JPS644866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶体急冷材料の製造方法および装置に
関するものである。

本発明において溶体急冷材料とは、本発明によ
り製造される非晶質あるいは微細結晶質のいずれ
か少なくとも１種よりなる組織を有する金属、半
金属、半導体およびセラミツクスのいずれか１種
の材料を意味するものとする。

従来、非晶質あるいは微細結晶質の薄帯を製造
するには、ノズルから噴出させた溶融材料を１個
の回転冷却ロールの円周表面に吹きつけて急冷凝
固させる片ロール法とか、前記回転冷却ロールを
２個用いて圧延ロール式としたいわゆる双ロール
法と称される製造方法などが公知であるが、前記
片ロール法の場合は冷却ロール表面と接触しない
自由表面側に凹凸が生じやすく形状が不安定であ
り、また双ロール法の場合には、冷却ロールの溶
融材料を急冷するために接触する部分が線接触に
近い狭い部分に限られるので、幅の広い薄帯を造
ることが困難で、その上冷却ロールの表面もきわ
めて損傷しやすいなどの欠点があつた。

上記欠点を解消するために、溶融体を熱伝導率
の低い第１のロールに噴出させて超急冷を行い、
連続してこのロールと熱伝導率の高い第２のロー
ルで圧延することを特徴とする非晶質薄帯の製造
方法が発明され、特開昭55−45551号公報により
公知である。

ところが、前記先願発明の場合は第１および第
２のロール間に一定の空〓（通常〜200μｍ）を
設ける必要があり、この空〓は通常の薄帯の厚み
30〜70μｍよりもはるかに大きいために、その原
理上、充分な力で加圧接触させて強制的に薄帯の
両表面を平滑化することはできず、従つて高精度
に厚みを制御し、表面の凹凸をなくすることは根
本的に困難である。

本発明は従来の上記実情に鑑み、溶融材料をノ
ズルから噴出させて第１の冷却ロール表面に吹き
つけ、その冷却ロールに接触する溶融材料を接触
面側から急冷して薄帯を形成し、前記冷却ロール
から剥離した薄帯の自由表面側が変形能を有する
温度範囲にある間に、第２の冷却ロールの円周表
面に前記薄帯の自由表面側を面状に接触させて加
圧することにより、前記薄帯を両面から時間差を
設けて急冷すると共に両面を平滑にすることを特
徴とするもので、その原理はたとえば第１図に示
すように溶融材料をノズル５から噴出させて第１
の冷却ロール１の円周表面に吹きつけ、接触面か
ら急冷されて薄板状となつた薄帯６を冷却ロール
１から剥離した直後において、薄帯６の自由表面
側すなわち前記第１の冷却ロール１に接触してい
た反対面側が変形能を有する温度範囲を保有して
いる間たとえば時間にして約0.001〜0.5秒の間に
第２の冷却ロール２の円周表面に薄帯６の自由表
面側の面を比較的広い範囲にわたつて面状に接触
させ、かつその外側から押圧するようにした加圧
機構３あるいは内側から吸引するようにした加圧
機構４によつて加圧するものであり、また第２図
に示す場合は第２の冷却ロール２ａをドラム状と
して、その内側円周表面において、第１の冷却ロ
ール１における薄帯６の自由表面側を、薄帯のも
つ運動エネルギによる衝撃力等により加圧しなが
ら面接触させるようにしたものである。

次に本発明における各種実施態様を図面に基づ
いて説明する。

第３図は前記第１図に示す原理に基づくもの
で、第１の冷却ロール１の溶融材料吹きつけの下
流位置において、円周表面に先端をきわめて接近
させたスクレーパ７と、空気あるいはHe、Ar、
N₂などの不活性ガス等の気体を薄帯の下方すな
わち第１の冷却ロール１との接触面側から噴出す
るようにした多数の噴出口９を備えたガイド兼用
の風圧装置８とを設け、ノズル５から噴出した溶
融材料が第１の冷却ロール１に吹きつけられてで
きた薄帯６をスクレーパ７で確実に剥離させて第
２の冷却ロール２へ案内すると共に、噴出口９か
ら噴出する気体の風圧により薄帯６を第２の冷却
ロール２に比較的広い面状にわたつて加圧接触さ
せるようにしてある。

