(57)【要約】【課題】厚い非晶質合金箔帯を工業的な規模で製造することができる非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置は、内部に流水経路が形成された冷却ロールと、前記流水経路に冷却液を流通させる冷却液供給手段と、前記冷却ロールを回転させる駆動手段と、前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する溶湯供給手段と、を備え、前記流水経路は、前記冷却ロールの回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設されている。【選択図】図２
2014091157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流水経路が形成された冷却ロールと、
前記流水経路に冷却液を流通させる冷却液供給手段と、
前記冷却ロールを回転させる駆動手段と、
前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する溶湯供給手段と、
を備え、
前記流水経路は、前記冷却ロールの回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設されている非晶質合金箔帯の製造装置。
【請求項２】
前記複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路は、相互に並列に接続されている請求項１記載の非晶質合金箔帯の製造装置。
【請求項３】
前記複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路は相互に独立しており、
前記冷却液供給手段は、前記複数群の流水経路に対して相互に独立に前記冷却液を流通させる請求項１記載の非晶質合金箔帯の製造装置。
【請求項４】
他の冷却ロールをさらに備え、
前記溶湯供給手段は、前記冷却ロールの外周面及び前記他の冷却ロールの外周面に対して交互に前記溶湯を供給する請求項１〜３のいずれか１つに記載の非晶質合金箔帯の製造装置。
【請求項５】
前記溶湯供給手段は、前記冷却ロールの周方向に沿って複数本のスリットが配列されたノズルを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の非晶質合金箔帯の製造装置。
【請求項６】
冷却ロールの内部であって前記冷却ロールの回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設された流水経路に冷却液を流通させ、前記冷却ロールを回転させながら、前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程を備えた非晶質合金箔帯の製造方法。
【請求項７】
前記複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路に対して、同じ圧力で前記冷却液を供給する請求項６記載の非晶質合金箔帯の製造方法。
【請求項８】
前記複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路に対して、前記冷却液を相互に独立して供給する請求項６記載の非晶質合金箔帯の製造方法。
【請求項９】
他の冷却ロールを回転させながら、前記他の冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程をさらに備え、
前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程と、前記他の冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程とを交互に実施し、
前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程においては、前記他の冷却ロールの外周面に対しては溶湯を供給せず、
前記他の冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程においては、前記冷却ロールの外周面に対しては溶湯を供給しない請求項６〜８のいずれか１つに記載の非晶質合金箔帯の製造方法。
【請求項１０】
前記溶湯を、錫又は硫黄を含む鉄基合金とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の非晶質合金箔帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質（アモルファス）合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法に関し、特に、水冷式の冷却ロールを備えた非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トランスやモータの鉄心に電力損失が少ない鉄基非晶質合金を用いることが検討され、トランスについては実用化が進んでいる。しかしながら、積鉄心トランスへの適用は未だ報告されておらず、積鉄心を採用しているメーカーでも非晶質材料の採用には二の足を踏んでいる。また、モータについては実用化がほとんど進展しておらず、従来の薄い（３０μｍ以下）の箔帯を、工夫を凝らして応用する例が散見される程度である。
【０００３】
厚い箔帯が工業的に低コストで製造されれば、積鉄心やモータへの適用も可能になる。箔帯の厚肉化により、巻鉄心型トランスにおいては鉄心加工工程の作業能率が向上するとともに、占積率が高まる。これにより、電力損失が低減する。この結果、鉄心のサイズが小さくなり、巻線量が減るので、トランスの体積が小さくなり、重量が減少する。また、箔帯の厚肉化は、電力損失の低減のみならず、強度を高めることができ、高速回転するモータにおいて働く強い遠心力に堪えるこれまでにない製品を実現できる。
