金属粉末製造方法および装置
【課題】金属の表面を、その金属の融点より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができる金属粉末製造方法および装置を提供する。
【解決手段】融点がＭａ（℃）の金属材料２、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の被覆金属材料４をそれぞれ溶融させる溶融工程と、溶融された金属溶湯２Ａを流出ノズル６から流出させる流出工程と、流出される金属溶湯２Ａに、溶融工程で溶融された被覆金属溶湯４Ａを吹き付けて、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが付着された粒状体粒状体３０Ａを形成する溶湯吹き付け工程と、粒状体３０Ａを固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、融点Ｍａ、Ｍｂは、Ｍａ−Ｍｂ＞１００を満足する。
【解決手段】融点がＭａ（℃）の金属材料２、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の被覆金属材料４をそれぞれ溶融させる溶融工程と、溶融された金属溶湯２Ａを流出ノズル６から流出させる流出工程と、流出される金属溶湯２Ａに、溶融工程で溶融された被覆金属溶湯４Ａを吹き付けて、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが付着された粒状体粒状体３０Ａを形成する溶湯吹き付け工程と、粒状体３０Ａを固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、融点Ｍａ、Ｍｂは、Ｍａ−Ｍｂ＞１００を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の表面を異種の金属によって被覆した金属粉末を製造する金属粉末製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属を微粒子化する方法として水アトマイズ法やガスアトマイズ法が知られている。また、これらの方法を応用して、金属と異種の金属とを複合化した金属粉末を製造する金属粉末製造方法および装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、金属を溶融してノズルから放出し、これに高圧水、高圧ガス等の冷却媒体を衝突させて微粒化すると共に急冷凝固させる粒子分散合金の製造方法において、冷却媒体に強化粒子を混合し、これをノズルから放出した溶融金属に噴射して溶融金属を微細化し、強化粒子が均一に分散した粒子分散合金の微細粉を製造する粒子分散合金の製造方法およびその製造装置が記載されている。
また、特許文献２には、金属、もしくは金属合金の融解した及び／又は凝固する液滴の微粒化した流れ又は噴霧の中に、その噴霧される金属又は金属合金とは異なる組成の材料を導入する工程と、その導入材料を液滴の流れ又は噴霧に接触させて微粒化液滴の表面の全部または一部にコーティングを形成するようにする工程とを含む、被覆粉体材料の製造方法およびその製造装置が記載されている。
【特許文献１】特開平８−１３００８号公報
【特許文献２】特表平８−５０６３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の金属粉末製造方法および装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、金属を溶融してノズルから放出し、これに高圧水、高圧ガス等の冷却媒体を衝突させて微粒化させ、その高圧水や高圧ガスに強化粒子を混合して衝突させることで、粒子分散合金の微細粉を得る。
この方法によると、一部の強化粒子は金属の内部に分散するものの、金属粒子の表面においても強化粒子が分散する。強化粒子は固体粒子であるため、金属粒子表面では島状に分散付着する。すなわち、表面に突出した強化粒子の間には空間が生じるので、強化粒子によって金属粒子全体をコートした皮膜を形成することはできないという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、融解金属をガスジェットにより微粒化液滴とした後、この微粒化液滴よりも低温の固体粒子を衝突させる。そして、金属液滴表面で固体粒子が融解することにより、粒子の融解物が表面に付着され、表面コーティングが形成される。
しかしながら、特許文献２に記載によれば、「導入材料の液相線温度（liquidus temperature）は、微粒化した金属又は金属合金の液相線温度より１００℃だけ低いのが好ましいが、わずかに３０℃又は１０℃だけ低くてもよい。」「固体粒子が融解してコーティング（例えば、フラックス・コーティング）を形成するようにするために、固体粒子の融解温度は、噴霧される金属又は金属合金のそれよりごくわずか異なる（例えば、１０℃未満の差）のが適当である」。このため、被膜を形成する金属とこの金属によって被覆される金属との液相線温度の温度差をかなり狭い範囲に限定しなければならない。したがって、液相線温度が互いに近い材料同士を用いた金属粉末しか製造することができないという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、融解金属はガスジェットが当たることで微粒化される際、ガスジェットの接触とともに温度低下し、微粒化されると比表面積が増大することによって一層温度低下が促進される。そのため、特許文献２に記載の装置では、固体粒子の衝突時の微粒化液滴の温度制御は困難である。
衝突時の微粒化液滴の温度が低いと表面に衝突した固体粒子の融解が生じなかったり、融解しても表面をコートする前に固化が生じてしまったりするので、良好な被膜を形成できなくなるという問題がある。
近年、導電性金属微粒子や耐酸化性を高めた機能性金属微粒子の要求が高まっており、融点が異なる様々な金属材料を用いて、金属の表面を異種の金属によって良好に被覆した金属粉末を製造する技術が強く望まれている。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金属の表面を、その金属の融点より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができる金属粉末製造方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の金属粉末製造方法は、融点がＭａ（℃）の第１の金属、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の第２の金属をそれぞれ溶融させる溶融工程と、該溶融工程で溶融された前記第１の金属を流出ノズルから流出させる流出工程と、該流出工程で流出される前記第１の金属に、前記溶融工程で溶融された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、前記第１の金属に前記第２の金属が付着された粒状体を形成する溶湯吹き付け工程と、該溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、前記融点Ｍａ、Ｍｂは、次式（１）の関係を満たす方法とする。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
この発明によれば、溶融工程を行って第１および第２の金属を溶融させ、流出工程を行って流出ノズルから第１の金属を流出させる。次に、溶湯吹き付け工程を行って、第１の金属に、溶融工程で溶融された第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、第１の金属に第２の金属が付着された粒状体を形成する。
このとき、第２の金属が吹き付けられた第１の金属は、溶湯同士の衝突により、第２の金属が付着した状態で微粒子化され、溶融状態の粒状体が形成される。この粒状体は微粒子化とともに、表面から急激に放熱されて温度低下し、式（１）の関係から、まず第１の金属が固体化し、固体化された第１の金属に溶融状態の第２の金属が付着している状態となる。第２の金属は、第１の金属が固体化しても、少なくとも１００℃温度低下する間は、溶融状態となっているため、第２の金属の濡れ性によって、固化された第１の金属の表面上に伸ばされる。そして、衝突時の物理的な衝撃によって発生した回転力により、第２の金属は第１の金属の表面を移動し、表面を被覆していく。
なお、融点Ｍｂに対する融点Ｍａの温度差が１００℃以下であると、第２の金属の固化の開始が早すぎるため、表面に第１の金属が露出する割合が多くなりすぎる。
次に、溶湯吹き付け工程で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程を行う。粒状体は、放熱により冷却されることで固化していくので、衝突位置から回収位置までの空中の飛距離を調整することで、固化された粒状体を回収することができるが、必要によっては、積極的に冷却してもよいし、加熱して固化時間を遅らせてもよい。
このようにして第１の金属の表面を第２の金属で良好に被覆した金属粉末を製造することができる。
【０００６】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
この場合、溶湯吹き付け工程において、第２の金属が粒状体上で溶融状態を保つ時間がより長くなるため、第１の金属の表面の被覆率が格段に向上される。
【０００７】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記流出工程は、前記第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるようにすることが好ましい。
この場合、第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるため、第１の金属の流量を調整することができる。そのため、粒状体における第１および第２の金属の質量比を調整することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記回収工程は、前記溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を、前記第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、前記粒状体を固化させる加熱保持工程を含むことが好ましい。
この場合、回収工程が、第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持される加熱保持工程を含むため、自然放冷する場合に比べて、粒状体の冷却速度が低下する。そして、加熱雰囲気温度と熱平衡に達した状態では第２の金属が融点より低温となるため、第２の金属が固化される。
このため、第２の金属の融点以上の高温に保持する場合のように、第２の金属が固化せず溶融状態のまま回収されて、第２の金属が第１の金属の表面から剥離落下したり、剥離落下しないまでも膜厚が不均一になったりすることを防止できる。
また、自然放冷する場合に比べてゆっくり冷却され、第２の金属が固体化するまでの時間が延びることによって、粒状体の回転数も相対的に増えるため、第２の金属が第１の金属の表面上により広がりやすくなり、膜厚を安定させることができる。
【０００９】
また、本発明の加熱保持工程を含む金属粉末製造方法では、前記加熱保持工程は、前記粒状体を、不活性ガスが内部に満たされ、熱源によって外部から加熱された反応槽内に保持して行うことが好ましい。
この場合、反応槽を熱源によって外部から加熱し、反応槽の内部に満たされた不活性ガスを加熱して、加熱保持を行うため、装置構成を簡素化することができる。
【００１０】
また、本発明の加熱保持工程を含む金属粉末製造方法では、前記加熱保持工程は、前記粒状体を、加熱された不活性ガスを内部に循環させて前記加熱雰囲気を形成する反応槽内に保持して行うことが好ましい。
この場合、反応槽内で、加熱された不活性ガスを内部に循環させるので、加熱雰囲気の温度を均一化することができる。このため、粒状体ごとの冷却条件が均一化されるので第２の金属の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、不活性ガスの循環方向を一定方向に制御すれば粒状体の飛散経路を制御することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記溶湯吹き付け工程は、前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられた吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を、前記第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて飛散させる工程であり、前記回収工程は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって飛散された前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることが好ましい。
この場合、溶湯吹き付け工程で、第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて粒状体を飛散させ、回収工程では、この飛散された粒状体を流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
【００１２】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記溶湯吹き付け工程は、前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜された吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を落下させる工程であり、前記回収工程は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって落下された前記粒状体に対して、該粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて前記粒状体を飛散させ、該粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることが好ましい。
この場合、溶湯吹き付け工程では粒状体を落下させ、回収工程では、粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて粒状体を飛散させ、粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
この場合、ガスの流速を調整することで、重量に応じた飛距離を可変できるため、分別等級の調整が容易となる。
なお、加熱保持工程において、加熱された不活性ガスを循環させる場合に、この不活性ガスの循環方向を、分別回収するために粒状体に吹き付ける方向と合わすことにより、粒状体を飛散させるガスと兼用してもよい。
【００１３】
本発明の金属粉末製造装置は、第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽と、該第１の加熱槽で溶融された前記第１の金属を流出させる流出ノズルと、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）として次式（１）を満足する融点Ｍｂ（℃）を有する第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽と、該第２の加熱槽で溶融された前記第２の金属を加圧する第２金属加圧部と、前記流出ノズルから流出された前記第１の金属に向けて、前記第２金属加圧部で加圧された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付ける吹き付けノズルと、該吹き付けノズルから前記第２の金属を吹き付けることによって形成された、前記第１の金属に前記第２の金属が付着されてなる粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収機構とを備える構成とする。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
この発明によれば、第１および第２の加熱槽によってそれぞれ第１および第２の金属を溶融させ、まず流出ノズルから第１の金属を流出させる。次に、第２金属加圧部によって、第２の加熱槽における第２の金属を加圧し、流出ノズルから流出された第１の金属にむけて、吹き付けノズルから溶湯状態で吹き付ける。
このとき、第２の金属が吹き付けられた第１の金属は、溶湯同士の衝突により、第２の金属が付着した状態で微粒子化され、溶融状態の粒状体が形成される。この粒状体は微粒子化とともに、表面から急激に放熱されて温度低下し、式（１）の関係から、まず第１の金属が固体化し、固体化された第１の金属に溶融状態の第２の金属が付着している状態となる。第２の金属は、第１の金属が固体化しても、少なくとも１００℃温度低下する間は、溶融状態となっているため、第２の金属の濡れ性によって、固化された第１の金属の表面上に伸ばされる。そして、衝突時の物理的な衝撃によって発生した回転力により、第２の金属は第１の金属の表面を移動し、表面を被覆していく。
なお、融点Ｍｂに対する融点Ｍａの温度差が１００℃以下であると、第２の金属の固化の開始が早すぎるため、表面に第１の金属が露出する割合が多くなりすぎる。
次に、回収機構によって、粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する。粒状体は、放熱により冷却されることで固化していくので、衝突位置から回収位置までの空中の飛距離を調整することで、固化された粒状体を回収することができるが、必要によっては、積極的に冷却してもよいし、加熱して固化時間を遅らせてもよい。
このようにして第１の金属の表面を第２の金属で良好に被覆した金属粉末を製造することができる。
また、本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属粉末製造方法を行うための製造装置となっている。
【００１４】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
この場合、粒状体が形成されてから固化するまでの間に、第２の金属が粒状体上で溶融状態を保つ時間がより長くなるため、第１の金属の表面の被覆率が格段に向上される。
【００１５】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の加熱槽は、溶融された前記第１の金属を加圧する第１金属加圧部を備えることが好ましい。
この場合、第１金属加圧部によって、第１の金属を加圧して流出させるため、加圧力を変えることで第１の金属の流量を調整することができる。そのため、粒状体における第１および第２の金属の質量比を調整することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルと、前記回収機構とを内部に設けた反応槽と、該反応槽の内部の雰囲気温度を、前記第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部とを備えることが好ましい。
この場合、反応槽の内部の雰囲気温度を、第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部を備えるため、反応槽内の第２の金属の融点以上の高温に保持する場合のように、第２の金属が固化せず溶融状態のまま回収されて、第２の金属が第１の金属の表面から剥離落下したり、剥離落下しないまでも膜厚が不均一になったりすることを防止できる。
また、自然放冷する場合に比べてゆっくり冷却され、第２の金属が固体化するまでの時間が延びることによって、粒状体の回転数も相対的に増えるため、第２の金属が第１の金属の表面上により広がりやすくなり、膜厚が安定される
【００１７】
また、本発明の反応槽と加熱部とを備える金属粉末製造装置では、前記反応槽の内部には、不活性ガスが満たされ、前記加熱部は、前記反応槽を外部から加熱する熱源を備えることが好ましい。
この場合、反応槽を熱源によって外部から加熱し、反応槽の内部に満たされた不活性ガスを加熱して、加熱保持を行うため、装置構成を簡素化することができる。
【００１８】
