JP2009195967A - Apparatus and method for manufacturing amorphous alloy foil strip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非晶質(アモルファス)合金箔帯の製造装置および製造方法に関し、特に、冷却ロールを備えた非晶質合金箔帯の製造装置および製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of an amorphous alloy foil strip, and more particularly to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of an amorphous alloy foil strip provided with a cooling roll.
従来、トランスやモータの鉄心に、電力損失が少ない鉄基非晶質合金を用いることが検討され、トランスについては一部で実用化されている。しかしながら、モータにおいては全く実用化されておらず、トランスにおいても巻鉄心に限られている。この理由は、工業規模で生産される非晶質合金箔帯の板厚が25μm以下ときわめて薄いことによる。厚い箔帯が工業的に製造されれば、モータや積鉄心トランスへの適用も可能になる。箔帯の厚肉化により鉄心加工工程の作業効率が向上するとともに、占積率が高まる。また、箔帯の剛性が向上することにより鉄心の機械的強度が著しく高まる。すなわち箔帯を積層して鉄心とするモータや積鉄心への適用が可能になる。 Conventionally, it has been studied to use an iron-based amorphous alloy with low power loss for the iron core of a transformer or a motor, and some transformers have been put into practical use. However, it has not been put to practical use in motors, and transformers are limited to wound iron cores. This is because the thickness of the amorphous alloy foil strip produced on an industrial scale is as thin as 25 μm or less. If thick foil strips are manufactured industrially, they can be applied to motors and iron core transformers. Thickening the foil strip improves the work efficiency of the iron core machining process and increases the space factor. Further, the mechanical strength of the iron core is remarkably increased by improving the rigidity of the foil strip. In other words, it can be applied to motors and stacked iron cores in which foil strips are laminated to form an iron core.
非晶質合金のもっとも一般的製造方法は、熱伝導率が高い金属または合金製のロールを高速で回転させながら、合金の溶湯をロールの外周面に接触させることにより、合金溶湯を急速に冷却して箔帯状に凝固させるロール液体急冷法である。しかしながら、ロール液体急冷法で製造できる非晶質箔帯には厳しい制約があり、厚さが十分な厚い箔帯を製造することはできなかった。 The most common method for producing amorphous alloys is to rapidly cool the molten alloy by bringing the molten alloy into contact with the outer surface of the roll while rotating a metal or alloy roll with high thermal conductivity at high speed. Then, a roll liquid quenching method for solidifying in a foil strip shape. However, the amorphous foil strip that can be produced by the roll liquid quenching method has severe restrictions, and it has not been possible to produce a thick foil strip having a sufficient thickness.
そこで、本発明者等は、ロールの周方向に沿って複数本のスリットを配列させた多重スリットノズル法を開発し、特許文献1において開示した。この多重スリットノズル法によれば、各スリットから吐出された合金溶湯はノズルとロールの間の狭い空間にスリットの数に応じた複数の湯溜り(パドル)を形成する。上流側から数えて第1のパドルのロールに接触した部分は、ロールの外周面上で冷却され、粘度を増した過冷却流体層をロールにより引き出し、その上に下流側のパドルから引き出された高粘度層が重なる。スリットの間隔は、上流側で形成された高粘度層が過冷却液体の状態で次のパドルが重なるように設定されているので層間の境界のない一体化した非晶質合金の箔帯が得られる。このとき箔帯の板厚も従来のシングルスリットノズルを用いた場合と比較して、より厚い非晶質合金箔帯となる。
Therefore, the present inventors have developed a multiple slit nozzle method in which a plurality of slits are arranged along the circumferential direction of the roll, and disclosed in
しかしながら、多重スリットノズル法においても、以下に示すような問題がある。すなわち、ロール液体急冷法には、非水冷ロールを使用する方法と、水冷ロールを使用する方法とがある。非水冷ロールは、ロール自体の熱容量によって合金溶湯を冷却する。非水冷ロールを使用する場合、製造初期のロール温度が低い状態においては、合金溶湯を効率的に冷却することができ、ある程度の量の厚い非晶質合金箔帯を製造することができる。しかし、非水冷ロールは、ロールの温度が上がると冷却効率が低下するため、長時間、使用することができない。このため、非晶質合金箔帯を工業的に量産する場合には不向きであった。 However, the multiple slit nozzle method also has the following problems. That is, the roll liquid quenching method includes a method using a non-water cooling roll and a method using a water cooling roll. The non-water-cooled roll cools the molten alloy by the heat capacity of the roll itself. When the non-water-cooled roll is used, the molten alloy can be efficiently cooled in a state where the roll temperature at the initial stage of production is low, and a certain amount of thick amorphous alloy foil strip can be produced. However, the non-water-cooled roll cannot be used for a long time because the cooling efficiency decreases as the roll temperature rises. For this reason, the amorphous alloy foil strip is not suitable for industrial mass production.
前記の理由で工業的には、水冷ロールを使用することが好ましい。水冷ロールには水冷機構が内蔵されているため、ロール自体の熱容量が小さくても、冷却水を介して排熱することができる。しかし、水冷ロールでも板厚25μmをこえる厚肉の非晶質合金は工業的規模で量産することは困難であった。 For the above reasons, it is preferable to use a water-cooled roll industrially. Since the water-cooling roll has a built-in water-cooling mechanism, the heat can be exhausted through the cooling water even if the heat capacity of the roll itself is small. However, it has been difficult to mass-produce a thick amorphous alloy having a thickness exceeding 25 μm even on a water-cooled roll on an industrial scale.
本発明の目的は、板厚が大きな非晶質合金箔帯を工業的な規模で製造することができる非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an amorphous alloy foil strip manufacturing apparatus and an amorphous alloy foil strip manufacturing method capable of manufacturing an amorphous alloy foil strip having a large plate thickness on an industrial scale. It is.
本発明の一態様によれば、第1の冷却ロールと、第2の冷却ロールと、前記第1および第2の冷却ロールを回転させる駆動手段と、前記第1の冷却ロールの外周面および前記第2の冷却ロールの外周面に対して順次合金溶湯を供給する供給手段と、を備えたことを特徴とする非晶質合金箔帯の製造装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, the first cooling roll, the second cooling roll, the driving means for rotating the first and second cooling rolls, the outer peripheral surface of the first cooling roll, and the There is provided an apparatus for producing an amorphous alloy foil strip, characterized by comprising supply means for sequentially supplying molten alloy to the outer peripheral surface of the second cooling roll.
本発明の他の一態様によれば、第1の冷却ロールを回転させながら前記第1の冷却ロールの外周面に対して合金溶湯を供給する工程と、一時溶湯の供給を中断して溶湯供給装置を移動した後、回転する第2の冷却ロールの外周面に溶湯の供給を再開する工程を、交互に行なうことを特徴とする非晶質合金箔帯の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, supplying the molten alloy to the outer peripheral surface of the first cooling roll while rotating the first cooling roll, and supplying the molten metal by interrupting the supply of the temporary molten metal There is provided a method for producing an amorphous alloy foil strip characterized by alternately performing the step of restarting the supply of molten metal to the outer peripheral surface of a rotating second cooling roll after moving the apparatus.
本発明によれば、板厚の大きい非晶質合金箔帯を工業的な規模で製造することが可能な非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, an amorphous alloy foil strip manufacturing apparatus and an amorphous alloy foil strip manufacturing method capable of manufacturing an amorphous alloy foil strip having a large plate thickness on an industrial scale are provided. be able to.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する正面図であり、
図2は、図1において合金溶湯が冷却ロールと接触する部分を例示する断面図であり、
図3は、図1における冷却ロールを流通する冷却水の経路を示す概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a front view illustrating an apparatus for manufacturing an amorphous alloy foil strip according to this embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a portion where the molten alloy contacts the cooling roll in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a path of cooling water flowing through the cooling roll in FIG.
