(57)【要約】高速回転する冷却ロール外周面に溶融金属を注出し、急冷凝固させて幅Ｗが５０〜３５０ｍｍの金属薄帯とし、次いで、冷却ロールのほぼ接線方向から金属薄帯に向けて圧縮ガスを吹き付けて冷却ロールから金属薄帯を剥離し、その剥離した金属薄帯を吸引式ベルトコンベヤの通気性ベルトに吸着して巻取リールまで搬送し、コイル状に巻き取る金属薄帯の製造方法において、上記金属薄帯を、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍとし、かつ、吸引式ベルトコンベヤに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓを金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍としてベルトに吸着させることにより、急冷プロセスで広幅の金属薄帯を製造する際、金属薄帯のエッジ部に発生する微小亀裂を低減する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転する冷却ロール外周面に溶融金属を注出し、急冷凝固させて幅Ｗが５０〜３５０ｍｍの金属薄帯とし、次いで、冷却ロールのほぼ接線方向から金属薄帯に向けて圧縮ガスを吹き付けて冷却ロールから金属薄帯を剥離し、その剥離した金属薄帯を吸引式ベルトコンベヤの通気性ベルトに吸着して巻取リールまで搬送し、コイル状に巻き取る金属薄帯の製造方法において、
上記金属薄帯を、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍとし、かつ、吸引式ベルトコンベヤに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓを金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍としてベルトに吸着させることを特徴とする金属薄帯の製造方法。
【請求項２】
上記金属薄帯の幅Ｗが２５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属薄帯の製造方法。
【請求項３】
高速回転する冷却ロールと、
上記冷却ロールの外周面に溶融金属を注出する幅が５０〜３５０ｍｍであるスリットノズルを有する溶湯注出部と、
上記冷却ロールの外周面のほぼ接線方向から金属薄帯に向けて圧縮ガスを噴出して金属薄帯を剥離させるエアノズルと、
上記剥離した金属薄帯を、吸引箱で空気を吸引し、通気性ベルトに吸着させて搬送する吸引式ベルトコンベヤと、
上記搬送された金属薄帯をコイル状に巻き取る巻取リールを備える金属薄帯の製造設備において、
上記冷却ロールと吸引式ベルトコンベアとの最近接距離が２〜５０ｍｍであり、かつ、上記吸引式ベルトコンベアに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓが金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍であることを特徴とする金属薄帯の製造設備。
【請求項４】
上記スリットノズルの幅が２５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の金属薄帯の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を高速回転する冷却ロールで急速凝固させる金属薄帯の製造方法と、その製造方法に用いる製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速回転する冷却ロールで溶融金属を急速凝固させる、いわゆる、「急冷プロセス」は、金属薄帯を製造するための技術として開発されたものであるが、高速で製造される金属薄帯を、損傷を生じさせることなく、冷却ロールから剥離して巻取リールまで搬送し、コイル状に巻き取ることが重要な課題の一つとなっている。【０００３】
金属薄帯の搬送・巻取技術としては、例えば、特許文献１には、高速回転する冷却ロールの表面に溶融金属を注出し、急冷凝固させて金属薄帯とした後、この金属薄帯を冷却ロールから剥離し、巻取装置まで搬送し、巻取装置によってコイル状に巻き取るに当たり、冷却ロールの接線方向に圧縮ガスを吹き付けて冷却ロールから金属薄帯を剥離し、その剥離した金属簿帯を、搬送方向に対して後方から走行させた吸引式コンベヤの通気性ベルトに吸着し、吸着状態のまま巻取装置に搬送する金属薄帯の製造方法が提案されている。【０００４】
