JPH11170006A - アモルファス金属連続体の製造方法及びアモルファス金属の連続体へのコーティング方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の解決課題は、従来のアモル
ファス糸と事なり、最小直径が１５０μｍ、最大直径が
５ｍｍ程度のアモルファス金属連続体をロールで製造す
る方法を開発する事にある。 【解決手段】 少なくとも一方の外周に凹溝(3)が
形成されている一対の回転ロール(1)(2)の対向部位(23)
における凹溝(3)内に溶湯(4)をノズル(5)から流出さ
せ、アモルファス金属連続体(6)を形成するアモルファ
ス金属連続体製造方法であって、ノズル(5)の出口(7)か
ら流出した溶湯(4)が、回転ロール(1)(2)の対向部位(2
3)における凹溝(3)の通過後に凝固してアモルファス金
属連続体(6)になるようにした事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太径のアモルファス金
属連続体の製造方法及びアモルファス金属の連続体への
コーティング方法とその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アモルファス合金が高強度、高耐食性、
優れた軟磁性、高磁歪などの特性を有することが見出さ
れて以来、これらの諸特性を有効に生かした分野でアモ
ルファス合金は応用されきている。しかしながら、これ
まで見出されていた上記の特性を示すＦｅ，Ｃｕ，Ｎｉ
基などのアモルファス合金の固体を液体から作製する為
には、約１０⁵°Ｋ/秒以上の冷却速度が必要である為、
応用材料としては、薄肉・小物形状に限られており、そ
の最大臨界厚さは薄帯では約１００μｍ、最大臨界直径
は細線では約１５０μｍ、粉末では約５０μｍであっ
た。

【０００３】処で、アモルファス合金の応用分野と材料
形状は密接な関係にあり、薄帯は主として磁性材料分野
に、細線は強度材料と磁性材料分野に、粉末ではフレー
ク形状粉が電磁気材料分野に使用されてきている。この
ように、アモルファス合金の高強度、高耐食性の特徴を
生かした利用を推進していく場合、丸断面の線材が最も
重要といえる。

【０００４】融液から直接、丸断面の金属線材を作製す
る試みはこれまでも活発に行われてきており、多くのプ
ロセス技術が考案されてきた。丸断面の長尺連続体のア
モルファス合金線材の製造法に焦点を絞る時、その線材
の作製に成功している技術として、ガラス被覆防止法
（テイラー法）、融液引出し法及び回転液中紡糸法があ
り、得られる線材直径は、それぞれ５〜３０μｍ、２０
〜１５０μｍ、７０〜１５０μｍの範囲にあることが報
告されている。極く細いアモルファス線材や非平衡結晶
線材を製造する技術としては一般的に融液引出し法と回
転液中紡糸法が用いられている。

【０００５】処で、これからのアモルファス線材の応用
を考える時、線材直径が１５０μｍ以上の太線材の開発
が強く要望されていた。従って、アモルファス合金線材
が回転液中紡糸法を用いて１９８１年に初めてPd-Cu-Si
系合金において作り出されて以来、より大きな直径を持
つアモルファス合金線材を作製する試みが行われてき
た。しかしながら、回転液中紡糸法や融液引出し法を用
いて約２００μｍ以上の直径を持つアモルファス合金太
線材の作製を試みた処、現在の迄の処では以下の２つの
問題点の為にアモルファス合金太線材は得られていな
い。

【０００６】その１つは、これらの技術では直径２００
μｍ以上では線材表面の凹凸が大きくなり、均一な直径
を持つ線材が得られない。これは溶湯の凝固までに時間
を費やす為と考えられている。他の１つは、直径が２０
０μｍ以上では線材の冷却速度がアモルファス合金作製
に必要な臨界冷却速度以下となり、結晶相となり、きわ
めて脆くなってしまうことである。

【０００７】従って、約２００μｍ以上の直径を持つア
モルファス合金太線材を開発する為には、これまでとは
全く異なった新しい作製技術を用いなければならないこ
と、および２００μｍ以上の太線材となり、冷却速度が
低下しても、アモルファス相が生成できる大きなガラス
形成能を持った合金が要求される事になる。

【０００８】１９９０年以後、本発明者らはMg-Ln-(Ni,
Cu,Zn)、 Ln-Al-Tm、 Zr-Al-Tm, Fe-(Al,Ga)-(P,B,C,Si),
Pd-Cu-Ni-P、 Fe-(Zn,Hf,Nb)-B （前記Ln＝希土類金
属、Tm＝IV〜VIII族遷移金属である）などの３元以上の
多元系合金では、融点(Tm)以下の過冷却液体の結晶化に
対する安定性が著しく増大し、臨界冷却速度は１０³〜
０.１°Ｋ/秒の範囲に低下し、得られるアモルファス合
金固体の最大径も数ｍｍ〜８０ｍｍにも達することを報
告している。

【０００９】このような大きなガラス形成能を持ったア
モルファス合金の登場により、２００μｍ径以上におい
ても均一な直径の線材が溶湯から直接得られる技術を開
発できれば、長い間開発が望まれていたアモルファス合
金太線材を作製できる可能性がある。

