JPH04118181A - 電子ビームの焦点調整方法 - 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、電子ビームの焦点を所定の照射面上に結ば
せる焦点調整方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は高エネルギー密度の電子ビームを被加工部材に
照射して加工する電子ビーム加工装置を示す模式図で、
ｒマイクロ加工技術」月刊工業新聞社昭和５６年１．１
月発行第３３ページに記載されたものである０図におい
て、（１）はハウジング、（２はこのハウジング（１）
内の上部に配設された電子銃、（３）および（イ）はこ
の電子銃（２）から射出された電子ビームＥＢを集束す
る集束装置としてのそれぞれ集束コイルおよびこれに電
流を供給する集束用電源である。　（５］は突き合せ溶
接等がなされる被加工部材で、台車（６）上に載置され
ている。

この場合、電子銃（２）から射出された電子ビームＥＢ
は集束コイル（３１により所望のスポット径に集束され
被加工部材（（５）の加工位置、ここでは、溶接位置に
照射される０台車（６）は溶接線に沿い図の矢印の方向
に所定の速度で移動し溶接が進行する。

ところで、これら高エネルギー密度の電子ビームを使用
した電子ビーム加工装置においては、そのビーム径従っ
てエネルギー密度を正確に設定することは、加工精度や
加工製品の信頼性、安定性を確保する観点から極めて重
要な管理内容となる。

このため、電子ビームＥＢの焦点を被加工部材（５１の
照射面上に正確に結ばせる必要がある。

以下、この焦点調整のため行われていた従来の方法を第
４区により説、明する。即ち、先ず、被加工部材（へ）
に替わってサンプル材（２）を台車（６）上に載置する
。サンプル材（至）は被加工部材（５１と同質の材料で
構成し、その照射面位置が実際の被加工部材（（５）の
照射面位置に一致するように配置する。そして、溶接時
と同様にこのサンプル材（７）に電子ビームＥＢを照射
する。但し、ここでは、第５図に示すように、集束コイ
ル（３）に流す電流を種々変化させた（ａ−＋ｅの順に
電流を大きくする）例えば５種類のビードを形成する。

そして、その断面を観察することにより溶は込みｈが最
も深くなる条件を見つけ出す。図示の例では、Ｃのケー
スが該当し、この時にビームのエネルギー密度が最大、
従ってその焦点がサンプル材（７）の照射面上にあると
みなして、集束コイル（３）の電流をＣのケースの値に
保持して、以下、具体的な被加工部材（５１の加工工程
に入ることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電子ビームの焦点調整方法は以上のようになされ
ていたので、その都度、集束の条件を複数のレベルで設
定してビードを形成しその断面を観察する必要があり、
作業が極めて煩雑で作業効率も悪いという問題点があっ
た。

また、集束の条件はステップ状に設定するので、最適（
合焦点）の状態が得られない可能性もある。

この発明は、以上のような問題点を解消するためになさ
れたもので、ビードを形成することなく合焦点の最適の
集束条件が得られる電子ビームの焦点調整方法を実現す
るものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕この発明に係
る電子ビームの焦点調整方法は、電子ビームの最小スポ
ット径より小さい幅のスリットを有するスリット板と、
上記電子ビームを上記スリット板に照射したときに発生
するＸ線を検出するＸｌ！検出装置とを備え、上記スリ
ット板をその表面位置が照射面位置に一致するように配
置し、上記電子ビームを上記スリット板のスリット位置
に照射したときの上記ｘＩ！検出装置の出力が最小にな
るように上記集束装置を制御するものである。

また、請求項２に係る方法は、電子ビームの最小スポッ
ト径より小さい幅でかつ上記電子ビームの照射方向に貫
通するスリットを有するスリット板と、上記電子ビーム
を上記スリット板に照射したときに上記スリットを貫通
した電子ビーム成分を捕捉するコレクタ電極とを備え、
上記スリ・ｙ　）板をその表面位置が照射面位置に一致
するように配置し、上記電子ビームを上記スリット板の
スリット位置に照射したときの上記コレクタ電極からの
電流出力が最大になるように上記集束装置を制御するも
のである。

