JPS6159817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属合金の溶湯を急冷して直接テープ
状連続凝固体（以下薄帯という）を安定に製造す
る方法に関するものである。

近年、金属合金を溶融状態から回転移動する冷
却基板上で急冷凝固させることによつてリボン状
あるいは線状の連続体を製造することが盛んに研
究されている。この方法の特徴は、製造方式がき
わめて簡単であることはもちろん、溶融金属の組
成を適当に選び、しかも冷却速度が充分にはやい
場合、できた薄帯の原子配列は液体のそれに似た
長周期構造を持たない所謂非晶質体（アモルフア
ス）となることである。この非晶質体は結晶質で
は見られない数々の特異な性質をもつことで応用
上注目されている。また加工性が悪いため、従来
利用が不可能ないし制限されていた材料が、直接
薄帯として製造できるため、結晶質材料の製造方
法としても注目されている。

ところで回転する冷却基板上で溶湯を急冷し薄
帯とする方法（連続液体急冷法）は次の３つのタ
イプに分類できる。１遠心急冷法、２双ロール
法、３単ロール法の３つである。１は回転する円
筒状の物体の内壁にノズルを通して溶融金属（以
下合金を含む）を噴出して、瞬間的に凝固させて
連続薄帯とする方法で、２は２つのロールで圧延
するように急冷する方法、３はロールあるいはド
ラムの外周で急冷する方法である。

安定な形状および材質の薄帯を工業的に生産す
るために制御すべき上記３つの方法に共通する重
要な製造因子として、溶湯を噴出する圧力、ロー
ル（又はドラム）の回転数が周知であるが、それ
に劣らずロール表面の温度も制御すべき重要な因
子である。とくにアモルフアス合金を製造するた
めには、ガラス化温度以下に合金溶湯を急冷する
必要があり、これを実行するためには鋳造中を通
して冷却基板の表面の温度を所定の温度以下に保
持する必要がある。

一方冷却基板の温度は低過ぎても薄帯の特性は
良くないので、最適な範囲に保持することが製造
上重要な点となる。軟磁気特性のすぐれたアモル
フアス合金薄帯を製造するために最適な冷却基板
の温度の範囲は、たとえば特開昭57―121860号公
報あるいは特願昭56―97483号明細書等に明らか
にされている。

しかしながら鋳造中の冷却基板の温度を所定の
範囲内に制御することは必ずしも容易ではない。
その理由は高速（通常25ｍ／秒程度）で移動（回
転）する冷却基板の表面温度を実測することが技
術的に困難であるためである。

従来行なわれてきた一つの方法は放射温度計を
使う方法である。この方法は応答速度がはやく、
かつ非接触型のため冷却基板を傷付けないので有
利であるが、一方、放射率の決定に大きな誤差を
含む欠点がある。しかも基板材料として実用的に
もつとも頻繁に使われるCu又はCu合金の放射率
はきわめて低いため誤差は一層大きくなる。本発
明者らはCuの低放射率を補なうための集光装置
を試作し適用したが見かけの放射率の向上には大
きな寄与をしなかつた。放射温度計の誤差の最大
の原因は測定面の性状や温度の変化などに依存し
て放射率が変化することである。一般に基板材料
の較正時の表面性状と鋳造時の表面性状は異なる
ので同一温度に対して、同じ放射率を示さない。

そのほか実際に熱電対を基板面直下に埋め込
み、その起電力の信号をスリツプリングや発信器
などを使つて送り、検出する方法もある。しか
し、この方法は高速回転する基板と共に測温点も
回転するため測温点の温度は激しく変動してしま
う。実際には記録計はこれに追従できず、何らか
の平均温度が記録されるに過ぎない。実用的に必
要なノズル位置に対して一定距離の任意点の基板
表面の温度の推移を測定することはできない。

本発明者らは、一様な材質の超急冷金属薄帯の
製造に不可欠な回転する冷却基板の表面温度を所
定の範囲に制御するために、正確な測温法を発明
し、これを用いて大量の薄帯を安定に製造する技
術に到達した。

