JPH01208407A - 金属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］ 本発明は流下する溶融金属に強力な空中音波を放射して
、これを霧化、冷却して金属粉末を製造する方法ならび
に装置である。

［従来の技術］ 超音波振動を用いて金属粉末を製造する方法として、例
えば特開昭５８−１１０６０４または特開昭６１−２９
５３０６がある。これらの従来技術について、添付の図
面を参照しながら従来技術について説明する。第３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
冷却されて金属粉末が製造される。第４図は溶融金属６
２に共振器６１を浸漬させるもので、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５５から導入される冷却
ガスにより冷却され、金属粉末が製造される。

［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、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、高純度の金属粉末が得られない
。

■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
製造される金属粉末粒子のバラツキとなるが、前記膜厚
の制御が困難である。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、溶融金属と共振器を接触せず、溶融金属を微粒化する
ための良好な振動特性をもつ超音波が得られ、バラツキ
の少ない粒径分布をもつ金属粉末の製造方法及びその装
置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段、及び作用コこの発明によ
る金属粉末の製造方法は、基本的に次のような考えによ
るもので、共振器と溶融金属を非接触とし、この共振器
の振動により雰囲気ガスを振動させ、共振器からの音波
を集束させて強力な気中音場、好ましくは音圧レベルで
１７０ｄＢ以上の音場を形成し、ここに流下した溶融金
属の界面にキャピラリー波を発生させると前記溶融金属
は表面張力に打ち勝って霧化され、金属粉末が製造され
るというものである。

すなわち、請求項１による金属粉末の製造法は、不活性
雰囲気で圧力の調整されたチャンバー内に溶融金属を流
下し、これに超音波共振器から放射される超音波を、放
射方向変換器により流下される前記溶融金属に集束させ
てこれを霧化し、霧化された液滴を前記チャンバー内に
供給される冷却ガスにより冷却して凝固させることを特
徴とする金属粉末の製造法。

請求項２による金属粉末の製造装置は、前記請求項１の
方法を実施するためのもので、溶融金属を保持し、その
温度を制御する手段が設けられてある容器と、その底部
に設けれて溶融金属が流下されるノズルが開口し、不活
性雰囲気に保持されたチャンバーと、高周波電源、振動
子、共振器及び振幅拡大器を有する超音波発振器と、前
記チャンバー内に設けられ、この中に導入された超音波
の方向を変える放射方向変換器と、チャンバー内で製造
された金属粉末を回収する回収器と、前記チャンバーを
排気する排気装置と、前記チャンバーにガスを供給する
ガス供給装置とを有することを特徴とする。

［実施例］ 添付の図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。第１図は本発明に係わる金属粉末の製造装置を示
すもので、溶融金属１１が保持され、これを所定の温度
に調整することの出来る高周波コイル１２を有する容器
１３が、不活性雰囲気に保持されたチャンバー１４の上
方に設けられ、また、容器１３の底部には溶融金属１１
を前記チャンバー内に流下させるノズル１５が設けられ
ている。チャンバー１４の上方には超音波発振器２７が
設けられ、これは高周波電源１６、振動子１７、振幅拡
大器１８及びチャンバー１４内に設けられる共振器１９
と放射方向変換器２０から構成されている。また、チャ
ンバー１４に不活性ガス例えばＡｒの冷却ガスを供給す
る装置２１が設けられ、この装置は圧力検出器２２と、
これに基づく圧力調整弁２３と、前記ガスをチャンバー
１４内に流入させる圧縮機２４と、Ａｒガス貯溜槽２５
を有している。さらに、排気装置２８と製造された金属
粉末をチャンバー内のガスと分離して回収する回収器２
６が設けられてある０以上のように構成された金属粉末
の製造装置の作用について説明する。容器１３に保持さ
れた溶融金属１１は高周波コイル１２から供給されるジ
ュール熱により一定温度に保たれた状態で、チャンバー
１４内にノズル１５から流下される。前記チャンバー１
４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、前記流下された溶融金属の酸化または
その他の化学反応を防いでいる。一方、高周波電源１６
により振動される振動子１７の超音波振りを振幅拡大器
１８を通して、チャンバー１４内に設けられた共振器１
つに伝えられる。この共−振器１９は内部損失が小さく
しかも共振の先鋭度が大きく、かつ疲労強度が大きい材
料であることが必要である。これらの条件を満たす材料
として、チタン合金またはアルミ合金が好ましい、共振
器１９の振動により雰囲気ガスに音波が放射される。放
射された音波は共振器１９を取り囲むように設けられた
放射方向変換器２０により反射されて前記ノズル１５か
ら流下された溶融金属の位置３０に集束される。共振器
１９の振動方向は第１図で上下となっているが、この場
合、放射音波は上、下の放射音波の位相はお互いに逆位
相になるので、放射方向変換器２０は前記上下の放射音
波の位相が音波の集束される位置３０で同位相になるよ
うに調整する。放射音波が効率よく前記溶融金属に集束
されるために、その反射面は放物面であることが望まし
い、また、チャンバー１４内の雰囲気ガスの圧力を高め
て、開存音響インピーダンスを大きくすると、共振器１
９の発振能率がよくなり、かつ音波の伝播による減衰も
少なくなる。したがって、ガス供給装置２１に設けられ
た圧力検出器２２、圧力調整弁２３または圧縮機２４に
よりチャンバー１４内の圧力を高圧にすることが望才し
い０以上のように、共振器からの音波を集束させて強力
な気中音場を形成し、こ、こに流下した溶融金属の界面
にキャピラリー波を発生させると、前記溶融金属は表面
張力に打ち勝って霧化されて微小粒子２９となり、これ
が雰囲気ガスによって冷却、凝固されて金属粉末となる
。この金属粉末は回収器２６により雰囲気ガスと分離さ
れて回収される。なお、前記冷却ガスの流量は製造され
る金属粉末の種類またはその製造量によって変える必要
がある。

