JPS59133946A - 急冷薄帯製造用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、溶融金属等の溶融体を噴出させ、急冷して
薄帯を製造するときに用いる噴出用ノズルに関する。

〔背景技術〕

金属（非晶質および結晶質を含む）その他の材料からな
る薄帯（薄板、リボン）をつくる方法として片ロール法
等の液体急冷法がある。この方法は、たとえば、つぎの
ようにして実施される。まず、金属その他の原材料を丸
孔やスリット孔を有するノズルに挿入する。原材料とし
て金属（母合金）を用いる場合、その種類としては、た
とえば、Ｆｅ　、　Ｎｉ　、　Ｃｏ　　等の遷移金属と
Ｂ、Ｓｉ、Ｃ，Ｐ等の半金属や非金属を所定の割合で混
ぜて合金化したものがあげられる。ノズルに挿入した原
材料を不活性ガス雰囲気中において電気炉を用いて融解
して溶融体とする。ノズル先端を高速回転するロール面
に近接させ、アルゴンガス等の不活性ガスの圧力により
、ノズル先端からロール面上に溶融体を噴出させる。溶
融体はロールにより急冷凝固されて連続的に薄帯となる
。

この方法には、薄帯の幅方向両端にささくれが生じるこ
とが多く、端面性状の良好なものを安定して得るのが非
常に困難であるという問題があった。

〔発明の目的〕

発明者らは、スリット孔を有するノズルに着目し、端面
性状の良好な薄帯をつくることのできる構造を備えたノ
ズルを得ようとして研究を重ねた。

その結果ここにこの発明を完成した。この発明は、端面
性状の良好な薄帯を得ることのできるノズルを提供する
ものである。

〔発明の開示〕

すなわち、この発明は、管材の先端が絞られることによ
って細長いスリット孔が形成されている急冷薄帯製造用
ノズルにおいて、前記スＩＪ　シト孔の長さが管体の内
径よりも短くなり、かつその長さ方向端縁から内側に向
かう絞り部の内壁面には管体の長さ方向に直交する面を
有しないように絞り加工されていることを特徴とする急
冷薄帯製造用ノズルをその要旨としている。以下、この
発明の詳細な説明する。

第１図の（ａ）は、この発明にかかる急冷薄帯製造用ノ
ズルの１例のスリット孔の長さ方向（Ｘ軸方向）に沿う
縦断面図、同（ｂ）は同ノズルのスリット孔の幅方向（
Ｙ軸方向）に沿う縦断面図である。

図にみるように、このノズルは、従来一般に用いられて
いるスリット孔を備えたものと同様、管材１の先端が絞
られることによって細長いスリット孔２が形成されてい
る。しかし、スリット孔の長さｒｌが管体３の内径りと
同等かそれよりも短く、すなわち０＜ｌｈ≦Ｄの範囲に
あり、しかも、その長さ方向端縁から内側に向かう絞り
部４の内壁面には管体３の長さ方向に直交する面を有し
ないようにその構造が誤定されているところが従来のも
のと異々る特徴となっている。

このような構造のノズルを用いて、薄帯をつくると、端
面にさ搭くれがほとんど生じず、端面性状の良好々薄帯
を得ることができる。これは、つぎのような理由による
。スリット孔の長さ１１が管体の内径りよりも長い場合
、スリット孔から噴出する溶融体の流れが外（スリット
の長さ方向）に広がってしまい、所定の幅の薄帯を得る
のが困難になるのはもちろんのこと、薄帯にささくれが
生じて端面性状が悪くなる恐れも多くなる。他方、絞り
部内壁面に管体の長さ方向に直交する面（段）が形成さ
れていると、ここで溶融体の流れが乱されるため、やは
りささくれが生じる恐れが多くなる。そのため、ノズル
の構造を前記のようなものとすると、端面性状の良好な
薄帯が安定して得られるようになるのである。

ここで、スリット孔の長さ方向端縁から内側に向かう絞
り部内壁面に管体の長さ方向に直交する面を有しないと
いうことは、第１図の（ａ）に示されているように、絞
り部４内面の外側端においてスリット孔２の長さ方向に
沿って延びる直線部分（ストレート部）５の長さ１２が
ｌｌと同じかこれよりも短いこと、あるいはこのような
ストレート部がないこと（０≦１２≦１！１）であると
いえる。

