非晶合金箔带制造装置和使用其的非晶合金箔带的制造方法与流程

本发明涉及非晶合金箔带制造装置和使用其的非晶合金箔带的制造方法。

背景技术：

通常，金属具有原子整齐排列而成的晶体结构，但在高温下熔融的液体的状态下急速冷却时，成为具有液体结构的固体。将该晶体无序地堆积而成的非晶质合金称为非晶合金。

非晶合金强度高且磁损小等电特性等优秀，但加工中要求先进的技术。非晶合金的制造方法中最一般的方法是单辊液体急冷法。单辊液体急冷法是使导热性高的金属或合金制的辊(鼓)高速旋转，同时使熔融金属(以下称为合金熔浆)与辊的外周面接触，由此使合金熔浆急速冷却而凝固为箔带状的方法。用这样的熔融金属直接制造箔带的技术中，如何使箔带的板厚和表面性状均匀是重要的课题。

近年来，对于在变压器或电动机的铁芯中使用磁损小的非晶合金进行了研究。用作铁芯材料的非晶箔带是叠层使用的，所以其一片一片的表面性状的优劣影响变压器或电动机整体的特性。

非晶箔带的表面性状品质的降低可以考虑以下原因。作为形成非晶箔带的方法，有使熔融了的非晶材料在高速旋转的冷却辊的表面流动的方法，此时，空气进入冷却辊上的熔融金属的液体存储部(以下称为熔池(puddle))与该冷却辊表面之间(边界层)，该空气直接被封入在辊上逐渐凝固的箔带的内部，在非晶箔带上形成表面凹凸。通过卷绕具有该表面凹凸的非晶箔带制造铁芯，存在铁芯大型化的风险。

空气进入非晶箔带之间的机制是熔池被某种外力激振，改变辊表面与熔池形成的表面的湿润角，在边界层周期性地形成空气易于进入的空气卷入部(气囊)。

结果，制造的箔带中，形成与该周期一致的鱼鳞状图案(fishscale)，箔带的表面性状的均匀性降低。另外，正在凝固中的箔带的面性状的均匀性不佳的情况下，箔带的热不能高效率地向辊传导，不能使箔带急速冷却，所以非晶质化变得更困难。

关于熔池的振动，以往进行了多种研究，报告了存在2种振动方式。其中一种是因空气与熔池碰撞而熔池的表面膜振动这样的运动学的原因(表面张力波)引起的，另一种是空气与熔池碰撞，使熔融金属的表面不均匀地氧化，表面张力变得不均匀，结果发生振动这样的化学反应的原因(马兰哥尼效应)引起的。

另一方面，以往对防止这些原因引起的箔带表面性状的均匀性降低进行了研究，以下的专利文献中公开了使与熔池碰撞的空气变得稀薄、或者用低密度的惰性气体或还原性气体代替空气等多种方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭51-109221号公报

专利文献2：日本特开昭59-209457号公报

专利文献3：日本特开昭60-37249号公报

专利文献4：日本特开平6-292950号公报

日本特开昭51-109221号公报公开了在减压室内制造改良合金丝的方法。但是，该制造方法在制造少量箔带的情况下有效，然而大量生产存在设备费用和运行成本高的课题。

另外，日本特开昭59-209457号公报对上述日本特开昭51-109221号公报中记载的方法的设备的问题进行改良，提出了使用低密度且高温的惰性气体。但是，该方法中，有效的低密度的氦、氪、氙等惰性气体非常昂贵，也在运行成本上存在课题。

进而，日本特开昭60-37249号公报中，在发热性的还原性气氛下制造箔带时，使廉价的一氧化碳燃烧作为低密度的还原性气体，解决了上述运行成本昂贵的课题。但是，一氧化碳存在安全上的课题。

作为解决这些课题的方法，有日本特开平6-292950记载的箔带制造装置，提出了对熔池的附近喷射co2气体，大幅改善箔带的表面性状的方法。但是，该方法也在箔带为100mm以上的较宽的宽度时，存在不能稳定地得到良好的表面粗糙度等其他课题。

