(57)【要約】【課題】活性金属およびその活性金属を含む合金においても、原材料保持部の材質成分の金属細線への混入を防止することができ、これにより長時間安定製造を可能とするとともに、製造コストを低減することができる金属細線製造装置、および、それにより得られる清浄度の高い低価格の金属細線を提供する。【解決手段】原材料保持部１２０が水冷機構を有する筒状の部材からなり、上端部で軸線方向に延在する複数のスリット１２１Ａが形成されていることを特徴としている。前記特徴により、加熱部１３０で発生した磁束はスリット１２１Ａを通過するため効果的に原材料を溶融できると共に、原材料保持部がその磁束によって加熱し、溶損することを防止することが可能である。その結果、原材料保持部材質成分の混入の無い金属細線を作製することが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁が鋭利なエッジをなす円板と、該円板を一定方向に回転させる手段と、前記円板の下方から原材料を前記円板の周縁に向けて送り出す手段と、前記原材料の上端部を溶融して溶融材料を形成する加熱手段と、前記溶融材料の上端部が前記円板周縁の近傍で露出するように、かつ、前記原材料を適正な位置へ案内する金属製の原材料保持部を備え、前記溶融材料を回転する前記円板周縁に接触させてその溶融材料の一部を前記円板円周の略接線方向に引き出して急冷すると共に金属細線を形成する金属細線製造装置において、
前記原材料保持部が、その上端部で軸線方向に延在する複数のスリットを備えていることを特徴とする金属細線製造装置。
【請求項２】
前記原材料保持部が、前記スリットにより分割されて形成された各セグメントの内部あるいはその近傍を冷却する冷却部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属細線製造装置。
【請求項３】
前記原材料保持部の材質が、銅あるいは銅合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属細線製造装置。
【請求項４】
前記原材料の直径が、５〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属細線製造装置。
【請求項５】
前記原材料保持部の前記セグメントの幅が、１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属細線製造装置。
【請求項６】
前記原材料保持部の前記スリットの幅が、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属細線製造装置。
【請求項７】
前記原材料保持部の内周部には、大内径部、テーパ部、小内径部が上端側から順に形成され、
前記大内径部が、前記小内径部よりも内径が大きく、
前記テーパ部が、前記大内径部と前記小内径部を接続していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属細線製造装置。
【請求項８】
前記テーパ部の軸線に対する傾斜角度が、１５〜６０°であることを特徴とする請求項７に記載の金属細線製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の金属細線製造装置により製造されたことを特徴とする金属細線。
【請求項１０】
前記金属細線の材質が、活性金属およびその活性金属を含む合金であることを特徴とする請求項９に記載の金属細線。
【請求項１１】
前記金属細線の材質が、チタンおよびチタン合金、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、あるいは、アルミニウムおよびアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１０に記載の金属細線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原材料の上端部を溶融して形成した溶融材料を回転する円板周縁に接触させ、その溶融材料の一部を円板円周の略接線方向に引き出して急冷すると共に金属細線を形成する金属細線製造装置に係り、特に、原材料の材質が活性金属およびその活性金属を含む合金における場合の原材料保持部の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属細線は、細線のままの形態の他、不織布、多孔質体、緻密体等への加工が可能であり、航空部品や、自動車部品、燃料電池部品、医療部品、フィルタ装置部品等の幅広い分野において、様々な形態での適用が検討されている。また、具体的な用途としては、ＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：金属基複合材）用強化材や、集電体、触媒担持体、電極材、セパレータ、生体用インプラントデバイス、フィルタ本体等が挙げられる。
【０００３】
このような用途においてその金属細線の需要は極めて大きく、各要求特性から所望される金属細線の材質は、次の通りである。耐食性が必要とされる用途（例えば、燃料電池部品（集電体、触媒担持体，電極材，セパレータ）や、フィルタ本体等）の場合は、チタンおよびチタン合金、あるいは、アルミニウムおよびアルミニウム合金が所望されている。軽量高強度が必要とされる用途（例えば、ＭＭＣ用強化材等）の場合は、チタンおよびチタン合金等が所望されている。そして生体適合性が必要とされる用途（例えば、生体用インプラントデバイス）の場合は、チタンおよびチタン合金や、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金等が所望されている。
