JPH0420693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属細線の製造装置に関するものであ
る。

近年、溶融金属より円形断面を有する金属細線
を製造する方法として、所謂回転液中紡糸法が提
案され、その技術確立が急速に進んでいる。すな
わち、特開昭56−165016号、特開昭57−52550号、
特開昭57−79052号等があり、これら先行技術の
特徴は回転する円筒状ドラムの円周面に遠心力に
よる液体層を形成し、その液体層中に溶融金属を
ジエツトとして噴出し、これを急速凝固させて金
属細線を製造するものであつて、これらの方法に
よれば、断面が円形で、かつ優れた諸性質を有す
る金属細線が容易に得られ、旧来法に比し冷却速
度を著しく大きくすることができて非晶質金属あ
るいは微細結晶粒含有金属を材料とする金属細線
の製造に特に適していると推奨されているもので
ある。

本発明者等は前記開示文献等のごとき回転液中
紡糸法の製造装置並びに製造技術の開発について
鋭意研究を続けてきたが、ここにきて大きな障壁
にぶつかつたのである。それはこれらの回転液中
紡糸法がバツチ方式であることにある。その従来
装置の一例の詳細を第１図によつて説明すると、
１は駆動部２によつて回転する円筒状ドラム（以
下回転円筒状ドラムという。）で、４は回転軸３
を支える軸受を示す。回転円筒ドラム１の構造は
回転軸３にその中心部を固設した円板部１Ａと、
円筒状の形状を有してその内壁部に遠心力によつ
て液体層５と、製造された金属細線６とが保持さ
れる円筒部１Ｂと、円筒部１Ｂの外端をドーナツ
形状となして液体層５の深さを保持するととも
に、溶融金属のルツボ９、ノズル７と液体補給部
（図示省略）との回転ドラム内部への挿入及び製
造された金属細線の取り出しを可能にした開口部
を有する外縁部１Ｃとで構成されており、回転円
筒状ドラム１の円筒内壁に形成された液体層５に
向けて噴出する溶融金属流８は、ルツボ９の中に
あらかじめ投入された金属原料を不活性ガス雰囲
気下で供給しつつ加熱装置１０によつて溶融し、
不活性ガス導入管１１よりバルブ１２を開けて導
入した噴出用不活性ガスの圧力によつてルツボ９
の先端のノズル７より噴出せしめることによつて
噴出金属流８は直ちに液体層５に浸入して、回転
円筒状ドラム１の内壁に遠心力によつて引き取ら
れ、急速に冷却されて金属細線６となるものであ
り、金属細線６はトラバース装置（図示省略）に
よつてトラバース運動させて回転円筒状ドラム１
の内壁に均一な束に形成させる。この際液体層５
は循環装置によつて常に更新され、液温は一定に
保たしめられる。

上記の装置及び操作方法によつて金属細線が製
造されるので円形断面を有する金属細線の製造方
法としては非常に優れた方法ではあるが、前記手
順を１サイクルとするバツチ方式であり、実用に
供するためには１バツチの量をできるだけ多くす
る必要が生ずる。すなわち、連続する金属細線長
を長くする必要がある。なぜならば、金属細線は
それ自体単独で使用するよりもむしろ撚線又は製
織等の二次加工を伴う使用が多い。その際に若し
連続する細線長が短ければ作業能率が著しく悪く
なり加工コストが高価となる。もちろん、金属細
線の端と端を結合、接着、溶融等により接続する
方法も考えられるが、手間や特別の設備を必要と
するなど不利であることはいうまでもない。従つ
て、金属細線の連続長をできるだけ長くしたいと
いう願望は、当業者によつて非常に強いものであ
る。

上述の要請に応えるためにまず考えられるのは
前記例のごとき装置系を相対的に拡大すれば良い
のである。その一例を第２図に示すと、回転円筒
状ドラム１０１は第１図の回転円筒状ドラム１に
比べ直径はそのままにし幅を大きくしてある（第
１図の回転円筒状ドラム１の形状は、直径約600
mm、幅約80mmであつたのに対して、第２図の回転
円筒状ドラム１０１は直径約600mm、幅約200mmで
ある。）。その理由の一つは細線の連続長を長くす
ることは生産量を増すことであり、これには溶融
金属量の増加のためにルツボ１０９や加熱装置１
１０も大きくなるので、これらの回転円筒状ドラ
ム１０１の内部空間への配設に場所を取ること
や、回転円筒状ドラム１０１内壁への金属細線１
０６の引き取り量が大量となるががゆえである。
さらにもう一つの理由は次の通りである。すなわ
ち噴出金属流１０８を安定して液体層１０５中に
浸入せしめ回転ドラム１０１の内壁に引き取るた
めには遠心力の作用が重要である。ここで遠心力
は周知のごとく次式(1)で表される。

