JPS6289829A - 電子ビ−ム加熱における電子ビ−ムの制御方法 - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明は、電子ビーム溶解装置や電子ビーム蒸着装置等
を使用するに当たり、電子ビームが誤って照射禁止領域
へ照射されることに基づく不都合を未然に防止すること
に成功した電子ビームの制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 真空技術等の進歩に伴なって電子ビームを利用する応用
技術が注目を集めている。電子ビームを利用する技術と
しては、電子ビーム溶解や電子ビーム蒸着等を挙げるこ
とができるが、これらのうち電子ビーム溶解については
第２図に示す様な装置を用いて行なわれる。即ち該溶解
装置１は、電子ビームガン２のカソード２ａから放出さ
れる電子ビーム３を水冷鋳型４中の被溶解物５に照射し
、この時に発生する熱によって被溶解物５を溶解しよう
とするものである。またこの溶解と同時に、被溶解物５
中の不純物を精錬したり、或は被溶解物５を蒸発させて
蒸着を行なうことちり能である。

こうした電子ビーム溶解装ご１においては、被溶解物５
と水冷鋳型４の境界表面５ａを特に強力に′１に子ビー
ム照射してやることが必要であるが、この為には該電子
ビームの正確なコントロール、例えば照射面積のコント
ロールが要求される。

ところで電子ビームのコントロールを行なうに当たって
は、第３図に示す如くカレート２ａ側のフィラメント７
の加熱によって発生する熱′１シ千８を、補助を極９及
びアノードリング１０を通じて加速し、更にＸ軸偏向コ
イル及びＹ軸偏向コイル（以下Ｘ、Ｙ偏向コイル１１と
記す）のＸ、Ｙ偏向電流を調節することによって平面（
但し紙面貫通方向）内での偏向量をコントロールする。

そしてこの様なｘ、Ｙ偏向電流の調節は、境界表面５ａ
の電子ビーム照射状況を観測窓（図示せず）等から目視
等によって観察確認しつつ行なわれているというのが実
情である。

ところが被溶解物５の溶解が進行すると、蒸発物が上記
観測窓等のガラスに付着して電子ビーム照射位置が不明
瞭となったり、水冷鋳型４へのスプラッシュの堆積等に
よって水冷鋳型４の目視が不可能になってくる。その為
、電子ビームのコントロールに支障を来たす結果となり
、更にこのコントロール不良が原因になって水冷鋳型４
を間違って照射してしまい、水冷鋳型４を破損するとい
ったトラブルをも生じかねない、水冷鋳型４を破損した
場合には、水と溶湯が接触して水蒸気爆発を起こし、大
事故につながることも恐れられる。一方こうした弊害を
防止することに重点を置き過ぎると、被溶解物５の溶解
が不完全となり、歩留り低下を招くことは明らかである
。

本発明者等は、上述の如き事情を踏まえ目視によらずと
も電子ビームの制御が十分に可能である様な方法を見出
し別途特許出願した。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上述の如き目視によらない方法を用いたとして
も電子ビームの照射を必ずしも完壁に制御し得るとは限
らず、この為しばしば水冷鋳型等をビーム照射してしま
い、水冷鋳型等の破損を招くといった事態に１！遇して
いた。

本発明はこうした事情を憂慮してなされたものであって
、水冷鋳型等のビーム照射禁止領域への電子ビーム照射
に基づく該水冷鋳型等の破損を未然に防止することので
きる電子ビームの制御方法を提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決す１八めの生残〕 本発明に係る電子ビームの制御方法とは、電子ビームを
偏向させつつ被加熱物質に照射するに当たり、電子ビー
ム照射禁止領域に存在する物質に固有の特性Ｘ線発生状
況を検知すると共に該検知結果をビームの遮断又はビー
ムの偏向量修正として反映するところにその要旨が存在
するものである。