また、本発明の反応槽と加熱部とを備える金属粉末製造装置では、前記加熱部は、不活性ガスを加熱して、前記反応槽の内部に循環させる加熱ガス循環機構を備えることが好ましい。
この場合、反応槽内で、加熱ガス循環機構によって、加熱された不活性ガスを内部に循環させるので、加熱雰囲気の温度を均一化することができる。このため、粒状体ごとの第２の金属の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、不活性ガスの循環方向を制御することで、粒状体の飛散経路を制御することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記吹き付けノズルは、前記流出ノズルの流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられ、前記回収機構は、前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収するものであることが好ましい。
この場合、吹き付けノズルからの第２の金属の吹き付けによって、第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて粒状体を飛散させることができる。そして、回収機構によって、この飛散された粒状体を吹き付けノズル流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
【００２０】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記回収機構は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方に設けられ、前記粒状体を該粒状体の落下位置に応じて、分別状態に収容して、前記金属粉末として回収するものであり、前記回収機構と前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルとの間の空間で前記粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付け、これにより前記粒状体を飛散させるガス吹き付け機構を設けることが好ましい。
この場合、流出ノズルから流出する第１の金属に、吹き付けノズルからの第２の金属を吹き付けて粒状体を形成し、ガス吹き付け機構によって、この粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて粒状体を飛散させることができる。そして、飛散された粒状体は、回収機構により、落下位置に応じて分別状態に収容してから金属粉末として回収することができる。このため、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
この場合、ガスの流速を調整することで、重量に応じた飛距離を可変できるため、分別等級の調整が容易となる。
なお、加熱ガス循環機構を備える場合には、加熱ガス循環機構、および加熱ガス循環機構によって循環される不活性ガスが、それぞれ粒状体を飛散させるガス、およびガス吹き付け機構を兼ねる構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の金属粉末製造方法および装置によれば、溶融されて流出される第１の金属に溶湯状態の第２の金属を吹き付けることで、第１の金属に第２の金属が付着された粒状体を形成するので、金属の表面を、より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の加熱ガス循環機構の模式的な斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のガス流入流出口の模式図である。
【００２４】
本実施形態の金属粉末製造装置１００は、融点がＭａ（℃）の金属材料２（第１の金属）の表面の表面が、融点Ｍｂ（℃）の異種の金属である被覆金属材料４（第２の金属）によって略被覆された金属粉末を製造する装置である。
ここで、金属材料２、被覆金属材料４の融点Ｍａ、Ｍｂは、下記式（１）の関係を満足する温度であり、さらに下記式（２）を満足する温度であることが好ましい。
【００２５】
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【００２６】
金属材料２、被覆金属材料４は、後述する実施例に挙げた鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属元素単体からなる金属を、上記式（１）に基づいて、選択的に組み合わせて用いることができる。
ただし、本実施形態に用いることができる金属はこれらに限定されるものではなく、他の金属元素からなる金属でもよい。さらに、複数の元素からなる合金と金属元素単体からなる金属との組合せや、あるいは異なる合金同士の組合せであってもよい。
【００２７】
本実施形態の金属粉末製造装置１００の概略構成は、図１に示すように、金属材料溶融槽１および被覆金属材料溶融槽３が筐体１００ａの上部に設けられ、筐体１００ａの内部に、保持槽５、ガス加圧機構１７（第１金属加圧部）、流出ノズル６、保持槽７、ガス加圧機構８（第２金属加圧部）、吹き付けノズル９、反応槽１０、加熱ガス循環機構１３（加熱部）、ヒータ加熱部１２（加熱部）、および回収機構１１が設けられている。
また、金属粉末製造装置１００の内部は、不図示の不活性ガス供給部によって、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスなど、粉末化する金属と反応したり分解したりするなどして不純物成分を形成することのない不活性ガスに満たされている。
【００２８】
金属材料溶融槽１は、金属材料２を加熱して溶融させるものである。
金属材料溶融槽１の装置構成は、槽内部に金属材料２を配置するるつぼ部１ｂが配置され、このるつぼ部１ｂの上方に設けた電極１ａによりアークプラズマを発生させ、アーク溶解法によって金属材料２を溶解して溶融状態とする構成を採用している。
るつぼ部１ｂの底部には、金属材料２の溶湯を下方に排出する流路１ｃが設けられている。
金属材料２として、合金を採用する場合には、合金化された材料をるつぼ部１ｂに配置してもよいし、合金の成分を構成する金属材料をるつぼ部１ｂ上に配置してるつぼ部１ｂで溶解させることで合金の溶湯を形成してもよい。
【００２９】
被覆金属材料溶融槽３は、被覆金属材料４を加熱して溶融させるものであり、筐体１００ａの上部において金属材料溶融槽１を挟んで対向する位置にそれぞれ１つずつ設けられている。
各被覆金属材料溶融槽３の装置構成は、槽内部に被覆金属材料４を配置するるつぼ部３ｂが配置され、このるつぼ部３ｂの上方に設けた電極３ａによってアークプラズマを発生させ、アーク溶解法により被覆金属材料４を溶解して溶融状態とする構成を採用している。
各るつぼ部３ｂの底部には、被覆金属材料４の溶湯を下方に排出する流路１ｃが設けられている。
また、被覆金属材料４として、合金を採用する場合には、合金化された材料をるつぼ部３ｂに配置してもよいし、合金の成分を構成する金属材料をるつぼ部３ｂ上に配置してるつぼ部３ｂで溶解させることで合金の溶湯を形成してもよい。
【００３０】
保持槽５は、金属材料溶融槽１の下方に設けられ、金属材料溶融槽１から流路１ｃを介して排出された金属材料２の溶湯を溶融状態で保持するものである。保持槽５の外周部側方にはヒータ５ａが設けられ、これにより保持槽５の槽内部に保持された金属材料２の温度を一定の保持温度Ｔ１に制御できるようになっている。
金属材料溶融槽１と保持槽５とは、第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽を構成している。
【００３１】
ガス加圧機構１７は、装置外部から、例えばＡｒガスなどの加圧された不活性ガスの供給を受けて、保持槽５内に保持された金属材料２の溶湯を加圧力Ｐ１で加圧するもので、保持槽５の側部もしくは上部に設けられている。
【００３２】
流出ノズル６は、保持槽５の底部に接続されて鉛直下向きに延ばされ、下端部に流出ノズル６内に導入された金属材料２の溶湯を下方に流出させる開孔を備えたノズル先端部６ａを有する筒状部材である。保持槽５と流出ノズル６との間には不図示の開閉弁が設けられ、保持槽５内の金属材料２の溶湯の流出ノズル６への供給量を制御できるようになっている。
【００３３】
保持槽７は、各被覆金属材料溶融槽３の下方にそれぞれ設けられ、各被覆金属材料溶融槽３から各流路３ｃを介して排出された被覆金属材料４の溶湯を溶融状態で保持するものである。保持槽７の外周部側方にはヒータ７ａが設けられ、これにより保持槽７の槽内部に保持された被覆金属材料４の温度を一定の保持温度Ｔ２に制御できるようになっている。
被覆金属材料溶融槽３と保持槽７とは、第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽を構成している。
【００３４】
ガス加圧機構８は、装置外部から、例えばＡｒガスなどの加圧された不活性ガスの供給を受けて、各保持槽７内に保持された被覆金属材料４の溶湯を加圧するもので、各保持槽７の側部もしくは上部に設けられている。
【００３５】
吹き付けノズル９は、各保持槽７の底部に接続され、下端部に、保持槽７から供給された被覆金属材料４の金属材料２の溶湯を溶湯状態で吹き出させる開孔を備えたノズル先端部９ａを有する筒状部材である。吹き付けノズル９のノズル先端部９ａは、流出ノズル６からの被覆金属材料４の流出方向に対して鋭角に交差する方向に向けて配置されている。
本実施形態では、互いに対向する吹き付けノズル９は、鉛直方向に沿って延ばされた流出ノズル６を挟んでＶ字状に配置されている。
【００３６】
ノズル先端部９ａのノズル径やノズル形状は、被覆金属溶湯４Ａの粘度等を考慮して、ノズル先端部９ａから吹き出される被覆金属溶湯４Ａの溶湯が噴霧化されることなく溶湯状態で吹き出されるように設定される。
また、保持槽７と吹き付けノズル９との間には不図示の開閉弁が設けられ、この開閉弁を開放することによって、保持槽７内でガス加圧機構８によって加圧された被覆金属材料４の溶湯を流出ノズル６に向けて溶湯状態で吹き出させ、これにより、被覆金属材料４の溶湯を、流出ノズル６から流出された金属材料２の溶湯に吹き付けることができるようになっている。
【００３７】
反応槽１０は、流出ノズル６から流出された金属材料２と各吹き付けノズル９から吹き付けられた被覆金属材料４とによって、金属材料２に被覆金属材料４が付着されてなる粒状体を形成し、この粒状体を固化させて金属粉末を回収するための空間を構成するものである。
本実施形態の反応槽１０は、保持槽５の下方側で、ノズル先端部６ａ、各ノズル先端部９ａを内側に収めるように設けられ、下方側に容積が拡大する四角錐台状の吹き付け室部１０Ａと、吹き付け室部１０Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１０Ｂとからなる。
【００３８】
加熱ガス循環機構１３は、不活性ガスを加熱して、反応槽１０の内部に循環させ、これにより少なくとも、反応槽１０内の高さ方向の中間部の雰囲気温度を、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度Ｔａ１に保持する制御を行うものである。本実施形態では、加熱保持室部１０Ｂの上側の３つの側壁部に、それぞれ１台ずつ設けられている。
温度Ｔａ１は、融点Ｍｂに対して、例えば、９０％〜９５％の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
各加熱ガス循環機構１３は、加熱保持室部１０Ｂの側壁部内側に沿って、不活性ガスを流入、流出させるガス流入流出口１３ａが配置され、加熱保持室部１０Ｂの外部側に、ガス流入流出口１３ａから流入する不活性ガスを加熱する加熱機構およびガス流入流出口１３ａから流出させるファンなどの送風機構を備える加熱ガス循環機構本体１３ｂが設けられている。
加熱機構としては、例えば、適宜のヒータを採用することができる。
本実施形態のガス流入流出口１３ａは、図２（ａ）に示すように、上側が流出口部１３Ａ、下側に流入口部１３Ｂを有する２段構成とされている。
流出口部１３Ａ、流入口部１３Ｂは、図２（ｂ）に示すように、いずれもメッシュ状のセラミックスフィルタからなるフィルタ１４が設けられている。このため不活性ガスは、フィルタ１４のフィルタ開孔部１４ａを通して、加熱ガス循環機構本体１３ｂに出入りできるようになっている。
【００４０】
ヒータ加熱部１２は、加熱保持室部１０Ｂの下部の側壁部の外周に設けられ、熱源としてヒータ１２ａを備えることにより、加熱保持室部１０Ｂの側壁を外部から加熱して、少なくとも加熱ガス循環機構１３の設置位置よりも下側の反応槽１０内の雰囲気温度を、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度Ｔａ２（ただし、Ｔａ２≦Ｔａ１）に保持する制御を行えるようになっている。
温度Ｔａ２は、融点Ｍｂに対して、例えば、７０％〜９５％の範囲とすることが好ましい。
【００４１】
回収機構１１は、反応槽１０内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性容器からなり、加熱保持室部１０Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
【００４２】
次に、金属粉末製造装置１００を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態の金属粉末製造方法の溶湯吹き付け工程の様子を示す模式的な説明図である。
【００４３】
本実施形態の金属粉末製造方法の概略工程は、溶融工程、流出工程、溶湯吹き付け工程、および回収工程をこの順に行うものである。また本実施形態の回収工程は、加熱保持工程を含むものである。
【００４４】
溶融工程は、金属材料２および被覆金属材料４をそれぞれ溶融する工程である。
まず、不活性ガス雰囲気下にて、金属材料溶融槽１のるつぼ部１ｂに、金属材料２を質量ｍａだけ供給し、電極１ａに高電圧を印加して、電極１ａによりアークプラズマを発生させ、金属材料２をアーク溶解させる。金属材料２が溶解された金属溶湯２Ａは、流路１ｃを通して保持槽５の槽内に排出される。
保持槽５は、ヒータ５ａによって融点Ｍａより高温の保持温度Ｔ１に温度制御されており槽内の金属溶湯２Ａの温度を保持温度Ｔ１に保持する。
また、不活性ガス雰囲気下にて、各被覆金属材料溶融槽３のるつぼ部３ｂに、被覆金属材料４を合計質量ｍｂだけ供給し、電極３ａに高電圧を印加して、電極３ａによりアークプラズマを発生させ、被覆金属材料４をアーク溶解させる。被覆金属材料４が溶解された被覆金属溶湯４Ａは、流路３ｃを通して保持槽７の槽内に排出される。
保持槽７は、ヒータ７ａによって融点Ｍｂより高温の保持温度Ｔ２に温度制御されており槽内の被覆金属溶湯４Ａの温度を保持温度Ｔ２に保持する。
【００４５】
次に流出工程を行う。本工程は、溶融工程で溶融された金属溶湯２Ａを流出ノズル６から流出させる工程である。
本実施形態では、ガス加圧機構１７によって保持槽５内に不活性ガスを送出し、保持槽５内の金属材料２に加圧力Ｐ１を加え、保持槽５の開閉弁を開き、金属材料２を流出ノズル６から押し出す。これにより、図３に示すように、金属溶湯２Ａはノズル先端部６ａから鉛直方向に沿って流出される。
【００４６】
本工程で、ガス加圧機構１７によって金属材料２を加圧するのは、ノズル先端部６ａからの金属溶湯２Ａの流量を制御するためである。重力による自然流下によって、必要な流量が得られる場合にはガス加圧機構１７の加圧力Ｐ１をかけないようにしてもよい。
【００４７】
次に溶湯吹き付け工程行う。本工程は、流出工程で流出される金属溶湯２Ａに、溶融工程で溶融された被覆金属溶湯４Ａを溶湯状態で吹き付けて、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが付着された粒状体３０Ａを形成する工程である。
本実施形態では、各ガス加圧機構８によって各保持槽７内に不活性ガスを送出し、保持槽７内の被覆金属材料４に加圧力Ｐ２を加え、各保持槽７の開閉弁を開き、被覆金属材料４を吹き付けノズル９に押し出す。これにより、図１に示すように、被覆金属溶湯４Ａはノズル先端部９ａから斜め下向きに溶湯状態で吹き出され、金属溶湯２Ａに吹き付けられる。
【００４８】
被覆金属溶湯４Ａを吹き付けられた金属溶湯２Ａは、被覆金属溶湯４Ａが衝突することによる物理的な衝撃によって、被覆金属溶湯４Ａが付着した微細な液滴として飛散する。すなわち、図３に示すように、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが衝突すると、まず、金属溶湯２Ａと被覆金属溶湯４Ａとが接触し微細化された液滴状の粒状体３０Ａが生成される。そして、衝突時の衝撃によって角運動量を持つため、自転しながら、飛散、落下していく。
このとき、粒状体３０Ａの組成質量比は、衝突領域における金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの量に依存する。すなわち、流出ノズル６および吹き付けノズル９からのそれぞれの流量比に依存する。
なお、図３は粒状化の過程を見やすくするため、吹き付けノズル９を１本として落下方向Ａに対して斜め上方から落下方向Ａに対して鋭角で傾斜する吹き付け方向Ｂから吹き付けた場合の例を示している。また、粒状体３０Ａなどの拡大図は模式的に描かれている。
本実施形態のように流出ノズル６を挟んで吹き付けノズル９を左右対称に配置した場合には、図１に示すように、粒状体３０Ａは下方に飛散して落下していく。
【００４９】
次に加熱保持工程を含む回収工程を行う。加熱保持工程は、溶湯吹き付け工程で形成された粒状体３０Ａを、融点Ｍｂより低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、粒状体を固化させる工程であり、回収工程は、加熱保持工程で固化された粒状体を金属粉末として回収する工程である。
【００５０】
溶湯吹き付け工程で生成された多数の粒状体３０Ａは、微粒子化に伴う比表面積の急増によりそれぞれ急冷される。金属材料２の融点Ｍａを下回ると、まず金属溶湯２Ａが固化して、金属固化物２Ｂが形成される。このため、わずかに落下する間に、粒状体３０Ａは、被覆金属溶湯４Ａがその粘性から発現する濡れ性によって金属固化物２Ｂの表面に付着した状態の粒状体３０Ｂに変化する。
飛散される粒状体３０Ｂは、反応槽１０内を自由落下するため慣性によって回転し続けるので、被覆金属溶湯４Ａは、液状のまま金属固化物２Ｂの表面上に伸ばされていく。
一方、反応槽１０内は、加熱ガス循環機構１３およびヒータ加熱部１２によって、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度に温度制御されている。そのため、粒状体３０Ｂは、落下の途中で融点Ｍｂよりも低温に温度低下する。これにより、被覆金属溶湯４Ａが固化し、粒状体３０Ｂは、金属固化物２Ｂの表面に被覆金属固化物４Ｂが被覆された固体の粒状体３０Ｃに変化する。
粒状体３０Ｃは、加熱保持室部１０Ｂの床面部に配置された回収機構１１内に落下し、適宜の冷却時間をおいてから、反応槽１０の外部に取り出され、金属粉末として回収される。以上で回収工程が終了する。
【００５１】
金属粉末として回収された粒状体３０Ｃは、回収機構１１に回収されるまでの間に、金属固化物２Ｂの表面を溶融状態で回転しつつ、被覆金属溶湯４Ａが固化していくため、金属固化物２Ｂが被覆金属固化物４Ｂによって良好に被覆された金属粉末となっている。
溶湯吹き付け工程では、粒状体３０Ａは、金属溶湯２Ａと被覆金属溶湯４Ａとが衝突して溶融状態のまま粒子化されるので、例えば、ガスジェットで粒子化されて急冷される金属に対して固体粒子を衝突させて異種金属による金属粉末を形成する場合とは異なり、衝突時の温度制御が容易となり、被覆率などの品質のバラツキも少なくて済む。
このように、本実施形態の金属粉末製造方法によれば、金属の表面を、より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができる。
【００５２】
粒状体３０Ｃにおける被覆金属溶湯４Ａの被覆率は、被覆金属材料４の融点Ｍｂ、溶融時の粘性等の固化時の物性に依存する。
被覆金属材料４の融点Ｍｂが、金属材料２の融点Ｍａよりも１００℃以下の低温であると、金属溶湯２Ａが固化してから被覆金属溶湯４Ａが固化するまでの時間が短すぎるため、被覆金属固化物４Ｂの被覆率が低くなりすぎる。
被覆率を向上するためには、温度差（Ｍａ−Ｍｂ）は、大きいほど好ましく、上記式（２）を満足することが好ましい。
