(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極から連続して放出される電子ビームを収束レンズおよび偏向コイルによって金属塗膜が塗布された被加工物の表面に照射し、前記被加工物の表面と前記金属塗膜との合金化加工を行う電子ビーム合金化加工方法において、
前記被加工物の形状データに基づいて、前記被加工物の表面に前記電子ビームの複数の照射点が第１の方向に所定間隔で一列に並ぶ第１照射点列、および、複数の前記照射点が前記第１照射点列から前記第１の方向に直交する第２の方向に所定距離離れて前記第１の方向に所定間隔で一列に並ぶ第２照射点列を決定する電子ビーム照射点決定ステップと、
前記第１照射点列への前記電子ビームの照射により前記金属塗膜を溶融させるように、前記第１照射点列上の各前記照射点の位置に対応して、前記電子ビームの電流値、前記収束レンズの電流値、および前記偏向コイルの電流値をそれぞれ設定するとともに、前記第２照射点列への前記電子ビームの照射により前記被加工物を溶融させるとともに、前記金属塗膜と前記被加工物とを撹拌し、前記被加工物表面と合金化させるように、前記第２照射点列上の各前記照射点の位置に対応して、前記電子ビームの電流値、前記収束レンズの電流値、および前記偏向コイルの電流値をそれぞれ設定する電子ビーム照射条件設定ステップと、
前記第１照射点列および前記第２照射点列の一方端から他方端に向けて、所定の周期で前記各第１照射点列と前記各第２照射点列とに交互に前記電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップと、
を有することを特徴とする電子ビーム合金化加工方法。
【請求項２】
前記電子ビーム照射点決定ステップにおいて、前記第１照射点列および前記第２照射点列の組み合わせを１つの照射領域とした複数の前記照射領域を設定し、
前記照射領域毎に前記電子ビーム照射ステップを実施することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム合金化加工方法。
【請求項３】
前記第１照射点列の各照射点間の所定間隔と前記第２照射点列の各照射点間の所定間隔との比が任意の整数比となることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム合金化加工方法。
【請求項４】
前記電子ビーム照射ステップにおいて、前記第１照射点列および前記第２照射点列の各前記照射点を中心とする所定形状を描くように前記電子ビームを偏向させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子ビーム合金化加工方法。
【請求項５】
前記所定形状は円形であることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム合金化加工方法。
【請求項６】
前記電子ビーム照射ステップは、照射点列間駆動のトリガとなるクロック信号の周期と同等あるいは前記周期よりも小さい周期を有する小振幅偏向電流を用いて実施されることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム合金化加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームの照射によって被加工物の表面を合金化する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子ビームによる合金化加工方法としては、被加工物の送り方向に直角に電子ビームが複数の位置に変位する矩形波信号に三角波信号を重畳して偏向コイルに与え、その複数の位置毎に電子ビームを偏向させながら、被溶接材とその近傍の金属母材とを電子ビームの照射により溶融して合金層を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３９５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、被加工物に合金層を形成する加工領域が大きくなると、電子ビームが変位する位置間の距離が長くなり、その位置毎に電子ビームを偏向する幅も広くなるため、矩形波信号の時間軸方向の幅が大きくなる。このため、前回電子ビームを照射した位置近傍が冷えて凝固してから次回の電子ビームの照射が行われることとなり、被加工物の表面の加工ムラが発生して、形成される合金層が不安定になる、という問題があった。