JPH01225703A - 均一粒子径の金属粉末をうるための素材溶融方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粉末成形法や粉末と樹脂等との混合物成形によ
って機器部品をつくる場合あるいは粉末のまま用いる粉
末利用分野において、均一粒子径によりその機能を向上
せしめるための粉末製造技術に関するものである。

〔従来の技術〕

被熔解材を高速回転してその一端より溶融し、融液を遠
心力で飛散させて、その融液を飛行中に凝固せしめてつ
くる粉体製造法の一部は回転電極法として従来より公知
である。この方法では装置、運転条件等の選定によって
は球形の粉末が得られ、粉末の流動性が良く粉末成形時
に金型への充＠密度が均一になるとか、樹脂共用材の表
面のすべりが良く耐摩耗性が向上する、あるいは粉末の
まま用いる化学触媒等のように反応液や気体の浸透性が
良いなどの特長があり、すぐれた粉末製造方法の１種で
ある。

但し、前記等の粉末の各用途において、それぞれ通する
特定の粒子径があり、製造された粉末を従来は篩別分級
して各用途に向けられて来た。従って粒子径が均一なも
のを、粒度を特定して製造できれば粉末の製造歩留を向
上し、被溶解素材が有効に利用でき、その経済性及び品
質管理上に寄与すること甚大である。しがるに回転電極
法といえども常に粒子径のそろったものが得られるわけ
ではなく、従来数百ミクロンの範囲の広い粒径で得られ
ている。この点に関する改善方法として特開昭６２−１
６４８０４には円筒形素材を用いる方法が開示されてい
る。該発明は棒状Ｔｉ電極の外径を一定値以上にするこ
とで小粒径を得るが、大径の棒状Ｔｉ電極の全面にプラ
ズマアークを作用させようとすれば、アーク自体の広が
りを相当大きなものとする必要があり、熔解能力が減少
しモータ出力も高出力となってコスト上問題があるとし
て、電極を円筒状に・している。その結果粒度分布幅の
狭いしかも平均粒径の小さい金属粉末を低コストに製造
できることが開示されている。該発明が粒度分布を狭く
できるとするのは、従来の棒状Ｔｉ電極において円周部
と中心へ向う各位置とが回転の周速度が異なることに着
目し、中心部のない筒状にしたことをその主旨としてい
る。該発明の問題点は円筒形に加工または形成できる電
極材質への適用に限定される点にある。一般に粉末成形
分野では曲げや切削加工性が劣る素材である程その適用
意義が広がるものであって、本発明におけるねらいはこ
の点を考慮し、通常の丸環電極でも発明の諸条件を満せ
ば十分粘度幅の狭い粒子を得る技術を提供するものであ
る。

また、特公昭６２−２４４８３は球状金属粉末の製造装
置に関するものであって、２本の消耗電極の対向電極間
隔を自動的に最適電圧へ調整する手段として、両極間の
電圧変動を検出器を介して、電極の駆動モータに指令信
号を与えることが開示されているが、その調整範囲を示
すものではない。

その他、回転電極法に関しては電極の回転速度に関して
特開昭６２−８０２０５　、焼結電極を用いる方法が特
公昭５９−２０７２３　、モータ振動の検出による偏熔
解の修正装置に関し特開昭６２−２０８０３　、非移行
式プラズマ電極の直交配置に関し特開昭６１−２４６３
０４、加熱点移動装置に関し特公昭５８−３４５２５が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

被溶解材を高速回転させ、その一端より溶解しながら粉
末を得るいわゆる回転電極法において、粒度は電極の回
転速度、さらに詳しくは電極の周速度に依存する。従っ
て、均一粒径の粉末を得るためには融液が常に被溶解材
の円周部のみから離脱するように溶解方法を制御する必
要がある。更に離脱前の融液が円周部に過剰に滞留する
と離脱寸前の融液形状を不定形状にするので融液量は過
剰にならないよう制御する必要がある。このような条件
は本発明における特許請求範囲に示す各条件を満すこと
によって達成し得るものである。

均一粒径を得るための上記２条件のうち前者、つまり融
液の離脱が円周位置のみであるようにする方法としては
前記特開昭６２−１６４８０４において中空の筒状電極
材を用いる方法が提案されている。

本発明との大きなちがいは本発明が丸棒電極においても
十分均一な粒径を得る溶解方法を提供するものである。

本発明者らは高速度カメラ等によって被熔解材の端面に
おける融液の形成とその円周部からの離脱に至る現象を
詳細に検討の結果、この間における融液の流動を制御す
ることによって安定した粒度分布および形状の粒子を得
ることを見出した。

