特開 2024-161459 環状の巻線を有するＥＩＧＡコイル

(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】P2024161459

(43)【公開日】2024-11-19

(54)【発明の名称】環状の巻線を有するＥＩＧＡコイル

(51)【国際特許分類】

   B22F 9/08 20060101AFI20241112BHJP

   B22F 10/14 20210101ALI20241112BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20241112BHJP

   B22F 5/00 20060101ALI20241112BHJP

   B22F 5/12 20060101ALI20241112BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20241112BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241112BHJP

   B05B 7/18 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

B22F9/08 A

B22F10/14

B22F10/28

B22F5/00 Z

B22F5/12

B33Y80/00

B33Y10/00

B05B7/18

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024135038

(22)【出願日】2024-08-13

(62)【分割の表示】P 2022509203の分割

【原出願日】2020-08-12

(31)【優先権主張番号】102019121998.1

(32)【優先日】2019-08-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】507332907

【氏名又は名称】アー エル デー ヴァキューム テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＡＬＤ Ｖａｃｕｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｏｔｔｏ－ｖｏｎ－Ｇｕｅｒｉｃｋｅ－Ｐｌａｔｚ １， ６３４５７ Ｈａｎａｕ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】スピタン，セルゲイ

(72)【発明者】

【氏名】ウィントン，マルクス

(72)【発明者】

【氏名】プファール，フランツ

(72)【発明者】

【氏名】フランツ，ヘンリック

(72)【発明者】

【氏名】ラトケ，ハンス－ユルゲン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電極から溶け落ちた液滴によるＥＩＧＡシステムの汚染及び／又は損傷を回避する、ＥＩＧＡコイル、ＥＩＧＡ法を行うための装置、及び、高純度金属粉末を製造するための方法を提供する。
【解決手段】ＥＩＧＡコイル１０は、中心軸Ｍに対して同軸に配置された複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを備え、これらの巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、軸方向において互いに間隔を空けて配置されている。前記複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々が、ギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃにより中断されたリングの形状で形成され、且つ、前記中心軸Ｍに対して等距離であり、且つ、前記中心軸Ｍに垂直な面内に延在する。前記複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち、隣り合う巻線１２Ａ，１２Ｂ；１２Ｂ，１２Ｃは、それぞれ、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣを介して互いに接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極（４０）を溶融するためのＥＩＧＡコイル（１０）であって、中心軸（Ｍ）に対して互いに同軸状に配置され、且つ軸方向に互いに間隔を有する複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）を備え、
前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の各々が、ギャップ（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）により中断されたリングの形状で形成され、当該リングが、前記中心軸（Ｍ）に対して等距離であり、且つ、前記中心軸（Ｍ）に垂直な面内に延在しており、
前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）のうち、隣り合う巻線（１２Ａ，１２Ｂ；１２Ｂ，１２Ｃ）が、それぞれ接続部（２０ＡＢ，２０ＢＣ；１２０ＡＢ，１２０ＢＣ）を介して互いに接続され、
前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の少なくとも１つは、少なくとも一部において楕円形、円形、長方形または正方形の断面を有する、ＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項2】

前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）のうち少なくとも２つの巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）が異なる内径（Ｌ１，Ｌ３）を有する、請求項１に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項3】

前記接続部（１２０ＡＢ，１２０ＢＣ）が前記中心軸（Ｍ）に平行に延在する、請求項１又は２に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項4】

前記ギャップ（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）の幅が０．５ｍｍ～３０ｍｍである、請求項１乃至３の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項5】

前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）のうち最大内径（Ｌ１）を有する巻線（１２Ａ）が４０ｍｍ～３００ｍｍの内径を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項6】

前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）のうち最小内径（Ｌ３）を有する巻線（１２Ｃ）が、１０ｍｍ～１００ｍｍの内径を有する、請求項１乃至５の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項7】

形状及び／又は寸法の点で異なる断面形状を有する、請求項１乃至６の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項8】

セラミックフリー銅材料から作られた、請求項１乃至７の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項9】

付加製造プロセスを用いて製造される、請求項１乃至８の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）。

【請求項10】

ＥＩＧＡ法を実行するための装置（３０）であって、
請求項１乃至９の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）と、
前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）と同軸状に配置され、且つ、前記ＥＩＧＡコイル（１０）内に部分的に延在し、且つ、前記ＥＩＧＡコイル（１０）により溶断されるように前記ＥＩＧＡコイル（１０）に対して前記電極（４０）の長手方向軸（Ａ）に沿って変位可能である電極（４０）と、
溶断された電極材料（４４）を霧化するために、前記電極（４０）及び前記複数の巻線（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）と同軸状に配置されたノズル（５０）と、を備えた装置（３０）。

