JPS6070110A - 球状金属粉末の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として航空機の機械部品や複合材料の原料と
して用いる球状金属粉末の製造装置に関するものである
。

粉末冶金で成形される機械部品は、今日では自動車工業
をはじめ広い分野で賞用されている。

一方、最近では、ニアネットシ１イブ技術が航空機部品
等の高付加価値部品の製造技術として開発されつつある
が、この分野あるいはｍ維強化金属系複合材料の製造に
おいては、これらの素材となる金属（合金）粉末の純度
、粒度、形状が製品特性に大きく影響している。

本発明は高純度球状金属粉末を製造しようとするもので
ある。

従来、この種球状金属粉末の製造方法としてはＡｒやＨ
ｅを用いるガスアトマイズ法、真空噴霧法および第゛１
図に示す如き回転電極式粉末製造装置を用いたものが知
られている。今、第１図に示す従来の回転電極式粉末製
造装置について説明すると、ａは粉末化したい金属の棒
で消耗電極、ｂはタングステン電極あるいはプラズマト
ーチ、Ｃは通常アルゴン等の不活性ガスが充満される密
封容器で、この中で金属粉末を作る。ｄは消耗電極ａを
固定するチャック、ｅはモータ、ｆは増速機、９は先端
にチャックｄ（ごて消耗電極ａを保持させた回転軸で、
軸受り。

ｉに支持されモータｅからの動力により回転できるよう
にしである。ｊは上記軸受１１．ｉを支持したテーブル
で、容器Ｃの方向に移動できるようにしである。ｋは軸
ｇが貫通する部分の容器Ｃ側に設けであるシール装置、
ｆ、ｍは導線で、導線！は消耗電極ａを電源のプラス極
に結線させるものであり、導線ｍはタングステン電極す
を電源のマイナス極に結線させるものである。

ｎは容器Ｃへのタングステン電極すの貫通部のシール装
置、０は絶縁された棒、ｐは覗窓である。

上記構成の従来の回転電極式粉末製造’ＪＡＭで金属粉
末を作る場合は、チャックｄで固定された消耗電極ａを
、密封容器Ｃ内に突出させて、固定しであるタングステ
ン電極すに対向するよう密封容器Ｃ内に挿入させ、モー
タｅ、増速機ｆにて消耗電極ａのみを回転軸ｇとともに
高速回転させ、導線！とｍを介して消耗電極ａどタング
ステン電極すとの間にアークを発生させて消耗電極ａの
一部を溶融し、高速回転による遠心力によって微細な液
滴として密封容器Ｃ内で飛散させ、該液滴はその飛行中
に固化されて容器Ｃの底部に落下させるようにしている
。上記のように消耗電極ａとタングステン電極すとの間
でアークを飛ばすことにより消耗電極ａのタングステン
電極すに対向する端面が溶融粉化されるに従い、アーク
ギャップが増大するが、安定したアークを継続させるた
めに、オペレータが絶縁された棒０を操作してタングス
テン電極１）を容器Ｃ内に進入させるか、あるいはテー
ブルｊを前進させることににす、消耗電極ａをタングス
テン電極すに向けて近付けるようにしており、これらの
操作の際、容器Ｃ内に大気が侵入しないようにシール装
置に、ｎでシールさせるようにしている。消耗電極ａが
充分短かくなるまで消耗すると、アーク発生を中止し、
且つ回転を停止した後、消耗電極ａの残部をチャックｄ
から外し、容器Ｃ内に保管された別の消耗電Ｉｍａをチ
ャックｄに装着する。この電極交換作業は、容器Ｃを開
放することなく覗窓ｐから見ながら行う。尚、容器Ｃ中
のガス置換は、粉末製造開始に先立ち、図示されていな
い排気系とアルゴンガス導入系を用いて容器Ｃ内を真空
排気し、しかる後、排気系を閉鎖してアルゴンガスを大
気圧近くまで容器Ｃ内に充満させる方法で行ない、電極
交換時のガス置換は行なわない方法で実施されている。

