トランスファーアーク方式と非トランスファーアーク方式のPREP装置の比較
Iはじめに
プラズマ回転電極法（PREP）は、現在、高品質な球状金属粉末を製造するための重要な技術の一つである。この技術は、超低酸素含有量の球状金属粉末の製造において、他の粉末製造技術に比べて比類のない利点を持っている。 この技術によって製造された金属粉末は、高い真球度を特徴とし、サテライト粉末が少なく、中空粉末がほぼ存在しない。これらの粉末は、積層造形や熱等方性圧縮（HIP）といった現在の先端製造分野において、高品質な粉末として広く認められている。.
トランスファーアーク方式と非トランスファーアーク方式の違い
PREPは、転移アーク型と非転移アーク型に分類されます。 具体的な原理は以下の通りです。転送アーク型プラズマアークは、電極棒と陰極の間に直接的な導通経路を確立してプラズマを発生させることで形成されます。その最大の特徴は、図1aに示すように、プラズマが陰極（タングステン電極）と陽極（金属）の間で安定して放電し、アークを形成することです。 非転移アーク型プラズマ（プラズマトーチとも呼ばれる）は、プラズマガン自体の負極と正極の間に形成される放電形態であり、図1bに示すように、金属被加工物は通電のための回路に接続されていない。.
(a) 転送アーク (b) 非転送アーク
プラズマ銃
転移アーク：電極端のプラズマアークは高温（10,000～52,000 ℃）であるため、高融点金属粉末の製造が可能である。しかし、非導電性材料の粉末を製造することはできない。.
非転移アーク：高温合金やチタン合金などの合金粉末の製造に適しているが、非金属や非導電性材料の粉末の製造にも使用できる。.
駆動システム
- 転送アーク：図2aに示すように、電動モーターを用いたダイレクトドライブ方式を採用している。モーターは棒材に直接接続されているため、通常の運転速度範囲は15,000～22,000 r/minであり、最高速度は30,000 r/minに達する。.
- 非転送アーク：図2bに示すように、3ローラー駆動方式を採用している。ローラーの直径は棒材の直径よりも大きいため、棒材の回転速度はモーターの回転速度よりも高くなる。 通常の回転速度範囲は25,000～40,000 r/minであり、最大回転速度は50,000 r/minに達する。.
真空システム
転送アーク：動的シール方式を採用しているため、粉末製造工程において、駆動システムから噴霧室へ酸素が漏れやすい傾向がありますが、その結果、粉末中の酸素含有量の増加は100 ppm未満に抑えられています。.
非移送アーク：本装置の構造により、すべてのシステムが接続・密閉された状態を維持できるため、粉末中の酸素含有量の増加を50 ppm未満に抑えることができます。.
給餌システム
- トランスファーアーク：図2aに示すように、送給システムは主に1本のケーブルで接続されています。自動送給は行えず、中小規模のバッチ生産（150 kg/日）に適しています。.
- 非移送式アーク：専用の材料ボックスからの自動供給を採用することで、高い生産能力（1500 kg/日）を実現できます。また、この非移送式アーク装置では、部品を交換することなく、さまざまな直径のロッド用の粉末を調製することができます。.
結論
トランスファーアーク型および非トランスファーアーク型のPREP技術は、それぞれ異なるプラズマアーク発生メカニズムに基づいており、その結果、互いに補完し合う技術的特性を備えています。 転移アーク型は、ハイエンドのカスタマイズや高エネルギー密度の難溶金属の製造に適している一方、非転移アーク型は、大規模な工業生産の要件を満たす高い自動化と高い生産能力を特徴としています。 両技術の進化は、「回転速度と出力の向上、粉末粒子径の微細化、製造コストと品質の低減」という3つの核心的な目標を中心に進められており、将来的には航空宇宙およびバイオメディシン分野において、より精密な用途への適応が実現されるでしょう。.
