WO2011155155A1 - アーク溶解炉装置 - Google Patents

Abstract

　作業者の操作負担を軽減させると共に、作業時間を短縮するアーク溶解炉装置を提供する。溶解室２ａが形成されたハウジング２と、溶解室２ａの内部に設置された凹陥部４ａを有するハース４と、凹陥部４に投入された金属材料を加熱溶解し合金塊を生成する加熱機構１０とを備えたアーク溶解炉装置１に、溶解室２ａの内部に立設した支持部材２１に回転自在に支持され、その外周縁が前記凹陥部４ａの内面に沿って回転移動して凹陥部４ａに生成された合金塊をハース４の上方に持ち上げて反転させる反転部材２３と、凹陥部４ａの上端縁の上方に設けられたバネ性を有する反転補助部材２４とを設ける。また、反転補助部材２４は、合金塊が当接した場合に所定量たわむようになされていると共に、たわんだ状態から元の状態に復帰することにより、合金塊を付勢して凹陥部４ａに落下させるようになされている。

Description

アーク溶解炉装置

　本発明は、金属材料を溶解するアーク溶解炉装置に関する。

　アークの熱エネルギーを使用して鋳型内に収容された金属材料を溶解するアーク溶解は従来から広く知られている。このアーク溶解には消耗型アーク溶解と非消耗型アーク溶解とがある。そのうち非消耗型アーク溶解は、減圧アルゴンの雰囲気内で直流アーク電源を用いてタングステン電極を陰極とし、水冷鋳型上に置いた金属材料（陽極）との間で直流アークによる熱エネルギーによって金属材料を溶解するものである。

　図１３に、従来技術の非消耗型アーク溶解炉の構成例を示す。図示するアーク溶解炉２００において、溶解室２１０の下面に銅鋳型２０１が密着し、溶解室２１０は密閉容器となされている。また、銅鋳型２０１の下方には、冷却水が循環する水槽２０２が設けられ、銅鋳型２０１は水冷鋳型となされている。

　また、図示するように棒状の水冷電極２０３が、溶解室２１０の上方から室内に挿設され、陰極としてのタングステン製の先端は、ハンドル部２０４の操作によって溶解室２１０を上下、前後、左右に移動できるようになされている。

　このアーク溶解炉２００において金属溶解し合金を生成する場合、まず秤量した金属材料が銅鋳型２０１上に置かれる。そして、溶解室２１０内を不活性ガス、通常はアルゴンガス雰囲気とした後に、水冷電極２０３のタングステン電極（陰極）と銅鋳型２０１上の金属材料（陽極）との間でアーク放電を発生させ、その熱エネルギーにより複数の異なる金属材料が溶解し、合金化される。

　ところで、前記したようなアーク溶解炉を用いた合金生成方法にあっては、比重の大きい金属は合金された材料の底部に溜まりやすいため、品質の優れた合金を生成するために、合金が溶湯状態のときによく攪拌する必要がある。
　しかしながら、水冷鋳型上で金属材料を溶解しているため、鋳型に接する溶湯底面は冷却されている。そのため、底部に位置する溶融金属が液相から固相にすぐに変化し、充分な攪拌ができないという技術的課題があった。
　そこで従来は、前記課題を解決するため、溶解した合金材料Ｍを冷却後、図１４に示すように、溶解室２１０の外から操作する反転棒２０５により銅鋳型２０１上で材料Ｍを反転させ、再び溶解し、その後続けて冷却、反転、溶解のプロセスを複数回繰り返すことによって攪拌を行い、材料Ｍを合金化する方法が用いられている。尚、前記したようなアーク溶解炉については、特許文献１に開示されている。

特開２００７－１６０３８５号公報

　しかしながら、上述した従来技術のアーク溶解炉にあっては、溶解室２１０の外から反転棒２０５を操作して、反転棒２０５の先端部に材料を引っかけて反転させるという面倒な作業を複数回行わなければならず、作業性が悪いと共に作業時間がかかるという技術的課題を有していた。

　本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、作業者の操作負担を軽減させると共に、作業時間を短縮することができるアーク溶解炉装置を提供することにある。

　上記課題を解決するためになされた本発明は、溶解室が形成されたハウジングと、該溶解室の内部に設置された凹陥部を有するハースと、前記凹陥部に投入された金属材料を加熱溶解し粗合金塊を生成する加熱機構とを備えたアーク溶解炉装置において、前記溶解室の内部に立設した支持部材に回転自在に支持され、その外周縁が前記凹陥部の内面に沿って回転移動して該凹陥部に生成された合金塊をハースの上方に持ち上げて反転させる反転部材と、前記凹陥部の上方であって、かつ前記反転部材の回転軌道の外側に設けられた反転補助部材とを備え、前記合金塊が反転補助部材に当接した際、前記反転補助部材によって、該合金塊を前記凹陥部に落下させることを特徴としている。

