WO2022065370A1 - 非晶質合金リボンの熱処理方法、及び非晶質合金リボンの熱処理装置 - Google Patents

非晶質合金リボンの熱処理方法、及び非晶質合金リボンの熱処理装置 Download PDF

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alloy ribbon
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heating
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佐野博久
福山建史
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日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method for an amorphous alloy ribbon and a heat treatment apparatus for an amorphous alloy ribbon.
  • a process of moving the amorphous alloy ribbon while contacting it with the heated convex surface to apply heat is known. Specifically, there is known a method in which an amorphous alloy ribbon is brought into contact with a heated roll surface and moved while being mechanically restrained, and heat-treated by rapid temperature rise and cooling (for example, Patent Document 1). ).
  • the present invention provides a heat treatment method for an amorphous alloy ribbon and a heat treatment apparatus capable of uniformly heat-treating the amorphous alloy ribbon while suppressing the occurrence of anisotropy in magnetic properties.
  • the present invention is a heat treatment method for an amorphous alloy ribbon, in which the amorphous alloy ribbon is moved while being in contact with the heated convex surface, and the portion of the amorphous alloy ribbon that is in contact with the convex surface is moved. It has a step of moving while pressing against the convex surface from the opposite side of the surface in contact with the convex surface.
  • step a plurality of times by changing the surface of the amorphous alloy ribbon with which the convex surface abuts.
  • the flexible member is a metal member.
  • the amorphous alloy ribbon is a nanocrystalline soft magnetic material.
  • the present invention is a heat treatment apparatus for an amorphous alloy ribbon, in which a heating portion having a convex surface for contacting and heating the amorphous alloy ribbon and a contact portion of the amorphous alloy ribbon are formed on the convex surface. It has a combination with a pressing portion that presses from the opposite side of the contact surface.
  • the heating portion and the pressing portion with respect to the amorphous alloy ribbon has a plurality of the combinations in the traveling direction of the amorphous alloy ribbon.
  • the positional relationship between the heating portion and the pressing portion with respect to the amorphous alloy ribbon is opposite.
  • the pressing portion is a flexible member.
  • the pressing portion is a band member that can be moved via a roller.
  • the band member is a metal member.
  • the roller has a heating mechanism for heating the band member.
  • the amorphous alloy ribbon can be heat-treated while ensuring sufficient thermal contact without applying a large tension, and the generation of anisotropy of magnetic properties is suppressed. It becomes possible to manufacture a crystalline alloy ribbon.
  • FIG. 1 It is a perspective conceptual diagram of the heat treatment machine of the amorphous alloy ribbon which is 1st Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which showed the procedure ((a)-(f)) of the heat treatment method of the amorphous alloy ribbon in 1st Embodiment of this invention in order. It is an enlarged schematic diagram of a pressing part and a heating part in the 2nd Embodiment of this invention. It is a graph which shows the magnetic property in Example 1 and Comparative Example 1 in the 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the amorphous alloy ribbon in Example 2 and the comparative example 2 in the 1st Embodiment of this invention. It is a graph which shows the magnetic property in Example 2 and the comparative example 2 in the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the deformation state of the amorphous alloy ribbon before and after the heat treatment in an embodiment of this invention.
  • the amorphous alloy ribbon is moved while being in contact with the heated convex surface.
  • One of the features of such a heat treatment apparatus is that it has a pressing portion that presses the contact portion of the amorphous alloy ribbon against the convex surface from the opposite side of the contact surface.
  • the form of pressing the amorphous alloy ribbon is not particularly limited, but it is preferable to press it via a flexible member that follows the shape of the heated convex surface.
  • the "contact surface” means that the amorphous alloy ribbon and the convex surface are in contact with each other on the surface.
  • the heat treatment device 1 includes a ribbon guide slope 4 installed on the base 3, a ribbon tension brake roller 5, a ribbon width direction control mechanism 11, heating rollers 6a, 6b, 6c, a ribbon pressing metal belt 7, and the like. It is provided with thermocouples 8a, 8b, 8c (not shown in FIG. 1) so that the amorphous alloy ribbon 2 can be arranged between the heating roller 6c and the ribbon holding metal belt 7.
  • the ribbon retainer metal belt 7 is an example of a flexible member, and is a band member that can be moved via a roller.
  • the flexible member (band member) is preferably a metal member from the viewpoint of flexibility, strength, and heat resistance.
  • the heating roller 6c is a roller for directly contacting and heating the amorphous alloy ribbon.
  • the amorphous alloy ribbon 2 abuts (contacts) a part (partial region in the circumferential direction) of the outer peripheral surface of the cylindrical heating roller 6c and is heated.
  • the roller 6c itself does not have a drive source and is driven by the ribbon presser metal belt 7, so that synchronous operation can be performed without a complicated mechanism.
  • the roller for driving the ribbon retainer metal belt 7 may be either the heating roller 6a or the heating roller 6b, or either one of them.
  • the heating roller 6b is provided with a driving force, and the heating roller 6a is mechanically subordinated.
  • the ribbon retainer metal belt 7 presses the amorphous alloy ribbon 2 against the heating roller 6c. That is, the ribbon pressing metal belt 7 presses the amorphous alloy ribbon 2 against the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6c from the opposite side of the contact surface. That is, the heating roller 6a, the heating roller 6b, and the ribbon pressing metal belt 7 form a pressing portion in the heat treatment apparatus 1.
  • the heating roller 6c is an example of a heating portion having a convex surface for abutting and heating an amorphous alloy ribbon.
  • the "convex surface” means a surface that is raised toward the amorphous ribbon side, and is like a curved surface of a cylindrical (cylindrical) side surface as well as a curved surface of a kamaboko-shaped member like the roller shown in FIG. Any shape, such as a curved surface formed on a part of a member, may be used as long as the amorphous ribbon follows and secures sufficient contact.
  • the material of the amorphous alloy ribbon 2 is not particularly limited.
  • Fe-based amorphous alloys such as Fe—Si—B system and Fe—Si—B—C system, Fe—Si—B—Nb—Cu system and Fe—Si—B—Nb which are nanocrystalline soft magnetic materials.
