JPH0860208A - 金属粉末の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形成される溶融金属流の位置をガス噴出装置
の中心に維持することを可能とし、望む粒度分布を有す
る金属粉末を製造することのできる金属粉末の製造装置
を提供する。 【構成】 落下する溶融金属流へガス噴出装置２、２か
ら噴出されたガスが衝突する水平方向の位置が適正な位
置からずれたことを検出装置５０が検出すると、その出
力信号に基づいて制御装置３０は、第一の移動手段５３
を制御し、ビーム発生装置３の蓋体６へビームを照射す
る水平方向の位置を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一定の粒度分布をもつ
金属粉末を製造する金属粉末の製造装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属粉末の製造装置としては、
底部に孔を開口させた耐火性金属を用いた金属の溶解容
器と、その下方に配置されたガス噴出装置との組み合わ
せたものが広く採用されている。この装置においては、
容器内で溶解された金属を孔から金属流として落下させ
ガス流をあてて金属粉としている。しかしながら、この
装置によって得られる金属粉は、溶解用の容器が金属に
接触し混入するため純度の低いものであった。

【０００３】そこで、本発明者らは、高純度の金属粉末
を製造することのできる高純度金属粉末の製造装置を提
供した（特開平５−３２７２０）。この高純度金属粉末
の製造装置は、図６に示すように、溶解用容器１と、ガ
ス噴出装置２、２と、ビーム発生装置３とから概略構成
されている。

【０００４】溶解用容器１は、容器本体４と蓋体６とか
らなる。容器本体４は、内径部に凹部８の形成された略
有底円筒状の容器で、その底部中央には、下方に向けて
漸次縮径するテーパ状の開口部１０が形成されている。
また、容器本体４の内部には中空部１２が形成され、こ
の中空部１２は、容器本体４に取り付けられたパイプ１
４、１６と連通されている。

【０００５】パイプ１４、１６は、冷却手段を構成する
冷却装置２０の冷却水の送り出し管２２と回収管２４と
にそれぞれ接続されており、パイプ１４から送られた冷
却水が容器本体４の内面部を冷却した後、パイプ１６を
経て回収されるようになっている。冷却装置２０は、一
定温度の冷却水を容器本体４に送り出し、回収した冷却
水の温度とその流量から、単位時間当りの冷却熱量（冷
却能）を測定する機能を有し、また、冷却水の初期温度
と、単位時間当りの冷却水を送り出す流量を調整する機
能とを有している。

【０００６】蓋体６は、溶解用容器１によって溶解を行
なう高純度金属（被溶解金属）と同一の材料から構成さ
れるものであり、その外周面６ａがテーパ状に形成さ
れ、容器本体４に対して開口部１０を閉塞するように装
着固定されている。

【０００７】溶解用容器１の下方に配設されたガス噴出
装置２、２は、溶解用容器１から下方に落下せしめられ
る溶融金属流に向けてノズル２ａ、２ａからＡｒガス等
の不活性ガスを一定圧力で噴出し、これによって溶融金
属を粉体とするためのものである。

【０００８】また、溶解用容器１の下方近傍には、蓋体
６の中央部に形成される開口部の穴径を測定する、カメ
ラ等の測定装置２６が配置され、この測定装置２６は、
画像処理等を行う解析装置２８を介して制御装置３０に
接続されている。これら測定装置２６及び解析装置２８
は、穴径検出手段を構成している。また、制御装置３０
は、ＣＰＵ、プログラムＲＯＭ及び各種Ｉ／Ｏインター
フェース等からなるものである。

【０００９】また、蓋体６の直上部には、蓋体６の中央
部に向けてビームを照射するビーム発生装置３が配設さ
れ、このビーム発生装置３は、制御装置３０に接続され
ている。このビーム発生装置は、レーザービーム、電子
ビーム、プラズマビームまたはアークビームを用いるも
のである。なお、制御装置３０は、冷却装置２０にも接
続され、冷却装置２０の冷却能も調整可能となってい
る。

