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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022118751
(43)【公開日】2022-08-16
(54)【発明の名称】金属粉末製造装置
(51)【国際特許分類】
B22F 9/08 20060101AFI20220808BHJP
【ＦＩ】
B22F9/08 A
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021015430
(22)【出願日】2021-02-03
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】芝山 隆史
(72)【発明者】
【氏名】今野 晋也
【テーマコード（参考）】
4K017
【Ｆターム（参考）】
4K017AA02
4K017CA07
4K017EB02
4K017EB05
4K017EB07
4K017EB08
4K017EB12
4K017EB17
4K017EB25
4K017EB27
4K017FA07
4K017FA10
4K017FA11
(57)【要約】
【課題】噴霧槽内において溶湯ノズルとガス噴射ノズルから成る噴霧ノズルの個数が増加しても、１つの噴霧ノズル当たりの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる金属粉末製造装置を提供すること。
【解決手段】金属粉末製造装置は、噴霧槽４と、噴霧槽４内に溶融金属８を流下させる溶湯ノズル１１、及び、溶湯ノズル１１から流下する溶融金属８に対して複数の噴射孔９１からガスを噴射するガス噴射ノズル７１をそれぞれ有する複数の噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂとを備える。噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］は、噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値に設定されている。
【選択図】 図１
【解決手段】金属粉末製造装置は、噴霧槽４と、噴霧槽４内に溶融金属８を流下させる溶湯ノズル１１、及び、溶湯ノズル１１から流下する溶融金属８に対して複数の噴射孔９１からガスを噴射するガス噴射ノズル７１をそれぞれ有する複数の噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂとを備える。噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］は、噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値に設定されている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
噴霧槽と、
前記噴霧槽内に溶融金属を流下させる溶湯ノズル、及び、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔からガスを噴射するガス噴射ノズルをそれぞれ有する複数の噴霧ノズルとを備え、
前記噴霧槽の断面積Ａ１［ｍｍ２］は、前記噴霧ノズルの個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値である金属粉末製造装置。
前記噴霧槽内に溶融金属を流下させる溶湯ノズル、及び、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔からガスを噴射するガス噴射ノズルをそれぞれ有する複数の噴霧ノズルとを備え、
前記噴霧槽の断面積Ａ１［ｍｍ２］は、前記噴霧ノズルの個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値である金属粉末製造装置。
【請求項2】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記所定の面積値ｃ１は、61,250π［ｍｍ２］≦ｃ１≦80,000π［ｍｍ２］を満たす値である金属粉末製造装置。
前記所定の面積値ｃ１は、61,250π［ｍｍ２］≦ｃ１≦80,000π［ｍｍ２］を満たす値である金属粉末製造装置。
【請求項3】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記噴霧槽とガス流れの下流側で接続されたガス配管をさらに備え、
前記ガス配管の断面積Ａ２［ｍｍ２］は、前記噴霧ノズルの個数ｎに所定の面積値ｃ２を乗じた値である金属粉末製造装置。
前記噴霧槽とガス流れの下流側で接続されたガス配管をさらに備え、
前記ガス配管の断面積Ａ２［ｍｍ２］は、前記噴霧ノズルの個数ｎに所定の面積値ｃ２を乗じた値である金属粉末製造装置。
【請求項4】
請求項３の金属粉末製造装置において、
前記所定の面積値ｃ２は、1,250π［ｍｍ２］≦ｃ２≦2,812.5π［ｍｍ２］を満たす値である金属粉末製造装置。
前記所定の面積値ｃ２は、1,250π［ｍｍ２］≦ｃ２≦2,812.5π［ｍｍ２］を満たす値である金属粉末製造装置。
【請求項5】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記複数の噴霧ノズルのうち隣接する２つの噴霧ノズル間の距離Ｄは20－40［ｍｍ］である金属粉末製造装置。
前記複数の噴霧ノズルのうち隣接する２つの噴霧ノズル間の距離Ｄは20－40［ｍｍ］である金属粉末製造装置。
