(57)【要約】【課題】高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置と、それを用いる金属粉末の製造方法を提供すること。【解決手段】溶融金属を吐出する溶融金属供給部２０と、溶融金属供給部２０の下方に設置される筒体３２と、溶融金属供給部２０から吐出された溶融金属を冷却する冷却液の流れを、筒体３２の内面に形成する冷却液導出部と、を有する金属粉末製造装置である。冷却液導出部は、外側部４４と、外側部４４の冷却液を、外側部４４の幅よりも狭い幅で通過させる通路部４２と、通路部４２を通過した冷却液を、筒体３２の内部に吐出する冷却液吐出部５２と、を有する。通路部４２から内側空間部４６に吐出された冷却液が、枠体３８の流路内周面３８ｂに沿って筒体３２の内周面３３に向けて流れ、筒体３２の内周面３３で反射し、内側空間部４６の冷却液吐出部５２から筒体３２の中心部に向けて逆円錐状に流れるように、枠体３８の流路内周面３８ｂには流路偏向面６２が形成してある。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を吐出する溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置される筒体と、
前記溶融金属供給部から吐出された前記溶融金属を冷却する冷却液の流れを、前記筒体の内部に形成する冷却液導出部と、を有する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液導出部が、前記筒体の軸芯方向の上部に具備してあり、内部に、外側空間部と、内側空間部と、これらの外側空間部と内側空間部とを連絡する通路部と、を有し、
前記冷却液導出部は、前記内側空間の内周面形状を規定する枠体を持ち、
前記外側空間部には、ノズルが連結してあり、
前記通路部は、前記外側空間部の上下幅よりも狭い上下幅を持ち、前記ノズルからの前記冷却液を前記外側空間部から前記内側空間部に向けて通過させるように構成してあり、
前記通路部から前記内側空間部に吐出された前記冷却液が、前記枠体の流路内周面に沿って前記筒体の内周面に向けて流れ、前記筒体の内周面で反射し、前記内側空間部の冷却液吐出部から前記筒体の中心部に向けて逆円錐状に流れるように、前記枠体の流路内周面には流路偏向面が形成してあることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記通路部は、前記外側空間部の前記軸芯方向の上部に具備してある請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
前記通路部の上下幅（Ｗ１）が、前記外側空間部の上下幅（Ｗ２）より狭く、１／３以下である請求項１または２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
前記通路部の上下幅（Ｗ１）が、前記冷却液吐出部の径方向幅（Ｄ１）よりも狭く、１／３以下である請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記冷却液吐出部の径方向幅（Ｄ１）が前記内側空間部の主要部の径方向幅（Ｄ２）よりも狭く、２／３以下である請求項１〜４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
前記内側空間部の径方向幅は、前記内側空間部の主要部から前記冷却液吐出部に向けて徐々に狭くなるように、前記枠体の流路内周面には、前記流路偏向面として、凹状の第１曲率面が形成してある請求項５に記載の金属粉末製造装置。
【請求項７】
前記内側空間部の径方向幅は、前記内側空間部の主要部から前記通路部に向けて徐々に狭くなるように、前記枠体の基端側流路内周面には、凹状の第２曲率面が形成してある請求項１〜６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項８】
