JP2023507616A

JP2023507616A - 溶融炉用モジュラーガンアセンブリ

Info

Publication number: JP2023507616A
Application number: JP2022537691A
Authority: JP
Inventors: メイ、デイヴィッド・エム
Original assignee: チタニウムメタルズコーポレーション
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2023-02-24
Also published as: WO2021126820A3; CA3162400A1; WO2021126820A2; US20210180866A1; EP4078649A2

Abstract

ＥＢ炉のための電子ビーム（ＥＢ）ガンアセンブリが提供される。ＥＢガンアセンブリは、スケルトンフレームと、スケルトンフレームに取り付けられた少なくとも１つのＥＢガンとを含むＥＢガンフレームアセンブリを含み、ＥＢガンフレームアセンブリは、第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第１のＥＢチャンバ内の材料を溶融し、取り外されて第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第２のＥＢチャンバ内の材料を溶融するように構成される。いくつかの形態において、ＥＢガンアセンブリは少なくとも１つの取付けフレームを含み、少なくとも１つのＥＢガンは少なくとも１つの取付けフレームに取り付けられ、少なくとも１つの取付けフレームはスケルトンフレームに取り付けられる。【選択図】図８

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年１２月１７日に出願された仮出願第６２／９４８，９９７号の優先権および利益を主張するものである。上記出願の開示は、参照によって本願に組み込まれる。

（分野）
本開示は、電子ビーム炉に関し、特に、電子ビーム炉のための電子ビームガンアセンブリに関する。

本項における記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、従来技術を構成するものではない場合がある。

電子ビーム（ＥＢ）炉は、１または複数の電子ビームを用いて材料（たとえば廃材やバージン合金材）を溶融し、鋳塊を製造する。そのような炉は、通常、チャンバに取り付けられたチャンバ蓋の開口部に取り付けられた１または複数のＥＢガンを有し、ＥＢガン（複数も可）によって発生した電子ビーム（複数も可）が開口部を通って伝搬し、溶融キャンペーン中にチャンバ内に含まれる材料を溶融させる。ＥＢ炉の溶融効率に関する１つの問題は、別の溶融キャンペーンが開始し得る前にチャンバおよび／またはチャンバ蓋を洗浄するために必要なダウンタイムである。

本開示は、溶融および合金鋳塊の形成に関連する様々な問題の中でも特に、ＥＢ炉溶融におけるダウンタイムに関連する問題に対処する。

本開示の一形態において、電子ビーム炉のための電子ビーム（ＥＢ）ガンアセンブリが提供される。ＥＢガンアセンブリは、スケルトンフレームと、スケルトンフレームに取り付けられた少なくとも１つのＥＢガンとを備えるＥＢガンフレームアセンブリを備え、ＥＢガンフレームアセンブリは、第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第１のＥＢチャンバ内の材料を溶融し、取り外されて第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第２のＥＢチャンバ内の材料を溶融するように構成される。いくつかの変形例において、スケルトンフレームは、少なくとも１つのＥＢガン開口部を備え、少なくとも１つのＥＢガンは、少なくとも１つのＥＢガン開口部を貫通して延びる。

本開示の少なくとも１つの変形例において、ＥＢガンアセンブリは、少なくとも１つの取付けフレームを含み、少なくとも１つのＥＢガンは少なくとも１つの取付けフレームに取り付けられ、少なくとも１つの取付けフレームはスケルトンフレームに取り付けられる。いくつかの変形例において、取付けフレームは、ノズル開口部を備え、少なくとも１つのＥＢガンは、ノズル開口部を貫通して延びるノズルを備える。少なくとも１つの変形例において、取付けフレームは、ノズル開口部を有する天板と、天板に可動的に取り付けられた浮動板とを備え、少なくとも１つのＥＢガンのノズルは、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後にノズルの位置が移動可能であるように、浮動板に取り付けられる。

いくつかの変形例において、カラーは、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後にノズルの位置が移動可能であるように、ＥＢガンのノズルに強固に取り付けられ、取付けフレームの天板に可動的に取り付けられる。少なくとも１つの変形例において、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後にカラーが可動であるように、カラーと天板との間に複数の付勢部材が配置される。また、少なくとも１つのＥＢガンが蓋のガン開口部と位置合わせされるように、第１のＥＢチャンバ蓋および第２のＥＢチャンバ蓋の少なくとも１つから延びる第２の位置合わせピンを受容するように構成された第１の位置合わせガイドが含まれ得る。

