(57)【要約】【課題】遠心アトマイザにおいて生産性よく金属粉末を製造することを可能にする遠心アトマイザ用回転ディスク装置を提供する。【解決手段】遠心アトマイザ用回転ディスク装置１０Ａは、ディスク８０が固定されたロータ５０と、ロータ５０を回転駆動する駆動部６０と、ロータ５０を囲繞するステータ４０とを備える。ロータ５０およびステータ４０は、それぞれ多段に配置された複数のロータ側フィン部５２Ａおよびステータ側フィン部４２Ａを含み、これら複数のロータ側フィン部５２Ａおよび複数のステータ側フィン部４２Ａは、互いに隙間を介して交互に配置される。複数のロータ側フィン部５２Ａおよび複数のステータ側フィン部４２Ａの各々は、これらが対向する部分において、基材部と、基材部の表面を覆う被覆層とを有し、被覆層が、基材部の放射率よりも高い放射率を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
落下する溶融金属を回転した状態で受け止めることにより、受け止めた溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として径方向外側に向けて飛散させるディスクと、
前記ディスクが固定されたロータと、
前記ロータを軸線周りに回転駆動することで前記ディスクを回転させる駆動部と、
前記ロータを囲繞するステータとを備え、
前記ロータは、前記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部を含み、
前記ステータは、前記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部を含み、
前記複数のロータ側フィン部と前記複数のステータ側フィン部とは、互いに隙間を介して前記軸線と平行な方向において対向するように交互に配置され、
前記複数のロータ側フィン部および前記複数のステータ側フィン部の各々は、これらが対向する部分において、基材部と、前記基材部の表面を覆う被覆層とを有し、
前記被覆層が、前記基材部の放射率よりも高い放射率を有している、遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項２】
前記ロータ側フィン部の前記基材部の材質が、アルミニウム合金またはチタン合金であり、
前記被覆層が、セラミック層またはめっき層である、請求項１に記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置と、
前記ディスクを収容するとともに、内部の空間を減圧雰囲気に維持することができるチャンバと、
前記ディスクに対して溶融金属を落下させる溶融金属供給部とを備えた、遠心アトマイザ。
【請求項４】
前記チャンバの内部における気体の流動を調節する気体流動調節装置をさらに備え、
前記気体流動調節装置が、前記チャンバの外部から気体を導入する気体導入部と、前記チャンバの外部に向けて気体を導出する気体導出部とを有し、
前記気体導入部が、気体の導入の有無を切り替えるための切替弁を含み、
前記気体導出部が、真空ポンプを含んでいる、請求項３に記載の遠心アトマイザ。
【請求項５】
前記チャンバは、前記ディスクの径方向において当該チャンバの内部の空間を前記ディスクが収容された中央処理槽と当該中央処理槽の外側に配置された１槽以上の外側処理槽とを含む複数の処理槽に区画する１または２以上の隔壁を有し、
前記隔壁には、前記ディスクから飛散する溶融金属粒子が通過可能なスリットが設けられ、
前記気体導入部が、前記複数の処理槽のうちの最も外側に位置する処理槽に接続され、
前記気体導出部が、前記中央処理槽に接続され、
前記気体流動調節装置が、前記複数の処理槽の各々の内圧を外側に位置する処理槽から内側に位置する処理槽の順で次第に低くなるように維持することができる、請求項４に記載の遠心アトマイザ。
【請求項６】
前記気体導出部と前記気体導入部とが、前記チャンバの外部に設けられた還流路によって接続されることにより、前記気体流動調節装置が、前記チャンバ、前記気体導出部、前記還流路および前記気体導入部を含む循環経路を有している、請求項４または５に記載の遠心アトマイザ。
【請求項７】
前記循環経路を通流する気体に含まれる不純物を除去する気体浄化装置をさらに備え、
前記気体浄化装置が、前記循環経路に外部から新鮮な気体を供給するための気体供給源と、前記循環経路を通流する気体の一部を外部に排出するための付加真空ポンプとを有し、
前記気体供給源が、前記気体導入部に接続され、
前記付加真空ポンプが、前記気体導出部に接続されている、請求項６に記載の遠心アトマイザ。
【請求項８】
請求項３から７のいずれかに記載の遠心アトマイザを用いた金属粉末の製造方法であって、
減圧雰囲気に維持された前記チャンバの内部において、前記溶融金属供給部から落下する溶融金属を回転した状態にある前記ディスクによって受け止めることにより、受け止めた前記溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として前記ディスクの径方向外側に向けて飛散させる工程と、
飛散した前記溶融金属粒子を前記チャンバの内部において飛行させつつ、前記溶融金属粒子を凝固させて金属粉末を得る工程とを備え、
前記チャンバの内部の雰囲気の密度をρc、前記溶融金属粒子の速度をｕ、前記溶融金属粒子の直径をｄ、前記溶融金属粒子の表面張力をσとした場合に、Ｗｅ＝ρc×ｕ2×ｄ／σで定義されるウェーバー数Ｗｅが、前記溶融金属粒子が飛散した時点から前記溶融金属粒子が凝固する時点までに亘って、Ｗｅ≦１の条件を満たす、金属粉末の製造方法。
【請求項９】
落下する溶融金属を回転した状態で受け止めることにより、受け止めた溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として径方向外側に向けて飛散させるディスクと、
前記ディスクが固定されたロータと、
前記ロータを軸線周りに回転駆動することで前記ディスクを回転させる駆動部と、
前記ロータを囲繞するステータと、
外部に設置されたチャンバに接続するための吸気ポートと、
前記吸気ポートに連通する排気ポートと、
前記吸気ポートおよび前記排気ポートを結ぶ排気路とを備え、
前記ロータは、前記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部を含み、
前記ステータは、前記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部を含み、
前記複数のロータ側フィン部と前記複数のステータ側フィン部とは、互いに隙間を介して前記軸線と平行な方向において対向するように交互に配置され、
前記複数のロータ側フィン部および前記複数のステータ側フィン部の各々は、これらが対向する部分において、基材部と、前記基材部の表面を覆う被覆層とを有し、
前記被覆層が、前記基材部の放射率よりも高い放射率を有し、
前記排気路の少なくとも一部が、前記ロータと前記ステータとが対向する部分によって構成されている、遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項１０】
前記ロータ側フィン部の前記基材部の材質が、アルミニウム合金またはチタン合金であり、
前記被覆層が、セラミック層またはめっき層である、請求項９に記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項１１】
前記ロータと前記ステータとが対向する部分の一部にネジ溝真空ポンプが設けられることにより、前記排気路上に排気機能を有する非接触シール部が形成されている、請求項９または１０に記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項１２】
前記複数のロータ側フィン部と前記複数のステータ側フィン部とに互いに異なる向きに傾斜するタービン翼が形成されることにより、前記排気路上にターボ分子ポンプが設けられている、請求項９から１１のいずれかに記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれかに記載の遠心アトマイザ用回転ディスク装置と、
前記ディスクを収容するとともに、内部の空間を減圧雰囲気に維持することができるチャンバと、
前記ディスクに対して溶融金属を落下させる溶融金属供給部とを備えた、遠心アトマイザ。
【請求項１４】
前記チャンバの内部における気体の流動を調節する気体流動調節装置をさらに備え、
前記気体流動調節装置が、前記チャンバの外部から気体を導入する気体導入部と、前記チャンバの外部に向けて気体を導出する気体導出部とを有し、
前記気体導入部が、気体の導入の有無を切り替えるための切替弁を含み、
前記気体導出部が、前記排気路と、前記排気ポートを介して前記排気路に接続された補助真空ポンプとを含んでいる、請求項１３に記載の遠心アトマイザ。
【請求項１５】
前記チャンバは、前記ディスクの径方向において当該チャンバの内部の空間を前記ディスクが収容された中央処理槽と当該中央処理槽の外側に配置された１槽以上の外側処理槽とを含む複数の処理槽に区画する１または２以上の隔壁を有し、
前記隔壁には、前記ディスクから飛散する溶融金属粒子が通過可能なスリットが設けられ、
前記気体導入部が、前記複数の処理槽のうちの最も外側に位置する処理槽に接続され、
前記気体導出部が、前記中央処理槽に接続され、
前記気体流動調節装置が、前記複数の処理槽の各々の内圧を外側に位置する処理槽から内側に位置する処理槽の順で次第に低くなるように維持することができる、請求項１４に記載の遠心アトマイザ。
【請求項１６】
前記気体導出部と前記気体導入部とが、前記チャンバの外部に設けられた還流路によって接続されることにより、前記気体流動調節装置が、前記チャンバ、前記気体導出部、前記還流路および前記気体導入部を含む循環経路を有している、請求項１４または１５に記載の遠心アトマイザ。
【請求項１７】
前記循環経路を通流する気体に含まれる不純物を除去する気体浄化装置をさらに備え、
前記気体浄化装置が、前記循環経路に外部から新鮮な気体を供給するための気体供給源と、前記循環経路を通流する気体の一部を外部に排出するための付加真空ポンプとを有し、
前記気体供給源が、前記気体導入部に接続され、
前記付加真空ポンプが、前記気体導出部に接続されている、請求項１６に記載の遠心アトマイザ。
【請求項１８】
請求項１３から１７のいずれかに記載の遠心アトマイザを用いた金属粉末の製造方法であって、
減圧雰囲気に維持された前記チャンバの内部において、前記溶融金属供給部から落下する溶融金属を回転した状態にある前記ディスクによって受け止めることにより、受け止めた前記溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として前記ディスクの径方向外側に向けて飛散させる工程と、
飛散した前記溶融金属粒子を前記チャンバの内部において飛行させつつ、前記溶融金属粒子を凝固させて金属粉末を得る工程とを備え、
前記チャンバの内部の雰囲気の密度をρc、前記溶融金属粒子の速度をｕ、前記溶融金属粒子の直径をｄ、前記溶融金属粒子の表面張力をσとした場合に、Ｗｅ＝ρc×ｕ2×ｄ／σで定義されるウェーバー数Ｗｅが、前記溶融金属粒子が飛散した時点から前記溶融金属粒子が凝固する時点までに亘って、Ｗｅ≦１の条件を満たす、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、遠心力によって溶融金属を剪断することで金属粉末の製造を可能にする遠心アトマイザ、当該遠心アトマイザに具備される遠心アトマイザ用回転ディスク装置（以下、単に回転ディスク装置とも称する）、および、当該遠心アトマイザを用いた金属粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末の製造方法として各種のものが知られている。その一つに、高速に回転するディスクを利用した遠心アトマイズ法がある。一般に、遠心アトマイズ法は、水アトマイズ法やガスアトマイズ法といった他の金属粉末の製造方法に比べ、製造される金属粉末に含まれる不純物を少なくできるといった利点や、製造される金属粉末の真球度を比較的高くできるといった利点を有している。
【０００３】
遠心アトマイズ法は、落下する溶融金属を高速に回転した状態にあるディスクによって受け止めることにより、受け止めた溶融金属を遠心力によってディスク上において薄く引き伸ばし、さらにディスクの端部に達した溶融金属を遠心力によって剪断することにより、ディスクが収容されたチャンバの内部においてこれを微細な溶融金属粒子として飛散させ、飛散させた溶融金属粒子を当該チャンバの内部において飛行させつつ急速に冷却して凝固させるものである。
【０００４】
この遠心アトマイズ法による金属粉末の製造には、上述したチャンバおよびディスクに加え、ディスクを高速に回転させるモータ等からなる駆動部と、ディスクに溶融金属を供給する溶解炉およびノズル等からなる溶融金属供給部とを備えてなる遠心アトマイザが利用される。当該遠心アトマイザの具体的な構成が開示された文献としては、たとえば特開２０１２−１１７１１５号公報（特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遠心アトマイザにおいては、上述したディスクに溶融金属が直接接触することになるため、ディスクおよびその駆動部への入熱量が必然的に大きくなる。そのため、ディスクや駆動部が短時間のうちに破損してしまう問題がある。特に、高融点の金属材料からなる金属粉末を製造する場合には、量産に適した連続運転が行なえず、結果として生産性が極端に悪いものとなってしまう。
【０００７】