また、合金層を安定して形成するために電子ビームが変位する位置間の距離を短くして加工領域を細かく分割すると、加工時間が長くなる、という問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物の加工領域の大きさによらず、加工ムラの発生を抑制して安定した合金化加工を行い、均一な合金層を形成すると共に、加工時間を短縮することができる電子ビーム合金化加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電子ビーム合金化加工方法は、陰極から連続して放出される電子ビームを収束レンズおよび偏向コイルによって金属塗膜が塗布された被加工物の表面に照射し、前記被加工物の表面と金属塗膜との合金化加工を行う電子ビーム合金化加工方法において、前記被加工物の形状データに基づいて、前記被加工物の表面に前記電子ビームの複数の照射点が第１の方向に所定間隔で一列に並ぶ第１照射点列、および、複数の前記照射点が前記第１照射点列から前記第１の方向に直交する第２の方向に所定距離離れて前記第１の方向に所定間隔で一列に並ぶ第２照射点列を決定する電子ビーム照射点決定ステップと、前記第１照射点列への前記電子ビームの照射により前記金属塗膜を溶融させるように、前記第１照射点列上の各前記照射点の位置に対応して、前記電子ビームの電流値、前記収束レンズの電流値、および前記偏向コイルの電流値をそれぞれ設定するとともに、前記第２照射点列への前記電子ビームの照射により前記被加工物を溶融させるとともに、前記金属塗膜と前記被加工物とを撹拌し、前記被加工物表面と合金化させるように、前記第２照射点列上の各前記照射点の位置に対応して、前記電子ビームの電流値、前記収束レンズの電流値、および前記偏向コイルの電流値をそれぞれ設定する電子ビーム照射条件設定ステップと、前記第１照射点列および前記第２照射点列の一方端から他方端に向けて、所定の周期で前記各第１照射点列と前記各第２照射点列とに交互に前記電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被加工物の加工領域の大きさによらず、加工ムラの発生を抑制して安定した合金化加工を行い、均一な合金層を形成すると共に、加工時間を短縮することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、被加工物の略断面図である。
【図３】図３は、被加工物の形状および形状データの一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかる合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。
【図５】図５は、電子ビームの照射点の移動タイミングを決定するクロック信号の一例を示す図である。
【図６】図６は、被加工物の加工面に複数の照射領域を設定した例を示す図である。
【図７】図７は、電子ビームのＸ軸方向およびＹ軸方向の照射経路と照射点の位置の関係を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用した一例における電子ビーム照射位置の時間変移を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法における電子ビーム加工装置の動作フローの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２にかかる合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３にかかる合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置の一構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、Ｘ軸小振幅偏向電流およびＹ軸小振幅偏向電流の波形、ならびに、照射点を中心とした電子ビームの軌跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置の一構成例を示す図である。図１に示すように、加工室１１には、図示しない搬送テーブルによって供給された被加工物１２が置かれる。被加工物１２は、電子銃室１から発生する電子ビームが表面に照射されることによって、電子ビームのビームエネルギーにより表面が溶融する。電子ビームが通過する経路は真空にする必要があるため、電子銃室１および加工室１１は、電子ビーム加工装置が起動する前にそれぞれ電子銃室排気装置１５および加工室排気装置１６によって排気されて真空状態にされる。また、加工室１１には、電子ビーム加工装置を起動した時点で電子ビームのビームエネルギーが所定の値に立ち上がるまでの期間、一時的に電子ビームを照射して待機しておくための電子ビーム待機ブロック２０を具備している。
【００１１】
高電圧電源装置１３は、電子銃室１内の陰極３と陽極４との間に直流の高電圧を印加する。これにより、電子ビームが陰極３から放出される。この電子ビームの量に相当し、被加工物１２に照射される電子ビームのビームエネルギーを決める電子ビーム電流の大きさは、高電圧電源装置１３により陰極３に印加されるバイアス電圧値によって決まる。放出された電子ビームは、陽極４およびオリフィス５を通過して、収束レンズ７および偏向コイル８によって被加工物１２の所定の位置に照射されるように調整される。
【００１２】
収束レンズ７は、周回状のコイルの内部に発生する磁界により電子ビームを収束させる。この収束レンズ７に供給される収束レンズ電流の大きさによって電子ビームが収束する距離が変わる。
【００１３】
