JP6153765B2 - Vacuum arc melting device - Google Patents

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Description

本発明は、真空容器内でアークを発生させて金属、鉱物などの試料を溶解する真空アーク溶解装置に係り、特に電極と試料との間隔を容易に調整保持することのできる真空アーク溶解装置に関する。   The present invention relates to a vacuum arc melting apparatus that melts a sample of metal, mineral, etc. by generating an arc in a vacuum vessel, and more particularly to a vacuum arc melting apparatus that can easily adjust and maintain the distance between an electrode and a sample. .

真空アーク溶解方法とは、金属(鋼材、鉱物、合金)等の試料をハース上に載置して真空容器内に収納し、この真空容器内に気密に電極を挿入し、試料と電極との間に直流電圧を印加してアーク放電を発生させ、試料をそのアーク熱を用いて溶解するものであり、真空アーク溶解装置として知られている。   The vacuum arc melting method is to place a sample of metal (steel, mineral, alloy) etc. on a hearth and store it in a vacuum vessel, and insert an electrode in the vacuum vessel in an airtight manner. A DC voltage is applied between them to generate an arc discharge, and the sample is melted using the arc heat, which is known as a vacuum arc melting apparatus.

真空アーク溶解処理においては、均一かつ一定の溶解速度を得ることが試料の溶解凝固後の品質に最も重要であり、そのためには入熱源である真空アークエネルギーが一定であるように制御する必要がある。特に、電極と試料溶融プール表面との間隔(アークギャップ)によって試料に投じられるアーク熱エネルギー量は大きく変化するため、このアークギャップの制御が最も重要であるといえる。   In the vacuum arc melting process, obtaining a uniform and constant dissolution rate is most important for the quality of the sample after dissolution and solidification, and for this purpose, it is necessary to control the vacuum arc energy that is a heat input source to be constant. is there. In particular, since the amount of arc thermal energy applied to the sample varies greatly depending on the distance between the electrode and the sample molten pool surface (arc gap), it can be said that control of this arc gap is the most important.

しかし、固形試料の溶解によって電極先端と試料溶融プール(メタルプール)液面とのアークギャップは絶えず変動する。またこのことが更に溶解速度を変化させてアークギャップの変動を来たすことになりその制御は極めてむずかしいものであった。このような問題を回避するために、試料と電極との間隔を容易に一定に保持することができ、試料の溶解を円滑に行うことのできる真空アーク溶解装置が開発されている。   However, the arc gap between the electrode tip and the sample molten pool (metal pool) liquid level constantly fluctuates due to dissolution of the solid sample. In addition, this further changed the melting rate, resulting in fluctuations in the arc gap, and the control thereof was extremely difficult. In order to avoid such a problem, a vacuum arc melting apparatus has been developed that can easily keep the distance between the sample and the electrode constant and can smoothly dissolve the sample.

その概要を従来技術として以下に示す。例えば、真空容器内に試料2を載置し、前記真空容器内に気密に挿入された電極4と前記試料との間にアークを発生させて、前記試料を溶解する真空アーク溶解装置において、細長い前記電極の前記真空容器の外側の部分に同心状に固定され、外周に外径ネジが形成された円筒部材8と、該円筒部材の外径ネジに螺合する内径ネジが内円周に形成され前記電極に回転自在に保持された円筒状の位置決めストッパ7と、前記真空容器の前記電極の挿入部に気密に固定され、前記位置決めストッパが当接する固定側ストッパ5とを備えることを特徴とした真空アーク溶解装置が開示されている。(特許文献1参照、図2における符号を参考記載)   The outline is shown below as prior art. For example, in a vacuum arc melting apparatus in which a sample 2 is placed in a vacuum vessel and an arc is generated between the sample 4 and an electrode 4 hermetically inserted in the vacuum vessel to melt the sample. A cylindrical member 8 that is concentrically fixed to the outer portion of the vacuum vessel of the electrode and has an outer diameter screw formed on the outer periphery, and an inner diameter screw that engages with the outer diameter screw of the cylindrical member are formed on the inner circumference. And a cylindrical positioning stopper 7 rotatably held by the electrode, and a fixed stopper 5 which is airtightly fixed to the insertion portion of the electrode of the vacuum vessel and contacts the positioning stopper. A vacuum arc melting apparatus is disclosed. (Refer to Patent Document 1 and reference description in FIG. 2)

上記構成の真空アーク溶解装置においては、電極に固定された円筒部材にネジ結合している位置決めストッパ7を回転することにより、位置決めストッパの電極に対する軸方向の位置を微調整することができる。従って位置決めストッパを真空容器側に固定された固定側ストッパ5に当接させることにより、真空容器内に載置された試料と電極先端部との間の間隔(アークギャップ)を微調整し、適正な間隔に保持することができる。   In the vacuum arc melting apparatus having the above configuration, the position of the positioning stopper in the axial direction with respect to the electrode can be finely adjusted by rotating the positioning stopper 7 screwed to the cylindrical member fixed to the electrode. Therefore, the positioning stopper is brought into contact with the fixed stopper 5 fixed to the vacuum vessel side, thereby finely adjusting the distance (arc gap) between the sample placed in the vacuum vessel and the tip of the electrode. Can be kept at a proper interval.