【請求項11】

高純度金属粉末の製造方法であって、
電極（４０）を請求項１乃至８の何れか１項に記載のＥＩＧＡコイル（１０）に対して変位させるステップと、
前記電極（４０）の長手方向軸（Ａ）に対して方位対称であるローレンツ力（ＬＫ１，ＬＫ２）を発生させることにより、前記ＥＩＧＡコイル（１０）に交流電流を印加して前記電極（４０）を溶融するステップと、
溶断された電極材料（４４）を霧化するステップと、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高品質で純粋な金属粉末を製造するために電極を部分溶融するためのＥＩＧＡ（電極誘導溶融（不活性）ガス霧化）(Electrode Induction Melting (Inert) Gas Atomization）コイルに関する。ＥＩＧＡコイルとは、ＥＩＧＡ法を行うためのＥＩＧＡシステムのための誘導コイルを指す。さらに、本発明は、ＥＩＧＡ法を行うための装置、及び、高純度金属粉末を製造するためのＥＩＧＡ法に関する。

【背景技術】

【0002】

高純度金属又は貴金属の粉末（例えば、チタン、ジルコニウム、ニオブ及びタンタル合金の粉末）をセラミックフリーで製造するためのＥＩＧＡ法は、電極誘導溶融プロセスに基づいている。鉛直方向に吊り下げられた回転電極を、真空又は不活性ガス雰囲気下で、回転電極の下に配置された円錐形の誘導コイル（ＥＩＧＡコイル）に連続的に供給し、コイルにより、非接触で部分溶融又は溶断する。電極の、電極自体の長手方向軸を中心とした回転運動が、電極の均一な溶融を保証する。そして、部分溶融又は溶断プロセスにより発生された溶融材料のジェットが、誘導コイル（ＥＩＧＡコイル）の下に配置された不活性ガスノズルを通って流れ、そこで溶融ジェットが霧化又は気化される。次いで、マイクロ液滴のミストが下流の霧化塔で固化し、球状の微粒粉を形成する。形成された粉末は、真空密閉容器内に収集及び蓄積される。

【0003】

所望の金属又は特殊合金から作られた棒状電極をＥＩＧＡ法に使用できる。具体的には、これらの電極は、最大で１５０ｍｍの直径、最大で１０００ｍｍの長さを有し得る。

【0004】

ＥＩＧＡコイル（誘導コイル）の円錐状の設計、及び、設定された発電機の周波数は、電極を溶融し、電極の一端から溶融物を滴下させるために最適化されている。従来のＥＩＧＡコイルは、円錐状の螺旋、又は、円錐状に延在する円錐状カーブの形態である。この目的のために、実際には、ＥＩＧＡコイルの巻線を形成する銅管が、予め画成されたフォームに沿って巻き付けられる。

【0005】

上述のタイプのＥＩＧＡ法、及び、関連するＥＩＧＡシステムが、例えば、特許文献１に開示されている。

【0006】

ＥＩＧＡ法を実行するとき、既知のＥＩＧＡシステムにおいては、電極から溶断された溶融金属の液滴が不活性ガスノズルを正確に通って落下しないことが生じ得る。液滴の幾らかは正確な落下をせずに、例えば低温の不活性ガスノズルの縁又はフレームの上に落下し、そこで固化し、何らかの状況下ではノズルを部分的又は完全に詰まらせる場合がある。また、溶断された液滴が誘導コイルに当たって短絡を生じさせ、それによりプロセスフローを中断させる場合もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国特許出願公開第４１０２１０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って、本発明の目的は、先行技術の欠点を克服することにある。具体的には、本発明の目的の１つは、電極から溶け落ちた液滴によるＥＩＧＡシステムの汚染及び／又は損傷を回避する、ＥＩＧＡコイル、ＥＩＧＡ法を行うための装置、及び、高純度金属粉末を製造するための方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

これらの目的は、独立請求項による、電極を溶断するためのＥＩＧＡコイル、ＥＩＧＡ法を行うための装置、及び、高純度金属粉末の製造方法により達成される。前記ＥＩＧＡコイル、前記装置、及び前記方法のさらなる展開及び実施形態が、従属請求項及び以下の説明の主題である。

【0010】

電極を部分的に溶融及び溶断するための、本発明によるＥＩＧＡコイルは複数の巻線を備えており、これらの巻線は、前記ＥＩＧＡコイルの中心軸に対して互いに同軸状に配置され、且つ軸方向に互いに間隔を有する。前記ＥＩＧＡコイルの中心軸は、前記電極の長手方向軸と同軸に延在している。

【0011】

本発明の文脈において、用語「ＥＩＧＡコイル」は、ＥＩＧＡシステムのための、又はＥＩＧＡ法を実行するための誘導コイルを意味する。前記ＥＩＧＡコイルは、少なくとも２つの巻線、好ましくは少なくとも３つの巻線、又は、３つよりも多数の巻線を含み得る。

