단자링이 부착되며, 리드용 도체 내측에 삽입된 금속페룰에 의해 절연수단을 덮는 도체가 지지를 받는다. 한편, 일단 소저위치에 고정되면 리드용 도체들은 쉽게 단자링에 납땜이 되어 함께 일체가 된다. 케이블 종단을 용이하게 착탈하기 위해 케이블의 양단에 낮은 삽입압력의 접속기(7)가 사용된다.

캐소드 조립체는 큰 원추형 세라믹 캐소드 절연체와 금속 하우징 뿐만아니라 캐소드전극, 필라멘트 및 관련 홀더 및 클램프 등을 포함한다. 캐소드 절연체와 하우징은 몇 가지 새롭고 독특한 특징을 갖는다.

캐소드 절연체의 형태는 가장 단순하고 필수적인 형태로 되어 있다. 선형표면이 고전압응력에 대한 진공에서 최선임이 발견되었기 때문에 고전압응력을 받는 부분은 기본적으로 선형이다. 절연체의 외면과 절연체의 내면은 원추형이다. 응력을 받는 내면은 원추형이며, 종단의 윤곽과 케이블 콘센트는 일치한다. 두 원추면은 벌어지는 방향으로 세라믹 벽두께나 단면의 두께가 급격히 증가한다. 확대되는 벽 단면은 필라멘트에서 발생되는 열을 외부의 전자빔 총 하우징에 신속히 전달한다.

열을 외벽을 통해 제거하는 열전도체로서의 작용을 하는 캐소드 절연체의 능력은 기하학적인 면과 재료특성면에 따라 결정된다. 여기서 선정된 재료는 20Watt/m/。K 의 높은 등급의 열전도성(이 열전도성은 일부금속보다 양호하다)을 가지는 산화 알루미늄 Al₂O₃이다. 기타재료, 예를 들면 산화베릴륨 또는 실리콘 질화물 등이 또한 사용될 수 있다. 세라믹 캐소드 절연체의 작은 직경측 단부(제1도에서 볼 때 아랫쪽단부)에는 원통형 캐소드(제어전극)홀더와, 필라멘트 홀더가 결합되므로 필라멘트로부터의 열이 절연체 속으로 직접 흐를 수 있다.

캐소드 절연체의 큰 외경은 높은 열전도성 에폭시를 이용하는 전자빔 총 하우징에 직접 접합된다. 이 세라믹은 또한 땜납이나, 기계적인 고정에 의해 하우징에 부착된다. 캐소드 절연체(6)에 의해 지지된 필라멘트 포스트(36)와 캐소드 장착볼트(37)는 0-링(38)(제1도 캐소드 장착볼트(37) 윗부분 참조)에 의해 케이블 측으로부터 절연체의 캐소드 측으로 밀봉된다 전자빔 총 하우징의 분리해체를 통해 용이하게 필라멘트와 캐소드 전극을 청소하거나 교체할 수 있다 접합부에서 전자빔 총 하우징을 함께 지지하기 위하여 토글래치를 빠르게 해체시키면 필라멘트 교환이나 캐소드 전극 또는 애노드 교환을 신속하고 용이하게 실현할 수 있다. 전자빔 총 하우징의 주본체는 전자빔 총의 각 부분을 전체 조립체로 통일화하기 위하여 사용된다. 케이블을 구비한 절연체를 포함하는 캐소드 홀더조립체는 전자빔 총의 상부에 철시하는 반면, 집속 코일(4)은 빔 위치 점출장치에 이용된 안테나(41)와 편향코일(5)과 함께 저부에 설치한다. 애노드는 정렬코일(39)와 칼럼밸브(도는 밀봉밸브)(10)를 따라 하우징의 중심부에 설치한다.

즉 캐소드 절연체(6) 중에서 원추대 정점부근의 하우징(12)에서 그 아랫부분은 하우징 연장부가 되며, 이 연장부는 토클래치와 같이 신속해제식 클램프에 의해 하우징에 결합된다. 또 연장부에는 터보분자펌프(13) 및 밀봉밸브(10)가 지지되어 있다. 밀봉밸브(10)는 전자빔발생기 외측의 공간으로부터 하우징(12, 14) 내측의 공간을 차단하여 밀봉하는 작용을 한다.

