JP2001271103A - 金属粉末作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アトマイズする際の単位時間当たりの出湯量は
容易に制御でき、かつ、出湯径を変化させるノズルが使
用できるようにする。 【解決手段】金属るつぼ１と誘導コイル２、３とを気密
にして収納する溶解室７と、該溶解室７の上部に密接し
て気密にした粉末作製室８とを設け、両部屋を連通し、
粉末作製室８から溶解室７の溶湯４内まで延在させた溶
湯吸引ノズル９を設けて、粉末作製室８の圧力Ｐ１と溶
解室７の圧力Ｐ２とに圧力差を生じさせることにより粉
末作製室８内に吸引して噴射させた溶湯に流体を吹き付
けて溶湯を粉末にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スリットが入っ
た金属るつぼと、その外周側に巻回した誘導コイルと、
高周波電源とから構成される浮揚溶解装置を用いて金属
の粉末を作製する金属粉末作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】浮揚溶解装置はスリットの入った水冷の
金属るつぼと、該金属るつぼの外周に巻回した誘導コイ
ルと、該誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源
とで構成されており、誘導コイルに高周波電流を供給し
た際に発生する磁束は金属るつぼと、スリットを通して
るつぼ内に投入された金属とに鎖交して、該金属と、金
属るつぼとに渦電流を誘起する。

【０００３】金属に誘起した渦電流はジュール熱になり
金属を溶解するとともに、金属るつぼに誘起した渦電流
とは対向する面では互いに逆向きであるので反発力を発
生し、金属るつぼは固定しているので金属が溶解した溶
湯は金属るつぼからその一部あるいは全部が離れて浮揚
して溶解する。溶湯と金属るつぼとは非接触状態が保た
れるため浮揚溶解装置は 高融点金属の溶解が可能になる。

【０００４】るつぼからの汚染が無いため高純度金属
の溶解が可能である。 電磁力による強力な攪拌が可能で、均質な合金が得ら
れる。 真空雰囲気で溶解を行えば、雰囲気から溶湯への汚染
も防げるため活性金属の溶解が可能になる。 以上のような特長を有する浮揚溶解装置は、高融点、高
純度、比重の異なる金属からなる合金の溶解装置として
優れている。

【０００５】この浮揚溶解装置を用いて、金属るつぼの
底穴式出湯口から出湯した溶湯に流体を噴射して金属粉
末を製造する方法は特公平７−９１５７１号公報に開示
されている。この公報によれば浮揚溶解した溶湯を底穴
から自然落下させ、その溶湯流に不活性ガスを噴射して
粉末を製造する方法と、前記自然落下流をタンディッシ
ュに受けて該タンディッシュから出湯した出湯流に不活
性ガスを噴射して粉末を製造する方法と、別の溶解炉か
ら出湯量に見合う溶湯量を金属るつぼに連続的に注入す
る方法とが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、金属材料の開発
分野において粉末焼結による材料の開発が多く見られ
る。特に高融点金属・合金は溶解鋳造が通常の溶解炉で
は難しいため、粉末焼結による成形が行われている。こ
のためさまざまな金属・合金の粉末の需要がある。浮揚
溶解装置はさまざまな金属の溶解が可能であるため、粉
末作製装置としても期待されている。

【０００７】ところで浮揚溶解装置を用いた粉末作製装
置の従来の構成では金属るつぼの底穴式出湯口から溶湯
を出し、ガスや、液体を吹き付けているので、溶湯の出
湯速度、および単位時間当たりの流量を一定に保つこと
が困難であり、粉末の粒度は出湯速度、および単位時間
当たりの流量に左右される。一般的にアトマイズでは出
湯径を３〜５ｍｍとし、出湯量を１ｌ／ｍｉｎ程度で一
定流量を保つことが良いとされている。しかしるつぼ底
穴式出湯口より出湯する場合、出湯量の制御は非常に高
度な技術を要するため困難である。また、出湯径を変化
させるために径の異なる金属製のノズルを出湯口に装着
して使用するとノズル自身が加熱してしまうため使用で
きない。

【０００８】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、アトマイズする
際の単位時間当たりの出湯量を容易に制御でき、かつ、
出湯径を変化させるノズルが使用可能な金属粉末作製方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、金属るつぼと誘導コイルとに
より金属を浮揚させて溶解する浮揚溶解装置において、
金属るつぼと誘導コイルとを収納する気密にした溶解室
を設けるとともに、該溶解室の上部に配置される気密に
した粉末作製室を設け、粉末作製室から溶解室の溶湯内
まで延在させて前記両室を連通する溶湯吸引ノズルを設
けて、粉末作製室の圧力Ｐ１と溶解室の圧力Ｐ２とに圧
力差を生じさせて溶湯を粉末作製室内に吸引して噴射さ
せ、噴射した溶湯に流体を吹き付けて溶湯を粉末にする
ことを特徴とする。

