(57)【要約】【課題】電極部材や軸受の温度上昇を抑えることにより、金属粉末の製造効率の低下を防ぎ、電極部材の交換作業の作業性を高めることができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置を提供する。【解決手段】温度測定部１４が、チャンバーの外部で、回転する電極部材１１の側面の温度を、接触式または非接触式で、連続的または断続的に測定するよう設けられている。冷却手段１５が、チャンバーの外部で、回転する電極部材１１の側面を冷却可能に設けられている。温度制御部１６が、温度測定部１４の温度測定値を無線または有線で受信し、受信した温度測定値に基づいて冷却手段１５を制御することにより、電極部材１１の温度を制御可能に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製または合金製の細長い電極部材の先端部をチャンバーの内部に挿入した状態で、前記電極部材を長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、前記チャンバーの内部で、回転する前記電極部材の先端にプラズマを照射することにより、金属製または合金製の粉末を製造するプラズマ回転電極法による粉末製造装置であって、
前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の側面の温度を、接触式または非接触式で、連続的または断続的に測定するよう設けられた温度測定部を、
有することを特徴とするプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項２】
前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の側面を冷却可能に設けられた冷却手段と、
前記温度測定部の温度測定値を無線または有線で受信し、受信した前記温度測定値に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記電極部材の温度を制御可能に設けられた温度制御部とを、
有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記電極部材の側面に冷却ガスを吹き付けることにより、前記電極部材の側面を冷却可能であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項４】
前記温度制御部は、受信した前記温度測定値が所定の設定温度より高くなったとき、前記電極部材の側面を冷却して前記温度測定値が前記設定温度以下の所定の冷却温度まで低下するよう、前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項２または３記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項５】
前記温度測定部は複数から成り、前記電極部材の側面の複数箇所の温度を測定するよう、それぞれ前記電極部材の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、
前記冷却手段は複数から成り、それぞれ各温度測定部の測定位置に対応する前記電極部材の側面位置を冷却可能に配置され、
前記温度制御部は、それぞれ対応する温度測定部の温度測定値に基づいて、各冷却手段を制御することにより、前記電極部材の各側面位置での温度を制御可能に設けられていることを
特徴とする請求項２または３記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項６】
前記温度制御部は、各温度測定部のうちのある温度測定部の温度測定値が所定の設定温度より高くなったとき、その温度測定部の測定位置に対応する前記電極部材の側面位置を冷却してその温度測定部の温度測定値が前記設定温度以下の所定の冷却温度まで低下するよう、その温度測定部に対応する冷却手段を制御することを特徴とする請求項５記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項７】
前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の回転軸に対して垂直方向の振動を、接触式または非接触式で、連続的または断続的に測定するよう設けられた振動測定部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項８】
前記振動測定部の振動測定値を無線または有線で受信し、受信した前記振動測定値に基づいて前記電極部材の回転を制御可能に設けられた振動制御部を有することを特徴とする請求項７記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項９】
前記振動測定部は複数から成り、前記電極部材の側面の複数箇所の振動を測定するよう、それぞれ前記電極部材の長さ方向に沿って間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項７または８記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項１０】
