JP2005254249A - Apparatus for rapidly cooling liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アモルファス金属および結晶質薄帯をはじめとする金属薄帯の製造装置に関する。 The present invention relates to a metal ribbon manufacturing apparatus including amorphous metal and crystalline ribbon.
金属箔帯の製造法の1つとして、溶融金属(以下溶湯という)をノズル容器のノズルから高速回転する回転冷却体の外周面に向けて噴射し、リボン状あるいはテープ状に急速冷却凝固させる方法が知られており、この方法は液体急冷法といわれる。この方法は、回転冷却体の種類によって、単ロール法、双ロール法、遠心急冷法などに分類される。これらの方法によって、溶湯の成分、組成および冷却条件などを適切に選ぶことによって金属薄帯を得ることができる。
ところで、液体急冷法による金属薄帯の製造は作製する金属の成分により大気中で行なわれる場合もあり、アルゴン、ヘリウム、あるいは窒素などの不活性ガス中さらには真空中で行なわれる場合もある。特に、作製する金属薄帯が酸化しやすいもの、言い換えると、活性が高いものでは、酸化あるいは自然発火を防ぐためにも、不活性ガス中あるいは真空中雰囲気での製造が不可欠であり、このような不活性ガス中あるいは真空中で単ロール法により金属薄帯を製造する製造装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。さらに、これを目的に応じて改良したものとして、図5に示すものがある。図5は、この液体金属急冷装置の全体構成を示す概観図である。図において、1は本体、2は廃棄ユニット、3は高周波コントローラである。図6は本体1の内部を示す側断面図である。本体1の内部には、回転冷却体105、高周波コイル106、溶解るつぼを兼ねた耐熱性のノズル容器107がチャンバ104に収容されている。
つぎに、この液体金属急冷装置の動作について説明する。
(1)先ず、溶解用金属原料をノズル容器107に装入し、この容器107を溶湯噴射用加圧ガス導入管109と接続させ、ノズル昇降機構108の駆動により、ノズル容器107を回転冷却体105の真上に降下させるための準備をする。
(2)噴射ガス用バルブ109a、リーク調整バルブ110を閉じて、チャンバ104から排気ユニット2より排気し、チャンバ104内が所定の真空度に達した後に、回転冷却体105を必要な周速度に回転させる。
(3)高周波コントローラ3の高周波調整ボリューム301を調整し、ノズル容器107内の溶解用金属原料の高周波溶解を行なう。
(4)溶解用金属原料の溶解が完了した後、ノズル昇降機構108を駆動してノズル容器7を回転冷却体105の直上まで降下させる。
(5)電磁バルブ107aを開き、適当な圧力のアルゴンガス、ヘリウムガスあるいは窒素などの不活性ガスでノズル容器107からその内部の溶湯を回転冷却体105の外周面に向かって噴射する。
(6)回転冷却体105で凝固し、離脱した金属薄帯が試料回収部111に飛行してくるので、目的の金属薄帯が得られる。
以上のようにして真空中での金属薄帯の製造を行なう。また、リーク調整バルブ110を通してアルゴン、ヘリウムあるいは窒素などの不活性ガスをチャンバ104内に導入することにより、不活性ガス雰囲気中で金属薄帯を製造することもできる。
噴射を行なうタイミングは、主に金属の溶融状態を目視して行なうが、高周波コントローラ3に表示される電流計302、電圧計303の値もパラメータとなりうる。この場合、高周波コントローラ3の高周波調整ボリューム301、電流計および電圧計を使用しながら溶融状態のチェックを同時に行なうため、図7に示すように高周波コントローラ3の本体付近に別置きできるリモートコントロールペンダント4を設け、これに高周波調整ボリューム401、高周波電流計402および高周波電圧計403をおさめている。
By the way, the production of a metal ribbon by the liquid quenching method may be performed in the atmosphere depending on the metal component to be produced, or may be performed in an inert gas such as argon, helium, or nitrogen, or in a vacuum. In particular, if the metal ribbon to be produced is easily oxidized, in other words, if the activity is high, production in an inert gas or vacuum atmosphere is indispensable in order to prevent oxidation or spontaneous ignition. A manufacturing apparatus for manufacturing a metal ribbon in an inert gas or in vacuum by a single roll method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Further, FIG. 5 shows an improvement of this according to the purpose. FIG. 5 is a schematic view showing the overall configuration of the liquid metal quenching apparatus. In the figure, 1 is a main body, 2 is a disposal unit, and 3 is a high-frequency controller. FIG. 6 is a side sectional view showing the inside of the main body 1. Inside the main body 1, a
Next, the operation of this liquid metal quenching apparatus will be described.
