JPH01321318A - 液体金属液位計測方法 - 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〕 本発明は、電子ビームを用いた高融点金属の蒸発装置に
係り、特にるつぼ内の液体金属液位計測に好適な液体金
属液位計測方法に関する。

〔従来の技術〕

電子ビーム加熱を用いた高融点金属蒸発装置、特にヘル
ムホルツコイルを用いた偏向電子ビームによる加熱では
、その環境が高温、電子ビームの照射等のため、高融点
金属の液位を直接計測できない。従って現状では、蒸発
する高融点金属がある程度減った時点で電子ビームを止
め、高融点金属材を補充することにより、電子ビームに
よるるつぼの破壊及び電子銃の破壊を防ぐ方法が用いら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は電子ビーム加熱による高温下の環境のた
め、液化した高融点金属の液位測定の点について配慮が
されておらず、安全を見込んで早めに電子ビームを止め
て高融点金属を補充する方式を採用せざるを得ず、補充
サイクルが高くなる結果、電子ビームエネルギが有効利
用できない問題点があった。

本発明の目的は、電子ビームによる加熱エネルギの有効
利用をはかるため、溶融液化した高融点金属のるつぼ内
液位を計測する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、電子ビームを用いてるつぼ内の高融点金属
を加熱、液化、蒸発させる装置において。

るつぼ内で液化した高融点金属の表面で散乱される電子
ビームの分布を測定し、該分布の変化からるつぼ内の高
融点金属の液位を計測することにより達成される。

〔作用〕

るつぼ内の高融点金属を液化、蒸発させる為に入射した
電子ビームは、一部液化した高融点金属の表面から散乱
する。液化金属表面における電子ビームの散乱は、第２
ａ図のように液化金属表面に対する入射角度による散乱
分布を示す。無偏向電子ビームの場合は、磁界をかけな
いので電子銃から放射された電子ビームは直進して、る
つぼ内の液化金属に当り表面から散乱電子ビームが発生
する。るつぼ内の高融点金属の液位が高液位から低液位
に変化する場合、電子ビームの入射角度は変らないが、
液化金属液面での入射位置が下へ移動する為、散乱電子
ビームの分布が下へ移動する。

偏向電子ビームの場合は、磁界をかけて偏向するので電
子ビームは円軌道を描いてるつぼ内に入射する。るつぼ
内の高融点金属の液位が高液位から低液位へ変化する場
合、電子ビームの入射角度は法線に近くなり深くなる。

従って散乱電子ビームは分布の角度が法線に近くなり、
分布は下から上へ移動する。

従ってるつぼ内の液化金属表面から散乱する電子ビーム
の分布を計測すれば、るつぼ内の液化金属の液位を間接
的に計測できる。

散乱電子ビームの計測法としては、散乱電子ビームを電
流として捕捉する方法、散乱電子ビームを熱エネルギと
して捕捉する方法とが考えられる。

前者では電気伝導性ワイヤ、ファラデーカップで散乱電
子ビームを電流に変換し電流計で分布を表示し、後者で
は電子ビーム散乱防止体で散乱電子ビームを熱エネルギ
に変換し、熱電対で温度分布を計測する。いずれにして
も、散乱電子ビームの分布変化を利用することにより、
るつぼ内の液位を計測できる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図を用いて説明する。

第１ａ図は、偏向電子ビームを利用した金属加熱蒸発装
置に本発明である液体金属液位計測装置を適用した場合
の断面図である。電子銃１から打出された電子は、外部
磁界２により偏向電子ビーム３となり、るつぼ４中に充
填された金属に当たり。

その金属を溶解させ液化金属５とする６るつぼ４中の液
化金属５は、さらに偏向電子ビーム３により加熱され金
属蒸気６となって、るっぽ４上に飛散する。この時、偏
向電子ビーム３は全てが液化金属５の加熱に使用される
のではなく、液化金属５の表面もしくは表面近傍にて散
乱を受け、散乱電子ビーム７としてるつぼ４の外へ散乱
する。散乱電子ビーム７はコリメータ８により、測定系
を保護する目的で、測定系に向うものとそうでないもの
とに分離される。コリメータ８を通過して来た散乱電子
ビーム７は電流検知用ワイヤ９により捕獲されて、その
電流検知用ワイヤ９に接続された電流計１１により電流
として測定される。この時、′電流検知用ワイヤ９は電
子ビームダンパ１゜に電気的絶縁を保ったまま支持され
ている。以上により散乱電子ビームはその分布が電流計
１１によって直接測定できる。

