(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレータアクセス開口（１２）と、チャンバ底部（１４）と、加工品をチャンバ（１０）内に保持する保持手段（１６）と、チャンバ（１０）内の加工品を加熱する加熱手段（３８）と、チャンバ（１０）内にガス（４６）を導入してチャンバ雰囲気を確立する第１のガス流手段（２２）とを備える雰囲気制御された加工品加熱チャンバ（１０）であって、
チャンバ底部（１４）でガスをチャンバ（１０）内に導入する第１ガス流手段（２２）と、前記第１ガス流手段（２２）から離間しており、オペレータアクセス開口（１２）に位置し、オペレータアクセス開口（１２）を横切るガスのカーテン（３０）を形成する第２ガス流手段（２４）との組合せによりチャンバ雰囲気を維持する、
雰囲気制御された加工品加熱チャンバ（１０）。
【請求項２】
第２ガス流手段（２４）が、オペレータアクセス開口（１２）を横切るガスのカーテン（３０）を少なくとも前記オペレータアクセス開口（１２）の両側から形成する、請求項１に記載のチャンバ（１０）。
【請求項３】
第１ガス流手段（２２）がチャンバ底部（１４）を横切って配置されている、請求項１又は２に記載のチャンバ（１０）。
【請求項４】
第１ガス流手段（２２）が、チャンバ底部（１４）を横切って着脱自在に支持され、第１ガス流手段（２２）の周囲リム（７０）で底部（１４）の壁（２０，２８，３２）と接触し、
周囲リム（７０）が、周囲リム（７０）のまわりに接着された可撓性ガスシール（６８）を、底部（１４）の壁（２０，２８，３２）に保持して両者間を気密シールする、請求項３に記載のチャンバ（１０）。
【請求項５】
第１ガス流手段（２２）が加工品を支持する第１加工品サポート手段（１６）を含む、請求項４に記載のチャンバ（１０）。
【請求項６】
第１ガス流手段（２２）により保持され、加工品をチャンバ（１０）内で鉛直に支持する第１加工品サポート手段（１６）と、
チャンバ（１０）の壁（２０）により保持され、加工品をチャンバ（１０）内で水平に支持する第２加工品サポート手段（１８）と
を含む多重加工品サポート手段（１６，１８）を備える、
請求項１に記載のチャンバ（１０）。
【請求項７】
第２加工品サポート手段（１８）が水平軸線のまわりに回転可能である請求項６に記載のチャンバ（１０）。
【請求項８】
チャンバ（１０）内の加工品を加熱する加熱手段（３８）が、チャンバ（１０）の壁（２８）にくりぬいた窓（３６）の位置で着脱自在に保持された収束型ヒートランプ（３８）であり、
前記窓（３６）は、ヒートランプ（３８）とチャンバ（１０）との間に配置された耐熱性の透明な部材（４８）を含み、これを通してヒートランプ（３８）からの熱波がチャンバ（１０）に入るのを可能にし、
前記ヒートランプ（３８）は複数の位置決めくぼみ（５６）を有するランプハウジング（５８）を含み、
チャンバ（１０）の壁（２８）で保持された前記透明部材（４８）およびヒートランプ（３８）は、（ａ）１対の離間したマニホールド部材（３４，４２）と（ｂ）前記透明部材（４８）およびヒートランプ（３８）の間に配置された剛性の耐熱性ガスケット板（５２）との組合せにより窓（３６）に着脱自在に配置され、
前記１対の離間したマニホールド部材（３４，４２）は、窓（３６）の第１の辺でチャンバ（１０）の壁（２８）により保持され、そこから突出するマニホールド部材と、窓（３６）の前記第１の辺の反対側の第２の辺でチャンバ（１０）の壁（２８）により保持され、そこから突出するマニホールド部材とからなり、
前記透明部材（４８）は前記マニホールド部材（３４，４２）の間にはまる寸法であり、
前記ガスケット板（５２）は、前記マニホールド部材（３４，４２）の間にはまる寸法であり、ガスケット板（５２）のまわりに前記ランプハウジング（５８）の位置決めくぼみ（５６）と整合するように配置された複数の離間した位置決め突起（５４）を保持する、
請求項１に記載のチャンバ（１０）。
【請求項９】
前記透明部材（４８）は窓（３６）にガスシールで密封され、
このガスシールは、（ａ）前記壁（２８）と透明部材（４８）の間で窓（３６）のまわりに配置された第１耐熱性ガスケット（５０）と（ｂ）前記透明部材（４８）とガスケット板（５２）との間で透明部材（４８）のまわりに配置された第２耐熱性ガスケット（５１）との組合せである、
請求項８に記載のチャンバ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
