JP2001172704A - 金属フレークの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】急速凝固組織を有する金属フレークを小型の設
備で安価に製造できるようにする。 【解決手段】水冷した金属製回転ディスク２０の回転面
２７上に且つ回転軸心から偏心した位置に金属の溶湯２
３を溶湯流下速度１０ｋｇ／分以下で連続的に流下させ
て、流下させた溶湯２３を回転面２７上で冷却及び凝固
させ、凝固した金属を回転ディスク２０の遠心力により
飛散させて金属フレークを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば厚さが１
０〜１００μｍの金属フレークの製造方法、特に特性向
上のために急速凝固が必要な希土類永久磁石の原材料製
造に適用して好適な金属フレークの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来永
久磁石の原材料、特に希土類永久磁石の原材料の製造方
法として超急冷法（メルト・スピニング法）と呼ばれる
方法が用いられている。この方法は、例えば図３に示す
ように回転する金属製のロール２００の外周面２０２、
即ち回転軸２０４と平行な回転面上にノズル２０６から
金属の溶湯を流下させ、これを外周面２０２上で超急冷
及び凝固させて金属薄帯を得るもので、この方法によれ
ば大部分がアモルファスないし微細結晶粒となった急速
凝固組織が得られる。しかしながらこの方法の場合、ロ
ール２００として大きなロールが必要であり、結果とし
て必要な設備が大掛りなものとなってしまう問題があ
る。

【０００３】一方、高速で回転する金属製のディスク
（回転体）表面、詳しくは回転軸と直角なディスク面
（回転面）上に且つその回転軸心位置にノズルから金属
の溶湯を流下させ、回転するディスクの遠心力で溶湯を
飛散させてこれを凝固させる方法が従来実施されてい
る。

【０００４】この方法は遠心噴霧法と呼ばれており、設
備的には比較的小さい設備で済む利点があるが、この遠
心噴霧法は金属の溶湯をディスクより液滴状態で飛散さ
せた後これを凝固させるもので、この場合ディスクより
飛散した溶湯の液滴はディスクから離れた後において気
相中で凝固する。このとき溶湯の液滴は無重力状態で溶
湯自身の表面張力で球状化して凝固するため、得られる
粉末は球状粉末となる。

【０００５】即ち従来実施されている遠心噴霧法は一般
に球状の粉末を得るための方法であり、しかも溶湯の凝
固の際の冷却は雰囲気の気体との熱交換によって行われ
るために凝固速度が遅く、急速凝固を必要とする永久磁
石、特に希土類永久磁石の原材料を製造する方法として
は不適なものであった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の金属フレークの
製造方法はこのような課題を解決するために案出された
ものである。而して請求項１のものは、水冷した金属製
回転体の回転軸と非平行な回転面上に且つ回転軸心から
偏心した位置に金属の溶湯を溶湯流下速度１０ｋｇ／分
以下で流下させて、該流下させた溶湯を該回転面上で冷
却及び凝固させ、該凝固した金属を該回転体の遠心力に
より該回転体より飛散させて金属フレークを得ることを
特徴とする。

【０００７】請求項２のものは、請求項１において、前
記回転体の回転面上にスカルを形成することなく前記金
属の溶湯を該回転面上で凝固させ、該凝固した金属を該
回転体より飛散させることを特徴とする。

【０００８】請求項３のものは、請求項１，２の何れか
において、前記溶湯の前記回転面上への流下位置の回転
周速度を５〜１００ｍ／秒とすることを特徴とする。

【０００９】請求項４のものは、請求項１〜３の何れか
において、前記回転体が銅であることを特徴とする。

【００１０】請求項５のものは、請求項１〜４の何れか
において、前記金属フレークが永久磁石の原材料である
ことを特徴とする。

【００１１】請求項６のものは、請求項５において、前
記金属フレークが希土類永久磁石の原材料であることを
特徴とする。

【００１２】

【作用及び発明の効果】上記のように本発明は、金属製
の回転体に対して且つ回転軸と直角な回転面等、回転軸
と非平行な回転面上に金属の溶湯を流下させつつ、その
回転面上でこれを凝固させた後遠心力で飛散させ、金属
フレークを得るものである。

