JP5633771B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空雰囲気内で被処理物に所定の処理を行う真空処理装置に関する。

真空雰囲気内で被処理物に物理的あるいは化学的な処理を行う装置としては、例えば、真空雰囲気内で金属や合金を加熱して溶解させる真空誘導溶解炉などがある。このような真空誘導溶解炉は、外気に対して気密にされた真空槽と、該真空槽内で交流電力が供給される誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルの内側に被処理物である被溶解金属を収容するルツボと、追加装入される被処理物が載置された材料載置台と、真空槽の外部から操作して材料載置台上の被処理物を押し込んでルツボに落下させるプッシャーとを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような真空誘導溶解炉では、真空槽内部を真空雰囲気として、誘導加熱コイルに交流電力を供給すれば、ルツボの内部の被処理物は、発熱して溶解することとなる。さらに、プッシャーを操作することで、真空槽内部を真空雰囲気としたままルツボの内部に被処理物を追加装入することができ、真空槽内部の雰囲気を汚染することなく、簡単且つ短時間に被処理物の追加装入をすることができるとされている。
特開平６−３３０２０３号公報

しかしながら、特許文献１の真空誘導溶解炉では、真空槽の内部を真空雰囲気とした状態で追加装入を行うことが可能であるものの、一回の追加装入に限られ、追加装入する量は、予め材料載置台に載置された被処理物の量に限られていて微調整することができなかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、真空槽の内部で被処理物の処理を行うに際して、速やかにかつ繰り返して、所望の量の被処理物を追加装入することが可能な真空処理装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、真空槽と、該真空槽の内部を真空雰囲気に排気可能な排気手段と、前記真空槽の内部で被処理物に所定の処理を行う処理手段と、該処理手段に前記被処理物を供給する供給機構とを備えた真空処理装置であって、前記供給機構は、前記真空槽の内部に設けられ、前記所定の処理を行う前に予め前記処理手段に投入しておく前記被処理物以外の被処理物であって、前記処理手段に追加装入される量の前記被処理物を貯蔵できる貯蔵部と、該貯蔵部から前記被処理物を所望の量だけ取り出して前記処理手段へ搬送する搬送手段と、前記貯蔵部内の前記被処理物の重量を計測する計測手段とを備え、前記貯蔵部は、前記被処理物が粒状または粉状となって貯蔵され、前記搬送手段は、一方側が前記貯蔵部から排出される前記被処理物を受け取り可能に配置されるとともに、他方側が前記処理手段に前記被処理物を供給可能に配置されたトラフと、該トラフ上の前記被処理物を前記一方側から前記他方側に向かって移動可能に前記トラフに振動を与える起振部と、該搬送手段が前記貯蔵部の前記被処理物を必要となる量だけ取り出して搬送し、前記真空槽内部を真空雰囲気としたままで、処理実行中の前記処理手段に対し、前記被処理物を繰り返して追加装入させるため、前記トラフ上の前記被処理物が所望の搬送量となるように前記起振部による振動を制御すべく、前記計測手段によって計測される前記被処理物の重量の変化に応じて前記起振部による振動を制御する制御部とを有することを特徴としている。

この構成によれば、真空雰囲気で被処理物に対して所定の処理を行う場合には、まず、排気手段によって真空槽の内部を排気して真空雰囲気にする。そして、この状態で真空槽の内部で処理手段によって処理を行うことで、真空雰囲気での被処理物の処理を可能としている。そして、この処理の際に、被処理物の追加装入が必要である場合には、供給機構を駆動させる。すなわち、貯蔵部に貯蔵された被処理物から搬送手段によって必要な量の被処理物を取り出して処理手段まで搬送する。これより処理手段は、搬送手段によって搬送された分だけ追加された被処理物について処理を行うことができる。ここで、供給機構において、貯蔵部が真空槽の内部に設けられていることで、処理手段に被処理物を供給するに際して、弁の切替や排気手段による再排気などをする必要がないので、貯蔵部の被処理物を速やかに処理手段へ供給することができる。また、搬送手段は、貯蔵部の被処理物を、必要となる量だけ取り出して搬送することが可能であり、貯蔵部の被処理物全てを一度に搬送するわけではないので、必要に応じて繰り返し処理手段に被処理物を供給することができる。

