(57)【要約】【目的】  最適な組織制御を実現するため、冷却能が可変で、特に冷却時間に影響する低温域の冷却能を低めずに高温域の冷却能を低下させることができる冷却装置とそのような冷却装置を備えたネオジウム系焼結磁石用合金のストリップキャスティング装置ならびに鋳造薄片の冷却方法を実現することを目的とする。【構成】  円筒状で回転方向が正逆可変な回転体の内側に複数のフィンを設け、該フィンを覆うようにカバーを設け、該カバーは回転体を正方向に回転させた場合は鋳造薄片を押し退けてフィンおよび回転体の内面に鋳造薄片が接触しないように構成し、一方、逆方向に回転させた場合は前面に設けた開口部から鋳造薄片を取り込んでフィンおよび回転体の内面に接触するように構成する。回転体の正逆回転方向を切り替えて、冷却速度を変化させることができる。【選択図】図２
2007136543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネオジウム系焼結磁石用合金のストリップキャスト装置における、ロールから離脱した後のフレーク状の鋳造薄片を片側から受け入れて冷却するための装置であって、円筒状で回転方向が正逆可変な回転体の内側に複数のフィンを設け、該フィンを覆うようにカバーを設け、該カバーは回転体を正方向に回転させた場合は鋳造薄片を押し退けてフィンおよび回転体の内面に鋳造薄片が接触しないように構成し、一方、前記回転体を逆方向に回転させた場合は鋳造薄片を取り込んで鋳造薄片がフィンおよび回転体の内面に接触するように、逆方向回転側の前面に開口部を有するように構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
回転体の外側を水冷したことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
回転体とフィンの合計重量を冷却すべき鋳造薄片の重量の５倍以上、１０倍未満としたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記フィンが金属板からなり、回転体の長軸方向のほぼ全長にわたって２０ｍｍから１００ｍｍの間隔を保ち、回転体の円周に沿い溶接あるいはロウ接により固定配置され、かつ回転体の回転方向に沿って複数段にわたって配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記カバーは金属板からなり、該金属板の回転体の長手方向に沿った一端は回転体内面に溶接固定されており、金属板のもう一方の端部は回転体内部に向かって解放されて構成されてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記カバーの回転体内部に向かって解放されている端部が回転体中心部に向かって曲げられて構成されてなることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記カバーが３個以上１０個以下のフィンを１ユニットとして、それらの両端のフィンの端部に溶接固定し、回転体の長手方向に沿った断面図において外側に凸状に湾曲させて構成されていることを特徴とする請求項５あるいは請求項６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記カバーが３個以上１０個以下のフィンを１ユニットとして、それらの両端のフィンの外側も覆うようにして構成されていることを特徴とする請求項５あるいは請求項６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記フィン解放端とカバー内面との間隙の幅が１０ｍｍから３０ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分を、１層以上の金属製薄板で覆って構成したことを特徴とする請求項１から請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分をセラミックスで溶射被覆したことを特徴とする請求項１から請求項９に記載のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分にセラミックスを溶射被覆し、さらに１層以上の金属製の薄板で覆って構成したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にしたことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１４】
回転体の中心軸の位置に電熱ヒータを配置したことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の冷却装置を備えたネオジウム系焼結磁石用合金のストリップキャスト装置。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の冷却装置を備えたストリップキャスト装置を用いて、回転体を正回転状態で鋳造を開始し鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系焼結磁石用合金鋳造薄片の冷却方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の冷却装置を備えたストリップキャスト装置を用いて、回転軸を水平面より受け入れ口側が低くなるようにして鋳造を開始し、所定時間経過後、回転軸の傾きを水平あるいは受け入れ口側が水平面より高くなるようにし、さらに、鋳造終了後所定時間が経過後、逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系焼結磁石用合金鋳造薄片の冷却方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の冷却装置を備えたストリップキャスト装置を用いて、電熱ヒーターに通電し、回転体を正回転状態で鋳造開始直前に通電を停止し、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え、逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系焼結磁石用合金鋳造薄片の冷却方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の冷却装置を備えたストリップキャスト装置を用いて、電熱ヒーターに通電した後、鋳造開始直前に通電を停止し、回転体を正回転方向にかつ回転軸を水平面より受け入れ口側が低くなるようにして鋳造を開始し、所定時間経過後、回転軸の傾きを水平あるいは受け入れ口側が水平面より高くなるようにし、さらに、鋳造終了後所定時間が経過後、逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系焼結磁石用合金鋳造薄片の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はネオジウム鉄ボロン系焼結磁石用の原料合金の製造法であるストリップキャスティング法における鋳造薄片の冷却装置および冷却方法に関わり、特にロールから離脱落下した直後の鋳造薄片の高温域の冷却速度を変化させることができる冷却装置および冷却方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】  近年、パーソナルコンピューターおよびその周辺機器を始めとするエレクトロニクス機器の高性能化小型化にともない、高性能のネオジウム鉄ボロン系焼結磁石（以下ネオジウム系磁石と呼ぶ）の需要が増加している。また、エアーコンディショナーや冷蔵庫等の家電の電力消費量の低減を目的とし、あるいはハイブリッドタイプ等の電気自動車も含め、より高効率のモーターが求められ、これらの分野でも確実にネオジウム系磁石の需要が増加している。
一方、ネオジウム系磁石の特性向上も進んでいる。特性向上のための技術は大きく分けて、二つに分けられる。その一つは原料合金の組織制御に関わるものである。他は、磁石の製造技術の向上に関わるものである。【０００３】  磁石の特性向上のためには、単に磁石の製造工程の改善だけでなく、原料となる磁石合金の製造技術の改善も重要となる。