また、被覆率を向上するには、被覆金属溶湯４Ａの固化時間を長くするとともに、低粘性となる時間を長く保持することが好ましい。このため、本実施形態では、加熱ガス循環機構１３およびヒータ加熱部１２によって、反応槽１０内の不活性ガスを加熱し、雰囲気温度が融点Ｍｂに近い低温側になるように温度制御している。
これにより、被覆金属溶湯４Ａの放冷が抑制されて固化時間が長くなり、それに応じて長い時間、粒状体３０Ｂの回転が続くので、粒状体３０Ｃにおける被覆金属固化物４Ｂの被覆率を向上することができる。
ただし、被覆金属溶湯４Ａが固化することなく回収されることを防止するため、加熱ガス循環機構１３、ヒータ加熱部１２による温度制御は、少なくとも加熱保持室部１０Ｂ内の雰囲気温度が、融点Ｍｂを超えないようにする。
【００５３】
また、本実施形態では、加熱ガス循環機構１３によって、反応槽１０内では、加熱された不活性ガスを循環させているため、反応槽１０内の温度分布の偏りを低減でき、粒状体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの飛散位置による冷却条件を均等化することができる。そのため、粒径などによって、飛散位置がばらついても、被覆率のバラツキなどが発生しにくくなる。
また、本実施形態では、ヒータ加熱部１２によって、加熱保持室部１０Ｂの内壁を融点Ｍｂより低い温度に加熱しているため、飛散された粒状体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが、加熱保持室部１０Ｂ内の内壁に衝突しても急冷されることがない。また、逆に衝突時に内壁から加熱されすぎて、被覆金属固化物４Ｂが再溶融するおそれがない。
被覆する金属を噴霧によって被覆される金属に接触させる場合には、被覆する金属の空気中の密度が低いため被覆する金属と被覆される金属が接触せず、被覆されない金属粒子が生成される可能性がある。本実施形態では、流出された金属溶湯２Ａの流れに対して、被覆する金属の被覆金属溶湯４Ａの流れを、加圧力Ｐ２を加えて直接吹き付けることによって確実に金属溶湯２Ａに接触するため、そのような恐れがなく確実に被覆された金属粒子が得られる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００５５】
本実施形態の金属粉末製造装置１０１は、図４に示すように、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１００の被覆金属材料溶融槽３、保持槽７、ガス加圧機構８、および吹き付けノズル９の１組と、加熱ガス循環機構１３とを削除し、反応槽１０および回収機構１１に代えて、反応槽１５および回収機構１６を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
反応槽１５は、保持槽５の下方側でノズル先端部６ａ、ノズル先端部９ａを内側に収めるように設けられ、下方側に容積が拡大する四角錐台状の吹き付け室部１５Ａと、吹き付け室部１５Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１５Ｂとからなる。加熱保持室部１５Ｂは、吹き付けノズル９の配置位置と反対の水平方向（図４の左側）では、吹き付け室部１５Ａから延出するように設けられ、延出方向側に、より広い内部空間が形成されている。
【００５７】
回収機構１６は、反応槽１５内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性を有する複数の回収容器からなり、加熱保持室部１０Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
本実施形態では、図４に示すように、複数の回収容器が、流出ノズル６の流出方向の対向する下方位置に配置された回収容器１６ｃと、この回収容器１６ｃから、流出ノズル６による流出方向に略直交する方向である水平方向において、吹き付けノズル９の配置位置と反対側に向かって位置をずらした状態で隣接して配置された回収容器１６ｂ、１６ａとを有する場合の例で説明する。
このため、加熱保持室部１５Ｂの床面部は、少なくとも、粒状体が落下する範囲では、上側に開口された回収容器１６ｃ、１６ｂ、１６aによって区分されている。
【００５８】
次に、金属粉末製造装置１０１を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５９】
まず、溶融工程では、被覆金属材料４が１つの被覆金属材料溶融槽３ですべて溶融され、保持槽７に保持される点が異なる。
次に流出工程は、上記第１の実施形態と同様に行われる。
次に、溶湯吹き付け工程では、図４に示すように、保持槽７から１つの吹き付けノズル９を介して、被覆金属溶湯４Ａが金属溶湯２Ａに吹き付けられる点が異なる。この際、上記第１の実施形態と同様に、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが衝突されて、粒状体３０Ａが形成されるが、図３に示すように、粒状体３０Ａは、吹き付けノズル９の傾斜方向に応じた吹き付け方向Ｂに向かって飛散される。
【００６０】
このため、発生された粒状体３０Ａは、次の回収工程において、反応槽１５内を、図４に示すように飛散されると、粒状体３０Ａの重量に応じて異なる放物線状の軌跡を描いて落下していく。すなわち、重量が大きい順に、例えば、破線矢印Ｃ、Ｄ、Ｅのような異なる軌跡を描いて、それぞれ、回収容器１６ｃ、１６ｂ、１６ａに向けて落下する。
落下の途中では、ヒータ加熱部１２によって加熱保持工程が行われる。この加熱保持工程で粒状体３０Ａが、粒状体３０Ｂ、３０Ｃに順次し変化していくことは、上記第１の実施形態と同様である。
この結果、回収容器１６ｃには、流出ノズル６の流出方向と略直交する方向の飛距離が相対的に短い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収され、回収容器１６ｂ、１６ａには、順次、飛距離が相対的に長い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収される。
このようにして、回収機構１６ｃ、１６ｂ、１６ａには、それぞれ粒状体当たりの重量が大、中、小の等級に分別された状態で、金属粉末を回収することができる。
【００６１】
なお、溶湯吹き付け工程において、金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの流量比等の条件が一定であれば、粒状体３０Ｃにおける金属固化物２Ｂと被覆金属固化物４Ｂとの組成比も一定となる。そのため、粒状体３０Ｃを重量によって分別することは、粒状体３０Ｃの粒径によって分別しているのと略同じことである。
【００６２】
本回収工程における分別の精度は、吹き付けノズル９の流出ノズル６に対する傾斜角を変えて粒状体の飛散範囲を調整し、さらに必要な分別等級に応じて飛散範囲の間で回収容器の大きさや配置個数を変更することで適宜に設定することができる。
なお、回収容器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの開口形状は、粒状体の飛散範囲に応じて、適宜形状に設定することができる。例えば、一定重量の粒状体が同心円環状の領域に飛散される場合には、回収容器も同心円環状に開口することで、分別精度を向上することができる。
【００６３】
このように本実施形態では、回収機構１６によって、金属粉末を重量や粒径によって分別した状態で回収することができるので、金属粉末を回収後に分別する手間を省くことができて、分別された金属粉末を効率よく製造することができる。
【００６４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００６５】
本実施形態の金属粉末製造装置１０２は、図５に示すように、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１００のヒータ加熱部１２を削除し、反応槽１０、加熱ガス循環機構１３および回収機構１１に代えて、反応槽１８、加熱ガス循環機構１９（ガス吹き付け機構）、および回収機構２０を備え、ヒータ加熱部２１（加熱部）を追加したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
反応槽１８は、保持槽５の下方に上記第１の実施形態と同様に設けられた吹き付け室部１０Ａと、吹き付け室部１０Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１８Ｂとからなる。加熱保持室部１８Ｂは、水平方向のうちの一方側（図５の左側）では吹き付け室部１０Ａから延出するように設けられ、延出方向側に、より広い内部空間が形成されている。
【００６７】
加熱ガス循環機構１９は、加熱された不活性ガスを水平方向に吹き出す流出口部１９ａと、加熱保持室部１８Ｂ内の不活性ガスを吸い込む流入口部１９ｂと、流入口部１９ｂから吸い込んだ不活性ガスを加熱保持室部１８Ｂの外部で上記第１の実施形態と同様の温度Ｔａ１に温度制御して流出口部１９ａから吹き出させる不図示の加熱循環部を備える。
流出口部１９ａは、加熱保持室部１８Ｂの側壁部において、加熱保持室部１８Ｂの延出方向の基端側（図５の右側）の壁部に設けられている。また、流入口部１９ｂは、加熱保持室部１８Ｂの延出方向の終端側（図５の左側）の壁部において、流出口部１９ａに対向する位置に設けられている。
加熱循環部は、加熱保持室部１８Ｂの外部で、流出口部１９ａと流入口部１９ｂとをつなぐ流路を備え、この流路中に、例えばヒータなどの加熱機構が設けられている。このため、流路内を流れる不活性ガスの温度を上記第１の実施形態と同様な温度Ｔａ１に制御できるようになっている。
また、加熱循環部は、流路内に略一定の流速の流れを形成するファンなどの送風機構が設けられている。
これにより、反応槽１８の内部において、図示矢印Ｆで示すように流出口部１９ａから流入口部１９ｂに向かう水平方向に、加熱された不活性ガスの流れが形成される。
加熱ガス循環機構１９の流出口部１９ａ、流入口部１９ｂは、それぞれ上記第１の実施形態の流出口部１３Ａ、流入口部１３Ｂと同様の構成を採用することができる。
【００６８】
回収機構２０は、反応槽１８内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性を有する複数の回収容器からなり、加熱保持室部１８Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
本実施形態では、図５に示すように、複数の回収容器が、流出ノズル６の下側に配置された回収容器２０ｃと、この回収容器２０ｃから、水平方向において、加熱保持室部１８Ｂの延出方向に向かって位置をずらした状態で隣接して配置された回収容器２０ｂ、２０ａとを有する場合の例で説明する。
このため、加熱保持室部１８Ｂの床面部は、少なくとも、粒状体が落下する範囲では、上側に開口された回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａによって区分されている。
【００６９】
ヒータ加熱部２１は、加熱保持室部１８Ｂの床面部の下側に設けられ、熱源としてヒータ２１ａを備えることにより、加熱保持室部１８Ｂの床面部を外部から加熱して、少なくとも回収機構２０およびその近傍の反応槽１８内の雰囲気温度を、第１の実施形態と同様の温度Ｔａ２に保持するものである。
また、ヒータ加熱部２１は、すべての粒状体が落下してから、温度Ｔａ２から粒状体を加熱保持室部１８Ｂの外部に取り出す際に外部との温度差が少なくなるように、温度を低下させる、もしくは冷却する制御が行えるようにしてもよい。
【００７０】
次に、金属粉末製造装置１０２を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
まず、溶融工程、流出工程、溶湯吹き付け工程が、それぞれ上記第１の実施形態と同様に行われる。これにより、流出ノズル６、および各吹き付けノズル９の下方には、多数の粒状体３０Ａが形成され、流出ノズル６のノズル先端部６ａを通る鉛直軸を中心として粒状体３０Ａが飛散しながら落下する。
【００７２】
次に加熱保持工程を含む回収工程は、加熱保持室部１８Ｂ内で、粒状体３０Ａの落下とともに行われる。
このとき、加熱保持室部１８Ｂの上側では、加熱ガス循環機構１９によって図示矢印Ｆのような加熱された不活性ガスの流れが形成されているので、粒状体３０Ａは、落下と共に重量に応じて、矢印Ｆ方向に流されつつ、回収機構２０内に落下していく。
このため、重量が大きい順に、例えば、破線矢印Ｇ、Ｈ、Ｉのような異なる軌跡を描いて、それぞれ、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａに向けて落下する。
落下の途中では、不活性ガスが加熱ガス循環機構１９によって加熱され温度Ｔａ１になっているため、雰囲気温度Ｔａ１で加熱保持工程が行われる。この加熱保持工程で粒状体３０Ａが、粒状体３０Ｂ、３０Ｃに順次し変化していくことは、上記第１の実施形態と同様である。
【００７３】
このため、回収容器２０ｃには、流出ノズル６の流出方向と略直交する方向の飛距離が相対的に短い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収され、回収容器２０ｂ、２０ａには、順次、飛距離が相対的に長い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として落下する。
これにより、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａには、それぞれ粒状体当たりの重量が大、中、小の等級に分別された状態となる。
回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａに落下した粒状体３０Ｃは、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａが、ヒータ加熱部２１によって温度Ｔａ２に温度制御されているため、各粒状体３０Ｃは、温度Ｔａ２に保持される。そして回収機構２０に落下した粒状体３０Ｃを金属粉末として回収する。その際必要に応じて、すべての粒状体が回収機構２０に落下してから温度Ｔａ２を下降させ、粒状体３０Ｃを温度低下させてから回収してもよい。
【００７４】
なお、溶湯吹き付け工程において、金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの流量比等の条件が一定であれば、粒状体３０Ｃにおける金属固化物２Ｂと被覆金属固化物４Ｂとの組成比も一定となる。そのため、粒状体３０Ｃを重量によって分別することは、粒状体３０Ｃの粒径によって分別しているのと略同じことである。
【００７５】
本回収工程における分別の精度は、加熱ガス循環機構１９による不活性ガスの流速を変えて粒状体の飛散範囲を調整し、さらに必要な分別等級に応じて飛散範囲の間で回収容器の大きさや配置個数を変更することで適宜に設定することができる。
なお、回収容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開口形状は、粒状体の飛散範囲に応じて、適宜形状に設定することができるが、本実施形態では、落下する粒状体が一定方向に流されるため、不活性ガスの流れ方向（矢印Ｆ方向）と直交する方向に延ばされた矩形状が好ましい。
【００７６】
このように本実施形態では、回収機構２０によって、金属粉末を重量や粒径によって分別した状態で回収することができるので、金属粉末を回収後に分別する手間を省くことができて、分別された金属粉末を効率よく製造することができる。
【００７７】
なお、上記の説明では、金属粉末製造装置１００、１０１、１０２は、いずれも第１金属加圧部としてガス加圧機構１７を備える場合の例で説明したが、金属溶湯２Ａを常に重力によって流下させる場合には、第１金属加圧部は省略してもよい。
【００７８】
また、上記の説明では、金属粉末製造装置１００、１０１、１０２は、加熱部として加熱ガス循環機構１３、加熱ガス循環機構１９、ヒータ加熱部１２、２１などを備える場合の例で説明したが、加熱保持工程を行うには、いずれか１つの加熱部があればよいので、適宜組み合わせたり、組合せから削除したりすることができる。
例えば、金属粉末製造装置１００において、ヒータ加熱部１２のみで、反応槽１０内の雰囲気温度を良好に調整できれば、加熱ガス循環機構１３は削除してもよい。この場合、装置構成が簡素化される。
また、加熱保持工程を行わない場合には、加熱部を備えない構成としてもよい。
【００７９】
また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【実施例】
【００８０】
上記第１、第３の実施形態に対応する実施例１〜７について説明する。各実施例の条件と、これらの条件で製造された金属粉末の被覆比率および組成質量比の測定結果を示す。表１において、流出金属（ｍ１）、射出金属（ｍ２）は、それぞれ上記説明の金属材料２、被覆金属材料４を表す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
［実施例１］
実施例１は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｎｉ（融点Ｍａ＝１４５５（℃））、Ａｕ（融点Ｍｂ＝１０６４（℃）、密度１９．３２（ｇ／ｃｍ３，２０℃））を用いて、ＮｉにＡｕが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＮｉを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１５００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｕを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１１００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＮｉを流出ノズル６のノズル先端部６ａから流下させると同時に、溶融状態のＡｕをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．５（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９から、Ｎｉの流量と等量となるように、流下するＮｉに吹き付けて衝突させた。このとき、ガス加圧機構１７による加圧は停止させ、Ｎｉがノズル先端部６ａから重力によって自然流下するようにした。
そして、衝突したＮｉ、Ａｕは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３の不活性ガスの循環、およびヒータ加熱部１２による温度制御は停止した。
このため、本実施例の回収工程は、加熱保持工程を含まない回収工程の例となっている。
【００８３】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｕとの質量比が０．５：１であることが確認された。
また得られた金属粉末を基板固定後に、ＳＥＭ観察によるＥＤＸ分析（エネルギー分散型X線分光法、Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）を行った。使用した分析装置は、ＥＲＡ−８９００ＦＥ（商品名；（株）エリオニクス社製）である。
この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｕ成分が９６％、Ｎｉ成分が４％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｕによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８４】
［実施例２］
