(57)【要約】      （修正有）【課題】  粒径のばらつきが小さく、かつ高い真円度の微細金属球を長時間にわたって連続して製造することが可能で、更にメンテナンス性にも優れた微細金属球製造装置を提供する。【解決手段】  溶湯をオリフィスから出湯する出湯部４と、出湯した溶湯を表面張力により球状に凝固させる凝固部５とを有する金属球の製造装置であって、前記出湯部は、溶湯を出湯させるオリフィスを底部に有する出湯ルツボ４１と、該出湯ルツボの内部に保持される溶湯に対して振動を付与する振動付与部４７と、固体原料を溶解し前記出湯ルツボに供給する溶湯を生成する溶解ルツボ３２と、前記出湯ルツボと前記溶解ルツボを内包し外気と遮断するとともに溶湯上の雰囲気を保持するチャンバー３１とを具備し、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯流路には前記チャンバーの雰囲気空間を介在させる金属球の製造装置。【選択図】図１
2006307265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯をオリフィスから出湯する出湯部と、出湯した溶湯を表面張力により球状に凝固させる凝固部とを有する金属球の製造装置であって、前記出湯部は、溶湯を出湯させるオリフィスを底部に有する出湯ルツボと、該出湯ルツボの内部に保持される溶湯に対して振動を付与する振動付与部と、固体原料を溶解し前記出湯ルツボに供給する溶湯を生成する溶解ルツボと、前記出湯ルツボと前記溶解ルツボを内包し外気と遮断するとともに溶湯上の雰囲気を保持するチャンバーとを具備し、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯流路には前記チャンバーの雰囲気空間を介在させるものであることを特徴とする金属球の製造装置。
【請求項２】
溶湯流路と供給ルツボとの間には、溶湯の湯面下に堰が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属球の製造装置。
【請求項３】
振動付与部は、オリフィス直上の溶湯内の先端部を浸漬させた加振棒と、該加振棒にオリフィス方向の所定の振動を付与する振動子とを具備することを特徴とする請求項１または２に記載の金属球の製造装置。
【請求項４】
溶解ルツボへの固体原料の導入量により、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の製造装置。
【請求項５】
固体原料を棒状とし溶解ルツボに所定量ずつ浸漬し溶解させることで前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整することを特徴とする請求項４に記載の金属球の製造装置。
【請求項６】
固体原料は、チャンバー外からチャンバー内に気密室を介して連続的に供給されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の金属球の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンダボール等の金属球を効率良く製造することができる製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属溶湯を球状に凝固させることで効率良く金属球を得る手法がハンダボール等の低融点金属の製造に用いられるようになってきている。
そして、この技術において、より形状精度が高く、かつ球状に凝固するまでの間に球同士が接着してしまうのを防ぐ画期的な技術が米国特許第５２６６０９８号明細書（特許文献１）に提供されている。その具体的な技術は、所定の雰囲気圧力を与えられた溶湯に振動を与えることで、オリフィスから出湯される溶湯を定量的に分断するとともに、溶湯に電荷を与えることで分断された溶湯同士が反発して接着しないようにするものである。
【０００３】
また、本願出願人は、上述の特許文献１の技術に関連して、量産に適した装置としてオリフィスを有した出湯ルツボとは別に、溶湯を保持する１以上の供給ルツボを備え、前記出湯ルツボと前記供給ルツボが導通管（サイフォン管）で連結された製造装置を特開２００２−２０６１０４号公報に提案した。（特許文献２）。
特許文献２で提供する微細金属球製造装置は、図３に示すように、底部にオリフィス１０を有する出湯ルツボ７と供給ルツボ８とがサイフォン管９を介して接続され、両者の内部は連通しているので、両ルツボ内の溶湯の液面に加わる圧力が同一であれば両ルツボ内の溶湯の液面は同一の高さに維持される。
【０００４】