前記温度測定部の温度測定値および／または前記振動測定部の振動測定値を無線または有線で受信し、受信した前記温度測定値または前記振動測定値がそれぞれ所定の値より高くなったとき、警報信号を発するよう設けられた警報部を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【請求項１１】
各温度測定部の温度測定値を無線または有線で受信し、受信した各温度測定値のうちのある温度測定値が所定の警告温度より高くなったとき、その温度測定値に対応する温度測定部を識別可能な警報信号を発するよう設けられた警報部を有することを特徴とする請求項５または６記載のプラズマ回転電極法による粉末製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ回転電極法による粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、チャンバーと、長さ方向に沿った中心軸周りに回転可能に、先端部がチャンバーの内部に配置された金属製または合金製の細長い電極部材と、その電極部材の先端に向かってプラズマを照射可能なプラズマ照射手段とを有し、ＡｒやＨｅなどの雰囲気ガスを充填して密封されたチャンバーの内部で、電極部材を回転させながら、プラズマ照射手段でプラズマを照射することにより、電極部材の先端部を溶解し、その融液を電極部材の回転の遠心力によりチャンバーの内部で吹き飛ばして凝固させ、球状の金属製または合金製の粉末を製造するよう構成されている（例えば、非特許文献１乃至３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】筧幸次、横森玲、西牧智大、「プラズマ回転電極法を用いて作製した粉末焼結ニッケル超合金の組織と強度」、日本金属学会誌、2016年、第80巻、第8号、p.508-514
【非特許文献２】時実正治、磯西和夫、「プラズマ回転電極法によるＴｉ合金粉末の製造」、資源処理技術、1990年、Vol.37、No.4、p.215-221
【非特許文献３】熊谷良平、「プラズマ回転電極法による金属球形粉末の作製」、まてりあ、1998年、第37巻、第6号、p.488-494
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１乃至３に記載のような従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、電極部材へのプラズマの照射や、電極部材の回転による周囲との摩擦などにより、電極部材や軸受の温度が高くなるため、電極部材や軸受が膨張して回転しにくくなったり、電極部材が軸受等に焼き付いて装置が破損したりして、金属粉末の製造効率が低下するという課題があった。また、使用後に電極部材の温度が高くなっているため、電極部材を交換する際に直接持つことができず、交換作業の作業性が悪いという課題もあった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、電極部材や軸受の温度上昇を抑えることにより、金属粉末の製造効率の低下を防ぎ、電極部材の交換作業の作業性を高めることができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、金属製または合金製の細長い電極部材の先端部をチャンバーの内部に挿入した状態で、前記電極部材を長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、前記チャンバーの内部で、回転する前記電極部材の先端にプラズマを照射することにより、金属製または合金製の粉末を製造するプラズマ回転電極法による粉末製造装置であって、前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の側面の温度を、接触式または非接触式で、連続的または断続的に測定するよう設けられた温度測定部を、有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、回転する電極部材の側面の温度を、温度測定部で連続的または断続的に測定するため、粉末製造中の電極部材の温度変化をほぼリアルタイムで把握することができる。また、その電極部材の温度変化に応じて、電極部材を冷却したり、電極部材の回転速度を低下させたり、粉末製造自体を中断したりすることにより、電極部材や軸受の温度上昇を抑えることができる。また、これにより、電極部材や軸受が回転しにくくなったり、電極部材が軸受等に焼き付いたりするといったトラブルを未然に防ぐことができ、金属粉末の製造効率の低下を防ぐことができる。また、電極部材の交換作業の作業性を高めることもできる。
【０００８】
温度測定部は、熱電対などの接触式のものであっても、放射温度計やサーモグラフィなどの非接触式のものであってもよいが、電極部材の回転により破損したり故障したりしないよう、非接触式のものであることが好ましい。
