JPS5942586B2 - 金属の連続ストリップ製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属を、冷却体の表面に近接して配置され
たスロット付きノズルを通して強制排出し、冷却体の運
動している表面上に溶融金属を沈着させることによって
、連続的な金属スｌ−ＩＪツブ、特に非晶質構造を有す
る金属スｌ−ＩＪツブを製造するための装置に関する。

本発明の目的とする金属ストリップは、横方向の寸法が
長手方向の寸法に比し遥かに小さい細長いストリップで
あり、規則的なあるいは不規則な横断面を有する針金、
リボンおよびシートなどを包含する。

針金、リボンあるいはシートなどのごとき完成品あるい
は半製品を溶融金属から直接製造できる方法および装置
の必要性は長い間認識されてきた。

ヒユーバート（Ｈｕｂｅｒｔ ）等はそういった方法に
ついての再検討を行ない、当時知られていた技術を「溶
融スピン法（ｍｅｌｔ ５ｐｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ）
Ｊと「溶・融ドラグ法（ｍｅｌｔ ｄｒａｇ ｐｒｏ
ｃｅｓｓ ） ｊとに分類した（ ” Ｚｅｉｔｓｃｈ
ｒｉｆｔ ｆｕｒ Ｍｅｔａｌ−１ｋｕｎｄｅ ６４，
８３５−８４３（１９７３））。

溶融スピン法では、溶融金属の噴射（ｊｅｔ）を自由飛
行中に冷却することによって、あるいはこれを冷却ブロ
ックに衝突するように噴射して冷却することにより、連
続的なフィラメントを得る。

これらの方法は、いずれも加圧オリフィスを用いる。

オリフィスを用いない溶融スピン法も存在し、この方法
では溶融金属は溝付きスピニング・ディスクのような噴
射形成装置へ供給され、そこから排出される。

ヒユーバート等は、溶融スピン法における成功の秘訣は
、液状の噴射物をそれが固化するまで安定に保つことで
あると述べている。

溶融金属の噴射物（ｊｅｔ）は本来不安定なものである
。

これは、溶融金属は粘度が低く、表面張力が大きいため
に液滴を形成する傾向が強いからである。

噴射物の安定性に関する基本的問題は、パトラ−（Ｂｕ
ｔｌｅｒ ）等によって、” Ｆｉｂｅｒ ５ｃｉｅ−
ｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ” ５，
２４３−２６２（１９７２）中で論じられている。

溶融ドラグ法（米国特許第３５２２８３６号および同第
３６０５８６３号参照）では、溶融金属は、ノズルの出
口において表面張力によって保持されるメニスカスを形
成するようにさせられる。

溶融金属はこのメニスカスから、回転している冷却され
たドラムまたはベルト上へ引き出される。

この方法は、溶融スピン法につきまとう噴出物の不安定
性という困難を回避する。

しかしながら、不幸なことには、溶融ドラグ法における
動く冷却表面の速度は、メニスカスにおけるメルトフロ
ー（溶融流れ）についての制限のために、きびしく制限
される。

この制限を無視するとなれば、不連続なフィラメントし
か得られない。

また、溶融ドラグ法を採用して、非晶質金属ストリップ
の製造が可能であるほどの充分高速な冷却速度を得るこ
さは、容易でないと信じられる。

非晶質金属ストリップを得るには、ある種の溶融合金を
、少なくとも１０４℃／秒さらに言えば通常１０６℃／
秒という極めて大きい冷却速度で超急冷することが必要
である。

°従来、幅が狭くかつ薄い連続な非晶質金属ストリップ
は、回転しているロールの内側もしくは外側、または動
いているベルトなどの動いている冷却面に向けて噴射さ
れた溶融金属の噴射物の超急冷といった方法を包含する
溶融スピン法によってつくられてきた。

急冷すべき溶融合金の噴射物は、噴射距離がたとえば３
〜約６１ｎｒ／Ｌといった比較的短かい距離であるのに
対して、高速であるため安定である。

噴射物は高速で動いている冷却基材（典型的には、約１
３００〜２０００ＴｒＬ／分の速度）に衝突するとき、
基材をぬらしパドル（ｐｕｄｄｌｅ）を形成する。

パドル（水たまり状に存在する少量の溶融金属）は、運
動している基材がこれを引っばってス） ＩＪツブを形
成するとき、一定の空間を占めて実質上静止している。

形成されたストリップは運動している基材と同一の速度
で動く。

実際の応用において単一噴射を用いるときは、実質的に
円形の横断面をもつ噴射物から上述のようにして得られ
たストリップの最大幅は、約５〜６朋に制限されること
がわかった。

シート状の噴射物を動いている冷却面に衝突させること
によって、もつと幅の広いストリップを形成しようとす
る試みがなされたが、はとんど成功しなかった。

この主たる理由は、幅の広い噴射物は最初に、均一な幅
の広い製品を得るために必要どされるなめらかな線状の
パドルを形成せず、したがって、よじれた不均一に急冷
されたストリップを生じるからである。

適切に間隔をとって配置した複数の横に並べた同一の形
状・寸法の噴射物を動いている基材に衝突させて、比較
的幅の広いスＩ−ＩＪツブを形成することも可能である
。

しかしながらこの方法は、噴射物の速度および間隔と基
材の速度との関係を厳密に調節することが必要であるた
め、本質的な困難性を有している。

主な困難性は、複数の噴射が一緒になって一つの安定な
パドルを形成するということが起こり難いこと、あるい
は複数の噴射は一緒に走ってうねを形成し、このため実
質的な見地から、均一な横断面をもつストリップを形成
することは困難であることである。

さらにまた、冷却基材上に噴射によって沈着せしめられ
た溶融金属のパドルは、中心部が厚く、端部が薄いとい
う液滴の平衡形態を呈する傾向があるので、約７．５話
より広い、むらのないはゾ均一な横断面を有するストリ
ップを「引き出す」ために充分な程度に均一な厚さのパ
ドルを維持することは、不可能ではないまでも、非常に
困難である。

