(57)【要約】【課題】粒度が細かく、擬球形で、粒度分布の幅が狭い金属粉末を効率よく製造するのに適した装置及び製造方法を提供する。【解決手段】この装置は、流下する溶融金属流３に粉化冷却液を吹き付けるための環状ノズル１が、溶融金属流を通過させる孔部２と、この孔部を通過した溶融金属流に向けて粉化冷却液を放出する環状スリット４と、環状ノズルの下面から下方に延びた排出パイプ５とを具備し、孔部近傍又は環状ノズル上面又は環状ノズルの外周部近傍には、上方から環状ノズル内に吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させ得る気流旋回手段８が設けられており、旋回された吸引気流によって溶融金属流が捻じられながら遠心力で分裂する構造になっており、気流旋回手段８として、気体噴射装置や気流旋回羽根や渦巻き状の溝の少なくともいずれか一つが設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けるための環状ノズルを備えた金属粉末製造装置で、前記環状ノズルが、前記溶融金属流を通過させる孔部と、前記粉化冷却液を前記孔部を通過した前記溶融金属流に向けて放出するための環状スリットと、前記環状ノズルの下面から下方に延び、前記環状ノズルから放出される前記粉化冷却液を通過させる排出パイプとを備えたものにおいて、
当該金属粉末製造装置が、前記環状ノズルの上側から当該環状ノズル内に吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させる気流旋回手段を具備し、当該気流旋回手段により旋回された吸引気流によって前記溶融金属流が捻じられ遠心力で分裂する構造であることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記気流旋回手段が、前記環状ノズルにおける前記孔部近傍又は当該環状ノズル上面又は環状ノズルの外周部近傍に設けられ、当該環状ノズル側へ気体を噴出し得る気体噴射装置であり、当該気体噴射装置の噴射口からの気流噴射角度Ωが、環状ノズルの中心方向に対して１°≦Ω≦９０°であることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
前記気流旋回手段が、前記環状ノズルにおける前記孔部近傍又は当該環状ノズル上面又は環状ノズルの外周部近傍に設けられた気流旋回羽根であり、当該気流旋回羽根の、前記環状ノズルの中心側位置における法線と当該位置における環状ノズルの中心に向かう直線とのなす角度Ωが１°≦Ω≦９０°であることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
前記気流旋回手段が、前記環状ノズルの内周面に設けられた溝であることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記環状ノズルが、前記孔部に沿って前記粉化冷却液を旋回させる旋回室を有しており、前記旋回室において旋回した前記粉化冷却液が、前記排出パイプ内において前記孔部を通過した前記溶融金属流を一葉双曲面状に取り囲むようにして連続的に放出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
環状ノズルに設けられた孔部を通過して流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けることにより金属粉末を製造する方法であって、
前記環状ノズルの上側から吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させ、旋回された吸引気流により前記溶融金属流を捻じって遠心力で分裂させる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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末を製造するのに適した金属粉末製造装置、及び当該装置を用いた金属粉末の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より金属粉末を製造する技術は多数存在するが、溶融金属流に冷却媒体（噴霧媒体）を吹き付けて金属粉末を製造するアトマイズ法が金属粉末を効率的に製造する方法の一つとして知られている。一般的に、冷却媒体が気流のアトマイズ法をガスアトマイズ法、冷却媒体が液体のアトマイズ法を液体アトマイズ法と呼んでいる。
