JPH0698469B2 - 急冷金属薄帯の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体急冷法で連続的に製造する非晶質金属薄
帯などの急冷金属薄帯の表面性状を常に安定に維持する
ために、急冷金属薄帯の製造装置および製造方法に施し
た改良に関する。

［従来の技術］ 近年、単ロール法や双ロール法などの液体急冷法によっ
て、溶融金属（合金を含む。以下同じ。）を直接金属薄
帯に加工する製造技術の開発が進められている。

電力トランス用の鉄芯材料などの工業的用途に用いられ
る広幅の非晶質合金薄帯を液体急冷法で作るには、ほと
んどの場合単ロール法が用いられている。単ロール法で
表面性状や板厚の均一性に優れた急冷金属薄帯を連続的
に安定製板するために、これまでにも多くの製造装置及
び製造方法が提案されている。

すなわち非晶質形成能の優れた合金組成を溶融原料とす
るのは勿論であるが、溶融合金の温度及び射出圧力、注
湯ノズルの材質及び先端形状、ノズル・ロール間の間
隙、冷却ロールの周速、及び冷却ロールの材質やその表
面性状などが急冷金属薄帯の製造にとって基本的に重要
な製造条件であることが知られている。しかしながら、
これらの製造条件を一定にしていても、時として非晶質
合金薄帯の表面性状が悪くなったり、また極端な場合に
はノズルの前方あるいは後方に溶融金属の飛沫が飛び、
安定な製板を実現できないこともあった。

急冷金属薄帯の製造技術をさらに向上させるには、従来
技術における不安定要因を抽出するための手段の開発が
これまでも強く要望されていた。

すなわち従来技術における大きな問題点は、製造開始前
の製造条件は一定に規制することができても、製板中の
条件を規定できないことである。その第１の理由は製板
過程での製造条件を把握するための手段に乏しいからで
ある。これは冷却ロールが高速で回転しているので、製
板過程における冷却ロールの表面性状を正確に計測し認
識することが不可能なためであった。

急冷金属薄帯の製造操業における不安定要因はいくつか
見出されたが、単ロール法による急冷金属薄帯の製造に
際して、製板とともに変化する可能性があるのは主に冷
却ロール表面と考えられる。冷却ロール表面は溶融金属
から熱を奪い急冷する装置であるとともに、急冷金属薄
帯に接して薄帯の表面性状を決定する極めて重要な要素
であるから、最適な一定条件を提供するために従来から
多くの工夫が加えられてきた。例えば、実公昭61-45955
号公報や特開昭58-35046号公報に提案されているよう
に、これまでも冷却ロール表面を調製するために冷却ロ
ールはインラインの表面加工装置によって改削されてき
たし、また特開昭58-25848号公報や特開昭59-130655号
公報に提案されているように、製板操業前及び製板中に
冷却ロール表面はブラシロールやバフロールなどによっ
て清浄化が行われてきた。

しかしながら、工業的な規模で長時間の製板実験を繰返
したところ、冷却ロール表面の改削状況、及びブラシロ
ールやバフロールの調製状況によって製板状況が顕著に
変化するばかりでなく、さらに製板の進行に伴って製板
状況も変化することが見出された。すなわち非晶質合金
薄帯の表面性状が悪くなったり、また極端な場合にはノ
ズルの前方あるいは後方に溶融金属の飛沫が飛び、安定
な製板を実現できなくなることがあった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、非晶質合金薄帯のような急冷金属薄帯
の製板を行うに際し、冷却ロールの表面の変化をオンラ
インで計測し、この計測値に基づく情報によって、常
時、製板中の冷却ロール表面を研磨あるいは研削するこ
とにより、急冷金属薄帯の表面性状を一定に維持した
り、あるいは希望の状態に変化させるように、冷却ロー
ル表面を調整するための製造装置及び方法を提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、 高速回転する冷却ロール表面に、スリット状の開口部を
有する注湯ノズルを介して、溶融金属を射出し急冷凝固
させて急冷金属薄帯を製造する装置において、急冷金属
薄帯が冷却ロールから剥離する位置から注湯ノズル位置
までの間に、製板に用いる冷却ロールの表面粗さを計測
するオンライン計測装置を設けると共に、該オンライン
計測装置の冷却ロールの表面粗さに対応する出力信号に
基づいて冷却ロールを研磨あるいは研削すべき量を演算
し出力する演算器と該演算器の出力信号に基づいて、製
板中に冷却ロール表面を研磨あるいは研削する手段を設
けたことを特徴とする急冷金属薄帯の製造装置を提供す
るもので、冷却ロールの表面粗さのオンライン計測装置
は光学的計測手段とすることができる。

