JP7102325B2 - 金属粉末製造装置 - Google Patents

Description

本発明は溶湯ノズルから流下する溶融金属に高圧ガス流体を衝突させることで微粒子状の金属（金属粉末）を製造する金属粉末製造装置に関する。

溶融金属から微粒子状の金属（金属粉末）を製造する方法にガスアトマイズ法や水アトマイズ法を含むアトマイズ法がある。ガスアトマイズ法は，溶融金属を貯留する溶解槽の下部の溶湯ノズルから溶湯を流下させ，溶湯ノズルの周囲に配置された複数のガス噴射ノズルから不活性ガスを溶湯に吹きつける。溶湯ノズルからの溶融金属の流れは，ガス噴射ノズルからの不活性ガス流によって分断され微細な多数の金属液滴となって噴霧槽内を落下し，表面張力によって球状化しながら凝固する。これにより噴霧槽底部の採集ホッパで球状の金属粉末が回収される。

例えば特開２０１６－２１１０２７号公報には，誘導溶解炉及びるつぼ（タンディッシ）を内部に備える溶解チャンバ（溶解槽）と，その下部に位置する噴霧チャンバ（噴霧槽）と，不活性ガスを吹きつけながらるつぼ内の金属溶湯を噴霧チャンバ内に落下させるアトマイズノズル（溶湯ノズル及びガス噴射ノズル）と，噴霧チャンバ内をガス置換させるガス導入口及びガス排出口と，噴霧チャンバ内を酸化雰囲気及び／又は窒化雰囲気とするためのガスを与える第２のガス導入口とを有する金属粉末の製造装置が開示されている。

特開２０１６－２１１０２７号公報

大量の金属粒子を積層して所望の形状の金属を造形する金属３次元プリンターの材料等をはじめとして，アトマイズ法に従前求められていた金属粉末よりも粒径の小さいもののニーズが近年高まっている。粉末冶金や溶接等に用いられる従前からの金属粉末の粒径は例えば７０－１００μｍ程度であったが，３次元プリンターに用いられる金属粉末の粒径は例えば２０－５０μｍ程度と非常に細かい。そのためこの種の微粒な金属粉末を製造するアトマイザの溶湯ノズルの最小孔径は例えば３ｍｍ以下と非常に小さくなる。

金属粉末は，金属３次元プリンターによる造形時に高エネルギー熱源で溶融されるため，高純度であることが重要である。しかし，るつぼ内の溶融金属（溶湯）には，真空雰囲気や不活性ガス雰囲気であっても金属（溶解素材）の加熱溶融時に発生する酸化物が不純物として含まれる。酸化物は溶湯に比して軽いため溶湯の液面付近に集合する。例えば特開２０１６－２１１０２７号公報のように誘導溶解炉を傾倒して溶湯をるつぼに注ぐと，溶湯液面を浮遊する酸化物がるつぼ内に混入したり，注湯時にるつぼ内壁の近傍に生じる渦流れが当該内壁に付着していた酸化物を離脱させたりする。この酸化物が溶融金属（溶湯）とともに溶湯ノズルを介して噴霧槽内に導入され金属粉末に含まれると金属粉末の純度が低下してユーザの要求純度を満たさない虞が生じる。また，上記理由により溶湯ノズルの最小孔径は非常に小さくなっており酸化物が詰まりやすい構造となっている。酸化物が溶湯ノズルに詰まると溶湯ノズルの交換，場合によっては溶湯ノズルに連結されているるつぼ自体の交換が必要となり，金属粉末の製造効率が低下する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的は溶融金属中の酸化物の溶湯ノズルへの侵入を容易に防止できる金属粉末製造装置を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、溶融前の金属を受け入れ可能な第１るつぼと，前記第１るつぼ内の金属を加熱溶融するための第１加熱装置と，前記第１るつぼの底面に設けられた第１開口部を開閉するストッパと，前記第１るつぼの前記第１開口部に連結される一端を有し，前記第１るつぼ内の溶融金属を前記第１るつぼの外部に導く導入管と，前記導入管から流出される溶融金属を受け入れる第２るつぼと，前記第２るつぼを加熱するための第２加熱装置と，前記第２るつぼの底面に設けられた溶湯ノズルと，前記溶湯ノズルの周囲に設けられ，前記溶湯ノズルから流下される溶融金属に対してガス流体を噴出する複数のガス噴射ノズルと，を備え，前記導入管内の流路において最も高さの低い最低部の高さは，前記導入管の他端の高さよりも低いこととする。

