(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから流出する溶湯を一次冷却ロールの表面で急冷して金属薄体を作り、次の二次冷却ロールにこの金属薄体を当てて薄片にすることにより金属薄片を製造する装置であって、
前記ノズルと前記一次冷却ロールとの間に当該ノズルから流出する溶湯を当ててロール軸方向に拡幅して前記一次冷却ロールに当てる溶湯拡幅手段を設け、
この溶湯拡幅手段を、板状材で構成し、前記一次冷却ロールの頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を当てることができるように、前記一次冷却ロール側を低く傾けて配置し、かつ前記一次冷却ロールとの間隔を３ｍｍ以下で少なくとも金属薄片を通過可能に設置したことを特徴とする金属薄片製造装置。
【請求項２】
前記溶湯拡幅手段に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の金属薄片製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属薄片製造装置に関し、熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合に必要とされる金属の急冷薄片素材を簡単かつ高能率で製造できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電素子用材料、磁石材料、水素吸蔵合金などを製造する場合、これら材料が金属間化合物であることが多く、インゴットを粉砕して製造することも可能であるが、性能向上を図る有効な方法として急冷金属薄片素材を用いることが考えられる。この場合、急冷効果としての組成的均一性および急冷方向の結晶の配勾を利用するようにしている。
【０００３】
このような金属薄片は、予め広幅の連続薄帯を製造し、この連続薄帯を粉砕したり、切断することで製造されており、連続薄帯の製造には、主として単ロール法と双ロール法とが用いられている。
【０００４】
単ロール法は、図４（ａ）に示すように、冷却ロール１の上方に設けたノズル２から溶融金属を流出させ、連続的に広幅の薄帯を製造するよう、冷却ロール１の頂部の溶融金属との接触部に溶融金属の表面張力によって湯だまり（パドル）を安定的に保つようにし、得られた連続薄帯を収納箱３に収納するようにしている。
【０００５】
また、双ロール法では、図４（ｂ）に示すように、２つの冷却ロール４を接触させて配置し、この冷却ロール４の接触部直上に溶融金属をノズル５を介して供給し、冷却ロール４間で凝固および圧下させることで薄帯を連続的に製造するようにしている。
【０００６】
ところが、単ロール法では、冷却ロール１の頂部に湯だまり（パドル）を安定的に保つことが難しく、過剰な溶融金属が噴出されると、湯だまりが不安定になって冷却ロール１の横あるいは後ろ方向に落下してしまい、一部の薄片が製品の薄帯に混入し、製品の均一性が低下してしまう。
【０００７】
また、双ロール法では、冷却ロールで冷却凝固と圧下を行うため冷却ロールの駆動に大きな動力を必要とするとともに、冷却ロールの損傷が大きい。
【０００８】
さらに、いずれの従来法でも、製品として連続した薄帯が得られることから、かさ密度が低くなり、大型の収納箱が必要となったり、別に収納箱の前段に粉砕装置や切断装置が必要となっている。
【０００９】
そこで、これらの問題を解消できる金属薄片製造装置として、本願発明者らが特開平２０００−２５１９１２号公報に開示したものがあり、図４（ｃ）に概略構造を示すように、製造すべき金属薄体の厚さより間隔をあけて複数の冷却ロール６，７を設け、しかもこれら複数の冷却ロール６，７を、溶湯ないし金属薄体が順次当たるように段違いに配置し、最上流側の冷却ロール６の表面に図示しないノズルから溶湯を流出させるようにしており、最初の冷却ロール６でノズルから流出した溶湯を急冷して金属薄体を作り、次の冷却ロール７で製造された金属薄体を当てて薄片にするとともに、過剰な溶湯を急冷して金属薄体にするようにしてある。
