JP6474665B2 - 金属板製造装置及び金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロールの如きコンベア手段を用いた連続鋳造によって、金属板、特にクラッド金属板を製造する、特に高速かつ急冷鋳造による金属板製造装置、金属板の製造方法及び製造された金属板に関するものである。

同種又は異種の金属どうしを積層してなる所謂クラッド金属板が知られている。たとえば、自動車業界等において、車両の軽量化などを図るために、アルミニウムクラッド金属板を使用することが提案されている。

一方で、マグネシウムは、アルミニウムに比べて軽量であり、電磁シールド性能等にもすぐれるため、種々の用途への適用が期待されている。

クラッド金属板の製造方法として、双ロール式連続鋳造法が提案されている。たとえば、特許文献１では、一対の双ロールの各々の表面に融点の異なるアルミニウム合金溶湯を供給し、各ロール表面にて各合金溶湯の凝固を開始させると共に、双ロールのキス点近傍においてこれら合金どうしを積層一体化させている。

しかしながら、双ロール式連続鋳造法によるクラッド金属板の製造は、接合時にロールへの抜熱量が多く、温度が低くなりすぎて上手く接合しない場合がある。

そこで、これら方法よりも温度制御を容易とし、安価にクラッド金属板を製造する方法として、特許文献２に示すような単ロール法を提案している。

特許文献２は、ロールを用いた連続鋳造によって、金属板を製造する金属板製造装置であって、冷却能を有するロールと、金属溶湯を貯めるためのプールとを具える。プールには、ロールの回転方向前方に位置し、先端部とロールの表面との間の距離が変わり得るように可動に設けられたスクレイパーを有している。ロールを回転すると、プール内の金属溶湯が冷却されつつロール表面に半凝固状態乃至凝固状態でプールから引き出される。引き出される金属には、スクレイパーの先端部が一定の力で面的に押し付けられているから、ロールにて冷却されて凝固状態となった金属層の表面に形成される溶湯又は半凝固状態の金属は、スクレイパーの先端部によって掻き取られ、略一定厚さの金属層を得ることができる。

上記特許文献２において、図５乃至図８に示されているように、ロールの回転方向に第１金属溶湯と第２金属溶湯の注湯されたプールと、スクレイパーを２段に設け、手前側の第１プールから第１スクレイパーを通過した第１金属層を第２プールに侵入させる。そして、第１金属層の上に第２プールの金属溶湯を当接させ、第１金属層の上に形成された第２金属層の半凝固状態の固相率の低い部分を第２スクレイパーで掻き取ることで、第１金属層の上に第２金属層が形成されたクラッド金属板を製造している。

特開２００８−１４２７６３号公報 特開２０１１−２０６８３５号公報

特許文献１では、図１乃至図３の双ロール方式の場合は、金属板が鉛直方向に落下するため、搬送方向を途中で水平方向に変更する必要があり、品質上好ましくない。また、装置高さも必要となる。図４乃至図８の双ロール方式の場合は、仕切り板とタンディッシュの一部が仕切り板となっているため、位置制御が複雑となり、安定した成形が困難である。

特許文献２では、第１金属と第２金属は、凝固温度範囲が実質的に等しい材料を用いる必要がある。なぜなら、第１金属の凝固温度が、第２金属の凝固温度よりも高いと、第１金属層を第２プール中に侵入させたときに、第１金属上で第２金属が凝固せず、又、半凝固状態となったとしても固相率が低く、後段側の第２スクレイパーによって第２金属が殆んど削がれてしまうためである。

また、特許文献２では、半凝固状態においても金属の材料の違いにより、固相率が高くとも流動抵抗が低い金属材料では、スクレイパーで掻き取られてしまい、スクレイパーの後ろに堆積し、凝固してしまうため、安定した連続的な鋳造ができない。

クラッド板の製造においては、半凝固状態の固相率の低い第２金属を第２スクレイパーで掻き取っているから、第２金属層には、ロールの回転方向である長手方向に、筋状の掻き傷が残ることがあり、幅方向の平坦性に劣る。これは、第２スクレイパーの先端部に固相率が高い半凝固状態の第２金属が玉状となって付着してしまうため金属板表面に掻き傷がつくことや、第２スクレイパーの先端部の断熱性を高めるために先端部に装着された断熱材の凹凸が転写されてしまうことが原因と考えられる。

一定厚さのクラッド金属板を得るには、金属溶湯の温度、ロールの温度、ロールの回転速度、さらには、第２スクレイパーの押し付け強さの調整等の生産条件の制御が必要となるが、これら種々の条件を調整することは困難であった。

また、従来、マグネシウム合金からなるクラッド金属板は、予め第１金属板と第２金属板を熱間圧延で作製した後、これら両金属板を熱間圧延により接合している。熱間圧延の工程には、高額の製造装置が必要となり、金属板の製造コストも高くなっていた。さらに、マグネシウム合金は酸化し易いため、第１金属板、第２金属板の表面に酸化膜が形成される。そして、この酸化膜が、両金属板の接合面に残存することで接合性が低下し、両金属板を剥離し難く一体化することは困難であった。さらに、アルミニウムを９％以上含むマグネシウム合金（例えばＡＺ９１）の場合は、硬いため熱間圧延が困難であった。同様にマグネシウムを４％以上含むアルミニウム合金（例えばＡ５１８２）も、硬いため熱間圧延が困難であり、表面の酸化のためクラッド化が困難であった。

従って、特にマグネシウム又はアルミニウム含有量が高いマグネシウム合金を第１金属板、第２金属板とし、これらの接合性が良好なクラッド金属板の提供や、これを製造する金属板製造装置、製造方法の開発が強く望まれている。

本発明の目的は、圧延のような工程を要せず、溶湯からロールを用いた連続鋳造によって金属板、特にマグネシウム合金、さらにはアルミニウム含有量が高いマグネシウム合金のクラッド金属板を製造する金属板製造装置及び金属板、特にクラッド金属の製造方法において、上記した諸問題を解消することを目的とし、省工程で、安価に、簡易な装置で製造できる金属板製造装置、金属板の製造方法、及び、これによって製造された金属板を提供することである。さらに生産性の観点から、鋳造速度が１０ｍ／分〜１２０ｍ／分、且つ、冷却速度が１００℃／秒〜２０００℃／秒の高速急冷鋳造で高い生産性を有する製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。さらには、本発明は、表面が幅方向の平坦性をも兼ね具えた金属板の製造装置、金属板の製造方法、及び、これによって製造された金属板を提供することを目的とする。