【０００４】
非晶質合金の最も一般的な製造方法は、熱伝導率が高い金属または合金製のロールを回転させながら、合金の溶湯をロールの外周面に接触させることにより、合金溶湯を急速に冷却して箔帯状に凝固させるいわゆるロール液体急冷法である。ロール液体急冷法は、溶湯が持つ熱を冷却ロールに移動させることによって溶湯を急冷し、溶湯が結晶化する前に凝固させて、非晶質合金箔帯を製造する方法である。ロール液体急冷法においては、非晶質合金箔帯の製造に伴って冷却ロールの温度が上昇し、溶湯から冷却ロールに注入される熱量と冷却ロールから排出される熱量とがつり合ったところで平衡状態に達する。そして、この平衡状態における冷却ロールの平均温度が、溶湯を非晶質のまま凝固させられるような低い温度であれば、非晶質合金箔帯を継続的に製造し続けることができるが、それよりも高いと、有限の時間内でしか製造することができない。平衡状態における冷却ロールの平均温度は、冷却ロールの排熱性能に依存する。
【０００５】
また、溶湯を非晶質のまま凝固させるために必要な冷却ロールの平均温度は、製造しようとする非晶質合金箔帯の厚さに依存する。箔帯の厚さが厚いほど、全体を急冷することが困難になるため、必要とされる冷却ロールの平均温度は低くなる。従って、製造可能な非晶質合金箔帯の厚さは、冷却ロールの排熱性能に依存し、厚い非晶質合金箔帯を製造するためには、冷却ロールの排熱性能を高くする必要がある。そして、水冷ロールは非水冷ロールと比較して排熱性能が高いため、非晶質合金箔帯を連続的に製造する用途に適している。しかしながら、水冷ロールを使用しても、ロール液体急冷法で製造できる非晶質合金箔帯の板厚には厳しい制限があり、工業規模で連続的に製造できる板厚は３０μｍ以下に限られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１０８１４４号公報
【特許文献２】特公昭６０−０５１９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、厚い非晶質合金箔帯を工業的な規模で製造することができる非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、内部に流水経路が形成された冷却ロールと、前記流水経路に冷却液を流通させる冷却液供給手段と、前記冷却ロールを回転させる駆動手段と、前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する溶湯供給手段と、を備え、前記流水経路は、前記冷却ロールの回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設されている非晶質合金箔帯の製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、冷却ロールの内部であって前記冷却ロールの回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設された流水経路に冷却液を流通させ、前記冷却ロールを回転させながら、前記冷却ロールの外周面に対して溶湯を供給する工程を備えた非晶質合金箔帯の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、厚い非晶質合金箔帯を工業的な規模で製造することができる非晶質合金箔帯の製造装置および非晶質合金箔帯の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態における冷却ロールを例示する断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の変形例における冷却ロールを例示する断面図である。
【図４】（ａ）は、第２の実施形態における非晶質合金箔帯の製造装置を例示する模式的側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による模式的断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による模式的断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する側面図である。
【図６】（ａ）は、第４の実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置の冷却ロールを例示する側面図であり、（ｂ）はこの冷却ロール及びその近傍を例示する模式的断面図であり、（ｃ）はこの冷却ロールを例示する側面図である。
【図７】第４の実施形態の変形例における冷却ロールを例示する側面図である。
【図８】第５の実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する側面図である。
【図９】図８において合金溶湯が水冷ロールと接触する部分を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する斜視図であり、
図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における冷却ロールを例示する断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置１においては、冷却ロール１１と、冷却ロール１１内に冷却水を流通させる冷却水供給手段１２と、冷却ロール１１を回転させる駆動手段１３と、冷却ロール１１の外周面１１ａに対して溶湯を供給する溶湯供給手段１４とが設けられている。溶湯供給手段１４においては、溶湯Ａを保持する坩堝１５と、坩堝１５の底面に取り付けられ、坩堝１５内の溶湯を下方に向けて吐出するノズル１６とが設けられている。ノズル１６は、冷却ロール１１の上方に、冷却ロール１１の外周面１１ａから僅かな隙間を隔てて配置されている。製造装置１は、非晶質合金箔帯Ｓを製造するための装置である。ここで、「非晶質合金」とは、体積率で５０％以上が非晶質であり、残部が非晶質を母相としてナノサイズの微結晶が分散析出した複相の合金を含む。