前記溶融金属供給部と前記筒体との間には、前記溶融金属供給部から吐出された溶融金属にガスを吹き付けて前記溶融金属を多数の液滴にするガス吹付部材が配置してあり、
前記ガス吹付部材で液滴にされた前記溶融金属が前記筒体の内部に入り込むように構成してある請求項１〜７のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項９】
溶融金属供給部の下方に設置される筒体の内面に冷却液の流れを形成する工程と、
前記溶融金属供給部から溶融金属を前記冷却液の流れに向けて吐出する工程と、を有する金属粉末の製造方法であって、
請求項１〜８のいずれかに記載の金属粉末製造装置を用いて、
前記外側空間部の前記冷却液を、前記外側空間部の幅よりも狭い上下幅の通路部を通過させ、
前記通路部を通過した前記冷却液を、前記内側空間を規定する前記枠体の流路内周面に沿って流し、前記筒体の内周面で反射させ、前記筒体の中心部に向けて逆円錐状に流すことを特徴とする金属粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末製造装置と金属粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に示すように、いわゆるガスアトマイズ法を用いて金属粉末を製造する金属粉末製造装置とその装置を用いた製造方法が知られている。従来の装置は、溶融金属を吐出する溶融金属供給容器と、この溶融金属供給容器の下方に設置される筒体と、溶融金属供給部から吐出された溶融金属を冷却する冷却液の流れを、筒体の内面に形成する冷却液導出部と、を有する。
【０００３】
冷却液導出部は、冷却用筒体の内面の接線方向に向けて冷却液を噴射し、冷却液を冷却容器の内面に旋回させながら流下させることにより、冷却液層を形成している。冷却液層を用いることで、溶滴を急冷し、高機能性の金属粉末を製造することができることが期待されている。
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、冷却用筒体の内面に形成される旋回流の冷却液層に向けて溶融金属の溶滴を供給して急冷する構成であるために、溶滴が冷却液層に接触するまでの飛行時間が長いという課題を有している。また、冷却液層が筒体の内面に形成されると、冷却された金属粒子が筒体の内面に接触するおそれもある。高品質な金属粉末を得るためには、溶滴が冷却液層に接触するまでの飛行時間が短く、しかも冷却された金属粉末が筒体の内面などに接触しないことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置と、それを用いる金属粉末の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る金属粉末製造装置は、
溶融金属を吐出する溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置される筒体と、
前記溶融金属供給部から吐出された前記溶融金属を冷却する冷却液の流れを、前記筒体の内部に形成する冷却液導出部と、を有する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液導出部が、前記筒体の軸芯方向の上部に具備してあり、内部に、外側空間部と、内側空間部と、これらの外側空間部と内側空間部とを連絡する通路部と、を有し、
前記冷却液導出部は、前記内側空間の内周面形状を規定する枠体を持ち、
前記外側空間部には、ノズルが連結してあり、
前記通路部は、前記外側空間部の上下幅よりも狭い上下幅を持ち、前記ノズルからの前記冷却液を前記外側空間部から前記内側空間部に向けて通過させるように構成してあり、
前記通路部から前記内側空間部に吐出された前記冷却液が、前記枠体の流路内周面に沿って前記筒体の内周面に向けて流れ、前記筒体の内周面で反射し、前記内側空間部の冷却液吐出部から前記筒体の中心部に向けて逆円錐状に流れるように、前記枠体の流路内周面には流路偏向面が形成してあることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記通路部は、前記外側空間部の前記軸芯方向の上部に具備してある。
