JPS6320624B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体急冷薄帯の製造装置に関するも
のであり、特に非晶質あるいは微細結晶質のいず
れか少なくとも１種の組織を有する金属（合金を
含む）、半金属などからなる薄帯を、それらの溶
融材料から急冷法によつて直接製造する装置につ
いて提案するものである。

非晶質あるいは微細結晶質薄帯を製造する装置
として、溶融材料を回転冷却体の回転面上にノズ
ルより噴出させて急冷凝固させる装置が知られて
いる。この装置において、回転冷却体としては１
個の金属製回転ロールと、２個の互に接して回転
する金属製回転ロールとを用いる構成のものが知
られている。１個の金属製回転ロールを用いる装
置はさらに２つの方式に分けることが出来る。

第１には通常片ロール法と呼ばれている方式に
適用される装置であり、回転ロールの外周面を冷
却面として用い、ノズルを固定したまま溶融材料
を噴出し続けて連続的に急冷凝固させる装置であ
り、第２は、通常遠心急冷法と呼ばれている方式
に適用される装置であり、回転する円筒状のドラ
ムの内周面を冷却面として用い、ノズルを回転軸
方向に移動させつつ溶融金属を噴出し続け円筒内
周面に遠心力により密着させたまま、急冷凝固さ
せ、比較的細い幅の、ヘリカル状に円筒内周面に
巻付いた急冷凝固薄帯を製造する装置である。

ところで前記従来装置のうち１個の回転する円
筒状のドラムの内周面を冷却面として用いる遠心
急冷法に従う装置によれば、ドラム内周面に噴出
される溶融材料は急冷凝固後内周面にそのまま密
着して走行するので、１周後に、再びその密着し
ている急冷凝固材料の上に重なつて噴出すること
を避けるために、前記の如くノズルの位置を回転
軸方向に移動させて円筒内周面にヘリカル状に巻
付けるのでこの装置によつては、必然的に、長尺
の薄帯を製造することは困難であり、かつ出来上
がつた製品にはヘリカル状の、ねじれた形状くせ
が付き、該方法は実際の工業的製造装置ではなか
つた。

一方他の従来装置、すなわち片ロール法と、２
つのロールを用いる方法（以下双ロール法と称
す）に従う装置によれば、ノズルより噴出される
溶融材料は、ロール外周面に付着、あるいは２つ
のロール外周面間に挾まれて急冷凝固されて薄帯
となり、直ちに空間を飛翔して床面に堆積する。
実際に量産規模の製造を行なう場合には長さ数
100ｍ以上の薄帯となり、溶融材料を噴出急冷し
て薄帯となした直後に直接連続的に巻取らねば、
実際の生産は困難となる。しかし、上記装置によ
ると製造される薄帯が空間を20〜60ｍ／秒の高速
度で飛翔して走るため、その先端部をうまく捕捉
し、必要に応じてピンチロールなどの間隙を通し
て、巻取ドラムに巻付けることは非常に困難であ
り、特に半導体材料や強誘電体材料、半金属やセ
ンダスト合金等の様に比較的脆弱な薄帯を巻取ろ
うとすると、巻取ドラムに飛翔した薄帯を捕捉す
る際に衝撃的な力を受けて破壊してしまうため実
貭的に巻取は不可能であつた。

本発明は、従来装置の有する欠点、特に薄帯の
巻取が困難であるという欠点を除去、改善した液
体急冷薄帯の製造装置を提供することを目的とと
するものであつて、 この目的達成のための有効な手段として、本発
明は、 回転する冷却ドラムの内周面に、溶融材料をノ
ズルを通じて供給し冷却凝固させることにより、
該冷却ドラム内周面の回転方向に薄帯を順次に生
成させる装置において、 前記冷却ドラム内の溶融材料供給位置から離隔
した該冷却ドラムの回転下流側の位置に薄帯捕捉
手段を具える巻取ドラムを配設し、 前記溶融材料供給位置と巻取ドラム配設位置と
の間の冷却ドラム内には、前記冷却ドラム内周面
に沿つて生成する薄帯を加圧送出するピンチロー
ル、生成搬送薄帯の張力調整用の制御ロールおよ
び搬送薄帯の先端部通過時期検出用センサーとを
配設したこと、を特徴とする液体急冷薄帯の製造
装置を提案する。