第２図は超音波発振器２７及び放射方向変換器２０を２
組使用した場合の実施例を示す水平断面図で、簡明のた
め、超音波発振器２７の付近のみ示しである。このほか
の部分については第１図と同様である。第１の超音波発
振器２７ａと、第２の高周波発振器２７ｂはチャンバー
１４を挟んでその両側の側方に配置され、それぞれチャ
ンバー１４内で発生された音波は同じ位置３０に集束さ
れる。こうすることにより、超音波発振器が１個の場合
に対して、より強力な気中音場が収束位置３０に形成さ
れ、溶融金属の霧化効率が向上される。

さらに、チャンバー１４の側方に設けた前記２組または
１組の高周波発振器を上下方向に多段に設け、流下され
る溶融金属が気中音場に照射される時間を長くして霧化
効率をさらに高めることも可能である。

次に上記実施例による具体的な数値を挙げる。

第２図に示した２組の高周波発振器を用いる金属粉末の
製造装置により、チャンバー１４内の圧力を絶対圧力で
３　ｋｇ／ａｍ２とし、周波数２０ｋＨｚ　、片振幅約
１６μｍでチタン合金製の共振器を振動させ、溶融金属
表面で１７９ｄＢの強力気中超音波が得られた。ここで
製造されたアルミ合金粉末は、粒径１２〜２８μｍ、平
均粒径２２μｍの球状粒子で、表面の酸化または不純物
の混入は全く認められず、極めて純度の高いものであっ
た。なお、このときの金属粉末製造量は約１５００ｇ／
Ｈｒであった。

また、別の実施例で上記の２組の高周波発振器が上下２
段に設けられている金属粉末の製造装置により、チャン
バー１４内の圧力を絶対圧力で３　ｋｇ／ｃｍ２とし、
周波数２０ｋ）（ｚ　、片振幅約１６μｍでチタン合金
製の共振器を振動させ流下された溶融金属表面で上記と
同様１７９ｄＢの強力気中超音波が得られた。この実施
例では高周波発振器が上下２段に設けられているので、
流下された溶融金属表面には前後２回、前記強力気中超
音波が照射されることになる。ここで製造されたアルミ
合金粉末は、粒径１２〜２８μ重、平均粒径２２μｍの
球状粒子で、表面の酸化または不純物の混入は全く認め
られず、極めて純度の高いものであった。なお、このと
きの金属粉末製造量は約２２００ｇ／Ｈｒで、高周波発
振器を２段に設けた効果が表れている。

なお、これらの実施例に適用される金属は、共振器が直
接溶融金属に接触しないので、比較的低融点の金属例え
ば、Ｐｂ、　Ｍｇ、　Ｓｎ、　Ｚｎ等に限らず、比較的
高融点の金属例えば、Ｃｕ、　Ａｇ、　Ａｕに至るまで
高範囲にわたっている。

［発明の効果コ 本発明によれば、不活性雰囲気で圧力の調整されたチャ
ンバー内に超音波を収束させて、強力気中超音波を得、
ここに溶融金属を流下させるので、溶融金属と共振器が
直接接触せず、溶融金属を微粒化するための良好な振動
特性をもつ超音波が得られ、バラツキの少ない粒径分布
をもつ金属粉末を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる金属粉末の製造装置の垂直断面
図、第２図は第１図において２個設けた高周波発振器の
水平断面図、第３（ａ）図、第３（ｂ）図及び第４図は
それぞれ別の従来技術の説明図である。 １１・・・溶融金属、１２・・・高周波コイル、１３・
・・容器、１４・・・チャンバー、１５・・・ノズル、
１６・・・高周波電源、１７・・・振動子、１８・・・
振幅拡大器、１９・・・共振器、２０・・・放射方向変
換器、 ２１・・・Ａｒ冷却ガスの供給装置、 ２２・・・圧力検出器、２３・・・圧力調整弁、２４・
・・圧縮機、２５・・・Ａｒガス貯溜槽、２６・・・回
収器、２７・・・超音波発振器、２９・・・微小粒子、
３０・・・超音波の収束位置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末の製造法において、不活性雰囲気で圧力
   の調整されたチャンバー内に溶融金属を流下し、これに
   超音波共振器から放射される超音波を、放射方向変換器
   により流下される前記溶融金属に集束させてこれを霧化
   し、霧化された液滴を前記チャンバー内に供給される冷
   却ガスにより冷却して凝固させることを特徴とする金属
   粉末の製造方法。
2. （２）溶融金属を保持し、その温度を制御する手段が設
   けられてある容器と、この底部に設けられて溶融金属が
   流下されるノズルが開口し、不活性雰囲気に保持された
   チャンバーと、高周波電源、振動子、共振器、振幅拡大
   器及び超音波の方向を変える放射方向変換器とを有する
   １組または複数組の超音波発振器と、チャンバー内で製
   造された金属粉末を回収する回収器と、前記チャンバー
   を排気する排気装置と、前記チャンバーにガスを供給す
   るガス供給装置と、を有することを特徴とする金属粉末
   の製造装置。