JPH0461927A

JPH0461927A - 粉末製造装置および粉末製造方法

Info

Publication number: JPH0461927A
Application number: JP16920790A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kimura; 敏郎木村; Takeshi Negishi; 健根岸
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1992-02-27
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2808836B2

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、各種金属および非金属材料の粉末を製造する
ｆコめの粉末製造装置および粉末製造方法に係わり、特
に、粉末の粒径を微細化するための改良に関する。

「従来の技術」この種の粉末製造方法としては、遠心噴霧法が周知であ
る。この遠心噴霧法は、粉末化すべき材料の融液を遠心
力で飛散させ粉末化させる方法の総称であり、以下の各
法に大別される。

高速回転されるディスク上に融液を滴らせてディスクの
外周縁から不活性ガス中に飛散させる回転ディスク法。

ｉｉ、材料を回転軸に固定するとともに、この材料と対
向させて電極を配置し、材料と電極との間に放電させて
材料を加熱し、材料の先端外周から融液を不活性ガス中
に飛散させる回転電極法。加熱方法としては、他にプラ
ズマや電子ビーム等を用いる場合もある。

ｉｉｉ　、回転軸の先端に水冷されるるつぼを設け、こ
のるつぼで消耗電極（材料）から生じた融液を受け、る
つぼの外周から融液を不活性ガス中に飛散させる回転る
つぼ法。

また、Ｓｎ等の低融点金属に対しては、ピエゾ素子な゛
どにより超音波振動されるホーン上に金属溶湯を滴下し
、定常波の波頭から飛沫を生じさせて粉末化する超音波
噴霧法も開発されている。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上記の回転ディスク法では、得られる粉末を
微細化するためにはディスクの回転数を高めなければな
らないが、この回転数をある程度以上に上げると、ディ
スクの熱変形等により回転バランスが悪化しやすくなり
、激しい振動を生じる危険がある。そのため回転数には
上限があり、この上限によって製造可能な粉末の最小粒
径が制限される問題があった。

また、ディスクの回転数を高めると、それに応じて飛沫
の初速度が大きくなるため、飛行中に飛沫を十分冷却さ
せるために必要な捕集客器の寸法が大きくなり、装置が
大形化する問題もあった。

これらの問題は前記回転電極法についてもいえることで
ある。

一方、超音波噴霧法では、一般に発振子の出力が小さい
ため、単位時間に処理できる融液量が小さく生産性が悪
いうえ、ホーンの温度を材料の融点以上に上げなければ
ならないので、前述したＳｎなど低融点材料の粉末製造
にしか用いることができなかった。

［課題を解決するための手段」本発明は上記課題を解決するためになされｔこもので、
まず本発明の粉末製造装置は、軸受機構により回転自在
かつ軸方向変位可能に支持された回転軸と、この回転軸
を軸方向変位可能に回転させる回転駆動機構と、前記回
転軸を軸方向に振動させる加振機構と、前記回転軸の一
端に同軸に固定された回転振動体と、この回転振動体の
表面に粉末化すべき材料の融液を供給する融液供給手段
と、回転振動体から飛散する粉末を捕集する捕集客器と
を具備したことを特徴とする。

また、本発明の粉末製造方法は、回転軸の一端に固定さ
れた回転振動体を回転するとともに軸方向に振動させ、
この回転振動体の表面に粉末化すべき材料の融液を供給
し、この融液を遠心力および振動力により回転振動体か
ら微小飛沫として飛散させ、粉末化することを特徴とす
る。

「作用」この粉末製造装置および粉末製造方法では、回転振動体
を回転し軸方向に振動させながら、その表面に融液を供
給するため、この融液が遠心力により回転振動体の外周
縁に流れたうえ、この外周縁で振動により融液が波立ち
、その波頭から飛沫が生じて遠心力で放射状に飛散する
。この時、外周縁に形成される波形は、遠心力による波
形と加振力による波形の合成波形となり、作用力は合ベ
クトルとなる。このように、互いに直交する方向に働く
加振力と遠心力によって微小飛沫を融液から発生させる
ので、遠心力のみによって飛沫を振り切る従来法に比し
て、同じ回転速度でも遥かに粒径の小さい粉末を製造す
ることができる。

