CN109693409A - 辊压装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种辊压装置，其具备：热压机构，其具有隔开间隔而配置的一对辊和对一对辊进行加热的加热机构，热压机构对成形材料进行加热轧制；材料投入机构，其投入成形材料；以及搬运机构，其将由材料投入机构投入的成形材料向热压机构搬运，热压机构的所述一对辊分别是包含最表层和位于所述最表层的内侧的中间层的辊结构，最表层的热膨胀系数小于中间层的热膨胀系数。

Description

辊压装置
技术领域
本公开涉及对粉末状或片状的成形材料进行热轧的辊压装置。
背景技术
以往，作为对膜、纸、无纺布、金属箔、钢板等加压对象物实施加压处理的加压机构，广泛知晓有分批式的加压机构和连续式的加压机构。分批式加压机构采用如下方法：在使加压对象物夹持于一对压板之间的状态下，利用液压机构、气压机构等对加压对象物实施加压处理。在采用分批式的加压机构的情况下，需要进行使加压对象物夹持于压板之间的工序、实施加压处理的工序、以及将加压后的加压对象物取出的工序，因此，生产率低。另一方面，作为连续式的加压处理而被广泛知晓的辊式的加压处理采用如下方法：将一对辊以垂直或平行的方式对置配置，通过使加压对象物穿过辊的间隙，由此来实施加压处理。由于能够连续地进行使加压对象物穿过辊的间隙、在实施加压处理之后将加压对象物取出的工序，因此，具有能够获得高生产率这样的优点。
然而，在基于一对辊的连续式的加压处理工序中，在对加压对象物进行加压处理的过程中产生加压对象物向行进方向及辊的宽度方向扩展的现象，因此，存在如下等问题：未充分地传递所希望的压力，并且由于扩展大而导致加压对象物发生变形。
在专利文献1中公开了如下的加压装置：将一对辊分别由包含外周表层与位于该外周表层的内侧的中间层的滚子构成，通过将外周表层的硬度与中间层的硬度的关系设为外周表层的硬度大于中间层的硬度，由此能够以面的形式对加压对象物进行加压处理，抑制加压对象物的变形。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-181391号公报
然而，在要求进一步的高密度化的情况下或者在进行陶瓷等硬材料的加压处理的情况下，由于所述中间层的变形而难以充分地向加压对象物传递所希望的压力。
发明内容
本公开是为了解决上述现有的课题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制加压对象物的扩展且能够向加压对象物均匀地传递所希望的压力的辊压装置。
本公开的辊压装置具备：热压机构，其具有隔开间隔而配置的一对辊和对所述一对辊进行加热的加热机构，所述热压机构对成形材料进行加热轧制；材料投入机构，其投入所述成形材料；以及搬运机构，其将由所述材料投入机构投入的成形材料向所述热压机构搬运，所述热压机构的所述一对辊分别是包含最表层和位于所述最表层的内侧的中间层的辊结构，所述最表层的热膨胀系数小于所述中间层的热膨胀系数。
根据该结构，热压机构的一对辊是包含最表层和位于该最表层的内侧的中间层的辊结构，所述最表层的热膨胀系数小于所述中间层的热膨胀系数，因此，能够抑制加压对象物的扩展，并且向加压对象物均匀地传递所希望的压力。
附图说明
图1是本公开的辊压装置的实施方式1的整体结构图。
图2的(A)～(D)、(a)～(d)是实施方式1中的加压处理工序图和各工序中的主要部分的放大图。
图3是在实施方式1中将加压对象物的成形材料要搬入到热压机构300之前的工序图。
图4是在实施方式1中利用热压机构300刚刚对成形材料进行了加压处理之后的工序图。
图5是在实施方式1中利用热压机构300对成形材料进行了加压处理之后的工序图。
图6的(a)、(b)是在实施方式1中从成形材料的加压处理方向下游侧观察热压机构300的图。
图7是实施方式2中的辊压装置的整体结构图。
附图标记说明
1 辊压装置
100 材料投入机构
200 搬运机构
300 热压机构
301、321 辊
302 辊301的最表层
303 辊301的中间层
304 辊301的芯部
322 辊321的最表层
323 辊321的中间层
324 辊321的芯部
311 辊301的外部加热机构
331 辊321的外部加热机构
400 回收机构
301L 从辊301的左端部起的任意的位置
301C 辊301的中央部
301R 从辊301的右端部起的任意的位置
321L 从辊321的左端部起的任意的位置
321C 辊321的中央部
321R 从辊321的右端部起的任意的位置
a 辊301、321的最表层302、322的热膨胀系数
b 辊301、321的中间层303、323的热膨胀系数
c1 从辊301的左端部起的任意的位置301L的硬度
c2 辊301的中央部301C的硬度
c3 从辊301的右端部起的任意的位置301R的硬度
d1 从辊321的左端部起的任意的位置321L的硬度
d2 辊321的中央部321C的硬度
