(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料容器と連通する溶融金属供給ノズル孔から流下させた溶融金属に、前記溶融金属供給ノズル孔と同心円状に形成されたガス噴出孔から高圧不活性ガスを逆円錐状に吹きつけて溶融金属を微細な溶滴に分断し、この分断した溶滴を下方の傾斜した冷却容器の内周面に形成される旋回冷却液層に向けて円錐状に供給し、前記溶滴を急冷凝固させて非晶質金属粉末を製造する方法であって、
前記原料容器から溶融金属供給ノズル孔まで及び冷却容器内の気密性を確保して前記冷却容器内を不活性ガスで充満させながら、溶融金属降下流に対するガス噴射角度を前記冷却容器の傾斜角度未満にして前記高圧不活性ガスを溶融金属に逆円錐状に吹きつけて分断し、分断した溶滴を下広がり円錐状に拡がらせてその全量を前記旋回冷却液層の上部から下部に亘って衝突させることを特徴とする非晶質金属粉末の製造方法。
【請求項２】
溶融金属を収容しかつその底部の溶融金属供給ノズル孔から溶融金属を流下させる原料容器と、この原料容器の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面に旋回冷却液層が形成される冷却容器と、前記原料容器から流下する溶融金属に前記溶融金属供給ノズル孔と同心円状に形成されたガス噴出孔から高圧不活性ガスを逆円錐状に吹きつけてこれを微細な溶滴に分断して前記旋回冷却液層に向けて円錐状に供給する高圧ガス噴射手段とを備えた非晶質金属粉末の製造装置であって、
前記原料容器から溶融金属供給ノズル孔まで及び冷却容器内の気密性を確保して前記冷却容器内を不活性ガスで充満可能に構成しており、
前記分断されて下広がり円錐状に拡がった溶滴の全量を前記旋回冷却液層の上部から下部に亘って衝突させるように、前記高圧ガス噴出手段の溶融金属降下流に対するガス噴射角度を前記冷却容器の傾斜角度未満としたことを特徴とする非晶質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、溶融金属を旋回する冷却液層中に供給して急冷凝固させ非晶質金属粉末を製造する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属を旋回冷却液層中に供給し急冷凝固させて微細な非晶質の金属粉末を製造する方法及び装置が知られている。
この種金属粉末の製造装置の一例として、図２に示すものがある（例えば実開平６−３９９２９号公報参照）。この装置３１は、溶融金属３２を収容し、かつその底部の溶湯ノズル孔３３から溶融金属３２を流下させる原料容器（るつぼ）３４と、該容器３４の下方に傾斜状に配設され、かつ円筒内周面３５に冷却液供給孔３６から接線方向に供給され前記内周面３５に沿って旋回しながら流下する冷却液層３７が形成される冷却容器３８と、前記原料容器３４の下側に配設され、かつ前記金属の下降流に高圧ガスを吹きつけて溶融金属３２を微細な溶滴３９に分断して前記冷却液層３７に供給する高圧ガス噴射ノズル４０とを備え、該ノズル４０からアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが、逆円錐状のガスジェット４１として噴射されるようになっている。なお、４２は冷却液層厚調整リングである。
【０００３】
したがって、前記溶滴３９は、冷却容器３８内に形成されている旋回冷却液層３７にガスジェット４１と共に運ばれて供給され、ここでさらに分断され急冷凝固されるという二段階分断によって、より微細化された非晶質金属粉末を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、前記冷却容器３８内には、層状の旋回冷却液層３７の中心側に空胴４３が形成されるため、ガスジェット４１に随伴された溶滴３９の一部が、旋回冷却液層３７に入らずに前記空胴４３内を降下している間に凝固して結晶化した金属粉末となる。