  • the Fe-based nanocrystal alloy has a composition for crystallizing nanocrystals by heat-treating an amorphous alloy ribbon.
  • the roller constituting the pressing portion in the heat treatment apparatus 1 drives the ribbon pressing metal belt 7, and the ribbon pressing metal belt 7 does not necessarily have a function of pressing the amorphous alloy ribbon 2 against the heating roller 6c. It does not have to be heated.
  • the heat treatment of the amorphous alloy ribbon it is necessary to raise the amorphous alloy ribbon to, for example, 500 ° C., so that the heat loss due to radiation becomes large at a high temperature.
  • the ribbon presser metal belt 7 having a small volume has a small amount of heat accumulation, so that the temperature drops immediately. Therefore, by using a heating roller provided with a heating mechanism as the roller constituting the pressing portion, heat can be continuously supplied, and the temperature stability of the ribbon holding metal belt is improved.
  • the heat supply speed to the ribbon is improved, the ribbon can be rapidly heated, and the heat treatment temperature can be expected to be stable.
  • the heating temperature of the heating rollers 6a, 6b, 6c is preferably 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower when the amorphous alloy ribbon 2 is an Fe-based amorphous alloy or the like, and is preferably 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, respectively. In each case, 500 ° C. or higher is preferable.
  • the material of the ribbon retainer metal belt 7 is not particularly limited. For example, it is more preferable to use a material having excellent heat resistance, such as heat-resistant stainless steel or a nickel-based super heat-resistant alloy.
  • the tension roller 5 and the ribbon width direction control mechanism 11 are used as a set to prevent meandering of the ribbon.
  • the ribbon width direction control mechanism 11 acts so that the ribbon in front of the tension roller 5 does not shift laterally, the ribbon enters the center of the tension roller 5, and the position where the ribbon is sandwiched between the heating roller 6c and the belt is located. When it shifts to the side (meaning), the tension generated by the tension roller 5 generates a force to return it to the center, and the meandering is suppressed.
  • the heat treatment method of the present embodiment will be described in order with reference to FIGS. 2 ((a) to (f)) showing a cross section of the heat treatment apparatus 1.
  • the amorphous alloy ribbon is moved while being in contact with the heated convex surface.
  • the contact portion of the amorphous alloy ribbon is moved while being pressed against the convex surface from the opposite side of the contact surface.
  • the ribbon presser metal belt 7 is erected on the heating roller 6a and the heating roller 6b, and the heating roller 6c is arranged so as to be in contact with the ribbon presser metal belt 7 from the outside to apply tension (FIG. 2A).
  • the ribbon retainer metal belt 7 is configured to be movable via a heating roller 6a and a heating roller 6b.
  • the heating rollers 6a, 6b, 6c While rotating the heating rollers 6a, 6b, 6c in the directions of the arrows shown by the dotted lines, the heating rollers 6a, 6b are heated to, for example, 550 ° C, and the heating rollers 6c are heated to, for example, 500 ° C. At this time, the temperatures of the heating rollers 6a, 6b, 6c and the ribbon retainer metal belt 7 are measured and controlled by the thermocouples 8a, 8b, 8c (FIG. 2B).
  • the amorphous alloy ribbon 2 from the ribbon unwinder (not shown) is drawn along the ribbon guide slope 4 with the black arrow in the figure. (Fig. 2 (c)).
  • a ribbon tension roller 5 for suppressing meandering of the ribbon and a ribbon width direction regulating mechanism 11 are installed.
  • a small tension is applied to the ribbon tension roller 5 to prevent meandering, but when the ribbon is sandwiched between the metal belt 7 and the heating roller 6c for heat treatment, friction due to the clamp near the entrance thereof is applied. Since the force cancels the tension, no tension is applied to the ribbon in the subsequent heat treatment section.
  • the amorphous alloy ribbon 2 can be discharged by simultaneously contacting the ribbon pressing metal belt 7 and the heating roller 6C. That is, by adjusting the tilt angle of the ribbon guide slope 4 and setting the supply / discharge angle of the amorphous alloy ribbon 2, it is possible to heat and cool the front and back of the amorphous alloy ribbon 2 at the same time. Become. It is more preferable to arrange the heating roller 6c so that the tangents of the heating rollers 6c coincide with each other on the extension of the ribbon guide slope.
  • the amorphous alloy ribbon 2 moves while abutting on the convex surface of the heating roller 6c, and the contact portion of the amorphous alloy ribbon is brought into contact with the convex surface of the heating roller 6c by the ribbon pressing metal belt 7. It will move while being pressed down from the opposite side (FIG. 2 (e)).
  • the speed of the ribbon presser metal belt 7 and the speed of the amorphous alloy ribbon 2 are different, and slippage may occur, but it is preferable that the ribbon presser metal belt 7 and the amorphous alloy ribbon 2 move together. ..
  • the amorphous alloy ribbon 2 that has passed between the pressing portion composed of the ribbon pressing metal belt 7 and the heating rollers 6a and 6b and the heating roller 6c is discharged along the ribbon guide slope 4 in the direction of the white arrow in the figure. (Fig. 2 (f)).
  • the discharged amorphous alloy ribbon 2 is wound by a ribbon winder (not shown).
  • the heat treatment apparatus for the amorphous alloy ribbon of the present embodiment and the heat treatment apparatus for the amorphous alloy ribbon of the first embodiment are a pressing portion and a heating portion composed of a heating roller and a ribbon pressing metal belt. Only the difference is made, so an enlarged schematic diagram of that part will be used for explanation. Further, since the same configuration as that of the first embodiment has the same action and effect, the same symbols are added and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a pressing portion and a heating portion in the heat treatment apparatus for the amorphous alloy ribbon according to the second embodiment.
  • the heat-treated portion includes heating rollers-6a, 6b, 6c, 6d, ribbon presser metal belts 7 and 9, and guide rollers 10, and is between the ribbon presser metal belts 7 and 9.
  • the amorphous alloy ribbon 2 can be arranged.
  • a plurality of heating rollers 6a, 6b, 6c, and 6d are arranged so as to be staggered and partially overlap when viewed from the traveling direction of the amorphous alloy ribbon 2.