(1) First, a metal raw material for melting is charged into a
(2) The
(3) The high frequency adjustment volume 301 of the high frequency controller 3 is adjusted, and the melting metal material in the
(4) After the melting metal raw material is completely melted, the
(5) The electromagnetic valve 107 a is opened, and the molten metal inside the
(6) Since the metal ribbon solidified and separated by the rotating
As described above, the metal ribbon is manufactured in a vacuum. Further, by introducing an inert gas such as argon, helium or nitrogen into the
The injection timing is mainly performed by visually observing the molten state of the metal, but the values of the ammeter 302 and the voltmeter 303 displayed on the high frequency controller 3 can also be parameters. In this case, since the melting state is simultaneously checked while using the high-frequency adjustment volume 301, ammeter and voltmeter of the high-frequency controller 3, the remote control pendant 4 that can be separately placed near the main body of the high-frequency controller 3 as shown in FIG. And a high
ところが、この従来の液体金属急冷装置においては、溶湯を噴出するタイミングが主に溶湯状態の目視と高周波電流、電圧によっており、再現性よく安定した特性の金属薄帯を得ることが困難であるという問題点があった。
本発明は、これらの問題点を解決するもので、ノズルの溶湯の状態を計測監視し、作業者にこの情報を知らせる、あるいは噴出タイミングを最適にできる自動化された液体金属急冷装置を提供するものである。
However, in this conventional liquid metal quenching apparatus, the timing of ejecting the molten metal is mainly based on the visual inspection of the molten state and the high-frequency current and voltage, and it is difficult to obtain a metal ribbon with stable characteristics with good reproducibility. There was a problem.
The present invention solves these problems, and provides an automated liquid metal quenching device that measures and monitors the state of the molten metal in the nozzle and informs the operator of this information or optimizes the ejection timing. It is.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、高速回転する回転冷却体と、これに向かって溶融金属を噴射するノズル容器と、前記ノズル容器を加熱する高周波コイルと、前記溶融金属の噴射のため加圧する噴射ガス用バルブと、前記高周波コイルに高周波電圧を印加する高周波電源を有する高周波コントローラと、前記高周波コントローラの前記高周波電圧を手元で調整する調整する調整ボリュームを有するリモートコントローラペンダントとを備え、前記回転冷却体に前記溶融金属を噴射して急速冷却凝固させる液体金属急冷装置において、前記リモートコントローラペンダントに電気信号に変換した溶融金属に関する物理量の測定値を表示する表示部を設けたものである。
請求項2に記載の発明は、前記リモートコントローラペンダントに電気信号に変換した溶融金属に関する物理量を入力する入力部を設けたものである。
請求項3に記載の発明は、前記物理量を温度信号とするものである。
請求項4に記載の発明は、前記表示部に前記入力部で入力した物理量の入力値と測定された物理量の測定値とを切り替えて表示する切り替えスイッチを設けたものである。
請求項5に記載の発明は、前記リモートコントローラペンダントに、前記噴射ガス用バルブを動作させる噴射スイッチを設けたものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a rotating cooling body that rotates at high speed, a nozzle container that injects molten metal toward the rotating body, a high-frequency coil that heats the nozzle container, and an injection that pressurizes the molten metal for injection. A rotary controller comprising: a gas valve; a high frequency controller having a high frequency power source for applying a high frequency voltage to the high frequency coil; and a remote controller pendant having an adjustment volume for adjusting the high frequency voltage of the high frequency controller at hand. In a liquid metal quenching apparatus that rapidly cools and solidifies by injecting the molten metal onto a body, the remote controller pendant is provided with a display unit that displays a measured value of a physical quantity related to the molten metal converted into an electrical signal.
