JP6449982B2 - チタン系粉およびその溶製品、焼結品 - Google Patents

Description

本発明は、粉末冶金用の原料粉として適したチタン系粉に関し、さらに詳しくは、流動性及び形状保持性に優れるチタン系粉並びにそれを原料として得られた溶製品及び焼結品に関する。

チタン及びチタン合金は耐食性、延性及び強度等に優れた性質を有するため、航空機及びゴルフクラブなどの原料として広く用いられている。また、これらは生体に対する親和性を有するため、歯科用途及び整形外科用途などの医療用途への応用も盛んにおこなわれている。
このように、チタン及びチタン合金は幅広い用途を有するために加工技術もさまざまであり、例えば、切削加工やプレス加工などが用いられている。特に近年では、医療用途のための加工技術として、個々に形状や仕様が異なる製品や部品をオンデマンドで製造する方法への要求が高まっている。

今日では、所望の形状をオンデマンドで再現するための技術として、原料を付着することにより三次元の形状を作成する方法（付加製造技術）が着目されており、主に高分子を原料とする三次元プリンティング加工装置である３Ｄプリンターが普及しつつある。

３Ｄプリンターによる加工に用いる原料としては、高分子以外に、イットリア安定化ジルコニア、純銅及びハイドロキシアパタイトが知られている（非特許文献１）。また、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（６４チタン）を３Ｄプリンターに供給する原料として使用する試みも行われている（非特許文献２）。

しかしながら、非特許文献１には、チタン又はチタン合金粉末を原料とした加工技術の開示がない。
一方、非特許文献２には、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末を原料とした３Ｄ金属積層造型法が開示されているが、当該粉末の形状や特性については平均粒径のみしか開示がない。そして、非特許文献２では、３Ｄ金属積層造型法で製造された金属粉末積層材と他の方法で製造された成形品（焼きなまし材、圧延材）との対比に重点が置かれており、原料である合金粉末の形状や特性を制御することによって目的の形状をより正確に再現しようとする技術思想は開示されていない。
また、発明者らの経験上、通常のチタン又はチタン合金粉末を３Ｄプリンターに供給する原料として用いた場合、粉末の薄層を所定の部位で溶融させたときに形状の崩れが生じ、目標の形状の部品や製品を再現よく製造することができないことがあり、改善が求められている。

桐原聡秀，"ナノ微粒子スラリー光造形法を用いた金属ならびにセラミックス構造体の作成"，Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ａｕｔｕｍｎ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０１３，ｐ．１０５ 安達充，外２名，"電子ビームを用いた３Ｄ金属積層造型法の特徴とその可能性"，Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ａｕｔｕｍｎ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０１３，ｐ．１０４

本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであって、本発明が解決する課題は、流動性及び形状保持性に優れたチタン系粉を提供すること、並びに、このチタン系粉を溶解又は焼成して得られた溶製品及び焼成品を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角を特定の範囲に制御することで、上記課題を効果的に解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次のとおりである。
［１］平均円形度が０．８１５以上０．８７０未満、粒径のＣＶ値が２２以上３０以下、安息角が２９°以上３６°以下であるチタン系粉。
［２］上記チタン系粉が、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを含有するチタン系粉である、上記［１］に記載のチタン系粉。
［３］球形チタン系粒子を個数比率で３５％〜８０％含有し、非球形チタン系粒子を個数比率で２０％〜６５％含有する、上記［１］又は［２］に記載のチタン系粉。

［４］上記チタン系粉が、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを混合して得られるチタン系粉である、上記［２］又は［３］に記載のチタン系粉。
［５］上記球形チタン系粉は、アトマイズ法で製造されたチタン系粉、Ｐ−ＲＥＰ法で製造されたチタン系粉、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工したチタン系粉、若しくは粉砕法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工したチタン系粉であるか、又はこれらの２以上を混合してなるチタン系粉である、上記［４］に記載のチタン系粉。
［６］上記非球形チタン系粉は、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉若しくは粉砕法で製造されたチタン系粉であるか、又はこれらを混合してなるチタン系粉である、上記［４］に記載のチタン系粉。

