JPH09271908A - 急冷金属薄帯製造用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ドラム表面温度の制御を簡便に行うとと
もに、薄帯幅が変わっても１つの冷却装置で対応可能な
冷却装置を提供する。 【解決手段】 溶融金属を急冷して連続的に金属薄帯を
製造する冷却装置において、冷却ロールが少なくとも片
端面に開口部を有する中空円筒状のドラムであり、該開
口部を通じて設置されたノズルから冷却媒体をドラム内
周面に噴出させて該ドラムを冷却する冷却機構を有する
ことを特徴とする急冷金属薄帯製造用冷却装置。さら
に、この冷却装置は冷却媒体を噴出するノズルを１ケ以
上有し、該ノズルから噴出する冷却媒体によって、ドラ
ムの回転軸に対して平行な方向（ドラム幅方向）にドラ
ム外周面温度の制御を可能とする装置である。この急冷
装置を用いることによって、磁気特性や機械的特性に優
れた急冷金属薄帯を簡便に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランス、磁気シ
ールド、チョークコイル等の磁性材料や釣竿等の強化材
料として使われる高強度材料に用いられる急冷金属薄帯
の製造用冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属合金を溶融状態から急冷凝固させる
ことによって連続的に薄帯を得る方法として、最も一般
的な方法は、単ロール法と呼ばれる方法である。この方
法は回転しているロールあるいはドラム等の冷却基板の
外周面に金属溶湯をオリフィス等から噴出させて薄帯を
製造する方法である。合金組成を適正に選ぶことによっ
て、液体金属に類似した非晶質合金を得ることができ、
磁気的性質に優れた材料、あるいは機械的性質に優れた
材料を製造することができる。

【０００３】この方法においては、合金溶湯の熱を冷却
ロールによって奪い合金溶湯を連続して急冷するため
に、常に冷却ロール外周面上の温度を低く保つ必要があ
る。１チャージの薄帯鋳造量の少ない場合には、冷却機
構を有しなくてもロール表面温度の上昇を薄帯製造に支
障ない程度に抑制することが可能であるが、通常の冷却
ロールではロール内部から水冷する方式が採用されてい
る（例えば、特開昭５７−１７１５４７号公報）。しか
し、ロール内部に水などの冷却媒体を循環させて冷却す
る場合、高速回転するロールに外部から水などの冷却媒
体を送り込む必要があり、回転軸周辺等のロール構造が
複雑になる欠点がある。

【０００４】また、単ロール法では、高温の溶融金属が
冷却ロール表面の中央部に接触するため、ロール中央部
の温度が端部に比べて高温になり、中央部と端部との間
に相当の温度勾配が生じることによるロールの熱変形、
いわゆるロールクラウンが生じる問題がある。ロールク
ラウンが生じると注湯ノズルとロール間のギャップが狭
くなり、薄帯の幅方向中央部の板厚が端部に比べて薄く
なってしまう。特開昭５８−１３５７５１号公報におい
て、このロールクラウンを解消する方法として、ロール
端部の冷却水路をロール中央部に比べて狭くすることに
よりロール端部の冷却能を低下させ冷却ロールの冷却面
の温度勾配をほぼ均一にする方法が開示されている。ま
た、特開昭５９−７８７５９号公報においては、ロール
の幅方向中央部から両端部方向へ通水を行い、冷却ロー
ルのロール幅方向の熱偏位を抑制する方法が開示されて
いる。この方法は冷却媒体である水の温度をロール中央
部で低く、ロール端部で高くすることにより、ロール端
部の冷却能力をロール中央部より低くする方法である。
しかし、これらの冷却方法はより一層冷却ロールの構造
を複雑にする。

【０００５】さらに、ロール基板の表面温度が薄帯の特
性に大きな影響を及ぼすことも指摘されている（特開昭
５８−３５８号公報）が、従来の技術ではその温度制御
を簡便に行える方法はなかった。また、製造する薄帯の
幅が異なれば、ロール表面の温度分布が変わることは容
易に予測できるが、それに対応して冷却方法を変えられ
る簡便な冷却装置もこれまでにはなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、急冷
薄帯の製造装置に用いる従来の冷却ロールの冷却方法は
複雑であり、かつ、薄帯幅の変化に応じて冷却能力を制
御できる冷却装置はなかった。本発明は、冷却ロール表
面温度の制御を簡便に行うとともに、薄帯幅が変わって
も１つの冷却装置で対応可能な冷却装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の通りの
ものである。 （１）溶融金属を急冷して連続的に金属薄帯を製造する
冷却装置において、冷却ロールが少なくとも片端面に開
口部を有する中空円筒状のドラムであり、該開口部を通
じて設置されたノズルから冷却媒体をドラム内周面に噴
出させて該ドラムを冷却する冷却機構を有することを特
徴とする急冷金属薄帯製造用冷却装置。 （２）冷却媒体を噴出するノズルをドラムの回転軸に平
行な方向に１ケ以上有し、該ノズルから噴出する冷却媒
体によって、ドラムの回転軸に平行な方向にドラム外周
面の温度分布の制御が可能な前項（１）の急冷金属薄帯
製造用冷却装置。