本開示のいくつかの変形例において、少なくとも１つのＥＢガンは、スケルトンフレームに取り付けられた複数のＥＢガンである。そのような変形例において、ＥＢガンアセンブリは複数の取付けフレームを有し、複数のＥＢガンの各々は取付けフレームに取り付けられ、複数の取付けフレームの各々はスケルトンフレームに取り付けられる。少なくとも１つの変形例において、複数の取付けフレームの各々は、ノズル開口部を有し、複数のＥＢガンの各々は、取付けフレームのノズル開口部を貫通して延びるノズルを有する。複数の取付けフレームの各々は、ノズル開口部を有する天板と、天板に可動的に取り付けられた浮動板とを含む。複数のＥＢガンの各々のノズルは、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に複数のＥＢガンの各々のノズルの位置が移動可能であるように、取付けフレームの浮動板に取り付けられる。いくつかの変形例において、複数の取付けフレームの各々は、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に複数のＥＢガンの各々のノズルの位置が移動可能であるように、ＥＢガンのノズルに強固に取り付けられ、取付けフレームの天板に可動的に取り付けられたカラーを含む。少なくとも１つの変形例において、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に各カラーが可動であるように、各カラーと天板との間に複数の付勢部材が配置される。

本開示の他の形態において、電子ビーム（ＥＢ）炉アセンブリが提供される。ＥＢ炉アセンブリは、第１のＥＢチャンバと、第１のＥＢガン開口部セットを有する第１のＥＢチャンバ蓋とを備える第１のＥＢ炉と、第２のＥＢチャンバと、第２のＥＢガン開口部セットを有する第２のＥＢチャンバ蓋とを備える第２のＥＢ炉と、ＥＢガンフレームアセンブリとを備える。ＥＢガンフレームアセンブリは、スケルトンフレームと、スケルトンフレームに取り付けられた複数のＥＢガンとを備える。ＥＢガンフレームアセンブリは、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋で交換可能であるように、第１のＥＢガン開口部セットに取り付けられた複数のＥＢガンを有する第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第２のＥＢガン開口部セットに取り付けられた複数のＥＢガンを有する第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられるように構成される。

本開示のいくつかの変形例において、ＥＢガンアセンブリは、複数の取付けフレームを含み、複数のＥＢガンは複数の取付けフレームに確実に取り付けられ、複数の取付けフレームはスケルトンフレームに確実に取り付けられる。少なくとも１つの変形例において、複数の取付けフレームの各々は、天板と、天板に可動的に取り付けられた浮動板とを有する。また、複数のＥＢガンの各々は、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に複数のＥＢガンの各々の位置が移動可能であるように、複数のＥＢガンの各々のノズルが取付けフレームの浮動板に取り付けられるように、浮動板に強固に取り付けられる。いくつかの変形例において、複数の取付けフレームの各々は、ＥＢガンのノズルに強固に取り付けられたカラーを含み、ノズルは、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に複数のＥＢガンの各々のノズルの位置が移動可能であるように、取付けフレームの天板に可動的に取り付けられる。

本開示のまた別の形態において、電子ガン（ＥＢ）炉アセンブリで材料を溶融する方法が提供される。方法は、ＥＢガンフレームアセンブリを第１のＥＢチャンバ蓋に確実に取り付けることを含む。ＥＢガンフレームアセンブリは、スケルトンフレームと、スケルトンフレームに確実に取り付けられた複数のＥＢガンとを含む。第１のＥＢチャンバ蓋は第１のＥＢガン開口部セットを備え、複数のＥＢガンは第１のＥＢガン開口部セットに取り付けられる。第１のＥＢチャンバ蓋およびＥＢガンフレームアセンブリが第１のＥＢチャンバに確実に取り付けられると、複数のＥＢガンを用いて第１のＥＢチャンバ内で材料が溶融される。いくつかの変形例において、方法は、第１のＥＢチャンバ蓋からＥＢガンフレームアセンブリを取り外し、ＥＢガンフレームアセンブリを、第２のＥＢガン開口部セットを有する第２のＥＢチャンバ蓋に確実に取り付けることを含む。複数のＥＢガンは、第２のＥＢガン開口部セットに取り付けられ、第２のＥＢチャンバ蓋およびＥＢガンフレームアセンブリが第２のＥＢチャンバに確実に取り付けられると、複数のＥＢガンを用いて第２のＥＢチャンバ内で材料が溶融される。

