JPH06292950A - 金属薄帯の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】厚さが３５〜１００μｍの従来より厚い非晶質
金属薄帯を単ロール冷却法により製造する。 【構成】冷却ロール２の溶融金属射出位置より上流の表
面周長Ｌが２０〜１００ｍｍの位置にカーボンブレード
７を接触させ、その面にＣＯ₂ ガスノズル８からＣＯ₂
ガスを噴出し、溶融金属射出圧力を２０〜９０ｋＰａと
し、ロール周速１５〜２７ｍ／ｓで操業する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単ロール法による急冷
薄帯鋳造における、表面性状が優れ、厚さが３５μｍ以
上の従来より厚い非晶質薄帯の製造方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、単ロール法やロール法などの液体
急冷法によって溶融金属から直接金属リボンを製造する
ことが行われている。このような直接製板技術における
重要な要件は板厚の均一性や表面性状などに関する製板
技術である。特に変圧器材料として用いられるアモルフ
ァス合金薄帯のように積層して用いる場合、表面性状の
優劣がトランスの特性（ここでは薄帯の占積率の低下に
よる変圧器の大型化）を左右する。

【０００３】金属薄帯の表面性状劣化の原因は冷却ロー
ルの回転に伴って冷却ロール表面に境界層が生じこの境
界層に乗って来た空気が冷却ロール上の溶融金属のパド
ルと冷却ロール間の間に入り、その空気がそのまま薄帯
に閉じ込められてしまったためである。空気がこの境界
層に入り込むメカニズムはパドルがある外力によって加
振され、冷却ロールとパドルとの濡れ角が変化し、入り
込みやすくなる度に周期的に空気の巻き込み部（空気ポ
ケット）ができる。これは薄帯に周期的な、一見魚の鱗
状の模様（フィッシュスケール）を形成する。この薄帯
表面性状を悪化させるパドル振動の種類は従来報告され
ている２つがあって、１つは空気がパドルにぶつかるこ
とによってパドル膜が振動する運動学的原因（キャピラ
リーウェーブ）のもの、もう１つは空気がパドルにぶつ
かり、溶鋼表面を不均一に酸化させ表面張力が不均一に
なった結果振動する化学反応的原因（マランゴニー・イ
フェクト）がある。

【０００４】これらの原因による表面性状劣化を防止す
る技術として従来の考え方はパドルに衝突する空気を希
薄にするか、低密度の不活性ガスもしくは還元性ガスと
置換する等の方法をとることによって運動学的原因と化
学反応的原因の両方をなくそうとするものである。例え
ば、特開昭５１−１０９２２１号公報の改良合金フィラ
メントの製造方法には減圧チャンバ内での製造方法が開
示されている。この製造方法は実験室的もしくは少量の
製造の場合には可能であるが大量生産に対しては設備及
びランニングコストの点で問題が多い。

【０００５】特開昭５９−２０９４５７号公報の金属薄
帯鋳造装置及び方法には上記方法の設備的問題を解決し
た低密度かつ高温の不活性ガスを用いる方法が開示され
ている。この場合、効果のある低密度のヘリウム，クリ
プトン，キセノン等の不活性ガスは高価で、やはりラン
ニングコストの問題が残っていた。また、ロール表面と
溶融金属との間に巻き込まれた空気はロール表面の伝熱
抵抗を著しく増加し、溶融金属の冷却能力を低下させ
る。このため従来、薄帯厚みが３５μｍ以上の非晶質薄
帯を鋳造するのは困難であった。

【０００６】これに対して、特公平３−２８２５４号公
報では、ＣＯガスをロール上の溶融金属の上流で燃焼さ
せ、ロールの周りに生じたガス境界層のガス密度を低下
させ、かつ溶融金属の周りを還元性雰囲気にすることに
よって、溶融金属とロールの間の伝熱抵抗を減少し、従
来より厚い薄帯が得られることを示している。溶融金属
とロール間の伝熱抵抗を減じるためにＣＯガスを利用す
る方法では、ＣＯガスが毒性や爆発の危険を持つため、
多くの安全対策を必要とする。従って、工業的に使用す
る場合、ガスの取り扱いが困難であり、コストアップの
問題があった。

【０００７】また、米国特許第４１５４２８３号では、
鋳造を真空中で行うことによって、ロール周りのガスが
溶融金属に侵入する問題を解決する技術を示している。
真空中で鋳造を行うことは、工業規模の設備では装置が
巨大かつ複雑となり、コストアップの問題が生じる。ま
た、プラズマアークを溶融金属近傍のロールへ向けて射
出し、ロール周りのガスを加熱することによって、ガス
の溶融金属への侵入を低減する技術も知られている。
（例えばＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，
１９９１， Ｖｏｌ．６ ｐｐ２８５〜２９５参
照）。プラズマアークを利用する方法においても、複雑
な装置を必要とし、コストアップの問題がある。

