JP2012096289A - 双ロール式縦型鋳造装置及び複合材料シート製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム・ケイ素合金の縦型双ロール式鋳造法で安定的にシートを採取する方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金をシートに製造する双ロール式縦型鋳造装置であって、間隔を空けて対向した２つの銅製又は溶湯に接触する部分の厚みが１０ｍｍ以下の軟鋼製にてなる一対の水冷回転ロールと水冷回転ロール１２、１４と、水冷回転ロール１２、１４上に溶湯１６を受けるための堰２０とを有し、堰２０が、水冷回転ロール１２、１４の回転軸１２Ａ、１４Ａと平行な２つの板状の主堰２２、２４と、主堰２２、２４の端をつなぐ横堰４２、４４とからなり、主堰２２、２４の下端が水冷回転ロール１２、１４の表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、横堰４２、４４の側面が水冷回転ロール１２、１４の表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、双ロール式縦型鋳造装置及び当該装置を使用して金属とセラミックス粒子とを含む複合材料のシートを製造する方法に関する。

対向した一対の回転ロール間の隙間に溶融金属を通過させて直接シートを得る、双ロールキャスト法に関しては過去多数の提案が出願されている。

特許文献１のシート製造装置は、シートを横から引き出す構造であるが、シートにかかる重力により上ロールの冷却速度が下ロールの冷却速度よりも遅くなるため、表面品質が表裏で異なり、板厚も安定しないという問題があった。また、ロールの冷却速度が遅いため、ロールの周速を上げることは困難で生産性が低いという問題もあった。

一方、特許文献２のように、一対の冷却ロールの間に溶湯を供給し、一対の冷却ロールの間から下方にシートを引き出す構造のものも知られている。しかしながら、特許文献２の製造装置は、一対の冷却ロールの間に供給された溶湯量の変動、すなわち溶湯液面の変動が溶湯と冷却ロールとの接触面積（凝固距離）に直接影響するため、溶湯液面を絶えず微妙にコントロールしなければならず、そのコントロールが少しでも狂えばシート外観品質とシート厚が変動するという欠点があった。

特許文献１、２によれば非特許文献１の如く、冷却ロールを通過する際に冷却ロールにトン単位の大きな荷重を加えて圧延のような手法でシートを得ているため、冷却ロールの機械的強度が必要となることから冷却ロールの肉厚が厚くなり、冷却効率が低下するという欠点があった。すなわち、特許文献２の製造装置では、溶湯と冷却ロールとの接触面積が溶湯量により変動し、ロールキャストで得られるシート厚さやシートの凝固組織を一定に制御するのが困難であるという問題点がある。特許文献２で、溶湯量の変動にかかわらずシート厚さ等を一定に制御するためには、ロールの周速を下げる方法があるが、根本的な解決策ではなく、かえって冷却効率が低下するという新たな問題も発生する。

さらに、特許文献２の製造装置では、溶湯とロールとの界面が大気に露出しているためシートにとって不純物となる酸化物等が発生、混入しやすいという、別の問題点もある。

また、冷却効率が悪いが故に、冷却ロールに未固化の溶湯が固着するおそれがあることから、その固着防止のために黒鉛粉末等の離型剤を、溶湯とロールとの境界に塗ることになる。いずれも冷却ロールの冷却能力を低下させることとなり、更に冷却ロール周速を下げざるを得なくなる。

一方で金属とセラミックス粒子とを含む複合材料は、展性に乏しく、また硬いため、スラブからの圧延によりシートを製造するのは困難である。

特許文献３では、金属と無機化合物の混合粉末を加熱ロール間に供給して複合材料のシートとする製法が記載されているが、混合粉末の調整の仕方によっては、充分な均質性が得られないおそれがある。また、引用文献３の製法は、溶融金属を冷却ロールによって冷却しながらシートを製造する製法とは全く異なる。

特許文献４には、アルミニウム基複合材料をインゴットに造塊後、圧延してシート化する方法が提案されている。この方法であると均質性は向上するが、造塊工程の分だけ製造
が煩雑となり、製造原価の上昇につながるという問題点がある。よって、特許文献３、４のいずれにおいても、溶融した複合材料から直接シートを製造する製法については提案されていない。

