(57)【要約】【課題】金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）の小さい金属粉末、及び、金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）とを容易に精度よく調整できる金属粉末の製造方法とを提供する。【解決手段】平均円換算粒子径ｄＳが１０〜１０００μｍである金属粒子からなる金属粉末であって、金属粉末中、前記ｄＳの８０％の値以下の円換算粒子径を有する金属粒子の数分率が２０％以下である金属粉末、及び、金属粉末の製造方法であって、金属柱状粒子の厚みの金属層を有する被加工材料を、少なくとも金属層を打抜加工して金属柱状粒子を得る工程１を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均円換算粒子径ｄＳが１０〜１０００μｍである金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属粉末中、前記平均円換算粒子径ｄＳの８０％の値以下の円換算粒子径を有する金属粒子の数分率が２０％以下である金属粉末。
【請求項２】
前記金属粒子が、球状の金属球粒子及び／又は柱状の金属柱状粒子である請求項１記載の金属粉末。
【請求項３】
前記金属柱状粒子の断面の円換算平均直径ｄＣが１０〜３００μｍで、前記円換算平均直径ｄＣに対する金属柱状粒子の高さｈＣの比（アスペクト比（ｈＣ／ｄＣ））が０．１以上である請求項２記載の金属粉末。
【請求項４】
金属柱状粒子である金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属柱状粒子の断面形状が円であり、
前記断面形状の直径が、前記断面形状の平均直径値に対して±１０μｍの範囲内にある金属粉末。
【請求項５】
金属柱状粒子である金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属柱状粒子の断面形状における長径が１０〜３００μｍで、
前記長径に対する金属柱粒子の高さｈＣの比（アスペクト比（ｈＣ／長径））が０．３以上である金属粉末。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の金属粉末を含有する金属粉末混合物。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載の金属粉末の製造方法であって、
前記平均円換算粒子径ｄＳ（前記金属粒子が金属柱状粒子である場合は、前記ｈＣ）の厚みの金属層を有する被加工材料を、少なくとも前記金属層を打抜加工して前記金属柱状粒子を得る工程１を有する金属粉末の製造方法。
【請求項８】
前記金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ及びダイを使用して前記打ち抜き加工がなされる、請求項７記載の金属粉末の製造方法。
【請求項９】
前記パンチと前記ダイとの間にクリアランスを設け、前記クリアランスを、前記ダイの断面形状の円換算直径ｄＤの２０％の値以下にする、請求項７又は８記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記工程１において、打ち抜かれた金属柱状粒子を、減圧された輸送路を経由して回収する請求項７〜９のいずれか１項記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記金属柱状粒子を洗浄する工程２を有する、請求項７〜１０のいずれか１項記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１２】
さらに、前記金属柱状粒子を加熱溶融して、球状又は楕円体状にする工程３を有する請求項７〜１１のいずれか１項記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記金属層が、微細結晶粒金属からなる請求項７〜１２のいずれか１項記載の金属粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な金属粉末を製造するには、例えば粉砕法等の機械的処理法、金属化合物を用いた化学的処理法、アトマイズ法、遠心力アトマイズ法、プラズマ・アトマイズ法、回転電極法などが利用されている（例えば、非特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】粉体工学叢書第２巻紛体の生成（日刊工業新聞社発行、２００５年９月初版）
【非特許文献２】新技術・新素材／高品質金属粉末の製造法（財）大阪科学技術センター付属ニューマテリアルセンター発行、２００３年６月ＮＭＣニュース第５号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが金属粉末には粒子の形状や大きさに分布（バラツキ）があり、この分布（バラツキ）が大きいことによって、各用途において金属粉末を用いた際に得られる作用に、例えば、以下のようなバラツキが生じ易かった。
（１）金属粉末を溶融又は溶解して使用する場合、全体を均等に溶融又は溶解することができず、部分的に原料のままの金属粒子が残留することがある。
（２）金属粉末を収容又は充填して使用する場合、配置密度にバラツキが生じることがある。
（３）金属粉末の表面に他の物質を接触させて使用する場合、表面積に基づく作用にバラツキが生じることがある。
【０００５】
従来の金属粉末に存在する、このような粒子の形状や大きさの広がりの分布（バラツキ）が小さい金属粉末を得るには、製造した多数の粒子を分級等により選別する必要があった。