例えば、その特性と経済性から希土類磁石の中で最も生産量の多いネオジウム系磁石の場合、磁性の担い手となるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ三元系平衡状態図において、液相から包晶反応によって生成する。そのため、特により高性能のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の化学量論組成に近い磁石用合金ほど、溶解鋳造時に初晶のγＦｅ相が生成し易くなる。そして、このγＦｅ相はデンドライト状に生成し、立体的に繋がっているため、インゴットの粉砕性を著しく害し、磁石の製造工程における粉砕時に得られる粉末の粒径分布が広がりすぎたり組成ずれの原因になったりする。【０００４】  そのような問題を避けるため、最近は鋳造時の凝固速度を速められるストリップキャスティング法（以下ＳＣ法と呼ぶ）が採用されている（例えば、特許文献１参照）。例えば図９に示すように、ＳＣ法は、不活性雰囲気にした溶解室７０内の高周波誘導加熱を利用したるつぼ７２で溶解した溶湯をタンディッシュ７８を介して水冷ロール７３に導き、厚さ約０．３ｍｍ程度の鋳造薄片９（以下ＳＣ材と呼ぶ）を得る方法である。ＳＣ材９は破砕機７６で細かく破砕された後収納容器７９に入る。ＳＣ材９を入れた収納容器７９は、搬送ロール８１を使用して冷却室８０に移送され、冷却される。図９中７４は溶湯樋、７５はゲートバルブである。
ＳＣ材の厚さは薄いため、凝固点近傍の冷却速度は１０００℃／ｓ程度あるいはそれ以上となり、初晶のγＦｅ相が生成することなく、磁性相のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相が直接液相から生成し、αＦｅ相の存在しないインゴットを得ることができる（γＦｅ相は温度の低下とともにαＦｅ相に変態し冷却後の合金中ではαＦｅ相として存在する）。さらに、合金中に含まれているＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相より過剰のＮｄがＮｄリッチ相として存在する。【０００５】  ＳＣ材中に含まれるＮｄリッチ相は、従来の通常の金型を用いて鋳造する方式で得られる厚さ３０ｍｍ程度のインゴットと比べて凝固速度が速いため微細に分布する。このＮｄリッチ相は磁石製造工程において焼結時には液相となり、いわゆる液相焼結により密度の増加を促進する。また焼結後の磁石において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ磁性相を磁気的に遮断し、保磁力向上に寄与する。そのためＮｄリッチ相は、原料合金中により細かく均一に分布していると、磁石の製造工程で粉砕した微粉の状態でも分散分布状態が改善され、磁気特性の向上に役立つことが知られている。【０００６】  ところで、一般的にネオジウム系磁石には耐熱性の向上や経済性の観点から希土類元素としてＮｄ以外にＤｙやＰｒがＮｄの一部を置換する形で添加されている。また、Ｆｅの一部は多くの場合キュリー点の上昇と耐食性の改善に効果のあるＣｏあるいはその他の遷移金属元素で置換されている。そのため以下ではＮｄの代わりにＲを、Ｆｅの代わりにＴを用いて、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相はＲ２Ｔ１４Ｂ相と、Ｎｄリッチ相はＲリッチ相と表現する。【０００７】  鋳造時のＳＣ材中におけるＲリッチ相の挙動についてさらに詳細に説明する。
Ｒリッチ相は水冷ロール上で冷却時に、主相のＲ２Ｔ１４Ｂ相の成長とともに凝固界面から排出され、Ｒ２Ｔ１４Ｂ相の結晶粒内にラメラ状（ｌａｍｅｌｌａｒ）に生成し、一部は粒界にも生成する。
Ｒリッチ相は例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ三元系平衡状態図ではその融点は６６０℃程度とされており、磁石組成合金の液相面温度と比べてかなり低い。一方、通常のＳＣ法の鋳造条件では、ＳＣ材が水冷ロールから離脱する時の平均温度は７００℃以上であり、Ｒリッチ相はまだ液相の状態である。
一般的に、液相中あるいは液相を介した原子の拡散は固相中の拡散現象に比べて桁違いに早い。そのため、水冷ロールから離脱後のＳＣ材の冷却速度によって、ＳＣ材中のＲリッチ相はその形態が大きく変化する。【０００８】  冷却速度が遅い場合は、Ｒリッチ相は母相との界面エネルギーを低下しようとして、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａ）は収縮し丸味を帯びるようになる。また温度の低下とともにＲリッチ相中のＲ濃度は増加し、Ｒリッチ相の体積比も低下する。一方、冷却速度が速い場合はロールから離脱した直後のより高温の状態がそのまま凍結される傾向が強まる。すなわち、凝固直後のラメラの状態がそのまま保たれ、ＳＣ材の断面組織には１次のラメラに加えて２次のラメラも鮮明に認められる。このような場合Ｒリッチ相の体積比も大きく、Ｒリッチ相中のＲ濃度は低くなる。【０００９】  このような状態は、例えばＳＣ材の断面組織を走査電子顕微鏡にて反射電子線像により観察する場合、得られた顕微鏡写真（組成像）に長さＬの線分を引き、線分がＮｄリッチ相と交差する点数Ｎを数え、線分の長さＬをＮで除し、Ｒリッチ相の平均間隔Ｌ／Ｎを求めることによる方法、すなわち線分法で定量的に評価することができる。そして、この値はＳＣ材が水冷ロールから離脱後の冷却速度が速いほど小さくなる。【００１０】  このように、Ｒリッチ相の存在状態が変わると、以下に述べるように磁石製造工程の水素化、微粉砕工程にも影響し、磁石製造工程における真空焼結時の収縮挙動や得られる磁石の特性にも影響することになる。
焼結磁石を製造する際、一般的にはジェットミル等の粉砕機を用いて微粉砕する前に、水素化粉砕処理（ＨＤ処理）を行う。Ｒ２Ｔ１４Ｂ系磁石用合金は水素を吸収、特にＲリッチ相は水素を吸収しやすく水素化物を生成し、体積膨張するため、その時のくさび効果と水素化による脆化が相俟って、微細なクラックが合金内に発生する。そのため、もし水冷ロールから離脱後の冷却速度が速く、Ｒリッチ相の間隔が狭い場合は、より細かく割れやすくなる傾向となる。そして、粉砕した粉末粒子の平均粒径が小さくなりすぎると、粉末がより活性になり、大気中で燃えやすくなったり、あるいは得られる磁石の磁気特性に有害な酸素濃度が高くなりやすくなる。また微粉ほど磁場成型時の配向度が低下しやすく、磁石特性、特に磁化が低下してしまうといった問題を引き起こしやすくなる。【００１１】  そのため、ＳＣ材が水冷ロールから離脱後、直ちに急冷したような合金は、概して磁石用の原料合金として好まれない傾向にある。特に、冷却速度が速すぎる場合、Ｒリッチ相中のＲ濃度が低すぎて、水素化反応が起こりにくくあるいは遅過ぎて生産工程で問題となる場合もありうる。
しかしながら、より細かい粒径分布の粉末を用いて、磁場成形さらに真空焼結した場合、より細かい粒径分布の磁石を得ることができ、より保磁力の大きな磁石を製造しやすくなる。そのため、例えばモーター用等に用いられる高保磁力の磁石用原料合金としては、Ｒリッチ相の間隔が小さめのＳＣ材が適している。但し、その場合も前述したように、冷却速度が速すぎるのは適さず、水冷ロールから離脱後高温域を適度に遅い冷却速度で冷却することにより、Ｒリッチ相の２次のラメラが適度に消失した組織のＳＣ材の方が適している。【００１２】  反対に、水冷ロールから離脱後のＳＣ材の冷却速度が遅い場合、Ｒリッチ相間隔が広くなり、微粉砕処理後の粉砕粒子の平均粒径も大きくなる傾向となる。その場合、磁場配向の際に配向度を高めやすく、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用のヘッドアクチュエーターであるボイスコイルモーター（ＶＣＭ）等に用いられる磁化の大きな磁石を製造する場合は、そのような組織の合金が好まれる傾向にある。【００１３】  以上のように、ＳＣ法においては磁石特性に重要な影響を与えるＲリッチ相の分布状態を制御する必要があり、そのためには、ＳＣ材が水冷ロールから離脱後の冷却条件の制御が重要となる。特にＳＣ材が水冷ロールから離脱後Ｒリッチ相の融点近傍以上の高温域（おおよそ８００℃〜６００℃）での温度制御が重要となる。