【０００９】
好ましくは、前記通路部の上下幅（Ｗ１）が、前記外側空間部の上下幅（Ｗ２）より狭く、１／３以下である。
【００１０】
好ましくは、前記通路部の上下幅（Ｗ１）が、前記冷却液吐出部の径方向幅（Ｄ１）よりも狭く、１／３以下である。
【００１１】
好ましくは、前記冷却液吐出部の径方向幅（Ｄ１）が前記内側空間部の主要部の径方向幅（Ｄ２）よりも狭く、２／３以下である。
【００１２】
好ましくは、前記内側空間部の径方向幅は、前記内側空間部の主要部から前記冷却液吐出部に向けて徐々に狭くなるように、前記枠体の流路内周面には、前記流路偏向面として、凹状の第１曲率面が形成してある。
【００１３】
好ましくは、前記内側空間部の径方向幅は、前記内側空間部の主要部から前記通路部に向けて徐々に狭くなるように、前記枠体の基端側流路内周面には、凹状の第２曲率面が形成してある。
【００１４】
好ましくは、前記溶融金属供給部と前記筒体との間には、前記溶融金属供給部から吐出された溶融金属にガスを吹き付けて前記溶融金属を多数の溶滴にするガス吹付部材が配置してあり、
前記ガス吹付部材で溶滴にされた前記溶融金属が前記筒体の内部に入り込むように構成してある。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る金属粉末の製造方法は、
溶融金属供給部の下方に設置される筒体の内面に冷却液の流れを形成する工程と、
前記溶融金属供給部から溶融金属を前記冷却液の流れに向けて吐出する工程と、を有する金属粉末の製造方法であって、
上記のいずれかに記載の金属粉末製造装置を用いて、
前記外側空間部の前記冷却液を、前記外側空間部の幅よりも狭い上下幅の通路部を通過させ、
前記通路部を通過した前記冷却液を、前記内側空間を規定する前記枠体の流路内周面に沿って流し、前記筒体の内周面で反射させ、前記筒体の中心部に向けて逆円錐状に流すことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一実施形態に係る金属粉末製造装置の軸芯を含む概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示す金属粉末製造装置の要部拡大断面図である。
【図２】図２は本発明の他の実施形態に係る金属粉末製造装置の軸芯を含む概略断面図である。
【図３】図３は本発明のさらに他の実施形態に係る金属粉末製造装置の軸芯を含む概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００１８】
第１実施形態
図１Ａに示すように、本発明の一実施形態に係る金属粉末製造装置１０は、溶融金属２１をアトマイズ法（ガスアトマイズ法）により粉末化して、多数の金属粒子で構成された金属粉末を得るための装置である。この装置１０は、溶融金属供給部２０と、金属供給部２０の鉛直方向の下方に配置してある冷却部３０とを有する。図面において、鉛直方向は、Ｚ軸に沿う方向である。
【００１９】
溶融金属供給部２０は、溶融金属２１を収容する耐熱性容器２２を有する。耐熱性容器２２の外周には、加熱用コイル２４が配置してあり、容器２２の内部に収容してある溶融金属２１を加熱して溶融状態に維持するようになっている。容器２２の底部には、吐出口２３が形成してあり、そこから、冷却部３０を構成する筒体３２の内面３３に向けて、溶融金属２１が滴下溶融金属２１ａとして吐出されるようになっている。
【００２０】
容器２２の外底壁の外側部には、吐出口２３を囲むように、ガス噴射ノズル２６が配置してある。ガス噴射ノズル２６には、ガス噴射口２７が具備してある。ガス噴射口２７からは、吐出口２３から吐出された滴下溶融金属２１ａに向けて高圧ガスが噴射される。高圧ガスは、吐出口２３から吐出された溶融金属の周囲全周から斜め下方向に向けて噴射され、滴下溶融金属２１ａは、多数の溶滴となり、ガスの流れに沿って筒体３２の内面に向けて運ばれる。