偏向コイル８は、コイルから発生した磁界によって電子ビームの向きを変える。この偏向コイル８には、被加工物１２の表面の二次元方向、すなわちＸ軸方向（第１の方向）およびＹ軸方向（第１の方向に直交する第２の方向）に電子ビームの偏向角度が調整できるように、Ｘ軸偏向コイル電流およびＹ軸偏向コイル電流がそれぞれ個別に供給され、Ｘ軸偏向コイル電流の大きさによってＸ軸方向の偏向角度が変わり、Ｙ軸偏向コイル電流の大きさによってＹ軸方向の偏向角度が変わる。Ｘ軸偏向コイル電流がゼロでＸ軸方向の偏向角度はゼロになり、Ｙ軸偏向コイル電流がゼロでＹ軸方向の偏向角度はゼロになる。また、これらのＸ軸偏向コイル電流およびＹ軸偏向コイル電流の正負により、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向の偏向の向きは逆になる。
【００１４】
上述した電子ビーム電流、収束レンズ電流、Ｘ軸偏向コイル電流およびＹ軸偏向コイル電流の各電流値は、電子ビームを所定の位置に照射させるために必要な条件、すなわち加工パラメータであり、これら加工パラメータを適切に制御することにより、電子ビームを所定の位置に照射させることができる。
【００１５】
電子ビーム加工データ作成装置１７は、被加工物１２の形状データに基づいて、被加工物１２の表面上における全照射点のＸＹ座標データと共に、上述した加工パラメータを作成する。
【００１６】
電子ビーム加工データ出力制御装置１８は、各照射点毎の電子ビーム電流値Ｉｅｎを格納する電子ビーム電流データ格納部２１、各照射点毎の収束レンズ電流値Ｉｃｎを格納する収束レンズ電流データ格納部２２、各照射点毎のＸ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘを格納するＸ軸偏向電流データ格納部２３、各照射点毎のＹ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙを格納するＹ軸偏向電流データ格納部２４、電子ビーム電流値Ｉｅｎを電子ビーム電流指令値Ｉｅに変換する電子ビーム電流制御回路２８、収束レンズ電流値Ｉｃｎを実電流の収束レンズ電流Ｉｃに変換する収束レンズ電流制御回路２９、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘを実電流のＸ軸偏向コイル電流Ｉｄｘに変換するＸ軸偏向コイル電流制御回路３０、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙを実電流のＹ軸偏向コイル電流Ｉｄｙに変換するＹ軸偏向コイル電流制御回路３１、および電子ビームの各照射点間移動のトリガーとなるクロック信号を発生するクロック発生回路２６を備えている。
【００１７】
シーケンス制御回路２７は、本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法におけるシーケンス制御を行う。より具体的には、クロック発生回路２６のクロック周波数設定の制御、加工開始前の初期状態における電子ビーム発生信号の出力制御、および加工開始信号の出力制御を行う。
【００１８】
ここで、本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法のプロセスについて、図２を参照して説明する。図２は、被加工物の略断面図である。図２に示すように、被加工物１２には、加工面にあらかじめ被加工物１２の材質とは異なる材質の金属塗膜が塗布されている。
【００１９】
電子ビーム（第１電子ビーム）をある照射点に照射すると、ビームエネルギーによりその照射点付近の金属塗膜が溶融する。この工程を塗膜溶融工程と呼び、この塗膜溶融工程を実施する複数の照射点がＸ軸方向に所定間隔で一列に並ぶ照射点列を、以下「第１照射点列」と呼ぶ。
【００２０】
つぎに、塗膜溶融工程における照射点から所定の微小距離（例えば約２ｍｍ）離れた照射点に同様に電子ビーム（第２電子ビーム）を照射すると、ビームエネルギーにより被加工物１２の表面が溶融し、塗膜溶融工程において溶融された金属塗膜と被加工物１２の表面とが攪拌され、被加工物１２の表面に合金層が形成される。この工程を塗膜撹拌工程と呼び、この塗膜撹拌工程を実施する複数の照射点がＸ軸方向に所定間隔で一列に並ぶ照射点列を、以下「第２照射点列」と呼ぶ。
【００２１】
本実施の形態では、電子ビームを図２中のＸ軸方向に一方向に偏向させながら、所定の周期で第１照射点列と第２照射点列とに交互に電子ビームを照射する。これにより、塗膜溶融工程と塗膜撹拌工程とが連続して実施され、被加工物１２の表面に均一な合金層が形成される。
【００２２】
つぎに、本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法の各ステップについて説明する。本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法では、被加工物１２の加工面上における電子ビームの照射点の配置を決定する電子ビーム照射点決定ステップと、各照射点毎に各パラメータ（電子ビーム電流値Ｉｅｎ、収束レンズ電流値Ｉｃｎ、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘ、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙ）を設定する電子ビーム照射条件設定ステップと、各照射点に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップとを有している。
【００２３】
