JPH04337013A - 金属粉末製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を、旋回移動
する冷却液層中に供給して金属粉末を製造する製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合金の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されている
。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の製造装置として、
特公平１−４９７６９　号公報に開示されたものがある
。この装置は、図２に示すように、回転する冷却ドラム
６１の内周面に冷却液層６２を遠心力の作用で形成し、
該冷却液層６２に溶融金属供給手段としての噴射るつぼ
６３から溶融金属を噴射し、微細に分断して急冷凝固し
た金属粉末を得るものである。前記噴射るつぼ６３の外
周面には加熱用の高周波コイル６４が装着され、該るつ
ぼ６３の下部側壁には噴射ノズル６５が開設されている
。前記るつぼ６３内の溶融金属６６は、該るつぼ６３に
不活性ガス６７を加圧注入することによって前記ノズル
６５から噴出される。そして、冷却ドラム６１内の金属
粉末は、一定量溜まると、冷却ドラム６１の回転を止め
、冷却液と共に回収され、脱液後、乾燥される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のものにあっ
ては、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣る。そ
のうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなければな
らないため、噴射ノズル６５に孔詰りが生じ易いという
問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、冷
却液層６２の液面より冷却液を供給、排出して温度制御
しなければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒度
や品質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】さらに、噴射ノズル６５の大きさは、孔詰
りの観点からあまり小さくすることができず、従って、
溶融金属６６の噴出量を少なくするにも限度があり、そ
のため、比較的多量の溶融金属６６が直接冷却液層６２
の同じ位置に連続状に供給され、より微細な粒子の金属
粉末が得難いと共に、冷却効果の低下を来たして十分な
冷却速度が得難いという問題がある。

【０００６】さらに、また、溶融金属が噴射された後、
冷却液層６２に至るまでにその表面が酸化し、酸化膜が
形成されるため、冷却液層６２による分断が困難となり
、又金属粉末の酸素や水素含有量が増加し、品質劣化を
招来する。そこで、本発明は前記問題点に鑑み、安定し
た品質の金属粉末を連続的に製造することができ、しか
も、金属粉末の微粉化の向上及び十分な冷却速度の確保
を企図し、且つ酸化膜の生成を抑制することができる金
属粉末製造装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が前記目的を達成
するために講じた技術的手段は、溶融金属供給容器８か
ら供給される溶融金属を冷却用筒体１内の冷却液により
冷却凝固させて金属粉末を製造する金属粉末製造装置に
おいて、前記筒体１　の内周面に、該内周面に沿って冷
却液を噴出供給して筒体１　内周面に沿って旋回しなが
ら流下し且つ筒体１下部から排出される冷却液層２０を
形成し、この冷却液層２０の内周面側の空間部３４に、
溶融金属供給容器８　から供給される溶融金属を衝当さ
せる受台３０を設け、この受台３０を、該受台３０に衝
当させた溶融金属を遠心力の作用によって冷却液層２０
に向けて飛散させるべく回転駆動し、さらに、前記冷却
液層２０の内周面側の空間部３４に不活性ガスを充填或
いは該空間部３４内の空気を抜出し可能とすべく筒体１
の筒軸方向両端部側を閉塞して成る点にある。

【０００８】

【作用】冷却用筒体１　の内周面に沿って噴出供給され
た冷却液は、筒体内周面に沿って旋回しながら流下し、
旋回時の遠心力の作用でほぼ一定内径の冷却液層２０を
形成する。そして、溶融金属供給容器８　から供給され
る溶融金属は、一旦、回転駆動される受台３０に衝当し
、該衝当した溶融金属は遠心力の作用で受台３０から冷
却液層２０へ向って放射状に飛散して冷却液層２０に供
給され、冷却液層２０の旋回流によって分断されると共
に冷却凝固され、金属粉末が製造される。

【０００９】前記冷却液層２０は常に新たに供給される
冷却液によって形成されるために一定の温度が容易に維
持される。このため、温度制御のために液面より冷却液
を排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安
定した状態が維持される。それ故、冷却液層２０に供給
される溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層２０中に
供給、分断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、
金属粉末の品質が安定する。

