JP4507367B2 - 金属薄片製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属薄片製造装置に関し、熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合に必要とされる金属の急冷薄片素材を簡単かつ高能率で製造できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合、これら材料が金属間化合物であることが多く、インゴットを粉砕して製造することも可能であるが、性能向上を図る有効な方法として急冷金属薄片素材を用いることが考えられ、急冷効果としての組成的均一性および急冷方向の結晶の配勾を利用するようにしている。
【０００３】
このような金属薄片は、予め広幅の連続薄帯を製造し、この連続薄帯を粉砕したり、切断することで製造されており、連続薄帯の製造には、主として単ロール法と双ロール法とが用いられている。
【０００４】
単ロール法は、図９（ａ）に示すように、冷却ロール１の上方に設けたノズル２から溶融金属を噴出させ、連続的に広幅の薄帯を製造するよう、冷却ロール１の頂部の溶融金属との接触部に溶融金属の表面張力によって湯だまり（パドル）を安定的に保つようにし、得られた連続薄帯を収納箱３に収納するようにしている。
【０００５】
また、双ロール法では、図９（ｂ）に示すように、２つの冷却ロール４を接触させて配置し、この冷却ロール４の接触部直上に溶融金属をノズル５を介して供給し、冷却ロール４間で凝固および圧下させることで両面から冷却した薄帯を連続的に製造するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単ロール法では、冷却ロール１の頂部に湯だまり（パドル）を安定的に保つことが難しく、過剰な溶融金属が噴出されると、湯だまりが不安定になって冷却ロール１の横あるいは後ろ方向に落下してしまったり、製品の薄帯に混入し、製品の均一性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、双ロール法では、冷却ロールで冷却凝固と圧下を行うため冷却ロールの駆動に大きな動力を必要とするとともに、冷却ロールの損傷が大きいという問題がある。
【０００８】
さらに、いずれの従来法でも、製品として連続した薄帯が得られることから、かさ密度が低くなり、大型の収納箱が必要となったり、別に収納箱の前段に粉砕装置や切断装置が必要となっている。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、単ロール法の溶融金属の安定供給の問題を解消すると同時に、双ロール法のロール駆動力の問題を解消し、金属の急冷薄片素材を簡単かつ高能率で製造できる金属薄片製造装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などの製造に必要な急冷金属素材について検討したところ、薄帯の急冷効果としての組成的均一性および急冷方向の結晶の配勾を利用するものであり、薄帯を次工程で切断したり粉砕して用いることから必ずしも連続した薄帯として製造する必要がないという知見に基づきこの発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するためこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置は、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置してなることを特徴とするものである。
【００１２】
この金属薄片製造装置によれば、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するようにしており、最初の冷却ロールでノズルから噴出された溶湯を急冷して金属薄体を作り、次の冷却ロールで製造された金属薄体を当てて薄片にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にするようにし、溶湯の供給の自由度を高め安定して金属薄片を効率的に製造できるようにしている。
【００１３】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置は、請求項１記載の構成に加え、前記複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置したことを特徴とするものである。
【００１４】
この金属薄片製造装置によれば、複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置しており、作られた金属薄体を冷却ロールに当たる機会を増大し、より細かく粉砕したり、薄片の取出方向を変えることができるようになる。
【００１５】
さらに、この発明の請求項３記載の金属薄片製造装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置するようにしており、金属薄体の飛行方向が回転軸の直角平面となることから、金属薄体の飛行する方向を変える自由度が増大する。
【００１７】
また、この発明の請求項４記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記冷却ロールを異なる周速度で回転する構成としたことを特徴とするものである。
【００１８】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なる周速度で回転するよう構成しており、同一径の冷却ロールを同一周速度で回転すると、上流側のロールで製造される金属薄体の厚さが薄く、下流側のロールで製造される金属薄体の厚さが厚くなるが、ロールの周速度を変えることで、金属薄体の厚さを調整することができるようになる。
【００１９】
さらに、この発明の請求項５記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記冷却ロールを異なるロール径として構成としたことを特徴とするものである。
【００２０】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なるロール径のもので構成するようにしており、ロールの周速度の場合と同様に、ロール径を変えることで周速度を変えることができ、金属薄体の厚さを調整することができるようにしている。
【００２１】
また、この発明の請求項６記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記ノズルのノズル孔を前記冷却ロールの軸方向に複数設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔を冷却ロールの軸方向に複数設けるようにしており、スリット状や円形などのノズル孔を軸方向に複数とすることで一層効率的に金属薄片が製造できるようにしている。
【００２３】
さらに、この発明の請求項７記載の金属薄片製造装置は、請求項６記載の構成に加え、前記ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 としたことを特徴とするものである。
【００２４】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 とするようにしており、これまでの金属薄体の製造に用いられるノズルのノズル孔の断面積に比べ、異常に大きい断面積が２８〜７８mm2 とした場合でも厚さの厚い金属薄体を得ることができ、高効率で金属薄体が製造できるようになる。
なお、ノズル孔は円形に限るものでない。
【００２５】
また、この発明の請求項８記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の構成に加え、前記ノズルおよび前記冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、前記冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルおよび冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けるようにしており、不活性ガスなどの雰囲気中で製造することで金属薄片の品質を向上でき、防風部材によって冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止でき、ノズルの冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止できるようになる。
【００２７】
さらに、この発明の請求項９記載の金属薄片製造装置は、請求項８記載の構成に加え、前記雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、前記金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
この金属薄片製造装置によれば、雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けるようにしており、金属薄片の飛散を防止して効率良く収納箱に集めることができるようになる。
【００２９】
