KR102502063B1

KR102502063B1 - 금속 분말 제조 장치 및 그 가스 분사기

Info

Publication number: KR102502063B1
Application number: KR1020210118109A
Authority: KR
Inventors: 다카시 시바야마; 시게노부 에구치
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-02-21
Also published as: CN114160799A; TWI820465B; US20220080503A1; JP2022046880A; EP3967425A1; CN114160799B; KR20220034671A; JP7218335B2; TW202212029A

Abstract

분무조의 체형을 바꾸지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치 및 그 가스 분사기를 제공한다.
분무조(4)와, 분무조 내에 용융 금속을 액체 분무하는 복수의 분무 노즐(20A, 20B)을 금속 분말 제조 장치에 구비한다. 복수의 분무 노즐의 각각은, 분무조 내에 용융 금속을 유하시키는 용탕 노즐(11)과, 용탕 노즐의 주위에 배치되고, 용탕 노즐로부터 유하하는 용융 금속에 대하여 가스를 분사하는 복수의 분사 구멍(91)을 갖는 가스 분사 노즐(71)을 구비한다. 복수의 분사 구멍의 중심축(251) 각각은, 용탕 노즐의 중심축 Cm에 대하여 좌우의 어느 한쪽으로 어긋나 있고, 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각과 용탕 노즐의 중심축은 비틀림의 위치에 있다.

Description

금속 분말 제조 장치 및 그 가스 분사기{METAL POWDER PRODUCING APPARATUS AND GAS JET DEVICE FOR SAME}

본 발명은 용탕 노즐로부터 유하하는 용융 금속에 고압 가스 유체를 충돌시킴으로써 미립자상의 금속(금속 분말)을 제조하는 금속 분말 제조 장치 및 그 가스 분사기에 관한 것이다.

용융 금속으로부터 미립자상의 금속(금속 분말)을 제조하는 방법으로 가스 아토마이즈법이나 물 아토마이즈법을 포함하는 아토마이즈법이 있다. 가스 아토마이즈법은, 용융 금속을 저류하는 용해조의 하부의 용탕 노즐로부터 용탕을 유하시켜, 당해 용탕 노즐의 주위에 배치된 복수의 분사 구멍으로 이루어지는 가스 분사 노즐로부터 불활성 가스를 당해 용탕에 분사한다. 용탕 노즐로부터의 용융 금속의 흐름은, 가스 분사 노즐로부터의 불활성 가스류에 의해 분단되어 미세한 다수의 금속 액적이 되어서 분무조 내를 낙하하고, 표면 장력에 의해 구상화되면서 응고한다. 이에 의해 분무조 저부의 호퍼에서 구상의 금속 분말이 회수된다.

근년, 대량의 금속 입자를 적층하여 원하는 형상의 금속을 조형하는 금속 3차원 프린터의 재료 등을 비롯하여, 아토마이즈법에 종전 요구되고 있었던 금속 분말보다도 입경이 작은 것의 요구가 근년 높아지고 있다. 분말 야금이나 용접 등에 사용되는 종전에서의 금속 분말의 입경은 예를 들어 70-100㎛ 정도였지만, 3차원 프린터에 사용되는 금속 분말의 입경은 예를 들어 20-50㎛ 정도로 매우 미세하다.

분무조의 체형을 크게 바꾸지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조하기 위한 기술로서, 국제 공개 제2019/112052호에는, 통상은 1개의 분무조에 대하여 1개만 마련되는 분무 노즐을 복수 마련하는 것이 개시되어 있다.

국제 공개 제2019/112052호

그러나, 1개의 분무조 내에 복수의 분무 노즐을 마련하면, 각 분무 노즐(용탕 노즐)로부터 분무조의 내벽까지의 거리는 분무 노즐이 1개인 경우보다 짧아진다. 그 때문에, 응고 전의 금속 입자가 분무조의 내벽에 접촉하거나 고착하거나 하여 수율이 저하되기 쉽다. 또한, 각 분무 노즐에서 분쇄된 금속 입자끼리가 응고 전에 접촉하여 금속 입자의 입경이 확대하거나 금속 입자가 변형하거나 하기 때문에, 원하는 입경을 갖는 금속 분말의 수율 저하가 염려된다. 또한, 분무조의 내벽에 금속 입자가 고착·퇴적함으로써 분무조의 방열 성능이 저하된 경우에는, 금속 분말이 분무조 내에서 충분히 냉각되지 않고 호퍼에 고착·퇴적하여 수율이 저하될 가능성도 있다.