【００１０】そこで、溶液引き出し法、ガラス被覆溶湯
紡糸法に変わる方法として、図１１に示すように外周に
凹溝(33)が形成されている一対の大型水冷回転ロール(3
1)(32)（例えば直径２００ｍｍ以上）と、直上に配設さ
れた坩堝(34)とを用いて大型水冷回転ロール(31)(32)の
対向部位(35)における凹溝(33)内にアモルファス金属溶
湯(36)を坩堝(34)の底部に形成したノズル(37)から流出
させ、アモルファス金属連続体を形成する事が試みられ
た。

【００１１】回転ロール(31)(32)を大型にした理由は、
回転ロール(31)(32)の体積を大きくすることで回転ロ
ール(31)(32)の熱容量を大にしてアモルファス金属の冷
却速度（約１０⁵°Ｋ/秒以上）を大きくするため、ア
モルファス金属の凝固連続体を圧延加工する事による加
工圧力から装置の回転系を保護するため、全体を大きく
して強度を増す必要があった事、《換言すれば、回転ロ
ール(31)(32)の対向部位(35)を通過する前にアモルファ
ス溶湯を凝固させ、これを圧延していた》回転ロール
(31)(32)を水冷構造としたため、構造が複雑になり、全
体形状を大きくせざるを得なかった事などが挙げられ
る。

【００１２】処がこのようなすると、ノズル(37)の先端
を大型水冷回転ロール(31)(32)の対向部位(35)に近づけ
る事ができず、ノズル(37)の先端と大型回転ロール(31)
(32)の中心を結ぶ直線との距離(H)が大きくならざるを
得ず、ノズル(37)から流出したアモルファス金属の溶湯
が冷却して大型水冷回転ロール(31)(32)の対向部位(37)
に到達する以前にガラス遷移温度近傍に達してしまい、
大型水冷回転ロール(31)(32)に接触するや否や凝固して
凹溝(33)より大きなブロック(38)を形成してしまい、こ
れが楔となって大型回転ロール(31)(32)の回転を止めて
しまうだけでなく凹溝(38)の表面に大きな傷を作ってし
まい、耐久性の点で大きな問題となっていた。

【００１３】このように大型冷却回転ロール(31)(32)に
よるアモルファス金属連続体の成形は失敗の連続であ
り、ロールによる太径連続体の製造は不可能という事が
これ迄の定説であった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
従来のアモルファス糸と事なり、最小直径が１５０μ
ｍ、最大直径が５ｍｍ程度のアモルファス金属連続体を
ロールで製造する方法及びその製造装置を開発する事に
ある。又、線材や棒材など別に用意された連続体にアモ
ルファス金属をコーティングする事などはこれまで全く
考えられておらず、本発明方法及び該装置を利用してア
モルファス金属の連続体へのコーティング方法とその装
置を開発する事も発明が解決しようとする他の課題であ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のアモルファス金属連続体製造方法は『少なくとも一方
の外周に凹溝(3)が形成されている一対の回転ロール(1)
(2)の対向部位(23)における凹溝(3)内に溶湯(4)をノズ
ル(5)から流出させ、アモルファス金属連続体(6)を形成
するアモルファス金属連続体製造方法であって、ノズル
(5)の出口(7)から流出した溶湯が、回転ロール(1)(2)の
対向部位(23)における凹溝(3)の通過後に凝固してアモ
ルファス金属連続体(6)になるようにした』事を特徴と
する。

【００１６】ノズル(5)の出口(7)での溶湯温度は、アモ
ルファス金属の溶融温度(Tm)より高い温度であり、回転
ロール(1)(2)の対向部位(23)における凹溝(3)の通過後
に凝固するのであるが、例えば回転ロール(1)(2)の対向
部位(23)における凹溝(3)を越えた処《例えば対向部位
(23)から２０ｍｍ程度の範囲で、これを(S)で示す。勿
論、範囲(S)はアモルファス金属の種類や線径その他諸
条件によって変わる。》でアモルファス金属が略ガラス
遷移温度(Tg)になる事を意味する。この点は請求項２の
場合でも同様である。成形部位である回転ロール(1)(2)
の対向部位(23)では、アモルファス金属は粘稠状体或い
は液状であるので、殆ど抵抗なく回転ロール(1)(2)は回
転する事ができ、溶湯がアモルファス化する最大直径ま
でアモルファス金属連続体(6)を形成する事ができる。
この事は、回転ロール(1)(2)を通過するときに、溶湯
(4)を急冷して結晶化領域を素早く通過させ、その後冷
却速度が遅くともアモルファス化に支承がないという現
象を利用している事を示す。アモルファス金属溶湯(4)
の流出速度と、回転ロール(1)(2)の周速（即ち、回転ロ
ール(1)(2)の外周の移動速度）とはほぼ等しく、アモル
ファス金属溶湯(4)に衝撃力を与えることなく成形す
る。

【００１７】この時、凹溝(3)の形状を断面半円形に
し、両回転ロール(1)(2)の外周に凹溝(3)を形成してお
けば、断面円形のアモルファス金属連続体(6)が得られ
るし、凹溝(3)の形状を断面三角形にし、両回転ロール
(1)(2)の外周に凹溝(3)を形成しておけば、断面矩形の
アモルファス金属連続体(6)が得られる。また、浅く幅
広の凹溝三角形にしておけば、図示しないがアモルファ
ス金属連続板が形成される。従って、凹溝(3)の形状を
適宜選択するだけで任意の断面のアモルファス金属連続
体(6)が得られる事になる。

