JPH0310008A - 金属微粉末の製造方法及びその装置 - 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、金属微粉末の製造方法及びその装置に関する
。

［従来の技術］ 従来、超音波振動を用いて金属微粉末を製造する方法及
びその装置として、例えば、特開昭５８−１１０６０４
号、特開昭６１−２９５３０６号が開示されている。こ
れらの従来技術について、図面を参照しながら説明する
。第５図（Ａ）、（Ｂ）はいずれも円錐状の共振器５１
にその上方から溶融金属５２を流下させるもので、共振
器５１の超音波振動により霧化された溶融金属５２は微
小粒子５３となり、冷却ガス供給管５４から噴出される
冷却ガス５５により冷却されて金属微粉末が製造される
。第６図は溶融金属６２に共振器６１を碌潰させるもの
で、これから発生する超音波振動により溶融金属６２の
表面から微小の金属粒子６３が発生し、これが不活性雰
囲気に保持されたチャンバー６４内で冷却ガス導入口６
５から導入される冷却ガスにより冷却され、金属微粉末
が製造される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような従来技術は次のような問題
点がある。

■共振器に流下または浸漬される溶融金属の温度は一般
に高いので、溶融金属が共振器に接触すると、前記共振
器に含まれる合金元素または不純物が溶融金属に混入し
、＾純度の金属微粉末が得られない。

■溶融金属の温度に耐えるため、耐熱性のあるセラミッ
クス材料を使用すると、振動特性が悪く、所望の振動が
得られない。

■共振器上に形成される溶融金属の膜厚の変動は、直接
製造される金属微粉末のバラツキとなるが、前記膜厚の
制御が困難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高純度
の金属微粉末を容易に製造することができる金属微粉末
の製造方法及びその装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、金属材料を溶融させて金属ａｋ液を作る工程
と、該金属融液の表面に超音波を集束させて該金属融液
を微小液滴に霧化させる工程と、該微小液滴を冷却ガス
を用いて冷却凝固させる工程とを具備することを特徴と
する金属微粉末の製造方法である。ここで、金属融液の
表面に超音波を集束させて金属融液を微小液滴に霧化さ
せる工程が加圧状態で行われることが好ましい。また、
微小液滴を冷却凝固させた後の冷却ガスを回収し、該冷
却ガスを所定温度に降温してから冷却ガスに付加する工
程が、微小液滴を冷却ガスを用いて冷却凝固させる工程
の後に設けられていることが好ましい。

また、本発明は、金属材料を保持する保持体と、該保持
体に隣設され前記金属材料を加熱して金属融液を作る加
熱手段と、所定の超音波を発生する超音波発生手段と、
該超音波発生手段と前記保持体間に設けられ前記超音波
を前記金属融液の表面に集束させて該金属融液を微小液
滴に霧化させる集束手段と、該微小液滴を冷却凝固させ
る冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段とを具備するこ
とを特徴とする金属微粉末の製造装置である。ここで、
金属融液に接する雰囲気ガスの圧力を所定の加圧状態に
保つ加圧手段が設けられていることが好ましい。また、
微小液滴を冷却凝固させた後の冷却ガスを所定温度に降
温してから冷却ガス供給手段に付加する冷却ガス降温手
段を具備することが好ましい。

加熱手段は、金属材料を容易に溶融して金属融液にする
ことができるものであればよい。このようなものとして
、例えば、ヒーター　ラ゛ジアントチューブ、レーザー
等が挙げられる。

また、金属材料の加熱溶融は、保持体である容器内に金
属材料を入れて容器を加熱して金属材料全体を溶融する
か、あるいは、金属の板、ロッド、ワイヤ等を保持体で
保持し、これらの先端部のみを加熱して行う。したがっ
て、保持体は、第４図（Ａ）に示すような冷間ルツボ４
０や同図（Ｂ）に−示すような保持容器４１、あるいは
金属の板、ロッド、ワイヤ等を直接保持するものを包含
するものである。さらに、金属融液の保持体をチャンバ
ーの上方に設けて保持体から金属融液を流下させてもよ
い。

超音波発生手段は、集束によって金属融液を微小液滴に
霧化できるエネルギーを持つ超音波を発生できるもので
あればよい。このようなものとして、通常の高周波電源
を使用する超音波発生装置が挙げられる。

また、超音波の集束手段は、金属融液表面で超音波が集
中してエネルギーを高くするものを用いる。この場合、
超音波を一点又は−線に集束させるものが好ましい。さ
らに、金属微粉末化させる際の操作時に、−点集束型と
一線集束型の集束手段を組合わせて用いてもよい。