いずれにせよ、本来、非晶質構造を有する金属ストリッ
プは少なくともその引張り特性に関しては等方性である
べきであり、そして鋳造された多結晶質の金属ストリッ
プははゾ等方性であるべきであるとしても、実際には幅
の広い、たとえば約６ｍｍ以上という広い幅を札ち、か
つ等方性の強さをもつ、すなわち横方向および縦方向の
いずれの方向に沿って測定しても、あるいはその中間の
どの方向に沿って測定しても、同一の引張り強さと伸び
率をもつ幅の広い金属スｌ−ＩＪツブを、単一噴射また
は複数噴射の鋳造法によって得ることは従来可能ではな
かったのである。

複数噴射の鋳造法によって得られた非晶質金属の幅広い
ス） ＩＪツブが異方性の引張り特性を有するのは、そ
のような方法によって得られたストリップである限りは
逃れることのできない固有の欠点に起因するものと信じ
られる。

しかしながら、噴射鋳造法によってつくられたストリッ
プは、幅が広くても狭くても、横方向に測定した厚さが
均一でなく、また長さ方向に沿った横幅の変動もかなり
大きくなりやすい。

それらのストリップがそのように厚さの均一性に欠ける
のは、それらが液状の金属のパドルから引き出されて形
成されるからである。

液状金属のパドルは、溶融金属が高度の表面張力を有す
るために液滴の平衡形態をとる傾向が強いからである。

オリフィスを通過して噴射を形成する溶融金属の流量が
極く僅かな不可避的変動を来たしても、パドルの直径に
変動を来たし、その結果該パドルから引き出されるスト
リップの幅にも変動を生じるため、ストリップの幅は変
動しやすいのである。

ベデル（Ｂｅｄｅｌｌ）に付与された米国特許第３８６
２６５８号には、僅かな間隙を残し近接して配置された
２つの反対方向に回転する鋼製ロールの間に形成される
ニップに溶融合金を押し出すことによって、非晶質金属
のストリップ（フィラメント）を形成する方法が開示さ
れている。

この方法は溶融金属を急速かつ効果的に冷却するが、固
化されたストリップが２つの鋼製ロールの間で圧延され
るという工程が含まれるため、その結果として製品が異
方性の引張特性を有することとなる。

ベデルはその方法によって、厚さ０．０１２ＣｒｒＬ。
幅１．２７ｃＩｒＬの非晶質リボンを得た（米国特許第
３８６２６５８の実施例４）。

ストレンジ（Ｓｔｒａｎｇｅ）に付与された英国特許第
２０５１８号並びにストレンジおよびピム（Ｐｉｍ）に
付与された米国特許第９０５７５８号には、溶融金属を
動いている冷却表面上に沈着させることによって、金属
のシート、箔、ストリップまたはリボン′を製造する方
法が例示されている。

これらに対し、本発明によって、次のことが見出された
。

すなイつち、もし溶融金属の薄い均一な層を、本発明の
装置を用いて、冷却表面上に機械的に支持するならば、
後に詳述するようにアスペクト比（幅／厚さ）が１から
任意の所望の値をもつ針金（ｗｉｒｅｓ）、リボンおよ
びシートの形態における薄い金属ストリップを引き出す
ことが可能になるということがわかった。

したがって本発明は溶融体から連続的な金属ストリップ
を製造するための装置を提供する。

その装置は、動くことのできる冷却体、溶融金属を保持
するための溜めと連絡しているスロット付きノズル、お
よび溶融金属を溜めからノズルを経て動いている冷却表
面の上へ排出するための排出手段からなっている。

前記の可動冷却体は、溶融金属をその上に沈着させて固
化させるための冷却表面を提供する。

この冷却体は、１００〜２０００ｍ／分の範囲内の速度
で冷却表面を長手方向に動かすことができるようにつく
られている。

溶融金属を保持するための前記の溜めは、金属の温度を
その融点以上に維持しておくための加熱手段を含んでい
る。

この溜めは、溶融金属を冷却表面の上に沈着させるため
のスロット付きノズルとつながっている。

ス田ノド付きノズルは、冷却表面に極めて近接した位置
に設定されている。

ノズルのスロットは、冷却表面の動く方向に対して垂直
に配置されている。

スロットは１対の通常平行なリップによって構成されて
いる。

これら１対のリップを、冷却表面の動く方向に沿って手
前から順に第１リツプおよび第２リツプと呼ぶ。

このスロットは、冷却表面の動く方向に測定して０．２
〜１龍の幅をもつことが必要である。

スロットの長さく冷却表面の運動方向に垂直に測定した
寸法）については、冷却表面の幅より長くすべきではな
いという実施上当然の配慮以外には伺らの制限もない。

スロットの長さは、鋳造されるストリップまたはシート
の幅を決定することになる。

冷却表面の運動方向に測ったリップの幅は、臨界的パラ
メータである。

第１リツプはスロットの幅に少なくとも等しい幅をもつ
。

第２リツプはスロットの幅の１．５〜３倍の幅をもつ。

両リップと冷却表面との間に保たれる間隙は、スロット
の幅の少なくとも０．１倍であるが、スロットの幅に等
しくなるほど充分に大きな値をとることもできる。

溜めの中に含まれている溶融金属を、ノズルを経て動い
ている冷却表面の上に沈着させるべく排出させるための
手段には、溜めの加圧、たとえば不活性ガスによる加圧
、あるいは、溜めの中の金属のレベルが充分高い位置に
あるものとして、溶融金属の静水頭の利用などがある。

