JPH1180813A - 急冷凝固金属粉末の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却液層に入らずに凝固した金属粉末の混在
しない良品質の急冷凝固金属粉末を得ることができ、品
質の劣化を防止しかつ生産性の向上を図ることが可能な
急冷凝固金属粉末を得る。 【解決手段】 原料容器３から流下する溶融金属２Ａ
を、これに高圧ガスジェット２５を吹きつけて微細な溶
滴８に分断し、該溶滴８を下方に形成される旋回冷却液
層５に供給して急冷凝固させて急冷凝固金属粉末を製造
するに際し、前記ガスジェット２５により微細化された
溶滴８のうち、旋回冷却液層５に入らずに空胴１７内を
飛散中に凝固した結晶化金属粉末を、冷却容器６内に設
けた回収容器１０により回収し、冷却容器６外に取り出
して再度原料金属として利用する。これにより、冷却容
器６の排出開口から急冷凝固金属粉末のみを取り出すこ
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、溶融金属を旋回す
る冷却液層中に供給し急冷凝固させて急冷凝固金属粉末
を製造する方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属を旋回冷却液層中に供給し急冷
凝固させて微細な急冷凝固金属粉末を製造する方法及び
その装置が知られている。この種金属粉末の製造装置の
一例として、図３に示すものがある（例えば実開平６−
３９９２９号公報参照）。この装置３１は、溶融金属３
２を収容し、かつその底部の溶湯ノズル孔３３から溶融
金属３２を流下させる原料容器（るつぼ）３４と、該容
器３４の下方に傾斜状に配設され、かつ円筒内周面３５
に冷却液供給孔３６から接線方向に供給され前記内周面
３５に沿って旋回しながら流下する冷却液層３７が形成
される冷却容器３８と、前記原料容器３４の下側に配設
され、かつ前記溶融金属の下降流３２Ａに高圧ガスを吹
きつけて溶融金属３２を微細な溶滴３９に分断して前記
冷却液層３７に供給する高圧ガス噴射ノズル４０とを備
え、該ノズル４０からアルゴンガスや窒素ガス等の不活
性ガスが、逆円錐状のガスジェット４１として噴射され
るようになっている。

【０００３】したがって、前記溶滴３９は、冷却容器３
８内に形成されている旋回冷却液層３７にガスジェット
４１と共に運ばれて供給され、ここでさらに分断され急
冷凝固されるという二段階分断によって、より微細化さ
れた金属粉末を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、前記冷却容器３８内には、層状の旋
回冷却液層３７の中心側に空胴４２が形成されるため、
ガスジェット４１に随伴された溶滴３９の一部が、旋回
冷却液層３７に入らずに前記空胴４２内を降下している
間に凝固した金属粉末となってこれが冷却液中に落下混
入する。したがって、前記旋回冷却液層３７に入って急
冷凝固した金属粉末と、冷却液層に入らずに凝固した金
属が混在した粉末となり、品質が低下するという問題点
がある。

【０００５】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたもので、冷却液層に入らずに凝固した金属粉末の
混在しない良品質の急冷凝固金属粉末を得ることがで
き、品質の劣化を防止しかつ生産性の向上を図ることが
可能な急冷凝固金属粉末の製造方法及びその装置を提供
することを目的としている。

【０００６】

【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、本発明に係る急冷凝固金属粉末の製造方法は、原
料容器から流下させた溶融金属に、高圧ガスを吹きつけ
て溶融金属を微細な溶滴に分断し、該溶滴を下方の傾斜
した冷却容器内周面に形成される旋回冷却液層に供給し
て急冷凝固させ金属粉末を製造する方法であって、前記
冷却容器内の旋回冷却液層の中心側に形成される空胴内
を、前記旋回冷却液層に入ることなく噴射ガス流に随伴
され飛散している間に凝固した金属を回収して冷却容器
外に排出することを特徴としている（請求項１）。

【０００７】この場合、前記溶滴のうち旋回冷却液層に
入らないで飛散し、凝固するものは、冷却容器内で別個
に回収されるため、冷却容器の排出口からは、旋回冷却
液層に入って急冷凝固された金属粉末が、冷却液と共に
排出端から外部へ排出される。したがって、冷却液層に
入らずに凝固した金属粉末の混在しない、良品質の急冷
凝固金属粉末を得ることができ、生産性が大幅に向上す
る。しかも、冷却容器内で回収された金属粉末は、再
度、金属粉末製造原料として利用できる。

