KR20010057673A - Hole drilling apparatus using Elctron beam - Google Patents

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KR20010057673A
KR20010057673A KR1019990061046A KR19990061046A KR20010057673A KR 20010057673 A KR20010057673 A KR 20010057673A KR 1019990061046 A KR1019990061046 A KR 1019990061046A KR 19990061046 A KR19990061046 A KR 19990061046A KR 20010057673 A KR20010057673 A KR 20010057673A
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이병철
정영욱
차병헌
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장인순
한국원자력연구소
이종훈
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Abstract

PURPOSE: A perforating machine using an electron beam is provided to control the size of holes by controlling the size of the electron beam and improve the quality of the perforation by improving spatial equality of the electron beam. CONSTITUTION: A perforating machine using an electron beam includes an electron gun(10) generating the electron beam, a machining chamber(20) making the electron beam partially melting an object to be perforated for performing perforating work, and a gate valve(30) isolating vacuum between the electron gun and the machining chamber, wherein the electron gun includes a negative electrode(11) heated according to the apply of power supply for generating thermal electron, a positive electrode(12) drawing out the thermal electron in the shape of beam if high voltage is applied to a gap with the negative electrode and the positive electrode, and a control electrode(13) arranged between the negative electrode and the positive electrode and controlling the size of the electron beam by changing electric field distribution between the negative electrode and the positive electrode according to the applied voltage.

Description

전자빔을 이용한 천공장치 { Hole drilling apparatus using Elctron beam }Hole drilling apparatus using Elctron beam

본 발명은 금속, 세라믹, 반도체, 유리 등의 물질에 가속된 전자빔을 조사하여 국부적으로 녹여서 구멍을 형성하는 전자빔을 이용한 천공장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부 장치없이 전자총 만으로 전자빔의 크기를 조절하여 구멍의 크기를 조절할 수 있도록 하고, 전자빔의 공간적 균일도를 높여 천공의 질을 향상시킨 전자빔을 이용한 천공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a perforation apparatus using an electron beam that forms a hole by irradiating an accelerated electron beam onto a material such as metal, ceramic, semiconductor, glass, or the like, and more specifically, adjusts the size of the electron beam using only an electron gun without an external device. The present invention relates to a perforation apparatus using an electron beam to adjust the size of a hole and to increase the spatial uniformity of the electron beam to improve the quality of the perforation.

주지된 바와 같이, 금속, 세라믹, 반도체, 또는 유리 등의 물질에 구멍을 뚫는 기존 장치로는 드릴링 머신(drilling machine), 초음파 천공기, 레이저 천공기 등이 있으나, 이와 같은 장치는 천공의 질이 낮다는 문제점이 있어서 최근에는 전자빔을 이용한 천공장치를 주로 사용하고 있다.As is well known, conventional devices for drilling holes in materials such as metals, ceramics, semiconductors, or glass include drilling machines, ultrasonic boring machines, laser boring machines, etc. In recent years, fabric mills using electron beams are mainly used.

종래의 기술이 적용된 전자빔을 이용한 천공장치는 국내특허출원 89-16403호와 미국특허 4,484,058호 등에서 보여지듯이, 전자빔의 크기를 조절하기 위하여 전자빔 발생부와 가공 챔버 사이에 여러 개의 자기 집속렌즈와 편향자석 등을 설치하여 이루어진다. 그러나, 이와 같은 경우 전체 시스템의 크기가 커지고, 외부장치들을 구동시키는 전원 및 조절장치 등이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.As shown in Korean Patent Application No. 89-16403, US Patent No. 4,484,058, and the like, the fabricator using the electron beam to which the prior art is applied has several magnetic focusing lenses and deflection magnets between the electron beam generator and the processing chamber to control the size of the electron beam. It is made by installing the back. However, in this case, a problem arises in that the size of the entire system is increased, and a power supply and an adjusting device for driving external devices are required.

또한, 상기의 종래 기술에서는, 천공시에 천공 대상물체가 녹아서 발생된 물질이 전자총 내부로 역류하여 진공도가 나빠지게 되고, 전자빔 전류가 감소하는 것을 방지하기 위해서는 전자빔 발생부와 가공 챔버에 각각의 진공펌프를 부착하거나(국내특허 89-16403호), 이 물질들이 전자총으로 유입되는 것을 억제하는 장치(미국특허 4,484,058호, 미국특허 4,317,022호)가 필요하게 되는 문제점이 발생하였다.In addition, in the above-mentioned prior art, in order to prevent the electrons generated by melting the object to be punched during drilling, the generated material flows back into the electron gun and the vacuum is deteriorated, and the electron beam current is reduced. A problem arises in that it is necessary to attach a pump (Domestic Patent No. 89-16403) or a device (US Pat. No. 4,484,058, US Pat. No. 4,317,022) to suppress the introduction of these materials into the electron gun.