上記のような真空アーク溶解装置の電極の上下移動の微調整を行うための円筒部材8とそれに螺合した位置決めストッパ7そして固定側ストッパ(球面軸を兼ねる)5を用いた機構を以下においてアーク位置調整機構17と称する。   A mechanism using the cylindrical member 8 for fine adjustment of the vertical movement of the electrodes of the vacuum arc melting apparatus as described above, the positioning stopper 7 screwed to the cylindrical member 5 and the fixed-side stopper (also serving as the spherical axis) will be described below. This is referred to as a position adjustment mechanism 17.

特開平7−318257号公報JP 7-318257 A 実開平6−22361号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-22361

しかしながら、上記のように構成された従来の真空アーク溶解装置においては、アーク位置調整機構が微調整のための機能であるため、位置決めストッパを利用して行う回転動作に対して電極の上下移動量は小さく微小にならざるを得ない。前述のように電極と試料溶融プール表面との間隔(アークギャップ)によって試料に投じられるアーク熱エネルギー量は大きく変化するため、このアークギャップの素早い制御が最も重要であるといえる。   However, in the conventional vacuum arc melting apparatus configured as described above, since the arc position adjustment mechanism is a function for fine adjustment, the amount of vertical movement of the electrode with respect to the rotation operation performed using the positioning stopper Must be small and small. As described above, since the amount of arc heat energy applied to the sample greatly varies depending on the distance between the electrode and the sample molten pool surface (arc gap), it can be said that quick control of the arc gap is most important.

電極と試料間の距離の微調整を行い十分なアークエネルギーを供給した後は、固形試料の溶解状況によっては素早く電極を遠ざけてアークエネルギーを抑制すべき必要がある事態も多々発生する。このような場合、上述のアーク位置調整機構においては位置決めストッパを利用した手作業把持による逆回転に遅れが生じて、電極先端部を試料から遠ざける動作に遅れを生じてしまう。場合によっては試料と電極先端部との接触が発生したり、溶解中に放電が止まってしまうこともあった。これらにより試料へのアーク熱エネルギー供給量の過剰現象やバランスがくずれ、好ましい品質の生成物を得ることがむずかしかった。畢竟、電極先端部つまり電極を上下方向に素早く移動させる微小な動作をいかにスムースに成し得るかが課題となる。   After fine adjustment of the distance between the electrode and the sample and supply of sufficient arc energy, there are many situations in which it is necessary to suppress the arc energy by quickly moving away from the electrode depending on the dissolution state of the solid sample. In such a case, in the arc position adjusting mechanism described above, there is a delay in the reverse rotation due to manual gripping using the positioning stopper, and there is a delay in the operation of moving the electrode tip away from the sample. In some cases, contact between the sample and the tip of the electrode may occur, or discharge may stop during dissolution. As a result, the excess phenomenon and balance of the arc heat energy supply amount to the sample are lost, and it is difficult to obtain a product of favorable quality. The problem is how to smoothly perform the minute operation of quickly moving the electrode tip, that is, the electrode in the vertical direction.

本発明は上記に鑑みてなされたもので、真空容器内の試料と電極先端部との間隔を微調整でき、かつ電極先端部を素早く上下移動させることができるアーク位置調整機構を提供することにより、試料の溶解レベルの品質を円滑に保つことが可能な真空アーク溶解装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and by providing an arc position adjusting mechanism that can finely adjust the distance between the sample in the vacuum vessel and the electrode tip, and can quickly move the electrode tip up and down. An object of the present invention is to provide a vacuum arc melting apparatus capable of smoothly maintaining the quality of the melting level of a sample.

上記目的を達成するために本発明は、真空容器内に試料を載置し、前記真空容器内に気密に挿入された電極と前記試料との間にアークを発生させて、前記試料を溶解する真空アーク溶解装置において、上記アーク位置調整機構の位置決めストッパとその下側に接する固定用ストッパとのあいだにコイルスプリングを設置させたことを特徴とする真空アーク溶解装置である。   To achieve the above object, the present invention places a sample in a vacuum vessel and generates an arc between the electrode hermetically inserted in the vacuum vessel and the sample to dissolve the sample. In the vacuum arc melting apparatus, a coil spring is installed between a positioning stopper of the arc position adjusting mechanism and a fixing stopper contacting the lower side thereof.

コイルスプリングはその伸縮によって電極及び円筒部材に螺合結合された位置決めストッパと球面軸との間の間隔を伸縮させるため、その伸縮寸法は同時に電極先端部と試料との間隔を伸縮させることになる。コイルスプリングの数には制限はない。またコイルスプリングは同様の機能を有する発条体であってもよい。コイルスプリングのバネ係数には限定はないが、バネとして支える上部の位置決めストッパ、円筒部材、電極、締め付けハンドル等部材の総重量に対して初期圧縮変形のみで対応し得る程度のバネ強度を有するコイルスプリングであるのが好ましい。またバネ係数及び長さ、スプリング外径等が異なる複数のコイルスプリングを重複設定することによって、圧縮された寸法に応じてバネ反発力の強度設定を変更することもできる。   Since the coil spring expands and contracts the distance between the positioning stopper screwed to the electrode and the cylindrical member and the spherical axis, the expansion / contraction dimension simultaneously expands and contracts the distance between the electrode tip and the sample. . There is no limit to the number of coil springs. The coil spring may be a striated body having a similar function. There is no limitation on the spring coefficient of the coil spring, but the coil has a spring strength that can handle only the initial compression deformation against the total weight of the upper positioning stopper, cylindrical member, electrode, clamping handle, etc. supported as a spring. A spring is preferred. Further, by setting a plurality of coil springs having different spring coefficients and lengths, spring outer diameters, etc., the strength setting of the spring repulsive force can be changed according to the compressed dimensions.