　このように本発明のアーク溶解炉装置は、溶解室の内部に立設した支持部材に回転自在に支持された反転部材を備え、その反転部材の外周縁がハースの凹陥部の内面に沿って回転移動し、該凹陥部に生成された合金塊をハースの上方に持ち上げて反転させるようになっている。
　そのため、本発明によれば、上述した従来技術のように、溶解室の外から反転棒を操作し、当該反転棒の先端部に材料を引っかけて反転させるという熟練を要する面倒な作業が不要となり、作業者の操作負担が軽減されると共に、作業時間を短縮することができる。
　また、上記の反転補助部材の構成によれば、合金塊が反転部材から離れて、外側に飛び出しても、反転補助部材に当たって（衝突して）跳ね返されるため、凹陥部に速やかに反転落下させることができる。

　また、前記反転補助部材は、バネ性を有する板状、且つ前記ハースの上面側に凹曲面が形成されるように湾曲して形成されると共に、その下端部において支持固定され、上端部が自由端として形成され、前記合金塊が前記反転補助部材に当接した際、反転補助部材が撓むと共に、前記反転補助部材によって、該合金塊を前記凹陥部に落下させることが望ましい。
　このような反転補助部材において、合金塊が当接した際の撓み量を、反転部材の回転動作を阻害しない寸法に設計しておくことにより、反転部材の回転動作が阻害されないため、反転部材（反転機構）の損傷を防止することができる。
　特に、前記のように反転補助部材が、前記ハースの上面側に凹曲面が形成されるように湾曲して形成されると共に、その下端部において支持固定され、上端部が自由端として形成されている場合には、いわゆる片持ちバネとなるため、合金塊が当接した際の撓み量を大きくすることができる。

　また、前記反転補助部材は、上方に向けて断面円弧状の凹みを有する逆碗形状に形成され、該反転補助部材は、少なくとも前記反転部材の外周縁が上方に向けて回動する側の前記凹陥部の上端縁を覆うように配置されていることが望ましい。
　このような反転補助部材によれば、反転部材の回転に伴い合金塊が上方へ弾き飛ばされても、反転補助部材の内面に当たるため、凹陥部からの飛び出しを防止し、その結果、装置の損傷を防止することができ、また装置の連続運転時における突発の事故停止を回避することができる。

　或いは、前記反転補助部材は、少なくとも下端側に開口を有する所定長さの筒状に形成され、前記開口が、少なくとも前記反転部材の外周縁が上方に向けて回動する側の前記凹陥部の上端縁を覆うように配置されていてもよい。
　このような反転補助部材によれば、反転部材の回転に伴い合金塊が上方へ弾き飛ばされても、反転補助部材の内側面に当たる、或いは、内側面に当たらず再び凹陥部内に落下して戻るため、凹陥部からの飛び出しを防止することができる。

　また、前記反転補助部材は、前記ハースの上面に対し所定の間隔をもって配置され、前記ハースと電気的に絶縁されていることが望ましい。
　また、前記反転補助部材は、その熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質により形成され、例えば、銅または銅を含む合金により形成されていることが望ましい。
　このように反転補助部材がハースと所定間隔をもって分離され配置されることにより、加熱機構（電極）と反転補助部材との間におけるアーク放電の発生を抑制することができる。また、反転補助部材が、前記のような材質により形成されていることにより、仮に反転補助部材に放電電流が流れ、多量の熱量が一度に与えられても、反転補助部材の溶解を防止することができる。

　また、前記反転部材は、その中心に貫通孔が形成されたリング状になされ、前記反転補助部材に当接した合金塊は、前記反転部材の貫通孔を通って、前記凹陥部に落下するようになされていることが望ましい。
　また、前記反転部材は、半円リング状または部分的に円弧を有する部分リング状になされていてもよい。

　本発明によれば、作業者の操作負担を軽減させると共に、作業時間を短縮することができるアーク溶解炉装置を提供することができる。

本発明の第一の実施形態のアーク溶解炉装置の溶解室の内部を示した模式図である。 本発明の第一の実施形態のアーク溶解炉装置の全体構成を示した模式図である。 本発明の第一の実施形態のアーク溶解炉装置のハースの凹陥部、反転部材及び反転補助部材の断面を示した模式図である。 本発明の第一の実施形態の反転機構の構成を示した模式図である。 本発明の第一の実施形態の反転機構の動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態の反転機構の動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態において生じ得る別の課題を説明するためのアーク溶解炉装置のハースの凹陥部、反転部材及び反転補助部材の断面を示した模式図である。 本発明の第二の実施形態のアーク溶解炉装置の溶解室の内部を示した模式図である。 本発明の第二の実施形態のアーク溶解炉装置の反転部材及び反転補助部材の断面を示した模式図である。 本発明の第三の実施形態のアーク溶解炉装置の溶解室の内部を示した模式図である。 本発明の第三の実施形態のアーク溶解炉装置の反転部材及び反転補助部材の断面を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る反転部材の変形例を説明するための平面図である。 従来技術の溶解炉の断面図である。 図１３の溶解炉において金属材料を反転させる様子を示す図である。