또한, 상기의 종래 기술에서는, 전자빔 천공 만을 목적으로 한 것보다는 전자빔 용접기로 개발된 것을 전자빔 천공으로 이용할 수 있게 한 것들이 대부분이기 때문에 전자빔의 크기에 대한 요구조건이 엄격하지 않아서 대부분의 장치에서 전자빔 발생을 필라멘트를 이용하고 있다. 상기 필라멘트로 전자빔을 발생할 경우에는 전자빔이 발생하는 부분과 발생하지 않는 부분이 있어서 전체 면적에 대해 전자빔의 공간분포가 균일하지 않게 된다. 그 결과, 전자빔의 공간분포가 좋지 않아 천공 작업시 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 구멍 주변의 손상정도(A 참조)가 심해 정밀한 천공작업을 수행할 수 없게 되고, 천공작업시 녹은 부분의 일부(B 참조)는 구멍주위에 붙어 있게 되어 구멍의 질이 저하되는 문제점이 발생한다. 그에 따라, 상기 구멍의 질 저하를 방지하기 위하여 천공 작업후 별도의 후처리 작업이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.In addition, in the above-described prior art, since most of those developed by an electron beam welding machine can be used for electron beam drilling rather than only for the purpose of electron beam drilling, the requirement for the size of the electron beam is not strict, so that electron beam generation occurs in most devices. Is using filament. When the electron beam is generated from the filament, there is a portion in which the electron beam is generated and a portion in which the electron beam is not generated, so that the spatial distribution of the electron beam is not uniform with respect to the entire area. As a result, the space distribution of the electron beam is not good, and the damage degree (see A) around the hole is severe as shown in FIGS. 1A and 1B during the drilling operation, thus making it impossible to perform the precise drilling operation. A part (see B) is stuck around the hole, causing a problem of deterioration of the hole quality. Accordingly, a problem arises in that a separate post-treatment operation is required after the drilling operation in order to prevent degradation of the hole.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전자빔 발생부를 음극, 양극, 조절전극으로 구성된 삼극관형 전자총을 사용하여 자기 집속렌즈 등의 외부 장치없이 조절전극의 전압만을 조정하여 전자빔의 크기를 바꿈으로써 천공하고자 하는 구멍의 크기를 조절할 수 있게 함으로써 시스템을 단순화시키고 전자총에서 가공챔버까지의 거리를 줄일 수 있어 소형 경량화를 구현할 수 있는 전자빔을 이용한 천공장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of which is to use the triode tube electron gun composed of the cathode, anode, and control electrode of the electron beam generator, the voltage of the control electrode without an external device such as a magnetic focusing lens By adjusting the bay, the size of the hole to be drilled can be adjusted by changing the size of the electron beam, which simplifies the system and reduces the distance from the electron gun to the processing chamber, thereby providing a fabric factory using an electron beam that can realize a compact and light weight. .

본 발명의 다른 목적은 전자빔을 발생시키는 부분을 필라멘트를 사용하지 않고 원통형 음극을 사용하여 전자빔의 공간적 균일도를 향상시킴으로써 정밀한 천공작업이 가능하도록 하는 전자빔을 이용한 천공장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a fabrication factory using an electron beam that enables precise drilling operation by improving the spatial uniformity of the electron beam by using a cylindrical cathode instead of using a filament in the portion generating the electron beam.

본 발명의 또다른 목적은 천공작업과 동시에 천공작업시 발생되는 가스 및 천공물질을 흡입할 수 있는 흡입기를 구비함으로써 구멍 주위에 붙어 있을수 있는 물질을 제거하여 구멍의 질(quality)을 높일 수 있도록 하는 전자빔을 이용한 천공장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an inhaler that can suck the gas and the puncture material generated during the puncture operation at the same time as the puncture operation to remove the material that may be stuck around the hole to improve the quality of the hole (quality) To provide a fabric factory using an electron beam.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 천공작업시 발생될 수 있는 천공된 구멍의 상태를 보인 예시도Figures 1a and 1b is an illustration showing the state of the perforated holes that may occur during the drilling operation according to the prior art

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자빔을 이용한 천공장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면2 is a view showing a schematic configuration of a drilling device using an electron beam according to a preferred embodiment of the present invention

도 3은 본 발명의 실시예에서 음극부의 개략적인 구성을 나타내는 도면3 is a view showing a schematic configuration of a cathode part in an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명에 의한 천공동작을 개략적으로 나타내는 도면4 is a view schematically showing a drilling operation according to the present invention

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 천공장치의 개략도5 is a schematic view of an electron beam drilling apparatus according to another embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 전자총 11 : 원통형 음극10 electron gun 11: cylindrical cathode