［作用］ 本発明者等は、水冷鋳型等のビーム照射禁止領域（以下
水冷鋳型を用いて説明する）に電子ビー゛ム照射がなさ
れたか否かを検知する手段として、上記水冷鋳型を構成
する物質固有の特性Ｘ線に着目し、上記問題点を克服す
る上で重要な指針を得た。以下その背景を説明する。

物質に電子線が照射されると該物質の表面からＸ線が発
生する。即ち上記物質を構成する原子に加速電子が衝突
すると該原子中の電子が励起されてエネルギー準位に空
席が生じる。Ｘ線は、この空席の生じたエネルギー準位
よりも高いエネルギー準位にある電子が上記空席に落ち
込む際に発生する０例えばに殻の空席を、Ｌ殻からの電
子が埋める場合はにα線、Ｍｆｉからの電子が埋める場
合にはにβ線が発生する（尚り殻からの電子が埋める確
立がＭ殻の場合よりも高い為にα線の方がにβ線より強
い）、にα線やにβ線の波長は元素によって決まってい
るから、にα線やにβ線を検知することによって元素を
特定することができる。

従って本発明者等は特性Ｘ線を検知することによって水
冷鋳型に対する電子ビームの照射状況を判断することが
できることを知った。もし誤って水冷鋳型に電子ビーム
照射がなされていると判断された場合には、照射時間に
ついて適切な配慮を払いつつ電子ビームを遮断すれば良
いし、又遮断せずとも電子ビームの偏向量を修正するこ
とによって水冷鋳型に対する電子ビーム照射を回避して
やればよい。

、尚ｘ！ｌを検知する方法としては、　（１）Ｘ線の持
つエネルギーを電気信号に変換してスペクトルを発生さ
せる方法（エネルギー分散法）　、　（２）　Ｘ線の波
長を識別してスペクトルを発生させる方法（波長分散法
）が挙げられる。上記（２）の波長分散法は、Ｘ線発生
源とＸ線検出器の間に分光結晶を設置し、下記（１）式
のブラング法則を満足する波長入のＸ線のみを選別する
方法である。

ｎ入＝２ｄｓｉｎθ　　　　　　　　　−（１）０：Ｘ
線の入射角及び反射角 ｄ：分光結晶の面間隔（物質毎に定まっている） ｎ：反射次数 従ってｄが既知である分光結晶を用い、Ｋα線の波長入
との関係で上記（１）式を満足する様にθを規定してお
けば、水冷鋳型に対する電子ビームの照射状況を検知す
ることができる（第６図参照）。

以下実施例を挙げることによって本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものでは
なく、前・後記の記載に基づき適宜変更が可能である。

［実施例］ 実施例１ 第１図は本発明に係る電子ビーム制御方法が適用された
加熱装置の模式図である。

電子−ビームガン１２のカソード１３から発射されたｉ
ｆｆ、子ビーム１４が水冷鋳型１５に照射されると、前
述の如く加熱装置本体１６内にて特性Ｘ線を発生するが
、該特性Ｘ線は、上記加熱装置本体１６に接続された分
光器１７で分光され、検出器１８で検出され、更に増幅
器１９、波高分析器２０、計数計２１を経て特性Ｘ線強
度Ｉに相当する信号ｉとなってコンパレーター２２に入
力する。一方コンパレーター２２には、１ｏに相当する
信号ｉｏが入力される。ここで工０とは、水冷鋳型１５
に対して電子ビーム照射が起こっているか否かを判断す
る基やとなるべき強度であり（第４図参照）、コンパレ
ーター　はこの１．と前記Ｉとを比較しＩ＞Ｉｏのとき
信号を出力する。この信号はビーム制御部２３へ入力さ
れるが、該信号の継続時間がビーム照射許容時間ｔｏ　
　（第４図参照）より長くなったときビームを遮断する
様にビーム制御部２３を設計しておけば、ビーム照射に
よる水冷鋳型１５の破損等を回避することができる。

