(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に粉体を収容し、前記容器の底部に配設した攪拌羽根を先端部の回転速度 1.5ｍ／sec 以上で回転させ、同時に前記粉体の上方から 3.0ｍ／sec 以上の流速で流動用ガスを前記粉体中に吹き込むことによって前記粉体を攪拌流動させるとともに、前記粉体の上方から被覆液を噴霧することにより、前記粉体に前記被覆液を付与しかつ前記被覆液を乾燥させ、被覆層を形成することを特徴とする粉体の被覆方法。
【請求項２】
前記攪拌羽根を先端部の回転速度 1.5〜30ｍ／sec で回転させ、かつ前記流動用ガスを 3.0〜500 ｍ／sec の流速で前記粉体に吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の粉体の被覆方法。
【請求項３】
前記粉体が、鉄粉または鋼粉であって、前記被覆液が第１リン酸アルミニウム水溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆層の主成分となる物質を溶媒に溶解または分散させた溶液（以下、被覆液という）を粉体に噴霧し、同時にまたはさらに乾燥し、その被覆液に含まれる物質で粉体を被覆する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金技術は、複雑な形状の部品をニアネット形状でしかも高寸法精度に製造することを可能とし、切削コストを大幅に低減することを可能とする。このため、粉末冶金製品が自動車部品，電気部品等に多量に採用されている。
原料となる粉体は、これらの部品の用途や要求される特性に応じて適宜選択される。近年、部品の特性を一層向上するために、粉体の表面を種々の物質で被覆したものも検討されている。
【０００３】
粉体の表面に被覆層を形成する方法としては、被覆層の主成分となる物質を含有する被覆液を粉体に噴霧し、さらに乾燥して被覆層を形成するのが一般的である。
図３は、粉体に被覆液を噴霧する方法で被覆層を形成する際に、従来から使用されている装置の例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、容器１内に粉体２を収容し、容器１の底部に配設した攪拌羽根３を回転軸７を中心にして回転させて、粉体２を攪拌する。図３中の矢印ａは回転軸７の回転を示し、矢印ｂは攪拌による粉体２の流れを示す。
【０００４】
粉体の上方には、２種の流体を噴射する２流体ノズル８が配設されている。噴霧ガス４と被覆液５とを２流体ノズル８に供給することにより、被覆液５は粉体２に噴霧される。被覆液５には被覆層の主成分となる物質が溶解または分散しているので、被覆液５を粉体２に噴霧しつつ液を乾燥させることによって、粉体２の表面に被覆層が形成される。類似の方法は、たとえば特開2000-34502号公報において、フッ素化合物皮膜等を磁石用合金粉末に被覆する際に採用されている。
【０００５】
しかしながら図３に示す装置を用いた場合、容器１内の粉体２の流れは、攪拌羽根３の回転による攪拌（すなわち矢印ｂ）のみであるので、粉体２の上方から噴霧された被覆液５を、粉体２の粒子全面に均一に付着させることは困難である。
そこで、上記の方法の改良として、粉体工学便覧（第２版、粉体工学会編、日刊工業新聞社刊）p375の図4.11.5に転動流動層として示されているような装置による方法が検討されている。すなわち図４に示すように容器１底部から流動ガス６を吹き込みながら、被覆液５を粉体２に噴霧する装置により、容器１内の粉体２が均一に被覆層を形成するようにするものである。図４中の矢印ｃは流動ガス６による粉体２の舞い上がりを示す。
【０００６】
つまりこの装置における粉体２の流れとしては、攪拌羽根３の回転による攪拌（すなわち矢印ｂ）に加えて流動ガス６の吹き込みによる舞い上がり（すなわち矢印ｃ）が発生する。 こうして舞い上がった粉体２に被覆液５を噴霧することによって、粉体２の粒子全面に均一な被覆層が形成される。
しかしながら図４に示す装置を用いた場合、装置全体の構造が複雑になり、設備保全の負荷が増大する。
【０００７】
【特許文献１】
特開2000-34502号公報
【非特許文献１】
粉体工学便覧（第２版、粉体工学会編、日刊工業新聞社刊）p375
