(57)【要約】【課題】十分な強度を有するシートを成形するロールプレス装置を提供する。【解決手段】粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置１であって、成形材料を圧延し成形する圧延機構１０２と、成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構１０４と、成形材料を挟み込んだ状態で圧延機構１０２および熱間ロールプレス機構１０４の少なくとも一方を通過する一対の金属ベルト２ａ、２ｂと、を有し、一対の金属ベルト２ａ、２ｂのうち少なくとも一方の金属ベルト２ａ（または２ｂ）は、金属ベルト２ａ、２ｂの長手方向（搬送方向Ｙ）に沿った溝部２３を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置であって、
前記成形材料を圧延し成形する圧延機構と、
前記成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構と、
前記成形材料を挟み込んだ状態で前記圧延機構および前記熱間ロールプレス機構の少なくとも一方を通過する一対の金属ベルトと、
を有し、
前記一対の金属ベルトのうち少なくとも一方の前記金属ベルトは、前記金属ベルトの長手方向に沿った溝部を有している
ロールプレス装置。
【請求項２】
前記溝部の側面はテーパー状である
請求項１に記載のロールプレス装置。
【請求項３】
前記金属ベルトはステンレス製であり、
前記金属ベルトの厚みは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項１または２に記載のロールプレス装置。
【請求項４】
一対の前記金属ベルトは、前記溝部の内底が互いに向き合うように配置され、
一方の前記金属ベルトの前記溝部の深さをｄ１、もう一方の前記金属ベルトの前記溝部の深さをｄ２、前記成形材料を圧延した後のシートの厚みをＴとした場合、０．３Ｔ≦（ｄ１＋ｄ２）≦Ｔである
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項５】
前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、
前記端部の幅は、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項６】
前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、
前記溝部の表面粗さは、前記端部の表面粗さよりも大きい
請求項１〜５のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項７】
前記溝部は、前記長手方向に点在するように複数設けられ、全周に側面が形成された形状である
請求項１〜６のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項８】
前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、
前記端部の厚みは、前記溝部の厚みと異なる
請求項１〜７のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項９】
前記熱間ロールプレス機構の圧延ロールは、３００℃以上６５０℃以下の温度において、圧胴部表面のビッカース硬度が、３００以上１５００以下である
請求項１〜８のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項１０】
前記金属ベルトの搬送速度は、前記圧延機構および前記熱間ロールプレス機構それぞれの圧延ロールの周速よりも速い
請求項１〜９のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項１１】
前記成形材料はセラミックスを含む材料である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロールプレス装置は、工業用途で幅広く利用され、フィルムや紙、不織布、金属箔、鋼板などの材料を圧延成形する目的で用いられている。その他にも、シート表面の艶出しや張り合わせ、繊維材料の絞り（脱水）など成形以外の用途に適用されることも多い。また、ステンレス、鉄、ニッケル、アルミニウムなどの金属粉末をロールプレス装置に連続的に供給することでシート化する粉末圧延法も広く知られた技術である。粉末圧延法は、直径がサブミクロンから数百ミクロンの粉末材料を使用する手法であり、材料を溶融することなくシートを成形できるため、タングステンやモリブデンなどの高融点材料や、通常では溶け合わない金属同士の複合材を容易に成形することができる。
【０００３】
このロールプレス装置の一例として、特許文献１には、粉末材料を平坦な金属ベルトを介して圧延ロールでプレスすることで、圧延ロールと粉末材料とを接触させずに粉末材料をプレスするロールプレス装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１７２７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すロールプレス装置では、圧延ロールと粉末材料とを接触させずにプレスするので圧延ロールの汚損を抑制することはできるが、粉末材料の圧延を促進する効果は少なく、十分な強度を有するシートを成形することが困難である。
【０００６】