【0012】

本発明によれば、前記複数の巻線の各々は、ギャップにより中断されたリングの形態である。従って、前記ＥＩＧＡコイルは、巻線の個数に対応する個数のリングを含み、当該リングの各々は、小さい幅のギャップにより中断され、従って、閉じられていない。より具体的には、前記リングの各々は、第１端部及び第２端部を含むリングセグメントであり、関連するギャップが、前記リングセグメントの前記２つの端部の間に配置されている。各リングセグメントが、前記関連するギャップが非常に幅狭なゆえに、ほぼ完全なリングを形成しているため、本発明の文脈において、中断されたリング又はリングと称される。

【0013】

本発明によれば、中断されたリングの各々は、前記中心軸に対して等距離であり、また、前記中心軸に対して垂直の平面内に延在し、この平面は前記それぞれのリングに関連している。言い換えれば、前記複数の巻線の各々は、前記中心軸に垂直なそれぞれの関連する平面内に延在する。従って、前記個々のリング又は巻線が延在する平面は、互いに平行である。すなわち、前記リング又は巻線は互いに平行に配置されている。動作時、前記個々のリング又は巻線が延在する平面は水平である。前記巻線又はリングが３次元の物体であり、各巻線又はリング（より正確にはリングトーラス）が、前記中心軸に垂直な１つの平面のみにおいて延在することは、３次元物体が、この平面に従って、又はこの平面に一致した向きで延在することを意味することが理解されよう。言い換えれば、各巻線又はリングが、前記中心軸に垂直な１つの平面のみにおいて延在することは、（ほぼ完全な）円形リングを形成している前記巻線又はリングの水平方向断面領域がこの平面においてのみ延在することを意味する。

【0014】

前記複数の巻線のうち隣り合う巻線が、接続部によりそれぞれ互いに接続されている。当該接続部は、前記関連するギャップの領域において、前記隣り合う巻線に接続され得る。具体的には、各接続部は、複数の巻線のうちの１つの巻線の第２端部を、前記複数の巻線のうちの前記１つの巻線に隣接する巻線の第１端部に接続し得る。

【0015】

前記ＥＩＧＡコイルは、全体的に円錐形の設計であり得る。このために、前記巻線又は環状リングの少なくとも２つが、異なる内径を有する。一実施形態において、前記ＥＩＧＡコイルの全ての巻線が、異なる内径を有し得る。或いは、幾つかの巻線が同一の内径を有してもよく、また、前記ＥＩＧＡコイルのさらなる巻線と比較して異なる内径を有してもよい。具体的には、前記ＥＩＧＡコイルは、下流の不活性ガスノズルの方向において前記中心軸に沿って見たときに、全体としてテーパ状の形状を有し得る。この目的のために、前記下流の不活性ガスノズルの方向により近くに配置された前記ＥＩＧＡコイルの巻線は、前記不活性ノズルからより遠くにある巻線よりも小さいか、又は、最大でもほぼ同一の内径を有し、前記不活性ガスノズルに最も近い巻線は、前記不活性ノズルから最も遠い巻線よりも小さい内径を有する。

【0016】

前記複数の巻線の各々が、前記中心軸に垂直の関連する平面内にのみ延在するため、前記電極に作用する方位対称のローレンツ力を、本発明による前記ＥＩＧＡコイルを用いて発生させることができる。前記電極に作用するこれらの方位対称のローレンツ力が互いに釣り合っているため、前記電極の横方向の偏向が防止され、前記電極は、前記ＥＩＧＡ法の全体を通して前記ＥＩＧＡコイルの中心軸と同軸のままである。これにより、前記ＥＩＧＡコイルにより部分溶融された前記電極の下部先端が、前記不活性ガスノズルの中心よりも上に正確に位置合わせされた状態を維持され、これにより、発生された溶融金属のジェット又は溶融金属の液滴が、常に、前記ノズルの縁に接触せずに中心を通過することが保証される。

【0017】

先行技術において知られているＥＩＧＡコイルの螺旋構造においては、対向する巻線セクションが電極からの異なる距離を有する。従って、本発明の発明者らは、このようなＥＩＧＡコイルにより発生されて前記電極に作用するローレンツ力が、方位的に非対称であり、電極をその鉛直の向きから偏向させることを認識した。この結果、ＥＩＧＡコイルの中心軸と電極の長手方向軸との間に偏向角が生じる。電極の下部先端は、もはや、不活性ガスノズルの上で中心に位置していない。その結果、電極から溶断された液滴が、低温の不活性ガスノズルの縁又はフレームに当たって固化することがあり、状況によってはノズルの一部又は全部を詰まらせる。また、溶け落ちた液滴が誘導コイルに当たり、誘導コイルを汚染し、又は短絡させることもある。さらに、電極自体がＥＩＧＡコイルに接触し、短絡させることもある。これらの不都合な影響は、偏向された長手方向軸を中心に電極が連続的に回転するため、さらに大きくなる。これらの欠点は、本発明による前記ＥＩＧＡコイルと、それにより生成し得る電極に方位的に対称に作用するローレンツ力により、低減できる。

