(57)【要約】【課題】板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶相の体積分率が３０％以下であり、低廉なコストで製造できる非晶質合金板、その製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】一方向へ回転する冷却ロール２の表面に非晶質合金の溶湯を供給することによって非晶質合金板６を製造する。この溶湯５が、鉛直断面において、この冷却ロール２の頂点からこの冷却ロール２の回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に供給されるとともに、冷却ロール２のロール周速を１〜２００ｍ／ｍｉｎとすることにより非晶質合金板６を製造する。【選択図】            図１
2004154835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向へ回転する冷却ロールの表面に非晶質合金の溶湯を供給することによって非晶質合金板を製造する方法であって、
該溶湯は、鉛直断面において、該冷却ロールの頂点から該冷却ロールの回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に供給されるとともに、前記冷却ロールのロール周速を１〜２００ｍ／ｍｉｎとすること
を特徴とする非晶質合金板の製造方法。
【請求項２】
前記反対方向へ向けた所定の範囲は、前記反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲である請求項１に記載された非晶質合金板の製造方法。
【請求項３】
前記冷却ロールの表面に供給される前の前記溶湯を加熱する請求項１または請求項２に記載された非晶質合金板の製造方法。
【請求項４】
さらに、前記冷却ロールの表面に供給された前記非晶質合金の溶湯が該合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに、厚み調整加工を行うこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された非晶質合金板の製造方法。
【請求項５】
一方向へ回転する冷却ロールと、非晶質合金の溶湯を収容して該冷却ロールの表面に供給するためのタンディッシュとを備える非晶質合金板の製造装置であって、
該タンディッシュは、その底部が、鉛直断面において、前記冷却ロールの頂点から該冷却ロールの回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に、設置されるとともに、
前記冷却ロールは、１〜２００ｍ／ｍｉｎのロール周速で回転可能であること
を特徴とする非晶質合金板の製造装置。
【請求項６】
前記反対方向へ向けた所定の範囲は、前記反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲である請求項５に記載された非晶質合金板の製造装置。
【請求項７】
さらに、前記タンディッシュは、収容する非晶質合金の溶湯を加熱するための加熱機構を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載された非晶質合金板の製造装置。
【請求項８】
さらに、前記冷却ロールの表面に供給された前記非晶質合金の溶湯が該合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに厚み調整加工を行うための成形用治具が、設けられる請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載された非晶質合金板の製造装置。
【請求項９】
板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶体積分率が３０％以下であり、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された非晶質合金板の製造方法により製造されることを特徴とする非晶質合金板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質合金板、その製造方法および製造装置に関するものであり、ガスケットや板バネに用いるのに好適な非晶質合金板、その製造方法および製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微結晶相の体積分率が３０％以下である非晶質合金は、結晶構造を有する金属材料に比較すると、  （強度／ヤング率）  比が約２倍であり、弾性変形能が大きいことから、非晶質合金板には、ガスケットや板バネの素材としての利用が期待されている。
【０００３】
