非晶質金属粉末の製造方法および装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B22 鋳造;粉末冶金

【発明の名称】	非晶質金属粉末の製造方法および装置
【発明者】	【氏名】奥野良誠【氏名】遠藤功【氏名】越本秀生【氏名】山本裕史【氏名】大塚勇【氏名】吉野正規
【要約】	【課題】結晶化した金属粉末の混在しない良品質の非晶質金属粉末を得ると共に生産性の向上を図る。【解決手段】原料容器３から流下する溶融金属２Ａをこれに高圧ガスを吹きつけて微細な溶滴８に分断し、該溶滴８を下方に形成される旋回冷却液層５に供給して急冷凝固させて非晶質金属粉末を製造するに際し、前記高圧ガスにより微細化された溶滴８の全量を、前記高圧ガス噴流に乗せて前記旋回冷却液層５に指向する。これにより、旋回冷却液層５に入らないで結晶化する金属をなくすことができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】原料容器から流下させた溶融金属に、高圧ガスを吹きつけて溶融金属を微細な溶滴に分断し、該溶滴を下方の傾斜した冷却容器内周面に形成される旋回冷却液層に供給して急冷凝固させ非晶質金属粉末を製造する方法であって、前記高圧ガスにより微細化された溶滴の全量を、前記高圧ガス噴射流により前記冷却液層に指向することを特徴とする非晶質金属粉末の製造方法。
【請求項２】溶融金属を収容しかつその底部から溶融金属を流下させる原料容器と、該容器の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面に旋回冷却液層が形成される冷却容器と、前記原料容器から流下する溶融金属に高圧ガスを吹きつけてこれを微細な溶滴に分断して前記冷却液層に供給する高圧ガス噴射手段とを備えた非晶質金属粉末の製造装置であって、前記高圧ガス噴出手段の溶融金属降下流に対するガス噴射角度を、前記冷却容器の傾斜角度未満としたことを特徴とする非晶質金属粉末の製造装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属を旋回する冷却液層中に供給して急冷凝固させ非晶質金属粉末を製造する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融金属を旋回冷却液層中に供給し急冷凝固させて微細な非晶質の金属粉末を製造する方法及び装置が知られている。この種金属粉末の製造装置の一例として、図２に示すものがある（例えば実開平6-39929 号公報参照）。この装置31は、溶融金属32を収容し、かつその底部の溶湯ノズル孔33から溶融金属32を流下させる原料容器（るつぼ）34と、該容器34の下方に傾斜状に配設され、かつ円筒内周面35に冷却液供給孔36から接線方向に供給され前記内周面35に沿って旋回しながら流下する冷却液層37が形成される冷却容器38と、前記原料容器34の下側に配設され、かつ前記金属の下降流に高圧ガスを吹きつけて溶融金属32を微細な溶滴39に分断して前記冷却液層37に供給する高圧ガス噴射ノズル40とを備え、該ノズル40からアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが、逆円錐状のガスジェット41として噴射されるようになっている。なお、42は冷却液層厚調整リングである。
【０００３】したがって、前記溶滴39は、冷却容器38内に形成されている旋回冷却液層37にガスジェット41と共に運ばれて供給され、ここでさらに分断され急冷凝固されるという二段階分断によって、より微細化された非晶質金属粉末を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術においては、前記冷却容器38内には、層状の旋回冷却液層37の中心側に空胴43が形成されるため、ガスジェット41に随伴された溶滴39の一部が、旋回冷却液層37に入らずに前記空胴43内を降下している間に凝固して結晶化した金属粉末となる。したがって、前記旋回冷却液層37に入って急冷凝固した非晶質金属と、結晶化した金属が混在した粉末となり、軟磁気特性が劣化し、品質が低下するという問題点がある。
【０００５】本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたもので、結晶化した金属粉末の混在しない良品質の非晶質金属粉末を得ることができ、生産性の向上を図ることが可能な非晶質金属粉末の製造方法及びその装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明に係る非晶質金属粉末の製造方法は、原料容器から流下させた溶融金属に、高圧ガスを吹きつけて溶融金属を微細な溶滴に分断し、該溶滴を下方の傾斜した冷却容器内周面に形成される旋回冷却液層に供給して急冷凝固させ非晶質金属粉末を製造する方法であって、前記高圧ガスにより微細化された溶滴の全量を、前記高圧ガス噴射流により前記冷却液層に指向することを特徴としている（請求項１）。
