JPS5928429B2 - 非晶質金属連続フイラメントの製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続した金属フィラメントを製造する為の方法
及び装置に関するものであり、特に、表面上に固体のフ
ィラメントを形成させるために自身の軸の回りに冷却ロ
ールが回転されている間に溶解金属の流れを該環状の冷
却ロールの内側表面へたい積させ、引き抜くことにより
非晶質の金属フィラメントを製造する為の方法と装置に
関するものである。

本発明の目的の為に、フィラメントはその巾方向の寸法
が長さよりもはるかに小さい細身のものとされる。

従って、フィラメントは例えばリボン状、シート又はワ
イヤ状で規則的かあるいは不規則な断面を有するもので
あってよい。

溶解金属のジェットを運動する被冷却面に指向させその
表面上で該溶解金属を固化することにより金属フィラメ
ントを製造することは既に知られている。

それらのうちのあるものにおいては冷却ロール鋳造が行
われ、溶解金属の自由ジェットが回転ドラムの外側表面
に衝突しそこでフィラメントが固化形成され、そして遠
心力でドラムから飛び離れるようになっている。

回転ドラムあるいは回転円筒の外側表面を用いた冷却ロ
ール鋳造技術は例えばストレンジとピムにより米国特許
第９０５．７５８号明細書の中で述べている。

回転ドラムの外側表面上に形成されるフィラメントはカ
ベシュの米国特許３，８５６，０７４号明細書中に述べ
られているように摘取手段を使用することにより該表面
より除去される。

このストレンジその他によって述べられているフィラメ
ント製造のだめの工程は竣鋭な融点、即ち、固相一液相
の転移領域が５℃より狭いような多くの多晶質の金属に
ついてすでに採用されている。

しかしながら、非晶質あるいはガラス質の金属はしばし
ば約４００℃以上に及ぶ転移領域を持ち、この領域内で
その金属の粘性は臨界ガラス転移温度に至るまで増加す
る。

従って、フィラメントは冷却ロールから離れる前にガラ
ス転移温度以下に冷却される必要がある。

この必要性はストレンジらの工程では実現困難なことが
しばしばある。

何故ならば遠心力によるフィラメントのドラムからの離
脱が早くおきすぎるからである。

ポンドとマトンはＴｒａｎｓ 、Ｍｅｔ−８ｏｃ 、Ａ
ＩＭＥ２４５（１９６９）の２４７５〜６頁において溶
解金属のジェットを回転円筒の内側表面に指向させるこ
とにより金属フィラメントを製造する為の方法について
述べている。

この方法においてはジェットの位置は円筒の長さ方向に
沿って移動させられ、円筒の内壁表面上にらせん状の見
本ができるようになっている。

円筒の回転によって液体流に加えられる半径方向への力
は好ましい熱交換接触状態と完全な固化が起る前のフィ
ラメントの平坦化を生起させる。

しかし、形成されたフィラメントをドラムからはぎとる
手段が考えられていないのでフィラメントの連続製造は
不可能であり、従ってフィラメントの長さには本質的に
制限が存在する。

ボークらの米国特許第３，８８１，５４２号、及び第３
，９３９，９００号には各々回転中の円筒状の冷却ロー
ルの内面に形成された溝に溶解金属流を投射することに
より連続的な長さを有する金属フィラメントを製造する
為の方法と装置が示されている。

カベシュの米国特許第３，８８１，５４０号には融解金
属流を、回転軸に関して２°〜３００傾斜した内面を有
する環状冷却ロールの内面上に投射することによってね
じれのない連続長金属フィラメントを製造する方法と装
置が記されている。

この傾向面は冷却固化したのちの溶解金属流に冷却ロー
ル内面への圧接力を与えるだめのものであり、こうして
形成されたフィラメントを収集するようになっている。

本発明は金属フィラメントを製造するだめの装置の改良
に係るものであり、自らの軸の囲りに回転可能に取りつ
けられた環状冷却ロールと溶解金属流を冷却ロールの内
面上に、ロールの回転中に置く手段を有する装置におい
て、０）回転軸と実質的に平行な内面を有する、回転自
在に支持された環状冷却ロールと（ｂ）溶解金属流が固
化点を越えたところで金属フィラメントをはぎとり、そ
れを冷却ロールの内面から持ち出すように案内する手段
を有するという改良点を備えたものである。

