JP2023051427A - 金属粉末製造装置および金属粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置および金属粉末の製造方法を提供すること。【解決手段】金属粉末製造装置１０は、溶融金属２１を吐出する溶融金属供給部２０と、溶融金属２１を冷却する冷却液の層５０が内周面３３上に形成される筒体３２と、筒体３２の上部内側に冷却液を供給する冷却液導出部３６と、を有する。筒体３２の上部内側の内周面３３は、略楕円形状である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、金属粉末製造装置および金属粉末の製造方法に関する。

たとえば特許文献１に示すように、いわゆるガスアトマイズ法を用いて金属粉末を製造する金属粉末製造装置とその装置を用いた製造方法が知られている。従来の装置は、溶融金属を吐出する溶融金属供給容器と、この溶融金属供給容器の下方に設置される筒体と、溶融金属供給部から吐出された溶融金属を冷却する冷却液の流れを、筒体の内周面に形成する冷却液導出部と、を有する。

冷却液導出部は、冷却用筒体の内周面の接線方向に向けて冷却液を噴射し、冷却液を冷却容器の内周面に円形に旋回させながら流下させることにより、冷却液層を形成している。冷却液層を用いることで、溶滴を急冷し、高機能性の金属粉末を製造することができることが期待されている。

しかしながら、従来の金属粉末の製造では、溶滴の急速冷却が不十分な場合があり、より高品質な金属粉末を製造することができる装置と方法が求められている。

特開平１１－８０８１２号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、より高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置および金属粉末の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る金属粉末製造装置は、
溶融金属を吐出する溶融金属供給部と、
前記溶融金属を冷却する冷却液の層が内周面上に形成される筒体と、
前記筒体に前記冷却液を供給する冷却液導出部と、を有する金属粉末製造装置であって、
前記筒体の上部内側の前記内周面は、略楕円形状であることを特徴とする金属粉末製造装置である。

本発明の金属粉末製造装置では、筒体の内周面に沿って、略楕円螺旋状に流れる冷却液層を形成することができる。この冷却液層に溶融金属の溶滴を噴射することで、溶融金属の溶滴をより急冷することが可能になる。楕円螺旋状の冷却液の流れは、楕円の短径側での流速が速くなり、長径側での流速は遅くなっており、この冷却液の層に噴射された溶滴は、冷却液層の中で、冷却液と共に、流速が変化しながら流されることになる。

溶滴を、冷却液と共に、流速を変化させながら冷却液層の中を流すことで、冷却液に触れた直後に発生すると考えられる溶滴周りの蒸気の膜が溶滴から剥離されやすくなり、冷却液層での溶滴の急冷効果が高まる。このように溶滴を急冷することで、微小粒径においても非晶質性や磁気特性の良好な金属粉末を製造することができる。

好ましくは、前記冷却液導出部は、前記筒体の外側から供給された前記冷却液を前記筒体の上部から前記内周面に沿った螺旋軌道で流れるように吐出する冷却液吐出口を有する。このように構成することで、冷却液吐出口から、冷却液層を筒体の上部から内周面に沿って、下部に向かって楕円螺旋状に形成することができ、溶融金属の溶滴の急冷作用が高まり、微小粒径においても非晶質性や磁気特性の良好な金属粉末を得ることができる。

好ましくは、前記冷却液吐出口は、前記筒体の周方向に亘って、略楕円形状に形成してある。冷却液吐出口は、筒体の周方向に亘って、連続して形成してあってもよく、冷却液吐出口に補強部材などを設けて筒体の周方向に亘って、断続的に形成してあってもよい。冷却液吐出口が筒体の周方向に亘って形成されることで、筒体の内周面に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液の冷却液層を形成し易くなる。

好ましくは、前記冷却液導出部は、前記冷却液の外側から内側へ向かう流れを前記筒体の内周面に沿う流れに変える枠体を有し、前記枠体は、前記筒体の内周面より径が小さい略楕円形状の内枠片を有する。このように構成することで、内枠片と筒体の内周面との間に、略楕円形状の冷却液吐出口を形成することができる。その結果、冷却液吐出口から筒体の内周面に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液を吐出することができる。

