(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料容器内の溶融金属をその下方に配置した冷却用筒体内の冷却液中に供給して金属粉末を製造するための装置であって、
原料容器側と冷却用筒体側とを上下に区画する隔壁上に原料容器を囲う上部チャンバが設けられる一方、
上記隔壁の下面に下端が開口した筒状の下部チャンバが垂下状に設けられると共に、架台に支持された冷却用筒体が下部チャンバ内の位置と下部チャンバの下端よりも下側の位置との間で移動すべく上記架台を昇降させる昇降手段と、冷却用筒体を下部チャンバ内に位置させた状態で下部チャンバの下端開口を塞ぐ底板とが設けられていることを特徴とする金属粉末の製造装置。
【請求項２】
隔壁下面と架台の上端側とに、架台の上昇に伴って相互に係合して冷却用筒体を原料容器に対して所定の位置に位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属を冷却液中に供給し急冷凝固させて金属粉末を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属を冷却液中に供給し急冷凝固させて得られる粉末は、結晶粒が微細であり、さらに非晶質の金属粉末として得ることも可能である。また、合金元素も過飽和に含有させることができるため、上記のような急冷凝固粉末によって形成された押出材や焼結材は、溶製材では具備することのない優れた特性を備え、機械部品や磁性材料部品等の素材として注目されている。
このような急冷凝固粉末の製造装置の一例が、実開平6-39929 号公報に記載されている。この公報記載の装置では、図４(a) に示すように、略円筒状の冷却用筒体61が所定の傾斜角で配設され、この筒体61の内周面に、冷却液供給孔62から冷却液が接線方向に噴出供給される。これによって、冷却用筒体61の内周面に、旋回しながら流下する冷却液層63が形成され、この冷却液層63に、その上方に配置した原料容器としての原料容器64内の溶融金属65が、溶湯ノズル孔66を通して溶融金属流67として供給される。これが冷却液層63で分断され急冷凝固されて金属粉末が得られるようになっている。
【０００３】
なお上記公報には、同図(b) に示すような溶融金属供給容器71がさらに開示されている。この供給容器71は、原料容器72の下側に、さらにガスジェットノズル73を設けて構成されている。このガスジェットノズル73からアルゴンガスや窒素ガス等の通常のガスアトマイズ法で使用される不活性ガスが、図中二点鎖線で示すように、逆円錐状のガスジェット74として噴射される。
この溶融金属供給容器71を前記冷却用筒体61の上方に設けて金属粉末の製造を行う場合、まず、原料容器72の上蓋75を外し、原料容器72底部の溶湯ノズル孔76に図示しない栓を取り付けて、原料容器72内に溶融金属77を注入する。その後、上蓋75を原料容器72に気密にセットし、上蓋75のガス供給口78より原料容器72内にアルゴンガス等の圧縮ガスを供給すると共に、溶湯ノズル孔76に装着された栓を取り外すことで、溶湯ノズル孔76を通して溶融金属流79が下方に噴出する。同時に、前記のガスジェット74を形成することによって、その交点部に溶融金属流79が流下し、ここで溶滴に分断される。この溶滴は、前記同様に冷却用筒体61内に形成されている冷却液層63にガスジェット74と共に運ばれて注入され、ここでさらに分断されて急冷凝固される。
【０００４】
この製造方法によれば、溶融金属流79がガスジェット74と、旋回する冷却液層63とで二段階に分断されることになり、これによって、より微細化された急冷凝固金属粉末を製造し得るようになっている。
なお、特に上記のようなガスジェットノズル73を備えた装置で安定した粉末製造を行うためには、ガスジェット74によって分断される溶滴の全てが冷却用筒体61の上端開口を通してこの筒体61の内部に捕捉されるように、筒体61の上端側をできるだけ溶融金属供給容器71の下端部に近接させ、かつ、筒体61の上端開口の中心が、溶湯ノズル孔76とほぼ同軸上に位置するように位置決めしておくことが必要である。