本発明は、十分な強度を有するシートを成形することができるロールプレス装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るロールプレス装置は、粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置であって、前記成形材料を圧延し成形する圧延機構と、前記成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構と、前記成形材料を挟み込んだ状態で前記圧延機構および前記熱間ロールプレス機構の少なくとも一方を通過する一対の金属ベルトと、を有し、前記一対の金属ベルトのうち少なくとも一方の前記金属ベルトは、前記金属ベルトの長手方向に沿った溝部を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のロールプレス装置は、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１におけるロールプレス装置を模式的に示す正面図
【図２】実施の形態１におけるロールプレス装置の金属ベルトを示す斜視図
【図３】実施の形態１の金属ベルトを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図４】実施の形態１の金属ベルトを用いた場合のプレス時の粉末の挙動を示す図
【図５】比較例の金属ベルトを用いた場合のプレス時の粉末の挙動を示す図
【図６】（ａ）は金属ベルトの厚みが薄い場合のシートの受圧領域を示す正面図、（ｂ）は金属ベルトの厚みが厚い場合のシートの受圧領域を示す正面図
【図７】実施の形態１の金属ベルトおよび圧延後のシートを示す図
【図８】（ａ）は実施の形態１の変形例１における金属ベルトを示す斜視図、（ｂ）はＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線の断面図、（ｃ）はＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線の断面図
【図９】実施の形態１の変形例２における金属ベルトを示す斜視図
【図１０】（ａ）は実施の形態１の変形例３における金属ベルトを示す斜視図、（ｂ）はＸＢ−ＸＢ線の断面図
【図１１】実施の形態２におけるロールプレス装置を模式的に示す正面図
【図１２】実施の形態３におけるロールプレス装置を模式的に示す正面図
【図１３】他の形態におけるロールプレス装置のシート外縁除去部を示す平面図
【図１４】他の形態におけるロールプレス装置のシート外縁除去部を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した、ロールプレス装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１１】
前述したように、特許文献１に示すロールプレス装置では、圧延ロールの汚損を抑制することはできるが、粉末材料の圧延を促進する効果は少なく、十分な強度を有するシートを成形することが困難である。
【００１２】
また、セラミックス等を含む粉末材料を圧延成形する場合、セラミックス材料は金属材料に比べて成形しにくいため、特許文献１に示すような帯状平板からなる一対の金属ベルトを用いて圧延しても、十分な強度を有するシートを得ることができないという問題がある。
【００１３】
これらの問題を解決するために、本発明の一態様に係るロールプレス装置は、粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置であって、前記成形材料を圧延し成形する圧延機構と、前記成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構と、前記成形材料を挟み込んだ状態で前記圧延機構および前記熱間ロールプレス機構の少なくとも一方を通過する一対の金属ベルトと、を有し、前記一対の金属ベルトのうち少なくとも一方の前記金属ベルトは、前記金属ベルトの長手方向に沿った溝部を有している。
【００１４】
このように、ロールプレス装置で用いられる金属ベルトが溝部を有しているので、プレス中の成形材料を溝部内に留めておくことができる。そのため、圧延後のシートに空隙が形成されにくく、シートが緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００１５】
例えば、前記溝部の側面はテーパー状であってもよい。
【００１６】
金属ベルトの溝部の側面がテーパー状であることによって、溝部内に成形材料が充填されやすくなる。そのため、圧延後のシートに空隙が形成されにくく、シートが緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００１７】
例えば、前記金属ベルトはステンレス製であり、前記金属ベルトの厚みは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下であってもよい。
【００１８】
金属ベルトの厚みが０．０２ｍｍ以上であれば、金属ベルトがプレス時に破損することを抑制することができる。また、金属ベルトの厚みが１ｍｍ以下であれば、金属ベルトがプレス時の押圧負荷を過剰に吸収して、シートの加圧が不十分となることを抑制することができる。これにより、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００１９】
例えば、一対の前記金属ベルトは、前記溝部の内底が互いに向き合うように配置され、一方の前記金属ベルトの前記溝部の深さをｄ１、もう一方の前記金属ベルトの前記溝部の深さをｄ２、前記成形材料を圧延した後のシートの厚みをＴとした場合、０．３Ｔ≦（ｄ１＋ｄ２）≦Ｔであってもよい。
【００２０】