しかし、この特許文献１の技術では、吸引式コンベヤの通気性ベルトの速度を冷却ロールから剥離した直後の金属薄帯の速度、つまり製板速度よりも高速とし、ベルトと金属薄帯との間に摩擦力を生じさせることによって張力を付与しながら金属薄帯を搬送している。しかし、急冷プロセスでは、高温の溶融金属を急速冷却しているため、ベルトの温度は、必然的に１００℃近くまで上昇する。そのため、耐熱性の低いナイロン製等のベルトでは、金属薄帯とベルトが溶着状態となって、摩擦係数が大きくなる。その結果、巻取リールでコイル状に巻き取る際、金属薄帯に加わる張力が大きくなり過ぎ、破断を起こし易いという問題点を有する。この問題は、ステンレス製のメッシュベルトを用いることで解決されるが、ベルトと金属薄帯との摩擦によって、逆に金属薄帯に疵が発生し易いという別の問題が発生する。【０００５】
このような問題点を解決する技術として、例えば、特許文献２には、冷却ロールから剥離した金属薄帯を、冷却ロール近傍に配置した吸引式コンベヤのベルトに吸着して巻取リールまで搬送し、金属薄帯に張力を付与しつつ巻取リールに巻き取るに際して、吸引式コンベヤのベルト速度を製板速度より遅くすることによって、金属薄帯に加わる張力を低減し、破断を防止する金属薄帯の巻取方法が、また、特許文献３には、同じく剥離した金属薄帯を吸引式コンベヤにて吸着し、巻取リールまで搬送して、金属薄帯に張力を付与しつつ巻取リールに巻き取るに際して、上記吸引式コンベヤに、表面にフッ素樹脂を被覆したベルトを用いることによって摩擦を小さくし、金属薄帯に加わる張力を低減する金属薄帯の巻取方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−１８２５０８号公報
【特許文献２】特開平０９−２６２６４６号公報
【特許文献３】特開平０９−２６２６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２や特許文献３の技術を適用することで、金属薄帯の破断や、幅方向の長さが１ｍｍを超える亀裂は、大幅に低減することができる。しかし、発明者らの調査によれば、上記技術を用いても、金属薄帯の幅端部（エッジ部）に発生する、顕微鏡でしか確認できないレベルの、幅方向長さ（深さ）が１ｍｍ以下の微小亀裂は、解決されていない。この微小亀裂の発生は、特に幅が２５０ｍｍ以上の広幅の金属薄帯において顕著となる傾向がある。【０００８】
一方、近年においては、金属薄帯を素材として製品を製造する加工プロセスでは、生産性の向上、省力化、低コスト化の観点から、金属薄帯の広幅化や加工プロセスの自動化が積極的に進められている。しかし、微小亀裂は、金属薄帯を素材に用いて製品に加工する際、破断の起点となることがあり、たとえ発生頻度は低くても、生産性を著しく低下させる原因となる。そのため、従来、余り重要視されていなかった微小亀裂の解決が強く望まれるようになってきている。【０００９】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却ロールを用いる急冷プロセスで金属薄帯、特に、広幅の金属薄帯を製造する際、エッジ部に発生する微小亀裂を大幅に低減することができる金属薄帯の製造方法を提案すると共に、その方法に用いる製造設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記課題の解決に向けて、微小亀裂の発生原因の究明とその解決策について鋭意検討を重ねた。その結果、冷却ロールから剥離した金属薄帯を吸引式ベルトコンベアに吸着させる際の条件を適正化することで、エッジ部に発生する微小亀裂を大幅に低減できることを見出し、本発明を開発するに至った。【００１１】
すなわち、本発明は、高速回転する冷却ロール外周面に溶融金属を注出し、急冷凝固させて幅Ｗが５０〜３５０ｍｍの金属薄帯とし、次いで、冷却ロールのほぼ接線方向から金属薄帯に向けて圧縮ガスを吹き付けて冷却ロールから金属薄帯を剥離し、その剥離した金属薄帯を吸引式ベルトコンベヤの通気性ベルトに吸着して巻取リールまで搬送し、コイル状に巻き取る金属薄帯の製造方法において、上記金属薄帯を、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍとし、かつ、吸引式ベルトコンベヤに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓを金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍としてベルトに吸着させることを特徴とする金属薄帯の製造方法を提案する。【００１２】
