JPS63165050A - 金属細線の製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回転液中紡糸力による金属細線の製造方法およ
びその装置に関するものである。

［従来の技術］ 溶融金属から直接金属細線を得る方法は、帽り分塊、圧
延等の中間工程の省略による省エネ、あるいは急冷凝固
によって得られる新しい特性を有した金属材料の開発と
いった観点から、近年特に注目されている。急冷凝固に
よって得られる優れた特性としては、結晶粒の超微細化
、無偏析、均質化、固溶限の拡大化、アモルファス化等
による強度、耐食性、電気、磁気特性等がある０例えば
アモルファス構造の金属細線、すなわちアモルファスフ
ァイバは、従来の結晶質金属では得られない高強度、高
靭性を示すので、高強度材料としての応用が考えられて
おり、また特異な磁気的性質を備えているので、機能性
材料としての応用が考えられる。

従来発表されている溶融金属から直接金属細線を得る方
法は、大別すると次の４つになる。

１）押出法 ２）回転液中紡糸法 ３）ＰＤＭＥ法 ４）　Ｔａｙｌｏｒ法 １）の押出法は不活性ガス中で溶融した溶湯を溶融金属
と同程度の粘性をもつ流体中に噴射させてジェット流の
安定化をはかり、繊維を形成させる方法である。

２）の回転液中紡糸法は回転ドラム内に遠心力により冷
却液体層を形成し、この冷却液体中に溶融金属を噴射さ
せて、繊維を形成させる方法である。

３）のＰＤＭＥ法はＰｅｎｄａｎｔ　Ｄｒｏｐ　Ｍｅｌ
ｔＥ　ｘｔｒａｃｔｉｏｎ　　法の略で高速回転の円盤
の側面にペンダント状の金属の小滴を付着させて引き出
して固まらせる方法である。

４）のＴａｙｌｏｒ法はガラス管に入れた金属を加熱熔
融し、加熱によって軟化したガラス管をその中の溶湯と
一緒に引き出し、ドラムに巻き取る方法である。

本発明は前記４つの方法のうち、２）の回転液中紡糸法
の改良に関するものである６回転液中紡糸法に使用され
る従来の装置を、第４図の正面図および第５図の側断面
図に示す０図において円筒状のドラム１０は、中空の円
筒部１２と、その−側に取り付けられ中心部に円形の開
口部１４を有する冷却液保持用側板１６と、円筒部１２
の他側の全面を覆う閉塞板１８とを一体に形成したちの
で、閉塞板１８の中心にはモータ２０の出力軸２２が固
定され、ドラム１０は高速で回転する。高速で回転する
ドラム１０の内周面には冷却液体が供給され、冷却液体
は遠心力により冷却液体層２４を形成する。溶融金属噴
射装置２６は縦型の溶湯加熱炉２８と、溶湯加熱炉２８
の下端に下向きに取り付けられた溶湯噴射ノズル３０と
、溶湯加熱炉２８の上部に取り付けられた溶湯加圧配管
３２からなり、ドラム１０の開口部１４から挿入され回
転ドラム１０の軸線方向に移動できるようになっている
。

この回転液中紡糸装置を使用して金属細線を得るには、
ドラム１０を回転して冷却液体を供給してドラム１０の
内周面に遠心力により冷却液体層２４を形成する０次い
で溶湯加熱炉２８に挿入された母合金を溶融し溶融合金
３４とし、溶融金属噴射装置２６をドラム１０の開口部
１４から挿入し、溶湯噴射ノズル３０を冷却液体層２４
の入口端２４ａ上に位置せしめる０次ぎに不活性ガスを
溶湯加圧配管３２に送り込んで溶湯加熱炉２８内の溶融
合金３４の表面を加圧し溶融合金３４を溶湯噴射ノズル
３０より噴射させると同時に′ＮＮ金金属噴射装置２６
回転冷却液体層２４の入口端２４ａから奥の端２４ｂに
向けてゆっくり移動する。