なお、上記巻取ドラムに付帯させる上記薄帯捕
捉手段としては、磁気的吸引力、空気流による吸
引力、接着剤による接着力、および巻取ドラムの
外周面に沿わせて同一周速で走行させるベルトに
より該巻取ドラム外周面に連続薄帯を挟み込む機
械的捕捉力のうちのいずれか１を生ずる構成のも
のを採用する。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明によれば、冷却ドラムの内周面に、接触
させるか、あるいは極めてわずかの間隙を隔てて
設けた回転巻取ドラムに、急冷固化した後に遠心
力によつて冷却ドラム内周面に沿つて密着走行し
て来る薄帯を捕捉して連続的に巻取ることが出来
る。

本発明装置を第１図Ａ，Ｂ，Ｃに示す原理図に
よつて説明する。

第１図Ａは巻取開始前の、Ｂは巻取中の状態を
それぞれ示し、Ｃは巻取開始前の縦断面を示す。

大きな直径を有する例えば500〜2000mm程度の
内周直径を有する冷却ドラム１の内周面にほぼ内
接する形でノズル２より噴出される溶融材料流下
点、例えば右へ240゜の位置より出来るだけ離れた
位置、例えば直上の位置にある巻芯径100〜400mm
程度の巻取ドラム３によつて連続的に巻取を行な
うことが出来る。従来装置により液体急冷薄帯を
製造する場合には、その先端部が最初から一定の
高速度例えば20〜60ｍ／秒で走行あるいは飛翔し
て来るためにその先端部を巻取ドラムに、捕捉す
ることは非常に困難であるが、本発明装置によれ
ば急冷固化した薄帯は冷却面に沿つて走行させる
ことができるから巻取ドラムと冷却ドラムとの隙
間（通常0.5mm以下）へ確実に薄帯を送り込むこ
とができるので、巻取ドラムによる捕捉を完壁に
行なう事が可能となる。

本発明装置において、冷却ドラム内周面に沿つ
て走行する薄帯が磁性材料の場合には、巻取ドラ
ムの表面に磁気回路による大きな磁気的吸引力を
形成させると、巻取ドラムの捕捉力を増強するこ
とが出来る。磁性材料も含めより一般の材料にお
いては、巻取ドラムの回転軸を中空とし、さら
に、巻取ドラム中を空気が流れドラム表面に多数
の穴より空気が流れ込み、薄帯を吸引する方法あ
るいは、巻取ドラム表面に予め接着剤を塗布して
おいて走行する薄帯の先端部を接着する方法、あ
るいは巻取ドラムの外周面にプーリー４，４′，
４″を介してベルト５を同一周速度で走行させ、
巻取ドラム外周面とベルト５の間隙に機械的に捕
捉する手段の何れか１つの手段あるいはこれらの
手段を組合せた手段によつて捕捉することが出来
る。

なお、冷却ドラム１と巻取ドラム３の近接する
部分にスクレーパーＯを設け走行する薄帯をドラ
ム内周より引はがし易くすることが出来る。本発
明装置によれば、上記の巻取ドラムの吸引力によ
つて薄帯を捕捉する場合には巻取ドラムの周速度
は前記冷却ドラムの内周面の周速度と同一かある
いはわずか（１％以下）速くなるようにし、次に
巻取ドラムに数回薄帯が巻付く事を例えば走行中
の薄帯の先端部を赤外線温度センサー６で検知し
その出力をタイマーに送り適切な時間設定を行な
つておくことによつて自動的に好ましい制御方式
に切換えて巻取モーターが回転するようにすると
整然と巻取ることが出来る。

巻取りを整然と行なうためには、必然的に走行
する薄帯に、薄帯を損傷しない程度の張力を加え
て巻取ることが有利であるが、そのためには溶融
材料流下点へこの張力が伝わることを避けねばな
らないので、溶融材料流下位置と巻取ドラムによ
つて巻取る位置との中間の位置に、ピンチロール
７を弾性的に接触回転させ、冷却ドラムの内周面
に沿つて走行する薄帯を冷却ドラム内周面とピン
チロール外周面間に挾んで薄帯を搬送する。ピン
チロール７には適度な加圧力数Kg〜50Kgを加え、
かつ冷却ドラム内周速度と＋0.2％範囲内のほぼ
同一の周速度でピンチロール７を回転させること
により、ピンチロールと流下点間の薄帯には殆ん
ど張力がかからず、一方ピンチロールと巻取ドラ
ム間の薄帯には十分な張力がかかつた状態で巻取
ることが出来る。

