金属粉末製造装置
【課題】ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置を提供すること。
【解決手段】金属粉末製造装置１は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部２と、溶融金属供給部２の下方に設置された筒状体３と、溶融金属供給部２から供給された溶融金属Ｑに向けて気体Ｇを噴射する気体噴出部５と、筒状体３の内周面に沿って冷却液層Ｓ１を形成するように冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４とを有し、冷却液流出部４は、冷却液Ｓを筒状体３の内周面の接線方向に向けて噴射する冷却液噴射口４１と、冷却液噴射口４１に対して下流側に設けられ、冷却液Ｓを筒状体３の内周面の接線方向に向けて噴射する冷却液噴射口４２とを備え、冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、冷却液噴射口４１、４２のそれぞれから冷却液Ｓを噴射するように構成されている。
【解決手段】金属粉末製造装置１は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部２と、溶融金属供給部２の下方に設置された筒状体３と、溶融金属供給部２から供給された溶融金属Ｑに向けて気体Ｇを噴射する気体噴出部５と、筒状体３の内周面に沿って冷却液層Ｓ１を形成するように冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４とを有し、冷却液流出部４は、冷却液Ｓを筒状体３の内周面の接線方向に向けて噴射する冷却液噴射口４１と、冷却液噴射口４１に対して下流側に設けられ、冷却液Ｓを筒状体３の内周面の接線方向に向けて噴射する冷却液噴射口４２とを備え、冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、冷却液噴射口４１、４２のそれぞれから冷却液Ｓを噴射するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるガスアトマイズ法を用いて金属粉末を製造する金属粉末製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶湯ノズルが形成された原料容器と、この原料容器の下方に配設された冷却容器と、冷却容器の内周面に沿って冷却液層を形成する冷却液供給手段と、流下した溶融金属に向けてガスを噴射する高圧ガス噴射手段とを備えている。
このような金属粉末製造装置では、原料容器から流下した溶融金属に高圧ガス噴射手段から噴射されたガスを衝突させることにより、当該溶融金属を多数の溶滴とするとともに、その多数の溶滴を冷却液層に衝突させ冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する。
【０００３】
かかる金属粉末製造装置では、冷却容器が円筒状をなしその軸線が鉛直方向に対して傾斜するように配設されている。また、冷却液供給手段は、冷却容器の内周面の接線方向に向けて冷却液を噴射し、冷却液を冷却容器の内周面に沿って旋回させながら流下させることにより、冷却液層を形成している。このような冷却液層を用いることで、溶滴を急冷し、高機能性の金属粉末を製造することができる。
しかしながら、特許文献１にかかる金属粉末製造装置では、冷却液層の周方向での流速が下方に行くにしたがい遅くなってしまう。そのため、冷却液層の上流側と下流側とで溶滴に対する冷却条件（特に冷却速度）が異なってしまい、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造するのが難しいという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８０８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第１の冷却液噴射口と、前記第１の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第２の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、冷却液層の有効冷却領域の上流側と下流側とで溶滴（液滴）に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造することができる。
このようにして、本発明の金属粉末製造装置は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる。
【０００７】
本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を調整する調整手段を有することが好ましい。
これにより、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
【０００８】
本発明の金属粉末製造装置では、前記調整手段は、前記第１の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力、および／または、前記第２の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力を調整する圧力調整手段を備えることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
【０００９】
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液層の周方向での流速を検出する流速検出手段を有し、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整をし得るように構成されていることが好ましい。
これにより、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を容易に調整することができる。
【００１０】
本発明の金属粉末製造装置では、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整を制御する制御手段を有することが好ましい。
これにより、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を自動的に調整することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第２の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第３の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、および前記第３の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、より簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
【００１１】
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第３の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第４の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、前記第３の冷却液噴射口、および前記第４の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、さらに簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記筒状体は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向に向くように設置されていることが好ましい。