好ましくは、前記枠体は、前記筒体の内側に配置され、前記冷却液が前記筒体の外側から内側に入り込む内側空間を形成し、前記内側空間は、前記内周面に沿って略楕円形状に形成してある。このように構成することで、冷却液は、内側空間で内周面に沿った楕円状の流れを形成できる。この冷却液が、内周面に沿って、筒体の軸芯に沿って下向きに向けて吐出されることで、楕円螺旋状の冷却液層を内周面に沿って円滑に形成することができる。

好ましくは、前記冷却液導出部は、前記冷却液が一時的に貯留される外側空間を形成する外側形成部材を有し、前記外側形成部材は、前記筒体の外側に配置してあり、前記外側空間は、略楕円形状に形成してある。このように構成することで、冷却液が外側空間で楕円状に旋回しながら前記筒体の内側に導入され、筒体の内周面に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液の冷却液層を円滑に形成し易くなる。

好ましくは、冷却液吐出口は、筒体の内周面と内枠片との間に形成される。筒体の内周面は、筒補助片の内周面であってもよい。好ましくは、冷却液導出部の外側空間と内側空間とを繋ぐ通路部の下端が、軸芯に沿って上方に配置される。

好ましくは、前記内周面が形成する楕円形の中心は、前記筒体の下部に向かうにつれて、鉛直線に対して傾斜するようにずれている。このように構成することで、内周面に沿って形成される冷却液層の冷却液は、楕円螺旋軌道を描きながら、しかも鉛直方向に対して傾斜して流れることになる。そのため、冷却液が流れる楕円螺旋の距離を長くすることができる。また、鉛直方向下方に向けて溶融金属を噴射することで、溶融金属の溶滴が、冷却液の流れを阻害せずに冷却液層に入り易くなり、溶滴を円滑に冷却しやすくなる。

好ましくは、前記内周面が形成する楕円形は、短径と長径の比が１．０４以上３．００以下である。このように構成することで、冷却液の流速を変化させつつ、均一な厚みの冷却液層を形成することが容易になる。

筒体の下部には、内周面に沿って略楕円形状にリングが形成してあってもよい。このように構成することで、リングが、筒体の軸芯に沿う方向に向かう冷却液の流れを制御し、筒体の内周面に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液の冷却液層の厚みを一定の厚みに制御し易くなる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る金属粉末の製造方法は、
筒体の内周面に沿って、流速が変化する冷却液の層を形成する工程と、
溶融金属供給部から前記冷却液の層に向けて溶融金属を吐出する工程と、
前記溶融金属を、前記冷却液と共に流速を変化させながら流す工程と、を有する。

このように構成することで、溶融金属の溶滴の急冷効果が高まり、微小粒径においても非晶質性や磁気特性の良好な金属粉末を製造することができる。

好ましくは、前記冷却液を、前記内周面に沿って、略楕円螺旋状に流して前記冷却液の層を形成する。このように構成することで、溶融金属の溶滴が冷却液と共に流速を変化させながら内周面に沿って流れ、溶融金属の溶滴の急速な冷却効果を高めることができる。

図１Ａは本発明の一実施形態に係る金属粉末製造装置の概略断面図である。 図１Ｂは図１Ａに示す金属粉末製造装置の要部拡大断面図である。 図１Ｃは図１Ａに示す金属粉末製造装置の要部拡大断面斜視図である。 図２Ａは図１Ａに示す金属粉末製造装置での冷却液の流れを側面から見た模式図である。 図２Ｂは図２Ａに示す冷却液の流れを鉛直方向から見た模式図である。 図３Ａは図１Ａに示す金属粉末製造装置に係る筒体の構成を示す模式図である。 図３Ｂは図１Ａに示す筒体の変形例の構成を示す模式図である。 図４は本発明の他の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略断面図である。 図５Ａは従来の金属粉末製造装置での冷却水の流れを側面から見た模式図である。 図５Ｂは図５Ａに示す冷却水の流れを上から見た模式図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

第１実施形態
図１Ａに示すように、本発明の一実施形態に係る金属粉末製造装置１０は、溶融金属２１をアトマイズ法（ガスアトマイズ法）により粉末化して、多数の金属粒子で構成された金属粉末を得るための装置である。この装置１０は、溶融金属供給部２０と、金属供給部２０の鉛直方向の下方に配置してある冷却部３０とを有する。図面において、鉛直方向は、Ｚ軸に沿う方向である。

