JPS60162554A - 薄板金属の製造方法及び装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄板金属の製造方法及び装置に係り、特に回転
する冷却ロールに溶融金属（溶湯）を薄膜状に注湯する
ものにおいて、厚さの一定な薄板を得るのに好適する薄
板金属の製造方法及び装置に関する。

〔発明の背景〕

近時、例えばアモルファス金属等の薄板製造技術分野で
は、高速で回転する冷却ロール上に溶湯を注出ノズルか
ら薄膜状に注湯して急速に凝固せしめ、これにより、数
μｍ〜数１００μｍの厚さの薄板金属を直接製造するこ
とが知られている。

ところで、厚さ１０μｍ〜４０μｍのアモルファスリボ
ン等の特に薄い板の材料特性を種々検討したところ、製
造経過時間方向に板厚変動が生じており、この板厚変動
、特に数Ｈｚ以上の短周期の板厚変動に起因して、磁気
特性、強度特性のバラツキが存在することが認められた
。このようなバラツキの発生原因を調べたところ、従来
の製造方法では既に凌冷却ロール上に注出した金属の板
厚（Ｓ）を実際に検知し、ノズル底部の溶湯圧力（Ｐ−
）にフィードバックして板厚補正制御することが多く、
このような方法では炉内へ導入した圧縮性ガスの圧力制
御による応答速度が遅く、数Ｈｚ以上の短周期変動に対
しては追従対応が全くできないためと考えられる。この
状況を第１図〜第６図に基づいて説明する。

第１図はガス圧力による制御を行なわない場合の板厚変
動、第２図はガス圧力による板厚変動を示している。注
湯開始後数秒の短時間（ｔｏ）においては、注湯ノズル
及び冷却ロールが大きく、かつ比較的ゆっくり変形する
ため板厚一定制御が比較的良好に行なわれているが、そ
れ以降顕著に表われてくる数乃至数１０Ｈｚ周期で発生
する数−にも及ぶ板厚変動を補正制御することには前記
の理由により対応できず、これは炉内ガス圧力制御の無
い場合（第１図）、及び炉内ガス圧力制御の有る場合（
第２図）も変わりがない。そこで、この短周期の板厚変
動発生の原因を追求したところ、高温の溶融金属注湯に
より注湯ノズル及び冷却ロールが各彎複雑に熱膨張変位
し、このため第３図に示すように、注湯ノズル３Ａと冷
却ロール４ＡとのギャップＧが変化していることにより
生ずることが判明した。即ち、第３図及び第４図に示す
ように、注湯ノズル３Ａの冷却ロール４Ａ側への熱膨張
変位δＮ及び冷却ロール４Ａの注湯ノズル３Ａ側への平
均熱膨張変位δ風の合計分だけ、注湯ノズル３Ａと冷却
ロール４ＡとのギャップＧが初期設定値Ｇ０から減少す
ることになるが、このような変化は比較的ゆるやかであ
るため、前述した如く注湯ノズル３Ａの底部溶湯圧力の
適切な制御により、良好な補正制御を行なうことができ
る。しかしながら、特に、短周期での冷却ロール変位Δ
δ翼については、例えば回転冷却ロール４人が円周上で
玉子形の如く複雑な偏芯変形を生じた場合は短周期での
冷却ロール変位Δδ凰が生じるが、これに対する補正制
御はできないものであった。そして、冷却ロール４人の
１回転と前記の板厚変動周期とは略一致することが認め
られた。

このような冷却ロール３人の円周上での偏芯変形の形態
例を第５図囚（１ｍ（Ｑに示している。いずれも偏芯変
形の直接原因は、ロール自身を冷却するための冷却媒体
（通常は冷却水）の供給、循環、排出の経路に起因する
もので、第５図（４）は供給、排出が各１ケ所の例を示
し、第５図（２）は各々２ケ所、第５図（Ｑは各々３ケ
所の例を示している。いずれの場合も初期又は均等熱膨
張後の半径Ｒ（実線にて示す）に対し、冷却媒体の供給
側から排出側に向って熱膨張が漸増し、排出部にて最大
変位（ΔａＢ、Δδ翼′、Δδ凰“）を生じ、偏芯変形
となって表われる（二点鎖線にて示す）。このような偏
芯変形に基づいて冷却ロール４人の１回転当り１回、２
回又は３回の注湯ノズル３Ａとの間のギャップ変化が生
じるものである。