なお前記スクレーパ７は薄帯６が第１の冷却ロ
ール１から遠心力によつて確実に剥離する場合は
省略してもよく、またピンチロール１０は風圧装
置８の後方に設けて第２の冷却ロール２との間で
薄帯６を若干の張力をかけて加圧接触させること
によりさらに自由表面側を平滑にするようにして
いるが、これを省略することもできる。

さらに前記溶融材料は加熱手段１１を備えた容
器１２内で融点より10〜150℃程度高い温度に加
熱されてArなどのガス圧力によりノズル５から
噴出されるようになつている。

前記冷却ロール１，２は空気中でもよいが、望
ましくは真空中、不活性ガス中あるいは還元性ガ
ス中で回転するようにし、使用材料としては溶融
材料との熱伝導率、比熱等の熱定数の関係を考慮
し、かつ高速回転に耐え得るように銅、クロム
銅、真ちゆう、ベリリウム銅、りん青銅あるいは
その他の銅合金、銀、銀合金、炭素鋼、ステンレ
ス鋼、耐熱鋼、高速度鋼、ばね鋼、冷間ダイス
鋼、熱間ダイス鋼、軸受鋼、窒化鋼、硼化鋼ある
いはその他の合金鋼、インコネル系あるいはイン
コロイ系耐熱合金などの中から適宜選定するので
ある。

第４図は第２の冷却ロール２Ｂを非磁性の中空
ドラム状とし、薄帯６が接触する部分の内周に沿
つて位置を固定した強力な永久磁石または電磁石
などの磁気加圧装置１３を設けた点が前記第３図
の場合と異なるのみで、前記第３図の場合におけ
る風圧装置８による薄帯６の案内および加圧のほ
かに磁気加圧装置１３による内側からの吸引によ
る加圧を付加したものである。

なお磁気加圧装置１３による加圧力で充分な場
合には風圧装置８を省略することもできる。

第５図は第２の冷却ロール２に圧接するピンチ
ロール１４をその円周部が変形および復元しやす
い柔構造とし、薄帯６の加圧接触範囲を面状に広
くしたことを特徴とするものである。

すなわちピンチロール１４は第６図に示すよう
に円周表面の冷却層１５を熱伝導性が良好でかつ
充分な強度を有するたとえば前記冷却ロール材料
中から選定した金属材料とし、その内周側には弱
い荷重でも容易に変形して復元しやすいたとえば
エラストマー、ゴム等の弾性体１６を設けると
か、あるいは第７図に示すように中空弾性体１７
の内部に気体や液体の圧力媒体１８を一定圧力を
保つように封入あるいは循環させることができる
構造とし、前記弾性体１６や中空弾性体１７の内
側には軸の回転運動を伝達するように通常の金属
材料や強化プラスチツクなどを用いた軸心体１９
として前記３層を充分な強度をもつて接着あるい
は噛み合い構造としてある。

なおピンチロール１４の外周面にたとえば−20
℃〜−40℃の冷風あるいは液体窒素の噴霧などを
吹きつけるようにした冷却装置２０を設けてもよ
い。

第８図は第１の冷却ロール１と第２の冷却ロー
ル２とに接触して走る薄帯６に直流の電流が流れ
るように各冷却ロール１，２を電極とし、かつ非
磁性の銅、銅合金、銀合金、ステンレス鋼および
マンガンオーステナイト鋼等で構成し、薄帯６が
接触する部分の両側近傍に永久磁石または電磁石
などの磁力発生装置２１，２２を設けてあり、前
記薄帯６に電流を流し、また磁力発生装置２１に
紙面に垂直な手前方向、他の磁力発生装置２２に
紙面に垂直な向う方向の磁場をかけると、フレミ
ングの左手の法則により、薄帯６をそれぞれ冷却
ロール１，２に押しつける電磁力が発生し、薄帯
６の両面を片面ずつ広い面積にわたつて加圧接触
させ、急冷効果向上と表面平滑化を達成すること
ができる。

