JP5892342B2 - 金属薄帯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却ロールを用いた急冷プロセスによる金属薄帯の製造方法に関し、具体的には、冷却ロールから剥離した直後の金属薄帯の巻取リールへの搬送・誘導を有利に実現しようとするものである。

高速回転する冷却ロールを用いた急冷プロセスによる金属薄帯の製造方法においては、急冷凝固した金属薄帯（以下、単に「薄帯」とも称する）を高速で搬送・誘導して巻取リールに安定して巻き取る技術の開発が重要な課題の１つとなっている。

上記薄帯の巻取リールへの巻き付け方法としては、巻取リールを冷却ロールに近接して配設し、薄帯を巻取リールに吸着させて巻き付ける方法と、巻取リールを冷却ロールから離間して配設し、薄帯をコンベア等で巻取リールまで搬送・誘導して巻き付ける方法とに大別される。

前者の方法としては、例えば、特許文献１に、急冷ロールによって製造された金属薄帯先端を、急冷ロールと巻取リール間に配設した搬送ロールの磁力で急冷ロールから剥離させて吸着し、さらにその後、磁力による吸着力を有する巻取リールに吸着させて巻取リールに巻き付けを行う方法が開示されている。一方、後者の手段としては、例えば、特許文献２に、高速回転する冷却ロールの表面に溶融金属を射出し、急冷凝固させて金属薄帯とした後、冷却ロールから剥離した金属薄帯を、該金属薄帯が冷却ロールから剥離する点（以降、「剥離点」とも称する）の近傍で真空吸引式コンベアにて吸着するとともに、金属薄帯を吸着した真空吸引式コンベアのベルトを金属薄帯の製造速度を超える速度で回転し、上記ベルトを金属薄帯に対して摺動させて金属薄帯に張力を付与しつつ、コンベアを巻取リールまで移動させることによって、金属薄帯を巻取リールに巻き付ける方法が開示されている。

特開昭５９−０２７７２０号公報 特開平０７−００１０９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法は、冷却ロールと巻取リールとの間に、薄帯の厚さ計やピンホール計、表面傷検査装置など、種々の計測機器を設置するスペースを確保する必要があることから、冷却ロールと巻取リールとを近接させることは設備設計上難しいという問題がある。一方、上記特許文献２に開示された方法は、真空吸引式コンベアに薄帯を吸着させた直後の搬送性は安定しているものの、該コンベアを移動させることによって、上記移動するコンベアと冷却ロールとの間には、薄帯が何者によっても支持されていない区間が生じることになるが、この不支持区間が長くなると、薄帯が蛇行や振動（バタつき）を起こすようになり、場合によっては、破断に至ることがある。特に、上記の蛇行や振動は、時間の経過とともに大きくなる傾向があり、巻き付け開始までに一定の時間を要する場合に顕在化することが多い。

本発明は、従来技術における上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却ロールを用いた急冷プロセスで製造される金属薄帯を、巻取リールに安定して搬送・誘導し、巻き取ることができる金属薄帯の製造方法について提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、高速回転する冷却ロールによって製造された金属薄帯を、冷却ロールから離間して配設された巻取リールまで、移動する真空吸引式コンベアを用いて搬送・誘導して巻取リールに安定して巻き付けるためには、冷却ロールの周速度およびコンベアのベルト送り速度との関係を、金属薄帯が支持されていない区間の長さに対して適正範囲に制御することが有効であること、さらに、上記コンベアの移動速度を、上記冷却ロールの周速度およびコンベアのベルト送り速度との関係に対して適正範囲に制御することがより有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、高速回転する冷却ロールの周面に溶融金属を射出して急冷凝固させ、該冷却ロール周面から剥離して得た金属薄帯を、冷却ロールの剥離点近傍に配設した真空吸引式コンベアに吸着して張力を付与しつつ搬送すると同時に、該コンベアを巻取リールの近傍に移動させて巻取リールに誘導し、金属薄帯の巻き付けを開始する金属薄帯の製造方法において、
上記冷却ロールの周速度をＶ_Ｓ、コンベアのベルト送り速度をＶ_Ｂ、コンベアを巻取リールの近傍に移動させる速度をＶ _Ｃ 、移動するコンベアの上流側の支持されていない薄帯の長さをＬとするとき、上記Ｖ _Ｓ に応じて、下記（１）式および（２）式；
Ｌ≦（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）×３．２ ・・・（１）
Ｖ _Ｃ ≦（Ｖ _Ｂ −Ｖ _Ｓ ）×０．８ ・・・（２）
を満たすよう、Ｖ _Ｂ、 Ｖ _Ｃ およびＬを制御する（ただし、Ｖ _Ｓ ：２７ｍ／ｓ、かつ、Ｖ _Ｂ ：３０ｍ／ｓ、かつ、Ｖ _Ｃ ：１ｍ／ｓである場合を除く）ことを特徴とする金属薄帯の製造方法を提案する。