溶融金属供給部２０は、溶融金属２１を収容する耐熱性容器２２を有する。耐熱性容器２２の外周には、加熱用コイル２４が配置してあり、容器２２の内部に収容してある溶融金属２１を加熱して溶融状態に維持するようになっている。容器２２の底部には、溶融金属吐出口２３が形成してあり、そこから、冷却部３０を構成する筒体３２の内周面３３に向けて、溶融金属２１が滴下溶融金属２１ａとして吐出されるようになっている。

容器２２の外底壁の外側部には、溶融金属吐出口２３を囲むように、ガス噴射ノズル２６が配置してある。ガス噴射ノズル２６には、ガス噴射口２７が具備してある。ガス噴射口２７からは、溶融金属吐出口２３から吐出された滴下溶融金属２１ａに向けて高圧ガスが噴射される。高圧ガスは、溶融金属吐出口２３から吐出された溶融金属の周囲全周から斜め下方向に向けて噴射され、滴下溶融金属２１ａは、多数の液滴となり、ガスの流れに沿って筒体３２の上部内側の内周面３３に向けて運ばれる。

溶融金属２１は、いかなる元素を含んでいてもよく、たとえば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒの少なくともいずれか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く、これらの元素を含む溶融金属２１は、短時間の空気との接触により、容易に酸化して酸化膜を形成してしまい、微細化することが困難とされている。金属粉末製造装置１０は、上述したようにガス噴射ノズル２６のガス噴射口２７から噴射するガスとして不活性ガスを用いることで、酸化しやすい溶融金属２１であっても容易に粉末化することができる。

ガス噴射口２７から噴射されるガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス、あるいはアンモニア分解ガス等の還元性ガスが好ましいが、溶融金属２１が酸化しにくい金属であれば空気であってもよい。

本実施形態では、図１Ａに示す筒体３２の少なくとも上部内側（滴下溶融金属２１ａが供給される部分）の内周面３３は、筒体３２の軸芯Ｏに対して角度θ１で傾斜する断面（たとえばＺ軸に略垂直な断面）で、略楕円の形状を有している。角度θ１は、筒体３２の軸芯ＯがＺ軸に対して角度θ２で傾斜しているとすると、θ１＝（９０度－θ２）として表すことができる。

筒体３２の軸芯Ｏに対して角度θ１で傾斜する断面で、内周面３３の楕円の長軸は、筒体３２の軸芯ＯがＺ軸（鉛直線）に対して傾斜する方向と一致していることが好ましい。すなわち、楕円の長軸が、筒体３２の軸芯Ｏと、その軸芯Ｏに交差するＺ軸とを含む平面に含まれるように、筒体３２が構成してあることが好ましい。

このように構成してある筒体３２は、たとえば図３Ａに示すように、軸芯Ｏに垂直な断面の内周面が円形状である円筒材３２αから製造することができる。すなわち、円筒材３２αの軸芯Ｏを鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して所定角度θ２で傾けた状態で、筒材３２αの上下部分を、水平に切断することで、図１Ａに示す筒体３２を形成することができる。本実施形態では、筒体３２の内周面３３には、軸芯Ｏに対して角度θ１で傾斜する断面で同じサイズの略楕円形状の内周面３３が、軸芯Ｏに沿って連続的に形成される。

図２Ｂに示すように、本実施形態では、筒体３２の内周面３３の各水平断面に顕れる楕円形では、長径Ｌ３と短径Ｌ２の比（Ｌ３／Ｌ２）が、好ましくは、１．０１以上３．００以下、さらに好ましくは１．０４以上、２．００以下、特に好ましくは１．０４以上、１．３０以下の範囲である。このように構成することで、冷却液（たとえば冷却水）の流速を変化させつつ、均一な厚みの冷却液層を形成することが容易になる。たとえば、冷却液層の流量、流体圧および厚みなどによっても変化するが、Ｌ３／Ｌ２が１．０４～３．００とする場合に冷却液の流速の速度比（最高速度／最低速度）を１．０７～１．３３程度に変化させることができる。

図１Ａに示すように、筒体３２の軸芯Ｏに沿って下方には、排出部３４が具備してある。排出部３４は、冷却液層５０に含まれて流れてきた金属粉末を冷却液と共に、外部に排出可能になっている。排出部３４の内周面の内径は、筒体３２の内周面３３の内径よりも小さくてよく、筒体３２の内周面３３から排出部３４の内周面に向けて連続的に内径が小さくなっていることが好ましい。なお、排出部３４の内周面の水平断面は、必ずしも楕円状ではなく、円形であってもよい。好ましくは、筒体３２の内周面３３の水平断面は、筒体３２の上部から軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて同じサイズの楕円である。