しかし、上記従来の方式では、粉末化したい金属〈合金
）の棒、すなわち、消耗電極ａを度度交換する必要があ
ることから、生産性向上の制約を受けること、非消耗電
極の材質や容器Ｃ内への大気の漏洩、あるいは容器に設
【づられた回転体の軸受部の損耗や潤滑油によって製品
粉末が汚染されること、粉末化したい金属（合金）棒の
アーク溶解を均一に進行させるためのオペレータの熟練
が要求されること、生産性の向上のためには粉末化した
い金属（合金）の棒の長さを非常に大きくすることが有
効であるが、細い粒度の粉末を得たい場合には該棒を高
速回転させる必要があり、このとき非常に長い棒を高速
回転することは極めて困難や不可能であるこ５− と、生産性を向上させるためのもう１つの方法として、
粉末化したい金属（合金）を太くすることであるが、た
とえば、直径５０ｍｍを越える太い棒の先端を均一に溶
解することは、従来提案されているタングステン製非消
耗電極やプラズマトーチを用いる方法では不可能に近い
か、オペレータの高い熟練を必要とすること、不均一な
溶解が進行するときは棒は偏心回転を始め回転機構や容
器の内外をシールする部分に致命的な損傷を発生させ、
併せて粉末の汚染が惹起されること、高度の熟練者によ
って比較的高い生産性で粉末を製造する場合は固定電極
からのタングステンの昇華、容器に設けられた回転体の
軸受部の損耗等によって製品粉末が汚染され易くなるこ
と、回転電極式粉末製造法における粉末の大きさは粉末
化したい金属（合金）の棒の太さ、該棒の回転速度、比
重によって決定されるが、細かい粉末を得るために太い
棒を採用すると前述の問題を克服する必要があり、回転
数を高めるためには棒を短目にする必要があり、−〇− 生産性が制約されること、等の問題があった。

本発明は、かかる従来方式の問題を解消し、粉末生産性
の向上、純度の向上、省力化を図ることを目的としてな
したもので、密封容器外で交換できる粉末化したい金属
（合金）棒（消耗電極）を密封容器内で両側、」：り相
対向させ、同じ回転方向又は互に逆方向に高速回転させ
ながら両棒の対向面にアークを発生させて溶融部を飛散
させるようにし、両棒（電極）はアーク状態を検出しな
がら対向面の間隔を調整して最適電圧に保持できるよう
にし、高度の熟練を右しないオペレータでも２本の電極
を均一にアーク溶解できて生産性の向上、省力化等が図
れるようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は本発明の装置の構成要領の一例を示すもので、
密封容器１の一側に、軸受内蔵のシール装置２を組み付
【プ、該シール装置２に、粉末化したい金属（合金）の
棒、すなわち、消耗電極３を気密に挿入支持させ、プラ
ットホーム４上を走行移動できるテーブル５上に、高速
回転機構６及び回転軸受を兼ねた通電端子７を載置させ
、上記高速回転機構６の出力軸に連結され且つ上記通電
端子７に支持させた回転軸９に、上記消耗電極３をチャ
ック８にて結合して、該消耗電極３が回転機Ｍ４６にて
高速回転されると共に通電端子７に接続され、電源１ｏ
に接続された導線１１を介して通電され、所定の電圧が
かけられるようにする。上記密封容器１の反対側には、
」二記密封容器１の一側に設置したと同様の消耗電４！
ｉ３′、チャック８′、回転軸９′、高速回転機構６′
、通電端子７′、電ｍ１０に接続された導線１１′、テ
ーブル５′を、対称的にプラットホーム４′上に設置さ
せ、消耗電極３′が密封容器１の他側に組み伺けたシー
ル装置２′を貫通して容器１内に挿入されて前記消耗電
極３の端面と対向させるようにする。

上記相対向する消耗電＃１３と３′の端面を適正な間隔
に自動的に保持させて最適電圧でアーク発生が行われる
ようにする手段として、消耗電極３，３′間の電圧変動
を検出することによりアーク状態を検出する検出器１２
を電源１０ど電気的に接続し、上記検出器１２からの信
号に基づきテーブル５．５′の各駆動源Ｍに指令信号を
与え、更には電源１０へ電圧修正指令を与える制御器１
３を備える。

前記シール装置２．２′は、第３図に詳細を示す。

２１は容器１の壁の一部で外方への張出部、２２は鍔付
円筒で、内周面に複数のＯリング溝２３を形成すると共
に、外周面にラビリンスフィン２４を取り付けている。

２５は消耗電極３又は３′と円筒２２のＯリング溝２３
との間に嵌合させたＯリング、２６はボルト２７により
容器１の内壁に固定された遮蔽板、２８，２９．３０は
いずれも軸受、３１はＯリング３２を有するフランジ、
３３は張出部２１に取り付けた静止ラビリンスフィン、
３４はＯリングである。

