JPS63188457A - 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］ 本発明は金属細線の製造方法および装置、特に回転液中
紡糸法の改善に係るもので、ドラムを水平に回転する場
合の金ＩＸｍ線の製造方法および装置に関する。

［従来の技術］ 溶融金属から直接金属細線を得る方法は、鋳造、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Ｅ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、Ｉ
ｉ　ｒｍ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（こなる。

１）押出法 ２）回転液中紡糸法 ３）ＰＤＭＥ法 ４　）　Ｔ　ｕｙｌｏｒ法 １）の押出法は不活性ガス中で溶融した融液を溶融金属
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、＃Ｒ維影形成せる方法である。

３）のＰＤＭＥ法はＰ　ｅｎｄａｎｔ　Ｄ　ｒｏｐ　Ｍ
　ｅｆｔＥ　ｘｔｒａｅｔｉｏｎ　　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融液と
一緒に引き出し、ドラムの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２図の正面図および第３図の側断面
図に示す０図においてドラム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
を有する冷却液流出防止板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１
０の内周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融金属噴射ノズル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から挿入されドラム１
０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
内周に回転冷却液体層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、溶融金属噴射ノズル３０を冷却液体槽２５の入口
端２５ａ上に位置せしめる１次ぎに不活性ガスを溶湯加
圧配管３２に送り込んで溶融合金３４を溶融金属噴射ノ
ズル３（）より噴射させると同時に溶融金属噴射装置２
６は回転冷却液体＄１２５の入口端２５ａから與の端２
５ｂ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
属細線３８となる。この方法によって、細線３８は連続
的に形成されて、ドラム１０内の回転冷却液体槽２５の
中に蓄積される。

この従来の回転液中紡糸法では、連続的に製造された金
属線［３８はドラム１０から回収されることがなく、ド
ラム１０の冷却液体槽２５にどんどんＭＭされるので、
ドラム１０を止めて金属細線３８を取り出す際に、遠心
力によりドラムの内側に張り付いていた金Ｘ＃ａ３８が
遠心力を失って落下して団子状となるので、絡み合った
金属細線３８を解きほぐして回収するのに多大な困難が
伴うといった欠点があった。さらに、ドラムを垂直に回
転する縦型の装置では、ドラム内周面に遠心力で冷却液
体層を形成した際の重力の影響から、ドラムの直径はあ
まり大きくすることができないという制約がある。

そこで、ドラムの回転を止めた時にドラムの内周面に地
黄した金属細線が遠心力を失って落下するのを防止し、
かつドラムの直径を大きくして金属細線収容量を大きく
するため、ドラムを水平に回転させることが瑚えられる
。ドラムを水平に回転させると、重力の影響により冷却
液体層の表面が傾斜するので、冷却液体層の水深を一定
にする必要から、ドラムの内周面を冷却液体層の表面形
状に合わせて傾斜させる。このように、ドラムを水平回
転させて金ＢＬｍ線を鋳込むときには、溶湯噴射ノズル
の位置によってドラム内周面の回転半径が異なり、溶融
金属噴射ノズルの位置によっては、ドラムの回転速度が
一定の場合は、鋳込まれた金属細線の巻き取り速度が違
ってくるという問題点がある。金属細線の巻き取り速度
が変わってくると、冷却液体層で凝固途中の溶融金属ジ
ェットに掛かる張力に微妙な変化ができ、一定の品質の
金属細線が得られないという欠点がある［発明が解決し
ようとする問題点］ 本発明は水平回転型の回転液中紡糸法において、ドラム
の内周面を傾けた場合の前記のごとき問題点を解決すべ
くなされたもので、金属細線の巻き取り速度を一定にし
て優れた品質の金属細線を得ることのできる金属細線の
製造方法およびその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
冷却液流出防止板を形成し、前記ドラムを水平回転しド
ラム内周面に遠心力により冷却液体層を形成し、重力の
作用で傾斜した前記冷却液体層の表面形状に合わせてド
ラム内周面を傾斜させ、前記冷却液体層に溶融金属ジェ
ットを噴射する溶融金属噴射装置の噴射ノズルを前記ド
ラムの中でドラムの回転軸線方向に往復移動させ金属細
線を製造するに際して、前記ドラム内周面の周速が一定
になるように前記溶融金属噴射ノズルの噴射位置におけ
るドラムの内周面半径に応じてドラムの回転速度を制御
することを要旨とする。

