(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状または長尺状のマグネシウムが多孔質体を介して収容される金属保持部と、
前記金属保持部に設けられ、前記多孔質体を透過して前記マグネシウムに不活性ガスを供給する筒状部と、
前記筒状部に供給される前記不活性ガスの流量を制御するガス流量制御部と、
前記筒状部に設けられ、前記マグネシウムに供給される前記不活性ガスを所定の温度に加熱してマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子を生成するガス加熱制御部と、
前記金属保持部が装着されるとともに、所定の温度に加熱された窒素ガスが供給されることにより、前記マグネシウムガスおよび／または前記マグネシウム微粒子と前記窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム微粒子を発生させる反応ユニットと、
を備えることを特徴とする微粒子発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記反応ユニットは、金型に対して着脱可能であるとともに、前記金型内のキャビティに前記窒化マグネシウム微粒子を供給することを特徴とする微粒子発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末状または長尺状のマグネシウムを用いて窒化マグネシウム微粒子を発生させるための微粒子発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという）の溶湯を金型内のキャビティに注湯し、種々のアルミニウム部品を鋳造する作業が広く行われている。
【０００３】
ところで、アルミニウム部品の鋳造工程では、キャビティに注湯されるアルミニウムの溶湯表面に酸化被膜が生成され易い。このため、アルミニウムの溶湯の表面張力が大きくなり、該溶湯の流動性等が低下し、種々の鋳造欠陥が発生するという問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００１−３２１９１８号公報に開示されているアルミニウム鋳造方法が知られている。このアルミニウム鋳造方法を実施する装置は、図４に示すように、金型１を備えており、この金型１はキャビティ１ａを設けている。キャビティ１ａには、注湯槽２に貯留されているアルミニウム溶湯３が孔部４を介して注湯自在である。金型１は、配管５を介して窒素ガスボンベ６に接続される一方、アルゴンガスボンベ７は、配管８を介して加熱炉９に接続されている。
【０００５】
アルゴンガスボンベ７には、配管１０を介してマグネシウム粉末が収容されているタンク１１が接続される。このタンク１１は、配管１２を介して定量収納部１３に接続されるとともに、前記定量収納部１３が配管８に接続されている。加熱炉９は、配管１４を介してキャビティ１ａに連通している。金型１には、キャビティ１ａ内を減圧するための減圧ポンプ１５が接続されている。
【０００６】
このような構成において、まず、加熱炉９をマグネシウム粉末が昇華する温度以上の炉内温度に昇温させた後、アルゴンガスボンベ７から配管８および加熱炉９を介して金型１のキャビティ１ａにアルゴンガスが注入され、このキャビティ１ａ内の空気を前記アルゴンガスによってパージする。
【０００７】
次いで、アルゴンガスボンベ７から配管１０を介してタンク１１内にアルゴンガスを供給し、定量収納部１３にマグネシウム粉末を送り込む。さらに、所定量のマグネシウム粉末が配管８から加熱炉９内に導入される。加熱炉９に送り込まれたマグネシウム粉末は、昇華してマグネシウムガスとなり、アルゴンガスがキャリアとして前記マグネシウムガスをキャビティ１ａ内に注入する。
【０００８】
その際、減圧ポンプ１５が駆動されるため、キャビティ１ａ内の気体とマグネシウムガスおよびアルゴンガスとが置換され、前記キャビティ１ａ内で前記マグネシウムガスが拡散される。そこで、窒素ガスボンベ６から配管５を介してキャビティ１ａに窒素ガスが導入され、マグネシウムガスと前記窒素ガスとが反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）が生成され、この窒化マグネシウムが前記キャビティ１ａの内壁面に粉体として析出される。
【０００９】
次に、注湯槽２内のアルミニウム溶湯３が、孔部４からキャビティ１ａ内に注湯される。窒化マグネシウムは還元性物質であり、アルミニウム溶湯３がキャビティ１ａ内でこの窒化マグネシウムと接触することによって、前記アルミニウム溶湯３の表面の酸化被膜から酸素が除去される。これにより、アルミニウム溶湯３の表面が純粋なアルミニウムに還元される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、加熱炉９を備えているために、装置全体が相当に大型であるという問題がある。しかも、キャビティ１ａ内でのマグネシウムガスと窒素ガスの反応を制御することが難しく、例えば、窒化マグネシウムの発生量が不十分になるおそれがある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、装置全体を有効に小型化するとともに、所望の窒化マグネシウムを微粒子として確実に生成することが可能な微粒子発生装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微粒子発生装置では、粉末状または長尺状のマグネシウムが多孔質体を介して金属保持部に収容されており、前記金属保持部には、前記多孔質体を透過して前記マグネシウムに不活性ガスを供給するための筒状部が設けられている。そこで、ガス流量制御部を介して筒状部に供給される不活性ガスの流量が制御されるとともに、前記筒状部に設けられたガス加熱制御部の作用下に、前記不活性ガスが所定の温度に加熱された状態でマグネシウムに供給されている。