  • the heating rollers 6a and 6b for heating one surface of the amorphous alloy ribbon 2 and the heating rollers 6c and 6d for heating the other surface are alternately arranged, and the heating rollers 6a and 6d for heating one surface are arranged alternately.
  • a first band member ribbon presser metal belt 7 is hung around 6b, a roller 6c for heating the other surface is hung, and a second band member (ribbon presser metal belt 9) is hung around 6d. ing.
  • the first band member becomes a part of the heating portion for one surface of the amorphous alloy ribbon 2.
  • the second band member serves as a pressing portion.
  • the second band member is a part of the heating portion with respect to the other surface of the amorphous alloy ribbon 2.
  • the first band member (ribbon presser metal belt 7) serves as a pressing portion.
  • the ribbon presser metal belt 9 is an example of a flexible member, and is a band member that can be moved via a roller.
  • the flexible member (band member) is preferably a metal member from the viewpoint of flexibility, strength, and heat resistance.
  • the ribbon presser metal belt 7 presses the amorphous alloy ribbon 2 against the ribbon presser metal belt 9 that follows the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6c. That is, the ribbon pressing metal belt 7 presses the amorphous alloy ribbon 2 against the ribbon pressing metal belt 9 following the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6c from the opposite side of the contact surface.
  • each of the heating roller 6a, the heating roller 6b, and the ribbon pressing metal belt 7, the heating roller 6c, the heating roller 6d, and the ribbon pressing metal belt 9 is a pressing portion in the heat treatment apparatus 1. At the same time, it constitutes a heating unit in the heat treatment apparatus 1.
  • the heating rollers 6a, 6b, 6c, and 6d are driven, and the other rollers are driven via the ribbon presser metal belts 7 and 9, so that synchronous operation can be performed without a complicated mechanism. ..
  • the heating rollers 6b are provided with a driving force, and the heating rollers 6a, 6c, and 6d are mechanically subordinated via the ribbon pressing metal belts 7, 9.
  • complicated control such as electrically synchronous operation for the heating rollers 6a, 6b, 6c, 6d, and further correct the synchronization deviation due to the thermal expansion difference of the heating rollers 6a, 6b, 6c, 6d. You don't even have to.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of the heat treatment portion in the heat treatment apparatus of the amorphous alloy ribbon according to the second embodiment.
  • the amorphous alloy ribbon 2 moves while abutting on the ribbon presser metal belt 9 that follows the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6c, and is a portion of the abutment of the amorphous alloy ribbon by the ribbon presser metal belt 7. However, it moves while being pressed from the opposite side of the contact surface with respect to the ribbon pressing metal belt 9 following the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6c.
  • the amorphous alloy ribbon 2 moves while abutting against the ribbon pressing metal belt 7 following the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6b, and the ribbon pressing metal belt 9 causes the amorphous alloy ribbon to move.
  • the abutting portion moves while being pressed from the opposite side of the abutting surface to the ribbon pressing metal belt 7 following the convex surface (curved surface of the outer periphery) of the heating roller 6b.
  • the speeds of the ribbon presser metal belt 7 and the ribbon presser metal belt 9 and the speed of the amorphous alloy ribbon 2 are different, and slippage may occur, but the ribbon presser metal belt 7, the ribbon presser metal belt 9, and the amorphous material may occur. It is preferable that the quality alloy ribbon 2 moves together.
  • the amorphous alloy ribbon 2 that has passed between the ribbon retainer metal belts 7 and 9 is discharged along the guide roller 10 in the direction of the white arrow in the figure.
  • the discharged amorphous alloy ribbon 2 moves along the ribbon guide slope 4 and is wound by a ribbon winder (not shown).
  • amorphous alloy ribbon for example, for a motor stator core
  • the amorphous alloy ribbon is sequentially brought into contact with the convex surfaces facing different directions, the bending generated in the curvature direction of the convex surface can be corrected without exchanging the front and back sides of the ribbon. It is possible to efficiently obtain a heat-treated ribbon with less bending.
  • Example 1 First, using the first embodiment, both sides of the ribbon are heat-treated at 520 ° C. while moving the amorphous alloy ribbon 2 at a speed of 200 mm / s without applying tension to the amorphous alloy ribbon 2. The first embodiment was manufactured. Then, the magnetization curve (BH curve) of the heat-treated amorphous alloy ribbon 2 was measured. A single plate tester connected to a BH analyzer (SY-8218 manufactured by Iwatsu Electric Co., Ltd.) was used for the measurement.
  • BH curve magnetization curve
  • the single plate tester used for the measurement has a bobbin width of 25 mm for inserting the sample and a yoke length of 25 mm, if the sample is a square sample with a side of 25 mm, the sample insertion direction is changed by 90 °.
  • the magnetic anisotropy of the sample can be evaluated. Therefore, a square sample having a side of 25 mm was cut out from the heat-treated amorphous alloy ribbon 2, and the BH curves in the length direction and the width direction of the ribbon were measured, respectively.
  • FIG. 4 (b) When the heat treatment is performed using the conventional method, as can be seen from FIG. 4 (b), there is a difference in the BH curve in the length direction and the width direction, and magnetic anisotropy occurs.
  • FIG. 4A there is no difference in the BH curve in the length direction and the width direction, and magnetic anisotropy does not occur.
  • the BH curves in FIG. 4 are all measured under the conditions of a frequency of 1 kHz and a maximum magnetic flux density of 1.5 T, but the BH curves are measured by changing the frequency (including direct current) and the maximum magnetic flux density. Even when this was done, there was no change in the result shown in FIG. 4 (that is, the presence or absence of magnetic anisotropy).
  • Example 2 Next, using the second embodiment, both sides of the ribbon are moved at a speed of 17 mm / s at 480 ° C. without applying tension to the amorphous alloy ribbon 2.
  • Example 2 was produced by heat treatment.
  • Comparative Example 2 The amorphous alloy ribbon 2 heat-treated by the conventional method was manufactured as Comparative Example 2.
  • the convex curved surface heated to 490 ° C. was subjected to heat treatment by moving while being in contact with the convex curved surface while applying a tension of 2 [kgf].