12 : 양극 13 : 조절전극12: anode 13: control electrode

14 : 필라멘트 15 : 피드스루14: filament 15: feedthrough

16 : 음극 지지대 17 : 탄탈륨 호일16 cathode support 17 tantalum foil

18 : 집속전극 19 : 지지 플랜지18: focusing electrode 19: support flange

20 : 가공챔버 21 : 천공대상물20: processing chamber 21: drilling object

22 : 운동기 23 : 흡입기22: exercise device 23: inhaler

24 : 납차폐벽 25 : 납유리24: Lead shield wall 25: Lead glass

26 : 진공유지 파이프 30 : 게이트밸브26: vacuum holding pipe 30: gate valve

40 : 측정장치 41 : 형광판40: measuring device 41: fluorescent plate

42 : 형광판 조절기42: fluorescent plate regulator

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 전자빔을 발생시키는 전자총과, 상기 전자총에서 발생된 전자빔이 천공대상물을 국부적으로 녹여서 천공작업이 수행되도록 하는 가공챔버와, 상기 전자총과 가공챔버 사이의 진공을 격리시키는 게이트밸브를 포함하되;According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, an electron gun for generating an electron beam, a processing chamber for dissolving the object to be punched locally by the electron beam generated in the electron gun, and the electron gun and A gate valve to isolate vacuum between the processing chambers;

상기 전자총은 전원의 인가에 따라 가열되어 열전자를 발생시키는 음극과, 상기 음극과의 사이에 고전압이 인가되면 상기 음극에서 발생된 열전자를 빔의 형태로 인출시키는 양극과, 상기 음극과 양극 사이에 배치되고 인가되는 전압에 따라 상기 음극과 양극 사이의 전기장 분포를 변경함으로써 전자빔의 크기를 조절하는 조절전극을 포함하는 삼극관형으로 이루어지는 전자빔을 이용한 천공장치를 제공한다.The electron gun is heated between application of a cathode to generate hot electrons, and when a high voltage is applied between the cathode, an anode to draw hot electrons generated in the cathode in the form of a beam, and disposed between the cathode and the anode. The present invention provides a fabrication factor using an electron beam made of a triode tube including a control electrode for adjusting the size of the electron beam by changing the electric field distribution between the cathode and the anode according to the applied voltage.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전자빔을 방사하는 음극은 전자빔의 공간적 균일도를 높여 천공작업의 질을 향상시키기 위하여 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, according to an additional feature of the present invention, the cathode for emitting the electron beam is preferably made of a cylindrical in order to improve the spatial uniformity of the electron beam to improve the quality of the drilling operation.

또한, 상기 음극 주변에 전자빔을 집속시키기 위해 설치되는 집속전극을, 고온에서 진공중에 포함된 가스를 흡착시키는 성질을 가진 게터로 만드는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to make the focusing electrode provided to focus the electron beam around the cathode into a getter having the property of adsorbing the gas contained in the vacuum at a high temperature.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 특징에 따르면, 전자빔을 발생시키는 전자총과, 상기 전자총에서 발생된 전자빔이 천공대상물을 국부적으로 녹여서 천공작업이 수행되도록 하는 가공챔버와, 상기 전자총과 가공챔버 사이의 진공을 격리시키는 게이트밸브를 포함하되;On the other hand, according to a second aspect of the present invention for achieving the above object, an electron gun for generating an electron beam, the processing chamber for melting the punching object locally by the electron beam generated in the electron gun to perform the drilling operation, and A gate valve for isolating the vacuum between the electron gun and the processing chamber;

상기 가공챔버에는 천공대상물의 위치를 조정하기 위하여 2차원 직선 또는 원형으로 동작하는 운동기와, 전자빔에 의한 천공작업 중에 발생하는 가스 및 천공물질을 외부로 제거하는 흡입기가 구비되어 이루어지는 전자빔을 이용한 천공장치를 제공한다.The processing chamber is equipped with a motion device that operates in a two-dimensional straight or circular to adjust the position of the object to be drilled, and an electron beam comprising an inhaler for removing the gas and the puncture material generated during the drilling operation by the electron beam to the outside To provide.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 가공챔버에는 천공하고자 하는 구멍의 크기를 결정하기 위하여 전자빔의 크기를 측정하는 형광판이 구비되어 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, according to an additional feature of the present invention, the processing chamber is preferably provided with a fluorescent plate for measuring the size of the electron beam to determine the size of the hole to be drilled.