【００１０】上記の構成からなる金属粉末の製造装置に
よって、高純度金属粉末を製造する場合には、まず、溶
解用容器１内に被溶解金属をいれ、冷却装置２０により
溶解用容器１の内面部を冷却しつつ容器本体４と被溶解
金属との間に電圧を印加する等の方法により、被溶解金
属を溶解せしめる。

【００１１】このとき容器本体４の内面部４ａには、溶
解した金属が内面部４ａで冷却されて凝固し、内面部４
ａを薄く覆う凝固金属層を形成する。この凝固金属層
は、容器本体４の冷却を維持する限り安定して維持さ
れ、かつ、この凝固金属層は被溶解金属と同じ材料から
なるものであるから、容器本体４を構成する金属が溶融
金属（溶解された金属）に接触し混入して溶融金属を汚
染することがない。

【００１２】また、容器本体４に装着された蓋体６も、
容器本体４の内面部とともに冷却されるため、ほとんど
溶解することがない、すなわち、容器本体４の冷却は、
蓋体６の維持機能をも満たすべく制御される。蓋体６の
上部側部分は一部溶解するが、蓋体６は被溶解金属と同
一の材料で構成されているため、溶融金属を汚染するこ
とはない。

【００１３】次に、被溶解金属の溶解が定常状態に達し
た後は、冷却装置２０による冷却を行いつつ、ビーム発
生装置３から蓋体６の中央部に向けてビームを照射し、
蓋体６の中央部分６ｂを下方へ溶出させて開口部とす
る。すると、この開口部から溶解用容器１内の溶融金属
が下方に徐々に流出していき、ガス噴出装置２、２から
噴出される不活性ガスに衝突して冷却固化されるととも
に粉砕され、金属粉末３４が順次製造されてゆく。

【００１４】上記金属粉末３４の製造中において、制御
装置３０は、測定装置２６及び解析装置２８から得られ
た蓋体６の開口部の穴径に基づき、ビーム発生装置３の
ビーム出力または冷却装置２０の冷却能の一方もしくは
その双方を制御し、穴径がつねに一定となる状態を保
つ。すなわち、制御装置３０は、穴径が適正値より大き
い場合には、ビーム出力に比べて冷却能を増加させ、こ
の冷却能の増加により蓋体６を冷却して開口部の穴径を
縮小せしめ、逆に、穴径が適正値より小さい場合には、
冷却能に比べてビーム出力を大きくして穴径を拡大せし
める。このようにして穴径を一定にすることにより、生
成される金属粉末の粒度が一定に保たれる。

【００１５】次に、図７を参照して、ガス噴出装置を経
て生成された金属粉末の粒度に基づく制御を行う粉末製
造装置について説明する。なお、図７において、上記図
６におけるものと同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明は省略する。

【００１６】図７に示す粉末製造装置は、図６に示す粉
末製造装置における測定装置２６及び解析装置２８にか
えて、粒度測定装置４０を設けたものである。この粒度
測定装置４０は、レーザー回析等を用いて粉体の粒度を
測定するものであり、ガス噴射装置２、２を経て生成さ
れた金属粉末３４の一部がこの粒度測定装置４０によっ
て粒度を測定され、その出力データが制御装置３０に送
られるように構成されている。

【００１７】このような粉末製造装置による金属粉末３
４の製造工程は、上述した図６に示す製造装置によるも
のと同様であるが、図６に示すものが測定装置２６から
得られる穴径データに基づきビーム出力、冷却能を制御
したのに対し図７に示す粉末製造装置においては、粒度
測定装置４０から得られた粒度の値に基づき、ビーム発
生装置３のビーム出力または冷却装置２０の冷却能の一
方、またはその双方を制御し、粒度がつねに一定となる
状態を保つ。すなわち、制御装置３０は、粒度が適正値
より大きい場合には、ビーム出力に比べて冷却能を増加
させ、蓋体６の開口部の穴径を縮小せしめて溶融金属の
流出量を減少せしめ、逆に、粒度が適正値より小さい場
合には、冷却能にくらべてビーム出力を大きくし、蓋体
６の開口部の穴径を拡大せしめて溶融金属の流出量を増
加せしめる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属粉末の製造装置においては、蓋体６の開口部から落
下する溶融金属流の位置を、ガス噴出装置の中心に維持
することが困難であり、溶融金属流の位置がガス噴出装
置の中心からずれた場合には、製造される金属粉末の平
均粒度は一定となるものの、その粒度分布を得ようとす
る分布にすることは困難であった。すなわち、図８に示
す粒度分布Ａを目標として製造した金属粉末の粒度分布
がＢのように異なったものとなってしまうことがあっ
た。