  • Example 5 (a), (b), and (c) are diagrams showing Example 1, Example 2, and Comparative Example 2, respectively.
  • Example 1 of FIG. 5A since the ribbon is bent by the convex heat treatment, both ends of the ribbon are raised by about 6 mm, but in Example 2 of FIG. 5B, the bending of the ribbon is corrected. It can be seen that there is no uplift.
  • Comparative Example 2 of FIG. 5C since the heat treatment is performed while applying tension to the ribbon, it can be seen that the ribbon is not warped as in Example 2.
  • FIG. 6A is a BH curve when a magnetic field strength of 100 A / m is applied
  • FIG. 6B is a BH curve when a magnetic field strength of 300 A / m is applied at both frequencies of 1 kHz.
  • Example 2 has a better rise of the BH loop than Comparative Example 2 and is superior in magnetic characteristics.
  • heat can be transferred to the amorphous alloy ribbon without applying an unnecessarily high tension, and anisotropy of magnetic properties and ribbon breakage do not occur.
  • Amorphous alloy ribbons can be manufactured.
  • the amorphous alloy ribbon is an Fe-based nanocrystal alloy, it is easy for the temperature to rise excessively due to self-heating during crystallization to crystallize the nanocrystals, so it is necessary to dissipate heat to a heating roll or a convex curved surface.
  • the ribbon is strongly pressed against the heating roll or convex curved surface by applying strong tension to the ribbon, and by reducing the contact thermal resistance, the heat dissipation efficiency to the heating roll or convex curved surface is increased and excessive temperature rise is suppressed.
  • the embodiment of the present invention since the ribbon is pressed by the band, it is possible to reduce the contact thermal resistance without applying excessive tension to the ribbon.
  • the ribbon waviness (hereinafter referred to as side wave) due to the difference in cooling rate during casting often exists at both ends of the amorphous alloy ribbon in the width direction, and the same portion is in contact with the heater.
  • side wave the ribbon waviness due to the difference in cooling rate during casting often exists at both ends of the amorphous alloy ribbon in the width direction, and the same portion is in contact with the heater.
  • the embodiment of the present invention is used, the entire ribbon is pressed by the heated band, so that sufficient heat treatment is possible even in the presence of side waves.
  • FIG. 7 shows an example showing the deformed state of the amorphous alloy ribbon before and after the heat treatment in the embodiment of the present invention. Specifically, it shows the changes before and after the heat treatment of the plastic working groove formed by pressing an annular engraved punch having a diameter of 9.3 mm on the surface of the amorphous alloy ribbon with a predetermined load.
  • 7 (a) shows before the heat treatment
  • FIG. 7 (b) shows after the heat treatment