【００１３】
これにより、金属保持部に保持されているマグネシウムは、所定量および所定温度に制御された不活性ガスにより加熱されるため、所望のマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子を確実に発生させることができる。
【００１４】
マグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子は、金属保持部が装着された反応ユニットに供給されるとともに、前記反応ユニットには、所定の温度に加熱された窒素ガスが供給されている。このため、反応ユニットでは、マグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子と窒素ガスとが反応し、窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）微粒子が生成される。
【００１５】
従って、比較的大型な加熱炉が不要になり、装置全体が有効に小型化かつ簡素化されるとともに、反応の制御が容易に遂行される。しかも、反応ユニットで反応によりＭｇ3Ｎ2微粒子が確実に生成されるため、このＭｇ3Ｎ2微粒子は、金型内のキャビティに供給されて前記キャビティ内の酸素と結びつく。これにより例えば、アルミニウム鋳造に使用されるアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制することが可能になる。このため、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することができ、良好な鋳造作業を円滑に行うことが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０の要部概略構成説明図である。
【００１７】
微粒子発生装置２０は、マグネシウム微粒子発生機構２２と、高温ガス発生機構２４と、前記マグネシウム微粒子発生機構２２および前記高温ガス発生機構２４が装着される反応ユニット２５とを備える。
【００１８】
マグネシウム微粒子発生機構２２は、例えば、粉末状のマグネシウム２６がフィルタ（多孔質体）２８ａ、２８ｂを介して収容される金属保持部３０と、前記金属保持部３０に設けられ、前記フィルタ２８ａを透過して前記マグネシウム２６に不活性ガス、例えば、アルゴンガスを供給する筒状部３２と、前記筒状部３２に供給される前記アルゴンガスの流量を制御するアルゴンガス流量制御部３４と、前記筒状部３２に設けられ、前記マグネシウム２６に供給される前記アルゴンガスを所定の温度に加熱するアルゴンガス加熱制御部３６とを備える。
【００１９】
金属保持部３０は、反応ユニット２５の孔部３８ａに装着されるとともに、前記反応ユニット２５内の反応室４０に連通する。
【００２０】
金属保持部３０内には、例えば、カートリッジ４６が交換可能に収容される。カートリッジ４６は、略円筒状のケース４８を備えており、このケース４８内には、一端部側の底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入されている。
【００２１】
ケース４８内では、フィルタ２８ａとフィルタ２８ｂとの間に、粉末状のマグネシウム２６が封入される。フィルタ２８ａ、２８ｂは、マグネシウム２６が離脱しないように、その開口径が設定されている。ケース４８の他端部側の内周には、ねじ溝５０が形成されており、このねじ溝５０に止めねじ５１が螺合している。
【００２２】
金属保持部３０には、カートリッジ４６を着脱するために開閉自在な蓋体３０ａが設けられている。この蓋体３０ａは、例えば、金属保持部３０に対して図示しない蝶番を介し揺動自在に構成されていてもよく、また、前記金属保持部３０に対してスライド可能に構成されていてもよい。
【００２３】
金属保持部３０には、筒状部３２の一端が装着される。この筒状部３２内には、発熱体、例えば、電熱線５４が配置されており、この電熱線５４が前記筒状部３２の外部で電流／電圧制御器５６を介して電源５８に接続され、アルゴンガス加熱制御部３６を構成している。
【００２４】
筒状部３２の端部に管路６０が接続されており、この管路６０には、アルゴンガス流量制御部３４を構成するアルゴンガスボンベ６２が接続される。アルゴンガスボンベ６２は、開閉弁６４を介して筒状部３２に連通自在である。
【００２５】
高温ガス発生機構２４は、マグネシウム微粒子発生機構２２と略同様に構成されており、反応ユニット２５の孔部３８ｂに装着される筒状部６６と、窒素ガス流量制御部６８と、窒素ガス加熱制御部７０とを備えている。
【００２６】
窒素ガス加熱制御部７０は、筒状部６６内に配置される電熱線７４と、電流／電圧制御器７６と、電源７８とを備える。窒素ガス流量制御部６８は、筒状部６６の他端部に連通する管路８０を備え、この管路８０は、窒素ガスボンベ８２に開閉弁８４を介して接続される。
【００２７】
反応ユニット２５は、孔部３８ａ、３８ｂを比較的近接して設けており、反応室４０内でマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子と窒素ガスとを反応させてＭｇ3Ｎ2（窒化マグネシウム）微粒子８６を発生させる機能を有する。この反応ユニット２５は、鋳造成形用金型９０に対して着脱可能であるとともに、前記金型９０内のキャビティ９２に孔部９２ａを介して連通する。
