JP5971600B2 - ローラープレス - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも加工ローラを二つ備える、特に高研磨材を加工するためのローラープレスであって、各加工ローラには、板状の耐摩耗材料部材及びピン状の耐摩耗部材を備えた摩耗保護層が基体上に設けられた、ローラープレスに関する。さらに本発明は、摩耗保護層の製造方法に関する。

上記タイプのローラープレスは、従来技術において非常に多様な目的のために使用されており、特に成形及び粉砕のために使用される。加圧ローラの形状に応じて、発生する荷重は、加工する材料にかかる圧縮荷重のみならず、ローラ表面上の滑り荷重でもある。これらの荷重及びその結果もたらされる摩耗からローラ表面を保護するために、当該表面に摩耗保護を適用することが知られている。この種の摩耗保護は、例えば、実際に非常に頻繁に使用されており、かつより柔らかいベースマトリックスに設置される円柱状の超硬合金ピンを含み得るものであり、当該超硬合金ピンは、研削される圧入材料（pressed-in material）とともに、自生摩耗保護層を形成する。このような公知のローラープレスの場合、ピンが壊れるリスクが非常に高い。特に加圧ローラの縁部の領域（縁域）において、壊れるリスクは高くなる。このため、表面のピン状構造が通常は加圧ローラの縁域までは続いていないが、縁域は追加の耐摩耗性手段によって保護される。縁域を保護する解決法案は、例えば、機械的に固定された超硬合金板又は追加の肉盛溶接である。但し、これらの追加の解決法の場合も、作動中に縁部保護が欠け落ちたり、壊れたり又は剥がれ落ちたりする。

上記の公知ローラープレスの一例は、例えば、欧州特許出願公開第０５１６９５２（Ａ）号明細書に記載されている。さらに詳しく説明すると、このローラープレスは、ピン状材料片が挿入された多数の非貫通穴が、当該ローラープレスの周縁域に配されるように構成することができる。ピン状材料片の主要部分は、ローラ基体の中に位置し、残りの部分がローラ基体から突出する。ローラ基体からハリネズミのように突出するピン状材料片とピン状材料片の間のスペースには、プラスチックを加えたセラミック材料を充填することができる。欧州特許出願公開第０５１６９５２（Ａ）号明細書に記載されている別の解決法では、ローラ表面の領域に板状及びピン状材料片を埋め込むことが考案されている。本実施例では、挿入物はローラシェル表面と面一になっており、挿入物と挿入物の間には追加の材料を供給できないようになっている。

ローラープレスの別の摩耗保護の概念は、例えば、独国実用新案第９４２２０７（Ｕ１）号明細書に記載されているように、耐摩耗タイルを基体に適用し、個々のタイルとタイルの間に間隙を有し、その間隙に異なる耐摩耗性の材料が導入されることが考案されている。このようにして構成された加圧ローラは、特に高い耐久性を示す。

多数の異なる、概ね効果的ではない摩耗の概念が既にこの分野では使用されているが、ダウン時間及びその結果もたらされる製造損失を可能な限り小さく抑えるために、ローラの耐摩耗性のさらなる改良が未だ求められている。さらに、ローラープレスは、すべての使用事例（成形及び粉砕）に適用可能でなければならず、かつ容易に製造できなければならない。

特に高研磨材を加工するための、少なくとも二つの加圧ローラを備えるローラープレスであって、各加圧ローラには、板状の耐摩耗材料部材及びピン状の耐摩耗材料部材を備える摩耗保護層が基体上に設けられている、ローラープレスについて、本発明の目的は、板状の耐摩耗材料部材が、加圧の有無を問わない焼結によって、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）操作によって、各加圧ローラの二つの対向する縁域の表面に適用され、かつピン状の耐摩耗材料部材が、縁域と縁域との間に延在する各基体のセクションに配されることで達成される。

よって、本発明に係るローラープレスは、異なる加圧ローラ適用領域を最適に保護するために、縁部の領域（縁域）と、加圧ローラの中間中心領域とに、異なる摩擦保護概念を有する少なくとも二つの加圧ローラを含む。基体の中間中心領域に組み込まれたピン状材料部材と組み合わせて、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によってローラ表面に適用された、板状材料部材の使用は、このようにして非常に多様な使用事例にとって最適な摩耗保護を提供し、当該摩耗保護は高い耐久性及び短いダウン時間によって特徴づけられる。

縁部領域（縁域）の板状材料部材は、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって表面に適用されるため、ローラ基体への結合を達成することができ、この結合が強固であるため、縁部摩耗層の個々の構成要素を縁部摩耗層から取り外すことはできない。特に加圧ローラ縁部の領域（縁域）におけるピン状部材又はその他の摩耗保護構成要素の破損という頻繁に発生する問題は、このようにして避けられる。加圧ローラの中心領域におけるピン状材料部材の使用は、長時間の検査に耐えた。

熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）の利点は、最も高くなり得る界面力をこのようにして達成できるということである。よって、少なくとも該当材料のうち弱い方のパートナーの強さが常に達成されることになる。

さらに、以下により詳細に説明する多様な加圧ローラ製造方法が利用可能であることがわかり、当該製造方法によって、比較的短時間かつ合理的な価格範囲内で一つの加圧ローラ上に、異なる原則に基づくこれら二つの摩耗保護要素を生成することができる。

他の好適な実施形態によると、縁域に配される硬質部材は、例えば、四角形、五角形、好ましくは六角形などの所定の輪郭を有するタイルとして構成し得る。縁部タイルのこの種の所定の輪郭及び配置により、縁域と縁域の間にピン状材料部材を交互に位置付けるためのスペースが提供され、かつ作動中に、周縁に延びる接線方向溝が摩耗条件付で形成されることを防ぐ。

板状の耐摩耗材料部材（５）は、好ましくはリング状の一体型部材として効果的に構成され得る。

好適な実施形態では、縁域は、活性摩耗保護層の全域の５％〜２５％を占めることが考案され得る。このパーセンテージは、縁域の破損を防止し、よって摩耗保護層の良好な状態を保証するのに有用であることが証明された。