また、供給ルツボ８に昇降装置が設けられているので出湯に伴う出湯ルツボ内の液面の下降に連動して供給ルツボを上昇させることが可能であり、出湯ルツボ内の液面の高さ、すなわち出湯ルツボ内における溶湯の量の変動を最小限に抑えることができる。また、供給ルツボの昇降速度を調整することにより、出湯ルツボ内に生じる溶湯の乱れを最小限に抑えることができる。このように、特許文献２で提供する製造装置は、出湯ルツボより出湯される溶湯の吐出量を高精度で一定に保ちつつ連続して出湯することができ、従来困難であった粒度分布の狭い、真球状の微細金属球を連続して製造することができるという利点がある。
【特許文献１】米国特許第５２６６０９８号明細書
【特許文献２】特開２００２−２０６１０４号公報（第２頁〜第４頁、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献２の製造装置で連続して長時間運転すると、出湯ルツボ７と供給ルツボ８を導通するサイフォン管９が閉塞される現象が発生し、連続運転を中断せざるを得ない場合が発生した。
この原因を調査したところは、溶湯中の酸化スラグがサイフォン管９の内部に堆積するために生じるものであることを確認した。本発明者の検討では、出湯ルツボ７及び供給ルツボ８の内部に、溶湯の酸化防止のために不活性ガスを封入していたが、溶解原料である母合金には酸化物あるいは不純物が不可避に含まれる為に、酸化スラグの発生を回避できなかったと推定される。このため、場合によっては、供給ルツボ８やサイフォン管９の内部に堆積した酸化スラグが出湯ルツボ７に流入し、底部のオリフィス１０を閉塞させ、連続運転が中断されることも予想される。
【０００６】
本発明の目的は、前述した課題を解決し、量産性に優れた金属球の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、溶湯をオリフィスから出湯する出湯部と、出湯した溶湯を表面張力により球状に凝固させる凝固部とを有する金属球の製造装置であって、前記出湯部は、溶湯を出湯させるオリフィスを底部に有する出湯ルツボと、該出湯ルツボの内部に保持される溶湯に対して振動を付与する振動付与部と、固体原料を溶解し前記出湯ルツボに供給する溶湯を生成する溶解ルツボと、前記出湯ルツボと前記溶解ルツボを内包し外気と遮断するとともに溶湯上の雰囲気を保持するチャンバーとを具備し、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯流路には前記チャンバーの雰囲気空間を介在させる金属球の製造装置である。
【０００８】
本発明において好ましくは、溶湯流路と供給ルツボとの間には、溶湯の湯面下に堰を設ける。
【０００９】
また、本発明において、振動付与部としては、オリフィス直上の溶湯内の先端部を浸漬させた加振棒と、該加振棒にオリフィス方向の所定の振動を付与する振動子とを具備する振動付与部とすることができる。
【００１０】
また、本発明においては、溶解ルツボへの固体原料の導入量により、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、固体原料を棒状とし溶解ルツボに所定量ずつ浸漬し溶解させることで前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整することもできる。
また、固体原料は、チャンバー外からチャンバー内に気密室を介して連続的に供給されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外気と遮断するとともに溶湯上の雰囲気を保持するチャンバー内において、供給ルツボ内の溶湯を、管などを通さずに直接出湯ルツボ内に供給するので、管路中に溶湯が閉塞することなく、出湯ルツボ内の溶湯の液面高さ（溶湯量）を一定に保ちつつ連続して出湯することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の微細金属球の製造装置は、固体原料を溶解し出湯ルツボに供給する溶湯を生成する溶解ルツボと、前記出湯ルツボと前記溶解ルツボを内包し、外気と遮断するとともに溶湯上の雰囲気を保持するチャンバーとを具備することにより、溶湯ハンダの酸化を防ぐことが可能となる。また、出湯ルツボから溶解ルツボへの溶湯流路には、前記チャンバーの雰囲気空間を介在させることで、サイフォン管などの管路を使用したものと異なり、出湯ルツボへの流路の目詰まりも発生しない。さらに、酸化スラグなどの異物によるオリフィスの閉塞の心配が無くなる。
【００１４】
溶湯流路と供給ルツボとの間には、溶湯の湯面下に堰を設けることにより、出湯ルツボ内の溶湯の液面高さを一定に保ちつつ、連続して出湯することが可能となる。
振動付与部としては、オリフィス直上の溶湯内の先端部を浸漬させた加振棒と、該加振棒にオリフィス方向の所定の振動を付与する振動子とを具備する振動付与部とすることが好ましい。
