JP2020125512A - 金属粉末製造装置及びそのガス噴射器 - Google Patents

Abstract

【課題】噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率良く製造できる金属粉末製造装置並びにそのガス噴射器を提供すること。【解決手段】複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの周囲に第１の環６１を描くようにガス噴射器２００の底面に配置された複数の噴射孔９１からなり、溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕する第１ガス噴射ノズル７１と、第１の環６１のそれぞれの外側に第２の環６２を描くようにガス噴射器２００の底面に配置された複数の噴射孔９２からなり、第１ガス噴射ノズル７１で粉砕された金属粒１５の飛散を防止するためにガスを噴射する第２ガス噴射ノズル７２と、第２ガス噴射ノズル７２の外側に第３の環６３を描くようにガス噴射器２００の底面に配置された複数の噴射孔９３からなり、噴霧槽４の内壁面に対してガスを噴射する第３ガス噴射ノズル７３とを備える。【選択図】 図２

Description

本発明は溶湯ノズルから流下する溶融金属に高圧ガス流体を衝突させることで微粒子状の金属（金属粉末）を製造する金属粉末製造装置及びそのガス噴射器に関する。

溶融金属から微粒子状の金属（金属粉末）を製造する方法にガスアトマイズ法や水アトマイズ法を含むアトマイズ法がある。ガスアトマイズ法は、溶融金属を貯留する溶解槽の下部の溶湯ノズルから溶湯を流下させ、溶湯ノズルの周囲に配置された複数のガス噴射ノズルから不活性ガスを溶湯に吹きつける。溶湯ノズルからの溶融金属の流れは、ガス噴射ノズルからの不活性ガス流によって分断され微細な多数の金属液滴となって噴霧槽内を落下し、表面張力によって球状化しながら凝固する。これにより噴霧槽底部の採集ホッパで球状の金属粉末が回収される。

例えば特開２０１６−２１１０２７号公報には、噴霧チャンバ（噴霧槽）上部に設けられ金属溶湯を保持するるつぼと、前記るつぼの底部に接続して前記不活性ガスを吹きつけながら前記金属溶湯を前記噴霧チャンバ内に落下させるアトマイズノズル（溶湯ノズル）と、アトマイズノズルの周囲に備えられ、アトマイズノズルを流下する金属溶湯に高圧の不活性ガスを吹き付けて微細な多数の金属液滴とする複数の不活性ガスノズル（ガス噴射ノズル）と、前記噴霧チャンバ内をガス置換させるガス導入口及びガス排出口と、前記噴霧チャンバ内を酸化雰囲気及び／又は窒化雰囲気とするためのガスを与える第２のガス導入口とを有する金属粉末の製造装置が開示されている。

特開２０１６−２１１０２７号公報

大量の金属粒子を積層して所望の形状の金属を造形する金属３次元プリンターの材料等をはじめとして、アトマイズ法に従前求められていた金属粉末よりも粒径の小さいもののニーズが近年高まっている。粉末冶金や溶接等に用いられる従前からの金属粉末の粒径は例えば７０−１００μｍ程度であったが、３次元プリンターに用いられる金属粉末の粒径は例えば２０−５０μｍ程度と非常に細かい。

ここで、溶湯ノズルと、その溶湯ノズルの周囲に設けられた複数の噴射孔からなり、当該複数の噴射孔からガスを噴射することで当該溶湯ノズルから流下する溶湯を粉砕するガス噴射ノズルとを「噴霧ノズル」と総称する。従前からの噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率良く製造する方策としては、１つの噴霧槽に対して通常は１つだけ設けられる噴霧ノズルを、複数設けることが考えられる。

しかし、このように複数の噴霧ノズルを設けると、各噴霧ノズルで粉砕された金属粒子同士が凝固前に接触して金属粒子の粒径が拡大し得るため、所望の粒径を有する金属粉末の収率の低下が懸念される。また、複数の噴霧ノズルを設けると、各噴霧ノズル（溶湯ノズル）から噴霧槽の内壁までの距離は従前より短くなるため、凝固前の金属粒子が噴霧槽の内壁に接触したり固着したりして収率が低下し易い。さらに、噴霧槽の内壁に金属粒子が固着・堆積することで噴霧槽の放熱性能が低下した場合には、金属粉末が噴霧槽内で充分に冷却されずにホッパに固着・堆積して収率が低下する可能性もある。

