JP2009095871A - クラッドロウ材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

クラッドロウ材の製造装置及び製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】クラッドロウ材の製品の歩留まりの低下を抑制し、かつ、生産性の向上を図るクラッドロウ材の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】金属板21と、ロウ材組成を有する原料粉末Xとを圧延する圧延ローラ4A、4Bを有するクラッドロウ材シート1の製造装置Dであって、圧延ローラ4A、4Bで圧延される原料粉末Xに液体を供給して、原料粉末Xを構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給装置30を備えるという構成を採用する。
【選択図】図1

Description

本発明は、クラッドロウ材の製造装置及び製造方法であって、特に、粉末圧延により基材とロウ材組成を有する粉末とを圧延して製造するクラッドロウ材の製造装置及び製造方法に関するものである。
現在、実用化されているロウ材シートは、例えば、ニッケルロウ材組成の金属を溶解し、急冷ロール法によりアモルファスのシート状にしたものや、粉末状のニッケルロウと特殊なバインダーによりスラリー状にし、ドクターブレード法等によりシート状にしたものをステンレスの基材に固着させた後、焼成することで製造するものが知られている。
近年、粉末圧延によるクラッドロウ材のロウ材シート(以下、クラッドロウ材シートと称する)が注目されている。粉末圧延によるクラッドロウ材シートは、例えば、ステンレスの基材と、ロウ、ニッケル、クロム及びシリコンの粉末を混合した混合粉末とを一対に対峙して設置された圧延ローラで圧着させ、圧着により数十ミクロンの粉体層を形成させたものをさらに焼成することで形成される(例えば、特許文献1または2参照)。
このクラッドロウ材シートは、上記実用化されているロウ材シートと比較すると、曲げ加工、プレス加工等の加工性がよく、また、バインダーを使用しないため、ロウ付けの際、バインダーの揮発の必要がないためロウ付け性がよいという特徴がある。
特開2004−25251号公報 特開2005−139536号公報
しかしながら、上記クラッドロウ材シートの製造工程において、圧延ローラの対峙部に略均一な厚さ又は層となって供給される混合粉末の一部が、当該対峙部に供給する前の圧延ローラ周面上から崩落し、または、滑り落ちて、圧延ローラの対峙部に過剰に流れ込み、圧延後に形成される粉体層が不均一な厚さになってしまい、製品の歩留まりを低下させている問題があった。
また、上記問題は、特に高速で圧延ローラを回転させた際に発生する傾向があるため、クラッドロウ材シートを製造するにあたっては、低速で圧延ローラを回転させなくてはならず、クラッドロウ材シートの生産性の向上を阻害する要因ともなっている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、クラッドロウ材の製品の歩留まりの低下を抑制し、かつ、生産性の向上を図るクラッドロウ材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明では、基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延ローラを有するクラッドロウ材の製造装置であって、上記圧延ローラで圧延される上記原料粉末に液体を供給して、上記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給装置を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、原料粉末に液体を供給して粒子間の付着力を増大させることができる。
また、本発明では、上記原料粉末は複数種の粉末が混合された混合粉末であり、上記粉末を混合する混合装置を有し、上記液体供給装置は、上記混合装置で混合されている上記粉末に液体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、原料粉末に混入させる液体の量を調整でき、原料粉末と液体とを均一に混ぜ込むことができる。
また、本発明では、上記原料粉末を上記圧延ローラへ搬送する搬送装置を有し、上記液体供給装置は、上記搬送装置で搬送されている上記原料粉末に液体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、原料粉末を圧延ローラに供給する前段階の搬送中に液体を供給することができる。
また、本発明では、上記液体供給装置は、蒸気により液体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、湿度を調整することで、原料粉末に所定量の液体を供給することができる。
