JPS6224482B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、融点の高い金属を効率よく粒状に製
造する金属粒状物の製造装置に関するものであ
る。

従来より金属粒状物を製造する装置としては、
回転電極式のものと回転カツプ式のものとがあ
る。

回転電極式のものは粒状物となすべき金属を電
極として用い、対向する電極との間にアークを発
生させ、その熱によつて金属を溶融しつつ電極を
回転させ、金属を粒状物として冷却媒体中に投入
させる装置を採用している。

このような装置を採用すると、原理の上から電
極の回転速度として10000ないし50000R.P.Mの高
速回転を必要とし、製造装置が極めて高精度を要
求される上に、小量生産で高価であり、生産性も
悪いという欠点もある。

回転カツプ式は、溶融した金属を受ける回転カ
ツプを高速度で回転させ、その周面に形成された
ノズルから遠心力を利用して溶融した金属を噴出
させ、冷却媒体中において冷却固化して粒状物を
得ようとするものである。

この回転カツプ式を採用すると、回転カツプ内
の雰囲気温度を長時間維持するのが困難なため、
バツチ生産に頼らなければならず、どうしても生
産コストが高くつくという欠点があつた。

本発明は以上のような従来の欠点を除去するた
めになされたもので、融点の高い金属を極めて効
率よく粒状に製造することができるように構成し
た金属粒状物の製造装置を提供することを目的と
している。

以下、図面に示す実施例にもとづいて本発明を
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するものであ
る。本図において、符号１で示すものはブスバー
と呼ばれる電極で、垂直な形態で配置されており
その下端は基枠２内において絶縁材３、ベアリン
グ４を介してシリンダ５のロツドの上端に形成さ
れたベアリング受け６に回転自在に軸承されてい
る。

また、基枠２内において電極１の下端部近傍は
ガイド７，７により昇降自在に支持されている。

また、ガイド７の近傍において電力供給端子８
が設けられている。

電極供給端子８はモータのブラシと同様な構造
をなし、回転および昇降することができる電極８
に対し常時摺接して、マイナス側の電源に接続さ
れている。

この電極１の上端部には交換可能の消耗用の電
極９が設けられている。

ところで、電極１の外側には、これと同心円状
に円筒軸１０が配置されている。

円筒軸１０の下端は基枠２上に設けたスラスト
ベアリング１１によつて支持されており、円筒軸
１０の上下端と電極１との間には絶縁材１２が介
在されている。

また、円筒軸１０の下端部の外側にはプーリ１
３が固定されており、このプーリ１３と基枠２の
外方に支持台１４を介して取付けられたモータ１
５の出力軸に固定されているプーリ１６との間に
はベルト１７が張架されており、モータ１５の起
動によつて回転が円筒軸１０に伝達される。

円筒軸１０の上端には回転カツプ１８が固定さ
れており、この回転カツプ１８内に前記電極９の
上端部がセラミツクなどからなる支持体１９によ
つて支持された状態で臨まされている。

回転カツプ１８には放射状に複数個のノズル２
０を配設する。

ところで、円筒軸１０の外側には、さらに、円
筒軸１０と同心円状に回転筒２１が配置されてい
る。

回転筒２１の下端は、基枠２上に固定された支
持枠２２に対しスラストベアリング２３を介して
支持されており、さらにベアリング２４を介し
て、その上下端を上記円筒軸１０に対して回転自
在に軸承されている。

回転筒２１の途中にはプーリ２５が固定されて
いる。このプーリ２５と基枠２の側方に設けた支
持枠２６にとりつけられたモータ２７の出力軸に
固定されたプーリ２８との間にベルト２９が張架
されており、モータ２７の回転が回転筒２１に伝
達される。

