JP2582223B2 - ほぼ等しい直径の金属小球を製造するための方法及び装置 - Google Patents

ほぼ等しい直径の金属小球を製造するための方法及び装置

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JP2582223B2 JP5315073A JP31507393A JP2582223B2 JP 2582223 B2 JP2582223 B2 JP 2582223B2 JP 5315073 A JP5315073 A JP 5315073A JP 31507393 A JP31507393 A JP 31507393A JP 2582223 B2 JP2582223 B2 JP 2582223B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくともほぼ等しい
直径の少なくともほぼ球形状の金属粒を製造するための
方法に関する。
【０００２】さらに、本発明は、液体状又は溶融金属を
形成するための溶融装置を有し、この種の球形状粒を製
造するための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】しばしば金属合金から形成され、少なく
ともほぼ等しい直径のほぼ球形状の金属粒は、特に、粉
末冶金又は冷却装置用の熱交換器技術等の複数の利用技
術を必要とする。溶融金属からこの種の粒を製造するた
めの多くの方法が公知であり、例えば、液体状金属の粒
を、重力に逆らって流れる気体流上に液体状金属を切り
落とすことによって形成し、次に、この粒が液体状金属
の表面張力のために球形状を採って凝固する。もう一つ
の方法において、液体状金属が回転板上にしずく状に落
とされる。この板の動作及びしずく状の金属の慣性力の
ために、回転板上の液体状金属のしずくは外方向に向か
って転がり、それにより、凝固するまで表面を滑らかに
冷却され、球形状とされる。しかしながら、この方法で
は多くてもわずかな要求しか満足されない。
【０００４】最後に、その長手軸線回りに回転する電極
の電弧の陰極点から液体状金属のしずくを飛ばすことに
よって対応する金属から可能な限り球形状の金属粒を製
造することが公知である。
【０００５】しかしながら、これら全ての方法は共通の
欠点を有している。すなわち、各方法で製造されるしず
く形状又は多くの場合ほぼ球形状の金属粒の直径が広範
囲に広がることである。公知の方法でほぼ等しい直径の
粒を得るためには、所望範囲内の直径を有する球形状の
粒は、各方法により製造される一まとまりの粒から相当
する機構によって処理されなければならない。しかしな
がら、これにより得られる生産性は許容可能な直径範囲
の大きさに関しての要求に依存する比較的低いものであ
り、多くの場合において、製造される一まとまりの粒の
５％より少なく、これは、特に、多量のしずく形状又は
ほぼ球形状の粒が必要とされる時に、高価となり、非常
な問題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、少なくともほぼ等しい直径の粒の公知の方法より高
い生産性が実現されるように前述した種類の方法を改良
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による少なくともほぼ等しい直径の少なくと
もほぼ球形状の金属の粒を製造するための方法は、液体
状金属の連続的な流れには、それを取り囲む雰囲気ガス
を振動させる圧力振動が局部的に作用し、それにより、
断面積のくびれが、前記流れに、その長手方向に互いに
離されて形成され、前記くびれが前記流れの切断をもた
らし、液体状金属の表面張力のために球 形状を採る前記
流れの切断部分が、液体状金属を凝固するために冷却さ
れる方法において、前記圧力振動は、前記流れ方向に対
して本質的に軸線方向に伝わることを特徴とする。
【０００８】この流れに局部的に作用する圧力振動のた
めに、すなわち、液体状金属が流れる本質的に不動の領
域内で作用される流れのために、表面波又は表面張力波
が、流れの表面に起こる。こうして、断面積のくびれ
が、流れにその長手方向に互いに離れて形成される。こ
れらのくびれは、不安定であり、従って、流れが切断さ
れるまで、さらにくびれることをもたらす。この方法で
製造される少なくともほぼ球形状の金属粒は、公知の方
法で達成可能なものより、かなり小さなばらつきの範囲
を有する。
【０００９】本発明による方法を実行するために、液体
状金属の連続的な流れには、流れ方向に対して本質的に
軸線方向に伝わる圧力振動が作用し、それにより、局限
可能な、すなわち、流れの本質的に不動部分に限定可能
な放射作用が、有効に機能することがわかる。
【００１０】特許請求の範囲に記載した方法で先決され
た大きさのほぼ球形状の金属粒を製造するために、流れ
の断面積、圧力振動の周波数、及び流れにおける液体状