ＳＣ材のロール離脱後の冷却条件の制御例としては、水冷ロール上の冷却を１次冷却、水冷ロールから離脱後のＳＣ材の冷却を２次冷却として分けて、後者の２次冷却速度を制御するため、合金の固相線温度（凝固完了温度＝三元共晶温度）以下に５０℃／ｍｉｎ〜２×１０３℃／ｍｉｎの冷却速度にて冷却する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。【００１４】  上記に開示された技術における２次冷却は、「急冷ロールと鋳片収容箱間にてアルゴンガス等の不活性ガス冷却、あるいはコンベア又はベルトにて移送中にて冷却したり、更に鋳片収容箱内にて不活性ガス冷却して調節することができ、また、２対の回転するベルトによって、鋳片を挟んで冷却したり、液体アルゴンに直接投入する方法などがあり、これらの方法の組合せでもよい。」とされている。しかしながら、高温域の冷却速度を制御する場合、同じ方法で低温域まで冷却しようとすると、温度差が小さくなるにつれて冷却が遅くなり、チャンバーからＳＣ材を取り出しても酸化が問題なくなる温度まで低下するまでの時間が長くなってしまう。このような、問題点を解決するための具体的な手段については全く開示されていない。【００１５】  一方、８００〜６００℃間の平均冷却速度を１．０℃／秒以下にしてＲリッチ相の間隔を広げ、３〜１５μｍにする方法も開示されている（例えば特許文献３参照）。
そのような目的で、「希土類元素含有合金の溶湯を真空又は不活性ガス雰囲気中の室内にて、冷却された回転ロール上に流し、冷却して薄帯状に凝固させた直後、該凝固薄帯を片状に破砕し、該破砕合金片を前記室内に置かれた収納容器内に収め、冷却媒体により前記破砕合金片の冷却速度を制御することを特徴とする希土類元素含有合金の組織制御方法」が開示されており、具体的な方法として、収納容器の内部に冷却用仕切り板を設け、その中に冷却媒体として気体又は液体を流通させて破砕合金片の冷却速度を制御する希土類元素含有合金の組織制御方法が提案されている（例えば特許文献４参照）。【００１６】  しかしながら、この方法では冷却媒体としてガスを用いた場合、ガスの体積当たりの熱容量は極めて小さいため、大量のガスを流す必要がある。ガスとして不活性ガスを用いる場合、堆積したＳＣ材の間を直接流すことができるが、それにしても大口径の配管を巡らし加熱されたガスを回収し冷却し戻す十分広い伝熱面積を有した熱交換器が必要となり、設備的に大がかりになる。また、冷却に要する時間も長くなる。【００１７】  ガスとして空気を用いる例も示されているが、その場合密閉構造の仕切板を設ける必要がある。しかしながら、空気の体積当たりの熱容量は小さく、冷却速度を増すためには、大量の空気を流せてかつ極めて大きな伝熱面積の仕切板が必要となり、その隙間部にＳＣ材を収納することになる。そのため、特に量産規模の装置では、収納容器はかなり大きくなる。さらに、鋳造チャンバーへの出し入れあるいは水冷ロールから落下するＳＣ材を容器に満遍なく収納するために移動可能な構造とする必要があり、そのような収納容器に大径の配管を巡らし、大量の空気を送り込むのは、設備的な信頼性の上で難点がある。特に、希土類含有合金は化学的に極めて活性であり、そのような活性な合金でしかも高温で大きな比表面積のＳＣ材を扱う装置として安全性の上でも大きな問題を抱えることになる。【００１８】  さらに、冷却媒体として水を用いる場合、鋳造後流すのでは、高温状態の仕切板内に水を直接流すことになり、急激な沸騰現象を招き安全性の点で問題がある。さらに、仕切板への熱衝撃が大き過ぎ、熱歪みによる割れや変形の原因となり、仕切板の耐久性の上でも難点がある。特に、もし破損した場合、漏れた水と高温のＳＣ材が反応し、水素を発生し、安全上重大な問題を引き起こす。もし、そのような問題を避けるため、鋳造開始前から水を流した場合、冷却能が大きすぎて、高温域で目的とする遅い冷却条件を達成することは困難である。【００１９】  また、ＳＣ材を入れた収納容器を隣接する別室に移し、そこで不活性ガス等を用いて冷却する方法が開示されている（例えば特許文献５参照）。この方法では高温域の冷却は概して遅くなる。しかしながら、この冷却方法は合金の組織の制御を目的としたものではなく、冷却速度を調整することは不可能である。また、低温域の冷却も遅く、大気中に開放できるような温度まで低下するのに長時間を要し、そのため数多くの収納容器を必要とする。【００２０】  その他、ＳＣ材を熱処理して組織を磁石用原料合金として最適化させる方法も提案されている（例えば特許文献６、７参照）。しかしながら、��性な希土類元素を含むＲ２Ｔ１４Ｂ系磁石用合金の熱処理するためには、真空不活性雰囲気熱処理炉が必要であり、設備コスト、電力代、その他アルゴンガス等の高価な不活性ガスの消耗品が必要であることを考慮すると経済的な方法とは言い難い。【００２１】  以上述べた問題点を解決する目的で、出願者は外管と中管と内管で構成される三重管方式の冷却管ユニットを用い、内管と中管で構成される経路に冷却媒体を流し、外管と中管の間の環状隙間部を真空排気あるいは冷却促進用のヘリウムを導入することによって冷却能を変化制御する冷却装置を提案した（特許文献８参照）。【００２２】  さらに、別の方法として、前室と後室に分けた円筒状の回転体を用い、さらにＳＣ材が最初に滞留通過する前室を薄板で覆い、冷却速度を遅くできるように構成し、回転体の回転方向を変えることにより、前室を覆う薄板に取り付けられた傾斜フィン等の作用で、ＳＣ材を前室から後室に移すことにより、合金組織を制御できる装置を提案した（特許文献９参照）。【００２３】  本発明は、前記円筒状の回転体を用いた冷却装置をさらに改良したものである。改良の要点は、装置を単純化、小型化しさらに耐久性の向上を狙ったものである。かつ合金組織の制御範囲を広げることに主眼をおいたものである。
【特許文献１】  特開昭６３−３１７６４３号公報
【特許文献２】  特開平８−２６９６４３号公報
【特許文献３】  特開平１０−３６９４９号公報
【特許文献４】  特開２００２−２６６００６号公報
【特許文献５】  特開平９−１５５５０７号公報
【特許文献６】  再公表ＷＯ２００３／００１５４１
【特許文献７】  特開平８−２６４３６３号公報
【特許文献８】  特開２００５−０２１９５７号公報
【特許文献９】  特開２００５−１９３２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】  以上述べてきたように、ネオジウム系磁石用合金のＳＣ法においては水冷ロール上での冷却速度に加えて、ＳＣ材が水冷ロールから離脱後の特に離脱直後からのＲリッチ相が溶けている温度域での冷却速度の制御が重要であり、この温度域を適度に遅く、しかも磁石の要求特性に合わせて合金の組織を制御するため、冷却速度を自由に調整でき、かつその後は生産性を高めるため、短時間で冷やせる装置と方法が必要とされる。しかも、極めて活性でかつ比表面積の大きな希土類合金を扱う装置であり、組織制御の観点だけでなく、安全性の観点からも装置材料の熱応力、歪み、腐食等に十分配慮した設備とする必要がある。【００２５】  本発明は、特に高性能用のネオジウム系磁石の原料合金として最適な組織制御を行う際、冷却条件を自由に制御でき、かつ装置がコンパクトで安全性の高い冷却装置および冷却方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】  本発明において、上記課題を達成するため、ネオジウム系磁石用合金のＳＣ法におけるＳＣ材の組織制御冷却装置として、以下に説明するような構成の装置とした。【００２７】  すなわち、請求項１に記載の冷却装置は希土類磁石用合金のストリップキャスト装置（以下ＳＣ装置と呼ぶ）における、ロールから離脱した後のフレーク状のＳＣ材を片側から受け入れて冷却するための装置であって、円筒状で回転方向が正逆可変な回転体の内側に複数のフィンを設け、該フィンを覆うようにカバーを設け、該カバーは回転体を正方向に回転させた場合はＳＣ材を押し退けてフィンおよび回転体の内面にＳＣ材が接触しないように構成し、一方、回転体を逆方向に回転させた場合はＳＣ材を取り込んでＳＣ材がフィンおよび回転体の内面に接触するように、逆方向回転側の前面に開口部を有するように構成したことを特徴とする冷却装置である。