(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されるチャンバの内部において棒状の金属材料の端部を溶融させて溶融金属を形成させる加熱手段と、
一定の方向に回転駆動されかつ前記溶融金属に接触させられる周縁を有しこの周縁を前記溶融金属に接触させその金属を急冷するとともに前記周縁の接線方向に飛ばして金属細線を形成せしめる円板と、
前記チャンバの前記金属材料が貫通する箇所に設けられた材料導入口と、
前記チャンバの外部に設けられ、所定長さの複数本の直棒状の金属材料を互いに平行な状態で保持する材料収容部と、
前記材料収容部から取出した前記金属材料を前記材料導入口から前記円板に向けて供給する材料供給機構であって、先行する前記金属材料の後端面と後続する前記金属材料の先端面とを互いに当接させた状態で前記チャンバの内部に１本ずつ連続的に送り込む材料供給機構と、
前記材料導入口に設けられ、大気側に位置する第１のシール材と、チャンバの内部側に位置する第２のシール材とを備え、前記第１のシール材と第２のシール材との間の空隙に排気手段が接続されたシール部と、
前記金属細線を回収する細線回収部と、
を具備したことを特徴とする金属細線製造装置。
【請求項２】
前記細線回収部は、互いに並列に配置された複数の回収槽と、各回収槽の細線導入口を切替える切替手段と、各回収槽の細線導入口を密閉可能なゲートバルブと、各回収槽の内部を排気する排気手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の金属細線製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば非晶質金属細線等を製造するのに好適な金属細線製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属細線を製造する方法として溶湯抽出法が知られている。この溶湯抽出法は、例えば特開平１０−１８０４２２号公報に記載されているように、周縁が鋭いエッジとなっている銅などからなる円板を高速で回転させ、この円板の上方または下方に棒状の金属材料を配置し、この金属材料の先端部を溶融させることによって溶融金属を形成するとともに、この金属材料を円板に向かって移動させるようにしている。そして前記溶融金属に前記円板の周縁を連続的に接触させ、溶融金属の一部を急冷するとともに円板の接線方向に飛ばすことによって金属細線を製造する。
【０００３】
前記溶湯抽出法は、密閉されたチャンバ内において、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気のもとで行なわれる。すなわち、チャンバの内部に前記金属材料や円板が収容された状態で金属材料が溶融され、チャンバ内で細線が形成されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記溶湯抽出法において、チャンバの内部に金属細線の材料を収容した場合、チャンバ内に収容できる材料の量がチャンバの大きさに制限されることから、長時間にわたって細線を連続して製造することができず、一度に製造できる金属細線の量が限られるという問題を生じた。
従って本発明の目的は、密閉されるチャンバ内で溶湯抽出法によって金属細線を製造する場合、チャンバの大きさに左右されることなく金属細線を長時間連続成形することのできる金属細線製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明の金属細線製造装置は、密閉されるチャンバの内部において棒状の金属材料の端部を溶融させて溶融金属を形成させる加熱手段と、一定の方向に回転駆動されかつ前記溶融金属に接触させられる周縁を有しこの周縁を前記溶融金属に接触させその金属を急冷するとともに前記周縁の接線方向に飛ばして金属細線を形成せしめる円板と、前記チャンバの前記金属材料が貫通する箇所に設けられた材料導入口と、前記チャンバの外部に設けられ、所定長さの複数本の直棒状の金属材料を互いに平行な状態で保持する材料収容部と、前記材料収容部から取出した前記金属材料を前記材料導入口から前記円板に向けて供給する材料供給機構であって、先行する前記金属材料の後端面と後続する前記金属材料の先端面とを互いに当接させた状態で前記チャンバの内部に１本ずつ連続的に送り込む材料供給機構と、前記材料導入口に設けられ、大気側に位置する第１のシール材と、チャンバの内部側に位置する第２のシール材とを備え、前記第１のシール材と第２のシール材との間の空隙に排気手段が接続されたシール部と、前記金属細線を回収する細線回収部とを具備している。この発明は、前記金属材料がシール部を介してチャンバの外側から連続的に供給されるため、チャンバの大きさに左右されることなく前記金属細線を製造し続けることを可能ならしめる。