本発明の目的は、噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率良く製造できる金属粉末製造装置及びそのガス噴射器を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、噴霧槽と、るつぼに蓄えられた溶融金属を前記噴霧槽内に流下させる複数の溶湯ノズルと、前記複数の溶湯ノズルがそれぞれ挿入される複数の溶湯ノズル挿入孔が設けられたガス噴射器と、前記複数の溶湯ノズル挿入孔のそれぞれの周囲に第１の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕する第１ガス噴射ノズルと、前記第１の環のそれぞれの外側に第２の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記第１ガス噴射ノズルで粉砕された金属粒の飛散を防止するためにガスを噴射する第２ガス噴射ノズルと、前記第２ガス噴射ノズルの外側に第３の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記噴霧槽の内壁面に対してガスを噴射する第３ガス噴射ノズルとを金属粉末製造装置に備えることとする。

本発明によれば噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率良く製造できる。

金属粉末製造装置であるガスアトマイズ装置の全体構成図。 ガス噴射器２００の周辺の断面図。 ガス噴射器２００の底面図。 ガス噴射器２００の斜視図。 ガス噴射ノズル７１Ａを構成する複数の噴射孔９１のガス噴射方向と第１溶湯ノズル１１Ａの溶湯の流下領域２７の関係図。 ガス噴射ノズル７２Ａを構成する複数の噴射孔９２のガス噴射方向とガス噴射ノズル７１Ａの焦点（第１焦点）２６１の関係図。 噴霧槽４の図１におけるVII−VII矢視断面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明に係る金属粉末製造装置であるガスアトマイズ装置の全体構成図である。図１のガスアトマイズ装置は、液体状の金属である溶融金属（溶湯）が蓄えられる容器であるるつぼ（タンディッシュ）１００（図２参照）が収納される溶解槽１と、溶解槽１から溶湯ノズル（後述）１１を介して細粒となって流下する溶湯に対して高圧ガス（ガス流体）を吹き付けて多数の微粒子に粉砕して溶融金属を液体噴霧するガス噴射器２００と、ガス噴射器２００に高圧ガスを供給するための噴射ガス供給管（噴射流体供給管）３と、不活性ガス雰囲気に保持された容器であってガス噴射器２００から噴霧された微粒子状の液体金属が落下中に急冷凝固される噴霧槽４と、噴霧槽４の底部に設けられ噴霧槽４での落下中に凝固した粉末状の固体金属を回収する採集ホッパ（ホッパ）５とを備えている。ガスアトマイズ装置は、溶湯ノズル１１から流下する溶湯に対して、ガス噴射器２００でガスを噴射して金属粉末を製造する。

溶解槽１内は不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。噴霧槽４は、上部及び中部では同一の径を有する円筒状の容器であるが、採集ホッパ５による金属粉末の回収し易さの観点から、下部では採集ホッパ５に近づくほど径が小さくなるテーパ形状になっている。採集ホッパ５からは不活性ガスが適宜排気６として排出されている。

図２は本実施形態に係るガスアトマイズ装置のガス噴射器２００周辺の断面図であり、図３は本実施形態のガス噴射器２００の底面図であり、図４は本実施形態のガス噴射器２００の斜視図である。なお、図４では図３中に示した第２ガス噴射ノズル７２及び第３ガス噴射ノズル７３を構成する複数の噴射孔（貫通孔）９２，９３は省略している。

−溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂ−
図２に示すように、溶解槽１内のるつぼ１００の底部には、るつぼ１００内の溶融金属を噴霧槽４内にそれぞれ流下させる複数の溶湯ノズルである溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂが溶解槽１の底面から鉛直下方に向かって突出して設けられている。２本の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂは、同一の形状とすることができ、それぞれの内部に溶湯が流下する鉛直方向に延びた縦長の孔を有している。この縦長の孔は、るつぼ１００の底部から鉛直下方に向かって溶融金属が流下する溶湯流路となる。