According to a second aspect of the present invention, the remote controller pendant is provided with an input unit for inputting a physical quantity relating to the molten metal converted into an electric signal.
According to a third aspect of the present invention, the physical quantity is a temperature signal.
According to a fourth aspect of the present invention, the display unit is provided with a changeover switch for switching and displaying the input value of the physical quantity input by the input unit and the measured value of the measured physical quantity.
According to a fifth aspect of the present invention, the remote controller pendant is provided with an injection switch for operating the injection gas valve.
請求項1および2に記載の発明によると、金属の溶融とその状態に関する物理量の観測と溶湯噴出のタイミングが手元で一括的に管理でき、再現性よく金属薄帯を作製することができる。
請求項3に記載の発明によると、再現性よく液体金属状態をとらえて噴出することができ、再現性よく金属薄帯を作製することができる。
請求項4に記載の発明によると、温度検出素子の出力値と入力値とを切り替えてるので、いずれの温度も視認することができ、利便性が向上する。
請求項5に記載の発明によると、噴出のタイミングを物理量の状態で自動的に行なえるため、作業の自動化がはかることができる。
According to the first and second aspects of the invention, the observation of the physical quantity relating to the melting of the metal and the state of the physical quantity and the timing of the molten metal ejection can be collectively managed at hand, and the metal ribbon can be produced with good reproducibility.
According to the third aspect of the invention, the liquid metal state can be captured and ejected with good reproducibility, and a metal ribbon can be produced with good reproducibility.
According to the invention described in claim 4, since the output value and the input value of the temperature detection element are switched, any temperature can be visually recognized, and convenience is improved.
According to the fifth aspect of the present invention, since the ejection timing can be automatically performed in a physical quantity state, the work can be automated.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例を示す液体金属急冷装置のリモートコントローラのぺンダントの斜視図である。図において、404は温度検出手段(図示しない)により測定した温度を表示する温度表示である。なお、本発明の液体金属急冷装置の概観図および内部の構造は従来と同じである。
つぎに、動作について説明する。
(1)あらかじめ真空チャンバ104内は1×10−3Paに排気した後、アルゴンガスを満たす。
(2)ノズル容器107に挿入された試料は高周波コイルにより加熱する。この時、高周波コイルによる試料の加熱を、ペンダント4の高周波調整ボリューム401を調整することにより行なう。
(3)高周波コイルにより加熱された試料は液体となるが、その表面温度をのぞき窓101を通して放射温度計(図示せず)により測定した。この放射温度計の出力電圧をペンダント4に入力し、温度値に変換したものを温度表示404に表示させた。
(4)高周波調整ボリューム401により試料温度を調整した後、所定の温度に到達したことを温度表示404にて確認した瞬間あるいは適切な時間t秒をタイマにより計数した後、ノズル昇降機構108を駆動してノズル容器107を回転冷却体105の直上まで降下させる。
(5)同時に、電磁バルブ107aを開き、適当な圧力のアルゴンガス、ヘリウムガスあるいは窒素などの不活性ガスでノズル容器107からその内部の溶湯を回転冷却体5の外周面に向かって噴射する。これにより、金属薄帯が試料回収部111に飛行してくる。以上のようにして真空中での金属薄帯の製造を行なう。
本実施例によれば、従来主にのぞき窓101より目視による試料の状態観察に頼っていた噴出のタイミングを温度計測により判断することができ、品質の揃った金属薄帯を歩留まりが少なく得ることができる。また、温度計測の結果が手元でわかりその値により高周波調整ボリュームを調節できるので、他の温度表示を見ながら作業を行なうことに比べ、非常に操作性がよくなる。
なお、本実施例では、放射温度計による温度信号をペンダント4に入力した例を述べたが、試料直近に熱電対(図示せず)を設置し、その信号をペンダント4に入力してもよい。この際、温度に変換された信号をペンダントに入力してもよいが、ペンダント内部に熱電対の出力信号を変換する機能を持たせ、また、熱電対の種類に応じてそれぞれの温度を表示できるようにするとさらに操作性が向上する。また、上記放射温度計と熱電対の双方の信号をペンダントに入力し、その表示を切り替えスイッチ(図示せず)によりどちらかを表示させてもよいし、双方の温度を表示できるようにし、双方の温度差を勘案しながら噴出タイミングを得てもよい。
FIG. 1 is a perspective view of a pendant of a remote controller of a liquid metal quenching apparatus showing a first embodiment of the present invention. In the figure,
Next, the operation will be described.