d3 从辊321的右端部起的任意的位置321R的硬度
e1 从辊301的左端部301L起的任意位置的温度
e2 辊301的中央部301C的温度
e3 从辊301的右端部301R起的任意位置的温度
f1 从辊321的左端部321L起的任意位置的温度
f2 辊321的中央部321C的温度
f3 从辊321的右端部321R起的任意位置的温度
具体实施方式
以下，基于实施方式对本公开的辊压装置进行说明。
(实施方式1)
图1示出辊压装置1。
该辊压装置在从加压处理方向的上游侧朝向下游侧的输送方向上配置有材料投入机构100、搬运机构200、热压机构300、回收机构400。
材料投入机构100向搬运机构200供给粉末状或片状的成形材料S1。搬运机构200由搬运带式输送机201和搬运带式输送机用滑轮202a、202b构成，将成形材料S1向热压机构300搬运。
热压机构300包括：在铅垂方向上分离配置的一对辊301、321；配置在辊301的附近且对辊301进行加热的外部加热机构311；以及配置在辊321的附近且对辊321进行加热的外部加热机构331。辊301、321的箭头示出旋转方向。
外部加热机构311、331只要是能够加热至所需温度的方式即可，无特别限制，例如，能够采用感应过热方式、灯加热方式、红外线加热方式、电阻加热方式等。出于提高密度的需要或为了使陶瓷等硬材料成形，加热温度优选为加热到100℃以上。进而为了提高生产率，加热温度更优选为加热到300℃以上。
另外，当辊301、321的温度超过650℃时，轴承部的温度变高，轴承等的寿命显著下降，因此，加热温度优选为300℃以上且650℃以下。即，由加热机构产生的一对辊各自的表面的最大加热温度优选为300℃以上且650℃以下。
对由热压机构300加压处理后的成形材料S2进行回收的回收机构400由回收带式输送机401和回收带式输送机用滑轮402a、402b构成。
辊301构成为在芯部304的外侧隔着中间层303而设置最表层302。最表层302由热膨胀系数比中间层303的热膨胀系数小的材料构成。
辊321构成为在芯部324的外侧隔着中间层323而设置最表层322。最表层322由热膨胀系数比中间层323的热膨胀系数小的材料构成。即，辊压装置1具备：热压机构300，其具有隔开间隔配置的一对辊和对一对辊进行加热的加热机构，热压机构300对成形材料进行加热轧制；材料投入机构100，其投入成形材料；以及搬运机构200，其向热压机构300搬运由材料投入机构100投入后的成形材料。而且，热压机构300的一对辊分别为包括最表层302和位于最表层302的内侧的中间层303的辊结构，最表层302的热膨胀系数小于中间层303的热膨胀系数。这里，一对辊的材质也可以彼此相同。
图2示出由热压机构300进行的加压处理的过程。图2中的(A)～(D)示出加热处理的过程。此外，在图2中的(a)中示出图2的(A)中的由四角包围的部分P的放大图。在图2中的(b)～(d)中示出图2的(B)～(D)中的由四角包围的部分P的放大图。图2的(a)～(d)中的箭头示出力的方向。
图2中的(A)示出将加压对象物的成形材料S1向辊301、321之间投入之前的状态。辊301、321一边旋转，一边由外部加热机构311、331加热至规定的温度，因此，辊301的中间层303、最表层302分别发生因热膨胀引起的尺寸变化。辊321的中间层323、最表层322分别发生因热膨胀引起的尺寸变化。
接着，如图2中的(B)所示，当将温度比辊301、321的温度低的成形材料S1向辊301、321之间投入时，导致辊301、321的表面温度下降，辊301的中间层303与最表层302的因热膨胀引起的尺寸变化变小。辊321的中间层323与最表层322的因热膨胀引起的尺寸变化变小。而且，如图2中的(b)那样最表层302、322在辊表面温度的下降的同时被压缩。
进而，如图2中的(C)和图2中的(c)那样，在加压的同时，辊表面温度进一步下降，中间层303、323与最表层302、322的因热膨胀引起的尺寸变化变小，最表层302、322被进一步压缩。
成形材料S1在辊301、321的作用下一边向输送方向扩展一边被进行加压处理。由于最表层302、322向与成形材料S1扩展的方向相反的方向被压缩，因此，在最表层302、322与成形材料S1的接触面产生摩擦，能够抑制成形材料S1向所述输送方向的扩展，从而向成形材料S1均匀地传递所希望的压力并如图2中的(D)和图2中的(d)那样将对成形材料S1进行加压处理而得到的成形材料S2从热压机构300排出。
在制造辊301、321时，一边以约200℃至600℃以下的温度对中间层303、323的表面进行加热一边进行涂覆，由此形成最表层302、322。即，最表层302通过对中间层303进行涂覆而形成。最表层322通过对中间层323进行涂覆而形成。然后，成为室温(约20℃)的辊301、321产生因热膨胀引起的尺寸变化。