【０００３】
しかしながら、ガスアトマイズ法の場合には、圧縮性流体であるガスジェットがノズルから出た瞬間に起こる断熱膨張によってガスジェットのエネルギー密度は急激に低下し、このため、細かい金属粉末を効率よく得ることが困難であり、得られた金属粉末の粒度分布が幅広いものとなる。又、金属粉末の形状に関して、ガスアトマイズ法を用いて得られた金属粉末は比較的擬球形であり、これは、冷却媒体として使用されている気流の冷却能力が比較的低いため、ガスジェットによって分散された溶融金属滴が表面張力によって球状化してから固化するためである。更に、ガスアトマイズ法では、ガスジェットが雰囲気ガスを巻き込みやすいので、溶融金属の吹き上げという問題もある。
【０００４】
一方、液体アトマイズ法としては、液体ジェットを線状衝突させるＶジェット型液体アトマイズ法、環状ノズルから放出される液体ジェットを一点衝突させるコニカルジェット型液体アトマイズ法、ペンシルジェット型ノズル部品から放出される液体ジェットを一点衝突させるペンシルジェット型液体アトマイズ法などが知られている。
このような液体アトマイズ法の冷却媒体は非圧縮性流体であるため、溶融金属流を分散させるための液体ジェットのエネルギー密度は、ガスジェットのエネルギー密度よりも遙かに大きく、このため、液体アトマイズ法の場合には、ガスアトマイズ法の場合よりも粒径の小さな金属粉末を製造することができる。
しかしながら、線状衝突または一点衝突を伴う従来の液体アトマイズ法では、分散された固化前の溶融金属滴は、液体ジェットの衝突部分の近傍に集中するとともに液体ジェットとの激しい接触交差によって急激に冷却される。従って、分散された溶融金属滴は、互いに接触して房状に固着して、不規則な形状で、粗大な粒子を含む粒度分布の幅の広い金属粉末になり、擬球形で粒度分布の幅の狭い金属粉末が要求される場合には、更なる分別処理や機械的処理が必要であり、これにより製造コストが上がる。
【０００５】
液体アトマイズ法における上記のような問題を解決するために、従来から種々の改良が試みられている。例えば、Ｖジェットやコニカルジェットの焦点の頂角を小さくして液体ジェットの衝突エネルギーを低下させて、分散した溶融金属滴の変形を小さくしようとする試みがあるが、実際に得られる金属粉末は擬球形ではなく、しかも、ノズルから衝突地点までの距離が長くなるためにエネルギーロスが大きくなって粗大な粒子を含む粒度分布の幅の広い金属粉末しか得られなかった。又、この他の溶融金属流の分散方法としては、例えば以下のものが挙げられる（例えば特許文献１〜３など）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１２３０１２号公報
【特許文献２】
ＷＯ００／２８８６５号公報
【特許文献３】
ＷＯ９９／１１４０７号公報
【０００７】
上記特許文献１には、放出された粉化冷却液が溶融金属流を一葉双曲面状に取り囲む旋回型の環状ノズルが記載されており、この環状ノズルから放出される液体ジェットは、溶融金属流と直接接触しないで、一葉双曲面の括れ部を通過する際の溶融金属流をその周囲から順次削り取るように分散させることができる。従って、分散された溶融金属滴同志の固着が防止されて細かく擬球形の金属粉末が得られる。しかしながら、溶融金属流の分散化効率が著しく低下するために、溶融金属流の一部は分散されずにそのまま一葉双曲面の括れ部を通過して、粗大な粒子を形成する。それゆえ、この特許文献１に記載の環状ノズルでは、粒度分布の幅の狭い金属粉末は実際には得られない。
上記特許文献１に記載された旋回型の環状ノズルにおける問題点を解決するために上記特許文献２では、一葉双曲面の括れ部を入り口に対し大きく減圧することで溶融金属流を分散させ、高速の液体ジェットに均一に取り込ませることにより粗大な粒子の生成を防止し、微細な擬球形粒子を製造できると言うものである。この方法においてかなり微細な粉末が得られるようになった。しかし、この特許文献２記載の方法の場合、ノズル入り口内部における溶滴付着から発生するブロッキングを避けるため、括れ部より上における溶融金属流の分散粒子は十分微細化できておらず、このままではさらなる微細化は不可能であった。