本発明に係る金属板製造装置は、
冷却能を有し走行するコンベア手段と、
前記コンベア手段上に形成され、第１金属溶湯を貯めるための第１プールと、
前記コンベア手段上に形成され、前記第１プールよりも前記コンベア手段の走行方向前方に設けられた第２金属溶湯を貯めるための第２プールと、
を具え、
前記第１プールは、前記コンベア手段の表面と、前記コンベア手段の走行方向前方に位置する第１プレートと、前記第１プレートの走行方向後方に位置する後部材と、両サイド部材と、で囲まれており、
前記コンベア手段は、前記第１プール内の第１金属溶湯を冷却して前記コンベア手段の表面に半凝固状態又は凝固状態の第１金属層を形成しながら第１金属層を伴って走行するようになっており、
前記第１プレートは、先端部を有し、第１プレート先端部と前記コンベア手段の表面との間の距離が変わり得るように可動に設けられており、前記コンベア手段の走行に伴って移動する前記第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層は通過するが溶湯は通過しないように、前記第１プレート先端部が一定の力で面的に常時当接するように付勢されており、
前記第２プールは、前記第１プール内で前記コンベア手段上に形成された第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層表面と、前記コンベア手段の走行方向前方に位置する第２プレートと、前記コンベア手段の走行方向後方に位置する前記第１プレートと、両サイド部材と、で囲まれており、前記第２プール内で、前記コンベア手段上に形成された前記第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層表面の上に、前記第２プール内の第２金属が積層され凝固状態、半凝固状態乃至溶湯状態の第２金属層を形成しながら前記コンベア手段の走行により移動するようになっており、
前記第２プレートは、少なくとも一定の厚さ以下の溶湯状態の前記第２金属の通過を許容するようにされており、第２プレート先端に脚部と通過部を有する形状のプレートの場合は、通過部の高さにより前記第２金属の流量を調節し、第２プレートの先端に脚部を有しない形状のプレートの場合は、第２プレート先端を一定の高さに保つ付勢力により前記第２金属の流量を調節、又は、第２プレート先端の高さ位置により前記第２金属の流量を調節する、所定の通過量を得る手段を有し、
前記第２プレートを通過した後の溶湯が前記走行手段の側面に流れることを防止する手段を有する。

前記第２プレートよりも前記コンベア手段の走行方向前方には、前記コンベア手段と対向し、前記第２金属の未凝固表面に接し均す均し手段を設けることができる。

前記コンベア手段は、外周断面が円形の第１ロールであって、
前記均し手段は、前記第１ロールの回転軸と平行な回転軸を有し、前記第１ロールと反対方向に回転し冷却能を有する、第２ロールとすることができる。

前記均し手段は、前記第２金属の表面に当接するよう付勢されている第３プレートとすることができる。

前記第１金属及び前記第２金属は、マグネシウム合金、又は、前記第１金属及び前記第２金属は、アルミニウム合金とすることができる。

また、本発明に係る金属板の製造方法は、
上記金属板製造装置を用いて金属板を製造する方法であって、
前記第１プール及び前記第２プールに夫々前記第１金属溶湯、前記第２金属溶湯を注湯し、
前記コンベア手段を走行させて、
前記第１プール内の前記第１金属溶湯を前記コンベア手段によって冷却して、前記コンベア手段の表面に凝固状態層及び／又は半凝固状態層を有する第１金属層を形成し、前記第１金属層を前記第１プレートの先端部を通過させて前記第２プールに侵入させ、
前記第２プール内にて、前記第１金属層の上に少なくとも一定厚差以下の凝固状態、半凝固状態乃至溶融状態の前記第２金属層を形成しながら前記第２プレートの前記間隔保持手段を通過させることで、前記第１金属層の上に少なくとも溶融状態の第２金属を形成するようにした。

本発明のクラッド金属板は、
マグネシウム又はマグネシウム合金の金属層の上に、マグネシウム又はマグネシウム合金の金属層が形成されたクラッド金属板であって、前記両金属層は、共に鋳造組織を有する。

前記金属層は、急冷によって形成された微細化組織を有する。

本発明の金属板製造装置及び金属板の製造方法によれば、圧延などの工程を要せず、省工程で、安価、簡易な装置で複層の金属板の製造が可能となる。
本発明の金属板製造装置及び金属板の製造方法によれば、第１プレートを通過した第１金属層の上に、少なくとも溶融状態の第２金属を含む第２金属層が積層された状態で第２プレートを通過する。溶融状態の第２金属は、第２プレートの通過量保持手段を通過する際に掻き傷の如き傷が生じない。従って、製造された金属板は、第２金属層の表面を幅方向に平坦にできる。

また、第２プレートを通過した後、溶融状態の第２金属層の表面を均し手段によって滑らかにすることで、得られた金属板は、厚さが一定で、表面を幅方向に平坦且つ平滑なものとすることが出来る。また、第２金属が完全に凝固する前に表面を均すことで、均し手段の押し付け圧力も低くて済む。

本発明の金属板製造装置及び金属板の製造方法は、とくに、第１金属及び第２金属がマグネシウム合金であるクラッド金属板の製造に好適である。マグネシウム合金は、易酸化金属であるが、第１プールにて第１金属層が形成された後、第１金属層は表面が酸化雰囲気に触れることなく第２プールに侵入し、第２金属層が形成されるから、第１金属層と第２金属層との間に酸素が入ることはないので、第１金属層と第２金属層の良好な接合状態を維持できる。
なお、第１金属及び第２金属がアルミニウム又はアルミニウム合金でも好適に利用ができる。