加圧手段は、超音波の伝達効率を良くする圧力状態を維
持できるものであればよい。このようなものとして、例
えば、金属融液の雰囲気ガス圧を直接調節によるものが
挙げられる。また、雰囲気ガスを密度の高いものに置換
してもよい。これらのものは装置内に直接設けてもよい
し、装置とは別にバッヂ式のチャンバー類を設けて装置
内に接続してもよい。

冷却ガス供給手段としては、微小液滴の冷却凝固及び回
収のために使用する冷却ガスを安定して装置内に供給で
きるものであればよい。

冷却ガス降温手段は、金属融液を霧化して得られた微小
液滴を冷却凝固させた際の熱を吸収した冷却ガスを効率
良く所定の温度に降温するものであればよい。このよう
なものとして、フィン付熱交換器等が挙げられる。

［作用］ 本発明にかかる金属微粉末の製造方法及びその装置によ
れば、超音波を発生させて、その超音波の位相を揃えて
金属融液表面に集束させる。そして、この超音波のエネ
ルギーによって金属融液を微小液滴に霧化させている。

したがって、超音波の共振器が金属融液と非接触である
ため、霧化される金属融液へ不純物を混入させず、高純
度の微粒子を製造できると共に、共振器の寿命を延ばす
ことができる。

また、雰囲気ガスを加圧状態に保って金属融液の霧化を
行うことにより、媒体であるガスの密度を高くして、そ
の結果、超音波の伝達効率を充分に高くすることができ
、効率良く金属微粉末の製造をすることができる。

また、微小液滴の冷却凝固及び回収に使用された冷却ガ
スを所定の温度に降温して冷却ガス供給手段に付加する
ことにより、冷却ガスを効率良く利用することができる
。さらに、冷却ガスの供給量の調節が容易になるので、
雰囲気温度を所定の値に保つことができる。したがって
、雰囲気温度の上昇に伴って起こる超音波の位相のズレ
るのを防＋１−することができ、放射超音波を常に霧化
に最適のエネルギーにして金属融液の所定の表面で集束
させることができる。この結果、連続して安定して、且
つ、効率良く金属微粉末の製造をすることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。なお、本発明の製造方法の説明は、実施例の装置の作
用の説明をもってその説明とする。

実施例１ 第１図は、本発明の一実施例の構成を示す説明図である
。

図中１０は、溶融金属を保持しておく保持容器である。

この保持容器１０の外側には、金属材料を溶融するため
のヒーター１１が設置されていて、保持容器１０内には
金属融液１２が保持されている。この保持容器１０及び
ヒーター１１が不活性ガス雰囲気に保持されたチャンバ
ー１３の下方に設けられている。チャンバー１３の上方
には、超音波発生装置１が設けられている。超音波発生
装置１は、チャンバー１３の外側に設けられた高周波電
源１４、及び高周波の振動子１５と、チャンバー１３内
に設けられた共振器１７、この共振器１７を囲むように
設けられた超音波を集束のための放射方向変換器１８と
、チャンバー１３と放射方向変換器１８を貫挿して振動
子１５と共振器１７間に接続された振幅拡大器１６とで
構成されている。

ここで、共振器１７の材質は、チタン合金又はアルミニ
ウム合金であることが好ましい。また、放射方向変換器
１８は、共振器１７の振動子側と反振動子側で互いに逆
位相であるため、この逆位相の放射音波を金属融液表面
で同位相で重ねることができるように設置されている。

また、放射方向変換器１８は、効率良く音波を金属融液
の表面に到達させるために、その反射面を放物線型に設
定されている。

また、チャンバー１３内と連通して冷却ガスを供給する
装置１９が設けられている。この装置１９は、圧力検出
器２０と、これに基づく圧力調整弁２１と、チャンバー
１３内に冷却ガスを流入させる圧縮機２２とを有してい
る。さらに、チャンバー１３には、製造された金属微粉
末を回収するための回収器２３が接続されている。

次いで、このように構成された金属微粉末の製造装置の
作用について説明する。

まず、高周波電源１４によって超音波振動子１５を振動
させて振動子１５に連結している共振器１７を振動させ
る。この超音波の周波数を適当に選択することによって
、金属微粉末の粒径を変えることができる。共振器１７
の振動によって雰囲気ガスを媒体にして超音波が放射さ
れる。この放射超音波は、金属融液１２の表面で超音波
を同位相にして重ねるように設置された放射方向変換器
１８で金属融液１２の表面に集束される。集束超音波が
金属融液１２の表面に作用すると、金属融液１２の表面
にキャピラリー波ができ、これが表面張力に打ち勝って
金属融液１２の表面から微小液滴２４を飛上がらせる。

飛上がった微小液滴２４は冷却ガスによって冷却凝固さ
れるとともに、冷却ガスの流れにより回収器２３に運ば
れ回収される。このようにして、金属微粒子を得ること
ができる。