Fc＝MRπ²N²／8800……(1) FCは遠心力（Kgｆ）、Ｍは質点の質量（Kg）、
Ｒは質点の回転中心からの距離（即ち半径）
（ｍ）、Ｎは回転数（回／分）である。質点の周速
度をＶ（ｍ／分）とするとＶ＝2πRNで表される
ので(1)式に代入すると(2)式が得られる。

Fc＝（πMV／17600）Ｎ……(2) (2)式において質量の質点Ｍ及び周速度Ｖを一定と
すると遠心力Fcは回転数Ｎに比例することがわ
かる。すなわち製造条件の基本であるところの周
速度Ｖを変えないとすれば回転数Ｎによつて遠心
力Fcが決まる。従つて、装置径を大きくする際
に回転円筒状ドラムの直径を大きくすることも考
えられるが周速度が一定の条件下では直径を大き
くすればそれに反比例して回転数が低下し、回転
数に比例して遠心力が低下するので、回転円筒状
ドラムの直径を大きくすることには限界がある。
それゆえに回転円筒状ドラム１０１は第１図の回
転ドラム１に比し、その直径よりも幅すなわち円
筒部１０１Ｂの長さを相対的に大きくせざるを得
ないのである。

本発明者等は上記の観点に立つて第２図に示し
たごとき回転円筒状ドラムの円筒長さを大きくし
た装置を用いて第１図の従来装置に準じた条件で
金属細線の製造を試みたところ、従来装置で製造
した細線に比し著しく線径斑が大であり実用に供
し得ないものが得られた。

上記のごとき線径斑が発生する原因の解明につ
いて鋭意検討を進めた結果、本発明者等は次の事
実を発見するに到つたのである。すなわち、まず
回転円筒状ドラムの回転数つまり周速度を一定の
条件に設定し、次に回転円筒状ドラムに一定の厚
みの液体層を形成するように液体を供給して定常
状態になつた後の液体層の表面の状況をストロボ
光を当てて観察したところ、第１図装置の液体層
５の表面は非常に滑らかで均一な円筒表面を形成
しているが、これに比し第２図装置の液体層１０
５の表面には円周方向に数10mmの長さの周期を有
して１mm前後の波高を有する定常波が生じている
ことを発見したのである。なお、この時の装置の
機械的な振動は回転円筒状ドラム１，１０１とも
に駆動側から最も離れたドラム端部で測定しても
1μm以下であることを確認している。

前記の現象が生ずる原因は未だ明らかではない
が、本発明者等は次のごとく推察するものであ
る。すなわち、第２図において液体層１０５は回
転円筒状ドラム１０１の内壁（円板部１０１Ａ、
円筒部１０１Ｂ、外縁部１０１Ｃのそれぞれの内
壁）との摩擦抵抗によつて回転円筒状ドラムとと
もに回転するのであるが、この液体層の表面は周
囲の雰囲気、例えば空気の摩擦抵抗を受ける。こ
の時空気の側からいえば空気の液体層の表面との
摩擦抵抗によつて液体層表面近傍が最も速く、離
れるに従つて遅くなるという速度勾配を有する所
謂随伴気流を生ずる。他方、液体層の側からいえ
ば空気の摩擦抵抗を受けて液体層表面にブレーキ
がかかり速度が遅く、内壁に近づくに従つて速く
なり一定速度となるという速度勾配を有すると推
察される。このように液体層表面とそれに接する
空気との界面で本質的に生ずる速度勾配と回転ド
ラムの形状因子とによつて、この液体層表面には
大小にかかわらず定常波が発生すると推論される
のである。

