JPH04187706A - 粉末圧延装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、亀裂、破断等の欠陥を生じさせることなく金
属粉末を帯状圧粉体に圧延する粉末圧延装置に関する。

［従来の技術］ 粉末原料から所定の形状をもった製品を得る方法として
、プレス成形を初めとして各種方法が従来から採用され
ている。なかでも、粉末圧延は、帯状の成形体を連続的
に効率よく製造する方法として量産化に適した方法であ
る。

粉末圧延においては、−船釣に水平或いは斜めに設けら
れた一対の圧延ロールの上方に粉末原料を収容するホッ
パーを配置し、このホッパーからロール間に形成された
粉末溜りに粉末原料を流し込み、ロールギャップを通過
させて圧延することにより帯状の圧粉体としている。

この圧粉体を焼結して所定の強度をもった帯状焼結体と
するため、粉末圧延機の下流側に連続焼結炉を配置し、
粉末圧延機から送り出された圧粉体を連続的に焼結する
ことが、特開昭４９−９９９１２号公報、特開平１−３
０１８０７号公報等で提案されている。たとえば、特開
平１−３０１８０７号公報においては、得られた圧粉体
を更にプレスによって圧縮し、焼結時に十分な金属間結
合を発達させることが紹介されている。

また、特開昭６３−７６８０６号公報においては、小型
の圧延ロールを使用して密度１強度等に優れた帯状圧粉
体を製造する装置が紹介されている。

この粉末圧延装置は、第４図に示すように、左右一対の
ローラ１ａ〜１ｄにベルト２ａ、２ｂを掛け渡し、ベル
ト２ａ、２ｂの背面に接触して配置された複数の圧延ロ
ール３ａ、３ｂを備えた装置が示されている。圧延ロー
ル３ａ、３ｂは、油圧シリンダ４ａ、４ｂによってベル
ト２ａ、２ｂに押し付けられる。また、ベルト２ａ、２
ｂ間の両端部は、支点５を中心として開閉可能なサイド
堰６で仕切られる。

ホッパー７に収容されている金属粉末８は、逐次ベルト
２ａ、２ｂ間の圧延空間に供給され、ベルト２ａ、２ｂ
を介した圧延ロール３ａ、３ｂの圧下刃によって圧延さ
れる。そして、帯状圧粉体９として送り出される。

［発明が解決しようとする課題］ この種の粉末圧延装置においては、得られた帯状圧粉体
の表面に多数のミクロクラックが発生し易い。ミクロク
ラックは、その詳細な因果関係は不明であるが、−射的
な傾向として帯状圧粉体の板厚が大きいほど、圧延ロー
ルの直径が小さいほど、発生頻度が高くなっている。

本発明者等は、圧延ロールと帯状圧粉体との間の滑りに
よって剪断応力が発生し、この剪断応力が帯状圧粉体に
負荷され、ミクロクラックが形成されるものと推察した
。

すなわち、第５図に示すように、粉末溜りに供給された
金属粉末ｍは、圧延ロールｒ　１１　ｒ　ｚの回転に伴
ってロールギャップｇに送り込まれ、圧延されて帯状圧
粉体Ｓとなるが、帯状圧粉体Ｓの密度を確保する上から
、粉末圧延時の圧下率を大きくする必要がある。

しかし、圧下率を大きく取った場合、圧延直後の帯状圧
粉体Ｓの表面と圧延ロールｒ　ｌ　＊　ｒ　２の周面と
の間に滑りが発生し、帯状圧粉体Ｓに剪断応力ｐを加え
る。このとき、帯状圧粉体Ｓは、金属粉末ｍを物理的な
力で単に固めたグリーンシートである。そのため、剪断
応力ｐにより、帯状圧粉体Ｓに多数のミクロクラックＣ
が発生する。

発生したミクロクラックＣは、後続する焼結工程や圧延
工程等で成長し、得られた帯状焼結体における亀裂、破
断等の欠陥要因となる。また、極端な場合には、ミクロ
クラックＣを起点として帯状圧粉体Ｓ或いは帯状焼結体
が破断し、作業を中断する事態にもなる。

このミクロクラックの発生をなくすためには、発生原因
である滑りを抑制することが好適な解決策であることが
予想される。しかし、従来の粉末圧延装置では、圧延ロ
ールと帯状圧粉体との間の滑りを回避することができず
、依然としてミクロクラックが帯状圧粉体に発生してい
た。

この点、第４図に示した装置では、帯状圧粉体９がベル
ト２ａ、２ｂを介して圧延ロール３ａ。

３ｂに接触するため、ベルト２ａ、２ｂと帯状圧粉体９
との間の滑りとなる。しかし、この場合も圧延ロール３
ａ、３ｂ自体が小径のものであるため、圧下刃が加えら
れた状態と圧下刃から解放された状態との間で、帯状圧
粉体９に働（力関係が大きく異なる。その結果、得られ
た帯状圧粉体９にミクロクラックが延出される。

