KR920002728B1 - 전자빔을 이용한 가공장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자빔을 이용한 가공장치

제1도는 본 발명의 외형사시도.

제2도는 본 발명의 작동상태 단면도.

제3도는 본 발명에 다른 회로도.

제4도는 본 발명의 설치 상태도.

제5도는 본 발명의 요부 작동상태 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 전자총 2 : 전자총실

3 : 진공배기장치 4 : 가공실

5 : 필라멘트 6 : 그리드

7 : 양극 8 : 냉각수파이프

9 : 제1집속코일 10 : 벨브몸체

10a : 진공차단밸브 11 : 접안경 장치

12 : 제2접속코일 14 : 편향코일

14 : 가공물체 15 : 가공대

20 :감시창 22,22a : 반사경

32,32a : 진공관 34 : 램프

35 : 조명장치 36,36a: 렌즈

본 발명은 고진공속에서 가열된 음극(캐소우드)으로부터 방출되는 전자빔을 가속하고 전자렌즈에 의해 집속되도록 하여 높은 에너지 밀도를 얻은 후 이 에너지 밀도를 이용하여 미세한 구멍의 가공과 표면처리. 용접 및 용융등을 할 수 있도록 한 것으로 특히 조명장치에 의해 가공물체의 가공상태를 정확하게 확인하면서 작업할 수 있도록 하며 전자총실과 가공실을 별도로 진공시켜 작업이 용이하도록 한 전자빔을 이용한 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자빔을 이용한 용접은 고진공 상태에서 고속도로 가속된 전자빔을 접합부에 데어 그 충격시 발열되는 발열을 이용하는 용접법으로 전자빔을 발생하는 고진공 상태의 전자총과 저진공 상태에서 가공물체를 가공하는 가공실을 밀폐시켜 가공물체를 내부의 구동장치에 의해 구동제어 되며 감시창과 접안경 장치등으로 가공부를 관찰하면서 작업을 수행하도록 하는 것이다.

그러나 전자총실과 가공실부의 부피보다 부수적으로 따르는 장치가 많아져 부피가 커지는 원인이 되어 고가의 제품으로 구입하기가 어려웠으며, 미소면적에 강한 열에너지를 정확하게 제어하여 투입할 수 있어야 하므로 기계의 조작이 고도의 숙련공에게만 한정되는 결점이 있었다.

그리고, 접안경장치로 가공물체의 가공상태를 확인하면서 작업할 수 있으나 전자빔에 의해 발생되는 빛을 반사경으로 받아야 하므로 광원이 일정하지 않아 가공부를 정확히 확인할 수 없어 작업이 어려운 결점이 있었다.

또한, 가공장치의 내부를 일시에 진공시켜야 하며, 가공물체의 교체시 진공상태가 해제되므로 가공물체의 교체시미다 많은 면적을 고진공상태로 유지해야 하고, 진공배기상태의 유지시간이 길어 작업 시간을 길게하는 결점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 결점을 감안하여 간단하면서도 높은 능률을 얻을 수 있는 전자빔 가공기를 저렴한 가격으로 보급하고저 하는 것으로 대기중에서 작업하기 곤란한 천공이나 용융, 용접 및 표면처리나 활성금속과 반도체 재료에 대해서도 대기에 의한 가스의 오열이 없이 가공하여 고품질의 제품을 제공하기 위한 것으로 특히, 전자총부의 양극내로 냉각수파이프를 설치시켜 전자총이 양 극에서 발생되는 열에너지에 의한 양극의 손상을 방지하고, 제1,2접속 코일에 의해 더욱 크고 센 에너지 밀도를 제공하며, 전자총실과 가공실의 진공배기장치를 달리하여 가공물체의 진공배기 시간을 단축할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 조명장치에 의해 항상 일정한 광원이 가공부에 비추어진 후 반사되어 접안경장치에 보내지므로 가공부를 정확히 확인하며 작업할 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 외형사시도로써, 고압 전원이 전선(16)으로 투입되어 전자빔을 발생시키는 전자총(1)과 접안경장치(11) 및 가공실(4)로 각각 구성시킨 것으로, 가공실(4)의 일측으로 가공물체(14)를 가공대(15)에 설치하거나 제거시키는 도어(19)와 손잡이 (31)를 설치시킨 후 가공실(4)에서 발생되는 X선을 차폐시키는 차폐유리(21)와 감시창(20)을 형성시킨 것이다.