本開示のいくつかの変形例において、ＥＢガンフレームアセンブリは、スケルトンフレームに確実に取り付けられた複数の取付けフレームと、複数の取付けフレームに確実に取り付けられた複数のＥＢガンとを含む。少なくとも１つの変形例において、複数の取付けフレームの各々は、天板と、天板に可動的に取り付けられた浮動板とを有し、複数のＥＢガンの各々は、ＥＢガンフレームアセンブリが第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に複数のＥＢガンの各々の位置が移動可能であるように、浮動板に強固に取り付けられる。いくつかの変形例において、方法は、ＥＢガンフレームアセンブリが第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後、複数のＥＢガンの少なくとも１つの位置を動かし、複数のＥＢガンの少なくとも１つを、第１のＥＢチャンバ蓋のＥＢガン開口部に確実に取り付けることを含む。少なくとも１つの変形例において、ＥＢガンフレームアセンブリが第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後、複数のＥＢガンの少なくとも１つの位置が動かされ、第２のＥＢチャンバ蓋のＥＢガン開口部に確実に取り付けられる。

更なる適用領域は、本明細書に提供される説明から明らかになる。理解すべき点として、この説明および具体例は、単に例示を目的とすることが意図され、本開示の範囲を限定することは意図されていない。

本開示が適切に理解されるように、以下、添付図面を参照しながら、例として付与される本開示の様々な形態が説明される。

図１は、チャンバ、およびチャンバ蓋に取り付けられた複数の電子ビーム（ＥＢ）ガンの斜視図である。図２は、本開示の教示に係る、第１のチャンバおよび第２のチャンバ蓋に取付けまたは装着するように構成されたＥＢガンアセンブリの斜視図である。図３は、図２のＥＢガンアセンブリのためのスケルトンフレームの斜視図である。図４は、本開示の教示に係る、ＥＢガンが取り付けられた図３のスケルトンフレームである。図５Ａは、本開示の教示に係るＥＢガンアセンブリ用の取付けフレームの斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの取付けフレームの正面図である。図６は、ＥＢガンが取り付けられた図５Ｂの取付けフレームの正面図である。図７は、図２のＥＢガンアセンブリの拡大図である。図８は、本開示の教示に係る、チャンバ蓋に取り付けられた図７のＥＢガンアセンブリである。図９は、本開示の教示に係る、支持体から吊り下げられた図８のＥＢガンアセンブリおよびチャンバ蓋である。

本明細書で説明される図面は、例示のみを目的としており、いかなるようにも本開示の範囲を限定することは意図されていない。

以下の説明は、本質的に単なる典型例であり、本開示、応用、または用途を限定することは意図されていない。理解すべき点として、図面を通して、対応する参照番号は、類似または対応する部品および特徴を示す。

図１を参照すると、電子ビーム（ＥＢ）ガンおよび蓋アセンブリ２０が示される。ＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０は、少なくとも１つのＥＢガン２２（本明細書において単に「ＥＢガン」とも称される）と、蓋４０とを備える。ＥＢガン２２の各々は、後述するように、一対のＥＢガンダクト２４、２６を有し、これを通ってＥＢガン２２の動作中に空気が引き出され、排気ガスが流動し得る。ＥＢガン２２は、ＥＢガン開口部４４において蓋４０に取付けまたは装着され、ＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０は、内部６４を有するチャンバ６０に結合する。本開示のいくつかの変形例において、蓋４０とチャンバ６０との間に気密または真空気密封止が設けられるように、蓋４０の蓋フランジ４２をチャンバ６０のチャンバフランジ６２に締結および固定するためにクランプ（不図示）が用いられる。いくつかの変形例において、蓋４０がチャンバ６０に取付けまたは結合される前に、ＥＢガン２２の１または複数が蓋４０に取り付けられるが、他の変形例では、蓋４０がチャンバ６０に取付けまたは結合された後に、ＥＢガン２２の１または複数が蓋４０に取り付けられる。

ＥＢガン２２をＥＢガン開口部４４に取り付け、ＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０をチャンバ６０に結合すると、ＥＢガン２２が内部６４に対して所望の角度で位置合わせされる。ＥＢガン２２の動作中、ＥＢガンダクト２４、２６を通ってＥＢガン２２（すなわちＥＢガン２２を収容するハウジング（符号なし））に真空が引かれ、ＥＢガン２２からの電子ビームがＥＢガン開口部４４を通ってチャンバ６０内に伝搬する。理解すべき点として、真空ポンプ（不図示）を用いてチャンバ６０から空気も引き出される。電子ビームは、溶融キャンペーン中にチャンバ６０の内部６４において液体金属（不図示）を形成するために１または複数の材料バッチのキャンペーンを加熱および溶融し、ＥＢガン２２が取り付けられた蓋４０が取り外される前に、液体金属はチャンバ内で冷却され、鋳塊（不図示）が形成される。