【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
は、冷却基板として少なくとも片端面に開口部を有する
中空円筒状のドラムを用いる。これにより、ドラム開放
面からドラム内部に冷却機構の挿入が可能となる。この
冷却機構は、従来の内部冷却方式と異なりドラムから独
立しているため回転せず、そのためドラムの構造が簡単
になる。冷却ドラムの材質は従来と同じく、Ｃｕ、Ｃｕ
合金、Ｆｅ合金、あるいは、それらにＣｒメッキを施し
たものが適している。

【０００９】本発明の冷却ドラムの概略を図１に示す。
冷却ドラム１は矢印の方向に高速回転する。この回転は
冷却ドラムを回転軸３に取り付ける方法により実現でき
るが、タイヤ等の補助ロールをドラムに接触させて、ド
ラムを回転させる方法によっても実現可能である。冷却
機構７は外側から冷却ドラムの開放面より内部に挿入さ
れていて、冷却ノズル８より冷却媒体をドラム内周面に
噴出する機構となっている。本発明の冷却機構は回転し
ないため、その機構は非常に簡単で従来法に比べて安価
になる。さらに、従来法ではロールと一緒に回転する冷
却媒体の通路をロール内部に組み込まなければならない
ため、複雑な冷却の制御は困難であったが、本発明では
冷却機構は回転しないため、冷却能力の制御機構も簡単
に組み込める。本発明の冷却機構を用いることにより、
鋳造時の温度制御を簡便に行うことが可能となる。

【００１０】薄帯鋳造時にドラムの表面温度を精密に制
御するために、本発明の冷却機構は冷却媒体を噴出する
冷却ノズル８を１ケ以上有している。このノズルから噴
出する冷却媒体を制御することによりドラム表面の温度
が制御可能となる。特性の優れた急冷金属薄帯を得るこ
と、およびロールクラウンを抑制するために、ドラムの
回転軸に対して平行な方向（ドラム幅方向）におけるド
ラムの表面の冷却をできる機構を設置する。最も簡便な
機構は、冷却ノズルをドラム幅方向に複数個配列しそれ
ぞれ独立に制御することであり、これによりドラム幅方
向での温度勾配を抑制することが可能となる。また、１
ケのノズルをドラム幅方向に移動させて冷却を行っても
ドラム幅方向の温度分布を制御することが可能である。
ノズルを複数個配列する場合、最も簡便にドラム表面温
度を制御するためには、ノズルから噴出する冷却媒体の
噴出圧力、噴出量、冷却媒体の温度等を制御すれば良
い。これらを制御することにより、精密なドラムの表面
温度の制御が行える。さらに、ドラムの温度をモニター
しながらフィードバック制御によるドラム温度制御を行
うことも可能である。ドラム温度の測定には熱電対また
は放射温度計が使用できる。

【００１１】さらに、薄帯幅が異なる薄帯を鋳造する場
合においても、ノズルが１つの場合は、その移動のスト
ロークを変えることによって、あるいは、複数個のノズ
ルを用いる場合は使用するノズルの数のみを変えること
によって、１つの冷却ドラムで簡便にドラム温度の制御
が可能となる。これによって、薄帯幅が異なっても同じ
冷却条件で鋳造することが可能となる。

【００１２】本発明の冷却装置を用いることにより、薄
帯幅方向に均一な特性の薄帯を得ることが可能となっ
た。また、ロールクラウンの抑制も可能となった。さら
に、薄帯幅が変わっても１つの冷却装置で対応可能にな
った。本発明の冷却装置は従来より構造が簡単であるた
め、薄帯を安価に製造することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の急冷金属薄帯製造装置に
ついて説明する。図１に本発明の冷却ドラムの１例の概
略図を示す。冷却ドラム１は支柱２によって回転軸３に
取り付けられている。支柱２をドラム１に取り付ける位
置は任意であるが、通常は冷却機構が１つで済むドラム
の端部に取り付ける。しかし、支柱をドラム中央部に取
り付け、冷却機構を２つ取り付けた、図２のような冷却
ドラムを用いても良い。支柱２がついている部分のドラ
ムは冷却能が低下するため、広幅の薄帯を得ようとする
場合は、図１の構造が適している。

【００１４】冷却装置７は外側からドラムの開放面より
内部に挿入される。冷却装置１７のノズル８から冷却媒
体をドラム内周面に噴出する。冷却媒体のノズルの噴出
位置は、ルツボ５から溶融金属６が噴出される外周面の
裏側に当たる位置が好適である。冷却媒体は冷水、ある
いはロールを予熱する場合は温水を用いても良い。その
他、公知の冷却媒体が使用可能である。