【００１８】請求項２はアモルファス金属の連続体(8)
へのコーティング方法に関し『少なくとも一方の外周に
凹溝(3)が形成されている一対の回転ロール(1)(2)の対
向部位(23)における凹溝(3)内に溶湯(4)をノズル(5)か
ら流出させ、且つ前記凹溝(3)内に連続体(8)を供給して
連続体(8)の外周面にアモルファス金属をコーティング
するアモルファス金属の連続体(8)へのコーティング方
法であって、ノズル(5)の出口(7)から流出した溶湯が、
回転ロール(1)(2)の対向部位(23)における凹溝(3)の通
過後に凝固するようにした』事を特徴とする。

【００１９】これによればコーティングされる連続体
(8)は、アモルファス金属の溶融温度(Tm)に耐えられる
素材でありれば、どのようなものでもその表面に連続的
にコーティングする事ができる。好ましくは、アモルフ
ァス金属との濡れ性、親和性に富む材料である事が好ま
しい。図中、(9)はアモルファスコーティング層を示
す。また、連続体(8)の供給方法は、図の実施例のよう
に坩堝(11)を貫通して供給される場合だけでなく、坩堝
(11)の外から供給してもよい。勿論、前述同様、アモル
ファス金属溶湯(4)、連続体(8)及び回転ロール(1)(2)の
周速は、略一致している事が好ましい。

【００２０】請求項３は請求項１又は２の方法に適する
アモルファス金属の例で『アモルファス金属が、鉄系、
ジルコニウム系、マグネシウム系、アルミニウム系、チ
タン系のいずれかであって、ガラス遷移温度を持つ材料
である』事を特徴とする。

【００２１】これらのアモルファス金属としては、前出
のMg-Ln-(Ni,Cu,Zn)、 Ln-Al-Tm、 Zr-Al-Tm, Fe-(Al,Ga)
-(P,B,C,Si), Pd-Cu-Ni-P、 Fe-(Zn,Hf,Nb)-B (前記Ln＝
希土類金属、Tm＝IV〜VIII族遷移金属である)などの３
元以上の多元系合金がある。これらは融点(Tm)以下の過
冷却液体の結晶化に対する安定性が著しく、臨界冷却速
度は１０³〜０.１°Ｋ/秒の範囲である。これらのうち
前記条件のものが本発明方法に適用するアモルファス金
属として好ましい。

【００２２】そして上記に規定する物理的性質を有する
アモルファス金属は、ノズル(5)の出口(7)がアモルファ
ス金属の略溶融温度(Tm)であり、回転ロール(1)(2)の対
向部位(23)における凹溝(3)を越えた後に略ガラス遷移
温度(Tg)になって凝固するため、これまで不可能と考え
られていたロール成形方法が可能になった。

【００２３】請求項４は、請求項１に記載の方法を実施
するための装置で『少なくともいずれか一方の外周に凹
溝(3)が形成されている一対の回転ロール(1)(2)と、回
転ロール(1)(2)の直上にて回転ロール(1)(2)の対向部位
(23)の凹溝(3)に向けて配設されたノズル(5)をもつ坩堝
(11)とで構成され、前記回転ロール(1)(2)の直径が最大
１００ｍｍ、或いは回転ロール(1)(2)の中心(0)(0')を
結ぶ線(L)とノズル(5)との間の距離(h)が４０ｍｍ以下
であり、回転軸(12)に冷媒流通孔(13)が形成されてい
る』事を特徴とする。

【００２４】この場合は、冷却ブロック(10)を使用せず
にアモルファス金属連続体(6)を形成する場合で、回転
ロール(1)(2)の直径を小さくする事によって水冷ブロッ
ク(10)を用いなくとも回転軸(12)に冷媒流通孔(13)を形
成するだけで十分な冷却効果を得る事ができる。

【００２５】請求項５は、請求項１に記載の方法を実施
するための他の装置で『少なくともいずれか一方の外周
に凹溝(3)が形成されている一対の回転ロール(1)(2)
と、前記回転ロール(1)(2)を回転可能にて収納する冷却
ブロック(10)と、回転ロール(1)(2)の直上にて回転ロー
ル(1)(2)の対向部位(23)の凹溝(3)に向けて配設された
ノズル(5)をもつ坩堝(11)とで構成された』事を特徴と
する。

【００２６】この場合は冷却ブロック(10)を使用する場
合で、これによれば回転ロール(1)(2)が冷却ブロック(1
0)中に収納されるので、回転ロール(1)(2)は冷却ブロッ
ク(10)によって回転ロール(1)(2)の表面から熱が奪われ
ることになり、回転ロール(1)(2)そのものを水冷構造と
する必要がなく、容易に小型化する事ができるだけでな
く、表面からの冷却であるので、回転ロール(1)(2)によ
るアモルファス金属のより効果的な冷却が可能となる。
その結果、従来不可能と考えられていたロール法による
太径のアモルファス金属連続体(6)の製造がより容易に
なった。