【0018】

前記ＥＩＧＡコイルのさらなる実施形態において、前記接続部は、前記中心軸の平面内に、すなわち、前記ＥＩＧＡコイルの鉛直方向中心軸が存在する平面内に延在し得る。例えば、前記接続部は、前記ＥＩＧＡコイルの前記中心軸に平行に延在し得る。前記接続部は、前記巻線の平面に対して直角に延在し得る。詳細には、隣り合う巻線同士をそれぞれ接続する前記接続部の各々が、前記ＥＩＧＡコイルの前記中心軸に対して上述のように延在し得る。組み立てられた状態において、前記巻線が、例えば水平方向に延在してもよく、且つ／又は、前記接続部が、例えば鉛直方向に延在してもよい。

【0019】

一実施形態によれば、前記ギャップは、０．５ｍｍ～３０ｍｍの幅、好ましくは２ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍの幅であり得る。前記ギャップは、少なくとも０．５ｍｍの幅、特には少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍの幅であり得る。実施形態において、前記ギャップは、３０ｍｍ以下、特には２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下であり得る。ここでのギャップ幅とは、前記関連する巻線又はリングの前記第１端部と前記第２端部との間の距離を意味する。前記ギャップ幅の上述の範囲は、前記ＥＩＧＡコイルの各巻線の前記ギャップに適用され得る。異なる巻線の前記ギャップは、同一の幅を有していてもよく、異なる幅を有していてもよい。０．５ｍｍ～３０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍのギャップ幅は、前記ＥＩＧＡコイルの全体の配置が十分に方位対称であることを保証でき、それにより、実質的且つ十分に方位対称なローレンツ力を前記電極に与えることを保証できる。

【0020】

前記ＥＩＧＡコイルの前記複数の巻線のうち、最大内径を有する巻線は、４０ｍｍ～３００ｍｍの内径を有し得る。前記ＥＩＧＡコイルの巻線の寸法、特には前記ＥＩＧＡコイルの最上段の巻線、すなわち、前記電極の吊り下げ部に最も近い巻線の寸法は、溶断される前記電極の寸法に応じて選択され得る。前記複数の巻線のうち、最小内径を有する巻線は、１０ｍｍ～１００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ～５０ｍｍの内径を有し得る。前記最小内径を有する前記巻線は、少なくとも１０ｍｍ、好ましくは少なくとも２０ｍｍの内径を有し得る。前記最小内径を有する前記巻線は、１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下の内径を有し得る。比較的大きい内径の巻線を有するＥＩＧＡコイルが、上記の定められた範囲内で比較的大きいギャップ幅を有し得ることが理解されよう。これに対応して、比較的小さい内径の巻線を有するＥＩＧＡコイルは、上記の定められた範囲内で比較的小さいギャップ幅を有し得る。

【0021】

さらなる実施形態において、前記ＥＩＧＡコイルは、形状及び／又は寸法に関して異なる断面形状を有し得る。例えば、前記ＥＩＧＡコイルは、楕円形、円形、長方形、正方形、又はその他の断面を有し得る。例えば、前記ＥＩＧＡコイルの断面形状は、同一の巻線内又は異なる巻線間で形状及び／又は寸法が異なっていてよい。

【0022】

特には、前記ＥＩＧＡコイルは、非セラミック銅材料から作られ得る。

【0023】

前記ＥＩＧＡコイルは、付加製造プロセスを使用して製造されてもよい。具体的には、前記ＥＩＧＡコイルは、３Ｄプリントプロセスの使用、例えば、選択的なレーザ溶融プロセスの使用により製造され得る。或いは、前記ＥＩＧＡコイルは、電子ビーム溶融プロセスを用いて、バインダジェッティング、又はその他の任意の付加製造プロセスを用いて製造され得る。付加製造プロセスを用いた本発明による前記ＥＩＧＡコイルの製造は、前記リングの非常に小さいギャップ幅がこの方法で実現され得るという事実において特に明らかである。さらに、付加製造プロセスは、隣り合う巻線間に、前記巻線に対して垂直に延在する相互接続部を形成することを可能にする。これらのいずれも、従来のＥＩＧＡコイルの製造プロセスでは実現できなかったことである。従来のＥＩＧＡコイルの製造プロセスでは、砂を充填した銅管を曲げて、予め画成されたフォームを使用してＥＩＧＡコイルの巻線を形成するが、これは巻線の形成を非常に制限する。