金属ベルトの溝部の深さの合計（ｄ１＋ｄ２）が０．３Ｔ以上であれば、溝部内において成形材料の保持が不十分となることを抑制することができる。また、溝部の深さの合計がＴ以下であれば、金属ベルトと成形材料との間に隙間が形成されてしまいシートの加圧が不十分となることを抑制することができる。これにより、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００２１】
例えば、前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、前記端部の幅は、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。
【００２２】
金属ベルトの端部の幅が２ｍｍ以上であれば、成形材料の搬送時や圧延時に、成形材料から分離した破片が金属ベルトの外に飛散することを抑制することができる。また、端部の幅が５０ｍｍ以下であれば、金属ベルトの端部が撓んで圧延ロールと接触して圧延ロールの表面を損傷させることを抑制することができる。
【００２３】
例えば、前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、前記溝部の表面粗さは、前記端部の表面粗さよりも大きくてもよい。
【００２４】
この構成によれば、溝部内で保持された成形材料が滑りにくくなり、圧延時にかかるせん断力を成形材料に十分に伝達することができる。これにより、シートの緻密化が促進され、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００２５】
また、前記溝部は、前記長手方向に点在するように複数設けられ、全周に側面が形成された形状であってもよい。
【００２６】
この構成によれば、溝部内における成形材料の保持圧力を高くすることができる。これにより、シートの緻密化が促進され、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００２７】
例えば、前記金属ベルトは、前記金属ベルトの幅方向の両端に位置する端部を有し、前記端部の厚みは、前記溝部の厚みと異なっていてもよい。
【００２８】
この構成によれば、金属ベルトのうち、溝部が形成されている面と反対側の面を平坦にすることが可能となる。その場合、プレス時の溝部の変形を抑制することができ、金属ベルトを長寿命化することができる。
【００２９】
例えば、前記熱間ロールプレス機構の圧延ロールは、３００℃以上６５０℃以下の温度において、圧胴部表面のビッカース硬度が、３００以上１５００以下であってもよい。
【００３０】
ビッカース硬度が３００以上であれば、熱間プレス時に圧胴部表面に凹みが生じることを抑制することができる。また、ビッカース硬度が１５００以下であれば、圧延ロールにおけるクラック等の損傷を抑制することができる。これにより、圧延ロールを長寿命化することができる。
【００３１】
例えば、前記金属ベルトの搬送速度は、前記圧延機構および前記熱間ロールプレス機構それぞれの圧延ロールの周速よりも速くてもよい。
【００３２】
この構成によれば、成形材料の圧延ロール間への挿入がアシストされ、成形材料をスムーズに搬送することができる。これにより、成形材料が圧延ロールで十分に加圧され、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００３３】
例えば、前記成形材料はセラミックスを含む材料であってもよい。
【００３４】
本発明のロールプレス装置では、成形材料が成形しにくいセラミックスを含む材料であっても、十分な強度を有するシートを成形することができる。
【００３５】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３７】
（実施の形態１）
［１−１．ロールプレス装置の構成］
まず、図１を参照しつつ、実施の形態１におけるロールプレス装置１の全体構成について説明する。図１は、ロールプレス装置１を模式的に示す正面図である。
【００３８】
ロールプレス装置１は、成形材料（粉末ｐ１またはシートｓ１）を水平方向に搬送する水平型のロールプレス装置である。このロールプレス装置１は、一対の金属ベルト２ａ、２ｂと、粉末供給機構１００と、ベルト搬送機構１０１ａ、１０１ｂと、圧延機構１０２と、予備加熱機構１０３と、熱間ロールプレス機構１０４と、回収機構１０５とを備える。
【００３９】
なお、図１では、粉末供給機構１００から回収機構１０５までの間において金属ベルト２ａ、２ｂが搬送される方向を搬送方向Ｙとし、金属ベルト２ａ、２ｂの幅方向を幅方向Ｘとし、搬送方向Ｙおよび幅方向Ｘに直交する方向を鉛直方向Ｚとして示す。また、図１の金属ベルト２ａ、２ｂは、金属ベルト２ａ、２ｂを幅方向Ｘの中央で切断した場合の断面を示している。
【００４０】
粉末供給機構１００は、粉末ｐ１を金属ベルト２ａ、２ｂに供給する機能を有しており、一定量の粉末ｐ１を継続的に金属ベルト２ａ、２ｂに供給する。粉末供給機構１００は、例えばベルトコンベアなどのように粉末ｐ１を必要量だけ逐次搬送するものでもよいし、ホッパー３などのように一定量の粉末ｐ１を供給するものでもよい。粉末ｐ１の量は、金属ベルト２ａ、２ｂの幅方向Ｘに均一に供給されることが望ましい。例えば、すり切り板のように、金属ベルト２ａ上に供給された粉末ｐ１の高さを強制的に規制し均一化する機構があると望ましい。
【００４１】
