JP3872706B2

JP3872706B2 - Fine particle generator

Info

Publication number: JP3872706B2
Application number: JP2002068069A
Authority: JP
Inventors: 俊秀砂田; 裕士石井; 行宏向田; 知典坂井; 泰伊勢田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003268420A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末状または長尺状の金属に加熱されたガスを供給して金属微粒子を発生させるための微粒子発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという）の溶湯を鋳造成形用金型内のキャビティに注湯することにより、種々のアルミニウム部品を鋳造する作業が広く行われている。
【０００３】
ところで、アルミニウム部品の鋳造工程では、キャビティに注湯されるアルミニウムの溶湯表面に酸化被膜が生成され易い。このため、アルミニウムの溶湯の表面張力が大きくなり、前記溶湯の流動性等が低下し、種々の鋳造欠陥が発生するという問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００１−３２１９１６号公報に開示されている金属ガス発生装置が使用されている。この金属ガス発生装置は、図６に示すように、金型１に接続されており、この金型１には、成形用キャビティ１ａが設けられるとともに、このキャビティ１ａには、注湯槽２に貯留されているアルミニウム溶湯３が孔部４を介して注湯自在である。
【０００５】
金型１には、配管５を介して窒素ガスボンベ６が接続される一方、アルゴンガスボンベ７は、配管８を介して加熱炉（金属ガス発生装置）９に接続されている。アルゴンガスボンベ７は、配管１０を介してマグネシウム粉末が使用されているタンク１１に接続され、このタンク１１は、配管１２を介して配管８に接続されている。
【０００６】
加熱炉９は、ヒータ１３を介して炉内温度が所定の温度に加熱可能に構成されており、この加熱炉９は、配管１４およびパイプ１５を介してキャビティ１ａに連通している。加熱炉９内には、マグネシウム粉末が粉末のまま配管１４に送出されることを規制する図示しない規制手段が設けられている。
【０００７】
このような構成において、まず、窒素ガスボンベ６から配管５を介して金型１のキャビティ１ａに窒素ガスが注入され、このキャビティ１ａ内の空気を前記窒素ガスによってパージする。このため、キャビティ１ａ内は、実質的に非酸素雰囲気となっている。一方、アルゴンガスボンベ７から配管８を介して加熱炉９内にアルゴンガスが注入される。従って、この加熱炉９内は、無酸素状態となっている。
【０００８】
次いで、アルゴンガスボンベ７から配管１０を介してタンク１１内にアルゴンガスが供給され、このタンク１１内のマグネシウム粉末を配管８から加熱炉９内に送り込む。その際、加熱炉９では、ヒータ１３によりマグネシウム粉末が昇華する温度以上に炉内の温度が加熱されている。これにより、加熱炉９に送り込まれたマグネシウム粉末は、昇華してマグネシウムガスとなり、このマグネシウムガスが配管１４からパイプ１５を介してキャビティ１ａ内に注入される。
【０００９】
このため、キャビティ１ａでは、マグネシウムガスと窒素ガスとが反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）が生成される。この窒化マグネシウムは、キャビティ１ａの内壁面に粉体として析出される。
【００１０】
そこで、注湯槽２内のアルミニウム溶湯３が、孔部４からキャビティ１ａ内に注湯される。窒化マグネシウムは還元性物質であり、アルミニウム溶湯３がキャビティ１ａ内でこの窒化マグネシウムと接触することによって、前記アルミニウム溶湯３の表面の酸化被膜から酸素が除去される。これにより、アルミニウム溶湯３の表面が純粋なアルミニウムに還元される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、ヒータ１３が設けられた加熱炉９を備えており、装置全体が相当に大型であるという問題がある。しかも、加熱炉９内において、マグネシウム粉末の反応を制御することが難しく、例えば、反応済みの物質（マグネシウム）が前記加熱炉９内に堆積するおそれがある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、装置全体を有効に小型化するとともに、所望の金属微粒子を確実に生成することが可能な微粒子発生装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微粒子発生装置では、粉末状または長尺状（例えば、線状や帯状）の金属が多孔質体を介して金属保持部に収容されており、前記金属保持部には、前記多孔質体を透過して前記金属にガスを供給するための筒状部が設けられている。そこで、ガス流量制御部を介して筒状部に供給されるガスの流量が制御されるとともに、前記筒状部に設けられたガス加熱制御部の作用下に、前記ガスが所定の温度に加熱された状態で金属に供給されている。
【００１４】
これにより、金属保持部に保持されている金属は、所定量および所定温度に制御されたガスにより加熱されるため、所望の金属微粒子を確実に発生させることができる。しかも、比較的大型な加熱炉が不要になり、装置全体が有効に小型化かつ簡素化されるとともに、反応の制御が容易に遂行される。
【００１５】
また、金属保持部は、鋳造成形用金型に対して着脱可能であるとともに、前記金型内のキャビティに連通して前記キャビティに金属微粒子を供給するように構成されている。
【００１６】
