(57)【要約】【課題】従来の合金溶湯冷却装置よりも、薄帯を一層強力に冷却することができる合金溶湯冷却装置を提供する。【解決手段】合金溶湯を吐出するノズルと、前記ノズルと対向する外周面を有する冷却ロールと、前記外周面に沿って設置されている冷却板と、を備え、前記ノズルから吐出された合金溶湯が、前記外周面に接触し、冷却されて、薄帯を形成し、前記薄帯が、前記冷却板の前記外周面と対向する表面の少なくとも一部に接触し、前記外周面と接触していた表面と反対側の表面から、さらに冷却される、合金溶湯冷却装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金溶湯を吐出するノズルと、
前記ノズルと対向する外周面を有する冷却ロールと、
前記外周面に沿って設置されている冷却板と、
を備え、
前記ノズルから吐出された合金溶湯が、前記外周面に接触し、冷却されて、薄帯を形成し、
前記薄帯が、前記冷却板の前記外周面と対向する表面の少なくとも一部に接触し、前記外周面と接触していた表面と反対側の表面から、さらに冷却される、
合金溶湯冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、合金溶湯冷却装置に関する。本開示は、特に、単ロール法を適用した合金溶湯冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合金溶湯を急冷凝固する方法として、単ロール法が知られている。単ロール法は、冷却ロールの外周面に、合金溶湯を吐出して、薄帯を形成する方法である。
【０００３】
単ロール法は、微細結晶質又は非晶質を有する材料の製造に用いられている。単ロール法を用いて製造される材料としては、形状記憶合金、希土類磁石、及び軟磁性材料等が挙げられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、銅製冷却ロールの外周面に、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金溶湯を吐出して、形状記憶合金の薄帯を製造すること、及び、その際に使用される溶湯合金冷却装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、冷却ロールの外周面に、希土類磁石合金溶湯を吐出して、希土類磁石薄帯を製造すること、及び、その際に使用される溶湯合金装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７２８８６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０８７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に開示された合金溶湯冷却装置のいずれにおいても、合金溶湯は、冷却ロールの外周面に接触し、冷却される。しかし、合金溶湯は、冷却ロールの外周面と反対側の表面については、空気によって冷却されるだけである。そのため、特許文献１及び２に開示された合金溶湯装置においては、薄帯が充分に冷却されない、という課題を本発明者らは見出した。
【０００８】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、本開示は、従来の合金溶湯冷却装置よりも、薄帯を一層強力に冷却することができる合金溶湯冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の合金溶湯冷却装置を完成させた。その要旨は、次のとおりである。
〈１〉合金溶湯を吐出するノズルと、
前記ノズルと対向する外周面を有する冷却ロールと、
前記外周面に沿って設置されている冷却板と、
を備え、
前記ノズルから吐出された合金溶湯が、前記外周面に接触し、冷却されて、薄帯を形成し、
前記薄帯が、前記冷却板の前記外周面と対向する表面の少なくとも一部に接触し、前記外周面と接触していた表面と反対側の表面から、さらに冷却される、
合金溶湯冷却装置。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、溶湯冷却装置が、冷却ロールの外周面に沿って設置される冷却板を備え、冷却板の表面の少なくとも一部に、薄帯が接触することにより、従来よりも一層強力に薄帯を冷却する、合金溶湯冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の合金溶湯冷却装置の一例を示す説明図である。
