JPH08134501A

JPH08134501A - 貴金属製品用焼結材料

Info

Publication number: JPH08134501A
Application number: JP6299091A
Authority: JP
Inventors: Noboru Morita; 昇森田
Original assignee: Aida Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Aida Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】強度が高く、且つ貴金属原料を水アトマイズ
法で粉末化する際に生ずる多量の分級残をも用いること
ができる貴金属製品用焼結材料を提供する。【構成】純貴金属粉、合金粉の一種以上からなる貴金
属粉末に対して、有機系結合材溶液と、酸化鉛とを添加
し、さらに酸化珪素とアルミナとのうちどちらか一方、
或いは両方を添加して粘土状にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度が高く、且つ貴金
属原料を水アトマイズ法で粉末化する際に生ずる多量の
分級残をも用いることができる貴金属製品用焼結材料に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、貴金属宝飾品、美術工芸品、
または建築用インテリア等では形状の簡易なものであれ
ばプレス成形によっているが、一般には鋳造法が最も多
用されている。中でもロストワックス鋳造法は、デザイ
ンにおける自由度が極めて大きく、しかも複雑な形状を
高い信頼性で再現することができるためにおよそ９０％
近くに活用されている。

【０００３】しかし、上記ロストワックス鋳造法は設備
投資の額も大きく、しかも工程が複雑で、各工程を熟練
するには多大な時間を要する。また、鋳型中の蝋型を焼
成によって流し出すために発生する臭気と排煙とが問題
となっている。このロストワックス鋳造法が採用されて
３０年を経過したが、今日これに勝る工法は出現してい
ない。

【０００４】これに対し、およそ２年ほど前から貴金属
粉体を原材料とする焼結法が僅かではあるが登場してき
た。卑金属粉体をメチルセルロール等のバインダー（粘
結材）と混合して焼結材料とし、この焼結材料を所望の
形状に造形して焼結する工業部品用の焼結法はさらに以
前から知られていたが、卑金属粉体を貴金属粉体に置換
して行う貴金属製品用の焼結に際しては、造形性等を考
慮してバインダー（粘結材）を５倍以上添加する必要が
あった。そのため収縮率が増大するという問題が生じ、
使用する貴金属粉体の粒度分布も充分に検討しなければ
ならなかった。本発明者の検討によると、原材料として
平均粒径が２〜５μｍ程度の貴金属粉体を用いると、比
表面積が大きくなるので、多量のバインダー（粘結材）
を添加して造形性を補う必要が生じ、このため焼結時間
は１８時間にも及ぶほど長大であり、収縮率も３０％に
も達するほどの大きなものとなる。しかもその収縮は等
方収縮であるからこの収縮を見込んで焼結材料を成形す
ることは極めて困難であった。これに対して原材料とし
て平均粒径が２０〜５０μｍ程度の貴金属粉体を用いる
と、少量のバインダー（粘結材）でも優れた造形性を有
し、収縮率も低く抑えることができるのであるが、強度
が低くなるという問題を生ずる。そこで、平均粒径１０
μｍの粉体と平均粒径３０μｍの粉体を２：１の割合で
用いることにより、バインダー（粘結材）の添加量を低
減することができ、これにより焼結時間及び収縮率を低
く（焼結時間は３０分〜３時間程度、収縮率は５〜１５
％程度）抑えることができるようになった。上記焼結法
は、前記ロストワックス法に比べて工程が簡易で、高額
の設備機器も必要とせず、ガス臭気等は殆ど少ないの
で、七宝など広く趣味の世界まで今後拡大していくであ
ろうと予想される。また、焼結法とロストワックス法と
が組み合わされた工法も本発明者は既に提案している。
さらに、この焼結法で得られる製品はポーラスであるこ
とから、例えば香料等の液体を封入して徐々に放出させ
ることも可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記焼
結法では、以下に示すような強度の問題点と分級残の問
題点とを生ずるものであった。即ち、強度の問題点と
は、前述のように平均粒径を規定した粉体を用いること
により、焼結して得られる製品がポーラスになるため、
例えば細線状の部位を備える複雑な成形形状では強度が
充分でなく、折損或いは破壊する虞があるということで
ある。また、分級残の問題点とは、貴金属粉体を得る際
には求める粉体の平均粒径に対して多量の分級残を生ず
るため、高い費用が掛かり、貴金属粉体のコストが高く
なり、それにより製品コストも高くなるということであ
る。