ここで、例えば、金属としてマグネシウム、ガスとして窒素ガス（反応性ガス）が使用されると、反応によりＭｇ₃Ｎ₂微粒子が生成される。このＭｇ₃Ｎ₂微粒子は、キャビティ内の酸素と優先的に結合し、例えば、アルミニウム鋳造に使用されるアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制することができる。このため、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することが可能になり、良好な鋳造作業を円滑に行うことができる。
【００１７】
一方、例えば、金属としてマグネシウム、ガスとしてＡｒガス（不活性ガス）が使用されると、反応によりＭｇ微粒子が生成される。このＭｇ微粒子は、例えば、アルミニウムに比べて酸化し易い物質であり、アルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することが可能になる。従って、アルミニウム溶湯を使用する際に、良好な鋳造作業が確実に遂行される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０の要部概略構成説明図である。
【００１９】
微粒子発生装置２０は、金属微粒子発生機構２２と高温ガス発生機構２４とを備える。金属微粒子発生機構２２は、粉末状の金属、例えば、マグネシウム２６が、例えば、ＳＵＳ材（ステンレス鋼）製のフィルタ（多孔質体）２８ａ、２８ｂを介して収容される金属保持部３０と、前記金属保持部３０に設けられ、前記フィルタ２８ａを透過して前記マグネシウム２６に不活性ガス、例えば、アルゴンガスを供給する筒状部３２と、前記筒状部３２に供給される前記アルゴンガスの流量を制御するアルゴンガス流量制御部３４と、前記筒状部３２に設けられ、前記マグネシウム２６に供給される前記アルゴンガスを所定の温度に加熱するアルゴンガス加熱制御部３６とを備える。
【００２０】
金属保持部３０は、鋳造成形用金型３８に対して着脱可能であるとともに、前記金型３８内のキャビティ４０に連通する。金属保持部３０は、貫通する略箱状に構成されており、金型３８の孔部４０ａ側には、必要に応じて溶湯逆流防止機構４２が装着される。
【００２１】
図１および図２に示すように、溶湯逆流防止機構４２は、金型３８に固定されるステイ４３と、前記ステイ４３に対してスライド可能なスライドキー４４とを備える。ステイ４３には、孔部４０ａと同軸的に孔部４３ａが形成されるとともに、スライドキー４４には、前記孔部４０ａと前記孔部４３ａとを開閉自在な孔部４４ａが形成されている。なお、金属微粒子発生機構２２が、溶湯の逆流を発生するおそれのない部位に配設されている際には、溶湯逆流防止機構４２を採用しなくてもよい。
【００２２】
金属保持部３０内には、例えば、カートリッジ４６が交換可能に収容される。図２に示すように、カートリッジ４６は、略円筒状のケース４８を備えており、このケース４８内には、一端部側の底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入されている。
【００２３】
ケース４８内では、フィルタ２８ａとフィルタ２８ｂとの間に、粉末状のマグネシウム２６が封入される。フィルタ２８ａ、２８ｂは、マグネシウム２６が離脱しないように、その開口径が設定されている。ケース４８の他端部側の内周には、ねじ溝５０が形成されており、このねじ溝５０に止めねじ５１が螺合している。
【００２４】
金属保持部３０には、カートリッジ４６を着脱するために開閉自在な蓋体３０ａが設けられている。この蓋体３０ａは、例えば、金属保持部３０に対して図示しない蝶番を介し揺動自在に構成されていてもよく、また、前記金属保持部３０に対してスライド可能に構成されていてもよい。
【００２５】
金属保持部３０には、筒状部３２の一端が装着される。この筒状部３２内には、発熱体、例えば、電熱線５４が配置されており、この電熱線５４が前記筒状部３２の外部で電流／電圧制御器５６を介して電源５８に接続され、アルゴンガス加熱制御部３６を構成している。
【００２６】
筒状部３２の端部に管路６０が接続されており、この管路６０には、アルゴンガス流量制御部３４を構成するアルゴンガスボンベ６２が接続される。アルゴンガスボンベ６２は、開閉弁６４および流量制御弁６５を介して筒状部３２に連通自在である。
【００２７】
高温ガス発生機構２４は、金属微粒子発生機構２２と略同様に構成されており、金型３８に着脱自在な筒状部６６と、窒素ガス流量制御部６８と、窒素ガス加熱制御部７０とを備えている。筒状部６６には、金型３８の孔部４０ｂ側に溶湯逆流防止機構４２が設けられている。窒素ガス加熱制御部７０は、筒状部６６内に配置される電熱線７４と、電流／電圧制御器７６と、電源７８とを備える。窒素ガス流量制御部６８は、筒状部６６の他端部に連通する管路８０を備え、この管路８０は、窒素ガスボンベ８２に開閉弁８４および流量制御弁８６を介して接続される。
【００２８】
このように構成される微粒子発生装置２０の動作について、以下に説明する。
【００２９】
まず、金属保持部３０には、カートリッジ４６に保持されて粉末状のマグネシウム２６が収容されている。具体的には、金属保持部３０の外部において、カートリッジ４６を構成するケース４８は、底部４８ａを下方にして配置されており、この底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入される。次いで、フィルタ２８ａ上に粉末状のマグネシウム２６が適宜投入された後、フィルタ２８ｂが挿入される。さらに、ケース４８のねじ溝５０に止めねじ５１が螺合して、カートリッジ４６内にマグネシウム２６が封入される（図２参照）。
【００３０】
金属保持部３０では、蓋体３０ａが開放方向に揺動またはスライドされ、この金属保持部３０内にカートリッジ４６が挿入された後、この蓋体３０ａが閉塞方向に揺動またはスライドされる。これにより、金属保持部３０内にカートリッジ４６が装填される。