【0024】

本発明の別の態様は、ＥＩＧＡ法を実行するための装置又はＥＩＧＡシステムに関する。前記装置は、上述のタイプのＥＩＧＡコイルを備えている。前記装置は、前記複数の巻線と同軸状に配置された、溶断されるべき金属又は金属合金の電極を備えている。この電極は、前記ＥＩＧＡコイル内に部分的に延在し、且つ、前記ＥＩＧＡコイルにより溶断されるように、前記電極の長手方向に沿って、前記ＥＩＧＡコイルに対して変位可能である。また、前記電極はその長手方向軸を中心に回転可能でもある。さらに、前記装置は、前記電極及び前記複数のコイルと同軸状に配置された、溶断された電極材料を霧化するためのノズル又は不活性ガスノズルを含む。

【0025】

前記装置は、さらに霧化塔を備えることができ、当該霧化塔内で、前記霧化された電極材料が固化して球状の微粒子粉末を形成できる。

【0026】

本発明の別の態様は、高純度金属粉末を製造するためのＥＩＧＡ法に関する。この方法は、
－電極をＥＩＧＡコイルに対して変位させ、それにより前記電極を前記ＥＩＧＡコイルの内部に部分的に導入するステップと、
－前記電極の長手方向軸に対して方位対称であるローレンツ力を発生させることにより、前記ＥＩＧＡコイルに交流電流を印加して前記電極を部分溶融するステップと、
－溶断された電極材料を、前記ＥＩＧＡコイルの下流に配置された不活性ガスノズルを用いて霧化するステップと、を含む。

【0027】

特に、上述のタイプのＥＩＧＡコイルを用いて前記電極が部分溶融され得る。

【0028】

前記電極は、前記方法の実行中に前記電極の長手方向軸を中心に回転され得る。

【0029】

幾つかの態様及び特徴を、前記ＥＩＧＡコイルに関してのみ記載してきたが、これらを、前記装置又はＥＩＧＡシステム、及び／又は前記ＥＩＧＡ法、並びに、対応するさらなる実施形態に準用可能であり、その逆もあり得る。

【0030】

以下に、本発明の例示的な実施形態を、添付の概略図を参照しつつ、より詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルを示す斜視図である。

【図2】図１の例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの正面図である。

【図3】図１の例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの側面図である。

【図4】図１の例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの概略上面図である。

【図5】さらなる例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの接続部の概略図である。

【図6】図１の例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの概略断面図である。

【図7】例示的な実施形態によるＥＩＧＡシステムの初期状態における概略断面図である。

【図8】図７のＥＩＧＡシステムの動作中のさらなる状態における概略断面図である。

【図9】先行技術のＥＩＧＡシステムの初期状態の概略断面図である。

【図10】図９のＥＩＧＡシステムの偏向状態における概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図中の同一の参照符号は、同一、類似の作用及び／又は類似の要素を示す。

【0033】

図１～図３は、電極を部分溶融して溶断するための、本発明によるＥＩＧＡコイル１０の例示的な実施形態を、斜視図（図１）、正面図（図２）及び側面図（図３）で示している。そして、図４は、ＥＩＧＡコイル１０の概略上面図である。

【0034】

ＥＩＧＡ法を行うためのＥＩＧＡシステム用の誘導コイルであるＥＩＧＡコイル１０は、複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを含む。図示されている例示的な実施形態において、ＥＩＧＡコイル１０は、３つの巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを含む。その他の例示的な実施形態において、ＥＩＧＡコイルは、３つよりも多くの巻線を含み得る。

【0035】

巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、ＥＩＧＡコイル１０の中心軸Ｍに対して互いに同軸状に配置されている。また、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、中心軸Ｍの方向から見て、互いに軸方向に間隔を有する。巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、各々、異なる内径及び外径を有し、図１～図３における最上段の巻線１２Ａは、３つの巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち最大の内径及び外径を有し、図１～図３における最下段の巻線１２Ｃは、３つの巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち最小の内径及び外径を有する。最上段の巻線１２Ａと最下段の巻線１２Ｃとの間に配置された中段の巻線１２Ｂの内径及び外径の値は、それぞれ、最上段の巻線１２Ａの内径及び外径の値と、最下段の巻線１２Ｃの内径及び外径の値との間にある。こうして、ＥＩＧＡコイル１０は、全体として見ると円錐形状である。動作時には、ＥＩＧＡコイル１０は、最大の内径及び外径を有する最上段の巻線１２Ａが電極吊り下げ部（図示せず）に面し、最小の内径及び外径を有する最下段の巻線１２Ｂが不活性ガスノズル（図示せず）に面するように配置される。例示的な内径が、図６に関して数値化されて示されている。