理解すべき点として、そのようなＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０を用いることにより、たとえば商業用のチタン合金鋳塊など、商業用の鋳塊を製造するためのクリーンかつエネルギ効率の良いプロセスが提供される。しかし、後続の溶融キャンペーンを進行させる前に、チャンバ６０および蓋４０を洗浄および／または改修することが望ましく、そのような洗浄および／または改修は時間を要し、その間、ＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０を溶融のために使用することが妨げられる。すなわち、チャンバ６０および蓋４０が洗浄および／または改修されている時、ＥＢガンおよび蓋アセンブリ２０は、材料を溶融するために用いることができない。

ここで図２を参照すると、本開示の教示に係るＥＢガンアセンブリ８０が示される。ＥＢガンアセンブリ８０は、スケルトンフレーム１００と、スケルトンフレーム１００に取り付けられたＥＢガン２２とを備える。いくつかの変形例において、ＥＢガン２２の各々は、一対のＥＢダクト２４、２６を有する。図２に示すように、スケルトンフレーム１００は、第１の蓋４０Ａおよび第２の蓋４０ｂ（本明細書において集合的に「蓋４０ａ、４０ｂ」と称される）に結合するように構成され、第１の蓋４０ａは第１のチャンバ６０ａに結合するように構成され、第２の蓋４０ｂは第２のチャンバ６０ｂに結合するように構成される。いくつかの変形例において、第１の蓋４０ａは第２のチャンバ６０ｂに結合するようにも構成され、第２の蓋４０ｂは第１のチャンバ６０ａに結合するように構成される。すなわち、蓋４０ａ、４０ｂは、第１のチャンバ６０ａおよび第２のチャンバ６０ｂ（本明細書において集合的に「チャンバ６０ａ、６０ｂ」と称される）で交換可能である。少なくとも１つの変形例において、蓋４０ａ、４０ｂの一方または両方は、更に詳しく後述するように、蓋４０ａ、４０ｂへのＥＢガンアセンブリ８０の位置合わせを支援する第１の位置合わせガイド４１を含んでよい。理解すべき点として、そのような構成により、ＥＢガンアセンブリ８０は、たとえば第１の溶融キャンペーン後に第１の蓋４０ａから取り外され、第２のチャンバ６０ｂにおける第２の溶融キャンペーンのために第２の蓋４０ｂに取り付けられることが可能である。また、そのような構成により、第１の蓋４０ａが、第２のチャンバ６０ｂにおける第２の溶融キャンペーン中に、第１のチャンバ６０ａにおける別の溶融キャンペーンのために洗浄および／または改修されることも可能である。

ここで図３を参照すると、スケルトンフレーム１００が示され、外側リング１０２と、複数のクロス部材１０４と、少なくとも１つの取付け部材１０６とを含む。外側リング１０２、複数のクロス部材１０４、および少なくとも１つの取付け部材１０６は、スケルトンフレーム１００を形成し、複数の開口部１１０を画定するように、互いに強固に取り付けられる。開口部１１０は、スケルトンフレーム１００の重量を軽減し、蓋４０ａ、４０ｂに対する目視検査、観察、および接近を可能にする。いくつかの変形例において、デッキ１０８が含まれ、少なくとも１つのクロス部材１０４に取り付けられる。デッキ１０８は、スケルトンフレーム１００へのＥＢガン２２の設置または取付け、蓋４０ａ、４０ｂの１つへのＥＢガンアセンブリ８０の取付け、および／またはチャンバ６０ａ、６０ｂ内での材料の溶融中に、個人が歩行し作業するためのプラットフォームを提供する。少なくとも１つの変形例において、第２の位置合わせガイド１０１を有する、または有さないカバープレート１１２が含まれ、クロス部材１０４の１または複数の間に延び、クロス部材１０４の１または複数に取り付けられる。

図４を参照すると、いくつかの変形例において、ＥＢガンアセンブリ８０は、ＥＢガン２２の１つを受容し保持するように構成された取付けフレーム１２０を含む。特に、更に詳しく後述するように、取付けフレーム１２０は、スケルトンフレーム１００に強固に取り付けられ、ＥＧガン開口部４４へのＥＢガン２２の位置合わせおよび強固な取付けを支援することができる。本開示のいくつかの変形例において、スケルトンフレーム１００は、ＥＢダクト２４、２６の少なくとも１つにも結合し、支持する。