なおこの場合もスクレーパ７や風圧装置８を併
用することができ、また前記磁力発生装置２１，
２２には磁場を強力かつ安定なものとするためポ
ールピースを用いることも可能である。

第９図は前記第２図に示す原理に基づくもの
で、第１の冷却ロール１を内部に収納するような
大きなドラム状の第２の冷却ロール２Ａを設け、
第１の冷却ロール１から遠心力によつて剥離した
薄帯６をその自由表面側が第２の冷却ロール２Ａ
の内側円周表面に接触するようにし、衝突時の衝
撃力および回転時の遠心力等で加圧されながら急
冷されて、両面の平滑な薄帯６が造られるように
なつている。

前記第２の冷却ロール２Ａの内側円周表面に加
圧された薄帯６の上には１周後に再び次の薄帯６
が衝突することになるので、これを避ける手段と
して途中で薄帯６を巻取るための巻取ドラム２３
やピンチロール２４あるいは巻取時の衝撃を緩和
するためのダンパー機構２５からなる巻取装置を
設けてある。

なお薄帯６が１周後において第２の冷却ロール
２Ａ内側円周の同一場所を走行しないように、軸
方向へ移動させる冷却ロール２Ａ内に収納させる
機構（図示省略）などを設けることもできる。

また前記第１の冷却ロール１と第２の冷却ロー
ル２Ａ間に前記スクレーパ７および風圧装置８、
第２の冷却ロール２Ａ外周に沿う前記磁気加圧装
置１３、第２の冷却ロール２Ａに内接して回転す
る前記柔構造ピンチロール１４あるいは前記第８
図に示す要領の磁力発生装置２１，２２等の１種
または２種以上を併用することもできる。

次に上記各実施態様に基づくそれぞれの実施例
について説明する。

実施例 １ 第３図に示す装置において、第１の冷却ロール
１として直径300mm、幅50mmの炭素鋼製ロールを
使用し、この冷却ロール１の近傍に30mmの間隔を
あけて第２の冷却ロール２を直径200mm、幅50mm
のベリリウム銅製としてそれぞれ周速を同じ25
ｍ／秒となるように回転させる。

スクレーパ７として焼入処理を施した先端部を
除く滑空面側の表面にターカイト処理して潤滑性
を与えた炭素鋼製の風圧装置８を使用する。

ピンチロール１０としては直径100mm、幅50mm
の銅製のロールを用い、同じ周速で回転させる。

窒化珪素製、外径50mm、内径30mmの容器の底部
にスリツト幅0.35mm、長さ30mm、深さ10mmのスリ
ツト状のノズル５を有する容器１２中で、Si8.9
％、Al7.05％、Mo1.2％、Ni1.0％を含むセンダ
スト系合金300grを溶解後、Arのガス圧力1.3
Kg／cm²で加圧して前記第１の冷却ロール１の外周
上へ連続的に噴出する。

噴出された金属は第１の冷却ロール１で片面よ
り冷却されて薄帯状になつた後、ロール表面から
剥離して風圧装置８から噴出するArガスの風圧
で浮上したまま滑空し、もう一方の自由表面側を
第２の冷却ロール２外周面に押しつけられて再び
急冷し、ピンチロール１０で加圧しながら空中に
放出して幅30mm、厚み40μｍ、長さ40ｍ程度の結
晶粒径５〜10μｍ程度の微細結晶質の薄帯６を造
つた。

得られた薄帯６の両面とも±1μｍの範囲内で
平滑であり、引張強度35Kg／mm²の強度を示し、磁
気的性質として磁束密度B₁₀、8600G、最大透過
率μmax、155000、初透過率μ_0.01、70000、保磁力
Hc、0.018Oeの満足すべき特性を示した。

実施例 ２ 第４図に示す装置において、第２の冷却ロール
２Ｂとして銅製の外径300mm、内径290mmの中空ド
ラム状のものを用い、この内周に沿つてエネルギ
積（BH）max、23×10⁶G・Oeのサマリウムコ
バルト磁石をN.S極が交互に並ぶように配列し、
第１の冷却ロール１、スクレーパ７および風圧装
置８は実施例１の場合と全く同様として両冷却ロ
ール１，２Ｂの冷却表面を同一速度の50ｍ／秒と
なるように回転させる。なおこの場合は噴出した
材料が第１の冷却ロール１から剥離して第２の冷
却ロール２Ｂに到達するまでにキユリー点以下の
温度となつているように両冷却ロール１，２Ｂの
間隔は比較的大きくとり、約150mmとした。