また、貯蔵部からトラフの一方側に受け渡される被処理物は、起振部から与えられる振動により、他方側に向かって順次搬送されていくことになる。このため、他方側に位置する処理手段には、被処理物が連続して供給されることとなり、搬送速度や搬送時間によって、被処理物の供給量を調整することが可能となる。

また、制御部によって振動を制御、例えば、振動の振幅や周波数を制御することによって、被処理物を好適な搬送速度で搬送することができ、これにより自動的に被処理物の供給量を調整することができる。

また、計測手段によって貯蔵部内の被処理物の重量を計測することで、搬送手段によって貯蔵部から被処理物を取り出すことによる貯蔵されている被処理物の重量の変化を監視することができる。そして、制御部が計測手段による計測結果に基づいて起振部による振動を制御することによって、より正確に搬送手段によって所望の量の被処理物を処理手段に供給することができる。

また、前記処理手段として、前記被処理物を収容するルツボと、該ルツボの外側に設けられて電源の供給により該ルツボ内の前記被処理物の加熱を行う誘導加熱コイルとを有し、前記ルツボ内の前記被処理物を溶解させる真空誘導溶解炉であることが好ましい。
この構成によれば、供給機構によって必要に応じて速やかにかつ繰り返しルツボ内に被処理物を供給しつつ、真空雰囲気において、誘導加熱コイルによって被処理物を加熱し、溶解させることができる。

本発明の真空処理装置によれば、供給機構を備えることで、真空槽の内部で被処理物の処理を行うに際して、速やかにかつ繰り返して、被処理物を追加装入することができる。

図１は、この発明に係る実施形態を示していて、真空雰囲気で被処理物を処理する真空処理装置の一例として、金属等を溶解する真空誘導溶解炉を示している。図１に示すように、真空誘導溶解炉１は、内部１０ａを気密に閉塞する真空槽１０と、真空槽１０の内部１０ａを所定の圧力となるまで排気可能な排気手段である真空ポンプ２０と、処理手段として、金属等の被処理物Ｗを加熱溶解する溶解処理部３０と、溶解処理部３０に被処理物Ｗを供給する供給機構４０とを備える。真空槽１０は、溶解処理部３０が収容された本体部１１と、供給機構４０が収容された供給部１２とを有する。本体部１１と供給部１２とは、連絡部１３によって連通している。本体部１１には、覗き窓１１ａが設けられていて、外部から内部１０ａを観察可能となっている。また、真空槽１０の本体部１１には、真空ポンプ２０が外部から接続されているとともに、内部１０ａを大気開放するための開放弁１４が設けられている。真空ポンプ２０は、本実施形態では到達圧力が例えば、１０^−５Ｐａ以下の高真空雰囲気となるまで排気可能な性能を有している。

また、溶解処理部３０は、被処理物Ｗが収容されるルツボ３１を有する溶解炉３２と、ルツボ３１を加熱する加熱手段３３とを有する。溶解炉３２のルツボ３１は、底付きの筒状の部材で、例えば黒鉛などによって形成されている。加熱手段３３は、ルツボ３１に断熱材３４を介して外装された誘導加熱コイル３５と、真空槽１０の外部に設けられ、誘導加熱コイル３５に高周波電流を供給する図示しない高周波電源とで構成されている。そして、図示しない高周波電源から誘導加熱コイル３５に高周波電流を供給すれば、交流磁界を生じ、特に磁束密度の大きいルツボ３１の内部に収容された金属等の被処理物Ｗには誘導電流（渦電流）が発生することになる。このため、被処理物Ｗは、誘導電流により発熱して溶解することとなる。