噴射された溶融合金ジェット流３６は冷却液体層２４に
噴出され急冷されて金ＩＪＩＩｌｉ３８となる。

この方法によって、金属細線３８は連続的に形成されて
、ドラム１０内の回転冷却液体層２４の中に蓄積される
。

この従来の回転液中紡糸法による金属＃ｉ線の製造方法
では、溶湯噴射ノズル３０からの溶融合金３４の噴射の
当初は、溶湯加熱炉２８に溶融合金３４が多量に有るの
で溶融合金３４の静圧が高く、溶湯噴射ノズル３０から
の溶湯ジェット３６の噴射速度は非常に速いが、溶融合
金３４の減少と共に溶湯噴射ノズル３０にかかる静圧も
下がってくるので、溶湯ジェット３６の噴射速度が段々
と下がってくる。そのため、溶融合金３４の噴射当初に
溶湯ジェット３６の鋳込み速度に合わせてドラム１０の
回転速度を決めておいても、溶湯ジエツト３６の噴射速
度が変化するので、次第に溶湯ジェット３６とドラム１
０の回転速度が合わなくなり、溶湯ジェット３６が冷却
液体Ｍ２４の中で凝固する途中で余分な張力を受けるた
め、出来上がった金属細線の品質にムラが出来たり、場
合によっては金属細線が断線することもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は従来の回転液中紡糸法の前記のごとき問題点に
鑑みてなされたもので、溶湯ノズルからの溶融合金の噴
射の当初から終わりまで、冷却液体層の中で凝固途中の
溶湯ジェットに余分な張力が掛からず、溶湯ジェットの
噴射速度に合わせてドラムを回転することができ、断線
することなく品質の一定した金属細線を得ることのでき
る金属細線の製造方法および装置を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の金属細線の製造方法は、円筒状ドラムの側面に
冷却液保持用側板を形成し、前記ドラムを回転し遠心力
により前記ドラム内周面に冷却液体層を形成し、前記冷
却液体層に溶融金属を噴射する下端に溶湯噴射ノズルを
有し、かつ前記ドラムの軸線方向に移動する溶融金属噴
射装置にて噴射金属を溶融し、前記溶融金属噴射装置の
溶湯を収容する容器内の溶湯表面を加圧することにより
前記溶湯噴射ノズルから噴射される溶湯ジェットを前記
ドラム内周面の冷却液体層に噴射して金属＃ｌｌｎ、を
得る金属細線の製造方法において、前記溶融金属噴射装
置の溶湯を収容する容器内の溶湯静圧の変化に応じて前
記ドラム回転速度を制御することを要旨とする。

また、本発明の金属細線の製造装置は、側面に冷却液保
持用側板を形成した円筒状ドラノ＼と、前記ドラムを回
転される駆動装デと、前記ドラムの回転による遠心力に
より前記ドラムの内周面に形成された冷却液体層と、下
端に溶湯噴射ノズルを有し前記ドラノ＼内を軸線方向に
移動できる溶融金属噴射装置と、前記溶融金属噴射装置
の溶湯収容する容器内の溶湯表面の加圧手段とを具備し
た金Ｗ、細線製造装置において、溶融金ＦＡ噴射装置の
溶湯を収容する容器内の溶湯静圧検出手段と、前記溶湯
静圧検出手段によって検出された静圧に基づきドラム回
転速度を制御する制御手段とを備えたことを要旨とする
。

［作用］ 本発明の金属細線の製造方法は、円筒状ドラムを回転し
遠心力によりドラム内面に形成された冷却液体層に溶融
金属ジェットを噴射するに際して、溶湯加熱炉内の溶湯
静圧の変化に応じてドラム回転速度を変化させるので、
冷却液体層の中で凝固して金属細線となった溶融金属ジ
ェットが、そのの噴射速度に応じてドラム内面に巻き取
られ、凝固途中の金属細線に余分な力が掛からず、均一
な品質の金属細線が得られる。

また、本発明の金Ｈｍ線の製造装置は、円筒状ドラムを
回転装置により回転し、遠心力によりドラム内周面に冷
却液体層が形成される。溶融金属噴射装置はドラム内を
軸線方向に移動し、溶湯表面加圧手段により溶融金属噴
射装置の溶湯を収容する容器（以下皐に容器という、）
内の溶湯表面が加圧され、溶湯噴射ノズルが溶融金属ジ
ェットが冷却液体層に注入される。その際、容器内の溶
湯静圧検出手段により溶湯静圧が検出され、溶湯静圧検
出手段によって検出された静圧に基づきドラム回転速度
の制御手段がドラム回転速度を制御する。これにより、
溶融金属ジェット噴射速度に応じてドラムが回転し、冷
却液体層内で凝固した金属細線を巻き取るので、品質の
一定した金属細線が得られ、金属ＩＩＩＡ線が途中で切
断することがない。