【００３１】
そこで、溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４の孔部４４ａを介してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａとが開放された状態で、アルゴンガス流量制御部３４に先立ってアルゴンガス加熱制御部３６が駆動される（図１参照）。このアルゴンガス加熱制御部３６では、制御器５６により電流／電圧の制御が行われ、電熱線５４が発熱して筒状部３２の内部が加温される。筒状部３２内が所定の温度に至ると、アルゴンガス流量制御部３４が駆動される。
【００３２】
このアルゴンガス流量制御部３４では、アルゴンガスボンベ６２から導出されるアルゴンガスが、流量制御弁６５により流量を制御されて管路６０から筒状部３２に導入される。アルゴンガスは、筒状部３２を通過する際に電熱線５４を介して所定の温度に加熱され、この加熱されたアルゴンガスが金属保持部３０を構成するフィルタ２８ｂを透過してマグネシウム２６に吹き付けられる。
【００３３】
このため、マグネシウム２６が蒸発してマグネシウムガスが発生し、このマグネシウムガスは、アルゴンガスの流れに沿って金型３８のキャビティ４０内に供給される。その際、キャビティ４０には、高温ガス発生機構２４を介して高温の窒素ガスが供給されている。
【００３４】
この高温ガス発生機構２４では、金属微粒子発生機構２２と略同様に、まず、窒素ガス加熱制御部７０が駆動されて筒状部６６内が所定の温度に加温された後、窒素ガス流量制御部６８が駆動される。従って、窒素ガスボンベ８２から筒状部６６に供給された所定量の窒素ガスは、所望の温度に加熱された後に前記筒状部６６からキャビティ４０内に供給される。
【００３５】
これにより、キャビティ４０内では、マグネシウムガスの一部が凝集してマグネシウム微粒子に変化するとともに、未凝集のマグネシウムガスと高温の窒素ガスとが反応し（３Ｍｇ＋Ｎ₂→Ｍｇ₃Ｎ₂）、窒化マグネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）の微粒子が生成される。また、マグネシウム微粒子が高温の窒素ガスと反応することによっても、Ｍｇ₃Ｎ₂微粒子が生成される。
【００３６】
次いで、各溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４がスライドし、孔部４４ａが移動してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａ、４０ｂとが閉塞される。この状態で、金型３８のキャビティ４０内には、例えば、アルミニウムの溶湯（図示せず）が注湯される。その際、キャビティ４０内には、Ｍｇ₃Ｎ₂微粒子とマグネシウム微粒子とが存在しており、このＭｇ₃Ｎ₂微粒子が前記キャビティ４０内の酸素と優先的に結合し、アルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制する。このため、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することができ、良好な鋳造作業を行うことが可能になる。
【００３７】
一方、マグネシウム微粒子は、アルミニウムに比べて酸化し易い物質である。従って、マグネシウム微粒子は、キャビティ４０内の酸素と結びついて、アルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することができる。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、金属微粒子発生機構２２を構成する金属保持部３０が、金型３８に直接装着されるとともに、この金属保持部３０内にカートリッジ４６を介して粉末状のマグネシウム２６が収容されている。そして、アルゴンガス加熱制御部３６を介して所定の温度に維持されている筒状部３２内に、アルゴンガス流量制御部３４を介して所定量のアルゴンガスが導入されている。
【００３９】
これにより、金属保持部３０に保持されているマグネシウム２６は、所定量および所定温度に制御されたアルゴンガスにより加熱され、所望のマグネシウム微粒子（およびマグネシウムガス）を確実に発生させることができる。従って、従来のような比較的大型な加熱炉が不要になり、微粒子発生装置２０全体が有効に小型化かつ簡素化されるとともに、マグネシウム微粒子（およびマグネシウムガス）の反応制御が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００４０】
しかも、高温ガス発生機構２４を介して、キャビティ４０内に所定量および所定温度に制御された反応性ガスである窒素ガスが供給される。このため、キャビティ４０内でマグネシウムガスと窒素ガスとが良好に反応し、Ｍｇ₃Ｎ₂微粒子を良好に生成することが可能になる。
【００４１】
さらに、金属微粒子発生機構２２および高温ガス発生機構２４は、金型３８に対して着脱可能である。これにより、微粒子発生装置２０は、上記の金型３８の他、種々の金型に容易に適用することが可能になり、汎用性に優れるという利点がある。
【００４２】
なお、第１の実施形態では、粉末状のマグネシウム２６をカートリッジ４６で保持し金属保持部３０内に対して着脱可能に構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、マグネシウム２６を、直接、金属保持部３０内に充填してもよく、あるいは、図３に示すように、例えば、線状や帯状等の長尺状マグネシウム２６ａを、カートリッジ４６で保持して前記金属保持部３０内に配置してもよい。