本発明の最重要点は回転する基板の表面温度を
計測するために接触型の温度計を採し、かつ適正
な条件でそれを使用することである。ここで云う
接触型温度計とは、第１図の概念図に示す如く保
持枠３で保持された接触端子（検出端子）の摺動
部２が熱容量の小さな、熱伝導率の高い、かつ弾
性を有する耐熱性の物質（一般には金属又は合
金）の薄板で作られ、その摺動面の反対の面に熱
電対１を溶接ないしロウ付けしたもので熱起電力
の記録計と接続されたものをいう。基板表面の温
度を計測するために、該検出端子の熱電対を接続
した面と反対の面（摺動面）を基板表面に所定の
弱い圧力で接触させると、接触部の基板表面温度
を測定することができる。

本発明を実施するに当り重要な点は、摺動部
（接触端）２の材料の材質の選択と、摺動部２の
形状および基板に押し付ける圧力である。

摺動部に用いる材料はまず熱伝導率が大きくか
つ比熱の小さな物質でなければならない。また耐
熱性、耐摩耗性も要求される。さらに基板との接
触をなめらかに保ち、基板表面の損傷を最小に抑
えるため、弾性がすぐれ、硬度の適当なものがよ
い。本発明者等は各種金属材料を比較試験した結
果、上記の要求を満足する端子材料として、ステ
ンレス鋼を選んだ。しかし上記要求を満足するも
のであればこれに限定するものではない。

摺動部の形状は冷却基板５との接触をなめらか
にするために第１図のように弧状にし、その凸面
を冷却基板５に接触させる（第３図）。これによ
つて接触圧力の変動を小さくすることができる。

接触温度計の問題点は摩擦熱の影響である。し
かし摩擦熱による温度上昇は、接触端子と基板の
材質および接触圧力でほぼ一義的に決まる。たと
えば鋼製ロールの場合ステンレス鋼の薄板（板厚
0.15mm）を曲率半径25mmに曲げ、弾性に抗して
0.5mm押し付けたときの摩擦熱による温度上昇は
第２図に空運転の結果が示すように約20℃であつ
た。したがつてこの場合検出温度から20℃を差引
したものを基板温度として表示すればよい。また
応答速度をはやくするために摺動部の厚みを薄く
する必要がある。しかし薄過ぎると、接続した熱
電対が運転中に摺動部から剥離することがある。
適当な板厚はステンレス鋼を用いる場合、0.05〜
0.2mmであつた。また熱電対も熱容量の小さな形
状にすべきである。

応答速度をはやくする他の方法は基板温度と接
触端の温度差を出来るだけ小さくすることであ
る。これを実施するために本発明者等は次の方法
を推奨する。すなわち、測温部の雰囲気温度を基
板表面の温度に近付ける方策を施こすことであ
る。例えば第３図に示すように測定部を保温カバ
ー４で保温する方法あるいは第４図に示すように
検出された温度を温度検出部６を介してガス供給
部７から供給されるガスを加熱するガス加熱部８
にフイードバツクし、それにほぼ等しい温度に加
熱されたガスを測温部に送る方法などがある。

検出された冷却基板の表面温度は、基板温度制
御機構にフイードバツクされる。基板は溶湯から
奪つた熱を放出するために通常、水冷などの冷却
機構を有している。基板表面の温度は一般に基板
が溶湯から奪つた熱量と基板から冷却媒体に移る
熱量のバランスによつて決る。

フイードバツクされた基板の表面温度に従つ
て、冷却媒体の流量を制御すれば適正な温度範囲
に基板表面を保持することができる。保持すべき
適正温度範囲は溶湯の組成に応じて、特願昭56―
97483号に開示した方法によつて決めることがで
きる。

本発明のすぐれた点は、小さな接触端子を複数
個配置することにより、基板の温度分布をきめ細
かく測定することができることである。例えば基
板が単ロールの場合、複数個の端子を並べること
によりロールの巾方向の温度分布を測定すること
ができる。検出した温度分布をフイードバツクす
れば冷却媒体の流れの経路毎の流量制御も可能で
ある。

従来の放射温度計による方法では、このような
きめの細かい測定は不可能である。その理由は放
射温度計の場合相対的に広い測定面積が必要だか
らである。また放射温度計はノズル近傍のロール
表面温度を測定することが非常に困難である。炉
体その他の付属装置がノズル近傍に配置されるこ
とが多いため、ノズル近傍の基板面を直接覗くこ
とが一般に出来ない。これに対して本発明の方法
では摺動部を小さくすれば、それをノズル近傍に
いくらでも近づけることが出来る。