この発明は、加工品加熱チャンバに関し、特に内部雰囲気が制御された加工品加熱チャンバに関する。
【０００２】
ある種の金属物品、たとえば耐熱ニッケル基超合金製のガスタービンエンジン部品の溶接は、雰囲気を非酸化性となるように制御したチャンバ内で高温で行われる。このような目的には代表的には、アルゴンガスを使用する。オペレータ、たとえば溶接作業者は、たとえば金属ロッドの形態の溶接金属を物品の所定部分に適用し、このような作業は多くは物品の修理の際であるが、物品の最初の製造時にも行われる。チャンバには、少なくとも加工品の一部および溶接に用いる金属ロッドを適切な温度範囲に加熱することができる、高温ヒートランプのような熱源が関連して設けられている。
【０００３】
現在用いられているこの種の装置にはいくつかの問題がある。第一に、周囲の空気がチャンバ内に浸み込む結果として、チャンバ内の雰囲気の酸素汚染が起こる。汚染物が入りやすい１つの区域は、オペレータが作業を行うオペレータアクセス開口であることが確認されている。汚染が起こりやすい区域として熱源とチャンバの壁との継ぎ目も挙げられる。空気からの酸素のような酸化性物質が存在すると、溶接品質が低下し、その結果溶接割れを生じるおそれがある。そのほかに、このようなチャンバ内の酸素の存在は溶接材料の流れを悪化し、溶接部自身に有害な介在物を導入するおそれがある。既知の装置でもう一つ、時々交換しなければならない熱源を、溶接のために加工品を保持するチャンバ内の位置に対し正確かつ再現可能な態様で位置決めする問題がある。このような問題の結果として、既知のチャンバは、溶接の間、非酸化性温度条件を安定に維持することができなかった。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、１実施態様では、雰囲気制御された加工品加熱チャンバを提供し、このチャンバはオペレータアクセス開口と、チャンバ底部と、加工品をチャンバ内に保持する保持手段と、チャンバ内の加工品を加熱する加熱手段と、チャンバ内にガスを導入してチャンバ雰囲気を確立するガス流手段とを備え、２つのガス流手段の組合せによりチャンバ雰囲気を維持する。第１ガス流手段は、ほぼチャンバ底部を横切って配置されたガスディフューザ部材を通して、チャンバ底部でガスをチャンバ内に導入する。第２ガス流手段は、前記第１ガス流手段から離間しており、オペレータアクセス開口に位置し、ほぼオペレータアクセス開口を横切るガスのカーテンを向ける。
【０００５】
【好適な実施態様】
この発明の１実施態様では、雰囲気、代表的には非酸化性雰囲気を第１および第２ガス流手段の組合せによって維持する、雰囲気制御された加工品加熱チャンバが提供される。第１ガス流手段はチャンバの底部に位置し、第２ガス流手段はほぼオペレータアクセス開口を横切るガスのカーテンを向ける。本発明の別の実施態様では、輻射型熱源が実質的に透明な窓を通してチャンバに熱を差し向ける場合に、上述の離間した多重ガス流手段と、窓に位置する複合ガスシールおよび熱源配置手段とを組み合わせる。
【０００６】
以下に図面を参照しながら本発明をさらに具体的に説明するが、図１は本発明の１実施態様の線図的斜視図であり、図２は図１の２−２線方向に見た断面図である。
【０００７】
１０で総称する雰囲気制御された加工品加熱チャンバは、オペレータアクセス開口１２および図２に１４で総称するチャンバ底部を含む。チャンバ１０内には複合加工品サポート手段が配置され、これは、タービンエンジンブレードをほぼ垂直に保持し、回転するブレードダブテール・サポート部材の形態の第１加工品サポート手段１６と、チャンバの両側壁２０で担持され、ブレードをほぼ水平軸線のまわりに保持し、回転する第２加工品サポート手段１８との組合せからなるものとして図示されている。このような複合加工品サポート手段は、加工品をヒートランプのような加熱源に対して適当な溶接位置に支持する上での融通性をチャンバに付加する。
【０００８】