回転筒２１の基部には円筒状の冷却水供給装置
３０が取付けられている。

この冷却水供給装置３０は、その内周面に環状
の流路３１を有し、この流路３１は、回転筒２１
側に形成された開口２１ａと連通している。

これらの開口２１ａは複数個あり、流路３１に
設けた供給口３１ａから供給された冷却水が、こ
れらの開口２１ａを通つて回転筒２１内に供給さ
れる。

この冷却供給装置３０と回転筒２１との間は、
ベアリング３２とＯリング３２ａをシール材とし
て気密状態を保つている。

回転筒２１の上端部には、前記回転カツプ１８
を囲んだ状態で筒体３３が固定されており、この
筒体３３の内部は、その基部近くの筒体３３にあ
けられた開口２１ｂによつて回転筒２１の内部と
連通している。

筒体３３は、前記回転カツプ１８に設けられた
ノズル２０と対応した位置において噴出口３３ａ
を複数個設ける。

そして、ノズル２０の先端は噴出口３３ａ内に
僅かに挿入した状態にある。

また、筒体３３の外側はケーシング３４によつ
て覆われており、このケーシング３４の一端には
排出口３４ａが形成されている。

この排出口３４ａは製品受け箱３５の上方に臨
まされており、製品受け箱３５の下側には製品受
け箱３５の底面にあけられた小孔を通つて落下し
てくる水を受ける水槽３６が配置されている。

回転筒２１の途中は支柱３７によつて支持され
た支持板３８と一体の軸受部３９に設けたベアリ
ング４０によつて回転自在に支持されており、前
記ケーシング３４は支持板３８に対して支軸４１
を介して支持されている。

ところで、回転カツプ１８の上方には、開口部
１８ａが形成されており、この開口部１８ａを通
つて融点の高い金属を棒状に形成した原料棒４２
が回転カツプ１８内に導かれる。

この原料棒４２は前記電極９と対向配置され、
他方の電極を形成するものであり、その途中はガ
イド４３によつて案内されており、前記した電力
供給装置８と同様な構造をもつ電力供給端子４４
を介してプラス側の電源に接続されている。

また、原料棒４２の下部端は耐熱性の不活性ガ
スの注入筒４５によつて覆われている。

この不活性ガスの注入筒４５の下部端は、回転
カツプ１８の開口部１８ａの中に挿入されてお
り、その周囲にはコイル４６が巻かれている。こ
のコイル４６に高周波の電流を供給することによ
り、不活性ガスの注入筒４５を介して原料棒４２
に対して予熱作用を与え、原料棒４２が融点近く
までに達するまで加熱する。

また、不活性ガスの注入筒４５内には供給口４
５ａを介してアルゴンやヘリウムなどの不活性ガ
スが常時供給されており、回転カツプ１８内を不
活性ガスで満たし、電極の無駄な消耗を防止する
とともに、溶けた金属の酸化を防止している。

つぎに、以上のように構成した本実施例の動作
について説明する。

まづ、モータ１５，２７を起動させ、円筒軸１
０と回転筒２１とを回転させる。

そして、冷却水供給装置３０の供給口３１ａよ
り冷却水を回転筒２１内に供給する。

そうすると、回転筒２１内を満たした冷却水
は、回転筒２１の上部に設けた開口２１ｂを経
て、その上部に固定された筒体３３中に導かれ
る。筒体３３内を満たそうとすれば、筒体３３が
回転筒２１とともに回転しているため、遠心力に
よつて冷却水は筒体３３の壁面に沿つて上昇し、
噴出口３３ａからケーシング３４側へ噴出され
る。このとき、噴口３３ａに導かれた冷却水中
に、回転カツプ１８のノズル２０の先端が一部挿
入された状態にある。

一方、電極１および他方の電極を構成する原料
棒４２には電力供給端子８，４４を介して、それ
ぞれマイナスおよびプラスの電流が供給されてい
る。

したがつて、電極１の上端に形成された交換可
能な電極９と原料棒４２との間にはアークが発生
し、コイル４６によつて予め融点近くまで加熱さ
れていた原料棒４２は、このアークによつて完全
に溶融される。

