JP2002129209A

JP2002129209A - 金属粉末製造用噴霧ノズル装置

Info

Publication number: JP2002129209A
Application number: JP2000326550A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yuguchi; 敦司油口
Original assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Current assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】粉化された金属溶湯の粒径分布（粒度分布）
の幅が狭い金属粉末を効率よく製造できる装置を提供す
る。【解決手段】流下する金属溶湯流を取り囲む円錐状ス
プレーフォームを形成するリングノズルの外側に、金属
溶湯流を２〜４ｍｍφに分割するために円錐状スプレー
フォームの底面から仮想の頂点までの距離より短い距離
の焦点を有する棒状スプレーフォームを形成する孔状ノ
ズルを、等間隔に設けたことを特徴とする金属粉末製造
用噴霧ノズル装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスアトマイズ法
において金属粉末を製造するための噴霧ノズル装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末を製造する方法の１つとして知
られているガスアトマイズ法はノズルから噴射されたガ
スが単調に拡がっている。これは、圧縮性流体であるガ
スがノズルから出た瞬間に断熱膨張によってガスのエネ
ルギーは急激に低下するためである。このため、ガスア
トマイズ法では細かい金属粉末を効率よく得ることが困
難であり、得られた金属粉末は、粒径の分布（以下、粒
度分布と言う）の幅が広くなる。また、噴射されたガス
は雰囲気ガスを巻き込みやすいのでガスアトマイズ法に
は金属溶湯の吹き上げという問題が伴っている。これら
の問題を解決するために従来から種々の改良がなされて
きた。

【０００３】たとえば、アトマイズ流体噴出口から出た
ジェットによって金属溶湯を粉化させ、その下方に下部
噴出口を設け、その噴出口からジェットを噴射させ凝集
しようとした粒子を再分裂させ、再凝集を防ぐ方法（特
開平１−１６２７０４号）や複数の流体ジェットと金属
溶湯流の中心軸から同一距離でかつ同一水平面上で、同
一角度をなすように複数の噴射ジェットを水平距離を変
化させて配置し、金属溶湯を粉化させる方法(特開平１
−２１９１１０号）などがある。

【０００４】しかし、前記の従来技術にも次のような欠
点があった。金属溶湯流の外周部分には、噴射されたガ
スのエネルギーが作用するが、金属溶湯流の中心部付近
は、ガスのエネルギーが十分に作用しないため、粉化さ
れた金属溶湯の粒径の分布の幅が広がる現象が起こる。
この現象は、噴射されたガスが高圧になれば微粉領域に
おいて粒度分布の幅が広がる。また、噴射されたガスが
低圧になれば、粗粉領域において粒度分布の幅が広が
る。

【０００５】すなわち、従来技術では、粉化された金属
溶湯の粒度分布の幅が広いため、多量の金属を溶解しア
トマイズしなければ、必要としている粒径の金属粉末が
得られなかった。上記従来技術の欠点を解決する方法と
して、金属溶湯流を細かくする。即ち、金属溶湯を少量
づつ流下させれば、均一な粉末が得られることは判って
いたが、この方法では、量産ができないという欠点があ
った。

【０００６】

【発明が解決しよとする課題】本発明は、これら従来技
術の欠点を改良し、粒度分布の幅の狭い金属粉末を効率
良く製造できる装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、流下する金属溶湯流を取り囲む円錐状スプ
レーフォームを形成するリングノズルの外側に、金属溶
湯流を２〜４ｍｍφに分割するために円錐状スプレーフ
ォームの底面から仮想の頂点までの距離より短い距離の
焦点を有する棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズ
ルを、等間隔に設けたことを特徴とする金属粉末製造用
噴霧ノズル装置である。

【０００８】本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置
は、従来技術の欠点であった金属溶湯流の外周部分には
噴射されたガスのエネルギーが作用するが、金属溶湯流
の中心部付近には、ガスのエネルギーが十分に作用しな
いという問題点を解決するために、金属溶湯流を２〜４
ｍｍφに分割できるように円錐状スプレーフォームの底
面から仮想の頂点までの距離より短い距離の焦点を有す
る棒状のスプレーフォームを形成する孔状ノズルを設け
ることによって、金属溶湯流を細くしている。このた
め、分割された各金属溶湯流の中心部まで、より均一な
ガスの噴射エネルギーが十分に作用し、粗粉化を防止す
ることができる。