本発明の装置は上記構成としであるので、容器１内への
両側から挿入させた消耗電極３．３′を９− 同時に高速回転させると共にアークを発生させて電極３
，３′端而の一部を溶解させ、溶解部分を飛散させて固
化させ粉末化する。詳述すると、消耗電極３及び３′を
少し異なった速度で同じ方・向に高速回転させるか、あ
るいは互に逆の方向に同じ速度で高速回転させる。この
状態で電源１０により消耗電極３と３′に電圧を印加し
、互に対向している両消耗電極３，３′の端面間にアー
クを発生させる。これにより消耗電極３及び３′の端面
の一部が溶解し、この溶解部分が高速回転による遠心力
によって微細な液滴となって容器１内を飛散し、飛行中
に真球状に固化して容器１の底部に落下する。本発明に
おいては、２木の消耗電極３と３′の対向する端面を同
時にアーク溶解させるため、生産性を高め１ｑられ、又
、タングステン電極を使用しないので、タングステンに
よる製品粉末の汚染の問題も解消することができる。

上記電源１０の操作で消耗Ｎ極３，３′に電圧をかける
場合、導線１１．１１’　を介して消耗電極３及１０− び３′に直流が通電される場合は、消耗電極３ど３′は
若干異なる速さで消耗し、交流が通電される場合は、消
耗電極３と３′は等しい速さで消耗する。これらの消耗
によって消耗電極３と３′の対向している端面間の間隔
が増大すると、アーク発生の継続が阻害されるが、本発
明においては、常時、検出器１２が電圧変動を検出して
いて、電圧変動に伴うアーク状態を検出し、この検出信
号を制御器１３で適正な電圧値と比較演算する操作が行
われるようにしであるため、今、上記消耗電極３と３′
の端面の溶解に伴い、電圧変動が検出されると、直ちに
口っ自動的に制御器１３から各テーブル５，５′の駆動
８ＩＭへ指令信号が送られて該テーブル５と５′を前進
動作させ、消耗電極３と３′の対向する端面間の間隔を
調整して最適電圧に保持する制御を行うことができると
共に、制御器１３から電源１０／＼修正信号が送られて
印加電圧の調整を行うことができる。

上記テーブル５と５′の走行による消耗電極３と３′の
端面間隔の制御と印加電圧の調整とを単独若しくはイ１
１用させることにより安定したアーク発生の継続を実現
することができる。

粉末製造が進み、消耗電極３．３′が消耗してチャック
８，８′がシール装置！２．２’に接触する直航の位置
までテーブル５．５′が移動したときが、粉末製造中断
の時点であり、アーク発生及び消耗電極３．３′の回転
を由め、チャック８．８′による固定を解放すると共に
、テーブル５，５′をそれぞれ後退させて所定の位置で
待機させる。

新しい消耗電極３と３′は、容器１の外側でチャック８
と８′に各々装着させ、しかる後、該新しい消耗電極３
と３′を、テーブル５と５′を容器１に向（プて前進さ
せることによりシール装置２と２′内に残留している先
に粉末化された消耗電極の残部を容器１内に押し出しな
がらシール装置２，２′内に入れ、続いて容器１内に挿
入させる。

シール装置２，２′内から押し出された上記粉末化され
た消耗電極の残部は、容器１内に落下させられる。所定
の距離で対向した２木の新しい消耗電極３と３′は、°
高速回転され、同時に導線ｉ　ｉ　、　ｉ　ｉ’を介し
て電源１０から必要な電圧を印加し、対向する電極端面
間にアークを発生させ、粉末製造を開始する。

互に対向する消耗電極３と３′の端面上の最もアークを
発生し易い点は順次高速で移動するので、上記端面の溶
解は均一に進行し、高速回転される消耗電極３，３′は
偏心回転を惹起されることはない。所要の粉末の粒度は
、消耗電極の太さと回転数により主として決定され、粉
末製造の生産性はアーク電力と消耗電極の長さによって
左右される。本発明で【よ、消耗電極３，３′はチャッ
ク８，８′とシール装置２，２′とにより消耗電極の両
端に近く支持されているため、長さ対径の比をかなり大
きくしても消耗電極は有害な偏心回転を発生することな
く高速回転をさせることができる。

次に第３図にはシール装置２．２′の詳細が示しである
が、前記新しい消耗電極３．３′を挿入する際は、Ｏリ
ング３４を用い、当該消肛電極３．３′が挿入された後
、粉末製造に先立って容器１を真１３− 空排気するときのみ図の位置にセットし、容器１にアル
ゴンガスを大気圧より若干高目に充満することが完了す
ると、チャック８，８′に接する位置まで移動させ、追
加の消耗電極を交換するときから取り外す。消耗電極３
，３′が高速回転するときは、Ｏリング２５を介して鍔
付円筒２２が連動して回転する。この際、Ｏリング２５
は相対的に静止状態にあり、消耗電極３．３′の回転に
よって摩耗することはなく、僅かに消耗電極３．３′の
容器１内へのゆっくりした挿入の動きに耐えればよい。