実施例２は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｆｅ（融点Ｍａ＝１５３５（℃）、密度７．８７（ｇ／ｃｍ３，２０℃））、Ａｇ（融点Ｍｂ＝９６１（℃））を用いて、ＦｅにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＡｇを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１６００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＦｅをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝１．５（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．５（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９から、Ｆｅの流量と等量となるように、流出するＦｅに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＦｅ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを反応槽１０内に循環させることで、衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。
【００８５】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＦｅとＡｇとの質量比が０．８：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｆｅ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８６】
［実施例３］
実施例３は、上記実施例２において、実施例１と同様に加熱保持工程を省略した例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＦｅとＡｇとの質量比が０．８：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９７％、Ｆｅ成分が３％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８７】
また、実施例２、３を比較すると、加熱ガス循環機構１３により加熱保持工程を行うことで、加熱保持工程を行わない場合に比べてＡｇの被覆率を向上できることが分る。
これは、加熱保持工程によって反応槽１０内の温度を回収機構１１に落下するまでの間の温度をＡｇの融点に近い高温の９００℃に保持することでＦｅの表面のＡｇがゆっくり固化するため、粒状体の回転とともに、固化したＦｅの表面を移動して良好に被覆できるからである。
【００８８】
［実施例４］
実施例４は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｎｉ、Ａｇを用いて、ＮｉにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＮｉを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１５００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＮｉをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝１．５（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．０（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９からＮｉの流量の２／３になるように、流出するＮｉに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＮｉ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを反応槽１０内に循環させることで、衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。
【００８９】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が１．３：１であることが確認された。これは、加圧力Ｐ１、Ｐ２の比を３：２とすることで、衝突時のＮｉとＡｇとの流量比が３：２となり、質量比に直すために密度をかけると理解できる。つまり、Ｎｉの２５℃における密度は８．９０（ｇ/ｃｍ３)、Ａｇの２０℃における密度は１０．４９（ｇ/ｃｍ３)であるので、ＮｉとＡｇとの流量比３：２に、ＮｉとＡｇとの密度の比８．９０：１０．４９をかけると、１.３：１になる。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｎｉ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９０】
［実施例５］
実施例５は、上記実施例４において、実施例１と同様に加熱保持工程を省略した例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が１.３：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９６％、Ｎｉ成分が４％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９１】
また、実施例４、５を比較すると、金属材料２がＮｉの場合でも、加熱ガス循環機構１３により加熱保持工程を行うことで、加熱保持工程を行わない場合に比べてＡｇの被覆率を向上できることが分る。
【００９２】
［実施例６］
実施例６は、上記実施例４において、加圧力Ｐ１を２倍の３．０ｋＰａにした例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が２．６：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｎｉ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９３】
また、実施例６を実施例４と比較すると、加圧力Ｐ１のみを２倍に変えたことによって流出ノズル６から流出されるＮｉの流量が２倍になり、Ａｇとの衝突量（体積比）も２倍となるため、組成質量比においてＮｉの質量比が２倍になっていることが分る。
【００９４】
［実施例７］
実施例７は、金属粉末製造装置１０２を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｃｕ（融点Ｍａ＝１０８４（℃））、Ａｇを用いて、ＣｕにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝２００（ｇ）のＣｕを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１１５０（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１００（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＣｕをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝２．０（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．０（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９からＣｕの流量の１／２になるように、流出するＣｕに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＣｕ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構２０に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１９によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを図５の矢印Ｆのように一方向に流しておいた。また、これにより衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。なお、ヒータ加熱部１２の温度は、Ｔａ２＝８００（℃）に設定した。
このため、加熱ガス循環機構１９で流されたＡｒガスによって流されることで、粒状体の飛距離に応じて、回収容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃに分別して回収された。
【００９５】
次に、回収容器ごとの金属粉末の粒径分布を、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置によって測定した。金属粉末の平均粒子径の測定結果は、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａの順に、それぞれ約３２０μｍ、約１２０μｍ、約８０μｍであった。
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＣｕとＡｇとの質量比が１．７：１であることが確認された。これは、加圧力Ｐ１、Ｐ２の比を２：１とすることで、衝突時のＣｕとＡｇとの流量比が２：１となり、質量比に直すために密度をかけると理解できる。つまり、Ｃｕの２０℃における密度は８．９５（ｇ／ｃｍ３）、Ａｇの２０℃における密度は１０．４９（ｇ／ｃｍ３）であるので、ＣｕとＡｇとの流量比２：１に、ＣｕとＡｇとの密度の比８．９５：１０．４９をかけると、１．７：１になる。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９８％、Ｃｕ成分が２％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
また、加熱Ａｒガスを一方向に流すことで金属粉末を粒子サイズ別に回収できることが確認された。
【００９６】
［実験例］
次に、金属材料２と被覆金属材料４の組合せを変えて、それぞれの融点の差による被覆状態の違いについて調べる実験を行った。
この実験では、金属粉末製造装置１００を用い、保持温度Ｔ１、Ｔ２は、上記実施例１〜５に用いた金属は、それと同様の温度とし、Ｃｏ（融点１４９５℃）は、保持温度Ｔ１＝１５５０（℃）とした。加圧力Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ共通に、Ｐ１＝１．０（ｋＰａ）、Ｐ２＝１．０（ｋＰａ）とし、加熱保持工程は、Ｔａ１を融点Ｍｂの９０％の温度として、雰囲気温度は、融点Ｍｂに対して約８０％程度に設定した。
この結果を表２に示す。
【００９７】
【表２】
【００９８】
上記表２において、流出金属、射出金属は、それぞれ上記説明の金属材料２、被覆金属材料４を表す。
また、表２の◎、○、×は、金属粉末の表面を観察して、定性的に評価したものである。「◎」は、金属粉末が粒子形状であり、金属材料２（流出金属）は被覆金属材料４（射出金属）によって略全体が被覆されていたことを示す。「○」は、金属粉末が粒子形状であり、金属材料２（流出金属）が、一部に明らかに露出していることが観察されたことを示す。「×」は、金属粉末は、ほぼ粒子形状であるが、金属材料２と被覆金属材料４との区別がなく合金状態であったことを示す。
また、各◎、○、×の後ろのカッコ内の数字は、Ｍａ−Ｍｂの値（℃）を示す。
【００９９】
以下、表２の各金属の組合せを、「流出金属／射出金属」と表す。
表２の結果によれば、×と判定されたのは、Ｆｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ａｕの組合せであり（Ｍａ−Ｍｂ）はそれぞれ４０℃、８０℃、４０℃で、いずれも１００℃より小さい。
また、○と判定されたのは、Ｃｕ／Ａｇ、Ａｕ／Ａｇの組合せであり、（Ｍａ−Ｍｂ）は、それぞれ１２３℃、１０３℃と、１００℃より大きく３７０℃より小さい。
◎と判定されたのは、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）／（Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ）の任意の組合せであり、３７１℃（Ｎｉ／Ｃｕ）〜５７４℃（Ｆｅ／Ａｇ）と、３７０℃より大きい。
したがって、以上に説明した金属粉末製造方法によれば、上記式（１）を満足する金属同士によって、一部に金属材料２が露出するものの、金属材料２を被覆金属材料４で良好に被覆した金属粉末が得られ、上記式（２）を満足する金属同士によって、金属材料２を被覆金属材料４で略全体的に被覆した金属粉末が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の加熱ガス循環機構の模式的な斜視図、およびそのガス流入流出口の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の金属粉末製造方法の溶湯吹き付け工程の様子を示す模式的な説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 金属材料溶融槽（第１の加熱槽）
２ 金属材料（第１の金属）
２Ａ 金属溶湯（溶融された第１の金属）
２Ｂ 金属固化物
３ 被覆金属材料溶融槽（第２の加熱槽）
４ 被覆金属材料（第２の金属）
４Ａ 被覆金属溶湯（溶融された第２の金属）
４Ｂ 被覆金属固化物
５ 保持槽（第１の加熱槽）
６ 流出ノズル
６ａ、９ａ ノズル先端部
７ 保持槽（第２の加熱槽）
８ ガス加圧機構（第２金属加圧部）
９ 吹き付けノズル
１０、１５、１８ 反応槽
１０Ｂ、１５Ｂ、１８Ｂ 加熱保持室部
１１、１６、２０ 回収機構
１２、２１ ヒータ加熱部（加熱部）
１２ａ、２１ａ ヒータ（熱源）
１３ 加熱ガス循環機構
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 回収容器
１７ ガス加圧機構（第１金属加圧部）
１９ 加熱ガス循環機構
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 粒状体
１００、１０１、１０２ 金属粉末製造装置
Ａ 落下方向
Ｂ 吹き付け方向
Ｍａ、Ｍｂ 融点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の表面を異種の金属によって被覆した金属粉末を製造する金属粉末製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属を微粒子化する方法として水アトマイズ法やガスアトマイズ法が知られている。また、これらの方法を応用して、金属と異種の金属とを複合化した金属粉末を製造する金属粉末製造方法および装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、金属を溶融してノズルから放出し、これに高圧水、高圧ガス等の冷却媒体を衝突させて微粒化すると共に急冷凝固させる粒子分散合金の製造方法において、冷却媒体に強化粒子を混合し、これをノズルから放出した溶融金属に噴射して溶融金属を微細化し、強化粒子が均一に分散した粒子分散合金の微細粉を製造する粒子分散合金の製造方法およびその製造装置が記載されている。
また、特許文献２には、金属、もしくは金属合金の融解した及び／又は凝固する液滴の微粒化した流れ又は噴霧の中に、その噴霧される金属又は金属合金とは異なる組成の材料を導入する工程と、その導入材料を液滴の流れ又は噴霧に接触させて微粒化液滴の表面の全部または一部にコーティングを形成するようにする工程とを含む、被覆粉体材料の製造方法およびその製造装置が記載されている。
【特許文献１】特開平８−１３００８号公報
【特許文献２】特表平８−５０６３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の金属粉末製造方法および装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、金属を溶融してノズルから放出し、これに高圧水、高圧ガス等の冷却媒体を衝突させて微粒化させ、その高圧水や高圧ガスに強化粒子を混合して衝突させることで、粒子分散合金の微細粉を得る。
この方法によると、一部の強化粒子は金属の内部に分散するものの、金属粒子の表面においても強化粒子が分散する。強化粒子は固体粒子であるため、金属粒子表面では島状に分散付着する。すなわち、表面に突出した強化粒子の間には空間が生じるので、強化粒子によって金属粒子全体をコートした皮膜を形成することはできないという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、融解金属をガスジェットにより微粒化液滴とした後、この微粒化液滴よりも低温の固体粒子を衝突させる。そして、金属液滴表面で固体粒子が融解することにより、粒子の融解物が表面に付着され、表面コーティングが形成される。
しかしながら、特許文献２に記載によれば、「導入材料の液相線温度（liquidus temperature）は、微粒化した金属又は金属合金の液相線温度より１００℃だけ低いのが好ましいが、わずかに３０℃又は１０℃だけ低くてもよい。」「固体粒子が融解してコーティング（例えば、フラックス・コーティング）を形成するようにするために、固体粒子の融解温度は、噴霧される金属又は金属合金のそれよりごくわずか異なる（例えば、１０℃未満の差）のが適当である」。このため、被膜を形成する金属とこの金属によって被覆される金属との液相線温度の温度差をかなり狭い範囲に限定しなければならない。したがって、液相線温度が互いに近い材料同士を用いた金属粉末しか製造することができないという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、融解金属はガスジェットが当たることで微粒化される際、ガスジェットの接触とともに温度低下し、微粒化されると比表面積が増大することによって一層温度低下が促進される。そのため、特許文献２に記載の装置では、固体粒子の衝突時の微粒化液滴の温度制御は困難である。
衝突時の微粒化液滴の温度が低いと表面に衝突した固体粒子の融解が生じなかったり、融解しても表面をコートする前に固化が生じてしまったりするので、良好な被膜を形成できなくなるという問題がある。
近年、導電性金属微粒子や耐酸化性を高めた機能性金属微粒子の要求が高まっており、融点が異なる様々な金属材料を用いて、金属の表面を異種の金属によって良好に被覆した金属粉末を製造する技術が強く望まれている。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金属の表面を、その金属の融点より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができる金属粉末製造方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の金属粉末製造方法は、融点がＭａ（℃）の第１の金属、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の第２の金属をそれぞれ溶融させる溶融工程と、該溶融工程で溶融された前記第１の金属を流出ノズルから流出させる流出工程と、該流出工程で流出される前記第１の金属に、前記溶融工程で溶融された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、前記第１の金属に前記第２の金属が付着された粒状体を形成する溶湯吹き付け工程と、該溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、前記融点Ｍａ、Ｍｂは、次式（１）の関係を満たす方法とする。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
この発明によれば、溶融工程を行って第１および第２の金属を溶融させ、流出工程を行って流出ノズルから第１の金属を流出させる。次に、溶湯吹き付け工程を行って、第１の金属に、溶融工程で溶融された第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、第１の金属に第２の金属が付着された粒状体を形成する。
このとき、第２の金属が吹き付けられた第１の金属は、溶湯同士の衝突により、第２の金属が付着した状態で微粒子化され、溶融状態の粒状体が形成される。この粒状体は微粒子化とともに、表面から急激に放熱されて温度低下し、式（１）の関係から、まず第１の金属が固体化し、固体化された第１の金属に溶融状態の第２の金属が付着している状態となる。第２の金属は、第１の金属が固体化しても、少なくとも１００℃温度低下する間は、溶融状態となっているため、第２の金属の濡れ性によって、固化された第１の金属の表面上に伸ばされる。そして、衝突時の物理的な衝撃によって発生した回転力により、第２の金属は第１の金属の表面を移動し、表面を被覆していく。
