JPS587380B2 - 金属の連続ストリップを製造する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、環状の回転チルロールの外周面に溶融金属の
流れをのせて行なうメルトスピン法により金属、特にガ
ラス成形性金属合金を鋳造する技術に関する。

本発明の目的にとって、フィラメントとは横断面の大き
さがその長さに比較してはるかに小さい細長体である。

本明細書においてフィラメントは一定の断面をもったあ
るいは不規則な断面をもったリボン、ストリップ、シー
トあるいはワイヤ等の形状のものをいう。

また、“非晶質フィラメント”とは非晶質分子構造をも
った金属合金のフィラメントをいう。

回転する急冷面に向かって溶融金属噴流を吹付けること
によって、あるいはそのような急冷面にその他の手段で
溶融金属を置くことによって金属フィラメントを製造す
ることは公知である。

その場合、溶融金属はリボン状になって凝固し、例えば
ＳｔｒｏｎｇおよびＰｉｍに対する米国特許第９０５，
７５８号に開示されているように、遠心力の作用によっ
てこの凝固リボンは投げとばされる上記特許に開示され
た方法によれば、急冷面は回転するチルロールによって
与えられる。

かかる方法は、はっきりした融点をもつ、つまり固体−
液体遷移温度範囲が約４度（℃）以内の多くの多結晶性
金属のフィラメントを作るには適している。

しかしながら、非晶質分子構造をもったガラス質金属で
は、４００度（℃）あるいはそれ以上の遷移温度範囲が
しばしばみられ、その範囲の温度では臨界的ガラス遷移
温度に到するまで金属の粘度が徐々に増大してゆく。

したがって、急冷面から離れる以前にフィラメントをガ
ラス遷移温度以下に急冷することが必要となる。

しかし、前記の方法ではそのような急冷を行なうことは
困難である。

遠心力の作用によって早い時期にフィラメントをチルロ
ールから離れさせてしまうからである。

また、上記方法では、チルロールの表面からフィラメン
トが解放される地点が変化することになり、そのためフ
ィラメントを回収して適宜巻取り機に案内することが難
しい。

このような、チルロールの表面におけるフィラメントの
保持時間が十分でないという欠点および異なる解放地点
からのフィラメントを回収することの困難は米国特許第
３，８ ５ ６，０ ７ ４号（Ｋａｖｅｓｈおよび米
国特許第３，８ ６ ２，６ ５．８号（Ｂｅｄｅｌ
１．）により開示される方法によって克服される。

Ｋａｖｅｓｈの方法によれば、ニツプ手段を使用するこ
とによって回転するチルロールの外側表面上に形成され
たフィラメントを保持することを含む。

またＢｅｄｅｌｌの方法によれば、ガス噴流、移動型金
属ベルトおよび回転輪のような手段によって、チルロー
ルの回転軸に向かう方向に、チルロールの表面に対して
力を与えることによってフィラメントとチルロールとの
間の接触時間を長期化することを含む。

特定の具体化にあっては、上記のＢｅｄｅｌｌの方法は
２つのロールのうえを走るベリリウム−銅製の金属ベル
トを使ってリボンを拘束することによってチルロールか
らの早期の離脱を防止している。

しかし、２つのロールを使うため、リボンを回転チルロ
ールに押付けている角度について幾何学上および実際上
の制限がみられ、またリボンとロールとの接触角が小さ
い場合、うねったリボンが得られることがある。

さらに、金属ベルトを使用するために非常に傷付きやす
いチルロール表面に損傷を与える危険が本質的にある。

これは例えば、比較的堅いそして比較的硬質な金属ベル
トとチルロール表面との固体−固体接触のため表面が結
合することによるものである。

チルロールの表面がたとえわずかでも不完全であるなら
ば、形成されるフィラメントの表面にそれが認められ、
外観の悪い製品が得られることになる。

さらに、ベルトがフイラメントより狭くないならば、あ
るいは少なくともそれよりも広いものであれば、その場
合にはベルトは著しいバックリング作用を受けることに
なり、例えば高温フィラメントに接触している部分は熱
膨張を受けることになり、一方このフィラメントと接触
していない端部はそのような膨張を受けない。