  • FIG. 7 (a) shows reflections and background distortion due to deformation caused by processing. It can be seen that the reflection and distortion are eliminated through the heat treatment mechanism according to the embodiment of the present invention.

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Abstract

磁気特性の異方性の発生を抑制しつつ、非晶質合金リボンを均一に熱処理可能な、非晶質合金リボンの熱処理方法、および、熱処理装置を提供する。 非晶質合金リボンの熱処理方法であって、非晶質合金リボンを、加熱した凸面に当接させつつ移動させるとともに、前記非晶質合金リボンの、前記凸面に当接する部分を、当接している面の逆側から前記凸面に対して押さえ付けつつ移動させる工程を有する。

Description

非晶質合金リボンの熱処理方法、及び非晶質合金リボンの熱処理装置
 本発明は、非晶質合金リボンの熱処理方法、及び非晶質合金リボンの熱処理装置に関するものである。
 非晶質合金リボンの特性を調整する方法として、加熱された凸面に非晶質合金リボンを接触させつつ移動させて熱を加える処理が知られている。具体的には、加熱したロール面に非晶質合金リボンを接触させつつ機械的拘束を掛けながら移動させて、急激な昇温と冷却で熱処理する方法が知られている(例えば、特許文献1)。
WO2011/060546公報
 特許文献1に記載の方法によれば、例えば、脆化を抑制しながら熱処理することができる。しかしながら、ロール面との十分な接触を確保するためには、リボンに大きなテンションをかける必要がある。更に、リボン面は必ずしも平坦では無く一定のうねりが残っている場合が有り、リボン全面をロールに充分に接触させる為に必要なテンションは増加する。その場合、リボンの方向によって磁気特性の異方性が強くなりすぎる懸念がある。磁気特性の異方性が大きいリボンは、用途が限定されてしまう。また、リボンとロールとの十分な接触を確保するためにリボンにかけられるテンションにも限界があり、リボンとロールの接触状態が不均一になることによって熱処理にムラが生じる恐れがあった。
 そこで本発明では、磁気特性の異方性の発生を抑制しつつ、非晶質合金リボンを均一に熱処理可能な、非晶質合金リボンの熱処理方法、および、熱処理装置を提供する。
本発明は、非晶質合金リボンの熱処理方法であって、非晶質合金リボンを、加熱した凸面に当接させつつ移動させるとともに、前記非晶質合金リボンの、前記凸面に当接する部分を、当接している面の逆側から前記凸面に対して押さえ付けつつ移動させる工程を有する。
また、前記工程を、前記凸面が当接する前記非晶質合金リボンの面を変えて複数回行うことが好ましい。
 また、前記非晶質合金リボンの当接する部分を、柔軟部材を介して押さえつけることが好ましい。
 また、前記柔軟部材を加熱しながら押さえつけることが好ましい。
 また、前記柔軟部材が、金属部材であることが好ましい。
 また、前記非晶質合金リボンが、ナノ結晶軟磁性材料であることが好ましい。
本発明は非晶質合金リボンの熱処理装置であって、非晶質合金リボンを当接させて加熱するための凸面を有する加熱部と、前記非晶質合金リボンの当接する部分を、前記凸面に対して当接面の逆側から押さえ付ける押え付け部との組合せを有する。
 また、前記組合せを前記非晶質合金リボンの進行方向において複数有し、
隣り合う組合せにおいて、前記非晶質合金リボンに対する前記加熱部と前記押え付け部の位置関係が逆である好ましい。
 また、前記押え付け部が、柔軟部材であることが好ましい。
 また、前記押え付け部が、ローラを介して移動可能なバンド部材であることが好ましい。
 また、前記バンド部材が、金属部材であることが好ましい。
 また、前記ローラが前記バンド部材を加熱する加熱機構を有することが好ましい。
 本発明によれば、非晶質合金リボンに対して、大きなテンションを掛けなくても十分な熱接触を確保しながら熱処理を行うことができ、磁気特性の異方性の発生が抑制された非晶質合金リボンを製造することが可能となる。
本発明の第1の実施形態である、非晶質合金リボンの熱処理機の斜視概念図である。 本発明の第1の実施形態における、非晶質合金リボンの熱処理方法の手順((a)~(f))を順に示した模式図である。 本発明の第2の実施形態における、押え付け部と加熱部の拡大模式図である。 本発明の第1の実施形態における、実施例1と、比較例1における磁気特性を示すグラフである。 本発明の第1の実施形態における、実施例2と、比較例2における非晶質合金リボンを示す図である。 本発明の第2の実施形態における、実施例2と、比較例2における磁気特性を示すグラフである。 本発明の実施形態における、熱処理前後の非晶質合金リボンの変形状態を示す図である。
(第1の実施形態)
 以下、本発明の一つの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
 本実施形態の熱処理装置では、非晶質合金リボンを、加熱した凸面に当接させつつ移動させる。かかる熱処理装置は、非晶質合金リボンの当接する部分を、上記凸面に対して当接面の逆側から押さえ付ける押え付け部を有する点が特徴の一つである。非晶質合金リボンを押さえ付ける形態はこれを特に限定するものではないが、加熱した凸面の形状に追従するような柔軟部材を介して押さえ付けることが好ましい。ここで、「当接面」とは、非晶質合金リボンと上記凸面が面で接触していることを意味している。
図1に本実施形態の熱処理に用いる非晶質合金リボンの熱処理装置1の斜視概念図を示す。熱処理装置1は、ベース3上に設置されたリボンガイドスロープ4と、リボンテンション用ブレーキローラ5と、リボン幅方向制御機構11と、加熱ローラ6a、6b、6cと、リボン押え金属ベルト7と、熱電対8a、8b、8c(図1では不図示)とを備え、加熱ローラ6cとリボン押え金属ベルト7の間に非晶質合金リボン2を配置できるようにしている。リボン押え金属ベルト7は、柔軟部材の一例であり、ローラを介して移動可能なバンド部材である。柔軟部材(バンド部材)は、可撓性、強度、耐熱性の観点から、金属部材が好ましい。
 ここで、加熱ローラ6cは、非晶質合金リボンに直接接して、加熱するためのローラである。非晶質合金リボン2は、円柱状の加熱ローラ6c外周面の一部(周方向の一部領域)に当接(接触)し、加熱される。なお、ローラ6c自体は駆動源を持たず、リボン押え金属ベルト7により駆動されることで、複雑な機構無しに同期運転することができる。
リボン押え金属ベルト7を駆動するためのローラは、加熱ローラ6aと加熱ローラ6bの両方でも、どちらか一方でも構わない。本実施形態では、加熱ローラ6bに駆動力を持たせ、加熱ローラ6aは機械的に従属させる構成にしている。こうすることにより、加熱ローラ6aや加熱ローラ6bに対する電気的同期運転といった複雑な制御を回避することができ、更に、加熱ローラ6aと加熱ローラ6bの熱膨張差による同期ズレを修正する必要もなくなる。