また、特許文献５には、金属とセラミックス粒子とを含む複合材料のシート化方法として、双ベルト法、ベルト車輪法、双ロール鋳造法および横型鋳造法が挙げられているが、単に方法名が挙げられているのみで、各方法の具体的な内容については何ら記載されていない。

特開平８−１０９０９号公報 特開平６−１５４９５８号公報 特開２０００−３１３９０４号公報 特開平１０−１８３２７０号公報 特開２００３−２３４４４５号公報 "Mechanical properties and microstructure of twin roll cast Al-7Si/SiCp MMCs" Materials Science and Technology Vol.11 p741

本発明は、上述した従来技術の欠点を改善し、溶湯液面の状態に左右されずに厚みと品質の安定したシートを高速度で採取する双ロール式縦型鋳造装置及び複合材料シート製造方法を提供するものである。また、本装置を金属基複合材の圧延の前工程に応用し合理化することを提案するものである。

本願発明は、溶湯液面のコントロールを容易にすることで、厚みと品質の安定したシートを高速度で簡便に採取することを達成したものである。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、アルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金をシートに製造する双ロール式縦型鋳造装置であって、所定の間隔をもって対向配置された、銅製又は溶湯に接触する部分の厚みが１０ｍｍ以下の軟鋼製にてなる一対の水冷回転ロールと、前記一対の水冷回転ロール上に溶融状態のアルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金である溶湯を受けるために配置された堰とを有し、前記堰は、前記一対の水冷回転ロールの回転軸と平行な一対の板状の主堰と、前記一対の水冷回転ロールの回転軸と直交方向に配置されるとともに前記一対の主堰の両端面に接続される一対の横堰とからなり、前記一対の一方の主堰の下端が前記一対の水冷回転ロールの一方の水冷回転ロールの表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、前記一対の他方の主堰の下端が前記一対の水冷回転ロールの他方の水冷回転ロールの表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、前記一対の横堰の側面が前記水冷回転ロールの端面に接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、前記一対の主堰、及び一対の横堰は、前記一対の水冷回転ロールの上方に延設されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明の如く、堰を水冷回転ロールに設けることにより、溶湯の液面を水冷回転ロールの上方位置でコントロールすればよく、すなわち、溶湯液面の制御が容易になることから、水冷回転ロールの周速度を高速にしても、凝固速度を一定にコントロールすることができる。これにより、溶湯液面の状態に左右されずに厚みと品質の安定したシートを高速度で採取することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記水冷回転ロールは、周速が１０ｍ／ｍｉｎ以上とし、かつ、前記水冷回転ロールの材料は熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。

請求項２によれば、シートを高速度で採取するために、水冷回転ロールを１０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で高速に回転させた場合、水冷回転ロールの材料の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、溶湯は水冷回転ロールの下方から未凝固の状態で送出されるため、シートの製造として好ましくない。よって、水冷回転ロールの材料として熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを採用することにより、凝固が充分に完了したシートを高速度で採取することができる。なお、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料としては、軟鋼や銅（４００Ｗ／ｍ・Ｋ）などが好ましいものとして挙げられる。また、凝固速度を大きくするためには、材料の伝導率を高くし、ロールの厚さを薄くするとロールの冷却能力が高まりさらに好ましい。例えば軟鋼製の水冷回転ロールの場合、溶湯の接触する部分の厚みを１０ｍｍ以下とすると、充分な冷却能力が得られ、凝固速度も大きくなるので好ましい。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記堰の前記水冷回転ロールとの接触・隙間部分近傍は、シリカファイバクロスが貼り付けられるとともに、窒化ホウ素やグラファイトスプレーが吹き付けられて構成されることを特徴とする。

請求項３によれば、堰の水冷回転ロールとの接触・隙間部分近傍を、濡れ性の低い材料、例えば、堰の先端部近傍にシリカファイバクロスを貼り、更に窒化ホウ素やグラファイトスプレーを吹き付けて溶湯に対して堰の先端を濡れ難いよう処置することにより、溶湯が水冷回転ロールと堰との間から滲み出ることを防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の双ロール式縦型鋳造装置を用い、前記一対の主堰と前記一対の横堰とで囲まれた空間に、アルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金を含む前記溶湯が注入され、前記一対の水冷回転ロールの間から直接かつ連続的に複合材料シートが採取されることを特徴とする。

