(57)【要約】【課題】意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造可能な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１（本発明の金属粉末製造装置）は、溶融金属Ｑを流下させる溶融金属供給部２と、軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°以上２０°以下である上部３１と、最小の内径ｄ２が上部３１の内径ｄ１の１５％以上８５％以下でありかつその軸線Ａ２と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°以上２０°以下である下部３２と、を含む筒状体３と、溶融金属Ｑに向けて気体Ｇ（流体）を噴射する流体噴射部５と、上部３１の内周面に沿って冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を流下させ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、軸線と鉛直線とのなす角度が０°以上２０°以下である上部と、前記上部の下方に設けられる下部であってその最小の内径が前記上部の内径の１５％以上８５％以下でありかつその軸線と鉛直線とのなす角度が０°以上２０°以下である下部と、を含む筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給される溶融金属に向けて流体を噴射し、前記上部内または前記上部の上方において前記溶融金属に衝突させる流体噴射部と、
前記筒状体の前記上部の内周面に沿って冷却液を流出させる冷却液流出部と、
を有することを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記筒状体は、下方に向かって内径が連続して減少している部分を含む請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
鉛直方向における前記上部の長さは、前記上部の内径の１倍以上７倍以下である請求項１または２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
鉛直方向における前記下部の長さは、前記上部の内径の２倍以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記流体は、不活性ガスである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
前記上部の内部に設けられ、前記冷却液で構成される冷却液層によって側方および下方が取り囲まれている空間を含む請求項１ないし５のいずれか１項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、金属粉末製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる水アトマイズ法を用いて金属粉末を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されている金属粉末の製造方法では、溶融金属粒に対し液体流を吹き付けて噴霧する液体噴霧法として、水アトマイズ法が用いられている。水アトマイズ法では、噴霧後の冷却速度が速いため、溶融金属が表面張力によって球形化する前に固化させることができる。このため、得られた粉末は不規則形状になり易い。
【０００４】
このような課題に対し、特許文献１に記載の発明では、形成された粉末を、融点以上に加熱させた領域を通過させ球形化させるという工程を付加することで解決を試みている。融点以上に加熱された領域とは、プラズマ領域や燃焼ガス領域のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−６４７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、プラズマ領域や燃焼ガス領域を設ける必要があり、装置の大型化や高コスト化が避けられない。また、この方法では、一旦固化した金属粉末を再び溶融するため、意図しない組成変化や結晶組織変化を招くおそれがある。さらに、例えばアモルファス金属の粉末を製造する場合、意図しない結晶化を招くおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造可能な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】
【０００８】