他の好適な実施形態では、ピン状材料部材は、超硬合金ピン又は超硬合金のような材料（超硬合金と同等の硬さを有する材料、例えばサーメット）から成るピンであることが考案され得る。これらのピンは、長時間の実用に有用であることが既に証明されている。これらのピンの製造は、粉末冶金従来技術に該当するため、比較的合理的な価格で製造することができる。

効果的な実施形態によると、板状材料部材は、炭化物、ホウ化物及び窒化物からなるグループから選択される粗粒状追加相（coarse further phases）の割合が最高で８０重量％までの、金属系複合材料から成り得る。これらの材料は、特に実用に有用であることが証明された。

他の好適な実施形態では、ピン状材料部材は、基体の穴の中に、好ましくは取り外し可能に設置されることが考案され得る。穴の配置によって、基体上のピンの配置及び分布が決まる。よって、ピンは比較的容易に挿入することができ、また、損傷したピンを簡単な方法で取り替えるがことができる。ピンが取り外し不能に固定される場合、例えば熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって基体にピンを接続することができる。

他の好適な実施形態によると、ピン状材料部材の表面及び前記板状材料部材の表面は同一面内に（面一に）配され得る。加工される材料によって付加される荷重は、このようにして当該表面にわたって均一に分散される。同様に、自生摩耗保護を形成するために、既に加工済みの材料を、加圧ローラのベース面を超えて突出するピン状材料部材とピン状材料部材の間の領域に置くことができる。

他の好適な実施形態では、縁域と縁域の間に位置するセクションの基体上に追加ゾーン材料が配され、当該追加ゾーン材料の表面は、ピン状材料部材の表面の下方に又はこれと同一面内に（面一に）配されることが考案され得る。ゾーン材料は、ピン状及び板状材料部材の耐摩耗性とは異なる耐摩耗性を示し得るため、異なる摩耗保護性の領域が提供される。ピンは完全にゾーン材料の中に埋め込んでもよく、又はゾーン材料を超えて突出してもよい。ゾーン材料は、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって適用され得る。ゾーン材料は、好ましくは金属もしくは金属セラミック粉末タイプ又は粉末状の材料から成る。ゾーン材料又はむしろゾーン材料の表面が、ピン状部材の表面よりも下方に配される場合、ピン状材料部材が配される前にゾーン材料の所定の高さを達成するために、ゾーン材料を機械加工する、即ち、直径を小さくすることができる。適切な事後機械加工（post-machining）が有用であることが証明された。なぜなら、1回の熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）操作で板状材料部材及びゾーン材料を適用することが可能であるため、この方法は時間的な要件に関して最適化されるからである。以上に鑑み、ゾーン材料は、後で機械加工を行うことを可能にする強度を有することが好ましいことがわかった。

本発明の好適な実施形態では、縁部の領域（縁域）において、少なくとも一つの階段部を得るために、板状材料部材を適用する前に基体の直径を所定程度まで縮小し得ることが考案されている。板状材料部材を適用した後、板状部材は、基体の当初の直径を有する同一面内に延在し、又は縁域の当初の高さを超えて突出し得る。従って、特定の使用事例において満たされるべき要件に応じて、板状材料部材はあらゆる高さで製造され得るが、但し、縁部と縁部の間の領域のために設けられたピン状材料部材よりもさらに、今後の構成要素となるベース面の表面を超えて突出することのない高さで、製造され得ることが保証される。縁部が階段状の凹部を有して形成された場合、基体の側面に直接隣接して、より深い段部を形成しなければならない。このようにして、追加の摩耗保護部材を設置することによって、基体の側面を保護することができる。これらの追加の部材は、板状材料部材よりも下方に配することが好ましい。

他の好適な実施形態によると、各加圧ローラの基体は、少なくとも二つの基体セグメントから形成され、当該基体セグメントは閉リングを画定し、かつベース部材上に取り外し可能に配され得る。一方、摩耗保護層の一部が故障した場合、該当部分を単純に交換することによって、特に簡単な方法で加圧ローラの基体を修復することができ、また他方では、比較的大きい加圧ローラ直径の場合でも、ベース層を容易に製造することができる。

他の実施形態によると、摩耗保護層は、基体を形成する閉バンデージに適用し得るものであり、当該閉バンデージは、ローラのベース部材上にこれとフォームフィット係合（form-fit engagement）又は摩擦係合（frictional engagement）して配され、かつ当該ベース部材と結合され得る。この構造デザインに基づき、個々の摩耗部材は、比較的小さい労力で基体上に配することができる。特に焼嵌めバンデージ（shrunk-on bandage）の場合、収縮応力によって生じる亀裂の形成は、該当材料を適切に調整することによって避けることができる。

他の実施形態によると、基体の側面に形成された受入れ開口部内の板状の耐摩耗材料部材の下方の基体の側面に、追加摩耗部材を配し得る。これによって、加圧ローラ全体としての耐摩耗性を実質的に増すために、基体の側面の追加保護が可能となる。

効果的な実施形態によると、側方摩耗保護部材は板状部材として構成してよく、かつそれぞれの形状及び構成は、例えば、リング、板、多角形部材等の要件に従って選ぶことができる。同様に、粉末状材料を適用し、かつ熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって適切な摩耗保護部材に変換してもよい。

本発明のさらなる実施形態では、加圧ローラの基体は、複数のリングから成り、当該リングは、加圧ローラのベース部材上にこれとフォームフィット係合して又は摩擦係合して配され、それぞれの縁域が、その周縁に板状材料部材が適用された個別のリングによって形成されることが考案されている。本実施形態は、加圧ローラの特に単純な製造モードによって特徴づけられており、それは、加圧ローラの個々の要素、即ち縁域及び中心領域を単に押せばよいからである。これはまた、メンテナンス及び修理の場合に大幅に時間を削減することにもつながる。

