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JP7741365B2 - Heating melting device - Google Patents
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JP7741365B2 - Heating melting device - Google Patents

Heating melting device

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JP7741365B2
JP7741365B2 JP2021083665A JP2021083665A JP7741365B2 JP 7741365 B2 JP7741365 B2 JP 7741365B2 JP 2021083665 A JP2021083665 A JP 2021083665A JP 2021083665 A JP2021083665 A JP 2021083665A JP 7741365 B2 JP7741365 B2 JP 7741365B2
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Description

本発明は、金属製の原料を微細化する技術に関する。 The present invention relates to technology for micronizing metal raw materials.

特許文献1には、ルツボ内で溶解された金属製の原料を、出湯口からチャンバ内に排出し、このチャンバ内で原料を微細化させて回収する加熱溶解装置が記載されている。具体的には、チャンバ内には、超音波を照射する振動子が備えられており、ルツボの出湯口から排出された原料は、振動子から照射される超音波により微細化される。微細化された原料は収容部に至るまでに冷却された後、金属粉末として回収される。 Patent Document 1 describes a heating and melting device that discharges metallic raw materials melted in a crucible from a tapping port into a chamber, where the raw materials are atomized and recovered. Specifically, the chamber is equipped with a vibrator that emits ultrasonic waves, and the raw materials discharged from the crucible's tapping port are atomized by the ultrasonic waves emitted from the vibrator. The atomized raw materials are cooled before reaching the storage section, and are then recovered as metal powder.

特開平1-208407号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-208407

溶解された原料を微細化する際、所望とする金属粉末の寸法が小さくなるほど、溶解された原料の表面張力に打ち勝って、原料を微細化するために必要となる振動エネルギが大きくなる。例えば、数十[μm]を下回る金属粉末を生成する場合においては、原料の微細化に必要な振動エネルギが顕著に大きくなるため、所望とする寸法の金属粉末を安定的かつ効率よく生成できないことが懸念される。 When pulverizing molten raw materials, the smaller the desired metal powder size, the greater the vibration energy required to overcome the surface tension of the molten raw material and pulverize the raw material. For example, when producing metal powder smaller than a few tens of micrometers, the vibration energy required to pulverize the raw material becomes significantly greater, raising concerns that metal powder of the desired size may not be produced stably and efficiently.

本発明は、上記課題に鑑みたものであり、微細な金属粉末を安定的かつ効率よく生成することが可能な加熱溶解装置の提供を目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a heating and melting device that can stably and efficiently produce fine metal powder.

上記課題を解決するために本発明では、溶解原料を下方に向けて流す出湯部と、両端面が貫通することで開口を有する中空形状であって、導電性材料で形成された円筒体と、円筒体の外周面に沿って巻かれた誘導コイルと、誘導コイルに、高周波電流を流すための交流電圧を供給する電圧供給部と、を備えている。円筒体は、開口を上下方向に向けた状態で、出湯部よりも下方であって、かつ、出湯した溶解原料が円筒体の開口の内側を通過する位置である通過位置に配置されており、かつ、誘導コイルに電流が流れることにより超音波を発生させ、円筒体を通過する溶解原料を微細化する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a melting furnace comprising a discharge part for causing the melted raw materials to flow downward, a hollow cylinder formed of a conductive material and having openings at both ends, an induction coil wound around the outer periphery of the cylinder, and a voltage supply part for supplying an AC voltage for causing a high-frequency current to flow through the induction coil. The cylinder is positioned with its opening facing up and down, below the discharge part and at a passage position where the melted raw materials pass inside the opening of the cylinder, and current flowing through the induction coil generates ultrasonic waves that atomize the melted raw materials passing through the cylinder.

上記構成では、下方に向けて流れる溶解原料は、円筒体の開口の内側を通過する。このとき、円筒体の外周面に沿って巻かれた誘導コイルに高周波の電流が流れることで、円筒体の外周面に生じる渦電流と、円筒体の周囲において上下方向に流れる交番磁束との相互作用により、円筒体を径方向に振動させる電磁力を生じさせる。その結果、円筒体の径方向での振動により、円筒体の内部を通過する溶解原料に、超音波が照射され、溶解原料を微細化させる。このとき、電磁力による円筒体31の振動周波数は、高周波電流の周波数に応じた値となるため、誘導コイルに供給される交流電圧の周波数を調整することで、円筒体を通過する溶解原料の微細化外形を制御することができる。その結果、例えば、圧電素子等の振動子により円筒体を振動させる場合と比べて、溶解原料に大きな振動エネルギを加えることが可能となる。また、円筒体を直接振動するため、振動を増幅させるための増幅器等を介在させる必要がなく、振動エネルギの損失も少ない。この結果、微細な金属粉末を安定的にかつ効率良く生成することが可能となる。 In the above configuration, the melted raw material flowing downward passes through the inside of the opening of the cylinder. At this time, a high-frequency current flows through the induction coil wound around the outer surface of the cylinder. This generates eddy currents on the outer surface of the cylinder, and the alternating magnetic flux flowing vertically around the cylinder interacts with each other to generate an electromagnetic force that vibrates the cylinder radially. As a result, the radial vibration of the cylinder irradiates the melted raw material passing through the interior of the cylinder with ultrasonic waves, thereby atomizing the melted raw material. Since the vibration frequency of the cylinder 31 caused by the electromagnetic force corresponds to the frequency of the high-frequency current, adjusting the frequency of the AC voltage supplied to the induction coil allows for control of the atomized outer shape of the melted raw material passing through the cylinder. As a result, it is possible to apply greater vibrational energy to the melted raw material than when, for example, a vibrator such as a piezoelectric element is used to vibrate the cylinder. Furthermore, because the cylinder is directly vibrated, there is no need for an amplifier or other device to amplify the vibration, and vibration energy loss is minimal. This enables stable and efficient production of fine metal powder.

本発明によれば、微細な金属粉末を安定的にかつ効率良く生成することができる。 The present invention makes it possible to produce fine metal powder stably and efficiently.

加熱溶解装置の構成図。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a heating and melting device. 円筒体を上方から見た図。A top view of the cylinder. 第3電圧供給回路の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a third voltage supply circuit. 振動電圧の波形図。Waveform diagram of oscillating voltage. 動磁場内での円筒管の周囲に生じる磁束を説明する図。1 is a diagram illustrating magnetic flux generated around a cylindrical tube in a dynamic magnetic field. 円筒体の振動を説明する図。1 is a diagram illustrating vibration of a cylindrical body. 誘導コイルに流れる高周波電流と円筒体の振動との間の周波数の一例を説明する図。10A and 10B are diagrams illustrating an example of a frequency between a high-frequency current flowing through an induction coil and vibration of a cylindrical body.