したがって、前記旋回冷却液層３７に入って急冷凝固した非晶質金属と、結晶化した金属が混在した粉末となり、軟磁気特性が劣化し、品質が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたもので、結晶化した金属粉末の混在しない良品質の非晶質金属粉末を得ることができ、生産性の向上を図ることが可能な非晶質金属粉末の製造方法及びその装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、本発明に係る非晶質金属粉末の製造方法は、第１に、原料容器と連通する溶融金属供給ノズル孔から流下させた溶融金属に、前記溶融金属供給ノズル孔と同心円状に形成されたガス噴出孔から高圧不活性ガスを逆円錐状に吹きつけて溶融金属を微細な溶滴に分断し、この分断した溶滴を下方の傾斜した冷却容器の内周面に形成される旋回冷却液層に向けて円錐状に供給し、前記溶滴を急冷凝固させて非晶質金属粉末を製造する方法であって、
前記原料容器から溶融金属供給ノズル孔まで及び冷却容器内の気密性を確保して前記冷却容器内を不活性ガスで充満させながら、溶融金属降下流に対するガス噴射角度を前記冷却容器の傾斜角度未満にして前記高圧不活性ガスを溶融金属に逆円錐状に吹きつけて分断し、分断した溶滴を下広がり円錐状に拡がらせてその全量を前記旋回冷却液層の上部から下部に亘って衝突させることを特徴としている（請求項１）。
【０００７】
この場合、前記溶滴の全量が旋回冷却液層に吹き込まれて急冷凝固し、非晶質金属となるため、前記高圧噴射ガス流に随伴されて冷却容器の空胴内を通って落下し、結晶化される金属が存在しなくなり、したがって、結晶化金属粉末の混在しない、良品質の非晶質金属粉末を得ることができ、生産性が大幅に向上する。
また、本発明に係る非晶質金属粉末の製造装置は、溶融金属を収容しかつその底部の溶融金属供給ノズル孔から溶融金属を流下させる原料容器と、この原料容器の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面に旋回冷却液層が形成される冷却容器と、前記原料容器から流下する溶融金属に前記溶融金属供給ノズル孔と同心円状に形成されたガス噴出孔から高圧不活性ガスを逆円錐状に吹きつけてこれを微細な溶滴に分断して前記旋回冷却液層に向けて円錐状に供給する高圧ガス噴射手段とを備えた非晶質金属粉末の製造装置であって、
前記原料容器から溶融金属供給ノズル孔まで及び冷却容器内の気密性を確保して前記冷却容器内を不活性ガスで充満可能に構成しており、
前記分断されて下広がり円錐状に拡がった溶滴の全量を前記旋回冷却液層の上部から下部に亘って衝突させるように、前記高圧ガス噴出手段の溶融金属降下流に対するガス噴射角度を前記冷却容器の傾斜角度未満としたことを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る製造装置によれば、高圧ガス噴射流により微細化された溶滴は、その全量が前記ガス噴射流に随伴されて旋回冷却層に供給されるため、溶滴の全量が急冷凝固されて非晶質金属粉末となる。そして、前記高圧ガス噴射手段のガス噴射角度を適正に設定するだけでよいから、容易にかつ安価に得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る非晶質金属粉末の製造装置の実施形態を示している。この製造装置１は、溶融金属供給手段としての溶融金属２を収容する原料容器３と、該容器３の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面４に旋回冷却液層５が形成される冷却容器６と、冷却液供給手段７と、流下する溶融金属２Ａを微細な溶滴８に分断して前記冷却液層５に供給する高圧ガス噴射手段９とにより主構成されている。
【００１０】
前記原料容器３は、具体的には高周波溶解炉が採用され、外周には収容された原料金属を加熱溶融するための加熱コイル１０が設けられ、該容器３底壁中央に溶湯ノズル孔１１が設けられると共に溶湯ノズル１２が連通状にかつ垂直状に装着されており、溶融金属２を鉛直方向に流下可能にしている。
