(57)【要約】【課題】  高純度で所定厚さ以上の急冷帯を容易に量産すること。【解決手段】  この急冷帯の製造装置は、例えばアモルファス等のような磁石材料、水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる合金製の急冷帯Ｍを製造するためのものであって、少なくとも二種類の金属を溶解して合金溶湯を生成するコールドクルーシブル溶解炉と、合金溶湯と接触して該合金溶湯を凝固させて合金製の急冷帯Ｍを形成する水冷ロール２０と、コールドクルーシブル溶解炉によって生成された合金溶湯を水冷ロール２０に供給するタンディッシュ２５とを備えて構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷可能な導電性セグメントとその周囲に配設された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉によって合金溶湯を生成する合金化工程と、
該合金化工程によって生成された合金溶湯を回転している水冷ロール上に供給し、該水冷ロールによって合金溶湯を冷却しながら連れ回して急冷帯を形成する鋳造工程とを備えることを特徴とする急冷帯の製造方法。
【請求項２】
前記鋳造工程において、前記水冷ロール上に供給された合金溶湯の自由凝固面側を別の水冷ロールにより押圧することを特徴とする請求項１記載の急冷帯の製造方法。
【請求項３】
回転している水冷ロール上に溶湯を供給し、該水冷ロールによって溶湯を冷却しながら連れ回して急冷帯を形成する急冷帯の製造装置であって、
前記水冷ロールに供給する合金溶湯を生成する溶解炉として、水冷可能な導電性セグメントとその周囲に配設された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉を用いたことを特徴とする急冷帯の製造装置。
【請求項４】
前記コールドクルーシブル溶解炉によって生成された合金溶湯を一時的に貯留状態にしてから前記水冷ロールに供給するタンディッシュを備え、
前記タンディッシュは、前記水冷ロールへの前記合金溶湯の供給量を略一定に調整する流量調整体を有していることを特徴とする請求項３記載の急冷帯の製造装置。
【請求項５】
前記タンディッシュは、加熱手段を有していることを特徴とする請求項４記載の急冷帯の製造装置。
【請求項６】
前記タンディッシュは、水冷可能な導電性セグメントと、該導電性セグメントの周囲に配設された誘導加熱コイルとを有していることを特徴とする請求項４記載の急冷帯の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、急冷帯の製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アモルファス磁性体（磁石材料、水素吸蔵合金）等の粉末製造用素材の製造方法として、溶解炉で溶解した原料金属をタンディッシュ内に一時的に貯湯しておき、該タンディッシュ内の溶湯を軸線回りに回転している水冷ロール上に供給することにより、溶湯を冷却しながら連れ回して凝固させ、これにより形成された急冷帯を回収箱に回収する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０５１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、高純度かつ所定の厚みを有する合金製の急冷帯を連続的に大量生産することが要請されつつある。
しかしながら、溶解炉内で金属が溶融されると、溶解炉と溶融金属とが反応し、溶解炉の構成元素が不純物として溶融金属中に混入したり、溶解炉から放出されたガスが汚染源となって溶融金属が汚染される結果、合金の純度が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
また、例えばメルトドラッグ法等に代表される従来の急冷凝固法は、急冷による所望の特性付与という観点から、本来は厚み１ｍｍ未満のいわゆる薄帯と呼ばれる急冷帯を製造するものであるため、例えば１ｍｍを越える所定の厚みからなる急冷帯を形成することは、当初より想定されていない。
つまり、ある一定以上の厚みを有する急冷帯は、鋳型による鋳造など実験室レベルで製造されているだけであり、多量生産することは困難であった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高純度で所定厚さ以上の急冷帯を容易に量産することのできる急冷帯の製造方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る急冷帯の製造方法は、水冷可能な導電性セグメントとその周囲に配設された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉によって合金溶湯を生成する合金化工程と、該合金化工程によって生成された合金溶湯を回転