(57)【要約】【課題】オリフィスから噴射される液体の流速を確実にほぼ一定に維持することができる金属粉末製造装置を提供すること。【解決手段】金属粉末製造装置１Ａは、溶融金属Ｑを供給する供給部と、供給部の下方に設置され、供給部から供給された溶融金属Ｑが通過可能であり、内径が下方に向って漸減する内径漸減部３３を有する第１の流路３１と、第１の流路３１の下端部に開口し、第１の流路３１に水Ｓを噴射するオリフィス３４とが形成されたノズル３とを有している。このノズル３は、オリフィス３４を画成する、第１の部材４と、第１の部材４の下方に間隙３７を介して設置された第２の部材５とを備え、第１の部材４の内径漸減部３３付近には、温度上昇することにより内径漸減部３３付近を変形させ、これにより、オリフィス３４を通過する水Ｓの圧力によるオリフィス３４の拡大を規制する規制手段としての吸熱体６が設置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を供給する供給部と、
前記供給部の下方に設置され、該供給部から供給された溶融金属が通過可能であり、内径が下方に向って漸減する内径漸減部を有する流路と、該流路の下端部に開口し、前記流路に液体を噴射するオリフィスと、液体を一時的に貯留する貯留部と、該貯留部から前記オリフィスに液体を導入する導入路とが形成されたノズルとを有し、
前記オリフィスから噴射された液体に前記流路を通過する溶融金属を接触させることにより、該溶融金属を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記ノズルは、前記オリフィス、前記貯留部および前記導入路を画成する、第１の部材と、該第１の部材の下方に間隙を介して設置された第２の部材とを備え、
前記第１の部材の前記内径漸減部付近には、温度上昇することにより前記内径漸減部付近を変形させ、これにより、前記オリフィスを通過する液体の圧力による前記オリフィスの拡大を規制する規制手段が設置されていることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記オリフィスは、前記流路の内周面の全周にわたって、スリット状に開口したものである請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
前記オリフィスは、その内周面が前記第１の部材で画成され、外周面が前記第２の部材で画成されている請求項２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
前記オリフィスは、液体を、その外形形状が、頂部が下方に位置するほぼ円錐形状をなすように噴射するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記導入路は、その縦断面形状がくさび状をなすものである請求項１ないし４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
前記内径漸減部は、収斂形状をなしている請求項１ないし５のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項７】
前記規制手段は、前記内径漸減部の内周面に、その全周にわたって形成され、前記第１の部材より熱膨張係数が大きい材料で構成された吸熱体で構成されており、
前記吸熱体は、前記流路を通過する溶融金属からの輻射熱を吸熱して膨張することにより、前記内径漸減部の内周面を外側に押圧するものである請求項１ないし６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項８】
前記吸熱体の厚さは５〜２０ｍｍである請求項７に記載の金属粉末製造装置。
【請求項９】
前記吸熱体の熱膨張係数と前記第１の部材もしくは前記第２の部材の熱膨張係数との差は、４×１０−６℃−１以上である請求項７または８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１０】
前記吸熱体は、ステンレス鋼を主材料として構成されている請求項７ないし９のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１１】
前記規制手段は、通電により発熱して、前記内径漸減部の一部を膨張変形させる発熱体で構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１２】
前記発熱体は、前記第１の部材に埋設されている請求項１１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１３】
前記発熱体は、前記導入路の上方に位置している請求項１１または１２に記載の金属粉末製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属から金属粉末を製造する金属粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末を製造するには、溶融金属をアトマイズ法により粉末化する金属粉末製造装置（アトマイザ）が用いられている。この金属粉末製造装置としては、例えば、特許文献１に記載された「溶融金属の噴霧微粉化装置」が知られている。