また、本発明では、上記圧延ローラよって圧延された上記基材及び上記原料粉末を加熱する加熱炉を有し、上記加熱炉の前に、圧延された上記基材及び上記原料粉末を乾燥させる乾燥装置を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、加熱された原料粉末に供給した液体が蒸発して加熱炉内に残留することを防ぐことができる。
また、本発明では、基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延工程を有するクラッドロウ材の製造方法であって、上記圧延工程で圧延される上記原料粉末に液体を供給して、上記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給工程を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、原料粉末に液体を供給して粒子間の付着力を増大させることができる。
本発明によれば、基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延ローラを有するクラッドロウ材の製造装置であって、上記圧延ローラで圧延される上記原料粉末に液体を供給して、上記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給装置を備えるという構成を採用することによって、原料粉末に液体を供給して粒子間の付着力を増大させることができる。
つまり、液体を供給することで、圧延ローラの対峙部に供給される原料粉末の一部の崩落や、滑り落ちを防ぐことができ、原料粉末が当該対峙部に過剰に流れ込むことを抑制することができる。さらに、圧延ローラの高速回転も実現可能となる。
したがって、クラッドロウ材の製品の歩留まりの低下を抑制し、かつ、生産性の向上を図ることができる。
また、本発明によれば、基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延工程を有するクラッドロウ材の製造方法であって、上記圧延工程で圧延される上記原料粉末に液体を供給して、上記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給工程を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、原料粉末に液体を供給して粒子間の付着力を増大させることができる。
つまり、液体を供給することで、圧延工程において供給される原料粉末の一部の崩落や、滑り落ちを防ぐことができ、原料粉末が圧延を受ける部位に過剰に流れ込むことを抑制することができる。さらに、圧延工程の高速化も実現可能となる。
したがって、クラッドロウ材の製品の歩留まりの低下を抑制し、かつ、生産性の向上を図ることができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。また、理解を容易にするために、これらの図面は、縮尺を適宜変更している。
図1は、クラッドロウ材シート(クラッドロウ材)1を製造する製造装置Dの構成図を示す。
製造装置Dは、ロウ材組成を有する原料粉末Xを混合する混合装置20と、原料粉末Xに液体を供給する液体供給装置30と、混合された原料粉末Xを貯蓄するホッパ3Aと、ホッパ3Aに貯蓄された原料粉末Xを後述する圧延ローラ4Aに向けて搬送して供給するベルトフィーダ(搬送装置)5Aと、圧延ローラ4Aの周面に供給された原料粉末Xと金属板(基材)21とを圧延する圧延ローラ4A、4Bと、圧延加工された原料粉末X及び金属板21を乾燥させる乾燥装置40と、乾燥を経た原料粉末X及び金属板21を加熱処理する加熱炉6と、加熱処理を経て形成されるクラッドロウ材シート1を巻き取る回収ローラ8とを有する。
原料粉末Xは、ロウ材組成を有する粉末から構成される。原料粉末Xは、例えば、ニッケルロウ材(BNi−5)粉末X1、ニッケル粉末X2、クロム粉末X3及びシリコン粉末X4の混合粉末から構成される。
また、基材と成る金属板21は、例えば、ステンレスから構成される。
混合装置20は、原料粉末Xを貯蓄する中空構造と、所望の量に計量されたニッケルロウ粉末X1と、ニッケル粉末X2と、クロム粉末X3及びシリコン粉末X4とを混合して攪拌させるミキサー等とを有する構成となっている。
液体供給装置30は、液体を供給する噴霧ノズル等を有し、噴霧ノズルを介して混合装置20で混合されている原料粉末Xに液体を供給する構成となっている。
液体供給装置30から供給される液体は、例えば、水や有機溶媒(例えば、アルコール等)であり、好ましくは、揮発性を有して残留物が無い液体であることが好ましい。