【図２】図２は、冷却ロールの回転速度とＳｍの含有量の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、従来の合金溶湯冷却装置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の合金溶湯冷却装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の合金溶湯冷却装置を限定するものではない。
【００１３】
図１は、本開示の合金溶湯冷却装置の一例を示す説明図である。図１に示すように、本開示の合金溶湯冷却装置１００は、ノズル１０、冷却ロール２０、及び冷却板３０を備える。
【００１４】
本開示の合金溶湯冷却装置１００を、従来の溶湯急冷装置と比較しながら説明する。図３は、従来の合金溶湯冷却装置の一例を示す説明図である。図３に示すように、従来の合金溶湯冷却装置２００は、ノズル１０、冷却ロール２０、及び薄帯案内台８０を備える。
【００１５】
本開示の合金溶湯冷却装置１００及び従来の合金溶湯冷却装置２００のいずれも、ノズル１０から合金溶湯７０が吐出される。合金溶湯７０は、冷却ロール２０の外周面２２に接触し、その接触によって、合金溶湯７０が冷却されて、薄帯７２を形成する。
【００１６】
図３に示した従来の合金溶湯冷却装置２００においては、薄帯７２は、冷却ロール２０の外周面２２から離れ、外周面２２の概ね接線方向へ排出される。排出された薄帯７２は、薄帯案内台８０に接触する。薄帯案内台８０は、その上部に、傾斜台８５を備える。傾斜台８５は、冷却ロール２０から遠ざかるにしたがって、高さが下降するように傾斜している。この傾斜台８５に薄帯７２が接触すると、薄帯７２は、傾斜台８５の高さが下降している方向へ、薄帯７２の自重によって、搬送されていく。傾斜台８５に接触している薄帯７２は、傾斜台８５と接している表面７８で、傾斜台８５によって冷却される。しかし、薄帯７２において、傾斜台８５と接している表面７８は、既に、冷却ロール２０で冷却されている。そのため、傾斜台８５と接している表面７８から薄帯７２を冷却しても、薄帯７２全体として、あまり冷却が進行しない。そして、傾斜台８５と接している表面７８と反対側の表面７９では、薄帯７２は、空気によって冷却（放冷）されるだけであり、やはり、薄帯７２全体として、あまり冷却が進行しない。
【００１７】
これに対し、図１に示した本開示の合金溶湯冷却装置１００のように、冷却ロール２０の外周面２２に沿って冷却板３０を設置すると、従来の合金溶湯冷却装置２００よりも、一層強力に薄帯７２を冷却できることを、本発明者らは知見した。そして、その理由は、次のとおりであることを、本発明者らは知見した。薄帯７２は、冷却ロール２０の外周面２２から離れ、外周面２２の概ね接線方向へ排出される。排出された薄帯７２は、冷却板３０の表面３２の少なくとも一部と接触する。冷却板３０の表面３２は、冷却ロール２０の外周面と対向する。このとき、薄帯７２においては、冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４と反対側の表面７６が、冷却板３０の表面３２と接触する。この接触により、薄帯７２が、冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４と反対側の表面７６から、冷却板３０によって、さらに冷却される。冷却板３０による冷却は、空気による冷却（放冷）よりも、薄帯７２を一層強力に冷却できる。
【００１８】
これらの知見に基づく、本開示の合金溶湯冷却装置の構成要件を、次に説明する。
【００１９】
（ノズル）
ノズル１０は、その先端部１２から合金溶湯７０を吐出することができれば、特に制限はない。単ロール法が適用されている通常の合金溶湯冷却装置のノズルを使用することができる。
【００２０】
ノズル１０の材質は、合金溶湯７０の組成によって、適宜決定すればよい。ノズル１０が詰まることを回避するため、ノズル１０の材質は、合金溶湯７０と濡れ難い性質を有することが好ましい。
【００２１】
合金溶湯７０としては、例えば、希土類磁石溶湯、軟磁性材料溶湯、及び形状記憶合金溶湯等が挙げられる。希土類磁石溶湯としては、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金溶湯、Ｓｍ−Ｃｏ系合金溶湯、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金溶湯、及びＳｍ−Ｚｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｉ系合金溶湯等が挙げられる。軟磁性材料溶湯としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金溶湯、Ｆｅ−Ｂ系合金溶湯、及びＦｅ−Ｎｉ系合金溶湯等が挙げられる。形状記憶合金溶湯としては、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金溶湯、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金溶湯、及びＦｅ−Ｍｎ−Ａｌ系合金溶湯等が挙げられる。なお、合金溶湯には、Ｆｅ等の単独金属の溶湯も含まれる。