位置決めストッパの底面にコイルスプリングを接触介在させることにより、位置決めストッパと共に電極を下方向に移動させた際、位置決めストッパを絶えず上方へ押し上げるコイルスプリングのばね反発力が発生する。同時にコイルスプリングは位置決めストッパの固定側ストッパとしての役割をも果たすため、位置決めストッパはコイルスプリングによって一定位置に固定される。位置決めストッパのその後の螺合ネジ回転は電極のみを下方向に移動させることができる。   By interposing a coil spring in contact with the bottom surface of the positioning stopper, when the electrode is moved downward together with the positioning stopper, a spring repulsive force of the coil spring that constantly pushes the positioning stopper upward is generated. At the same time, the coil spring also serves as a fixed stopper for the positioning stopper, so that the positioning stopper is fixed at a fixed position by the coil spring. Subsequent screwing screw rotation of the positioning stopper can move only the electrode downward.

電極先端部と試料との間隔が上記のような位置決めストッパの回転による微調整によって設定された後アーク放電が開始されるが、この際、電極先端部と試料との間隔調整で素早い上下微小移動の調節が必要になる。この素早い微小移動調節をコイルスプリングの反発力を介して締め付けハンドルにより直接行うことができる。電極を下方に素早く移動させる場合はコイルスプリングの反発力に抗して微小距離だけ押し下げる。逆に、電極を上方に素早く移動させる場合はコイルスプリングの反発力を利用して素早く引き上げることができる。   Arc discharge is started after the distance between the electrode tip and the sample is set by the fine adjustment by rotating the positioning stopper as described above. At this time, the vertical fine movement can be performed quickly by adjusting the distance between the electrode tip and the sample. Adjustment is required. This quick minute movement adjustment can be performed directly by the tightening handle via the repulsive force of the coil spring. When the electrode is moved quickly downward, it is pushed down by a small distance against the repulsive force of the coil spring. On the other hand, when the electrode is quickly moved upward, it can be quickly pulled up by utilizing the repulsive force of the coil spring.

本発明は、真空アーク溶解装置において電極と試料との間隔を微調整するためのアーク位置調整機構である位置決めストッパと固定用ストッパとの間にスプリングコイルを介在させて、位置決めストッパの回転操作を伴わずに上下方向への微小移動を円滑にさせることにより、アークエネルギー調整の際、電極と試料との間隔をスムースに素早く変更できることを可能にしたことを特徴とするアーク位置調整機構を付加した真空アーク溶解装置を提供するものである。   In the vacuum arc melting apparatus, the rotation of the positioning stopper is performed by interposing a spring coil between a positioning stopper, which is an arc position adjusting mechanism for finely adjusting the distance between the electrode and the sample, and a fixing stopper. An arc position adjustment mechanism has been added that makes it possible to smoothly and quickly change the distance between the electrode and the sample when adjusting the arc energy by smoothing the minute movement in the vertical direction without being accompanied. A vacuum arc melting apparatus is provided.

電極と試料間の距離の微調整を行い十分なアークエネルギーを供給した後、素早く電極を遠ざけてアークエネルギーを抑制する必要がある場合、本発明によればアーク位置調整機構における位置決めストッパの手作業把持による逆回転を必要としないため、電極先端を試料から遠ざける動作に遅れを生じる弊害を最小限に抑えることができる。このことにより試料へのアーク熱供給が必要以上に進んでしまう過溶融や試料と電極との接触不具合を防止し、適正なアーク放電位置を保持することができるようになるため、真空アーク溶解による好ましい品質の溶解生成物を得ることができるようになる。   When it is necessary to finely adjust the distance between the electrode and the sample and supply sufficient arc energy and then quickly move the electrode away to suppress the arc energy, according to the present invention, the manual operation of the positioning stopper in the arc position adjusting mechanism is performed. Since reverse rotation by gripping is not required, the adverse effect of delaying the operation of moving the electrode tip away from the sample can be minimized. This prevents overmelting of the arc heat supply to the sample more than necessary and contact failure between the sample and the electrode, so that the proper arc discharge position can be maintained. It will be possible to obtain a dissolution product of favorable quality.