(1) The inside of the
(2) The sample inserted into the
(3) Although the sample heated by the high frequency coil turns into a liquid, the surface temperature was measured with the radiation thermometer (not shown) through the observation window 101. FIG. The output voltage of this radiation thermometer was input to the pendant 4 and converted into a temperature value and displayed on the
(4) After adjusting the sample temperature with the high-
(5) At the same time, the electromagnetic valve 107 a is opened, and the molten metal inside the
According to the present embodiment, it is possible to determine the timing of ejection, which has conventionally relied on visual observation of the state of the sample mainly from the observation window 101, by temperature measurement, and to obtain a thin metal ribbon with uniform quality with low yield. Can do. Further, since the result of temperature measurement is known at hand and the high frequency adjustment volume can be adjusted by the value, the operability is greatly improved as compared with the case where the operation is performed while viewing other temperature displays.
In this embodiment, the temperature signal from the radiation thermometer is input to the pendant 4. However, a thermocouple (not shown) may be installed near the sample and the signal may be input to the pendant 4. . At this time, the signal converted into the temperature may be input to the pendant, but the function of converting the output signal of the thermocouple is provided inside the pendant, and each temperature can be displayed according to the type of the thermocouple. By doing so, the operability is further improved. In addition, the signals of both the radiation thermometer and the thermocouple may be input to the pendant, and the display may be displayed by a changeover switch (not shown), or both temperatures may be displayed. The ejection timing may be obtained while taking into account the temperature difference.
図2は、本発明の第2の実施例を示すリモートコントローラのぺンダントの斜視図である。液体金属薄帯を作製するプロセスは実施例1にほぼ同じであるが、本発明例では、ペンダント4に電圧信号が入力されるようになっている。ボリューム401を調整し、温度表示404および電圧表示405を観測できる。電圧信号には例えば試料表面色、本体内全圧、本体内分圧、ノズル内分圧、本発明者が出願している特願2002−305416に記載の試料ぬれに伴なう光量変化などが挙げられる。圧力に関しては真空により液体急冷金属薄帯作製の際に適しており、試料の加熱に伴なう圧力の増加分が減少したタイミングなどを捕らえるとよい。また、特にノズル内酸素分圧信号監視は有効である。なお図2では温度との併用を述べたが、温度に関する情報が不要であれば、温度以外の信号のみで用いてもよい。また、複数の温度以外の信号を表示させて噴出のタイミングを得ることも可能である。また電圧信号を入力する例を述べたが、電流信号を入力するようにしてもよい。
FIG. 2 is a perspective view of the pendant of the remote controller showing the second embodiment of the present invention. The process for producing the liquid metal ribbon is almost the same as that of the first embodiment, but in the example of the present invention, a voltage signal is inputted to the pendant 4. By adjusting the
図3は本発明の第3の実施例を示すリモートコントローラぺンダントの斜視図である。液体金属薄帯を作製するプロセスは実施例1にほぼ同じであるが、本実施例では、ペンダントに噴射スイッチ406を設けている。従って、試料状態を目視で観察しながら、高周波調整ボリューム401の調整、温度検知、噴射が作業者の手元で一括して行なえ、作業性が非常に向上し、再現性のより試料を容易に得ることができる。なお、以上温度情報を検知する例を述べたが、表示電圧が実施例2に記載の試料表面色、本体内全圧、本体内分圧、ノズル内分圧、あるいは試料ぬれに伴なう光量変化であっても、同様な効果が得られる。また、複数の情報があると、作製試料の再現性がさらに向上する。
