JPH1072604A

JPH1072604A - 金属粉末の製造装置

Info

Publication number: JPH1072604A
Application number: JP22995196A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Okuno; 良誠奥野; Isamu Otsuka; 勇大塚; Yasushi Yamamoto; 裕史山本; Hideo Koshimoto; 秀生越本; Isao Endo; 功遠藤
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JP3932573B2

Abstract

(57)【要約】【課題】るつぼ内の溶融金属をその下方に設けられた
冷却用筒体内の冷却液中に供給し急冷凝固させて金属粉
末を製造する際、大気雰囲気中では高品質の粉末を得難
い。【解決手段】るつぼ６を収容する溶解室と冷却用筒体
２２を収容するアトマイズ室とを設け、これら両室を連
通する開口２４ａにゲートバルブ４２を設けて、両室の
不活性ガス雰囲気へのガス置換と原料金属の加熱溶解と
を短時間で行えるようにする。さらに、ゲートバルブ４
２を開弁したときに、原料容器６の溶湯ノズル２３に接
続される延長ノズル２７を、冷却用筒体２２の上端部に
ガスジェットノズル２９と共に設ける。これにより、品
質に優れた金属粉末を安定して製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属を冷却液
中に供給し急冷凝固させて金属粉末を製造する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属を冷却液中に供給し急冷凝固さ
せて得られる粉末は、結晶粒が微細であり、さらに非晶
質の金属粉末として得ることも可能である。また、合金
元素も過飽和に含有させることができるため、上記のよ
うな急冷凝固粉末によって形成された押出材や焼結材
は、溶製材では具備することのない優れた特性を備え、
機械部品や磁性材料部品等の素材として注目されてい
る。

【０００３】このような急冷凝固粉末の製造装置の一例
が、実開平6-39929 号公報に記載されている。この公報
記載の装置では、図５(a) に示すように、略円筒状の冷
却用筒体61が所定の傾斜角で配設され、この筒体61の内
周面に、冷却液供給孔62から冷却液が接線方向に噴出供
給される。これによって、冷却用筒体61の内周面に、旋
回しながら流下する冷却液層63が形成され、この冷却液
層63に、その上方に配置した原料容器64内の溶融金属65
が、溶湯ノズル孔66を通して溶融金属流67として供給さ
れる。これが冷却液層63で分断され急冷凝固されて金属
粉末が得られるようになっている。

【０００４】なお上記公報には、同図(b) に示すような
溶融金属供給容器71がさらに開示されている。この供給
容器71は、原料容器72の下側に、さらにガスジェットノ
ズル73を設けて構成されている。このガスジェットノズ
ル73からアルゴンガスや窒素ガス等の通常のガスアトマ
イズ法で使用される不活性ガスが、図中二点鎖線で示す
ように、逆円錐状のガスジェット74として噴射される。

【０００５】この溶融金属供給容器71を前記冷却用筒体
61の上方に設けて金属粉末の製造を行う場合、まず、原
料容器72の上蓋75を外し、原料容器72底部の溶湯ノズル
孔76に図示しない栓を取り付けて、原料容器72内に溶融
金属77を注入する。その後、上蓋75を原料容器72に気密
にセットし、上蓋75のガス供給口78より原料容器72内に
アルゴンガス等の圧縮ガスを供給すると共に、溶湯ノズ
ル孔76に装着された栓を取り外すことで、溶湯ノズル孔
76を通して溶融金属流79が下方に噴出する。同時に、前
記のガスジェット74を形成することによって、その交点
部に溶融金属流79が流下し、ここで溶滴に分断される。
この溶滴は、前記同様に冷却用筒体61内に形成されてい
る冷却液層63にガスジェット74と共に運ばれて注入さ
れ、ここでさらに分断されて急冷凝固される。

【０００６】この製造方法によれば、溶融金属流79がガ
スジェット74と、旋回する冷却液層63とで二段階に分断
されることになり、これによって、より微細化された急
冷凝固金属粉末を製造し得るようになっている。なお、
上記のようなガスジェットノズル73を備えた装置で安定
した粉末製造を行うためには、溶融金属流79がガスジェ
ット74の前記した交点部に確実に流下するように、溶湯
ノズル孔76に対するガスジェットノズル74の位置を定め
ること、また、ガスジェット74によって分断された溶滴
の全てが冷却用筒体61の上端開口を通してこの筒体61の
内部に捕捉されるように、筒体61の上端側をできるだけ
溶融金属供給容器71の下端部に近接させ、かつ、筒体61
の上端開口の中心が、ガスジェット74の交点部とほぼ同
軸上に位置するように位置決めしておくことが必要であ
る。