【０００５】
ところで、上記した公報記載の方法では、原料容器72に注入される溶融金属77は、これが冷却液層63で急冷凝固するまでの過程で大気雰囲気に曝される機会が多く、このため、酸化や汚染が充分には抑制されずに品質の低下を生じ易い。
そこで、このような大気雰囲気に起因する品質劣化を抑制するために、例えば原料容器と冷却用筒体とを囲うチャンバを設け、このチャンバ内を大気雰囲気から不活性ガス雰囲気に予め置換した後、原料容器内の原料金属を加熱溶融して溶融金属を冷却用筒体内へと供給するように構成することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように原料容器と冷却用筒体とを囲うチャンバを設ける場合に、例えばこれら全体を上方から囲うチャンバ構成とすると、冷却用筒体における例えば前記した傾斜角などの調整作業を行う場合の作業が煩雑なものとなる。
すなわち、このような調整作業に当たっては、まず、チャンバを上方へ移動して内部の原料容器および冷却用筒体を開放状態とする操作が必要であり、その後、冷却用筒体の上方に近接して位置する原料容器や、この原料容器内の金属原料を溶融するための加熱コイル等を取り外すことによって、冷却用筒体およびこれを支持する架台の周辺を開放状態として作業空間を確保する作業を行うことが必要になる。
【０００７】
また、冷却用筒体の上方から原料容器を取り外す作業を簡単にするために、例えば原料容器と冷却用筒体とを互いに独立した架台で支持し、冷却用筒体の支持架台を原料容器の下側から側方へと引出すための移動機構を設けて構成することも可能であるが、この場合には、チャンバの移動機構の他に、さらに冷却用筒体の移動機構が必要になって、全体的な構成が複雑になる。
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的は、例えば不活性ガス雰囲気を形成するためのチャンバを設けることにより品質に優れた金属粉末を製造し得ると共に、組立や調整作業が容易でかつ構成が簡単であり、さらに良質の金属粉末を安定して製造し得る装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１の金属粉末の製造装置は、原料容器内の溶融金属をその下方に配置した冷却用筒体内の冷却液中に供給して金属粉末を製造するための装置であって、
原料容器側と冷却用筒体側とを上下に区画する隔壁上に原料容器を囲う上部チャンバが設けられる一方、
上記隔壁の下面に下端が開口した筒状の下部チャンバが垂下状に設けられると共に、架台に支持された冷却用筒体が下部チャンバ内の位置と下部チャンバの下端よりも下側の位置との間で移動すべく上記架台を昇降させる昇降手段と、冷却用筒体を下部チャンバ内に位置させた状態で下部チャンバの下端開口を塞ぐ底板とが設けられていることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、上記では、隔壁を挟んで設けられた上部チャンバ内と下部チャンバ内とを大気雰囲気から不活性ガス雰囲気に置換しておくことで、大気に触れることによる不純物の混入や汚染が抑制され、良質の金属粉末を製造することができる。
一方、上記構成では、冷却用筒体の組立調整作業が、昇降手段を操作することによって、冷却用筒体および架台を、隔壁からの垂下状に設けられた下部チャンバの下側に位置させて行われる。そして、この下降させるという一操作で、冷却用筒体および架台は下部チャンバと共に原料容器側からも離間した状態となる。したがって、作業空間を確保するために必要な移動機構も一つで済み、構成が簡単になると共に作業手順が簡略化されて作業性が向上する。
【００１０】
請求項２の金属粉末の製造装置は、さらに、隔壁下面と架台の上端側とに、架台の上昇に伴って相互に係合して冷却用筒体を原料容器に対して所定の位置に位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴としている。
この構成によれば、下部チャンバの下側で上記のように組立調整作業を行った後に架台を上昇させる際には、隔壁下面と架台の上端側とに設けられている位置決め手段により、冷却用筒体の上部側が、原料容器からの溶融金属流の流下経路に正確に対応する位置に位置する状態が確保される。これにより、良質の粉末を安定して製造することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る金属粉末製造装置は、図１に示すように、上部側に溶解室１を備えている。この溶解室１は、水平板状の固定板（隔壁）２上に、略箱形の上部チャンバ３を設けて形成されている。一方、固定板２の下側には、下端が開口した略円筒状の下部チャンバ４が、上記固定板２からの垂下状に設けられ、この下部チャンバ４の内部空間は、後述するアトマイズ室５として形成されている。なお、上記固定板２は、図示しない架台によって所定の高さ位置に固定されている。
【００１２】
溶解室１内には、そのほぼ中央位置に原料容器６が配設され、この原料容器６を囲うように、原料容器６内に充填された原料金属を加熱溶融するための加熱コイル７が設けられている。
上記原料容器６には、図３に示すように、その底壁中央部に溶湯ノズル８が装着されている。この溶湯ノズル８には、その中心に、上下に貫通する細孔形状の溶湯ノズル孔8aが形成されている。また、この溶湯ノズル８は、その下端部側が原料容器６の底壁から下方に突出する形状で形成されており、この下方への突出部位を囲うように、ガスジェットノズル９が固定板２に取付けられている。なお、このガスジェットノズル９における外周側の固定板２との嵌合面には、図示してはいないが、Ｏリングなどの真空シール部材が介装されている。
【００１３】
上記ガスジェットノズル９には、その中央部に上下に貫通する開口9aが形成され、この開口9aにおける上半分の小径穴に、溶湯ノズル８の上記した下方突出部が嵌挿されている。なお、上記開口9aの下半分は下広がりの円錐状に形成されている。このガスジェットノズル９内には、溶湯ノズル８を囲う形状でガス室（図示せず）が形成されており、このガス室に圧縮ガスを供給することによって、図中矢印で示すようなガスジェットGjが噴射されるように構成されている。このガスジェットGjは、ガス室から逆円錐状に吹き出されて、溶湯ノズル８の下端部よりやや下側の位置で交差した後、円錐状に拡がるように設定されている。
【００１４】
なお、後述するように、原料容器６内での原料金属の加熱溶融の過程では、溶湯ノズル孔8aを塞ぐ棒状のストッパ部材10が、原料容器６内に上方から挿入される。そして、原料容器６内の原料金属が全て溶融し所定の温度に達した時点で、上記のストッパ部材10は上方に移動され、これによって、溶湯ノズル孔8aが閉止状態から開状態に切換わり、溶融金属が溶湯ノズル孔8aを通して下方に流下するようになっている。
このようなストッパ部材10の操作は、溶解室１の外側から行われる。すなわち、このストッパ部材10は、図１に示すように、その上端側が溶解室１の天板部分を貫通する長さ寸法で設けられている。このストッパ部材10の貫通部や、溶解室１の図示しない開閉扉などには、Ｏリング等のシール部材がそれぞれ設けられており、これによって、溶解室１内は、前記ガスジェットノズル９における開口9aの箇所を除いて、気密性を有する構成となっている。
【００１５】
一方、前記アトマイズ室５を囲う下部チャンバ４の下側には、後述する冷却用筒体22を支持する水平板状の基台11が配設されている。この基台11は、例えばテーブルリフタ等の昇降装置（昇降手段）12に取付けられて、上下に移動可能になっている。この基台11上に、４本の支柱13…と、これら支柱13…の上部に支持された支持枠14とから成る架台15が取付けられている。支持枠14は、支柱13…の上端間にわたって固定された下部固定枠14ａと、その上方の上部固定枠14ｂと、これら上下の固定枠14a,14b の間に配設された可動枠14ｃとを備えている。
【００１６】