【０００８】
液体アトマイズ法の場合、溶融金属流と共に流入する気流の作用によりノズルの出口近傍の液体ジェットの内部領域において溶融金属流がわずかながら溶融金属粒に一次分裂するが、これは、水ジェットに対してより均一に溶滴が取り込まれることを助ける一方で、ノズル入口内部に溶滴が付着し、ブロッキングを起こす原因となってきている。このことから大きな負圧による激しい一次分裂は歓迎されるものではなかった。
例えば前記特許文献３には、高速で流入する気流の作用によりノズルの出口近傍の液体ジェット（コニカルジェット）の内部領域において溶融金属流を一次分裂させる構造の金属粉末製造装置が開示されているが、この装置では、一次分裂した液滴がその下にある焦点を結ぶジェットのために再度衝突し、不規則な造粒粉末が多く発生するという問題点があった。又、この装置の場合には、オリフィス出口に邪魔板が設けられているために、その近傍で乱流の発生が起こり、特に小さな口径のノズルの場合は液滴が付着し易く、ブロッキングの原因になるという問題点もあった。
更に、従来の装置では、ノズルの下に設置された排出パイプのエゼクター効果により、ノズル周辺の気体は吸引されるが、この吸引気体による一次分裂は、従来法では促進して激しくすると分裂位置が高くなってノズルへの付着が発生しやすくブロッキングの原因となりアトマイズが困難になるという問題点があり、一次分裂の度合いや分裂開始点（高さ）を制御することが困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の液体アトマイズ法を用いて得られる金属粉末よりも、少ない投入エネルギーで、すなわち噴霧液体の流量、圧力溶融金属の温度、流量がより低エネルギー側でより細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末を効率よく製造できる装置及び製法を提供することを課題とする。
本願発明者らは上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、環状ノズルに設けられた孔部を通過して流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けて金属粉末を製造する金属粉末製造装置において、環状ノズルの上側から環状ノズル内に吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させると、この中心点の位置を流下する溶融金属流に回転モーメントが与えられ、溶融金属流が吸引気流により捻じられて、遠心力による一次分裂の促進が達成され、吸引気流の旋回状態を気流旋回手段により適宜調整することによって溶湯の一次分裂の度合いと分裂開始点を容易に制御でき、これにより、コニカルジェットの場合であっても旋回ジェットの場合であっても、従来の液体アトマイズ法を用いて得られる金属粉末よりも細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末を効率よく製造できることを見いだして本発明を完成した。
以下に、本発明を更に詳細に説明する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の金属粉末製造装置は、流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けるための環状ノズルを備え、前記環状ノズルが、前記溶融金属流を通過させる孔部と、前記粉化冷却液を前記孔部を通過した前記溶融金属流に向けて放出するための環状スリットと、前記環状ノズルの下面から下方に延び、前記環状ノズルから放出される前記粉化冷却液を通過させる排出パイプとを備えたものにおいて、
当該金属粉末製造装置が、前記環状ノズルの上側から当該環状ノズル内に吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させる気流旋回手段を具備し、当該気流旋回手段により旋回された吸引気流によって前記溶融金属流が捻じられ遠心力で分裂する構造であることを特徴とする。
【００１１】