　以下、本発明の実施形態のアーク溶解炉装置１について図面に基づいて説明する。
　先ず、本発明の第一の実施形態のアーク溶解炉装置１の全体構成例を図１乃至図４を用いて説明する。
　図１及び図２に示すように、アーク溶解炉装置１は、内部に溶解室２ａが形成されたハウジング２と、溶解室２ａの内部に敷設されたガイド機構３と、ガイド機構３に支持された水冷銅製のハース４と、ハース４の上に載置された金属材料を加熱溶解して、合金塊を生成する加熱機構１０と、ハース４の上に載置された前記金属材料を加熱溶解して得られた合金塊を自動的に反転させる反転機構２０と、装置全体の動作を制御する制御装置３０（図２参照）とを備えている。

　また、前記ハウジング２には、真空ポンプ５（図２参照）が取り付けられ、この真空ポンプ５により溶解室２ａが真空に排気される。
　尚、不活性ガス供給部（図示せず）が設けられ、この不活性ガス供給部から溶解室２ａの内部に不活性ガスが供給、封入され、溶解室２ａ内は不活性ガス雰囲気となされている。

　更に、本実施形態のアーク溶解炉装置１の各構成を詳細に説明する。
　尚、本実施形態のアーク溶解炉装置１は、反転機構２０の構造に特徴があるため、以下の説明では反転機構２０の構造を詳細に説明し、その他の構成についてはその説明を簡略化する。

　前記加熱機構１０は、図２に示すように、溶解室２ａの上面部に設けられた陰極保持用の保持管１１と、保持管１１内に設けられたユニバーサルジョイント（図示せず）に保持された電極（例えば水冷電極）１２とを備えている。前記電極１２は、前記ユニバーサルジョイントにより、溶解室２ａ内を上下、前後、左右に移動可能になされている。また、電極１２の先端にはタングステン（陰極）１２ａが設けられている。なお、電極１２の先端に設けられたタングステン１２ａは、ハース４の上面と相対向する位置に配置されている。

　また、保持管１１の上部にはハンドル１３が設けられ、作業者は溶解室２ａに形成された明かり窓、覗き窓（図示せず）を利用し、目視により確認しながらハンドル１３により電極１２を操作することができるように構成されている。

　また、前記ガイド機構３は、図１及び図２に示すように、ハース４を支持すると共に、制御装置３０からの制御信号にしたがい、溶解室２ａの所定方向（ハウジング２の長手方向）に、ハース４の往復動を可能になしている。
　尚、前記ガイド機構３の具体的な構成について特に限定されるものではないが、例えば、ガイド機構３を、ハウジング２の長手方向に沿って敷設されたガイドレール３ａと、当該ガイドレール３ａに摺動自在に支持され、かつガイドレール３ａ上を往復自在に動作する移動体（図示せず）とによって構成しても良い。このガイド機構３にあっては、この移動体（図示せず）の上にハース４を固定し、この移動体を、例えばモータによりガイドレール３ａ上を往復動させることにより、ハース４を移動させる。

　また、前記水冷銅製のハース４は、図１及び図２に示すように、略直方体状に形成されると共に、その上面には、金属材料を収容する円弧状に凹んだ溶解用の凹陥部（るつぼ）４ａが複数形成されている。この凹陥部（るつぼ）４ａは、短手方向に並列（２列）に形成されると共に、長手方向に沿って等間隔に複数設けられている。

　また、前記ハース４の内部には、凹陥部（るつぼ）４ａの内表面を所定の温度となすために、冷却管（図示せず）が形成されている。そして、図１に示すように、この冷却管に対して、外部から冷却水を供給する冷却水導入管４０（図１参照）が設けられている。
　このように、前記ハース４内部には冷却管が設けられ冷却水が循環するように構成されているため、ハース４上面の温度（凹陥部（るつぼ）４ａ内表面の温度）の調整が図られる。

　また、図１及び図２に示すように、溶解室２ａの内部には、電極１２と相対向する位置にテーブル６が設けられている。このテーブル６は、アーク溶解時に飛散する微粉末によりハース４や隣接する凹陥部（るつぼ）４ａが汚染することを防止するものであり、溶解室２ａの底部に設置された枠体（図示せず）に支持・固定されている。
　また、テーブル６には、貫通孔６ａ（図１参照）が形成されている。この貫通孔６ａは、ハンドル１３で操作される電極１２を挿通し、この貫通孔６ａを挿通した電極１２によって、凹陥部４ａに収容された金属材料を溶解する作業が行える径に形成されている。
　また、テーブル６には、加熱変形を防止する水冷パイプ６ｂが設けられている。

