JPS62277139A - 微粉の製造方法およびその装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 未発１！１は、金属やセラミックスの超微粉（大きさで
数１０Ｂｍからｌｐｍ以ドにまで及ぶ粒子−）を効率よ
く製造する方法および装置に関し、成形加にに対して極
めて優れた性質をもつ素材を提供するものである。

〔従来の技術〕

従来、金属やセラミックスの溶融液（以ト°溶湯と呼ぶ
）から超微粉を造る方法は多数開発されている。

特公昭５３−２６９５９または米国特許第２　、９９７
　、２４５　ｓ；笠では、第７図に示すように、るつぼ
１０２中の溶湯をノズル１０１から噴出させ、噴流１０
３を高圧液体または高圧ガス１０５をノズル１０８から
噴出させることにより冷却粉化した粉体１０７を得る。

このような方法では１−６圧液体やガスの圧動エネルギ
ーを効率よく噴流に１Ｆえて短時間に大きな衝撃エネル
ギーを溶湯に投入することが微粉化のポイントである。

特開昭５７−２９５０４、特開昭５７−２９５０５では
、第８図に示すように高速で回転する容器１２１内で水
１２２を回転させそこに溶湯１２３を注ぎ、冷却と高速
衝撃により微粉化を図る。

第９図は水７面内で高速回転する円板または中高をもっ
た回転体１３２の表面に溶湯１３３を注ぎ１回転体１３
２の表面で粘性を利用して溶湯１３３に回転方向の速度
成分をゲえながら高速衝撃をｌＪ−え飛散させながら雰
囲気中の冷却も併せて微粉化を行う方法である。　（Ｎ
ｉｃｈａｌａｓ　Ｊ　Ｇｒａｎｔ：Ｐｒｏｃ、　Ｉｎｔ
、　Ｃａｎｆ、　ｏｎ　Ｒ５Ｐ（１９７？）　Ｐ２３０
．　　特開昭５８−９２４５４など）。

：ｆ’、　１０図は溶湯の母材１４２を高速回転させな
がら母材１４２と電極１４１間に電圧１４４を加えるこ
とによってｆ１材表面１４３をイオン化溶融し、その溶
湯を飛散させて微粉化を図る装置である。（例えば、Ｂ
、Ｇｈａｍｐａｇｎｅ　ｅｔ　ａｌ：　Ｆａｂｒｉｃａ
ｔｉｏｎｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｒｏｔ
ａｔｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ｐｒｏ　−ｃｅｓｓ
、Ｔｈｅ　Ｉｎｔ、Ｊ、　ｏｒ　Ｐ／Ｍ　＆　Ｐ／Ｔ、
　Ｉｆｆ（＋９８０）４゜ｐ３５９　　Ｐａｕｌ　Ｌｏ
ｅｖｅｎｓｔｅｉｎ：　５ｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｐｏｗｄ
ｅｒｓ　ｂｙｔｈｅ　ＲＥＰ　Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｗｄｅ
ｒ　Ｒｅｐｏｒｔ　３Ｇ（１９８１）ρ、５８．特公Ｉ
ｆ／（５０−３８０７４号など）。

これら微粉化方法の」（通原理は、溶湯が極めて短時間
に大さな速度変化を受けることによって溶湯が微小滴に
分裂し、表面張力が溶湯の急激な運動に耐え得る形状を
保つ値でバランスした所で決まる形と大きざの微小滴と
なることであり、その後冷却を受けて微粉末となること
である。

第５図に溶湯の射出速度Ｖと微粉末のＦ均粒径との関係
を例示するが、これからも明らかなように速度■を増せ
ばそれだけ細かい微粉末が得られることが分る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第７図〜第１０図の方法ではそれぞれ溶湯がエネルギー
をかえられるが、その伝達効率すなわち溶湯が得る速度
Ｃｒ２５８図では溶湯が水中に入った直後に得る速度）
と駆動体の速度（第７図では噴出水または空気１０６の
速度、第８図では飛び出し速度１２６、第９図の周速１
３２、：５１０図ではノリ材１４２の周速）の比の大小
が毛髪な要素となる。

第７図においては高圧液体または高圧ガスの流れが溶湯
の表面から接触し、溶湯に摩擦速度を与えなから溶湯を
削りとり粉砕冷却して行くが、溶湯速度は、噴出してい
る高圧液体や高圧ガスの速度までには全らない。