【０００６】
しかしながら、分布（バラツキ）を小さくするために分級等の粒子の選別を行うと、金属粉末の製造に手間を要し、粒径が小さい場合には長時間の処理が必要であった。
【０００７】
そこで本発明では、
金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）の小さい金属粉末、及び、金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）とを容易に精度よく調整できる金属粉末の製造方法とを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
〔１〕平均円換算粒子径ｄＳが１０〜１０００μｍである金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属粉末中、前記平均円換算粒子径ｄＳの８０％の値以下の円換算粒子径を有する金属粒子の数分率が２０％以下である金属粉末、
〔２〕金属柱状粒子である金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属柱状粒子の断面形状が円であり、
前記断面形状の直径が、前記断面形状の平均直径値に対して±１０μｍの範囲内にある金属粉末、
〔３〕金属柱状粒子である金属粒子からなる金属粉末であって、
前記金属柱状粒子の断面形状における長径が１０〜３００μｍで、
前記長径に対する金属柱粒子の高さｈＣの比（アスペクト比（ｈＣ／長径））が０．３以上である金属粉末。
〔４〕前項〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の金属粉末を含有する金属粉末混合物、及び、
〔５〕前項〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の金属粉末の製造方法であって、
前記平均円換算粒子径ｄＳ（前記金属粒子が金属柱状粒子である場合は、前記ｈＣ）の厚みの金属層を有する被加工材料を、少なくとも前記金属層を打抜加工して前記金属柱状粒子を得る工程１を有する金属粉末の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（ばらつき）の小さい金属粉末、及び、金属粒子の大きさ、好ましくは金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（ばらつき）とを容易に精度よく調整できる金属粉末の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るプレス加工装置の要部を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１の結果として得られた金属柱状粒子を示す拡大写真である。
【図３】比較例１の結果として得られた金属粒子の拡大写真であり、（ａ）は側面、（ｂ）は一方の端面を示す。
【図４】本発明の実施例１で製造された金属粉末の大きさの分布（ばらつき）を示すグラフであり、（ａ）は直径のデータ区間を８０μｍ〜２９４．５μｍとし、（ｂ）は１４９μｍ〜１５４μｍとして示す。
【図５】本発明の製造方法に使用する好適なダイの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔金属粉末〕
本発明の金属粉末（以下、金属粉末ともいう）は、平均円換算粒子径ｄＳが１０〜１０００μｍである金属粒子からなる。
【００１２】
金属粉末の用途に応じて、平均円換算粒子径ｄＳは所望の範囲に設定できるが、用途に対する汎用性と金属粉末を製造する際の精度を考慮すると、平均円換算粒子径ｄＳは、好ましくは３０〜７００μｍであり、より好ましくは５０〜５００μｍであり、更に好ましくは８０〜３００μｍである。
【００１３】
平均円換算粒子径ｄＳは、１０００ｇの金属粉末から、任意に４０個の金属粒子を取り出し、電子顕微鏡の３５０倍拡大像の平面視の金属粒子の輪郭で囲まれた面積Ｓと、同一の面積の円の直径Ｄの、４０個の金属粒子についての算術平均値である。
面積Ｓは、画像解析装置（例えば、汎用画像処理装置「Million GV-F」（株式会社アルゴル製）で求めることができる。
【００１４】
金属粒子が球状である場合は、１０００ｇの金属粉末から、任意に４０個の金属粒子を取り出し、電子顕微鏡の３５０倍拡大像から求めた金属粒子の直径の、４０個の算術平均値を平均円換算粒子径ｄＳとする。
【００１５】
金属粒子が柱状である場合は、１０００ｇの金属粉末から任意に４０個の金属粒子を取り出し、電子顕微鏡による３５０倍拡大像から求めた金属粒子の柱軸に垂直の断面（以下、断面という）の面積Ｓ'と断面に垂直方向の高さ（以下、高さという）ｈを測定し、
金属粒子の体積Ｖを求め、下記式（１）：
円換算粒子径＝（（３Ｖ）／（４π））１／３            （１）
に従い金属粒子の円換算直径を求め、４０個の算術平均値を平均円換算粒子径ｄＳとし、上記の高さｈの４０個の算術平均値を高さｈＣとする。
【００１６】
また、金属粒子が柱状である場合は、上記面積Ｓ'から、円換算直径を下記式（２）：
円換算直径＝２×（Ｓ'／π）１／２            （２）
で算出し、４０個の算術平均値を平均円換算直径ｄＣとする。
【００１７】
後述するダイの断面形状の円換算直径ｄＤも、式（２）のＳを、ダイの断面の面積ＳＤに置き換えて算出する。
【００１８】