図1に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置1は、主に鉄基の非晶質合金箔帯(以下、単に「箔帯」ともいう)Sを製造するものである。製造装置1においては、駆動手段11の両側には2基の冷却ロール13aおよび13b(以下、総称して「冷却ロール13」ともいう」が設けられている。冷却ロール13aおよび13bは、それぞれ回転軸部材12aおよび12bによって軸支されている。駆動手段11にはモータ(図示せず)が内蔵されており、一対の回転軸部材12aおよび12bを介して冷却ロール13を回転させる。回転軸部材12および冷却ロール13は、軸受け41、41a、および41bにより支持されている。
As shown in FIG. 1, an amorphous alloy foil
冷却ロール13aおよび13bは、熱伝導性が高い金属または合金により形成されており、例えば、銅または銅合金により形成されている。
The
また、製造装置1においては、合金溶湯A(図2参照)を保持する坩堝(るつぼ)14が設けられており、坩堝14の下端には、坩堝14内の合金溶湯Aを坩堝14の外部に向けて吐出するノズル15が取り付けられている。ここで、坩堝とは広義に解釈し、溶湯を蓄え供給する手段をすべて含む。合金の溶解装置から合金溶湯を受け、ノズルを介して冷却ロールに合金溶湯を供給できるものは坩堝と呼ぶ。
In the
更に、製造装置1には、冷却ロール13aから冷却ロール13bに向かう方向に延びるレール16が設けられている。これにより、坩堝14はレール16に案内されて、合金溶湯Aを冷却ロール13aの外周面に対して直角方向から吐出可能となる位置と、冷却ロール13bの外周面に対して直角方向から吐出可能となる位置との間を移動可能とされている。ノズル15の吐出口、すなわちノズル開口部17はロール外周面に対して直角方向を向いており、冷却ロール13aまたは13bの外周面との間に、僅かな隙間が保たれている。坩堝14、ノズル15およびレール16により、合金溶湯Aの供給手段が構成されている。
Further, the
図2に示すように、ノズル15は多重スリットノズルである。すなわち、ノズル15の吐出口の形状は、冷却ロール13の周方向に沿って複数本、例えば2本のスリット17aおよび17bが配列された形状となっている。各スリット17aと17bの長手方向は、冷却ロール13の軸方向(ロール幅方向)と同一である。また、スリット17aとbの間の距離は、例えば10mm(ミリメートル)以下であり、例えば6mm以下である。なお、ノズル15として、吐出口に3本以上のスリットが形成された多重スリットノズルを使用してもよく、1本のスリットのみが形成されたシングルスリットノズルを使用してもよい。
As shown in FIG. 2, the
ノズル15は、合金溶湯Aが濡れにくい耐火物によって形成されており、例えば、ボロンナイトライド、ジルコニア、もしくはアルミナなどによって形成されている。これにより、合金溶湯Aによってスリットが閉塞しにくくなっている。すなわち、湯切れがよい。前記の耐火物以外に、合金溶湯と濡れる耐火物であっても、表面に合金溶湯が濡れにくい物質を溶射などによりコーティングすれば、ノズル15の材料として使用することができる。例えば、シリコンナイトライドは、強度および熱衝撃性が優れている。また、シリコンカーバイドとボロンカーバイドとの複合材料は、耐熱性のほかに導電性があり、待機中のノズルの温度保持が容易である。ただし、これらの材料は合金溶湯の鉄と反応するため、上述のボロンナイトライド、ジルコニア、もしくはアルミナ等の濡れにくい物質で被覆する必要がある。
The
図3は本発明の非晶質合金箔帯の製造における冷却水Wの経路を簡略化して示している。図3において、冷却ロール13を冷却する冷却水Wは、貯水槽42からポンプ(図示せず)により給水管25を経由して冷却ロール内部の水路24に供給され、水路24を流通したのち排水管26を経由して貯水槽に戻される。冷却水は鋳造中、所定の温度、例えば室温より低く保持するため、冷却水Wの経路の途中、例えば、貯水槽42に冷却水Wを冷却する手段43を設ける。冷却手段としては、ヒートポンプを応用した機器の設置や、氷など室温より低い物質を投入する方法などがある。
FIG. 3 shows a simplified path of the cooling water W in the production of the amorphous alloy foil strip of the present invention. In FIG. 3, the cooling water W that cools the
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る製造装置1の動作、すなわち、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造方法について説明する。
Next, an operation of the
まず、図1に示すように、駆動手段11を駆動させることにより、回転軸部材12aおよび12bを介して、冷却ロール13aおよび13bを回転させる。次に、一方の冷却ロール13aの外周面に、所定の間隔で近接して配置されたノズル17を介して坩堝14から合金溶湯Aを吐出する。これにより、ノズル17と冷却ロール13aとの間に、パドルPが形成される。そうすると、パドルPを形成する合金溶湯のうち、冷却ロールに接触している部分は冷却されて粘度が高くなり、冷却ロール13aの回転によってパドルPから引き出される。引き出された合金は、この時点では過冷却液体であるが、ロールにより急冷されてガラス遷移温度以下になり非晶質合金箔帯Sとなる。パドルから引き出された箔帯(あるいは過冷却液体)が非晶質化するために必要な冷却速度は、鉄基合金の場合、例えば、1×105℃/秒以上である。
First, as shown in FIG. 1, by driving the driving means 11, the cooling rolls 13a and 13b are rotated via the
本実施形態においては、図2に示すように、ノズル15にスリット17が2本形成されている。このため、形成される箔帯の板厚は、冷却ロールの周速が同じであっても、シングルスリットを使用する場合に比べて厚くなる。パドルを分割することにより、冷却ロールに伝達する熱流を分散させることができるからである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, two slits 17 are formed in the
非晶質合金箔帯を形成するために合金溶湯および箔帯から冷却ロール13aに伝達された熱は冷却ロール13aの外周部分から内部に伝わり、水路24内を流通する冷却水Wに伝達される。すなわち、合金溶湯Aの熱は、合金溶湯A→冷却ロール13a→冷却水Wの経路で排出される。
The heat transferred from the molten alloy and the foil strip to the
そして、箔帯Sの鋳造に伴い、冷却ロール13aの温度が所定値に達したら、ノズル15を閉じ、合金溶湯Aの吐出を停止する。次に、レール16に沿って坩堝14を移動させ他方の冷却ロール13bの外周面にノズル15を近接配置する。続いてノズル15を再び開き、合金溶湯Aを冷却ロール13bの外周面に向けて吐出する。これにより、冷却ロール13aの動作と同じ動作により、冷却ロール13bによって箔帯Sを鋳造する。すなわち、図4に示すように、箔帯Sの鋳造に使用する冷却ロールを、冷却ロール13aから冷却ロール13bに切り替える。この間、冷却ロール13aは待機状態となるが、冷却ロール13aにも冷却水Wを供給し続け、冷却ロール13aを冷却する。
When the temperature of the
更に、冷却ロール13bの温度が所定値に達したら、箔帯Sの鋳造に使用する冷却ロールを冷却ロール13bから冷却ロール13aに切り替える。この時点までに、冷却ロール13aは鋳造前の温度に戻っており、箔帯Sの鋳造を再開することができる。なお、この間、待機状態にある冷却ロール13bにも冷却水Wを流し続け、冷却を続行する。以下、同様に、図4に示すように、冷却ロール13aおよび冷却ロール13bを交互に使用し、箔帯Sを製造し続ける。
Further, when the temperature of the
このように、冷却ロール13aを回転させながら冷却ロール13aの外周面に対して合金溶湯Aを供給すると共に、冷却ロール13bの外周面に対しては合金溶湯Aを供給せずに、冷却ロール13aを冷却する工程と、を交互に繰り返すことにより、常に所定値以下の温度の冷却ロールを使用して箔帯Sを鋳造し続けることができる。
Thus, while rotating the
以下、本実施形態における数値例を示す。
図5は、本実施形態において製造される鉄基非晶質合金箔帯の組成を例示する3元系組成図である。本実施形態において製造される鉄基非晶質箔帯Sは、その幅が例えば60mm以上であり、厚さ(板厚)が例えば30μm(マイクロメートル)以上、例えば33μm以上、例えば40μm以上である。なお、本明細書において、箔帯の厚さは、重量板厚で定義する。重量板厚とは、箔帯の重量を箔帯の面積および密度で除した値である。
Hereinafter, numerical examples in the present embodiment will be shown.