【０００９】つまり、金属溶湯流を２〜４ｍｍφに分割
できるよう等間隔に設けられた棒状スプレーフォームを
形成する孔状ノズルから噴射されたガスおよび円錐状ス
プレーフォームによって噴射されたガスは、金属溶湯と
より多くの面積で接触することにより、さらには必要に
より設ける棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズル
の間に金属溶湯流の中心部に対して、円錐状スプレーフ
ォームの底面から仮想の頂点までの距離より長い距離の
焦点を有する複数個の棒状スプレーフォームを形成する
孔状ノズルにより形成される棒状スプレーフォームによ
り噴射ガスのエネルギーを金属溶湯により均一に作用さ
せることができ、粉化された金属溶湯の粒度分布の幅を
狭くすることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の金属粉末製造用
噴霧ノズル装置を図面によって具体的に説明する。図１
および図２に本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置と
形成されるスプレーフォームの断面の概念図および噴霧
ノズル部の底面図を示す。但し、スプレーフォームの仮
想の焦点は、実際には存在しない。

【００１１】棒状のスプレーフォームを形成する孔状ノ
ズルを、金属溶湯流が２〜４ｍｍφに分割できるように
設けるのは、分割された金属溶湯流が４ｍｍφ以上で
は、噴射ガスのエネルギーを、金属溶湯の中心部まで十
分に作用させることができず、粗粉の発生量が多くな
る。また、金属溶湯流を２ｍｍφ以下に分割しようとす
ると、噴射されたガスによってほとんどの金属溶湯が粉
化される。その結果、金属溶湯の中心部まで噴射された
ガスのエネルギーが均一に作用せず、従来技術でも説明
した、金属溶湯に対して単一のガス噴射角度を有するガ
スアトマイズノズルと、大差のない粒度分布の幅の金属
粉末しか得られない。

【００１２】棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズ
ルを、円錐状スプレーフォームを形成するリングノズル
の外側に設けるのは、図１で示すように(2)から噴射さ
れる棒状スプレーフォーム(6)によって金属溶湯を分断
し、粉化する。そして、(6)によってん分断されなかっ
た金属溶湯を、(1)から噴射される円錐状スプレーフォ
ーム(5)で粉化することによって、金属粉末の粗粉化を
防止する。また、(5)のスプレーフォームは、金属溶湯
が一部が吹き上がろうとしているのを、阻止する働きも
している。

【００１３】しかし、図５で示すように、この孔状ノズ
ル(2)をリングノズル(1)の内側に設けた場合、(2)から
噴射される棒状ジェットフォーム(6)によって金属溶湯
を分断するが、ガスアトマイズ法の欠点である金属溶湯
の一部が吹き上がってしまうことがあり、好ましくな
い。この吹き上がりが発生すると(5)の円錐状スプレー
フォームで金属溶湯を粉化できるのは、わずかであり、
従来技術と同じ粗粉の発生量が多くなる。

【００１４】同様に棒状スプレーフォームを形成する孔
状ノズルを、円錐状スプレーフォームを形成するリング
ノズルの内側に設けた場合、リングノズルの直径が大き
くなり、リングノズルからガス噴射角度を変えないする
と、噴射されるガスの形成する円錐状スプレーフォーム
の焦点距離が長くなり、金属溶湯を十分粉化できず、粗
粉の発生量が多くなる。また、この円錐状スプレーフォ
ームの焦点距離を短くしようと噴射角度を変えると、孔
状ノズルから噴射される棒状スプレーフォームとの角度
差が減少し、金属溶湯を分割することができない。

【００１５】また、棒状スプレーフォームを形成する孔
状ノズルを形成する孔状ノズルの焦点を円錐状スプレー
フォームの底面から仮想の頂点までの距離より短い距離
に配置するのも、これより長い距離の焦点に配置すると
金属溶湯流を分割することができず、太い溶湯流のまま
円錐状スプレーフォームにとらえられて、粉砕されるの
で、従来技術と同じ粗粉の発生量が多くなる。

【００１６】そして、必要により図１および図２に示す
ように、金属溶湯流が２〜４ｍｍφに分割できるように
設けられた棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズル
(2)の間に、金属溶湯流の中心部に対して、円錐状スプ
レーフォームの底面から仮想の頂点までの距離より長い
距離の焦点を有する複数個の棒状のスプレーフォームを
形成する孔状ノズル(7)を設けるのは、先に金属溶湯流
が２〜４ｍｍφに分割できるように設けられた棒状スプ
レーフォームを形成する孔状ノズル(2)および円錐状ス
プレーフォームを形成するリングノズル(1)から噴射さ
れたガス(5),(6)で、金属溶湯の一部が粉化されずに粗
粉化してしまう場合があり、これを防止するのに有利で
あるためである。

【００１７】この複数個設けた孔状ノズル(7)から噴射
されたガス(8)によって、それぞれ噴射されたガス(5),
(6),(8)の隙間が少なくなるので、より均一にガスを金
属溶湯流に当てることができる。これによって金属溶湯
流を、より均一に分割することが可能となるので、金属
溶湯を均一に粉化することができる。