본 발명의 목적은, 분무조의 체형을 바꾸지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치 및 그 가스 분사기를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 분무조와, 상기 분무조 내에 용융 금속을 액체 분무하는 복수의 분무 노즐을 구비하고, 상기 복수의 분무 노즐의 각각은, 상기 분무조 내에 용융 금속을 유하시키는 용탕 노즐과, 상기 용탕 노즐의 주위에 배치되고, 상기 용탕 노즐로부터 유하하는 용융 금속에 대하여 가스를 분사하는 복수의 분사 구멍을 갖는 가스 분사 노즐을 갖고, 상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각은, 상기 용탕 노즐의 중심축에 대하여 좌우의 어느 한쪽으로 어긋나 있고, 상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각과 상기 용탕 노즐의 중심축은, 비틀림의 위치에 있는 금속 분말 제조 장치이다.

본 발명에 따르면, 분무조의 체형을 바꾸지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가스 아토마이즈 장치의 전체 구성도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 가스 아토마이즈 장치의 가스 분사기(200) 주변의 단면도이다.
도 3은, 제1 실시 형태의 가스 분사기(200)의 저면도이다.
도 4는, 제1 실시 형태의 가스 분사기(200)의 사시도이다.
도 5는, 제1 실시 형태의 제1 가스 분사 노즐(71A)을 하방에서 본 사시도이다.
도 6은, 제1 실시 형태의 제1 가스 분사 노즐(71A)의 저면도이다.
도 7은, 제2 실시 형태의 가스 분사기(200A)의 저면도이다.
도 8은, 제3 실시 형태의 가스 분사기(200B)의 저면도이다.
도 9는, 제3 실시 형태의 가스 분사기(200C)의 저면도이다.
도 10은, 제1 실시 형태의 제1 가스 분사 노즐(71A)의 변형예의 저면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 금속 분말 제조 장치인 가스 아토마이즈 장치의 전체 구성도이다. 도 1의 가스 아토마이즈 장치는, 액체상의 금속인 용융 금속(용탕)이 축적되는 도가니(턴디쉬라고도 칭한다)(100)가 수납되는 용해조(1)와, 도가니(100)로부터 용탕 노즐(후술)(11)을 통해 세류가 되어서 유하하는 용탕에 대하여 고압 가스(가스 유체)을 분사하여 다수의 미립자로 분쇄함으로써 용융 금속을 액체 분무하는 가스 분사기(200)와, 가스 분사기(200)에 고압 가스를 공급하기 위한 분사 가스 공급관(분사 유체 공급관)(3)과, 불활성 가스 분위기로 유지된 용기이며 가스 분사기(200)로부터 분무된 미립자상의 액체 금속이 낙하 중에 급랭 응고되는 분무조(4)와, 분무조(4)의 저부에 마련되어 분무조(4)에서의 낙하 중에 응고한 분말상의 고체 금속을 회수하는 호퍼(2)를 구비하고 있다. 호퍼(2)는 채집부(5)와 테이퍼부(41)로 구성된다.

용해조(1) 내는 불활성 가스 분위기로 유지하는 것이 바람직하다. 도 1의 분무조(4)는, 상부 및 중부에서는 동일한 직경을 갖는 원통 형상의 용기이다. 분무조(4)의 하부에는, 호퍼(2)에 의한 금속 분말의 회수를 촉진하는 관점에서 채집부(5)에 접근할수록 직경이 작아지는 테이퍼부(41)가 마련되어 있다. 테이퍼부(41)의 하단은 채집부(5)의 상단에 접속되어 있다. 채집부(5)로부터는 응고한 금속 분말과 함께 불활성 가스(6)가 장치 외로 배기되고 있다. 불활성 가스(6)에 의해 채집부(5) 내에 선회류를 발생시켜서 장치 외로 배기하면 금속 분말을 효율적으로 회수할 수 있다. 채집부(5)의 형상으로서는 바닥(저면)이 있는 원통을 선택할 수 있다.

도 2는 본 실시 형태에 관한 가스 아토마이즈 장치의 가스 분사기(200) 주변의 단면도이고, 도 3은 본 실시 형태의 가스 분사기(200)의 저면도이고, 도 4는 본 실시 형태의 가스 분사기(200)의 사시도이다. 또한, 도 3, 4에서는 후술하는 2개의 용탕 노즐(11A, 11B)의 도시를 생략하고 있다.