本発明の金属粉末は、前記金属粉末中、前記平均円換算粒子径ｄＳの８０％（好ましくは８５％、より好ましくは９０％、更に好ましくは９５％、更に好ましくは９７％、更に好ましくは９８％、更に好ましくは９９％）の円換算粒子径を有する金属粒子の数分率が２０％以下（好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下、更に好ましくは５％以下、更に好ましくは２％以下、更に好ましくは１％以下、更に好ましくは０．５％以下）である。
例えば、平均円換算粒子径ｄＳ＝１００μｍの場合、金属粉末中、円換算粒子径が８０μｍ以下の金属粒子の数は２０％以下である。即ち、このような金属粉末は、金属粒子の円換算粒子径が８０μｍ超で、１００μｍの近傍に集中しており、金属粒子の大きさの分布（バラツキ）が非常に小さい。
【００１９】
金属粉末の用途に応じて、円換算粒子径の分布（バラツキ）は所望の範囲に設定できるが、用途に対する汎用性と金属粉末を製造する際の精度を考慮すると、本発明の金属粉末は、前記金属粉末中、前記平均円換算粒子径ｄＳの好ましくは８５％（より好ましくは９０％、更に好ましくは９５％）の値以下の円換算粒子径を有する金属粒子の数分率が上記の好適範囲にあるとよい。
【００２０】
金属粒子の形状は、用途に応じて所望の形状を採用できる。
単位体積内の密集率または空孔率、密度、金属の結晶方向制御の観点から、例えば、球状、多面体状、楕円体状、アレー型形状、金平糖形状、柱状等から１つ又は複数選ぶことが好ましく、球状及び／又は柱状であることがより好ましく、柱状、即ち、金属柱状粒子であるであることが更に好ましい。
【００２１】
金属粒子が金属柱状粒子である場合、本発明の金属粉末は、用途に対する汎用性と金属粉末を製造する際の精度及び強度を考慮すると、金属柱状粒子の断面の円換算平均直径ｄＣが、好ましくは１０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜２００μｍである。
円換算平均直径ｄＣに対する金属柱状粒子の高さｈＣ（厚み）の比（アスペクト比（ｈＣ／ｄＣ））は、下限が、好ましくは０．１、より好ましくは０．２、更に好ましくは０．３、更に好ましくは０．５、上限が、好ましくは３．０、より好ましくは２．５、更に好ましくは２．０、更に好ましくは１．９、さらに好ましくは１．８、更に好ましくは１．５である。
また、アスペクト比の範囲は、好ましくは０．１〜３．０、より好ましくは０．１〜２．５、更に好ましくは０．１〜２．０、更に好ましくは０．１〜１．９、更に好ましくは０．１〜１．８、０．１〜１．５、更に好ましくは０．２〜１．５、更に好ましくは０．３〜１．５、更に好ましくは０．５〜１．５である。
【００２２】
金属柱状粒子の断面形状は、用途に応じて所望の形状を採用できるが、単位体積内の密集率または空孔率、密度、金属の結晶方向制御の観点から、また、粉体が用いられる分野での意匠性、機能性、分布特性の観点から、例えば、円形、楕円形、多角形、四辺形、矩形、アレー形、星型等から１つ又は複数選ぶことが好ましく、円形及び又は楕円形であることがより好ましく、円形であるであることが更に好ましい。
【００２３】
前記金属柱状粒子の断面の形状が円である場合、金属柱状粒子の円換算直径は、円の直径である。
【００２４】
前記金属柱状粒子の断面の形状が円である場合、単位体積内の密集率または空孔率、密度、金属の結晶方向制御の観点から、断面形状の直径が、断面形状の平均直径値に対して好ましくは±１０μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２５】
前記金属柱状粒子の断面の形状が楕円等の長円である場合、用途に対する汎用性と金属粉末を製造する際の精度及び強度を考慮すると、その長径について好適な範囲がある。
【００２６】
前記金属柱状粒子の断面の形状における長径は、好ましくは１０〜３００μｍで、より好ましくは３０〜２００μｍであ。このような長径の好適範囲に対して、金属柱状粒子のアスペクト比（ｈＣ／長径）は、下限が、好ましくは０．１、より好ましくは０．２、更に好ましくは０．３、更に好ましくは０．５、上限が、好ましくは３．０、より好ましくは２．５、更に好ましくは２．０、更に好ましくは１．９、さらに好ましくは１．８、更に好ましくは１．５である。アスペクト比（ｈＣ／ｄＣ）の範囲は、好ましくは０．１〜３．０、より好ましくは０．１〜２．５、更に好ましくは０．１〜２．０、更に好ましくは０．１〜１．９、更に好ましくは０．１〜１．８、０．１〜１．５、更に好ましくは０．２〜１．５、更に好ましくは０．３〜１．５、更に好ましくは０．５〜１．５、更に好ましくは０．５〜１．０である。
【００２７】
本発明の金属粉末は、用途に応じて、本発明の金属粉末単独で使用してもよいし、本発明の金属粉末を含有する金属粉末混合物として使用することもできる。金属粉末混合物としては、例えば、他の金属粒子との混合物（これらの混合物の合金）、液体等の流体に混合したスラリー混合物、樹脂粒子との混合物、樹脂中に金属粉末が分散している混合物等が挙げられる。
【００２８】
〔金属粉末の製造方法〕
本発明の金属粉末は、金属粒子が金属柱状粒子である場合、金属柱状粒子の高さｈ（厚み）の分布を抑制する観点から、金属柱状粒子の高さｈ（厚み）の金属層を有する被加工材料を、少なくとも前記金属層を打抜加工して前記金属柱状粒子を得る工程を有する方法で製造できる。
【００２９】
被加工材料は、用途の汎用性及び加工の安定性の観点から、金属層単体で構成されていてもよいし、金属層の表面に金属、樹脂、セラミックス等がコーティングされていてもよいし、金属層が複数の異なる金属層の積層体、金属層と樹脂層及び／又はセラミックス層の積層体であってもよい。
【００３０】