또한, 상기 가공챔버에서 천공작업을 수행하는 작업공간은, 천공작업시 발생하는 X-선을 차폐하기 위하여 납차폐벽으로 둘러쌓이는 것이 바람직하다.In addition, the work space for performing the drilling work in the processing chamber is preferably surrounded by a lead shielding wall to shield the X-rays generated during the drilling work.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 전자빔을 이용한 천공장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a drilling device using an electron beam according to the present invention.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명은 전자빔을 발생시키는 전자총(10)과, 상기 전자총(10)에서 발생된 전자빔이 천공대상물을 국부적으로 녹여서 천공작업이 수행되도록 하는 가공챔버(20)와, 상기 전자총(10)과 가공챔버(20) 사이의 진공을 격리시키는 게이트밸브(30)와, 상기 가공챔버(20)에 설치되어 천공하는 전자빔의 크기를 측정하는 측정장치(40)로 구분된다.Referring to FIG. 2, the present invention provides an electron gun 10 for generating an electron beam, a processing chamber 20 for dissolving the object to be punched by the electron beam generated by the electron gun 10, and performing the drilling operation. The gate valve 30 to isolate the vacuum between the electron gun 10 and the processing chamber 20, and the measuring device 40 is installed in the processing chamber 20 to measure the size of the electron beam to penetrate.

상기에서, 전자총(10)은 전원의 인가에 따라 가열되어 열전자를 발생시키는 원통형 음극(11)과, 상기 원통형 음극(11)과 소정의 간격을 두고 배치되어 그 사이에 고전압이 인가되면 상기 원통형 음극(11)에서 발생된 열전자를 빔의 형태로 인출시키는 양극(12)과, 상기 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이에 배치되고 인가되는 전압에 따라 상기 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이의 전기장 분포를 변경함으로써전자빔의 크기를 조절하는 조절전극(13)을 포함하는 삼극관형 전자총으로 이루어진다.In the above, the electron gun 10 is a cylindrical cathode 11 that is heated in accordance with the application of power to generate hot electrons, and is arranged at a predetermined interval with the cylindrical cathode 11 when the high voltage is applied between the cylindrical cathode An anode 12 for drawing hot electrons generated in the form of a beam in the form of a beam, and the cylindrical cathode 11 and the anode 12 according to the voltage applied and disposed between the cylindrical cathode 11 and the anode 12. It is composed of a tripolar tube electron gun including a control electrode 13 for adjusting the size of the electron beam by changing the electric field distribution between.

이때, 상기 원통형 음극(11)을 이루는 음극부의 상세한 구성이 도 3에 도시되어 있다.At this time, the detailed configuration of the cathode portion constituting the cylindrical cathode 11 is shown in FIG.

도 3을 참조하면, 참조번호 14는 음극(11)을 지지하는 원뿔기둥 형태의 필라멘트를 나타내고, 15는 피드스루를 나타내고, 16은 음극 지지대를 나타내고, 17은 탄탈륨 호일을 나타낸다. 이때, 상기 음극(11)의 끝부분은 필라멘트(14)의 일측에 끼워지고, 상기 필라멘트(14)의 타측은 음극 지지대(16)를 통해 상기 피드스루(15)에 볼트 고정된다.Referring to FIG. 3, reference numeral 14 denotes a conical columnar filament supporting the negative electrode 11, 15 denotes a feedthrough, 16 denotes a negative electrode support, and 17 denotes a tantalum foil. At this time, the end of the cathode 11 is fitted to one side of the filament 14, the other side of the filament 14 is bolted to the feedthrough 15 through the cathode support (16).

상기 도 1의 전자총(10)의 구성 중 참조부호 18은 상기 음극부를 감싸도록 설치되어 원통형 음극(11)의 주변에 전자빔을 집속시키는 기능을 수행하며, 고온에서 진공중에 포함된 가스를 흡착시키는 성질을 가진 게터로 이루어진 집속전극을나타낸다. 또한, 참조번호 19는 상기 음극부 및 집속전극(18)을 지지하기 위한 지지 플랜지를 나타낸다.Reference numeral 18 of the configuration of the electron gun 10 of FIG. 1 is installed to surround the cathode part to perform a function of focusing the electron beam around the cylindrical cathode 11, and to adsorb the gas contained in the vacuum at a high temperature. Represents a focused electrode consisting of a getter with Reference numeral 19 denotes a support flange for supporting the cathode portion and the focusing electrode 18.

한편, 상기 가공챔버(20)에는 천공대상물(21)의 위치를 조정하기 위하여 2차원 직선 또는 원형으로 동작하는 운동기(22)와, 전자빔에 의한 천공작업 중에 발생하는 가스 및 천공물질을 외부로 제거하는 흡입기(23)가 구비된다. 이때, 상기 가공챔버(20)의 구성 중 참조번호 24는 천공작업시 발생하는 X-선을 차폐하기 위하여 작업공간을 둘러싸는 납차폐벽을 나타내고, 25는 납유리를 나타내고, 26은 진공유지 파이프를 나타낸다.On the other hand, in the processing chamber 20 to remove the gas and the perforated material generated during the drilling operation by the exercise machine 22, which operates in a two-dimensional straight or circular in order to adjust the position of the object to be punched (21) Inhaler 23 is provided. At this time, the reference numeral 24 of the configuration of the processing chamber 20 represents a lead shielding wall surrounding the work space to shield the X-rays generated during the drilling operation, 25 is lead glass, 26 is a vacuum holding pipe Indicates.