【００２２】
ノズル１０の先端部１２と反対側には、合金溶湯供給手段（図示しない）が連結されていてもよい。合金溶湯供給手段は、ノズル１０に合金溶湯７０を供給することができれば、特に制限はなく、例えば、タンディッシュ等が挙げられる。
【００２３】
ノズル１０の外周には、高周波誘導コイル１４を備えていてもよい。高周波誘導コイル１４によって、ノズル１０の先端部１２の上部を加熱して、合金溶湯７０の温度を維持又は上昇させることができる。合金溶湯供給手段に代えて、ノズル１０の先端部１２の上部に、合金原材料を直接装入し、高周波誘導コイル１４を用いて、合金原材料を溶解してもよい。
【００２４】
（冷却ロール）
冷却ロール２０は、ノズル１０に対向する外周面２２を有する。冷却ロール２０は、回転軸２４を備える。回転軸２４は、駆動源（図示しない）に連結される。この駆動源によって、回転軸２４を介して、冷却ロール２０は回転される。
【００２５】
回転中の冷却ロール２０の外周面２２に対して、ノズル１０の先端部１２から、合金溶湯７０が吐出される。合金溶湯７０は、冷却ロール２０の外周面２２に接触する。合金溶湯７０が、外周面２２に接触することによって、合金溶湯７０は、外周面２２と接触する表面７４から冷却されて、薄帯７２を形成する。
【００２６】
薄帯７２は、単ロール法で形成される材料の形態を総称する。すなわち、薄帯７２には、その形態が、粉末状、薄片状、及び薄板状であるものを含む。
【００２７】
冷却ロール２０の材質については、回転中の冷却ロール２０の外周面２２で、合金溶湯７０を冷却することができれば、特に制限はない。銅製の冷却ロール２０が一般的である。銅製の冷却ロール２０にすることにより、合金溶湯７０を急冷することができる。急冷とは、冷却速度が、例えば、１×１０２〜１×１０８Ｋ／秒であることをいう。また、冷却ロール２０は、空冷及び／又は水冷されていることが好ましい。冷却ロール２０の空冷及び／又は水冷により、多量の合金溶湯７０を冷却ロール２０で冷却しても、冷却ロール２０の冷却能力を維持することができる。
【００２８】
合金溶湯７０が冷却されて薄帯７２を形成すると、冷却ロール２０の回転により、薄帯７２は冷却ロール２０の外周面２２の概ね接線方向に押し出され、やがて、薄帯７２は、冷却ロール２０の外周面２２から離れる。そして、薄帯７２は、冷却ロール２０の外周面２２の概ね接線方向へ排出される。
【００２９】
（冷却板）
冷却板３０は、冷却ロール２０の外周面２２に沿って設置されている。すなわち、冷却板３０は、冷却ロール２０の外周面２２を取り囲むように配置されている。冷却板３０は、冷却ロール２０の外周面２２と対向する表面３２を有する。この表面３２の少なくとも一部に、排出された薄帯７２が接触し、冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４と反対側の表面７６から、薄帯７２が冷却されるように、冷却板３０を配置する。冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４とは、ノズル１０から吐出された合金溶湯７０が、冷却ロール２０の外周面２２と接触し、冷却されて、薄帯７２を形成したとき、薄帯７２が、冷却ロール２０の外周面２２と接触している表面７４である。
【００３０】
冷却板３０は、熱伝導率が３００Ｗｍ−１Ｋ−１以上の材料で作製することが好ましい。このような材料としては、例えば、銅及び銅合金が挙げられる。銅と銅合金の組み合せであってもよい。組み合せの方法は、例えば、溶接等の溶融接合、ろう付け、及び、リベットによる組み立て等が挙げられる。
【００３１】
冷却板３０が設置されていないと、冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４と反対側の表面７６で、薄帯７２は空気によって冷却（放熱）されるだけである。一方、冷却板３０が設置されていることによって、冷却ロール２０の外周面２２と接触していた表面７４と反対側の表面７６で、薄帯７２は一層強力に冷却される。そして、冷却板３０は、１００〜６００μｍの比較的厚い薄帯７２を作製するとき、特に有効である。
【００３２】
冷却板３０は、空冷及び／又は水冷されていることが好ましい。冷却板３０の空冷及び／又は水冷により、多量の合金溶湯７０を冷却板３０で冷却しても、冷却板３０の冷却能力を維持することができる。
【００３３】
冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることによって、薄帯７２中の結晶粒が成長することを抑制することができる。
