JP5151665B2 - 粉末圧延装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉末を圧延ロール間で圧延成形してシート材を製造する粉末圧延装置に関する。

従来、厚さに変動が生じることなく薄型のシート材が得られる粉末圧延装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の粉末圧延装置が知られている。
当該粉末圧延装置は、粉末を一対の圧延ロールのいずれか一方との間で予備圧下する予備圧下ロールを有することにより、圧延ロールへの単位時間当たりの粉末供給量を少なくすることで圧延ロールに粉末を充填させて圧延する従来の粉末圧延法よりも薄いシート材を安定して製造することができる構成となっている。
特開２００２−２１２６０８号公報 特開２００５−１３９５３６号公報

しかしながら、予備圧下ロールを回転自在に支持する軸受と、軸受に支持される予備圧下ロールの軸部との間には設計上、微小な隙間（クリアランス）が存在しており、上記予備圧下する際に、予備圧下ロールは、圧延ロールとの間に粉末が咬み込むと粉末から圧延ロールとの対峙方向に反力を受けて、上記予備圧下する前と比べて該隙間分の距離だけ圧延ロールとの相対距離が離間してしまうことがある。したがって、予備圧下ロールと圧延ロールとの距離を粉末圧延装置の運転前に調節して所望の厚さの薄型のシート材を製造しようとしても、当該隙間分の厚さだけ大きなシート材が製造されてしまうことがあるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、精度良くシート材の厚さを調整でき、薄型のシート材を安定して製造できる粉末圧延装置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、本発明は、粉末を圧延する圧延ロールと、上記粉末を上記圧延ロールとの間で予備圧下する予備圧下ロールとを備える粉末圧延装置であって、上記予備圧下ロールは、軸部を回転自在に軸受に支持されており、上記軸部を上記軸受に押し付ける押付装置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で、本発明では、予備圧下ロールの軸部を、該軸部を支持する軸受に押し付けることで軸部と軸受との相対位置関係を一定に固定し、予備圧下の際に予備圧下ロールが軸受と軸部との隙間分だけ移動してしまうことを抑制することができる。

また、本発明では、上記押付装置は、上記軸部に取付けられる第２軸受と、上記第２軸受を上記軸部の半径方向に移動させて、上記軸部を上記軸受に押し付ける移動機構と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で、本発明では、予備圧下ロールの回転運動を阻害することなく、予備圧下ロールの軸部を半径方向に移動させて軸受に押し付けることができる。

また、本発明では、上記移動機構は、上記第２軸受を移動させるための移動部材と、上記移動部材を上記第２軸受に当接させた場合の当接面よりも上記第２軸受に対し広い当接面を有する補助部材とを有し、上記移動機構は、上記広い当接面を上記第２軸受に当接させた上記補助部材を上記移動部材によって移動させることにより、上記第２軸受を移動させ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で、本発明では、第２軸受に対して広い当接面を有する補助部材を用いることで、第２軸受をより確実に支持できるため、移動機構が補助部材を介して容易に第２軸受を移動させることができる。

また、本発明では、上記移動機構は、上記軸受が固定される軸箱に設けられるネジ、あるいは、シリンダ装置により上記第２軸受を移動させ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で、本発明では、軸箱に設けられたネジの螺入、螺入解除、あるいはシリンダ装置の伸縮駆動によって第２軸受を自在に移動させることができる。

また、本発明では、上記ネジ、あるいは、上記シリンダ装置は、複数設けられ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で、本発明では、第２軸受をバランスよく支持して移動させることができる。

また、本発明では、上記押付装置の上記押し付ける方向は、上記圧延ロールと上記予備圧下ロールとが対峙する対峙方向であって、上記圧延ロールに対し離間する側であ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で、本発明では、予備圧下する際に受ける反力の方向と同一の方向に押し付けることで、軸部と軸受との相対位置関係を一定に固定することができる。

本発明によれば、粉末を圧延する圧延ロールと、上記粉末を上記圧延ロールとの間で予備圧下する予備圧下ロールとを備える粉末圧延装置であって、上記予備圧下ロールは、軸部を回転自在に軸受に支持されており、上記軸部を上記軸受に押し付ける押付装置を有するという構成を採用することで、予備圧下ロールの軸部を、該軸部を支持する軸受に押し付けることで軸部と軸受との相対位置関係を一定に固定し、予備圧下の際に予備圧下ロールが軸受と軸部との隙間分だけ移動してしまうことを抑制することができる。
したがって、本発明によれば、精度良くシート材の厚さを調整でき、薄型のシート材を安定して製造できる効果がある。