【０００８】さらに、ＣＯ₂ ガスをロール上の溶融金属
に噴射することによって、ガス巻き込みが低減されるこ
とも開示されている（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎ
ｃｅａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ａ１３３
（１９９１）ｐｐ６５７〜６６１参照）。ＣＯ₂ ガスを
ロール上の溶融金属に噴射する方法では、溶融金属を射
出するノズルがＣＯ₂ ガスの衝突による強冷却を免れな
いため、ノズル温度低下が発生し、ノズル詰りが生じる
という問題があった。さらに、ＣＯ₂ ガス噴流に周囲の
空気が混入しやすいため、ＣＯ₂ ガスの効果を安定して
再現することが難しいという問題がある。

【０００９】また、ドイツ民主主義共和国特許ＤＤ２６
６０４６Ａ１号は、ＣＯ₂ ガスを溶融金属の湯溜まり
（パドル）に吹き付けることによって、溶融金属とロー
ルとの間に巻き込まれるガスの量を大きく低減すること
を示している。しかし、この特許の実施例に示されてい
る、溶融金属の射出ノズル前後からフラットノズルによ
ってＣＯ₂ を吹き付ける方法では、特に薄帯の幅が５０
ｍｍを越える広幅になった場合、薄帯の中央と端部とで
ガス巻き込み低減効果に差が生じ、幅方向に均一な薄帯
は得られない。

【００１０】さらに、特開平４−３５６３３６号公報で
には、溶融金属が射出される部分をチャンバーで被覆
し、ＣＯ₂ 雰囲気にする方法が示されているが、単ロー
ル法においては、溶融金属の射出ノズルとロール表面と
の隙間を厳密に制御する必要があり、該隙間の観測を妨
げるチャンバーの使用は、鋳造装置の制御系を複雑化す
るという問題がある。

【００１１】一方、ロールの表面のガス境界層を除去す
る方法として、特開昭５７−１５９２４７号公報には、
ロール表面に近接配置した保護遮蔽壁を用いる方法が示
されている。しかし、遮蔽壁と溶融金属の間の極めて短
距離でも空気流が再形成されるため、空気流を完全に除
去できず、この遮蔽壁のみでは十分な薄帯表面のガス巻
き込み低減効果は得られない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
かつ安全な方法によりコストアップの問題を低減し、ロ
ールと溶融金属との間へのガス巻き込みを低減し、ロー
ルと溶融金属との間の伝熱抵抗を減らし、従来よりも厚
い非晶質合金を鋳造する技術、また表面粗さを低減し、
薄帯品質を向上する技術を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、装置の巨大・複雑化
によるコストアップや制御性の低下を避けた、簡易な装
置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その第１の方法発明は、単一の冷却
ロールを用いて金属薄帯を製造する方法において、溶融
金属の射出位置よりロール回転方向上流側にカーボンブ
レードをロール表面の母線と接触させて配置し、このカ
ーボンブレードの溶融金属側の表面に沿ってロール表面
に向かってＣＯ ₂ ガスを噴出して溶融金属の射出位置よ
り上流側のロール面近傍をＣＯ₂ ガス雰囲気に保つこと
を特徴とする金属薄帯の製造方法を提供する。

【００１５】本発明の第２の方法発明は、上記第１の方
法発明にさらに、この溶融金属を２０ｋＰａ以上９０ｋ
Ｐａ以下の圧力でロール上に射出し、ロール周速を１５
ｍ／ｓ以上２７ｍ／ｓ以下とする要件を付加し、厚さ３
５μｍ以上１００μｍ以下の非晶質薄帯を製造すること
を特徴とする金属薄帯の製造方法である。また本発明の
第３の方法発明は、単一の冷却ロールを用いて金属薄帯
を製造する方法において、冷却ロール上に射出された溶
融金属のパドルにノズルを用いて５００℃〜８００℃に
加熱したＣＯ₂ ガスを吹き付け、パドル周辺のＣＯ₂ ガ
ス濃度を３５％以上にすることを特徴とする金属薄帯の
製造方法である。