FIG. 5 is a ternary composition diagram illustrating the composition of the iron-based amorphous alloy foil strip produced in this embodiment. The iron-based amorphous foil strip S manufactured in the present embodiment has a width of, for example, 60 mm or more, and a thickness (plate thickness) of, for example, 30 μm (micrometer) or more, for example, 33 μm or more, for example, 40 μm or more. . In the present specification, the thickness of the foil strip is defined by the weight plate thickness. The weight plate thickness is a value obtained by dividing the weight of the foil strip by the area and density of the foil strip.
更に、図5に示すように、この鉄基非晶質合金箔帯Sの組成は、例えば、鉄(Fe)に半金属であるシリコン(Si)、および、ホウ素(B)を添加したものである。この箔帯Sを電磁用途に使用する場合には、鉄の濃度を70%原子%以上とすることが好ましい。箔帯の組成は、例えば、図5において破線で囲んだ領域R内の組成、すなわち、鉄の含有率が70ないし81原子%であり、シリコンの含有率が3ないし17原子%であり、ホウ素の含有率が9ないし23原子%であり、且つ、ガラス遷移温度Tgが500℃以上となるような組成とする。ここで、鉄、シリコン、および、ホウ素、と不可避的不純物の総和は100原子%である。なお、鉄の一部は、コバルト(Co)、またはニッケル(Ni)で置換してもよい。置換量は、合計で20原子%以下とする。また、シリコンあるいはホウ素の一部を2.0原子%以下の炭素で置換してもよい。ただし、炭素の置換量は、ガラス遷移温度Tgが500℃以上である範囲とする。 Further, as shown in FIG. 5, the composition of the iron-based amorphous alloy foil strip S is obtained by adding, for example, silicon (Si) and boron (B), which are semimetals, to iron (Fe). is there. When this foil strip S is used for electromagnetic applications, the iron concentration is preferably set to 70% atomic% or more. The composition of the foil strip is, for example, the composition in the region R surrounded by the broken line in FIG. 5, that is, the iron content is 70 to 81 atomic%, the silicon content is 3 to 17 atomic%, boron The composition is such that the content is 9 to 23 atomic% and the glass transition temperature Tg is 500 ° C. or higher. Here, the sum of iron, silicon, boron, and unavoidable impurities is 100 atomic%. A part of iron may be substituted with cobalt (Co) or nickel (Ni). The total amount of substitution is 20 atomic% or less. Further, a part of silicon or boron may be substituted with 2.0 atomic% or less of carbon. However, the carbon substitution amount is set such that the glass transition temperature Tg is 500 ° C. or higher.
ガラス遷移温度Tgを組成選択の要件とする理由は次の通りである。従来、合金の非晶質化容易性(非晶質形成能)は、合金の融点Tmとガラス遷移温度Tgの比、Tm/Tg(ここでは絶対温度)で評価されてきた。しかし、実際には、融点Tmよりガラス遷移温度Tgの寄与のほうが顕著であることから、合金組成の領域RをTgの大きさにより定めた。合金のガラス遷移温度Tgを50℃高めると、非晶質化可能な箔帯の限界板厚は少なくとも10%厚くなる。なお、ガラス遷移温度Tgの測定は鉄基合金においては測定が困難なため、ほぼ同じ温度とされる結晶化ピーク温度Tp1で代用した。図5の数値は結晶化ピーク温度Tp1(℃)を表している。 The reason why the glass transition temperature Tg is a requirement for composition selection is as follows. Conventionally, the easiness of making an alloy amorphous (amorphous forming ability) has been evaluated by the ratio of the melting point Tm of the alloy to the glass transition temperature Tg, Tm / Tg (here, absolute temperature). However, in practice, the contribution of the glass transition temperature Tg is more conspicuous than the melting point Tm, so the region R of the alloy composition is determined by the size of Tg. When the glass transition temperature Tg of the alloy is increased by 50 ° C., the limit thickness of the foil strip that can be made amorphous becomes at least 10% thicker. The measurement of the glass transition temperature Tg was difficult with an iron-based alloy, and thus the crystallization peak temperature T p1 that was set to substantially the same temperature was used instead. The numerical value in FIG. 5 represents the crystallization peak temperature T p1 (° C.).
図5に示す領域R内の組成のうち、飽和磁束密度が高いグループ、すなわち飽和磁束密度Bsが1.5T(テスラ)以上であるグループと、ヒステリシス損が低いグループについてそれぞれ具体的な組成を表1に示す。ヒステリシス損は、周波数50Hz(ヘルツ)、磁束密度1.3Tにおけるヒステリシス損Wh13/50である。表1において、右欄に示した組成のWh13/50はいずれも、最適条件で熱処理するとき、その値は、0.08W/kg以下である。なお、表1に示す数字は各成分の原子%を示している。 Of the compositions in the region R shown in FIG. 5, specific compositions are shown for a group with a high saturation magnetic flux density, that is, a group with a saturation magnetic flux density Bs of 1.5 T (Tesla) or more and a group with a low hysteresis loss. It is shown in 1. Hysteresis loss, frequency 50 Hz (Hertz), a hysteresis loss Wh 13/50 in the magnetic flux density 1.3 T. In Table 1, both Wh 13/50 of the composition shown in the right column, when the heat treatment at optimal conditions, the value is less 0.08 W / kg. In addition, the number shown in Table 1 has shown atomic% of each component.
また、箔帯Sには、0.01ないし1.0質量%の錫(Sn)を含有させてもよい。箔帯の結晶化は表面から始まるが、錫は表面に偏析する傾向が強く、箔帯表面層の結晶化を抑制する効果がある。これにより、結晶化に伴う磁気特性の劣化が抑制される。 Further, the foil strip S may contain 0.01 to 1.0% by mass of tin (Sn). Although the crystallization of the foil strip starts from the surface, tin has a strong tendency to segregate on the surface and has the effect of suppressing the crystallization of the foil strip surface layer. Thereby, the deterioration of the magnetic characteristics accompanying crystallization is suppressed.
次に、本発明において使用される製造装置および製造方法について詳述する。
冷却ロール13の肉厚は25mm以上とする。ここで冷却ロールの肉厚は図6のように、冷却ロールの外周面から冷却水に接触するロール内面にいたる距離である。水路24に直交する断面が、例えば、円形のパイプ状の場合、図6(a)に示すように外周面にもっとも近い部分から外周面までの距離を冷却ロールの肉厚29とする。水路の断面が矩形の場合、フィン28の付いた矩形の場合は、それぞれ、図6(b)、(c)に示す距離を冷却ロールの肉厚29とする。
Next, the manufacturing apparatus and manufacturing method used in the present invention will be described in detail.