この点、上記特許文献１においては、高い耐熱衝撃性および高い断熱性（すなわち低熱伝導率）を有する窒化ホウ素からなるディスクを用いることにより、鉄（融点１５３８［℃］）、ニッケル（融点１４５５［℃］）、またはこれらの合金からなる金属粉末の製造に際し、ある程度量産に適した２０分以上の時間にわたって遠心アトマイザを連続して運転できることが記載されている。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示の遠心アトマイザを利用した場合にも、連続運転が可能な時間が大幅に制約されてしまうこと自体には変わりはなく、さらなる生産性の向上を図るために、より長時間の連続運転が実現可能な遠心アトマイザが求められている。
【０００９】
また、たとえばチタン（融点１６６８［℃］）に代表されるような鉄やニッケルよりもさらに高融点の金属材料からなる金属粉末を製造する場合には、上記特許文献１に開示の遠心アトマイザを用いたとしても、駆動部への入熱量がさらに増大することになるため、これに伴って非常に短時間のうちに駆動部に破損が発生してしまうおそれがある。したがって、この場合にもやはり量産に適した連続運転は行なえず、結果として生産性が極端に悪いものとなってしまう。
【００１０】
さらには、上述したように、遠心アトマイズ法を利用した場合には、水アトマイズ法やガスアトマイズ法等を利用した場合に比べ、比較的高い真球度の金属粉末を得ることができるものの、金属粉末の用途によっては、その真球度は未だ十分とは言えない問題もある。たとえば金属粉末を利用して金属造形物を製造する積層造形技術分野においては、さらに高い真球度の微細な金属粉末の提供が求められている。
【００１１】
したがって、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、生産性よく金属粉末を製造することができる遠心アトマイザおよびこれに具備される遠心アトマイザ用回転ディスク装置を実現することにあり、また、本発明の他の目的は、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することができる金属粉末の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置は、落下する溶融金属を回転した状態で受け止めることにより、受け止めた溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として径方向外側に向けて飛散させるディスクと、上記ディスクが固定されたロータと、上記ロータを軸線周りに回転駆動することで上記ディスクを回転させる駆動部と、上記ロータを囲繞するステータとを備えている。上記ロータは、上記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部を含んでおり、上記ステータは、上記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部を含んでいる。上記複数のロータ側フィン部と上記複数のステータ側フィン部とは、互いに隙間を介して上記軸線と平行な方向において対向するように交互に配置されている。上記複数のロータ側フィン部および上記複数のステータ側フィン部の各々は、これらが対向する部分において、基材部と、上記基材部の表面を覆う被覆層とを有しており、上記被覆層は、上記基材部の放射率よりも高い放射率を有している。
【００１３】
上記本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置にあっては、上記ロータ側フィン部の上記基材部の材質が、アルミニウム合金またはチタン合金であることが好ましく、また、上記被覆層が、セラミック層またはめっき層であることが好ましい。
【００１４】
本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザは、上述した本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置と、上記ディスクを収容するとともに、内部の空間を減圧雰囲気に維持することができるチャンバと、上記ディスクに対して溶融金属を落下させる溶融金属供給部とを備えている。
【００１５】
上記本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザは、上記チャンバの内部における気体の流動を調節する気体流動調節装置をさらに備えていてもよい。その場合には、上記気体流動調節装置が、上記チャンバの外部から気体を導入する気体導入部と、上記チャンバの外部に向けて気体を導出する気体導出部とを有していることが好ましい。また、その場合には、上記気体導入部が、気体の導入の有無を切り替えるための切替弁を含んでいるとともに、上記気体導出部が、真空ポンプを含んでいることが好ましい。
【００１６】
上記本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザにあっては、上記チャンバが、上記ディスクの径方向において当該チャンバの内部の空間を上記ディスクが収容された中央処理槽と当該中央処理槽の外側に配置された１槽以上の外側処理槽とを含む複数の処理槽に区画する１または２以上の隔壁を有していてもよく、その場合には、上記隔壁に、上記ディスクから飛散する溶融金属粒子が通過可能なスリットが設けられる。また、その場合には、上記気体導入部が、上記複数の処理槽のうちの最も外側に位置する処理槽に接続されているとともに、上記気体導出部が、上記中央処理槽に接続されていることが好ましい。さらに、その場合には、上記気体流動調節装置が、上記複数の処理槽の各々の内圧を外側に位置する処理槽から内側に位置する処理槽の順で次第に低くなるように維持することができることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザにあっては、上記気体導出部と上記気体導入部とが、上記チャンバの外部に設けられた還流路によって接続されることにより、上記気体流動調節装置が、上記チャンバ、上記気体導出部、上記還流路および上記気体導入部を含む循環経路を有していてもよい。
【００１８】
上記本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザは、上記循環経路を通流する気体に含まれる不純物を除去する気体浄化装置をさらに備えていてもよい。その場合には、上記気体浄化装置が、上記循環経路に外部から新鮮な気体を供給するための気体供給源と、上記循環経路を通流する気体の一部を外部に排出するための付加真空ポンプとを有していることが好ましい。また、その場合には、上記気体供給源が、上記気体導入部に接続されているとともに、上記付加真空ポンプが、上記気体導出部に接続されていることが好ましい。
【００１９】
本発明の第１の局面に基づく金属粉末の製造方法は、上述した本発明の第１の局面に基づく遠心アトマイザを用いて金属粉末を製造するための方法であって、減圧雰囲気に維持された上記チャンバの内部において、上記溶融金属供給部から落下する溶融金属を回転した状態にある上記ディスクによって受け止めることにより、受け止めた上記溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として上記ディスクの径方向外側に向けて飛散させる工程と、飛散した上記溶融金属粒子を上記チャンバの内部において飛行させつつ、上記溶融金属粒子を凝固させて金属粉末を得る工程とを備えている。上記本発明の第１の局面に基づく金属粉末の製造方法にあっては、上記チャンバの内部の雰囲気の密度をρc、上記溶融金属粒子の速度をｕ、上記溶融金属粒子の直径をｄ、上記溶融金属粒子の表面張力をσとした場合に、Ｗｅ＝ρc×ｕ2×ｄ／σで定義されるウェーバー数Ｗｅが、上記溶融金属粒子が飛散した時点から上記溶融金属粒子が凝固する時点までに亘って、Ｗｅ≦１の条件を満たしている。
【００２０】
本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置は、落下する溶融金属を回転した状態で受け止めることにより、受け止めた溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として径方向外側に向けて飛散させるディスクと、上記ディスクが固定されたロータと、上記ロータを軸線周りに回転駆動することで上記ディスクを回転させる駆動部と、上記ロータを囲繞するステータと、外部に設置されたチャンバに接続するための吸気ポートと、上記吸気ポートに連通する排気ポートと、上記吸気ポートおよび上記排気ポートを結ぶ排気路とを備えている。上記ロータは、上記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部を含んでおり、上記ステータは、上記軸線と平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部を含んでいる。上記複数のロータ側フィン部と上記複数のステータ側フィン部とは、互いに隙間を介して上記軸線と平行な方向において対向するように交互に配置されている。上記複数のロータ側フィン部および上記複数のステータ側フィン部の各々は、これらが対向する部分において、基材部と、上記基材部の表面を覆う被覆層とを有しており、上記被覆層は、上記基材部の放射率よりも高い放射率を有している。上記排気路の少なくとも一部は、上記ロータと上記ステータとが対向する部分によって構成されている。
【００２１】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置にあっては、上記ロータ側フィン部の上記基材部の材質が、アルミニウム合金またはチタン合金であることが好ましく、また、上記被覆層が、セラミック層またはめっき層であることが好ましい。
【００２２】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置にあっては、上記ロータと上記ステータとが対向する部分の一部にネジ溝真空ポンプが設けられることにより、上記排気路上に排気機能を有する非接触シール部が形成されていてもよい。
【００２３】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置にあっては、上記複数のロータ側フィン部と上記複数のステータ側フィン部とに互いに異なる向きに傾斜するタービン翼が形成されることにより、上記排気路上にターボ分子ポンプが設けられていてもよい。
【００２４】
本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザは、上述した本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザ用回転ディスク装置と、上記ディスクを収容するとともに、内部の空間を減圧雰囲気に維持することができるチャンバと、上記ディスクに対して溶融金属を落下させる溶融金属供給部とを備えている。
【００２５】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザは、上記チャンバの内部における気体の流動を調節する気体流動調節装置をさらに備えていてもよい。その場合には、上記気体流動調節装置が、上記チャンバの外部から気体を導入する気体導入部と、上記チャンバの外部に向けて気体を導出する気体導出部とを有していることが好ましい。また、その場合には、上記気体導入部が、気体の導入の有無を切り替えるための切替弁を含んでいるとともに、上記気体導出部が、上記排気路と、上記排気ポートを介して上記排気路に接続された補助真空ポンプとを含んでいることが好ましい。
【００２６】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザにあっては、上記チャンバが、上記ディスクの径方向において当該チャンバの内部の空間を上記ディスクが収容された中央処理槽と当該中央処理槽の外側に配置された１槽以上の外側処理槽とを含む複数の処理槽に区画する１または２以上の隔壁を有していてもよく、その場合には、上記隔壁に、上記ディスクから飛散する溶融金属粒子が通過可能なスリットが設けられる。また、その場合には、上記気体導入部が、上記複数の処理槽のうちの最も外側に位置する処理槽に接続されているとともに、上記気体導出部が、上記中央処理槽に接続されていることが好ましい。さらに、その場合には、上記気体流動調節装置が、上記複数の処理槽の各々の内圧を外側に位置する処理槽から内側に位置する処理槽の順で次第に低くなるように維持することができることが好ましい。
【００２７】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザにあっては、上記気体導出部と上記気体導入部とが、上記チャンバの外部に設けられた還流路によって接続されることにより、上記気体流動調節装置が、上記チャンバ、上記気体導出部、上記還流路および上記気体導入部を含む循環経路を有していてもよい。
【００２８】
上記本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザは、上記循環経路を通流する気体に含まれる不純物を除去する気体浄化装置をさらに備えていてもよい。その場合には、上記気体浄化装置が、上記循環経路に外部から新鮮な気体を供給するための気体供給源と、上記循環経路を通流する気体の一部を外部に排出するための付加真空ポンプとを有していることが好ましい。また、その場合には、上記気体供給源が、上記気体導入部に接続されているとともに、上記付加真空ポンプが、上記気体導出部に接続されていることが好ましい。
【００２９】