【０００７】ところで、上記した公報記載の方法では、
原料容器72に注入される溶融金属77は、これが冷却液層
63で急冷凝固するまでの過程で大気雰囲気に曝される機
会が多く、このため、酸化や汚染が充分には抑制されず
に品質の低下を生じ易い。そこで、このような大気雰囲
気に起因する品質劣化を抑制するために、原料容器と冷
却用筒体とを密閉状に囲うチャンバを設け、このチャン
バ内を大気雰囲気から不活性ガス雰囲気に予め置換した
後、原料容器内の原料金属を加熱溶融して溶融金属を冷
却用筒体内へと供給するように構成することが考えられ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように原料容器と冷却用筒体とを囲うチャンバを設ける
場合に、これら全体を囲うチャンバ構成とすると、大気
雰囲気からの不活性ガス雰囲気への置換に長時間を要
し、このため、効率的な製造を行えなくなるという問題
を生じる。

【０００９】すなわち、このガス置換時間をより短時間
で行うためには、チャンバ内を予め真空排気して大気を
排出し、その後、不活性ガスを供給するように構成する
ことが考えられるが、この場合、冷却用筒体の内面等に
は前回の製造サイクルで使用した冷却液、例えば水等が
付着残存し易く、このため、真空排気時に所定の真空度
に達するまでの時間が長くなる。この結果、チャンバ内
のガス置換を完了して原料容器内の原料金属の加熱溶融
を開始するまでに、長時間を要する結果となってしまう
のである。

【００１０】本発明は、上記した問題点に鑑みなされた
もので、その目的は、品質の優れた金属粉末を効率良
く、かつ、安定して製造し得る金属粉末の製造装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１の金属粉末の製造装置は、原料
容器底部の溶湯ノズルを通して流下する溶融金属にガス
流を噴射して溶滴に分断するためのガスジェットノズル
を備え、分断された溶滴を冷却用筒体内の冷却液中に供
給して金属粉末を製造する装置であって、原料容器を収
容してこの原料容器内の原料金属を加熱溶解するための
溶解室と、冷却用筒体を収容する冷却室とが、溶湯ノズ
ルを通して流下する溶融金属の流下経路上に開口を有す
る隔壁を挟んで上下に隣接させて設けられると共に、開
口を開閉する開閉弁手段と、溶解室と冷却室とを真空排
気するための排気手段と、これら各室に不活性ガスを供
給するガス供給手段とが設けられ、かつ、上記ガスジェ
ットノズルが冷却用筒体に取付けられると共に、開閉弁
手段が開口の閉弁位置から開弁位置に移動したときに生
じる空間に移動されて溶湯ノズルから流下する溶融金属
をガスジェットノズルへと案内する延長ノズルが設けら
れていることを特徴としている。

【００１２】このように、原料容器を収容する溶解室と
冷却用筒体を収容する冷却室とを別室構造とし、かつ、
両室を相互に連通する隔壁の開口に開閉弁手段を設ける
ことによって、これら溶解室と冷却室とを互いに独立に
真空排気してガス置換を行うことができる。すなわち、
溶解室側では大気を排出した雰囲気として速やかに原料
金属の加熱溶解に移行させることができ、また、冷却室
側では、溶解室側での加熱溶解時に並行して、例えば真
空排気と不活性ガスの供給とを複数回繰返すことで、よ
り完全な不活性ガス雰囲気に置換することができ、その
後、全体を不活性ガス雰囲気とした状態で、金属粉末の
製造を行うことが可能となる。

【００１３】この結果、不活性ガス雰囲気への置換と共
に原料金属の加熱溶解の完了までに要する時間を短くす
ることができ、全体的な製造サイクルタイムを短縮し得
るので、品質に優れた金属粉末を効率的に製造すること
ができる。しかも上記では、原料金属を加熱溶解した後
に開閉弁手段を開弁して溶融金属を冷却用筒体へと供給
する際に、開閉弁手段が閉弁位置から移動して生じる空
間に延長ノズルが移動され、この延長ノズルで原料容器
からの溶融金属がガスジェットノズルへと案内されるの
で、ガス流による安定した分断作用が得られる。また、
このガスジェットノズルは冷却用筒体に取付けられたも
のであるので、ガス流により分断された溶滴も確実に冷
却用筒体内に捕捉されることになって、安定した金属粉
末の製造が可能になる。

【００１４】請求項２の金属粉末の製造装置は、さら
に、冷却用筒体が冷却室内で上下動可能に設けられると
共に、延長ノズルがこの冷却用筒体に取付けられたガス
ジェットノズルに一体的に設けられていることを特徴と
している。このような構成によれば、延長ノズルの移動
は、冷却用筒体を上下動させることによって行われる
が、このような移動操作が繰返されても、延長ノズルは
ガスジェットノズルに一体的に設けられているので、両
者の相対的な位置関係が変動することはない。したがっ
て、この延長ノズルに流下してきた溶融金属をガスジェ
ットによる分断位置に確実に流下させることができるの
で、これによってさらに安定した金属粉末の製造が可能
になる。