金属層としては、用途の汎用性及び加工の安定性の観点から、好ましくは、鉄系金属又は非鉄系金属であり、より好ましくは、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼等の硬質金属、硬質金属より軟質の銅、黄銅、アルミニウム、金等の軟質金属であり、更に好ましくは、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼等の硬質金属であり、更に好ましくは、ステンレス鋼である。
【００３１】
金属層として、微細結晶粒金属からなる層を用いると、打抜加工時の加工性が向上することから、各金属柱状粒子の表面に形成される破断面、バリ、だれ等を少なくしたり無くすことができて、多数の金属柱状粒子を精度よく形成できる。
【００３２】
微細結晶粒金属とは、例えば金属組織における平均結晶粒径が好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下の金属であり、平均結晶粒径が好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下の超微細粒鋼などであってもよい。
【００３３】
本発明の金属柱状粒子の製造方法では、金属柱状粒子の断面形状の分布（バラツキ）を抑制する観点から、金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ及びダイを使用して打ち抜き加工がなされることが好ましい。
【００３４】
この場合、パンチとダイとの間にクリアランスを設けることが好ましい。クリアランスは、金属層の厚みｈとの関係で設定することが好ましい。クリアランスは、金属層の厚みｈが５〜５００μｍの範囲では、５μｍ以下が好ましく、０．５〜５μｍがより好ましく、ｈが５〜３５０μｍの範囲では、１０μｍ以下が好ましく、１〜１０μｍがより好ましく、１〜８μｍが更に好ましく、１〜５μｍが更に好ましく、１〜３μｍが更に好ましい。
【００３５】
本発明の金属粒子の製造方法において、平均円換算粒子径ｄＳの分布（バラツキ）を抑える観点から、本発明の製造方法におけるダイは、打ち抜き加工して得られた金属粒子が、打ち抜かれた後、輸送路を経て回収されるまでの間に、金属粒子が輸送路の途中で残留しないように、例えば、吸引手段、好ましくは真空ポンプによって輸送路を負圧にし、金属粒子が吸引気流の流路に沿って輸送されて、金属粒子の回収ゾーンに到達することが好ましい。
【００３６】
図５に、ダイにおける上記の輸送路の好ましい形態を示す。
図５において、ダイ２は治具２３内に組み込まれており、ダイ２内の管状内壁１２、治具２３に接続されるバッキングプレート２２内に設けられた排出孔２２ａ、バッキングプレート２２に接続されるダイセット２１とこのダイセット２１内に収納される口金８、及び口金８に接続する排出管４、により金属粒子の輸送路１０が構成されている。
輸送路１０は、ダイ２の切刃１１と、この切刃１１の後端に連通して形成される管状内壁１２を有し、連通部に、管状内壁１２側に広がる段差１３が設けられる。この段差は、好ましくは、切刃１１側である管状内壁１２の前端からバッキングゾーン２２側である管状内壁１２の後端に向かって逆勾配のない管径を有している。管状内壁１２は、より好ましくは、前端から後端に広がる逃げテーパを有する円錐形となっている。
ダイ２は、管状内壁１２を大気に連通させるバイパス孔１４を有し、管状内壁１２の後端は、好ましくは、輸送路１０を構成する排出孔２２ａ、口金８及び排出管４、さらに排出管４に接続する回収ゾーン５、回収ゾーン５に接続される吸引管６等を介して吸引手段である吸引装置７に接続していることが好ましい。また、ダイ２は、その外周に切欠き１５を有し、バイパス孔１４が切欠き１５から外部に開通されていることが好ましい。
このような輸送路１０によって、パンチで打ち抜かれた金属柱状粒子を含む金属粉末は、輸送路の途中で輸送路を構成する壁面に捕捉されることなく、効率よく回収ゾーンに集積されるという作用効果を奏する。
【００３７】
本発明の金属柱状粒子の製造方法では、金属柱状粒子の断面形状の分布（バラツキ）を抑制する観点から、金属層が、微細結晶粒金属からなることが好ましい。微細結晶粒金属としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム又はチタン、鉄、銅、アルミニウム及びチタンからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属をベースとした合金が好ましく、ステンレス又はリン青銅がより好ましい。
【００３８】
本発明の金属粉末における、例えば、球状である金属粒子は、本発明の金属柱状粒子の製造方法で、例えば、断面形状が円で、アスペクト比が１．０近傍（好ましくは１．０）の金属柱状粒子を製造し、この金属柱状粒子を加熱溶融して、球状にして得ることができる。
本発明の金属粉末における楕円体状である金属粒子は、例えば、断面形状が円で、アスペクト比が１．０よりも大きいか小さい金属柱状粒子を製造し、この金属柱状粒子を加熱溶融等して、楕円体状にして得ることができる。
【００３９】
〔金属柱状粒子からなる金属粉末及び金属粉末の製造方法の実施形態例〕
金属粉末の製造方法の実施形態の一例は、多数の金属柱状粒子を有する金属粉末を製造する方法であって、多数の金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ及びダイを準備し、多数の金属柱状粒子の軸方向長さに対応した厚みの金属層を有する被加工材料を、パンチ及びダイにより打抜加工して多数の金属柱状粒子を作製する方法である。
【００４０】