第８図においては、容器の回転速度１２６は水にはある
伝達効率で伝ねり、水中に落ちた溶湯は相対的に水と衝
突し粉砕冷却される。この場合にも水中に落ちた直後の
溶湯は木の速度より遅い。

第９図においては落丁した溶湯１３３は回転体表面と接
触し）？擦によって速度１３４を得るが。

それは回転体の速度よりも血かに８い。

第１０図の場合も同様に飛散速度１４５は円の中心付近
から発生するものの速度は外周を過ぎても回転体の速度
には至らない。

以］二のように従来は溶湯に効率よ〈高速度をりえる方
法がなく、溶湯の得る速度は速くても１００　ｍ　／　
ｓ程度であった。

未発ＩＩは特にこの点を問題としてその解決を図ったも
のである。

〔問題点を解決するためのＦ段〕

本発明は、溶湯流に機械的衝撃を加えることにより、微
粉を製造する方法の数カに係るもので。

■　溶湯に遠心力による半径方向放出速度を付！Ｆする
と同時に、 ■　回転体の回転速度と同一の切線方向速度を付かし、 ■　その合成射出速度で溶湯を射出し、■　この溶湯を
冷却壁体に衝突させる、ことを問題解決のｆ段とする。

また本発明方法を好適に実施することのできる本発明装
置は、噴霧槽内に木モ面内で高速回転する回転ディスク
を設け、該回転ディスクには中央部に溶湯受入部を有す
ると共に、該受入部から回転ディスク外周方向に放射状
をなす溶湯話導路を備え、該回転ディスクの溶湯受入部
の上方に該回転ディスクに溶湯を供給する供給装置を設
けたことを特徴とする微粉の製造装設である。

〔作用〕

溶湯から微粉を製造するには溶湯にできるだけ大きな速
度を′ｊえて衝突等によりその速度を急激にＯにするこ
とで大きな加速度を生ぜしめることがポイントである。

それには溶湯にエネルギーを与える時間を大きくするこ
とが望ましい、従来の第７図〜第１０図では溶湯は瞬時
にエネルギーを享えられ、かつその瞬間に粉砕されてし
まう。

溶湯に加圧によりエネルギーを４える方法もあるが実施
規模として非常に大さな費用と危険防Ｗ策が必要となり
、かつｉ！１！続運転全運転ことが難しいので現実的で
はない。

本発明方法は溶湯を回転体の中心付近に注ぎ。

それが半径距離を通過して行く間、常に加速され続け、
回転体からエネルギーが付ケされるので、第９図に示す
ような滑りが全くない。

これをさらに数式によって説明すると次の通りである。

第６図（ａ）に平面図を示し、（ｂ）に縦断面図を示す
ような円板を角速度ωで回転し、その円板に設けた半径
方向通路を通る質量ｍの物体の半径ｒにおける運動を考
える。

遠心加速による物体の運動方程式は″ｉｌ！−径方向に
ついて次の（１）式の通りとなりその解は（３）式とな
る。

ｍ　ｒ　＝　ｍ　ｒＯ２・・・・・・（１）ｔ−ω２　
ｒ＝０　　　　　　　・・・・・・（２）ｒ　＝　Ａ　
ｅ　”　＋　Ｂ　ｅ　”　　　　　・−−−−−（３）
初期条件として１＝０において、ｒ＝ｒＱおよびｒ＝ｖ
□を与えると、 ｒＱ　＝Ａ＋Ｂ　　　　　　　　・・・・・−（４）Ｖ
□　＝（１）（Ａｅ−−Ｂｅ’″）ｌ、＝０＝ω（Ａ−
Ｂ）　　　　　　・・・・・・（５）（４）、（５）よ
り Ａ　＝　−（ｒ　ｏ　＋　ｖ　□　／　（１）　）　−
−（６）Ｂ　＝−（ｒＱ　−Ｖｏ　／　ω）　−（７）
以上から位Ｍｒは、 ・・・・・・　（８） 又は、 ｒ＝ｒｏ＊ｃｏｓｈ　（＋ｕ＋ｔ） ・・・・・・（９） 速度ｒは、 ’ｒ　＝　−（ｒ　ｏω＋ｖＯ）ｅ” −（ｒｏω−ｖＯ）ｅ重 ・・・・・・（１０） 又は。