本発明の第２の局面に基づく金属粉末の製造方法は、上述した本発明の第２の局面に基づく遠心アトマイザを用いて金属粉末を製造するための方法であって、減圧雰囲気に維持された上記チャンバの内部において、上記溶融金属供給部から落下する溶融金属を回転した状態にある上記ディスクによって受け止めることにより、受け止めた上記溶融金属を遠心力によって剪断して溶融金属粒子として上記ディスクの径方向外側に向けて飛散させる工程と、飛散した上記溶融金属粒子を上記チャンバの内部において飛行させつつ、上記溶融金属粒子を凝固させて金属粉末を得る工程とを備えている。上記本発明の第２の局面に基づく金属粉末の製造方法にあっては、上記チャンバの内部の雰囲気の密度をρc、上記溶融金属粒子の速度をｕ、上記溶融金属粒子の直径をｄ、上記溶融金属粒子の表面張力をσとした場合に、Ｗｅ＝ρc×ｕ2×ｄ／σで定義されるウェーバー数Ｗｅが、上記溶融金属粒子が飛散した時点から上記溶融金属粒子が凝固する時点までに亘って、Ｗｅ≦１の条件を満たしている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、生産性よく金属粉末を製造することができる遠心アトマイザおよびこれに具備される遠心アトマイザ用回転ディスク装置を実現することができ、また、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することができる金属粉末の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る遠心アトマイザの概略図である。
【図２】図１に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図である。
【図３】図２中に示す領域ＩＩＩの拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る遠心アトマイザの概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る遠心アトマイザの概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る遠心アトマイザの概略図である。
【図７】図６に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る遠心アトマイザの概略図である。
【図９】図８に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図である。
【図１０】図９に示す回転ディスク装置の静翼および動翼の拡大部分断面図である。
【図１１】比較例に係る回転ディスク装置の模式断面図である。
【図１２】第１検証シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１３】第２検証シミュレーションにおける検証例１の結果を示すグラフである。
【図１４】第２検証シミュレーションにおける検証例２の結果を示すグラフである。
【図１５】第２検証シミュレーションにおける検証例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る遠心アトマイザの概略図である。まず、この図１を参照して、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ａの構成について説明する。
【００３４】
図１に示すように、遠心アトマイザ１Ａは、チャンバ２と、溶融金属供給部としての溶解炉３およびノズル３ａと、気体導入部としての不活性ガス導入部４と、気体導出部としての排気部５と、回転ディスク装置１０Ａとを主として備えている。
【００３５】
チャンバ２は、円筒状の周壁部２ａと、周壁部２ａの上端を閉塞する天板部２ｂと、周壁部２ａの下端を閉塞する底板部２ｃとを有する真空容器からなる。本実施の形態においては、チャンバ２は、１槽の処理槽にて構成されている。底板部２ｃの周縁部は、漏斗状の形状を有しており、その中央部には、ブロック状の台座２ｄが設置されている。台座２ｄは、回転ディスク装置１０Ａを支持するための部位であり、ノズル３ａの下方に配置されている。また、台座２ｄに隣接する部分の底板部２ｃには、遠心アトマイザ１Ａにて製造された金属粉末を回収するための回収部２ｅが設けられている。
【００３６】
溶解炉３は、原料としての金属塊を溶融させることで溶融金属１００を生成するものであり、当該溶解炉３の下方に設けられたノズル３ａを介して、生成した溶融金属１００をチャンバ２の内部に導入する。ノズル３ａの下端は、チャンバ２の内部に配置されており、ノズル３ａからは、溶融金属１００が鉛直下方に向けて連続的に落下させられる。
【００３７】
台座２ｄ上に設置された回転ディスク装置１０Ａは、その上部にディスク８０を有している。ディスク８０は、上述したノズル３ａの下方に配置されており、これによりノズル３ａから落下した溶融金属１００は、ディスク８０によって受け止められる。ここで、ディスク８０は、回転ディスク装置１０Ａに設けられた後述する駆動部６０（図２参照）によって高速に回転駆動される。
【００３８】
チャンバ２には、不活性ガス導入部４が接続されている。不活性ガス導入部４は、たとえばアルゴンやヘリウム等といった不活性ガスをチャンバ２の内部に導入するためのものであり、不活性ガス供給源４ａと、切替弁４ｂとを有している。不活性ガス供給源４ａとチャンバ２とは、配管によって接続されており、切替弁４ｂは、当該配管上に設けられている。切替弁４ｂは、たとえば流量調整弁によって構成されており、開閉操作されることによってチャンバ２の内部への不活性ガスの導入の有無が切り替えられるとともに、その開度が調節されることで導入される不活性ガスの流量が調整される。
【００３９】
また、チャンバ２には、排気部５が接続されている。排気部５は、チャンバ２の内部の気体を外部に導出するためのものであり、真空ポンプ５ａと、切替弁５ｂとを有している。ここで、真空ポンプ５ａは、大気圧環境下から低真空状態または中真空状態（おおよそ１０-1［Ｐａ］以上１０4［Ｐａ］程度）を作り出すことができるものである。真空ポンプ５ａとチャンバ２とは、配管によって接続されており、切替弁５ｂは、当該配管上に設けられている。切替弁５ｂは、たとえば流量調整弁によって構成されており、開閉操作されることによってチャンバ２の内部からの気体の導出の有無が切り替えられるとともに、その開度が調節されることで導出される気体の流量が調整される。なお、本実施の形態においては、排気部５は、台座２ｄに設けられた排気通路２ｄ１を介してチャンバ２の内部の空間に接続されている。
【００４０】
これら気体導入部としての不活性ガス導入部４と気体導出部としての排気部５とは、チャンバ２の内部における気体の流動を調節する気体流動調節装置に該当する。すなわち、後述する金属粉末の製造時において、当該気体流動調節装置によってチャンバ２の内部へ導入される不活性ガスの量とチャンバ２の内部から導出される気体の量とが調節されることにより、チャンバ２の内圧Ｐが、金属粉末の製造に適した減圧雰囲気に維持できることになる。ここで、本実施の形態における遠心アトマイザ１Ａにおいては、金属粉末の製造時におけるチャンバ２の内圧Ｐが、好適には低真空状態または中真空状態（おおよそ１０-1［Ｐａ］以上１０4［Ｐａ］程度）に維持される。
【００４１】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係る金属粉末の製造方法について説明する。本実施の形態に係る金属粉末の製造方法は、上述した図１に示す遠心アトマイザ１Ａを用いることで行なわれる。
【００４２】
図１を参照して、金属粉末を製造するに際しては、まず、排気部５によってチャンバ２の内部の気体の導出（すなわち真空引き）が行なわれ、その後、不活性ガス導入部４を用いてチャンバ２の内部に不活性ガスが導入される。これにより、チャンバ２の内部の空間が不活性ガス雰囲気に置換されるとともに、チャンバ２の内圧Ｐが所定の減圧状態に維持されることになる。なお、この後に実施される金属粉末の製造時においては、チャンバ２に対する不活性ガスの導入および導出が維持された状態とされてもよいし、チャンバ２の内部の空間が封じ切りの状態（すなわち、切替弁４ｂ，５ｂがいずれも閉状態とされた状態）とされてもよい。
【００４３】
次に、回転ディスク装置１０Ａのディスク８０が高速で回転された状態としつつ、溶解炉３にて生成された溶融金属１００がノズル３ａを介してディスク８０の上面に向けて落下させられる。
【００４４】
これにより、ノズル３ａから落下した溶融金属１００は、高速に回転した状態にあるディスク８０によって受け止められることになり、受け止められた溶融金属１００は、遠心力によってディスク８０上において薄く引き伸ばされる。薄く引き伸ばされることでディスク８０の端部に達した溶融金属１００には、遠心力によってさらに剪断が生じることになり、これによってディスク８０上の溶融金属１００から離脱することで微細な溶融金属粒子１０１としてディスク８０の端部から飛散する。
【００４５】
その際、溶融金属粒子１０１は、ディスク８０の端部上の位置からディスク８０の径方向外側（すなわち図中に示す矢印ＡＲ１方向）に向けて飛散することになり、これによってチャンバ２の内部の空間をチャンバ２の周壁部２ａに向けて飛行することになる。その際、溶融金属粒子１０１が有する熱は、放射と気体伝熱とによって溶融金属粒子１０１から奪われ、これによって溶融金属粒子１０１は、その飛行中において凝固する。
【００４６】
溶融金属粒子１０１が凝固することで製造された金属粉末は、その後、チャンバ２の周壁部２ａに衝突し、チャンバ２の底板部２ｃの傾斜形状の周縁部を伝って図中に示す矢印ＡＲ２方向に向けて転がり落ち、チャンバ２の下端中央部近傍に設けられた回収部２ｅに集められる。集められた金属粉末は、当該回収部２ｅを介してチャンバ２の外部へと搬出される。
【００４７】
なお、上述したノズル３ａを介した溶融金属１００のディスク８０に向けての落下は、基本的に停止することなく所定時間にわたって連続して行なわれ、この溶融金属１００の落下が継続されて実施される限りにおいて、連続的に金属粉末が製造されることになる。
【００４８】
ここで、本実施の形態に係る金属粉末の製造方法においては、微細でより高い真球度の金属粉末を得ることを目的に、溶融金属粒子１０１の飛行中において、溶融金属粒子１０１の形状がより真球に近い形状に維持される製造条件に設定される。以下、その製造条件について、製造する金属粉末がチタン粉末である場合を例示して詳説する。
【００４９】
遠心アトマイザにおいて、飛行する溶融金属粒子には、所定の粒径分布が発生することになるが、その中央値ｄ［ｍ］は、ディスクの回転速度Ｎ［ｒｐｓ］、ディスクの直径Ｄ［ｍ］、溶融金属粒子の密度ρd［ｋｇ／ｍ3］、溶融金属粒子の表面張力σ［Ｎ／ｍ］を用いて、おおよそ以下の式（１）で求められる。なお、溶融金属粒子がチタンである場合には、ρdは、４１１０［ｋｇ／ｍ3］であり、σは、１．５５［Ｎ／ｍ］である。
【００５０】
【数１】
2019108581.tif 000003
【００５１】
ここで、ディスクを回転駆動する駆動部として、機械式駆動装置（すなわち、駆動軸が玉軸受によって軸支された駆動装置）を想定した場合、ディスクからの熱の流入によっても破損なくディスクを回転駆動する必要があることを考慮すれば、その回転速度Ｎは、おおよそ１０００［ｒｐｓ］以下に設定することが必要になるため、十分に微細な金属粉末（ここでは、直径が０．０５［ｍｍ］以下）を当該１０００［ｒｐｓ］以下の回転速度で製造するためには、上記式（１）より、ディスクの直径Ｄをおおよそ９０［ｍｍ］以上とすれば足りることになる。
【００５２】
一方、溶融金属粒子は、その飛行中において雰囲気からの抗力を受け、その形状に真球からの変形が発生する（換言すれば、完全な真空中を溶融金属粒子が飛行する場合には、雰囲気からの抗力を受けないため、その表面張力によって完全な真球となる）。この変形は、無次元数であるウェーバー数Ｗｅおよびオーネゾルゲ数Ｏｈに依存する。
【００５３】
ウェーバー数Ｗｅは、雰囲気の密度をρc［ｋｇ／ｍ3］、溶融金属粒子の速度ｕ［ｍ／ｓ］、溶融金属粒子の直径ｄ［ｍ］、溶融金属粒子の表面張力σ［Ｎ／ｍ］を用いて、以下の式（２）で求められる。なお、ウェーバー数Ｗｅは、慣性力と表面張力とを関連付ける無次元数である。
【００５４】
【数２】
2019108581.tif 000004
【００５５】
また、オーネゾルゲ数Ｏｈは、溶融金属粒子の粘性係数μd［Ｐａ・ｓ］、溶融金属粒子の密度ρd［ｋｇ／ｍ3］、溶融金属粒子の直径ｄ［ｍ］、溶融金属粒子の表面張力σ［Ｎ／ｍ］を用いて、以下の式（３）で求められる。なお、オーネゾルゲ数Ｏｈは、粘性力と慣性力および表面張力とを関連付ける無次元数である。
【００５６】
【数３】
2019108581.tif 000005
【００５７】
ここで、一般に、オーネゾルゲ数Ｏｈが０．１以下である場合には、溶融金属粒子の変形は、主としてウェーバー数Ｗｅに依存することが知られている（たとえば、"Drop deformation and breakup due to shock wave and steady disturbances", L.P.Hsiang and G.M.Feath, International Journal of Multiphase Flow, vol.21, No.4, 1995, pp.545-560参照）。
【００５８】
上述したウェーバー数Ｗｅおよびオーネゾルゲ数Ｏｈを決定する因子のうち、溶融金属粒子の表面張力σ、溶融金属粒子の粘性係数μd、および、溶融金属粒子の密度ρdは、いずれも一意に決まるものであるため、金属粉末の製造に際して遠心アトマイザにおいて直接的に調節が可能となる因子は、これらを除いた雰囲気の密度ρcと、溶融金属粒子の速度ｕと、溶融金属粒子の直径ｄとである。これら因子は、いずれも主としてチャンバの内圧Ｐ、ディスクの直径Ｄおよび回転速度Ｎによって決まる。
【００５９】
そのため、上述したように、遠心アトマイザにおいて十分に微細なチタン粉末を製造するためには、たとえば、ディスクの直径を９０［ｍｍ］とするとともに、ディスクの回転速度を１０００［ｒｐｓ］とすることが必要であるため、このような条件のもとに、仮にチャンバの内圧Ｐが大気圧以下とされたアルゴン雰囲気にて充填されている場合を仮定すると、オーネゾルゲ数Ｏｈは、当該内圧Ｐの値に依らず、０．１以下の値をとることになる。したがって、溶融金属粒子の変形の程度は、実質的にウェーバー数Ｗｅによって決まることになる。
【００６０】
