JPH0250963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ケース内において、上下の電極間で
の放電により溶融させた金属を下方の電極上に保
持させ、非酸化性ガスを前記ケース内に供給し、
溶融金属からの溶解ガス放出に伴つて溶融金属を
微粒子化し、その金属微粒子をガス輸送によつて
回収する金属微粒子製造法、並びに、その製造法
に使用する装置に関する。上記製造法及び製造装
置は、各種金属の粒径が50μ以下の微粒子又は1μ
以下の超微粒子を製造するためのものであり、そ
のような金属微粒子、殊に金属超微粒子は、磁気
的、光学的、電気的及び熱電導的等の各種特性、
さらには反応性や焼結性等において、通常の金属
塊とは全く異る優れた性質を示し、粉末治金、磁
性、触媒、耐熱、極低温、溶接及び医療等の多様
な分野において優れた材料として利用でき、近年
各方面で注目されている。

しかしながら、従来、連続的にかつ安定して大
量に金属微粒子を製造できる方法及び装置が無
く、工業的規模でかつ採算の合う状態で金属微粒
子を製造できる実用的方法及び装置の開発が強く
要望されている実情にある。

さらに詳述すると、従来のアーク式金属微粒子
製造の方法及び装置は、第３図に示すように、電
源装置３に接続された電極２ａ，２ｂ間でのアー
ク放電によつて金属４を溶融させると共に、ボン
ベ１９ａからの不活性ガス及びボンベ１９ｂから
の水素をケース１内に封入して、溶融金属４をそ
れに溶け込んだ過飽和な水素の放出に伴つて微粒
子化させ、ガスによつて送られてくる金属微粒子
を捕集器８で回収するバツチ方式であり、溶融金
属４の泡立ちや減量に伴つて上方の電極２ａと溶
融金属４との距離が変化し、放電が不安定になる
と共に、大量処理ができない欠点があつた。

本第１発明の目的は、上記実情に鑑みて、金属
微粒子を連続的にかつ大量に、さらには安定して
製造できる方法を提供することにある。

本第１発明による製造法の特徴手段は、非酸化
性ガスを供給するように、かつ、溶融ガス放出に
伴つて微粒子化した溶融金属をガス輸送で回収す
るように構成したケース内において、下方の放電
用電極上の溶融金属保持位置に原料金属を補給す
ると共に、上下の放電用電極間の電圧値又は電流
値を測定して、その測定値を設定範囲内に維持す
るように、上下電極の間隔変更及び原料金属の補
給量変更の少くとも一方を行い、さらに、前記ケ
ース内に供給される非酸化性ガスを、前記両電極
間の位置に対して横側方から噴出させて、金属微
粒子を両電極間位置から離れた側方へ飛散させる
ようにしたことにあり、その作用効果は次の通り
である。

つまり、原料金属の補給によつて、溶融金属の
微粒子化及び金属微粒子の回収を、長時間にわた
つて連続して行えるようになつた。

その上、放電用電極間の電圧測定値又は電流測
定値を設定範囲内に維持するように、電極間隔や
原料金属補給量を変更するから、溶解ガス放出に
伴う溶融金属の緩やかな泡立ち、あるいは、原料
金属補給量と溶融金属微粒子化量のアンバランス
等が生じても、放電状態の大巾な変化を十分に抑
制でき、良好な金属溶融及び溶融金属微粒子化を
安定して継続できる。

その上、上方の電極と溶融金属の距離がほぼ一
定に保たれ、それらが接近しすぎることによる上
方の電極の消耗も効果的に抑制でき、殊に、高価
なタングステン電極を利用する場合に、経済的に
有利である。

さらにまた、両電極間で微粒子化された溶融金
属は、横側方から供給される非酸化性ガスによつ
て直ちに電極近く位置から離されるため、電極間
位置で次々と生成される金属微粒子相互の結合・
付着を免がれ、その結合・付着による生成粒子の
粒径のバラツキを生じることも効果的に防止でき
る。

要約すれば、近年多くの産業分野で有用材料と
して注目されている極めて粒径の小さい金属微粒
子を、連続的にかつ処理能力が飛躍的に増大した
状態で、さらに安定して製造できる実用的価値の
顕著な製造法を提供できるに至つたのである。

本第２発明の目的は、上述の有用な本第１発明
の製造法を自動的に実施でき、しかも、原料金属
補給及び放電安定定化のための構成を簡略化でき
る装置を提供する点にある。