【００１４】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、冷却ロール１１の内部には流水経路２１ａ及び２１ｂが形成されている。流水経路２１ａ及び２１ｂは、冷却ロール１１の回転軸Ｃからそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設されている。具体的には、回転軸Ｃから距離Ｒａにある仮想的な円周面２２ａに沿って、流水経路２１ａが形成されており、回転軸Ｃから距離Ｒｂにある仮想的な円周面２２ｂに沿って、流水経路２１ｂが形成されている。距離Ｒｂは距離Ｒａよりも小さい。従って、流水経路２１ａは相対的に外側に配置され、流水経路２１ｂは相対的に内側に配置される。本実施形態においては、例えば、流水経路２１ａ及び２１ｂは１本の水路を構成している。また、回転軸Ｃから見て、各流水経路２１ａ及び各流水経路２１ｂは相互に同じ方向に位置している。すなわち、冷却ロール１１の幅方向に関して、流水経路２１ａの配列周期及び位相は、流水経路２１ｂの配列周期及び位相と同じである。
【００１５】
このような冷却ロール１１は、例えば、以下の方法によって作製することができる。先ず、円柱形の芯部材２６を用意する。芯部材２６の内部は中空であってもよい。芯部材２６の外周面２６ａには、芯部材２６の周方向に相互に平行に延びる複数本の溝２６ｂが形成されている。次に、リング状の内周部材２７を用意する。内周部材２７の内径は芯材２６の外径よりもわずかに小さく、内周部材２７の外周面２７ａには周方向に延びる複数本の溝２７ｂが相互に平行に形成されている。そして、内周部材２７を芯部材２６に焼き嵌めする。次に、リング状の外周部材２８を用意する。外周部材２８の内径は内周部材２７の外径よりもわずかに小さく、外周部材２８の外周面２８ａには溝は形成されておらず、平滑である。そして、外周部材２８を内周部材２７に焼き嵌めする。これにより、冷却ロール１１が作製される。
【００１６】
このようにして作製された冷却ロール１１においては、芯部材２６の溝２６ｂにより内側の流水経路２１ｂが構成され、内周部材２７の溝２７ｂにより外側の流水経路２１ａが構成される。また、芯部材２６の外周面２６ａは上述の仮想的な円周面２２ｂに相当し、内周部材２７の外周面２７ａは円周面２２ａに相当し、外周部材２８の外周面２８ａは冷却ロール１１の外周面１１ａを構成する。なお、芯部材２６及び内周部材２７は、熱伝導率が高い純銅により形成することが望ましい。また、外周部材２８は、硬度が高く熱伝導率が高い銅合金、例えば、ベリリウム銅又はジルコニウム・クロム銅により形成することが望ましい。但し、各部材の材料はこれには限定されない。また、芯部材２６及び内周部材２７の材料は相互に異なっていてもよい。
【００１７】
更に、本実施形態においては、冷却ロール１１の肉厚、すなわち、芯部材２６の外周面を構成する部材の厚さ、内周部材２７の厚さ及び外周部材２８の厚さの合計値を、例えば２５ｍｍ以上とする。例えば、厚さが３０μｍ以下の比較的薄い非晶質合金箔帯Ｓを製造する場合は、外周部材２８の厚さを１０ｍｍ程度とし、厚さが５０μｍ程度のやや厚い非晶質合金箔帯Ｓを製造する場合は、外周部材２８の厚さを２０〜３０ｍｍとする。更にまた、溝２６ｂ及び２７ｂの内面には、微細な溝を形成してもよい。これにより、冷却ロール１１と溝２６ｂ及び２７ｂ内を流れる冷却水との接触面積が増加すると共に、冷却水の流れが乱流となるため、冷却ロール１１から冷却水への伝熱性能が向上する。
【００１８】
次に、上述の如く構成された非晶質合金箔帯の製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造方法について説明する。
先ず、坩堝１５内に、非晶質合金箔帯Ｓの材料となる溶湯Ａを注入する。溶湯Ａは、例えば、錫（Ｓｎ）を含む鉄基合金とする。溶湯Ａ中における錫の濃度は、例えば、０．０１〜１質量％とし、例えば、０．１〜０．５質量％とする。なお、錫の替わりに、溶湯Ａ中に硫黄（Ｓ）を添加してもよい。この場合、硫黄の濃度は、例えば、０．００３〜１質量％とする。溶湯Ａには錫及び硫黄を両方加えてもよい。また、冷却水供給手段１２が冷却ロール１１内の流水経路２１ａ及び２１ｂに冷却水Ｗを流通させながら、駆動手段１３が冷却ロール１１を回転させる。この状態で、ノズル１６から、冷却ロール１１の外周面１１ａに対して、坩堝１５内に保持された溶湯Ａを吐出する。
【００１９】
このとき、溶湯Ａは、冷却ロール１１の外周面１１ａとノズル１６との間でパドルを形成するが、回転する冷却ロール１１によって、パドルから冷却ロール１１の回転方向に引き出されると共に、冷却ロール１１によって急冷され、非晶質のまま凝固する。これにより、ストリップ状の非晶質合金箔帯Ｓが製造される。非晶質合金箔帯Ｓは、冷却ロール１１の外周面１１ａと共に所定の位置まで移動した後、冷却ロール１１から遠ざかる方向に引き出され、巻き取られる。一方、溶湯Ａから冷却ロール１１に伝達された熱は、流水経路２１ａ及び２１ｂ内を流通する冷却水Ｗに伝達され、冷却水Ｗと共に冷却ロール１１の外部に排出される。
【００２０】
次に、本実施形態の効果について説明する。
一般に、水冷式の冷却ロールにおいては、流水経路の総延長が長いほど、冷却ロールから冷却水に伝達される熱量が多くなり、冷却ロールを効率よく冷却することができる。しかしながら、流水経路間の間隔を小さくし過ぎると、冷却ロールの熱容量が減少し、熱溜め効果が低下してしまう。従って、冷却ロールに一定の熱容量を持たせようとすると、流水経路間の間隔を一定値以上に確保する必要があり、このため、流水経路の総延長にも限界が生じる。
【００２１】