【０００８】また、本発明に係る急冷凝固金属粉末の製
造方法は、請求項２に記載の本発明装置、即ち、溶融金
属を収容しかつその底部から溶融金属を流下させる原料
容器と、該容器の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周
面に旋回冷却液層が形成される冷却容器と、前記原料容
器から流下する溶融金属に高圧ガスを吹きつけてこれを
微細な溶滴に分断して前記冷却液層に供給する高圧ガス
噴射手段とを備えた急冷凝固金属粉末の製造装置であっ
て、前記冷却容器内に、前記旋回冷却液層に入らずに凝
固した金属の回収容器を、前記冷却容器の円筒部と同心
的で前記旋回冷却液が入らないようにかつ着脱可能に配
設した装置を用いて好適に実施することができる。

【０００９】本発明に係る上記製造装置において、前記
回収容量内に入ってくる凝固した金属粉末の量が満杯に
近くなると、溶融金属の流下及び冷却液の供給を停止
し、前記回収容器を冷却容器から取り出し、回収容器内
の金属粉末を回収した後、再び前記冷却容器内に回収容
器を設置し、再び、冷却液の供給を開始して旋回冷却液
層を形成してから、溶融金属の流下を再開する。このよ
うにして、冷却容器の排出端から冷却液と共に排出され
る金属粉末は、すべてが良質の金属粉末となる。

【００１０】さらに、本発明に係る急冷凝固金属粉末の
製造方法は、請求項３に記載の本発明装置、即ち、前記
冷却容器内に、前記旋回冷却液層に入らずに凝固した金
属の回収筒体を、前記冷却容器の円筒内周面と同心的で
前記旋回冷却液が入らないようにかつ下端開口が冷却容
器外に延出するように配設した装置を用いて連続的にか
つ能率的に実施することができる。

【００１１】請求項３に記載の本発明装置によれば、前
記旋回冷却液層に入らない溶滴は、飛散中に凝固して粉
末金属となって回収筒体に入り、ここから連続的に冷却
容器外に排出され、冷却容器の排出端からは冷却液と共
に急冷凝固金属粉末のみが連続的に排出されるので、良
質の金属粉末を製造することが可能である。そして、請
求項４に記載の本発明装置は、前記冷却容器を、その軸
線方向に複数分割したものであり、前記回収容器の取出
し及び組み込み、或いは冷却容器の製作を容易にしうる
と共にその強度即ち器壁厚さを冷却液圧力に対応させる
ことができ、重量軽減及びコスト低下を図ることが可能
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。図１は、本発明に係る急冷凝固金属粉
末の製造装置の第１実施形態を示している。この製造装
置１は、溶融金属供給手段としての溶融金属２を収容す
る原料容器３と、該容器３の下方に傾斜状に配設されか
つ円筒内周面４に旋回冷却液層５が形成される冷却容器
６と、冷却液供給手段７と、流下する溶融金属２Ａを微
細な溶滴８に分断して前記冷却液層５に供給する高圧ガ
ス噴射手段９と、前記冷却液層５に入らないで飛散する
溶滴８Ａが凝固した金属の回収容器１０とにより主構成
されている。

【００１３】前記原料容器３は、具体的には高周波溶解
炉が採用され、外周に収容された原料金属を加熱溶融す
るための加熱コイル１１が設けられ、該容器３底壁中央
に溶湯ノズル孔１２が設けられると共に溶湯ノズル１３
が連通状にかつ垂直状に装着されており、溶融金属２を
鉛直方向に流下可能にしている。なお、前記原料容器３
には、溶湯ノズル孔１２を開閉する棒状の閉塞栓（図示
省略）が設けられる。

【００１４】前記冷却容器６は、円筒形で上端開口には
外向き鍔６Ａが設けられ、下端開口が縮径されて外向き
鍔６Ｂが設けられており、器体軸心Ｃが鉛直線Ｌに対し
て任意の傾斜角度をもって傾斜状に設置されている。そ
して、冷却容器６の上端には開口を塞ぐ環状蓋１４の中
央部には流下する溶融金属２Ａを冷却容器６内に供給す
ると共に高圧ガス噴射手段９を貫通装着するための開口
部１５が設けられている。

【００１５】また、冷却容器６の上部には、冷却液供給
手段７を構成する冷却液噴出流路７Ａが、周方向等間隔
で複数形成されており、該噴出流路７Ａの出口は前記円
筒内周面４に沿って接続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。なお、前記流路７Ａの出口中
心線は、前記器体軸心Ｃに直交する平面に対して例えば
２０度以下程度の斜め下方に設定されている。