ここで、溶融金属粒子の変形率を１０％以下に抑制するためには、ウェーバー数Ｗｅがおおよそ１以下であることが必要であり、溶融金属粒子の変形率を５％以下に抑制するためには、ウェーバー数Ｗｅがおおよそ０．６以下であることが必要である（上記"Drop deformation and breakup due to shock wave and steady disturbances"参照）。そのため、たとえば十分に微細でかつ高い真球度を有するチタン粉末を製造するためには、ウェーバー数Ｗｅを１以下、より好ましくは０．６以下とすればよい。
【００６１】
以上に基づき、本実施の形態における金属粉末の製造方法においては、チャンバ２の内部の雰囲気の密度をρc、溶融金属粒子１０１の速度をｕ、溶融金属粒子１０１の直径をｄ、溶融金属粒子１０１の表面張力をσとした場合に、上記式（２）で定義されるウェーバー数Ｗｅが、溶融金属粒子１０１が飛散した時点から溶融金属粒子１０１が凝固する時点までに亘って、Ｗｅ≦１の条件を満たすように設定される。
【００６２】
このような製造条件を満たして金属粉末を製造することにより、溶融金属粒子１０１の飛行中において、溶融金属粒子１０１の形状がより真球に近い形状に維持されることになるため、結果として製造される金属粉末の真球度が十分に高いものとなる。
【００６３】
一方、量産に十分に適した長時間にわたって遠心アトマイザを連続的に運転するためには、溶融金属と直接接触するディスクを介して溶融金属の熱が入熱される駆動部が、その入熱によっても破損しないことが必要であり、換言すればディスクと駆動部との間における放熱を効率的に行なうことが必須となる。この点、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ａにおいては、以下の構成を具備することにより、金属粉末の製造が量産に十分に適した長時間にわたって連続的に行なえるように構成されている。
【００６４】
図２は、図１に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図であり、図３は、図２中に示す領域ＩＩＩの拡大断面図である。以下、この図２および図３を参照して、本実施の形態に係る回転ディスク装置１０Ａの構成について詳説する。
【００６５】
図２に示すように、回転ディスク装置１０Ａは、ベース２０と、支持枠３０と、ステータ４０と、ロータ５０と、駆動部６０と、ディスク８０とを主として備えている。回転ディスク装置１０Ａの外殻は、ベース２０、支持枠３０およびステータ４０によって構成されており、これらによって囲まれた内部空間に、ロータ５０および駆動部６０等が収容されている。
【００６６】
ベース２０は、略円盤状の形状を有しており、その上面に支持枠３０および駆動部６０が載置されている。より詳細には、ベース２０の上面の中央部には凹部が設けられており、当該凹部にその一部が収容されるように駆動部６０が配置されている。また、ベース２０の上面の周縁部には、駆動部６０を取り囲むように支持枠３０が配置されている。
【００６７】
駆動部６０は、収納部６１と、回転軸６２と、玉軸受６３と、モータ６５とを含んでおり、ロータ５０を高速に回転させるものである。回転軸６２は、その下端側の部分が収納部６１の内部に位置しており、その上端側の部分が当該収納部６１の外部に位置している。回転軸６２の収納部６１の内部に位置する部分には、玉軸受６３およびモータ６５が組付けられており、回転軸６２の収納部６１の外部に位置する部分には、ロータ５０が固定されている。
【００６８】
モータ６５は、ロータ５０が固定された回転軸６２を回転駆動するものであり、玉軸受６３は、回転軸６２を回転可能に支承するものである。このうちモータ６５が駆動することにより、回転軸６２が回転することでロータ５０が回転軸６２の軸線ＡＸ周りに高速で回転することになる。なお、回転軸６２を回転可能に支承する手段としては、上述した玉軸受６３に代えて磁気軸受を用いてもよい。
【００６９】
ロータ５０は、その下端の中央部が駆動部６０の回転軸６２に固定されている。ロータ５０は、ステータ４０によって囲繞されており、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部５２Ａを有している。複数のロータ側フィン部５２Ａは、ロータ５０の軸部から径方向外側に向けて突出して位置している。また、ロータ５０の軸部の上端位置には、ディスク取付座５０ａが設けられている。当該ディスク取付座５０ａには、アダプタ５３を介してディスク８０が良好な伝熱状態（たとえば部材同士が密着した状態等）で固定されている。
【００７０】
ディスク８０は、高い耐熱衝撃性を有する円盤状の部材にて構成されており、その上面が平面状に構成されるとともに、その下面に軸部を有している。当該軸部は、アダプタ５３によって保持される部分である。ここで、ディスク８０の材質としては、たとえば窒化ホウ素、窒化珪素、チタン酸アルミニウム、サイアロン、カーボン等が挙げられる。
【００７１】
ステータ４０は、略円筒状の形状を有しており、支持枠３０上に配置されることでロータ５０を囲繞するように位置している。ステータ４０は、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部４２Ａを有している。複数のステータ側フィン部４２Ａは、ステータ４０の筒状部の内周面からそれぞれ径方向内側に向けて突出して位置している。
【００７２】
ここで、ロータ５０に設けられた複数のロータ側フィン部５２Ａと、ステータ４０に設けられた複数のステータ側フィン部４２Ａとは、互いに隙間を介して回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において対向するように交互に配置されている。これにより、複数のロータ側フィン部５２Ａと複数のステータ側フィン部４２Ａとは、互いに所定のクリアランスをもって配置されることになり、ロータ５０とステータ４０とが、互いに噛み合う櫛歯構造を有することになる。
【００７３】
ステータ４０の外周面上には、液冷式冷却部としての冷却管４３およびこれを覆うジャケット４４が組付けられている。当該液冷式冷却部は、冷却管４３中に冷却液を通流させることにより、当該冷却液によってステータ４０が有する熱を外部に向けて放熱するためのものである。
【００７４】
ここで、図３に示すように、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ａにおいては、ロータ５０に設けられた複数のロータ側フィン部５２Ａが、金属製の基材部５２ａと、当該基材部５２ａの表面を覆うように形成された被覆層５２ｂとを有しているとともに、ステータ４０に設けられた複数のステータ側フィン部４２Ａが、金属製の基材部４２ａと、当該基材部４２ａの表面を覆うように形成された被覆層４２ｂとを有している。
【００７５】
これにより、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ａにおいては、複数のロータ側フィン部５２Ａおよび複数のステータ側フィン部４２Ａが対向する部分において、これら複数のロータ側フィン部５２Ａおよび複数のステータ側フィン部４２Ａの表面に設けられた被覆層４２ｂ，５２ｂ同士が隙間を介して対面して位置することになる。これら被覆層４２ｂ，５２ｂは、金属製の基材部４２ａ，５２ａに比較して高い放射率を有しており、ロータ５０からステータ４０への放射による熱の移動を促進させるものである。
【００７６】
一般に、熱の移動は、熱伝導と、対流熱伝達と、放射とに分類される。熱伝導および対流熱伝達は、媒質の分子や自由電子の衝突による運動量変換によるエネルギー伝達であるのに対し、放射は、物質表面から放出される電磁波によるエネルギー伝達である点において熱伝導および対流熱伝達と区別される。
【００７７】
たとえば、上述した基材部４２ａ，５２ａをアルミニウム合金製とし、上述した被覆層４２ｂ，５２ｂをアルマイト層（たとえば黒色アルマイト層等）とした場合には、被覆層４２ｂ，５２ｂの放射率を基材部４２ａ，５２ａよりも高い放射率とすることができる。その場合、たとえば、アルミニウム合金表面（切削面）の温度が１２０［℃］である場合の当該表面における放射率（全放射率）は、概ね０．１以下であるのに対し、黒色アルマイト層表面の温度が１２０［℃］である場合の当該表面の放射率（全放射率）は、概ね０．７以上となる。そのため、ロータ側フィン部５２Ａおよびステータ側フィン部４２Ａを金属素地のままとするよりも、より放射率の高い材料にて被覆することにより、放射による放熱性能を大幅に高めることができる。
【００７８】
この種の放射率の高い被覆層４２ｂ，５２ｂを基材部４２ａ，５２ａ上に形成する方法としては、種々の方法が考えられる。たとえば、基材部４２ａ，５２ａをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した場合には、アルマイト処理を適用することが可能である。ここで、アルマイト処理とは、陽極酸化処理と呼ばれる表面処理の一種で、表面処理を行なう部材（ここでは、基材部４２ａ，５２ａ）を陽極とし、鉛等を陰極として電解質溶液中に浸漬して直流電解する処理のことである。当該処理により、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された基材部４２ａ，５２ａの表面には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる酸化被膜が形成されることになり、当該酸化被膜が上述した被覆層４２ｂ，５２ｂとなる。なお、アルミナからなる酸化被膜に含まれる多孔質層中にたとえばニッケル等を電気化学的に析出させることにより、被覆層を黒色とすることができ、このアルマイト処理のことを特に黒色アルマイト処理と言う。
【００７９】
また、この他にも、基材部４２ａ，５２ａの表面にセラミックス層（たとえばＳｉＯ2系のセラミックコーティング層）を形成することにより、当該セラミック層にて上述した被覆層４２ｂ，５２ｂを構成することも可能である。また、基材部４２ａ，５２ａの表面に黒色の無電解ニッケルめっき層を形成することにより、当該無電解ニッケルめっき層にて上述した被覆層４２ｂ，５２ｂを構成することも可能である。さらには、基材部４２ａ，５２ａの表面にセラミック複合めっき層を形成したり、カーボンやニッケルクロム鋼等の被膜を形成したりすることにより、これらの層または被膜にて上述した被覆層４２ｂ，５２ｂを構成することも可能である。
【００８０】
以上において説明した回転ディスク装置１０Ａとすることにより、ディスク８０に溶融金属１００が直接接触することでディスク８０に移動した熱が、熱伝導によってロータ５０のロータ側フィン部５２Ａに伝熱され、その後、放射によってロータ側フィン部５２Ａからステータ側フィン部４２Ａに伝熱され、さらにその後、当該ステータ側フィン部４２Ａに伝熱された熱が、ステータ４０に組付けられた冷却管４３中を通流する冷却液に伝熱されて外部に放熱されることになる。
【００８１】
このように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ａおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ａとすることにより、溶融金属１００からディスク８０に移動した熱をロータ５０およびステータ４０を介して外部に効率的に放熱することが可能になるとともに、当該熱が駆動部６０に伝熱されてしまうことが抑制可能になる。そのため、駆動部６０が入熱によって破損してしまうことが防止できることになり、量産に十分に適した長時間にわたって遠心アトマイザ１Ａを連続的に運転することが可能になる。
【００８２】
ここで、本実施の形態においては、回転軸６２の軸線と平行な方向においてロータ側フィン部５２Ａおよびステータ側フィン部４２Ａが交互に多段に積層されており、上述した被覆層４２ｂ，５２ｂは、これら複数のロータ側フィン部５２Ａおよびステータ側フィン部４２Ａの表面の全域に設けられている。
【００８３】
これにより、ロータ側フィン部５２Ａとステータ側フィン部４２Ａとが対向する領域の面積を大幅に増加させることができるため、ロータ側フィン部５２Ａからステータ側フィン部４２Ａに放射により伝熱される熱量を大幅に増加させることが可能になり、より効率的にロータ側フィン部５２Ａが有する熱をステータ側フィン部４２Ａに伝熱することができる。そのため、このように構成すれば、ロータ５０に取付けられたディスク８０からロータ５０を介して駆動部６０に伝わる熱をより効果的に減少させることができる。
【００８４】
以上において説明したように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ａおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ａを用いることにより、生産性よく金属粉末を製造することが可能になる。また、上述した本実施の形態に係る金属粉末の製造方法を採用することにより、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが可能になる。
【００８５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る遠心アトマイザの概略図である。以下、この図４を参照して、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｂについて説明する。
【００８６】
図４に示すように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｂは、上述した実施の形態１に係る遠心アトマイザ１Ａと比較した場合に、不活性ガス導入部４および排気部５を含む気体流動調節装置の構成が異なっているとともに、気体浄化装置をさらに備えている点において、その構成が相違している。
【００８７】