そこで、本実施形態においては、冷却ロール１１内に流水経路２１ａ及び２１ｂを２段構成で配置している。これにより、流水経路間の間隔を確保しつつ、流水経路の総延長を長くすることができる。従って、冷却ロール１１の熱容量を担保しつつ、冷却ロールの排熱性能を高めることができる。この結果、従来よりも厚い非晶質合金箔帯を製造することができる。例えば、厚さが４５μｍの非晶質合金箔帯を製造することができる。また、それよりも厚い非晶質合金箔帯を製造する場合でも、より長い時間連続して製造し続けることができ、工業的規模での製造が容易となる。
【００２２】
また、本実施形態においては、冷却ロール１１内において流水経路を多段構成で配置しているため、冷却ロール１１の肉厚を厚くしても、冷却ロール１１を効率よく冷却することができる。冷却ロール１１の肉厚を厚くすることにより、冷却ロール１１自体の熱容量が大きくなり、溶湯Ａから一定量の熱量が注入されたときの冷却ロール１１の温度上昇が小さくなる。これにより、長時間安定して非晶質合金箔帯Ｓの製造を続けることができる。
【００２３】
更に、本実施形態においては、外周部材２８を硬度及び熱伝導性が高い銅合金によって形成しているため、非晶質合金箔帯Ｓの冷却効率が高いと共に、冷却ロール１１の損傷を抑えることができる。また、内周部材２７及び芯部材２６を軟質で熱伝導性が高い純銅によって形成しているため、外周側の流水経路２１ａによって排熱されなかった熱が、速やかに冷却ロール１１の内側に伝達され、内周側の流水経路２１ｂによって排熱される。また、内周部材２７及び芯部材２６の材料に軟らかい純銅を用いることにより、焼き嵌め後の芯部材２６と内周部材２７との界面、及び内周部材２７と外周部材２８との界面の密着性が良好となり、これらの界面における熱抵抗を低減することができる。
【００２４】
更にまた、本実施形態においては、溶湯Ａを錫（Ｓｎ）を含む鉄基合金としている。溶湯Ａを錫を含有させることにより、非晶質合金箔帯Ｓの表面に錫が偏析し、非晶質合金箔帯Ｓが銅又は銅合金からなる冷却ロール１１の外周面１１ａに融着し、冷却ロール１１の外周層を剥ぐように痛めることを抑制できる。この結果、冷却ロール１１の外周面１１ａが荒れることを抑制し、冷却ロール１１の交換及び表面研磨等の補修作業の頻度を低減することができる。なお、溶湯Ａ中、すなわち、非晶質合金箔帯Ｓ中における錫の濃度は０．０１〜１質量％とすることが好ましく、０．１〜０．５質量％とすることがより好ましい。錫の濃度を０．０１質量％以上とすることにより、上述の冷却ロール１１の寿命を延ばす効果を確実に得ることができる。一方、錫の濃度を１質量％以下とすることにより、非晶質合金箔帯Ｓが脆くなることを防止できる。また、溶湯Ａを硫黄（Ｓ）を含む鉄基合金とする場合も同様な効果が得られる。この場合は、溶湯Ａ中の硫黄濃度を０．００３質量％以上とすることにより、上述の効果を確実に得ることができ、１質量％以下とすることにより、非晶質合金箔帯Ｓが脆くなることを防止できる。
【００２５】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、本変形例における冷却ロールを例示する断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例は、前述の第１の実施形態と比較して、冷却ロール３１において、流水経路２１ａ〜２１ｃが３段構成で配置されている点が異なっている。また、冷却ロール３１の幅方向に関して、流水経路２１ａ、２１ｂ及び２１ｃの配列周期は相互に同じであるが、２段目の流水経路２１ｂの位相は、１段目の流水経路２１ａの位相及び３段目の流水経路２１ｃの位相に対して半周期分ずれている。
【００２６】
本変形例においては、冷却ロール３１内に流水経路２１ａ〜２１ｃを３段構成で配置しているため、冷却ロール３１の排熱性能をより高めることができる。また、各段の流水経路を相互にずらして配置することにより、冷却ロール３１の外周面から伝達された熱を流水経路によってより確実に捕捉し、冷却水に伝達することができる。これにより、より厚い非晶質合金箔帯を工業的規模で製造することができる。本変形例における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００２７】
なお、前述の第１の実施形態においては、流水経路を２段構成とする例を示し、本変形例においては、流水経路を３段構成とする例を示したが、流水経路の段数は２段及び３段には限定されず、４段以上としてもよい。流水経路の段数を多くするほど冷却ロールの排熱性能は向上するが、その反面、冷却ロールの作製コストが増加する。このため、流水経路の段数は、製造しようとする非晶質合金箔帯の厚さ、量、その他の製造条件と、冷却ロールのコストとを勘案して決定すればよい。
【００２８】
次に、第２の実施形態について説明する。
図４（ａ）は、本実施形態における非晶質合金箔帯の製造装置を例示する模式的側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線による模式的断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線による模式的断面図である。
【００２９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置２においては、冷却水供給手段１２、冷却ロール４１及び駆動手段１３が、この順に配列されている。冷却ロール４１には、冷却ロール４１の幅方向に延びる複数本の貫通孔４７が形成されている。貫通孔４７は多段に、すなわち、冷却ロールの回転軸Ｃからそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設されている。また、製造装置２においては、その内部に冷却水供給手段１２から冷却水Ｗが供給される複数本のパイプ４２ａが設けられており、パイプ４２は貫通孔４７に接続されている。各パイプ４２ａには、流量調節弁４５が取り付けられている。