【０００４】
しかしこれらの材質の内、チタンおよびチタン合金や、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金は、結晶構造に起因するその加工性の悪さから、一般的な製法である冷間での伸線加工法（引抜法）による細線化は困難を極めている。なお、温間での伸線加工法によりその金属細線を形成することができたとしても、設備が複雑になると共に繰り返しの焼鈍工程が必要になるなど、製造コストの増大を招くと共に、多大な労力を必要とする。さらに、温間での加工では、その形成された金属細線の表面における酸化などの表面反応を回避することは難しく、表面清浄度の高い金属細線を形成することは実用上困難である。
【０００５】
また、アルミニウム合金については、延性に優れ冷間での伸線加工が可能な合金は存在するが、それら加工性の良い合金については一般的に強度が低い。高強度化への要求に対し研究は盛んに行われているが、高強度化にともない延性（加工性）を犠牲としているのが実状であり、例えば集電体や、触媒担持体、電極材、セパレータ、フィルタ本体として必要な強度と、伸線加工するための延性を両立した合金の実用化は困難を極めている。
【０００６】
このような問題の解決手法として、難加工材の細線化が可能な急冷凝固法が期待されている。例えば、急冷凝固法の一つである溶湯抽出法は、溶融材料から直接金属細線を形成することから、難加工材の細線化が可能である。合わせて、急冷凝固による結晶粒微細化（高強度化）、および、製造コスト低減を図ることも可能であり、その研究が盛んに行われている（例えば、特許文献１，２）。
【０００７】
特許文献１の技術では、原材料保持部によって原材料を下方から回転する円板周縁の近傍に案内し、原材料の上端部への加熱により溶融材料を形成し、その溶融材料を円板周縁に接触させて溶融材料の一部を円板円周の略接線方向に引き出して急冷すると共に金属細線を製造している。特許文献２の技術では、溶融材料を坩堝のノズル部から回転する円板へ向けて噴射し、その溶融材料を円板周縁との接触により冷却して金属細線を製造している。
【０００８】
また、急冷凝固法の一つである回転液中紡糸法は、いずれの要求特性も満足し得るチタン合金の細線化方法として用いることが提案されている（例えば、特許文献３）。特許文献３の技術では、坩堝のノズル部から溶融材料を、回転している円筒状ドラムに噴射している。この場合、円筒状ドラムには、回転による遠心力で液体層が形成されており、そこで噴射された溶融材料を冷却することにより、金属細線を製造している。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３１７５９０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２２４４５７号公報
【特許文献３】特開平３−２００４−７１９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、以上のように難加工材の細線化に好適な急冷凝固法では、原材料が活性金属およびその活性金属を含む合金の場合は、その原材料の加熱により形成される溶融材料と、接触する部材である原材料保持部等との反応が問題となる。ここで、活性金属とは、酸素や、窒素、炭素等の元素、および、一般環境において原材料自体とは異なる金属元素と容易に結合しやすい金属元素を示し、例えば、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン、希土類元素（スカンジウム、イットリウム、ランタノイド）等が挙げられる。特にチタンおよびチタン合金を溶融材料とした場合は、その溶融材料が、原材料保持部等となる各種の金属やセラミックスと反応することは広く知られている。
【００１１】
具体的には、特許文献１では、原材料保持部の材質としてセラミックス等の耐熱材料を開示している。しかし、例えば、原材料をチタン合金とした場合は、セラミックスではそのチタン合金との反応抑制が困難であることは、金属冶金に関する従事者であれば容易に推定できる。特許文献２では、ノズル部の材質として窒化珪素を開示している。しかし、窒化珪素では、特許文献１と同様にチタン合金との反応抑制は困難である。特許文献３では、金属細線の材質としてチタンニッケル合金を挙げ、原材料保持部の材質にはカーボン（黒鉛）が適していることを開示している。また、製造された金属細線に含まれる酸素濃度は、従来の伸線加工法を用いた金属細線に含まれるものと同等であることも開示されている。しかしながら、原材料保持部の成分であるカーボンの含有量は開示されていない。しかも、原材料として用いているチタンニッケル合金は、チタン合金の中でも融点が低い合金であり、それよりも高融点なチタン合金に対するカーボンからなる原材料保持部についての効果の記載はない。
【００１２】