　また、前記反転機構２０は、電極１２を挟んで相対向して、電極１２の両側に設置されている。この反転機構２０は、図１に示すように、溶解室２ａの内部において、ガイド機構３により移動するハース４の両側に立設した一対の支持部材２１と、支持部材２１の上端に回転自在に支持され、ハース４の上面と相対向する回転軸２２と、回転軸２２に形成され回転軸２２と共に回転する反転部材２３と、前記移動するハース４の上方であってかつ前記反転部材２３の回転軌道の外側近傍に設けられたバネ性を有する板状の反転補助部材２４と、回転軸２２を回転させる回転手段２５（図２参照）とを備えている。
　尚、回転軸２２、反転部材２３及び反転補助部材２４は、防錆効果を有する金属材料（例えば、ステンレス）により形成されていることが望ましい。

　また、この反転部材２３は、図３に示すように、円板の中心に貫通孔２３ａが形成されたリング状に形成され、回転軸２２（図１参照）の回転とともに回転し、その外周縁がハース４に形成された凹陥部４ａの内面に沿って回転移動するように形成されている。この反転部材２３が回転することにより、凹陥部４ａの中で生成された合金塊Ｍをハース４の上方に持ち上げて反転させる。

　また、前記ハース４の短手方向に並んで形成された２つの凹陥部４ａに合わせて、２つの反転部材２３が回転軸２２に対して設けられている。この構成により、ハース４の短手方向に並んで形成された２つの凹陥部４ａの内部で生成された合金塊Ｍを一度に反転させることができる。
　尚、図１では、回転軸２２と反転部材２３とが一体的に形成されているが特にこれに限定されるものではない。例えば、回転軸２２と、反転部材２３とを別体の部品として構成し、これら部材を一体的に取付けたものであっても良い。

　また、前記反転補助部材２４はバネ性を有する板材により形成され、図３に示すように、ガイド機構３により移動するハース４の凹陥部４ａの上端縁の一方側に立設され、当該一方の領域を遮蔽するように設けられている。

　具体的には、反転補助部材２４は、支持部材２１に支持された板材２６に、その下端部が、前記凹陥部４ａの上端縁から上方に所定間隔Ｓａ、上端縁から外方に所定間隔Ｓｂをもって、板材２６によって支持固定されている。そして、前記反転補助部材２４は、前記ハース４の上面側に凹曲面が形成されるように湾曲して形成されると共に、その下端部において板材２６に支持固定され、上端部が自由端として形成されている。尚、前記板材２６は、ガイド機構３により移動するハース４の両側面に立設した一対の支持部材２１に架け渡された横板材２７に取り付けられている。

　このように、反転補助部材２４が構成されているため、前記合金塊が反転部材２３から離れて外側（反転部材２３の回転軌道の外側）に外れると、前記合金塊Ｍは反転補助部材２４当接する。その際、前記反転補助部材２４は前記合金塊Ｍによって所定量たわみ、更にたわんだ状態の反転補助部材２４が元の状態に復帰する過程において、前記合金塊部を付勢し、前記合金塊部を凹陥部４ａ内に戻すように構成されている。

　特に、前記反転補助部材２４が、前記ハース４の上面側に凹曲面が形成されるように湾曲して形成されると共に、その下端部において板材２６に支持固定され、上端部が自由端として形成されているため、いわゆる片持ちバネとなり、合金塊が当接した際の撓み量を大きくなすことができる。

　また、反転補助部材２４の下端部が、前記凹陥部４ａの上端縁から上方に所定間隔Ｓａ、上端縁から外方に所定間隔Ｓｂをもって設けられているため、反転補助部材２４を反転部材２３の回転軌道の外側に配置することができる。また、反転補助部材２４によって遮蔽する凹陥部４ａの上方の領域を大きくすることができる。尚、所定間隔Ｓａ、Ｓｂは合金塊の寸法、形状によって適宜決定される。

　前記した反転補助部材２４が設けられているため、合金塊が反転部材２３の回転軌道の外側に外れても、凹陥部４ａ内に戻すことができ、作業を続行することができる。
　しかも、反転補助部材２４がバネ性を有しているため、仮に前記合金塊Ｍが反転部材２３と反転補助部材２４との間に挟まれても、反転補助部材２４が撓み、反転部材２３に対して多大な負荷が作用することがなく、反転部材２３の回転動作は阻害されず、反転部材２３の損傷や、回転手段２５の故障を抑制することができる。

　また、前記回転手段２５は、図４に示すように、ハウジング２の外部に配置されており、溶解室２ａの内部から外部まで延びる回転軸２２に接続され、制御装置３０からの信号にしたがい、回転軸２２を回転させるようになされている。尚、前記回転手段２５は、制御装置３０からの制御信号にしたがい回転軸２２を回転できるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、サーボモータ等を用いることができる。