なお、前記原料容器３には、溶湯ノズル孔１１を開閉する棒状の閉塞栓（図示省略）が設けられる。
前記冷却容器６は、円筒形で上端開口には外向き鍔６Ａが設けられ、器体軸心Ｃが鉛直線Ｌに対して任意の傾斜角度Ｂをもって傾斜状に設置されており、その上端開口を塞ぐ環状蓋１３が前記鍔６Ａに着脱可能に取付けられ、該蓋１３の中央部には流下する溶融金属２Ａを冷却容器６内に供給すると共に高圧ガス噴射手段９を貫通装着するための開口部１４が設けられている。
【００１１】
また、冷却容器６の上部には、冷却液供給手段７を構成する冷却液噴出流路７Ａが、周方向等間隔で複数形成されており、該噴出流路７Ａの出口は前記円筒内周面４に沿って接続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。なお、前記流路７Ａの出口中心線は、前記器体軸心Ｃに直交する平面に対して２０度以下程度の斜め下方に設定されている。
したがって、冷却液例えば純水、フッ素系非磁性液等を、前記噴出流路７Ａから円筒内周面４側に噴出供給すると、該内周面４にこれに沿って旋回しながら流下する冷却液層５が形成される。
【００１２】
そして、冷却容器６の円筒内周面４には、適所に冷却液層５の層厚を調整するための層厚調整用リング１５が、ボルト等により着脱・交換可能に取付けられている。該リング１５によって、冷却液の流下速度が抑制されて略一定内径の冷却液層５が少ない流量で容易に形成されると共に、該冷却液層５の中心側に形成される空胴１６も安定する。
なお、冷却容器６の下端開口即ち冷却液排出端には、図示していないが粉末回収容器又は／及び排出量が接続されている。
【００１３】
前記高圧ガス噴射手段９は、ガスジェットノズル９Ａとそのガス供給装置（図示省略）とからなり、該ノズル９Ａの上部中心に溶融金属供給ノズル孔１７を備えると共に下部がノズル孔１７と同心的な円筒部１８とされ、該円筒部１８が前記冷却容器６の蓋１３に設けた前記開口部１４に気密状に嵌装され、固定手段１９により前記蓋１３に着脱可能に取付けられている。
そして、該ガスジェットノズル９Ａの前記ノズル孔１７の外周側には、ガス室２０がノズル孔１７を囲むように形成されると共に、ガス室２０下部に複数のガス噴射孔２１が同心円状にかつノズル孔１７側に下向きに傾斜した角度で設けられている。このガス噴射孔２１のガス噴射角度Ａ、即ち溶融金属２Ａの流下する鉛直線Ｌに対する角度は、前記冷却容器６の傾斜角度Ｂ未満とされている。
【００１４】
したがって、前記ガス室２０に所要圧力の不活性ガス例えばアルゴンガスや窒素ガスを供給することによって、図１に矢印で示すようなガスジェット２２が、ガス噴射孔２１から逆円錐状に吹き出されて、溶融金属供給ノズル１７の下端部よりもやや下側の位置（鉛直線Ｌ上）で交差した後、円錐状に拡がり、全ガスジェット２２が旋回冷却層５に衝当する。
そして、ガスジェットノズル９Ａの上端面中央に、前記溶湯ノズル１２の下端が、両ノズル孔１１、１７の中心線が一致するようにボルト等の固着手段により連結され、溶融金属２が原料容器３からガスジェットノズル９Ａのノズル孔１７から流下するまでの間においても、空気に触れないようにし気密性を確保し、酸化を防止している。なお、前記ガスジェットノズル９Ａの円筒部１８内空間及び冷却容器６内空胴１６には、ガス噴射孔２１から噴射される不活性ガスが充満するので、溶融金属流２Ａが空気に触れることはなく、酸化は防止される。
【００１５】
前記冷却容器６は、その軸線Ｃ方向に任意の個所例えば層厚調整リング１５の位置で複数分割し、図示していないがフランジ連結することができる。そして、冷却容器６内圧力に対応して適度の強度とすべく器壁厚さを変え、重量軽減してコスト低下を図ることができる。
なお、前記冷却容器６の傾斜角度Ｂは、本実施形態では２５度とし、ガス噴射角度Ａは夫々２０度としているが、これらの角度Ａ，Ｂは、前記条件Ａ＜Ｂを満足させるように、旋回冷却液層５の内径及び冷却液層５の長さ等との関係において適正に設定し、ガスジェット２２の全量が旋回冷却液層５の内面に衝当するように構成されている。