又、本発明は、上述の構造を有した金属粉末製造装置において、前記気流旋回手段が、前記環状ノズルにおける前記孔部近傍又は当該環状ノズル上面又は環状ノズルの外周部近傍に設けられ、当該環状ノズル側へ気体を噴出し得る気体噴射装置であり、当該気体噴射装置の噴射口からの気流噴射角度Ωが、環状ノズルの中心方向に対して１°≦Ω≦９０°であることを特徴とするものでもある。
【００１２】
又、本発明は、上述の構造の金属粉末製造装置において、前記気流旋回手段が、前記環状ノズルにおける前記孔部近傍又は当該環状ノズル上面又は環状ノズルの外周部近傍に設けられた気流旋回羽根であり、当該気流旋回羽根の、前記環状ノズルの中心側位置における法線と当該位置における環状ノズルの中心に向かう直線とのなす角度Ωが１°≦Ω≦９０°であることを特徴とするものでもある。
【００１３】
又、本発明は、上述の構造の金属粉末製造装置において、気流旋回手段が、前記環状ノズルの内周面に設けられた溝であることを特徴とするものでもある。
【００１４】
又、本発明は、上述の構造を有した金属粉末製造装置において、前記環状ノズルが、前記孔部に沿って前記粉化冷却液を旋回させる旋回室を有しており、前記旋回室において旋回した前記粉化冷却液が、前記排出パイプ内において前記孔部を通過した前記溶融金属流を一葉双曲面状に取り囲むようにして連続的に放出されることを特徴とするものでもある。
【００１５】
更に、本発明は、環状ノズルに設けられた孔部を通過して流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けることにより金属粉末を製造する方法であって、
この製法は、前記環状ノズルの上側から吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部中心を中心点として旋回させ、旋回された吸引気流により前記溶融金属流を捻じって遠心力で分裂させることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属粉末製造装置の好ましい具体例を図面に示して本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。
図１は、本発明の金属粉末製造装置における環状ノズル１の好ましい一実施例の構造を示す図であり、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は（ａ）の環状ノズルの縦断面図であり、（ｂ）には、流下する溶融金属流３が環状ノズル１の孔部２を通過する様子が点線で示されている。
【００１７】
本発明の金属粉末製造装置における環状ノズル１は、流下する溶融金属流に粉化冷却液を吹き付けて細かい粒径の金属粉末を製造するためのものであって、図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、この環状ノズル１には、溶融金属流３を通過させる孔部２と、孔部２を通過した溶融金属流３に向けて粉化冷却液を放出するための環状スリット４（一般的には直径＝３０〜１００ｍｍ）が設けられており、この環状ノズル１の下面からは、環状ノズルから放出される粉化冷却液を通過させる円筒状の排出パイプ５が下方に向かって延びている。
【００１８】
尚、図１（ａ）及び（ｂ）に示される環状ノズル１は、導入口６から注入された粉化冷却液が、環状ノズル１の孔部２の周囲を取り囲むように形成された冷却液放出室７（旋回室）内を旋回した後に、孔部２を通過した溶融金属流３に向けて環状スリット４から放出される旋回ジェット構造を有したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、図面において斜線で示されている部分は、冷却液放出室７内の空洞領域の内側に複数枚設けられた案内羽根を示しており、この案内羽根は、粉化冷却液を所定の角度で冷却液放出室７内を旋回させるためのものであるが、これは羽根に限定されず溝や孔を持つ部品であってもよく、また、これらの羽根や溝や孔などの角度を変えることで旋回角度ωを変えることができる。