　また、前記制御装置３０は、例えば、メモリ及びＣＰＵを備えたコンピュータにより構成され、図示しない入力手段（キーボードや操作パネル等）を介して、作業者からの各種要求を受け付け、アーク溶解炉装置１の動作を制御する。また、前記メモリには、アーク溶解炉装置１の動作を制御するための制御プログラムが格納されている。そして、制御装置３０の機能は、前記ＣＰＵが前記メモリに格納された前記制御プログラムを実行することにより実現される。

　次に、本実施形態の反転機構２０の動作について、図２と、図５及び図６とを用いて説明する。なお、図５，６中の合金塊Ｍは、冷却され固化した状態を示している。
　まず、作業者がハンドル１３で電極１２を操作してハース４の凹陥部４ａに投入された金属材料を加熱溶解させることにより、当該凹陥部４ａの内部に合金塊Ｍが生成される。
　そして、合金塊Ｍが生成されると、制御装置３０に制御されたガイド機構３が駆動され、ハース４をスライドさせ、合金塊Ｍが収容された凹陥部４ａを反転部材２３と相対向する位置まで移動させる（反転部材２３の下方位置まで移動させる）。
　これにより、図５（ａ）に示すように、前記生成された合金塊Ｍが収容されている凹陥部４ａが、反転部材２３と相対向する。

　その後、制御装置３０からの指示（制御信号）によって回転手段２５を駆動し、反転機構２０を回転させることにより、反転部材２３を回転させる。
　この反転部材２３が回転を始めると、反転部材２３の外周縁が凹陥部４ａの内面に沿って回転移動し、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、反転部材２３の外周縁（リング状部材の外周縁）により、凹陥部４ａ内の合金塊Ｍは押されて、凹陥部４ａの内部に沿って上方に移動する。

　そして、前記合金塊Ｍの一端部が反転部材２３の外周縁によって押されて移動するため、前記一端部が凹陥部４ａの上端縁まで移動した際に、合金塊Ｍの自重により回転力が生じ、反転部材２３の上方で表裏反転する（図５（ｃ）、図５（ｄ）参照）。
　前記表裏反転した合金塊Ｍは、反転部材２３の貫通孔２３ａを挿通して、凹陥部４ａに落下する。その結果、図５（ｅ）に示すように、前記落下した合金塊Ｍは、凹陥部４ａ内に表裏反転した状態で収容される。

　尚、前記反転させた後は、ハース４を再びスライドさせて、電極１２の下方に前記反転させた合金塊Ｍを移動させて再び加熱溶解し、その後続けて冷却、反転、溶解のプロセスを複数回繰り返すことにより、所望の品質の合金塊Ｍが得られる。

　また、前記反転部材２３を回転させる工程において、溶解して生成した合金塊Ｍの材質や重さ等により、図６（ａ）に示すように、反転部材２３の上方で合金塊Ｍが回転することなく、合金塊Ｍが反転部材２３の回転軌道より外側に外れる場合がある。
　即ち、反転部材２３が回転している最中に、前記合金塊Ｍが反転部材２３から離れて、外側に飛び出した場合、反転部材２３の回転軌道の外側近傍に配置された反転補助部材２４に、合金塊Ｍが当接する。

　反転補助部材２４に前記合金塊Ｍが衝突すると、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、反転補助部材２４は変形して所定量たわみ、その後、反転補助部材２４がたわんだ状態から元の状態に復帰する過程において、合金塊Ｍを凹陥部４ａに向けて付勢する。
　その結果、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、反転補助部材２４に付勢された合金塊Ｍは、凹陥部４ａの上方側から反転部材２３の貫通孔２３ａを通って、凹陥部４ａの内部に速やかに反転落下し、凹陥部４ａの内部に表裏反転した状態で収容される。

　以上説明したように、第一の実施形態によれば、反転機構２０の外周縁がハース４の凹陥部４ａの内面に沿って回転移動して該凹陥部４ａに生成された合金塊をハースの上方に持ち上げて反転させるように構成されている。そのため、従来技術のように、溶解室の外から反転棒を操作し、当該反転棒の先端部に材料を引っかけて反転させるという面倒な作業が不要となり、作業者の操作負担が軽減される。また、作業時間を短縮することができる。

　また、本実施形態では、ハース４の凹陥部４ａの上端縁の一方側に立設して、当該一方の領域を遮蔽する反転補助部材２４が設けられているため、反転部材２３の回転によりハース４の上方に持ち上げられた合金塊Ｍが、反転部材２３の回転軌道から外れた場合であっても、合金塊Ｍを反転補助部材２４で受け止めて、凹陥部４ａに戻すことができる。即ち、合金塊Ｍの凹陥部４ａからの飛び出しを防止することができる。

