特許 7325196 金属溶融及び溶解状態確認システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】金属溶融及び溶解状態確認システム

(51)【国際特許分類】

   F27D 21/00 20060101AFI20230804BHJP

   F27D 21/02 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

F27D21/00 A

F27D21/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019044233

(22)【出願日】2019-03-11

(65)【公開番号】P2020148359

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】391017540

【氏名又は名称】東芝ＩＴコントロールシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】安藤 裕史

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 崇行

(72)【発明者】

【氏名】守田 健

(72)【発明者】

【氏名】冨樫 法仁

(72)【発明者】

【氏名】水口 浩司

【審査官】相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２９５８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２２９９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７７５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３６７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０８７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６７８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４５８５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｄ １／００－９９／００

Ｆ２７Ｂ １／００－２１／１４

Ｃ２２Ｂ １／００－６１／００

Ｃ２２Ｃ １／００－ １／１２

Ｇ０１Ｎ １１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融炉内の金属の溶融及び溶解状態を確認する金属溶融及び溶解状態確認システムであって、
前記溶融炉内に投入された前記金属に差し込むための棒体と、
前記金属に差し込まれた状態で、前記棒体を動かすための攪拌駆動部と、
前記金属の攪拌に応じて前記棒体に生じるトルクを検出するためのトルクセンサと、
を備える金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項2】

前記棒体を前記溶融炉の内外に昇降させる移動装置を備える、
請求項１記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項3】

高温物質を撮像可能なカメラと、
前記棒体を前記溶融炉の内外に昇降させる移動装置と、
を更に備え、
前記移動装置は、前記棒体を前記溶融炉に差し込んだ後、前記棒体を前記溶融炉から引き上げ、
前記カメラは、前記溶融炉から前記棒体が引き上げられた後、前記棒体に付着する前記金属を撮像する、
請求項１記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項4】

放射温度計と、
前記棒体を前記溶融炉の内外に昇降させる移動装置と、
を更に備え、
前記移動装置は、前記棒体を前記溶融炉に差し込んだ後、前記棒体を前記溶融炉から引き上げ、
前記放射温度計は、前記溶融炉から前記棒体が引き上げられた後、前記棒体に付着する前記金属の温度を測定する、
請求項１記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項5】

前記棒体を挟み込み可能なプライヤと、
前記プライヤの下方に配置される上面開口の箱体と、
前記棒体を前記溶融炉の内外に昇降させると共に、前記溶融炉から離れた位置に移動させる移動装置と、
を更に備え、
前記移動装置は、前記棒体を前記溶融炉に差し込んだ後、前記棒体を前記溶融炉から引き上げて、更に前記プライヤの配置位置へ前記棒体を移動させ、
前記プライヤは、前記棒体のうちの前記金属が付着した領域を挟み込み、
前記箱体は、前記プライヤの挟み込みによって剥げ落ちた前記金属を受け取る、
請求項１記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項6】

上部開口、有底及び分岐口を有し、当該分岐口にホースを介してガスクロマトグラフに接続される採取管と、
前記棒体を前記溶融炉の内外に昇降させると共に、前記溶融炉から離れた位置に移動させる移動装置と、
を更に備え、
前記移動装置は、前記棒体を前記溶融炉に差し込んだ後、前記棒体を前記溶融炉から引き上げて、更に前記採取管に前記棒体を挿入する、
請求項１記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【請求項7】

前記棒体は、棒周面から突出するフィンを有する、
請求項１乃至６の何れかに記載の金属溶融及び溶解状態確認システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、溶融炉に投入された金属の溶融及び溶解状態を確認するシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ベリリウム銅合金は、高強度及び高導電率を有するため、自動車部品、電気部品、又は電子部品の材料として多用されている。例えば、ベリリウム銅合金は、コネクタ、スイッチ、リレー及び電線等に使用されている。このベリリウム銅合金は、酸化ベリリウムを炭素等の還元剤とともに溶融炉に投入して精錬し、更にベリリウムと銅を溶融炉に投入して溶融及び溶解し、その後、鋳造、均質化処理、熱間加工、冷間加工、溶体化処理、時効熱処理、仕上げ冷間加工をこの順で経ることで製造される。

