(57)【要約】【課題】粉末の粒径を微細化することができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置１０および粉末製造方法を提供する。【解決手段】プラズマ照射手段１２が、複数の噴射口２１を有し、各噴射口２１から細長い金属製または合金製の電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２を照射可能に設けられている。電極部材１１を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、複数の噴射口２１から、回転する電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２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。【選択図】図１
2020026541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、回転する前記電極部材の一方の端部にプラズマ照射手段から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、
前記プラズマ照射手段は、複数の噴射口を有し、各噴射口から前記電極部材の前記一方の端部に向かってプラズマを照射可能に設けられていることを
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】
前記プラズマ照射手段は、各噴射口から、それぞれ前記電極部材の前記一方の端部の異なる位置にプラズマを照射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】
前記プラズマ照射手段は、各噴射口のうち、１つの噴射口から前記電極部材の前記一方の端部の端面の中央部にプラズマを照射し、他の噴射口から前記端面の周縁部にプラズマを照射するよう構成されてい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】
前記電極部材は、少なくとも前記一方の端部が円柱状を成し、その径が１００ｍｍ乃至２００ｍｍであ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。
【請求項５】
細長い電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、回転する前記電極部材の一方の端部にプラズマ照射手段から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、
前記電極部材の前記一方の端部の側面から所定の距離をあけて、前記側面を囲うよう設けられた衝突壁を有することを
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６】
前記衝突壁は、内径が前記電極部材の前記一方の端部の先端側で大きく後端側で小さくなっており、テーパー状を成してい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】
細長い金属製または合金製の電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、複数の噴射口から、回転する前記電極部材の一方の端部に向かって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ことを特徴とするプラズマ回転電極法による粉末製造方法。
【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および粉末製造方法に関する。
【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５０は、図４に示すように、ガス供給口５１ａとガス排出口５１ｂとを有するチャンバー５１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５１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５２と、その電極部材５２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５３と、チャンバー５１の内部に雰囲気ガスを供給するガス供給手段５４とを有している（例えば、非特許文献１乃至３参照）。
【０００３】
この従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置５０は、ガス排出口５１ｂからチャンバー５１の内部のガスを排出して真空にしてから、ガス供給手段５４からガス供給口５１ａを通してＡｒやＨｅなどの雰囲気ガスをチャンバー５１の内部に供給する。その後、チャンバー５１を密封した状態で、電極部材５２を回転させながら、プラズマ照射手段５３でプラズマを照射する。これにより、電極部材５２の一方の端部を溶解し、その融液を電極部材５２の回転の遠心力によりチャンバー５１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になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１乃至３に記載のような、図４に示す従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置５０では、製造される粉末の平均粒径（Ｄ５０）が６０μｍ〜９０μｍ程度であり、さらに微細化するのは困難であるという課題があった。例えば、３Ｄプリンタの原料として使用する場合、より精密な立体を製造するために、できるだけ粒径の小さい粉末が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、粉末の粒径を微細化することができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置および粉末製造方法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】
【０００７】
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、細長い電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、回転する前記電極部材の一方の端部にプラズマ照射手段から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、前記プラズマ照射手段は、複数の噴射口を有し、各噴射口から前記電極部材の前記一方の端部に向かってプラズマを照射可能に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造方法は、細長い金属製または合金製の電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、複数の噴射口から、回転する前記電極部材の一方の端部に向かって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ことを特徴とする。
【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および粉末製造方法は、複数の噴射口から電極部材の一方の端部に向かってプラズマを照射することにより、一つの噴射口からのプラズマで溶解した電極部材の融液が、回転する電極部材の遠心力で吹き飛ばされたとき、その融液を他の噴射口からのプラズマや、他の噴射口からのプラズマで溶解した融液に当てることができる。これにより、融液をさらに細かく粉砕することができ、粒径の小さい金属製または合金製の粉末を製造することができる。このように、本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置および粉末製造方法は、製造する粉末の粒径を微細化することができる。