ここで、パンチ及びダイの断面形状とは、パンチ及びダイの加工方向と直交する断面における断面形状であり、金属柱状粒子の断面形状とは、金属柱状粒子の軸方向と直交する断面における断面形状である。また金属柱状粒子の軸方向長さとは、軸線に沿って測定される最大長である。
この製造方法では、パンチ及びダイの断面形状が多数の金属柱状粒子の断面形状と同一又は相似形状であるのがよい。その場合、パンチとダイとの間にクリアランスを設け、このクリアランスを５μｍ以下にするのが特に好適である。
【００４１】
この製造方法では、上記の多数の金属柱状粒子と他の金属粒子とを混合して金属粉末を製造してもよい。他の金属粒子としては、上記金属柱状粒子とは異なる多数の他の金属柱状粒子を、上記と同様に被加工材料をパンチ及びダイにより打抜加工することで作製して混合してもよい。
なお、この製造方法にあっては、好ましくは、微細結晶粒金属からなる金属層を打抜加工する。
【００４２】
本発明の金属粉末は、軸方向と直交する断面形状及び軸方向長さを揃えた多数の金属柱状粒子を有するものである。
【００４３】
この金属粉末では、多数の金属柱状粒子の断面形状における長径が８０〜３００μｍで、アスペクト比が０．５以上１．０以下であるのが好適である。また、この金属粉末は多数の金属柱状粒子と他の金属粒子との混合物からなるものであってもよい。他の金属粒子は、軸方向と直交する断面形状及び軸方向長さを揃えた多数の他の金属柱状粒子からなるものでもよい。
【００４４】
本発明の金属粉末の製造方法によれば、所望の多数の金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ及びダイを用いて、多数の金属柱状粒子の軸方向長さに対応した厚みの金属層を打抜加工するので、多数の所望の金属柱状粒子を有する金属粉末を容易に製造できる。
【００４５】
その際、多数の金属柱状粒子の軸方向長さやその分布（バラツキ）は金属層の厚みにより調整し、軸方向と直交する断面形状及び大きさやそれらの分布（バラツキ）はパンチ及びダイの断面形状により調整する。そのため、金属粉末を構成する多数の金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）とを容易に精度よく調整することができる。
【００４６】
本発明の金属粉末によれば、金属粉末を構成する金属粒子が多数の金属柱状粒子であり、各金属柱状粒子の軸方向と直交する断面形状と軸方向長さとが揃っているので、多数の金属粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）とが精度よく調整された金属粉末となる。
【００４７】
本発明における金属粉末は、粉末を構成する金属粒子として多数の金属柱状粒子を有するものである。金属粉末は１種又は２種以上の金属柱状粒子のみからなる粉末であってもよく、他の金属粒子を含む粉末であってもよい。他の金属粒子には不可避の粒子も含まれる。ここで金属柱状粒子とは、軸方向と直交する断面形状が軸方向に沿って略一定に連続した形状を有する金属粒子である。断面形状は円形が特に好ましいが、楕円形、多角形、各種の異形であってもよい。
【００４８】
本実施形態では、金属柱状粒子として断面形状の長径が８０〜３００μｍである円柱形状の粒子の例を主として説明する。長径とは、断面形状における最大長であり、金属柱状粒子の断面形状が略真円形状の場合には直径である。
【００４９】
この粒子では、軸方向と直交する断面形状の長径に対する軸方向長さの比で示されるアスペクト比は０．１以上１．５以下とするのがよい。アスペクト比が過剰に小さいと粒子形状が扁平となり、金属粉末として使用する際に嵩密度が低下し、配置にムラが生じ易くなる。一方、アスペクト比が過剰に大きいと、塑性加工学的にも加工が困難となり、打抜き時にパンチの破損が多く発生するため、打抜加工に手間がかかり実用的でない。このアスペクト比を０．５以上にしたり、１．０以下にしたりすることで、各粒子形状における軸方向と径方向とのバランスを向上させてもよい。なお各アスペクト比は、それぞれ同等と見なせる程度の値であればよい。
【００５０】
本実施形態における金属粉末の製造方法は、所望の金属柱状粒子に応じた被加工材料を準備し、所望の金属柱状粒子に対応したパンチ及びダイを有するプレス加工装置を準備し、被加工材料をパンチ及びダイにより打抜く打抜加工により、金属柱状粒子を多数作製することで金属粉末を製造する製造方法である。
【００５１】
本製造方法で準備する被加工材料は、所望の金属柱状粒子の材料に応じた金属層を有する。金属粉末の用途は多岐にわたるため、所望の金属粉末の用途に適した金属からなる金属層を有する被加工材料を準備する。この被加工材料は、１層又は２層以上の金属層が他の材料層に積層されていてもよいが、打抜加工後の手間を簡素化するには、１層の金属層のみからなる薄肉板材からなるのが好適である。
【００５２】
金属層を構成する金属は、加工時に変質しない場合には所望の金属柱状粒子と同一材料とし、加工時に変質する場合には所望の金属柱状粒子が得られる前駆体となる材料としてもよい。本実施形態では、金属層の材料を選択することで、金属粉末を構成する多数の金属柱状粒子の材質や金属組織を容易に均質に調整できる。
【００５３】
このような金属層としては、鉄系金属であっても非鉄系金属であってもよく、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼等の硬質金属、硬質金属より軟質の銅、黄銅、アルミニウム、金等の軟質金属の何れであっても使用可能である。金属層として、微細結晶粒金属からなる層を用いると、打抜加工時の加工性が向上することから、各金属柱状粒子の表面に形成される破断面、バリ、だれ等を少なくしたり無くすことができて、多数の金属柱状粒子を精度よく形成できる。微細結晶粒金属とは、例えば金属組織における平均結晶粒径が１０μｍ以下又は同程度の金属であり、平均結晶粒径が３μｍ以下又は同程度の超微細粒鋼などであってもよい。