【００１０】冷却液層２０中の金属粉末は冷却液と共に
旋回しながら流下し、筒体１　の下部より排出すること
で、金属粉末の連続生産が可能となる。また、溶融金属
は、受台３０によって飛散された後、さらに、冷却液層
２０の旋回流によって分断されて、より微細な金属粉末
が形成されると共に、該微粉化、溶融金属が受台３０に
よって分散されること及び冷却液層２０が常に新たに供
給される冷却液によって形成されることから十分な冷却
速度の確保が可能である。

【００１１】さらに、冷却液層２０の内周面側の閉塞さ
れた空間部３４に不活性ガスを充填し、或いは該空間部
３４内の空気を抜出すことで、溶融金属は真空或いは不
活性ガス雰囲気中で冷却液層２０に供給され、冷却液層
２０に至るまでの間において溶融金属の表面酸化が抑制
され、冷却液層２０による分断が速やかに行われ、又酸
化膜の薄い高品質の粉末が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、１は冷却用筒体で、上方に開口す
る有底円筒状に形成されており、この筒体１　の上端開
口は蓋体２　により閉塞され、該蓋体２　の中心部には
開口部３　が形成されている。この開口部３　は取付凹
部４　を有する断熱部材５　で閉塞され、この断熱部材
５　の中央部には開孔６　が上下方向に貫通形成されて
いると共に、前記取付凹部４　には、噴射るつぼ８　が
気密に嵌合固定されている。この噴射るつぼ８　は黒鉛
や窒化珪素等の耐火物から成り、有底円筒状のるつぼ本
体９　と、該るつぼ本体９　の上端開口を閉塞する蓋体
１０とを備えて成る。るつぼ本体９の外周には加熱用の
誘導コイル１１が設けられ、るつぼ本体９　の底部１２
には、上下方向に貫通状で且つ断熱部材５　の開孔６　
に連通するノズル孔３　が形成されている。また、噴射
るつぼ８　の蓋体１０には、ＡｒやＮ２　等の不活性ガ
スの圧媒や圧送された溶融金属を注入するための注入孔
１４が形成され、該注入孔１４から不活性ガスを加圧注
入することで、噴射るつぼ８　内の溶融金属１５がノズ
ル孔１３から開孔６　を介して筒体１　内に噴射される
。

【００１３】また、筒体１　の上部には、冷却液噴出管
１６が周方向等間隔に複数個形成され、この噴出管１６
の吐出口１７は筒体内周面に沿って接線方向から冷却液
を噴出供給できるように開口されている。また、噴出管
１６の管軸方向は、筒体内周面の水平方向の接線に対し
て０〜２０°程度斜め下方に設定されている。そして、
噴出管１６は、ポンプ１８を介してタンク１９に配管接
続されていて、タンク１９内の冷却液をポンプ１８によ
って吸い揚げて噴出管１６から筒体１　内周面側に噴出
供給することで、筒体１　の内周面に、蓋体２　から筒
体１　底壁１ａに亘って該内周面に沿って旋回しながら
流下する冷却液層２０が形成される。タンク１９には、
図示省略の補給用の冷却液供給管が設けられ、またタン
ク１９内や循環流路の途中に冷却器を適宜介在させても
よい。冷却液としては一般に水が使用されるが、油が使
用される場合もある。尚、水を用いる場合、水中の溶存
酸素を除去したものを使用するのが望ましい。酸素の除
去処理装置は市販されており、入手容易である。

【００１４】筒体１　の内周面下部には、冷却液層２０
の層厚調整用リング２１がボルトによって着脱、交換自
在に取付けられ、このリング２１によって冷却液の流下
速度が抑えられて略一定内径の冷却液層２０が容易に形
成される。 また、筒体１　の下端外周部には、下方に向けて開口す
る排水管部２２が複数個所（或いは１個所）　に設けら
れている。また、筒体１　の下部には、該下部を覆うよ
うに回収容器２３が配置され、この回収容器２３の底部
２４一側には排出口２５が形成され、この排出口２５の
下方には、冷却液は下方に通過可能であるが金属粉末は
通過不能なメッシュ部材２６が傾斜状に配設された分離
容器２７が設けられている。この分離容器２７の側壁の
メッシュ部材２６傾斜方向下方側には粉末排出口２８が
形成されると共に、底部には排水口２９が形成され、該
排水口２９はタンク１９に配管されている。