以上のように特許文献１〜３の技術では、活性金属を含む合金からなる溶融材料と原材料保持部等との反応の抑制が困難である。そのような反応は、原材料保持部等の成分の溶融材料への混入、即ち、製造される金属細線への異成分混入を招くため、製造される金属細線の清浄度を低下させる。また、このような反応は、原材料保持部の消耗に繋がるために金属細線の長時間製造の妨げにもなり、その結果、段取り作業（時間）が増えることによる人件費の増加、および、原材料保持部等の消耗による消耗品費の増加を招き、金属細線が高価なものとなってしまう。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、原材料保持部等の材質成分の金属細線への混入を防止することができると共に、長時間製造を可能にし、製造コストを低減することができる金属細線製造装置、および、その装置により得られる清浄度の高い低価格の金属細線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の金属細線製造装置は、周縁が鋭利なエッジをなす円板と、円板を一定方向に回転させる手段と、円板の下方から原材料を円板の周縁に向けて送り出す手段と、原材料の上端部を溶融して溶融材料を形成する加熱手段と、溶融材料の上端部が円板周縁の近傍で露出するように、かつ、原材料を適正な位置へ案内する金属製の原材料保持部を備え、その溶融材料を円板周縁に接触させて溶融材料の一部を円板円周の略接線方向に引き出して急冷すると共に金属細線を形成する金属細線製造装置であり、原材料保持部が、その上端部で軸線方向に延在する複数のスリットを備えていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の金属細線製造装置では、原材料保持部の上端部で軸線方向に延在する複数のスリットが形成されている。したがって、加熱部で発生した磁束は、スリットを通過して原材料上端部に集中され、原材料保持部側への磁束の集中を防止すると共に、磁束による原材料上端部の溶融を効果的に行うことが可能である。また、形成された溶融材料は、磁場力により加熱部の中心軸方向（すなわち、原材料の中心軸方向）に押込まれる力を受ける。したがって、原材料保持部と溶融材料の非接触状態が保持され、原材料保持部の材質成分の溶融材料への混入を防止することが可能である。また、原材料保持部の加熱も抑制される。したがって、原材料保持部の溶損が防止され、金属細線の長時間製造が可能となり、かつ、製造コストを低減することが可能である。
【００１６】
本発明の金属細線製造装置は、種々の構成を用いることが可能である。例えば、原材料保持部は筒状を成すと共に、原材料を下方から円板の周縁に向けて適正な位置へ案内するためのガイドとすることが可能である。あるいは、原材料保持部として坩堝状を成すと共に、原材料を上側から供給することも可能である。この場合は、円板周縁と接触する溶融材料の最上端部近傍に原材料を供給する後者の態様と比較して、溶融材料の下端側から原材料を供給する前者の態様は、溶融材料最上端部の温度制御と形状維持を容易にし、安定した金属細線の製造に好適である。
【００１７】
原材料保持部の内部あるいはその近傍に、スリットにより分割されて形成された各セグメントを冷却する冷却部を設けることが可能である。この場合、突発的かつ不可避的な回転する円板からの衝撃（例えば、円板周縁に溶融材料が付着して凝固した場合に発生）等により、溶融材料が金属細線の引き出される方向へ傾くことで原材料保持部と接触しても、その接触部分の溶融材料の表面は、接触とともに瞬時に凝固し、原材料保持部の材質成分の溶融材料への混入が防止される。
【００１８】
このような冷却部による効果は、上記のような筒状を成す原材料保持部の供給態様において効果的に得ることが可能である。即ち、坩堝状を成す原材料保持部では、接触により凝固した溶融材料の表面が原材料保持部と接触したままの状態で停滞する可能性があり、冷却されている原材料保持部から継続して熱を奪われることによる溶融材料全体の温度低下、即ち、溶融材料全体が高粘性となることから細線化が困難な状態を招く可能性がある。しかしながら、筒状を成す原材料保持部の供給態様では、原材料を下方より連続的に送出している。そのため、原材料保持部との接触により凝固した溶融材料表面部は、原材料保持部から強制的に剥がされるべく外力を下方から連続的に受け、剥がれた後は、続けて溶融材料の表面張力により溶融材料内に取り込まれて再溶融し、溶融材料全体が高粘性となることから細線化が困難な状態を招くことを回避することが可能である。
【００１９】
原材料保持部の材質は、冷却水による冷却効果を効率よく得るために熱伝導率が高く、かつ、加熱部で発生した磁束の影響を受けにくい非磁性の材質が望ましい。実用的な材料として、例えば、銅あるいは銅合金を用いることが好適である。 
【００２０】
原材料の直径が、５〜１２ｍｍであることが好適である。原材料の直径を５ｍｍ未満とすると、溶融材料の重量が小さくなるため、その溶融材料は、金属細線が引き出される方向に働く円板から受ける外力により、溶融材料全体が掻き出されてしまい、金属細線の連続的な製造を阻害する状態を引き起こすことがある。一方、原材料の直径を１２ｍｍ超とすると、溶融材料の重量が大きくなるため、磁場力によって生じる溶融材料の揺れや、金属細線が引き出される方向に働く円板から受ける外力の不安定さによって生じる溶融材料の揺れの治まりが悪くなる。その結果、円板周縁と溶融材料の接触が不安定となり、狙い線径以上の太線が生じる等、形成した金属細線の品質低下を招くことがある。したがって、原材料の直径を５〜１２ｍｍに設定することにより、上記不具合を解消し、所望径の金属細線を連続的に安定して製造することが可能である。
【００２１】