また、本発明の金属ａｔ線の製造装置は、側面に冷却液
体流出防止板を形成した円筒状ドラムであって、前記ド
ラムを水平回転しドラム内周面に遠心力により冷却液体
層を形成した際に、重力の作用で傾斜した前記冷却液体
層の表面形状に合わせて内周面を傾斜させたドラムと、
前記ドラムの中でドラムの回転軸線方向に往復移動し前
記冷却液体層に溶融金属ジェットを噴射する溶融金属噴
射装置の噴射ノズルと、前記ドラムの回転装置と、前記
ドラム内周面の周速が一定になるように溶融金属噴射ノ
ズルの噴射位置におけるドラムの内周面半径に応じて前
記回転装置を制御する制御手段とを具備したことを要旨
とする。′ ［作用］ 本発明の金属細線の製造方法では、冷却液体層に溶融金
属ジェット・を噴射する溶融金属噴射ノズルをドラムの
中でドラムの回転軸方向に往復移動させ金属細線を製造
するに際して、溶融金属噴射ノズルの噴射位置における
ドラムの内周面半径に応じてドラムの内周面の周速が一
定になるようにドラムの回転速度を制御するので、冷却
液体層に噴射されて凝固した金Ｉｃ細線は常に一定の速
度でドラム内周面に巻き取られるので、断面形状や直径
等の品質の一定した金属細線が得られる。

また、本発明の金属ｍｗｉ製造装置は、溶融金属を噴射
する溶融金属噴射ノズルがドラムの回転軸方向に往復移
動するに際して、溶融金属ノズルの溶融金属ジェット噴
射位置におけるドラム内周面の回転半径に応じて、制御
手段によりドラム回転装置の回転数が制御されるので、
冷却液体層に噴射された溶融金属は常に一定速度で凝固
し金Ｒ細線となってドラム内周面に巻き取られる。

［実施例］ 本発明の好適な一実施例について以下図面に従って説明
する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。ドラム１０
はステンレス（ＳＵＳ３０４）製で、ドラム内径６０ａ
ｍ、内のり幅２０ｃｍ、冷却液体流出防止板１６の内径
５６ａ■とした。水平回転するドラム内に遠心力に上り
形成される冷却液体水層の断面曲線は、回転軸をＹ軸に
とり、半径方向をＹ軸にとると、重力と遠心力のバラン
スより１次式により計算される。

Ｙ＝（（ｇＲ／３０）”／２ｇ）Ｘ”＋ｅ・・・（１）
上式において、π；円周率、Ｒ；ドラム回転速度、Ｃニ
ドラム内渭容積および冷却水量等により決まる常数、Ｂ
；重力の加速度である。

ドラムの回転速度を３００　ｒｐｍとし、冷却水は少し
オーバーフローする程度に入れて冷却水面の上端と冷却
液体流出防止板１６の内径が一致するようにして、Ｙ軸
を回転中心としＸ軸を半径方向にとって、原点をＹ軸と
ドラムの底面が交わる点にとって、（１）式を使って冷
却液体水層２４の断面形状を計算すると、 Ｙ＝（（ｇＲ／３０）”／２Ｆｒ）（Ｘ”−５６”）＋
２０・・・・・（２） で表される。