【0036】

巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々は、それぞれの関連するギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃにより中断されているリング（より正確にはリングトーラス）の形状を有する。ＥＩＧＡコイル１０の寸法、特に巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの寸法と比較して、ギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、各々、非常に小さい幅Ｂを有する。例えば、３つのギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各々は、０．５ｍｍ～３０ｍｍの幅Ｂを有し得る。好ましくは、ギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、各々、短絡及び／又はスパークリングのリスクを最小限にするために、少なくとも２ｍｍの幅を有する。ギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃがリング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを中断しているため、リングは閉じておらず、従って、リング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々が、第１端部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ及び第２端部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを有する。図示されている例示的な実施形態において、３つのギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの幅Ｂは同一である。しかし、代替の例示的な実施形態において、異なるギャップが異なる幅を有していてもよい。

【0037】

図１～図３に、そして特に図４に見られるように、リング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々は、ＥＩＧＡコイル１０の中心軸Ｍに対して等距離にある。すなわち、リング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々は、その内周面に沿って見たときに、中心軸Ｍからほぼ同一の距離を有する。

【0038】

さらに、図１～図４に示されているように、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々、又はリング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々は、水平方向にのみ配向されている。すなわち、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々は、中心軸Ｍに垂直な面内にのみ延在し、この面はそれぞれの巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに関連付けられている。より具体的には、これらの巻線は、この関連付けられた面と同一の向きに延在する。巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは互いに平行に位置合わせされている。これは、巻線が３つの空間方向の全てにおいて螺旋状に延在する螺旋状の巻線を有する先行技術のＥＩＧＡコイルと著しく異なることを示している。

【0039】

本発明によるＥＩＧＡコイル１０において、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々が、中心軸Ｍに垂直な関連する面に従って位置合わせされ、巻線の各々又はリング１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの各々が中心軸Ｍに対して等距離にあるため、電極に作用する方位対称のローレンツ力を、本発明によるＥＩＧＡコイル１０を用いて発生させることが可能である。その結果として得られる効果及び利点を、図７～図１０に関連して以下にさらに詳細に説明する。

【0040】

ＥＩＧＡコイル１０の隣り合う巻線１２Ａと１２Ｂ、又は、１２Ｂと１２Ｃは、それぞれ、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣにより互いに接続されている。より詳細には、接続部２０ＡＢは、巻線１２Ａの第２端部１８Ａと巻線１２Ｂの第１端部１６Ｂとを接続している。従って、接続部２０ＢＣは、巻線１２Ｂの第２端部１８Ｂと巻線１２Ｃの第１端部１６Ｃとを接続している。図１の例示的な実施形態において、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣは、中心軸Ｍに対して横方向に延在する配置を有するが、その他の例示的な実施形態において、接続部の異なる向きが好ましく提供されてもよく、これを、図５に関連してより詳細に記載する。

【0041】

最上段の巻線１２Ａの第１端部１６Ａと、最下段の巻線１２Ｃの第２端部１８Ｃとは、それぞれ、交流電圧をＥＩＧＡコイル１０に印加するための電圧源に、端子部２２Ａ，２２Ｃを介して接続されている。

【0042】

巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣ、及び端子部２２Ａ，２２Ｃは、ノンセラミック(non-ceramic)銅材料から作られている。詳細には、図示の例示的な実施形態のＥＩＧＡコイル１０の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣ、及び端子部２２Ａ，２２Ｃは、中空の円筒状である。

【0043】

図１から分かるように、接続部２０ＡＢ，２０ＢＣは、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとは異なる断面形状を有する。しかし、さらなる例示的な実施形態においては、巻線と接続部とが同一の断面形状を有し得る。

【0044】

図５は、さらなる例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイルの拡大された断面を概略的に示した図である。拡大された断面は、接続部１２０ＡＢ，１２０ＢＣの特定の設計を示し、これによれば、接続部１２０ＡＢ，１２０ＢＣは、各々、中心軸Ｍの面内に延在し、従って、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対して本質的に垂直である。従って、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、動作時及び図示の描写において水平に延在し、一方、接続部１２０ＡＢ，１２０ＢＣは鉛直方向に延在する。接続部１２０ＡＢ，１２０ＢＣの、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対して垂直の方向におけるこの構造設計は、特に小さい幅Ｂのギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを有するＥＩＧＡコイルの提供を可能にする。ギャップ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの幅Ｂを特に小さく設けることにより、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを、わずかに中断されただけの、従ってほぼ完全なリングの形態で形成でき、これにより全体の配置の対称性が高まり、そして、電極に対する方位対称のローレンツ力の付与がさらに改善される。

【0045】

図６は、上記の例示的な実施形態によるＥＩＧＡコイル１０の概略断面図である。図６のＥＩＧＡコイル１０において、最上段の巻線１２Ａは、複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち、最大内径Ｌ１、すなわち最大で３００ｍｍの長さを有する。最下段の巻線１２Ｃは、複数の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち最小内径Ｌ３、すなわち、少なくとも１０ｍｍの長さを有する。

