JP5163289B2 - 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、圧延ロールの咬み込み角に対応する厚さよりも薄型に粉末を圧延することができるため従来よりも薄いシート材を安定して製造する構成となっている。また、予備圧下ロールは、圧延ロール間の咬み込み角より小さな咬み込み角とするため圧延ロールより小径の構成とすることを特徴の一つとしている。
特開２００２−２１２６０８号公報 特開２００５−１３９５３６号公報

近年、薄型で幅が大きなシート材の製造の要求がなされており、それに伴って、圧延ロール及び予備圧下ロールの幅の大きい粉末圧延装置を使用することがなされている。しかしながら、予備圧下ロールは小径であることから、幅広となると予備圧下の際の負荷により撓みが発生し易くなり、圧延ロールと予備圧下ロールとの間の距離が変化して、厚さが均一でなく、幅方向において中央部の厚さが両端部の厚さと比較して厚いシート材が製造されてしまう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、幅広で厚さが均一な薄型のシート材が得られ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、上記予備圧下による上記予備圧下ロールの変形を抑制するバックアップ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、予備圧下による予備圧下ロールの撓みを抑制することができ、圧延ロールと予備圧下ロールとの間の距離を安定させることができる。

また、本発明では、上記バックアップ装置は、上記予備圧下ロールを、上記予備圧下して上記粉末を払出す払出方向側から支持するように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、撓みが発生し易い払出し方向側から予備圧下ロールを支持することによって、予備圧下ロールの撓みを抑制することができる。

また、本発明では、上記バックアップ装置は、少なくとも上記予備圧下ロールの軸方向中央部を支持するように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、大きな撓みが発生しやすい予備圧下ロールの軸方向中央部の撓みを抑制することができる。

また、本発明では、上記予備圧下ロールの周面と当接する上記バックアップ装置の当接部は、前記予備圧下ロールの周面より摩擦係数が低い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、予備圧下ロールの周面より摩擦係数が低い、例えば、テフロン（登録商標）等から成るフッ素樹脂材を当接部に設けることで、予備圧下ロールの回転運動を阻害することなく円滑にさせることができる。また、例えば、硬質アルミナや炭化珪素等から成るセラミック材を当接部に設けることで、予備圧下ロールの回転運動を阻害することなく円滑にさせることができると共に、摺接熱等に対して耐熱性を備えさせることができる。

また、本発明では、上記バックアップ装置は、上記予備圧下ロールと当接するバックアップロール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、バックアップロールにより予備圧下ロールを支持することで、予備圧下ロールの回転運動を阻害することなく円滑に所定の回転運動をさせることができる。

また、本発明では、上記バックアップ装置は、上記予備圧下ロールと当接するバックアップブロック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、バックアップロールのように回転機構を設ける必要がないため、コスト安を図ることができる。

また、本発明では、上記バックアップ装置は、上記予備圧下ロールに付着した上記粉末を除去する除去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、予備圧下ロールに付着した粉末がバックアップ装置と予備圧下ロールとの間に咬み込むことに起因した予備圧下ロールの撓み及び周面の摺動傷を抑制し、予備圧下ロールと圧延ロールとの間の距離を精度良く保つことができる。

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、上記予備圧下による上記予備圧下ロールの変形を抑制するバックアップ装置を有するという構成を採用することで、予備圧下による予備圧下ロールの撓みを抑制することができ、圧延ロールと予備圧下ロールとの間の距離を安定させることができる。
したがって、本発明によれば、幅広で厚さが均一な薄型のシート材を製造することができる効果がある。

（第１実施形態）
以下、本発明の粉末圧延装置および粉末圧延方法の第１実施形態を、図１を参照して説明する。
図１は、第１実施形態における粉末圧延装置１の概略構成図である。
粉末圧延装置１は、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、予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制するバックアップ装置１０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。また、圧延ロール４Ａ、４Ｂ間のギャップは調整自在とされ、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。

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、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。このような予備圧下ロール７Ａの周面は、例えば、ステンレス鋼から形成される。