技术实现要素：

鉴于上述各种课题，本发明的目的在于提供一种能够控制非晶箔带的表面凹凸的非晶合金箔带的制造装置和使用该制造装置的非晶合金箔带的制造方法。

本发明的非晶合金箔带制造装置的特征在于，包括冷却辊5、使冷却辊5旋转的驱动机构、对冷却辊5的外周面供给合金熔浆的第一供给机构3和对合金熔浆提供压力的第二供给机构2。

发明效果

根据本发明，能够控制非晶箔带的表面凹凸。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的非晶合金箔带的制造装置的立体图。

图2是图1中的喷嘴部的放大图。

图3是三维地表示非晶合金箔带表面观察轮廓的图。

图4是表示包含未凝固的流体的箔带的温度的随时间经过的变化和辊表面的温度的随时间经过的变化的图。

符号说明

1……非晶合金箔带制造装置，2……供给机构，2a……喷嘴，3……供给机构，3a……喷嘴，4……非晶合金箔带，5……水冷辊，6……通水管

具体实施方式

以下用附图说明本发明的实施例。以下只是实施例，并不是将发明的内容限定为下述具体方式。

【实施例1】

如图1所示，本实施例的非晶合金箔带的制造装置1用于制造非晶合金箔带4。

在该制造装置1中设置有水冷辊5。水冷辊5由导热性高的金属或合金形成，例如由铜或铜合金形成。在水冷辊5的一个端部设置有通水管6，经由它对内部供给冷却水。另外，在水冷辊5的另一个端部，连接有使水冷辊5旋转的电动机等。冷却水从水冷辊5的一个端部经由通水管6被导入水路内，在水路中流通后，经由通水管6排出。排出后的冷却水被未图示的冷却单元再次冷却后注入通水管6。

另外，本发明中，不限定于上述水冷辊，例如也能够采用在辊上设置风扇，向辊内导入冷却后的空气从而使辊的表面温度冷却的结构。

如图2所示，在水冷辊5的上方，设置有用于供给作为非晶合金箔带4的材料的合金熔浆的供给机构3和用于在排出合金熔浆后立刻对合金熔浆的表面排出非金属的液体(例如水)或气体(例如空气)的供给机构2。

进而，供给机构3具有向水冷辊5的外周面排出合金熔浆的喷嘴3a，供给机构2具有向合金熔浆的表面排出非金属的液体(例如水)或气体(例如空气)的喷嘴2a。喷嘴3a和喷嘴2a的排出口朝向水冷辊5方向，与水冷辊5的外周面和非晶合金箔带4的材料表面之间形成了微小的间隙。

图2所示的喷嘴3a和喷嘴2a为排列有2条缝隙的形状，但也可以使用具有3条以上的缝隙的喷嘴。例如，喷嘴2a的缝隙也可以设置多条。优选缝隙3a和缝隙2a延伸的方向与水冷辊5的轴向相同。

另外，缝隙3a与缝隙2a之间的距离设定成从缝隙3a排出的合金熔浆3从缝隙2a承受压力直至被水冷辊5冷却而达到玻璃转化温度tg。换言之，缝隙3a与缝隙2a之间的距离设定成从缝隙3a排出的合金熔浆3从作为过冷液体的牛顿粘性状态直到成为完全金属固体为止都从缝隙2a承受压力。其中，本实施例中，供给机构2与供给机构3一体地形成，但也能够分别形成。

接着，说明本实施例的非晶合金箔带4的制造方法。

首先，经由通水管6使冷却水在水冷辊5内流通，同时使水冷辊5高速旋转。在该状态下，对喷嘴3a内注入合金熔浆，经由喷嘴3a向水冷辊5排出合金熔浆，使其与水冷辊5的外周面接触。由此，在喷嘴3a与水冷辊5之间形成熔池。