本発明者等は上述した考察に鑑み、第２図の装
置のごとく回転円筒状ドラムの幅、すなわち円筒
長を大きくした場合に金属細線の線径斑が著しく
大となつた理由は、この場合には液体層の表面幅
が大となつているので前記定常波が大きくなつて
おり、かかる状態の液体層にノズルより噴出した
溶融金属流が浸入するので、この大きな定常波の
影響を受ける結果、溶融金属流の液体層への入射
時に、一つは入射角にゆらぎが生ずること、いま
一つは噴出した溶融金属流が液体層表面に到達す
るまでの距離あるいは時間に変動が生ずる。これ
らの現象によつて溶融金属流の固化過程が不安定
となり、製造された金属細線に線径斑が生ずるも
のであると考えられる。

本発明者等は前記考察に鑑み、回転液中紡糸法
により非晶質又は微結晶を有する金属細線を製造
する場合において、得られる金属細線が実用に供
し得るに十分な連続した長さを有し、かつその特
性が優れたものであるためには、まず第１にはノ
ズルより噴出した溶融金属流が回転円筒状ドラム
内に形成された液体層に浸入し、回転円筒状ドラ
ムの底部に引き取られるに際して所定の遠心力を
作用させる必要がある。第２には液体層が安定し
ていること、すなわち液表面が鏡面のごとく安定
であり、かつ液層内部にも乱流や渦流が存在せ
ず、溶融金属噴出流が液層中で冷却固化するまで
の間、その軌跡が安定しているものであることが
必須要件であることに着目し鋭意研究の結果、本
発明に到達したのである。

すなわち、本発明は、回転円筒状ドラムの内周
面に遠心力によつて液体層を形成させ、その液体
層中に溶融金属を噴出し、その噴出金属流を急冷
固化させて金属細線を製造する装置において、円
筒状ドラムとして円筒長が任意の広幅で、かつド
ラム内周面には液体層の幅と深さを規制する１列
以上の連続又は非連続の仕切板を周設してなる円
筒状ドラムを用いたことを特徴とする金属細線の
製造装置を提供するものである。

以下に本発明装置の実施例を図面によつて詳細
に説明する。

第３図は一実施態様で、２０１は円筒長をを任
意の広範例えば、200mmとした回転円筒状ドラム
で、その内周面には仕切板２１４及び２１４′に
よつて液層溝２１５を形成し、液体層を仕切る。
仕切板２１４，２１４′の高さ及び幅によつて液
体層の深さ（約20mm）及び幅（約80mm）が規定さ
れる。このときの仕切板の列は、円筒長に応じて
決定すればよい。例えば、円筒長が160mmの場合
には、１列の仕切板でよく、また、第３図のごと
く円筒長が200mmの場合には、２列の仕切板によ
つて３つの溝に分けられ、この液体層の深さ及び
幅は第１図に示した回転円筒状ドラム長の短い従
来装置と同じであつて回転中の液表面は非常に安
定であり、仕切板２１４，２１４′間の液体層中
あるいは外縁部２０１Ｃ、仕切板２１４間の液体
層中に噴出され、冷却固化して巻取られる金属細
線２０６は均一な形状を有する品質の良好なもの
である。仕切板２１４，２１４′によつて制約さ
れた幅の中にできるだけ大量の金属細線２０６を
巻き取るには噴出炉系（ルツボ２０９及び加熱装
置２１０）２１６を矢印２１３のごとくドラバー
スさせ、金属細線２０６を積層状態になるように
巻き取ればよいことはいうまでもない。このよう
にして１バツチ当りの生産量を増大することがで
きるが、さらにその量を向上させる装置を第４図
ａ，ｂ，ｃに例示する。第４図ａは第３図の実施
例に比し、仕切板の数を増加して１バツチ当りの
生産量を増大した概略図で、第４図ｂ及びｃは仕
切板の配列の仕様を示したものである。第４図ｂ
の場合は、連続した仕切板１８，１９，２０はそ
れぞれ独立して形成している。このとき、第４図
ａ及びｂにおいて、まず、回転円筒状ドラムの手
前側の液層溝１８中で金属細線を製造した後、溶
湯の噴出を止め、次いでノズルをトラバースさせ
て回転円筒状ドラムの中央のの液層溝１９まで移
動させ、その液層溝中で金属細線を製造し、溶湯
の噴出を止め、さらにノズルをトラバースさせて
回転円筒状ドラムの奥側の液層溝２０まで移動さ
せ、その液層溝中で金属細線を製造する。従つて
巻き取られ金属細線は液層溝１８，１９，２０の
それぞれの間で切断されているが、噴出炉系に供
給する金属の量は第３図の場合に比べて３倍量と
なり、生産性、作業性は著しく向上する。もちろ
ん、液層溝の数は装置の作成に要する設備費と金
属細線の生産量等とを勘案し、任意の数を選択す
ればよい。次に第４図ｃに示した仕切板の配置
は、液体層の表面状態を安定に保つために必要な
液層幅、すなわち許容最大値以内の液層溝の幅に
なるように考慮し、仕切板は２２と２２′，２３
と２３′と２３″の円筒状ドラムの円周方向に連続
しておららず、従つて液層溝は仕切板の切れ目を
通じて連絡している。かかる構成としても回転液
層の表面状態は仕切板の幅によつて規制し得るの
で適正な配慮をとれば前記の表面状態を安定に保
つことができる。このように第４図ｃの特徴は、
液層溝が全部連絡するので噴出系のトラバースを
適切に行えば巻き取られた金属細線は途中で切断
することなくすべて連続するものとして得ること
ができる。また第３図の実施例においては円板部
２０１Ａと外縁部２０１Ｃのそれぞれの近傍の溝
を液層溝として金属細線の製造に利用している
が、第４図の実施例おいてはそのところの溝を空
溝（冷却液体を注入していない状態）として金属
細線の製造に利用していないが、この空溝に冷却
液体を注入して金属細線の製造に利用してもよ
い。

