JP4375330B2 - 金属粉末製造装置 - Google Patents
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Description
この溶融金属の噴霧微粉化装置は、溶湯(溶融金属)を下方に向けて吐出する溶湯ノズルと、溶湯ノズルから吐出された溶湯が通過する流路と該流路に開口するスリットとを有するノズルとを備えている。このノズルのスリットからは、水が噴射される。特許文献1の装置は、スリットから噴射された水に、流路を通過する溶湯を衝突させることにより、当該溶湯を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造するよう構成されている。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を供給する供給部と、
前記供給部の下方に設置され、該供給部から供給された溶融金属が通過可能であり、内径が下方に向って漸減する内径漸減部を有する流路と、該流路の下端部に開口し、前記流路に液体を噴射するオリフィスと、液体を一時的に貯留する貯留部と、該貯留部から前記オリフィスに液体を導入する導入路とが形成されたノズルとを有し、
前記オリフィスから噴射された液体に前記流路を通過する溶融金属を接触させることにより、該溶融金属を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記ノズルは、前記オリフィス、前記貯留部および前記導入路を画成する、第1の部材と、該第1の部材の下方に間隙を介して設置された第2の部材とを備え、
前記第1の部材には、その一部が欠損した第1の凹部と、該第1の凹部により物理的強度が低下して容易に変形可能な第1の易変形部とが形成されており、
前記第2の部材には、その一部が欠損した第2の凹部と、該第2の凹部により物理的強度が低下して容易に変形可能な第2の易変形部とが形成されており、
前記ノズルは、少なくとも前記オリフィスを通過する液体の圧力により、前記第1の部材の前記第1の易変形部より前記流路の中心軸側の第1の中心部が、前記第1の易変形部を中心として変位し、かつ、前記第2の部材の前記第2の易変形部より前記流路の中心軸側の第2の中心部が、前記変位した第1の中心部に追従するように変位し、これにより、前記オリフィスを通過する液体の圧力による前記オリフィスの拡大が規制されることを特徴とする。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速を確実にほぼ一定に維持することができる。
これにより、液体は、その外形形状が、確実に、頂部が下方に位置するほぼ円錐形状をなすように噴射される。
本発明の金属粉末製造装置では、前記オリフィスは、その内周面が前記第1の部材で画成され、外周面が前記第2の部材で画成されていることが好ましい。
これにより、オリフィスを容易かつ確実に形成することができ、また、間隙の大きさに応じてオリフィスの大きさを適宜設定することができる。
これにより、外形形状が円錐形状をなすように噴射された液体の内側で、溶融金属が飛散されて、確実に微細な多数の液滴となる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記導入路は、その縦断面形状がくさび状をなすものであることが好ましい。
これにより、液体の流速を徐々に高めることができ、また、この流速が高まった状態の液体をオリフィスから安定して噴射することができる。
これにより、オリフィスから噴射した液体の流れにより、ノズルの上方の気体が内径漸減部に流れ込み(引き込まれ)、当該流れ込んだ空気は、内径漸減部の内径が最小径となる部分付近で流速が最大となる。この流速が最大となった空気により、溶融金属が飛散されて、確実に微細な多数の液滴となる。
これにより、第1の易変形部が内径漸減部の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第1の中心部は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
これにより、第1の易変形部が内径漸減部の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第1の中心部は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
これにより、第2の易変形部が内径漸減部の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第2の中心部は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
これにより、第2の易変形部が内径漸減部の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第2の中心部は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記第1の凹部および/または前記第2の凹部の縦断面形状は、ほぼ三角形をなしていることが好ましい。
これにより、オリフィスから噴射される液体の流速をより確実にほぼ一定に維持することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の金属粉末製造装置の第1実施形態を示す縦断面図、図2は、図1中の一点鎖線で囲まれた領域[A]の拡大詳細図である。
図1に示す金属粉末製造装置(アトマイザ)1Aは、溶融金属Qをアトマイズ法により粉末化して、多数の金属粉末Rを得るものである。この金属粉末製造装置1Aは、溶融金属Qを供給する供給部2と、供給部2の下方に設置されたノズル3Aと、ノズル3A(第2の部材5A)の下端面51に設置されたカバー7とを備えている。
なお、本実施形態では、金属粉末製造装置1Aが、ステンレス鋼(例えば、304L、316L、17−4PH、440C等)やFe−Si系磁性粉末からなる金属粉末Rを製造する場合を例にする。
図1に示すように、供給部2は、有底筒状をなす部分を有している。この供給部2の内部空間(内腔部)22には、所定のモル比(例えば1:2のモル比)でCo単体とSn単体とを混合・溶融した溶融金属Q(溶融物)が一時的に収納される。