請求項４において製造される複合材料シートは、放熱性が高い性質を有しているため、例えばコンピュータに内蔵されて高熱を発する電子部品の基板として使用される。また、本発明の複合材料シートの製法は、材料の粒子を圧壊してシートを製造する圧延手法とは根本的に異なり、材料の粒子を圧壊することなく低荷重で押してシートを製造する製法であり、鋳造に近似する組織を有するシートが得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記採取された前記複合材料シートをさらに冷間圧延することを特徴とする。

請求項５によれば、例えば厚みが３ｍｍ以下のシートを得たい場合には、水冷回転ロールによって採取された複合材料シートを冷間圧延することにより取得することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記冷間圧延の条件として、圧延前の板厚から圧延後の板厚を減算した値を圧延前の板厚で除算し、その値に１００を乗算して求められた値である圧下率が１パス当たり３〜１０％であることを特徴とする。

請求項６によれば、冷間圧延条件が１パス当りの圧下率が３％未満であると、１回の厚み減少量が少なくパス数が増えるのでシートの生産性が悪く、圧下率が１０％を超えると、シートが割れるおそれがあるので、冷間圧延条件が１パス当りの圧下率３〜１０％に設定することが好ましい。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６において、前記冷間圧延の前に、熱間圧延することを特徴とする。

請求項７によれば、水冷回転ロールによって鋳造製造されたシートを、冷間圧延する前に、熱間圧延することにより、水冷回転ロールによって鋳造製造されたシートの厚みのばらつき（凸凹）を取ることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５〜８５％であり、１パス当りの前記圧下率が１０〜２０％であることを特徴とする。

請求項８によれば、熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５％未満であると、熱間圧延時のシートが固過ぎてシートの厚みのばらつきを取ることが困難であり、液相線温度の８５％を超えると、シートが軟化し過ぎてこれもまた、シートの厚みのばらつきを取ることが困難になる。よって、熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５〜８５％（好ましくは７５〜８０％）であることが好ましい。

また、熱間圧延の１パス当りの圧下率が１０％未満であると、水冷回転ロールによって鋳造製造されたシートの厚みのばらつきを確実に取ることが困難であり、１パス当りの圧下率が２０％を超えるとシートが割れるおそれがあるので、熱間圧延条件が１パス当りの圧下率１０〜２０％に設定することが好ましい。

本発明に係る双ロール式縦型鋳造装置及び複合材料シート製造方法によれば、溶湯液面の状態に左右されずに厚みと品質の安定したシートを高速度で採取することができる。

第１の実施の形態の双ロール式鋳造装置の構成を示した側面図 図１に示した双ロール式縦型鋳造装置の要部斜視図 主堰の先端に溶湯と濡れにくい材料を用いた説明図 主堰の内面に断熱材を配した説明図 主堰の壁面に材料の固化層が発生した状態を示した説明図 第１の実施の形態の双ロール式鋳造装置の変形例を示した側面図 第２の実施の形態の双ロール式鋳造装置の構成を示した側面図

以下、添付図面に従って本発明に係る双ロール式縦型鋳造装置及び複合材料シート製造方法の好ましい実施の形態について説明する。

図１、及び図２に本発明の代表的な双ロール式縦型鋳造装置１０の構成例を示す。直径、周速、冷却水量の揃った同一サイズの一対の水冷回転ロール１２、１４によって溶湯１６が冷却されながら上から下に流下するため、得られる凝固シート１８の表面状態は両面共揃っており、反りが防止され板厚も安定化する。