本発明の装置を用いて、金属に特異な性質を与える非晶
質構造を有する金属からなる新規なストリップ製品をつ
くることができる。

そういった非晶質製品は、リボンやシートなどの形態で
得られるが、少なくとも約７ｍｍ、好ましくは少なくと
も約１ｃＩｒＬの幅をもち、等方性の強度を有している
。

本発明の連続ストリップ鋳造装置は「平坦流鋳造装置」
と名付けることができる。

その運転の原理を、第１図を参照しながら下記に説明す
る。

第１図は本発明の装置を用いた金属ストリップ製造の一
例を図解する側面図を、部分的な断面図において示すも
のである。

第１図に示すように、冷却体１は、この図ではベルトと
して示されているが、第１リツプ３と第２リツプ４とに
よって構成されているスロット付きノズルに極めて接近
した位置を占めながら、矢印の方向に運動している。

溶融金属２は、加圧下にノズルを経て強制排出され、冷
却体の運動している表面に接触させられる。

金属が運動している冷却体の表面に接触して固化される
とき、第１図中線６で示されている同化前面（Ｓｏｌｉ
ｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｒｏｎｔ）が形成される。

この固化前面の上部には、溶融金属の本体が溶融状態の
ま＼保持されている。

固化前面は、第２リツプ４の末端部に対して、かろうじ
て接触を免れるように、すなわちその極く僅かな部分だ
けが第２リツプ４の端部からはみ出すような状態で形成
される。

第１リツプ３は、固化したストリップ５を一定の状態で
継続的に除去する結果中じるポンピング作用の助けを借
りて、溶融金属を実質的に支えている。

動く冷却体１の表面は、１００〜２０００ｍ／分の範囲
内の速度で運動している。

溶融金属の流速は、固体ストリップ形態の金属を取り出
す速度に等しくなるように運転され、この関係は自己制
御的に維持される。

流速は圧力により補助されるが、形成される固化前面と
、第２リツプ４（その下にある溶融金属を機械的に支え
ている。

）とによって制御される。したがって、溶融金属の流速
は、第２リツプと形成される固体ストリップとの間の粘
性流によって主として制御され、スロットの幅によって
は主として制御されなＧ）。

非晶質のリボンをつくるに足るほどの充分に大きい急冷
速度を得るためには、冷却体の表面は、通常少なくとも
約２００ｍ／分の速度で動く必要がある。

これより低い速度では、非晶質金属ストリップを得るた
めに必要とされるような、少なくとも１０４℃／秒とい
った急冷速度、すなわち固化温度における冷却速度、を
得ることは一般に不可能である。

もちろん、約１００ｍ／分といったもつと低い冷却速度
で実施することも可能ではあるが、その場合には多結晶
質のス） ＩＪツブができる。

いずれにせよ、もともと非晶質固体を形成しない組成の
金属合金を本発明の装置で鋳造するときには、冷却表面
の運動速度如何にかかわらず多結晶質ストリップができ
る。

冷却表面の運動速度は２０００ｍ／分を超えないように
すべきである。

何故なら、冷却基材の速度が増すと、固化に役立つ時間
が減少するので固化前面の高さが押し下げられるからで
ある。

この場合は形成されるストリップが薄＜ （０，０２ｍ
ｍ以下の厚さ）なる。

本発明の装置による成功は、溶融金属による冷却基材の
完全なぬれが実現されているか否かによって定まるので
、そしてまた、溶融金属の非常に薄い層（たとえば約０
．０２ｍｍより薄い層）は冷却基材を充分にぬらさない
ので、あまり薄い層をつくろうとすると、薄い多孔質の
商業的価値のないストリップしか得られない。

このことは、鋳造作業を真空中以外で行なう場合に特に
顕著である。

何故なら、たとえば空気のような周囲にある気体の流れ
が、冷却基材の運動速度が大きい場合に、ストリップの
形成に実質上有害な影響を及ぼすからである。

一般的な定理として、冷却表面の速度が増すと、その結
果として、より薄いストリップが製造され、一方反対に
、冷却表面の速度を下げるとより厚いストリップが製造
されると言うことができる。

冷却基材の運動速度は、好ましくは３００〜１５００ｍ
／分であり、より好ましくは６００〜１０００ｍ／分で
ある。

均一な横断面をもつ固体の連続的なストＩＪツブを得る
ためには、ノズルおよびノズルと冷却表面との相互関係
に関するある種の寸法が、成否を決定する臨界性を有し
ている。

それらを、第４図に言及しながら説明する。

第４図に示す構造において、スロットが、冷却表面の運
動方向に対して直角に配列されているスロット付きノズ
ルのスロットの幅ａは、０．２〜１７ｎ′ｒＩＬ、好ま
しくは０．６〜０．９ｍ７１Ｌとすべきである。

既に先に述べたように、スロットの幅は、そこを通過し
て流出する溶融金属の流速を制御しないが、それがあま
りにも狭すぎると制御因子となる可能性はある。

その点は、狭いスロットを通過させるゆえに必要とされ
る流速で、より高い圧力を加えて溶融金属を強制的に排
出する方法を採用することによっである程度まで補なう
ことができるが、充分な大きさの幅をもつスロットを与
えることができれば、そのほうがもつと好都合である。

一方、もしスロットの幅が広すぎれば、すなわち、たと
えば１朋より広いとすると、冷却表面の任意の与えられ
た運動速度において、金属が冷却表面上で固化するとき
に金属によって形成される固化前面は、それに相応して
厚くなり、より厚いストリップができることになる。

そのような厚いストリップは、非晶質のストリップが所
望される場合であっても、非晶質ストリップを得るため
に充分な速度で冷却され得す、非晶質ストリップは得ら
れない。

