JP2001138013A - 多孔質金属材料の製造方法 - Google Patents

多孔質金属材料の製造方法

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JP2001138013A
JP2001138013A JP32113299A JP32113299A JP2001138013A JP 2001138013 A JP2001138013 A JP 2001138013A JP 32113299 A JP32113299 A JP 32113299A JP 32113299 A JP32113299 A JP 32113299A JP 2001138013 A JP2001138013 A JP 2001138013A
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metal
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cooling
roll
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Shinji Furukawa
伸治 古川
Katsuyuki Fujimoto
勝幸 藤本
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Unitika Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質な多孔質金属材料を連続して製造するこ
とのできる多孔質金属材料の製造方法を提供する。 【解決手段】 移動する冷却面に溶融金属を噴出させて
冷却凝固させることによって多孔質金属材料を製造する
際に、前記冷却面の放線方向に対して60°以上90゜
以下で、かつ前記冷却面の移動方向に対して30゜以上
150゜以下となる条件下で前記溶融金属を噴出させる
ことを特徴とする多孔質金属材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は二次電池などの電極
材、フィルター又は各種電磁気材料として好適な多孔質
金属材料の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高密度に空孔を内包した多孔質金属材料
は、軸受けや防震材料、フィルターなどとして用いられ
てきたが、特に近年はNi−Cd電池やNi−MH電池
などの二次電池用電極として注目されている。従来これ
らの多孔質金属材料は、(1)金属粉末の焼結、(2)
金属繊維の焼結、(3)ウレタンや炭素繊維への鍍金な
どの方法によって製造されていた。しかし、粉末や繊維
の焼結体では、十分な機械的強度が得られない場合があ
り、また鍍金によるものではクローズドポアができやす
く、多くの工程を要するために高価であるなどの問題が
あった。
【0003】近年、電気自動車用途などを中心にして大
型2次電池の需要が高まるにつれ、安価な多孔質金属材
料に対する要請が強くなってきている。そこで、このよ
うな対応をする試みとして、溶融状態から多孔質金属材
料をダイレクトに鋳造する方法が検討されている。この
場合、移動壁を有する金型を用いることは連続製造に有
利と考えられ、その中でも特に、溶融金属を回転ロール
に噴射して金属薄帯を形成させる単ロール法は有効であ
る。そこでこれまでも、例えば、特開昭61−1479
50号公報や特開昭63−130248号公報により種
々の方法が提案されている。前者の特開昭61−147
950号公報には、冷却体の移動速度と溶融金属の噴出
圧力を特定の条件範囲内に制御することによって多孔質
金属薄帯を製造する方法が開示されている。また、特開
昭61−238446号公報には、そのようにして製造
される多孔質ニッケル薄帯が開示されている。一方、後
者の特開昭63−130248号公報には、溶融金属を
噴出するノズルにオリフィス開口部よりも狭い流路を形
成させることによって、パドルでのエアの巻き込みを多
くして多孔質金属薄帯を形成させる装置が開示されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの先行
技術では、均質な多孔質金属材料を安定して製造するた
めには十分ではなかった。すなわち、特開昭61−14
7950号公報に開示の方法によって多孔質金属薄帯を
形成させるためには、溶融金属の噴出速度と冷却体の移
動速度を限定させた条件範囲内に制御する必要がある。
しかし、噴出圧力が0.03MPa以下と低いために、
溶融金属の噴出速度は温度変化などの影響を受けやす
く、溶融金属と冷却体の速度条件を厳密に制御すること
は困難であった。そのため、一定の気孔率を有した均質
な多孔状薄帯を連続的に製造することは容易ではなかっ
た。一方、特開昭63−130248号公報に開示され
た装置では、エアの巻き込みによって空孔が形成され
る。しかし、このようなノズルは低い噴出圧力では圧力
変動を生じやすく、また溶融金属の温度変化、あるいは
ロール表面の温度変化や形状変化などによって溶融金属
の濡れ性が変化するために、空孔率がばらつくことが多
く、一定の空孔率を有した均質な多孔状金属薄帯を連続
的に製造することは容易ではなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは均
質な多孔質金属材料を安定して製造することを目的に鋭
意検討した結果、溶融金属の噴射角度と冷却体の移動方
向について、特定の条件を満たすことによって上記目的