している水冷ロール上に供給し、該水冷ロールによって合金溶湯を冷却しながら連れ回して急冷帯を形成する鋳造工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の急冷帯の製造方法における鋳造工程において、前記水冷ロール上に供給された合金溶湯の自由凝固面側を別の水冷ロールにより押圧することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、回転している水冷ロール上に溶湯を供給し、該水冷ロールによって溶湯を冷却しながら連れ回して急冷帯を形成する急冷帯の製造装置であって、前記水冷ロールに供給する合金溶湯を生成する溶解炉として、コールドクルーシブル溶解炉を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の急冷帯の製造装置において、前記タンディッシュは、前記水冷ロールへの前記合金溶湯の供給量を略一定に調整する流量調整体を有していることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４記載の急冷帯の製造装置において、前記タンディッシュは、加熱手段を有していることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項４記載の急冷帯の製造装置において、前記タンディッシュは、水冷可能な導電性セグメントと、該導電性セグメントの周囲に配設された誘導加熱コイルとを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、急冷帯の量産に適した水冷ロールに、コールドクルーシブル溶解炉を用いて生成した合金溶湯を供給するので、溶解炉での不純物混入を有効に回避することができ、高純度で所定厚の急冷帯を容易に量産することが可能となる。
また、水冷ロールによる鋳造工程において、合金溶湯の自由凝固面側を押圧した場合には、均一厚の急冷帯を安定的に製造することができる。
【００１０】
コールドクルーシブル溶解炉と水冷ロールとの間に、流量調整体を有するタンディッシュを設けた場合には、水冷ロールに対する合金溶湯の供給量を略一定にし得て、厚みと幅が一定の急冷帯を連続的かつ安定的に形成することができる。
また、タンディッシュに加熱手段を設けた場合には、合金溶湯をその溶融温度付近に保温し得て、閉塞を来すことなく合金溶湯を安定供給し続けることができる。
さらに、タンディッシュを水冷可能な導電性セグメントとその周囲に配設された誘導加熱コイルとを備えた構成とした場合には、タンディッシュとそこに一時貯留されている合金溶湯との反応性が低下する結果、タンディッシュでの合金溶湯の汚染を有効に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
まず、合金化工程にて、図示していないコールドクルーシブル溶解炉で二種以上の原料金属を溶解して合金溶湯を生成し、鋳造工程における溶解原料のインゴットもしくは溶湯をつくる。
コールドクルーシブル溶解炉は、熱伝導率の大きい純銅又は銅合金によって形成された、ルツボとしての炉本体と、その周囲に配設された誘導加熱コイルとを有している。以下、コールドクルーシブル溶解炉を「Ｃ／Ｃ溶解炉」とも呼ぶ。
【００１２】
炉本体は、詳細に図示していないが、互いに電気的に絶縁された複数の縦割り状の導電性セグメントが円周方向に配列されることで、上下方向に伸びる円筒状に形成されており、炉本体の左側上部には、注湯口が設けられている。
なお、導電性セグメントの内部には図示しない冷却水路が設けられており、この冷却水路に冷却水が供給されることで、Ｃ／Ｃ溶解炉内で原料金属を溶解する際に、炉本体１２が反応温度以下に冷却可能とされている。
また、合金溶湯は、通常、原料金属の融点よりも低い融点となっていて、後工程の耐火物製溶解炉での溶解を可能としている。
【００１３】
誘導加熱コイルは、高周波数の交流電流が流れることで交番磁界を発生させ、その発生する交番磁界によって、炉本体内に投入されている原料金属を誘導加熱してジュール熱により溶解させる。原料金属及び添加金属は、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ等のうちの少なくとも２種類以上の金属からなっているが、活性金属、高融点金属等であれば、それ以外の金属であってもよい。
この誘導加熱コイル内にも図示しない冷却水路が設けられており、この冷却水路を流れる冷却水によって誘導加熱コイルが過熱しないようにしている。
【００１４】
次に、鋳造工程について説明する。
図１及び図２は、この発明の一実施の形態に係る急冷帯の製造装置であり、例えばアモルファス等のような磁石材料、水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる合金製の急冷帯を製造するためのものであって、前記合金化工程にて生成したインゴットを溶解して合金溶湯を生成する溶解炉１１か、もしくは合金溶湯を保持する保持炉１１と、外周面に供給された合金溶湯を凝固させて合金製の急冷帯Ｍを形成する水冷ロール２０と、溶解炉１１によって生成された合金溶湯を水冷ロール２０に供給するタンディッシュ２５とを備えて構成されている。