【００３０】
また、冷却ロール４１内における相互に同じ段であって、周方向において隣り合う位置に配置されている２本の貫通孔４７は、Ｕ字形に加工されたパイプ４２ｂによって相互に接続されている。これにより、パイプ４２ａ、貫通孔４７によって構成された直線状の往路部分、Ｕ字形に加工されたパイプ４２ｂからなる折り返し部分、貫通孔４７によって構成された直線状の復路部分、他のパイプ４２ａが直列に接続されて、１本の流水経路が構成されている。そして、上述の如く、各流水経路の往路部分及び復路部分は、冷却ロール４１内における相互に同じ段であって、周方向において隣り合う位置に配置されている。
【００３１】
パイプ４２ａ及び４２ｂは、冷却ロール４１の側面にろう付けされている。パイプ４２ａ及び４２ｂの内径は貫通孔４７の内径とほぼ等しい。パイプは展延性の高い金属からなり、貫通孔と接する面はロールの側面に接合しやすいようにラッパ状に開いている。すなわちパイプの接合端部は平面化加工されている。パイプ４２は、例えば柔軟な銅合金からなる。また、貫通孔４７の内面には、微細な溝が形成されていてもよい。これにより、冷却ロール４１から冷却水Ｗへの伝熱性能が向上する。
【００３２】
図４（ｃ）に示すように、複数本のパイプ４２ａは１本の二重管４３に共通接続されている。二重管４３においては、外管４３ａ内に内管４３ｂが設けられており、各パイプ４２ａの往路側の端部は外管４３ａと内管４３ｂとの間に連通されており、各パイプ４２ａの復路側の端部は内管４３ｂ内に連通されている。二重管４３は冷却ロール４１に対して固定されている。
【００３３】
二重管４３は、二重管４４に接続されている。すなわち、二重管４３における外管４３ａと内管４３ｂとの間の水路は、二重管４４における外管４４ａと内管４４ｂとの間の水路に連通されており、二重管４３における内管４３ｂ内の水路は、二重管４４における内管４４ｂ内の水路に連通されている。二重管４４は冷却水供給手段１２に対して固定されており、冷却水供給手段１２に接続されている。二重管４３と二重管４４とは、水密性を保持したまま、相互に回転自在とされている。二重管４３及び二重管４４により、ロータリージョイント４６が構成されている。このように、各パイプ４２ａの端部が共通接続されていることにより、貫通孔４７及びパイプ４２ｂによって構成された冷却ロール４１の各段の流水経路、すなわち、複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路は、相互に並列に接続されている。
【００３４】
次に、上述の如く構成された非晶質合金箔帯の製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造方法について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、冷却水供給手段１２が冷却水Ｗを加圧して、二重管４４の内管４４ｂ内に供給する。これにより、冷却水Ｗが、二重管４３の内管４３ｂ内を通過して、各パイプ４２ａを介して貫通孔４７内に供給される。このとき、各段の流水経路、すなわち、複数の円周面のそれぞれに沿って配設された複数群の流水経路に対して、同じ圧力で冷却液Ｗが供給される。各流水経路内に供給された冷却水Ｗは、各流水経路の往路部分及び復路部分を流通する際に、冷却ロール４１から熱を受け取って加熱され、その後、パイプ４２ａを介して二重管４３の外管４３ａと内管４３ｂとの間に集合し、二重管４４の外管４４ａと内管４４ｂとの間を通過して、排出される。これにより、冷却ロール４１が冷却される。
【００３５】
本実施形態においても、前述の第１の実施形態と同様に、冷却ロール４１内に多段に配設された流水経路によって、冷却ロール４１を効率的に冷却することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３６】
次に、第３の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する側面図である。
図５に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置３においては、冷却ロール５１内の各段に、相互に分離された複数本の貫通孔５７が形成されている。各貫通孔５７には、それぞれ２本のパイプ５２が接続されている。各パイプ５２には、流量調節弁５５が取り付けられている。各段に配置された貫通孔５７は、相互に分離されたまま、それぞれパイプ５２によってロータリージョイント５３に集められ、ロータリージョイント５３を介して冷却水供給支持手段５９に接続されている。１本の貫通孔５７及びその両側に接続された２本のパイプ５２により、１本の流水経路が構成されている。ロータリージョイント５３には、冷却水Ｗを排出する排水口５３ａも設けられている。
【００３７】
冷却水供給支持手段５９は、各段に配置されたパイプ５２に対して、相互に独立して冷却水を供給する。すなわち、冷却ロール５１の回転軸からそれぞれ等距離にある複数の円周面に沿って配設された複数群の流水経路は、相互に独立しており、冷却水供給支持手段５９は、これらの複数群の流水経路に対して相互に独立に冷却水Ｗを流通させる。また、冷却水供給支持手段５９は、冷却ロール５１から見て駆動手段１３の反対側に配置されており、冷却ロール５１を回転可能に支持する機能も持っている。
【００３８】
一般に、水冷式の冷却ロールにおいて、肉厚が厚いと、冷却ロール自体の熱容量が大きく、溶湯から一定量の熱が流入したときの温度上昇が少ない。このため、非晶質合金箔帯の製造工程の初期段階において、冷却ロールの温度を低く維持することができ、有利である。しかしながら、肉厚が厚いと熱抵抗が大きく、排熱性能が低いため、非晶質合金箔帯を長時間製造すると、次第に温度が上昇してしまう。これに対して、肉厚が薄いと、冷却ロール自体の熱容量は小さいため、溶湯から一定量の熱が流入すると温度が大きく上昇してしまうものの、排熱性能は高いため、長時間の製造に有利である。このため、冷却ロールの最適な肉厚は、非晶質合金箔帯の製造条件、例えば、製造しようとする箔帯の厚さ及び幅、連続して製造したい箔帯の量、要求される冷却速度等によって異なる。