【００２７】請求項６はアモルファス金属の連続体(8)
へのコーティング装置に関し『少なくともいずれか一方
の外周に凹溝(3)が形成されている一対の回転ロール(1)
(2)と、回転ロール(1)(2)の直上にて回転ロール(1)(2)
の対向部位(23)の凹溝(3)に向けて配設されたノズル(5)
をもつ坩堝(11)と、前記凹溝(3)に挿通される連続体(8)
とで構成され、前記回転ロール(1)(2)の直径が最大１０
０ｍｍ、或いは回転ロール(1)(2)の中心(0)(0')を結ぶ
線(L)とノズル(5)との間の距離(h)が４０ｍｍ以下であ
り、回転軸(12)に冷媒流通孔(13)が形成されている』事
を特徴とするもので、この場合は前述同様、冷却ブロッ
ク(10)を使用しない場合で、この装置を使用する事によ
り請求項２で記載したコーティングが実現可能となる。

【００２８】請求項７はアモルファス金属の連続体(8)
への他のコーティング装置に関し『少なくともいずれか
一方の外周に凹溝(3)が形成されている一対の回転ロー
ル(1)(2)と、前記回転ロール(1)(2)を回転可能にて収納
する冷却ブロック(10)と、回転ロール(1)(2)の直上にて
回転ロール(1)(2)の対向部位(23)の凹溝(3)に向けて配
設されたノズル(5)をもつ坩堝(11)と、前記凹溝(3)に挿
通される連続体(8)とで構成された』事を特徴とするも
ので、この場合では冷却ブロック(10)を使用する場合
で、この装置を使用する事により請求項２で記載したコ
ーティングが実現可能となる。

【００２９】請求項８は本発明装置に使用される回転ロ
ール(1)(2)の関する限定で『回転ロール(1)(2)の直径が
最大１００ｍｍである』事を特徴とする。アモルファス
金属連続体(6)の成形には、回転ロール(1)(2)の直径が
小さいほどノズル(5)の先端(7)が回転ロール(1)(2)の中
心(0)(0')を結ぶ線(L)に近づくため好ましい。ノズル
(5)の前記線(L)との離間距離を勘案した場合、回転ロー
ル(1)(2)の最大直径は１００ｍｍである。これ以上にな
ると、ノズル(5)からの距離(H)が離れ過ぎてノズル(5)
から出たアモルファス溶湯(4)が回転ロール(1)(2)に接
触した途端、従来例で述べたように凝固して成形が不可
能になる。なお、回転ロール(1)(2)の直径が１００ｍｍ
以下であれば、水冷ブロック(10)を用いる必要はない
が、構造的に複雑になるので、水冷ブロック(10)を用い
る方式がロール直径を小さくできる上で好ましい。

【００３０】請求項９は、ノズル(5)と回転ロール(1)
(2)の中心(0)(0')を結ぶ線(L)との間の距離関係を規定
したもので『回転ロール(1)(2)の中心(0)(0')を結ぶ線
(L)とノズル(5)との間の距離(h)が４０ｍｍ以下であ
る』事を特徴とする。前記距離(h)が４０ｍｍ以下であ
る場合、坩堝(11)内でアモルファス金属を大幅に過剰加
熱する必要がなく、アモルファス化を損なう事が小さ
い。換言すれば、アモルファス金属を大幅に過剰加熱す
ると、一般的にノーズと呼ばれる結晶化ゾーンを冷却中
に通過する事になり、アモルファス化せず脆い連続体と
なるので、ノーズの通過を避けるために急冷する事が要
求される。

【００３１】請求項１０は、細径のアモルファス金属連
続体(6)の製造、或いは連続体(8)へのコーティングに適
した回転ロール(1)(2)に関し『回転ロール(1)(2)の幅を
凹溝(3)の幅と略等しくした』事を特徴とするもので、
このようにすることで回転ロール(1)(2)の冷却が効果的
に行われる他、回転ロール(1)(2)の対向部位(23)からア
モルファス金属がバリとなって回転ロール(1)(2)の対向
部位(23)の隙間から外方にはみ出す事がなく、美しい円
形断面のアモルファス金属連続体(6)、或いは連続体(8)
のコーティング材が得られる。この場合は細径連続体
(6)に特に効果がある。

【００３２】

【実施の態様】以下、本発明を図示実施例に従って順次
説明する。図１〜４及び図７は本発明方法を実施する装
置の代表例で、冷却ブロック(10)を使用するタイプであ
る。まず、このものを詳述した後、冷却ブロック(10)を
使用しないタイプのものを説明し、次に冷却ブロック(1
0)を使用するコーティング装置を説明し、最後に冷却ブ
ロック(10)を使用しないコーティング装置に付いて説明
する。なお、説明の繁雑さを避けるために同一部分或い
は同一機能をもつ部分は同一番号をもって示し、その説
明はできるだけ省略し、異なる部分の説明に重点をおい
て説明する。