上下の固定枠14a,14b の間には４本のネジ軸16…が上下に架設され、これらネジ軸16…にそれぞれ螺合するスクリューナット20…を介して、前記可動枠14ｃが水平に支持されている。各ネジ軸16…は、前記基台11上に取付けられた高さ調整ハンドル17の操作により、ギヤボックス18・スプロケット16ａ…・チェーン19を介して互いに同一方向に回転し、これによって、可動枠14ｃの高さ位置が調整される。この可動枠14ｃに、一対のＬ形取付部材21・21を介して、冷却用筒体22が取付けられている。
【００１７】
この冷却用筒体22は略円筒状に形成され、図２に示すように、筒体軸心を鉛直方向に対して所定の角度傾斜させて、前記Ｌ形取付部材21により可動枠14ｃに固定されている。この筒体22の上端部には、図３に示すように、中心開口23ａを有する環状蓋23が取付けられている。また、冷却用筒体22の内周面には、冷却液噴出孔22ａ…が周方向等間隔に複数個形成されている。これら噴出孔22ａ…は、筒体22の内周面に沿って接線方向から冷却液を噴出供給できるように開口されている。
【００１８】
上記の冷却液噴出孔22ａ…に加圧した冷却液を供給して噴出させると、冷却用筒体22の内周面に、この内周面に沿って旋回しながら流下する冷却液層24が形成される。なお、この冷却用筒体22の内周面には、冷却液層24の層厚を調整するための層厚調整用リング25・25がボルトによって着脱、交換自在に取付けられている。これら二段のリング25・25によって冷却液の流下速度が抑えられて、図中二点鎖線で示すように、上下にわたって略一定内径の冷却液層24がより少ない流量で形成される。
【００１９】
冷却用筒体22の冷却液排出端である下端開口には、フランジ継手部26を介して排出管27が接続されている。この排出管27は、図２に示すように、支持枠14内から下方へと基台11近くまで延び、この箇所で横方向に屈曲されている。また、この排出管27には、フランジ継手部26の下側の位置に、可撓性を有して伸縮自在なフレキシブル配管部27ａが介装される一方、上記屈曲部位よりもやや下流側に、内部流路を開閉する開閉弁28が介設されている。この弁28は、後述する真空引き、不活性ガス置換中は閉状態に保たれる。
【００２０】
基台11上には、図１に示すように、前記４本の支柱13…のほぼ中間の高さ位置に、上記排出管27および支柱13…と、高さ調整ハンドル17に連結されたネジ軸16とが貫通する略円板状の底板29がさらに水平に配設されている。底板29には、上記各部材27・13・16の貫通箇所に、Ｏリングなどのシール部材を内部に備えるフランジ30Ａ・30Ｂ・30Ｃが取付けられている。これにより、各貫通部位での気密性が保持され、しかも、各支柱13…およびネジ軸16に対しては、底板29に対して上下方向の相対的なスライド動作を自由に生じさせ得るように、上記の気密性のフランジ30Ｂ・30Ｃが構成されている。
【００２１】
上記底板29は、その下面に垂下状の被支持部29ａ・29ａが取付けられ、これらを、基台11に立設された支持ブロック31・31上に載置した状態として支持されて、上記した高さ位置に水平に保持されている。そして、基台11を下側から上昇させ、底板29が、図のように下部チャンバ４の下端開口を塞ぐ位置に位置した状態で、この底板29の外周縁に沿って設けられているクランプ部材32…を操作し、底板29を下部チャンバ４の下端に緊締することによって、下部チャンバ４内に気密化されたアトマイズ室５が形成される。
【００２２】
なお、底板29における上面外周側には、上端に転動ローラをそれぞれ有する複数のカムフォロアー33…が案内部材として設けられており、下部チャンバ４に対して基台11を下側から上昇させる際、上記カムフォロアー33…の各転動ローラが下部チャンバ４の内面にそれぞれ沿うように基台11の水平方向の位置を合わせて上昇させることで、下部チャンバ４と底板27とが互いに同心状に位置決めされて、相互に当接するようになっている。
一方、前記冷却用筒体22が取付けられる支持枠14には、上部固定枠14ｂの上面側方箇所に、上方に延びる位置決めピン34が取付けられている。そして、前記固定板２の下面に、上記位置決めピン34が下側から嵌入するガイド穴を備えたガイド部材35が取付けられている。このガイド穴に位置決めピン34が嵌入した状態として基台11を所定の高さ位置まで上昇させることによって、冷却用筒体22における前記環状蓋23の中心開口23ａと原料容器６の溶湯ノズル８とに所定の位置関係が確保されるようになっている。