本発明によれば，溶融金属中の酸化物の溶湯ノズルへの侵入を防止でき，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。

金属粉末製造装置であるガスアトマイズ装置の全体構成図。 図１のガスアトマイズ装置の金属噴霧装置２００の周辺の断面図。 第１実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。 第１実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第２るつぼ３２から溶湯７を出湯している状態を示している。 第２実施形態に係る溶解槽１の内部構成図。 第３実施形態に係る溶解槽１の内部構成図。 第４実施形態に係る溶解槽１の内部構成図。 第５実施形態に係る導入管３６の断面図。 第５実施形態に係る導入管３６の断面図。 第６実施形態に係る溶解槽１の内部構成図。 第７実施形態に係る溶解槽１の内部構成図。

以下，本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
－ガスアトマイズ装置の全体構成－
図１は本発明の実施形態に係るガスアトマイズ装置（金属粉末製造装置）の全体構成図である。図１のガスアトマイズ装置は，固体状の金属（溶解素材）が加熱溶融されて溶融金属（溶湯）が生成される溶解槽１と，溶解槽１から複数の溶湯ノズル（後述）１１を介して細流となって流下する溶湯に対して高圧ガス（ガス流体）を吹き付けて多数の微粒子に粉砕して溶融金属を液体噴霧する金属噴霧装置２００と，金属噴霧装置２００に高圧ガスを供給するための噴射ガス供給管（噴射流体供給管）３と，不活性ガス雰囲気に保持された容器であって金属噴霧装置２００から噴霧された微粒子状の液体金属が落下中に急冷凝固される噴霧槽４と，噴霧槽４の底部に設けられ噴霧槽４での落下中に凝固した粉末状の固体金属を回収する採集ホッパ５とを備えている。

溶解槽１には，溶融前の金属（溶解素材）を受け入れ可能な第１るつぼ３１と，第１るつぼで加熱溶融された溶融金属を受け入れる第２るつぼ３２が収納されている。第２るつぼ３２の底面には複数の溶湯ノズル１１が設けられており，第２るつぼ３２内に受け入れた溶融金属（溶湯７）を溶湯流８として噴霧槽４内に導入可能になっている。溶解槽１は，密閉された容器（密閉室）になっており，真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。なお，溶解槽１内の構成の詳細については後述する。

噴霧槽４は，上部及び中部では同一の径を有する円筒状の容器であるが，採集ホッパ５による金属粉末の回収し易さの観点から，下部では採集ホッパ５に近づくほど径が小さくなるテーパ形状になっている。採集ホッパ５からは不活性ガスが適宜排気６として排出されている。

－金属噴霧装置２００－
図２は金属噴霧装置２００周辺の断面図である。なお，先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略することがある（これより後の図についても同様とする）。

金属噴霧装置２００は，噴霧槽４内に臨むその底面に，噴霧槽４内に溶融金属を液体噴霧する複数の噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂ（以下，第１噴霧ノズル２０Ａ，第２噴霧ノズル２０Ｂと称することがある）を備えている。複数の噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂは，それぞれ，１本の溶湯ノズル１１と，その溶湯ノズル１１の周囲に設けられた複数のガス噴射ノズル２とを備えている。なお，図示は一例に過ぎず噴霧ノズルは１つでも良く，３つ以上でも構わない。

金属噴霧装置２００には，２本の円柱状の貫通孔である第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａと第２溶湯ノズル挿入孔１２Ｂが設けられており，第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂは，第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａと第２溶湯ノズル挿入孔１２Ｂのそれぞれに挿入されている。溶解槽１内の溶融金属は第１，第２溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの内部の孔を溶湯流８となって流下し噴霧槽４内に放出される。噴霧槽４内に導入される溶湯の径の大きさに寄与する第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂの最小内径（例えば，孔内に設けられたオリフィスの径）としては，例えば従前より小さい３ｍｍ以下の値が選択できる。

