JPS6361364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、各種ガスを用いて、レーザ光線で
溶融させたワイヤから、金属粉末、金属の化合物
粉末及び金属とその化合物の複合組織を有する微
粉末の製造法に関する。本発明で製造した各種微
粉末は、粉体粉末関連分野の素材原料、食品工業
分野の添加物等広い分野で用いることができる。

〈従来の技術〉 レーザ光線により金属微粉末を製造するため
に、連続送給される金属ワイヤの先端をレーザ光
線により溶融すると共に、上記ワイヤ先端の溶融
金属をガス流でワイヤから分離して放出すること
は特開昭51−56762号公報で公知である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし上記従来方法では、水平に投光されるレ
ーザ光線に対して直交又は対向同軸の水平方向か
ら金属ワイヤを供給し、その先端をレーザ光線に
あてゝ溶融し、レーザ光線とワイヤ先端の衝突部
に真上からガス流を吹付けて溶融金属をワイヤか
ら分離するため、得られる微粉末の粒度分布は大
きく、粒子径の揃つた微粉末が得られない。

〈問題点を解決するための手段〉 そこで本発明のレーザ光線により微粉末の製造
方法は、レーザ光線をパラボラミラーで反射して
ミラーの焦点に収れんさせ、上記パラボラミラー
には、レーザ光線の反射領域の中心部に開口を設
け、上記開口を通じワイヤをレーザ光線の収れん
部に向かつてレーザ光線と同軸に供給すると共
に、ガス流を上記開口を通じ、且つ上記ワイヤの
周囲に沿つて供給し、これによりワイヤの先端部
をレーザ光線により加熱溶融させ、ガス流でレー
ザ光線の収れん形状に対応した円錐形に削ると共
に、該円錐の頂点から溶融微粒子を放出すること
を特徴とする。

〈作用〉 本発明はレーザ光線をそのまゝワイヤに当てる
のでなく、パラボラミラーにより収れんして当て
るから微粉末製造装置として従来にない強力なも
のとなつたが、さらにその収れんするレーザ光線
が円錐形になることを活用して、その中心軸にワ
イヤとガスの進路を同軸に入れ、いずれも焦点へ
向かうようにしたから、前述のようにワイヤ先端
部が円錐形に削られ、溶融部分は必ずワイヤ先端
へ吹流され、円錐頂点のまわりに均等に集中し、
最高温になつて、真後からの噴流で均等に放出さ
せられる。

〈実施例〉 第１図は、本発明の方法を実施する製造装置の
概略図である。レーザ光線を水冷したパラボラ
ミラーに照射し、反射させて収れんし、焦点
を結ばせる。パラボラミラーには、レーザ光線
を反射する領域の中心部に穴を設け、ガスを
吹き出すノズルとする。穴の案内材の中央か
ら金属ワイヤを上記レーザ光線の収れん部（焦
点）に向けてレーザ光線と同軸に連続送給す
る。金属ワイヤは、レーザ光線の低エネルギ密
度部から高エネルギ密度部に向けて送給される間
に、レーザ光線によつて加熱され、先端部が溶融
する。ガスはワイヤの周りに沿つて流す。こ
のためワイヤの先端部を後述するように、ガス
流はワイヤを円錐形に削りながら、ワイヤの先
端から溶融金属を微粒子状にして放出させる。

第２図はワイヤの先端から微粒子状の溶融物を
放出させている状態を模式的に描いたものであ
る。ワイヤは、先端部の温度が最も高く、穴
に近くなるにつれて低温になる。また、ワイヤは
外周部程高温で、中心部に近くなる程低温にな
る。その状態で、ワイヤが熱伝導によつて溶融
しないような適切なワイヤ送給速度を選べば、ワ
イヤの先端から微粒子状の溶融物を定常状態で
放出させることができ、そのときのワイヤの先
端部の形状は、理論的にはワイヤの温度分布に
第一義的に支配されるために、円錐形を呈する。
第２図において、ワイヤの外周部が溶融し始める
部分を、溶融開始部としてある。また円錐形に
なつたワイヤ先端の頂点を微粒子放出部として
ある。溶融開始部から微粒子放出部に至る円
錐面上に形成される溶融金属は、ガスの流れに
よつて、溶融開始部から微粒子放出部に向か
つて移動し、微粒子放出部から微粒子となつて
放出される。この方法によれば、レーザ光線の強
さ、ワイヤ径、ワイヤ送り速度及びガス流を調整
して溶融金属の量とその移動速度が制御できるの
で、微粒子放出部から放出される粒子を、一定の
直径を有する単分散系のものにすることができ
る。