さらに第４図を参照し説明すると、第２リップ４の幅す
は、スロットの幅の１．５〜３倍、好ましくはスロット
の幅の２〜２．５倍である。

最適の幅は、簡単なおきまりの実験法によって、決定す
ることができる。

第２リツプは狭すぎると、溶融金属を適切に支持できな
くなり、不連続なストリップしか製造できない。

一方、もし第２リツプが広すぎると、リップとストリッ
プとの間で固体対固体の摩擦が生じ、ノズルの破損が急
速に生じる。

さらに第４図を参照して、第１リツプ３の幅Ｃは、スロ
ットの幅に少なくとも等しく、好ましくはスロットの幅
の少なくとも１．５倍の寸法である。

もし第１リツプの幅が狭すぎると、溶融金属はだらだら
流れ出る傾向となり、溶融金属が冷却表面を均一にぬら
さず、ストリップは全く形成できないか、あるいは不規
則なストリップしかできない。

第１リツプの好ましい寸法は、スロットの幅の１．５〜
３倍、より好ましくは２〜２．５倍である。

さらに第４図を参照し、冷却体１と、第１リツプ３およ
び第２リツプ４との間の、それぞれｄおよびｅで表わさ
れる間隙は、０．０３〜１ｕｒｎ、好ましくは０．０３
〜０．２５ｍｍ、より好ましくは０．０８〜０．１５ｍ
ｍとすることができる。

上記の間隙が１ｍｍを越える場合は、溶融金属の流れが
、２つのリップによってではなく、スロットの幅によっ
て規制されることになるであろう。

そのような条件の下で製造されるスｌ−ＩＪツブは、よ
り厚いものとなるが、厚さは不均一である。

その上、それらのストリップは通常急冷が充分には行な
われておらず、それゆえ不均一な特性を有するものとな
る。

そのような製品は商品としての適性を欠いている。

一方、上記の間隙が０．０３ｚｍより小さいと、スロッ
トの幅が０．３ ｍ７ｎを越えたときに、固化前面とノ
ズルとの間に固体対固体接触が生じるようになり、ノズ
ルの急速な破損を生じるに到る。

上述のパラメータの範囲内で、冷却体の表面と２つのリ
ップとの間につくる間隙の大きさを変えることができる
。

それは、たとえば一方の端において他の端におけるより
も大きくてもよく、それゆえその幅方向に厚さの変化す
るストリップを得ることもできる。

冷却表面が、たとえばベルトのような、平らな表面であ
るとき、冷却体の表面と第１および第２リツプとの間の
、第４図においてそれぞれｄおよびｅの寸法で表わされ
ている間隙は、等しくすることができる。

しかしながら、冷却表面を与える可動の冷却体が環状の
冷却ロールであるときは、これらの間隙が等しくなくて
もよい。

そうしないと形成されるストリップが冷却ロールから離
脱せず、ロールの周囲について運ばれ、ノズルに衝突し
てこれを破損することになるからである。

本発明者は、驚くべきことに、次のことを発見した。

すなわち、間隙ｄを間隙ｅより小さくすることにより、
すなわち、第１リツプと冷却表面との間隙を第２リツプ
と冷却表面との間隙よりも小さくすることにより、上述
のごとき不都合が生じるのを回避できることを見いだし
た。

発明者は、さらに驚くべきこととして、次のことを見い
だした。

すなわち、第１リツプおよび第２リツプそれぞれ、と冷
却表面との間のそれぞれの間隙の差が大きくなればなる
ほど、ストリップはより一層ノズルに近い位置で冷却面
から離れ、それゆえ、これらの間隙相互間の差を調節す
ることによって、環状の冷却ロールからストリップが離
れる位置を調節できることを見いだした。

２つの間隙相互間のこのような差は、ノズルを僅かに傾
斜させ、その出口が冷却ロールの回転方向を向くように
することによって、あるいはノズルを中心のずれた位置
に配置することによって、つくることができる。

発明者はさらに次のことに気がついた。

すなわち、ストリップが環状の冷却ロール上に留まる滞
留時間は、ノズルと冷却表面との間の間隙の増加につれ
て長くなる傾向がある。

上述のパラメータの範囲内で、たとえば冷却表面が約７
００ｍ／分の速度で動くことができるとき、スロットの
幅は０．５〜０．８ ｍｍとすることができる。

第２リツプはスロットの幅の１．５〜３倍とすべきであ
り、第１リツプはスロットの幅の１ご１．５倍とすべき
である。

溜めの中の金属は、約０．５〜２ ｐｓｉｇ （０，０
３５〜０．１４１ｋｙ／ｉ）の圧力に加圧されるべきで
ある。

第２リツプと冷却基材との間に設ける間隙は、０．０５
〜０．２ｍｍとすることができる。

環状の冷却ロールを用いる場合は、第１リツプと冷却体
表面との間に設ける間隙は、先に説明したように、第２
リツプと冷却体表面との間に設ける間隙よりも小さくし
なければならない。

これは、たとえばノズルを偏心して配置することにより
、達成することができる。

冷却表面の運動速度が変化しないときは、間隙および／
またはガス圧を増すとストリップの厚さが増す。

次に、第２図を参照して説明する。

この図は、本発明の装置の一例の斜視図である。

ここには、その水平軸の周りに回転できるように取付け
られている環状の冷却ロール７、並びに誘導加熱コイル
９を備えた溶融金属を保持するための溜め８が示されて
いる。

溜め８はスロット付きノズル１０とつながっており、こ
のノズルは既に説明したように、環状冷却ロールＩの表
面に極めて近接して取付けられている。

環状冷却ロール７は、必要に応じ、たとえば水のような
冷却液をその内部に通し循環させる手段としての冷却手
段（図示されていない。

）を与えられていてもよい。溜め８は、その中に含まれ
る溶融金属に圧力をかけてノズル１０から排出させるた
めの手段（図示されていない。

）をさらに与えられている。実際の製造操作においては
、溜め８の中に加圧下に保持された溶融金属が、ノズル
１０を通して回転冷却ロールγの表面に排出され、そこ
で金属は直ちに固化してストリップ１１を形成する。