本発明は更に溶解金属流を実質的に回転軸と平行な内面
を有する環状冷却ロールの内面上へ置き、環状冷却ロー
ルの内面と接触状態で溶解金属流の固化によって形成さ
れた金属フィラメントを固化点を越えたところではぎと
り、そしてこのはぎとられた金属フィラメントを冷却ロ
ールの内面から持ち出すという工程を含む製造工程を提
供するものである。

本発明の方法と装置によれば溶解金属流を非晶質の金属
フィラメントを作るに必要なガラス転移温度まで、或い
はそれ以下にまで冷却することが可能である。

何故ならば長期にわたって溶解金属流を冷却面と接触状
態に保つことが可能だからである。

本発明の方法と装置は多晶質金属フィラメント、非晶質
金属を形成する合金フィラメント、及び従来の工程では
製造困難であった延性を持たない、あるいはもろい合金
のフィラメントを製造するに極めて適している。

第１図を参照すると、本装置はその長さ方向の軸のまわ
りに回転自在に支持された冷却ロール１と、ノズル３を
通して冷却ロール１の内面に散布する為の溶解金属を支
持する為の加熱誘導コイルを備えたるつぼ２と、冷却ロ
ール内面から金属フィラメントをはぎとり、冷却ロール
内面から適当な収集装置（図示せず）まで案内するため
のエアナイフ５とを有している。

動作中には溶解金属流はノズル３を介して回転環状冷却
ロール１の内面上に噴射され、金属流よりも冷たい冷却
ロールとの緊密な接触によって溶解状態のフィラメント
が形成される。

こうして固化されたフィラメントはエアナイフ５の近傍
まで冷却ロールの回転によって運ばれる。

連続した空気噴流が冷却ロールの内面に向けて指向され
固体フィラメントをその内面からひきはがしこれをそこ
から適当な収集装置へ向けて案内する。

本発明の動作態様は第２図にも描かれており、これは冷
却ロールの内面から固化された金属フィラメントをはぎ
とるだめの、冷却ロール１の内面と滑り接触する刃６と
、はぎとった金属フィラメントを冷却ロールから引きは
なし適当な収集装置まで案内するための案内７を用いて
いる点を除けば第１図の態様と同じものである。

回転軸と実質的に平行な内面をもつ冷却ロールを傾斜し
た内面をもつ冷却ロールとくらべたときの格別の長所は
均一な断面をもつまっすぐなフィラメントが製造できる
ことである。

傾斜内面を有する冷却ロールは片側が他方側より厚いフ
ィラメントを作る傾向があり、更に上反りしたりねじれ
たりする傾向を持つ。

溶解金属流を回転冷却ロールの内面へ置くことの、外面
へ置く場合に比してのみ格別の利点は冷却ロールと金属
フィラメントとの接触がより緊密になるという点にある
。

フィラメントに成形される溶解材料は好ましくは不活性
気体中あるいは大気圧より低圧状態で５０°〜１００℃
程度融点を越えた温度まで加熱される。

ノズルを介して溶解金属を冷却ロール上に置くための噴
射はるつぼ中の溶解金属の静的なヘッドの圧力によるか
、あるいはるつぼに１〜２０ｐ、ｓ、ｉ、ｇ程度の圧力
即ち溶解金属流がノズルから噴射されるまでの圧力を加
えるかによって行われてもよい。