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、溶融金属を流下させ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、軸線と鉛直線とのなす角度が０°以上２０°以下である上部と、前記上部の下方に設けられる下部であってその最小の内径が前記上部の内径の１５％以上８５％以下でありかつその軸線と鉛直線とのなす角度が０°以上２０°以下である下部と、を含む筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給される溶融金属に向けて流体を噴射し、前記上部内または前記上部の上方において前記溶融金属に衝突させる流体噴射部と、
前記筒状体の前記上部の内周面に沿って冷却液を流出させる冷却液流出部と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造可能な金属粉末製造装置が得られる。
【００１０】
本発明の金属粉末製造装置では、前記筒状体は、下方に向かって内径が連続して減少している部分を含むことが好ましい。
【００１１】
これにより、冷却液の流れを阻害することなく、下部を流れる冷却液の旋回流の直径を徐々に小さくすることができるので、適度な冷却液層を形成することができるとともに、上部と下部との境界部における空気をより強く圧縮することができる。その結果、筒状体の全長を短くした場合でも、落下する液滴に十分な落下時間が確保され、十分な球形化が図られる。
【００１２】
本発明の金属粉末製造装置では、鉛直方向における前記上部の長さは、前記上部の内径の１倍以上７倍以下であることが好ましい。
【００１３】
これにより、上部の長さが最適化されるため、液滴の自然落下による飛行距離を必要かつ十分に確保することができ、意図しない性状変化の抑制と十分な球形化とが図られる。また、飛行時間が長くなり過ぎるのを防止して、意図しない組成変化や結晶化を防止することができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を効率よく製造することができる。
【００１４】
本発明の金属粉末製造装置では、鉛直方向における前記下部の長さは、前記上部の内径の２倍以上であることが好ましい。
【００１５】
これにより、下部の長さが最適化されるので、下部において冷却液の流れを適度に滞らせることができる。このため、上部と下部との境界部において、継続的に気圧を上昇させることができる。その結果、十分な球形化が図られた金属粉末を効率よく製造することができる。
【００１６】
本発明の金属粉末製造装置では、前記流体は、不活性ガスであることが好ましい。
これにより、比較的熱容量の小さい流体によって溶融金属を分断することができるので、粉末化を図りつつ、その最中に金属が酸化するのを抑制することができる。その結果、液滴の酸化や著しい変形を抑えつつ、溶融金属を分断することができるので、意図しない組成変化がより少なく抑えられ、かつ、球形化が十分に図られた金属粉末を製造することができる。
【００１７】
本発明の金属粉末製造装置では、前記上部の内部に設けられ、前記冷却液で構成される冷却液層によって側方および下方が取り囲まれている空間を含むことが好ましい。
【００１８】
これにより、上方を除いて気密的に閉じた空間が形成されるので、空間において気圧を上昇させたとき、その気圧が低下し難くなり、一定の気圧を維持し易くなる。その結果、組成や結晶性、球形度においてバラツキの小さい金属粉末を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の金属粉末製造装置の実施形態を示す模式図（縦断面図）である。
【図２】図１に示す金属粉末製造装置のうち、流体噴射口近傍を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１に示す金属粉末製造装置の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の金属粉末製造装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の金属粉末製造装置の実施形態を示す模式図（縦断面図）である。
【００２２】
図１に示す金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑをアトマイズ法により粉末化した後、冷却固化させ、金属粉末Ｒを得るための装置である。この金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑを供給する溶融金属供給部２（タンディシュ）と、溶融金属供給部２の下方に設けられた筒状体３（冷却容器）と、筒状体３内に冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４と、流下する溶融金属Ｑに向けて気体Ｇ（流体）を噴射する流体噴射部５（ノズル）と、を有している。以下、各部の構成について詳述する。
