特開 2022-177424 加熱溶解装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022177424

(43)【公開日】2022-12-01

(54)【発明の名称】加熱溶解装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 9/08 20060101AFI20221124BHJP

   F27D 11/06 20060101ALI20221124BHJP

   F27B 14/14 20060101ALI20221124BHJP

   H05B 6/06 20060101ALI20221124BHJP

   H05B 6/18 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

B22F9/08 A

F27D11/06 A

F27B14/14

H05B6/06 386

H05B6/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021083665

(22)【出願日】2021-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】津田 正徳

(72)【発明者】

【氏名】中本 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】米虫 悠

(72)【発明者】

【氏名】中井 泰弘

【テーマコード（参考）】

3K059

4K017

4K046

4K063

【Ｆターム（参考）】

3K059AA08

3K059AB07

3K059AB15

3K059AB28

3K059AC12

3K059AD03

3K059AD05

4K017AA02

4K017BB08

4K017BB09

4K017EB04

4K017EB17

4K017EB21

4K046AA01

4K046BA03

4K046CA01

4K046CB15

4K046CD02

4K046CE08

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA03

4K063FA34

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】加熱溶解装置１００は、両端に開口３１ａ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、誘導コイル３２に、高周波電流を流すための交流電圧を供給する第３電圧供給回路４４と、を備えている。円筒体３１は、開口を上下方向に向けた状態でルツボ２１と収容部１５との間に配置されている。円筒体３１は、誘導コイル３２に電流が流れることにより超音波を発生させ、円筒体３１を通過する溶解原料を粉末化する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属製の原料を微細化する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１－２０８４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、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。

【0007】

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。

【発明の効果】

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】加熱溶解装置の構成図。

【図2】円筒体を上方から見た図。

【図3】第３電圧供給回路の構成図。

【図4】振動電圧の波形図。

【図5】動磁場内での円筒管の周囲に生じる磁束を説明する図。

【図6】円筒体の振動を説明する図。

【図7】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。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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）。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

（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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【符号の説明】

【0053】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】