第１図は溶融端面の側面図を示すものであり、１は被熔
解材、２は熱源である。（ａ）に示すものは本発明がね
らいとする理想的溶解状況を示し、融液は固体面に沿っ
て円周部へ移動し、常に周辺部のみから離脱する。（ｂ
ｌは被溶解材の端面に穴を掘るが如く熔解し融液の流出
が熱源からの熱流によって阻害され、定常な流れを生じ
ないため流出量のむらが生ずる。また融液の離乳も周辺
部へ達しないうち穴の出口から飛散するものもあるため
粒径は特定されにくい。（Ｃ）は被溶解材の端面が凸に
なるような状況で溶解される場合であって、融液の離脱
は周辺部以外からも発生し、粒径の不揃いを生ずる。つ
まり、本発明が技術的根拠とする正常な溶解状態はＴａ
）の状態を維持することにあり、溶解端面の円周位置を
包含する面からの最大変位位置は凹側ｌ′で４ｆｉ以下
、凸側ｌで１０鶴以下を理想とする。

第２図は素材被溶解材の溶融面の正面図であって点線で
示す３は素材の外周位置、４は素材、５は溶解端面、５
は離脱寸前の融液形状、６は飛行する溶滴を示すもので
ある。（ａｌに示される状態は本発明がねらいとする理
想的状態であって、融液量が滞留することなく飛散する
状況を示す。（ｂ）は回転の遠心力に対し飛散能力が低
い場合であって、融液が滞留する結果離脱寸前の融液は
一定形状とならず、飛散粒子量が不均一となる。

前記の各理想状態を現出するためには素材被溶解材から
の融液の流れに関する素材の比重、溶解熱源とのバラン
スに関係する素材径、熱源の指向性とひるが性に関係す
る熱源の種類を特定することによって本発明における各
運転条件が規制される。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に通用できる被熔解材は比重が３．５〜７゜０で
ある。比重が３．５未満の場合は、本発明の範囲におい
て融液が飛散しにくく、被溶解材の外周部に傘状に滞留
しがちとなり、離脱粒子量は一定しない。また比重が７
．０を越える金属においては融液が熔解端面を定常に流
れず、熔解後直に飛来状で走る粒子が存在し、より微粉
が混入した粒度分布となる。

被熔解材の外径は２５〜７０龍を適用範囲とする。２５
鶴未満では、本発明の範囲において溶解される端面の外
周まで熔解されるようｉなり、第１図（Ｃ）のタイプの
溶解端形状が形成される結果、融液の離脱は外周径より
も小さい位置からも発生し、周速度の異る位置からの飛
散粒子を含むので粒径分布は広（なる。また７０鶴を越
える場合は本発明の熱源において溶解面積のわりに深さ
が過大となり、第１図（ｂ）のタイプの溶解形状を示す
ようになる。その結果、端面上の融液の流れを不定常に
し融液量が規制されにくくなる。

熱源にプラズマトランスファードアークを用いているの
は、例えばノントランスフアートプラズマを用いる場合
は被熔解材に非電導性のものまで適用できるという利点
があるが、熔解熱量は極度に低下し、本発明の被熔解材
の外径限界を下まわる素材にしか適用できなくなり、溶
解能力が低下し経済的ではない。またアークのみを用い
る場合は、アークの特性として、より鋭角な相手電極位
置に極点が移動しやすくなり、本発明が主眼のひとつと
する外周部の融液離脱のための角形成部にアークが移動
し、不定常に第１図（Ｃ）の形が形成される。プラズマ
トランスファードアークでは、プラズマによって被溶解
材側の決った位置へ向けてプラズマ流を形成し、その中
を熱量補充のアークが形成されるので安定した熱流位置
を形成し得る。

本発明が溶融液の流れを定常に規制することをその骨子
としているところから、熱源はプラズマトランスファー
ドアークのように十分な指向性を有する場合にのみ、本
発明が適用できるのである。

本発明は前記の各適用条件において、第１図および第２
図で述べた如き均一粒径を得るための溶解状態は、主と
して熔解端面における融液の流れを適正に規制し、素材
の円周部からの離脱を適正に保つための回転周速度とそ
れに見合った電流値ならびに、周辺部の角形成を阻害し
ない電圧範囲とその電圧を一定に制御することで達成さ
れる。

回転速度は本発明において周速度において毎分３９３〜
６，６００　ｍが適正であり　３９３ｍ未満では本発明
の他の条件内において、融液の離脱力が不足し第２図（
ｂｌに示すごとく、融液量が過剰となって、離脱形状を
不安定にする。また、６，６００　ｍを超える場合は、
装置の回転機構において特別の配慮がともない、経済的
でない。

プラズマトランスファードアークの電流値は本発明の他
の条件下において１００〜５００Ａが使用できる。　１
００Ａ未満では電極径に２５ｆｌ以下を使用しないと前
記の本発明が適正とする溶融形状を示さず、たとえ電極
径において本発明内でプラズマ電流によって、溶解域を
広げたとしてもトランスファー電流が不足のため溶解速
度が低く非能率である。また、５００Ａを超える場合は
入熱量過大のため本発明の素材回転速度範囲を超えた回
転が必要であり、前記の如き装置面からの制約がある。