溶湯ノズル１１Ａと溶湯ノズル１１Ｂの下端に位置する開口端２１Ａ，２１Ｂは、ガス噴射器２００の底面から突出して噴霧槽４内の空洞に臨むようにそれぞれ配置されている。るつぼ１００内の溶融金属は溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの内部の孔を溶湯流８となって流下し開口端２１Ａ，２１Ｂを介して噴霧槽４内に放出（流下）される。噴霧槽４内に導入される溶湯の径の大きさに寄与する第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂの最小内径としては、例えば従前より小さい５ｍｍ以下の値が選択できる。

−ガス噴射器２００−
略円柱状の外形を有するガス噴射器２００は、図２に示すように、複数の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ挿入される複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂと、各溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕する第１ガス噴射ノズル７１を備えている。ガス噴射器２００は、不活性の高圧ガスで満たされる中空構造の円柱形状の外形を有しており、その内部は複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの周囲にガス流を形成するガス流路５０となっている。ガス流路５０は、ガス噴射器２００の円柱の側面に設けられたガス吸入孔（図示せず）に接続される噴射ガス供給管３から高圧ガスの供給を受ける。また、ガス噴射器２００はるつぼ１００を支持している。なお、図示は省略するが、溶解槽１とガス噴射器７０の間には、溶解槽１からの熱伝導を防止する観点から断熱材を挿入することが好ましい。

−溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂ−
溶湯ノズル挿入孔１２Ａと溶湯ノズル挿入孔１２Ｂは、図４に示すように、円柱状のガス噴射器２００の中心軸（Ｃｇ０）と平行の軸（Ｃｍ１，Ｃｍ２）を有する２本の円柱状の貫通孔である。第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａと第２溶湯ノズル挿入孔１２Ｂには、第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂがそれぞれ挿入される。第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａと第２溶湯ノズル挿入孔１２Ｂの中心軸Ｃｍ１，Ｃｍ２は第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂの孔の中心軸に一致させることができる。

−第１ガス噴射ノズル７１（７１Ａ，７１Ｂ）−
第１ガス噴射ノズル７１は、複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの周囲に第１の環（図３参照）６１を描くように配置された複数の噴射孔（貫通孔）９１からなる。ここでは第１ガス噴射ノズル７１のうち、溶湯ノズル挿入孔１２Ａの周囲に位置する複数の噴射孔９１が形成するものをガス噴射ノズル７１Ａと称し、溶湯ノズル挿入孔１２Ｂの周囲に位置する複数の噴射孔９１が形成するものをガス噴射ノズル７１Ｂと称する。

図５はガス噴射ノズル７１Ａを構成する複数の噴射孔９１のガス噴射方向と第１溶湯ノズル１１Ａの溶湯の流下領域２７の関係図である。

図５にはガス噴射ノズル７１Ａを構成する複数の噴射孔９１のガス噴射方向を直線２５１で示しており、各噴射孔９１は対応する直線２５１と一致する中心軸を有する貫通孔をガス噴射器２００の底面に穿つことで形成されている。この複数の噴射孔９１はガス噴射器２００の底面において第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａの中心軸Ｃｍ１と同心円である第１の環６１の上に等間隔で配置されている。ガス噴射ノズル７１Ａを構成する全ての噴射孔９１のガス噴射方向（直線２５）は共通の焦点（第１焦点）２６１を通過している。すなわち全ての噴射孔９１のガス噴射方向は一点（焦点２６１）に集中している。焦点２６１は第１溶湯ノズル１１Ａ（図４には図示せず）から流下する溶融金属の外径によって規定される略円柱状の流下領域２７内に位置している。流下領域２７の径は、第１溶湯ノズル１１Ａを構成する孔の最小内径（オリフィス径）に応じて適宜調整できる。流下領域２７の径は例えば第１溶湯ノズル１１Ａの開口端２１Ａの径以下の値にすることもできる。なお、説明は省略するが、ガス噴射ノズル７１Ｂもガス噴射ノズル７１Ａと同様に形成されている。