双ロール式縦型鋳造装置１０の主要件である、堰２０を構成する一対の主堰２２、２４は、水冷回転ロール１２、１４の回転軸１２Ａ、１４Ａと平行に配置され、間隔が固定された状態で主堰２２の下縁は水冷回転ロール１２の周表面に接触又は２ｍｍ以下の隙間が形成され、主堰２４の下縁は水冷回転ロール１４の周表面に接触又は２ｍｍ以下の隙間が形成されている。本発明においては、接触の方が２ｍｍ以下の隙間より、溶湯漏れのおそれがなく、安定生産し易いので好ましい。また、本発明において、ロールと堰とを接触させず２ｍｍ以下の隙間を形成する場合には、隙間が１．５ｍｍ以下であるとより好ましく、前記隙間が１．０ｍｍ以下であるとさらに好ましい。また、主堰２２、２４は、水冷回転ロール１２、１４の上方に延設されている。これにより、溶融材料である溶湯１６が容器２６から水冷回転ロール１２、１４間に注入されて、主堰２２、２４における液面がＢ→Ｃ→Ｄと上昇しても、溶湯１６と水冷回転ロール１２、１４の接触域（凝固距離）が、水冷回転ロール１２、１４の円弧ＡＢで一定に保持される。このため、溶湯１６の冷却速度は、液面がＢを下回るまで安定しており、よって得られるシート１８の品質も安定する。また、溶湯１６の液面の高さは、特許文献２の如く主堰を持たない縦型双ロール鋳造装置におけるそれよりも高いため、水冷回転ロール１２、１４の対向位置に加わる溶湯１６の圧力が高くなり、溶湯１６と水冷回転ロール１２、１４との密着度が向上し、溶湯１６の冷却効率が向上する。更にまた、主堰２２、２４と水冷回転ロール１２、１４とが接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成しているため、溶湯１６と水冷回転ロール１２、１４との間からの溶湯漏れが無くなる。このため、終端部分を除きシート１８中に材料の酸化物が混入するのを阻止できる。これは特許文献２の縦型双ロール鋳造装置には見られない長所である。また、特許文献２と比較して、溶湯１６の液面高さはＢ点以上に制御すればよいので、液面制御が容易になる。

実施の形態の双ロール式縦型鋳造装置１０のもう一つの要件である薄肉、かつ、高熱伝導率、すなわち冷却能の高い水冷回転ロール１２、１４によって溶湯１６を急速冷却すると、凝固結晶粒が微細化される。また、初晶として晶出する合金成分を球状化する効果もある。特に、ケイ素を含むアルミニウム合金においては、晶出したケイ素が針状でなく分散も均一であるため、次の圧延加工工程でスラブ圧延品には見られないような良好な展性を示す。

ケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金をロールキャスト法でシート化した事例はこれまで報告されておらず、実施の形態の双ロール式縦型鋳造装置１０における低温・高速鋳造と急速冷却の組み合わせにより初めて可能となる。

製造作業面の効果は急速冷却によりごく短時間で凝固が完了するため、シート材料が水冷回転ロール１２、１４に固着するという不具合が発生せず、したがって、水冷回転ロール１２、１４に離型剤を塗布する必要が無くなる。これは、更に溶湯冷却速度の向上に寄与するという好循環を生む。

設備面の効果としては、水冷回転ロール１２、１４の間の間隙に大きな圧縮力を加えなくても急速凝固によりシート１８の厚みが安定的に定まるため水冷回転ロール１２、１４への圧縮力は、従来の縦型双ロール式鋳造機の約１／１０未満で十分であり、高剛性の水冷回転ロールを用いる必要がない。したがって、双ロール式縦型鋳造装置全体１０の構造を簡略化し、装置費用を安く抑えられるという利点がある。

ところで、主堰２２、２４の水冷回転ロール１２、１４との接触・隙間部近傍を、図３の如く溶湯１６に対して濡れ性の低い材料２８で製作すると、溶湯１６が毛細管現象により主堰２２、２４と水冷回転ロール１２、１４の境界もしくは境界外へ滲みだすことを防止でき、溶湯１６と水冷回転ロール１２、１４の接触面の位置を安定させるのに効果がある。また、図４の如く、主堰２２、２４の内側に断熱材３０を配することにより、水冷回転ロール１２、１４の対向位置より上部において、主堰２２、２４の内表面で溶湯１６が部分的に凝固して生成する凝固した溶湯小塊により水冷回転ロール１２、１４の間の隙間が詰まるという図５に示す現象を防ぐ効果がある。図５において、符号３２が凝固した溶湯小塊である。