제2도는 본 발명의 작동상태 단면도로써 고압전선(16)이 연결된 절연에자(17) 외측으로 고정판(18)을 설치시켜 고정한 후 절연에자(17)의 하측 선단에 필라멘트(5)와 그 외측으로 그리드(6)를 형성시켜 필라멘트(5)에서 발생된 열전자를 그리드(6)에서 접속시켜 전자빔을 일방향으로 흘려주도록 구성한다.

또한 양극(7)의 내부로 냉각수파이프(8)를 형성시켜 전자총실(2)의 양극(7)에서 발생된 열의 온도상승을 억제시키며 고속도의 전자빔을 형성시키는 양극(7) 하측으로 제1 접속 코일(9)을 설치한 후 그 하측으로 진공차단벨브(10a)가 형성된 밸브몸체(10)를 구성하고, 상기 밸브몸체(10) 하측으로 접안경장치(11)를 구성시켜 필라멘트(5)에서 쏜 전자빔이 가공물체(14)에서 반사되어 반사경(22)과 렌즈(36)를 통하여 접안경 장치(11)에 보내져 작업자가 확인하며 작업을 진행하도록 구성하며 상기 접안경 장치(11)와 대향되게 램프(34)를 설치하여 항상 일정한 광원이 렌즈(36a)를 통하여 반사경(22a)에서 직각으로 꺽여 가공물체(14)에 비추어 조명장치(11)에 공급되도록 하는 조명장치(35)에 의해 항상 일정한 광원이 조명장치(11)에 공급되도록 구성하고, 가공실의 상측으로 제2접속코일(12)과 전자빔을 X, Y 측으로 주사하여 전자빔의 방향을 제어하는 편향코일(13)과 가공물체(14)를 X,Y측으로의 이동 및 회전 가능하도록 설치시킨 가공대(15)를 구성시켜 가공실(4)과 진공배기장치(3)를 연결시킨 것이다.

제4도는 본 발명의 설치 상태로써 전자총실(2)과 가공실(4)의 일측으로 진공관(32)(32a)을 설치하고 메인밸브(23)(23a)하측으로 유확산 펌프(24)(24a)와 파이프(33)(33a)를 2차 밸브(26)(26a)로 연결시켜 통상의 진공펌프에 연결시킨후 메인밸브(23)(23a) 일측으로 1차 밸브(25)(25a)를 형성시켜 배기를 시키도록 하며, 2차 밸브(26)(26a)의 파이프(33)(33a)와 일체로 진공펌프에 연결시켜 전차총실(2)과 가공실(4)을 진공배기 시키도록 구성한 것이다.

제5도는 본 발명의 요부 작동상태도로써 밸브몸체(10)의 일측으로 구멍을 천공시켜 진공차단밸브(10a)가 왕복이동되도록 작업하지 않을시 전자총실(2)의 진공을 차단하도록 하여 가공실(4)에서 가공몸체(14)를 교체하도록 구성한 것이다.