【０００６】
本発明は、前記金属材料の表面粗さ（中心線平均粗さ）がＲａ≦６．３ａ、金属材料の軸線と直角な方向に対する端面の傾きが１°以下、前記端面の周縁の面取り量を０．３ｍｍ以下にするとよい。このような金属材料を採用することにより、シール部と金属材料との間および金属材料どうしの接続部の気密性が高まることにより、直棒状の金属材料を連続してチャンバ内に送り込む際に外気がチャンバ内部に侵入することを防止でき、チャンバ内部の密閉性をさらに高めることができる。このため前記シール部において金属材料とシール部との間のシール性を確保する上で有効である。
【０００７】
さらに本発明は、前記シール部が、大気側に位置する第１のシール材と、チャンバの内部側に位置する第２のシール材とを備えて構成され、前記第１のシール材と第２のシール材との間の空隙に排気手段を接続することを含んでいる。この発明により、前記シール部のシール機能をさらに高性能なものにすることが可能となる。
【０００８】
本発明において、細線回収部は、互いに並列に配置された複数の回収槽と、各回収槽の細線導入口を切替える切替手段と、各回収槽の細線導入口を密閉可能なゲートバルブと、各回収槽の内部を排気する排気手段を備えていてもよい。この発明は、金属細線を複数の回収槽に交互に収容することにより、金属細線の製造を中断することなく金属細線を回収することを可能ならしめる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態の金属細線製造装置１０について、添付図面（図１〜図６）を参照して説明する。
図１に模式的に示すようにこの実施形態の金属細線製造装置１０は、密閉可能なチャンバ１１を有する装置本体部１２と、装置本体部１２に付属する材料供給機構１３および細線回収部１４などを備えて構成されている。
【００１０】
図２に示すように装置本体部１２の筐体を構成するチャンバ１１の内部には、棒状の金属材料２０をほぼ垂直な姿勢で保持するための材料保持手段として機能する筒状のホルダ２１と、金属材料２０の先端部を溶融させることによって溶融金属２０ａを形成する加熱手段として機能する高周波誘導コイル２２と、水冷ジャケット等の冷却器２３と、一定の方向（矢印Ａで示す方向）に回転駆動される円板２４などが設けられている。なお、円板２４の周縁２５の上方に金属材料２０を配置する場合、ホルダ２１と冷却器２３を省略できることがある。
【００１１】
チャンバ１１の内部を真空雰囲気（正確には減圧雰囲気）もしくは不活性ガス等の特定の雰囲気に保つことができるように、開閉弁３０を備えた真空ポンプ等の排気装置３１および真空測定装置３２（図１に示す）などが設けられている。また必要に応じて、不活性ガス供給装置（図示せず）もチャンバ１１に付属している。
【００１２】
高周波誘導コイル２２は、ホルダ２１によって保持された金属材料２０の上端部を囲むような位置に設けられている。この高周波誘導コイル２２には、電流制御部３５を介して、高周波電流を供給するための電源として機能する高周波発生装置３６が接続されている。また、溶融金属２０ａの温度を非接触で検出するための放射温度計３７が設けられている。この放射温度計３７は電流制御部３５を介して高周波発生装置３６に電気的に接続されている。
【００１３】
円板２４は、例えばベリリウム銅（ベリリウム含量０．２５％〜３．０％）のように硬度が大でかつ熱伝導率の高い金属、あるいはモリブデンやタングステン等の高融点材料からなり、溶融金属２０ａに対して上方から接触させられる周縁２５を有している。図３に示すように円板２４を正面方向から見て、周縁２５は真円形をなしている。この周縁２５は、図４に示すように円板２４を側面方向から見て、円板２４の全周にわたってＶ状に鋭く尖ったエッジとなっている。
【００１４】