［７］上記［１］〜［６］のいずれか一項に記載のチタン系粉を含有する粉末を溶解して得られた溶製品。
［８］上記［１］〜［６］のいずれか一項に記載のチタン系粉を含有する粉末を焼結して得られた焼結品。

本発明は、チタン系粉の平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角を特定の範囲に制御することにより、流動性及び形状保持性を良好に保つことができるという格別顕著な効果を奏する。したがって、本発明のチタン系粉を用いることにより、チタン系粉の供給装置に目詰まり発生等の供給不良や、供給された粉末表面の平滑化不良を起こすことなく、目的の形状を正確に再現した溶製品又は焼結品を得ることが可能となる。

本発明のチタン系粉は、０．８１５以上０．８７０未満の平均円形度を有する。平均円形度は０．８１５以上０．８６７以下であることが好ましく、０．８１７以上０．８６７以下であることがより好ましい。
上記平均円形度とは、顕微鏡写真からの画像解析によって１０００〜１５００個程度について、その円形度を測定し、それを平均した値をいう。ここでいう円形度は、電子顕微鏡や原子顕微鏡から粒子の投影面積の周囲長（Ａ）を測定し、前記投影面積と等しい面積の円の周囲長を（Ｂ）とした場合のＢ／Ａとして定義される。

チタン系粉の平均円形度は、例えば、セル内にキャリア液とともに粒子を流し、ＣＣＤカメラで多量の粒子の画像を撮り込み、１０００〜１５００個の個々の粒子画像から、各粒子の投影面積の周囲長（Ａ）と投影面積と等しい面積の円の周囲長（Ｂ）を測定して円形度を算出し、各粒子の円形度の平均値として求めることができる。
上記円形度の数値は粒子の形状が真球に近くなるほど大きくなり、完全な真球の形状を有する粒子の円形度は１となる。逆に、粒子の形状が真球から離れるにつれて円形度の数値は小さくなる。

平均円形度が０．８１５未満のチタン系粉は、流動度に劣るため好ましくない。このような平均円形度の小さいチタン系粉は、粒子表面の凹凸が多い粒子を多く含むために動的摩擦力が大きくなり、結果として流動度は損なわれる。流動度に劣るチタン系粉は、チタン系粉を原料とする溶製品又は焼結品を製造する装置において、原料の供給部材で目詰まりを起こす等の恐れがある。
一方、平均円形度が０．８７０以上のチタン系粉は、形状保持性に劣るため好ましくない。形状保持性に劣るチタン系粉からは、目的の形状を再現した溶製品又は焼結品を得ることができない。

本発明のチタン系粉は、２２以上３０以下の粒径のＣＶ値を有する。粒径のＣＶ値は２４以上３０以下であることが好ましく、２６以上３０以下であることがより好ましい。
上記粒径のＣＶ値（変動係数）とは下記式で定義される値をいう。
粒径のＣＶ値＝（粒径の標準偏差／平均粒径）×１００

上記平均粒径は、顕微鏡写真などからの画像解析によって測定することができる。具体的には、１０００〜１５００個程度についてその粒子径を測定し、それを平均することにより求められる。
上記粒径の標準偏差は測定した粒径の標準偏差であり、粒径のＣＶ値はその粒径の変動係数である。粒径のＣＶ値は、粒子の大きさにどの程度のバラつきがあるのかを示す指標となる。すなわち、粒径のＣＶ値が小さいほど粒径のバラつきは小さく、粒径のＣＶ値が大きいほど粒径のバラつきは大きい。