ここでドラムの回転速度の制御方法を数式で示す、溶湯
静圧の検出はロードセルあるいはタイマを用いて溶湯の
減少量を計測し、これを以下に示す計算式によって求め
るものである。また、ドラムの回転速度はプログラム式
数値制御が可能なコントローラによって制御する。初期
状態が、溶湯表面の加圧ガス圧：Ｐｋｇｆ／ｃｍ”、溶
湯深さ；ｈｌｃｍのとき、溶湯ジェット速度：Ｖ　１６
１１／　８ｅ（＋、ドラム回転速度ＨＲ，ｒｐ＋＊で溶
湯ジェット速度に対してドラムの回転数が最適状態にあ
るとき、ある時間経過し溶湯が減少し、ガス圧；Ｐｋｇ
ｆ／　ｃａｔ（一定保持）、溶湯深さｈ２ｃｍ（減少）
になってしまうと、溶湯静圧減少分により、溶湯ジェッ
トの噴射が落ちてしまい、その時の溶湯ジェット の速度（■２）は次式で与えられる。

ただし、ρ；溶融金属密度（ｋｇ／ｅ＋ｉ’）、ｇ；重
力加速度（ｃｍ／ｓｅｅ”）である、よって速度Ｖ、に
対するドラムの最適回転速度Ｒ２は次式により与えられ
る。

従って、溶湯の深さを何等かの方法で知ることにより（
１）式に従ってドラム回転速度を変化させてやれば、溶
湯ジェットの速度に応じて常に最適のドラム回転数を得
ることができ、品質の一定した金属細線がえられる。

［実施例］ 本発明の実施例について以下図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例の側断面図である。

図において円筒状のドラム１０は、中空の円筒部１２と
、その−側に取り付けられ中心部に円形の開口部１４を
有する冷却液保持用側板１６と、円筒部１２の他側の全
面を覆う閉塞板１８とを一体に形成したもので、閉塞板
１８の中心にはモータ２０の出力軸２２が固定され、ド
ラム１０は高速で回転する。高速で回転するドラム１０
の内周面には冷却液体が供給され、冷却液体は遠心力に
より冷却液体層２４を形成する。溶融金属噴射装置２６
は縦型の容器２８と、この容器２８の下端に下向きに取
り付けられた溶湯噴射ノズル３０と、容器２８の上部に
取り付けられた溶湯加圧配管３２からなり、ドラム１０
の開口部１４から挿入され回転ドラム１０の軸線方向に
移動できるようになっている。

モータ２０にはプログラム式数値制御が可能なコントロ
ーラ４０が接続されており、このコントローラにはタイ
マ４２が接続されている。コントローラ４０には、溶湯
ジェット噴射開始後の溶湯ジェット３６の噴射速度の時
間経過による変化を次式により求めた溶湯ジェット噴射
開始後のドラム１０の最適回転数が入力しである。

すなわち、溶湯噴射開始からの時間経過により噴射量を
計算し、それより溶湯深さの変化を求めて、ドラムの回
転数を制御するには次の方法による。今、噴射開始から
Δを秒後に溶湯静圧の低下に伴う溶湯ジェットの速度の
低下ΔＶは次式の関係となる。

ΔＶ＝、□Δｔ　　　　・・・・・・・・（２）ただし
、ｇ；重力の加速度、３；溶湯噴射ノズルの断面ｆｆｆ
（ｃｍ”）、Ｓ；容器断面積（ａｍ”全長に亙って一定
）、従って回転速度は ただし、Ｒ１；溶湯噴射直後のドラム回転速度（ｒｐ＋
ｓ）、■１；初期のドラム回転数Ｒ２にちょうど適合し
た溶湯ジェット速度で、予め測定しておく　（ｃｍ／　
５ｅｅ）Ｖｌ；Δを秒後に溶湯静圧が低下した際の溶湯
ジェット速度（Ｃ輪／５ｅｅ） 従って、■、を予め測定しておき、（３）式に従ってタ
イマで測定したΔｔをコントローラに入力し、刻々のド
ラム回転速度をコントローラにより制御する。