　特に、反転補助部材２４がバネ性を有する部材で構成され、所定量たわむようになされているため、反転補助部材２４に合金塊Ｍが当接した際に、反転部材２３の回転動作が阻害されることがなく、反転部材２３の損傷や、回転手段２５の故障の発生を抑制することができる。

　尚、前記第一の実施形態に示したアーク溶解炉装置１において、合金塊の攪拌作業を連続的に実施する場合、図７（ａ）に示すように各凹陥部４ａにあっては、その上端縁部に膜状の合金材料が付着し、それが次第に蓄積（積層）され、厚みを持った固着物Ｎが生じることがある。
　そのような固着物Ｎが存在する状態で、反転部材２３を回転させた場合、図７（ｂ）に示すように反転部材２３が固着物Ｎに接触する（引っ掛かる）ことがあった。そして、反転部材２３が固着物Ｎに引っ掛かると、その回転トルクが大きくなって固着物Ｎを剥がし、図７（ｃ）に示すように剥がれた固着物Ｎを弾き飛ばす虞があった。或いは、反転部材２３と固着物Ｎとの接触が解除された際（反転部材２３の変形により、その縁部が固着物Ｎを乗り越えた際）、反転部材２３の回転速度が急激に上昇し、図７（ｃ）に示すように、合金塊Ｍを凹陥部４ａの外に高速に弾き飛ばす虞があった。

　続いて、そのような課題を解決可能な本発明に係る第二の実施形態について、図８，図９を用いて説明する。尚、この第二の実施形態にあっては、前記第一の実施形態における反転補助部材２４に代えて、その形態の異なる反転補助部材３１を設ける点が前記第一の実施形態とは異なる。
　図８は、溶解室２ａの内部を模式的に示す斜視図であり、図９は、反転部材２３ａおよび反転補助部材３１の断面図である。図８，図９において、先に第一の実施形態で説明した構成要素と実質的に同一、若しくは相当する部材については同じ符号で示している。

　図８，図９に示すように、この第二の実施形態において、各反転補助部材３１は、上方に向けて断面円弧状の凹みを有する逆碗形状となされている。この反転補助部材３１は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、耐熱衝撃性を有する材質（例えば銅、或いは銅を含む合金）により形成されている。
　また、反転補助部材３１は、前記第一の実施形態と同様に、横板材２７に支持された板材２６によって支持固定されている。具体的には、反転補助部材３１の一端部が、前記凹陥部４ａの上端側から上方に所定間隔Ｓｃ、上端縁（反転部材２３の外周縁が上方に向けて回動する側の上端縁）から外方に所定間隔Ｓｄをもって配置されている。

　前記間隔Ｓｃは、合金塊Ｍの大きさに応じて、例えば凹陥部４ａの深さ寸法の０．１％～２０％の範囲内で設定されることが望ましい。
　ここで、アーク放電は、電極１２（タングステン１２ａ）と設置されたハース４の凹陥部４ａとの間でなされる。そのため、反転補助部材３１がハース４の近傍にいると、反転補助部材３１に対してアーク放電がなされる場合がある。
　そのため、反転補助部材３１がハース４と間隔Ｓｃをもって分離され、かつ横板材２７をセラミック材とする等の手段によりハウジング２とは絶縁された状態とする（即ち電気的に浮いた状態で配置される）ことにより、電極１２（タングステン１２ａ）と反転補助部材３１との間におけるアーク放電の発生を抑制するようになされている。また、反転補助部材３１が、前記のような材質により形成されていることにより、仮に反転補助部材３１に放電電流が流れ、多量の熱量が一度に与えられても、反転補助部材３１の溶解を防止することができる。

　また、前記間隔Ｓｄは、例えば５ｍｍほどに設定することが望ましく、それにより反転補助部材３１は、少なくとも反転部材２３の外周縁が上方に向けて回動する側の凹陥部４ａの上端縁を覆うようになされている。好ましくは、図示するように、反転部材２３の回転を阻害することなく、反転部材２３の回転軌道の外側を、反転補助部材３１により凹陥部４ａの全体を覆う状態となされる。

　このような形態の反転補助部材３１によれば、反転部材２３の回転によりハース４の上方に持ち上げられた合金塊Ｍが、反転部材２３の回転軌道から外れた場合であっても、合金塊Ｍを反転補助部材３１で受け止め、凹陥部４ａに反転落下させて速やかに戻すことができる。
　また、例え凹陥部４ａの上端縁部に生じた固着物に反転部材２３が接触し、その固着物、あるいは合金塊Ｍを弾き飛ばしても、それらは反転補助部材３１の内面に当たるため、合金塊Ｍの凹陥部４ａからの飛び出しを防止することができる。

