JP2000263193A - 単ロール法鋳造用ギャップ計および急冷凝固薄帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単ロール法によりアモルファス合金薄帯など
の急冷凝固薄帯を製造する設備において、高速回転する
冷却ロールの表面とノズル開口との間の狭いギャップ
を、高温環境でも高精度で測定する。 【解決手段】 レーザ発生装置、レーザビームをギャッ
プに指向させるとともにビームを径方向に振動させるス
キャナ、ギャップを通過したレーザビームの熱量検出器
を有して構成したことを特徴とするギャップ計。ギャッ
プに、径方向に振動させたレーザビームを通過させ、通
過したレーザビームの熱量を検出することにより前記ギ
ャップを測定して、所定のギャップに設定するととも
に、該設定したギャップを鋳造中において維持する自動
制御を行う。 【効果】 板厚精度の良好な高性能の急冷凝固薄帯が安
定して得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単ロール法により
アモルファス合金薄帯などの急冷凝固薄帯を製造する設
備において、高速回転する冷却ロールの円周面と該円周
面に溶融金属を供給するノズル開口との間のギャップを
測定するためのギャップ計、および該ギャップ計を使用
した急冷凝固薄帯の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アモルファス合金薄帯などの急冷凝固薄
帯の製造法として、単ロール法が知られている。この方
法は図１の例のように、タンディッシュ１内の溶融金属
２を、ノズル３から、高速回転している冷却ロール５の
円周面に流出させて急冷凝固させ、凝固した薄帯６を巻
き取るものであり、非晶質や結晶質の合金あるいは純金
属の薄帯６が製造される。４はタンディッシュストッパ
ーである。

【０００３】ノズル３の開口はスリット状をなしてお
り、スリット長さが薄帯６の幅に対応する。また、スリ
ット長さおよびスリット幅と、ノズル３の開口と冷却ロ
ール５の間のギャップと、冷却ロール５の回転速度とに
よって、冷却ロール５上での溶融金属２の冷却速度およ
び薄帯６の厚さが支配される。

【０００４】したがって、単ロール法による急冷凝固薄
帯の製造に際し、ノズル３の開口と冷却ロール５の間の
ギャップを所定の適正値に設定することが極めて重要で
ある。ギャップが広すぎると薄帯６が厚くなるうえ、冷
却速度が不足して薄帯６の結晶化が進行し、狭すぎると
薄帯６の厚さが不足して破断するおそれが生じる。

【０００５】このギャップを測定するための従来のギャ
ップ計としては、図１に示すように、投光器７から発し
ノズル３と冷却ロール５の間のギャップを通って受光器
８に達した光量に基づいて計測する、光学的方法を採用
したものが一般に使用されている。

【０００６】そして、特公昭６０−３９４６０号公報に
は、光源から発しスリットを通過させたレーザビームを
ギャップに照射し、受光器での受光量を検知することに
よりギャップを計測し、ノズル３と冷却ロール５の位置
を調節してギャップを一定に維持する方法が開示されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような単ロール
法による急冷凝固薄帯の製造設備において、ノズル３は
ファインセラミックス製のものが使用され、鋳造に際し
ては、耐熱性の問題からノズル予熱が必須となる。この
ため、冷却ロール５とノズル３の開口との間のギャップ
を正確に設定しても、予熱により、さらに鋳造での加熱
によりノズル３が変形し、鋳造開始時あるいは鋳造時に
ギャップが設定値から外れてしまう。したがって、熱間
でのギャップ測定および所定値への自動制御が必要であ
る。

【０００８】しかしギャップは非常に小さく、特に０．
３mm以下のギャップを高温環境において高精度で測定し
自動制御するのは、従来の光学的手段では困難であっ
た。その原因は十分には理解されていないが、光のゆら
ぎによる説が有力視されている。上記公報のように、ス
リットにより絞り込んだレーザビームを使用しても、こ
の問題を解消するのは困難であった。

【０００９】そこで本発明が解決しようとする課題は、
単ロール法によりアモルファス合金薄帯などの急冷凝固
薄帯を製造する設備において、冷却ロールの表面とノズ
ル開口との間の狭いギャップを、高温環境でも高精度で
測定できるギャップ計、および該ギャップ計を使用した
急冷凝固薄帯の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明装置は、単ロール法による急冷凝固薄帯の製造
設備において、冷却ロールの円周面と該円周表面に溶融
金属を供給するノズル開口との間のギャップを測定する
装置であって、レーザ発生装置、レーザビームを前記ギ
ャップに指向させるとともにビームを径方向に振動させ
るスキャナ、前記ギャップを通過したレーザビームの熱
量検出器を有して構成したことを特徴とする単ロール法
鋳造用ギャップ計である。