本実施例の回転液中紡糸装置を使用して金属細線を得る
には、ドラム１０を回転して冷却液体を供給してドラム
１０の内周面に遠心力により冷却液体層２４を形成する
０次いで容器２８に挿入された母合金を溶融し溶融合金
３４とし、溶融金属噴射装置２６をドラム１０の開口部
１４から挿入し、溶湯噴射ノズル３０を冷却液体Ｊ！２
４の入口端２４＆上に位置せしめる０次ぎに不活性ガス
を溶湯加圧配管３２に送り込んで溶湯加熱炉２８内の溶
融合金３４の表面を加圧し溶融合金３４を溶湯噴射ノズ
ル３０より噴射させると同時に溶融金属噴射装置２６は
回転冷却液体ＩｖＩ２４の入口端２４ａから奥の端２４
ｂに向けてゆっくり移動する。

また、同時にタイマ４２を作動して溶湯噴射開始後の時
間をコントローラ４０に入力する。コントローラ４０は
時間経過に応じたモータ２０の回転数制御信号をモータ
２０に送り、ドラム１ｏの回転数は溶融金属ジェット３
６の噴射速度に応じて変化する。噴射された溶融金属ジ
ェット３６は冷却液体層２４に噴出され急冷されて金属
細線３８となるが、溶融金属ジェット３６の鋳込み速度
に合わせてドラム１０の内周面に巻き取られるので品質
の一定した金属細線が得られる。

第２図は本発明の第２実施例の側断面図である、第１実
施例と異なるところは、容器２８にロードセル４４が取
り付けられ、このロードセル４４で検出された溶融金属
３４の重量の信号がコントローラ４０に入力されること
である。コントローラ４０にはロードセル４４で検出さ
れた重量信号に応じたドラム１０の最適回転数を予め入
力しておく、すなわち、ロードセルにより、溶湯の噴射
量を検出し、それより溶湯深さを計算しその値によリド
ラム回転数を制御する。今、ロードセルによりＷｋｇの
減少が検出されたとき、溶湯深さｈ２は（Ｗ／ρ） ｈ、＝ｈ、−− ただし、Ｓは容器の断面ｆｌ！　（ｃｍ”）で全長に互
って一定のものを使用する。このり、を（１）式に入れ
るとドラム回転数Ｒ２が算出されるその他の構成につい
ては第１実施例と同様であるので説明を省略する。

本実施例の回転液中紡糸装置の作動について説明する。

ドラム１０を回転させて冷却液体層２４を形成し、溶湯
噴射ノズル３０から溶融金属ジェット３６を噴射させる
までは第１実施例と同じである。ロードセル４４は容器
２８の中の溶融金ＪＫ３４のｌｌｆｆ１変化を検出しコ
ントローラ４０に入力する。コントローラ４０はロード
セルにより検出された重量変化に応じてドラム１０のｆ
＆適回転数を読み取りモータ２０に対して回転数制御信
号を出力し、ドラムの回転数を制御する。これにより溶
融金属ジェットの噴射速度に応じて冷却液体層２４で凝
固した金属細線３８がドラム１０の内周面に巻き取られ
ることになる。

この第２実施例の装置を用いて実際に純亜鉛細線を製作
した。すなわち、先ずドラム内径６０ｃ＋＋＋φ、ドラ
ム内のり幅１０ｃＩＩ１．なるドラム１ｏを回転速度３
００　ｒｐｍで回転させ、ドラム内周面に１゜５ｃｍ厚
の冷却液体層を形成させた。内径１．５ｃｅ＋φの石英
製の容器内に、２００ｇの純亜鉛母材を挿入し、加熱溶
融後アルゴンガスにて噴射圧４゜５　ｋＩｒｆ／　ａｍ
’で、溶湯噴射ノズル３ｏのノズル孔０゜１５餉餉φよ
り噴射した。ロードセル４４により、刻々の′ｍｍ突変
化測定し、 ただし、Ｒ３；初期ドラム回転速度・・・・３００　ｒ
ｐｍ。

Ｐ；噴射ガス圧・・・・４　、５　ｋｇｆ／　ａｍ”、
ρ；溶融亜鉛密度・・・・６．５　Ｘ　１０−’ｋ［ｒ
／　ｃ餉コ、ｇ；重力加速度・・・・９８０　ａｍ／　
ｓｅｅ、　１１＋；初期溶湯深さ・・・・１８ｃｍ。

ΔＷ；ロードセルによって検知された溶湯減少ｆｆｉ（
ｋｇａｓ；溶湯加熱炉内断面積”１．７６７ａｍ”、で
求められるドラム回転速度となるよう、回転速度をコン
トローラにより制御した。その結果、約１８００ｍの連
続した純亜鉛細線を製作することが可能となった。