ホルダ２１は、例えばセラミックス等の耐熱材料からなる。このホルダ２１は断面が円形の直棒状の金属材料２０を横方向（径方向）に移動しないように動き止めをなす機能と、金属材料２０が上方（矢印Ｂで示す方向）に円滑に移動できるように案内するガイド部材としての機能も担っている。
【００１５】
図２に示すように材料収容部４１に所定長さの複数本の直棒状の金属材料２０が互いに平行な状態で保持されている。これらの材料２０のうち、図示右端に位置する材料２０が材料供給機構１３によって１本ずつチャンバ１１の材料導入口４３からチャンバ１１の内部に送り込まれる。
【００１６】
この材料供給機構１３は、図示例のようなローラ４４，４５あるいは上下方向に移動可能なアクチュエータ（例えばモータ、ボールねじ、直線移動ガイド部材などを組合わせた直動機構）により、金属材料２０を所望の速度で円板２４の周縁２５に向けて前記矢印Ｂ方向に連続的に供給するようになっている。図示例の金属材料２０は、付勢機構４６によってローラ４４の方向に押圧されている。
【００１７】
材料供給機構１３によってチャンバ１１の内部に１本ずつ送り込まれる金属材料２０は、図２に示すように、先行する上側の金属材料２０と後続する下側の金属材料２０との接続部４７において、各材料２０の先端面４８と後端面４９とを互いに隙間無く当接させるようにしている。
【００１８】
チャンバ１１の底壁１１ａに形成された材料導入口４３すなわち金属材料２０がチャンバ１１を貫通する箇所に、シール部６０が設けられている。このシール部６０は、大気側すなわちチャンバ１１の外部側に位置する第１のシール材６１と、チャンバ１１の内部側に位置する第２のシール材６２と、これらシール材６１，６２間の空隙６３に連通する排気通路６４を備えている。この排気通路６４は、開閉弁６５を介して真空ポンプ等の排気装置３１に接続されている。シール材６１，６２の一例は、ゴムなどからなるＯリング（オーリング）である。
【００１９】
このような二重構造のシール部６０と排気通路６４を含む排気手段を材料導入口４３に設けたことによって、シール部６０の密閉性が格段に向上し、チャンバ１１の内部雰囲気をより高性能に保つことが可能となった。なお、金属材料２０が酸化しにくい金属である場合や、金属細線４０の成形時間が短い場合のようにチャンバ１１に要求される気密性が比較的低い場合には、シール部６０に１個のシール材のみ設け、排気通路６４を省略することもできる。
【００２０】
この実施形態では、金属材料２０の外周面とシール部６０の内周面との間をより確実にシールするために、金属材料２０の表面を平滑に仕上げている。具体的には、材料２０の表面粗さ（ＪＩＳＢ０６０１に準拠する中心線平均粗さ）を、Ｒａ≦６．３としている。表面粗さがこの値を越えると、チャンバ１１を減圧雰囲気とした場合に大気がチャンバ１１の内部に侵入しやすくなる。
【００２１】
また、材料２０どうしの接続部４７の密接性を高めるために、互いに接し合う先端面４８と後端面４９をいずれも図５に示すように平坦な形状とし、かつ、これら両端面４８，４９は，金属材料２０の軸線Ｘと直角な方向の線分Ｌに対する傾きθを１度（１°）以下としている。θが１°を越えると、接続部４７からチャンバ１１の内部に空気が侵入しやすくなる。
【００２２】
材料２０どうしの接続部４７の密接性をさらに高めるには、両端面４８，４９のそれぞれの周縁６６をできるだけ鋭い形状にすることが望まれる。このため、周縁６６の面取り量Ｒを０．３ｍｍ以下としている。この明細書で言う面取り量Ｒとは、図５中に右側に示すような４５°程度の角度にカットされたテーパ状面取り（いわゆるＣ面取り）の場合には、面取りされた辺の長さに相当し、図５の左側に２点鎖線で示すような円弧状の面取り（いわゆるＲ面取り）の場合には、曲面の半径Ｒに相当する。面取り量Ｒが０．３ｍｍを越えると、接続部４７からチャンバ１１の内部に空気が侵入しやすくなる。
【００２３】
チャンバ１１に、円板２４を高速で回転させるための回転駆動機構７０（図４に示す）が設けられている。回転駆動機構７０の一例は、チャンバ１１の外部に設けたモータ７１と、モータ７１の出力軸７２と円板２４とをつなぐ回転軸７３と、チャンバ１１の側壁１１ｂに対する回転軸７３の貫通箇所を密封するシール部７４などを備えて構成されている。シール部７４の一例は、磁性流体を用いた磁性流体シールである。
【００２４】