(용탕 노즐(11A, 11B))

도 2에 도시하는 바와 같이, 용해조(1) 내의 도가니(100)의 저부에는, 도가니(100) 내의 용융 금속을 분무조(4) 내에 각각 유하시키는 복수의 용탕 노즐인 용탕 노즐(11A, 11B)이 용해조(1)의 저면으로부터 연직 하방을 향하여 돌출되어서 마련되어 있다. 2개의 용탕 노즐(11A, 11B)은, 동일한 형상으로 할 수 있고, 각각의 내부에 용탕이 유하하는 연직 방향으로 연장된 세로로 긴 구멍을 갖고 있다. 이 세로로 긴 구멍은, 도가니(100)의 저부로부터 연직 하방을 향하여 용융 금속이 유하하는 용탕 유로가 된다.

용탕 노즐(제1 용탕 노즐)(11A)과 용탕 노즐(제2 용탕 노즐)(11B)의 하단에 위치하는 개구단(21A, 21B)은, 가스 분사기(200)의 저면으로부터 돌출하여 분무조(4) 내의 공동에 면하도록 각각 배치되어 있다. 도가니(100) 내의 용융 금속은 용탕 노즐(11A, 11B)의 내부의 구멍을 용탕류(8)가 되어서 유하하고 개구단(21A, 21B)을 통해 분무조(4) 내로 방출(유하)된다. 분무조(4) 내에 도입되는 용탕의 직경 크기에 기여하는 제1 용탕 노즐(11A)과 제2 용탕 노즐(11B)의 최소 내경으로서는 예를 들어 5mm 이하의 값을 선택할 수 있다.

(가스 분사기(200))

대략 원주 형상의 외형을 갖는 가스 분사기(200)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 용탕 노즐(11A, 11B)이 각각 삽입되는 복수의 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)과, 각 용탕 노즐(11A, 11B)로부터 유하하는 용융 금속에 대하여 가스를 분사하여 분쇄하는 가스 분사 노즐(71)을 구비하고 있다. 가스 분사기(200)는, 불활성의 고압 가스로 채워진 중공 구조의 원주 형상의 외형을 갖고 있고, 그 내부는 복수의 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)의 각각의 주위에 가스류를 형성하는 가스 유로(50)가 되고 있다. 가스 유로(50)는, 가스 분사기(200)의 측면(원주의 측면)에 마련된 가스 흡입 구멍(도시하지 않음)에 접속되는 분사 가스 공급관(3)으로부터 고압 가스의 공급을 받는다. 또한, 가스 분사기(200)는 도가니(100)를 지지하고 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 용해조(1)와 가스 분사기(200) 사이에는, 용해조(1)로부터의 열 전달을 방지하는 관점에서 단열재를 삽입하는 것이 바람직하다.

(용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B))

용탕 노즐 삽입 구멍(12A)과 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 원주 형상의 가스 분사기(200)의 중심축(Cg0)과 평행인 축(Cm1, Cm2)을 갖는 2개의 원주 형상의 관통 구멍이다. 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)과 제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)에는, 제1 용탕 노즐(11A)과 제2 용탕 노즐(11B)이 각각 삽입된다. 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)와 제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)의 중심축 Cm1, Cm2는 제1 용탕 노즐(11A)과 제2 용탕 노즐(11B)의 구멍의 중심축에 일치시킬 수 있다. 이하에서는, 2개의 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)의 중심축 Cm1, Cm2가 각각의 용탕 노즐(11A, 11B)의 구멍의 중심축에 일치하고 있는 것으로서 설명한다.

(가스 분사 노즐(71)(71A, 71B))

가스 분사 노즐(71)은, 복수의 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)의 각각의 주위에 환(도 3 참조)(61)을 그리도록 배치된 복수의 분사 구멍(관통 구멍)(91)으로 이루어진다. 여기에서는 2개의 가스 분사 노즐(71) 중, 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)의 주위에 위치하는 복수의 분사 구멍(91)이 형성하는 것을 가스 분사 노즐(제1 가스 분사 노즐)(71A)이라고 칭하고, 용탕 노즐 삽입 구멍(12B)의 주위에 위치하는 복수의 분사 구멍(91)이 형성하는 것을 가스 분사 노즐(제2 가스 분사 노즐)(71B)이라고 칭한다.

