特開 2022-185913 徐酸化装置及び金属粉末の徐酸化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185913

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】徐酸化装置及び金属粉末の徐酸化方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 1/14 20220101AFI20221208BHJP

   C23C 8/10 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

B22F1/02 F

C23C8/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093837

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076473

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100112900

【弁理士】

【氏名又は名称】江間 路子

(74)【代理人】

【識別番号】100198247

【弁理士】

【氏名又は名称】並河 伊佐夫

(72)【発明者】

【氏名】寿福 誠

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018BB06

4K018BC18

4K018BC33

(57)【要約】

【課題】粉末全体の酸化スピードの均一化を図ることができる新規な徐酸化装置を提供する。
【解決手段】徐酸化装置１は、上面が開放され内部に金属粉末を収容する容器３と、容器３の一部若しくは全体を昇降させる昇降機構部４と、を備えている。昇降機構部４は、容器３を上昇させた後、容器３内に収容された金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で容器３を下降させ、所定の位置で下降停止させるように構成されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面が開放され内部に金属粉末を収容する容器と、
前記容器の一部若しくは全体を昇降させる昇降機構部と、を備え、
前記昇降機構部は、前記容器を上昇させた後、前記容器内に収容された前記金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で前記容器を下降させ、所定の位置で下降停止させように構成されている、徐酸化装置。

【請求項2】

前記昇降機構部は、前記容器における対向する一端部側と他端部側とを同時に昇降させる、請求項１に記載の徐酸化装置。

【請求項3】

前記昇降機構部は、前記容器における対向する端部の何れか一方の側を昇降させた後、何れか他方の側を昇降させる、請求項１に記載の徐酸化装置。

【請求項4】

前記昇降機構部は、
前記容器と当接した状態で回転して前記容器を持ち上げ、その後容器との当接を解除するカム部材と、
前記容器に下向きの力を付与する付勢部材と、
を含んで構成されている、請求項１～３の何れかに記載の徐酸化装置。

【請求項5】

酸素濃度が調整された雰囲気下において、上面が開放された容器の内部に金属粉末を収容し、
前記容器を上昇された後、前記容器内に収容された前記金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で前記容器を下降させ、所定の位置で下降停止させる動作を繰り返し実行する、金属粉末の徐酸化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、徐酸化装置及び金属粉末の徐酸化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

活性金属を粉末化する場合、通常は、非酸化雰囲気下で活性金属インゴットを粉末化する。その際に生成される新生の清浄面は非常に活性であり、活性金属の粉末を大気中に取り出すと、清浄な活性面が急速に大気中の酸素と結合する。このため金属粉末の製造加工や取扱いにおける「粉塵爆発」や「急激な酸化熱による発火リスク」を防ぐ目的で、事前に粉末を緩やかに酸化させる「徐酸化」の処理が施される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－１５７９０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

徐酸化は酸素濃度が調整された雰囲気下に粉末を静置して実施されるが、表層部の粉末と深部の粉末とでは徐酸化の進展度合い（酸化スピード）が異なり、粉末表面に形成される酸化被膜の状態がばらついてしまう問題があった。酸化被膜の状態は粉末特性に影響を与える場合があり、徐酸化処理される粉末全体に均一な酸化被膜を形成できるようにすることが望まれている。

【0005】

尚、上記特許文献１では、粉末全体を均一に酸化する方法として、金属粉末を収容する容器として回転可能に構成された筒状の容器を用い、かかる容器を軸心周りに回転させることで容器内の金属粉末を撹拌、混合しながら、容器内に継続的に酸素濃度が調整された徐酸化ガスを導入する点が開示されている。しかしながら容器内の酸素濃度の測定が困難であるため、酸化スピードのコントロールには不向きである。

【0006】

本発明は以上のような事情を背景とし、粉末全体の酸化スピードの均一化を図ることができる新規な徐酸化装置及び金属粉末の徐酸化方法を提供し、金属粉末の徐酸化に関する技術の豊富化を図ることを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

而して本発明の徐酸化装置は、
上面が開放され内部に金属粉末を収容する容器と、
前記容器の一部若しくは全体を昇降させる昇降機構部と、を備え、
前記昇降機構部は、前記容器を上昇させた後、前記容器内に収容された前記金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で前記容器を下降させ、所定の位置で下降停止させように構成されていることを特徴とする。