【００１９】上記のように、溶融金属流の落下位置がガ
ス噴出装置の中心からずれる原因としては、溶解用容器
本体４の底部の開口部に設置された蓋体６の冷却むらに
よる影響があげられる。すなわち、ビーム照射中におい
ても蓋体６は容器本体４との接続部からつねに冷却され
るが、容器本体４と蓋体６との接触状態を蓋体６の全周
にわたって完全に均一とすることは不可能であるため、
蓋体６の周囲の冷却能には必ず分布が生じてしまうから
である。このため冷却能の低い側に溶融金属流が移動す
る傾向となるのである。

【００２０】本発明は、前記の事情に鑑みてなされたも
のであって、形成される溶融金属流の位置をガス噴出装
置の中心に維持することを可能とし、粒度分布が望む分
布となる金属粉末を製造することのできる金属粉末の製
造装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の金属粉末
の製造装置は、その内部に冷却水が流通される冷却水路
を有し、その底部に開口部が形成された溶解用容器と、
前記開口部を閉塞するように設けられた被溶解金属と同
一の材料からなる蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該
蓋体にビームを照射するビーム発生装置と、該蓋体の下
方に設けられたガス噴出装置とを備えてなり、前記ビー
ム発生装置から照射するビームにより前記蓋体を溶融さ
せて金属流を下方へ落下させ、この落下する金属流に前
記ガス噴出装置から不活性ガスを噴射させることにより
金属粉末を製造する金属粉末の製造装置において、前記
ビーム発生装置から照射されるビームを蓋体の位置する
範囲内において水平方向に移動させる第一の移動手段
と、前記金属流の水平断面の径または水平方向の位置を
検出する検出装置と、該検出装置の出力に基づいて前記
第一の移動手段を制御する第一の制御装置とを備えてな
ることを特徴とするものである。

【００２２】請求項２記載の金属粉末の製造装置は、請
求項１記載の金属粉末の製造装置において、前記第一の
移動手段は、前記ビームを前記蓋体の位置する水平面内
において円運動をさせるように構成され、前記第一の制
御装置は、ビームの前記蓋体上における移動軌跡の位置
に応じて周回速度または照射出力を変化させるよう前記
第一の移動手段を制御するよう構成されていることを特
徴とするものである。

【００２３】請求項３記載の金属粉末の製造装置は、そ
の内部に冷却水が流通される冷却水路を有し、その底部
に開口部が形成された溶解用容器と、前記開口部を閉塞
するように設けられた被溶解金属と同一の材料からなる
蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該蓋体にビームを照
射するビーム発生装置と、該蓋体の下方に設けられたガ
ス噴出装置とを備えてなり、前記ビーム発生装置から照
射するビームにより前記蓋体を溶融させて金属流を下方
へ落下させ、この落下する金属流に前記ガス噴出装置か
ら不活性ガスを噴射させることにより金属粉末を製造す
る金属粉末の製造装置において、前記溶解用容器の内部
は複数の冷却室に分割されるとともに、前記溶融金属流
の水平方向の位置を検出する検出装置と、該検出装置の
出力に基づいて前記溶解用容器の各冷却室に流通させる
水量をそれぞれ独立して制御する第二の制御装置とを備
えてなることを特徴とするものである。