金属噴霧装置２００は，側面に設けられたガス吸入孔（図示せず）に接続される噴射ガス供給管３から高圧ガスの供給を受け，その供給された高圧ガスを円柱底面に設けられた複数のガス噴射ノズル（噴射孔）２を介して指向性のある噴射ガスジェット（ガス噴流）１０として噴射する。複数のガス噴射ノズル２は第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａの周囲と第２溶湯ノズル挿入孔１２Ｂの周囲にそれぞれ円を描くように配置されている。

各噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂを構成する複数のガス噴射ノズル２からは，溶湯ノズル１１から流下される溶融金属（溶湯流８）に対してガス流体（ガス噴流１０）が噴出される。溶湯流８は，複数のガス噴射ノズル２の焦点の近傍で高圧ガスが形成する逆円錐状の流体膜と衝突して多数の微粒子１５に粉砕される。第１，第２ガス噴射ノズル２Ａ，２Ｂからの噴射ガスによって液体状の微粒子（微粒子１５）となった金属は，噴霧槽４内の落下中に急速冷却されて凝固して多数の金属粉として採集ホッパ５で回収される。

＜第１実施形態＞
以下，本発明の第１実施形態に係るガスアトマイズ装置における溶解槽１の構成の詳細について図面を用いて説明する。

図３は第１実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材（固体状の金属）３０の溶解前の状態を示している。

この図に示すように溶解槽１の内部には，受け入れた溶解素材（金属）３０を加熱溶融するための耐熱容器である第１るつぼ３１と，第１るつぼ３１の周囲に巻き付けられ，第１るつぼ３１内の溶解素材（金属）３０を加熱溶融するための高周波加熱コイル（第１加熱装置）３３と，第１るつぼ３１の底面に設けられた開口部（貫通孔）である第１開口部３５を開閉するストッパ３４と，第１るつぼ３１の第１開口部３５に連結される一端（第１端部３６ａ）を有し，第１るつぼ３１内の溶融金属を第１るつぼ３１の外部に導く配管である導入管３６と，導入管３６から流出される溶融金属を受け入れるための耐熱容器である第２るつぼ３２と，第２るつぼ３２の周囲に位置する間接加熱用カーボン（導電体）３８と，間接加熱用カーボン３８の周囲に巻き付けられ，間接加熱用カーボン３８を加熱することで間接的に第２るつぼ３２を加熱する高周波加熱コイル（第２加熱装置）３７と，第２るつぼ３２の底面に設けられ噴霧槽４内に溶融金属を流下させる複数の溶湯ノズル１１が設けられている。

第１るつぼ３１及び第２るつぼ３２の上方は溶解槽１内に開放されており，第１るつぼ３１及び第２るつぼ３２内は溶解槽１内と同じ圧力となっている。

第２るつぼ３２の底面には導入管３６の他端（第２端部３６ｂ）に連結される第２開口部３９が設けられており，この導入管３６を介して第２るつぼ３２は第１るつぼ３１内の溶融金属を受け入れ可能になっている。第１るつぼ３１と第２るつぼ３２の高さ，すなわち第１開口部３５と第２開口部３９の高さは同一である。

高周波加熱コイル（第１加熱装置）３３及び高周波加熱コイル（第２加熱装置）３７は交流電源に接続されている。高周波加熱コイル３３，３７が通電されると，被加熱物である第１るつぼ３１内の金属やカーボン３８の表面付近に渦電流が発生し，その際に発生するジュール熱で被加熱物が加熱される。このとき第２るつぼ３２は加熱されたカーボン３８によって間接的に加熱される。なお，本実施形態では高周波加熱コイル（第２加熱装置）３７の被加熱物をカーボン３８としたが導電体であれば他の金属などに代替可能である。

ストッパ３４は鉛直方向に延びる棒状の耐熱性の部材であり，ストッパ３４にはストッパ３４を上下動させる駆動機構（図示せず）が取り付けられている。駆動機構によりストッパ３４を下方に移動させストッパ３４の先端（下端）を第１るつぼ３１の第１開口部３５に当接させると第１開口部３５が閉塞され第１るつぼ３１内の溶湯の流出を停止できる。反対にストッパ３４を上方に移動させストッパ３４の先端を第１開口部３５から離間させると第１開口部３５が開放され導入管３６に溶湯を導入できる。