非晶質合金板は、一般的に、単ロールに直上から溶湯を噴出する方法により、製造されてきた。この方法では、原料は主にＦｅ系原料であるために、非晶質化のために１０５  Ｋ／Ｓ  程度の大きな冷却速度が必要である。したがって、単ロールの回転周速を数１０ｍ／ｓ  と高く設定せざるを得ないため、板厚が０．１ｍｍ  超の厚い非晶質合金板を製造することはできなかった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、単ロールの表面に溶湯を噴出し非晶質薄合金板を製造する際に、溶湯を吹き出すノズルの吹出し口の形状、ノズルと単ロールの表面との間の距離、単ロールのロール周速さらには溶湯噴出圧を限定することにより、厚さの厚い非晶質薄合金帯を製造する発明が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１により開示された発明により得られた非晶質薄合金帯の板厚は０．１ｍｍ  未満であり、ガスケットや板バネとして使用するには不適当である。
【０００６】
また、１９８０年代の後半になって、Ｌｎ−Ａｌ−ＴＭ  （遷移金属）  系や、Ｚｒ−Ａｌ−ＴＭ系等の、１０３  Ｋ／Ｓ  程度の低い冷却速度で非晶質化する合金系が発見されたことから、板厚の厚い非晶質合金板を製造する可能性が開かれた。これにより、バッチ式の鋳造法によれば、板厚が１０ｍｍ以上に達するような非晶質合金板が得られるようになった。しかしながら、バッチ式の鋳造法であるためにその生産性は極めて悪く、量産性を強く要求されるガスケットや板バネ等に適した、板厚が０．１ｍｍ  以上の非晶質合金板を連続的に製造する技術は、未だ実現されていない。
【０００７】
一方、特許文献２には、第一段冷却ゾーンと第二段成形加工ゾーンとを並設することにより、溶湯を非晶質化させるのと同時に成形を行うことにより、連続的にエネルギ−効率よく、非晶質合金からなる棒材やパイプ材を製造する発明が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１１７３９９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０２８４５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２により開示された発明は、第一段冷却ゾーンに第二段成形加工ゾーンを付加するものであるため、必然的に製造装置が大型化してしまい、設備費用が嵩むという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、例えばガスケットや板バネの素材として用いるのに好適な、板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶相の体積分率が３０％以下であり、低廉なコストで製造できる非晶質合金板、その製造方法および製造装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方向へ回転する冷却ロールの表面に非晶質合金の溶湯を供給することによって非晶質合金板を製造する方法であって、この溶湯が、鉛直断面において、この冷却ロールの頂点からこの冷却ロールの回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に供給されるとともに、冷却ロールのロール周速を１〜２００ｍ／ｍｉｎとすることを特徴とする非晶質合金板の製造方法である。
【００１２】
この本発明にかかる非晶質合金板の製造方法では、反対方向へ向けた所定の範囲が、前記反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲であることが、例示される。
【００１３】
これらの本発明にかかる非晶質合金板の製造方法では、冷却ロールの表面に供給される前の溶湯を加熱することが望ましい。
これらの本発明にかかる非晶質合金板の製造方法では、さらに、冷却ロールの表面に供給された非晶質合金の溶湯がこの合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに、厚み調整加工を行うことが、例示される。
【００１４】
別の観点からは、本発明は、一方向へ回転する冷却ロールと、非晶質合金の溶湯を収容してこの冷却ロールの表面に供給するためのタンディッシュとを備える非晶質合金板の製造装置であって、このタンディッシュが、その底部が、鉛直断面において、この冷却ロールの頂点からこの冷却ロールの回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に、設置されるとともに、冷却ロールが、１〜２００ｍ／ｍｉｎのロール周速で回転可能であることを特徴とする非晶質合金板の製造装置である。
【００１５】
この本発明にかかる非晶質合金板の製造装置では、反対方向へ向けた所定の範囲が、反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲であることが例示される。
これらの本発明にかかる非晶質合金板の製造装置では、さらに、タンディッシュが、収容する非晶質合金の溶湯を加熱するための加熱機構を備えることが例示される。
【００１６】
これらの本発明にかかる非晶質合金板の製造装置では、さらに、冷却ロールの表面に供給された非晶質合金の溶湯がこの合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに厚み調整加工を行うための成形用治具が、設けられることが望ましい。
【００１７】
さらに別の観点からは、本発明は、板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶体積分率が３０％以下であり、上述した本発明にかかる非晶質合金板の製造方法により製造されることを特徴とする非晶質合金板である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる非晶質合金板、その製造方法および製造装置の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態の非晶質合金の製造装置１の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、この製造装置１は、冷却ロール２と、タンディッシュ３と、成形用治具４とを備える。そこで、製造装置１のこれらの構成要素について、順次説明する。
【００２０】
（冷却ロール２）
本実施の形態の製造装置１は、単ロールとして、一方向へ回転する冷却ロール２を備える。本実施の形態において単ロールを冷却ロール２として用いる理由を説明する。
【００２１】
本発明者らは、水冷されたロールを使用して連続的に溶湯を急冷することによって厚みが０．１ｍｍ  以上である非晶質合金板を連続的に製造するため、鋭意検討した。そして、水冷された双ロールを用いて試作を行ったところ、双ロールの場合は、溶湯とロールとの接触距離が単ロールに比較して短くなるため、溶湯の冷却が十分に行われず、微結晶を３０％以上内包した組織となった。これに対し、単ロールを用いると、溶湯とロールとの接触距離を長く確保できるため、溶湯の冷却を十分に行うことができ、製造される非晶質合金板の組織における微結晶を３０％未満とすることができる。このため、本実施の形態では、単ロールを冷却ロール２として用いる。
【００２２】
冷却ロール２の直径は、１０ｃｍ以上１００ｃｍ  以下であることが望ましい。冷却ロール２の直径が１０ｃｍ未満であると、溶湯の供給位置を後述する所定の範囲にしても、冷却ロール２と溶湯との接触距離を十分に確保することができなくなり、微結晶相の体積分率が３０％以上になるおそれがある。また、冷却ロール２の直径が１００ｃｍ  を超えると設備の大型化に起因して装置費用の増加を招くおそれがある。
【００２３】
また、冷却ロール２は、１〜２００ｍ／ｍｉｎのロール周速で回転することができる。すなわち、本実施の形態では、適切なロール周速は１ｍ／ｍｉｎ  以上２００ｍ／ｍｉｎ以下である。ロール周速が１ｍ／ｍｉｎ  未満であると溶湯が引き上げられる前に固化してしまい、非晶質合金板を製造することができない。逆に、ロール周速が２００ｍ／ｍｉｎを超えると板材厚みが０．１ｍｍ  以下となり、厚さの厚い非晶質合金板は製造することはできない。
【００２４】
また、冷却ロール２の材質としては、十分な冷却能を有するものであればよく、特定のものには限定されない。例えば、熱伝導性が良好な銅製や耐久性を向上させたＣｒメッキ銅等が例示される。
【００２５】
さらに、冷却ロール２の表面粗さＲａが  ０．１μｍ  以上  ５００μｍ  以下であることが望ましい。表面粗さＲａが０．１  未満の場合には溶湯と冷却ロール２との接触抵抗が小さくなり過ぎて溶湯が引き上がらない現象や、逆に表面粗さがＲａ  ５００μｍ  より大きい場合にはロール表面の凹凸に冷却された合金が噛み込んでしまい、冷却ロール２の表面から板材が外れ難くなる現象が発生するおそれがある。
【００２６】
本実施の形態における冷却ロール２は、以上のように構成される。
（タンディッシュ３）
本実施の形態の製造装置１は、タンディッシュ３を有する。タンディッシュ３は、非晶質合金の溶湯５を収容して冷却ロール２の表面に供給するためのものである。
【００２７】
本発明者らは、水冷されたロールを使用して連続的に溶湯を急冷し非晶質板材を製造する際に、溶湯とロールとの接触距離が重要であることを知見し、種々の検討を行った結果、タンディッシュ３をロールの頂点からロール回転方向とは逆方向に設置した、いわば引き上げ型とすることが好ましいことを知見した。
【００２８】
すなわち、本実施の形態のタンディッシュ３は、その底部３ａが、鉛直断面において、冷却ロール２の頂点２ａからこの冷却ロール２の回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に、設置される。これにより、溶湯３は、鉛直断面において、この冷却ロール２の頂点２ａからこの冷却ロール２の回転方向と反対方向へ向けた所定の範囲に供給される。