【０００７】この場合、前記溶滴の全量が旋回冷却液層に吹き込まれて急冷凝固し、非晶質金属となるため、前記高圧噴射ガス流に随伴されて冷却容器の空胴内を通って落下し、結晶化される金属が存在しなくなり、したがって、結晶化金属粉末の混在しない、良品質の非晶質金属粉末を得ることができ、生産性が大幅に向上する。また、本発明に係る非晶質金属粉末の製造方法は、請求項２に記載の本発明装置、即ち、溶融金属を収容しかつその底部から溶融金属を流下させる原料容器と、該容器の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面に旋回冷却液層が形成される冷却容器と、前記原料容器から流下する溶融金属に高圧ガスを吹きつけてこれを微細な溶滴に分断して前記冷却液層に供給する高圧ガス噴射手段とを備えた非晶質金属粉末の製造装置であって、前記高圧ガス噴出手段の溶融金属降下流に対するガス噴射角度を、前記冷却容器の傾斜角度未満とした装置を用いて好適に実施することができる。
【０００８】本発明に係る製造装置によれば、高圧ガス噴射流により微細化された溶滴は、その全量が前記ガス噴射流に随伴されて旋回冷却層に供給されるため、溶滴の全量が急冷凝固されて非晶質金属粉末となる。そして、前記高圧ガス噴射手段のガス噴射角度を適正に設定するだけでよいから、容易にかつ安価に得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面に基いて説明する。図１は、本発明に係る非晶質金属粉末の製造装置の実施形態を示している。この製造装置１は、溶融金属供給手段としての溶融金属２を収容する原料容器３と、該容器３の下方に傾斜状に配設されかつ円筒内周面４に旋回冷却液層５が形成される冷却容器６と、冷却液供給手段７と、流下する溶融金属2Aを微細な溶滴８に分断して前記冷却液層５に供給する高圧ガス噴射手段９とにより主構成されている。
【００１０】前記原料容器３は、具体的には高周波溶解炉が採用され、外周には収容された原料金属を加熱溶融するための加熱コイル10が設けられ、該容器３底壁中央に溶湯ノズル孔11が設けられると共に溶湯ノズル12が連通状にかつ垂直状に装着されており、溶融金属２を鉛直方向に流下可能にしている。なお、前記原料容器３には、溶湯ノズル孔11を開閉する棒状の閉塞栓（図示省略）が設けられる。
【００１１】前記冷却容器６は、円筒形で上端開口には外向き鍔6Aが設けられ、器体軸心Ｃが鉛直線Ｌに対して任意の傾斜角度Ｂをもって傾斜状に設置されており、その上端開口を塞ぐ環状蓋13が前記鍔6Aに着脱可能に取付けられ、該蓋13の中央部には流下する溶融金属2Aを冷却容器６内に供給すると共に高圧ガス噴射手段９を貫通装着するための開口部14が設けられている。
【００１２】また、冷却容器６の上部には、冷却液供給手段７を構成する冷却液噴出流路7Aが、周方向等間隔で複数形成されており、該噴出流路7Aの出口は前記円筒内周面４に沿って接続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。なお、前記流路7Aの出口中心線は、前記器体軸心Ｃに直交する平面に対して20度以下程度の斜め下方に設定されている。
【００１３】したがって、冷却液例えば純水、フッ素系不治性液等を、前記噴出流路7Aから円筒内周面４側に噴出供給すると、該内周面４にこれに沿って旋回しながら流下する冷却液層５が形成される。そして、冷却容器６の円筒内周面４には、適所に冷却液層５の層厚を調整するための層厚調整用リング15が、ボルト等により着脱・交換可能に取付けられている。該リング15によって、冷却液の流下速度が抑制されて略一定内径の冷却液層５が少ない流量で容易に形成されると共に、該冷却液層５の中心側に形成される空胴16も安定する。
【００１４】なお、冷却容器６の下端開口即ち冷却液排出端には、図示していないが粉末回収容器又は／及び排出量が接続されている。前記高圧ガス噴射手段９は、ガスジェットノズル9Aとそのガス供給装置（図示省略）とからなり、該ノズル9Aの上部中心に溶融金属供給ノズル孔17を備えると共に下部がノズル孔17と同心的な円筒部18とされ、該円筒部18が前記冷却容器６の蓋13に設けた前記開口部14に気密状に嵌装され、固定手段19により前記蓋13に着脱可能に取付けられている。
【００１５】そして、該ガスジェットノズル9Aの前記ノズル孔17の外周側には、ガス室20がノズル孔17を囲むように形成されると共に、ガス室20下部に複数のガス噴射孔21が同心円状にかつノズル孔17側に下向きに傾斜した角度で設けられている。このガス噴射孔21のガス噴射角度Ａ、即ち溶融金属2Aの流下する鉛直線Ｌに対する角度は、前記冷却容器６の傾斜角度Ｂ未満とされている。