【００２３】
図１に示すように、溶融金属供給部２は、有底筒状をなす部分を有している。この溶融金属供給部２内には、製造すべき金属粉末の原材料を溶融した溶融金属Ｑが一時的に収容される。このような溶融金属供給部２は、例えば、黒鉛や窒化ケイ素等の耐火性材料で構成されている。また、溶融金属供給部２の外周には、溶融金属Ｑを加熱し保温するための誘導コイル６が設けられている。
【００２４】
溶融金属Ｑは、いかなる元素を含んでいてもよく、例えばＴｉおよびＡｌの少なくとも一方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いため、溶融金属Ｑがこれらの元素を含む場合、空気との接触が短時間であっても容易に酸化してしまい、微細化することが難しくなる。これに対し、金属粉末製造装置１を用いることにより、このような元素を含む溶融金属Ｑであっても、容易に粉末化することができ、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを製造することができる。
【００２５】
また、溶融金属供給部２の底部の中央部には、吐出口２１が設けられている。この吐出口２１からは、溶融金属供給部２内の溶融金属Ｑが下方に向かって自然落下により吐出される。
【００２６】
このような溶融金属供給部２の下方には、内部空間３０を含む筒状体３が設けられている。
【００２７】
筒状体３は、円筒状をなしている。そして、筒状体３の軸線の長さは、最も大きい内径よりも長くなっている。このため、筒状体３は、鉛直方向に細長い円筒状をなしている。
【００２８】
この筒状体３の内部空間３０には、後述するように、流体噴射部５からの気体Ｇにより溶融金属Ｑを分断（飛散）させて形成された多数の液滴Ｑ１が供給されるとともに、冷却液流出部４から供給された冷却液Ｓにより冷却液層Ｓ１が形成されている。液滴Ｑ１が冷却液層Ｓ１に接触すると、液滴Ｑ１が冷却され、固化に至る。このようにして製造された金属粉末Ｒは、冷却液Ｓとともに回収タンク９に回収される。
【００２９】
なお、筒状体３の軸線に直交する方向で切断したときの内径側の断面形状は、例えば真円、楕円、長円等の円形とされるが、好ましくは真円とされる。
【００３０】
このような筒状体３の上側（上端部付近）には、環状の蓋部材７が設けられている。この蓋部材７上には、蓋部材７の中央部の開口を通じて筒状体３の内部空間３０に気体Ｇを噴射し得るように流体噴射部５が設けられている。
【００３１】
また、筒状体３の上端部付近には、その周方向に沿って冷却液流出部４が設けられている。冷却液流出部４は、蓋部材７の周方向に沿ってほぼ等間隔で並設された複数（図１では２個）の冷却液流出口４１で構成されている。
【００３２】
各冷却液流出口４１は、筒状体３の内周面の接線方向に向けて冷却液Ｓを流出させることにより、冷却液Ｓを筒状体３の周方向に旋回させることができる。これにより、冷却液Ｓは筒状体３の内壁面に冷却液層Ｓ１を形成する。
【００３３】
このように各冷却液流出口４１を構成することで、筒状体３内での冷却液Ｓの流れを安定化させることができる。その結果、筒状体３内において十分な厚さの冷却液層Ｓ１を形成することができ、冷却液層Ｓ１に接触した液滴Ｑ１を効率よく冷却することができる。また、常に移動（旋回）している冷却液層Ｓ１に対して液滴Ｑ１を接触させることにより、冷却液Ｓによる冷却能力が高まる。その結果、液滴Ｑ１の冷却速度をより高めることができる。
【００３４】
なお、冷却液流出口４１から流出する冷却液Ｓの流出方向は、筒状体３の内周面の接線方向に限定されず、鉛直線と平行な方向（鉛直方向）であってもよく、接線方向と鉛直方向の双方に傾斜した方向であってもよい。また、冷却液流出口４１の設置数も、特に限定されず、３個以上であってもよい。
【００３５】
また、冷却液Ｓには、水や油等が用いられ、必要に応じて、還元剤等の添加剤が添加されていてもよい。
【００３６】
なお、図示しないが、各冷却液流出口４１は、冷却液供給管を介して冷却液タンクと接続されており、冷却液供給管の途中にはポンプが設けられている。これにより、ポンプを作動させることで、冷却液タンク内の冷却液Ｓを冷却液供給管を介して各冷却液流出口４１に供給することができ、加圧された冷却液Ｓを各冷却液流出口４１から流出（噴射）させることができる。
【００３７】
冷却液流出部４の上方には、流体噴射部５（ガスジェットノズル）が設けられている。
流体噴射部５から噴射される流体としては、気体または液体が挙げられる。気体としては、例えば窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス、アンモニア分解ガスのような還元性ガス、空気等が挙げられる。一方、液体としては、例えば水や水に添加剤を添加したもの等が挙げられる。