供給機構４０は、真空槽１０において供給部１２内に設けられて被処理物Ｗが貯蔵された貯蔵部４１と、貯蔵部４１の重量を計測する計測手段であるロードセル４２と、貯蔵部４１から被処理物Ｗを取り出して溶解処理部３０のルツボ３１内部に被処理物Ｗを投入する搬送手段４３とを備える。貯蔵部４１は、被処理物Ｗが粒状または粉状となって貯蔵されているホッパーであり、上部開口４１ａ及び下部開口４１ｂが形成されている。下部開口４１ｂは、上部開口４１ａに対して縮径して形成されており、上部開口４１ａから供給された被処理物Ｗを、略一定の排出量で下部開口４１ｂから排出することを可能としている。なお、真空槽１０の供給部１２において、貯蔵部４１の上部開口４１ａの上方には、外部から被処理物Ｗを供給可能に供給用窓１２ａが設けられている。また、ロードセル４２は、予め貯蔵部４１の空重量がキャンセルされており、これにより貯蔵部４１内部の被処理物Ｗの実重量を計測することが可能となっている。

搬送手段４３は、貯蔵部４１からの被処理物Ｗを搬送するフィーダ４４と、フィーダ４４によって搬送された被処理物Ｗを溶解炉３２のルツボ３１に投入するシュート４５と、フィーダ４４を制御する制御部４６とで構成されている。フィーダ４４は、搬送される被処理物Ｗが載置されるトラフ４７と、トラフ４７を支持するとともに、トラフ４７に被処理物Ｗを搬送させるための振動を与える起振部４８とを有している。トラフ４７は、一端４７ａが貯蔵部４１の下方に配置されていて、貯蔵部４１の下部開口４１ｂから被処理物Ｗの供給を受けることが可能となっているとともに、他端４７ｂが真空槽１０の連絡部１３近傍となるように延設されている。起振部４８は、トラフ４７を直接支持する可動部４８ａと、可動部４８ａの下方に位置する固定部４８ｂとを有していて、可動部４８ａと固定部４８ｂとの間には、トラフ４７の他端４７ｂ側から一端４７ａ側へ傾倒した一対の板バネ４８ｃが取り付けられている。また、可動部４８ａと固定部４８ｂとの間において、可動部４８ａからは、固定部４８ｂに向かって可動鉄心４８ｄが突出している。また、固定部４８ｂには、トラフ４７が延設される方向で可動鉄心４８ｄと対向配置された電磁石４７ｅが設けられている。

ここで、制御部４６は、フィーダ４４の電磁石４８ｅと接続されているとともに、ロードセル４２と接続されている。そして、制御部４６は、ロードセル４２によって計測された貯蔵部４１内の被処理物Ｗの重量の変化に基づいて、電磁石４８ｅに供給する交流電流の振幅、周波数を制御することが可能となっている。そして、制御部４６によって振幅、周波数を設定してフィーダ４４の電磁石４８ｅに交流電流を供給すれば、電磁石４８ｅには磁界が発生し、これにより可動鉄心４８ｄには、入力された交流電流と対応する振幅、周波数の振動が与えられることとなる。ここで、電磁石４８ｅが設けられた固定部４８ｂと、可動鉄心４８ｄが設けられた可動部４８ａとの間には板バネ４８ｃが設けられていることから、トラフ４７には、板バネ４８ｃの傾斜に対応して、トラフ４７に平行な成分と、トラフ４７に垂直な成分とを有する振動が伝達されることとなり、これによりトラフ４７上の被処理物Ｗを、一端４７ａ側から他端４７ｂ側へ搬送させることが可能となっている。

また、シュート４５は、真空槽１０内部において、供給部１２から本体部１１まで連絡部１３の内部に挿通されている。シュート４５において、供給部１２側に位置する上端部４５ａは、フィーダ４４のトラフ４７の他端４７ｂ下方に配置されていて、大きく開口している。また、本体部１１側に位置する下端部４５ｂは、溶解炉３２のルツボ３１の上方に配置されていて、シュート４５の内部を通過する被処理物Ｗをルツボ３１内部に投入可能に下方に向かって開口している。

