(57)【要約】【課題】電極部材を冷却することにより、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】チャンバー１１の内部で、回転する細長い電極部材１２の先端にプラズマを照射して、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。電極部材１２は、金属製または合金製であり、一方の端部１２ａがチャンバー１１の内部に、他方の端部１２ｂがチャンバー１１の外部に配置され、長さ方向に沿った中心軸周りに回転するよう設けられている。冷却手段１４が、チャンバー１１の外部で、電極部材１２の他方の端部１２ｂを冷却可能に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーの内部で、回転する細長い電極部材の先端にプラズマを照射して、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、
冷却手段を有し、
前記電極部材は、金属製または合金製であり、一方の端部が前記チャンバーの内部に、他方の端部が前記チャンバーの外部に配置され、長さ方向に沿った中心軸周りに回転するよう設けられており、
前記冷却手段は、前記チャンバーの外部で、前記電極部材の他方の端部を冷却可能に構成されていることを
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】
前記冷却手段は、前記電極部材の他方の端部に接触するよう設けられた熱伝導性の冷却部材を有し、前記冷却部材を冷却することにより、前記電極部材の他方の端部を冷却可能であ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、液体、気体、または、液体と気体との混合物から成る冷媒により、前記電極部材の他方の端部を冷却可能であることを特徴とする請求項１または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】
前記電極部材の他方の端部を取り付けて、前記電極部材を支持する支持部と、
前記支持部を回転させることにより、前記電極部材を前記中心軸周りに回転させる回転駆動手段と、
前記電極部材を把持すると共に、把持した前記電極部材を前記支持部から取り外し可能に構成された把持手段とを、
有することを特徴とする請求項１乃至３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。
【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、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、その電極部材の一方の端部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、電極部材の一方の端部を溶解し、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、電極部材にプラズマを照射するため、電極部材の温度が高くなり、電極部材が膨張して回転しにくくなり、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、電極部材を冷却することにより、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、チャンバーの内部で、回転する細長い電極部材の先端にプラズマを照射して、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、冷却手段を有し、前記電極部材は、金属製または合金製であり、一方の端部が前記チャンバーの内部に、他方の端部が前記チャンバーの外部に配置され、長さ方向に沿った中心軸周りに回転するよう設けられており、前記冷却手段は、前記チャンバーの外部で、前記電極部材の他方の端部を冷却可能に構成されてい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、チャンバーの内部で、回転する電極部材の一方の端部にプラズマを照射して、金属製または合金製の粉末を製造する際、チャンバーの外部で、冷却手段により電極部材の他方の端部を冷却することができる。電極部材が金属製または合金製で熱伝導性が良いため、冷却手段で冷却することにより、プラズマによる電極部材の温度上昇を抑えることができる。これにより、電極部材の膨張を抑制してスムーズな回転を維持することができ、金属粉末の製造効率の低下を防ぐことができる。また、使用後の電極部材の交換を比較的スムーズに行うことができ、電極部材の交換作業の作業性を高めることができる。
【０００８】
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、前記冷却手段は、電極部材の他方の端部を直接冷却可能であってもよく、前記電極部材の他方の端部に接触するよう設けられた熱伝導性の冷却部材を有し、前記冷却部材を冷却することにより、前記電極部材の他方の端部を冷却可能であってもよい。冷却部材は、熱伝導性の素材から成るものであればいかなるものであってもよく、特に熱伝導性に優れた銅や銀、鉄などの金属から成ることが好ましい。
【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で、前記冷却手段は、液体、気体、または、液体と気体との混合物から成る冷媒により、前記電極部材の他方の端部を冷却可能であることが好ましい。冷媒は、例えば、水や圧縮空気などである。
【００１０】
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、前記電極部材の他方の端部を取り付けて、前記電極部材を支持する支持部と、前記支持部を回転させることにより、前記電極部材を前記中心軸周りに回転させる回転駆動手段と、前記電極部材を把持すると共に、把持した前記電極部材を前記支持部から取り外し可能に構成された把持手段とを、有していてもよい。この場合、電極部材を直接持つことなく、把持手段で電極部材を把持して取り外し、新たな電極部材に交換することができる。このため、電極部材の温度がまだ高いときでも、電極部材を交換することができ、電極部材の交換作業の作業性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極部材を冷却することにより、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】
【００１２】
【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、チャンバーの内部を透過した正面図である。
【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、冷却手段の流路に冷媒を入れたままの状態の変形例を示す、チャンバーの内部を透過した正面図である。
【図３】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、円環状の冷却部材を有する変形例を示す、チャンバーの内部を透過した正面図である。
【図４】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、把持手段を有する変形例を示す、チャンバーの内部を透過した正面図である。