本発明の製造装置や製造方法により製造されたクラッド金属板は、高速冷却すれば、微細化された鋳造組織を有し高延性を具備できる。

また、本発明のマグネシウム又はマグネシウム合金のクラッド金属板は、共に鋳造組織を有する、圧延なしに製造された、接合されたクラッド材である。高速急冷鋳造法によれば微細化組織を有する為、高延性を具備できる。本発明のクラッド金属板によれば、熱間圧延で製造されたクラッド金属板に比べて、金属層間に酸化膜の介在や酸素の混入が防がれるため、金属層どうしの高い接合性を具備できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る金属板製造装置を示す断面概略図である。 図２は、図１の矢印II方向からの矢視部分図である。 図３は、図１の線III−IIIの矢視断面図である。 図４は、図１の線IV−IVの矢視断面図である。 図５は、第１プレートの先端部の異なる実施形態を示す断面図である。 図６は、第２プレートの先端部の斜視図である。 図７は、第１実施形態の金属板製造装置により金属板を製造している状態を示す断面概略図である。 図８は、図７の丸囲み部Ａの拡大断面図である。 図９は、図７の線Ｂ−Ｂに沿って切断した金属層を説明する断面図である。 図１０は、図７の線Ｃ−Ｃに沿って切断した金属板を説明する断面図であって、均し手段を通過後の図である。 図１１は、本発明の第３実施形態に係る金属板製造装置を示す断面概略図である。第２プレートを固定した金属板製造装置を示している。 図１２は、第２プレートの先端部の異なる実施形態を示す斜視図である。 図１３は、サイド部材をコンベア手段に鍔状に設けた実施形態を示す斜視図である。 図１４は、図７の丸囲み部Ｄの拡大図であって、均しロールの前にプレートを設けた図である。 図１５は、本発明の第２実施形態に係る金属板製造装置を示す断面概略図であって、均し手段なしの金属板製造装置を示している。 図１６は、本発明の第３実施形態に係る金属板製造装置を示す断面概略図であって、均し手段として第３プレートを採用した金属板製造装置を示している。 図１７は、第１実施例に係るクラッド金属板の断面写真である。 図１８は、第１実施例に係るクラッド金属板の断面にエッチング処理を施して撮影した第２金属層表面近傍の顕微鏡写真である。 図１９は、第２実施例に係るクラッド金属板の断面写真である。 図２０は、第２実施例に係るクラッド金属板の断面にエッチング処理を施して撮影した第２金属層表面近傍の顕微鏡写真である。 図２１は、第２実施例に係るクラッド金属板の初端の写真である。 図２２は、第２実施例に係るクラッド金属板を折り曲げて破断させた端面を示す写真である。 図２３は、第３実施例に係るクラッド金属板の断面写真である。 図２４は、第３実施例に係るクラッド金属板の断面にエッチング処理を施して撮影した第２金属層表面近傍の顕微鏡写真である。 図２５は、金属板の幅方向の平坦性を示す写真である。

以下、本発明の一実施形態に係る金属板製造装置１０について図面を参照しながら説明を行なう。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る金属板製造装置１０の実施形態を示す断面概略図である。金属板製造装置１０は、同種又は異種の２種類の金属溶湯から単層の金属板を製造するための装置であり、単ロール法を採用している。

図１に示すように、金属板製造装置１０は、コンベアロール２０の如きコンベア手段と、夫々に金属溶湯を貯める第１プール３０及び第２プール５０を具えている。

コンベア手段は、本実施形態では、コンベアロール２０として示される単ロールである。コンベア手段は、金属溶湯の送出機能と冷却機能を具備していれば、ロール形状、ベルト形状等であってもよい。コンベア手段としてロール形状を採用することで製造装置を簡易に構成することができる。

コンベアロール２０の金属溶湯の送出機能は、コンベアロール２０を回転駆動可能に構成することで実現できる。たとえば、送出機能は、コンベアロール２０を金属溶湯を送出可能となるように図１の矢印Ｒ１方向に回転（走行）可能に配置し、コンベアロール２０の軸をモータ等により回転させればよい。

また、コンベアロール２０は、その表面２２に接触した金属溶湯を冷却するための冷却機能を有している。その冷却機能は、冷却水がコンベアロール２０の内部を循環することにより冷却機能を発揮する「水冷式」を例示できるが、他の機構を採用してもかまわない。また、コンベアロール２０の外部に冷却機構を備えていれば、コンベアロール２０の内部に冷却機構を有していなくてもよい。

上述した送出機能と冷却機能を具備するコンベアロール２０は、その表面２２に接触する第１プール３０及び第２プール５０内の金属溶湯８０，９０（図７参照）を冷却しながら回転する。

第１プール３０は、図１に示すように、第１金属溶湯を貯めることができるように、コンベアロール２０の表面２２と、コンベアロール２０の回転（走行）方向（矢印Ｒ１方向）前方に位置する第１プレート４０と、コンベアロール２０の回転方向後方に位置する後部材３２と、両サイド部材３４とで囲まれている。

後部材３２は、図１及び図２に示すように、第１プール３０からコンベアロール２０の後方側への第１金属溶湯の漏れを防ぐ部材である。後部材３２は、製作が安価で設置が簡単なため、本実施形態ではプレートで構成されているが、第１プール３０の後壁を構成できるならば、他の部材でもよい。後部材３２の先端縁は、第１プール３０内に貯められた第１金属溶湯が後方へ漏れるのを防止できる距離まで、コンベアロール２０の表面２２に近接している。後部材３２の先端縁は、コンベアロール２０の回転を許容する限りにおいて、コンベアロール２０の表面２２に当接してもよいが、回転するコンベアロール２０との摩擦によって互いに摩耗しないようにするには、コンベアロール２０の表面２２に当接していない方が好ましい。

両サイド部材３４，３４は、図１乃至図４に示すように、第１プール３０や第２プール５０からコンベアロール２０の側方への第１金属溶湯、第２金属溶湯の漏れを防ぐ部材である。サイド部材３４の内面は、第１プール３０内及び第２プール５０内に貯めた第１金属溶湯及び第２金属溶湯、第２プレート６０を通過した第２金属溶湯がコンベアロール２０の両側に漏れるのを防止できる距離まで、コンベアロール２０の側面に近接している。なお、両サイド部材３４は、本実施形態ではプレートで構成されているが、第１プール３０及び第２プール５０の両側壁を構成し、さらには、第２プレート６０を通過した第２金属溶湯がコンベアロール２０の両側に漏れる防止できるならば、他の部材でもよい。