【００２８】  正回転時には、ＳＣ材は回転体の内面やフィンに接触しないため、冷却速度が遅く、逆回転時にはＳＣ材はカバーの内側に取り込まれ、回転体の内面やフィンに接触するため、冷却が早まる。また、カバーの内側に取り込まれたＳＣ材は回転体の回転とともに持ち上げられ、最上点を過ぎたあたりで落下し始める。そのため、接触時間が長くなり、冷却が早まる。同時に、ＳＣ材はカバーの内側に滞留せず、更新されるため、ＳＣ材全体が均一に冷却される。【００２９】  請求項２に記載の冷却装置は前記回転体の外側を水冷したことを特徴とする。水冷することにより、逆方向に回転時の冷却速度を速め、チャンバー内から取り出すまでの時間の短縮が可能となり生産性を高めることができる。【００３０】  請求項３に記載の冷却装置は回転体とフィンの合計重量を冷却すべきＳＣ材の重量の５倍以上、１０倍未満としたことを特徴とする。回転体とフィンの熱容量のみで冷却が可能な構造とすることで、水冷が不必要となり、構造が単純となる。また、水を使わないため設備保守も容易となる。特に溶解鋳造量が少ない小型のＳＣ装置の冷却装置として適している。【００３１】  請求項４に記載の冷却装置は、回転体の長軸方向のほぼ全長にわたり２０ｍｍから１００ｍｍの間隔を保って、前記フィンが回転体の円周に沿って溶接あるいはロウ接により接合され、かつ回転体の回転方向に沿って複数段にわたって配置された金属板からなることを特徴とする。
フィンをこのように配置することにより、伝熱面積を増やすことができ、かつ製作施工が容易でかつ高温強度も十分な装置とすることができる。【００３２】  請求項５に記載の冷却装置は、前記カバーが金属板からなり、該金属板の回転体の長手方向に沿った一端は回転体内面に固定されており、金属板のもう一方の端部は回転体内部に向かって解放されて構成されてなることを特徴とする。
金属製とすることで、強度と加工性を両立させることができる。また、溶接ロウ接等の方法で回転体に固定するのも容易となる。【００３３】  請求項６に記載の冷却装置は、前記カバーの回転体内部に向かって解放されている端部が回転体中心部に向かって曲げられて構成されてなることを特徴とする。
このようにすることで、正回転時にＳＣ材がこぼれ落ちカバーの内側に入り込むのを防ぎやすく、また逆回転時にＳＣ材をカバー内へ取り込みやすくなる。【００３４】  請求項７に記載の冷却装置は、前記カバーが３個以上１０個以下のフィンを１ユニットとして、それらの両端のフィンの端部に溶接固定し、回転体の長手方向に沿った断面図において外側に凸状に湾曲させて構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、ＳＣ材の重さに対する強度が増し、さらに加熱にともなう熱歪みや熱疲労に対する耐久性が向上する。【００３５】  請求項８に記載の冷却装置は、前記カバーが３個以上１０個以下のフィンを１ユニットとして、それらの両端のフィンの外側も覆うようにして構成されていることを特徴とする。このように構成することによっても、ＳＣ材の重さに対する強度を増すことができ、さらに加熱にともなう熱歪みや熱疲労に対する耐久性を向上させることができる。【００３６】  請求項９に記載の冷却装置は、このような冷却装置の中で、前記フィン解放端とカバー内面との間隙が１０ｍｍから３０ｍｍであることを特徴とする。。
前記フィンの解放端とカバー内面との間隙をこのような数値範囲とすることにより、ＳＣ材が両者の隙間に挟まり離脱しにくくなるのを防ぐ効果がある。【００３７】  請求項１０に記載の冷却装置は、このような冷却装置の中で、カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分を、１層以上の金属製薄板で覆って構成したことを特徴とする。
このようにすることで、正回転時のＳＣ材からカバーや回転体への熱移動を少なくすることが可能となり、冷却速度を小さくすることができる。【００３８】  請求項１１に記載の冷却装置は、カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分を、セラミックスで溶射被覆したことを特徴とする。
セラミックスは熱伝導度が小さく、プラズマ溶射等の方法でセラミックス被膜で覆うことにより、容易に断熱性を高めることが可能となる。【００３９】  請求項１２に記載の冷却装置は、カバーの外側及び回転体内面のカバーで覆われていない部分に、セラミックスを溶射被覆し、さらに１層以上の金属製の薄板で覆って構成したことを特徴とする。
セラミックス溶射皮膜に加えて金属製薄板で覆うことにより、回転体を正回転時の断熱性をさらに高めることができる。【００４０】  請求項１３に記載の冷却装置は、回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にしたことを特徴とする。
回転軸が水平面となす角度を変えることにより、ＳＣ材を片側に寄せてまとめることにより、冷却を遅く、あるいは回転軸方向に均一にならして、冷却速度を高めることができる。このように角度を変えることにより、冷却速度を制御することができる。また、冷却終了後、入り口側を下げて回転することにより、簡単にＳＣ材を取り出すことができ、作業性が改善される。【００４１】  請求項１４に記載の冷却装置は、回転体の中心軸の位置に電熱ヒータを配置したことを特徴とする。
鋳造開始前に通電加熱し、回転体の内面を予熱することにより、特に鋳造開始直後のＳＣ材の冷却速度を遅くすることができる。【００４２】  請求項１５はこのような冷却装置を備えたネオジウム系磁石用合金のＳＣ装置である。このようなＳＣ装置を用いることにより、鋳造中あるいは鋳造終了後のＳＣ材の冷却速度を遅くし、Ｒリッチ相の分布状況を制御することが可能な装置とすることができる。しかも、冷却装置の回転体の回転方向を変えるといった簡単な操作で冷却速度を速め、生産性を高めることができる。【００４３】  請求項１６に記載のＳＣ材の冷却方法は、請求項１〜請求項１２に記載の冷却装置を備えたＳＣ装置を用いて、回転体を正回転状態で鋳造を開始し鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系磁石用合金ＳＣ材の冷却方法である。
回転体を正回転状態では、ＳＣ材は冷却フィンや回転体の内面に直接触れることがないため、冷却速度が遅く、組織変化が進みやすい高温域にＳＣ材をより長時間保つことができる。鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させることにより、ＳＣ材はカバーの内側に取り込まれ、フィンや回転体の内側露出部に直接触れ、急速に冷却される。
このように冷却装置の回転体の回転方向を変えるといった簡単な操作で、冷却速度を変えることができる。さらに、回転体の回転方向を切り替えるタイミングを変えることにより、Ｒリッチ相の分布状況を変え、希望する組織の造り込みが容易になる。【００４４】  請求項１７に記載の冷却方法は、請求項１３に記載の回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にした冷却装置を備えたＳＣ装置を用いたネオジウム系磁石用合金ＳＣ材の冷却方法である。回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始し、鋳造開始後所定時間経過後、回転軸の傾きを水平あるいは受入口側が水平面より高くなるようにして、さらに鋳造終了後所定時間経過後に回転体の回転方向を逆方向に切り替えることを特徴とする。
回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始することにより、ＳＣ材が受入口側に貯まるようにして、放熱効果を減らすことが可能となり、さらに冷却を遅くでき、Ｒリッチ相の分布状況を変え、希望する組織の造り込みが容易になる。【００４５】  請求項１８に記載の冷却方法は、請求項１４に記載の電熱ヒータを配置した冷却装置を備えたＳＣ装置を用いて、電熱ヒータに通電し、回転体を正回転状態で鋳造開始直前に通電を停止し、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え、逆方向に回転させることを特徴とするネオジウム系磁石用合金のＳＣ材の冷却方法である。