ｒ＝　ｒｏωｓ　ｓ　ｉ　ｎｈ　（ωｔ）＋ｖＯｃｏｓ
ｈ（ωｔ） ・・・・・・（１１） ゛Ｉ’径ｒの位置では、 ｒ　＝　Ａ　　ｅ　”　＋　Ｂ　　ｅ　”鵞すなわち、 Ａｅ２１＃Ｉ−ｒｅ”＋Ｂ＝０ ・・・・・・（１２） 従って、 ｒｏ＋Ｖｏ／ω ・・・・・・（１３） ｒｏ　　Ｖｏ／ω ・・・・・・（１４） これにより、ｒにおける半径方向の速度Ｖは、ｖ＝ｒ＝
ω・　ｒ２−ｒｏ２＋（ｖＯ／ω）？・・・・・・（１
５） もし、ｒＯ＝Ｏ、ｖＯ＝Ｏ＠らば、 ｒ＝ｒω　　　　　・・・・・・（１６）外周ｒ１にお
いて、半径方向の放出速度すなわち遠心力による放出速
度ｖ１は、 ｖ　　１　＝？１ ・・・・・・（１７） である０円板の外周から射出される物体の合成速度■は
、周速ｖ（＝ｒ１ω）との合成により、 ｖ＝ｆｉ〒２＋い− ・・・・・・（１８） となる。

次に数値計算例を挙げる。

であるから、式（Ｉ７）、（１８）において。

ｒＯ＝２０ｍｍ＝０．０２ｍ ｒｌ　＝　２００ｍｍ＝０．２ｍ ｖＯ＝０ とすれば、円板の回転数ｎ＝３００ｏｒｐｍ。

６０００ｒｐｍ、ｌｏｏｏｏｒｐｍ、１５０００ｒｐｍ
に対して遠心力による放出速度Ｖｌｔ合成速度Ｖは次の
ようになる。

上記計算で分るように、出「１での遠心力による放出速
度ｖ１はほぼディスク１０の周速に等しくなる。さらに
実際の溶湯の射出速度Ｖはこれに周速が付加されてほぼ
周速の１．４１倍までになる。

〔実施例〕

第１図、第２図に本発明の装置の具体的構成例を示す。

冷却壁２１に囲まれた噴霧槽２０内に、水平面内で高速
回転する回転ディスク１０が設けられ、その１一方に溶
湯１を供給する供給袋２１１３０が配設されている。

回転ディスク１０は第２図に斜視図を示すように中央部
に溶湯受人部１２を凹設し、この溶湯受人部１２から外
周までほぼ放射状に溶ｒｇＩ’Ａ導路１１を設けている
。この溶湯誘導路１１は水平面内に回転ディスク１０の
回転方向を横切って設ければよく、そのシ面形状ならび
に断面形状は限定されるものではなく、変形例を第３図
、第４図に例示した。すなわち溶湯誘導路１１は：５３
図のごとく閉鎖された断面（円形や長方形が一般的であ
る）をもち回転ディスク１０の軸心からディスクの外周
の方向へと貫通している。

またＬ記ガイドは開放断面であっても流路内の溶湯流が
回転ディスクから離散しないためのものであればよく１
例えば第４図に示すように、回転方向に対して凹状の壁
面を、回転方向の背面側に備えたものであってもよい。

一般にはこの流路断面の中心線は軸心と必ずしも直角で
ある必要はなく、かつ回転面内の形状も直線でなく曲線
でもよい、また溶湯誘導路の数はディスク円周上に第２
図のごとく１本以上配置されている６ 溶湯は誘導路の壁面から回転ディスクの回転方向から押
されながら遠心力を付与されどんどん加速されながら回
転ディスク外周の出］コへと向う。

回転ディスク１０は高温の溶湯が中を通るので、その温
度に耐える材料（セラミックスなどはその具体例）で構
成される。あるいはまた湯室１２と湯道１１だけこのよ
うな材料とし、あとは断熱材を介して金属で構成するこ
ともできる０回転ディスク１０を支持して回転させるカ
ップリング１５は断熱するかまたは水冷室１６を設け、
軸１７を貫通して回転ジョイン）　１８ａを経てホース
１８を通り冷却水を通水するようにしてもよい。