【００１５】請求項３の金属粉末の製造装置は、さら
に、延長ノズルに、内部を流下する溶融金属を加熱する
補助加熱手段が設けられていることを特徴としている。
このように、延長ノズルに補助加熱手段がさらに設けら
れていることによって、原料容器から流下してきた溶融
金属に延長ノズル内で温度低下が生じることが抑えら
れ、この結果、ノズルが詰まるなどの不具合を発生する
ことなく、さらに、その後にガス流で分断し冷却液中に
注入する際により大きな冷却速度で急冷凝固されること
ができる。したがって、これによってもさらに品質に優
れた粉末を安定して製造することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態について説明する。本実施形態に係る金属粉末
製造装置は、図３に示すように、上部側に溶解室１を備
えている。この溶解室１は、水平板状の固定板（隔壁）
２上に、略箱形の上部チャンバ３を設けて形成されてい
る。一方、固定板２の下側には、下端が開口した略円筒
状の下部チャンバ４が、上記固定板２からの垂下状に設
けられ、この下部チャンバ４の内部空間は、後述するア
トマイズ室（冷却室）５として形成されている。なお、
上記固定板２は、図示しない架台によって所定の高さ位
置に固定されている。

【００１７】溶解室１内には、そのほぼ中央位置に原料
容器６が配設され、この原料容器６を囲うように、原料
容器６内に充填された原料金属を加熱溶融するための加
熱コイル７が設けられている。さらに、上部チャンバ３
の天板部分を貫通させて上方から挿入される棒状のスト
ッパ部材８が設けられており、このストッパ部材８の下
端部を、原料容器６の底壁に装着されている溶湯ノズル
23に上方から当接させることで、この溶湯ノズル23に形
成されている後述する溶湯ノズル孔23ａを閉塞状態にし
得るようになっている。

【００１８】上記ストッパ部材８が上部チャンバ３を貫
通する部位や、溶解室１の図示しない開閉扉などには、
Ｏリング等のシール部材がそれぞれ設けられており、こ
れによって、溶解室１内は、固定板２における後述する
開口24ａの箇所を除いて、気密性を有する構成となって
いる。一方、前記アトマイズ室５を囲う下部チャンバ４
の下側には、後述する冷却用筒体22を支持する水平板状
の基台11が配設されている。この基台11は、例えばテー
ブルリフタ等の昇降装置12に取付けられて、上下に移動
可能になっている。この基台11上に、４本の支柱13…
と、これら支柱13…の上部に支持された支持枠14とから
成る架台15が取付けられている。支持枠14は、支柱13…
の上端間にわたって固定された下部固定枠14ａと、その
上方の上部固定枠14ｂと、これら上下の固定枠14a,14b
の間に配設された可動枠14ｃとを備えている。

【００１９】上下の固定枠14a,14b の間には４本のネジ
軸16…が上下に架設され、これらネジ軸16…にそれぞれ
螺合するスクリューナット20…を介して、前記可動枠14
ｃが水平に支持されている。各ネジ軸16…は、前記基台
11上に取付けられた高さ調整ハンドル17の操作により、
ギヤボックス18・スプロケット16ａ…・チェーン19を介
して互いに同一方向に回転し、これによって、可動枠14
ｃの高さ位置が調整される。この可動枠14ｃに、一対の
Ｌ形取付部材21・21を介して、冷却用筒体22が取付けら
れている。この冷却用筒体22は略円筒状に形成され、図
４に示すように、筒体軸心を鉛直方向に対して所定の角
度傾斜させて、前記Ｌ形取付部材21により可動枠14ｃに
固定されている。

【００２０】次に、上記のように支持された冷却用筒体
22と、前記した溶解室１内の原料容器６における底部側
の構造とについて、図１を参照して説明する。まず、原
料容器６には、その底壁中央部に、上下に貫通する細孔
形状の溶湯ノズル孔23ａが中心に形成された溶湯ノズル
23が装着されている。この溶湯ノズル23は、その下端側
の小径部を原料容器６の底壁から下方に突出させて支持
されている。一方、前記固定板２には、原料容器６の下
側の位置に、耐熱性材料より成るノズル受け部材24が嵌
着されている。この部材24の中央には上下に貫通する開
口24ａが形成されており、この開口24ａにおける上半分
の小径穴に、溶湯ノズル23の上記した下端側の小径部を
嵌挿させて組立てられている。なお、上記開口24ａの下
半分は下広がりのテーパ状に形成されている。

【００２１】前記冷却用筒体22には、その上端部に中心
開口を有する環状蓋25が取付けられている。そしてこの
環状蓋25に、その中心開口を上下に貫通する延長ノズル
ユニット26が上記溶湯ノズル23と同軸上の位置に位置す
るように固定されている。この延長ノズルユニット26は
略棒状の延長ノズル27を備え、この延長ノズル27には、
上下に貫通する細孔形状のノズル孔27ａが形成されてい
る。また、延長ノズル27の外周には、例えばカーボン発
熱体より成る加熱ヒータ（補助加熱手段）28が巻装さ
れ、このヒータ28への通電により、延長ノズル27の全体
を所定の温度に加熱し、保温し得るようになっている。
これら延長ノズル27と加熱ヒータ28とは、これらを支持
する外郭部材としての機能も有する筒状のガスジェット
ノズル29に上方から嵌挿され支持されている。