本発明装置によれば、上記の如く、巻取モータ
ーを最初の定速度から数回巻付いた後に定トルク
制御、定張力制御、一定荷重をかけるたるみ制
御、巻径制御などの何れかの制御手段に切り換え
ることによつて薄帯に適度な張力をかけて巻取る
ことが出来る。

最初の定速度制御のまま運転する場合には巻取
ドラムの巻径は次第に増大するため、巻径の増加
速度を検出する応答速度の速く精度の良い巻径制
御の手段をとらぬ限り、張力が次第に増大し、薄
帯は破断したり、あるいはピンチロールによる制
動効果の限界を通り越してピンチロールと流下点
の間の薄帯に余分な張力をかけることとなり流下
点の急冷薄帯形成箇所に悪影響を及ぼすことにな
る。

何れの制御手段によるにしろ若干の張力をかけ
ながら巻取らねばドラムに巻取つた薄帯のコイル
は形状をくずし、整然と巻取ることが出来ない。

本発明装置によれば、ピンチロール７と巻取ド
ラムの中間、あるいは巻取ドラム上流の位置に最
初冷却ドラム内周面に接するように制御ロール８
を設け、これが、薄帯に加わる張力が増大するに
つれて冷却ドラムの内側方向に向つて移動するよ
うに出来るので、巻取中に発生しがちな過度な張
力を吸収するダンパー、たるみ制御用のダンサー
ロール、あるいは張力制御用の張力検出ロール等
として制御ロールを用い、薄帯に加わる張力を適
度な範囲内におさまるようにすることができる。

上述のように、本発明装置によれば、冷却ドラ
ムラム内に、巻取ドラム、ピンチロール、制御ロ
ールおよび先端部通過時期検出用センサーを配設
しただけの構成でも、もちろん長尺の液体急冷薄
帯を破断させることなく容易に巻取ることができ
る。

しかし、本発明装置の場合、冷却ドラム内周面
の溶湯噴出位置に、冷却ロールや冷却媒体噴射装
置などの付属装置を併設してもよい。例えば、そ
の付属装置として冷却ロールを配設すると、薄帯
の画面が平滑化され、厚み制御さえも可能とな
る。一方、薄帯厚みの精度がそれほど要求されな
い場合には、該冷却ロールは不要である。なお、
この冷却ロールを併設しないケースでは、後述す
るように冷却ドラムと同期回転させることが必要
となる冷却ロールを用いないので周速制御が容易
であり、さらに冷却ロールは無い方が薄帯幅寸法
の制御も容易である。

すなわち、冷却ロールを併設する例とは、ノズ
ル噴出位置に１個の直径100〜400mm程度の冷却ロ
ール９を前記の大直径冷却ドラム１の内周面に内
接するように配置し、互に同一周速となるように
回転させ、弾性的に数10〜数100Kg程度の加圧力
で溶融材料の流れを挾んで搬送しながら両面より
急冷することで、両表面の平滑にしかつ厚みを制
御することが出来る。

さらに本発明装置においては、前記の冷却ドラ
ム１の内周面や、内接冷却ロール９の外周面を、
装置の運転中に自動的に、研摩、清浄化する付属
装置を取り付けることも可能であり、さらに、冷
却ドラム１あるいは冷却ロール９の内部より回転
軸を通じてガス、水、油などの冷却媒体を送り冷
却ドラムあるいは冷却ロールを冷却し、温度上昇
を防ぐことも可能であり、特に冷却ドラム１はそ
の外周面、あるいはその円盤状の部分をこれらの
冷媒を用いて直接に冷却することが出来る。液体
の冷媒を用いる場合噴霧状として冷却する物体の
表面に加圧噴射し、熱交換の効率を向上させるこ
ともできる。