金属の流速は、製造される粒の所望の大きさの関数とし
て選択されることが、本発明により提案される。所望の
粒直径よりわずかに小さな流れの直径を選択することが
有利である。
【００１１】本発明による方法を実行する時、流れにお
ける液体状金属の流速が、流れに作用する圧力振動の周
波数の関数として、従って、流れに関しての表面張力波
の伝播速度の関数として選択されることがさらに好まし
い。もし、流速が、流れの表面に起こる表面張力波の伝
播速度と比較して高いように選択されるならば、液体状
金属が圧力振動によって流れにもたらされる断面積のく
びれを通り流れ、これらのくびれは、この部分において
液体状金属の流速が増加する結果として圧力が低下する
ために、不安定となり、本発明による流れの切断が結果
として生じる。
【００１２】この方法は、好ましくは、圧力振動が流れ
を取り囲む雰囲気ガスを振動させ、次に流れに作用する
ように実行される。
【００１３】もし、金属の純度において大きな要求があ
るならば、不活性ガス雰囲気中でこの方法を実行するこ
とが提案可能である。
【００１４】液体状金属の球形状の切断部分は、基本的
に固体金属球を形成するための任意の方法で冷却可能で
ある。
【００１５】しかしながら、液体状金属の球形状の切断
部分が雰囲気ガス中を自由落下することによって冷却さ
れることが有利であることがわかる。移動する雰囲気ガ
スによって、特に移動する雰囲気ガス内の自由落下によ
って球形状の切断部分を冷却することは、このために必
要な空間が不動雰囲気ガス内の自由落下に必要な空間よ
り小さいために、さらに有利であることが理解される。
【００１６】冷却を促進するために、必要ならば、その
垂直軸線回りに回転する板部材上に落下させる切断部分
の凝固が提案される。この場合において、はじき返され
る切断部分が、回転板部材上に配置されたカバー、特
に、不動のカバーによって板部材とカバーとの間の範囲
に制限されることが、好都合であることは理解される。
【００１７】本発明のさらなる目的は、前述した種類の
装置を改良することであり、この改良により、装置で製
造可能な球形状粒の直径のばらつきの幅を従来より小さ
くすることが可能となり、特に、この装置は本発明によ
る方法を実行するために利用可能である。
【００１８】このさらなる目的を達成するために、本発
明による少なくともほぼ等しい直径の少なくともほぼ球
形状の金属粒を製造するための装置は、液体状金属を形
成す るための溶融装置と、液体状金属の流れを形成する
ためのノズル機構と、前記流れにその長手方向に互いに
離されて断面積くびれを形成するために、流れに局部的
に作用する圧力振動を発生するための機器、とを具備
し、前記圧力振動を発生するための機器は、流れを取り
囲む雰囲気ガスを振動させるために、流れの軸線方向に
圧力振動を発するように配置されていることを特徴とす
る。
【００１９】圧力振動を発生するための機器にとって、
複数の圧力振動発生器を具備することが有利であると考
えられる。
【００２０】圧力振動が液体状金属の流れに作用可能な
ように流れ方向に対して軸線方向に伝わるために、本発
明による装置は、ノズル機構が流れのための通路を形成
する波ガイド内に配置され開口するノズルを有し、圧力
振動を発生するための機器が、流れ方向に発せられるよ
うに、ノズル側において波ガイド近傍に配置され、ノズ
ル機構と反対側端部において開口する波ガイドの発生機
器からこの端部までの長さが、圧力振動の半波長の整数
倍であるように作られることが提案される。
【００２１】このように、発生した圧力振動の定常波部
分を、流れに局部的に作用する波ガイド、すなわち、上
述の波ガイド長さ内に形成させることができる。
【００２２】基本的に、ノズル機構の反対側におけるこ
の波ガイドの端部から波ガイドに圧力振動を伝達し、ノ
ズル側の波ガイドの部分、いわゆる固定端部を形成する
ことも考慮されており、それにより、上述の波ガイドの
大きさが、使用される圧力振動の波長の四分の一の整数
倍となっているはずである。
【００２３】本発明による装置のこの実施例において、
圧力振動を発生するための機器は、それが、流れ又は波
ガイドから流出する流れの切断部分の排出を邪魔しない
ように配置される。
【００２４】圧力振動を発生させるための機器は、圧力
室装置により形成することができ、これは、例えば、小
さな開口部を介してノズル側において波ガイド近傍に連
結され、拡声器隔膜又はピエゾクリスタルを具備するも
のとすることができる。
【００２５】さらに、この装置は、機器により発生され
る圧力振動が雰囲気ガスを介して流れに伝達可能である
ように作られる。
【００２６】本発明のさらなる利点、特徴、及び詳細
は、以下の記述と、球形状の金属粒を製造するための本
発明による装置の三つの好適な実施例を示す図面とか
ら、明らかになる。
【００２７】
【実施例】図１の概略図からよく理解されるように、ほ