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と圧延ロール４Ａとの軸間距離も任意に調整可能であり、従ってこれらロール間のギャップを微調整できる構成になっている。

バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａと当接するバックアップロール１１と、予備圧下ロール７Ａに付着する金属粉末２を払い落とすブラシロール（除去装置）１２とを有する構成となっている。

バックアップロール１１は、予備圧下ロール７Ａを、予備圧下して金属粉末２を払出す払出方向側（より詳しくは、圧延ロール４Ａの回転中心と予備圧下ロール７Ａの回転中心とを結ぶ直線２０より圧延ロール４Ｂが設けられる側）から支持するように、具体的には、払出方向側においてバックアップロール１１の周面と予備圧下ロール７Ａの周面とが当接するように配置されている。また、バックアップロール１１は、予備圧下ロール７Ａの幅と略同一の幅を有し、且つ、予備圧下ロール７Ａよりも大径に形成されており、幅方向（図１において紙面垂直方向）に延びる回転軸回りに回転自在に支持される構成となっている。
なお、バックアップロール１１は、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの軸間距離の調整に合わせて設置位置が調整できる構成となっている。

ブラシロール１２は、バックアップロール１１の下方であって、周面に設けられた起毛繊維であるブラシが予備圧下ロール７Ａの周面に当接する位置に配置されている。また、ブラシロール１２は、予備圧下ロール７Ａの幅と略同一の幅を有し、回転機構（図示せず）が設けられ、予備圧下ロール７Ａに対して任意の回転速度で独立して回転駆動する構成になっている。
なお、ブラシロール１２はバックアップロール１１と同様に、予備圧下ロール７Ａと圧延ロール４Ａとの軸間距離の調整に合わせて設置位置が調整できる構成となっている。

続いて、上記の構成の粉末圧延装置１の動作をシート材を製造する手順に沿って説明する。
先ず、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する。
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、金属粉末２を圧延ロール４Ａとの間で予備圧下することにより金属粉末２から払出し方向に撓みを生じさせる負荷を受けるが、全幅に亘ってバックアップロール１１により払出方向側から支持されているため撓みを抑制することができ、圧延ロール４Ａとの間の距離は幅方向に亘って一定となり安定することとなる。また、バックアップロール１１は、幅方向に延びる回転軸回りに回転自在に支持されているため、予備圧下ロール７Ａの回転運動を阻害すること無く、予備圧下ロール７Ａの周面と当接する周面より予備圧下ロール７Ａから力を受けて回転することとなる。
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。

ここで、予備圧下を受けた金属粉末２の一部が相対速度がほぼ零の状態で予備圧下ロール７Ａの周面に付着する（貼り付く）ことがあるが、回転機構により図１において回転軸を中心に時計回りに所定の回転速度で回転するブラシロール１２によって、予備圧下ロール７Ａに付着した金属粉末２が払い落とされ、予備圧下ロール７Ａとバックアップロール１１との間に金属粉末２が咬み込まれる事が防止されることとなる。

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２１とを圧延する。当該圧延によって、金属粉末２は、金属板２１に固着されて幅広で厚さが均一な薄型の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すことはない。

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、上記予備圧下による予備圧下ロール７Ａの変形を抑制するバックアップ装置１０を有するという構成を採用することで、予備圧下による予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制することができ、圧延ロール４Ａと予備圧下ロール７Ａとの間の距離を安定させることができる。
したがって、本発明の第１実施形態によれば、幅広で厚さが均一な薄型のシート材を製造することができる効果がある。

また、第１実施形態では、バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａを、上記予備圧下して金属粉末２を払出す払出方向側から支持するように設けられるという構成を採用することで、撓みが発生し易い払出し方向側から予備圧下ロール７Ａを支持することによって、予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制することができる。

また、第１実施形態では、バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａを全幅に亘って支持するように設けられるという構成を採用することで、全幅方向に亘って予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制することができる。