【００３８】
このうち、流体としては、気体を用いるのが好ましく、特に不活性ガスを用いるのがより好ましい。これにより、比較的熱容量の小さい流体によって溶融金属Ｑを分断することができるので、流体として液体を用いる場合に比べて冷却速度を適度に抑えつつ、粉末化を図ることができるとともに、その最中に金属が酸化するのを抑制することができる。その結果、液滴Ｑ１の酸化や著しい変形を抑えつつ、溶融金属Ｑを分断することができるので、意図しない組成変化や組織変化（性状変化）がより少なく抑えられ、かつ、球形化が十分に図られた金属粉末を製造することができる。
【００３９】
流体噴射部５は、図１に示すように、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１と同軸上に設けられた溶湯ノズル５１と、溶湯ノズル５１の外周に沿って設けられたガス室５２と、ガス室５２に連通する複数の流体噴射口５３と、を備えている。
【００４０】
溶湯ノズル５１は、鉛直方向に沿って貫通するように形成された溶湯ノズル孔５１１を有している。また、溶湯ノズル５１は、耐火材で構成されている。
【００４１】
このような溶湯ノズル５１は、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１から流下した溶融金属Ｑを一旦受け止め、その後、溶湯ノズル孔５１１を通じて筒状体３内へ流下させる。溶湯ノズル孔５１１を通過した溶融金属Ｑの横断面形状および横断面積は、溶湯ノズル孔５１１の横断面積および横断面形状に応じたものとなる。
【００４２】
このような溶湯ノズル５１の外周側には、その周方向に沿って環状をなすガス室５２が設けられている。このガス室５２には、外部から図示しないガス供給管を介して、高圧の気体Ｇが供給されるようになっている。
【００４３】
また、ガス室５２の下側には、その周方向に沿って並設された複数の流体噴射口５３が設けられている。各流体噴射口５３は、前述したガス室５２に連通しており、気体Ｇを噴射するようになっている。
【００４４】
本実施形態に係る複数の流体噴射口５３は、後に詳述するが、溶湯ノズル５１の軸線を中心とする同一円周上に設けられている。このような複数の流体噴射口５３は、いずれも、これらの下方における溶湯ノズル５１の軸線上のほぼ同位置に向けて気体Ｇを噴射するように形成されている。
【００４５】
溶湯ノズル５１の溶湯ノズル孔５１１から流下した溶融金属Ｑは、複数の気体Ｇが集中（集束）している位置において、気体Ｇと衝突し、分断されて複数の液滴Ｑ１となる。複数の液滴Ｑ１は、落下して冷却液層Ｓ１に衝突し、さらに分断されて微細化されるとともに冷却固化し、金属粉末Ｒ（複数の金属粒子の集合体）が得られる。
【００４６】
ここで、本実施形態では、筒状体３が、蓋部材７の下方に位置する上部３１と、上部３１の下端に連続して設けられた下部３２と、を含んでいる。
【００４７】
このうち、上部３１は、その軸線Ａ１が、鉛直方向に沿うように構成されている。具体的には、軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°以上２０°以下になるように、上部３１が配置されている。なお、図１では、一例として、軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°である金属粉末製造装置１について図示している。
【００４８】
本明細書における軸線Ａ１とは、円筒状をなす上部３１の軸を含む直線のことをいい、鉛直線ＶＬとは、重力の方向を示す直線のことをいう。
【００４９】
また、下部３２は、その軸線Ａ２が、鉛直方向に沿うように構成されている。具体的には、軸線Ａ２と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°以上２０°以下となるように、下部３２が配置されている。なお、図１では、一例として、軸線Ａ２と鉛直線ＶＬとのなす角度が０°である金属粉末製造装置１について図示している。
【００５０】
さらに、下部３２は、その最小の内径ｄ２が、上部３１の内径ｄ１の１５％以上８５％以下になるように設定されている。
【００５１】
以上のような上部３１および下部３２を備える筒状体３が設けられた金属粉末製造装置１によれば、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを製造することができる。
【００５２】