特に高研磨材を加工するために使用されるローラープレス用の摩耗保護層を製造するための本発明に係る方法は、
ａ）焼結、冷間静水圧圧縮成形（ＣＩＰ）又は熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって製造された板状の高耐摩耗材料部材、又は少なくとも一つの成分を含む混合散剤を、加圧ローラの基体の縁域に適用するステップと、
ｂ）板状材料部材及び／又は少なくとも一つの成分を含む混合散剤を、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、縁部材として基体に適用するステップと、
ｃ）縁部材と縁部材の間に配された基体セクションに、穴を形成するステップと、
ｄ）形成された穴にピン状の高耐摩耗材料部材を挿入して、当該部材が基体の表面を超えて突出し、当該部材の表面が、縁部材の表面と同一面内（面一）となるようにするステップとを含む。

この方法は、特に少ない数の方法ステップによって特徴づけられ、その結果、効率的で迅速な製造によって特徴づけられる。また、これによって製造コストも可能な限り低く抑えることができる。

この基本方法は、追加の好適な方法ステップを組み込むことによって修正することができる。時間的な順番に関しても方法ステップの修正された個々の手順を明確に特定するために、既に事前に示された方法ステップを含むすべての個々の方法ステップを、以下の方法の説明において列挙する。

従って、他の好適な方法は、
ａ）平坦面を得るために加圧ローラの基体を事前機械加工するステップと、
ｂ）焼結、冷間静水圧圧縮成形（ＣＩＰ）又は熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって製造された板状の高耐摩耗材料部材を、前記事前機械加工された基体の二つの対向する縁域に適用するステップと、
ｃ）板状の高耐摩耗材料部材と板状の高耐摩耗材料部材の間の中間間隙に、耐摩耗性の一成分又は多成分材料(中間間隙材料)を充填するステップと、
ｄ）縁域と縁域の間に配された基体セクションに、耐摩耗性の一成分又は多成分材料(ゾーン材料)を充填するステップと、
ｅ）好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、板状材料部材、ゾーン材料及び中間間隙材料を基体に適用して、板状部材によって形成される縁部材の表面、ゾーン材料の表面、及び中間間隙材料の表面がほぼ同一面内（面一）となるようにするステップと、
ｆ）縁部材と縁部材の間に配されるゾーン材料と、加圧ローラの基体とに穴を形成するステップと、
ｇ）形成された穴にピン状の高耐摩耗材料部材を挿入して、好ましくは当該部材が縁部材及びゾーン材料と同一面内（面一）となるようにするステップと
を含む。

この方法は、基体を準備するための追加ステップに関する基本方法とは異なる。この事前機械加工は、例えば、旋削することによって又は他の何らかの公知の方法で基体を機械加工することによって達成できる。さらに、縁域に配された個々の板状材料部材と板状材料部材の間の中間間隙には、耐摩耗性の一成分又は多成分材料、いわゆる中間間隙材料をさらに充填する。外周が、効率的に対処できる異なる荷重によって、摩耗保護に異なる摩耗特性を提供するように、中間間隙の中の材料は、板状部材の耐摩耗性とは異なる耐摩耗性を有し得る。同様に、縁域と縁域の間に配される基体セクション、即ち、中心部には、耐摩耗性の一成分又は多成分材料（ゾーン材料）を充填することができる。このゾーン材料に関しては、板状の高摩耗材料の耐摩耗性とは異なる耐摩耗性を有することが好ましく、ゾーン材料のさらなる機械加工（例えば旋削による）を可能にする耐摩耗性であることが好ましい。よって、個々の材料部材を適用した後のゾーン材料の高さは、所定の寸法が得られるように変更することが可能である。

これに関連して、ピン状材料部材の表面がゾーン材料の表面を超えて延在し、かつ好ましくは縁部材の表面と同一面内（面一）となる態様で、ピン状の高耐摩耗材料部材が穴の中に配されるように、結果として得られるゾーン材料の表面が、所定量だけ縁部材の表面よりも低い位置となるようにゾーン材料を機械加工することが好ましい。よって、材料は個々のピンとピンの間に累積することができ、これによって摩耗層はさらに影響を受ける。

本発明に係る他の好適な方法は、
ａ）基体の対向する縁域に、規則的に延在する側方凹部を形成することによって、基体を準備するステップと、
ｂ）基体の縁域の凹部に、板状の高耐摩耗材料部材又は少なくとも一つの成分を含む混合散剤を嵌め込むステップと、
ｃ）必要に応じて、板状の高耐摩耗材料部材と板状の高耐摩耗材料部材の間の中間間隙と、凹部とに、粉末状の耐摩耗性の一成分又は多成分材料（中間間隙材料）を充填するステップと、
ｄ）好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、板状材料部材及び／又は少なくとも一つの成分を含む混合散剤を基体に適用するステップと、
ｅ）必要に応じて、結果として得られる表面が、所定量だけ縁部材の表面よりも低い位置になる程度に、縁域と縁域の間に延在するセクションの直径を小さくするために、縁域と縁域の間のセクションを機械加工するステップと、
ｆ）熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）の後又は縁域と縁域の間のセクションの直径を縮小した後、縁域と縁域の間に配される基体セクションに穴を形成するステップと、
ｇ）形成した穴にピン状の高耐摩耗材料部材を挿入して、当該部材が基体の表面を超えて突出し、当該部材の表面が、縁部材の表面と同一面内（面一）となるようにするステップとを含む。

この方法は、基体の縁域に、基体の側面まで及びその中まで及ぶ基体側方凹部を規則正しく形成するステップを含み、即ち、凹部は、基体の側面で終端し、かつ側方向に開くと共に上面が開くように構成される。そして、一定間隔で配されたこれらの凹部には、板状材料部材又は混合散剤のいずれかを挿入できる。板状材料部材が使用される場合、個々の板状部材と板状部材の間の中間間隙及び凹部の壁には、凹部が完全に満たされるように、粉末材料を追加で充填することができる。材料部材の適用及び粉末材料又は混合散剤の適用は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって行われる。