【００２９】
本実施の形態では、鉛直断面において、底部３ａが冷却ロール２の頂点２ａから冷却ロール２の回転方向と反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲に位置するように、タンディッシュ３は設置される。このように、溶湯３の供給位置を冷却ロール２の回転方向と逆方向に１０°以上１２０  °以下の範囲とすると、厚みが０．１ｍｍ  以上で微結晶が３０％以下の非晶質合金板６を確実に得ることができる。
【００３０】
これに対し、溶湯３の供給位置が冷却ロール２の回転方向と逆方向に１０°未満であると、冷却ロール２と溶湯５との接触距離が短くなり、溶湯３の冷却が十分に行われなくなるため、微結晶を３０％以上内包した組織となり易い。一方、溶湯の供給位置が冷却ロール２の回転方向と逆方向に１２０  °より大きいと、冷却ロール２の回転による溶湯５の引き上げが十分に生じず、非晶質合金板を確実に製造することが難しくなる。そこで、本実施の形態では、溶湯３の供給位置を冷却ロール２の回転方向と逆方向に１０°以上１２０  °以下の範囲とすることが望ましい。同様の観点から、溶湯３の供給位置を冷却ロール２の回転方向と逆方向に１０°以上９０°以下の範囲とすることがより望ましく、この範囲とすることにより、厚さが０．５ｍｍ  以上の非晶質合金板６を安定して製造することができる。
【００３１】
図示していないが、本実施の形態のタンディッシュ３は、収容する非晶質合金の溶湯５を加熱するための加熱機構を備える。タンディッシュ３に加熱機構を設けて溶湯５を加熱すると、溶湯５の温度が一定になり、操業の最終段階まで安定して非晶質合金板６を作製することができる。加熱機構としては、抵抗発熱型ヒータや赤外線ヒータ等を用いることができる。加熱機構による設定温度は、固化温度＋５０〜２００  ℃程度とすることが望ましい。
【００３２】
本実施の形態におけるタンディッシュ３は、以上のように構成される。
（成形用治具４）
本実施の形態の製造装置１は、成形用治具４を有する。本実施の形態では、成形用治具４として、冷却ロール２の近傍にこの冷却ロール２の表面に接近および離反する方向  （図１における両矢印方向）  に移動自在に配置された、小径の押圧ロールを用いた。
【００３３】
この押圧ロールからなる成形用治具４は、冷却ロール２の表面に供給された非晶質合金の溶湯５がこの表面に、この合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに、厚み調整加工を行うためのものである。
【００３４】
すなわち、例えばタンディッシュから冷却ロールの表面に溶湯を供給する場合のように、溶湯と冷却ロールとの接触距離が短い場合、粘性流動加工を利用した成形が可能な結晶化温度未満ガラス化温度以上での温度範囲はさらに短い範囲の中に現れるため、その部位に正確に成形用治具を設置することは極めて難しくなる。このため、上述した特許文献２に開示されたように、第一段でその直前の温度まで冷却し、その後に成形加工を行うという多段処理を行う必要が生じ、必然的に製造装置１が大型化してしまう。
【００３５】
これに対し、本実施の形態の製造装置１では、上述したように、タンディッシュ３を引き上げ型として配置するため、溶湯５と冷却ロール２との接触時間を長く確保できる。これにより、冷却ロール２の上での溶湯５の温度変化量が大きくできることから結晶化温度未満ガラス化温度以上での温度範囲は比較的長い距離の中に現れ、冷却ロール２上で溶湯５が融点以下ガラス化温度以上の部位に成型用治具４を設けることにより、製造装置１を大型化させることなく、容易に非晶質合金板の成形を行うことができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、非晶質合金板６の厚みのバラツキを１０％以下に抑制することができる。ここで、厚みのバラツキは、長さ方向に３０ｃｍ間隔で測定した厚みのデータの標準偏差／平均値として算出される。
【００３７】
図２（ａ）  〜図２（ｃ）  は、成形用治具４の各種の横断面形状を示す説明図である。本実施の形態では、図２（ａ）  に示す横断面形状のロール型の成型用治具４を用いたが、本発明はかかる形態に限定されるものではなく、図２（ｂ）  に示す矩形の横断面形状の四角柱型の成型用治具４’  や、図２（ｃ）  に示す三角形の横断面形状の三角柱型の成型用治具４’’等を用いてもよいことはいうまでもない。
【００３８】
なお、成形用治具４の材質は、結晶化温度＋５０〜２００  ℃程度まで安定するものであればいかなるものも使用することができる。また、成形用治具４の表面粗さは、前述のロール表面粗さと同様にＲａ：５００  μｍ  以下であることが望ましい。
【００３９】
本実施の形態の製造装置１は、以上のように構成される。次に、この製造装置１を用いて非晶質合金板６を製造する状況を説明する。