ぼ等しい直径の球形状金属粒を製造するための本発明に
よる装置は、溶融装置２と共に、液体状金属の流れ６を
形成するために溶融装置２に連結されたノズル機構４を
具備する。ノズル機構４のノズル８は、圧力振動のため
の筒状保護外郭１０内に開口するように配置されてい
る。ノズル機構４及びノズル８は、液体状金属の流れが
ノズル８から垂直方向下側に流れるように配置されてい
る。保護外郭１０は、この流れ方向と同心状に垂直方向
に延在するように配置され、この流れ方向に対して本質
的に半径方向に伝わる圧力振動を伝達するための伝達点
として機能する複数の矩形状開口部１２を有している。
これらの圧力振動を発生するための複数の機器１４は、
そのうちの一つだけが図示されており、矩形状開口部１
２と同じ高さに発するように、流れ方向に対して半径方
向に配置されている。この機器１４によって、適当な周
波数及び振幅の圧力振動は、特に空気のような適当な媒
体によって保護外郭１０の内部に伝達され、液体状金属
の流れ６に作用し、それにより、流れの断面積変化が起
こり、これは流れが切断されるまで、流れのさらなるく
びれをもたらす。液体状金属の表面張力のために球形状
を採る流れの切断部分１６は、それらを取り囲む雰囲気
ガスを通り自由落下して保護外郭１０から排出され、こ
れにより、その垂直軸線回りに回転する板部材１７上に
しずく状で落下する。この時点で、球形状を採る部分１
６は冷却され、それにより、液体状金属が凝固する。板
部材１７上に配置されるカバー１８によって、板部材１
７からはじき返る部分１６は、板部材１７とカバー１８
との間の範囲に制限される。
【００２８】図２に示す本発明による装置の実施例は、
圧力振動を発生するための機器２０が、この機器２０に
よって発生される圧力振動がノズル機構４’に伝達さ
れ、次にノズル８’に伝わり、次に液体状金属の流れ
６’に直接作用するように、ノズル機構４’に接続され
ることにおいて、前述の実施例と異なっている。
【００２９】この場合において、保護外郭１０に相当す
る装置は必要とされない。ノズル８’を介して流れ６’
へ作用するために、前述の実施例における雰囲気ガスに
代えて真空で作業することが可能となる。
【００３０】本発明による装置の第三の実施例は、流れ
方向に対して軸線方向に伝わる圧力振動を発生するため
の圧力室機器３０を具備している。これらの圧力振動
は、伝達点として機能する開口部３２を介して流れ方向
に波ガイド３４内で伝達される。この波ガイドは筒形状
を有し、ノズル機構４”の反対側の筒端部３６は開放さ
れている。流れ方向に対して軸線方向に伝わる圧力振動
によって定常波を形成するために、圧力振動が伝達され
る開口部３２からその開放端部３６に達する波ガイド３
４の長さは、伝達圧力振動の半波長の正数倍であり、そ
れにより、流れ６”に作用する定常波部分が形成され、
こらが本発明による流れの切断をもたらす。この実施例
によれば、液体状金属流れに断面積くびれを形成してそ
れを切断するための圧力振動が、この流れを取り囲む雰
囲気ガス中をこの流れの軸線方向に伝播するものである
ために、液体状金属の流れに対して、その比較的長い部
分に長期間に渡り作用可能であり、大きなエネルギ密度
を必要とせず、圧力振動を発生する機器の簡素化が可能
であることに加えてエネルギ消費を低減可能であり、さ
らに、液体状金属の流れから形成される切断部分の大き
さは、圧力振動の波長に比例するものであり、音速は液
体金属中より気体中における方が小さくなるために、所
定の大きさの切断部分を形成するのに必要とされる振動
周波数は、雰囲 気ガスを介して圧力振動を伝達させるも
のにおいて低くなり、圧力振動を発生する機器の低周波
化が可能となり、エネルギ損失を小さくすることができ
る。さらに、圧力振動の波長及びその結果としての切断
部分の大きさは、雰囲気ガスとして適当な音速を提供す
る気体を選択することによって調節可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】流れ方向に対して半径方向に伝わる圧力振動を
発生するための機器を有する本発明による装置の第一実
施例を示す図である。
【図２】圧力振動を発生するための機器が装置のノズル
機構と相互作用する本発明による装置の第二実施例を示
す図である。
【図３】流れ方向に対して軸線方向に伝わる圧力振動を
発生するための機器を有する本発明による装置の第三実
施例を示す図である。
【符号の説明】
４…ノズル機構 ６…液体状金属の流れ １４…圧力振動を発生するための機器