【0008】

このように規定された本発明の徐酸化装置によれば、容器内に収容された金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で容器を下降させるので、金属粉末と容器の底面との間に空間が生じる。その際、容器外の雰囲気ガスは金属粉末の層を通って前記空間側に流通する。
また容器が所定の位置で下降停止した後は、金属粉末の自由落下により前記空間が消滅するため、先程とは逆に、前記空間内の雰囲気ガスは金属粉末の層を通って容器外へと流通する。
このように、容器内に収容された金属粉末の層の表層部から深部へと流通する雰囲気ガスの流れと、深部から表層部へと流通する雰囲気ガスの逆の流れを交互に実現させることで、本発明では金属粉末の層における表層部と深部での徐酸化度合いのばらつきを抑え、容器内の金属粉末全体についての酸化スピードの均一化を図っている。

【0009】

ここで、金属粉末の層内を流通する雰囲気ガスの流れは、強制的に容器内に供給されるガスよりも緩やかであるため、本発明の徐酸化装置は徐酸化により薄い酸化被膜を形成したい場合に特に好適である。また本発明の徐酸化装置は容器内に雰囲気ガスを強制的に供給もしくは排出するためのファンユニット等は不要であるため、徐酸化装置自体を小型化することができる。

【0010】

本発明の徐酸化装置では、前記昇降機構部が前記容器における対向する一端部側と他端部側とを同時に昇降させ、水平な状態を維持しながら容器を昇降させることができる。

【0011】

また本発明の徐酸化装置では、前記昇降機構部が前記容器における対向する端部の何れか一方の側を昇降させた後、何れか他方の側を昇降させ、容器全体を傾けつつ昇降させることができる。

【0012】

また本発明の徐酸化装置では、前記昇降機構部を、前記容器と当接した状態で回転して前記容器を持ち上げ、その後前記容器との当接を解除するカム部材と、前記容器に下向きの力を付与する付勢部材と、を含んで構成することができる。

【0013】

また本発明の金属粉末の徐酸化方法は、酸素濃度が調整された雰囲気下において、上面が開放された容器の内部に金属粉末を収容し、
前記容器を上昇された後、前記容器内に収容された前記金属粉末の自由落下速度よりも早い速度で前記容器を下降させ、所定の位置で下降停止させる動作を繰り返し実行することを特徴とする。
このように規定された金属粉末の徐酸化方法によれば、上記した本発明の徐酸化装置と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る徐酸化装置の概略構成を示した側面図である。

【図2】同実施形態の徐酸化装置の概略構成を示した平面図である。

【図3】同徐酸化装置を用いた徐酸化方法の説明図である。

【図4】図３に続く徐酸化方法の説明図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る徐酸化装置の概略構成を示した側面図である。

【図6】同徐酸化装置を用いた徐酸化方法の説明図である。

【図7】図６に続く徐酸化方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に本発明の第１実施形態に係る徐酸化装置を図面に基づいて詳しく説明する。図１及び図２で示す徐酸化装置１は、酸素濃度が調整された雰囲気下において活性な金属粉末を徐酸化するための装置で、例えば粒径２５μｍ以下の金属粉末の徐酸化に好適に用いることができる。ここで、酸素濃度が調整された雰囲気とは、不活性ガス（例えばＡｒや窒素）中に酸素を供給し、酸素濃度を１～１８質量％としたものである。

【0016】

徐酸化装置１は、基台２と、金属粉末を収容する容器３と、容器３を昇降させる昇降機構部４と、を備えている。

【0017】

容器３は平面視で四角形状をなしており、底部１０と、底部１０の縁より上方に延びる側壁部１１を備え、上面は開放されている。容器３は、平面視において基台２に取り付けられた一対のガイド板１５，１５の間に配置され（図２参照）、側面視において基台２に立設されたストッパ部材１８で支持され上下方向に位置が規定されている。なおストッパ部材１８の先端部には、容器３と当接した際の衝撃を緩和するためゴム弾性体が装着されている。

【0018】

容器３の、ガイド板１５と対向する側壁部１１には外向きに突出するガイドピン１３が設けられており、かかるガイドピン１３はガイド板１５に形成された上下方向に長い貫通の長溝１６に係合している。これにより容器３は、長溝１６に沿って上下方向にスライド移動可能とされている。