〔実施例〕 以下、電子ビーム加工装置を示す第１図によりこの発明
の一実施例による電子ビームの焦点調整方法を説明する
。図において、（１）〜（２）、（６）は第４図の場合
と同一で説明を省略する。（８Ａは電子ビームＥＢの偏
向を行う偏向コイル、（９）は偏向コイル因に電流を供
給する偏向用電源、（１０）は焦点調整時、被加工部材
（５１に替って台車（６）上に載置されるスリット板で
ある。このスリット板（１０）は電子ビームＥＢを照射
しても溶融しない例えばタングステン等の高融点材料を
使用した熱容量の大きなもので、その中央には、その幅
がビームスポットの最小径より十分率さい値に設定され
たスリットＳが形成されている。

（１１）はＸｗＡ検出装置としてのＸ線センサーで、電
子ビームＥＢをスリット板（ｌＯ）に照射したときに発
生するＸ線の強度を検出する。（１２）は集束コイル（
３）および偏向コイル（へ）の電流を変化させた場合の
Ｘ線センサー（１１）の出力の増減を判別する比較器、
（１３）は比較器（１２）の出力特性からＸ線センサー
（１１）の出力が最小となるように集束コイル（３）お
よび偏向コイル（８）の電流を制御する制御器である。

なお、（１４）はビーム走査過程で一時、ビームを待機
しておくためのコレクタである。

次にこの発明に係る焦点調整方法を適用した場合の動作
について説明する。先ず、スリット板（１０）をその照
射面位置が実際の被加工部材［５］の照射面位置に一致
するように台車（６）上に載置する。

次に、偏向コイル（８］の電流を制御して図中矢印で示
すようにスリット板（１０）上を走査する。

一般に、加速された電子ビームが金属に衝突するとＸ線
が発生する。そして、その発生量は電子ビームの出力と
衝突する金属の種類（原子番号）に大きく依存する０発
生したＸ線は無指向性で、平板上に電子ビームを照射す
ると遮る部分がないためＸ線はあらゆる方向で検出され
ることになる。

第２図（ａ）は、電子ビームＥＢをスリット板（１０）
のスリットＳに照射した場合のＸ線の発生量を検出する
状況を示すもので、Ｘ線センサー（１１）の出力を増幅
して表示器により表示している。同図（ｂＨｃ）はその
表示出力で、同（ｂ）はスリット板（１０）の表面での
ビームのスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが大
きい場合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場合
、即ち、焦点ずれが小さい場合を示す。

電子ビームＥＢがスリットＳ以外のスリット板（ｌＯ）
の平坦な表面を照射しているときのＸ線検出量は高レベ
ルでほぼ一定となっている。照射がスリットＳにかかる
と電子ビームＥＢの一部がスリットＳの内部に進入し、
このスリットＳの内部でＸ線が発生する。しかし、この
スリットＳの内部で発生したＸ線は、その側壁で遮蔽さ
れてスリット板（１０）の表面にはほとんど達しない。

この結果、ＸＩｉセンサー（１１）による検出量はその
分低下する。

そして、この低下度合は、電子ビームＥＢのエネルギー
密度が大きい程、即ちビームスボ・ソト径が小さい程大
きくなる。

従って、電子ビームＥＢをスリット板（１０）のスリッ
トＳの位置に照射したときのＸ線センサー（１１）の検
出量が最小となるように集束コイルＧ）の電流を制御す
れば、電子ビームＥＢの焦点がスリット板（ｌＯ）の照
射面上で結ばれることになる。集束コイル（３）の電流
をステップ状に設定して行う従来の方法と異なり、この
実施例では電流を連続的に変化させて制御することがで
きるので、合焦点の集束条件が正確に確実に得られる。