これにより、多数の液滴を冷却液層により簡単かつ確実に衝突させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の金属粉末製造装置ついて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態を示す模式図（縦断面図）、図２は、図１に示す金属粉末製造装置に備えられた気体噴射部を示す斜視図、図３は、図２に示す気体噴射部の部分拡大縦断面図、図４は、図１に示す金属粉末製造装置に備えられた冷却液流出部の複数の冷却液噴射口の配置を説明するための図（横断面図）、図５は、図１に示す金属粉末製造装置の冷却液の流出制御の制御系を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図１ないし図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１３】
図１に示す金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑをアトマイズ法（ガスアトマイズ法）により粉末化して、多数の金属粒子で構成された金属粉末Ｒを得るものである。この金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑを供給する溶融金属供給部（タンディシュ）２と、溶融金属供給部２の下方に設けられた筒状体（冷却容器）３と、筒状体３内に冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４と、流下する溶融金属Ｑに向けて気体Ｇを噴射する気体噴射部（ノズル）５とを有している。
【００１４】
以下、各部の構成について説明する。
図１に示すように、溶融金属供給部２は、有底筒状をなす部分を有している。この溶融金属供給部２の内部空間（内腔部）には、製造すべき金属粉末の原材料を溶融した溶融金属Ｑが一時的に収納される。このような溶融金属供給部２は、例えば、黒鉛、窒化珪素等の耐火性材料で構成されている。また、溶融金属供給部２の外周には、溶融金属Ｑを加熱・保温するための誘導コイル６が設けられている。
【００１５】
溶融金属Ｑは、いかなる元素を含んでいてもよく、例えば、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方を含んでいるものも用いることができる。これらの元素は活性が高く、これらの元素を含む溶融金属Ｑは、短時間の空気との接触により、容易に酸化して酸化膜を形成してしまい、微細化することが困難とされている。金属粉末製造装置１は、後述するように気体噴射部５が噴射する気体Ｇとして不活性ガスを用いることで、このような溶融金属Ｑをも容易に粉末化することができる。
また、溶融金属供給部２の底部の中央部には、吐出口２１が設けられている。この吐出口２１からは、溶融金属供給部２内の溶融金属Ｑが下方に向かって自然落下により吐出される。
【００１６】
このような溶融金属供給部２の下方には、筒状体３が設けられている。
筒状体３は、円筒状をなし、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向を向くように設置されている。
この筒状体３は、後述するように、気体噴射部５からの気体Ｇにより溶融金属Ｑを分断（飛散）させて形成された多数の液滴（溶滴）Ｑ１が供給されるとともに、その多数の液滴Ｑ１を冷却液流出部４からの冷却液Ｓにより形成された冷却液層Ｓ１で冷却するためのものである。
【００１７】
この筒状体３には、冷却液Ｓを筒状体３内に流出させる冷却液流出部４が設けられている。なお、冷却液流出部４については、後に詳述する。
このような筒状体３の上側（上端部付近）には、環状の蓋部材７が設けられている。この蓋部材７上には、蓋部材７の中央部の開口を通じて筒状体３内に気体Ｇを噴射し得るように気体噴射部５が設けられている。
【００１８】
気体噴射部５は、図１に示すように、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１と同軸上に設けられた溶湯ノズル５１と、溶湯ノズル５１の外周に沿って設けられたガス室５２と、ガス室５２に連通する複数の気体噴射口５３とを備えている。
溶湯ノズル５１は、鉛直方向に上下に貫通するように形成された溶湯ノズル孔５１１を有している。また、溶湯ノズル５１は、耐火材で構成されている。
【００１９】
このような溶湯ノズル５１は、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１から流下した溶融金属Ｑを一旦受け止め、溶融金属Ｑを溶湯ノズル孔５１１を通じて筒状体３内へ流下させる。溶湯ノズル孔５１１を通過した溶融金属Ｑの横断面形状および横断面積は、溶湯ノズル孔５１１の横断面積および横断面形状に応じたものとなる。
このような溶湯ノズル５１の外周側には、その周方向に沿って環状をなすガス室５２が設けられている。このガス室５２には、外部から図示しないガス供給管を介して、高圧の気体Ｇが供給されるようになっている。
【００２０】
気体Ｇとしては、溶融金属Ｑの酸化を防止することができるものであれば特に限定されないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス、アンモニア分解ガス等の還元性ガス等を用いることができる。
このようなガス室５２の下側には、その周方向に沿って並設された複数の気体噴射口５３が設けられている。各気体噴射口５３は、前述したガス室５２に連通しており、気体Ｇを噴射するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、複数の気体噴射口５３は、図２に示すように、溶湯ノズル５１の軸線を中心とする同一円周上に設けられている。特に、複数の気体噴射口５３は、図１および図２中左側に設けられた複数の第１の気体噴射口５３１と、図１および図２中右側（すなわち第１の気体噴射口５３１とは反対側）に設けられた複数の第２の気体噴射口５３２とで構成されている。
【００２２】
このような複数の気体噴射口５３（複数の第１の気体噴射口５３１および複数の第２の気体噴射口５３２）は、これらの下方における溶湯ノズル５１の軸線Ｌｃ上のほぼ同位置に向けて気体Ｇを噴射するように形成されている。
各第１の気体噴射口（主気体噴射口）５３１は、流下した溶融金属Ｑに気体Ｇを第１の流速および第１の流量で噴射するように構成されている。そして、複数の第１の気体噴射口５３１は、各第１の気体噴射口５３１からの気体Ｇの噴射により主分断用のガス流ｊ１を生じさせる。
【００２３】
一方、各第２の気体噴射口（補助気体噴射口）５３２は、流下した溶融金属Ｑに第１の気体噴射口５３１とは反対側から気体Ｇを前記第１の流速より遅い第２の流速および前記第１の流量よりも少ない第２の流量で噴射するように構成されている。本実施形態では、各第２の気体噴射口５３２の横断面積は、各第１の気体噴射口５３１の横断面積よりも小さくなっている。そして、複数の第２の気体噴射口５３２は各第２の気体噴射口５３２からの気体Ｇを噴射により補助分断用のガス流ｊ２を生じさせる。
【００２４】
このような複数の第１の気体噴射口５３１および複数の第２の気体噴射口５３２で複数の第２の気体噴射口５３２を構成することで、気体噴射部５は、筒状体３の軸線に平行に流下した溶融金属Ｑに対し気体Ｇを衝突させることで、多数の液滴Ｑ１を筒状体３の軸線に対して傾斜した方向に向けて飛翔させることができる。これにより、多数の液滴Ｑ１を冷却液層Ｓ１に比較的簡単かつ確実に衝突させることができる。