なお、本実施形態における第１の環６１は、溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸とガス噴射器２００の底面（噴霧槽４内に臨む面）との交点を中心とする真円である。図３中では、ガス噴射ノズル７１Ａを構成する噴射孔９１の数とガス噴射ノズル７１Ｂを構成する噴射孔９１の数とは同数であるが、異ならせても良い。

−噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂ−
ガス噴射ノズル７１Ａと溶湯ノズル１１Ａは、噴霧槽４内に溶融金属を液体噴霧する第１噴霧ノズル２０Ａを構成し、ガス噴射ノズル７１Ｂと溶湯ノズル１１Ｂは、同様に、第２噴霧ノズル２０Ｂを構成する。すなわち本実施形態のガスアトマイズ装置は第１噴霧ノズル２０Ａと第２噴霧ノズル２０Ｂの２つの噴霧ノズルを備えている。

本実施形態のガス噴射器２００は、上記の第１ガス噴射ノズル７１に加えてさらに、ガス噴射器２００の底面に設けられる第２ガス噴射ノズル７２及び第３ガス噴射ノズル７３と、噴霧槽４の内壁面に設けられる第４ガス噴射ノズル７４（図１参照）とを備えている。

−第２ガス噴射ノズル７２（７２Ａ，７２Ｂ）−
第２ガス噴射ノズル７２は、２つの第１の環６１のそれぞれの外側に第２の環６２を描くようにガス噴射器２００の底面に配置された複数の噴射孔（貫通孔）９２からなり、第１ガス噴射ノズル７１で粉砕された金属粒の飛散を防止するためにガスを噴射するガス噴射ノズルである。複数の噴射孔９２は、ガス噴射器２００の底面に穿たれている。ここでは第２ガス噴射ノズル７２のうち、溶湯ノズル挿入孔１２Ａの周囲に位置する複数の噴射孔９２が形成するものをガス噴射ノズル７２Ａと称し、溶湯ノズル挿入孔１２Ｂの周囲に位置する複数の噴射孔９２が形成するものをガス噴射ノズル７２Ｂと称する。

図６はガス噴射ノズル７２Ａを構成する複数の噴射孔９２のガス噴射方向とガス噴射ノズル７１Ａの焦点（第１焦点）２６１の関係図である。

図６にはガス噴射ノズル７２Ａを構成する複数の噴射孔９２のガス噴射方向を直線２５２で示しており、各噴射孔９２は対応する直線２５２と一致する中心軸を有する貫通孔をガス噴射器２００の底面に穿つことで形成されている。この複数の噴射孔９２はガス噴射器２００の底面において第１溶湯ノズル挿入孔１２Ａの中心軸Ｃｍ１と同心円である第２の環６２の上に等間隔で配置されている。ガス噴射ノズル７２Ａを構成する全ての噴射孔９２のガス噴射方向（直線２５２）は共通の焦点（第２焦点）２６２を通過している。すなわち全ての噴射孔９２のガス噴射方向は一点（焦点２６２）に集中している。この焦点（第２焦点）２６２はガス噴射ノズル７１Ａの焦点（第１焦点）２６１よりも下方に位置している。なお、説明は省略するが、ガス噴射ノズル７２Ｂもガス噴射ノズル７２Ａと同様に形成されている。

なお、本実施形態における第２の環６２は、溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸とガス噴射器２００の底面（噴霧槽４内に臨む面）との交点を中心とする真円であるが、楕円でも多角形でも良く、その中心は溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸上からずれていても良い。ただし、第２の環６２上に配置される複数の噴射孔９２の焦点（第２焦点）２６２が第１焦点２６１よりも下方に位置するように第２の環６２及び各噴射孔９２の噴射方向２５２を設定する必要がある。また、図３中では、ガス噴射ノズル７２Ａを構成する噴射孔９２の数とガス噴射ノズル７２Ｂを構成する噴射孔９２の数は同数であるが、異ならせても良い。また、図６中では、ガス噴射ノズル７２Ａを構成する噴射孔９２の数とガス噴射ノズル７１Ａを構成する噴射孔９１の数は同数であるが、異ならせても良い。

