(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶湯を吐出口から吐出し、該吐出口においてレーザー光が透過自在な透過部材が配設されている、坩堝と、
前記透過部材に対してレーザー光を照射することにより、吐出口内の前記溶湯を加熱する加熱部と、
前記坩堝の周囲に配設された誘導加熱コイルと、
前記吐出口の下方に配設された急冷ロールと、を備えている、急冷リボン製作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急冷凝固法を適用する際に使用される急冷リボン製作装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランタノイド等の希土類元素を用いた希土類磁石は永久磁石とも称され、その用途は、ハードディスクやMRIを構成するモータのほか、ハイブリッド車や電気自動車等の駆動用モータなどに用いられている。
【０００３】
希土類磁石としては、組織を構成する結晶粒（主相）のスケールが3〜5μm程度の一般的な焼結磁石のほか、結晶粒を50nm〜300nm程度のナノスケールに微細化したナノ結晶磁石があるが、中でも、上記する結晶粒の微細化を図りながら高価な重希土類元素の添加量を低減すること（フリー化）のできるナノ結晶磁石が現在注目されている。
【０００４】
希土類磁石の製造方法を概説すると、たとえば希土類磁石材料となる金属の溶湯（Nd-Fe-B系の金属溶湯）を底部に吐出口を備えた坩堝内で形成し、当該吐出口から溶湯を下方へ吐出して溶湯急冷用の急冷ロールに提供する。急冷ロールに提供された金属の溶湯は急冷ロールにて急冷凝固されて急冷リボン（急冷薄帯）となり、急冷ロールにおいて溶湯が滴下された点の接線方向に噴射される。
【０００５】
このような急冷リボンの製作方法は急冷凝固法もしくはメルトスピニング法と称されている。この急冷リボンを所望の大きさに粉砕して磁石用の粉末とし、この粉末を加圧成形しながら焼結して焼結体を製造する。製造された焼結体に熱間塑性加工を施して磁気的異方性を付与することにより、希土類磁石が製造される。
【０００６】
ところで、上記する急冷凝固法による急冷リボンの製作においては、坩堝内にて金属材料を溶解する際に、吐出口の内側は溶湯温度と同程度の温度であるのに対して、吐出口の外側は外部雰囲気への放熱や放射熱によって温度が低下する傾向にある。
【０００７】
このような温度低下にともない、溶解した溶湯の温度が吐出口内で低下し、この温度低下に起因して溶湯の粘性が増加することにより、吐出口内で溶湯が停滞し易くなるといった課題がある。
【０００８】
そこで、坩堝の吐出口付近にヒータ等の加熱装置を設置し、吐出口の加熱をおこなうことで粘性が増加した溶湯を再度低粘度にするといった方策が考えられる。
【０００９】
しかしながら、一般的な急冷凝固法においては、坩堝の吐出口から急冷ロールまでの距離が短いことから、ヒータ等の加熱装置を設置する空間的余裕がなく、加熱装置の設置は極めて困難である。
【００１０】
ここで、特許文献１には、金属の溶解装置が開示されている。具体的には、比較的吐出口の穴径が大きい場合に、溶解した金属材料が坩堝先端の吐出口から漏れ出すことを防止するべく、吐出口にノズル栓を設け、吐出に合わせてノズル栓を引き抜き、必要に応じて坩堝内の溶湯を加圧することで溶湯の吐出をおこなうものである。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−２０７９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示の溶解装置を適用して坩堝内部にノズル栓を設けた場合、高温で溶解される金属にノズル栓が晒されることでノズル栓が損傷する可能性が高い。さらに、ノズル栓の材質や清浄度によっては原料溶湯の配合度を乱す恐れもある。
【００１３】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、溶解した金属の溶湯の温度が吐出口内で低下し、粘性が増加することによって吐出口内で溶湯が停滞するといった課題を解消することのできる、急冷リボン製作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】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明による急冷リボン製作装置は、金属の溶湯を吐出口から吐出し、該吐出口においてレーザー光が透過自在な透過部材が配設されている、坩堝と、前記透過部材に対してレーザー光を照射するレーザー発振機と、前記坩堝の周囲に配設された誘導加熱コイルと、前記吐出口の下方に配設された急冷ロールと、を備えているものである。
【００１５】
本発明の急冷リボン製作装置は、吐出口にレーザー光が透過自在な透過部材が配設されている坩堝と、透過部材に対してレーザー光を照射するレーザー発振機を備えている点に特徴を有するものである。
【００１６】
吐出口に配設された、レーザー光が透過自在な透過部材に対してレーザー発振機からレーザー光を照射することにより、吐出口内の特に外側の溶湯を加熱してその温度低下を抑制することができる。そして、このことにより、溶湯の温度が吐出口内で低下して粘性が増加し、吐出口内で停滞するといった課題を効果的に解消することができる。
【００１７】
レーザー光の照射においては、たとえば吐出口の内部もしくは近傍に温度センサを設けておき、レーザー光を照射しながら溶湯吐出を継続し、その際の溶湯温度をセンシングする。そして、センシング結果に応じて溶湯吐出のＯＮ／ＯＦＦを制御するのがよい。
【００１８】
坩堝は、たとえばSiN素材の本体部に対して、レーザー光を透過する素材であるSiO2製の透過部材を取り付けることで製作できる。