The wall thickness of the
従来、冷却ロールの肉厚は、連続的に長時間の鋳造を前提に設計されており、その肉厚は薄いほど抜熱には有利とされ、20mm以下が採用されてきた。例えば、特許文献2には、冷却ロール(冷却スリーブ)の肉厚は、3〜10mmに規定され、その理由が述べられている。それによると、10mmを超えると、冷却速度の低下が大きく、非晶質合金箔帯の局所脆化が激しくなり、特に、板厚25μm以上の密着曲げできる箔帯が得られないため、とされている。また、3mm以下では、冷却ロールの熱変形が大きく、急冷箔帯の厚みむらが生ずるためとされている。さらに前記公報には、非晶質合金箔帯の厚肉化の手段として、冷却水の噴流をロールの内面に衝突させる方法が提案されている。しかし、この方法でも、ロールと水の間の熱伝達率を高める効果は限定的で板厚30μmを超える非晶質合金箔帯を製造することは困難であった(特許文献2)。
Conventionally, the thickness of the cooling roll has been designed on the premise of continuous casting for a long time. The thinner the thickness, the more advantageous it is for heat removal, and 20 mm or less has been adopted. For example, in
肉の薄い従来の冷却ロールで厚い非晶質合金箔帯が得られない理由を、実験的知見と伝熱計算に基づいて説明する。図7は、(a)鋳造中の箔帯(未凝固の流体を含む)の温度の時間変化(パドルから下流方向の距離に対応する)および(b)冷却ロールの表面の温度変化を模式的に示している。図中の曲線は、(1)は肉厚の小さいロール(従来法、例えば10mm)で薄肉の箔帯(例えば、25μm)、(2)肉厚の小さいロール(従来法、例えば10mm)で厚肉の箔帯(例えば40μm)、(3)肉厚の大きいロール(本発明、例えば30mm)で厚肉の箔帯(例えば、40μm)、を製造する場合の温度変化を表している。 The reason why a thick amorphous alloy foil strip cannot be obtained with a conventional thin cooling roll will be explained based on experimental knowledge and heat transfer calculation. FIG. 7 is a schematic diagram of (a) the temperature change of the foil strip (including unsolidified fluid) during casting (corresponding to the distance in the downstream direction from the paddle) and (b) the temperature change of the surface of the cooling roll. It shows. The curves in the figure are: (1) thin roll (conventional method, eg 10 mm) and thin foil strip (eg 25 μm), (2) thin wall roll (conventional method, eg 10 mm) thick It shows the temperature change when manufacturing a thick foil strip (for example, 40 μm) with a thick foil strip (for example, 40 μm) and (3) a thick foil strip (for example, 40 μm) with a roll having a large thickness (for example, 30 mm).
箔帯に対する前記(1)の曲線は、非晶質合金箔帯が得られた場合で、合金の融点Tmからガラス遷移温度Tgにいたる時間t1が短く、箔帯は非晶質化に必要な冷却速度で冷却されている。一方、(2)は同じ冷却ロールを用いて厚肉箔帯を製造する場合で、ガラス遷移温度Tgに近づくにつれ温度曲線の勾配が(1)の勾配にくらべ急減するため、TmからTgにいたる時間t2は大幅に長くなる。すなわち、非晶質化に必要な冷却速度が得られない。 The curve of (1) with respect to the foil strip is obtained when an amorphous alloy foil strip is obtained, and the time t 1 from the melting point Tm of the alloy to the glass transition temperature Tg is short, and the foil strip is necessary for amorphization. It is cooled at a reasonable cooling rate. On the other hand, (2) is a case of manufacturing a thick foil strip using the same cooling roll, and the gradient of the temperature curve decreases more rapidly than the gradient of (1) as the glass transition temperature Tg is approached. time t 2 is much longer. That is, the cooling rate required for amorphization cannot be obtained.
肉厚の冷却ロールを用いて厚肉箔帯を作製する場合(本発明)の冷却曲線は(3)のようになり、ガラス遷移温度Tg付近における勾配の低下が(2)の条件に比べて小さい。これにより、Tgにいたる時間t2はt3より大幅に短縮されるので非晶質化に必要な冷却速度で箔帯は冷却され、厚い非晶質箔帯が形成される。 When a thick foil strip is produced using a thick cooling roll (invention), the cooling curve is as shown in (3), and the decrease in gradient in the vicinity of the glass transition temperature Tg is compared to the condition in (2). small. Thus, foil strip at a cooling rate necessary for amorphization Since the time t 2 to reach the Tg is greatly shorter than t 3 is cooled, the thick amorphous Shitsuhaku band is formed.
冷却ロールの肉厚を設計する基準は、製造しようとする非晶質合金箔帯の板厚である。箔帯の板厚に応じて冷却ロール13の肉厚を厚くする。板厚30μm以上の厚い箔帯を形成するためには、冷却ロールの肉厚は、25mm以上とすることが好ましい。例えば、箔帯Sの板厚が45μm以下であるときは、冷却ロール13の肉厚を30mmとし、箔帯Sの板厚が45ないし60μmであるときは、冷却ロールの肉厚を50mmとし、箔帯Sの板厚が60ないし120μmであるときは、冷却ロールの肉厚を100mmとする。
The standard for designing the thickness of the cooling roll is the thickness of the amorphous alloy foil strip to be manufactured. The thickness of the
本発明を実施するにあたり、冷却ロールの周速は、例えば10ないし30m/秒とし、例えば20m/秒とする。本発明のツインロールによる交互鋳造方式において、切り替えのタイミングは、例えば、冷却ロール13の表面温度によって設定する。冷却ロール13aのパドル上流側の温度が、例えば200℃に達したら、鋳造に使用する冷却ロールを冷却ロール13bに切り替える。このとき、冷却ロール温度の測定位置は、例えばノズル15から上流側に、例えば20cm離隔した位置とする。また、箔帯Sの板厚、幅、および鋳造条件が一定であれば、前もって計測された数値をもとに切り替えることもできる。
In carrying out the present invention, the peripheral speed of the cooling roll is, for example, 10 to 30 m / second, for example, 20 m / second. In the alternate casting method using twin rolls of the present invention, the switching timing is set according to the surface temperature of the
本発明者等の知見と伝熱計算によれば、直径が1.2m、幅が40cm、ロール肉厚が30mmの冷却ロール13を使用すると、幅が15cm、板厚が33μmの箔帯Sを、1つの冷却ロールで連続して200秒間鋳造し続けることができる。すなわち、200秒ごとに冷却ロール13を切り替えることで、ほぼ連続的に鋳造することが可能になる。また、板厚が40μmの箔帯Sを作製する場合には、1つの冷却ロールで連続して鋳造できる時間は140秒であり、板厚が45μmの箔帯Sを製造する場合の時間は、100秒である。
According to the inventors' knowledge and heat transfer calculation, when a
従来の、1つの冷却ロールのみによって非晶質箔帯を製造する場合には、板厚が30μmより大きい箔帯を連続的に鋳造することはきわめて困難である。冷却ロールの形状、サイズ、冷却機構を現実的な範囲でどのように設計しても、鋳造時間と共に冷却ロール外周面の温度が上がり続ける。そして、冷却ロール外周面の温度が上述の限界温度(例えば、200℃)を超えて上昇すると、非晶質化に必要な冷却速度が得られなくなり、箔帯は結晶化し始める。 In the case of manufacturing an amorphous foil strip using only one conventional cooling roll, it is extremely difficult to continuously cast a foil strip having a plate thickness of more than 30 μm. No matter how the shape, size, and cooling mechanism of the cooling roll are designed within a practical range, the temperature of the outer peripheral surface of the cooling roll continues to rise with the casting time. And if the temperature of a cooling roll outer peripheral surface rises exceeding the above-mentioned limit temperature (for example, 200 degreeC), the cooling rate required for amorphization will no longer be obtained, and a foil strip will begin to crystallize.