次に（２）式によって決定された冷却液面断面曲線に基
づき、溶融金属噴射ノズル３０が液面と一定間隔を保っ
て往復運動する機構について説明する。第１図において
、軸線方向サーボモータ４０は＋１ｌｔｈａ方向スライ
ド１ｆｉ楕４２に取り付けられ、半径方向スライド機構
４４を軸線方向に駆動する。

半径方向サーボモータ４６は半径方向スライド機ｔ＃４
４に取り付けられ、加熱コイル４８および溶融金属噴射
ノズル３０からなる溶融金属噴射装置２６を半径方向に
駆動する。軸線方向サーボモータ４０および半径方向サ
ーボモータ４６はコントローラ５２に接続され、プログ
ラム式数値制御が可能となっている。

また、（２）式より得られる冷却液面断面曲線より計算
して、水面から冷却液体層２４の底までの深さを１．５
ｃｍとするため、′着脱可能な環状部材５４をドラム１
０の内面に設置した。環状部材５４の表面形状は、ドラ
ム１０内面に設置した状態で（３）式で示されるもので
あって、これが重力の作用で傾斜した冷却液体層の表面
形状に合わせて傾斜させたドラム内周面５４ａとなる。

Ｙ＝（（πＲ／３０）２／２ｇ＞（（Ｘ−１５＞’−２
３”ｌ＋２０　　・・・・（３） 次にドラム１０・の回転数の制御および溶湯ノズル３０
の移動の軌跡について説明する。ドラム１０の回転軸６
０には歯車６２が固定され、ドラム回転モータ６４の出
力？１１６６に取り付けられた歯車６８と噛合している
。ドラム回転モータ６４はコントローラ５２と接続され
ており、コントローラ５２には（３）式により計算され
たドラム内周面５４ａの各位置における半径すなわち、
第１図においてドラム内周ｍｌら４ａからＹ軸までの水
平距離からドラムの回転数を制御するようにプログラム
しである。

溶湯ノズルの移動の軌跡の計算式を示すと次のようにな
る。すなわち、ドラム１０の周速一定になるように、溶
湯ノズルのドラムの軸線方向の移動に伴い、回転数を変
化させた場合、溶湯ノズルのｙ軸方向のの位置と、その
Ｙ値での水面位置ｘの関係は、（４）式で与えられる。

ただし、Ｙｌｌはドラム回転軸、Ｅにとり、Ｘ軸はドラ
ム半径方向である。原点はＹ軸と冷却液流出防止板下面
を含む水平線が交わる点とする。

・・・・・・（４） ただし、ｇ；重力の加速度、Ｒｏ；溶湯ノズルがｙ＝０
位置での初期ドラム回転数２ｒ０：冷却液流出防止板の
内径、 ここで、溶湯ノズル３０の先端と冷却液面２４朧の半径
方向の距離Δ×に設定すると、溶湯ノズルを移動すべき
軌跡は ・・・・・・（５） また、ドラムの回転速度はノズルのｙ位置に対して次式
で与えられる。

Ｒ＝ｒｔ、ｘ（） ・・・・・・（６） 上記（６）式により、Ｙ位置での回転速度Ｒがコントロ
ーラ５２に入力され、ドラムの回転数が制御される。

回転速度を制御するための前記のごとき構成からなる本
実施例の作動について説明する。ドラノ、回転モータ６
４を回転しドラム１０を回転させると共に冷却液体を注
入して冷却液体Ｍ２４を形成させる。冷却液体層２４の
断面は、（２）式に示されたようになる、これにより、
環状部材５４の上に一定深さの冷却液体層２４ができる
０次に加熱コイル４８で溶融金属噴射ノズル３０内の金
属を溶融し、溶融金属ジェット３６を噴射しながら軸線
方向サーボモータ４０を回転しゆっくりドラム１０の回
転軸方向にｓａする。そのとき、半径方向サーボモータ
４４も回転し、溶融金属ノズル３０の先端と冷却液体層
２４の表面２４ａとの距離は、（５）式に基づきコント
ローラ５２が作動して常にΔ「に保たれる。一方、コン
トローラ５２は、（６）式により計算されたドラム内周
面の各位置におけるｙ値から、環状部材５４の側面の周
速が一定になるようにドラムの回転数を制御する。