筒体３２の軸芯Ｏに沿って上部には、冷却液導出部３６が具備してある。図１Ｂに示すように、冷却液導出部３６は、枠体３８と外側形成部材（外枠形成部材）４５とを有する。外側形成部材４５は、筒体３２と一体に成形してあってもよく、あるいは筒体３２とは別に成形して、筒体３２に取り付けてもよい。

外側形成部材４５は、筒体３２の上部で、内周面３３の外側に外側空間４４を形成する。また、筒体３２の上部内周面には、補助筒体４０が装着してある。補助筒体４０は、筒体３２の上端開口縁自体であってもよいが、図示する例では、筒体３２とは別に成形してあり、筒体３２の上部内周面に装着してある。補助筒体の内周面は、筒体３２の内周面３３と面一であることが好ましいが、異なっていてもよい。

枠体３８は、筒体３２と一体的に成形してもよいが、筒体３２とは別に成形してあることが好ましく、筒体３２の内周面の内側に配置してある内枠片３９ａと、内枠片３９ａに対して所定角度で交差する枠支持片３９ｂとを有する。図１Ｃに示すように、枠支持片３９ｂは、略楕円リング形状の板片であり、内枠片３９ａは、枠支持片３９ｂの略楕円形状の中央開口縁から角度θ１（楕円の直軸に対して）で傾斜する中心軸Ｏａを持つ略楕円筒形状を有する。

図１Ｃに示す内枠片３９ａの軸芯Ｏａは、図１Ａに示す筒体３２の軸芯Ｏと一致し、内枠片３９ａの外周面の水平断面は、図１Ａに示す筒体３２の内周面３３（あるいは補助筒体４０の内周面）の水平断面の楕円よりも小さな内径を持つ相似な楕円形状を有する。すなわち、内枠片３９ａの外周面は、筒体３２の内周面３３（あるいは補助筒体４０の内周面）より径が小さく、しかも平行である。

図１Ａに示すように、枠支持片３９ｂの外径部は、外側形成部材４５の上端または筒体３２の上端に取り付けられる。あるいは、枠支持片３９ｂの外径部は、外側形成部材４５の上端または筒体３２の上端と一体的に形成されていてもよい。枠支持片３９ｂの内径部と内枠片３９ａとは、筒体３２の内周面、補助筒体４０の内周面、および／または外側形成部材４５の内周面と共に、筒体３２の上部で内周面３３の内側に内側空間４６を区画する。

また、図１Ｂに示すように、外側形成部材４５は、筒体３２の上部で内周面３３の外側に外側空間４４を、筒体３２（筒補助片４０含む）と共に区画する。内側空間４６は、外側空間の径方向の内側に位置し、通路部４２を通して、外側空間４４と連通している。通路部４２は、筒体３２の軸芯Ｏに沿って、外側空間４４の最上部またはそれに近い位置に形成されるように、補助筒体４０または筒体３２の上端が外側空間４４と内側空間との間に位置する。

本実施形態では、外側空間４４が筒体３２内周面３３の外側で水平方向に連続する略楕円リング状に形成してある。内側空間４６は、筒体３２の内周面３３の内側で内周面３３に沿って水平方向に連続する略楕円リング状に形成してある。通路部４２も、同様に、水平方向に連続する略楕円リング状に形成してある。通路部４２の軸芯Ｏに沿う上下幅Ｗ１は、外側空間４４の軸芯方向の上下幅Ｗ２よりも狭い。Ｗ１／Ｗ２は、好ましくは１／２以下であればよい。

外側形成部材４５の径方向の外側には、冷却液を導入する冷却液供給ライン３７が取り付けてある。供給ライン３７からの外側空間４４への接続口は、通路部４２よりも軸芯Ｏに沿って下方に位置することが好ましい。