モータ７１は、円板２４を例えば１分間に数千回転程度で回転させ、円板２４の周縁２５を溶融金属２０ａに接触させることにより、溶融金属２０ａの一部を円板２４の接線方向に飛ばすとともに急冷して金属細線４０を形成するようにしている。
【００２５】
金属細線４０の飛ぶ方向に細線回収部１４が設けられている。図６に示すように細線回収部１４は、互いに並列に設けた第１の回収槽８１および第２の回収槽８２と、これら回収槽８１，８２の各々の細線導入口８３，８４を切替可能な切替部材８５および切替用アクチュエータ８６を有する切替機構８７と、各回収槽８１，８２の細線導入口８３，８４を密閉可能なゲートバルブ９０，９１と、各回収槽８１，８２を排気するための排気手段として機能する排気管路９２，９３などを備えている。排気管路９２，９３は開閉弁９４，９５を介して排気装置３１に接続されている。
【００２６】
アクチュエータ９６，９７によって開閉されるゲートバルブ９０，９１は、閉弁方向に駆動されたときに、回収槽８１，８２の内部空間とチャンバ１１の内部空間とを遮断する。また、切替部材８５の位置を切替えることによって、装置本体部１２から飛んでくる金属細線４０を第１の回収槽８１あるいは第２の回収槽８２に選択的に導入することができるようになっている。回収槽８１，８２の底部には、開閉可能でかつ閉じた状態において回収槽８１，８２の内部を密閉する底板９８，９９が設けられている。なお細線回収部１４は、３槽以上の回収槽を前記実施形態の回収槽８１，８２と同様に切替可能に設置してもよい。
【００２７】
図２に示すように円板２４と溶融金属２０ａとが接する箇所１００の後側、すなわち金属細線４０が飛ぶ方向とは反対側に、デスケーラ装置１１０が設けられている。このデスケーラ装置１１０は、円板２４と溶融金属２０ａとが接する箇所２００に対して矢印Ｃで示す方向に進退可能なデスケーラ本体１１１を備えている。このデスケーラ本体１１１は、軸部材１１２を介して、アクチュエータ１１３によって溶融金属２０ａと接離する方向に往復移動させることができる。
【００２８】
アクチュエータ１１３は、例えば直動形の流体シリンダ機構やリニヤモータ、あるいはボールねじ機構等を用い、デスケーラ本体１１１を溶融金属２０ａに届く位置まで前進させることができるようにしている。軸部材１１２はチャンバ１１の側壁１１ｂを貫通するため、その貫通部分にシール部材１１４が設けられている。デスケーラ本体１１１は、溶融金属２０ａが付着しにくいようにするために、セラミックス、または金属製の母材にセラミックスをコーティングしてなる耐熱材料によって、例えば平板形に形成されている。なおアクチュエータ１１３を用いる代りに、手動によってデスケーラ本体１１１を矢印Ｃ方向に動かすようにしてもよい。
【００２９】
円板２４の上方にスクレーパ装置１２０が設けられている。このスクレーパ装置１２０は、円板２４の周縁２５に接するスクレーパ部材１２１を有している。スクレーパ部材１２１は例えばフェルト状の比較的柔らかな材料からなり、スクレーパ部材１２１を円板２４の周縁２５に接触させることにより、円板２４の表面に付着し固化する材料をこすり落とし、円板２４の溶融金属２０ａと接する面を常に清浄に保つことができるようにしている。
【００３０】
次に前記金属細線製造装置１０の作用について説明する。
直棒状の金属材料２０が材料供給機構１３によって材料導入口４３からチャンバ１１の内部に導入される。さらにこの金属材料２０は、ホルダ２１の下側からホルダ２１に挿入され、金属材料２０の上端部が高周波誘導コイル２２のところまで移動する。円板２４は回転駆動機構７０によって一定の周速度で回転させられている。
【００３１】
金属材料２０の上端部を高周波誘導コイル２２によって加熱することにより、金属材料２０の上端に溶融金属２０ａを形成するとともに、材料供給機構１３によって金属材料２０を所定速度で円板２４の周縁２５に向かって移動させる。このときの材料供給速度は、製造すべき金属細線４０が所望の線径となるよう、円板２４の回転周速度などに応じて設定されている。
【００３２】
溶融金属２０ａの温度は放射温度計３７によって常時検出されていて、溶融金属２０ａの温度検出信号が高周波発生装置３６にフィードバックされることにより、高周波発生装置３６の出力が調整されて、溶融金属２０ａの温度が一定に保たれる。
【００３３】