【００３３】冷却ブロック(10)には、円板状に刳り貫か
れた一対のロール収納用空洞(14)が形成されており、円
板状の回転ロール(1)(2)が回転自在に収納されている。
回転ロール(1)(2)には、回転軸(12)がそれぞれ挿通して
あり、ベアリング(15)にて支持されており、更に冷却ブ
ロック(10)から突き出した突出部にプーリ(16)が取り付
けられていてベルト(17)を介して図示していない駆動部
に接続されている。

【００３４】回転ロール(1)(2)の対向部位(23)から下の
部分には、アモルファス金属連続体(6)が通過する通孔
(18)が冷却ブロック(10)に穿設してあり、上の部分には
坩堝(11)のノズル(5)が挿入される挿入空間部(19)が形
成されている。冷却ブロック(10)は加工のために中央か
ら分割され、ボルト固定されている。また、冷却ブロッ
ク(10)は本実施例では冷却（本実施例では水冷である
が、他の冷媒を使用する事も可能）されるため、冷却路
(20)が適宜形成されている。

【００３５】一対の回転ロール(1)(2)の外周にはそれぞ
れ凹溝(3)が形成されている。図の実施例では断面半円
形であるので、回転ロール(1)(2)の対向部位(23)で合わ
さった凹溝(3)部分の形状は円となり、得られるアモル
ファス金属連続体(6)の断面形状は円形のものが得られ
る。勿論これに限られるものでなく例えば凹溝(3)の断
面形状を三角形にしておけば断面矩形のアモルファス金
属連続体(6)が得られるし、浅く幅広の凹溝(3)にしてお
けば、図示しないがアモルファス金属連続板が形成され
る。従って、凹溝(3)の形状を適宜選択するだけで任意
の断面のアモルファス金属連続体(6)が得られる事にな
る。また、いずれか一方の回転ロール(1)又は(2)だけに
凹溝(3)を形成してもよく、そうすることで半月形や三
角形など種々の断面形状を持つアモルファス金属連続体
(6)を得る事が出来る。

【００３６】回転ロール(3)の材質は、強度を確保する
ために一般的には工具鋼を焼き入れ或いはハードクロム
メッキしたものを使用するが、熱伝導性を考慮すれば、
銅製が好ましい。本発明に適用される回転ロール(1)(2)
は、線或いは棒の場合、直径１５０μｍ以上で、アモル
ファス化可能な太さの直径迄適用可能であるが、現状で
はアモルファス金属の方からの制限で直径５ｍｍ程度ま
では実現可能である。

【００３７】直径の太いアモルファス金属連続体(6)を
形成する場合は図２のように回転ロール(1)(2)の外周に
凹溝(3)を形成したものが使用されるが、直径が５００
μｍ〜１５０μｍの細径連続体(6)を形成する場合は、
回転ロール(1)(2)の対向部位(23)間に発生する微細隙間
にアモルファス金属が入り込んで連続体(6)の側面に連
続したバリ（図示せず）を形成するので図４のように回
転ロール(1)(2)の幅を凹溝(3)の幅と略等しくする事が
好ましい。このようにする事により、回転ロール(1)(2)
間から外方にはみ出そうとしても冷却ブロック(10)のロ
ール収納用空洞(14)の内壁が回転ロール(1)(2)の側面に
接しているからバリの発生を防止する事が出来る。勿
論、この構造は５ｍｍ以下の太径連続体(6)の場合でも
適用出来る。

【００３８】本発明で使用される回転ロール(1)(2)の直
径は、小さいほど好ましく、最大で直径１００ｍｍ、ノ
ズル(5)の先端から回転ロール(1)(2)の中心(0)(0')を結
ぶ線(L)迄の距離(h)は４０ｍｍである。直径５０ｍｍの
場合は、距離(h)は２０ｍｍ、直径１０ｍｍの場合は、
距離(h)は４ｍｍで、《直径１０ｍｍ、距離(h)４ｍｍ》
の場合が本実施例では好ましい寸法である。

【００３９】坩堝(11)は底部に細くなったノズル(5)を
有する石英製の筒で、昇降可能となっている。坩堝(11)
の周囲には高周波加熱コイル(21)が配設されており、坩
堝(11)に収納されたアモルファス金属を加熱するように
なっている。ノズル(5)の内径は欲するアモルファス金
属連続体(6)の太さ（換言すれば、凹溝(3)の幅）に合わ
せて形成されるもので、１５０μｍ〜５ｍｍ程度まで形
成される。肉厚も適宜のものが使用されるが一般的には
１ｍｍ程度のものが使用される。ただし、ノズル(5)の
先端は出来るだけ凹溝(3)に近づけたいので、熱に耐え
られる範囲で薄く且つ細く作られる。