第２〜４図は、それぞれ、この発明にかかるノズルの別
の例のＸ軸に沿う断面図をあられす。図にみるように、
第２図のノズルはストレート部が存在せず１ｚ＝ｏであ
って、かつスリット孔２の長さＩ！１が管体３の内径り
よりも小さく（１１〈Ｄ）なっている。第３図のノズル
はストレート部５の長さ１２とスリット孔２の長さｅｌ
とが等しく　（１ｚ＝１！１）、スリット孔２の長さ１
１　　は管体３の内径りよりも小さい。第４図のノズル
はストレート部の長さ７？２．スリット孔２の長さ１１
　、管体３の内径りがいずれも同じ（Ａ’２　＝　Ｉ！
ｌ＝Ｄ　）となっている。

これらのノズルであっても端面性状の良好な薄帯を得る
ことができる。

ノズルの絞り部の長さｈ〔第１図の（ｂ）参照〕、す方
わち、絞り部４の絞り始め端からスリット孔までのノズ
ル軸方向に沿う長さは、０．３Ｄ≦ｈ≦２Ｄなる範囲に
あるのがよい。薄帯の平滑度（表面粗さ、特に自由面の
平滑度）が改善されるとともに、ノズルの目づまり防止
の効果が得られるからである。これは、絞り部の長さｈ
が前記の範囲内にあればスリット孔に導かれる溶融体の
流れが乱れずにほとんど層流状態になるからであると考
えられる。

絞り部４の内壁面は、その内側端（図では上方端）と外
側端（下方端）とが直線で結ばれるような面、すなわち
真直ぐに傾斜した面になっていてもよく、また、各図に
みるように曲線（曲率７！ｌ：同しか、もしく１ハ連続
的、非連続的に変化している曲線）で結ばれている、す
なわち非直線的に傾斜している面になっていてもよい。

絞り部４の内壁面は、第５図および第６図にみるように
内側端では外側に凸（その曲率半径はｒｌ。

ｒｉ）となり、外側端では内側に凸（その曲率半径はｒ
２．ｒ２１）となっていることが好ましい。ｇＫｓ図に
みるごとくＸ軸方向の内壁面でそのように々つておれば
、端面性状がより向上し、第６図にみるごとくＹ軸方向
の内壁面でそのようになっておれば、平滑度の改善効果
と目づ咬り防止効果カニより高いものとなるからである
。

〔発明の効果〕

この発明にかかる急冷薄帯製造用ノズルはこのように構
成されるものであって、前記のような構造となっている
ので、このノズルを用いて薄帯をつくると端面性状の良
好な薄帯が得られる。

つぎに、実施例および比較例について説明する。

第７〜９図はそれぞれ実施例１〜３のノズルをあられし
、第１０．１１図はそれぞれ比較例１゜２のノズルをあ
られす。実施例１〜３および比較例１，２のノズルは、
いずれも、透明石英ノズルであって、スリット孔２の横
断面は幅０．３　ｗａｘ　、長さ１０ｍｍＣ１１＝１０
園）、ノズルの管体３内径はφ１７（Ｄ＝１７ｍ＋）と
なっている。そして、いずれも、絞り部４のＸ軸方向の
内壁面は、内側端と外側端とが外側端は内側に凸で内側
端に近づくにつれて次第に外側に凸と々るように連続し
て変化していく曲線で結ばれているような面となってい
る。しかし、実施例１〜３のノスＪしでハ、ストレート
部５の長さ１２がそれぞれＯ廖、　５　ｖｍ　、　１０
ｍｍとなっていて、ｌ！２は０≦１２≦ｌｌ（１０ｙａ
ｇ）の範囲にはいっているが、比較例１，２のノズルで
は、ストレート部５の長さＩ！２がそれぞれ１２　ｔｒ
ｒｍ　。

１５ｔＩｒｍとなっていてＩｈは１１よりも長くなって
いる。すなわち、実施例１〜３のノズルは、絞り部４内
壁面に管体の長さに直交する面を有し°ていないが、比
較例１，２のノズルは前記のような直交面６を有してい
る。