当該液体の供給量は、原料粉末Xが圧延ローラ4A及び4Bの対峙部に供給される間に、原料粉末Xの一部が崩落し、または、滑り落ちることを防止する為に必要な粒子間の付着力を原料粉末Xに付与させるための量であり、原料粉末Xの用いられる量、構成等により変動するものであって実験によって最適な供給量が求められるものである。
なお、液体供給装置30は、噴霧ノズルを採用しているが、これは原料粉末Xに供給する液体の供給量が微量で、且つ、広範囲に液体を供給できる理由からである。
混合装置20にて、液体を供給され、所望の重量比で混合された原料粉末Xは、不図示の粉末供給装置でホッパ3Aに供給されることとなる。
ホッパ3Aは、上部及び下部が開口し、断面形状が下方に向かうに従って漸次縮径する中空構造を有する構成となっている。
ベルトフィーダ5Aは、ホッパ3Aの下部と接続され、不図示の回転駆動機構と接続されて回転駆動することで、ホッパ3Aの下部から液体が添加された原料粉末Xを搬送する構成となっている。また、ベルトフィーダ5Aは、搬送先が、圧延ローラ4Aの上方に位置しており、原料粉末Xを圧延ローラ4Aの周面上に供給する構成となっている。
なお、ベルトフィーダ5Aは、圧延ローラ4Aの幅と略同一の幅を有しており、圧延ローラ4Aの幅方向に亘って均一に、原料粉末Xを供給可能な構成となっている。
圧延ローラ4A、4Bは、一対となっており、ベルトフィーダ5Aの下方に設けられる。また、圧延ローラ4A、4Bは、互いの周面が所定の間隔で平行対峙するように配置される。そして、圧延ローラ4A、4Bは、不図示の回転駆動機構により回転駆動することによって、圧延ローラ4A、4Bの間に挿入される部材を圧延する構成となっている。
乾燥装置40は、圧延ローラ4A、4Bの下方に設置される。そして、乾燥装置40は、乾燥装置40内へプーリ9を介して挿入された圧延ローラ4A、4Bにより圧延された原料粉末X及び金属板21に熱風等を加えて乾燥させることで、液体供給装置30により供給された原料粉末Xに含まれる液体を蒸発させる構成となっている。
加熱炉6は、乾燥装置40の下流に設置され、乾燥した原料粉末X及び金属板21を加熱処理する構成となっている。
回収ローラ8は、不図示の回転駆動機構により回転駆動可能に担持される。そして、回収ローラ8は、加熱炉6による加熱処理の工程を経たクラッドロウ材シート1を巻き取る構成となっている。
続いて、上記構成の製造装置Dの動作について説明する。
製造装置Dは、始めに、不図示の計量装置で計量されたニッケルロウ材粉末X1、ニッケル粉末X2、クロム粉末X3及びシリコン粉末X4を混合装置20へ供給する。
混合装置20は、供給されたニッケルロウ粉末X1、ニッケル粉末X2、クロム粉末X3及びシリコン粉末X4を内部に設けられたミキサーで混合し、攪拌する。
混合装置20は、例えば、所定量のニッケルロウ(BNi−5)粉末X1と、ニッケルロウ粉末X1を構成するBNi−5の成分割合と同じ割合で、ニッケル粉末X2を71wt%、クロム粉末X3を19wt%、シリコン粉末X4を10wt%の重量比で計量された各粉末X2〜4とを混合させ、原料粉末Xとさせる混合工程を行う。
液体供給装置30は、上記混合工程の過程において、混合装置20に接続された噴霧ノズルから液体を噴霧して、原料粉末Xに液体を供給する(液体供給工程)。
噴霧ノズルによって霧となって供給された液体は、混合装置20に設けられたミキサーで原料粉末Xに均一に混ぜ込まれることによって、原料粉末Xを構成する粒子と粒子との間の付着力を増大させることができる。
そして、液体を供給された原料粉末Xは、不図示の粉末供給装置でホッパ3Aに供給され、ホッパ3Aの内部に貯蓄されることとなる。
ホッパ3A内に貯蓄された原料粉末Xは、ホッパ3A下部に接続されたベルトフィーダ5Aの駆動によって、ホッパ3A下部から搬出され、圧延ローラ4Aに向けて搬送される。そして、ベルトフィーダ5Aは、圧延ローラ4Aの周面であって、圧延ローラ4Aの幅方向に亘り連続的に原料粉末Xを供給する。
ここで、原料粉末Xを構成する粒子と粒子との間の付着力が脆弱であると、圧延ローラ4Aの周面上で、原料粉末Xの崩落や、滑り落ちが発生し、圧延ローラ4A、4Bの対峙部に原料粉末Xが過剰に流れ込んでしまうが、上記液体供給工程により液体供給された原料粉末Xは、液体により粒子間に適度な付着力が付与され、粒子と粒子との間の付着力が増大しているため、崩落や、滑り落ちを発生させることはない。したがって、圧延ローラ4A、4Bの対峙部に、順次、一定量の原料粉末Xが供給されることとなる。
圧延ローラ4A、4Bは、所定の距離で回転駆動することによって、圧延ローラ4A,4B間に供給された原料粉末Xと、圧延ローラ4A、4Bの間に上方から下方へ挿通されて搬送される金属板21とを対峙部で圧延する(圧延工程)。当該圧延によって、原料粉末Xは、一定の厚さで金属板21に固着される。
原料粉末Xが固着した金属板21は、圧延ローラ4A、4Bの下方に位置する乾燥装置40にプーリ9を介して挿入される。