鋳造開始前に電熱ヒータに通電して、回転体の内面を予熱することにより、特に鋳造開始初期のＳＣ材の冷却速度をさらに遅くすることができる。【００４６】  請求項１９に記載の冷却方法は、請求項１４に記載の電熱ヒータを配置した冷却装置の中で、回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にしたＳＣ装置を用いたネオジウム系磁石用合金ＳＣ材の冷却方法である。電熱ヒータに通電した後、鋳造開始直前に通電を停止し、回転体を正回転方向にかつ回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始し、所定時間経過後、回転軸の傾きを水平あるいは受入口側が水平面より高くなるようにして、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え、逆方向に回転させることを特徴とする。
電熱ヒータによる予熱効果に加え、回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始することにより、特に鋳造開始初期にＳＣ材が受入口側に貯まるようにして、放熱効果をさらに減らすことが可能となり、正回転時のＳＣ材の冷却を遅くできる。
【発明の効果】
【００４７】  本発明の冷却装置を備えたＳＣ装置を用いることにより、かつ本発明の方法を採用することにより、ＳＣ材がロールから離脱直後の特に初期の高温域での冷却速度を遅くし、ＳＣ材の組織制御を容易におこなうことができる。さらに回転体の回転方向を変えるといった簡単な操作により、低温域での冷却速度を速めＳＣ材の取り出し時間を短縮し生産性を高めることが可能となる。また、一つの回転体で全ての冷却制御が可能であり、冷却装置が小型なため、ＳＣ装置全体としても小型化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】  以下に、具体例を挙げて本発明を詳細に説明する。先ず、本発明のＳＣ材の冷却装置について説明する。
なお、以下の各図面においては構造を判り易く説明するため、縮尺は必ずしも正確には描かれていない。【００４９】  図１に本発明の実施形態に係わる冷却装置１をＳＣ装置から取り出した状態の外観斜視図を、図２に回転体２０の回転軸に直角方向の断面図を示す。本発明の冷却装置１はこれらの図に示すように円筒状の回転体２０よりなり、タイヤリング２２を介して駆動輪１４上に載置されており、駆動輪１４は回転軸１２を介して回転駆動のための駆動機構１０に連結されている。
ＳＣ材の厚さは通常０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度であり、薄く脆い。そのため、回転体２０の内部に落下し、回転撹拌にともない粉砕される。しかしながら、本発明の冷却装置を用いる場合、ロールから離脱後のＳＣ材は、破砕機を通して、平面形状で５０ｍｍ以下に粉砕するのが望ましい。破砕機を通ったＳＣ材はシュートを通じて回転体のロール側に設けた受入口２５から、ボンネット２６を通って回転体２０の内部に落ち込む。【００５０】  図２に示すように、回転体２０の内面には、冷却促進用のフィン３０が固定されており、それを覆うようにカバー４０が取り付けられている。そして、回転体２０を正方向（図２の時計方向）に回転した時は、冷却装置内に装入されたＳＣ材は、カバー４０により押しのけられ、フィン３０や回転体２０内面に接触しない。一方、回転体２０を逆方向に回転した場合（図２の反時計方向）は、ＳＣ材はカバー４０の内側に取り込まれ、フィン３０や回転体２０の内面に接触する。そのため、冷却速度が速まる。カバーの内側に取り込まれたＳＣ材は、回転体２０の回転とともに持ち上げられ、最高点を過ぎたあたりから、カバー４０の外側にこぼれ落ち始める。そのため、ＳＣ材はカバーの中にとどまらず、更新され撹拌均一化される。【００５１】  回転体は製作の際、内面に冷却フィンやカバーを取り付ける時の作業性を考慮し内径が６００ｍｍ以上、さらに望ましくは８００ｍｍ以上とする。
回転体の最大径や長さは、溶解鋳造量に合わせて決めることができる。回転体の容量すなわち断面積×内面長さが、全量鋳造終了した後の状態で回転体の断面積に対するＳＣ材が占める面積割合が１０％〜３０％となるように設計するのが望ましい。１０％未満では不必要に回転体が大きくなり、設備コストが上昇するのに加えて、回転体の熱容量がＳＣ材鋳造量に比べて相対的に大きくなり、鋳造中および鋳造終了後、回転体を正回転している時のＳＣ材の冷却速度が速くなり、十分な組織制御がしにくくなるからである。一方３０％を越えると、回転体を逆回転した時の冷却速度が遅くなり、したがって冷却時間が長くなり生産性を悪くするからである。また、回転体内面に加わる単位面積当たりのＳＣ材の重量が増し、特に後述するカバーやそれを覆う金属製薄板の耐久性が劣化する等の問題が生じやすくなる。【００５２】  回転体２０のＳＣ材の受入口２５の開口径は、図１および図２に示すように回転体２０の内径より小さくして、ＳＣ材がこぼれ落ちないようにする。受入口２５の開口径としては、回転体２０の内径の１／３〜１／２程度が望ましい。なお、受入口２５を設けたボンネット２６の部分は、ＳＣ材の取り出しを容易にし、かつメンテナンス作業を容易にするため、回転体２０から取り外しが可能なように構成する。【００５３】  回転体の材質は経済性、施工性、強度等を考慮し、鉄鋼製とするのが望ましい。例えば、溶接施工性の良好な溶接構造用鋼材や一般構造用圧延鋼材等を選択することができる。ただし、このような材料に限定されない。【００５４】  回転体２０を回転させるため、例えば図１に示すように、回転体２０の長軸方向２カ所にタイヤリング２２を填めてちょうどその部分が駆動機構１０の計４個の車輪１４の上に乗るように配置する。片側あるいは両側の車輪１４を電動により可逆的に駆動して回転体２０を回転させる。【００５５】  回転体２０の外側は水冷することにより、回転体を逆方向に回転時の冷却速度を速くすることが可能となる。また、冷却装置全体の重量を減らすことが可能となる。図３に水冷方式の冷却装置の一例を一部破断側面図で示す。水冷方法としては、図３に示すように、回転体２０の外側をジャケット２７で覆い回転体２０とジャケット２７との間の隙間に水路２８を形成する方式、いわゆる水冷ジャケット構造を採用することができる。
別の方法として、回転体２０の側面に鋼管あるいは銅管を適当な間隔で溶接あるいはロウ接し、それらに水を流す方法を採用することができる。冷却水の供給排出は図３に示すように回転体２０のＳＣ材の受入口２５側と反対側に、回転軸中心部にロータリージョイント２９を取り付けて行うことができる。【００５６】  水冷する代わりに、回転体とフィンの合計重量を冷却すべきＳＣ材の重量の５倍以上、１０倍未満とすることにより、これらの大きくなった熱容量により冷却が可能となる。水冷する必要がなくなり、回転体の構造が単純になる利点がある。
なお、重量比を５倍以上、１０倍未満としたのは５倍未満では、熱容量が不足し、特に低温域の冷却速度が遅くなり、生産性が低下するからであり、１０倍以上では必要以上に回転体の重量が増え、回転体の回転駆動部等の構造もそれに合わせて堅牢にする必要が生じる等、経済的でなくなるためである。【００５７】  回転体の内面に配置するフィン３０は、逆方向に回転した時のＳＣ材の出入りがしやすいように、図２に示したように、回転体のほぼ円周方向に沿って取り付け、複数段、例えば８段以上に分割して取り付けるのが望ましい。円周方向に沿った一枚毎のフィンの長さは、回転体の内面円周長の１／３６以上１／１２以下とするのが望ましい。１／３６未満だとフィンが短くなり、フィンの数が増え、溶接施工が煩雑になるからである。一方１／１２を越えるとフィンが長くなり、逆方向回転時にＳＣ材の出入りが難しくなる。また、カバー４０の円周方向の長さも長くなり、熱歪みが大きくなるからである。【００５８】  フィン３０の厚さは熱伝導性、加工性、溶接性等を考慮し６ｍｍ以上、２０ｍｍ以下とするのが望ましく、高さは、最高部で５０ｍｍ〜２００ｍｍとするのが望ましい。フィン３０は回転体の回転軸方向に整列させて取り付ける。フィン３０の間隔は２０ｍｍ〜１００ｍｍとする。２０ｍｍ以下では溶接施工が難しくなり、１００ｍｍを越えると、フィンの総面積が減り、冷却効果が弱まるからである。さらに望ましくは３０ｍｍ〜８０ｍｍである。