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、いくつかの変形例において、取付けフレーム１２０は、取付け板１２２と、一対の側板１２４と、天板１２６とを含む。取付け板１２２、一対の側板１２４、および天板１２６は、ＥＢガン２２を支持するように構成されたフレーム１２１を形成する。また、取付け板１２２は、スケルトンフレーム１００の取付け部材１０６（図３）に強固に取り付けられるように構成され、天板１２６および浮動板１３０は、各々がガン開口部１３２を有する。

本開示のいくつかの変形例において、浮動板１３０が含まれ、複数のロッド１３４および浮動ばね１３６で天板１２６に結合される。たとえば、複数のロッド１３４は、図５Ｂに示すように、浮動板１３０に強固に取り付けられた上端（符号なし、＋ｚ方向）と、ロッド１３４の下端（符号なし、－ｚ方向）と天板１２６との間に設けられた複数の浮動ばね１３６とを有する。したがって、浮動板１３０は、天板１２６およびフレーム１２１に対し制限された付勢運動を有する。すなわち、ロッド１３４は天板１２６を通って平行移動し、ロッド１３４の下端と天板１２６との間に設けられた浮動ばね１３６によって、取付けフレーム１２０がスケルトンフレーム１００に強固に取り付けられると、浮動板１３０は上下（＋／－ｚ方向）に動き、（ｚ軸を中心に）傾くように構成される。

いくつかの変形例において、カラー１３８が含まれ、浮動板１３０およびカラーの両方が天板１２６に対し制限された付勢運動を有するように浮動板１３０に結合される。理解すべき点として、ロッド１３４はねじ部材であってよく、市販の留め具（ピン、ナット、ワッシャなど）がロッド１３４を浮動ばね１３６および浮動板１３０に固定する。

少なくとも１つの変形例において、取付けフレーム１２０は、天板１２６または浮動板１３０に結合されたブレース１２８を含む。ブレース１２８が天板１２６に結合される変形例において、ブレース１２８は、浮動板１３０に摺動可能に結合され、および／または浮動板１３０を通って平行移動することができる。代替例において、天板１２６は、ブレース１２８が天板１２６に結合されるが浮動板１３０に結合されないように、浮動板１３０の向こう側に（＋ｙ方向に）延びてよい。ブレース１２８が浮動板１３０に結合される変形例において、ブレース１２８は浮動板１３０に伴って動き、天板１２６に対して制限された動きを有する。

図６を参照すると、取付けフレーム１２０に取り付けられたＥＢガン２２が示される。ＥＢガン２２は、浮動板１３０上に位置するガンチャンバ２３と、天板１２６および浮動板１３０のガン開口部１３２（図５Ａ）内に設けられた取付けフランジ２７を有するガンノズル２５とを含む。いくつかの変形例において、ガンチャンバ２３の底面（符号なし、－ｚ方向）は浮動板１３０に強固に取り付けられ、および／または、カラー１３８はガンノズル２５に強固に取り付けられ、ガンノズル２５は取付けフレーム１２０に対して制限された動きを有する。したがって、取付けフレーム１２０がスケルトンフレーム１００に強固に取り付けられると、ガンノズル２５は、スケルトンフレーム１００に対して制限された動きを有し、スケルトンフレーム１００が蓋４０ａ、４０ｂに強固に取り付けられると、ガンノズル２３は、蓋４０ａ、４０ｂに対して制限された動きを有し、ＥＢガン開口部４４に対して制限された動きを有する。ガンノズル２５によるそのような制限された動きは、特定のＥＢガン開口部４４へのガンノズル２５の位置合わせおよび取付けを支援し、強化する。

図７を参照すると、複数のフレーム１２０を介してスケルトンフレーム１００に取り付けられた複数のＥＢガン２２を有するＥＢガンアセンブリ８０が示される。理解すべき点として、取付けフレーム１２０の各々は、それぞれのＥＢガン開口部４４へのガンノズル２５の位置合わせおよび取付け中にガンノズル２５の各々に制限された動きがもたらされるように、上述したように天板１２６に可動に取り付けられた浮動板１３０を含む。