本発明の金属薄帯の製造方法は、上記金属薄帯の幅Ｗが２５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする。【００１３】
また、本発明は、高速回転する冷却ロールと、上記冷却ロールの外周面に溶融金属を注出する幅が５０〜３５０ｍｍであるスリットノズルを有する溶湯注出部と、上記冷却ロールの外周面のほぼ接線方向から金属薄帯に向けて圧縮ガスを噴出して金属薄帯を剥離させるエアノズルと、上記剥離した金属薄帯を、吸引箱で空気を吸引し、通気性ベルトに吸着させて搬送する吸引式ベルトコンベヤと、上記搬送された金属薄帯をコイル状に巻き取る巻取リールを備える金属薄帯の製造設備において、上記冷却ロールと吸引式ベルトコンベアとの最近接距離が２〜５０ｍｍであり、かつ、上記吸引式ベルトコンベアに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓが金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍であることを特徴とする金属薄帯の製造設備である。【００１４】
本発明の金属薄帯の製造設備は、上記スリットノズルの幅が２５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの間の最近接距離Ｌ、および、冷却ロールから剥離した金属薄帯の幅Ｗと、その金属薄帯を巻取設備まで搬送する吸引式ベルトコンベヤに設けられた吸引箱の吸引幅Ｓとの比（Ｓ／Ｗ）を適正化したので、金属薄帯のエッジ部に発生する微小亀裂を大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】急冷プロセスによる金属薄帯の製造設備の概要を説明する図である。
【図２】本発明の金属薄帯の製造設備における吸引式ベルトコンベヤを説明する図である。
【図３】図２の製造設備のＡ−Ａ´断面図である。
【図４】図２の製造設備の他のＡ−Ａ´の断面図である。
【図５】冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤの位置関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明において使用する単ロール方式の金属薄帯の製造設備の概要を示したものである。この図において、符号１は銅合金製の冷却ロールであり、この冷却ロール１の上方には、所定の成分組成に調整された溶融金属２（溶湯）を貯留する溶湯保持容器３とその下部に幅Ｗの開口を有するスリットノズル４を有する溶湯注出部５が配設され、上記スリットノズル４からは、溶湯を高速で回転している冷却ロール１の外周面上部に注出し、急冷凝固させて幅Ｗの金属薄帯６とする。次いで、冷却ロール１の外周面接線方向に向けられたスリット状開口を有するエアノズル７から、冷却ロール外周面上に形成された金属薄帯６に向けて圧縮ガスを噴出して、金属薄帯６を冷却ロール１の剥離点Ｐにおいて剥離させる。剥離させた金属薄帯６は、その後、剥離点Ｐの下方に配設され、かつ、剥離点Ｐよりも金属薄帯６の搬送方向に対して後方を走行始点とする吸引式ベルトコンベヤ８（以降、単に「コンベヤ」ともいう。）の通気性を有するベルト９に吸着させ、その状態のまま移動させてコンベヤの終端まで搬送し、押付ロール１０を介して巻取リール１１に誘導し、コイル状に巻き付ける。
【００１８】
上記の吸引式コンベヤ８は、図２に示したように、通気性を有するベルト９と、搬送ロール１３と、吸引箱１２と、図示されていない真空ポンプにより構成され、上記真空ポンプで吸引箱１２上方の空気を吸引することにより、通気性を有するベルト９上面に、図示されていない右側上部に配設された冷却ロール１から剥離された金属薄帯６を吸着するようになっている。図３は、図２に示したＡ−Ａ´の断面図であり、吸引箱１２の上面は、空気を吸引でき、かつ、ベルトを吸引箱内部に吸い込まないよう、有孔性となっている。なお、吸引箱９の幅Ｃは、金属薄帯の幅Ｗより大きくなるよう設計されているのが普通である。
【００１９】