【0019】

昇降機構部４は、容器３の底部１０に当接するカム部材２０と、動力源としての駆動用モータ２２と、駆動用モータ２２の回転力をカム部材２０に伝達するギヤ部２３と、容器３に下向きの力を付与する付勢部材２５と、を含んで構成されている。なお、付勢部材２５としては弾性変形可能なバネ部材等を用いることができる。

【0020】

カム部材２０は、ギヤ部２３から延び出した出力軸２３ａに固着され、該出力軸２３ａ周りに回転する。そして、容器３の底部１０に当接し容器３を上昇させ、また容器３との当接を解除して容器３を下降させる。

【0021】

図２で示すように、カム部材２０は容器３の隅角部近傍の４箇所に設けられている。これら４箇所のカム部材２０は、共通の駆動用モータ２２の下、同期回転するように構成されている。そして、図１で示す側面視において容器３の中央部を挟んで対向する一端部側６ａと他端部側６ｂとを同時に上昇させ、また同時に下降させる。即ち、本例では容器３を水平な状態に維持しながら昇降させるようにカム部材２０の動きが規定されている。

【0022】

付勢部材２５は、一端が容器３に接続され、他端が基台２に接続されており、容器３には下向きの付勢力が付加されている。このため、容器３とカム部材２０との当接が解除された後、容器３は付勢部材２５の下向きの付勢力に基づいて、自重落下の場合よりも早い速度で下降する。付勢部材２５は容器３の複数箇所に取り付けることができる。下降する容器３の姿勢を安定させることができるように、容器３の重心周りに偏りなく等間隔に設けることが望ましい。

【0023】

次に、徐酸化装置１を用いた徐酸化方法を図３及び図４を用いて説明する。徐酸化は、酸素濃度が調整された雰囲気下に設置された徐酸化装置１を用いて行われる。

【0024】

先ず、図３（Ｉ）で示すように、容器３内に徐酸化の対象である活性な金属粉末４０を略平坦に敷き均した状態で収容する。そしてカム部材２０を回転させ、容器３全体を昇降させる。図３（Ｉ）においてストッパ部材１８にて支持されていた容器３の底部１０にカム部材２０が当接すると、図３（II）で示すように、付勢部材２５の付勢力に抗して容器３がカム部材２０によって持ち上げられる。ここで、容器３を上昇させる際は、容器３内の金属粉末４０が振動や衝撃で容器外に飛散しないように緩やかに容器３を持ち上げることが望ましい。

【0025】

容器３が上昇端に到った後、容器３とカム部材２０との当接が解除され、図４（III）で示すように、容器３は自身の自重と付勢部材２５による下向きに付加された付勢力により急速に下降する。このとき、金属粉末４０の層と容器３内の底面１０aとの間には、下降速度の差に基づいて空間Ｋが生じ、図中下向きの矢印で示すように容器外の雰囲気ガスが金属粉末４０の層を通って空間Ｋ側に流入する。

【0026】

その後、容器３がストッパ部材１８に当接し、ストッパ部材１８により規定された下降端の位置にて容器３の下降が停止すると、図４（IV）で示すように、自由落下していた金属粉末４０が遅れて容器３内の底面１０ａに堆積し、容器下降中に生じていた空間Ｋは消失する。その際、図中上向きの矢印で示すように、空間Ｋ内の雰囲気ガスが、金属粉末４０の層を通って容器外に排出される。
本例では以上の動作が繰り返され、雰囲気ガスと接した金属粉末４０は徐々に酸化され、その表面に酸化被膜が形成される。ここで実施される昇降動作の繰り返し回数は、雰囲気ガスの酸化濃度や金属粉末４０に求められる特性に応じて適宜決定することができる。

【0027】

以上のように本実施形態の徐酸化装置１では、容器３を昇降させる動作を繰り返し行い、上記した金属粉末４０の層を通過する雰囲気ガスの流れを繰り返し生ぜしめることで、詳しくは、金属粉末４０の層の表層部から深部へと流通する雰囲気ガスの流れと、深部から表層部へと流通する雰囲気ガスの逆の流れを交互に実現させることで、金属粉末４０の層における表層部と深部での徐酸化度合いのばらつきを抑え、容器３内の金属粉末全体についての酸化スピードの均一化が図られる。