【００１３】ここで回転体の回転面上で溶湯を凝固させ
るためには、流下した金属の溶湯を超急冷する必要があ
る。そこで本発明では回転体を水冷却し冷却能を高めて
いる。ここで回転面上に流下した溶湯は、回転面との間
で熱交換されて冷却され、その熱交換の能力は回転面へ
の溶湯からの入熱量と水冷による回転面の放熱量とによ
って定まる。従って溶湯の冷却速度に対して回転面への
溶湯の流下速度が大きく影響する。

【００１４】本発明では、回転面への溶湯の流下速度を
１０ｋｇ／分以下とすることで、回転面への溶湯からの
入熱量を抑制し、回転面上で溶湯を十分に凝固させ得る
こと、即ち金属フレークの得られることが判明した。
尚、望ましい流下速度は１〜３ｋｇ／分である。１ｋｇ
／分未満であると生産性が悪くなる。

【００１５】本発明では、回転面に対して金属の溶湯を
その回転軸心から偏心した位置に流下させる。溶湯を回
転面の回転軸心位置に流下させると（従来の遠心噴霧法
ではそのようにしている）、流下した溶湯に対して回転
体の遠心力が有効に作用せず、従って溶湯は回転面上に
長く滞留して速やかに回転体から離脱しない。

【００１６】しかもその軸心位置には後続の溶湯が次々
と流下して来るため、回転面の軸心位置への入熱量が大
きくなり、溶湯に対する冷却能が低下する。従って流下
した溶湯は回転面上で凝固せず、回転体から離脱した後
（飛散した後）凝固することとなる。

【００１７】これに対して溶湯を偏心位置に流下させた
場合、流下した溶湯に対して回転体の遠心力が有効に作
用するのに加えて、回転体における回転面の回転に伴っ
て、偏心位置と同一円周上の異なった位置に対して溶湯
が次々と流下することとなるため、溶湯に対する冷却能
が低下せず、溶湯は回転面上で速やかに凝固することが
できる。

【００１８】かかる本発明によれば、例えば従来の遠心
噴霧法で用いているようなディスクを用いて金属フレー
クを製造することが可能であり、従って小さな設備で求
める金属フレークを製造できるようになる。また回転面
上に流下した溶湯を超急冷することができ、その凝固組
織を、大部分がアモルファスないし微細結晶粒から成る
急速凝固組織となすことができる。

【００１９】本発明では、回転体の回転面上にスカルを
形成することなく金属の溶湯を回転面上で直接帯状ない
しフレーク状に凝固させるようになすのが望ましい（請
求項２）。ここでスカルとは回転面上全面に亘って形成
した溶湯の凝固金属の薄い膜である。

【００２０】このスカルは、回転面上において溶湯を全
面に亘って薄い膜として凝固させることで形成できる。
従来の遠心噴霧法を用いた粉末製造では、先ずこのスカ
ルを形成した上でその表面に引き続き金属の溶湯を流下
させ、その液滴を回転体（ディスク）から飛散させて球
状粉末化する。

【００２１】而してそのスカルを上手く形成できるか否
かが良好な粉末を安定して製造できるか否かの鍵とされ
ていた。その理由は以下の通りである。遠心噴霧法によ
る粉末製造の場合、回転面上に流下した金属の溶湯と回
転面との濡れ性が重要な問題であり、その濡れ性が悪い
とあたかも氷の上をつるつると滑るかの如く金属の溶湯
が回転面上を滑ってしまい、回転体の遠心力が溶湯に十
分に伝わらない。

【００２２】しかるに回転面上に溶湯の膜即ちスカル
（図４中符号２０８で示している）が形成されている
と、そのスカルと溶湯との間の濡れ性が大きいために、
即ち回転面と溶湯との固定力が大となるために回転体の
遠心力が溶湯に十分に伝わるのに加えて、溶湯がスカル
に形成した放射状の溝に沿って良好に案内され、更に加
えてスカルの外周には無数の突起がつらら状となって形
成されていることから、その突起の先端から溶湯の溶滴
が良好に周囲に飛散し粉末化する。

【００２３】しかしながら一方でこのようなスカルを形
成してしまうと、回転面上に流下した溶湯は粉末化し易
くなり、求める金属フレークが良好にできなくなってし
まう。金属フレークを製造するには、流下した溶湯が回
転面の回転に伴ってその回転面上に且つ回転方向に連続
凝固することが必要なのであり、そこで本発明ではこの
ようなスカルを形成することなく、流下させた溶湯を直
接回転面上で凝固させるものとしており、このようにす
ることによって求める金属フレークを良好に製造できる
ことを確認した。