이상에서와 같이 구성된 본 발명은 2차밸브(26)(26a)를 열고 유확산펌프(24)(24a)내에 열을 가하여 유확산펌프(24)(24a) 내부를 진공상태로 만든 후 2차 밸브(26)(26a)를 닫고 1차 밸브(25)(25a)를 열어 전자총실(2)과 가공실(4)의 공기를 진공펌프로 배기시킨 후 1차 밸브(25)(265a)를 닫고 2차밸브(26)(26a)와 메인밸브(23)(23a)를 열어 유확산펌프(24)(24a)로 진공도달 압력을 극대화시켜 전자총실(2)은 고진공(10^-5Torr 정도) 가공실(4)은 저진공(10 -10^-4Torr)상태를 유지시키는 것으로 전자총(1)이 고진공중에서 텅스텐을 필라멘트(5)에 통전 가열하면 열전자 방출이 일어나며 이 전자의 방출을 그리드(6)에서 가감시켜 전자빔을 쏘면 양극(7)에 의하여 가속되어 고속도의 전자빔을 형성시킨다.

한편 전자빔은 제1 접속코일(9)을 지나면서 적당한 크기로 조여져 밸브몸체(10)를 지니고 제 2접속코일(12)를 지나는 순간 가속된 전자는 더욱 크고 센 운동에너지가 가공물체(14)에 비춰지는 것으로 제1,2차 접속코일(9)(12)에 의하여 전자빔을 매우 적은 면적에 집중되므로 그 충격에 의하여 크고 센 에너지가 되어 가공물체(14)에 전자충격을 받은 부분은 순식간에 온도가 상승되어 매우 가늘고 깊은 용입이 얻어지며 가속전압을 높게 하여 전자빔의 운동에너지를 증가시킬수록 크고센 열에너지의 집중이 얻어져 전자빔을 받는 부분이 순식간에 증발하게 되므로 고속도의 절단이나 천공, 표면처리, 용접, 용융등을 수행할 수 있는 것이다.

또한, 제3도에서와 같이 DC 전원(28)을 통하여 필라멘트(5)에 흘러 가열되면 열 전자방출이 일어나며 이 전자의 방출은 음극인 그리드(6)에서 가감되게 되고 DC 전원(30)을 통하여 양극(7)에 인가하는 전압에 따라 전자가 가속화되어 고속도의 전자빔을 형성하여 제1 접속코일(9)을 통하여 적당한 크기로 조여지고 제 2접속코일(12)을 지나면서 더욱 크고 센 운동에너지가 매우 적은 면적의 가공물에 집중되므로 전자적 충격을 받는 부분은 순식간에 온도가 상승되어 원하는 종류의 가공을 할 수 있는 것이다.

또한, 편향코일(13)을 사용하여 전자빔을 X,Y,측으로 주사하여 전자빔의 진행방향을 제어함과 동시에 가공물체의 가공폭을 조절할 수 있으며 전자총실(2)과 가공실(4)의 진공배기장치를 달리하여 이원화하였으므로 가공물체(14)의 진공배기 시간을 단축하여 빠른 작업을 할 수 있도록 작업의 중단시나 가공물체(14)의 교체시에는 진공차단밸브(10a)를 제5도에서와 같이 닫아 전자총실(2)과 가공실(4)을 분리하므로 전자총(1)의 진공도를 항상 유지시키는 것이다.

한편 가공실(4)은 가공대(15)가 진공용기속에 밀폐되어 있어 밖으로부터 구동 제어되며 가공작업은 조명장치(35)의 램프(34)에서 발생되는 광원이 렌즈(36a)를 통하여 반사경(22a)에서 직각으로 꺽어져 가공물체(14)의 가공부에 비추어진 후 반사되어 전자빔의 광원과 함께 반사경(22)을 통하여 렌즈(36)에 의해 접안경장치(11)를 작업자가 확인하면서 가공작업을 수행할 수 있도록 하거나, 가공실(4)의 도어(19) 상측에서 감시창(20)으로 가공물체(14)의 가공상태를 확인하면서 있도록 작업할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 고진공 상태에서 가공하므로써 일반적으로 대기중에서의 천공이나 용융, 용접, 표면처리가 곤란한 활성금속(Ti, Zr, Ta, Mo등)이나 반도체 재료(Si, Ge등)에 대해서 대기에 의한 가스오염이 없는 가공이 가능케 하였으며 이를 여러 가지 예를 들어 설명하면, 용접시에는 고진공중에서 고속도로 가속된 전자 즉 전자빔을 결합부에 데서 그 충격 발생을 이용하는 것으로, 고 에너지의 밀도이므로 비교적 적은 열입력으로 폭이 좁고 깊은 용입이 얻어져 열 영향부나 용접의 변형도 매우 미소하다.