前記実施例１と同じ容器１２を用いて
Fe₇₂Co₁₈Zr₁₀の非晶質合金材料300grを溶解し、
Arのガス圧力1.8Kg／cm²で加圧して前記第１の冷
却ロール１外周上へ連続的に噴出する。

噴出された金属は第１の冷却ロール１で片面よ
り冷却されて薄帯状になつた後、第２の冷却ロー
ル２Ｂへ送られ、磁力で吸着加圧され、かつ急冷
されて幅30mm、厚み35μｍ、長さ40ｍ程度の
Fe₈₀Co₁₀Zr₁₀の非晶質薄帯６を造つた。

得られた薄帯６は両面とも±2μｍの範囲内で
平滑であり、引張強度200Kg／mm²、磁気的性質と
して、熱処理後、飽和磁束密度Bs、16000G、最
大透磁率μmax、288000、保磁力Hc、0.018Oeの
満足すべき特性を示した。

実施例 ３ 第５図に示す装置において、炭素鋼製の直径
450mm、幅60mmの第１の冷却ロール１と、このロ
ールに10mm程の間隔をあけて直径100mm、幅60mm
の水冷銅製の第２の冷却ロール２と、さらに直径
70mm、幅60mmの柔構造ピンチロール１４を第２の
冷却ロール２に５Kgの荷重をもつて外接させ、以
上の３ロール１，２，１４を同一周速度30ｍ／秒
となるように回転させる。

前記ピンチロール１４は冷却層１５を厚み１mm
のばね鋼、弾性体１６を厚み20mmのシリコンゴ
ム、軸心体１９を半径14mmの炭素鋼で構成した。

なおスクレーパ７および風圧装置８は前記同様
のものを使用した。

焼結石英製、外径120mm、内径100mmの容器の底
部にスリツト幅0.4mm、長さ50mm、深さ10mmのス
リツト状のノズル５を有する容器１２中で、
Fe₈₁B₁₃C₂Si₄の非晶質合金材料500grを溶解後、
Arガス圧1.1Kg／cm²で加圧して前記第１の冷却ロ
ール１の外周上へ連続して噴出する。

噴出された金属は剥離後、第２の冷却ロール２
とピンチロール１４との加圧接触部へ送り込まれ
て急冷され、幅50mm、厚み35μｍ、長さ20ｍの
Fe₈₁B₁₃C₂Si₄の非晶質薄帯６を造つた。

得られた薄帯６は両面ともに±2μｍの範囲内
で平滑であり、磁気的性質として、熱処理後、最
大磁束密度Bs、16000G、保磁力Hc、0.010Oe、
角型比88％の満足すべき値を示した。

実施例 ４ 第８図に示す装置において、真ちゆう製の直径
300mm、幅10mmのプラスの電極を具えた第１の冷
却ロール１と、銅製の直径300mm、幅10mmのマイ
ナスの電極を具えた第２の冷却ロール２とを用
い、磁力発生装置２１，２２として２個の電磁石
とさらにポールピースを有効に利用して26000G
の磁束密度の紙面に垂直で互いに逆向きとなるよ
うに各冷却ロール１，２近傍に磁場を設け、走行
中の薄帯６に0.5Aの直流電流を通じて幅２mm、
厚み35μｍの薄帯６のそれぞれ長さ50mmの部分に
わたつて各ロール方向へ薄帯を13gr程度の荷重で
押しつけるようにする。

石英管よりなる内径20mmの容器１２中で、
Fe₈₀Cr₁₀Zr₁₀の非晶質合金材料60grを溶解後、Ar
ガス圧2.5Kg／cm²で加圧して周速40ｍ／秒で回転
している第１の冷却ロール１の外周面へ連続噴出
する。