フロントページの続き (72)発明者 ゴットフリート シュナイダー ドイツ連邦共和国，70567 シュトゥッ トガルト，ザルツェッケルシュトラーセ 168 (56)参考文献 特開 昭50−30781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−190628（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246307（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−162507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−126331（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともほぼ等しい直径の少なくとも
    ほぼ球形状の金属の粒を製造するための方法であって、
    ノズル機構によって形成される液体状金属の連続的な流
    れには、それを取り囲む雰囲気ガスを振動させる圧力振
    動が局部的に作用し、それにより、断面積のくびれが、
    前記流れに、その長手方向に互いに離されて形成され、
    前記くびれが前記流れの切断をもたらし、液体状金属の
    表面張力のために球形状を採る前記流れの切断部分が、
    液体状金属を凝固するために冷却される方法において、
    前記圧力振動は、前記ノズル機構側において前記雰囲気
    ガスに伝達され、前記ノズル機構側から前記流れ方向に
    対して本質的に軸線方向に伝播することを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 前記流れの断面積、圧力振動の周波数、
    及び前記流れにおける液体状金属の流速は、製造される
    粒の所望の大きさの関数として選択されることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記流れにおける液体状金属の流速は、
    前記流れに作用する圧力振動の周波数の関数として選択
    されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 液体状金属の球形状の切断部分は、雰囲
    気ガス内を自由落下することによって冷却されることを
    特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 液体状金属の球形状の切断部分は、移動
    する雰囲気ガスによって冷却されることを特徴とする請
    求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記切断部分の冷却及び凝固は、その垂
    直軸線回りに回転する板部材上にそれを落下させること
    によって促進されることを特徴とする請求項１から５の
    いずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 回転する板部材からはじき返される切断
    部分は、回転する板部材上に配置されたカバーによって
    前記板部材と前記カバーとの間の範囲に制限されること
    を特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 液体状金属を形成するための溶融装置
    と、液体状金属の流れを形成するためのノズル機構と、
    前記流れ（６）にその長手方向に互いに離されて断面積
    くびれを形成するために、流れ（６）に局部的に作用す
    る圧力振動を発生するための機器、とを具備する少なく
    ともほぼ等しい直径の少なくともほぼ球形状の金属粒を
    製造するための装置において、前記圧力振動を発生する
    ための機器（３０）は、前記ノズル機構側に軸線方向圧
    力振動を発生するように配置され、前記圧力振動は、前
    記ノズル機構側から前記流れの軸線方向に伝播すること
    を特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 ノズル機構（４”）は、流れ（６”）の
    ための通路を形成する波ガイド（３４）内に配置され開
    口するノズルを有し、圧力振動を発生するための機器
    （３０）は、流れの軸線方向に圧力振動を発するように
    ノズル側において波ガイド（３４）の近傍に配置され、
    前記ノズル機構（４”）の反対側端部（３６）において
    開口する波ガイド（３４）の前記機器（３０）からこの
    端部（３６）までの長さは、圧力振動の半波長の整数倍
    となっていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
JP5315073A 1992-12-17 1993-12-15 ほぼ等しい直径の金属小球を製造するための方法及び装置 Expired - Lifetime JP2582223B2 (ja)

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