本発明の一実施形態に係る真空アーク溶解装置における断面概略構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional schematic structure in the vacuum arc melting apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 真空アーク溶解装置の従来の構造における断面概略構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional schematic structure in the conventional structure of a vacuum arc melting apparatus. 本発明の一実施形態に係る真空アーク溶解装置のアーク位置調整機構のみの断面概略構造を示す図であり、コイルスプリングを2個設置した場合の態様を示す。It is a figure which shows the cross-sectional schematic structure of only the arc position adjustment mechanism of the vacuum arc melting apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and shows the aspect at the time of installing two coil springs.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図2は、従来の真空アーク溶解装置とそのアーク位置調整機構を示す断面概略構造を示す図である。最初に従来のアーク位置調整機構を図2を用いて説明する。球型の真空容器13の内部底面にはハース12が設定されておりその上面に金属等の試料2が載置されている。電極先端部3と試料2に印加された電位との両者間の距離に応じてアーク放電が発生し試料2がアーク溶解されてハース12に試料溶融プール21が発生する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional vacuum arc melting apparatus and its arc position adjusting mechanism. First, a conventional arc position adjusting mechanism will be described with reference to FIG. A hearth 12 is set on the inner bottom surface of the spherical vacuum vessel 13, and a sample 2 such as metal is placed on the upper surface. Arc discharge is generated according to the distance between the electrode tip 3 and the potential applied to the sample 2, the sample 2 is arc-melted, and a sample melting pool 21 is generated in the hearth 12.

電極4は球型真空容器13の上部を貫通して外部の荷電配線と連結されている。球型真空容器13と電極4との貫通部分は球面軸5と球面軸受け6によって密閉固定されており、電極4は上下方向移動の自由度と球面軸5による前後左右回転方向への若干の自由度とを有する構造となっている。   The electrode 4 penetrates the upper part of the spherical vacuum vessel 13 and is connected to an external charge wiring. The penetrating portion between the spherical vacuum vessel 13 and the electrode 4 is hermetically fixed by the spherical shaft 5 and the spherical bearing 6, and the electrode 4 has a degree of freedom of vertical movement and a slight degree of freedom in the forward / backward / left / right rotation direction by the spherical shaft 5. The structure has a degree.

球面軸5はその上部下部において円筒状に電極を覆っておりO-リング14によって密閉度を保ちつつ電極4の上下方向への移動自由度を与えている。この球面軸5は上部に円筒状に突出した部分を有し、これによって上方の位置決めストッパ7を受けて固定する固定ストッパとしての機能をも兼ね備えている。位置決めストッパ7は円筒状を有し内径側に外径ネジを有し、円筒部材8の外径側の内径ネジと螺合している。円筒部材8は、電極4に対して円筒状に密着されておりネジ15によって電極4に固定接続されているため円筒部材8の上下方向移動とともに電極4も一体として上下移動することができる。   The spherical shaft 5 covers the electrode in a cylindrical shape at the upper and lower portions, and gives the degree of freedom of movement of the electrode 4 in the vertical direction while maintaining the sealing degree by the O-ring 14. The spherical shaft 5 has a portion protruding in a cylindrical shape at the upper portion, and thus also functions as a fixing stopper for receiving and fixing the upper positioning stopper 7. The positioning stopper 7 has a cylindrical shape, has an outer diameter screw on the inner diameter side, and is screwed with an inner diameter screw on the outer diameter side of the cylindrical member 8. Since the cylindrical member 8 is in close contact with the electrode 4 in a cylindrical shape and is fixedly connected to the electrode 4 with a screw 15, the electrode 4 can move up and down together with the vertical movement of the cylindrical member 8.

まず、電極4に固定接続された円筒部材8および円筒部材8の外径に螺合された位置決めストッパ7は、回転させずに電極4とともに下方移動することにより固定ストッパとしての役割を兼ねる球面軸5の上部突出部に接することで下方への移動が止まる。その後は、位置決めストッパ7を回転することによりその内径で螺合された円筒部材8及び電極4が一体として下方に微小移動することができる。   First, the cylindrical member 8 fixedly connected to the electrode 4 and the positioning stopper 7 screwed to the outer diameter of the cylindrical member 8 are moved downward together with the electrode 4 without rotating, thereby serving as a fixed stopper. The downward movement is stopped by coming into contact with the upper protrusion of 5. Thereafter, by rotating the positioning stopper 7, the cylindrical member 8 and the electrode 4 screwed with the inner diameter thereof can be moved minutely downward together.

位置決めストッパ7の回転による電極の上下方向の移動は、螺合したネジの回転による上下移動となるためネジ径密度にもよるが移動量を微調節できる微細移動が可能となる。つまり電極先端部3の上下移動を微細調節できることにより試料2との距離を微細に調節しアーク熱量を調節できることになる。上記のように電極4の上下移動を微調節するための機構がアーク位置調整機構17である。   The vertical movement of the electrode due to the rotation of the positioning stopper 7 is the vertical movement due to the rotation of the screw that is screwed together, so that it is possible to finely move the movement amount depending on the screw diameter density. That is, the vertical movement of the electrode tip 3 can be finely adjusted, so that the distance from the sample 2 can be finely adjusted to adjust the amount of arc heat. The mechanism for finely adjusting the vertical movement of the electrode 4 as described above is the arc position adjusting mechanism 17.

電極4に設定されたアーク調節機構の上部は位置決めストッパ7と連結した締め付けハンドル台9及び締め付けハンドル10があり、絶縁部材でできた締め付けハンドル10を把持回転させることで位置決めストッパ7を回転させることができる。締め付けハンドル10を把持回転させることにより電極4が微小上下移動できることになる。また同様に締め付けハンドルを操作することによって球面軸5を使って電極4の若干の前後左右への回転の動きも可能になる。電極4の最上部は塩ビ絶縁カバー11で覆われており外部荷電設備に連結されている。   The upper part of the arc adjusting mechanism set for the electrode 4 is a clamping handle base 9 and a clamping handle 10 connected to the positioning stopper 7, and the positioning stopper 7 is rotated by gripping and rotating the clamping handle 10 made of an insulating member. Can do. By gripping and rotating the tightening handle 10, the electrode 4 can be slightly moved up and down. Similarly, by operating the tightening handle, the electrode 4 can be slightly rotated back and forth and left and right using the spherical axis 5. The uppermost portion of the electrode 4 is covered with a polyvinyl chloride insulating cover 11 and connected to an external charging facility.