【００１５】
水冷ロール２０は、冷却されており、しかも図示しない支持軸によって回転自在に支持されている。
図示の例では、反時計方向に回転する水冷ロール２０の外周面に、後述するタンディッシュ２５から供給された合金溶湯が接触すると、その合金溶湯が冷却されることで凝固して急冷帯Ｍが形成される。そのため、水冷ロール２０は、詳細に図示していないが、例えば水を冷媒として流通させることで冷却されている。
【００１６】
タンディッシュ２５は、溶解炉１１から注湯された合金溶湯を内部に一時的に貯湯する一方、その内部の合金溶湯を水冷ロール２０に供給するものである。そのため、タンディッシュ２５は、上部が開放されて有底円筒状をなす本体２６と、その本体２６の前方下部に突設されたノズル２７とからなっている。
ノズル２７は、その出湯口が水冷ロール２０の頂部近傍に向かうように延在している。
【００１７】
これらタンディッシュ２５及びノズル２７は、例えばセラミックス若しくは黒鉛などの耐火材によって構成されている。
このようなタンディッシュ２５及びノズル２７の内部には、ヒータ等の加熱手段２８が設けられ、貯湯されている溶湯が凝固してノズル２７を閉塞しないよう、融点温度程度に保温されている。
【００１８】
溶解炉１１は、図示せぬ駆動装置により吊持部１７が巻取られて支点１５を中心として図２の鎖線で示すように傾けられることにより、タンディッシュ２５に溶湯を注湯することができる。
従って、タンディッシュ２５内の合金溶湯が所定量にまで減量したときは、吊持部１７が巻取られることで、タンディッシュ２５に対し、溶解炉１１で生成された合金溶湯を逐次補充することができる。
【００１９】
一方、水冷ロール２０の上方には、これよりも小径の押圧ロール（別の水冷ロール）２２が回転自在に設けられている。
この押圧ロール２２は、水冷ロール２０に対する押圧力、つまり、水冷ロール２０上に接触している溶湯もしくは未だ変形可能な状態である凝固体に対する押圧力が後述する圧力調整機構３０によって調整可能とされ、その押圧力が変えられることで、水冷ロール２０によって形成される急冷帯Ｍの厚みを調整することができる。
押圧ロール２２は、その軸線が水冷ロール２０の軸線を通る鉛直線Ｐ上に位置しているので、水冷ロール２０の頂部で該水冷ロール２０と接触する。
この押圧ロール２２は、水冷ロール２０と同様に水等の冷媒によって冷却されている。
【００２０】
圧力調整機構３０は、縮設された圧縮バネ３１の付勢力を調整することによって押圧ロール２２の押圧力を変更することができる。
具体的には、軸３２を中心として揺動自在に設けられた一対のアーム３３の先端に押圧ロール２２が回転自在に支持され、アーム３３の途中位置に可動梁部材３４が連結されている。可動梁部材３４にはロッド３５が貫通しており、そのロッド３５の下端部にナット３６が螺合することで連結されている。圧縮バネ３１の付勢力は、上端部側に螺合する二個の調整ナット３８によって調整される。
【００２１】
次に、上記のように構成された急冷帯の製造装置の動作に関連して、本発明の急冷帯の製造方法における合金化工程の変形例の実施の形態について述べる。
まず、図１，２の溶解炉１１をＣ／Ｃ溶解炉に置き換えたもので考える。
塊状や粉状等の原料金属を投入した後、誘導加熱コイルに交流電流を印加して交番磁界を発生させることで、Ｃ／Ｃ溶解炉内の原料金属の誘導加熱を開始する。
Ｃ／Ｃ溶解炉の炉本体は冷却水によって冷却されているため、原料金属が誘導加熱されて溶解を始めると、その一部が炉本体の壁面に沿って凝固して膜状のスカル（図示せず）となり、そのスカル上に溶湯が生成される。そして、電磁誘導作用により溶湯の中央部が盛り上がり、溶湯の周面が炉本体の壁面と接触しない状態となる。
【００２２】
次いで、溶解した原料金属に添加金属が添加されて、合金溶湯が生成される。
このとき、溶解した原料金属と添加金属は、交番磁場によって互いに撹拌されるので、機械的な撹拌手段が不要となり、添加金属の溶解が促進されると共に比重差による分離を有効に回避することができる。
なお、添加金属は、予め原料金属と一緒に投入されていてもよいことは勿論である。
【００２３】
Ｃ／Ｃ溶解炉にて金属が合金化されかつ合金溶湯が生成されると、前述の溶解炉１１と同位置に置かれたＣ／Ｃ溶解炉が図１に示す状態から図２に鎖線にて示すように傾けられる。ただし、通常の溶解炉では傾動速度を鋳造側の具合により自由に選ぶことができたが、Ｃ／Ｃ溶解炉では、水冷されたルツボ壁へのスカル（凝固物）の生成を最小限とするため、速く傾動して全量をタンディッシュ２５に注湯する。
Ｃ／Ｃ溶解炉の注湯口から流出した合金溶湯は、案内板２９を伝ってタンディッシュ２５内に導かれて貯湯される。