また、本発明においては、溶解ルツボへの固体原料の導入量により、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整することにより、粒度分布が狭く、真球度の高い微細金属球を連続して製造することが可能である。
【００１５】
固体原料を棒状とし、溶解ルツボに所定量ずつ浸漬し溶解させることで、前記溶解ルツボから出湯ルツボへの溶湯供給量を調整し、さらに、固体原料をチャンバー外からチャンバー内に、外気から遮断した部屋を介して連続的に供給することが可能となり、長時間にわたり微細金属球の製造ができる。
前記供給ルツボから前記出湯ルツボへ滴下供給された溶湯によって、出湯ルツボの溶湯に乱流が発生する。そこで、前記出湯ルツボと前記供給ルツボとの連結部と、出湯ルツボの底部との間に、前記供給ルツボから滴下供給された溶湯を受取り、乱流を抑制して溶湯を流出させる連通口を有する乱流防止部材を配置することが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる微細金属球の製造装置を模式的に示す断面図、図２は図１の装置における乱流防止カバーの斜視図である。
図１に示す微細金属球製造装置１は、微細な粒径（例えば０．０５〜０．３ｍｍ）を有する真球状のハンダ（以下ハンダボールという）を製造する装置であり、ハンダボールの原料となる棒ハンダ２を供給する搬送装置（不図示）が接続される。この微細金属球製造装置１は、棒ハンダ２を溶融した溶湯である溶湯ハンダ６ａを出湯部４に供給する溶湯供給部３と、所定量の溶湯ハンダ６ｂを出湯する出湯部４と、溶湯ハンダ６ｂの液滴を凝固させて球状化させる凝固部５により構成されている。
【００１７】
本発明の微細金属球製造装置は、溶湯供給部３と出湯部４の間の溶湯流路には雰囲気空間を介在させることにより、溶湯供給部３から出湯部４への流路の目詰まりを発生させない構成とする。以下、溶湯供給部３、出湯部４、凝固部５それぞれについて詳細を説明する。
【００１８】
溶湯供給部３は、棒ハンダ２を溶融する供給ルツボ３２、供給ルツボ３２を内蔵する密閉可能なチャンバー３１から構成される。チャンバー３１は出湯ルツボ４１と繋がっており、チャンバー３１の内部環境は出湯ルツボ４１と同一となっている。
【００１９】
棒ハンダ２は搬送装置によって供給ルツボ３２へ送り込まれる。棒ハンダ２は、後述する液面高さ測定装置で測定された出湯ルツボ４１の溶湯の減少量に追随させて溶湯ハンダ６ａを出湯ルツボ４１へ供給できるように速度調整され、かつ供給ルツボ３２へ搬送される。
【００２０】
供給ルツボ３２は、棒ハンダ２を溶解し、溶湯６ａを保温するためのヒータ３３が配置されている。なお、ヒータ３３はこれ以外の構成とすることもできる。
【００２１】
出湯部４は、溶湯供給部３より供給された溶湯ハンダ６ａを貯留する密閉可能な出湯ルツボ４１と、出湯ルツボ４１の底面に配置され、溶湯ハンダ６ａを出湯するオリフィス４２と、オリフィス４２から出湯した溶湯を分割するための振動付与部材である振動ロッド４３と、溶湯ハンダ６ｂを保温するヒータ４４と、溶湯ハンダ６ｂの液面高さを測定する液面高さ測定装置４８と、溶湯供給部３から出湯ルツボ４１内へ溶湯ハンダ６ａが滴下されることによって生じる出湯ルツボ４１内の溶湯ハンダ６ｂの乱流を抑制するために設けられた中空円筒状の乱流防止部材（以下乱流防止カバーという）４５を有する。
【００２２】
オリフィス４２は、出湯ルツボ４１の底面にボルトなどの締結部材によって締結された出湯口部材４６に形成された貫通孔である。出湯ルツボ４１の外部からその内部に向かって伸びる振動ロッド４３は、その下端面がオリフィス４２の近傍に位置するように配設されている。振動ロッド４３の上端部には、振動ロッド４３に振動を与える振動子４７（例えば積層圧電体素子）が接続されている。
【００２３】
液面高さ測定装置４８としては、例えばレーザ測定器等を用いることができる。即ち、レーザ光を出湯ルツボ４１上部に設けた透過ガラス窓４９を通過させて、溶湯ハンダ６ｂの液面を測定する。
【００２４】
ヒータ４４は、出湯ルツボ４１の内部の溶湯ハンダ６ｂを加熱、保温するように配置されている。なお、ヒータ４４はこれ以外の構成とすることもできる。
【００２５】
乱流防止カバー４５は、溶湯供給部３から出湯ルツボ４１の内部へ滴下される溶湯ハンダ６ａを取り囲むように、供給ルツボ３２の溶湯滴下部の鉛直下方に配置される。乱流防止カバー４５の外筒の一部には開口部４１３が形成されている。この開口部４１３は、出湯ルツボ内の溶湯ハンダ６ｂの液面高さとほぼ一致する位置、または、出湯ルツボ４１の溶湯ハンダ６ｂの液面下に配置される位置に形成されると共に、開口部４１３から流出する溶湯による乱流が、オリフィス４２へ至るまでの距離を最大限長くするために、オリフィスとは反対側の位置に配置することが望ましい。また、開口部４１３から流出する溶湯の流速を小さくすることで、これによって引き起こされる乱流の流速を小さくする為に、開口部４１３の開口面積はなるべく大きい方が望ましい。