또한, 상기 측정장치(40)에는 전자빔의 크기를 측정하기 위한 형광판(41)과, 상기 형광판(41)의 위치를 결정하는 형광판 조절기(42)가 구비된다.In addition, the measuring device 40 is provided with a fluorescent plate 41 for measuring the size of the electron beam, and a fluorescent plate controller 42 for determining the position of the fluorescent plate 41.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention having the configuration as described above are as follows.

먼저, 상기 필라멘트(14)에 전류가 흐르면 상기 필라멘트(14)가 가열되면서 열이 발생하는데, 상기 발생된 열에 의해 원통형 음극(11)이 가열되고 가열된 원통형 음극(11)의 표면에서 열전자가 발생하게 된다. 상기 원통형 음극(11)의 주위에는 탄탈륨 오일(17)로 만든 열차폐막이 설치되어 있어 음극의 가열효율을 높이게 되어 있다. 이렇게 함으로써 다른 구조물이 없이 원통형 음극(11) 가열을 위해 필수적인 필라멘트(14) 만을 이용하여 원통형 음극(11)을 지지할 수 있고, 더불어 원통형 음극(11) 주위에 밀접히 필라멘트(14)가 설치되어 원통형 음극(11)을 효율적으로 가열시킬 수 있게 된다. 또한, 상기와 같이 원통형 음극(11)을 사용하므로 전자빔이 표면에서 균일하게 인출되기 때문에 전자빔의 공간분포 특성이 뛰어나서 전자빔을 필라멘트에서 발생시키는 경우보다 훨씬 더 작게 만들 수 있으며, 구멍 주변부의 손상정도가 훨씬 줄어들게 된다.First, when the current flows through the filament 14, the filament 14 is heated to generate heat. The generated heat generates electrons on the surface of the cylindrical cathode 11 heated by the cylindrical cathode 11. Done. A heat shield made of tantalum oil 17 is installed around the cylindrical cathode 11 to increase the heating efficiency of the cathode. In this way, the cylindrical cathode 11 can be supported using only the filament 14 essential for heating the cylindrical cathode 11 without any other structure, and the filament 14 is installed closely around the cylindrical cathode 11 so that the cylindrical The cathode 11 can be heated efficiently. In addition, since the cylindrical cathode 11 is used as described above, since the electron beam is uniformly drawn from the surface, the electron beam has excellent spatial distribution characteristics, which makes it much smaller than when the electron beam is generated from the filament. Much less.

한편, 상기 원통형 음극(11)에서 발생된 열전자는 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이에 고전압을 인가하면 빔의 형태로 인출된다. 상기 인출되는 전자빔의 크기는 상기 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이에 형성된 전기장에 의해 결정되는데, 상기 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이에 배치된 조절전극(13)에 인가되는 전압을 조절하면 상기 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이의 전기장 분포가 바뀌어 전자빔의 크기를 조절된다.On the other hand, hot electrons generated in the cylindrical cathode 11 are drawn out in the form of a beam when a high voltage is applied between the cylindrical cathode 11 and the anode 12. The size of the extracted electron beam is determined by an electric field formed between the cylindrical cathode 11 and the anode 12, which is applied to the control electrode 13 disposed between the cylindrical cathode 11 and the anode 12. By adjusting the voltage, the electric field distribution between the cylindrical cathode 11 and the anode 12 is changed to adjust the size of the electron beam.

이와 같이, 원통형 음극(11) 및 양극(12) 외에도 조절전극(13)이 설치된 형태의 전자총을 삼극관형 전자총이라 하는데, 본 발명에서는 삼극관형 전자총을 사용함으로써 전자총(10)과 가공챔버(20) 사이에 자기 집속렌즈 등의 부가장치를 설치하지 않아도 전자빔의 크기를 마음대로 조절할 수 있게 되고, 그 결과 뚫으려는 구멍의 크기를 마음대로 조절할 수 있게 된다.As described above, the electron gun of the type in which the control electrode 13 is installed in addition to the cylindrical cathode 11 and the anode 12 is referred to as a tripolar tube electron gun. In the present invention, the electron gun 10 and the processing chamber 20 are used by using a tripolar tube electron gun. It is possible to freely adjust the size of the electron beam without installing additional devices such as a magnetic focusing lens in between, and as a result, the size of the hole to be drilled can be arbitrarily adjusted.