原材料保持部のセグメントの幅が、１〜１０ｍｍであることが好適である。セグメントの幅を１ｍｍ未満とすると、セグメント自体の強度が不十分であるため、突発的かつ不可避的な回転する円板からの衝撃等により、溶融材料が細線の引き出される方向へ傾きセグメントと接触すると同時に、そのセグメントにも外力が働きセグメントの折損を招くことがある。また、セグメントの幅を１０ｍｍ超とすると、加熱部で発生した磁束の原材料上端部への集中が十分ではなく、即ち、原材料の溶解ができずに、金属細線を製造できない状態を招くことがある。したがって、原材料保持部のセグメントの幅を１〜１０ｍｍに設定することにより、上記不具合を解消し、原材料保持部の折損を防止すると共に、溶融材料の溶融を容易とすることが可能である。
【００２２】
原材料保持部のスリットの幅が、１．５ｍｍ以下であることが好適である。原材料保持部のスリットの幅は、１．５ｍｍを超えると、突発的かつ不可避的な回転する円板からの衝撃等により、溶融材料が金属細線の引き出される方向へ傾くことで原材料保持部と接触した場合に、その溶融材料がスリット内に差し込み凝固することでカジリが発生するため、原材料の円板周縁への供給が困難となる。したがって、原材料保持部のスリットの幅を１．５ｍｍ以下に設定することにより、上記不具合を解消することが可能であるので、溶融材料の円板周縁への供給が容易となる。
【００２３】
原材料保持部の内周部は種々の形状を用いることが可能である。例えば、原材料保持部の内周部には、大内径部、テーパ部、小内径部が上端側から順に形成され、大内径部が、小内径部よりも内径が大きく、テーパ部が、大内径部および小内径部を接続している態様を用いることが可能である。この態様では、突発的かつ不可避的な円板からの衝撃、または、その温度制御の難しさに付随する突発的かつ不可避的な溶融材料の適正温度以上への上昇等により、その溶融材料が原材料を伝って下方に垂れた場合、その下方に垂れた溶融材料は原材料保持部のテーパ部と先ず接触して凝固する。したがって、下方に垂れた溶融材料がテーパ部より下側の原材料と小内径部との間へ差し込み凝固することでカジリが発生することを防止することが可能である。
【００２４】
テーパ部の軸線に対する傾斜角度が、１５〜６０°であることが好適である。傾斜角度を１５°未満とすると、下方に垂れた溶融材料はテーパ部と接触して凝固するものの、テーパ部の傾斜角度が小さいため、そのテーパ部においてカジリが発生し、原材料の供給が困難となることがある。傾斜角度を６０°超とすると、下方に垂れた溶融材料はテーパ部に接触せずに、小内径部に差し込んで凝固するため、原材料とその小内径部との間においてカジリが発生し、原材料の供給が困難となることがある。したがって、テーパ部の傾斜角度を１５〜６０°に設定することにより、上記不具合を解消することが可能であるので、溶融材料の円板周縁への供給が容易となる。
【００２５】
本発明の金属細線は、以上のような金属細線製造装置により製造されたことを特徴としている。本発明の金属細線は、以上のような金属細線製造装置により製造されるから、清浄度が高く、かつ低価格となる。特に、清浄度については、活性金属およびその活性金属を含む合金を原材料とした場合においても、原材料保持部の材質成分の金属細線中の含有量はほぼ皆無であり、ＥＰＭＡの検出限界である１００ｐｐｍ未満とすることが可能である。したがって、活性金属およびその活性金属を含む合金である、例えば、チタンおよびチタン合金や、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の金属細線を製造することが可能である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の金属細線製造装置によれば、原材料保持部の上端部で軸線方向に延在する複数のスリットを形成しているため、原材料保持部の材質成分の溶融材料への混入を防止することが可能であると共に、金属細線の長時間連続製造が可能となり、製造コストを低減することができる等の効果が得られる。
【００２７】
本発明の金属細線によれば、上記金属細線製造装置により製造されるので、清浄度が高く、かつ低価格となる等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（１）実施形態の構成
以下、本発明の一実施形態に係る金属細線製造装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る金属細線製造装置１００（以下、「装置１００」と略称する）の概略構成を表し、（Ａ）は装置１００全体の概略構成の側断面図、（Ｂ）は装置１００で用いる回転する円板１４１の周縁１４１ａの断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の紙面垂直方向における側断面図である。図２は、装置１００の加熱部１３０の内周側に設けられた原材料保持部１２０の構成を表し、（Ａ）は原材料保持部１２０および加熱部１３０の側断面図、（Ｂ）は原材料保持部１２０の上面図である。図２（Ｂ）では、原材料Ｍの図示を省略している。溶融材料Ｍａの上端形状は、図１以外では、図示の便宜上、平坦としている。
【００２９】
装置１００は、溶湯抽出法を用いた金属細線の製造装置である。溶湯抽出法を用いた装置１００では、ロッド状の原材料Ｍの上端部を溶融し、その溶融材料Ｍａが回転する円板１４１の周縁１４１ａと接触することによって、溶湯材料Ｍａの一部を円板円周の略接線方向に引き出して急冷すると共に金属細線Ｆを形成する。原材料Ｍとして、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を用い、金属細線Ｆとして、たとえば線径が１０〜２００μｍである金属細線を製造する。