【００２８】
金型９０の孔部９２ａには、必要に応じて溶湯逆流防止機構９４が装着される。溶湯逆流防止機構９４は、金型９０に固定されるステイ９６と、前記ステイ９６に対してスライド可能なスライドキー９８とを備える。ステイ９６には、孔部９２ａと同軸的に孔部９６ａが形成されるとともに、スライドキー９８には、前記孔部９２ａと前記孔部９６ａとを開閉自在な孔部９８ａが形成されている。なお、反応ユニット２５が、溶湯の逆流を発生するおそれのない部位に配設されている際には、溶湯逆流防止機構９４を採用しなくてもよい。また、反応ユニット２５に金属保持部３０を一体的に構成してもよい。
【００２９】
このように構成される微粒子発生装置２０の動作について、以下に説明する。
【００３０】
まず、金属保持部３０には、カートリッジ４６に保持されて粉末状のマグネシウム２６が収容されている。具体的には、金属保持部３０の外部において、カートリッジ４６を構成するケース４８は、底部４８ａを下方にして配置されており、この底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入される。次いで、フィルタ２８ａ上に粉末状のマグネシウム２６が適宜投入された後、フィルタ２８ｂが挿入される。さらに、ケース４８のねじ溝５０に止めねじ５１が螺合して、カートリッジ４６内にマグネシウム２６が封入される。
【００３１】
金属保持部３０では、蓋体３０ａが開放方向に揺動またはスライドされ、この金属保持部３０内にカートリッジ４６が挿入された後、この蓋体３０ａが閉塞方向に揺動またはスライドされる。これにより、金属保持部３０内にカートリッジ４６が装填される。
【００３２】
そこで、溶湯逆流防止機構９４を構成するスライドキー９８の孔部９８ａを介してステイ９６の孔部９６ａと孔部９２ａとが開放された状態で、アルゴンガス流量制御部３４に先立ってアルゴンガス加熱制御部３６が駆動される。このアルゴンガス加熱制御部３６では、制御器５６により電流／電圧の制御が行われ、電熱線５４が発熱して筒状部３２の内部が加温される。筒状部３２内が所定の温度に至ると、アルゴンガス流量制御部３４が駆動される。
【００３３】
このアルゴンガス流量制御部３４では、アルゴンガスボンベ６２から導出されるアルゴンガスが、開閉弁６４により流量を制御されて管路６０から筒状部３２に導入される。アルゴンガスは、筒状部３２を通過する際に電熱線５４を介して所定の温度に加熱され、この加熱されたアルゴンガスが金属保持部３０を構成するフィルタ２８ｂを透過してマグネシウム２６に吹き付けられる。
【００３４】
このため、マグネシウム２６が蒸発してマグネシウムガスが発生し、このマグネシウムガスは、アルゴンガスの流れに沿って反応ユニット２５内の反応室４０に供給される。その際、反応室４０には、高温ガス発生機構２４を介して高温の窒素ガスが供給されている。
【００３５】
この高温ガス発生機構２４では、マグネシウム微粒子発生機構２２と略同様に、まず、窒素ガス加熱制御部７０が駆動されて筒状部６６内が所定の温度に加温された後、窒素ガス流量制御部６８が駆動される。従って、窒素ガスボンベ８２から筒状部６６に供給された所定量の窒素ガスは、所望の温度に加熱された後に前記筒状部６６から反応室４０に供給される。
【００３６】
これにより、反応室４０では、マグネシウムガスの一部が凝集してマグネシウム微粒子に変化するとともに、このマグネシウム微粒子および／または未凝集のマグネシウムガスと高温の窒素ガスとが反応し（３Ｍｇ＋Ｎ2→Ｍｇ3Ｎ2）、Ｍｇ3Ｎ2微粒子８６が生成される。また、マグネシウム微粒子が高温の窒素ガスと反応することによっても、Ｍｇ3Ｎ2微粒子８６が生成される。反応室４０で生成されたＭｇ3Ｎ2微粒子８６は、反応ユニット２５が装着されている金型９０のキャビティ９２内に導入される。
【００３７】
次いで、溶湯逆流防止機構９４を構成するスライドキー９８がスライドし、孔部９８ａが移動してステイ９６の孔部９６ａと孔部９２ａとが閉塞される。この状態で、金型９０のキャビティ９２内には、例えば、アルミニウムの溶湯（図示せず）が注湯される。その際、キャビティ９２内には、Ｍｇ3Ｎ2微粒子８６が存在しており、このＭｇ3Ｎ2微粒子８６が前記キャビティ９２内の酸素と優先的に結合してアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制する。このため、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することができ、良好な鋳造作業を行うことが可能になる。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、マグネシウム微粒子発生機構２２を構成する金属保持部３０が、反応ユニット２５に直接装着されるとともに、この金属保持部３０内にカートリッジ４６を介して粉末状のマグネシウム２６が収容されている。そして、アルゴンガス加熱制御部３６を介して所定の温度に維持されている筒状部３２内に、アルゴンガス流量制御部３４を介して所定量のアルゴンガスが導入されている。
【００３９】
これにより、金属保持部３０に保持されているマグネシウム２６は、所定量および所定温度に制御されたアルゴンガスにより加熱され、所望のマグネシウム微粒子（およびマグネシウムガス）を確実に発生させることができる。従って、従来のような比較的大型な加熱炉が不要になり、微粒子発生装置２０全体が有効に小型化かつ簡素化されるとともに、マグネシウム微粒子（およびマグネシウムガス）の反応制御が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００４０】
