(57)【要約】【課題】厚み方向、幅方向について所要の寸法および形状にて成形品を成形可能とするロールプレス装置を提供する。【解決手段】シート状の粉末成形材料ｓ１を熱間成形する機構４００における一対のロール４０１、４０２は、それぞれ、ロール幅方向に距離をおいた一対の段差４０１ａ、４０１ａ、４０２ａ、４０２ｂを有する。段差よりもロール中央部側は、段差よりもロール端部側に比べて大径である。一方のロール４０１の段差間距離Ｌ１は他方のロール４０２の段差間距離Ｌ２よりも大きい。一方のロール４０１の一対の段差４０１ａ、４０１ａの位置に、成形品の幅寸法を規定するための幅規制部材４０３、４０３をそれぞれ有する。他方のロール４０２には、幅規制部材４０３によって他方のロール４０２のロール端部側に送られた余分な成形材料ｓ１をこの他方のロール４０２から排除するためのスクレーパーを有する。【選択図】図２
2018196897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の粉末成形材料を搬送する機構と、対向する一対のロールにより前記粉末成形材料を熱間成形する機構と、熱間成形された材料を回収する機構とで構成されるロールプレス装置であって、
前記一対のロールは、それぞれ、ロール幅方向に距離をおいた一対の段差であって、段差よりもロール中央部側が段差よりもロール端部側に比べて大径である前記段差を有し、
一方のロールの段差間距離は他方のロールの段差間距離よりも大きく、
前記一方のロールの一対の段差の位置に、成形品の幅寸法を規定するための幅規制部材をそれぞれ有し、
前記他方のロールには、幅規制部材によって他方のロールの前記ロール端部側に送られた余分な成形材料をこの他方のロールから排除するためのスクレーパーを有することを特徴とするロールプレス装置。
【請求項２】
前記一対のロールは上下に並んで配置され、前記一方のロールが上側に配置されるとともに前記他方のロールが下側に配置されている請求項１に記載のロールプレス装置。
【請求項３】
前記段差の高さは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、段差のエッジ部は面取り構造であり、前記他方のロールの段差の形状は逆テーパー状である請求項１または請求項２に記載のロールプレス装置。
【請求項４】
前記幅規制部材は、成形材料が接する面とそれ以外の面とで表面硬度が異なる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項５】
前記幅規制板は断熱層を有する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項６】
前記一対のロールは、１００℃以上６５０℃以下の温度において、前記段差の表面のビッカース硬度が３００以上１５００以下である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のロールプレス装置。
【請求項７】
前記一対のロールは加熱部を有し、この加熱部は、ロールの幅方向における段差間距離よりも広い範囲を加熱する請求項１から請求項６までのいずれか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、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ものである。
【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、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、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。ステンレス、鉄、ニッケル、アルミニウム、銅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成形することができる。
【０００３】
ところが、ロールプレス装置は、ロール間に材料を供給し成形を行うため、幅方向の形状、寸法については、後工程による加工により所要のものとなるように調整することが必要である。しかし、そうすると、材料ロスが大きく、工程も増える問題がある。
【０００４】
従来、このような問題に対しては、２本のロールの内の少なくとも一方の幅規制面にて素材の幅方向を規制するとともに、両ロールの圧縮面にて素材の高さ方向を圧縮成形することで、成形体の幅方向と厚み方向の寸法を規定できるロールプレス装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、アルミニウムや銅など成形しやすい金属は冷間成形により成形することができるが、成形しにくいセラミック等を含む粉末材料やさらに成形体強度が必要な製品は、熱間成形することで製品密度を高める必要がある。しかし、熱間成形における加熱ロールは、ロール自身の加熱により熱膨張が起こる。そして、加熱ロールには、外気との接触面からの放熱によりロール内部に温度分布が発生する。その温度分布は、ロール端面部の温度が低くなる態様となる。ロール幅方向（ロール軸方向）の温度分布に基づく温度差により、加熱ロールの熱膨張量は、ロール幅方向に差が発生し、中央部が大きく、両端部が小さくなる。