 リボン押え金属ベルト7が、非晶質合金リボン2を加熱ローラ6cに押し付ける。すなわち、リボン押え金属ベルト7が、非晶質合金リボン2を、加熱ローラ6cの凸面(外周の曲面)に対して当接面の逆側から押さえ付ける。つまり、加熱ローラ6a、加熱ローラ6b、及びリボン押え金属ベルト7が、熱処理装置1における押え付け部を構成する。
 なお、加熱ローラ6cは、非晶質合金リボンを当接させて加熱するための凸面を有する加熱部の一例である。また、「凸面」とは、非晶質リボン側に盛り上がった面を意味し、図1に示すローラのように、円柱(円筒)形の側面の曲面の他、かまぼこ型部材の曲面のように部材の一部に構成された曲面など、非晶質リボンが追随して十分な接触が確保される形状であればよい。
 非晶質合金リボン2の材質はこれを特に限定するものではない。例えば、Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系等のFe基アモルファス合金や、ナノ結晶軟磁性材料であるFe-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Si-B-Nb-Cu―Ni系等のFe基ナノ結晶合金等に適用することができる。Fe基ナノ結晶合金は、非晶質合金リボンに熱処理することでナノ結晶を晶出する組成を有する。
 熱処理装置1における押え付け部を構成するローラは、リボン押え金属ベルト7を駆動し、リボン押え金属ベルト7が非晶質合金リボン2を加熱ローラ6cに押し付ける機能を発揮するものであれば、必ずしも加熱されている必要はない。しかしながら、非晶質合金リボンの熱処理においては、非晶質合金リボンを例えば500℃まで上げることが必要になるので、高温になると輻射による熱損失が大きくなってしまう。特に、体積の小さいリボン押え金属ベルト7は、熱の蓄積が少ないため、直ぐに温度が下がってしまう。そこで、押付部を構成するローラを、加熱機構を備えた加熱ローラとすることで絶え間なく熱を供給することが可能となり、リボン押さえ金属ベルトの温度安定性が向上する。高温に保たれたリボン押さえ金属ベルトとロールで両面からリボンを挟むことでリボンへの熱供給速度が向上し、リボンの急速昇温が可能となると共に熱処理温度の安定性が期待できる。
 加熱ローラ6a、6b、6cの加熱温度は、非晶質合金リボン2がFe基アモルファス合金等である場合、夫々、350℃以上400℃以下が好ましく、Fe基ナノ結晶合金等の場合には、夫々、500℃以上が好ましい。
 リボン押え金属ベルト7の材質は、これを特に限定するものではない。例えば、耐熱性ステンレスやニッケル基の超耐熱合金などの耐熱性にすぐれた材質を用いることがより好ましい。
 テンションローラ5と、リボン幅方向制御機構11は、リボンの蛇行を防ぐためにセットで用いられる。テンションローラ5の直前にあるリボンが横にずれないようにリボン幅方向制御機構11が作用し、リボンがテンションローラ5の真ん中に入って行き、それに対して加熱ローラ6cとベルトに挟み込まれる位置が横にずれる(蛇行する)場合、テンションローラ5による張力により中央に戻そうとする力が発生し、蛇行が抑制されることになる。
 次に、本実施形態の熱処理方法について、熱処理装置1の断面を示す図2((a)~(f))を用いて順に説明する。本実施形態の熱処理方法では、非晶質合金リボンを、加熱した凸面に当接させつつ移動させる。その際に、非晶質合金リボンの当接する部分を、前記凸面に対して当接面の逆側から押さえ付けつつ移動させる。
まず、加熱ローラ6a、加熱ローラ6bにリボン押え金属ベルト7を架設し、リボン押え金属ベルト7と外側から当接するように加熱ローラ6cを配置してテンションを掛ける(図2(a))。リボン押え金属ベルト7は、加熱ローラ6a、加熱ローラ6bを介して移動可能に構成されている。
 加熱ローラ6a、6b、6cを、点線で図示した矢印方向に各々回転させながら、加熱ローラ6a、6bを例えば550℃に、加熱ローラ6cを例えば500℃まで加熱する。この際、熱電対8a、8b、8cにより加熱ローラ6a、6b、6c及びリボン押え金属ベルト7の温度を測定し、制御する(図2(b))。
 リボンテンション用ブレーキローラ5を図中の細矢印方向に上げた状態で、不図示のリボン巻出し機から出た非晶質合金リボン2を、リボンガイドスロープ4に沿って、図中の黒色矢印の方向に供給する(図2(c))。リボンガイドスロープ4の入り口には、リボンの蛇行を抑制するリボンテンション用ローラ5、およびリボン幅方向規制機構11が設置される。リボンテンション用ローラ5には、蛇行が防止される程度の小さなテンションが付与されるが、熱処理を行うためリボンが金属ベルト7と加熱ローラ6cの間に挟まれると、その入り口付近のクランプによる摩擦力がテンションを相殺するため、その後の熱処理区間では、リボンにテンションは掛からない。
 加熱ローラ6cの前後(両側)に、傾斜させたリボンガイドスロープ4を用いることで、非晶質合金リボン2をリボン押え金属ベルト7と加熱ローラ6Cに同時に接触して排出さることができる。つまり、リボンガイドスロープ4の傾き角度を調整して、非晶質合金リボン2の供給排出角度を設定することによって、非晶質合金リボン2の表と裏を同時に加熱及び冷却することが可能となる。リボンガイドスロープ延長線上に加熱ローラ6cの接線が一致するように配置することがより好ましい。
 非晶質合金リボン2が、リボン押え金属ベルト7と加熱ローラ6cに挟まると、リボンが自動で巻き込まれ始める。ここで、リボンテンション用ブレーキローラ5をセットする(図2(d))。
 非晶質合金リボン2は、加熱ローラ6cの凸面に当接しつつ移動し、リボン押え金属ベルト7によって、非晶質合金リボンの当接する部分が、加熱ローラ6cの凸面に対して当接面の逆側から押さえ付けられつつ移動することになる(図2(e))。
 リボン押え金属ベルト7の速度と、非晶質合金リボン2の速度が異なり、滑りが生じていてもよいが、リボン押え金属ベルト7と非晶質合金リボン2とが一緒に移動することが好ましい。
 リボン押え金属ベルト7と加熱ローラ6a、6bで構成される押付部と加熱ローラ6cの間を通った非晶質合金リボン2は、リボンガイドスロープ4に沿って図中の白抜き矢印方向に排出される(図2(f))。排出された非晶質合金リボン2は、不図示のリボン巻取り機で巻き取られる。
(第2の実施形態)
 次に、本発明第2の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態の非晶質合金リボンの熱処理装置と、第1の実施形態の非晶質合金リボンの熱処理装置とは、加熱ローラとリボン押え金属ベルトで構成される押え付け部と加熱部だけが異なるので、その部分の拡大模式図を用いて説明する。また、第1の実施形態と同じ構成は、作用効果が同じなので、同じ記号を付して説明を省略する。
 図3は、第2の実施形態である非晶質合金リボンの熱処理装置における、押え付け部と加熱部の拡大模式図である。図3に示されるように、熱処理部分は、加熱ローラ―6a、6b、6c、6dと、リボン押え金属ベルト7、9と、ガイドローラー10とを備え、リボン押え金属ベルト7と9の間に非晶質合金リボン2を配置できるようにしている。