【００３４】
また、冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることによって、薄帯７２の表面７４、７６の酸化を抑制することができる。特に、合金溶湯７０が希土類磁石溶湯である場合、希土類元素は酸化し易いため、冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることが、非常に有効である。
【００３５】
さらに、冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることによって、薄帯７２から、薄帯７２中に存在する元素のヒュームが発生することを抑制できる。その結果、薄帯７２中に存在する元素の減耗を抑制することができる。薄帯７２が、蒸気圧の高い元素を含有する合金溶湯７０から形成される場合、冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることは、その元素の減耗の抑制に特に有効である。薄帯７２中に存在する元素のヒューム発生を抑制して、その元素の減耗を抑制することによって、薄帯７２を形成する際に、所望の組成が得られなくなることを抑制することができる。特に、合金溶湯７０が希土類磁石溶湯である場合、冷却板３０で薄帯７２が一層強力に冷却されることによって、一般的に蒸気圧の高い希土類元素の減耗を抑制することができる。また、減耗分を見込んで、合金溶湯７０中の希土類元素含有量を上昇させておく必要がないため、高価な希土類元素の使用を節約できる。
【００３６】
冷却板３０の表面３２と、冷却ロール２０の外周面２２との距離（以下、「表面間距離」ということがある。）は、５〜１００ｍｍが好ましい。表面間距離が５ｍｍ以上であれば、冷却板３０の表面３２と、冷却ロール２０の外周面２２との間で、薄帯７２が詰まってしまうことを抑制する。薄帯７２の詰まりの抑制の観点からは、表面間距離は、１０ｍｍ以上がより好ましく、２０ｍｍ以上がより一層好ましい。一方、表面間距離が１００ｍｍ以下であれば、薄帯７２が冷却板３０の表面３２に接触して冷却され始めるまでの間に、薄帯７２中に存在する元素のヒュームが多量に発生することを抑制できる。ヒュームの発生を抑制する観点からは、表面間距離は、８０ｍｍ以下がより好ましく、６０ｍｍ以下がより一層好ましい。
【００３７】
冷却板３０の少なくとも一部と接触している支持台６０を、水平方向に移動することによって、表面間距離を調整することができる。図１に示したように、冷却板３０の冷却ロール２０から遠い側の表面３４は、支持台６０の少なくとも一部と接触している。
【００３８】
図１に示した態様では、吐出ノズル１０の延長線上近傍に、冷却板３０の終端点３６ａが設けられているが、これに限られない。合金溶湯７０の吐出点から冷却ロール２０の回転方向への角度で表される位置で、冷却板３０の開始点及び終端点を表したとき、例えば、図１で、角度θで表される位置を、冷却板３０の終端点３６ｂとしてもよい。
【００３９】
上述した角度θの範囲で、冷却板３０の開始点３８及び終端点３６の位置を表すとき、冷却板３０の開始点３８及び終端点３６の位置は、次のとおりであることが好ましい。
【００４０】
開始点３８は、角度θで、５〜２０度の位置が好ましい。開始点３８の位置が５度以上であれば、冷却板３０が合金溶湯７０の吐出を干渉し難い。合金溶湯７０の吐出への干渉抑制の観点からは、開始点３８の位置は、１０度以上がより好ましい。一方、開始点３８の位置が２０度以下であれば、排出された薄帯７２が冷却板３０に接触し難いことを抑制できる。薄帯７２の接触し難さを抑制する観点からは、開始点３８の位置は、１５度以下がより好ましい。
【００４１】
終端点３６は、角度θで、９５〜１８０度の位置が好ましい。終端点３６の位置が９５度以上であれば、薄帯７２が冷却板３０に接触した後、真下に落下して、それが堆積することを抑制することができる。薄帯７２が堆積すると、冷却効果も低下する。薄帯７２の堆積を抑制する観点からは、終端点３６の位置は、１００度以上がより好ましく、１５０度以上がより一層好ましい。一方、終端点３６の位置が１８０度以下であれば、冷却板３０の表面３２上に、薄帯７２が残留してしまうことを抑制できる。薄帯７２が表面３２上に残留することを抑制する観点からは、終端点３６の位置は、１７０度以下がより好ましい。このように、冷却板３０が、冷却ロール２０の外周面２２に沿って配置されることによって、薄帯７２は、冷却板３０で冷却されつつ、所望の位置に案内（搬送）される。
【００４２】
（補助シュート）
冷却板３０の先端には、必要に応じて、補助シュート４０を設置してもよい。補助シュート４０は、冷却ロール２０の外周面２２から離れるように延在することが好ましい。これにより、冷却が完了した薄帯７２を、後述する、薄帯回収容器５０内に搬送することができる。