以下、本発明の粉末圧延装置の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態における粉末圧延装置１の概略構成図である。
図２は、図１における粉末圧延装置１を矢印Ｘから視た矢視図（ホッパ３Ａ及びベルトフィーダ５Ａは不図示）である。
粉末圧延装置１は、図１に示すように、水平且つ平行に配した一対の圧延ロール４Ａ、４Ｂと、一方の圧延ロール４Ａの上方に配置され、ベルトフィーダ５Ａを介して金属粉末（粉末）２を供給するホッパ３Ａと、圧延ロール４Ａとの間で金属粉末２を予備圧下する予備圧下ロール７Ａとを備えており、圧延ロール４Ａ、４Ｂ間の下方には圧延成形されたシート材を次工程へ導くための不図示のシートガイドが配設されている。

圧延ロール４Ａ、４Ｂは、それぞれが独立して回転自在、且つ互いに同一の速度で同期回転するように制御されている。また、シート材にせん断力を付加させる目的で別々の一定速度で回転するよう制御する場合もある。具体的に、圧延ロール４Ａ（４Ｂ）は、図２に示すように、両端を軸受１１及びハウジング１０によって支持されており、駆動機構（図示せず）により軸回りに回転可能な構成となっている。また、圧延ロール４Ａ、４Ｂ間のギャップは、直動ガイド機構１２によって調整自在とされ、圧延されたシート材の厚さを任意に変更できる構成となっている。

図１に戻り、ホッパ３Ａは、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し、金属粉末２を貯蓄すると共に底部に接続されたベルトフィーダ５Ａを介して圧延ロール４Ａの周面に向けて金属粉末２を供給する構成となっている。

ベルトフィーダ５Ａは、ホッパ３Ａの底部に設けられ、回転駆動機構（図示せず）と接続されて回転駆動することで、ホッパ３Ａから金属粉末２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、圧延ロール４Ａの上方に位置しており、金属粉末２を圧延ロール４Ａの周面上に供給する構成になっている。さらに、ベルトフィーダ５Ａは、圧延ロール４Ａの幅と略同一の幅を有しており、圧延ロール４Ａの幅方向に亘って均一に、金属粉末２を供給可能な構成となっている。

予備圧下ロール７Ａは、圧延ロール４Ａ（および４Ｂ）よりも小径に、具体的には圧延ロール４Ａ、４Ｂの直径の２０％以下の直径に形成されており、その回転中心は圧延ロール４Ａの回転中心に対して鉛直方向上方から圧延ロール４Ｂ側へ角度θ１の位置に設置されている。設置角度θ１としては、０゜〜８５゜の間で選択できるが、ここではθ１＝３０゜に設定されている。また、予備圧下ロール７Ａの外周面には凹凸が形成されており、供給された金属粉末２を咬み込みやすくなっている。なお凹凸としては、均一なものでも不均一なものでもよい。また、金属粉末２の性質によっては、平滑な外周面を有する平ロールであってもよい。また、平ロールではなく、凹クラウン、凸クラウンがついたロールでもよい。

具体的に、予備圧下ロール７Ａは、図２に示すように、両端の軸部７Ａ１、７Ａ２がそれぞれ軸受部２０によって軸回りに回転自在に支持されている。この予備圧下ロール７Ａには、回転機構（図示せず）が設けられ、圧延ロール４Ａ、４Ｂに対して任意の回転速度（周速度）に独立して調整可能になっている。そして、予備圧下ロール７Ａは、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの軸間距離も任意に調整可能な調節機構（図示せず）と接続される構成になっている。

続いて、予備圧下ロール７Ａの軸受部２０の構成について図３及び図４を参照して詳しく説明する。
図３は、軸部７Ａ１を支持する軸受部２０が設けられる部位の拡大構成図である。
図４は、図３に示す軸受部２０の模式左側面図である。
軸受部２０は、図３に示すように、軸部７Ａ１を回転軸回りに回転自在に支持するベアリング（軸受）２１と、ベアリング２１が固定されるハウジング（軸箱）２２と、軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付ける押付装置３０とを有する構成となっている。
なお、軸受部２０の説明は軸部７Ａ１側の一の説明で説明するが、軸部７Ａ２側の軸受部２０も軸部７Ａ１側の軸受部２０の構成と同一且つ対称的に構成される。