상기와 같은 동작에 의하여, 상기 전자총(10)에서 발생된 전자빔은 상기 가공챔버(20)에 놓인 천공대상물(21)을 국부적으로 때려 구멍을 내게 되는데, 상기 가공챔버(20)에 설치된 형광판(41)으로 전자빔의 크기를 측정함으로써 천공하려는 구멍의 크기를 결정할 수 있다. 이때, 상기 형광판(41)은 형광판 조절기(42)에 의해 그 위치가 결정된다.By the above operation, the electron beam generated by the electron gun 10 is punched locally by punching the punched object 21 placed in the processing chamber 20, the fluorescent plate 41 installed in the processing chamber 20 The size of the hole to be drilled can be determined by measuring the size of the electron beam. At this time, the position of the fluorescent plate 41 is determined by the fluorescent plate controller 42.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 전자빔에 의한 천공작업 중에는 천공대상물(21)에서 구멍(21a)이 만들어지는 동안 녹은 물질 즉, 가스 또는 천공물질(21b)이 발생하여 구멍(21a)의 주변부에 남아있게 된다. 이때 발생된 가스는 결국 전자총의 진공도를 떨어뜨려 전자빔 발생을 나쁘게 하고, 특히 구멍 주변부에 남아있는 천공물질은 천공의 질을 떨어뜨린다.In addition, as shown in FIG. 4, during the punching operation by the electron beam, a molten material, that is, a gas or a punching material 21b is generated while the hole 21a is made in the punching object 21 and is formed at the periphery of the hole 21a. Will remain. At this time, the generated gas lowers the vacuum degree of the electron gun, thereby degrading the generation of the electron beam, and in particular, the puncture material remaining in the periphery of the hole degrades the quality of the perforation.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 흡입기(23)를 천공대상물(21) 근처에 설치하고 진공압에 의해 가스 및 천공물질을 흡입하고 이를 외부로 배출하여 제거한다. 천공작업 중에는 구멍(21a) 주변의 온도가 높아서 주변에 녹아있는 천공물질(21b)을 쉽게 제거할 수 있다.In order to solve this problem, the inhaler 23 is installed near the object to be punctured 21, and the gas and the material are inhaled by the vacuum pressure and discharged to the outside to remove it. During the drilling operation, the temperature around the hole 21a is high, so that the perforated material 21b dissolved in the periphery can be easily removed.

이와 같이, 별도의 장치없이도 흡입기(23)만으로 구멍(21a) 주변에 녹아 있는 천공물질(21b)을 천공작업과 동시에 흡입기(23)를 통해 제거함으로써 천공후에 별도의 처리를 하지 않고도 천공의 질을 향상시킬 수 있다.In this way, the perforated material 21b dissolved in the periphery of the hole 21a with only the inhaler 23 is removed through the inhaler 23 at the same time as the perforation operation without a separate device, so that the quality of the perforation is eliminated without any separate treatment after the perforation. Can be improved.

이때, 상기 흡입기(23)는 착탈식으로 함으로써 천공작업 외 불필요할 경우에는 떼어 낼 수 있게 하였다.At this time, the inhaler 23 is removable so that it can be removed when unnecessary other than drilling.

또한, 상기의 동작을 통해 천공대상물(21)에 원하는 모양의 구멍을 여러개 뚫을 경우에는, 상기 운동기(22)로 천공대상물(21)을 이차원 직선 또는 원형 이동시키면서 전자빔을 조사시킴으로써 여러개의 구멍을 형성시킨다. 이때, 상기 가공챔버(20)의 주위는 납차폐벽(23)으로 둘러싸서 천공시 발생되는 X-선을 차폐하게 된다.In addition, in the case where a plurality of holes having a desired shape are drilled in the object to be drilled through the above operation, a plurality of holes are formed by irradiating an electron beam while moving the object to be drilled two-dimensional linearly or circularly with the exercise machine 22. Let's do it. At this time, the periphery of the processing chamber 20 is surrounded by a lead shielding wall 23 to shield X-rays generated during drilling.