また、本発明は高速回転する冷却ロール表面に、スリッ
ト状の開口部を有する注湯ノズルを介して、溶融金属を
射出し急冷凝固させて急冷金属薄帯を製造する方法にお
いて、急冷金属薄帯を冷却ロールから剥離する位置から
注湯ノズル位置までの間で、製板に用いる冷却ロールの
表面粗さを計測し、該オンライン計測された冷却ロール
の表面粗さに関する情報に基づいて、製板中に冷却ロー
ル表面を研磨あるいは研削することを特徴とする急冷金
属薄帯の製造方法を提供するもので、冷却ロールの表面
粗さを光学的にオンライン計測することができる。

［作用］ 本発明においては、急冷金属薄帯を冷却ロールから剥離
する位置から注湯ノズル位置までの間、すなわち、製板
に用いる冷却ロールの露出表面の表面粗さをオンライン
で計測し、オンライン計測装置の冷却ロールの露出表面
の粗さに対応する出力信号の情報に基づいて、冷却ロー
ルを研磨あるいは研削すべき量を演算器で演算して出力
し、演算器の出力に基づいて製板中の冷却ロール表面を
研磨あるいは研削するので、急冷金属薄帯の表面性状を
常に一定に維持したり、あるいは希望の状態に変化させ
ることができる。

表面粗さをオンラインで計測する装置・方法は特に限定
されるものではないが、光の反射強度を測定する光学的
装置・方法が好適である。

本発明の装置及び方法について、非晶質合金薄帯の製造
を例にとった説明図を用いて具体的に説明する。

第１図は注湯ノズル１から射出された溶融金属が高速回
転する冷却ロール２の表面で超急冷されて凝固し、非晶
質合金薄帯３を形成した後、ガスナイフ４によって冷却
ロールから剥離され、ファン12によって巻取機（図示せ
ず）側に飛翔する様子を示している。

ここで、冷却ロールの表面状態を調整するものとして、
ロールの改削は超硬合金バイトを用いて、製板操業の前
に行われている。また0.08mm程度のステンレス鋼ワイヤ
製のブラシロール５と、芯金の上にガーゼを多数回巻い
たバフロール６は、それぞれ自転しながら製板中も冷却
ロール２に接触し、冷却ロール表面の研磨・研削に供さ
れている。同図中には台車13が移動した後、巻取機によ
って張力を与えられ、デフレクタロール７の位置でパス
ラインを形成している際の非晶質合金薄帯８の状況も点
線で示されている。

光学式の表面粗さ測定装置20は、バフロールと注湯ノズ
ルの中間位置に配置されている。この位置に表面粗さ測
定装置を設置するのは、急冷金属薄帯の剥離点より上流
では製板されたばかりの金属薄帯が冷却ロール表面上に
密着しているため、直接製板に供される冷却ロールの露
出表面の測定ができないし、またブラシロールやバフロ
ールなどによって冷却ロール面を研磨あるいは研削する
と共に面上の薄帯片や粉塵などを除去し、ロール表面を
粗さ測定のための供試面として使用できるからである。

表面粗さ測定装置20でオンライン測定された表面粗さに
関する情報は、変換器22、比較演算器21、及びサーボモ
ータ制御装置23、サーボモータ24を介してブラシロール
及びバフロールの回転及び走査機構にフィードバックさ
れ、冷却ロールの表面性状をあらかじめ確認しておいた
希望の状態に維持したり、あるいは変化させることがで
きる。

表面粗さを光学的装置・方法によって測定することは、
高温の溶融金属や注湯ノズルなどの注湯系が冷却ロール
の近接して存在するこの種装置において、遠隔的な方法
による表面粗さ測定に好適であり、とりわけ単一波長を
有し指向性の極めて強い、He−Ne、Ar、炭酸ガス及びYA
Gレーザなどを光源として使用するのは特に有効であ
る。なぜなら、単一波長を有する光束の粗面での反射に
よる光散乱分布の反射角度依存性は、理論的にも実験的
にも解析できるからである。