【００３９】
本実施形態によれば、冷却ロール５１内に配置された各段の流水経路が相互に独立しており、冷却液供給手段６２が各段の流水経路に対して相互に独立して冷却水を流通させることにより、冷却ロール５１内の温度分布を制御することができる。これにより、冷却ロール５１の実効的な肉厚を変化させることができる。例えば、冷却ロール５１の外層部に配置された流水経路に冷却水を流通させれば、冷却ロール５１の実効的な肉厚は相対的に薄くなり、冷却ロール５１の外層部に配置された流水経路に冷却水を流通させずに内層部に配置された流水経路に冷却水を流通させれば、冷却ロール５１の実効的な肉厚は相対的に厚くなる。また、例えば、非晶質合金箔帯Ｓの製造の初期段階においては最外層の流水経路には冷却水を流さず、非晶質合金箔帯Ｓが製造されたことを確認してから、最外層の流水経路に冷却水を流してもよい。これにより、厚い箔帯Ｓの製造が容易になる。このようにして、本実施形態によれば、実効的な肉厚を制御できるため、製造条件に応じて最適な肉厚を選択することができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４０】
次に、第４の実施形態について説明する。
図６（ａ）は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置の冷却ロールを例示する側面図であり、（ｂ）はこの冷却ロール及びその近傍を例示する模式的断面図であり、（ｃ）はこの冷却ロールを例示する側面図である。
なお、図６（ａ）は外側から２段目の流水経路を示し、（ｃ）は外側から１段目の流水経路を示す。
【００４１】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置４においては、駆動手段１３（図５参照）と冷却水供給支持手段５９（図５参照）との間に、冷却ロール６１が回転可能に支持されている。冷却ロール６１内には、冷却ロール６１の幅方向に延びる複数本の貫通孔６７が３段に分かれて形成されている。各段において隣り合う１対の貫通孔６７は、冷却ロール６１の外部に配置されたＵ字形のパイプ６４によって相互に接続されている。これにより、各段に配置された全ての貫通孔６７は、複数本のパイプ６４によって直列に接続されて、１本の流水経路を構成している。すなわち、冷却ロール６１には、３段の流水経路２１ａ〜２１ｃが相互に独立して形成されている。
【００４２】
貫通孔６７及びパイプ６４によって構成された各流水経路は、冷却ロール６１の回転軸Ｃを中心軸とした円周面上に配置されており、各円周面上を冷却ロール６１の幅方向に蛇行しながら円周方向に周回し、その両端部は給水側ロータリージョイント６３ａ及び排水側ロータリージョイント６３ｂに接続されている。すなわち、最外周の流水経路２１ａは２本のパイプ６２ａによってロータリージョイント６３ａ及び６３ｂに接続されており、２段目の流水経路２１ｂは２本のパイプ６２ｂによってロータリージョイント６３ａ及び６３ｂに接続されており、３段目の流水経路２１ｃは２本のパイプ６２ｃによってロータリージョイント６３ａ及び６３ｂに接続されている。パイプ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６４は、例えば銅によって形成されている。また、給水側ロータリージョイント６３ａに接続されたパイプ６２ａ〜６２ｃには流量調節弁６５が取り付けられている。なお、図６（ａ）及び（ｃ）には、２段目及び１段目の流水経路のみを示しているが、３段目の流水経路の構成も同様である。また、４段目以降の流水経路を設ける場合においても、その構成は１段目及び２段目の流水経路と同様である。
【００４３】
本実施形態によれば、前述の第３の実施形態と比較して、ロータリージョイント６３ａ及び６３ｂにまとめられるパイプの本数が少なく、冷却ロールの外部に配置されるパイプの総延長が短いため、製造装置の構成が簡略であり、製造装置のコストが低い。一方、前述の第３の実施形態によれば、パイプ５２に供給する冷却水の水圧を低くすることができる。一例では、本実施形態においては、冷却水の圧力は２０気圧程度必要であるが、第３の実施形態においては、冷却水の圧力を１０気圧程度とすることができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００４４】
なお、本実施形態においては、流水経路が３段である例を示したが、これには限定されず、流水経路は２段又は４段以上であってもよい。また、パイプの材料は銅には限定されず、例えば、冷却ロール６１の材料と同じ材料であってもよい。これにより、パイプと冷却ロールとの接合性が向上する。更にまた、各貫通孔６７の内面には、微細な溝が形成されていてもよい。これにより、冷却ロール６１と冷却水との接触面積が増加し、伝熱性が向上する。
【００４５】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図７は、本変形例における冷却ロールを例示する側面図である。
なお、図７においては、便宜上、貫通孔６７（図６（ａ）参照）及びパイプ６４（図６（ａ）参照）は図示を省略し、流水経路２１ａ〜２１ｃを破線で示している。
【００４６】
図７に示すように、本変形例における冷却ロール６１ａにおいては、各段の流水経路が３つに分かれている。これにより、前述の第４の実施形態と比較して、ロータリージョイントに集合するパイプの本数が増えるものの、冷却水の温度上昇を抑えることができ、冷却ロールをより効果的に冷却することができる。また、冷却水を流通させる際のパイプの抵抗が減少するため、冷却水の水圧を下げることができる。本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述の第４の実施形態と同様である。