乾燥装置40は、挿入された圧延ローラ4A、4Bにより圧延された原料粉末X及び金属板21に熱風等を加えて乾燥させることで、液体供給装置30により供給された原料粉末Xに含まれる液体を蒸発させる(乾燥工程)。当該乾燥工程によって、原料粉末Xの圧延ローラ4Aの周面上での崩落等を防止させるという役目を終えた液体を蒸発させることによって、製品の質を向上させ、また、後の加熱処理の過程において液体が蒸発して、加熱炉6内に蒸気が籠り加熱効率が低下することを防止することができる。
加熱炉6は、液体が蒸発して乾燥した原料粉末X及び金属板21を原料粉末Xの融点付近の温度まで加熱する(加熱工程)。
そして、加熱炉6内で加熱処理された原料粉末Xは、焼結又は一部溶融した後冷却されて、ロウ付け性を有するクラッド層22となり、金属板21上にしっかりと固着される。
上記製造工程により製造された、クラッド層22及び金属板21から成るクラッドロウ材シート1は、回収ローラ8の回転駆動により巻き取られることによって回収されることとなる。
なお、クラッドロウ材シート1は、原料粉末Xを構成する構成粉末の構成比率や、種類を適宜調整することで、クラッドロウ材シート1の用途に適した機能を備えさせることもできる。
したがって、上述した本発明の第1実施形態によれば、金属板21と、ロウ材組成を有する原料粉末Xとを圧延する圧延ローラ4A、4Bを有するクラッドロウ材シート1の製造装置Dであって、圧延ローラ4A、4Bで圧延される原料粉末Xに液体を供給して、原料粉末Xを構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給装置30を備えるという構成を採用することによって、原料粉末Xに液体を供給して粒子間の付着力を増大させることができる。
つまり、第1実施形態では、原料粉末Xに液体を供給し粒子間の付着力を調整することで、圧延ローラ4A、4Bの対峙部に供給される原料粉末Xの一部の崩落や、滑り落ちを防ぐことができ、原料粉末Xが当該対峙部に過剰に流れ込むことを抑制することができる。そうすることによって、第1実施形態では、均一な厚さのクラッド層22を有するクラッドロウ材シート1を製造することができ、かつ圧延ローラ4A、4Bの高速回転も実現可能となる。
したがって、第1実施形態では、クラッドロウ材シート1の製品の歩留まりの低下を抑制し、かつ、生産性の向上を図ることができる。
また、本発明の第1実施形態によれば、原料粉末Xは複数種の粉末が混合された混合粉末であり、上記粉末を混合する混合装置20を有し、液体供給装置30は、混合装置20で混合されている上記粉末に液体を供給するという構成を採用することによって、原料粉末Xに混入させる液体の量を調整して、原料粉末Xと液体とを均一に混ぜ込むことができる。
また、本発明の第1実施形態によれば、圧延ローラ4A、4Bよって圧延された金属板21及び原料粉末Xを加熱する加熱炉6を有し、加熱炉6の前に、圧延された金属板21及び原料粉末Xを乾燥させる乾燥装置40を備えるという構成を採用することによって、原料粉末Xの崩落等を防止させるという役目を終えた液体を蒸発させることによって、製品の質を向上させ、また、後の加熱処理の過程において液体が蒸発して、加熱炉6内に蒸気が籠り加熱効率が低下することを防止することができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と構成を同じくする部分の説明は割愛する。
図2は、本発明の第2実施形態における製造装置Dの構成図を示す。なお、図2は、製造装置Dにおけるホッパ3A、ベルトフィーダ5A等が設けられる部位の拡大詳細図である。
図2に示すように、液体供給装置30は、ベルトフィーダ5Aによって搬送される原料粉末Xに、液体を供給する噴霧ノズル30aを有する構成となっている。
噴霧ノズル30aは、ベルトフィーダ5Aの上方に設けられ、ベルトフィーダ5Aの幅と略同一の幅を有し、ベルトフィーダ5Aによって搬送される原料粉末X全体に亘って液体を供給できる構成となっている。
なお、この場合、ベルトフィーダ5Aは、原料粉末Xに適量の液体供給を受けさせるために、搬送長さを調節するのが好ましい。また、液体の供給にあたり、搬送される原料粉末Xを飛散させないように、噴霧ノズル30aは、霧となった微量の液体をゆっくりと滴下する構成であることが好ましい。また、例えば、液体をガスで微細化するスプレーや、超音波霧化装置等を使用し、微細化した液体を一度別の空間に噴霧して、当該空間からキャリアガス等で霧となった液体をゆっくりと搬送させ原料粉末Xに液体を供給する構成であっても良い。
したがって、本発明の第2実施形態によれば、原料粉末Xを圧延ローラ4A,4Bへ搬送するベルトフィーダ5Aを有し、液体供給装置30は、ベルトフィーダ5Aで搬送されている原料粉末Xに液体を供給するという構成を採用することによって、原料粉末Xを圧延ローラ4A,4Bに供給する前段階の搬送中に液体を供給することができる。