ノズル３は長さ方向へのテーパにより溶解金属流のジェ
ットの安定性を増大させるためのテーパ状オリフィスを
必要ならば備えていてもよい。

溶解金属流の噴射速度と冷却ロールの回転速度との間に
は相互に関連がある。

環状冷却ロールの内周面周速度は望ましくは１〜２０倍
特に１〜５倍、更に望ましくは１〜２．５倍の速度を溶
解金属流の速度に比して有しているのがよい。

ジェットの速度に関して考慮すべき事項としてシェツト
の安定性がある。

即ち、ジェット速度ハシエツトが連続して均一な流れを
作るものでなければならない。

そして、円筒に衝突した点で流れが乱れることがあって
はならない。

ジェットの安定性は合金の組成によっても変化する。

しかしながら、一般には噴流速度は１８０〜２６０Ｃｎ
Ｖ／ｓｅｃが十分安定なジェットを得ることがわかった
。

上記した制限内でフィラメントが所望寸法となるように
冷却ロールの回転速度を調整することも可能である。

実際に冷却面を与える冷却ロールの内面１は相対的に高
い熱伝導率を有するものであれば何でもよい。

この熱伝導率についての条件は非晶質の、あるいはメタ
ステイブル（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ）なフィラメントを
作るために望ましいものである。

好ましい材料組成としてはベリリウム銅、非酸化銅、ス
テンレススティールがある。

回転冷却ロールの外面へ溶解金属を置〈従来の公知の方
法とは違って、本発明の方法においてはフィラメントと
冷却ロール表面との間の接触の緊密塵は表面の付着力に
依存せず、代りに、遠心力に依存するので、冷却ロール
内面は高度に研磨した面とすることができ、もし望むな
ら通常以上に滑らかな面持性を有する金属フィラメント
を得るために高い均一性を有するクロム板などを用いる
こともできる。

このようななめらかな鋳造面は冷却面の外周でフィラメ
ント形成を行うものにおいては溶解金属とロール表面と
の間の粘着力の欠如をもたらすために用いることができ
ない。

腐蝕、摩耗や熱による劣化を防ぐために冷却ロールの内
面は適当な抵抗力を有するコーティング、たとえばセラ
ミックコーティング、高融点の対摩耗性の金属のコーテ
ィング、を公知の工程で施してもよい。

フィラメントは十分に固化したらすぐにはぎとってもよ
いが、いずれの場合も溶解金属ジェットが冷却ロールに
突き当った点から回転角で３６０゜以下、一般には３２
０°以下、更に好ましくは２７０Ｃ程度以下の点ではぎ
とるのがよい。

金属フィラメントを冷却ロールの内面からはぎとる手段
は例えば、空気、不活性ガス又は実質的に不活性な液体
、融点以上の状態にある低融点金属などが用いられ、こ
れが冷却ロールの内側へ向けて、好ましくは形成された
金属フィラメントが表面から持ち上げられるような角度
で指向される。

これらの手段は機械的な持ち上げ手段、例えば冷却ロー
ルの内面と緊密にすべり接触するように支持されたセラ
ミックス、金属、プラスチックス、グラファイトなどの
材質でできた引っかき刃であってもよい。

又、ブラシでもよく、更にもしフィラメントが磁性を有
していれば回転するかあるいは定常的な磁気装置でもよ
く、又更に吸引手段によってフィラメントを持ち上げる
吸引器であってもよい。

冷却ロールからはぎとった金属フィルムを冷却ロールか
ら引きはなし随意的に収集装置へ向けて案内するだめの
手段は適当な形状を有する案内、ローラー、あるいは空
気、ガス、液体等の噴流等を含む。

本発明の装置の細部設計については技術に習熟した有能
な作業者ならばこれを行うことが可能である。

本発明の工程は部分的又は高度の真空下、あるいは、窒
素、アルゴン、ヘリウムや類似のものからなる不活性の
雰囲気中で実施されてもよい。

これは装置を適当なハウジングで取り囲み、真空吸引す
るか、・・ウジフグ中の空気を所望の不活性ガスと置き
換えることによる簡単に実現できる。

もし、真空下で工程を実施すればフィラメント中に形成
されるピンホールに伴って生ずる溶解金属中の泡の形成
が低減される。

従って工程は１０ｃｍＨｇ以下、好ましくは５ ｃｒｎ
Ｈｇ−、更に好ましくは１０００ミクロンＨｇ以下の圧
力下で実施するのがよい。

短時間運転の場合には通常は、冷却ロールが相対的に大
きく熱さましとして働き相当量の熱を吸収できるならば
ロールの冷却手段は不要である。

しかしながら長時間、特に真空下で運転する場合には冷
却ロールを冷却することが望ましい。

これは水その他の冷媒を、流通循環させることにより通
常のやり方で実現できる。

工程が真空中で実施される場合を除いて冷却空気又は他
のガスを冷却ロールに吹きつけるか、あるいは水又は他
の液体を冷却ロールの外側に接触させて気化させること
により気化冷却を行うのもよい。