【００４３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る微粒子発生装置１００の要部概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様である。
【００４４】
微粒子発生装置１００は、金型３８に着脱自在な金属保持部３０と、前記金属保持部３０に装着される筒状部３２と、前記筒状部３２に所定量の窒素ガスを供給する窒素ガス流量制御部６８と、前記筒状部３２に設けられ、前記窒素ガスを所定温度に加熱する窒素ガス加熱制御部７０とを備えている。
【００４５】
このように構成される微粒子発生装置１００では、金属保持部３０に粉末状のマグネシウム２６（または長尺状のマグネシウム）が収容されており、まず、窒素ガス加熱制御部７０が駆動された後、窒素ガス流量制御部６８が駆動される。このため、筒状部３２内が所定の温度に加温されており、窒素ガスボンベ８２から筒状部３２内に供給された所定量の窒素ガスが所望の温度に加熱される。
【００４６】
従って、金属保持部３０に収容されているマグネシウム２６（または長尺状のマグネシウム）は、所定量および所望温度の窒素ガスがフィルタ２８ａを透過して供給されることにより蒸発し、少なくとも一部が窒素ガスと反応してＭｇ₃Ｎ₂微粒子が生成される。これにより、金型３８のキャビティ４０内には、Ｍｇ₃Ｎ₂微粒子とマグネシウム微粒子とが導入され、前記キャビティ４０内の酸素と優先的に結合してアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制することが可能になる。
【００４７】
上記のように、第２の実施形態では、装置全体が容易に小型化かつ簡素化されるとともに、反応の制御が容易に遂行されて所望のＭｇ₃Ｎ₂微粒子を確実に生成することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る微粒子発生装置１２０の要部概略構成説明図である。
【００４９】
この微粒子発生装置１２０は、第１の実施形態に係る微粒子発生装置２０を構成する金属微粒子発生機構２２のみを備えている。従って、微粒子発生装置１２０では、アルゴンガス加熱制御部３６を介して筒状部３２内を加温した状態で、アルゴンガス流量制御部３４を介してこの筒状部３２に所定量のアルゴンガスが供給される。
【００５０】
このため、金属保持部３０に収容されているマグネシウム２６には、所定量および所定温度のアルゴンガスが供給され、このマグネシウム２６が蒸発してマグネシウムガスが発生する。そして、このマグネシウムガスがマグネシウム微粒子に変化し、キャビティ４０内に供給される。
【００５１】
これにより、キャビティ４０内では、マグネシウム微粒子が酸素と結合し、このキャビティ４０内を低酸素化状態にしてアルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することが可能になるという効果が得られる。しかも、装置全体の構成が、一挙に簡素化かつ小型化されるとともに、種々の金型３８に適用することができるという利点がある。
【００５２】
なお、第１乃至第３の実施形態では、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用するとともに、反応性ガスとして窒素ガスを用いて説明したが、その他の不活性ガスおよび反応性ガスを用いることが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る微粒子発生装置では、金属保持部に保持されている金属が、所定量および所定温度に制御されたガスによって加熱されるため、所望の金属微粒子を確実に発生させることが可能になる。しかも、比較的大型な従来の加熱炉が不要になり、装置全体を有効に小型化かつ簡素化することができるとともに、種々の金型に対して着脱可能であり、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図２】前記微粒子発生装置の要部分解斜視説明図である。
【図３】長尺状のマグネシウムが装填された状態の前記微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る微粒子発生装置の要部概略構成説明図である。
【図６】従来技術に係る金属ガス発生装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
２０、１００、１２０…微粒子発生装置２２…金属微粒子発生機構
２４…高温ガス発生機構２６、２６ａ…マグネシウム
２８ａ、２８ｂ…フィルタ３０…金属保持部
３２、６６…筒状部３４…アルゴンガス流量制御部
３６…アルゴンガス加熱制御部３８…鋳造成形用金型
４０…キャビティ４２…溶湯逆流防止機構
４３…ステイ４４…スライドキー
４３ａ、４４ａ…孔部４６…カートリッジ
５４、７４…電熱線５６、７６…制御器
５８、７８…電源６０、８０…管路
６２…アルゴンガスボンベ６４、８４…開閉弁
６８…窒素ガス流量制御部７０…窒素ガス加熱制御部
８２…窒素ガスボンベ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fine particle generator for supplying a heated gas to powdered or elongated metal to generate metal fine particles.
[0002]
[Prior art]
For example, various aluminum parts are cast widely by pouring a molten aluminum or aluminum alloy (hereinafter simply referred to as aluminum) into a cavity in a casting mold.