なお、融点Ｍｂに対する融点Ｍａの温度差が１００℃以下であると、第２の金属の固化の開始が早すぎるため、表面に第１の金属が露出する割合が多くなりすぎる。
次に、溶湯吹き付け工程で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程を行う。粒状体は、放熱により冷却されることで固化していくので、衝突位置から回収位置までの空中の飛距離を調整することで、固化された粒状体を回収することができるが、必要によっては、積極的に冷却してもよいし、加熱して固化時間を遅らせてもよい。
このようにして第１の金属の表面を第２の金属で良好に被覆した金属粉末を製造することができる。
【０００６】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
この場合、溶湯吹き付け工程において、第２の金属が粒状体上で溶融状態を保つ時間がより長くなるため、第１の金属の表面の被覆率が格段に向上される。
【０００７】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記流出工程は、前記第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるようにすることが好ましい。
この場合、第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるため、第１の金属の流量を調整することができる。そのため、粒状体における第１および第２の金属の質量比を調整することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記回収工程は、前記溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を、前記第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、前記粒状体を固化させる加熱保持工程を含むことが好ましい。
この場合、回収工程が、第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持される加熱保持工程を含むため、自然放冷する場合に比べて、粒状体の冷却速度が低下する。そして、加熱雰囲気温度と熱平衡に達した状態では第２の金属が融点より低温となるため、第２の金属が固化される。
このため、第２の金属の融点以上の高温に保持する場合のように、第２の金属が固化せず溶融状態のまま回収されて、第２の金属が第１の金属の表面から剥離落下したり、剥離落下しないまでも膜厚が不均一になったりすることを防止できる。
また、自然放冷する場合に比べてゆっくり冷却され、第２の金属が固体化するまでの時間が延びることによって、粒状体の回転数も相対的に増えるため、第２の金属が第１の金属の表面上により広がりやすくなり、膜厚を安定させることができる。
【０００９】
また、本発明の加熱保持工程を含む金属粉末製造方法では、前記加熱保持工程は、前記粒状体を、不活性ガスが内部に満たされ、熱源によって外部から加熱された反応槽内に保持して行うことが好ましい。
この場合、反応槽を熱源によって外部から加熱し、反応槽の内部に満たされた不活性ガスを加熱して、加熱保持を行うため、装置構成を簡素化することができる。
【００１０】
また、本発明の加熱保持工程を含む金属粉末製造方法では、前記加熱保持工程は、前記粒状体を、加熱された不活性ガスを内部に循環させて前記加熱雰囲気を形成する反応槽内に保持して行うことが好ましい。
この場合、反応槽内で、加熱された不活性ガスを内部に循環させるので、加熱雰囲気の温度を均一化することができる。このため、粒状体ごとの冷却条件が均一化されるので第２の金属の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、不活性ガスの循環方向を一定方向に制御すれば粒状体の飛散経路を制御することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記溶湯吹き付け工程は、前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられた吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を、前記第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて飛散させる工程であり、前記回収工程は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって飛散された前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることが好ましい。
この場合、溶湯吹き付け工程で、第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて粒状体を飛散させ、回収工程では、この飛散された粒状体を流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
【００１２】
また、本発明の金属粉末製造方法では、前記溶湯吹き付け工程は、前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜された吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を落下させる工程であり、前記回収工程は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって落下された前記粒状体に対して、該粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて前記粒状体を飛散させ、該粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることが好ましい。
この場合、溶湯吹き付け工程では粒状体を落下させ、回収工程では、粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて粒状体を飛散させ、粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
この場合、ガスの流速を調整することで、重量に応じた飛距離を可変できるため、分別等級の調整が容易となる。
なお、加熱保持工程において、加熱された不活性ガスを循環させる場合に、この不活性ガスの循環方向を、分別回収するために粒状体に吹き付ける方向と合わすことにより、粒状体を飛散させるガスと兼用してもよい。
【００１３】
本発明の金属粉末製造装置は、第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽と、該第１の加熱槽で溶融された前記第１の金属を流出させる流出ノズルと、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）として次式（１）を満足する融点Ｍｂ（℃）を有する第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽と、該第２の加熱槽で溶融された前記第２の金属を加圧する第２金属加圧部と、前記流出ノズルから流出された前記第１の金属に向けて、前記第２金属加圧部で加圧された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付ける吹き付けノズルと、該吹き付けノズルから前記第２の金属を吹き付けることによって形成された、前記第１の金属に前記第２の金属が付着されてなる粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収機構とを備える構成とする。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
この発明によれば、第１および第２の加熱槽によってそれぞれ第１および第２の金属を溶融させ、まず流出ノズルから第１の金属を流出させる。次に、第２金属加圧部によって、第２の加熱槽における第２の金属を加圧し、流出ノズルから流出された第１の金属にむけて、吹き付けノズルから溶湯状態で吹き付ける。
このとき、第２の金属が吹き付けられた第１の金属は、溶湯同士の衝突により、第２の金属が付着した状態で微粒子化され、溶融状態の粒状体が形成される。この粒状体は微粒子化とともに、表面から急激に放熱されて温度低下し、式（１）の関係から、まず第１の金属が固体化し、固体化された第１の金属に溶融状態の第２の金属が付着している状態となる。第２の金属は、第１の金属が固体化しても、少なくとも１００℃温度低下する間は、溶融状態となっているため、第２の金属の濡れ性によって、固化された第１の金属の表面上に伸ばされる。そして、衝突時の物理的な衝撃によって発生した回転力により、第２の金属は第１の金属の表面を移動し、表面を被覆していく。
なお、融点Ｍｂに対する融点Ｍａの温度差が１００℃以下であると、第２の金属の固化の開始が早すぎるため、表面に第１の金属が露出する割合が多くなりすぎる。
次に、回収機構によって、粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する。粒状体は、放熱により冷却されることで固化していくので、衝突位置から回収位置までの空中の飛距離を調整することで、固化された粒状体を回収することができるが、必要によっては、積極的に冷却してもよいし、加熱して固化時間を遅らせてもよい。
このようにして第１の金属の表面を第２の金属で良好に被覆した金属粉末を製造することができる。
また、本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属粉末製造方法を行うための製造装置となっている。
【００１４】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
この場合、粒状体が形成されてから固化するまでの間に、第２の金属が粒状体上で溶融状態を保つ時間がより長くなるため、第１の金属の表面の被覆率が格段に向上される。
【００１５】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の加熱槽は、溶融された前記第１の金属を加圧する第１金属加圧部を備えることが好ましい。
この場合、第１金属加圧部によって、第１の金属を加圧して流出させるため、加圧力を変えることで第１の金属の流量を調整することができる。そのため、粒状体における第１および第２の金属の質量比を調整することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルと、前記回収機構とを内部に設けた反応槽と、該反応槽の内部の雰囲気温度を、前記第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部とを備えることが好ましい。
この場合、反応槽の内部の雰囲気温度を、第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部を備えるため、反応槽内の第２の金属の融点以上の高温に保持する場合のように、第２の金属が固化せず溶融状態のまま回収されて、第２の金属が第１の金属の表面から剥離落下したり、剥離落下しないまでも膜厚が不均一になったりすることを防止できる。
また、自然放冷する場合に比べてゆっくり冷却され、第２の金属が固体化するまでの時間が延びることによって、粒状体の回転数も相対的に増えるため、第２の金属が第１の金属の表面上により広がりやすくなり、膜厚が安定される
【００１７】
また、本発明の反応槽と加熱部とを備える金属粉末製造装置では、前記反応槽の内部には、不活性ガスが満たされ、前記加熱部は、前記反応槽を外部から加熱する熱源を備えることが好ましい。
この場合、反応槽を熱源によって外部から加熱し、反応槽の内部に満たされた不活性ガスを加熱して、加熱保持を行うため、装置構成を簡素化することができる。
【００１８】
また、本発明の反応槽と加熱部とを備える金属粉末製造装置では、前記加熱部は、不活性ガスを加熱して、前記反応槽の内部に循環させる加熱ガス循環機構を備えることが好ましい。
この場合、反応槽内で、加熱ガス循環機構によって、加熱された不活性ガスを内部に循環させるので、加熱雰囲気の温度を均一化することができる。このため、粒状体ごとの第２の金属の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、不活性ガスの循環方向を制御することで、粒状体の飛散経路を制御することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記吹き付けノズルは、前記流出ノズルの流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられ、前記回収機構は、前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収するものであることが好ましい。
この場合、吹き付けノズルからの第２の金属の吹き付けによって、第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて粒状体を飛散させることができる。そして、回収機構によって、この飛散された粒状体を吹き付けノズル流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから金属粉末として回収するので、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
【００２０】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記回収機構は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方に設けられ、前記粒状体を該粒状体の落下位置に応じて、分別状態に収容して、前記金属粉末として回収するものであり、前記回収機構と前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルとの間の空間で前記粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付け、これにより前記粒状体を飛散させるガス吹き付け機構を設けることが好ましい。
この場合、流出ノズルから流出する第１の金属に、吹き付けノズルからの第２の金属を吹き付けて粒状体を形成し、ガス吹き付け機構によって、この粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて粒状体を飛散させることができる。そして、飛散された粒状体は、回収機構により、落下位置に応じて分別状態に収容してから金属粉末として回収することができる。このため、金属粉末を重量に応じて分別して回収することができる。
この場合、ガスの流速を調整することで、重量に応じた飛距離を可変できるため、分別等級の調整が容易となる。
なお、加熱ガス循環機構を備える場合には、加熱ガス循環機構、および加熱ガス循環機構によって循環される不活性ガスが、それぞれ粒状体を飛散させるガス、およびガス吹き付け機構を兼ねる構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の金属粉末製造方法および装置によれば、溶融されて流出される第１の金属に溶湯状態の第２の金属を吹き付けることで、第１の金属に第２の金属が付着された粒状体を形成するので、金属の表面を、より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の加熱ガス循環機構の模式的な斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のガス流入流出口の模式図である。
【００２４】
本実施形態の金属粉末製造装置１００は、融点がＭａ（℃）の金属材料２（第１の金属）の表面の表面が、融点Ｍｂ（℃）の異種の金属である被覆金属材料４（第２の金属）によって略被覆された金属粉末を製造する装置である。
ここで、金属材料２、被覆金属材料４の融点Ｍａ、Ｍｂは、下記式（１）の関係を満足する温度であり、さらに下記式（２）を満足する温度であることが好ましい。
【００２５】
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【００２６】
金属材料２、被覆金属材料４は、後述する実施例に挙げた鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属元素単体からなる金属を、上記式（１）に基づいて、選択的に組み合わせて用いることができる。
ただし、本実施形態に用いることができる金属はこれらに限定されるものではなく、他の金属元素からなる金属でもよい。さらに、複数の元素からなる合金と金属元素単体からなる金属との組合せや、あるいは異なる合金同士の組合せであってもよい。
【００２７】
本実施形態の金属粉末製造装置１００の概略構成は、図１に示すように、金属材料溶融槽１および被覆金属材料溶融槽３が筐体１００ａの上部に設けられ、筐体１００ａの内部に、保持槽５、ガス加圧機構１７（第１金属加圧部）、流出ノズル６、保持槽７、ガス加圧機構８（第２金属加圧部）、吹き付けノズル９、反応槽１０、加熱ガス循環機構１３（加熱部）、ヒータ加熱部１２（加熱部）、および回収機構１１が設けられている。
また、金属粉末製造装置１００の内部は、不図示の不活性ガス供給部によって、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスなど、粉末化する金属と反応したり分解したりするなどして不純物成分を形成することのない不活性ガスに満たされている。
【００２８】
金属材料溶融槽１は、金属材料２を加熱して溶融させるものである。
金属材料溶融槽１の装置構成は、槽内部に金属材料２を配置するるつぼ部１ｂが配置され、このるつぼ部１ｂの上方に設けた電極１ａによりアークプラズマを発生させ、アーク溶解法によって金属材料２を溶解して溶融状態とする構成を採用している。
るつぼ部１ｂの底部には、金属材料２の溶湯を下方に排出する流路１ｃが設けられている。
金属材料２として、合金を採用する場合には、合金化された材料をるつぼ部１ｂに配置してもよいし、合金の成分を構成する金属材料をるつぼ部１ｂ上に配置してるつぼ部１ｂで溶解させることで合金の溶湯を形成してもよい。
【００２９】
被覆金属材料溶融槽３は、被覆金属材料４を加熱して溶融させるものであり、筐体１００ａの上部において金属材料溶融槽１を挟んで対向する位置にそれぞれ１つずつ設けられている。
各被覆金属材料溶融槽３の装置構成は、槽内部に被覆金属材料４を配置するるつぼ部３ｂが配置され、このるつぼ部３ｂの上方に設けた電極３ａによってアークプラズマを発生させ、アーク溶解法により被覆金属材料４を溶解して溶融状態とする構成を採用している。
各るつぼ部３ｂの底部には、被覆金属材料４の溶湯を下方に排出する流路１ｃが設けられている。
また、被覆金属材料４として、合金を採用する場合には、合金化された材料をるつぼ部３ｂに配置してもよいし、合金の成分を構成する金属材料をるつぼ部３ｂ上に配置してるつぼ部３ｂで溶解させることで合金の溶湯を形成してもよい。
【００３０】
保持槽５は、金属材料溶融槽１の下方に設けられ、金属材料溶融槽１から流路１ｃを介して排出された金属材料２の溶湯を溶融状態で保持するものである。保持槽５の外周部側方にはヒータ５ａが設けられ、これにより保持槽５の槽内部に保持された金属材料２の温度を一定の保持温度Ｔ１に制御できるようになっている。
金属材料溶融槽１と保持槽５とは、第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽を構成している。
【００３１】
ガス加圧機構１７は、装置外部から、例えばＡｒガスなどの加圧された不活性ガスの供給を受けて、保持槽５内に保持された金属材料２の溶湯を加圧力Ｐ１で加圧するもので、保持槽５の側部もしくは上部に設けられている。
【００３２】
流出ノズル６は、保持槽５の底部に接続されて鉛直下向きに延ばされ、下端部に流出ノズル６内に導入された金属材料２の溶湯を下方に流出させる開孔を備えたノズル先端部６ａを有する筒状部材である。保持槽５と流出ノズル６との間には不図示の開閉弁が設けられ、保持槽５内の金属材料２の溶湯の流出ノズル６への供給量を制御できるようになっている。
【００３３】