−第３ガス噴射ノズル７３−
第３ガス噴射ノズル７３は、第２ガス噴射ノズル７２（２つの第２の環６２）の外側に第３の環６３を描くようにガス噴射器２００の底面に配置された複数の噴射孔（貫通孔）９３からなり、噴霧槽４の内壁面に対してガスを噴射するガス噴射ノズルである。複数の噴射孔９３は、ガス噴射器２００の底面においてガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０が通過する点を中心とする第３の環６３の上に等間隔で配置されている。

図２及び図３にはガス噴射ノズル７３を構成する噴射孔９３のガス噴射方向を矢印２５３で示している。各噴射孔９３のガス噴射方向（直線２５３）は噴霧槽４における最寄りの内壁面に対して向かっている。本実施形態のガス噴射方向２５３をガス噴射器２００に投影したベクトルは、第３の環６３の中心（ガス噴射器２００の底面においてガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０が通過する点）から外側に向かって放射状になっている。図３中に複数の噴射孔９３のうちの１つのガス噴射方向２５３を示す。各噴射孔９３は対応する直線２５３と一致する中心軸を有する貫通孔をガス噴射器２００の底面に穿つことで形成されている。

なお、本実施形態における第３の環６３は、ガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０がガス噴射器２００の底面を通過する点を中心とする真円であるが、楕円でも多角形でも良く、その中心はガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０上からずれていても良い。ただし、各噴射孔９２から噴射されるガスの噴射方向２５３が噴霧槽４の内壁面に向かうように第３の環６３及び各噴射孔９３の軸方向を設定する必要がある。なお、図３に示した噴射孔９３の数は一例に過ぎず、噴霧槽４の冷却性能が損なわれない範囲で任意の数が選択できる。

−第４ガス噴射ノズル７４（７４Ａ，７４Ｂ）−
第４ガス噴射ノズル７４は、図１に示すように、噴霧槽４内の所定の高さに配置された複数の噴射孔９４からなり、噴霧槽４の内壁面に沿ってガスを噴射することで噴霧槽４内に噴霧槽４の中心軸Ｃｇ０の周囲に旋回流８１を発生するガス噴射ノズルである。本実施形態では図１に示すように噴霧槽４における設置高さの異なる２つのガス噴射ノズル７４Ａ，７４Ｂが設けられている。ここでは第４ガス噴射ノズル７４のうち、噴霧槽４の高さ方向において相対的に高い位置に設けられているものをガス噴射ノズル７４Ａと称し、相対的に低い位置に設けられているものをガス噴射ノズル７４Ｂと称する。

図７は噴霧槽４の図１におけるVII−VII矢視断面図であり、ガス噴射ノズル７４Ａ及びそれを構成する複数の噴射孔９４の構成図である。図７にはガス噴射ノズル７４Ａを構成する複数の噴射孔９４から噴射されるガスの流れを矢印２５４で示しており、各噴射孔９４は噴霧槽４の内壁面の軸方向断面における接線方向と一致する中心軸を有する管で形成されている。この複数の噴射孔９４は図７に示すように噴霧槽４の内周面の周方向において等間隔で配置されている。複数の噴射孔９４のそれぞれは噴射ガス供給管（噴射流体供給管）３と接続されており、噴射ガス供給管３から高圧ガスの供給を受ける。なお、図７の例では同一平面上に４つの噴射孔９４が９０度間隔で配置されているが、旋回流８１が発生可能であれば噴射孔９４の数はその他の値でも良い。また、説明は省略するが、ガス噴射ノズル７４Ｂもガス噴射ノズル７４Ａと同様に形成されている。

−動作・効果−
（１）第１ガス噴射ノズル７１（噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂ）
上記のように構成された金属粉末製造装置において、噴射ガス供給管３からガス噴射器２００に高圧ガスを供給すると、ガス噴射器２００において第１ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂを構成する全ての噴射孔９１から噴霧槽４の内部に向かって噴射孔９１ごとに予め定められた噴射方向（直線２５１（図４参照））に従って同じ圧力の高圧ガスが噴射される。このとき、第１ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂでは、それぞれの焦点（第１焦点）２６１に対してガスが集中噴射され、図５に示すような焦点２６１を頂点とし複数の噴射孔９１が配置された円（環）６１を底面とする逆円錐状（逆円錐形状）の流体膜１０１が形成される。この流体膜１０１を金属噴霧ガスジェット（第１ガスジェット）１０１と称することがある。