따라서 정밀 용접은 높은 용접(W , Ta,Mo)의 용접이나 융점과 열전도율이 다른 이종 금속간의 용접도 시행할 수 있는 효과가 제공된다.

용융시에는 진공상태에서 용융하므로 진공증착 및 금속을 단결정화하거나 고순도 물질의 제작 및 진공주형등을 할 수 있는 것이다.

한편 천공시에는 제1,2차 접속코일(9)(12)에 의하여 전자충격을 받는 부분이 순식간에 온도가 상승되어 그 부분만을 천공시킬 수 있어 정밀한 가공의 뚫기가 가능하며 진공상태에서 작업을 수행하므로 오염이 없는 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 것이다.

또한, 양극(7)에 냉각수파이프(8)를 가동시켜 열 방출에 의해 상승되는 온도를 적당히 상쇄시켜 장시간 사용하여도 양극에 무리가 오지 않도록 한 것이다.

그리고 본 발명은 조명장치(35)에 의해 가공물체(14)의 가공부에 항상 일정한 광원을 공급하여 가공부를 비춰주므로 감시창(20)이나 접안경장치(11)에 의해 가공물체(14)의 가공상태를 정확히 확인하면서 편리하게 작업할 수 있도록 하며, 진공차단밸브(10a)에 의해 가공물체(14)의 교체시 전자총실(2)과 가공실(4)의 진공을 차단하여 가공실(4)에 해당하는 부분만 진공배기시키게 되므로 보다 용이하게 진공배기시킬수 있게 된다.

이상에서와 같은 본 발명은 전자총의 양극내로 냉각수파이프를 설치시켜 전자총실내에서 발생되는 열에너지에 의한 온도를 상쇄시키고, 제1,2 접속코일에 의해 더욱 크고 센 에너지 밀도를 제공하여 전자빔 작업의 특유한 장점인 용접과 용융 및 표면처리와 절단을 보다 적은 전압을 사용하여 효과적으로 수행하도록 하는 것이며, 진공차단밸브에 의해 전자총실과 가공실을 분리진공배기하여 작업을 신속하게 수행할 수 있도록 하고, 조명장치에 의해 가공물체의 가공부를 비추어 작업자가 작업부위를 정확히 확인해가면서 편리하고 정확하게 작업할 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (1)

1. 필라멘트(%)의 열전자 방출을 그리드(6)에서 가감시키며 상기 그리드(6)를 통과된 전자빔을 양극(7)에서 적당한 크기로 조여 가공물체(14)에 비추도록 하는 제 1차 집속코일(9)과 편향코일(13)을 갖고 감시창(20)과 접안경장치(11)로 가공물체(14)를 관찰하며 가공하는 전자빔 가공장치에 있어서, 밸브몸체(10)에서 왕복이동되면서 가공실(14)과 전자총실(2)의 진공을 차단시키는 진공차단밸브(10a)와, 상기 접안경장치(11)와 대향되게 설치되며 램프(34)의 광원이 렌즈(36a)를 통과되어 반사경(22a)에서 직각으로 꺽여 가공물체(14)에 비춰진후 이 광원이 반사경(22)에 의해 접안경장치(11)에 보내지도록 하는 조명장치(35)와, 상기 전자총실(2)과 가공실(4)에 진공관(32)(32a)을 직각 연결시켜 분리 진공되도록 하는 진공배기장치(3)를 구성시킨 전자빔을 이용한 가공장치.

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