【００２４】本発明においては、回転面上への溶湯の流
下位置の回転周速度を５〜１００ｍ／秒とすることが望
ましく（請求項３）、また回転体としては熱伝導率の高
い各種材質のものを用いることが可能であるが、中でも
銅が特に好適である（請求項４）。

【００２５】また本発明は永久磁石の原材料を製造する
方法として好適なものであり（請求項５）、特に所定の
特性を得るために急速凝固を必要とする希土類永久磁石
の原材料製造にとりわけ好適なものである（請求項
６）。

【００２６】

【実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に基づい
て詳しく説明する。図１は金属フレーク製造装置の一例
を示したもので、図中１０は溶解室、１２は仕切り１４
によって溶解室１０と区画されたフレーク製造室で、こ
のフレーク製造室１２は後述するノズル孔２４の部分を
除いて気密構造とされている。

【００２７】１６は溶解炉であり、１８はタンディッシ
ュ、２０はフレーク製造室１２に配設された回転ディス
ク（金属製回転体・本実施形態では金属銅ディスク）で
あり、２２はその回転ディスク２０の回転軸となるスピ
ンドル軸である。ここで回転ディスク２０は回転面２７
が水平向きに配設されており、またスピンドル軸２２は
その回転面２７に対して直角、具体的には上下方向に配
向されている。

【００２８】２３は金属の溶湯で、タンディッシュ１８
底部に設けられたノズル孔２４から回転ディスク２０の
上面即ち回転面２７上に且つその回転軸心から偏心した
位置に流下させられる。

【００２９】回転ディスク２０は中空構造とされていて
内部に水冷室２６が形成されている。またスピンドル軸
２２は内部に往水路２８Ａと復水路２８Ｂとが形成され
ており、それぞれの一端側が水冷室２６に連通され、ま
た他端側が管路３０，３２を経て冷却水槽３４に連通さ
れている。

【００３０】その管路３０上にはポンプ３６が配設され
ており、冷却水槽３４の冷却水が、そのポンプ３６によ
り往水路２８Ａを通じて回転ディスク２０内の水冷室２
６へと供給され、更にその水冷室２６内の冷却水が、復
水路２８Ｂを通じて冷却水槽３４へと戻されるようにな
っている。

【００３１】尚、スピンドル軸２２はベアリング３８に
よってハウジング４０内部に回転可能に保持されてい
る。本実施形態においては、溶解室１０内の加圧力を変
化させることで、溶解室１０とフレーク製造室１２との
間の差圧を調整し、これによりノズル孔２４から回転デ
ィスク２０上への溶湯流下速度を適宜に設定でき、また
変更することが可能である。

【００３２】図２は上記製造装置を用いて金属フレーク
を製造する際の金属フレークの生成の過程を模式的に示
したものである。同図に示しているように回転ディスク
２０の回転面２７上にタンディッシュ１８底部のノズル
孔２４から金属の溶湯２３を流下させると、先ず（Ｉ）
に示しているように回転ディスク２０の回転面２７上に
おいて流下した溶湯２３が直ちに凝固し、これがフレー
ク生成起点４２Ａとなる。

【００３３】続いて（II）に示しているように回転ディ
スク２０の回転に伴って金属フレーク４２が略円弧状に
延びて成長し、そして（III）に示しているように回転
ディスク２０の回転に伴って金属フレーク４２が更に成
長する。

【００３４】そして（IV）に示しているように金属フレ
ーク４２の大きさがある一定の大きさとなったところ
で、回転ディスク２０の高速回転に伴う遠心力により金
属フレーク４２が飛ばされ、回転ディスク２０から離脱
する。以上の（Ｉ）〜（IV）が連続的に繰り返され、金
属フレーク４２が連続的に生成される。

【００３５】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。φ１
６０ｍｍの回転ディスク２０を用い、これをモータにて
高速回転させながら、２７Ｎｄ−Ｆｅ−５Ｃｏ−１Ｂの
組成を有する希土類磁石材料の金属の溶湯２３をノズル
孔２４（例えば孔径はφ２ｍｍ程度）から回転ディスク
２０の回転面２７上に且つ回転軸心から５０ｍｍ離れた
偏心位置に連続的に流下させ、金属フレーク４２の製造
実験を行った。