【０００６】一般に金属を粉体化する方法としては、湿
式法とアトマイズ法とがあり、さらにアトマイズ法は水
アトマイズ法とガスアトマイズ法とに分類される。特に
平均粒径２μｍ以下の粉体化には湿式法が広く行われて
いる。例えば金（Ａｕ）については塩化金酸をつくって
これから塩化物を還元して金粉を得る方法が一般的であ
る。これより大きい粒径の粉体化は湿式法では困難であ
るため、焼結に用いられる平均粒径５〜３０μｍの粉体
化には水アトマイズ法が適用される。尚、貴金属は表面
張力が大きいので、特に球状粒体が得られる水アトマイ
ズ法が有効である。この方式（製造から出荷まで）を簡
単に述べると、次の通りになる。高周波によって例えば銀（Ａｇ）を溶解する。溶湯を受ける取出筒にあけられ、これに数ｍｍの穴が
あって溶湯は棒状に排出される。この溶湯に、水による冷媒を高速で噴出させて（アト
マイズ）飛散させ、沈澱層に落とす。沈澱槽に落とされた粉体は、吸引乾燥の通路を経てド
ラム回転筒内に回収される。粉体は、ドラム回転筒の中で乾燥され、篩分級し、風
力分級される。分級した粉体を混合し、分析した後、出荷される。そして、求められる粉体の平均粒径に応じて前述のアト
マイズ法におけるの排出穴の径やの冷媒の噴出速度
を変更するのである。

【０００７】上述の水アトマイズ法で、平均粒径１０μ
ｍの粉体を作製する場合には、原料金属（溶解量）の５
０〜５５％しか適正な（粒径分布は０．９〜３１μｍ）
粉体を収得することができず、分級残が４０％程度、加
工損が５％ある。また、平均粒径５μｍの粉体を作製す
る場合には、原料金属の２５％程度しか収得することが
できずに多量の分級残が生ずる。したがって、粉体は極
めて高価となる。また、上記平均粒径１０μｍの適正な
粉体として得られたものの粒度分布は、０．９〜７．８
μｍが約５０％で、１１〜１６μｍは３５％、２２〜３
１μｍは１５％である。一方、分級残の平均粒径は２５
〜３０μｍ（粒度分布は１１〜１２５μｍ）となってい
る。これらの平均粒径１０μｍの適正な粉体と分級残と
を全て含めて焼結材料に用いると、平均粒径が２０μｍ
以上となって焼結温度に達してから２〜３時間の保留時
間が必要となり、しかも不均一な焼結をすると製品に少
し圧力を加えただけで曲げ強度が弱いために折損してし
まう。したがって、このような強度の問題点と分級残の
問題点とを解決することができる焼結材料が嘱望されて
いた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み提
案されたもので、純貴金属粉、合金粉の一種以上からな
る貴金属粉末に対して、有機系結合材溶液と、酸化鉛
（ＰｂＯ）とを添加し、さらに酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）と
アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）とのうちどちらか一方、或いは
両方を添加して粘土状にしたことを特徴とする貴金属製
品用焼結材料に関するものである。

【０００９】上記本発明に使用する貴金属粉末は、Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の純金属粉やこれらの元素を主成分と
する合金粉の一種以上からなり、平均粒径５〜１００μ
ｍのものを使用することが好ましい。また、その粉体化
方法も例えば前述の水アトマイズ法で粉体化したもので
も良いし、ベーパーさせた金属超微粒子の表面をトルエ
ンで被覆する方法で得られたものでも良く、特に限定す
るものではない。尚、前述のように貴金属原料を水アト
マイズ法で粉末化する際には多量の分級残が生じ、平均
粒径３０μｍの設定では２０％、平均粒径１０μｍの設
定では４０％、平均粒径５μｍの設定では７５％もの分
級残が生じる。特に多量の分級残を生じる平均粒径５μ
ｍ、平均粒径１０μｍの分級残について粒度分布を調べ
てところ、これらの分級残は平均粒径２０〜４０μｍ程
度であった。従来の方法で、これらの分級残を用いると
前述のように強度が著しく不足したり、焼結する際に長
時間保留しておく必要が生じるのであるが、本発明の貴
金属粉末としてこのような分級残を用いても特に支障を
生じない。