また、第４図の装置では、ベルト２ａ、２ｂの背面に配
置した複数の圧延ロール３ａ、３ｂをそれぞれ油圧シリ
ンダ４ａ、４ｂで押圧しているため、設備構成が複雑化
する。しかも、開閉可能なサイド堰６をベルト２ａ、２
ｂの間に配置しているので、得られる帯状圧粉体９も、
サイド堰６に規制されて薄肉化することができない。圧
延ロール３ａ、３ｂとグリーンシートとの滑りを抑制す
る方法として、大型の圧延ロールを装着することも考え
られるが、これによっても設備構成が複雑化する。

本発明は、このような問題を解消するために案出された
ものであり、圧延ロールに掛け渡したベルトの走行軌跡
を調整することによって、比較的簡単な設備構成で、ミ
クロクラックのない高品質の帯状圧粉体を製造すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の粉末圧延装置は、その目的を達成するため、一
対の圧延ロールを互いに平行に配置し、摩擦係数の小さ
なベルトをそれぞれの圧延ロールに掛け渡し、帯状圧粉
体がロールギャップから送り出される側で前記圧延ロー
ルの周面から離間した直線状に前記ベルトを維持し、ロ
ールギャップより上方の前記ベルトの間に粉末溜りを形
成したことを特徴とする。

ここで、ロールギャップから出側に走行するベルトを、
帯状圧粉体に対する開き角度２０度以下で帯状圧粉体か
ら離間させることが好ましい。

［作　用］ 強度、靭性等の要求特性を満足する帯状焼結体を得よう
とするとき、帯状圧粉体の密度を上げるため、粉末圧延
時の圧下率を大きくすることが必要となる。そのため、
従来では、圧延ロールの直径りに対する帯状圧粉体の板
厚ｔの比ｔ／Ｄを大きく設定している。しかし、比ｔ／
Ｄの増加に伴って、帯状圧粉体と圧延ロールとの間の滑
りが激しくなり、ミクロクラック発生原因となる大きな
剪断応力が発生することは前述した通りである。

この点、本発明においては、帯状圧粉体と圧延ロールと
の間にベルトを介在させ、ロールギャップから出側でベ
ルトが徐々に帯状圧粉体から離間するように、ベルトの
走行軌跡を定めている。これにより、粉末は、入側で自
然充填状態になり、ベルトにより圧延ロールまで十分に
誘導される。

そして、滑りは、圧延ロールとベルトとの間に転嫁され
る。また、ベルトの走行軌跡が大径の圧延ロールを装着
したものと同様になって、剪断応力を発生させるベルト
と帯状圧粉体との間の滑りが抑えられる。その結果、得
られた帯状圧粉体は、ミクロクラックが極めて少ない高
品質のものとなる。

［実施例コ 以下、第１図〜第３図を参照しなから、実施例によって
本発明を具体的に説明する。

本実施例においては、第１図に概略を示した粉末圧延装
置を使用した。

この粉末圧延装置は、一対の圧延ロール１０゜２０を互
いに手打に水平配置している。そして、圧延ロール１０
．２０それぞれにベルト１１，２１を掛け渡している。

ベルト１１．２１は、駆動ロール１２，２２．従動ロー
ル１３．２３を経て圧延ロール１０．２０を周回する軌
跡に沿って走行する。また、ベルト１１．２１に必要な
張力を付与するため、走行軌跡の途中にテンションロー
ル１４．２４が設けられている。

粉末溜り３０は、圧延ロール１０．２０のロールギャッ
プ３１よりも上方にあるベルト１１，２１によって板厚
方向が仕切られ、一対のサイド堰（図示せず）によって
ロール軸方向両端部が仕切られている。粉末溜り３０に
供給された金属粉末３２は、ベルト１１．２１の走行に
随伴され、ロールギャップ３１方向に送り込まれる。ロ
ールギャップ３１で圧下された金属粉末３２は、帯状圧
粉体３３としてロールギャップ３１から送り出される。

このとき、帯状圧粉体３３とベルト１１．２１との間の
滑りを小さくするため、ロールギャップ３１を通過した
ベルト１１．２１が徐々に帯状圧粉体３３から離間する
ように、圧延ロール１０゜２０から従動ロール１３．２
３に至るまで、ベルト１１．２１を直線状に走行させる
。

また、帯状圧粉体３３に対するベルト１１，２１の開き
角度αを１５度に設定した。この開き角度αは、圧延ロ
ール１０．２０に対する従動ロール１３．２３の位置関
係を調節することによって制御することができる。開き
角度αが２０度を超えると、帯状圧粉体３３とベルト１
１．２１との間の滑りが大きくなり、ミクロクラックが
発生する。

ベルト１１．２１としては、表面粗さを小さくする仕上
げ、摩擦係数の小さな材料のコーティングすること等に
よって、摩擦係数を低下させている。これにより、ベル
ト１１．２１は、帯状圧粉体３３の表面との間に発生す
る剪断応力を少なくし、両者の間の滑りが抑制される。