【００２３】
さらに上記装置においては、固定板２の下面に、この面に沿って往復動自在なゲートバルブ36が取付けられている。このゲートバルブ36を図中実線で示す退避位置から、図中二点鎖線で示す位置へ前進させることにより、前記ガスジェットノズル９の開口9aがゲートバルブ36で閉塞され、これによって、アトマイズ室５と溶解室１との連通が断たれる構成となっている。そして、上記構成の溶解室１とアトマイズ室５とを形成する上部チャンバ３と下部チャンバ４とに、各々開閉弁37Ａ・37Ｂの介設された真空排気配管38Ａ・38Ｂを介して、真空ポンプ39Ａ・39Ｂがそれぞれ接続されている。
【００２４】
また、上部チャンバ３と下部チャンバ４とにはガス供給配管40Ａ・40Ｂがさらに接続されている。これら配管40Ａ・40Ｂに各々介設されている開閉弁41Ａ・41Ｂを開弁することにより、所定圧力の不活性ガスが、溶解室１とアトマイズ室５とに互いに独立に供給される。なお、これら各室１・５への不活性ガスの供給圧力も互いに独立に設定し得るように、上記各ガス供給配管40Ａ・40Ｂに、図示しない圧力調整器がそれぞれ介設されている。
一方、前記底板29の上面には、さらに冷却液供給用のマニホルド42・42が取付けられており、これらに下面から冷却液を供給することによって、図２において破線で示す高圧ホースより成る分岐配管43…を通して、前記冷却用筒体22の各冷却液噴出孔22ａ…に冷却液が各々供給される。
【００２５】
次に、上記装置での金属粉末の製造手順について説明する。
まず、アトマイズ室５側での準備作業について説明すると、基台11上の支持枠14全体を下部チャンバ４よりも下側に下降させた状態で、冷却用筒体22が所定の傾斜角度に調整されて支持枠14に取付けられる。このときの傾斜角度は、取付穴の位置を適宜替えて作製した前記Ｌ形取付部材21を適当に選択することで、例えば０°から45°程度の範囲で変更することが可能である。さらに、基台11を上昇させたときに、冷却用筒体22の上端が固定板２に当接することなく、かつ、近接して位置するように、この冷却用筒体22の高さ位置を、高さ調整ハンドル17を操作し、可動枠14ｃを上下動させて調整する。
【００２６】
その後、基台11を上昇させ、底板29が下部チャンバ４の下端に当接する位置で停止させる。この上昇操作は、前述したように、底板29外周側のカムフォロアー33…の各転動ローラが、下部チャンバ４の内周面に沿って転動する位置に位置していること、さらに、下部チャンバ４の覗き窓（図示せず）を通して、支持枠14上端の位置決めピン34が、固定板２下面のガイド部材35に嵌入した状態が得られたことを順次確認しながら行う。
次いで、底板29外周のクランプ部材32…を操作してこの底板29を下部チャンバ４の下端面に緊締し、アトマイズ室５を密閉状とする。なおこのとき、ゲートバルブ36は、その前進位置に位置させてガスジェットノズル９の開口9aを閉塞する閉弁位置に位置させており、また、アトマイズ室５に通ずる各種配管に介装されている開閉弁は、全て閉弁状態とされている。
【００２７】
一方、溶解室１側では、原料容器６が内部にセットされ、この原料容器６内に、前記ストッパ部材10を上方から挿入して溶湯ノズル孔8aを塞ぎ、この状態で、原料金属を原料容器６内に充填した後、この溶解室１の開閉扉を閉じて密閉状とする。
その後、真空排気配管38Ａ・38Ｂの各開閉弁37Ａ・37Ｂをそれぞれ開弁し、溶解室１内およびアトマイズ室５内の大気を、真空ポンプ39Ａ・39Ｂによってそれぞれ排気する。この真空排気により、溶解室１側で所定の真空度、例えば５×10-5Torrに達すると、この真空排気状態を継続したまま、加熱コイル７への通電を開始し、原料容器６内の原料金属の加熱を開始する。
【００２８】