又、窒素や炭酸ガスを液化したものの流れを冷却用に冷
却ロールへ指向させてもよい。

冷却を強化するために冷却ロールの外周に冷却用のひれ
を設けてもよい。

もし、金属フィラメントが流体のジェットによってはが
される場合には、この流体が永続的な冷却効果を奏する
。

もし、真空下で運転する場合には冷却ロールからフィラ
メントをはぎとるために用いられる低融点金属のジェッ
トによる冷却を行うことが望ましい。

もし、本発明の工程が、真空上以外で行われるならば冷
却ロールの内面の幅は厳しく要求される条件ではないが
形成されるフィラメントの幅との関係において狭く雰囲
気ガスが溶解金属ジェットが冷却ロール表面に突き当る
点又はその近傍の側方へのがれるのを妨げぬようになっ
ておりジェットが冷却ロール表面近くで乱されるのを極
小化するのがよい。

従って、冷却ロールの内面の幅は望ましくは形成される
フィラメントの幅の２〜３倍以下、望ましくは１百倍以
下がよい。

冷却ロールの内面の幅が狭ければフィラメントの冷却ロ
ールからの引き抜きも容易となる。

冷却ロール面へ向けられる溶解金属流の形は連続して十
分安定なフィラメント形成が行える限り特に厳しい条件
は付せられない。

ジェットは円形断面でもよく、又巾広いフィラメントを
作るために長細い断面を有していてもよい。

又、数本のジェットを近接させて冷却ロールへ指向させ
てロール表面上で広げて接触させ幅広のフィラメントを
形成するようにしてもよい。

以下に示す例は本発明と、その現在企図されている最善
の態様を示すものである。

例■ 第１図と類似の装置を採用する。

冷却ロールの内径、外径は各々１５インチ、１９インチ
であり、幅は１．５インチである。

ロールの回転速度は４７０ｒｐｍ とする。

エアナイフはエアジェツトを備え冷却面に対して９０°
をなし、金属流が突き当るところから２７０°へたたっ
たところに置く。

るつぼは０．１８インチ径のノズルを有し、るつぼ中に
はＦｅ２５Ｎｉ２５ｃｒ１０Ｂ２０ＣＯ２０なる組成の
溶解合金で満たされる。

合金は約９００°の融点を持つ。るつぼ中の合金はアル
ゴンにおおわれ５ ｐ、ｓ、ｉ、ｇの圧力をかけられて
おりノズルをとおして９４０℃の温度で冷却ロールに内
面へ９０°の角度をもって噴射される。

金属の噴出速度と冷却ロールの内周面速度は各々２２４
ｃｒｒｌ／ Ｓｅｃ’ 、 ８７５Ｃｍ／ ｓｅｅとす
る。

金属流は冷却されエアナイフまで移送されそこで冷却ロ
ール内面よりはぎとられ収集装置へ向けて吹きとばされ
る。

Ｘ線回折を利用した試験によれば非晶質のフィラメント
が得られることがわかった。

フィラメントは０．００２５インチの厚さを有し、幅は
０．０２６インチである。

例■ エアナイフの代りにモータで回転されるブラシを備えた
点と、真空案内に装置を収納した点を除けば第１図と類
似の装置を用いる。

冷却ロールの内径と外径は各々１５．１９インチであり
、幅は１．５インチである。

その回転速度は１３００ｒｐｍである。

回転ブラシは冷却ロールの側面に対して９０°の角度を
なし金属フィラメントを冷却ロールから側方へ吹きとば
す。

るつぼは０．０２８インチ径のノズルを有し、Ｆｅ ５
Ｎｉ ４５Ｃｒ １ ｏＢ １６ｃ０２０ＭＯ４なる組
成をもつ合金が満たされる。

合金の融点は約１１８０℃であるるつぼ中の合金はアル
ゴンに囲まれ、約７ｐ、ｓ、ｉ、ｇの圧力をかけられて
おり、ノズルからの噴出時の温度は１２８０℃であり、
冷却ロール内面と９０°をなして噴出される。