また、粒径の小さい粉末を製造する場合にも回転速度が
比較的小さくて済むから、回転振動体の熱変形等による
回転バランスの悪化が生じにくく、振動発生の危険性か
低減できる。

加振力のみにより粉末を製造する場合、飛散する粉末の
初速度は数十〜数百ｃｍ１５のオーダーであり、飛散時
の滞空時間が長いため冷却に必要な飛程は小さく、容器
は小さくすることができるが冷却速度は小さくなる。こ
れに対し、本発明の装置および方法では、遠心力と加振
力により生成する粉末が、遠心力によって決定される数
十〜数百ｘ／ｓの大きな初速度を持つ。微細な粉末が高
速で飛散すると初期冷却速度（凝固速度）が大きくなる
とともに抗力係数が大きくなる゛ため、減速も大きく、
その冷却に要する空間を小さくすることができ、装置の
小形化が図れる。

また、この結果、得られる粉末は１０’〜１０’”Ｃ／
　ｓの急冷を受けて微細な下部組織を有するようになり
、溶質原子の固溶度が大きくなるという利点を有する。

「実施例」第１図および第２図は、本発明に係わる粉末製造装置の
一実施例を示す縦断面図および■−■線視線面断面図る
。

図中符号ｌは垂直に配置された回転軸で、この回転軸に
は中央に回転駆動機構２が設けられるとともに、その上
下にそれぞれ磁気浮上式軸受機構３が設けられ、さらに
その上方には加振機構４が設けられている。

回転駆動機構２は通常のモータと同様で、回転軸１に固
定されたロータ５と、このロータ５の外周面から間隔を
空けて配置された複数の電磁石６とから構成され、これ
ら電磁石６は図示しない駆動回路にそれぞれ接続されて
いる。

一方、磁気浮上式軸受機構３は、回転軸１に同軸に固定
された強磁性体製のロータ７と、第２図に示すようにロ
ータ７の外周面に向は等間隔を空けて周方向９０°毎に
配置された４個の電磁石８とから構成され、互いに１８
０°隔てた電磁石８同士は対をなし、これら各対はそれ
ぞれ独立した径方向制御回路９に接続されている。

回転軸ｌの両端部にはまた、回転軸ｌの外周面に向は等
間隔を空けて、各電磁石８と軸方向に合致しｒこ箇所に
それぞれ４個づつ径方向センサ１０が配置されている。

これらのうち互いに１８０゜隔てた対をなすセンサ１０
は、それぞれ対応する電磁石８が接続された径方向制御
回路９に接続されている。モして各径方向制御回路９は
、前記−対の径方向センサｌＯが検出した回転軸ｌの径
方向の偏差に応じ、対応する対をなす電磁石８への通電
量を増減し、その電磁力により回転軸ｌを吸引し、回転
軸１の軸線位置を常に一定に保つ構成とされている。

加振機構４は、回転軸Ｉに固定された円板状の駆動プレ
ート１１と、この駆動プレート１１の両面に対向して配
置された一対の電磁石１２Ａ、１２Ｂとから構成され、
これら電磁石１２Ａ、１２Ｂは軸方向駆動回路１３に接
続されている。

また、回転軸ｌには駆動プレート１１の近傍に円板状の
基準プレート１４が固定されるとともに、この基準プレ
ート１４の下面と対向して軸方向センサ１５が設けられ
、前記軸方向駆動回路Ｉ３に接続されている。

この軸方向駆動回路Ｉ３は、軸方向センサ１５の出力信
号を、後述する加振周期より長い単位時間で平均化しく
単に時間的分解能を低下させるだすでもよい）、この平
均値が予め設定された基準値より大なら下側の電磁石１
２Ｂへの通電量を増し、逆であれば上側の電磁石１２Ａ
への通電量を増すことにより、駆動プレート１１の振幅
の中心を定位置に保つ。

軸方向駆動回路１３にはまた、発信周波数を無段階変更
できる高周波発生器１６が接続されており、この高周波
発生器１６からの高周波電流により、前述した各電磁石
１２Ａ、１２Ｂへの電流が互いに逆位相に変調され、前
記高周波電流と同期して駆動プレート１１が上下に振動
する構成となっている。また振幅は、高周波発生器１６
の出力電流を増減して調整できるようになっている。