상세히 설명하면, 칼럼밸브(10)와 관련 부착판은 전자빔 총 중에서 고전압 영역을 밀봉하는 작용을 한다. 전자빔 총의 고전압 영역은 전자빔 총 하우징 플랜지에 장착된 터보분자 펌프(13)에 의해 펌프된다. 이 펌프는 진공실의 압력이 대략 1x10^-4토르(torr)일 때 고전압 전자빔 총 영역을 5x10^-6토르 이상으로 진공시킬 정도로 충분히 크다. 터보전자 펌프는 고전압 전자빔 총 영역에서의 진공을 보다 바람직하게 유지할 뿐 아니라 높은 진공실 압력으로 전자빔 총을 활성화시킨다. 터보분자 펌프 없는 통상의 전자빔 총의 활성화 압력은 진공실에서 1x10^-4토르이다. 터보분자 펌프로 펌프한 전자빔 총을 사용하면 작용력이 진공실에서 최소한 5배이상 높다. 터보분자 펌프를 이용하면 필요한 고진공 펌프시간을 신속히 감소시키며 특히 큰 진공실기계 일 때 더욱 효과적이다. 터보분자 펌프의 축은 정상 전자빔 총 경사축과 평행하다. 경사축은 전자빔 총 장착점을 중심으로 하며, 이러한 장착구조에 의해 전자빔 총의 경사도와 관계없이 일정한 펌프상태를 유지힌다.

컬러밸브와 터보분자 펌프의 배기밸브는 진공실이 배기되는 기간동안 터보분자 펌프의 고전압영역을 밸브로 조절하고 밀봉할 수 있게 해 준다. 이 임계 고전압영역을 밀봉하고 관련 노출부위를 오물(배기시에 기류를 따라온 오물)과 수분(다듬질 도중에 이슬점을 통과할 때 응축된 수분)으로부터 차단할 수 있으며, 그 결과, 전자빔 총은 오물과 수분을 배출시키기 위해 과도하게 고전압을 통제하거나 글로우방전의 청소가 필요없이 동작안전성과 신뢰성을 향상시킬 것이다. 고전압영역을 따로 따로 분리하여 바람직한 진공상태를 반복하여 달성함으로써 향상된 필라멘트 수명을 획등하교 높은 안정성과 신뢰성을 얻을 수 있다.

시스템의 두 밸브는 전기모터에 의해 활성화되어 개폐위치로 구동되고 모터는 오프된다. 칼럼밸브(10)는 볼밸브이고 터보 배기밸브(40)는 버터 플라이 밸브이다. 두 밸브는 외부 제약없이 개방상태나 폐쇄상태에 있도록 설계된다. 리미트스위치는 개폐위치를 검출하기 위해 구비되고, 멈추개가 설치되어 모터 수톨전류검출기와 함께 모터를 정지시킨다.

컬럼밸브용의 구동모터(11)는 측면의 출입문에 부착한다. 특별한 결합방법에 의해 모터와 출입문을 컬럼밸브나 광학식 공동부에 착탈 가능하게 결합한다. 이 광학식 공동부는 임의의 관찰 시스템을 위해 전자빔 총에 형성된 공간이다. 이 공동부는 또한 볼 밸브의 제거와 보수를 위해 접근하는 것을 용이하게 한다. 터보 펌프를 냉각시키기 위하여 전자빔 총에 배치된 수냉라인을 또한 캐소드 절연체의 흡열부를 냉각시키기 위하여 이용할 수도 있다. 절연체 및 관련부분을 냉각시키는 기타의 바업은 금속절연체 하우징의 직접 냉각과 캐소드 절연체 고유의 물접촉에 의한 직접 냉각 방식을 포함한다.

이상과 같이 바람직한 실시예에 관하여 설명하였지만 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 그 기술적 사상 및 다음의 특허청구의 범위를 일탈하지 않고도 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능함을 물론이다.