具体的には、遠心アトマイザ１Ｂにおいては、不活性ガス導入部４がチャンバ２に接続されているとともに、排気部５がチャンバ２に接続されており、さらにこれら排気部５と不活性ガス導入部４とが、チャンバ２の外部に設けられた還流路６によって接続されている。これにより、遠心アトマイザ１Ｂにおいては、チャンバ２、排気部５、還流路６、不活性ガス導入部４からなる循環経路が構築されることになる。
【００８８】
不活性ガス導入部４は、還流路６を経由することで還流された気体をチャンバ２の内部に導入するためのものであり、上述した切替弁４ｂを有している。排気部５は、チャンバ２の内部の気体を還流路６に向けて導出するためのものであり、上述した真空ポンプ５ａおよび切替弁５ｂを有している。真空ポンプ５ａは、気体循環に用いられるものであり、たとえばルーツ圧縮機等にて構成される。
【００８９】
これにより、金属粉末の製造時において、真空ポンプ５ａによってチャンバ２から排気部５へと導出された気体は、還流路６を経由して不活性ガス導入部４へと還流されることになり、再び不活性ガス導入部４を介してチャンバ２の内部へ導入されることになる。
【００９０】
不活性ガス導入部４には、不活性ガス供給部７が接続されている。不活性ガス供給部７は、たとえばアルゴンやヘリウム等といった新鮮な不活性ガスを循環経路に供給するためのものであり、気体供給源としての不活性ガス供給源７ａと、切替弁７ｂとを有している。不活性ガス供給源７ａと不活性ガス導入部４とは、配管によって接続されており、切替弁７ｂは、当該配管上に設けられている。切替弁７ｂは、たとえば流量調整弁によって構成されており、開閉操作されることによって循環経路への新鮮な不活性ガスの供給の有無が切り替えられるとともに、その開度が調節されることで供給される新鮮な不活性ガスの流量が調整される。
【００９１】
また、排気部５には、気体排出部８が接続されている。気体排出部８は、循環経路を通流する気体の一部を外部に排出するためのものであり、付加真空ポンプ８ａと、切替弁８ｂとを有している。付加真空ポンプ８ａと排気部５とは、配管によって接続されており、切替弁８ｂは、当該配管上に設けられている。切替弁８ｂは、たとえば流量調整弁によって構成されており、開閉操作されることによって循環経路からの気体の排出の有無が切り替えられるとともに、その開度が調節されることで排出される気体の流量が調整される。
【００９２】
これら不活性ガス供給部７と気体排出部８とは、循環経路を通流する気体に含まれる不純物を除去する気体浄化装置に該当する。すなわち、金属粉末の製造時において、当該気体浄化装置によって循環経路へ供給される新鮮な不活性ガスの量と循環経路から導出される気体の量とが調節されることにより、チャンバ２の内圧Ｐを金属粉末の製造に適した減圧雰囲気に維持しつつ、気体流動調節装置によって循環経路を通流する気体に含まれる不純物を効果的に除去することができる。なお、ここでいう不純物とは、もっぱら不活性ガス以外の気体のことである。
【００９３】
以上において説明した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｂおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ａを用いることにより、上述した実施の形態１の場合と同様に、生産性よく金属粉末を製造することが可能になる。また、上述した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｂを用いて、上述した実施の形態１に係る金属粉末の製造方法と同様の製造方法を適用して金属粉末を製造することにより、上述した実施の形態１の場合と同様に、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが可能になる。
【００９４】
加えて、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｂおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ａを用いることにより、不活性ガスの使用量が抑制できる効果が得られるばかりでなく、チャンバ２の内部に含まれる不純物を効果的に除去することが可能になるため、上述した実施の形態１に係る遠心アトマイザ１Ａに比べて、より長時間にわたってチャンバ２の内部の空間を金属粉末の製造に適した状態に維持することができる効果を得ることもできる。
【００９５】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る遠心アトマイザの概略図である。以下、この図５を参照して、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｃについて説明する。
【００９６】
図５に示すように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｃは、上述した実施の形態２に係る遠心アトマイザ１Ｂと比較した場合に、チャンバ２の構成においてのみ相違している。
【００９７】
具体的には、遠心アトマイザ１Ｃにおいては、チャンバ２の内部に筒状の隔壁２ｆが設けられることにより、チャンバ２が、ディスク８０の径方向において区画されることで２槽の処理槽にて構成されている。すなわち、チャンバ２は、ノズル３ａおよび回転ディスク装置１０Ａが収容された中央処理槽２Ａと、当該中央処理槽２Ａよりも外側に位置する外側処理槽２Ｂとを有している。
【００９８】
隔壁２ｆのうちのディスク８０の径方向外側に位置する部分には、当該隔壁２ｆの周方向に沿って延在するスリット２ｆ１が設けられている。当該スリット２ｆ１は、ディスク８０から飛散する溶融金属粒子１０１を通過可能にするものであり、これにより、金属粉末の製造時においてディスク８０から飛散した溶融金属粒子１０１は、スリット２ｆ１を通過することで中央処理槽２Ａから外側処理槽２Ｂへと飛行することになる。
【００９９】
不活性ガス導入部４は、外側処理槽２Ｂを規定する部分のチャンバ２に接続されており、排気部５は、中央処理槽２Ａを規定する部分のチャンバ２に接続されている。これにより、これら不活性ガス導入部４および排気部５からなる気体流動調節装置によってチャンバ２の内部へ導入される不活性ガスの量とチャンバ２の内部から導出される気体の量とが調節されることにより、中央処理槽２Ａの内圧Ｐ１と外側処理槽２Ｂの内圧Ｐ２とが、それぞれ所定の減圧雰囲気に維持できることになる。
【０１００】
ここで、中央処理槽２Ａの内圧Ｐ１は、上述したＷｅ≦１の条件を満たしつつ回転ディスク装置１０Ａの風損を低く抑制する観点から、好適には中真空状態（おおよそ１０-1［Ｐａ］以上１０2［Ｐａ］程度）に維持され、外側処理槽２Ｂの内圧Ｐ２は、上述したＷｅ≦１の条件を満たしつつ溶融金属粒子１０１の気体伝熱による放熱効果を高めるとともに、さらには溶融金属粒子１０１の減速を促す観点から、好適には上述した中央処理槽２Ａの内圧Ｐ１よりも高い低真空状態（おおよそ１０2［Ｐａ］以上１０4［Ｐａ］程度）に維持される。
【０１０１】
以上において説明した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｃおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ａを用いることにより、上述した実施の形態２の場合と同様に、生産性よく金属粉末を製造することが可能になる。また、上述した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｃを用いて、上述した実施の形態２に係る金属粉末の製造方法と同様の製造方法を適用して金属粉末を製造することにより、上述した実施の形態２の場合と同様に、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが可能になる。
【０１０２】
加えて、本実施の形態においては、上述したように外側処理槽２Ｂの内圧Ｐ２を中央処理槽２Ａの内圧Ｐ１よりも高く設定しているため、当該外側処理槽２Ｂの内部において溶融金属粒子１０１の気体伝熱による放熱効果が高められることになり、ディスク８０の端部から溶融金属粒子１０１が飛散した時点から当該溶融金属粒子１０１の凝固が完了するまでに必要となる時間を短縮することができる。そのため、当該構成を採用することにより、溶融金属粒子１０１の減速が促されることも相まって、チャンバ２の小型化が可能になる効果を得ることができる。
【０１０３】
ここで、本実施の形態においては、チャンバの内部に筒状の隔壁を１つ設けることでチャンバの内部の空間を中央処理槽と１槽の外側処理槽とに区画した場合を例示したが、チャンバの内部に同心円状に筒状の隔壁を２つ以上設けることにより、中央処理槽の外側に２槽以上の外側処理槽を設ける構成としてもよい。その場合には、中央処理槽および２槽以上の外側処理槽を含む複数の処理槽の内圧を、外側に位置する処理槽から内側に位置する処理槽の順で次第に低くなるように設定することが好ましい。そのように構成することにより、さらなるチャンバの小型化が可能になる。なお、その場合には、複数の処理槽のうちの最も外側に位置する処理槽に気体導入部を接続するとともに、中央処理槽に気体導出部を接続することが効果的である。
【０１０４】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係る遠心アトマイザの概略図であり、図７は、図６に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図である。以下、これら図６および図７を参照して、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｂについて説明する。
【０１０５】
図６および図７に示すように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄは、上述した実施の形態２に係る遠心アトマイザ１Ｂと比較した場合に、排気部５の構成が異なっているとともに、異なる構成の回転ディスク装置１０Ｂを備えている点において、その構成が相違している。
【０１０６】
具体的には、図６に示すように、排気部５は、台座２ｄに設けられた排気通路２ｄ１を介して回転ディスク装置１０Ｂの後述する排気ポート２１（図７参照）に接続されている。ここで、回転ディスク装置１０Ｂは、後述するように、ネジ溝真空ポンプＡ（図７参照）が所定部位に設けられることによって排気機能を有する真空ポンプとしても構成されており、これに伴って排気部５は、上述した真空ポンプ５ａに代えて補助真空ポンプ５ａ’を有している。補助真空ポンプ５ａ’は、チャンバ２内に中真空状態（１０-1［Ｐａ］〜１０2［Ｐａ］程度）を作り出すためのたとえばルーツ圧縮機等にて構成されており、回転ディスク装置１０Ｂに設けられたネジ溝真空ポンプＡは、中空真空状態（１０-1［Ｐａ］〜１０2［Ｐａ］程度）からさらに高真空状態（１０-5［Ｐａ］〜１０-1［Ｐａ］程度）を作り出すことができるものである。
【０１０７】
これにより、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄにおいては、金属粉末の製造時において、チャンバ２の内圧Ｐを金属粉末の製造に適した減圧雰囲気に維持することができることになり、特に、当該内圧Ｐを高真空状態（おおよそ１０-5［Ｐａ］以上１０-1［Ｐａ］程度）に維持することができることになる。
【０１０８】
図７に示すように、回転ディスク装置１０Ｂは、ベース２０と、上部側ステータ４０Ａと、下部側第１ステータ４０Ｂ１と、下部側第２ステータ４０Ｂ２と、ロータ５０と、駆動部６０と、ディスク８０とを主として備えている。回転ディスク装置１０Ｂの外殻は、ベース２０、下部側第１ステータ４０Ｂ１および上部側ステータ４０Ａによって構成されており、これらによって囲まれた内部空間に、下部側第２ステータ４０Ｂ２、ロータ５０および駆動部６０等が収容されている。
【０１０９】
回転ディスク装置１０Ｂは、チャンバ２に接続される吸気ポート４１と、チャンバ２の底板部２ｃに設置された台座２ｄの排気通路２ｄ１に排気管２２を介して接続される排気ポート２１と、これら吸気ポート４１と排気ポート２１とを接続する排気路７０とを有している。このうち、吸気ポート４１は、上部側ステータ４０Ａの上端部に設けられており、排気ポート２１は、ベース２０に設けられている。また、排気路７０は、排気部５を構成する配管に上述した排気通路２ｄ１を介して接続されることにより、気体導出部の一部を構成している。
【０１１０】
ここで、回転ディスク装置１０Ｂは、前述の回転ディスク装置１０Ａと比較した場合に、基本的に同様の構成のベース２０、駆動部６０およびディスク８０を有している。その一方で、回転ディスク装置１０Ｂは、前述の回転ディスク装置１０Ａと比較した場合に、支持枠３０およびステータ４０に代えて、上述した下部側第１ステータ４０Ｂ１、下部側第２ステータ４０Ｂ２および上部側ステータ４０Ａを具備してなるものであり、これに伴ってロータ５０も異なる構成のものを具備している。
【０１１１】
ベース２０の上面には、下部側第１ステータ４０Ｂ１、下部側第２ステータ４０Ｂ２および駆動部６０が載置されている。より詳細には、ベース２０の上面の中央部には凹部が形成されており、当該凹部にその一部が収容されるように駆動部６０が配置されている。ベース２０の上面のうち、上記凹部を取り囲む位置には、下部側第２ステータ４０Ｂ２が配置されており、さらに当該下部側第２ステータ４０Ｂ２を取り囲むようにベース２０の上面の周縁部には、下部側第１ステータ４０Ｂ１が配置されている。
【０１１２】
ロータ５０は、上部側ロータ部５１Ａと下部側ロータ部５１Ｂとを有しており、上部側ロータ部５１Ａの下端の中央部が駆動部６０の回転軸６２に固定されている。
【０１１３】
上部側ロータ部５１Ａは、上部側ステータ４０Ａによって囲繞されており、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置された複数のロータ側フィン部５２Ａを有している。また、上部側ロータ部５１Ａの軸部の上端位置には、ディスク取付座５０ａが設けられており、当該ディスク取付座５０ａには、アダプタ５３を介してディスク８０が固定されている。