【0003】

ベリリウムの精錬工程及び合金の製造工程では、溶融炉にこれら金属材料を投入し、バーナーで加熱したり、電流を流してジュール発熱を利用したりして、投入した金属材料を溶融及び溶解する。典型的には、溶融炉の蓋を外し、または蓋に設けられた小口の投入口を解放し、作業者が手作業で金属材料を運搬及び投入している。また、ベリリウムの溶融状態は、作業者が手作業で棒体を溶融炉に差し入れ、棒体に付着したベリリウムを写真撮影することで、写真に基づく色や粘性の観点から見極められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１９０７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ベリリウムは毒性が強い。従って、ベリリウムの粉末やベリリウムが含まれる蒸気を吸引してしまうと、作業者に重大な健康被害が懸念される。また、溶融炉は例えば２２００℃近辺まで加熱されており、作業者がやけどを負う危険性もある。そこで、作業員は防護服に着替えて溶融炉に近づく。そして、溶融炉近辺で作業できる時間は例えば１５分等の短い時間に限定されていた。そのため、溶融及び溶解状態の確認効率は非常に悪いものがあった。

【0006】

溶融炉を用いた金属の溶融はベリリウム又は銅に限られず、各種金属の溶融のために用いられる。そして、ベリリウムが顕著ではあるが、他の金属の溶融工程においても、金属粉末や蒸気を吸引してしまうこと、また高温度に曝されることは健康上問題である。

【0007】

本実施形態は、上記課題を解決すべく、作業者の健康被害の虞を低下させ、且つ効率良く溶融及び溶解状態を確認できる金属溶融及び溶解状態確認システム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】

【0008】

上記目的を達成するために、本実施形態の金属溶融及び溶解状態確認システムは、溶融炉内の金属の溶融及び溶解状態を確認する金属溶融及び溶解状態確認システムであって、前記溶融炉内に投入される前記金属に差し込むための棒体と、前記金属に差し込まれた状態で、前記棒体を動かすための攪拌駆動部と、前記金属の攪拌に応じて前記棒体に生じるトルクを検出するためのトルクセンサと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】棒体を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【図2】棒体の移動装置を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【図3】カメラと放射温度計を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【図4】プライヤと箱体を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【図5】開蓋部と材料保持部を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【図6】採取管を有する溶融及び溶解装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施形態に係る溶融及び溶解装置１、及びこの溶融及び溶解装置１が備える金属溶融及び溶解状態確認システム３を図面に参照しつつ詳細に説明する。図１に示す溶融及び溶解装置１は、金属材料の溶融及び溶解の程度を監視しつつ、金属材料を溶融及び溶解させる。この溶融及び溶解装置１は、溶融炉２と金属溶融及び溶解状態確認システム３とを備えている。溶融炉２は、金属材料が投入され、金属材料を加熱して溶融及び溶解させる。金属溶融及び溶解状態確認システム３は、溶融炉２内の金属材料を取り出すことなく、溶融炉２に封じたまま溶融及び溶解の程度を確認する。具体的には、金属溶融及び溶解状態確認システム３は、溶融炉２内の投入金属２８を攪拌し、攪拌時に投入金属２８から受ける抵抗に基づいて、投入金属２８の粘度を確認する。

【0011】

溶融炉２に投入される金属材料は、特に限定されないが、溶融温度が高いために溶融炉２の間近に接近することが危険であり、また有毒な金属蒸気が発生し易く溶融炉２の間近に接近することが危険であるものが好適である。例えば、金属材料として、ベリリウムと銅の混合、べリリアとも呼ばれる酸化ベリリウム、又はベリリウム等が好適である。酸化ベリリウムは炭素等の還元剤とともに溶融炉２に投入され、溶融炉２内で還元されて金属ベリリウムとなる。金属ベリリウムは銅ナゲットを溶融して得た溶融銅に溶解し、これにより溶融合金が得られる。尚、溶融及び溶解の途中、溶融金属中に酸化ベリリウムが溶融している状態もある。

【0012】

溶融炉２による金属材料の加熱方式についても公知のものであれば特に限定されない。例えば溶融炉２は誘導電気炉であり、金属材料に２次電流を生じさせ、ジュール発熱を利用して溶融及び溶解させる。この溶融炉２は、炉内温度を上回る融点を有し、また炉内温度では内部の金属材料と反応し難い材料により成る。一例として、溶融炉２は、酸化ベリリウムを投入する場合にはタングステン製又はセラミック製である。