また、第６図は注湯ノズル・冷却ロール間ギャップ（Ｇ
）、ノズル底部注湯圧力（Ｐｂ　）及び板厚（Ｓ）の相
互関係を示してｉる。初期ギャップ（ＧＯ）からｔｏ待
時間後ギャップ（０（１０））への変化の追随は前述し
た如くの従来技術においても現状にて可能であるが、そ
れ以降のギャップ変化（ΔＧ）に対してノズル底部溶湯
圧力（Ｐｂ　）差（ΔＳ）に転嫁されて表われている。

これは、一般に薄板金属製造装置の回転冷却ロール周速
が２０〜４０ｍ／Ｓｅｅの高速を要するだめ、冷却ロー
ルの回転数は必然的にｉ、ｏ　ｏ　ｏ〜ｚ、ｏｏｏｒ−
の高回転となるので、冷却ロールの偏芯変位に起因する
ギャップ変化（ΔＧ）が数１０Ｈｚで変化することより
明らかなことである。このため、ギャップ変化（ΔＧ）
の発生要因を直接補正制御して一定ギャップ（Ｇ）状態
を保持して安定した板厚（８）く期待されている。

従来では注湯ノズル・冷却ロール間ギャップを一定化す
る方法として、例えば、特開１１８５７−９１８５４号
公報に開示されている如く、ギャップを計測し所定値と
の差量を検出し、その検出値に基づいてノーズルの位置
を調整して該ギャップを一定に保つ方法が試みられてい
る。このようにノズル側を移動調整してギャップを一定
にしようとする案は他にも有るが、これらはいずれも前
述の比較的ゆるやかなギャップ変化に追従して制御する
ことを念頭において考えられており、前記ノズル変位（
δＮ）や冷却ロール平均値変位（δ、）に対する追従は
それなりに可能でおり、その結果が第４図及び第６図に
示すところである。しかしながら、これらの方法におい
ては、高速、短周期のギャップ変化に対しては下記の理
由によシ対応が実際上不可能である。

（１）　注湯ノズル及び溶湯保持用の炉（ルツボ等）は
一般に溶湯の高温に耐え得る耐火物にて作られており、
衝撃、引張、曲げ強度において相当に低いため前記数Ｈ
ｚ乃至数１Ｏｆ（ｘの補正運動、即ち振動による高繰返
し負荷や反復高加速度に対して耐え得るものではない。

（２）また、注湯人ズルと溶湯保持用の炉は一般に形状
、製作寸法許容差、製作設備能力等の関係から別体にて
製作され、モルタル（耐火性かつ、ある程度の接着性の
セメント状詰めもの）を媒体として組合されねばならな
いため、前記に示した如くの振動を付与されることはこ
れら組合せの破壊の原因となる。

（３）　一般的に、溶湯保持用の炉は高周波加熱縁によ
る金属素材の溶解炉も兼ねているため、炉の支持部材、
機構は加熱の影響を避けるため、比較的単純かつ軽量で
作る必要から機械的剛性を高めることが困難であり、従
って前記高サイクル振動に対し所期の補正パターゾの確
保が困難でちる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、注湯
ノズルと冷却ロールとのギャップの変動量を適格に把掴
し、所期の一定ギャップとなる如く補正制御することに
より、厚さが一定で材料特性の安定した薄板金属の製造
方法及び装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る薄板金属の製造方法では、溶融金属を注湯
用ノズルから高速で回転する冷却ロール表面に連続的に
注出して該冷却ロール表面で急速　“凝固せしめる薄板
金属の製造方法において、ノズル−冷却ロール間のギャ
ップの基準値に対する偏差を該冷却ロールの回転中、常
時検出し、その検出値に応じて該ギャップを一定に保持
するべく、該冷却ロールを対ノズル方向に移動調整する
ロール位置補正制御を行なうことを特徴とする。

また、本発明に係る薄板金属の製造装置では、溶融金属
を連続的に注湯するノズルと、このノズルに外周面を対
向させて配置され対ノズル方向に移動可能に支持された
高速回転する冷却ロールと、該冷却ロールを対ノズル方
向に移動する駆動装置と、ノズル・冷却ロール間のギャ
ップを計測する計測装置と、該計測値のギャップ基準値
に対する偏差を演算し該ギャップを一定とするロール位
置補正信号を該駆動装置に出力するロール位置制御装置
とを備え、前記方法を実施し得るものとしている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第７図〜第９図を参照して説
明する。