外側空間４４では、供給ライン３７から流入する冷却液が、外側空間の下方から上方に向かう流れが形成され、通路部４２から内側空間４６に入り込む流れが形成されることが好ましい。また、内側空間４６を形成するための内枠片３９ａの下端は、通路部４２よりも軸芯Ｏに沿って下側に位置することが好ましく、内枠片３９ａの下端と筒体３２内周面３３（筒補助片４０の内周面含む）との間に、冷却液吐出口５２を形成する。図１Ｃに示すように、内枠片３９ａの下端は、水平面で略楕円形の開口を区画している。

冷却液吐出口５２の内径が内枠片３９ａの外径に一致し、冷却液吐出口５２の外径が筒体３２の内周面（筒補助片４０の内径）に一致する。冷却液吐出口５２は、水平断面において、周方向に沿って連続する略楕円リング状に形成してあることが好ましい。

冷却液吐出口５２は、内側空間４６に繋がっており、内側空間４６の冷却液が、冷却液吐出口５２から筒体３２の内周面３３に向けて楕円螺旋状に吹き出すようになっている。本実施形態では、冷却液吐出口５２の径方向幅は、特に限定されないが、筒体３２の内周面に沿って流れる冷却液の冷却液層５０の厚みに対応し、それとの関係で決定される。

図１Ａに示すように、内枠片３９ａの軸方向長さＬ１は、図１Ｂに示す通路部４２の軸芯Ｏ方向の幅Ｗ１を覆う程度の長さで、溶融金属供給部２０から吐出された溶融金属が冷却層５０に接触する位置の上流側に冷却液吐出口５２が形成されるように決定される。また、図１Ａに示すように、内枠片３９ａの軸方向長さＬ１は、筒体３２の内周面３３に、十分な軸方向長さＬ０の冷却液層５０の液面が露出するように決定される。

内側に露出している冷却液層５０の軸芯Ｏに沿う長さＬ０は、内枠片３９ａの軸方向長さＬ１に比較して、５～５００倍の長さであることが好ましい。また、筒体３２の内周面３３の内径（楕円の短径）は、特に限定されないが、好ましくは５０～５００ｍｍである。

本実施形態では、冷却液供給ライン３７は、冷却液導出部３６の接線方向に接続してもよい。冷却液供給ライン３７から外側空間４４の内部に、冷却液が軸芯Ｏの回りで楕円螺旋状に回転するように入り込ませることができる。外側空間４４の内部に渦巻き状に入り込んだ冷却液は、通路部４２を通り、内側空間４６の内部に渦巻き状に入り込む。

本実施形態では、冷却液導出部３６では、筒体３２の外側に配置されている外側空間４４で冷却液が一時的に貯留される。また、外側空間４４は、略楕円形状に形成してある。このように構成することで、冷却液が外側空間４４で楕円状に旋回しながら内側空間４６に導入される。

また本実施形態では、通路部４２の下端が、外側空間４４の下端よりも上方に形成してあるため、冷却液は、外側空間４４で楕円螺旋状に旋回しながら上方にいったん持ち上げられてから、通路部４２を通過し内側空間４６に入り込む。通路部４２を通過することで、筒体３２の上部内側にある内側空間４６に入り込む冷却液は、その流速が速まり、内側空間４６の内枠片３９ａに衝突して、流れの向きが変えられる。

筒体３２の上部に具備してある通路部４２を通り、内側空間４６の内部に楕円渦巻き状に入り込む冷却液は、内枠片３９ａに沿って（軸芯Ｏに沿って）下向きに流れを変える。また、枠支持片３９ｂが、冷却液の上方への流れを堰き止める。冷却液は、内側空間４６で軸芯Ｏの回りに内周面３３に沿った楕円リング状の流れを形成する。さらに、冷却液が、内周面３３に沿って（軸芯Ｏに沿って）下向きに重力が作用し、重力との相乗効果により、冷却液吐出口５２から内周面３３に沿った略楕円形の螺旋軌道で流れるように吐出される。冷却液吐出口５２から吐出された冷却液は、内周面３３に沿っての略一定の厚みで楕円螺旋状に冷却液が流れる冷却液層５０を形成する。

図１Ａに示すように、本実施形態では、冷却液導出部３６から筒体３２の上部内側の楕円状に形成された内周面３３に冷却液が供給されるので、冷却液が、筒体３２の内周面３３に沿って、略楕円螺旋状に流れる冷却液層５０を形成することができる。この冷却液層５０の内側液面に、溶融金属２１の溶滴である滴下溶融金属２１ａを噴射して入射させることで、滴下溶融金属２１ａをより急冷することが可能になる。楕円螺旋状の冷却液の流れは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、楕円の短径側での流速が速くなり、長径側での流速は遅くなっており、この冷却液層５０に噴射された滴下溶融金属２１ａは、冷却液層５０の中で、冷却液と共に、流速が変化しながら流されることになる。