粒径のＣＶ値が２２未満のチタン系粉は、形状保持性に劣るため好ましくない。このような粒径のＣＶ値の小さいチタン系粉は、粒子の大きさのバラつきが非常に小さく、チタン系粉粒子間に生ずる空隙を埋めるための大きさの異なる粒子の存在が少なくなる。そのため、溶融又は焼結すると溶けたチタン系粉がその空隙を埋めることとなり、結果として、目的の形状を再現した溶製品又は焼結品を得ることができなくなると考えられる。
一方、粒径のＣＶ値が３０を超えるチタン系粉は、流動度に劣るため好ましくない。流動度に劣るチタン系粉は、溶製品又は焼結品を製造する装置におけるチタン系粉の供給部材で目詰まりを起こす等の恐れがある。

本発明のチタン系粉は、２９°以上３６°以下の安息角を有する。
上記安息角とは、ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−２に準拠する方法で求めた値をいう。

安息角が２９°未満のチタン系粉は、形状保持性に劣るため好ましくない。このような安息角の大きいチタン系粉は粒子間の摩擦が小さいため、溶融又は焼結の際に溶けたチタン系粉の凝固及び収縮により引っ張られた場合に粒子が動きやすく、形状を保持することができなくなると考えられる。形状保持性に劣るチタン系粉からは、目的の形状を再現した溶製品又は焼結品を得ることができない。
一方、安息角が３６°を超えるチタン系粉は、流動度に劣るため好ましくない。流動度に劣るチタン系粉は、溶製品又は焼結品を製造する装置におけるチタン系粉の供給部材で目詰まりを起こす等の恐れがある。

本発明のチタン系粉の見かけ密度は、１．８０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、１．８５ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましく、また、２．７０／ｃｍ^３以下であることが好ましく、２．６５ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。
見かけ密度が上記の範囲にあるチタン系粉は、適度な給粉流動性と積層溶融時の崩れにくさを両立するため好ましい。
見かけ密度とは嵩密度とも呼ばれ、ＪＩＳ Ｚ２５０４に準じて測定することができる。

本発明のチタン系粉のタップ密度は、２．２０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、２．２２ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましく、また、２．９０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、２．８５ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。
タップ密度が上記の範囲にあるチタン系粉は、給粉充填時の空隙および積層溶融凝固後の残留空隙が小さくなるため好ましい。
タップ密度はＪＩＳ Ｚ２５１２に準じて測定することができる。

本発明のチタン系粉は、純チタン粉またはチタン合金粉である。純チタン粉は、金属チタンとその他不可避不純物からなるチタン粉である。チタン合金粉は、例えば、Ｔｉ−６−４（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−８−１−１（Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ）、Ｔｉ−６−２−４−２（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ）、Ｔｉ−６−６−２（Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ−０．７Ｆｅ−０．７Ｃｕ）、Ｔｉ−６−２−４−６（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ）、ＳＰ７００（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ）、Ｔｉ−１７（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ）、β−ＣＥＺ（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−４Ｍｏ−２Ｃｒ−１Ｆｅ）、ＴＩＭＥＴＡＬ５５５、Ｔｉ−５５５３（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｍｏ−５Ｖ−３Ｃｒ−０．５Ｆｅ）、ＴＩＭＥＴＡＬ２１Ｓ（Ｔｉ−１５Ｍｏ−２．７Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ）、ＴＩＭＥＴＡＬ ＬＣＢ（Ｔｉ−４．５Ｆｅ−６．８Ｍｏ−１．５Ａｌ）、１０−２−３（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ）、Ｂｅｔａ Ｃ（Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ）、Ｔｉ−８８２３（Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ）、１５−３（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ）、ＢｅｔａIII（Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ）、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌなどが挙げられる。

本発明でいう形状保持性とは、溶製品又は焼結品を作成する際に供給されたチタン系粉又はそれを含む粉末が、溶解又は焼結時に所定の形を崩さないような特性を意味する。
また、本発明の流動性は、後述するように、所定の容器に所定量だけ蓄積されたチタン系粉を所定の大きさの開口部より下方に排出するのに要する時間で定義される。

本発明のチタン系粉は、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを含有するチタン系粉であってもよい。
本発明のチタン系粉は、球形チタン系粉のみを、又は、非球形チタン系粉のみを分級することで、平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角を本発明の範囲として得ることも可能であるが、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを混合することにより容易に製造することができる。球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを混合することにより、特に、平均円形度を容易に調整することができる。