【００２２】上記ガスジェットノズル29は、その上端側
外周が、前記ノズル受け部材24の開口24ａに下側から嵌
合するテーパ形状に形成されている。そして、このノズ
ル29の下端側内部に、延長ノズル27の下端を囲う形状の
図示しないガス室が形成されており、このガス室に圧縮
ガスを供給することによって、図中矢印で示すようなガ
スジェットGjを噴射し得るように構成されている。この
ガスジェットGjは、ガス室から逆円錐状に吹き出され
て、延長ノズル27の下端部よりやや下側の位置で交差し
た後、円錐状に拡がるように設定されている。

【００２３】一方、冷却用筒体22の内周面には、冷却液
噴出孔22ａ…が周方向等間隔に複数個形成されている。
これら噴出孔22ａ…は、筒体22の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。
上記の冷却液噴出孔22ａ…に加圧した冷却液を供給して
噴出させると、冷却用筒体22の内周面に、この内周面に
沿って旋回しながら流下する冷却液層30が形成される。
なお、この冷却用筒体22の内周面には、冷却液層30の層
厚を調整するための層厚調整用リング31・31がボルトに
よって着脱、交換自在に取付けられている。これら二段
のリング31・31によって冷却液の流下速度が抑えられ
て、図中二点鎖線で示すように、上下にわたって略一定
内径の冷却液層30がより少ない流量で形成される。

【００２４】冷却用筒体22の冷却液排出端である下端開
口には、フランジ継手部32を介して排出管33が接続され
ている。この排出管33は、図４に示すように、支持枠14
内から下方へと基台11近くまで延び、この箇所で横方向
に屈曲されている。また、この排出管33には、フランジ
継手部32の下側の位置に、可撓性を有して伸縮自在なフ
レキシブル配管部33ａが介装される一方、上記屈曲部位
よりもやや下流側に、内部流路を開閉する開閉弁34が介
設されている。この弁34は、後述する真空引き、不活性
ガス置換中は閉状態に保たれる。

【００２５】基台11上には、図３にも示すように、前記
４本の支柱13…のほぼ中間の高さ位置に、上記排出管33
および支柱13…と、高さ調整ハンドル17に連結されたネ
ジ軸16とが貫通する略円板状の底板35がさらに水平に配
設されている。底板35には、上記各部材33・13・16の貫
通箇所に、Ｏリングなどのシール部材を内部に備えるフ
ランジ36Ａ・36Ｂ・36Ｃが設けられている。これによ
り、各貫通部位での気密性が保持され、しかも、各支柱
13…およびネジ軸16に対しては、底板35に対して上下方
向の相対的なスライド動作を自由に生じさせ得るよう
に、上記の気密性のフランジ36Ｂ・36Ｃが構成されてい
る。

【００２６】上記底板35は、その下面に垂下状の被支持
部35ａ・35ａが取付けられ、これらを、基台11に立設さ
れた支持ブロック37・37上に載置した状態として支持さ
れて、上記した高さ位置に水平に保持されている。そし
て、基台11を下側から上昇させ、底板35が、図のように
下部チャンバ４の下端開口を塞ぐ位置に位置した状態
で、この底板35の外周縁に沿って設けられているクラン
プ部材38…を操作し、底板35を下部チャンバ４の下端に
緊締することによって、下部チャンバ４内に気密化され
たアトマイズ室５が形成される。

【００２７】なお、底板35における上面外周側には、上
端に転動ローラをそれぞれ有する複数のカムフォロアー
39…が案内部材として設けられており、下部チャンバ４
に対して基台11を下側から上昇させる際、上記カムフォ
ロアー39…の各転動ローラが下部チャンバ４の内面にそ
れぞれ沿うように基台11の水平方向の位置を合わせて上
昇させることで、下部チャンバ４と底板35とが互いに同
心状に位置決めされて、相互に当接するようになってい
る。

【００２８】一方、前記冷却用筒体22が取付けられる支
持枠14には、上部固定枠14ｂの上面側方箇所に、上方に
延びる位置決めピン40が取付けられている。そして、前
記固定板２の下面に、上記位置決めピン40が下側から嵌
入するガイド穴を備えたガイド部材41が取付けられてい
る。このガイド穴に位置決めピン40が嵌入した状態とす
ることによって、支持枠14の上部側と溶解室１側との位
置関係、すなわち、冷却用筒体22の上部側に取付けられ
た延長ノズルユニット26と原料容器６の溶湯ノズル23と
が互いに同軸上に位置する位置関係が確保されるように
なっている。

【００２９】さらに上記装置においては、固定板２の下
面に、この面に沿って往復動自在なゲートバルブ42が取
付けられている。このゲートバルブ42を図中実線で示す
退避位置から、図中二点鎖線で示す位置へ前進させるこ
とにより、前記ノズル受け部材24の開口24ａがゲートバ
ルブ42で閉塞され、これによって、アトマイズ室５と溶
解室１との連通が断たれる構成となっている。そして、
上記構成の溶解室１とアトマイズ室５とを形成する上部
チャンバ３と下部チャンバ４とに、各々開閉弁43Ａ・43
Ｂの介設された真空排気配管44Ａ・44Ｂを介して、真空
ポンプ（排気手段）45Ａ・45Ｂがそれぞれ接続されてい
る。