【００２５】
より具体的に説明すると、ガス室５２に所定の圧力で圧縮された気体Ｇが供給されると、図３に示すように、各第１の気体噴射口５３１および各第２の気体噴射口５３２から気体Ｇが噴射される。これにより、複数の第１の気体噴射口５３１から噴射された気体Ｇによりガス流ｊ１が形成されるとともに、複数の第２の気体噴射口５３２から噴射された気体Ｇによりガス流ｊ２が形成される。これらのガス流ｊ１、ｊ２は、溶湯ノズル５１の下端よりやや下側の位置における溶湯ノズル孔５１１の軸線上で互いに交差する。
このとき、各第２の気体噴射口５３２の横断面積が各第１の気体噴射口５３１の横断面積よりも小さいので、流路抵抗差により、ガス流ｊ２の流速および流量がガス流ｊ１の流速および流量よりも小さくなる。
【００２６】
その結果、図３に示すように、ガス流ｊ１は、ガス流ｊ２と交わった後、やや広がりを生じてその噴射方向に沿う流れを維持する。一方、ガス流ｊ２は、ガス流ｊ１と交わることによって、ガス流ｊ１の噴射方向に沿うように流れる方向が変化し、ガス流ｊ１と一体化される。
このようにして、気体噴射部５は、溶湯ノズル５１を囲う円周上に配置された複数の気体噴射口５３のそれぞれから気体Ｇが噴射されるものの、これらのガス流が溶湯ノズル孔５１１の軸線上で交わることで、円錐状の拡がりを全周にわたって生じることなく、溶湯ノズル孔５１１の軸線に対して片側に気体Ｇを噴射することができる。
【００２７】
一方、溶湯ノズル５１の溶湯ノズル孔５１１から流下した溶融金属Ｑは、ガス流ｊ１とガス流ｊ２との交差点付近で、これらに衝突し、分断されて複数の液滴Ｑ１となる。複数の液滴Ｑ１は、ガス流ｊ２と一体化したガス流ｊ１によって、冷却液層Ｓ１に向けて飛翔する。そして、複数の液滴Ｑ１は、冷却液層Ｓ１に衝突し、さらに分断され微細化されるとともに冷却固化され、これにより、金属粉末Ｒ（複数の金属粒子）が得られる。
【００２８】
このようにして、流下した溶融金属Ｑは、気体Ｇのガス流ｊ１、ｊ２によって分断されて複数の液滴Ｑ１となるととともに、当該複数の液滴Ｑ１を効率的に冷却液層Ｓ１に衝突させて冷却固化させることができる。
特に、気体噴射部５は、多数の液滴Ｑ１を鉛直方向に対して傾斜した第１の方向に向けて飛翔させるように構成されており、筒状体３は、その軸線が鉛直方向に対して前記第１の方向とは反対側に傾斜した第２の方向を向くように設置されている。これにより、多数の液滴Ｑ１を冷却液層Ｓ１により簡単かつ確実に衝突させることができる。
【００２９】
ここで、冷却液流出部４について詳述する。
冷却液流出部４は、複数の冷却液噴射口４１、４２、４３、４４を備えている。
図１および図４に示すように各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、筒状体３の内周面に開口しており、筒状体３の内周面の接線方向に向けて冷却液Ｓ（本実施形態では水）を流出（吐出）する。これにより、冷却液Ｓを筒状体３の周方向に旋回させて、冷却液層Ｓ１を形成する。なお、冷却液Ｓは、還元剤等の添加剤が添加されていてもよい。
【００３０】
より具体的に説明すると、複数の冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、図１に示すように、筒状体３内の冷却液層Ｓ１の上流側から下流側に向け、冷却液噴射口（第１の冷却液噴射口）４１、冷却液噴射口（第２の冷却液噴射口）４２、冷却液噴射口（第３の冷却液噴射口）４３、冷却液噴射口（第４の冷却液噴射口）４４の順に配置されている。
また、図４に示すように、冷却液噴射口４１と冷却液噴射口４３とが筒状体３の周方向での同位置に設けられ、また、冷却液噴射口４２と冷却液噴射口４４とが筒状体３の周方向での同位置に設けられている。
そして、これらの冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、筒状体３の内周面の接線方向での同一向きに冷却液Ｓを噴射するように形成されている。
このように構成された冷却液流出部４によれば、比較的簡単な構成で、筒状体３の上端部から下端部に亘って冷却液層Ｓ１を形成することができる。
【００３１】
また、冷却液流出部４が前述したように冷却液Ｓの旋回流を形成させるので、筒状体３内での冷却液Ｓの流れを安定化することができる。また、冷却液流出部４は、前述したように筒状体３の内周に沿って設けられた複数の冷却液噴射口４１を備えているため、比較的簡単に、冷却液層Ｓ１の厚さを筒状体３の周方向に亘って均一化することができる。
また、冷却液噴射口４１にはポンプ８１が接続され、冷却液噴射口４２にはポンプ８２が接続され、冷却液噴射口４３にはポンプ８３が接続され、冷却液噴射口４４にはポンプ８４が接続されている。これらのポンプ８１、８２、８３、８４は、それぞれ、図示しない冷却液タンクが接続されている。これにより、ポンプ８１、８２、８３、８４を作動させることで、冷却タンク内の冷却液Ｓを各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４に供給し、加圧された冷却液Ｓが各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４から噴射（流出）される。
【００３２】
本実施形態では、冷却液噴射口４１とポンプ８１との間にバルブ８５が設けられ、冷却液噴射口４２とポンプ８２との間にバルブ８６が設けられ、冷却液噴射口４３とポンプ８３との間にバルブ８７が設けられ、冷冷却液噴射口４４とポンプ８４との間にバルブ８８が設けられている。
バルブ８５は冷却液噴射口４１に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８６は冷却液噴射口４２に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８７は冷却液噴射口４３に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８８は冷却液噴射口４４に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、これらは、圧力調整手段を構成する。また、バルブ８５、８６、８７、８８は、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を調整する調整手段を構成する。
【００３３】
これらのバルブ８５、８６、８７、８８を調整することで、冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４から冷却液Ｓを噴射させることができる。
冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になると、冷却液層Ｓ１の上流側と下流側とで液滴（溶滴）Ｑ１に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造することができる。その結果、金属粉末製造装置１は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Ｒを製造することができる。ここで、冷却液層Ｓ１の有効冷却領域とは、気体噴射部５から広がって飛翔する多数の液滴Ｑ１が冷却液層Ｓ１に衝突する領域を言う。
【００３４】
より具体的に説明すると、本実施形態では、図１に示すように、筒状体３内には、冷却液層Ｓ１の周方向での流速を検出する２つのセンサ（流速検出手段）１１、１２が設けられている。