上記球形チタン系粉とは、真球あるいは真球形の形状を有する一次粒子を含み、一次粒子の平均円形度が０．８５〜１．０のチタン系粉を意味する。上記真球あるいは真球形の形状を有する一次粒子は、完全な真球形である必要は必ずしもなく、多少真球からずれていてもよい。
ここで、上記一次粒子とは、外見上の幾何学的形態から判断して単位粒子と考えられるものをいう。粒子が点接触で複数連結した形状の粒子の場合は、連結した粒子全体を一次粒子として取り扱う。

上記非球形チタン系粉とは、真球あるいは真球形の形状を有しない一次粒子を含み、一次粒子の平均円形度が、０．５０以上、０．８５未満のチタン系粉を意味する。
なお、平均円形度が０．５０未満のチタン系粉は、本発明の目的には適さないため使用しない。

上記チタン系粉としては、球形チタン系粒子を個数比率で３５％〜８０％含有し、非球形チタン系粒子を個数比率で２０％〜６５％含有するチタン系粉が好ましい。球形チタン系粒子を個数比率で３５％〜７５％含有し、非球形チタン系粒子を個数比率で２５％〜６５％含有するチタン系粉がより好ましい。また、球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子との混合比率を上記の範囲とすることにより、チタン系粉の平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角を容易に調整することができる。
ここで、上記球形チタン系粒子とは、一次粒子の円形度が０．８５〜１．０の純チタン粉またはチタン合金粉の粒子を指す。また、上記非球形チタン系粒子とは、一次粒子の円形度が０．５０以上、０．８５未満の純チタン粉またはチタン合金粉の粒子を指す。
また、上記個数比率は、例えば、チタン系粉をセル内にキャリア液とともに流し、ＣＣＤカメラで多量の粒子の画像を撮り込み、１０００〜１５００個の個々の粒子画像から各粒子の円形度を算出することによって球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子とを区別し、区別された球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子との個数の比率として求めることができる。

本発明のチタン系粉に使用される球形チタン系粉としては、例えば、アトマイズ法で製造されたチタン系粉、Ｐ−ＲＥＰ法で製造されたチタン系粉、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工して球形としたチタン系粉及び粉砕法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工して球形としたチタン系粉、並びにこれらの２種以上を混合してなるチタン系粉が挙げられる。ガスアトマイズ法で製造されたチタン系粉及びＨＤＨ法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工して球形としたチタン系粉を使用することが特に好ましい。

アトマイズ法とは、チタン等の原料を溶融し、これに不活性ガス等の流体を吹き付け、溶湯を粉砕し、液滴とし、凝固させ、粉末化する、粉末の製造方法である。具体的には、ガスアトマイズ法、反応性レーザーアトマイズ法などが挙げられる。
Ｐ−ＲＥＰ法はプラズマ回転電極法とも呼ばれる粉末の製造方法であり、溶製材チタン等により形成した電極を高速回転させながらプラズマアークによって溶解し、遠心力を利用して粉末化する方法である。
ＨＤＨ法は水素化脱水素法とも呼ばれる粉末の製造方法であり、金属チタン等が水素を吸蔵して脆化する性質を利用して粉末化する方法である。

上記の製造方法により得られる球形チタン系粉の平均粒径は、一般的に、ガスアトマイズ法で製造されたチタン系粉では１０〜９０μｍ程度、反応性レーザーアトマイズ法で製造されたチタン系粉では５０〜１６０μｍ程度、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工して球形としたチタン系粉では２０〜１００μｍ程度、粉砕法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工して球形としたチタン系粉では２０〜１００μｍ程度、Ｐ−ＲＥＰ法で製造されたチタン系粉では２０〜１００μｍ程度である。本発明で使用される球形チタン系粉の好ましい平均粒径は２０〜１００μｍである。
なお、これらの球形チタン系粉を分級等することにより、本発明の平均円形度、粒径のＣＶ値、安息角を範囲となるように調整することができる。分級処理は、公知の方法により分級する。例えば、篩による分級、気流分級が挙げられる。