【００３０】
装置１００は、図１に示すように、密閉可能なチャンバ１０１を備え、チャンバ１０１内には、原材料供給部１１０、原材料保持部１２０、加熱部１３０、金属細線形成部１４０、温度計測部１５０、高周波発生部１６０、および、金属細線回収部１７０が設けられている。
【００３１】
チャンバ１０１内には雰囲気より酸素や窒素等が溶融材料Ｍａと反応することを防止するために、雰囲気ガスとして、たとえばアルゴンガスが用いられている。原材料供給部１１０は、例えば、チャンバ１０１の底部に設けられ、原材料Ｍを所定速度で矢印Ｂ方向に向けて移動させて原材料保持部１２０へ供給する。原材料保持部１２０は、溶融材料Ｍａの径方向への移動を防止する機能および原材料Ｍを細線形成部１４０の適正な位置へ案内するガイド機能を有する。
【００３２】
原材料保持部１２０は、水冷した金属製の筒状部材であり、原材料供給部１１０と金属細線形成部１４０との間における円板１４１の下側に設けられている。加熱部１３０は、原材料Ｍの上端部を溶融することにより溶融材料Ｍａを形成するための磁束を発生させる高周波誘導コイルである。
【００３３】
原材料保持部１２０は、図２に示すように、大内径部１２１、テーパ部１２２、内径が大内径部１２１よりも小径である小内径部１２３、および、冷却部１２４を備えている。大内径部１２１は、加熱部１３０の内周側に位置している。大内径部１２１には、軸線方向に延在する複数のスリット１２１Ａが形成され、スリット１２１Ａにより複数のセグメント１２１Ｂが形成されている。テーパ部１２２および小内径部１２３は、大内径部１２１の下側に順に形成され、それら内部に冷却部１２４が設けられている。冷却部１２４では、外部から供給流路（図示略）を通じて供給された冷却水が流通し、流通した冷却水が排出流路（図示略）を通じて外部に排出される。原材料保持部１２０の材質としては、冷却水の冷却効果を効率よく得るために熱伝導率が高く、かつ、加熱部１３０で発生した磁束の影響を受けにくい非磁性の材質が望ましい。原材料保持部１２０の実用的な材質としては、たとえば銅または銅合金が好適である。
【００３４】
原材料Ｍの直径Ｄは、５〜１２ｍｍであることが好適である。スリット１２１Ａの幅ｓは、１．５ｍｍ以下であることが好適である。セグメント１２１Ｂの幅ｔは、１〜１０ｍｍであることが好適である。テーパ部１２２の軸線に対する傾斜角度θ（図５）は、１５〜６０°であることが好適である。
【００３５】
細線形成部１４０は、回転軸１４２回りに回転する円板１４１を用いて溶融材料Ｍａから金属細線Ｆを形成する。円板１４１は、たとえば熱伝導率の高い銅あるいは銅合金からなる。円板１４１の外周部には、図１（Ｂ）に示すように、Ｖ字状をなす周縁１４１ａが形成されている。
【００３６】
温度計測部１５０は、溶融材料Ｍａの温度を計測する。高周波発生部１６０は、加熱部１３０に高周波電流を供給する。高周波発生部１６０の出力は、温度計測部１５０で計測された溶融材料Ｍａの温度に基づいて調整され、溶融材料Ｍａの温度が一定に保たれる。金属細線回収部１７０は、金属細線形成部１４０により形成された金属細線Ｆを収容する。
【００３７】
（２）実施形態の動作
装置１００の動作について、おもに図１，２を参照して説明する。まず、原材料供給部１１０は原材料Ｍを矢印Ｂ方向に連続的に移動させて原材料保持部１２０に供給する。加熱部１３０は、原材料Ｍの上端部を誘導加熱により溶融して溶融材料Ｍａを形成する。次いで、溶融材料Ｍａは、矢印Ａ方向に回転している円板１４１の周縁１４１ａに向けて連続的に送出され、溶融材料Ｍａは円板１４１の周縁１４１ａに接触して、一部が円板１４１の円周の略接線方向へ引き出され急冷されると共に金属細線Ｆを形成する。これにより形成された金属細線Ｆは、円板１４１の円周の略接線方向に飛行し、その先に位置する金属細線回収部１７０により収容される。
【００３８】
ここで本実施形態では、原材料保持部１２０の上端部に、軸線方向に延在する複数のスリット１２１Ａを形成しているので、加熱部１３０で発生した磁束は、スリット１２１Ａを通過し、原材料Ｍの上端部に集中されると共に原材料保持部１２０側への磁束の集中を防止し、磁束による原材料Ｍの上端部の溶融を効果的に行うことが可能である。また、溶融材料Ｍａは、磁場力により加熱部１３０の中心軸方向（すなわち、原材料Ｍの中心軸方向）に押込まれる力を受ける。したがって、原材料保持部１２０のスリット１２１Ａ間のセグメント１２１Ｂに対する溶融材料Ｍａの非接触状態が保持され、原材料保持部１２０の材質成分の溶融材料Ｍａへの混入を防止することが可能である。また、原材料保持部１２０の加熱も抑制される。したがって、原材料保持部１２０の溶損が防止され、金属細線Ｆの長時間製造が可能となり、かつ、製造コストを低減することが可能である。
【００３９】
特に、原材料保持部１２０を冷却部１２４で冷却することにより、突発的かつ不可避的な回転する円板１４１からの衝撃等により、溶融材料Ｍａが金属細線Ｆの引き出される方向へ傾くことで原材料保持部１２０と接触した場合においても、その接触部分の溶融材料Ｍａの表面は、接触とともに瞬時に凝固するため、原材料保持部１２０の材質成分の溶融材料Ｍａへの混入を防止することが可能である。
【００４０】
また、原材料保持部１２０は、原材料Ｍを下方から円板１４１の周縁１４１ａに向けて適正な位置に案内するために筒状をなしており、小内径部はより小さいことが好適である。