【００１５】筒体１　内には、冷却液層２０の内周面側
の閉塞された空間部３４内に位置すると共に噴射るつぼ
８　の下方に位置する円盤状の受台３０が配置され、こ
の受台３０は回収容器２３の底部２４及び筒体１　の底
壁１ａを貫通する回転駆動軸３１の上端に固定されてい
る。この回転駆動軸３１は下方において軸受等によって
回転自在に支持されていると共に、中間部において筒体
１　の底壁１ａに気密に取付固定されたスタフィングボ
ックス及びパッキン等から構成される軸封部３２によっ
て回転自在に支持されている。そして、この回転駆動軸
３１はモータ等の駆動装置によって上下方向の軸心廻り
に回転駆動され、受台３０が該駆動軸３１と一体回転さ
れるように構成されていて、噴射るつぼ８　のノズル孔
１３から噴射された溶融金属が、受台３０に衝当すると
共に遠心力の作用で受台３０から冷却液層２０に向けて
放射状に飛散して該冷却液層２０に供給される。また、
受台３０の上部３３はセラミック、石綿等の断熱性に優
れた耐火材により形成されている。なお、受台３０の回
転方向は、冷却液層２０の旋回流の進行方向と同方向又
は逆方向のどちらでも良いが、旋回流と逆方向である方
が、受台３０から飛散する溶滴の旋回流による分断効果
が良好である。また、受台３０の回転速度を変えること
によって粉末粒子の大きさを容易にコントロールできる
。３５は冷却液層２０内周面側の空間部３４に連通する
連通管で、筒体１　の底壁１ａ及び回収容器２３の底部
２４を貫通すると共に前記底壁１ａに気密に固着されて
おり、該連通管３５の上部は冷却液が入らないように逆
Ｕ字形に屈曲形成されている。

【００１６】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、まず、ポンプ１８を作動させて、筒体１　内周面に
冷却液層２０を形成し、次に、冷却液層２０内周面側の
空間部３４に連通管３５を介してＡｒガス、Ｎ２　ガス
等の不活性ガスを圧送する。すると、空間部３４内の空
気が冷却液と共に外部に排出されて該空間部３４内に不
活性ガスが充填される。不活性ガスが空間部３４に充填
された後は、ガスの送給を常時行う必要はなく、連通管
３５とガス源との間に設けられた開閉弁を遮断すればよ
い。なお、不活性ガスによる置換を容易に行うには、空
気排出用の他の連通管を併設しておけばよい。また、空
間部３４内の空気を不活性ガスと置換することなく連通
管３５から真空ポンプ等により抜出して空間部３４内を
真空状態としてもよい。その後噴射るつぼ８　内の溶融
金属１５をノズル孔１３から下方に噴射する。ノズル孔
１３から噴射された溶融金属１５は受台３０に衝当する
と共に、受台３０から冷却液層２０に向けて放射状に飛
散して、旋回しながら流下する冷却液層２０によって分
断されると共に急冷凝固されて金属粉末が製造される。 そして、冷却液層２０中の金属粉末は、冷却液と共に旋
回しながら層厚調整用リング２１を越えて流下し、筒体
１　の下端の排水管部２２から回収容器２３に入り、該
回収容器２３から分離容器２７に入る。ここで、メッシ
ュ部材２６により金属粉末と冷却液とに分離され、一次
的に脱液された液分の少ない金属粉末が得られる。この
一次脱液された金属粉末は粉末排出口２８から排出され
て、遠心分離機等の脱液装置により脱液され、乾燥装置
により乾燥される。また、冷却液は排水口２９からタン
ク１９に戻されて循環使用される。