FIG. 3 is a perspective view of a remote controller pendant showing a third embodiment of the present invention. The process for producing the liquid metal ribbon is almost the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the injection switch 406 is provided on the pendant. Accordingly, while the sample state is visually observed, adjustment, temperature detection, and injection of the high-
図4は本発明の第4の実施例を示すリモートコントローラのぺンダントの斜視図である。液体金属薄帯を作製するプロセスは実施例1にほぼ同じであるが、本実施例では、検出温度表示に加えて、目標温度表示407を行ない、この温度に到達した場合に噴出を自動的に行なうことを選択する切り替えスイッチ408を設けている。例えば、噴射の目標温度を712℃としたい時には、温度設定ボリューム409により712を目標温度表示に表示させた後、高周波調整ボリューム401を調整し、試料を加熱する。自動の噴射スイッチ406をONにしておくと、温度信号が712℃に相当する値になったタイミングあるいはタイマで設定したt秒後に自動的に噴出を行なう。ただし、昇温中に目視の状態あるいは他の条件が揃わないと判断した際には自動の噴出スイッチ406をOFFに切り替えれば噴出は行なわない。以上、噴出タイミングに温度を用いる例を述べたが、検出量はこれのみではなく、実施例2で述べたものでもよい。また、温度の場合はある設定量を超えると自動噴出を行なうシーケンスであったが、圧力などの場合はある設定量を減少した時に自動噴出を行なうようにするとよい。特に、噴出スイッチ406のONを増加時と減少時の選択性があれば、入力する物理量によりこの切り替えができるようになり、汎用性が高まる。また、実施例では1つの物理量(温度)に対して1つの目標値としているが、目標値を2つ以上にして、自動スイッチの増加時ONと減少時ONを加熱中に切り替えることにより、作業性が向上する。また、複数の物理量に対して、それぞれの目標値を設定できるようにしてもよい。
FIG. 4 is a perspective view of a pendant of a remote controller showing a fourth embodiment of the present invention. The process for producing the liquid metal ribbon is almost the same as that of the first embodiment. In this embodiment, in addition to the detected temperature display, the target temperature display 407 is displayed. When this temperature is reached, the ejection is automatically performed. A changeover switch 408 is provided for selecting what to do. For example, when it is desired to set the target temperature for injection to 712 ° C., the temperature setting volume 409 displays 712 on the target temperature display, and then the high-
液体金属の温度調整することによって状態を制御することができるので、溶湯の監視・制御という用途にも適用できる。 Since the state can be controlled by adjusting the temperature of the liquid metal, it can also be applied to the use of monitoring and controlling molten metal.
1 本体
101 のぞき窓
104 チャンバ
105 回転冷却体
106 高周波コイル
107 ノズル容器
108 ノズル昇降機構
109 溶湯噴射用加圧ガス導入管
109a 噴射ガス用バルブ
110 リーク調整バルブ
111 試料回収部
2 排気ユニット
3 高周波コントローラ
301 高周波調整ボリューム
302 高周波電流計
303 高周波電圧計
4 高周波リモートコントローラペンダント
401 高周波調整ボリューム
402 高周波電流計
403 高周波電圧計
404 温度表示
405 電圧表示
406 噴射スイッチ
407 目標温度表示
408 切り替えスイッチ
409 温度設定ボリューム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 101
Claims (5)
前記リモートコントローラペンダントに電気信号に変換した溶融金属に関する物理量の測定値を表示する表示部を設けたことを特徴とする液体金属急冷装置。 A rotating cooling body that rotates at high speed, a nozzle container that injects molten metal toward it, a high-frequency coil that heats the nozzle container, a valve for injection gas that pressurizes the molten metal for injection, and a high-frequency coil A high-frequency controller having a high-frequency power source for applying a high-frequency voltage; and a remote controller pendant having an adjustment volume for adjusting the high-frequency voltage of the high-frequency controller at hand, and injecting the molten metal onto the rotary cooling body In a liquid metal quenching device for rapid cooling and solidification,
A liquid metal quenching apparatus, wherein the remote controller pendant is provided with a display unit for displaying a measured value of a physical quantity related to a molten metal converted into an electric signal.
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