又、本発明では、導入口６から注入された粉化冷却液が旋回角度を有さずに（即ち、旋回角度＝０°で）環状スリット４から放出されるコニカルジェット構造を有していても良い。ここで、旋回角度とは、環状ノズルから放出される液体ジェットが、環状ノズルの中心軸に対してなす角度を、環状スリットを含む面上に投影した角度（ω）をいう。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）の環状ノズル１の場合、粉化冷却液を注入するための導入口６が、環状ノズルの冷却液放出室７の接線に沿って設けられているので、粉化冷却液を冷却液放出室７内に高圧で注入でき、注入された粉化冷却液は冷却液放出室７内を旋回する。本発明の環状ノズル１は少なくとも１個の導入口が設けられていれば十分であるが、本実施例では粉化冷却液をより高効率で注入できるように２個の導入口が設けられている。導入口６は、必ずしも旋回室の接線方向に沿って形成されている必要はなく、例えば冷却液放出室７の法線方向に形成されていてもよい。
この冷却液放出室７の内部の空洞領域は環状スリット４に近づくにつれて徐々に狭くなっており、これによって１００ｍ／ｓｅｃ以上、さらに最適には２００ｍ／ｓｅｃ以上の流速を有する液体ジェットを、環状スリット５から放出することができ、液体ジェットの速度は、導入口６において測定された粉化冷却液の注入圧力からベルヌーイの定理を使用することによって算出され得る。
【００２０】
ところで、本発明の装置における環状スリット４の位置は、孔部２を通過した溶融金属流３に向けて液体ジェットが放出されるようになっていれば孔部２の内側面に限定されず、環状ノズル１の下面に形成されていてもよい。また、本発明は、図面に記載するような円形の環状スリットに限定されず、他の形状（例えば楕円形や矩形等）の環状スリットであってもよい。
本発明の金属粉末製造装置では、上記環状ノズル１から放出された液体ジェットが、図１（ｂ）に示されるようにして、溶融金属流３を一葉双曲面状に取り囲むようにして連続的に放出されるようになっており、環状スリット４から放出された液体ジェットは一旦は互いに近づくが、衝突することなく離れるように流れるために括れ部を形成する。環状ノズル１から放出される液体ジェットの下降角度θは、５°≦θ≦６０°、更には７°≦θ≦５５°、最適には８°≦θ≦４０°になっていることが好ましく、この場合に特に良好な金属粉末が得られる。
【００２１】
そして、本発明の金属粉末製造装置には、環状ノズル１の上側から環状ノズル１内に吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて孔部２中心を中心点として旋回させる気流旋回手段８が設けられており、この気流旋回手段８により旋回された吸引気流によって、図１（ｂ）に示されるようにして、溶融金属流３が捻じられながら遠心力で外側に広がるようにして分裂が起こる構造となっている。
本発明における気流旋回手段８は、環状ノズル１内に吸引される吸引気流を旋回させることが可能なものであれば良く、図１（ａ）及び（ｂ）には、環状ノズル１の外周部近傍に気流旋回手段８として気体噴射装置８ａが設けられ、かつ、環状ノズル１の上面には、湾曲面を有した気流旋回羽根８ｂが２枚設けられ、孔部２の近傍（孔部２の湾曲周壁面）にも渦巻き状の気流旋回羽根８ｃが設けられたものが開示されているが、本発明では気体噴射装置８ａや気流旋回羽根８ｂ、８ｃの個数や形状や取り付け角度などが図面に例示したものに限定されるものではなく、気流旋回手段８ａ〜８ｃの少なくとも１つが設けられた構造であっても、吸引気流を旋回させることができ、これらを適宜選択することによって、溶融金属流の分裂度合いや分裂開始点をコントロールすることができる。この際、環状ノズル１側へ向かって気体を噴出し得る気体噴射装置８ａの噴射口からの気流噴射角度Ω（図１（ａ）参照）は、環状ノズル１の中心方向に対して１°≦Ω≦９０°であれば良く、又、排出パイプ５から排出される排出ガスが気体噴射装置８ａへ誘導されるようにしてガスのリサイクルがなされる構造であっても良い。
この図１（ａ）及び（ｂ）の本発明の金属粉末製造装置の場合、環状ノズル１内に吸引される気流に、気体噴射装置８ａと気流旋回羽根８ｂによって回転モーメントが与えられ、この吸引気流が、環状ノズル１内に設けられた渦巻き状の気流旋回羽根８ｃによって更に旋回され、旋回中心の位置にある溶融金属流３を旋回方向に捻じり、遠心力により溶融金属流３の一次分裂が促進される。
【００２２】
又、図２（ａ）及び（ｂ）には、図１とは異なる構造を有した本発明の金属粉末製造装置が示されており、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は、（ａ）の環状ノズルのＡ−Ａ’線における縦断面図である。