한편, 전자총(10)에서 전자빔을 인출하기 위해서는 고진공이 필요하게 되는데, 상기 가공챔버(20)에서 천공작업을 수행하면 천공시 녹은 물질로 인해 전자총(10)의 진공이 나빠져 원통형 음극(11)의 전자빔 인출 능력을 떨어뜨리거나 원통형 음극(11)과 양극(12) 사이의 전기절연을 파괴시킬 수 있다. 따라서, 천공작업 중에 발생된 오염물이 전자총(5)의 동작에 영향을 주지 않게 하는 시스템이 필요하다. 또한, 천공이 끝난 뒤 천공대상물(21)을 교환하고자 할 경우 가공챔버(20)의 진공을 파괴시켜 대기압 상태로 만들어야 하는데 이 경우 게이트밸브(30)를 닫아 가공 챔버(20)와 전자총(10) 간의 진공은 차단할 수 있으나, 전자총(10)은 계속 동작준비 상태로 있어야 하므로 상기 전자총(10)은 고진공 상태를 유지하고 있어야 한다. 이를 위해 발명에서는 원통형 음극(11) 주변에 전자빔을 집속시키기 위해 집속전극(18)을 설치하는데, 고온에서 진공중에 포함된 가스를 흡착시키는 성질을 가진 게터로 집속전극(18)을 만듦으로써 전자빔 발생부에 별도의 진공펌프 없이 전자총(10)을 계속 동작시킬 수 있게 하였다.On the other hand, high vacuum is required to extract the electron beam from the electron gun 10. When the drilling operation is performed in the processing chamber 20, the vacuum of the electron gun 10 is deteriorated due to the melted material during the drilling, so that the cylindrical cathode 11 The electron beam drawing ability may be degraded or the electrical insulation between the cylindrical cathode 11 and the anode 12 may be broken. Therefore, there is a need for a system in which contaminants generated during drilling operations do not affect the operation of the electron gun 5. In addition, when the perforated object 21 is to be replaced after the end of the perforation, the vacuum of the processing chamber 20 should be broken to make the atmospheric pressure. In this case, the gate valve 30 is closed to close the processing chamber 20 and the electron gun 10. The vacuum of the liver may be blocked, but the electron gun 10 should be kept ready for operation, so the electron gun 10 should be maintained in a high vacuum state. To this end, in the present invention, a focusing electrode 18 is installed to focus the electron beam around the cylindrical cathode 11, and the electron beam is generated by making the focusing electrode 18 with a getter having a property of adsorbing the gas contained in the vacuum at a high temperature. The gun was allowed to continue to operate the electron gun 10 without a separate vacuum pump.

또한, 상기 전자총(10)의 원통형 음극(11)은 동작 시에 항상 고온으로 가열되어야 하는데, 원통형 음극(11)에서 발생된 열의 일부는 복사에 의해 집속전극(18)을 가열시키게 되어 있으므로 상기 집속전극(18)은 외부 가열장치 없이도 동작에 필요한 온도를 유지하게 된다. 이렇게 함으로써 별도의 진공장치 없이도 전자총(10)을 동작시킬 수 있어 본 발명에 의한 시스템을 단순화시키는 동시에 제작비용을 줄일 수 있게 된다.In addition, the cylindrical cathode 11 of the electron gun 10 should always be heated to a high temperature during operation, part of the heat generated from the cylindrical cathode 11 is to heat the focusing electrode 18 by radiation to focus the The electrode 18 maintains the temperature necessary for operation without an external heating device. By doing so, the electron gun 10 can be operated without a separate vacuum device, thereby simplifying the system according to the present invention and reducing the manufacturing cost.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전자빔을 이용한 측정장치를 전자총과 가공챔버 사이에 자기 집속렌즈를 추가로 설치하고 전자총 후단과 가공챔버에 각각의 진공펌프를 설치함으로써 전자총과 가공챔버의 진공도를 달리하는 차등진공시스템을 만들면 천공작업을 대기 중에서도 수행하게 할 수 있게 되고, 이 천공장치는 전자빔 용접기 등에 사용될 수 있다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone can easily know. For example, according to another embodiment of the present invention as shown in FIG. 5, a measuring device using an electron beam is further provided with a magnetic focusing lens between the electron gun and the processing chamber, and each vacuum pump is provided at the rear end of the electron gun and the processing chamber. By making the differential vacuum system for varying the degree of vacuum between the electron gun and the processing chamber, the drilling operation can be performed in the air, and the mill can be used for electron beam welding machines and the like.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 전자빔 천공장치는 자기 집속렌즈 등을 사용하지 않고 전자총 만으로 구멍의 크기를 조절할 수 있어 시스템을 단순화시킬 수 있어서 장치의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the electron beam fabricator of the present invention can adjust the size of the hole using only the electron gun without using a magnetic focusing lens, thereby simplifying the system, thereby reducing the size of the device.

또한, 본 발명에서는 원통형 음극을 사용함으로써 균일한 공간분포를 갖는 전자빔을 발생하여 구멍의 크기를 0.1 mm 이하로 작게 만들 수 있는 동시에 천공작업의 질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, in the present invention, the use of the cylindrical cathode generates an electron beam having a uniform space distribution, thereby making it possible to reduce the size of the hole to 0.1 mm or less and at the same time improve the quality of the drilling operation.

또한, 본 발명에서는 음극 주변에 설치되는 집속전극의 재질을 게터 물질을 사용함으로써 전자빔 발생부에 별도의 진공펌프 없이 전자빔을 발생시킬 수 있어서 장치를 단순화시키면서도 제작 비용을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, in the present invention, by using a getter material as a material of the focusing electrode installed around the cathode, the electron beam can be generated without a separate vacuum pump in the electron beam generating unit, thereby simplifying the apparatus and reducing the manufacturing cost.