【００２１】
溶融金属２１は、いかなる元素を含んでいてもよく、たとえば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくともいずれかを含んでいるものも用いることができる。これらの元素は活性が高く、これらの元素を含む溶融金属２１は、短時間の空気との接触により、容易に酸化して酸化膜を形成してしまい、微細化することが困難とされている。金属粉末製造装置１０は、上述したようにガス噴射ノズル２６のガス噴射口２７から噴射するガスとして不活性ガスを用いることで、酸化しやすい溶融金属２１であっても容易に粉末化することができる。
【００２２】
ガス噴射口２７から噴射されるガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス、あるいはアンモニア分解ガス等の還元性ガスが好ましいが、溶融金属２１が酸化しにくい金属であれば空気であってもよい。
【００２３】
本実施形態では、筒体３２の軸心Ｏは、鉛直線Ｚに対して所定角度θ１で傾斜してある。所定角度θ１としては、特に限定されないが、好ましくは、０〜４５度である。このような角度範囲とすることで、吐出口２３からの滴下溶融金属２１ａを、筒体３２の内部で逆円錐状に形成してある冷却液流れ５０に向けて吐出させ易くなる。
【００２４】
逆円錐状の冷却液流れ５０に吐出された滴下溶融金属５１は、冷却液流れ５０に衝突し、さらに分断され微細化されるとともに冷却固化され、固体状の金属粉末となる。筒体３２の軸心Ｏに沿って下方には、排出部３４が設けられ、冷却液流れ５０に含まれる金属粉末を冷却液と共に、外部に排出可能になっている。冷却液と共に排出された金属粉末は、外部の貯留槽などで、冷却液と分離されて取り出される。なお、冷却液としては、特に限定されないが、冷却水が用いられる。
【００２５】
本実施形態では、筒体３２の軸芯Ｏ方向の上部には、冷却液を筒体３２の内部に導入するための冷却液導入部（冷却液導出部）３６が具備してある。なお、冷却液導入部３６は、筒体３２の上部から筒体３２の内部に向けて冷却液を吐出するという観点からは、冷却液導出部とも定義できる。
【００２６】
図１Ｂにも示すように、冷却液導入部３６は、少なくとも枠体３８を有し、冷却液導入部３６の内部に、筒体３２の径方向の外側に位置する外側部（外側空間部）４４と、筒体３２の径方向の内側に位置する内側部（内側空間部）４６とを有する。外側部４４と内側部４６とは、仕切部４０で仕切られ、仕切部４０の軸芯Ｏ方向の上部に形成してある通路部４２で、外側部４４と内側部４６とは、連絡しており、冷却液が流通可能になっている。なお、図１Ａに示すように、外側部４４では、仕切部４０は、軸芯Ｏに対してθ２の角度で傾斜している。角度θ２は、０〜９０度の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、０〜４５度である。内側部４６では、仕切部４６の壁面は、筒体３２の内面３３と面一であることが好ましいが、必ずしも面一である必要は無く、多少傾斜していても段差が形成されていても良い。
【００２７】
外側部４４には、単一または複数のノズル３７が接続してあり、ノズル３７から冷却液が外側部４４に入り込むようになっている。また、内側部４６の軸芯Ｏ方向の下方には、冷却液吐出部５２が形成してあり、そこから内側部４６内の冷却液が筒体３２の内部に吐出（導出）されるようになっている。
【００２８】
本実施形態では、冷却液導入部３６の枠体３８は、筒体３２の軸芯Ｏ方向の上部に配置され、筒体３２の内径より小さな外径を有する円筒形状を持つ。図１Ｂに示すように、枠体３８の外周面が、内側部４６内の冷却液の流れを案内する流路内周面３８ｂとなる。枠体３８の軸芯Ｏ方向の上部は、軸芯Ｏに略垂直な平面を持つリング状の上板部３９の内周端に連結しており、上板部３９の外周端は、筒状の側板部４４ａの上端に連結している。側板部４４ａの内径は、筒体３２の外径よりも大きいことが好ましい。上板部３９の外周端の近傍には、単一または複数のノズル３７が接続してある。