センサ１１は、冷却液噴射口４１に対して下流側、かつ、冷却液噴射口４２に対して上流側に設けられている。また、センサ１２は、冷却液噴射口４３に対して下流側、かつ、冷却液噴射口４４に対して上流側に設けられている。
センサ１１、１２は、それぞれ、冷却液層Ｓ１の周方向での流速を検出することができるものであれば、特に限定されず、各種流速計を用いることができ、例えば、ピトー管を用いることができる。
【００３５】
このようなセンサ１１、１２は、図５に示すように、制御手段１３に接続されている。
制御手段１３は、センサ１１、１２の検出結果（検出された流速）に基づいて、前述したバルブ８５、８６、８７、８８の開度を調整するものである。ここで、制御手段１３は、センサ１１、１２の検出結果に基づいてバルブ８５、８６、８７、８８の調整を制御する制御手段を構成する。
【００３６】
このようなセンサ１１、１２の検出結果に基づいてバルブ８５、８６、８７、８８の調整を行うことで、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を容易に調整することができる。
より具体的には、制御手段１３は、センサ１１によって検出された流速と、センサ１２によって検出された流速との差がゼロとなるように、バルブ８５、８６、８７、８８の調整を制御する。
【００３７】
例えば、センサ１１によって検出された流速が、センサ１２によって検出された流速よりも小さいとき、制御手段１３は、バルブ８５、８６の開度を大きく、または、バルブ８７、８８の開度を小さくする。一方、センサ１１によって検出された流速が、センサ１２によって検出された流速よりも大きいとき、制御手段１３は、バルブ８５、８６の開度を小さく、または、バルブ８７、８８の開度を大きくする。
【００３８】
その際、制御手段１３は、センサ１１によって検出された流量と、センサ１２によって検出された流量とがそれぞれ所望の流量となるように、バルブ８５、８６、８７、８８を調整する。
以上のようにして、制御手段１３は、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を自動的に調整することができる。
【００３９】
以上説明したようにして形成される冷却液層Ｓ１には、前述した気体噴射部（ガスジェットノズル）５によって溶融金属Ｑを分断して形成された多数の液滴Ｑ１が気体噴射部５からの気体Ｇとともに供給される。
また、筒状体３の下端には、金属粉末Ｒを冷却液Ｓとともに排出するための排出管９が接続されている。この排出管９は、図示しない回収タンクに接続されている。
【００４０】
回収された金属粉末Ｒと冷却液Ｓとの混合物は、脱液装置を用いて、冷却液Ｓを除去することで金属粉末Ｒが分離される。分離された金属粉末Ｒは、乾燥装置を用いて、乾燥される。
以上説明したような金属粉末製造装置１によれば、冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の上流側と下流側とで液滴Ｑ１に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末Ｒを製造することができる。
【００４１】
このようにして、金属粉末製造装置１は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Ｒを製造することができる。
以上、本発明の金属粉末製造装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、金属粉末製造装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【００４２】
例えば、前述した実施形態では、４つの冷却液噴射口を設けた例について、説明したが、冷却液噴射口の数は、複数であれば、これに限定されず、２つまたは３つでもよいし、５つ以上であってもよい。ただし、冷却液噴射口の数が多いほど、冷却液の周方向での流速を均一するのが容易となり、筒状体の軸線方向での長さが大きい場合でも、冷却液の周方向での流速を均一することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の金属粉末製造装置の実施形態を示す模式図（縦断面図）である。
【図２】図１に示す金属粉末製造装置に備えられた気体噴射部を示す斜視図である。
【図３】図２に示す気体噴射部の部分拡大縦断面図である。
【図４】図１に示す金属粉末製造装置に備えられた冷却液流出部の複数の冷却液噴射口の配置を説明するための図（横断面図）である。
【図５】図１に示す金属粉末製造装置の冷却液の流出制御の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１……金属粉末製造装置 ２……溶融金属供給部 ３……筒状体 ２１……吐出口 ４……冷却液流出部 ４１〜４４……冷却液噴射口 ５……気体噴射部 ５１……溶湯ノズル ５１１……溶湯ノズル孔 ５２……ガス室 ５３……気体噴射口 ５３１……第１の気体噴射口 ５３２……第２の気体噴射口 ６……誘導コイル ７……蓋部材 ８１〜８４……ポンプ ８５〜８８……バルブ ９……排出管 １１、１２……センサ １３……制御手段 Ｌｃ……軸線 ｊ１、ｊ２……ガス流 Ｓ……冷却液 Ｓ１……冷却液層 Ｇ……気体 Ｑ……溶融金属 Ｑ１……液滴 Ｒ……金属粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるガスアトマイズ法を用いて金属粉末を製造する金属粉末製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶湯ノズルが形成された原料容器と、この原料容器の下方に配設された冷却容器と、冷却容器の内周面に沿って冷却液層を形成する冷却液供給手段と、流下した溶融金属に向けてガスを噴射する高圧ガス噴射手段とを備えている。
このような金属粉末製造装置では、原料容器から流下した溶融金属に高圧ガス噴射手段から噴射されたガスを衝突させることにより、当該溶融金属を多数の溶滴とするとともに、その多数の溶滴を冷却液層に衝突させ冷却固化させ、これにより、金属粉末を製造する。
【０００３】
かかる金属粉末製造装置では、冷却容器が円筒状をなしその軸線が鉛直方向に対して傾斜するように配設されている。また、冷却液供給手段は、冷却容器の内周面の接線方向に向けて冷却液を噴射し、冷却液を冷却容器の内周面に沿って旋回させながら流下させることにより、冷却液層を形成している。このような冷却液層を用いることで、溶滴を急冷し、高機能性の金属粉末を製造することができる。
しかしながら、特許文献１にかかる金属粉末製造装置では、冷却液層の周方向での流速が下方に行くにしたがい遅くなってしまう。そのため、冷却液層の上流側と下流側とで溶滴に対する冷却条件（特に冷却速度）が異なってしまい、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造するのが難しいという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８０８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる金属粉末製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第１の冷却液噴射口と、前記第１の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第２の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、冷却液層の有効冷却領域の上流側と下流側とで溶滴（液滴）に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造することができる。