【００５４】
金属層の厚みは、所望の金属柱状粒子の軸方向長さに対応した厚みにする必要がある。例えば、打抜加工における加工方向が金属層に対して直交する場合には、金属層の厚みを金属柱状粒子の軸方向長さに対応させ、加工方向が金属層の直交方向に対して傾斜する場合には、加工軸に沿って斜めに測定される金属層の厚みを金属柱状粒子の軸方向長さに対応させる。
【００５５】
被加工材料として、一定厚の薄肉板材を使用することで、打抜加工後に得られる金属柱状粒子の軸方向長さが一定の多数の金属柱状粒子を作製することができる。特に、厚みが精度よく均一な金属層を用いれば、打抜加工により得られる多数の金属柱状粒子の軸方向長さを精度よく均一にできる。
【００５６】
本製造方法で準備するプレス加工装置は、図１に示すように、所望の金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ１及びダイ２を備え、プレス加工により被加工材料３を打抜可能な装置であればよい。
【００５７】
パンチ１及びダイ２は、少なくとも一方の軸方向と直交する断面形状が所望の金属柱状粒子の軸方向と直交する断面形状に対応していることが必要である。ここではパンチ１及びダイ２の軸方向と直交する断面形状を、所望の金属柱状粒子の軸方向と直交する断面形状と同一又は相似形状とするのが好適であるが、所望の金属柱状粒子の断面形状と多少相違した類似形状であっても、打抜加工により所望の金属柱状粒子を得ることは可能である。
【００５８】
パンチ１の断面形状をダイ２の断面形状より小さくすることで、ダイ２とパンチ１との間にクリアランスを設けることができる。このクリアランスにより、繰り返し打抜加工して得られる多数の金属柱状粒子の形状及び大きさの分布（バラツキ）が調整される。即ち、クリアランスが大きい程、得られる多数の金属柱状粒子の形状及び大きさの分布（バラツキ）が大きくなり、クリアランスを小さくする程、金属柱状粒子の形状及び大きさの分布（バラツキ）を小さくできる。
【００５９】
ダイ２とパンチ１との間のクリアランスを５μｍ以下にすると、打抜加工により得られる多数の金属柱状粒子の断面形状及び大きさの分布（バラツキ）を極めて小さく抑えることができ、金属柱状粒子の軸方向と直交する断面形状及びその大きさを精度よく所望の形状及び大きさに形成することが可能である。
【００６０】
ダイ２及びパンチ１の加工方向、即ち被加工材料３の金属層と直交する軸に対するダイ２及びパンチ１の軸線の傾斜角度θは適宜調整するのがよい。傾斜角度θを０度として金属層に対して直交させると、両端面が整った柱状で金属層の層厚に応じた軸方向長さの金属柱状粒子が得られる。一方、傾斜角度θを設けて金属層に対して傾斜させると、傾斜角度θに応じて金属層の層厚とは異なる軸方向長さの金属柱状粒子が得られる。
【００６１】
本実施形態のプレス加工装置では、パンチ１の先端が直接被加工材料３の表面に直接当接して加圧するため、パンチ１の先端形状が各金属柱状粒子の一方の端面に転写される。そのためパンチ１の先端形状は、所望の金属柱状粒子の一方の端面に対応した形状とするのがよい。この実施形態では、所望の金属柱状粒子の一方の端面は、軸方向に対して直交する略平面形状となっているため、パンチ１の先端形状がダイ２及びパンチ１の加工方向に対して直交する平面形状となっている。
【００６２】
一方、各金属柱状粒子の他方の端面の形状は、調整してもよいが、被加工材料３のパンチ１と当接しない表面形状が残留したとしても、多数の金属柱状粒子において同じ形状に形成することができる。この実施形態では、作製容易にするため、被加工材料３の金属層のパンチ１と当接しない平面形状を残留させて、加工方向に対応した傾斜面を形成するようにしている。
なお本実施形態のプレス加工装置では、ダイ２及びパンチ１の加工方向の長さ、軸方向の勾配、ストローク量、加工速度等は打抜加工により円滑に金属柱状粒子を打ち抜けるように適宜設定すればよい。
【００６３】
以上のようなプレス加工装置及び被加工材料３を準備して、本実施形態により多数の金属柱状粒子を作製するには、次の通り行う。
まずプレス加工装置に所望の金属柱状粒子に対応したパンチ１及びダイ２を装着し、所望の金属柱状粒子に対応した金属層を有する被加工材料３を装着する。このとき、パンチ１及びダイ２の加工軸を被加工材料３の金属層に対して精度よく設定する。そして、被加工材量を移動させつつパンチ１及びダイ２により繰り返し打抜加工を行うことで、多数の金属柱状粒子を作製することができる。
打抜加工を繰り返す際には、パンチ１及びダイ２の金属層に対する加工方向を一定に保つことが好適である。なお従来の各種の製造方法のように、金属粒子を溶融して作製する必要がないため、大気下で高温に加熱することなく常温で加工してもよい。
【００６４】
以上のような本実施形態の製造方法によれば、パンチ１及びダイ２を用いて金属層を打抜加工することで、金属粉末を構成する多数の金属柱状粒子を製造できるので、繰り返し打抜加工するだけで所望の多数の金属柱状粒子からなる金属粉末を容易に製造することができる。
【００６５】
その際、多数の金属柱状粒子の軸方向長さやその分布（バラツキ）は、金属層の厚みにより調整し、軸方向と直交する断面形状及び大きさやそれらの分布（バラツキ）は、パンチ１及びダイ２の断面形状により調整する。そのため、金属粉末を構成する多数の金属柱状粒子の形状及び大きさとそれらの分布（バラツキ）とを、容易に精度よく調整することができ、多数の粒子の形状及び大きさを揃えた金属粉末を容易に製造できる。