本発明のチタン系粉に使用される非球形チタン系粉としては、例えば、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉及び粉砕法で製造されたチタン系粉、並びにこれらを混合してなるチタン系粉が挙げられる。これらの製法で得られるチタン系粉の形状は、不定形であり非球形である。

上記の製造方法により得られる非球形チタン系粉の平均粒径は、一般的に、ＨＤＨ法で製造し公知の方法で分級処理したチタン系粉では１５〜１００μｍ程度、粉砕法により製造されたチタン系粉では２０〜１５０μｍ程度である。非球形チタン系粉でより好ましい平均粒径は、２０〜１００μｍである。
なお、これらの非球形チタン系粉を分級等することにより、本発明の平均円形度、粒径のＣＶ値、安息角を範囲となるように調整することができる。分級処理は、公知の方法により分級する。例えば、篩による分級、気流分級が挙げられる。

球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを混合して得られる本発明のチタン系粉の製造方法には特に制限がないが、例えば、下記の方法により製造することができる。
まず、原料として用いる球形チタン系粉と非球形チタン系粉のそれぞれについて、平均円形度、粒径の標準偏差、平均粒径及び安息角を測定する。これらの測定結果を基に、球形チタン系粉と非球形チタン系粉の混合後の平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角が本発明の範囲となるような、おおよその混合比率の目安値を求める。目安値に基づいて球形チタン系粉と非球形チタン系粉を混合後、平均円形度、粒径のＣＶ値、安息角を求める。

平均円形度、粒径のＣＶ値及び安息角が本発明の範囲に入らない場合は、混合後のチタン系粉を分級して、平均円形度、粒径のＣＶ値、安息角が本発明の範囲に入るように調整する。
一般的な傾向として、チタン系粉の粒径が小さいほど円形度は小さくなる。逆に、チタン系粉の粒径が大きいほど円形度は大きくなる。
また、一般的な傾向として、平均円形度が大きくなると安息角は小さくなる。逆に、平均円形度が小さくなると安息角は大きくなる。
例えば、球形チタン系粉と非球形チタン系粉を混合した後のチタン系粉の安息角が本発明の範囲よりも大きくなる場合は、微粉側を分級し、除去することで、安息角を小さくすることができる。また、球形チタン系粉と非球形チタン系粉を混合した後のチタン系粉の安息角が本発明の範囲よりも小さい場合は、粗粉側を分級し除去することで、安息角を大きくすることができる。

上記チタン系粉の混合には、公知の各方法を用いることができる。例えば、容器回転式混合機（水平円筒、傾斜円筒、Ｖ型など）や機械攪拌式混合機（リボン、スクリュー、ロッドなど）等の混合機を用いることができる。
また、調整した各原料もさらに分級処理することにより、平均粒径、粒度分布を調整しても良い。分級方法は上記と同様である。

本発明のチタン系粉は、本発明のチタン系粉の集合体を融点以上の温度で加熱して作製した溶製品、本発明のチタン系粉の集合体を融点以下の温度で加熱して焼結した焼結品に使用することができる。融点以上の温度で加熱する具体的の方法としては、レーザー溶融法、熱溶融積層造形（ＦＤＭ）、粉末床溶融結合方式、電子ビーム溶解法などが挙げられる。また、融点以下の温度で加熱して焼結する具体的な方法としては、粉末焼結法（ＳＬＳ法）、レーザー粉末焼結法、プラズマ放電焼結法（ＳＰＳ法）、熱間押出法、ホットプレス法などが挙げられる。
より具体的には、本発明に関するチタン系粉は粉末冶金用の原料粉、中でも付加製造装置の原料粉、特に３Ｄプリンター用の原料粉として好適に使用することができる。

このように、本発明により、流動性及び形状保持性に優れたチタン系粉並びにこれを溶解又は焼結して得られた溶製品又は焼結品を提供することができる。

以下、本発明の内容を実施例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例で使用したチタン系粉の原料粉及びその加工処理設備を以下に示す。