しかし、ベルトがフィラメントより幅広でないならば、
フィラメントの縁部は不均一に急冷される傾向にあり、
不均一な特性をもったフィラメントが得られる結果にな
る。

金属ストリップの連続鋳造用のホイールーバンド型鋳造
装置は、溝付鋳造輪と該鋳造輪と一緒に移動する金属拘
束バンドとの間に形成されたキャビテイ内に溶融金属が
入れられる型式のものであり、これはしばらく前から知
られている。

そのような装置は金属バンドの案内用および／または駆
動用の多数のホイールを採用してもよい。

例えば、Ｆ−Ａ−Ｆｅ１ｄｋａｍｐ等は米国特許第１，
２ ２ ０，２ １ １号においてそのようなホイール
ーバンド型鋳造装置を開示している。

このＦｅｌｄｋａｍｐ等の装置は鋳込みキャビテイ内に
突き出た一連の等距離のスタツドつまりコアを備え、有
孔ストリップ製品を得る鋳造輪を使用している。

ここに本発明は環状の高速回転チルロールの外周面に溶
融金属をのせる（つまり、鋳込む）ことによって連続金
属ストリップを製造する装置を改善するものである。

該装置は、平らな外周鋳込み表面を有する、長軸を中心
に高速回転するようにした環状チルロールを含む。

前記鋳込み面に溶融金属をのせて急速凝固を行なう手段
を設けて連続金属フィラメントを形成する。

エラストマー製の可撓性ベルトは、フィラメントが遠心
力の作用で投げ出される地点より上流の地点から始まり
前記チルロールの周りに少なくとも１２０度をなすアー
チ形部分において、前記鋳込み面と摩擦係合して支持さ
れ、前記フィラメントを押し付けて該鋳込み面に接触さ
せるようにしており、そして少なくとも３つの案内コー
ルによって支持されている。

ベルトはフィラメントよりも広幅であるため、フィラメ
ントの縁部とも重なり、フィラメントの縁部の直ぐ近傍
で鋳込み面とベルトとの間の直接の接触が行なわれる。

可撓性ベルトをその関連する支持装置とともに、便宜上
、以下において“抱込みベルト（ｈｕｇｇｅｒ ｂｅｄ
）”と称する。

好ましくは締付け手段を設けてこの抱込みベルトの張力
をコントロールする。

本発明に係る抱込みベルト装置を使って製造したフィラ
メントは真直ぐであって、改善された物理的および磁気
的特性を有するばかりでなく均一な組織を備えている。

抱込みベルトによってフィラメントが案内されるため、
チルロールからのフィラメントの解放点は固定され、巻
取り機における出発長さのフィラメントの捕捉を助ける
。

ベルトは可撓性材料からできたエンドレスベルトである
。

本明細書においてロールは軸を中心に回転する表面であ
って、該軸に平行な直線によって形成されており、そし
て拘束すべきフィラメントを支持するようにした表面で
ある。

そのような表面をもったホイールは平らな外周表面をも
ったものと考えることができる。

本発明の装置に含まれるホイールには２種類ある。

すなわち、フィラメントの形成がそのうえで行なわれる
鋳造輪（チルロールであり、またベルトの径路を画定す
る案内輪である。

案内輪は鋳造輪の中心軸に対し各中心軸が平行になるよ
うに配置される。

金属フィラメントを製造する本発明に係る装置は、円筒
状外周の鋳込み面をもった回転自在に取り付けた環状チ
ルロール；この回転チルロールの外周面に溶融金属をの
せる千段；少なくとも約１２０度の角度にわたり鋳込み
面に接触するようにフィラメントを拘束するエラストマ
ー製の可撓性ベルト；および前記ベルトを案内しかつ張
力を与えて前記の環状チルロールと望ましい接触をさせ
る、可撓性ベルトに組合された、少なくとも３個の案内
輪を含む補助装置を含む。