プラズマトランスファードアークの電圧は溶解面の大き
さと熔解速度に関係し本発明において通用できる範囲は
３０〜６０Ｖである。３０Ｖ未満では熔解の広さが不足
し、前記第１図（ｂｌに示すごとき局部溶解が生ずる。

また６０Ｖを超える場合は熔解面が広くなりすぎて、第
１図（Ｃ）に示したごとく周辺に融液飛散の起点となる
べき角を形成しにくくなる。電圧の値については、被熔
解材の溶融後退によって徐々に上昇してくるので、熱源
位置または被溶解材位置もしくはその両者を（り出して
電圧を一定に保つ必要がある。しかも、本発明のように
融液の流動をこまかく制御しようとすると、この電圧変
動の影響は極めて太き（、従って±０．５　Ｖ内で十分
制御できることが必要である。

第３図はそのための構成図を示すものであり、７は熱源
、８は被溶解材、９は電圧検知器、１０は電気制御部、
１１は距離制御装置を示す。

〔作用〕

本発明の技術的骨子は、被熔解材の端面における融液の
流れを定常に保つため、溶融面の形状を適正にし、融液
は端面上を流れるそのすべてが円周位置からのみ離脱す
るようにしたこと、ならびに融液が円周位置で過剰とな
らないよう溶融量を規制した点にある。

このような細い溶解制御をおこなうためには各種の要因
を特定しなければならない。本発明は適用素材について
、実用的に比重が３．５〜７．０のものにおいて適用で
きる他の規制条件を提供するものである。また被溶解材
の外径は溶解形状を規制するうえで特定されるべきもの
で、その範囲を２５〜？Ｏｎ＋とした。また同様に溶解
形状の規制をおこなうために実用的に最も制御しやすい
プラズマトランスファードアークを熱源にえらんで、前
記融液の端面上での流れを均一にするため、その方向を
被熔解材の軸方向に平行に配置したこれは斜角配置であ
ると端面の円周位置に融液が離脱すべき角が形成されに
（くなり、他の制御条件が極めて狭くなることによる。

以上の素材と方法において熱源である電流、電圧と、融
液の放出エネルギーであるところの回転速度とをバラン
スさせて本発明を構成している。

本発明力９容融液の飛行に至る迄の動的挙動を制御した
ことにその主旨があり、融けたものが単に遠心力で飛び
出せば粒末が得られるという考え方ではない点において
従来技術と根本的に異っている。

〔実施例〕

第１表は、本発明溶解方法によって得られた金属粉末の
粒子径分布範囲と、従来方法によるそれとを示すもので
ある。

第１表 備考　■Ｎｏ、の○印が本発明 他は従来比較例 ■Ｎｏ、１７．１８は電圧変動幅が ±０．８τであった 他は±０．５Ｖ以内の例 〔発明の効果〕 熔解と粉化とを同工程の中でおこなわしめる回転電極法
は、融液が炉材やノズル等に触れる他の方法にくらべる
と、得られる粉末の化学成分的汚染がないことと球状の
粉末が得られる点で、粉末の利用上多くのすぐれた利点
を生み出すものである。ただし、ひとつの欠点は生産能
率がわるく、コスト高である。本発明はそのような背景
のもとでなされたもので、その結果、粒径の幅は従来の
回転電極法にくらべはるかに狭い、均一粒径が得られる
ようになり、粒径の安定化によって製造条件の設定と期
待する粒径との関係はより安定化し、希望どおりの粒径
が本発明の溶解条件によって歩留り良く得られるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は被溶解材の溶融形状を示す側面図であって、（
ａｌは本発明の溶解条件による適正形状を示し、（ｂ）
は溶融部の広がりが不足の場合、（Ｃ）は過大の場合を
示す。 第２図は被溶解材の溶融形状の正面図であって、（ａ）
は本発明熔解条件による適正形状を示し、（ｂｌは融液
量過大で、円周部に滞留し不定形状を示すと共にこの場
合大粒が混入して得られる状況を示す。 第３図は本発明の溶解条件の中で被熔解材の溶解面と熱
源との距離を一定に保ち、電圧の変動を本発明の範囲内
に維持するための機器の構成に関するひとつの態様を示
す説明図である。 出　願　人　　日鐵熔接工業株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　稔 ！ 禰 （〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、粉末に加工しようとする比重が３．５〜７．０の導
   電性金属の外径が２５〜７０ｍｍの被溶解丸棒をその円
   周方向に高速回転させ、その一端より、回転の軸方向は
   平行に配しプラズマトランスファードアークによって溶
   解することにより、融液を飛散させてつくる金属粉の製
   造方法において、被溶解丸棒の回転速度を周速度におい
   て毎分３９３〜６，６００ｍとし、トランスファー電流
   を１００〜５００Ａ、同電圧を３０〜６０Ｖとし、かつ
   電圧の変動幅を±０．５Ｖに制御したことを特徴とする
   均一粒子径の金属粉末をうるための素材溶融方法。