(57)【要約】【課題】  はんだ粉末や精密金属粉末射出成型（ＭＩＭ）部品、溶射用粉末、微細加工用ショット粉等の用途向け微粉末を効率よく製造することを可能とした表面平滑化してなる粉末作製用ディスクを提供する。【解決手段】  溶融した原材料を粉体にする遠心噴霧法ならびに遠心噴霧法の機構を利用した粉末製造に用いるディスクにおいて、溶湯と接する全ディスク上面がマクロ（巨視的）またはミクロ（微視的）観察により、いずれにおいても平滑面であることを特徴とする粉末作製用ディスク。上記したディスクが、グラファイトまたはセラミックスからなる耐熱材で構成されている粉末作製用ディスク。【選択図】    図１
2011219280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した原材料を粉体にする遠心噴霧法ならびに遠心噴霧法の機構を利用した粉末製造に用いるディスクにおいて、溶湯と接する全ディスク上面がマクロ（巨視的）またはミクロ（微視的）観察により、いずれにおいても平滑面であることを特徴とする粉末作製用ディスク。
【請求項２】
請求項１に記載したディスクがグラファイトまたはセラミックスからなる耐熱材で構成されていることを特徴とする粉末作製用ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクの回転機構を利用して粉体を作製するために使用する表面平滑化処理してなる粉末作製用ディスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、はんだ粉末や精密金属粉末射出成型（ＭＩＭ）部品、溶射用粉末、微細加工用ショット粉等の用途向けに微粉末のニーズが高まっている。その代表的な粉末製造方法として水噴霧法、ガス噴霧法などがあるが、その中の遠心噴霧法では不純物が少なく、かつ真球度の高い粉末が得られる特徴があり、他の粉末製造方法と比較して優位性がある。また、遠心噴霧法において中融点以上の金属を噴霧する方法の１つとして、グラファイト等の耐熱ディスクを使用することになるが、耐熱材と溶湯との濡れ性が悪く、目的粒度の微粉末を得ることの出来ないのが実状である。
【０００３】
一方、耐熱ディスクとして、例えば特開２００５−２９８２９９号公報（特許文献１）に開示されているように、遠心噴霧法による銅粉末の製造装置に使用するディスク、特に銅粉末の製造に使用する窒化珪素質ディスクは、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナおよびイットリアを含む配合物を焼結してなる窒化珪素質ディスクが提案されている。
【０００４】
また、特開２００９−６２５７３号公報（特許文献２）に開示されているように、溶融した原材料を回転ディスク上に滴下し、その遠心力にて、原料を微粉状にする遠心噴霧法に用いる回転ディスクであって、耐熱性で且つ熱伝導性がセラミックスよりも良好な基材の表面がセラミックス薄膜で被覆されている耐熱性ディスクが提案されている。
【０００５】
さらに、金属データブック  日本金属学会編  改訂４版  ２００４．１（非特許文献１）の第５７〜６３頁に、セラミックスと液体金属の濡れ性について述べられている。
【特許文献１】特開２００５−２９８２９９号公報
【特許文献２】特開２００９−６２５７３号公報
【非特許文献１】金属データブック  日本金属学会編  改訂４版  ２００４．１  第５７〜６３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなグラファイトやセラミックスに代表される耐熱材を使用することによって、耐熱性、耐熱衝撃性をあわせ持ったディスクが開発され、高融点金属粉末が作製可能になった。しかし、高融点金属の溶湯に耐える耐熱性と耐衝撃性に優れ、かつ微粉末を得るために、溶湯との濡れ性に優れた材質のディスク材料やコーティング材料を選択したとしても、溶湯の種類によっては実際にアトマイズした場合にディスク上での濡れ拡がりが充分ではなく、微粉末が効果よく得られなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、ディスク表面のミクロ部分に着目し、従来使用しているディスクの表面に平滑化処理を施すことによって効率よく微粉末が得られることを見出し、発明に至ったものである。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）溶融した原材料を粉体にする遠心噴霧法ならびに遠心噴霧法の機構を利用した粉末製造に用いるディスクにおいて、溶湯と接する全ディスク上面がマクロ（巨視的）またはミクロ（微視的）観察により、いずれにおいても平滑面であることを特徴とする粉末作製用ディスク。
（２）前記（１）に記載したディスクがグラファイトまたはセラミックスからなる耐熱材で構成されていることを特徴とする粉末作製用ディスクにある。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明により、はんだ粉末や精密金属粉末射出成型（ＭＩＭ）部品、溶射用粉末、微細加工用ショット粉等の用途向け微粉末を効率よく製造することを可能とした表面平滑化してなる粉末作製用ディスクを提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
本発明は、上述したように、ディスク表面のミクロ部分に着目し、従来使用している凹凸状を有するディスクの表面を平滑化処理することによって、効率よく微粉末を得ることにある。その基本的な要因は、ディスクの表面状態と溶湯の濡れ性にある。すなわち、微粉末歩留りを向上させるために必要な濡れ性は接触角で表現される。接触角が小さい場合、濡れ性は良好な状態となり、微粉末が効率よく得られることになる。
【００１１】
なお、本発明に係る溶湯と接する全ディスク上面としたのは、溶融した原材料を遠心噴霧法ならびに遠心噴霧法により噴霧開始時は円状ディスクの中心に噴霧ノズルが下りて、ディスク中心に溶湯が接することになるが、その後ディスクが回転して噴霧ノズルからの溶湯は全ディスク表面に接することになることから、全ディスクの上面と定義した。
【００１２】