【0013】

溶融炉２は、上面開口及び有底の釜状の器であるルツボ２１と、ルツボ２１の開口を封止する大蓋２２とを備える。ルツボ２１と大蓋２２との間には、ルツボ２１からの伝熱を抑制する断熱材２３が介在している。大蓋２２は、金属材料の初回投入時に外される。

【0014】

大蓋２２には、材料投入口２４とツール挿入口２５が貫設されている。材料投入口２４とツール挿入口２５は、大蓋２２を貫き、ルツボ２１の内部空間に接する内表面から、この内表面とは反対側の炉外である外表面へ大蓋２２を貫き、炉内外を連通させている。材料投入口２４は金属材料を追加投入する際、または一度取り出した金属材料を再投入する際に使用できる。ツール挿入口２５は、金属溶融及び溶解状態確認システム３によって用いられる。

【0015】

尚、材料投入口２４とツール挿入口２５とは共通であってもよい。但し、金属蒸気の蒸散防止をより確実にするため、材料投入口２４に比べてツール挿入口２５は小径であることが望ましく、材料投入口２４とツール挿入口２５とは別々であることが望ましい。

【0016】

材料投入口２４は、金属蒸気の飛散防止のためにキャップ２６で封止される。キャップ２６は、リング状の取っ手２６１を有する。キャップ２６は、取っ手２６１に力を加えられて大蓋２２から引き抜かれる。このキャップ２６とルツボ２１との接触点のうち、ルツボ２１の内部空間と接触しない部分にも断熱材２３を介在させておく。

【0017】

また、キャップ２６及び後述の支持台３２がルツボ２１の内部空間と接触することを阻止し、高温にキャップ２６及び支持台３２を直接曝されないようにするために、ルツボ２１の内部に炉内断熱材２７を配置するようにしてもよい。炉内断熱材２７は、溶融炉２内に配置され、断熱材２３とは別の断熱材であり、炉内温度に直接曝される。この炉内断熱材２７は、材料投入口２４及びツール挿入口２５を塞ぐように配置され、炉内温度を超える耐熱性を有する。例えば、炉内断熱材２７は、材料投入口２４及びツール挿入口２５の内部、又は投入金属２８より上の空間に配置される。

【0018】

金属溶融及び溶解状態確認システム３は棒体３１を備えている。この棒体３１は、投入金属２８の深部に到達できる程度の長さを有する。棒体３１は、ツール挿入口２５を介して溶融炉２内の投入金属２８に差し入れられ、攪拌動作を行う。攪拌動作は、規則的又は不規則な揺動、回転又はこれらの組み合わせである。

【0019】

棒体３１は攪拌時に投入金属２８から抵抗を受ける。投入金属２８の溶融及び溶解過程では、まず投入金属２８の粘度が高まっていくために抵抗が増していき、それから投入金属２８が溶融及び溶解しきったときに粘度が急激に下がって抵抗が急激に落ち込む。金属溶融及び溶解状態確認システム３は、この抵抗の変遷を棒体３１に生じるトルクの変遷に基づいて監視している。

【0020】

この棒体３１には、周面から突き出す板状のフィン３１１が設けられていることが望ましい。フィン３１１によって棒体３１が受ける抵抗力が明瞭化される。フィン３１１は、板面が棒体３１の軸と平行になるように軸に沿って配置されていてもよいし、板面が棒体３１の軸と斜交するように配置されていてもよい。また、フィン３１１は、一枚のみならず、複数枚設置されていてもよいし、複数枚のフィン３１１の向きや高さは多様であってもよい。

【0021】

棒体３１は、ツール挿入口２５の上端開口に設置された支持台３２に設置される。支持台３２は、ツール挿入口２５と同径の栓部３２１と、栓部３２１よりも大径で円盤状の頭部３２２とにより構成される。栓部３２１がツール挿入口２５に挿入され、頭部３２２の周囲が大蓋２２に密着することで、支持台３２が安定的に設置されるとともに、金属蒸気の炉外への飛散が抑制される。