[0003]
By the way, in the casting process of aluminum parts, an oxide film is easily generated on the surface of the molten aluminum poured into the cavity. For this reason, it has been pointed out that the surface tension of the molten aluminum increases, the fluidity of the molten metal decreases, and various casting defects occur.
[0004]
Therefore, for example, a metal gas generator disclosed in JP-A-2001-321916 is used. As shown in FIG. 6, this metal gas generator is connected to a mold 1. The mold 1 is provided with a molding cavity 1 a, and the cavity 1 a is stored in a pouring bath 2. The molten aluminum 3 is freely poured through the hole 4.
[0005]
A nitrogen gas cylinder 6 is connected to the mold 1 via a pipe 5, while an argon gas cylinder 7 is connected to a heating furnace (metal gas generator) 9 via a pipe 8. The argon gas cylinder 7 is connected to a tank 11 in which magnesium powder is used via a pipe 10, and the tank 11 is connected to a pipe 8 via a pipe 12.
[0006]
The heating furnace 9 is configured so that the furnace temperature can be heated to a predetermined temperature via a heater 13, and the heating furnace 9 communicates with the cavity 1 a via a pipe 14 and a pipe 15. In the heating furnace 9, there is provided a regulation means (not shown) that regulates that the magnesium powder is sent out to the pipe 14 as a powder.
[0007]
In such a configuration, first, nitrogen gas is injected from the nitrogen gas cylinder 6 into the cavity 1a of the mold 1 through the pipe 5, and the air in the cavity 1a is purged with the nitrogen gas. For this reason, the cavity 1a has a substantially non-oxygen atmosphere. On the other hand, argon gas is injected into the heating furnace 9 from the argon gas cylinder 7 through the pipe 8. Therefore, the inside of the heating furnace 9 is in an oxygen-free state.
[0008]
Next, argon gas is supplied into the tank 11 from the argon gas cylinder 7 through the pipe 10, and the magnesium powder in the tank 11 is sent into the heating furnace 9 from the pipe 8. At that time, in the heating furnace 9, the temperature in the furnace is heated by the heater 13 to a temperature higher than the temperature at which the magnesium powder is sublimated. Thereby, the magnesium powder sent to the heating furnace 9 is sublimated to become magnesium gas, and this magnesium gas is injected into the cavity 1 a from the pipe 14 through the pipe 15.
[0009]
For this reason, in the cavity 1a, magnesium gas and nitrogen gas react to produce magnesium nitride (Mg ₃ N ₂ ). This magnesium nitride is deposited as powder on the inner wall surface of the cavity 1a.
[0010]
Therefore, the molten aluminum 3 in the pouring tank 2 is poured from the hole 4 into the cavity 1a. Magnesium nitride is a reducing substance. When the molten aluminum 3 comes into contact with the magnesium nitride in the cavity 1a, oxygen is removed from the oxide film on the surface of the molten aluminum 3. Thereby, the surface of the molten aluminum 3 is reduced to pure aluminum.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described prior art includes the heating furnace 9 provided with the heater 13, and there is a problem that the entire apparatus is considerably large. In addition, it is difficult to control the reaction of the magnesium powder in the heating furnace 9, and for example, a reacted substance (magnesium) may be deposited in the heating furnace 9.
[0012]
The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fine particle generator capable of effectively reducing the size of the entire apparatus and reliably generating desired metal fine particles.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the fine particle generator according to the present invention, powdered or elongated (for example, linear or strip-like) metal is accommodated in a metal holding part via a porous body, and the metal holding part includes the porous material. A cylindrical portion is provided for passing gas through the material and supplying gas to the metal. Therefore, the flow rate of the gas supplied to the cylindrical portion is controlled via the gas flow control portion, and the gas is heated to a predetermined temperature under the action of the gas heating control portion provided in the cylindrical portion. It is supplied to the metal in the state where it was made.
[0014]
Thereby, since the metal currently hold | maintained at the metal holding | maintenance part is heated with the gas controlled by the predetermined amount and predetermined temperature, a desired metal microparticle can be generated reliably. In addition, a relatively large heating furnace is not required, the entire apparatus is effectively downsized and simplified, and reaction control is easily performed.
[0015]
The metal holding part is detachable from the casting mold and is configured to communicate with the cavity in the mold and supply metal fine particles to the cavity.
[0016]
Here, for example, when magnesium is used as the metal and nitrogen gas (reactive gas) is used as the gas, Mg ₃ N ₂ fine particles are generated by the reaction. The Mg ₃ N ₂ fine particles are preferentially bonded to oxygen in the cavity, and can effectively suppress, for example, oxidation of molten aluminum used for aluminum casting. For this reason, it becomes possible to maintain the fluidity of the molten aluminum, and a good casting operation can be performed smoothly.