また、供給部2の底部21の中央部には、吐出口23が設けられている。この吐出口23からは、内部空間22内の溶融金属Qが下方に向って吐出される。
第1の流路31は、横断面形状が円形をなしており、ノズル3Aの中央部に、鉛直方向に沿って形成されている。
この第1の流路31は、ノズル3A(第1の部材4A)の上端面41から内径が下方に向って漸減する、すなわち、収斂形状をなす内径漸減部33を有している。
貯留部35は、前記給水源に接続され、当該給水源から水Sが供給される部位である。
この貯留部35は、導入路36を介して、オリフィス34と連通している。
導入路36は、その縦断面形状がくさび状をなす部位である。これにより、貯留部35から流入した水Sの流速を徐々に高めることができ、また、この流速が高まった状態の水Sをオリフィス34から安定して噴射することができる。
オリフィス34は、貯留部35、導入路36を順に通過した水Sを第1の流路31に噴射(噴出)する部位である。
このように形成されたオリフィス34により、水Sは、その外形形状が、確実に、頂部S2が下方に位置するほぼ円錐形状をなすような液体ジェットS1として噴射される(図1参照)。これにより、液体ジェットS1およびその内側で、溶融金属Qが飛散されて、確実に微細な多数の液滴Q1となる。
また、多数の液滴Q1となった溶融金属Qは、液体ジェットS1に接触して、冷却固化される。これにより、多数の金属粉末Rが製造される。このように製造された多数の金属粉末Rは、金属粉末製造装置1Aの下部に設置された容器(図示せず)に収納される。
このように配置された第1の部材4Aと第2の部材5Aとにより、オリフィス34、導入路36および貯留部35がそれぞれ画成される。すなわち、第1の部材4Aと第2の部材5Aとの間に形成された間隙37により、第2の流路32が構成される。
また、導入路36は、その上面361が第1の部材4Aの下部42により画成され、下面362が第2の部材5Aの上部52により画成されている。
また、貯留部35は、その上面351および導入路36より上方の内周面352が第1の部材4Aの下部42により画成され、下面353および導入路36より下方の内周面354が第2の部材5Aの上部52により画成されている。
このように、オリフィス34、導入路36および貯留部35がそれぞれ画成されていることにより、オリフィス34、導入路36および貯留部35をそれぞれノズル3Aに容易かつ確実に形成することができる。また、間隙37の大きさに応じて、オリフィス34、導入路36および貯留部35の大きさを適宜設定することができる。
図1に示すように、第2の部材5Aの下端面51には、筒体で構成されたカバー7が固定されている。このカバー7は、第1の流路31と同心的に設けられている。
このカバー7により、下方に落下する金属粉末Rの飛散を防止することができ、よって、金属粉末Rを前記容器に確実に収納することができる。
第1の凹部43Aは、内径漸減部33(第1の部材4A)の一部が欠損することにより形成されている。
この第1の凹部43Aにより、第1の部材4Aの厚さが減少し、当該厚さが減少した部分は、その物理的強度が低下して容易に変形可能となり、第1の易変形部44Aとなる。
また、第1の凹部43Aは、内径漸減部33の全周にわたって、円環状に形成されている。これにより、第1の易変形部44Aが内径漸減部33の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第1の中心部45は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
また、第1の凹部43Aの縦断面形状は、三角形をなしている。これにより、第1の凹部43Aの2つの斜面431および432が接近する、すなわち、第1の凹部43Aの頂部433の頂角が減少するように、第1の易変形部44Aが変形し、よって、第1の中心部45が容易かつ確実に変位することができる。
また、第1の凹部43Aの縦断面形状は、図示の構成では三角形をなしているが、これに限定されず、例えば、U字状をなしていてもよい。
第2の凹部53Aは、第2の部材5Aの下部55のオリフィス34近傍の一部が欠損することにより形成されている。
この第2の凹部53Aにより、第2の部材5Aの厚さが減少し、当該厚さが減少した部分は、その物理的強度が低下して容易に変形可能となり、第2の易変形部54Aとなる。
また、第2の凹部53Aは、内径漸減部33の周方向に沿って、円環状に形成されている。これにより、第2の易変形部54Aが内径漸減部33の周方向に沿って形成されることとなり、よって、第2の中心部56は、その周方向のいかなる部分において均等に変位することができる。
また、第2の凹部53Aの縦断面形状は、三角形をなしている。これにより、第2の凹部53Aの2つの斜面531および532が離間する、すなわち、第2の凹部53Aの頂部533の頂角が増加するように、第2の易変形部54Aが変形し、よって、第2の中心部56が容易かつ確実に変位することができる。
また、第2の凹部53Aの縦断面形状は、図示の構成では三角形をなしているが、これに限定されず、例えば、U字状をなしていてもよい。
以上のような構成の金属粉末製造装置1Aでは、オリフィス34から水Sが噴射されたとき、当該オリフィス34を通過する水Sの圧力により、内周面341および外周面342が押圧される。このため、オリフィス34は、拡大しようとする。
これにより、前述したオリフィス34の径の拡大が規制される。従って、オリフィス34の大きさを一定に維持することができ、よって、オリフィス34から噴射される水Sの流速を確実に一定に維持することができる。
図3は、本発明の金属粉末製造装置の第2実施形態を示す縦断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図3中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
本実施形態は、第1の凹部および第2の凹部の形成箇所が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