　このように本発明に係る第二の実施形態によれば、上方に断面円弧状の凹形状を有する反転補助部材３１によって、前記第一の実施形態と同様に合金塊Ｍを凹陥部４ａに速やかに反転落下させることができるだけでなく、凹陥部４ａの上端縁部に生じた固着物に反転部材２３が接触することによる合金塊Ｍ等の凹陥部４ａからの飛び出しを防止することができる。

　続いて、図１０，図１１を用いて、本発明に係る第三の実施形態について説明する。図１０は、溶解室２ａの内部を模式的に示す斜視図、図１１は反転部材２３ａおよび反転補助部材３２の断面図である。
　この第三の実施の形態にあっては、前記第二の実施形態とは、反転補助部材３１に代えて反転補助部材３２が設けられる点が異なる。具体的には、反転補助部材３２は、図８，９に示した反転補助部材３１とは形状のみが異なり、図示するように上下端に開口を有する円筒形状となされている。

　反転補助部材３２は、前記第二の実施形態と同様に、横板材２７に支持された板材２６によって支持固定されている。具体的には、第二の実施形態と同様に、反転補助部材３２の一端部が、前記凹陥部４ａの上端側から上方に所定間隔Ｓｃ、上端縁（反転部材２３の外周縁が上方に向けて回動する側の上端縁）から外方に所定間隔Ｓｄをもって配置されている。
　これにより反転補助部材３２の下開口は、少なくとも反転部材２３の外周縁が上方に向けて回動する側の凹陥部４ａの上端縁を覆うようになされている。好ましくは、図示するように、反転補助部材３２の下開口により凹陥部４ａの全体を覆う状態となされる。
　また、反転補助部材３２の高さ寸法（筒長さ）Ｓｅは、合金塊Ｍの凹陥部４ａからの飛び出しを防ぐため、少なくとも凹陥部４ａの深さと同程度以上に形成される。高さ寸法（筒長さ）Ｓｅの上限は、ハウジング２の天井に支えなければよいことになるが、実際には合金塊Ｍの飛び跳ねる高さを調査した後に余裕のある寸法で形成されることが望ましい。
　また、反転補助部材３２の材質も、前記第二の実施形態と同様の材質により形成されていることが望ましい。

　このような円筒状の反転補助部材３２によれば、反転部材２３の回転によりハース４の上方に持ち上げられた合金塊Ｍが、反転部材２３の回転軌道から外れた場合であっても、合金塊Ｍを反転補助部材３２で受け止めて、凹陥部４ａに反転落下させて速やかに戻すことができる。
　また、例え凹陥部４ａの上端縁部に生じた固着物に反転部材２３が接触し、その固着物、あるいは合金塊Ｍを上方へ弾き飛ばしても、それらは反転補助部材３２の内面に当たる、或いは、内側面に当たらず再び凹陥部４ａ内に落下するため、合金塊Ｍの凹陥部４ａからの飛び出しを防止することができる。

　このように第三の実施形態によれば、円筒状の反転補助部材３２を設けることによっても、合金塊Ｍを凹陥部４ａに速やかに反転落下させることができるだけでなく、前記第二の実施形態と同様に凹陥部４ａの上端縁部に生じた固着物に反転部材２３が接触することによる合金塊Ｍ等の飛び出しを防止することができる。
　なお、この第三の実施形態においては、反転補助部材３２は、上下端に開口を有する円筒形状としたが、上端が蓋（図示せず）により閉じられる形状としてもよい（即ち、少なくとも下端側が開口した円筒形状であればよい）。

　また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、サーボモータ等で構成される回転手段２５により反転部材２３を回転させるようになされているが、特にこれに限定されるものではない。回転軸２２に接続されたハンドルを設け、作業者がハンドルを回すことにより、反転部材２３を回転させるように構成されていても良い。
　また、上述した実施形態では、直方体のハース４としたが、上面を円形として、複数の凹陥部４ａを同心円上に円周に沿って配置してもよい。
　さらに、上述した実施形態では、凹陥部４ａをハース４の動力を用いた移動方向に直交する方向（短手方向）に２列配置したが、２列に限定されず、１列のみの構成でもよい。また、さらに多数の凹陥部４ａを配置した構成（例えば３列以上）であってもよく、その場合には、ハース４の移動は、直交する両方向ともに動力を用いて制御信号に従い移動させる方法が好ましい。
　また、上述した実施形態では、回転軸２２はハース４の上面と平行に配置したが、前記のように凹陥部４ａをハース４の動力を用いた移動方向に直交する方向（短手方向）に１列のみとした場合は、回転軸２２はハース４の上面と必ずしも平行である必要はない。例えば、回転軸２２と回転手段２５と回転運動を伝達するジョイント等を省スペースに配置したい場合には、反転部材２３を斜め上方から凹陥部４ａに挿入する形態（即ち回転軸２２がハース上面と平行ではなく所定の傾斜角を持つ状態）とすることもできる。前記傾斜角は、４５°以下である必要があり、具体的には、その角度は合金塊Ｍの大きさとハース４の濡れ性等で決まる合金塊Ｍ（粗い合金塊）の形状により決定される。