【００１６】上記第１の方法発明又は第２の方法発明に
おいて、ＣＯ₂ ガスとして５００℃以上８００℃以下に
加熱したＣＯ₂ を用い、パドル周辺のＣＯ₂ ガス濃度を
３５％以上にすると好適である。本発明の第４の方法発
明は、単一の冷却ロールを用いて金属薄帯を製造する方
法において、溶融金属の射出位置よりロール回転上流側
にロール表面の母線と平行に、ロールに沿った部分の厚
さが２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の遮蔽壁をロール表面と
の隙間が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下になるように配置
し、っこの遮蔽壁の溶融金属側の表面に沿って、ロール
表面に向かってＣＯ₂ ガスを噴出して溶融金属の射出位
置より上流側のロール面近傍をＣＯ₂ ガス雰囲気に保
ち、溶融金属を２０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下の圧力で
ロール上に射出し、ロール周速を１５ｍ／ｓ以上２７ｍ
／ｓ以下とし、厚さ３５μｍ以上１００μｍ以下の非晶
質薄帯を製造することを特徴とする金属薄帯の製造方法
である。

【００１７】本発明の第５の方法発明は、上記第４の方
法発明においてＣＯ₂ ガスとして５００℃〜８００℃に
加熱したＣＯ₂ ガス用い、パドル周辺のＣＯ₂ 濃度を３
５％以上にする技術手段を付加することによって厚さ３
５μｍ以上１００μｍ以下の非晶質薄帯を製造すること
を特徴とする金属薄帯の製造方法である。上記方法発明
を実施するための第１の装置発明は、単一の冷却ロール
を用いて金属薄帯を製造する装置において、溶融金属の
射出ノズル孔の中心線とロール表面との交差点からロー
ルの回転方向上流側に、ロール表面の母線と接触するカ
ーボンブレードと、このカーボンブレードの溶融金属側
の表面に沿ってロール表面に向かってＣＯ₂ ガスを噴出
するＣＯ₂ ガス噴出ノズルとを備えたことを特徴とする
金属薄帯の製造装置である。

【００１８】本発明の第２の装置発明は、上記第１の装
置発明のカーボンブレードを溶融金属射出ノズル孔の中
心線とロール表面との交差点からロールの回転方向上流
側にロール表面周長で２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の距
離に備えたことを特徴とする金属薄帯の製造装置であ
る。また、上記第１の装置発明又は第２の装置発明にお
いて、ロール表面に向かって噴出するＣＯ₂ ガスを５０
０℃以上８００℃以下に加熱する装置を備えると好適で
ある。

【００１９】本発明の第３の装置発明は、溶融金属射出
ノズル孔の中心線とロール表面との交差点からロールの
回転方向上流側にロール表面周長で２０ｍｍ以上１００
ｍｍ以下の長さでロール表面の母線と平行に０．０５ｍ
ｍ以上２ｍｍ以下の隙間を持ったロールに沿った部分の
厚さが２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の遮蔽壁と、この遮蔽
壁の溶融金属側の表面に沿ってロール表面に向かってＣ
Ｏ₂ ガスを噴出するＣＯ₂ ガス噴出ノズルとを備えたこ
とを特徴とする金属薄帯の製造装置である。

【００２０】

【作用】図２に模式的に示すように、従来の装置では、
冷却ロール２が矢印６の方向に回転するとロール２の表
面近傍に空気境界層３が生じる。この境界層の空気はノ
ズル１から噴射された溶融金属４とロール表面２の表面
との間に巻き込まれ、巻込み空気５を生成する。この巻
込み空気５は冷却ロール２と溶融金属４との間で厚み
０．１〜５μｍ程度のギャップを作り、大きな伝熱抵抗
となる。このギャップは、製板されたリボン表面に転写
される。

【００２１】この問題を解決するために本発明者らは、
ＣＯ₂ ガス分圧が９８％以上の容器内で小型単ロール鋳
造機を用いて、非晶質薄帯を鋳造した。その結果、冷却
ロールと溶融金属の間にガス層の混入がなく、伝熱抵抗
が著しく低下したために、厚み３５μｍ以上の非晶質薄
帯を再現性よく製造することができた。Ａｒ、Ｎ₂ 、Ｏ
₂ などのＣＯ₂ 以外のガスがロールと溶融金属の界面に
３０ｖｏｌ％以上在存すると、ガスによるギャップが発
生した。ＣＯ₂ であると、ギャップが発生しないという
原因は、明らかになっていない。この知見から、大気中
でロール周りにＣＯ₂ ガス境界層を形成させる方法が適
すると判断し、ＣＯ₂ ガス流入方法、鋳造条件を多数変
更して実験した結果、本発明を完成した。

