JP6316743B2 - 導電性金属シート製造方法及び導電性金属シート製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性金属シート製造方法及び導電性金属シート製造装置に関する。

アルミニウム合金シートを製造するものとして、例えば、特許文献１等に示すものがあった。前記特許文献１等に記載の方法は、アルミニウム合金シート材料を熱間圧延し、実質的な中間冷却及び急冷を行わずに焼き鈍し、溶体化熱処理する段階を含むアルミニウムシート材料を製造する方法である。

特開平６―７１３０３号公報 特開平６―７１３０４号公報 特開平７―１１４０２号公報

前記特許文献１等の方法は、いわゆる別のバッチ処理を必要とすることなくアルミニウム合金シートを得ることができる方法である。しかしながら、本発明者は、従来の技術によるものよりもさらに品質的に優れた導電性金属シートを短時間で提供したいという本件発明に特有の課題を持っており、本発明はそのような本発明者に特有の課題を解決すべくなされたもので、導電性金属シート製造方法及び導電性金属シート製造装置を提供しようとするものである。

本発明の実施形態の導電性金属シートを製造する方法は、
溶湯源から流出させた導電性金属の溶湯を樋を介して型枠体に導き、前記樋又は前記型枠体で改質し、冷却装置により冷却、固化して導電性金属シートとするに当たり、前記導電性金属の全てが溶湯の状態にある原料品を、冷却装置により冷却することにより、一部が固化し残りが溶湯の状態にある半製品とした後、さらに冷却して、溶湯の全てが固化した製品としての前記導電性金属シートとする、導電性金属シート製造方法であって、
前記樋又は前記型枠体の近傍に設けた永久磁石による磁場装置により、前記原料品又は前記半製品に、前記原料品又は前記半製品の厚さ方向に磁場を掛け、
交流電流を流す第１電極と第２電極を準備し、前記第１電極と前記第２電極とを前記導電性金属シートの長さ方向に所定の間隔だけ離間させ、少なくとも前記磁場装置を挟む位置に、配置し、
前記第１電極を固化後の前記導電性金属シートに電気的に接続させると共に前記第２電極を固化前の溶湯に電気的に接続させ、
前記第１電極と前記第２電極との間に交流電流を流し、前記交流電流と前記磁場とを交差させて、前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ向かうフレミングの左手の法則による第１のローレンツ力と逆方向へ向かう第２のローレンツ力を交互に発生させ、
前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力の一方によって、前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の前記一方向へ駆動し、他方によって前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の前記逆方向へ駆動して、
前記交流電流の周波数に応じて、前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力により、前記原料品又は前記半製品における前記溶湯を前記導電性金属シートの幅方向左右に振動させて、前記溶湯を改質し、
改質後の溶湯を前記型枠体に設けた前記冷却装置によって冷却して、前記導電性金属シートとする、
ことを特徴とする。

本発明の実施形態の導電性金属シートを製造する装置は、
溶湯源から流出させた導電性金属の溶湯を樋を介して型枠体に導き、前記樋又は前記型枠体で改質し、冷却装置により冷却、固化して導電性金属シートとするに当たり、前記導電性金属の全てが溶湯の状態にある原料品を、冷却装置により冷却することにより、一部が固化し残りが溶湯の状態にある半製品とした後、さらに冷却して、溶湯の全てが固化した製品としての前記導電性金属シートとする、導電性金属シート製造装置であって、
前記溶湯源からの溶湯を導く前記樋と、
前記樋から受けた溶湯を冷却して前記導電性金属シートを作るための前記型枠体と、
前記樋又は前記型枠体の近傍に設けられ、前記原料品又は前記半製品に、前記原料品又は前記半製品の厚さ方向に磁場を掛ける、永久磁石による磁場装置と、
前記導電性金属シートの長さ方向に所定の間隔だけ離間させ、少なくとも前記磁場装置を挟む位置に配置した、交流電流を流す、第１電極と第２電極であって、
前記第１電極と前記第２電極との間に交流電流を流した際に、前記交流電流と前記磁 場とが交差して、前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ向かうフレミングの左手 の法則による第１のローレンツ力と逆方向へ向かう第２のローレンツ力が交互に発生 して、前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力の一方によって前記原料 品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ駆動し、 他方によって前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方 向の他方向へ駆動して、前記交流電流の周波数に応じて前記原料品又は前記半製品に おける前記溶湯を前記導電性金属シートの幅方向左右に振動させるように、
前記第１電極は前記導電性金属シートに電気的に接続され、前記第２電極は固化前の溶湯に電気的に接続されている、第１電極及び第２電極と、
前記型枠体に設けて溶湯を冷却して前記導電性金属シートとする、前記冷却装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第１の実施形態の導電性金属シート製造装置の要部を示す概略構成図。 本発明の第２の実施形態の導電性金属シート製造装置の要部を示す概略構成図。 図１の一部を選択的に示し、導電性金属シートに加わる磁場と電流の関係を示す説明図。 図３のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面し、磁場、電流、電磁力の関係を示す説明図。