一方、溶解槽１に溶融金属を投入すると、溶解槽１の底面に設けられた複数の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂを介して噴霧槽４の内部に対して２本の溶湯流８が流下される。そして、その溶湯流８は、第１ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂに係る２つの焦点２６１の近傍で高圧ガスが形成する金属噴霧ガスジェット１０１と衝突して多数の微粒子１５に粉砕される。

本実施形態では２本の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂを構成する孔の最小内径として従前（例えば５ｍｍ程度）よりも小さな値（例えば１−２ｍｍ）を選択しているため、例えば第１ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂから従前と同じ圧力でガスを噴射しても従前よりも径の細かな金属粒子を容易に得られる。また、従前と同じ圧力でガスを噴射した場合には噴霧槽４内での金属粒子の飛距離も抑えられるので、金属粒子の変形防止の観点から径の大きな噴霧槽４への取り替える必要や噴霧槽４の設置スペースを拡大する必要もない。一方、従前よりも最小内径を縮小しているため、溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂごとでみれば時間あたりの溶湯流８の流量が従前より低下して収率が低下するものの、本実施形態では１つの噴霧槽４に対して２本の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂ（すなわち２つの噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂ）を有するため、時間あたりの収率を２倍にすることができる。

（２）第２ガス噴射ノズル７２
また、噴射ガス供給管３からガス噴射器２００に高圧ガスを供給すると、上記の第１ガス噴射ノズル７１の場合と同様に、ガス噴射器２００において第２ガス噴射ノズル７２Ａ，７２Ｂを構成する全ての噴射孔９２から噴霧槽４の内部に向かって噴射孔９２ごとに予め定められた噴射方向（直線２５２（図６参照））に従って同じ圧力の高圧ガスが噴射される。このとき、第２ガス噴射ノズル７２Ａ，７２Ｂでは、それぞれの焦点（第２焦点）２６２に対してガスが集中噴射され、図６に示すような焦点２６２を頂点とし複数の噴射孔９２が配置された円（環）６２を底面とする逆円錐状（逆円錐形状）の流体膜１０２が形成される。この流体膜１０２を接触防止ガスジェット（第２ガスジェット）１０２と称することがある。

このように第２ガス噴射ノズル７２Ａ，７２Ｂが形成する接触防止ガスジェット１０２は、２つの噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂのうち一方の噴霧ノズルから噴霧された微粒子１５（例えば溶湯ノズル１１Ａから流下される溶融金属）と他方の噴霧ノズルから噴霧された微粒子１５（例えば溶湯ノズル１１Ｂから流下される溶融金属）が衝突することを防止するエアカーテンとして機能する。その結果、変形した金属粒子の発生が防止され、噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂのみを備える場合と比較して金属粉末の製造効率を向上できる。

また、本実施形態に係る金属粉末製造装置は、１つの噴霧槽４内に２組の噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂを備えており、噴霧ノズル２０が１組のみの従前のものに比して各噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂから噴霧槽４の内壁面までの距離が短く、凝固前の金属粉末１５が噴霧槽４の内壁面に衝突・付着しやすい構造となっている。この点に関し、本実施形態の第２ガス噴射ノズル７２が形成する接触防止ガスジェット（第２ガスジェット）１０２は、金属噴霧ガスジェット（第１ガスジェット）１０１を外側から覆うような略円錐形状を有しており、微粒子１５が噴霧槽４の内壁面に向かって飛散することを抑制できる。すなわち、本実施形態によれば、この観点からも金属粉末の製造効率を向上できる。また、例えば従前と同径の噴霧槽４を利用した場合であっても微粒子１５の衝突を防止できるので、噴霧槽４の取り替えコストや設置スペースの増大を防止することもできる。

なお、第１ガス噴射ノズル７１からの噴射ガスによって微粒子１５となり、第２ガス噴射ノズル７２からの噴射ガスによって噴霧槽４の径方向への飛散を抑止された金属は、噴霧槽４内の落下中に急速冷却されて凝固して多数の金属粉として採集ホッパ５で回収される。