すなわち、上部３１の軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度が前記範囲内であることにより、液滴Ｑ１の飛行距離を比較的長く確保することができる。これは、軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度が前記範囲内であれば、軸線Ａ１が鉛直方向と平行に近い状態で上部３１が配置されることとなる。このような状態では、液滴Ｑ１の自然落下による飛行方向が、軸線Ａ１とほぼ平行になるため、筒状体３の上下方向に沿って十分な飛行距離を確保することができる。換言すれば、筒状体３の内周面のうち、側面には冷却液層Ｓ１が形成されているので、その分、水平方向の飛行距離が短くなる。これに対し、筒状体３の上下方向では、鉛直方向に細長い形状を最大限に利用することができるので、十分な飛行距離が確保される。その結果、液滴Ｑ１は、十分に長い飛行距離を飛行することとなり、それによって十分に長い飛行時間が確保される。このため、飛行の間に、表面張力による液滴Ｑ１の球形化が十分に進行し、最終的に十分な球形化が図られた金属粉末Ｒが得られる。
【００５３】
なお、軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとがなす角度は、０°以上２０°以下とされるが、好ましくは０°以上１０°以下とされる。軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとがなす角度が前記上限値を上回ると、軸線Ａ１が鉛直線ＶＬに対して比較的大きく傾いた状態となる。このため、溶融金属Ｑが気体Ｇに衝突して飛散するときの広がり方を考慮すれば、液滴Ｑ１の多くが上部３１の内壁のうち、側面に形成された冷却液層Ｓ１に突入する確率が高くなるおそれがある。その結果、十分に長い飛行距離を確保することができなくなり、液滴Ｑ１の球形化が不十分になるため、最終的に得られる金属粉末Ｒの球形化が不十分になるおそれがある。
【００５４】
また、下部３２の最小の内径ｄ２は、上部３１の内径ｄ１の１５％以上８５％以下に設定されるが、好ましくは内径ｄ１の２５％以上８０％以下に設定され、より好ましくは内径ｄ１の３５％以上７５％以下に設定される。これにより、上部３１から下部３２への境界部において内径が減少するため、冷却液Ｓが境界部に集中するとき、その近傍において内部の空気が圧縮され易くなる。このため、筒状体３の内部空間３０のうち、上部３１と下部３２との境界部近傍では、気圧が上がることとなる。その結果、その近傍を落下する液滴Ｑ１の飛行速度（落下速度）が低下し、液滴Ｑ１の飛行時間をより長く確保することができる。これにより、最終的により球形化が図られた金属粉末Ｒが得られる。
【００５５】
加えて、内部空間３０の気圧が上がることにより、飛行する液滴Ｑ１にも圧縮される力が加わる。この力を受けた液滴Ｑ１は、最も小さな表面積になるように変形する。すなわち、液滴Ｑ１は、真球に近づくように変形する。かかる観点からも、金属粉末Ｒの球形化が図られることとなる。
【００５６】
なお、金属粉末Ｒを製造中の内部空間３０の気圧は、最大で大気圧の１０１％以上であるのが好ましく、１１０％以上５００％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著になる。
【００５７】
また、内径ｄ１は、特に限定されないが、好ましくは５ｃｍ以上２００ｃｍ以下程度とされ、より好ましくは１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下程度とされる。
【００５８】
また、下部３２の最小の内径ｄ２が前記下限値を下回ると、下部３２の最小の内径ｄ２が小さくなり過ぎるので、下部３２を単位時間に通過し得る冷却液Ｓの量が小さくなる。このため、金属粉末Ｒの製造効率が低下するとともに、冷却液流出口４１から流出させる冷却液Ｓの量を制限せざるを得なくなるため、液滴Ｑ１の冷却速度が低下するとともに、内部空間３０における気圧の上昇が制限される。その結果、液滴Ｑ１の冷却や球形化が不十分になるおそれがある。また、冷却液Ｓの量を制限しないと、上部３１に多量の冷却液Ｓが溜まってしまい、金属粉末の製造ができなくなるおそれがある。
【００５９】
一方、下部３２の最小の内径ｄ２が前記上限値を上回ると、下部３２の内径ｄ２が大きくなり過ぎるので、下部３２を単位時間に通過し得る冷却液Ｓの量が大きくなるとともに空気が抜け易くなる。このため、内部空間３０において空気が圧縮され難くなり、落下する液滴Ｑ１の飛行速度（落下速度）が低下し難くなる。その結果、液滴Ｑ１の球形化が不十分になるおそれがある。加えて、下部３２を単位時間に通過し得る冷却液Ｓの量が大きくなることで、下部３２の上方に下部３２の内部空間を覆うような冷却液層Ｓ１が形成され難くなるため、液滴Ｑ１の冷却速度が低下するおそれがある。
【００６０】
なお、前述したように、下部３２の最小の内径ｄ２が前記範囲内であることにより、下部３２の上方に下部３２の内部空間を覆うような冷却液層Ｓ１が形成され易くなる。このため、筒状体３の内部空間３０には、側方と下方とを冷却液層Ｓ１で囲んだ空間が形成されることになり、実質的にほぼ全ての液滴Ｑ１を冷却液層Ｓ１に接触させることができるようになる。その結果、冷却速度のバラツキが小さく、それに伴って品質の揃った金属粉末Ｒが得られる。