尚水冷鋳型１５へのビーム照射許容時間ｔ。

は、ビームのパワー、冷却水量、水冷鋳型の構造等によ
って異なった値を取るから一概には言えないが、通常Ｏ
に近い値を取ることは積であるから、水冷鋳型１５は瞬
時に破損することはないということができる。従って被
加熱物の溶解が終った後、水冷鋳型１５に付着したスズ
ラッシュ等の清掃を目的として水冷鋳型１５に電子ビー
ムを照射することも可能である。この意味からも上記ｔ
ｏは、ビーム照射目的、パワー、＃８５構造などに応じ
て変えられる様にしておく方が良い、勿論、該ｔｏや一
上記１．は電子ビームの加速電圧、出力、水冷鋳型１５
から検出器までの距離、Ｘ線の分光方法等に伴なって変
化するから、実際の加熱装置で事前に実験して調査して
おく必要がある。

ところで前記ビーム制御部の作動により水冷鋳型１５へ
の照射が前述の如く遮断されたとしても、引続５行なわ
れる加熱過程（この再加熱過程が可能となる様に構成し
ておくことが好ましい）でｐ４び水冷鋳型１５を照射し
てしまうことも多々ある。このことは、ビーム照射がｉ
！ｌ続的になされたのと同様の結果を招き、水冷鋳型１
５を破損してしまう、こうした弊害を避ける為には、ビ
ーム遮断が行なわれた場合でもビーム遮断前に水冷鋳型
１５へ照射された時間も考慮する必要がある。

すなわち、ビーム遮断前後の水冷鋳型１５へのビーム照
射時間をＪＡ算し、水冷鋳型１５を照射していない時間
を通出な比率で乗じて積算した値から減算する。

こうして得られた積算値がｔｏを超えた場合にビームの
遮断がなされる様に前記ビーム制ｔＪ１部を設計してお
けば、前記と同様水冷鋳型１５の破損を回避することが
できる。そしてここに用いられる積算結果ｔｏは、前述
したｉ！！！続時間としてのｔｏよりも長いというのが
肴−通であるから、水冷鋳型１５へのビーム照射が平均
的に長い場合であっても、水冷鋳型１５の破損を防止で
きる。

実施例２ 第５図は本発明の他の実施例が適用された加熱装置の模
式図である。

ＩＩｌ、のときコンパレーター２２から信号を出力する
ところまでは実施例１の場合と同様であるが、１＞１．
となったときにビーム偏向量を修正してビームを溶融プ
ールに戻す様にビーム制御部２４の設計がなされている
。従って電子ビーム照射による水冷鋳型１５の破損が防
止できる。ここで問題となるのはビームの偏向量をどの
様に修正するかということであるが、水冷鋳型１５に対
するビーム照射が決して起こらない様なビーム照射安全
位置を予め設定しておき、Ｉｌｌ、の継続時間がｔｏを
超えたときに、その照射安全位置へビームを修正してや
れ、ば良い、この実施例の場合でも、前述の如きａ算値
としてのｔｏを用いることができることは勿論である。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、水冷鋳型等の
ビーム照射禁止領域への電子ビーム照射に基づく該水冷
鋳型の破損を未然に防止することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すフロー説明図、第２図
及び第３図は電子ビーム溶解装はの原理を示す説明図、
第４図は特性Ｘ線強度を示すグラフ、第５図は本発明の
他の実施例を示すフロー説明図、第６図は波長分散法の
原理を示す説明図である。 １２・・・電子ビームガン　　　１３・・・カソード１
４・・・電子ビーム　　　　　１５・・・水冷鋳型１７
・・・分光器　　　　　　　１８・・・検出器１９・・
・増幅器　　　　　　　２０・・・波高分析器２１・・
・計数計　　　　　　　２２・・・コンパレーター２３
・・・ビーム制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子ビームを偏向させつつ被加熱物質に照射するに当た
   り、電子ビーム照射禁止領域に存在する物質に固有の特
   性Ｘ線発生状況を検知すると共に該検知結果をビームの
   遮断又はビームの偏向量修正として反映することを特徴
   とする電子ビームの制御方法。