【0046】

ＥＩＧＡコイル１０は、図示されている構成（異なる直径を有する巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが互いに対して同軸状に配置され、且つ軸方向に互いに間隔を有する）により、概観が円錐形状である。２本の線Ｋ１及びＫ２が、中心軸Ｍにて対称であり、それぞれ、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの鉛直方向断面の中心点Ｐを通って、角度βにわたり延在している。角度βは、３０度～１８０度で、好ましくは９０度である。線Ｋ１が通過する中心点Ｐは、中心軸Ｍに関して、線Ｋ２が通過する中心点Ｐの反対側に位置する。

【0047】

図７は、ＥＩＧＡ法を行うためのＥＩＧＡシステム３０の概略断面図であり、ＥＩＧＡシステム３０は、ＥＩＧＡコイル１０と、長手方向軸Ａを有する電極４０と、不活性ガスノズル５０とを備えている。図７において、ＥＩＧＡシステムは、ＥＩＧＡコイル１０の最初の電源投入時に相当する時点ｔ＝０において初期状態である。ＥＩＧＡシステムの構成要素の互いに対する向きをより良く説明するために、図７～図１０の各々において、ＥＩＧＡコイルの巻線により形成される仮想円錐Ｃが破線で示されている。

【0048】

電極４０は、金属又は金属合金から作られた棒状の電極であり、下部先端４２を含む。電極４０は、下部先端４２の領域においてＥＩＧＡコイル１０の内部に延在し、交流電圧を印加されたＥＩＧＡコイル１０により部分溶融又は溶断される。電極４０は、ＥＩＧＡコイル１０の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと同軸に配置されており、すなわち、電極４０の長手方向軸Ａは、ＥＩＧＡコイルの中心軸Ｍと一致している。電極４０は、ＥＩＧＡ法の間中、電極４０の長手方向軸Ａに沿って不活性ガスノズル５０の方向に、矢印Ｐ１で示されている溶断量に応じて連続的に位置変更され得る。さらに、電極４０は、ＥＩＧＡ法の間中、矢印Ｐ２で示されている均一な溶断を保証するために電極４０の長手方向軸Ａを中心に回転可能である。

【0049】

不活性ガスノズル５０は、ＥＩＧＡコイル１０及び電極４０の下流に、すなわち、図示においてＥＩＧＡコイル１０及び電極４０よりも下に配置されている。不活性ガスノズル５０はオリフィス５２を含み、オリフィス５２もまた、電極４０及びＥＩＧＡコイル１０の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと同軸である。換言すれば、電極４０の長手方向軸Ａ及びＥＩＧＡコイル１０の中心軸Ｍは、不活性ガスノズル５０のオリフィス５２の中心を正確に通って延在している。

【0050】

図７に見られるように、巻線１２Ａは、巻線１２Ａの各位置において、電極４０から同一の最小距離ｈ_ｌ，ｈ_ｒを有する。これは、電極４０とＥＩＧＡコイル１０とが同軸に位置合わせされていること、及び、巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが、中心軸Ｍに対してそれぞれ垂直な平面内に延在していることによる。同じことが、ＥＩＧＡコイル１０の巻線１２Ｂにも、また巻線１２Ｃにも当てはまり、これもまた図７に示されてはいるが、明瞭化のために参照符号が付されていない。

【0051】

電極４０から巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃへの距離が均一であるため、電極４０に作用する方位対称のローレンツ力が、ＥＩＧＡコイル１０により発生される。方位対称のローレンツ力が、長さの等しい矢印ＬＫ１，ＬＫ２により図示されている。ギャップにより生じる非対称性は、ギャップの幅が非常に小さいため、無視できる。

【0052】

図８は、図７のＥＩＧＡシステム３０の、溶融プロセスにおける後半の時点ｔ＝ｎにおける様子を示している。この時点において、電極４０の溶断による溶断された材料液滴４４のほぼ連続した溶融流が電極４０から落下し又は流れている。ＥＩＧＡコイル１０により発生されるローレンツ力が、電極４０に関して方位対称であるため、電極４０に作用するローレンツ力は互いに打ち消し合い、従って、図８に示されている状態の電極４０は、初期状態に従う向きを維持し続けている。こうして、電極４０は、中心軸Ｍに対して偏向されずに、ＥＩＧＡ法の間中、ＥＩＧＡコイルと同軸状に位置合わせされた状態を維持する。従って、電極４０は、溶断処理中に不活性ガスノズル５０とも同軸状に位置合わせされたままである。こうして、溶融ジェット又は液滴４０は、常に、不活性ガスノズル５０のオリフィス５２の中心を通って鉛直方向に（長手方向軸Ａ又は中心軸Ｍに沿って）落下し、従って、不活性ガスノズル５０の壁、又はＥＩＧＡコイル１０の巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに接触しない。こうして、プロセスの信頼性が向上し、ＥＩＧＡシステム３０に生じ得る汚染又は損傷が低減される。