(第1実施形態)
本実施形態に係る加熱溶解装置を、図面を参照しつつ説明する。図1に示す加熱溶解装置100は、水冷式のコールドクルーシブル型の加熱溶解装置であり、原料150から金属粉末を生成することができる。具体的には、加熱溶解装置100は、20[μm]以下の金属粉末を生成する。原料150は、高融点金属であり、例えばチタン合金、ジルコニウム、タンタルである。
(First embodiment)
The melting apparatus according to this embodiment will be described with reference to the drawings. The melting apparatus 100 shown in Fig. 1 is a water-cooled, cold crucible type melting apparatus capable of producing metal powder from raw material 150. Specifically, the melting apparatus 100 produces metal powder with a particle size of 20 μm or less. The raw material 150 is a high-melting-point metal, such as a titanium alloy, zirconium, or tantalum.

以下において、加熱溶解装置100を設置した状態での、設置面に平行な向きである水平方向を「D1」を付して記載し、上下方向を「D2」を付して記載する。上下方向D2は、水平方向D1に垂直な方向でもある。 In the following, when the thermal melting apparatus 100 is installed, the horizontal direction, which is parallel to the installation surface, will be referred to as "D1," and the up-down direction will be referred to as "D2." The up-down direction D2 is also the direction perpendicular to the horizontal direction D1.

加熱溶解装置100は、チャンバ10と、出湯ユニット20と、アトマイズユニット30と、操作盤40と、制御装置41と、第1電圧供給回路42と、第2電圧供給回路43と、第3電圧供給回路44とを備えている。 The heating and melting apparatus 100 includes a chamber 10, a melting unit 20, an atomizing unit 30, an operation panel 40, a control device 41, a first voltage supply circuit 42, a second voltage supply circuit 43, and a third voltage supply circuit 44.

チャンバ10は、上下方向D2において上端及び下端が閉塞した容器であり、製品の酸化を防止するため、不活性ガスが充填されている。チャンバ10の内部には、出湯ユニット20、アトマイズユニット30を収容可能な空間が形成されている。具体的には、チャンバ10は、円筒状に延びる上側容器部11と、上側容器部11よりも下方に位置する円錐体状の下側容器部12とを有している。上側容器部11の内部には、チャンバ10の内周から内側に向けて延びる間仕切り板16,18が設けられている。間仕切り板16,18により、チャンバ10の内部には、出湯ユニット20及びアトマイズユニット30が保持される保持空間13,14が区画されている。具体的には、チャンバ10の内部において、間仕切り板16よりも上の保持空間13に、出湯ユニット20が収容されている。チャンバ10の内部において、間仕切り板16と間仕切り板18とで区画される保持空間14に、アトマイズユニット30が収容されている。下側容器部12の内部には、生成された金属粉末が収容される空間である収容部15が形成されている。具体的には、チャンバ10の内部において、間仕切り板18よりも下側の空間が、収容部15になっている。 The chamber 10 is a container whose upper and lower ends are closed in the vertical direction D2, and is filled with an inert gas to prevent oxidation of the product. A space capable of accommodating the discharge unit 20 and atomization unit 30 is formed within the chamber 10. Specifically, the chamber 10 has a cylindrical upper container section 11 and a conical lower container section 12 located below the upper container section 11. Partition plates 16 and 18 are provided within the upper container section 11, extending inward from the inner periphery of the chamber 10. The partition plates 16 and 18 define holding spaces 13 and 14 within the chamber 10, in which the discharge unit 20 and atomization unit 30 are held. Specifically, the discharge unit 20 is accommodated in the holding space 13 above the partition plate 16 within the chamber 10. Inside the chamber 10, the atomization unit 30 is housed in a holding space 14 defined by partition plates 16 and 18. Inside the lower container section 12, a storage section 15 is formed, which is a space for storing the produced metal powder. Specifically, inside the chamber 10, the space below the partition plate 18 forms the storage section 15.

出湯ユニット20は、原料150を溶解するとともに、溶解された原料150を下方に向けて流すユニットである。出湯ユニット20は、ルツボ21と、溶解コイル22と、出湯コイル23とを備えている。本実施形態では、出湯ユニット20が出湯部の一例である。 The discharge unit 20 melts the raw material 150 and causes the molten raw material 150 to flow downward. The discharge unit 20 includes a crucible 21, a melting coil 22, and a discharge coil 23. In this embodiment, the discharge unit 20 is an example of a discharge section.

ルツボ21は、原料150が収容される容器である。ルツボ21は、例えば銅材により形成され、円筒状の側壁24と、側壁24の下方に設けられた底板25とを有している。側壁24と底板25とにより、原料150が収容される空間が形成されている。 The crucible 21 is a container that contains the raw material 150. The crucible 21 is made of, for example, a copper material, and has a cylindrical side wall 24 and a bottom plate 25 provided below the side wall 24. The side wall 24 and bottom plate 25 form a space in which the raw material 150 is contained.

側壁24は、上部が開口する円筒状の部位である。側壁24は、内周面に形成されたスリットにより複数のセグメントに分割されている。各セグメントは、内部に冷却流路を有しており、冷却流路の内部には水等の冷媒が通れるようになっている。セグメントを分割するスリットには、薄板状の絶縁部材が埋め込まれている。 The side wall 24 is a cylindrical section that is open at the top. The side wall 24 is divided into multiple segments by slits formed on the inner surface. Each segment has a cooling flow path inside, through which a coolant such as water can pass. Thin insulating material is embedded in the slits that separate the segments.

底板25は、円板状の部位である。底板25は、内部に冷却流路を有しており、冷却流路の内部には水等の冷媒が通れるようになっている。底板25の径方向の中心には、溶解された原料150(即ち、溶湯)を出湯させるための出湯口26が形成されている。なお、底板25の径方向は、水平方向D1と平行な方向でもある。出湯口26は、上下方向D2に延びた漏斗状の部位であり、上下方向D2に貫通する貫通穴を有している。出湯口26における貫通穴の内径は、例えば3~5[mm]である。なお、出湯口26は、底板25と別体で形成されていてもよい。この場合、出湯口26は、原料150の融点よりも融点の高い耐火物又は金属を用いて形成されるとよい。また、出湯口26はルツボ21と同様の材質でもよい。これ以外にも、出湯口26は、ルツボ21と同様、内部に冷媒が流れる流路を用いるものであってもよい。 The bottom plate 25 is a circular plate-shaped member. The bottom plate 25 has a cooling channel therein through which a coolant such as water can flow. A tapping port 26 is formed at the radial center of the bottom plate 25 for discharging the melted raw material 150 (i.e., the molten metal). The radial direction of the bottom plate 25 is also parallel to the horizontal direction D1. The tapping port 26 is a funnel-shaped member extending in the vertical direction D2 and has a through-hole penetrating the vertical direction D2. The inner diameter of the through-hole in the tapping port 26 is, for example, 3 to 5 mm. The tapping port 26 may be formed separately from the bottom plate 25. In this case, the tapping port 26 is preferably formed using a refractory or metal with a melting point higher than that of the raw material 150. The tapping port 26 may also be made of the same material as the crucible 21. Alternatively, the outlet 26 may have a flow path through which a refrigerant flows, similar to the crucible 21.