第１プレート４０は、図１及び図３に示すように、第１プール３０の前壁を構成すると共に、次に説明する第２プール５０の後壁を構成するように、プレートを加工して設けられている。第１プレート４０は、図１及び図３では、先端が折れ曲がった形態を有しているが、断面が直線状又は円弧状の形態を有していてもよい。第１プレート４０の先端部４２は、図１に示すように、コンベアロール２０の表面２２との間の距離Ｈ１が変わり得るように可動に設けることができる。具体的には、第１プレート４０は、基端部にて水平軸４３を回転軸として（矢印Ｙ方向）に回動自在に支持されており、これにより、距離Ｈ１が可変となっている。また、第１プレート４０は、距離Ｈ１が小さくなる方向（矢印Ｙ１方向）に回動するように、常時付勢制御されている。第１プレート４０の基端部には、紐４４ａを介して所定重量の錘４４が連結されており、第１プレート４０は、錘４４によって、矢印Ｙ１方向に回動するように、常時、一定の力で引っ張られている。これにより、第１プレート４０の先端部４２は、コンベアロール２０の表面２２に向かって、常時、一定の力で付勢されている。この押し付け力は、第１プレート４０の先端部４２とコンベアロール２０の表面２２との間を通過する第１金属層の表面に強く当接して、第１金属層の表面に付着した未凝固又は半凝固状態の第１金属を掻き出し、第２プール５０に未凝固又は半凝固状態の第１金属が流出することを防ぐ。なお、未凝固又は半凝固状態の第１金属が第２プール５０へ流出することを防止しているのは、第２プール５０内の第２金属溶湯の成分変化や汚染を防止するためである。

第１プレート４０の先端部４２には、図５に示すように断熱材４６を貼り付けることができる。断熱材４６として、アルミナファイバーの如き不織布（たとえば、商品名「イソウール」(登録商標））を例示できる。より詳細には、図５（ａ）、（ｂ）は、先端部４２を包むように断熱材４６を貼り付けた例であり、図５（ｃ）、（ｄ）は、第１プレート４０の先端部４２が露出するように断熱材４６を貼り付けた例である。先端部４２を包むように断熱材４６を貼り付けると、第１金属が第２プール５０に流出することを防ぐ効果が高まり、先端部４２を露出するように断熱材４６を貼り付けつけると、第１金属層の表面に断熱材の凸凹が転写されてしまうことを防ぎ、幅方向の平坦性が高まる効果がある。

第１プレート４０の材質としては限定されないが、少なくとも先端部４２は、金属、セラミックス、窒化ケイ素、ボロンナイトライド、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニアなどがある。

第２プール５０は、図１に示すように、第２金属溶湯を貯めることができるように、コンベアロール２０の表面２２と、コンベアロール２０の回転（走行）方向（矢印Ｒ１方向）前方に位置する第２プレート６０と、コンベアロール２０の回転方向後方に位置する前述の第１プレート４０と、両サイド部材３４，３４とで囲まれている。

第２プール５０の前壁を構成する第２プレート６０は、図１、図４及び図６に示すように、プレートを加工して設けられている。第２プレート６０は、図１では、断面が、折れ曲がった形態を有しているが、断面が直線状又は円弧状の形態を有していてもよい。

第２プレート６０の材質としては限定されないが、少なくとも先端部４２は、金属、セラミックス、窒化ケイ素、ボロンナイトライド、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニアなどがある。

第２プレート６０の先端部６２は、図１に示す如く、コンベアロール２０の表面２２との間の距離Ｈ２が変わり得るように可動に設けられている。具体的には、第２プレート６０は、基端部にて水平軸６３を回転軸として（矢印Ｙ方向）に回動自在に支持されており、これにより、距離Ｈ２が可変となっている。また、第２プレート６０は、距離Ｈ２が小さくなる方向（矢印Ｙ１方向）に回動するように、常時付勢制御されている。付勢制御のための間隔保持手段として、第２プレート６０の基端部には、紐６４ａを介して所定重量の錘６４が連結されており、第２プレート６０は、錘６４によって、矢印Ｙ１方向に回動するように、常時、一定の力で引っ張られている。これにより、第２プレート６０の先端部６２は、コンベアロール２０の表面２２に向かって、常時、一定の力で付勢されている。

第２プレート６０の先端部６２には当接部が設けられており、当接部には第２金属溶湯９０の表面と接する当接面６５が設けられている。

第２プレート６０に付勢される力は当接面６５より第２金属溶湯９０に対する押し付け力として作用する。この押し付け力は、後述するとおり、第２金属溶湯９０が所定厚さの溶湯状態で第２プレート６０の当接面６５を通過するよう設定される。すなわち、第１プレート４０と第２プレート６０の押し付け力を比べると、第２プレート６０の押し付け力は、第１プレート４０の押し付け力よりも小さくなるよう設定されている。

第２プレート６０の押し付け力を上記のとおり設定することで、当接面６５から一定の押し付け力で第２金属溶湯９０を押さえ、当接面６５が沈み込まない一定の反力を受けて、当接面６５の高さを遊動させて保つことができる。

なお、図６に示すように、第２プレート６０には、断熱材６６を貼り付けることが望ましい。これにより、第２金属溶湯９０に対する保温効果を高めることができると共に、第２プレート６０に溶湯が付着して凝固してしまうことを抑えることができる。たとえば、断熱材６６はアルミナファイバーの如き不織布（たとえば、商品名「イソウール」(登録商標））を例示できる。特に、断熱材６６は、第２プレート６０の第２プール５０側に配置することで、更に第２プレート６０と第２金属溶湯間の反応を防ぐこともできる。

また、コンベアロール２０には、図１に示すように、第２プレート６０よりもコンベアロール２０の回転方向前方にてコンベアロール２０と対向し、第２プレート６０を通過した第２金属溶湯９０を均す機能を有する均し手段が配置されている。図示では、均し手段は、均しロール７０であって、この均し手段で第２金属溶湯９０を未硬化の状態で均すことにより、押しつぶされた第２金属溶湯９０を第１金属層８３、又は、凝固、半凝固状態の第２金属層９３と一体化させる機能を有する。