先に述べたように、ノズルの第１および第２リツプそれ
ぞれと冷却ロール表面との間の間隙が等しくないことに
よって、ストリップ１１は冷却ロールから離れ、それか
ら振りとばされて適当な収集装置（図示されていない。

）によって収集される。第２図にはさらに、ヘリウム、
アルゴンまたは窒素のような不活性ガスの流れを、下記
にさらに述べる目的で、スロット付きノズル１０の前方
で、冷却ロールの表面に対して吹きつけるのに都合のよ
いノズル１１ａが示されている。

第３図によって図解されている具体例では、外部的手段
（図示されていない。

）によって回転させられるロール１３および１３ａの上
を走行するように配備されたエンドレスベルト１２を冷
却体として採用している。

溶融金属は、溜め１４から供給されるが、この溜めには
、その中にある溶融金属を加圧するための手段（図示さ
れていない。

）が備えられている。溜め１４の中の溶融金属は、電気
誘導加熱コイル１５によ−って加熱される。

溜め１４は、スロット状オリフィスを有するノズル１６
と連絡している。

運転時、ベルト１２は少なくとも約６０Ｃ）ｍ７分の縦
方向速度で動かされる。

溜め１４からの溶融金属は、加圧されてノズル１６を経
て強制排出され、ベルト１２に接触させられる。

そこで溶融金属は固化されて固体ストリップ１７となり
、これは図示されていない手段によってベルト１２から
分離される。

実際の冷却面を提供する冷却体の表面は、比較的高い熱
伝導率をもつものであれば何でもよく、たとえば銅など
が使用できる。

この要件は、非晶質または準安定結晶質ストリップをつ
くることが望まれるときには、特によくあてはまること
である。

好ましい構成材料は、べＩＪ ＩＪウム銅および酸素を
含まない銅である。

もし必要ならば、冷却面を高度に研摩された面としたり
、またはクロムメッキするなどして高度な均一性をもつ
面とし、滑らかな表面特性をもつフィラメントが得られ
るようにすることもできる。

侵食、腐食または熱波れに対する保護を与えるために、
冷却体の表面に適当な抵抗力をもつ、あるいは高融点の
物質の被覆を設けることもできる。

たとえばセラミック被覆、あるいは耐腐食性高融点金属
の被覆などである。

これら被覆は、それぞれの場合において、冷却基材上に
おける溶融金属によるぬれが充分であるかぎり、既知の
方法によって施すことができる。

運転が短時間であるときは、冷却体が比較的大きな質量
をもち、ヒートシンクとして作用することができ、そし
てかなりの量の熱を吸収することができるならば、冷却
体を冷却することは通常必要でない。

しかしながら、長時間の運転となり、そして特に冷却体
が比較的質量の小さいベルトであるときは、冷却体の冷
却手段を設けることが望ましい。

これは、冷却体を冷却媒体（液体でも気体でもよい。

）と接触させることによって、好都合に実施できる。

冷却体が冷却ロールであるとすれば、水その他の液状冷
却媒体を冷却体内部に通し循環させてもよいし、あるい
は空気その他の気体を冷却体の上に吹きつけてもよい。

あるいはこれらに代る方法として、蒸発による冷却を採
用することもできる。

これはたとえば、水その他の蒸発によって冷却を与える
液体媒体と冷却体を外部的に接触させて冷却する方法で
ある。

鋳造工程の実施が長時間貸なわれる際、冷却表面の熱膨
張により、ストリップの長さに沿った方向の厚さの変動
がかなり大きなものとなることが予想されるが、発明者
は実、験によって次に述べるような驚くべき事実を見い
だした。

すなわち、平衡状態は非常に速やかに達成され、数ｍの
ストリップを製造するまでの時間で達成されてしまうも
のと思われ、その後は、製造されるストリップが端から
端まで著しく均一である。

たとえば、ストリップの長さに沿った厚さは、僅かに約
±５係程度しか変動しないことが見いだされている。

これは特に注目すべきことである。

何故なら、通常避けられない冷却ロールの心振れ（ｒｕ
ｎｏｕｔ ）の程度のほうが、前述の厚さの変動よりも
大きいと思われるからである。

本発明の装置は、リップと冷却面との間隙が摩耗の発生
によって変化しても、それをある程度自動的に補正する
効果がある。

さらに、本発明の装置によって製造されたストリップは
幅が著しく均一であり、長さに沿って測定した幅の変動
は、約±０．０Ｏ０４ｃｒｒＬという非常に小さいもの
であった。

このような幅の均一性は、従来の溶融スピン法によって
は得られないと信じられる。

このような均一な幅のストリップは通常切削法（ｃｕｔ
ｔｉ−ｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ）によってしか得
られないと信じられる。

溶融金属を冷却表面上に沈着させるために採用されるス
ロット付きノズルは、任意の適当な材質を用いて構成で
きる。

望ましくは、溶融金属でぬれない材質のものを選ぶ。

一つの好都合な構成材料は、溶融シリカである。

これは、吹込み成形によって所望の形状に成形した後、
機械加工によってスロット付きオリフィスを設けること
ができる。

溜めとノズルとは一続きの材料で形成するのが便利であ
る。

下部の壁面が凹形になっており、その末端部がスロット
をなして終っている適切な形状のノズルを第５図に例示
した。

この形状のノズルは非常に有効であることが見いだされ
ている。

スロットの形状は、第６図に例示するように、実質的に
長方形とすることができる。

好ましくは、スロットの両端部を、通常第７図に例示す
るような丸みをつけた形状の葉形とし、ふちの部分にお
いて溶融金属が充分よく流れるようにする。

ノズルの壁面近くにおける金属の流れの速度は、中心近
くにおける流れの速度よりも常に低い。

したがって、第６図に例示されているような長方形のス
ロットが採用される場合には、へりの部分を通過する溶
融金属の量は中心部を通過する溶融金属の量よりも少な
く、その結果テーパのついた、あるいは鋸歯状のへりを
もつス） ＩＪツブが生じる。