このことから、加熱ロールには、凸クラウン形状の熱変形が起きる（サーマルクラウンの発生）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７８０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の構成では、冷間成形においては幅方向も任意の形状および寸法に規制することができるが、熱間成形においては、ロールの熱変形の考慮が非常に複雑であり、かつ考慮した熱変形温度域以外の処理温度での成形は困難である。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱間成形時おける複雑な熱変形の考慮を必要とせずに、厚み方向、幅方向について所要の寸法および形状にて成形品を成形可能とするロールプレス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のロールプレス装置は、
シート状の粉末成形材料を搬送する機構と、対向する一対のロールにより前記粉末成形材料を熱間成形する機構と、熱間成形された材料を回収する機構とで構成されるロールプレス装置であって、
前記一対のロールは、それぞれ、ロール幅方向に距離をおいた一対の段差であって、段差よりもロール中央部側が段差よりもロール端部側に比べて大径である前記段差を有し、
一方のロールの段差間距離は他方のロールの段差間距離よりも大きく、
前記一方のロールの一対の段差の位置に、成形品の幅寸法を規定するための幅規制部材をそれぞれ有し、
前記他方のロールには、幅規制部材によって他方のロールの前記ロール端部側に送られた余分な成形材料をこの他方のロールから排除するためのスクレーパーを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本構成によって、熱間成形時においても、厚み方向、幅方向について所要の寸法および形状に成形品を成形可能とするロールプレス装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明のロールプレス装置によれば、厚み方向、幅方向について所要の寸法および形状で成形品を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるロールプレス装置を模式的に示すライン全体図
【図２】本発明の実施の形態１における熱間成形ロールのかみこみ時の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における熱間成形ロールの圧縮時の断面図
【図４】本発明の実施の形態１における過剰分の粉末の発生状態の模式図
【図５】本発明の実施の形態１における過剰分の粉末の除去過程の模式図
【図６】本発明の実施の形態１における過剰分の粉末の除去完了状態の模式図
【図７】本発明の実施の形態２におけるロールプレス装置を模式的に示すライン全体図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明のロールプレス装置は、成形体供給機構、熱間成形機構、回収機構からなる。
【００１５】
本発明では、上記の成形体供給機構、回収機構は特に限定されるものではないが、例えば、以下に記載のものを用いることができる。
【００１６】
図１に実施の形態１におけるロールプレス装置１のライン全体図を示している。
【００１７】
成形体供給機構３００は、熱間成形機構４００へシート状の粉末成形体ｓ１を供給する機能を有し、成形体ｓ１を搬送するベルトコンベア３０１で構成されている。
【００１８】
熱間成形機構４００は、所定の厚み、幅に形成された成形体ｓ１を上下に一対の熱間成形ロール４０１、４０２を用いてプレスすることで、任意の厚み、幅に成形する機能を有する。このために熱間成形機構４００は、一対の熱間成形ロール４０１、４０２と、幅方向の寸法規制を行う幅規制部材としての幅規制板４０３と、熱間成形ロール４０２に付着した余剰分の材料を回収するスクレーパー４０４とで構成されている。
【００１９】
図２、図３に示されるように、熱間成形ロール４０１、４０２は、ロール表面にそれぞれ段差４０１ａ、４０２ａを設けている。詳細には、一方すなわち上側の熱間成形ロール４０１においては、その幅方向の中央部がその両端側の部分に比べて径太に形成されており、これら中央部と両端側の部分との境界の部分にそれぞれ段差４０１ａが形成されている。これらの一対の段差４０１ａを構成する中央部の端面は、ロール４０１の径方向に形成されている。すなわち、段差４０１ａを構成する端面は、ロール４０１の軸方向に対して垂直に形成されている。他方すなわち下側の熱間成形ロール４０２においては、同様にその幅方向の中央部がその両端側の部分に比べて径太に形成されており、これら中央部と両端側の部分との境界の部分にそれぞれ段差４０２ａが形成されている。これらの一対の段差４０２ａを構成する中央部の端面は、ロール４０２の回転中心より離れるにしたがい軸方向の幅寸法が大きくなる形状である逆テーパー状に形成されている。図示の例では、ロール４０１の軸方向に沿った一対の段差４０１ａ、４０１ａの位置は、ロール４０１の幅方向に沿った中心位置から等距離のところとされている。同様に、ロール４０２の軸方向に沿った一対の段差４０２ａ、４０２ａの位置は、ロール４０２の幅方向に沿った中心位置から等距離のところとされている。