つまり、第2実施形態では、第1実施形態において、液体供給装置30が、混合装置20にて液体供給することで、原料粉末Xの付着力が増大し、混合装置20又はホッパ3A内部に原料粉末Xの一部が付着してしまうことを防止することができるため、作業性の向上を図れる効果がある。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、図3に示すように、圧延ローラ4A,4B、ベルトフィーダ5A等をチャンバー31で囲い、チャンバー31に接続された液体供給装置30が、チャンバー31内に蒸気を供給することで湿度を調整し、原料粉末Xに液体を供給する構成であっても良い。
このような構成を採用することによって、湿度を調整して、原料粉末Xに所定量の液体を供給することができる。また、上記構成では、原料粉末Xを液体の噴霧により飛散させることもない。
なお、上述した製造装置Dにおいて、クラッドロウ材シート1のクラッド層22を金属板21の片面だけでなく、両面に形成することも可能である。この場合、クラッドロウ材シート1の製造にあたり、ホッパ3B、ベルトフィーダ5Bを稼動させ、ホッパ3Bにも混合装置20から原料粉末Xを搬送し、圧延ローラ4Bの周面上に原料粉末Xを供給することで、金属板21の両面にクラッド層22を形成させることができる(図1参照)。
本発明の第1実施形態におけるクラッドロウ材シートの製造装置の構成図である。 本発明の第2実施形態におけるクラッドロウ材シートの製造装置の構成図である。 本発明の別実施形態におけるクラッドロウ材シートの製造装置の構成図である。
符号の説明
1…クラッドロウ材シート(クラッドロウ材)、4A,4B…圧延ローラ、5A…ベルトフィーダ(搬送装置)、6…加熱炉、20…混合装置、21…金属板(基材)、30…液体供給装置、40…乾燥装置、D…製造装置、X…原料粉末

Claims (10)

  1. 基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延ローラを有するクラッドロウ材の製造装置であって、
    前記圧延ローラで圧延される前記原料粉末に液体を供給して、前記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給装置を備えることを特徴とするクラッドロウ材の製造装置。
  2. 前記原料粉末は複数種の粉末が混合された混合粉末であり、前記粉末を混合する混合装置を有し、前記液体供給装置は、前記混合装置で混合されている前記粉末に液体を供給することを特徴とする請求項1に記載のクラッドロウ材の製造装置。
  3. 前記原料粉末を前記圧延ローラへ搬送する搬送装置を有し、前記液体供給装置は、前記搬送装置で搬送されている前記原料粉末に液体を供給することを特徴とする請求項1に記載のクラッドロウ材の製造装置。
  4. 前記液体供給装置は、蒸気により液体を供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のクラッドロウ材の製造装置。
  5. 前記圧延ローラよって圧延された前記基材及び前記原料粉末を加熱する加熱炉を有し、前記加熱炉の前に、圧延された前記基材及び前記原料粉末を乾燥させる乾燥装置を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のクラッドロウ材の製造装置。
  6. 基材と、ロウ材組成を有する原料粉末とを圧延する圧延工程を有するクラッドロウ材の製造方法であって、
    前記圧延工程で圧延される前記原料粉末に液体を供給して、前記原料粉末を構成する粒子と粒子との間の付着力を調整する液体供給工程を有することを特徴とするクラッドロウ材の製造方法。
  7. 前記原料粉末は複数種の粉末が混合された混合粉末であり、前記粉末を混合する混合工程の過程において、前記液体供給工程を行うことを特徴とする請求項6に記載のクラッドロウ材の製造方法。
  8. 搬送装置により前記原料粉末を前記圧延工程へ搬送する搬送過程において、前記液体供給工程を行うことを特徴とする請求項6に記載のクラッドロウ材の製造方法。
  9. 前記液体供給工程は、蒸気により液体を供給することを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載のクラッドロウ材の製造方法。
  10. 前記圧延工程よって圧延された前記基材及び前記原料粉末を加熱する加熱工程を有し、前記加熱工程の前に、圧延された前記基材及び前記原料粉末を乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載のクラッドロウ材の製造方法。
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