【００２９】
側板部４４ａの軸芯Ｏ方向の下端は、軸芯Ｏに略垂直な内面を持つリング状の底板部４４ｂの外周端に連結してある。底板部４４ｂの内周端は、筒体３２の上端部に連結してある。筒体３２の上端には、仕切部４０が取り付けてあり、仕切部４０が、外側部４４の空間と内側部４６の空間とを仕切っている。なお、筒体３２の上端自体が仕切部４０を構成していてもよい。仕切部４０と底板部４４ｂと側板部４４ａと上板部３９で囲まれる空間が外側部４４を規定している。
【００３０】
また、仕切部４０と上板部３９と枠体３８と筒体３２とで囲まれる空間が内側部４６を規定しており、枠体３８は、内側部４６の内周面形状を規定するようになっている。また、上板部３９は、内側部４６の天井面形状を規定するようになっている。また、上板部３９は、内側部４６から通路部４２を跨いで外側部４４にまで伸びて、外側部４４の天井面形状も規定するようになっている。
【００３１】
これらの外側部４４と内側部４６との間は、仕切部４０の軸芯Ｏ方向の上部に設けられた通路部４２により連通している。通路部４２は、冷却液導入部３６の上板部３９と仕切部４０の上端との間の隙間であり、その軸芯Ｏ方向の上下幅Ｗ１（図１Ａ参照）は、外側部４４の軸芯Ｏ方向の上下幅Ｗ２よりも狭い。Ｗ１／Ｗ２は、好ましくは１／３以下、さらに好ましくは１／４以下である。このような範囲とすることにより、後述する筒体３２の内面３３での冷却液の反射により逆円錐状の流れ５０が形成されやすくなる。
【００３２】
本実施形態では、冷却液導入部３６の外側部３６には、ノズル３７が接続してある。ノズルを、冷却液導入部３６の外側部４４に接続することで、ノズル３７から冷却液導入部３６の内部にある外側部４４の内部に冷却液が入り込む。外側部４４の内部に入り込んだ冷却液は、通路部４２を通り、内側部４６の内部に入り込む。
【００３３】
枠体３８は、筒体３２の内面３３よりも小さな内径を有する。図１Ｂに示すように、枠体３８の下端３８ａには、枠体３８の流路内周面３８ｂから半径方向の外側に突出している外方凸部３８ａ１が形成してある。外方凸部３８ａ１の先端と筒体３２の内面３３との間のリング状の隙間が冷却液吐出部５２となる。外方凸部３８ａ１の流路側上面には、流路偏向面６２が形成してある。流路偏向面６２は、凹状の第１曲率面を構成し、流路偏向面６２と筒体３２の内面３３との間に形成してある内側部４６の径方向幅は、内側部４６の主要部から冷却液吐出部５２に向けて徐々に狭くなるようになっている。流路偏向面６２の最小内径は、枠体３８の流路内周面３８ｂの主要部における最小内径と略一致する。
【００３４】
本実施形態では、前述したように、冷却液吐出部５２は、枠体３８の下端３８ａにおける外方凸部３８ａ１と筒体３２の内面３３との間の隙間に形成され、その径方向幅Ｄ１は、内側部４６の主要部における径方向幅Ｄ２よりも狭くなっている。Ｄ１／Ｄ２は、好ましくは２／３以下であり、さらに好ましくは１／２以下であり、好ましくは１／１０以上である。冷却液吐出部の径方向幅Ｄ１は、通路部の上下幅Ｗ１（図１Ａ参照）よりも広く、Ｗ１／Ｄ１は、好ましくは１／３以下であり、さらに好ましくは１／４以下であり、好ましくは１／２０以上である。
【００３５】
冷却液吐出部５２の内径が流路偏向面６２の最大外径に一致し、冷却液吐出部５２の外径が筒体３２の内径に略一致する。なお、冷却液吐出部５２の内径は、流路偏向面６２の最大内径ではなく、図３に示すように、枠体３８の下端３８ａの外径側底面に形成してある凸状の曲率面の最小内径でもよい。また、冷却液吐出部５２の外径は、図１Ｂに示すように、筒体３２の内面３３にも一致させてもよいが、図３に示すように、筒体３２の延長部内周面である仕切部４０の内周面に形成してある凹状の第３曲率面６６の最小内径に一致させても良い。なお、筒体３２の内面３３の内径は、特に限定されないが、好ましくは５０〜５００ｍｍである。
