(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転する冷却ロールと、上記ロールの表面に、タンディッシュに収容した溶融金属を連続的に噴射するノズル部を備える非晶質薄帯の製造装置において、該ノズル部は、
（ｉ）内部に、上記タンディッシュに連通する絞り流路、該流路に続く広がり流路、及び、該流路に続く平行流路を有し、先端部に、ノズルスリットを有するノズルチップを備え、かつ、
（ii）絞り流路の路幅Ｗz、平行流路の路幅Ｗn（広がり流路の最大路幅）、絞り流路の出口からノズルスリットに至る流路長さＨn、広がり流路の流路長さｈ1、ノズルスリットの幅Ｗs、ノズルチップの幅Ｗnが、
Ｗz／Ｗs：０．０５〜０．９、
Ｈn／Ｗs：０．１〜３．０、及び、
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1：０．１〜６．０
を満たすものである
ことを特徴とする非晶質薄帯の製造装置。
【請求項２】
前記ノズル部において、
Ｗz／Ｗs：０．１〜０．８、
Ｈn／Ｗs：０．２〜０．６、及び、
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1：０．３５〜４．０
であることを特徴とする請求項１に記載の非晶質薄帯の製造装置。
【請求項３】
前記ノズル部の広がり流路に、下記条件（a1）及び（b1）を満足する気孔を有するフィルターを設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の非晶質薄帯の製造装置。
（a1）気孔率：６０〜９０％、及び、  
（b1）気孔の平均円相当径：０．５〜５ｍｍ
【請求項４】
前記ノズル部の絞り流路に、下記条件（a2）及び（b2）を満足するフィルターを設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の非晶質薄帯の製造装置。
（a2）気孔率：７０〜９０％、及び、
（b2）気孔の平均円相当径：１〜５ｍｍ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転する冷却ロールと、該ロールの表面に、溶融金属又は溶融合金（以下「溶融金属」と総称する。）を連続的に噴射するノズルを備えた非晶質薄帯の製造装置、特に、該ノズルの構造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の表面に、ノズルから溶融金属を連続的に噴射し、急冷凝固させ、非晶質薄帯を製造することが、従来から行なわれている。図１に、単ロール法として知られている代表的な製造態様を示す。
【０００３】
図１に示す単ロール法においては、タンディッシュ４に収容されている溶融金属が、ノズル部５から、高速で回転する冷却ロール３の表面上に噴射され、急冷凝固されて非晶質薄帯１が製造され、巻取りロール２で巻き取られる。
【０００４】
ノズル部５は、通常、図２に示すように、内部に、タンディッシュに連通する絞り流路９、該流路に続く広がり流路１０、及び、該流路に続く平行流路１１が形成されたノズルホルダー１２と、該ホルダーの先端部に装着されたノズルスリット６を有するノズルチップ７から構成されている。
【０００５】
図２に示すノズル構造においては、鋳造開始時、溶融金属が絞り流路９から噴流となって浸入し、ノズルスリット６に至る過程で、溶融金属の流れ（以下「溶湯流」ということがある。）の衝突で不均一流が生じて、溶湯流内に流路内の滞留ガスが巻き込まれ、スプラッシュが発生する。また、溶湯流が幅方向に不均一になった場合にも、同様に、スプラッシュが発生し易くなる。
【０００６】
そして、スプラッシュは、ノズルスリットの前面に付着して、薄帯の破断や、鋳造停止を招く疵の原因となる。
【０００７】
また、ノズルスリットからの溶融金属の噴出が定常状態に至っても、通常、噴出速度は、ノズルスリットの長手方向（非晶質薄帯の帯幅方向）の中央部で大きく、両端部で小さいので、非晶質薄帯の帯厚は、帯幅方向の中央部で厚く、両端部で薄くなる。即ち、クラウン状断面を有する非晶質薄帯が製造されることになる。このクラウン状断面は、非晶質薄帯を巻回又は積層して使用する際、占積率の低下を招く。
【０００８】
このように、ノズル部の構造は、鋳造開始時に発生する欠陥（たて筋、たて切れ）の発生を防止するとともに、帯幅方向及び鋳造方向において厚さが均一な非晶質薄帯を製造する上で重要であり、これまで、幾つかのノズル構造が提案されている（特許文献１〜３、参照）。
【０００９】
特許文献１には、溶融金属の流速を制御して整流化を図り、スプラッシュの発生を抑制するため、ノズルスリットに至る溶湯流路内に制御板を設けたノズル構造が提案されている。