【0022】

また、支持台３２には、栓部３２１と頭部３２２を貫く大径孔部３２３が貫設されている。棒体３１は、大径孔部３２３を通るように支持台３２に固定される。但し、大径孔部３２３は、棒体３１よりも大径であり、棒体３１の動きを阻害しない。頭部３２２は、頭頂部が一段掘り下げられており、大径孔部３２３よりも更に大口径で円柱状の座面空間３２４が形成されている。一方、棒体３１には、座面空間３２４と同径のフランジ３１２が半径方向に拡がるように設置されている。フランジ３１２を座面空間３２４に嵌め込むことにより、棒体３１は、動作可能な状態で溶融炉２に差し込まれる。

【0023】

この棒体３１を動作させ、また棒体３１に生じるトルクを検出するために、金属溶融及び溶解状態確認システム３は攪拌駆動部３３及びトルクセンサ３４が備えられる。また、金属溶融及び溶解状態確認システム３は、攪拌駆動部３３を制御するコントローラ３５と、溶融及び溶解の程度を表示する監視装置３６とを備えている。

【0024】

攪拌駆動部３３は、棒体３１を投入金属２８内で動作させる。この攪拌駆動部３３は、例えば、棒体３１を軸回転させる回転モータである。攪拌駆動部３３は、モータ軸と同軸になるように棒体３１を軸支し、棒体３１を軸回転させる。軸回転の場合、フィン３１１が投入金属２８から受ける抵抗によって棒体３１にトルクが発生する。

【0025】

棒体３１の攪拌運動の態様は、投入金属２８を攪拌できれば軸回転に限らない。例えば、攪拌駆動部３３のモータ軸に対して、角度を付けて棒体３１を接続する。このとき、棒体３１は、モータ軸の先端を中心とした円錐を描くように円弧運動をする。また、攪拌駆動部３３のモータ軸に対して、軸の位置をずらして、但し軸は平行に延びるようにして棒体３１を接続する。このとき、棒体３１には、モータ軸を軸とした円柱を描くように運動する。このような棒体３１の各種攪拌運動の態様では、各種デカルト座標におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向、ヨー、ピッチ及びロールのトルクもかかり得る。

【0026】

また、攪拌駆動部３３は、ソレノイドモータ等の軸方向に進行及び退入するリニアモータとしてもよく、棒体３１は軸方向に進退するように揺動し、軸に沿ったトルクが発生する。フィン３１１は、軸方向と直交する面を有するように配置したり、軸方向と斜交する面を有するように配置したりすればよい。

【0027】

トルクセンサ３４は、棒体３１にかかるトルクを検出する。即ち、トルクセンサ３４は、攪拌駆動部３３と棒体３１との間に介在し、攪拌駆動部３３と棒体３１の位相差等の動作相違量を検出する。このトルクセンサ３４はこの動作相違量をトルクに換算し、トルク値を含む信号を生成して監視装置３６に出力する。棒体３１にかかり得る方向のトルクを検出できるように、例えば６軸センサであることが望ましい。このトルクセンサ３４は、回転式、非回転式、歪ゲージ式、磁歪式、静電容量方式等のように、公知の何れも用いることができる。

【0028】

コントローラ３５は、攪拌駆動部３３にパルス信号等の駆動信号を与えるドライバ回路である。監視装置３６は、所謂コンピュータであり、トルクを視覚的に表示するようモニタ３６１を有する。この監視装置３６は、トルクを数値表示し、またはトルクを時系列で並べてグラフ表示する。グラフ表示であると、投入金属２８の粘度の変化過程を把握し易くなり、溶融及び溶解完了のタイミングを予測し易くなる。また、監視装置３６は、急激に粘度が失われる直前の最大粘度に応じたトルクを予め記憶しておき、グラフに表示させてもよい。

【0029】

このような溶融及び溶解装置１では、大蓋２２を開いて金属材料を投入し、大蓋２２でルツボ２１を閉じると、棒体３１を投入金属２８に到達するまでツール挿入口２５から差し込み、棒体３１を支持台３２に設置する。そして、炉内の投入金属２８に電流を流し、投入金属２８を加熱する。コントローラ３５は、少なくとも溶融及び溶解完了予定時刻前から間欠的又は連続的に攪拌駆動部３３を駆動させ、棒体３１を投入金属２８内で動かして攪拌棒として機能させる。

【0030】

トルクセンサ３４は、棒体３１に発生するトルクを検出し、監視装置３６に信号出力する。監視装置３６は、トルクセンサ３４が検出した結果を表示する。作業者は、溶融炉２から十分に離れた安全地域にて、監視装置３６が表示するトルクを確認する。作業者は、このトルクの変化によって、投入金属２８の溶融及び溶解の程度を確認できる。