このようにして、本発明の金属粉末製造装置は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末を製造することができる。
【０００７】
本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を調整する調整手段を有することが好ましい。
これにより、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
【０００８】
本発明の金属粉末製造装置では、前記調整手段は、前記第１の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力、および／または、前記第２の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力を調整する圧力調整手段を備えることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、冷却液層の周方向での流速が冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射させることができる。
【０００９】
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液層の周方向での流速を検出する流速検出手段を有し、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整をし得るように構成されていることが好ましい。
これにより、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を容易に調整することができる。
【００１０】
本発明の金属粉末製造装置では、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整を制御する制御手段を有することが好ましい。
これにより、第１の冷却液噴射口および第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を自動的に調整することができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第２の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第３の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、および前記第３の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、より簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
【００１１】
本発明の金属粉末製造装置では、前記冷却液流出部は、前記第３の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第４の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、前記第３の冷却液噴射口、および前記第４の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることが好ましい。
これにより、さらに簡単に、冷却液層の周方向での流速を冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一にすることができる。
本発明の金属粉末製造装置では、前記筒状体は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向に向くように設置されていることが好ましい。
これにより、多数の液滴を冷却液層により簡単かつ確実に衝突させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の金属粉末製造装置ついて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の金属粉末製造装置の第１実施形態を示す模式図（縦断面図）、図２は、図１に示す金属粉末製造装置に備えられた気体噴射部を示す斜視図、図３は、図２に示す気体噴射部の部分拡大縦断面図、図４は、図１に示す金属粉末製造装置に備えられた冷却液流出部の複数の冷却液噴射口の配置を説明するための図（横断面図）、図５は、図１に示す金属粉末製造装置の冷却液の流出制御の制御系を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図１ないし図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１３】
図１に示す金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑをアトマイズ法（ガスアトマイズ法）により粉末化して、多数の金属粒子で構成された金属粉末Ｒを得るものである。この金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑを供給する溶融金属供給部（タンディシュ）２と、溶融金属供給部２の下方に設けられた筒状体（冷却容器）３と、筒状体３内に冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４と、流下する溶融金属Ｑに向けて気体Ｇを噴射する気体噴射部（ノズル）５とを有している。
【００１４】
以下、各部の構成について説明する。
図１に示すように、溶融金属供給部２は、有底筒状をなす部分を有している。この溶融金属供給部２の内部空間（内腔部）には、製造すべき金属粉末の原材料を溶融した溶融金属Ｑが一時的に収納される。このような溶融金属供給部２は、例えば、黒鉛、窒化珪素等の耐火性材料で構成されている。また、溶融金属供給部２の外周には、溶融金属Ｑを加熱・保温するための誘導コイル６が設けられている。
【００１５】
溶融金属Ｑは、いかなる元素を含んでいてもよく、例えば、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方を含んでいるものも用いることができる。これらの元素は活性が高く、これらの元素を含む溶融金属Ｑは、短時間の空気との接触により、容易に酸化して酸化膜を形成してしまい、微細化することが困難とされている。金属粉末製造装置１は、後述するように気体噴射部５が噴射する気体Ｇとして不活性ガスを用いることで、このような溶融金属Ｑをも容易に粉末化することができる。
また、溶融金属供給部２の底部の中央部には、吐出口２１が設けられている。この吐出口２１からは、溶融金属供給部２内の溶融金属Ｑが下方に向かって自然落下により吐出される。
【００１６】
このような溶融金属供給部２の下方には、筒状体３が設けられている。
筒状体３は、円筒状をなし、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向を向くように設置されている。
この筒状体３は、後述するように、気体噴射部５からの気体Ｇにより溶融金属Ｑを分断（飛散）させて形成された多数の液滴（溶滴）Ｑ１が供給されるとともに、その多数の液滴Ｑ１を冷却液流出部４からの冷却液Ｓにより形成された冷却液層Ｓ１で冷却するためのものである。
【００１７】
この筒状体３には、冷却液Ｓを筒状体３内に流出させる冷却液流出部４が設けられている。なお、冷却液流出部４については、後に詳述する。