金属の噴出速度と冷却ロールの内周面速度は各々はぼ２
０６ｃｍ／ ｓｅｃ 、 ２４１９ｃｒｒｌ／ ｓｅｃ
である。

回転ブラシによって冷却ロール内面より取り除かれたフ
ィラメントは均一な質を有し、ピンポールが無い。

Ｘ線回折を利用した試験によれば、フィラメントは非晶
質の構造を有することがわかった。

フィラメントの厚さは約０．００１５インチ、幅は約０
．０３５インチである。

本発明の精神と本質的な特徴から逸脱することなく種々
の変更や修正がなし得るのでこれまでに述べたすべての
事項は描写用のみに解釈されることを企図しているもの
であり、本発明は添付されたクレームの範囲によっての
み限定を受けんとするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の装置の２つの態様を横からみ
たところを示す。 第１図においては金属フィラメントを回転する冷却ロー
ル表面からはぎとり、冷却ロールから引きはなし適当な
収集装置（図示せず）まで案内するだめのエアジェツト
を 。 採用している。 第２図においてははぎとったフィラメントを冷却ロール
から引きはなし収集装置（図示せず）まで案内するだめ
の機械的案内を有する。 冷却ロール内面から金属フィラメントをはぎとるだめの
、冷却ロール内面と滑り接触する刃を採用している。 １・・・・・・冷却ロール、２・・・・・・るつぼ、３
・・・・・・ノズル、４・・・・・・フィラメント、５
・・・・・・エアナイフ、６・・・・・・刃、７・・・
・・・案内。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）非晶質構造を形成することのできる合金の溶融
   体を、回転している環状冷却ロールの内側表面上に沈着
   させ； （ｂ） 前記表面に接触した合金溶融体を、それが連
   続的な非晶質金属フィラメントに固化形成され得る高速
   の冷却速度で急冷し； （ｃ）前記非晶質金属フィラメントが形成されていくの
   と同時に、スクレーパー、または冷却ロール内側への流
   体ジェットの吹きつけによって該非晶質金属フィラメン
   トを冷却面から連続的に剥離し、かつフィラメントを冷
   却面から遠ざけて冷却ロールの内側でない他の位置に運
   ばれるよう案内することからなる、非晶質構造形成可能
   合金の溶融体から非晶質金属連続フィラメントを製造す
   る方法。 ２ 金属フィラメントを冷却ロール内面から持ち上げる
   ように流体ジェットを冷却ロールのＭＥ向けて吹きつけ
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ４３ 前記流体ジェットが空気ジェットであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 軸のまわりに回転可能に据付けられた環状の冷却ロ
   ールと、溶解金属流を回転中の冷却ロールの内面に沈着
   せしめる手段とを備えた金属フィラメント製造装置であ
   って、 （ａ） 回転可能に据付けられた環状冷却ロールがそ
   の回転軸に実質上平行な内面を有し、 （ｂ） 回転する冷却ロールの内面から金属フィラメ
   ントをはぎとるだめの手段が、該内面上に沈着せしめら
   れた金属流が固化する点を越えた位置に配備されており
   、該はぎとり手段は、冷却ロール内面に対して流体ジェ
   ットをあてる手段からなり、かつ、はぎとった金属フィ
   ラメントを冷却ロールから引き離すよう案内するだめの
   手段を具備する、 ことを特徴とする金属フィラメント製造装置。 ５ 前記冷却ロールが、冷却手段によって冷却されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 前記装置は真空室内に封入されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の装置。