粒子サイズ・形状を瞬時に測定。画像解析で粉末冶金に新たな価値を

掲載開始日:2017-07-31 00:00:00.0

樹脂成形金型の離型性を高める新コーティング。生産性の向上に貢献/ユケン工業株式会社

 研究用試料の前処理や分析の老舗グローバル企業であるヴァーダー・サイエンティフィック(旧レッチェ)。医薬・食品分野で豊富な実績を有する同社が現在注目しているのが“粉末冶金”です。粉末冶金に対して同社が提供する価値とは?今回、高辻博史社長にお話を伺ってきました。

今回紹介する技術と製品

特許取得の画像解析技術。
粒子サイズと形状を同時計測できる粒度分布測定装置

『CAMSIZERシリーズ』は2台のCCDカメラによる画像解析方式により、数百万粒の粉体を短時間で分析可能。粒子のサイズと形状を同時に計測でき、乾式・湿式どちらにも対応できます。既存のふるい振とう機とのデータ互換性もあり,目詰まりの心配がないため洗浄も不要です。

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金属粉末の品質が造形精度を左右する。その品質はどうチェックする?

代表取締役社長 高辻博史 氏

 当社は、1999年にドイツ・レッチェ社(現:ヴァーダーグループ)の日本法人として設立されました。日本での活動はまだ20年ほどですが、レッチェ社は100年以上の歴史を有し、粉体技術では世界トップクラスの老舗です。その後、2014年の事業拡大に伴い社名をヴァーダー・サイエンティフィックへ変更し、今に至ります。

 当社は研究用試料粉砕・破砕機、ふるい振とう機、粒子径分布/粒子形状測定装置、電気炉などを取扱っており、粉体サンプルの作製から評価まで、様々なニーズに対しコンサルティングも含めたソリューションを提供しています。“粉体全般”という幅広い分野を対象としているため、お客様も大学の研究室から、医薬食品メーカー、素材メーカーなど多種多様です。

 こうした中、現在我々が注視している分野が粉末冶金です。粉末冶金は金属の粉末を高温で焼結し金属部品を作る手法ですが、従来のプレス加工に加えて、金属3Dプリンタが登場したことで、製造業での存在感が急速に高まっています。

 金属3Dプリンタはレーザーで金属粉末を焼結し、部品を造形します。このとき、「金属粉末の品質」が悪いと、狙い通りの精度・強度を得られません。そのため、造形に入る前の金属粉末の試作・評価プロセスが非常に重要なのです。

 当社はこれまでも、粉砕や破砕による試料作製、つまり前処理の重要性についてアピールしてきました。というのも、試料の作り方によって評価結果がものすごく変わってしまうためです。特に、分析機器が高精度になればなるほど、検出限界が高くなるので結果に与える影響も大きくなります。

 均質でない試料を分析した結果を判断基準にすると間違った方向に進んでしまいます。今回は粉末冶金をメインにお話ししますが、これは医薬品など他の分野でも同様です。私自身、まだまだ前処理の重要性が浸透していないように思います。


溶融では対応できない合金化も実現。
高エネルギーの連続破砕で処理時間を短縮

溶融には適さない合金化も短時間で対応可能

 粉末冶金における試料作製での課題の1つに「融点が異なる金属の合金化」があります。アルミニウムと鉄のように、それぞれの融点があまりに異なると、溶融ではうまく混ざりません。

 溶融による合金化が行えない物質に対して威力を発揮するのがレッチェの高エネルギーボールミル『Emax』です。この製品は2,000rpmの高速回転による強力な粉砕力と水冷システム採用による連続粉砕が特長となっています。

 通常のボールミルでは粉砕時に発生した熱を空冷システムによって冷却するため、冷やしている間は粉砕が止まってしまいます。『Emax』は内蔵の水冷システムが粉砕ジャーと駆動部を連続的に冷却するので休止の必要がありません。連続して物質に高い衝撃と摩擦を与えられるため、短時間でのメカニカルアロイング(機械的合金化)が可能です。ちなみに、当社が行った既存製品との比較テストでは、シリコンとゲルマニウムのメカニカルアロイングに要する処理時間を最大50%も短縮することができました。

 さらに、試料全体を効果的に混合粉砕するため、一定範囲の粒度で整った試料を作製できます。試料の均質性は評価結果の信頼性と関連するため、重視しなければなりません。材料メーカー、金属3Dプリンタメーカー、大学など、金属粉末の研究開発に取り組んでいて、高品質かつスピーディなメカニカルアロイングを必要としている方にはうってつけの製品と言えるでしょう。

数百万粒のサイズ・形状を瞬時に分析。
特許取得の画像解析技術

2台のCCDカメラで粒子サイズと形状を測定できる

 金属粉末試料が作製できたら、次はそれの評価です。金属3Dプリンティングでは、1粒の大きさが30~50μmで、形状が丸い材料が良いとされます。これは、流動性、圧縮率、空隙率、焼結時の挙動といった特性が粒子サイズと形状に左右されるためです。

 粉末の粒度を測定する方法として昔から使われているのが“ふるい”です。当社のふるい振とう機もたくさんのお客様にお使いいただいていますが、粒度は判別できても形状の測定はできません。走査型顕微鏡を使う方法もありますが、1回で数十粒しか見ることができず、効率的とは言い難いです。

 これに対し、レッチェの粒度分布測定装置『CAMSIZERシリーズ』は、2台のCCDカメラを使った画像解析手法により、数分で数百万粒の粒子サイズと形状を評価できます。ベーシックカメラとズームカメラを利用したこの手法は当社の特許技術です。

 評価プロセスの効率化はもちろんですが、素材に合わせて乾式、湿式を選択できるなど柔軟性にも富みます。掃除が不要なことも喜んでいただけるポイントです。このほか、鋳造用砂型の砂の均質性を評価するために用いてもメリットを発揮します。

 『CAMSIZERシリーズ』の計測データは、当社のふるい振とう機を使った試験データと互換性があります。当社のふるい振とう機を使って粒子サイズを評価しているお客様にはぜひ置き換えを検討いただきたいです。

 粉末素材の粒度・形状を画像解析することで、その素材に「品質保証」という付加価値が付きます。こうした動きは海外では当たり前となりつつありますが、国内ではまだまだこれからです。当社は外資系企業ではありますが、『Emax』や『CAMSIZERシリーズ』といった製品をはじめ、お客様のニーズにあったソリューションをご提供し「日本のものづくりの品質」をサポートし続けていきたいと考えています。


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取扱会社

ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社(旧 株式会社レッチェ)

ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社(旧社名 株式会社レッチェ)は試料調製と製品評価の分野で、ドイツの卓越した技術力と高品質な製品をお届けする、実験用粉砕機のグローバルカンパニーです。100年以上の歴史と経験で、分析用前処理機メーカーとして、世界でトップクラスの企業に成長いたしました。 <営業品目> 品質管理、リサーチ、開発に使われる理化学粉砕機器、縮分機器、ふるい振とう機、粒度分布測定装置、電気炉、オーブンの輸入販売、修理保守管理

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