本発明装置は上記のごとき構成になるが、回転
円筒状ドラムの内周面に設ける仕切板によつて形
成する液層溝は、実質上幅が５mm〜100mmで、か
つ深さが10mm〜80mmであることが好ましい。液層
幅が100mmを超え、及び／又は深さが80mmを超え
ると、液体層は著しく不安定となつて連続した金
属細線が製造し得なくなり、他方、幅が５mm未満
であると円筒ドラムの底に巻き取られる金属細線
の長さが著しく制約されて実用に供し得ない線長
のものしか得られない傾向がある。また深さが10
mm未満であると液体層に浸入した溶融金属噴出流
が完全に冷却固化することなくして円筒ドラム底
に接触することになつて得られる金属細線の断面
が扁平になりやすく、これまた実用に供し得ない
ものとなる傾向がある。また本発明において(1)式
で定義される遠心力Fcは、金属細線が回転円筒
状ドラムの底に巻き取られている状態において、
金属細線の質量Ｍの１ｇ当りについて0.01Kgｆ以
上であること、すなわちFc／Ｍは10以上である
ことが好ましい。

本発明の装置は上記のごとき構成になるので、
装置の液体層幅が増大するにもかかわらず、金属
細線が均質に得られる所望幅とした液体層が数多
く得られて、回転液体層の表面の不安定さが解消
するとともに、得られた金属細線は線径斑なく均
質で、かつ１バツチ当りの生産量が従来装置の数
10ｍ〜数100ｍに比し、本発明装置は数1000ｍ〜
数10000ｍと著しく増大し得るという経済的に非
常に有利なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置、第２図は本発明装置に到達
するまでの過程装置のそれぞれ概略縦断面図を示
し、第３図、第４図ａは本発明装置実施例の一部
の概略縦断面図、第４図ｂ，ｃは第４図ａの一部
の展開図をそれぞれ示すものである。 １，１０１，２０１…回転円筒状ドラム、２，
１０２…駆動軸、３，１０３…回転軸、４，１０
４…軸受、５，１０５…液体層、１８，１９，２
０，２１５…液体層溝、６，１０６，２０６…金
属細線、７…ノズル、８，１０８…溶融金属流、
９，１０９，２０９…ルツボ、１０，１１０，２
１０…加熱装置、１１，１１１…不活性ガス導入
管、１４，１５，１６，１７，２１，２２，２
２′，２３，２３′，２３″，２４，２１４，２１
４′…仕切板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転する円筒状ドラムの内周面に遠心力によ
   つて液体層を形成させ、該液体層中に溶融金属を
   噴出し、該墳出金属流を急冷固化させて金属細線
   を製造する装置において、円筒状ドラムとして円
   筒長が任意の広幅で、かつ該ドラム内周面には液
   体層の幅と深さとを規制する１列以上の連続又は
   非連続の仕切板を周設してなる円筒状ドラムを用
   いたことを特徴とする金属細線の製造装置。