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解消し、粉体の表面に被覆層を形成するにあたって、簡便な手段で粉体全体に均一な被覆層を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、粉体を収容した容器の底部で攪拌羽根を回転させながら、粉体の上方から流動用ガスを噴射して、攪拌羽根の回転速度と流動用ガスの流速が粉体の攪拌および舞い上がりに及ぼす影響について鋭意検討した。その結果、 攪拌羽根の先端部の回転速度および流動用ガスを粉体中に吹き込む流速（すなわち粉体と流動ガスが接触する位置における流速）を所定の範囲内に調整することによって、粉体全体に均一な被覆層を形成できることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明は、容器内に粉体を収容し、容器の底部に配設した攪拌羽根を先端部の回転速度 1.5ｍ／sec 以上で回転させるとともに、粉体の上方から流動用ガスを噴射して 3.0ｍ／sec 以上の流速で流動用ガスを粉体中に吹き込むことによって粉体を攪拌流動させて、粉体の上方から被覆液を噴霧，乾燥させることによって被覆層を形成する粉体の被覆方法である。
【００１１】
前記した発明においては、好適態様として、攪拌羽根を先端部の回転速度 1.5〜30ｍ／sec で回転させ、かつ流動用ガスを 3.0〜500 ｍ／sec の流速で粉体に吹き込むことが好ましい。また、粉体が、鉄粉または鋼粉であって、被覆液が第１リン酸アルミニウム水溶液であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の方法で被覆される粉体は特に限定しないが、平均粒径が約10〜150 μｍ程度、嵩密度が 1.0〜4.5 ｇ／cm3 程度のものが特に好適である。具体的な例としては、アトマイズ鉄粉，還元鉄粉，鉄基合金鋼粉，ステンレス粉，およびアルミニウム粉や銅粉等の非鉄金属粉，非鉄合金鋼粉，ならびにセラミックやガラス等の無機化合物粉末等が挙げられる。
【００１３】
また、被覆層の組成についても、被覆液にて塗布可能なものであれば特に限定はない。ここで、被覆層を形成する物質は水や有機溶媒等の液に溶解あるいは分散（エマルジョン，サスペンション等の懸濁状も含む）させ、被覆液とする。そして水，有機溶媒等を乾燥工程にて蒸発させる。有機溶媒の場合、揮発性が高いものが好ましい。
【００１４】
粉体への被覆の例としては、粉体として鉄粉やセンダスト粉末等の軟磁性粉末を使用し、被覆液としてエポキシ樹脂やフェノール樹脂等をＭＥＫ（メチルエチルケトン）やトルエン等の有機溶媒に溶かした溶液を用いて、粉体粒子表面に絶縁性の高い樹脂層を形成することができる。このような粉末は、低損失の磁心材料用の原料とすることができる。
【００１５】
また、同じく磁心材料用原料向けの用途では、被覆液として、クロム酸，リン酸，シュウ酸，酢酸，ギ酸、あるいはMg，Ｂ，Ca，Al等の金属元素を含むこれらの酸の塩を水やエタノール等の有機溶媒に溶かした溶液を用いて、鉄粉等の軟磁性粉末の表面に絶縁層を形成することも、本発明の方法によれば可能である。
さらに、粉体として鉄粉やステンレス粉末等の焼結部品原料粉を用い、被覆液として金属石鹸（たとえばステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウム）や脂肪酸アミド（たとえばステアリン酸アミド）等の潤滑剤をエマルジョン化して水等の液状媒体に分散させたものを用いることによって、粉体粒子表面に潤滑剤が均一に被覆され、金型成形時の摩擦抑制の効果が顕著に改善される。
【００１６】
無論、 本発明は上記の用途に限定されるものではない。
なお、被覆液中の被覆層を形成する物質の濃度は 0.5〜20質量％程度が好適である。
以下に、本発明の方法を詳しく説明する。図１は、本発明を適用する装置の例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、容器１内に粉体２を収容し、容器１の底部近傍に配設した攪拌羽根３を回転軸７を中心にして回転させて、粉体２を攪拌する。図１中の矢印ａは回転軸７の回転を示し、矢印ｂは攪拌による粉体２の流れを示す。
【００１７】
ここで攪拌羽根３の直径は 100〜2000mm程度、容器１の内径（底面の断面形状が非円形の場合は内接する円の径）は攪拌羽根３の約 1.0〜1.5 倍とすることが好ましい。なお、容器１は略円筒状が好ましい。容器１への粉体２の充填量は、粉体層の厚み（充填される高さ）が攪拌羽根３の直径の１／２以下とすることが好ましい。
【００１８】