前記の、伝熱挙動の理解を助けるため、図8を用いて説明する。図8は、(a)肉薄冷却ロール(例えば、肉厚10mm)で厚肉箔帯(例えば、板厚40μm)、(b)厚肉冷却ロール(例えば、肉厚30mm)で厚肉箔帯(例えば、板厚40μm)、を作製する際の冷却ロール外周面温度の推移を模式的に示している。温度の測定位置は、パドルの上流たとえば20cmである。(a)、(b)ともに鋳造の初期は急激に上がり、その後、温度の上昇率は低下するが一定の勾配で直線的に上昇する。 In order to help the understanding of the heat transfer behavior, it will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows (a) a thin foil roll (for example, 10 mm thick) with a thick foil strip (for example, a plate thickness of 40 μm), and (b) a thick foil strip (for example with a thickness of 30 mm) ( For example, the transition of the outer peripheral surface temperature of the cooling roll when producing a plate thickness of 40 μm is schematically shown. The temperature measurement position is, for example, 20 cm upstream of the paddle. Both (a) and (b) rise rapidly at the initial stage of casting, and then the rate of temperature rise decreases but increases linearly with a constant gradient.
また、形成される箔帯の構造は、肉薄冷却ロールの場合、ロール表面温度Taf1までは非晶質であるが、それを超えると結晶化が始まる。さらに、時間が経過すると,Tpb1でパドルブレークが発生し、それ以後は箔帯が形成されなくなる。肉厚冷却ロールの場合も傾向は同じであるが、結晶化が始まるまでの時間、パドルブレークが発生するまでの時間が大幅に長くなる。直線の勾配は、肉厚の冷却ロールの方が大きい。 Further, in the case of a thin cooling roll, the structure of the formed foil strip is amorphous up to the roll surface temperature Taf1 , but when it exceeds that, crystallization starts. Further, when time elapses, a paddle break occurs at T pb1 , and the foil strip is not formed thereafter. The tendency is the same in the case of the thick cooling roll, but the time until the crystallization starts and the time until the paddle break occurs are significantly increased. The slope of the straight line is larger for the thick cooling roll.
さらに、結晶化が始まる冷却ロールの表面温度Taf、パドルブレークが発生するロール表面温度Tpbは、いずれも肉厚ロールのほうが高い。すなわち、Taf1<Taf2、Tpb1<Tpb2、である。この理由は、肉厚ロールの肉厚部分が熱溜め効果を有するからである。非晶質化には、融点Tmからガラス遷移温度Tgにいたる温度区間で急冷が必要であるが、箔帯が厚くなると従来の肉薄ロールでは対応できなくなる。たとえ、ロールの直径を大きくしても前記温度区間での熱流を吸収することはできない。肉薄ロールは、熱容量が小さいためである。一方、肉厚ロールはそれ自身の熱容量で、一時的に多量の熱を溜めることができる。この熱の大部分はロールが一周する間に冷却水に伝わり放出される。しかし一部は冷却ロールに蓄積されロール温度を上昇させる。ロールから水への伝熱をはやめるには、ロールの直径、幅を大きくするのが効果的である。また、冷却水の温度を低く保持するのが効果的である。これらの手段を講じることにより、1つの冷却ロール13で連続して鋳造できる時間を長くすることができる。
Further, the surface temperature T af of the cooling roll at which crystallization starts and the roll surface temperature T pb at which paddle break occurs are higher in the thick roll. That, T af1 <T af2, T pb1 <T pb2, a. This is because the thick portion of the thick roll has a heat storage effect. Amorphization requires rapid cooling in the temperature range from the melting point Tm to the glass transition temperature Tg, but when the foil strip is thick, it cannot be handled by a conventional thin roll. Even if the roll diameter is increased, the heat flow in the temperature section cannot be absorbed. This is because the thin roll has a small heat capacity. On the other hand, the thick roll has its own heat capacity and can temporarily store a large amount of heat. Most of this heat is transferred to the cooling water and released during the round of the roll. However, a part is accumulated in the cooling roll and raises the roll temperature. In order to stop heat transfer from the roll to the water, it is effective to increase the diameter and width of the roll. It is also effective to keep the temperature of the cooling water low. By taking these measures, it is possible to lengthen the time during which continuous casting with one
前記の伝熱機構をもとに、冷却ロール13の直径、幅を設計することができる。すなわち、冷却ロール13の肉厚部分が厚くなるほど、図8における、冷却ロール外周面の温度曲線における直線部分の勾配が大きくなる。この勾配を小さくして、鋳造切り替えまでの時間を長くするためには、冷却ロール13の直径、幅を大きくするのが効果的である。冷却ロール13の直径を大きくすると、1回転中、冷却ロール内面と冷却水が接触する時間が長くなり、冷却ロールから冷却水に伝わる熱量が大きくなるからである。
The diameter and width of the
本実施形態では、冷却ロール13の直径は、0.4ないし2.0mとすることが好ましい。冷却ロール13の直径を0.4m以上とすることにより、冷却ロールが1回転する間の時間が十分に確保される。この結果、合金溶湯から冷却ロール13の外周面に伝わった熱は、効率よく冷却水に排熱される。一方、冷却ロール13の直径を2.0m以下とすることにより、製造装置1が過度に大型化することを避け、操業が容易になると共に、冷却ロール13の軸受等、機械部分の強度を確保することが容易になる。
In the present embodiment, the diameter of the
また、冷却ロール13の幅は、例えば、製造しようとする箔帯Sの幅の1.5倍以上とすることが好ましい。これにより、合金溶湯Aから冷却ロール13に伝達された熱が、幅方向にも拡がり冷却ロール1回転ごとの冷却水への排熱量が増大する。
Moreover, it is preferable that the width | variety of the
前記冷却ロールの冷却効率をさらに高めるため、冷却水Wを冷却する。冷却ロール13内に供給する冷却水Wの温度は、20℃以下とすることが好ましく、10℃以下とすることがより好ましい。冷却水の温度が低いほど、冷却ロール13を効率的に冷却することができ、製造可能な非晶質合金箔帯の板厚が増大するからである。
更に、冷却水に溶質を溶解させて凝固点を降下させたうえで、冷却ロール13内に供給する際の冷却水Wの温度を0℃以下としてもよい。
In order to further increase the cooling efficiency of the cooling roll, the cooling water W is cooled. The temperature of the cooling water W supplied into the
Further, after the solute is dissolved in the cooling water to lower the freezing point, the temperature of the cooling water W when it is supplied into the
冷却ロール13に供給する冷却水Wの温度を室温以下に保持するために、図3に例示する冷却水Wの経路の途中、例えば貯水槽42に、冷却手段43、例えば、冷蔵庫や空調設備に使われているヒートポンプを設置してもよい。貯水槽43に、氷を投入する手段でも前記の目的は達成できる。なお、冷却ロールの外周面の温度が室温より低くなると、結露する恐れがある。結露を防止するためには、冷却ロールの外周面に乾燥空気、窒素など水分を含まないガスを吹付ければよい。ガスの吹き付けは、鋳造開始まえから行なう。鋳造が開始されると、冷却ロールの外周面温度はすぐに室温を超えるため、ガスの吹き付けは不要になる。
