(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状または長尺状の金属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金属にガスを供給する筒状部と、
前記筒状部に供給される前記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、前記金属に供給される前記ガスを所定の温度に加熱することにより金属微粒子を発生させるガス加熱制御部と、
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、前記金属保持部は、鋳造成形用金型に対して着脱可能であるとともに、前記鋳造成形用金型内のキャビティに連通して前記金属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金属に加熱されたガスを供給して金属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）の溶湯を鋳造成形用金型内のキャビティに注湯することにより、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、前記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２００１−３２１９１６号公報に開示されている金属ガス発生装置が使用されている。この金属ガス発生装置は、図６に示すように、金型１に接続されており、この金型１には、成形用キャビティ１ａが設けられるとともに、このキャビティ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。
【０００５】
金型１には、配管５を介して窒素ガスボンベ６が接続される一方、アルゴンガスボンベ７は、配管８を介して加熱炉（金属ガス発生装置）９に接続されている。アルゴンガスボンベ７は、配管１０を介してマグネシウム粉末が使用されているタンク１１に接続され、このタンク１１は、配管１２を介して配管８に接続されている。
【０００６】
加熱炉９は、ヒータ１３を介して炉内温度が所定の温度に加熱可能に構成されており、この加熱炉９は、配管１４およびパイプ１５を介してキャビティ１ａに連通している。加熱炉９内には、マグネシウム粉末が粉末のまま配管１４に送出されることを規制する図示しない規制手段が設けられている。
【０００７】
このような構成において、まず、窒素ガスボンベ６から配管５を介して金型１のキャビティ１ａに窒素ガスが注入され、このキャビティ１ａ内の空気を前記窒素ガスによってパージする。このため、キャビティ１ａ内は、実質的に非酸素雰囲気となっている。一方、アルゴンガスボンベ７から配管８を介して加熱炉９内にアルゴンガスが注入される。従って、この加熱炉９内は、無酸素状態となっている。
【０００８】
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内にアルゴンガスが供給され、このタンク１１内のマグネシウム粉末を配管８から加熱炉９内に送り込む。その際、加熱炉９では、ヒータ１３によりマグネシウム粉末が昇華する温度以上に炉内の温度が加熱されている。これにより、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、このマグネシウムガスが配管１４からパイプ１５を介してキャビティ１ａ内に注入される。
【０００９】
このため、キャビティ１ａでは、マグネシウムガスと窒素ガスとが反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）が生成される。この窒化マグネシウムは、キャビティ１ａの内壁面に粉体として析出される。
【００１０】
そこで、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。
【００１１】
【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、ヒータ１３が設けられた加熱炉９を備えており、装置全体が相当に大型であるという問題がある。しかも、加熱炉９内において、マグネシウム粉末の反応を制御することが難しく、例えば、反応済みの物質（マグネシウム）が前記加熱炉９内に堆積するおそれがある。
【００１２】
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、所望の金属微粒子を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。
【００１３】
【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（例えば、線状や帯状）の金属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金属に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、前記ガスが所定の温度に加熱された状態で金属に供給されている。
【００１４】
これにより、金属保持部に保持されている金属は、所定量および所定温度に制御されたガスにより加熱されるため、所望の金属微粒子を確実に発生させることができる。しかも、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。
【００１５】
また、金属保持部は、鋳造成形用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連通して前記キャビティに金属微粒子を供給するように構成されている。
【００１６】
ここで、例えば、金属としてマグネシウム、ガスとして窒素ガス（反応性ガス）が使用されると、反応によりＭｇ3Ｎ2微粒子が生成される。このＭｇ3Ｎ2微粒子は、キャビティ内の酸素と優先的に結合し、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できる。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可能になり、良好な鋳造作業を円滑に行うことができる。
【００１７】
一方、例えば、金属としてマグネシウム、ガスとしてＡｒガス（不活性ガス）が使用されると、反応によりＭｇ微粒子が生成される。このＭｇ微粒子は、例えば、アルミニウムに比べて酸化し易い物質であり、アルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することが可能になる。従って、アルミニウム溶湯を使用する際に、良好な鋳造作業が確実に遂行される。
【００１８】
【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。
【００１９】
微粒子発生装置２０は、金属微粒子発生機構２２と高温ガス発生機構２４とを備える。金属微粒子発生機構２２は、粉末状の金属、例えば、マグネシウム２６が、例えば、ＳＵＳ材（ステンレス鋼）製のフィルタ（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。
【００２０】
金属保持部３０は、鋳造成形用金型３８に対して着脱可能であるとともに、前記金型３８内のキャビティ４０に連通する。金属保持部３０は、貫通する略箱状に構成されており、金型３８の孔部４０ａ側には、必要に応じて溶湯逆流防止機構４２が装着される。
【００２１】
図１および図２に示すように、溶湯逆流防止機構４２は、金型３８に固定されるステイ４３と、前記ステイ４３に対してスライド可能なスライドキー４４とを備える。ステイ４３には、孔部４０ａと同軸的に孔部４３ａが形成されるとともに、スライドキー４４には、前記孔部４０ａと前記孔部４３ａとを開閉自在な孔部４４ａが形成されている。なお、金属微粒子発生機構２２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４２を採用しなくてもよい。
【００２２】
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。図２に示すように、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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および流量制御弁６５を介して筒状部３２に連通自在である。
【００２７】
高温ガス発生機構２４は、金属微粒子発生機構２２と略同様に構成されており、金型３８に着脱自在な筒状部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。筒状部６６には、金型３８の孔部４０ｂ側に溶湯逆流防止機構４２が設けられている。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および流量制御弁８６を介して接続される。
【００２８】
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。
【００２９】
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（図２参照）。
【００３０】
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。
【００３１】
そこで、溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４の孔部４４ａを介してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａ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（図１参照）。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。