また、均し手段である均しロール７０により、製造されるクラッド金属板１００は、表面が幅方向に平坦化され、その厚さを調整することができる。望ましくは、均しロール７０に水冷等の冷却機能を有することで、第２金属溶湯９０を急冷して凝固させることができる。このように、第２金属が溶湯又は半凝固の柔らかい状態で、均しロール７０を当てることにより、金属板表面１００を平坦化することができる。特許文献２の方法では、溶湯又は半凝固状態の第２金属はスクレイパーで掻き取られる為、未凝固の層が無く、均すことができない。

上記構成の金属板製造装置１０を用いた金属板の製造方法について、図７乃至図１０を参照しながら説明する。

まず、金属板製造装置１０を起動するとコンベアロール２０が回転を開始するとともに、冷却機能が作動する。次に第１プール３０及び第２プール５０に夫々第１金属溶湯８０、第２金属溶湯９０を注湯する。

第１金属溶湯８０及び第２金属溶湯９０として、同種又は異種の合金組成を有する金属の溶湯を採用できる。なお、望ましい第１金属溶湯８０及び第２金属溶湯９０の組合せについては後述する。

まず第１プール３０に着目すると、コンベアロール２０が、所定速度で回転し、その表面２２に接触している第１プール３０内の第１金属溶湯８０が冷却を受け、徐々に凝固しながら厚くなり、凝固状態の第１金属層８３を形成する。後部材３２の下端縁からスクレイパープレート４０の先端部４２までの円周距離Ｌ１（図７）は、第１金属溶湯８０が凝固して、第１プレート４０の先端部４２とコンベアロール２０の表面２２との間の距離Ｈ１（図１参照）の高さに相当する第１金属層８３を形成するよう設定されている。そして、コンベアロール２０の走行により、第１金属層８３が、第１プレート４０の先端部４２とコンベアロール２０の表面２２との間を通過する。第１プレート４０は、錘４４による付勢力によって第１金属層８３に押し付けられているから、第１プレート４０を通過する際に、第１金属層８３上に形成された未凝固又は半凝固状態の第１金属溶湯８０は、第１プレート４０の先端部４２と当接することで掻き取られる。

そして、凝固状態の第１金属層８３が、第１プレート４０を通過して第２プール５０に侵入する。第２プール５０には第２金属溶湯９０が注湯されているから、第２プール５０に侵入した第１金属層８３は、第２金属溶湯９０と接する。このとき、第１金属層８３の表面は、酸化雰囲気に曝されることなく第２プール５０に侵入するから、第１金属層８３の表面が酸化されてしまうことはない。

第１金属層８３は、コンベアロール２０の表面２２から冷却を受け続けるため、冷却を受けた第１金属層８３の表面に当接する第２金属溶湯９０は、漸次半凝固状態又は凝固状態で第１金属層８３の表面に付着していく。この付着した凝固状態又は半凝固状態の第２金属を第２金属凝固層９１と称する。第２金属凝固層９１と第１金属層８３との当接面で剥離し難く一体化する。なお、この第２金属凝固層９１は、第２プレート６０の先端部６２を通過する状態において、当該先端部６２には届かない厚さとなるように形成されるよう、第２プレート６０の先端部６２とコンベアロール２０の表面２２との距離Ｈ２（図１及び図８参照）及び押し付け力が設定されている。

なお、本実施形態では、第２プレート６０は、錘６４によって図１の矢印Ｙ１方向に回動するように、常時、一定の力で引っ張られているから、たとえ、第２金属凝固層９１が厚く形成されてしまったとしても、第２プレート６０を通過可能である。

一方、第２金属凝固層９１の上には、第２プール５０内で、図７及び図８に示すように、第２金属が溶湯状態のまま載っている。そして、溶湯状態の第２金属は、第２金属凝固層９１の表面と第２プレート６０の先端部６２の間から溶湯状態で流出通過する。第２金属凝固層９１と共に第２プレート６０を通過する第２金属溶湯を、第２金属溶湯層９２と称する。

図９は、第２プレート６０の先端部６２を通過した金属の断面図である。図に示すように、金属は、第１金属層８３の上に第２金属凝固層９１、さらにその上に溶湯状態の第２金属溶湯層９２が形成されていることがわかる。

この状態で、コンベアロール２０からさらに冷却を受けながら、図７に示す均しロール７０によって、第２金属溶湯層９２が未凝固の状態で均されつつ冷却を受けることで、押しつぶされた第２金属溶湯層９２が凝固し、図９に示すように、第２金属凝固層９１と一体化されて第２金属層９３となる。これにより、第１金属層８３と第２金属層９３が一体化したクラッド金属板１００が得られる。

得られたクラッド金属板１００は、後述する実施例にて説明するとおり、第１金属層８３と第２金属層９３との間が酸化されることなく一体化されており、第１金属層８３と第２金属層９３は共に鋳造組織を有する。冷却機能を有する均しロール７０を作用した場合には、均しロール７０により第２金属層９３の表面が幅方向に平坦且つ平滑で有ることが観察される。

鋳造速度が１０ｍ／分〜１２０ｍ／分で、冷却速度が１００℃／秒〜２０００℃／秒の高速急冷鋳造を行なえば第１金属層８３及び第２金属層９３が微細化された鋳造組織となり高延性を具備するクラッド金属板１００となる。

なお、製造されたクラッド金属板１００について、第２金属層９３は、第１金属層８３側と第２金属層９３の表面側から凝固した組織が異なることが観察できるため、第１金属層８３と第２金属層９３を判別することができる。

以下、本発明の金属板製造装置１０の異なる実施形態について説明する。これら実施形態は、上述した実施形態と組み合わせることができる。また、以下の実施形態どうしを組み合わせることも勿論できる。なお、上記実施形態と同じ部材については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図１１は、第２プレート６０を位置制御、たとえば固定した実施形態である。第２プレート６０は、先端部６２がコンベアロール２０の表面に対し一定高さ（間隔Ｈ２）を保持するように金属板製造装置１０に固定されている。これにより、第２プレート６０を通過する金属の高さを一定にすることができる利点がある。

