JP3494288B2 - 急冷凝固薄帯の鋳造設備及び鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単ロール法により
アモルファス合金薄帯などの急冷凝固薄帯を製造する設
備において、高速回転する冷却ロールと該ロールの円周
面に溶融金属を供給するノズルの開口面との間のギャッ
プを高精度に測定し設定することのできるノズル、薄帯
に孔状あるいは穴状の欠陥や薄帯切れが発生し難いノズ
ル、およびこれらノズルを使用した薄帯鋳造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】アモルファス合金薄帯などの急冷凝固薄
帯の製造法として、単ロール法が知られている。この方
法は図１の例のように、タンディッシュ１内の溶融金属
２を、ノズル３から、高速回転している冷却ロール５の
円周面に流出させて急冷凝固させ、凝固した薄帯６を巻
き取るものであり、非晶質や結晶質の合金あるいは純金
属の薄帯６が製造される。４はタンディッシュストッパ
ーである。

【０００３】ノズル３の開口はスリット状をなしてお
り、スリット長さが薄帯６の幅に対応する。また、スリ
ット長さおよびスリット幅と、ノズル３の開口面と冷却
ロール５の間のギャップと、冷却ロール５の回転速度と
によって、冷却ロール５上での溶融金属２の冷却速度お
よび薄帯６の厚さが決まる。

【０００４】従って、単ロール法による急冷凝固薄帯の
製造に際し、ノズル３の開口面と冷却ロール５の間のギ
ャップを適正値に設定すると共に、スリット状をなす開
口の長さ方向、すなわち薄帯６の幅方向に一様にギャッ
プを設定することが極めて重要である。ギャップが広す
ぎると薄帯６が厚くなるうえ、冷却速度が不足して薄帯
６の結晶化が進行し、狭すぎると薄帯６の厚さが不足し
て破断するおそれが生じる。

【０００５】ギャップの測定方法としては、図１に示す
ように、投光器７から発しノズル３と冷却ロール５の間
のギャップを通って受光器８に達した光量に基づいて計
測する光学的方法が知られている。そして特開平２−１
１２５０号公報には、ノズル３およびタンディッシュ１
を冷却ロール５の軸に平行な回転軸の回りに回転させな
がらこのギャップを光学的に測定し、ギャップ計測値が
極大となる位置にノズル３を設定することで、ノズル先
端面を冷却ロール５の円周面に平行にし、パドルブレー
クと呼ばれる鋳造欠陥などの発生しない平滑な表面の薄
帯を鋳造する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような単ロール
法による急冷凝固薄帯の製造設備において、ノズル３に
はファインセラミックス製のものが使用され、鋳造に際
しては耐熱性の問題からノズル予熱が必須となる。この
ため、冷却ロール５とノズル３の開口面との間のギャッ
プを正確に設定しても、予熱により、さらに鋳造での加
熱によりノズル３が変形し、鋳造開始時あるいは鋳造時
にギャップが設定値から外れてしまう。特にノズル３が
上下方向に傾動すると、ギャップ設定値の再現は不可と
なる。

【０００７】すなわち、予熱前に図２（ａ）のように、
冷却ロール５のノズル開口９と対向する位置での接線面
とノズル開口面１１とが平行であれば、光学的に測定さ
れるギャップｇ₀ は、ノズル開口９の位置におけるギャ
ップｇ₁ と等しい。しかし、予熱後例えば図２（ｂ）の
ようにノズル３が下方向に傾動すると、ノズル開口９の
位置におけるギャップｇ₁ は、光学的に測定されるギャ
ップｇ₀ とは異なり、ｇ₁ ＞ｇ₀ となる。このようにノ
ズル３が上下方向に傾動すると、ノズル開口９の位置に
おけるギャップｇ₁ を測定できなくなり、これを所定の
値に設定することはできなくなる。

【０００８】上記特開平２−１１２５０号公報に提案さ
れている方法は、ギャップの設定に時間を要し、ノズル
開口９を冷却ロール５の表面に長時間近接させると、ノ
ズルの耐熱性やノズル詰まりによるトラブルの発生が懸
念される。また、この方法ではノズルの開口面１１が光
軸に平行となるが、ノズル開口９が上下に移動したこと
を検出することはできない。この問題を解決するには回
転軸をノズル開口９の先端に位置させなけらばならず、
大掛かりな設備を要することになる。