滴下溶融金属２１ａを、冷却液と共に、流速を変化させながら冷却液層５０の中を流すことで、冷却液に触れた直後に発生すると考えられる滴下溶融金属２１ａ周りの蒸気の膜が滴下溶融金属２１から剥離されやすくなり、滴下溶融金属２１ａが冷却液層５０で急冷し易くなる。このように滴下溶融金属２１ａを急冷することで、微小粒径においても非晶質性や磁気特性の良好な金属粉末を製造することができる。

図１Ａに示すように、本実施形態では、冷却液吐出口５２は、筒体３２の周方向に亘って、略楕円形状に連続して形成してあるが、冷却液吐出口５２に補強部材などを設けて筒体３２の周方向に亘って、断続的に形成してあってもよい。冷却液吐出口５２が筒体３２の周方向に亘って形成されることで、筒体３２の内周面３３に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液の冷却液層５０を形成することができる。

図１Ａに示すように、本実施形態では、冷却液導出部３６は、内枠片３９ａと筒体３２の内周面３３との間に、略楕円形状の冷却液吐出口５２を形成することができる。その結果、冷却液吐出口５２から筒体３２の内周面３３に沿って楕円螺旋状に流れる冷却液を吐出することができる。

図１Ａに示すように、本実施形態では、内周面３３が形成する楕円形の中心は、筒体３２の下部に向かうにつれて、鉛直線（Ｚ軸）に対して角度θ２で傾斜するようにずれている。図２Ａに示すように、内周面３３に沿って形成される冷却液層５０の冷却液は、楕円螺旋軌道を描きながら、しかも鉛直方向（重力方向）に対して傾斜して流れることになる。

そのため、Ｚ軸に沿っての長さが同じであることを条件に、冷却液が流れる楕円螺旋の距離を長くすることができる。また、筒体３２の内周面３３の楕円長軸に沿った一端に向けて重力方向に溶融金属を噴射することで、滴下溶融金属２１ａが、筒体３２の上端開口から筒体３２の内周面３３（冷却液層５０）に入り易くなり、溶滴を円滑に冷却することができる。

なお、上述した実施形態では、筒体３２の内周面３３の水平断面は、筒体３２の上部から軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて同じサイズの楕円であるが、筒体３２の内周面３３の水平断面は、少なくとも筒体３２の上部で略楕円形状であればよく、軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて途中から変化してもよく、たとえば徐々に略楕円形から略円形（またはその他）に変化してもよい。

また、筒体３２の内周面３３の水平断面は、筒体３２の上部から軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて楕円の長径Ｌ３と短径Ｌ２の比（Ｌ３／Ｌ２）も一定であることが好ましいが、変化させても良い。たとえば比（Ｌ３／Ｌ２）を、筒体３２の上部から軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて小さくなるように変化させたり、大きくなるように変化させたり、あるいは、それらが交互に顕れるように変化させても良い。

また、筒体３２の内周面３３の水平断面は、筒体３２の上部から軸芯Ｏに沿って排出部３４に向けて、楕円の長径の向きを徐々に変化させてもよい。たとえば筒体３２の上部では、楕円の長径の向きを筒体３２の軸芯Ｏの傾斜方向に一致させ、筒体３２の下部では、楕円の長径の向きを筒体３２の軸芯Ｏの傾斜方向と略垂直となるように変化させても良い。

本実施形態では、筒体３２の軸芯Ｏの鉛直方向との所定角度θ２としては、特に限定されないが、好ましくは、５～４５度である。このような角度範囲とすることで、溶融金属吐出口２３からの滴下溶融金属２１ａを、筒体３２の内周面３３に形成してある冷却液層５０に向けて吐出させ易くなる。

本実施形態では、枠支持片３９ｂが水平になるように冷却液導出部３６が形成してあるが、楕円螺旋状の冷却液層５０を吐出するように構成されていればこれに限定されない。

第２実施形態
図４に示すように、本発明の他の実施形態に係る金属粉末製造装置１１０と金属粉末の製造方法は、以下に示す以外は、第１実施形態と同様であり、共通する部材には共通する部材名称と符号を付し、共通する部分の説明は一部省略する。