【０００９】
本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の側面を冷却可能に設けられた冷却手段と、前記温度測定部の温度測定値を無線または有線で受信し、受信した前記温度測定値に基づいて前記冷却手段を制御することにより、前記電極部材の温度を制御可能に設けられた温度制御部とを、有することが好ましい。この場合、冷却手段により、電極部材や軸受の温度上昇を抑えることができ、さらに温度制御部により、電極部材の温度を制御することもできる。なお、前記冷却手段は、前記電極部材の側面に冷却ガスを吹き付けることにより、前記電極部材の側面を冷却可能であることが好ましい。冷却ガスは、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、液体窒素を気化させたガスなど、電極部材を冷却可能なものであればいかなるものであってもよい。また、冷却手段は、軸受近傍の電極部材の側面を冷却可能であることが好ましい。
【００１０】
また、この場合、前記温度制御部は、受信した前記温度測定値が所定の設定温度より高くなったとき、前記電極部材の側面を冷却して前記温度測定値が前記設定温度以下の所定の冷却温度まで低下するよう、前記冷却手段を制御してもよい。これにより、電極部材の温度を、常に設定温度以下に維持することができる。
【００１１】
また、本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置で、前記温度測定部は複数から成り、前記電極部材の側面の複数箇所の温度を測定するよう、それぞれ前記電極部材の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、前記冷却手段は複数から成り、それぞれ各温度測定部の測定位置に対応する前記電極部材の側面位置を冷却可能に配置され、前記温度制御部は、それぞれ対応する温度測定部の温度測定値に基づいて、各冷却手段を制御することにより、前記電極部材の各側面位置での温度を制御可能に設けられていてもよい。この場合、細長い電極部材の温度を、電極部材の複数の側面位置ごとに細かく制御することができる。
【００１２】
また、この場合、前記温度制御部は、各温度測定部のうちのある温度測定部の温度測定値が所定の設定温度より高くなったとき、その温度測定部の測定位置に対応する前記電極部材の側面位置を冷却してその温度測定部の温度測定値が前記設定温度以下の所定の冷却温度まで低下するよう、その温度測定部に対応する冷却手段を制御することが好ましい。これにより、電極部材の各側面位置の温度を、常に設定温度以下に維持することができる。
【００１３】
本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、前記チャンバーの外部で、回転する前記電極部材の回転軸に対して垂直方向の振動を、接触式または非接触式で、連続的または断続的に測定するよう設けられた振動測定部を有していてもよい。この場合、振動測定部で測定した電極部材の振動の大きさや周期を監視しながら、その振動を抑制する対策を講じることにより、電極部材の振動で、電極部材や電極部材の回転装置や支持装置等の温度が上昇したり、それら回転装置や支持装置等が破損したり故障したりするのを防ぐことができる。振動測定部は、接触式のものであっても、レーザ変位計やレーザドップラー振動計などの非接触式のものであってもよいが、電極部材の回転により破損したり故障したりしないよう、非接触式のものであることが好ましい。
【００１４】
また、この場合、前記振動測定部の振動測定値を無線または有線で受信し、受信した前記振動測定値に基づいて前記電極部材の回転を制御可能に設けられた振動制御部を有していることが好ましい。これにより、電極部材の振動を抑制することができる。また、前記振動測定部は複数から成り、前記電極部材の側面の複数箇所の振動を測定するよう、それぞれ前記電極部材の長さ方向に沿って間隔をあけて配置されていてもよい。この場合、細長い電極部材の振動を、電極部材の複数の側面位置ごとに細かく把握し、抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置は、前記温度測定部の温度測定値および／または前記振動測定部の振動測定値を無線または有線で受信し、受信した前記温度測定値または前記振動測定値がそれぞれ所定の値より高くなったとき、警報信号を発するよう設けられた警報部を有していてもよい。この場合、警報信号により、電極部材や軸受が回転しにくくなったり、電極部材が軸受等に焼き付いたり、電極部材の回転装置や軸受等が破損したり故障したりするといったトラブルの発生を、未然に知らせることができる。このため、警報信号に応じて、電極部材を急速に冷却したり、電極部材の回転速度を急速に低下させたり、電極部材の回転を緊急停止したりすることにより、トラブルの発生を効果的に防ぐことができる。
【００１６】