本第２発明の特徴構成は、上下一対の放電用電
極をケース内で相対向させて設け、下方の電極の
上端面に溶融金属保持部を形成し、前記保持部の
溶融金属からの溶解ガス放出により生成される金
属微粒子をガス輸送する回収路を前記ケースに接
続した金属微粒子製造装置であつて、前記保持部
にワイヤー状原料金属を自動補給する装置を設
け、前記両電極間の電圧測定値又は電流測定値を
設定範囲内に維持するように、前記自動補給装置
の補給量調節及び前記両電極の間隔変更の少くと
も一方を自動的に行う制御器を設け、さらに、前
記両電極間の横側方位置に、その両電極間位置に
向けて非酸化性ガスを噴出する供給路を設けてあ
ることにあり、その作用効果は次の通りである。

つまり、下方の電極を原料金属棒として、制御
器及び駆動装置により、原料金属棒の上端に生成
する溶融金属と上方の電極との間隔をほぼ一定に
維持させるのである。

したがつて、原料金属の補給による金属微粒子
の連続製造を自動的に行え、かつ、放電距離安定
化による良好な金属微粒子製造及び上方電極の消
耗抑制を確実に行えるようになつた。

その上、原料金属補給と放電距離安定化を１個
の制御器及び駆動装置によつて行えるから、装置
構成を簡単にでき、全体として、性能面、コスト
面、補修面等のいずれにおいても優れた金属微粒
子製造装置を提供できるようになつた。

さらにまた、両電極間で発生した金属微粒子
を、横側位置の供給路から噴出する非酸化性ガス
で直ちに電極近く位置から離反させ、後から生成
される金属微粒子との相互の結合・付着を効果的
に防止して、粒径のバラツキの少ない金属微粒子
を得やすい装置を提供できる。

本第３発明の目的は、前述の有用な本第１発明
の製造法を自動的に実施でき、殊に、極めて大量
の金属微粒子を連続製造するに好適な装置を提供
する点にある。

本第３発明の特徴構成は、上下一対の放電用電
極をケース内で相対向させて設け、下方の電極の
上端面に溶融金属保持部を形成し、前記保持部の
溶融金属からの溶解ガス放出により生成される金
属微粒子をガス輸送する回収路を前記ケースに接
続した金属微粒子製造装置であつて、前記保持部
にワイヤー状原料金属を自動補給する装置を設
け、前記両電極間の電圧測定値又は電流測定値を
設定範囲内に維持するように、前記自動補給装置
の補給量調節及び前記両電極の間隔変更の少くと
も一方を自動的に行う制御器を設け、さらに、前
記両電極間の横側方位置に、その両電極間位置に
向けて非酸化性ガスを噴出する供給路を設けてあ
ることにあり、その作用効果は次の通りである。

つまり、自動補給装置による原料金属補給によ
り、金属微粒子の連続製造を自動的に行え、ま
た、制御器による原料金属補給量調節や電極間隔
変更によつて、放電距離を確実に安定化できる。
さらに、非酸化性ガスの吹き出しによつて、先に
生成された微粒子との後から生成された微粒子と
の、相互の結合・付着による粒径のバラツキ発生
を効果的に防止し易い。したがつて、良好な金属
微粒子製造を連続してかつ安定して、さらには自
動的に行えると共に、上方の電極の消耗を十分に
抑制できる。

その上、補給される原料金属をワイヤー状にす
ることによつて、極めて大量の原料金属を継続し
て補給することが実際面で可能となり、金属微粒
子の大量製造に好適な装置を提供できた。

次に、本第１発明及び本第２発明の実施例を第
１図により説明する。

水冷ジヤケツト１ａを有するケース１内におい
て、上方の放電用電極２ａと原料金属棒から成る
下方の放電用電極２ｂとを相対向させ、電源装置
３により両電極２ａ，２ｂ間でアーク放電させ
て、下方の電極２ｂの上端面に、その電極２ｂの
溶融により生成した溶融金属４を保持させる。給
気装置５に接続した複数の供給路６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄからケース１内に、水素を含む非酸化性
ガスを供給し、下方の電極２ｂに保持された溶融
金属４に水素を溶解させ、溶融金属４をそれらの
溶解水素放出に伴つて微粒子化し、金属微粒子
を、ガス輸送によつて回収路７から固気分離器８
に送つて回収する。

このとき、前記供給路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
のうち、両電極２ａ，２ｂの横側方に位置する供
給路６ｃは、両電極２ａ，２ｂ間で微粒子化され
た溶融金属を、電極２ａ，２ｂ間位置から直ちに
離反させるように、非酸化性ガスを横側方から噴
出するように構成してある。