【００１６】したがって、冷却液例えば純水、フッ素系
不活性液等を、前記噴出流路７Ａから円筒内周面４側に
噴出供給すると、該内周面４にこれに沿って旋回しなが
ら流下する冷却液層５が形成される。そして、冷却容器
６の円筒内周面４には、その適所に冷却液層５の層厚を
調整するための層厚調整用リング１６が、ボルト等によ
り着脱・交換可能に取付けられている。該リング１５に
よって、冷却液の流下速度が抑制されて略一定内径の旋
回冷却液層５が少ない流量で容易に形成されると共に、
該冷却液層５の中心側に形成される空胴１７も安定す
る。

【００１７】なお、冷却容器６の下端開口には、粉末回
収容器又は／及び排出管１８が、前記鍔６Ｂにフランジ
１９を介して着脱可能に接続されている。前記高圧ガス
噴射手段９は、ガスジェットノズル９Ａとそのガス供給
装置（図示省略）とからなり、該ジェットノズル９Ａの
上部中心に溶融金属供給ノズル孔２０を備えると共に下
部がノズル孔２０と同心的な円筒部２１とされ、該円筒
部２１が前記冷却容器６の蓋１４に設けた前記開口部１
５に気密状に嵌装され、固定手段２２により前記蓋１４
に着脱可能に取付けられている。

【００１８】そして、該ガスジェットノズル９Ａの前記
供給ノズル孔２０の外周側には、ガス室２３がノズル孔
３０を囲むように形成されると共に、ガス室２３下部に
複数のガス噴射孔２４が同心円状にかつノズル孔２０側
に下向きに傾斜した角度で設けられている。したがっ
て、前記ガス室２３に所要圧力の不活性ガス例えばアル
ゴンガスや窒素ガスを供給することによって、図１に矢
印で示すようなガスジェット２５が、ガス噴射孔２４か
ら逆円錐状に吹き出されて、溶融金属供給ノズル２０の
下端部よりもやや下側の位置で交差した後、円錐状に拡
がり、ガスジェット２５が旋回冷却層５に衝当し、一部
のガスジェット２５Ａは旋回冷却液層５に衝当すること
なく空胴１７内を下降する。

【００１９】そして、ガスジェットノズル９Ａの上端面
中央に、前記溶湯ノズル１３の下端が、両ノズル孔１
２，２０の中心線が一致するようにボルト等の固着手段
により連結され、溶融金属２が原料容器３からガスジェ
ットノズル９Ａのノズル孔２０から流下するまでの間に
おいても、空気に触れないように気密性を確保し、酸化
を防止している。

【００２０】なお、前記ガスジェットノズル９Ａの円筒
部２１内空間及び冷却容器６内空胴１７には、ガス噴射
孔２４から噴射される不活性ガスが充満するので、溶融
金属流２Ａが空気に触れることはなく、酸化は防止され
る。前記冷却容器６は、その軸線方向に任意の個所例え
ば層厚調整リング１６の位置で複数分割し、図示してい
ないが、フランジ連結することができる。そして、冷却
容器６内圧力に対応して適度の強度とすべく器壁厚さを
変え、重量軽減してコスト低下を図ることができる。

【００２１】飛散した溶滴が空胴１７内で凝固した金属
の回収容器１０は、有底筒体からなり、その外径が前記
旋回冷却液層５の内径よりも小さく、かつ冷却液が流入
しない大きさとされる共に、上端開口が、前記冷却液層
５に入らないで飛散する溶滴８Ａが空胴１７内で凝固し
た金属のすべてを回収できる個所に位置せられ、容器底
１０Ａ中央に固着された支持部材２６等を介して前記排
出管１８に着脱可能に取付けられている。

【００２２】即ち、前記排出管１８の冷却液入口中央
に、排気管１８内面に一端が固着された放射状のアーム
２７により支持された支持リング２８が設けられ、排気
管１８の内面で冷却容器６の中心軸線上に位置して位置
決めリング２９が固着されており、両リング２８，２９
が前記支持部材２６が挿通支持され、該支持部材２６が
前記支持リング２８にこれに設けたボルト３０により、
着脱可能に取付けられている。