また、マクロ（巨視的）またはミクロ（微視的）観察により、いずれにおいても平滑面であるとしたのは、単にマクロ（巨視的）観察で平滑であることではなく、ミクロ（微視的）観察においても平滑であることを意味するものである。ここで、マクロ（巨視的）観察とは、視覚によって直接観察した場合を意味し、ミクロ（微視的）観察とは、顕微鏡等を用いてディスク表面を拡大して観察した場合を意味する。
【００１３】
図１は、ディスク表面上の液滴の挙動を示す説明図である。この図１に示すように、固体面の液体による濡れの現象は耐熱材であるディスク１と溶融金属である溶湯２のなす接触角θは平滑面においてはヤング（Ｙｏｕｎｇ）の式により表現される。これは固−液界面の表面張力γSL、固−気界面の表面張力γSG、気−液界面の表面張力γGLが力学的につり合う位置で接触角θが形成されていることを意味している。上記３つの表面張力のつり合いは式（１）で表すことができる。
γGLｃｏｓθ＝γSG−γSL      …        （１）
【００１４】
また、図２は、従来の凹凸面を持つディスク表面上の液滴の挙動を示す説明図である。この図２に示すように、従来使用していたディスク表面に凹凸３を有する場合、ウェンゼル（Ｗｅｎｚｅｌ）の効果が作用し、凹凸面での固−液界面の表面張力ＡγSLと凹凸面での固−気界面の表面張力ＡγGLがそれぞれ表面積に比例して増加するため、３つの表面張力のつり合いは式（２）のように表現される。
γGLｃｏｓθ＝ＡγSG−ＡγSL      …      （２）
ただし、Ａ：液滴が接している部分における凹凸面と平滑面の表面積比を示す。
【００１５】
上述した、（１）式、（２）式から分かるように、ディスクの表面積が大きくなることにより、接触角θは大きくなる。逆に、ディスクの表面を平滑化することにより、ディスクの表面積が小さくなり、ディスクの表面積が小さくなれば、接触角θは小さくなり、その結果、濡れ性を向上させることになる。
【００１６】
上述した原理に基づいて、本発明に係る溶融した原材料を粉体にする遠心噴霧法ならびに遠心噴霧法の機構を利用した粉末製造方法に用いるディスクにおいて、溶湯と接する部分に表面平滑化処理を施すことにより、ディスク１と溶湯２のなす接触角θは、図２から図１の状態に変化する。したがって、従来のディスクと比較して本発明に係るディスク１の接触角θは減少し、濡れ性が向上した状態となる。その結果、液滴の粒径が小さくなることによって、凝固する粉末の粒径が小さくなり、微粉末が得られる。
【００１７】
なお、本発明に係るディスクは耐熱材で構成されるグラファイトまたはセラミックス等が最適である。また上記するディスクは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に定義されている算術平均粗さＲａを１．０以下になるように平滑処理したことによって、Ｗｅｎｚｅｌの効果が作用し、濡れ性が向上する。濡れ性が向上することによって、ディスク上で薄い液膜が形成され、飛散する液滴のサイズが小さくなるために、粉末の平均粒径が小さくなる。その結果、得られる粉末の平均粒径が小さくなることによって微粉末の収率向上が可能となる。しかし、算術平均粗さがＲａが１．０を超える粗さとなると、上記効果を充分に得ることが出来ないことから、その上限を１．０とした。好ましくは、０．８μｍ以下とする。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
従来の旋盤加工のみでセラミックス製のディスクをＪＩＳ  Ｂ０６０１に定義されている算術平均粗さＲａ：０．８、１．０、１．２に平滑化処理したディスクをそれぞれ作製し、ハイブリッド噴霧法にて純Ｃｕ粉末を温度１３００℃、回転数４００００ｒｐｍ、Ａｒガスの条件下において粉末を作製、得られた粉末の粒度分布を測定し、図３に示すように、平均粒径の確認を行った。
【００１９】
図３は、従来のディスクと本発明ディスクでの平均粒径を示す図である。この図に示すように、比較例として、従来ディスクは平均粒径が１５０μｍ、これに対し、Ｒａ：０．８μｍに調整した発明ディスク１の平均粒径は１８μｍ、Ｒａ：１．０に調整した発明ディスク２の平均粒径は２０μｍ、Ｒａ：１．２に調整した発明ディスク３の平均粒径は２７μｍのものを用いた。その結果を図４に示す。
【００２０】
図４は、従来のディスクと本発明ディスクでの粉末の収率（２０μｍ粉末の歩留）を示す図である。この図から分かるように、従来のディスクに比較して、本発明ディスク１、２での２０μｍ粉末の収率（％）は、発明ディスク１では７２％、発明ディスク２では６４％と極めて高い値を示している。しかし、Ｒａを１．２μｍに調整した発明ディスクでは３０％と発明ディスク２の半分以下の値となり、上記効果を十分に得られていないことが分かる。
【００２１】
以上のように、遠心噴霧法、ハイブリッド噴霧法で使用されるディスクの溶湯と接触する部分の表面平滑化、特に算術平均粗さＲａ１．０以下にすることにより、Ｗｅｎｚｅｌ効果が抑制され、その結果、濡れ性が向上することによってディスク上で薄い液膜が形成され、飛散する液滴のサイズが小さくなり、得られた粉末の平均粒径が小さくなることによって微粉末を効率よく製造することを可能としたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ディスク表面上の液滴の挙動を示す説明図である。
【図２】従来の凹凸面を持つディスク表面上の液滴の挙動を示す説明図である。
【図３】従来のディスクと本発明ディスクでの平均粒径を示す図である。
【図４】従来のディスクと本発明ディスクでの粉末の収率（２０μｍ粉末の歩留）を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ディスク
２  溶湯
３  凹凸面
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊
【図１】
2011219280.tif 000003
【図２】
2011219280.tif 000004
【図３】
2011219280.tif 000005
【図４】
2011219280.tif 000006