１．非球形チタン系粉：ＨＤＨ法により製造した粉を公知の分級処理したチタン合金粉
１）チタン６４合金
２）ＨＤＨ法により製造
３）平均粒径：８１μｍ
４）平均円形度：０．８１

２．非球形チタン系粉：ＨＤＨ法により製造した粉を公知の分級処理したチタン合金粉
１）チタン６４合金
２）ＨＤＨ法により製造
３）平均粒径：５８μｍ
４）平均円形度：０．８１

３．球形チタン系粉：プラズマでＨＤＨ法により製造されたチタン合金粉を球形に加工したチタン合金粉
１）ＨＤＨ法により製造したチタン系粉をプラズマ加工にて球形化し、公知の分級処理し、製造した球形粉（大研化学工業株式会社保有の高周波誘導熱プラズマ処理装置で溶融球状化処理を実施）
２）平均粒径：７３μｍ
３）平均円形度：０．８９

４．球形チタン系粉：プラズマでＨＤＨ法により製造されたチタン合金粉を球形に加工したチタン合金粉
１）ＨＤＨ法により製造したチタン系粉をプラズマ加工にて球形化し、公知の分級処理し、製造した球形粉（大研化学工業株式会社保有の高周波誘導熱プラズマ処理装置で溶融球状化処理を実施）
２）平均粒径：６５μｍ
３）平均円形度：０．８５

平均円形度、平均粒径、混合粉中における球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子の個数比率、安息角、流動性、形状保持性、見かけの密度及びタップ密度の測定方法は以下に示す。

（１）平均円形度の測定
セイシン企業社製のＰＩＴＡ３を用いて測定を行った。具体的には、セル内にキャリア液とともに粒子を流し、ＣＣＤカメラで多量の粒子の画像を撮り込み、個々の粒子画像から、粒子の投影面積の周囲長（Ａ）と投影面積と等しい面積の円の周囲長を（Ｂ）を測定し、投影面積の周囲長（Ａ）と、前記投影面積と等しい面積の円の周囲長を（Ｂ）とした場合のＢ／Ａを円形度として求めた。１０００〜１５００個の各粒子を対象とし、円形度を測定し、その個数平均値を平均円形度とした。

（２）平均粒径、粒径のＣＶ値の測定
セイシン企業社製のＰＩＴＡ３からの個々の粒子画像から、粒子の投影面積を測定し、その粒子の投影面積と等しい面積を有する円の直径を粒子の粒径とした。１０００〜１５００個程度についてその粒子径を測定し、その個数平均値を平均粒径とした。
また、粒径のＣＶ値（変動係数）は、粒径の個数分布の標準偏差を求め、下記式より求めた。
粒径のＣＶ値＝（粒径の標準偏差／平均粒径）×１００

（３）混合粉中における球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子の個数比率の測定
セイシン企業社製のＰＩＴＡ３からの個々の粒子画像から、各粒子の円形度を算出することによって球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子とを区別し、区別された球形チタン系粒子と非球形チタン系粒子のそれぞれの個数を求め、その比率を個数比率とした。

（４）安息角の測定
安息角は、ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−２に準じて評価した。具体的には、ホソカワミクロン社製パウダーテスタＰＴ−Ｓ（登録商標）を用いて、測定サンプルをパウダーテスタ付属のロートより投入し、受け皿に十分な山を形成するまでサンプルの供給を行い、形成した山の角度を測定するように行う。

（５）流動性の測定
各々の配合比率の混合粉の流動性をＪＩＳ Ｚ２５０２：２０１２チタン系粉流動度測定方法に基づき評価した。５０ｇの試料を口径φ２．６３ｍｍのロートにいれ、全量落下するまでの時間（秒）を流動度（ｓ／５０ｇ）とした。この数値が小さいほど、流動性が高い。測定不能とは、ロートが詰まってしまい、流れなかったことを示す。