つまり、非晶質合金リボン2の進行方向から見て、段違いに、かつ一部が重なるように、複数の加熱ローラ6a、6b、6c、6dが配置されている。非晶質合金リボン2の一方面を加熱するための加熱ローラ6a、6bと、他方面を加熱する加熱ローラ6c、6dとが、交互に配置され、一方面を加熱するための加熱ローラ6a、6bには、第1のバンド部材(リボン押え金属ベルト7)が掛け回され、他方面を加熱するためのローラ6c、6dには第2のバンド部材(リボン押え金属ベルト9)が掛け回されている。第1のバンド部材(リボン押え金属ベルト7)が掛け回された加熱ローラ6a、6bの部分では、第1のバンド部材は、非晶質合金リボン2の一方面に対する加熱部の一部となり、第2のバンド部材(リボン押え金属ベルト9)は押付け部となる。そして、第2のバンド部材(リボン押え金属ベルト9)が掛け回された加熱ローラ6c、6dの部分では、第2のバンド部材が、非晶質合金リボン2の他方面に対する加熱部の一部となり、第1のバンド部材(リボン押え金属ベルト7)は押付け部となる。
リボン押え金属ベルト9は、リボン押え金属ベルト7と同様に、柔軟部材の一例であり、ローラを介して移動可能なバンド部材である。柔軟部材(バンド部材)は、可撓性、強度、耐熱性の観点から、金属部材が好ましい。
 リボン押え金属ベルト7が、非晶質合金リボン2を、加熱ローラ6cの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト9に押し付ける。すなわち、リボン押え金属ベルト7が、非晶質合金リボン2を、加熱ローラ6cの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト9に対して当接面の逆側から押さえ付ける。同様に、リボン押え金属ベルト9が、非晶質合金リボン2を、加熱ローラ6bの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト7に対して当接面の逆側から押さえ付ける。
つまり、本実施形態では、加熱ローラ6a、加熱ローラ6b、及びリボン押え金属ベルト7と、加熱ローラ6c、加熱ローラ6d、及びリボン押え金属ベルト9の各々が、熱処理装置1における押え付け部であると同時に、熱処理装置1における加熱部を構成する。
ここで、加熱ローラ6a、6b、6c、6dのいずれか1つのみが駆動し、他のローラはリボン押え金属ベルト7、9を介して駆動されることにより、複雑な機構無しに同期運転できる。本実施形態では、加熱ローラ6bに駆動力を持たせ、加熱ローラ6a、6c,6dは、リボン押え金属ベルト7、9を介して機械的に従属させる構成にしている。こうすることにより、加熱ローラ6a、6b、6c、6dに対する電気的同期運転といった複雑な制御を回避することができ、更に、加熱ローラ6a、6b、6c、6dの熱膨張差による同期ズレを修正する必要もなくなる。
 次に本実施形態の熱処理方法について、第2の実施形態である非晶質合金リボンの熱処理装置における、熱処理部分の拡大模式図である図3を用いて説明する。
 リボンガイドスロープ4に沿って供給された非晶質合金リボン2が、リボン押え金属ベルト7とリボン押え金属ベルト9に挟まると、リボンが自動で巻き込まれ始める。
 非晶質合金リボン2は、加熱ローラ6cの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト9に当接しつつ移動し、リボン押え金属ベルト7によって、非晶質合金リボンの当接する部分が、加熱ローラ6cの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト9に対して当接面の逆側から押さえ付けられつつ移動する。
 次に、非晶質合金リボン2は、加熱ローラ6bの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト7に当接しつつ移動し、リボン押え金属ベルト9によって、非晶質合金リボンの当接する部分が、加熱ローラ6bの凸面(外周の曲面)に倣った、リボン押え金属ベルト7に対して当接面の逆側から押さえ付けられつつ移動する。
 リボン押え金属ベルト7とリボン押え金属ベルト9の速度と、非晶質合金リボン2の速度が異なり、滑りが生じていてもよいが、リボン押え金属ベルト7、リボン押え金属ベルト9、及び非晶質合金リボン2が一緒に移動することが好ましい。
 リボン押え金属ベルト7、9の間を通った非晶質合金リボン2は、ガイドローラー10に沿って図中の白抜き矢印方向に排出される。排出された非晶質合金リボン2は、リボンガイドスロープ4に沿って移動し、不図示のリボン巻取り機で巻き取られる。
 非晶質合金リボンを、例えば、モーターステータコアに用いる場合、真っすぐなリボンを使用する必要がある。第1の実施形態のように、一方向のみの凸面に当接させて処理を行うと、凸面の曲率方向に曲がりが生じてしまうので、その曲がりを矯正させるために、リボンの表裏を逆にして、再度、熱処理を行わなければならない。しかし、本実施形態のように、非晶質合金リボンを、異なる方向を向いた凸面に順次当接させれば、リボンの表裏を入れ替えることなく、凸面の曲率方向に生じた曲がりを矯正することができ、曲がりの少ない熱処理リボンを効率よく得ることが可能となる。
 以下、実施例を説明する。
 単ロール法によって形成された、幅60mm、厚さ24.8μmのFe基アモルファス合金からなる非晶質合金リボン2を準備した。
(実施例1)
ます、第1の実施形態を用いて、非晶質合金リボン2に張力を掛けずに、非晶質合金リボン2を200mm/sの速さで移動させつつ、リボンの両面を520℃で熱処理して実施例1を製造した。
その後、熱処理した非晶質合金リボン2の磁化曲線(B-H曲線)を測定した。測定にはB-Hアナライザー(岩崎通信機製SY-8218)に接続した単板試験器を用いた。測定に使用した上記の単板試験器は試料を挿入するボビン幅が25mmであり、かつヨーク長も25mmであるため、一辺25mmの正方形の試料であれば、試料の挿入方向を90°変えて各方向のB-H曲線を測定することにより、試料の磁気的な異方性を評価することができる。そこで熱処理後の非晶質合金リボン2から一辺25mmの正方形試料を切り出し、リボンの長さ方向と幅方向のB-H曲線をそれぞれ測定した。なお、上記正方形試料の切り出しの際には、非晶質合金リボン2の中央部付近から、一辺がリボンの長さ方向に平行に(従ってもう一辺は幅方向と平行に)なるように切り出した。各方向のB-H曲線を図4(a)に示す。
(比較例1)
 一方、加熱した凸曲面に非晶質合金リボンを接触させつつ機械的拘束を掛けながら移動させて、急激な昇温と冷却で熱処理する、従来の方法による結果を示す。ここで、凸曲面に安定して非晶質合金リボン2を接触させるには、非晶質合金リボン2にテンションを掛けて凸曲面に押し付ける必要がある。そこで、非晶質合金リボン2に、2[kgf]のテンションを掛けながら、非晶質合金リボン2を加熱したロール面に接触させつつ移動して熱処理を施して比較例1を製造し、実施例と同様に、非晶質合金リボンの長さ方向と、幅方向のB-H曲線を計測した。その結果を図4(b)に示す。