【００１０】
上記ノズル構造においては、制御板の設置により、スプラッシュの発生がかなりの程度まで抑制されるが、流路内の空間が依然として大きく、溶湯による滞留ガスの巻き込みを避けることができない。また、クラウン状の薄帯断面を完全に解消するまでには至っていない。
【００１１】
また、特許文献２には、流路内での溶湯流を整流化し、クラウン状の薄帯断面を是正するため、絞り流路からノズルスリットに至る流路内に、複数の邪魔板を、その先端部が上下に間隔を置いて重なるように交互に設けたノズル構造が提案されている。
【００１２】
本出願人は、上記ノズル構造により、ノズルスリットの長手方向中央部と同両端部における噴出速度の顕著な差を解消することができたが、流路内の空間が依然として大きく、溶湯流による滞留ガスの巻き込みを避けることができていない。
【００１３】
そこで、本出願人は、特許文献３にて、ノズルスリットの長手方向中央部と同両端部における噴出速度の顕著な差を完全に解消するため、絞り流路からノズルスリットに至る流路の長さを５ｍｍ以上とし、かつ、この空間に、多孔体（縦、横、高さの三方向の面に、１ｃｍ長さ当たり２個以上３０個以下の孔が存在する）を埋設したノズル構造を提案した。
【００１４】
しかし、このノズル構造においても、本出願人は、帯幅方向及び鋳造方向において、無視できない帯厚偏差が存在することを確認し、また、鋳造開始時には、溶融金属の流れに対する抵抗が不足して整流化が充分でなく、鋳造トラブルが発生することを確認した。
【００１５】
それ故、鋳造初期において鋳造トラブルを起さず、帯幅方向及び鋳造方向に帯厚が均一な非晶質薄帯を製造するため、適切な溶湯流を実現する流路形状、又は、適切な溶湯流を実現する流路形状と流路抵抗体を備えるノズル構造の開発が望まれている。
【００１６】
【特許文献１】特開昭６１−２９６９４１号公報
【特許文献２】特開昭６３−７６７４２号公報
【特許文献３】特開平０８−２９０２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記要望に鑑み、適切な溶湯流を実現する流路形状、又は、適切な溶湯流を実現する流路形状と流路抵抗体を備えるノズル構造を提供し、鋳造開始時に発生する欠陥（たて筋、たて切れ）の発生を防止するとともに、帯幅方向及び鋳造方向において厚さが均一な非晶質薄帯を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これまで、ノズルスリットに至る流路内で、溶湯流は不均一流になることを前提にし、これを整流化するため、流路内に、邪魔板、制御板、多孔体等の流れに対し抵抗を形成する手段を設けることが、主として検討されてきたが、そもそも、溶湯流に大きく影響を及ぼす流路形状については、充分に検討されていなかった。
【００１９】
そこで、本発明者は、流路内に、溶湯流に対して抵抗を形成する抵抗形成手段を配置せずに、適切な溶湯流を実現する流路形状について、鋭意検討した。
【００２０】
その結果、本発明者は、次の知見を得るに至った。
【００２１】
（ｘ）適切な溶湯流を実現する流路形状が、ノズルスリット幅（薄帯幅）との関係で存在し、抵抗形成手段を用いなくても、適切な溶湯流を実現することができる。
（ｙ）ノズルスリット幅（薄帯幅）が大きくなり、広がり流路内で、溶湯流を充分に維持できない場合には、広がり流路内及び／又は絞り流路内に抵抗形成手段を設けることにより、適切な溶湯流を実現することができる。
【００２２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２３】
（１）  高速回転する冷却ロールと、上記ロールの表面に、タンディッシュに収容した溶融金属を連続的に噴射するノズル部を備える非晶質薄帯の製造装置において、該ノズル部は、
（ｉ）内部に、上記タンディッシュに連通する絞り流路、該流路に続く広がり流路、及び、該流路に続く平行流路を有し、先端部に、ノズルスリットを有するノズルチップを備え、かつ、
（ii）絞り流路の路幅Ｗz、平行流路の路幅Ｗn（広がり流路の最大路幅）、絞り流路の出口からノズルスリットに至る流路長さＨn、広がり流路の流路長さｈ1、ノズルスリットの幅Ｗs、ノズルチップの幅Ｗnが、
Ｗz／Ｗs：０．０５〜０．９、
Ｈn／Ｗs：０．１〜３．０、及び、
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1：０．１〜６．０
を満たすものである
ことを特徴とする非晶質薄帯の製造装置。
【００２４】
（２）  前記ノズル部において、
Ｗz／Ｗs：０．１〜０．８、
Ｈn／Ｗs：０．２〜０．６、及び、