噴出材料は薄帯６となつて磁場空間を飛翔しつ
つ遠心力に対し逆向きの力を受けるので、第１の
冷却ロール１に対しては勿論、第２の冷却ロール
２に対しても真ちゆう製の風圧装置８の効果と相
乗して圧接急冷し、両面平滑な幅２mm、厚み35μ
ｍ±0.5μｍ、長さ100ｍ以上の非晶質薄帯６を造
ることができ、引張強度280Kg／mm²の満足すべき
値を示した。

実施例 ５ 第９図に示す装置において、第１の冷却ロール
１として水冷式の炭素鋼製、直径200mm、幅60mm
のロールを用い、さらに炭素鋼製の外径1060mm、
内径1000mm、幅100mmの大きなドラム状の第２の
冷却ロール２Ａを用い、同周速30ｍ／秒となるよ
うに回転する。

前記冷却ロール１の外周と冷却ロール２Ａの内
壁との間隔は50mm程度として薄帯６の自由表面側
がまだ変形しやすい状態において、冷却ロール２
Ａ内壁に衝突するように配置してある。

窒化珪素製の内径50mmのルツボ状容器１２中で
１KgのFe_2.5Co_71.5Mn_3.0Si₈B₁₅系非晶質合金材料
を溶解後、底部の幅0.4mm、長さ50mm、深さ10mm
のスリツト状ノズル５より第１の冷却ロール１外
周面上に噴出し、薄帯化して直ちに第２の冷却ロ
ール２Ａ内壁に自由表面側を衝突させて加圧接触
急冷を行ない、さらにピンチロール２４、ダンパ
ー機構２５を介して巻取ドラム２３に巻取り、幅
50mm、厚み35μｍ、長さ100ｍ程度の非晶質薄帯
６を得た。