また、この発明の請求項１０記載の金属薄片製造装置は、請求項９記載の構成に加え、前記収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
この金属薄片製造装置によれば、収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けるようにしており、金属薄片の冷却効率を一層向上することができるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる２つの冷却ロールで構成した場合の概略構成図である。
【００３２】
この金属薄片製造装置１０では、中空の内部冷却式の冷却ロール１１，１２を２個備えており、溶湯の供給上流側の１次冷却ロール１１の回転軸に対して下流側の２次冷却ロール１２の回転軸が上方にずらして２つの冷却ロール１１，１２が段違い状態に配置されるとともに、２つの冷却ロール１１，１２の間隔が製造される金属薄体の厚さより大きい間隔としてあり、例えば冷却ロール１１の冷却能力によって製造される金属薄体の厚さがほぼ決まるが、金属薄体の厚さが５０〜６０μｍであるとすれば、冷却ロール１１，１２の間隔を３ｍｍ程度にする。また、これら冷却ロール１１，１２は互いに逆方向に冷却ロール１１，１２の中央部で上方から下方へ薄片が流れるよう回転駆動されるようになっており、図示しない駆動機構によって駆動され、例えば周速が１０〜５０ｍ／ｓｅｃ程度となるように回転駆動される。
【００３３】
そして、１次冷却ロール１１の上部には、タンディッシュ１３およびノズル１４が設けられ、タンディッシュ１３に供給される溶融金属をノズル１４を介して１次冷却ロール１１の表面に噴出するようになっている。
【００３４】
このノズル１４は１次冷却ロール１１の頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を噴出するようになっており、噴出した溶湯が過剰であっても溶湯が後方に飛散せず前方に飛び出すようにしてあり、例えば１次冷却ロール１１の頂部より中心角で４５度程度回転方向下流側の表面に溶湯を噴出するようにしてある。
【００３５】
また、ノズル１４のノズル孔は、単孔とする場合に限らず、多孔として１次冷却ロール１１のロール軸方向と平行に複数配置するようにし、金属薄体を複数条製造するようにしたり、特にその必要はないが広幅状に製造するようにしても良い。
【００３６】
さらに、このノズル１４は１次冷却ロール１１の表面に対してある程度の間隔をあけて配置してあり、幅の広い連続薄帯とする必要がないことから従来の単ロールとノズルとの間隔に比べて大きな間隔としてある。
【００３７】
このノズル１４には、円形のノズル孔が形成されたものやスリット状のノズル孔が形成されたものなどが用いられ、円形のノズル孔の場合、直径を３ｍｍ以下、断面積を約７．１mm2 以下とすることが製造される金属薄片の収率を向上する上で好ましいが、直径３ｍｍ以上、断面積を約７．１mm2 以上であっても良く、厚い金属薄片を得ることができる。
【００３８】
なお、ノズル孔は上記断面積を確保できれば、円形に限るものでない。
さらに、ノズル１４に保温加熱装置を設けるなどすれば、ノズル部分での溶湯の凝固を防止して安定した状態で操業することができる。
【００３９】
このような２つの冷却ロール１１，１２の下方に収納箱１５が配置され、１次冷却ロール１１で凝固した金属薄体を２次冷却ロール１２に当てて粉砕するとともに、１次冷却ロール１１で冷却凝固されずに飛散する溶湯などを２次冷却ロール１２で冷却凝固させることで得られたこれら金属薄体を収納箱１５で回収するようにしてある。
【００４０】
そして、金属薄体を効率良く収納箱１５に回収するため、２つの冷却ロール１１，１２の下方と収納箱１５との間に誘導管１６が配置され、飛散させずに収納箱１５に回収するようにしてある。
【００４１】
また、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で金属薄片を製造できるようにするため、装置全体が密閉容器１７内に設置されるとともに、タンディッシュ１３の底部に予圧壁１８が設けられ、密閉容器１７が上下に仕切られている。
【００４２】
そして、この密閉容器１７内に不活性ガスを供給する雰囲気ガス供給ノズル１９が、冷却ロール１１，１２の下部からロールの対向面に沿って噴射されるように配置され、製造された金属薄体を冷却するとともに、不活性ガスの流れを利用して金属薄体を収納箱１５に導くことができるようにしている。
【００４３】
そして、噴射された不活性ガスは収納箱１５にガス吸引口が設けられ、図示しないブロワで吸引し、熱交換器２０を介して冷却後、再び雰囲気ガス供給ノズル１９から供給して循環するようにしてある。
【００４４】
さらに、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で冷却ロール１１，１２が高速回転すると、雰囲気ガスの巻き込みによって風が生じることから、この風によるノズル１４の冷却を防止したり、金属薄体が飛散することを防止するため、ノズル１４の両側の予圧壁１８部分から冷却ロール１１，１２に向かって突き出す防風板２１が設けてある。
【００４５】
また、この金属薄片製造装置１０では、冷却ロール１１，１２の表面を清浄に保つため冷却ロール１１，１２のそれぞれの外周に接してロール状の掃除ブラシ２２が設けてある。
【００４６】
このように構成した金属薄片製造装置１０の動作とともに、金属薄片の製造について説明する。
この金属薄片製造装置１０では、雰囲気ガス供給ノズル１９から雰囲気ガスとして不活性ガスを供給した状態とし、溶解炉で溶解した溶融金属をタンディッシュ１３に供給し、ノズル１４から回転駆動するとともに、内部から冷却している１次冷却ロール１１上に溶湯を噴出する。
【００４７】
すると、溶湯が１次冷却ロール１１の表面に接触することで凝固して薄帯状になり、２次冷却ロール１２の表面に当たって粉砕される。この２次冷却ロール１２では、１次冷却ロール１１で凝固せずにそのまま前方に飛散する少量の塊に分割された溶湯が２次冷却ロール１２のロール表面に当たって冷却されて凝固し、それぞれの溶湯の塊が薄片状となる。
【００４８】
こうして、１次冷却ロール１１および２次冷却ロール１２で薄片状となった金属薄体は、１次冷却ロール１１の表面に再び当たってさらに粉砕されて薄片とされ、誘導管１６と雰囲気ガス供給ノズル１９から供給される不活性ガスでの流れに誘導されて収納箱１５に回収される。
【００４９】
そして、製造される各段階の金属薄体は、１次冷却ロール１１から２次冷却ロール１２に当たるまでの間、２次冷却ロール１２を経て再び１次冷却ロール１１に当たるまでの間、さらに誘導管１６を経て収納箱１５に至るまでの間に、雰囲気ガスによって冷却されるとともに、収納箱１５内でも循環される不活性ガスで冷却され、効率的に金属薄片が冷却される。
【００５０】
このような金属薄片製造装置１０によれば、単ロール法の場合のように冷却ロールへの溶湯の供給量をノズルとロール間で安定的なパドルが形成されるように調整する必要がなく、簡単に操業できるとともに、１次冷却ロール１１で凝固されない過剰な溶湯があっても２次冷却ロール１２で冷却して金属薄片として回収することができ、収率を大幅に向上することができる。
【００５１】
また、収納箱１５に集められる金属薄片は、２次冷却ロール１２に当たって粉砕されたものや小さな塊の溶湯が凝固して得られたものであり、従来の薄帯状のものを収納する場合に比べ、かさ密度が大きくなり、小型の収納箱１５に堆積させて集めることができる。
【００５２】
さらに、この金属薄片製造装置１０によれば、再び１次冷却ロール１１に当たって薄片状となった金属薄片が誘導管１６と雰囲気ガス供給ノズル１９から供給される不活性ガスの流れとに誘導されて収納箱１５に回収されることから、薄片であっても飛散を防止して効率良く収納箱１５に集めることができる。
【００５３】
また、この金属薄片製造装置１０によれば、冷却ロール１１，１２が非接触状態で配置されるとともに、ロール間の凝固金属に圧下力を加える必要もなく、従来の双ロール法の場合に比べ、冷却ロール１１，１２の駆動力を小さくすることができ、ロールの損傷も大幅に減らすことができる。
【００５４】
さらに、この金属薄片製造装置１０によれば、雰囲気ガスを供給して不活性ガス雰囲気などで金属薄片を製造することができ、品質の良い金属薄片を製造できるとともに、雰囲気ガスの巻き込みによる風が生じてもこれを防風板２１で止めることができ、ノズル１４の冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止できる。なお、この金属薄片製造装置１０の収納箱１５の前に、金属薄片を粉砕する粉砕装置を設けておき、さらに粉砕して収納箱１５に集めるようにしても良い。
【００５５】
また、雰囲気ガス供給ノズル１９とは別に密閉容器１７内や周囲に冷却装置を設けて金属薄片を冷却するようにしても良い。
【００５６】
次に、この発明の金属薄片製造装置の他の実施の形態について、図２により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
この発明の金属薄片製造装置１０では、複数の冷却ロールが用いられるが、その配置および個数は、例えば図２（ａ）に示すように、２つの冷却ロール１１，１２を用い、１次冷却ロール１１に当たった金属薄体を２次冷却ロール１２に当てたのち回収するようにしたり、図２（ｂ）に示すように、２次冷却ロール１２に当てた後、再び１次冷却ロール１１に当てて回収することで粉砕効果を高めるようにしたり、さらに図２（ｃ）に示すように、３次冷却ロール２３を設け、２次冷却ロール１２からの金属薄片をさらに粉砕するとともに、金属薄片の回収方向を横方向に変えるようにし、装置の高さを抑えるようにしても良い。