【００３６】
図１Ｂに示すように、本実施形態では、枠体３８の上端と上板部３９の内周端との角部の内面（内側部４６の流路内周面３８ｂの側）には、凹状の第２曲率面６４が形成してある。凹状の第２曲率面６４は、内側空間部４６の径方向幅が、軸芯Ｏに沿って内側空間部４６の主要部から通路部４２に向けて徐々に狭くなるように、枠体３８の基端側流路内周面３８ｂから上板部３９の内面に向けて形成してある。
【００３７】
凹状の第２曲率面６４の第２曲率半径Ｒ２は、凹状の第１曲率面となる流路偏向面６２の曲率半径Ｒ１と同じでも異なっていてもよいが、図１Ａに示す通路部４２の上下幅Ｗ１よりも大きいことが好ましい。通路部４２と第２曲率面６４とは、軸芯Ｏに沿って同じ高さ位置にあり、外側部４６から通路部４２を通して内側部４６の内部に流入する冷却液は、第２曲率面６４の一部または全面に最初に衝突することが好ましい。
【００３８】
本実施形態では、ノズル３７から外側部４４に一次貯留され、そこから通路部４２を通り、内側部４６の内部に入り込む冷却液は、第２曲率面６４の一部または全面に最初に衝突し、そこから枠体３８の流路内周面３８ｂに沿って軸芯Ｏの下方に向かう流れとなる。内側部４６の内部を流路内周面３８ｂに沿って軸芯Ｏの下方に下る冷却液は、次に、枠体３８の流路偏向面６２に沿って流れて筒体３２の内面３３に衝突して反射する。その結果、冷却液は、冷却液吐出部５２から筒体３２の内部に、図１Ａに示すように、逆円錐状に吐出され、冷却液流れ５０を形成する。
【００３９】
なお、冷却液吐出部５２から流出する冷却液流れ５０は、冷却液吐出部５２から軸芯Ｏに向けて直進する逆円錐流れであるが、渦巻き状の逆円錐流れであってもよい。図１Ｂに示すように、軸芯Ｏに対する冷却液流れ５０の逆円錐流れ方向Ｆの角度θ４は、流路偏向面６２の最大外径部分における凹状の第１曲率面の曲率半径Ｒ１と接線角度θ３などに応じて決定され、好ましくは２０〜８０度である。なお、接線角度θ３は、軸芯Ｏとの角度であり、軸芯Ｏに対する冷却液流れ５０の逆円錐流れ方向Ｆの角度θ４と略同じであるが異なっていても良い。
【００４０】
図１Ａに示すように、枠体３８の軸方向長さＬ１は、通路部４２の軸芯Ｏ方向の幅Ｗ１を覆う程度の長さであればよく、図１Ｂに示すように、枠体３８の下端３８ａにある外方凸部３８ａ１が、筒体３２の内面３３に向き合う程度の長さであることが好ましい。ただし、図３に示すように、冷却部２３０の枠体３８の軸方向長さは、枠体３８の下端３８ａが、仕切部４０の下方位置に届く程度の長さでもよく、通路部４２の軸芯Ｏ方向の幅Ｗ１を覆う程度の長さであればよい。ただし、流路偏向面６２は、通路部４２には、向き合わない軸方向位置となるように、枠体３８は、十分に軸方向に長いことが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、図１Ｂに示すように、ノズル３７から外側部４４に入り込んだ冷却液は、外側部４４で一次貯留され、そこから通路４２を通過することで、流速が速まり、内側部４６に入り込む。内側部４６では、通路４２を通過した冷却液は、枠体３８の流路内周面３８ｂに形成してある第２曲率面６４に衝突し、その流れの向きが変えられ、軸芯Ｏに沿って下向きの流れに変えられる。
【００４２】
内側部４６の内部を軸芯Ｏに沿って下方に下る冷却液は、次に、流路偏向面６２に沿って案内されて流れ、流路断面が狭められることから流速が増す。そして、冷却液は、流速が増大した状態で、筒体３２の内面に衝突して反射し、冷却液吐出部５２から筒体３２の内部に、図１Ａに示すように、逆円錐状に吐出され、冷却液流れ５０を形成する。このようにして形成された逆円錐状の冷却液流れ５０の上側液面に、図１Ａに示す滴下溶融金属２１ａの溶滴が入射し、滴下溶融金属２１ａの溶滴は、冷却液流れ５０の内部で冷却液と共に流れて冷却される。
【００４３】
