JPH06664A - くぼみパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 環境性、経済性の向上を図る。
【構成】 レーザビームにより加工物をスポット様に加
熱し、加熱スポットをくぼみパターン通りに表面上で案
内し、酸素ジェットを加熱スポットに指向し、加熱スポ
ットへのエネルギー供給を加工物材料の溶融温度には達
しないで加熱により形成された酸化物の昇華温度を超え
るように制御する。
熱し、加熱スポットをくぼみパターン通りに表面上で案
内し、酸素ジェットを加熱スポットに指向し、加熱スポ
ットへのエネルギー供給を加工物材料の溶融温度には達
しないで加熱により形成された酸化物の昇華温度を超え
るように制御する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加工物、特に回転陽極X
線管用のモリブデン又はモリブデン合金製の加工物の表
面にくぼみパターンを形成する方法に関する。
線管用のモリブデン又はモリブデン合金製の加工物の表
面にくぼみパターンを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】西独国公開特許第3930573 号明細書に
は、タングステン製の陽極板に溝パターンを形成した回
転陽極X線管が開示されている。この溝パターンは陽極
板を支持するロータスピンドルに対して、回転しないよ
うに陽極板をロックするためのものであり、このスピン
ドルに、陽極板に面した肩に対応する溝パターンを形成
する。これらの溝パターンをフォトリソグラフィックエ
ッチングにより形成する。
は、タングステン製の陽極板に溝パターンを形成した回
転陽極X線管が開示されている。この溝パターンは陽極
板を支持するロータスピンドルに対して、回転しないよ
うに陽極板をロックするためのものであり、このスピン
ドルに、陽極板に面した肩に対応する溝パターンを形成
する。これらの溝パターンをフォトリソグラフィックエ
ッチングにより形成する。
【0003】西独国公開特許第3900730 号明細書には螺
旋溝軸受を有する回転陽極X線管を開示している。螺旋
溝軸受はX線管の球に連結した固定部品、及び陽極板と
共に回転し、固定部品を包囲する部品からなる。固定部
品に10分の数ミリの幅及び0.01mm〜0.02mmの深さを有す
る螺旋溝パターンを形成する。ガリウム合金、この蒸気
圧はX線管の操作中にも少し残存しているのだが、これ
が潤滑剤として軸受部品間に介在する。この軸受部品は
モリブデン製であるが、これはほとんどの他の金属は活
性なガリウム合金と化学的に反応してしまうからであ
る。また、この螺旋溝のパターンを約10の工程を必要と
するフォトリソグラフィックエッチングにより形成す
る。螺旋溝パターンのこの製造法は結果的にコスト高と
なる。これに必要なエッチング溶液はかなり環境に影響
を与える。
旋溝軸受を有する回転陽極X線管を開示している。螺旋
溝軸受はX線管の球に連結した固定部品、及び陽極板と
共に回転し、固定部品を包囲する部品からなる。固定部
品に10分の数ミリの幅及び0.01mm〜0.02mmの深さを有す
る螺旋溝パターンを形成する。ガリウム合金、この蒸気
圧はX線管の操作中にも少し残存しているのだが、これ
が潤滑剤として軸受部品間に介在する。この軸受部品は
モリブデン製であるが、これはほとんどの他の金属は活
性なガリウム合金と化学的に反応してしまうからであ
る。また、この螺旋溝のパターンを約10の工程を必要と
するフォトリソグラフィックエッチングにより形成す
る。螺旋溝パターンのこの製造法は結果的にコスト高と
なる。これに必要なエッチング溶液はかなり環境に影響
を与える。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、環境への影響からより少なく及び/又はより低コス
トを達成できる上述の方法を提供することである。
は、環境への影響からより少なく及び/又はより低コス
トを達成できる上述の方法を提供することである。
【発明が解決しようとする手段】この目的を達成するた
め、本発明、くぼみパターン形成方法はレーザビームに
より加工物をスポット様に加熱し、加熱スポットをくぼ
みパターン通りに表面上で案内し、酸素ジェットを加熱
スポットに指向し、加熱スポットへのエネルギー供給を
