(57)【要約】【課題】常温で固体の金属を加熱した溶融金属中に多数の微小気泡を発生させる。および前記固体金属の多孔質体を容易に生成する。【解決手段】常温環境下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属において、少なくとも一部が液体中に配置された周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上で振動する振動体の周囲の溶融金属に、前記振動体に設けられた気体流路の放出口から周囲の溶融金属に気体を供給することで溶融金属中の気液界面が振動によって乱されて多数の微小気泡が発生する。また、この多数の微小気泡を含む溶融金属を冷却することで前記固体材料の多孔質体が容易に生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温環境下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属において、少なくとも一部が溶融金属中に配置された周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上の振動が可能な振動体と、前記振動体に設けられた気体流路の放出口から周囲の溶融金属に気体を供給する気体供給手段を有する微小気泡発生装置。
【請求項２】
前記振動体内部に設けた気体流路の放出口周辺における形状が、拡大構造または縮小構造または拡大と縮小を組み合わせた構造のいずれかを有することを特徴とする請求項１に記載の微小気泡発生装置。
【請求項３】
前記振動体の溶融金属中の表面において、少なくとも一部の表面が算術平均粗さＲａで５０μｍ以上の凹凸形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小気泡発生装置。
【請求項４】
常温環境下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属において、少なくとも一部が液体中に配置された周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上で振動する振動体の周囲の溶融金属に、前記振動体に設けられた気体流路の放出口から周囲の溶融金属に気体を供給することで微小気泡を発生させる微小気泡発生方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置を用いて微小気泡を発生させた溶融金属を融点以下に冷却固化させて生成することを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法を用いて製造した内部に体積等価直径が１ｍｍ以下の空洞を１つ以上含むことを特徴とする多孔質体
【請求項７】
前記多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積が多孔質体の外体積の10％以上であることを特徴とする請求項６に記載の多孔質体
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、常温にて固体の金属を加熱溶融させた溶融金属中での微小気泡の発生装置と発生手法に関するものである。
【０００２】
各種の目的により、常温にて固体の金属を加熱溶融させて溶融金属としたものの中に気泡を導入する技術が使用される。つまり、金属材料を溶解して気泡を導入することで、気泡に含まれるガスとの化学反応等により所定の処理を行ったり、気泡を導入した状態で再凝固させることで多孔質体とすることが行われる。特に、金属材料の品質向上の要求が高まっているなか、例えば、溶融した金属等の中にガスを気泡として吹き込み、金属材料の品質を低下させる原因である溶融金属中の介在物や不純物を除去する手段が一般的に使用されている。つまり、金属等と気泡の界面での化学反応等を利用して不純物成分の除去などの成分調整や、溶融金属等に含まれる固体の介在物に気泡を付着させて除去するなど、金属精錬の工程において各種のガスを吹き込む工程が使用され、欠陥を生じさせる原因となる溶融金属中の介在物や不純物の除去が行われている。溶融金属中のアルミナ等の非金属介在物は、主に製錬工程で生成し、また、溶融金属が酸化されることによっても生成する。そのため、製錬工程および鋳造工程のそれぞれにおいて、溶融金属の清浄性を向上させるさまざまな対策がなされている。溶融金属中の介在物を除去するには、溶融金属中に不活性ガスを吹き込んで気泡を発生させ、この気泡表面に介在物を吸着させて溶融金属の表面に浮上させることが有効である。この時、溶融金属中に発生させる気泡を微細化すると投入体積あたりの表面積が飛躍的に増加するため、投入気泡の微細化によって介在物・不純物が気泡に付着し浮上する頻度が増して溶融金属の清浄性が高まることが期待できる。そのため、例えば特許文献１〜３のように、溶融金属内にガスを吹き込んで微小な気泡を発生させる方法が、従来から検討されてきた。
【０００３】
特開昭５９−１２５２４９号公報（特許文献１）には、ガスプールと複数個の小径ポーラスプラグもしくは円環状のポーラスれんがとを備えるガス吹き込み装置を用いてガスを吹込む方法が開示されている。
【０００４】
特開昭６２−１９２２４０号公報（特許文献２）には、多孔質耐火物で形成されたガス吐出部を先端部に備えるバブリングランスを溶融金属内で回転させながらガスを吹込む方法が開示されておりこの方法は、バブリングランスを回転させながらガスを吹込むので、多孔質耐火物の稼動面からの気泡の離脱が促され、特開昭５９−１２５２４９号公報に開示されている方法に比べて、微細な気泡を溶融金属中に生成させることができる。