得られた薄帯６は±2μｍの範囲内で表面が平
滑であり、また磁気特性は熱処理後、飽和磁化
9500G、保磁力Hc、0.02Oeの満足すべき値を示
した。

本発明は以上のようにノズルから噴出される溶
融材料をまず第１の冷却ロールに吹きつけるの
で、従来の片ロール法のように幅の広い薄帯を形
成することができ、続いて送られる第２の冷却ロ
ールにおいて、その冷却ロールと薄帯の加圧機構
とによつて前記第１の冷却ロールに吹きつけた際
の自由表面側を、その変形能を有する温度範囲に
ある間に広く面状にわたつて加圧接触させ、急冷
効果を向上させると共に両表面がきわめて平滑な
薄帯を造ることができ、実施例によれば従来の片
ロール法による自由表面側の長さ100mm間におけ
る凹凸の谷と山との差約６〜8μｍであつたもの
が、本発明によれば前記のように約１〜2μｍに
おさめることができ、その効果は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の原理を
示す概略図、第３図〜第５図、第８図および第９
図はそれぞれ本発明の各種実施例を示す概略図、
第６図Ａ，Ｂおよび第７図Ａ，Ｂは前記第５図に
おけるピンチロールの各実施例をそれぞれその半
部を断面で示す正面図と縦断面図である。 １：第１の冷却ロール、２，２Ａ，２Ｂ：第２
の冷却ロール、３，４：加圧機構、５：ノズル、
６：薄帯、７：スクレーパ、８：風圧装置、９：
噴出口、１０：ピンチロール、１１：加熱手段、
１２：容器、１３：磁気加圧装置、１４：ピンチ
ロール、１５：冷却層、１６：弾性体、１７：中
空弾性体、１８：圧力媒体、１９：軸心体、２
０：冷却装置、２１，２２：磁力発生装置、２
３：巻取ドラム、２４：ピンチロール、２５：ダ
ンパー機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融材料をノズルから噴出させて第１の冷却
   ロールの円周表面に吹きつけ、該冷却ロールに接
   触する溶融材料を接触面側から急冷して薄帯を形
   成し、前記冷却ロールの円周表面から剥離した薄
   帯の自由表面側が変形能を有する温度範囲にある
   間に、第２の冷却ロールの円周表面に前記薄帯の
   自由表面側を面状に接触させて加圧することによ
   り、前記薄帯を両面から時間差を設けて急冷する
   と共に両面を平滑にすることを特徴とする溶体急
   冷材料の製造方法。 ２ 溶融材料を噴出するノズルと、互いに間隔を
   おいて設けた第１の冷却ロールおよび第２の冷却
   ロールとを備え、前記ノズルから噴出する溶融材
   料を第１の冷却ロール円周表面に吹きつけてでき
   た薄帯が、前記冷却ロールから剥離後、薄帯の自
   由表面側が変形能を有する温度範囲にある間に自
   由表面側を前記第２の冷却ロール円周表面に接触
   するように設け、さらに前記薄帯の接触面側へ向
   けて多数の噴出口から気体を吹きつけるようにし
   た風圧装置を設けて前記薄帯を第２の冷却ロール
   に面状に接触して加圧するようにしたことを特徴
   とする溶体急冷材料の製造装置。 ３ 溶融材料を噴出するノズルと、互いに間隔を
   おいて設けた第１の冷却ロールおよび非磁性中空
   ドラム状の第２の冷却ロールとを備え、前記ノズ
   ルから噴出する溶融材料を第１の冷却ロール円周
   表面に吹きつけてできた薄帯が、前記冷却ロール
   から剥離後、薄帯の自由表面側が変形能を有する
   温度範囲にある間に自由表面側を前記第２の冷却
   ロール円周表面に接触するように設け、さらに前
   記薄帯が接触する部分の第２の冷却ロール内周に
   沿つて磁気加圧装置を設け、前記薄帯を第２の冷
   却ロールに内側から吸引して面状に接触させ加圧
   するようにしたことを特徴とする溶体急冷材料の
   製造装置。 ４ 溶融材料を噴出するノズルと、互いに間隔を
   おいて設けた第１の冷却ロールおよび第２の冷却
   ロールとを備え、前記ノズルから噴出する溶融材
   料を第１の冷却ロール円周表面に吹きつけてでき
   た薄帯が、前記冷却ロールから剥離後、薄帯の自
   由表面側が変形能を有する温度範囲にある間に自
   由表面側を前記第２の冷却ロール円周表面に接触
   するように設け、さらに前記薄帯の第１の冷却ロ
   ール接触面側に当接するとともに該薄帯を介して
   第２の冷却ロールに外接し、かつ円周部が変形お
   よび復元しやすい柔構造としたピンチロールを設
   けて前記薄帯を第２の冷却ロールに面状に接触し
   て加圧するようにしたことを特徴とする溶体急冷
   材料の製造装置。 ５ 溶融材料を噴出するノズルと、互いに間隔を
   おいて設けた第１の冷却ロールおよび第２の冷却
   ロールとを備え、前記ノズルから噴出する溶融材
   料を第１の冷却ロール円周表面に吹きつけてでき
   た薄帯が、前記冷却ロールから剥離後、薄帯の自
   由表面側が変形能を有する温度範囲にある間に自
   由表面側を前記第２の冷却ロール円周表面に接触
   するように設け、さらに前記第１の冷却ロールお
   よび第２の冷却ロールを電極として前記薄帯に電
   流が流れるように設けると共に、各冷却ロールの
   薄帯との接触部両側近傍に磁力発生装置を設けて
   前記薄帯を各冷却ロールに面状に接触して加圧す
   るようにしたことを特徴とする溶体急冷材料の製
   造装置。 ６ 溶融材料を噴出するノズルと、第１の冷却ロ
   ールと、該冷却ロールを内部に収納するドラム状
   の第２の冷却ロールと巻取装置とを備え、前記ノ
   ズルから噴出する溶融材料を第１の冷却ロール円
   周表面に吹きつけてできた薄帯が、前記冷却ロー
   ルから剥離後、薄帯の自由表面側が変形能を有す
   る温度範囲にある間に自由表面側を前記第２の冷
   却ロール内側円周表面に接触するように設け、前
   記薄帯を第２の冷却ロールに面状に接触して加圧
   するとともに、第２の冷却ロールを介して作成さ
   れた薄帯を巻取るようにしたことを特徴とする溶
   体急冷材料の製造装置。