（３）第３ガス噴射ノズル７３
また、噴射ガス供給管３からガス噴射器２００に高圧ガスを供給すると、上記の第１，２ガス噴射ノズル７１，７２の場合と同様に、ガス噴射器２００において第３ガス噴射ノズル７３を構成する全ての噴射孔９３から噴霧槽４の内壁に向かって噴射孔９３ごとに予め定められた噴射方向（直線２５３（図３参照））に従って同じ圧力の高圧ガスが噴射される。このとき、第３ガス噴射ノズル７３では、各噴射孔９３から噴霧槽４における最寄りの内壁面に対してガスが噴射され、図２に示すような略円錐台状の流体膜１０３が形成される。この流体膜１０３を噴霧槽冷却ガスジェット（第３ガスジェット）１０３と称することがある。

このように第３ガス噴射ノズル７３が形成する噴霧槽冷却ガスジェット１０３は、噴霧槽４の内壁面に放出されて噴霧槽４を冷却する。これにより噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂで噴霧された微粒子（金属粉末）１５が噴霧槽４内で充分に冷却され易くなるため、噴霧槽４内で凝固せずにホッパ５に固着・堆積して収率が低下することが抑制できる。また、噴霧槽冷却ガスジェット１０３は、接触防止ガスジェット１０２と同様に微粒子１５が噴霧槽４の内壁面と衝突することを防止する機能を発揮する。すなわち、本実施形態によれば、この観点からも金属粉末の製造効率を向上できる。

（４）第４ガス噴射ノズル７４
また、第４ガス噴射ノズル７４（７４Ａ，７４Ｂ）に高圧ガスを供給すると、第４ガス噴射ノズル７４を構成する全ての噴射孔９４から噴霧槽４の内壁に沿って噴射孔９４ごとに予め定められた噴射方向（例えば図７における内周壁の接線方向）に従って同じ圧力の高圧ガスが噴射される。これにより図７に示す矢印２５４のようなガスの流れが噴霧槽４に発生し、その結果、噴霧槽４の中心軸の周りに噴霧槽４の内壁に沿った旋回流８１が発生する。

この旋回流８１は、第２ガスジェット１０２，第３ガスジェット１０３と同様に微粒子１５が噴霧槽４の内壁面と衝突することを防止する機能を発揮する。また、旋回流８１は、噴霧槽４の水平面内における熱分布を均一化する作用を発揮するため、第３ガスジェット１０３との相乗効果により噴霧槽４の冷却性能を向上できる。すなわち、本実施形態によれば、この観点からも金属粉末の製造効率を向上できる。

以上のように、第１ガス噴射ノズル７１に加えて，第２，第３及び第４ガス噴射ノズル７２，７３，７４を備える本実施形態の金属噴霧装置によれば、噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率良く製造できる。

＜その他＞
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

例えば、ガス噴射器２００内のガス流路５０はガス噴射ノズル７１−７３ごとに分離しても良いし、ガス流路５０を複数に分離した上で各ガス流路に異なる圧力のガスを供給することで各ガス噴射ノズル７１−７３から噴射されるガス圧を変更・調整しても良い。また、各ガス噴射ノズル７１−７４の径を適宜異ならせても良い。

上記の実施形態では、第１ガス噴射ノズル７１に加えて、第２−第４ガス噴射ノズル７２−７４を備える場合を説明したが、第２−第４ガス噴射ノズル７２−７４のうち少なくとも１つのガス噴射ノズルを備える実施形態においても、金属粉末の製造効率の向上効果は発揮され得る。

上記の第４ガス噴射ノズル７４は、図７中における反時計回りに旋回流８１を発生するように構成したが、時計回りの旋回流８１を発生するように噴射孔９４の向きを変更しても良い。また、第４ガス噴射ノズル７４は、噴霧槽４の高さ方向の２箇所に設けたが、１箇所や３箇所以上設けても良い。

上記の実施形態では１つ噴霧槽につき２つの噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂを備える場合について説明したが、噴霧ノズルの数は１つに減らしても構わないし、３つ以上に増加しても構わない。