【００６６】
この製造方法では、パンチ１及びダイ２の断面形状を、多数の金属柱状粒子の断面形状と同一又は相似形状にするので、所望の断面形状を有して分布（バラツキ）が所望の範囲内となるような多数の金属柱状粒子を容易に形成することができる。
【００６７】
特に、パンチ１とダイ２との間に設けるクリアランスを５μｍ以下にして打抜加工を行うと、多数の金属柱状粒子をより高精度に作製でき、多数の金属柱状粒子の断面形状及び大きさの分布（バラツキ）が極めて少ない金属粉末を容易に精度よく製造できる。
【００６８】
次に、このようにして製造された金属粉末について説明する。
この金属粉末は軸方向と直交する断面形状と軸方向長さとを揃えた多数の金属柱状粒子からなる。
ここでは、金属粉末を構成する多数の金属粒子が柱状の形状を有している。柱状の形状は一方向に延びる軸を有し、断面形状が軸方向に沿って略一定に連続した形状である。このような形状であれば、球形状や不定形形状の多数の金属粒子からなるものに比べ、上述のように加工により多数の金属粒子の形状や大きさを互いに同等に形成することができ、形状や大きさの分布（バラツキ）を格段に小さくすることが容易である。
【００６９】
ここで、多数の金属柱状粒子の軸方向と直交する断面形状を揃えるとは、各粒子の断面形状が互いに同一又は相似形状であり、断面の直径で示される分布（バラツキ）が平均値に対して±１０μｍの範囲以内となるようにするのがよい。
【００７０】
また多数の金属柱状粒子の軸方向長さを揃えるとは、各粒子の軸方向長さが互いに同一又は近似長さであり、軸方向断面で示される分布（バラツキ）が平均値に対して±１０μｍの範囲以内となるようにするのがよい。このような形状及び大きさを有する多数の金属柱状粒子であれば、多数の球状粒子や不定形粒子からなる金属粉末のように、広い粒径分布（バラツキ）を有する粉末となることを確実に防止することが可能である。なお、この実施形態の多数の金属柱状粒子は、互いに同じ金属材料からなり同等の金属組織を有している。
【００７１】
〔金属粉末の実施形態例〕
以上のような金属粉末によれば、多数の金属粒子の断面形状及び軸方向長さが揃っているので、粒子の分布（バラツキ）が極めて少なく、そのため各種の用途に使用する際に、用途に応じた作用を金属柱状粒子毎に同等に得ることができる。そのため各種の用途において金属粉末により所望の作用を効率よく実現することが可能である。
例えば金属粉末を収容したり充填して使用したりする場合には、金属粉末を構成する各金属粒子が柱状で、球形状の粒子や不定形の粒子とは異なり明確な方向性を有しているため、不定形の粒子や球状粒子等からなる粉末に比べて金属粒子の配置密度を高めることができる。
即ち、半径ｒの円形断面を有して軸方向長さが２ｒの円柱形状の粒子と半径ｒの球形状の粒子とを比較した場合、ｘｙｚ軸に沿って規則正しく配列して収容すると、円柱形状の粒子は球形状の粒子に比べて、一辺を同じくする立方体に対する空隙率が小さくなる。例として、半径ｒが０．３ｍｍの場合、球形状では０.０１４１３７ｍｍ３となり空隙率は４８％であるが、円柱形状では０.０２１２０６ｍｍ３となり空隙率は２１％で、球形状に比べて２６％小さくなる。
【００７２】
〔実施形態例の変形例〕
次に変形例について説明する。
上記では、多数の金属柱状粒子からなる金属粉末の例について説明したが、ここでは、多数の金属柱状粒子と多数の他の金属粒子との混合物からなる金属粉末の例について説明する。
混合物の多数の金属柱状粒子と同様である。
混合物の多数の他の金属粒子は、１種であっても２種以上であってもよいが、好ましくは多数の他の金属粒子からなる粉末の状態で金属粒子の大きさ及び分布（バラツキ）を把握可能なものを用いる。具体的には、金属粒子の大きさ及び分布（バラツキ）が既知のものや、金属粒子の大きさ及び分布（バラツキ）を調整して作製可能なものを用いるのがよい。このような他の金属粒子の形状は、球形状、不定形形状等の各種の形状の金属粒子であってもよく、金属柱状粒子であってもよい。
【００７３】
混合物からなる金属粉末を製造するには、上記のようにして多数の金属柱状粒子を作製し、その後、予め作製された多数の他の金属粒子を混合してもよく、上記のようにして多数の金属柱状粒子を製造する際に多数の他の金属粒子を合わせて作製して、順次混合してもよい。
【００７４】
多数の他の金属粒子として金属柱状粒子を用いる場合には、上記の多数の金属柱状粒子の製造方法と同様に、他の金属柱状粒子の軸方向長さに対応した厚みの金属層を有する被加工材料を、他の金属柱状粒子の断面形状に対応した断面形状を有するパンチ及びダイにより打抜加工することで作製してもよい。これにより、形状や大きさ、それらの分布（バラツキ）が精度良く調整された多数の他の金属粒子を得ることができる。
【００７５】
そして多数の金属柱状粒子と他の多数の金属粒子とを、混合割合を調整して混合することで金属粉末を製造することができる。
このようにして得られた混合物からなる金属粉末は、上述のように多数の金属柱状粒子が形状及び大きさが揃えられ粒子の分布（バラツキ）が極めて小さい粉末であり、多数の他の金属粒子が大きさ及び分布（バラツキ）を把握できるものであるため、各金属粒子の混合割合を調整することで、混合割合に応じて種々の粒度分布（バラツキ）に精度よく調整された金属粉末を製造することができる。
そのため、金属粉末の用途に応じて粒度分布（バラツキ）を調整することで、金属粉末による所望の作用を効率よく実現することができる。
【００７６】