【００５７】
なお、冷却ロールの配置および個数以外の構成は既に説明した実施の形態と同一である。
【００５８】
このような冷却ロールの配置および個数を変えた金属薄片製造装置１０によっても同様にして金属薄片を製造することができる。
【００５９】
以上のように、この発明の金属薄片製造装置によれば、溶湯の噴出量が多くても安定して金属薄片の製造が可能となる。
【００６０】
また、薄帯を製造途中で粉砕することができ、粉砕装置を別に設ける必要がなく、収納箱を小さくすることができる。
【００６１】
さらに、冷却ロールの配置や個数を変えることで、金属薄片の取り出し方向を自由に変えることができる。
【００６２】
また、従来の双ロール方に比べ、冷却ロールの損傷および回転駆動力を少なくすることができる。
【００６３】
さらに、ノズルの形状など運転条件が変化しても安定して金属薄片を製造できる範囲が広く、一定品質の金属薄片の大量生産に好適である。
【００６４】
次に、この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態について、図３に示す概略斜視図および概略平面図により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
【００６５】
この発明の金属薄片製造装置３０では、複数の冷却ロール、例えば２つの冷却ロール３１，３２を用いる場合に、冷却ロールの回転軸３１ａ，３２ａを平行に配置せず、平行以外に配置するようにしたものであり、ここでは１次冷却ロール３１の回転軸３１ａに対し、２次冷却ロール３２が下方に配置されるとともに、回転軸３２ａがねじれの位置に配置してあり、１次冷却ロール３１に当たった金属薄体を２次冷却ロール３２に当てたのち回収する場合の金属薄片の回収方向を変えるようにし、装置のコンパクト化などを図るようにしている。
【００６６】
なお、冷却ロールの回転軸以外の構成は既に説明した上記実施の形態と同一である。
【００６７】
このような冷却ロール３１，３２の回転軸３１ａ，３２ａの配置を平行以外にした金属薄片製造装置３０によっても同様にして金属薄片を製造することができ、１次冷却ロール３１上に噴出された溶湯は１次冷却ロール３１の表面に接触することで凝固して薄帯状になって回転軸３１ａに垂直な平面３１ｂに沿って飛行して２次冷却ロール３２の表面に当たる。この２次冷却ロール３２では、１次冷却ロール３１で凝固した薄帯状の金属薄体が粉砕されるとともに、凝固せずに飛散する溶湯が表面に接触することで冷却されて凝固し、薄片状になり、２次冷却ロール３２の回転軸３２ａに垂直な平面３２ｂに沿って飛行することになる。
【００６８】
したがって、冷却ロール３１，３２の回転軸３１ａ，３２ａの配置を変えることで、金属薄片の飛行方向を調整することができ、装置を構成する場合の自由度を増大することができる。
【００６９】
なお、冷却ロールの配置は上記実施の形態の場合に限らず、必要な飛行方向によって適宜定めるようにすれば良く、冷却ロールの個数も上記の２つの場合に限らず３つ乃至さらに多数の場合にも適用して飛行方向の自由度を増大することができる。
【００７０】
次に、この発明の金属薄片製造装置の他の一実施の形態について、図４〜６により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
【００７１】
図４〜６はこの発明の金属薄片製造装置の他の一実施の形態にかかり、図４は同一径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図、図５は大きさの異なる径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図、図６は同一径の冷却ロールでの、ロールの回転速度と金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を示すグラフである。
【００７２】
この金属薄片製造装置４０では、複数の冷却ロール、例えば２つの冷却ロール４１，４２を用いる場合に、冷却ロールの回転速度を異なるようにしたものであり、同一径のまま１次冷却ロール４１のロール回転速度ｖ1 と２次冷却ロール４２の回転速度ｖ2 を変えるようにしたり、同一回転数で回転し、例えば２次冷却ロール４３のロール径を変えることで周速度ｖ3 を変えるようにしている。
【００７３】
冷却ロールのロール回転速度（ロール外周での周速度）と冷却凝固される金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を求めるため、実験を行い、図６に示すような実験結果を得た。
【００７４】
従来の単ロール法では、ロールの回転速度の上昇に伴って、製造されるフレークの厚さが減少することが知られている。
【００７５】
一方、２本の冷却ロールを用いる場合、１次冷却ロールで製造されるフレークの厚さは、単ロール法と同様に、回転速度の上昇に伴ってフレークの厚さが減少し、実験によれば、回転数が５００ｒｐｍでは、平均厚さが約１９０μｍであるのに対し、回転数が８００ｒｐｍでは、平均厚さが１００〜１２０μｍになっている。
【００７６】
しかし、２次冷却ロールで製造されるフレークの厚さは、１次冷却ロールと２次冷却ロールを等速とした場合には、得られるフレークの平均厚さが厚くなり、実験では、回転数が５００ｒｐｍでも回転数が８００ｒｐｍでも、ほぼ一定の２４０μｍ程度となっている。
【００７７】
これは、２次冷却ロールで製造されるフレークは、溶湯の速度が１次冷却ロールに比べて大きいため、２次冷却ロールの回転速度（周速度）が相対的に小さくなることにより、その分だけ厚いフレークが得られるものである。
【００７８】
そこで、２次冷却ロールの回転数だけを高速に変えた場合には、２次冷却ロールで製造されるフレークの平均厚さを減少することができ、実験によれば、例えば１次冷却ロールの回転数を８００ｒｐｍとし、２次冷却ロールの回転数を１１５０ｒｐｍとすると、ほぼ同一厚さのフレークが得られている。
【００７９】
このような２次冷却ロールでのフレークの平均厚さの減少は、ロール表面の周速度によって決定されると考えられることから、１次冷却ロール４１と２次冷却ロール４２とを同一径として回転速度を変えるようにする場合と同様に、１次冷却ロール４１と２次冷却ロール４３の回転数が同一であってもロール径を変えることで同様のフレークの平均厚さを減少させる効果を得ることができる。
【００８０】
したがって、金属薄片製造装置４０のように、例えば２つの冷却ロール４１，４２を用いる場合に、図４に示すように、同一径のまま１次冷却ロール４１のロール回転速度ｖ1 と２次冷却ロール４２の回転速度ｖ2 を変えるようにしたり、あるいは同一回転数で回転し、例えば図５に示すように、１次冷却ロール４１のロール径ｄ1 と２次冷却ロール４３のロール径ｄ3 とを変えることで周速度ｖ3 を変えるようにしており、このような２次冷却ロール４２，４３の周速度を高めることで、１次冷却ロール４１で製造されるフレークの平均厚さと２次冷却ロール４２，４３で製造されるフレークの平均厚さを、ほぼ同一の厚さなどにすることができる。
【００８１】
なお、フレークは周速度によらず、いずれの冷却ロール４１，４２，４３で得られるフレークも平均厚さが異なるものの、金属薄片としてはいずれも同一性状のものが得られる。
【００８２】
また、冷却ロールの周速度以外の他の構成は既に説明した上記実施の形態と同一であり、同一の作用効果を奏するものであることは言うまでもなく、さらに回転軸を平行以外にする構成を組み合わせるようにしても良い。
【００８３】
次に、この発明のさらに他の一実施の形態について図７および図８により説明する。
【００８４】
図７および図８はこの発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル部分の断面図およびノズル径とフレークの厚さの関係を示すグラフである。
【００８５】
この金属薄片製造装置５０では、ノズル５１のノズル孔５２を大きくしており、上記各実施の形態のノズル１４として円形のノズル孔のものを使用する場合には、直径を３mm以下、断面積を７．１mm2 とするようにしていたが、ここでは、ノズル孔５２の直径を１．０〜１０．０mmの範囲、断面積を０．７８〜７８mm2 としており、直径３mm以上、断面積７．１mm2 以上のものを使用するようにしている。
【００８６】
ノズル孔５２の直径を大きくしても、製造される金属薄片の平均厚さが厚くなるものの得られる性状に何等問題はなく、そのまま素材として使用することができる。
【００８７】
このノズル孔５２の直径を大きくすると、１次冷却ロール５３で冷却凝固されずに溶湯のまま２次冷却ロール５４に飛行する量が増加し、この溶湯が１次冷却ロール５３のロール軸に垂直な平面上を放射状に飛行することになり、これによって凝固した金属薄片が２次冷却ロール５４の表面に接触する間に堆積する溶湯量が増加することで、厚いフレークが製造されることになる。
【００８８】
そして、アルミ合金を用いた実験によれば、図８に示すように、ノズル孔の断面積（直径）が大きくなるとフレーク（金属薄片）の平均厚さが厚くなることが分かる。