回転ディスク１０はモータ５１．増速機５２、出力カッ
プリング５３、入力軸５４、マイターギア５５を経て軸
１７により高速回転を榮えられる。

５６は磁気シールで噴霧槽２０内を減圧して使うことに
対処する。

溶湯１は原料が溶解炉３１の投入［１３２より供給され
誘導加熱装２１３３で加熱溶解される。

必要なときにストー／パ３４を開いて溶湯をタンディツ
シュ３５に供給する。この中では溶湯は均熱状態で一定
のレベルに保持される。

ストッパ３６の一定開度で溶湯はノズル３７から注がれ
、回転ディスク１０の中央の溶湯受人部１２に入る。溶
湯受人部１２はそろばん玉状の空間をなしているので溶
湯ｌは遠心力ですぐ溶？ｉ！ａＪ４路１１に流入する。

冷却壁２１は本実施例では固定壁であるが、他の実施例
として回転壁であったり、回転壁の内面（溶湯の噴射を
受ける而）が木となっていてもよい、あるいは冷却壁２
１が１０からもっと離れた位置にあって、その間の空間
２０は水素、ヘリウム等の冷却気体で満たされていて溶
湯の気中冷却を行うこともできる。

ディスク１０から射出された溶湯は冷却壁２１に衝突し
て粉砕、冷却され微粉となる。微粉の発生は円周りで連
続的になされ、吸引集粉ダクト２３（円環状）を経て分
岐管２４を落下し集合管２５より排出管２６を経て図示
しないサイクロン等の捕集器へ導かれる。

〔発明の効果〕 禾５１明は次の優れた効果を奏する。

ｉ）溶湯に遠心力と回転力による合成速度を付！トする
ので高速射出が可俺となり、高効率で微粉化を可ず彪と
し、粒径の小さい粒子を得ることができる。

■）遠心力は装ことしてディスク材料の耐えられる限界
速度までＬげることができ、それがほとんどそのまま溶
湯の射出速度になるので４００００Ｇ（Ｇは重力加速度
）以上の加速度を！Ｆえ、計算例からも分るように４０
０ｍ／ｓ以上の超高速で溶湯粉砕ができ、極めて大きな
粉砕効果が得られる。

１ｉｉ）従来方法では回転体が誘発する気流の乱れが溶
湯流を偏流させたりして好ましくないことがあるが、本
発明装置では回転ディスクは遠心ポンプと同様の役［１
を果し気流を中心部に誘い込み、溶湯流を整流させる働
きもあるのでエネルギーの無駄がない。

１マ）溶湯の供給を連続にしておくことにより、完全連
続正転ができる。

マ）溶湯速度は注入速度の影響をほとんど受けないので
、非常に安定した運転状態が維持でき、生成される微粉
粒度のばらつきは極めて狭いものが得られる。

マ１）溶湯流を高速射出できるので、副次効果として急
速冷却（凝固）作用を利用した組織４府なども口ｆ億で
ある。

ｖ目）本装置は又運転条件によって、微粉でなく細線や
薄膜リボンを造ることができる。すなわち溶湯の粘度が
比較的大きくて冷却する瞬間の溶湯供給礒が十分であれ
ば、冷却した溶湯はばらばらでなく連続体として形をな
す０回転ディスクの溶湯誘導路の出口１１の形状を極め
て細くしておけば細線が得られ、形状を細長いスリット
状にしておけばリボンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を好適に実施することのできる実施
例装置の断面側面図、第２図はその回転ディスクの斜視
図、第３図は溶湯誘導路の断面形状の例を示す断面図、
第４図は溶湯誘導路の別の例を示す（ａ）斜視図、（ｂ
）横断面図、第５図は射出速度と粉体の平均粒径との関
係を示すグラフ、第６図は本発明の詳細な説明図、第７
図〜第１０図は従来技術の説明図である。 ｌ・・・溶ｒｇＩ　　　　　１１・・・溶湯誘導路１２
・・・溶湯受入部　２０・・・噴霧槽２１・・・冷却壁
　　　３０・・・供給装置５０・・・回転原動部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　溶湯流に機械的衝撃を加えることにより、微粉を製
   造する方法において、溶湯に遠心力による半径方向放出
   速度および回転体と同一速度の切線方向速度を同時に付
   与し、両速度の合成射出速度で溶湯を射出しこれを冷却
   壁体に衝突させることを特徴とする微粉の製造方法。 ２　噴霧槽内に水平面内で高速回転する回転ディスクを
   設け、該回転ディスクは中央部に溶湯受入部を有すると
   共に該受入部から回転ディスク外周方向に放射状をなす
   溶湯誘導路を備え、該回転ディスクの溶湯受入部の上方
   に溶湯を供給する供給装置を設けたことを特徴とする微
   粉の製造装置。