上記のチルロールは慣用の構造のものである。

実際の急冷面を与える、チルロールの外周面は十分な構
造的強度および剛熱性を有しかつかなり大きな熱伝導性
を有するものであればいずれの材料からも作ることがで
きる。

熱伝導性は、非晶質つまり準安定分子構造をもったフィ
ラメントを作ることが望ましいときには、臨界的である
。

チルロールを作るのに好ましい材料には、ベリリウム−
銅、無酸素銅、およびステンレス鋼がある。

腐食、侵食または熱疲労に対する保護を与えるためには
、チルロールの外周面は、適尚な抵抗性つまり高沸点被
覆、例えばセラミック被覆または剛食性金属被覆を施し
てもよい。

これらの被覆は既知の方法で施すことができる。

フィラメントに成形すべき溶融金属は適宜手段によって
チルロールの外周面上に載せてよい。

本発明においてそれを行なう手段は臨界的ではない。

一例を図面に示すが、それは好ましくは不活性雰囲気ま
たは大気圧下で金属をその溶融点よりほゞ５０〜１００
℃高い温度に加熱すること、およびその溶融金属を次い
で、例えば１〜５０ｐｓｉｇ（１．０５ｋｇ／ｃｍ２〜
４．５ｋｇ／ｃｍ２）の程度の圧力にまであるいは溶融
金属流がノズルから放出されるまで不活性ガスを使って
該溶融金属を加圧するなどしてノズルから溶融金属を放
出してチルロール上にのせる。

鋳込み面上にのってから溶融金属は固体状態にまで急速
に冷却されてフィラメントを形成し、運動量はチルロー
ル表面の運動方向に対し接線方向にあるフィラメントに
移る。

外形、存在する力およびチルロール表面に対するフィラ
メントの付着力に応じてフィラメントはチルロール表面
から遠くに投げとばされるようになる。

環状チルロールの外周面に溶融金属をのせることによっ
て金属フィラメントを作る急冷鋳造法にあっては広い角
度にわたってフィラメントがチルロール表面に接触させ
ておくことが望ましいことがある。

そのような要求は、特に、液体状態から非晶質固体状態
にまでガラス質合金組成物を急冷する方法においてみら
れる。

非品質固体状態を得るためには、例えば約１０４℃／秒
〜１０６℃／秒あるいはそれ以上の早い速度で金属を冷
却することが必要である。

多くの場合、回転チルロールの表面は非常に高速で、多
分２５ｍ／秒（約６０ｍｐｈ）あるいはそれ以上の速度
で移動し、そしてそのため大きな遠心力が生ずる結果、
これが早い時期に鋳込み面から遠くにフィラメントを投
げとばしがちである。

そのように早期にフィラメントがロール表面から離れて
しまうことからうねったフィラメントが得られたりある
いはチルロール表面と十分長い時間接触しなかったため
に十分な急冷が行なわれず、完全に非晶質とならないフ
ィラメントが得られたりする。

エラストマー製の可撓性ベルトはフィラメントより広幅
になっているため、フィラメントの縁部とも重なり、フ
ィラメントの縁部の直ぐ近傍で鋳込み面とベルトとの間
に直接の接触が行なわれ、そしてチルロールと摩擦係合
しているためこのチルロールによってフィラメントも移
動し、少なくとも１２０度というアーチ形の部分におい
てフィラメントをチルロールに向かって押し付けるよう
になる。

したがって、かかる可撓性ベルトを用いることによりフ
ィラメントはその幅全体にわたって十分な冷却が可能に
なり、全体にかたって均一な機械的および磁気的特性を
もったフィラメントが形成されることになる。

ベルトは少なくとも３個の案内輪によって支持されてい
る。

第１および第２の案内輪は所望の角度にわたってそして
その角度を規定する２つの点において接線方向にベルト
がチルロールに接触するようにしている。

ベルトは次いでそこから第３の案内輪に向かう。

この第３の案内輪そして場合によってはそれ以外に追加
の案内輪を設けているために第１および第２の案内輪の
間にあってチルロール表面と反対方向に移動する部分の
ループ状ベルトが、チルロールから離れた領域にまでベ
ルトの径路を制限することによって、チルロール表面と
同一方向に移動しかつそれに接触している部分のベルト
に触れるのが防止される。