【００２２】工業化の際、大型の鋳造設備をボックスで
囲みＣＯ₂ 雰囲気にするには、シール等にコストがかか
るが、本発明では、これを必要としない。図１は本発明
の実施例の説明図である。大気中で単一の冷却ロール２
を矢印６の方向に回転させ、このロール２にノズル１か
ら溶融金属４を射出する。ノズル１の中心線１１がロー
ル２の表面と交差する点からロール回転方向の上流側に
Ｌだけ離れた位置にカーボンブレード７を接触させて配
置する。このカーボンブレードは、ロール表面に付着し
て回り込んでくるガスを遮断するものである。カーボン
ブレード７はロール２の表面に接触している。このカー
ボンブレード７の表面にロール２とのＣＯ₂ ガスノズル
８を設け、ＣＯ₂ ガス９をカーボンブレード７の表面に
ロール２の表面方向に向けて噴射する。ＣＯ₂ ガスはロ
ール２の表面に沿って流れ、溶融金属４とロール２との
界面がＣＯ₂ 高濃度雰囲気になるのでガスによるギャッ
プが生じず、伝熱抵抗が小さい。

【００２３】本発明は、大気中で複雑な装置を必要とせ
ずに鋳造を行うことが可能なため、コストアップの問題
はなく、また、ノズル１の横方向およびロール回転下流
側は開放状態であるので、ノズル１とロールの隙間など
を容易に観測・制御することができる利点がある。従来
のＣＯガス雰囲気を用いる技術では、次式 ＣＯ ＋ １／２ Ｏ₂ → ＣＯ₂ ＋ ΔＨ のガス燃焼による発熱ΔＨにより希薄ガスとするもので
ある。これに対して、本発明のＣＯ₂ ガス雰囲気は、 ＣＯ₂ ＋ Δｈ → ＣＯ ＋ １／２ Ｏ₂ （Ｏ）＋（Ｆｅ，Ｓｉ，Ｂ）→（Ｆｅ₂ ＳｉＯ₄ ，Ｓｉ
Ｏ₂ ，Ｂ₂ Ｏ₃ ） によるものでＣＯ₂ にヒータや溶鋼など外熱によって熱
量を与え、加熱によりガス分解反応を起し、この分解し
たガス中の溶融金属酸化膜を均一に形成させている。

【００２４】特に、パドルに衝突するガスが輻射率の大
きい、すなわちガス体の温度が高いものが適しており、
中でも効果の大きいのがＣＯ₂ ガスである。その結果、
パドルに衝突するＣＯ₂ ガスを５００℃〜８００℃の高
温にして希薄にし、さらに、Ｐｃｏ₂ ％を３５％以上に
制御しパドルでの分解反応によって表面酸化させれば大
きな効果が得られる。

【００２５】また、ＣＯ₂ はロール表面の回転に伴って
運ばれるため、ノズル１へのＣＯ₂ガスの衝突流による
強制冷却が発生しない。従って、ノズル詰りの問題を回
避することができる。カーボンブレード７を使用するの
は、ロールとの潤滑性がよく、ロールに疵をつけないた
めである。

【００２６】カーボンブレード７はノズル１の中心線と
ロール表面の交点から上流側へ２０ｍｍ以上離さない
と、溶融金属射出開始時に飛散する微小な溶融金属のス
プラッシュがブレードとロールの間に噛み込むため、ロ
ールに疵を付けてしまう。周長で１００ｍｍを超えてブ
レードを離すと、ロール上の溶融金属へ流れるＣＯ₂ ガ
ス中への空気混入が多くなるため、溶融金属とロールの
界面にギャップが発生する。

【００２７】さらに、ＣＯ₂ ガスはカーボンブレードに
沿ってロール上へ流すため、層流化されることによって
周囲の空気の混入が低減される。３５μｍ以上の厚みの
非晶質薄帯を安定して鋳造するには、溶融金属の射出圧
力は２０ｋＰａ以上、ロール周速は２７ｍ／ｓ以下でな
ければならない。射出圧力が２０ｋＰａ未満では溶融金
属とロールの接触力が弱く、熱伝達不十分のため、非晶
質化しなくなる。さらにロールを２７ｍ／ｓを越えるロ
ール周速で回転させると、薄帯厚みを３５μｍ以上にす
るため溶融金属流量を増加しなければならず、溶融金属
は乱流化し、表面性状の悪い薄帯となる。一方、溶融金
属の射出圧力が９０ｋＰａ以上ではロール回転方向と逆
方向に溶融金属流れが生じ、安定した鋳造は不可能であ
る。また、ロール周速が１５ｍ／ｓ未満では、薄帯厚み
は増加するが、溶融金属の冷却速度が減少し、非晶質の
薄帯が得られない。

【００２８】以上の全ての条件を満たしたときのみ、厚
みが３５μｍ以上１００μｍ以下の非晶質合金が再現性
よく得られる。さらに、噴出するＣＯ₂ の温度は５００
℃以上に加熱するのが好ましい。これは通常２ｍｍ以下
の間隔しかないスリット状のノズル１を保温し、凝固に
よるノズル詰りを防止するため５００℃以上とすること
が必要である。ただし、ＣＯ₂ガスを８００℃を超えて
加熱するのは、加熱装置が大型化し、必要な熱量も増大
するので好ましくないので８００℃を上限とした。