凹部の形状を選択することによって、それぞれの使用分野のニーズに適応した望ましい摩耗保護をここで効率的に提供できる。

さらに他の方法は、
ａ）二つの対向する縁域の領域において加圧ローラの基体の直径を所定程度まで縮小するステップと、
ｂ）平坦かつ連続した縁部材を形成するために、少なくとも一つの成分を含む混合散剤の形態で、基体の縁域に高耐摩耗材料を適用するステップと、
ｃ）必要に応じて、縁域と縁域の間に平坦かつ連続したセクション（ゾーン材料）を形成するために、少なくとも一つの成分を含む同一又は異なる混合散剤を適用するステップと、
ｄ）直径を縮小した縁域及び、必要に応じて、縁域と縁域の間のセクションに、好ましくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、少なくとも一つの成分を含む混合散剤を配するステップと、
ｅ）熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）の後、縁域と縁域の間のセクションのゾーン材料を必要に応じて部分的に取り除いて、結果としてもたらされる表面が、連続する縁ゾーンの表面よりも所定量だけ低い位置となるようにするステップと、
ｆ）熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）の後又はゾーン材料を除去した後、縁域と縁域の間に配される基体セクションに穴を形成するステップと、
ｇ）形成された穴にピン状の高耐摩耗材料部材を挿入して、当該部材の表面が、連続する縁部材の表面と同一面内（面一）かつゾーン材料の表面と同一面内（面一）に延在し、又はゾーン材料の表面を超えて延在するようにするステップと
を含む。

この方法の上記修正の場合以外では、二つの対向する縁域の領域において、基体の直径がまずここで所定程度まで縮小される。即ち、二つの縁域は段部として構成される。さらなるプロセスによって、特に熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって、連続する平坦な縁部材を提供するために、この縮小された直径の領域には、混合散剤の形態の高耐摩耗材料が適用される。

よってこの方法は、連続する縁ゾーンの形成を提供する。即ち、この方法はより迅速に実行することができる。なぜなら、基体上に個々の板状部材を隣り合わせに並べて配する必要がないからである。ここで、粉末材料の意図的選択によって、縁ゾーンの特徴を効率的に調整することができる。

縁ゾーンと縁ゾーンの間の領域に、同じ材料が充填される場合、このステップさえも大幅に単純化することができる。なぜならば、粉末混合物は両方の領域に１ステップで適用することができ、かつ基体への成形及び結合も１回の熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）操作で実行されるからである。

縁部材は、直径が縮小された領域に排他的に限定されてよく、又は基体の表面を超えて、即ち、基体の中間中心部の表面も超えて延在してよい。同様に、この中心領域には、好ましくは異なる耐摩耗性を有する混合散剤が適用される。

他の効果的な方法では、追加摩耗部材を収容するようになされた追加凹部が、基体の側面に形成されることが考案できる。そして、これらの追加摩耗部材は、縁部材の下方に配される。

これに関して、二つの対向する縁域の領域において、基体の直径サイズを二つの異なる直径に縮小してよく、二つの対向する縁域の領域における二つの加圧ローラの直径縮小は、二つのステップで行われる。即ち、二つの加圧ローラの第１の直径縮小の後に、もっぱら側面に直接隣接するセクションにおいて、加圧ローラの第２の直径縮小が行われる。従って、基体の両側面に直接隣接して位置する縁域の表面は、事前に機械加工された縁域の表面よりも所定量だけ低い位置になる。

この後、側面に設けられた凹部は、第１のステップで充填される。この充填は、板状セグメント、粉末又はその他の適切な部材で実行され得る。このようにして、凹んだ縁域の表面までのみ充填してよく、又は粉末の場合には、側面の窪み全体と縁域の窪み全体を充填してよい。

上記すべての方法の場合において、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）を加圧の有無を問わない焼結に替えてもよい。

要するに、加圧の有無を問わない焼結によって、使用される該当材料が既成部材の形態であるか又は粉末状であるかに関係なく、個々の材料の間の密な接続が達成されると言うことができる。

他の好適実施形態によると、板状材料部材は、焼結プロセス又は冷間静水圧圧縮成形（ＣＩＰ）もしくは熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって製造された硬質部材であり得る。同様に、この材料部材は、鋳込み成形プロセスによっても得られる。さらに、これらの材料部材は、例えば、圧延又はプレス成形（特に高い加熱速度で）によって製造されてもよい。適切な板状材料部材を事前に作成することによって、加圧ローラの実際の製造プロセスに要する時間を大幅に削減できる。焼結又は静水圧圧縮成形が用いられた場合、意図的に選択された異なる粉末タイプの使用により、多様な粉末タイプの特徴の組み合わせがさらに可能になり、その結果、個々の硬質部材を具体的に使用目的に合わせて調整することが可能になる。

要するに、上述の方法は、実現が容易な異なる態様で摩耗保護層を適用することができるという効果をもたらすと言える。わずかなプロセス変数又は材料変数を変更することによって、さらに摩耗保護層が、非常に異なる摩耗特性を有するように構成することができる。このようにして、加圧ローラの摩耗保護層を、処理すべき材料に的確に適応させることができる。

利点として、板状の耐摩耗材料部材を、冷間静水圧圧縮成形（ＣＩＰ）もしくは熱間静水圧圧縮成形又は焼結プロセスによる板状硬質部材として、基体に適用される前に製造することができる。これにより、硬質部材を望ましい形状又は望ましい輪郭で構成することができる。