第１ガス流手段２２によりチャンバ１０内に、少なくとも部分的に雰囲気、たとえばアルゴンガスを維持する。第１ガス流手段２２は、チャンバ底部１４にほぼチャンバ底部を横切るように配置されかつ第１加工品サポート手段１６を保持するガスディフューザ部材の形態である。第１ガス流手段２２は、図２および図５に流れ矢印２３で示すように雰囲気ガスをチャンバ１０中に導入する。第１ガス流手段２２と作動的に協同する第２ガス流手段２４は、オペレータアクセス開口１２付近でチャンバ壁２８に間隔をあけて設けたガス入口穴２６の形態で、図１に流れ矢印３０で示されるガス流を、ほぼオペレータアクセス開口１２を横切るカーテンとして向ける。図１に示すように、間隔を開けた穴２６はチャンバの向かい合う壁２８および３０に配置され、ガス流３０を少なくともアクセス開口１２の両側から向ける。アルゴンのような雰囲気ガスを穴２６に供給するのは、これらの穴２６に連通した雰囲気ガスマニホールド３４からである。図１では、１対の突出するガスマニホールドを、壁２８および３０それぞれに一つずつ設けている。第１ガス流手段２２と第２ガス流手段２４とを組合せているので、オペレータが、アクセス開口１２を通してチャンバ内で溶接などの作業を行う間、チャンバ１０内の雰囲気は上述した積極的な雰囲気ガス流の組合せにより維持される。
【０００９】
図１に示す実施例では、チャンバ１０の壁２８，３０には、１対の窓３６が設けられ、ここを通して加熱手段３８、たとえば高温石英ハロゲンランプからの熱波をチャンバ１０内に導入できる。加熱手段は、加工品サポート手段１６または１８により支持された加工品（図示せず）を、加工品の処理すべき部分に応じて、加熱する。加熱手段３８への電力は、通常の態様で、たとえば電線４０で示されるような電源への電気接続により供給する。また、冷却流体マニホールド４２により冷却流体を供給される流体冷却（たとえば水冷）ジャケット、コイルまたはチャネルが、チャンバの壁内に設けられるか壁に付設されている。
【００１０】
図２に示すように、第１ガス流手段２２はチャンバ底部１４に配置されたガスディフューザの形態をとり、その一形態が図４および図５に詳細に示されている。第１ガス流手段２２は、たとえば配管４４を通して、矢印４６で示される、加圧下のアルゴンガスのようなガス供給源に連結されている。
【００１１】
前述したように、周知の形態の加工品加熱チャンバを用いる場合の問題として、周囲の酸化性雰囲気が窓（たとえば図面の窓３６）からチャンバ中に漏れ入る問題や、初期および／または加熱手段の交換が必要なときに加熱手段を正確に再配置する問題がある。本発明の実施態様では、このような漏れを防止するシールを設け、またこのようなシールを窓３６での加熱手段の正確な位置決めと組み合わせる。このような配置例を図３の部分的分解断面図に示す。
【００１２】
図３の実施例において、上記チャンバ１０は壁２８にあけた窓３６を有し、この窓３６に耐熱性の、実質的に透明な部材４８、たとえば石英材料シートが密封されている。ここで、部材４８に関する用語「透明」は、ヒートランプからでてくるような熱線に対して透明（透過性）であることを意味する。部材４８のまわりにガスシールを設けるために、たとえばガラス繊維材料製の１対の耐熱性ガスケット５０および５１を図示のように部材４８の両側に配置する。チャンバ１０内の加工品を加熱するための加熱手段３８が窓３６および部材４８に連設されている。図３では、このような加熱手段として高温ヒートランプが示され、たとえば２０００ワット石英ハロゲンランプを楕円ミラーと組み合わせて熱線をチャンバ１０内に収束するタイプのものがある。
【００１３】
前述したように、加熱手段３８の正確な配置ならびに加熱手段３８の交換時のすばやい取り外しと再配置が、既知の装置においては問題であった。本発明の１実施態様では、加熱手段３８を窓３６およびその窓が貫通する壁、たとえば壁２８に関して正確にかつ簡単に着脱自在に位置決めする手段（組合せ）が提供される。このような組合せが図３に、壁２８に固定された、たとえばステンレス鋼製の実質的に剛性の耐熱性ガスケット板５２として示されている。ガスケット板５２は、突出する雰囲気ガスマニホールド３４と突出する冷却流体マニホールド４２との間にはまる寸法で、これらのマニホールド両方はマニホールドとしてだけでなく、組合わさって、位置決め部材としても機能する。ガスケット板５２は複数の離間した位置決め突起５４を含み、具体的には突出ピンがガスケット板５２に保持されている。突起５４はガスケット板５２のまわりに、加熱手段３８を保持するランプハウジング５８に設けた位置決めくぼみ５６のパターンの配置と合致するように配置されている。ガスケット板５２がマニホールド３４および４２間で壁２８に、ボルト止めなどにより固定されていれば、加熱手段を合致した突起５４およびくぼみ５６の組合せにより、窓３６に正確に位置決めし固定することができる。同様に、加熱手段を簡単に取り外し、正確に交換することが可能である。さらに、剛性ガスケット板５２の比較的広い表面は、ランプハウジング５８と組合わさって、既知の装置で用いられるランプシールの小さなエッジの場合よりも大きな位置決め表面積を与える。また、透明部材４８および耐熱性ガスケット５０，５１はマニホールド３４および４２間にはまる寸法となっている。