このような筒状体３の上側（上端部付近）には、環状の蓋部材７が設けられている。この蓋部材７上には、蓋部材７の中央部の開口を通じて筒状体３内に気体Ｇを噴射し得るように気体噴射部５が設けられている。
【００１８】
気体噴射部５は、図１に示すように、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１と同軸上に設けられた溶湯ノズル５１と、溶湯ノズル５１の外周に沿って設けられたガス室５２と、ガス室５２に連通する複数の気体噴射口５３とを備えている。
溶湯ノズル５１は、鉛直方向に上下に貫通するように形成された溶湯ノズル孔５１１を有している。また、溶湯ノズル５１は、耐火材で構成されている。
【００１９】
このような溶湯ノズル５１は、前述した溶融金属供給部２の吐出口２１から流下した溶融金属Ｑを一旦受け止め、溶融金属Ｑを溶湯ノズル孔５１１を通じて筒状体３内へ流下させる。溶湯ノズル孔５１１を通過した溶融金属Ｑの横断面形状および横断面積は、溶湯ノズル孔５１１の横断面積および横断面形状に応じたものとなる。
このような溶湯ノズル５１の外周側には、その周方向に沿って環状をなすガス室５２が設けられている。このガス室５２には、外部から図示しないガス供給管を介して、高圧の気体Ｇが供給されるようになっている。
【００２０】
気体Ｇとしては、溶融金属Ｑの酸化を防止することができるものであれば特に限定されないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス、アンモニア分解ガス等の還元性ガス等を用いることができる。
このようなガス室５２の下側には、その周方向に沿って並設された複数の気体噴射口５３が設けられている。各気体噴射口５３は、前述したガス室５２に連通しており、気体Ｇを噴射するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、複数の気体噴射口５３は、図２に示すように、溶湯ノズル５１の軸線を中心とする同一円周上に設けられている。特に、複数の気体噴射口５３は、図１および図２中左側に設けられた複数の第１の気体噴射口５３１と、図１および図２中右側（すなわち第１の気体噴射口５３１とは反対側）に設けられた複数の第２の気体噴射口５３２とで構成されている。
【００２２】
このような複数の気体噴射口５３（複数の第１の気体噴射口５３１および複数の第２の気体噴射口５３２）は、これらの下方における溶湯ノズル５１の軸線Ｌｃ上のほぼ同位置に向けて気体Ｇを噴射するように形成されている。
各第１の気体噴射口（主気体噴射口）５３１は、流下した溶融金属Ｑに気体Ｇを第１の流速および第１の流量で噴射するように構成されている。そして、複数の第１の気体噴射口５３１は、各第１の気体噴射口５３１からの気体Ｇの噴射により主分断用のガス流ｊ１を生じさせる。
【００２３】
一方、各第２の気体噴射口（補助気体噴射口）５３２は、流下した溶融金属Ｑに第１の気体噴射口５３１とは反対側から気体Ｇを前記第１の流速より遅い第２の流速および前記第１の流量よりも少ない第２の流量で噴射するように構成されている。本実施形態では、各第２の気体噴射口５３２の横断面積は、各第１の気体噴射口５３１の横断面積よりも小さくなっている。そして、複数の第２の気体噴射口５３２は各第２の気体噴射口５３２からの気体Ｇを噴射により補助分断用のガス流ｊ２を生じさせる。
【００２４】
このような複数の第１の気体噴射口５３１および複数の第２の気体噴射口５３２で複数の第２の気体噴射口５３２を構成することで、気体噴射部５は、筒状体３の軸線に平行に流下した溶融金属Ｑに対し気体Ｇを衝突させることで、多数の液滴Ｑ１を筒状体３の軸線に対して傾斜した方向に向けて飛翔させることができる。これにより、多数の液滴Ｑ１を冷却液層Ｓ１に比較的簡単かつ確実に衝突させることができる。
【００２５】
より具体的に説明すると、ガス室５２に所定の圧力で圧縮された気体Ｇが供給されると、図３に示すように、各第１の気体噴射口５３１および各第２の気体噴射口５３２から気体Ｇが噴射される。これにより、複数の第１の気体噴射口５３１から噴射された気体Ｇによりガス流ｊ１が形成されるとともに、複数の第２の気体噴射口５３２から噴射された気体Ｇによりガス流ｊ２が形成される。これらのガス流ｊ１、ｊ２は、溶湯ノズル５１の下端よりやや下側の位置における溶湯ノズル孔５１１の軸線上で互いに交差する。
このとき、各第２の気体噴射口５３２の横断面積が各第１の気体噴射口５３１の横断面積よりも小さいので、流路抵抗差により、ガス流ｊ２の流速および流量がガス流ｊ１の流速および流量よりも小さくなる。
【００２６】
その結果、図３に示すように、ガス流ｊ１は、ガス流ｊ２と交わった後、やや広がりを生じてその噴射方向に沿う流れを維持する。一方、ガス流ｊ２は、ガス流ｊ１と交わることによって、ガス流ｊ１の噴射方向に沿うように流れる方向が変化し、ガス流ｊ１と一体化される。
このようにして、気体噴射部５は、溶湯ノズル５１を囲う円周上に配置された複数の気体噴射口５３のそれぞれから気体Ｇが噴射されるものの、これらのガス流が溶湯ノズル孔５１１の軸線上で交わることで、円錐状の拡がりを全周にわたって生じることなく、溶湯ノズル孔５１１の軸線に対して片側に気体Ｇを噴射することができる。
【００２７】
一方、溶湯ノズル５１の溶湯ノズル孔５１１から流下した溶融金属Ｑは、ガス流ｊ１とガス流ｊ２との交差点付近で、これらに衝突し、分断されて複数の液滴Ｑ１となる。複数の液滴Ｑ１は、ガス流ｊ２と一体化したガス流ｊ１によって、冷却液層Ｓ１に向けて飛翔する。そして、複数の液滴Ｑ１は、冷却液層Ｓ１に衝突し、さらに分断され微細化されるとともに冷却固化され、これにより、金属粉末Ｒ（複数の金属粒子）が得られる。
【００２８】
このようにして、流下した溶融金属Ｑは、気体Ｇのガス流ｊ１、ｊ２によって分断されて複数の液滴Ｑ１となるととともに、当該複数の液滴Ｑ１を効率的に冷却液層Ｓ１に衝突させて冷却固化させることができる。
特に、気体噴射部５は、多数の液滴Ｑ１を鉛直方向に対して傾斜した第１の方向に向けて飛翔させるように構成されており、筒状体３は、その軸線が鉛直方向に対して前記第１の方向とは反対側に傾斜した第２の方向を向くように設置されている。これにより、多数の液滴Ｑ１を冷却液層Ｓ１により簡単かつ確実に衝突させることができる。
【００２９】
ここで、冷却液流出部４について詳述する。
冷却液流出部４は、複数の冷却液噴射口４１、４２、４３、４４を備えている。
図１および図４に示すように各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、筒状体３の内周面に開口しており、筒状体３の内周面の接線方向に向けて冷却液Ｓ（本実施形態では水）を流出（吐出）する。これにより、冷却液Ｓを筒状体３の周方向に旋回させて、冷却液層Ｓ１を形成する。なお、冷却液Ｓは、還元剤等の添加剤が添加されていてもよい。
【００３０】
より具体的に説明すると、複数の冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、図１に示すように、筒状体３内の冷却液層Ｓ１の上流側から下流側に向け、冷却液噴射口（第１の冷却液噴射口）４１、冷却液噴射口（第２の冷却液噴射口）４２、冷却液噴射口（第３の冷却液噴射口）４３、冷却液噴射口（第４の冷却液噴射口）４４の順に配置されている。
また、図４に示すように、冷却液噴射口４１と冷却液噴射口４３とが筒状体３の周方向での同位置に設けられ、また、冷却液噴射口４２と冷却液噴射口４４とが筒状体３の周方向での同位置に設けられている。
そして、これらの冷却液噴射口４１、４２、４３、４４は、筒状体３の内周面の接線方向での同一向きに冷却液Ｓを噴射するように形成されている。