【００４１】
さらに原材料Ｍの直径を５〜１２ｍｍに設定することにより、所望径の金属細線Ｆを連続的に安定して製造することが可能である。原材料保持部１２０のセグメント１２１Ｂの幅ｔを１〜１０ｍｍに設定することにより、原材料保持部１２０の折損を防止することができ、かつ、原材料Ｍの溶融を容易とすることが可能である。原材料保持部１２０のスリット１２１Ａの幅ｓを１．５ｍｍ以下に設定することにより、溶融材料Ｍａの円板１４１の周縁１４１ａへの供給が容易となる。
【００４２】
テーパ部１２２を形成しているので、突発的かつ不可避的な回転する円板１４１からの衝撃または、その温度制御の難しさに付随する突発的かつ不可避的な溶融材料の適正温度以上への上昇等により、その溶融材料Ｍａが原材料Ｍを伝って下方に垂れた場合でも、溶融材料Ｍａは、原材料保持部１２０のテーパ部１２２と先ず接触して凝固するため、溶融材料Ｍａが、テーパ部１２２より下側の原材料Ｍと小内径部１２３との間へ差し込むことを防止することが可能である。また、この場合、テーパ部１２２の傾斜角度θを１５〜６０°に設定することにより、溶融材料Ｍaの円板１４１の周縁１４１ａへの供給がさらに容易となる。
【００４３】
金属細線Ｆは、以上のような効果を得ることができる装置１００により製造されるから、酸素や、窒素の雰囲気からの混入も無いため、清浄度が高く、かつ低価格となる。特に、清浄度については、活性金属およびその活性金属を含む合金を原材料とした場合においても、原材料保持部１２０の材質成分の金属細線Ｆ中の含有量はほぼ皆無であり、ＥＰＭＡの検出限界である１００ｐｐｍ未満とすることが可能である。したがって、活性金属およびその活性金属を含む合金である、例えばチタンおよびチタン合金や、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の金属細線を製造することが可能である。
【００４４】
（３）変形例
以上のように上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば本発明の原料保持部として、原材料保持部１２０の代わりに、図３に示す原料保持部２２０を用いてもよい。原材料保持部２２０は、坩堝状を成すとともに、原材料Ｍを上側から矢印方向Ｃに供給することが可能である。また、原材料保持部２２０には、原材料保持部１２０のスリット１２１Ａおよびセグメント１２１Ｂと同様なスリットおよびセグメントが形成されている。原材料保持部１２０，２２０を比較した場合、原材料保持部２２０は円板１４１の周縁１４１ａと接触する溶融材料Ｍａの最上端部近傍に原材料Ｍを供給するのに対して、原材料保持部１２０は、溶融材料Ｍａの下端側から原材料Ｍを供給するため、溶融材料Ｍａ最上端部の温度制御と形状維持を容易にし、安定した金属細線の製造に好適である。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
【００４６】
（１）実施例１
実施例１では、溶湯抽出法による金属細線の製造において、金属細線装置の原材料保持部の材質や構成等を変更して、その評価を行った。
【００４７】
（１−Ａ）金属細線製造
実験例１〜２７では、原材料保持部として図２に示す原材料保持部１２０を備えた本実施形態の金属細線装置１００を用いて、金属細線の製造を行った。実験例１〜２７では、表１に示すように、原材料Ｍの直径Ｄ、原材料保持部１２０の材質、スリット１２１Ａの本数、スリット１２１Ａの幅、セグメント１２１Ｂの幅、および、テーパ部１２２の傾斜角度θを実験例毎に変更した。なお、表１に示す原材料保持部の材質について、Ｃ１１００はタフピッチ銅、Ｔａはタンタル、Ｗはタングステンを示している。原材料保持部１２０の小内径部１２１の内径は、原材料Ｍの線径より１．５ｍｍ大きく設定した。なお、傾斜角度θが０°である場合、原材料Ｍの直径Ｄより０．３ｍｍ大きく設定した。また、セグメント１２１Ｂの幅は次式から得た。
セグメント幅＝［（素材径＋１．５）×π÷スリット数］−スリット幅
【００４８】
比較例１〜６では、原材料保持部１２０の代わりに、図４に示す原材料保持部２０を備えた従来の原材料保持部を用いた。原材料保持部２０以外は本実施形態の金属細線装置１００と同様な構成とした。原材料保持部２０は、筒状部２１にスリットが無く、かつ加熱部１３０の下方に位置する筒状部２１の外部に冷却部２２を設けた。比較例１〜６では、表１に示すように、原材料保持部２０の材質を比較例毎に設定した。表１に示す比較例４での原材料保持部２０の材質：ＫＮ１０１は１０％ＢＮ／Ｓｉ３Ｎ４（クボタ製）、比較例５での原材料保持部２０の材質：ＩＧＳ７４３は気孔率が８％のカーボン（テクノカーボン製）、比較例６での原材料保持部２０の材質：ＭＦ３０７Ｋは気孔率が１％のカーボン（テクノカーボン製）である。
【００４９】
上記以外の条件については、次のように全ての実験例および比較例で共通とした。原材料Ｍの材質としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（融点１６５０℃）を用い、チャンバ内雰囲気は、真空排気後にアルゴンガスで置換した雰囲気とした。円板１４１の材質としてＣ１１００を用い、円板１４１の回転数は５００ｒｐｍとした。
【００５０】
【表１】
2010137259.tif 000003
【００５１】
（１−Ｂ）原材料保持部の各種構成の評価