本実施例の装置を用いて、ＦｅｔｓＳＬｍＢ＋ｓを下記
の条件で溶解し、金属細線を鋳込んだ。

ドラム回転速度；３００ｒｐ験 噴射圧力；４．５ｋｇｆ／ｃｍ” ノズルと冷却液面との距離；０．３ｃｍ溶厳金属温度；
１２５０℃ ノズル径；０．１５ａ−φ 上記初期条件から、ドラム回転数Ｒは また、溶融金属噴射ノズルは冷却液面との距離が０．３
ａｍとなるように（５）式より で与えられる。

この結果、鋳込み後ドラムの回転速度を減速停止しても
線はスムーズにドラム底面に堆積した。

その一端より巻き取り機によりスムーズに巻き取りが可
能であり、約１０００ｓの金ｙｔｍ線が得られた。

［発明の効果］ 本発明の金属細線製造方法および装置は以上説明したよ
うに、水平回転型の回転液中紡糸法において、冷却液体
層が重力の作用で斜めに傾斜するのにあわせてドラムの
内周面を傾けた場合、ドラムの各位置におけるドラム内
周面の半径に応じて、ドラムの周速を一定にするように
制御するものであり、溶融金属ノズル噴射された溶融金
属ジェットは冷却液体層の中で凝固しながら常に一定の
速度で巻き取られるので、断面形状や直径の一定した極
めて品質の優れた金属細線が得られる。また、金属細線
が巻き取りに際し弛みや引つ張りを受けないめで絡まる
ことがなく、スムーズにドラムから金属細線を回収する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来の回
転液中紡糸装置の正面図、第３ｒＭは第２図の側断面図
である。 １０・・・ドラム、１６・・・冷却液流出防止板、２４
・・・冷却液体層、２４ａ・・・冷却液面、２６・・・
溶融全屈噴射装置、３０・・・溶融金属噴射ノズル、３
６・・・溶融金属ジェット、３８・・・金属細線、４０
・・・軸線方向サーボモータ、４２・・・軸線方向スラ
イドａ楕、４４・・・半径方向サーボモータ、４６・・
・半径方向スライド機構、４８・・・加熱コイル、５０
・・・ドラム内面、５２・・・コントローラ、５４・・
・環状部材、６４・・・ドラム回転モータ第２図 第３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流出防止板を形成し
   、前記ドラムを水平回転しドラム内周面に遠心力により
   冷却液体層を形成し、重力の作用で傾斜した前記冷却液
   体層の表面形状に合わせてドラム内周面を傾斜させ、前
   記冷却液体層に溶融金属ジェットを噴射する溶融金属噴
   射装置の噴射ノズルを前記ドラムの中でドラムの回転軸
   線方向に往復移動させ金属細線を製造するに際して、前
   記ドラム内周面の周速が一定になるように前記溶融金属
   噴射ノズルの噴射位置におけるドラムの内周面半径に応
   じてドラムの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）側面に冷却液体流出防止板を形成した円筒状ドラ
   ムであって、前記ドラムを水平回転しドラム内周面に遠
   心力により冷却液体層を形成した際に、重力の作用で傾
   斜した前記冷却液体層の表面形状に合わせて内周面を傾
   斜させたドラムと、前記ドラムの中でドラムの回転軸線
   方向に往復移動し前記冷却液体層に溶融金属ジェットを
   噴射する溶融金属噴射装置の噴射ノズルと、前記ドラム
   の回転装置と、前記ドラム内周面の周速が一定になるよ
   うに溶融金属噴射ノズルの噴射位置におけるドラムの内
   周面半径に応じて前記回転装置を制御する制御手段とを
   具備した金属細線製造装置。