JP2006231381A - 金属溶湯供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、インゴットを雰囲気置換して溶解し、溶湯を生成し次工程に供給する金属溶湯供給装置に関するものであって、母合金投入の際の振動や、容量増加による圧力の変動が、溶融合金の品質に影響を及ぼさない小型の金属溶湯の供給装置を提供することである。
【解決手段】 本発明はインゴット追装部と、該インゴット追装部の下部に連結された溶解室を具備し、前記インゴット追装部は、インゴットが挿入され保持する挿入チャンバーと、該挿入チャンバーの下側に位置し、前記溶解室に連結される置換チャンバーとを有し、前記挿入チャンバーと前記置換チャンバーの間に設けた入側遮蔽部材と、前記置換チャンバーと前記溶解室との間に設けた出側遮蔽部材と、前記インゴットを上方から下方の溶解室へ制御された送り速度で誘導する送り装置とによって、前記インゴットを雰囲気置換してから溶解室に導入する金属溶湯供給装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インゴットを雰囲気置換して溶解し、溶湯を生成し次工程に供給する金属溶湯供給装置に関するものである。

従来、溶湯金属を得るための装置の分野には、溶解るつぼを用いたバッチ式の溶解装置が用いられていた。バッチ式溶解装置は、溶解るつぼと呼ばれる容器に一定量の固体金属を挿入し、挿入した金属を溶融点まで加熱して均一な溶融状態にするものである。

近年、例えば、半導体パッケージの接合に用いられるマイクロソルダリング用のはんだボール、HIP成形などによる焼結合金製造用の金属粉、マイクロマシンに用いられる微細ボールベアリング用のボール、ハロゲン化金属ランプ用の封入発光粒子、スクリーン印刷や浸漬塗布、その他の一般塗布機用のペースト、クリームあるいはペイントに用いられる粉体等に対して狭い粒度分布と高い真球度が要求される場合があり、この要求を満たす方法として特開２００１−２６２２０４号公報（特許文献１）に、溶湯を保持し底部にオリフィスを具備するるつぼと、前記るつぼに保持した溶湯に振動を付加する加振ロッドと、該加振ロッドに振動を付加する振動子と、前記振動子の振動を前記加振ロッドに伝達する伝達部材を具備する均一液滴噴霧法が提案されている。

この特許文献１に記載される均一液滴噴霧法に対してもバッチ式溶解装置が用いられてきたのであるが、連続的な金属溶湯の供給による生産性向上を目的として、本願出願人は特開２００２−２０６１０４号公報（特許文献２）を提案している。
特開２００１−２６２２０４号公報 特開２００２−２０６１０４号公報

特許文献２は、金属球の出湯るつぼと溶解金属の貯蔵を目的とする供給るつぼを導通管でつなぐサイフォン管の原理により、連続的に金属溶湯を供給できる機構を持った溶解装置としている。この製造では、２つのるつぼ中に存在する金属溶湯にかかる圧力を同圧に保つことで、粉体の粒度分布を安定して長時間出湯できるという点で優れたものである。

母合金を金属溶湯に投入する際、投入の際の振動や、容量増加による圧力変動は、金属溶湯がすでに有している温度分布や対流を乱すことになる。このような乱れは、一定容量の微小金属液滴を高い生産速度で造粒する均一液滴噴霧法のような高度の生産技術においては、品質の大幅な低下を招く。これは、直接溶解るつぼに母合金を供給する場合はもちろん、サイフォン管を通して金属溶湯を供給する場合でも同様であり、本質的に、金属溶湯がすでに有している温度分布や対流を壊すことがない静的かつ定量の母合金の追装技術の開発が望まれている。
さらに均一液滴噴霧法のような微小金属の製造装置においては、生産性の観点から金属溶湯供給装置は、極力省スペースであることが望ましい。