しかも、反応ユニット２５には、高温ガス発生機構２４が装着されており、この反応ユニット２５の反応室４０内に所定量および所定温度に制御された反応性ガスである窒素ガスが供給されている。このため、反応室４０内でマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子と窒素ガスとが良好に反応し、所望のＭｇ3Ｎ2微粒子８６を確実に生成することが可能になる。
【００４１】
さらに、反応ユニット２５で反応により生成されたＭｇ3Ｎ2微粒子８６は、金型９０のキャビティ９２に供給されて前記キャビティ９２内の酸素と結びつく。これにより、キャビティ９２に注湯されるアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制することができ、前記アルミニウム溶湯の流動性等を維持して良好な鋳造作業を行うことが可能になるという効果がある。
【００４２】
さらにまた、反応ユニット２５は、金型９０に対して着脱可能である。これにより、微粒子発生装置２０は、上記の金型９０の他、種々の金型に容易に適用することが可能になり、汎用性に優れるという利点がある。
【００４３】
なお、第１の実施形態では、粉末状のマグネシウム２６をカートリッジ４６に保持して金属保持部３０内に着脱可能に構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、マグネシウム２６を、直接、金属保持部３０内に充填してもよく、あるいは、図２に示すように、例えば、線状や帯状等の長尺状マグネシウム２６ａを、カートリッジ４６で保持して前記金属保持部３０内に配置してもよい。
【００４４】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る微粒子発生装置１００の要部概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
微粒子発生装置１００は、マグネシウム微粒子発生機構２２と、高温ガス発生機構２４と、前記マグネシウム微粒子発生機構２２および前記高温ガス発生機構２４が互いに軸線を所定の角度θ°（θ°＜９０°）だけ傾斜して装着される反応ユニット１０２とを備える。
【００４６】
このように構成される微粒子発生装置１００では、反応ユニット１０２の反応室４０ａ内に、マグネシウム微粒子発生機構２２および高温ガス発生機構２４を介してマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子と窒素ガスとが、互いに所定の角度θ°だけ傾斜して導入される。これにより、反応室４０ａ内では、マグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子と窒素ガスとが良好に反応し、所望のＭｇ3Ｎ2微粒子８６が容易かつ確実に生成されるという効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る微粒子発生装置では、金属保持部に保持されているマグネシウムが、所定量および所定温度に制御された不活性ガスによって加熱されて反応ユニットに供給される一方、前記反応ユニットには、所定の温度に加熱された窒素ガスが供給される。
【００４８】
このため、反応ユニットでは、所望の窒化マグネシウム微粒子を確実に生成することが可能になるとともに、比較的大型な従来の加熱炉が不要になり、装置全体を有効に小型化かつ簡素化することができる。しかも、種々の金型に対して着脱可能であり、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図２】長尺状のマグネシウムが装填された状態の前記微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図４】従来技術に係る微粒子発生装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
２０、１００…微粒子発生装置      ２２…マグネシウム微粒子発生機構
２４…高温ガス発生機構            ２５、１０２…反応ユニット
２６、２６ａ…マグネシウム        ２８ａ、２８ｂ…フィルタ
３０…金属保持部                  ３２、６６…筒状部
３４…アルゴンガス流量制御部      ３６…アルゴンガス加熱制御部
３８ａ、３８ｂ、９２ａ、９６ａ、９８ａ…孔部
４０…反応室                      ４６…カートリッジ
５２…嵌合部                      ５４、７４…電熱線
５６、７６…制御器                ５８、７８…電源
６０、８０…管路                  ６２…アルゴンガスボンベ
６４、８４…開閉弁                ６８…窒素ガス流量制御部
７０…窒素ガス加熱制御部          ８２…窒素ガスボンベ
８６…Ｍｇ3Ｎ2微粒子              ９０…金型
９２…キャビティ
【図１】
0003872707.tif 000002
【図２】
0003872707.tif 000003
【図３】
0003872707.tif 000004
【図４】
0003872707.tif 000005