粉末ｐ１は、少なくとも１種類の粉末状セラミックスを含むものであり、粉末状セラミックス単体であってもよいし、複数の粉末状セラミックスの混合体であってもよいし、粉末状の金属材料などを含む混合体であってもよい。なお、ここでのセラミックスとは、単体金属以外の無機化合物のことであり、金属または非金属の酸化物、水酸化物、炭化物、窒化物、ハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩などのことを指す。粉末ｐ１の粒子形状は圧延しやすい球形であることが望ましいが、製造プロセス上、球体化が困難な場合は非球形状であってもよい。粉末ｐ１の粒径は、材料によって異なるが、１μｍ以下の超微粒子から数百μｍの粒子の中から適切なサイズを選択すれば良く、それらの粒子を造粒したものを原材料に用いてもよい。
【００４２】
ベルト搬送機構１０１ａ、１０１ｂは、粉末ｐ１を挟み込むような配置で一対の金属ベルト２ａ、２ｂを連続的に搬送する機能を有している。ベルト搬送機構１０１ａは、金属ベルト２ａと、巻出し部４ａと、巻取り部５ａとで構成され、ベルト搬送機構１０１ｂは、金属ベルト２ｂと、巻出し部４ｂと、巻取り部５ｂとで構成されている。図１に示すように、金属ベルト２ａ、２ｂのそれぞれは、巻出し部４ａ、４ｂのそれぞれから繰り出される。
【００４３】
一方の金属ベルト２ａは、粉末供給機構１００から熱間ロールプレス機構１０４までの間において水平に配置され、粉末供給機構１００から供給された粉末ｐ１を受け取る。もう一方の金属ベルト２ｂは、金属ベルト２ａ上に供給された粉末ｐ１を挟み込むように、金属ベルト２ａおよび粉末ｐ１の上側に配置される。
【００４４】
金属ベルト２ａ、２ｂは、粉末ｐ１と共に搬送される。具体的には、金属ベルト２ａ、２ｂは、粉末ｐ１を挟んだ状態で圧延機構１０２から熱間ロールプレス機構１０４の間を移動し、回収機構１０５の手前にてシートｓ１と分離され、巻取り部５ａ、５ｂにてそれぞれ回収される。
【００４５】
その際、金属ベルト２ａ、２ｂの搬送速度は、互いに同速度となるように制御される。また、金属ベルト２ａ、２ｂの搬送速度は、圧延機構１０２の圧延ロール７ａ、７ｂの周速、および、熱間ロールプレス機構１０４の圧延ロール９ａ、９ｂの周速よりも僅かに速くなるように設定される。これにより、粉末ｐ１の圧延ロール７ａ、７ｂ間への挿入、および、シートｓ１の圧延ロール９ａ、９ｂ間への挿入がアシストされスムーズに搬送することができる。なお、金属ベルト２ａ、２ｂの搬送速度は、圧延ロール７ａ、７ｂ（または９ａ、９ｂ）の周速と同速度となるように制御されていてもよい。
【００４６】
圧延機構１０２は、金属ベルト２ａ、２ｂ間に挟まれた粉末ｐ１を、金属ベルト２ａ、２ｂを介して一対の圧延ロール７ａ、７ｂでプレスし圧延する機能を有している。圧延機構１０２では圧延ロール７ａ、７ｂが所定の周速で駆動しており、金属ベルト２ａ、２ｂ間に挟まれた粉末ｐ１は、所定の厚みを有するシートｓ１となる。圧延機構１０２は、必要な荷重でプレスできる能力があれば機械式プレスでもよいし、油圧式プレスでもよい。また、必要に応じ圧延ロール７ａ、７ｂを加熱する機構を設けてもよい。圧延ロール７ａ、７ｂの加熱方法に制限はなく、誘導加熱であってもよいし、抵抗式ヒーターによる加熱であってもよいし、蒸気や液体などの熱媒による加熱であってもよい。
【００４７】
予備加熱機構１０３は、圧延機構１０２でプレス成形されたシートｓ１を加熱する加熱炉８を有している。加熱炉８は、搬送中にシートｓ１を所定の温度まで加熱できる容量を有していれば加熱方法に制限は無く、材料やシートｓ１の厚み、搬送速度によって適切な方法（例えばバーナーでの直接加熱、誘導加熱、抵抗加熱または熱風加熱）を選定すればよい。なお、シートｓ１の搬送速度が遅く、熱間ロールプレス機構１０４での圧延中にシートｓ１を十分加熱できる場合は、予備加熱機構１０３は設置しなくてもよい。
【００４８】
熱間ロールプレス機構１０４は、予備加熱機構１０３で所定の温度まで加熱されたシートｓ１を一対の高温の圧延ロール９ａ、９ｂを用いて圧延する。熱間ロールプレス機構１０４は、必要な荷重でプレスできる能力、および、圧延ロール９ａ、９ｂを所定の温度まで加熱できる能力があれば、機構に制限はない。圧延ロール９ａ、９ｂの周速はシートｓ１がスムーズに搬送されるように設定すればよく、必ずしも圧延ロール７ａ、７ｂと同速度である必要はない。
【００４９】
シートｓ１はセラミックス材料を含み、低温では十分に圧延することができないため、圧延ロール９ａ、９ｂは少なくとも３００℃以上に加熱しておくことが望ましい。また、圧延ロール９ａ、９ｂの温度が６５０℃を超えると、軸受け部の温度が高くなりすぎてオイルシールやベアリング等の寿命が著しく低下するため、使用時の温度は３００℃以上６５０℃以下に設定するとよい。
【００５０】
圧延ロール９ａ、９ｂは、上記温度帯域（３００℃以上６５０℃以下）で高硬度を維持できる材料で製作することが望ましい。具体的には、ＳＫＤ系鋼材、ＳＫＨ系鋼材、セラミック、超硬合金などが良く、上記温度帯域における圧胴部表面のビッカース硬度が３００以上１５００以下であることが望ましい。ビッカース硬度が３００未満であると、熱間プレス時に圧胴部表面に凹みが生じやすく圧延ロール９ａ、９ｂの寿命は著しく低下する。ビッカース硬度が１５００を超えると、凹みは生じにくいものの、クラック等の損傷が起こりやすくなり、結果的に寿命低下に繋がる。なお、高硬度を維持する必要があるのは圧延ロール９ａ、９ｂの圧胴部のみであり、軸部はそれよりも低硬度であってもよい。なお、圧延ロール９ａ、９ｂの長寿命化のため、圧延ロール９ａ、９ｂの表面に保護層を形成してもよい。保護層も熱間ロールプレスに耐えうる硬度が必要であり、セラミックス、超硬合金、自溶性合金などを用いればよい。
【００５１】
熱間ロールプレス機構１０４で圧延されたシートｓ１は、金属ベルト２ａ、２ｂから分離され、回収機構１０５に搬送される。シートｓ１は、圧延により十分な強度を有するが、柔軟性に乏しく巻取りでの回収は困難なため、回収機構１０５にて所定のサイズに切断して回収される。