本発明の目的は、母合金投入の際の振動や、容量増加による圧力の変動を制御できる金属溶湯の供給装置を提供することである。

本発明者は、インゴットを制御された送り速度で溶解室に送ることで金属溶湯の生成状態を大きく安定化できることを見いだし本発明に到達した。

すなわち本発明はインゴット追装部と、該インゴット追装部の下部に連結された溶解室を具備し、前記インゴット追装部は、インゴットが挿入され保持する挿入チャンバーと、該挿入チャンバーの下側に位置し、前記溶解室に連結される置換チャンバーとを有し、前記挿入チャンバーと前記置換チャンバーの間に設けた入側遮蔽部材と、前記置換チャンバーと前記溶解室との間に設けた出側遮蔽部材と、前記インゴットを上方から下方の溶解室へ制御された送り速度で誘導する送り装置とによって、前記インゴットを雰囲気置換してから溶解室に導入する金属溶湯供給装置である。

好ましくは、インゴットが棒状であり、該棒状インゴットが、長手方向に沿って挿入チャンバー、置換チャンバー、溶解室へと搬送される金属溶湯供給装置である。

また、溶解室は不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気である金属溶湯供給装置である。

棒状インゴットは、融点４５０℃以下の低融点インゴットである金属溶湯供給装置である。

また、インゴットの少なくとも溶解初期における前記溶解室の溶湯の液面は、前記棒状インゴットの送り量によって制御される金属溶湯供給装置である。

本発明によれば生産設備の省スペース化と、さらに金属溶湯をできる限り静的に次工程へ供給する問題を飛躍的に改善することができ、例えば均一液滴噴霧法と組合わせれば、電子部品などに用いられるはんだボールなど、金属粉体の製造にとって欠くことのできない技術となる。

上述したように、本発明の重要な特徴は、インゴット追装手段、挿入チャンバー、置換チャンバーと溶解室の構成を採用し、同時に制御されたインゴットの送り速度を有する構成を採用したことである。

インゴットの送り量が制御できると、インゴットの金属溶湯への浸漬量を制御することが可能となり、金属溶湯の液面および温度が制御できる。これにより、金属溶湯の温度分布や対流への乱れを最小限に留めた静的な定量金属溶湯の供給が可能となり、微小金属球や、一般鋳造製品等を製造する装置に金属溶湯を供給することが可能である。

インゴットが棒状であると、棒状インゴットの長手方向にそった挿入チャンバー、置換チャンバー、溶解室の設計が容易となり、金属溶湯供給装置の水平方向と鉛直方向に大幅な省スペース化が可能となる。

棒状インゴットが、４５０℃以下の低融点であれば、溶解室をＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼で製造できるようになり、一般の高温合金溶解時のような耐火物の欠け、はがれ等による異物の混入による汚染がなくなると同時に、装置構成が簡素化でき、安価な装置の製造が可能となる。

金属溶湯の好ましい形態を図１に示す。ここでは、本供給装置を導通管１１を通して、均一液滴噴霧法の出湯るつぼ１２に接続している状態を示している。以下に金属溶湯の供給手順を示す。

（１）棒状インゴット３を竪形に配置した挿入チャンバー１に水平方向に沿って挿入し、挿入チャンバー内のハンド２で把持する。
（２）挿入チャンバー内のハンド２で、遮蔽が解かれたゲート４を通して置換チャンバー５にインゴット３を搬送し、置換チャンバー内のハンド６でインゴットを持ち替える。その後、挿入チャンバー内のハンド２は、置換チャンバー５から挿入チャンバー１へ戻す。この作業中、置換チャンバーと溶解室間のゲート８は遮蔽部材１８により閉じられている。
（３）置換チャンバーの両端のゲート４、８の遮蔽部材１８を閉じた状態で、チャンバー内のガスをガス導入口７を通じて溶解室１０と同じ圧力、雰囲気に調整する。ここで、溶解室のガス圧力とガス雰囲気は、導通管１１、出湯るつぼ１２を通してガス導入口１４で制御されている。
（４）置換チャンバーと溶解室のゲートを開き、ハンド駆動装置１７によって制御された送り速度と溶解室の温度条件下で、置換チャンバー内のハンド６でインゴット３を金属溶湯に浸漬し、溶解する。置換チャンバー内ハンド６は、その役目を終了後、溶解室１０から置換チャンバー５内に戻し、置換チャンバーと溶解室のゲート８を遮蔽部材１８により閉じる。
（５）目的とする供給速度に合わせて、上記（１）〜（４）を繰り返す。