本実施形態では、ルツボ21は、チャンバ10の内部に設けられた固定部17により固定されている。具体的には、固定部17は、間仕切り板16及び底板25それぞれに、ボルトにより固定されている。これにより、固定部17は、ルツボ21をチャンバ10内で位置決め保持した状態で、固定することができる。 In this embodiment, the crucible 21 is fixed by a fixing portion 17 provided inside the chamber 10. Specifically, the fixing portion 17 is fixed to each of the partition plate 16 and the bottom plate 25 with bolts. This allows the fixing portion 17 to fix the crucible 21 while positioning and holding it within the chamber 10.

ルツボ21における側壁24には、溶解コイル22が外周面に沿って巻かれている。本実施形態では、溶解コイル22の下端は、上下方向D2において、底板25よりも上方となるように側壁24に対して外周面に沿って巻かれている。溶解コイル22には、後述する第1電圧供給回路42から高周波の溶解電圧V1が印加される。 A melting coil 22 is wound around the outer periphery of the side wall 24 of the crucible 21. In this embodiment, the lower end of the melting coil 22 is wound around the outer periphery of the side wall 24 so that it is higher than the bottom plate 25 in the vertical direction D2. A high-frequency melting voltage V1 is applied to the melting coil 22 from the first voltage supply circuit 42, which will be described later.

出湯口26には、出湯コイル23が外周面に沿って巻かれている。本実施形態では、出湯コイル23は、出湯口26における下端よりも上側まで巻かれている。出湯コイル23には、後述する第2電圧供給回路43から高周波の出湯電圧V2が印加される。出湯コイル23の周囲には、出湯口26から排出された溶湯から、出湯コイル23を保護するための保護部材が設けられている。 A discharge coil 23 is wound around the outer periphery of the tap outlet 26. In this embodiment, the discharge coil 23 is wound above the lower end of the tap outlet 26. A high-frequency discharge voltage V2 is applied to the discharge coil 23 from the second voltage supply circuit 43, which will be described later. A protective member is provided around the discharge coil 23 to protect the discharge coil 23 from the molten metal discharged from the tap outlet 26.

チャンバ10の内部において、出湯ユニット20よりも下方の保持空間14には、アトマイズユニット30が保持されている。アトマイズユニット30は、出湯ユニット20から出る溶湯を微細化させるユニットであり、円筒体31と、誘導コイル32と、保持層33とを備えている。 Inside the chamber 10, an atomization unit 30 is held in the holding space 14 below the discharge unit 20. The atomization unit 30 atomizes the molten metal discharged from the discharge unit 20, and includes a cylinder 31, an induction coil 32, and a holding layer 33.

図1,図2に示すように、円筒体31は、両端面が貫通することで開口31aを有する中空状の部材である。本実施形態では、円筒体31は、銅材などの導電性材料により形成されている。円筒体31は、開口31aを上下方向D2に向けた状態で、ルツボ21よりも下方に配置されている。具体的には、円筒体31は、出湯口26の先端から下側に向けて仮想線Lを垂直に延ばした場合に、この仮想線Lが円筒体31の開口31aの内側を通過する水平方向D1の位置に配置されている。より詳細には、円筒体31は、水平方向D1において、出湯口26から流れる溶湯の流路示す仮想線Lが、円筒体31の開口の略中心Sを通るように、位置決め保持されている。即ち、本実施形態では、保持空間14において、円筒体31が保持されている位置が、通過位置の一例である。 As shown in Figures 1 and 2, the cylinder 31 is a hollow member having openings 31a penetrating both end faces. In this embodiment, the cylinder 31 is formed of a conductive material such as copper. The cylinder 31 is positioned below the crucible 21 with the opening 31a facing in the vertical direction D2. Specifically, the cylinder 31 is positioned in the horizontal direction D1 where, when an imaginary line L is extended vertically downward from the tip of the tapping port 26, this imaginary line L passes inside the opening 31a of the cylinder 31. More specifically, the cylinder 31 is positioned and held so that, in the horizontal direction D1, the imaginary line L, which indicates the flow path of the molten metal flowing from the tapping port 26, passes through the approximate center S of the opening of the cylinder 31. That is, in this embodiment, the position where the cylinder 31 is held in the holding space 14 is an example of a passing position.

円筒体31には、誘導コイル32が、当該円筒体31の外周面に沿って巻かれている。誘導コイル32には、後述する第3電圧供給回路44からの振動電圧V3が印加される。本実施形態では、誘導コイル32は、固定部19により固定されている。具体的には、固定部19は、間仕切り板18及び誘導コイル32それぞれに、ボルトにより固定されている。これにより、チャンバ10内において、誘導コイル32は、固定部19により、出湯ユニット20よりも下方(即ち、通過位置)に位置決め保持した状態で固定される。 An induction coil 32 is wound around the outer periphery of the cylinder 31. An oscillating voltage V3 is applied to the induction coil 32 from a third voltage supply circuit 44 (described later). In this embodiment, the induction coil 32 is fixed by a fixing portion 19. Specifically, the fixing portion 19 is fixed to the partition plate 18 and the induction coil 32 with bolts. As a result, within the chamber 10, the induction coil 32 is fixed by the fixing portion 19 while being positioned and held below the water discharge unit 20 (i.e., at the passing position).

円筒体31の外周側と誘導コイル32との間には、保持層33が介在している。なお、図2では、便宜上、円筒体31と誘導コイル32との間に、保持層33を図示していない。保持層33は、円筒体31を誘導コイル32に対して振動可能に保持する層である。保持層33は、円筒体31の振動を阻害することなく、円筒体31を誘導コイル32に保持できる材質であることが望ましい。例えば、保持層33は、シリコンゴムやブタジエンゴム等を用いることができる。 A retaining layer 33 is interposed between the outer periphery of the cylinder 31 and the induction coil 32. For convenience, the retaining layer 33 is not shown between the cylinder 31 and the induction coil 32 in Figure 2. The retaining layer 33 is a layer that holds the cylinder 31 so that it can vibrate relative to the induction coil 32. It is desirable that the retaining layer 33 be made of a material that can hold the cylinder 31 to the induction coil 32 without interfering with the vibration of the cylinder 31. For example, the retaining layer 33 can be made of silicone rubber, butadiene rubber, or the like.