以上の散乱電子ビーム７０分布を用いて、るつぼ４内の
液化金Ｒ５の液位を求められるのは、次の原理による。

第２ａ図は、実際に溶解アルミニウム及び金に無偏向電
子ビームを入射させて測定した散乱電子ビーム７の分布
を示す。第２ａ図の座標は極座標で方向とその方向にお
ける値を示すもので、Ｘ軸、Ｙ軸ともΔη／ΔΩを示す
。Δη／ΔΩはΔΩだけ角度（立体角）を広げた時に増
加するηの値を表わし、ηは単位立体角中に散乱される
電流／入力電流（電子ビームのエミッション電流）を表
わす。それぞれ、液化金属の表面の法線に対して無偏向
入射電子ビーム１２をＯｏ及び６０°の角度で入射させ
た場合の散乱電子ビーム７の分布である。この測定結果
から明らかなように、散乱電子ビーム７は鏡面反射的な
分布を持つことがわかる。すなわち、無偏向入射電子ビ
ーム１２の入射角と散乱電子ビーム７の分布の最大値を
示す散乱角度はほぼ等しくなる。一般に偏向電子ビーム
３を金属の加熱・蒸発に利用した場合第２ｂ図に示され
るように、るつぼ４内の液化金属５の液位の高低により
、液化金属５の表面に対する偏向電子ビーム３の入射角
が変化する。従って、散乱電子ビーム７の散乱角度が変
化し、この散乱角度の変化を散乱電子ビーム７の分布か
ら読みとれば、逆算によってるつぼ４内の液化金属５の
液位が間接的に測定できる。

無偏向電子ビームを用いた場合には、第２ｃ図に示され
るように、るつぼ４内に電子ビームが照射されている限
り、液化金属５の液位の高低が直接に散乱電子ビーム７
の分布の最大値を示す部分に現われてくることがわかる
。以上の現象により、散乱電子ビーム７の分布を測定す
れば、るつぼ４内の液化金属５の液位が間接的に求めら
れる。

第３図は、第１図で示した散乱電子ビーム７゜コリメー
タ８．電流検知用ワイヤ９及び電子ビームダンパ１０を
示す鳥徹図であり、上記部分がどのような位置関係にあ
るかを示すものである。散乱電子ビーム７は、コリメー
タ８により電子ビームダンパ１０に取付けた電流検知用
ワイヤ９のワイヤの部分だけに当るようにコリメートす
るものである。理由は、電子ビームダンパ１０と電流検
知用ワイヤ９との電気的絶縁が、金属蒸気６の付着によ
って破壊されないようにするためである。

第４図には上記と同じ目的で電流検知用ワイヤ９と電子
ビームダンパ１０との絶縁を保つ構造を示した。電流検
知用ワイヤ９は、ワイヤ支持部１３及び支持台１４によ
って電子ビームダンパ１０に取付けられている。金属蒸
発６がこれらの部分に付着しても電気的絶縁が保たれる
ように、電流検知用ワイヤ７とワイヤ支持部１３との間
に絶縁構造１５を設けている。

第５図に第２の実施例を示す。これは第１図で示した第
１の実施例の電流計測部にファラデーカップ１６を用い
たものである。散乱電子ビーム７はコリメータ８を通過
して来たものだけがファラデーカップ１６に接続された
電流計にて散乱電子ビームが測定できる。第１の実施例
との大きな違いは、ファラデーカップ１６の前にあるコ
リメータ８は横幅の狭いスリット状であるのに対し、電
流検知用ワイヤ９の前にあるコリメータ８は第３図で示
したように、その開口部が広くても良いことである。フ
ァラデーカップ１６の利用では入射した電子を逃さず計
測できる利点がある。