【００２０】
ロール４０１の軸方向に沿った一対の段差４０１ａ、４０１ａどうしの間の距離Ｌ１は、ロール４０２の軸方向に沿った一対の段差４０２ａ、４０２ａどうしの間の距離Ｌ２よりも大きくなるようにされている。つまり、段差４０１ａと段差４０２ａとはロール４０１、４０２の長さ方向に沿って異なる位置に設けられており、かつ一対の段差４０１ａ、４０１ａどうしの間の距離Ｌ１が一対の段差４０２ａ、４０２ａどうしの間の距離Ｌ２よりも大きくなるように構成されている。さらに、ロール４０２の軸方向に沿った一対の段差４０２ａ、４０２ａどうしの間の距離Ｌ２は、成形体供給機構３００から熱間成形機構４００へ供給されるシート状の成形体ｓ１の幅寸法ＳＬ１よりも大きくされている。すなわち、成形体ｓ１の幅寸法ＳＬ１は、ロール４０２の軸方向に沿った一対の段差４０２ａ、４０２ａどうしの間の距離Ｌ２よりも小さくされている。
【００２１】
ロール４０１、４０２の径方向に沿った段差４０１ａ、４０２ａの高さは、たとえば１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下が好ましい。段差４０１ａ、４０２ａのエッジ部は、面取り構造であることが好ましい。
【００２２】
成形体ｓ１が熱間成形ロール４０１、４０２にて熱間成形される際に、熱間成形ロール４０１、４０２へ搬送された成形体ｓ１は、熱間成形ロール４０１、４０２のかみこみ角でロール４０１、４０２に接触し、ロール４０１、４０２が回転すると共に図３に示すように圧縮成形され。これによって、成形体ｓ１は、その厚みに応じ幅方向にも広がる。所定の厚みに成形された成形体ｓ１は、段差４０１ａに横から幅規制板４０３を押し当てることにより、一定の幅寸法に成形することができる。
【００２３】
このとき、熱間成形ロール４０２における段差部の幅方向の寸法Ｌ２を成形体ｓ１の幅方向の寸法ＳＬ１より幅広にすることにより、成形体ｓ１にロール中心からの位置ズレが生じた場合、熱間成形ロール４０１、４０２による圧縮成形時に幅方向に成形体ｓ１が広がり、熱間成形ロール４０２における段差部の幅方向の寸法Ｌ１の幅に成形することができる。このため、供給時に成形体ｓ１が位置ズレを生じた場合においても正常に処理することが可能である。
【００２４】
また、熱間成形ロール４０１における段差４０１ａ、４０１ａどうしの間の距離Ｌ１より熱間成形ロール４０２における段差４０２ａ、４０２ａどうしの間の距離Ｌ２を短くすることにより、投入時の成形体ｓ１の寸法が大きい（量が多い）場合、前述のように幅規制板４０３により一定寸法の製品を提供することができ、その際発生した過剰分の粉末ｐ１は幅規制板４０３と段差４０２ａとの間に形成される隙間に付着する。つまり、幅規制板４０３が横から段差４０１ａに押し当たった状態で成形体ｓ１の寸法バラツキや供給時の位置ズレが発生した場合に、幅規制板４０３と段差４０２ａとの間に形成される隙間を介して、過剰分の粉末ｐ１を熱間成形ロール４０２側へ除去することが可能となる。これにより、常に一定寸法の製品を提供することができる。
【００２５】
図４に示すように、過剰分の粉末ｐ１は、熱間成形ロール４０２における段差４０２ａよりも端部側の部分の外面に付着する。これを除去する必要がある。過剰分の粉末ｐ１は、熱間成形機構４００から製品を排出した後、図５のようにスクレーパー４０４により除去する。図１に示すように、スクレーパー４０４は、熱間成形機構４００から製品を排出した後に回転している熱間成形ロール４０２に作用する位置に設置されている。段差４０２ａが上述のように逆テーパー状に形成されているため、除去後、スクレーパーと段差４０２ａに生じた隙間において、図６のように過剰分の粉末ｐ１を除去しきれない場合が発生する。しかし、その際、熱間成形ロール４０２の段差４０２ａの形状を逆テーパー状にすることにより、粉末ｐ１が隙間に残った場合においても、ロールの一回転後において次に成形処理する際に、残ってしまった過剰分の粉末ｐ１の影響を無視することができる。このため、常に一定寸法の製品を提供することができる。
【００２６】
また、上述のように段差４０１ａ、４０２ａの高さはたとえば１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下が好ましいが、その理由は、１ｍｍ未満であると、幅規制板４０３と熱間成形ロール４０１、４０２との寸法精度、振れ精度が非常に厳しくなり、ズレが発生するとロール４０１、４０２や幅規制板４０３に過負荷が生じる場合があるためである。また高さが２０ｍｍを超えると、段差４０１ａ、４０２ａからの放熱が大きくなって、処理幅に沿った温度差が大きくなって悪影響が生じるためである。
【００２７】
熱間成形ロール４０１、４０２は、ロールを加熱する機構を設けており、その機構は、必要な温度まで加熱できる方式であれば、特に制限されることはない。例えば、誘導過熱方式、抵抗加熱方式、蒸気や液体などの媒体による加熱方式など用いることができる。熱間成形ロール４０１、４０２の加熱温度は、成形しにくいセラミック等を含む材料を用いる場合や、成形強度を高めるために密度を高める必要がある場合に対処するために、１００℃以上に加熱することが望ましい。その一方で、熱間成形ロール４０１、４０２の温度が６５０℃を超えると、軸受部の温度が高くなり、ベアリング等の寿命が著しく低下する。このため、熱間成形ロール４０１、４０２の温度は１００℃以上６５０℃以下が望ましい。