まず、電子ビーム照射点決定ステップについて、図１、図３〜図６を参照して説明する。図３は、被加工物の形状およびその形状データの一例を示す図である。図３に示すように、被加工物１２の形状データは、被加工物１２の加工面上の基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）を基準点として、細分化されたＸＹ座標データで示される。
【００２４】
図４は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態では、第１照射点列１００および第２照射点列２００の組み合わせを１つの照射領域３００として設定する。また、図５は、電子ビームの照射点の移動タイミングを決定するクロック信号の一例を示す図である。また、図６は、被加工物の加工面に複数の照射領域を設定した例を示す図である。
【００２５】
電子ビーム加工データ作成装置１７は、第１照射点列１００の各照射点の所定間隔である照射点間隔Ｘｐ１（例えば、０．０１ｍｍ間隔）、第２照射点列２００の各照射点の所定間隔である照射点間隔Ｘｐ２（例えば、０．０１ｍｍ間隔）、第１照射点列１００と第２照射点列２００との所定距離である照射点列間距離Ｙｄ（例えば、２ｍｍ間隔）を決定し、図４に示す被加工物１２の加工面上における各照射点のＸＹ座標データを決定すると共に、各照射点への電子ビームの照射順序を決定する。また、図４に示す例では、第１照射点列１００における照射点間隔Ｘｐ１と第２照射点列２００における照射点間隔Ｘｐ２とを同一の照射点間隔Ｘｐとした例を記載している。
【００２６】
各照射点への電子ビームの照射順序は、第１照射点列１００および第２照射点列２００の一方端から他方端に向けて、所定の周期で第１照射点列１００と第２照射点列２００とに交互に電子ビームが照射されるように設定する。図４では、照射点１−１、照射点１−２、照射点１−３、・・・、照射点１−ｎの順序で、図５に示す周期ｔｓのクロック信号に同期して電子ビームの照射点が移動する例を示しており、この場合には、後述する電子ビーム照射ステップにおいて、４×ｔｓを１周期として、第１照射点列１００上の照射点２つと第２照射点列２００上の照射点２つとに電子ビームが交互に照射される。
【００２７】
このように第１照射点列１００および第２照射点列２００の一方端から他方端に向けて、所定の周期で第１照射点列１００と第２照射点列２００とに交互に電子ビームが照射されることにより、塗膜溶融工程と塗膜撹拌工程とが連続して実施されるので、被加工物１２の表面の加工ムラの発生が抑制され、均一な合金層を形成することができる。
【００２８】
そして、電子ビーム加工データ作成装置１７は、上述のようにして決定した第１照射点列１００および第２照射点列２００の組み合わせを１つの照射領域３００として、図６に示すように、Ｙ軸方向に照射点列送り間隔Ｙｐずつずらしながら、被加工物１２の加工面上に複数の照射領域３００−１，３００−２，３００−３，・・・を設定していく。なお、照射点列送り間隔Ｙｐは、上述した照射点列間距離Ｙｄより小さくなるように設定する。これにより、被加工物１２の表面の加工ムラを出さずに安定した合金化加工を行うことができる。
【００２９】
また、照射領域の数、および照射点列送り間隔Ｙｐの値は、被加工物１２の加工面の表面積や合金化加工の要求精度に応じて変わる。例えば、照射点列送り間隔Ｙｐの値が等しく、被加工物１２の加工面が広い場合には、照射領域の数は増加する。この場合は、照射点列送り間隔Ｙｐの値を大きくして照射領域の数を減少させることにより、加工時間の短縮を図ることができる。
【００３０】
つぎに、電子ビーム照射条件設定ステップについて、図１および図７を参照して説明する。図７は、電子ビームのＸ軸方向およびＹ軸方向の照射経路と照射点の位置の関係を示す図である。
【００３１】
この電子ビーム照射条件設定ステップでは、電子ビーム加工データ作成装置１７は、上述した電子ビーム照射点決定ステップにおいて決定した各照射点毎に、加工パラメータ、つまり、電子ビーム電流値Ｉｅｎ、収束レンズ電流値Ｉｃｎ、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘ、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙを設定する。ここでは、ある照射点ＮのＸＹ座標データを（ＸＮ，ＹＮ）として、照射点Ｎにおける電子ビーム照射条件を設定する例について説明する。
【００３２】
収束レンズ７の中心から照射点Ｎまでの距離は、収束レンズ７の中心から加工面の基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）までの距離と基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）から照射点Ｎまでの距離とにより得られる。収束レンズ電流値Ｉｃｎは、得られた収束レンズ７の中心から照射点までの距離に応じた値に設定される。
【００３３】