本発明装置によれば、装置の一部あるいは全体
を不活性ガス、還元性ガス、等の雰囲気、あるい
はこれらのガス、大気の減圧雰囲気、あるいは真
空の状況下にある容器中に構築して運転すること
も可能であり、特に得られる薄帯が大気によつて
酸化され易い場合、あるいは薄帯表面にガス気泡
を巻込み易い場合にはこれらの問題を取り除くこ
とができる。

次に本発明の製造装置の１つの実施態様の図面
について説明する。

第２図Ａ，Ｂにおいて、直径500〜2000mmの回
転冷却ドラム１の内周面に接する様に、同一速度
で回転するより小さな直径100〜400mmの高速回転
する冷却ロール９を設ける。

溶融材料を噴出するノズル２を前記冷却ドラム
１と冷却ロール９との接触部近傍に設ける。半径
方向への送りテーブル１０上に設置された軸受ス
ピンドル１１と冷却ロール９とを共に移動させて
冷却ドラムを冷却ロールによつて加圧出来るよう
にする。この加圧はネジ送り機構あるいは、油圧
機構によつて行なうことができる。またこの半径
方向への送りテープ１０の下にさらに回転軸方向
への手動送りテーブル１２を設け位置決め精度、
作業性を向上させることができる。内接する冷却
ロール９の回転はもちろん直流モーターを高度に
速度制御して得ることも出来るが本実施態様例で
はシンクロベルトあるいはタイミンダベルトによ
つて大直径冷却ドラム１の両持支持の回転伝導軸
よりプーリー１３，１４，１５を介し、冷却ドラ
ムと冷却ロールの直径比に応じた増速比の歯数組
み合せによつて伝達される。冷却ドラム１と冷却
ロール９の材質としては、硬度が高く耐摩耗性に
優れ、熱伝導率の良い各種の材料、例えば熱間ダ
イス鋼、ダイス鋼、ベアリング鋼、超硬合金、ニ
ツケル基耐熱合金、コバルト基耐熱合金、炭素工
具鋼、ベリリウム銅等の各種の合金を使用するこ
とが出来る。

次に巻取りについて説明する。本発明において
は、巻取モーターの定速度制御を必要に応じて他
の各種巻取制御方式に切換えることができる。そ
の切換えのタイミングを設定するために、設定温
度が変えられる赤外線温度センサー６を溶湯噴出
位置の下流側（流下点直後）のところに設置す
る。

例えば、ある温度に設定された上記温度センサ
ー６が、その設定温度以上の薄帯先端部が通過し
たことを検出すると、その検出信号（電気出力）
は前記巻取ドラムに付帯させたデジタル高感度タ
イマーに入力される。このタイマーは、例えば定
トルク制御などの巻取制御方式に自動的に切換え
るタイミングを0.01〜0.1秒という短い時間で行
なうことができるものである。要するに、最初の
定速度のもとで数回の巻取りができた後に、薄帯
温度変化を感じて前記センサー、タイマーにより
定トルク制御や定張力制御に切換えて、薄帯に常
に適度な張力が加わるようにして巻取るのであ
る。要するに、冷却ドラム内周面に沿つて走行す
る薄帯の位置、温度を性格に把握して、該薄帯の
先端部が巻取ドラムに達するまでのわずかな時間
内で巻取ドラムを最適制御体制にもつていくので
ある。

ピンチロール７としてはその表面を耐熱性合成
ゴムあるいは合成樹脂で被覆した金属製ロールを
使用することが出来、ロール軸受スピンドル１７
下に半径方向に移動するネジ送りあるいは油圧の
加圧機構を具えた送りテーブル１８、さらにその
下に位置決め精度、作業性を向上させるために回
転軸方向の送りテーブル１９を設けることが出来
る。

同図中の制御ロール８は回転軸２０を支点とし
て揺動することができ、さらにロール８を支持し
ている腕２１の延長部に、巻取モータ２２の制御
方法に応じた下記の各種の器具の何れかを取り付
ける。例えば、たわみに対して定トルク、定荷重
特性を有するバネを応用した、巻取モーターの制
御に対して最適のトルク たわみ特性を有するバ
ネ構造体、エアースプリング、エアーバランサー
構造体の何れかを取り付けることも出来、あるい
は代りにこの部分にストレンゲージ式ロードセ
ル、半導体式荷重検出器によつて構成される張力
検出器などを設置することも出来る。