【０００９】また別の問題として、特にギャップが小さ
い領域になると、ギャップを正確に測定して設定できて
も、薄帯６に孔状（貫通している）あるいは穴状（貫通
していない）の欠陥が発生したり、薄帯６が切れるなど
のトラブルが生じやすくなり、健全な薄帯製品を安定し
て鋳造するうえで障害となっていた。

【００１０】そこで本発明が解決しようとする第１の課
題は、単ロール法によりアモルファス合金薄帯などの急
冷凝固薄帯を製造する設備において、冷却ロール５とノ
ズル３の開口面１１との間のギャップを設定するにあた
り、予熱前に設定したノズル開口９の位置におけるギャ
ップを、予熱後においても、また鋳造中でも高精度に再
現し維持することである。また第２の課題は、上記設備
においてギャップの小さい領域でも、鋳造される薄帯に
孔状あるいは穴状の欠陥が発生したり、薄帯が切れると
いったトラブルを解消し、健全な薄帯製品を安定して鋳
造できるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、 （１） 急冷凝固薄帯の製造設備において、高速回転する
冷却ロールと、該冷却ロールの円周面に溶融金属を供給
するためのスリット状をなすノズル開口のと同一の面上
の、該ノズル開口から外れたノズル両端部に厚さ５mm以
下の薄肉部を設けたノズルと、前記ノズル開口を前記冷
却ロールの円周面に対向して配設し、前記薄肉部と前記
冷却ロールの隙間に光を通過させるように投光器及び受
光器を設けたことを特徴とする急冷凝固薄帯の製造設備
である。

【００１２】また上記第２の課題を解決するための本発
明は、 （２） ノズル開口と同一の面上の該ノズル開口からから
外れたノズル両端部に厚さ５mm以下の薄肉部を設けると
共に、前記ノズル開口と同一の面上の開口部の厚さを５
mm以下としたことを特徴とする上記（１）記載の急冷凝
固薄帯の製造設備である。

【００１３】また上記課題を解決するための本発明法
は、（３）上記（１）または（２）記載の急冷凝固薄帯の製
造設備において、 前記ノズル開口を前記冷却ロールの円
周面に対向して配設し、前記薄肉部と前記冷却ロールの
隙間に光を通過させ、通過光の光量に基づいて前記冷却
ロールと前記ノズル開口の間のギャップを測定し設定す
ることを特徴とする急冷凝固薄帯の鋳造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】第１発明ノズルの例を図３に示
す。ノズル３の先端にスリット状のノズル開口９が穿設
されており、ノズル開口９のスリット軸１０上、ノズル
開口９から外れたノズル両端部に、厚さｔが５mm以下の
薄肉部１２が設けられている。ここでスリット軸１０は
スリット状をなすノズル開口９の中心線である。薄肉部
１２はこのスリット軸１０を中心線として形成する。

【００１５】このような第１発明ノズル３は、図１の例
のようにタンディッシュ１に取付け、開口面１１を冷却
ロール５の円周面に対向させ、ノズル開口９から冷却ロ
ール５の円周面に溶融金属を供給して薄帯を製造するこ
とができる。そして、薄肉部１２と冷却ロール５の隙間
に光を照射する。光は投光器７から照射し、前記隙間を
通過した光を受光器８で受け、その光量に基づいて冷却
ロール５とノズル開口９の間のギャップを測定し、所定
のギャップとなるようにタンディッシュの位置を調整す
るなどにより設定することができる。光はハロゲンラン
プやレーザ光などが一般的に使用される。

【００１６】薄肉部１２の厚さｔを５mm以下としたの
は、ｔが５mm超だと、ノズル３が冷却ロール５の回転軸
と平行な軸で傾動した場合、例えば図２（ｂ）のように
傾動した場合、光学的に測定したギャップの値をノズル
開口９の位置におけるギャップとして採用するには問題
を生じるおそれがあるからである。