【００８９】
そして、これまでの金属薄片の製造に用いられるノズル孔の直径に比べ、異常に大きい直径６〜１０ｍｍ、断面積２８〜７８mm2 とした場合でも厚さの厚い金属薄片を得ることができ、高効率で金属薄片を製造することができる。
【００９０】
なお、得られた金属薄片の性状に何等問題はなく、そのまま素材として使用することができるものであった。
【００９１】
したがって、このような金属薄片製造装置５０によれば、ノズル５１のノズル孔５２を大きくすることで、厚い金属薄片の製造が可能となるとともに、金属薄片の大量生産を高効率で行うことができる。
なお、ノズル孔は円形のものに限らず、他の形状であっても良い。
【００９２】
以上のように、この発明の金属薄片製造装置によれば、溶湯の噴出量が多くても安定して金属薄片の製造が可能となる。
【００９３】
また、薄帯を製造途中で粉砕することができ、粉砕装置を別に設ける必要がなく、収納箱を小さくすることができる。
【００９４】
さらに、冷却ロールの配置や個数を変えることで、金属薄片の取り出し方向を自由に変えることができる。
【００９５】
また、従来の双ロール方に比べ、冷却ロールの損傷および回転駆動力を少なくすることができる。
【００９６】
さらに、ノズルの形状など運転条件が変化しても安定して金属薄片を製造できる範囲が広く、一定品質の金属薄片の大量生産に好適である。
【００９７】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置によれば、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置したので、最初の冷却ロールでノズルから噴出された溶湯を急冷して金属薄体を作り、次の冷却ロールで製造された金属薄体を当てて薄片にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができ、溶湯の供給の自由度を高め安定して金属薄片を効率的に製造することができる。
【００９８】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置によれば、複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置したので、作られた金属薄体の冷却ロールに当たる機会を増大し、より細かく粉砕したり、薄片の取出方向を変えることができる。
【００９９】
さらに、この発明の請求項３記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置するようにしたので、金属薄体の飛行方向が回転軸の直角平面となることから、金属薄体の飛行する方向を変えることができる自由度を増大することができ、装置のコンパクト化等を図ることもできる。
【０１００】
また、この発明の請求項４記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なる周速度で回転するよう構成したので、同一径の冷却ロールを同一周速度で回転すると、上流側のロールで製造される金属薄体の厚さが薄く、下流側のロールで製造される金属薄体の厚さが厚くなるが、ロールの周速度を変えることで、金属薄体の厚さを調整することができ、いずれのロールからもほぼ同一厚さの金属薄片を得ることもできる。
【０１０１】
さらに、この発明の請求項５記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なるロール径のもので構成するようにしたので、ロールの周速度の場合と同様に、ロール径を変えることで周速度を変えることができ、金属薄体の厚さを調整することができる。
【０１０２】
また、この発明の請求項６記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔を冷却ロールの軸方向に複数設けるようにしたので、スリット状や円形などのノズル孔を軸方向に複数とすることで一層効率的に金属薄片を製造することができる。
【０１０３】
さらに、この発明の請求項７記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 とするようにしたので、これまでの金属薄体の製造に用いられるノズル径に比べ、異常に大きい直径６〜７ｍｍとした場合でも厚さの厚い金属薄体を得ることができ、高効率で金属薄体を製造することができる。
【０１０４】
また、この発明の請求項８記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルおよび冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けるようにしたので、不活性ガスなどの雰囲気中で製造することで金属薄片の品質を向上できるとともに、防風部材によって冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止してノズルの冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止することができる。
【０１０５】
さらに、この発明の請求項９記載の金属薄片製造装置によれば、雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けるようにしたので、金属薄片の飛散を防止して効率良く収納箱に集めることができる。
【０１０６】
また、この発明の請求項１０記載の金属薄片製造装置によれば、収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けるようにしたので、金属薄片の冷却効率を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる２つの冷却ロールで構成した場合の概略構成図である。
【図２】この発明の金属薄片製造装置の他の実施の形態にかかる冷却ロールの配置および個数の概略説明図である。
【図３】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる概略斜視図および概略平面図である。
【図４】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる同一径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図である。
【図５】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる大きさの異なる径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図である。
【図６】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる同一径の冷却ロールでの、ロールの回転速度と金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル部分の断面図である。
【図８】この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル径とフレークの厚さの関係を示すグラフである。
【図９】従来の金属薄帯の製造装置にかかる単ロール法および双ロール法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 金属薄片製造装置
１１ １次冷却ロール
１２ ２次冷却ロール
１３ タンディッシュ
１４ ノズル
１５ 収納箱
１６ 誘導管
１７ 密閉容器
１８ 予圧壁
１９ 雰囲気ガス供給ノズル
２０ 熱交換器
２１ 防風板
２２ 掃除ブラシ
２３ ３次冷却ロール
３０ 金属薄片製造装置
３１ １次冷却ロール
３１ａ 回転軸
３１ｂ 回転軸に垂直な平面
３２ ２次冷却ロール
３２ａ 回転軸
３２ｂ 回転軸に垂直な平面
４０ 金属薄片製造装置
４１ １次冷却ロール
４２ ２次冷却ロール
４３ ２次冷却ロール
ｖ1 ，ｖ2 ，ｖ3 冷却ロールの周速度
５０ 金属薄片製造装置
５１ ノズル
５２ ノズル孔
５３ １次冷却ロール
５４ ２次冷却ロール
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属薄片製造装置に関し、熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合に必要とされる金属の急冷薄片素材を簡単かつ高能率で製造できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合、これら材料が金属間化合物であることが多く、インゴットを粉砕して製造することも可能であるが、性能向上を図る有効な方法として急冷金属薄片素材を用いることが考えられ、急冷効果としての組成的均一性および急冷方向の結晶の配勾を利用するようにしている。
【０００３】
このような金属薄片は、予め広幅の連続薄帯を製造し、この連続薄帯を粉砕したり、切断することで製造されており、連続薄帯の製造には、主として単ロール法と双ロール法とが用いられている。
【０００４】
単ロール法は、図９（ａ）に示すように、冷却ロール１の上方に設けたノズル２から溶融金属を噴出させ、連続的に広幅の薄帯を製造するよう、冷却ロール１の頂部の溶融金属との接触部に溶融金属の表面張力によって湯だまり（パドル）を安定的に保つようにし、得られた連続薄帯を収納箱３に収納するようにしている。