照射点Ｎにおける偏向角度は、偏向コイルの中心から加工面の基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）までの距離と基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）から照射点Ｎまでの距離とにより得られ、Ｘ軸偏向角度θｘおよびＹ軸偏向角度θｙは、その偏向角度をＸ軸およびＹ軸の成分に分離することにより得られる。Ｘ軸偏向コイル電流値ＩｄｎｘおよびＹ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙは、それぞれＸ軸偏向角度θｘおよびＹ軸偏向角度θｙに応じた値となるように設定される。
【００３４】
電子ビーム電流値Ｉｅｎは、照射点Ｎの位置、つまり、照射点Ｎにおける偏向角度に応じて、電子ビームのビームエネルギーが均一となるように設定される。照射点Ｎの位置が加工面の基準位置（Ｘ＝０，Ｙ＝０）に対して離れるに従い、偏向角度が大きくなるので、電子ビームのビームエネルギーを均一化するために、偏向角度に応じて電子ビーム電流値Ｉｅｎが設定される必要がある。
【００３５】
電子ビーム加工データ作成装置１７は、上述のようにして得た各照射点毎の各加工パラメータを電子ビーム加工データ出力制御装置１８に出力する。電子ビーム加工データ出力制御装置１８内において、収束レンズ電流値Ｉｃｎは、収束レンズ電流データ格納部２２に格納され、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘは、Ｘ軸偏向電流データ格納部２３に格納され、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙは、Ｙ軸偏向電流データ格納部２４に格納され、電子ビーム電流値Ｉｅｎは、電子ビーム電流データ格納部２１に格納される。このとき、各パラメータは、後述する電子ビーム照射ステップにおいて、図５に示したクロック信号に同期して、上述した電子ビーム照射点決定ステップにおいて設定した照射順序で電子ビームが各照射点に照射されるように、各データ格納部２１，２２，２３，２４に格納される。
【００３６】
つぎに、電子ビーム照射ステップについて、図１および図８を参照して説明する。図８は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用した一例における電子ビーム照射位置の時間変移を示す図である。
【００３７】
この電子ビーム照射ステップでは、収束レンズ電流制御回路２９は、収束レンズ電流値Ｉｃｎを実電流の収束レンズ電流Ｉｃに変換して収束レンズ７に供給し、Ｘ軸偏向コイル電流制御回路３０は、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘを実電流のＸ軸偏向コイル電流Ｉｄｘに変換して偏向コイル８に供給し、Ｙ軸偏向コイル電流制御回路３１は、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙを実電流のＹ軸偏向コイル電流Ｉｄｙに変換して偏向コイル８に供給する。電子ビーム電流制御回路２８は、電子ビーム電流値Ｉｅｎを電子ビーム電流指令値Ｉｅに変換して高電圧電源装置１３に指令する。高電圧電源装置１３は、指令された電子ビーム電流指令値Ｉｅに対応したバイアス電源を陰極３に供給する。この一連の動作を各照射点毎に実施する。
【００３８】
図８に示すように、電子ビーム照射ステップでは、図５に示した周期ｔｓのクロック信号をトリガーとして、照射領域３００−１において、上述した一連の動作を照射点１−１、照射点１−２、照射点１−３、・・・、照射点１−ｎの順で実施する。ここで、各照射点への電子ビームの照射順序は、上述した電子ビーム照射点決定ステップにおいて、第１照射点列１００および第２照射点列２００の一方端から他方端に向けて、所定の周期で第１照射点列１００と第２照射点列２００とに交互に電子ビームが照射されるように設定されている。図８に示す例では、４ｔｓを１周期として、照射領域３００−１への電子ビームの照射を行うｎ×ｔｓの期間が第１照射点列１００上の照射点と第２照射点列２００上の照射点との間で２×ｔｓ毎に時分割され交互に電子ビームが照射される。これにより、塗膜溶融工程と塗膜撹拌工程とが連続して実施されるので、被加工物１２の表面に安定した均一な合金層を形成することができる。
【００３９】
続いて、Ｙ軸方向位置の照射点位置を照射点列送り間隔Ｙｐ分ずらし、照射領域３００−２において、上述した一連の動作を照射点２−１、照射点２−２、照射点２−３、・・・、照射点２−ｍの順で実施し、さらに、Ｙ軸方向位置の照射点位置を照射点列送り間隔Ｙｐ分ずらし、照射領域３００−３において、上述した一連の動作を照射点３−１、照射点３−２、照射点３−３、・・・、照射点３−ｋの順で実施する。以下、Ｙ軸方向位置の照射点位置を照射点列送り間隔Ｙｐ分ずらしながら、上述した電子ビーム照射点決定ステップにおいて設定された各照射領域に対して上述した一連の動作を実施していく。ここで、照射点列送り間隔Ｙｐは、電子ビーム照射点決定ステップにおいて、照射点列間距離Ｙｄより小さくなるように設定している。これにより、被加工物１２の表面に加工ムラを出さずに合金化加工を行うことができる。
【００４０】
つぎに、本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法における電子ビーム加工装置の動作について、図１、図７、図８および図９を参照して説明する。図９は、実施の形態１にかかる電子ビーム合金化加工方法における電子ビーム加工装置の動作フローの一例を示す図である。