【００１７】第１発明ノズルにおいて、薄肉部１２の厚
さｔは薄肉部１２の先端での厚さである。図３の例で
は、薄肉部１２を形成するためノズル３に開口面１１か
ら垂直に切欠きを入れているが、傾斜させて切欠きを入
れてもよく、厚さｔを特に薄くする場合に有効である。
このようにして薄肉部１２の先端をナイフエッジにすれ
ば、厚さｔを０に近付けることができるので、ｔの下限
は特に定めない。切欠きの深さａは０．５mm以上あれば
よい。なお第１発明ノズルは、図１のように冷却ロール
５に対して横にセットするほか、冷却ロール５の直上あ
るいは任意の位置にセットして鋳造する場合にも適用で
きる。

【００１８】次に第２発明ノズルの例を図４に示す。第
２発明ノズルは、スリット軸１０上のノズル開口９から
外れたノズル両端部に、厚さｔが５mm以下の薄肉部１２
が設けられているほか、さらに開口部１３の厚さｄを５
mm以下としている。開口部１３は、開口面１１のノズル
開口９が孔設されている部位である。本例では開口部１
３の厚さｄと薄肉部１２の厚さｔが同じになっている
が、５mm以下であれば両者が異なっていてもよい。

【００１９】開口部１３の厚さｄを５mm以下としたの
は、ｄが５mmを超えると、特にギャップが小さい領域に
おいて、ノズル開口９と冷却ロール５の間でスプラッシ
ュが発生し、このスプラッシュに起因して、貫通した孔
状の欠陥あるいは貫通していない穴状の欠陥が薄帯に生
じやすく、また薄帯切れも生じやすくなるからである。
開口部１３の厚さｄが５mm以下では、上記スプラッシュ
が発生しても、このようなトラブルが解消される。

【００２０】開口部１３の厚さｄの下限は、スリット状
をなすノズル開口９の幅ｗによって異なり、ｗ＋０．２
mmとするのが望ましい。これは、開口部１３における開
口面１１の厚さｄ₁ ，ｄ₂ を０．１mm未満にすると、ノ
ズル開口９のスリット加工を行う際に精度よく加工する
のが困難になるからである。

【００２１】次に本発明法は、本発明の第１発明ノズル
または第２発明ノズルのノズル開口９を、冷却ロール５
の円周面に対向して配設し、薄肉部１２と冷却ロール５
の隙間に光を通過させ、通過光の光量に基づいて上記ギ
ャップを測定し、所定のギャップとなるようにタンディ
ッシュの位置を調整して設定するなどにより設定する。
本発明法においても、ノズル３を図１のように冷却ロー
ル５に対して横にセットするほか、冷却ロール５の直上
あるいは任意の位置にセットして鋳造する場合にも適用
できる。

【００２２】第１発明ノズルを使用した本発明法によれ
ば、予熱前にギャップを設定した後、加熱によりノズル
が変形しあるいは傾動しても、ノズル開口９の位置にお
けるギャップを高精度で測定することができる。したが
って、ノズル予熱後においても、さらに鋳造時において
も、ノズル開口９の位置における冷却ロールとの間のギ
ャップを測定し設定することで、所要のギャップを維持
して鋳造することができる。また第２発明ノズルを使用
した本発明法によれば、ギャップが小さい領域において
従来発生した薄帯の孔状あるいは穴状欠陥や薄帯切れと
いったトラブルが解消される。

【００２３】

【実施例】（１）図１に示すようなタイプの単ロール法
において、図３に示すような形状のＳｉ₃ Ｎ₄ （窒化珪
素）製で、薄肉部１２の厚さｔを種々変えたノズル３を
使用し、ノズル予熱前後のギャップ測定を行った。予熱
は、ノズルを埋込んだアルミナグラファイト製ノズルホ
ルダーをカーボン電極で挟み、通電加熱により行った。
ノズルの最高温度は１２００℃である。ギャップはハロ
ゲンランプによる光学的測定に基づいて所定値に設定
し、またスキマゲージにより測定した。スキマゲージの
精度は±５μｍである。

【００２４】スキマゲージによる測定結果を表１に示
す。薄肉部１２の厚さｔが５mm以下であれば、スキマゲ
ージの精度以内で再現性のよい測定および設定を行うこ
とができ、ｔが５mmを超えると、予熱後に、予熱前のギ
ャップを再現することが困難となることがわかる。なお
表１のNo. １の薄肉部１２は、両側の切欠きを傾斜させ
先端のみを０．１mmにした。