【０００５】
また、双ロール法では、図９（ｂ）に示すように、２つの冷却ロール４を接触させて配置し、この冷却ロール４の接触部直上に溶融金属をノズル５を介して供給し、冷却ロール４間で凝固および圧下させることで両面から冷却した薄帯を連続的に製造するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単ロール法では、冷却ロール１の頂部に湯だまり（パドル）を安定的に保つことが難しく、過剰な溶融金属が噴出されると、湯だまりが不安定になって冷却ロール１の横あるいは後ろ方向に落下してしまったり、製品の薄帯に混入し、製品の均一性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、双ロール法では、冷却ロールで冷却凝固と圧下を行うため冷却ロールの駆動に大きな動力を必要とするとともに、冷却ロールの損傷が大きいという問題がある。
【０００８】
さらに、いずれの従来法でも、製品として連続した薄帯が得られることから、かさ密度が低くなり、大型の収納箱が必要となったり、別に収納箱の前段に粉砕装置や切断装置が必要となっている。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、単ロール法の溶融金属の安定供給の問題を解消すると同時に、双ロール法のロール駆動力の問題を解消し、金属の急冷薄片素材を簡単かつ高能率で製造できる金属薄片製造装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などの製造に必要な急冷金属素材について検討したところ、薄帯の急冷効果としての組成的均一性および急冷方向の結晶の配勾を利用するものであり、薄帯を次工程で切断したり粉砕して用いることから必ずしも連続した薄帯として製造する必要がないという知見に基づきこの発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するためこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置は、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置してなることを特徴とするものである。
【００１２】
この金属薄片製造装置によれば、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するようにしており、最初の冷却ロールでノズルから噴出された溶湯を急冷して金属薄体を作り、次の冷却ロールで製造された金属薄体を当てて薄片にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にするようにし、溶湯の供給の自由度を高め安定して金属薄片を効率的に製造できるようにしている。
【００１３】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置は、請求項１記載の構成に加え、前記複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置したことを特徴とするものである。
【００１４】
この金属薄片製造装置によれば、複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置しており、作られた金属薄体を冷却ロールに当たる機会を増大し、より細かく粉砕したり、薄片の取出方向を変えることができるようになる。
【００１５】
さらに、この発明の請求項３記載の金属薄片製造装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置するようにしており、金属薄体の飛行方向が回転軸の直角平面となることから、金属薄体の飛行する方向を変える自由度が増大する。
【００１７】
また、この発明の請求項４記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記冷却ロールを異なる周速度で回転する構成としたことを特徴とするものである。
【００１８】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なる周速度で回転するよう構成しており、同一径の冷却ロールを同一周速度で回転すると、上流側のロールで製造される金属薄体の厚さが薄く、下流側のロールで製造される金属薄体の厚さが厚くなるが、ロールの周速度を変えることで、金属薄体の厚さを調整することができるようになる。
【００１９】
さらに、この発明の請求項５記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記冷却ロールを異なるロール径として構成としたことを特徴とするものである。
【００２０】
この金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なるロール径のもので構成するようにしており、ロールの周速度の場合と同様に、ロール径を変えることで周速度を変えることができ、金属薄体の厚さを調整することができるようにしている。
【００２１】
また、この発明の請求項６記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記ノズルのノズル孔を前記冷却ロールの軸方向に複数設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔を冷却ロールの軸方向に複数設けるようにしており、スリット状や円形などのノズル孔を軸方向に複数とすることで一層効率的に金属薄片が製造できるようにしている。
【００２３】
さらに、この発明の請求項７記載の金属薄片製造装置は、請求項６記載の構成に加え、前記ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 としたことを特徴とするものである。
【００２４】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 とするようにしており、これまでの金属薄体の製造に用いられるノズルのノズル孔の断面積に比べ、異常に大きい断面積が２８〜７８mm2 とした場合でも厚さの厚い金属薄体を得ることができ、高効率で金属薄体が製造できるようになる。
なお、ノズル孔は円形に限るものでない。
【００２５】
また、この発明の請求項８記載の金属薄片製造装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の構成に加え、前記ノズルおよび前記冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、前記冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルおよび冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けるようにしており、不活性ガスなどの雰囲気中で製造することで金属薄片の品質を向上でき、防風部材によって冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止でき、ノズルの冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止できるようになる。
【００２７】
さらに、この発明の請求項９記載の金属薄片製造装置は、請求項８記載の構成に加え、前記雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、前記金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
この金属薄片製造装置によれば、雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けるようにしており、金属薄片の飛散を防止して効率良く収納箱に集めることができるようになる。
【００２９】
また、この発明の請求項１０記載の金属薄片製造装置は、請求項９記載の構成に加え、前記収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
この金属薄片製造装置によれば、収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けるようにしており、金属薄片の冷却効率を一層向上することができるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる２つの冷却ロールで構成した場合の概略構成図である。
【００３２】
この金属薄片製造装置１０では、中空の内部冷却式の冷却ロール１１，１２を２個備えており、溶湯の供給上流側の１次冷却ロール１１の回転軸に対して下流側の２次冷却ロール１２の回転軸が上方にずらして２つの冷却ロール１１，１２が段違い状態に配置されるとともに、２つの冷却ロール１１，１２の間隔が製造される金属薄体の厚さより大きい間隔としてあり、例えば冷却ロール１１の冷却能力によって製造される金属薄体の厚さがほぼ決まるが、金属薄体の厚さが５０〜６０μｍであるとすれば、冷却ロール１１，１２の間隔を３ｍｍ程度にする。また、これら冷却ロール１１，１２は互いに逆方向に冷却ロール１１，１２の中央部で上方から下方へ薄片が流れるよう回転駆動されるようになっており、図示しない駆動機構によって駆動され、例えば周速が１０〜５０ｍ／ｓｅｃ程度となるように回転駆動される。