ベアリング２１は、ボールベアリング構造を有し、円環形状の中空部に軸部７Ａ１が挿嵌されて、予備圧下ロール７Ａを回転自在に支持する構成となっている。また、ベアリング２１は、全外周がハウジング２２に固定されており所定の位置に位置決めされる。
ハウジング２２には、ベアリング２１が設けられる位置より内側に後述する押付装置３０のベアリング（第２軸受）３１を並設するために、ベアリング３１の外形と略同一の形状の溝部２２ａが設けられる。なお、溝部２２ａは、ベアリング３１が溝部２２ａ内に没入可能となるように、ベアリング３１の外形より若干大きく形成されている（図４参照）。さらに、ハウジング２２には、図３に示すように、下方外部から溝部２２ａ内まで鉛直方向に貫通する雌ネジ孔２２ｂが所定の間隔をおいて厚さ方向（図４において水平方向）に複数（本実施形態では２つ）設けられている。

押付装置３０は、軸部７Ａ１に取付けられるベアリング３１と、ベアリング３１を移動させて軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付ける移動機構３２とを有する構成となっている。
ベアリング３１は、軸部７Ａ１を回転可能にしたまま移動させるために設けられるものであり、ベアリング２１と同様にボールベアリング構造を有し、図３に示すように、円環形状の中空部に軸部７Ａ１が挿嵌されることで軸部７Ａ１に取付けられる。また、ベアリング３１の取付け位置は、溝部２２ａ内に没入するように位置決めされる。

移動機構３２は、ベアリング３１を軸部７Ａ１の半径方向に移動させる機構であり、本実施形態ではベアリング３１を鉛直方向に押し上げることによって、軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付ける構成となっている。具体的に本実施形態において移動機構３２は、ベアリング３１と当接する補助部材３４と、補助部材３４を下方から鉛直方向に押し上げる押しボルト（ネジ）３３とを有する構成となっている。
押しボルト３３は、ハウジング２２に設けられた雌ネジ孔２２ｂに螺合可能な雄ネジが設けられており、雌ネジ孔２２ｂに下方から螺入することによってハウジング２２に取付けられる。なお、本実施形態では、押しボルト３３は、図４に示すように、ハウジング２２に所定の間隔をおいて２本螺合する構成となっている。

補助部材３４は、ベアリング３１と押しボルト３３との間に配置される板状部材であり、上部に設けられた当接面３４ａをベアリング３１に当接させて、下部から押しボルト３３の螺入により負荷を受けてベアリング３１を鉛直方向に移動させる構成となっている。具体的に、図５に示すように、当接面３４ａは、ベアリング３１の外形の曲率と略同一の曲率を有する円弧形状を有しており、ベアリング３１と広く当接できる構成となっている。また、補助部材３４の下部には、押しボルト３３との当接位置のズレを規制するための溝部３４ｂが設けられている。

続いて、上記の構成の押付装置３０及び粉末圧延装置１の全体の動作について説明する。なお、押付装置３０の動作は、軸部７Ａ１側の一の説明で説明するが、軸部７Ａ２側も同様に動作することとなる。
先ず、図３に示す押付装置３０の動作について説明する。押付装置３０は、軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付けて軸部７Ａ１とベアリング２１との相対位置関係を一定に固定し、後述する予備圧下の際に予備圧下ロール７Ａが、軸部７Ａ１とベアリング２１との間に存する隙間（クリアランス）分だけ移動してしまうことを抑制する。具体的には、図４に示すように移動機構３２を用いて、ハウジング２２に螺合している各押しボルト３３を同じ分だけ螺入させ、補助部材３４を介してベアリング３１を鉛直方向に押し上げる。

補助部材３４を介して押し上げられたベアリング３１は、挿嵌されている軸部７Ａ１を、ベアリング２１の上部に押し付けることとなる。このように、軸部７Ａ１をベアリング２１に対して予め上記隙間分だけ移動させ、ベアリング２１に押し付けて固定することによって、軸部７Ａ１とベアリング２１との相対位置関係を、予備圧下をした場合の相対位置関係と同一とすることができ、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの間の距離を精度良く一定に保ち、且つ、再現性を確保することができる。

次いで、図１を参照して粉末圧延装置１の全体の動作について説明する。
粉末圧延装置１は、ホッパ３Ａ内に貯蓄された金属粉末２をホッパ３Ａ底部に接続されたベルトフィーダ５Ａを介して圧延ロール４Ａの周面に向けて、圧延ロール４Ａの幅方向に亘り連続的に供給させる。
圧延ロール４Ａ上に供給された金属粉末２は、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの間で予備圧下される。ここで、予備圧下ロール７Ａは、圧延ロール４Ａに対して小径に設定され接触弧長が小さいため、引き込まれる金属粉末２も少なくなり、結果として圧延ロール４Ａ、４Ｂ間で圧延する場合に比較して薄く圧延することができる。