【００２３】したがって、前記回収容器１０が、旋回冷
却液層５を乱すことなく、飛散する溶滴８Ａを回収して
凝固させることができる。次に、第一実施形態の上記装
置１により急冷凝固金属粉末を製造する本発明方法につ
いて説明する。先ず、冷却容器６内に冷却液を供給して
その円筒内周面４に旋回冷却液層５を形成する。次に、
ガスジェットノズル９Ａのガス室２３に、不活性ガス等
の圧縮ガスを供給することにより、ガス噴射孔２４から
噴出された多数のガスジェット２５によって逆円錐形状
のジェット集合体が形成される。

【００２４】この状態で、原料容器３内の溶融金属２の
上部室間に不活性ガス等を加圧注入し、溶融金属２をノ
ズル孔１２、溶湯ノズル１３及び供給ノズル孔２０から
逆円錐形状のジェット集合体の交点に向けて噴出する。
ここで、細流状溶融金属２Ａにガスジェット２５が吹き
つけられ、該溶融金属２Ａが分断されると共に、分断さ
れた溶滴８は旋回冷却層５に向けて円錐形状となったジ
ェット集合体により飛散されかつ供給される。

【００２５】このようにして、ガスジェット２５により
分断された溶滴８の大部分が、旋回しながら円筒内周面
４を流下する冷却液層５内に供給され、急冷凝固されて
金属粉末となる。そして、冷却液層５中の金属粉末は、
冷却液と共に旋回しながら層厚調整リング１６を越えて
流下し、冷却容器６の下端開口から排出管１８へと冷却
液と共に排出され、この排出管１８の下流端に設けられ
ている回収用網かご（図示省略）内で冷却液から分離さ
れ回収される。

【００２６】他方、ガスジェット２５Ａにより飛散され
て旋回冷却層５内に入ることのない溶滴８Ａは、空胴１
７内で凝固して金属粉末となって前記冷却容器６内に設
けた回収容器１０内に飛び込んで堆積する。したがっ
て、前記排出管１８から排出される急冷凝固金属粉末中
に、急冷層５内に入らない金属粉末が混在しないので、
製品の品質が向上し、その劣化が防止される。

【００２７】なお、前記回収容器１０内に金属粉末が満
杯になる前に、装置１の運転を停止し、冷却容器６と排
出管１８の接続を分離し、回収容器１０を冷却容器６か
ら取り出して金属粉末を取り除き、再び回収容器１０を
冷却容器６内に挿入し、冷却容器６と排出管１８とを接
続した後、前述のようにして装置１の運転を再開するこ
とができる。

【００２８】そして、回収容器１０により回収した金属
粉末は、再度製造原料として原料容器３に投入し利用す
ることができる。なお、前記排出管１８の途中に流量調
整弁（図示省略）を設け、冷却液を排出管１８内に満た
した状態で排出することにより、冷却容器６の下端から
ガスの流出を阻止して、旋回冷却液層５の中心側空胴１
７に、不活性ガス等を充満させた状態で運転することが
できる。

【００２９】図２は、本発明に係る急冷凝固金属粉末製
造装置１の第２実施形態の要部を示し、第１実施形態と
異なるところは、回収容器１０に代えて回収筒体１１０
を冷却容器６の円筒内周面４と同心的にかつ下端開口１
１０Ａが冷却容器６外に延出され、前記旋回冷却液層５
に入らない溶滴８Ａの凝固した金属を連続的に回収して
排出できる点であり、急冷凝固金属粉末の連続生産を行
なうことが可能である。

【００３０】また、第２実施形態では、回収筒体１１０
は、排出管１８の屈曲部を貫通して冷却容器６外に延出
され、排出管１８に溶接されており、前記下端開口１１
０Ａの下側には、冷却層５内に入らない金属粉末受タン
ク１１１が設置されている。なお、該実施形態におい
て、第１実施形態と共通する構成部分については、図１
と同符号を付し、詳細説明を省略する。

【００３１】第２実施形態によれば、良品質の急冷凝固
金属粉末を連続的に製造できる点において、第１実施形
態に勝っている。上記各実施形態では、高圧ガス噴射手
段９としての前記ノズル９Ａにおいて、逆円錐形状に集
合する線状のガスジェット２２を噴出する多数のガス噴
射孔２４を採用したが、逆円錐形状の面状ガスジェット
を形成するようなスリットノズルを用いることができ
る。

【００３２】そして、前記層厚調整リング１６は、その
上面がテーパ面で形成されているが、これに限らず、例
えば平坦面或いはリング上端外周縁から下端内周縁にか
けて漸次縮径する流線形曲面で形成してもよく、また、
リング１６設置数も２個に限らず１個又は３個以上とす
ることもできる。さらに、原料容器３内の溶融金属２の
噴出には、圧媒を作用させることなく、溶融金属２自体
に作用する重力（自重）により、ノズル孔１２から流出
するようにしてもよい。

