(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金溶湯を冷却ロールにより冷却して薄帯又は薄片を得るストリップキャスト法に用いられる水素吸蔵合金の製造装置において、 高周波溶解式炉体と、タンディッシュと、冷却ロールと、形成された薄帯又は薄片状の合金が供給される冷却テーブルと、上記合金を冷却するために上記合金に冷却雰囲気ガスを吹き付ける送風機器とを真空チャンバー内に含むことを特徴とする水素吸蔵合金の製造装置。
【請求項２】
少なくとも一以上の高周波コイルを備えた炉体と、ロール内部に冷却媒体を通じることでロール全体を冷却する冷却ロールと、テーブル内部に冷却媒体を通じることでテーブル全体を冷却する円盤状の冷却テーブルとを真空チャンバー内に備えた溶解炉から成り、減圧下又は不活性雰囲気下で原料を加熱溶解し、上記冷却ロールによって合金溶湯を冷却し、薄帯化又は薄片化し、薄帯化又は薄片化した合金を回転する上記冷却テーブル上に堆積させ、さらに、堆積しつつある薄帯又は薄片の上部から冷却雰囲気ガスを吹き付けることによって、薄帯又は薄片を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１の水素吸蔵合金の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかの水素吸蔵合金の製造装置を用いた水素吸蔵合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金の製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池または水素貯蔵用の水素吸蔵合金を製造するにあたり、該合金の一層の高特性化をはかる目的で、ストリップキャスト法やアトマイズ法などの急冷法を用いて、合金溶湯を急冷し結晶形態が均一で、かつ組成に偏析のない合金を作製する方法が検討されている。
このような製造法では、合金内部をできるだけ同じような金属組織、組成、結晶粒径とすることを目的としていることから、合金溶湯を冷却する際には、管理した条件下で溶湯を冷却することが求められ、とくに、一度に溶解鋳造するバッチ当たりの処理量が数百ｋｇにおよぶ生産スケールでは、溶解機器や冷却機器などの仕様から、溶湯を冷却処理する時間が長くなり冷却条件を維持することが難しくなってくることから、均一な冷却条件を維持するための方法が各種検討されている。
【０００３】
しかし、ロールで冷却され、薄帯又は薄片に形成された合金は、合金の融点以下１００℃〜３００℃までしか冷却されていないため、これらをそのまま回収ケース等の容器内に受けると、容器内部で蓄熱が生じ、不適切な熱処理を施したのと同様の状態を招きかえって合金内部の組織偏析や結晶格子歪みを増大させる結果となっていた。
特に、バッチ当たりの溶解量が１００ｋｇを越えるようなスケールでは、形成される薄帯や薄片の総体積が大きくなるために、堆積した薄帯や薄片の各部分で蓄熱の度合いが異なり、その結果、各部分で合金が受ける熱履歴が異なり、合金の特性が変わってしまう事態を招いていた。
このようにして得られた薄帯又は薄片は、特性が不均一になってしまうため、従来の鋳造法でも用いられていた高温長時間の熱処理を施して特性の均一化を行う必要があり、従来法と比較して利点が少なくなっていた。
【０００４】
前記した薄帯又は薄片に形成された合金を冷却することに関しては、このような合金を冷却専用の容器に分けて収納・冷却したり、外周部分が冷却された筒状体の中を緩やかに移動させるといった方法が提案されている。
しかし、冷却専用の容器に受ける方法では、容器内部を均一に冷やす必要から、容器の大きさに制限がある。このため、溶解バッチのスケールが大きくなってくると、容器の数を増やさねばならなかった。容器の数が増加すると、取扱いが煩雑になりやすく、特に容器切り替えの際に、容器と溶解炉内部に大気が混入しやすくなる。これによって混入した大気により冷却の途中で合金が酸化され、製品合金の特性が悪化するといった問題があった。
【０００５】