또한, 본 발명에서는 삼극관형 전자총을 사용함으로써 전자총과 가공챔버 사이에 자기 집속렌즈 등의 부가장치를 설치하지 않아도 전자빔의 크기를 마음대로 조절할 수 있게 되고 그 결과 뚫으려는 구멍의 크기를 마음대로 조절할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, in the present invention, it is possible to adjust the size of the electron beam at will without any installation of an additional device such as a magnetic focusing lens between the electron gun and the processing chamber by using a tripolar tube electron gun, and as a result, the size of the hole to be drilled can be adjusted at will. It works.

또한, 천공대상물 근처에 흡입기를 설치함으로써 구멍 주변에 녹아있는 천공물질을 제거하고 동시에 천공의 질을 향상시킬 수 있다.In addition, by installing an inhaler near the perforation object, it is possible to remove the perforated material dissolved around the hole and at the same time improve the quality of the perforation.

Claims (7)

전자빔을 발생시키는 전자총과, 상기 전자총에서 발생된 전자빔이 천공대상물을 국부적으로 녹여서 천공작업이 수행되도록 하는 가공챔버와, 상기 전자총과 가공챔버 사이의 진공을 격리시키는 게이트밸브를 포함하는 전자빔을 이용한 천공장치에 있어서,Perforation using an electron beam including an electron gun for generating an electron beam, a processing chamber in which the electron beam generated by the electron gun locally melts the object to be drilled, and a gate valve for isolating the vacuum between the electron gun and the processing chamber. In the apparatus, 상기 전자총은 전원의 인가에 따라 가열되어 열전자를 발생시키는 음극과, 상기 음극과의 사이에 고전압이 인가되면 상기 음극에서 발생된 열전자를 빔의 형태로 인출시키는 양극과, 상기 음극과 양극 사이에 배치되고 인가되는 전압에 따라 상기 음극과 양극 사이의 전기장 분포를 변경함으로써 전자빔의 크기를 조절하는 조절전극을 포함하는 삼극관형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.The electron gun is heated between application of a cathode to generate hot electrons, and when a high voltage is applied between the cathode, an anode to draw hot electrons generated in the cathode in the form of a beam, and disposed between the cathode and the anode. And a tripolar tube type including a control electrode for adjusting the size of the electron beam by changing an electric field distribution between the cathode and the anode according to the applied voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자빔을 방사하는 음극은 전자빔의 공간적 균일도를 높여 천공작업의 질을 향상시키기 위하여 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.The cathode for emitting the electron beam is a perforated device using an electron beam, characterized in that made of a cylindrical in order to increase the spatial uniformity of the electron beam to improve the quality of the drilling operation. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음극 주변에 전자빔을 집속시키기 위해 설치되는 집속전극을, 고온에서 진공중에 포함된 가스를 흡착시키는 성질을 가진 게터로 만드는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.And a focusing electrode provided to focus the electron beam around the cathode to a getter having a property of adsorbing a gas contained in a vacuum at a high temperature. 전자빔을 발생시키는 전자총과, 상기 전자총에서 발생된 전자빔이 천공대상물을 국부적으로 녹여서 천공작업이 수행되도록 하는 가공챔버와, 상기 전자총과 가공챔버 사이의 진공을 격리시키는 게이트밸브를 포함하는 전자빔을 이용한 천공장치에 있어서,Perforation using an electron beam including an electron gun for generating an electron beam, a processing chamber in which the electron beam generated by the electron gun locally melts the object to be drilled, and a gate valve for isolating the vacuum between the electron gun and the processing chamber. In the apparatus, 상기 가공챔버에는 천공작업 중에 구멍주변에 녹아있는 천공물질을 제거함으로써 천공의 질을 향상시킬 수 있는 흡입기가 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.The processing chamber is equipped with a perforated device using an electron beam, characterized in that provided with an inhaler to improve the quality of the perforation by removing the perforated material dissolved in the periphery during the perforation operation. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가공챔버에는 천공하고자 하는 구멍의 크기를 결정하기 위하여 전자빔의 크기를 측정하는 형광판이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.The processing chamber is a drilling device using an electron beam, characterized in that the fluorescent plate for measuring the size of the electron beam to determine the size of the hole to be drilled. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가공챔버에서 천공작업을 수행하는 작업공간은, 천공작업시 발생하는 X-선을 차폐하기 위하여 납차폐벽으로 둘러쌓인 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.The working space for performing the drilling operation in the processing chamber, the punching device using an electron beam, characterized in that it is surrounded by a lead shielding wall to shield the X-rays generated during the drilling operation. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가공챔버에서 천공대상물의 위치를 조정하기 위하여 2차원 직선 또는 원형으로 동작하는 운동기를 구비한 것을 특징으로 하는 전자빔을 이용한 천공장치.Drilling apparatus using an electron beam, characterized in that provided with a motion device operating in a two-dimensional linear or circular to adjust the position of the object to be drilled in the processing chamber.
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