図８を参照すると、第１の蓋４０ａまたは第２の蓋４０ｂに強固に取り付けられたＥＢガンアセンブリ８０が示される。特に、スケルトンフレーム１００は、複数のクランプ１０３で第１の蓋４０ａまたは第２の蓋４０ｂに強固に取り付けられ、ＥＢガン２２の各々は、それぞれのＥＢガン開口部４４に強固に取り付けられる。少なくとも１つの変形例において、各ガンノズル２５の取付けフランジ２７は、それぞれのガン開口部４４にボルト留めされる（不図示）。理解すべき点として、ＥＢガン開口部４４へのＥＢガン２２の各々の取付けは、取付けフレーム１２０によって支援および強化される。たとえば、いくつかの変形例において、ＥＢガンアセンブリ８０が定位置に動かされ、第１の蓋４０ａまたは第２の蓋４０ｂに取り付けられると、ＥＢガン２２の各々は、取付けフレーム１２０に取り付けられる。少なくとも１つの変形例において、第１の位置合わせガイド４１および第２の位置合わせガイド１０１は、蓋４０ａまたは第２の蓋４０ｂにおけるスケルトンフレーム１００の位置決めを支援する。スケルトンフレーム１００が第１の蓋４０に取り付けられた後、ガンノズル２５の各々は、それぞれのＥＢガン開口部４４と位置合わせされる。ガンノズル２５とＥＢガン開口部４４との位置合わせは、浮動板１３０によって提供される天板１２６に対する制限された動きによって支援され、各ガンノズル２５は、適切に位置合わせされた後、取付けフランジ２７を介してＥＢガン開口部４４に強固に取り付けられる。ＥＢガン２２がＥＢガン開口部４４に強固に取り付けられた後、第１のチャンバ６０ａに真空が引き込まれ（すなわち、第１のチャンバ６０ａから空気が排除され）、第１のチャンバ６０ａにおける材料のＥＢ溶融が開始する（たとえば、第１の溶融キャンペーンが実行または実施される）。理解すべき点として、第１の溶融キャンペーンの後、第１の蓋４０ａおよび第１のチャンバ６０ａが洗浄および／または改修されている間に第２のチャンバ６０ｂにおける第２の溶融キャンペーンが進行し得るように、ＥＢガンアセンブリ８０は第１の蓋４０ａから取り外され、第１の蓋４０ａに関して上述したように第２の蓋４０ｂに取り付けられる。加えて、ＥＢガンアセンブリを別の蓋に取り付け、先に使用された蓋およびチャンバを洗浄および／または改修する間に別のチャンバにおける溶融キャンペーンを実行するというこのサイクルは、生産性が向上し、コストが削減されるように、何度も繰り返される。

ここで図９を参照すると、ハンガ１６０を用いた支持体（不図示）からのＥＢガンアセンブリ８０の吊り下げが示される。支持体は、たとえば天井、クレーン、フレーム、プラットフォーム、レール、および壁などの支持構造を含んでよい。ハンガ１６０は、ケーブル、チェーン、ロッド、ストラット、ワイヤ、または他の適当な締結および固定アセンブリを含んでよい。代替または追加として、第１の蓋４０ａ、第２の蓋４０ｂ、スケルトンフレーム１００、および／またはハンガ１６０は、車輪（不図示）によって支持される。車輪は、蓋４０ａ、４０ｂ、および／またはスケルトンフレーム１００がチャンバ、蓋、および炉ステーションの外側を移動することを可能にするレールによって支持される。

本開示の教示から理解すべき点として、１または複数のＥＢガンに関するダウンタイムを低減するＥＢガンアセンブリが提供される。ＥＢガンアセンブリは、１または複数のＥＢガンが強固に取り付けられ、ＥＢガン開口部とチャンバ蓋との位置合わせのために１または複数のＥＢガンに制限された動きを提供するように構成されたスケルトンフレームを含む。ＥＢガンアセンブリは、時間効率の良い方法でチャンバ蓋に取り付けられ、および／またはチャンバ蓋から取り外されることができる。加えて、一対のチャンバおよび一対のチャンバ蓋が含まれる場合、ＥＢガンアセンブリにより、一方のチャンバおよびチャンバ蓋が洗浄または改修されている間に他方のチャンバにおいて溶融キャンペーンが進行することになる。本開示の教示に係る２つのチャンバ、２つのチャンバ蓋、スケルトンフレーム、およびＥＢガンアセンブリの使用により、約１５，０００～約４０，０００ポンドの重量の商業用鋳塊を溶融および形成する場合、交換時間（すなわちＥＢガンのダウンタイム）が２０時間以上減少する。すなわち、スケルトンフレームを有するＥＢガンアセンブリは、溶融キャンペーン間の複雑性および時間を低減する。