なお上記実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、上記ではプレス加工装置として、一組のパンチ及びダイを備えた装置として図示したが、複数のパンチ及びダイを備えたプレス加工装置を用いれば効率良く多数の金属柱状粒子を製造することができる。
【００７７】
また複数のパンチ及びダイを備えたプレス加工装置を用いれば、各ダイ及びパンチをそれぞれ互いに異なる形状にすることで、複数種類の金属柱状粒子を同時に製造することもできる。その場合、互いに異なる形状のパンチ及びダイの組を、各種類の金属柱状粒子の混合割合に応じた数を装着すれば、打抜加工することで、各種類の金属柱状粒子を目的の混合割合で混合した状態で各金属柱状粒子を作製することができる。
【００７８】
本発明の金属粉末は、従来、種々の分野で金属粉末が使用されている分野、例えば、粉末冶金材料、レーザ焼結用材料、セラミックス材料、電子部品材料、被覆材料、磁性材料、樹脂等への充填材、自動車用触媒原料などで好適に利用できる。
【実施例】
【００７９】
［実施例１］
圧延鋼材からなり、軸方向と直交する断面形状が直径０．１５ｍｍの円形で、軸方向長さが０．１４ｍｍの多数の金属柱状粒子からなる金属粉末を製造した。
プレス加工装置として、図１に示すパンチ及びダイを備え、被加工材料と直交する方向に対してパンチ及びダイの加工方向の傾斜角度θを２０度にした装置を用いた。
パンチの軸方向と直交する断面形状とダイの軸方向と直交する断面形状とを共に金属柱状粒子の断面形状に対応させて円形とし、ダイとパンチとの間のクリアランスを５μｍとした。
被加工材料として、平均結晶粒径が９μｍの微細結晶粒金属からなり、厚み０．１３ｍｍの金属層のみからなる圧延鋼板を用いた。この圧延鋼板の厚みの分布（バラツキ）をマイクロメータで測定したところ、寸法差は１μｍであった。
【００８０】
被加工材料をパンチ及びダイにより打抜き加工することを繰り返すことで、多数の金属柱状粒子を作製して、実施例１の金属粉末とした。
【００８１】
得られた金属粉末中の金属柱状粒子は、図２に示すように、軸方向と直交する断面形状が円形で、一方の端面が軸と直交する平面形状を有し、他方の端面が傾斜した円柱形状を有していた。この金属粉末について平均軸方向長さと、軸方向と直交する断面形状の平均直径とを測定し、それぞれの分布（バラツキ）を求めた。
【００８２】
軸方向長さ及び直径は、それぞれ走査電子顕微鏡を用いて寸法測定を行い、４０個の測定データから平均値及び標準偏差を求めた。
その結果、平均軸方向長さは１４１．２μｍ、軸方向長さの分布（バラツキ）は４．１μｍであった。また平均直径は１５２．４μｍ、直径の分布（バラツキ）は１．４μｍであった。直径の分布（バラツキ）を図４（ａ），（ｂ）に示した。
【００８３】
なお、得られた金属柱状粒子の断面が円形の円柱形状であるので、上記の軸方向長さは金属柱状粒子の高さｈに等しく、直径は円換算直径に等しい。
【００８４】
得られた金属柱状粒子は、平均円換算粒子径ｄＳが８５．０２μｍ、
ｄＳの８０％の値（６８．０１μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が０％、
ｄＳの８５％の値（７２．２６μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が０％、
ｄＳの９０％の値（７６．５２μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が０％、
ｄＳの９５％の値（８０．７７μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が０％、
ｄＳの９８％の値（８３．３２μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が０％、
ｄＳの９９％の値（８４．１７μｍ）以下の円換算粒子径を有する金属柱状粒子の数分率が１０．０％、であった。
アスペクト比（ｈ／円換算直径）は、最小値は０．８７、最大値は１．０１で、アスペクト比（ｈＣ／ｄＣ）は、０．９３（ｈＣ＝１４１．２、ｄＣ＝１５２．４）であった。
【００８５】
なお、各金属柱状粒子の外表面を観察したところ、側面にはせん断面と破断面が存在し、バリやだれは比較的少ない状態であった。
【００８６】
実施例１では、直径及び軸方向長さが精度よく揃っていて、これらの分布（バラツキ）が極めて狭く、粒子の分布（バラツキ）が無いに等しい金属粉末を得ることができた。ここでは、多数の金属柱状粒子の形状及び大きさがダイ及びパンチに対応し、軸方向長さが被加工材料に対応していた。
【００８７】
［比較例１］
実施例１と同じ圧延鋼材から直径０．５ｍｍの断面円形の線材を引き抜き加工により作製し、切断用金型で軸方向長さが１．５ｍｍとなるように切断した。その結果、図３（ａ），（ｂ）に示すように、切断時に端面付近が著しく変形した。そのため均一な金属粉末は得られなかった。
【符号の説明】
【００８８】
１  パンチ
２  ダイ
３  被加工材料
４  排出管
５  回収ゾーン
６  吸引管
７  吸引装置（真空ポンプ）
８  口金
９  金属柱状粒子を含む金属粉末
１０  金属粒子の輸送路
１１  切刃
１２  管状内壁
１３  段差
１４  バイパス孔
１５  切欠き
２１  ダイセット
２２  バッキングプレート
２２ａ  排出孔
２３  治具
【図１】
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【図５】
2014139340.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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