【００４７】
なお、本変形例においては、外側のパイプほど遠心力により水圧が高くなるので、貫通孔及びパイプの内径を大きくして冷却液の流量の減少を抑えることも可能である。また、給水経路を各段毎に独立させ給水圧力を変える方法もとりうる。
【００４８】
次に、第５の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置を例示する側面図であり、
図９は、図８において合金溶湯が水冷ロールと接触する部分を例示する断面図である。
図８に示すように、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造装置５においては、１つの駆動手段７３の両側に、２つの冷却ロール７１ａ及び７１ｂが設けられており、その外側には、２つの冷却水供給手段７２ａ及び７２ｂが設けられている。冷却ロール７１ａ及び７１ｂの構成は、前述の第１の実施形態における冷却ロール１１の構成と同様である。なお、冷却ロール７１ａ及び７１ｂの構成は、前述の第１の実施形態の変形例における冷却ロール３１、第２の実施形態における冷却ロール４１、第３の実施形態における冷却ロール５１、第４の実施形態における冷却ロール６１、又は、第４の実施形態の変形例における冷却ロール６１ａの構成と同様であってもよい。
【００４９】
冷却水供給手段７２ａには、給水管７４ａ及び排水管７５ａが接続されている。冷却水供給手段７２ａには、給水管７４ａを介して室温又はそれより低温の冷却水が供給され、この冷却水を冷却ロール７１ａに供給する。また、冷却水供給手段７２ａは、冷却ロール７１ａによって加熱された冷却水を排水管７５ａを介して外部に排出する。同様に、冷却水供給手段７２ｂには、給水管７４ｂ及び排水管７５ｂが接続されている。冷却水供給手段７２ｂは、給水管７４ｂを介して室温又はそれより低温の冷却水が供給され、この冷却水を冷却ロール７１ｂに供給し、冷却ロール７１ｂから排出された加熱された冷却水を排水管７５ｂを介して外部に排出する。駆動手段７３は、冷却ロール７１ａ及び７１ｂの双方を回転させる。
【００５０】
また、製造装置５においては、坩堝１５を移動させる移動手段１７が設けられている。移動手段１７においては、冷却ロール７１ａ及び７１ｂの上方に配設されたレール７７が設けられている。坩堝１５は、レール７７に案内されて、冷却ロール７１ａの外周面に対して溶湯Ａを吐出可能となる位置と、冷却ロール７１ｂの外周面に対して溶湯Ａを吐出可能となる位置との間で移動可能とされている。
【００５１】
図９に示すように、ノズル１６は多重スリットノズルである。すなわち、ノズル１６の吐出口の形状は、冷却ロール７１ａ及び７１ｂの周方向に沿って複数本、例えば２本のスリット８１が配列された形状となっている。各スリット８１が延びる方向は、冷却ロールの軸方向と同一である。また、スリット８１間の距離は、例えば１０ｍｍ以下であり、例えば６ｍｍ以下である。なお、ノズル１６として、吐出口に３本以上のスリットが形成された多重スリットノズルを使用してもよく、１本のスリットのみが形成されたシングルスリットノズルを使用してもよい。
【００５２】
次に、上述の如く構成された非晶質合金箔帯の製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る非晶質合金箔帯の製造方法について説明する。
図８及び図９に示すように、冷却水供給手段７２ａが、給水管７４ａを介して供給された室温又はそれ以下の温度の冷却水を冷却ロール７１ａに対して供給する。同様に、冷却水供給手段７２ｂが、給水管７４ｂを介して供給された室温又はそれ以下の温度の冷却水を冷却ロール７１ｂに対して供給する。これにより、冷却ロール７１ａ及び７１ｂの流通経路に冷却水を流通させる。一方、駆動手段７３が冷却ロール７１ａ及び７１ｂを回転させる。
【００５３】
この状態で、移動手段１７が坩堝１５を冷却ロール７１ａの直上域に位置させる。そして、坩堝１５内の溶湯Ａをノズル１６のスリット８１を介して冷却ロール７１ａの外周面に対して吐出させる。ノズル１６にはスリット８１が２本形成されているため、パドルＰは２ヶ所に形成され、溶湯Ａは、冷却ロール７１ａの回転に伴って、これらの２ヶ所のパドルＰから引き出される。このとき、本実施形態においては、スリット８１の間隔が例えば１０ｍｍ以下、例えば６ｍｍ以下となっているため、上流側のパドルＰから引き出された高粘度の溶湯Ａが、ガラス転移点に達する前に下流側のパドルＰに到達し、下流側のパドルＰから引き出された高粘度の溶湯Ａとそれらの界面付近で混じり合い、一体化する。この結果、溶湯Ａの厚さが増加する。このようにして、溶湯Ａが冷却ロール７１ａによって急冷されて、非晶質合金箔帯Ｓが製造される。このとき、溶湯Ａから冷却ロール７１ａに伝達された熱は、冷却ロール７１ａ内を流れる冷却水に伝達され、冷却水と共に冷却ロール７１ａ内から排出される。この加熱された冷却水は、冷却水供給手段７２ａに戻り、排水管７５ａを介して外部に排出される。
【００５４】
そして、冷却ロール７１ａの温度が非晶質合金箔帯Ｓを製造できない温度付近まで上昇したら、溶湯Ａの吐出を停止させる。そして、移動手段１７がレール７７に沿って坩堝１５を移動させ、冷却ロール７１ｂの直上域に位置させる。
【００５５】
次に、坩堝１５内の溶湯Ａをノズル１６を介して冷却ロール７１ｂの外周面に対して吐出させる。これにより、冷却ロール７１ｂによって非晶質合金箔帯Ｓが製造される。冷却ロール７１ｂによる非晶質合金箔帯Ｓの製造方法は、冷却ロール７１ａによる製造方法と同様である。冷却ロール７１ｂによって非晶質合金箔帯Ｓを製造している間、冷却水供給手段７２ａが冷却ロール７１ａ内に冷却水を流通させ続けると共に、駆動手段７３が冷却ロール７１ａを回転させ続けることにより、冷却ロール７１ａを冷却する。