【００１４】
図２に示すように、第１ガス流手段２２はチャンバ底部１４に着脱自在に支持されている。この形態を図４の斜視図および図４の５−５線方向に見た図５の断面図に詳細に示す。第１ガス流手段、すなわちディフューザ２２は、実質的に剛性なサポート部材６０を含み、このサポート部材６０は、たとえばステンレス鋼製で、チャンバ壁２０，２８および３２との間に小さなギャップ６３（図２）を残してチャンバ１０の底部１４にぴったりはまる形状である。図２に示す実施例では、ディフューザ２２はチャンバの壁または壁の一部に固定された棚板６２により支持されている。サポート部材６０に設けられた複数の開口６４は、たとえば配管４４を介して、流れ矢印４６で示されるアルゴンなどの雰囲気ガスの供給源に連結されている。図４および図５に示すように、ガス透過多孔層６６がサポート部材６０の一部に固定されている。この多孔層６６は金網層またはスクリーンとして、ガス流２３をチャンバ１０内に分配できるようにするのが好都合である。図４および図５の着脱可能なディフューザ２２は、ギャップ６３にまたがる耐熱性、可撓性ガスシール６８を含む。可撓性ガスシール６８は、たとえば、図５に詳しく示すように、シリコーン含浸テフロン（Teflon）材料をディフューザ２２の周囲リム７０のまわりに、またガス多孔層またはスクリーン６６のエッジの上にも巻き付け、接着した構成である。このような形態であれば、ディフューザ２２はチャンバ１０内に着脱自在にガスシールされ、また必要に応じて交換のためにチャンバから簡単に取り外すことができる。
【００１５】
本発明によれば、雰囲気制御された加工品加熱チャンバに、複数のガス流手段を離間して配置した組み合わせを設けて、チャンバ内の雰囲気が周囲の雰囲気、たとえば空気で汚染されるのを回避する。本発明の別の実施態様では、ガスディフューザおよび加熱手段が簡単に取り外し可能で、かつ簡単かつ正確に交換可能である。以上、本発明をその特定の実施例について説明したが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の典型的な例を示すものである。当業者であれば、特許請求の範囲から逸脱することなく本発明に種々の改変や変形を加えうることが理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチャンバの線図的斜視図である。
【図２】図１の２−２線方向に見たチャンバの断面図である。
【図３】熱をチャンバ内に導入する図２の窓の部分的分解断面図で、ヒートランプの窓との位置合わせおよび組立も示す図である。
【図４】図２に示すガスディフューザ部材と加工品ホルダの組合せの一例を示す斜視図である。
【図５】図４の５−５線方向に見たガスディフューザの断面図である。
【符号の説明】
１０  雰囲気制御された加工品加熱チャンバ
１２  オペレータアクセス開口
１４  チャンバ底部
１６  第１加工品サポート手段
１８  第２加工品サポート手段
２０  チャンバ側壁
２２  第１ガス流手段（ディフューザ）
２３  ガス流矢印
２４  第２ガス流手段
２６  ガス流穴
２８  チャンバ壁
３０  壁２８の穴２６からのガス流
３２  壁２８に向かい合うチャンバ壁
３４  雰囲気ガスマニホールド
３６  壁２８および３２の窓
３８  加熱手段（たとえば石英ハロゲンランプ）
４０  電線
４２  冷却流体マニホールド
４４  配管
４６  ガス流供給源矢印
４８  窓３６の透明部材（たとえば石英シート）
５０  第１耐熱性ガラス繊維ガスケット
５１  第２耐熱性ガラス繊維ガスケット
５２  剛性金属ガスケット板
５４  ピン
５６  位置決めくぼみ
５８  ランプハウジング
６０  剛性サポート部材（ステンレス鋼）
６２  棚板
６３  壁との間のギャップ
６４  ６０の開口
６６  ガス多孔層（たとえば金網またはスクリーン）
６８  可撓性耐熱性ガスシール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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