【００１９】
このように、坩堝を本体部と透過部材からなる分割構造とし、本体部を繰り返し利用可能なSiN製とし、透過部材をレーザー光が透過可能でかつ安価なSiO2製とすることで、溶湯吐出による吐出口摩耗に対する安価な坩堝修復（透過部材のみ交換可能）を実現できる。
【００２０】
本発明の急冷リボン製作装置を適用することにより、良品質の溶湯を急冷ロールに提供でき、良品質な急冷リボンを製作することが可能になる。
【００２１】
ここで、良品質の急冷リボンとは、たとえばナノ結晶磁石用の急冷リボンの場合には、結晶粒径が200nm以下といった所望範囲にある急冷リボンのことを意味している。また、結晶組成の急冷リボンを作成したい場合やアモルファス組成の急冷リボンを作成したい場合など、作成したい組成の急冷リボンなども所望の品質の急冷リボンに包含される。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から理解できるように、本発明による急冷リボン製作装置によれば、吐出口の周囲にレーザー光が透過自在な透過部材が配設されている坩堝と、透過部材に対してレーザー光を照射するレーザー発振機を備えていることにより、吐出口内の特に外側の溶湯を加熱してその温度低下を抑制することができるため、溶湯の温度が吐出口内で低下して粘性が増加し、吐出口内で停滞するといった課題を効果的に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の急冷リボン製作装置の実施の形態を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の急冷リボン製作装置の実施の形態を説明する。
【００２５】
（急冷リボン製作装置の実施の形態）
図１は本発明の急冷リボン製作装置の実施の形態を説明した模式図である。
【００２６】
図１で示すように、急冷リボン製作装置１０は、坩堝３と、坩堝３の周囲に配設された誘導加熱コイル４（高周波コイル）と、レーザー発振機５と、坩堝３の下方に配設されたたとえば銅製の急冷ロール６と、から大略構成されている。
【００２７】
坩堝３は、底部に所定径の吐出口１ａを備えた本体部１と、吐出口１ａにおいてレーザー光が透過自在な透過部材２とから構成されている。
【００２８】
本体部１はSiN素材で形成されており、透過部材２はレーザー光を透過すSiO2素材で形成されている。
【００２９】
このように、坩堝３を本体部１と透過部材２からなる分割構造とし、本体部１を繰り返し利用可能なSiN製とし、透過部材２をレーザー光が透過可能でかつ安価なSiO2製とすることで、溶湯吐出による吐出口１ａの摩耗に対する安価な坩堝修復（透過部材のみ交換可能）を実現できる。
【００３０】
レーザー発振機５は、レーザー光が透過部材２に照射される角度で、かつ、坩堝３と急冷ロール６の間の狭い空間ではなく、それらから離れた位置に配設されている。
【００３１】
このように、レーザー発振機５を坩堝３と急冷ロール６から離れた位置に配設することで、坩堝３と急冷ロール６の間にヒータ等の加熱装置を設置する空間的余裕がない場合でも、坩堝３の吐出口１ａをレーザー光にて加熱することが可能になる。
【００３２】
なお、図示を省略するが、急冷リボン製作装置１０はチャンバー内にあり、チャンバー内を真空雰囲気もしくはArガス等の不活性ガス雰囲気下に置くことができるようになっている。
【００３３】
坩堝３内には金属材料が収容され（たとえば融点が1080℃程度の合金塊）、金属材料が誘導加熱コイル４で加熱されて溶湯Ｙが生成され（たとえば1430℃程度で加熱）、生成された溶湯はノズル１ａから下方の急冷ロール６に滴下される。
【００３４】
回転姿勢（Ｘ１方向）の急冷ロール５の頂部に滴下された溶湯Ｙは急冷ロール６で急冷されて希土類磁石用材料となる急冷リボンＲが生成され、急冷ロール６の頂部の接線方向に噴射され（Ｘ２方向）、不図示の回収部にて回収されるようになっている。
【００３５】
ここで、急冷リボンＲの組成は、RE-Fe-B系の主相（RE:Nd、Prの少なくとも一種）と、該主相の周りにあるRE-X合金（X:金属元素であって重希土類元素を含まない）からなり、たとえばこれがナノ結晶組織の場合には、200nm以下の結晶粒径の主相からなる。
【００３６】
また、粒界相を構成するNd-X合金は、Ndと、Co、Fe、Ga、Cu、Al等のうちの少なくとも１種以上の合金からなり、たとえば、Nd-Co、Nd-Fe、Nd-Ga、Nd-Co-Fe、Nd-Co-Fe-Gaのうちのいずれか一種、もしくはこれらの二種以上が混在したものであって、Ndリッチな状態となっている。
【００３７】
吐出口１ａに配設された、透過自在な透過部材２に対してレーザー発振機５からレーザー光を照射することにより、吐出口１ａ内の特に外側の溶湯Ｙを加熱してその温度低下を抑制することが可能になる。
【００３８】
そして、このことにより、溶湯Ｙの温度が吐出口１ａ内で低下してその粘性が増加し、吐出口１ａ内で停滞するといった問題は生じ得ない。
【００３９】
なお、図示を省略するが、吐出口１ａの内部もしくは近傍に温度センサを設けておき、レーザー光の照射においては、レーザー光を照射しながら溶湯吐出を継続し、その際の溶湯温度をセンシングするのがよい。
【００４０】
この場合、温度センサによるセンシング結果に応じて、溶湯吐出のＯＮ／ＯＦＦを制御することが可能になる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１…本体部、１ａ…吐出口、２…透過部材、３…坩堝、４…誘導加熱コイル（高周波コイル）、５…レーザー発振機、６…急冷ロール、１０…急冷リボン製作装置、Ｙ…溶湯、Ｒ…急冷リボン
【図１】
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