【００１８】図３に本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル
装置でアトマイズした時の金属溶湯の状態を表した概念
図を示す。(A)の金属溶湯は、円錐状スプレーフォーム
と棒状スプレーフォームが合成された噴射ジェットフォ
ーム(9)によって、(B),(C)で示すように(9)の当たらな
い部分へ押し出されてしまい、(D)のように金属溶湯は
完全に分割され、(E)で示すように粉化される。そし
て、さらに微粉化したい場合には、複数個の孔状ノズル
を設けることにより、これらの孔状ノズルから噴射され
たガスによって(F)で示すように完全に微粉化すること
ができる。

【００１９】図６および図７は、従来技術の金属溶湯流
の粉化の様子を表す断面の概念図と従来技術の金属粉末
装置から噴射されたガスの金属溶湯流に対する垂直方向
成分の大きさを示す概念図である。図からも判るように
噴射されたガスのエネルギーは、金属溶湯流の外周部分
にしか作用しておらず、金属溶湯流の中心部付近は、エ
ネルギーが十分に作用しない。このために、粉化された
金属溶湯の粒径の分布の幅が広がる現象が起こる。

【００２０】しかし、本発明の金属粉末製造用噴霧ノズ
ル装置を使用すると図１で示す(1)から噴射される円錐
状スプレーフォーム(5)と(2)から噴射される棒状スプレ
ーフォーム(6)が合成されたスプレーフォームの金属溶
湯流に対する垂直方向の成分は、図４に示すように(5)
と(6)が合成された噴射ジェットフォームの金属溶湯流
に対する垂直報告成分(9)が、金属溶湯を分断すること
によって、金属溶湯の中心部にまでガスの噴射エネルギ
ーが作用するので金属溶湯の中心部を粉化することが可
能となった。また、場合によって設ける(7)から噴射さ
れたガスの金属溶湯流に対する垂直方向成分(10)は、金
属溶湯流に対するガスの隙間が少なくなるので、さらに
金属溶湯を粉化することができる。これによって金属溶
湯の粒度分布の幅を狭くするという本発明の目的が達成
できる。

【００２１】

【実施例・比較例】実施例１(図１に示す本発明の金属
粉末製造用噴霧ノズル装置で、金属溶湯流を４ｍｍφに
分割できるように棒状のスプレーフォームを形成する孔
状ノズル(2)を、等間隔に設けた装置)と比較例１(図８
に示す円錐形ノズルでノズルの隙間は実施例１と同
じ)、比較例２(図５に示す円錐形ノズルでノズルの隙間
は実施例１と同じで、金属溶湯流を４ｍｍφに分割でき
る棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズルを、円錐
形スプレーフォームの内側に設けた装置)により、１２
００℃の銅のガスアトマイズを行った。条件は、溶湯径：７ｍｍ噴霧ガス：空気（噴射圧力；4kgf/cm² 、噴射ガス流量；20m³/min）（ガス温度；ノズルから出る手前で20℃）

【００２２】実施例２(図２に示す本発明の金属粉末製
造用噴霧ノズル装置で、金属溶湯流を２ｍｍφに分割で
きるように棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズル
(2)を、等間隔に設け、さらに孔状ノズル(2)の間に２個
ずつの円錐状スプレーフォーム(1)より長い距離の焦点
を有する孔状ノズル(7)を設けた装置)と比較例３(図５
に示す円錐形ノズルでノズル隙間は実施例２と同じ)に
より、１２００℃の銅のガスアトマイズを行った。条件は、溶湯径：５ｍｍ噴霧ガス：空気（噴射圧力；5kgf/cm²、噴射ガス流量；20m³/min）（ガス温度；ノズルから出る手前で20℃）

【００２３】比較例４(図１に示す本発明の金属粉末製
造用噴霧ノズル装置で、金属溶湯流を１ｍｍφに分割で
きるように棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズル
(2)を、等間隔に設けた装置)と比較例５(図５に示す円
錐形ノズルでノズルの隙間は実施例３と同じ)により、
１２００℃の銅のガスアトマイズを行った。条件は、溶湯径：６ｍｍ噴霧ガス：空気（噴射圧力；5kg/cm² 、噴射ガス流量；20m³/min）（ガス温度；ノズルから出る手前で20℃）