第６図に第３の実施例を示す。これは、第１及び第２の
実施例で利用した散乱電子ビーム７の直接検出と異なり
、散乱電子ビーム７を熱エネルギの分布として検出する
方法である。一般に電子ビームを用いた金属の蒸発加熱
装置では、電子ビームの散乱を防止するため電子ビーム
ダンパ１０を設置している。散乱電子ビーム７の持つエ
ネルギは入射電子ビームの数１０％になる場合もある為
、電子ビームダンパ１０は内部に冷却管１７を内蔵した
構造になっており、該冷却管：１７内を冷却用液体が流
れている。従ってこの冷却用液体の温度分布を測定すれ
ば、散乱電子ビーム７のエネルギ分布がわかり、これか
らるつぼ４内の液化金属５の液位が求められる。冷却管
１７を流れる冷却用液体の温度測定は熱電対１９等を用
い、これらに接続された温度計測装置によって行なわれ
る。

第７図に第４の実施例を示す。これは第３の実施例で示
した温度分布計測装置の熱検知部を電子ビームダンパ１
ｏの裏側に設置する方法である。

第７図では簡単のため、第６図で示した冷却管１７は省
略しである。このような構造とすることにより、熱電対
１９の設置が容易となる利点が生じる。第３及び第４の
実施例では、温度計測部に熱電対１９を用いるため、熱
電対１９と電子ビームダンパ１ｏとの間の電気的絶縁を
守らねばならない事は言うまでもない。

４種の実施例について述べたが、原理としては散乱電子
ビーム７を電流として検出するか、熱エネルギとして検
出するかの２方法であり１両者を組合せた散乱電子ビー
ム７の計測法も当然考えられる。−例をあげると第１の
実施例と第３の実施例を組合せ、電流検知用ワイヤ９で
電流分布を計測し、電流検知用ワイヤ９にかからなかっ
た散乱電子ビーム７が電子ビームダンパ１０に当りこれ
を加熱する。熱エネルギは該電子ビームダンパ１０内の
冷却管１７内を流れる冷却用液体に移動し、この温度上
昇分を熱電対１９にて計測する２段階の方式である。こ
のようにすると散乱電子ビーム７の分布の計測が精度良
く行なえ、その結果るつぼ４内の液化金属５の液位も精
度良く求められる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高融点金属の液化、蒸発に電子ビーム
を用いた場合、るつぼから散乱する電子ビームの分布を
計測することにより、るつぼ内の液化高融点金属の液位
が精度良く求められる為、るつぼに高融点金属を補充す
る回数が大幅に消滅でき、加熱エネルギ利用率及び作業
能率が向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２ａ図
は散乱電子ビームの入射角依存性を示す散乱分布図、第
２ｂ図は偏向ビームの場合の液位の変化による散乱電子
ビームの変化を示す図、第２ｃ図は無偏向ビームの場合
の液位の変化による散乱電子ビームの変化を示す図、第
３図は第１図で示した温度検知部の鳥敞図、第４図は第
３図で示した温度検知部の絶縁構造を示す構造図、第５
図は第２の実施例を示す断面図、第６図は第３の実施例
を示す断面図、第７図は第４の実施例を示す断面図であ
る。 ４・・・るつぼ、５・・・液化金属、７・・・散乱電子
ビーム、９・・・電流検知用ワイヤ、１０・・・電子ビ
ームダンパ、１６・・・ファラデーカップ、１７・・・
冷却管、１９・・・第　１　目 帛３圀 第４０ ／４ 第５日 １　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビームによりるつぼ内の高融点金属を加熱、液
   化、蒸発させるときに、るつぼ内で液化した高融点金属
   の表面で散乱される電子ビームの分布を計測し、液位の
   変化につれて変化する前記分布の変化から高融点金属の
   液位を計測する方法を特徴とする液体金属液位計測方法
   。 ２、散乱される電子ビームの分布を電気伝導性ワイヤに
   より、計測することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、散乱される電子ビームの分布をファラデーカップに
   より、計測することを特徴とする請求項１記載の方法。 ４、散乱される電子ビームの分布を、散乱される電子ビ
   ームに対向して設けられた電子ビーム散乱防止体の温度
   分布により、計測することを特徴とする請求項１記載の
   方法。 ５、電子ビーム散乱防止体の温度分布計測に、該電子ビ
   ーム散乱防止体内部を通過する冷却材の温度を、計測す
   ることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６、電子ビーム散乱防止体の温度分布計測に、該電子ビ
   ーム散乱防止体を散乱電子ビームが入射する面の裏面に
   取付けた熱電対により、計測することを特徴とする請求
   項４記載の方法。