保持槽７は、各被覆金属材料溶融槽３の下方にそれぞれ設けられ、各被覆金属材料溶融槽３から各流路３ｃを介して排出された被覆金属材料４の溶湯を溶融状態で保持するものである。保持槽７の外周部側方にはヒータ７ａが設けられ、これにより保持槽７の槽内部に保持された被覆金属材料４の温度を一定の保持温度Ｔ２に制御できるようになっている。
被覆金属材料溶融槽３と保持槽７とは、第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽を構成している。
【００３４】
ガス加圧機構８は、装置外部から、例えばＡｒガスなどの加圧された不活性ガスの供給を受けて、各保持槽７内に保持された被覆金属材料４の溶湯を加圧するもので、各保持槽７の側部もしくは上部に設けられている。
【００３５】
吹き付けノズル９は、各保持槽７の底部に接続され、下端部に、保持槽７から供給された被覆金属材料４の金属材料２の溶湯を溶湯状態で吹き出させる開孔を備えたノズル先端部９ａを有する筒状部材である。吹き付けノズル９のノズル先端部９ａは、流出ノズル６からの被覆金属材料４の流出方向に対して鋭角に交差する方向に向けて配置されている。
本実施形態では、互いに対向する吹き付けノズル９は、鉛直方向に沿って延ばされた流出ノズル６を挟んでＶ字状に配置されている。
【００３６】
ノズル先端部９ａのノズル径やノズル形状は、被覆金属溶湯４Ａの粘度等を考慮して、ノズル先端部９ａから吹き出される被覆金属溶湯４Ａの溶湯が噴霧化されることなく溶湯状態で吹き出されるように設定される。
また、保持槽７と吹き付けノズル９との間には不図示の開閉弁が設けられ、この開閉弁を開放することによって、保持槽７内でガス加圧機構８によって加圧された被覆金属材料４の溶湯を流出ノズル６に向けて溶湯状態で吹き出させ、これにより、被覆金属材料４の溶湯を、流出ノズル６から流出された金属材料２の溶湯に吹き付けることができるようになっている。
【００３７】
反応槽１０は、流出ノズル６から流出された金属材料２と各吹き付けノズル９から吹き付けられた被覆金属材料４とによって、金属材料２に被覆金属材料４が付着されてなる粒状体を形成し、この粒状体を固化させて金属粉末を回収するための空間を構成するものである。
本実施形態の反応槽１０は、保持槽５の下方側で、ノズル先端部６ａ、各ノズル先端部９ａを内側に収めるように設けられ、下方側に容積が拡大する四角錐台状の吹き付け室部１０Ａと、吹き付け室部１０Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１０Ｂとからなる。
【００３８】
加熱ガス循環機構１３は、不活性ガスを加熱して、反応槽１０の内部に循環させ、これにより少なくとも、反応槽１０内の高さ方向の中間部の雰囲気温度を、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度Ｔａ１に保持する制御を行うものである。本実施形態では、加熱保持室部１０Ｂの上側の３つの側壁部に、それぞれ１台ずつ設けられている。
温度Ｔａ１は、融点Ｍｂに対して、例えば、９０％〜９５％の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
各加熱ガス循環機構１３は、加熱保持室部１０Ｂの側壁部内側に沿って、不活性ガスを流入、流出させるガス流入流出口１３ａが配置され、加熱保持室部１０Ｂの外部側に、ガス流入流出口１３ａから流入する不活性ガスを加熱する加熱機構およびガス流入流出口１３ａから流出させるファンなどの送風機構を備える加熱ガス循環機構本体１３ｂが設けられている。
加熱機構としては、例えば、適宜のヒータを採用することができる。
本実施形態のガス流入流出口１３ａは、図２（ａ）に示すように、上側が流出口部１３Ａ、下側に流入口部１３Ｂを有する２段構成とされている。
流出口部１３Ａ、流入口部１３Ｂは、図２（ｂ）に示すように、いずれもメッシュ状のセラミックスフィルタからなるフィルタ１４が設けられている。このため不活性ガスは、フィルタ１４のフィルタ開孔部１４ａを通して、加熱ガス循環機構本体１３ｂに出入りできるようになっている。
【００４０】
ヒータ加熱部１２は、加熱保持室部１０Ｂの下部の側壁部の外周に設けられ、熱源としてヒータ１２ａを備えることにより、加熱保持室部１０Ｂの側壁を外部から加熱して、少なくとも加熱ガス循環機構１３の設置位置よりも下側の反応槽１０内の雰囲気温度を、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度Ｔａ２（ただし、Ｔａ２≦Ｔａ１）に保持する制御を行えるようになっている。
温度Ｔａ２は、融点Ｍｂに対して、例えば、７０％〜９５％の範囲とすることが好ましい。
【００４１】
回収機構１１は、反応槽１０内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性容器からなり、加熱保持室部１０Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
【００４２】
次に、金属粉末製造装置１００を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態の金属粉末製造方法の溶湯吹き付け工程の様子を示す模式的な説明図である。
【００４３】
本実施形態の金属粉末製造方法の概略工程は、溶融工程、流出工程、溶湯吹き付け工程、および回収工程をこの順に行うものである。また本実施形態の回収工程は、加熱保持工程を含むものである。
【００４４】
溶融工程は、金属材料２および被覆金属材料４をそれぞれ溶融する工程である。
まず、不活性ガス雰囲気下にて、金属材料溶融槽１のるつぼ部１ｂに、金属材料２を質量ｍａだけ供給し、電極１ａに高電圧を印加して、電極１ａによりアークプラズマを発生させ、金属材料２をアーク溶解させる。金属材料２が溶解された金属溶湯２Ａは、流路１ｃを通して保持槽５の槽内に排出される。
保持槽５は、ヒータ５ａによって融点Ｍａより高温の保持温度Ｔ１に温度制御されており槽内の金属溶湯２Ａの温度を保持温度Ｔ１に保持する。
また、不活性ガス雰囲気下にて、各被覆金属材料溶融槽３のるつぼ部３ｂに、被覆金属材料４を合計質量ｍｂだけ供給し、電極３ａに高電圧を印加して、電極３ａによりアークプラズマを発生させ、被覆金属材料４をアーク溶解させる。被覆金属材料４が溶解された被覆金属溶湯４Ａは、流路３ｃを通して保持槽７の槽内に排出される。
保持槽７は、ヒータ７ａによって融点Ｍｂより高温の保持温度Ｔ２に温度制御されており槽内の被覆金属溶湯４Ａの温度を保持温度Ｔ２に保持する。
【００４５】
次に流出工程を行う。本工程は、溶融工程で溶融された金属溶湯２Ａを流出ノズル６から流出させる工程である。
本実施形態では、ガス加圧機構１７によって保持槽５内に不活性ガスを送出し、保持槽５内の金属材料２に加圧力Ｐ１を加え、保持槽５の開閉弁を開き、金属材料２を流出ノズル６から押し出す。これにより、図３に示すように、金属溶湯２Ａはノズル先端部６ａから鉛直方向に沿って流出される。
【００４６】
本工程で、ガス加圧機構１７によって金属材料２を加圧するのは、ノズル先端部６ａからの金属溶湯２Ａの流量を制御するためである。重力による自然流下によって、必要な流量が得られる場合にはガス加圧機構１７の加圧力Ｐ１をかけないようにしてもよい。
【００４７】
次に溶湯吹き付け工程行う。本工程は、流出工程で流出される金属溶湯２Ａに、溶融工程で溶融された被覆金属溶湯４Ａを溶湯状態で吹き付けて、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが付着された粒状体３０Ａを形成する工程である。
本実施形態では、各ガス加圧機構８によって各保持槽７内に不活性ガスを送出し、保持槽７内の被覆金属材料４に加圧力Ｐ２を加え、各保持槽７の開閉弁を開き、被覆金属材料４を吹き付けノズル９に押し出す。これにより、図１に示すように、被覆金属溶湯４Ａはノズル先端部９ａから斜め下向きに溶湯状態で吹き出され、金属溶湯２Ａに吹き付けられる。
【００４８】
被覆金属溶湯４Ａを吹き付けられた金属溶湯２Ａは、被覆金属溶湯４Ａが衝突することによる物理的な衝撃によって、被覆金属溶湯４Ａが付着した微細な液滴として飛散する。すなわち、図３に示すように、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが衝突すると、まず、金属溶湯２Ａと被覆金属溶湯４Ａとが接触し微細化された液滴状の粒状体３０Ａが生成される。そして、衝突時の衝撃によって角運動量を持つため、自転しながら、飛散、落下していく。
このとき、粒状体３０Ａの組成質量比は、衝突領域における金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの量に依存する。すなわち、流出ノズル６および吹き付けノズル９からのそれぞれの流量比に依存する。
なお、図３は粒状化の過程を見やすくするため、吹き付けノズル９を１本として落下方向Ａに対して斜め上方から落下方向Ａに対して鋭角で傾斜する吹き付け方向Ｂから吹き付けた場合の例を示している。また、粒状体３０Ａなどの拡大図は模式的に描かれている。
本実施形態のように流出ノズル６を挟んで吹き付けノズル９を左右対称に配置した場合には、図１に示すように、粒状体３０Ａは下方に飛散して落下していく。
【００４９】
次に加熱保持工程を含む回収工程を行う。加熱保持工程は、溶湯吹き付け工程で形成された粒状体３０Ａを、融点Ｍｂより低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、粒状体を固化させる工程であり、回収工程は、加熱保持工程で固化された粒状体を金属粉末として回収する工程である。
【００５０】
溶湯吹き付け工程で生成された多数の粒状体３０Ａは、微粒子化に伴う比表面積の急増によりそれぞれ急冷される。金属材料２の融点Ｍａを下回ると、まず金属溶湯２Ａが固化して、金属固化物２Ｂが形成される。このため、わずかに落下する間に、粒状体３０Ａは、被覆金属溶湯４Ａがその粘性から発現する濡れ性によって金属固化物２Ｂの表面に付着した状態の粒状体３０Ｂに変化する。
飛散される粒状体３０Ｂは、反応槽１０内を自由落下するため慣性によって回転し続けるので、被覆金属溶湯４Ａは、液状のまま金属固化物２Ｂの表面上に伸ばされていく。
一方、反応槽１０内は、加熱ガス循環機構１３およびヒータ加熱部１２によって、被覆金属材料４の融点Ｍｂよりも低い温度に温度制御されている。そのため、粒状体３０Ｂは、落下の途中で融点Ｍｂよりも低温に温度低下する。これにより、被覆金属溶湯４Ａが固化し、粒状体３０Ｂは、金属固化物２Ｂの表面に被覆金属固化物４Ｂが被覆された固体の粒状体３０Ｃに変化する。
粒状体３０Ｃは、加熱保持室部１０Ｂの床面部に配置された回収機構１１内に落下し、適宜の冷却時間をおいてから、反応槽１０の外部に取り出され、金属粉末として回収される。以上で回収工程が終了する。
【００５１】
金属粉末として回収された粒状体３０Ｃは、回収機構１１に回収されるまでの間に、金属固化物２Ｂの表面を溶融状態で回転しつつ、被覆金属溶湯４Ａが固化していくため、金属固化物２Ｂが被覆金属固化物４Ｂによって良好に被覆された金属粉末となっている。
溶湯吹き付け工程では、粒状体３０Ａは、金属溶湯２Ａと被覆金属溶湯４Ａとが衝突して溶融状態のまま粒子化されるので、例えば、ガスジェットで粒子化されて急冷される金属に対して固体粒子を衝突させて異種金属による金属粉末を形成する場合とは異なり、衝突時の温度制御が容易となり、被覆率などの品質のバラツキも少なくて済む。
このように、本実施形態の金属粉末製造方法によれば、金属の表面を、より低い融点を有する異種の金属によって被覆した金属粉末を形成する場合に、それぞれの金属の融点の温度差が大きくても異種の金属によって良好に被覆された金属粉末を製造することができる。
【００５２】
粒状体３０Ｃにおける被覆金属溶湯４Ａの被覆率は、被覆金属材料４の融点Ｍｂ、溶融時の粘性等の固化時の物性に依存する。
被覆金属材料４の融点Ｍｂが、金属材料２の融点Ｍａよりも１００℃以下の低温であると、金属溶湯２Ａが固化してから被覆金属溶湯４Ａが固化するまでの時間が短すぎるため、被覆金属固化物４Ｂの被覆率が低くなりすぎる。
被覆率を向上するためには、温度差（Ｍａ−Ｍｂ）は、大きいほど好ましく、上記式（２）を満足することが好ましい。
また、被覆率を向上するには、被覆金属溶湯４Ａの固化時間を長くするとともに、低粘性となる時間を長く保持することが好ましい。このため、本実施形態では、加熱ガス循環機構１３およびヒータ加熱部１２によって、反応槽１０内の不活性ガスを加熱し、雰囲気温度が融点Ｍｂに近い低温側になるように温度制御している。
これにより、被覆金属溶湯４Ａの放冷が抑制されて固化時間が長くなり、それに応じて長い時間、粒状体３０Ｂの回転が続くので、粒状体３０Ｃにおける被覆金属固化物４Ｂの被覆率を向上することができる。
ただし、被覆金属溶湯４Ａが固化することなく回収されることを防止するため、加熱ガス循環機構１３、ヒータ加熱部１２による温度制御は、少なくとも加熱保持室部１０Ｂ内の雰囲気温度が、融点Ｍｂを超えないようにする。
【００５３】
また、本実施形態では、加熱ガス循環機構１３によって、反応槽１０内では、加熱された不活性ガスを循環させているため、反応槽１０内の温度分布の偏りを低減でき、粒状体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの飛散位置による冷却条件を均等化することができる。そのため、粒径などによって、飛散位置がばらついても、被覆率のバラツキなどが発生しにくくなる。
また、本実施形態では、ヒータ加熱部１２によって、加熱保持室部１０Ｂの内壁を融点Ｍｂより低い温度に加熱しているため、飛散された粒状体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが、加熱保持室部１０Ｂ内の内壁に衝突しても急冷されることがない。また、逆に衝突時に内壁から加熱されすぎて、被覆金属固化物４Ｂが再溶融するおそれがない。
被覆する金属を噴霧によって被覆される金属に接触させる場合には、被覆する金属の空気中の密度が低いため被覆する金属と被覆される金属が接触せず、被覆されない金属粒子が生成される可能性がある。本実施形態では、流出された金属溶湯２Ａの流れに対して、被覆する金属の被覆金属溶湯４Ａの流れを、加圧力Ｐ２を加えて直接吹き付けることによって確実に金属溶湯２Ａに接触するため、そのような恐れがなく確実に被覆された金属粒子が得られる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００５５】
本実施形態の金属粉末製造装置１０１は、図４に示すように、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１００の被覆金属材料溶融槽３、保持槽７、ガス加圧機構８、および吹き付けノズル９の１組と、加熱ガス循環機構１３とを削除し、反応槽１０および回収機構１１に代えて、反応槽１５および回収機構１６を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
反応槽１５は、保持槽５の下方側でノズル先端部６ａ、ノズル先端部９ａを内側に収めるように設けられ、下方側に容積が拡大する四角錐台状の吹き付け室部１５Ａと、吹き付け室部１５Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１５Ｂとからなる。加熱保持室部１５Ｂは、吹き付けノズル９の配置位置と反対の水平方向（図４の左側）では、吹き付け室部１５Ａから延出するように設けられ、延出方向側に、より広い内部空間が形成されている。
【００５７】
回収機構１６は、反応槽１５内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性を有する複数の回収容器からなり、加熱保持室部１０Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
本実施形態では、図４に示すように、複数の回収容器が、流出ノズル６の流出方向の対向する下方位置に配置された回収容器１６ｃと、この回収容器１６ｃから、流出ノズル６による流出方向に略直交する方向である水平方向において、吹き付けノズル９の配置位置と反対側に向かって位置をずらした状態で隣接して配置された回収容器１６ｂ、１６ａとを有する場合の例で説明する。
このため、加熱保持室部１５Ｂの床面部は、少なくとも、粒状体が落下する範囲では、上側に開口された回収容器１６ｃ、１６ｂ、１６aによって区分されている。
【００５８】
次に、金属粉末製造装置１０１を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５９】
まず、溶融工程では、被覆金属材料４が１つの被覆金属材料溶融槽３ですべて溶融され、保持槽７に保持される点が異なる。
次に流出工程は、上記第１の実施形態と同様に行われる。
次に、溶湯吹き付け工程では、図４に示すように、保持槽７から１つの吹き付けノズル９を介して、被覆金属溶湯４Ａが金属溶湯２Ａに吹き付けられる点が異なる。この際、上記第１の実施形態と同様に、金属溶湯２Ａに被覆金属溶湯４Ａが衝突されて、粒状体３０Ａが形成されるが、図３に示すように、粒状体３０Ａは、吹き付けノズル９の傾斜方向に応じた吹き付け方向Ｂに向かって飛散される。
【００６０】
このため、発生された粒状体３０Ａは、次の回収工程において、反応槽１５内を、図４に示すように飛散されると、粒状体３０Ａの重量に応じて異なる放物線状の軌跡を描いて落下していく。すなわち、重量が大きい順に、例えば、破線矢印Ｃ、Ｄ、Ｅのような異なる軌跡を描いて、それぞれ、回収容器１６ｃ、１６ｂ、１６ａに向けて落下する。
落下の途中では、ヒータ加熱部１２によって加熱保持工程が行われる。この加熱保持工程で粒状体３０Ａが、粒状体３０Ｂ、３０Ｃに順次し変化していくことは、上記第１の実施形態と同様である。
この結果、回収容器１６ｃには、流出ノズル６の流出方向と略直交する方向の飛距離が相対的に短い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収され、回収容器１６ｂ、１６ａには、順次、飛距離が相対的に長い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収される。
このようにして、回収機構１６ｃ、１６ｂ、１６ａには、それぞれ粒状体当たりの重量が大、中、小の等級に分別された状態で、金属粉末を回収することができる。
【００６１】
なお、溶湯吹き付け工程において、金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの流量比等の条件が一定であれば、粒状体３０Ｃにおける金属固化物２Ｂと被覆金属固化物４Ｂとの組成比も一定となる。そのため、粒状体３０Ｃを重量によって分別することは、粒状体３０Ｃの粒径によって分別しているのと略同じことである。
【００６２】
本回収工程における分別の精度は、吹き付けノズル９の流出ノズル６に対する傾斜角を変えて粒状体の飛散範囲を調整し、さらに必要な分別等級に応じて飛散範囲の間で回収容器の大きさや配置個数を変更することで適宜に設定することができる。
なお、回収容器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの開口形状は、粒状体の飛散範囲に応じて、適宜形状に設定することができる。例えば、一定重量の粒状体が同心円環状の領域に飛散される場合には、回収容器も同心円環状に開口することで、分別精度を向上することができる。
【００６３】
このように本実施形態では、回収機構１６によって、金属粉末を重量や粒径によって分別した状態で回収することができるので、金属粉末を回収後に分別する手間を省くことができて、分別された金属粉末を効率よく製造することができる。
【００６４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００６５】
本実施形態の金属粉末製造装置１０２は、図５に示すように、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１００のヒータ加熱部１２を削除し、反応槽１０、加熱ガス循環機構１３および回収機構１１に代えて、反応槽１８、加熱ガス循環機構１９（ガス吹き付け機構）、および回収機構２０を備え、ヒータ加熱部２１（加熱部）を追加したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
反応槽１８は、保持槽５の下方に上記第１の実施形態と同様に設けられた吹き付け室部１０Ａと、吹き付け室部１０Ａの下方に接続され、形成された粒状体を落下させ、粒状体を加熱保持して固化させる直方体状の加熱保持室部１８Ｂとからなる。加熱保持室部１８Ｂは、水平方向のうちの一方側（図５の左側）では吹き付け室部１０Ａから延出するように設けられ、延出方向側に、より広い内部空間が形成されている。