図２の金属粉末製造装置においては、環状ノズル１の上面に、環状ノズル１内に吸引される気流に回転モーメントが付与されるようにして８枚の気流旋回羽根８ｂが設けられており、孔部２の湾曲周壁面にも８枚の気流旋回羽根８ｃが設けられている。この際、気流旋回羽根８ｃの代わりに、図２（ａ）の外観となるような渦巻き状の溝を８本、気流旋回手段として刻設しても良い。
気体噴射装置８ａが設けられていない図２の構造の装置の場合にも、環状ノズル１内に吸引される気流に旋回力が付与されて溶融金属流の一次分裂を促進することができ、気流旋回羽根８ｂと気流旋回羽根８ｃの一方だけが設けられても良く、図１と同様にして気体噴射装置８ａを設けても良い。
尚、図２の装置の場合にも、導入口６から注入された粉化冷却液が、環状ノズル１の孔部２の周囲を取り囲むように形成された冷却液放出室７（旋回室）内を旋回して環状スリット４から放出される旋回ジェット構造であっても、粉化冷却液が旋回せずに環状スリット４から放出されるコニカルジェット構造であっても良い。
【００２３】
更に、図３にも、図１及び図２とは異なる構造を有した本発明の金属粉末製造装置の具体例が示されており、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は、（ａ）の環状ノズルの縦断面図である。
図３の金属粉末製造装置においては、環状ノズル１の上面及び孔部２の周壁面には気流旋回羽根が設けられておらず、環状ノズル１の上方外周部近傍に、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるような気流旋回羽根８ｄと、気体噴射装置８ａとが設けられることによって、環状ノズル１内に吸引される気流に回転モーメントが付与されるようになっている。この場合、気流旋回羽根８ｄの、環状ノズル１の中心側位置における法線と当該位置における環状ノズル１の中心に向かう直線とのなす角度Ωは１°≦Ω≦９０°であり、気体噴射装置８ａの噴射口からの気流噴射角度Ωも、環状ノズル１の中心方向に対して１°≦Ω≦９０°である。
【００２４】
図１〜図３に示されるような気流旋回手段を有した本発明の金属粉末製造装置を用いて金属粉末を製造する場合、孔部２の上側から吸引した気流に回転モーメントが与えられて孔部２を通過する際に加速されるが、この時に溶融金属流も同時に回転モーメントが付与されながら加速され、吸引気流の旋回方向に捻じられて遠心力で分裂しながら粉砕され、従来の液体アトマイズ装置を用いた場合に比べて激しい一次分裂が達成できる。この一次分裂により細かく分裂した溶滴は、更にコニカルジェット又は旋回ジェットにより微細に分裂され、従来の液体アトマイズ法を用いて得られる金属粉末よりも、細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末を効率よく製造することができる。
【００２５】
尚、本発明の金属粉末製造装置には、略一定の内径を有し、環状ノズル１の下面から下方に延びる排出パイプ５が設けられているが、この排出パイプ５の内壁には、排出パイプの磨耗を防止するための硬質金属またはセラミックス等によるコーティングが施されていることが好ましい。この排出パイプ５は環状ノズルの中心軸と排出パイプの中心軸とが一致するように取り付けられており、環状スリット４から放出された液体ジェットは排出パイプ５の内部において一葉双曲面を形成するようになっているが、排出パイプ５の縦断面形状は、図１（ｂ）等に例示したものに限定されるものではない。
【００２６】
ところで、本発明では、上記の環状ノズル１は、任意の水量で放出することが可能であるが、好ましくは、（単位時間あたりの溶融金属流の流下量）：（単位時間あたりの粉化冷却液の放出量）は、好ましくは１：２〜１００、更には１：３〜５０，最適には１：５〜３０で放出するとよい。これによって、良好な金属粉末を効率よく省エネルギーで製造できる。
また、本発明の金属粉末製造装置は、図１に記載するような環状スリット４を有する環状ノズルを使用するものに限定されるものではなく、例えば、複数個のペンシルジェット型ノズル部品の放出口を図１の環状スリット５に沿うように環状に配列させて、各ペンシルジェット型ノズル部品から流線に沿うような液体ジェットを一葉双曲面状に放出してもよい。この場合、環状に配列された複数個のペンンシルジェット型ノズル部品が本発明の装置の環状ノズルを構成する。