　また、上述した実施形態では、図１２（ａ）に示すように反転部材２３がリング状に形成されているが特にこれに限定されるものではない。反転部材２３は、回転軸２２（図１参照）の回転と共に回転し、その外周縁がハース４に形成された凹陥部４ａの内面に沿って回転移動するように形成され、凹陥部４ａに生成された合金塊Ｍをハース４の上方に持ち上げて反転させることができるものであればどのような形状であってもよい。
　例えば、反転部材２３は、図１２（ｂ）に示すように中心に貫通孔が形成されたリング形状を半割した半円リング状、或いは、図１２（ｃ）に示すように部分的に円弧を有する部分リング状になされていてもよい。さらに、反転部材２３が部分リング状の場合、図１２（ｄ）に示すように、左右の回転軸２２のうち一方側が欠けた状態（回転軸２２の先端に部分リングが形成された形状）であっても、その部分リングが合金塊Ｍの大きさに合わせた形状であればよい。

　Ｍ　　合金塊
　１　　アーク溶解炉装置
　２　　ハウジング
　２ａ　　溶解室（ハウジング）
　３　　ガイド機構
　３ａ　ガイドレール（ガイド機構）
　４　　ハース
　４ａ　　凹陥部（ハース）
　５　　真空ポンプ
　６　　テーブル
　６ａ　　貫通孔（テーブル）
　６ｂ　　水冷パイプ（テーブル）
　１０　　加熱機構
　１１　　保持管（加熱機構）
　１２　　電極（加熱機構）
　１２ａ　　タングステン（陰極（加熱機構））
　１３　　ハンドル（加熱機構）
　２０　　反転機構
　２１　　支持部材（反転機構）
　２２　　回転軸（反転機構）
　２３　　反転部材（反転機構）
　２３ａ　　貫通孔（反転部材（反転機構））
　２４　　反転補助部材（反転機構）
　２５　　回転手段（反転機構）
　２６　　板材（反転機構）
　２７　　横板材（反転機構）
　３０　　制御装置
　３１　　反転補助部材（反転機構）
　３２　　反転補助部材（反転機構）

Claims (9)

1. 　溶解室が形成されたハウジングと、該溶解室の内部に設置された凹陥部を有するハースと、前記凹陥部に投入された金属材料を加熱溶解し粗合金塊を生成する加熱機構とを備えたアーク溶解炉装置において、
   　前記溶解室の内部に立設した支持部材に回転自在に支持され、その外周縁が前記凹陥部の内面に沿って回転移動して該凹陥部に生成された合金塊をハースの上方に持ち上げて反転させる反転部材と、
   　前記凹陥部の上方であって、かつ前記反転部材の回転軌道の外側に設けられた反転補助部材とを備え、
   　前記合金塊が反転補助部材に当接した際、前記反転補助部材によって、該合金塊を前記凹陥部に落下させることを特徴とするアーク溶解炉装置。
2. 　前記反転補助部材は、バネ性を有する板状、且つ前記ハースの上面側に凹曲面が形成されるように湾曲して形成されると共に、その下端部において支持固定され、上端部が自由端として形成され、
   　前記合金塊が前記反転補助部材に当接した際、反転補助部材が撓むと共に、前記反転補助部材によって、該合金塊を前記凹陥部に落下させることを特徴とする請求項１に記載されたアーク溶解炉装置。
3. 　前記反転補助部材は、上方に向けて断面円弧状の凹みを有する逆碗形状に形成され、
   　該反転補助部材は、少なくとも前記反転部材の外周縁が上方に向けて回動する側の前記凹陥部の上端縁を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたアーク溶解炉装置。
4. 　前記反転補助部材は、少なくとも下端側に開口を有する所定長さの筒状に形成され、
   　前記開口が、少なくとも前記反転部材の外周縁が上方に向けて回動する側の前記凹陥部の上端縁を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたアーク溶解炉装置。
5. 　前記反転補助部材は、
   　前記ハースの上面に対し所定の間隔をもって配置され、前記ハースと電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたアーク溶解炉装置。
6. 　前記反転補助部材は、
   　その熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質により形成されていることを特徴とする請求項５に記載されたアーク溶解炉装置。
7. 　前記反転補助部材は、銅または銅を含む合金により形成されていることを特徴とする請求項６に記載されたアーク溶解炉装置。
8. 　前記反転部材は、その中心に貫通孔が形成されたリング状になされ、
   　前記反転補助部材に当接した合金塊は、前記反転部材の貫通孔を通って、前記凹陥部に落下するようになされていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアーク溶解炉装置。
9. 　前記反転部材は、半円リング状または部分的に円弧を有する部分リング状になされていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアーク溶解炉装置。

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