次に実施例をあげて説明する。

実施例 １ 冷却基板に直径600mm、巾70mmの鋼製単ロール
を用い、約１KgのFe₇₈Si₁₂B₁₀（at％）合金を1200
℃から約30μｍ厚、25mm巾の薄帯に鋳造するとき
の、ロール表面温度の変化を本発明の接触法によ
つて計測した。摺動部は0.10mm厚のオーステナイ
ト系ステンレス鋼板を曲げた裏面にクロメルーア
ルメル熱電対を点溶接したもの（第１図の形状の
もの）を用いた。押し付け荷重は30ｇであつた。
測温個所は第５図に示すように、ノズル１２の位
置（Ｎ）から20cm後方で、かつリボン１３の巾の
中心に相当する基板（ロール）５表面上の位置
（Ａ点）である。鋳造開始から終了までのＡ点の
温度変化は第６図の曲線ａのように記録された。
真温度は摩擦によるバイアス値（20℃）を差し引
いた曲線a′である。同じ第６図の曲線ｂは同時に
計測した放射温度計による記録である。温度によ
る放射率の増加のため、曲線ｂは尻上りに勾配を
増している。前もつて測定した放射率の変化を考
慮してｂを較正した温度曲線がｃである。曲線
a′とｃを比較すると、放射温度計による方法はや
や低目の温度を示している。この食い違いは鋳造
時の基板の放射率の見積り誤差によることが推定
される。鋳造時の基板表面と、放射率を計測する
時の基板表面は同一温度でも性状が異なるからで
ある。

このように、本発明の接触法によつて測定され
る温度は基板表面の真温度により近い温度を指示
するだけでなく、第６図に示したように充分に速
い応答速度を有していることも明らかである。さ
らに同一鋳造条件で繰返し、再現性を試す実験を
行なつたところ、本発明の方法は放射温度計に比
べて、実験毎のデータのバラツキが小さく高い信
頼性を示した。

実施例 ２ 冷却基板に直径600mm、巾70mmのCu―Be合金製
単ロールを用いた。この単ロール外周面の下15mm
の部分は水で冷却されている。水の流量は、実施
例１と同じ接触型温度計を用いて測定されたロー
ルの表面温度によつて制御される。そのブロツク
図を第７図に示した。第７図において１０は給水
部、１１は水量調節部で該調節部は温度検出部６
からの信号により制御される。

本製造装置を用い、約５KgのFe₈₀.₅Si₆.₅B₁₂C₁
（at％）の合金を10チヤージ約1250℃から、約30
μｍ厚、25mm巾の薄帯に鋳造した。この時目標ロ
ール表面温度を160℃に設定して制御した。

記録された表面温度は、鋳造開始から10秒間を
除いて、10チヤージとも160℃±10℃の間に保持
されていることを示した。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明に使用する接触式温度計
の側面図および平面図、第２図は第１図に示す温
度計による摩擦熱の状態を示すグラフ、第３図は
本発明に使用する温度計の使用状態を示す説明
図、第４図および第５図は本発明の実例を示す説
明図、第６図は本発明における冷却基板の表面温
度の変化を示すグラフ、第７図は本発明の他の実
例を示す説明図である。 １…熱電対、２…摺動部、３…保持枠、４…保
温カバー、５…冷却基板、６…温度検出部、７…
ガス供給部、８…ガス加熱部、９…ガス導管、１
０…給水部、１１…水量調節部、１２…ノズル、
１３…リボン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属又は合金を冷却用ロール又はドラム
   の表面上に噴出して急冷し、連続的に薄帯を製造
   する方法において、良耐熱性、高弾性、高熱伝導
   率の金属又は合金の薄板を摺動部に用い、かつそ
   の片面に熱電対を固着して構成した検出端子をも
   つ接触型温度計を、鋳造中の冷却用ロール又はド
   ラムの表面に接触させ、その表面温度を計測し、
   あるいは該計測結果に基いて、前記ロール又はド
   ラムの表面温度を所定の範囲に制御することを特
   徴とする超急冷金属薄帯の製造方法。 ２ 測定点近傍の雰囲気の温度と測定点の測定温
   度の差を小さくするために該雰囲気を加熱ないし
   保温することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超急冷金属薄帯の製造方法。 ３ 接触式温度計を冷却ロール又はドラムの幅方
   向に複数個並列した特許請求の範囲第１項記載の
   超急冷金属薄帯の製造方法。