また、本発明の金属薄帯の製造方法は、上記コンベアを複数台配設する場合には、冷却ロールの周速度Ｖ_Ｓと最下流側のコンベアのベルトの送り速度Ｖ_Ｂ が、上記（１）式および（２）式を満たすように制御することを特徴とする。

本発明によれば、冷却ロールから剥離した金属薄帯を、真空吸引式コンベヤーで吸着した後、巻取リールまで安定して搬送・誘導し、巻き付けることができるので、金属薄帯を生産性よくかつ高歩留りで製造することが可能となる。

単ロール式急冷薄帯製造設備において、移動する真空吸引式コンベアを用いて金属薄帯を巻取リールに搬送・誘導し、巻き付ける方法を説明する模式図である。 図１の設備に、真空吸引式コンベアを２台配設した例を示す摸式図である。 図１の設備に、真空吸引式コンベアを３台配設した例を示す摸式図である。 冷却ロールの周速度Ｖ_Ｓとコンベアのベルト送り速度Ｖ_Ｂおよび金属薄帯の不支持区間長さＬが、金属薄帯の搬送性に及ぼす影響を示す図である。 冷却ロールの周速度Ｖ_Ｓとコンベアのベルト送り速度Ｖ_Ｂおよびコンベアのベルト送り速度Ｖ_Ｃが、金属薄帯の搬送性に及ぼす影響を示す図である。

図１は、単ロール式の急冷薄帯製造設備を用いた金属薄帯の製造方法において、急冷ロールと巻取リール間を移動可能な真空吸引式コンベアを用いて金属薄帯を巻取リールに搬送・誘導して巻き付ける方法を模式的に示したものである。図１において、符号１は高速で回転している銅合金製の冷却ロール、符号２は溶融した金属３を収納した容器であり、冷却ロール１の周面上に、容器２の底部に設けたスリット状の開口部を有するノズル４から溶融金属３を射出し、冷却ロール１の周面上で急冷凝固させて金属薄帯５を形成する。次いで、冷却ロール１の周面の接線方向に設けたスリット状の開口を有するエアーノズル６から吹き出す高速ガス流によって上記薄帯５を冷却ロール１から剥離し、図１（ａ）に示したように、薄帯５が冷却ロール１から剥離する点である剥離点Ｐの下方に配設した、回転する通気性ベルト８を有する真空吸引式コンベア７の始端部に、上記剥離した薄帯５の先端部を吸着させコンベアの終端側に搬送する。ここで、コンベア７中に示した符号９は、上記通気性ベルト８の裏面側に配設され、負圧で薄帯５を吸引させる吸引箱である。

ここで、上記コンベア７の始端部のベルト８に薄帯５の先端部を吸着したならば、該ベルト８は、薄帯５の製造速度、すなわち、急冷ロールの周速度Ｖ_Ｓを超える送り速度Ｖ_Ｂで回転することが必要である。これによって、ベルト８を薄帯５に対して摺動させ、薄帯５に対して長手方向および幅方向に均一の張力を付与することができる。また、上記方法では、真空吸引式コンベア上の薄帯は、吸着された状態でコンベア終端まで搬送されるため、搬送中におけるしわや折れ等の損傷や破断が発生することはない。

次いで、上記ベルトによる薄帯の搬送と同時に、図１（ｂ）に示すように、上記コンベア７自体を、図示のないコンベア搬送装置、例えば、コンベアを載せることができる移動台車等によって、巻取リール１０の方向に向かって移動させ、図１（ｃ）に示すように、コンベア７が巻取リール１０の近傍まで到達したならば、図示のない押付けロール等を介して、薄帯５を巻取リール１０に巻き付け、コイル状に巻き取る。

なお、上記方法においては、コンベア７が巻取リール１０まで移動している間は、コンベアのベルトによってコンベア終端まで搬送された薄帯５は、巻取リール１０に巻き取られることなく、コンベアと巻取リール間に落下し、図示のない破砕機によって破砕されてスクラップとして処理される。なお、上記スクラップとされる部分は、薄帯製造開始直後の製造条件が不安定な部分でもあるため、上記スクラップ処理は、品質不安定部分を除去する役割も担っている。