【００６７】
加熱ガス循環機構１９は、加熱された不活性ガスを水平方向に吹き出す流出口部１９ａと、加熱保持室部１８Ｂ内の不活性ガスを吸い込む流入口部１９ｂと、流入口部１９ｂから吸い込んだ不活性ガスを加熱保持室部１８Ｂの外部で上記第１の実施形態と同様の温度Ｔａ１に温度制御して流出口部１９ａから吹き出させる不図示の加熱循環部を備える。
流出口部１９ａは、加熱保持室部１８Ｂの側壁部において、加熱保持室部１８Ｂの延出方向の基端側（図５の右側）の壁部に設けられている。また、流入口部１９ｂは、加熱保持室部１８Ｂの延出方向の終端側（図５の左側）の壁部において、流出口部１９ａに対向する位置に設けられている。
加熱循環部は、加熱保持室部１８Ｂの外部で、流出口部１９ａと流入口部１９ｂとをつなぐ流路を備え、この流路中に、例えばヒータなどの加熱機構が設けられている。このため、流路内を流れる不活性ガスの温度を上記第１の実施形態と同様な温度Ｔａ１に制御できるようになっている。
また、加熱循環部は、流路内に略一定の流速の流れを形成するファンなどの送風機構が設けられている。
これにより、反応槽１８の内部において、図示矢印Ｆで示すように流出口部１９ａから流入口部１９ｂに向かう水平方向に、加熱された不活性ガスの流れが形成される。
加熱ガス循環機構１９の流出口部１９ａ、流入口部１９ｂは、それぞれ上記第１の実施形態の流出口部１３Ａ、流入口部１３Ｂと同様の構成を採用することができる。
【００６８】
回収機構２０は、反応槽１８内で形成された粒状体を固化させてから、金属粉末として回収するもので、本実施形態では、上方に開口した箱形の耐熱性を有する複数の回収容器からなり、加熱保持室部１８Ｂの床面部に着脱可能に設けられている。
本実施形態では、図５に示すように、複数の回収容器が、流出ノズル６の下側に配置された回収容器２０ｃと、この回収容器２０ｃから、水平方向において、加熱保持室部１８Ｂの延出方向に向かって位置をずらした状態で隣接して配置された回収容器２０ｂ、２０ａとを有する場合の例で説明する。
このため、加熱保持室部１８Ｂの床面部は、少なくとも、粒状体が落下する範囲では、上側に開口された回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａによって区分されている。
【００６９】
ヒータ加熱部２１は、加熱保持室部１８Ｂの床面部の下側に設けられ、熱源としてヒータ２１ａを備えることにより、加熱保持室部１８Ｂの床面部を外部から加熱して、少なくとも回収機構２０およびその近傍の反応槽１８内の雰囲気温度を、第１の実施形態と同様の温度Ｔａ２に保持するものである。
また、ヒータ加熱部２１は、すべての粒状体が落下してから、温度Ｔａ２から粒状体を加熱保持室部１８Ｂの外部に取り出す際に外部との温度差が少なくなるように、温度を低下させる、もしくは冷却する制御が行えるようにしてもよい。
【００７０】
次に、金属粉末製造装置１０２を用いて行う本実施形態の金属粉末製造方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
まず、溶融工程、流出工程、溶湯吹き付け工程が、それぞれ上記第１の実施形態と同様に行われる。これにより、流出ノズル６、および各吹き付けノズル９の下方には、多数の粒状体３０Ａが形成され、流出ノズル６のノズル先端部６ａを通る鉛直軸を中心として粒状体３０Ａが飛散しながら落下する。
【００７２】
次に加熱保持工程を含む回収工程は、加熱保持室部１８Ｂ内で、粒状体３０Ａの落下とともに行われる。
このとき、加熱保持室部１８Ｂの上側では、加熱ガス循環機構１９によって図示矢印Ｆのような加熱された不活性ガスの流れが形成されているので、粒状体３０Ａは、落下と共に重量に応じて、矢印Ｆ方向に流されつつ、回収機構２０内に落下していく。
このため、重量が大きい順に、例えば、破線矢印Ｇ、Ｈ、Ｉのような異なる軌跡を描いて、それぞれ、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａに向けて落下する。
落下の途中では、不活性ガスが加熱ガス循環機構１９によって加熱され温度Ｔａ１になっているため、雰囲気温度Ｔａ１で加熱保持工程が行われる。この加熱保持工程で粒状体３０Ａが、粒状体３０Ｂ、３０Ｃに順次し変化していくことは、上記第１の実施形態と同様である。
【００７３】
このため、回収容器２０ｃには、流出ノズル６の流出方向と略直交する方向の飛距離が相対的に短い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として回収され、回収容器２０ｂ、２０ａには、順次、飛距離が相対的に長い粒状体３０Ｃ群が金属粉末として落下する。
これにより、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａには、それぞれ粒状体当たりの重量が大、中、小の等級に分別された状態となる。
回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａに落下した粒状体３０Ｃは、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａが、ヒータ加熱部２１によって温度Ｔａ２に温度制御されているため、各粒状体３０Ｃは、温度Ｔａ２に保持される。そして回収機構２０に落下した粒状体３０Ｃを金属粉末として回収する。その際必要に応じて、すべての粒状体が回収機構２０に落下してから温度Ｔａ２を下降させ、粒状体３０Ｃを温度低下させてから回収してもよい。
【００７４】
なお、溶湯吹き付け工程において、金属溶湯２Ａ、被覆金属溶湯４Ａの流量比等の条件が一定であれば、粒状体３０Ｃにおける金属固化物２Ｂと被覆金属固化物４Ｂとの組成比も一定となる。そのため、粒状体３０Ｃを重量によって分別することは、粒状体３０Ｃの粒径によって分別しているのと略同じことである。
【００７５】
本回収工程における分別の精度は、加熱ガス循環機構１９による不活性ガスの流速を変えて粒状体の飛散範囲を調整し、さらに必要な分別等級に応じて飛散範囲の間で回収容器の大きさや配置個数を変更することで適宜に設定することができる。
なお、回収容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開口形状は、粒状体の飛散範囲に応じて、適宜形状に設定することができるが、本実施形態では、落下する粒状体が一定方向に流されるため、不活性ガスの流れ方向（矢印Ｆ方向）と直交する方向に延ばされた矩形状が好ましい。
【００７６】
このように本実施形態では、回収機構２０によって、金属粉末を重量や粒径によって分別した状態で回収することができるので、金属粉末を回収後に分別する手間を省くことができて、分別された金属粉末を効率よく製造することができる。
【００７７】
なお、上記の説明では、金属粉末製造装置１００、１０１、１０２は、いずれも第１金属加圧部としてガス加圧機構１７を備える場合の例で説明したが、金属溶湯２Ａを常に重力によって流下させる場合には、第１金属加圧部は省略してもよい。
【００７８】
また、上記の説明では、金属粉末製造装置１００、１０１、１０２は、加熱部として加熱ガス循環機構１３、加熱ガス循環機構１９、ヒータ加熱部１２、２１などを備える場合の例で説明したが、加熱保持工程を行うには、いずれか１つの加熱部があればよいので、適宜組み合わせたり、組合せから削除したりすることができる。
例えば、金属粉末製造装置１００において、ヒータ加熱部１２のみで、反応槽１０内の雰囲気温度を良好に調整できれば、加熱ガス循環機構１３は削除してもよい。この場合、装置構成が簡素化される。
また、加熱保持工程を行わない場合には、加熱部を備えない構成としてもよい。
【００７９】
また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【実施例】
【００８０】
上記第１、第３の実施形態に対応する実施例１〜７について説明する。各実施例の条件と、これらの条件で製造された金属粉末の被覆比率および組成質量比の測定結果を示す。表１において、流出金属（ｍ１）、射出金属（ｍ２）は、それぞれ上記説明の金属材料２、被覆金属材料４を表す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
［実施例１］
実施例１は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｎｉ（融点Ｍａ＝１４５５（℃））、Ａｕ（融点Ｍｂ＝１０６４（℃）、密度１９．３２（ｇ／ｃｍ３，２０℃））を用いて、ＮｉにＡｕが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＮｉを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１５００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｕを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１１００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＮｉを流出ノズル６のノズル先端部６ａから流下させると同時に、溶融状態のＡｕをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．５（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９から、Ｎｉの流量と等量となるように、流下するＮｉに吹き付けて衝突させた。このとき、ガス加圧機構１７による加圧は停止させ、Ｎｉがノズル先端部６ａから重力によって自然流下するようにした。
そして、衝突したＮｉ、Ａｕは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３の不活性ガスの循環、およびヒータ加熱部１２による温度制御は停止した。
このため、本実施例の回収工程は、加熱保持工程を含まない回収工程の例となっている。
【００８３】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｕとの質量比が０．５：１であることが確認された。
また得られた金属粉末を基板固定後に、ＳＥＭ観察によるＥＤＸ分析（エネルギー分散型X線分光法、Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）を行った。使用した分析装置は、ＥＲＡ−８９００ＦＥ（商品名；（株）エリオニクス社製）である。
この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｕ成分が９６％、Ｎｉ成分が４％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｕによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８４】
［実施例２］
実施例２は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｆｅ（融点Ｍａ＝１５３５（℃）、密度７．８７（ｇ／ｃｍ３，２０℃））、Ａｇ（融点Ｍｂ＝９６１（℃））を用いて、ＦｅにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＡｇを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１６００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＦｅをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝１．５（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．５（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９から、Ｆｅの流量と等量となるように、流出するＦｅに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＦｅ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを反応槽１０内に循環させることで、衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。
【００８５】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＦｅとＡｇとの質量比が０．８：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｆｅ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８６】
［実施例３］
実施例３は、上記実施例２において、実施例１と同様に加熱保持工程を省略した例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＦｅとＡｇとの質量比が０．８：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９７％、Ｆｅ成分が３％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００８７】
また、実施例２、３を比較すると、加熱ガス循環機構１３により加熱保持工程を行うことで、加熱保持工程を行わない場合に比べてＡｇの被覆率を向上できることが分る。
これは、加熱保持工程によって反応槽１０内の温度を回収機構１１に落下するまでの間の温度をＡｇの融点に近い高温の９００℃に保持することでＦｅの表面のＡｇがゆっくり固化するため、粒状体の回転とともに、固化したＦｅの表面を移動して良好に被覆できるからである。
【００８８】
［実施例４］
実施例４は、金属粉末製造装置１００を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｎｉ、Ａｇを用いて、ＮｉにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝１５０（ｇ）のＮｉを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１５００（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１５０（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＮｉをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝１．５（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．０（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９からＮｉの流量の２／３になるように、流出するＮｉに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＮｉ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構１１に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１３によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを反応槽１０内に循環させることで、衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。
【００８９】
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が１．３：１であることが確認された。これは、加圧力Ｐ１、Ｐ２の比を３：２とすることで、衝突時のＮｉとＡｇとの流量比が３：２となり、質量比に直すために密度をかけると理解できる。つまり、Ｎｉの２５℃における密度は８．９０（ｇ/ｃｍ３)、Ａｇの２０℃における密度は１０．４９（ｇ/ｃｍ３)であるので、ＮｉとＡｇとの流量比３：２に、ＮｉとＡｇとの密度の比８．９０：１０．４９をかけると、１.３：１になる。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｎｉ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９０】
［実施例５］
実施例５は、上記実施例４において、実施例１と同様に加熱保持工程を省略した例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が１.３：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９６％、Ｎｉ成分が４％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９１】
また、実施例４、５を比較すると、金属材料２がＮｉの場合でも、加熱ガス循環機構１３により加熱保持工程を行うことで、加熱保持工程を行わない場合に比べてＡｇの被覆率を向上できることが分る。
【００９２】
［実施例６］
実施例６は、上記実施例４において、加圧力Ｐ１を２倍の３．０ｋＰａにした例である。
そして、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＮｉとＡｇとの質量比が２．６：１であることが確認された。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、得られた金属粉末が、数十から数百μｍサイズの粒子であって、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９９％、Ｎｉ成分が１％未満であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
【００９３】
また、実施例６を実施例４と比較すると、加圧力Ｐ１のみを２倍に変えたことによって流出ノズル６から流出されるＮｉの流量が２倍になり、Ａｇとの衝突量（体積比）も２倍となるため、組成質量比においてＮｉの質量比が２倍になっていることが分る。
【００９４】
［実施例７］
実施例７は、金属粉末製造装置１０２を用い、金属材料２、被覆金属材料４にそれぞれ、Ｃｕ（融点Ｍａ＝１０８４（℃））、Ａｇを用いて、ＣｕにＡｇが被覆された金属粉末を製造した例である。
質量ｍａ＝２００（ｇ）のＣｕを金属材料溶融槽１においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽５で保持温度Ｔ１＝１１５０（℃）に保持した。別途質量ｍｂ＝１００（ｇ）のＡｇを被覆金属材料溶融槽３においてアーク溶解法による溶解を行った後、保持槽７で保持温度Ｔ２＝１０００（℃）に保持した。これらの溶解はいずれもＡｒガス雰囲気で行った。
そして、溶融状態のＣｕをガス加圧機構１７から供給されるＡｒガスによってＰ１＝２．０（ｋＰａ）で加圧して流出ノズル６のノズル先端部６ａから流出させると同時に、溶融状態のＡｇをガス加圧機構８から供給されるＡｒガスによってＰ２＝１．０（ｋＰａ）で加圧して、吹き付けノズル９からＣｕの流量の１／２になるように、流出するＣｕに吹き付けて衝突させた。
そして、衝突したＣｕ、Ａｇは落下する間に固化して回収機構２０に回収された。このとき、加熱ガス循環機構１９によってＴａ１＝９００（℃）に加熱されたＡｒガスを図５の矢印Ｆのように一方向に流しておいた。また、これにより衝突して形成された粒状体が落下する空間の雰囲気温度を、Ａｇの融点を超えない温度に加熱する加熱保持工程を行った。なお、ヒータ加熱部１２の温度は、Ｔａ２＝８００（℃）に設定した。
このため、加熱ガス循環機構１９で流されたＡｒガスによって流されることで、粒状体の飛距離に応じて、回収容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃに分別して回収された。
【００９５】
次に、回収容器ごとの金属粉末の粒径分布を、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置によって測定した。金属粉末の平均粒子径の測定結果は、回収容器２０ｃ、２０ｂ、２０ａの順に、それぞれ約３２０μｍ、約１２０μｍ、約８０μｍであった。