【００１６】したがって、前記ガス室20に所要圧力の不活性ガス例えばアルゴンガスや窒素ガスを供給することによって、図１に矢印で示すようなガスジェット22が、ガス噴射孔21から逆円錐状に吹き出されて、溶融金属供給ノズル17の下端部よりもやや下側の位置（鉛直線Ｌ上）で交差した後、円錐状に拡がり、全ガスジェット22が旋回冷却層５に衝当する。
【００１７】そして、ガスジェットノズル9Aの上端面中央に、前記溶湯ノズル12の下端が、両ノズル孔11,17 の中心線が一致するようにボルト等の固着手段により連結され、溶融金属２が原料容器３からガスジェットノズル9Aのノズル孔17から流下するまでの間においても、空気に触れないようにし気密性を確保し、酸化を防止している。なお、前記ガスジェットノズル9Aの円筒部18内空間及び冷却容器６内空胴16には、ガス噴射孔21から噴射される不活性ガスが充満するので、溶融金属流2Aが空気に触れることはなく、酸化は防止される。
【００１８】前記冷却容器６は、その軸線Ｃ方向に任意の個所例えば層厚調整リング15の位置で複数分割し、図示していないがフランジ連結することができる。そして、冷却容器６内圧力に対応して適度の強度とすべく器壁厚さを変え、重量軽減してコスト低下を図ることができる。なお、前記冷却容器６の傾斜角度Ｂは、本実施形態では25度とし、ガス噴射角度Ａは夫々20度としているが、これらの角度Ａ，Ｂは、前記条件Ａ＜Ｂを満足させるように、旋回冷却液層５の内径及び冷却液層５の長さ等との関係において適正に設定し、ガスジェット22の全量が旋回冷却液層５の内面に衝当するように構成されている。
【００１９】次に、上記装置１により非晶質金属粉末を製造する本発明方法について説明する。先ず、冷却容器６内に冷却液を供給してその円筒内周面４に旋回冷却液層５を形成する。次に、ガスジェットノズル9Aのガス室20に、不活性ガス等の圧縮ガスを供給することにより、ガス噴射孔21から噴出された多数のガスジェット22によって逆円錐形状のジェット集合体が形成される。
【００２０】この状態で、原料容器３内の溶融金属２の上部室間に不活性ガス等を加圧注入し、溶融金属２をノズル孔11、溶湯ノズル12及び供給ノズル孔17から逆円錐形状のジェット集合体の交点に向けて噴出する。ここで、細流状溶融金属2Aにガスジェット22が吹きつけられ、該溶融金属2Aが分断されると共に、分断された溶滴８は旋回冷却層５に向けて円錐形状となったジェット集合体により飛散されかつ供給される。
【００２１】このようにして、ガスジェット22により分断された溶滴８の全量が、旋回しながら円筒内周面４を流下する冷却液層５内に供給され、急冷凝固されて非晶質金属粉末となる。そして、冷却液層５中の非晶質金属粉末は、冷却液と共に旋回しながら層厚調整リング15を超えて流下し、冷却容器６の下端開口から図外の排出管へと冷却液と共に排出され、この排出管の下流端に設けられている回収用網かご（図示省略）内で冷却液から分離され回収される。
【００２２】なお、前記排出管の途中に流量調整弁（図示省略）を設け、冷却液を排出管内に満たした状態で排出することにより、冷却容器６の下端からガスの流出を阻止して、旋回冷却液層５の中心側空胴16に、不活性ガス等を充満させることができる。また、上記実施形態では、高圧ガス噴射手段９としての前記ノズル9Aにおいて、逆円錐形状に集合する線状のガスジェット22を噴出する多数のガス噴射孔21を採用したが、逆円錐形状の面状ガスジェットを形成するようなスリットノズルを用いることができる。そして、前記層厚調整リング15は、その上面がテーパ面で形成されているが、これに限らず、例えば平坦面あるいはリング上端外周縁から下端内周縁にかけて漸次縮径する流線形曲面で形成してもよく、また、リング設置数も２個に限らず１個又は３個以上とすることもできる。
【００２３】さらに、原料容器３内の溶融金属２の噴出は、圧媒を作用させることなく、溶融金属２自体に作用する重量（自重）により、ノズル孔11から流出するようにしてもよい。本発明に係る製造装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、高圧ガス噴射手段９を原料容器３の底部に設けて、前記溶湯ノズル12を省略できる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高圧ガスにより分断されかつ微細化された溶融金属の溶滴全量を、噴射ガス流により旋回冷却層に指向し供給するものであるから、得られる金属粉末はそのすべてが非晶質金属となり、結晶化した金属粉末の混在しない良品質の製品を製造でき、軟磁気特性の劣化を防止できるほか、生産性の向上を図ることが可能である。

【出願人】	【識別番号】０００００１０５２【氏名又は名称】株式会社クボタ
【出願日】	平成９年（１９９７）９月４日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】安田敏雄
【公開番号】	特開平１１－８０８１２
【公開日】	平成１１年（１９９９）３月２６日
【出願番号】	特願平９－２４００１２