【００３２】
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、流量制御弁６５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。
【００３３】
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金型３８のキャビティ４０内に供給される。その際、キャビティ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。
【００３４】
この高温ガス発生機構２４では、金属微粒子発生機構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からキャビティ４０内に供給される。
【００３５】
これにより、キャビティ４０内では、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、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）、窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）の微粒子が生成される。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微粒子が生成される。
【００３６】
次いで、各溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４がスライドし、孔部４４ａが移動してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａ、４０ｂとが閉塞される。この状態で、金型３８のキャビティ４０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４０内には、Ｍｇ3Ｎ2微粒子とマグネシウム微粒子とが存在しており、このＭｇ3Ｎ2微粒子が前記キャビティ４０内の酸素と優先的に結合し、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。
【００３７】
一方、マグネシウム微粒子は、アルミニウムに比べて酸化し易い物質である。従って、マグネシウム微粒子は、キャビティ４０内の酸素と結びついて、アルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することができる。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、金属微粒子発生機構２２を構成する金属保持部３０が、金型３８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、高温ガス発生機構２４を介して、キャビティ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る。このため、キャビティ４０内でマグネシウムガスと窒素ガスとが良好に反応し、Ｍｇ3Ｎ2微粒子を良好に生成することが可能になる。
【００４１】
さらに、金属微粒子発生機構２２および高温ガス発生機構２４は、金型３８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３８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。
【００４２】
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で保持し金属保持部３０内に対して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３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。
【００４３】
図４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。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様である。
【００４４】
微粒子発生装置１００は、金型３８に着脱自在な金属保持部３０と、前記金属保持部３０に装着される筒状部３２と、前記筒状部３２に所定量の窒素ガスを供給する窒素ガス流量制御部６８と、前記筒状部３２に設けられ、前記窒素ガスを所定温度に加熱する窒素ガス加熱制御部７０とを備えている。
【００４５】
このように構成される微粒子発生装置１００では、金属保持部３０に粉末状のマグネシウム２６（または長尺状のマグネシウム）が収容されており、まず、窒素ガス加熱制御部７０が駆動された後、窒素ガス流量制御部６８が駆動される。このため、筒状部３２内が所定の温度に加温されており、窒素ガスボンベ８２から筒状部３２内に供給された所定量の窒素ガスが所望の温度に加熱される。
【００４６】
従って、金属保持部３０に収容されているマグネシウム２６（または長尺状のマグネシウム）は、所定量および所望温度の窒素ガスがフィルタ２８ａを透過して供給されることにより蒸発し、少なくとも一部が窒素ガスと反応してＭｇ3Ｎ2微粒子が生成される。これにより、金型３８のキャビティ４０内には、Ｍｇ3Ｎ2微粒子とマグネシウム微粒子とが導入され、前記キャビティ４０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とが可能になる。
【００４７】
上記のように、第２の実施形態では、装置全体が容易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て所望のＭｇ3Ｎ2微粒子を確実に生成することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る微粒子発生装置１２０の要部概略構成説明図である。
【００４９】
この微粒子発生装置１２０は、第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０を構成する金属微粒子発生機構２２のみを備えている。従って、微粒子発生装置１２０では、アルゴンガス加熱制御部３６を介して筒状部３２内を加温した状態で、アルゴンガス流量制御部３４を介してこの筒状部３２に所定量のアルゴンガスが供給される。
【００５０】
このため、金属保持部３０に収容されているマグネシウム２６には、所定量および所定温度のアルゴンガスが供給され、このマグネシウム２６が蒸発してマグネシウムガスが発生する。そして、このマグネシウムガスがマグネシウム微粒子に変化し、キャビティ４０内に供給される。
【００５１】
これにより、キャビティ４０内では、マグネシウム微粒子が酸素と結合し、このキャビティ４０内を低酸素化状態にしてアルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することが可能になるという効果が得られる。しかも、装置全体の構成が、一挙に簡素化かつ小型化されるとともに、種々の金型３８に適用することができるという利点がある。
【００５２】
なお、第１乃至第３の実施形態では、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用するとともに、反応性ガスとして窒素ガスを用いて説明したが、その他の不活性ガスおよび反応性ガスを用いることが可能である。
【００５３】
【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金属が、所定量および所定温度に制御されたガスによって加熱されるため、所望の金属微粒子を確実に発生させることが可能になる。しかも、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とともに、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】前記微粒子発生装置の要部分解斜視説明図である。
【図３】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４】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５】本発明の第３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６】従来技術に係る金属ガス発生装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
２０、１００、１２０…微粒子発生装置  ２２…金属微粒子発生機構
２４…高温ガス発生機構                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          ３８…鋳造成形用金型
４０…キャビティ                      ４２…溶湯逆流防止機構
４３…ステイ                          ４４…スライドキー
４３ａ、４４ａ…孔部                  ４６…カートリッジ
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
【図１】
0003872706.tif 000002
【図２】
0003872706.tif 000003
【図３】
0003872706.tif 000004
【図４】
0003872706.tif 000005
【図５】
0003872706.tif 000006
【図６】
0003872706.tif 000007