【００３３】
そして、１次冷却ロール１１の上部には、タンディッシュ１３およびノズル１４が設けられ、タンディッシュ１３に供給される溶融金属をノズル１４を介して１次冷却ロール１１の表面に噴出するようになっている。
【００３４】
このノズル１４は１次冷却ロール１１の頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を噴出するようになっており、噴出した溶湯が過剰であっても溶湯が後方に飛散せず前方に飛び出すようにしてあり、例えば１次冷却ロール１１の頂部より中心角で４５度程度回転方向下流側の表面に溶湯を噴出するようにしてある。
【００３５】
また、ノズル１４のノズル孔は、単孔とする場合に限らず、多孔として１次冷却ロール１１のロール軸方向と平行に複数配置するようにし、金属薄体を複数条製造するようにしたり、特にその必要はないが広幅状に製造するようにしても良い。
【００３６】
さらに、このノズル１４は１次冷却ロール１１の表面に対してある程度の間隔をあけて配置してあり、幅の広い連続薄帯とする必要がないことから従来の単ロールとノズルとの間隔に比べて大きな間隔としてある。
【００３７】
このノズル１４には、円形のノズル孔が形成されたものやスリット状のノズル孔が形成されたものなどが用いられ、円形のノズル孔の場合、直径を３ｍｍ以下、断面積を約７．１mm2 以下とすることが製造される金属薄片の収率を向上する上で好ましいが、直径３ｍｍ以上、断面積を約７．１mm2 以上であっても良く、厚い金属薄片を得ることができる。
【００３８】
なお、ノズル孔は上記断面積を確保できれば、円形に限るものでない。
さらに、ノズル１４に保温加熱装置を設けるなどすれば、ノズル部分での溶湯の凝固を防止して安定した状態で操業することができる。
【００３９】
このような２つの冷却ロール１１，１２の下方に収納箱１５が配置され、１次冷却ロール１１で凝固した金属薄体を２次冷却ロール１２に当てて粉砕するとともに、１次冷却ロール１１で冷却凝固されずに飛散する溶湯などを２次冷却ロール１２で冷却凝固させることで得られたこれら金属薄体を収納箱１５で回収するようにしてある。
【００４０】
そして、金属薄体を効率良く収納箱１５に回収するため、２つの冷却ロール１１，１２の下方と収納箱１５との間に誘導管１６が配置され、飛散させずに収納箱１５に回収するようにしてある。
【００４１】
また、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で金属薄片を製造できるようにするため、装置全体が密閉容器１７内に設置されるとともに、タンディッシュ１３の底部に予圧壁１８が設けられ、密閉容器１７が上下に仕切られている。
【００４２】
そして、この密閉容器１７内に不活性ガスを供給する雰囲気ガス供給ノズル１９が、冷却ロール１１，１２の下部からロールの対向面に沿って噴射されるように配置され、製造された金属薄体を冷却するとともに、不活性ガスの流れを利用して金属薄体を収納箱１５に導くことができるようにしている。
【００４３】
そして、噴射された不活性ガスは収納箱１５にガス吸引口が設けられ、図示しないブロワで吸引し、熱交換器２０を介して冷却後、再び雰囲気ガス供給ノズル１９から供給して循環するようにしてある。
【００４４】
さらに、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で冷却ロール１１，１２が高速回転すると、雰囲気ガスの巻き込みによって風が生じることから、この風によるノズル１４の冷却を防止したり、金属薄体が飛散することを防止するため、ノズル１４の両側の予圧壁１８部分から冷却ロール１１，１２に向かって突き出す防風板２１が設けてある。
【００４５】
また、この金属薄片製造装置１０では、冷却ロール１１，１２の表面を清浄に保つため冷却ロール１１，１２のそれぞれの外周に接してロール状の掃除ブラシ２２が設けてある。
【００４６】
このように構成した金属薄片製造装置１０の動作とともに、金属薄片の製造について説明する。
この金属薄片製造装置１０では、雰囲気ガス供給ノズル１９から雰囲気ガスとして不活性ガスを供給した状態とし、溶解炉で溶解した溶融金属をタンディッシュ１３に供給し、ノズル１４から回転駆動するとともに、内部から冷却している１次冷却ロール１１上に溶湯を噴出する。
【００４７】
すると、溶湯が１次冷却ロール１１の表面に接触することで凝固して薄帯状になり、２次冷却ロール１２の表面に当たって粉砕される。この２次冷却ロール１２では、１次冷却ロール１１で凝固せずにそのまま前方に飛散する少量の塊に分割された溶湯が２次冷却ロール１２のロール表面に当たって冷却されて凝固し、それぞれの溶湯の塊が薄片状となる。
【００４８】
こうして、１次冷却ロール１１および２次冷却ロール１２で薄片状となった金属薄体は、１次冷却ロール１１の表面に再び当たってさらに粉砕されて薄片とされ、誘導管１６と雰囲気ガス供給ノズル１９から供給される不活性ガスでの流れに誘導されて収納箱１５に回収される。
【００４９】
そして、製造される各段階の金属薄体は、１次冷却ロール１１から２次冷却ロール１２に当たるまでの間、２次冷却ロール１２を経て再び１次冷却ロール１１に当たるまでの間、さらに誘導管１６を経て収納箱１５に至るまでの間に、雰囲気ガスによって冷却されるとともに、収納箱１５内でも循環される不活性ガスで冷却され、効率的に金属薄片が冷却される。
【００５０】
このような金属薄片製造装置１０によれば、単ロール法の場合のように冷却ロールへの溶湯の供給量をノズルとロール間で安定的なパドルが形成されるように調整する必要がなく、簡単に操業できるとともに、１次冷却ロール１１で凝固されない過剰な溶湯があっても２次冷却ロール１２で冷却して金属薄片として回収することができ、収率を大幅に向上することができる。
【００５１】
また、収納箱１５に集められる金属薄片は、２次冷却ロール１２に当たって粉砕されたものや小さな塊の溶湯が凝固して得られたものであり、従来の薄帯状のものを収納する場合に比べ、かさ密度が大きくなり、小型の収納箱１５に堆積させて集めることができる。
【００５２】
さらに、この金属薄片製造装置１０によれば、再び１次冷却ロール１１に当たって薄片状となった金属薄片が誘導管１６と雰囲気ガス供給ノズル１９から供給される不活性ガスの流れとに誘導されて収納箱１５に回収されることから、薄片であっても飛散を防止して効率良く収納箱１５に集めることができる。
【００５３】
また、この金属薄片製造装置１０によれば、冷却ロール１１，１２が非接触状態で配置されるとともに、ロール間の凝固金属に圧下力を加える必要もなく、従来の双ロール法の場合に比べ、冷却ロール１１，１２の駆動力を小さくすることができ、ロールの損傷も大幅に減らすことができる。
【００５４】
さらに、この金属薄片製造装置１０によれば、雰囲気ガスを供給して不活性ガス雰囲気などで金属薄片を製造することができ、品質の良い金属薄片を製造できるとともに、雰囲気ガスの巻き込みによる風が生じてもこれを防風板２１で止めることができ、ノズル１４の冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止できる。なお、この金属薄片製造装置１０の収納箱１５の前に、金属薄片を粉砕する粉砕装置を設けておき、さらに粉砕して収納箱１５に集めるようにしても良い。
【００５５】
また、雰囲気ガス供給ノズル１９とは別に密閉容器１７内や周囲に冷却装置を設けて金属薄片を冷却するようにしても良い。
【００５６】
次に、この発明の金属薄片製造装置の他の実施の形態について、図２により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
この発明の金属薄片製造装置１０では、複数の冷却ロールが用いられるが、その配置および個数は、例えば図２（ａ）に示すように、２つの冷却ロール１１，１２を用い、１次冷却ロール１１に当たった金属薄体を２次冷却ロール１２に当てたのち回収するようにしたり、図２（ｂ）に示すように、２次冷却ロール１２に当てた後、再び１次冷却ロール１１に当てて回収することで粉砕効果を高めるようにしたり、さらに図２（ｃ）に示すように、３次冷却ロール２３を設け、２次冷却ロール１２からの金属薄片をさらに粉砕するとともに、金属薄片の回収方向を横方向に変えるようにし、装置の高さを抑えるようにしても良い。
【００５７】
なお、冷却ロールの配置および個数以外の構成は既に説明した実施の形態と同一である。
【００５８】
このような冷却ロールの配置および個数を変えた金属薄片製造装置１０によっても同様にして金属薄片を製造することができる。
【００５９】
以上のように、この発明の金属薄片製造装置によれば、溶湯の噴出量が多くても安定して金属薄片の製造が可能となる。
【００６０】
また、薄帯を製造途中で粉砕することができ、粉砕装置を別に設ける必要がなく、収納箱を小さくすることができる。
【００６１】
さらに、冷却ロールの配置や個数を変えることで、金属薄片の取り出し方向を自由に変えることができる。
【００６２】
また、従来の双ロール方に比べ、冷却ロールの損傷および回転駆動力を少なくすることができる。
【００６３】
さらに、ノズルの形状など運転条件が変化しても安定して金属薄片を製造できる範囲が広く、一定品質の金属薄片の大量生産に好適である。