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1：０．３５〜４．０
であることを特徴とする前記（１）に記載の非晶質薄帯の製造装置。
【００２５】
（３）  前記ノズル部の広がり流路に、下記条件（a1）及び（b1）を満足する気孔を有するフィルターを設置することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の非晶質薄帯の製造装置。
（a1）気孔率：６０〜９０％、及び、  
（b1）気孔の平均円相当径：０．５〜５ｍｍ
【００２６】
（４）  前記ノズル部の絞り流路に、下記条件（a2）及び（b2）を満足するフィルターを設置することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の非晶質薄帯の製造装置。
（a2）気孔率：７０〜９０％、及び、
（b2）気孔の平均円相当径：１〜５ｍｍ
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、適切な溶湯流を実現する流路形状、又は、適切な溶湯流を実現する流路形状と流路抵抗体を備えるノズル構造を提供し、鋳造開始時に発生する欠陥（たて筋、たて切れ）の発生を防止するとともに、帯幅方向及び鋳造方向において厚さが均一な非晶質薄帯を、生産性よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を、図面に基づいて説明する。図３に、図２に示すノズル構造における流路形状を模式的に示す。
【００２９】
図３において、Ｗzは、絞り流路の路幅、Ｗsは、ノズルスリット幅（非晶質薄帯の帯幅）、Ｗnは、最大流路幅、Ｈn（＝ｈ1＋ｈ2）は、溶融金属が絞り流路出口からノズルスリットに至るまでの流路長さ（ｈ1は、広がり流路の長さ、ｈ2は、平行流路の長さ）、θ1は、広がり角である。
【００３０】
本発明者は、流路内での溶湯流の整流化を図るための指標として、Ｗz／Ｗs、Ｈn／Ｗs、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1を選択し、これら指標と整流化の程度との関係を調査した。
【００３１】
Ｗz／Ｗsは、鋳造開始時に、溶融金属が流路内で巻き込む滞留ガスの程度を示す指標であり、小さければ、溶湯流の中心部の流が著しくなり、流路コーナー部での滞留ガス量が多くなる。
【００３２】
Ｈn／Ｗsは、溶湯流の流速の均一性を示す指標であり、小さければ、ノズルスリットの中央部と両端部での流速の差が顕著となり、スプラッシュが発生したり、非晶質薄帯の断面がクラウン状となったりする。
【００３３】
本発明においては、上記指標に加え、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1を指標として採用する。この点が、本発明の特徴である。
【００３４】
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1は、tanθを意味する。広がり角θ1は、溶融金属の流速及び整流化に大きく影響する指標である。θ1が大きければ、溶湯流における不均一流の発生が著しくなり、一方、θ1が小さければ、均一流（整流）は得られるが、流路内空間部の容積が大きくなり、滞留ガス量が増加する。
【００３５】
このように、θ1は、流路内の滞留ガス量に影響を及ぼす流路内空間部の容積をも考慮して設定されるべきものであるので、流路内空間部を規定する寸法、Ｗn、Ｗz及びｈ1を用い、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1（＝tanθ1）を指標として採用した。
【００３６】
整流化の程度は、ノズルスリットの中心から一方のスリット端部にわたり、ｙ方向（薄帯の帯幅方向）における噴出速度を測定して評価した。
【００３７】
図４に、Ｗz／Ｗs＝０．７６、Ｈn／Ｗs＝０．３２、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1＝１．０４とした時のｙ方向における噴出速度を示す。
【００３８】
図４から、流路内に、溶湯流に対し抵抗となる抵抗体（邪魔板、制御板、多孔体等）を設置しなくても、所要のＷz／Ｗs、Ｈn／Ｗs、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1を選択すれば、ｙ方向（薄帯の帯幅方向）における噴出速度を均一化できることが解かる。このことが、本発明の基礎となる知見である。
【００３９】
本発明者は、Ｗz／Ｗs、Ｈn／Ｗs、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1の種々の値について、ｙ方向（薄帯の帯幅方向）における噴出速度を測定した。