このように構成された冷却液流出部４によれば、比較的簡単な構成で、筒状体３の上端部から下端部に亘って冷却液層Ｓ１を形成することができる。
【００３１】
また、冷却液流出部４が前述したように冷却液Ｓの旋回流を形成させるので、筒状体３内での冷却液Ｓの流れを安定化することができる。また、冷却液流出部４は、前述したように筒状体３の内周に沿って設けられた複数の冷却液噴射口４１を備えているため、比較的簡単に、冷却液層Ｓ１の厚さを筒状体３の周方向に亘って均一化することができる。
また、冷却液噴射口４１にはポンプ８１が接続され、冷却液噴射口４２にはポンプ８２が接続され、冷却液噴射口４３にはポンプ８３が接続され、冷却液噴射口４４にはポンプ８４が接続されている。これらのポンプ８１、８２、８３、８４は、それぞれ、図示しない冷却液タンクが接続されている。これにより、ポンプ８１、８２、８３、８４を作動させることで、冷却タンク内の冷却液Ｓを各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４に供給し、加圧された冷却液Ｓが各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４から噴射（流出）される。
【００３２】
本実施形態では、冷却液噴射口４１とポンプ８１との間にバルブ８５が設けられ、冷却液噴射口４２とポンプ８２との間にバルブ８６が設けられ、冷却液噴射口４３とポンプ８３との間にバルブ８７が設けられ、冷冷却液噴射口４４とポンプ８４との間にバルブ８８が設けられている。
バルブ８５は冷却液噴射口４１に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８６は冷却液噴射口４２に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８７は冷却液噴射口４３に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、バルブ８８は冷却液噴射口４４に供給される冷却液Ｓの圧力を調整するものであり、これらは、圧力調整手段を構成する。また、バルブ８５、８６、８７、８８は、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を調整する調整手段を構成する。
【００３３】
これらのバルブ８５、８６、８７、８８を調整することで、冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、各冷却液噴射口４１、４２、４３、４４から冷却液Ｓを噴射させることができる。
冷却液層Ｓ１の周方向での流速が冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の略全域に亘って均一になると、冷却液層Ｓ１の上流側と下流側とで液滴（溶滴）Ｑ１に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末を製造することができる。その結果、金属粉末製造装置１は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Ｒを製造することができる。ここで、冷却液層Ｓ１の有効冷却領域とは、気体噴射部５から広がって飛翔する多数の液滴Ｑ１が冷却液層Ｓ１に衝突する領域を言う。
【００３４】
より具体的に説明すると、本実施形態では、図１に示すように、筒状体３内には、冷却液層Ｓ１の周方向での流速を検出する２つのセンサ（流速検出手段）１１、１２が設けられている。
センサ１１は、冷却液噴射口４１に対して下流側、かつ、冷却液噴射口４２に対して上流側に設けられている。また、センサ１２は、冷却液噴射口４３に対して下流側、かつ、冷却液噴射口４４に対して上流側に設けられている。
センサ１１、１２は、それぞれ、冷却液層Ｓ１の周方向での流速を検出することができるものであれば、特に限定されず、各種流速計を用いることができ、例えば、ピトー管を用いることができる。
【００３５】
このようなセンサ１１、１２は、図５に示すように、制御手段１３に接続されている。
制御手段１３は、センサ１１、１２の検出結果（検出された流速）に基づいて、前述したバルブ８５、８６、８７、８８の開度を調整するものである。ここで、制御手段１３は、センサ１１、１２の検出結果に基づいてバルブ８５、８６、８７、８８の調整を制御する制御手段を構成する。
【００３６】
このようなセンサ１１、１２の検出結果に基づいてバルブ８５、８６、８７、８８の調整を行うことで、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を容易に調整することができる。
より具体的には、制御手段１３は、センサ１１によって検出された流速と、センサ１２によって検出された流速との差がゼロとなるように、バルブ８５、８６、８７、８８の調整を制御する。
【００３７】
例えば、センサ１１によって検出された流速が、センサ１２によって検出された流速よりも小さいとき、制御手段１３は、バルブ８５、８６の開度を大きく、または、バルブ８７、８８の開度を小さくする。一方、センサ１１によって検出された流速が、センサ１２によって検出された流速よりも大きいとき、制御手段１３は、バルブ８５、８６の開度を小さく、または、バルブ８７、８８の開度を大きくする。
【００３８】
その際、制御手段１３は、センサ１１によって検出された流量と、センサ１２によって検出された流量とがそれぞれ所望の流量となるように、バルブ８５、８６、８７、８８を調整する。
以上のようにして、制御手段１３は、冷却液噴射口４１、４２、４３、４４からの冷却液Ｓの流速および／または流量を自動的に調整することができる。
【００３９】
以上説明したようにして形成される冷却液層Ｓ１には、前述した気体噴射部（ガスジェットノズル）５によって溶融金属Ｑを分断して形成された多数の液滴Ｑ１が気体噴射部５からの気体Ｇとともに供給される。
また、筒状体３の下端には、金属粉末Ｒを冷却液Ｓとともに排出するための排出管９が接続されている。この排出管９は、図示しない回収タンクに接続されている。
【００４０】
回収された金属粉末Ｒと冷却液Ｓとの混合物は、脱液装置を用いて、冷却液Ｓを除去することで金属粉末Ｒが分離される。分離された金属粉末Ｒは、乾燥装置を用いて、乾燥される。
以上説明したような金属粉末製造装置１によれば、冷却液層Ｓ１の有効冷却領域の上流側と下流側とで液滴Ｑ１に対する冷却条件（特に冷却速度）を等しくすることができる。その結果、均質な（粒径、結晶状態、形状等が均一な）金属粉末Ｒを製造することができる。
【００４１】
このようにして、金属粉末製造装置１は、ガスアトマイズ法を用いて高品質な金属粉末Ｒを製造することができる。
以上、本発明の金属粉末製造装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、金属粉末製造装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【００４２】
例えば、前述した実施形態では、４つの冷却液噴射口を設けた例について、説明したが、冷却液噴射口の数は、複数であれば、これに限定されず、２つまたは３つでもよいし、５つ以上であってもよい。ただし、冷却液噴射口の数が多いほど、冷却液の周方向での流速を均一するのが容易となり、筒状体の軸線方向での長さが大きい場合でも、冷却液の周方向での流速を均一することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の金属粉末製造装置の実施形態を示す模式図（縦断面図）である。
【図２】図１に示す金属粉末製造装置に備えられた気体噴射部を示す斜視図である。
【図３】図２に示す気体噴射部の部分拡大縦断面図である。