が達成されることを見いだし本発明に到達した。すなわ
ち、本発明は、移動する冷却面に溶融金属を噴出させて
冷却凝固させることによって多孔質金属材料を製造する
際に、前記冷却面の放線方向に対して60°以上90゜
以下で、かつ前記冷却面の移動方向に対して30゜以上
150゜以下となる条件下で前記溶融金属を噴出させる
ことを特徴とする多孔質金属材料の製造方法を要旨とす
るものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
を詳細に説明する。図1は、本発明の方法を実施するた
めの冷却体と溶融金属との関係を示す図であり、また図
2は、比較のために、従来の単ロール法での冷却体と溶
融金属との関係を示す図であり、ノズルから噴射された
溶融金属1は、図中の矢印3の方向に移動している冷却
面2に接触して冷却凝固し、多孔質金属材料が形成され
る。本発明においては、冷却面2に対してαの角度(放
線4とのなす角)で、さらに矢印3の方向に対してはβ
の角度(冷却面内)で、溶融金属1が噴射される。この
とき、角度αを60°以上90°以下で、かつ角度βを
30°以上150°以下になるように設定することが必
要である。すなわち、本発明のように冷却面に対して浅
い進入角度で、かつ、冷却体の移動方向に交差する角度
で、溶融金属を噴射すると、溶融金属に多少の変動があ
っても安定して均質な多孔質金属材料を得ることができ
【0007】一方、従来の一般的な方法では、図2に示
したように、溶融金属1は冷却面2に垂直に噴出されて
いた。このように噴射された場合、噴射圧力の変動や溶
湯の温度変化、あるいは装置の振動のような変動は、冷
却凝固する過程に影響を及ぼしやすいために、連続的に
均質な多孔質金属材料を形成させることは容易ではなか
った。
【0008】次に、本発明の製造方法を単ロール装置を
用いて具体的に説明する。図3は本発明の製造方法を実
施するための単ロール装置の概略斜視図であり、ノズル
5に保持された金属溶湯6は、ガス圧を印加することに
より冷却ロールの冷却面2に噴出される。ノズル5の先
端のオリフィスから噴出された溶融金属1は、矢印3の
方向で回転する冷却面2の表面に接触し溶湯パドルが形
成される。溶融金属1が冷却面2に浅く入射し、かつ冷
却ロールが回転する矢印3の方向に交差するように入射
されるために、溶湯パドルは冷却ロール面上で広く広が
りながら冷却され、幅の広い金属薄帯7が引き出され
る。この凝固過程で空孔率の大きな多孔質金属材料が形
成される。
【0009】図4は、従来の方法を実施するための単ロ
ール装置の概略斜視図であり、ノルズ5から噴出された
溶融金属1は、矢印3の方向に回転する冷却ロールの冷
却面2に接触するが、その入射方向は冷却ロールの冷却
面2に垂直であり、溶湯パドルは溶融金属1が冷却ロー
ルの冷却面2に最初に接触した箇所でのみ形成される。
このような条件で多孔質金属薄帯を得るためには、ノズ
ルからの溶融金属の噴出、冷却ロールの回転を、ともに
極めて精密に制御する必要がある。しかし、溶湯パドル
には直上のノズルから高温の溶融金属が絶えず供給され
ており、溶融金属の変動に非常に敏感に影響を受けるた
め、均質な多孔質金属薄帯を連続して製造することは困
難であった。
【0010】次に、本発明において特定の数値限定をし
た理由について説明すると、本発明の方法では、冷却面
の放線方向に対して60°以上90°以下、冷却面の移
動方向に対しては30°以上150°以下の条件で、溶
融金属が噴出される。本発明における測定方法によれ
ば、溶融金属の冷却面の放射方向に対する入射角度は、
溶融金属が冷却面に接触する条件内で90°を超えるこ
とはありえない。一方、60°未満では多孔質化させる
ために十分ではない。したがって、本発明では、冷却面
の放線方向に対して60°以上90°以下、特に75°
以上85°以下であれば、高い空孔率を有した多孔質金
属材料が操業性よく製造できる点から好ましい。
【0011】さらに、本発明では溶融金属は、冷却面の
移動方向に対して30°以上150°以下の条件で噴出
されなければならない。冷却面の移動方向に対して30
°未満、あるいは150°超える条件では、溶融金属は
回転方向に概ね平行に噴出されることになり、本発明の
ような高品質な多孔質金属材料を十分安定して製造する
ことは困難となる。通常、冷却面の移動方向に対して垂
直に溶融金属を噴射することが最も好ましいが、適用す
る合金組成や製造装置に合わせて45°以上135°以
下の範囲で適宜調整することがで最適な角度条件が得ら
れることが多い。なお、上記の溶融金属の噴出方向と冷
却面の移動方向との角度は、溶融金属が冷却面に接触し
た点での、溶融金属の噴出方向と冷却面の移動方向のな
す角で定義される。この定義によれば、最小の角度は溶
融金属を冷却面の移動方向に噴出した場合の0°であ
り、最大の角度は溶融金属を冷却面の移動方向と反対方
向に噴出した場合の180°であり、他のすべての噴出
条件は0から180°までのいずれかの数値となる。
【0012】本発明は特に単ロール法や双ロール法に好
適であるが、その他の種々の製法に利用でき、上記方法
に限定されるものではない。また、本発明は、例えばF
e−Si−B、Co−Si−B、Ni−Si−Bなどの
アモルファス合金、Fe−Nb−Bなどの微細結晶合
金、Ni−Fe、Ni−Cu、真鍮、ステンレスなどの
汎用の合金、Ni、Cu、Agなどの純金属など多くの
金属材料に対して有効であり、各種電極や電磁気材料、