また、第１実施形態では、バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａと当接するバックアップロール１１を有するという構成を採用することで、バックアップロール１１により予備圧下ロール７Ａを支持することで、予備圧下ロール７Ａの回転運動を阻害することなく円滑に所定の回転運動をさせることができる。

また、第１実施形態では、バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａに付着した金属粉末２を除去するブラシロール１２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に付着した金属粉末２がバックアップロール１１と予備圧下ロール７Ａとの間に咬み込むことに起因した予備圧下ロール７Ａの撓み及び周面の摺動傷を抑制し、予備圧下ロール７Ａと圧延ロールとの間の距離を精度良く保つことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。なお、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、第２実施形態における粉末圧延装置１の概略構成図である。
第２実施形態における粉末圧延装置１に設けられたバックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａと当接して支持するバックアップブロック１３と、バックアップブロック１３を支持すると共にバックアップブロック１３を予備圧下ロール７Ａと当接する位置に位置決めする支持部材１４とから構成される。

バックアップブロック１３は、予備圧下ロール７Ａの幅と略同一の幅を有し払出方向側に配置されて、予備圧下ロール７Ａと当接する当接部１３ａが予備圧下ロール７Ａの周と略同一の曲率で形成される曲面を有しており、予備圧下ロール７Ａと密接するとともに接触面積を大きくして予備圧下ロール７Ａを支持する面積を大きく形成する構成となっている。また、当接部１３ａは、予備圧下ロール７Ａと摺接する部分であるため、予備圧下ロール７Ａとの摺動による予備圧下ロール７Ａの周面の磨耗を避けるために、予備圧下ロール７Ａより低硬度の部材から構成されるのが好ましい。このような構成にすることで、予備圧下ロール７Ａの磨耗による周面の変形を防止することができる。また、当接部１３ａは、予備圧下ロール７Ａの回転を円滑にさせるために、予備圧下ロールの周面より摩擦係数が低いテフロン（登録商標）等の低摩擦のフッ素樹脂材で形成、またはコーティング等されることが好ましい。また、当接部１３ａを、硬質アルミナや炭化珪素等から成るセラミック材で形成すれば、予備圧下ロール７Ａとの間で発生するより高温の摺接熱に耐えうることができる。
支持部材１４は、正面視略方形であって幅方向に延びる長尺部材であり、下面にバックアップブロック１３が接続される構成となっている。また、支持部材１４は、予備圧下ロール７Ａの圧延ロール４Ａとの軸間距離の調整に合わせてバックアップブロック１３の設置位置を調整できる構成となっている。

続いて上記構成のバックアップ装置１０の作用について説明する。
ホッパ３Ａ及びベルトフィーダ５Ａにより圧延ロール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。
このとき、予備圧下ロール７Ａは、金属粉末２から払出し方向に撓みを生じさせる負荷を受けるが、全幅に亘ってバックアップブロック１３により払出方向側から支持されているため撓みを抑制されて、圧延ロール４Ａとの間の距離は幅方向に亘って一定となり安定することとなる。また、バックアップブロック１３の当接部１３ａは、低摩擦のフッ素樹脂材で形成されているため、摺動による予備圧下ロール７Ａの回転運動の効率の低下を低減させることができる。
また、予備圧下を受けた金属粉末２の一部が相対速度がほぼ零の状態で予備圧下ロール７Ａの周面に付着することがあるが、当接部１３ａが予備圧下ロール７Ａの周と略同一の曲率で形成される曲面を有しているため、予備圧下ロール７Ａの周面と当接部１３ａの曲面とが摺接し始める摺接開始位置１５において予備圧下ロール７Ａに付着した金属粉末２が払い落とされ、予備圧下ロール７Ａとバックアップブロック１３との間に金属粉末２が咬み込まれる事が防止されることとなる。

したがって、本発明の第２実施形態では、バックアップ装置１０は、予備圧下ロール７Ａと当接するバックアップブロックを有するという構成を採用することで、予備圧下による予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制することができ、圧延ロール４Ａと予備圧下ロール７Ａとの間の距離を安定させることができる。また、バックアップロール１１のように回転機構を設ける必要がないため、コスト安を図ることができる。