【００５２】
［１−２、金属ベルトの構成］
次に、図２および図３を参照しつつ、ロールプレス装置１で用いられる一対の金属ベルト２ａ、２ｂについて説明する。図２は、金属ベルト２ａ、２ｂを示す斜視図である。図３の（ａ）は、金属ベルト２ａ、２ｂの平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【００５３】
金属ベルト２ａ、２ｂは、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの材料により形成される。金属ベルト２ａ、２ｂは、耐久性、防錆性の観点からステンレス製ベルトであることが望ましい。
【００５４】
金属ベルト２ａ、２ｂのそれぞれは、図２および図３に示すように、長手方向（搬送方向Ｙ）に沿った溝部２３と、幅方向Ｘの両端に位置する端部２５とを有している。具体的には、金属ベルト２ａ、２ｂのそれぞれを長手方向に垂直な面で切断した場合、金属ベルト２ａは下側に窪んだ凹状の断面形状を有し、金属ベルト２ｂは上側に窪んだ凹状の断面形状を有している。金属ベルト２ａ、２ｂの長さは、例えば、１００ｍ以上である。ただし、金属ベルト２ａ、２ｂの交換周期に合わせて十分な長さにすればよい。溝部２３の幅は、例えば、１ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。端部２５は、溝部２３と異なる位置に設けられている。
【００５５】
溝部２３は、内底２３ａと両側面２３ｂを有しており、側面２３ｂはテーパー状となっている。具体的には、溝部２３の両側面２３ｂは、溝部２３と端部２５との接点から内底２３ａに向かうに従って先すぼみ状に形成されている。金属ベルト２ａ、２ｂは、溝部２３の内底２３ａが互いに向き合うように配置される。この配置により、金属ベルト２ａ、２ｂ間に粉末ｐ１やシートｓ１を保持する保持領域２６が形成される。
【００５６】
図４は、金属ベルト２ａ、２ｂを用いた場合のプレス時の粉末ｐ１の挙動を示す図である。図５は、比較例の金属ベルト５０２を用いた場合のプレス時の粉末ｐ１の挙動を示す図である。
【００５７】
比較例の金属ベルト５０２は、図５に示すように、一対の帯状平板により構成されている。比較例の金属ベルト５０２を用いてプレスする場合、一対の金属ベルト５０２の間の粉末ｐ１（またはシートｓ１）が幅方向Ｘに移動し、プレス後のシートｓ１（成形品）を緻密化することができず、シートｓ１の強度が不十分となりやすい。
【００５８】
それに対し、本実施の形態の金属ベルト２ａ、２ｂを用いてプレスする場合、図４に示すように、溝部２３の側面２３ｂで粉末ｐ１（またはシートｓ１）の移動をせき止めることができる。これにより、プレス後のシートｓ１の緻密化を促進することができる。さらに、溝部２３の側面２３ｂがテーパー状なので、溝部２３によって形成された保持領域２６の端まで粉末ｐ１やシートｓ１が充填されやすくなる。そのため、シートｓ１の内部に空隙ができにくく、シートｓ１の緻密化がより促進される。また、シートｓ１の端部（外縁部）において、圧延が不十分となる領域Ａ２（図１３参照）を減らすことができる。
【００５９】
また、金属ベルト２ａ、２ｂの溝部２３は、搬送時や圧延時に粉末ｐ１やシートｓ１から分離した破片が、金属ベルト２ａ、２ｂの外へ飛散することを抑制する働きもある。例えば、溝部２３を有しない金属ベルト（例えば金属ベルト５０２）を用いた場合、上記破片がロール間や設備の部品間に入り込むことでロール表面の損傷や設備への過負荷に繋がり、設備の寿命低下やプロセスの安定性低下を引き起こす恐れがある。本実施の形態に係る金属ベルト２ａ、２ｂは、溝部２３内に粉末ｐ１（またはシートｓ１）を閉じ込めることができるので、前述した設備の寿命低下やプロセスの安定性低下を抑制することができる。
【００６０】
金属ベルト２ａ、２ｂの端部２５の幅（Ｘ方向の寸法）は、２ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下であることが望ましい。その理由は、端部２５の幅が２ｍｍ未満であると、搬送時や圧延時に粉末ｐ１やシートｓ１から分離した破片が金属ベルト２ａ、２ｂの外へ飛散する場合があるからである。また、端部２５の幅が５０ｍｍを超えると、金属ベルト２ａ、２ｂの端部２５がたわみ、圧延ロール７ａ、７ｂや圧延ロール９ａ、９ｂと接触しやすくなるため、ロール表面を損傷させる場合があるからである。
【００６１】
また、金属ベルト２ａ、２ｂの厚み（板材の厚み）は、材料によって適切な値が異なるが、例えばステンレス製ベルトの場合は０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが望ましく、さらには、０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００６２】
例えば、金属ベルト２ａ、２ｂの厚みが０．０２ｍｍ未満であると、金属ベルト２ａ、２ｂがプレス時の負荷に耐え切れずに破損する場合があり、また、厚みが０．２ｍｍを超えると、金属ベルト２ａ、２ｂがプレス時の押圧負荷を過剰に吸収し、シートｓ１を十分に加圧できない場合がある。またさらに、金属ベルト２ａ、２ｂの厚みが１ｍｍを超えると、上記作用に加え、図６の（ｂ）に示すように、金属ベルト２ａ、２ｂの曲げ剛性が高くなり、シートｓ１の実質的な受圧領域Ａ１が増え、シートｓ１にかかる最大圧力が低下し、圧延が不十分となる場合がある。そのため、金属ベルト２ａ、２ｂが、ステンレス製ベルトの場合は０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００６３】