【請求項6】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記溶湯ノズル１個につき溶融金属の溶解量は鉄換算で10－20［ｋｇ］である金属粉末製造装置。
前記溶湯ノズル１個につき溶融金属の溶解量は鉄換算で10－20［ｋｇ］である金属粉末製造装置。
【請求項7】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記噴霧槽の高さＨは2－4［ｍ］である金属粉末製造装置。
前記噴霧槽の高さＨは2－4［ｍ］である金属粉末製造装置。
【請求項8】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記溶湯ノズルが取り付けられ溶解金属が蓄えられるるつぼをさらに備え、
前記るつぼの大きさは前記噴霧ノズルの個数ｎが増加しても一定である金属粉末製造装置。
前記溶湯ノズルが取り付けられ溶解金属が蓄えられるるつぼをさらに備え、
前記るつぼの大きさは前記噴霧ノズルの個数ｎが増加しても一定である金属粉末製造装置。
【請求項9】
請求項１の金属粉末製造装置において、
前記ガス噴射ノズルのガス圧は3－10［ＭＰａ］である金属粉末製造装置。
前記ガス噴射ノズルのガス圧は3－10［ＭＰａ］である金属粉末製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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に関する。
【背景技術】
【0002】
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、当該溶湯ノズルの周囲に配置された複数の噴射孔よりなるガス噴射ノズルから不活性ガスを当該溶湯に吹きつける。溶湯ノズルから流下される溶融金属は、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に噴霧される。各金属液滴は噴霧槽内を落下し、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ホッパーより下流側で球状の金属粉末が回収される。
【0003】
近年、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。
【0004】
金属粉末製造装置で微細な金属粉末を効率良く製造する方法としては、単位時間あたりの出湯量（噴霧槽内に流下される溶湯の量）を増加するものがある。この場合、溶湯ノズルのオリフィス径（溶湯ノズル断面積）を増加して出湯量を増加させる。出湯量が増加すると、金属粉末の微粒化のためにガス噴射ノズルのガス圧の増加も必要となる。しかし、これにより得られる粉末の粒径分布はブロードな分布となり、溶湯ノズル断面積の増加前のシャープな分布と異なってしまう。また、ガス圧を増加すると噴霧槽（チャンバー）の底部への金属付着防止のために噴霧槽の高さを増加する必要性が生じ、金属粉末製造装置のメンテナンス性が低下し得る。更に、溶湯ノズルの材質や厚みを変更し、溶湯ノズルの耐久性を高める必要性が生じ得る。このように出湯量を増加すると、それに合わせた種々の設計条件や運用条件の変更が必要となり、調整に時間を要する。
【0005】
上記課題を解決するため、特許文献１（国際公開第２０１９／１１２０５２号）は、溶湯ノズル１つ当たりの出湯量を増加するのではなく、噴霧槽内の溶湯ノズルの本数を増加することで１つの噴霧槽における単位時間あたりの出湯量を増加している。これにより各溶湯ノズルの断面積は変わらずガス圧の増加（変更）も不要となるので、溶湯ノズル１つ当たりの出湯量を増加させる場合に比べて、出湯量増加前後の粒径分布の変化を抑制できる。また、ガス圧の変更はないため噴霧槽への金属付着も防止でき、噴霧槽の高さ、即ち装置の高さを変える必要性も減る。更に出湯量が増加した際の設計・運用条件の変更が不要となり、噴霧槽の体型を変えずに微細な金属粉末を効率よく製造できる金属粉末製造装置を提供することを可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１１２０５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ただし、特許文献１のように溶湯ノズルの個数を増加させると、ガス噴射ノズルの個数も同様に増加する。ガス噴射ノズルの個数が増えるとその分だけ噴射ガス量が増加して噴霧槽内の圧力が上昇し、その結果、金属粉末製造装置の排気速度が低下して金属粉末の製造効率が低下する可能性がある。さらに、噴霧ノズルの個数が増えると、噴霧された金属液滴が噴霧槽の内壁に衝突して収率が低下する懸念があり、噴霧ノズルと噴霧槽の側壁との距離も適切に管理する必要がある。
【0008】
本発明の目的は、噴霧槽内において溶湯ノズルとガス噴射ノズルから成る噴霧ノズルの個数が増加しても、１つの噴霧ノズル当たりの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる金属粉末製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、前記噴霧槽内に溶融金属を流下させる溶湯ノズル、及び、前記溶湯ノズルから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔からガスを噴射するガス噴射ノズルをそれぞれ有する複数の噴霧ノズルとを備え、前記噴霧槽の断面積Ａ１［ｍｍ２］が、前記噴霧ノズルの個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値である金属粉末製造装置がある。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、噴霧槽内の噴霧ノズルの個数が増加しても排気速度の低下を抑制できるので、１つの噴霧ノズル当たりの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係るガスアトマイズ装置の全体構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係るガスアトマイズ装置のガス噴射器２００周辺の断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係るガス噴射器２００の斜視図である。