【００３０】また、上部チャンバ３と下部チャンバ４と
にはガス供給配管（ガス供給手段）46Ａ・46Ｂがさらに
接続されている。これら配管46Ａ・46Ｂに各々介設され
ている開閉弁47Ａ・47Ｂを開弁することにより、所定圧
力の不活性ガスが、溶解室１とアトマイズ室５とに互い
に独立に供給される。なお、これら各室１・５への不活
性ガスの供給圧力も互いに独立に設定し得るように、上
記各ガス供給配管46Ａ・46Ｂに、図示しない圧力調整器
がそれぞれ介設されている。

【００３１】一方、前記底板35の上面には、さらに冷却
液供給用のマニホールド48・48が取付けられており、こ
れらに下面から冷却液を供給することによって、図４に
おいて破線で示す高圧ホースより成る分岐配管49…を通
して、前記冷却用筒体22の各冷却液噴出孔22ａ…に冷却
液が各々供給される。次に、上記装置での金属粉末の製
造手順について説明する。

【００３２】まず、アトマイズ室５側での準備作業につ
いて説明すると、基台11上の支持枠14全体を下部チャン
バ４よりも下側に下降させた状態で、冷却用筒体22を所
定の傾斜角度に調整して支持枠14に固定する。このとき
の傾斜角度は、取付穴の位置を適宜替えて作製した前記
Ｌ形取付部材21を適当に選択することで、例えば０°か
ら45°程度の範囲で変更することが可能である。

【００３３】その後、基台11を上昇させ、底板35が下部
チャンバ４の下端に当接する位置で停止させる。この上
昇操作は、前述したように、底板35外周側のカムフォロ
アー39…の各転動ローラが、下部チャンバ４の内周面に
沿って転動する位置に位置していること、さらに、下部
チャンバ４の覗き窓（図示せず）を通して、支持枠14上
端の位置決めピン40が、固定板２下面のガイド部材41に
嵌入した状態が得られたことを順次確認しながら行う。

【００３４】次いで、底板35外周のクランプ部材38…を
操作してこの底板35を下部チャンバ４の下端面に緊締
し、アトマイズ室５を密閉状とする。このとき、ゲート
バルブ42は、その前進位置に位置させてノズル受け部材
24の開口24ａを閉塞する閉弁位置に位置させており、ま
た、アトマイズ室５に通ずる各種配管に介装されている
開閉弁は、全て閉弁状態とされている。なお、上記のよ
うに基台11を上昇させてアトマイズ室５内を密閉状とし
た状態で、冷却用筒体22は、図３に示すように、その上
端部の延長ノズルユニット26がゲートバルブ42から下側
に離間して位置するように、冷却用筒体22の高さ位置が
高さ調整ハンドル17によって調整されている。

【００３５】一方、溶解室１側では、原料容器６が内部
にセットされ、この原料容器６内に、前記ストッパ部材
８を上方から挿入して溶湯ノズル孔23ａを塞ぎ、この状
態で、原料金属を原料容器６内に充填した後、この溶解
室１の開閉扉を閉じて密閉状とする。その後、真空排気
配管44Ａ・44Ｂの各開閉弁43Ａ・43Ｂをそれぞれ開弁
し、溶解室１内およびアトマイズ室５内の大気を、真空
ポンプ45Ａ・45Ｂによってそれぞれ排気する。この真空
排気により、溶解室１側で所定の真空度、例えば５×10
^-5Torrに達すると、この真空排気状態を継続したまま、
加熱コイル７への通電を開始し、原料容器６内の原料金
属の加熱を開始する。

【００３６】一方、アトマイズ室５側では、例えば５×
10^-2Torrに設定されている設定真空度に到達した段階
で、開閉弁43Ｂを閉弁して真空排気を中断すると共に、
このアトマイズ室５に接続されているガス供給配管46Ｂ
の開閉弁47Ｂを開弁する。これにより、アルゴンガス、
或いは窒素ガスなどの不活性ガスをアトマイズ室５内に
供給し、この室内の雰囲気ガスを大気から不活性ガスに
置換する。このときの不活性ガスの供給圧力は、ほぼ１
気圧（大気圧）に設定されている。

【００３７】このような真空排気とその後の不活性ガス
の導入によるガス置換操作を、溶解室１側での原料金属
の加熱溶融操作の継続中に複数回繰返すことによって、
アトマイズ室５内では、各回での真空排気の到達度がそ
れほど高くなくとも、大気の残留濃度は大幅に低下し、
内部をより完全な不活性ガス雰囲気とすることができ
る。

【００３８】なお、上記のようにアトマイズ室５内を真
空排気すると、このアトマイズ室５を囲う下部チャンバ
４および底板35に内外圧力差によって歪が生じる。この
とき、冷却用筒体22の取付けられた架台15が底板35によ
って支持された構成であると、この底板35の歪に応じて
冷却用筒体22に位置変動が生じる。そこで上記装置で
は、架台15における支柱13やネジ軸16が底板35を貫通
し、これら貫通部位で相対的なスライド可能な構成とな
っている。したがって、底板35に上記のような歪が生じ
ても、その下側の基台11によって支持されている架台1
5、ひいては、冷却用筒体22の位置変化は生じず、これ
によって、アトマイズ室５の真空排気を行っても、冷却
用筒体22は初期位置で確実に保持される。