一方、アトマイズ室５側では、例えば５×10-2Torrに設定されている設定真空度に到達した段階で、開閉弁37Ｂを閉弁して真空排気を中断すると共に、このアトマイズ室５に接続されているガス供給配管40Ｂの開閉弁41Ｂを開弁する。これにより、アルゴンガス、或いは窒素ガスなどの不活性ガスをアトマイズ室５内に供給し、この室内の雰囲気ガスを大気から不活性ガスに置換する。このときの不活性ガスの供給圧力は、ほぼ１気圧（大気圧）に設定されている。
このような真空排気とその後の不活性ガスの導入によるガス置換操作を、溶解室１側での原料金属の加熱溶融操作の継続中に複数回繰返すことによって、アトマイズ室５内では、各回での真空排気の到達度がそれほど高くなくとも、大気の残留濃度は大幅に低下し、内部をより完全な不活性ガス雰囲気とすることができる。
【００２９】
なお、上記のようにアトマイズ室５内を真空排気すると、このアトマイズ室５を囲う下部チャンバ４および底板27に内外圧力差によって歪が生じる。このとき、冷却用筒体22の取付けられた架台15が底板29によって支持された構成であると、この底板29の歪に応じて冷却用筒体22の位置が変動し、例えば冷却用筒体22をその上端部が固定板２の下面にできるだけ近接するように取付けている場合には、上記した底板29の歪によって冷却用筒体22が固定板２に当接し、これによって相対的な位置関係にずれが生じるおそれがある。
【００３０】
そこで上記装置では、架台15における支柱13やネジ軸16が底板29を貫通し、これら貫通部位で相対的なスライド可能な構成となっている。したがって、底板29に上記のような歪が生じても、その下側の基台11によって支持されている架台15、ひいては、冷却用筒体22の位置変化は生じず、これによって、アトマイズ室５の真空排気を行っても、冷却用筒体22は初期調整位置で確実に保持される。
前記のように、溶解室１内での原料金属の真空溶解と、アトマイズ室５側での真空ガス置換とを並行して行い、その後、原料容器６内の原料金属が所定の温度に達すると、溶解室１内の真空排気を停止すべく、この溶解室１に接続されている真空排気配管38Ａの開閉弁37Ａを閉弁し、さらに、この溶解室１内にも不活性ガスが導入されるように、ガス供給配管40Ａの開閉弁41Ａを開弁する。溶解室１内が設定圧力に到達したことが確認されると、加熱を続行して原料金属を溶融させ、溶湯が所定温度に達するまで加熱する。その後、冷却用筒体22への冷却液の供給を開始すると共に、排出管27の開閉弁28を開弁し、冷却用筒体22内に、前記した旋回して流下する冷却液層24を形成する。
【００３１】
同時に、ゲートバルブ36を前記前進位置から後退させてガスジェットノズル９の開口9aを開状態とし、また、このノズル９の前記ガス室への不活性ガスの供給を開始して、前述したガスジェットGjを噴出させる。
その後、原料容器６内に挿入していたストッパ部材10を引き上げ、溶湯ノズル孔8aを開状態とする。このとき、溶解室１内はアトマイズ室５よりもわずかに高い圧力に保持されているので、原料容器６内の溶融金属はその圧力差に応じた速度で、溶湯ノズル孔8aを通してアトマイズ室５内に細流状の溶融金属流となって流下する。
【００３２】
この溶融金属流は、図３に示すように、ガスジェットノズル９から噴射されている逆円錐形状のガスジェットGjの交点に向けて流下し、ここで、ガスジェットGjの吹き付けによって溶滴に分断され、さらに分断された溶滴は、ガスジェットGjに乗って、冷却用筒体22内の冷却液層24に向けて飛散される。そして、この旋回しながら流下する冷却液層24内に注入されることにより急冷凝固されて金属粉末が製造される。
この場合、ガスジェットGjの交点位置から冷却液層24までの距離を適宜設定することにより、粉末粒子の形状を球形から偏平形まで、所望の形状に変化させることができる。すなわち、冷却液層24までの距離を短くすると、ガスジェットGjによって分断された溶滴は、その表面に凝固殻を形成する前に冷却液層24中に注入され、衝突圧や遠心力により偏平形粉末が得られる。一方、前記距離を十分とると、溶滴の表面に凝固殻が形成されるため、冷却液層24に注入されても、ほぼ球形を保つことができる。
【００３３】