【００２９】また、ＣＯ₂ 雰囲気は３５％以上でない
と、ガス巻き込みを防止することはできない。３５％未
満では薄帯の表面粗さが０．８μｍ以上でトランス用ア
モルファス金属として特性が悪く、その効果が得られな
い。また、５０％以上では表面粗さ０．４μｍ前後で大
きな変化がなく、その効果に差が少ないため、コスト面
からは５０％以下が好ましい。

【００３０】また、特に大型機によって長時間鋳造を行
う場合は、カーボンブレードをロール表面に接触させて
いると、徐々にカーボンブレードとロール表面の間に微
細な粉塵や薄帯片が入り込み、ロール表面を損傷させる
恐れがある。これを防止するためには、ロールに接触せ
ず、しかも表面の空気流を遮蔽する装置が必要になる。
そのためにはカーボンブレードの代わりに、図８に示す
ような遮蔽壁１２を、ロール２の表面への最近接部分の
円周方向寸法１３が２ｍｍ以上１００ｍｍ以下、ロール
表面との隙間１４が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下に配置
することが効果的である。これはロール２と遮蔽壁１２
との間の小さく長い隙間を通る間に空気流の流速が減衰
するようにするためである。

【００３１】隙間を通る空気流を効果的な除去するため
には、遮蔽壁１２のロール表面への最近接部分の円周方
向寸法１３は２ｍｍ以上、ロール表面との隙間は２ｍｍ
以下とする必要がある。遮蔽壁１２のロール２との最近
接部分の円周方向寸法１３が１００ｍｍを超えると、ロ
ール回転に伴って生ずる空気流が遮蔽壁を引張る力が増
大し、僅かな流れなどにより遮蔽壁１２がロール表面と
接触する恐れが生じる。また、ロール表面との隙間１４
が０．０５ｍｍ未満では粉塵や薄帯片が通過できず、遮
蔽壁との間の隙間に噛み込み、ロール表面を傷つける恐
れがある。

【００３２】なお、遮蔽壁１２の底面は平坦である必要
はなく、図９に示すように、ロール軸方向に延びる矩形
状または鋸状断面をもつ溝１５を設けると、空気を遮断
する効果が増大して好適である。また、図１０に示すよ
うに、遮蔽壁１２の底面に開口するガス孔１６を設け、
このガス孔１６からＣＯ₂ ガスをロール２の表面に噴出
すると、空気流を遮断する効果が増大して好適である。

【００３３】

【実施例】

実施例−１ 単一の冷却ロールを用いて、金属薄帯の製造実験を行っ
た。実験条件は次のとおりである 冷却ロール：直径３００ｍｍ、幅７０ｍｍ、銅合金製 溶融金属：Ｆｅ−３ｗｔ％Ｂ−５．３ｗｔ％Ｓｉ 溶融金属用射出ノズル： スリット間隔：０．７ｍｍ スリット幅：１０ｍｍ ロールノズル間ギャップ：０．２５ｍｍ （１）ＣＯ₂ ガスの噴出方式として、図１、図３、図
４、図５、図６に示す５つの方式で実験した。図１は実
施例、図３〜図６はＣＯ₂ ガス噴出ノズル８及びＣＯ₂
ガス流９の位置方向を変化させたものである。溶融金属
に対して図３は後方から、図４は前方から、図５は両側
方から、図６は後方及び前方から、それぞれＣＯ₂ ガス
を吹付けたものである。図中の参照番号は図１と同様で
ある。ロール周速は２１ｍ／ｓ、ＣＯ₂ ガス噴出はφ１
０ｍｍのノズルより、圧力４００ｋＰａで２５リットル
／ｍｉｎで行った。その結果得られた薄帯の脆化率はそ
れぞれ、図１では０％、図３では６０％、図４では５５
％、図５では７０％、図６では１０％であった。

【００３４】（２）溶融金属射出ノズルの中心線がロー
ル表面と交差する点からカーボンブレードの接触点まで
のロールの周長Ｌを５ｍｍ〜１１０ｍｍまで変更し、ロ
ール周速２１ｍ／ｓ、ＣＯ₂ をφ１０ｍｍノズルで４０
０ＫＰａ，２５リットル／ｍｉｎで噴出した。Ｌが５ｍ
ｍ以上２０ｍｍ未満では初期に発生する溶融金属の微小
なスプラッシュがカーボンブレード７とロール２の間に
噛み込み、ロール２に疵が生じ、その位置に対応する薄
帯面には凹が生じた。