【００３６】このとき、ノズル孔２４の孔径及び溶解室
１０とフレーク製造室１２の差圧を適当に設定すること
により、溶湯流下速度を表２に示すように種々変化さ
せ、更にまた溶湯流下位置である上記偏心位置の回転周
速度を表２に示すように種々に変化させた。その結果が
表２に併せて示してある。尚その他の製造条件は表１の
通りである。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】尚この実験では、水冷の効果を調べるため
に回転ディスク２０を水冷しない状態で同様の製造実験
を比較のために行った。その際の製造条件及び結果が表
３及び表４に示してある。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】以上の結果から、溶湯流下速度を１０ｋｇ
／分以下とすることで、また偏心位置における回転ディ
スク２０の回転周速度を５〜１００ｍ／秒とすること
で、更にまた回転ディスク２０を強制水冷することで良
好な結果が得られることが分かる。尚表１，表２におい
て得られた金属フレーク４２は厚さ約５０μｍのもので
あり、またその凝固組織は大部分がアモルファスないし
微細結晶粒の急速凝固組織であった。

【００４３】次に表５及び表７に示す製造条件の下で、
回転ディスク２０の材質を表６に示すように種々変化さ
せ或いはまた偏心距離を表８に示すように種々変化さ
せ、同様の金属フレーク４２の製造実験を行った。その
結果が表６及び表８に示してある。

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】

【表７】

【００４７】

【表８】

【００４８】これらの結果から、ディスク材質としては
銅，軟鋼，１８−８ＳＵＳ，Ｔｉが良好であって特に銅
が良好であること、また偏心距離は大きくなる程良好な
結果の得られることが分かる。尚本発明において、溶湯
流下速度は生産能率上特性の良好な金属フレークを製造
する上で１〜６ｋｇ／分、特に１〜３ｋｇ／分であるこ
とが望ましく、また偏心距離は３０ｍｍ以上であること
が望ましい。但しその上限値は設備の大型化を避けるた
め８０ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００４９】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示である。例えば上例では回転軸と直角な回
転面上に金属の溶湯を流下させるようにしているが、場
合によって回転軸に対し傾斜した傾斜面を回転面とし
て、例えば円錐体表面に対し且つ回転軸心から偏心した
位置に金属の溶湯を流下させるようになすことも可能で
あるし、或いはまた回転体における凹形状の表面に対し
金属の溶湯を流下させるようになすことも可能である。

【００５０】また本発明は場合によって希土類永久磁石
以外の原材料用金属フレークを製造する際に適用するこ
とも可能であるなど、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の金属フレークの製造装置
を示す図である。

【図２】金属フレークの生成過程を模式的に表した説明
図である。

【図３】従来の希土類永久磁石の原材料の金属フレーク
の製造方法を示す図である。

【図４】遠心噴霧法による粉末製造に際してディスク上
に生成させるスカルを示す図である。

【符号の説明】

２０ 回転ディスク（金属製回転体） ２２ スピンドル軸（回転軸） ２３ 溶湯 ２７ 回転面 ４２ 金属フレーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 章弘 愛知県名古屋市中川区下之一色町古川109 (72)発明者 藤田 雄一郎 愛知県東海市加木屋町南鹿持18 Ｆターム(参考） 4K017 AA04 BA06 BB06 BB12 CA03 CA07 DA04 EC02 ED01 ED03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷した金属製回転体の回転軸と非平行
   な回転面上に且つ回転軸心から偏心した位置に金属の溶
   湯を溶湯流下速度１０ｋｇ／分以下で流下させて、該流
   下させた溶湯を該回転面上で冷却及び凝固させ、該凝固
   した金属を該回転体の遠心力により該回転体より飛散さ
   せて金属フレークを得ることを特徴とする金属フレーク
   の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記回転体の回転面
   上にスカルを形成することなく前記金属の溶湯を該回転
   面上で凝固させ、該凝固した金属を該回転体より飛散さ
   せることを特徴とする金属フレークの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１，２の何れかにおいて、前記溶
   湯の前記回転面上への流下位置の回転周速度を５〜１０
   ０ｍ／秒とすることを特徴とする金属フレークの製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記回
   転体が銅であることを特徴とする金属フレークの製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、前記金
   属フレークが永久磁石の原材料であることを特徴とする
   金属フレークの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記金属フレークが
   希土類永久磁石の原材料であることを特徴とする金属フ
   レークの製造方法。