【００１５】鋳造時に冷却機構のノズルから冷却媒体の
噴出量を調整することによりドラム表面の温度制御を行
う。噴出した冷却媒体は遠心力によりドラム内周面に押
しつけられるが、やがてドラム開放面よりドラム外部へ
排出される。この時、ドラム外周面に冷却媒体が付着す
ると薄帯性状が劣化するために、ドラムに排出フィン４
を取り付ける。これによって、冷却媒体のドラム外周面
への付着を避けることが可能となった。冷却をより効率
的に行うために、図３に示すように、排出フィンの形を
変えてドラムに冷却媒体を一時貯蔵する方法を採っても
良い。この方法は貯蔵した冷却媒体が冷却基板からより
多くの熱を奪うため、冷却能力が高くなる効果がある。
ドラム外部に冷却媒体の回収機構および循環機構を設け
ることによって、冷却媒体の再利用が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明を実施例および比較例により
さらに説明する。実施例１ 図１に示すような直径３００ｍｍ、幅１００ｍｍ、肉厚
１０ｍｍのＣｕ製ドラムと７個のノズルを持つ冷却機構
からなる製造装置を用いて、Ｆｅ₇₈Ｓｉ₁₂Ｂ₁₀（原子
％）の組成の非晶質薄帯を製造した。薄帯の厚さは約３
０μｍ、薄帯幅は５０ｍｍである。冷却媒体には水を用
い、中央部の５個のノズルのみ用いた。ノズル孔の直径
は２ｍｍ、ノズル間の距離は１０ｍｍであり、その噴出
圧は中央部の１ケが２ｋｇｆ／ｃｍ² で両端部の各１ケ
が１ｋｇｆ／ｃｍ² とし、残りのノズルは噴出圧分布が
ドラム幅方向に山形となるように制御した。

【００１７】比較例として、図４に示す従来ロールであ
る直径３００ｍｍ、幅１００ｍｍのＣｕ製焼きばめロー
ルを用いて薄帯を製造した例を示す。このロールは、冷
却媒体通路１４が回転軸１２と同軸上を通り、さらにロ
ール外周部１１の内側に設置されている。冷却媒体は通
路１４を通じて、図４の矢印のようにロール内部に導か
れ、ロール外周部を内側から冷却する構造になってい
る。

【００１８】図５に実施例の冷却ドラムと比較例のロー
ルの表面温度の幅方向の分布の時間変化を示す。鋳造時
期を時間で３分割し、それぞれ鋳造初期、中期、終期と
した。図５（ａ）に示す実施例では、鋳造初期から終期
まで温度上昇はあまりなく、かつ、ドラム幅方向の温度
分布はほぼ均一である。これに対し、図５（ｂ）に示す
比較例では、鋳造の進行と共にロール温度が上昇し、ロ
ール中央部の温度が端部より高くなっている。

【００１９】表１に実施例と比較例で得られた薄帯の磁
気特性と薄帯幅方向中央部と端部の板厚を示す。磁気特
性は、ＳＳＴ測定による磁束密度１．３Ｔ、周波数５０
Ｈｚの時の鉄損値Ｗ_13/50 で評価した。表１から明らか
なように、実施例では薄帯の特性はＷ_13/50 が０．１２
Ｗ／ｋｇ以下と全体に渡って優れた値を示しているが、
従来ロールを用いた場合は鉄損値が劣化している。これ
は、図５に示したように実施例ではドラム表面温度は一
定に保たれるが、比較例ではロール表面の温度、特にロ
ール中央部の温度が大きく上昇していることが原因であ
ると考えられる。板厚の幅方向の変動に関しては、実施
例では幅方向に均一であるのに対し、比較例では板厚の
幅方向の変動も鋳造の進行につれて大きくなった。

【００２０】以上のことから、本発明の冷却ドラムを用
いることによって、薄帯の特性および形状の均一安定化
が達成できた。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例２ 実施例１と同じ装置を用いて、実施例１と同じ組成の薄
帯を薄帯幅を変えて鋳造した。表２に鋳造した薄帯の
幅、使用したノズルの数、鋳造中期の薄帯の鉄損値Ｗ
_13/50 および薄帯中央部と端部の板厚を示す。冷却媒体
の噴出圧は実施例１の場合と同様に中央部の１ケが２ｋ
ｇｆ／ｃｍ² で両端部の各１ケが１ｋｇｆ／ｃｍ² と
し、残りのノズルは噴出圧分布がドラム幅方向に山形と
なるように制御した。比較例として、図４に示した従来
ロールを用いた例も示す。