一方、回転軸ｌの上端部には、これを覆う開閉可能な捕
集容器１９か設けられ、さらに回転軸１の上端にはＭＯ
等の耐熱材または水冷銅で成形された平面視円板形をな
す傘状のホーン（回転振動体）１７が同軸に固定されて
いる。このホーン１７の形状や寸法は、粉末化すべき材
質、ホーン１７の振動数および回転数に応じて、ホーン
１７の外周縁の振幅が回転軸ｌの軸方向振幅よりも大に
なるように振幅増幅効果を考慮して決定される。

ただし、本発明ではホーン１７の振幅および加振周波数
を従来の超音波噴霧法はどには大きくしなくてよいので
、ホーン１７の耐熱性・耐久性を従来の超音波噴霧装置
よりも高めることができ、高融点金属等の粉末製造にも
適用可能である。

また捕集容器１９内には、ホーン１７と対向して融液ノ
ズル（融液供給手段）１８が配置されている。この融液
ノズル１８は、バルブを介して加熱溶融炉（共に図示略
）に接続されており、この溶融炉内で溶かされた粉末化
すべき材料の融液をホーン１７の中央部に一定流量で滴
下あるいは吹き付ける構成となっている。

さらに捕集客器１９には、不活性ガスの導入口および導
出口（共に図示路）が設けられ、図示しない不活性ガス
供給器から窒素ガスやＡｒガス等が捕集客器１９内に導
入される。

次に、上記構成からなる装置を用いた粉末製造方法を説
明する。

まず、加熱溶融炉に通電して粉末化すべき材料を溶融し
、捕集客器１９に不活性ガスを導入する。

次いで、回転駆動機構２を作動して回転軸１を回転させ
、所定の回転速度に達したらバルブを開き、加熱溶融炉
内の融液を融液ノズル１８からホーン１７に連続した細
流として吹き付ける。

すると、ホーン１７と接触した融液は高速回転するホー
ン１７の外周縁に移動するとともに、外周縁で超音波振
動により波立ち、その波頭から微細な飛沫が生じる。こ
の飛沫は遠心力により放射状に飛散し、不活性ガスとの
接触によって冷却されて球状の固体粒子となり、捕集客
器１９の内面に衝突して落下し、捕集客器１９内に堆積
する。

なお、好ましい粉末化条件は、材料の種類、ホーン１７
の寸法や形状、希望する粉末粒径等によって変わるが、
例えばＴｉ合金の場合には、以下の範囲で平均粒径１０
０μ肩以下の粉末製造か可能である。

回転数：　６０００〜１５０００　ｒｐｍ振動数：　　
ｔｏｏｏ〜２００００Ｈｚ振幅：５〜５０μｌなお、上記実施例では磁気浮上式軸受３を使用してい１
こが、回転軸を軸方向変位可能に支持できれば他の軸受
機構も使用可能であり、例えば、エアベアリング、オイ
ルベアリング、水圧ベアリング等に変更可能である。

また、第３図ないし第６図に示すように、回転振動体お
よび融液供給手段を変更してもよい。

第３図は、回転振動体を円板状のディスク２１とし、融
液ノズル１−８によってその外周部に偏心して融液を供
給する例である。本発明ではあまり大きな振幅がなくと
も十分に微細な飛沫を形成することができるので、必ず
しもホーン１７を使用する必要はない。また、このよう
に偏心した位置に融液を供給すると、飛沫の放射方向を
接線方向に絞ることができる。

第４図は回転振動体をるつぼ２２とし、この内部に融液
ノズル１８から融液を供給する例である。

この場合、るつぼ２２を粉末化すべき材料で成形してお
き、融液ノズル１８から供給される融液により徐々にる
つぼ２２を溶解しつつ粉末化してもよいし、るつぼ２２
の内部に冷却手段を設けることにより、るつぼ２２の内
面に粉末化すべき材料の固化壁（スカル）を形成し、る
つぼ２２から融液への不純物混入を防ぎつつ粉末製造を
行なってもよい。