フィルターなど多くの用途に利用され得る。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例によって具
体的に説明する。 実施例1 内径が13mmで先端に2mmのノズル孔を有した石英
管に25gの銀を挿入し、高周波誘導加熱(富士電波工
業社製の高周波誘導加熱装置)により溶融させた後、約
1000℃で0.02MPaのArガスを印加して、回
転数1000rpmで回転する直径400mmの水冷銅
ロールの冷却面に、溶融金属を噴射して金属薄帯を作製
した。ロールの冷却面に垂直に設置された石英管のノズ
ル先をほぼ垂直に曲げることによって、溶融金属をロー
ルの冷却面の放線に対して80°と極めて浅い角度で入
射した。さらに、ノズル開口部の方向をロールの回転方
向に垂直に向けることによって、溶融金属とロールの回
転方向の角度を90°に設定した。このようにして作製
された銀の金属薄帯は、幅が約15mmで、厚さが約6
0μmで、金属薄帯の長手方向に縦長の空孔が数多く形
成された多孔質状態を呈し、金属薄帯の全域に対して3
0〜35%とほぼ一様な空孔率を有した均質なものであ
った。ここで、得られた金属薄帯の空孔率は、実体顕微
鏡(オリンパス社製、SZ−322568)を用いて金
属薄帯の上面から写真撮影し、金属薄帯全体に対する空
孔の面積比率を測って評価した。
【0014】実施例2〜3、比較例1〜3 銅ロールに対する溶融金属の入射角度を表1のように代
えた以外は、実施例1と同様な条件で金属(銀)薄帯を
作製した。その結果は表1に示したとおりであり、実施
例2、3は、本発明における条件を満足するものであっ
て、空孔を多く含んだ多孔質金属(銀)薄帯であった
が、溶融金属をロール面に垂直に入射した比較例1で
は、金属(銀)薄帯の厚みが一様で全く無孔な状態であ
り、またロール面の放線に対して60゜未満である比較
例2では、金属(銀)薄帯は片方のエッジ近傍で薄くな
り鋸状の表面起伏を呈したものの、金属(銀)薄帯内部
に空孔はほとんど存在しなかった。さらに、ロール面の
放線に対して95°に溶融金属を噴射した比較例3で
は、溶融金属がロールを飛び越えて噴出されたため、薄
帯は全く形成されなかった。
【0015】
【表1】
【0016】実施例4〜5、比較例4〜6 銅ロールに対する溶融金属の入射角度を表2のように代
えた以外は、実施例1と同様な条件で金属(銀)薄帯を
作製した。その結果は表2に示したとおりであり、実施
例4、5は、本発明における条件を満足するものであっ
て、金属(銀)薄帯の幅全域にほぼ一様に空孔を多く含
んだ多孔質金属(銀)薄帯であったが、溶融金属をロー
ル回転方向に対して平行に噴射させた比較例4では、薄
帯は厚みが一様で全く無孔な状態であり、また、ロール
回転方向に対して30゜未満である比較例5では、薄帯
は片方のエッジ近傍が厚く、また厚い部分の近傍では空
孔がほとんど存在しないため、不均一なものとなり、さ
らに、ロール回転方向に対して150゜を超えた比較例
6では、比較例5と類似した不均一な薄帯となると同時
に、溶融金属がロール回転に逆らって噴出されるために
ロール面での飛散が多く、安定した製造が困難であっ
た。
【0017】
【表2】
【0018】実施例6 銀を銅に代えた以外は、実施例1と同様の条件で金属
(銅)薄帯を作製した。得られた金属(銅)薄帯は、
(銀)金属薄帯の場合と同様に内部に細かい繊維状組織
を有した多孔質金属(銅)薄帯となり、薄帯の全域に対
して25〜30%とほぼ均質な空孔率を示した。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、内部に多数の空孔を有
した多孔質金属材料を容易に製造するき、溶融金属の温
度変化や噴出圧変動、振動などの外乱的な変動に対して
影響を受けにくいために、均質な多孔質金属材料を連続
して製造する上で有利である。本発明によって製造され
た多孔質金属材料は、各種電極や電磁気材料、フィルタ
ーなどの用途に好適に用いることができ、その工業的な
意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための冷却体と溶融金
属との関係を示す図である。
【図2】従来の単ロール法での冷却体と溶融金属との関
係を示す図である。
【図3】本発明の製造方法を実施するための単ロール装
置の概略斜視図である。
【図4】従来の方法を実施するための単ロール装置の概
略斜視図である。
【符号の説明】
1 溶融金属 2 冷却ロールの冷却面 5 ノズル 6 金属溶湯 7 金属薄帯

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動する冷却面に溶融金属を噴出させて
    冷却凝固させることによって多孔質金属材料を製造する
    際に、前記冷却面の放線方向に対して60°以上90゜
    以下で、かつ前記冷却面の移動方向に対して30゜以上
    150゜以下となる条件下で前記溶融金属を噴出させる
    ことを特徴とする多孔質金属材料の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011249173A (ja) * 2010-05-28 2011-12-08 Hitachi Ltd 非水系二次電池用負極および非水系二次電池
JP2012178287A (ja) * 2011-02-28 2012-09-13 Hitachi Ltd 非水系二次電池用負極、および、非水系二次電池

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