【０００５】
特公平３−３０４５６号公報（特許文献３）には、溶融金属を収容する容器の底部に設けられたポーラスれんがを通してガスを吹き込み、溶融金属中に気泡を発生させる方法において、容器中の溶融金属に変動する電磁力を発生させて多孔質体の表面に作用する見掛け圧を変動させ、多孔質体の表面から浮上する気泡の径を制御する技術が開示されている。同文献では、鉛直方向上下に変動する電磁力を溶融金属に発生させる方法として、溶融金属に互いに直交する静磁場と交流電流を水平方向に印加することが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１２５２４９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９２２４０号公報
【特許文献３】特公平３−３０４５６号公報
【特許文献４】特開２０１１−５０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし特許文献１に記載の方法は、多孔質の耐火物を用いて溶融金属へのガスの吹込みを行うものであるが、溶融金属と耐火物との濡れ性が小さいため、各孔から生じた気泡が耐火物表面を覆うように成長し、耐火物の稼動面から離脱する前に容易に合体してしまうため、例えば直径が１０ｍｍ以下といった微細な気泡を溶融金属中に生成させることは困難である。
【０００８】
特許文献２に記載の方法では、生成した気泡はバブリングランスの周囲の上昇流に随伴して速やかに表面に到達して消滅してしまうため、気泡を溶融金属中に広く分散させることが困難である。したがって、気泡により介在物を捕捉する頻度が小さくなり、介在物を浮上除去する効果が小さくなる。
【０００９】
特許文献３に記載の技術では、多孔質体の表面に作用する見掛け圧を変化させるには、静磁場と交流電流を溶融金属の鉛直方向に広く印加する必要があるため、静磁場を発生させる電源装置および交流電流を印加するための電極を、いずれも大きくしなければならず、装置や電極の費用が高くなる。
【００１０】
以上のように、従来から溶融金属中に気泡を導入するために用いられる方法によれば、必ずしも微細な気泡が導入されず、この結果として気泡導入の目的である溶融金属と気泡間の化学反応の進展や介在物の除去等の効率が十分に高められていない可能性が考えられる。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、大規模な装置を必要とせず、溶融金属中に多量の微小気泡を発生可能とする方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
常温環境下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属において、少なくとも一部が溶融金属中に配置された周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上で振動する振動体の周囲の溶融金属に、前記振動体に設けられた気体流路の放出口から気体を溶融金属中に供給することで微小気泡を発生させる微小気泡発生方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る微小気泡の発生装置および発生方法によって以下の効果を得ることができる。
（１）超音波を印加しない場合および振動体が１０μｍ以下の振幅の振動を付与した場合に比べ、溶融金属中に微小気泡を大量に発生させることができる。
（２）微細孔から出すことが必須では無いため、溶融金属が常温下で固化した際に生じやすい目詰まりが起こりにくい。
（３）浮力の小さい微細な気泡を溶融金属中で大量に発生できるため、溶融金属と気泡の気液接触面積が増え、気泡が溶融金属中に長時間滞在することができる。
（４）発生した微小気泡は溶融金属中に長く滞在可能であるため、微小気泡を含む溶融金属を冷却させることで多数の空洞を有する多孔質体を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明に係る微小気泡の発生装置の縦断面図である。
【図２】図２は本発明で微小気泡を発生させる前（ａ）と発生させた後で冷却した（ｂ）金属を表す図である。
【図３】図３は本発明で溶融状態で微小気泡を発生させた後、冷却固化した金属の切断面を示す図である。
【図４】図４は本発明で生成した多孔質金属が内部に有する空洞の径分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、常温環境下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属において、少なくとも一部が前記溶融金属中に配置された周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上の振動が可能な振動体と、前記振動体の周囲溶融金属に気体を供給する気体供給手段を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明者は、これまでに主に水相中に各種の微細気泡を生成させる技術について検討を行ってきた。水相中に導入された気体を含む気泡の浮力は気泡が小径になるに従って低下し、所定のサイズ以下の気泡においては水相の粘性や分子運動から受ける力と比較して無視できる大きさになる結果、水相中に一定時間ほぼ安定的に存在する微細気泡が生成可能なことが知られている。このように安定的に存在可能な微細気泡が導入された水相は、液相中に微細な気泡が分散した気液混合物ともいえるものであって、その気液界面は様々な化学反応の場として利用可能なことが明らかになってきている。