また、前記温度測定部が複数から成る場合、前記警報部は、各温度測定部の温度測定値を無線または有線で受信し、受信した各温度測定値のうちのある温度測定値が所定の警告温度より高くなったとき、その温度測定値に対応する温度測定部を識別可能な警報信号を発するよう設けられていてもよい。この場合、警報信号に対応する電極部材の側面位置のみを急速に冷却することにより、トラブルの発生を効果的に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極部材や軸受の温度上昇を抑えることにより、金属粉末の製造効率の低下を防ぎ、電極部材の交換作業の作業性を高めることができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造装置を示す、チャンバーの外部の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造装置の、振動測定部を有する変形例を示す、チャンバーの外部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造装置を示している。
図１に示すように、粉末製造装置１０は、プラズマ回転電極法により金属製または合金製の粉末を製造するものであり、電極部材１１と回転駆動部１２と回転支持部１３と温度測定部１４と冷却手段１５と温度制御部１６と警報部１７とを有している。
【００２０】
電極部材１１は、細長い円柱状を成し、ＣｏやＴｉ等の金属製、または合金製である。電極部材１１は、一方の端部がチャンバー（図示せず）の内部に配置され、他方の端部がチャンバーの外部に配置されている。回転駆動部１２は、電極部材１１の他端に接続され、電極部材１１をその長さ方向に沿った中心軸周りに回転するよう構成されている。回転支持部１３は、回転駆動部１２により回転する電極部材１１を２箇所で支持するよう、電極部材１１の長さ方向に沿って間隔をあけて設けられている。各回転支持部１３は、軸受として、円環状のベアリング１３ａを有しており、ベアリング１３ａに電極部材１１を挿入することにより、電極部材１１を回転可能に支持している。
【００２１】
温度測定部１４は、複数から成り、チャンバーの外部で、回転する電極部材１１の側面の複数箇所の温度を測定するよう、それぞれ電極部材１１の長さ方向に沿って間隔をあけて配置されている。各温度測定部１４は、非接触式の放射温度計から成り、電極部材１１の側面の温度を連続的に測定可能に設けられている。
【００２２】
冷却手段１５は、各温度測定部１４に対応して複数から成っている。各冷却手段１５は、チャンバーの外部で、各温度測定部１４の測定位置に対応する電極部材１１の側面位置を冷却可能に、電極部材１１の長さ方向に沿って間隔をあけて配置されている。各冷却手段１５は、電極部材１１の側面に冷却ガスを吹き付けることにより、電極部材１１の側面を冷却可能になっている。冷却ガスは、空気、窒素、二酸化炭素、液体窒素を気化させたガスなどである。
【００２３】
温度制御部１６は、コンピュータから成り、各温度測定部１４および各冷却手段１５に有線で接続されている。温度制御部１６は、各温度測定部１４の温度測定値を受信し、受信した温度測定値に基づいて各冷却手段１５を制御することにより、電極部材１１の温度を制御可能に設けられている。より具体的には、温度制御部１６は、各温度測定部１４のうちのある温度測定部１４の温度測定値が所定の設定温度より高くなったとき、その温度測定部１４の測定位置に対応する電極部材１１の側面位置を冷却してその温度測定部１４の温度測定値が設定温度以下の所定の冷却温度まで低下するよう、その温度測定部１４に対応する冷却手段１５を制御するよう構成されている。これにより、温度制御部１６は、電極部材１１の各側面位置での温度を制御可能になっている。
【００２４】
警報部１７は、各温度測定部１４に有線で接続されている。警報部１７は、各温度測定部１４の温度測定値を受信し、受信した温度測定値が所定の値より高くなったとき、警報信号を発するよう構成されている。
【００２５】
次に、作用について説明する。
粉末製造装置１０は、以下のようにして粉末を製造することができる。まず、チャンバーの内部に雰囲気ガスを充填し、チャンバーの内部で、回転する電極部材１１の一方の端部に向かって、プラズマトーチ（図示せず）からプラズマを照射する。これにより、電極部材１１の一方の端部が溶解され、その融液が電極部材１１の回転の遠心力によりチャンバーの内部で吹き飛ばされて冷却され、ほぼ球状の金属製または合金製の粉末となる。こうして製造された粉末は、例えば、従来の工業用の用途の他に、積層造形法（３Ｄプリンタ）の原料粉末としても利用することができる。
【００２６】
粉末製造装置１０は、電極部材１１へのプラズマの照射や、電極部材１１の回転による周囲との摩擦などにより、電極部材１１や軸受の温度が高くなる。このとき、粉末製造装置１０は、回転する電極部材１１の側面の複数箇所の温度を、複数の温度測定部１４で連続的に測定するため、粉末製造中の電極部材１１の複数の側面位置での温度変化をほぼリアルタイムで把握することができる。また、その電極部材１１の各側面位置での温度変化に応じて、電極部材１１の各側面位置ごとに冷却手段１５で冷却して温度上昇を抑えることができ、電極部材１１の各側面位置の温度を、常に設定温度以下に維持することができる。このように、粉末製造装置１０は、細長い電極部材１１の温度を、電極部材１１の各側面位置ごとに細かく制御することができる。