加工物材料の溶融温度には達しないで加熱により形成さ
れた酸化物の昇華温度を超えるように制御することを特
徴とする。
め、本発明、くぼみパターン形成方法はレーザビームに
より加工物をスポット様に加熱し、加熱スポットをくぼ
みパターン通りに表面上で案内し、酸素ジェットを加熱
スポットに指向し、加熱スポットへのエネルギー供給を
加工物材料の溶融温度には達しないで加熱により形成さ
れた酸化物の昇華温度を超えるように制御することを特
徴とする。
【0005】
【作用】本発明によると、加工物の材料は加熱スポット
で酸化し、このようにして形成された酸化物は昇華(蒸
発)し、溶融することなくキャビティから離れる。これ
はエネルギー供給を溶融温度には達しないで昇華温度を
超えるように制御するからである。モリブデン又はモリ
ブデン合金の場合の材料の溶融には高温パワーを必要と
するが、これは溶融温度がとても高い(約2600°) から
である。一方、溝の形成において端にふくれが形成さ
れ、これは螺旋溝軸受には好ましくない。本発明による
と、比較すれば、比較的低温パワーで充分であるが、こ
れはモリブデンが酸化し、約 800°で昇華するからであ
る。
で酸化し、このようにして形成された酸化物は昇華(蒸
発)し、溶融することなくキャビティから離れる。これ
はエネルギー供給を溶融温度には達しないで昇華温度を
超えるように制御するからである。モリブデン又はモリ
ブデン合金の場合の材料の溶融には高温パワーを必要と
するが、これは溶融温度がとても高い(約2600°) から
である。一方、溝の形成において端にふくれが形成さ
れ、これは螺旋溝軸受には好ましくない。本発明による
と、比較すれば、比較的低温パワーで充分であるが、こ
れはモリブデンが酸化し、約 800°で昇華するからであ
る。
【0006】加熱はレーザ装置によりなされる。材料処
理にレザーを用いることはそれ自体は以前より既知であ
る。又切削又は分離工程において、レザーにより加熱さ
れた点に酸素ジェットを指向することは既知である(例
えば、「レーザ ウエルディング、カッティング アン
ド サーフィス トリートメント」(Laser welding,cu
tting and surface treatment)、英国、ウエルディング
インスティテュート(the Welding Institute)、1984
年 28 〜32頁参照) 。この刊行物によると、加熱スポッ
ト (レーザスポット) に酸素又は圧縮空気を供給する
と、一方ではレーザスポットにおいてパワー密度が上が
り、他方では吹きつけにより分離スポットから溶融材料
を除去する。エネルギー密度が高くなり、レーザスポッ
トにて材料が酸化する。このことは実質的にレーザ放射
(少なくとも CO2レーザにより発生する波長にて)の吸
収が増加して、その結果レーザビームに対する良好な熱
結合が得られる。更に、酸化は付加的なエネルギーを放
出する熱反応である。
理にレザーを用いることはそれ自体は以前より既知であ
る。又切削又は分離工程において、レザーにより加熱さ
れた点に酸素ジェットを指向することは既知である(例
えば、「レーザ ウエルディング、カッティング アン
ド サーフィス トリートメント」(Laser welding,cu
tting and surface treatment)、英国、ウエルディング
インスティテュート(the Welding Institute)、1984
年 28 〜32頁参照) 。この刊行物によると、加熱スポッ
ト (レーザスポット) に酸素又は圧縮空気を供給する
と、一方ではレーザスポットにおいてパワー密度が上が
り、他方では吹きつけにより分離スポットから溶融材料
を除去する。エネルギー密度が高くなり、レーザスポッ
トにて材料が酸化する。このことは実質的にレーザ放射
(少なくとも CO2レーザにより発生する波長にて)の吸
収が増加して、その結果レーザビームに対する良好な熱
結合が得られる。更に、酸化は付加的なエネルギーを放
出する熱反応である。
【0007】ところが、既知の方法では、酸素供給はレ
ーザスポットにおいて熱パワーと結びついて材料を溶融
するが、このような溶融は本発明には望ましくない。従
ってこの理由のためにより少量のエネのギーが供給さ
れ、こ結果酸化及びその後の昇華(蒸発)だけを生じさ
せ得る。従って本発明は融点が酸化温度及びその酸化物
の昇華温度より高いモリブデン又はモリブデン合金製の