【０１１４】
下部側ロータ部５１Ｂは、下部側第１ステータ４０Ｂ１によって囲繞されており、上部側ロータ部５１Ａの下端から下方に向けて延設されている。下部側ロータ部５１Ｂは、略円筒状の形状を有しており、下部側第１ステータ４０Ｂ１および下部側第２ステータ４０Ｂ２によって径方向において挟まれている。
【０１１５】
下部側第１ステータ４０Ｂ１は、下部側ロータ部５１Ｂを囲繞する略円筒状の形状を有しており、上述したようにベース２０の上面の周縁部上に配置されている。下部側第１ステータ４０Ｂ１は、その内周面が下部側ロータ部５１Ｂの外周面に対向するように配置されている。
【０１１６】
下部側第２ステータ４０Ｂ２は、下部側ロータ部５１Ｂによって囲繞された略円筒状の形状を有しており、上述したようにベース２０の上面の所定位置に配置されている。下部側第２ステータ４０Ｂ２は、その外周面が下部側ロータ部５１Ｂの内周面に対向するように配置されている。
【０１１７】
下部側ロータ部５１Ｂの外周面に対向する部分の下部側第１ステータ４０Ｂ１の内周面には、雌ネジ形状の一次側ネジ溝部４５が設けられている。一方、下部側ロータ部５１Ｂの内周面に対向する部分の下部側第２ステータ４０Ｂ２の外周面には、雄ネジ形状の二次側ネジ溝部４６が設けられている。
【０１１８】
これにより、下部側ロータ部５１Ｂ、下部側第１ステータ４０Ｂ１および下部側第２ステータ４０Ｂ２によってネジ溝真空ポンプＡが構成されることになり、上述した排気路７０上に排気機能を有する非接触シール部が形成されることになる。
【０１１９】
上部側ステータ４０Ａは、下部側第１ステータ４０Ｂ１上に配置されることで上部側ロータ部５１Ａを囲繞するように位置している。上部側ステータ４０Ａは、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置された複数のステータ側フィン部４２Ａを有している。
【０１２０】
ここで、ロータ５０の上部側ロータ部５１Ａに設けられた複数のロータ側フィン部５２Ａと、上部側ステータ４０Ａに設けられた複数のステータ側フィン部４２Ａとは、互いに所定のクリアランスをもって配置されており、これらの間に形成された隙間が、上述した排気路７０の一部を構成することになる。
【０１２１】
上述したように、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ｂにおいては、上部側ステータ４０Ａに設けられた吸気ポート４１とベース２０に設けられた排気ポート２１とを接続するように、その内部に排気路７０が形成されている。具体的には、排気路７０は、上部側ステータ４０Ａと上部側ロータ部５１Ａとの間の隙間や、下部側第１ステータ４０Ｂ１と下部側ロータ部５１Ｂとの間の隙間、下部側第２ステータ４０Ｂ２と下部側ロータ部５１Ｂとの間の隙間、下部側第２ステータ４０Ｂ２の内側の空間、ベース２０に設けられた通路等によって構成されており、これらが互いに連通することで構成されている。
【０１２２】
このうち、上述したように下部側ロータ部５１Ｂ、下部側第１ステータ４０Ｂ１および下部側第２ステータ４０Ｂ２によってネジ溝真空ポンプＡが構成されているため、当該排気路７０上には、排気機能を有する非接触シール部が形成されることになり、駆動部６０が駆動した状態（すなわち、ロータ５０が高速回転した状態）において、吸気ポート４１が接続されるチャンバ２の内部の空間が高真空状態に維持できることになる。
【０１２３】
なお、本実施の形態に係る回転ディスク装置１０Ｂにおいても、前述の回転ディスク装置１０Ａと同様に、ロータ５０の上部側ロータ部５１Ａに設けられた複数のロータ側フィン部５２Ａが、金属製の基材部５２ａと、当該基材部５２ａの表面を覆うように形成された被覆層５２ｂとを有しているとともに、上部側ステータ４０Ａに設けられた複数のステータ側フィン部４２Ａが、金属製の基材部４２ａと、当該基材部４２ａの表面を覆うように形成された被覆層４２ｂとを有している（図３参照）。
【０１２４】
そのため、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｂとすることにより、溶融金属１００からディスク８０に移動した熱を上部側ロータ部５１Ａおよび上部側ステータ４０Ａを介して外部に効率的に放熱することが可能になるとともに、当該熱が駆動部６０に伝熱されてしまうことが抑制可能になる。したがって、駆動部６０が入熱によって破損してしまうことが防止できることになり、量産に十分に適した長時間にわたって遠心アトマイザ１Ｄを連続的に運転することが可能になる。
【０１２５】
以上により、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｂを用いることにより、上述した実施の形態２の場合と同様に、生産性よく金属粉末を製造することが可能になる。また、上述した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄを用いて、上述した実施の形態２に係る金属粉末の製造方法と同様の製造方法を適用して金属粉末を製造することにより、上述した実施の形態２の場合と同様に、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが可能になる。
【０１２６】
加えて、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｄおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｂとすることにより、チャンバ２の内部の空間を減圧状態にしたり当該減圧状態を維持したりするための排気機能の一部を回転ディスク装置１０Ｂに具備させることが可能になるため、遠心アトマイザ全体として見た場合のシステム構成を簡素化できる効果を得ることもできる。
【０１２７】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５に係る遠心アトマイザの概略図であり、図９は、図８に示す遠心アトマイザに具備された回転ディスク装置の模式断面図である。また、図１０は、図９に示す回転ディスク装置の静翼および動翼の拡大部分断面図である。以下、これら図８ないし図１０を参照して、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｃについて説明する。ここで、図１０は、図９に示す静翼４２Ｂおよび動翼５２Ｂの径方向における途中位置をそれらの軸方向と平行な方向に沿って切断して径方向外側から見た場合の切断面を示している。
【０１２８】
図８ないし図１０に示すように、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅは、上述した実施の形態４に係る遠心アトマイザ１Ｄと比較した場合に、不活性ガス導入部４、還流路６、不活性ガス供給部７および気体排出部８を具備していない点と、異なる構成の回転ディスク装置１０Ｃを備えている点とにおいて、その構成が相違している。
【０１２９】
具体的には、図８に示すように、排気部５は、台座２ｄに設けられた排気通路２ｄ１を介して回転ディスク装置１０Ｃの排気ポート２１（図９参照）に接続されている。ここで、回転ディスク装置１０Ｃは、前述の回転ディスク装置１０Ｂと同様にネジ溝真空ポンプＡ（図９参照）を有するばかりでなく、ターボ分子ポンプＢ（図９参照）が所定部位に設けられてなるものである。排気部５に設けられた補助真空ポンプ５ａ’は、チャンバ２内に中真空状態（１０-1［Ｐａ］〜１０2［Ｐａ］程度）を作り出すためのたとえば油回転真空ポンプ等にて構成されており、回転ディスク装置１０Ｃに設けられたネジ溝真空ポンプＡおよびターボ分子ポンプＢは、中空真空状態（１０-1［Ｐａ］〜１０2［Ｐａ］程度）からさらに高真空状態あるいは超高真空状態（１０-8［Ｐａ］〜１０-1［Ｐａ］程度）を作り出すことができるものである。
【０１３０】
これにより、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅにおいては、金属粉末の製造時において、チャンバ２の内圧Ｐを金属粉末の製造に適した減圧雰囲気に維持することができることになり、特に、当該内圧Ｐを高真空状態あるいは超高真空状態（おおよそ１０-8［Ｐａ］以上１０-1［Ｐａ］程度）に維持することができることになる。
【０１３１】
図９および図１０に示すように、回転ディスク装置１０Ｃは、前述の回転ディスク装置１０Ｂに比較して、当該回転ディスク装置１０Ｂが具備していた複数のロータ側フィン部５２Ａおよび複数のステータ側フィン部４２Ａに代えて、複数の動翼５２Ｂおよび複数の静翼４２Ｂを具備してなるものである。
【０１３２】
複数の動翼５２Ｂは、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置されており、複数の動翼５２Ｂの各々は、上部側ロータ部５１Ａの軸部から径方向外側に向けて突出して位置している。複数の動翼５２Ｂの各々は、回転軸６２の軸線ＡＸに対して所定方向に傾斜するタービン翼を有している。なお、図１０中に示す矢印ＤＲは、動翼５２Ｂの回転方向を表わしている。
【０１３３】
複数の静翼４２Ｂは、回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において多段に配置されており、複数の静翼４２Ｂの各々は、上部側ステータ４０Ａの筒状部の内周面からそれぞれ径方向内側に向けて突出して位置している。複数の静翼４２Ｂの各々は、回転軸６２の軸線ＡＸに対して所定方向に傾斜するタービン翼を有している。ここで、当該複数の静翼４２Ｂに形成されたタービン翼の傾斜する向きは、上述した複数の動翼５２Ｂに形成されたタービン翼の傾斜する向きとは異なる向き（すなわち反対向きの傾斜方向）とされる。
【０１３４】
ここで、複数の動翼５２Ｂと複数の静翼４２Ｂとは、互いに隙間を介して回転軸６２の軸線ＡＸと平行な方向において対向するように交互に配置されている。これにより、複数の動翼５２Ｂと複数の静翼４２Ｂとは、互いに所定のクリアランスをもって配置されることになり、これにより上部側ロータ部５１Ａと上部側ステータ４０Ａとが、互いに噛み合う櫛歯構造を有することになる。
【０１３５】
上記構成は、換言すれば、図７に示した回転ディスク装置１０Ｂの複数のロータ側フィン部５２Ａと複数のステータ側フィン部４２Ａとに互いに異なる向きに傾斜するタービン翼が形成された構成と言え、これにより、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ｃにおいては、排気路７０上にターボ分子ポンプＢが設けられることになる。
【０１３６】
ここで、図１０に示すように、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ｃにおいては、上部側ロータ部５１Ａに設けられた複数の動翼５２Ｂが、金属製の基材部５２ａと、当該基材部５２ａの表面を覆うように形成された被覆層５２ｂとを有しているとともに、上部側ステータ４０Ａに設けられた複数の静翼４２Ｂが、金属製の基材部４２ａと、当該基材部４２ａの表面を覆うように形成された被覆層４２ｂとを有している。
【０１３７】
これにより、本実施の形態における回転ディスク装置１０Ｃにおいては、複数の動翼５２Ｂおよび複数の静翼４２Ｂが対向する部分において、これら複数の動翼５２Ｂおよび複数の静翼４２Ｂの表面に設けられた被覆層４２ｂ，５２ｂ同士が対面して位置することになる。これら被覆層４２ｂ，５２ｂは、金属製の基材部４２ａ，５２ａに比較して高い放射率を有しており、上部側ロータ部５１Ａから上部側ステータ４０Ａへの放射による熱の移動が促進されることになる。
【０１３８】
そのため、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｃとすることにより、溶融金属１００からディスク８０に移動した熱を上部側ロータ部５１Ａおよび上部側ステータ４０Ａを介して外部に効率的に放熱することが可能になるとともに、当該熱が駆動部６０に伝熱されてしまうことが抑制可能になる。したがって、駆動部６０が入熱によって破損してしまうことが防止できることになり、量産に十分に適した長時間にわたって遠心アトマイザ１Ｅを連続的に運転することが可能になる。
【０１３９】
以上により、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｃを用いることにより、上述した実施の形態４の場合と同様に、生産性よく金属粉末を製造することが可能になる。また、上述した本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅを用いて、上述した実施の形態４に係る金属粉末の製造方法と同様の製造方法を適用して金属粉末を製造することにより、上述した実施の形態４の場合と同様に、高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが可能になる。
【０１４０】
加えて、本実施の形態に係る遠心アトマイザ１Ｅおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｃとすることにより、上述した実施の形態４に係る遠心アトマイザ１Ｄおよびこれに具備された回転ディスク装置１０Ｂとした場合と同様に、チャンバ２の内部の空間を減圧状態にしたり当該減圧状態を維持したりするための排気機能の一部を回転ディスク装置１０Ｂに具備させることが可能になるため、遠心アトマイザ全体として見た場合のシステム構成を簡素化できる効果を得ることもできる。
【０１４１】
（検証シミュレーション）
以下においては、本発明の効果の確認等のために行なった各種の検証シミュレーションについて説明する。
【０１４２】
＜第１検証シミュレーション＞