【００２７】
また、粉末製造装置１０は、電極部材１１の冷却以外にも、電極部材１１の回転速度を低下させたり、粉末製造自体を中断したりすることにより、電極部材１１や軸受の温度上昇を抑えることもできる。このように、粉末製造装置１０は、冷却等で電極部材１１や軸受の温度上昇を抑えることにより、電極部材１１や軸受が回転しにくくなったり、電極部材１１が軸受等に焼き付いたりするといったトラブルを未然に防ぐことができ、金属粉末の製造効率の低下を防ぐことができる。また、電極部材１１の交換作業の作業性を高めることもできる。
【００２８】
粉末製造装置１０は、警報部１７の警報信号により、電極部材１１や軸受が回転しにくくなったり、電極部材１１が軸受等に焼き付いたりするといったトラブルの発生を、未然に知らせることができる。このため、警報信号に応じて、電極部材１１を急速に冷却したり、電極部材１１の回転速度を急速に低下させたり、電極部材１１の回転を緊急停止したりすることにより、トラブルの発生を効果的に防ぐことができる。
【００２９】
なお、粉末製造装置１０で、警報部１７は、受信した各温度測定値のうちのある温度測定値が所定の警告温度より高くなったとき、その温度測定値に対応する温度測定部１４を識別可能な警報信号を発するよう構成されていてもよい。この場合、警報信号に対応する電極部材１１の側面位置のみを急速に冷却することにより、トラブルの発生を効果的に防ぐことができる。
【００３０】
また、図２に示すように、粉末製造装置１０は、チャンバーの外部で、回転する電極部材１１の側面の複数箇所で、電極部材１１の回転軸に対して垂直方向の振動を、連続的に測定するよう設けられた複数の振動測定部２１を有していてもよい。この場合、各振動測定部２１で測定した電極部材１１の複数の側面位置での振動の大きさや周期を監視しながら、その振動を抑制する対策を講じることにより、電極部材１１の振動で、電極部材１１や回転駆動部１２、回転支持部１３等の温度が上昇したり、それら回転駆動部１２や回転支持部１３等が破損したり故障したりするのを防ぐことができる。図２に示す一例では、振動測定部２１は、非接触式のレーザドップラー振動計から成っている。
【００３１】
また、図２に示す場合、温度制御部１６の機能が組み込まれた制御コンピュータ２２を有し、制御コンピュータ２２は、各振動測定部２１の振動測定値を有線で受信し、受信した振動測定値に基づいて電極部材１１の回転を制御可能に設けられた振動制御部も、機能の一部として有していてもよい。この制御コンピュータ２２により、電極部材１１の振動および温度を自動で抑制することができる。
【００３２】
また、図２に示す場合、警報部１７は、各温度測定部１４の温度測定値だけでなく、各振動測定部２１の振動測定値を有線で受信し、受信した振動測定値が所定の値より大きくなったとき、警報信号を発するよう設けられていてもよい。このとき、振動測定値に基づく警報信号により、電極部材１１の回転駆動部１２や回転支持部１３等が破損したり故障したりするといったトラブルの発生を、未然に知らせることができる。このため、警報信号に応じて、電極部材１１の回転速度を急速に低下させたり、電極部材１１の回転を緊急停止したりすることにより、トラブルの発生を効果的に防ぐことができる。
【実施例１】
【００３３】
図１に示す粉末製造装置１０を用いて、様々な冷却ガスを用いて電極部材１１の冷却実験を行った。実験では、冷却ガスとして、空気、窒素、二酸化炭素、液体窒素を気化させたガスを用いた。実験では、電極部材１１を 15,000 rpm で回転させ、その電極部材１１を冷却しないときの５分後の温度と、各冷却ガスにより冷却したときの５分後の温度とを測定した。その測定結果を、表１に示す。
【００３４】
【表１】
2020176315.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、冷却ガスにより冷却せずに電極部材１１を回転させると、５分間の回転で、電極部材１１が６０℃程度まで上昇しているのが確認された。これに対し、各冷却ガスにより冷却しながら電極部材１１を回転させると、５分間回転させても、電極部材１１は３０℃前後までしか上昇しておらず、低い温度が維持されているのが確認された。また、冷却ガスの中でも、特に、液体窒素を気化させたガスが最も冷却効果が高いことが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
１０  粉末製造装置
１１  電極部材
１２  回転駆動部
１３  回転支持部
１３ａ  ベアリング
１４  温度測定部
１５  冷却手段
１６  温度制御部
１７  警報部
２１  振動測定部
２２  制御コンピュータ
【図１】
2020176315.tif 000004
【図２】
2020176315.tif 000005