本実施形態に係る金属粉末製造装置１０および金属粉末の製造方法では、筒体３２の上開口部に、滴下溶融金属２１ａの溶滴の入り口が形成され、その筒体３２の上部開口部に逆円錐状の冷却水流れ５０が形成される。筒体３２の上部開口部に逆円錐状の冷却水流れ５０が形成され、筒体３２の排出部３４から冷却液が排出されることで、筒体３２の上部開口部には、筒体３２の内部への吸引圧が得られる。たとえば筒体３２の外部との差圧が３０ｋＰａ以上の吸引圧が得られる。
【００４４】
そのため、滴下溶融金属２１ａの溶滴は、筒体３２の上部開口部から筒体３２の内部に自己整合的に吸い込まれ（多少位置ずれしても自動的に吸い込まれ）、逆円錐状の冷却水流れ５０の中に取り込まれる。そのため、溶融金属供給部２０の吐出口２３から冷却水流れ５０に至るまでの滴下溶融金属２１ａの溶滴の飛行時間が短縮される。飛行時間が短縮されると、滴下溶融金属２１ａの溶滴が酸化されにくく、金属粉末の微細化が促進されると共に金属粉末の品質が向上する。また、急冷効果が促進され、金属粉末の非晶質化が向上する。
【００４５】
また本実施形態では、筒体３２の内面３３に沿う冷却液の流れではなく、逆円錐状の冷却液の流れに滴下溶融金属２１ａの溶滴を取り込むようにしてあることから、筒体３２の内部で、冷却された金属粒子の滞留時間を短くすることができると共に、筒体３２の内面３３へのダメージも少ない。また、冷却された金属粒子自体に対するダメージも少ない。
【００４６】
さらに本実施形態では、筒体３２の内面３３には何ら加工することなく、また、何も取り付ける必要もなく、筒体３２の上部に、冷却液導出部３６を取り付けるのみで、逆円錐状の冷却液流れ５０を形成することができる。また、筒体３２の上部開口の内径も十分に大きく取ることができる。
【００４７】
第２実施形態
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る金属粉末製造装置１１０と金属粉末の製造方法は、以下に示す以外は、第１実施形態と同様であり、共通する部材には共通する部材名称と符号を付し、共通する部分の説明は一部省略する。
【００４８】
本実施形態では、金属粉末製造装置１１０は、冷却部１３０において、ノズル３７を上板部３９ではなく、側板部４４ａに取り付けてあり、ノズル３７の軸方向位置が、通路部４２よりも軸芯Ｏに沿って下側に位置してある。また、仕切部４０を底板部４４ｂと一体化してある。本実施形態でも、筒体３２の内部に、図２に示すように、第１実施形態と同様な逆円錐状の冷却液流れ５０を形成することができる。
【００４９】
第３実施形態
図３に示すように、本発明の第３実施形態に係る金属粉末製造装置２１０と金属粉末の製造方法は、以下に示す以外は、第１実施形態または第２実施形態と同様であり、共通する部材には共通する部材名称と符号を付し、共通する部分の説明は一部省略する。
【００５０】
本実施形態の冷却部２３０では、枠体３８の下端３８ａに形成してある外方凸部３８ａ１の最大外径部分が、筒体３２の内周面３３の一部として定義される仕切部４０の内周面と向き合っている。また、仕切部４０の内周面には、凹状の第３曲率面６６が形成してある。
【００５１】
本実施形態では、図３に示すように、ノズル３７から外側部４４に入り込んだ冷却液は、外側部４４で一次貯留され、そこから通路４２を通過することで、流速が速まり、内側部４６に入り込む。内側部４６では、通路４２を通過した冷却液は、枠体３８の流路内周面３８ｂに形成してある第２曲率面６４に衝突し、その流れの向きが変えられ、軸芯Ｏに沿って下向きの流れに変えられる。
【００５２】
内側部４６の内部を軸芯Ｏに沿って下方に下る冷却液は、次に、流路偏向面６２に沿って案内されて流れ、流路断面が狭められることから流速が増す。そして、冷却液は、流速が増大した状態で、筒体３２の内面の延長領域である仕切部４２の内周面に衝突して凹状の第３曲率面６６と枠体３８の下端３８ａの凸状曲率面との間を流れて、冷却液吐出部５２から筒体３２の内部に、図１Ａに示すように、逆円錐状に吐出され、冷却液流れ５０を形成する。