【００３５】Ｌが１００ｍｍを越えて１１０ｍｍ以下で
は薄帯が１０〜１５％の割合で脆化した。Ｌが２０ｍｍ
以上１００ｍｍまででは、脆化のない非晶質薄帯が得ら
れた。特に安定していたのはＬ＝３０〜５０ｍｍであっ
た。 （３）図１において、Ｌ＝４０ｍｍ、ＣＯ₂ ガスをφ１
０ｍｍのノズルで４００ｋＰａ，２５リットル／ｍｉｎ
で噴出し、溶融金属の射出圧力を１０ｋＰａ〜１００ｋ
Ｐａ、ロール周速を１０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓで実験し
た。その結果を図７に示す。図７中の記号は次の通りで
ある。

【００３６】〇：安定鋳造することができ、脆化の少な
い厚み３５〜８０μｍの非晶質薄帯を作製できた。 Δ：ロール回転方向と逆方向へ溶融金属が流出した。 ●：薄帯厚み３５μｍ以上では脆化を生じている。 ×：薄帯の厚みが３５μｍ未満となった。

【００３７】（４）図１において、ロール周速２１ｍ／
ｓ，溶融金属射出圧力２４ｋＰａ、ＣＯ₂ ガスをφ１０
ｍｍで４００ＫＰａ，２５リットル／ｍｉｎで噴出し鋳
造した薄帯と、大気中で、カーボンブレードやＣＯ₂ ガ
スノズルを用いることなく従来の方法で鋳造した薄帯と
について、ロール面側の中心線平均粗度Ｒａを測定比較
したところ、従来法ではＲａ＝１．０〜１．２μｍであ
ったが、実施例ではＲａ＝０．３〜０．４μｍであっ
た。 実施例−２ 次に、大型機によって幅の広い薄帯を長時間製造する実
験を行った。実験条件は次の通り。

【００３８】冷却ロール：直径１０００ｍｍ、幅４００
ｍｍ、銅合金製、内部水冷式 溶融金属：Ｆｅ−３ｗｔ％Ｂ−５．３ｗｔ％Ｓｉ 溶融金属用射出ノズル： スリット間隔：０．７ｍｍ スリット幅：２００ｍｍ ロールノズル間ギャップ：０．２５ｍｍ （１）ＣＯ₂ ガスを図１、図６に示すように噴出して薄
帯製造した。ロール周速は２１ｍ／ｓ、ＣＯ₂ ガスは２
４０ｍｍ幅のスリットノズルより噴出した。その結果得
られた薄帯の脆化率はそれぞれ、図１では０％、図６で
は５０％であり、特に図６の薄帯端部において脆化が大
きかった。

【００３９】（２）図１に示す方式で薄帯を製造した場
合、溶融金属射出ノズルが詰まって、部分的に薄帯が形
成されず、薄帯の割れが生じることがあったが、吹き付
けるＣＯ₂ ガスの温度を５００℃〜７５０℃に加熱した
場合はノズルの詰まりが生じることはなかった。ＣＯ₂
ガスの温度が３００〜４９０℃の場合、常温のＣＯ₂を
吹き付けるよりは頻度が下がったものの、ノズル詰まり
を完全に防止するには至らなかった。

【００４０】（３）図１に示す方式で薄帯を製造した場
合、薄帯製造継続時間が１０分を超えると、薄帯のロー
ル面に長手方向に連続した疵が生じることがあった。こ
れはカーボンブレートとロールの間に異物が噛み込んだ
ため、ロール表面が損傷し、この疵が薄帯に転写された
ものと判明した。これに対して、図８に示すように遮蔽
壁１２を設けＣＯ₂ ガスを噴出した場合は、薄帯製造継
続時間が１０分を超え、３０分に至っても、ロール表面
に疵は生じず、安定した製造実験が可能であった。遮蔽
壁１２の円周方向寸法１３を１０〜６０ｍｍとし、遮蔽
壁１２とロール２との隙間１４を０．０３〜５ｍｍの間
で変えながら実験したところ、間隙１４が０．０５〜２
ｍｍの条件で安定して脆化率０％の非晶質合金薄帯が得
られた。一方、遮蔽壁１２とロール２との隙間１４を
０．２〜１ｍｍの条件で、遮蔽壁１２の円周方向１３を
０．５〜１８０ｍｍの条件で実験を行ったところ、遮蔽
壁１２の円周方向寸法１３が２ｍｍ未満では脆化率が０
％の薄帯は得られず、遮蔽壁１２の円周方向寸法１３が
１００ｍｍを越えると遮蔽壁１２に振動が生じて、ロー
ルと接触し、安定した薄帯の製造はできなかった。