【図4】第１ガス噴射ノズル２０Ａを構成する複数の噴射孔９１のガス噴射方向２５と第１溶湯ノズル１１Ａからの溶湯の流下領域２７の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
図１は本発明の実施形態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）７が蓄えられるるつぼ（タンディッシュとも称する）１００が収納される溶解槽１と、るつぼ１００から溶湯ノズル（後述）１１を介して細流となって流下する溶湯８に対して高圧ガス（ガス流体）を吹き付けて多数の微粒子（金属粒子）１５に粉砕することで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とを備えている。
【0014】
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。
【0015】
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。噴霧槽４の下部にはホッパー２が設けられている。ホッパー２は、噴霧槽４内で落下中に凝固した粉末状の固体金属を回収するためのものであり、採集部５とテーパ部４１から構成されている。テーパ部４１は、ホッパー２による金属粉末の回収を促進する観点から採集部５に近づくほど径が小さくなっている。テーパ部４１の下端は採集部５の上端に接続されている。採集部５は不活性ガスの流れ方向の下流側に位置し、採集部５にはガス配管６１が接続されている。ガス配管６１からは凝固した金属粉末とともに不活性ガス６が装置外に排気されている。不活性ガス６によって採集部５内に旋回流を発生させて装置外に排気すれば金属粉末を効率良く回収できる。採集部５の形状としては底（底面）の有る円筒を選択できる。ガス配管６１の下流には旋回流を発生する粉体分離器（サイクロン）を接続しても良い。すなわち金属粉末は採集部５の底またはサイクロンの底で回収される。
【0016】
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の斜視図である。なお、図３では図２に示した溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂを説明の都合上省略している。
【0017】
（溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂ）
図２に示すように、るつぼ１００の底部には２本の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂが取り付けられている。これら溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂは、るつぼ１００内の溶融金属７を噴霧槽４内にそれぞれ流下させるもので、るつぼ１００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８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。るつぼ１００に設ける溶湯ノズル１１の本数は２本に限定されず、例えば３本以上設けても構わない。
図２に示すように、るつぼ１００の底部には２本の溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂが取り付けられている。これら溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂは、るつぼ１００内の溶融金属７を噴霧槽４内にそれぞれ流下させるもので、るつぼ１００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８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。るつぼ１００に設ける溶湯ノズル１１の本数は２本に限定されず、例えば３本以上設けても構わない。
【0018】
溶湯ノズル（第１溶湯ノズル）１１Ａと溶湯ノズル（第２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。
【0019】
第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂの最小内径は、第１溶湯ノズル１１Ａと第２溶湯ノズル１１Ｂの内部に設けられる図示しないオリフィスの径（オリフィス径）によって規定され、このオリフィス径（最小内径）は噴霧槽４内に導入される溶湯の径の大きさ（後述する流下領域２７の径の大きさ）に寄与する。各溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの最小内径は各溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの開口端２１Ａ，２１Ｂの径以下の値にすることもできる。
【0020】
溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの最小内径としては０．５－３．０［ｍｍ］に収まる数値を選択することが好ましい。最小内径が０．５［ｍｍ］より小さいと溶湯がノズル内部で凝固してノズルが閉塞され易くなり、３．０［ｍｍ］より大きくなると細かい粒径の粉末の製造が困難になる。
【0021】
（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ガス噴射ノズル７１（７１Ａ，７１Ｂ）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の側面（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。なお、図示は省略するが、溶解槽１とガス噴射器２００の間には、溶解槽１からの熱伝達を防止する観点から断熱材を挿入することが好ましい。
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ガス噴射ノズル７１（７１Ａ，７１Ｂ）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の側面（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。なお、図示は省略するが、溶解槽１とガス噴射器２００の間には、溶解槽１からの熱伝達を防止する観点から断熱材を挿入することが好ましい。
【0022】
（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３に示すように、円柱状のガス噴射器２００の中心軸（Ｃｇ０）に平行な軸（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の中心は円筒状のガス噴射器２００の中心と同一直線上に配置することができ、ガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０から第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までの距離はそれぞれ同一になるように配置することができる。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。以下では、２つの溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸Ｃｍ１，Ｃｍ２がそれぞれの溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの孔の中心軸に一致しているものとして説明する。
溶湯ノズル挿入孔１２Ａと溶湯ノズル挿入孔１２Ｂは、図３に示すように、円柱状のガス噴射器２００の中心軸（Ｃｇ０）に平行な軸（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の中心は円筒状のガス噴射器２００の中心と同一直線上に配置することができ、ガス噴射器２００の中心軸Ｃｇ０から第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までの距離はそれぞれ同一になるように配置することができる。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。以下では、２つの溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸Ｃｍ１，Ｃｍ２がそれぞれの溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの孔の中心軸に一致しているものとして説明する。
【0023】
（ガス噴射ノズル７１（７１Ａ，７１Ｂ））
ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂは、複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの周囲に円（図４参照）９０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。ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂは、溶湯ノズル１２Ａ，１２Ｂから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔９１からガスを噴射する。ここでは２つのガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂ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（第１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（第２ガス噴射ノズル）７１Ｂと称している。
ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂは、複数の溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの周囲に円（図４参照）９０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。ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂは、溶湯ノズル１２Ａ，１２Ｂから流下する溶融金属に対して複数の噴射孔９１からガスを噴射する。ここでは２つのガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂ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（第１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（第２ガス噴射ノズル）７１Ｂと称している。