【図５】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、冷媒を直接あてる変形例を示す、チャンバーの内部を透過した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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乃至図５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粉末を製造するものであり、チャンバー１１と電極部材１２とプラズマ照射手段１３と冷却手段１４とを有している。
【００１４】
チャンバー１１は、所定の厚みを有する円板状を成し、両面が鉛直になるよう設置されている。チャンバー１１は、一方の表面の中心部に電極挿入口１１ａを有している。
【００１５】
電極部材１２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１２は、一方の端部１２ａが電極挿入口１１ａを通してチャンバー１１の内部に配置され、他方の端部１２ｂがチャンバー１１の外部に配置されている。電極部材１２は、軸受部（図示せず）を介して電極挿入口１１ａに回転可能に取り付けられており、駆動モーターなどから成る回転駆動手段１６により、他方の端部１２ｂに取り付けられた支持部１７を介して、長さ方向に沿った中心軸周りに回転するよう設けられている。
【００１６】
プラズマ照射手段１３は、電極部材１２の一方の端部１２ａに対向するよう、チャンバー１１の他方の表面を貫通して設けられたプラズマトーチ１３ａと、プラズマトーチ１３ａと電極部材１２との間に電圧を印加可能に設けられた電圧印加部１３ｂとを有している。プラズマ照射手段１３は、電圧印加部１３ｂでプラズマトーチ１３ａと電極部材１２との間に電圧を印加することにより、チャンバー１１の内部で、プラズマトーチ１３ａから電極部材１２の一方の端部１２ａに向かってプラズマを照射するよう構成されている。
【００１７】
冷却手段１４は、チャンバー１１の外部で、電極部材１２の他方の端部１２ｂを冷却可能に設けられている。冷却手段１４は、水などの液体、圧縮空気などの気体、または、液体と気体との混合物から成る冷媒により、電極部材１２の他方の端部１２ｂを冷却するようになっている。図１に示す具体的な一例では、冷却手段１４は、電極部材１２の他方の端部１２ｂの側面を囲うよう配置された円環状の流路１４ａを有し、流路１４ａは、電極部材１２の側面側が開口し、さらに上部開口１４ｂと下部開口１４ｃとを有しており、上部開口１４ｂから下部開口１４ｃに向かって流路１４ａに冷媒を流すことにより、電極部材１２の側面に冷媒を接触させて、電極部材１２の他方の端部１２ｂを直接冷却可能になっている。
【００１８】
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１１の内部のガスを排出して真空にしてから、チャンバー１１の内部に雰囲気ガスを供給し、充填する。その後、チャンバー１１の内部で、回転する電極部材１２の一方の端部１２ａに向かって、プラズマ照射手段１３のプラズマトーチ１３ａからプラズマを照射する。これにより、電極部材１２の一方の端部１２ａが溶解され、その融液が電極部材１２の回転の遠心力によりチャンバー１１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。
【００１９】
粉末製造装置１０は、チャンバー１１の内部で、回転する電極部材１２の一方の端部１２ａにプラズマを照射して金属粉末を製造する際、チャンバー１１の外部で、冷却手段１４により電極部材１２の他方の端部１２ｂを冷却することができる。電極部材１２が金属製または合金製で熱伝導性が良いため、冷却手段１４で冷却することにより、プラズマによる電極部材１２の温度上昇を抑えることができる。これにより、電極部材１２の膨張を抑制してスムーズな回転を維持することができ、金属粉末の製造効率の低下を防ぐことができる。また、冷却しない場合と比べて電極部材１２の温度が低いため、直接持つことができる程度に電極部材１２が冷めるまでの時間を短縮することができる。このため、使用後の電極部材１２の交換を比較的スムーズに行うことができ、電極部材１２の交換作業の作業性を高めることができる。
【００２０】
なお、図２に示すように、冷却手段１４は、上部開口１４ｂと下部開口１４ｃとを有さず、流路１４ａの内部に冷媒を入れたままの状態で、電極部材１２の側面に冷媒を接触させ、電極部材１２の他方の端部１２ｂを直接冷却可能になっていてもよい。この場合、図１に示す流路１４ａに冷媒を流すものと比べて、冷却効率は低下するものの、プラズマによる電極部材１２の温度上昇を、ある程度抑えることができる。
【００２１】
また、図３に示すように、冷却手段１４は、電極部材１２の他方の端部１２ｂの側面を囲って接触するよう設けられた、熱伝導性で円環状の冷却部材２１を有し、冷却部材は、内部が空洞で、冷媒が収納されており、その冷媒で冷却部材２１を冷却することにより、電極部材１２の他方の端部１２ｂを冷却可能になっていてもよい。この場合にも、プラズマによる電極部材１２の温度上昇を抑えることができる。冷却部材２１は、熱伝導性に特に優れた銅や銀、鉄などの金属から成ることが好ましい。
【００２２】
また、図４に示すように、粉末製造装置１０は、電極部材１２と支持部１７とをそれぞれ把持すると共に、把持した電極部材１２を支持部１７から取り外し可能、かつ、新たな電極部材１２を把持して支持部１７に取り付け可能に構成された把持手段２２を有していてもよい。この場合、電極部材１２を直接持つことなく、把持手段２２で電極部材１２を把持して取り外し、新たな電極部材１２に交換することができる。このため、電極部材１２の温度がまだ高いときでも、電極部材１２を交換することができ、電極部材１２の交換作業の作業性をさらに高めることができる。
【００２３】
また、図４に示すように、電極部材１２を電極挿入口１１ａから取り外したときに、電極挿入口１１ａを密封可能、かつ、電極部材１２を電極挿入口１１ａに取り付けるときに、電極挿入口１１ａを開放可能に設けられた開閉手段２３を有していることが好ましい。この場合、電極部材１２を電極挿入口１１ａから取り外したとき、開閉手段２３により、真空のチャンバー１１の内部に外気や塵埃等の不純物が入ったり、チャンバー１１の内部から雰囲気ガスが漏れたりするのを防ぐことができる。
【００２４】
また、図５に示すように、粉末製造装置１０は、電極部材１２の他方の端部１２ｂのうち、チャンバー１１にできるだけ近い側面を冷却することが好ましい。冷却手段１４は、電極部材１２の側面に直接、冷媒をあてる構成であってもよいが、図１〜３の構成であっても、他の構成であってもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０  金属粉末製造装置
１１  チャンバー
１１ａ  電極挿入口
１２  電極部材
１２ａ  一方の端部
１２ｂ  他方の端部
１３  プラズマ照射手段
１３ａ  プラズマトーチ
１３ｂ  電圧印加部
１４  冷却手段
１４ａ  流路
１４ｂ  上部開口
１４ｃ  下部開口
１６  回転駆動手段
１７  支持部
２１  冷却部材
２２  把持手段
２３  開閉手段
【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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