さて、本発明者らは、攪拌羽根３の回転が粉体２の攪拌に及ぼす影響を調査した。すなわち粉体２としてアトマイズ純鉄粉（川崎製鉄（株）製 KIP-304AS）を容器１内に収容し、後述する噴霧ガス４や流動ガス６を使用せず、粉体２を静止させた後、 攪拌羽根３を30秒間回転させた。容器１内に収容した粉体２は２kg，20kg，200kg とし、それぞれ１質量％の染料を加えて攪拌羽根３の回転数を種々変化させて、粉体２の混合状態を目視で観察した。ここで、容器１としては、回転羽根径の約 1.1倍の直径を有する略円形のものを、それぞれ用いた。
【００１９】
その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0004055617.tif 000002
【００２１】
表１から明らかなように、攪拌羽根３の先端部の回転速度が 1.5ｍ／sec 以上であれば粉体２は容器１内で十分に攪拌され、均一に混合されることが確認できた。つまり攪拌羽根３の先端部の回転速度を 1.5ｍ／sec 以上とする必要がある。 ただし粉体２の粒子の強度および靭性によっては、回転速度が30ｍ／sec を超えると、せん断力により粒子が変形あるいは分解して、粉体２の粉体特性が大きく変化するので好ましくない。したがって、攪拌羽根３の先端部の回転速度は 1.5〜30ｍ／sec が好ましい。
【００２２】
図１に示すように、本発明の方法においては、さらに粉体２の上方には、２流体ノズル８と流動ガス噴射ノズル９が配設される。この２流体ノズル８は、噴霧ガス４とともに被覆液５を粉体２に噴霧する。被覆液５には被覆層の主成分となる物質が溶解または分散しているので、被覆液５を粉体２に噴霧，乾燥させることによって、粉体２の表面に被覆層が形成される。なお、被覆液５の噴霧量は粉体１kgあたり１〜100 mg／sec 程度が好ましい。
【００２３】
一方、流動ガス噴射ノズル９は流動ガス６を粉体２に噴射して、粉体２の舞い上がり（すなわち矢印ｃ）を発生させる。この場合、流動ガス６は流動用ガスとして働く。
流動ガス６および噴霧ガス４としては、一般の空気で良いが、 用途によっては窒素ガス等の不活性ガスを用いても良い。また、これらのガスは、通常、室温とするが、用途により流動ガス６の温度を制御しても良い。
【００２４】
さて、本発明者らは、流動ガス６の噴射が粉体２の流動に及ぼす影響を調査した。すなわち粉体２として上記の実験と同じアトマイズ純鉄粉を容器１内（水平断面が直径約180mm の略円形）に収容し、攪拌羽根３を使用せず、粉体２を静止させた後、 流動ガス噴射ノズル９を粉体２の上面に接する位置に固定して、室温の空気を流動ガス６として噴射した。つまり、このときの流動ガス６の流速は、流動ガス６が粉体２に接触する位置における流速（すなわち流動ガス６を粉体２中に吹き込む流速）である。このようにして、流動ガス噴射ノズル９の噴射口の面積を1.04mm2 ，13.9mm2 ，55.0mm2 とし、流動ガス６の流量を種々変化させて、粉体２の舞い上がりの有無を目視で観察した。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
0004055617.tif 000003
【００２６】
表２から明らかなように、流動ガス６を粉体２中に吹き込む流速が 3.0ｍ／sec 以上であれば粉体２の舞い上がりが認められた。つまり流動ガス６の流速を 3.0ｍ／sec 以上とする必要がある。 ただし流速が 500ｍ／min を超えると、流動ガス６の噴射装置の負荷が増大して設備故障の原因になる。したがって、流動ガス６を粉体２中に吹き込む流速は 3.0〜500 ｍ／sec が好ましい。
【００２７】
本発明においては、攪拌羽根３と流動ガス６とによって粉体２の攪拌と舞い上がりとを同時に発生（以下、攪拌流動という）させて、２流体ノズル８から被覆液５を噴霧する。これにより粉体２の粒子全面に被覆液５を被覆でき、均一な被覆層を形成できる。
なお、図１に示すように、２流体ノズル８と流動ガス噴射ノズル９を設け、 ２流体ノズル８の噴霧ガス４の流量と流動ガス６の流量を両方増加して、粉体２の舞い上がり（すなわち矢印ｃ）を発生させても良い。この場合は、噴霧ガス４と流動ガス６の両方が流動用ガスとして働く。
【００２８】
また図２に示すように、流動ガス噴射ノズル９を設けず、２流体ノズル８のみを用い、２流体ノズル８の噴霧ガス４の流量を増加して、粉体２の舞い上がり（すなわち矢印ｃ）を発生させても良い。この場合は、噴霧ガス４が流動用ガスとして働く。図２中の他の記号は、図１と同じである。