[0017]
On the other hand, for example, when magnesium is used as the metal and Ar gas (inert gas) is used as the gas, Mg fine particles are generated by the reaction. The Mg fine particles are, for example, a substance that is more easily oxidized than aluminum, and can effectively prevent oxidation of the molten aluminum. Therefore, when using the molten aluminum, a good casting operation is surely performed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a main part of a fine particle generator 20 according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
The fine particle generation device 20 includes a metal fine particle generation mechanism 22 and a high temperature gas generation mechanism 24. The metal fine particle generation mechanism 22 includes a metal holding unit 30 in which a powdered metal, for example, magnesium 26 is accommodated via filters (porous bodies) 28a and 28b made of, for example, SUS material (stainless steel), A cylindrical part 32 that is provided in the metal holding part 30 and passes through the filter 28a and supplies an inert gas, for example, argon gas, to the magnesium 26, and a flow rate of the argon gas supplied to the cylindrical part 32 And an argon gas heating control unit 36 provided in the cylindrical part 32 and for heating the argon gas supplied to the magnesium 26 to a predetermined temperature.
[0020]
The metal holding part 30 is detachable with respect to the casting mold 38 and communicates with the cavity 40 in the mold 38. The metal holding part 30 is formed in a substantially box shape that penetrates, and a molten metal backflow prevention mechanism 42 is attached to the hole 40a side of the mold 38 as necessary.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the molten metal backflow prevention mechanism 42 includes a stay 43 fixed to the mold 38 and a slide key 44 slidable with respect to the stay 43. The stay 43 is formed with a hole 43a coaxially with the hole 40a, and the slide key 44 is formed with a hole 44a capable of opening and closing the hole 40a and the hole 43a. In addition, when the metal fine particle generation mechanism 22 is disposed at a portion where there is no possibility of generating a backflow of the molten metal, the molten metal backflow prevention mechanism 42 may not be employed.
[0022]
For example, the cartridge 46 is accommodated in the metal holding unit 30 in a replaceable manner. As shown in FIG. 2, the cartridge 46 includes a substantially cylindrical case 48, and a filter 28 a is inserted into the case 48 while sitting on the bottom 48 a on one end side.
[0023]
In the case 48, the powdered magnesium 26 is sealed between the filter 28a and the filter 28b. The openings of the filters 28a and 28b are set so that the magnesium 26 does not leave. A thread groove 50 is formed on the inner periphery of the case 48 on the other end side, and a set screw 51 is screwed into the thread groove 50.
[0024]
The metal holding unit 30 is provided with a lid 30a that can be opened and closed in order to attach and detach the cartridge 46. For example, the lid 30 a may be configured to be swingable with respect to the metal holding unit 30 via a hinge (not shown), or may be configured to be slidable with respect to the metal holding unit 30. .
[0025]
One end of a cylindrical portion 32 is attached to the metal holding portion 30. A heating element, for example, a heating wire 54 is disposed in the cylindrical portion 32, and the heating wire 54 is connected to a power source 58 via a current / voltage controller 56 outside the cylindrical portion 32. The argon gas heating control unit 36 is configured.
[0026]
A pipe line 60 is connected to the end of the cylindrical part 32, and an argon gas cylinder 62 constituting the argon gas flow rate control unit 34 is connected to the pipe line 60. The argon gas cylinder 62 can communicate with the cylindrical portion 32 via the on-off valve 64 and the flow rate control valve 65.
[0027]
The high-temperature gas generation mechanism 24 is configured in substantially the same manner as the metal fine particle generation mechanism 22, and includes a cylindrical portion 66 detachable from the mold 38, a nitrogen gas flow rate control unit 68, and a nitrogen gas heating control unit 70. I have. The tubular portion 66 is provided with a molten metal backflow prevention mechanism 42 on the hole 40 b side of the mold 38. The nitrogen gas heating control unit 70 includes a heating wire 74 disposed in the cylindrical portion 66, a current / voltage controller 76, and a power source 78. The nitrogen gas flow rate control unit 68 includes a pipe line 80 that communicates with the other end of the cylindrical part 66, and the pipe line 80 is connected to the nitrogen gas cylinder 82 via an on-off valve 84 and a flow rate control valve 86.
[0028]
The operation of the particulate generator 20 configured as described above will be described below.
[0029]
First, the metal holding unit 30 holds the powdered magnesium 26 held by the cartridge 46. Specifically, outside the metal holding part 30, the case 48 constituting the cartridge 46 is arranged with the bottom part 48a facing downward, and the filter 28a is inserted while sitting on the bottom part 48a. Next, after powdery magnesium 26 is appropriately put on the filter 28a, the filter 28b is inserted. Further, the set screw 51 is screwed into the thread groove 50 of the case 48, and the magnesium 26 is sealed in the cartridge 46 (see FIG. 2).
[0030]
In the metal holding part 30, the lid 30a is rocked or slid in the opening direction, and after the cartridge 46 is inserted into the metal holding part 30, the lid 30a is rocked or slid in the closing direction. As a result, the cartridge 46 is loaded into the metal holding unit 30.