本発明者は、上記のような水相中における気液混合物を効率的に生成するための気泡導入装置を提案してきた。特開２０１１−５０８３２号公報（特許文献４）には、振動を用いて微小気泡を発生させる手法として、振動体の周囲の液体に供給された気体に、振動体から周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上の振動を印加して、供給気体を微細化して多量の直径１ｍｍ以下の微小気泡を生成する手法を開示した。特許文献４に記載の技術では、気泡を発生させる液体として、実施例に記載の水の他にも有機溶媒や、その他の粘性の高い液体にも微小気泡を発生させることが可能であるが、気泡の発生条件は液相の密度や粘性等の液相の側の物性に大きく依存するため、主に常温で液体である媒体についてのみ検討を行ってきた。
一方、水相等とは密度、粘度、表面張力等が大きく異なる溶融金属に対して上記の微細気泡発生手段を適用したところ、意外にも水相中への気泡の導入と同様に気泡が導入可能であり、溶融金属においても当該気泡が安定的に存在可能であることが明らかとなった。
以下、本発明を実施するための形態について具体的に説明する。
【００１６】
図１には、本発明で使用する気泡導入手段を示す。図１において、常温下で固体の金属を加熱し溶融させた溶融金属９に対して、少なくとも一部が前記溶融金属中に配置された振動体の周波数１０ｋＨｚ以上、振幅１０μｍ以上の振動は、槽１０に満たされた溶融金属９の中に超音波放射面１３が配置された振動体に電気信号を供給することによって付与される。また、前記振動体周囲の前記溶融金属９への気体供給は、前記振動体からの振動が有効に伝わる範囲の溶融金属中に気体の供給が行えるようにすれば良く、供給した気体のなるべく大きな割合が前記振動体に接触できるようにすることが微小気泡を形成する効率の点で好ましい。前記気体供給の望ましい形態としては、前記振動体に気体供給口６と気体放出口８を接続する気体流路７を設け、気体加圧手段１から前記気体供給口６に気体を供給し、前記溶融金属９の中に位置した前記気体放出口８から放出することが挙げられる。
【００１７】
前記溶融金属９は、気泡が導入される対象であり、常温で固体の金属を融点以上に加熱して溶融状態に変化する金属であれば特に限定されずに本発明を適用することができる。具体的には、 鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、スズ、鉛、ビスマス、マグネシウム、チタン、亜鉛の単体の溶融体やそれらの合金（ホワイトメタル、Ｕアロイなど）などを融点以上に加熱した溶融体が挙げられる。また、前記槽１０については、溶融金属９の融点以上で安定に形状を保持できるものが好ましく使用され、各種セラミクス、アルミナ、石英、フッ素樹脂、ニッケル、ステンレス製のるつぼなど、溶融金属９の材質に対して通常に使用される耐火物等が例示される。また、特に高純度が要求される活性金属の溶解に用いられるスカル溶解等においても、溶解した金属内に上記を気泡導入手段を挿入して用いることで本発明を適用することができる。
【００１８】
前記気体加圧手段１は前記気体放出口８に気体を供給できることができれば特に制限はなく、コンプレッサ、ダイアフラムポンプ、サクションポンプ、ギアポンプ、高圧ボンベ等が例示される。また、気体の流量については、溶融金属中に気泡を発生させることができれば特に制限はないが、圧力振動場で安定に気体を供給するためには気体の流量を気体放出口８の開口面積で除した平均流速が０．０２ｍ/ｓ以上となることが好ましく、溶融金属の種類に応じて安定な気体供給が行える範囲で、過剰な気体供給による大気泡発生の抑制ができる範囲の量の気体を供給することが好ましい。例示的に、気体の流量を気体放出口８の開口面積で除した平均流速として０．０４７ｍ/ｓ以上、０．３２ｍ/ｓ以下の範囲とすることで、良好に微細気泡を導入することができる。また、供給する気体は、特に制限は無く、溶融金属に気体を供給する目的に応じて適宜の気体を選択して用いることができる。例えば、供給する気体と溶融金属間での化学反応を利用する場合には、当該化学反応に適した気体を選択することができる。また、溶融金属の脱気や介在物の除去、撹拌等を目的とする場合には、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。また、特に酸化して酸化物を生成する金属の溶融体の場合には、適宜の割合で酸素を含む気体を導入することで、気泡と溶融金属の界面に酸化物を生じて気泡を包むカプセル状の粒子を生成し、簡便に多孔質体を生成することができる。以上のように、その目的に応じて溶融金属に供給する気体を選択することが可能であるが、具体的には、酸素、オゾン、空気、水素、窒素、塩素、フッ素、希ガス、二酸化炭素、アンモニア、二酸化硫黄、塩化水素、二酸化窒素、フッ化硫黄、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アルゴンガス等の不活性ガスおよび前記気体を複数混合した混合気などが例示される。
【００１９】