形成熔池的合金熔浆中，与水冷辊5接触的部分被冷却而粘度提高，通过水冷辊5的旋转而从熔池被抽出。从熔池抽出的合金熔浆在水冷辊5的外周面被拖拉并在水冷辊5的旋转方向移动，同时被水冷辊5冷却成为过冷液体即牛顿粘性状态的金属流体。接着从粘性状态的金属流体凝固，温度变得比玻璃转化点tg更低，由此形成非晶合金箔带4。

例如，喷嘴3a和喷嘴2a各形成有1个的情况下，首先，从喷嘴3a排出的合金熔浆的熔池，被水冷辊5冷却成为过冷液体即牛顿粘性状态的金属流体。之后，马上从喷嘴2a向上述牛顿粘性状态的金属流体的表面提供压力。具体而言，向过冷液体即牛顿粘性状态的金属流体材料的表面排出非金属的液体(例如水)或气体(例如空气)。由此，形成完全固体的非晶合金箔带4。

在从合金熔浆的熔池抽出的高粘度流体到达玻璃转化点tg之前，通过对高粘度流体的表面排出从喷嘴2a供给的非金属的液体(例如水)或气体(例如空气)，能够抑制高粘度流体的表面性状的凹凸，所以能够提高非晶箔带的表面性状的均匀性。

在现有的制造工序中，如图3的非晶合金箔带表面观察轮廓所示，辊表面与熔池形成的表面的湿润角因空气层的振动等而改变，形成了与边界层的周期一致地形成有空气吸入部(气囊)的鱼鳞状图案(fishscale)，非晶箔带的表面性状的均匀性降低。

利用本实施例的方法能够抑制空气层的振动等引起的辊表面与熔池形成的表面的湿润角的变化，能够防止生成空气吸入部(气囊)的周期性的边界层。由此，能够提高非晶箔带的表面性状的均匀性。

另一方面，从合金熔浆3向水冷辊5传递的热在水冷辊5的外周部分传导，传递至在水冷辊5内流通的冷却水。然后，传递至冷却水的热与冷却水一同向水冷辊5的外部排出。即，合金熔浆3的热从合金熔浆3向水冷辊5传导，进而传递至冷却水后排出。

以下说明通过向过冷液体即牛顿粘性状态的金属流体材料的表面排出非金属的液体或气体能够控制非晶合金箔带4的表面的凹凸的理由。图4的右轴示意地表示了包含未凝固的流体的非晶合金箔带的温度的时间变化(对应于从熔池向下游方向去的距离)，图4的左轴示意地表示了冷却辊表面的温度变化。

其中，图4中的曲线示出了用厚度小的辊(现有方法中例如为10mm)制造较薄的非晶合金箔带(例如25μm)的情况。另外，图4所示的辊表面温度的测定位置是合金熔浆3的熔池的上游侧、例如距离熔池20cm的位置。

如图4所示，初始的辊表面温度急剧上升，之后，温度的上升率降低，但是以一定的斜率线性地持续上升。另外，关于形成的非晶箔带的微观结构，是较薄的冷却辊的情况下，在辊表面温度t1之前是非晶质，超过它时开始结晶。

于是，在达到辊表面温度t1之前，对从合金熔浆3的熔池抽出的高粘度流体排出非金属的液体(例如水)或气体(例如空气)，由此抑制高粘度流体的表面形状的凹凸。

之后，时间进一步经过时，在辊表面温度为t2时发生熔池损坏，之后不再形成箔带。其中，开始结晶的冷却辊的表面温度是t1，发生熔池损坏的辊的表面温度是t2。

以往的使非晶合金箔带叠层而成的变压器或电动机的铁芯中，存在因各箔带表面存在凹凸而引起铁芯的大型化的课题。

与此不同，本发明中，能够通过使非晶合金箔带凝固的过程实现非晶合金箔带的表面性状的控制，所以能够抑制非晶合金箔带的表面的凹凸，防止铁芯的大型化。另外，提高箔带的表面性状品质能够增加变压器或电动机的一定容积内的占空系数，所以能够实现变压器或电动机的小型化。进而，通过抑制非晶合金箔带的表面的凹凸，能够顺利地进行导热，也提高冷却速度，还能够进一步减少电特性的损失。