本発明装置における巻取ドラム３は磁気回路設
計して吸引力を増大させたマグネツトロールよつ
て構成され、かつ回転軸の端部に空気吸引を行な
うための回転継手３３を設け、さらにプーリー２
３，２４，２５，２９シンクロベルト２６，２７
を介して直流モーター２２の伝導を受ける。巻取
ドラム３の制御方式は前記赤外線センサー６によ
る信号を受け前記タイマーによつてタイミングが
調整されて巻取りモーターの制御方式である定ト
ルク制御、定周速巻太り制御、たるみ制御、定張
力制御などのいずれかの制御方法に切り換わるが
その時同時に巻取ドラムスピンドル２８の直上に
設けられたエアシリンダー３０を作動させて巻太
りによる巻径増大によつて障害が生じないように
巻取ドラムを下降させる送り機構部３１を設け
る。この際巻取モーター２２を固定させた場合に
は、シンクロベルト２６，２７に遊びが生じるの
でこれを防ぐためにプーリー２４，２９をスライ
ドさせる機構３２を設けることが出来る。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 １ 第１図の装置において、冷却ドラムとして外径
1050mm、内径1000mm、幅90mm、冷却内周面幅60mm
の熱間ダイス鋼SKD６１のドラムを使用し、さ
らにそれに内接する冷却ロールとして外径200mm、
幅58mmの熱間ダイス鋼SKD６１のロールを使用
し、冷却ドラムと冷却ロールの接する位置240゜、
加圧力50Kgをもつて押し付けて周速25cm／秒で回
転させる。赤外線温度センサーを150℃に設定し、
巻取モーター制御切換えあるいは巻取ドラム降下
シリンダー動作タイミング調整タイマーを0.07秒
に設定する。ピンチロールとしては直径100mmの
幅60mm耐熱合成ゴム被覆ロールを使用して、加圧
力５Kgをもつて押し付け、周速25ｍ／秒で回転さ
せる。制御ロールとしては直径40mm幅60mm重量
400grのアルミニウム製円筒にベアリングを内装
したロールとし、長さ150mm重量200grのアルミニ
ウム製支持腕を取り付け、さらにダンパー用エア
スプリング制御回路を具えておき冷却ドラムの内
周面に内接させて空転させておく。

巻取ドラムとしては、直径250mm、幅65mm、外
側に直径260mm厚み３mmのつば付き、マグネツト
ロール表面に直径３mmの多数の空気流通穴を有す
る空気吸引ロールを用い巻取用モーターとしては
３馬力1750回転直流モーターを用いこれをシンク
ロプーリーベルトによつて２倍増速し、溶融金属
噴出前は内周面より0.1％速いドラム周速度で速
度制御しておき、タイマーの信号により予め設定
する一定トルク制御へ移行するような制御方法を
用いた。

窒化珪素製、外径65mm、内径50mmのノズル底部
にスリツト幅0.35mm長さ50mm、深さ10mmのスリツ
ト状開口部を有するノズル中でSi8.9％、Al7.05
％、Mo1.2％、Ni1.0％を含むセンダスト、系合
金500grを溶解後、25ｍ／秒の周速で駆動してい
る冷却ドラムと冷却ロールの内接点へ鋭角形状の
ノズル底部を挿入し溶融点より50℃高温にある溶
湯を１気圧のアルゴンガスで加圧して、連続的に
噴出する。かくして噴出された金属は冷却ドラム
と冷却ロールによつて挾まれ画面より冷却されて
幅50mm、厚み70μｍ±3μｍ、長さ140ｍ程度のコ
イルとなつて巻取ドラムに巻取つた。得られたリ
ボンは両端とも±3μｍの範囲内で平滑であり、
引張強さ35Kg／mm²の強度を示し、磁気的性質とし
て磁束密度B₁₀8600G、最大透磁率μmax155000、
初透磁率μ0.01 70000、保磁力Hc0.018Oeの満足
すべき特性を示した。