実施例１〜３および比較例１，２のノズルを用いて、す
なわちｉ！２を０≦！！２≦１５の範囲内で変化させて
薄帯をつくり、得られた薄帯の両端に生じたささくれの
状態（大きさ）を調べた。測定結果を第１２図に示す。

ただし、ささくれの大きさは第１３図に示されているよ
うに、薄帯７端縁の最もへこんだ箇所を基準としてみた
最も突出した箇所の幅方向突出量Ｗ（凹凸の最大値）と
して定義した。図中、８はささくれである。また、ささ
くれの大きさく程度）は０．０５　ｔｒｒｍ以下であれ
ば実用上問題ない、すなわち、肉眼で見たときあるいは
触れたときにささくれを感じないので、０．０５騙を端
面性状の良否の判断基準とした。

第１２図より、実施例１〜３のノズルを用いて得られだ
薄帯は端面性状が良好であるのに対し、比ｆｆ例１．ｚ
のノズルを用いて得られた薄帯は端面性状が悪くなって
いることがわかる。すなわち、ストレート部の長さ１２
がスリット孔の長さｊ’１（１０調）を越えるあたりで
ささくれが急激に大きくなって１２＝１２ｗｎあたりで
最大値を示し、さらに１２が長くなると、ささくれの大
きさは逆に小さくなる傾向にあるが、やはり１２が１０
ｗ以下の場合に比べて大きいことがわかる。第１１図の
ノズルの場合に第１０図のノズルよりもささくれが小さ
くなっているのは−、直交面６があると流れの乱れは起
きるのであるが、そのＸ軸方向長さが増すにつれて乱れ
の程度が減少するためであると考えられる。

つぎに、ノズルの絞り部の長さｈを変化させたときにお
ける薄帯自由面の表面粗さおよび目づまりの頻度の変化
について調べた実験について述べる。この実験では、以
下に述べるタイプ−１のノズルとタイプ−２のノズルを
６種類ずつ用いた。

タイプ−１のノズルおよびタイプ−２のノズルはいずれ
も透明石英ノズルであって、スリット孔の横断面は幅０
．３脳長さ１０扉、管体内径はφ１７（Ｄ−１７ｗｎ）
である。タイプ−２のノズルは、第１４〜１９図にみる
ように、いずれも、絞り部４のＹ軸方向の内壁面は、内
側端と外側端とが外側端は内側に凸で内側端に近づくに
つれて次第に外側（こ凸となるよう連続して変化してい
く曲線で結ばれているような面となっている。各ノズル
の絞り部の長さｈは、それぞれ２ｍ（０，Ｌ　Ｄ　）　
、　５ｘ（０，３０）、１０＋＋ｒ＋＋＋（０，６Ｄ）
、２０ｘ（１，２Ｄ）、３０ｍ（１，８Ｄ）、４０ｍｍ
（２，４Ｄ）となっている。他方、タイプ−１のノズル
は、その個々の図示は省略したが、いずれも、第２０図
（こ示されているように、絞り部のＹ軸方向の内壁面が
内側端から外側端にかけて外側に凸なる連続した曲線（
外側ｌこ凸なる連続した曲線群）でつながれており、絞
り部の長さはそれぞれ、２　、５　、１０．２０、　：
３０　、４０關となっている。

これらのノズルを用いて、すなわち、絞り部の長さｈを
０、ＩＤ≦ｈ≦２．４Ｄの範囲で変化させたノズルを用
いて、目づまりの頻度および薄帯の自由面の表面粗さを
測定した。第２１図に薄帯の自由面の表面粗さの測定結
果を示し、第２２図に目づまりの頻度の測定結果を示す
。ただし、自由面の表面粗さは１０点平均粗さく基準長
さＬ　＝　０．８闘）で示した。また、目づまりの頻度
は溶融体の種類によって異なるが、ここでは、Ｇｏ−Ｆ
ｅ−Ｂ＝Ｓｉ系やＮｉ−Ｆｅ　−Ｂ　−５ｉ系の合金溶
融体に比べて目づまりの発生しゃすいＦｅ−Ｂ−５ｉ系
の合金を用いて測定を行なった。第２０．２１図中、破
線はタイプ−１のノズルの結果をあられし、実線はタイ
プ−２のノズルの結果をあられす。