図１２は、第２プレート６０の異なる実施形態を示している。図１２の第２プレート６０は先端部６２の両側の脚部６８、６８間にコンベアロール２０の表面から離れる方向に高さＨ３分凹んだ通過部６７を有する。通過部６７を形成することで、第２プレート６０は、脚部６８，６８の先端が凝固状態の第１金属層８３又は第２金属凝固層９１の形状に倣って揺動する。その結果、通過部６７には、第２金属溶湯のみが通過することとなり、一定厚さの第２金属溶湯層９２を流出させることができる。

通過部６７の高さＨ３を適正に設定することにより通過する溶湯量が定まる。この為、過当な第２金属溶湯９０の流出も防ぐことができ、製造条件の制御設定も容易とすることができる。

なお、図１２の第２プレート６０を用いた場合、脚部６８，６８でわずかに掻き取られた第１金属が、第２プール５０に混入することも考えられる。第１金属層と第２金属層の成分が異なり、第１金属成分が第２プールに混入することを防止したい場合は、脚部を使用せずにロール面に対して第２プレートの先端とロール面の距離を一定に保つＨ２の高さを制御する方法を用いれば良い。

図１３は、両サイド部材３４，３４の異なる実施形態であり、コンベアロール２０の両端に鍔状に両サイド部材３４を一体に取り付けたものである。

また、均し手段である均しロール７０の手前に、図７の丸囲み部Ａの拡大図１４に示すように、プレート９８を設け、第２金属層の未凝固部分の均しロール７０と接触する流量をさらに調整し第２金属層の厚みを調整するようにしてもよい。均しロール７０の手前で、均しロール７０と接触する未凝固の第２金属の流量を調整することで、第２金属層の厚みをより正確に調整することが可能となる。なお、図１４を参照すると、均しロール７０の表面に当接した第２金属溶湯９０は、均しロール７０から冷却を受けて均しロール７０上に薄い凝固層を形成する。

図１５は、均し手段なしの金属板製造装置１０の実施形態である。均し手段なしとすることで、製造されるクラッド金属板１００の表面には凹凸が生ずることになるが、溶湯状態の第２金属溶湯層９２は流動性を有するため、微細な凹凸は消失する。製造されたクラッド金属板１００には、必要に応じて熱間又は冷間で別工程となる圧延加工を施せばよい。

図１６は、均し手段の異なる実施形態である。図示の均し手段は、板状の均しプレート７２であって、先端が第２プレート６０を通過した第２金属溶湯層９２と当接可能な高さに位置している。必要に応じて、均しプレート７２には冷却機能を具備させることができる。

続いて、本発明に適用可能な金属溶湯について説明する。本発明に適用可能な金属溶湯及びその組合せとして、上述したとおり同種又は異種の金属を例示できる。採用される金属として、マグネシウム系の金属、アルミニウム系の金属、銅系の金属などを例示することができる。なお、第１金属と第２金属は、凝固温度範囲が実質的に等しい材料、又は、第２金属の凝固温度が、第１金属の凝固温度以下の材料を採用することが好適である。

より具体的には、マグネシウム系の金属として、マグネシウムやマグネシウム合金、ＡＺ系合金、ＡＭ系合金、ＺＫ系合金、マグネシウム基をマトリックスとする複合材料を例示できる。

また、アルミニウム系の金属として、アルミニウム、アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｓｉ量が７％以上のＡｌ合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、ＪＩＳ１０００系乃至８０００系Ａｌ合金、その他実用的なＡｌ合金などのアルミニウム合金、Ａｌ−ＳｉＣ_ｐ（Ａｌ合金にＳｉＣのセラミック粉末を含む）などのアルミニウム基をマトリックスとする複合材料を例示できる。

銅系の金属として、銅、真鍮などの銅合金を例示でき、その他亜鉛、亜鉛合金、鉛、鉛合金、鉄合金、鋳鉄などが好適である。

特に、本発明は、マグネシウム、マグネシウム合金を金属溶湯とするクラッド金属板の製造に好適である。その理由として、マグネシウムやマグネシウム合金は、非常に酸化されやすい金属であり、熱間圧延によって２枚のマグネシウム又はマグネシウム合金金属板を接合した場合、金属板どうしの接合面に酸化膜が介在又は酸素が混入し、その接合部分にて脆化が生じ、第１金属層と第２金属層との接合状態が劣化するためである。また、この種クラッド金属板は加工組織となる。

本発明のマグネシウム又はマグネシウム合金のクラッド金属板は、急速冷却（急冷凝固）すれば、第１金属層８３及び第２金属層９３が微細化された組織となり高延性を具備するクラッド金属板となることはもちろん、金属層間の接合面に酸素が混入しないため金属層どうしの接合強度を可及的に高めることができる。

第１実施例乃至第４実施例のクラッド金属板を図１に示す金属板製造装置１０を使用して製造した。金属板製造装置１０の詳細は以下のとおりである。

[コンベアロール２０（冷却ロール）]
・ロール材質…銅合金
・ロール直径…１０００ｍｍ
・ロール幅…１００ｍｍ
・ロールの回転速度（周速）…３０ｍ／分
・ロールの冷却方式…循環水による水冷

[第１プレート４０]
・形態…図１に示したような折り曲げ形態を有したもの
・材質…鋼板
・先端部４２の幅…１００ｍｍ
・コンベアロール２０の表面２２と第１プレート４０の先端との注湯開始前距離Ｈ１…１ｍｍ

・第１プール３０と第２プール５０側の両面を断熱材６６であるイソルール(登録商標）（２ｍｍ厚）で覆い、更にＢＮ（窒化ホウ素）スプレーしたもので覆ったもの
・第１プレート４０の押し付け荷重（付勢力）：１０ｋｇ
（第１プレート４０の先端で、バネ秤を用い実測し、１０ｋｇになるように錘４４を調整した。