円板２４の周縁２５に接触した溶融金属２０ａは、円板２４の回転に伴って急冷されて固化しつつ金属細線４０となって連続的に円板２４の接線方向に飛び、細線回収部１４に導入される。この実施形態の場合、図６に示す切替部材８５の位置に応じて、金属細線４０を例えば第１の回収槽８１に導入し、第１の回収槽８１が一杯になった時点で切替部材８５の位置を切替える。この切替操作によって第２の回収槽８２に金属細線４０を導入する。
【００３４】
そして第１の回収槽８１のゲートバルブ９０を閉じ、底板９８を開放することにより、金属細線４０を外部に取出すことができる。第２の回収槽８２が一杯になった時点で、再び切替部材８５を切替えることにより、第１の回収槽８１に金属細線４０を導入する。また第２の回収槽８２のゲートバルブ９１を閉じ、底板９９を開放することによって金属細線４０を外部に取出す。ゲートバルブ９０，９１は金属細線４０を回収したのち開弁させるが、ゲートバルブ９０，９１を開弁させる際には、予め排気装置３１によって回収槽８１，８２の内部を所定の真空度に排気しておく。
【００３５】
以上の繰返しにより、金属細線４０の製造を中断することなく金属細線４０の回収を行なうことができ、チャンバ１１と回収槽８１，８２を所望の真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に維持することもできる。
【００３６】
金属細線４０の製造中に溶融金属２０ａの表面に徐々に生成したスケール（酸化膜、スラグ等）は、必要に応じて、あるいは定期的にデスケーラ装置１１０のデスケーラ本体１１１を溶融金属２０ａに向かって前進させ、スケールを落とすことによって溶融金属２０ａが清浄に保たれる。このデスケーラ装置１１０を備えたことにより、溶融金属２０ａの表面のスケールが金属細線４０の製造を妨害することがなくなった。
【００３７】
例えば外径φ６ｍｍのＦｅ（鉄）系の丸棒状の金属材料２０を用いて金属細線４０を製造したところ、従来装置では約１００ｇ／バッチ（３０分間稼働）しか金属細線４０を製造することができなかったが、前記実施形態の金属細線製造装置１０を用いることによって、約１ｋｇ／バッチ（連続４時間稼働）にわたって連続的に金属細線４０を製造することができた。
【００３８】
なお、この発明を実施するに当たって、金属材料を加熱する手段をはじめとして、金属材料や円板、チャンバ、材料供給機構、細線回収部、シール部など、この発明の構成要素を必要に応じて適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、チャンバの大きさに左右されることなく金属細線を連続的に製造することができ、連続稼働時間が延びることによって細線製造能率が著しく増大する。この場合、例えば直棒状の金属材料を順次連ねてチャンバ内に供給することにより、長時間にわたって金属細線を製造し続けることも可能である。デスケーラ装置やスクレーパ装置を併用した場合には、さらに長時間にわたって金属細線を製造し続けることが可能となる。
【００４１】
請求項１に記載したシール部を採用することにより、シール性能をより高めることができる。請求項２に記載した細線回収部によれば、細線製造を中断することなく金属細線を複数の回収槽に交互に収容するとともに各回収槽から交互に取出すことができるため、金属細線の製造と回収を能率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の金属細線製造装置の側面図。
【図２】  図１に示された金属細線製造装置の装置本体部の縦断面図。
【図３】  図２に示された装置本体部の一部を拡大した断面図。
【図４】  図２中のＦ４−Ｆ４線に沿う金属細線製造装置の一部の断面図。
【図５】  図１に示された金属細線製造装置に使われる金属材料の端部の側面図。
【図６】  図１に示された金属細線製造装置の細線回収部の断面図。
【符号の説明】
１０…金属細線製造装置
１１…チャンバ
１３…材料供給機構
１４…細線回収部
２０…金属材料
２０ａ…溶融金属
２２…高周波誘導コイル（加熱手段）
２４…円板
２５…周縁
４０…金属細線
６０…シール部
【図１】
0004167345.tif 000002
【図２】
0004167345.tif 000003
【図３】
0004167345.tif 000004
【図４】
0004167345.tif 000005
【図５】
0004167345.tif 000006
【図６】
0004167345.tif 000007