【0031】

このように、棒体３１は攪拌駆動部３３によって駆動され、作業者が溶融炉２の間近で棒体３１を手作業で動かすわけではない。また、棒体３１に生じるトルクを検出するトルクセンサ３４を有するので、作業者が棒体３１を把持してトルクを感じ取るわけではない。即ち、作業者は溶融炉２の間近で溶融及び溶解状態を確認する必要がない。

【0032】

従って、作業者は高温に曝されることはなく、また金属蒸気を浴びることはなく、作業者の健康被害を阻止できる。また、粘度を機械的に得て溶融及び溶解状態を確認するので、作業者の勘に頼る必要はなく、金属の溶融及び溶解判定にバラツキがなくなるため、高品質の溶融金属を得ることができる。更に、作業者が防護服を着たり脱いだりする等の溶融及び溶解状態の確認作業に対する準備作業がないので、溶融及び溶解状態の確認作業が効率的になる。

【0033】

尚、棒体３１は大蓋２２に常設してもよいし、金属材料を投入して大蓋２２を閉じた後に設置されてもよい。そして、棒体３１は作業者によって設置されてもよいし、自動的に設置されてもよい。図２は、棒体３１を自動的に設置する金属溶融及び溶解状態確認システム３を示す模式図である。

【0034】

図２に示すように、溶融炉２上には、ツール挿入口２５の直上を横切る横フレーム４１が架設されている。横フレーム４１には、ツール挿入口２５に向けて延びる昇降用ボールネジ機構４２が設置されている。昇降用ボールネジ機構４２には、スライダ４２１が設置されており、このスライダ４２１は、棒体３１、トルクセンサ３４及び攪拌駆動部３３を一列に積み重ねて一体的に構成されたツール３７を固定するブラケットを兼ねる。昇降用ボールネジ機構４２は、コントローラ３５と信号線により接続され、下降を示す駆動信号を受けると、ツール３７をツール挿入口２５に向けて下降させ、上昇を示す駆動信号を受けると、ツール３７をツール挿入口２５から引き上げる。

【0035】

即ち、横フレーム４１及び昇降用ボールネジ機構４２は、棒体３１を溶融炉２に対して昇降させる移動装置４の一例である。この移動装置４により、棒体３１を投入金属２８に挿入する作業も作業員を退避させた状態で実行できる。そのため、作業員が棒体３１を設置する際に、金属材料の粉体が舞い上がり、作業員が粉体を吸引して健康被害を受ける事態を防止できる。

【0036】

ここで、金属材料の微小粒子も粒界が見えなくなるまで溶融及び溶解させる場合もある。粘度監視では、投入金属２８の大方が溶融及び溶解していることは確認できるが、微小粒子の溶融及び溶解をより確実に確認するためには、更に作業者による目視や投入金属２８の温度測定も併用するとよい。また、炭素による酸化ベリリウムの還元反応が進行中であり、未反応の炭素が残っている場合、溶融ベリリウム銅合金の温度が低下して固まると分相が起こり、金属と酸化物とが分離する。そのため、より確実に溶融及び溶解を確認するためには、投入金属２８の一部を引き上げて固化させ、分相の有無を観察するようにしてもよい。

【0037】

即ち、図３に示すように、金属溶融及び溶解状態確認システム３は、ツール３７の移動装置４を備え、更にカメラ５１及び放射温度計５２を備えるようにしてもよい。カメラ５１は、金属の融点以上を捉えることができるサーモグラフィカメラであることが望ましい。放射温度計５２は、計測対象の物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定する。カメラ５１及び放射温度計５２は、ツール挿入口２５の軸線上、且つ溶融炉２の上方の空間Ｓを視野に収めるように設置される。カメラ５１及び放射温度計５２は、信号線で監視装置３６に接続されている。カメラ５１が得た映像信号及び放射温度計５２の計測信号は、監視装置３６に出力され、モニタ３６１に表示される。

【0038】

図３に示すように、移動装置４は、トルクセンサ３４が検出するトルクが急減を示した後、棒体３１を引き抜く。即ち、監視装置３６は、トルクの急減を検出する。例えばトルクの変化率を算出し、トルクの変化率が所定値以上であると、トルクの急減と判定する。そして、監視装置３は、トルクの急減を契機に、ツール３７の引き上げ指示信号をコントローラ３５に出力する。コントローラ３５は、引き上げ信号を受信すると、棒体３１が溶融炉２から脱するまで、移動装置４を駆動させる。