図１は本発明の第１の実施形態の導電性金属シート製造装置の要部を示す概略説明図である。この装置は、図１から分かるように、溶解炉１中の導電性金属の溶湯Ｍを、電磁力によって結晶粒の微細化を図って改質し、出力側から適度の張力で引っ張って、高品質の製品（導電性金属シート）Ｐとして次段に送出するものである。前記導電性金属は、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）等の非鉄金属、あるいは鉄金属等の、導電性金属である。この製品Ｐは、公知のように、さらに各種の処理が施されて、より薄く且つより高品質の、最終製品としての導電性金属シートとされる。この意味では、本発明で得られる導電性金属シートは、導電性金属シート用材というべきであるが、ここでは単に導電性金属シートと呼ぶことにする。
前記導電性金属シート製造装置は、より詳しくは、導電性金属の溶湯Ｍを収納する溶解炉１を有する。この溶解炉１の次段には脱ガスと濾過を行う浄化装置としての液溜３が設けられている。液溜３の出口側には、溶湯Ｍを流す樋としての流路５が設けられている。
この流路５中においては導電性金属は液相状態、つまり溶湯Ｍの状態にある。この流路５の途中に後述するように溶湯Ｍを振動（あるいは回転）させて品質を改善する品質改善装置７の一部としての磁場装置２１が設けられている。

この流路５の出口側に溶湯Ｍを冷却して導電性金属シートとする冷却装置８が設けられている。即ち、公知のように、前記流路５の出口側には、溶湯Ｍが流し込まれて、幅及び厚さが決められる長尺状の型枠体（図示せず）が連結されており、この型枠体を挟む上下に、冷却装置８が設けられている。この冷却装置８により溶湯Ｍは次第に固化するがその固化の速度は導電性金属シートを引っ張る速度に依存する。つまり、例えば、引き抜き速度が遅い時は、溶湯Ｍは、後述する先方側のプーリ１１ａを出る時には完全に固化して製品Ｐ（つまり、シートの内部まで固まった製品Ｐ）となり、早い時は、溶湯Ｍは、先方側のプーリ１１ａを出る時には、表面だけが固化し、内部が溶湯Ｍの状態にある半製品Ｐｐとなる。

より詳しくは、この冷却装置８は、上冷却装置８ａと下冷却装置８ｄを備え、共にほぼ同様の構成をしている。よって、先ず、上冷却装置８ｕについて説明すれば、一対のプーリ１１ａ、１１ｂ間に冷却用のベルト１３が掛けられている。前記プーリ１１ａ、１１ｂは少なくとも一方が回転駆動され、これによりベルト１３が図１中右回りに回転する。ベルト１３は製品Ｐ等の材料の導電性金属に対して反応しない安定的な材料（不錆鋼、銅等）で構成されており、いわゆるスチールベルトを用いることができる。このベルト１３は図からも分かるように製品Ｐ等と図１中下側で接して、製品Ｐ等を冷却可能となっている。このベルト１３の近傍にベルト１３を冷却する冷却装置本体１５が設けられている。この冷却装置本体１５はベルト１３を冷却するものであればよく、特にその構造は限定されないが、例えば、冷却用の液体をベルト１３に噴射する構成等を採用することができる。
また、内部を水が流れるいわゆる水冷装置としてのウォータジャケットとすることもできる。これにより、冷却されたベルト１３が製品Ｐ等を冷却する。これにより、固体とされた製品Ｐが得られ、次段に送られる。以上には図１中上冷却装置８ｕについて述べたが下冷却装置８ｄは上冷却装置８ｕと同等であるため詳しい説明は省略する。

而して、前記冷却装置８から出た製品Ｐと、前記溶解炉１中の溶湯Ｍに、それぞれ電気的に接続した下流側の電極１７ａと上流側の電極１７ｂが設けられている。これらの電極１７ａ、１７ｂは前記品質改善装置７の一部を構成するものである。これらの電極１７ａ、１７ｂは配線１９ａ、１９ｂにより電源１８に繋がれている。この電源１８は交流及び直流の電流を電極１７ａ、１７ｂ間に流すことができ、且つ、極性の反転、電圧、電流、周波数の調節が可能なものとして構成されている。