図１に示すように、本実施の形態では、まず、溶解用ルツボ７に収容された非晶質合金の溶湯５を、タンディッシュ３に注ぐ。そして、タンディッシュ３に注がれた溶湯５を、図示しない加熱機構により所定温度に加熱することにより、冷却ロール２の表面に供給される前の溶湯を加熱する。
【００４０】
次に、冷却ロール２を、ロール周速が１〜２００ｍ／ｍｉｎとなるように一方向  （図１における白抜き矢印方向）  へ回転駆動する。そして、回転する冷却ロール２の表面に非晶質合金の溶湯５をタンディッシュ３から供給する。これにより、溶湯５は、鉛直断面において、冷却ロール２の中心に関して冷却ロール２の頂点２ａから冷却ロール２の回転方向と反対方向へ１０°以上１２０  °以下をなす範囲に、供給される。
【００４１】
引き続いて、冷却ロール２の表面に供給された非晶質合金の溶湯５が、この合金のガラス遷移温度以上結晶化温度以下の温度で存在するうちに、成形用治具４により押圧することにより、厚み調整加工を行う。
【００４２】
本実施の形態では、このようにして、非晶質合金板６を製造する。このようにして本発明にかかる非晶質合金板の製造方法により製造される非晶質合金板６は、板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶体積分率が３０％以下である。
【００４３】
このようにして、本実施の形態により、例えばガスケットや板バネの素材として用いるのに好適な、板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶相の体積分率が３０％以下であり、低廉なコストで製造できる非晶質合金板６、その製造方法および製造装置１が提供される。
【００４４】
【実施例】
次に、本発明を実施例を参照しながらより具体的に説明する。
図１に示す製造装置１を用いて、Ｚｒ５５−Ａｌ１０−Ｎｉ５−Ｃｕ３０（ガラス遷移温度：７００Ｋ、結晶化温度：７５０Ｋ）  を溶解して、厚み０．１ｍｍ  以上の非晶質合金板６を製造した。
【００４５】
すなわち、本実施例では合金の溶解には高周波誘導加熱を用いたが、例えばアーク溶解等のその他の手段でもよい。溶解後に、直径が２０ｃｍの銅製の冷却ロール２を用いて溶湯５を急冷して、非晶質合金板６を製造した。
【００４６】
タンディッシュ３の設置位置、冷却ロール２のロール周速、タンディッシュ３の加熱機構の有無、冷却ロール２の表面粗さＲａと、非晶質合金板６の作製結果とを表１にまとめて示す。なお、本例では、成形用治具４は用いなかった。
【００４７】
次に、図１に示す位置に配置した成形用治具４を用いて、非晶質合金板６を製造した。なお、本例では、成形用治具４の設置場所は、予備調査時に放射温度計を用いて測定した、溶湯５がガラス化温度＋２０℃となる部位とした。成形用治具４は、銅製の直径５ｃｍロール型、またはステンレス鋼製の三角柱（断面：短辺４ｃｍ直角二等辺三角形）を使用した。同様に結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2004154835.tif 000003
【００４９】
表１に示すように、本発明で規定する条件を満足すれば、微結晶相の体積分率が３０％以下である厚みが０．１ｍｍ  以上の非晶質合金板６を製造することができる。これに対し、比較例として、双ロールを用いたもの  （比較例１）  、図１に示す製造装置１において冷却ロール２のロール周速が本発明の下限を下回るもの  （比較例２）  、および図１に示す製造装置１において冷却ロール２のロール周速が本発明の上限を上回るもの  （比較例３）  を用いて、同様に非晶質合金板６の製造を試みた。結果を表２にまとめて示す。
【００５０】
【表２】
2004154835.tif 000004
【００５１】
表２に示すように、比較例１〜３では、微結晶相の体積分率が３０％以下である厚みが０．１ｍｍ  の非晶質合金板６を製造することができなかった。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、例えばガスケットや板バネの素材として用いるのに好適な、板厚が０．１ｍｍ  以上であるとともに微結晶相の体積分率が３０％以下であり、低廉なコストで製造できる非晶質合金板、その製造方法および製造装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の非晶質合金の製造装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）  〜図２（ｃ）  は、成形用治具の各種の横断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１    製造装置
２    冷却ロール
２ａ    頂点
３    タンディッシュ
３ａ    底部
４    成形用治具
５    溶湯
６    非晶質合金板
７    溶解用ルツボ
【図１】
2004154835.tif 000005
【図２】
2004154835.tif 000006