この溶融金属の噴霧微粉化装置は、溶湯（溶融金属）を下方に向けて吐出する溶湯ノズルと、溶湯ノズルから吐出された溶湯が通過する流路と該流路に開口するスリットとを有するノズルとを備えている。このノズルのスリットからは、水が噴射される。特許文献１の装置は、スリットから噴射された水に、流路を通過する溶湯を衝突させることにより、当該溶湯を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造するよう構成されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の装置は、スリットを通過する水の圧力により、当該スリットの間隔が過剰に拡大してしまい、結果、スリットから噴射される水の流速が過剰に低下するという問題があった。水圧低下により当然吐出水の流速低下が生じ、高速水の粉砕能力が低下することで、生成する金属粉末の微細化が阻害され、目的とする粒度の微細粉末が得られない。
【０００４】
【特許文献１】特公平３−５５５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、オリフィスから噴射される液体の流速を確実にほぼ一定に維持することができる金属粉末製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を供給する供給部と、
前記供給部の下方に設置され、該供給部から供給された溶融金属が通過可能であり、内径が下方に向って漸減する内径漸減部を有する流路と、該流路の下端部に開口し、前記流路に液体を噴射するオリフィスと、液体を一時的に貯留する貯留部と、該貯留部から前記オリフィスに液体を導入する導入路とが形成されたノズルとを有し、
前記オリフィスから噴射された液体に前記流路を通過する溶融金属を接触させることにより、該溶融金属を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記ノズルは、前記オリフィス、前記貯留部および前記導入路を画成する、第１の部材と、該第１の部材の下方に間隙を介して設置された第２の部材とを備え、
前記第１の部材の前記内径漸減部付近には、温度上昇することにより前記内径漸減部付近を変形させ、これにより、前記オリフィスを通過する液体の圧力による前記オリフィスの拡大を規制する規制手段が設置されていることを特徴とする。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速を確実にほぼ一定に維持することができる。
【０００７】
本発明の金属粉末製造装置では、前記オリフィスは、前記流路の内周面の全周にわたって、スリット状に開口したものであることが好ましい。
これにより、液体は、その外形形状が、確実に、頂部が下方に位置するほぼ円錐形状をなすように噴射される。
本発明の金属粉末製造装置では、前記オリフィスは、その内周面が前記第１の部材で画成され、外周面が前記第２の部材で画成されていることが好ましい。
これにより、オリフィスを容易かつ確実に形成することができ、また、間隙の大きさに応じてオリフィスの大きさを適宜設定することができる。
【０００８】
本発明の金属粉末製造装置では、前記オリフィスは、液体を、その外形形状が、頂部が下方に位置するほぼ円錐形状をなすように噴射するよう構成されていることが好ましい。
これにより、外形形状が円錐形状をなすように噴射された液体の内側で、溶融金属が飛散されて、確実に微細な多数の液滴となる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記導入路は、その縦断面形状がくさび状をなすものであることが好ましい。
これにより、液体の流速を徐々に高めることができ、また、この流速が高まった状態の液体をオリフィスから安定して噴射することができる。
【０００９】
本発明の金属粉末製造装置では、前記内径漸減部は、収斂形状をなしていることが好ましい。
これにより、オリフィスから噴射した液体の流れにより、ノズルの上方の気体が内径漸減部に流れ込み（引き込まれ）、当該流れ込んだ空気は、内径漸減部の内径が最小径となる部分付近で流速が最大となる。この流速が最大となった空気により、溶融金属が飛散されて、確実に微細な多数の液滴となる。
【００１０】
本発明の金属粉末製造装置では、前記規制手段は、前記内径漸減部の内周面に、その全周にわたって形成され、前記第１の部材より熱膨張係数が大きい材料で構成された吸熱体で構成されており、
前記吸熱体は、前記流路を通過する溶融金属からの輻射熱を吸熱して膨張することにより、前記内径漸減部の内周面を外側に押圧するものであることが好ましい。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実にほぼ一定に維持することができる。
【００１１】
本発明の金属粉末製造装置では、前記吸熱体の厚さは５〜２０ｍｍであることが好ましい。
吸熱体の厚さが前記数値範囲内である場合、吸熱体の膨張の程度を好適なものとすることができ、よって、オリフィスの大きさを確実に一定に維持することができる。これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実に一定に維持することができる。
【００１２】