同様に、１回の熱間静水圧圧縮成形操作によって、基体の縁域の上に直接、望ましい形状で板状の耐摩耗材料部材を形成しかつ当該縁域に接続してもよい。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下により詳細に説明する。
図１は、基体の縁域の直径が小さくなっているローラープレス用の加圧ローラの部分断面図である。 図２aは、板状部材を適用した後、及び中間間隙を満たす耐摩耗粉末材料を注入した後の、図１に示す加圧ローラの部分断面図である。 図２ｂは、板状部材を適用した後、及び中間間隙を満たす耐摩耗粉末材料を注入した後の、図１に示す加圧ローラの平面図である。 図３は、平坦面にするために熱間静水圧圧縮成形及び追加機械加工を行った後の図１及び図２に示す加圧ローラの部分断面図である。 図４は、縁域と縁域との間の領域の直径を縮小した後、及び穴を形成した後の、図１乃至図３に示す加圧ローラの断面図である。 図５は、穴の中にピン状材料部材を挿入した後の、図１乃至図４に示す加圧ローラの断面図である。 図６ａは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図６ｂは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図６ｃは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図６ｄは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図６ｅは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図６ｆは、本発明に係る加圧ローラを製造するための別の方法を示す断面図である。 図７は、他の実施形態に係る縁域にポケット状の凹部を形成した後の、加圧ローラの基体の詳細を示す平面図である。 図８aは、本発明に係る加圧ローラを製造するためのさらに他の変形例を示す断面図である。 図８ｂは、本発明に係る加圧ローラを製造するためのさらに他の変形例を示す断面図である。 図８ｃは、本発明に係る加圧ローラを製造するためのさらに他の変形例を示す断面図である。 図９ａは、追加の側凹部が設けられた、他の方法により製造された加圧ローラの断面図である。 図９ｂは、追加の側凹部が設けられた、他の方法により製造された加圧ローラの断面図である。 図９ｃは、図９ａ及び図９ｂに示す加圧ローラの追加の側凹部を示す側面図である。 図９ｄは、図９ａ及び図９ｂに示す加圧ローラの追加の側凹部を示す側面図である。 図９ｅは、図９ａ及び図９ｂに示す加圧ローラの追加の側凹部を示す側面図である。 図９ｆは、図９ａ及び図９ｂに示す加圧ローラの追加の側凹部を示す側面図である。 図９ｇは、図９ａ及び図９ｂに示す加圧ローラの追加の側凹部を示す側面図である。 図１０は、加圧ローラの他の変形例の断面図である。 図１１は、加圧ローラのさらに他の変形例の断面図である。

図１は、加圧ローラ１の基体１０を示し、基体はバンデージ（bandage）として構成される。同様に、基体は固体としても構成され得る。図から分かるように、二つの対向する縁部の領域（縁域２）において、所定程度まで基体の直径が縮小されている。即ち、二つの縁域２の間に延在する基体セクション３は、ブリッジのように縁域２を超えて突出している。この直径の縮小は、例えば、基体を旋削するなどの公知の方法によって達成することができる。摩耗保護層の形状がそれ以上変更されないように、縁域２に形成された凹部は、縁部の幅を既に画定している。

この後、凹縁域２には、粉末冶金材料で製造された高耐摩耗性の板状部材（板状耐摩耗材料部材５）と、中間間隙を満たす耐摩耗性の一成分又は多成分粉末材料６とから成る摩耗保護層が適用される。選択された材料の摩耗挙動は、ここで処理されるべき材料の特徴に適応され得る。理想としては、作動中に加圧ローラの縁域に表面形状が形成するように、板状耐摩耗材料部材５及び間隙６のために使用される二つの材料は、異なる摩耗挙動を示す。ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮成形）、ＣＩＰ（冷間静水圧圧縮成形）、焼結プロセス又は望ましい場合にはその他のプロセスによって事前に板状部材（板状耐摩耗材料部材５）が製造されていてもよく、また、これらの高さは、機械加工によって事前に製造されているブリッジ状セクション３を超えてもよい。

板状耐摩耗材料部材５は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって製造された、事前に製造済みの板状硬質部材の形態で提供されてもよい。以下の説明では、材料部材及び硬質部材という用語は同義語として用いられ、これらは両方とも符号５と識別される。板状硬質部材（板状耐摩耗材料部材）５は、加圧ローラの縁域にタイル状に配され、その後、結果として生じる中間間隙には耐摩耗粉末材料６が充填される。タイルは、ほぼ完全に縁域を覆うように、即ち、特に基体の端縁部の連続した縁を覆うように、そして効果的に、縁域２に形成される凹部の端部で終端するように、効果的な形状とされる。この目的を達成するため、適切な結果を達成できるように、硬質部材をモザイクのように互いに隣接した関係に配置してもよい。個々の硬質部材を使用することによって、適切な結果を達成するために異なる形状の部材を使用することが可能になるだけではなく、それぞれの使用事例に応じて、中間間隙のサイズ及び数を決めることもできる。

その後、硬質部材及び中間間隙材料は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって基体１０に固定される。従って、個々の材料が互いにこれを通して固着されるところの拡散ゾーンは、硬質部材材料及び中間間隙材料が基体に接触している場所、そして硬質部材材料及び中間間隙材料が互いに接触している場所に形成される。このようにして、縁域の摩耗挙動を、処理すべき材料の特徴に適応させることができる。

硬質部材として及び中間間隙として有用であると証明された材料は、例えば、セラミックの性質の成分を含み得る高耐摩耗粉末冶金材料である。

図３は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）後のローラ基体の状態を示す。硬質部材（板状耐摩耗材料部材）５と中間間隙材料６の両方が、この状態の基体に固着される。図３の表示では、ブリッジ形セクション３の領域において中間間隙材料６は完全に取り除かれている。但し、これは単に好適実施形態である。それぞれの使用分野に応じて、中間間隙材料６はまだ存在していてもよいし、又は一部のみ取り除かれていてもよい。

熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）が行われている場合、セクション３の直径を小さくするために、縁域２と縁域２の間に延在するセクション３又はその上に配される板状耐摩耗材料部材５を機械加工することができる。図４は、この直径縮小を行った後の基体を示す。この直径縮小は、例えばポケットミリング（pocket milling）によって行うことができる。図４に明示されるように、縁域と縁域の間に延在するセクション３又は板状耐摩耗材料部材５は、溝状窪み７を画定する。セクション７の表面は、板状耐摩耗材料部材５の表面よりも所定量だけ低い位置にある。この窪み領域に、公知の態様で穴８が形成され、当該穴は、ピン状の高耐摩耗部材を収容するために使われる。