容器１内に大気圧より少し高い圧力に充満されているア
ルゴンガスは、静止ラビリンスフィン３３と高速で回転
しているラビリンスフィン２４との間隙を通過する際の
抵抗によって容器１からの漏洩を阻害され、又、ラビリ
ンスによって容器１内への大気の侵入は完全に閉止され
る。なお、アルゴンガスの漏洩は完全に阻止されないた
め、容器１内のアルゴン気圧を大気圧より若干高く保つ
に必要な少聞のアルゴンガスを粉末製造中に補充する。

１４− 本発明においては、消耗型１ｔｉ３と３′として、たと
えば、直径５０ｍｍ以上の太さで且つ長さ／径の比の大
ぎな粉末化したい金属（合金）の棒を用い、容器１の外
で新しい消耗電極との交換を行うようにし、又、シール
装ｆｉ２，２’で大気の容器１内への侵入が阻止でき、
月つ消耗電極をその両端近傍で支持させて比較的長い消
耗電極を高速回転できるようにすることにより、タング
ステン等の異種金属、シール部の摩耗粉あるいは大気成
分による製品粉末の汚染がない微細な高純度金属球状粉
を多量に製造でき生産性を高めることができる。

以上）ホべた如く、本発明によれば次のような優れた効
果を奏し得る。

（ｉ）２本の消耗電極の対向する端面を溶解さけて粉末
を製造するので、金属粉末の生産性が高い。

（ｉｔ）　消耗電極の径が大きくとれるので製品粉末が
微細である。

＠０２本の消耗電極の対向する端面間隔を電圧変動を検
出することにより自動的に調整するので、アーク発生の
安定継続が可能であり、目つ消耗電極の交換を容器外で
実施できるため、高度の熟練を有しないオペレータでも
太い直径の消耗電極を均一にアーク溶解できることと相
俟って省力化が図れる。

００　タングステン電極を使用しないので、タングステ
ンによる製品粉末の汚染がなく、高純度の金属粉末が得
られる。

（Ｖ）　シール装置として、容器の内側と外側をシール
し且つ回転げる消耗電極を支持する部分を軸受、ラビリ
ンス、Ｏリングで構成したものを用いることにより、消
耗電極を容器の外側から供給しながら高速回転させても
シール部の摩耗がほとんど発生せず、シール部摩耗粉に
よる製品粉末の汚染がなく、偏心回転も発生ｌず、更に
容器内への大気の侵入が完全に阻止されて大気による製
品粉末の汚染がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属粉末製造装置の説明図、第２図は本
発明の球状金属粉末の製造装置の構成要領図、第３図は
本発明の装置におけるシール装置の断面図である。 １は密閉容器、２，２′はシール装置、３．３′は消耗
電極、４．４’はプラットホーム、５．５′はテーブル
、６．６′は高速回転機構、７，７′は通電端子、８゜
８′はチャック、９．９′は回転軸、１０は電極、１１
゜１１′　は５ｍ１１２は検出器、１３は制御器、２２
は鍔付円筒、２４はラビリンスフィン、２５はＯリング
、２８．２９．３０は軸受、３３は静止ラビリンスフィ
ンを特　許　出　願　人 石川島播磨重工業株式会社 １７− 手　続　補　正　書　（自発） 昭和５８年１１月２２日 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願　第１７８７８２号２発明の名
称 球状金属粉末の製造装置 ３補正をする者 特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目２番１号 （００９）石川島播磨重工業株式会社 ４、代　理　人 東京都千代田区内神田三丁目５番３号 ５補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ６補正の内容 明ｉ書の図面の簡単な説明の欄の補正 第１７頁第１１行における ［３３は静止ラビリンスフィンを」 を 「３３は静止ラビリンスフィンを示す。」と補正する。 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）２本の粉末化したい金属の棒を、密封容器の両外側
   より該容器内にシール装置を介し相対向させて挿入して
   対向消耗電極を構成し、上記相対向させた２本の消耗電
   極を、それぞれ高速回転機構に連結させると共に、当該
   高速回転機構を容器に向は進退自在のテーブル上に載置
   させ、且つ上記両消耗電極に電源を接続させたことを特
   徴とする球状金属粉末の製造装置。