JPH04337016A - 金属粉末製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を、旋回移動
する冷却液層中に供給して金属粉末を製造する製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合成の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されている
。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の製造装置として、
特公平１−４９７６９　号公報に開示されたものがある
。この装置は、図２に示すように、回転する冷却ドラム
６１の内周面に冷却液層６２を遠心力の作用で形成し、
該冷却液層６２に、溶融金属供給手段としての噴射るつ
ぼ６３から溶融金属を噴射し、微細に分断して急冷凝固
した金属粉末を得るものである。前記噴射るつぼ６３の
外周面には加熱用の高周波コイル６４が装着され、該る
つぼ６３の下部側壁には噴射ノズル６５が開設されてい
る。前記るつぼ６３内の溶融金属６６は、該るつぼ６３
に不活性ガス６７を加圧注入することによって前記ノズ
ル６５から噴出される。そして、冷却ドラム６１内の金
属粉末は、一定量溜まると、冷却ドラム６１の回転を止
め、冷却液と共に回収され、脱液後、乾燥される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のものにあっ
ては、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣る。そ
のうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなければな
らないため、噴射ノズル６５に孔詰まりが生じ易いとい
う問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、
冷却液層６２の液面より冷却液を供給、排出して温度制
御しなければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒
度や品質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】さらに、噴射ノズル６５の大きさは、孔詰
まりの観点からあまり小さくすることができず、従って
、溶融金属６６の噴出量を少なくするためにも限度があ
り、そのため、比較的多量の溶融金属６６が直接冷却液
層６２の同じ位置に連続状に供給され、より微細な粒子
の金属粉末が得難いと共に、冷却効果の低下を来たして
十分な冷却速度が得難いという問題がある。

【０００６】さらに、また、溶融金属が噴射された後、
冷却液層６２に至るまでにその表面が酸化し、酸化膜が
形成されるため、冷却液層６２による分断が困難となり
、又金属粉末の酸素や水素含有量が増加し、品質劣化を
招来する。そこで、本発明は前記問題点に鑑み、安定し
た品質の金属粉末を連続的に製造することができ、しか
も、金属粉末の微粉化の向上及び十分な冷却速度の確保
を企図し、且つ酸化膜の生成を抑制することができる金
属粉末製造装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が前記目的を達成
するために講じた技術的手段は、溶融金属供給容器２０
から噴出された溶融金属を冷却用筒体１　内の冷却液に
より冷却凝固させて金属粉末を製造する金属粉末製造装
置において、前記筒体１　の内周面に、該内周面に沿っ
て冷却液を噴出供給して筒体１　内周面に沿って旋回し
ながら流下し且つ筒体１下部から排出される冷却液層７
　を形成し、この冷却液層７　の内周面側の空間部１８
に溶融金属供給容器２０を配置すると共に、該溶融金属
供給容器２０に冷却液層７　に向けて指向された多数の
ノズル孔２６を貫通形成し、このノズル孔２６から溶融
金属供給容器２０内の溶融金属を噴出させるべく該溶融
金属供給容器２０を回転駆動し、さらに、冷却液層７　
内周面側の空間部１８に不活性ガスを充填或いは該空間
部１８内の空気を抜出し可能とすべく筒体１　の筒軸方
向両端部側を閉塞して成る点にある。

【０００８】

【作用】冷却用筒体１　の内周面に沿って供給された冷
却液は、筒体１　内周面に沿って旋回しながら流下し、
旋回時の遠心力の作用でほぼ一定内径の冷却液層７　を
形成する。そして、溶融金属供給容器２０を回転駆動す
ると、該供給容器２０内の溶融金属は遠心力の作用でノ
ズル孔２６から噴出して、供給容器２０から冷却液層７
　に向けて放射状に飛散し、冷却液層７　の旋回流によ
って分断されると共に冷却凝固され、金属粉末が製造さ
れる。

【０００９】前記冷却液層７　は常に新たに供給される
冷却液によって形成されるために一定の温度が容易に維
持される。このため、温度制御のために液面より冷却液
を排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安
定した状態が維持される。それ故、冷却液層７　に供給
された溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層７　中に
注入、分断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、
金属粉末の品質が安定する。

【００１０】冷却液層７　中の金属粉末は冷却液と共に
旋回しながら流下し、筒体１　の下部より排出すること
で、金属粉末の連続生産が可能となる。また、連続操業
できることから、ノズル孔２６を小さくできる上に、溶
融金属は回転駆動される溶融金属供給容器２０から冷却
液層７　へ向けて放射状に飛散されて、さらに、冷却液
層７　の旋回流によって分断され、より微細な粒子の金
属粉末が製造できると共に、該微粉化、溶融金属が分散
されること及び冷却液層７　が常に新たに供給される冷
却液によって形成されること等から十分な冷却速度の確
保が可能である。