【００６１】
また、軸線Ａ２と鉛直線ＶＬとがなす角度は、０°以上２０°以下とされるが、好ましくは０°以上１０°以下とされる。軸線Ａ２と鉛直線ＶＬとがなす角度が前記上限値を上回ると、冷却液層Ｓ１が途切れ易くなり、下部３２を通じて内部空間３０の空気が抜け易くなるため、内部空間３０において気圧が上昇し難くなる。このため、液滴Ｑ１の冷却や球形化が不十分になるおそれがある。
【００６２】
以上のような金属粉末製造装置１は、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを製造し得るという効果を奏する。
【００６３】
また、上部３１は、鉛直方向に沿ってその内径が変化していてもよいが、図１に示すように一定であってもよい。後者の場合、上部３１の内部に十分な大きさの空間を形成することができるとともに、上部３１の内壁には厚さのバラツキが少ない冷却液層Ｓ１を形成し易くなる。その結果、最終的に十分な球形化が図られるとともに、品質の揃った金属粉末Ｒが得られる。
【００６４】
なお、内径が変化している場合、内径ｄ１は、上部３１の下端の内径とする。そして、上部３１の内径は、内径ｄ１の０．９以上１．１以下であるのが好ましい。これにより、上記と同様の効果が得られる。
【００６５】
一方、下部３２は、鉛直方向に沿ってその内径が一定であってもよいが、鉛直下方に向かうにつれて内径が徐々に減少している部分を含むのが好ましい。これにより、冷却液Ｓの流れを阻害することなく、下部３２を流れる冷却液Ｓの旋回流の直径を徐々に小さくすることができるので、適度な冷却液層Ｓ１を形成することができるとともに、上部３１と下部３２との境界部における空気をより強く圧縮することができる。その結果、筒状体３の全長を短くした場合でも、落下する液滴Ｑ１に十分な落下時間が確保され、十分な球形化が図られる。
【００６６】
下部３２の内径が徐々に減少している部分３２１（図１参照）については、下部３２の全てを占めていてもよいが、その長さＬ３が下部３２の長さＬ２の１０％以上９０％以下であるのが好ましく、２０％以上８０％以下であるのがより好ましい。これにより、かかる部分３２１において内径の減少率が最適化され、冷却液層Ｓ１が途切れ難くなる。このため、適度な冷却液層Ｓ１を形成することと、冷却液Ｓの流速を確保して内部空間３０の気圧を上昇させることと、を両立させることができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを製造することができる。
【００６７】
そして、下部３２が、内径が徐々に減少している部分３２１を含む場合、残る部分については内径が一定であるのが好ましい。内径が一定である部分３２２（図１参照）の内径は、上部３１の内径ｄ１の１５％以上８５％以下であるのが好ましく、２０％以上８０％以下であるのがより好ましく、２５％以上７５％以下であるのがさらに好ましい。これにより、下部３２を空気が特に抜け難くなるので、内部空間３０において空気がより圧縮され易くなり、落下する液滴Ｑ１の飛行速度をより低下させることができる。
【００６８】
また、鉛直方向における上部３１の長さＬ１は、特に限定されないが、上部３１の内径ｄ１の１倍以上７倍以下であるのが好ましく、１．５倍以上５倍以下であるのがより好ましく、２倍以上４倍以下であるのがさらに好ましい。これにより、上部３１の長さＬ１が最適化されるため、液滴Ｑ１の自然落下による飛行距離を必要かつ十分に確保することができ、意図しない性状変化の抑制と十分な球形化とが図られる。また、飛行時間が長くなり過ぎるのを防止して、意図しない組成変化や結晶化を防止することができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを効率よく製造することができる。
【００６９】
また、鉛直方向における下部３２の長さＬ２は、特に限定されないが、上部３１の内径ｄ１の２倍以上であるのが好ましく、３倍以上１０倍以下であるのがより好ましい。これにより、下部３２の長さＬ２が最適化されるので、下部３２において冷却液Ｓの流れを適度に滞らせることができる。このため、上部３１と下部３２との境界部において、継続的に気圧を上昇させることができる。その結果、十分な球形化が図られた金属粉末Ｒを効率よく製造することができる。
【００７０】
なお、長さＬ２が前記下限値を下回ると、気圧の上昇が間欠的になり易くなり、球形化が不十分になるおそれがある。一方、長さＬ２が前記上限値を上回っても、球形化には問題ないが、金属粉末Ｒの製造効率が低下するおそれがある。
【００７１】