まず、装置について説明する。

溶湯１を収容する炉２内の底部に注湯用のノ女ル３を設
け、溶湯１はガス圧制御装置３０によってノズル底部圧
力（Ｐｂ　）を調整されてノズル３から下方に注出され
るようになっている。ノズル３の下方には図示しないモ
ータによって高速回転される冷却ロール４が設けられ、
溶湯１はこの冷却ロール４０対向する表面、即ち上部表
面に噴出注湯され、ロール上にて急速凝固して薄板金属
５に形成され、冷却ロール４に隣接配置された巻取ドラ
ム６にコイル７として巻取収容される。なお炉２は外周
部に設けたフラノン８を介して支持部材９の支持枠部１
０に載置されて支柱１１及び炉体位置調整装置１２によ
って位置調整可能に支持されている。

冷却ロール４は回転軸１３を介して両端側を軸受筒を含
むロール支持部材１４によって支持されており、このロ
ール支持部材１４はガイド７レーム１５及びロール位置
補正シリンダ１６を介して基礎上に対ノズル方向、つま
り上下方向に移動可能に支持され、これによってノズル
・冷却ロール間のギャップを調整可能としている。

ロール支持部材１４にはロール位置検出センサ１７が設
けられ、冷却ロール４の上下位置を計測し得るようにし
、これよシロール位置制御装置１８にロール位置信号１
９を伝達せしめるようにしている。また、ロール位置補
正シリンダ１６は、作動圧力媒体、例えば圧油供給用の
ボ／プ２０にサーボパルプ２１を介して管路２２によっ
て接続されている。サーボパルプ２１は、ロール位置制
御装置１８からの補正信号２３に応じて動作し、微細な
ロール位置補正動作を高応答速度で行なえるようにして
いる。なお、高サイクル補正動作精度確保のため、關−
ル位置補正シリンダ１６に対向して、バランスシリンダ
２６を配置し、このバランスシリンダ２６を油圧源２０
Ａ及びアキュムレータ２４に管路２５によって接続し、
これによってロール支持部材１４の機械的なギャップ（
ガタの類）を解消するようにしている。即ち、バランス
シリンダ２６は常にロール支持部材１４を反ノズル方向
（ロール支持部材１４を押下ける方向。

に抑圧し、これに対してロール位置補正シリンダ１６は
この下向きの力よりも充分に大きな出力でノズル方向（
ロール支持部月１４を押上げる方向）に〃口圧動作して
、高精度のロール位置補正を行なうものである。　。

ノズル３の両側下部には冷却ロール４の回転方向に沿っ
て投光器２７及び受光器からなるイメージセンサ一式ギ
ャップ測定器２８を設け〜これによりギャップを直接検
出してギャップ信号２９をロール位置制御装置１８にフ
ィードバックし、予め設定されている基準ギャップ（Ｇ
ｏ）との偏差量を検知し、その偏差量に比例した出力を
サーボアンプ３１を介してサーボパルプ２１に指令し、
ロール位置補正シリンダ１６を作動させ、上記ギャップ
偏差を即刻補正制御するようにしている。

さらに、冷却ロール４の外周面上におけるノズル３０入
側近傍個所にその冷却ロール１４の外周表面変位を検出
するギャップセンサ形変位検出器３２を設けると共に、
その検出位置からノズル３位置までの冷却ロール４０回
転角分だけ位相を電気的に調整して冷却ロール外周面変
位信号３４をロール位置制御装置１８へフィードバック
する位相調整器３３を設けている。そして、前述の偏差
信号との再修正を行なった上でサーボアンプ３１側へ補
正量を指令するようにしている。

ように冷却ロール４０幅方向、即ちノズル３の幅方向に
二定間隔をおいて夫々一対ずつ設け、ギャップ（Ｇ）が
軸方向で異なる場合に左右のロール位置補正シリンダ１
６Ｒ，，１６Ｌにそれぞれ必要な補正指令を与え、均等
なギャップに補正し得るようにしている。この場合、ロ
ール位置制御装置１８のサーボアンプ３１Ｂ、３１Ｌ及
び制御用サーボバルブ２１Ｂ、２１Ｌ等も左右のロール
位置補正シリンダ１６Ｂ、１６Ｌに対応して一対ずつ設
けられている。