第１検証シミュレーションは、本発明が適用された実施例に係る回転ディスク装置と、本発明が適用されていない比較例に係る回転ディスク装置とを模擬設計し、これらの間で、定常運転時においてディスクを介した入熱による温度上昇にどの程度の差が生じるかを計算により求めたものである。ここで、図１１は、比較例に係る回転ディスク装置の模式断面図である。
【０１４３】
実施例に係る回転ディスク装置は、上述した実施の形態１において示した回転ディスク装置１０Ａと基本的に同様の構成を有するものであり、ロータ側フィン部およびステータ側フィン部の段数は、それぞれ１４段および１３段に設定した。ロータ側フィン部の表面およびステータ側フィン部の表面は、その全面が高放射率の被覆層にて覆われているものとし、当該高放射率の被覆層としては、その表面温度が１２０［℃］である場合に放射率が０．９であるものに設定した。
【０１４４】
また、ロータ側フィン部の外径は、１２６［ｍｍ］とし、ロータ側フィン部の総表面積は、０．３７［ｍ2］とした。ロータの回転速度は、定常運転時において１０００［ｒｐｓ］となるように設定した。ロータに取付けるディスクの熱伝導率は、１００［Ｗ／ｍ・Ｋ］に設定した。なお、ディスクの軸部の直径は、８［ｍｍ］とし、当該軸部の長さは２７［ｍｍ］とした。
【０１４５】
図１１に示すように、比較例に係る回転ディスク装置１０Ｘは、ベース２０と、ハウジング３０’と、ロータ５０’と、駆動部６０と、ディスク８０とを主として備えている。このうち、ベース２０、駆動部６０およびディスク８０の構成は、上述した実施の形態１において示した回転ディスク装置１０Ａと同様である。
【０１４６】
ロータ５０’は、ロータ側フィン部が設けられていない円筒状の部材にて構成されており、その表面は、高放射率の被覆層によって覆われることなく、金属素地が露出している。ロータ５０’は、駆動部６０の回転軸６２に固定されており、その上部にディスク取付座５０ａが設けられることでアダプタ５３を介してディスク８０が固定されている。なお、ハウジング３０’は、当該ロータ５０’を取り囲むようにベース２０に固定されている。
【０１４７】
このように、比較例に係る回転ディスク装置１０Ｘは、その各々が高放射率の被覆層にて覆われた櫛歯構造を有するロータおよびステータからなる放熱構造を有していない点において、上述した実施例に係る回転ディスク装置とその構成が相違するものである。
【０１４８】
ここで、比較例に係る回転ディスク装置においては、ロータをその表面温度が１２０［℃］である場合に放射率が０．１であるものに設定した。定常運転時におけるロータの回転速度、ロータに取付けるディスクの熱伝導率およびその直径、ならびに、ディスクの軸部の直径および長さは、いずれも実施例に係る回転ディスク装置と同様とした。
【０１４９】
本第１検証シミュレーションにおいては、ディスクに対する入熱量を種々変化させた場合に、ロータの温度および駆動部の回転軸の温度がそれぞれどの程度にまで上昇するかを計算した。ここで、ロータの温度および駆動部の回転軸の温度は、いずれも一様であると仮定した。なお、模擬設計した実施例に係る回転ディスク装置を備えてなる遠心アトマイザにて、たとえばチタン粉末（融点１６６８［℃］）を製造することを想定した場合に、ディスクに供給される溶融金属の温度と等しくなったディスクの軸部からロータへの熱伝導量は、ロータの温度が１２５［℃］になるときに概算で２８５［Ｗ］となる。一方、比較例に係る回転ディスク装置においては、それよりも遥かに少ない入熱量でロータの温度が急上昇することになる。
【０１５０】
図１２は、本第１検証シミュレーションの結果を示すグラフである。横軸は、ディスクに対する入熱量［Ｗ］を示しており、縦軸は、定常運転時におけるロータの温度［℃］ならびに駆動部の回転軸の温度［℃］を示している。
【０１５１】
図１２に示すように、比較例に係る回転ディスク装置においては、僅か１０［Ｗ］の入熱により、ロータの温度が１４８［℃］に達し、駆動部の回転軸の温度が８６［℃］になることが分かる。ここで、ロータの温度が１４８［℃］である場合のロータへの１０［Ｗ］の入熱量は、ディスクに供給される溶融金属の温度が２０２［℃］である場合に対応し、チタンの融点には到底届かない。これに対し、実施例に係る回転ディスク装置においては、２８５［Ｗ］の入熱によっても、ロータの温度が１２５［℃］に抑えられ、駆動部の回転軸の温度が７８．５［℃］に抑えられることが分かる。
【０１５２】
ここで、回転ディスク装置として、アルミニウム合金製のロータと、グリース潤滑の玉軸受を備えた駆動部とを備えたものを使用することを想定した場合、上述した比較例に係る回転ディスク装置は、破損なくこれを連続運転できるものに到底ない反面、上述した実施例に係る回転ディスク装置は、正常にこれを連続運転することができるものである。
【０１５３】
したがって、本第１検証シミュレーションの結果によれば、その各々が高放射率の被覆層にて覆われた櫛歯構造を有するロータおよびステータからなる放熱構造を有する回転ディスク装置を備えた遠心アトマイザとすることにより、量産に十分に適した長時間にわたっての連続運転が実現可能になることが確認できたと言える。
【０１５４】
＜第２検証シミュレーション＞
第２検証シミュレーションは、本発明が適用された遠心アトマイザにおいて金属粉末を製造する場合の溶融金属粒子の挙動を分析したものである。具体的には、第２検証シミュレーションにおいては、上述した実施の形態５、４および３に係る遠心アトマイザをそれぞれ検証例１ないし３として模擬設計し、これら検証例１ないし３に係る遠心アトマイザにおいてチタン粉末を製造する場合の、溶融チタン粒子の飛行中におけるウェーバー数の変化、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでに要する時間および飛行距離等を計算により求めた。
【０１５５】
検証例１に係る遠心アトマイザは、上述した実施の形態５に係る遠心アトマイザ１Ｅ（図８参照）と同様の構成を有するものであり、運転動作時において、チャンバ２の内部の空間が超高真空状態に維持される（すなわち、内圧Ｐが限りなくゼロに近い）ものである。当該超高真空状態は、主として、遠心アトマイザ１Ｅに具備された回転ディスク装置１０Ｃのネジ溝真空ポンプＡおよびターボ分子ポンプＢ（いずれも図９参照）によって実現される。
【０１５６】
検証例２に係る遠心アトマイザは、上述した実施の形態４に係る遠心アトマイザ１Ｄ（図６参照）と同様の構成を有するものであり、運転動作時において、チャンバ２の内部が不活性ガスとしてのアルゴンにて充填されるとともに、その内圧Ｐが１０2［Ｐａ］に維持されるものである。当該内圧Ｐは、主として、遠心アトマイザ１Ｂに具備された気体流動装置の気体導入部としての不活性ガス導入部４と、回転ディスク装置１０Ｃのネジ溝真空ポンプＡ（図７参照）とによって実現される。
【０１５７】
検証例３に係る遠心アトマイザは、上述した実施の形態３に係る遠心アトマイザ１Ｃ（図５参照）と同様の構成を有するものであり、運転動作時において、チャンバ２の中央処理槽２Ａおよび外側処理槽２Ｂがそれぞれ不活性ガスとしてのアルゴンにて充填されるとともに、中央処理槽２Ａの内圧Ｐ１が１０2［Ｐａ］に維持され、また外側処理槽２Ｂの内圧Ｐ２が１０4［Ｐａ］に維持されるものである。当該内圧Ｐ１，Ｐ２は、主として、遠心アトマイザ１Ｃに具備された気体流動装置（気体導入部としての不活性ガス導入部４および気体導出部としての排気部５）によって実現される。
【０１５８】
ここで、検証例３に係る遠心アトマイザにおいては、中央処理槽２Ａと外側処理槽２Ｂとを区画する隔壁２ｆとして、ディスク８０の周囲に位置する部分の直径が１２０［ｍｍ］のものを使用することとし、また、当該隔壁２ｆに設けられたスリット２ｆ１の幅は、２［ｍｍ］とした。
【０１５９】
以下において説明する本第２検証シミュレーションにおいては、ディスクの直径を９０［ｍｍ］とし、ディスクの回転速度を１０００［ｒｐｓ］とし、製造するチタン粒子の直径を０．０５［ｍｍ］とし（上述した式（１）に基づけば、製造されるチタン粒子の粒径分布の中央値は、０．０３５７［ｍｍ］となるが、ここでは、直径が０．０５［ｍｍ］以下の粒子の凝固を想定する）、チャンバ内の温度を３００［Ｋ］とし、ディスクの端部から飛散する時点での溶融チタン粒子の温度をチタンの融点である１９４１［Ｋ］よりも１００［Ｋ］高い２０４１［Ｋ］として検討を行なった。
【０１６０】
チャンバ内を飛行する溶融チタン粒子は、検証例１においては、実質的に輻射のみによって冷却され、検証例２，３においては、輻射および気体伝熱の双方によって冷却される。
【０１６１】
輻射による金属粒子の温度Ｔ［Ｋ］の時間的変化は、以下の式（４）で求められる。なお、ｔは、冷却開始時点からの経過時間であり、εは、金属粒子の表面の放射率であり、σSBは、ステファン・ボルツマン定数であり、Ｓは、金属粒子の表面積であり、ｃは、金属粒子の比熱であり、ｍは、金属粒子の質量である。
【０１６２】
【数４】
2019108581.tif 000006
【０１６３】
ここで、ステファン・ボルツマン定数σSBは、５．６７×１０-8［Ｗ／ｍ2・Ｋ4］であり、溶融チタン粒子の表面の放射率εは、０．３３であり、直径が０．０５［ｍｍ］である溶融チタン粒子の表面積Ｓは、７．８５４×10-9［ｍ2］であり、直径が０．０５［ｍｍ］である溶融チタン粒子の質量ｍは、２．６９×１０-10［ｋｇ］であり、溶融チタン粒子の比熱ｃは、９８７［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］である。また、ｔが０［ｓ］である場合のＴは、上述のとおり２０４１［Ｋ］である。
【０１６４】
これらによれば、溶融チタン粒子が融点に達すまでの上記式（４）の解は、以下の式（５）となる。
【０１６５】
【数５】
2019108581.tif 000007
【０１６６】
気体伝熱による金属粒子の温度Ｔ［Ｋ］の時間的変化は、以下の式（６）で求められる。なお、ｔは、冷却開始時点からの経過時間であり、πは、円周率であり、κは、チャンバ内の雰囲気の熱伝導率であり、ｄは、金属粒子の直径であり、ｃは、金属粒子の比熱であり、ｍは、金属粒子の質量であり、Θは、チャンバ内の雰囲気の温度である。
【０１６７】
【数６】
2019108581.tif 000008
【０１６８】
ここで、溶融チタン粒子の直径ｄは、上述のとおり０．０５［ｍｍ］であり、溶融チタン粒子の比熱ｃは、９８７［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］であり、直径が０．０５［ｍｍ］である溶融チタン粒子の質量ｍは、２．６９×１０-10［ｋｇ］であり、チャンバ内の雰囲気の温度Θは、上述のとおり３００［Ｋ］である。また、ｔが０［ｓ］である場合のＴは、上述のとおり２０４１［Ｋ］であり、検証例３においては、外側処理槽にチタン粒子が進入した時点での温度が、この２０４１［℃］に相当する。さらに、チャンバ内の雰囲気の熱伝導率κ［Ｗ／Ｋ・ｍ］は、減圧雰囲気下においては圧力に依存し、雰囲気がアルゴンである場合には、以下の式（７）および式（８）で求められる。なお、Ｌ0は、アルゴン分子の平均自由行程である。
【０１６９】
【数７】
2019108581.tif 000009
【０１７０】
【数８】
2019108581.tif 000010
【０１７１】
これらによれば、溶融チタン粒子が融点に達すまでの上記式（６）の解は、以下の式（９）となる。ここで、λ＝（２×π×κ×ｄ）／（ｃ×ｍ）である。
【０１７２】
【数９】
2019108581.tif 000011
【０１７３】
なお、チャンバ内のアルゴンの圧力が１０2［Ｐａ］である場合および１０4［Ｐａ］である場合のアルゴン分子の平均自由行程は、それぞれ６．８３×１０-5［ｍ］および６．８３×１０-7［ｍ］であるため、それらの場合のチャンバ内のアルゴンの熱伝導率κは、それぞれ２．５１×１０-3［Ｗ／Ｋ・ｍ］および１．６２×１０-2［Ｗ／Ｋ・ｍ］である。
【０１７４】
上記に基づけば、溶融チタン粒子が融点に到達するまでの期間は、検証例１においては、上記の式（５）に基づいて算出できることになり、検証例２，３においては、上記の式（５）および式（９）に基づいて算出できることになる。
【０１７５】
一方、溶融チタン粒子が融点に到達した後、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間においては、潜熱としての融解熱（凝固熱）の放出が等温状態のまま進行することになる。そのため、溶融チタン粒子が融点に到達した後、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間の長さΔｔ［ｓ］は、当該期間における放射による放熱量ｑr［Ｗ］と、当該期間における気体伝熱による放熱量ｑh［Ｗ］と、チタンの融解熱ｈm［Ｊ／ｋｇ］とに基づいて、以下の式（１０）によって求められる。
【０１７６】
【数１０】
2019108581.tif 000012
【０１７７】
ここで、直径が０．０５［ｍｍ］である溶融チタン粒子の質量ｍは、上述したように２．６９×１０-10［ｋｇ］であり、チタンの融解熱ｈmは、２．９５×１０5［Ｊ／ｋｇ］である。
【０１７８】
一方、上述した放射による放熱量ｑr［Ｗ］および気体伝熱による放熱量ｑh［Ｗ］は、それぞれ以下の式（１１）および式（１２）によって求められる。
【０１７９】
【数１１】
2019108581.tif 000013
【０１８０】
【数１２】
2019108581.tif 000014
【０１８１】
なお、溶融チタン粒子の直径ｄは、上述のとおり０．０５［ｍｍ］であり、溶融チタン粒子の表面の放射率εは、上述したとおり０．３３であり、ステファン・ボルツマン定数σSBは、上述したとおり５．６７×１０-8［Ｗ／ｍ2・Ｋ4］であり、チャンバ内の雰囲気の温度Θは、上述のとおり３００［Ｋ］であり、直径が０．０５［ｍｍ］である溶融チタン粒子の表面積Ｓは、７．８５４×10-9［ｍ2］である。また、ｔが０［ｓ］である場合のＴは、上述のとおり２０４１［Ｋ］である。さらに、上述のとおり、チャンバ内のアルゴンの圧力が１０2［Ｐａ］である場合および１０4［Ｐａ］である場合のチャンバ内のアルゴンの熱伝導率κは、それぞれ２．５１×１０-3［Ｗ／Ｋ・ｍ］および１．６２×１０-2［Ｗ／Ｋ・ｍ］である。