こうして、冷却液層24中に形成された金属粉末は、冷却液と共に旋回しながら層厚調整用リング25を越えて流下し、冷却用筒体22の下端開口から排出管27へと冷却液と共に排出され、この排出管27の下流端に設けられている図示しない回収用網かご内で冷却液から分離され回収される。なお、冷却用筒体22に供給する冷却液としては、通常、水が使用されるが、加熱した金属の急冷処理に用いられる油などを使用することも可能である。
原料容器６内の溶融金属が全て流下して粉末製造の１サイクルが完了すると、再度、原料容器６にストッパ部材10を挿入して原料金属を充填する手順から繰り返され、次の製造サイクルが開始されることになる。なお、このときに原料容器６や溶湯ノズル８に劣化が生じている場合には適宜交換され、また、この交換に応じて、アトマイズ室５側で例えば冷却用筒体22の位置調整などが必要な場合には、前記クランプ部材32を解除して基台11を下降し、これにより、支持枠14を下部チャンバ４の下側に位置させて上記の調整を行う。その後、前記同様に、基台11を上昇させて、冷却用筒体22をアトマイズ室５内に位置させ密閉する操作が行われることになる。
【００３４】
以上の説明のように、本実施形態においては、原料容器６内の原料金属は、溶解室１内で真空溶解されるので、この溶解時における大気雰囲気からの不純物の混入や汚染が抑制され、さらに、冷却用筒体22を囲う下部チャンバ４内も予め不活性ガス雰囲気とされた後、原料容器６からの溶融金属が冷却用筒体22へと供給されるので、この間、大気に触れることがなく、したがって、品質に優れた金属粉末を得ることができる。
しかも、上記の下部チャンバ４は固定板２からの垂下状に設けられ、また、冷却用筒体22が取付けられる架台15は、これを昇降させる昇降装置12上に設けられているので、冷却用筒体22の組立や位置調整作業は、架台15を下降させて下部チャンバ４よりも下側に位置させるという操作だけで、下部チャンバ４と原料容器６との両者から分離されて作業空間が確保される。したがって、このような作業空間を確保するための移動機構として昇降装置12を設けるだけで済むので、全体の構成が簡単になると共に、作業手順も簡略化されて作業が容易となる。
【００３５】
さらに、上記のように下部チャンバ４の下側で組立調整作業を行った後には、架台15を上昇させて、冷却用筒体22が原料容器６の下側から近接する所定位置に位置させることになるが、このときには、原料容器６と冷却用筒体22との位置関係は下部チャンバ４に遮られ、目視確認ができなくなる。
そこで上記では、架台15の上端に位置決めピン34を、また、固定板２の下面にガイド部材35を位置決め手段として設けているので、上記の位置決めピン34をガイド部材35のガイド穴に嵌挿状態とすることで、冷却用筒体22を原料容器６からの溶融金属の流下経路に対応する位置に正確に位置させることができる。この結果、良質の粉末を安定して製造することが可能となる。
【００３６】
また本実施形態では、溶解室１とアトマイズ室５との真空排気に当たっては、これら両室１・５を相互に連通させる開口9aをゲートバルブ36で閉塞して互いに独立に行い得るようになっている。したがって、溶解室１側の真空排気は、その容積が小さく、また、冷却用筒体20側での残留水などの影響も受けないので、設定真空度をより高くしてもその真空度がより短時間で得られることになる。この結果、サイクルタイムをより短くすることが可能になって生産性が向上すると共に、より高真空で加熱溶解を行えるので、金属粉末の品質も向上する。
【００３７】
一方、アトマイズ室５の真空排気に当たっては、冷却用筒体22や排出管27の内面に前回の製造サイクルで使用した冷却液が付着残留していると、特に冷却液として水を使用する場合にはこれが真空排気に伴って蒸発し、所定の真空度に達するまでに長時間を要するものとなるが、この場合には、溶解室１側よりも設定真空度を低くし、この設定真空度に到達後に不活性ガスを導入する真空ガス置換を複数回繰返すことで、残留する大気濃度が大幅に低下した不活性ガス雰囲気とすることができる。
【００３８】