このとき、予備圧下ロール７Ａは、圧延ロール４Ａとの間に金属粉末２が咬み込むと圧延ロール４Ａとの対峙方向に反力を受けるが、押付装置３０により、軸部７Ａ１（７Ａ２）をベアリング２１に押し付けて予め隙間分だけ移動して固定されているため、当該反力による圧延ロール４Ａとの距離の変動が抑制されることとなる。
そして、金属粉末２は、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの間で予備圧下されることで脱気され、一定の密度及び一定の厚さを有する金属粉末２が定量、圧延ロール４Ａ、４Ｂ間に供給されることになる。

そして、圧延ロール４Ａ、４Ｂは、所定の距離で回転駆動することによって、圧延ロール４Ａ，４Ｂ間に供給された金属粉末２と、圧延ロール４Ａ、４Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送されるシート状の金属板８とを圧延する。当該圧延によって、金属粉末２は、金属板８に固着されてシート材を形成することとなる。
圧延ロール４Ａ、４Ｂ間で所望の厚さに圧延されたシート材は、シートガイドに沿って次工程（例えば焼結工程）に送られる。なお、予備圧下ロール７Ａの外周面に形成された凹凸がシート材に転写されていても、圧延ロール４Ａ、４Ｂによる圧延により平滑に成形されるため、予備圧下ロール７Ａの表面形状はシート材の表面光沢に影響を及ぼさない。

したがって、上述した本実施形態によれば、金属粉末２を圧延する圧延ロール４Ａ、４Ｂと、金属粉末２を圧延ロール４Ａとの間で予備圧下する予備圧下ロール７Ａとを備える粉末圧延装置１であって、予備圧下ロール７Ａは、軸部７Ａ１（７Ａ２）を回転自在にベアリング２１に支持されており、軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付ける押付装置３０を有するという構成を採用することで、軸部７Ａ１とベアリング２１との相対位置関係を一定に固定し、予備圧下の際に予備圧下ロール７Ａが軸部７Ａ１とベアリング２１との隙間分だけ移動してしまうことを抑制することができる。
したがって、本実施形態によれば、軸部７Ａ１とベアリング２１との相対位置関係を一定に保つことで再現性を確保し、精度良くシート材の厚さを調整でき、薄型のシート材を安定して製造できる効果がある。

また、本実施形態では、押付装置３０は、軸部７Ａ１（７Ａ２）に取付けられるベアリング３１と、ベアリング３１を軸部７Ａ１の鉛直方向に移動させて、軸部７Ａ１をベアリング２１に押し付ける移動機構３２とを有するという構成を採用することで、予備圧下ロール７Ａの回転運動を阻害することなく、軸部７Ａ１を鉛直方向に移動させてベアリング２１に押し付けることができる。

また、本実施形態では、移動機構３２を構成する押しボルト３３のベアリング３１に対する当接面より、ベアリング３１に対し広い当接面３４ａを有する補助部材３４を有し、当接面３４ａをベアリング３１に当接させた補助部材３４を移動させることにより、ベアリング３１を移動させるという構成を採用することで、ベアリング３１に対して押しボルト３３より広い当接面３４ａを有する補助部材３４を用いることで、ベアリング３１をより確実に支持でき、押しボルト３３の螺入、螺入解除によって補助部材３４を介して容易にベアリング３１を移動させることができる。

また、本実施形態では、移動機構３２は、ベアリング２１が固定されるハウジング２２に設けられる押しボルト３３によりベアリング３１を移動させるという構成を採用することで、ハウジング２２に設けられた押しボルト３３の螺入、螺入解除によって容易にベアリング３１を移動させることができる。

また、本実施形態では、押しボルト３３は複数設けられるという構成を採用することで、補助部材３４を介してベアリング３１をバランスよく支持して移動させることができる。

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、上記実施形態において、軸部７Ａ１（７Ａ２）に取付けられるベアリング３１は、軸部７Ａ１の全周を支持する構成であるが、本発明では、必ずしも軸部７Ａ１全周に亘って設けられる構成である必要は無く、少なくとも軸部７Ａ１を移動させる負荷を与える側に、軸部７Ａ１を回転可能とさせるような摺動部材が設けられる構成であればよい。
例えば、当該摺動部材は、回転自在に設けられた複数のボールによって軸部７Ａ１を押し上げる構成であっても良いし、また、ボールベアリング等の転がり軸受だけでなく、すべり軸受等を採用しても良い。また、例えば、テフロン（登録商標）や含油メタル等の低摩擦部材を軸部７Ａ１に当接させて軸部７Ａ１を移動させる構成であってもよい。