【００２４】請求項４記載の金属粉末の製造装置は、そ
の内部に冷却水が流通される冷却水路を有し、その底部
に開口部が形成された溶解用容器と、前記開口部を閉塞
するように設けられた被溶解金属と同一の材料からなる
蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該蓋体にビームを照
射するビーム発生装置と、該蓋体の下方に設けられたガ
ス噴出装置とを備えてなり、前記ビーム発生装置から照
射するビームにより前記蓋体を溶融させて金属流を下方
へ落下させ、この落下する金属流に前記ガス噴出装置か
ら不活性ガスを噴射させることにより金属粉末を製造す
る金属粉末の製造装置において、前記ガス噴出装置の噴
出するガス流の前記金属流に衝突する位置を変化させる
よう移動させる第二の移動手段と、前記溶融金属流の水
平方向の位置を検出する検出装置と、該検出装置の出力
に基づいて前記第二の移動手段を制御する第三の制御装
置とを備えてなることを特徴とするものである。

【００２５】

【作用】請求項１記載の金属粉末の製造装置によると、
ビーム発生装置から照射されるビームにより溶融された
蓋体の金属流として下方へ落下する水平方向の位置を検
出装置が検出し、該検出装置の出力に基づいて第一の制
御装置が、第一の移動手段を制御してビーム発生装置か
ら照射されるビームを蓋体の位置する範囲内において水
平方向に移動させる。

【００２６】請求項２記載の金属粉末の製造装置による
と、第一の移動手段は、ビームを蓋体の位置する水平面
内において円運動をさせるように構成されていて、第一
の制御装置は、ビームの蓋体上における移動軌跡の位置
に応じてビームの周回速度または照射出力を変化させる
よう前記第一の移動手段を制御する。

【００２７】請求項３記載の金属粉末の製造装置による
と、ビーム発生装置から照射されるビームにより溶融さ
れた蓋体の金属流として下方へ落下する水平方向の位置
を検出装置が検出し、該検出装置の出力に基づいて第二
の制御装置が、複数に分割された溶解用容器の内部に流
通させる水量をそれぞれ独立して制御する。

【００２８】請求項４記載の金属粉末の製造装置による
と、ビーム発生装置から照射されるビームにより溶融さ
れた蓋体の金属流として下方へ落下する水平方向の位置
を検出装置が検出し、該検出装置の出力に基づいて第三
の制御装置が、第二の移動手段を制御して、ガス噴出装
置の噴出するガス流の前記金属流に衝突する位置を調整
する。

【００２９】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例を図１ないし図３
を参照して説明する。なお、図１において従来の技術と
して説明した図６及び図７におけるものと同一の構成要
素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００３０】図１において５０は検出装置であり、ビー
ム発生装置３から照射されるビームにより溶融された蓋
体６の金属流に対向して配設され下方へ落下する該金属
流の水平方向の位置を検出するものである。また、５３
はビーム発生装置３を移動させ、ビームが蓋体６を照射
する水平方向の位置を変化させる第一の移動手段であ
る。これら検出装置５０及び第一の移動手段５３はいず
れも制御装置３０（第一、第二、第三の制御装置）に接
続されている。

【００３１】そして、落下する溶融金属流Ｍへガス噴出
装置２、２から噴出されたガスが衝突する水平方向の位
置が適正な位置からずれたことを検出装置５０が検出す
ると、その出力信号に基づいて制御装置３０は、第一の
移動手段５３を制御し、ビーム発生装置３の蓋体６へビ
ームを照射する水平方向の位置を移動させる。これによ
り、溶融金属流が落下する水平方向の位置は、適正な位
置へと修正されるので、所定の粒度分布をもった金属粉
末が生成されることとなる。

【００３２】なお、上述したビーム発生装置３の移動
は、図２に示すように、そのビーム照射位置が蓋体６の
上面において円運動を続けるようにして、その周回位置
に応じて周速度を変化させるようにしても良い。例えば
図２において範囲ａ〜ａ’における周速度を範囲ｂ〜
ｂ’よりも速くするようにすれば、範囲ａ〜ａ’におけ
る冷却能が範囲ｂ〜ｂ’における冷却能よりも低い場合
でも熱収支のバランスをとることができる。