【００１１】さらに、冷却液層７　の内周面側の閉塞さ
れた空間部１８に不活性ガスを充填し、或いは該空間部
１８内の空気を抜出すことで、溶融金属は真空或いは不
活性ガス雰囲気中で冷却液層７　に供給され、冷却液層
７　に至るまでの間において溶融金属の表面酸化が抑制
され、冷却液層７　による分断が速やかに行われ、又酸
化膜の薄い高品質の粉末が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、１　は冷却用筒体で、上方に開口
する有底円筒状に形成されており、この筒体１　の上端
開口は蓋体２　により閉塞されている。筒体１　の上部
には、冷却液噴出管３　が周方向等間隔に複数個形成さ
れ、この噴出管３　の吐出口４　は筒体内周面に沿って
接線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。また、噴出管３　の管軸方向は、筒体１　内周面
の水平方向の接線に対して０〜２０°程度斜め下方に設
定されている。そして、噴出管３　は、ポンプ５　を介
してタンク６　に配管接続されていて、タンク６　内の
冷却液をポンプ５　によって吸い揚げて噴出管３　から
筒体１　内周面側に噴出供給することで、筒体１　の内
周面に、蓋体２　から筒体１　底壁１ａに亘って該内周
面に沿って旋回しながら流下する冷却液層７　が形成さ
れる。タンク６　には、図示省略の補給用の冷却液供給
管が設けられ、またタンク６　内や循環流路の途中に冷
却器を適宜介在させてもよい。冷却液としては一般に水
が使用されるが、油が使用される場合もある。尚、水を
用いる場合、水中の溶存酸素を除去したものを使用する
のが望ましい。酸素の除去処理装置は市販されており、
入手容易である。

【００１３】筒体１　の内周面下部には、冷却液層７　
の層厚調整用リング８　がボルトによって着脱、交換自
在に取付けられ、このリング８　によって冷却液の流下
速度が抑えられて略一定内径の冷却液層７　が容易に形
成される。 また、筒体１　の下端外周部には、下方に向けて開口す
る排水管部９　が複数個所　（或いは１個所）　に設け
られている。また、筒体１　の下部には、該下部を覆う
ように回収容器１０が配置され、この回収容器１０の底
部１１一側には排出口１２が形成され、この排出口１２
の下方には、冷却液は下方に通過可能であるが金属粉末
は通過不能なメッシュ部材１３が傾斜状に配設された分
離容器１４が設けられている。この分離容器１４の側壁
のメッシュ部材１３傾斜方向下方側には粉末排出口１５
が形成されると共に、底部には排水口１６が形成され、
該排水口１６はタンク６　に配管されている。

【００１４】筒体１　の蓋体２　中心部には該蓋体２　
を貫通する連通管１７が固定されていて、該連通管１７
により冷却液層７　の内周面側の閉塞された空間部１８
が外部に連通されている。また、前記連通管１７を貫通
して注湯用ノズル１９が筒体１　内に挿入されている。 筒体１　内には、冷却液層７　内周面側の空間部１８内
に位置すると共に、注湯用ノズル１９の下側に位置する
溶融金属供給容器２０が設けられ、この供給容器２０は
黒鉛や窒化珪素等の耐火物から成り、円筒状の周壁２１
と、上壁２２及び底壁２３とから構成され、筒体１　と
同心状とされている。この供給容器２０の上壁２２には
前記注湯用ノズル１９を挿入する挿入孔２４が形成され
ていて、該ノズル１９から溶融金属２５が供給されるよ
うになっている。また、供給容器２０の周壁２１には、
該供給容器２０内の溶融金属２５を外方に噴出させるた
めの多数のノズル孔２６が形成され、該ノズル孔２６は
径方向に貫通状に形成されていて、冷却液層７　に向け
て指向されている。さらに、供給容器２０は、回収容器
１０の底部１１を貫通する回転駆動軸２７の上端に固定
され、該回転駆動軸２７は下方において回転自在に支持
され、中間部において筒体１　の底壁１ａに気密に取付
固定されたスタフィングボックス及びパッキン等から成
る軸封部２８によって回転自在に支持されていると共に
、モータ等の駆動装置によって上下方向の軸心廻りに回
転駆動され、供給容器２０が該駆動軸２７と一体回転さ
れるように構成されている。したがって、供給容器２０
を回転させることで、遠心力の作用により供給容器２０
の溶融金属２５がノズル孔２６から噴出して、該供給容
器２０から冷却液層７　に向けて放射状に飛散する。

【００１５】なお、供給容器２０の回転方向は、冷却液
層７　の旋回流の進行方向と同方向又は逆方向のどちら
であっても良いが、旋回流と逆方向である方が、供給容
器２０から飛散する溶融金属の溶滴の旋回流による分断
効果が良好である。また、供給容器２０の回転速度を変
えることによって粉末粒子の大きさを容易にコントロー
ルできる。