また、上記実施形態において、押付装置３０は、軸部７Ａ１を鉛直方向に押し付けると説明したが、本発明では、押し付ける方向は鉛直方向に限定されるものではなく、例えば、水平方向であっても、斜め方向であっても良い。また、押し付ける方向は、圧延ロール４Ａと予備圧下ロール７Ａとが対峙する対峙方向であって、圧延ロール４Ａに対し離間する側であるという構成を採用することで、予備圧下する際に受ける反力の方向と同一の方向に押し付けることで、圧延ロール４Ａと予備圧下ロール７Ａとの相対位置関係を一定に固定させ易くすることができる。
この場合、例えば、図４において押しボルト３３の螺入量を各々調節することで、ベアリング３１を鉛直方向だけでなく斜め方向に押し上げることもできる。また、移動機構３２の取付け位置を変更することでも押し付ける方向を変更することができる。

また、上記実施形態において、移動機構３２は、押しボルト３３と補助部材３４とから構成されると説明したが、押しボルト３３のみでベアリング３１を押し上げる構成であっても良い。また、移動機構３２は、気圧や油圧シリンダ等のシリンダ装置を用いてベアリング３１を押し上げる構成であっても良い。

また、上記実施形態において、粉末圧延装置１は、金属粉末２を金属板８の片面に圧延してシート材を形成すると説明したが、圧延ロール４Ｂ側にもホッパ３Ａ、ベルトフィーダ５Ａ、予備圧下ロール７Ａを圧延ロール４Ａ側と対称的に設ける構成であれば、金属板８の両面の全面に亘って金属粉末２を圧延でき、３層のシート材を形成させることも可能である。なお、圧延ロール４Ｂ側にも押付装置３０を設けて予備圧下ロール７Ａを上述したように位置規制する構成であればより好ましい。

なお、上記実施形態において、粉末圧延装置１は、金属粉末２と金属板８とを圧延ロール４Ａ、４Ｂで圧延すると説明したが、シート材の形成にあたって金属板８は必須では無く、金属板８を用いない構成であっても良い。

本発明の実施の形態における粉末圧延装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態における粉末圧延装置の図１における矢視Ｘ図である。 本発明の実施の形態における軸部を支持する軸受部が設けられる部位の拡大構成図である。 本発明の実施の形態における軸受部の模式左側面図である。 本発明の実施の形態における補助部材の構成を説明する図である。

符号の説明

１…粉末圧延装置、２…金属粉末（粉末）、４Ａ，４Ｂ…圧延ロール、７Ａ…予備圧下ロール、７Ａ１，７Ａ２…軸部、２１…ベアリング（軸受）、２２…ハウジング（軸箱）、３０…押付装置、３１…ベアリング（第２軸受）、３２…移動機構、３３…押しボルト（ネジ）、３４…補助部材、３４ａ…当接面

Claims (6)

1. 粉末を圧延する圧延ロールと、前記粉末を前記圧延ロールとの間で予備圧下する予備圧下ロールとを備える粉末圧延装置であって、
   前記予備圧下ロールは、軸部を回転自在に軸受に支持されており、
   前記軸部を前記軸受に押し付ける押付装置を有することを特徴とする粉末圧延装置。
2. 前記押付装置は、前記軸部に取付けられる第２軸受と、
   前記第２軸受を前記軸部の半径方向に移動させて、前記軸部を前記軸受に押し付ける移動機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の粉末圧延装置。
3. 前記移動機構は、前記第２軸受を移動させるための移動部材と、前記移動部材を前記第２軸受に当接させた場合の当接面よりも前記第２軸受に対し広い当接面を有する補助部材とを有し、
   前記移動機構は、前記広い当接面を前記第２軸受に当接させた前記補助部材を前記移動部材によって移動させることにより、前記第２軸受を移動させることを特徴とする請求項２に記載の粉末圧延装置。
4. 前記移動機構は、前記軸受が固定される軸箱に設けられるネジ、あるいは、シリンダ装置により前記第２軸受を移動させることを特徴とする請求項２または３に記載の粉末圧延装置。
5. 前記ネジ、あるいは、前記シリンダ装置は、複数設けられることを特徴とする請求項４に記載の粉末圧延装置。
6. 前記押付装置の前記押し付ける方向は、前記圧延ロールと前記予備圧下ロールとが対峙する対峙方向であって、前記圧延ロールに対し離間する側であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉末圧延装置。

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