【００３３】また、周速度を変化させることはなしに、
周回位置に応じて範囲ａ〜ａ’においてはビーム強度を
弱め、範囲ｂ〜ｂ’においてはビーム強度を強めること
によっても同様の効果が得られる。なお、このようにビ
ームの照射位置を周回させる場合、図３に示すようにビ
ーム発生装置３の基点は定位置として照射線Ｌのみを周
回させても良いし、図４に示すようにビームの照射線Ｌ
がつねに鉛直となるようにしても良い。このように、蓋
体６上面におけるビームの照射位置を円運動させ、その
周回位置に応じて周速度もしくはビームの照射強度を変
化させることにより、溶融金属流が落下する水平方向の
位置は、適正な位置へと修正されるので、所定の粒度分
布をもった金属粉末が生成されることとなる。

【００３４】次に、本発明の第二の実施例を図５に示
す。ここに示す溶解用容器本体４は、その内部を複数
（図５において６つ）の冷却室１２ａ、…に分離し、各
冷却室１２ａごとに冷却水の流入パイプ１４、…と流出
パイプ（図示せず）とを配設したものである。そして、
落下する溶融金属流へガス噴出装置２、２から噴出され
たガスが衝突する水平方向の位置が適正な位置からずれ
たことを検出装置５０が検出すると、その出力信号に基
づいて制御装置３０は、各冷却室１２ａ…ごとに独立し
てその冷却能を設定するように冷却装置２０を制御する
ようになっている。この操作により、溶融金属流が落下
する水平方向の位置は、適正な位置へと修正されるの
で、所定の粒度分布をもった金属粉末が生成されること
となる。

【００３５】次に、本発明の第三の実施例を図１を参照
して説明する。ここで５５は、ガス噴出装置２、２の噴
出するガス流の溶融金属流に衝突する位置を変化させる
よう移動させる第二の移動手段であり、この第二の移動
手段５５は、制御装置３０に接続されている。そして、
落下する溶融金属流へガス噴出装置２、２から噴出され
たガスが衝突する水平方向の位置が適正な位置からずれ
たことを検出装置５０が検出すると、その出力信号に基
づいて制御装置３０は、第二の移動手段５５を制御し、
溶融金属流にガスが衝突する水平方向の位置を適正な位
置へと移動させる。この手続により、所定の粒度分布を
もった金属粉末が生成されることとなる。

【００３６】なお、上記実施例においては、ビーム発生
装置３を移動させて蓋体６へのビーム照射位置を変更す
る例と、溶解用容器本体４の内部を複数の冷却室１２ａ
…に分割し冷却能に分布をもたせる例と、ガス噴出装置
２、２を移動させて溶融金属流とガスとの衝突位置を変
更する例とを別々に説明したが、これらの手段はそのう
ちの複数を組み合わせて採用してももちろんかまわな
い。また、場合によっては、検出装置５０の出力に基づ
いて蓋体６を保持する溶解用容器本体４の水平方向位置
を移動させる構成としても良い。また、上記の実施例に
おいては、検出装置５０を金属流の水平方向の位置を検
出するものとしたが、この検出装置５０を金属流の水平
断面の径を検出するものとし、この検出結果を制御装置
へ供給するように構成してもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明の金属粉末の製造装置において
は、溶解用容器から落下する溶融金属流にガス噴射装置
から噴射されるガスが衝突する水平方向の位置が一定に
保たれるので、望む粒度分布を持つ金属粉末を生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例及び第三実施例を説明する
ための金属粉末の製造装置を示す概略構成図である。