導入管３６は，第１るつぼ３１の第１開口部３５に接続される第１端部３６ａと，第２るつぼ３２の第２開口部３９に接続される第２端部３６ｂとを両端に備える略Ｕ字状の配管である。導入管３６内の流路において最も高さの低い部分（最低部）３６ｃの高さは，第２るつぼ３２の第２開口部３９に連結された第２端部３６ｂの高さよりも低くなっている。本実施形態の導入管３６の流路の高さは，第１端部３６ａから最低部３６ｃに至るまで単調に減少しており，その後，最低部３６ｃから第２端部３６ｂに至るまで単調に増加している。導入管３６と第１るつぼ３１及び第２るつぼ３２との接続には例えば接着剤を利用できる。

なお，溶湯７の凝固を防止する観点から，導入管３６の周囲にもカーボン等の導電体を配置し，当該導電体を高周波加熱コイルにより加熱して導入管３６を予熱可能な構成を採用しても良い。

－動作・効果－
上記のように構成される金属粉末製造装置では，金属粉末の製造に際して，まず，複数の溶湯ノズル１１から流下させるための溶湯７を溶解槽１で生成する。以下，その詳細について説明する。

まず，ストッパ３４を下ろして第１開口部３５を閉塞した状態で第１るつぼ３１内に溶解素材３０を投入し，溶解槽１内を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気に保持して高周波加熱コイル３３に交流電流を流す。これにより溶解素材３０の周囲に磁界が発生し，その磁場が溶解素材３０の表面に渦電流を誘導し，その際に発生するジュール熱が溶解素材３０を加熱溶融して溶湯７が生成される。このとき，溶解槽１を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気に保持していたとしても微量の酸素が存在するため，第１るつぼ３１内では溶湯７とともに酸化物４０も生成される。ただし，酸化物４０は溶湯７に比して軽いため，溶湯７の流れが静止した定常状態では後述の図４に示すように溶湯７の表面付近に浮上する。

また，第１るつぼ３１の高周波加熱コイル３３と同様に高周波加熱コイル３７にも交流電流を流してカーボン３８を加熱し，そのカーボン３８の熱で第２るつぼ３２を予熱する。

第１るつぼ３１での溶湯７の生成と第２るつぼ３２の予熱が完了したら，第１るつぼ３１内の溶湯７を第２るつぼ３２に導入し，溶湯ノズル１１を介した出湯を開始する。その際の手順について図４を参照しながら説明する。図４は第１実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第２るつぼ３２から溶湯７を出湯している状態を示している。

ストッパ３４を上げて第１開口部３５を開放すると，第１るつぼ３１内の溶湯７が第１開口部３５を介して導入管３６の内部に導入され，その後，第１端部３６ａ，最低部３６ｃ及び第２端部３６ｂを通過して第２るつぼ３２内に導入される。このとき第１るつぼ３１内の酸化物４０は溶湯７の液面付近に浮遊した状態を保持するため第２るつぼ３２内に導入されることはない。そして，第２るつぼ３２内の溶湯７の液面は，第１るつぼ３１内の溶湯７の液面と一致するまで上昇する。すなわち，第１るつぼ３１と第２るつぼ３２内の溶湯７の液面は図４に示すように同一高さとなる。これと同時に第２るつぼ３２内に導入された溶湯７は，第２るつぼ３２の底面に設けられた複数の溶湯ノズル１１を介して噴霧槽４に溶湯流８となって出湯する。

その後も溶湯７の出湯を継続すると，第１るつぼ３１と第２るつぼ３２内の溶湯７の液面は同じ高さを保持したまま低下していき，その液面が第１るつぼ３１と第２るつぼ３２の底面４５に一致した時点で出湯が終了する。すなわち，ストッパ３４を上げて第１開口部３５から離した状態を保持していても，溶湯７の液面が第１開口部３５と第２開口部３９の上端４５に一致した時点で出湯が停止するため，第１るつぼ３１内の酸化物４０が導入管３６を通過して第２るつぼ３２に侵入することはない。