【００４１】
まず、電子ビーム加工データ作成装置１７には、被加工物１２の形状データが入力される（ステップＳＴ１０１）。電子ビーム加工データ作成装置１７は、入力された被加工物１２の形状データに基づいて、照射点間隔Ｘｐ（＝Ｘｐ１＝Ｘｐ２；例えば、０．０１ｍｍ間隔）、照射点列間距離Ｙｄ（例えば、２ｍｍ間隔）および照射点列送り間隔Ｙｐ（Ｙｐ＜Ｙｄ）を決定して、複数の照射領域３００およびその照射領域３００毎に第１照射点列１００および第２照射点列２００を設定し、被加工物１２の加工面上における各照射点のＸＹ座標データを決定すると共に、各照射点への電子ビームの照射順序を決定する（ステップＳＴ１０２）。
【００４２】
つぎに、電子ビーム加工データ作成装置１７は、ステップＳＴ１０２において決定した各照射点毎に、加工パラメータ、つまり、電子ビーム電流値Ｉｅｎ、収束レンズ電流値Ｉｃｎ、Ｘ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｘ、Ｙ軸偏向コイル電流値Ｉｄｎｙを設定し（ステップＳＴ１０３）、設定した各パラメータを電子ビーム加工データ出力制御装置１８に出力する（ステップＳＴ１０４）。
【００４３】
電子ビーム加工データ出力制御装置１８は、ステップＳＴ１０２において設定した照射順序で電子ビームが各照射点に照射されるように、各パラメータを各データ格納部２１，２２，２３，２４に格納する（ステップＳＴ１０５）。
【００４４】
被加工物１２が加工室１１の所定位置に配置され、電子銃室１および加工室１１が電子銃室排気装置１５および加工室排気装置１６により排気されて真空状態にされた後に、シーケンス制御回路２７は、高電圧電源装置１３に対して電子ビーム発生信号を出力する(ステップＳＴ１０６)。このとき、高電圧電源装置１３から高電圧ケーブル１４を通して高電圧電源が印加された陰極３から電子ビームが放出される。なお、加工開始前の初期状態では、電子ビーム待機ブロック２０に電子ビームが照射されるように、電子ビーム加工データ出力制御装置１８から待機用の電子ビーム電流指令値Ｉｅ、収束レンズ電流Ｉｃ、Ｘ軸偏向コイル電流ＩｄｘおよびＹ軸偏向コイル電流Ｉｄｙが出力される。
【００４５】
シーケンス制御回路２７から加工開始信号が出力されると（ステップＳＴ１０７）、クロック発生回路２６からあらかじめ設定された所定の周期ｔｓでクロック信号が出力され、そのクロック信号の周期ｔｓに同期して、ステップＳＴ１０２において設定した照射順序で電子ビームが各照射点に照射される（ステップＳＴ１０８）。
【００４６】
設定した全ての照射点への電子ビームの照射が終了すると、当該動作フローを終了する。
【００４７】
以上説明したように、実施の形態１の電子ビーム合金化加工方法によれば、塗膜溶融工程を実施する第１照射点列と塗膜撹拌工程を実施する第２照射点列とを設け、第１照射点列および第２照射点列の一方端から他方端に向けて、所定の周期で第１照射点列と第２照射点列とに交互に電子ビームを照射するようにしたので、塗膜溶融工程と塗膜撹拌工程とを連続して実施することができ、被加工物の表面の加工ムラの発生が抑制され、均一な合金層を形成することができる。
【００４８】
また、被加工物の加工面を細かく分割する必要がないので、加工時間の短縮を図ることが可能となる。
【００４９】
さらに、第１照射点列および第２照射点列の組み合わせを１つの照射領域として、Ｙ軸方向に第１照射点列と第２照射点列との間の照射点列間距離Ｙｄよりも小さい照射点列送り間隔Ｙｐずつずらした複数の照射領域を設定するようにしたので、被加工物の表面の加工ムラを出さずに安定した合金化加工を行うことができる。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態１では、第１照射点列における照射点間隔と第２照射点列における照射点間隔とを同一とし、第１照射点列と第２照射点列とに対するエネルギーを均等とした例について説明したが、実際の合金化加工において、より安定した均一な合金層を形成するためには、塗膜溶融工程に要するエネルギーよりも塗膜撹拌工程に要するエネルギーの方が大きい場合がある。本実施の形態では、第１照射点列における照射点間隔よりも第２照射点列における照射点間隔を狭くすることにより、第２照射点列に与えるエネルギー、つまり、塗膜撹拌工程に要するエネルギーを大きくする例について説明する。なお、本実施の形態にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置の構成は、実施の形態１において説明した電子ビーム加工装置の構成と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
図１０は、実施の形態２にかかる合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。図１０に示す例では、１つの照射領域３００ａのみを示している。また、図１０に示す例では、第１照射点列１００ａにおける照射点間隔Ｘｐ１と第２照射点列２００ａにおける照射点間隔Ｘｐ２との関係がＸｐ１＝２×Ｘｐ２、つまり、照射点間隔Ｘｐ１と照射点間隔Ｘｐ２との比がＸｐ１：Ｘｐ２＝２：１となる例を記載している。