第３図（ａ）は他の実施例による方法の概要を説明する
もので、ここではスリットＳは電子ビームＥＢの照射方
向に貫通して設けられている。そして、（１５）はスリ
ットＳ、を貫通した電子ビームＥＢを捕捉するコレクタ
電極、（１６）はコレクタ電極（１５）に流れる電流を
検出する電流センサーである。

前記実施例と同様、電子ビームＥＢをスリット板（１０
）のスリットＳの位置に照射すると、電子ビームＥＢの
一部がスリットＳを貫通してコレクタ電極（１５）に捕
捉され、電流センサー（１６）によりこの捕捉量に相当
する電流が検出される。第３図（ｂ）（ｃ）はこの状況
を示すもので、同（ｂ）はスリット板（１０）の表面で
のビームのスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが
大きい場合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場
合、即ち、焦点ずれが小さい場合を示す、スリットＳの
幅は一定であるため、電子ビームＥＢのエネルギー密度
が大きい程、スリットＳを貫通するビームエネルギー量
が大きくなり、第３図（ｂＨｃ）の通りの特性となる訳
である。

従って、電子ビームＥＢをスリット板（ｌＯ）のスリッ
トＳの位置に照射したときの電流センサー（１６）の検
出量が最大となるように集束コイルβ）の電流を制御す
れば、合焦点の集束条件が自動的に得られることになる
。

なお、上記各実施例では電子ビームＥＢをスリットＳを
中心として一定の範囲内で走査するようにしたが、必ず
しもこのような制御が要求される訳ではなく、例えば、
電子ビームＥＢが常にスリットＳの位置に合致するよう
に偏向コイル８）の電流を制御する方式としてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上のように構成されているので、ビードを
作成してその断面を観察するという煩雑な作業が不要と
なって作業効率が大幅に向上するとともに、合焦点の集
束条件が正確、確実に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム加工装置にこの発明の一実施例によ
る電子ビームの焦点調整方法を適用した場合の状況を示
す模式図、第２図はその動作を説明する図、第３図は他
の実施例の動作を説明する図、第４図は電子ビーム加工
装置を示す模式図、第５図は従来の電子ビームの焦点調
整方法を説明する図である。 図において、β）および（社）は集束装置としてのそれ
ぞれ集束コイルおよび集束用電源、（１０）はスリット
板、Ｓはスリット、（１１）はＸ線検出装置としてのＸ
線センサー、（１２）は比較器、（１３）は制御器、（
！５）はコレクタ電極、（１６）は電流センサー、ＥＢ
は電子ビームである。 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　　　　　　　　弁理士　　大　　岩　
増　雄第１図 ｔ３：％’１１′＃ｐ豚 ＥＢ：電子し−ム 第２図 第８図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームの集束装置を制御して上記電子ビーム
   の焦点を所定の照射面上に結ばせる方法において、 上記電子ビームの最小スポット径より小さい幅のスリッ
   トを有するスリット板と、上記電子ビームを上記スリッ
   ト板に照射したときに発生するＸ線を検出するＸ線検出
   装置とを備え、上記スリット板をその表面位置が上記照
   射面位置に一致するように配置し、上記電子ビームを上
   記スリット板のスリット位置に照射したときの上記Ｘ線
   検出装置の出力が最小になるように上記集束装置を制御
   することを特徴とする電子ビームの焦点調整方法。
2. （２）電子ビームの集束装置を制御して上記電子ビーム
   の焦点を所定の照射面上に結ばせる方法において、 上記電子ビームの最小スポット径より小さい幅でかつ上
   記電子ビームの照射方向に貫通するスリットを有するス
   リット板と、上記電子ビームを上記スリット板に照射し
   たときに上記スリットを貫通した電子ビーム成分を捕捉
   するコレクタ電極とを備え、上記スリット板をその表面
   位置が上記照射面位置に一致するように配置し、上記電
   子ビームを上記スリット板のスリット位置に照射したと
   きの上記コレクタ電極からの電流出力が最大になるよう
   に上記集束装置を制御することを特徴とする電子ビーム
   の焦点調整方法。