また、上部３１の軸線Ａ１と下部３２の軸線Ａ２とがなす角度は、１０°以下であるのが好ましく、５°以下であるのがより好ましい。これにより、上部３１と下部３２との間において冷却液層Ｓ１がほぼ連続的に形成される。このため、内部空間３０において気圧の上昇をより図り易くなる。その結果、液滴Ｑ１のさらなる球形化を図ることができる。また、液滴Ｑ１をムラなく冷却することができ、液滴Ｑ１の意図しない組成変化や組織変化が抑えられる。すなわち、例えば酸化量（酸素含有量）等の組成や結晶性のバラツキを最小限に留めることができる。
【００７２】
また、図１に示す上部３１の内部では、側面（側方）と底面（下方）とにそれぞれ冷却液層Ｓ１が形成されている。すなわち、下部３２の上方に冷却液層Ｓ１が形成されると、下部３２の内部空間を冷却液層Ｓ１によって覆うことができ、筒状体３の内部空間３０には、上方を除いて冷却液層Ｓ１で囲まれた空間が形成され易い。かかる内部空間３０は、上方を除いて気密的に閉じた空間であるといえる。このため、内部空間３０において気圧を上昇させたとき、その気圧が低下し難くなり、一定の気圧を維持し易くなる。その結果、組成や結晶性、球形度においてバラツキの小さい金属粉末Ｒを容易に製造することができる。
【００７３】
ここで、図２は、図１に示す金属粉末製造装置１のうち、流体噴射口５３近傍を拡大して示す斜視図である。
【００７４】
前述したように、本実施形態では、複数の流体噴射口５３が、溶湯ノズル５１の軸線Ａ３を中心とする同一円周上に設けられている（図２参照）。加えて、複数の流体噴射口５３は、その開口面積が互いに異なっていてもよいが、本実施形態では互いに同じになっている。複数の流体噴射口５３は、それぞれ同一のガス室５２に連通しているため、本実施形態に係る複数の流体噴射口５３からは互いに同じ流速および流量で気体Ｇが噴射される。そして、複数の流体噴射口５３からそれぞれ噴射された気体Ｇは、溶湯ノズル５１の軸線Ａ３上に位置する同一の位置に集束している。このため、気体Ｇは、溶湯ノズル５１の軸線Ａ３と同一の軸線を有する円錐状に広がることとなる。
【００７５】
その上で、気体Ｇの集束位置に溶融金属Ｑが衝突すると、形成された液滴Ｑ１は、気体Ｇとともに円錐状に広がる。
【００７６】
一方、前述したように、筒状体３の上部３１の軸線Ａ１と鉛直線ＶＬとのなす角度は、比較的小さい角度範囲に収まっている。このため、気体Ｇとともに円錐状に広がった液滴Ｑ１が自然落下するとき、内部空間３０の形状を利用して適度な飛行距離（飛行時間）が確保される。その結果、液滴Ｑ１の多くについて十分な球形化を図ることができる。
なお、流体噴射口５３の構成は、図２に示すものに限定されない。
【００７７】
図３は、図１に示す金属粉末製造装置の変形例を示す縦断面図である。なお、図３では、装置の構成を一部省略して図示している。
図３に示す金属粉末製造装置１では、下部３２の下流側、すなわち上部３１とは反対側に、金属粉末Ｒを冷却液Ｓとともに排出するための排出管８が接続されている。この排出管８は、回収タンク９に接続される。
【００７８】
そして、回収タンク９に回収された金属粉末Ｒと冷却液Ｓとの混合物は、脱液装置等に供されることにより、金属粉末Ｒを分離することができる。分離された金属粉末Ｒは、乾燥装置等で乾燥される。
【００７９】
以上説明したような金属粉末製造装置１によれば、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Ｒを得ることができる。
【００８０】
以上、本発明の金属粉末製造装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００８１】
例えば、本発明の金属粉末製造装置では、前記実施形態に係る各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【実施例】
【００８２】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．金属粉末の製造
（実施例１）
＜１＞まず、図１に示す金属粉末製造装置を用意した。なお、金属粉末製造装置の構成については表１に示す通りである。また、流体噴射部から噴射する流体には窒素ガスを用い、冷却液流出部から流出させる冷却液には水道水を使用した。そして、筒状体内に常時空間ができるように流速を調整した。また、筒状体の下部のうち、上部との接続部近傍では、内径が徐々に変化するようにした。
【００８３】
＜２＞次に、溶融金属供給部に原材料としてＳＵＳ３０４Ｌのインゴットを投入し、溶解させて溶融金属を作製した。
【００８４】
＜３＞次に、金属粉末製造装置の作動により、金属粉末を製造した。なお、金属粉末の製造中、筒状体の内部では、側方および下方が冷却液層によって囲まれた状態になっていた。
【００８５】
（実施例２〜１２）
金属粉末製造装置の構成を表１に示すように変更した以外は、それぞれ実施例１と同様にして金属粉末を得た。