第２１図より、ｈが０．３　Ｄ以上になると自由面の表
面粗さか３μｍ　Ｒｚ以下となり、薄帯表面の平滑度が
良好になっていることがわかる。タイプ−１とタイプ−
２のノズル間の差はあまりないが、タイプ−２のノズル
の方がｈ≦０．６Ｄなる範囲で幾分効果が大きいことが
わかる。

第２２図より、タイプ−１およびタイプ−２のノズルは
ｈ　（Ｑ、　３　Ｄなる範囲では目づまりの頻度か高く
、０．３Ｄ≦ｈ≦２Ｄの範囲では１０〜２０チと減少し
、ｈが２Ｄを越えると頻度が上昇していることがわかる
。ｈが２Ｄを越えると目づまりの頻度が上昇するのは、
ノズル先端の絞りが鋭角になるほど、ロールの回転によ
り発生する高速気流によって、ノズル先端における溶融
体の冷却が進むためであると考えられる。

前記のような実験より、ノズルの絞り部の長さｈが、０
．３Ｄ≦ｈ≦２Ｄなる範囲にあれば、目づまりが少々く
なるとともに薄帯の平滑度が高くなることがわかる。

なお、このあと説明するようなノズルを用いるようにし
ても、目づ捷りの発生する恐れが一少なくなり、得られ
る薄帯の表面平滑度（自由面側）が高くなる。

薄帯作製時にノズル先端の孔が目づまりを起こしたり、
第２３図に示されているように薄帯９の幅方向中央部分
に大きなうねり１０ができる等して作製した薄帯の表面
平滑度が低くなったりするという問題がしばしば発生す
る。これは、主として、ノズル先端部分の内壁面側の形
状（絞り形状）に依存するとともに溶融体の噴出圧等と
いった製、法条性にも依存している。このことば、発明
者らによりすでに確かめられている。このことをさらに
詳しく説明すると、ノズルの目づまりの頻度は主にノズ
ル内壁面の形状に依存している。他方、薄帯表面の平滑
度はノズルの形状と製法条件の両者に依存しているが、
やはりノズル内壁面の形状に大きく依存し、製法条件は
補助的な役割を果たしている。参考までに、薄帯の表面
平滑度（自由面側）に及ぼす製法条件の影響を説明する
と、ノズル先端とロール表面との距離および噴出圧に大
きく依存し、噴出圧の増大およびノズル先端とロール表
面との間の距離の短縮に伴ない、表面平滑度がある程度
改善される。

発明者らはスリット孔を有するノズルに着目して研究を
重ね、以下に説明するような目づまりの発生する恐れが
少なく、表面平滑度の高い薄帯が得られるノズルを開発
した。

第２４図の（ａ）〜（ｃ）はそのようなノズルの１例を
あられす。図にみるように、このノズルは、従来のスリ
ット孔を有するノズルと同様管材１１先端が絞られるこ
とによって細長いスリット孔１２が形成されているが、
スリット孔１２の内壁面にノズルの軸に直交する面（段
部）１３が形成されているところが従来のものと異なる
。スリット孔１２け、直交する面１３から内側の太孔部
（湯だまり）１２ａと外側の細孔部１２ｂの二つに分か
れており、太孔部１２ａを囲むフリット孔１２内壁面と
細孔部１２ｂを囲むスリット孔１２内壁面とは、直交面
１３を介して対応する面が平行になっている。

このノズルを用いて溶融体を噴出させると、絞り部１４
内においてノズルの中心方向に向かって一斉に流れ込ん
でくる溶融体の流れ（図中、矢印）が、太孔部１２ａを
囲むスリット孔１２内壁面でノズルの軸方向に沿う（太
孔部１２ａを囲む壁面に平行な）流れに矯正される。細
孔部１２ｂに流れ込んでくる浴融体は流れがみだれず層
流となるため、ノズルに目づまりが生じにくくなるとと
もに得られる薄帯自由面の表面平滑度が高くなるのであ
る。