以上のような実験例１〜２７および比較例１〜６では、金属細線の製造を各１０回行った。その製造終了理由および成分分析結果を表２に示す。成分分析は、検出限界が１００ｐｐｍであるＥＰＭＡ（使用装置：ＳＨＩＭＡＤＺＵ  ＥＰＭＡ−１６００）を用いて各金属細線の表面および横断面で行った。
【００５２】
表２において、成形達成回数は、１０回の製造において成形時間Ｔ（ｍｉｎ）まで金属細線を製造できた回数を示している。製造停止理由について、理由ａは、３０ｍｉｎ以上不具合の発生なく金属細線の製造を継続することができたことを示し、理由ｂは、円板からの衝撃等で溶湯材料全体が掻き出されてしまうために連続的に金属細線の製造を行うことができなかったことを示し、理由ｃは、原材料が溶融しなかったことを示し、理由ｄは、原材料供給部においてカジリによる不具合が生じたことを示し、理由ｅは、原材料保持部のセグメントが折損したことを示し、理由ｆは、溶融材料の揺れが大きいために狙い線径以上の太さの金属細線の混入が増加したことを示し、理由ｇは、原材料保持部が溶損したことを示している。原材料保持部材質成分含有量について、数値は製造した金属細線に含まれる原材料保持部の材質成分の含有量、括弧内の元素は検出された原材料保持部の材質成分を示している。
【００５３】
【表２】
2010137259.tif 000004
【００５４】
＜スリットの形成＞
表１の実験例４，５に示すように、原材料保持部でのスリットの本数を少なくすると、加熱部より発生した磁束が原材料保持部に集中して原材料が溶融しなかったため、金属細線を製造することができなかった（表２の製造停止理由ｃ）。また、表２の比較例１〜３に示すように、スリットを有していない場合は、磁束によって加熱された原材料保持部の輻射熱で原材料は溶融したものの、原材料保持部が溶損したため、金属細線を製造することができなかった（表２の製造停止理由ｇ）。
【００５５】
これに対して、表２の実験例７に示すように、原材料保持部でのスリットの形成本数を多くすると、上記のような不具合が生じなかった。以上のように本発明の原材料保持部へのスリット形成による効果を確認した。
【００５６】
＜原材料の直径＞
表１の実験例１，２に示すように、原材料の直径を５ｍｍ未満とすると、溶融材料の重量が小さくなるため、その溶融材料は、金属細線が引き出される方向に働く円板から受ける外力により、溶融材料全体が掻き出されてしまい、金属細線の製造を連続的に行うことができなかった（表２の製造停止理由ｂ）。一方、  表１の実験例２４，２５に示すように、原材料保持部の直径を１２ｍｍ超とすると、溶融材料の重量が大きいため、磁場力によって生じる溶融材料の揺れや、金属細線が引き出される方向に働く円板から受ける外力の不安定さによって生じる溶融材料の揺れの治まりが悪く、その結果、円板周縁と溶融材料の接触が不安定となり、狙い線径以上の太線の混入の増加が生じた（表２の製造停止理由ｆ）。
【００５７】
これに対して、表２の実験例３，２３に示すように、原材料の直径を５〜１２ｍｍとすると、上記のような不具合が生じなかった。以上のように原材料の直径は、５〜１２ｍｍであることが好適であることを確認した。
【００５８】
＜原材料保持部のセグメントの幅＞
表１の実験例２２に示すように、セグメントの幅を１ｍｍ未満とすると、セグメントの強度が不十分であり、突発的かつ不可避的な回転する円板からの衝撃等により、溶融材料が金属細線の引き出される方向へ傾きセグメントと接触すると同時に、そのセグメントにも外力が働きセグメントが折損した。原材料保持部が折損した（表２の製造停止理由ｅ）。また、表１の実験例４，５に示すように、セグメントの幅を１０ｍｍ超とすると、加熱部で発生した磁束の原材料上端部への集中が十分ではなく、即ち、原材料が溶融しなかったため、金属細線を製造することができなかった（表２の製造停止理由ｃ）。
【００５９】
これに対して、表２の実験例６、２１に示すように、原材料保持部のセグメントの幅を１〜１０ｍｍとすると、上記のような不具合の発生が抑制され、表２の実験例６，２１に示すように、上記のような不具合の発生がなかった。以上のように原材料保持部のセグメントの幅は、１〜１０ｍｍであることが好適であることを確認した。
【００６０】
＜原材料保持部のスリットの幅＞
表１の実験例１２に示すように、原材料保持部のスリットの幅が１．５ｍｍを超えると、突発的かつ不可避的な回転する円板からの衝撃等により、溶融材料が金属細線の引き出される方向へ傾くことで原材料保持部と接触した場合に、その溶融材料がスリット内に差し込み凝固することでカジリが発生し、溶融材料の円板周縁への供給が困難となった（表２の製造停止理由ｄ）。
【００６１】
これに対して、表２の実験例１１に示すように、原材料保持部のスリットの幅を１．５ｍｍ以下とすると、上記のような不具合の発生が抑制され、表２の実験例８〜１０に示すように、上記のような不具合が生じなかった。以上のように原材料保持部のスリットの幅は、１．５ｍｍ以下であることが好適であることを確認した。
【００６２】
＜テーパ部の形成＞
表１の実験例１３，２０に示すように、原材料保持部にテーパ部を形成しない場合、突発的かつ不可避的な円板からの衝撃、または、その温度制御の難しさに付随する突発的かつ不可避的な溶融材料の適正温度以上への上昇等により、その溶融材料が原材料を伝って下方に垂れ、その下方に垂れた溶融材料が原材料と原材料保持部の内径部との間へ差し込み凝固することでカジリが発生し、溶融材料の円板周縁への供給が困難となった（表２の製造停止理由ｄ）。
【００６３】