【0024】
（噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂ）
第１ガス噴射ノズル７１Ａと第１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、第２ガス噴射ノズル７１Ｂと第２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。
第１ガス噴射ノズル７１Ａと第１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、第２ガス噴射ノズル７１Ｂと第２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。
【0025】
図１に示すように、２つの溶湯ノズル挿入孔１２Ａ，１２Ｂの中心軸Ｃｍ１，Ｃｍ２（２つの溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂの中心軸）の延長線上にはテーパ部４１が位置することなく採集部５が位置していることが好ましい。テーパ部４１上に金属粉末が落下すると、採集部５に移動することなくテーパ部４１上に留まることがある。しかし、本実施形態のように２つの溶湯ノズル１１Ａ，１１Ｂを配置すると、２つの噴霧ノズル２０Ａ，２０Ｂによって製造された金属粉末のうち、テーパ部４１上に落下するものの割合よりも採集部５内に直接落下するものの割合を多くできるので金属粉末の収率を向上できる。
【0026】
【0027】
図４には複数の第１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２５で示しており、各噴射孔９１は対応する直線２５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と同心円上に等間隔で配置されている。図４では複数の噴射孔９１が形成するこの円を円９０としている。複数の第１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２６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２６）に集中している。焦点２６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。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。
【0028】
また本実施形態では各ガス噴射ノズル７１Ａ，７１Ｂに係る噴射孔９１のガス噴射方向（直線２５）が共通の焦点２６を通過するように噴射孔９１を設けたが、その他の構成も許容される。例えば当該焦点２６から所定の角度だけガス噴射方向がずれるように噴射孔９１を設けても良い。
【0029】
（噴霧槽４の断面積Ａ１）
図１に戻り、噴霧槽４の円筒状の部分（円筒部）の横断面Ｓ１における噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］が、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値になるように噴霧槽４は形成されている。すなわち断面積Ａ１は下記式（１）で表される。つまり噴霧ノズル２０がｎ個の場合には噴霧槽４の断面積Ａ１はｎ倍になる。なお、噴霧ノズル２０の個数がｎであれば、溶湯ノズル１１とガス噴射ノズル７１の個数もそれぞれｎとなる。
図１に戻り、噴霧槽４の円筒状の部分（円筒部）の横断面Ｓ１における噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］が、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値になるように噴霧槽４は形成されている。すなわち断面積Ａ１は下記式（１）で表される。つまり噴霧ノズル２０がｎ個の場合には噴霧槽４の断面積Ａ１はｎ倍になる。なお、噴霧ノズル２０の個数がｎであれば、溶湯ノズル１１とガス噴射ノズル７１の個数もそれぞれｎとなる。
【0030】
断面積Ａ１＝ｃ１×ｎ …式（１）
【0031】
なお、ｃ１の値は所定の範囲から選択できる。具体的には下記式（２）を満たす値にｃ１を設定することが好ましい。
61,250π［ｍｍ２］≦ｃ１≦80,000π［ｍｍ２］ …式（２）
61,250π［ｍｍ２］≦ｃ１≦80,000π［ｍｍ２］ …式（２）
【0032】
本実施形態のように噴霧ノズル２０が２個（ｎ＝２）でｃ１が上記式（２）の範囲をとるとき、Ａ１＝ｃ１×２＝（φ１/２）２×πの関係が成立するので、横断面Ｓ１における噴霧槽４の直径φ１は下記の式（３）の範囲をとり得ることになる。
700［ｍｍ］≦φ１≦800［ｍｍ］ …式（３）
700［ｍｍ］≦φ１≦800［ｍｍ］ …式（３）
【0033】
噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎに応じて噴霧槽４の断面積Ａ１を上記式（１）に基づいて決定すると、噴霧槽４内のガス噴射ノズル７１の個数が変化してその噴射ガス量が変化しても噴霧槽４内の圧力変化を抑制できるので、噴霧ノズル２０の個数ｎによらずガスの排気速度を保持できる。これにより噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎを変化させてもガスとともに金属粉末をスムーズに排出できるので金属粉末の製造効率が低下することを抑制できる。さらに、噴霧槽４の断面積Ａ１を上記式（１）に基づいて決定すると、噴霧ノズル２０によって噴霧された金属液滴が噴霧槽４の内壁に衝突することも無く、噴霧槽４の内壁に金属が付着して粉末の製造効率が低下することも防止できることが発明者らにより知見されている。
【0034】
なお、ガスの排気速度を保持する観点からは、噴霧槽４の円筒部の断面積Ａ１だけでなく当該円筒部よりも下流側でガス流路を構成する各部（例えば、テーパ部４１、採集部５、ガス配管６）の断面積も噴霧ノズル２０の個数ｎに応じてｎ倍にすることが好ましい。ここではガス配管６の断面積Ａ２を例示する。
【0035】
（ガス配管６の断面積Ａ２）
ガス配管６の横断面Ｓ２における断面積Ａ２［ｍｍ２］が、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ２を乗じた値になるようにガス配管６は形成されている。すなわち断面積Ａ２は下記式（４）で表される。つまり噴霧ノズル２０がｎ個の場合にはガス配管６の断面積Ａ２はｎ倍になる。
ガス配管６の横断面Ｓ２における断面積Ａ２［ｍｍ２］が、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ２を乗じた値になるようにガス配管６は形成されている。すなわち断面積Ａ２は下記式（４）で表される。つまり噴霧ノズル２０がｎ個の場合にはガス配管６の断面積Ａ２はｎ倍になる。
【0036】
断面積Ａ２＝ｃ２×ｎ …式（４）
【0037】
なお、ｃ２の値はｃ１同様に所定の範囲から選択できる。具体的には下記式（５）を満たす値にｃ２を設定することが好ましい。
1,250π［ｍｍ２］≦ｃ２≦2,812.5π［ｍｍ２］ …式（５）
1,250π［ｍｍ２］≦ｃ２≦2,812.5π［ｍｍ２］ …式（５）
【0038】
本実施形態のように噴霧ノズル２０が２個（ｎ＝２）でｃ２が上記式（５）の範囲をとるとき、Ａ２＝ｃ２×２＝（φ２/２）２×πの関係が成立するので、横断面Ｓ２におけるガス配管６の直径φ２は下記の式（６）の範囲をとり得ることになる。
100［ｍｍ］≦φ２≦150［ｍｍ］ …式（６）
100［ｍｍ］≦φ２≦150［ｍｍ］ …式（６）
【0039】
（噴霧槽４の高さＨ）
噴霧槽の高さＨは、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の数に関わらず、２－４［ｍ］の範囲に設定することが好ましい。これは高さＨを２［ｍ］より小さくすると噴霧槽４の底部に凝固前の金属が固着して金属粉末の収率が低下する可能性があり、高さＨを４［ｍ］より高くすると金属粉末製造装置の背が高くなり操作性や清掃性（清掃のし易さ）が低下したり設置場所が制限されたりする可能性が高くなるからである。
噴霧槽の高さＨは、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の数に関わらず、２－４［ｍ］の範囲に設定することが好ましい。これは高さＨを２［ｍ］より小さくすると噴霧槽４の底部に凝固前の金属が固着して金属粉末の収率が低下する可能性があり、高さＨを４［ｍ］より高くすると金属粉末製造装置の背が高くなり操作性や清掃性（清掃のし易さ）が低下したり設置場所が制限されたりする可能性が高くなるからである。
【0040】
（隣接する２つの噴霧ノズル間の距離Ｄ）
複数の噴霧ノズル２０のうち隣接する２つの噴霧ノズル２０間の距離Ｄは２０－４０［ｍｍ］とすることが好ましい。これは距離Ｄを２０［ｍｍ］より小さくすると各噴霧ノズル２０から噴霧される溶融金属同士が凝固する前に衝突して金属粉末の収率が低下する可能性があり、距離Ｄを４０［ｍｍ］より大きくすると複数の溶湯ノズル１１を１つのるつぼ１００に取り付けることが困難になる可能性があるからである。
複数の噴霧ノズル２０のうち隣接する２つの噴霧ノズル２０間の距離Ｄは２０－４０［ｍｍ］とすることが好ましい。これは距離Ｄを２０［ｍｍ］より小さくすると各噴霧ノズル２０から噴霧される溶融金属同士が凝固する前に衝突して金属粉末の収率が低下する可能性があり、距離Ｄを４０［ｍｍ］より大きくすると複数の溶湯ノズル１１を１つのるつぼ１００に取り付けることが困難になる可能性があるからである。
【0041】
（ガス噴射ノズル７１のガス圧）
各ガス噴射ノズル７１のガス圧は、装置のスペックにも依存するが、３－１０［ＭＰａ］の範囲に設定することが好ましい。
各ガス噴射ノズル７１のガス圧は、装置のスペックにも依存するが、３－１０［ＭＰａ］の範囲に設定することが好ましい。
【0042】
（溶湯ノズル１個あたり溶融金属の溶解量）
１個の溶湯ノズル１１に流下させる溶融金属の溶解量（溶解質量）は鉄換算で１０－２０［ｋｇ］とすることが好ましい。これは１個の溶湯ノズル１１の溶解量が２０［ｋｇ］を超えると当該溶湯ノズル１１が溶融金属により摩耗して損傷する可能性が高くなり、溶解量が１０［ｋｇ］より小さいと溶湯ノズル１１の個数ｎに応じた初期出湯廃棄量（溶湯ノズル１１の予熱に要する溶湯廃棄量）の抑制が困難になるからである。なお、溶湯ノズル１１がるつぼ１００と一体になっている場合には溶湯ノズル１１の交換はるつぼ１００ごと行われる。
１個の溶湯ノズル１１に流下させる溶融金属の溶解量（溶解質量）は鉄換算で１０－２０［ｋｇ］とすることが好ましい。これは１個の溶湯ノズル１１の溶解量が２０［ｋｇ］を超えると当該溶湯ノズル１１が溶融金属により摩耗して損傷する可能性が高くなり、溶解量が１０［ｋｇ］より小さいと溶湯ノズル１１の個数ｎに応じた初期出湯廃棄量（溶湯ノズル１１の予熱に要する溶湯廃棄量）の抑制が困難になるからである。なお、溶湯ノズル１１がるつぼ１００と一体になっている場合には溶湯ノズル１１の交換はるつぼ１００ごと行われる。