３つまたはそれ以上の案内輪を設けているため、ほぼ完
全な円形をなすまでの角度、例えば約１２０〜３２０ミ
好ましくは約１５０〜２４０°の角度まで回転チルロー
ルに接触させた状態にフィラメントを容易に保持するこ
とができる。

すでに述べたように、ベルトはチルロール表面との摩擦
係合によって駆動される。

そのため、ベルトと急冷表面との間におけるフィラメン
トの滑りが防止され、したがってフィラメントが急冷表
面と接触しながら急冷されている間にも、このフィラメ
ントは長軸方向の応力を受けることがない。

その結果、チルロールから解放された後のフィラメント
は真直ぐであって、うねりがない。

ベルトに張力を与える機構は、■もしくはそれ以上の案
内輪の間隔を調節してベルトに張力を与えることによる
ものである。

引張られ永久的に伸びてしまったベルトのゆるみを締付
ける必要性をなくすために、スプリングを装着したベル
ト締付機を設けてもよい。

その場合、スプリングは、案内輪を包囲しているベルト
からの拘束に抗して他の案内輪から離れるような方向に
案内輪を押し付けるために使用するものである。

本発明において使用に適するベルトは、すでに述べた理
由から金属製とすることはできず、エラストマー材料か
ら作らなければならない。

そのようなエラストマー材料としては、天然ゴムさらに
は合成ゴムがあり、例えばブタジエン、イソプレンおよ
びクロロプレンを使用するものであり、さらにはそれら
のコポリマー、例えばそれらとスチレン、ハロゲン化ス
チレン、アクリロニトリル、不飽和ケトン類（メチルビ
ニルケトンまたはメチルイソプロペニルケトン）、アル
キルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸および同
等物とのコポリマーがある。

さらに、プチレンポリマー、エチレン／プロピレンゴム
、ポリスルフイドゴム、ポリエステルエラストマー、ポ
リウレタンエラストマー、フルオロエラストマーオヨび
エラストマー性シリコーン等がある。

後者の例の方が熱安定性が比較的大きいことから好まし
い種類である。

好ましくは、ベルトは、綿、レーヨン、ナイロン、ポリ
エステル、ガラス繊維または金属ワイヤのような可撓性
コードによって内部を補強してもよい。

本発明ではガラス繊維強化シリコーンゴム製のベルトが
好ましい。

このシリコーンゴムはガラス繊維補強材の両面に約７５
ミクロンの厚さで施すことができそしてベルト全体の厚
さは約０．５ｍｍ程度である。

しかし、ベルトの厚さは、ベルトが案内輪によって決め
られた径路を走行できるだけ十分な可撓性を有する限り
、臨界的な因子ではない。

そのようなベルトはＢｅｌｔｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉ
ｅｓ 社（Ｋｎｉｌ ｗｏｒｔｈ ，Ｎ．Ｊ．）から市
販されている。

