(57)【要約】【課題】従来の回転円盤を利用したアトマイズ法では、回転円盤の回転数を高めることによって金属粉末を微粒子化できるが、回転円盤の回転数にも限界があり、せいぜい２０μｍ程度の金属粉末を製造するのが限界で、それ以上微粒子化することが難しかった。【解決手段】本発明の微細金属粉末の製造装置１０は、金属の溶湯Ｍを回転円盤１２上に滴下し、回転円盤１２の遠心力で溶湯Ｍを飛散させて金属粉末を製造する装置において、回転円盤１２の上下に第１、第２のガス噴射機構１４、１５を設け、第１、第２のガス噴射機構１４、１５それぞれからの噴射ガスを、上記回転円盤の全周から飛散する溶湯粒子群Ｐに衝突させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、上記回転円盤の遠心力で上記溶湯を上記回転円盤から飛散させて金属粉末を製造する方法において、上記回転円盤の少なくとも上下いずれか一方から上記回転円盤から飛散する溶湯に向けてガスを噴射することを特徴とする微細金属粉末の製造方法。
【請求項２】
上記ガスとして不活性ガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の微細金属粉末の製造方法。
【請求項３】
上記不活性ガスとして窒素ガスを使用することを特徴とする請求項２に記載の微細金属粉末の製造方法。
【請求項４】
金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、回転円盤の遠心力で上記溶湯を飛散させて金属粉末を製造する装置において、上記回転円盤の少なくとも上下いずれか一方にガス噴射機構を設け、ガス噴射機構からの噴射ガスを、上記回転円盤の全周から飛散する溶湯に衝突させることを特徴とする微細金属粉末の製造装置。
【請求項５】
上記ガス噴射機構は、逆円錐台の全周面に倣って形成された噴射口を有することを特徴とする請求項４に記載の微細金属粉末の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、その遠心力で金属の粉末を製造する方法及びその製造装置に関し、更に詳しくは、例えば１０μｍ以下の粒径を有する金属微粉末を製造することができる微細金属粉末の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末を製造する方法として、例えば高速で回転する回転円盤を利用して金属粉末を製造するアトマイズ法が知られている。この方法では、回転円盤上に金属の溶湯を滴下し、滴下した溶湯を回転円盤の遠心力でその周囲へ飛散させると、溶湯は粒子状になって急冷されて金属粉末になる。回転円盤は、通常、例えば１００００〜５０００００ｒｐｍの高速で回転し、粒径が２５〜５０μｍの金属粉末が得られる。
【０００３】
金属粉末は、例えば電子部品や顔料を製造する等、産業分野の多方面において使用されている。例えば、電子部品を製造する場合には、その小型、軽量化が急激に進み、例えば半田ペースト等に用いられる金属粉末等では微粒子化への要求が益々強くなってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の回転円盤を利用したアトマイズ法では、回転円盤の回転数を高めることによって金属粉末を微粒子化できるが、回転円盤の回転数にも限界があり、せいぜい２０μｍ程度の金属粉末を製造するのが限界で、それ以上微粒子化することが難しかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、例えば１０μｍ以下の粒径まで微粒子化することができる微細金属粉末の製造方法及びその製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の微細金属粉末の製造方法は、金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、上記回転円盤の遠心力で上記溶湯を上記回転円盤から飛散させて金属粉末を製造する方法において、上記回転円盤の少なくとも上下いずれか一方から上記回転円盤から飛散する溶湯に向けてガスを噴射することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の微細金属粉末の製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記ガスとして不活性ガスを使用することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の微細金属粉末の製造方法は、請求項２に記載の発明において、上記不活性ガスとして窒素ガスを使用することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項４に記載の微細金属粉末の製造装置は、金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、回転円盤の遠心力で上記溶湯を飛散させて金属粉末を製造する装置において、上記回転円盤の少なくとも上下いずれか一方にガス噴射機構を設け、ガス噴射機構からの噴射ガスを、上記回転円盤の全周から飛散する溶湯に衝突させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項５に記載の微細金属粉末の製造装置は、請求項４に記載の発明において、上記ガス噴射機構は、逆円錐台の全周面に倣って形成された噴射口を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、例えば１０μｍ以下の粒径まで微粒子化することができる微細金属粉末の製造方法及びその製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の微細金属粉末の製造装置の一実施形態を概念的示す断面図、図２は図１に示す微細金属粉末の製造方法の原理を説明するための説明図である。
【００１３】
まず、本発明の微細金属粉末の製造装置の一実施形態について説明した後、この製造装置を用いた本発明の微細金属粉末の製造方法について説明する。
【００１４】
本実施形態の微細金属粉末の製造装置１０は、例えば図１に示すように、金属の溶湯Ｍを溜める坩堝１１と、坩堝１１の下方に配置された回転円盤１２と、回転円盤１２を回転駆動させるモータ１３と、回転円盤１２の下方に配置された第１のガス噴射機構１４と、回転円盤１２を介して上下対称になるように回転円盤１２の上方に配置された第２のガス噴射機構１５と、これらの坩堝１１、回転円盤１２、モータ１３、第１、第２のガス噴射機構１４、１５を収容し、内部が所定のガス雰囲気に調整される容器（図示せず）と、を備えている。
【００１５】
坩堝１１は、図１に示すように、その下面中央から垂下する管状のノズル１１Ａを有し、ノズル１１Ａから下方の回転円盤１２上へ金属の溶湯Ｍを滴下するようにしてある。回転円盤１２は、その下面中央から垂下し且つモータ１３の回転軸１３Ａに連結された軸部１２Ａを有し、モータ１３によって高速回転して坩堝１１から滴下する溶湯Ｍを周囲へ飛散させるようにしてある。
【００１６】
第１、第２のガス噴射機構１４、１５は、図１に示すように、それぞれ同一構造を有し、それぞれから噴射するガスで回転円盤１２の遠心力でその周囲へ飛散した溶湯粒子群Ｐを吹き飛ばして更に微粒子化する。そこで、以下では第１のガス噴射機構１４について説明し、第２のガス噴射機構１５には符号のみを附し、その説明は省略する。
【００１７】
第１のガス噴射機構１４は、図１に示すように、高圧ガスを噴射するノズル１４１と、ノズル１４１とガス配管１４２を介して連結されたガス供給源（例えば、ボンベ）１４３と、を備え、ノズル１４１が配管１４２を介してボンベ１４３から受給する高圧ガスを回転円盤１２の外側に向けて噴射するように構成されている。ガスは、微細金属粉末を酸化しない不活性ガスが好ましい。不活性ガスとしては窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス等を使用することができる。また、金属の酸化を防止する観点から還元性ガスである水素ガスも使用することができる。従って、容器内は噴射ガスと同一のガス雰囲気になっていることが好ましい。
【００１８】
ノズル１４１は、図１に示すように、第１のノズル部材１４１Ａと、第１のノズル部材１４１Ａと嵌合する第２のノズル部材１４１Ｂと、第１、第２のノズル部材１４１Ａ、１４１Ｂをそれぞれの下面で連結固定する連結部材１４１Ｃと、を有し、中央に貫通孔を有するリング状の部材として形成されている。そして、ノズル１４１の上面にはガス噴射口１４１Ｄが円形状に開口している。ノズル１４１の貫通孔にはモータ１３の回転軸１３Ａが嵌入し、この回転軸１３Ａは貫通孔内で回転円盤１２の軸部１２Ａに連結されている。
【００１９】