[0031]
Therefore, in the state where the hole 43a and the hole 40a of the stay 43 are opened via the hole 44a of the slide key 44 constituting the molten metal backflow prevention mechanism 42, the argon gas heating is performed prior to the argon gas flow rate control unit 34. The control unit 36 is driven (see FIG. 1). In the argon gas heating control unit 36, current / voltage is controlled by the controller 56, the heating wire 54 generates heat, and the inside of the cylindrical part 32 is heated. When the inside of the cylindrical part 32 reaches a predetermined temperature, the argon gas flow rate control part 34 is driven.
[0032]
In the argon gas flow rate control unit 34, the argon gas led out from the argon gas cylinder 62 is introduced into the cylindrical portion 32 from the pipe line 60 while the flow rate is controlled by the flow rate control valve 65. The argon gas is heated to a predetermined temperature via the heating wire 54 when passing through the cylindrical portion 32, and the heated argon gas passes through the filter 28 b constituting the metal holding unit 30 and is blown to the magnesium 26. It is done.
[0033]
For this reason, the magnesium 26 is evaporated to generate magnesium gas, and this magnesium gas is supplied into the cavity 40 of the mold 38 along the flow of the argon gas. At that time, high-temperature nitrogen gas is supplied to the cavity 40 via the high-temperature gas generation mechanism 24.
[0034]
In the high temperature gas generation mechanism 24, as in the metal fine particle generation mechanism 22, first, the nitrogen gas heating control unit 70 is driven to heat the inside of the cylindrical portion 66 to a predetermined temperature, and then the nitrogen gas flow rate control is performed. The unit 68 is driven. Therefore, a predetermined amount of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas cylinder 82 to the cylindrical portion 66 is heated to a desired temperature and then supplied from the cylindrical portion 66 into the cavity 40.
[0035]
Thereby, in the cavity 40, a part of the magnesium gas is aggregated to be changed into magnesium fine particles, and the unaggregated magnesium gas and the high-temperature nitrogen gas are reacted (3Mg + N ₂ → Mg ₃ N ₂ ) Fine particles of (Mg ₃ N ₂ ) are generated. Further, Mg ₃ N ₂ fine particles are also generated when magnesium fine particles react with high-temperature nitrogen gas.
[0036]
Next, the slide key 44 constituting each molten metal backflow prevention mechanism 42 slides, the hole 44a moves, and the hole 43a and the holes 40a, 40b of the stay 43 are closed. In this state, for example, molten aluminum (not shown) is poured into the cavity 40 of the mold 38. At that time, Mg ₃ N ₂ fine particles and magnesium fine particles are present in the cavity 40, and the Mg ₃ N ₂ fine particles are preferentially bonded to oxygen in the cavity 40, thereby effectively oxidizing the molten aluminum. To suppress. For this reason, it is possible to maintain the fluidity of the molten aluminum and to perform a good casting operation.
[0037]
On the other hand, magnesium fine particles are a substance that is more easily oxidized than aluminum. Therefore, the magnesium fine particles are combined with oxygen in the cavity 40 and can effectively prevent oxidation of the molten aluminum.
[0038]
In this case, in the first embodiment, the metal holding part 30 constituting the metal fine particle generation mechanism 22 is directly attached to the mold 38 and the powdered magnesium is inserted into the metal holding part 30 via the cartridge 46. 26 is accommodated. A predetermined amount of argon gas is introduced into the cylindrical portion 32 maintained at a predetermined temperature via the argon gas heating control unit 36 via the argon gas flow rate control unit 34.
[0039]
Thereby, the magnesium 26 hold | maintained at the metal holding | maintenance part 30 is heated by the argon gas controlled by the predetermined amount and predetermined temperature, and can generate desired magnesium particulates (and magnesium gas) reliably. Therefore, a relatively large heating furnace as in the prior art becomes unnecessary, the entire fine particle generator 20 is effectively downsized and simplified, and reaction control of magnesium fine particles (and magnesium gas) is easily performed. The effect is obtained.
[0040]
In addition, nitrogen gas, which is a reactive gas controlled to a predetermined amount and a predetermined temperature, is supplied into the cavity 40 through the high temperature gas generation mechanism 24. For this reason, magnesium gas and nitrogen gas react satisfactorily in the cavity 40, and it becomes possible to produce Mg ₃ N ₂ fine particles satisfactorily.
[0041]
Furthermore, the metal fine particle generation mechanism 22 and the high temperature gas generation mechanism 24 are detachable from the mold 38. Thereby, the fine particle generator 20 can be easily applied to various molds in addition to the mold 38 described above, and has an advantage of excellent versatility.
[0042]
In the first embodiment, the powdered magnesium 26 is held by the cartridge 46 and is detachable from the metal holding unit 30. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnesium 26 may be directly filled in the metal holding unit 30 or, for example, a long magnesium 26a such as a wire or a band may be held by the cartridge 46 as shown in FIG. You may arrange | position in the said metal holding | maintenance part 30. FIG.
[0043]
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram of a main part of the fine particle generator 100 according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fine particle generator 20 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The same applies to the third embodiment described below.