(분무 노즐(20A, 20B))

제1 가스 분사 노즐(71A)과 제1 용탕 노즐(11A)은, 분무조(4) 내에 용융 금속을 액체 분무하는 제1 분무 노즐(20A)을 구성하고, 제2 가스 분사 노즐(71B)과 제2 용탕 노즐(11B)은, 마찬가지로, 제2 분무 노즐(20B)을 구성한다. 즉 본 실시 형태의 가스 아토마이즈 장치는 제1 분무 노즐(20A)과 제2 분무 노즐(20B)의 2개의 분무 노즐을 구비하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 2개의 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)의 중심축 Cm1, Cm2(2개의 용탕 노즐(11A, 11B)의 중심축)의 연장선 상에는 테이퍼부(41)가 위치하지 않고 채집부(5)가 위치하고 있다. 테이퍼부(41) 상에 금속 분말이 낙하하면, 채집부(5)로 이동하지 않고 테이퍼부(41) 상에 머무르는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 2개의 용탕 노즐(11A, 11B)을 배치하면, 2개의 분무 노즐(20A, 20B)에 의해 제조된 금속 분말 중, 테이퍼부(41) 상에 낙하하는 것의 비율보다도 채집부(5) 내에 직접 낙하하는 것의 비율을 많게 할 수 있으므로 금속 분말의 수율을 향상시킬 수 있다.

(분사 구멍(91))

도 5는 제1 가스 분사 노즐(71A)을 하방에서 본 사시도이고, 제1 가스 분사 노즐(71A)을 구성하는 복수의 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향(251)과 제1 용탕 노즐(11A)의 용탕의 유하 영역(27)의 관계를 나타내고 있다. 도 6은 제1 가스 분사 노즐(71A)의 저면도이다.

도 5 및 도 6에 있어서 부호(27)가 붙은 부분은, 제1 용탕 노즐(11A)(도 5, 6에는 도시하지 않음)로부터 유하하는 용융 금속의 외경에 의해 규정되는 대략 원주 형상의 유하 영역을 나타낸다. 이 용융 금속의 유하 영역(27)의 직경은, 제1 용탕 노즐(11A)을 구성하는 구멍의 최소 내경(오리피스 직경)에 따라서 적절히 조정할 수 있다. 유하 영역(27)의 직경은 예를 들어 제1 용탕 노즐(11A)의 개구단(21A)의 직경 이하의 값으로 할 수도 있다.

가스 분사 노즐(71A)을 구성하는 복수의 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향은 1점 쇄선(251)으로 도시되어 있고, 각 분사 구멍(91)은 대응하는 1점 쇄선(251)과 일치하는 중심축을 갖는 관통 구멍을 가스 분사기(200)의 저면에 뚫음으로써 형성되어 있다. 즉, 1점 쇄선(251)은, 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향이고, 분사 구멍(91)의 중심축 및 그 연장선이기도 하다. 복수의 분사 구멍(91)은 가스 분사기(200)의 저면에 있어서 제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A)의 중심축 Cm1과 동심원인 환(61) 상에 등간격으로 배치되어 있다.

도 5, 6의 가스 분사 노즐(71A)은 8개의 분사 구멍(91a-91h)을 갖는다. 8개의 분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h)(가스 분사 방향) 각각은, 제1 용탕 노즐(11A)(제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A))의 중심축 Cm1에 대하여 좌우의 어느 한쪽(도 5, 6의 경우에는 「좌측」)으로 어긋나 있고, 8개의 분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h) 각각과 제1 용탕 노즐(11A)의 중심축 Cm1은 비틀림의 위치에 있어 교차하지 않는다. 각 분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h)을 가스 분사기(200)의 저면(예를 들어 수평면이어도 된다)에 정사영한 도면이기도 한 도 6 상에 있어서, 분사 구멍(91a)의 중심축(251a)이 제1 용탕 노즐(11A)의 중심축 Cm1에 대하여 어긋나 있는 각도(수평면 상에서의 분사각)는 α이고, 이 분사각 α는 다른 분사 구멍(91b-91h)의 중심축(251b-251h)에 대해서도 동일하다.

중심축 Cm1에 대한 분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h)의 어긋남의 방향에 대하여 설명을 보충한다. 당해 어긋남의 방향은, 가스 분사기(200)의 상면도에 있어서, 어떤 분사 구멍(91)의 개구단에 있어서의 중심과 중심축 Cm1을 접속하는 직선을 기준선으로 하고, 당해 어떤 분사 구멍(91)의 중심축(251)이 당해 기준선의 좌우 어느 것에 위치하는지로 결정하는 것으로 한다. 단, 가스 분사기(200)의 "저면도"를 도시하는 도 6에서는 "어긋남"의 좌우가 역전하여 표시되게 되고, 도 6 상(저면도 상)에서는 분사 구멍(91a)의 중심축(251a)은 기준선의 우측에 위치하고 있다.