更に、第１、第２のノズル部材１４１Ａ、１４１Ｂについて説明する。第１のノズル部材１４１Ａは、図１に示すように、外観が略皿ネジ状に形成され、上部が逆円錐台を呈している。第２のノズル部材１４１Ｂの中央には第１のノズル部材１４１Ａが嵌合する孔が形成され、第１、第２のノズル１４１Ａ、１４１Ｂの上部の逆円錐台状の界面にはガス噴射口１４１Ｄとなる細隙が形成されている。また、第２のノズル部材１４１Ｂの嵌入孔の下部にはガス噴射口１４１Ｄと連通するガス滞留部１４１Ｅが内周面全周に沿って形成されている。ガス滞留部１４１Ｅの一部にはガス供給口１４１Ｆが形成され、このガス供給口１４１Ｆにはガス配管１４２を介して、高圧ガスを貯留するボンベ１４３が接続されている。第１、第２のノズル部材１４１Ａ、１４１Ｂは、ガス噴射口１４１Ｄ及びガス滞留部１４１Ｅ以外では互いに密着し、ガス漏れのない構造になっている。
【００２０】
従って、ノズル１４１は、ボンベ１４３からガス滞留部１４１Ｅ内に高圧ガスを受給すると、この高圧ガスをガス噴射口１４１Ｄから逆円錐台の側面に沿って噴射し、回転円盤１２の遠心力で回転円盤１２の上面から周囲に飛散した溶湯粒子群Ｐに衝突して溶湯粒子群Ｐを吹き飛ばして微粒子化させて急冷することによって霧状（微粒子状）の微細金属粉末群Ｐ’を作る。
【００２１】
第２のガス噴射機構１５は、図１に示すように、回転円盤１２を基準にして第１のガス噴射機構１４と上下対称になるように回転円盤１２の上方に対向して配置されている。従って、第１、第２のガス噴射機構１４、１５は、それぞれのノズル１４１、１５１のガス噴射口１４１Ｄ、１５１Ｄから高圧ガスを噴射し、噴射ガスを回転円盤１２から飛散する溶湯粒子群Ｐに衝突させて更に微粒子化して微細金属粉末群Ｐ’を作る。尚、第２のガス噴射機構１５は、ガス配管１４２及びボンベ１４３を第１のガス噴射機構１４と共有している。
【００２２】
次に、動作について説明する。モータ１３を駆動して回転円盤１２が所定の回転数（例えば、３００００〜１２００００ｒｐｍの回転数）で高速回転した状態で、坩堝１１内のノズル１１Ａから回転円盤１２上に金属の溶湯Ｍが滴下されると、図１、図２に示すように滴下された溶湯Ｍはまず回転円盤１２の遠心力で回転円盤１２から周囲へ溶湯粒子群Ｐとして飛散する。この時、第１、第２のガス噴射機構１４、１５それぞれのノズル１４１、１５１から高圧ガスが高速で噴射されているため、噴射ガスが回転円盤１２から飛散する溶湯粒子群Ｐに衝突して更に微粒子化して急冷し、微粒子状の微細金属粉末群Ｐ’として周囲に飛散させる。
【００２３】
つまり、溶湯Ｍは、図２で模式的に示すように、回転円盤１２によって第１段階の粒状化作用を受けて溶湯粒子群Ｐを形成した後、第１、第２のガス噴射機構１４、１５からの噴射ガスＧ１、Ｇ２によって第２、第３段階の微粒子化作用を受けて微粒子状の微細金属粉末群Ｐ’を得ることができる。この時、第１、第２のガス噴射機構１４、１５からの噴射ガスＧ１、Ｇ２は、実質的に同一の噴射速度で同一場所の溶湯粒子群Ｐに衝突するため、略倍の衝撃力が溶湯粒子群Ｐに作用して極めて微細な微細金属粉末群Ｐ’を製造することができる。従来の方法では回転円盤１２から飛散した直後の溶湯粒子群Ｐの粒径は、その回転数にもよるが、通常２０数μｍが限界である。これに対して本実施形態では回転円盤１２から飛散した溶湯粒子群Ｐを更に高圧ガスによって１０μｍ以下の粒径まで微粒子化することができる。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、回転円盤１２の上下に第１、第２のガス噴射機構１４、１５を設け、第１、第２のガス噴射機構１４、１５からの噴射ガスを、それぞれ回転円盤１２の全周から飛散する溶湯Ｍに衝突させるようにしたため、回転円盤１２からその周囲に飛散して形成された溶湯粒子群Ｐを噴射ガスによって更に微粒子化し、急冷することによって従来よりも格段に微粒子化された微細金属粉末群Ｐ’を製造することができる。
【００２５】
上記実施形態では、回転円盤１２の上下に第１、第２のガス噴射機構１４、１５を設けた例について説明したが、ガス噴射機構は回転円盤１２の上下のいずれか一方に設ければ良い。
【実施例】
【００２６】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００２７】
実施例１
本実施例では、金属として低融点金属であるＳｎ−Ｐｂ半田を使用した。そして、第１のガス噴射機構を使用した場合と、第１、第２のガス噴射機構の両方を使用した場合に分けてＳｎ−Ｐｂ半田の粉末を製造した。尚、表１において、下ノズルは第１のガス噴射機構のノズルを示し、上ノズルは第２のガス噴射機構のノズルを示す。従って、上下ノズルとは、第１、第２のガス噴射機構の両方を使用した場合を示す。