【図４】図１に示す金属粉末製造装置に備えられた冷却液流出部の複数の冷却液噴射口の配置を説明するための図（横断面図）である。
【図５】図１に示す金属粉末製造装置の冷却液の流出制御の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１……金属粉末製造装置 ２……溶融金属供給部 ３……筒状体 ２１……吐出口 ４……冷却液流出部 ４１〜４４……冷却液噴射口 ５……気体噴射部 ５１……溶湯ノズル ５１１……溶湯ノズル孔 ５２……ガス室 ５３……気体噴射口 ５３１……第１の気体噴射口 ５３２……第２の気体噴射口 ６……誘導コイル ７……蓋部材 ８１〜８４……ポンプ ８５〜８８……バルブ ９……排出管 １１、１２……センサ １３……制御手段 Ｌｃ……軸線 ｊ１、ｊ２……ガス流 Ｓ……冷却液 Ｓ１……冷却液層 Ｇ……気体 Ｑ……溶融金属 Ｑ１……液滴 Ｒ……金属粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第１の冷却液噴射口と、前記第１の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第２の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を調整する調整手段を有する請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第１の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力、および／または、前記第２の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力を調整する圧力調整手段を備える請求項２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
前記冷却液層の周方向での流速を検出する流速検出手段を有し、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整をし得るように構成されている請求項２または３に記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整を制御する制御手段を有する請求項４に記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
前記冷却液流出部は、前記第２の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第３の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、および前記第３の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項７】
前記冷却液流出部は、前記第３の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第４の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、前記第３の冷却液噴射口、および前記第４の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項６に記載の金属粉末製造装置。
【請求項８】
前記筒状体は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向に向くように設置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項１】
溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置された筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給された溶融金属に向けて気体を噴射する気体噴出部と、
前記筒状体の内周面に沿って冷却液層を形成するように冷却液を流出させる冷却液流出部とを有し、
前記溶融金属供給部から流下した溶融金属に前記気体噴出部から噴射した気体を衝突させることにより、当該溶融金属を多数の液滴とするとともに、該多数の液滴を前記冷却液層に衝突させ冷却固化させて、金属粉末を製造する金属粉末製造装置であって、
前記冷却液流出部は、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第１の冷却液噴射口と、前記第１の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第２の冷却液噴射口とを備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されていることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２】
前記第１の冷却液噴射口および前記第２の冷却液噴射口のうちの少なくとも一方の冷却液噴射口からの冷却液の流速および／または流量を調整する調整手段を有する請求項１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第１の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力、および／または、前記第２の冷却液噴射口に供給される冷却液の圧力を調整する圧力調整手段を備える請求項２に記載の金属粉末製造装置。
【請求項４】
前記冷却液層の周方向での流速を検出する流速検出手段を有し、前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整をし得るように構成されている請求項２または３に記載の金属粉末製造装置。
【請求項５】
前記流速検出手段の検出結果に基づいて前記調整手段の調整を制御する制御手段を有する請求項４に記載の金属粉末製造装置。
【請求項６】
前記冷却液流出部は、前記第２の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第３の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、および前記第３の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項７】
前記冷却液流出部は、前記第３の冷却液噴射口に対して下流側に設けられ、冷却液を前記筒状体の内周面の接線方向に向けて噴射する第４の冷却液噴射口を備え、
前記冷却液層の周方向での流速が前記冷却液層の有効冷却領域の略全域に亘って均一になるような流速および流量で、前記第１の冷却液噴射口、前記第２の冷却液噴射口、前記第３の冷却液噴射口、および前記第４の冷却液噴射口のそれぞれから冷却液を噴射するように構成されている請求項６に記載の金属粉末製造装置。
【請求項８】
前記筒状体は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜する方向に向くように設置されている請求項１ないし７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２０１０−９０４１１（Ｐ２０１０−９０４１１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９０３４（Ｐ２００８−２５９０３４）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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