次に、図７を参照しつつ、金属ベルト２ａ、２ｂと、圧延後のシートｓ１との寸法関係について説明する。図７は、金属ベルト２ａ、２ｂおよび圧延後のシートｓ１を示す図である。
【００６４】
本実施の形態のロールプレス装置１では、一方の金属ベルト２ａの溝部２３の深さをｄ１、もう一方の金属ベルト２ｂの溝部２３の深さをｄ２、成形材料を圧延した後のシートｓ１の厚みをＴとした場合、０．３Ｔ≦（ｄ１＋ｄ２）≦Ｔの関係を有するように設定されている。なお、深さｄ１およびｄ２は、該当する溝部２３の深さが最大となる位置における深さとする。
【００６５】
例えば、溝部２３の深さの合計（ｄ１＋ｄ２）が０．３Ｔよりも小さいと、粉末ｐ１やシートｓ１を保持する効果が不十分となり、圧延によるシートｓ１の緻密化が十分に進行しない場合がある。一方、溝部２３の深さの合計（ｄ１＋ｄ２）がＴよりも大きいと、プレス時において金属ベルト２ａ、２ｂとシートｓ１との間に隙間ができるため加圧が不足し、また、金属ベルト２ａ、２ｂの溝部２３が過度に変形するため、金属ベルト２ａ、２ｂの損傷を引き起こす場合がある。そのため、金属ベルト２ａ、２ｂおよび圧延後のシートｓ１との寸法は、０．３Ｔ≦（ｄ１＋ｄ２）≦Ｔとなる関係を有することが望ましい。
【００６６】
また、溝部２３のうち粉末ｐ１またはシートｓ１と接触する面（例えば内底２３ａ）の表面粗さは、上記接触する面と同じ面の端部表面２５ａの表面粗さよりも大きいことが望ましい。ここでいう表面粗さは、例えば、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１で規定されている算術平均粗さＲａ、または、最大高さＲｚである。
【００６７】
溝部２３の表面粗さが大きいことで、溝部２３内に保持されている粉末ｐ１またはシートｓ１が滑りにくくなり、圧延時にかかるせん断力を粉末ｐ１やシートｓ１に十分に伝達することができるため、シートｓ１の緻密化をより促進できる。また、端部２５が平滑であることで、金属ベルト２ａ、２ｂのそれぞれの端部２５同士を接近させた場合に金属ベルト２ａ、２ｂの間に隙間ができにくく、粉末ｐ１やシートｓ１から分離した破片が落下しにくくなる。
【００６８】
［１−３．効果等］
本実施の形態に係るロールプレス装置１は、粉末状またはシート状の成形材料（粉末ｐ１またはシートｓ１）を圧延し成形するロールプレス装置１であって、成形材料を圧延し成形する圧延機構１０２と、成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構１０４と、成形材料を挟み込んだ状態で圧延機構１０２および熱間ロールプレス機構１０４の少なくとも一方を通過する一対の金属ベルト２ａ、２ｂと、を有し、一対の金属ベルト２ａ、２ｂのうち少なくとも一方の金属ベルト２ａ（または２ｂ）は、金属ベルト２ａ、２ｂの長手方向に沿った溝部２３を有している。
【００６９】
このように、ロールプレス装置１で用いられる金属ベルト２ａ、２ｂが溝部２３を有しているので、プレス中の成形材料を溝部２３内に留めておくことができる。そのため、圧延後のシートｓ１に空隙が形成されにくく、シートｓ１が緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００７０】
また、本実施の形態に係るロールプレス装置１によれば、成形材料が成形しにくいセラミックスを含む材料であっても、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００７１】
（実施の形態１の変形例１）
図８の（ａ）は、実施の形態１の変形例１における金属ベルト２ａ、２ｂを示す斜視図であり、（ｂ）はＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線の断面図であり、（ｃ）はＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線の断面図である。
【００７２】
変形例１の金属ベルト２ａ、２ｂは、溝部２３が長手方向に点在するように複数設けられている。金属ベルト２ａ、２ｂは、長手方向（搬送方向Ｙ）に対して垂直に切った断面が凹状であり、かつ、幅方向Ｘに対して垂直に切った断面が凹状である。また、金属ベルト２ａ、２ｂを平面視した場合（鉛直方向Ｚから見た場合）、溝部２３は矩形状であり、幅方向Ｘに両側面２３ｂを有し、長手方向に両側面２３ｂを有している。すなわち、金属ベルト２ａ、２ｂの溝部２３は、全周に側面２３ｂが形成されている。
【００７３】
変形例１における金属ベルト２ａ、２ｂでは、溝部２３の全周に側面が形成されているので、金属ベルト２ａ、２ｂによる粉末ｐ１（またはシートｓ１）の保持圧力を高くすることができ、シートｓ１の緻密化をより促進できる。これにより、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００７４】
なお、溝部２３は、一対となる金属ベルト２ａ、２ｂ間で囲まれた領域を形成することができれば形状に制限はなく、金属ベルト２ａ、２ｂの幅方向Ｘおよび搬送方向Ｙに対して複数形成されていてもよいし、それらの配置が規則的であっても不規則であってもよいし、重なり合った形状になっていてもよい。
【００７５】
（実施の形態１の変形例２）
図９は、実施の形態１の変形例２における金属ベルト２ａ、２ｂを示す斜視図である。
【００７６】
変形例２では、一方の金属ベルト２ａは溝部２３を有しているが、もう一方の金属ベルト２ｂは溝部２３を有しておらず、帯状平板のベルトとなっている。
【００７７】