また、上記真空吸引式コンベア７としては、例えば、抄紙設備の通紙に用いられるコンベアのように、通気性のあるコンベアベルトを２本または３本以上のプーリで保持して回転させ、コンベアの内部に設けた吸引箱により通気性ベルトを介して空気を吸引する構造のものを好適に用いることができる。

また、金属薄帯を冷却ロールからの剥離する方法は、上記のような高圧のガス流である必要はなく、例えば、ドクターブレードを用いて剥離する方法や、コンベアあるいは搬送ロールに内蔵した磁石の磁力（吸引力）を用いて剥離する方法等を用いてもよい。

上記方法によれば、冷却ロールの剥離点Ｐの近傍に真空吸引式コンベアを配設し、冷却ロールから剥離した直後の薄帯を、コンベアのベルト面に吸着させ、コンベアのベルトの回転によって搬送するため、薄帯の幅方向に均一な張力を付与することが可能となり、また、剥離点Ｐも常に一定の位置に保持されるため、安定した薄帯の搬送が可能となる。

しかしながら、上記方法の場合、コンベア７を巻取リールまで移動すると、図１（ｃ）に示したように、コンベア７の上流側の薄帯には、コンベア７と剥離点Ｐの間に、張力が付与されてはいるが支持のない、すなわち、宙に浮いた状態となる区間が生じる。そのため、上記区間の大きさによっては、先述したように、薄帯が蛇行を起こして幅方向の張力が不均一となったり、振動を起こして張力変動を引き起こしたりする搬送異常が起こり、場合によっては破断に至ることがある。

そこで、発明者らは、上記搬送異常が起こる条件を明らかにするべく、多くの再現実験や確認実験を行った。その結果、上記のような薄帯の搬送異常は、冷却ロールの剥離点Ｐとコンベアとの間の区間の長さＬが大きくなるに従い起こり易くなるが、その限界長さは、コンベアのベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差によって大きく変化し、不支持区間の長さＬをベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）の３．２倍以下のときには、薄帯を安定して搬送することができるのに対して、３．２倍を超えると、途端に、蛇行やバタつきが急に大きくなることがわかった。特に、上記の蛇行やバタつきは、時間の経過とともに大きくなる傾向があり、巻取リールへの巻き付けが迅速に完了する場合には発生しないこともあるが、巻き付けまでに時間を要する場合には、上記条件を満たさないと搬送異常が顕在化する。よって、薄帯を安定的に搬送し巻取リールに巻き付けるためには、薄帯の不支持区間の長さＬが、下記（１）式を満たすよう、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差を制御する必要がある。
Ｌ≦（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）×３．２ ・・・（１）

上記（１）式の関係が成り立つ理由については、現時点ではまだ明確となっていないが、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）は、薄帯に付与される張力と関係することから、不支持区間の長さＬが大きくなると、薄帯が共振を起こし易くなる張力となるためではないかと考えられる。

なお、不支持区間の長さＬの下限値は、薄帯の搬送性の面からは特に規定しないが、冷却ロールと巻取リール間に、様々な装置を配設するためのスペースを確保する必要性から０．５ｍ以上とするのが好ましく、２ｍ以上とするのがより好ましい。

さらに、発明者らの実験結果によれば、不支持区間の長さＬが上記（１）式を満たすようベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓを制御しても、コンベアの移動速度Ｖ_Ｃが大き過ぎると、具体的には、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）の０．８倍を超えると、コンベアの移動中に薄帯の蛇行や振動が起こる場合があることが判明した。そこで、コンベアの移動速度Ｖ_Ｃは、下記（２）式を満たすよう制御することが好ましい。
Ｖ_Ｃ≦（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）×０．８ ・・・（２）

上記（２）式を満たす移動速度Ｖ_Ｃでコンベアを巻取リールに向けて移動することによって、薄帯の蛇行や振動が十分に抑制される。なお、コンベアの移動速度Ｖ_Ｃの下限値は、薄帯の搬送性の面からは特に規定しないが、移動時間が長くなると、前述した薄帯先端のスクラップ量が増加し、歩留まりが低下するので、０．５ｍ／ｓ以上とすることが好ましい。