（６）形状保持性評価
各々の配合比率の混合粉を水冷銅板の上にシート状に載置し、同部位にレーザーを照射してその際の照射部および周辺部のチタン粉の粒子の挙動を調査し、３Ｄプリンティング操作を行った。金属溶融時に規定の形状を崩さない場合を「良好」と評価し、「○」を記し、途中で形状を崩してしまった場合には「不良」と評価し、「×」を記した。

（７）見かけの密度、タップ密度の測定
各々の配合比率の混合粉の見かけ密度は、ＪＩＳ Ｚ２５０４に準じて、タップ密度は、ＪＩＳ Ｚ２５１２に準じて評価した。

［実施例１〜５、比較例１〜３］
（混合粉の作製）
上記１と３の非球形チタン系粉と球形チタン系粉とを表１の目標配合比率で合計５ｋｇとなるように計量したものを、各々、Ｖ型混合機（Ｖ−１０型 徳寿工作所製）に投入し、１０分混合した後に回収した。
得られた混合粉の平均円形度、平均粒径、流動性、形状保持性、見かけの密度、タップ密度及び安息角を測定した。測定結果を表１に示す。

［実施例６〜１０、比較例４〜６］
（混合粉の作製）
上記２と４の非球形チタン系粉と球形チタン系粉を表２の目標配合比率で合計５ｋｇとなるように計量したものを、各々、Ｖ型混合機（Ｖ−１０型 徳寿工作所製）に投入し、１０分混合した後に回収した。
得られた混合粉の平均円形度、平均粒径、流動性、形状保持性、見かけの密度、タップ密度及び安息角を測定した。測定結果を表２に示す。

（実施例１１）
実施例２のチタン系粉を原料として、３Ｄプリンター（Ａｒｃａｍ社製 Ａ２、粉末床溶融結合方式）を用いてチタンの溶製品を作成した。その結果、目的の形状の溶製品を製造することができた。

（比較例７）
比較例３のチタン系粉を原料として使用した以外は実施例１１と同じ条件で溶製品の作成を行った。この場合、チタン系粉を溶解させる前に原料チタン系粉が崩れてしまう等の問題が生じ、目的の形状の溶製品はできなかった。

本発明のチタン系粉は流動性及び形状保持性に優れるため、目的の形状を有する溶製品及び焼結品の製造が可能となる。
さらに、本発明に関するチタン系粉は粉末冶金用の原料粉、中でも付加製造装置の原料粉、特に３Ｄプリンター用の原料粉として好適に使用することができる。

Claims (8)

1. 平均円形度が０．８１５以上０．８７０未満、粒径のＣＶ値が２２以上３０以下、安息角が２９°以上３６°以下であるチタン系粉。
2. 上記チタン系粉が、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを含有するチタン系粉である、請求項１に記載のチタン系粉。
3. 球形チタン系粒子を個数比率で３５％〜８０％含有し、非球形チタン系粒子を個数比率で２０％〜６５％含有する、請求項１又は２に記載のチタン系粉。
4. 上記チタン系粉が、球形チタン系粉と非球形チタン系粉とを混合して得られるチタン系粉である、請求項２又は３に記載のチタン系粉。
5. 上記球形チタン系粉は、アトマイズ法で製造されたチタン系粉、Ｐ−ＲＥＰ法で製造されたチタン系粉、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工したチタン系粉、若しくは粉砕法で製造されたチタン系粉をプラズマ加工したチタン系粉であるか、又はこれらの２以上を混合してなるチタン系粉である、請求項４に記載のチタン系粉。
6. 上記非球形チタン系粉は、ＨＤＨ法で製造されたチタン系粉若しくは粉砕法で製造されたチタン系粉であるか、又はこれらを混合してなるチタン系粉である、請求項４に記載のチタン系粉。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のチタン系粉を含有する粉末を調製する工程と
   前記粉末を溶解する工程と
   を含む、チタン溶製品の製造方法。
   
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のチタン系粉を含有する粉末を調製する工程と
   前記粉末を焼結する工程と
   を含む、チタン焼結品の製造方法。