また、上記ではガス噴射ノズル７１−７４から気体（ガス流体）を噴射する場合について説明したが水などの液体を噴射しても構わない。すなわち流体を噴射するノズルであれば本発明は適用できる可能性がある。

Ｃｇ０…金属噴霧装置２００（噴霧槽４）の中心軸、Ｃｍ１，Ｃｍ２…溶湯ノズル挿入孔の中心軸、１…溶解槽、３…噴射ガス供給管、４…噴霧槽、５…採集ホッパ、６…排気、７…溶融金属（溶湯）、８…溶湯流、１０…噴射ガスジェット、１１（１１Ａ，１１Ｂ）…溶湯ノズル、１２（１２Ａ，１２Ｂ）…溶湯ノズル挿入孔、１５…微粒子、２０（２０Ａ，２０Ｂ）…噴霧ノズル、２１…溶湯ノズルの開口端、５０…ガス流路、６１…第１の環、６２…第２の環、６３…第３の環、７１（７１Ａ，７１Ｂ）…第１ガス噴射ノズル、７２（７２Ａ，７２Ｂ）…第２ガス噴射ノズル、７３…第３ガス噴射ノズル、７４（７４Ａ，７４Ｂ）…第４ガス噴射ノズル、９１…噴射孔、９３…噴射孔、９３…噴射孔、９４…噴射孔、１００…るつぼ、１０１…金属噴霧ガスジェット、１０２…接触防止ガスジェット、２００…ガス噴射器、２５１…ガス噴射方向（噴射孔中心軸）、２５２…ガス噴射方向（噴射孔中心軸）、２５３…ガス噴射方向（噴射孔中心軸）、２５４…ガスの流れ方向、２６１…第１ガス噴射ノズルの焦点（第１焦点）、２６２…第２ガス噴射ノズルの焦点（第２焦点）

Claims (4)

1. 噴霧槽と、
   るつぼに蓄えられた溶融金属を前記噴霧槽内に流下させる複数の溶湯ノズルと、
   前記複数の溶湯ノズルがそれぞれ挿入される複数の溶湯ノズル挿入孔が設けられたガス噴射器と、
   前記複数の溶湯ノズル挿入孔のそれぞれの周囲に第１の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕する第１ガス噴射ノズルと、
   前記第１の環のそれぞれの外側に第２の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記第１ガス噴射ノズルで粉砕された金属粒の飛散を防止するためにガスを噴射する第２ガス噴射ノズルと、
   前記第２ガス噴射ノズルの外側に第３の環を描くように前記ガス噴射器の底面に配置された複数の噴射孔からなり、前記噴霧槽の内壁面に対してガスを噴射する第３ガス噴射ノズルとを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
2. 請求項１の金属粉末製造装置において、
   前記噴霧槽内の所定の高さに配置された複数の噴射孔からなり、前記噴霧槽の内壁面に沿ってガスを噴射することで前記噴霧槽内に前記噴霧槽の中心軸の周囲に旋回流を発生する第４ガス噴射ノズルを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
3. 請求項２の金属粉末製造装置において、
   前記第４ガス噴射ノズルは前記噴霧槽の高さ方向において複数設けられていることを特徴とする金属粉末製造装置。
4. 溶湯にガスを噴射して金属粉末を製造する金属粉末製造装置のガス噴射器であって、
   噴霧槽内に溶融金属を流下させる溶湯ノズルが挿入される複数の溶湯ノズル挿入孔と、
   前記複数の溶湯ノズル挿入孔のそれぞれの周囲に第１の環を描くように配置された複数の噴射孔からなり、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対してガスを噴射して粉砕する第１ガス噴射ノズルと、
   前記第１の環のそれぞれの外側に第２の環を描くように配置された複数の噴射孔からなり、前記第１ガス噴射ノズルで粉砕された金属粒の飛散を防止するためにガスを噴射する第２ガス噴射ノズルと、
   前記第２ガス噴射ノズルの外側に第３の環を描くように配置された複数の噴射孔からなり、前記噴霧槽の内壁面に対してガスを噴射する第３ガス噴射ノズルとを備えることを特徴とするガス噴射器。

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