【００８６】
（比較例１〜１０）
金属粉末製造装置の構成を表１に示すように変更した以外は、それぞれ実施例１と同様にして金属粉末を得た。
【００８７】
２．金属粉末の評価
２．１  球形度の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末に分級処理を施した。
【００８８】
次いで、分級した金属粉末について、レーザー回折式粒度分布測定装置により、質量基準の粒度分布を得た。そして、粒度分布の小径側から累積５０％における粒径を平均粒径として求めたところ、各実施例および各比較例のいずれも７．５〜８．５μｍの範囲内であった。
【００８９】
次いで、分級した金属粉末について、タップ密度を測定した。なお、金属粉末のタップ密度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２５１２（２０１２）に規定された金属粉のタップ密度測定方法に準拠する方法により測定した。また、タップ密度は、金属粉末の粒子の球形度と粒度分布とに関係しているため、タップ密度を評価することによって球形度および粒度分布を間接的に評価することができる。
測定したタップ密度を表１に示す。
【００９０】
２．２  流動度の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０２：２０１２に規定の金属粉の流動性試験方法により流動度［秒］を測定した。
【００９１】
２．３  製造歩留まり（良品率）の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、走査型電子顕微鏡により倍率５００倍で観察した。
【００９２】
次いで、５つの視野について画像を撮影し、得られた画像において、球状粒子と、球状粒子以外の粒子（異形粒子）と、をそれぞれ特定した。
【００９３】
そして、球状粒子の数および異形粒子の数を計測した後、下記式により良品率を算出した。
良品率［％］＝球状粒子の数／（球状粒子の数＋異形粒子の数）×１００
【００９４】
なお、球状粒子および異形粒子は、画像において特定された粒子像の周囲長、および、かかる粒子像と等しい面積を持つ真円の周囲長から、以下のようにして算出された円形度に基づいて分類される。
円形度＝（粒子像と等しい面積を持つ真円の周囲長）／（粒子像の周囲長）
具体的には、円形度が０．９以上のものを「球状粒子」とし、円形度が０．９未満のものを「異形粒子」とする。
【００９５】
【表１】
2017145494.tif 000003
【００９６】
表１から明らかなように、各実施例で製造した金属粉末は、いずれも、各比較例で製造した金属粉末に比べてタップ密度が高いことが認められた。このことは、金属粉末の粒子の球形度が高いこと、および、金属粉末の粒度分布がある程度広いことを示している。
【００９７】
また、下部の最小の内径ｄ２を最適化することによって、流動度についても高められる（流動に要する時間を短くすることができる）ことが認められた。さらには、各粒子の形状について着目したとき、球形度が高い粒子の割合（良品率）が高いことが認められた。これらのことから、各実施例で製造した金属粉末は、各粒子の球形度が高いことによって、タップ密度および流動度が高くなっていると言える。
【００９８】
また、表１には記載していないものの、各実施例で製造した金属粉末は、いずれも、再溶融処理を行うような従来の製造方法で製造された金属粉末に比べて、酸素濃度が低いことが認められた。
【００９９】
よって、本発明によれば、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造し得ることが認められた。
【０１００】
また、流体噴射部から噴射する気体をアルゴンガスに変更した以外、各実施例および各比較例と同様にして金属粉末を製造したが、評価結果は上記と同様の傾向を示した。
【符号の説明】
【０１０１】
１…金属粉末製造装置、２…溶融金属供給部、３…筒状体、４…冷却液流出部、５…流体噴射部、６…誘導コイル、７…蓋部材、８…排出管、９…回収タンク、２１…吐出口、３０…内部空間、３１…上部、３２…下部、４１…冷却液流出口、５１…溶湯ノズル、５２…ガス室、５３…流体噴射口、３２１…部分、３２２…部分、５１１…溶湯ノズル孔、Ａ１…軸線、Ａ２…軸線、Ａ３…軸線、Ｇ…気体、Ｌ１…長さ、Ｌ２…長さ、Ｌ３…長さ、Ｑ…溶融金属、Ｑ１…液滴、Ｒ…金属粉末、Ｓ…冷却液、Ｓ１…冷却液層、ＶＬ…鉛直線、ｄ１…内径、ｄ２…内径
【図１】
2017145494.tif 000004
【図２】
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【図３】
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