【００１０】
これにより、溶湯供給の自由度を高め安定して金属薄片を効率的に製造できるようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような金属薄片製造装置で一層大量の溶湯を薄片にしようとすると、ノズルから流出する溶湯の量を増大する必要がある。しかし小径のノズルでは溶湯が先端部で滞留してつまりが生じるなど溶湯を安定して流出させることが出来ないという問題があり、大径のノズルでも、溶湯が冷却ロールの表面に広く当らず集中するため、溶湯の全量を薄片にすることが出来ないという問題がある。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、大量の溶湯を流出させても溶湯の滞留によるノズルのつまり等が生じることなく、溶湯の全量を効率良く薄片にできる金属薄片製造装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置は、ノズルから流出する溶湯を一次冷却ロールの表面で急冷して金属薄体を作り、次の二次冷却ロールにこの金属薄体を当てて薄片にすることにより金属薄片を製造する装置であって、前記ノズルと前記一次冷却ロールとの間に当該ノズルから流出する溶湯を当ててロール軸方向に拡幅して前記一次冷却ロールに当てる溶湯拡幅手段を設け、この溶湯拡幅手段を、板状材で構成し、前記一次冷却ロールの頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を当てることができるように、前記一次冷却ロール側を低く傾けて配置し、かつ前記一次冷却ロールとの間隔を３ｍｍ以下で少なくとも金属薄片を通過可能に設置したことを特徴とするものである。
【００１４】
この金属薄片製造装置によれば、ノズルと一次冷却ロールとの間に当該ノズルから流出する溶湯を当ててロール軸方向に拡幅して前記一次冷却ロールに当てる溶湯拡幅手段を設け、この溶湯拡幅手段を、板状材で構成し、前記一次冷却ロールの頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を当てることができるように、前記一次冷却ロール側を低く傾けて配置し、かつ前記一次冷却ロールとの間隔を３ｍｍ以下で少なくとも金属薄片を通過可能に設置するようにしており、ノズル径を拡大するなどで大量の溶湯を流出させても板状材の溶湯拡幅手段で溶湯をロール軸方向に拡げて当てることができ、全量を効率良く薄片にできるとともに、溶湯の滞留によるノズルのつまり等も防止できるようにしている。また、板状材の溶湯拡幅手段の前記一次冷却ロール側の端部を当該一次冷却ロールの表面から３ｍｍ以内に設置するようにしており、溶湯の表面張力などによって溶湯の流れが不安定になることを防止して大量の溶湯の全量を効率良く薄片にするようにしている。
【００１９】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置は、請求項１記載の構成に加え、前記溶湯拡幅手段に加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
この金属薄片製造装置によれば、溶湯拡幅手段に加熱手段を設けるようにしており、溶湯が表面に付着したり凝固粒子が生じることを防止できるようにしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の１実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかり、図１（ａ）は溶湯拡幅手段として整流板を用いた場合の部分拡大図、図１（ｂ）は溶湯拡幅手段としてガスカーテンを用いた場合の部分拡大図、図１（ｃ）は溶湯拡幅手段として整流板を用いた場合の部分拡大斜視図、図２は全体の概略構成図である。
【００２４】