上記のように、電極4の上下移動はアーク位置調節機構17の位置決めストッパ7の回転を促す締め付けハンドル10の回転によって微調整できる微細な動きであるため、試料2と電極先端部3との間に発生するアーク熱量が過剰の際は素早く電極先端部3を試料2から遠ざけたいにもかかわらず、締め付けハンドル10を急きょ逆回転させなければならず手作業把持回転にのみ頼っている従来の上記アーク位置調節機構17だけでは作業性が悪かった。   As described above, the vertical movement of the electrode 4 is a fine movement that can be finely adjusted by the rotation of the tightening handle 10 urging the rotation of the positioning stopper 7 of the arc position adjusting mechanism 17. In the case where the amount of arc heat generated in the electrode is excessive, the clamping handle 10 must be rapidly rotated in the reverse direction in spite of wanting to move the electrode tip 3 away from the sample 2 quickly. The workability was poor with the arc position adjusting mechanism 17 alone.

アーク熱量を瞬時に制御するために電極先端部3と試料2との間の距離を近付け又は遠ざける素早い動きをするには位置決めストッパ7の手作業による把持回転では限界があり、このことによる制御の遅れが試料2の溶解品質維持においても好機を逸するような状況が生じていた。   In order to quickly control the amount of arc heat, the gripping rotation by manual operation of the positioning stopper 7 is limited in order to quickly move the distance between the electrode tip 3 and the sample 2 closer to or away from the sample 2. There was a situation in which the delay missed the opportunity to maintain the dissolution quality of Sample 2.

これに対して、アーク熱量を制御するためにより適時に素早く電極4を上下方向に移動させるためのアーク位置調整機構17を備えたことが本発明の特徴である。本発明に係る真空アーク溶解装置の一実施形態における断面概略構造を示す図1について説明する。図1において示す符号は、従来例の図2に対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。   On the other hand, it is a feature of the present invention that an arc position adjusting mechanism 17 for quickly moving the electrode 4 in the vertical direction in a timely manner in order to control the amount of arc heat is provided. 1 showing a schematic cross-sectional structure in an embodiment of a vacuum arc melting apparatus according to the present invention will be described. 1, the same reference numerals are given to portions corresponding to FIG. 2 of the conventional example, and description thereof will be omitted as appropriate.

図1において、従来例の図2と同様に球型真空容器13の上壁には電極4が軸方向に自在移動可能にかつ球面軸5を介して傾動可能に気密に取り付けられている。また電極4の球面軸5から上方に突出した円筒状部分には、本発明の特徴であるアーク位置調整機構17が設けられている。   In FIG. 1, the electrode 4 is attached to the upper wall of the spherical vacuum vessel 13 in an airtight manner so as to be freely movable in the axial direction and tiltable via the spherical shaft 5 as in the conventional example of FIG. An arc position adjusting mechanism 17 that is a feature of the present invention is provided on the cylindrical portion of the electrode 4 protruding upward from the spherical axis 5.

本発明に係るアーク位置調整機構17は、位置決めストッパ7と球面軸5の上部円筒状突出部との間にコイルスプリング18を介在させることに特徴がある。コイルスプリング18の強度やバネ係数、材質について特に制限はない。また、コイルスプリングに限らず他の形状の発条体であってもよい。コイルスプリング18のバネ反発力は、その上部にある位置決めストッパ7及び円筒部材8、電極4、締め付けハンドル10を回転させず同時に上方へ押し上げ移動させ得る力に対応する。   The arc position adjusting mechanism 17 according to the present invention is characterized in that a coil spring 18 is interposed between the positioning stopper 7 and the upper cylindrical protrusion of the spherical shaft 5. There are no particular restrictions on the strength, spring coefficient, and material of the coil spring 18. Moreover, not only a coil spring but the stripe body of another shape may be sufficient. The spring repulsive force of the coil spring 18 corresponds to a force that can be pushed up and moved simultaneously without rotating the positioning stopper 7 and the cylindrical member 8, the electrode 4, and the clamping handle 10 at the upper part thereof.

コイルスプリング18はその下端において球面軸5の上部突出部と接し固定されており、その上端においては位置決めストッパ7の下面と接し固定されて保持される。コイルスプリング18は電極4を円筒状に覆った絶縁カラー22の外周に設定されている。コイルスプリング18の外周は円筒形のスプリングカバー(下部)19及びスプリングカバー(上部)20によって囲われて保持されている。   The coil spring 18 is fixed in contact with the upper protrusion of the spherical shaft 5 at its lower end, and is held in contact with the lower surface of the positioning stopper 7 at its upper end. The coil spring 18 is set on the outer periphery of an insulating collar 22 that covers the electrode 4 in a cylindrical shape. The outer periphery of the coil spring 18 is surrounded and held by a cylindrical spring cover (lower part) 19 and a spring cover (upper part) 20.