【００４０】冷却ブロック(10)の直下には引取ドラム(2
2)が配設されており、引き出されたアモルファス金属連
続体(6)を巻き取るようになっている。

【００４１】本発明に使用されるアモルファス金属の種
類は、前述のように鉄系、ジルコニウム系、マグネシウ
ム系、アルミニウム系、チタン系『例えば、Mg-Ln-(Ni,
Cu,Zn)、 Ln-Al-Tm、 Zr-Al-Tm, Fe-(Al,Ga)-(P,B,C,Si),
Pd-Cu-Ni-P、 Fe-(Zn,Hf,Nb)-B (前記Ln＝希土類金属、
Tm＝IV〜VIII族遷移金属である)などの３元以上の多元
系合金』のいずれかであって、ガラス遷移温度を持ち、
換算ガラス化温度（Ｔｇ／Ｔｍ）が０.５５〜０.７であ
り、過冷却液体領域（Ｔｘ−Ｔｇ）が２０℃〜１２７℃
或いはそれ以上の幅を有するものが一般的に対象とされ
る。一般式で記載すれば、Ｘａ−Ｙｂ−Ｍｃ（ＸはＺ
ｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
及び希土類金属から選ばれた１以上の金属であり、Ｙは
Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ及び希土類
金属から選ばれた１以上の金属であり、ＭはＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ及び希土類金属から選ばれ
た１以上の金属であり、ａ＝５０〜８０、ｂ＝０〜２
０、ｃ＝０〜５０）で示される組成をもつアモルファス
金属であり、具体例を上げれば、Ｚｒ₆₀Ａｌ₁₅Ｎｉ₂₅、
Ｚｒ₆₅Ａｌ_7.5Ｎｉ_27.5、Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₀Ｎｉ₅Ｃｕ₃₀、Ｚ
ｒ₅₅Ｔｉ₅Ａｌ₁₀Ｎｉ₁₀Ｃｕ₂₀、Ｆｅ₇₃Ａｌ₅Ｇａ₂Ｐ₁₀
Ｃ₆Ｂ₄、Ｆｅ₅₈Ｃｏ₇Ｎｉ₇Ｚｒ₁₀Ｂ₁₈、Ｆｅ₅₈Ｃｏ₇Ｎ
ｉ₇Ｚｒ₃Ｍｏ₇Ｂ₁₈、Ｆｅ₅₈Ｃｏ₇Ｎｉ₇Ｍｏ₁₀Ｂ₁₈、Ｌ
ａ₅₅Ａｌ₂₅Ｎｉ₂₀、Ｍｇ₅₅Ｃｕ₂₅Ｙ₁₀、Ｍｇ₆₀Ｎｉ₂₀Ｌ
ａ₂₀などがある。換算ガラス化温度は、（Ｔｇ／Ｔｍ）
で定義される無名数で、必要とする冷却速度のパラメー
タとして使用される。過冷却液体領域は△Ｔｘで表さ
れ、△Ｔｘ＝Ｔｘ−Ｔｇで定義され、過冷却液体の安定
度合いのパラメータを示す。

【００４２】次に、図１に従ってアモルファス線材(6)
の製造方法に付いて説明する。上部に保持されている坩
堝(11)内にアモルファス金属原料を挿入し、高周波加熱
コイル(21)を印加して誘導加熱によってアモルファス金
属原料を溶融する。（勿論、他の方法で溶解してもよ
い）然る後、坩堝(11)を下げて回転ロール(1)(2)の対向
部位(23)近傍までノズル(5)を近接させ、坩堝(11)を加
圧して凹溝(3)に向けてアモルファス金属溶湯(4)を流出
（加圧力が高い場合は噴出するが、ここでは流出という
事にする）させる。この時、ノズル(5)の出口でのアモ
ルファス金属の溶湯温度は、略溶融温度(Tm)『例えば、
溶融温度(Tm)±２００℃』に保たれる。通常は溶融温度
(Tm)以上であるが、本発明の場合はノズル(5)からの距
離(h)が短いので、溶融温度(Tm)＋３０℃程度で足る場
合がある。ただし、溶融温度(Tm)以下となっても、この
発明で使用されるアモルファス金属は過冷状態となるの
で、ノズル(5)からの流出が損なわれる事はない。

【００４３】ノズル(5)から流出したアモルファス金属
は、粘稠な或いは液状の連続体(6)となって凹溝(3)方向
に冷却されつつ流下して行く。流下せるアモルファス金
属の溶湯(4)は過冷状態で回転ロール(1)(2)に接触し、
出来るだけ外部からの衝撃抵抗或いは衝撃力を受けない
状態で棒或いは線状に成形される。回転ロール(1)(2)に
接触した瞬間に粘稠な或いは液状のアモルファス金属連
続体(6)は急冷され、短時間に結晶化領域を過ぎ、回転
ロール(1)(2)を通過した後、領域(S)《即ち、一般的に
は対向部位(23)から０.１ｍｍ〜２０ｍｍ位の範囲であ
る》の範囲内でアモルファス状に凝固する。領域(S)の
範囲では、粘度の非常に高い状体であり、領域(S)を越
えたところでガラス化して凝固する。この点が本発明の
特徴的な点である。

【００４４】これに対して、従来方法は前述のように大
型水冷回転ロール(31)(32)によって粘稠な或いは液状の
アモルファス金属をガラス遷移温度(Tg)以下に冷却して
アモルファス凝固連続体とし、これを大型水冷回転ロー
ル(31)(32)によって圧延するものであり加工方法が異な
るものである。

【００４５】なお、ここでは回転ロール(1)(2)は冷却ブ
ロック(10)内に配設されているので、回転ロール(1)(2)
に伝わった熱は、表面から冷却ブロック(10)側に奪わ
れ、表面から冷却される事になる。また、回転ロール
(1)(2)と冷却ブロック(10)との接触はカーボンや窒化ボ
ロンなどの潤滑材(25)を介して行われる。