この金属薄片製造装置１０では、中空の内部冷却式の冷却ロール１１，１２を２個備えており、溶湯の供給上流側の冷却ロール１１の回転軸に対して下流側の冷却ロール１２の回転軸が上方にずらして２つの冷却ロール１１，１２が段違い状態に配置されるとともに、２つの冷却ロール１１，１２の間隔を製造される金属薄体の厚さより大きい間隔とする。例えば冷却ロール１１の冷却能力によって製造される金属薄体の厚さがほぼ決まるが、金属薄体の厚さが５０〜６０μｍであるとすれば、冷却ロール１１，１２の間隔を３ｍｍ程度にしてある。
【００２５】
また、これら冷却ロール１１，１２は互いに逆方向に回転駆動されるようになっており、図示しない駆動機構によって駆動され、例えば周速が１０〜２０ｍ／ｓｅｃ程度となるように回転駆動される。
【００２６】
そして、冷却ロール１１の上部には、タンディッシュおよびノズル１３が設けられ、ノズル１３の下方には、溶湯拡幅手段を構成する板状の整流板１４、あるいは不活性ガスまたは溶解雰囲気ガスを噴出させてカーテン状とするガスカーテン１４ａが設けてあり、タンディッシュに供給される溶融金属（溶湯）をノズル１３から流出させて整流板１４あるいはガスカーテン１４ａに当て、溶融金属をロール軸方向に拡げて１次冷却ロール１１の表面に当てるようになっている。
【００２７】
この整流板１４あるいはガスカーテン１４ａでは、冷却ロール１１の頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を当てることができるように配置され、冷却ロール１１に当った溶湯が後方に飛散せず前方に飛び出すようにしてあり、例えば冷却ロール１１の頂部より中心角で４５度程度回転方向下流側の表面に溶湯が当たるようにしてある。
【００２８】
また、この整流板１４はその先端側の端面と冷却ロール１１の表面との間にある程度の間隔をあけて配置されるが、この冷却ロールとの間隔が広くなると、溶湯の表面張力によって溶湯の流れが不安定となるとともに、ロール軸方向への拡がりが小さくなることから２０ｍｍ以内に位置するように配置する。なお、通常は整流板１４の先端側の端面と冷却ロール１１の表面とが平行になるように一定の間隔をあけて配置するが、冷却ロール１１の内部に供給する冷却水によりロール軸方向に温度勾配が生じる場合には、冷却能力に応じて溶湯の供給量をロール軸方向で調整するよう、ロール表面との間隔をロール軸方向で変えて平行としないようにしても良い。
【００２９】
そして、整流板１４の先端側の端面から１０ｍｍ以上離れた位置にノズル１３の中心を位置させて溶湯を流出させて当てるようにする。整流板１４に当った溶湯が整流板１４に沿って流れる距離が１０ｍｍより小さいと、溶湯を拡げる効果が発揮されなくなってしまう。
【００３０】
この整流板１４の先端側の端面と冷却ロールの表面との間隔と溶湯の流れの幅を、実験的に求めた結果を示したものが図３であり、整流板１４は冷却ロール１１に接近して配置することが溶湯を拡げる上で好ましく、特に、３ｍｍ以下にすることが溶湯の流れを広くする上で好ましい。
【００３１】
なお、溶湯拡幅手段としてガスカーテン１４ａを設置する場合には、ガスカーテン１４ａの先端を冷却ロールの表面に当て間隔の無い状態にすることができるが、冷却ロール１１の表面に当ったガスがロール回転方向前方に流れるようにし、溶湯を後方に巻き上げたり、飛散させないように設置する。
【００３２】
このような溶湯拡幅手段として整流板１４あるいはガスカーテン１４ａを設けることで、ノズル１３から流下する溶湯をロール軸方向に薄く拡げて冷却ロール１１に当てることができるようになり、ノズル１３からの溶湯の流下量（供給量）を増大しても全量を金属薄片にでき、これまでノズル１３の直径を最大でも１０ｍｍ程度にしかできなかったものが、直径１２ｍｍ以上の大口径ノズルを使用できる。
【００３３】
これにより、通常セラミックスで製造するノズル１３の製造が容易になるとともに、ノズル付近での溶湯の滞留に起因する溶湯のつまりがなくなり、固形不純物が混入しているような溶湯でもノズルを通過させることができ、連続運転が一層容易になり、運転に要するコストも低減することができる。
【００３４】