【００１０】また、有機系結合材は、「粉体理論と応
用」（丸善株式会社，昭和４８年８月１０日発行）の８
１９頁に記載されているように、メチルセルロース（Ｍ
Ｃ）やエチルセルロース（ＥＣ）等のセルロース誘導体
を使用することができ、特にその水溶液の濃度が５〜６
％のときに粘度７０００〜１００００センチポイズを示
す高分子量のものを使用することが好ましい。また、オ
リーブ油（オレイン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₇ ＣＨ及びリノ
ール酸のグリセリドよりなる）溶液などの油脂類やスキ
ージオイル（アクリル系溶剤＋ブチラール系樹脂）など
を使用することもできる。前記貴金属粉末と上記有機系
結合材水溶液とを混練して粘土状の混練物を作成するの
であるが、機械攪拌をすると共に大きな圧力で引き伸ば
すなどして混練した後、２４時間以上放置すると、有機
系結合材水溶液の薄膜が金属粒子の周囲にくるまるよう
に湿潤させるために、従来（約３０重量％の有機系結合
材水溶液を使用）に比べて極めて少ない量の有機系結合
材水溶液でも可塑性を付与して成形性を保有させること
ができる。特に１０％より少ない範囲で添加すると焼結
時に収縮性が少ない金属製品を得ることができるので好
ましい。

【００１１】そして、本発明者は、陶器用の釉に着目
し、その成分である酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂ ）、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、或いはアルカリ土類
金属の酸化物等を貴金属粉末に対して０．５〜５％程度
添加することにより、強度（曲げ強度）が著しく向上す
ることを見いだした。一般に焼結温度はその金属が有す
る融点の１００℃程度低い温度と言われ、銀（Ａｇ）の
場合は８００〜８５０℃で粉体の粒度形状によって十分
に焼結する。一方、酸化鉛（ＰｂＯ）８４％とシリカ
（ＳｉＯ₂ ）１６％とからなる混合物は融点が７３０℃
で、酸化鉛（ＰｂＯ）８２％とシリカ（ＳｉＯ₂ ）１５
％とをアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）３％とからなる混合物の
融点は８３０℃である。したがって、銀（Ａｇ）の粉末
にこれら低融点酸化物（ＰｂＯ，ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）を０．５〜５％添加すると、焼結温度内で焼結と溶
解とが同時進行し、貴金属粉末の粒度が広い範囲にあっ
ても十分に焼結し、且つ曲げても折損することがないも
のとなる。尚、酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）のみを貴金属粉末
に対して５％添加するようにしても高い強度を得ること
はできるが、色が灰色になるという問題を生ずる。本発
明者の知見によると、３成分中の割合は酸化鉛（Ｐｂ
Ｏ）を７０〜８５部、残部を酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、ア
ルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の何れか一方或いは両方でまかな
うようにすると、無色で、高い強度を得ることができ
る。

【００１２】以上説明したような本発明の貴金属製品用
焼結材料を用いて貴金属製品を削成するには、この粘土
状の焼結材料を任意形状の成形体に成形し、２０℃／分
以上の昇温速度で一気に焼結温度まで昇温するようにし
ても良いし、或いは５０〜４５０℃で５〜４０分程度仮
（かり）焼成し、成形体中の水分及び有機系結合材の一
部或いは全部を昇華（ベーパー）させた加工材料とし、
その後、焼結温度まで加熱するようにしてもよく、何れ
の方法でも強度は大きくなるので折損率を著しく低下さ
せることができる。

【００１３】尚、上述の仮焼成した後、焼結させる方法
について具体的に以下に示す。まず、粘土状の焼結材料
を成形するには、適宜支持体を用いて行っても良い。例
えば薄肉の円筒状に成形するには、円筒状の樹脂成形体
や金属円筒の周囲に粘土状の焼結材料を被覆させ、仮焼
成すれば良い。その際、樹脂成形体を用いた場合には、
説明するまでもないが樹脂の軟化点より低い温度で仮焼
成すれば良い。こうして得られた加工材料は、薄肉でも
自重や多少の外力で変形することなく安定に形状を維持
し、しかも粘土状の焼結材料が保有していた粘結性は失
われて表面が乾燥したものとなる。そこでユーザーは、
加工材料の表面に、汎用の彫刻刀などを用いて所望の線
画や模様などを容易に且つ鮮明に彫刻を施すことができ
る。その後、この加工材料を焼結温度まで加熱すれば、
表面にユーザー自身が彫刻を施した貴金属製品（焼結
体）が容易に作製される。この場合、ユーザーは所定形
状の加工材料のみを購入すれば良いので、粘土状の焼結
材料に全く触れることがなく、手指を汚損することもな
い。また、ユーザーは加工材料の表面に、前記粘土状の
焼結材料を小さい装飾部品に造形したものを圧着させた
後、焼結温度まで加熱して貴金属製品を作製しても良い
し、前記粘土状の焼結材料を泥漿状に希釈して筆などを
用いて所望の線画や模様などを描いた（塗着した）後、
焼結温度まで加熱して貴金属製品を作製しても良い。こ
れらの場合、ユーザーは所定形状の加工材料と共に粘土
状の焼結材料或いはそれを希釈した液を購入する必要が
あるが、前記彫刻のみを施す場合に比べて極めて多種の
創意を付加させることができ、極めて独自性に富んだ貴
金属製品を作製することができる。例えば加工材料に用
いた貴金属粉末と異なる色彩を有する貴金属粉末で粘土
状の焼結材料或いはこれを泥漿状に希釈した液を作成し
て用いると、下地の貴金属と異なる色彩を有する貴金属
パーツが適宜に組み合わされた貴金属製品を作製するこ
とができ、この貴金属製品は、極めて装飾効果が高いも
のとなる。尚、粘土状の焼結材料或いはこれを泥漿状に
希釈した液を用いるために手指の汚損を生ずることもあ
るが、先願のように物品全部を粘土状の焼結材料で成形
する場合に比べるとその汚損の程度は極めて少ない。
尚、粘土状の焼結材料を泥漿状に希釈した液は、粘土状
の焼結材料を加工材料に圧着させる際の接着液として用
いることもできるし、施した彫刻を修正する修正液とし
て用いることもできる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。［実施例１］水アトマイズ法で得られた平均粒径１０μ
ｍの純銀（Ａｇ）粉末及びその分級残粉末の９８％と、
酸化鉛（ＰｂＯ）／シリカ（ＳｉＯ₂ ）混合（８０／２
０）粉末２％と、メチルセルロース６％水溶液の８％と
をよく混練して粘土状とした。次に、この粘土状混練物
を直径６０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状に成形して２
００℃にて１時間仮焼成した。そして、この仮焼成物に
彫刻等で花型を削成して８５０℃にて３０分保留して焼
結させた後、冷却した。得られた焼結体は、強度が大き
く、折損することがなく、しかも外周縁を波型に曲げ加
工することができた。また、研磨加工を施すこともでき
た。