次に、この実施形態の真空誘導溶解炉１によって被処理物Ｗの真空溶解処理を行う工程の詳細について説明する。
図１に示すように、真空槽１０の内部には、被処理物Ｗを溶解するに際して、大気圧の状態で、予め溶解炉３２のルツボ３１の内部に被処理物Ｗを所定量投入しておくとともに、供給機構４０の貯蔵部４１にも追加装入するのに十分な量だけ被処理物Ｗを貯蔵しておく。次に、真空ポンプ２０によって真空槽１０の内部を所定の気圧となるまで排気する。この際、必要に応じて図示しない加熱装置によって真空槽１０の内部を加熱して、ベーキングを行っても良い。そして、溶解処理部３０において、誘導加熱コイル３５に所定の交流電力を供給することで、ルツボ３１内部の被処理物Ｗを加熱し、溶解させる。さらに、被処理物Ｗの溶解に応じてルツボ３１の内部に被処理物Ｗの追加装入を行う。

すなわち、例えば図示しない操作部により所定量の追加装入を指令すると、制御部４６は、フィーダ４４の電磁石４８ｅに、指令値に対応する所定の振幅、周波数の交流電流を入力する。これによりトラフ４７は、入力された交流電流と対応する振幅、周波数で振動することとなる。このため、貯蔵部４１の下部開口４１ｂからトラフ４７に供給されている被処理物Ｗは、与えられた振動振幅及び周波数と対応する搬送速度で、トラフ４７上を一端４７ａから他端４７ｂに向かって搬送されることとなる。また、下部開口４１ｂからトラフ４７に供給されている被処理物Ｗがトラフ４７上を搬送されることにより、貯蔵部４１内部の被処理物Ｗは、自重によって下部開口４１ｂからトラフ４７へ順次供給されることとなる。

そして、トラフ４７上で搬送される被処理物Ｗは、トラフ４７上における搬送速度と対応する時間当たりの供給量で、他端４７ｂ側に位置するシュート４５の上端部４５ａに投入されることとなる。シュート４５の上端部４５ａに投入された被処理物Ｗは、内部を通過して下端部４５ｂから落下し、ルツボ３１の内部に供給されることとなる。この際、制御部４６は、電磁石４８ｅに入力する交流電流を制御するとともに、ロードセル４２で計測される貯蔵部４１内部の被処理物Ｗの重量の変化を監視している。すなわち、計測される被処理物Ｗの重量変化から、ルツボ３１の内部に供給された被処理物Ｗの重量を算出し、供給された被処理物Ｗの時間当たりの供給量と、総供給量とを算出している。そして、算出した時間当たりの供給量が、予め設定された目標値と異なる場合には、電磁石４８ｅに入力する交流電流の振幅、周波数を調整し、被処理物Ｗの時間当たりの供給量が目標値となるようにフィードバック制御を行う。また、算出された総供給量が目標値に達した場合には、電磁石４８ｅへの交流電流の供給を停止させる。これにより、貯蔵部４１内の被処理物Ｗをフィーダ４４によって必要な量だけ取り出してシュート４５を介して溶解処理部３０のルツボ３１に供給することができ、溶解処理部３０によって最適な量の被処理物Ｗを溶解処理することができる。

ここで、供給機構４０において、貯蔵部４１が真空槽１０の内部に設けられていることで、溶解処理部３０に被処理物Ｗを供給するに際して、弁の切替や排気手段による再排気などをする必要がないので、貯蔵部４１の被処理物Ｗを速やかに溶解処理部３０へ供給することができる。また、被処理物Ｗの供給に際して、大気開放する必要がないことから、真空槽１０の内部が汚染されてしまうことを防止することができ、被処理物Ｗの溶解物について、品質を向上させることができる。また、搬送手段４３は、設定された搬送速度及び搬送時間に応じて、貯蔵部４１の被処理物Ｗを必要となる量だけ取り出して搬送することが可能であり、貯蔵部４１の被処理物Ｗ全てを一度に搬送するわけではない。このため、必要に応じて繰り返し溶解処理部３０に被処理物Ｗを所望の供給量となるように正確に供給することができる。