Claims

전자빔에 의해 물질을 용접하는 전자빔 용접기로서, 진공실 ; 상기 진공실을 진공시키는 수단; 상기 진공실 내부에 장착되는 한편 애노드(3), 캐소드(15), 필라멘트 및 이들 애노드, 캐소드 및 필라멘트의 지지수단을 포함하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생수단 ; 피가공물 상의 통로를 따라 전자빔이 조사되도록 전자빔발생수단을 이동시키는 이동수단 ; 전자빔발생수단의 내부를 목표용량 만큼 진공시키는 진공수단 ; 상기 진공실에서의 진공상태를 대기로부터 차단하는 밀봉수단(10) ; 피가공물로 이동하는 전자빔의 집속 및 편향시키는 수단(4, 5)을 포함하며, 전자빔에 의해 물질을 용접하는 전자빔 용접기에 있어서, 상기 캐소드 및 필라멘트 지지수단은 중공의 캐소드 절연체(6)와 이 캐소드 절연체(6)를 통과하는 전기도체로서의필라멘트 포스트(36) 및 캐소드 장착볼트(37)를 포함하며, 상기 캐소드 절연체(6)는 원추대 형태의 외측표면을 가지는 동시에 그 원추대 정점에 캐소드(15) 및 필라멘트(16)를 유지하고, 또한 상기 외측표면을 형성하는 각도보다는 작은 정점의 각도로 원추대를 형성하는 내측표면을 가지고 있어 캐소드 절연체(6)의 두께는 외직경이 증대함에 따라 증대하고, 상기 캐소드 절연체의 두께의 증대에 따라 형성되는 최대 단부는 원통형 금속하우징(12)에 의해 지지되는 한편, 이 금속하우징(12)과 상기 최대 단부 부근의 캐소드 절연체(6) 사이에는 통로(23)가 형성되어 이 통로(23)를 통해 액체냉매가 순환되며, 전자빔 발생기의 동작시에 상기 캐소드 절연체(6)가 지지하는 주변부품들에서 발생하는 열이 상기 액체냉매의 순환에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기.
제1항에 있어서, 상기 캐소드 절연체(6)는 콘덴서를 포함하고, 전원으로부터 상기 전자빔발생수단(1)으로 흐르는 전류가 통과하는 케이블에는 플러그(8)가 결합되며, 상기 콘덴서는 상기 플러그(8)를 수용하는 구조로서, 상기 콘덴서는 상기 캐소드 절연체(6)의 원추형 내측표면에 의해 형성되고, 상기 플러그(8)의 벽과 이 벽과 마주하는 상기 콘덴서의 벽 사이에는 공차가 형성되어 밀봉용 그리스가 이 공차 사이에 채워지는 것을 특징으로 하는 전자빔 용접기.
제4항에 있어서, 상기 플러그(8)가 상기 콘덴서에 삽입될 때 상기 공차 내의 그리스의 압력이 일정하게 유지되도록 상기 공차 내의 그리스를 배출하기 위해 상기 공차와 연결된 체크밸브(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔용접기.
제3항에 있어서, 상기 플러그(8)는 신속해제식 스프링가압형 클램프기구(32, 42)를 포함하며, 상기 플러그(8)가 상기 콘덴서에 결합될 때 상기 클램프 기구(32, 42)는 상기 그리스의 상기 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 전자빔용접기.
제1항, 제2항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 절연체(6) 중에서 원추대 정점부근의 하우징에서 더 확장되는 동시에 신속해제식 클램프에 의해 이 하우징에 결합하여 터보분자펌프(13) 및 밀봉밸브(10)를 지지하는 연장부를 더 포함하여, 상기 밀봉밸브(10)는 상기 전자빔 발생기 외측의 공간으로부터 하우징(12) 및 전자총 본체(14) 내측의 공간을 차단하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는 전자빔용접기.
제2항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 진공실 외측에 위치하는 전원으로부터 상기 이동가능 전자빔발생기에 전류를 공급하는 가요성 케이블을 더 포함하며, 이 가요성 케이블은 중신도체(24)와, 이 중심도체(25)를 둘러싸는 동심의 2개의 독립된 외부도체(25)(26), 2개의 외부도체 바깥의 동심의 접지도체(29), 그리고 이들 도체(24)(25)(26) 및 접지도체(29)에 사이에 배치되는 동심의 절연수단(27)를 포함하고, 상기 동심의 접지도체(289)는 지체불침투성 물질로 된 동심의 보호용 절연커버로 덮힌 것을 특징으로 하는 전자빔용접기.
제5항에 있어서, 진공실 외측에 위치하는 전원으로부터 상기 이동가능 전자빔발생기에 전류를 공급하는 가요성 케이블을 더 포함하며, 이 가요성 케이블은 중심도체(24)와, 이 중심도체(25)를 둘러싸는 동심의 2개의 독립된 외부도체(25)(26), 2개의 외부도체 바깥을 둘러싸는 동심의 접지도체(29), 그리고 이들 도체(24)(25)(26) 및 접지도체(29)에 사이에 배치되는 동심의 절연수단(27)를 포함하고, 상기 동심의 접지도체(29)는 기체불침투성 물질로 된 동심의 보호용 절연커버로 덮힌 것을 특징으로 하는 전자빔용접기.