加工物に適用可能である。
ーザスポットにおいて熱パワーと結びついて材料を溶融
するが、このような溶融は本発明には望ましくない。従
ってこの理由のためにより少量のエネのギーが供給さ
れ、こ結果酸化及びその後の昇華(蒸発)だけを生じさ
せ得る。従って本発明は融点が酸化温度及びその酸化物
の昇華温度より高いモリブデン又はモリブデン合金製の
加工物に適用可能である。
【0008】環境への影響は比較的小さい。これは昇華
によって除去される材料が気体の酸化物として発生する
にすぎないからである。製造においてはエッチングより
早く進み、設備投資が少なくてすむ。
によって除去される材料が気体の酸化物として発生する
にすぎないからである。製造においてはエッチングより
早く進み、設備投資が少なくてすむ。
【0009】
【実施例】本発明を以下に図面を参照しつつ詳細に説明
する。処理されるべき加工物1はモリブデン製であり、
例えば西独国公開特許第3900730 号明細書と同様の回転
陽極X線管の螺旋溝軸受の部品である。これは軸2に関
して回転対称であり、その表面には魚の骨のような溝パ
ターンを有する2つの領域3及び4がある。この溝パタ
ーンは領域4では完全に示されているが、領域3ではま
た完全ではない。このようなパターンの溝は例えば 0.2
2mm の幅と 0.015mmの深さを有している。2つの隣りあ
った溝間の間隔は溝それ自体(0.22mm)と同じ幅であ
る。図では寸法関係を模式的に示しているにすぎず、本
来の縮尺ではない。
する。処理されるべき加工物1はモリブデン製であり、
例えば西独国公開特許第3900730 号明細書と同様の回転
陽極X線管の螺旋溝軸受の部品である。これは軸2に関
して回転対称であり、その表面には魚の骨のような溝パ
ターンを有する2つの領域3及び4がある。この溝パタ
ーンは領域4では完全に示されているが、領域3ではま
た完全ではない。このようなパターンの溝は例えば 0.2
2mm の幅と 0.015mmの深さを有している。2つの隣りあ
った溝間の間隔は溝それ自体(0.22mm)と同じ幅であ
る。図では寸法関係を模式的に示しているにすぎず、本
来の縮尺ではない。
【0010】溝は模式的に描かれたレーザ5、好ましく
は Nd : YAG レーザにより形成される。好ましくは、こ
のレーザは連続操作 (CW操作)され、この結果温度は
時間と場所を問わず一定である。レーザビームを破線で
示されたウェイブガイド6を介して又は適当な屈折ミラ
ーを用いて加工物の表面にビームの焦点をあわせる対物
レンズへと導いて、約 0.3mmの寸法のレーザスポット8
を加工物の表面に対して垂直に形成する。このスポット
におけるパワー密度は可能な限り均一であるべきであ
り、これはレーザをTEM00 モード又は少なくともローモ
ードオーダーで操作する場合に最も充分に達成される。
は Nd : YAG レーザにより形成される。好ましくは、こ
のレーザは連続操作 (CW操作)され、この結果温度は
時間と場所を問わず一定である。レーザビームを破線で
示されたウェイブガイド6を介して又は適当な屈折ミラ
ーを用いて加工物の表面にビームの焦点をあわせる対物
レンズへと導いて、約 0.3mmの寸法のレーザスポット8
を加工物の表面に対して垂直に形成する。このスポット
におけるパワー密度は可能な限り均一であるべきであ
り、これはレーザをTEM00 モード又は少なくともローモ
ードオーダーで操作する場合に最も充分に達成される。
【0011】レーザ5を約 200〜300 Wのパワーで操作
する場合は、実際上は大気条件下では加工物1の表面に
何の変化も生じない。しかしながら、酸素(又は圧縮空
気)ジェットをレーザで加熱したスポットに向けると、
同じ電気的パワーにあって酸化と続いて昇華が起こり、
これにより、生成した酸化物は蒸発してキャビティから
離れる。この目的のために、焦点をあわせる対物レンズ
をノズル9中に既知の方法で固定する。このノズルは開
口10を有し、これを通ってレーザビームは加工物上に到
達する。一方同時にレーザビームは横入口11から供給さ
れる酸素ジェット中に包囲される。酸素の供給により酸
化され昇華されたモリブデンの量は酸素流量につれて初
期に急激に増加する。しかしながら、ある酸素流量以上
ではこのモリブデン量はわずかに変化すのみである。従
って、酸素流量はこの値以上になるように選定される。