【００３９】前記のように、溶解室１内での原料金属の
真空溶解と、アトマイズ室５側での真空ガス置換とを並
行して行い、その後、原料容器６内の原料金属が所定の
温度に達すると、溶解室１に接続されている真空排気配
管44Ａの開閉弁43Ａを閉弁し、さらに、この溶解室１内
にも不活性ガスが導入されるように、ガス供給配管46Ａ
の開閉弁47Ａを開弁する。溶解室１内が設定圧力に到達
したことが確認されると、加熱を続行して原料金属を溶
融させ、溶湯が所定温度に達するまで加熱する。その
後、冷却用筒体22への冷却液の供給を開始すると共に、
排出管33の開閉弁34を開弁し、冷却用筒体22内に、前記
した旋回して流下する冷却液層30を形成する。一方、前
記延長ノズルユニット26の加熱ヒータ28への通電を開始
し、延長ノズル27を所定の温度に加熱してその温度に保
持する。

【００４０】そして、ゲートバルブ42を前記前進位置か
ら後退させてノズル受け部材24の開口24ａを開状態と
し、その後、高さ調整ハンドル17を操作して冷却用筒体
22を上限位置まで上昇させる。これにより、図２に示す
ように、延長ノズルユニット26におけるガスジェットノ
ズル29の上端テーパ部が上記開口24ａに下側から嵌入
し、同時に、延長ノズル27の上端が原料容器６の溶湯ノ
ズル23の下面に当接して、溶湯ノズル23と延長ノズル27
の各ノズル孔23ａ・27ａが直線状に連なった状態とな
る。

【００４１】その後、上記ガスジェットノズル29の前記
ガス室への不活性ガスの供給を開始して、前述したガス
ジェットGjを噴出させると共に、原料容器６内に挿入し
ていたストッパ部材８を引き上げ、溶湯ノズル孔23ａを
開状態とする。このとき、溶解室１内はアトマイズ室５
よりもわずかに高い圧力に保持されているので、原料容
器６内の溶融金属はその圧力差に応じた速度で、溶湯ノ
ズル孔23ａを通して流出する。

【００４２】この溶融金属は、さらに延長ノズルユニッ
ト26における延長ノズル27のノズル孔27ａ内に供給さ
れ、このノズル孔27ａを通して、ガスジェットノズル29
から噴射されている逆円錐形状のガスジェットGjの交点
に向けて流下し、ここで、ガスジェットGjの吹き付けに
よって溶滴に分断される。分断された溶滴は、ガスジェ
ットGjに乗って、冷却用筒体22内の冷却液層30に向けて
飛散され、そして、この旋回しながら流下する冷却液層
30内に注入されることにより急冷凝固されて金属粉末が
製造される。

【００４３】こうして、冷却液層30中に形成された金属
粉末は、冷却液と共に旋回しながら層厚調整用リング31
を越えて流下し、冷却用筒体22の下端開口から排出管33
へと冷却液と共に排出され、この排出管33の下流端に設
けられている図示しない回収用網かご内で冷却液から分
離され回収される。なお、冷却用筒体22に供給する冷却
液としては、通常、水が使用されるが、加熱した金属の
急冷処理に用いられる油などを使用することも可能であ
る。

【００４４】原料容器６内の溶融金属が全て流下して粉
末製造の１サイクルが完了すると、再度、原料容器６に
ストッパ部材８を挿入して原料金属を充填する手順から
繰り返され、次の製造サイクルが開始されることにな
る。なお、このときに原料容器６や溶湯ノズル23に劣化
が生じている場合には適宜交換され、また、この交換に
応じて、アトマイズ室５側で例えば冷却用筒体22の位置
調整などが必要な場合には、前記クランプ部材38を解除
して基台11を下降し、これにより、支持枠14を下部チャ
ンバ４の下側に位置させて上記の調整を行う。その後、
前記同様に、基台11を上昇させて、冷却用筒体22をアト
マイズ室５内に位置させ密閉する操作が行われることに
なる。

【００４５】以上の説明のように、本実施形態において
は、原料金属は溶解室１内で真空溶解されるので、不純
物の発生および混入がなくなり、また、各種の元素を原
料金属として溶解でき、また、成分も安定した溶解を行
うことができる。しかも、真空排気は、溶解室１とアト
マイズ室５とを相互に連通させる開口24ａをゲートバル
ブ42で閉塞して互いに独立に行う。この場合、溶解室１
側の真空排気は、その容積が小さく、また、冷却用筒体
22側での残留水などの影響も受けないので、設定真空度
をより高くしてもその真空度がより短時間で得られるこ
とになる。この結果、サイクルタイムをより短くするこ
とが可能になって生産性が向上すると共に、より高真空
で加熱溶解を行えるので、金属粉末の品質も向上する。