このとき、貯留状態の合金溶湯は、加熱手段２８によって略溶融温度に保温されているので、合金溶湯が凝固してノズル２７が閉塞するおそれはない。
【００２４】
一時貯湯された合金溶湯は、ノズル２７から水冷ロール２０に向けて順次供給される。
そして、タンディッシュ２５内の貯留量が一定量まで減ると、Ｃ／Ｃ溶解炉が図１に示す状態から図２に鎖線にて示すように傾けられることにより、Ｃ／Ｃ溶解炉内の合金溶湯がタンディッシュ２５に注湯されることが繰り返し行われる。
他方、Ｃ／Ｃ溶解炉では、タンディッシュ２５に対する注湯が終了する度に、原料金属及び添加金属の投入と、合金溶湯の生成が連続的に行われる。
【００２５】
水冷ロール２０は、水を冷媒とする冷却手段によって冷却されつつ反時計方向に回転している。その外周面に、タンディッシュ２５のノズル２７から供給された合金溶湯が接触すると、水冷ロール２０の回転に伴い、その水冷ロール２０上に掻き上げられ、急冷されながら一時的に連れ回されることにより、合金製の急冷帯Ｍ（図示の太線部分）として形成されると共に、その急冷帯Ｍが連続的に製造される。
急冷体Ｍは、水冷ロール２０から剥離して回収体１６に回収される。
【００２６】
上述したように、この急冷帯の製造方法によれば、Ｃ／Ｃ溶解炉により金属を溶融しながら合金溶湯を生成する合金化工程を経た後に、その合金化工程で生成した合金溶湯を一時的に貯留して水冷ロール２０上に供給し、該水冷ロール２０によって合金溶湯を冷却しながら連れ回して合金製の急冷帯Ｍを形成する鋳造工程を連続して行えるようにしているので、高純度で厚さ１ｍｍ以上の急冷帯Ｍを容易に量産することができる。
つまり、Ｃ／Ｃ溶解炉によって合金溶湯を生成しているので、その合金溶湯がＣ／Ｃ溶解炉の炉本体の壁面と接触せず、合金溶湯が他の物質（不純物）によって汚染されることがない。しかも、合金化による融点の低下により、タンディッシュ２５に対する合金溶湯の反応性も下がり、合金溶湯の汚染をより一層防止することができる。
【００２７】
また、タンディッシュ２５に貯留されている合金溶湯は、加熱手段２８により溶融温度付近に保温されているので、ノズル２７を閉塞させることなく合金溶湯を水冷ロール２０に安定供給し続けることができる。
さらに、鋳造工程においては、水冷ロール２０の上方に設けられた押圧ロール２２が、水冷ロール２０上の合金溶湯（若しくは未だ変形可能な合金溶湯の凝固体）の自由凝固面側を押圧するので、厚みが均一な急冷帯Ｍを形成することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態において、合金化工程の違いにかかわらず、タンディッシュ２５及びそのノズル２７、水冷ロール２０、溶解炉１１の具体的構成は、図示例に限定されるものではない。
例えば、図３に示すように、タンディッシュ２５内に仕切り板（流量調整体）４１を設けてもよい。この仕切り板４１は、案内板２６よりもノズル２７側において上下方向に延在し、本体２６の内底面２６Ａとの間に所定の隙間４２を形成している。これにより、本体２６内は、貯湯部２６ａと供給部２６ｂとに区画されている。
【００２９】
このような構成において、タンディッシュ２５に溶解炉１１から合金溶湯が注湯されると、合金溶湯は案内板２９に沿って本体２６の貯湯部２６ａ側に導かれてから、該貯湯部２６ａ側から隙間４２を通って供給部２６ｂ側に流入するので、ノズル２７から水冷ロール２０に対する合金溶湯の供給量を略一定に安定化させることができる。
これにより、厚みと幅が一定の急冷帯Ｍを連続的かつ安定的に形成することができる。
【００３０】
さらに、上記実施の形態においては、タンディッシュ２５をセラミックス若しくは黒鉛などの耐火材によって構成しているが、合金の高融点化によってタンディッシュ２５との反応が避けられない金属を用いる場合には、タンディッシュ２５をＣ／Ｃ溶解炉と同様の構成、つまり、水冷金属セグメントとその周囲に配設された誘導加熱コイルとを備えた構成にすることにより、高純度の急冷帯Ｍを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施の形態に係る急冷帯の製造装置を示す全体図である。
【図２】急冷帯装置における溶解炉によって生成された溶湯を、タンディッシュに注湯する状態を示す説明図である。
【図３】この発明に係るタンディッシュの他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  溶解炉
１３  誘導加熱コイル
２０  水冷ロール
２２  押圧ロール（別の水冷ロール）
２５  タンディッシュ
２７  ノズル
２８  加熱手段
３０  圧力調整機構
４１  仕切り板（流量調整体）
Ｍ  急冷帯
【図１】
2005342734.tif 000003
【図２】
2005342734.tif 000004
【図３】
2005342734.tif 000005