冷却部３０を構成する筒体３２の内周面３３の下流には、リング３５が固定してある。リング３５は、筒体３２の内周面３３で、冷却液層５０の下流側の堰（または邪魔板）として機能する。冷却液層５０は、リング３５により、軸心Ｏ方向の流れが遮られることで、所定の厚みになり、リング３５を乗り越えて筒体３２の下部に流れる。リング３５を冷却液層５０の下流側に具備させることで、リング３５が、筒体３２の軸芯Ｏに沿う方向に向かう冷却液の流れを制御し、冷却液層５０の厚みを一定の厚みに制御し易くなる。

本実施形態では、リング３５は、筒体３２の軸芯Ｏに対して角度θ１で傾いて取り付けられており、筒体３２の内周面３３に沿って楕円リング状に形成してある。リング３５の径方向厚みは、冷却層５０の径方向厚みに対応し、吐出口５２の径方向幅と略同一であることが好ましい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述の実施形態とは異なり、図３Ａに示す軸芯Ｏに対して垂直な内周面３３が円形の円筒材３２αの代わりに、予め、図３Ｂに示すように、軸芯Ｏに対して垂直な内周面の断面が略楕円形状の楕円筒材を筒体３２として用いてもよい。

図３Ａに示す実施形態では、筒材３２αを切断して軸芯Ｏに対して傾斜した内周面３３を楕円状に形成してあるが、図３Ｂに示すように、予め軸芯Ｏに対して垂直な内周面３３の断面が楕円状の筒材を用いてもよい。なお、図２Ａに示すように、前述した第１実施形態では、Ｚ軸の回りに水平な楕円の中心が筒体の軸芯Ｏに沿って変化する楕円螺旋流れを形成しているが、本実施形態では、筒体の内周面３３に沿って軸芯Ｏに垂直な楕円の中心が軸芯Ｏに沿って移動する楕円螺旋状流れを実現している。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例
図１Ａに示す角度θ２が２５度で円周面の楕円の長径Ｌ３と短径Ｌ２の比（Ｌ３／Ｌ２）が１．１０である金属粉末製造装置１０を用いて、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ（実験番号７）、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｎｂ－Ｂ－Ｃｕ（実験番号８）、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ（実験番号１０）、Ｆｅ－Ｎｂ－Ｂ（実験番号１２）、Ｆｅ－Ｚｒ－Ｂ（実験番号１３）、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ（実験番号１４）から成る金属粉末を製造した。

また、角度θ２が１５度でＬ３／Ｌ２が１．０４である金属粉末製造装置１０を用いてＦｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ（実験番号９）を製造した。さらに、角度θ２が４０度でＬ３／Ｌ２が１．３０である金属粉末製造装置１０を用いてＦｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ（実験番号１１）を製造した。

各実験において溶解温度１５００℃、噴射ガス圧５ＭＰａ、使用ガス種アルゴンと一定とし螺旋水流条件はポンプ圧７．５ｋＰａであった。実施例においては平均粒径が２４．９～２６．２μｍで、組成毎に比較的小さくバラツキが少ない金属粉末を製造することができた。平均粒径は、乾式粒度分布測定装置（ＨＥＬＬＯＳ）を用いて測定し求めた。また実験番号７～１４で作製した金属粉末の結晶分析を、粉末Ｘ線回折法により評価した。実施例において、非晶質の金属粉末を製造することが確認できた。金属粉末の磁気特性についてはＨｃメータにて保磁力（Ｏｅ）を測定することで行った。結果を表１に示す。また、冷却液層５０の厚みは３０ｍｍで、軸芯Ｏ方向にばらつきが小さいことが観察された。

また、Ｌ３／Ｌ２が１．０４の際には、冷却液の流速の速度比（最高速度／最低速度）は、約１．０７であり、Ｌ３／Ｌ２が１．１０の際には、冷却液の流速の速度比は、約１．１６であり、Ｌ３／Ｌ２が１．３０の際には、冷却液の流速の速度比は、約１．２０であった。