実施の形態の双ロール式縦型鋳造装置１０によって、金属とセラミックス粒子からなる複合材料のシート１８を製造すると他の製造方法では得られない利点がある。

第一の利点は、高熱伝導、かつ、薄肉（すなわち高冷却能）、高速回転に起因して水冷回転ロール１２、１４の加圧力を低く設定することができるため、溶湯１６の上部にセラミックス粒子が押し上げられる偏析が生じにくいことである。第二の利点は、凝固結晶粒が微細なため結晶粒界沿いに存在するセラミックス粒子の分布が均一化されることである。第三の利点は、晶出する合金成分が前述のように微細で球状となることもセラミック粒子の分布の均一化に寄与することである。これらの効果により、双ロール式縦型鋳造装置１０により得たシート１８の均質性が向上するとともに冷間圧延加工が適用可能になり製造コストの低減が実現される。

実施の形態の水冷回転ロール１２、１４の構造としては、回転軸１２Ａ、１４Ｂに固定されたハブに、直径の異なる２つの円筒を同心円状に固定して二重筒構造に構成し、この後、水密処理を施して形成された空間の両端に冷却水の供給口と排出口を設けることにより構成できる。この構造は、水冷回転ロール１２、１４の内面に冷却パイプを固定する方法に比べ、ロール面の冷却能力のバラつきが小さく、製造するシート１８の品質均一化に寄与する。

また、水冷回転ロール１２、１４の間隔は、目標とするシート１８の厚みに合わせて注湯前に固定するが、水冷回転ロール１２、１４の間の隙間を通過する材料による押し力に対抗できるように、水冷回転ロール１２、１４の一方に図１の如くにより加圧力を与えておくことも必要である。

実施の形態の双ロール式縦型鋳造装置１０においては、図１の如く注湯と反対側の水冷回転ロール１２の機構一式を、ロール回転軸１２Ａと直交方向に配設されたレール３４上の台３６に乗せ、その台３６を皿ばね３８によって付勢することにより、水冷回転ロール１２、１４が斜め方向に押されることを防ぎ、シート１８の幅方向の厚み偏差を生じないよう工夫されている。なお、本発明において、付勢する手段としては、皿ばね３８に限られない。

主堰２２、２４の内面には例えば、カオウールのような断熱材３０を耐熱接着剤にて接着し、湯温の低下を防ぐとともに主堰２２、２４の温度上昇・膨張による変形を防ぐとよい。主堰２２、２４の先端部近傍に、シリカファイバクロスを貼り、更に窒化ホウ素やグラファイトスプレーを吹き付けることにより溶湯に対して主堰２２、２４の先端を濡れ難いよう処置する。すなわち、主堰２２、２４の先端部近傍に濡れ性の低い材料２８を配置する。また、注湯側の主堰２２、２４の長さを延長し、図６の如く途中で折り曲げて傾斜流路４０を形成すれば、水冷回転ロール１４の直上で注湯を行わなくて済むので作業が容易になる。

図２の如く、堰２０を構成する一対の横堰４２、４４は、溶湯１６の漏れを防ぐとともに、主堰２２、２４の端部に接触され、且つ、主堰２２、２４と同様に水冷回転ロール１２、１４の上方に延設される。また、横堰４２、４４は、水冷回転ロール１２、１４の両端面に接触され、この両端面との摩擦にも耐えなければならない。実施の形態ではこの目的のため、横堰４２、４４の内表面は、主堰２２、２４と同様シリカファイバクロスの断熱材を使う一方、横堰４２、４４の鉄板と断熱材の間にクッション性のある厚手の断熱材を挟んでいる。あるいは、ステンレスのメッシュにバーミキュライトを塗布したものを横堰４２、４４の内表面に配する。そして横堰４２、４４は、ばね定数の小さいばねによって４．９〜９．８Ｎの弱い力で水冷回転ロール１２、１４の端面に押圧する構造にすれば過度な磨耗を防ぎつつ溶湯の漏洩も防ぐことができる。なお、主堰２２、２４と同様に、一対の横堰４２、４４の側面を水冷回転ロール１２、１４の端面に対して２ｍｍ以下の隙間をもって配置してもよい。

双ロール鋳造においては、注湯温度の管理が重要なので、更に高温で溶解した材料を水冷回転ロール１２、１４の近傍の容器に移し、熱電対で直接温度を測定しながら自然放冷し、設定温度になり次第注湯する。容器表面に浮いている酸化皮膜をすくって取り除くのは当然の作業であるが、金属・セラミックス複合材料の場合には、液面を乱さないように注意しつつ攪拌することにより、比重差によって沈殿したセラミックス粒子を分散させることも必要である。