[第２プレート６０]
・形態…図１に示すような折り曲げ形態を有したもの
・材質…鋼板
・先端部６２の幅…１００ｍｍ
・コンベアロール２０の表面２２と第２プレート６０の先端との注湯開始前距離Ｈ２…４ｍｍ
・第２プール５０側を断熱材６６であるイソルール(登録商標）（２ｍｍ厚）で覆い、更にＢＮ（窒化ホウ素）スプレーしたもので覆ったもの
・第２プレート６０の押し付け荷重（付勢力）：５ｋｇ
（第２プレート６０の先端で、バネ秤を用い実測し、５ｋｇになるように錘６４を調整した。

［サイド部材３４］
・形状…長方形の板材
・使用形態…溶湯が漏れず、第１プレート及び第２プレートが可動なようにわずかな隙間を空けて取り付けられている。
・材質…鋼板。第１プール３０及び第２プール５０側を断熱材であるイソルール(登録商標）（２ｍｍ厚）で覆い、更にＢＮ（窒化ホウ素）スプレーしたもので覆ったもの

[均しロール７０]
・均しロール材質…銅
・均しロール直径…３００ｍｍ
・均しロール幅…１００ｍｍ
・単位幅当たりの均しロールの押し付け荷重で付勢力一定で押しつける（図１のＦ１）…１０ｋＮ（０．１ｋＮ／ｍｍ）
・均しロールの回転速度（周速）…３０ｍ／分
・ロールの冷却方式…水冷方式
・コンベアロール２０の表面２２と均しロールとの注湯開始前の距離…２ｍｍ

上記構成の金属板製造装置１０について、第１実施例乃至第４実施例では、下記の第１金属と第２金属の組合せでクラッド金属板を製造した。

[第１実施例]
第１金属溶湯８０：材料…ＡＭ６０、固相線温度…５４０℃、液相線温度…６１５℃
第２金属溶湯９０：材料…ＡＺ９１、固相線温度…４７０℃、液相線温度…５９５℃

[第２実施例]
第１金属溶湯８０：材料…ＡＭ６０、固相線温度…５４０℃、液相線温度…６１５℃
第２金属溶湯９０：材料…ＡＺ１２１、固相線温度…４３３℃、液相線温度…５８５℃

[第３実施例]
第１金属溶湯８０：材料…ＡＣ７Ａ（Ａｌ−Ｍｇ合金）、固相線温度…５７０℃、液相線温度…６３５℃
第２金属溶湯９０：材料…ＡＣ４Ｃ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金）、固相線温度…５５５℃、液相線温度…６１０℃

[第４実施例]
第１金属溶湯８０：材料…３００３（Ａｌ−Ｍｇ合金）、固相線温度…６４３℃、液相線温度…６５５℃
第２金属溶湯９０：材料…ＡＣ７Ａ（Ａｌ−Ｍｇ合金）、固相線温度…５７０℃、液相線温度…６３５℃

上記により製造されたクラッド金属板１００について、夫々エッチングを施し、断面の写真を撮影した。第１実施例については図１７、第２実施例は図１９、第３実施例は図２３に示している（第４実施例については図面なし）。

各図を参照すると、何れも第１金属層８３と第２金属層９３が良好に接合され、第２金属層９３側の表面に凹凸がほとんどない滑らかな表面を有していることがわかる。

また、何れのクラッド金属板１００も、第１金属層８３及び第２金属層９３は、高速急冷鋳造により微細化組織が形成されていた。第２金属層においても、第１〜第３実施例の第２金属層の顕微鏡写真（図１８、図２０、図２４）から微細化組織が形成されていることがわかる。

第１金属層８３及び第２金属層９３が微細化された鋳造組織である為、高延性を具備するクラッド金属板となっている。

各々のクラッド金属板１００を、総圧下量５０％で圧延した結果を表１に示す。１枚の金属板と同様に割れてしまい圧延ができなかった「×」、割れや剥離を起こさずに圧延ができた「〇」とした。

表１を参照すると、第１実施例乃至第４実施例で製造したクラッド金属板全てにおいて、割れや剥離を起こさず熱間圧延ができた。特に第３実施例及び第４実施例の金属板では、冷間圧延した場合でも、割れや剥離を起こすことなく圧延できた。また、表１の結果から、各々のクラッド金属板１００が、高延性を具備していることがわかる。

第１実施例の第２金属層９３の表面近傍写真をさらに詳細に観察するために、第２金属層９３の表面近傍の顕微鏡写真を撮影した。撮影された写真を図１８に示す。図を参照すると、第２金属層９３は、急冷凝固の微細化組織となっており、表面の結晶粒が、途切れることなく成長しており、また、結晶粒の直径の１／２以上の深さの凹凸が形成されていない滑らかな表面となっていることがわかる。

第２実施例についても第２金属層９３の表面近傍の顕微鏡写真図２０を参照すると、第２金属層９３の表面に、均しロール７０によって表面は結晶粒の直径の１／２以上の深さの凹凸が形成されていない滑らかな表面となっていることがわかる。

第２実施例について、クラッド金属板製造直後の初端を、図２１に示すように写真撮影した。図２１を参照すると、第１金属層８３であるＡＭ６０のマグネシウム合金の単板が製造されている。そして、その第１金属層８３の表面上に第２金属層９３が形成されている。これは、第１金属層８３が凝固状態の板状となった状態で、第２金属層９３が積層されている。なお、本発明において、第１プール３０のみの構成とすることで、第１金属層８３からなる単板を製造できる。

第１金属層８３と第２金属層９３の接合状態を調べるために、第２実施例で得られたクラッド金属板１００が破断するまで繰り返し折り曲げた。その結果、図２２に示すように、その破断面において、第１金属層８３と第２金属層９３は、剥離することなく良好な接合状態（図中矢印で示す）を維持できていることがわかる。このように、第１金属層８３と第２金属層９３の接合強度を高めることができたことで、二次加工性にすぐれるクラッド金属板１００を提供できることがわかる。第１実施例、第３実施例、第４実施例も同様であった。

第３実施例において、第２金属層ＡＣ４Ｃの組織をＤＡＳ（デンドライトアームスペーシング）法で測定した。第３実施例のクラッド金属板１００の第２金属部（ＡＣ４Ｃ）の断面を拡大した写真が図２４となる。図２４のＤＡＳから、冷却速度が約２００℃／秒又はそれ以上で急冷された組織を有することがわかる。