操作盤40は、作業者の操作を受付ける、操作キーや、操作画面等を備えるユーザインタフェースである。操作盤40が受付けた操作に応じた信号は、制御装置41に出力される。制御装置41は、加熱溶解装置100の駆動を制御する。制御装置41は、例えば、CPU、ROM、RAM等を備え、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することで所定の処理を実行するプログラマブルコントローラである。制御装置41では、CPUが、ROMに記憶されたプログラムを実行することで、第1電圧供給回路42、第2電圧供給回路43及び第3電圧供給回路44の各動作を制御する。 The operation panel 40 is a user interface equipped with operation keys, an operation screen, etc., that receives operations from the operator. A signal corresponding to the operation received by the operation panel 40 is output to the control device 41. The control device 41 controls the operation of the heating and melting apparatus 100. The control device 41 is a programmable controller equipped with, for example, a CPU, ROM, RAM, etc., in which the CPU executes a program stored in the ROM to perform predetermined processing. In the control device 41, the CPU controls the operation of the first voltage supply circuit 42, the second voltage supply circuit 43, and the third voltage supply circuit 44 by executing the program stored in the ROM.

第1電圧供給回路42は、溶解コイル22に導線を介して接続されており、溶解コイル22に高周波の溶解電圧V1を印加する。第2電圧供給回路43は、出湯コイル23に導線を介して接続されており、出湯コイル23に高周波の出湯電圧V2を印加する。第3電圧供給回路44は、誘導コイル32に導線を介して接続されており、誘導コイル32に高周波の振動電圧V3を印加する。本実施形態では、第3電圧供給回路44が、電圧供給部の一例である。 The first voltage supply circuit 42 is connected to the melting coil 22 via a conductor and applies a high-frequency melting voltage V1 to the melting coil 22. The second voltage supply circuit 43 is connected to the melting coil 23 via a conductor and applies a high-frequency melting voltage V2 to the melting coil 23. The third voltage supply circuit 44 is connected to the induction coil 32 via a conductor and applies a high-frequency oscillating voltage V3 to the induction coil 32. In this embodiment, the third voltage supply circuit 44 is an example of a voltage supply unit.

図3を用いて、第3電圧供給回路44の構成を説明する。なお、本実施形態では、第1電圧供給回路42と第2電圧供給回路43とは、第3電圧供給回路44と同様の構成であるため、説明を省略する。図3において、アトマイズユニット30における誘導コイル32と、抵抗成分102とを負荷回路101として図示している。抵抗成分102は、アトマイズユニット30において抵抗として作用する回路素子の総称である。 The configuration of the third voltage supply circuit 44 will be explained using Figure 3. In this embodiment, the first voltage supply circuit 42 and the second voltage supply circuit 43 have the same configuration as the third voltage supply circuit 44, so their explanation will be omitted. In Figure 3, the induction coil 32 and resistance component 102 in the atomization unit 30 are illustrated as the load circuit 101. The resistance component 102 is a general term for circuit elements that act as resistance in the atomization unit 30.

第3電圧供給回路44は、所定の共振周波数に応じたスイッチング周期で発振する共振型の電源回路である。具体的には、第3電圧供給回路44は、コントローラ50と、順変換回路51と、インバータ回路52と、電流センサ53と、整合変圧器54と、整合コンデンサ55,56とを備えている。 The third voltage supply circuit 44 is a resonant power supply circuit that oscillates at a switching period corresponding to a predetermined resonant frequency. Specifically, the third voltage supply circuit 44 includes a controller 50, a forward conversion circuit 51, an inverter circuit 52, a current sensor 53, a matching transformer 54, and matching capacitors 55 and 56.

順変換回路51は、交流電源200から供給された交流電力を、整流及び平滑化して直流電力に変換する回路である。本実施形態では、順変換回路51は、電圧型の回路であり、例えば、サイリスタを組み合わせた全波整流回路や、コンデンサにより構成されている。 The forward converter circuit 51 is a circuit that rectifies and smoothes the AC power supplied from the AC power source 200 to convert it into DC power. In this embodiment, the forward converter circuit 51 is a voltage-type circuit, and is configured, for example, by a full-wave rectifier circuit combining thyristors or a capacitor.

順変換回路51により変換された直流電圧は、インバータ回路52に入力される。インバータ回路52は、複数のスイッチング素子SWを有しており、各スイッチング素子SWを所定の順序でオンオフ操作させることにより、直流電圧を交流電圧に変換する回路である。具体的には、インバータ回路52は、1組のスイッチング素子SWにより構成されたブリッジ回路を有している。スイッチング素子SWは、バイポーラトランジスタ、FET、IGBT、サイリスタ等を用いることができる。ブリッジ回路を構成する各スイッチング素子SWには、コントローラ50から出力されるゲート信号Sgが入力され、オン状態とオフ状態とに切換えられる。インバータ回路52の出力側は、整合変圧器54及び整合コンデンサ55,56を介して負荷回路101に接続されている。 The DC voltage converted by the forward conversion circuit 51 is input to the inverter circuit 52. The inverter circuit 52 has multiple switching elements SW, and converts the DC voltage into an AC voltage by turning each switching element SW on and off in a predetermined sequence. Specifically, the inverter circuit 52 has a bridge circuit composed of a set of switching elements SW. The switching elements SW may be bipolar transistors, FETs, IGBTs, thyristors, etc. A gate signal Sg output from the controller 50 is input to each switching element SW constituting the bridge circuit, switching it between an on state and an off state. The output side of the inverter circuit 52 is connected to the load circuit 101 via a matching transformer 54 and matching capacitors 55 and 56.

コントローラ50から出力されるゲート信号Sgに応じて、一方の対になるスイッチング素子がオン操作され、他方の対になるスイッチング素子がオフ操作されることで、インバータ回路52からは、出力線57の電圧を高電圧側とする、正極性の振動電圧V3が出力される。また、一方の対になるスイッチング素子がオフ操作され、他方の対になるスイッチング素子がオン操作されることで、インバータ回路52からは、出力線58の電圧を高電圧側とする、負極性の振動電圧V3が出力される。 In response to the gate signal Sg output from the controller 50, one pair of switching elements is turned on and the other pair of switching elements is turned off, causing the inverter circuit 52 to output a positive oscillating voltage V3 with the voltage on output line 57 as the high voltage. Furthermore, by turning one pair of switching elements off and the other pair of switching elements on, the inverter circuit 52 outputs a negative oscillating voltage V3 with the voltage on output line 58 as the high voltage.