분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h)은, 제1 용탕 노즐(11A)의 중심축 Cm1 상 또한 제1 용탕 노즐(11A)의 하방에 위치하는 소정의 가상 평면 S1(도 5 참조) 상에 있어서 제1 용탕 노즐(11A)(제1 용탕 노즐 삽입 구멍(12A))의 중심축 Cm1에 가장 근접하도록 구성되어 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태의 평면 S1은 가스 분사기(200)의 저면으로부터 연직 하방을 향하여 소정의 거리 h1 떨어진 장소에 설정된 수평면이다. 단, 평면 S1에 관한 거리 h1의 규정 시에, 가스 분사기(200)의 저면을 기준으로 한 것은 일례에 지나지 않고, 예를 들어 제1 용탕 노즐(11A)의 개구단을 기준으로 해도 된다.

평면 S1 상에는 원(92a-92h)가 위치한다. 이 원(92a-92h)은, 복수의 분사 구멍(91a-91h)의 외형(내벽면의 형상)을 각각의 중심축(251a-251h)을 따라 연장한 때의 당해 연장 후의 외형과 평면 S1의 교선이다. 상기한 바와 같이, 분사 구멍(91a-91h)의 중심축(251a-251h)은 각각 평면 S1 상에서 제1 용탕 노즐(11A)의 중심축 Cm1에 가장 근접하여, 도 5, 6의 경우 양자의 거리는 용탕의 유하 영역(27)의 반경과 대략 동등하다. 즉, 각 중심축(251a-251h)은, 평면 S1과 유하 영역(27)의 교선인 원을 통과한다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 분사 구멍(91a-91h)의 개구단에 있어서의 에지와 원(92a-92h)은 실제로는 타원이 되지만, 도 6 상에서는 모식적으로 진원으로 표현하고 있다.

도면을 이용한 상세한 설명은 생략하지만, 제2 가스 분사 노즐(71B)은 제1 가스 분사 노즐(71A)과 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 제2 가스 분사 노즐(71B)을 구성하는 8개의 분사 구멍(91)의 중심축(가스 분사 방향) 각각은, 제2 용탕 노즐(11B)(제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B))의 중심축 Cm2에 대하여 제1 가스 분사 노즐(71A)의 분사 구멍(91a-91h)과 동일한 방향(즉 「좌측」)으로 어긋나 있고, 당해 8개의 분사 구멍(91)의 중심축(251) 각각과 제2 용탕 노즐(11B)의 중심축 Cm2는 비틀림의 위치에 있고 교차하지 않는다.

도 3에는 제1 가스 분사 노즐(71A) 및 제2 가스 분사 노즐(71B)을 구성하는 각 분사 구멍(91)의 중심을 시점으로 하는 화살표가 복수 그려져 있지만, 당해 복수의 화살표는 각 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향(즉, 도 6의 1점 쇄선(251))을 나타낸다. 도 3으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 가스 분사 노즐(71A)에 포함되는 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향과, 제2 가스 분사 노즐(71B)에 포함되는 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향은 동일하다. 즉, 2개의 분무 노즐(20A, 20B)에 포함되는 모든 분사 구멍(91)의 중심축(251)의 방향은, 가스 분사 대상의 용탕을 공급하는 용탕 노즐(11)의 중심축(Cm1, Cm2)에 대하여 동일한 방향, 즉 좌측으로 어긋나 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 환(61)은, 용탕 노즐 삽입 구멍(12A, 12B)의 중심축과 가스 분사기(200)의 저면(분무조(4) 내에 면하는 면)의 교점을 중심으로 하는 진원이다. 도 3-도 6에서는, 가스 분사 노즐(71A)을 구성하는 분사 구멍(91)의 수와 가스 분사 노즐(71B)을 구성하는 분사 구멍(91)의 수는 각각 8개로 되어 있지만, 분사 구멍의 수는 8개로 한정되지 않는다(오히려 실제는 8개보다 많다). 또한, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71B)을 구성하는 분사 구멍(91)의 수는 동일수(8개)로 되어 있지만 다르게 해도 된다.