スプリングカバー(下部)19の円周外径はスプリングカバー(上部)20の円周内径より小さく、コイルスプリングに軽く接するように構成されており、コイルスプリング18が押し縮められた際、両スプリングカバーは重なりあって高さ寸法をコイルスプリング18の収縮に応じて減じる構造となっている。   The outer circumferential diameter of the spring cover (lower part) 19 is smaller than the circumferential inner diameter of the spring cover (upper part) 20, and is configured to come into light contact with the coil spring. When the coil spring 18 is compressed, both spring covers are covered. Are overlapped so that the height dimension is reduced in accordance with the contraction of the coil spring 18.

本発明の真空アーク溶解装置1のアーク位置調整機構17の機能について説明する。まず、電極4に固定接続された円筒部材8および円筒部材8の外形に螺合接合された位置決めストッパ7は、回転させずに電極4とともに下方向に移動する。位置決めストッパ7の下面がコイルスプリング18の上部に接することで下方への移動が止まる。その後は、締め付けハンドル10を回転することにより位置決めストッパ7の内径で螺合された円筒部材8と電極4とが一体として下方に微小移動することができる。同時に電極先端部3では試料2との間のアーク放電によるアーク溶解が実行される。   The function of the arc position adjusting mechanism 17 of the vacuum arc melting apparatus 1 of the present invention will be described. First, the cylindrical member 8 fixedly connected to the electrode 4 and the positioning stopper 7 screwed and joined to the outer shape of the cylindrical member 8 move downward together with the electrode 4 without rotating. Since the lower surface of the positioning stopper 7 is in contact with the upper part of the coil spring 18, the downward movement is stopped. After that, by rotating the tightening handle 10, the cylindrical member 8 and the electrode 4 screwed together with the inner diameter of the positioning stopper 7 can be moved minutely downward together. At the same time, arc melting between the electrode tip 3 and the sample 2 is performed by arc discharge.

アーク溶解が実施可能に設定された状態において、アーク放電を開始させるに当っては次のような技術的特徴がある。予め設定されたアーク放電に十分な一定電位を与えられた電極先端部3と試料2との間の距離ではまだアーク放電は発生しない。アーク放電発生のトリガーとなるのは、更に電極先端部3と試料2との距離を瞬時微小接近させることにある。このことにより生じた電極先端部3と試料2との間の一瞬の低下した絶縁雰囲気をトリガーとして得ることによってアーク放電が発生する。   In the state where the arc melting is set to be feasible, there are the following technical features in starting the arc discharge. Arc discharge does not yet occur at the distance between the electrode tip 3 and the sample 2 to which a constant potential sufficient for arc discharge is set in advance. The trigger for the occurrence of arc discharge is to make the distance between the electrode tip 3 and the sample 2 slightly closer. Arc discharge is generated by obtaining as a trigger the instantaneously lowered insulating atmosphere generated between the electrode tip 3 and the sample 2.

ひとたびアーク放電が開始された後は、過剰なアーク熱量の試料への投入を避けるため電極先端部3を再度素早く上方に微小移動させ、試料2との間隔を予め設定された位置に戻しそして保つ必要がある。   Once the arc discharge is started, the electrode tip 3 is quickly moved slightly upward again to avoid putting an excessive amount of arc heat into the sample, and the distance from the sample 2 is returned to and maintained at a preset position. There is a need.

上記アーク放電を発生させるためのトリガーとしての行為は瞬時の機敏な操作が必要であり、この電極の操作を可能にさせるための構造が本発明の真空アーク溶解装置1のアーク位置調整機構17の特徴的部分である。位置決めストッパ7の下部と球面軸5の上部との間にコイルスプリング18を介在させることにより、上記アーク放電を発生させるためのトリガー行為を締め付けハンドル10の回転及び逆回転という煩雑な動作を行わずに締め付けハンドル10への熟練した押し付け操作で一瞬に行うことが可能となる。   The act as a trigger for generating the arc discharge requires an instantaneous agile operation, and the structure for enabling the operation of the electrode is the structure of the arc position adjusting mechanism 17 of the vacuum arc melting apparatus 1 of the present invention. It is a characteristic part. By interposing the coil spring 18 between the lower portion of the positioning stopper 7 and the upper portion of the spherical shaft 5, the trigger action for generating the arc discharge is not performed by the complicated operation of rotating and reversely rotating the handle 10. In addition, it is possible to perform the operation instantly by a skilled pressing operation to the tightening handle 10.

つまり、アーク位置調整機構17の位置決めストッパ7を利用した締め付けハンドル10を回転させて電極4の電極先端部3と試料2との間の距離を微調整し、一定のアーク放電に必要な電位を投入した後、電極4をコイルスプリング18のバネ反発力に抗して一瞬微小距離押し下げてアーク放電を発生させる。そして直後、バネ反発力を利用して瞬時に設定された位置まで電極4及び電極先端部3を押し上げて、その後は必要な一定アーク放電によるアーク熱量を試料2に均一に投入することができる。   That is, the tightening handle 10 using the positioning stopper 7 of the arc position adjusting mechanism 17 is rotated to finely adjust the distance between the electrode tip 3 of the electrode 4 and the sample 2, and a potential necessary for constant arc discharge is obtained. After the charging, the electrode 4 is momentarily pushed down by a small distance against the spring repulsive force of the coil spring 18 to generate arc discharge. Immediately after that, the electrode 4 and the electrode tip 3 are pushed up to the position set instantaneously by using the spring repulsive force, and thereafter, the required amount of arc heat by the constant arc discharge can be uniformly supplied to the sample 2.