この電源１８により、電極１７ａ、１７ｂ間に電流Ｉを流すことができる。つまり、電源１８、配線１９ａ、電極１７ａ、製品Ｐ、流路５中の溶湯Ｍ、液溜３中の溶湯Ｍ、溶解炉１中の溶湯Ｍ、配線１９ｂ、電源１８、という電流路が形成され、この電流路中を、例えば、電源１８で設定した周波数で交流電流を流すことができる。この電流路の途中に前記品質改善装置７の前記磁場装置２１が設けられている。つまり、図１から分かるように、磁場装置２１は、前記流路５を挟んで図１中上下に配置された永久磁石２１ａ、２１ｂを有する。図１においては、磁力線ＭＬは図１中上から下に走る。前記流路５はスラブやビレット等と比較すれば薄いため、いわゆる磁場効率は極めてよく、磁場装置２１を磁場強度の低いものとしても、結晶粒の微細化等の品質改善は高効率に行われる。

而して、前記流路５中の溶湯Ｍには電流Ｉ（Ｉ１（ａ）、Ｉ２（ｂ））が図１中左右方向に流れ、上下に磁力線ＭＬが走っているので、溶湯Ｍにはフレミングの法則に従った電磁力が作用し、例えば、前記電流Ｉが交流の場合には、溶湯Ｍは振動するように駆動され、溶湯Ｍの品質改善つまり結晶粒の微細化、均一化が行われる。

図３、図４（ａ）、（ｂ）は前記品質改善時の電流Ｉ（Ｉ１（ａ）、Ｉ２（ｂ））、磁力線ＭＬ、電磁力Ｆａ，Ｆｂの様子を示すものである。図３は図１の一部を示し、図４（ａ）、（ｂ）は図３のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面説明図である。図４（ａ）は図３において右向きに電流Ｉ１（ａ）が流れる場合、（ｂ）は左向きに電流Ｉ２（ｂ）が流れる場合の溶湯Ｍへ加わる電磁力Ｆａ，Ｆｂを示している。電源１８の周期（５Ｈｚとか３０Ｈｚとか）に応じて、溶湯Ｍには前記電磁力Ｆａ，Ｆｂが交互に加わり、溶湯Ｍは振動し、溶湯Ｍの品質改善が行われることになる。先にも簡単に述べたが、対象とする溶湯Ｍは薄いため、磁場装置２１による磁場強度だけでなく、流す電流Ｉも少なくてもよい。このことから、本実施形態による電流消費は極めて少ないものとすることができる。

つまり、上記導電性金属シート製造装置では、先にも簡単に述べたが、溶湯Ｍは、溶解炉１、液溜３、流路５、冷却装置８を通って流れて固体状態の製品Ｐとなるが、その途中の流路５において、全部が液体状態の溶湯Ｍであっても、あるいは、外周が固体化し内部だけが液体状態であっても、磁場装置２１からの磁力線ＭＬと、電極１７ａ、１７ｂ間を流れる電流Ｉとによる電磁力Ｆａ，Ｆｂにより、溶湯Ｍが振動させられて、改質される。
つまり、溶湯Ｍの品質改善を行うには、溶湯Ｍが固まる前の何れかの位置において、前記磁力線ＭＬと磁場を掛ければよい。

図２は、本発明の第２の実施形態の導電性金属シート製造装置を示す。この実施形態が図１の実施形態と異なるところは、磁場装置２１を冷却装置本体１５の近傍に設けた点にある。この場合には、流路５から出た溶湯Ｍは既に冷却装置８の後ろ側のプーリ１１ｂを通過してベルト１３で若干冷却されているため、外部は固化し、内部だけが溶湯Ｍの状態にあっても、内部の溶湯Ｍが前記と同様にして改質される。また、この実施形態では、溶湯Ｍが固化する直前においてその品質改善を行っているといえる。そのため、出来上がった製品Ｐは高品質の溶湯Ｍがそのまま固化してより高品質の製品を得ることができる。

上述したところから分かるように、前記各実施形態によれば、磁場装置２１における磁場強度が低くても、また、電極１７ａ、１７ｂ間に流す電流Ｉが小さくても、対象物としての溶湯Ｍ又は半製品Ｐｐが薄いものであるため、高効率に品質の改善を行うことができる。また、溶解炉中の溶湯Ｍから直接導電性金属シート（アルミニウムのシート等）を極めて短時間で作ることができる。

Claims (8)