In order to keep the temperature of the cooling water W supplied to the
更に、冷却ロール13の材料は、熱伝導率が大きいことが好ましく、例えば、250W/mK、よりも熱伝導率が大きい材料であることが好ましい。さらに好ましくは、300W/mK以上である。しかし、熱伝導率の大きな材料は、機械的強度や耐摩耗性が劣る傾向がある。そこで、冷却ロールの外周面の強度、または硬度が不足する場合には、外周部の表面層のみを硬化させてもよい。表面層の硬化は、例えば、イオン注入等によって実現できる。この場合、熱応力によるクラックの発生を防止するために、注入するイオンに濃度勾配をつけることが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the material of the
本発明の非晶質合金箔帯の製造において用いるノズル13はスリットノズルであり、冷却ロールの周方向に測ったスリットの幅は、0.2ないし1.2mmであり、例えば、0.3ないし0.8mmである。ノズルのタイプは、単スリットでもよいが、生産性の点で多重スリットがより好ましい。単スリットノズルの場合、冷却ロール13の周速は遅目に設定する。経験によると、板厚は周速に反比例する。冷却ロール13の周速は、例えば10ないし30m/秒とし、例えば15ないし25m/秒とする。ノズル15と冷却ロール外周面の間の距離(ギャップ)は、例えば0.1ないし0.4mmであり、例えば、0.15ないし0.25mmである。また、合金溶湯Aの吐出圧は、例えば10ないし40kPaとし、例えば20ないし30kPaとする。
The
冷却ロール13の外周面にノズル15を介して合金溶湯Aの供給(注湯)を始めると、冷却ロール外周面の温度は注湯開始直後を除いて、ゆるやかに上昇する。冷却ロール13の外周面温度が上昇しても、例えば200℃以下であれば、箔帯の板厚はほぼ一定であり、非晶質化に必要な冷却速度は確保される。すなわち、非晶質合金箔帯Sが得られる。ここで、冷却ロール外周面の温度の計測は、例えば、ロール幅の中央、パドルPの上流側20cmで行う。冷却ロール外周面温度の計測には、例えば、接触式温度計を用いる。具体例は、特許文献3に記載されている。
When the supply of molten alloy A (pouring) to the outer peripheral surface of the
鋳造切り替えのタイミングは、形成される箔帯Sの表面温度を計測することによっても決めることができる。測定位置は冷却ロールから箔帯Sが剥離する前の適当な位置が好ましい。前記の接触温度計を使用できるが、Fe基合金の場合、赤外線放射温度計も利用できる。箔帯Sの温度の監視は、鋳造中の箔帯の非晶質性を判断するうえで、より直接的手段である。 The timing of casting switching can also be determined by measuring the surface temperature of the formed foil strip S. The measurement position is preferably an appropriate position before the foil strip S is peeled from the cooling roll. The above contact thermometer can be used, but in the case of an Fe-based alloy, an infrared radiation thermometer can also be used. Monitoring the temperature of the foil strip S is a more direct means for determining the amorphous nature of the foil strip during casting.
なお、本実施形態に係る製造装置1において、片側の冷却ロール13のみを使用して、断続的に鋳造してもよい。すなわち、冷却ロールを回転させ、冷却水を供給している状態で、箔帯の鋳造を行い、冷却ロールの外周面温度が所定値に達したら、合金溶湯の供給を停止する。このとき、冷却ロールの回転および冷却水の供給は継続する。鋳造の停止と冷却水の供給継続により、冷却ロール外周面の温度は急速に冷却される。その後、ロール外周面の温度が、例えば、室温に戻った時点で鋳造を再開する。このようにして断続的ではあるが、1つの冷却ロールを使用して、厚肉の非晶質合金箔帯を工業的規模で製造することができる。
In addition, in the
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、非晶質合金箔帯の製造装置1に2つの冷却ロール13aおよび13bが設けられており、これらを交互に使用して箔帯Sを鋳造する。これにより、1つの冷却ロールについては、鋳造と冷却が繰り返されることになり、温度を所定値以下に抑えることができる。この結果、板厚の大きい非晶質合金箔帯をほぼ連続的に鋳造することができ、工業的な規模で製造することができる。このような非晶質合金箔帯は、例えば、電力用トランスおよびモータのコアとして使用することができる。また、磁気シールド材としても使用することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, two
また、本実施形態においては、ノズル15として多重スリットノズルを使用しているため、箔帯Sの板厚を均一化すると共に、ピンホールの発生を低減することができる。パドルPの微小な振動や冷却ロール13の局所的な欠陥などにより、箔帯Sの表面性状は微視的には乱れており、乱れが大きいとフィッシュスケールと呼ばれる魚鱗状の縞模様やピンホールが箔帯Sに形成され、肉眼でも観察できる。多重スリットノズル法を使うと、上流側のパドルから引き出された流体層に形成されたこれらの欠陥が、下流側のパドルで補償されるので、表面性状が良好でピンホールのきわめて少ない箔帯Sが製造できる。
Further, in the present embodiment, since a multi-slit nozzle is used as the
前述のように、多重スリットノズル法で製造された非晶質合金箔帯の表面は平滑でピンホールがきわめて少ない。箔帯におけるピンホールの数密度は、例えば、25個/m2以下であり、例えば、10個/m2以下であり、例えば、皆無である。ピンホールの減少、および表面平滑化などにより箔帯を積層したときの占積率が向上する。例えば、本実施形態において、板厚が33μm以上の箔帯を製造し、この箔帯で巻鉄心を作製すると、その占積率は80%以上、板厚が40μm以上の箔帯を製造し、この箔帯によって鉄心を作製すると、その占積率は85%以上となる。板厚が例えば、40μm以上の場合、その占積率は90%以上となる。また、例えば、50μm以上の箔帯では、その占積率は93%以上となる。表面が平滑でピンホールの少ない箔帯は、磁壁移動の障害が少ないためヒステリシス損が小さく、電磁用の鉄心材料として好ましい。更に、占積率を高めることは飽和磁束密度Bsを高めることと同じ意義がある。例えば、占積率を80%から90%に高めることは、Bsを1.60Tから1.78Tに高めることと実用上同じ効果がある。 As described above, the surface of the amorphous alloy foil strip produced by the multiple slit nozzle method is smooth and has very few pinholes. The number density of pinholes in the foil strip is, for example, 25 pieces / m 2 or less, for example, 10 pieces / m 2 or less, for example, none. The space factor when foil strips are laminated is improved by reducing pinholes and smoothing the surface. For example, in the present embodiment, a foil strip having a plate thickness of 33 μm or more is manufactured, and when a wound iron core is manufactured using this foil strip, the space factor is 80% or more, and a foil strip having a plate thickness of 40 μm or more is manufactured. When an iron core is produced with this foil strip, the space factor becomes 85% or more. For example, when the plate thickness is 40 μm or more, the space factor is 90% or more. For example, in the case of a foil strip of 50 μm or more, the space factor is 93% or more. A foil strip having a smooth surface and few pinholes is preferable as an electromagnetic iron core material because it has a small hysteresis loss because there are few obstacles to domain wall movement. Furthermore, increasing the space factor has the same significance as increasing the saturation magnetic flux density Bs. For example, increasing the space factor from 80% to 90% has the same practical effect as increasing Bs from 1.60T to 1.78T.