【００５６】
このようにして、冷却ロール７１ｂにより非晶質合金箔帯Ｓを製造し、冷却ロール７１ｂの温度が非晶質合金箔帯Ｓを製造できない温度付近まで上昇したら、溶湯Ａの吐出を停止させ、移動手段１７が坩堝１５を冷却ロール７１ａの直上域まで移動させる。この時点までには、冷却ロール７１ａが冷却水によって冷却されて、その温度は十分に低くなっている。そして、ノズル１６によって坩堝１５内の溶湯Ａを冷却ロール７１ａの外周面に対して吐出させ、冷却ロール７１ａによる非晶質合金箔帯Ｓの製造を開始する。
【００５７】
以後、上述の動作を繰り返す、すなわち、溶湯供給手段１４は、冷却ロール７１ａの外周面及び冷却ロール７１ｂの外周面に対して溶湯Ａを交互に供給する。そして、冷却ロール７１ａ及び７１ｂのうち、一方の冷却ロールによって非晶質合金箔帯Ｓを製造しているときは、他方の冷却ロールに対して溶湯を供給しない。但し、他方の冷却ロールに対して冷却水は流通させて、この冷却ロールを冷却する。これにより、一方の冷却ロールの温度が高くなり、非晶質合金箔帯Ｓの製造を継続することができなくなるまでに、他方の冷却ロールは十分に冷却され、非晶質合金箔帯Ｓを製造する準備が整う。このようにして、冷却ロール７１ａ及び冷却ロール７１ｂを交互に用いて非晶質合金箔帯Ｓを製造し続けることにより、より厚い非晶質合金箔帯を連続的に製造することができる。例えば、本実施形態によれば、厚さが７０μｍ以上の非晶質合金箔帯Ｓを製造することができる。なお、この場合、最外周のリング部材、例えば、図２に示す外周部材２８の厚さは、３０〜５０ｍｍとすることが好ましい。
【００５８】
本実施形態によれば、２つの冷却ロール７１ａ及び７１ｂに対して溶湯Ａを交互に供給し、溶湯Ａを供給していない方の冷却ロールも冷却し続けることにより、単一の冷却ロールを使用する場合と比較して、より厚い非晶質合金箔帯Ｓを工業的規模で製造することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、冷却ロール７１ａ及び７１ｂとして、流水経路が多段に配設された冷却ロールを使用することにより、冷却ロールの排熱性能が高くなるため、１つの冷却ロールによって非晶質合金箔帯を製造し続けられる時間が長くなる。これにより、冷却ロールの切替頻度が低下し、坩堝の移動に伴う時間及び材料の損失が低減されると共に、使用していない冷却ロールの冷却時間を長く確保できる。また、使用していない冷却ロールの冷却性能も向上する。この結果、流水経路が１段構成の冷却ロールを使用する場合と比較して、より多量の入熱に対応できるようになり、より厚い非晶質合金箔帯を製造することが可能となる。また、非晶質合金箔帯の生産性が向上する。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、冷却ロール毎に駆動手段を設けてもよく、２つの冷却ロールが１つの冷却水供給手段を共有してもよい。
【００６０】
以上、実施形態及びその変形例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態及び変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。例えば、前述の各実施形態においては、冷却ロールが銅又は銅合金によって形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、伝熱性が良好な金属又は合金であれば、どのような材料によって形成されていてもよい。また、前述の各実施形態においては、冷却液として水を用いる例を示したが、これには限定されない。更に、前述の各実施形態においては、ろう付けによってパイプを冷却ロールに接合する例を示したが、接合方法はこれには限定されず、周知の方法によって接合すればよい。例えば、通電法又は爆着によって接合してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１、２、３、４、５：製造装置、１１：冷却ロール、１１ａ：外周面、１２：冷却水供給手段、１３：駆動手段、１４：溶湯供給手段、１５：坩堝、１６：ノズル、１７：移動手段、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：流水経路、２２ａ、２２ｂ：円周面、２６：芯部材、２６ａ：外周面、２６ｂ：溝、２７：内周部材、２７ａ：外周面、２７ｂ：溝、２８：外周部材、２８ａ：外周面、３１：冷却ロール、４１：冷却ロール、４２ａ、４２ｂ：パイプ、４３：二重管、４３ａ：外管、４３ｂ：内管、４４：二重管、４４ａ：外管、４４ｂ：内管、４５：流量調節弁、４６：ロータリージョイント、４７：貫通孔、５１：冷却ロール、５２：パイプ、５３：ロータリージョイント、５５：流量調節弁、５７：貫通孔、５９：冷却水供給支持手段、６１：冷却ロール、６１ａ：冷却ロール、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ：パイプ、６３ａ：給水側ロータリージョイント、６３ｂ：排水側ロータリージョイント、６４：パイプ、６５：流量調節弁、６７：貫通孔、７１ａ、７１ｂ：冷却ロール、７２ａ、７２ｂ：冷却水供給手段、７３：駆動手段、７４ａ、７４ｂ：給水管、７５ａ、７５ｂ：配水管、７７：レール、８１：スリット、Ａ：溶湯、Ｃ：回転軸、Ｐ：パドル、Ｓ：非晶質合金箔帯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014091157.tif 000009
【図８】
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【図９】
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