一方もし、第７図に例示するような葉形のへりをもつス
ロットを形成すると、スロットの両端部における溶融金
属の流れは充分となり、なめらかなへりをもつストリッ
プが得られる。

本発明の装置によってスｌ−ＩＪツブに形成されるべき
溶融金属は、好ましくは不活性雰囲気の中で、その融点
よりも約５０°〜１００°Ｃ高い温度あるいはそれ以上
の温度に加熱される。

ノズルを通って起きる溶融金属の早すぎる流出を防ぐた
めに、溶融金属を保持する容器に軽い真空をかけてもよ
む）。

ノズルを通して溶融金属を排出することは必要であり、
これは溜めの中にある溶融金属の静水頭の圧力によって
行なってもよいが、好ましくは、溜めを加圧し、溜めに
、たとえば０．５〜ｌｐｓｉｇ（０，０３５〜０．０７
０ ｋｙ／ｃｕｔ ）程度の圧力または溶融金属が出て
くるようになるまでの圧力がかかるようにして、溶融金
属を排出する。

もし圧力が高すぎると、冷却表面によって運び去られる
ことができるよりも多い量の溶融金属がスロットを経て
押し出され、その結果、制御されていない圧力流が生じ
る。

これがひどい場合は、溶融金属のはねかえしが生じるこ
とがある。

それほどひどくない場合には、でこぼこな、不規則なへ
りをもち、そして厚さの不規則なスｌ−ＩＪツブが生じ
る。

圧力が適切であるか否かは、ストリップの外観によって
判断できる。

ストリップが均一な寸法をもつものとなる場合は、適切
な圧力がかけられているのである。

鋳造操作を行なっているときに、圧力が適切であるか否
かは、第２リツプ近傍におけるストリップの外観から判
断できる。

制御されていない圧力流が生じる条件の下では、赤い灼
熱の外観を呈していることで認識できる溶融金属が、第
２リツプを過ぎてかなり遠方まで延びているのが認めら
れる。

制御された条件の下にあるときは、溶融金属が第２リツ
プをかなり過ぎたところまで流れ出ているということは
なく、また赤熱外観を呈してもいない。

適切な圧力は、このようにして、簡単なありきたりの実
験法により、それぞれの特定の場合について容易に決定
することができる。

本発明の装置によって、溶融体から直接、多結晶質スト
リップに形成できる金属には、アルミニウム、錫、銅、
鉄、鋼、ステンレス鋼などが含まれる。

溶融体からの超急冷によって、固体の非晶質構造を形成
する合金は好ましい合金である。

このような合金は、当業者にはよく知られている。

そのような合金の実例は、米国特許第３４２７１５４号
および同第３９８１７２２号その他に開示されている。

本発明の装置は、いくつかの明らかな利へを有している
。

これら装置によれば、先に述べた自由噴射鋳造の不利は
回避され、非晶質合金の幅広いストリップを鋳造するこ
とが可能となる。

これらの装置は、幅ならびに厚さに関してより一層均一
な寸法を有し、より一層欠点が少なく、かつ等方性の引
張り特性を有するストリップの製造を可能とする。

本発明の装置は、既知の噴射衝突法によって得られる急
冷速度に比し、約１０倍はやい急冷速度を与えることが
できるので、より一層厚さの厚い非晶質ストＩＪツブを
鋳造することができる。

このことは、先行技術の噴射衝突法によっては非晶質形
態で得ることができないＰ ｄ７５ Ｓ １２５のよう
な合金からも、本発明の装置によれば非晶質ストリップ
を鋳造することができるという事実によって証明されて
いる。

さらに、先行技術の噴射衝突法では、約６朋を越える幅
をもち、かつ等方性の引張り特性を有するストリップを
つくることはできない。

本発明の装置では運動エネルギーの伝達が少なくなって
いるので、とりわけ均一な急冷ができるという利点があ
る。

これは高品質の製品ストリップを得るために重要な因子
と考えられる。

さらに本発明の装置は、不活性雰囲気中で金属を鋳造す
るための手っとり早い方法を提供する。

そのような不活性雰囲気は、第２図に例示されているよ
うに、窒素、アルゴンまたはヘリウムのような不活性ガ
スの流れを、ノズルの前方で動いている冷却表面に吹き
つけるという簡単な方法で容易につくることができる。

この簡単な方法によって、たとえばＦ ｅ７０Ｍ ０１
０ ｃ１８ Ｂ２のような、溶融状態で空気にさらされ
たときに容易に燃焼し、そのため従来の噴射衝突法によ
っては空気中で鋳造できない反応性の高い合金を鋳造す
ることが可能である。

本発明の装置を用いる方法は、空気中でも、減圧下もし
くは高真空中でも、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム
等のごとき不活性ガスによって与えられ得る任意の所望
の雰囲気中でも実施できる。

真空中で実施する場合は、１００〜３０００ミクロンＨ
ｇの範囲内の真空中で行なうことが好ましい。

本発明の装置を用いる方法においては、約１００あるい
は５０ミクロンＨｇより低い真空を採用すると、意外に
も、冷却表面への金属ス） ＩＪツブの接着に有害な影
響があり、その結果、不完全で不充分に急冷されたス）
ＩＪツブが形成されるということが、驚くべきことに
は発見されている。

非晶質の急冷合金は延性に欠け、もろいことがある。

現在のところは、この現象が何故起きるか説明できない
。

本発明の装置を用いる方法においては、真空下で行なう
利点、すなわちストリップ製品の均一性が改良されるこ
と、また酸化作用を受けないなどの利益は、上に述べた
範囲内の真空下で実施することによって得られる。