このように、溶解室１と冷却室アトマイズ室５とを互いに独立に真空排気し、また、不活性ガス供給を行う構成とすることにより、いずれの室も、より短時間で大気雰囲気から、より完全な不活性ガス雰囲気にすることができるので、全体的な製造のサイクルタイムが短くなり、これによっても、品質に優れた金属粉末を効率良く製造することができるものとなっている。
なお、上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば上記では、冷却用筒体22として、内部に旋回して流下する冷却液層24が形成される円筒状のものを、その筒体軸心が斜め方向となるように配置した例を示したが、この場合に、冷却液の噴出速度が十分で筒体内周面に遠心力の作用で冷却液層22が形成されれば、筒体軸心をほぼ鉛直方向にして配置することや、さらに、内周面が冷却液の移動方向に沿って漸次縮径する回転対称面で形成された例えば漏斗形状など、その他の形状や形式の冷却用筒体を用いて構成することが可能である。
【００３９】
また上記では、ガスジェットノズル９を原料容器６の下側に設けて構成した装置を示したが、例えば上記のようなガスジェットノズル９を冷却用筒体22側、すなわち、この筒体22の上部に固定した構成の装置にも本発明を適用することができる。さらに、このようなガスジェットノズルを設けることなく、原料容器６から流下する溶融金属流を冷却用筒体22内の冷却液層24に直接的に供給する装置にも、本発明を適用することが可能である。
なお、本発明は、アルミニウム又はその合金等の低融点金属の他、チタニウム、ニッケル、鉄等の高融点金属、さらに、(Fe,Co,Ni)-Si-Ｂ系や(Fe,Co,Ni)−Zr系等の磁性合金などの金属粉末の製造に適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１の金属粉末の製造装置においては、原料容器側と冷却用筒体側とを上下に区画する隔壁上に原料容器を囲う上部チャンバを設ける一方、上記隔壁の下面に、冷却用筒体を囲う下部チャンバを垂下状に設けると共に、冷却用筒体を支持する架台を昇降させる昇降手段を設けているので、上部チャンバ内と下部チャンバ内とを大気雰囲気から不活性ガス雰囲気に置換しておくことで、大気に触れることによる不純物の混入や汚染が抑制され、良質の金属粉末を製造することができる。しかも、冷却用筒体の組立調整作業に当たっては、昇降手段によって冷却用筒体および架台を下降させるという一操作により、これらを下部チャンバと共に原料容器側からも同時に離間した状態を得ることができる。したがって、作業空間を確保するための移動機構も構成が簡単になり、かつ作業手順が簡略化されて作業性が向上する。
【００４１】
請求項２の金属粉末の製造装置においては、さらに、隔壁下面と架台の上端側とに、冷却用筒体を原料容器に対して所定の位置に位置決めする位置決め手段が設けられているので、下部チャンバの下側で上記のように組立調整作業を行った後に架台を上昇させる際に、冷却用筒体の上部側が、原料容器からの溶融金属流の流下経路に正確に対応する位置に位置する状態が確保される。これにより、良質の粉末を安定して製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における金属粉末製造装置の構成を示す一部切欠正面図である。
【図２】  上記装置の一部切欠側面図である。
【図３】  上記装置における原料容器の底部側と冷却用筒体を示す拡大断面図である。
【図４】  従来の金属粉末製造装置の要部構成を示すものであって、同図(a) は原料容器と冷却用筒体とを示す断面図、同図(b) は同図(a) における原料容器に替えて用いられる溶融金属供給容器の断面図である。
【符号の説明】
１  溶解室
２  固定板（隔壁）
３  上部チャンバ
４  下部チャンバ
５  アトマイズ室
６  原料容器
12  昇降装置（昇降手段）
15  架台
22  冷却用筒体
29  底板
34  位置決めピン（位置決め手段）
35  ガイド部材（位置決め手段）
【図１】
0003932574.tif 000002
【図２】
0003932574.tif 000003
【図３】
0003932574.tif 000004
【図４】
0003932574.tif 000005