［実施例］ 第１図に説明図を示した装置を用い、十分に余熱したタ
ンディッシュ９内に1300℃に保持したFe₇₉Mn₁B₁₂Si₇C₁
組成（原子％）の溶融金属を供給した後、注湯ノズル１
上方のストッパ10を開放して、注湯ノズルの開口スロッ
トから25m/秒で高速回転する内部水冷型の銅合金製冷却
ロール２の表面上に溶湯を一気に射出したところ、冷却
ロール面に密着して100mm幅の非晶質合金薄帯３が作製
された。次いで約3kg/cm²に制御された空気の板状高速
気流によるガスナイフ４によって冷却ロール面に密着し
た非晶質合金薄帯を剥離し、ファン12により巻取機（図
示せず）側に飛翔させた。台車13上のピンチロール11に
よって、この飛翔する非晶質合金薄帯を捕捉したのち、
台車を巻取機後方まで移動させ、非晶質合金薄帯を搬送
してから、冷却ロールと同速で回転する巻取機の巻取り
リールに接着させて巻取りを始めた。巻取器による巻取
り張力を約3kgf/mm²に制御したところ、安定なパスライ
ンが形成され、連続的な制板・巻取が実現された。この
状態で約20分ほど制板を持続した後、製造を停止した。

この製板過程における冷却ロールの表面粗さをHe−Neレ
ーザを光源とする表面粗さ測定器20でオンライン測定し
て、冷却ロール面の反射強度に関する情報を変換器22を
介して比較演算器21、サーボモータ制御装置23に送り、
サーボモータ24を制御して反射強度が一定になるように
ブラシロール５及び／又はバフロール６の回転数、圧下
力及び走査を制御したところ、第２図に示したように、
冷却ロール面からの反射強度すなわち冷却ロールの表面
性状をほぼ一定に維持することができた。なお同図中の
点線は比較例としてブラシロール及び／又バフロールへ
の前記情報のフィードバックなしに製板を続けた場合に
測定された反射強度の変化を示したものである。

本発明により冷却ロール面の表面加工を製板中も続ける
ことによって、製板される非晶質合金薄帯の表面品質を
ほとんど一定に維持できた。

なお、比較演算器及びサーボモータ制御装置の設定条件
を変更することにより、冷却ロールの表面性状を希望の
状態に移行させることも可能であった。

［発明の効果］ 本発明によれば、単ロール法による急冷金属薄帯の製造
過程における冷却ロール表面の変化をオンラインで計測
し、計測された情報に基づいて、ロール面の表面性状を
一定に維持したりあるいは希望の状態に移行させるよう
に、表面調整装置にフィードバックさせることができる
ので、急冷金属薄帯の表面品質を改善する上で本発明の
有効性は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた装置の説明図、第２図
は冷却ロール表面からの反射強度の経時変化を示すグラ
フである。 １……注湯ノズル、２……冷却ロール ３、８……非晶質合金薄帯、４……ガスナイフ ５……ブラシロール、６……バフロール ７……デフレクタロール、９……タンディッシュ 10……ストッパ、11……ピンチロール 12……ファン、13……台車 20……表面粗さ測定装置、21……比較演算器 22……変換器 23……サーボモータ制御装置 24……サーボモータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高速回転する冷却ロール表面に、スリット
   状の開口部を有する注湯ノズルを介して、溶融金属を射
   出し急冷凝固させて急冷金属薄帯を製造する装置におい
   て、急冷金属薄帯が冷却ロールから剥離する位置から注
   湯ノズル位置までの間に、製板に用いる冷却ロールの表
   面粗さを計測するオンライン計測装置を設けると共に、
   該オンライン計測装置の冷却ロールの表面粗さに対応す
   る出力信号に基づいて冷却ロールを研磨あるいは研削す
   べき量を演算し出力する演算器と該演算器の出力信号に
   基づいて、製板中に冷却ロール表面を研磨あるいは研削
   する手段を設けたことを特徴とする急冷金属薄帯の製造
   装置。
2. 【請求項２】冷却ロールの表面粗さのオンライン計測装
   置は光学的計測手段である請求項１記載の急冷金属薄帯
   の製造装置。
3. 【請求項３】高速回転する冷却ロール表面に、スリット
   状の開口部を有する注湯ノズルを介して、溶融金属を射
   出し急冷凝固させて急冷金属薄帯を製造する方法におい
   て、急冷金属薄帯を冷却ロールから剥離する位置から注
   湯ノズル位置までの間で、製板に用いる冷却ロールの表
   面粗さを計測し、該オンライン計測された冷却ロールの
   表面粗さに関する情報に基づいて、製板中に冷却ロール
   表面を研磨あるいは研削することを特徴とする急冷金属
   薄帯の製造方法。
4. 【請求項４】冷却ロールの表面粗さを光学的にオンライ
   ン計測する請求項３記載の急冷金属薄帯の製造方法。