図3に示す金属粉末製造装置1Bのノズル3Bでは、第1の部材4Bに、第1の凹部43Bと、第1の易変形部44Bとが形成されており、第2の部材5Bに、第2の凹部53Bと、第2の易変形部54Bとが形成されている。
また、第1の易変形部44Bは、第1の凹部43Bの2つの斜面431および432が離間する、すなわち、第1の凹部43Bの頂部433の頂角が増加するように、変形する。これにより、第1の中心部45が容易かつ確実に変位することができる。
なお、第1の凹部43Bは、図示の構成では境界38に対して外側に位置しているが、これに限定されず、境界38に対して内側、すなわち、導入路36の上面361に位置して(設けられて)もよい。
また、第2の易変形部54Bは、第2の凹部53Aの2つの斜面531および532が接近する、すなわち、第2の凹部53Aの頂部533の頂角が減少するように、変形する。これにより、第2の中心部56が容易かつ確実に変位することができる。
なお、第2の凹部53Bは、図示の構成では境界38に対して外側に位置しているが、これに限定されず、境界38に対して内側、すなわち、導入路36の下面362に位置して(設けられて)もよい。
このような構成の金属粉末製造装置1Bでは、前記第1実施形態の金属粉末製造装置1Aと同様に第1の中心部45および第2の中心部56がそれぞれ変位する。これにより、オリフィス34の拡大が規制される。従って、オリフィス34の大きさを一定に維持することができ、よって、オリフィス34から噴射される水Sの流速を確実に一定に維持することができる。
また、本発明の金属粉末製造装置は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、第1実施形態の第1の凹部として、第2実施形態の第1の凹部と同様のものを形成してもよい。
また、ノズルから噴出するもの(流体)は、水であるが、これに限定されず、例えば、油脂類や溶媒であってもよい。
Claims (13)
- 溶融金属を供給する供給部と、
前記供給部の下方に設置され、該供給部から供給された溶融金属が通過可能であり、内径が下方に向って漸減する内径漸減部を有する流路と、該流路の下端部に開口し、前記流路に液体を噴射するオリフィスと、液体を一時的に貯留する貯留部と、該貯留部から前記オリフィスに液体を導入する導入路とが形成されたノズルとを有し、
前記オリフィスから噴射された液体に前記流路を通過する溶融金属を接触させることにより、該溶融金属を飛散させて微細な多数の液滴にするとともに、該多数の液滴を冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記ノズルは、前記オリフィス、前記貯留部および前記導入路を画成する、第1の部材と、該第1の部材の下方に間隙を介して設置された第2の部材とを備え、
前記第1の部材には、その一部が欠損した第1の凹部と、該第1の凹部により物理的強度が低下して容易に変形可能な第1の易変形部とが形成されており、
前記第2の部材には、その一部が欠損した第2の凹部と、該第2の凹部により物理的強度が低下して容易に変形可能な第2の易変形部とが形成されており、
前記ノズルは、少なくとも前記オリフィスを通過する液体の圧力により、前記第1の部材の前記第1の易変形部より前記流路の中心軸側の第1の中心部が、前記第1の易変形部を中心として変位し、かつ、前記第2の部材の前記第2の易変形部より前記流路の中心軸側の第2の中心部が、前記変位した第1の中心部に追従するように変位し、これにより、前記オリフィスを通過する液体の圧力による前記オリフィスの拡大が規制されることを特徴とする金属粉末製造装置。 - 前記オリフィスは、前記流路の内周面の全周にわたって、スリット状に開口したものである請求項1に記載の金属粉末製造装置。
- 前記オリフィスは、その内周面が前記第1の部材で画成され、外周面が前記第2の部材で画成されている請求項2に記載の金属粉末製造装置。
- 前記オリフィスは、液体を、その外形形状が、頂部が下方に位置するほぼ円錐形状をなすように噴射するよう構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記導入路は、その縦断面形状がくさび状をなすものである請求項1ないし4のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記内径漸減部は、収斂形状をなしている請求項1ないし5のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第1の凹部は、前記内径漸減部に、その全周にわたって円環状に形成されている請求項1ないし6のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第1の凹部は、前記貯留部の前記導入路近傍に、前記内径漸減部の周方向に沿って円環状に形成されている請求項1ないし6のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第2の凹部は、前記第2の部材の下部の前記オリフィス近傍に、前記内径漸減部の周方向に沿って円環状に形成されている請求項1ないし8のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第2の凹部は、前記貯留部の前記導入路近傍に、前記内径漸減部の周方向に沿って円環状に形成されている請求項1ないし8のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第1の凹部および/または前記第2の凹部の縦断面形状は、ほぼ三角形をなしている請求項1ないし10のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第1の凹部は、前記貯留部と前記導入路との境界に対して、内側または外側に位置している請求項1ないし11のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
- 前記第2の凹部は、前記貯留部と前記導入路との境界に対して、内側または外側に位置している請求項1ないし12のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
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