フィンの根元を回転体の内面にＴ字状に溶接する際、両側全長に渡って溶接することにより、フィンから回転体への熱伝導を促進することができる。また、フィン根元の隙間を無くし、ＳＣ材特に粉状になったＳＣ材が根元に入り込み残留するのを防ぐことができる。
フィンの材質も回転体の材質の選定理由と同じ理由から鉄鋼製とするのが望ましい。【００５９】  図２に示すように、フィン３０を覆うカバー４０は、その片側を整列固定した複数のフィン３０の正回転方向前方に回転軸方向に沿って溶接固定する。
図４にフィンとカバーのより好ましい実施形態を示すため、回転軸に垂直方向の断面の部分拡大図（ａ）と、回転体の回転軸を通る断面の部分拡大図（ｂ）を示す。
図４（ｂ）に示すように、前記カバー４０は複数個のフィン３０を１ユニットとして、それらの両端のフィン３０ｂの端部に溶接固定し、外側に凸状に湾曲させて構成するのが望ましい。なお、図４（ｂ）では４個のフィンを１ユニットにした例を示した。【００６０】  カバー４０は高温のＳＣ材の影響で温度は上昇する。カバー４０は円周方向の長さは比較的短く、また片側が解放されているため、その方向の熱歪みはそれほど大きくない。回転軸方向の熱歪みは、このようにユニット毎に分けてカバーの回転軸方向の長さを短くし、さらに外側に湾曲させることにより緩和させることができる。また、ＳＣ材の荷重に対する耐久性も増すことができる。【００６１】  図４（ａ）に示すように、溶接固定しないフィン３０ａの解放端とカバー４０の内面との間の隙間は、ＳＣ材が入り込みブリッジを組むことが無いようにするため、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度離すのが望ましい。【００６２】  熱応力を緩和し、かつ耐荷重性を増す他のカバーの構成方法として、図５に回転体の回転軸を通る断面の部分拡大図で示すように、前記カバーが複数個のフィンを１ユニットとして、それらの両端のフィンの外側も覆うようにして構成することもできる。
なお、図５には１ユニットのフィン３０の数が４個の場合で、全てのフィン３０の上端とカバー４０の内側に隙間を形成する場合（ａ）と、１ユニットのフィン３０の数が５個で、中央のフィン３０ｂについては耐荷重性を増すため、上端をカバー４０に溶接して隙間を無くすように構成する場合（ｂ）とを示した。【００６３】  １ユニットのフィンの個数は３個以上１０個以下とするのが望ましい。３個以下ではカバーの数が増え、溶接施工が煩雑になるからである。一方、１０個以下としたのは、１０個を越えるとカバーが長くなり、熱歪みが増し、また耐荷重性も低下するからである。さらに望ましくは４個以上８個以下である。【００６４】  図４（ａ）に示すように、カバー４０の自由端４０ａ側は解放し、回転体２０を逆方向に回転した時に、ＳＣ材を内側に取り込み、ＳＣ材とフィンおよび回転体内面の露出部との接触を促進し、冷却を速めることができるように構成する。
カバーのより望ましい実施形態では、図４（ａ）に示すように、カバー４０の回転体内部に向かって解放されている自由端４０ａが回転体中心部に向かって曲げられて構成される。
このようにすることで、回転体を正回転しているときには、ＳＣ材がカバーを越えてこぼれ落ちカバーの内側に入り込むのを抑制することができ、一方で逆方向に回転している時は、ＳＣ材をカバーの内側に取り込みやすくなるからである。【００６５】  さらに、望ましい形態として、カバーの表面及び回転体のカバーで覆われていない露出部はそれぞれ１層以上の金属製薄板５０ａおよび５０ｂで覆う。
金属製薄板の厚さは、薄すぎると溶接作業性が悪くなる。また、特に表面の金属製薄板には熱負荷に加え、ＳＣ材の重さと回転体の回転にともなう摩擦、剪断等の機械的負荷が加わるため、薄すぎると耐久性も悪くなる。そのため１ｍｍ以上とするのが望ましい。
一方、厚くなると金属製薄板自体の熱容量が増し、その分、鋳造開始初期のＳＣ材の温度を冷やす効果が大きくなるため３ｍｍ以下とするのが望ましい。【００６６】  これらの金属製薄板で覆う場合、カバーと極力直接接触しないよう、例えば間に金網等のクッション材を装入するのが望ましい。さらに、あらかじめ金属製薄板に、凹凸等のエンボス加工を施しておくこともできる。薄板の周囲はカバーおよび回転体内面に溶接で固定する。さらに、補強のため適度の間隔で、スポット溶接、シーム溶接あるいはＴＩＧ溶接機等を用いたプラグ溶接にて、カバーに固定しても良い。このような接合部は熱伝導性が良いため、部分的に断熱性が低下する。そのため、そのような接合部の面積合計が金属製薄板全体の面積に対して２０％以上、さらに望ましくは１５％以上にならないようにする。【００６７】  カバーおよび金属製薄板の材質としては、耐熱性が良好で曲げ加工、切断加工、溶接性等の施工性にも優れ、かつ入手性、経済性等の観点から、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系ステンレス鋼やＳＵＨ３０４やＳＵＨ３１０系のオーステナイト系耐熱鋼が適している。さらに、高温強度に優れたニッケル基合金等も採用しうる。【００６８】  カバーの別の実施形態として、薄板で覆う代わりに、例えばをプラズマ溶射等の方法でアルミナ等のセラミックス被膜を形成することができる。プラズマ皮膜で覆う場合、事前にブラスト処理して、表面を荒らし被膜の密着強度を高める。
さらに、プラズマ溶射皮膜を形成し、その上に１層以上の金属製薄板で覆うこともできる。その場合、金属製薄板をカバーや回転体内面に溶接する部分についてはあらかじめガラステープ等を貼っておき、溶射被膜が形成されないようにするのが望ましい。【００６９】  別の冷却装置の実施形態では、回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にする。
例えば、図６に示すように、冷却装置３を回転駆動機構を含めて全体を傾斜台１７に載せて、電動あるいは油圧シリンダー１８等を用いて角度を調整する。傾斜の回転の支点１９はＳＣ材の受入口２５の位置が極力移動しないよう、その下部近傍に置く。【００７０】  特に鋳造開始初期に回転軸が水平面となす角度を変え、ＳＣ材を受入口側に寄せてまとめることにより、冷却を遅くすることができる。このように角度を変えることにより、冷却速度を制御することができる。また、冷却終了後、回転体を傾斜台ごとチャンバーから引き出し、受入口側を下げて回転することにより、簡単にＳＣ材を取り出すことができ、作業性が改善される。【００７１】  さらに、別の冷却装置の実施形態では、回転体の中心軸の位置に電熱ヒータを配置する。図７に冷却装置４の側面方向から見た回転軸を通る断面図を示す。図に示すように、電熱ヒータ６０は回転体のＳＣ材受入口２５側と反対方向の壁の中心近傍に片側を固定して配置すれば良い。
通電は、回転体本体部の周囲あるいは水冷用のロータリジョイントを設ける場合、その回転軸にスリップリング（図未表示）を取り付けて、それを介して実施することができる。加熱の目的は鋳造開始初期のＳＣ材の冷却速度をできるだけ遅くするために、冷却装置内部をなるべく高温に保ってＳＣ材と冷却装置内部との温度差を少なくするためである。冷却装置内部の温度は、３００℃以上６００℃程度になるべく高温にするのが望ましい。
供給電力は、目的とするＳＣ材の組織制御の程度に応じて決めることができ、高温域の冷却をより遅くしたいときは、大きめに設定する。溶解鋳造量１００ｋｇ当たり、３ｋｗ〜３０ｋｗの範囲内で決めるのが望ましい。
鋳造開始前に通電加熱し、回転体の内面を予熱することにより、特に鋳造開始直後のＳＣ材の冷却速度を遅くすることができる。【００７２】  本発明はこのような冷却装置を備えたＳＣ装置を包含する。
以上述べた冷却装置を備えたＳＣ装置を用いることにより、鋳造中あるいは鋳造終了後のＳＣ材の冷却速度を遅くし、Ｒリッチ相の分布状況を制御することが可能な装置とすることができる。しかも、冷却装置の回転体の回転方向を変えるといった簡単な操作で、冷却速度を速め、生産性を高めることができる。一つの回転体で、冷却速度を変化させることができるため、冷却装置の容量が小さく、したがって、ＳＣ装置全体としても小型化が可能となる。【００７３】  また、ロールから離脱直後のＳＣ材では、Ｒリッチ相は溶融状態のため、静置式の冷却装置の場合、ＳＣ材同士が融着しあい大きな固まりを形成し、取り出し作業を含む後工程での取り扱いが難しくなる。特に、高温域の冷却速度を遅くするほどそのような傾向が強まり著しく作業性を害する。本発明の装置では、常に回転体を回転させ、ＳＣ材は撹拌されているため、そのような融着現象は起こらない。また、撹拌されているため、個々のＳＣ材薄片の熱履歴も均一化され組織の均一性が高まる利点がある。【００７４】  以下に、本発明の冷却装置を用いた冷却方法の実施形態について説明する。