【００３３】本発明に係る製造装置は、上記実施形態に
限定されるものではなく、例えば、高圧ガス噴射手段９
を原料容器３の底部に設けて、前記溶湯ノズル１３を省
略できる。なお、本発明の製造方法及び装置は、急冷凝
固粉末として例えばアルミニウムやその合金の如き結晶
質系のものの他、アモルファス等の非結晶質系合金を例
示でき、特に後者の場合は製造された粉末のうちアモル
ファス粉末と結晶粉末を分離できるため、軟磁気特性の
劣化が防げる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高圧ガ
スにより分断されかつ微細化された溶滴のうち、旋回冷
却液層に入ることなく凝固した金属粉末を回収して冷却
器外に排出するものであるから、冷却容器の下端開口か
ら排出される急冷凝固粉末製品の全量が良品質の製品と
なり、かつその特性の劣化を防止できるほか、回収され
た金属粉末は再度原料として利用でき、生産性の向上を
図ることが可能である。

【００３５】また、請求項３に記載の本発明装置によれ
ば、高圧ガスにより分断されかつ微細化された溶滴のう
ち、旋回冷却液層に入ることなく冷却容器空胴中を飛散
している間に凝固した金属粉末を、回収筒体により連続
的に冷却容器外に排出するものであるから、該金属粉末
の混在しない良品質の急冷凝固金属粉末を連続的に製造
でき、その特性の劣化防止はもとより、回収された金属
粉末は再度原料として利用でき、生産性を大幅に向上さ
せることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る急冷凝固金属粉末の製造装置の第
１実施形態を示す要部断面図である。

【図２】同装置の第２実施形態の要部を示す断面図であ
る。

【図３】従来例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 急冷凝固金属粉末の製造装置 ２ 溶融金属 ２Ａ 流下する溶融金属 ３ 原料容器 ４ 円筒内周面 ５ 旋回冷却液層 ６ 冷却容器 ８，８Ａ 溶滴 ９ 高圧ガス噴射手段 ９Ａ ガスジェットノズル １０ 旋回冷却液層に入らずに凝固した金属粉
末の回収容器 ２４ ガス噴射孔 ２５ ガスジェット １１０ 回収筒体 １１０Ａ 下端開口

フロントページの続き (72)発明者 山本 裕史 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 大塚 勇 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 吉野 正規 大阪府大阪市大正区南恩加島７丁目１番22 号 株式会社クボタ恩加島工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料容器から流下させた溶融金属に、高
   圧ガスを吹きつけて溶融金属を微細な溶滴に分断し、該
   溶滴を下方の傾斜した冷却容器内周面に形成される旋回
   冷却液層に供給して急冷凝固させ金属粉末を製造する方
   法であって、 前記冷却容器内の旋回冷却液層の中心側に形成される空
   胴内を、前記旋回冷却液層に入ることなく噴射ガス流に
   随伴され飛散している間に凝固した金属を回収して冷却
   容器外に排出することを特徴とする急冷凝固金属粉末の
   製造方法。
2. 【請求項２】 溶融金属を収容しかつその底部から溶融
   金属を流下させる原料容器と、該容器の下方に傾斜状に
   配設されかつ円筒内周面に旋回冷却液層が形成される冷
   却容器と、前記原料容器から流下する溶融金属に高圧ガ
   スを吹きつけてこれを微細な溶滴に分断して前記冷却液
   層に供給する高圧ガス噴射手段とを備えた金属粉末の製
   造装置であって、 前記冷却容器内に、前記旋回冷却液層に入らずに凝固し
   た金属の回収容器を、前記冷却容器の円筒部と同心的で
   前記旋回冷却液が入らないようにかつ着脱可能に配設し
   たことを特徴とする急冷凝固金属粉末の製造装置。
3. 【請求項３】 前記冷却容器内に、前記旋回冷却液層に
   入らずに凝固した金属の回収筒体を、前記冷却容器の円
   筒内周面と同心的で前記旋回冷却液が入らないようにか
   つ下端開口が冷却容器外に延出するように配設したこと
   を特徴とする請求項２に記載の急冷凝固金属粉末の製造
   装置。
4. 【請求項４】 前記冷却容器を、その軸線方向に複数分
   割したことを特徴とする請求項２又は３に記載の急冷凝
   固金属粉末の製造装置。