なお、ノズル１３には、円形のノズル孔が形成されたものに限らず、スリット状のノズル孔が形成されたものなどであっても良く、また、ノズル孔は、単孔とする場合に限らず、多孔として冷却ロール１１のロール軸方向と平行に複数配置するようにしても良い。
【００３５】
さらに、ノズル１３に保温加熱装置を設けるなどすれば、ノズル部分での溶湯の凝固を防止して安定した状態で操業することができる。
【００３６】
また、ノズル１３から流下する溶湯を整流板１４に当てて溶湯の幅を拡げるようにすることから、整流板１４は溶湯と反応しないで又は熱ショックに強い材料で表面を形成することが好ましく、例えばボロンナイトライドを含む材料で作られるが、溶湯を拡げることができれば必ずしも平板である必要はない。さらに、整流板１４に加熱装置を設けるようにすれば、溶湯が付着することを防止でき、凝固粒子が冷却ロール１１，１２間に噛み込まれてロール表面が損傷することを極力防止できるようになる。
【００３７】
一方、ガスカーテン１４ａの場合には、不活性ガスまたは溶解雰囲気ガスによりガスカーテンを形成するようにすることで、溶湯との反応を防止でき、ガスカーテン１４ａの場合には、溶湯が凝固し難く付着が生じないことから、特にガスを加熱する必要はない。
【００３８】
このような２つの冷却ロール１１，１２の下方には、収納箱１５が配置され、冷却ロール１１で凝固した金属薄体を冷却ロール１２に当てて粉砕して金属薄片にするとともに、冷却ロール１１で冷却凝固されずに飛散する溶湯などを冷却ロール１２で冷却凝固させることで得られたこれら金属薄片を収納箱１５で回収できるようにしてある。
【００３９】
そして、金属薄片を効率良く収納箱１５に回収するため、２つの冷却ロール１１，１２の下方と収納箱１５との間に誘導管１６が配置され、飛散させずに収納箱１５に回収するようにしてある。
【００４０】
また、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で金属薄片を製造できるようにするため、装置全体が密閉容器１７内に設置されるとともに、タンディッシュの底部に予圧壁１８が設けられ、密閉容器１７が上下に仕切られている。
【００４１】
そして、この密閉容器１７内に不活性ガスを供給する雰囲気ガス供給ノズル１９が、冷却ロール１１，１２の下部からロールの対向面に沿って噴射されるように配置され、製造された金属薄体および金属薄片を冷却するとともに、不活性ガスの流れを利用して金属薄片を収納箱１５に導くことができるようにしている。
【００４２】
また、噴射された不活性ガスは収納箱１５にガス吸引口が設けられ、図示しないブロワで吸引し、熱交換器２０を介して冷却後、再び雰囲気ガス供給ノズル１９から供給して循環するようにしてある。
【００４３】
さらに、この金属薄片製造装置１０では、不活性ガスなどの雰囲気ガス中で冷却ロール１１，１２が高速回転すると、雰囲気ガスの巻き込みによって風（ガスの流れ）が生じることから、この風によるノズル１３の冷却を防止したり、金属薄片が飛散することを防止するため、ノズル１３の両側の予圧壁１８部分から冷却ロール１１，１２に向かって突き出す防風板２１が設けてある。
【００４４】
また、この金属薄片製造装置１０では、冷却ロール１１，１２の表面を清浄に保つため冷却ロール１１，１２のそれぞれの外周に接してロール状の掃除ブラシ２２が設けてある。
【００４５】
このように構成した金属薄片製造装置１０の動作とともに、金属薄片の製造について説明する。
【００４６】
この金属薄片製造装置１０では、雰囲気ガス供給ノズル１９から雰囲気ガスとして不活性ガスを供給した状態とし、溶解炉で溶解した溶融金属をタンディッシュを介してノズル１３から流出させ、整流板１４、あるいはガスカーテン１４ａに当ててロール軸方向に拡げて、回転駆動するとともに、内部から冷却している冷却ロール１１の表面に溶湯を当てる。
【００４７】
すると、溶湯が冷却ロール１１の表面に接触することで凝固して金属薄体になり、冷却ロール１２の表面に当たって粉砕されて金属薄片となる。この冷却ロール１２では、冷却ロール１１で凝固せずにそのまま前方に飛散する少量の塊に分割された溶湯が冷却ロール１２のロール表面に当たって冷却されて凝固し、それぞれの溶湯の塊が金属薄片となる。