【００５２】
図１０に示す例では、照射点１−１、照射点１−２、照射点１−３、・・・、照射点１−ｎの順序で、図５に示す周期ｔｓのクロック信号に同期して電子ビームの照射点が移動する例を示しており、この場合には、電子ビーム照射ステップにおいて、３×ｔｓを１周期として、第１照射点列１００ａ上の照射点１つと第２照射点列２００ａ上の照射点２つとに電子ビームが交互に照射される。
【００５３】
第１照射点列１００ａ上の１つの照射点に対するビームエネルギーは、第２照射点列２００ａ上の１つの照射点に対するビームエネルギーと同一であるため、第２照射点列２００ａに供給されるビームエネルギー、つまり、塗膜撹拌工程に供給されるエネルギーは、第１照射点列１００ａに供給されるビームエネルギー、つまり、塗膜溶融工程に供給されるエネルギーの２倍になる。これにより、被加工物１２の表面により安定した均一な合金層を形成することができる。
【００５４】
なお、図１０に示す例では、第１照射点列１００ａにおける照射点間隔Ｘｐ１と第２照射点列２００ａにおける照射点間隔Ｘｐ２との比がＸｐ１：Ｘｐ２＝２：１となる例を記載したが、これら照射点間隔Ｘｐ１と照射点間隔Ｘｐ２との比は、これに限らず、任意の整数比としてもよい。例えば、Ｘｐ１：Ｘｐ２＝Ｎ：Ｍ（ＮおよびＭは１以上の整数）とした場合、電子ビーム照射ステップにおいて、（Ｎ＋Ｍ）×ｔｓを１周期として、第１照射点列１００ａ上のＭ個の照射点と第２照射点列２００ａ上のＮ個の照射点とに電子ビームが交互に照射される。このようにすれば、塗膜溶融工程に要するエネルギーと塗膜撹拌工程に要するエネルギーとの比を、合金化加工を安定して行うための最適な値に選定することができるので、塗膜溶融工程に要するエネルギーと塗膜撹拌工程に要するエネルギーとの比に応じて安定した合金化加工を行うことができ、さらに均一な合金層を形成することができる。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態２の電子ビーム合金化加工方法によれば、第１照射点列における照射点間隔Ｘｐ１と第２照射点列における照射点間隔Ｘｐ２との比を任意の整数比とするようにしたので、塗膜溶融工程に要するエネルギーと塗膜撹拌工程に要するエネルギーとの比を、合金化加工を安定して行うための最適な値に選定することができるので、塗膜溶融工程に要するエネルギーと塗膜撹拌工程に要するエネルギーとの比に応じて安定した合金化加工を行うことができ、さらに均一な合金層を形成することができる。
【００５６】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、第１照射点列および第２照射点列における各照射点は特定の一点であるが、本実施の形態では、各照射点を中心として電子ビームを円形に連続して偏向させながら照射する例について説明する。
【００５７】
図１１は、実施の形態２にかかる合金化加工方法における被加工物の加工面上の電子ビームの照射位置の一例を示す図である。図１１に示す例では、１つの照射領域３００ｂのみを示している。図１１に示すように、本実施の形態では、第１照射点列１００ｂおよび第２照射点列２００ｂにおける各照射点を中心として、半径Ｒｘの円を描くように電子ビームを連続的に偏向させる。
【００５８】
図１２は、実施の形態３にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図１２に示すように、実施の形態３にかかる電子ビーム合金化加工方法を適用する電子ビーム加工装置は、図１に示す構成に加えて、電子ビーム加工データ出力制御装置１８内に小振幅偏向電流データ発生回路２５を備えている。
【００６０】
図１３は、Ｘ軸小振幅偏向電流およびＹ軸小振幅偏向電流の波形、ならびに、照射点を中心とした電子ビームの軌跡を示す図である。小振幅偏向電流データ発生回路２５は、シーケンス制御回路２７からの小振幅偏向電流波形データ設定および小振幅偏向周期データ設定に基づいて、図１３（ａ）に示す周期ｔｏのＸ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙを出力する。なお、Ｘ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙの周期ｔｏは、クロック信号の周期ｔｓと同等か、あるいは周期ｔｓよりも短くすればよい。
【００６１】
電子ビーム照射ステップにおいて、Ｘ軸偏向コイル電流制御回路３０は、Ｘ軸偏向電流データ格納部２３から出力されるＸ軸偏向コイル電流値ＩｄｎｘとＸ軸小振幅偏向電流Ｉｄｏｘとを加算して、実電流のＸ軸偏向コイル電流Ｉｄｘに変換して偏向コイル８に供給する。また、Ｙ軸偏向コイル電流制御回路３１は、Ｙ軸偏向電流データ格納部２４から出力されるＹ軸偏向コイル電流値ＩｄｎｙとＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙとを加算して、実電流のＹ軸偏向コイル電流Ｉｄｙに変換して偏向コイル８に供給する。これにより、電子ビームの軌跡は、図１３（ｂ）に示すように、各照射点を中心としたＸ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙの振幅値Ａにより決まる半径Ｒｘの円形となる。