(동작·효과)

상기와 같이 구성된 금속 분말 제조 장치에 있어서, 분사 가스 공급관(3)으로부터 가스 분사기(200)에 고압 가스를 공급하면, 가스 분사기(200)에 있어서 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71B)을 구성하는 모든 분사 구멍(91)으로부터 분무조(4)의 내부를 향하여 고압 가스가 분사된다. 이때, 각 가스 분사 노즐(71A, 71B)에서는, 각 분사 구멍(91)으로부터 가스 분사 방향(251)(도 5, 6 참조)을 따라 가스가 분사되고, 도 4, 5에 도시하는 원(환)(61)을 저면으로 하는 역 원추 형상의 유체막이 형성된다. 특히, 각 가스 분사 노즐(71A, 71B)의 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향(251)은 각각, 용탕 노즐(11)의 중심축 Cm1, Cm2에 대하여 좌측으로 어긋나 있기 때문에, 당해 유체막에 대하여 우회전의 선회 성분이 부여되고, 당해 유체막에 화살표(81A)(도 3, 6 참조)로 나타낸 방향으로 비틀림이 발생한다.

한편, 용해조(1)에 용융 금속을 투입하면, 용해조(1)의 저면에 마련된 2개의 용탕 노즐(11A, 11B)을 통해 분무조(4)의 내부에 대하여 2개의 용탕류(8)가 유하된다. 그리고, 그것들 용탕류(8)는, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71B)로부터 토출되는 고압 가스가 형성하는 유체막과 충돌하여 다수의 미립자(15)로 분쇄된다. 유체막은 상술과 같이 화살표(81A)의 방향으로 비틀어져 있기 때문에, 용탕류(8)와의 충돌 시에 발생할 수 있는 가스의 역류를 억제할 수 있고, 또한 용탕 금속의 불어오름도 억제할 수 있다. 이에 의해 금속 분말의 제조 효율이나 수율의 저하를 억제할 수 있다.

특히 본 실시 형태에서는, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71B)이 형성하는 유체막의 비틀림 방향이 동일하기 때문에, 분무조(4) 내에는 2개의 분무 노즐(20A, 20B)을 둘러싸도록 화살표(82)(도 3 참조)로 나타낸 방향으로 흐름(이하, 흐름(82)이라고 칭하는 경우가 있다)이 발생한다. 이 흐름(82)은, 미립자(15)가 분무조(4)의 내벽면과 충돌하는 것을 방지함과 함께, 분무조(4)의 수평면 내에 있어서의 열 분포를 균일화하여 분무조(4)의 냉각 성능을 향상시킨다. 그 결과, 분무조(4)의 대형화를 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71B)이 형성하는 유체막이 동일한 방향으로 비틀어짐으로써 분무조(4) 내에 선회류(82)가 발생하고, 그것에 의해 금속 미립자(15)가 분무조(4)에 충돌·고착하는 것이 억제되므로, 분무조(4)의 체형을 바꾸지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

(보충)

또한, 상기의 실시 형태에서는 각 분사 구멍(91)의 분사 방향(251)이 좌측 방향으로 어긋나 있는 경우를 예로 들었지만, 우측 방향으로 어긋나 있어도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

상기의 실시 형태에서는 분무 노즐(20)이 2개의 경우에 대하여 설명했지만, 분무 노즐이 3개 이상인 경우에도, 당해 3개 이상의 분무 노즐의 전체에 포함되는 분사 구멍(91)의 분사 방향(251)이 동일한 방향으로 어긋나 있으면 상기와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