整合変圧器54は、コアを介して一次側コイルと、二次側コイルとが磁気結合可能なトランスである。整合変圧器54の一次側コイルは、一方の端がインバータ回路52の出力側に接続された出力線57に接続され、他方の端が出力線58に接続されている。整合変圧器54における二次側コイルの一方の端は、直列に接続された整合コンデンサ55を介して負荷回路101の一方に接続され、二次側コイルの他方の端は、直列に接続された整合コンデンサ56を介して負荷回路101の他方に接続されている。整合コンデンサ55,56は、誘導コイル32と組み合わされることで、共振回路を形成する。即ち、整合コンデンサ55,56と誘導コイル32とは、負荷回路101に対して直列接続された直列型共振回路を形成している。 The matching transformer 54 is a transformer in which the primary coil and secondary coil can be magnetically coupled via a core. One end of the primary coil of the matching transformer 54 is connected to an output line 57 connected to the output side of the inverter circuit 52, and the other end is connected to an output line 58. One end of the secondary coil of the matching transformer 54 is connected to one side of the load circuit 101 via a matching capacitor 55 connected in series, and the other end of the secondary coil is connected to the other side of the load circuit 101 via a matching capacitor 56 connected in series. The matching capacitors 55 and 56 form a resonant circuit in combination with the induction coil 32. That is, the matching capacitors 55 and 56 and the induction coil 32 form a series resonant circuit connected in series to the load circuit 101.

図4は、第3電圧供給回路44から、負荷回路101に印加される振動電圧V3の波形を示している。図4において、縦軸は電圧Vであり、横軸は時間である。振動電圧V3は、後述する目標周波数Ftに応じて1周期Tが定められた交流電圧である。これにより、負荷回路101には、振動電圧V3が印加され、誘導コイル32には高周波電流が流れる。 Figure 4 shows the waveform of the oscillating voltage V3 applied to the load circuit 101 from the third voltage supply circuit 44. In Figure 4, the vertical axis represents voltage V, and the horizontal axis represents time. The oscillating voltage V3 is an AC voltage whose period T is determined according to the target frequency Ft, which will be described later. As a result, the oscillating voltage V3 is applied to the load circuit 101, and a high-frequency current flows through the induction coil 32.

電流センサ53は、誘導コイル32に流れる高周波電流に応じた電流検出信号Idを取り出す回路である。電流センサ53は、変流器60と、電圧検出用抵抗61とを備えている。変流器60は、コアを介して一次側コイルと、二次側コイルとが磁気結合可能な回路である。一次側コイルは、出力線58に接続されている。二次側コイルは、一端がグランドに接続され、他端がコントローラ50の電流検出ポート50aに接続されている。また、変流器60の二次側コイルには電圧検出用抵抗61が接続されており、二次側コイルに流れる電流に応じた電圧を電流検出信号Idとして取り出す。このため、インバータ回路52から出力される振動電圧V3の極性に応じて、電流センサ53からコントローラ50の電流検出ポート50aに、出力線58の電流に応じた電流検出信号Idが入力される。 The current sensor 53 is a circuit that extracts a current detection signal Id corresponding to the high-frequency current flowing through the induction coil 32. The current sensor 53 includes a current transformer 60 and a voltage detection resistor 61. The current transformer 60 is a circuit that allows magnetic coupling between the primary coil and secondary coil via a core. The primary coil is connected to an output line 58. One end of the secondary coil is connected to ground, and the other end is connected to a current detection port 50a of the controller 50. A voltage detection resistor 61 is also connected to the secondary coil of the current transformer 60, and a voltage corresponding to the current flowing through the secondary coil is extracted as a current detection signal Id. Therefore, depending on the polarity of the oscillating voltage V3 output from the inverter circuit 52, a current detection signal Id corresponding to the current on the output line 58 is input from the current sensor 53 to the current detection port 50a of the controller 50.

コントローラ50は、電流センサ53により検出された電流検出信号Idの周波数に応じてゲート信号Sgのオン期間及びオフ期間を調整することで、振動電圧V3の周波数を制御する。なお、オン期間は、ゲート信号Sgがスイッチング素子SWをオン操作する波形となる期間であり、オフ期間はゲート信号Sgがスイッチング素子SWをオフ操作する波形となる期間である。具体的には、コントローラ50は、所定期間での電流検出信号Idのゼロクロス点の数を検出し、電流検出信号Idの周波数を判断する。ゼロクロス点は、電流検出信号Idが基準電流(例えば、0V)を跨ぐタイミングであり、負荷回路101に流れる電流の周波数に応じて、1周期でのゼロクロス点の数が変化する。コントローラ50は、電流検出信号Idの周波数が、目標周波数Ftに近づくように、ゲート信号Sgのオン期間及びオフ期間を調整する。これにより、振動電圧V3の周波数が、目標周波数Ftに調整され、ひいては、誘導コイル32に流れる高周波電流の周波数が調整される。 The controller 50 controls the frequency of the oscillating voltage V3 by adjusting the on-period and off-period of the gate signal Sg according to the frequency of the current detection signal Id detected by the current sensor 53. The on-period is the period during which the gate signal Sg has a waveform that turns on the switching element SW, and the off-period is the period during which the gate signal Sg has a waveform that turns off the switching element SW. Specifically, the controller 50 detects the number of zero-crossing points of the current detection signal Id over a predetermined period and determines the frequency of the current detection signal Id. A zero-crossing point is the timing at which the current detection signal Id crosses a reference current (e.g., 0 V). The number of zero-crossing points per cycle varies depending on the frequency of the current flowing through the load circuit 101. The controller 50 adjusts the on-period and off-period of the gate signal Sg so that the frequency of the current detection signal Id approaches the target frequency Ft. This adjusts the frequency of the oscillating voltage V3 to the target frequency Ft, thereby adjusting the frequency of the high-frequency current flowing through the induction coil 32.

目標周波数Ftは、円筒体31と誘導コイル32との関係よりなるインダクタンス(一巡経路のインダクタンスも含む総インダクタンス)と、整合コンデンサ55,56の直列回路の共振周波数とに応じて定められた値であり、例えば、100[kHz]以上、且つ400[kHz]以下の値である。本実施形態では、誘導コイル32に印加される振動電圧V3の1周期Tが、円筒体31における円周(=2πr)に応じた長さとなるように、目標周波数Ftが定められている。具体的には、目標周波数Ftは、下記(式1)を用いて算出することができる。
Ft=1/{2πr×(E/ρ)1/2} … (式1)
rは、円筒体31の中心からの半径である。Eは、円筒体31のヤング率である。ρは、円筒体31の密度である。
The target frequency Ft is a value determined according to the inductance (total inductance including the inductance of the loop path) resulting from the relationship between the cylindrical body 31 and the induction coil 32 and the resonant frequency of the series circuit of the matching capacitors 55 and 56, and is, for example, a value of 100 kHz or more and 400 kHz or less. In this embodiment, the target frequency Ft is determined so that one period T of the oscillating voltage V3 applied to the induction coil 32 has a length corresponding to the circumference (=2πr) of the cylindrical body 31. Specifically, the target frequency Ft can be calculated using the following (Equation 1).
Ft=1/{2πr×(E/ρ) 1/2 }... (Formula 1)
r is the radius from the center of the cylinder 31. E is the Young's modulus of the cylinder 31. ρ is the density of the cylinder 31.