水冷回転ロール１２、１４の間の間隙を出た固化シート１８は、そのまま下に引き取ると自重でちぎれたり未凝固部分に引っ張り力が働いたりするので速やかに横方向に引き取る。具体的には、図６の如く水冷回転ロール１２、１４の直下に、水冷回転ロール１２、１４より大きい曲率で曲げたガイド板４６を配し、固化シート１８がまだ高温な状態のうちに引き取る。ガイド板４６の先に更にロールコンベア４８を配すれば、シート１８に傷が付かないうえ、シート１８の残熱の放散効率が高まるため望ましい。

以上の如く、実施の形態の双ロール式縦型鋳造装置１０によれば、堰２０を水冷回転ロール１２、１４に設けることにより、溶湯１６の液面を水冷回転ロール１２、１４の上方位置でコントロールすればよく、すなわち、溶湯１６の液面の制御が容易になることから、水冷回転ロール１２、１４の周速度を高速にしても、溶湯１６の凝固速度を一定にコントロールすることができる。これにより、溶湯１６の液面の状態に左右されずに厚みと品質の安定したシート１８を高速度で採取することができる。

また、双ロール式縦型鋳造装置１０の水冷回転ロール１２、１４は、ロール材料として熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを採用し、かつ、周速が１０ｍ／ｍｉｎ以上に設定すると、冷却能力が高くなり好ましい。周速が２０ｍ／ｍｉｎ以上であるとより好ましく、周速が５０ｍ／ｍｉｎ以上であるさらに好ましい。本件について説明すると、シート１８を高速度で採取するために、水冷回転ロール１２、１４を１０ｍ／ｍｉｎ以上の周速で高速に回転させた場合、水冷回転ロール１２、１４の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、溶湯１６は水冷回転ロール１２、１４の下方から未凝固の状態で送出されるおそれがあるため、シート１８の製造として好ましくない。よって、水冷回転ロール１２、１４の材料として熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを採用することにより、シート１８を高速度で採取することができる。水冷回転ロール１２、１４の材料としては、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料がより好ましい。また、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を採用した場合でも冷却能力を高くするために、薄肉化するとさらに好ましい。例えば軟鋼製の水冷回転ロール１２、１４の場合、溶湯の接触する部分の厚みを１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

更に、双ロール式縦型鋳造装置１０では、堰２０内の溶湯温度を、熱電対により計測し、金属の液相線温度より２０℃低い温度から３０℃高い温度に設定することが好ましい。この理由を説明すると、金属が固体から液体に変わる液相線温度より３０℃を超えると、水冷回転ロール１２、１４によって確実に溶湯１６を凝固させることができないおそれがあり、液相線温度より２０℃以上低い場合は、堰２０に溶湯１６を供給する前に、溶湯１６が凝固するおそれがある。このため、堰２０内の溶湯温度を、金属の液相線温度より２０℃低い温度から３０℃高い温度に設定することが好ましい。溶湯温度を液相温度より１５℃低い温度以上に設定するとより好ましく、液相温度より１０℃低い温度以上に設定するとさらに好ましい。一方、溶湯温度を液相温度より２５℃高い温度以下に設定するとより好ましく、液相温度より２０℃高い温度以下に設定するとさらに好ましい。また、この設定は、水冷回転ロール１２、１４の周速が１０ｍ／ｍｉｎ以上とし、かつ、ロール材料として熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを採用した場合に特に有効である。

一方、双ロール式縦型鋳造装置１０によって採取された複合材料シート１８をさらに冷間圧延することが好ましい。つまり、例えば厚みが３ｍｍ以下のシート１８を得たい場合には、水冷回転ロール１２、１４によって採取された複合材料シート１８を冷間圧延することにより取得することができる。双ロール式縦型鋳造装置１０によって製造されるシート１８の厚みには限界があるからである。

また、冷間圧延において、その条件が１パス当りの圧下率を３〜１０％に設定することが好ましい。ここで圧下率とは、圧延前の板厚から圧延後の板厚を減算した値を圧延前の板厚で除算し、その値に１００を乗算して求められた値である。この理由について説明すると、冷間圧延条件が１パス当りの圧下率が３％未満であると、１回の厚み減少量が少なくパス数が増えるのでシートの生産性が悪くなるおそれがあり、圧下率が１０％を超えると、シートが割れるおそれがあるからである。よって、冷間圧延条件が１パス当りの圧下率３〜１０％に設定することが好ましい。