前記振動体は、前記溶融金属９の中の前記気体放出口８に１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上の振幅を与えることが出来れば良く、特に形状は限定されない。また、前記振動体は超音波振動子２が１０μｍ以上の振幅で振動できれば、前記超音波振動子２のみの構成でも良い。但し、１０μｍ以上の大振幅を前記超音波振動子２のみの変位で得ることは難しく、前記超音波振動子２の振幅に振動伝達体５を接続して振幅を増幅することが好ましい。前記振動伝達体５の形状は、特に限定されるものではないが、超音波振幅の増幅に一般的に用いられる振幅拡大ホーンとして公知の形状が望ましい。前記振動伝達体５の一つの好ましい形態としては円すいホーンおよび指数関数ホーンや図１の振動伝達体５に示す段付き円筒ホーンなどが例示される。また、前記気体放出口８は振動が増幅された前記超音波放射面１３に設けられることが望ましい。前記振動伝達体５は、超音波の圧力振動を伝えることができれば、１つの部品からなる構造体でも、複数の部品をネジ止め、接着、溶接等により接続した構造体でも良い。
【００２０】
前記振動伝達体５として用いる材料は限定されないが、超音波ホーン材料として用いられている公知の材料が音響特性の面から望ましく用いられ、チタン合金、純チタン、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、ステンレス鋼、黄銅、モネルメタル、工具鋼が例示される。また、本発明が適用される溶融金属９との関係において、溶融金属内で軟化・溶融や化学反応を生じることなく、また溶融金属９における不純物の原因とならない材料が好ましく用いられる。
【００２１】
前記振動体に設けた前記気体放出口８の開口形状は限定されないが、加工が容易な円形状や矩形状や、面積等価円の周囲長より周囲長を長くとることが出来るスリット形状、歯車形状、回転鋸形状などが望ましく、前記気体放出口８を複数個設けても良い。また、溶融金属が冷却時に容易に目詰まりを起こすため、前記気体流路の放出口の少なくとも一つは開口面積が０．７９ｍｍ２以上であることが望ましく、特に好ましくは４．９ｍｍ２以上であることが望ましい。前記気体放出口８が設けられた面の振動方向についても特に限定されないが、最も強く超音波が発生する前記気体放出口８が設けられた面に対して垂直方向の振動が望ましい。
超音波振動が付与されない場合、気体放出口８から導入された気体は気体の導入速度と溶融金属が有する表面張力や粘度、密度等に応じて決まる比較的粗大な径の気泡として溶融金属中へと放出される。一方、当該気泡に対して上記のような超音波振動を付与することにより、粗大な気泡が分断されることによって微細気泡が生成するものと考えられる。超音波が付与されない場合には、例えば、溶融金属内で数ミリ以上の大きさを有する気泡が、本発明において１０μｍ程度の振幅の超音波振動により良好に分断される機構は必ずしも明らかで無いが、溶融金属の場合、密度と音速の積で表される音響インピーダンスが水よりも高く金属の振動伝達体との音響インピーダンスに近いため、振動伝達体と溶融金属の間での反射が少なく溶融金属中に音が伝わることから、水よりも表面張力が高い溶融金属中においても気体との界面を不安定化させ気泡の分断を生じさせるに足る振動エネルギーが溶融金属と気体の界面に伝わり、気泡の分断が生じたものと考えられる。
【００２２】
前記振動体の中に設けた前記気体流路７の形状は気体が通過できることが出来る形状であれば特に限定されないが、前記溶融金属９に擾乱を与えより多くの微小気泡１２を発生させるために、前記気体放出口８の直前の前記気体流路７において拡大構造または縮小構造または拡大と縮小を組み合わせた構造を有することが望ましく、急縮小形状やオリフィス形状、急拡大形状やベルマウス形状、拡大と縮小を組み合わせたメネジ形状、フィン形状などが例示される。前記振動体の表面粗さについても特に限定されないが、前記溶融金属９に擾乱を与えより多くの前記微小気泡１２を発生させるために、気液界面１１と接する前記振動体の表面が算術平均粗さＲａで５０μｍ以上の凹凸形状を有することが望ましい。
【００２３】
溶融金属９中に差し込んだ前記気体放出口８が位置する溶融金属液面からの深さは、溶融金属９中に気体を気泡として供給できれば特に限定されないが、多量の気体の吹込み時に、前記気体放出口８が溶融金属９から露出することを防ぐために深さが２ｍｍ以上であることが好ましく、また、多くの気体を溶融金属９中の不純物を接触させるために気泡発生から浮上までの滞在時間を延ばす観点から、深さ４ｍｍ以上が特に好ましい。
【００２４】
前記振動体の前記気体供給口６から前記気体流路７を通って前記気体放出口８まで導入された気体は、前記溶融金属９との間で前記気液界面１１を形成し、前記振動体の振動によって前記気液界面１１に生じる擾乱によって気体が離脱し前記微小気泡１２が放出される。超音波を印加しない場合は前記気体放出口８より径の大きい気泡しか放出されず、また超音波の振幅が１０μｍ以下の場合、１０μｍ以上の場合に比較して前記微小気泡１２の発生量は著しく低下する。
【００２５】