したがって，本実施形態の金属粉末製造装置によれば，溶湯７の生成時に発生した酸化物４０が第２るつぼ３２や溶湯ノズル１１に混入することを防止できる。そのため，金属粉末に不純物が含まれることを防止できるとともに，溶湯ノズル１１に酸化物４０が詰まることを防止できる。その結果，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。

なお，本実施形態は第１るつぼ３１と第２るつぼ３２の高さを同一にしているため，両るつぼ３１，３２の高さを異ならせている後述の他の実施形態と比較して溶解槽１の高さを抑制できるという点もメリットとなる。

＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。

本実施形態が第１実施形態と異なる主な点は，（１）導入管３６の第２端部３６ｂが第２るつぼ３２の側面に設けられた第２開口部３９に連結されている点と，（２）導入管３６の最低部３６ｃの高さが第２るつぼ３２の第２開口部３９に連結される第２端部３６ｂの高さと同じである点である。

本実施形態の導入管３６は，第１るつぼ３１の第１開口部３５に接続される第１端部３６ａと，第２るつぼ３２の第２開口部３９に接続される第２端部３６ｂとを両端に備える略Ｌ字状の配管である。本実施形態の導入管３６の流路の高さは，第１端部３６ａから最低部３６ｃに至るまで単調に減少しており，その後，最低部３６ｃから第２端部３６ｂに至るまで一定になっている。換言すると，導入管３６は，第１端部３６ａから第２端部３６ｂに向かって，その高さがはじめて最低部３６ｃと一致した部分（管路の折れ曲がり部分）から第２端部３６ｂまでの間は所定の長さの水平管となっている。

このように金属粉末製造装置を構成しても，第１るつぼ３１と第２るつぼ３２の溶湯７の液面が第２開口部３９の上端の高さ位置４６よりも上に位置するまでの間は，第１るつぼ３１内の酸化物４０が第２るつぼ３２内に侵入することを防止できる。すなわち溶湯７の液面が高さ位置４６より上に在る状態でストッパ３４を下ろすことが好ましい。ただし，溶湯７の液面が第２開口部３９の上端の高さ位置４６よりも下がったとしても，酸化物４０は，溶湯７の液面の低下とともに第１るつぼ３１，第１開口部３５及び導入管３６の直管部の内壁面に付着して少なくなっており，さらに第２開口部３９に至るまでの水平管部分で留まることが予測されるため，第２るつぼ３２内に実際に侵入する酸化物４０の量は従前に比して充分削減できる。

したがって，本実施形態においても，溶融金属中の酸化物の溶湯ノズルへの侵入を防止でき，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。

＜第３実施形態＞
図６は本発明の第３実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。

本実施形態が第１実施形態と異なる主な点は，（１）導入管３６の第２端部３６ｂが第２るつぼ３２の側面に設けられた第２開口部３９に連結されている点である。

本実施形態では，導入管３６の流路の高さは，第１端部３６ａから最低部３６ｃに至るまで単調に減少しており，その後，最低部３６ｃから第２端部３６ｂに至るまでは水平管部分で一定に保持された後に単調に増加している。

このように金属粉末製造装置を構成した場合には，溶湯７の液面が第２るつぼ３２の第２開口部３９の下端の高さ位置４７まで下がった時点で出湯が終了する。すなわち，ストッパ３４を上げて第１開口部３５から離した状態を保持していても，溶湯７の液面が第２開口部３９の下端の高さ位置４７に一致した時点で出湯が停止するため，第１るつぼ３１内の酸化物４０が導入管３６を通過して第２るつぼ３２に侵入することはない。

したがって，本実施形態の金属粉末製造装置においても，溶湯７の生成時に発生した酸化物４０が第２るつぼ３２や溶湯ノズル１１に混入することを防止でき，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。

＜第４実施形態＞
図７は本発明の第４実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。

本実施形態が第１実施形態と異なる主な点は，（１）第１るつぼ３１が第２るつぼ３２の上方に保持されており，導入管３６の第２端部３６ｂが第２るつぼ３２の上方において開口している点である。

本実施形態でも，第３実施形態と同様に，導入管３６の流路の高さは，第１端部３６ａから最低部３６ｃに至るまで単調に減少しており，その後，最低部３６ｃから第２端部３６ｂに至るまでは水平管部分で一定に保持された後に単調に増加している。