【００５３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５４】
たとえば上述した実施形態では、ノズル３７は、上板部３９または側板部４４ａに連結してあるが、底板部４４ｂに連結してもよい。
【００５５】
また、ノズル３７の取付向きを調節することで、逆円錐状の冷却液流れ５０に渦巻き流れを加えることも可能である。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５７】
実施例１ 
図１Ａおよび図１Ｂに示す金属粉末製造装置１０を用いて、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ（実験番号６）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎｂ−Ｂ−Ｃｕ（実験番号７）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｐ−Ｃｕ（実験番号８）、Ｆｅ−Ｎｂ−Ｂ（実験番号９）、Ｆｅ−Ｚｒ−Ｂ（実験番号１０）から成る金属粉末を製造した。図１Ａおよび図１Ｂに示す装置１０において、筒体３２の内面の内径は、３００ｍｍ、Ｗ１／Ｗ２は１／４、Ｄ１／Ｄ２は１／２、角度θ１は２０度、角度θ２は０度、角度θ３は５０度で、角度θ４は５０度であった。
【００５８】
各実験において溶解温度１５００℃、噴射ガス圧５MPa、使用ガス種アルコ゛ンと一定とし、ノズル３７からの水流条件はポンプ圧７．５ｋＰａであった。実施例においては平均粒径が約２４μｍの金属粉末を製造することができた。平均粒径は、乾式粒度分布測定装置（HELLOS）を用いて測定し求めた。また実験番号６〜１０で作製した金属粉末の結晶分析を、粉末Ｘ線回折法により評価した。金属粉末の磁気特性についてはＨｃメータにて保磁力（Ｏｅ）を測定することで行った。結果を表１に示す。また、冷却液流れ５０は逆円錐状であることが確認され、吸引圧力は、４０ｋＰａであった。
【００５９】
参考例１ 
枠体３８の下端３８ａに流路偏向面６２を持つ外方凸部を具備させず、Ｄ１＝Ｄ２（実施例１と同じＤ１寸法）とした以外は、実施例と同じ金属粉末製造装置を用いて、実施例１と同じようにして、金属粉末（実験番号１〜５）を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。冷却液流れ５０は、筒体３２の内周面に沿う流れとなった。
【００６０】
評価
表１の実施例と参考例を比べると、粒子径が小さくなり、磁気特性が向上している。これは実施例では、参考例に比較して、冷却液流れが、逆円錐流れとなり、滴下溶融金属２１ａの溶滴の飛行距離が短縮されたことに起因すると考えられる。
【００６１】
【表１】
2020045553.tif 000003
【符号の説明】
【００６２】
１０，１１０，２１０…  金属粉末製造装置
２０…  溶融金属供給部
２１…  溶融金属
２２…  容器
２３…  吐出口
２４…  加熱用コイル
２６…  ガス噴射ノズル
２７…  ガス噴射口
３０，１３０，２３０…  冷却部
３２…  筒体
３３…  内面（内周面）
３４…  排出部
３６…  冷却液導入部（冷却液導出部）
３７…  ノズル
３８…  枠体
３８ａ…  下端
３８ａ１…  外方凸部
３８ｂ…  流路内周面
３９…  上板部
４０…  仕切部
４２…  通路部
４４…  外側部（外側空間部）
４４ａ…  側板部
４４ｂ…  底板部
４６…  内側部（内側空間部）
５０…  冷却液流れ
５２…  冷却液吐出部
６２…  流路偏向面（第１曲率面）
６４…  第２曲率面
６６…  第３曲率面
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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