第１実施例、第２実施例、第４実施例においても、第１金属及び第２金属の凝固潜熱、熱伝導率、板厚からも、第３実施例と同等の冷却速度となることは明らかである。このことは、第１実施例、第２実施例の第２金属層の顕微鏡写真（図１８、図２０）の微細化組織からもわかる。
また、コンベアロール２０により近い第１金属層の冷却速度は、当然、第２金属層の冷却速度より大きい。

図２５は、均しロール７０による平坦性の向上効果を示す写真である。図２５（ａ）は、第３実施例において、均しロール７０を用いることなく鋳造したクラッド金属板１００の写真、図２５（ｂ）は、第３実施例において、均しロール７０を用いて鋳造したクラッド金属板１００の写真である。何れの写真も、図示左右方向がクラッド金属板１００の幅方向に相当する。図２５を参照すると、均しロール７０を用いていないクラッド金属板１００は、長手方向に延びる微細な凹凸が形成されているのに対し、均しロール７０を採用したクラッド金属板１００は、凹凸がほとんど観察されず、幅方向の平坦性が可及的に向上し、且つ平滑であることがわかる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１０ 金属板製造装置
２０ コンベアロール（コンベア手段）
３０ 第１プール
４０ 第１プレート
５０ 第２プール
６０ 第２プレート
７０ 均しロール（均し手段）
８０ 第１金属溶湯
８３ 第１金属層
９０ 第２金属溶湯
９１ 第２金属凝固層
９２ 第２金属溶湯層
９３ 第２金属層
１００ クラッド金属板

Claims (8)

1. 冷却能を有し走行するコンベア手段と、
   前記コンベア手段上に形成され、第１金属溶湯を貯めるための第１プールと、
   前記コンベア手段上に形成され、前記第１プールよりも前記コンベア手段の走行方向前方に設けられた第２金属溶湯を貯めるための第２プールと、
   を具え、
   前記第１プールは、前記コンベア手段の表面と、前記コンベア手段の走行方向前方に位置する第１プレートと、前記第１プレートの走行方向後方に位置する後部材と、両サイド部材と、で囲まれており、
   前記コンベア手段は、前記第１プール内の第１金属溶湯を冷却して前記コンベア手段の表面に半凝固状態又は凝固状態の第１金属層を形成しながら第１金属層を伴って走行するようになっており、
   前記第１プレートは、先端部を有し、第１プレート先端部と前記コンベア手段の表面との間の距離が変わり得るように可動に設けられており、前記コンベア手段の走行に伴って移動する前記第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層は通過するが溶湯は通過しないように、前記第１プレート先端部が一定の力で面的に常時当接するように付勢されており、
   前記第２プールは、前記第１プール内で前記コンベア手段上に形成された第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層表面と、前記コンベア手段の走行方向前方に位置する第２プレートと、前記コンベア手段の走行方向後方に位置する前記第１プレートと、両サイド部材と、で囲まれており、前記第２プール内で、前記コンベア手段上に形成された前記第１金属の凝固状態層及び／又は半凝固状態層表面の上に、前記第２プール内の第２金属が積層され凝固状態、半凝固状態乃至溶湯状態の第２金属層を形成しながら前記コンベア手段の走行により移動するようになっており、
   前記第２プレートは、少なくとも一定の厚さ以下の溶湯状態の前記第２金属の通過を許容するようにされており、第２プレート先端に脚部と通過部を有する形状のプレートの場合は、通過部の高さにより前記第２金属の流量を調節し、第２プレートの先端に脚部を有しない形状のプレートの場合は、第２プレート先端を一定の高さに保つ付勢力により前記第２金属の流量を調節、又は、第２プレート先端の高さ位置により前記第２金属の流量を調節する、所定の通過量を得る手段を有し、
   前記第２プレートを通過した後の溶湯が前記走行手段の側面に流れることを防止する手段を有する、
   ことを特徴とする複層の金属板を製造する金属板製造装置。
2. 前記第２プレートよりも前記コンベア手段の走行方向前方には、前記コンベア手段と対向し、前記第２金属の未凝固表面に接し、当該未凝固表面を均す均し手段が設けられている、
   請求項１に記載の複層の金属板を製造する金属板製造装置。
3. 前記コンベア手段は、外周断面が円形の第１ロールであって、
   前記均し手段は、前記第１ロールの回転軸と平行な回転軸を有し、前記第１ロールと反対方向に回転し冷却能を有する、第２ロールである、
   請求項２に記載の複層の金属板を製造する金属板製造装置。
4. 前記均し手段は、前記第２金属の表面に当接するよう付勢されている第３プレートである、
   請求項２に記載の複層の金属板を製造する金属板製造装置。
5. 前記第１金属及び前記第２金属が、マグネシウム合金、又は、前記第１金属及び前記第２金属が、アルミニウム合金である、
   請求項１乃至請求項４の何れかに記載の複層の金属板を製造する金属板製造装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の金属板製造装置を用いて金属板を製造する方法であって、
   前記第１プール及び前記第２プールに夫々前記第１金属溶湯、前記第２金属溶湯を注湯し、
   前記コンベア手段を走行させて、
   前記第１プール内の前記第１金属溶湯を前記コンベア手段によって冷却して、前記コンベア手段の表面に凝固状態層及び／又は半凝固状態層を有する第１金属層を形成し、前記第１金属層を前記第１プレートの先端部を通過させて前記第２プールに侵入させ、
   前記第２プール内にて、前記第１金属層の上に少なくとも一定厚差以下の凝固状態、半凝固状態乃至溶融状態の前記第２金属層を形成しながら前記第２プレートの前記間隔保持手段を通過させることで、前記第１金属層の上に少なくとも溶融状態の第２金属を形成するようにした、
   ことを特徴とする複数の金属板を製造する金属板製造方法。
7. マグネシウム又はマグネシウム合金の金属層の上に、マグネシウム又はマグネシウム合金の金属層が形成されたクラッド金属板であって、前記両金属層は、共に加工組織を含まず、鋳造組織である、
   ことを特徴とするクラッド金属板。
8. 前記金属層は、急冷によって形成された微細化組織を有する、
   請求項７に記載のクラッド金属板。