【００１０】上記構成により、浮揚溶解装置を使用する
ことで高純度、高融点、比重の異なる金属からなる合金
の溶湯が得られ、金属るつぼからの出湯量に見合う溶解
材料を連続的に補給して出湯中でも金属るつぼ内の溶湯
量がそれほど変化しないようにすれば、溶解室と粉末作
製室との圧力差を所定の値に制御することで溶湯吸引ノ
ズルから粉末作製室に吸引して噴射する溶湯の量を一定
に保つことが可能になり、一定粒度の粉末を作製するこ
とが可能になる。

【００１１】また、請求項２記載の発明のように、請求
項１記載の金属粉末作製方法において、粉末作製室に流
量調整バルブを介して接続する真空室を設けて、該真空
室を介在させて粉末作製室の圧力Ｐ１を制御することが
できる。上記構成により粉末作製室で作製した粉末を真
空排気装置に吸引することを防止できるので真空排気装
置の故障を未然に防止することが可能になる。

【００１２】さらに、請求項３記載の発明のように、請
求項１または請求項２に記載の金属粉末作製方法におい
て、粉末作製室と溶解室との圧力を常時監視して両室の
圧力差が一定になるように圧力制御することができる。
上記構成により金属るつぼからの出湯量に見合う溶解材
料を連続的に補給して出湯中でも金属るつぼ内の溶湯量
がそれほど変化しないようにすれば、粉末作製室と溶解
室との圧力を常時監視して両室の圧力差を一定に保つこ
とにより溶湯吸引ノズルから粉末作製室に吸引して噴射
する溶湯の量を常に一定に保つことが可能になり、一定
粒度の粉末を連続して作製することが可能になる。

【００１３】また、請求項４記載の発明のように、溶湯
吸引ノズルの内径をさまざまな内径のノズルに交換可能
とすることで、単位時間当たりの溶湯吸引量を任意の量
にして、粉末の粒度を制御することが可能になる。さら
に請求項５の発明のように、粉末作製室と溶解室との圧
力を任意の圧力差に制御することで溶湯吸引ノズルから
の吸引量を任意の量に制御することもできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態の主
要部の構成図を示す。この図１において、１は周方向に
縦長のスリットを有し、該スリットで仕切られたセグメ
ント内に冷却水を通す通水孔を設けた金属るつぼ、２は
該金属るつぼ１の外周側の上部に巻回した上誘導コイ
ル、３は該上誘導コイル２の下方に巻回した下誘導コイ
ル、４は金属るつぼ１内で溶解した溶湯、５は溶湯４に
主に溶解エネルギを与えるために上誘導コイル２に数１
０ＫＨｚの高周波電流を供給する高周波電源、６は溶湯
４に主に浮揚力を与えるために下誘導コイル３に数ＫＨ
ｚの高周波電流を供給する高周波電源、７は金属るつぼ
１、及び上下誘導コイル２，３を収納する気密にした真
空容器としての溶解室、８は金属るつぼ１内の溶湯４を
吸引して噴出させそこにアトマイジングガスノズル１０
からガスを吹き付けて金属粉末１４を作製するための気
密ぬした真空容器としての粉末作製室、１１は該粉末作
製室８内を減圧する真空排気装置、１２は前記溶解室内
を減圧する真空排気装置、１３は溶解室７内に不活性ガ
スを供給するガスパージバルブを示す。また９は両室
７、８に連通する溶湯吸引ノズルであり、その噴射口が
粉末作製室８内に設けられるとともに、吸引口が熔解室
７内に設けられる。この溶湯吸引ノズル９は、溶湯との
関係（化学反応を起こさない、不純物とならない、熔解
温度等）により制限されるが、金属、セラミック等のあ
らゆる種類の材料のものを使用する事ができる。

【００１５】この図１において、浮揚溶解装置の金属る
つぼ１と上下誘導コイル２，３とは真空容器としてなる
溶解室７内に収納されており、真空排気装置１２により
減圧して真空雰囲気あるいは任意の雰囲気とされた状態
で、溶解室７の外部に配備された高周波電源５，６から
上下誘導コイル２，３に高周波電流を供給することによ
り、図示されていない材料投入装置から金属るつぼ１内
に投入された金属を溶解して浮揚した溶湯４にする。こ
のとき、溶湯吸引ノズル９は、図示しない移動手段によ
り、その吸引口を金属るつぼ４の上方へ退避させておく
とともに熔解室７の圧力Ｐ１と粉末作製室８内の圧力Ｐ
２とはＰ１＝Ｐ２としておく。