【００１６】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、まず、ポンプ５　を作動させて、筒体１　内周面に
冷却液層７　を形成し、次に、冷却液層７　内周面側の
空間部１８に連通管１７を介してＡｒガス、Ｎ２　ガス
等の不活性ガスを圧送する。すると、空間部１８内の空
気が冷却液と共に外部に排出されて該空間部１８内に不
活性ガスが充填される。不活性ガスが空間部１８に充填
された後は、ガスの送給を常時行う必要はなく、連通管
１７とガス源との間に設けられた開閉弁を遮断すればよ
い。なお、不活性ガスによる置換を容易に行うには、空
気排出用の他の連通管を併設しておけばよい。また、空
間部１８内の空気を不活性ガスと置換することなく連通
管１７から真空ポンプ等により抜出して空間部１８内を
真空状態としてもよい。その後供給容器２０を回転駆動
して該供給容器２０内の溶融金属２５をノズル孔２６か
ら噴出させる。このノズル孔２６から噴出する溶融金属
は、供給容器２０から冷却液層７　に向けて放射状に飛
散して、旋回しながら流下する冷却液層７　によって分
断されると共に急冷凝固されて金属粉末が製造される。 そして、冷却液層７　中の金属粉末は、冷却液と共に旋
回しながら層厚調整用リング８　を越えて流下し、筒体
１　の下端の排水管部９　から回収容器１０に入り、該
回収容器１０から分離容器１４に入る。ここで、メッシ
ュ部材１３により金属粉末と冷却液とに分離され、一次
的に脱液された液分の少ない金属粉末が得られる。この
一次脱液された金属粉末は粉末排出口１５から排出され
て、遠心力分離機等の脱液装置により脱液され、乾燥装
置により乾燥される。また、冷却液は排水口１６からタ
ンク６　に戻されて循環使用される。

【００１７】なお、前記実施例では、冷却用筒体として
円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周面
が上方に向けて拡開状の回転放物面で形成された漏斗形
状や切頭逆円錐形状としてもよい。この場合、層厚調整
用フランジを取付けなくても、一定内径の冷却液層を形
成することができる。また、筒体１　の底壁１ａは、排
水が容易なように、中心部から排水管部９　に向けて下
方傾斜状　（排水管部９　が１個所である場合は底壁１
ａ全体を排水管部９　に向けて下方傾斜状）　に形成す
るようにするのが好ましい。

【００１８】また、図例では、層厚調整用リング８　は
断面方形状であるが、これに限らず、例えばリング上面
の外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径する曲面で
形成してもよい。また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等
の軽量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属
粉末の製造に適用できることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、筒体１　の内周面に沿
って冷却液を噴出供給して、筒体内周面に沿って旋回し
ながら流下する冷却液層７　を形成するので、溶融金属
を供給する冷却液層７　の内周面を安定させることがで
き、温度も均一に保持できる。そして、該冷却液層７　
中に溶融金属を供給するので、品質の安定した急冷凝固
粉末が連続的に生産され、噴射ノズルに孔詰りも生じな
い。

【００２０】また、連続生産ができることから、溶融金
属供給容器２０のノズル孔２６を小さくすることができ
るうえに冷却液層７　に溶融金属を供給するのに、溶融
金属供給容器２０を回転駆動して、該供給容器２０内の
溶融金属２５を遠心力の作用によってノズル孔２６から
噴出させて、供給容器２０から冷却液層７　に向けて放
射状に飛散させ、その飛散させた溶融金属の溶滴をさら
に冷却液層７　の旋回流によって分断するようにしてい
るので、より微細な金属粉末を製造できると共に、該微
粉化、冷却液が旋回しながら流下すること及び溶融金属
が分散されて冷却液層７　に供給されること等によって
、十分な冷却速度が確保できる。

【００２１】また、前記供給容器２０から飛散される溶
融金属は空気中において非常に酸化され易いのであるが
、冷却液層７　の内周面側は閉塞された空間部１８とさ
れていて、この空間部１８内に不活性ガスを充填し、或
いは空間部１８内の空気を抜出して真空状態とすること
で、供給容器２０から飛散される溶融金属の冷却液層７
　に至るまでの間の表面酸化が抑制され、冷却液層７　
による分断が速やかに行われ、又窒素や水素含有量の少
ない高品質の金属粉末が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属粉末製造装置の要部断面全体配置
図である。

【図２】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１　　冷却用筒体 ７　　冷却液層 １８　　空間部 ２０　　溶融金属供給容器 ２６　　ノズル孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶融金属供給容器（２０）から噴出さ
   れた溶融金属を冷却用筒体（１）　内の冷却液により冷
   却凝固させて金属粉末を製造する金属粉末製造装置にお
   いて、前記筒体（１）　の内周面に、該内周面に沿って
   冷却液を噴出供給して筒体（１）　内周面に沿って旋回
   しながら流下し且つ筒体（１）　下部から排出される冷
   却液層（７）　を形成し、この冷却液層（７）　の内周
   面側の空間部（１８）に溶融金属供給容器（２０）を配
   置すると共に、該溶融金属供給容器（２０）に冷却液層
   （７）　に向けて指向された多数のノズル孔（２６）を
   貫通形成し、このノズル孔（２６）から溶融金属供給容
   器（２０）内の溶融金属を噴出させるべく該溶融金属供
   給容器（２０）を回転駆動し、さらに、冷却液層（７）
   　内周面側の空間部（１８）に不活性ガスを充填或いは
   該空間部（１８）内の空気を抜出し可能とすべく筒体（
   １）　の筒軸方向両端部側を閉塞して成ることを特徴と
   する金属粉末製造装置。