 従来の方法を用いて熱処理を行うと、図4(b)からわかるように、長さ方向、幅方向で、B-H曲線に差があり、磁気異方性が生じている。一方、本発明によると、図4(a)に示されたように、長さ方向と幅方向でB-H曲線に差はなく、磁気異方性は生じていない。なお、図4のB-H曲線はいずれも周波数1kHz、最大磁束密度1.5Tの条件で測定したものであるが、周波数(直流を含む)や最大磁束密度を変えてB-H曲線を測定した場合でも図4の結果(即ち磁気異方性の有無)に変化は無かった。
(実施例2)
 次に、第2の実施形態を用いて、非晶質合金リボン2に張力を掛けずに、非晶質合金リボン2を17mm/sの速さで移動させつつ、リボンの両面を480℃で熱処理して実施例2を製造した。
(比較例2)
 従来方法で熱処理した非晶質合金リボン2を比較例2として製造した。490℃に加熱した凸曲面に、2[kgf]のテンションを掛けながら、接触させつつ移動して、熱処理を施した。
 図5(a)、(b)、(c)は、それぞれ実施例1,実施例2と比較例2を示す図である。図5(a)の実施例1は、凸面熱処理によりリボンに曲がりが生じるため、リボンの両端が6mmほど浮き上がっているが、図5(b)の実施例2は、リボンの曲がりが矯正され、浮き上がりは見られないことが分かる。一方、図5(c)の比較例2は、リボンにテンションを掛けながら熱処理を施すため、実施例2と同様に、リボンに反りが生じていないことが分かる。
 次に、それぞれ真っすぐなリボンとなった、実施例2及び比較例2についてB-H曲線を測定した。その結果を図6に示す。
図6(a)は、磁界の強さ100A/mを、図6(b)は、磁界の強さ300A/mを、周波数はともに1kHzで加えた場合のB-H曲線である。
図6(a)と(b)ともに、実施例2の方が、比較例2と比較してB-Hループの立ち上がりが良好あり、磁気特性に優れていることがわかる。
 以上より、 本発明の実施形態を用いれば、非晶質合金リボンに対して必要以上に高い張力を掛けずに熱を伝えることができ、磁気特性の異方性及びリボン破断等を発生させずに非晶質合金リボンを製造することができる。特に、非晶質合金リボンがFe基ナノ結晶合金の場合、ナノ結晶を晶出する結晶化時の自己発熱により過剰昇温となり易いため、加熱ロールや凸曲面に熱を逃がす必要がある。従来はその実現のために、リボンに強いテンションを掛けることで加熱ロールや凸曲面にリボンを強く押しつけ、接触熱抵抗を低減により加熱ロールや凸曲面への放熱効率を上げ、過剰昇温の抑制を行っていた。
本発明の実施形態によれば、バンドによってリボンを押さえつけるので、過剰なテンションをリボンに印加することなく接触熱抵抗を低減することが可能となる。
 また、非晶質合金リボンの幅方向の両端には、鋳造時の冷却速度差に起因するリボンの波打ち(以下、側波と記す。)が存在することが多く、同部分はヒーターとの接触が悪くなる為、アニール処理が不完全になり易いが、本発明の実施形態を用いれば、加熱されたバンドでリボン全体を押さえつけるので、側波が存在しても充分な熱処理が可能となる。
さらに、本発明の実施形態では、非晶質合金リボンの表裏をベルトやロールで押さえつけることになるで、非晶質合金リボンの結晶化時に生じやすい、非晶質合金リボンのシワやスジの変形を抑制することができる。ここで、本発明の実施形態における、熱処理前後の非晶質合金リボンの変形状態を表す例を図7に示す。具体的には、非晶質合金リボンの表面に、直径9.3mmの円環状の刻印パンチを、所定の加重で押し付けることによって形成した塑性加工溝の熱処理前後の変化を示している。図7(a)が熱処理前、図7(b)が熱処理後を示し、図7(a)では加工で生じた変形による反射や背景の歪みが見られるが、図7(b)では、本発明の実施形態による熱処理機構を経ると反射や歪みが解消されていることがわかる。
 ここまで、発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲において、内容を変更することが可能である。
1 熱処理装置
2 非晶質合金リボン
3 ベース
4 リボンガイドスロープ
5 リボンテンション用ブレーキローラ
6a、6b、6c 加熱ローラ
7、9 リボン押え金属ベルト
8a、8b、8c 熱電対
10 ガイドローラー
11 リボン幅方向矯正機構

 

Claims (12)

  1. 非晶質合金リボンの熱処理方法であって、
    非晶質合金リボンを、加熱した凸面に当接させつつ移動させるとともに、
    前記非晶質合金リボンの、前記凸面に当接する部分を、当接している面の逆側から前記凸面に対して押さえ付けつつ移動させる工程を有することを特徴とする非晶質合金リボンの熱処理方法。
  2. 前記工程を、前記凸面が当接する前記非晶質合金リボンの面を変えて複数回行うことを特徴とする請求項1に記載の非晶質合金リボンの熱処理方法。
  3. 前記非晶質合金リボンの当接する部分を、柔軟部材を介して押さえつけることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非晶質合金リボンの熱処理方法。
  4. 前記柔軟部材を加熱しながら押さえつけることを特徴とする請求項3に記載の非晶質合金リボンの熱処理方法。
  5. 前記柔軟部材が、金属部材であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の非晶質合金リボンの熱処理方法。
  6. 前記非晶質合金リボンが、ナノ結晶軟磁性材料であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の非晶質合金リボンの熱処理方法。
  7. 非晶質合金リボンの熱処理装置であって、
    非晶質合金リボンを当接させて加熱するための凸面を有する加熱部と、
    前記非晶質合金リボンの当接する部分を、前記凸面に対して当接面の逆側から押さえ付ける押え付け部との組合せを有することを特徴とする非晶質合金リボンの熱処理装置。
  8.  前記組合せを前記非晶質合金リボンの進行方向において複数有し、
    隣り合う組合せにおいて、前記非晶質合金リボンに対する前記加熱部と前記押え付け部の位置関係が逆である請求項7に記載の非晶質合金リボンの熱処理装置
  9.  前記押え付け部が、柔軟部材であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の非晶質合金リボンの熱処理装置。
  10.  前記押え付け部が、ローラを介して移動可能なバンド部材であることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の非晶質合金リボンの熱処理装置。
  11.  前記バンド部材が、金属部材であることを特徴とする請求項10に記載の非晶質合金リボンの熱処理装置。
  12. 前記ローラが前記バンド部材を加熱する加熱機構を有することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の非晶質合金リボンの熱処理装置。
     

     
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