次に方法を説明する。

溶湯１は、炉２内にてガス圧制御装置３０によって調整
されたノズル底部圧力（Ｐｂ　）にて炉２の下端に設け
られたノズル３より高速回転中の冷却ロール４上に噴出
注湯される。

溶湯１の注湯開始後ノズル３及び冷却ロール４は第２図
に例示した如く熱膨張変位（δＮ、δＲ１ΔδＲ）を生
ずるが、これをイメージセンサ一式ギャップ測定器２８
によシ直接検出する。ギャップ信号２９はロール位置制
御装置１８にフィードバックし、予め設定されている基
準ギャップ　−（Ｇｏ）との偏差量を検知する。この偏
差量に比例した出力をサーボアンプ３１を介してサーボ
パルプ２１に指令し、ロール位置補正シリンダ１６を作
動せしめて上記ギャップ偏差を即刻補正制御する。

また、冷却ロール４の偏芯変位Δδ３に対する補正は、
冷却ロール４の外周面上にて、かつ、該ロール４の回転
方向に沿うノズル３０入側近傍の個所において、該ロー
ル外周表面変位を例えばギャップセンサ形変位検出器３
２等にエリ検出する。

この検出位置とノズル３の位置間の冷却ロール４の回転
角分だけ位相を位相調整器３３によって電気的に調整し
て、冷却ロール外周面変位信号３４をロール位置制御装
置１８へフィードバックし、偏差信号との再修正を行な
った上でサーボアンプ３１側へ補正量を指令する。

また、冷却ロール４の幅方向において各々のギャップ（
Ｇ）が異なる場合には、左右のロール位置補正シリンダ
１６Ｂ、１６Ｌそれぞれに対し、必要な補正指令を与え
ることにより、均等なギャップに補正する。

本実施例によれば、油圧サーボシステムによる冷却ロー
ルの位置補正制御を行なうことが可能となシ、数Ｈｚ乃
至数１０Ｈｚの高周波応答による注湯ノズル、冷却ロー
ル間ギャップの補正が極めて高精度に実施できるもので
ある。例えば、ガス圧制御による従来例（第２図）の場
合、平均板厚に対して±ｔＯｑｂ程度の板厚偏差を生じ
ていたものが、本実施例によれば±２−程度の偏差とな
った。また、冷却ロールの幅方向におけるギャップ補正
も、炉のノズル側で制御する場合に比べて該サーボルー
プの応用により容易に制御可能となる３１、サーボパル
プ２１及びロール位置補正シリンダ１６により構成され
るサーボループについては、前記の如くの積極的な左右
側動作の要否にかかわらず、左右それぞれ独立して構成
することがロール位置側？＠特性を得るうえで好適する
ものである。

また、冷却ロールの位置を補正制御するための調整移動
手段としては、油圧シリンダを使用した油圧サーボシス
テムについて説明したが、本発明の思想−を実施するた
めにはこれに限られるものではなく、例えば、モータ（
専用又は冷却ロール駆動用を兼用）により駆動されるカ
ム機構等の手段によっても同様の効果を得ることが出来
るものである。

さらに上記実施例では冷却ロール位置を上下方向に・移
動せしめてギャップ補正する場合について説明したが、
炉及びノズル構成に応じ注湯方向が水平又は斜め方向で
ちるような場合には、該冷却ロール位置をノズルと対向
する方向例えば水平方向もしくは斜め方向等に移動せし
めるようにすることも可能である。

なお、／プル９冷却ロール間のギャップを一定とするロ
ール位置補正制御用入力として、冷却ロール表面変位の
計測値を併用する前記実施例によれば、これを用いない
場合に比べて制御精度が高いものとなる。