【００１１】また上記課題を解決するための本発明法
は、単ロール法による急冷凝固薄帯の製造設備におい
て、冷却ロールの円周面と該円周面に溶融金属を供給す
るノズル開口との間のギャップに、径方向に振動させた
レーザビームを通過させ、該通過したレーザビームの熱
量を検出することにより前記ギャップを測定して、所定
のギャップに設定するとともに、該設定したギャップを
鋳造中において維持する自動制御を行うことを特徴とす
る急冷凝固薄帯の製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のギャップ計は、図２に示
す例のように、冷却ロール５の円周面とノズル３の開口
との間のギャップを測定するものであって、レーザ発生
装置、スキャナ１１および熱量検出器を有して構成した
ことを特徴とする。図２では、レーザ発生装置は、レー
ザビームを発するレーザヘッド９とこれを駆動させるレ
ーザヘッドドライバ１０からなり、熱量検出器は、レー
ザビームの熱量を検知するカロリメータヘッド１３と検
知した熱量を電気信号に変換するエネルギメータ１４か
らなる。エネルギメータ１４の電気信号がギャップ値に
換算される。スキャナ１１は、レーザヘッド９からのレ
ーザビームを反射させて上記ギャップに指向させるとと
もに、スキャナドライバ１０からの作動により矢印の方
向に回動駆動して、レーザビームを径方向に振動させ
る。

【００１３】レーザビームの熱量はビーム径方向に均一
ではなく、図３（ｂ）のように中心が高く周辺に近づく
程低くなる。このため、同一のギャップを測定した場合
の検出熱量が、Ａの位置では高く、Ｂの位置では低くな
ってしまう。このような検出位置のずれは、ノズル３や
冷却ロール５などの熱膨張などから容易に発生する。そ
こで本発明においては、上記のようにレーザビームを径
方向に振動させることで、図３（ａ）のようにビーム径
方向の熱量分布を均一化し、同一のギャップを測定した
場合の検出熱量が、Ａの位置でもＢの位置でも同一とな
るようにする。

【００１４】このように本発明のギャップ計は、ギャッ
プを通過したレーザビームを、従来のギャップ計のよう
に光量として検出するのではなく、熱量として検出し、
しかもレーザビームを径方向に振動させるので、ノズル
３を予熱した後、あるいは鋳造中のような高温環境下に
おいても高精度の測定を行うことができる。なお本発明
のギャップ計は、図１の例のように、ノズル３を冷却ロ
ール５に対して横方向にセットするほか、冷却ロールの
直上あるいは任意の位置にセットして鋳造する場合にも
適用できる。

【００１５】つぎに本発明法は、図２に示す例のよう
に、冷却ロール５の表面とノズル３の開口との間のギャ
ップを上記本発明ギャップ計により測定し、所定のギャ
ップに設定するとともに、該設定したギャップを鋳造中
において維持する自動制御を行う急冷凝固薄帯の製造方
法である。なおギャップの設定は、検出したレーザビー
ムの熱量をギャップ値に換算してから行ってもよく、ま
た検出した熱量が所定のギャップに相当する熱量となる
ように設定してもよい。

【００１６】図２の例では、エネルギメータ１４の電気
信号を制御器１５に入力し、制御器１５においてギャッ
プ値に換算したのち、ノズル３を取付けたタンディッシ
ュを微動させて所定のギャップに設定し制御する。ある
いは制御器１５において、電気信号をギャップ値に換算
せず、所定のギャップ値に相当するレーザビームの熱量
がカロリーメータヘッド１３で検出されるようにタンデ
ィッシュを微動させて所定のギャップに設定し制御す
る。

【００１７】本発明法においても、図１の例のように、
ノズル３を冷却ロール５に対して横方向にセットするほ
か、冷却ロールの直上あるいは任意の位置にセットして
鋳造する場合にも適用できる。このような本発明法によ
り、ノズル３を予熱した後、あるいは鋳造中のような高
温環境下においても、高精度のギャップ測定と、所定の
ギャップを維持する自動制御により、板厚精度の良好な
高性能の急冷凝固薄帯が安定して得られる。