【0039】

尚、監視装置３６には、タッチパネル、キーボード又はマウス等の操作部３６２を接続しておくようにしてもよい。そして、作業者がモニタ３６１でトルクの急減を認識して操作部３６２を操作すると、監視装置３６は、この操作に応答して引き上げ指示信号を出力するようにしてもよい。

【0040】

棒体３１を投入金属２８内に差し込んでから、溶融炉２から引き抜くと、棒体３１の周面には金属付着物３１３が付いている。金属付着物３１３は、投入金属２８の金属材料を由来とする。棒体３１は、金属付着物３１３が空間Ｓに入るまで引き上げられる。カメラ５１は、金属付着物３１３を撮像し、また放射温度計５２は、金属付着物３１３の温度を計測する。即ち、この時点で棒体３１は、投入金属２８内の金属採取棒として機能する。

【0041】

作業者は、監視装置３６のモニタ３６１を通じて金属付着物３１３の状態を確認し、また金属付着物３１３の温度を確認する。具体的には、金属付着物３１３に大きな粒子が残存しているか、粉末の跡が残っていないか、金属材料とともに投入した還元剤が残っていないか確認する。また、金属付着物３１３の全てが融点以上の熱を発しているか確認する。これにより、金属付着物３１３を通じて投入金属２８の細かい状態も把握することができる。従って、安全に金属材料の溶融及び溶解の程度を確認できる上に、更に高精度な溶融及び溶解状態の確認作業が行えることになり、高品質な溶融金属を製造できる。

【0042】

更なる高精度な溶融及び溶解状態の確認のためには、金属付着物３１３を採取して詳細な分析を行うようにしてもよい。即ち、この金属溶融及び溶解状態確認システム３に、棒体３１に付着している金属付着物３１３を収集する構成を搭載させることもできる。

【0043】

図４に示すように、この金属溶融及び溶解状態確認システム３は、横フレーム４１に平行移動用ボールネジ機構４３を備えている。この平行移動用ボールネジ機構４３は、横フレーム４１に沿って延びている。この平行移動用ボールネジ機構４３のスライダ４３１には、昇降用ボールネジ機構４２が設置されている。平行移動用ボールネジ機構４３によって、移動装置４は、棒体３１の昇降に加えて、溶融炉２から離れた領域へ棒体３１を平行移動可能となっている。また、この金属溶融及び溶解状態確認システム３は、溶融炉２から離れた位置に、プライヤ５３と上面開口の箱体５４を備えている。箱体５４はプライヤ５３の直下に配置されている。

【0044】

移動装置４は、棒体３１を溶融炉２から引き上げた後、プライヤ５３に棒体３１を位置させる。棒体３１を引き上げる高さは、プライヤ５３と金属付着物３１３の位置が一致する高さである。プライヤ５３は、くわえ部を狭めて棒体３１を掴む。そうすると、金属付着物３１３がプライヤ５３によって擦られて剥げ落ち、箱体５４内に落ちる。箱体５４は溶融炉２から離れているので、作業者は安全に箱体５４を回収し、箱体５４内の金属付着物３１３を詳細分析できる。例えば金属付着物３１３を酸処理し、酸処理結果から溶融及び溶解状態を判断できる。

【0045】

箱体５４に落とされた分析済みの金属付着物３１３は、材料投入口２４のキャップ２６を外して再度溶融炉２内へ戻すようにしてもよい。このとき、作業者が溶融炉２へ近づかなくともよいように、移動装置４を利用できる。即ち、図５に示すように、横フレーム４１には、ツール３７の他に、フック６２が取り付けられた移動装置６１、及び開閉可能なシャッタ７３を底面に有する籠７２が取り付けられた移動装置７１が架設される。フック６２と当該フック６２が取り付けられた移動装置６１は開蓋部６となり、籠７２と当該籠７２が取り付けられた移動装置７１は材料保持部７となる。