これに対して、表２の実験例１４〜１９に示すように、原材料保持部にテーパ部を形成すると、上記のような不具合の発生が抑制された。以上のように、原材料保持部にテーパ部を形成することが好適であることを確認した。
【００６４】
＜テーパ部の傾斜角度＞
表１の実験例１４に示すように、テーパ部の傾斜角度を１５°未満とすると、下方に垂れた溶融材料はテーパ部と接触して凝固するものの、テーパ部の傾斜角度が小さいため、そのテーパ部においてカジリが発生し、原材料の供給が困難となった。表１の実験例１９に示すように、傾斜角度を６０°超とすると、下方に垂れた溶融材料はテーパ部に接触せずに、小内径部に差し込んで凝固するため、原材料とその小内径部との間においてカジリが発生し、溶融材料の円板周縁への供給が困難となった（表２の製造停止理由ｄ）。
【００６５】
これに対して、表２の実験例１５〜１８に示すように、テーパ部の傾斜角度を１５〜６０°とすると、上記のような不具合が発生しなかった。以上のように、テーパ部の傾斜角度を１５〜６０°とすることが好適であることを確認した。
【００６６】
＜金属細線の清浄度＞
表１に示すように、原材料保持部の材質をＣ１１００、Ｔａ、あるいは、Ｗとし、かつ本実施形態の原材料保持部を用いた溶湯抽出法で製造した金属細線について成分分析を行った。その結果、表２に示すように、原材料保持部の材質の含有量は、金属細線の表面および横断面の何れにおいてもＥＰＭＡの検出限界レベルである１００ｐｐｍ未満となり、清浄度の高い金属細線を得ることができることを確認した。
【００６７】
（２）実施例２
実施例２では、実施例１の実験例１６の原料保持部を使用して、コバルトクロムモリブデン合金およびマグネシウム合金の金属細線の製造を各１０回行った。コバルトクロムモリブデン合金としては、Ｃｏ−２９Ｃｒ−８Ｍｏ（ｗｔ％）合金を用い、マグネシウム合金としては、ＡＺ３１Ｍを用いた。製造条件について、チャンバ内雰囲気、円板１４１の材質、円板１４１の回転数は、実験例１６の製造と同様に設定した。
【００６８】
コバルトクロムモリブデン合金およびマグネシウム合金の全ての製造において、３０ｍｉｎ以上不具合の発生がなく、金属細線の製造を完了することができた。また、その金属細線の成分分析を実施例１と同様に行った結果、原材料保持部の材質の主成分であるＣｕの含有量は、金属細線の表面および横断面の何れにおいてもＥＰＭＡの検出限界レベルである１００ｐｐｍ未満となり、清浄度の高い金属細線を得ることができることを確認した。 以上のことから、本実施形態の原料保持部を備えた金属細線装置は、チタンおよびチタン合金だけでなく、コバルトクロムモリブデン合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金の金属細線の製造にも好適であることを確認した。
【００６９】
（３）実施例３
実施例３では、実施例１の実験例２６の原料保持部を使用して、アルミニウム合金の金属細線の製造を１０回行った。アルミニウム合金としては、１０６０を用いた。製造条件について、チャンバ内雰囲気、円板１４１の材質、円板１４１の回転数は、実験例２６の製造と同様に設定した。
【００７０】
全ての製造において、３０ｍｉｎ以上不具合の発生がなく、金属細線の製造を完了することができた。また、その金属細線の成分分析を実施例１と同様に行った結果、原材料保持部の材質の主成分であるＴａの含有量は、金属細線の表面および横断面の何れにおいてもＥＰＭＡの検出限界レベルである１００ｐｐｍ未満となり、清浄度の高い金属細線を得ることができることを確認した。 以上のことから、本実施形態の原料保持部を備えた金属細線装置は、チタンおよびチタン合金だけでなく、アルミニウムおよびアルミニウム合金の金属細線の製造にも好適であることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属細線製造装置の概略構成を表し、（Ａ）は装置全体の概略構成の側断面図、（Ｂ）は装置で用いる円板の周縁の断面図である。
【図２】図１の金属細線製造装置の加熱部の内周側に設けられた原材料保持部の拡大構成を表し、（Ａ）は原材料保持部および加熱部の側断面図、（Ｂ）は原材料保持部の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る金属細線製造装置の加熱部の内周側に設けられた原材料保持部の変形例の拡大構成を表す側断面図である。
【図４】比較例１〜６で使用した金属細線製造装置の加熱部の内周側に設けられた原材料保持部の拡大構成を表し、（Ａ）は原材料保持部および加熱部の側断面図、（Ｂ）は原材料保持部の上面図である。
【図５】図２の原材料保持部のテーパ部の傾斜角度θを表す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００…金属細線装置、１２０，２２０…原材料保持部、１３０…加熱部、１４１…円板、１４１ａ…周縁、１２１Ａ…スリット、１２１Ｂ…セグメント、１２１，２２１…大内径部（上端部）、１２２，２２２…テーパ部、１２３…小内径部、１２４，２２４…冷却部、Ｆ…金属細線、Ｍ…原材料、Ｍａ…溶融材料
【図１】
2010137259.tif 000005
【図２】
2010137259.tif 000006
【図３】
2010137259.tif 000007
【図４】
2010137259.tif 000008
【図５】
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