変形例２におけるロールプレス装置１では、一方の金属ベルト２ａが溝部２３を有しているので、プレス中の成形材料を溝部２３内に留めておくことができる。そのため、圧延後のシートｓ１に空隙が形成されにくく、シートｓ１が緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００７８】
（実施の形態１の変形例３）
図１０の（ａ）は実施の形態１の変形例３における金属ベルト２ａを示す斜視図であり、（ｂ）はＸＢ−ＸＢ線の断面図である。
【００７９】
変形例３における一方の金属ベルト２ａは、溝部２３の厚みｔａと、端部２５の厚みｔｂが異なっている。具体的には、厚みｔａ＜厚みｔｂとなっている。
【００８０】
また、金属ベルト２ａは、溝部２３の外側の底面および端部２５の下面が同一面である。具体的には、溝部２３が形成されている面と反対側の面と、端部２５の下面とが平坦になっている。これにより、プレス時の溝部２３の変形を抑制することができ、金属ベルト２ａを長寿命化することができる。
【００８１】
なお、金属ベルト２ａと向き合うもう一方の金属ベルト２ｂとしては、変形例３の金属ベルト２ａを上下逆向きに配置した金属ベルトを用いてもよいし、変形例２のように帯状平板の金属ベルト２ｂを用いてもよい。
【００８２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２におけるロールプレス装置１Ａについて説明する。図１１は、実施の形態２におけるロールプレス装置１Ａを模式的に示す正面図である。なお、実施の形態１で示した構成要素と似た機能を有する構成要素については、実施の形態１と同じ数字で始まる符号で示し、重複する説明を省略する。
【００８３】
ロールプレス装置１Ａは、ベルト搬送機構１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆのそれぞれに対応する金属ベルト２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆを有している。一対の金属ベルト２ｃ、２ｄのそれぞれは、巻出し部４ｃ、４ｄから繰り出され、圧延機構１０２に搬送された後、シートｓ１と分離して巻取り部５ｃ、５ｄにそれぞれ巻き取られる。また、一対の金属ベルト２ｅ、２ｆのそれぞれは、巻出し部４ｅ、４ｆから繰り出され、熱間ロールプレス機構１０４に搬送された後、シートｓ１と分離して巻取り部５ｅ、５ｆにそれぞれ巻き取られる。
【００８４】
圧延機構１０２は、金属ベルト２ｃ、２ｄ間に挟まれた粉末ｐ１を、金属ベルト２ｃ、２ｄを介して一対の圧延ロール７ｃ、７ｄでプレスし圧延する。圧延されたシートｓ１は、予備加熱機構１０３を経由して熱間ロールプレス機構１０４に送られる。熱間ロールプレス機構１０４は、金属ベルト２ｅ、２ｆ間に挟まれたシートｓ１を、金属ベルト２ｅ、２ｆを介して一対の圧延ロール９ｅ、９ｆでプレスし圧延する。圧延されたシートｓ１は、回収機構１０５に送られ回収される。
【００８５】
本実施の形態に係るロールプレス装置１Ａは、粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置１Ａであって、成形材料を圧延し成形する圧延機構１０２と、成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構１０４と、成形材料を挟み込んだ状態で圧延機構１０２を通過する一対の金属ベルト２ｃ、２ｄ、および、成形材料を挟み込んだ状態で熱間ロールプレス機構１０４を通過する一対の金属ベルト２ｅ、２ｆと、を有し、金属ベルト２ｃ、２ｄおよび金属ベルト２ｅ、２ｆのうち少なくとも一方の金属ベルト２ｃ、２ｅ（または２ｄ、２ｆ）は、金属ベルト２ａ〜２ｆの長手方向に沿った溝部２３を有し、溝部２３の側面２３ｂはテーパー状である。
【００８６】
このように、ロールプレス装置１Ａで用いられる金属ベルト２ｃ、２ｅ（または、２ｄ、２ｆ）が溝部２３を有しているので、プレス中の成形材料を溝部２３内に留めておくことができる。そのため、圧延後のシートｓ１に空隙が形成されにくく、シートｓ１が緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００８７】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３におけるロールプレス装置１Ｂについて説明する。図１２は、実施の形態３におけるロールプレス装置１Ｂを模式的に示す正面図である。なお、実施の形態１で示した構成要素と似た機能を有する構成要素については、実施の形態１と同じ数字で始まる符号で示し、重複する説明を省略する。
【００８８】
ロールプレス装置１Ｂは、粉末ｐ１およびシートｓ１を鉛直方向Ｚに搬送する垂直型のロールプレス装置であり、ベルト搬送機構１０１ｇ、１０１ｈのそれぞれに対応する金属ベルト２ｇ、２ｈを有している。
【００８９】
このロールプレス装置１Ｂでは、ホッパー３に貯留された粉末ｐ１が圧延ロール７ｇ、７ｈによって圧延されシートｓ１となって下方に送り出される。送り出されたシートｓ１は、加熱炉８で予備加熱され、金属ベルト２ｇ、２ｈを介して圧延ロール９ｇ、９ｈによって熱間プレスされる。一対の金属ベルト２ｇ、２ｈのそれぞれは、巻出し部４ｇ、４ｈから繰り出され、熱間ロールプレス機構１０４に搬送された後、シートｓ１と分離して巻取り部５ｇ、５ｈにそれぞれ巻き取られる。熱間プレスされたシートｓ１は、回収機構１０５に送られ回収される。
【００９０】