上記構成の第3電圧供給回路44では、誘導コイル32に印加される振動電圧V3の周波数を、外乱等に関わらず、目標周波数Ftに制御することが可能となる。例えば、円筒体31又は誘導コイル32に溶解した原料150が付着することにより、インピーダンスが変化する場合がある。このような場合でも、コントローラ50は、電流センサ53からの電流検出信号Idを用いて、振動電圧V3の周波数が目標周波数Ftに近づくように、インバータ回路52のスイッチング周期を制御する。これにより、誘導コイル32に対して、高周波電流を安定的に流すことが可能となる。 The third voltage supply circuit 44 configured as described above can control the frequency of the oscillating voltage V3 applied to the induction coil 32 to the target frequency Ft, regardless of external disturbances. For example, the impedance may change due to the adhesion of molten raw material 150 to the cylinder 31 or induction coil 32. Even in such cases, the controller 50 uses the current detection signal Id from the current sensor 53 to control the switching period of the inverter circuit 52 so that the frequency of the oscillating voltage V3 approaches the target frequency Ft. This allows a stable flow of high-frequency current to the induction coil 32.

次に、加熱溶解装置100が原料150から金属粉末を生成する場合の動作について説明する。
なお、加熱溶解装置100が原料150から金属粉末を作用する場合、チャンバ10内は不活性ガス雰囲気に置換されている。チャンバ内の気圧は概ね0.5気圧から2気圧程度にすることが好ましい。また、本実施形態のように超音波を利用する場合は、チャンバ10を圧力容器として製作し、チャンバ10内を加圧することで、より大振幅を得ることが可能となる。
Next, the operation of the heating and melting apparatus 100 when producing metal powder from the raw material 150 will be described.
When the heating and melting apparatus 100 processes metal powder from the raw material 150, the chamber 10 is filled with an inert gas atmosphere. The pressure inside the chamber is preferably set to approximately 0.5 to 2 atmospheres. When ultrasonic waves are used as in this embodiment, the chamber 10 is fabricated as a pressure vessel, and by pressurizing the chamber 10, it is possible to obtain a larger amplitude.

作業者が操作盤40に対して、加熱溶解装置100の駆動を開始するための操作を行う。制御装置41は、第1電圧供給回路42を動作させて、溶解コイル22に高周波の溶解電圧V1を印加させる。これにより、溶解コイル22に高周波電流が流れ、溶解コイル22の周囲に交番磁界が生じる。交番磁界での磁束は、ルツボ21に収容された原料150の表面を通り、原料150の表面に誘導起電力が生じる。誘導起電力により、原料150の表面に渦電流が流れ、この渦電流により生じるジュール熱により原料150を溶解する。このとき、原料150の下部は、水冷されている底板25に接触しているため、溶解せず、スカル(凝固層)151となって出湯口26の開口を塞ぐ(図1)。 An operator operates the operation panel 40 to start the heating and melting apparatus 100. The control device 41 operates the first voltage supply circuit 42 to apply a high-frequency melting voltage V1 to the melting coil 22. This causes a high-frequency current to flow through the melting coil 22, generating an alternating magnetic field around the melting coil 22. The magnetic flux from the alternating magnetic field passes through the surface of the raw material 150 contained in the crucible 21, generating an induced electromotive force on the surface of the raw material 150. The induced electromotive force causes eddy currents to flow on the surface of the raw material 150, and the Joule heat generated by these eddy currents melts the raw material 150. At this time, the lower part of the raw material 150, which is in contact with the water-cooled bottom plate 25, does not melt and instead forms a skull (solidified layer) 151, blocking the opening of the tapping port 26 (Figure 1).

次に、制御装置41は、第2電圧供給回路43を動作させて、出湯コイル23に高周波の出湯電圧V2を印加させる。これにより、出湯コイル23に高周波電流が流れ、出湯口26の周囲に交番磁界が生じる。交番磁界での磁束は、ルツボ21内のスカル151に誘導起電力を生じさせる。これにより、ルツボ21内のスカル151に渦電流が流れ、スカル151が溶解し、出湯口26の開口が開放される。この結果、ルツボ21内の溶湯が、出湯口26から出湯する。 Next, the control device 41 operates the second voltage supply circuit 43 to apply a high-frequency tapping voltage V2 to the tapping coil 23. This causes a high-frequency current to flow through the tapping coil 23, generating an alternating magnetic field around the tapping port 26. The magnetic flux in the alternating magnetic field generates an induced electromotive force in the skull 151 inside the crucible 21. This causes an eddy current to flow in the skull 151 inside the crucible 21, melting the skull 151 and opening the tapping port 26. As a result, the molten metal in the crucible 21 is tapped from the tapping port 26.

制御装置41は、図示しない監視装置からの信号により出湯口26からの出湯を検知すると、第3電圧供給回路44を動作させて、誘導コイル32に振動電圧V3を印加させる。第3電圧供給回路44から誘導コイル32に振動電圧V3が印加されると、誘導コイル32には、高周波電流が流れる。これにより、円筒体31の周囲に磁界が生じる。 When the control device 41 detects the discharge of molten metal from the tap outlet 26 via a signal from a monitoring device (not shown), it activates the third voltage supply circuit 44 to apply an oscillating voltage V3 to the induction coil 32. When the oscillating voltage V3 is applied from the third voltage supply circuit 44 to the induction coil 32, a high-frequency current flows through the induction coil 32. This generates a magnetic field around the cylinder 31.

図5は、円筒体31を上下方向D2で断面視した場合に、円筒体31の周囲の磁束を破線により示す図である。誘導コイル32に高周波電流が流れることで、円筒体31の周囲に動磁場が発生する。円筒体31の周囲に生じる動磁場では、磁束は、円筒体31を避けるように上下方向D2に流れる磁束線を描く。 Figure 5 shows the magnetic flux around the cylinder 31 as a cross section of the cylinder 31 in the vertical direction D2, indicated by dashed lines. When a high-frequency current flows through the induction coil 32, a dynamic magnetic field is generated around the cylinder 31. In the dynamic magnetic field generated around the cylinder 31, the magnetic flux traces magnetic flux lines that flow in the vertical direction D2, avoiding the cylinder 31.