【００６２】
したがって、本実施の形態では、図１１に示すように、実施の形態１と同様に、電子ビーム照射条件設定ステップにおいて決定した照射順序で、図５に示す周期ｔｓのクロック信号に同期して電子ビームの照射点が移動しつつ、各照射点を中心とする半径Ｒｘの円周上を連続的に偏向しながら、電子ビームが被加工物１２に照射される。これにより、塗膜および被加工物１２が溶融される領域が拡大し、さらに安定した合金化加工を行うことができ、より均一な合金層を形成することができる。なお、Ｘ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙの振幅値Ａは、隣り合う照射点を中心とした各電子ビームの軌跡が重なるように、より具体的には、電子ビームの軌跡の直径２Ｒｘが第１照射点列１００ｂおよび第２照射点列２００ｂにおける照射点間隔Ｘｐよりも大きくなるように設定すればよい。
【００６３】
以上説明したように、実施の形態３の電子ビーム合金化加工方法によれば、第１照射点列および第２照射点列における各照射点を中心として、円を描くように電子ビームを照射することにより、塗膜および被加工物が溶融される領域を拡大することができるので、さらに安定した合金化加工を行うことができ、より均一な合金層を形成することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態３では、Ｘ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙの周期ｔｏは、クロック信号の周期ｔｓと同等か、あるいは周期ｔｓよりも短くすればよいとしたが、実施の形態３の効果が得られる範囲内で、周期ｔｓよりも長くすることも可能である。
【００６５】
また、上述した実施の形態３では、Ｘ軸小振幅偏向電流値ＩｄｏｘおよびＹ軸小振幅偏向電流値Ｉｄｏｙの振幅値Ａは、各照射点を中心とする電子ビームの軌跡の直径２Ｒｘが第１照射点列および第２照射点列における照射点間隔Ｘｐよりも大きくなるように設定すればよいとしたが、実施の形態３の効果が得られる範囲内で、電子ビームの軌跡の直径２Ｒｘが照射点間隔Ｘｐよりも小さくなるように設定することも可能である。
【００６６】
さらに、上述した実施の形態３では、各照射点を中心とする電子ビームの軌跡の形状を円形としたが、他の形状、例えば楕円形あるいは四角形等の任意の形状とすることもできる。この場合には、シーケンス制御回路が楕円形あるいは四角形等の任意の形状に合わせた小振幅偏向電流波形データ設定および小振幅偏向周期データ設定を小振幅偏向電流データ発生回路２５に出力するようにすればよい。各照射点を中心とする電子ビームの軌跡の形状が楕円形あるいは四角形等の任意の形状であっても、上述した実施の形態３と同様に塗膜および被加工物が溶融される領域を拡大することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態では、被加工物の加工面の合金化加工において、ビームエネルギーにより被加工物の表面に塗布された金属塗膜を溶融させる塗膜溶融工程、および、ビームエネルギーにより被加工物の表面を溶融させ、溶融された金属塗膜と被加工物の表面とを攪拌する塗膜攪拌工程の２つの工程を有する電子ビーム合金化加工方法について説明したが、これら塗膜溶融工程および塗膜攪拌工程を含むさらに多くの工程を有する加工方法においても、本発明を適用することが可能であることは言うまでもない。
【００６８】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６９】
１  電子銃室
３  陰極
４  陽極
５  オリフィス
７  収束レンズ
８  偏向コイル
１１  加工室
１２  被加工物
１３  高電圧電源装置
１４  高電圧ケーブル
１５  電子銃室排気装置
１６  加工室排気装置
１７  電子ビーム加工データ作成装置
１８  電子ビーム加工データ出力制御装置
２０  電子ビーム待機ブロック
２１  電子ビーム電流データ格納部
２２  収束レンズ電流データ格納部
２３  Ｘ軸偏向電流データ格納部
２４  Ｙ軸偏向電流データ格納部
２５  小振幅偏向電流データ発生回路
２６  クロック発生回路
２７  シーケンス制御回路
２８  電子ビーム電流制御回路
２９  収束レンズ電流制御回路
３０  Ｘ軸偏向コイル電流制御回路
３１  Ｙ軸偏向コイル電流制御回路
１００，１００ａ，１００ｂ  第１照射点列
２００，２００ａ，２００ｂ  第２照射点列
３００，３００ａ，３００ｂ，３００−１，３００−２，３００−３  照射領域
【図１】
0005642052.tif 000002
【図２】
0005642052.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005642052.tif 000005
【図５】
0005642052.tif 000006
【図６】
0005642052.tif 000007
【図７】
0005642052.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005642052.tif 000014