外周部分が冷却された筒状体の中を緩やかに移動させるといった方法では、移動させる際に合金の一部が粉砕され、微粉が機器内部の各部に蓄積されるおそれがあった。このため、組成の異なる製品合金を作り分けようとする場合に、機器内部の清掃に非常な困難を来たし、生産設備として採用することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対して、形成した合金薄帯又は合金薄片をスケールアップに応じて素早く均一に冷却し、従来のような合金特性を均質化させるための熱処理を不要にした水素吸蔵合金の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置は、合金溶湯を冷却ロールにより冷却して薄帯又は薄片を得るストリップキャスト法に用いられる水素吸蔵合金の製造装置において、 高周波溶解式炉体と、タンディッシュと、冷却ロールと、形成された薄帯又は薄片状の合金が供給される冷却テーブルと、該合金を冷却するために該合金に冷却雰囲気ガスを吹き付ける送風機器とを真空チャンバー内に含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置は、その好適な実施の形態において、少なくとも一以上の高周波コイルを備えた炉体と、ロール内部に冷却媒体を通じることでロール全体を冷却する冷却ロールと、テーブル内部に冷却媒体を通じることでテーブル全体を冷却する円盤状の冷却テーブルとを真空チャンバー内に備えた溶解炉から成り、減圧下又は不活性雰囲気下で原料を加熱溶解し、上記冷却ロールによって合金溶湯を冷却し、薄帯化又は薄片化し、薄帯化又は薄片化した合金を回転する上記冷却テーブル上に堆積させ、さらに、堆積しつつある薄帯又は薄片の上部から冷却雰囲気ガスを吹き付けることによって、薄帯又は薄片を冷却するようにしている。
【０００９】
本発明は、別の側面として本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置を用いた水素吸蔵合金の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置及び製造方法を説明する。
図１は本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置の一実施の形態を概念的に示す。この装置は図１に示すように、真空チャンバー１内に、高周波溶解式炉体２と、タンディッシュ５と、冷却ロール６と、スクレイパー７と、冷却テーブル８とを順次連続して配置している。さらに、冷却テーブル８上に堆積する薄帯又は薄片状の合金１６に冷却雰囲気ガスを吹き付ける送風機器１１、１２、１３を備える。またさらに、冷却テーブル８上には平坦化アーム１０を配置している。図１は概念的なもので上記機器を配設するための付属機器等は当業者に公知の適切なものを選択して使用する。
【００１１】
上記真空チャンバー１内は、減圧下又は不活性雰囲気に保たれる。高周波溶解式炉体２は、溶解坩堝３と少なくとも一以上の高周波コイル４を備える。タンディシュ５は、炉体２から出湯された溶湯１４を整流して冷却ロール６に供給するためのものである。
冷却ロール６は、内部に冷却媒体を通じることでロール全体を冷却するように構成している。
【００１２】
スクレイパー７は、図示のように冷却された薄帯又は薄片１５を冷却ロールから冷却テーブルへ導くように冷却ロール６と冷却テーブル８との間に配設する。冷却テーブル８は円盤状に構成されており、回転軸９でもって回転できるようになっている。また、テーブル８は、内部に冷却媒体を通じることで全体が冷却できるように構成している。
送風機器１１、１２、１３は、チャンバー１内部の雰囲気ガス例えばＡｒ等の不活性ガスを吸い込むための吸入口１１、雰囲気ガスを冷却し循環させるための熱交換機付き送風ファン１２、テーブル上に堆積した薄帯又は薄片１６に冷却された雰囲気ガスを導くための送風ダクト１３から構成する。
【００１３】
上記構成の実施の形態に係る水素吸蔵合金の製造装置では、坩堝３内で高周波溶解された溶湯１４は、炉体２の傾動によって、タンディッシュ５に傾注される。タンディッシュ５で整流された溶湯１４は、冷却ロール６に一様に供給される。そして、冷却ロール６上で冷却され、薄帯１５を形成する。薄帯１５は冷却ロール６上を進む過程で遠心力及び重力によって外側に膨らみ、その一部が薄片となって冷却ロール６から脱離する。