前記超音波振動子２は特に限定されず、公知の超音波振動子から適宜選択される。前記超音波振動子２で発生する超音波の周波数と振幅は、ファンクションジェネレータ４で発生させた任意の周波数と波形の信号をアンプ３によって増幅した電気信号によって制御される。本発明による微小気泡の発生は、溶融金属中に存在する気泡を超音波で振動させる際、一定以上の速度および一定以上の振幅を与えることにより、気泡あるいは振動体上の気液界面の一部が分裂することによって微小気泡が生成する。このため、用いる超音波の周波数が高く、振幅が大きい程微小気泡の発生効率が高く、発生する気泡を微小にすることができる。用いる超音波の周波数、振幅は微小気泡発生の目的に応じて、１０μｍ以上、１０ｋＨｚ以上の範囲で適宜選択される。周波数については、公知の超音波振動子が多数存在する１５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚが望ましく、より好ましくは振幅を大きくとることが可能な２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲が望ましい。また、超音波の印加は連続的な印加でも、印加する超音波周波数以下の周波数で発生と停止を繰り返すバーストモードの印加でも良い。
【００２６】
溶融金属９の上部には、必須ではないが、外気との接触による急激な温度変化や酸化を抑制するために液体１４を満たすことが好ましい。前記液体１４については、溶融金属９との接触で蒸発せず溶融金属９と混ざりあわない液体であれば特に限定されず、溶融金属９と異種の溶融体、あるいは水、油などの公知の液体および前記の液体あるいは溶融体にポリビニルアルコール、デオキシコール酸、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ、Ｔｗｅｅｎなど公知の界面活性剤を溶解させた溶液などが例示される。また、溶融金属９に発生した気泡の発生および安定性向上のため溶融金属９に直接界面活性剤を溶解させても良い。
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
槽１０として直径９０ｍｍ高さ２０ｍｍのフッ素樹脂製ビーカ、溶融金属９として融点６０℃の低融点金属(Ｕアロイ６０）１７０ｇを９５℃で溶融させた溶融金属、液体１７として２％ポリビニルアルコール（ゴーセナールＴ−３３０）水溶液、気体および気体供給手段１として空気およびチュービングポンプ、超音波振動子２としてボルト締めランジュバン型超音波振動子、振動伝達体５として、大面積部外径１２ｍｍ−長さ４４ｍｍ、小面積部外径６ｍｍ−長さ６５ｍｍ、全長１０９ｍｍチタン合金製段付き円筒ホーンを用いた。気体放出口８の形状は直径２．６ｍｍ、開口面積５．３ｍｍ２の円形であり、気体放出口８が設けられた面に対して垂直に気体放出口８が振動する。気体放出口８の振動周波数は２０ｋＨｚ、振幅は２０μｍ、供給する空気の流量は３５ｍＬ／ｍｉｎ（気体放出口での平均流速０．１１ｍ/ｓ）、気体放出口の溶融金属への差込深さは８ｍｍに設定した。
【００２９】
実施例１において溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、通常は図２（ａ）に示すように容器に満たされている溶融金属が時間と共に表面が高さ２７ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで図2(ｂ)のような多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属を切断した所、図３(ａ)及び(ｂ)に示すような多数の空洞を有するクローズドセル構造が確認された。この気孔は１ｍｍ弱の大きさの空洞もまれに含むものの、図４の気孔の等価直径分布に示すようにほとんどが３００μｍ以下の等価直径の気孔で占められており、等価直径の平均は８４μｍ、切断面の気孔率は６０％であった。この多孔質金属は微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例１の手法で溶融金属中に微小気泡を多数発生できていることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約３６％であった。
【実施例２】
【００３０】
実施例１における気体放出口の溶融金属への差込深さを３ｍｍとし、他は同じ条件として溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例２でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ１１ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例２の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約２９％であった。
【実施例３】
【００３１】
実施例１における供給する空気の流量を１５ｍＬ／ｍｉｎ（気体放出口での平均流速０．０４７ｍ/ｓ）とし、他は同じ条件として溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例３でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ１３ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例３の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約２１％であった。
【実施例４】
【００３２】