【００２５】（２）表１のNo. ５，８，１０の条件でギ
ャップを設定し、予熱後、鋳造実験を行った。ノズル開
口９は、０．７mm×１２０mm、冷却ロール表面速度は２
５ｍ／秒、溶融金属はＦｅ_80.5Ｓｉ_6.5 Ｂ₁₂Ｃ₁ （原子
％）（質量％ではＦｅ：９３．３％，Ｓｉ：３．８％，
Ｂ：２．７％，Ｃ：０．２％）、溶融金属温度１３２０
℃である。その結果、いずれも幅１２０mm、厚さ２５〜
３０μｍの良好な薄帯が得られた。

【００２６】（３）図１に示すようなタイプの単ロール
法において、図４に示すような形状のＳｉ₃ Ｎ₄ （窒化
珪素）製で、開口部１３の厚さｄ、ノズル開口９の上側
の厚さｄ₁ 、下側の厚さｄ₂ を種々変えたノズル３を使
用し、上記（２）と同様の鋳造実験を行った。薄肉部１
２の厚さｔは開口部１３の厚さｄと等しくした。いずれ
もギャップを正確に測定でき、鋳造中を通してギャップ
を２００μｍに正確に設定できた。

【００２７】実験の結果、表２に示すように、ｄが５mm
以下の本発明例はいずれも孔状あるいは穴状の欠陥が発
生せず、薄帯切れも発生しなかった。なお表２において
ｄ₁はノズル開口面１１のノズル開口９の上側での厚
さ、ｄ₂ は同じく下側での厚さである。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】単ロール法でアモルファス合金薄帯など
の急冷凝固薄帯を鋳造する際、本発明の第１発明ノズル
を使用することにより、鋳造前に冷却ロールとノズル開
口面との間のギャップを正確に設定し、その後の予熱あ
るいは鋳造での加熱によりノズルが変形しギャップが変
動しても、ノズル開口の位置におけるギャップを正確に
測定し、所定のギャップ設定を高精度に再現し維持する
ことができる。

【００３１】また本発明の第２発明ノズルを使用するこ
とにより、薄帯の孔状あるいは穴状の欠陥や薄帯切れ発
生といったトラブルが解消され、健全な薄帯製品を安定
して鋳造できる。そして本発明法により、良好な薄帯の
製造歩留まりを、コスト高を伴うことなく向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とする単ロール法の例を示す断面
図である。

【図２】本発明の対象とする単ロール法におけるギャッ
プ測定時の問題点を示す説明図である。

【図３】本発明の第１発明ノズルの例を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の第２発明ノズルの例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…タンディッシュ ２…溶融金属 ３…ノズル ４…タンディッシュストッパー ５…冷却ロール ６…薄帯 ７…投光器 ８…受光器 ９…ノズル開口 １０…スリット軸 １１…開口面 １２…薄肉部 １３…開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/06 380 B22D 11/06 360 B22D 41/50 520 G01B 11/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単ロール法による急冷凝固薄帯の製造設
   備において、高速回転する冷却ロールと、該冷却ロール
   の円周面に溶融金属を供給するためのスリット状をなす
   ノズル開口と同一の面上の該ノズル開口から外れたノズ
   ル両端部に厚さ５mm以下の薄肉部を設けたノズルと、前
   記ノズル開口を前記冷却ロールの円周面に対向して配設
   し、前記薄肉部と前記冷却ロールの隙間に光を通過させ
   るように投光器及び受光器を設けたことを特徴とする急
   冷凝固薄帯の製造設備。
2. 【請求項２】 ノズル開口と同一の面上の該ノズル開口
   から外れたノズル両端部に厚さ５mm以下の薄肉部を設け
   ると共に、前記ノズル開口と同一の面上の開口部の厚さ
   を５mm以下としたことを特徴とする請求項１記載の急冷
   凝固薄帯の製造設備。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の急冷凝固薄帯の
   製造設備において、薄肉部と冷却ロールの隙間に光を通
   過させ、通過光の光量に基づいて、前記冷却ロールと前
   記ノズル開口の間のギャップを測定し設定することを特
   徴とする急冷凝固薄帯の鋳造方法。