【００１６】溶解が完了して出湯可能になると、溶湯吸
引ノズル９の吸引口を溶湯中に浸漬させると同時に溶解
室７にガスパージバルブ１３を通して不活性ガスをパー
ジして溶解室７内の圧力Ｐ２を粉末作製室８内の圧力Ｐ
１より高くなるようにして溶湯４を溶湯吸引ノズル９か
ら粉末作製室８内に吸引して噴出させてアトマイジング
ガスノズル１０からこの噴出した溶湯にガスを吹き付け
て金属粉末１４を作製する。ここで、圧力Ｐ１と圧力Ｐ
２との圧力差を任意の圧力差に設定することにより、溶
湯吸引ノズル９からの吸引量（溶湯４の噴出量）を任意
の量とすることができる。

【００１７】なお、金属粉末１４を作製中は金属るつぼ
１内の溶湯４の量があまり変動しないように図示されて
いない材料供給装置から溶湯４の吸引量に見合う重量の
金属が連続的に供給されて溶解される。また、溶解室７
と、粉末作製室８とは溶湯吸引ノズル１４で繋がる以外
は外気と遮断された密室になっており、溶湯吸引中は両
室７、８の圧力を監視して真空排気装置１１，１２の図
示されていないバルブを開閉してＰ１＜Ｐ２でかつ、Ｐ
２−Ｐ１＝一定となるようにすることで、溶湯吸引ノズ
ル９からの吸引量を一定になるようにして作製される粉
末の粒度を一定にする。

【００１８】さらに、図示されていないが溶湯吸引ノズ
ル９は溶解室７、粉末作製室８との連通個所で真空シー
ルされており、内径の異なる溶湯吸引ノズル９と交換が
可能である。また、熔解金属の材質に応じて溶湯吸引ノ
ズル９の材質を熔解金属に対して最適な材料のものに変
更することにより、溶湯の汚染を防ぐことができる。

【００１９】図２はこの発明の別の実施の形態の主要部
の構成図を示す。この図２の実施例が図１の実施例と異
なる点は、粉末作製室８と該粉末作製室８を減圧する真
空排気装置１１との間にガス流量調整バルブ１６を介し
て真空室１５を介在させるようにした点である。このよ
うにすることにより、粉末作製室８内で作製された粉末
が真空排気装置１１に吸引されにくくなり、真空排気装
置１１の異物吸引による事故を未然に防止することがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、浮揚溶解装置を用い
ることで、高融点、高純度の金属を溶解して粉末にする
ことができ、上方に溶湯を吸引してから粉末にするこ
と、かつ、溶解室と、粉末作製室との圧力差を一定値に
制御することで高い歩留まりで、かつ、任意の粒度の粉
末を作製する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の主要部分の構成図

【図２】この発明の別の実施の形態の主要部分の構成図

【符号の説明】

１ 金属るつぼ ２ 上誘導コイル ３ 下誘導コイル ４ 溶湯 ５、６ 高周波電源 ７ 溶解室 ８ 粉末作製室 ９ 溶湯吸引ノズル １０ アトマイジングガスノズル １１，１２ 真空排気装置 １３ ガスパージバルブ １４ 金属粉末 １５ 真空室 １６ ガス流量調整バルブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属るつぼと誘導コイルとにより金属を浮
   揚させて溶解する浮揚溶解装置において、金属るつぼと
   誘導コイルとを収納する気密にした溶解室を設けるとと
   もに、該溶解室の上部に配置される気密にした粉末作製
   室を設け、粉末作製室から溶解室の溶湯内まで延在させ
   て前記両室を連通する溶湯吸引ノズルを設けて、粉末作
   製室の圧力Ｐ１と溶解室の圧力Ｐ２とに圧力差を生じさ
   せて溶湯を粉末作製室内に吸引して噴射させ、噴射した
   溶湯に流体を吹き付けて溶湯を粉末にすることを特徴と
   する金属粉末作製方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の金属粉末作製方法におい
   て、粉末作製室に流量調整バルブを介して接続する真空
   室を設けて、該真空室を介在させて粉末作製室の圧力Ｐ
   １を制御することを特徴とする金属粉末作製方法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の金属粉末
   作製方法において、粉末作製室と溶解室との圧力を常時
   監視して両室の圧力差が一定になるように圧力制御する
   ことを特徴とする金属粉末作製方法。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の金属粉末作製方法において、溶湯吸引ノズルの内径を
   さまざまな内径のノズルに交換可能とすることで、単位
   時間当たりの溶湯吸引量を任意の量にして、粉末の粒度
   を制御することを特徴とする金属粉末作製方法。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の金属粉末作製方法において、粉末作製室と溶解室との
   圧力を任意の圧力差に制御することで溶湯吸引ノズルか
   らの吸引量を任意の量に制御することを特徴とする金属
   粉末作製方法。