そのようなベルトは適当な温度安定性と強度を有してお
り、かつ急冷表面の損傷を防止するに十分なだけやわら
かい。

最初に使用するに先立って、そのようなベルトは約１０
分間から１０時間まで約２００〜３５０℃の温度で硬化
（キュア）させてもよい。

新らしいベルトの場合、そのような硬化処理によって鋳
造輪の表面の汚染が防止されることが分かった。

硬化させたシリコーンーガラス繊維製の抱込みベルトは
溶融体による鋳造輪のヌレを妨げないことが分かった。

この硬化処理は不可欠というのではなく、ベルトは製造
者から供給されたまゝで使用してもよい。

ガラス質リボンとチルロールとの約１８０°の角度にわ
たる接触を与える抱込みベルトを使用することによって
真直ぐでうねりのないリボンが得られる。

ここで図面について説明すると、第１図は、本発明にお
ける操作を単純化して説明するものであり、鋳造用の回
転チルロール１を示す。

誘導加熱コイル３を備えた容器２は液状金属合金を収容
しており、この液状金属合金は鋳造用の回転チルロール
１上に置かれそこで凝固してフィラメント６となる。

エラストマー製のベルト４は案内輪５によって支持され
、回転チルロール１と同じ方向に動匂このベルト４はフ
ィラメント６を鋳造用の前記ロールに押し付けている。

ベルト４はフィラメント６より幅が広く、鋳造用のチル
ロール１の外周面と直接接触して支持されている。

第２図および第３図は５個の案内輪を使った本発明の例
示的装置の構造上の細部を示す。

第２図では、抱込みベルト装置が後方板１１および前方
板１２によって支持されている。

これらの板は、例えば３０４型ステンレス鋼のように十
分な強度と耐久性をもった材料から作られる。

ステンレス鋼製の前記板１１，１２の厚さは１／４イン
チ（０．６３５ｃｍ）である。

ブリッジ板１３．１４および１５は、前方板と後方板と
の間に適当な間隔を設けておくためにまた組立てた抱込
みベルト装置に剛性を与えるために設ける。

アイドラーアーム１６を設けるが、これは案内輪１８の
位置を変えることによってベルト１９に加わる張力を与
える軸１７を中心に調整可能である。

このアイドラーアーム１６を所望の位置にロックするた
めには大きなソケット状頭部をもった止めネジ４２を設
ける。

案内手段は案内輪のいずれかに取り付け、この案内輪の
回転軸の方向にベルトの位置を固定させてもよい。

そのような案内手段は案内輪の少なくとも１つに取り付
けたフランジによって与えられるようにしてもよい。

例えば、第２図の軸３０は案内輪１８を支持するもので
ある。

この案内輪１８は軸受接続（図示せず）によって軸３０
を中心に回転し得る。

カラー３２および３４を設けることによって軸３０上の
案内輪１８の位置決めが可能となる。

止めネジ３６，３８は軸３０の長さに沿って案内輪１８
の所望位置を固定するために設けられている。

止めネジ４０は軸３０をアイドラーアーム１６中に保持
するために設けられている。

案内輪２２ ，４４ ，４６および４８は約２． ５
ｃｍの直径としてもよい。

ソケット状頭部をもった止めネジ５０を使用してブリッ
ジ板と前方板および後方板とを一緒に固定してもよい。

これらの板の組立体に剛性を与えるためにさらにノツク
ピン５２を使用してもよい。

実施例 １ 非品質金属合金を第２図および第３図に示す装置を使っ
て鋳込んだ。

銅製の鋳込輪を約１５ｍ／ｓｅｃの表面速度で回転させ
、直径を約３７．５ｃｍとした。

鋳込輪の冷却水の温度は約３０℃であった。

約１．２ｋｇのリボンが鋳造され、それに要した時間は
６０秒と９０秒との間であった。

ベルトはシリコーンゴムを張った二重ガラス繊維布で、
ベルト幅は約５ｃｍであった。

ベルトは接触摩擦による回転鋳込輪からの運動量移送に
よって駆動された。

ベルトの張力を調整して鋳込輪とベルトとの良好な接触
を確実なものとした。

ベルトはフランジを備えた案内輪によって鋳込輪上の所
定位置に保持した。

ベルトは鋳込み地点からほぼ３０度離れた地点モ鋳込輪
と接触を開始し、頂部の死点から約１３５度の地点で鋳
込輪から離れる。

鋳込輪の接線方向にベルトを拘束する案内輪は、案内輪
と鋳込楠との間に約３ｍｍ〜５ｍｍの間隙与えるように
取り付けられており、このためベルトが所定位置に置か
れ張力がかけられた場合にも案内輪と鋳込輪の表面との
間には締付けはなかった。