【００２７】
次に、上述の金属粉末製造装置を用いる本発明の金属粉末の製造方法について説明する。
本発明の製造方法では、前述の構造を有する環状ノズルの上側から吸引される吸引気流に回転モーメントを与えて、環状ノズルの孔部中心を中心点として旋回させ、旋回された吸引気流により溶融金属流を捻じって遠心力で分裂させることで、アトマイズの噴霧効率がより一層高められ、粉化冷却液に接触する前に十分に微細な溶融金属滴となり、微細化されたアトマイズ粉末が得られる。
このため、従来の金属粉末装置を用いた製法では、水アトマイズ法で微細化しにくい金属（例えばＳｎ、Ａｇ、Ｓｂなど）の場合、溶融金属流が分裂する途中に水ジェットで冷却されて凝固が開始され、分裂が継続されないことがあったが、本発明の製法では、旋回しながら環状ノズルに吸引される気流によって溶融金属流の一次分裂が促進され、かつ旋回水ジェットが溶融金属流を一葉双曲面状に取り囲むようにして連続的に放出させるためにジェットが焦点に集中せず、上記の金属の場合にも造粒粒子の発生が非常に少なく、球状の微細化されたアトマイズ粉末を製造することが可能である。
さらに、本発明の方法では、粉末粒子が微細化できるため、冷却速度が大きい。そのため旋回ジェットのω＝０°の場合に相当するコニカルジェットの場合に、焦点で衝突してもすでに粒子の凝固が終了している確率が高く、粉末が溶着造粒しにくく擬球形の粉末が得られやすい。
【００２８】
尚、本発明の製法は、金属元素、金属化合物、合金および金属間化合物を含む任意の金属に適用することが可能である。また、本発明によると、金属の特性に応じたアトマイズ条件を設定することによって、所望の特徴を有した金属粉末を製造することが可能になる。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。次の実施例は、出願時における発明者が最良実施形態であると認識するものであるが、本発明はこれに限定されない。
【００３０】
〔気流旋回羽根が設けられた本発明の金属粉末製造装置を用いて製造された金属粉末と、気流旋回羽根を有しない従来の金属粉末製造装置を用いて製造された金属粉末との特性比較試験結果〕
気流旋回羽根として、図２の８ｃ（実施例１、３、５）、図３の８ｄ（実施例２、７）、図２の８ｂ（実施例４、８）及び、図３の８ａ（実施例６）がそれぞれ設けられた本発明の金属粉末製造装置を使用して、以下の表１及び表２に記載される製造条件下で、Ｓｎ、Ｃｕ‐１０％Ｓｎ合金、Ｃｏ‐Ｍｏ‐Ｃｒ系合金、ＳＵＳ系合金、及びＣｕの金属粉末を製造した（実施例１〜８）。一方、気流旋回羽根が設けられていない従来の金属粉末製造装置を用いて、以下の表１及び２に記載される製造条件下にて、Ｓｎ、Ｃｕ‐１０％Ｓｎ合金、Ｃｏ‐Ｍｏ‐Ｃｒ系合金、ＳＵＳ系合金、及びＣｕの金属粉末を製造した（比較例１〜８）。
【００３１】
そして、ＪＩＳ  Ｚ−８８０１に従って選別された１ｍｍ以下の粒径を有する金属粉末に対して、表１及び表２に記載の分析項目について分析試験を行った。その分析結果を表１及び表２に併せて記載する。
尚、これらの分析は以下の手法で行った。
・見掛密度は、ＩＳＯ−３９２３に従って測定した。
・タップ密度は、ＩＳＯ−３９５３に従って測定した。
・相対見掛密度は、（見掛密度）÷（真密度）×１００に従って算出した。
・相対タップ密度は（タップ密度）÷（真密度）×１００に従って算出した。
・メジアン径は、日機装（株）製のマイクロトラックを使用して、レーザー回折散乱法（体積％）を採用することによって測定した。但し、粉末が２５０μｍ以上の粒子を含む場合は篩による測定を併用した。
・金属粉末中に占める１０μｍ、５μｍ及び１μｍ以下の粒径を有する微粉末の含有量を、レーザー回折散乱法（体積％）を採用することによって測定した。
・幾何標準偏差は、メジアン径の測定結果における累積５０％径／累積１５．８７％に従って算出した。
・比表面積は、気相吸着法のＢＥＴ法に従って測定した。
・酸素量は、非分散赤外線吸収法に従って測定した。
・収率は、ＪＩＳ  Ｚ−８８０１に従って選別された１ｍｍ以下の粒径を有する金属粉末中に占める４５μｍ以下の粒径を有する金属粉末の割合を百分率で示したものである。