【００６４】
次に、この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態について、図３に示す概略斜視図および概略平面図により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
【００６５】
この発明の金属薄片製造装置３０では、複数の冷却ロール、例えば２つの冷却ロール３１，３２を用いる場合に、冷却ロールの回転軸３１ａ，３２ａを平行に配置せず、平行以外に配置するようにしたものであり、ここでは１次冷却ロール３１の回転軸３１ａに対し、２次冷却ロール３２が下方に配置されるとともに、回転軸３２ａがねじれの位置に配置してあり、１次冷却ロール３１に当たった金属薄体を２次冷却ロール３２に当てたのち回収する場合の金属薄片の回収方向を変えるようにし、装置のコンパクト化などを図るようにしている。
【００６６】
なお、冷却ロールの回転軸以外の構成は既に説明した上記実施の形態と同一である。
【００６７】
このような冷却ロール３１，３２の回転軸３１ａ，３２ａの配置を平行以外にした金属薄片製造装置３０によっても同様にして金属薄片を製造することができ、１次冷却ロール３１上に噴出された溶湯は１次冷却ロール３１の表面に接触することで凝固して薄帯状になって回転軸３１ａに垂直な平面３１ｂに沿って飛行して２次冷却ロール３２の表面に当たる。この２次冷却ロール３２では、１次冷却ロール３１で凝固した薄帯状の金属薄体が粉砕されるとともに、凝固せずに飛散する溶湯が表面に接触することで冷却されて凝固し、薄片状になり、２次冷却ロール３２の回転軸３２ａに垂直な平面３２ｂに沿って飛行することになる。
【００６８】
したがって、冷却ロール３１，３２の回転軸３１ａ，３２ａの配置を変えることで、金属薄片の飛行方向を調整することができ、装置を構成する場合の自由度を増大することができる。
【００６９】
なお、冷却ロールの配置は上記実施の形態の場合に限らず、必要な飛行方向によって適宜定めるようにすれば良く、冷却ロールの個数も上記の２つの場合に限らず３つ乃至さらに多数の場合にも適用して飛行方向の自由度を増大することができる。
【００７０】
次に、この発明の金属薄片製造装置の他の一実施の形態について、図４〜６により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分の説明は省略する。
【００７１】
図４〜６はこの発明の金属薄片製造装置の他の一実施の形態にかかり、図４は同一径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図、図５は大きさの異なる径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図、図６は同一径の冷却ロールでの、ロールの回転速度と金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を示すグラフである。
【００７２】
この金属薄片製造装置４０では、複数の冷却ロール、例えば２つの冷却ロール４１，４２を用いる場合に、冷却ロールの回転速度を異なるようにしたものであり、同一径のまま１次冷却ロール４１のロール回転速度ｖ1 と２次冷却ロール４２の回転速度ｖ2 を変えるようにしたり、同一回転数で回転し、例えば２次冷却ロール４３のロール径を変えることで周速度ｖ3 を変えるようにしている。
【００７３】
冷却ロールのロール回転速度（ロール外周での周速度）と冷却凝固される金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を求めるため、実験を行い、図６に示すような実験結果を得た。
【００７４】
従来の単ロール法では、ロールの回転速度の上昇に伴って、製造されるフレークの厚さが減少することが知られている。
【００７５】
一方、２本の冷却ロールを用いる場合、１次冷却ロールで製造されるフレークの厚さは、単ロール法と同様に、回転速度の上昇に伴ってフレークの厚さが減少し、実験によれば、回転数が５００ｒｐｍでは、平均厚さが約１９０μｍであるのに対し、回転数が８００ｒｐｍでは、平均厚さが１００〜１２０μｍになっている。
【００７６】
しかし、２次冷却ロールで製造されるフレークの厚さは、１次冷却ロールと２次冷却ロールを等速とした場合には、得られるフレークの平均厚さが厚くなり、実験では、回転数が５００ｒｐｍでも回転数が８００ｒｐｍでも、ほぼ一定の２４０μｍ程度となっている。
【００７７】
これは、２次冷却ロールで製造されるフレークは、溶湯の速度が１次冷却ロールに比べて大きいため、２次冷却ロールの回転速度（周速度）が相対的に小さくなることにより、その分だけ厚いフレークが得られるものである。
【００７８】
そこで、２次冷却ロールの回転数だけを高速に変えた場合には、２次冷却ロールで製造されるフレークの平均厚さを減少することができ、実験によれば、例えば１次冷却ロールの回転数を８００ｒｐｍとし、２次冷却ロールの回転数を１１５０ｒｐｍとすると、ほぼ同一厚さのフレークが得られている。
【００７９】
このような２次冷却ロールでのフレークの平均厚さの減少は、ロール表面の周速度によって決定されると考えられることから、１次冷却ロール４１と２次冷却ロール４２とを同一径として回転速度を変えるようにする場合と同様に、１次冷却ロール４１と２次冷却ロール４３の回転数が同一であってもロール径を変えることで同様のフレークの平均厚さを減少させる効果を得ることができる。
【００８０】
したがって、金属薄片製造装置４０のように、例えば２つの冷却ロール４１，４２を用いる場合に、図４に示すように、同一径のまま１次冷却ロール４１のロール回転速度ｖ1 と２次冷却ロール４２の回転速度ｖ2 を変えるようにしたり、あるいは同一回転数で回転し、例えば図５に示すように、１次冷却ロール４１のロール径ｄ1 と２次冷却ロール４３のロール径ｄ3 とを変えることで周速度ｖ3 を変えるようにしており、このような２次冷却ロール４２，４３の周速度を高めることで、１次冷却ロール４１で製造されるフレークの平均厚さと２次冷却ロール４２，４３で製造されるフレークの平均厚さを、ほぼ同一の厚さなどにすることができる。
【００８１】
なお、フレークは周速度によらず、いずれの冷却ロール４１，４２，４３で得られるフレークも平均厚さが異なるものの、金属薄片としてはいずれも同一性状のものが得られる。
【００８２】
また、冷却ロールの周速度以外の他の構成は既に説明した上記実施の形態と同一であり、同一の作用効果を奏するものであることは言うまでもなく、さらに回転軸を平行以外にする構成を組み合わせるようにしても良い。
【００８３】
次に、この発明のさらに他の一実施の形態について図７および図８により説明する。
【００８４】
図７および図８はこの発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル部分の断面図およびノズル径とフレークの厚さの関係を示すグラフである。
【００８５】
この金属薄片製造装置５０では、ノズル５１のノズル孔５２を大きくしており、上記各実施の形態のノズル１４として円形のノズル孔のものを使用する場合には、直径を３mm以下、断面積を７．１mm2 とするようにしていたが、ここでは、ノズル孔５２の直径を１．０〜１０．０mmの範囲、断面積を０．７８〜７８mm2 としており、直径３mm以上、断面積７．１mm2 以上のものを使用するようにしている。
【００８６】
ノズル孔５２の直径を大きくしても、製造される金属薄片の平均厚さが厚くなるものの得られる性状に何等問題はなく、そのまま素材として使用することができる。
【００８７】
このノズル孔５２の直径を大きくすると、１次冷却ロール５３で冷却凝固されずに溶湯のまま２次冷却ロール５４に飛行する量が増加し、この溶湯が１次冷却ロール５３のロール軸に垂直な平面上を放射状に飛行することになり、これによって凝固した金属薄片が２次冷却ロール５４の表面に接触する間に堆積する溶湯量が増加することで、厚いフレークが製造されることになる。
【００８８】
そして、アルミ合金を用いた実験によれば、図８に示すように、ノズル孔の断面積（直径）が大きくなるとフレーク（金属薄片）の平均厚さが厚くなることが分かる。
【００８９】
そして、これまでの金属薄片の製造に用いられるノズル孔の直径に比べ、異常に大きい直径６〜１０ｍｍ、断面積２８〜７８mm2 とした場合でも厚さの厚い金属薄片を得ることができ、高効率で金属薄片を製造することができる。
【００９０】
なお、得られた金属薄片の性状に何等問題はなく、そのまま素材として使用することができるものであった。
【００９１】
したがって、このような金属薄片製造装置５０によれば、ノズル５１のノズル孔５２を大きくすることで、厚い金属薄片の製造が可能となるとともに、金属薄片の大量生産を高効率で行うことができる。
なお、ノズル孔は円形のものに限らず、他の形状であっても良い。
【００９２】
以上のように、この発明の金属薄片製造装置によれば、溶湯の噴出量が多くても安定して金属薄片の製造が可能となる。
【００９３】
また、薄帯を製造途中で粉砕することができ、粉砕装置を別に設ける必要がなく、収納箱を小さくすることができる。
【００９４】
さらに、冷却ロールの配置や個数を変えることで、金属薄片の取り出し方向を自由に変えることができる。
【００９５】
また、従来の双ロール方に比べ、冷却ロールの損傷および回転駆動力を少なくすることができる。