【００４１】図１１に、図１でＬ＝４０ｍｍとした場合
及び図８でＬ＝４０ｍｍ、円周方向寸法１３を２０ｍ
ｍ、遮蔽壁１２とロール２との隙間１４を３ｍｍとした
場合において、ＣＯ₂ ガスの噴出流量を調整して、パド
ル周辺のＣＯ₂ 濃度を変えながら製造した薄帯のロール
接触面の表面粗さ（Ｒａ）を示す。ＣＯ₂ 濃度３５％以
上の領域では薄帯の表面粗さが０．８μｍより小さくな
り、大気雰囲気（ＣＯ₂濃度０％）よりも表面性状の優
れた薄帯が製造できる。

【００４２】実施例−３ 図１３に示す装置を用いて本発明方法を実施した。注湯
ノズル１から回転する冷却ロール２上に溶湯を射出して
薄帯２３を製造する。２４はエアナイフである。供給さ
れた溶湯のパドル２２に雰囲気ガスノズル２５からＣＯ
₂ ガス２８を吹付ける。ＣＯ₂ ガス２８はガス加熱器２
７で加熱される。雰囲気カバー２６はパドル２２の周囲
を包囲している。

【００４３】図１３に示す装置において下記条件で製板
を行った。 溶融金属；Ｆｅ₈₀Ｂ₁₀Ｓｉ₉ Ｃ_I （ａｔ％） 溶融温度；１３００℃ 注湯ノズル；２００ｍｍ幅スリット 冷却ロール；水冷銅合金製１ｍ外径 冷却ロール周速；２５ｍ／ｓｅｃ 雰囲気ガスとしては５００℃の二酸化炭素ガスを各種ノ
ズル２５を用いて、流量を変化させ、パドル２２の後方
から供給し、薄帯２３を作製し、その表面粗さを測定し
た。雰囲気ガスノズルの形状として、図１４〜図１７に
示すものを用いた。図１４は（ａ）の正面図に示すよう
に細いスリットを多数平行に設けたガスノズル２５で、
（ｂ）は側面図である。スリットは例えば長さ２０ｍ
ｍ、幅０．７ｍｍのものを３８本設けた。図１５は
（ａ）の正面図、（ｂ）側面図に示すような２５ｍｍφ
の丸孔のガスノズル２５である。図１６は広口のガスノ
ズル２５で、正面図（ａ）の中央の開口は２５ｍｍ×８
０ｍｍで、その側面図は（ｂ）に示すようにノズル先端
部が円筒状である。図１７は細スリット形で開口は幅１
ｍｍ×長さ１７５ｍｍのガスノズル２５である。図１１
にその結果を示した。特に二酸化炭素ガス流量が８０ｍ
³ ／ｈでかつ図１５の２５ｍｍφの丸ノズルが有効であ
った。トランス用アモルファス材料として必要な表面粗
さＲａが０．８μｍ以下の条件を満たすのはＰｃｏ₂ ％
が３５％以上である。

【００４４】また、各条件で作製したリボンの磁気特性
を図１２に示す。図１２から明らかなように、鋳造まま
（ａｓ ｃａｓｔ）で必要な鉄損、Ｗ１５／５０（５０
Ｈｚ，１．５Ｔ）＝０．４Ｗ／ｋｇ以下が得られるのは
ＣＯ₂ 濃度％が３５％以上である。本発明によれば、表
面性状良好な薄帯を効果的にかつ安価に製造することが
でき、大量商業生産が可能となる。この効果はトランス
用アモルファス合金を提供し、これにより大幅な省エネ
ルギーを図ることができ、産業上の有用性が極めて大で
ある。

【００４５】

【発明の効果】本発明では、ＣＯ₂ ガスへの空気混入が
減少するようにしてロール上の溶融金属へ流れるように
したため、ロールと溶融金属の界面にガスによるギャッ
プが発生せず、かつ、鋳造条件を最適化したため、溶融
金属とロールの伝熱抵抗が小さくなり、伝熱が向上し、
従来より厚い非晶質薄帯を再現よく製造することができ
るようになった。また、ロールと溶融金属の界面で発生
するガスによるギャップのリボン表面への転写が低減さ
れたので薄帯表面粗さを低減する効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を示す概要図である。