【０１８２】
そのため、チャンバ内のアルゴンの圧力が１０2［Ｐａ］である場合の放熱量ｑhは、１．２９×１０-3［Ｗ］となり、チャンバ内のアルゴンの圧力が１０4［Ｐａ］である場合の放熱量ｑhは、８．３５×１０-3［Ｗ］となる。
【０１８３】
上記に基づけば、溶融チタン粒子が融点に到達した後、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間は、検証例１においては、上記の式（１０）および式（１１）に基づいて算出できることになり、検証例２，３においては、上記の式（１０）ないし式（１２）に基づいて算出できることになる。
【０１８４】
以上により、溶融チタン粒子がディスクの端部から飛散した時点から溶融チタン粒子の凝固が完了するまでに要する時間は、検証例１において、４．９７×１０-2［ｓ］となり、検証例２において、３．０６×１０-2［ｓ］となり、検証例３において、１．０１×１０-2［ｓ］となる。なお、検証例３についての当該時間の計算には、溶融チタン粒子がディスクの端部から隔壁に設けられたスリットに到達するまでの時間が１．４１×１０-4［ｓ］であること（詳細は後述する）を考慮に含め、その前後において雰囲気の圧力が変化することを加味している。
【０１８５】
ところで、溶融金属粒子がチャンバ内の雰囲気中を飛行する際には、気体による抗力を受ける。球状の粒子に作用する当該抗力Ｆ［Ｎ］は、一般に以下の式（１３）で求められる。ここで、ｐは、チャンバの雰囲気の圧力であり、Ｌは、溶融金属粒子の半径であり、Ｒは、比気体定数であり、Θは、上述のとおりチャンバ内の雰囲気の温度であり、ｕは、上述のとおり溶融金属粒子の速度であり、ｈDは、無次元化抗力である。
【０１８６】
【数１３】
2019108581.tif 000015
【０１８７】
ここで、無次元化抗力ｈDは、以下の式（１４）で与えられる雰囲気中の粒子の半径に基づくパラメータｋ（当該パラメータｋは、クヌッセン数Ｋｎと、以下の式（１５）の関係を有している）との間で、所定の関係性を有しており、当該パラメータｋが決まれば、当該無次元化抗力ｈDも一意に求められる（曾根良夫，青木一生著、日本流体力学会編、「分子気体力学」、初版、朝倉書店、１９９４年１２月１０日、ｐ．１５８参照）。なお、Ｌ0は、上述のとおり雰囲気であるアルゴン分子の平均自由行程である。
【０１８８】
【数１４】
2019108581.tif 000016
【０１８９】
【数１５】
2019108581.tif 000017
【０１９０】
一方、粒子の運動方程式は、以下の式（１６）で求められる。ここで、右辺のＦは、上述した抗力に相当する。
【０１９１】
【数１６】
2019108581.tif 000018
【０１９２】
これら式（１３）および式（１６）を解くことにより、溶融チタン粒子の飛行距離ｚを以下の式（１７）および式（１８）に基づいて求めることができる。
【０１９３】
【数１７】
2019108581.tif 000019
【０１９４】
【数１８】
2019108581.tif 000020
【０１９５】
ここで、チャンバ内の雰囲気がアルゴンである場合には、β＝ｐ×Ｌ2×ｈD／３５３．１である。
【０１９６】
図１３ないし図１５は、本第２検証シミュレーションの結果を示すグラフであり、それぞれ検証例１、検証例２および検証例３の結果を示している。横軸は、飛行時間ｔ［ｓ］を示しており、縦軸は、飛行距離ｚ［ｍ］およびウェーバー数Ｗｅを示している。
【０１９７】
これら図１３ないし図１５に示すように、検証例１において、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの飛行距離は、約１４．１［ｍ］となり、検証例２において、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの飛行距離は、約７．７３［ｍ］となり、検証例３において、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの飛行距離は、約２．４８［ｍ］となる。
【０１９８】
したがって、検証例１に係る遠心アトマイザおいては、チャンバの半径をおおよそ１４．５［ｍ］以上とすることにより、微細なチタン粉末を得ることが可能になり、検証例２に係る遠心アトマイザおいては、チャンバの半径をおおよそ８［ｍ］以上とすることにより、微細なチタン粉末を得ることが可能になり、検証例３に係る遠心アトマイザおいては、チャンバの半径をおおよそ２．５［ｍ］以上とすることにより、微細なチタン粉末を得ることが可能になることが確認できる。
【０１９９】
また、図１３ないし図１５に示すように、検証例１においては、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間に亘り、ウェーバー数Ｗｅが４×１０-11程度に維持されており、検証例２においては、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間に亘り、ウェーバー数Ｗｅが最大でも４×１０-3（すなわち、０．００４）程度に維持されており、検証例３においては、溶融チタン粒子の凝固が完了するまでの期間に亘り、ウェーバー数Ｗｅが最大でも４×１０-1（すなわち、０．４）程度に維持されていることが確認できる。
【０２００】
ここで、検証例３においては、溶融チタン粒子がディスクの端部から隔壁に設けられたスリットを通過することで中央処理槽から外側処理槽に向けて飛行することになるが、ディスクの端部からスリットまでの距離が１５［ｍｍ］であることを踏まえれば、上記式（１６）に基づき、融チタン粒子がディスクの端部から隔壁に設けられたスリットに到達するまでの時間は、１．４１×１０-4［ｓ］となることが分かる。
【０２０１】
この溶融チタン粒子がスリットを通過する際には、当該スリットにおいて外側処理槽から中央処理槽側に向けて音速の気流が発生しているため、当該部分において瞬間的にでもウェーバー数Ｗｅが１を超えないかを確認することが必要である。
【０２０２】
スリット内における気流の温度Ｔs、速度ｕsおよび密度ρsは、それぞれ以下の式（１９）ないし式（２１）で求められる。ここで、γは、雰囲気の比熱比であり、Θは、外側処理槽の雰囲気の温度であり、Ｒは、上述のとおり比気体定数であり、Ｒａは、一般気体定数であり、Ｍは、雰囲気の分子質量であり、ρcは、外側処理槽の雰囲気の密度である。
【０２０３】
【数１９】
2019108581.tif 000021
【０２０４】
【数２０】
2019108581.tif 000022
【０２０５】
【数２１】
2019108581.tif 000023
【０２０６】
上記に基づけば、スリット内における気流の温度Ｔsは、２２５［Ｋ］であり、スリット内における気流の速度ｕsは、２７９［ｍ／ｓ］であり、スリット内における気流の密度ρsは、０．１０３［ｋｇ／ｍ3］となる。そのため、これらの値を上記（式）２に代入すれば、スリット内でのウェーバー数Ｗｅsは、おおよそ１．０であることが分かる。
【０２０７】
したがって、検証例３においては、溶融チタン粒子がスリットを通過する際においてもＷｅ≦１の条件が満たされることになり、溶湯チタン粒子の真球性が、当該溶湯チタン粒子の凝固が完了するまでに亘って概ね維持できることになる。
【０２０８】
一方で、検証例３においては、運転動作時において、中央処理槽の内圧が１０2［Ｐａ］に維持されるとともに、外側処理槽の内圧が１０4［Ｐａ］に維持されることが必要である。その場合に、外側処理槽へのアルゴンの導入量と、中央処理槽に対する真空ポンプによる排気速度は、以下の要領で決定すればよい。
【０２０９】
外側処理槽と中央処理槽との間に設けられたスリットにおけるアルゴンの流量は、以下の式（２２）において表わされる臨界流量Ｇ［ｋｇ／ｓ］となる。なお、ｐは、外側処理槽の雰囲気の内圧（すなわち上記内圧Ｐ２）であり、Ａは、スリットの開口面積［ｍ2］である。
【０２１０】
【数２２】
2019108581.tif 000024
【０２１１】
ここで、スリットの開口面積Ａは、７．５４×１０-4［ｍ2］であり、アルゴンの比熱比γは、１．６７であり、アルゴンの分子質量は、４０×１０-3［ｋｇ／ｍｏｌ］であり、外側処理槽の雰囲気の内圧ｐは、１０4［Ｐａ］であり、一般気体定数Ｒａは、８．３１４［Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ］であるから、臨界流量Ｇは、０．０２１９［ｋｇ／ｓ］（＝１３４８［Ｐａ・ｍ3／ｓ］）となる。
【０２１２】
以上より、検証例３においては、運転動作時において、中央処理槽の内圧が１０2［Ｐａ］に維持されるとともに、外側処理槽の内圧が１０4［Ｐａ］に維持されることとなるように、外側処理槽にアルゴンを１３４８［Ｐａ・ｍ3／ｓ］（７４４［ＳＬＭ］）の流量にて導入しつつ、中央処理槽から１３４８［Ｐａ・ｍ3／ｓ］／１０2［Ｐａ］（＝１３４８０［Ｌ／ｓ］＝４８５３０［ｍ3／ｈ］）の排気速度で排気を行なえばよいことになる。
【０２１３】
なお、上述した排気速度の真空ポンプは、比較的大型のものとなるが、たとえばスリットの幅をより小さくすれば、その分だけ小さい排気速度の真空ポンプにて対応できることになり、また、中央処理槽の内圧を１０2［Ｐａ］よりも幾分高く設定すれば、その分だけ小さい排気速度の真空ポンプにて対応できることになる。たとえば、スリットの幅を半分とし、中央処理槽の内圧を１０3［Ｐａ］とした場合には、２４２７［ｍ3／ｈ］の排気速度の真空ポンプで対応できることになる。
【０２１４】
他方、検証例１においては、たとえば、回転ディスク装置に設けられたターボ分子ポンプに１００［Ｌ／ｓ］程度の排気速度を持たせ、同じく回転ディスク装置に設けられたネジ溝真空ポンプに１０［Ｌ／ｓ］程度の排気速度を持たせ、さらに、補助真空ポンプに５０［Ｌ／ｍｉｎ］程度の排気速度を持たせればよい。これにより、チャンバ内を上述した高真空状態あるいは超高真空状態に維持することができる。
【０２１５】
また、検証例２においては、たとえば、回転ディスク装置に設けられたネジ溝真空ポンプに１．８６［Ｌ／ｓ］の排気速度を持たせるとともに、補助真空ポンプに５０［Ｌ／ｍｉｎ］程度の排気速度を持たせ、さらに、気体導入部によってチャンバ内に１００［ｓｃｃｍ］（＝１８６［Ｐａ・Ｌ／ｓ］）のアルゴンを導入することにより、チャンバ内の圧力を１００［Ｐａ］に維持することができる。
【０２１６】
以上において説明した本第２検証シミュレーションの結果によれば、本発明を適用することにより、微細でかつ高い真球度を有する金属粉末を生産性よく製造することが実現可能になることが確認できたと言える。
【０２１７】
なお、上述した第１および第２検証シミュレーションは、いずれも微細なチタン粉末を製造することを前提としたものであるが、製造する金属粉末の金属種が異なったり、製造する金属粉末の粒径が異なったりする場合には、それに応じて遠心アトマイザおよびこれに具備される回転ディスク装置の構成や運転条件を適宜変更すればよい。
【０２１８】
その場合、ディスクやチャンバ等の大きさや、ディスクの回転速度、チャンバの内圧等を変更するばかりでなく、チャンバに充填される不活性ガスをアルゴン以外のものとすることもできる。たとえば、チャンバに充填される不活性ガスをヘリウムとした場合には、ヘリウムの熱伝導率がアルゴンよりも高いことにより、チャンバをさらに小型化できるメリット等を得ることができる。
【０２１９】
今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【０２２０】
１Ａ〜１Ｅ  遠心アトマイザ、２  チャンバ、２Ａ  中央処理槽、２Ｂ  外側処理槽、２ａ  周壁部、２ｂ  天板部、２ｃ  底板部、２ｄ  台座、２ｄ１  排気通路、２ｅ  回収部、２ｆ  隔壁、２ｆ１  スリット、３  溶解炉、３ａ  ノズル、４  不活性ガス導入部、４ａ  不活性ガス供給源、４ｂ  切替弁、５  排気部、５ａ  真空ポンプ、５ａ’  補助真空ポンプ、５ｂ  切替弁、６  還流路、７  不活性ガス供給部、７ａ  不活性ガス供給源、７ｂ  切替弁、８  気体排出部、８ａ  付加真空ポンプ、８ｂ  切替弁、１０Ａ〜Ｃ  回転ディスク装置、２０  ベース、２１  排気ポート、２２  排気管、３０  支持枠、４０  ステータ、４０Ａ  上部側ステータ、４０Ｂ１  下部側第１ステータ、４０Ｂ２  下部側第２ステータ、４１  吸気ポート、４２Ａ  ステータ側フィン部、４２Ｂ  静翼、４２ａ  基材部、４２ｂ  被覆層、４３  冷却管、４４  ジャケット、４５  一次側ネジ溝部、４６  二次側ネジ溝部、５０  ロータ、５０ａ  ディスク取付座、５１Ａ  上部側ロータ部、５１Ｂ  下部側ロータ部、５２Ａ  ロータ側フィン部、５２Ｂ  動翼、５２ａ  基材部、５２ｂ  被覆層、５３  アダプタ、６０  駆動部、６１  収納部、６２  回転軸、６３  玉軸受、６５  モータ、７０  排気路、８０  ディスク、１００  溶融金属、１０１  溶融金属粒子、ＡＸ  軸線、Ａ  ネジ溝真空ポンプ、Ｂ  ターボ分子ポンプ。
【図１】
2019108581.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019108581.tif 000033
【図１０】
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【図１１】
2019108581.tif 000035
【図１２】
2019108581.tif 000036
【図１３】
2019108581.tif 000037
【図１４】
2019108581.tif 000038
【図１５】
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