【００４０】
その結果、下記の条件において、鋳造開始時に発生する欠陥（たて筋、たて切れ）の発生を防止するとともに、帯幅方向及び鋳造方向において厚さが均一な非晶質薄帯を製造することができることを見出した。
【００４１】
Ｗz／Ｗs＝０．０５〜０．９
Ｈn／Ｗs＝０．１〜３．０、及び、
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1＝０．１〜６．０
【００４２】
Ｗz／Ｗsが０．０５未満であれば、鋳造開始時に、溶湯流における中心の流れが著しくなり、流路コーナー部に滞留するガスの量が多くなったり、また、ノズルの閉塞が生じたりする。
【００４３】
一方、Ｗz／Ｗsを１にすれば、溶湯流の不均一はなくなるが、流路空間部の容積が大きくなると滞留ガス量が増加するので、Ｗz／Ｗsは、０．９以下とする。好ましいＷz／Ｗsの範囲は、０．１〜０．８である。
【００４４】
Ｈn／Ｗsが０．１未満であれば、ノズルスリットの中央部と両端部での溶湯流の流速の差が顕著となって、非晶質薄帯の断面がクラウン状となる。一方、Ｈn／Ｗsが３．０超であると、流路空間部の容積が大きくなり、滞留ガス量が増加する。好ましいＨn／Ｗsの範囲は、０．２〜０．６である。
【００４５】
（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1を０にすれば、溶湯流の不均一はなくなるが、流路空間部の容積が大きくなり滞留ガス量が増加するので、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1は０．１以上とする。一方、６．０超となると、不均一流の発生が著しくなるので、上限を６．０とする。好ましい（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1の範囲は、０．３５〜４．０である。
【００４６】
溶湯流の流速をノズルスリットの全幅にわたり均一化するため、流路内に、抵抗体として、多孔質フィルターを設けることも有効である。
【００４７】
そこで、本発明者は、広がり流路、平行流路、及び、広がり流路と平行流路に、平均円相当径１〜１０ｍｍの気孔を６０〜９０％有するフィルターを設置して、ｙ方向（薄帯の帯幅方向）における噴出速度を測定した。
【００４８】
上記測定において、上記径及び気孔率のフィルターを用いた理由は、円相当径が１ｍｍ未満、又は、気孔率が６０％未満であると、溶融金属が閉塞し、一方、円相当径が１０ｍｍ超、又は、気孔率が９０％超であると、溶湯流を整流化することによる効果がほとんどなくなってしまうからである。
【００４９】
図５に、Ｗz／Ｗs＝０．３５、Ｈn／Ｗs＝０．５９、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1＝１．７とした絞り流路内にフィルターを設置した場合のノズルスリットのｙ方向（非晶質薄帯の帯幅方向）における噴出速度を示す。
【００５０】
図４に示す噴出速度と同様に、ノズルスリット中央部における流速が低減し、ノズルスリット全幅にわたり、溶湯流の流速が均一化（整流化）されていることが解かる。
【００５１】
また、本発明者は、さらに、種々の寸法の絞り流路内に、上記寸法の径及び気孔率のフィルターを設置し、同様の測定を行った。その結果、上記寸法の径及び気孔率のフィルターを流路内に設置することにより、溶湯流の流速をより均一化（整流化）できることが判明した。
【実施例】
【００５２】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５３】
（実施例１）
図１に示す単ロール装置を用い、タンディッシュに収容したＳｉ：４at％及びＢ：１６at％のＦｅ系溶融金属を、ノズルスリット幅Ｗs：１７０ｍｍで、Ｗz／Ｗs＝０．７６、Ｈn／Ｗs＝０．３２、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1＝１．０４のノズル部から、回転数７００ｒｐｍで回転する直径５８０ｍｍの銅合金製冷却ロールの表面に噴射し、帯幅１７０ｍｍ、帯厚２６μｍの非晶質薄帯を製造した。
【００５４】
この時のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を、図６に示す。図６において、ノズルスリットの中央部と両端部における溶湯流の噴出速度の差が、０．０５ｍ／ｓ以下に抑制されていることが解かる。
【００５５】
実施例１の非晶質薄帯の製造においては、鋳造初期に、滞留ガスの巻き込みによる鋳造トラブルは発生せず、中央部と両端部の厚みの差が１μｍ以下の非晶質薄帯を製造することができた。