本発明の金属粉末製造装置では、前記吸熱体の熱膨張係数と前記第１の部材もしくは前記第２の部材の熱膨張係数との差は、４×１０−６℃−１以上であることが好ましい。
吸熱体の熱膨張係数が前記数値範囲内である場合、吸熱体の膨張の程度を好適なものとすることができ、よって、オリフィスの大きさを確実に一定に維持することができる。これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実に一定に維持することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記吸熱体は、ステンレス鋼を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、吸熱体が輻射熱により確実に熱膨張することとなり、よって、内径漸減部の内周面を外側に確実に押圧することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記規制手段は、通電により発熱して、前記内径漸減部の一部を膨張変形させる発熱体で構成されていることが好ましい。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実にほぼ一定に維持することができる。
【００１３】
本発明の金属粉末製造装置では、前記発熱体は、前記第１の部材に埋設されていることが好ましい。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実にほぼ一定に維持することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記発熱体は、前記導入路の上方に位置していることが好ましい。
これにより、発熱体の位置がオリフィスの開口部に近い分、オリフィスの変形量への影響が大きく、効果が大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の金属粉末製造装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態を示す縦断面図、図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図である。
なお、以下では、説明の都合上、図１および図２中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【００１５】
図１に示す金属粉末製造装置（アトマイザ）１Ａは、溶融金属Ｑをアトマイズ法により粉末化して、多数の金属粉末Ｒを得るものである。この金属粉末製造装置１Ａは、溶融金属Ｑを供給する供給部２と、供給部２の下方に設置されたノズル３と、ノズル３（第１の部材４）に設置された規制手段としての吸熱体６と、ノズル３（第２の部材５）の下端面５１に設置されたカバー７とを備えている。
なお、本実施形態では、金属粉末製造装置１Ａが、ステンレス鋼（例えば、３０４Ｌ、３１６Ｌ、１７−４ＰＨ、４４０Ｃ等）やＦｅ−Ｓｉ系磁性粉末からなる金属粉末Ｒを製造する場合を例にする。
【００１６】
以下、各部の構成について説明する。
図１に示すように、供給部２は、有底筒状をなす部分を有している。この供給部２の内部空間（内腔部）２２には、所定のモル比（例えば１：２のモル比）でＣｏ単体とＳｎ単体とを混合・溶融した溶融金属Ｑ（溶融物）が一時的に収納される。
また、供給部２の底部２１の中央部には、吐出口２３が設けられている。この吐出口２３からは、内部空間２２内の溶融金属Ｑが下方に向って吐出される。
供給部２の下方には、ノズル３が設置されている。ノズル３には、供給部２から供給された（吐出された）溶融金属Ｑが通過する第１の流路（流路）３１と、水（液体）Ｓを供給する給水源（図示せず）からの水Ｓが通過する第２の流路３２とが形成されている。
【００１７】
第１の流路３１は、横断面形状が円形をなしており、ノズル３の中央部に、鉛直方向に沿って形成されている。
この第１の流路３１は、ノズル３（第１の部材４）の上端面４１から内径が下方に向って漸減する、すなわち、収斂形状をなす内径漸減部３３を有している。
これにより、後述するオリフィス３４から噴射した水Ｓ（流体）の流れにより、ノズル３の上方の空気（気体）Ｇが内径漸減部３３（第１の流路３１）に流れ込み（引き込まれ）、当該流れ込んだ空気Ｇは、内径漸減部３３の内径が最小径となる部分３３１（オリフィス３４が開口する部分）付近で流速が最大となる。この流速が最大となった空気Ｇにより、溶融金属Ｑが飛散されて、確実に微細な多数の液滴Ｑ１となる。
【００１８】
図２に示すように、第２の流路３２は、第１の流路３１の下端部（部分３３１近傍）に開口するオリフィス３４と、水Ｓを一時的に貯留する貯留部３５と、貯留部３５からオリフィス３４に水Ｓを導入する導入路（中継路）３６とで構成されている。
貯留部３５は、前記給水源に接続され、当該給水源から水Ｓが供給される部位である。
この貯留部３５は、導入路３６を介して、オリフィス３４と連通している。
また、貯留部３５の縦断面形状は、長方形（または正方形）をなしている。
【００１９】
導入路３６は、その縦断面形状がくさび状をなす部位である。これにより、貯留部３５から流入した水Ｓの流速を徐々に高めることができ、また、この流速が高まった状態の水Ｓをオリフィス３４から安定して噴射することができる。