상기의 실시 형태에서는, 각 분사 구멍(91)의 중심축(251)은, 가상 평면 S1 상에 있어서 용탕 노즐(11)의 중심축에 가장 근접하고, 그 거리가 용탕류(27)의 대략 반경인 경우를 예시했지만, 당해 거리는 분사 구멍(91)의 반경에 근접하는 것이 바람직하다. 당해 거리를 분사 구멍(91)의 반경으로 설정한 경우(단, 분사 구멍(91)의 외형(내벽면의 형상)을 중심축(251)을 따라 연장한 원통면과 평면 S1의 교선을 진원에 근사하였다)의 제1 가스 분사 노즐(71A)의 저면도를 도 10에 도시한다. 이때의 분사각은 도 6에 나타낸 α보다 작은 β가 되고 있다. 이렇게 각 분사 구멍(91)을 구성하면, 이론상, 각 분사 가스의 외연이 중심축 Cm1을 통과하게 되고, 가스의 역류나 용탕의 불어오름을 억제하면서도 용탕에 가스를 효율적으로 충돌시킬 수 있으므로, 금속 분말의 제조 효율이 향상될 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 실시 형태는, 분사 구멍(91)의 중심축(251)이 대응하는 용탕 노즐(11)의 중심축 Cm1, Cm2에 대하여 어긋나 있는 방향이, 제1 가스 분사 노즐(71A)(제1 분무 노즐(20A))과 제2 가스 분사 노즐(71C)(제2 분무 노즐(20C))로 다른 점(역방향인 점)에 특징이 있다. 그 다른 부분은 제1 실시 형태와 동일하고 적절히 설명을 생략한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 가스 분사기(200A)의 저면도이다. 가스 분사기(200A)는, 제1 가스 분사 노즐(71A)과, 제2 가스 분사 노즐(71C)을 구비하고 있다.

제2 가스 분사 노즐(71C)을 구성하는 8개의 분사 구멍(91)의 중심축(가스 분사 방향) 각각은, 제2 용탕 노즐(11B)(제2 용탕 노즐 삽입 구멍(12B))의 중심축 Cm2에 대하여 제1 가스 분사 노즐(71A)의 분사 구멍(91a-91h)과 반대의 방향(즉 「우측」)으로 어긋나 있고, 당해 8개의 분사 구멍(91)의 중심축(251) 각각과 제2 용탕 노즐(11B)의 중심축 Cm2는 비틀림의 위치에 있어 교차하지 않는다.

도 7로부터 명확한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 가스 분사 노즐(71A)에 포함되는 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향(251)과, 제2 가스 분사 노즐(71B)에 포함되는 분사 구멍(91)의 가스 분사 방향(251)은 정반대로 되어 있다. 즉, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71C) 각각에 속하는 분사 구멍(91)의 중심축(251)이 용탕 노즐(11)의 중심축 Cm1, Cm2에 대하여 어긋나 있는 방향이, 인접하는 2개의 분무 노즐(20)에 있어서 다르다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태에서는, 2개의 가스 분사 노즐(71A, 71C)이 형성하는 유체막의 비틀림 방향이 다르기 때문에, 분무조(4) 내에는 2개의 분무 노즐(20) 사이에 화살표(83)(도 7 참조)로 나타낸 방향으로 흐름(이하, 흐름(83)이라고 칭하는 경우가 있다)이 발생한다. 이 흐름(83)은, 2개의 분무 노즐(20) 중 한쪽의 분무 노즐로부터 분무된 미립자(15)(예를 들어 용탕 노즐(11A)로부터 유하되는 용융 금속)와 다른 쪽의 분무 노즐로부터 분무된 미립자(15)(예를 들어 용탕 노즐(11B)로부터 유하되는 용융 금속)가 충돌하는 것을 방지하는 에어 커튼으로서 기능한다. 그 결과, 변형된 금속 입자의 발생이 방지되고, 복수의 분사 구멍으로부터의 가스 분사의 초점이 1점으로 설정된 가스 분사 노즐을 구비한 경우와 비교하여 금속 분말의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

<제3 실시 형태>

상기의 2개의 실시 형태에서는 분무 노즐(20)은 2개였지만, 분무 노즐(20)은 3개 이상이어도 된다. 단, 이 경우, 당해 3개 이상의 분무 노즐(20) 중 인접하는 2개의 분무 노즐(20)의 중심축 사이 거리(2개의 용탕 노즐 삽입 구멍(12)의 중심축 사이의 거리)는 동등하게 하는 것이 바람직하다. 도 8에는 분무 노즐(20)이 3개인 경우(3개의 가스 분사 노즐(71A, 71B, 71D)이 있는 경우), 도 9에는 분무 노즐(20)이 4개인 경우(4개의 가스 분사 노즐(71A, 71B, 71D, 71E)이 있는 경우)를 나타낸다. 도 8에서는 인접하는 2개의 분무 노즐 사이의 거리는 3개의 분무 노즐(20)의 중심을 정점으로 하는 정삼각형의 한 변의 길이이고, 도 9에서는 4개의 분무 노즐(20)의 중심을 정점으로 하는 정사각형의 한 변의 길이가 된다.