【0046】

開蓋部６は、フック６２をキャップ２６の取っ手２６１に引っ掛けて上昇し、キャップ２６を材料投入口２４から引き抜く。そして、フック６２を材料投入口２４の直上から退避させて、材料保持部７を材料投入口２４の直上へ位置させる。籠７２には、箱体５４に落とされた金属付着物３１３を入れておく。材料保持部７は、シャッタ７３を動作させて底面を開口させる。そうすると、籠７２内の金属付着物３１３が材料投入口２４を通じて溶融炉２内へ落下する。金属付着物３１３を溶融炉２内へ戻した後は、材料保持部７を材料投入口２４の直上から退避させ、開蓋部６を材料投入口２４の直上に戻し、キャップ２６を材料投入口２４へ降ろす。

【0047】

尚、横フレーム４１に架設された移動装置４は一機のみとし、ツール３７、フック６２及び籠７２を付け替えるようにしてもよい。溶解工程は十分な時間があるため、移動装置４を溶融炉２から離れた位置に移動させ、作業員がツール３７、フック６２及び籠７２を安全に付け替えることができる。

【0048】

詳細分析のうちの一部は、金属付着物３１３を剥がし採ることなく、棒体３１に付着させたままで実行されてもよい。例えば、金属付着物３１３から蒸散する金属蒸気をクロマトグラフィーの原理を用いて分析する場合、金属付着物３１３を棒体３１から剥がし採る必要はない。

【0049】

図６に示すように、この金属溶融及び溶解状態確認システム３は、溶融炉２から離れた位置に採取管５５を備えている。採取管５５は、上部開口及び有底であり、金属付着物３１３が付着されている領域を収容可能な口径及び長さを有する。胴部途中には分岐口５５１が開口している。分岐口５５１には、ホースが接続され、ホースは外部機器であるガスクロマトグラフ１００に接続されている。

【0050】

移動装置４は、棒体３１を溶融炉２から引き上げた後、採取管５５の直上に棒体３１を位置させ、棒体３１を下降させて採取管５５に挿入する。棒体３１を採取管５５に挿入させた状態で、金属付着物３１３からのガスがガスクロマトグラフ１００に到るまで待機する。ガスクロマトグラフ１００に金属蒸気が到達すると、ガスクロマトグラフィの原理を用いて溶融及び溶解状態を分析可能となる。

【0051】

以上のように、この金属溶融及び溶解状態確認システム３は、溶融炉２内の投入金属２８に差し込むための棒体３１を備えるようにした。そして、攪拌駆動部３３を備えることにより、棒体３１を投入金属２８に差し込まれた状態で攪拌運動させ、トルクセンサ３４を備えることにより、投入金属２８の攪拌に応じて棒体３１に生じるトルクを検出する。これにより、溶融炉２に封じたまま溶融及び溶解の程度を確認できるので、作業者の安全が確保される。

【0052】

棒体３１に棒周面から突出するフィン３１１を取り付けておくことで、トルク変化が明瞭化し、溶融及び溶解の程度がより分かり易くなる。従って、溶融金属の品質を高めることができる。尚、フィン３１１を取り付け、またプライヤ５３を備えるようにする場合、プライヤ５３は、金属付着物３１３が存在し、且つフィン３１１と接触しない位置を掴み、金属付着物３１３を剥がし落とすようにすればよい。

【0053】

また、棒体３１を溶融炉２へ向けて昇降させる移動装置４を備えることもできる。これにより、溶融及び溶解状態を確認する準備のために作業者が溶融炉２に行く必要がなくなる。従って、金属粉末を吸引してしまう事態を回避でき、溶融及び溶解状態を確認する準備段階でも作業者の安全を確保できる。

【0054】

また、サーモグラフィ等の高温物質を撮像可能なカメラ５１と、棒体３１を溶融炉２の内外に昇降させる移動装置４を更に備えるようにしてもよい。移動装置４は、棒体３１を溶融炉２に差し込んだ後、棒体３１を溶融炉２から引き上げる。カメラ５１は、溶融炉２から棒体３１が引き上げられた後、棒体３１に付着する金属付着物３１３を撮像する。これにより、微小粒子のレベルで溶融及び溶解の程度を確認することができ、作業者の安全を確保しつつ、溶融金属の品質をより高めることができる。