オリフィス３４は、貯留部３５、導入路３６を順に通過した水Ｓを第１の流路３１に噴射（噴出）する部位である。
【００２０】
このオリフィス３４は、第１の流路３１の内周面の全周にわたってスリット状に開口している。また、オリフィス３４は、第１の流路３１の中心軸Ｏに対して傾斜する方向に開口している。
このように形成されたオリフィス３４により、水Ｓは、その外形形状が、確実に、頂部Ｓ２が下方に位置するほぼ円錐形状をなすような液体ジェットＳ１として噴射される（図１参照）。これにより、液体ジェットＳ１およびその内側で、溶融金属Ｑが飛散されて、確実に微細な多数の液滴Ｑ１となる。
【００２１】
また、前述したように、内径漸減部３３の内径が最小径となる部分３３１付近で流速が最大となった空気Ｇにより、溶融金属Ｑが飛散されて、確実に微細な多数の液滴Ｑ１となる。これによる相乗効果で、溶融金属Ｑが確実に飛散されて、より確実に微細な多数の液滴Ｑ１となる。
また、多数の液滴Ｑ１となった溶融金属Ｑは、液体ジェットＳ１に接触して、冷却固化される。これにより、多数の金属粉末Ｒが製造される。このように製造された多数の金属粉末Ｒは、金属粉末製造装置１Ａの下部に設置された容器（図示せず）に収納される。
【００２２】
このような第１の流路３１および第２の流路３２が形成されたノズル３は、円盤状（リング状）の第１の部材４と、第１の部材４と同心的に設置された円盤状（リング状）の第２の部材５とで構成されている（図１および図２参照）。第２の部材５は、第１の部材４の下方に間隙３７を介して設置されている。
このように配置された第１の部材４と第２の部材５とにより、オリフィス３４、導入路３６および貯留部３５がそれぞれ画成される。すなわち、第１の部材４と第２の部材５との間に形成された間隙３７により、第２の流路３２が構成される。
【００２３】
図２に示すように、オリフィス３４は、その内周面３４１が第１の部材４の下部４２により画成され、外周面３４２が第２の部材５の上部５２により画成されている。
また、導入路３６は、その上面３６１が第１の部材４の下部４２により画成され、下面３６２が第２の部材５の上部５２により画成されている。
また、貯留部３５は、その上面３５１および導入路３６より上方の内周面３５２が第１の部材４の下部４２により画成され、下面３５３および導入路３６より下方の内周面３５４が第２の部材５の上部５２により画成されている。
このように、オリフィス３４、導入路３６および貯留部３５がそれぞれ画成されていることにより、オリフィス３４、導入路３６および貯留部３５をそれぞれノズル３に容易かつ確実に形成することができる。また、間隙３７の大きさに応じて、オリフィス３４、導入路３６および貯留部３５の大きさを適宜設定することができる。
【００２４】
なお、第１の部材４および第２の部材５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料を用いることができ、特に、Ｃｒ系ステンレス鋼や析出硬化型ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
図１に示すように、第２の部材５の下端面５１には、筒体で構成されたカバー７が固定されている。このカバー７は、第１の流路３１と同心的に設けられている。
このカバー７により、下方に落下する金属粉末Ｒの飛散を防止することができ、よって、金属粉末Ｒを前記容器に確実に収納することができる。
【００２５】
さて、図２（図１も同様）に示すように、第１の部材の内径漸減部３３には、吸熱体６が形成（接合）されている。この吸熱体６は、オリフィス３４を通過する水Ｓの圧力によりオリフィス３４が拡大するのを規制する規制手段として機能するものである。
吸熱体６は、内径漸減部３３の内周面３３２に、その全周にわたって、厚さｔが均一となるように形成されている。また、吸熱体６は、第１の部材４より熱膨張係数が大きい材料で構成されている。
このような吸熱体６は、第１の流路３１を通過する溶融金属Ｑからの輻射熱Ｈを吸熱して、内部の温度が上昇するのに伴って膨張する。これにより、内径漸減部３３の内周面３３２を外側、すなわち、図２中の矢印Ａ方向に押圧して、当該内径漸減部３３を全体として矢印Ａ方向に変位（変形）させることができる。
【００２６】
以上のような構成の金属粉末製造装置１Ａでは、オリフィス３４から水Ｓが噴射されたとき、当該オリフィス３４を通過する水Ｓの圧力により、内周面３４１および外周面３４２が互いに離間する方向へ押圧される。このため、オリフィス３４は、拡大しようとする。
しかしながら、前述したように溶融金属Ｑからの輻射熱Ｈにより膨張した吸熱体６により内径漸減部３３が全体として矢印Ａ方向に変位するため、内周面３４１と外周面３４２との離間が規制される。これにより、オリフィス３４が拡大することができない。従って、吸熱体６の熱膨張が定常状態（安定した状態）となったときに、オリフィス３４の大きさを一定に維持することができ、よって、オリフィス３４から噴射される水Ｓの流速を確実に一定に維持することができる。
【００２７】
なお、吸熱体６の厚さｔは、特に限定されないが、例えば、５〜２０ｍｍであるのが好ましく、５〜１０ｍｍであるのがより好ましい。