なお、このような効果を得るために、ベルト１１．２１
の表面粗さＲａを１μｍ以下とすることが好ましい。

また、ロールギャップ３１よりも上方にあるベルト１１
．２１は、垂線に対する角度βを２０〜４５度の範囲に
設定することが好ましい。この部分のベルト１１．２１
は、粉末溜り３０にある金属粉末３２をロールギャップ
３１に送り込む作用を呈する。そこで、送込み角度βを
この範囲にするとき、粉末溜り３０の上面を大きくする
ことなく必要量の金属粉末３２を蓄えることができると
共に、ロールギャップ３１に送り込む金属粉末３２の流
量を適正に維持することができる。

次いで、以上の装置を使用し、帯状圧粉体を製造したと
きの操業諸元を示す。

金属粉末３２としては、最大粒径１５０μｍ。

平均粒径６０μｍの鉄粉を使用した。この金属粉末３１
を流量２５００ｇ／分で粉末溜り３０に供給し、圧延速
度１．０ｍ／分で板厚２ｍｍ、密度比８５％の帯状圧粉
体３３に圧延した。ここで、圧下刃は、３トン／　ｃ　
ｍ　”に設定した。また、開き角度αを１５度に、送込
み角度Ｂを４０度に維持した。

得られた帯状圧粉体を炉長１５ｍの連続焼結炉で１１０
０℃に加熱し、単位重量２００ｋｇの帯状焼結体を製造
した。

この帯状焼結体から試験片を切り出し、表面観察によっ
て亀裂発生状態を調べた。その調査結果を、第２図に示
す。なお、亀裂発生個数は、試験片の表面にある亀裂を
光学顕微鏡で観察し、その個数を単位面積当りで表した
ものである。また、第２図においては、ベルトを圧延ロ
ールとの間にベルトを介在させることなく、他は同様な
条件の下で粉末圧延を行った場合を比較例として示す。

第２図から明らかなように、ベルト１１．２１を介在さ
せて粉末圧延したとき、実施例１及び２共に、亀裂発生
個数が比較例との対比で１／３以下に減少していること
が判かる。

また、実施例１の装置において、ベルト１１゜２１の開
き角αを種々変更して、同様な条件下で帯状圧粉体３３
を製造した。そして、この帯状圧粉体を焼結したものか
ら試験片を切り出し、同様な測定方法で亀裂発生状況を
調査した。その調査結果を、第３図に示す。

第３図から明らかなように、開き角αが小さくなるほど
、亀裂発生個数が減少していることが判かる。また、開
き角αが２０度を超えるようになると、亀裂発生個数が
増加している。

以上の結果から明らかなように、圧延ロール１０．２０
と帯状圧粉体３３との間にベルト１１゜２１を介在させ
ることにより、帯状圧粉体３３の表面に作用する剪断応
力が減少し、ミクロクラックの発生を抑えた高品質の帯
状圧粉体３３を製造することができた。また、粉末圧延
を長時間継続したとき、金属粉末３２或いは帯状圧粉体
３３に接するベルト１１．２１の表面が劣化したが、圧
延ロール１０．２０の周面は当初のままの表面性状であ
った。そのため、圧延ロール１０．２０の手入れや交換
を行うことなく、ベルト１１．２１を張り替えるだけで
、圧延作業を再開することができた。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、圧延ロール
と帯状圧粉体との間に介在させたベルトの走行軌跡を調
整することにより、脆弱な状態にある帯状圧粉体に作用
してミクロクラック発生原因となる剪断応力を抑制して
いる。このようにして得られた帯状圧粉体を焼結したも
のを後続の圧延工程で圧延するとき、ミクロクラックを
起点とする亀裂、破断等の発生が抑制され、高い生産性
で帯状金属体を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における粉末圧延装置の概略
を示し、第２図及び第３図は本発明の効果を具体的に表
したグラフである。他方、第４図は従来のベルトを使用
した粉末圧延装置を示し、第５図は従来の粉末圧延装置
における問題点を説明するための図である。 １０．２０：圧延ロール、１１，２１：ベルト。 １２．２２：駆動ロール、１３．２３：従動ロール、１
４．２４：テンションロール、３０：粉末溜り、３１：
ロールギャップ、３２：粉末溜り。 ３３；帯状圧粉体、α：ベルトの開き角、β：送り込み
角 例　　　　　　　　別 第３図 開き角α（度） 第４図 ρ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の圧延ロールを互いに平行に配置し、摩擦係
   数の小さなベルトをそれぞれの圧延ロールに掛け渡し、
   帯状圧粉体がロールギャップから送り出される側で前記
   圧延ロールの周面から離間した直線状に前記ベルトを維
   持し、前記ロールギャップより上方の前記ベルトの間に
   粉末溜りを形成したことを特徴とする粉末圧延装 置。
2. （２）請求項１記載のベルトが、ロールギャップの出側
   で開き角度２０度以下に設定されていることを特徴とす
   る粉末圧延装置。