このように金属粉末製造装置を構成した場合には，溶湯７の液面が第２端部３６ｂの下端の高さ位置４８まで下がった時点で出湯が終了する。すなわち，ストッパ３４を上げて第１開口部３５から離した状態を保持していても，溶湯７の液面が第２開口部３９の下端の高さ位置４８に一致した時点で出湯が停止するため，第１るつぼ３１内の酸化物４０が導入管３６を通過して第２るつぼ３２に侵入することはない。

したがって，本実施形態の金属粉末製造装置においても，溶湯７の生成時に発生した酸化物４０が第２るつぼ３２や溶湯ノズル１１に混入することを防止でき，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。特に本実施形態は第１るつぼ３１と第２るつぼ３２の双方を導入管３６によって接続することが不要な単純な構造となるため，第１実施形態と比較して製造が容易な点がメリットとなる。

なお，図７に示した導入管３６（溶湯７の流通方向における最低部３６ｃの下流側で流路の高さが単調増加する上り勾配部を備える導入管３６）は図５に示した導入管３６（溶湯７の流通方向における最低部３６ｃの下流側で流路の高さが一定に保持される水平部を備える導入管３６）に代替することも可能である。

＜第５実施形態＞
図８及び図９は本発明の第５実施形態に係る導入管３６の断面図である。上記の第１，第２，第３，第４実施形態の導入管３６には，導入管３６の流路内壁の上部から下方に突出した浮遊物回収壁３６ｄを設けることが好ましい。

例えば溶湯ノズル１１からの出湯の勢いが強い場合には，導入管３６内の溶湯の流速が増加するため酸化物４０が第２るつぼ３２に侵入する可能性が高まる。しかし，本実施形態のように導入管３６に浮遊物回収壁３６ｄを設ければ，当該酸化物４０が導入管３６内を浮遊しながら第２端部３６ｂ（すなわち第２るつぼ３２）に向かって移動する途中で，当該酸化物を浮遊物回収壁３６ｄで捕集できる。すなわち酸化物４０が第２るつぼ３２に侵入することを防止できる。

なお，浮遊物回収壁３６ｄは第２端部３６ｂに近い部分に設けることが好ましい。すなわち図８のように水平管部を備える例では第２端部３６ｂの近傍に設けることが好ましく，図９のように溶湯７の流通方向における最低部３６ｃの下流側で流路の高さが単調増加する上り勾配部を備える例では当該上り勾配部の開始部分（換言すれば，水平管部の終了部分）に設けることが好ましい。

また，浮遊物回収壁３６ｄとしては，例えば，導入管３６の軸方向断面が円形の場合にはその内壁面に円弧部分が接する弓形の板を利用しても良いし，流路断面の上部だけでなく左右や下部にも壁面を有するオリフィスのような絞り形状を利用しても良い。

＜第６実施形態＞
図１０は本発明の第６実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。

本実施形態が第１実施形態と異なる主な点は，（１）導入管３６の第２端部３６ｂに相当する第１開口部３５の下端が第２るつぼ３２の上方において開口している点と，（２）第２るつぼ３２が第１るつぼ３１の下側に設置されている点である。

このように金属粉末製造装置を構成しても，第１るつぼ３１内の溶湯７の液面が第１開口部３５の上端（すなわち第１るつぼ３１の底面）の高さ位置４５よりも上に位置する間（換言すると，第１るつぼ３１内の酸化物４０が溶湯７の液面付近を浮遊している間）は，第１るつぼ３１内の酸化物４０が第２るつぼ３２内に侵入することを防止できる。すなわち溶湯７の液面が高さ位置４５より上方に位置する状態でストッパ３４を下ろすことが好ましい。

なお，第１開口部３５の上端（すなわち第１るつぼ３１の底面）の高さ位置４５に所定の高さｈ１を加えた位置まで溶湯７の液面が低下したタイミングでストッパ３４を下ろすように金属粉末製造装置を構成しても良い。高さｈ１は酸化物４０が溶湯７の液面付近を浮遊可能な溶湯液位に基づいて定めることが好ましい。