下方の電極２ｂをケース１に対して上下摺動自
在に貫通させると共に、正逆転自在な電動モータ
９により上下動されるラツク１０に下方の電極２
ｂを連動させ、両電極２ａ，２ｂ間の電圧又は電
流を測定して、その測定値を設定範囲内に維持す
るようにモータ９を自動操作する制御器１１を設
け、もつて、金属微粒子化に伴う溶融金属４量の
減少が両電極２ａ，２ｂ間の電圧又は電流変化と
して検出されると、前記制御器１１の働きで下方
の電極２ｂを自動的に上昇させて、溶融金属保持
位置に原料金属を補給し、溶融金属４の泡立ち等
により上方の電極２ａと溶融金属４の間隔が変化
すれば、下方の電極２ｂを自動的に昇降させて、
放電状態を安定させる。

下方の電極２ｂを水冷式等の冷却ジヤケツト１
２で囲んで、溶融金属４の保持部を形成し、ま
た、回収路７の入口側に設けた水冷式等の冷却ジ
ヤケツト１３によつて、ガス輸送される金属微粒
子のケース１等への付着を防止する。

次に、本第１発明の別実施例及び本第３発明の
実施例を第２図により説明する。

水冷ジヤケツト１ａを有するケース１内におい
て、上方の放電用電極２ａと下方の放電用電極２
ｂとを相対向させ、下方の電極２ｂの上端面に凹
入形成した保持部に、リール１４からのワイヤー
状原料金属１５を自動補給装置１６によつて供給
すると共に、電源装置３により両電極２ａ，２ｂ
間でアーク放電させて、保持部に溶融金属４を保
持させる。給気装置５に接続した供給路６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄからケース１内に、水素を含む非
酸化性ガスを供給し、下方の電極２ｂに保持され
た溶融金属４に水素を溶解させ、溶融金属４をそ
れからの溶解水素放出に伴つて微粒子化し、金属
微粒子を、ガス輸送によつて回収路７から固気分
離器８に炭つて回収する。

両電極２ａ，２ｂ間の電圧又は電流を測定し
て、その測定値を設定範囲内に維持するように自
動補給装置１６を自動操作する制御器１７を設
け、もつて、金属微粒子化に伴う溶融金属４量の
減少が両電極２ａ，２ｂ間の電圧又は電流変化と
して検出されると、前記制御器１７の働きで保持
部への原料金属１５の補給量を動的に増大させ、
また溶融金属４の泡立ち等により上方の電極２ａ
と溶融金属４の間隔が変化すれば、保持部への原
料金属１５の補給量を自動的に増減させて、放電
状態を安定させる。

下方の電極２ｂを水冷式等の冷却ジヤケツト１
８で熱から保護し、また、回収路７の入口側に設
けた水冷式等の冷却ジヤケツト１３によつて、ガ
ス輸送される金属微粒子のケース１等への付着を
防止する。

次に、別の実施例を示す。

対象とする金属材料は、鉄や各種非鉄金属の純
金属、あるいは各種合金、さらには純金属や合金
中に、例えば酸素や窒素や炭素等の非金属元素あ
るいは例えば酸化物や窒化物や炭化物等の非金属
化合物を含ませたもの等、いかなる種類でもよ
い。

水素含有の非酸化性ガスは、例えば、水素ガ
ス、炭化水素ガス、アンモニアガスの一種又は複
数種と、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスの一
種又は複数種を混合したガス、あるいは、常温で
は液体又は固体であるが、対象とする金属材料の
溶融温度では気体となるものであるが、そのガス
に代えて、水素ガスを単独で用いたり、あるいは
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを単独
使用した又は混合したガス、その他各種のものか
ら適宜選択でき、要するに、金属を酸化せず、溶
融金属に溶解する非酸化性ガスであればよい。

本第１発明において、原料金属をケース１内の
溶融金属保持位置に補給するに、各種形式の補給
構成を利用でき、また、人為操作によつて補給し
てもよい。そして、両電極２ａ，２ｂ間の電圧値
又は電流値を測定するに、各種形式の測定機器を
利用でき、また、人為的に測定値の読取りを行つ
てもよい。さらに、電圧測定値又は電流測定値を
設定範囲内に維持するに、両電極２ａ，２ｂの間
隔変更及び原料金属の補給量変更の一方又は両方
を行つてもよく、また、それら変更をいかなる自
動調節構成によつてあるいは人為的に行つてもよ
い。

本第２発明において、下方の電極２ｂの上端面
に溶融金属保持部を形成するための具体構造は適
宜変更が可能であり、また、下方の電極２ｂを上
方の電極２ａに対して接近させるに、各種の電動
式や流体圧式の駆動装置９，１０を利用できる。
そして、両電極２ａ，２ｂ間の電圧値又は電流値
を測定して、その測定値を設定範囲内に維持する
ように、駆動装置９，１０を自動操作する制御器
１１は、その具体構成や制御方式、その他におい
て適宜変更が可能である。