厚さｔが前記数値範囲内である場合、吸熱体６の膨張の程度を好適なものとすることができ、よって、オリフィス３４の大きさを確実に一定に維持することができる。これにより、オリフィス３４から噴射される水Ｓの流速をより確実に一定に維持することができる。
【００２８】
また、吸熱体６の熱膨張係数と第１の部材もしくは第２の部材の熱膨張係数との差は、特に限定されないが、例えば、４×１０−６℃−１以上であるのが好ましく、２×１０−６℃−１以上であるのがより好ましい。
熱膨張係数の差が前記数値範囲内である場合、厚さｔが前記数値範囲内である場合と同様に、オリフィス３４から噴射される水Ｓの流速をより確実に一定に維持することができる。
【００２９】
また、吸熱体６は、特に限定されないが、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼を主材料として構成されているのが好ましい。
これにより、吸熱体６が輻射熱Ｈにより確実に熱膨張することとなり、よって、内径漸減部３３の内周面３３２を矢印Ａ方向に確実に押圧することができる。
また、内径漸減部３３の内周面３３２への吸熱体６の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、溶融した吸熱体６の構成材料を内周面３３２に溶射により吹き付け、この吹き付けられた構成材料を固化することにより形成することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の金属粉末製造装置の第２実施形態を示す縦断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図３中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
以下、この図を参照して本発明の金属粉末製造装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、規制手段の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
【００３１】
図３に示す金属粉末製造装置１Ｂのノズル３の第１の部材４（内径漸減部３３）には、オリフィス３４の拡大を規制する規制手段としての発熱体（ヒータ）８が埋設されている。この発熱体８は、電気を供給する給電部（図示せず）に電気的に接続されており、通電により発熱するものである。
このような構成の金属粉末製造装置１Ｂでは、発熱体８が発熱することにより、内径漸減部３３の発熱体８の周辺部３３３（付近）が加熱される。この加熱された周辺部３３３は、図３中の矢印方向に膨張変形することとなる。これにより、内周面３４１と外周面３４２との離間が規制される、すなわち、オリフィス３４の拡大が規制される。従って、吸熱体６の熱膨張が定常状態（安定した状態）となったときに、オリフィス３４の大きさを一定に維持することができ、よって、オリフィス３４から噴射される水Ｓの流速を確実に一定に維持することができる。
【００３２】
また、図３に示すように、発熱体８は、導入路３６の上方に位置しているの好ましい。
これにより、発熱体８の位置がオリフィス３４の先端部（開口部）に近い分、オリフィス３４の変形量への影響が大きく、効果が大きくなるという利点がある。
また、発熱体８は、オリフィス３４から水Ｓが噴射されるのと同期的に作動するのが好ましい。
【００３３】
以上、本発明の金属粉末製造装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、金属粉末製造装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、ノズルから噴出するもの（流体）は、水であるが、これに限定されず、例えば、油脂類や溶媒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図である。
【図３】本発明の金属粉末製造装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１Ａ、１Ｂ……金属粉末製造装置（アトマイザ）  ２……供給部  ２１……底部  ２２……内部空間（内腔部）  ２３……吐出口  ３……ノズル  ３１……第１の流路  ３２……第２の流路  ３３……内径漸減部  ３３１……部分  ３３２……内周面  ３３３……周辺部  ３４……オリフィス  ３４１……内周面  ３４２……外周面  ３５……貯留部  ３５１……上面  ３５２……内周面  ３５３……下面  ３５４……内周面  ３６……導入路（中継路）  ３６１……上面  ３６２……下面  ３７……間隙  ４……第１の部材  ４１……上端面  ４２……下部  ５……第２の部材  ５１……下端面  ５２……上部  ６……吸熱体  ７……カバー  ８……発熱体（ヒータ）  Ｇ……空気（気体）  Ｈ……輻射熱  Ｏ……中心軸  Ｑ……溶融金属  Ｑ１……液滴  Ｒ……金属粉末  Ｓ……水（液体）  Ｓ１……液体ジェット  Ｓ２……頂部  ｔ……厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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