【0028】

ここで、金属粉末４０の層内を流通する雰囲気ガスの流れは、強制的に容器内に供給されるガスよりも緩やかであるため、本実施形態の徐酸化装置１は徐酸化により薄い酸化被膜を形成したい場合に特に好適である。また本実施形態の徐酸化装置１では、容器３内に雰囲気ガスを強制的に供給もしくは排出するためのファンユニット等は不要であるため、徐酸化装置自体を小型化することができる。

【0029】

次に本発明の第２実施形態に係る徐酸化装置１Ｂについて説明する。図５は、徐酸化装置１Ｂの概略構成を示した側面図である。
本例の徐酸化装置１Ｂは側面視において容器３の中央部を挟んで対向する一端部側６ａと他端部側６ｂとで昇降のタイミングを異ならせた点が上記第１実施形態の徐酸化装置１と異なっている。なお、本例の構成各部のうち、上記の徐酸化装置１と共通する構成については同じ符号を用いて示すとともに、その説明を省略する。

【0030】

図５で示すように、本例では一端部側６ａに取り付けられたカム部材２０と、他端部側６ｂに取り付けられたカム部材２０とが非対称となるように取り付けられている。このため徐酸化装置１Ｂを用いて金属粉末の徐酸化を行った場合、それぞれのカム部材２０が回転すると、図６（Ｉ）で示すように、容器３の他端部側６ｂがストッパ部材１８に当接した状態で、一端部側６ａに取り付けられたカム部材２０のみが容器３の底部１０に当接し、容器３の一端部側６ａのみがカム部材２０によって持ち上げられる。

【0031】

そして容器３の一端部側６ａが上昇端に到った後、容器３とカム部材２０との当接が解除され、図６（II）で示すように、容器３が自身の自重と下向きに付加された付勢力により容器３の一端部側６ａが急速に下降する。このとき、金属粉末４０の層と容器３内の底面１０aとの間に空間Ｋが生じ、図中下向きの矢印で示すように容器外の雰囲気ガスが金属粉末４０の層を通って空間Ｋ側に流入する。

【0032】

その後、容器３がストッパ部材１８に当接し、ストッパ部材１８により規定された下降端の位置にて容器３の下降が停止すると、図７（III）で示すように、自由落下していた金属粉末４０が遅れて容器３内の底面１０ａに堆積し、容器下降中に生じていた空間Ｋは消失する。その際、図中上向きの矢印で示すように、空間Ｋ内の雰囲気ガスが、金属粉末４０の層を通って容器外に排出される。

【0033】

その後、更にカム部材２０が回転すると、今度は、図７（IV）で示すように、容器３の一端部側６ａがストッパ部材１８に当接した状態で、他端部側６ｂに取り付けられたカム部材２０のみが容器３の底部１０に当接し、容器３の他端部側６ｂのみがカム部材２０によって持ち上げられ、以降、他端部側６ｂについての昇降動作が実行される。

【0034】

以上のように、容器３の対向する端部の一端部側６ａを昇降させた後、他端部側６ｂを昇降させるように構成された本実施形態の徐酸化装置１Ｂを用いた徐酸化方法でも、容器３の昇降動作に基づいて金属粉末４０の層を通過する雰囲気ガスの流れを生ぜしめ金属粉末４０の層における表層部と深部での徐酸化度合いのばらつきを抑制することができる。
また本例では、容器３内の底面１０aが昇降動作のたびに異なる角度で傾くことから容器３内の金属粉末４０を撹拌、混合を促進する効果も認められる。

【0035】

以上本発明の徐酸化装置及び金属粉末の徐酸化方法について詳しく説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、昇降機構部がカム部材及び付勢部材を含む構成としたが、これらに替えて任意の速度で容器を昇降させ得るシリンダユニット等を用いることも可能である。また場合によっては容器の一部（一端部側）だけを揺動させることも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

【符号の説明】

【0036】

１,１Ｂ 徐酸化装置
３ 容器
４ 昇降機構部
６ａ 一端部側
６ｂ 他端部側
２０ カム部材
２５ 付勢部材
４０ 金属粉末

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】