【００４６】一方、アトマイズ室５の真空排気に当たっ
ては、冷却用筒体22や排出管27の内面に前回の製造サイ
クルで使用した冷却液が付着残留していると、特に冷却
液として水を使用する場合にはこれが真空排気に伴って
蒸発し、所定の真空度に達するまでに長時間を要するも
のとなるが、この場合には、溶解室１側よりも設定真空
度を低くし、この設定真空度に到達後に不活性ガスを導
入する真空ガス置換を複数回繰返すことで、残留する大
気濃度が大幅に低下した不活性ガス雰囲気とすることが
できる。

【００４７】このように、溶解室１と冷却室アトマイズ
室５とを互いに独立に真空排気し、また、不活性ガス供
給を行う構成とすることにより、いずれの室も、より短
時間で大気雰囲気から、より完全な不活性ガス雰囲気に
することができるので、全体的な製造のサイクルタイム
が短くなり、これによって、品質に優れた金属粉末を効
率良く製造することができる。

【００４８】また上記では、冷却用筒体22の上端側に延
長ノズルユニット26を取付けた構成とすることによっ
て、さらに金属粉末の製造を安定して行い得るようにな
っている。すなわち、前記のようなゲートバルブ42を設
けた場合、このゲートバルブ42が開位置へと退避したと
きに、溶湯ノズル23の下側が空間状となる。このとき、
上記のような延長ノズルユニット26が設けられていない
と、溶湯ノズル孔23から流下する溶融金属流は、上記空
間を流下中に流下方向の変動を生じ易い。したがって、
その下側にガスジェットノズルを設けても、これから噴
射されるガスジェットの交点部に正確に流下する状態を
維持できなくなる。なお、ガスジェットノズルを原料容
器の下部、すなわち、溶解室側に設けることも考えられ
るが、このときには、ガスジェットで分断された溶滴が
上記空間で拡がり方向に飛散することから、この場合に
は、分断された溶滴の全てを冷却用筒体内に捕捉し難く
なり、したがって、この場合にも安定した製造を維持で
きなくなる。

【００４９】これに対し、本実施形態では、延長ノズル
27とガスジェットノズル29とを備えた延長ノズルユニッ
ト26を冷却用筒体22に取付け、そして、ゲートバルブ42
を開弁したときに、冷却用筒体22を上昇させることによ
って、延長ノズル27がゲートバルブ42の開閉空間に移動
されて、原料容器６の溶湯ノズル23に接続されるように
なっている。

【００５０】これにより、溶湯ノズル23から流下する溶
融金属は上記延長ノズル27を通してガスジェットノズル
29へと確実に導かれ、したがって、ガスジェットGjによ
る安定した分断作用が得られる。さらに、このガスジェ
ットノズル29は冷却用筒体22に取付けられたものである
ので、分断された溶滴も確実に冷却用筒体22内に捕捉さ
れることになって、安定した金属粉末の製造が可能にな
る。

【００５１】また、上記の延長ノズル27は、ガスジェッ
トノズル29と一体的に設けられているので、延長ノズル
27をゲートバルブ42の開閉空間へと繰返し移動させて
も、両者の相対的な位置関係に変化は生じず、したがっ
て、この延長ノズル27に流下してきた溶融金属をガスジ
ェットGjによる分断位置に確実に流下させることができ
るので、これによってさらに安定した金属粉末の製造が
可能になる。つまり、上記のような延長ノズルを、ガス
ジェットノズルとは別体とし、例えば固定板２の下面に
沿って旋回させることによりゲートバルブ42の開閉空間
に移動させるような構成とすることも考えられる。しか
しながら、この場合には、ガスジェットノズル上での停
止位置に変動を生じ易く、また、停止位置を正確に位置
決めするための専用の位置決め機構を別途設ける必要が
ある。

【００５２】これに対し、本実施形態では、延長ノズル
27をガスジェットノズル29と一体的に設けているので、
上記のような位置決め機構は不要であり、したがっ
て、、全体的な構成もより簡素なものとなっている。さ
らに、上記の延長ノズルユニット26には、加熱ヒータ28
が内蔵されているので、原料容器６から流下してきた溶
融金属が延長ノズル27内で温度低下を生じることが抑え
られる。この結果、ノズルの詰まりが生じるなどの不具
合が発生することはなく、さらに、その後にガスジェッ
トGjで分断され冷却液中に注入される際に、より大きな
急冷速度で冷却されて粉末化されることになる。したが
って、これによっても、品質に優れた粉末を安定して製
造し得るものとなっている。

【００５３】なお、上記の実施形態は本発明を限定する
ものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能であ
る。例えば上記では、冷却用筒体22として、内部に旋回
して流下する冷却液層30が形成される円筒状のものを、
その筒体軸心が斜め方向となるように配置した例を示し
たが、この場合に、冷却液の噴出速度が十分で筒体内周
面に遠心力の作用で冷却液層30が形成されれば、筒体軸
心をほぼ鉛直方向にして配置することや、さらに、内周
面が冷却液の移動方向に沿って漸次縮径する回転対称面
で形成された例えば漏斗形状など、その他の形状や形式
の冷却用筒体を用いて構成することが可能である。