本第３発明において、下方の電極２ｂの上端面
に溶融金属保持部を形成するための具体構造は適
宜変更が可能であり、また、保持部にワイヤー状
原料金属１５を補給する装置１６は、各種の電動
式や流体圧式のものが利用できる。そして、電圧
測定値又は電流測定値を設定範囲内に維持する
に、自動補給装置１６の補給量調節及び両電極２
ａ，２ｂの間隔変更の一方又は両方を行うように
構成してもよく、また、両電極２ａ，２ｂ間の電
圧値又は電流値を測定して、その測定値を設定範
囲内に維持するように、自動操作する制御器１７
は、その具体構成や制御方式、その他において適
宜変更が可能である。

本第２発明及び本第３発明において、非酸化性
ガスの供給路６ａないし６ｄは、前述の両電極２
ａ，２ｂ間に向けての横側方からのガス供給が可
能である限り、その設置数や配置、その他におい
て自由に変更できる。

本第１発明及び本第３発明において、両電極２
ａ，２ｂの間隔を変更するに、上方の電極２ａ
を、例えば第１図に示した下方の電極２ｂに対す
ると同様の駆動装置９，１０により移動させても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略図、第２
図は、本発明の別実施例を示す概略図である。第
３図は従来例の概略図である。 １……ケース、２ａ，２ｂ……電極、４……溶
融金属、６ａないし６ｄ……ガス供給路、７……
回収路、９，１０……駆動装置、１１……制御
器、１５……ワイヤー状原料金属、１６……自動
補給装置、１７……制御器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケース１内において、上下の電極２ａ，２ｂ
   間での放電により溶融させた金属４を下方の電極
   ２ｂ上に保持させ、非酸化性ガスを前記ケース１
   内に供給し、溶融金属４からの溶解ガス放出に伴
   つて溶融金属４を微粒子化し、その金属微粒子を
   ガス輸送によつて回収する金属微粒子製造法であ
   つて、原料金属を前記ケース１内の溶融金属保持
   位置に補給すると共に、前記両電極２ａ，２ｂ間
   の電圧値又は電流値を測定して、その測定値を設
   定範囲内に維持するように、前記両電極２ａ，２
   ｂの間隔変更及び前記原料金属の補給量変更の少
   くとも一方を行い、さらに、前記ケース１内に供
   給される非酸化性ガスを、前記両電極２ａ，２ｂ
   間の位置に対して横側方から噴出させて、金属微
   粒子を両電極２ａ，２ｂ間位置から離れた側方へ
   飛散させるようにした金属微粒子製造法。 ２ 上下一対の放電用電極２ａ，２ｂをケース１
   内で相対向させて設け、前記下方の電極２ｂの上
   端面に溶融金属保持部を形成し、前記保持部の溶
   融金属４からの溶解ガス放出により生成される金
   属微粒子をガス輸送する回収路７を前記ケース１
   に接続した金属微粒子製造装置であつて、前記下
   方の電極２ｂが、駆動装置９，１０により前記上
   方の電極２ａに対して接近自在に取付けた原料金
   属棒から成り、前記両電極２ａ，２ｂ間の電圧測
   定値又は電流測定値を設定範囲内に維持するよう
   に、前記駆動装置９，１０を自動的に操作する制
   御器１１を設け、さらに、前記両電極２ａ，２ｂ
   間の横側方位置に、その両電極２ａ，２ｂ間位置
   に向けて非酸化性ガスを噴出する供給路６ｃを設
   けてある金属微粒子製造装置。 ３ 上下一対の放電用電極２ａ，２ｂをケース１
   内で相対向させて設け、前記下方の電極２ｂの上
   端面に溶融金属保持部を形成し、前記保持部の溶
   融金属４からの溶解ガス放出により生成される金
   属微粒子をガス輸送する回収路７を前記ケース１
   に接続した金属微粒子製造装置であつて、前記保
   持部にワイヤー状原料金属１５を自動補給する装
   置１６を設け、前記両電極２ａ，２ｂ間の電圧測
   定値又は電流測定値を設定範囲内に維持するよう
   に、前記自動補給装置１６の補給量調節及び前記
   両電極２ａ，２ｂの間隔変更の少くとも一方を自
   動的に行う制御器１７を設け、さらに、前記両電
   極２ａ，２ｂ間の横側方位置に、その両電極２
   ａ，２ｂ間位置に向けて非酸化性ガスを噴出する
   供給路６ｃを設けてある金属微粒子製造装置。