また、冷却ロール表面変位の計測を、その゛冷却ロール
のノズルに対する入側近傍にて行なうようにすれば、制
御位置と計測位置とが接近するととにより、冷却ロール
の温度変化による収縮度合が実際に近い形で計測できる
利点がある。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ノズル・冷却ロール間
のギャップの基準値に対する偏差をロール回転中、常時
検出し、その検出値に応じてギャップを一定に保持する
べく、冷却ロール自体を移動制御するようにしたので、
回転冷却ロールの熱膨張変位とこれに重畳される短周期
の偏芯変位に起因する注湯ノズル、冷却ロール間ギャッ
プ変動を高応答速度で確実に補正制御することができ、
この結果一定のギャップを確保して均一な厚さの薄板を
得ることができ、諸材料特性の安定した薄板金属の製造
を可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図第２図及び第４図は夫々注湯ノズルと冷却ロール
間ギャップと冷却ロール変位の関係を示す特性図、第３
図はノズル・冷却ロール間ギャップの関係を示す模式図
、第５図囚、（２）、　（Ｃ）は夫々冷却ロールの熱膨
張変位の形態を示す模式図、第６図は注湯ノズル・冷却
ロール間ギャップと板厚変動との関係を示す特性図、第
７図〜第９図は本発明の一実施例を示すもので、第７図
は装置構成を示す側面図、第８図は第７図の平面図、第
９図はロール位置制御系を示すブロック図である。 １・・・溶湯、２・・・炉、３・・・ノズル、４・・・
冷却ロール、５・・・薄板金属、１４・・・ロール支持
部材、１６・・・ロール位置補正シリンダ、１７・・・
ロール位置検出センサ、１８・・・ロール位置制御装置
、２１，２１ＴＬ。 ２１Ｌ・・・サーボバルブ、２６・・・パラ／スジリン
ダ、２８・・・ギャップ測定器、３０・・・ガス圧制御
装置、３１・・・サーボアンプ、３２・・・変位検出器
、３３・・・位相調整器。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 華　ｌ　口 θ　ノ０　ど５ｅＣノ 酸遇、府同（ｔ） 第２　月 釉１１吟町αつ ＄３　固 θ　１０（ｊ；ｅＯ 絵Ｉ峙ｒ１１Ｃｔ） 第　５　図 （Ａ）　（Ｂ、） ＜Ｃ） ＄４　口 ＣｒＣｔｏ）　Ｑｏ　ｔ７ｔｗ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属を注湯用ノズルから商運で回転する冷却ロ
   ール表面に連続的に注出して該冷却ロール表面で急速凝
   固せしめる薄板金属の製造方法において、ノズル・冷却
   ロール間のギャップの基準値に対する偏差を該冷却ロー
   ルの回転中、常時検出し、その検出値に厄じて咳ギャッ
   プを一定に保持するべく、該冷却ロールを対ノズル方向
   に移＃調整するロール位置補正制御を行なうことを特徴
   とする薄板金属の製造方法。 ２　ノズル・冷却ロール間のギャップを一定とするロー
   ル位置補正制御用人力として、冷却ロール表面変位の計
   測値を併用することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の薄板金属の製造方法１　冷却ロール表面変位の計
   測は、該ロールの注湯用ノズルに対する入側近傍にて行
   なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄板
   金属の製造方法。 ４、冷却ロール位置補正制御は、液圧式サーボシステム
   により行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄板金属の製造方法。 ５、溶融金属を連続的に注湯するノズルと、このノズル
   に外周面を対向させて配置され対ノズル方向に移動可能
   に支持された轡、一回転する冷却ロールと、該冷却ロー
   、ルを対ノズル方向に移動する駆動装置と、ノズル働冷
   却ロール間のギャップを計測する計測装置と、該ギャッ
   プ計測値のギャップ基準値に対する偏差を演算し該ギャ
   ップを一定とするロール位置補正制御信号を該駆動装置
   に出力するロール位置制御装置とを備えてなる薄板金属
   の製造装置。 ６、　ロール位置制御装置は、ノズル・冷却ロール間の
   ギャップを計測する計測装置からのギャップ信号ととも
   に、冷却ロール表面変位検出装置の計測値に基づく併用
   演算を行なうものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の薄板金属の製造装置。 ７、　冷却ロール表面変位検出装置は、冷却ロールの注
   湯用ノズルに対する入側近傍に設置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の薄板金属の製造装
   置。 ８、冷却ロールを対ノズル方向にｙｅ＠する駆動装置は
   、液圧式サーボシリンダ及びサーボノ（ルプを有するも
   のでおることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   薄板金属の製造装置。