本発明ではＳＣ材の冷却方法として、以上述べてきた冷却装置を備えたＳＣ装置を用いて、回転体を正回転状態で鋳造を開始し鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させることにより冷却速度を制御する。【００７５】  回転体の正回転状態では、ＳＣ材はフィンや回転体の内面に直接触れることがないため、冷却速度が遅く、組織変化が進みやすい８００℃〜６００℃程度の高温域にＳＣ材をより長時間保つことができる。鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させることにより、ＳＣ材はカバーの内側に取り込まれ、フィンや回転体の内側露出部に直接触れ、急速に冷却される。
このように冷却装置の回転体の回転方向を変えるといった簡単な操作で、冷却速度を変えることができる。さらに、回転体の回転方向を切り替えるタイミングを変えることにより、Ｒリッチ相の分布状況を変え、希望する組織の造り込みが容易になる。【００７６】  回転方向を変えるタイミングは、ＳＣ材の冷却温度域８００℃から６００℃を目途に、鋳造終了後１分〜１時間の範囲内で選択するのが望ましい。１分以内では、特に鋳造後期のＳＣ材が高温域を通過する時間が短く、Ｒリッチ相が十分熱平衡に達せず、またＲリッチ相の平均間隔が狭くなりすぎるからである。一方１時間以上では、既に、ＳＣ材全体の平均温度は、Ｒリッチ相の融点以下となり、組織変化は起こりにくくなっているからである。そのため、冷却所用時間を単に長引かせることになるからである。より望ましくは、２分以上３０分未満である。【００７７】  Ｒ２Ｔ１４Ｂ系合金は活性な希土類元素をおよそ３０ｗｔ％も含むため、高温で大気に触れると酸化しやすく、酸素濃度が上昇する。一般に、２００℃以上では酸化が著しく、望ましくは１５０℃以下に冷やしてから取り出す必要がある。特に、水冷構造の回転体を用いた場合、フィンによる伝熱面積の増大効果とあいまって、回転体の回転方向を変えた時のＳＣ材の冷却は速く、短時間で１５０℃以下に冷却することが可能となる。【００７８】  回転体の回転速度は、回転体の内面において、遠心力が０．５Ｇを越えないように設定する。速すぎると、カバーやカバーを覆う金属薄板への負荷が大きくなり、耐久性を悪くするからである。一方、遅すぎると撹拌効果が弱まり、ＳＣ材の薄片同士が融着しあう可能性も出始める。望ましくは、０．１Ｇ〜０．３Ｇ程度である。【００７９】  本発明の別の冷却方法は、回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にした冷却装置を備えたＳＣ装置を用いた冷却方法である。回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始し、所定時間経過後回転軸を水平あるいは受入口側が高くなるように調整し、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させる。【００８０】  回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始することにより、ＳＣ材が受入口側に貯まるようにして、放熱効果を減らすことが可能となる。特に、鋳造開始初期は回転体やカバーの温度は低く、ＳＣ材の温度は低下しやすく、特にＳＣ材の広がりが速いとそのような傾向が一層高まる。このような冷却方法を採用することにより、鋳造開始初期のＳＣ材の冷却速度が速まるのを防ぐことが可能となる。【００８１】  鋳造開始時の回転体の回転軸が水平面となす角度およびそれを変更する時間は、受入口からＳＣ材がこぼれ落ちないよう、実際に使用した結果を見て決めることができる。また、鋳造中一定にする必要はなく、適宜変更することもできる。【００８２】  本発明の別の冷却方法は、電熱ヒータを配置した冷却装置を備えたＳＣ装置を用いて、電熱ヒータに通電し、回転体を正回転状態で鋳造開始直前に通電を停止し、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え、逆方向に回転させる方法である。
鋳造開始前に電熱ヒータに通電して、回転体の内面を３００℃〜６００℃に予熱することにより、特に鋳造開始初期のＳＣ材の冷却速度をさらに遅くすることができる。【００８３】  ヒータによる加熱は、予熱効果を高めるため少なくとも鋳造開始前の１０分前から開始する。一方、長すぎても、定常状態に達してしまい、電力の無駄となるため、１時間以内とするのが望ましい。【００８４】  内側にヒータを配置して予熱しても、加熱されるのはカバーあるいはカバーに金属薄板等で覆った冷却装置を用いた場合、実質的に金属薄板のみである。後者では熱容量的にその寄与が無視できないカバーの温度上昇も抑制される。そのため、比較的低出力のヒータでも効率良く、回転体の内面を予熱できる。また、回転体を逆方向に回転時のＳＣ材の冷却速度もほとんど予熱の影響を受けず十分大きくすることができ、冷却時間を短縮できる。【００８５】  さらに別の冷却方法は、電熱ヒータを配置した冷却装置の中で、回転体の回転軸が水平面となす角度を可変にしたＳＣ装置を用いた冷却方法である。電熱ヒータに通電した後、鋳造開始直前に通電を停止し、回転体を正回転方向にかつ回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始し、所定時間経過後回転軸を水平あるいは受入口側が高くなるように調整し、さらに鋳造終了後所定時間経過後、回転体の回転方向を切り替え逆方向に回転させる。
電熱ヒータによる予熱効果に加え、回転軸を水平面より受入口側が低くなるようにして鋳造を開始することにより、ＳＣ材が受入口側に貯まるようにして、放熱効果をさらに減らすことが可能となり、正回転時の冷却を遅くできる。【００８６】  以下に、実施例を用いて、さらに詳細に本発明の冷却装置およびＳＣ装置、冷却方法について説明する。
【実施例１】
【００８７】  冷却装置として用いた回転体の寸法は厚さ４０ｍｍ×内径７００ｍｍ×長さ８００ｍｍで溶接構造用圧延鋼材を用いて作製した。それに、厚さ１２ｍｍの鋼板を用いて切り出した概略寸法高さ６０ｍｍ×長さ１２０ｍｍのフィンを、円周方向に１２等分割し、回転軸方向にはピッチ５２ｍｍで、１３列配置し、回転体の内面に溶接固定した。さらに、厚さ４ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製のステンレス鋼板で作製したカバーを図４と同様にフィン４個を１ユニットにしてかつ外側に湾曲面を形成するようにして被せた。なお、回転体本体とフィンの合計重量は約６５０ｋｇであった。【００８８】  カバーにはさらに厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓ製の薄板を被せ、周囲を溶接固定した。ＳＣ材の受入口のボンネット内面や、回転体の受入口の反対側の鏡板部分の内面も同様に金属製薄板で覆い、ＳＣ材と回転体本体やその他の厚肉の熱容量の大きな部分と直接接触しないようにした。
このような冷却装置を、模式的に図８に示すような１００ｋｇ真空高周波誘導溶解炉を備えたＳＣ装置に設置した。【００８９】  溶解重量を８０ｋｇとし、配合組成でネオジウムが３１．５ｗｔ％、ボロンが１．０ｗｔ％となるように金属ネオジウム、電解鉄、フェロボロンを配合し、通常の溶解方法にて、アルゴン２５０Ｔｏｒｒの雰囲気中で溶解した。溶解後、回転体を正回転させた状態で、鋳造幅：２００ｍｍ、水冷ロール周速度：１．２ｍ／ｓで鋳造した。【００９０】鋳造終了して１０分経過後、回転を止め、さらに逆方向に回転させた。