スクレイパー７は、冷却ロール６から脱離した薄帯又は薄片１５が冷却テーブル８上に均等に広がって行くように機能する。
冷却テーブル８は、冷却ロール６から供給された薄帯又は薄片１５が順次堆積するように一定の速度で回転する。この際平坦化アーム１０は冷却テーブル８上に堆積した薄帯又は薄片１５を均等に堆積させるために機能する。
冷却テーブル８が回転する際には、薄帯又は薄片１６の上方向から、冷却された雰囲気ガスが送風ダクト１３によって導かれ、吹き付けられる。これによって、薄帯又は薄片１６は上下から冷却される。
【００１４】
このように、本実施の形態の水素吸蔵合金の製造装置及びこれを用いた製造方法によれば、冷却ロール、冷却テーブル及び送風機器によって、合金薄帯又は合金薄片を素早く均一に冷却することができる。したがって、一度に溶解する溶湯の全てを均一な金属組織の合金を得ることができる。
なお、本発明の適用の対象となる水素吸蔵合金については特に制限はない。一般的にＡＢn（ｎ：１〜６）の結晶構造を有するものを用いることができる。例えば、ＭｍＮｉ5系、Ｔｉ―Ｚｒ系等を挙げることができる。
【００１５】
【実施例】
実施例
図１に示した実施の形態に係る水素吸蔵合金の製造装置を用いて本発明の効果を確かめた。
溶解坩堝３内にＬｍＮｉ4.0Ｃｏ0.4Ｍｎ0.3Ａｌ0.3の原子比組成（ＬｍはＬａとＣｅとが重量比で８０：２０の組成である。）で合計１００ｋｇとなるように各原料を装填し、これをＡｒガス雰囲気で高周波溶解し、タンディッシュ５に傾注、薄帯又は薄片１５を回転するテーブル上に堆積した薄帯又は薄片１６に吹き付けた。
この時、薄帯又は薄片１６内部の温度変化を、平坦化アーム１０から冷却テーブル８上に熱電対を固定し測定した。
また、薄帯又は薄片１６の特性バラツキについては、テーブル上の薄帯又は薄片１６において、テーブル中央部、テーブル円周部の任意の上下部分から合計１２のサンプルを採取し、ＪＩＳ  Ｈ７２０１に則って行ったＰＣＴ測定の結果から、各サンプルの温度４５℃、圧力１ＭＰａ時の水素吸蔵量について標準偏差を求め、水素吸蔵量のバラツキを比較した。
【００１６】
比較例１
図１に示した実施の形態に係る水素吸蔵合金の製造装置を用いて、実施例での冷却テーブルの回転を行わず、さらに、冷却機器を動作させずに、同じスケールで溶解を行い、薄帯又は薄片をテーブル上に堆積させたものからサンプルを採取し、実施例と同じ評価を行った。
比較例２
比較例１で採取したサンプルを、１０５０℃で１０時間、Ａｒガス雰囲気中で熱処理を行い、次いでＰＣＴを測定し、水素吸蔵量のバラツキを評価した。
冷却の効果については、図２にあるように、実施例では比較例の２／５以下の時間で約５０℃まで冷却できた。
また、特性のバラツキについても、以下の表１にあるように実施例では、熱処理を行っていないにもかかわらず、比較例２の熱処理を施したものと同様に、水素吸蔵量（Ｈ／Ｍ）のバラツキが大幅に少なくなっている。
【００１７】
【表１】
0003884583.tif 000002
【００１８】
【発明の効果】
上記したところから明かなように、本発明によれば、スケールアップに応じ、形成した合金薄帯又は合金薄片を素早く均一に冷却し、従来のような合金特性を均質化させるための熱処理を不要にした水素吸蔵合金の製造装置及び製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る水素吸蔵合金の製造装置を用いた実施例と従来装置を用いた比較例で得られた薄帯又は薄片の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  真空チャンバー
２  高周波溶解式炉体
３  溶解坩堝
４  高周波コイル
５  タンディッシュ
６  冷却ロール
７  スクレイパー
８  冷却テーブル
９  テーブル回転軸
１０  平坦化アーム
１１  吸入口
１２  熱交換機付き送風ファン
１３  送風ダクト
１４  溶湯
１５  薄帯又は薄片状の合金
１６  テーブル上の薄帯又は薄片状の合金
【図１】
0003884583.tif 000003
【図２】
0003884583.tif 000004