溶融された金属は、回転カツプ１８が高速で回
転しているため、回転カツプ１８の壁面に沿つて
ノズル２０から冷却水中に粒状となつて噴出され
る。

冷却水と接触した粒状金属は急激に冷却され、
噴出口３３ａから冷却水とともにケーシング３４
内に排出される。

そして、この粒状金属はケーシング３４の排出
口３４ａより製品受け箱３５内に落下し、粒状金
属のみが、ここに残り、冷却水は製品受け箱３５
の底面の小孔を通つて水槽３６側に排出される。

ところで、回転カツプ１８内には常にアークが
発生しており、このアークの存在によつて原料棒
４２は溶融されるとともに、このアークの熱によ
つて回転カツプ１８内は常に一定の温度に保た
れ、長時間の運転が可能となる。

一方、原料棒４２はアークによつて順次、溶融
されるため、マイナス側の電極９との間の距離が
変化してしまうのを防止すべく、送込み装置（図
示していない）によつてマイナス側の電極９との
間が常に一定の距離にあるように調整される。

まそ、回転カツプ１８内に不活性ガスが供給さ
れてはいるが、マイナス側の電極９も消耗するた
め、上側の電極である原料棒４２との間の距離も
変化してくる。そこで本実施例においては、電極
１の下端部に設けられたシリンダ５を作動させ、
消耗した電極９の消耗量に応じて電極１全体を上
昇させ、上側の電極である原料棒４２との間の距
離を一定に保つようにしている。

なお、円筒軸１０と回転筒２１の回転方向は同
一であつても、または逆であつてもよい。

つぎに、本発明の実施条件を明示した実施例、
および、それに基づく具体的な効果を、実験例で
示す。

〔実験例〕

本発明の具体的な実施条件を、つぎに示すよう
にした。

(1) 回転カツプ１８の直径 100mm (2) ノズル２０先端の回転直径 260mm (3) ノズル２０の先端の口径 2.0mm （これは、2.0〜5.0mmにすることができる） (4) 回転カツプ１の回転数と周速 1000rpm，13.6ｍ／sec （これは、1000〜3000rpm，13.6〜40.8ｍ／
secにすることができる） (5) 外側の筒体３３の回転数と周速 500rpm，6.8ｍ／sec (6) 電極９と原料棒４２間の電流と電圧 200〜400A，30〜50V (7) 電極９と原料棒４２間の間隔 ５〜10mm 実験に用いた金属としては、溶解脱酸用のアル
ミニウムを黒鉛ルツボで700ｇ溶解したものを用
い、この溶湯を780℃で回転カツプ１８の中に注
湯した。

その結果、第２図および第３図に示すような比
較的に球状に近い、直径約50〜100μｍ程度の粒
状物４７が得られた。なお、第２図および第３図
において、粒状物４７の回りに示すものは埋込樹
脂４８である。

この場合、粒状物４７は、比較的に小さく、切
断したり、研磨するのが極めて難しいので、本発
明によつて得られた多数の粒状物４７のうちから
所望の複数個を任意に取出して、フエノール樹脂
からなる埋込樹脂４８の中に埋込み、それを適宜
カツトし、その表面を研磨して、第２，３図に示
したものを得た。

第３図からもわかるように、本発明で得られた
粒状物４７は、多結晶体で、結晶４７ａの大きさ
が１〜５μｍと極めて小さい。なお、普通、ダイ
カスト等の金型鋳造で得られる多結晶体の結晶の
大きさは、例えば、25〜60μｍである。

本発明で得られた粒状物４７の結晶４７ａが極
めて小さいということは、ホールペツチの法則か
らもわかるように、引張強さと伸びが、その分だ
け大きいということを示している。

また、本発明では、粒状物４７を筒体３３の内
周面部の水中で急冷するので、元素のまじり方に
おいて、過飽和固溶体ができる。したがつて、粒
状物４７を焼結したときの焼結条件を容易に設定
できる。また、熱処理による高強度が期待でき
る。

以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、回転カツプを用いているため、回転電極式の
ものに比較して高速回転がそれ程要求されず、装
置全体の精度をそれ程高くしなくてもよい。