さらに、２時間後に回転を止めチャンバーを開け、ＳＣ材の中にシース熱電対の測定端子を差し込み温度を測定した。その結果、最高温度を示す部分でも１３０℃以下と十分低く、酸化による変色は全く起こらなかった。【００９１】  ＳＣ材の平均厚さは０．３１ｍｍであった。ＳＣ材の面に直角方向の断面を観察できるように樹脂に埋め込み、研磨し、走査電子顕微鏡を用いて、反射電子線像にて組織観察を行った。そのようにして得た組織写真を用いて、断面１０カ所、ＳＣ材の厚さ方向ほぼ中央部について、線分法でＲリッチ相の間隔を測定した。その結果、Ｒリッチ相の間隔は６．３μｍであり、二次のラメラ状のＲリッチ相がほとんど消えた、高温域の冷却速度が十分遅い場合の組織を示しており、高磁化型のネオジウム系磁石用原料合金として最適な組織であると判断された。
なお、ＳＣ装置から冷却装置を引き出し、受入口側が低くなるように傾けて正回転させることにより、ＳＣ材を簡単に取り出せることができた。
【実施例２】
【００９２】  実施例１と同じ回転体の内寸法で水冷ジャケット構造の冷却装置を準備した。フィンやカバーの構造や寸法も実施例１と同じになるよう製作した。但し、回転体の厚さは２０ｍｍ、ジャケットの厚さは８ｍｍの鋼板を用いて作製した。
このような冷却装置を、実施例１と同じ１００ｋｇ真空高周波誘導溶解炉を備えたＳＣ装置に設置した。【００９３】  溶解重量を１００ｋｇとし、配合組成で、ネオジウムが２７．０ｗｔ％、ディスプロシウムが５ｗｔ％、ボロンが１．０ｗｔ％となるように金属ネオジウム、金属ディスプロシウム、電解鉄、フェロボロンを配合し、通常の溶解方法にて、アルゴン２５０Ｔｏｒｒの雰囲気中で溶解した。溶解後、回転体を正回転させた状態で、鋳造幅：２００ｍｍ、水冷ロール周速度：１．０ｍ／ｓで鋳造した。【００９４】鋳造終了後、２分経過後、回転を止め、さらに逆方向に回転させた。
さらに、１．５時間後に回転を止めチャンバーを開け、ＳＣ材の中にシース熱電対の測定端子を差し込み温度を測定した。その結果、最高温度を示す部分でも８０℃以下と十分低く、酸化による変色は全く起こらなかった。【００９５】  ＳＣ材の平均厚さは０．２８ｍｍであった。実施例１と同様にしてＳＣ材の断面の組織観察を行った。その結果、Ｒリッチ相の間隔は４．２μｍであり、高保磁力型の磁石の製造用合金原料として最適と考えられる組織を示していた。【００９６】  （比較例１）
実施例１と同じＳＣ装置を用いて、実施例１と同じ配合組成の合金を溶解量も同じ条件にして溶解鋳造し、内寸法で、幅３２０ｍｍ×長さ９５０ｍｍ×高さ６００ｍｍのＳＣ材収納容器に回収した。
このような冷却装置をセットした収納容器を、図６に示すように１００ｋｇ真空高周波誘導溶解炉を備えたＳＣ装置５１に設置した。
鋳造終了後、２４時間経過後、チャンバーを開けて、ＳＣ材の中にシース熱電対の測定端子を差し込み温度を測定した。その結果、２５０℃以上の温度を示す部分が残っており、収納容器からドラム缶に移す際に、ＳＣ材が酸化し、かなりの部分が変色してしまった。【００９７】  ＳＣ材の平均厚さは０．３０ｍｍであった。実施例１と同様にしてＳＣ材の断面の組織観察を行った。その結果、Ｒリッチ相の間隔は７．３μｍであり、実施例１よりさらに広いＲリッチ相の間隔を示していた。組織的には、高磁化型の磁石用原料として利用できる組織であると考えられた。しかしながら、酸化を防ぐには２４時間以上チャンバー内に保持する必要があり、生産性が悪く、量産設備として採用はできないと判断された。【００９８】  （比較例２）
比較例１と同じＳＣ材収納容器に、幅５０×長さ７８０×高さ６００ｍｍの矩形の水冷ボックスを３列５０ｍｍ間隔でセットした冷却装置を準備した。
そして、実施例１と同じＳＣ装置を用いて、実施例１と同じ配合組成の合金を溶解鋳造した。溶解重量も実施例１と同じく８０ｋｇとした。鋳造終了後２４時間経過後にチャンバーを開けてＳＣ材を取り出した。
ＳＣ材の平均厚さは０．３１ｍｍであった。実施例１と同様にしてＳＣ材の断面の組織観察を行った。その結果、Ｒリッチ相の間隔は３μｍ以上の部分も認められたが、３μｍ未満の部分も多く認められ、概してＲリッチ相の間隔は狭く、かつバラツキも大きく、ネオジウム系磁石用合金の原料としては適さない組織を示していた。
【実施例３】
【００９９】  実施例２と同じ回転体の内寸法及び同じ構造寸法のフィンやカバーを設けた水冷ジャケット構造の冷却装置を準備した。冷却装置にはさらに回転体中心軸近傍に図７に示すような５ｋＷの電熱ヒーターを配置し、回転体全体を図６に示すような傾斜機構の上に載せ、回転軸の水平面となす角度を制御できるように構成した。【０１００】  溶解重量を１００ｋｇとし、配合組成で、実施例１と同じになるようにして溶解した。鋳造開始予定時刻の約３０分前から電熱ヒータに通電して、回転体の内面を予熱し、鋳造開始直前に通電を停止した。回転体を正回転させた状態で、かつ受入口側が低くなるように水平面に対して５度傾けて、鋳造幅：２００ｍｍ、水冷ロール周速度：１．２ｍ／ｓで鋳造を開始した。鋳造を初めてから１分経過後、回転軸の傾きを変え受入口側が水平面より３度高くなるようにした。さらに、鋳造終了後１０分間経過後、回転を止め、さらに逆方向に回転させた。【０１０１】  さらに、１．５時間後に回転を止めチャンバーを開け、ＳＣ材の中にシース熱電対の測定端子を差し込み温度を測定した。その結果、最高温度を示す部分でも、９０℃以下と十分低く、酸化による変色は全く起こらなかった。【０１０２】  ＳＣ材の平均厚さは０．３０ｍｍであった。実施例１と同様にしてＳＣ材の断面の組織観察を行った。その結果、Ｒリッチ相の間隔は６．４μｍであり、高磁化型の磁石の製造用合金原料として最適と考えられる組織を示していた。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】  本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を有する。
すなわち、本発明の冷却装置は、組織制御に影響の大きい高温域の冷却速度を遅く、かつ生産性に影響する低温域の冷却速度を速くすることが可能である。特にネオジウム系磁石用原料合金の製法のＳＣ装置において、水冷ロールから離脱したＳＣ材を冷却する装置として組み込んで用いた場合、磁石の用途に応じた最適な組織を有した合金の製造が可能な装置とすることができる。かつ、冷却時間も短くできるため、生産性を高めることができる。【０１０４】  さらに、一つの回転体で回転方向を切り替えることにより、冷却速度を変化させることができ、コンパクトな装置とすることができる。
以上から産業上の利用可能性は十分高い。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】  本発明の冷却装置の外観斜視図である。
【図２】  本発明の冷却装置の回転軸に直角方向の断面図である。
【図３】  本発明のジャケット水冷方式の冷却装置の一部破断側面図である。
【図４】  本発明のフィンとカバーの一実施形態を示す部分断面図である。
【図５】  本発明のフィンとカバーの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図６】  本発明の冷却装置の角度を可変にするための機構を示す図である。
【図７】  本発明のヒータを備えた冷却装置のヒータの取り付け状況を示す断面図である。
【図８】  本発明のストリップキャスティング装置の概略構成を説明する図である。
【図９】  従来のストリップキャスティング装置の概略構成を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】１、２、３、４  冷却装置
９  ＳＣ材
１０  駆動機構
１４  駆動輪
１６  傾斜機構
２０  回転体
２２  タイヤリング
２５  受入口
２６  ボンネット
２９  ロータリージョイント
３０  フィン
４０  カバー
５０ａ、５０ｂ  金属製薄板
６０  ヒータ
７０  溶解室
７１  鋳造室
７２  ルツボ
７３  水冷ロール
７６  破砕機
７７  シユート
【図１】
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【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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【図９】
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