完成した加圧ローラ１が図５に示されている。ここでピン状の高耐摩耗部材（ピン状耐摩耗材料部材）９は、基体１０に設けられた穴の中まで入り込んでいる。ピン状耐摩耗材料部材９の大部分が基体１０の中に入り、ピン状体（ピン状耐摩耗材料部材９）のごくわずかな部分が表面から突出するような、穴の寸法となっている。完成状態では、ピン状耐摩耗材料部材９の表面は、硬質部材（板状耐摩耗材料部材）５の表面と同一表面上に配されるのが好ましい。

説明したすべての実施形態において、ピンが摩耗し又は損傷した場合に、いつでも新しいピンに取り替えられるように、ピン（ピン状耐摩耗材料部材９）は取り外し可能に穴の中に配すことができる。同様に、当然ながら、ピンを取り外し不能に固定してもよい。また、ピンは硬質部材として実施することが好ましく、そしてピンは、粗粒状追加相（coarse further phases）の最高８０重量％まで、好ましくは炭化物、ホウ化物及び窒化物のグループの、金属系複合材料から、又は超硬合金もしくは超硬合金のような材料（例えばサーメット）から構成され得る。

作動中、加工される材料は、個々のピンの間と、ピンと縁域の間とに累積し、よって摩耗保護層を支持する。

他の実施形態によると、中間間隙材料、即ち中間間隙材料の表面は、硬質部材の表面と同一面内（面一）に延在してもよい。この場合、ピンは完全に埋まり（countersunk）、即ち、ピンの表面は、硬質部材の表面及び中間間隙材料の表面と同一面（面一）となる。本実施形態に係るピンは、基体の中にかつ中間間隙材料の中に完全に埋め込まれる。

上記実施形態とは対照的に、例えばＨＩＰ、ＣＩＰ又は焼結プロセスによって事前に製造された高耐摩耗性の板状耐摩耗材料部材５を、事前に平坦化された基体１０の表面に直接適用してもよい。即ち、基体１０の直径には段部はまったく形成されず、変更なしのままとなる。この種の実施形態は図６ａに示されている。さらなる方法ステップでは、その後、耐摩耗性の一成分又は多成分粉末材料６が、硬質部材に該当する適用された板状耐摩耗材料部材５と板状耐摩耗材料部材５の間の中間間隙と、縁域と縁域の間に形成されたスペースに適用される（図６ｂも参照）。次に、硬質部材のみならず、硬質部材と硬質部材の間に位置する粉末材料を含む粉末材料全体も、互いに結合するように、かつ基体の表面に結合されるように、この配置全体がＨＩＰによって処理される。

ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮成形）が行われた場合、図６ｃに示されるように、基体１０の表面は、中間間隙材料６を含む縁域２に配された硬質部材（板状耐摩耗材料部材）５と、粉末材料によって提供される表面層とによって画定される。

ピン状の高耐摩耗材料部材の導入のために基体を準備するために、かつ各穴の形成の前に、硬質部材及び中間間隙材料から成る、縁域と縁域の間に位置する表面セクション３はまず、縁域２と縁域２の間の窪みを生成するために、所定程度まで縮小されなければならない。この材料は、ここで例えばポケットミリングなどの公知の手段で取り除くことができる（図６ｄ）。

その後、ピン状耐摩耗材料部材９用の穴８が形成される。図６ｅは、これらの穴が、表面層３を貫通して基体１０までかつ基体１０の中まで達し得ることを示す。最後の方法ステップ（図６ｆ）は、ピン状耐摩耗材料部材９が穴８の中に設置された後の基体を示す。またこの場合は、ピン状耐摩耗材料部材９の表面は、縁域に配された硬質部材（板状耐摩耗材料部材）５の表面と同一面内（面一）となる。

上記の実施形態の場合以外では、基体の縁域は、構造化された表面（structured surfaces）として構成されてもよい。例えば、切削などの従来の機械加工によって、対向する縁域に規則正しく形成された側方凹部（ポケット１２）を生成することが可能であり、当該凹部は、ポケット状の開口を画定する。この種の実施形態は図７に示される。焼結、ＣＩＰ又はＨＩＰによって製造された板状の高耐摩耗材料部材（板状耐摩耗材料部材）５、又は少なくとも一つの成分を含む混合散剤を、形成されたポケット１２の中に嵌め込むことができる。ここで示されるポケット１２の形状は、単に例示的実施形態である。同様に、ポケットの輪郭は、四角形、五角形、六角形又は多角形でもよく、また円形又は丸みを帯びた形状でもよい。

焼結、ＨＩＰ又はＣＩＰによって製造された板状の高耐摩耗材料部材（板状耐摩耗材料部材）５が嵌め込まれた場合、部材と部材の間の中間間隙及びポケット状の開口（ポケット１２）には、耐摩耗性の一成分又は多成分材料、即ち、中間間隙材料を充填できる。

追加の製造ステップは、上述の製造ステップに対応する。即ち、板状耐摩耗材料部材５及び／又は混合散剤は、追加の方法ステップにおいてＨＩＰによって基体１０に適用される。上述の方法と同様に、ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮成形）の後、穴８を形成し、かつピン状耐摩耗材料部材９を嵌め込むことができる。

図８は、図８ａに示されるように、即ち前述の第１の実施形態に一致して、対向する縁域２の領域を機械加工することによって、まずは基体１０の直径が所定の程度まで縮小された場合の追加実施形態を示す。第１の実施形態の場合以外では、平坦かつ連続する縁ゾーン１４を形成するために、少なくとも一つの成分を含む混合散剤１３の形態の高耐摩耗材料が、板状耐摩耗材料部材５の代わりに適用される（図８ｂ参照）。縁域の凹部の内部のみならず、凹部と凹部の間に位置するブリッジ形セクション３にも粉末混合物を適用することができるため、基体全体において混合散剤１３から成る均一な表面が達成される。