【図２】同金属粉末の製造装置の蓋体上面におけるビー
ム照射位置を示す平面図である。

【図３】同金属粉末の製造装置のビーム発生装置から照
射されるビームの軌跡の一例を示す概念図である。

【図４】同金属粉末の製造装置のビーム発生装置から照
射されるビームの軌跡の他の例を示す概念図である。

【図５】本発明の第二の実施例を示す溶解用容器本体の
水平断面図である。

【図６】従来の一つの金属粉末の製造装置を示す概略構
成図である。

【図７】従来の他の金属粉末の製造装置を示す概略構成
図である。

【図８】生成される金属粉末の粒度分布を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 溶解用容器 ２ ガス噴出装置 ３ ビーム発生装置 ４ 溶解用容器本体 ６ 蓋体 １２ａ 冷却室 ２０ 冷却装置 ３０ 制御装置 ５０ 検出装置 ５３ 第一の移動手段 ５５ 第二の移動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 通 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その内部に冷却水が流通される冷却水路
   を有し、その底部に開口部が形成された溶解用容器と、
   前記開口部を閉塞するように設けられた被溶解金属と同
   一の材料からなる蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該
   蓋体にビームを照射するビーム発生装置と、該蓋体の下
   方に設けられたガス噴出装置とを備えてなり、前記ビー
   ム発生装置から照射するビームにより前記蓋体を溶融さ
   せて金属流を下方へ落下させ、この落下する金属流に前
   記ガス噴出装置から不活性ガスを噴射させることにより
   金属粉末を製造する金属粉末の製造装置において、 前記ビーム発生装置から照射されるビームを蓋体の位置
   する範囲内において水平方向に移動させる第一の移動手
   段と、 前記金属流の水平断面の径または水平方向の位置を検出
   する検出装置と、 該検出装置の出力に基づいて前記第一の移動手段を制御
   する第一の制御装置とを備えてなることを特徴とする金
   属粉末の製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の金属粉末の製造装置にお
   いて、 前記第一の移動手段は、前記ビームを前記蓋体の位置す
   る水平面内において円運動をさせるように構成され、 前記第一の制御装置は、ビームの前記蓋体上における移
   動軌跡の位置に応じて周回速度または照射出力を変化さ
   せるよう前記第一の移動手段を制御するよう構成されて
   いることを特徴とする金属粉末の製造装置。
3. 【請求項３】 その内部に冷却水が流通される冷却水路
   を有し、その底部に開口部が形成された溶解用容器と、
   前記開口部を閉塞するように設けられた被溶解金属と同
   一の材料からなる蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該
   蓋体にビームを照射するビーム発生装置と、該蓋体の下
   方に設けられたガス噴出装置とを備えてなり、前記ビー
   ム発生装置から照射するビームにより前記蓋体を溶融さ
   せて金属流を下方へ落下させ、この落下する金属流に前
   記ガス噴出装置から不活性ガスを噴射させることにより
   金属粉末を製造する金属粉末の製造装置において、 前記溶解用容器の内部は複数の冷却室に分割されるとと
   もに、 前記溶融金属流の水平断面の径または水平方向の位置を
   検出する検出装置と、 該検出装置の出力に基づいて前記溶解用容器の各冷却室
   に流通させる水量をそれぞれ独立して制御する第二の制
   御装置とを備えてなることを特徴とする金属粉末の製造
   装置。
4. 【請求項４】 その内部に冷却水が流通される冷却水路
   を有し、その底部に開口部が形成された溶解用容器と、
   前記開口部を閉塞するように設けられた被溶解金属と同
   一の材料からなる蓋体と、該蓋体の上方に設けられ、該
   蓋体にビームを照射するビーム発生装置と、該蓋体の下
   方に設けられたガス噴出装置とを備えてなり、前記ビー
   ム発生装置から照射するビームにより前記蓋体を溶融さ
   せて金属流を下方へ落下させ、この落下する金属流に前
   記ガス噴出装置から不活性ガスを噴射させることにより
   金属粉末を製造する金属粉末の製造装置において、 前記ガス噴出装置の噴出するガス流の前記金属流に衝突
   する位置を変化させるよう移動させる第二の移動手段
   と、 前記溶融金属流の水平断面の径または水平方向の位置を
   検出する検出装置と、 該検出装置の出力に基づいて前記第二の移動手段を制御
   する第三の制御装置とを備えてなることを特徴とする金
   属粉末の製造装置。