また、本実施形態においては、製造装置1には肉厚の大きな冷却ロール13を用いているので、冷却ロールの機械的強度がつよい。これにより、冷却ロールの不均一な熱膨張による箔帯Sの板厚や特性の変動の発生を最小限に抑え、均質な非晶質合金箔帯の製造が可能になる。
Moreover, in this embodiment, since the
次に、本発明における第2の実施形態について説明する。
図9は、冷却ロール13の構造を示す斜視図である。図9のように、冷却ロール13は内部が空洞になっており、駆動手段11が配置されている側(以下、「駆動側」という)の反対側(以下、「給水側」という)の側面19の中心部には、開口部20が形成されている。開口部20の形状は円形であり、その中心軸は冷却ロール13の中心軸と一致している。すなわち、冷却ロール13はオープンロール形状である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a perspective view showing the structure of the
また、冷却ロール13の外周面から中心軸に向かう断面を、図10に示す。図10において、冷却ロールの内周面21には、冷却ロール13の周方向に沿って延びる複数本の仕切板22が形成されており、給水側の側面19、複数本の仕切板22および駆動側の側面23の相互間は、それぞれ水路24となっている。
Further, FIG. 10 shows a cross section from the outer peripheral surface of the
冷却ロール13の内部には、開口部20を介して、給水管25および排水管26が引き込まれている。給水管25は、給水手段(図示せず)に接続されており、排水管26はポンプ(図示せず)に接続されている。給水管25からは、水路24と同数の枝管25aが分岐しており、各枝管を介して各水路24に冷却水を供給するようになっている。また、排水管26からも、水路24と同数の枝管26aが分岐しており、枝管26aを介して、各水路から冷却水が排出されるようになっている。枝管26aにおける長手方向に直交する断面の形状は、例えば、冷却ロール13の周方向に沿って流線型である。これにより、冷却ロール13は、内部に冷却水Wが流通する水冷ロールとして機能する。
A
次に、本発明第2の実施形態の動作について述べる。まず、図9に示すように、駆動手段11を駆動させることにより、回転軸部材12aおよび12bを介して、冷却ロール13aおよび13bを回転させる。このとき、冷却ロール13の回転速度は、水路24における遠心力が重力よりも大きくなるような回転速度とする。
Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 9, by driving the drive means 11, the cooling rolls 13a and 13b are rotated via the
この状態で、図10に示すように、給水管25を介して、冷却ロール13aおよび13bの各水路に冷却水Wを供給する。これにより、各水路24内の冷却水Wは、冷却ロール13と共に回転し、各水路24の全体に行きわたる。すなわち、冷却水Wは遠心力によって冷却ロール13の内面に張り付き、冷却ロール13の上部においても落下しない。このとき、枝管26aの先端部は、冷却水W内に挿入される。
In this state, as shown in FIG. 10, the cooling water W is supplied to the water channels of the cooling rolls 13 a and 13 b through the
一方、ポンプ(図示せず)を作動させることにより、排水管26を介して、各水路24から冷却水を排出する。これにより、冷却ロール13内においては、一定量の冷却水Wが保持される。このとき、水路24は冷却ロール13の中心に向かって開口しているため、冷却水Wにおける冷却ロール13の中心側の表面は自由面となる。
On the other hand, by operating a pump (not shown), the cooling water is discharged from each
そして、図9に示すように、レール16により、坩堝14を一方の冷却ロール13、例えば、冷却ロール13aの側方に配置する。そして、ノズル15からスリット17を介して、合金溶湯Aを冷却ロールの外周面に向けて吐出し、冷却ロール13aの外周面に接触させる。これにより、スリット17と冷却ロール13aとの間にパドルPが形成される。そうすると、パドルPを形成する合金溶湯Aのうち、冷却ロール13aに接触している部分は冷却されて粘度が高くなり、冷却ロール13aの外周面に引きずられて冷却ロール13aの回転方向に移動しつつ、冷却ロール13aによって冷却されて過冷却の金属流体となり、ついで凝固し、ガラス転移点よりも低温になり、非晶質合金箔帯Sとなる。このときの冷却速度は、例えば、1×105℃/秒以上である。
And as shown in FIG. 9, the
合金溶湯Aから冷却ロール13aに伝わった熱は、冷却ロール13aからロール内部を経て冷却水Wに伝達される。そして、冷却水Wに伝達された熱は、排水管26を介して冷却水Wと共に冷却ロールの外部に排出される。すなわち、合金溶湯Aの熱は、合金溶湯A→冷却ロール13a→冷却水Wの経路で伝達される。
The heat transferred from the molten alloy A to the
箔帯Sの鋳造に伴い、冷却ロール13aの温度は次第に上昇する。冷却ロール外周面の温度が所定値に達したら、ノズル15を閉じ、合金溶湯Aの吐出を停止する。次に、レール16に沿って坩堝14を移動させ、他方の冷却ロール13、すなわち、冷却ロール13bの側方に位置させる。そして、ノズル15を開き、合金溶湯Aを冷却ロール13bの外周面に向けて吐出する。これにより、上述の冷却ロール13aの動作と同じ動作により、冷却ロール13bによって箔帯Sを鋳造する。すなわち、図4に示すように、箔帯Sの鋳造に使用する冷却ロールを、冷却ロール13aから冷却ロール13bに切り替える。この間、冷却ロール13aは待機状態となるが、冷却ロール13aにも冷却水Wを供給し続け、冷却ロール13aを冷却する。
As the foil strip S is cast, the temperature of the
そして、冷却ロール13bの温度が所定値に達したら、箔帯Sの鋳造に使用する冷却ロールを、冷却ロール13bから冷却ロール13aに切り替える。この時点までに、冷却ロールは十分に冷却されており、箔帯Sの鋳造を再開することができる。なお、この間、待機状態にある冷却ロール13bにも冷却水Wを供給し続け、冷却を継続する。以下、同様に、図4に示すように、冷却ロール13aおよび13bを交互に使用し、箔帯Sを製造し続ける。
When the temperature of the
本発明第2の実施形態で用いる冷却ロールを冷却するメカニズムは、冷却水の対流による伝熱である。冷却ロール13は高速で回転しているので冷却水には強い遠心力が働く。この遠心力の大きさは重力の50ないし150倍である。このため、冷却水の、ロールに近接する部分の温度が上昇し、密度が小さくなったこの部分には大きな浮力が作用する。これが駆動力となり強制対流が生じる。このため、冷却水はロールに相対的にほとんど静止しているが十分な伝熱効果を有する。
The mechanism for cooling the cooling roll used in the second embodiment of the present invention is heat transfer by convection of cooling water. Since the
更に、冷却ロールとして、オープンロールを採用する利点は、ロールの内面に空気泡が残留することがないことである。空気泡は強い遠心力により浮上し、自由面で消滅する。内蔵した水路を介して水を流す方式においては、残留空気による冷却むらの影響で形成される箔帯の材質が部分的に劣化することがある。本実施形態における上記以外の構成、動作および効果は、前述の第1の実施形態と同様である。 Furthermore, an advantage of employing an open roll as the cooling roll is that no air bubbles remain on the inner surface of the roll. Air bubbles rise by strong centrifugal force and disappear on the free surface. In the method of flowing water through a built-in water channel, the material of the foil strip formed due to the influence of uneven cooling due to residual air may be partially deteriorated. Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.