直径が縮小された縁域２及び／又は縁域と縁域の間のセクション３に混合散剤１３を適用した後、材料は熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって基体１０に結合される。その後、上述の実施形態で既に説明したように、縁域２と縁域２の間のブリッジ形セクション３のポケットミリングを行って、この領域の表面が、一成分の混合散剤によって形成された表面よりも下方に延在するようにする。この後、上述の方法と同様に、穴８を形成し、ピン状耐摩耗材料部材９を嵌め込むことができる。

基体全体に亘って粉末混合物を形成することの効果の一つは、加圧ローラ上に均一な表面が形成されるため、ここで粉末混合物は、縁域に事前に形成された凹部に限られないということである。よって、充填ステップの間、望ましい高さをより容易に達成することができる。

さらに、上述の実施形態では、加圧ローラの両側面の領域に摩耗保護を追加することができる。この場合、直径を小さくした対向する縁域が、階段状に形成された場合、即ち、基体の両側面に直接隣接してより深い凹域１５が形成され、その後、第２段部で当該領域１５は通常の凹部と結合する場合、特に効果的であることが証明された。この深く凹んだ領域は、側面保護を収容するために使用することができる。

側面保護１６は第１段部のところまでのみ延在することが好ましい。即ち、側面保護を挿入した後、充填された深い凹域１５は、加圧ローラの直径が縮小された縁域２の表面のところまでのみ延在することが好ましい。そのため、個々の部材が特に良好に接続し、その結果個々の部材の安定性が達成されるように、一方では基体１０の表面に追加摩耗保護が適用され、他方では側面保護１６の表面に追加摩耗保護が適用される。

側面保護自体は、固体リングの形態で一体として適用してもよく（図９ｃ）又は固体セグメント又はＨＩＰ、ＣＩＰもしくは焼結プロセスによって製造されたセグメントの形態で分割して適用してもよい（図９ｄ）。さらに、側面保護用の摩耗保護部材を、円形の断面又は多角形の断面を有し、かつＨＩＰ、ＣＩＰ又は焼結プロセスによって製造されたタイルの形態で適用してもよい（図９e、図９f）。側面には、一成分又は多成分の高耐摩耗粉末材料（図９ｇ）を設けてもよく、これは板状又はタイル状部材用の中間間隙材料として使用してもよい。上述の実施形態の異なる変形例で説明した、表面上の側面保護及び摩耗保護部材用の材料部材はすべて、ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮成形）によって加圧ローラに適用される。

上述の方法と同様に、基体１０の穴８の形成、及び形成された穴８へのピン状の高耐摩耗材料部材（ピン状耐摩耗材料部材９）の挿入は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）の後に行われるため、これらの部材は基体１０の表面を超えて突出し、かつ板状耐摩耗材料部材５の表面と同一面内（面一）に位置する。

図１０に示される通り、側面保護は二つのリング１０’の形態で製造されてもよく、当該リング１０’は、穴及びピン状の高耐摩耗材料部材（ピン状耐摩耗材料部材９）が設けられた基体の端面に取り付けられる。上述の方法と同様に、ピン状耐摩耗材料部材９は基体１０の表面を超えて突出し、かつリング１０’上に配された板状耐摩耗材料部材５’の表面と同一面内（面一）に位置し得る。それにも拘わらず、ピン状耐摩耗材料部材９は穴に完全に埋まり、かつ薄いディスク上に置かれた板状耐摩耗材料部材５’と同一面内（面一）に位置してもよい。上述の方法と同様に、板状耐摩耗材料部材５’は、ＨＩＰ、ＣＩＰもしくは加圧の有無を問わない焼結プロセスによって、又は半田付け方法によって、リングに固定され得る。さらに、リング１０’は、すべて粉末冶金で製造された材料から成るように製造してよく、又は粉末冶金コーティングを有する基体として製造されてもよい。説明した解決法に基づき、加圧ローラの全作動幅（overall operating width）が得られ、この全動作幅は、ピンを備えた基体１０の幅と、両側に設けられた側面保護リング１０’の幅とからなる。基体のいずれの側にも設けられた側面保護リングの厚さは、リング１個につき加圧ローラの全動作幅の１.５％〜１５％である。

加圧ローラの異なる実施形態が図１１に示されている。また、本実施例は二つのリング１０’を備え、このリング１０’は、リング１０の端面に配される。二つのリング１０’は、ここではリング１０の表面と同じ高さを有しているため、リング１０、１０’は共通の表面を画定する。上記の実施形態と同様に、リング１０’には、基体１０の表面を超えて突出する板状耐摩耗材料部材５’が配される。

上述の通り、リング１０の領域に穴が配される。当該穴にはピン状耐摩耗材料部材９が配される。即ち、ピン状耐摩耗材料部材９は、穴の中に完全に埋められるように配されるか、又は基体１０の表面を超えて延在するように配される。板状耐摩耗材料部材５’自体の表面は、図１１の左側に示されるように、ピン状耐摩耗材料部材９と同一面内（面一）に配されるか、又は図１１の右側に示されるように、ピン状耐摩耗材料部材９の表面を超えて延在するように配され得る。即ち、この場合、ピン状耐摩耗材料部材９の表面は、板状耐摩耗材料部材５’の表面よりも下方に配される。リング１０’上の板状耐摩耗材料部材５’の異なる構造デザインは、ここでは単に説明目的のためのものである。作動中は、二つの対向するリング１０’は、同一の構造デザインを有する。

Claims (20)