ここで、流動ガス６（および噴霧ガス４）を粉体に吹き込む位置は、任意に設定することができるが、図１および図２に示すように攪拌羽根３の先端部近傍（すなわち攪拌羽根３による攪拌が最も活発な領域）に上方より吹き込むと、舞い上がりが効率良く発生するため好ましい。また被覆液５は、舞い上がりが発生している領域に向けて噴霧することが好ましい。
【００２９】
本発明では、容器１底部には流動ガス６の配管や吹き込み装置を配設する必要はない。また噴霧を行なう部分の粉体２を舞い上がらせれば良いため、流動ガス６の流量は少なくて良い。したがって簡便な手段で、被覆液５を粉体２全体に均一に付着，乾燥させることによって、粉体２表面に被覆層が形成される。
以下、乾燥工程について説明する。被覆液５が噴霧された個々の粉体２粒子は、他の粒子が噴霧されている間も流動するガスに触れるので、噴霧工程中に乾燥も進行する。しかし、乾燥を促進するために、噴霧ガス４および／または流動ガス６を加熱して送風する方法や、容器１を加熱する方法等が使用でき、またこれらの方法を併用しても良い。
【００３０】
乾燥を促進する方法としては、容器１を加熱することにより、粉体２を加熱する方法が好ましい。ただし、粉体２の融点が加熱温度より高い場合に限る。粉体２自体を加熱することにより、乾燥に必要なガスの流量を少なくすることができ、装置の構造を簡略化できる。容器１自体の加熱方法としては、容器１自体に蒸気やオイル等の熱媒体を循環させる方法や、容器１にリボンヒーターを巻き付けて加熱する方法等がある。粉体２の加熱温度としては50〜200 ℃が好ましい。
【００３１】
このような方法を使用することによって、被覆液５の溶媒の乾燥による被覆層の形成を噴霧工程と同時期に行なうことが可能である。
他方、噴霧の終了後も攪拌を継続することにより、追加の乾燥工程を加え、乾燥を確実なものとしても良い。後者の場合、流動ガス６による攪拌は、乾燥期も継続することが好ましい。また、噴霧を終了後も攪拌を継続する場合は、必要に応じて攪拌羽根３の回転数を増減しても良い。噴霧ガスおよび／または流動ガス６の加熱や、容器１の加熱も無論採用可能である。
【００３２】
【実施例】
以下、 実施例によってさらに詳細に本発明について説明するが、本発明の主旨は以下の例の具体的条件に拘束されるものではない。
（実施例１）
表３の発明例１〜５，10，11および比較例１〜５では、図２に示す装置を用い、粉体２としてアトマイズ純鉄粉（川崎製鉄（株）製 KIP-304AS；平均粒径75μｍ，見掛け密度 3.0Mg／ｍ3 ）およびセンダスト粉末（主成分Fe，Al，Si、平均粒径53μｍ，見掛け密度2.24Mg／ｍ3 ）を使用した。また、被覆液５としてアセトンを溶媒とした濃度20質量％のフェノール樹脂溶液およびアセトンを溶媒とした濃度20質量％のエポキシ樹脂溶液を使用した。
【００３３】
上記の粉体２を容器１に充填し、攪拌羽根３の先端部の回転速度と噴霧ガス４を粉体２中に吹き込む流速とを種々変化させて、20kgの粉体２を攪拌流動させながら、被覆液５を粉体２の上方から 900秒間噴霧した。次いで、被覆液５の噴霧を停止して攪拌羽根３の回転と噴霧ガス４の噴射を 300秒間継続して乾燥し、被覆層を形成した。
【００３４】
上記の被覆工程の終了後、装置から粉体２を取り出し、 200℃で60分間加熱して樹脂の硬化処理を行なった。
なお、容器１は、直径が300mm の略円形の水平断面のもの（すなわち略円筒状のもの）を使用し、攪拌羽根３の羽根直径は280mm とした。また、流動ガス６を兼ねる噴霧ガス４は、室温の空気を使用した。被覆液５の時間あたりの噴霧量は 400mg／sec とした。
【００３５】
表３の発明例６〜９では、図１に示す装置を用い、粉体２として発明例１と同様の鉄粉（川崎製鉄（株）製 KIP-304AS）およびセンダスト粉末を使用した。また、被覆液５としてアセトンを溶媒とした濃度20質量％のフェノール樹脂溶液を使用した。
上記の粉体２を容器１に充填し、攪拌羽根３の先端部の回転速度を一定（＝5.00ｍ／sec ）で、噴霧ガス４と流動ガス６を20kgの粉体２中に吹き込む速度を種々変化させて、粉体２を攪拌流動させながら、被覆液５を粉体２の上方から 900秒間噴霧した。次いで、被覆液５と噴霧ガス４の噴霧を停止して、攪拌羽根３の回転と流動ガス６の噴射を 300秒間継続して乾燥し、被覆層を形成した。ノズルは発明例１と同様のものを用いた。また流動ガス６と噴霧ガス４は、ともに室温の空気を用いた。
【００３６】
上記の被覆工程の終了後、装置から粉体２を取り出し、 200℃で60分間加熱して被覆層中の樹脂の硬化処理を行なった。