1. 溶湯源から流出させた導電性金属の溶湯を樋を介して型枠体に導き、前記樋又は前記型枠体で改質し、冷却装置により冷却、固化して導電性金属シートとするに当たり、前記導電性金属の全てが溶湯の状態にある原料品を、冷却装置により冷却することにより、一部が固化し残りが溶湯の状態にある半製品とした後、さらに冷却して、溶湯の全てが固化した製品としての前記導電性金属シートとする、導電性金属シート製造方法であって、
   前記樋又は前記型枠体の近傍に設けた永久磁石による磁場装置により、前記原料品又は前記半製品に、前記原料品又は前記半製品の厚さ方向に磁場を掛け、
   交流電流を流す第１電極と第２電極を準備し、前記第１電極と前記第２電極とを前記導電性金属シートの長さ方向に所定の間隔だけ離間させ、少なくとも前記磁場装置を挟む位置に、配置し、
   前記第１電極を固化後の前記導電性金属シートに電気的に接続させると共に前記第２電極を固化前の溶湯に電気的に接続させ、
   前記第１電極と前記第２電極との間に交流電流を流し、前記交流電流と前記磁場とを交差させて、前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ向かうフレミングの左手の法則による第１のローレンツ力と逆方向へ向かう第２のローレンツ力を交互に発生させ、
   前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力の一方によって、前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の前記一方向へ駆動し、他方によって前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の前記逆方向へ駆動して、
   前記交流電流の周波数に応じて、前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力により、前記原料品又は前記半製品における前記溶湯を前記導電性金属シートの幅方向左右に振動させて、前記溶湯を改質し、
   改質後の溶湯を前記型枠体に設けた前記冷却装置によって冷却して、前記導電性金属シートとする、
   ことを特徴とする導電性金属シート製造方法。
2. 前記第１電極を前記前記導電性金属シートに当接することにより、前記第１電極を前記導電性金属シートに電気的に接続し、前記第２電極を固化前の溶湯に浸漬することにより、前記第２電極を溶湯に電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の導電性金属シート製造方法。
3. 前記樋の近傍に前記磁場装置を設けて、前記冷却装置の前段において前記磁場装置により溶湯に対し磁場を掛ける、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性金属シート製造方法。
4. 前記型枠体の近傍に前記磁場装置を設けて、前記冷却装置による冷却中において前記磁場装置により溶湯に対し磁場を掛ける、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性金属シート製造方法。
5. 溶湯源から流出させた導電性金属の溶湯を樋を介して型枠体に導き、前記樋又は前記型枠体で改質し、冷却装置により冷却、固化して導電性金属シートとするに当たり、前記導電性金属の全てが溶湯の状態にある原料品を、冷却装置により冷却することにより、一部が固化し残りが溶湯の状態にある半製品とした後、さらに冷却して、溶湯の全てが固化した製品としての前記導電性金属シートとする、導電性金属シート製造装置であって、
   前記溶湯源からの溶湯を導く前記樋と、
   前記樋から受けた溶湯を冷却して前記導電性金属シートを作るための前記型枠体と、
   前記樋又は前記型枠体の近傍に設けられ、前記原料品又は前記半製品に、前記原料品又は前記半製品の厚さ方向に磁場を掛ける、永久磁石による磁場装置と、
   前記導電性金属シートの長さ方向に所定の間隔だけ離間させ、少なくとも前記磁場装置を挟む位置に配置した、交流電流を流す、第１電極と第２電極であって、
   前記第１電極と前記第２電極との間に交流電流を流した際に、前記交流電流と前記磁 場とが交差して、前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ向かうフレミングの左手 の法則による第１のローレンツ力と逆方向へ向かう第２のローレンツ力が交互に発生 して、前記第１のローレンツ力及び前記第２のローレンツ力の一方によって前記原料 品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方向の一方向へ駆動し、 他方によって前記原料品又は前記半製品における溶湯を前記導電性金属シートの幅方 向の他方向へ駆動して、前記交流電流の周波数に応じて前記原料品又は前記半製品に おける前記溶湯を前記導電性金属シートの幅方向左右に振動させるように、
   前記第１電極は前記導電性金属シートに電気的に接続され、前記第２電極は固化前の溶湯に電気的に接続されている、第１電極及び第２電極と、
   前記型枠体に設けて溶湯を冷却して前記導電性金属シートとする、前記冷却装置と、
   を備えることを特徴とする導電性金属シート製造装置。
6. 前記第１電極は、前記前記導電性金属シートに当接することにより、前記導電性金属シートに電気的に接続可能で、前記第２電極は、固化前の溶湯に浸漬することにより、前記前記溶解炉中の溶湯と電気的に接続可能である、ものとして構成されていることを特徴とする請求項５に記載の導電性金属シート製造装置。
7. 前記磁場装置は、前記樋の近傍に設けられ、前記冷却装置の前段において溶湯に対し磁場を掛けるものとして構成されている、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の導電性金属シート製造装置。
8. 前記磁場装置は、前記樋の近傍に設けられ、前記冷却装置による冷却中において溶湯に対し磁場を掛けるものとして構成されている、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の導電性金属シート製造装置。

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