また、上記においては、搬送手段として、フィーダ４４、特に電磁石４８ｅで駆動する電磁フィーダを例に挙げたが、これに限るものでは無い。例えば、振動フィーダとしては、圧電素子による振動で搬送させる圧電フィーダなどとしても良い。あるいは、ベルトコンベアなどを搬送手段として利用しても良い。しかしながら、本実施形態で説明した電磁フィーダを利用することで、圧電フィーダと比較して高い搬送能力を確保することができる。また、ベルトコンベアと比較して小型化を図ることができる。また、搬送手段の一部として、貯蔵部４１からの被処理物Ｗの供給量を制御するために、貯蔵部４１の下部開口４１ｂに開閉可能な弁を設けるものとしても良い。

また、真空槽１０において、溶解処理部３０の溶解炉３２が設けられた本体部１１と、供給機構４０の貯蔵部４１が設けられた供給部１２とは、ともに真空ポンプ２０で排気されるものとしたが、これに限るものでは無い。本体部１１と供給部１２とは、隔離されていて、別々の排気系統で排気するものとしても良い。また、真空槽１０を本体部１１と供給部１２とに分けずに、溶解処理部３０の溶解炉３２と供給機構４０の貯蔵部４１とを一つのエリア内に配置するものとしても良い。

また、本実施形態では、真空処理装置の一例として、真空誘導溶解炉を例として挙げたが、これに限るものでは無く、真空槽を有し、真空雰囲気で被処理物に対して物理的あるいは化学的な処理を行う様々な装置に適用可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の実施形態の真空誘導溶解炉の概要を示す全体図である。

符号の説明

１ 真空誘導溶解炉（真空処理装置）
１０ 真空槽
１０ａ 内部
２０ 真空ポンプ（排気手段）
３０ 溶解処理部（処理手段）
３１ ルツボ
３５ 誘導加熱コイル
４０ 供給機構
４１ 貯蔵部
４２ ロードセル（計測手段）
４３ 搬送手段
４６ 制御部
４７ トラフ
４８ 起振部
Ｗ 被処理物

Claims (2)

1. 真空槽と、該真空槽の内部を真空雰囲気に排気可能な排気手段と、前記真空槽の内部で被処理物に所定の処理を行う処理手段と、該処理手段に前記被処理物を供給する供給機構とを備えた真空処理装置であって、
   前記供給機構は、前記真空槽の内部に設けられ、前記所定の処理を行う前に予め前記処理手段に投入しておく前記被処理物以外の被処理物であって、前記処理手段に追加装入される量の前記被処理物を貯蔵できる貯蔵部と、
   該貯蔵部から前記被処理物を所望の量だけ取り出して前記処理手段へ搬送する搬送手段と、
   前記貯蔵部内の前記被処理物の重量を計測する計測手段とを備え、
   前記貯蔵部は、前記被処理物が粒状または粉状となって貯蔵され、
   前記搬送手段は、一方側が前記貯蔵部から排出される前記被処理物を受け取り可能に配置されるとともに、他方側が前記処理手段に前記被処理物を供給可能に配置されたトラフと、
   該トラフ上の前記被処理物を前記一方側から前記他方側に向かって移動可能に前記トラフに振動を与える起振部と、
   該搬送手段が前記貯蔵部の前記被処理物を必要となる量だけ取り出して搬送し、前記真空槽内部を真空雰囲気としたままで、処理実行中の前記処理手段に対し、前記被処理物を繰り返して追加装入させるため、前記トラフ上の前記被処理物が所望の搬送量となるように前記起振部による振動を制御すべく、前記計測手段によって計測される前記被処理物の重量の変化に応じて前記起振部による振動を制御する制御部とを有することを特徴とする真空処理装置。
2. 請求項１に記載の真空処理装置において、
   前記処理手段として、前記被処理物を収容するルツボと、該ルツボの外側に設けられて電源の供給により該ルツボ内の前記被処理物の加熱を行う誘導加熱コイルとを有し、前記ルツボ内の前記被処理物を溶解させる真空誘導溶解炉であることを特徴とする真空処理装置。

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