誘導コイル32に流れる電流の向きが、円筒体31を上方から見て反時計周りの向きである場合、磁束の向きは上方向となる。そのため、円筒体31には、誘導起電力により、磁束の増加を妨げる向きに渦電流が流れる。具体的には、上下方向D2において、円筒体31を上方から見た場合に、渦電流が時計周りの向きに流れる。これにより、フレミングの左手の法則により、図6に示すように、円筒体31には、水平方向D1に平行な径方向において、外側から内側に向かう電磁力Mが作用し、円筒体31を径方向において外側から内側に向けて変位させる。なお、図6では、振動に伴う円筒体31の変位を一点鎖線により示している。 When the direction of the current flowing through the induction coil 32 is counterclockwise when viewing the cylinder 31 from above, the magnetic flux is directed upward. Therefore, the induced electromotive force causes eddy currents to flow in the cylinder 31 in a direction that prevents the magnetic flux from increasing. Specifically, when viewing the cylinder 31 from above in the vertical direction D2, the eddy currents flow clockwise. As a result, according to Fleming's left-hand rule, as shown in Figure 6, an electromagnetic force M acts on the cylinder 31 in a radial direction parallel to the horizontal direction D1, from the outside to the inside, displacing the cylinder 31 in the radial direction from the outside to the inside. In Figure 6, the displacement of the cylinder 31 due to vibration is indicated by a dashed line.

一方、誘導コイル32に流れる電流の向きが、円筒体31を上方から見て時計回りである場合、磁束は下方向に流れる。そのため、円筒体31を上方から見た場合に、誘導起電力により、渦電流が反時計周りの向きに流れる。これにより、円筒体31には、径方向において、外側から内側に向かう電磁力Mが作用し、円筒体31を径方向において外側から内側に向けて変位させる。即ち、図6に示すように、円筒体31には、誘導コイル32に流れる高周波電流の向きに関わらず、径方向において外側から内側に向かう方向での電磁力Mが作用する。 On the other hand, if the direction of the current flowing through the induction coil 32 is clockwise when the cylinder 31 is viewed from above, the magnetic flux flows downward. Therefore, when the cylinder 31 is viewed from above, the induced electromotive force causes eddy currents to flow counterclockwise. As a result, an electromagnetic force M acts on the cylinder 31 in the radial direction, from the outside to the inside, displacing the cylinder 31 in the radial direction. In other words, as shown in Figure 6, an electromagnetic force M acts on the cylinder 31 in the radial direction, from the outside to the inside, regardless of the direction of the high-frequency current flowing through the induction coil 32.

円筒体31は、加えられる電磁力Mにより径方向で振動し、円筒体31の内周面から中心Sに向かう超音波を発生させる。円筒体31に作用する電磁力Mは、誘導コイル32に流れる高周波電流の前半と後半との各半周期(=T/2)それぞれで、径方向において外側から内側に向かう向きに作用する。電磁力Mにより、円筒体31に対して、一方向(径方向において外側から内側)の圧縮する力が働いた後、円筒体31自体により内側から外側に広がろうとする反作用が生じ、結果として円筒体31を振動させる。そのため、図7に示すように、円筒体31は、高周波電流の周波数(=Ft)に対して2倍の周波数(=2Ft)で振動することとなることとなる。なお、図7では、一例としての誘導コイル32に流れる高周波電流と、円筒体31の径方向での変位量(即ち、振動)との間の周波数の関係を図示している。これにより、高周波電源の2倍の周波数で超音波を発生できるため、より小さい粒径の微粉末が生成できる。 The applied electromagnetic force M causes the cylinder 31 to vibrate radially, generating ultrasonic waves from the inner circumferential surface of the cylinder 31 toward the center S. The electromagnetic force M acting on the cylinder 31 acts radially from the outside to the inside during each half cycle (= T/2) of the first and second halves of the high-frequency current flowing through the induction coil 32. The electromagnetic force M exerts a compressive force on the cylinder 31 in one direction (from the outside to the inside in the radial direction), followed by a reaction force that causes the cylinder 31 to expand from the inside to the outside, resulting in vibration of the cylinder 31. Therefore, as shown in Figure 7, the cylinder 31 vibrates at a frequency (= 2Ft) that is twice the frequency of the high-frequency current (= Ft). Note that Figure 7 illustrates the frequency relationship between the high-frequency current flowing through the induction coil 32 and the radial displacement (i.e., vibration) of the cylinder 31 as an example. This allows ultrasonic waves to be generated at twice the frequency of a high-frequency power supply, producing fine powder with smaller particle sizes.

アトマイズユニット30により微細化された原料150は、チャンバ10の収容部15に向けて落下する。このとき、微細化された原料150は、雰囲気内で冷却され、金属粉末として収容部15に収容される。 The raw material 150 atomized by the atomization unit 30 falls toward the storage section 15 of the chamber 10. At this time, the atomized raw material 150 is cooled in the atmosphere and is stored in the storage section 15 as metal powder.

以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
加熱溶解装置100は、導電性材料で形成された円筒体31と、円筒体31の外周面に沿って巻かれた誘導コイル32とを有している。誘導コイル32には、第3電圧供給回路44から振動電圧V3が供給され、高周波電流が流れる。円筒体31は、開口31aを上下方向D2に向けた状態でルツボ21と収容部15との間の通過位置に配置されている。これにより、誘導コイル32に高周波電流が流れることで、円筒体31の外周面に生じる渦電流と、交番磁束との相互作用により、円筒体31を振動させる電磁力Mを生じさせる。このとき、電磁力Mによる円筒体31の振動周波数は、高周波電流の周波数に応じた値となるため、誘導コイル32に供給される振動電圧V3の周波数を調整することで、円筒体31に加えられる振動エネルギを制御することができる。その結果、例えば、融解した原料150である溶湯に大きな振動エネルギを加えることが可能となる。また、円筒体31を直接振動させるため、振動を増幅させるための増幅器等を介在させる必要がなく、振動エネルギの損失も少ない。この結果、所望とする金属粉末の寸法が小さい場合でも原料150を安定的にかつ効率よく微細化することができる。
The present embodiment described above can achieve the following effects.
The heating and melting apparatus 100 includes a cylindrical body 31 made of a conductive material and an induction coil 32 wound around the outer periphery of the cylindrical body 31. An oscillating voltage V3 is supplied to the induction coil 32 from a third voltage supply circuit 44, causing a high-frequency current to flow through the induction coil 32. The cylindrical body 31 is positioned at a passage between the crucible 21 and the housing 15, with its opening 31a facing the vertical direction D2. When a high-frequency current flows through the induction coil 32, eddy currents generated on the outer periphery of the cylindrical body 31 interact with alternating magnetic flux, generating an electromagnetic force M that vibrates the cylindrical body 31. The vibration frequency of the cylindrical body 31 caused by the electromagnetic force M corresponds to the frequency of the high-frequency current. Therefore, the vibration energy applied to the cylindrical body 31 can be controlled by adjusting the frequency of the oscillating voltage V3 supplied to the induction coil 32. As a result, it is possible to apply a large vibration energy to, for example, the molten metal, i.e., the molten raw material 150. Furthermore, because the cylindrical body 31 is directly vibrated, no amplifier or other device is required to amplify the vibration, and vibration energy loss is minimal. As a result, even if the desired size of the metal powder is small, the raw material 150 can be pulverized stably and efficiently.