이와 같이 복수의 분무 노즐(20)을 배치하면 분무조(4) 내에 형성되는 흐름(제1 실시 형태의 흐름(82)에 상당하는 것과 제2 실시 형태의 흐름(83)에 상당하는 것의 어느 한쪽)이 균일해진다. 이것에 의해 어느 분무 노즐(20)의 제조 효율이나 수율이 다른 분무 노즐(20)에 비교하여 저하된다는 것을 회피할 수 있으므로, 결과로서 금속 분말의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 8, 9에서는 모든 분무 노즐에 관한 분사 구멍(91)의 분사 방향(중심축)(251)이 동일하여 흐름(82)이 발생하는 경우를 나타냈지만, 제2 실시 형태와 같이 분무 노즐(20)마다 분사 구멍(91)의 분사 방향(중심축)(251)을 다르게 하여 흐름(83)을 발생해도 된다. 단, 그 경우의 분무 노즐(20)의 합계는 짝수인 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기의 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기의 각 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

1: 용해조, 2: 호퍼, 3: 분사 가스 공급관, 4: 분무조, 5: 채집부, 6: 불활성 가스, 8: 용탕류, 11: 용탕 노즐, 12: 용탕 노즐 삽입 구멍, 15: 금속 미립자, 20: 분무 노즐, 21: 개구단, 27: 용탕 유하 영역, 41: 테이퍼부, 50: 가스 유로, 61: 환, 71: 가스 분사 노즐, 81: 흐름, 82: 선회류, 83: 흐름(에어 커튼), 91: 분사 구멍, 200: 가스 분사기, 251: 분사 방향(분사 구멍의 중심축)

Claims

분무조와,
상기 분무조 내에 용융 금속을 액체 분무하는 복수의 분무 노즐을 구비하고,
상기 복수의 분무 노즐의 각각은,
상기 분무조 내에 용융 금속을 유하시키는 용탕 노즐과,
상기 용탕 노즐의 주위에 배치되고, 상기 용탕 노즐로부터 유하하는 용융 금속에 대하여 가스를 분사하는 복수의 분사 구멍을 갖는 가스 분사 노즐을 갖고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각은, 상기 용탕 노즐의 중심축에 대하여 좌우의 어느 한쪽으로 어긋나 있고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각과 상기 용탕 노즐의 중심축은, 비틀림의 위치에 있어 서로 교차하지 않고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축 각각 또한 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
분사 구멍 각각의 개구단의 중심과 상기 용탕 노즐의 중심축을 접속하는 직선을 분사 구멍 각각의 기준선으로 하여, 상기 분사 구멍 각각의 중심축이 상기 기준선의 좌우 어느 것에 위치하는지로 결정되는 어긋남의 방향이, 상기 복수의 분무 노즐의 전체에 있어서 동일한 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
분사 구멍 각각의 개구단의 중심과 상기 용탕 노즐의 중심축을 접속하는 직선을 분사 구멍 각각의 기준선으로 하여, 상기 분사 구멍 각각의 중심축이 상기 기준선의 좌우 어느 것에 위치하는지로 결정되는 어긋남의 방향이, 상기 복수의 분무 노즐 중 인접하는 2개의 분무 노즐에 있어서 서로 다른 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 분무 노즐은 3개 이상이고,
상기 복수의 분무 노즐 중 인접하는 2개의 분무 노즐의 중심축 사이의 거리가 동등한 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
금속 분말 제조 장치의 가스 분사기이며,
용융 금속이 유하하는 용탕 노즐이 삽입되는 용탕 노즐 삽입 구멍과,
상기 용탕 노즐 삽입 구멍의 주위에 가스류를 형성하는 가스 유로와,
상기 용탕 노즐 삽입 구멍의 개구단보다 상기 가스 분사기의 외측을 향하여 상기 가스 유로 내의 가스를 분사하는 가스 분사 노즐을 구비하고,
상기 가스 분사 노즐은, 상기 가스 분사기의 저면 또한 상기 용탕 노즐 삽입 구멍의 개구단 주위에 형성된 복수의 분사 구멍으로 이루어지고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각은, 상기 용탕 노즐 삽입 구멍의 중심축에 대하여 좌우의 어느 한쪽으로 어긋나 있고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축의 각각과 상기 용탕 노즐 삽입 구멍의 중심축은, 비틀림의 위치에 있어 서로 교차하지 않고,
상기 복수의 분사 구멍의 중심축 각각 또한 서로 교차하지 않고,
상기 용탕 노즐 삽입 구멍과 상기 가스 분사 노즐이 복수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.