【００４６】次に、図５、６の回転ロール(1)(2)による
製線に付いて説明する。この場合は冷却ブロック(10)を
使用しない場合で、支持ブロック(24)に太径の回転軸(1
2)が回転自在に挿通されており、図２と同様の方法で回
転駆動される。この場合も前述同様回転ロール(1)(2)の
対向部位(23)における凹溝(3)の通過後でアモルファス
金属が略ガラス遷移温度(Tg)になって凝固する事が必要
なので、回転ロール(1)(2)の直径が最大１００ｍｍ、或
いは回転ロール(1)(2)の中心(0)(0')を結ぶ線(L)とノズ
ル(5)との間の距離(h)が４０ｍｍ以下に限定される。

【００４７】また、回転軸(12)に冷媒流通孔(13)が形成
されており、例えば水のような冷媒が挿通されて中心部
から冷却される。冷媒として例えば水が使用されるの
は、本発明全体を通じて共通である。勿論、別の材料を
冷媒として使用する事も可能である。図５、６の外部露
出型回転ロール(1)(2)による成形の場合でも、成形条件
は図１の場合と同様であり、詳細な説明は省略する。

【００４８】次に、連続体(8)にコーティングを行う場
合を図８に従って説明する。使用装置は図１と同じ装置
で、坩堝(11)のセンタにコーティングの対象となる連続
体(8)《例えば、線材》を挿通する。連続体(8)の形状は
どのような形状でもよいが、一般的には断面円形のもの
が使用される。

【００４９】連続体(8)は、アモルファス金属の溶融温
度(Tm)に耐えられる素材でありれば、どのようなもので
もその表面に連続的にコーティングする事ができる。好
ましくは、アモルファス金属との濡れ性、親和性に富む
材料である事が好ましい。

【００５０】この場合もノズル(5)の出口(7)がアモルフ
ァス金属の略溶融温度(Tm)であり、回転ロール(1)(2)の
対向部位(23)における凹溝(3)を越えた処でアモルファ
ス金属が略ガラス遷移温度(Tg)になって凝固する必要が
ある。

【００５１】図９は、外部露出型回転ロール(1)(2)を使
用する場合で、図５に示す装置を使用するもので、前述
同様坩堝(11)のセンタにコーティングの対象となる連続
体(8)《例えば、線材》を挿通してコーティングを行
う。連続体(8)の形状、コーティング条件その他は図５
の場合と同様である。なお、本明細書においてアモルフ
ァス金属も一般の金属も溶融状体で結晶性がないが、本
発明では一般の金属でなくアモルファス金属を対象とし
ているので、溶湯(4)の場合もアモルファス金属溶湯と
いうように記載した。

【００５２】（実施例）アモルファス金属として、Zr₆₀
Al₁₀Ni₁₀Cu₂₀合金を１３００Ｋで溶解し、図１の製線装
置を利用して太径アモルファス連続体を形成した。ノズ
ルの出口温度は７５０Ｋで、前記合金のガラス遷移温度
(Tg)＝６５１Ｋよりやや高い温度であった。ノズルから
回転ロール（直径＝１０ｍｍ）までの距離(h)は４ｍｍ
と非常に短いのでこの間の溶湯の冷却は殆どないと考え
られ、回転ロール通過温度もガラス遷移温度(Tg)より高
い温度（７５０Ｋより若干低い）であった。回転ロール
通過後、約２０ｍｍ移動したところでガラス遷移温度(T
g)＝６５１Ｋとなり、アモルファス金属連続体となっ
た。回転ロール通過後の温度低下（３７ｋ＝７５０ｋ−
６５１ｋ）とその間に要した距離（２０ｍｍ）を勘案す
ると、この間の冷却速度は約１０００ｋ/秒と推測され
る。又、回転ロールによる冷却速度は、２.５×１０⁴ｋ
/秒と推測される。この方法により形成されたアモルフ
ァス金属連続体は、０.５ｍｍ、１ｍｍ及び５ｍｍで、
引っ張り強度は１６００メガパスカル、弾性伸びは１.
９％、ビッカース硬さは５１０であった。

【発明の効果】請求項１にかかる本発明方法では、ノズ
ルの出口ではアモルファス金属が溶融状態であり、回転
ロールの対向部位における凹溝の通過後に凝固してアモ
ルファス金属連続体になるようにしてあるので、成形部
位である回転ロールの対向部位では、アモルファス金属
は溶湯の状態であり、殆ど抵抗なく回転ロールは回転す
る事ができ、回転ロールを損なう事なくアモルファス金
属がアモルファス化する最大直径までアモルファス金属
連続体を形成する事ができた。また、請求項２にかかる
本発明方法も同様で、ノズルの出口ではアモルファス金
属が溶融状態であり、回転ロールの対向部位における凹
溝の通過後に凝固してアモルファス金属が連続体の外周
にコーティングされるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却ブロックを使用する場合のアモルファス金
属連続体形成用の本発明装置の概略縦断面図