[0044]
The particulate generator 100 includes a metal holder 30 that is detachably attached to a mold 38, a cylindrical portion 32 that is attached to the metal holder 30, and a nitrogen gas that supplies a predetermined amount of nitrogen gas to the cylindrical portion 32. A flow rate control unit 68 and a nitrogen gas heating control unit 70 provided in the cylindrical part 32 and heating the nitrogen gas to a predetermined temperature are provided.
[0045]
In the fine particle generator 100 configured as described above, powdered magnesium 26 (or long magnesium) is accommodated in the metal holding unit 30, and after the nitrogen gas heating control unit 70 is driven, The nitrogen gas flow rate control unit 68 is driven. For this reason, the inside of the cylindrical part 32 is heated to a predetermined temperature, and a predetermined amount of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas cylinder 82 into the cylindrical part 32 is heated to a desired temperature.
[0046]
Accordingly, the magnesium 26 (or long magnesium) accommodated in the metal holding part 30 evaporates when nitrogen gas having a predetermined amount and a desired temperature is supplied through the filter 28a, and at least a part thereof is evaporated. It reacts with nitrogen gas to produce Mg ₃ N ₂ fine particles. As a result, Mg ₃ N ₂ fine particles and magnesium fine particles are introduced into the cavity 40 of the mold 38 and preferentially bind to oxygen in the cavity 40 to effectively suppress oxidation of the molten aluminum. It becomes possible.
[0047]
As described above, in the second embodiment, the entire apparatus can be easily downsized and simplified, and the reaction can be easily controlled to reliably generate desired Mg ₃ N ₂ fine particles. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0048]
FIG. 5 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a main part of a fine particle generator 120 according to the third embodiment of the present invention.
[0049]
The fine particle generator 120 includes only the metal fine particle generation mechanism 22 that constitutes the fine particle generator 20 according to the first embodiment. Therefore, in the fine particle generator 120, a predetermined amount of argon gas is supplied to the cylindrical portion 32 via the argon gas flow rate control unit 34 while the inside of the cylindrical portion 32 is heated via the argon gas heating control unit 36. Supplied.
[0050]
For this reason, the magnesium 26 accommodated in the metal holding part 30 is supplied with a predetermined amount and a predetermined temperature of argon gas, and the magnesium 26 is evaporated to generate magnesium gas. Then, this magnesium gas is changed into magnesium fine particles and supplied into the cavity 40.
[0051]
Thereby, in the cavity 40, magnesium fine particle couple | bonds with oxygen, The effect that it becomes possible to make the inside of this cavity 40 into a low oxygen state, and to prevent the oxidation of molten aluminum effectively is acquired. In addition, there is an advantage that the configuration of the entire apparatus is simplified and miniaturized all at once, and can be applied to various molds 38.
[0052]
In the first to third embodiments, argon gas is used as an inert gas and nitrogen gas is used as a reactive gas. However, other inert gases and reactive gases can be used. It is.
[0053]
【The invention's effect】
In the fine particle generator according to the present invention, the metal held in the metal holding part is heated by the gas controlled to a predetermined amount and a predetermined temperature, so that it is possible to reliably generate desired metal fine particles. . In addition, a relatively large conventional heating furnace is not required, and the entire apparatus can be effectively downsized and simplified, and can be attached to and detached from various molds, and is excellent in versatility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a main part of a particulate generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fine particle generator.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a main part of the fine particle generator in a state where long magnesium is loaded.
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram of a main part of a fine particle generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration explanatory diagram of a main part of a fine particle generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a metal gas generator according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20, 100, 120 ... Fine particle generator 22 ... Metal fine particle generation mechanism 24 ... High temperature gas generation mechanism 26, 26a ... Magnesium 28a, 28b ... Filter 30 ... Metal holding part 32, 66 ... Cylindrical part 34 ... Argon gas flow control part 36 ... Argon gas heating control unit 38 ... Casting mold 40 ... Cavity 42 ... Molten backflow prevention mechanism 43 ... Stay 44 ... Slide key 43a, 44a ... Hole 46 ... Cartridge 54, 74 ... Heating wire 56, 76 ... Control Apparatus 58, 78 ... Power source 60, 80 ... Pipe line 62 ... Argon gas cylinder 64, 84 ... On-off valve 68 ... Nitrogen gas flow control unit 70 ... Nitrogen gas heating control unit 82 ... Nitrogen gas cylinder

Claims

A metal holding part in which a powdered or elongated metal is accommodated via a porous body;
A cylindrical portion that is provided in the metal holding portion and supplies gas to the metal through the porous body;
A gas flow rate control unit for controlling the flow rate of the gas supplied to the cylindrical part;
A gas heating control unit that is provided in the cylindrical part and generates metal fine particles by heating the gas supplied to the metal to a predetermined temperature;
A fine particle generator characterized by comprising:

2. The apparatus according to claim 1, wherein the metal holding part is detachable from the casting mold and supplies the metal fine particles in communication with a cavity in the casting mold. A fine particle generator.