更に、冷間圧延の前に、熱間圧延することが好ましい。水冷回転ロール１２、１４によって鋳造されたシート１８を、冷間圧延する前に、熱間圧延すれば、水冷回転ロール１２、１４によって鋳造されたシート１８の厚みのばらつき（凸凹）を取ることができる。

更にまた、前記熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５〜８５％であり、１パス当りの前記圧下率を１０〜２０％に設定することが好ましい。この理由について説明すると、熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５％未満であると、熱間圧延時のシートが固過ぎてシートの厚みのばらつきを取ることが困難であり、液相線温度の８５％を超えると、シートが軟化し過ぎてこれもまた、シートの厚みのばらつきを取ることが困難になるからである。よって、熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５〜８５％（好ましくは７５〜８０％）であることが好ましい。

また、熱間圧延の１パス当りの圧下率が１０％未満であると、水冷回転ロール１２、１４によって鋳造されたシート１８の厚みのばらつきを確実に取ることが困難であり、１パス当りの圧下率が２０％を超えるとシート１８が割れるおそれがあるので、熱間圧延条件が１パス当りの圧下率１０〜２０％に設定することが好ましい。

図７は、第２の実施の形態の双ロール式鋳造装置の構成を示した側面図である。同図に示す双ロール式縦型鋳造装置は、堰２０の上方に漏斗形状の容器５０を設置し、この容器５０に溶湯１６を供給するとともに、容器５０の下部開口部５２を開閉するピストン５４を上方移動させることにより溶湯１６を堰２０に供給し、ピストン５４を下方移動させて下部開口部５２を閉塞することにより堰２０への溶湯１６の供給を停止させるようにした装置である。

この構造は、主堰２２、２４又は横堰４２、４４の所定の位置に、上限溶湯液面計５６及び下限液面計５８を取り付けておき、堰２０内の溶湯液面が下限液面計５８により検知された際に、ピストン５４を上方移動させて堰２０に溶湯１６を供給し、そして、堰２０内の溶湯液面が上限液湯液面計５６により検知された際に、ピストン５４を下方移動させて溶湯１６の供給を停止する。これにより、堰２０内への溶湯１６の供給／供給停止を自動化できる。なお、もちろんであるが、上限溶湯液面計５６及び下限液面計５８の取付位置は、液面制御を容易にするために、水冷回転ロール１２、１４の上方位置である。

［実施例１］
直径３００ｍｍ、幅３００ｍｍのＳＳ４００鋼材（板厚７ｍｍ）（熱伝導率：５０Ｗ／ｍ・Ｋ）にて製作した水冷回転ロールを備えた双ロール式縦型鋳造装置を製作した。重量比でアルミニウム中に１５％のケイ素を含有する過共晶Ａｌ-Ｓｉ合金（液相温度：５９５℃）をルツボ中で溶解し、６２０℃まで冷めたところで、ロール回転速度（周速度）毎分４０ｍにて堰内に溶湯を注入し、幅３００ｍｍ、厚さ３ｍｍの中間シートを採取した。なお、主堰、横堰ともに水冷回転ロールに接触させておいた。

中間シートを電気炉中で２００℃に３０分保持して急冷により生じた歪みを除いてから、４段圧延ミルにより室温中にて圧下率７％で１０パス冷間圧延することにより１．５ｍｍの最終シート製品を得た。すなわち、本発明により、簡便に急冷凝固することができ、前記中間シートは、微細結晶からなる組織を有していた。したがって、従来ロールによる中間シートでは達成できなかった圧下率７％が可能となり、少ないパス数で所望の最終シート製品が得られた。

［実施例２］
アルミニウム−５重量％ケイ素合金（液相温度：５９０℃）と炭化ケイ素粉末を体積比で８０対２０の割合で混合してアルミニウム合金／炭化ケイ素複合材（液相温度：５９０℃）を製造しこれをルツボ中で加熱溶解した。

実施例１と同じ水冷回転ロールを用い、軟鋼製主堰のロールと接触する辺にシリカファイバ製のクロスを接着し、主堰内面全体に発泡セラミック断熱材を張ったものを用いた。複合材が６１０℃まで冷めたところで、ロール回転速度（周速度）を毎分６０ｍにて堰内に溶湯を注入して幅３００ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの中間シートを採取した。