【図２】図１の平断面図

【図３】本発明における太径のアモルファス線材又は棒
材製造のための回転ロールの平面図

【図４】本発明における細径のアモルファス線材又は棒
材製造のための回転ロールの平面図

【図５】外部露出型回転ロールを使用する場合のアモル
ファス金属連続体形成用の本発明装置の概略縦断面図

【図６】図５の回転ロール部分を切断した正面図

【図７】図１の回転ロール部分の拡大断面図

【図８】図１の本発明装置を使用して連続体にアモルフ
ァス金属をコーティングしている状態の概略縦断面図

【図９】図６の本発明装置を使用して連続体にアモルフ
ァス金属をコーティングしている状態の概略縦断面図

【図１０】図８の回転ロール部分の拡大断面図

【図１１】従来の大型冷却回転ロールと坩堝のノーズと
の関係を示す拡大断面図

【符号の説明】

(1)(2)…回転ロール (3)…凹溝 (4)…アモルファス金属溶湯 (5)…ノズル (6)…アモルファス金属連続体 (7)…ノズルの出口 (8)…コーティング用の連続体 (9)…コーティング層 (10)…冷却ブロック (11)…坩堝 (12)…回転軸 (13)…冷媒流通孔

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昇 宮城県仙台市青葉区下愛子字森１−２ 日 本素材株式会社内 (72)発明者 王 新敏 宮城県仙台市青葉区下愛子字森１−２ 日 本素材株式会社内 (72)発明者 尾形 雄二 宮城県仙台市青葉区下愛子字森１−２ 日 本素材株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の外周に凹溝が形
   成されている一対の回転ロールの対向部位における凹溝
   内に溶湯をノズルから流出させ、回転ロールにてアモル
   ファス金属連続体を形成するアモルファス金属連続体製
   造方法であって、 ノズルの出口から流出した溶湯が回転ロールの対向部位
   における凹溝の通過後に凝固するようにしてアモルファ
   ス金属連続体になるようにした事を特徴とするアモルフ
   ァス金属連続体製造方法。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の外周に凹溝が形
   成されている一対の回転ロールの対向部位における凹溝
   内に溶湯をノズルから流出させ、且つ前記凹溝内に連続
   体を供給して連続体の外周面にアモルファス金属を回転
   ロールにてコーティングするアモルファス金属の連続体
   へのコーティング方法であって、 ノズルの出口から流出した溶湯が、回転ロールの対向部
   位における凹溝の通過後に凝固するようにした事を特徴
   とするアモルファス金属の連続体へのコーティング方
   法。
3. 【請求項３】 アモルファス金属が、鉄系、ジル
   コニウム系、マグネシウム系、アルミニウム系、チタン
   系のいずれかであって、ガラス遷移温度を持つ材料であ
   る事を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 少なくともいずれか一方の外周に
   凹溝が形成されている一対の回転ロールと、回転ロール
   の直上にて回転ロールの対向部位の凹溝に向けて配設さ
   れたノズルをもつ坩堝とで構成され、前記回転ロールの
   直径が最大１００ｍｍ或いは回転ロールの中心を結ぶ線
   とノズルとの間の距離が４０ｍｍ以下であり、回転軸に
   冷媒流通孔が形成されている事を特徴とするアモルファ
   ス金属連続体製造装置。
5. 【請求項５】 少なくともいずれか一方の外周に
   凹溝が形成されている一対の回転ロールと、前記回転ロ
   ールを回転可能にて収納する冷却ブロックと、回転ロー
   ルの直上にて回転ロールの対向部位の凹溝に向けて配設
   されたノズルをもつ坩堝とで構成された事を特徴とする
   アモルファス金属連続体製造装置。
6. 【請求項６】 少なくともいずれか一方の外周に
   凹溝が形成されている一対の回転ロールと、回転ロール
   の直上にて回転ロールの対向部位の凹溝に向けて配設さ
   れたノズルをもつ坩堝と、前記凹溝に挿通される連続体
   とで構成され、前記回転ロールの直径が最大１００ｍｍ
   或いは回転ロールの中心を結ぶ線とノズルとの間の距離
   が４０ｍｍ以下であり、回転軸に冷媒流通孔が形成され
   ている事を特徴とするアモルファス金属の連続体へのコ
   ーティング装置。
7. 【請求項７】 少なくともいずれか一方の外周に
   凹溝が形成されている一対の回転ロールと、前記回転ロ
   ールを回転可能にて収納する冷却ブロックと、回転ロー
   ルの直上にて回転ロールの対向部位の凹溝に向けて配設
   されたノズルをもつ坩堝と、前記凹溝に挿通される連続
   体とで構成された事を特徴とするアモルファス金属の連
   続体へのコーティング装置。
8. 【請求項８】 回転ロールの直径が最大１００ｍ
   ｍである事を特徴とする請求項５又は７に記載の装置。
9. 【請求項９】 回転ロールの中心を結ぶ線とノズ
   ルとの間の距離が４０ｍｍ以下である事を特徴とする請
   求項５又は７或いは８のいずれかに記載の装置。
10. 【請求項１０】 回転ロールの幅を凹溝の幅と略等
    しくした事を特徴とする請求項５又は７〜９のいずれか
    に記載の装置。