次に、本発明の効果を確認するために行った実験例につ
いて説明する。

第１図に示した装置を用いて、アルゴンガス雰囲気を絶
対圧力で１ｋｇ／ｃｄに保ち、周波数を２０ＫＨｚに設
定した共振器を振動させて、片振幅で約１２ミクロンの
振動を行わせたところ、金属融液の表面近傍で１７２ｄ
Ｂの音圧レベルの超音波が得られた。共振器としてはチ
タン合金を用い、溶融金属としてアルミニウム合金を用
いた。

このアルミニウム合金融液表面にこの超音波を作用させ
た。

得られたアルミニウム合金粉末は、粒径４０〜１００ミ
クロン、平均粒径７０ミクロンで球状の粒子が得られた
。粒子表面の酸化や、不純物元素の混入はまったくなく
、極めて＾純度の金属微粉末が得られた。なお、粒子の
生成量は約７００グラム／時間であった。

実施例２ 第２図は、本発明の一実施例の構成を示す説明図である
。なお、実施例１の装置と重複する部分の説明は省略す
る。

図中１３はチャンバーである。チャンバー１３の側方の
端部には、チャンバー１３内と連通して冷却ガスを供給
する冷却ガス供給装置１９が設けられている。この装置
１９は、圧力検出器２０と、これに基づく圧力調整弁２
１とで構成される加圧手段２とを含み、かつ、チャンバ
ー１３内に冷却ガスを流入させる圧縮機２２を有してい
る。

次いで、このように構成された金属微粉末の製造装置の
作用について説明する。

まず、保持容器１０に保持された金属融液１２は、ヒー
ター１１によって金属材料の融点以上の温度に保たれて
いる。チャンバー１３内は例えば、Ａｒガス等の不活性
ガスにより不活性雰囲気に保持されている。これによっ
て、金属融液１２の酸化あるいはその他の化学反応を防
止している。また、チャンバー１３内は、加圧手段２に
よって不活性ガス圧力を調節して、少なくとも大気圧以
上の所定の加圧状態に保持する。

次に、超音波発生装置１によって超音波が金属融液１２
の表面に集束される。集束した超音波が金属融液１２の
表面に作用すると、金属融液１２の表面にキャピラリー
波ができ、これが表面張力に打ち勝って金属融液１２の
表面から微小液滴２４を飛散らせる。飛散った微小液滴
２４は冷却ガスによって冷却凝固されると共に、冷却ガ
スの流れにより回収器２３に運ばれ回収される。このよ
うにして、不純物のない清浄な金属微粒子を得ることが
できる。

次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例に
ついて説明する。

第２図に示した装置を用いて、アルゴンガス雰囲気を絶
対圧力で３　ｋｇ／　ｅ♂に保ち、周波数を２０ＫＨｚ
に設定した共振器を振動させて、片振幅で約１２ミクロ
ンの振動を行わせたところ、金属融液の表面近傍で１８
２ｄＢの音圧レベルの超音波が得られた。共振器として
はチタン合金を用い、溶融金属としてアルミニウム合金
を用いた。

このような特性の超音波をアルミニウム合金融液表面に
この超音波を作用させて、微粉化した。

得られたアルミニウム合金粉末は、粒径４０〜１００ミ
クロン、平均粒径７０ミクロンで球状の粒子であった。

また、粒子表面の酸化や、不純物元素の混入はまったく
なく、極めて高純度の金属微粉末であった。なお、粒子
の生成量は約１１００グラム／時間であった。

実施例３ 第３図は、本発明の一実施例の金属微粉末の製造装置の
構成を示す説明図である。なお、実施例１の装置と重複
する部分の説明は省略する。

図中１３はチャンバーである。チャンバー１３内と連通
して冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置１つが設けら
れている。この装置１つは、圧力検出器２０と、これに
基づく圧力調整弁２１と、チャンバー１３内に冷却ガス
を流入させる圧縮機２２とを有している。また、チャン
バー１３には、製造された金属微粉末を回収するための
回収器２３が接続されている。さらに、回収器２３には
、金属微粉未回収後の冷却ガスを所定の温度に降温する
ための冷却ガス降温手段として熱交換器２５が連通して
いる。熱交換器２５は、冷却後の冷却ガスを冷却ガス供
給手段に付加させるために冷却ガス供給装置１９と導管
２６によって連通されている。また、熱交換器２５には
、冷媒流入口２５ａ及び冷媒流出口２５ｂが設けられて
いて、内部を冷媒が循環できるようになっている。