スケルトンフレームにより、炉の操作者は、炉のガス抜き中、チャンバ蓋をチャンバに結合された状態で残すことが可能であり、それによってガス抜き中に溶解工場に取り込まれる炉の副産物（灰、粉塵、煙など）が減少する。溶解工場に取り込まれる副産物の低減により、製造機器に作用する炉の副産物が少なくなるために溶解工場設備の寿命が延び、効率が向上する。またスケルトンフレームにより、チャンバ蓋の洗浄、検査、および／または修理を炉ステーション（すなわち鋳塊材料の溶融が行われる場所）の外で行うことができるので、室内を広く使用でき、蓋への接近が容易になり、効率、生産性、および安全性が向上する。更に、改修活動がＥＢガンに影響を及ぼさないので、ＥＢガンのメンテナンスが軽減されるとともにＥＢガンの信頼性が高くなる。

本明細書において特に明示されない限り、機械／熱特性、組成割合、寸法および／または公差、または他の特性を示す全ての数値は、本開示の範囲を説明する上で「約」または「およそ」という言葉で修飾されるものとして理解される。この修飾は、工業的慣行、材料、製造、および組立ての公差、および試験性能を含む様々な理由から望ましい。

本明細書で用いられる場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、非排他的論理和を用いた論理的（ＡＯＲＢＯＲＣ）を意味すると解釈すべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」を意味すると解釈してはならない。

本開示の説明は、本質的に単なる典型例であり、したがって、本開示の本質から逸脱しない変形例は本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形例は、本開示の主旨および範囲からの逸脱と見なされてはならない。