なお、上記（１）式からわかるように、薄帯を安定的に搬送するためには、不支持区間の長さＬが長くなるのに伴い、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）を大きくして薄帯に付与する張力を大きくしてやる必要があるが、過度の張力付与は、薄帯の破断を招いたりするので好ましくない。そこで、図１に示したように、１台のコンベアを冷却ロールと巻取リール間を移動させるのではなく、例えば、図２に示したように、２台のコンベアを配設し、そのうちの１台を急冷ロールの下方位置に固定し、他の１台を移動可能として、不支持区間の長さＬを短縮するようにしてもよい。また、上記のように、冷却ロールの下方にコンベアを固定して配設することは、剥離点Ｐの位置が安定化するので、薄帯のバタつきをより低減する効果もあるので好ましい。なお、冷却ロール下方のコンベアを、固定ではなく移動可能としてもよい。

さらに、図３に示したように、３台のコンベアを配設し、そのうちの２台を急冷ロールの下方およびその近傍に固定し、他の１台を移動するようにして、不支持区間の長さＬを短縮するようにしてもよい。なお、図３に示した２台の固定コンベアは移動させてもよいことは勿論である。また、図３では、２台の固定コンベアを薄帯のパスラインの上下に配列したが、下側または上側に直列に２台配列してもよく、その配列の仕方に制限はない。

ただし、複数台のコンベアを配設する場合には、ベルト送り速度Ｖ_Ｂは、薄帯の滞留や張力の低下が起きるのを防止するため、下流側のコンベアほど大きくしてやる必要があるが、その差は０超えであれば僅かでもよい。また、複数台のコンベアを配設する場合、上記（１）式および（２）式中のベルト送り速度Ｖ_Ｂおよびコンベアの移動速度Ｖ_Ｃは、最下流のコンベアの値を用いることが必要である。

上記の条件を満たして薄帯を搬送することで、薄帯を安定した状態で巻付リールに誘導することができるので、薄帯の製造速度に同期して回転する巻取りリールに容易に巻付けることが可能となる。

図１に示した単ロール式の急冷薄帯製造装置を用いて、Ｃ：１ａｔ％、Ｓｉ：９ａｔ％およびＢ：１０ａｔ％を含有し、残部が実質的にＦｅの成分組成からなる溶融合金３（１３００℃）を、容器２の底部に設けた１５０〜２５０ｍｍ幅のスリット状開口部を有するノズル４から、表１に示した種々のロール周速度Ｖ_Ｓで回転する銅合金製の冷却ロール１の周面上に射出して急冷し、厚さが２５μｍの金属薄帯５とした後、該薄帯５を、冷却ロールの近傍に設けたエアーノズル６から４０ｍ／ｓの高速で吹き付けるエアによって、冷却ロール１の周表面から剥離し、該剥離した薄帯５の先端部を、剥離点Ｐの下方に配設したベルトコンベア７の通気性ベルト８に、該ベルト裏面に配設した４．９〜１９．６×１０^２Ｐａの吸引力を有する長さ１ｍの吸引箱８により９．８×１０^２Ｐａで吸着させた後、その吸着させた状態のままでベルト８を、表１に示す種々の送り速度Ｖ_Ｂで回転させると同時に、コンベア７を速度Ｖ_Ｃ：０．４ｍ／ｓで巻取リールに向って移動させ、剥離点Ｐとコンベア７間の距離Ｌ、すなわち、薄帯が支持されていない区間の距離Ｌが、同じく表１に示した長さとなったときにコンベア７の移動を停止し、その状態のままで１２０秒間、薄帯を製造し続けた。
なお、上記コンベアの移動中および停止中の１２０秒間においては、急冷ロール１によって製造され、ベルト８によって搬送される薄帯５は、コンベア７の終端から放出してコンベア７と巻取リール１０間に落下させ、図示のない破砕機で小さく破砕してスクラップとして処理した。

上記コンベア停止して薄帯を搬送し続ける１２０秒間において、搬送される薄帯の不支持区間内における搬送安定性を調査し、薄帯の蛇行や振動、破断の発生等がない場合を、搬送性が良好（○）、蛇行や振動、破断等のいずれかでも発生した場合を、搬送性が不良（×）と評価した。

上記の結果を、薄帯の搬送条件と併せて表１に示すとともに、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）と不支持区間Ｌが搬送性に及ぼす影響を図４に示した。これらの結果から、薄帯が支持されていない区間の長さＬを、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）の３．２倍以下に制御することにより、金属薄帯を安定して搬送することができることがわかる。