【００５４】また、本発明は、アルミニウム又はその合
金等の低融点金属の他、チタニウム、ニッケル、鉄等の
高融点金属、さらに、(Fe,Co,Ni)-Si-Ｂ系や(Fe,Co,Ni)
−Zr系等の磁性合金などの金属粉末の製造に適用するこ
とができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１の金属
粉末の製造装置においては、原料容器を収容する溶解室
と冷却用筒体を収容する冷却室とが隔壁を挟んで互いに
別室構造とされ、また、両室を相互に連通する隔壁の開
口に開閉弁手段が設けられているので、不活性ガス雰囲
気へのガス置換および原料金属の加熱溶解を速やかに行
うことができる。これにより、全体的な製造サイクルタ
イムが短くなり、品質に優れた金属粉末を効率的に製造
することができる。しかも、開閉弁手段を開弁位置に退
避させたときに生じる空間に、この位置に延長ノズルを
移動し、この延長ノズルを通して、原料容器からの溶融
金属を冷却用筒体に取付けられているガスジェットノズ
ルへと案内するように構成されているので、原料容器か
ら流下する溶融金属に対してガスジェットによる安定し
た分断作用が得られると共に、さらに、分断された溶滴
も確実に冷却用筒体内に捕捉されることになって、安定
した金属粉末の製造が可能になる。請求項２の金属粉末
の製造装置においては、延長ノズルが冷却用筒体に取付
けられたガスジェットノズルに一体的に設けられてお
り、したがって、冷却用筒体を上昇させて延長ノズルを
開閉弁手段の開閉空間に繰返し移動させる際にも延長ノ
ズルとガスジェットノズルとの相対位置変化は生じな
い。したがって、この延長ノズルに流下してきた溶融金
属をガス流による分断位置に確実に流下させることがで
きるので、これによってさらに安定した金属粉末の製造
が可能になる。請求項３の金属粉末の製造装置において
は、延長ノズルに補助加熱手段がさらに設けられている
ことによって、原料容器から流下してきた溶融金属が延
長ノズル内で温度低下を生じることが抑えられ、この結
果、ノズルが詰まるなどの不具合が発生することなく、
さらに、その後にガスジェットで分断され冷却液中に注
入される際により大きな冷却速度で急冷凝固させること
ができる。したがって、これによっても、さらに品質に
優れた粉末を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における金属粉末の製造装
置の要部構成を示す断面図である。

【図２】図１に示す状態から冷却用筒体を上昇させて延
長ノズルを原料容器の溶湯ノズルに接続した状態を示す
要部断面図である。

【図３】上記装置の全体構成を示す一部切欠正面図であ
る。

【図４】上記装置の全体構成を示す一部切欠側面図であ
る。

【図５】従来の金属粉末製造装置の要部構成を示すもの
であって、同図(a) は原料容器と冷却用筒体とを示す断
面図、同図(b) は同図(a) における原料容器に替えて用
いられる溶融金属供給容器の断面図である。

【符号の説明】

１溶解室２固定板（隔壁）５アトマイズ室（冷却室）６原料容器 22 冷却用筒体 23 溶湯ノズル 24ａ開口 27 延長ノズル 28 加熱ヒータ（補助加熱手段） 29 ガスジェットノズル 42 ゲートバルブ（開閉弁手段） 45Ａ・45Ｂ真空ポンプ（排気手段） 46Ａ・46Ｂガス供給配管（ガス供給手段）

フロントページの続き (72)発明者越本秀生兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号株式会社クボタ技術開発研究所内 (72)発明者遠藤功兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号株式会社クボタ技術開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料容器底部の溶湯ノズルを通して流下
する溶融金属にガス流を噴射して溶滴に分断するための
ガスジェットノズルを備え、分断された溶滴を冷却用筒
体内の冷却液中に供給して金属粉末を製造する装置であ
って、原料容器を収容してこの原料容器内の原料金属を加熱溶
解するための溶解室と、冷却用筒体を収容する冷却室と
が、溶湯ノズルを通して流下する溶融金属の流下経路上
に開口を有する隔壁を挟んで上下に隣接させて設けられ
ると共に、開口を開閉する開閉弁手段と、溶解室と冷却室とを真空
排気するための排気手段と、これら各室に不活性ガスを
供給するガス供給手段とが設けられ、かつ、上記ガスジェットノズルが冷却用筒体に取付けられると
共に、開閉弁手段が開口の閉弁位置から開弁位置に移動したと
きに生じる空間に移動されて溶湯ノズルから流下する溶
融金属をガスジェットノズルへと案内する延長ノズルが
設けられていることを特徴とする金属粉末の製造装置。
【請求項２】冷却用筒体が冷却室内で上下動可能に設
けられると共に、延長ノズルがこの冷却用筒体に取付け
られたガスジェットノズルに一体的に設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の金属粉末の製造装置。
【請求項３】延長ノズルに、内部を流下する溶融金属
を加熱する補助加熱手段が設けられていることを特徴と
する請求項１又は２記載の金属粉末の製造装置。