第３図は本発明の第３実施例の側断面図である。

第１実施例と異なるところは、容器２８に超音波距離測
定器４６が取り付けられ、この超音波距離測定器４６で
溶湯表面への反射時間により検出された溶融金属３４の
静圧の信号がコントローラ４０に入力されることである
。コントローラ４０には超音波距離測定器４６で検出さ
れた溶融金ｍ３４の静圧信号に応じたドラム１０の最適
回転数を予め（１）式を用い入力しておく、その他の構
成については第１実施例と同様であるので説明を省略す
る。

本実施例の回転液中紡糸装置の作動について説明する。

ドラム１０を回転させて冷却液体層２４を形成し、溶湯
噴射ノズル３０から溶融金属ジェット３６を噴射させる
までは第１実施例と同じである。ｆｌ！音波音波前側定
器４６は溶湯加熱炉２８の中の溶融金属３４の静圧変化
を検出しコントローラ４０に入力する。コントローラ４
０は超音波距離測定器４６により検出された静圧変化に
応じてドラム１０のｉ＆適四回転数読み取りモータ２０
に対して回転数制御信号を出力し、ドラムの回転数を制
御する。これにより溶融金属ジェットの噴射速度に応じ
て冷却液体Ｊｔ１２４で凝固した金属細線３８がドラム
１０の内周面に巻き取られることになる。

［発明の効果］ 本発明の金属細線の製造方法およびその装置は、以上説
明したように、円筒状ドラムを回転し遠心力によりドラ
ム内面に形成された冷却液体層に溶融金属ジェットを噴
射するに際して、溶湯加熱炉内の溶湯静圧の変化に応じ
てドラム回転速度を変化させるので、溶融金属ジェット
の噴射速度、すなわち冷却液体層に注入される溶融金属
の景に応じて、溶融金属ジェットからａ固した金属細線
がドラムの内周面に巻き取られ、溶融金属ジェットが金
属細線に凝固する途中においても張力や圧縮力等の余分
な力を受けないので、形状および外径の一定して品質の
優れた金属細線を得ることができるという優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の側断面図、第２図は本発
明の第２実施例の側断面図、第３区は本発明の第３実施
例の側断面図、第４図は従来の回転液中紡糸装置の正面
図、第５図は第４図の側断面図である。 １０・・・ドラム、１６・・・冷却液保持用側板、２０
・・・モータ、２２・・・出力軸、２４・・・冷却液体
層、２８・・・溶湯加熱炉、３０・・・溶湯噴射ノズル
、３２・・・溶湯加圧管、３４・・・溶融金属、３６・
・・溶湯噴射ジェット、３８・・・金属細線、４０・・
・コントローラ、４２・・・タイマ、４４・・・ロード
セル、４６・・・超音波距離測定器 第１図 ２４ｂ　　　３６　２４ａ 第２図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状ドラムの側面に冷却液保持用側板を形成し
   、前記ドラムを回転し遠心力により前記ドラム内周面に
   冷却液体層を形成し、前記冷却液体層に溶融金属を噴射
   する下端に溶湯噴射ノズルを有し、かつ前記ドラムの軸
   線方向に移動する溶融金属噴射装置にて噴射金属を溶融
   し、前記溶融金属噴射装置の溶湯を収容する容器内の溶
   湯表面を加圧することにより前記溶湯噴射ノズルから噴
   射される溶湯ジェットを前記ドラム内周面の冷却液体層
   に噴射して金属細線を得る金属細線の製造方法において
   、前記溶融金属噴射装置の溶湯を収容する容器内の溶湯
   静圧の変化に応じて前記ドラム回転速度を制御すること
   を特徴とする金属細線の製造方法。
2. （２）側面に冷却液保持用側板を形成した円筒状ドラム
   と、前記ドラムを回転される駆動装置と、前記ドラムの
   回転による遠心力により前記ドラムの内周面に形成され
   た冷却液体層と、下端に溶湯噴射ノズルを有し前記ドラ
   ム内を軸線方向に移動できる溶融金属噴射装置と、前記
   溶融金属噴射装置の溶湯収容する容器内の溶湯表面の加
   圧手段とを具備した金属細線製造装置において、溶融金
   属噴射装置の溶湯を収容する容器内の溶湯静圧検出手段
   と、前記溶湯静圧検出手段によって検出された静圧に基
   づきドラム回転速度を制御する制御手段とを備えたこと
   を特徴とする金属細線の製造装置。