【0053】

不活性ガスノズル５０を通って落下した液滴４４は、不活性ガスノズル５０により霧化され、その後、下流の霧化塔にて固化される。その結果、固化された液滴が球状の微粒粉を形成し、これが真空密閉容器内に収集及び蓄積される。

【0054】

先行技術に対する、本発明によるＥＩＧＡコイル１０の利点は、図９及び図１０（先行技術のＥＩＧＡシステム７０を、図７及び図８に示した動作状況で示す）の考察からさらに明らかである。

【0055】

先行技術のＥＩＧＡシステム７０は、螺旋状のＥＩＧＡコイル７２、電極７４、及び不活性ガスノズル７６を含む。図９に示されている初期状態ｔ＝０において、ＥＩＧＡコイル７２、電極７４、及び不活性ガスノズル７６は、互いに対して同軸状に位置合わせされている。すなわち、ＥＩＧＡコイル７２の中心軸Ｖが、不活性ガスノズル７６の中心を通って延在する電極７４の長手方向軸Ｗと一直線上に位置している。

【0056】

本発明による配置とは異なり、先行技術のＥＩＧＡコイル７２の巻線は、ＥＩＧＡコイル７２の螺旋構造により、電極７４から異なる距離を有する。これは、距離ｈ_ｏ，ｈ_ｐにより例示されている。電極７４からの巻線の異なる距離により、強いローレンツ力が電極７４に異なるように作用し、すなわちローレンツ力の方位的非対称性をもたらす。これが、図９及び図１０に、異なる長さの矢印ＬＫ３及びＬＫ４により示されている。

【0057】

電極７４に作用するローレンツ力の上述の方位的非対称性により、電極７４が（より正確には電極７４の長手方向軸Ｗが）、角度αだけ偏向される。これを図１０に見ることができる。図１０は、図９のＥＩＧＡシステム７０の、溶融プロセス中の後半の時点ｔ＝ｎの様子を示す。

【0058】

図示の状態において、溶融ジェットを形成している溶断された材料の液滴７８が、角度αだけ偏向された電極７４から不活性ガスノズル７６の方向に鉛直方向に落下している。この偏向により、液滴７８又は溶融ジェットは、不活性ガスノズル７６のオリフィスの中心を通っては落下せずに、中心軸Ｖに対してずれる。これにより、液滴７８が不活性ガスノズル７６の縁上に落下することがあり、そこで固化して、不活性ガスノズル７６のオリフィスを完全に又は部分的に閉塞させる場合がある。この不都合な作用が、一般的に発生する電極７４の回転により、さらに増大する可能性がある。また、電極７４の偏向により、液滴７８又は電極７４自体がＥＩＧＡコイル７２の巻線と接触することも生じ得、その結果、ＥＩＧＡシステム７０が短絡し、損傷する可能性がある。

【0059】

これらの欠点は、本発明によるＥＩＧＡコイルと、ＥＩＧＡコイルにより発生され得る、電極に作用する方位対称のローレンツ力により効果的に低減され得る。

【符号の説明】

【0060】

１０ ＥＩＧＡコイル
７０ ＥＩＧＡシステム（先行技術）
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 巻線
７２ ＥＩＧＡコイル（先行技術）
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ ギャップ
７４ 電極（先行技術）
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 巻線の第１端部
７６ 不活性ガスノズル（先行技術）
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 巻線の第２端部
７８ 液滴（先行技術）
２０ＡＢ，２０ＢＣ 接続部
Ｖ 中心軸（先行技術）
２２Ａ，２２Ｂ 端子部
Ｗ 長手方向軸
１２０ＡＢ，１２０ＢＣ 接続部
α 偏向角度（先行技術）
３０ ＥＩＧＡシステム
ＬＫ３，ＬＫ４ ローレンツ力（先行技術）
３２ 出力開口部
ｈ_ｏ，ｈ_ｐ 距離（先行技術）
４０ 電極
４２ 電極の先端
４４ 液滴
５０ 不活性ガスノズル
５２ オリフィス
Ｍ 中心軸
Ｂ 幅
Ｋ１，Ｋ２ 線
Ｐ 中心点
Ｌ１ 最大内径
Ｌ３ 最小内径
β スパン角度
Ｐ１ 位置変更動作を示す矢印
Ｐ２ 回転運動を示す矢印
Ａ 長手方向軸
Ｃ 仮想円錐
ＬＫ１，ＬＫ２ ローレンツ力
ｈ_ｌ，ｈ_ｒ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】