このように、ベルトと鋳込輪との間の実際の接線方向の
接触点は案内輪の真下にはこなかった。

シリコーンゴムを被覆したガラス繊維から作られた抱込
みベルトには過度に加熱された証拠は示さなかった。

ベルトは温度およびそれがさらされた熱輻射によって少
くも影響を受けなかったようであった。

非品質の金属リボンは抱込みベルトの下側でうまく回収
された。

全操業期間を通じて鋳込み地点とリボンがベルトの下側
で回収される地点との間においてリボンは鋳込輪の表面
にとどまっていた，鋳込み地点と抱込みベルトの下側を
リボンが通過する地点との間にあってリボンが鋳造輪の
表面から浮き上がってしまう傾向はみられなかった。

このベルトの作用によって鋳造リボンの縁部を鋳造輪に
接してしっかりと保持する。

ベルトが離れる地点ではリボンは鋳造輪の表面に数度だ
けでそれ以上ではない程度だけ近接して存在するわずか
な傾向がみられる。

移動するベルトによって余分の振動が生じることはなか
った。

ベルトは鋳造輪によってうまく駆動された。

ベルトは鋳造輪の表面で滑るようなことはなかった。

回転している鋳造輪に接触したベルトを使用することに
よっても、鋳造輪の表面に外観上の損傷は何らみとめら
れなかった。

非常にかすかにベルトがくろずんだが、ベルトの表面に
沈着物あるいは被膜がみられるということはなかった。

本発明の装置によって製造したリボンには明らかなうね
りはみられなかった。

製造されたリボンは平らであった。

本発明についてはその趣旨および本質的特徴から離れる
ことなく各種の変更および修正が行ない得ることから、
以上の説明は単に本発明の例示であって、本発明は特許
請求の範囲によってのみ制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、チルロール鋳造装置に関連する抱込みベルト
装置の使用例を説明する斜視図；第２図は、回転軸の方
向からみた抱込みベルト装置の側面図；および第３図は
、ベルトを拘束しかつ張力を与える機構を説明する一部
断面で示す平面図である。 １：回転チルロール、２：容器、３：誘導加熱コイル、
４：エラストマー製ベルト、５：案内輪、６：フィラメ
ント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平らな外周鋳込み面を有し長軸を中心に高速回転す
   るようにした環状のチルロール、および溶融金属を前記
   鋳込み面にのせ、急速凝固させることにより金属の連続
   フィラメントを形成する手段を備えた、環状の高速回転
   チルロールの外周面に溶融金属をのせることによって金
   属の連続ストリップを製造する方法において、エラスト
   マー製の可撓性ベルトを備え、前記鋳込み面と摩擦係合
   して該ベルトを支持し、遠心力の作用によって前記フィ
   ラメントが投げ出される地点より上流の地点から始まり
   、前記チルロールの周りに少なくとも１２０度をなすア
   ーチ形部分において前記の凝固フィラメントを前記鋳込
   み面に押し付けて接触するようにし、前記ベルトは少な
   くとも３個の案内輪によって支持されかつ該ベルトの幅
   を前記フィラメントの幅より大きくすることによって該
   フイラメントの縁部に重なるようにし、さらに前記鋳込
   み面と前記ベルトとの直接の接触が前記フィラメントの
   縁部の直ぐ近傍で行なわれるようにした、金属の連続ス
   トリップ婆製造する装置。 ２ 前記ベルトがコード補強エラストマーから成る特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３ ガラス繊維布によって補強を行なう、特許請求の範
   囲第２項記載の装置。 ４ 金属フィラメント布によって補強を行なう、特許請
   求の範囲第２項記載の装置。 ５ 前記エラストマーがシリコーンエラストマーである
   、特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 案内輪のうちの少なくとも１つに作用するベルトを
   締め付ける手段をさらに備えた、特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ７ 案内輪の１つに取り付けられ該案内輪の回転軸の方
   向にベルトの位置を固定する案内手段をさらに備えた、
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８ 前記案内手段が案内輪の少なくとも１つに取り付け
   られたフランジである、特許請求の範囲第７項記載の装
   置。