【００１８】

【実施例】図１のようなタイプの単ロール法鋳造設備に
おいて、図２に示すような本発明ギャップ計を使用し、
本発明法により急冷凝固薄帯を製造した。溶融金属はＦ
ｅ_80.5Ｓｉ_6.5 Ｂ₁₂Ｃ₁ （原子％）、溶融金属の噴出温
度は１３２０℃である。ノズル３の開口は０．７mm×８
０mmのスリット状、冷却ロール５はＣｕ−０．５％Ｃｒ
合金製、直径１２００mm、幅３００mmであり、表面速度
２５ｍ／秒で回転させた。

【００１９】使用した主要機器は、レーザヘッド９がメ
レスグリオ製 05LHR991(ＨｅＮｅ６３２．８nm，２０m
W) 、レーザドライバ１０が同 05LPL915-065 、スキャ
ナ１１およびスキャナドライバ１２がティー・イー・エ
ム製 6800(１kHz 振角１°)、カロリーメータヘッド１
３がオフィールジャパン製 PD300、エネルギメータ１４
がオフィールジャパン製レーザスターである。

【００２０】レーザヘッド９のレーザ出力は１０mW、レ
ーザ直径は０．６５mmとし、レーザヘッド９とスキャナ
１１中心部の距離は１０mm、スキャナ１１とノズル３の
距離は６５０mm、ノズル３とカロリ−メータヘッド１３
の距離は８３０mmに、それぞれセットした。そして、ス
キャナ１１およびスキャナドライバ１２によりレーザビ
ームを１kHz 振角１°でビーム径方向に振動させた。

【００２１】ノズル３の開口と冷却ロール５のギャップ
は、あらかじめ２５０μｍに設定した。このときのカロ
リーメータヘッド１３で感知したレーザ熱量は３８５μ
W であった。ノズルを予熱したのち、カロリーメータヘ
ッド１３で感知するレーザ熱量が３８５μW になるよう
に、制御器１５によりノズル３の位置を調整し、鋳造
中、自動制御によりこのギャップ値を維持した。その結
果、幅８０mm、厚さ約２８μｍの良好なアモルファス合
金薄帯が得られた。

【００２２】

【発明の効果】本発明のギャップ計は、単ロール法によ
りアモルファス合金薄帯などの急冷凝固薄帯を製造する
設備において、冷却ロールとノズルの間のギャップにレ
ーザビームを径方向に振動させつつ通過させ、通過した
レーザビームの熱量を検出するので、０．３mm以下の狭
いギャップを、ノズル予熱後や鋳造中の高温環境下でも
高精度で測定できる。そして本発明法により、板厚精度
の良好な高性能の急冷凝固薄帯が安定して得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とする単ロール法の例を示す断面
図である。

【図２】本発明の例を示すブロック図である。

【図３】本発明におけるレーザの熱量分布の例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…タンディッシュ ２…溶融金属 ３…ノズル ４…タンディッシュストッパー ５…冷却ロール ６…薄帯 ７…投光器 ８…受光器 ９…レーザヘッド １０…レーザヘッドドライバ １１…スキャナ １２…スキャナドライバ １３…カロリメータヘッド １４…エネルギメータ １５…制御器

フロントページの続き (72)発明者 菊池 利治 神奈川県川崎市中原区井田３丁目35番１号 新日本製鐵株式会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 2F065 AA22 FF02 GG04 HH04 HH15 JJ00 LL13 LL62 MM16 NN20 4E004 DB02 DB16 MC00 PA10 TA01 TB05 TB07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単ロール法による急冷凝固薄帯の製造設
   備において、冷却ロールの円周面と該円周面に溶融金属
   を供給するノズル開口との間のギャップを測定する装置
   であって、レーザ発生装置、レーザビームを前記ギャッ
   プに指向させるとともにビームを径方向に振動させるス
   キャナ、前記ギャップを通過したレーザビームの熱量検
   出器を有して構成したことを特徴とする単ロール法鋳造
   用ギャップ計。
2. 【請求項２】 単ロール法による急冷凝固薄帯の製造設
   備において、冷却ロールの円周面と該円周面に溶融金属
   を供給するノズル開口との間のギャップに、径方向に振
   動させたレーザビームを通過させ、該通過したレーザビ
   ームの熱量を検出することにより前記ギャップを測定し
   て、所定のギャップに設定するとともに、該設定したギ
   ャップを鋳造中において維持する自動制御を行うことを
   特徴とする急冷凝固薄帯の製造方法。