【0055】

また、放射温度計５２と、棒体３１を溶融炉２の内外に昇降させる移動装置４とを更に備えるようにしてもよい。移動装置４は、棒体３１を溶融炉２に差し込んだ後、棒体３１を溶融炉２から引き上げる。放射温度計５２は、溶融炉２から棒体３１が引き上げられた後、棒体３１に付着する金属付着物３１３の温度を測定する。これにより、投じた金属材料の全てが溶融温度に達しているかを確認することもでき、作業者の安全を確保しつつ、溶融金属の品質をより高めることができる。

【0056】

また、棒体３１を挟み込み可能なプライヤ５３と、プライヤ５３の下方に配置される上面開口の箱体５４と、棒体３１を溶融炉２の内外に昇降させると共に、溶融炉２とは異なる位置、例えば当該昇降方向との直交方向に平行移動させる移動装置４とを更に備えるようにしてもよい。移動装置４は、棒体３１を溶融炉２に差し込んだ後、棒体３１を溶融炉２から引き上げて、更にプライヤ５３の配置位置へ棒体３１を移動させる。プライヤ５３は、棒体３１のうちの金属付着物３１３の領域を挟み込み、金属付着物３１３を剥がし落とす。箱体５４は、プライヤ５３の挟み込みによって剥げ落ちた金属付着物３１３を受け取る。この箱体５４内の金属付着物３１３を更なる詳細分析工程に移すことで、溶融及び溶解状態をより正確に知ることができ、作業者の安全を確保しつつ、溶融金属の品質をより高めることができる。

【0057】

また、上部開口、有底及び分岐口５５１を有し、当該分岐口５５１にホースを介してガスクロマトグラフ１００に接続される採取管５５と、棒体３１を溶融炉２の内外に昇降させると共に、溶融炉２とは異なる位置、例えば当該昇降方向との直交方向に平行移動させる移動装置４とを更に備えてもよい。移動装置４は、棒体３１を溶融炉２に差し込んだ後、棒体３１を溶融炉２から引き上げて、更に採取管５５に棒体３１を挿入する。これにより、溶融及び溶解状態をより正確に知ることができ、作業者の安全を確保しつつ、溶融金属の品質をより高めることができる。

【0058】

尚、カメラ５１、放射温度計５２、プライヤ５３と箱体５４の組、及びガスクロマトグラフ１００に繋がる採取管５５は、選択的であり、棒体３１に生じるトルクによる溶融及び溶解状態の確認のほか、これらの１以上の手段を組み合わせて用いることができるものである。

【0059】

また、移動装置４にキャップ２６を外すフックを取り付け、移動装置４に金属粉末を溶融炉２内へ投じる籠を取り付けてもよい。これにより、金属材料を溶融炉２に投じる工程においても、作業者は溶融炉２に近づく必要がなくなり、金属粉末を吸引してしまう事態を回避できる。

【0060】

その他、溶融及び溶解装置１の各種構成は、防塵及び耐熱対策が別途施されていてもよい。例えば、移動装置４やカメラ５１にジャケットを装着し、移動装置４に冷却機能を設置するようにしてもよい。また、移動装置４、６１及び７１の移動機構としてボールネジ機構を用いて説明したが、これに限られるものではなく、リニアモータ機構やベルト駆動機構等、他の公知の駆動機構を用いることができる。

【0061】

以上、本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0062】

１ 溶融及び溶解装置
２ 溶融炉
２１ ルツボ
２２ 大蓋
２３ 断熱材
２４ 材料投入口
２５ ツール挿入口
２６ キャップ
２６１ 取っ手
２７ 炉内断熱材
２８ 投入金属
３ 金属溶融及び溶解状態確認システム
３１ 棒体
３１１ フィン
３１２ フランジ
３１３ 金属付着物
３２ 支持台
３２１ 栓部
３２２ 頭部
３２３ 大径孔部
３２４ 座面空間
３３ 攪拌駆動部
３４ トルクセンサ
３５ コントローラ
３６ 監視装置
３６１ モニタ
３６２ 操作部
３７ ツール
４ 移動装置
４１ 横フレーム
４２ 昇降用ボールネジ機構
４２１ スライダ
４３ 平行移動用ボールネジ機構
４３１ スライダ
５１ カメラ
５２ 放射温度計
５３ プライヤ
５４ 箱体
５５ 採取管
５５１ 分岐口
６ 開蓋部
６１ 移動装置
６２ フック
７ 材料保持部
７１ 移動装置
７２ 籠
７３ シャッタ
１００ ガスクロマトグラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】