【００４３】
（薄帯回収容器５０）
補助シュート４０の下方には、必要に応じて、薄帯回収容器５０を設置してもよい。これにより、補助シュート４０を介して、搬送されてきた薄帯７２を回収することができる。なお、補助シュート４０を設置せず、冷却板３０の終端点３６の下方に、薄帯回収容器５０を設置して、補助シュート４０を介さず、冷却板３０から直接、薄帯７２を回収してもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、本開示の合金溶湯冷却装置を、実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の合金溶湯冷却装置は、これらに限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１〜４）
図１に示した本開示の合金溶湯冷却装置１００を使用して、実施例１〜４の薄帯７２を作製した。合金溶湯の組成は、Ｓｍ６．７Ｚｒ１．７ＦｅｂａｌＣｏ２６．０Ｔｉ４．６とした。薄帯７２の作製は、アルゴンガス雰囲気で行った。冷却板３０の表面３２と、冷却ロール２０の外周面２２との距離（表面間距離）は、２０ｍｍであった。なお、表面３２は、冷却ロール２０の外周面２２と対向する表面である。合金溶湯７０の吐出時温度は、１４５０℃であった。冷却ロール２０の回転速度は、後述する表１のとおりであった。
【００４６】
（比較例１〜２）
図３に示した従来の合金溶湯冷却装置２００を使用したこと、冷却ロール２０の回転速度を、後述する表１のとおりにしたこと以外、実施例１〜４と同様に、比較例１〜２の薄帯７２を作製した。
【００４７】
（評価）
このようにして得られた実施例１〜４及び比較例１〜２の薄帯７２について、Ｓｍの含有量と、薄帯７２の表面における酸化の状態を調査した。
【００４８】
（Ｓｍの含有量）
実施例１〜４及び比較例１〜２それぞれの薄帯７２について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅ  Ｐｌａｓｍａ）発行分光分析により、Ｓｍの含有量を測定した。
【００４９】
（薄帯の表面における酸化の状態）
実施例１〜４及び比較例１〜２それぞれの薄帯７２の表面について、変色の有無を目視で確認して、酸化の状態を評価した。
【００５０】
（評価結果）
結果を表１に示す。表１には、冷却ロール２０の回転速度を併記した。また、Ｓｍの含有量については、合金溶湯７０からの欠損量で示した。例えば、表１で、実施例１の薄帯７２のＳｍ含有量は−０．６４質量％と示されているが、これは、合金溶湯７０に対して、薄帯７２中のＳｍが０．６４質量％欠損したことを示す。また、表１の「酸化の状態」の括弧内は、目視での酸化状態確認から推定される酸素量である。そして、図２は、表１から、冷却ロールの回転速度とＳｍの含有量の関係について纏めたグラフである。
【００５１】
【表１】
2018140401.tif 000003
【００５２】
表１及び図２から分かるように、実施例１〜４の薄帯７２のＳｍ欠損量は、比較例１〜２の薄帯７２のＳｍ欠損量よりも少ない。これは、比較例１〜２の薄帯７２と比べて、実施例１〜４の薄帯７２は、Ｓｍが蒸発により欠損していないことを意味する。このことから、本開示の合金溶湯冷却装置１００は、従来の合金溶湯冷却装置２００と比べて、冷却板３０を備えるため、薄帯７２をより一層強力に冷却しているといえる。また、実施例１と比較例１の酸化の状態から、冷却ロールの回転速度が遅いとき、すなわち、比較的厚い薄帯７２を作製するとき、冷却板３０の冷却効果が高いといえる。
【００５３】
以上の結果から、本開示の合金溶湯冷却装置の効果を確認できた。
【符号の説明】
【００５４】
１０    ノズル
１２    先端部
１４    高周波誘導コイル
２０    冷却ロール
２２    外周面
２４    回転軸
３０    冷却板
３２    冷却ロールに対向する表面
３４    冷却ロールから遠い側の表面
３６、３６ａ、３６ｂ    終端点
３８    開始点
４０    補助シュート
５０    薄帯回収容器
６０    支持台
７０    合金溶湯
７２    薄帯
７４    外周面と接触する表面
７６    外周面との接触面と反対側の表面
７８    傾斜台と接している表面
７９    傾斜台と接している表面と反対側の表面
８０    薄帯案内台
８５    傾斜台
１００    本開示の合金溶湯冷却装置
２００    従来の合金溶湯冷却装置
【図１】
2018140401.tif 000004
【図２】
2018140401.tif 000005
【図３】
2018140401.tif 000006