以上、アーク放電開始時にアーク放電を発生させるためのトリガー行為について本発明に係るアーク位置調整機構17について記載したが、真空アーク溶解装置の一般的な使用時においても上記と同様に電極先端部3を瞬時に微小距離だけ試料2に近付けて、再度瞬時に戻す操作の必要性は逐次発生する。このような場合も本発明に係るアーク位置調整機構17は同様に大きな能力を発揮することになる。   Although the arc position adjusting mechanism 17 according to the present invention has been described with respect to the triggering action for generating arc discharge at the start of arc discharge, the electrode tip 3 is similar to the above even during general use of the vacuum arc melting apparatus. The need for an operation of bringing the sample immediately close to the sample 2 by a minute distance and returning it instantly again occurs. Even in such a case, the arc position adjusting mechanism 17 according to the present invention similarly exhibits a great ability.

本発明に係るアーク位置調整機構に用いるコイルスプリング18は、コイルスプリングに限らず他の形状の発条体であってもよい。板状バネなどの発条体であってもよいし、位置決めストッパ7の下部に介在し上記機能を有する構造である発条体であればよい。またそのバネ係数、材質、数に制約をするものではないが、電極及び発条体の上部に位置する部材の重量によって、また電極先端部から試料までの微細移動距離の必要量によって設定されていればよい。   The coil spring 18 used in the arc position adjusting mechanism according to the present invention is not limited to a coil spring, and may be a striated body having another shape. A striped body such as a plate spring may be used, or a stripped body having a structure intervening under the positioning stopper 7 and having the above function may be used. The spring coefficient, material, and number are not limited, but may be set according to the weight of the electrode and the member located above the striated body, and the required amount of fine movement distance from the electrode tip to the sample. That's fine.

次に、本発明の別の実施形態について説明する。図3は、本発明にかかる真空アーク溶解装置1のアーク位置調整機構17の別の実施形態におけるコイルスプリング18の設置部の断面概略構造を示す図である。コイルスプリング18の内側にコイルスプリング小23を追加設置した実施例である。   Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of the installation portion of the coil spring 18 in another embodiment of the arc position adjusting mechanism 17 of the vacuum arc melting apparatus 1 according to the present invention. This is an embodiment in which a small coil spring 23 is additionally installed inside the coil spring 18.

例えばコイルスプリング小23は、コイルスプリング18に比較してスプリング長さが短い場合、コイルスプリング18が位置決めストッパ7の下方向への移動に伴い圧縮されて縮み、コイルスプリング小23に接した後は、両コイルスプリングが圧縮されて同時に縮むことになる。この時点からはバネ反発力が大きくなり、電極4を押し下げ電極先端部3を試料2に近接させる微調整をする際もより慎重な動きをすることが可能になる。   For example, when the spring length of the coil spring small 23 is shorter than that of the coil spring 18, the coil spring 18 is compressed and contracted with the downward movement of the positioning stopper 7. Both coil springs are compressed and contract simultaneously. From this point of time, the spring repulsive force becomes large, and it becomes possible to make a more careful movement even when fine adjustment is performed by depressing the electrode 4 and bringing the electrode tip 3 close to the sample 2.

同様に最初の実施形態において記載したように電極先端部3を試料2から遠ざける場合は、より大きなバネ反発力を利用して素早く遠ざけることができるようになる。   Similarly, when the electrode tip 3 is moved away from the sample 2 as described in the first embodiment, it can be quickly moved away using a larger spring repulsive force.

二つのコイルスプリングのバネ係数や長さ比、大きさ比は任意設定でよく、要求される仕様にあわせればよい。このコイルスプリングに要求される仕様とは、電極先端部3と試料2との間の距離及び必要なアーク熱容量から要求される距離とそれに合わせて電極4の微妙な上下移動を調節し易い距離から生ずる仕様であり、それらを満たすためのコイルスプリング仕様を選択すればよい。同様にバネ係数は、電極及びコイルスプリングの上部に位置する部材の重量や球面軸と電極との摩擦係数などによって定まる仕様でありそれを満たすためのコイルスプリング仕様を選択すればよい。   The spring coefficient, the length ratio, and the size ratio of the two coil springs may be arbitrarily set, and may be adapted to the required specifications. The specification required for this coil spring is the distance required from the distance between the electrode tip 3 and the sample 2 and the required arc heat capacity, and the distance at which the subtle vertical movement of the electrode 4 can be easily adjusted accordingly. It is a specification to be generated, and a coil spring specification to satisfy them may be selected. Similarly, the spring coefficient is a specification determined by the weight of a member positioned above the electrode and the coil spring, the friction coefficient between the spherical axis and the electrode, and the coil spring specification for satisfying the specification may be selected.

コイルスプリングの数も3以上であってもよいし、コイルスプリング以外の板バネ等の発条体であってもよいことは既に記載したとおりである。   As described above, the number of coil springs may be three or more, and may be a spring body such as a plate spring other than the coil spring.