【００１７】なお、前記実施例では、冷却用筒体として
円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周面
が上方に向けて拡開状の回転放物面で形成された漏斗形
状や切頭逆円錐形状としてもよい。この場合、層厚調整
用フランジを取付けなくても、一定内径の冷却液層を形
成することができる。また、筒体１　の底壁１ａは、排
水が容易なように、中心部から排水管部２２に向けて下
方傾斜状（排水管部２２が１個所である場合は底壁１ａ
全体を排水管部２２に向けて下方傾斜状）　に形成する
ようにするのが好ましい。また、受台３０は円錐状、漏
斗状等に形成されても良く、さらに、回転軸心に対して
傾斜状に設けても良く、種々変形自在である。

【００１８】また、図例では、層厚調整用リング２１は
断面方形状であるが、これに限らず、例えばリング上面
の外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径する曲面で
形成してもよく、噴射るつぼ８　内の溶融金属１５は、
圧媒を作用させて加圧することによりノズル孔１３から
噴射するようにしたが、圧媒を作用させることなく、溶
融金属１５自体に作用する重力（自重）　により噴射る
つぼ８　内の下部の溶融金属を加圧状態とし、ノズル孔
１３から噴射（噴出）　するようにしてもよい。

【００１９】また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等の軽
量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末
の製造に適用できることは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、筒体１　の内周面に沿
って冷却液を噴出供給して、筒体内周面に沿って旋回し
ながら流下する冷却液層２０を形成するので、溶融金属
を供給する冷却液層２０の内周面を安定させることがで
き、温度も均一に保持できる。そして、該冷却液層２０
中に溶融金属を供給するので、品質の安定した急冷凝固
粉末が連続的に生産され、噴射ノズルに孔詰りも生じな
い。

【００２１】また、冷却液層２０に溶融金属を供給する
のに、溶融金属供給容器８　から供給される溶融金属を
、一旦受台３０に衝当させると共に、遠心力の作用によ
って受台３０から冷却液層２０に向けて放射状に飛散さ
せ、その飛散させた溶融金属の溶滴をさらに冷却液層２
０の旋回流によって分断するようにしているので、より
微細な金属粉末を製造できると共に、該微粉化、冷却液
が旋回しながら流下すること及び溶融金属が分散されて
冷却液層２０に供給されること等によって、十分な冷却
速度が確保できる。

【００２２】また、前記受台３０により飛散される溶融
金属は空気中において非常に酸化され易いのであるが、
冷却液層２０の内周面側は閉塞された空間部３４とされ
ていて、この空間部３４内に不活性ガスを充填し、或い
は空間部３４内の空気を抜出して真空状態とすることで
、溶融金属供給容器８　から供給されて受台３０によっ
て飛散される溶融金属の冷却液層２０に至るまでの間の
表面酸化が抑制され、冷却液層による分断が速やかに行
われ、又酸素や水素含有量の少ない高品質の金属粉末が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属粉末製造装置の要部断面全体配置
図である。

【図２】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１　　冷却用筒体 ８　　噴射るつぼ（溶融金属供給容器）２０　　冷却液
層 ３０　　受台 ３４　　空間部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶融金属供給容器（８）　から供給さ
   れる溶融金属を冷却用筒体（１）　内の冷却液により冷
   却凝固させて金属粉末を製造する金属粉末製造装置にお
   いて、前記筒体（１）　の内周面に、該内周面に沿って
   冷却液を噴出供給して筒体（１）　内周面に沿って旋回
   しながら流下し且つ筒体（１）　下部から排出される冷
   却液層（２０）を形成し、この冷却液層（２０）の内周
   面側の空間部（３４）に、溶融金属供給容器（８）　か
   ら供給される溶融金属を衝当させる受台（３０）を設け
   、この受台（３０）を、該受台（３０）に衝当させた溶
   融金属を遠心力の作用によって冷却液層（２０）に向け
   て飛散させるべく回転駆動し、さらに、前記冷却液層（
   ２０）の内周面側の空間部（３４）に不活性ガスを充填
   或いは該空間部（３４）内の空気を抜出し可能とすべく
   筒体（１）　の筒軸方向両端部側を閉塞して成ることを
   特徴とする金属粉末製造装置。