本実施の形態に係るロールプレス装置１Ｂは、粉末状またはシート状の成形材料を圧延し成形するロールプレス装置１Ｂであって、成形材料を圧延し成形する圧延機構１０２と、成形材料を加熱圧延する熱間ロールプレス機構１０４と、成形材料を挟み込んだ状態で熱間ロールプレス機構１０４を通過する一対の金属ベルト２ｇ、２ｈと、を有し、金属ベルト２ｇ、２ｈのうち少なくとも一方の金属ベルト２ｇ（または２ｈ）は、金属ベルト２ｇ、２ｈの長手方向に沿った溝部２３を有し、溝部２３の側面２３ｂはテーパー状である。
【００９１】
このように、ロールプレス装置１Ｂで用いられる金属ベルト２ｇ（または２ｈ）が溝部２３を有しているので、プレス中の成形材料を溝部２３内に留めておくことができる。そのため、圧延後のシートｓ１に空隙が形成されにくく、シートｓ１が緻密化される。これにより、十分な強度を有するシートｓ１を成形することができる。
【００９２】
（実施例）
本実施例では、実施の形態１におけるロールプレス装置１で粉末ｐ１を圧延成形した結果について述べる。粉末ｐ１としては、一次粒子が１μｍ以下のリン酸カルシウム粉末を用いた。この粉末ｐ１を金属ベルト２ａ、２ｂに供給し、０．５ｍ／分の速度で搬送、圧延を行った。具体的には、粉末ｐ１を圧延機構１０２で厚み１．５ｍｍのシート状に成形し、予備加熱機構１０３で６００℃まで加熱した後、ロール温度を６００℃に設定した熱間ロールプレス機構１０４で圧延した。金属ベルト２ａ、２ｂは、厚み０．１ｍｍのステンレス製であり、溝部２３の深さｄ１、ｄ２はシートｓ１の厚みと同等とした。その結果、熱間ロールプレス後に厚さ約１ｍｍの多孔質体のシートｓ１が得られた。シートｓ１に目立った亀裂や破損は生じておらず、シート単体で搬送しても破壊しない強度を有していることを確認した。
【００９３】
（その他の形態）
以上、一つまたは複数の態様に係るロールプレス装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００９４】
例えば、図１３に示すように、シートｓ１の幅方向Ｘの端部（外縁部）に、加圧が不足して圧延が不十分な領域Ａ２が形成される場合は、回収機構１０５に切断刃を有するシート外縁除去部１０を設けて、領域Ａ２を除去してもよい。
【００９５】
また、シートｓ１は実施の形態１で示すような圧延機構１０２から回収機構１０５まで連続した形状、すなわち帯状である必要はなく、例えば、粉末圧延の後にシートｓ１を切断するなどして枚葉式に処理してもよい。この場合、図１４に示すように、シートｓ１の搬送方向Ｙの端部（外縁部）にも加圧が不足し圧延が不十分な領域Ａ２が形成されるが、上記と同様にシート外縁除去部１０を設けて領域Ａ２を除去すればよい。
【００９６】
例えば、実施の形態１では、熱間ロールプレス機構１０４を１台のみ設置しているが、１台に限られず、必要に応じ複数台配置してもよい。
【００９７】
例えば、実施の形態１において、巻出し部４ａ、４ｂおよび巻取り部５ａ、５ｂの代わりに、金属ベルトを循環させるロール等を設置し、エンドレスベルト（無端ベルト）形状の金属ベルトを用いてもよい。その他、金属ベルトをスリーブ形状にして各々のロール表面に取り付け、ロールプレス装置の一部の領域においてベルト搬送機構を設けない構成としてもよい。上記構成の場合は、シートｓ１の搬送をアシストするためのコンベア等を必要に応じ適宜設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の前記態様におけるロールプレス装置によれば、成形性の悪い粉末であっても粉末から十分な強度を有するシートを成形することができる。このシート、もしくはこれを出発原料とする材料を用いることで、半導体部品、車載部品、電子部品、生体部材料、電池材料などの産業用途が期待できる。
【符号の説明】
【００９９】
１、１Ａ、１Ｂ  ロールプレス装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ  金属ベルト
３      ホッパー
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ  巻出し部
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ  巻取り部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ  圧延ロール
８      加熱炉
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ  圧延ロール
１０    シート外縁除去部
２３    溝部
２３ａ  溝部の内底
２３ｂ  溝部の側面
２５    端部
２５ａ  端部表面
２６    保持領域
１００  粉末供給機構
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆ、１０１ｇ、１０１ｈ  ベルト搬送機構
１０２  圧延機構
１０３  予備加熱機構
１０４  熱間ロールプレス機構
１０５  回収機構
Ａ１    受圧領域
Ａ２    圧延が不十分な領域
ｄ１、ｄ２  溝部の深さ
ｐ１    粉末
ｓ１    シート
Ｔ      圧延後のシートの厚み
ｔａ    金属ベルトの溝部の厚み
ｔｂ    金属ベルトの端部の厚み
【図１】
2018094586.tif 000003
【図２】
2018094586.tif 000004
【図３】
2018094586.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018094586.tif 000009
【図８】
2018094586.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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