【００１６】
次に、上記装置１により非晶質金属粉末を製造する本発明方法について説明する。
先ず、冷却容器６内に冷却液を供給してその円筒内周面４に旋回冷却液層５を形成する。次に、ガスジェットノズル９Ａのガス室２０に、不活性ガス等の圧縮ガスを供給することにより、ガス噴射孔２１から噴出された多数のガスジェット２２によって逆円錐形状のジェット集合体が形成される。
この状態で、原料容器３内の溶融金属２の上部室間に不活性ガス等を加圧注入し、溶融金属２をノズル孔１１、溶湯ノズル１２及び供給ノズル孔１７から逆円錐形状のジェット集合体の交点に向けて噴出する。ここで、細流状溶融金属２Ａにガスジェット２２が吹きつけられ、該溶融金属２Ａが分断されると共に、分断された溶滴８は旋回冷却層５に向けて円錐形状となったジェット集合体により飛散されかつ供給される。
【００１７】
このようにして、ガスジェット２２により分断された溶滴８の全量が、旋回しながら円筒内周面４を流下する冷却液層５内に供給され、急冷凝固されて非晶質金属粉末となる。そして、冷却液層５中の非晶質金属粉末は、冷却液と共に旋回しながら層厚調整リング１５を超えて流下し、冷却容器６の下端開口から図外の排出管へと冷却液と共に排出され、この排出管の下流端に設けられている回収用網かご（図示省略）内で冷却液から分離され回収される。
なお、前記排出管の途中に流量調整弁（図示省略）を設け、冷却液を排出管内に満たした状態で排出することにより、冷却容器６の下端からガスの流出を阻止して、旋回冷却液層５の中心側空胴16に、不活性ガス等を充満させることができる。
【００１８】
また、上記実施形態では、高圧ガス噴射手段９としての前記ノズル９Ａにおいて、逆円錐形状に集合する線状のガスジェット２２を噴出する多数のガス噴射孔２１を採用したが、逆円錐形状の面状ガスジェットを形成するようなスリットノズルを用いることができる。そして、前記層厚調整リング１５は、その上面がテーパ面で形成されているが、これに限らず、例えば平坦面あるいはリング上端外周縁から下端内周縁にかけて漸次縮径する流線形曲面で形成してもよく、また、リング設置数も２個に限らず１個又は３個以上とすることもできる。
【００１９】
さらに、原料容器３内の溶融金属２の噴出は、圧媒を作用させることなく、溶融金属２自体に作用する重量（自重）により、ノズル孔１１から流出するようにしてもよい。
本発明に係る製造装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、高圧ガス噴射手段９を原料容器３の底部に設けて、前記溶湯ノズル１２を省略できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高圧ガスにより分断されかつ微細化された溶融金属の溶滴全量を、噴射ガス流により旋回冷却層に指向し供給するものであるから、得られる金属粉末はそのすべてが非晶質金属となり、結晶化した金属粉末の混在しない良品質の製品を製造でき、軟磁気特性の劣化を防止できるほか、生産性の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る非晶質金属粉末の製造装置の一実施形態を示す要部断面図である。
【図２】  従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  非晶質金属粉末の製造装置
２  溶融金属
２Ａ流下する溶融金属
３  原料容器
４  円筒内周面
５  旋回冷却液層
６  冷却容器
８  溶滴
９  高圧ガス噴射手段
９Ａガスジェットノズル
２１  ガス噴射孔
２２  ガスジェット
Ａ  ガス噴射角度
Ｂ  冷却容器傾斜角度
Ｃ  冷却容器中心軸線
Ｌ  鉛直線
【図１】
0004181234.tif 000002
【図２】
0004181234.tif 000003