＜第７実施形態＞
図１１は本発明の第７実施形態に係る溶解槽１の内部構成図であり，第１るつぼ３１内の溶解素材３０の溶解前の状態を示している。

本実施形態の主な特徴は，（１）第２るつぼ３２が第１るつぼ３１の下側に位置している点と，（２）導入管３６が，略鉛直な主管３６ｅと，主管３６ｅから左右に分岐した２つの枝管３６ｇを備えている点と，（３）第２端部３６ｂに相当する２つの枝管３６ｇの端部が第２るつぼ３２の内部において開口する開口端である点と，（４）その２つの開口端（第２端部３６ｂ）の高さが導入管３６の最低部３６ｃ（主管３６ｅが２つの枝管３６ｇに分岐する分岐部３６ｆ）の高さよりも高い点にある。以下，主に導入管３６の詳細について説明する。

導入管３６は，第１るつぼ３１の第１開口部３５に一端（第１端部３６ａ）が連結される主管３６ｅと，主管３６ｅから分岐して第２るつぼ３２内に開口する２つの枝管３６ｇと，主管３６ｅが２つの枝管３６ｇに分岐する分岐部３６ｆとを備えている。主管３６ｅは，第１るつぼ３１の第１開口部３５と分岐部３６ｆとを接続する略鉛直な配管である。主管３６ｅにおける第１るつぼ３１の第１開口部３５との連結部分は，導入管３６の一端である第１端部３６ａになっている。分岐部３６ｆには，主管３６ｅと２つの枝管３６ｇが接続されており，導入管３６内の流路において最も高さの低い最低部３６ｃが含まれている。２つの枝管３６ｇは，それぞれ，分岐部３６との接続部から第２端部３６ｂに向かって流路の高さが単調増加する上り勾配部となっており，第２るつぼ３２内に開口している。枝管３６ｇの開口端は導入管３６の他端である第２端部３６ｂになっており，第２端部３６ｂの高さは導入管３６の最低部３６ｃの高さよりも高くなっている。また，図示のように分岐部３６ｆにおける枝管３６ｇとの接続部に図８及び図９に示した浮遊物回収壁３６ｄを設けても良い。

本実施形態でも，第３，第４実施形態と同様に，導入管３６の流路の高さは，第１端部３６ａから最低部３６ｃに至るまで単調に減少しており，その後，最低部３６ｃから第２端部３６ｂに至るまでは水平管部分で一定に保持された後に単調に増加している。

このように金属粉末製造装置を構成した場合には，溶湯７の液面が第２端部３６ｂの下端の高さ位置４８まで下がった時点で第２るつぼ３２への注湯が終了する。すなわち，ストッパ３４を上げて第１開口部３５から離した状態を保持していても，溶湯７の液面が第２開口部３９の下端の高さ位置４８に一致した時点で第２るつぼ３２への注湯が停止するため，第６実施形態のように第１るつぼ３１内の酸化物４０が第２るつぼ３２に侵入することはない。

したがって，本実施形態の金属粉末製造装置においても，溶湯７の生成時に発生した酸化物４０が第２るつぼ３２や溶湯ノズル１１に混入することを防止でき，高純度の金属粉末を効率良く製造できる。

なお，導入管３６は３つ以上の枝管に分岐させても良いし，第４実施形態の導入管３６のように分岐の無い配管を本実施形態の導入管３６として利用しても良い。

＜その他＞
本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

上記の各実施形態では第２るつぼ３２の底面に２本の溶湯ノズル１１が設けられた場合について説明したが，第２るつぼ３２の底面に設ける溶湯ノズル１１の数は２つに限られず，１つでも良いし，３つ以上でも良い。この場合，複数のガス噴射ノズル２は，溶湯ノズルの１１のそれぞれの周囲に設けられ，溶湯ノズル１１のそれぞれから流下される溶融金属に対してガス流体を噴出することとなる。

上記の各実施形態では，第１るつぼ３１に高周波加熱コイル（第１加熱装置）３３を巻き付けて溶解素材３０を溶解する構成としたが，他のるつぼ等で溶融した溶湯を第１るつぼ３１に注湯する構成を採用しても良い。ただし，この場合，第１るつぼ３１を第２るつぼ３２と同様に予熱する構成（例えばカーボン３８）を追加することが好ましい。