第１図で示したレーザ光線として連続発振さ
せた、直径50mmの円形断面形状を有するラルチモ
ード型の炭酸ガスレーザを、パラボラミラーと
して、曲率半径が150mmすなわち穴の出口から
焦点までの距離が150mmの銅製ミラーを、ワイ
ヤとして、直径0.9mmの工業用純チタンワイヤ
を用い、穴の内径を３mmとした装置により製造
した各種微粉体を例示する。

ガスとして、供給圧力が４Kg／cm²のアルゴンを
用い、ワイヤ送給速度を２ｍ／min、レーザ出力
を4kWとすると、１分間に６ｇのチタンワイヤ
を溶融させることができ、得られたチタンの微粉
末は球状を呈し、それらの微粒子の直径は1μm〜
5μmのものが45％、1μm以下のものが50％であつ
た。

ガスとして窒素を用いた場合、窒素供給圧力４
Kg／cm²、ワイヤ供給速度２ｍ／min、レーザ出力
4kWとすると、平均粒径4μmの窒化チタンの微
粉末が得られ、特に、窒素雰囲気のチヤンバ内で
得た微粉末は純度100％の窒化チタンの球状微粉
末であつた。

同じ条件で、窒素中にアルゴンを混合すると微
粉末の組成だけが変化し、窒化チタンと金属チタ
ンの混合したものが得られ、その混合比は、ガス
の混合比に比例した。

ガスとして供給圧力が４Kg／cm²の酸素を用い、
レーザ出力を2kW、ワイヤ供給速度を４ｍ／min
とすると、平均粒径5μmの酸化チタン微粉末が得
られた。

ガスとしてメタンを用い、その供給圧力を２
Kg／cm²、ワイヤ供給速度を２ｍ／min、レーザ出
力を4kWとすると、平均粒径6μmの微粉末が得
られ、その組成は、粒径が1μm以下のものは、炭
化チタンで、粒径が1μmより大きいものは、炭化
チタンに若干金属チタンが混合したものであつ
た。

〈発明の効果〉 上述のように、レーザ光線の収れん部に、レー
ザ光線と同軸に焦点に向け該光線で加熱されなが
ら供給される金属ワイヤの先端部は、ワイヤの周
囲を流れるガス流により円錐形の溶融部形状を得
るような温度分布になり、ガス流により吹きとば
される溶融した微粒子は、円錐形になつた金属ワ
イヤの先端、すなわち円錐の頂点部からのみ放出
され、このように微粒子の放出部が一定の場所に
固定されることによつて微粒子径をそろえること
が可能になる。

従つて、本発明のレーザ光線による微粉末の製
造方法によれば、各種素材のワイヤを使つて、粒
子径の揃つた1μm以下の微粉末でも簡便にかつ多
量に製造することができる。さらに現在その製造
が困難とされている複数の成分を有する粒子径の
揃つた微粉末の製造も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のレーザ光線による微粉末の
製造装置の概略説明図、第２図は、定常状態にお
けるワイヤ先端部の形状及び微粒子の放出の状態
を示す模式図である。 図においてはレーザ光線、は水冷したパラ
ボラミラー、はパラボラミラーに設けた穴、
はガス流、は金属ワイヤ、は溶融開始部、
は微粒子放出部、は溶融されて放出された微粒
子、はワイヤ案内材、は焦点を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続送給されるワイヤの先端をレーザ光線に
   より溶融すると共に、上記ワイヤ先端の溶融部を
   ガス流でワイヤから分離して放出するレーザ光線
   による微粉末の製造方法において、 レーザ光線をパラボラミラーで反射してミラー
   の焦点に収れんさせ、上記パラボラミラーには、
   レーザ光線の反射領域の中心部に開口を設け、上
   記開口を通じワイヤをレーザ光線の収れん部に向
   かつてレーザ光線と同軸に供給すると共に、ガス
   流を上記開口を通じ、且つ上記ワイヤの周囲に沿
   つて供給し、これによりワイヤの先端部をレーザ
   光線により加熱溶融させ、ガス流でレーザ光線の
   収れん形状に対応した円錐形に削ると共に、該円
   錐の頂点から溶融微粒子を放出することを特徴と
   するレーザ光線による微粉末の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のレーザ光線に
   よる微粉末の製造方法において、ガス流に使用す
   るガスは還元性又は不活性ガスであるレーザ光線
   による微粉末の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のレーザ光線に
   よる微粉末の製造方法において、ガス流に使用す
   るガスは金属ワイヤとの化合物を生成する反応性
   ガスであるレーザ光線による微粉末の製造方法。