実施例１と同様、図１に示した単ロール式の急冷薄帯製造装置を用いて、Ｃ：１ａｔ％、Ｓｉ：９ａｔ％およびＢ：１０ａｔ％を含有し、残部が実質的にＦｅの成分組成からなる溶融合金３（１３００℃）を、容器２の底部に設けた１５０〜２５０ｍｍ幅のスリット状開口部を有するノズル４から、周速度Ｖ_Ｓ：２７ｍ／ｓで回転する銅合金製の冷却ロール１の周面上に射出して急冷し、厚さが２５μｍの金属薄帯５とした後、該薄帯５を、冷却ロールの近傍に設けたエアーノズル６から４０ｍ／ｓの高速で吹き付けるエアによって、冷却ロール１の周表面から剥離し、該剥離した薄帯５の先端部を、剥離点Ｐの下方に配設したベルトコンベア７の通気性ベルト８に、該ベルト裏面に配設した４．９〜１９．６×１０^２Ｐａの吸引力を有する長さ１ｍの吸引箱８により９．８×１０^２Ｐａで吸着させた後、その吸着させた状態のままでベルト８を、送り速度Ｖ_Ｂ：３０ｍ／ｓで回転させると同時に、コンベア７の速度Ｖ_Ｃ は表２に示した種々の速度で巻取リールに向って移動させ、剥離点Ｐとコンベア７間の距離Ｌ、すなわち、薄帯が支持されていない区間の距離Ｌが３．０ｍとなったときにコンベア７の移動を停止し、その状態のままで１２０秒間、薄帯を製造し続けた。
なお、上記コンベアの移動中および停止中の１２０秒間においては、急冷ロール１によって製造され、ベルト８によって搬送される薄帯５は、コンベア７の終端から放出してコンベア７と巻取リール１０間に落下させ、図示のない破砕機で小さく破砕してスクラップとして処理した。

上記コンベア停止して薄帯を搬送し続ける１２０秒間において、搬送される薄帯の不支持区間内における搬送安定性を調査し、薄帯の蛇行や振動、破断の発生等がない場合を、搬送性が良好（○）、蛇行や振動、破断等のいずれかでも発生した場合を、搬送性が不良（×）と評価した。

上記の結果を、薄帯の搬送条件と併せて表２に示すとともに、ベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）とコンベア移動速度Ｖ_Ｃが薄帯の搬送性に及ぼす影響を図５に示した。これらの結果から、コンベア移動速度Ｖ_Ｃをベルト送り速度Ｖ_Ｂと冷却ロール周速度Ｖ_Ｓとの差（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）の０．８倍以下に制御することにより、金属薄帯を安定して搬送することができることがわかる。

１：冷却ロール
２：溶湯容器
３：溶融金属
４：ノズル
５：金属薄帯
６：エアースリットノズル
７：真空吸引式コンベア
８：ベルト
９：吸引箱
１０：巻取リール

Claims (2)

1. 高速回転する冷却ロールの周面に溶融金属を射出して急冷凝固させ、該冷却ロール周面から剥離して得た金属薄帯を、冷却ロールの剥離点近傍に配設した真空吸引式コンベアに吸着して張力を付与しつつ搬送すると同時に、該コンベアを巻取リールの近傍に移動させて巻取リールに誘導し、金属薄帯の巻き付けを開始する金属薄帯の製造方法において、
   上記冷却ロールの周速度をＶ_Ｓ、コンベアのベルト送り速度をＶ_Ｂ、コンベアを巻取リールの近傍に移動させる速度をＶ _Ｃ （ｍ／ｓ）、移動するコンベアの上流側の支持されていない薄帯の長さをＬとするとき、上記Ｖ _Ｓ に応じて、下記（１）式および（２）式を満たすよう、Ｖ _Ｂ、 Ｖ _Ｃ およびＬを制御する（ただし、Ｖ _Ｓ ：２７ｍ／ｓ、かつ、Ｖ _Ｂ ：３０ｍ／ｓ、かつ、Ｖ _Ｃ ：１ｍ／ｓである場合を除く）ことを特徴とする金属薄帯の製造方法。
   記
   Ｌ≦（Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｓ）×３．２ ・・・（１）
   Ｖ _Ｃ ≦（Ｖ _Ｂ −Ｖ _Ｓ ）×０．８ ・・・（２）
2. 上記コンベアを複数台配設する場合には、冷却ロールの周速度Ｖ_Ｓと最下流側のコンベアのベルトの送り速度Ｖ_Ｂ が、上記（１）式および（２）式を満たすように制御することを特徴とする請求項１に記載の金属薄帯の製造方法。

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