【００４８】
こうして、冷却ロール１１および冷却ロール１２で薄片状となった金属薄片は、冷却ロール１２の表面に再び当たってさらに粉砕され、誘導管１６と雰囲気ガス供給ノズル１９から供給される不活性ガスでの流れに誘導されて収納箱１５に回収される。
【００４９】
そして、製造される各段階の金属薄体および金属薄片は、冷却ロール１１から冷却ロール１２に当たるまでの間、冷却ロール１２を経て再び冷却ロール１１に当たるまでの間、さらに誘導管１６を経て収納箱１５に至るまでの間に、雰囲気ガスによって冷却されるとともに、収納箱１５内でも循環される不活性ガスで冷却され、効率的に冷却される。
【００５０】
このような金属薄片製造装置１０によれば、ノズル１３から直接冷却ロール１１に溶湯を供給する場合に比べ、溶湯拡幅手段としての整流板１４あるいはガスカーテン１４ａによって溶湯をロール軸方向に拡げて当てることができ、大量の溶湯の全量を金属薄片にすることができ、生産効率を大巾に向上することができる。
【００５１】
また、大口径のノズル１３を使用することが可能となり、溶湯のつまりを防止でき、溶湯中に不純物などの混入があってもノズル１３を通過できるとともに、ノズルの加工や補修が容易となり、運転コストの低減を図ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の金属薄片製造装置によれば、ノズルと一次冷却ロールとの間に当該ノズルから流出する溶湯を当ててロール軸方向に拡幅して前記一次冷却ロールに当てる溶湯拡幅手段を設け、この溶湯拡幅手段を、板状材で構成し、前記一次冷却ロールの頂部より回転方向下流側の表面に溶湯を当てることができるように、前記一次冷却ロール側を低く傾けて配置し、かつ前記一次冷却ロールとの間隔を３ｍｍ以下で少なくとも金属薄片を通過可能に設置したので、ノズル径を拡大するなどで大量の溶湯を流出させても板状材の溶湯拡幅手段で溶湯をロール軸方向に拡げて当てることができ、全量を効率良く薄片にできるとともに、溶湯の滞留によるノズルのつまり等も防止することができる。
また、板状材の溶湯拡幅手段の前記一次冷却ロール側の端部を当該一次冷却ロールの表面から３ｍｍ以内に設置したので、溶湯の表面張力などによって溶湯の流れが不安定になることを防止して大量の溶湯の全量を効率良く薄片にすることができる。
【００５５】
また、この発明の請求項２記載の金属薄片製造装置によれば、溶湯拡幅手段に加熱手段を設けるようにしたので、溶湯が表面に付着したり凝固粒子が生じることを防止でき、凝固粒子のロール間への噛み込みを防止してロールの損傷も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかり、（ａ）は溶湯拡幅手段として整流板を用いた場合の部分拡大図、（ｂ）は溶湯拡幅手段としてガスカーテンを用いた場合の部分拡大図、（ｃ）は溶湯拡幅手段として整流板を用いた場合の部分拡大斜視図である。
【図２】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかる全体の概略構成図である。
【図３】この発明の金属薄片製造装置の一実施の形態にかかり、整流板と冷却ロールの間隔と溶湯の流れの幅との関係を実験的に求めた結果のグラフである。
【図４】従来の金属薄帯の製造装置にかかる単ロール法および双ロール法の説明図である。
【符号の説明】
１０  金属薄片製造装置
１１  １次冷却ロール
１２  ２次冷却ロール
１３  ノズル
１４  整流板（溶湯拡幅手段）
１４ａ  ガスカーテン（溶湯拡幅手段）
１５  収納箱
１６  誘導管
１７  密閉容器
１８  予圧壁
１９  雰囲気ガス供給ノズル
２０  熱交換器
２１  防風板
２２  掃除ブラシ
【図１】
0003843799.tif 000002
【図２】
0003843799.tif 000003
【図３】
0003843799.tif 000004
【図４】
0003843799.tif 000005