実施例 ２ 実施例１に記載の本発明の装置のうち、直径
200mmの内接する冷却ロール及びそのスピンドル
送りテーブルなどを取り去り、後はそのまま同一
構成体として冷却ドラムの内周面速度40ｍ／秒、
赤外線リボン先端検出センサーに接続するタイマ
ーの設定時間を0.05秒に設定し、ピンチロールを
加圧力10Kgをもつて押し付け、同一周速となるよ
うに回転させる。巻取ドラムの初期の周速は同様
に冷却ドラムの内周面速度より0.1％だけ速い速
度となるように設定し、タイマーよりの信号を受
けて一定トルク制御へ移行する制御方式を採用し
た。

実施例１と同一のノズル中でFe₆₃−Co₂₇−Zr₁₀
なる成分の合金500grを溶解し、右廻り240゜近辺
の冷却ドラム内周面に溶融温度より50℃ほど高温
にある溶湯を半径方向から1.5気圧のアルゴンガ
スで加圧して連続的に噴出する。噴出された金属
は内周面によつて片側のみから急冷されつつ、遠
心力によつて壁面にはり付いたまま巻取ドラムへ
走行されて幅50mm、厚み70μｍ±3μｍ、長さ140
ｍ程度のコイルとなつて巻取ドラムに巻取つた。

得られた薄帯は両表面とも±3μｍの範囲内で
平滑であり、薄帯全長にわたつて180゜の折曲げ試
験においても破断せずに折曲げが可能であり、薄
帯全長にわたつて均質な完全な非晶質であること
が立証された。磁気特性も優れた値を示し、磁束
密度B_s17KG、保磁力Hc0.08Oe、角形比Br／
Bs80％、最大透磁率μmax162000であり、結晶化
温度は520℃の高い値を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明装置の原理図であ
り、Ａは巻取り前の正面図、Ｂは巻取中の側面
図、Ｃは断面図を示す。第２図Ａ，Ｂはそれぞれ
本発明装置の一実施例における正面図と側面図で
ある。 Ｏ……スクレーパー、１……冷却ドラム、２…
…ノズル、３……巻取ドラム、４，４′，４″……
プーリー、５……ベルト、６……赤外線温度セン
サー、７……ピンチロール、８……制御ロール、
９……急冷ロール、１０，１８……冷却ドラム半
径方向送りテーブル、１２，１９……冷却ドラム
回転軸方向送りテーブル、１１……冷却ロール用
スピンドル、１３，１４，１５，４６，３４，３
５……シンクロプーリー、１６，１６′……巻取
モーター、巻取ドラム用スピンドル送りテーブ
ル、１７……ピントロール用スピンドル、２０…
…回転軸、２１……制御ロール腕、２２……巻取
モーター、２３，２４，２５，２９……シンクロ
プーリー、２６，２７，３６，３７，３８……シ
ンクロベルト、２８……巻取ドラムスピンドル、
３０……エアシリンダー、３１……巻取ドラム送
り機構、３２……プーリースライド機構、３３…
…回転継手、３９，４０……冷却ドラム用スピン
ドルハウジング、４１……ギヤカツプリング、４
２……主モーター、４３……ベツド、４４，４５
……タコジエネレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転する冷却ドラムの内周面に、溶融材料を
   ノズルを通じて供給し冷却凝固させることによ
   り、該冷却ドラム内周面の回転方向に薄帯を順次
   生成させる装置において、 前記冷却ドラム内の溶融材料供給位置から離隔
   した該冷却ドラムの回転下流側の位置に、薄帯捕
   捉手段を具える巻取ドラムを配設し、 前記溶融材料供給位置と巻取ドラム配設位置と
   の間の冷却ドラム内には、前記冷却ドラム内周面
   に沿つて生成する薄帯を加圧送出するピンチロー
   ル、生成搬送薄帯の張力調整用の制御ロール、お
   よび搬送薄帯の先端部通過時期検出用センサーと
   を配設したこと、 を特徴とする液体急冷薄帯の製造装置。 ２ 巻取ドラムが具える上記薄帯捕捉手段が、磁
   気的吸引力、空気流による吸引力、接着剤による
   接着力、および巻取ドラムの外周面に沿わせて同
   一周速で走行させるベルトにより該巻取ドラム外
   周面に連続薄帯を挟み込む機械的捕捉力のうちの
   いずれか１を生ずる構成のものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。