次に本発明第2の実施形態の変形例1について述べる。そこにおいて使用される冷却ロールは、内部が中空で一方の側面が開口したオープンロール構造としている。また、内周面に仕切板22を設けることにより、冷却ロールの周方向に延びる複数の水路24を形成している。更に、図11(a)に示すように、バルブ44を備えた水路24ごとに、給水管25の枝管25aおよび排水管26の枝管26aを設けている。これにより、流路24ごと、すなわち、冷却ロール13の幅方向における位置ごとに、冷却水の流量をすることができ、熱流量を制御することができる。また、水路ごとに異なる水温に設定することができる。これを利用し、冷却ロール13の幅方向の温度分布を均一にして、冷却ロールの幅方向における冷却能を均一化することができる。
Next,
図11(a)はまた、前記の変形例1において用いる冷却ロール30の断面を示している。図11(b)には、1つの水路に、例えば3本のフィン28が設けられている。仕切板27、フィン28は、いずれも周方向に延びており、長手方向に直交する断面の形状は三角形である。フィンの高さは水没するように仕切板の高さより小さくする。フィン28を設けることにより熱伝達効率を一層、高めることができる。
FIG. 11A also shows a cross section of the
次に、本発明における前記第2の実施形態の変形例2について説明する。
図12は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置3の冷却ロール周辺を例示する断面図である。図12に示すように、本変形例の実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置3においては、前記第2の実施形態に係る製造装置2(図9参照)と同様に、駆動手段11(図9参照)の両側に、一対の冷却ロール33が設けられている。
Next,
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the periphery of the cooling roll of the amorphous alloy foil
そして、冷却ロール33の内部には排水管26(図9参照)が引き込まれておらず、冷却ロール33の駆動側から遠い部分に、給水側から外周方向に向けて冷却水を流す貫通孔34が形成されている。また、冷却ロール33の外周面における貫通孔34よりも駆動側に近い部分に、断面が凸の、凸部35が冷却ロールの外周面に沿って設けられている。さらに、冷却ロール33における給水側の端部、すなわち、貫通孔34および凸部35が形成されている部分を覆うように、フランジ36が設けられている。フランジ36は冷却ロール33には接触しておらず、床面に対して固定されている。フランジ36の底部には、排水口37が設けられている。
And the drain pipe 26 (refer FIG. 9) is not drawn in the inside of the
更にまた、フランジ36の側面には引込口が設けられており、この引込口38および開口部20を介して、給水管39が冷却ロール33の内部に引き込まれている。給水管39には枝管は設けられておらず、冷却ロール33内における駆動側の部分に対して、冷却水Wを供給するようになっている。更にまた、冷却ロール33の内周面には仕切板22(図10参照)は形成されていない。本実施形態における上記以外の構成は、前述の、本発明第2の実施形態に係る製造装置2(図9参照)と同様である。
Furthermore, a lead-in port is provided on the side surface of the
次に、本実施形態に係る製造装置3の動作について説明する。
本実施形態においては、給水管25を介して冷却ロール33内に供給された冷却水Wは、遠心力によって冷却ロール33の内周面に張り付き、冷却ロール33の回転と共に冷却ロール33の周方向に回転しつつ、冷却ロール33の軸方向に沿って駆動側から給水側に移動する。この過程で、冷却ロール33との間で熱交換を行う。そして、冷却水Wは、遠心力により、貫通孔34を介して冷却ロール33の外部に排出される。貫通孔34から排出された冷却水Wは、フランジ36によって受け止められ、重力によってフランジ36の下部に集められ、排水口37を介して排出される。本実施形態における上記以外の動作は、前述の本発明第2の実施形態と同様である。すなわち、一対の冷却ロール33を交互に使用して、箔帯Sを鋳造する。
Next, the operation of the
In the present embodiment, the cooling water W supplied into the
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、冷却ロール33の内部で高速回転する冷却水W内に排水管を挿入する必要がないため、水の抵抗による振動等が発生しにくく、機械的な信頼性が高い。また、冷却水Wの水流が安定する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の本発明第2に係る実施形態と同様である。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, since it is not necessary to insert a drain pipe into the cooling water W that rotates at high speed inside the cooling
なお、冷却水Wとの間の接触面積を増加させるために、冷却ロール33の内部にフィンを設けてもよい。この場合は、冷却ロール33の軸方向に沿って冷却水Wが移動可能となるように、フィンに切れ込みを形成する。これにより、温度が上昇した冷却水Wの排出が容易になる。
Note that fins may be provided inside the cooling
以上、実施形態および変形例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態および各変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態および各変形例は、相互に組み合わせて実施することも可能である。例えば、冷却ロールの数に対応して複数の坩堝を設け、別の給湯手段により順次給湯する方法、冷却ロールを3基以上備えた製造装置の使用、1つの坩堝に複数の開口部を設け順次複数の冷却ロールに給湯する方法など、は本発明の範囲に含まれる。 As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments and the modifications, but the present invention is not limited to these embodiments and modifications. For example, those in which the person skilled in the art appropriately added, deleted, or changed a design, or added, omitted, or changed a process for each of the above-described embodiments and modifications are the gist of the present invention. As long as it is provided, it is included in the scope of the present invention. In addition, the above-described embodiments and modifications can be implemented in combination with each other. For example, a method of providing a plurality of crucibles corresponding to the number of cooling rolls and sequentially supplying hot water by another hot water supply means, using a manufacturing apparatus provided with three or more cooling rolls, sequentially providing a plurality of openings in one crucible A method of supplying hot water to a plurality of cooling rolls is included in the scope of the present invention.
1、2、3 製造装置、11 駆動手段、12a、12b、 回転軸部材、13a、13b 冷却ロール、14 坩堝、15 ノズル、16 レール、17 ノズル、17a、17b 吐出口(スリット開口部)、19 オープンロール側面、20 オープンロール開口部、21 内周面、22 仕切板、23 側面、24 水路、25 給水管、25a 枝管、26 排水管、 26a 枝管、27 仕切板、28 フィン、33 冷却ロール、34 貫通孔、35 凸部、36 フランジ、37 排水口、38 引込口、39 給水管、41、41a、41b 軸受け、42 貯水槽、43 冷却手段、44 バルブ、A 合金溶湯、P パドル、R 領域、S 箔帯、W 冷却水 1, 2, 3 Manufacturing device, 11 Driving means, 12a, 12b, Rotating shaft member, 13a, 13b Cooling roll, 14 Crucible, 15 Nozzle, 16 Rail, 17 Nozzle, 17a, 17b Discharge port (slit opening), 19 Open roll side surface, 20 Open roll opening, 21 Inner peripheral surface, 22 Partition plate, 23 Side surface, 24 Water channel, 25 Water supply pipe, 25a Branch pipe, 26 Drain pipe, 26a Branch pipe, 27 Partition plate, 28 Fin, 33 Cooling Roll, 34 Through-hole, 35 Convex part, 36 Flange, 37 Drain port, 38 Draw-in port, 39 Water supply pipe, 41, 41a, 41b Bearing, 42 Water storage tank, 43 Cooling means, 44 Valve, A alloy melt, P paddle, R region, S foil strip, W cooling water
Claims (18)
第2の冷却ロールと、
前記第1および第2の冷却ロールを回転させる駆動手段と、
前記第1の冷却ロールの外周面および前記第2の冷却ロールの外周面に対して順次合金溶湯を供給する供給手段と、
を備えたことを特徴とする非晶質合金箔帯の製造装置。 A first cooling roll;
A second cooling roll;
Driving means for rotating the first and second cooling rolls;
Supply means for sequentially supplying molten alloy to the outer peripheral surface of the first cooling roll and the outer peripheral surface of the second cooling roll;
An apparatus for producing an amorphous alloy foil strip, comprising:
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