【0043】
各溶湯ノズル１１の溶解量の調整は、１つのるつぼ１００に取り付ける溶湯ノズルの個数ｎと、るつぼ１００の溶解量（るつぼ１００の大きさ（寸法）や容量と換言できる）とにより行うことができる。ただし、溶湯ノズル１１が取り付けられるるつぼ１００の大きさは噴霧ノズル２０の個数ｎが増加しても一定とすることが好ましい。その理由は寸法の大きいるつぼは作成が難しく高価になり易いためである。
【0044】
るつぼ１００に取り付けられている溶湯ノズル１１の個数から規定される溶解量に対して当該るつぼ１００の溶解量（大きさ）が不足する場合には、当該るつぼ（第１のるつぼ）１００に溶融金属７を注ぎ込むための他のるつぼ（第２のるつぼ）を溶解槽１内に設置しても良い。当該他のるつぼ（第２のるつぼ）の大きさや数は変更可能である。当該他のるつぼ（第２のるつぼ）は溶湯ノズルがついていないものを使用する。溶湯ノズル１１の個数ｎに対してるつぼ（第１のるつぼ）１００の溶解量が不足する場合には、その都度、当該他のるつぼ（第２のるつぼ）からるつぼ（第１のるつぼ）１００に溶融金属７を注ぎ込んで補充すれば良い。つまり、るつぼ１００の溶解量が例えば２０［ｋｇ］の場合であってそれ以上の溶湯が必要になる場合には、溶解槽１内に傾倒式の他のるつぼを設置し、当該他のるつぼ内で不足分の金属を溶解し、るつぼ１００内の溶湯が減少したら当該他のるつぼから継ぎ足す運用を行えば良い。
【0045】
（効果）
上記の実施形態の金属粉末製造装置は、式（１）で示したように、噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］が、噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値になるように噴霧槽４の形状が規定されている。噴霧槽４の形状をこのように規定すると、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させることで１つの装置当たりの溶解量を増加させてもガスの排気速度を保持できるとともに、各噴霧ノズル２０から噴霧された液体金属が噴霧槽４の内壁に衝突・固着することも防止できるので、噴霧ノズル２０ごとの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる。また、この場合、噴霧ノズル２０の個数ｎの増加に応じて噴霧槽４の断面積を増加すれば、各噴霧ノズル２０の噴霧条件（溶湯ノズル１１のオリフィス径やガス噴射ノズル７１のガス噴射圧力（ガス圧）等）を調整する必要は無いので金属粉末製造装置の設計・製造・運用が容易になる。また、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させても各噴射ノズル２０における溶湯ノズル１１の出湯量及び出湯速度や各ガス噴射ノズル７１のガス圧は一定なので、各噴霧ノズル２０から噴霧された液体金属が凝固するまでに要する飛行距離も一定である。すなわち噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させても噴霧槽４の高さ、つまり装置の全高を変更することなく同じ品質の粉末の製造量を容易に増加できる（一般には装置を大きくすると粉末の品質は変化または低下する傾向がある。）。
上記の実施形態の金属粉末製造装置は、式（１）で示したように、噴霧槽４の断面積Ａ１［ｍｍ２］が、噴霧ノズル２０の個数ｎ（ｎは２以上の整数）に所定の面積値ｃ１を乗じた値になるように噴霧槽４の形状が規定されている。噴霧槽４の形状をこのように規定すると、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させることで１つの装置当たりの溶解量を増加させてもガスの排気速度を保持できるとともに、各噴霧ノズル２０から噴霧された液体金属が噴霧槽４の内壁に衝突・固着することも防止できるので、噴霧ノズル２０ごとの金属粉末の製造効率の低下を抑制できる。また、この場合、噴霧ノズル２０の個数ｎの増加に応じて噴霧槽４の断面積を増加すれば、各噴霧ノズル２０の噴霧条件（溶湯ノズル１１のオリフィス径やガス噴射ノズル７１のガス噴射圧力（ガス圧）等）を調整する必要は無いので金属粉末製造装置の設計・製造・運用が容易になる。また、噴霧槽４内の噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させても各噴射ノズル２０における溶湯ノズル１１の出湯量及び出湯速度や各ガス噴射ノズル７１のガス圧は一定なので、各噴霧ノズル２０から噴霧された液体金属が凝固するまでに要する飛行距離も一定である。すなわち噴霧ノズル２０の個数ｎを増加させても噴霧槽４の高さ、つまり装置の全高を変更することなく同じ品質の粉末の製造量を容易に増加できる（一般には装置を大きくすると粉末の品質は変化または低下する傾向がある。）。
【0046】
なお、上記の実施形態では噴霧ノズル２０の個数ｎが２の場合を例示したが、噴霧ノズル２０の個数ｎは３以上でも構わない。
【符号の説明】
【0047】
１…溶解槽，２…ホッパー，３…噴射ガス供給管，４…噴霧槽，５…採集部，６…不活性ガス，８…溶湯流，１１…溶湯ノズル，１２…溶湯ノズル挿入孔，１５…金属微粒子，２０…噴霧ノズル，２１…開口端，２７…溶湯流下領域，４１…テーパ部，５０…ガス流路，７１…ガス噴射ノズル，９１…噴射孔，２００…ガス噴射器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】