1. 少なくとも二つの加圧ローラ（１）を備え、当該加圧ローラ（１）は、それぞれ、基体（１０）上に配置された摩耗保護層（４）を備え、当該摩耗保護層（４）は、板状耐摩耗材料部材（５、５’）およびピン状耐摩耗材料部材（９）を有し、前記板状耐摩耗材料部材（５、５’）は、前記各基体（１０）の二つの対向する縁域（２）上に配置され、前記ピン状耐摩耗材料部材（９）は、前記各加圧ローラ（１）の、前記二つの対向する縁域（２）の間に延在する部分に配置され、前記板状耐摩耗材料部材（５、５’）は、四角形、五角形又は六角形の輪郭を有するタイルとして構成され、かつ前記各基体（１０）の表面に熱間静水圧圧縮成形処理により張りついていることを特徴とする、ローラープレス。
2. 前記縁域（２）は、前記摩耗保護層（４）の全域の５％〜２５％を占めることを特徴とする、請求項１に記載のローラープレス。
3. 前記板状耐摩耗材料部材（５、５’）は、炭化物、ホウ化物及び窒化物からなるグループから選択される粗粒状追加相の割合が８０重量％以下の金属系複合材料から成り、かつ／又は前記ピン状耐摩耗材料部材（９）は、超硬合金又は超硬合金と同等の硬さを有する材料から成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載のローラープレス。
4. 前記ピン状耐摩耗材料部材（９）は、前記基体（１０）の穴（８）に設置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のローラープレス。
5. 前記ピン状耐摩耗材料部材（９）の表面及び前記板状耐摩耗材料部材（５、５’）の表面は面一に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のローラープレス。
6. 前記二つの対向する縁域（２）の間には追加ゾーン材料が配置され、当該追加ゾーン材料の表面は、前記ピン状耐摩耗材料部材（９）の表面よりも下方に又はこれと面一に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のローラープレス。
7. 前記基体（１０）は、前記各縁域（２）において、前記基体（１０）前記縁域（２）の他の部分の直径よりも小さい所定の直径を有する少なくとも一つの階段部が設けられていて、前記板状耐摩耗材料部材（５、５’）は、当該階段部に設けられ、前記縁域（２）の前記他の部分の高さを超えて延出していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のローラープレス。
8. 前記各加圧ローラ（１）の基体（１０）は、少なくとも二つの基体セグメントから形成され、当該基体セグメントは閉リングを画定し、かつベース部材上に取り外し可能に配されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のローラープレス。
9. 前記基体（１０）は閉バンデージとして構成されていて、当該閉バンデージは、前記加圧ローラ（１）のベース部材上にこれとフォームフィット係合又は摩擦係合した状態で配置され、かつ当該ベース部材と結合されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のローラープレス。
10. 前記基体（１０）の側面に形成された受入れ開口部（１５）内の前記板状耐摩耗材料部材（５）の下方の前記基体（１０）の側面に、追加摩耗保護部材（１６）が配されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のローラープレス。
11. 前記追加摩耗保護部材（１６）は、板状部材として構成されることを特徴とする、請求項１０に記載のローラープレス。
12. 前記加圧ローラ（１）の前記基体（１０）は、複数のリング（１０、１０’）から成り、当該リング（１０、１０’）は、前記加圧ローラ（１）のベース部材上にこれとフォームフィット係合した状態又は摩擦係合した状態で配置され、前記縁域（２）はそれぞれ、個別のリング（１０’）として形成されていて、当該個別のリング（１０’）の周縁に、前記板状耐摩耗材料部材（５’）が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至７、１０、１１のいずれか一項に記載のローラープレス。
13. 前記複数のリング（１０、１０’）は高さが均一であることを特徴とする、請求項１２に記載のローラープレス。
14. 前記板状耐摩耗材料部材（５’）は、前記ピン状耐摩耗材料部材（９）の表面よりも上方に配されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のローラープレス。
15. ローラープレス用の摩耗保護層を製造する方法であって、
    ａ）平坦面を得るために加圧ローラの基体を事前機械加工するステップと、
    ｂ）焼結、冷間静水圧圧縮成形又は熱間静水圧圧縮成形によって製造された板状の高耐摩耗材料部材を、前記事前機械加工された基体の二つの対向する縁域に適用するステップと、
    ｃ）前記板状の高耐摩耗材料部材と前記板状の高耐摩耗材料部材の間の中間間隙に、中間間隙材料として、耐摩耗性の一成分又は多成分材料を充填するステップと、
    ｄ）前記二つの対向する縁域の間に配された基体セクションに、ゾーン材料として、耐摩耗性の一成分又は多成分材料を充填するステップと、
    ｅ）熱間静水圧圧縮成形によって、前記板状の高耐摩耗材料部材、前記ゾーン材料及び前記中間間隙材料を前記基体に適用して、前記板状の高耐摩耗材料部材によって形成される縁部材の表面、前記ゾーン材料の表面、及び前記中間間隙材料の表面がほぼ面一となるようにするステップと、
    ｆ）前記縁部材と前記縁部材の間に配される前記ゾーン材料と、前記加圧ローラの前記基体とに穴を形成するステップと、
    ｇ）形成された前記穴にピン状の高耐摩耗材料部材を挿入するステップと、
    を含む、方法。
16. 熱間静水圧圧縮成形の後、前記縁部材と前記縁部材の間に位置する前記ゾーン材料を直径が小さくなるように機械加工することで、その結果得られる前記ゾーン材料の表面が、所定量だけ前記縁部材の表面よりも低く位置するようにし、かつ
    前記ピン状の高耐摩耗材料部材は、形成された前記穴の中に配されて、前記ピン状の高耐摩耗材料部材の表面が、前記ゾーン材料の表面を超えて延出するようにすることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 追加摩耗保護部材を収容するために、適用される前記縁部材の下の前記基体の側面に、追加凹部が形成されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記基体の直径サイズを小さくして、二つの対向する縁域の領域において二つの異なる直径を有するようにし、前記側面の領域に追加摩耗保護部材を収容するために、前記側面に直接隣接する領域の直径サイズは、後続の縁域よりも大幅に縮小されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ゾーン材料の耐摩耗性は、前記縁部材の耐摩耗性とは異なることを特徴とする、請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
    
20. 前記板状の高耐摩耗材料部材は、熱間静水圧圧縮成形、鋳込み成形プロセスによって、又は圧延もしくは加圧成形によって、又は加圧の有無を問わない焼結によって製造される硬質部材として構成されることを特徴とする、請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
    

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