また、回転カツプ内においてアークを発生さ
せ、このアークによつて原料棒を溶融する構造を
採用しているため、発生するアークにより回転カ
ツプ内の雰囲気温度を常に一定に保つことがで
き、長時間の連続運転が可能である。

また、回転カツプ内には常に不活性ガスが供給
されているため、溶融した金属が酸化せず、電極
の消耗も少ない。

さらに、本発明においては、つぎのような効果
がある。

(1) 溶湯の分散はノズル開口部における水の剪断
作用による強制分散作用によるから、強力確実
であり、処理能力も大きい。

(2) 前項と同一理由により、ノズル開口の大きさ
は製品の粒度と殆んど無関係となる。したがつ
て、微粒状の製品を作るときでも、ノズル開口
は大きくてよいので製作しやすく、かつ、つま
りの恐れがない。

(3) 金属溶湯は水中に直接噴出し、瞬間的に分散
されるから、冷却速度が大きく得られる。

(4) 内側の回転カツプおよび外側の筒体の回転数
と回転方向を自由に選定することができるか
ら、造粒条件で大幅に、かつ連続的に変化させ
ることができる。

(5) 連続運転が可能である。

(6) ノズルの先端が水の中に少し入つているだけ
であり、回転するとき、水の抵抗はノズル先端
に作用するだけなので、動力が比較的に小さく
てすむ。

(7) かなり小さな結晶からなる多結晶体の粒状物
を極めて容易に、かつ、確実に得ることがで
き、引張強度や伸びなどの機械的性質の良い粒
状物を得ることができる。

(8) 比較的に小さな粒状物を得ることができるの
で、それをそのまま用いて焼結することができ
る。

(9) 粒状物を水層で急冷することができるので、
元素の混じり方において、過飽和固溶体がで
き、粒状物を粉にして焼結したときの焼結条件
を容易に設定できるし、熱処理による高強度が
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は本発明によつて得られた粒状物の１例を示
す断面図、第３図は第２図の１部拡大断面図であ
り、第２図および第３図は顕微鏡写真に相当する
組織図である。 １は電極、２は基枠、３，１２は絶縁材、４，
２４，４０はベアリング、５はシリンダ、６はベ
アリング受け、７，４３はガイド、８はマイナス
側の電力供給端子、９は消耗用の電極、１０は円
筒軸、１１，２３はスラストベアリング、１３，
１６，２５，２８はプーリ、１４は支持台、１
５，２７はモータ、１７，２９はベルト、１８は
回転カツプ、１８ａは回転カツプの開口部、１９
は支持体、２０はノズル、２１は回転筒、２１ａ
は回転筒の開口、２２，２６は支持枠、３０は冷
却水供給装置、３１は流路、３１ａは流路の開
口、３２はベアリング、３２ａはＯリング、３３
は筒体、３３ａは筒体の噴出口、３４はケーシン
グ、３４ａはケーシングの排出口、３５は製品受
け箱、３６は水槽、３７は支柱、３８は支持板、
３９は軸受部、４１は支軸、４２は原料棒、４４
はプラス側の電力供給端子、４５は不活性ガスの
注入筒、４５ａは注入筒の供給口、４６はコイ
ル、４７は粒状体、４８は埋込樹脂、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転自在の円筒軸内に電極を昇降可能に設け
   るとともに、円筒軸の上端部に、この電極が臨ま
   される回転カツプを固定し、回転カツプの外側に
   噴出口を有する筒体を設け、この筒体に対し前記
   円筒軸の外側に同心円状に配置された回転筒に冷
   却水供給装置を設け、回転カツプに設けられたノ
   ズルの先端を筒体の噴出口の近傍の冷却水中に挿
   入させ、前記回転カツプ内には予熱装置を介して
   他方の電極を構成する原料棒を導くとともに、回
   転カツプ内には常に不活性ガスを供給するように
   構成したことを特徴とする金属粒状物の製造装
   置。