発明者らは、上記製造設備を用いて金属薄帯を製造する際、金属薄帯の幅エッジ部に発生する微小亀裂の発生メカニズムについて調査した。その結果、微小亀裂は、金属薄帯をコンベヤのベルトに吸着する際、および、吸着したときに発生する金属薄帯の微小振動によって引き起こされていることを突き止めた。そして、さらに、その微小振動の発生メカニズムについて調査した結果、コンベヤに設置された吸引箱の幅Ｃと金属薄帯の幅Ｗが大きく影響しているが明らかとなった。
【００２０】
すなわち、コンベヤに設置された吸引箱の幅Ｃに対して金属薄帯の幅Ｗが狭く、かつ、両者の幅の違いが小さい場合、具体的には、金属薄帯の幅Ｗに対する吸引箱の幅Ｃの比（Ｃ／Ｗ）が１．２未満の場合には、図３に示した吸引箱の両幅端部に生じる隙間Ｄから吸引される空気の流入速度が大きくなる。その結果、金属薄帯のエッジ部で空気の乱流が発生し、金属薄帯のエッジ部が微小振動を起こして微小亀裂が発生する。
一方、吸引箱の幅Ｃと金属薄帯の幅Ｗの差が大きく、吸引箱の両幅端部に生じる隙間Ｄが大きい場合、具体的には、金属薄帯の幅Ｗに対する吸引箱の幅Ｃの比（Ｃ／Ｗ）が２．５を超える場合には、吸引される空気の流入速度は小さくなるものの、流入量が多くなるため、吸引箱内の負圧を確保することが困難となり、吸引力が低下する。その結果、金属薄帯が微小振動を起こして、エッジ部に微小亀裂が発生する。
そこで、本発明は、コンベヤに設置する吸引箱の幅Ｃを、金属薄帯の幅Ｗに対して１．２〜２．５倍（（Ｃ／Ｗ＝１．２〜２．５））の範囲に制限することとした。好ましい（Ｃ／Ｗ）の範囲は１．２〜１．５である。なお、上記金属薄帯の幅Ｗは、溶湯を冷却ロールに注出するスリットノズルの開口幅とほぼ同じと考えてよい。
【００２１】
なお、図３に示した吸引箱の場合、（Ｃ／Ｗ）の値を１．２〜２．５の範囲にするためには、金属薄帯の幅Ｗの変動に応じて、吸引箱の幅Ｃを変えてやる必要がある。しかし、金属薄帯の幅Ｗの変更の都度、吸引箱を取り換えるのは、作業能率を著しく阻害する。そこで、図４に示したように、吸引箱の幅を大きめに作製しておき、両幅端部１４のシール幅を可変とし、金属薄帯の幅Ｗの変動に応じてシール幅を変え、空気を吸引する有孔部分の幅（吸引幅）Ｓを変えられるようにするのが好ましい。この場合、上記（Ｃ／Ｗ）に代えて、（Ｓ／Ｗ）を１．２〜２．５の範囲にすればよい。したがって、吸引箱の全幅Ｃが、空気を吸引する有効部分となる場合、（Ｃ／Ｗ）＝（Ｓ／Ｗ）＝１．２〜２．５の範囲となる。
【００２２】
また、発明者らは、微小振動の発生、ひいては、微小亀裂の発生は、上記吸引箱の幅Ｃまたは吸引箱の吸引幅Ｓと、金属薄帯の幅Ｗとの関係の外に、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの最近接距離Ｌによっても影響を受け、上記最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍの範囲に制御してやる必要があることを見出した。ここで、冷却ロールと吸引式ベルトコンベヤとの最近接距離Ｌとは、図５に示した、冷却ロールの外周と、吸引式ベルトコンベヤ表面とが最小となる距離のことである。
【００２３】
冷却ロールとコンベヤとの最近接距離Ｌが２ｍｍより小さくなると、図５に示したように、高速で回転する冷却ロールの周囲に存在し、ロールの回転に伴って流れる空気が冷却ロールとコンベヤ間で圧縮される。その結果、圧縮された空気が金属薄帯の下に入り込み、金属薄帯がベルトに吸着されないで不安定な状態となり、微小振動を起こす。
一方、冷却ロールとコンベヤとの最近接距離Ｌが５０ｍｍより大きくなると、図５に示した、金属薄帯の剥離点Ｐとベルト吸着点Ｑとの間の距離が大きくなり過ぎ、金属薄帯が不安定な状態となって、その間で微小振動を起こし、微小亀裂が発生するからである。
そこで、本発明においては、上記（Ｓ／Ｗ）を１．２〜２．５の範囲に制限することに加えて、さらに冷却ロールとコンベヤとの最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍの範囲に制限することとした。好ましいＬの範囲は２〜１５ｍｍである。
【００２４】
なお、図１の金属薄帯の製造設備の説明においては、吸引式ベルトコンベヤで搬送された金属薄帯は、押付ロール９によって巻取リール１１に誘導して、コイル状に巻き取っていたが、この巻取方式以外の方法を用いてもよい。例えば、巻取リールの外周面に接着性物質を塗布しておき、製造される金属薄帯の速度（製板速度）と同期して回転させながら金属薄帯に接触させて接着し、巻き取るようにしてもよい。あるいは、胴部にマグネットを取り付けた巻取リールを金属薄帯に接近させて吸着させる方法、最終コンベヤを傾動させて、胴部にマグネットを取り付けた巻取リールに誘導する方法等、いずれの方法を用いてもよい。