【００５６】
（実施例２）
図１に示す単ロール装置を用い、タンディッシュに収容したＳｉ：４at％及びＢ：１６at％のＦｅ系溶融金属を、ノズルスリット幅Ｗs：１７０ｍｍで、Ｗz／Ｗs＝０．３１、Ｈn／Ｗs＝０．５２、及び、（Ｗn−Ｗz）／２ｈ1＝１．７で、平行流路に、平均円相当径１ｍｍ、気孔率７５％のフィルターを設置したノズル部から、回転数５７０ｒｐｍで回転する直径５８０ｍｍの銅合金製冷却ロールの表面に噴射し、帯幅１７０ｍｍ、帯厚２８μｍの非晶質薄帯を製造した。
【００５７】
この時のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を、図７に示す。図７において、ノズルスリットの中央部と両端部における溶湯流の噴出速度の差が、０．０５ｍ／ｓ以下に抑制されていることが解る。
【００５８】
そして、実施例２の非晶質薄帯の製造においては、鋳造初期に、滞留ガスの巻き込みによる鋳造トラブルは発生せず、中央部と両端部の厚みの差が３μｍ以下の非晶質薄帯を製造することができた。
【００５９】
（実施例３）
図１に示す単ロール装置を用い、タンディッシュに収容したＳｉ：４at％及びＢ：１６at％のＦｅ系溶融金属を、ノズルスリット幅Ｗs：１７０ｍｍで、Ｗz／Ｗs＝０．１３、Ｈn／Ｗs＝０．４３、及び、（Ｗn／Ｗz）／２ｈ1＝３．３で、平行流路と絞り流路に、平均円相当径１ｍｍ、気孔率８０％のフィルターを設置したノズル部から、回転数６００ｒｐｍで回転する直径５８０ｍｍの銅合金製冷却ロールの表面に噴射し、帯幅１７０ｍｍ、帯厚２８μｍの非晶質薄帯を製造した。
【００６０】
この時のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を、図８に示す。図８において、ノズルスリットの中央部と両端部における溶湯流の噴出速度の差が、０．１ｍ／ｓ以下に抑制されていることが解る。
【００６１】
そして、実施例３の非晶質薄帯の製造においては、鋳造初期に、滞留ガスの巻き込みによる鋳造トラブルは発生せず、中央部と両端部の厚みの差が２μｍ以下の非晶質薄帯を製造することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
前述したように、本発明によれば、適切な溶湯流を実現する流路形状、又は、適切な溶湯流を実現する流路形状と流路抵抗体を備えるノズル構造を提供し、鋳造開始時に発生する欠陥（たて筋、たて切れ）の発生を防止するとともに、帯幅方向及び鋳造方向において厚さが均一な非晶質薄帯を、生産性よく製造することができる。
【００６３】
したがって、本発明により製造される非晶質薄帯は占積率が優れているので、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】非晶質薄帯を製造する一態様（単ロール法のひとつ）を示す図である。
【図２】ノズル部構造を模式的に示す図である。
【図３】ノズル部構造における流路形状を模式的に示す図である。（ａ）は、ノズル部構造を示し、（ｂ）は、流路形状を示す。
【図４】ノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を示す図である。
【図５】流路内にフィルターを設置した場合のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を示す図である。
【図６】実施例１のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を示す図である。
【図７】実施例２のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶湯流の噴出速度を示す図である。
【図８】実施例３のノズルスリットの幅方向（ｙ方向）における溶融金属の噴出速度を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    非晶質薄帯
２    巻取りロール
３    冷却ロール
４    タンディッシュ
５    ノズル部
６    ノズルスリット
７    ノズルチップ
９    絞り流路
１０    広がり流路
１１    平行流路
１２    ノズルホルダー
【図１】
0004681375.tif 000002
【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】
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【図８】
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