好ましくは、約２００〜約２０００ミクロンＨｇの範囲
内の真空下で実施する。

不活性雰囲気中で実施する利益が、上に述べたように、
不活性ガスの流れを、動いている冷却体の表面に対し、
ノズルの前方で単に吹きつけるだけによって得られる。

あるいはそれに代えて装置を適当なハウジングで囲み、
次いでその内部を真空とするか、あるいはハウジング内
の空気を所望の不活性ガスで置きかえることができる。

本発明の装置を用いる方法は、上に述べたように、それ
が与える改善された急冷速度のゆえに、非晶質金属スト
リップをつくるのに特によく適しているが、多結晶質金
属のスｌ−ＩＪツブおよび従来の装置を採用したのでは
容易にはスｔ−ＩＪツブに形成できない非延性またはも
ろい合金のストリップをつくるためにも極めてよく適し
ている。

本発明の装置によって得られる製品には、少なくとも約
７ｍｍの幅、好ましくは少なくとも約ＩＣｒｒＬの幅、
そしてさらに好ましくは少なくとも約３ｃｒｒＬの幅を
もつ非晶質構造の金属のストリップが含まれる。

本発明の装置を用いてつくったスｔ−ＩＪツブは、厚さ
が少なくとも０．０２ｍｍある。

ただし採用される合金の融点、固化特性および結晶化特
性によって、約０．１４ｍｍ程度あるいはそれ以上の厚
さにすることもできる。

製品は、上に述べたように、等方性の引張り特性を有し
ている。

これらの引張り特性は、問題のス） ＩＪツブから種々
の方向に、すなわち、縦方向、横方向、および縦横の中
間にくる任意の角度で切り取った引張り試験用試料を用
いて標準的な引張り試験の方法および装置を用いて、都
合よく測定される。

製品はさらに、なめらかな平らな表面、断面の均−性並
びにその長手方向に沿った厚さおよび幅の均一性を有す
ることによって特徴付けられる。

この製品が非晶質金属ス） ＩＪツブである場合、それ
は、既知の非晶質金属ストリップの有利な性質のすべて
を有している。

したがって、そのようなストリップは従来用いられてい
た用途のすべてに、すなわちたとえば切削器具および磁
気じゃへい装置における使用などに適している。

これらの用途において、製品ストリップの幅が広いとい
うことは決定的な利点である。

さらに、その幅が広いということと、等方性の引張り特
性を有しているということが結びついて、本発明の装置
でつくった製品は、強化材、特に複合構造に用いる強化
材としての使用に卓越した適性を有している。

下記は、本発明の装置を用いた金属ストリップの製造を
例示するものであり、現在発明の実施として考えられる
最も良い態様の一つを示すものである。

製造例 １ 第２図に示すものと同様の装置を用いた。

使用した冷却ロールは直径１゛６インチ（４０，６ｃｒ
ｒＬ）、幅５インチ（１２，７ｃ１１１）のものである
。

これを約７ｏｏｒｐｍの速度で回転させた。

これは冷却ロールの周囲表面の線速度に換算して、約８
９５ｍ／分に相当する。

幅Ｌａｍｍの第１リツプと幅２．４ ｍｍの第２リツプ
（リップの番号は冷却ロールの回転の方向につける。

）とによって決定される幅０．９ ｍｒｒｔ、長さ５１
ｍｍのスロット状オリフィスを有するノズルを、冷却ロ
ールの周囲表面の運動の方向に直角に取り付け、第１リ
ツプと冷却ロール表面との間隔が０．０５ｍｍ、第２リ
ツプと冷却ロール表面との間隔が０．０６ｍｍとなるよ
うにした。

Ｆ ｅ４ＯＮ １４０ｐ１４Ｆ３６の組成をもち、融点
が約９５０℃の金属を採用した。

この金属を、約０．７ｐｓ ｉｇ （０，０４９ｋ！９
−／ｉ ）の圧力下に１０００℃の温度に保持された加
圧下のるつぼからノズルに供給した。

圧力はアルゴン雰囲気によって加えた。溶融金属は、１
４ｋｙ／分の速度で、スロット状オリフィスを通して排
出した。

金属は冷却ロールの表面上で固化し、厚さ０．０５ｍｍ
、幅５ｃｍのストリップに形成された。

Ｘ線回折法を用いる検査で、このスｌ−ＩＪツブは構造
が非晶質であることがわかった。

このストリップから、縦方向（長手方向）と横方向（長
さに直交する方向）に、それぞれ切取った引張り試１験
用試料は、互いに等しい引張り強さと伸び率を示した。

このスｌ−ＩＪツブは等方性の引張り特性を有している
。

製造例 ２〜６ 下の表に要約されているような装置、実施条件、金属お
よび合金を用いて、製造例１の手順を繰り返し、同表に
示すような製品を得た。

本発明の精神および本質的特徴から離れることなく、本
発明の実施上様々の変形および改良をなすことができる
のは明白であるから、上に詳細に述べたすべてのことは
、単に例示的なものと解釈されるべきである。