【００２６】
凝固部５は、出湯部４の下方に配設され、オリフィス４２から一定量ずつ押し出された溶湯はんだ６ｂが落下する間に、表面張力により球状化されつつ凝固される凝固室５１と、成形されたハンダボールを保持する容器（不図示）を有している。
【００２７】
上述した溶湯供給部３と出湯部４が連通した空間、及び凝固部５はいずれも大気に対して遮断されており、密閉空間には、溶融ハンダ６ａ、６ｂ及び棒ハンダ２の酸化を防止することを目的として、例えば窒素ガスと水素ガスとの混合ガスが充填されている。また、窒素ガスの代わりに、アルゴンガスやヘリウムガスなどの他の不活性ガスを用いることもできる。
【００２８】
溶湯供給部３と出湯部４が連通した空間内の混合ガスの圧力はゲージ圧で０．３ＭＰａに維持され、凝固部５内の混合ガスの圧力はゲージ圧で０．０１〜０．３ＭＰａの範囲に維持されることが好ましい。圧力の変動範囲はいずれの空間においても粒径を一定に保つために許容可能な±０．００１ＭＰａ／５ｓｅｃとなるように制御されることが好ましい。
【００２９】
次いで、上述した微細金属球製造装置によるハンダボールの製造工程の詳細について説明する。出湯ルツボ４１の内部に貯留している溶湯ハンダ６ｂの液面高さが出湯により減少する。溶湯ハンダ６ｂの液面高さは、液面高さ測定装置４８により測定されており、溶湯ハンダ６ｂの液面高さが予め設定した液面高さの下限値まで低下すると、ハンダボールの母合金である棒ハンダ２が搬送装置（不図示）により供給ルツボ３２まで搬送され、供給ルツボ３２の溶湯ハンダ６ａに投入される。棒ハンダ２は、溶湯ハンダ６ａに触れることにより溶融される。棒ハンダ２の溶融が始まり、搬送装置により連続して棒ハンダ２を供給ルツボ３２へ供給すると、溶湯ハンダ６ａの容量が増加し、ついには供給ルツボ３２では溶湯ハンダ６ａを蓄えきれなくなり、溶湯ハンダ６ａが出湯部４へ滴下供給され、出湯ルツボ４１内部の溶湯ハンダ６ｂの液面高さが上昇する。出湯ルツボ４１内部の溶湯ハンダ６ｂの液面高さが、予め設定した液面高さの上限値に至るまで棒ハンダ２の供給ルツボ３２への供給を続ける。このように供給ルツボ３２から溶湯ハンダ６ａを、管路などを通さずに直接出湯ルツボ４１へ滴下して供給することにより、溶湯の供給機構が簡素化され、もって連続運転性に優れ、かつ部品点数の減少に伴ってメンテナンス性の優れた微細金属球製造装置とすることができる。
【００３０】
供給ルツボ３２から滴下された溶湯ハンダ６ａは乱流防止カバー４５の内部を通過して、出湯ルツボ４１に供給される。
【００３１】
乱流防止カバー４５の内部と出湯ルツボ４１内の溶湯ハンダ６ｂは開口部４１３でのみ連通し、他の部分においては乱流防止カバー４５で隔絶されているため、出湯ルツボ４１内に滴下供給された溶湯はんだ６ａによって引き起こされる溶湯ハンダ６ｂの乱流が、乱流防止カバー４５内部で抑制される。開口部４１３から流出する溶湯による乱流の流速は、乱流防止カバーを設置しない場合に比較して小さくなるため、オリフィス４２へ流入するハンダ流に対する乱流の影響を最小限に抑制でき、ハンダボールの粒径が揃い、また真球度の高いハンダボールが得られる。特に、乱流防止カバー４５は、開口部４１３がオリフィス４２とは反対側に向くように配置されることが望ましい。
【００３２】
その後、溶湯ハンダ６ｂは出湯ルツボ４１に充填された混合ガスの圧力と振動ロッド４３によりオリフィス４２から凝固室５１内に押出され、二次粒子が殆ど形成されない均一な大きさの溶滴が得られる。この溶滴は凝固室５１を落下する過程において球状化しつつ凝固されて得られたハンダボールは凝固室５１内に配置した容器（不図示）内に回収される。
【００３３】
尚、本発明の微細金属球製造装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係わるハンダボール製造装置の断面図である。
【図２】図１における乱流防止カバーを示す斜視図である。
【図３】従来のハンダボール製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：微細金属球製造装置
２：棒ハンダ
３：溶湯供給部
３１：チャンバー
３２、８：供給ルツボ
３３：ヒータ
４：出湯部
４１、７：出湯ルツボ
４２、１０：オリフィス
４３：振動ロッド
４４：ヒータ
４５：乱流防止カバー
４６：出湯口部材
４７：振動子
４８：液面高さ測定装置
４９：透過ガラス窓
４１２：中空部
４１３：開口部
５：凝固部
５１：凝固室
６ａ、６ｂ：溶湯
９：サイフォン
【図１】
2006307265.tif 000003
【図２】
2006307265.tif 000004
【図３】
2006307265.tif 000005