【００２３】実施例では、鋳造する薄帯の幅を変えても
冷却が充分に行われていて、薄帯の鉄損値は、いずれも
優れた値を示しているのが分かる。また、板厚の薄帯幅
方向の変動もほとんどなく、特性および形状に優れた薄
帯が得られている。これに対して、比較例では、薄帯の
幅が広くなると鉄損値が劣化し、かつ、板厚が中央部が
端部に比べて薄くなっていくことがわかる。これは薄帯
幅が広くなることにより薄帯幅方向のロール温度の差が
より大きくなったことによるものと考えられる。

【００２４】以上のことから、本発明の冷却ドラムを用
いることによって、薄帯幅が異なっても同じドラムで特
性および形状に優れた薄帯の製造が可能となった。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明の急冷金属薄帯製造用冷却装置を
用いることにより、簡便かつ経済的に冷却ドラムの温度
制御が行えるので、ロールクラウンを抑制でき、極めて
均一な薄帯を安定して鋳造することができる。さらに、
本発明の冷却装置は薄帯の幅に応じたドラムの温度制御
ができるので、同じドラムを用いても薄帯幅に関係なく
一定の鋳造条件を実現できる。したがって、本発明の急
冷金属薄帯製造用冷却装置を用いれば、磁気特性や機械
的特性等の品質が薄帯幅方向や長手方向に均質である優
れた急冷金属薄帯を簡便に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却ドラムを備えた急冷金属薄帯製造
用冷却装置の１例を示す概略図である。

【図２】本発明の冷却ドラムを備えた急冷金属薄帯製造
用冷却装置の他の１例を示す概略図である。

【図３】本発明の冷却ドラムを備えた急冷金属薄帯製造
用冷却装置の他の１例を示す概略図である。

【図４】従来の水冷ロールの概略図である。

【図５】冷却基板幅方向位置における温度分布であっ
て、（ａ）本発明におけるドラム幅方向の温度分布、
（ｂ）従来ロールにおけるロール幅方向の温度分布、を
示す。

【符号の説明】

１ 冷却ドラム ２ 支柱 ３，１２ 回転軸 ４ 排出フィン ５ ルツボ ６ パドル ７ 冷却機構 ８ 冷却ノズル ９ 冷却媒体 １１ ロール外周部 １３ ロール主部 １４ 冷却媒体通路

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【手続補正書】

【提出日】平成８年５月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】薄帯鋳造時にドラムの表面温度を精密に制
御するために、本発明の冷却機構は冷却媒体を噴出する
冷却ノズル８を１ケ以上有している。このノズルから噴
出する冷却媒体を制御することによりドラム表面の温度
が制御可能となる。特性の優れた急冷金属薄帯を得るこ
と、およびロールクラウンを抑制するために、ドラムの
回転軸に対して平行な方向（ドラム幅方向）におけるド
ラムの表面の冷却能力を制御できる機構を設置する。最
も簡便な機構は、冷却ノズルをドラム幅方向に複数個配
列しそれぞれ独立に制御することであり、これによりド
ラム幅方向での温度勾配を抑制することが可能となる。
また、１ケのノズルをドラム幅方向に移動させて冷却を
行ってもドラム幅方向の温度分布を制御することが可能
である。ノズルを複数個配列する場合、最も簡便にドラ
ム表面温度を制御するためには、ノズルから噴出する冷
却媒体の噴出圧力、噴出量、冷却媒体の温度等を制御す
れば良い。これらを制御することにより、精密なドラム
の表面温度の制御が行える。さらに、ドラムの温度をモ
ニターしながらフィードバック制御によるドラム温度制
御を行うことも可能である。ドラム温度の測定には熱電
対または放射温度計が使用できる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】冷却装置７は外側からドラムの開放面より
内部に挿入される。冷却装置７のノズル８から冷却媒体
をドラム内周面に噴出する。冷却媒体のノズルの噴出位
置は、ルツボ５から溶融金属６が噴出される外周面の裏
側に当たる位置が好適である。冷却媒体は冷水、あるい
はロールを予熱する場合は温水を用いても良い。その
他、公知の冷却媒体が使用可能である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属を急冷して連続的に金属薄帯を製
   造する冷却装置において、冷却ロールが少なくとも片端
   面に開口部を有する中空円筒状のドラムであり、前記開
   口部を通じて設置された前記ノズルから冷却媒体をドラ
   ム内周面に噴出させてドラムを冷却する冷却機構を有す
   ることを特徴とする、急冷金属薄帯製造用冷却装置。
2. 【請求項２】冷却媒体を噴出するノズルをドラムの回転
   軸に平行な方向に１個以上有し、前記ノズルから噴出す
   る冷却媒体によって、前記ドラムの回転軸に平行な方向
   にドラム外周面の温度分布を制御する請求項１に記載の
   急冷金属薄帯製造用冷却装置。