【００１０】
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および粉末製造方法は、複数のプラズマを使用するため、単位時間当たりの電極部材の溶解量を多くすることができ、粉末の製造効率を高めることができる。また、電極部材の溶解量が多いため、電極部材の径を大きくすることができる。非特許文献１〜３のような従来のプラズマ回転電極法で使用される一般的な電極部材は、径が７０ｍｍ〜８０ｍｍであったが、本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造装置および粉末製造方法では、例えば、前記電極部材は、少なくとも前記一方の端部が円柱状を成し、その径を１００ｍｍ乃至２００ｍｍにすることができる。
【００１１】
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、前記プラズマ照射手段は、各噴射口から、それぞれ前記電極部材の前記一方の端部の異なる位置にプラズマを照射可能であることが好ましい。本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造方法は、各噴射口から、それぞれ前記電極部材の前記一方の端部の異なる位置にプラズマを照射することが好ましい。この場合、一つの噴射口からのプラズマで溶解した電極部材の融液が、他の噴射口からのプラズマや、他の噴射口からのプラズマで溶解した融液と当たる頻度を高めることができ、微細な粉末をより多く製造することができる。
【００１２】
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、前記プラズマ照射手段は、各噴射口のうち、１つの噴射口から前記電極部材の前記一方の端部の端面の中央部にプラズマを照射し、他の噴射口から前記端面の周縁部にプラズマを照射するよう構成されていてもよい。本発明に係るプラズマ回転電極法による粉末製造方法は、各噴射口のうち、１つの噴射口から前記電極部材の前記一方の端部の端面の中央部にプラズマを照射し、他の噴射口から前記端面の周縁部にプラズマを照射してもよい。この場合、中央部のプラズマで溶解した電極部材の融液を、周縁部のプラズマや、周縁部のプラズマで溶解した融液にほぼ確実に当てることができ、微細な粉末をより多く製造することができる。
【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、細長い電極部材を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、回転する前記電極部材の一方の端部にプラズマ照射手段から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、前記電極部材の前記一方の端部の側面から所定の距離をあけて、前記側面を囲うよう設けられた衝突壁を有していてもよい。
【００１４】
この場合、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は、プラズマで溶解した電極部材の融液が、回転する電極部材の遠心力で吹き飛ばされて、勢いよく衝突壁に衝突する。または、回転する電極部材の遠心力で吹き飛ばされた融液が冷却され、金属製または合金製の粉末になった状態で、勢いよく衝突壁に衝突する。このように、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、融液や粉末を、勢いよく衝突壁に衝突させることができ、それらをさらに細かく粉砕することができる。これにより、粒径の小さい金属製または合金製の粉末を製造することができ、製造する粉末の粒径を微細化することができる。なお、プラズマ照射手段のプラズマの噴射口は、一つであっても、複数であってもよい。
【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で、前記衝突壁は、内径が前記電極部材の前記一方の端部の先端側で大きく後端側で小さくなっており、テーパー状を成していてもよい。この場合、衝突壁に衝突した融液や粉末を、衝突時の勢いを利用して、電極部材の一方の端部の先端側から衝突壁の外側に向かって吹き飛ばすことができる。これにより、製造された粉末を集めやすく、容易に回収することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、粉末の粒径を微細化することができる、プラズマ回転電極法による粉末製造装置および粉末製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１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使用状態を示す、チャンバー内部の斜視図である。
【図２】（ａ）従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置により製造された金属製粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、（ｂ）図１に示すプラズマ回転電極法による粉末製造装置により製造された金属製粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】本発明の第２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使用状態を示す、チャンバー内部の斜視図である。
【図４】従来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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、本発明の第１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および粉末製造方法を示している。
図１に示すように、本発明の第１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１０は、チャンバー（図示せず）と電極部材１１とプラズマ照射手段１２とを有している。
【００１９】
電極部材１１は、金属製または合金製で、細長い円柱状を成し、少なくとも一方の端部１１ａがチャンバーの内部に配置されている。電極部材１１は、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。なお、図１に示す具体的な一例では、電極部材１１は、一方の端部１１ａの径が、１００ｍｍ乃至２００ｍｍである。
【００２０】
プラズマ照射手段１２は、複数の噴射口２１を有し、チャンバーの内部で、各噴射口２１から電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２を照射可能に設けられている。プラズマ照射手段１２は、各噴射口２１から、それぞれ前記電極部材１１の前記一方の端部１１ａの異なる位置にプラズマ２２を照射可能になっている。図１に示す具体的な一例では、各噴射口２１のうちの１つの噴射口２１ａから、電極部材１１の一方の端部１１ａの端面の中央部にプラズマ２２ａを照射し、他の噴射口２１ｂから、電極部材１１の一方の端部１１ａの端面の周縁部にプラズマ２２ｂを照射するよう構成されている。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造方法は、本発明の第１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１０により、好適に実施される。本発明の第１の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造方法は、細長い金属製または合金製の電極部材１１を、その長さ方向に沿った中心軸周りに回転させ、複数の噴射口２１から、回転する電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２を照射する。これにより、金属製または合金製の粉末を製造することができる。