本実施例において、溶解室から導通管を用いて均一液滴噴霧法の出湯るつぼに接続した例について説明する。
この金属溶湯供給装置は、均一液滴噴霧法の場合、図１のように導通管を通して液滴の出湯るつぼに繋げることが好ましいが、直接出湯るつぼに設置しても良い。また、導通管はサイフォンの原理を用いることも可能であるが、図１のように供給装置と出湯るつぼのガス圧を同値にするガス通気管と兼務させたほうがよい。

また、上記の金属溶湯の供給装置においては、インゴットの溶解初期には、金属溶湯の液面高さをレーザー高さ検出器１６で検出し、出湯るつぼ内の金属溶湯の消費量に応じて、インゴットの送り装置でインゴットの浸漬量を制御するようにしている。インゴットの溶解終了前は、ハンドからインゴットを離し、インゴットの自重を利用して金属溶湯の持つ熱により溶解を行い、金属溶湯の液面を乱すことなく、出湯るつぼへ静的な金属溶湯の供給を可能としている。
また、金属溶湯がはんだ合金の場合、溶解室は窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気または水素等の還元性ガス雰囲気にするほうがよい。
なお、溶解室１０、導通管１１および出湯るつぼ１２の溶融金属は、独立したヒーター１３a〜gでそれぞれ最適な温度条件に制御できるものとしている。

縦方向に挿入チャンバー、置換チャンバー、溶解室が存在するのは、インゴットの挿入治具が金属溶湯と接触することを避けるためである。本実施例において、送り装置の把持部材であるハンドと呼ばれるインゴットの挿入治具は、金属溶湯との反応を避けるため接触または浸漬させないほうがよい。但し、ハンドが金属溶湯と反応しない材料であれば金属溶湯に接触または浸漬させることも可能であるが、ハンドを接触または浸漬させることにより、金属溶湯の液面を乱したり、金属溶湯への不純物の混入等が懸念されるので、金属溶湯と接触させないほうが望ましい。
本例では、ハンドを用いた例を示したが、挿入チャンバー、置換チャンバーと溶解室の各部屋に、搬送する方向に回転する一対のロールを設け、そのロールでインゴットを挟み、ロールを回転させることによりインゴットを挿入チャンバー、置換チャンバー、溶解室へと搬送する機構としてもよい。

本金属溶湯連続供給装置を種々の金属溶解保持するるつぼに接続することによって、金属粉体の製造のみならず、金属箔や、金属造型にも適用できる。

本発明の一例を示す構成図である。

符号の説明

１．挿入チャンバー、２．ハンド、３．インゴット、４．ゲート、５．置換チャンバー、６．ハンド、７．ガス導入口、８．ゲート、９．金属溶湯、１０．溶解室、１１．導通管、１２．出湯るつぼ、１３a〜g．ヒーター、１４．ガス導入口、１５．ガラス窓、１６．レーザー高さ検出器、１７．ハンド駆動装置、１８．遮蔽部材

Claims (5)

1. インゴット追装部と、該インゴット追装部の下部に連結された溶解室を具備し、前記インゴット追装部は、インゴットを保持する挿入チャンバーと、該挿入チャンバーの下側に位置し、前記溶解室に連結される置換チャンバーとを有し、前記挿入チャンバーと前記置換チャンバーの間に設けた入側遮蔽部材と、前記置換チャンバーと前記溶解室との間に設けた出側遮蔽部材と、前記インゴットを上方から下方の溶解室へ制御された送り速度で誘導する送り装置とによって、前記インゴットを雰囲気置換してから溶解室に導入する金属溶湯供給装置。
2. インゴットが棒状であり、該棒状インゴットが、長手方向に沿って挿入チャンバー、置換チャンバー、溶解室へと搬送されることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯供給装置。
3. 溶解室が不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属溶湯供給装置。
4. インゴットは、融点４５０℃以下の低融点インゴットであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金属溶湯供給装置。
5. 前記インゴットの少なくとも溶解初期における前記溶解室の溶湯の液面は、前記インゴットの送り量によって制御されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の金属溶湯供給装置。