中間シートを電気炉中で２００℃に３０分保持して急冷により生じた歪みを除いてから、４段圧延ミルにより室温中にて圧下率５％で１４パス冷間圧延することにより、１．５ｍｍの最終シート製品を得た。すなわち、本発明により、簡便に急冷凝固することができ、前記中間シートは、微細結晶からなる組織を有していた。したがって、従来ロールによる中間シートでは達成できなかった圧下率５％が可能となり、少ないパス数で所望の最終シート製品が得られた。

本発明で製造される金属基複合材製シートはその熱膨張率が低いことを生かしてプリント基板ベース材に素材として利用することができる。また、熱伝導率が高く剛性が高いことを利用して積層熱プレス工程の中間板として繰り返し使用する冶具として利用することもできる。

１０…双ロール式縦型鋳造装置、１２、１４…水冷回転ロール、１２Ａ、１４Ａ…水冷回転ロールの回転軸、１６…溶湯、１８…シート、２０…堰、２２、２４…主堰、２６…容器、２８…濡れ性の低い材料、３０…断熱材、３２…溶湯小塊、３４…レール、３６…台、３８…皿ばね、４０…傾斜流路、４２、４４…横堰、４６…ガイド板、４８…ロールコンベア、５０…容器、５２…下部開口部、５４…ピスントン、５６…上限溶湯液面計、５８…下限液面計

Claims (8)

1. アルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金をシートに製造する双ロール式縦型鋳造装置であって、
   所定の間隔をもって対向配置された、銅製又は溶湯に接触する部分の厚みが１０ｍｍ以下の軟鋼製にてなる一対の水冷回転ロールと、
   前記一対の水冷回転ロール上に溶融状態のアルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金である溶湯を受けるために配置された堰とを有し、
   前記堰は、前記一対の水冷回転ロールの回転軸と平行な一対の板状の主堰と、前記一対の水冷回転ロールの回転軸と直交方向に配置されるとともに前記一対の主堰の両端面に接続される一対の横堰とからなり、
   前記一対の一方の主堰の下端が前記一対の水冷回転ロールの一方の水冷回転ロールの表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、前記一対の他方の主堰の下端が前記一対の水冷回転ロールの他方の水冷回転ロールの表面と接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、前記一対の横堰の側面が前記水冷回転ロールの端面に接触又は２ｍｍ以下の隙間を形成し、
   前記一対の主堰、及び一対の横堰は、前記一対の水冷回転ロールの上方に延設されていることを特徴とする双ロール式縦型鋳造装置。
2. 前記水冷回転ロールは、周速が１０ｍ／ｍｉｎ以上とし、かつ、前記水冷回転ロールの材料は熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１記載の双ロール式縦型鋳造装置。
3. 前記堰の前記水冷回転ロールとの接触・隙間部分近傍は、シリカファイバクロスが貼り付けられるとともに、窒化ホウ素やグラファイトスプレーが吹き付けられて構成される請求項２記載の双ロール式縦型鋳造装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の双ロール式縦型鋳造装置を用い、前記一対の主堰と前記一対の横堰とで囲まれた空間に、アルミニウムシリコン合金と炭化ケイ素粉末とを混合した複合材又はケイ素含有率が７％を超えるアルミニウム・ケイ素合金を含む前記溶湯が注入され、前記一対の水冷回転ロールの間から直接かつ連続的に複合材料シートが採取されることを特徴とする複合材料シート製造方法。
5. 前記採取された前記複合材料シートをさらに冷間圧延する請求項４に記載の複合材料シート製造方法。
6. 前記冷間圧延の条件として、圧延前の板厚から圧延後の板厚を減算した値を圧延前の板厚で除算し、その値に１００を乗算して求められた値である圧下率が１パス当たり３〜１０％である請求項５記載の複合材料シート製造方法。
7. 前記冷間圧延の前に、熱間圧延する請求項５又は６に記載の複合材料シート製造方法。
8. 前記熱間圧延の予熱温度が前記金属の液相線温度の６５〜８５％であり、１パス当りの前記圧下率が１０〜２０％である請求項７記載の複合材料シート製造方法。

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