このようにして得られた被覆層を有する粉体２を980MPaで加圧成形し、リング形状（外径38mm，内径25mm，厚さ6.2mm ）の試料を作製した。次に、これらの試料の比抵抗（μΩｍ）を、四端子法で測定した。その結果を表３に示す。なお、比抵抗が大きいほど、粉体２の絶縁性が優れており、均一な被覆層が形成されたことを示している。
【００３７】
【表３】
0004055617.tif 000004
【００３８】
発明例１〜11は、攪拌羽根３先端部の回転速度と流動用ガス（すなわち噴霧ガス４および／または流動ガス６）の流速が本発明の範囲を満足する例である。比較例１は、攪拌羽根３を停止しかつ噴霧ガス４の流速が本発明の範囲を外れる例であり、比較例２は、攪拌羽根３先端部の回転速度と噴霧ガス４の流速が本発明の範囲を外れる例であり、比較例３は、攪拌羽根３先端部の回転速度が本発明の範囲を外れる例であり、比較例４は、噴霧ガス４の流速が本発明の範囲を外れる例である。
【００３９】
鉄粉を粉体２とした発明例１〜９および11では比抵抗が3060〜4270μΩｍであったのに対して、同じ鉄粉を粉体２とした比較例１〜４では20〜2450μΩｍであった。また、センダスト粉末を粉体２とした発明例10と比較例５でも、発明例10の方が２倍程度高い比抵抗を示した。したがって、本発明の被覆方法で被覆層を形成した粉体は比抵抗が大きいので、均一な被覆層が形成されていることが確かめられた。
【００４０】
（実施例２）
表４の発明例12〜15および比較例６〜８では、粉末２として発明例１と同じアトマイズ純鉄粉，被覆液５として濃度10質量％のリン酸エタノール溶液および濃度10質量％の第１リン酸アルミニウム水溶液を使用し、噴霧液５の噴霧量を 300mg／sec ，噴霧時間を2000秒とし、その他の条件は発明例１と同様として、粒子表面に絶縁被覆層が形成された鉄粉２を製造した。なお、リン酸エタノール溶液を噴霧した場合は、溶液中のリン酸が鉄粉２表面で化学反応を起こして絶縁被覆層を形成する。
【００４１】
その後、 製造された被覆層を有する鉄粉２を、実施例１と同様の方法で、外径38mm，内径25mm，厚さ6.2mm のリング形状に成形した。これらリング形状試料の比抵抗（μΩｍ）を、四端子法で測定した結果を表４に示す。なお、比抵抗が大きい程、粉体２の絶縁性が優れており、均一な被覆が形成されたことを示している。
【００４２】
【表４】
0004055617.tif 000005
【００４３】
発明例12〜15は、攪拌羽根３先端部の回転速度と流動用ガス（すなわち噴霧ガス４および／または流動ガス６）の流速が、本発明の範囲を満足している例である。比較例６は、攪拌羽根３先端部の回転速度が本発明の範囲を外れる例であり、比較例７および８は、噴霧ガス４の流速が本発明の範囲を外れる例である。
リン酸を被覆液５とした発明例12および13では比抵抗が50〜60μΩｍであったのに対して、比較例６および８では12〜14μΩｍであった。また、第１リン酸アルミニウムを被覆液５とした発明例14および15では比抵抗が 467〜473 μΩｍであったのに対して、比較例７では 225μΩｍであった。したがって、本発明の方法で被覆層を形成した粉体２は、比抵抗が大きいので、均一な被覆層が形成されていることが分かる。
【００４４】
本発明の方法で均一な絶縁被覆層を施したこれらの鉄粉等の軟磁性粉末は、損失（鉄損）の小さい磁心を製造するための原料として好適である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、 簡便な装置で粉体全体に均一な被覆層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する装置の例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用する装置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の装置の例を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の装置の他の例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  容器
２  粉体
３  攪拌羽根
４  噴霧ガス
５  被覆液
６  流動ガス
７  回転軸
８  ２流体ノズル
９  流動ガス噴射ノズル
【図１】
0004055617.tif 000006
【図２】
0004055617.tif 000007
【図３】
0004055617.tif 000008
【図４】
0004055617.tif 000009