【００２８】
第１のガス噴射機構を使用する場合には、回転円盤の回転数及び第１のガス噴射機構のガス圧力それぞれを表１に示すように変えてＳｎ−Ｐｂ半田の微細金属粉末を得た後、それぞれの粒径を測定し、その測定結果を表１に示した。
【００２９】
また、第１、第２のガス噴射機構を同時に使用する場合にも、回転円盤の回転数及び第１、第２のガス噴射機構のガス圧力それぞれを表１に示すように設定してＳｎ−Ｐｂ半田の粉末を得た後、それぞれの粒径を測定し、その測定結果を表１に示した。
【００３０】
更に、比較例として、回転円盤だけを使用し、回転円盤の回転数を表２に示すように設定して従来の方法でＳｎ−Ｐｂ半田の粉末を得た後、それぞれの粒径を測定し、その測定結果を表２に示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
2006213986.tif 000004
【００３３】
表１に示す結果によれば、第１、第２のガス噴射機構を同時に使用することにより、Ｓｎ−Ｐｂ半田を１〜１０μｍまで微粒子化できることが判った。第１のガス噴射機構のみを使用した場合には、第１、第２のガス噴射機構を使用する場合よりも微粒子化の程度は劣るが、１０〜２０μｍまで微粒子化できることが判った。これに対して、回転円盤だけを使用する従来の方法では、本実施例の場合よりも回転円盤の回転数を増やし、６００００ｒｐｍにしても２５〜６０μｍが限界であった。従って、本実施例では従来と比較して格段に粒径の小さい半田粉末を製造できることが判った。尚、Ｓｎ−Ｐｂ半田と融点の近いＳｎ（融点：２３１℃）の粉末を製造したが、Ｓｎ−Ｐｂ半田と同一の結果が得られた。
【００３４】
実施例２
本実施例では、高融点金属としてＣｕ−Ｓｎ合金を使用した。そして、回転円盤及び第１、第２のガス噴射機構のガス圧力を表３に示すように設定してＣｕ−Ｓｎ合金の溶湯からその微細金属粉末を得た後、それぞれの粒径を測定し、その測定結果を表３に示した。
【００３５】
【表３】
2006213986.tif 000005
【００３６】
表３に示す結果によれば、高融点金属であるＣｕ−Ｓｎ合金であっても、低融点金属の場合と同一レベルまで微粒子化できることが判った。
【００３７】
実施例２
本実施例では、更に融点の高いＮｉ−Ａｌ合金を使用して、表４に示す条件で上記各実施例と同様の方法で微細金属粉末を得た後、それぞれの粒径を測定し、その測定結果を表４に示した。
【００３８】
【表４】
2006213986.tif 000006
【００３９】
表４に示す結果によれば、Ｃｕ−Ｓｎ合金より更に融点の高い金属であるＮｉ−Ａｌ合金であっても、低融点金属の場合と同一レベルまで微粒子化できることが判った。つまり、溶湯を得ることさえできれば、金属の融点の高低に関係なく、金属を同一レベルまで微粒子化できることが判った。
【００４０】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、円盤の回転数及び高圧ガスのガス圧力は必要に応じて適宜設定することができる。要は、金属の溶湯を回転円盤上に滴下し、回転円盤の遠心力で上記溶湯を飛散させて金属粉末を製造する装置において、上記回転円盤の少なくとも上下いずれか一方にガス噴射機構を設け、ガス噴射機構からの噴射ガスを、上記回転円盤の全周から飛散する溶湯に衝突させる装置を用いて微細金属粉末を製造する方法であれば、本発明に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、産業分野の多方面で使用される微細金属粉末を製造する場合に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の微細金属粉末の製造装置の一実施形態を概念的示す断面図である。
【図２】図１に示す微細金属粉末の製造方法の原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｍ    金属の溶湯
１０    微細金属粉末の製造装置
１２    回転円盤
１４、１５    ガス噴射機構
１４１、１５１  ノズル
１４３    ボンベ
【図１】
2006213986.tif 000007
【図２】
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