参考例
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、筒体３２の内周面３３の軸芯Ｏに垂直な断面が円形（Ｌ３／Ｌ２＝１．００）であり、冷却液導出部の内枠片３９ａの下端が軸芯Ｏに垂直な断面で円形の開口を区画して冷却液吐出口５２が円形状である金属粉末製造装置を用いた以外は、実施例と同じようにして、金属粉末（実験番号１～６）を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。

表１の実施例と参考例を比べると、金属粉末の磁気特性については、同様の組成において実施例は参考例よりも保磁力が小さく、実施例では、磁気特性が優れていることが確認できた。参考例と同じポンプ圧であり、同じ流量の冷却水でありながら、磁気特性が優れるというこの結果は、以下の現象によるものだと考えられる。

参考例の金属粉末製造装置では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、内周面に流れる冷却液は、円形の螺旋状の冷却液層を形成している。そのため、内周面での冷却液の流速は略一定（冷却液の流速の速度比が約１．００）と考えられる。これに対して、実施例では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、冷却水は、略楕円螺旋状の冷却液層５０を形成している。楕円螺旋状の冷却液層５０では、長径側では流速が遅く、短径側では流速が速くなり、流速が変化している。したがって、冷却液層５０に噴射された溶融金属の溶滴は、冷却液層と共に流速を変化させながら流される。冷却液に触れた直後に発生すると考えられる溶滴周りの蒸気の膜は、流速が変化することにより、溶滴から剥離されやすくなり、冷却液層での溶滴の急冷効果が高まったからだと考えられる。

１０，１１０… 金属粉末製造装置
２０… 溶融金属供給部
２１… 溶融金属
２２… 容器
２３… 溶融金属吐出口
２４… 加熱用コイル
２６… ガス噴射ノズル
２７… ガス噴射口
３０，１３０… 冷却部
３２… 筒体
３２α… 円筒材
３３… 内周面
３４… 排出部
３５…リング
３６… 冷却液導出部
３７… 供給ライン
３８… 枠体
３９ａ… 内枠片
３９ｂ… 枠支持片
４０… 筒補助片
４２… 通路部
４４… 外側空間
４５… 外側形成部材
４６… 内側空間
５０… 冷却液層
５２… 冷却液吐出口

Claims (10)

1. 溶融金属を吐出する溶融金属供給部と、
   前記溶融金属を冷却する冷却液の層が内周面上に形成される筒体と、
   前記筒体の上部内側に前記冷却液を供給する冷却液導出部と、を有する金属粉末製造装置であって、
   前記筒体の上部内側の前記内周面は、略楕円形状であることを特徴とする金属粉末製造装置。
2. 前記冷却液導出部は、前記筒体の外側から供給された前記冷却液を前記筒体の上部から前記内周面に沿った螺旋軌道で流れるように吐出する冷却液吐出口を有することを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造装置。
3. 前記冷却液吐出口は、前記筒体の周方向に亘って、略楕円形状に形成してあることを特徴とする請求項２に記載の金属粉末製造装置。
4. 前記冷却液導出部は、前記冷却液の外側から内側へ向かう流れを前記筒体の内周面に沿う流れに変える枠体を有し、
   前記枠体は、前記筒体の内周面より径が小さい略楕円形状の内枠片を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
5. 前記枠体は、前記筒体の内側に配置され、前記冷却液が前記筒体の外側から内側に入り込む内側空間を形成し、
   前記内側空間は、前記内周面に沿って略楕円形状に形成してあることを特徴とする請求項４に記載の金属粉末製造装置。
6. 前記冷却液導出部は、前記冷却液が一時的に貯留される外側空間を形成する外側形成部材を有し、
   前記外側形成部材は、前記筒体の外側に配置してあり、
   前記外側空間は、略楕円形状に形成してあることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
7. 前記内周面が形成する楕円形の中心は、前記筒体の下部に向かうにつれて、鉛直線に対して傾斜するようにずれていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
8. 前記内周面が形成する楕円形は、短径と長径の比が１．０４以上３．００以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
9. 筒体の内周面に沿って、流速が変化する冷却液の層を形成する工程と、
   溶融金属供給部から前記冷却液の層に向けて溶融金属を吐出する工程と、
   前記溶融金属を、前記冷却液と共に流速を変化させながら流す工程と、を有することを特徴とする金属粉末の製造方法。
10. 前記冷却液を、前記内周面に沿って、略楕円螺旋状に流して前記冷却液の層を形成することを特徴とする請求項９に記載の金属粉末の製造方法。

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