・電子顕微鏡写真は、（株）日立製作所製の走査電子顕微鏡を使用して撮影し、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３、実施例５と比較例５、実施例８と比較例８で得られた各金属粉末の粒径及び形状を比較した（図４参照）。
【００３２】
【表１】
2004269956.tif 000003
【００３３】
【表２】
2004269956.tif 000004
【００３４】
表１及び表２に記載の結果より、同種の金属粉末で比較した場合、本発明には以下の効果があることが確認される。
本発明の装置を用いて得られる金属粉末の見掛密度、タップ密度、相対見掛密度及び相対タップ密度は、同じ形状でもメジアン径が変われば変わるため単純に傾向がつかめないが、金属粉末のメジアン径は、いずれも対応する比較例の場合よりも小さく、これは、本発明によって得られる金属粉末は、比較例の金属粉末よりも細かいことを示している。
本発明による金属粉末の幾何標準偏差はいずれも、対応する比較例よりも小さくなっている。これは、本発明によって得られた金属粉末の粒度分布の幅が、比較例の金属粉末よりも狭いことを示している。
本発明による金属粉末の収率は、対応する比較例よりも高くなっている。これは、本発明によると、溶融金属流は液体ジェットによって規則的かつ連続的に分散され、しかも分散された溶融金属滴は互いに接触することなく緩やかに冷却されるためと考えられる。又、電子顕微鏡写真より、本発明の金属粉末は、エッジが除去されており、比較例の金属粉末よりも擬球形であることは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の金属粉末製造装置では、コニカルジェット構造又は旋回ジェット構造のいずれの場合であっても、環状ノズルに吸引される気流を旋回することで溶融金属流（溶湯）に回転モーメント（旋回エネルギー）を与えることができ、遠心力を利用した激しい一次分裂の発生が達成され、気流旋回手段の種類及び形状、取り付け位置を適宜選択することで、溶湯分裂の度合いや分裂開始位置（高さ）を比較的容易に制御することが可能である。その結果、本発明の装置を用いた場合には、ノズルへの付着が発生しにくくブロッキングもほとんど起こらないので、アトマイズの噴霧効率が更に大きく改善され、この装置は、粒度が細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末を製造するのに非常に有効である。
又、本発明の金属粉末の製造方法を用いることにより、従来の水アトマイズ製法では微細化しにくかった金属であっても、粒度が細かく、擬球形で、しかも粒度分布の幅の狭い金属粉末に効率良く加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属粉末製造装置における環状ノズル１の好ましい一実施例の構造を示す図であり、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は（ａ）の環状ノズルの概略の縦断面図である。
【図２】図１とは異なる構造を有した本発明の金属粉末製造装置が示されており、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は、（ａ）の環状ノズルのＡ−Ａ’線における概略の縦断面図である。
【図３】図１及び図２とは異なる構造を有した本発明の金属粉末製造装置の具体例が示されており、（ａ）は環状ノズルを上から見た時の図であり、（ｂ）は、（ａ）の環状ノズルの概略の縦断面図である。
【図４】実施例２と比較例２、実施例３と比較例３、実施例５と比較例５、実施例８と比較例８で得られた各金属粉末の粒径及び形状を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  環状ノズル
２  孔部
３  溶融金属流
４  環状スリット
５  排出パイプ
６  導入口
７  冷却液放出室
８ａ  気体噴射装置
８ｂ、８ｃ、８ｄ  気流旋回羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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