【図２】従来法における空気巻き込みを示す概念図であ
る。

【図３】ＣＯ₂ ガス噴出方式の実験例を示す説明図であ
る。

【図４】ＣＯ₂ ガス噴出方式の実験例を示す説明図であ
る。

【図５】ＣＯ₂ ガス噴出方式の実験例を示す説明図であ
る。

【図６】ＣＯ₂ ガス噴出方式の実験例を示す説明図であ
る。

【図７】ロール周速、溶融金属の射出圧力と薄帯厚み、
脆化、鋳造不安定の関係を示すグラフである

【図８】遮蔽壁を用いた実験例を示す説明図である。

【図９】遮蔽壁底部に溝を設けた例を示す説明図であ
る。

【図１０】ガス孔を設けた例を示す説明図である。

【図１１】二酸化炭素濃度と薄帯表面粗さの関係を示す
グラフである。

【図１２】二酸化炭素濃度と鉄損の関係を示すグラフで
ある。

【図１３】本発明の実施例装置の概略図である。

【図１４】ガスノズルの形状説明図である。

【図１５】ガスノズルの形状説明図である。

【図１６】ガスノズルの形状説明図である。

【図１７】ガスノズルの形状説明図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ ロール ３ 境界層 ４ 溶融金属 ５ 巻込み空気 ６ 矢印 ７ カーボンブレード ８ ＣＯ₂ ガス
ノズル ９ ＣＯ₂ ガス流 １１ ノズル孔の
中心線 １２ 遮蔽壁 １３ 円周方向寸
法 １４ 隙間 １５ 溝 １６ ガス孔 ２２ パドル ２３ 薄帯 ２４ エアナイフ ２５ ガスノズル ２６ 雰囲気カバ
ー ２７ ガス加熱器 ２８ ＣＯ₂ ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行本 正雄 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 緑川 公直 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 大須 兼蔵 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の冷却ロールを用いて金属薄帯を製
   造する方法において、溶融金属の射出位置よりロール回
   転方向上流側にカーボンブレードをロール表面の母線と
   接触させて配置し、該カーボンブレードの溶融金属側の
   表面に沿ってロール表面に向かってＣＯ₂ ガスを噴出し
   て溶融金属の射出位置より上流側のロール面近傍をＣＯ
   ₂ ガス雰囲気に保つことを特徴とする金属薄帯の製造方
   法。
2. 【請求項２】 さらに、溶融金属を２０ｋＰａ以上９０
   ｋＰａ以下の圧力でロール上に射出し、ロール周速を１
   ５ｍ／ｓ以上２７ｍ／ｓ以下とし、厚さ３５μｍ以上１
   ００μｍ以下の非晶質薄帯を製造することを特徴とする
   請求項１記載の金属薄帯の製造方法。
3. 【請求項３】 単一の冷却ロールを用いて金属薄帯を製
   造する方法において、冷却ロール上に射出された溶融金
   属のパドルにノズルを用いて５００℃〜８００℃に加熱
   したＣＯ₂ ガスを吹き付け、パドル周辺のＣＯ₂ ガス濃
   度をＰｃｏ₂％で３５％以上にすることを特徴とする金
   属薄帯の製造方法。
4. 【請求項４】 ５００℃以上８００℃以下に加熱したＣ
   Ｏ₂ を噴出し、パドル周辺のＣＯ₂ ガス濃度をＰｃｏ₂
   ％で３５％以上にすることを特徴とする請求項１又は２
   記載の金属薄帯の製造方法。
5. 【請求項５】 上記カーボンブレードに代えて、ロール
   に沿った部分の厚さが２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の遮蔽
   壁をロール表面との隙間０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下に
   なるように配置することを特徴とする請求項１、２又は
   ４のいずれか記載の金属薄帯の製造方法。
6. 【請求項６】 単一の冷却ロールを備えた金属薄帯製造
   装置において、溶融金属の射出ノズル孔の中心線とロー
   ル表面との交差点からロールの回転方向上流側に、ロー
   ル表面の母線と接触するカーボンブレードと、該カーボ
   ンブレードの溶融金属側の表面に沿ってロール表面に向
   かってＣＯ₂ ガスを噴出するＣＯ₂ ガス噴出ノズルとを
   備えたことを特徴とする金属薄帯の製造装置。
7. 【請求項７】 カーボンブレードがロールの回転方向上
   流側にロール表面周長で２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の
   距離に位置することを特徴とする請求項６記載の金属薄
   帯の製造装置。
8. 【請求項８】 単一の冷却ロールを備えた金属薄帯鋳造
   装置において、ロール表面に向かって噴出するＣＯ₂ ガ
   スを５００℃以上８００℃以下に加熱する装置を備えた
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の金属薄帯の製造
   装置。
9. 【請求項９】 カーボンブレードに代えて、ロールの回
   転方向上流側にロール表面の母線と平行に０．０５ｍｍ
   以上２ｍｍ以下の隙間を持ち、ロールに沿った部分の厚
   さが２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の遮蔽壁とを備えたこと
   を特徴とする請求項６、７及び８のいずれかに記載の金
   属薄帯の製造装置。