【００２５】
また、巻取リールによって巻き取りを開始した後は、吸引式ベルトコンベヤにおける吸引箱での吸引や、ベルトによる金属薄帯の搬送を停止してもよい。
また、巻き取り中に冷却ロールと巻取りリールとの間に何らかの測定装置等を配置したい場合には、吸引式コンベヤとの干渉を回避するため、図示しない退避装置によって吸引式コンベヤを図示した位置から退避させてもよい。
さらに、冷却ロールと巻取リールとの間隔が大きく開いている場合には、吸引式コンベヤを２台以上直列に連結して配設してもよい。
【００２６】
なお、先述したように、本発明が解決しようとしている微小亀裂は、幅が２５０ｍｍ以上の広幅の金属薄帯において顕著となる傾向がある。したがって、本発明は、２５０ｍｍ以上の広幅の金属薄帯の製造に適用するのが効果的である。
【実施例】
【００２７】
図４に示した構造の吸引箱を有する、図１に示した金属薄帯の製造設備を用いて、Ｃ：１．２ａｔ％、Ｓｉ：８．７ａｔ％およびＢ：９ａｔ％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる成分組成の金属薄帯を製造する実験を行った。具体的には、上記成分組成を有し、１３２０℃の温度に加熱した溶融金属を、溶湯保持容器内に保持し、溶湯保持容器の下部に配設されたスリットノズルから溶湯を、周速３０ｍ／ｓで高速回転する銅合金製冷却ロールの外周面上に注出し、急速凝固させて厚さ２５μｍの金属薄帯とした後、その金属薄帯に、冷却ロール外周面のほぼ接線方向に向けられたエアノズルから圧縮空気を３０ｍ／ｓで吹き付けて、冷却ロール外周面から金属薄帯を剥離させた。次いで、その剥離した金属薄帯を、冷却ロールの下方に設置した吸引式ベルトコンベヤの通気性を有するベルトに吸着させ、吸着状態のままコンベヤの終端に配置した巻取リールまで搬送し、押付ロールを介して巻取リールにコイル状に巻き付けた。
この際、表１に示したように、溶湯を注出するスリットノズルの開口幅、すなわち、金属薄帯の幅Ｗを１００ｍｍ、２００ｍｍおよび３００ｍｍの３水準に変化させると共に、吸引箱の吸引幅Ｓを１００〜９００ｍｍの範囲で変化させて、金属薄帯の幅Ｗに対する吸引幅Ｓの比（Ｓ／Ｗ）を種々に変化させた。また、冷却ロールとコンベア間の最近接距離Ｌについても、０．５〜８０ｍｍの間で変化させた。【００２８】
斯くして得られた金属薄帯について、両エッジを長さ１ｍにわたって顕微鏡観察し、幅方向長さ（耳割れ深さ）が１ｍｍ以下の微小亀裂の発生有無を調査した。なお、この顕微鏡観察では、０．１ｍｍ以上の亀裂を確認することが可能である。
上記調査結果を、金属薄帯の幅Ｗ、吸引幅Ｓ、（Ｓ／Ｗ）および冷却ロールとコンベア間の最近接距離Ｌと一緒に表１に示した。表１から、ノズルスリットの開口幅（＝金属薄帯の幅）Ｗに対する、吸引箱の吸引幅Ｓの比（Ｓ／Ｗ）を１．２〜２．５の範囲にすることで、金属薄帯エッジ部の微小亀裂の発生を防止することができること、しかし、（Ｓ／Ｗ）を上記範囲としても、冷却ロールとコンベア間の最近接距離Ｌを２〜５０ｍｍにしないと、微小亀裂の発生を防止できないことが確認された。【００２９】
【表１】
2013073513.tif 000003
【符号の説明】
【００３０】
１：冷却ロール
２：溶融金属（溶湯）
３：溶湯保持容器
４：スリットノズル
５：溶湯注出部
６：金属薄帯
７：エアノズル
８：吸引式ベルトコンベヤ
９：通気性ベルト
１０：押付ロール
１１：巻取リール
１２：吸引箱
１３：搬送ロール
１４：両幅端部のシール可変部
１５：冷却ロール外周面近傍の空気の流れ
Ｗ：金属薄帯の幅（スリットノズルの開口幅）
Ｃ：吸引箱の幅
Ｓ：吸引箱の吸引幅
Ｐ：金属薄帯の剥離点
Ｑ：金属薄帯の吸着点
Ｌ：冷却ロールとコンベヤの最近接距離
【図１】
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【図２】
2013073513.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013073513.tif 000007
【図５】
2013073513.tif 000008
【国際調査報告】
2013073513.tif 000009
2013073513.tif 000010