また、第２実施形態では、予備圧下ロール７Ａの周面と当接するバックアップ装置１０の当接部１３ａが予備圧下ロールの周面より摩擦係数が低いフッ素樹脂材から形成されるという構成を採用することで、摩擦係数の低いテフロン（登録商標）等から成るフッ素樹脂材から当接部１３ａを形成することで、予備圧下ロール７Ａの回転運動を阻害することなく円滑にさせることができる。また、例えば、硬質アルミナや炭化珪素等から成るセラミック材を当接部１３ａに設けることで、予備圧下ロール７Ａの回転運動を阻害することなく円滑にさせることができると共に、摺接熱等に対して耐熱性を備え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、バックアップ装置１０のバックアップロール１１及びバックアップブロック１３は、予備圧下ロール７Ａを全幅に亘って支持すると説明したが本発明は上記構成に限定されるものでは無く、幅方向に所定の間隔をおいて複数、部分的に支持する構成であっても良い。また、本発明では、図３に示す別実施形態のように、少なくとも予備圧下ロール７Ａの軸方向中央部を支持するように設けられるという構成を採用すれば、大きな撓みが発生しやすい予備圧下ロールの軸方向中央部の撓みを抑制することができるため、効果的に予備圧下ロール７Ａの撓みを抑制することができる。なお、図３は第２実施形態の変形例であり、図２における圧延ロール４Ａが設けられる側の左側面図（ホッパ３Ａ及びベルトフィーダ５Ａは不図示）を示す。

また、例えば、上記実施形態において、予備圧下ロール７Ａに付着した金属粉末２を除去する除去装置は、ブラシロール１２と説明したが当該構成に限定されるものでは無く、例えば、予備圧下ロール７Ａの周面に幅方向に亘って当接する固定式のブラシ、フェルト等の部材であってもよい。また、吸引により付着した金属粉末２を除去する吸引装置を設ける構成であっても良い。

また、第１実施形態において、バックアップロール１１の周面をフッ素樹脂材を用いてコーティング等すれば、予備圧下ロール７Ａの回転運動をより円滑にさせることができる。また、バックアップロール１１は、回転駆動機構と接続されて、予備圧下ロール７Ａの回転を積極的に補助する構成であっても良い。
さらに、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、予備圧下ロール７Ａに付着した金属粉末２を除去するブラシロール１２等の除去装置を設けても良い。この場合、例えば、バックアップブロック１３の当接部１３ａが予備圧下ロール７Ａの周と略同一の曲率で形成される曲面を有しておらず当接部１３ａと予備圧下ロール７Ａとの間に隙間がある等の場合に、金属粉末２の咬み込みを防止できるため有効である。

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２１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及びバックアップ装置１０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２１の両面の全面に亘って金属粉末２を圧延し３層のシート材を形成させることも可能である。

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２１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２１は必須では無く、金属板２１を用いない構成であっても良い。

本発明の第１実施形態における粉末圧延装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態における粉末圧延装置の概略構成図である。 本発明の別実施形態におけるバックアップ装置の概略構成図である。

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、１０…バックアップ装置、１１…バックアップロール、１２…ブラシロール（除去装置）、１３…バックアップブロック、１３ａ…当接部

Claims (5)

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と当接して前記予備圧下による前記予備圧下ロールの変形を抑制するバックアップブロックを備えるバックアップ装置を有することを特徴とする粉末圧延装置。
2. 前記バックアップ装置は、前記予備圧下ロールを、前記予備圧下して前記粉末を払出す払出方向側から支持するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の粉末圧延装置。
3. 前記バックアップ装置は、少なくとも前記予備圧下ロールの軸方向中央部を支持するように設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末圧延装置。
4. 前記予備圧下ロールの周面と当接する前記バックアップ装置の当接部は、前記予備圧下ロールの周面より摩擦係数が低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末圧延装置。
5. 前記バックアップ装置は、前記予備圧下ロールに付着した前記粉末を除去する除去装置を有す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粉末圧延装置。

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