【００９６】
さらに、ノズルの形状など運転条件が変化しても安定して金属薄片を製造できる範囲が広く、一定品質の金属薄片の大量生産に好適である。
【００９７】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置によれば、溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置したので、最初の冷却ロールでノズルから噴出された溶湯を急冷して金属薄体を作り、次の冷却ロールで製造された金属薄体を当てて薄片にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができ、溶湯の供給の自由度を高め安定して金属薄片を効率的に製造することができる。
【００９８】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置によれば、複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置したので、作られた金属薄体の冷却ロールに当たる機会を増大し、より細かく粉砕したり、薄片の取出方向を変えることができる。
【００９９】
さらに、この発明の請求項３記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置するようにしたので、金属薄体の飛行方向が回転軸の直角平面となることから、金属薄体の飛行する方向を変えることができる自由度を増大することができ、装置のコンパクト化等を図ることもできる。
【０１００】
また、この発明の請求項４記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なる周速度で回転するよう構成したので、同一径の冷却ロールを同一周速度で回転すると、上流側のロールで製造される金属薄体の厚さが薄く、下流側のロールで製造される金属薄体の厚さが厚くなるが、ロールの周速度を変えることで、金属薄体の厚さを調整することができ、いずれのロールからもほぼ同一厚さの金属薄片を得ることもできる。
【０１０１】
さらに、この発明の請求項５記載の金属薄片製造装置によれば、冷却ロールを異なるロール径のもので構成するようにしたので、ロールの周速度の場合と同様に、ロール径を変えることで周速度を変えることができ、金属薄体の厚さを調整することができる。
【０１０２】
また、この発明の請求項６記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔を冷却ロールの軸方向に複数設けるようにしたので、スリット状や円形などのノズル孔を軸方向に複数とすることで一層効率的に金属薄片を製造することができる。
【０１０３】
さらに、この発明の請求項７記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 とするようにしたので、これまでの金属薄体の製造に用いられるノズル径に比べ、異常に大きい直径６〜７ｍｍとした場合でも厚さの厚い金属薄体を得ることができ、高効率で金属薄体を製造することができる。
【０１０４】
また、この発明の請求項８記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルおよび冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けるようにしたので、不活性ガスなどの雰囲気中で製造することで金属薄片の品質を向上できるとともに、防風部材によって冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止してノズルの冷却を防止したり、金属薄片の飛散を防止することができる。
【０１０５】
さらに、この発明の請求項９記載の金属薄片製造装置によれば、雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けるようにしたので、金属薄片の飛散を防止して効率良く収納箱に集めることができる。
【０１０６】
また、この発明の請求項１０記載の金属薄片製造装置によれば、収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けるようにしたので、金属薄片の冷却効率を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる２つの冷却ロールで構成した場合の概略構成図である。
【図２】この発明の金属薄片製造装置の他の実施の形態にかかる冷却ロールの配置および個数の概略説明図である。
【図３】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる概略斜視図および概略平面図である。
【図４】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる同一径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図である。
【図５】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる大きさの異なる径の２つの冷却ロールで構成する場合の概略構成図である。
【図６】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる同一径の冷却ロールでの、ロールの回転速度と金属薄片（フレーク）の平均厚さの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル部分の断面図である。
【図８】この発明の金属薄片製造装置のさらに他の一実施の形態にかかるノズル径とフレークの厚さの関係を示すグラフである。
【図９】従来の金属薄帯の製造装置にかかる単ロール法および双ロール法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 金属薄片製造装置
１１ １次冷却ロール
１２ ２次冷却ロール
１３ タンディッシュ
１４ ノズル
１５ 収納箱
１６ 誘導管
１７ 密閉容器
１８ 予圧壁
１９ 雰囲気ガス供給ノズル
２０ 熱交換器
２１ 防風板
２２ 掃除ブラシ
２３ ３次冷却ロール
３０ 金属薄片製造装置
３１ １次冷却ロール
３１ａ 回転軸
３１ｂ 回転軸に垂直な平面
３２ ２次冷却ロール
３２ａ 回転軸
３２ｂ 回転軸に垂直な平面
４０ 金属薄片製造装置
４１ １次冷却ロール
４２ ２次冷却ロール
４３ ２次冷却ロール
ｖ1 ，ｖ2 ，ｖ3 冷却ロールの周速度
５０ 金属薄片製造装置
５１ ノズル
５２ ノズル孔
５３ １次冷却ロール
５４ ２次冷却ロール
Claims (10)
- 溶湯を回転する一次冷却ロールの表面に当てて急冷することによって金属薄帯状とし、これを次の冷却ロールに当てて粉砕することによって薄片状にするとともに、過剰な溶湯を金属薄体にすることができる金属薄片製造装置であって、
前記一次冷却ロールの上部に、当該一次冷却ロールの表面に溶湯を噴出するノズルを設けるとともに、前記次の冷却ロールを含む冷却ロールを複数設け、
前記一次冷却ロールと前記次の冷却ロールとの間隔を、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置するとともに、前記複数の冷却ロール同士の間隔をそれぞれ、製造される金属薄体の厚さより間隔をあけて配置してなることを特徴とする金属薄片製造装置。 - 前記複数の冷却ロールを、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置したことを特徴とする請求項１記載の金属薄片製造装置。
- 前記冷却ロールの回転軸同志を平行以外に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の金属薄片製造装置。
- 前記冷却ロールを異なる周速度で回転する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属薄片製造装置。
- 前記冷却ロールを異なるロール径として構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属薄片製造装置。
- 前記ノズルのノズル孔を前記冷却ロールの軸方向に複数設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属薄片製造装置。
- 前記ノズルのノズル孔の断面積を０．７８〜７８mm2 としたことを特徴とする請求項６記載の金属薄片製造装置。
- 前記ノズルおよび前記冷却ロールを雰囲気ガス中に設置するとともに、前記冷却ロールの回転による雰囲気ガスの巻き込みを防止する防風部材を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金属薄片製造装置。
- 前記雰囲気ガスを供給する吹込みノズルのガス吹込み方向を、前記金属薄片を収納する収納箱に金属薄片を誘導する方向に設けたことを特徴とする請求項８記載の金属薄片製造装置。
- 前記収納箱に、収納される前記金属薄片を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする請求項９記載の金属薄片製造装置。
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