ノズル開口から加工物の距離が 3.5mm、ノズル開口の直
径が3.5mm の場合の酸素の適当な値は 15 l/min であ
る。
する場合は、実際上は大気条件下では加工物1の表面に
何の変化も生じない。しかしながら、酸素(又は圧縮空
気)ジェットをレーザで加熱したスポットに向けると、
同じ電気的パワーにあって酸化と続いて昇華が起こり、
これにより、生成した酸化物は蒸発してキャビティから
離れる。この目的のために、焦点をあわせる対物レンズ
をノズル9中に既知の方法で固定する。このノズルは開
口10を有し、これを通ってレーザビームは加工物上に到
達する。一方同時にレーザビームは横入口11から供給さ
れる酸素ジェット中に包囲される。酸素の供給により酸
化され昇華されたモリブデンの量は酸素流量につれて初
期に急激に増加する。しかしながら、ある酸素流量以上
ではこのモリブデン量はわずかに変化すのみである。従
って、酸素流量はこの値以上になるように選定される。
ノズル開口から加工物の距離が 3.5mm、ノズル開口の直
径が3.5mm の場合の酸素の適当な値は 15 l/min であ
る。
【0012】溝の深さは酸素流量、レーザスポットのサ
イズ及び強度配分、並びにレーザパワーだけでなく、加
工物の表面上を進行するレーザスポットの速さにも依存
する。この「進行」は、対称軸2(矢印12) まわりに加
工物1を回転可能で加えて、軸方向(矢印13) に加工物
を可動なデジタル制御下のCNCマシーン(図示せず)
に加工物を挿入して起こる。これらの動きが同時になさ
れると、魚の骨様のパターンの溝のうち1つが形成でき
る。溝深さが 0.015mm、溝幅が 0.22mm 及びレーザパワ
ーが約 200Wに対する適当な進行速度は約360mm /min
である。
イズ及び強度配分、並びにレーザパワーだけでなく、加
工物の表面上を進行するレーザスポットの速さにも依存
する。この「進行」は、対称軸2(矢印12) まわりに加
工物1を回転可能で加えて、軸方向(矢印13) に加工物
を可動なデジタル制御下のCNCマシーン(図示せず)
に加工物を挿入して起こる。これらの動きが同時になさ
れると、魚の骨様のパターンの溝のうち1つが形成でき
る。溝深さが 0.015mm、溝幅が 0.22mm 及びレーザパワ
ーが約 200Wに対する適当な進行速度は約360mm /min
である。
【0013】レーザスポットのサイズを変えることによ
って、溝幅を変えることができ、一方レーザパワー又は
進行速度を変えることによって溝深さを変えることがで
きる。加工物をレーザスポットに対して別の方法で動か
すと別の幾何的なくぼみパターンが得られる。このため
に、加工物1がクランプされるCNCマシーンのプログ
ラムをあわせて変える。
って、溝幅を変えることができ、一方レーザパワー又は
進行速度を変えることによって溝深さを変えることがで
きる。加工物をレーザスポットに対して別の方法で動か
すと別の幾何的なくぼみパターンが得られる。このため
に、加工物1がクランプされるCNCマシーンのプログ
ラムをあわせて変える。
【0014】
【発明の効果】この方法を製造した溝はいかなる種類の
横ふくれもなく、溝底の山と谷の深さが小さく、高度に
滑らかな表面を有している。
横ふくれもなく、溝底の山と谷の深さが小さく、高度に
滑らかな表面を有している。
【図1】本発明に係る方法を示す模式図である。
1 加工物 2 軸 3 領域 4 領域 5 レザー 6 ウェイブガイド 7 対物レンズ 8 レーザスポット 9 ノズル 10 開口 11 横入口
Claims (2)
- 【請求項1】 加工物、特に回転陽極X線管用のモリブ
デン又はモリブデン合金製の加工物の表面にくぼみパタ
ーンを形成する方法において、レーザビームにより加工
物をスポット様に加熱し、加熱スポットをくぼみパター
ン通りに表面上で案内し、酸素ジェットを加熱スポット
に指向し、加熱スポットへのエネルギー供給を加工物材
料の溶融温度には達しないで加熱により形成された酸化
物の昇華温度を超えるように制御することを特徴とする
くぼみパターン形成方法。 - 【請求項2】 螺旋溝軸受の製造のために使用し、モリ
ブデン製の軸受部品の少なくとも1つに螺旋溝のパター
ンを形成することを特徴とする請求項1記載の方法。
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