以上、本発明の真空アース溶解装置によれば、電極と試料間との距離の微調整を行い十分なアークエネルギーを供給した後、固形試料の溶解状況によって素早く電極を遠ざけてアークエネルギーを抑制する必要がある場合、電極先端を試料に瞬時近付け及び瞬時遠ざける動作に遅れを生じる弊害を最小に抑えることができる。このことにより試料へのアーク熱供給が必要以上に進んでしまう過溶融や試料2と電極4との接触を防止し、適正なアーク放電位置を保持することができるため、真空アーク溶融による好ましい品質の溶融試料を得ることができるようになる。   As described above, according to the vacuum earth melting apparatus of the present invention, after finely adjusting the distance between the electrode and the sample and supplying sufficient arc energy, the electrode is quickly moved away depending on the melting state of the solid sample to suppress the arc energy. When necessary, it is possible to minimize the adverse effect of delaying the operation of moving the electrode tip close to and away from the sample instantaneously. This prevents over-melting of the arc heat supply to the sample more than necessary and prevents contact between the sample 2 and the electrode 4 and maintains an appropriate arc discharge position. A molten sample can be obtained.

ここで、上記の実施の形態は一実施例にすぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形あるいは改良が可能であることは言うまでもない。   Here, it is needless to say that the above-described embodiment is merely an example, and various modifications or improvements can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る真空アーク溶解装置によれば、電極と試料間との距離を微調整でき、かつ瞬時微細変更することができることにより適正なアーク放電位置及びアーク熱量供給を保持することができるため、金属・鋼材・鉱物等の品質のよいアーク溶解物を得ることができる。本発明に係る真空アーク溶解装置の技術的かつ経済的意義は大きく、産業上の利用価値は極めて大きい。   According to the vacuum arc melting apparatus according to the present invention, it is possible to finely adjust the distance between the electrode and the sample, and to maintain a proper arc discharge position and arc heat supply by being able to finely change instantaneously, A high quality arc melt such as metal, steel, and mineral can be obtained. The technical and economic significance of the vacuum arc melting apparatus according to the present invention is great, and the industrial utility value is extremely great.

1・・・真空アーク溶解装置
2・・・試料(金属、鋼材、鉱物等)
3・・・電極先端部
4・・・電極
5・・・球面軸(固定側ストッパを兼ねる)
6・・・球面軸受け
7・・・位置決めストッパ
8・・・円筒部材
9・・・締め付けハンドル台
10・・締め付けハンドル
11・・塩ビ絶縁カバー
12・・ハース
13・・球型真空容器
14・・O−リング
15・・ネジ
16・・螺合部
17・・アーク位置調整機構
18・・コイルスプリング
19・・スプリングカバー(下部)
20・・スプリングカバー(上部)
21・・試料溶融プール
22・・絶縁カラー
23・・コイルスプリング小
1 ... Vacuum arc melting device 2 ... Sample (metal, steel, mineral, etc.)
3 ... Electrode tip 4 ... Electrode 5 ... Spherical axis (also serves as fixed side stopper)
6 ... spherical bearing 7 ... positioning stopper 8 ... cylindrical member 9 ... clamping handle base 10 .... clamping handle 11 .... PVC insulation cover 12 .... hearth 13 .... spherical vacuum vessel 14 .... O-ring 15 ・ ・ Screw 16 ・ ・ Threading part 17 ・ ・ Arc position adjustment mechanism 18 ・ ・ Coil spring 19 ・ ・ Spring cover (lower part)
20. ・ Spring cover (top)
21..Sample melting pool 22..Insulation collar 23..Small coil spring

Claims (1)

真空容器内に気密に挿入された電極と前記真空容器内に載置された試料との間にアークを発生させて、前記試料を溶解する真空アーク溶解装置
細長い前記電極の前記真空容器の外側の部分に同心状に固定され、外周に外径ネジが形成された円筒部材と、
前記円筒部材の外径ネジに螺合する内径ネジが内周に形成され前記電極に回転自在に保持された円筒状の位置決めストッパと、
前記真空容器の前記電極の挿入部に気密に固定された球面軸と前記位置決めストッパとの間に位置するコイルスプリングとを備えており
前記コイルスプリングがバネ強度及び長さの異なる複数のコイルスプリングであって、
前記電極の上下微細移動の移動距離によって、前記コイルスプリングの反発力に段差を生じさせたことを特徴とした真空アーク溶解装置。
Wherein the inserted electrodes hermetically in a vacuum vessel by generating an arc between the mounted sample in a vacuum vessel, a vacuum arc melting apparatus for dissolving the sample,
A cylindrical member that is concentrically fixed to the outer portion of the vacuum vessel of the elongated electrode and has an outer diameter screw formed on the outer periphery;
A cylindrical positioning stopper in which an inner diameter screw threadedly engaged with an outer diameter screw of the cylindrical member is formed on the inner periphery and rotatably held by the electrode;
Wherein comprises a coil spring positioned between the spherical shaft fixed airtightly to the insertion portion of the electrode of the vacuum container and the positioning stopper,
The coil springs are a plurality of coil springs having different spring strengths and lengths,
The vertical movement distance of the fine movement of the electrode, vacuum arc melting apparatus, characterized in that caused a step in repulsive force of the coil spring.
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