次に、このように構成された金属微粉末の製造装置の作
用について説明する。

超音波発生装置１によって超音波が金属融１（ｋ１２の
表面に集束される。そして、金属融液１２の表面から微
小液滴２４を霧化させる。霧化の際にこのようにして、
操業中、常に最適なエネルギーを持つ超音波を金属融液
１２の表面に作用させる。これによって、金属融液１２
の表面にキャピラリー波ができ、これが表面張力に打ち
勝って金属融液１２の表面から、微小液滴２４を飛上が
らせる。飛上がった微小液滴２４は冷却が、スによって
冷却凝固されるとともに、冷却ガスの流れにより回収器
２３に運ばれ回収される。金属微粉末を回収した後の冷
却ガスは、熱交換器２５に送り込まれる。熱交換器２５
内で冷媒流入口２５ａから冷媒流出口２５ｂに循環して
いる冷媒で冷却される。冷却された冷却ガスは、導管２
６を通り冷却ガス０（給装置１９に送られ再利用される
。このようにして、連続して安定して効率良く高純度の
金属微粒子を得ることができる。

次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例に
ついて説明する。

第３図に示した装置を用いて、アルゴンガス雰囲気を絶
対圧力で１ｋｇ／ｃｊに保ち、周波数を２０ＫＨｚに設
定した共振器を振動させて、片振幅で約１２ミクロンの
振動を行わせたところ、金属融液の表面近傍で１７２ｄ
Ｂの音圧レベルの超音波が得られた。共振器としてチタ
ン合金を用い、溶融金属としてアルミニウム合金を用い
た。このアルミニウム合金融液表面にこの超音波を作用
させて微小液滴を発生させた。また、微小液滴の冷却凝
固及び回収に使用された冷却ガスの流量及び１供給温度
は、１８０ｍ３／ｈ、５０℃であツタ。

このようにして、粒径４０〜１００ミクロン、平均粒径
７０ミクロンのアルミニウム合金球状の粒子をか得られ
た。粒子表面の酸化や、不純物元素の混入はまったくな
く、極めて高純度の金属微粉末が得られた。なお、粒子
の生成量は、８００グラム／時間であった。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明にかかる金属微粉末の製造方
法及びその装置によれば、高純度の金属微粉末を効率良
く容易に製造することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は、本発明の一実施例の金属微
粉末の製造装置の構成を示す説明図、第４図（Ａ）は、
冷間ルツボの説明図、第４図（Ｂ）は、金属材料の保持
容器の説明図、第５図（Ａ）。 （Ｂ）は、溶融金属を共振器に流下させる従来の金属微
粒子製造技術を示す説明図、第６図は、共振器を溶融金
属に浸、漬する従来の金属微粒子製造技術を示す説明図
である。 １・・・超音波発生装置、２・・・加圧手段、１０・・
・保持容器、１１・・・ヒーター　１２・・・金属融液
、１３・・・チャンバー　１４・・・高周波電源、１５
・・・振動子、１６・・・振幅拡大器、１７・・・共振
器、１８・・・放射方向変換器、１９・・・冷却ガス供
給装置、２０・・・圧力検出器、２１・・・圧力調整弁
、２２・・・圧縮機、２３・・・回収器、２４・・・微
小液滴、２５・・・熱交換器、２５ａ・・・冷媒流入口
、２５ｂ・・・冷媒流出口、２６・・・導管。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料を溶融させて金属融液を作る工程と、該
   金属融液の表面に超音波を集束させて該金属融液を微小
   液滴に霧化させる工程と、該微小液滴を冷却ガスを用い
   て冷却凝固させる工程とを具備することを特徴とする金
   属微粉末の製造方法。
2. （２）金属融液の表面に超音波を集束させて金属融液を
   微小液滴に霧化させる工程が加圧状態で行われる請求項
   １記載の金属微粉末の製造方法。
3. （３）微小液滴を冷却凝固させた後の冷却ガスを回収し
   、該冷却ガスを所定温度に降温してから冷却ガスに付加
   する工程が、微小液滴を冷却ガスを用いて冷却凝固させ
   る工程の後に設けられている請求項１記載の金属微粉末
   の製造方法。
4. （４）金属材料を保持する保持体と、該保持体に隣設さ
   れ前記金属材料を加熱して金属融液を作る加熱手段と、
   所定の超音波を発生する超音波発生手段と、該超音波発
   生手段と前記保持体間に設けられ前記超音波を前記金属
   融液の表面に集束させて該金属融液を微小液滴に霧化さ
   せる集束手段と、該微小液滴を冷却凝固させる冷却ガス
   を供給する冷却ガス供給手段とを具備することを特徴と
   する金属微粉末の製造装置。
5. （５）金属融液に接する雰囲気ガスの圧力を所定の加圧
   状態に保つ加圧手段が設けられている請求項４記載の金
   属微粉末の製造装置。
6. （６）微小液滴を冷却凝固させた後の冷却ガスを所定温
   度に降温してから冷却ガス供給手段に付加する冷却ガス
   降温手段を具備する請求項４記載の金属微粉末の製造装
   置。