第５図はディスク２１と対向して粉末化すべき材料から
なる電極２３を配置するとともに、この電極２３をディ
スク２１に向けて送る送り機構を設け、両者の間で放電
して電極２３を徐々に溶解させ、生じた融液をディスク
２１に滴下し粉末化する構成である。この場合さらに、
ディスク２１を粉末化すべき材料で成形しておいてもよ
い。

第６図は、粉末化すべき材料２３を送り機構でディスク
に向けて送りつつ、その下端にプラズマや電子線を照射
して溶解さ仕、生じた融液をディスク２１に滴下する構
成である。

なお本発明は、金属に限らずＴｉＡ１等の金属間化合物
にも使用可能であるし、装置各部の構成は必要に応じて
適宜変更してよい。

「実験例」一般的な回転ディスク法によるＴｉ合金の粉末製造方法
では、１００１１１φの水冷銅製ディスクを１５００　
Ｏｒｐｍて回転し、平均１００μ屑の粉末を得ていた。

これに対し、第１図の構成の装置（ただし、ホーンは使
用しない）を実際に組み立てて、前記と同寸法・同材質
のディスクを同速で回転しつつ振動数２０ｋＨ２１振幅
ｌＯμｌで振動させたところ、従来法と変わらない生産
速度で粉末が得られた。

この場合、ディスクの周縁部における振幅増幅が大きい
ため、加振の効果が大きい。また、この粉末の粒径を測
定した結果、平均３４μｌだった。

「発明の効果」以上説明したように、本発明の粉末製造装置および粉末
製造方法では、回転振動体を回転し軸方向に振動させな
がら、その表面に融液を供給するため、この融液が遠心
力により回転振動体の外周縁に流れたうえ、この外周縁
で振動により融液か波立ち、その波頭から飛沫か生じて
遠心力で放射状に飛散する。このように、互いに直交す
る方向に働く加振力と遠心力によって微小飛沫を融液か
ら発生させるので、遠心力のみによって飛沫を振り切る
従来法に比して、同じ回転速度でも遥かに粒径の小さい
粉末を製造することができる。

また、粒径の小さい粉末を製造する場合にも回転速度が
比較的小さくて済むから、回転振動体の熱変形等による
回転バランスの悪化が生じにくく、振動発生の危険性が
低減できる。

さらに、回転数が低くてよい分、飛沫の初速度を低下で
きるので、その冷却に要する空間を小さくすることがで
き、装置の小形化が図れるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明に係わる粉末製造装置の
一実施例の縦断面図および■−■線視線面断面図る。また、第３図ないし第６図は、本発明の他の実施例にお
ける融液供給手段を示す正面図である。ｌ・・回転軸、２・回転駆動機構、３・・磁気浮上式軸
受機構、４・加振機構、９・・径方向制御回路、ＩＯ・
径方向センサ、１１・・駆動プレート、１２Ａ、１２Ｂ
−電磁石、１３・・軸方向駆動回路、１４・・・基準プ
レート、１５・・・軸方向センサ、１６高周波発生器、
１７・・・ホーン（回転振動体）、１８・・・融液ノズ
ル（融液供給手段）、１９・・捕集容器、２１・・・デ
ィスク（回転振動体）、２２・・・るつぼ（回転振動体
）、２３・・粉末化すべき材料、２４・・・加熱手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸受機構により回転自在かつ軸方向変位可能に支
持された回転軸と、この回転軸を軸方向変位可能に回転
させる回転駆動機構と、前記回転軸を軸方向に振動させ
る加振機構と、前記回転軸の一端に同軸に固定された回
転振動体と、この回転振動体の表面に粉末化すべき材料
の融液を供給する融液供給手段と、回転振動体から飛散
する粉末を捕集する捕集容器とを具備したことを特徴と
する粉末製造装置。
（２）回転軸の一端に固定された回転振動体を回転する
とともに軸方向に振動させ、この回転振動体の表面に粉
末化すべき材料の融液を供給し、この融液を遠心力およ
び振動力により回転振動体から微小飛沫として飛散させ
、粉末化することを特徴とする粉末製造方法。