【００１５】［実施例２］水アトマイズ法で得られた平
均粒径５μｍの純金（Ａｕ）粉末及びその分級残粉末の
７５％と、水アトマイズ法で得られた平均粒径５μｍの
純銀（Ａｇ）粉末及びその分級残粉末の２４％と、酸化
鉛（ＰｂＯ）／アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）混合（８０／２
０）粉末１％と、メチルセルロース６％水溶液の１０％
とをよく混練して粘土状とした。次に、バラの花の原型
（直径３０ｍｍ）をシリコーンゴム型にとり、これに上
記粘土状混練物を充填して１００℃以下で３０分仮焼成
した。そして、シリコーンゴムを取り外し、仮焼成物を
８６０℃にて３０保留して焼結させた後、放冷した。得
られた焼結体は、収縮率が８．０％と小さく、折損する
ことなく、イヤリングとすることができた。

【００１６】［実施例３］水アトマイズ法で得られた平
均粒径５μｍの純銀（Ａｇ）粉末及びその分級残粉末の
９５％と、酸化鉛（ＰｂＯ）／アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
混合（８０／２０）粉末５％と、メチルセルロース６％
水溶液の８％と酸化鉛（ＰｂＯ）／アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）混合（８０／２０）粉末１％と、メチルセルロース
６％水溶液の８％とをよく混練して粘土状とした。次
に、この粘土状混練物を直径５０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ
の円板状に成形し、これを２６ｍｍφの紙筒に巻き付
け、さらに上記粘土状混練物を水で希釈したものを用い
て巻き付けた末端を接合し、これを２００℃にて１時間
仮焼成した。続いて粘土状混練物を１．５ｍｍφの棒状
に伸ばし、さらにこれを平らにして前記の仮焼成物に巻
き付け、前記と同様にこの粘土状混練物を水で希釈した
ものを用いて末端を接合する。そして、この仮焼成物を
８５０℃で焼成した後、冷却した。得られた焼結体は、
折損及び亀裂の発生がなく、硬度が著しく大きいものと
なった。収縮率は８．５％であり、研磨後、これを銀製
の鎖に通してネックレスを完成した。

【００１７】以上本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は前記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限りど
のようにでも実施することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼結材料
は、貴金属粉末の粒度が広い範囲にあっても十分に焼結
し、且つ曲げても折損することがない。したがって、高
価な貴金属原料を用いて粉末化する際に多量に生ずる分
級残を本発明における貴金属粉末として用いることもで
きるので、貴金属宝飾品、美術工芸品、室内インテリ
ア、卓上装飾品などの貴金属製品を作製するに際して製
品コストを低減させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純貴金属粉、合金粉の一種以上からなる
貴金属粉末に対して、有機系結合材溶液と、酸化鉛とを
添加し、さらに酸化珪素とアルミナとのうちどちらか一
方、或いは両方を添加して粘土状にしたことを特徴とす
る貴金属製品用焼結材料。