Claims

電子ビーム炉のための電子ビーム（ＥＢ）ガンアセンブリであって、
スケルトンフレームと、前記スケルトンフレームに取り付けられた少なくとも１つのＥＢガンとを備えるＥＢガンフレームアセンブリを備え、前記ＥＢガンフレームアセンブリは、第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第１のＥＢチャンバ内の材料を溶融し、取り外されて第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、第２のＥＢチャンバ内の材料を溶融するように構成される、ＥＢガンアセンブリ。
前記スケルトンフレームは、少なくとも１つのＥＢガン開口部を備え、前記少なくとも１つのＥＢガンは、前記少なくとも１つのＥＢガン開口部を貫通して延びる、請求項１に記載のＥＢガンアセンブリ。
少なくとも１つの取付けフレームを更に備え、前記少なくとも１つのＥＢガンは前記少なくとも１つの取付けフレームに取り付けられ、前記少なくとも１つの取付けフレームは前記スケルトンフレームに取り付けられる、請求項１に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記少なくとも１つの取付けフレームは、ノズル開口部を備え、前記少なくとも１つのＥＢガンは、前記ノズル開口部を貫通して延びるノズルを備える、請求項３に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記取付けフレームは、前記ノズル開口部を有する天板と、前記天板に可動的に取り付けられた浮動板とを備え、前記少なくとも１つのＥＢガンの前記ノズルは、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１のＥＢチャンバ蓋および前記第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記ノズルの位置が移動可能であるように、前記浮動板に取り付けられる、請求項４に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記ノズルの前記位置が移動可能であるように、前記ＥＢガンの前記ノズルに強固に取り付けられ、前記取付けフレームの前記天板に可動的に取り付けられたカラーを更に備える、請求項５に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記カラーが可動であるように、前記カラーと前記天板との間に複数の付勢部材を更に備える、請求項６に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記少なくとも１つのＥＢガンが蓋のガン開口部と位置合わせされるように、前記第１のＥＢチャンバ蓋および前記第２のＥＢチャンバ蓋の少なくとも１つから延びる第２の位置合わせピンを受容するように構成された第１の位置合わせガイドを更に備える、請求項１に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記少なくとも１つのＥＢガンは、前記スケルトンフレームに取り付けられた複数のＥＢガンである、請求項１に記載のＥＢガンアセンブリ。
複数の取付けフレームを更に備え、前記複数のＥＢガンの各々は取付けフレームに取り付けられ、前記複数の取付けフレームの各々は前記スケルトンフレームに取り付けられる、請求項９に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記複数の取付けフレームの各々は、ノズル開口部を備え、前記複数のＥＢガンの各々は、取付けフレームの前記ノズル開口部を貫通して延びるノズルを備える、請求項１０に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記複数の取付けフレームの各々は、前記ノズル開口部を有する天板と、前記天板に可動的に取り付けられた浮動板とを備え、前記複数のＥＢガンの各々の前記ノズルは、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記複数のＥＢガンの各々の前記ノズルの位置が移動可能であるように、前記複数の取付けフレームのうちの１つの取付けフレームの前記浮動板に取り付けられる、請求項１１に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記複数の取付けフレームの各々は、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記複数のＥＢガンの各々の前記ノズルの前記位置が移動可能であるように、前記複数のＥＢガンの１つの前記ノズルに強固に取り付けられ、前記取付けフレームの前記天板に可動的に取り付けられたカラーを備える、請求項１２に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に各カラーが可動であるように、各カラーと天板との間に複数の付勢部材を更に備える、請求項１３に記載のＥＢガンアセンブリ。
前記少なくとも１つのＥＢガンは、前記スケルトンフレームに取り付けられた複数のＥＢガンであり、複数の取付けフレームを更に備え、
前記複数の取付けフレームの各々は、ノズル開口部を有する天板と、前記天板に可動的に取り付けられた浮動板とを備え、
前記複数のＥＢガンの各々の前記ノズルは、前記複数のＥＢガンの各ノズルの位置が移動可能であるように、浮動板に取り付けられ、天板のノズル開口部を貫通して延び、
前記複数のＥＢガンの各ノズルは、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋で交換可能であるように、それぞれ、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後、前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋のガン開口部に確実に取付け可能である、請求項１に記載のＥＢガンアセンブリ。
電子ビーム（ＥＢ）炉アセンブリであって、
第１のＥＢチャンバと、第１のＥＢガン開口部セットを有する第１のＥＢチャンバ蓋とを備える第１のＥＢ炉と、
第２のＥＢチャンバと、第２のＥＢガン開口部セットを有する第２のＥＢチャンバ蓋とを備える第２のＥＢ炉と、
ＥＢガンフレームアセンブリと
を備え、前記ＥＢガンフレームアセンブリは、
スケルトンフレームと、前記スケルトンフレームに取り付けられた複数のＥＢガンとを備え、前記ＥＢガンフレームアセンブリは、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋で交換可能であるように、前記第１のＥＢガン開口部セットに取り付けられた前記複数のＥＢガンを有する前記第１のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられ、前記第２のＥＢガン開口部セットに取り付けられた前記複数のＥＢガンを有する前記第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられるように構成される、ＥＢ炉アセンブリ。
複数の取付けフレームを更に備え、前記複数のＥＢガンは前記複数の取付けフレームに確実に取り付けられ、前記複数の取付けフレームは前記スケルトンフレームに確実に取付けられる、請求項１６に記載のＥＢ炉アセンブリ。
前記複数の取付けフレームの各々は、天板と、前記天板に可動的に取り付けられた浮動板とを有し、前記複数のＥＢガンの各々は、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記複数のＥＢガンの各々の位置が移動可能であるように、前記複数のＥＢガンの各々のノズルが取付けフレームの前記浮動板に取り付けられるように、浮動板に強固に取り付けられる、請求項１７に記載のＥＢ炉アセンブリ。
電子ガン（ＥＢ）炉アセンブリで材料を溶融する方法であって、
スケルトンフレームと、前記スケルトンフレームに確実に取り付けられた複数のＥＢガンとを備えるＥＢガンフレームアセンブリを第１のＥＢチャンバ蓋に確実に取り付けることであって、前記第１のＥＢチャンバ蓋は第１のＥＢガン開口部セットを備え、前記複数のＥＢガンは前記第１のＥＢガン開口部セットに取り付けられることと、
前記複数のＥＢガンを用いて第１のＥＢチャンバ内の材料を溶融することであって、前記第１のＥＢチャンバ蓋および前記ＥＢガンフレームアセンブリは、前記第１のＥＢチャンバに確実に取り付けられることと、
前記第１のＥＢチャンバ蓋から前記ＥＢガンフレームアセンブリを取り外し、前記ＥＢガンフレームアセンブリを第２のＥＢチャンバ蓋に確実に取り付けることであって、前記第２のＥＢチャンバ蓋は第２のＥＢガン開口部セットを備え、前記複数のＥＢガンが前記第２のＥＢガン開口部セットに取り付けられることと、
前記複数のＥＢガンを用いて第２のＥＢチャンバ内の材料を溶融することであって、前記第２のＥＢチャンバ蓋および前記ＥＢガンフレームアセンブリは、前記第２のＥＢチャンバに確実に取り付けられることと
を備える方法。
前記ＥＢガンフレームアセンブリは、前記スケルトンフレームに確実に取り付けられた複数の取付けフレームと、前記複数の取付けフレームに確実に取り付けられた前記複数のＥＢガンとを更に備え、
前記複数の取付けフレームの各々は、天板と、前記天板に可動的に取り付けられた浮動板とを有し、
前記複数のＥＢガンの各々は、前記ＥＢガンフレームアセンブリが前記第１および第２のＥＢチャンバ蓋に強固に取り付けられた後に前記複数のＥＢガンの各々の位置が移動可能であるように、浮動板に強固に取り付けられる、請求項１９に記載の方法。