誘導コイル32は、チャンバ10内において、固定部19により、出湯ユニット20よりも下方の通過位置に固定されている。円筒体31の外周面と誘導コイル32との間には、円筒体31を振動可能に誘導コイル32に保持する保持層33が介在している。これにより、電磁力Mによる円筒体31の振動を損なうことなく、円筒体31を適正な位置に保持することができる。 The induction coil 32 is fixed by a fixing part 19 within the chamber 10 at a passing position below the water discharge unit 20. A holding layer 33 is interposed between the outer surface of the cylinder 31 and the induction coil 32, holding the cylinder 31 to the induction coil 32 so that it can vibrate. This allows the cylinder 31 to be held in the appropriate position without impairing the vibration of the cylinder 31 due to the electromagnetic force M.

第3電圧供給回路44のコントローラ50は、電流センサ53から出力される電流検出信号Idに基づいて、誘導コイル32に流れる高周波電流の周波数を判断し、判断された高周波電流の周波数が目標周波数Ftに近づくように、インバータ回路52のスイッチング周期を調整する。これにより、外乱等により原料150に加えられる振動エネルギが大きく変化するのが抑制され、溶湯をいっそう安定的に微細化することができる。 The controller 50 of the third voltage supply circuit 44 determines the frequency of the high-frequency current flowing through the induction coil 32 based on the current detection signal Id output from the current sensor 53, and adjusts the switching period of the inverter circuit 52 so that the determined frequency of the high-frequency current approaches the target frequency Ft. This prevents large changes in the vibration energy applied to the raw material 150 due to external disturbances, etc., and enables the molten metal to be refined more stably.

(その他の実施形態)
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
振動電圧V3にバイアス電圧を重畳してもよい。この場合において、誘導コイル32には、バイアス電圧を基準として極性が変化する振動電圧V3が印加される。
(Other embodiments)
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the spirit thereof, for example, the following modifications are also possible.
A bias voltage may be superimposed on the oscillating voltage V3. In this case, the oscillating voltage V3 whose polarity changes with respect to the bias voltage is applied to the induction coil 32.

上述の実施形態では、アトマイズユニット30における円筒体31は、保持層33を介して誘導コイル32に保持された。これに代えて、円筒体31が加えられる電磁力Mにより振動できる構成であれば、アトマイズユニット30は、保持層33を備えていなくともよい。 In the above-described embodiment, the cylinder 31 in the atomizing unit 30 was held by the induction coil 32 via the holding layer 33. Alternatively, if the cylinder 31 is configured to be vibrated by the applied electromagnetic force M, the atomizing unit 30 does not need to have the holding layer 33.

上述の実施形態では、加熱溶解装置100はコールドクルーシブル型であった。これに代えて、加熱溶解装置100はアトマイズユニット30を備えるものであれば、原料150を溶解するための構成はどのような構成であってもよい。例えば、出湯ユニットは、インゴット状の原料を上下方向に吊るす吊るし部と、吊るされた原料の周囲に配置される溶解コイルとを備える構成であってもよい。このような構成において、溶解コイル等を用いた電磁誘導によるジュール熱により原料が溶解され、溶湯が下方に向けて流れる。溶湯は、円筒体31の内側を通過することで、微細粉末化される。 In the above-described embodiment, the heating and melting apparatus 100 was a cold crucible type. However, the heating and melting apparatus 100 may have any configuration for melting the raw material 150, as long as it includes the atomizing unit 30. For example, the dispensing unit may include a hanging section that suspends the ingot-shaped raw material vertically, and a melting coil that is arranged around the suspended raw material. In such a configuration, the raw material is melted by Joule heat generated by electromagnetic induction using the melting coil, etc., and the molten metal flows downward. The molten metal is converted into fine powder as it passes through the inside of the cylinder 31.

15…収容部、21…ルツボ、26…出湯口、30…アトマイズユニット、31…円筒体、32…誘導コイル、44…第3電圧供給回路
15...accommodation section, 21...crucible, 26...tap port, 30...atomization unit, 31...cylindrical body, 32...induction coil, 44...third voltage supply circuit

Claims (3)

溶解原料を下方に向けて流す出湯部と、
両端面が貫通することで開口を有する中空形状であって、導電性材料で形成された円筒体と、
前記円筒体の外周面に沿って巻かれた誘導コイルと、
前記誘導コイルに、高周波電流を流すための交流電圧を供給する電圧供給部と、を備え、
前記円筒体は、
前記開口を上下方向に向けた状態で、前記出湯部よりも下方であって、かつ、出湯した前記溶解原料が前記円筒体の前記開口の内側を通過する位置である通過位置に配置されており、かつ、
前記誘導コイルに電流が流れることにより超音波を発生させ、前記円筒体を通過する前記溶解原料を粉末化する加熱溶解装置。
a tapping section for allowing the melted raw materials to flow downward;
a hollow cylindrical body made of a conductive material, the hollow cylindrical body having openings at both end faces;
an induction coil wound around the outer circumferential surface of the cylindrical body;
a voltage supply unit that supplies an AC voltage to the induction coil to cause a high-frequency current to flow,
The cylindrical body is
With the opening facing up and down, the melting raw material is disposed below the tapping portion and at a passing position where the tapped melted raw material passes through the inside of the opening of the cylindrical body, and
A heating and melting apparatus in which ultrasonic waves are generated by passing a current through the induction coil, and the raw material to be melted is powdered as it passes through the cylindrical body.
前記誘導コイルを前記通過位置に固定する固定部と、
前記円筒体の外周面と前記誘導コイルとの間に介在し、前記円筒体を振動可能に前記誘導コイルに保持する保持層と、を備える請求項1に記載の加熱溶解装置。
a fixing portion that fixes the induction coil at the passing position;
2. The heating and melting apparatus according to claim 1, further comprising: a retaining layer interposed between an outer peripheral surface of the cylindrical body and the induction coil, for retaining the cylindrical body on the induction coil so as to be vibrable.
前記電圧供給部は、
前記誘導コイルに流れる電流に応じた信号を出力するセンサと、
スイッチング素子を有し、直流電圧を前記交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路のスイッチング周期を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記センサにより出力された信号に基づいて、前記誘導コイルに流れる高周波電流の周波数を判断し、
判断された前記高周波電流の周波数が所定の目標周波数に近づくように、前記インバータ回路のスイッチング周期を調整する請求項1又は2に記載の加熱溶解装置。

The voltage supply unit
a sensor that outputs a signal corresponding to the current flowing through the induction coil;
an inverter circuit having a switching element for converting a DC voltage into the AC voltage;
a controller that controls a switching period of the inverter circuit,
The controller
determining the frequency of the high frequency current flowing through the induction coil based on the signal output by the sensor;
3. The heating and melting apparatus according to claim 1, wherein the switching period of the inverter circuit is adjusted so that the determined frequency of the high-frequency current approaches a predetermined target frequency.

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