【００２８】
熱間成形の場合、上述のようにロール４０１、４０２の中央部と端部とに温度差が生じるため、サーマルクラウンが発生する。処理幅における温度差を小さくしてサーマルクラウンの発生を極力抑制するために、ロール幅方向における加熱領域４０１ｈ、４０２ｈは、熱間成形ロール４０１における一対の段差４０１ａ、４０１ａどうしの間の距離Ｌ１より広い範囲であることが好ましい。また、幅規制板４０３に断熱層４０３ｃを備えることで、処理範囲における温度差をいっそう小さくすることができて、一定寸法の製品を提供することができる。
【００２９】
熱間成形ロール４０１、４０２の特に段差４０１ａ、４０２ａを形成するための材料は、前記温度領域（１００℃以上６５０℃以下）で高硬度を維持できる材料が好ましく、この温度領域で表面ビッカース硬度が３００以上１５００以下であることが好ましい。この材料は、例えば、ＳＫＤ系鋼材、ＳＫＨ系鋼材、セラミック、超硬合金などが好ましい。特に段差４０１ａ、４０２ａを高硬度とするための、この段差４０１ａ、４０２ａの形態は、特に制限されるものではない。例えば、ロール芯材に前記の高硬度部材を肉盛構造としてもよいし、高硬度部材をスリーブ構造としてもよい。
【００３０】
幅規制板４０３において、材料と直接接する面４０３ａは、段差４０１ａ、４０２ａの表面と同等の硬さであることが好ましい。それ以外の部分４０３ｂは、熱間成形ロール４０１、４０２の磨耗抑制のため、ロール４０１、４０２における段差４０１ａ、４０２ａ以外の部分の硬さ未満の硬度であることが好ましい。それにより、ロール４０１、４０２の磨耗が抑制されて、ロール４０１、４０２の交換頻度を低減することができる。
【００３１】
図１に示された回収機構５００は、熱間成形機構４００で成形された製品を回収する機能を有しており、搬送された製品を所定のサイズに切断して回収する。そのための切断装置５０１は、特に制限されるものではなく、例えば、レーザーによる切断装置でもよいし、回転刃などの機械式による切断装置でもよい。
【００３２】
（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７は実施の形態２におけるロールプレス装置１Ａのライン全体図である。なお実施の形態１で示した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、実施の形態１と同じ符合で示し、重複する説明を省略する。
【００３３】
ロールプレス装置１Ａは、回収機構６００を有する。成形体ｓ１が任意の処理幅、厚みで熱間成形され、熱間成形ロール４０１、４０２から回収される際に、回収機構６００は、成形体ｓ１が割れた状態でもこれを回収することが可能な機能を有する。すなわち回収機構６００は、熱間成形ロール４０１、４０２からの成形体ｓ１を受けて搬出するための回収ベルト６０１と、回収ベルト６０１からの成形体ｓ１を受けて収容する回収ボックス６０２とを有する。
【００３４】
実施の形態１、２に記載のロールプレス装置１、１Ａを用いて熱間成形を実施することにより、成形体ｓ１の全体にわたって温度、圧力を均一として処理することができ、均一な物性の製品を提供することが可能である。したがって、製品寸法は問わず、高密度で均一な粉末を製品とする場合にも有用である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のロールプレス装置は、厚み方向、幅方向の所要寸法の製品を容易に成形することができる。その成形体や粉末、もしくはこれを出発原料とする材料は、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に用いることが期待できる。
【符号の説明】
【００３６】
１、１Ａ            ロールプレス装置
３００              成形体供給機構
３０１              ベルトコンベア
４００              熱間成形機構
４０１、４０２      熱間成形ロール
４０１ａ、４０２ａ  段差
４０３              幅規制板
４０４              スクレーパー
５００、６００      回収機構
５０１              切断装置
６０１              回収ベルト
６０２              回収ボックス
ｓ１                粉末成形体
ｐ１                粉末
Ｌ１、Ｌ２          一対の段差どうしの間の距離
ＳＬ１              成形体の幅寸法
【図１】
2018196897.tif 000003
【図２】
2018196897.tif 000004
【図３】
2018196897.tif 000005
【図４】
2018196897.tif 000006
【図５】
2018196897.tif 000007
【図６】
2018196897.tif 000008
【図７】
2018196897.tif 000009