実施例１における供給する空気の流量を７５ｍＬ／ｍｉｎ（気体放出口での平均流速０．２４ｍ/ｓ）とし、他は同じ条件で溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例４でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ２１ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例４の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約３０％であった。
【実施例５】
【００３３】
実施例１における気体放出口の溶融金属への差込深さを４ｍｍ、供給する空気の流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ（気体放出口での平均流速０．３２ｍ/ｓ）とし、他は同じ条件で溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例５でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ１５ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例５の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約２９％であった。
【実施例６】
【００３４】
実施例１における気体放出口の溶融金属への差込深さを５ｍｍ、供給する空気の流量は１５ｍＬ／ｍｉｎ（気体放出口での平均流速０．０７４ｍ/ｓ）とし、他は同じ条件で溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例６でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ６ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例６の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約１３％であった。
【実施例７】
【００３５】
実施例１における気体放出口の溶融金属への差込深さを４ｍｍ、超音波の振幅を１６μｍとし、他は同じ条件として溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例７でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ１4ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例７の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約２５％であった。
【実施例８】
【００３６】
実施例１における気体放出口の溶融金属への差込深さを４ｍｍ、供給気体を空気から酸素へ変え、他は同じ条件として溶融金属中に気体を吹き込んだ事例を示す。この実施例８でも溶融金属中で気体を供給しながら超音波振動を付与すると、溶融金属が時間と共に表面が高さ１１ｍｍまで盛り上がり、盛り上がった金属を室温下で冷却することで多孔質金属の形成が確認された。この多孔質金属も微小気泡を含む溶融金属が固化して形成して出来たものであるため、実施例８の条件でも溶融金属中に微小気泡を多数発生できることが確認された。前記溶融金属を冷却して形成した多孔質体の内部に有する空洞部分の総体積は多孔質体の外体積の約２１％であった。
【００３７】
比較例１として、実施例１において超音波を印加せず、他は同じ条件で溶融金属中に気体を吹き込んだ事例ついて示す。この条件では溶融金属の盛り上がりは確認されず、有意な量の微小気泡の発生は確認されなかった。
【００３８】
比較例２として、実施例１において超音波の振幅を６μｍとし、他は同じ条件で溶融金属中に気体を吹き込んだ事例ついて示す。この条件でも溶融金属の盛り上がりは確認されず、有意な量の微小気泡の発生は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の溶融金属中での微小気泡発生装置では、超音波振動体先端を溶融金属に浸して気体発生させるだけの簡単な操作で溶融金属中に微細な気泡を発生させることができる。そのため、大規模な装置を必要とせずに溶融金属中に存在する不純物を高い確率で気泡と合体させ、溶融金属表面に浮上させて分離することができる。この特徴を利用すれば、金属精錬等の分野でより純度が高く品質に優れた製品を製造することができる。
【００４０】
また、自動車部品や機械部品等における金属材料や樹脂材料の軽量化が求められている中、内部に多数の空洞を有する多孔質体が注目されている．本手法では、溶融金属に微小気泡を安定に発生させることが可能であり、この微小気泡を含む溶融金属を冷却するだけの簡単な操作で容易に多孔質体を作ることができるため、高機能材料の製法としての応用も期待できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  気体加圧手段
２  超音波振動子
３  アンプ
４  ファンクションジェネレータ
５  振動伝達体
６  気体供給口
７  気体流路
８  気体放出口
９  溶融金属
１０  槽
１１  気液界面
１２  微小気泡
１３  超音波放射面
１４  液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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