本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によってのみ限
定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う、特定の形状をもつノズルから
動く冷却表面上へ沈着させられた溶融金属からのストリ
ップの形成と、冷却表面に関する位置づけとを例示する
、部分断面側面図である。 第２図および第３図のおのおのは、本発明の装置の運転
中の２つの態様の多少簡素化した斜視図である。 第２図において、ストリップの形成はその軸線のまわり
に回転自在に設置された冷却ロールの表面上で起こる。 第３図において、ストリップの形成は動くエンドレスベ
ルトの表面上で起こる。 第４図は、スロットの幅、リップの寸法、および、リッ
プと冷却表面との間の間隙の相対的寸法を説明するため
の、冷却基材の表面と関係づけたノズルの側断面図であ
る。 第５図は、凹面形の内部側壁を形成する本発明の実施に
使用するノズルの好ましい態様を例示する、冷却表面の
動く方向に対して垂直の平面において取った断面図であ
る。 第６図および第７図のおのおのは、冷却基材の表面から
見た、本発明に従うスロット付きノズルのスロットの形
状の略図である。 第６図は概して長方形のスロットを例示し、そして第７
図は拡大した（葉形の）端区域を有するスロットを例示
する。 １・・・・・・冷却物体、２・・・・・・溶融金属、３
・・・・・・第１リツプ、４・・・・・・第２リツプ、
５．ＩＣｌ３・・・・・・ストＩＪツブ、６・・・・・
・固化前面、７・・・・・・冷却ロール、８．１４・・
・・・・溜め、９，１５・・・・・・誘導加熱コイル、
１０．１６・・・・・・スロット付きノズ）Ｌｉ、 １
１ ａ”°・°。 ノズル、１２・・・・・・エンドレスベルト、１３゜１
３ａ・・・・・田−ル、ａ・・・・・・スロット付きノ
ズルのスロットの幅、ｂ・・・・・・第２リツプの幅、
Ｃ・・・・・・第１リツプの幅、ｄ・・・・・・冷却物
体の表面と第１リツプとの間の間隔、ｅ・・・・・・冷
却物体の表面と第２リツプとの間の間隔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記構成要素の組合せからなることを特徴とする、
   溶融体から金属の連続ストリップを製造する装置二 （ａ） 溶融金属を沈着させて固化させるための冷却
   表面を提供し、該冷却表面を１００乃至 ２０００ｍ／分の速度で縦方向に動かすのに適するよう
   につくられた可動性冷却体； （ｂ） 溶融金属を保持し、該溶融金属をその融点以
   上の温度に維持するための加熱手段を含み、かつ下記の
   スロット付きノズルと連絡している溜め： （ｃ） 前記冷却表面の上に溶融金属を沈着させるた
   めの、冷却表面に近接して配置された、スロット付きノ
   ズル（ただし、ノズルのスロットは冷却表面の運動方向
   に対し通常直角に配置されており、該スロットは１対の
   通常平行なリップによって形成されており、これらのリ
   ップは冷却表面の運動方向に向って手前からそれぞれ第
   １リツプおよび第２リツプと命名するものとし、スロッ
   トは冷却表面の運動方向に測って０．２乃至１７ｎｍの
   幅を有し、第１リツプの幅は少なくともスロットの幅に
   等しく、第２リツプの幅はスロットの幅の１．５内子３
   倍であり、これらのリップと冷却表面との間に設けられ
   る間隙はスロットの幅の０．１乃至１倍である。 ）；および （ｄ） 前記部めの中に保持された溶融金属を、動い
   ている前記冷却表面へ沈着させるために、前記ノズルを
   通過させて排出するための排出手段。 ２ 前記可動性冷却体が、その冷却表面を縦方向に６５
   ０乃至１５００ｍ／分の速度で運動させるに適するよう
   につくられており、前記第１リツプの幅はスロットの幅
   の１．５乃至３倍であり、前記第２リツプの幅はスロッ
   トの幅の２乃至２．５倍であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記可動性冷却体が環状の冷却ロールであり；前記
   第１リツプと冷却表面との間隔は前記第２リツプと冷却
   表面との間隔より小さく、前記冷却ロールは冷却表面を
   縦方向に３００乃至１５００ｍ／分の速度で運動させる
   のに適するようにつくられており、第１リツプの幅はス
   ロットの幅の１．５乃至３倍であり、第２リツプの幅は
   スロットの幅の２乃至２．５倍であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 下記構成要素の組合せからなることを特徴とする、
   溶融体から金属の連続ストリップを製造する装置： （ａ） 溶融金属を沈着させて固化させるための冷却
   表面を提供し、該冷却表面を１００乃至 ２０００ｍ／分の速度で縦方向に動かすのに適するよう
   につくられた可動性冷却体； （ｂ） 溶融金属を保持し、該溶融金属をその融点以
   上の温度に維持するための加熱手段を含み、かつ下記の
   スロット付きノズルと連結している溜め； （ｃ） 前記冷却表面の上に溶融金属を沈着させるた
   めの、冷却表面に近接して配置された、スロット付きノ
   ズル（ただし、ノズルのスロットは冷却表面の運動方向
   に対し通常直角に配置されており、該スロットは１対の
   通常平行なリップによって形成されており、これらのリ
   ップは冷却表面の運動方向に向って手前からそれぞれ第
   １リツプおよび第２リツプと命名され、スロットは冷却
   表面の運動方向に測って、０．２乃至１ｍｒＩＬの幅を
   有し、第１リツプの幅は少なくともスロットの幅に等し
   く、第２リツプの幅はスロットの幅の１．５乃至３倍で
   あり、これらのリップと冷却表面との間に設けられる間
   隙はスロットの幅の０．１乃至１倍である。 ）；（ｄ） 前記溜めの中に保持された溶融金属を、
   動いている前記冷却表面へ沈着させるために、前記ノズ
   ルを通過させて排出するための排出手段；および （ｅ） 不活性ガスの流れを冷却表面に向けてあてる
   ための、スロット付きノズルよりも前方の位置に設けら
   れた不活性ガス流出装置。 ５ 前記可動性冷却体が環状の冷却ロールであり、該冷
   却ロールは冷却装置を有し、前記第１リツプと冷却表面
   との間隔は前記第２リツプと冷却表面との間隔より小さ
   く、前記冷却ロールは冷却表面を縦方向に３００乃至１
   ５００ｍ／分の速度で運動させるのに適するようにつく
   られており、第リップの幅はスロットの幅の１．５乃至
   ３倍であり、第２リツプの幅はスロットの幅の２倍乃至
   ２．５倍であ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。