次に、得られた金属粉末の組成分析を蛍光Ｘ線により行った結果、ＣｕとＡｇとの質量比が１．７：１であることが確認された。これは、加圧力Ｐ１、Ｐ２の比を２：１とすることで、衝突時のＣｕとＡｇとの流量比が２：１となり、質量比に直すために密度をかけると理解できる。つまり、Ｃｕの２０℃における密度は８．９５（ｇ／ｃｍ３）、Ａｇの２０℃における密度は１０．４９（ｇ／ｃｍ３）であるので、ＣｕとＡｇとの流量比２：１に、ＣｕとＡｇとの密度の比８．９５：１０．４９をかけると、１．７：１になる。
また上記実施例１と同様にＥＤＸ分析を行った。この結果、ＥＤＸ分析画面で観察された粒子表面割合は、Ａｇ成分が９８％、Ｃｕ成分が２％であった。
以上の結果から、粒子化と同時に表面がＡｇによって被覆された状態の複合金属粒子が合成されたことが確認された。
また、加熱Ａｒガスを一方向に流すことで金属粉末を粒子サイズ別に回収できることが確認された。
【００９６】
［実験例］
次に、金属材料２と被覆金属材料４の組合せを変えて、それぞれの融点の差による被覆状態の違いについて調べる実験を行った。
この実験では、金属粉末製造装置１００を用い、保持温度Ｔ１、Ｔ２は、上記実施例１〜５に用いた金属は、それと同様の温度とし、Ｃｏ（融点１４９５℃）は、保持温度Ｔ１＝１５５０（℃）とした。加圧力Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ共通に、Ｐ１＝１．０（ｋＰａ）、Ｐ２＝１．０（ｋＰａ）とし、加熱保持工程は、Ｔａ１を融点Ｍｂの９０％の温度として、雰囲気温度は、融点Ｍｂに対して約８０％程度に設定した。
この結果を表２に示す。
【００９７】
【表２】
【００９８】
上記表２において、流出金属、射出金属は、それぞれ上記説明の金属材料２、被覆金属材料４を表す。
また、表２の◎、○、×は、金属粉末の表面を観察して、定性的に評価したものである。「◎」は、金属粉末が粒子形状であり、金属材料２（流出金属）は被覆金属材料４（射出金属）によって略全体が被覆されていたことを示す。「○」は、金属粉末が粒子形状であり、金属材料２（流出金属）が、一部に明らかに露出していることが観察されたことを示す。「×」は、金属粉末は、ほぼ粒子形状であるが、金属材料２と被覆金属材料４との区別がなく合金状態であったことを示す。
また、各◎、○、×の後ろのカッコ内の数字は、Ｍａ−Ｍｂの値（℃）を示す。
【００９９】
以下、表２の各金属の組合せを、「流出金属／射出金属」と表す。
表２の結果によれば、×と判定されたのは、Ｆｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ａｕの組合せであり（Ｍａ−Ｍｂ）はそれぞれ４０℃、８０℃、４０℃で、いずれも１００℃より小さい。
また、○と判定されたのは、Ｃｕ／Ａｇ、Ａｕ／Ａｇの組合せであり、（Ｍａ−Ｍｂ）は、それぞれ１２３℃、１０３℃と、１００℃より大きく３７０℃より小さい。
◎と判定されたのは、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）／（Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ）の任意の組合せであり、３７１℃（Ｎｉ／Ｃｕ）〜５７４℃（Ｆｅ／Ａｇ）と、３７０℃より大きい。
したがって、以上に説明した金属粉末製造方法によれば、上記式（１）を満足する金属同士によって、一部に金属材料２が露出するものの、金属材料２を被覆金属材料４で良好に被覆した金属粉末が得られ、上記式（２）を満足する金属同士によって、金属材料２を被覆金属材料４で略全体的に被覆した金属粉末が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の加熱ガス循環機構の模式的な斜視図、およびそのガス流入流出口の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の金属粉末製造方法の溶湯吹き付け工程の様子を示す模式的な説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 金属材料溶融槽（第１の加熱槽）
２ 金属材料（第１の金属）
２Ａ 金属溶湯（溶融された第１の金属）
２Ｂ 金属固化物
３ 被覆金属材料溶融槽（第２の加熱槽）
４ 被覆金属材料（第２の金属）
４Ａ 被覆金属溶湯（溶融された第２の金属）
４Ｂ 被覆金属固化物
５ 保持槽（第１の加熱槽）
６ 流出ノズル
６ａ、９ａ ノズル先端部
７ 保持槽（第２の加熱槽）
８ ガス加圧機構（第２金属加圧部）
９ 吹き付けノズル
１０、１５、１８ 反応槽
１０Ｂ、１５Ｂ、１８Ｂ 加熱保持室部
１１、１６、２０ 回収機構
１２、２１ ヒータ加熱部（加熱部）
１２ａ、２１ａ ヒータ（熱源）
１３ 加熱ガス循環機構
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 回収容器
１７ ガス加圧機構（第１金属加圧部）
１９ 加熱ガス循環機構
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 粒状体
１００、１０１、１０２ 金属粉末製造装置
Ａ 落下方向
Ｂ 吹き付け方向
Ｍａ、Ｍｂ 融点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点がＭａ（℃）の第１の金属、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の第２の金属をそれぞれ溶融させる溶融工程と、
該溶融工程で溶融された前記第１の金属を流出ノズルから流出させる流出工程と、
該流出工程で流出される前記第１の金属に、前記溶融工程で溶融された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、前記第１の金属に前記第２の金属が付着された粒状体を形成する溶湯吹き付け工程と、
該溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、
前記融点Ｍａ、Ｍｂは、次式（１）の関係を満たすことを特徴とする金属粉末製造方法。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
【請求項２】
前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造方法。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【請求項３】
前記流出工程は、
前記第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属粉末製造方法。
【請求項４】
前記回収工程は、
前記溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を、前記第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、前記粒状体を固化させる加熱保持工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項５】
前記加熱保持工程は、
前記粒状体を、不活性ガスが内部に満たされ、熱源によって外部から加熱された反応槽内に保持して行うことを特徴とする請求項４に記載の金属粉末製造方法。
【請求項６】
前記加熱保持工程は、
前記粒状体を、加熱された不活性ガスを内部に循環させて前記加熱雰囲気を形成する反応槽内に保持して行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属粉末製造方法。
【請求項７】
前記溶湯吹き付け工程は、
前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられた吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を、前記第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて飛散させる工程であり、
前記回収工程は、
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって飛散された前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項８】
前記溶湯吹き付け工程は、
前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜された吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を落下させる工程であり、
前記回収工程は、
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって落下された前記粒状体に対して、該粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて前記粒状体を飛散させ、
該粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項９】
第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽と、
該第１の加熱槽で溶融された前記第１の金属を流出させる流出ノズルと、
前記第１の金属の融点をＭａ（℃）として次式（１）を満足する融点Ｍｂ（℃）を有する第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽と、
該第２の加熱槽で溶融された前記第２の金属を加圧する第２金属加圧部と、
前記流出ノズルから流出された前記第１の金属に向けて、前記第２金属加圧部で加圧された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付ける吹き付けノズルと、
該吹き付けノズルから前記第２の金属を吹き付けることによって形成された、前記第１の金属に前記第２の金属が付着されてなる粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収機構とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
【請求項１０】
前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載の金属粉末製造装置。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【請求項１１】
前記第１の加熱槽は、溶融された前記第１の金属を加圧する第１金属加圧部を備えることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１２】
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルと、前記回収機構とを内部に設けた反応槽と、
該反応槽の内部の雰囲気温度を、前記第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部とを備えることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１３】
前記反応槽の内部には、不活性ガスが満たされ、
前記加熱部は、
前記反応槽を外部から加熱する熱源を備えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１４】
前記加熱部は、
不活性ガスを加熱して、前記反応槽の内部に循環させる加熱ガス循環機構を備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１５】
前記吹き付けノズルは、前記流出ノズルの流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられ、
前記回収機構は、前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収するものであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１６】
前記回収機構は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方に設けられ、前記粒状体を該粒状体の落下位置に応じて、分別状態に収容して、前記金属粉末として回収するものであり、
前記回収機構と前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルとの間の空間で前記粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付け、これにより前記粒状体を飛散させるガス吹き付け機構を設けたことを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１】
融点がＭａ（℃）の第１の金属、および融点がＭｂ（℃）（ただし、Ｍａ＞Ｍｂ）の第２の金属をそれぞれ溶融させる溶融工程と、
該溶融工程で溶融された前記第１の金属を流出ノズルから流出させる流出工程と、
該流出工程で流出される前記第１の金属に、前記溶融工程で溶融された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付けて、前記第１の金属に前記第２の金属が付着された粒状体を形成する溶湯吹き付け工程と、
該溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収工程とを備え、
前記融点Ｍａ、Ｍｂは、次式（１）の関係を満たすことを特徴とする金属粉末製造方法。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
【請求項２】
前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の金属粉末製造方法。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【請求項３】
前記流出工程は、
前記第１の金属を圧力可変に加圧して流出させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属粉末製造方法。
【請求項４】
前記回収工程は、
前記溶湯吹き付け工程で形成された前記粒状体を、前記第２の金属の融点より低い温度に温度制御された加熱雰囲気中に保持して、前記粒状体を固化させる加熱保持工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項５】
前記加熱保持工程は、
前記粒状体を、不活性ガスが内部に満たされ、熱源によって外部から加熱された反応槽内に保持して行うことを特徴とする請求項４に記載の金属粉末製造方法。
【請求項６】
前記加熱保持工程は、
前記粒状体を、加熱された不活性ガスを内部に循環させて前記加熱雰囲気を形成する反応槽内に保持して行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属粉末製造方法。
【請求項７】
前記溶湯吹き付け工程は、
前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられた吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を、前記第１の金属の流出方向に交差する方向に向けて飛散させる工程であり、
前記回収工程は、
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって飛散された前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項８】
前記溶湯吹き付け工程は、
前記第２の金属を加圧して、前記流出工程における第１の金属の流出方向に対して斜め方向に傾斜された吹き付けノズルから、前記第２の金属を吹き付けて前記粒状体を形成し、該粒状体を落下させる工程であり、
前記回収工程は、
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方側において、前記溶湯吹き付け工程によって落下された前記粒状体に対して、該粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付けて前記粒状体を飛散させ、
該粒状体を前記ガスの吹き付け方向に沿う飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収する工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属粉末製造方法。
【請求項９】
第１の金属を加熱して溶融させる第１の加熱槽と、
該第１の加熱槽で溶融された前記第１の金属を流出させる流出ノズルと、
前記第１の金属の融点をＭａ（℃）として次式（１）を満足する融点Ｍｂ（℃）を有する第２の金属を加熱して溶融させる第２の加熱槽と、
該第２の加熱槽で溶融された前記第２の金属を加圧する第２金属加圧部と、
前記流出ノズルから流出された前記第１の金属に向けて、前記第２金属加圧部で加圧された前記第２の金属を溶湯状態で吹き付ける吹き付けノズルと、
該吹き付けノズルから前記第２の金属を吹き付けることによって形成された、前記第１の金属に前記第２の金属が付着されてなる粒状体を固化させてから、金属粉末として回収する回収機構とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
Ｍａ−Ｍｂ＞１００ ・・・（１）
【請求項１０】
前記第１の金属の融点Ｍａ（℃）と、前記第２の金属の融点Ｍｂ（℃）とは、次式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載の金属粉末製造装置。
Ｍａ−Ｍｂ＞３７０ ・・・（２）
【請求項１１】
前記第１の加熱槽は、溶融された前記第１の金属を加圧する第１金属加圧部を備えることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１２】
前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルと、前記回収機構とを内部に設けた反応槽と、
該反応槽の内部の雰囲気温度を、前記第２の金属の融点より低い温度に保持する加熱部とを備えることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１３】
前記反応槽の内部には、不活性ガスが満たされ、
前記加熱部は、
前記反応槽を外部から加熱する熱源を備えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１４】
前記加熱部は、
不活性ガスを加熱して、前記反応槽の内部に循環させる加熱ガス循環機構を備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１５】
前記吹き付けノズルは、前記流出ノズルの流出方向に対して斜め方向に傾斜して設けられ、
前記回収機構は、前記粒状体を、前記流出ノズルの流出方向と略直交する方向の飛距離に応じて分別状態に収容してから、前記金属粉末として回収するものであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１６】
前記回収機構は、前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルの下方に設けられ、前記粒状体を該粒状体の落下位置に応じて、分別状態に収容して、前記金属粉末として回収するものであり、
前記回収機構と前記流出ノズルおよび前記吹き付けノズルとの間の空間で前記粒状体の落下方向に交差する方向に向けてガスを吹き付け、これにより前記粒状体を飛散させるガス吹き付け機構を設けたことを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８４２１６（Ｐ２０１０−８４２１６Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５７２３０（Ｐ２００８−２５７２３０）
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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