また，ガス噴射ノズル２Ａ，２Ｂから気体（ガス流体）を噴射する場合について説明したが水などの液体を噴射しても構わない。すなわち流体を噴射するノズルであれば本発明は適用できる可能性がある。

１…溶解槽，２…ガス噴射ノズル，３…噴射ガス供給管，４…噴霧槽，５…採集ホッパ，６…排気，７…溶融金属（溶湯），８…溶湯流，１０…噴射ガスジェット，１１Ａ，１１Ｂ…溶湯ノズル，１２…溶湯ノズル挿入孔，１５…微粒子，２０Ａ，２０Ｂ…噴霧ノズル，３０…溶解素材，３１…第１るつぼ，３２…第２るつぼ，３３…高周波加熱コイル（第１加熱装置），３４…ストッパ，３５…第１開口部，３６…導入管，３６ａ…第１端部，３６ｂ…第２端部，３６ｃ…最低部，３６ｄ…浮遊物回収壁，３６ｅ…主管，３６ｆ…分岐部，３６ｇ…枝管，３７…高周波加熱コイル（第２加熱装置），３８…間接加熱用カーボン（導電体），３９…第２開口部，４０…酸化物，２００…金属噴霧装置

Claims (9)

1. 溶融前の金属を受け入れ可能な第１るつぼと，
   前記第１るつぼ内の金属を加熱溶融するための第１加熱装置と，
   前記第１るつぼの底面に設けられた第１開口部を開閉するストッパと，
   前記第１るつぼの前記第１開口部に連結される一端を有し，前記第１るつぼ内の溶融金属を前記第１るつぼの外部に導く導入管と，
   前記導入管から流出される溶融金属を受け入れる第２るつぼと，
   前記第２るつぼを加熱するための第２加熱装置と，
   前記第２るつぼの底面に設けられた溶湯ノズルと，
   前記溶湯ノズルの周囲に設けられ，前記溶湯ノズルから流下される溶融金属に対してガス流体を噴出する複数のガス噴射ノズルと，
   を備え，
   前記導入管内の流路において最も高さの低い最低部の高さは，前記導入管の他端の高さよりも低いことを特徴とする金属粉末製造装置。
2. 請求項１の金属粉末製造装置において，
   前記導入管の他端は，前記第２るつぼの底面及び側面の何れか一方に設けられた第２開口部に連結されていることを特徴とする金属粉末製造装置。
3. 請求項２の金属粉末製造装置において，
   前記導入管は，前記導入管の流路内壁の上部から下方に突出した浮遊物回収壁を有することを特徴とする金属粉末製造装置。
4. 請求項１の金属粉末製造装置において，
   前記導入管の他端は，前記第２るつぼの上方において開口していることを特徴とする金属粉末製造装置。
5. 請求項４の金属粉末製造装置において，
   前記導入管は，前記導入管の流路内壁の上部から下方に突出した浮遊物回収壁を有することを特徴とする金属粉末製造装置。
6. 請求項１の金属粉末製造装置において，
   前記導入管の他端は，前記第２るつぼの内部において開口されており，
   前記導入管内の流路において最も高さの低い最低部の高さは，前記他端の高さよりも低いことを特徴とする金属粉末製造装置。
7. 請求項６の金属粉末製造装置において，
   前記導入管は，前記導入管における前記一端を有する主管と，前記主管から複数に分岐して前記第２るつぼ内で開口する複数の枝管と，前記主管が前記複数の枝管に分岐する分岐部とを備え，
   前記分岐部は，前記導入管内の流路において最も高さの低い位置に設けられており，
   前記複数の枝管の開口端の高さは，前記分岐部の高さよりも高いことを特徴とする金属粉末製造装置。
8. 請求項７の金属粉末製造装置において，
   前記導入管は，前記導入管の流路内壁の上部から下方に突出した浮遊物回収壁を有することを特徴とする金属粉末製造装置。
9. 請求項１の金属粉末製造装置において，
   前記溶湯ノズルは，前記第２るつぼの底面に設けられた複数の溶湯ノズルであり，
   前記複数のガス噴射ノズルは，前記複数の溶湯ノズルのそれぞれの周囲に設けられ，前記複数の溶湯ノズルから流下される溶融金属に対してガス流体を噴出する
   ことを特徴とする金属粉末製造装置。

Images