【００２２】
本発明の第１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１０および粉末製造方法は、複数の噴射口２１から電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２を照射することにより、一つの噴射口２１からのプラズマ２２で溶解した電極部材１１の融液が、回転する電極部材１１の遠心力で吹き飛ばされたとき、その融液を他の噴射口２１からのプラズマ２２や、他の噴射口２１からのプラズマ２２で溶解した融液に当てることができる。これにより、融液をさらに細かく粉砕することができ、粒径の小さい金属製または合金製の粉末を製造することができる。このように、本発明の第１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１０および粉末製造方法は、製造する粉末の粒径を微細化することができる。
【００２３】
特に、図１に示す具体的な一例では、１つの噴射口２１ａから、電極部材１１の一方の端部１１ａの端面の中央部にプラズマ２２ａを照射し、他の噴射口２１ｂから、電極部材１１の一方の端部１１ａの端面の周縁部にプラズマ２２ｂを照射するため、中央部のプラズマ２２ａで溶解した電極部材１１の融液を、周縁部のプラズマ２２ｂや、周縁部のプラズマ２２ｂで溶解した融液にほぼ確実に当てることができ、微細な粉末をより多く製造することができる。
【００２４】
また、本発明の第１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１０および粉末製造方法は、複数のプラズマ２２を使用するため、単位時間当たりの電極部材１１の溶解量を多くすることができ、粉末の製造効率を高めることができる。また、電極部材１１の溶解量が多いため、電極部材１１の径を大きくすることができる。
【実施例１】
【００２５】
図１に示すプラズマ回転電極法による粉末製造装置１０を用い、本発明の第１の実施の形態のプラズマ回転電極法による粉末製造方法により、金属製粉末の製造を行った。雰囲気ガスをＡｒとし、雰囲気圧力を２００ＫＰａ前後とした。また、電極部材１１の直径を７０ｍｍ〜９０ｍｍとし、電極部材１１としてＴｉ６Ｖ４Ａｌを用い、電極部材１１の回転数を２０，０００ｒｐｍとした。電極部材１１を回転させる高速モータの電流は、１３Ａ前後とした。また、プラズマ照射手段１２により、プラズマガスをアルゴンとし、２３００〜３０００Ａ、６０Ｖ前後の出力条件で、各噴射口２１から電極部材１１の一方の端部１１ａに向かってプラズマ２２を照射した。また、プラズマガスの流量を３５リットル／ｍｉｎ以下、冷却水流量を２０リットル／ｍｉｎとした。
【００２６】
こうして製造された粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を、図２（ｂ）に示す。また、比較のため、図４に示す従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置５０を使用して、噴射口の数以外は同じ条件で製造された金属製粉末のＳＥＭ写真を、図２（ａ）に示す。図２（ａ）に示す従来の装置で製造された粉末は、粒径が６０μｍ〜１１０μｍ程度で球状を成しているのに対し、図２（ｂ）に示すプラズマ回転電極法による粉末製造装置１０で製造された粉末は、ほとんどの粉末の粒径が２０μｍ〜７０μｍで、球状を成しており、図２（ａ）と比べて粒径が小さくなっていることが確認された。
【００２７】
図３は、本発明の第２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および粉末製造方法を示している。
図３に示すように、本発明の第２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３０は、チャンバー（図示せず）と電極部材１１とプラズマ照射手段１２と衝突壁３１とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１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１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２８】
プラズマ照射手段１２は、噴射口２１が一つであり、その噴射口２１から電極部材１１の一方の端部１１ａの端面の中央部にプラズマ２２を照射するよう設けられている。
【００２９】
衝突壁３１は、チャンバーの内部で、電極部材１１の一方の端部１１ａから中央部１１ｂにかけて、電極部材１１の側面から所定の距離をあけて、その側面を囲うよう設けられている。衝突壁３１は、円錐の先端部を取り除いた側面の形状を成し、電極部材１１がその中心を貫通して配置されている。衝突壁３１は、テーパー状を成し、内径が電極部材１１の一方の端部１１ａの先端側で大きく、後端側の電極部材１１の中央部１１ｂで小さくなっている。
【００３０】
本発明の第２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３０および粉末製造方法では、プラズマ２２で溶解した電極部材１１の融液が、回転する電極部材の遠心力で吹き飛ばされて、勢いよく衝突壁３１に衝突する。または、回転する電極部材の遠心力で吹き飛ばされた融液が冷却され、金属製または合金製の粉末になった状態で、勢いよく衝突壁３１に衝突する。このように、本発明の第２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３０および粉末製造方法は、融液や粉末を、勢いよく衝突壁３１に衝突させることができ、それらをさらに細かく粉砕することができる。これにより、粒径の小さい金属製または合金製の粉末を製造することができ、製造する粉末の粒径を微細化することができる。
【００３１】
また、衝突壁３１がテーパー状を成しているため、衝突壁３１に衝突した融液や粉末を、衝突時の勢いを利用して、電極部材１１の一方の端部１１ａの先端側から衝突壁３１の外側に向かって吹き飛ばすことができる。これにより、製造された粉末を集めやすく、容易に回収することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  （本発明の第１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
１１  電極部材
１１ａ  一方の端部
１２  プラズマ照射手段
２１  噴射口
２２  プラズマ
３０  （本発明の第２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
３１  衝突壁
５０  従来のプラズマ回転電極法による粉末製造装置
５１  チャンバー
５１ａ  ガス供給口
５１ｂ  ガス排出口
５２  電極部材
５３  プラズマ照射手段
５４  ガス供給手段
【図１】
2020026541.tif 000003
【図２】
2020026541.tif 000004
【図３】
2020026541.tif 000005
【図４】
2020026541.tif 000006