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】表１に示したように、本発明の金属粉末製
造用噴霧ノズル装置の実施例１は、７５μｍ〜１５０μ
ｍの粉末粒径の割合が比較例１および２に比べて増大し
ており、粒度分布の幅が狭まったことを表している。表
２に示したように、本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル
装置の実施例２は、比較例３に比べて４５μｍより小さ
い粒径の粉末を増加させずに、７５μｍより大きい粉末
粒径を減少させており、粒度分布の幅が狭まったことを
表している。表３に示したように、金属溶湯流を１ｍｍ
φ以下に分割しようとすると、比較例４は比較例５と同
等の粒度分布の粉末しか得られないことを表している。

【００２８】これは、図６からわかるように、比較例
１、比較例３、比較例４、比較例５はいずれも金属溶湯
流の外周部には噴射ガスのエネルギーが作用するが、中
心部には噴射ガスのエネルギーが十分作用していないた
めに、粗粉の発生量が多くなっている。比較例２のよう
に、円錐形スプレーフォームの内側に金属溶湯流を４ｍ
ｍφに分割できる棒状スプレーフォームを形成する孔状
ノズルを設けたとしても、図５で示すようにガスアトマ
イズ法の問題点である金属溶湯の吹き上げ現象によっ
て、粒度分布の幅が広がっているのである。

【００２９】

【発明の効果】以上、詳細に述べたように、ガスアトマ
イズ法による金属粉末を製造するにおいて、従来技術の
欠点であった粉化された金属溶湯の粒度分布の幅が広い
ため、多量の金属を溶解しアトマイズしなければ、必要
としている粒径の金属粉末が得られなかったという問題
点を本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置を使用する
ことにより、金属溶湯流を２〜４ｍｍφに分割すること
で粉化された金属溶湯の粒度分布の幅を狭くすることが
可能となり、得ようとする粒径の金属粉末を安定して効
率よく製造することが可能となった。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置の断
面の概念図および噴霧ノズル部底面図である。（同図
(a)は、同図(b)のＧ−Ｇ線上の断面の概念図である。）

【図２】本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置の断
面の概念図および噴霧ノズル部底面図である。（同図
(c)は、同図(d)のＨ−Ｈ線上の断面の概念図である。）

【図３】本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置でア
トマイズした時の金属溶湯の状態を示す概念図である。

【図４】本発明の金属粉末製造用噴霧ノズル装置から
噴射されたガスの金属溶湯流に対する、垂直方向成分の
大きさを示す概念図である。

【図５】棒状スプレーフォームを形成する孔状ノズル
(2)を円錐状スプレーフォームを形成するリングノズル
(1)の内側に設けた場合の金属粉末製造用噴霧ノズル装
置の断面図である。

【図６】従来技術の金属溶湯流の粉化の様子を表す断
面図である。

【図７】従来技術の金属粉末製造装置から噴射された
ガスの金属溶湯流に対する垂直方向成分の大きさを示す
概念図である。

【図８】従来技術の金属粉末製造用装置(円錐形ノズ
ル)の断面の概念図である。

【００３０】

【符号の説明】

１：円錐状スプレーフォームを形成するリングノズル２：金属溶湯流を２〜４ｍｍφに分割するための棒状ス
プレーフォームを形成する孔状ノズル。３：金属溶湯流４：金属溶湯流の通る孔５：１から噴射される円錐状スプレーフォーム６：２から噴射される棒状スプレーフォーム７：必要により２の間に設けられる棒状スプレーフォー
ムを形成する孔状ノズル８：７から噴射される棒状スプレーフォーム９：５と６が合成された噴射ジェットフォームの金属溶
湯流に対する垂直方向成分１０：７から噴射された噴射ジェットフォームの金属溶
湯流に対する垂直方向成分１１：分割された金属溶湯流１２：微粉化されつつある金属溶湯１３：粉化された金属溶湯（微粉化）１４：吹き上がった金属溶湯流１５：ノズルから噴射されたガス１６：粉化されなかった金属溶湯１７：従来技術の金属粉末製造装置から噴射されたガス
の金属溶湯流に対する垂直方向成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流下する金属溶湯流を取り囲む円錐状ス
プレーフォームを形成するリングノズルの外側に、金属
溶湯流を２〜４ｍｍφに分割するために円錐状スプレー
フォームの底面から仮想の頂点までの距離より短い距離
の焦点を有する棒状スプレーフォームを形成する孔状ノ
ズルを、等間隔に設けたことを特徴とする金属粉末製造
用噴霧ノズル装置。
【請求項２】棒状スプレーフォームを形成する孔状ノ
ズルの間に金属溶湯流の中心部に対して、円錐状スプレ
ーフォームの底面から仮想の頂点までの距離より長い距
離の焦点を有する、複数個の棒状スプレーフォームを形
成する孔状ノズルを設けたことを特徴とする請求項１に
記載の金属粉末製造用噴霧ノズル装置。