従来、一般に用いられている直交面を有しないスリット
孔付ノズルＡと、第２４図の（ａ）〜（ｃ）に示されて
いるような直交面を有するスリット孔付ノズルＢとを用
いて薄帯をつくり、両者の目づまりの頻度と得られた薄
帯の表面平滑度を調べだ。ただし、薄帯の製造は片ロー
ル法により、浴融体としてＦｅ　−Ｂ　−Ｓｉ系の合金
を用いた。使用したロールの径は３０　ａｍ　＋材質は
５ＵＪ２の鉄ロールである。また、ノズルＡとしては、
石英質製で７υツト孔の横断面積が０．０４０ｃＩＩ！
、スリットの深さくノズルの軸方向の長さ）が１０謳の
ものを用いた。

他方、ノズルＢとしてはチツ化ケイ素セラミツタ製のも
のを使用し、スリット孔の細孔部の横断面積が０．０４
．Ｏｍ　、細孔部の深さが１０劇のものを用いた。そし
て、製造条件は、母合金の溶融量を５０ｇ、ロール回転
数を１５００ｒｐｍ、溶融体の噴出圧を０、５　ｋｇ／
ｆｆｌ　、ノズル先端とロール表面との間の距離を０．
１５媚とし、幅が１０　ｔａｒｒ　、厚みが２５μｍの
薄帯をつくることとした。

目づまりの頻度と得られた薄帯の自由面の表面平滑度を
調べた結果を第１表に示す。ただし、自由面の表面粗さ
は薄帯の幅方向に沼って測定した１０点平均粗さであら
れした。チャージはノズルの使用回数をあられす。

第１表より、ノズル８１寸スリット孔に直交面が形成さ
れているのでノズルＡに比べ目づまりが大幅に少なくな
り、得られる薄帯の自由面の平滑度が高いこともわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）はこの発明にかかるノズルの１例の２　
ＩＪノット孔長さ方向（Ｘ軸）に溢って切断した断面図
、同（ｂ）は同ノズルのスリット孔の幅方向（Ｙ軸）に
沿って切断した拡大断面図、第２〜４図はそれぞれこの
゛発明にかかるノズルの他の例のＸ軸に泪って切断した
拡大断面図、第５，６図はノズルの絞り部内壁面の形状
説明図、第７〜９図は、それぞれ実施例１〜３のノズル
のＸ軸に沿って切断した拡大断面図、第１０．１１図は
それぞれ比較例１，２のノズルのＸ軸に沿って切断した
拡大断面図、第１２図はストレート部の長さとささくれ
の大きさの関係をあられすグラフ、％１３図は薄帯に生
じるささくれの大きさの定義の説明図、第１４〜１９図
は自由面の表面粗さと目づまりの頻度に関して行なった
実験で用いたタイプ−２の−１，−１−１句 ノズルのＹ軸に沿って切断した拡大断面図、第２０図は
同実験で用いたタイプ−１のノズルのＹ軸に涜って切断
した拡大断面図、第２１図は絞り部の長さｈと薄帯の自
由面表面粗さの関係をあられすグラフ、第２′２図は絞
り部の長さｈと目づまりの頻度の関係をあられすグラフ
、第２３図は薄帯に生じるうねりの説明図、第２４図の
（ａ）は目づまりの発生する恐れが少なく、しかも平滑
度の高い薄帯の得られるノズルのＸ軸に溢って切断した
拡大断面図、同（ｂ）は同ノズルのＹ軸に沿って切断し
た拡大断面図、同（ｃ）は同ノズルの拡大底面図である
。 １・・・管材　２・・・スリット孔　３・・・管体４・
・・絞り部 代理人　弁理士　松　本　武　彦 特ｍ昭５９−１３３９４Ｇ（６ン Ｅｌ　、　Ｅ２ 第５図 第６図 第９図　　　　　　　第１ｏ図 第１１図 ０　　　　　　５　　　　　１０　　　　１５　　　　
２０ストレ一ト部の長さＩ！２（ｍｍ） 第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）管材の先端が絞られることによって細長いスリッ
   ト孔が形成されている急冷薄帯製造用ノズルにおいて、
   前記スリット孔の長さが管体の内径よりも短くなり、か
   つその長さ方向端縁から内側に向かう絞り部の内壁面に
   は管体の長さ方向に直交する面を有しないように絞り加
   工されていることを特徴とする急冷薄帯製造用ノズル。
2. （２）絞り部の長さが管体内径の０，３〜２倍である特
   許請求の範囲第１項記載の急冷薄帯製造用ノズル。