最表层302的热膨胀系数小于中间层303的热膨胀系数，最表层322的热膨胀系数小于中间层323的热膨胀系数，因此，最表层302、323成为因中间层303、323的尺寸变化而被压缩的状态，因此，内部应力变高。
在向辊投入加压对象物之前的图2中的(A)的状态下，最表层302、322成为与进行涂覆时接近的高温状态，因此，因最表层302、322与中间层303、323的热膨胀系数差而产生的内部应力小，最表层302、322处于稳定的状态。
随着从图2中的(B)的状态成为图2中的(C)的状态，辊表面温度下降，因此，最表层302、322的内部应力变高。即，就一对辊各自的最表层中的内部应力而言，加压处理后的位置处的内部应力大于要投入成形材料之前的位置处的内部应力。与此相伴，最表层302、322的硬度变高，因此，在图2中的(D)的状态下，能够容易将成形材料S2从辊301、321脱模。
最表层302、322的热膨胀系数a与中间层303、323的热膨胀系数b之差(b-a)优选为1×10-6/K以上且10×10-6/K以下。当小于1×10-6/K时，热膨胀系数差小，不产生最表层的内部应力。当大于10×10-6/K时，热膨胀系数差大，因此，成为破裂或剥离等的主要原因。
关于最表层302、322与中间层303、323的材料，只要是热膨胀系数差(b-a)满足1×10-6/K以上且10×10-6/K以下、并且在300℃以上且650℃以下能够使用的材料即可，无特别限制。例如，作为最表层302、322的材料，有氮化铝、氮化钛、氮化铬、氮化硅、氮化铝铬、氮化钛铝等氮化物、氧化锆、氧化铝等氧化物、碳化铬、碳化钨等碳化物、碳氮化钛等氮化物、氧化物、碳化物的复合物。作为中间层303、323的材料，有SKD11、SKD61等模具钢、SKH50、SKH40等硬钢、高碳铁合金、Ni合金、Co合金等。
芯部304、324只要是在规定的温度下能获得所希望的强度的材料即可，无特别限制，例如，可以为与中间层303、323相同的材料，也可以为其他材料。
另外，除了上述的辊最表层302、322的压缩之外，还优选一对辊301、321中的位于上方的辊301的硬度c比位于下方的辊321的硬度d低。
图3～图5示出在上下位置的辊301、321存在硬度差时的从成形材料S1的投入到成形材料S2的回收为止的过程。
如图3那样，成形材料S1由搬运机构200的搬运用带式输送机201向热压机构300搬运。通过使位于上方的辊301的硬度低于位于下方的辊321的硬度，从而在对成形材料S2进行加压处理后，位于上方的辊301的弹性变形量大于位于下方的辊321的弹性变形量，因此，刚刚热压后的成形材料S2如图4那样向辊301侧被抬起。
该被抬起的成形材料S2的自重作用于位于下方的辊321侧，因此，成形材料S2相对于行进方向平行地被搬运，能够顺利地回收到回收机构400的回收带式输送机401而获得高成品率。
辊301的硬度c与辊321的硬度d的硬度差(d-c)以维氏硬度计优选为1Hv以上且200Hv以下。当小于1Hv时，无法抬起成形材料S2，当大于200Hv时，在成形材料S1的上下方向上无法均匀地传递压力，成为不均匀的做工。硬度例如通过维氏硬度、肖氏硬度、洛氏硬度、布氏硬度等公知的硬度测定法来测定。
图6示出本实施方式中的、热压机构300对成形材料S2进行加压处理后的情形。图6中的(a)是与辊的硬度相关的说明图。图6中的(b)是与辊的温度相关的说明图。这里，位于上方的辊301的硬度c低于位于下方的辊321的硬度d例如是指，从辊301的左端部起的任意的位置301L的硬度c1低于从辊321的左端部起的任意的位置321L的硬度d1，从辊301的右端部起的任意的位置301R的硬度c3低于从辊321的右端部起的任意的位置321R的硬度d3，辊301的左端部与右端部的中央部301C的硬度c2低于辊321的左端部与右端部的中央部321C的硬度d2。
在铅垂方向上隔开间隔而配置的一对辊中的位于上方的辊301以及位于下方的辊321的硬度能够通过温度的控制而容易变更。这是因为通常情况下材料温度与硬度具有较强的相关性。本公开中的辊301与辊321的硬度c、d分别由辊301与辊321的材料温度来控制。因此，本公开的特征在于，辊301的温度e高于辊321的温度f。温度差(e-f)优选满足5℃以上且100℃以下。这是因为该温度差能够获得均匀地对成形材料进行加压且顺利地进行回收用的硬度。
这里，温度高例如是指，从辊301的左端部起的任意的位置301L的温度高于从辊321的左端部起的任意的位置321L的温度，从辊301的右端部起的任意的位置301R的温度高于从辊321的右端部起的任意的位置321R的温度，辊301的左端部与右端部的中央部301C的温度高于辊321的左端部与右端部的中央部321C的温度。
本实施方式中的热压机构300的辊301的特征在于，中央部301C的硬度c2低于从左端部起的任意的位置301L的硬度c1以及从右端部起的任意的位置301R的硬度c3。
此外，以维氏硬度计，硬度差(c2-c1)以及(c2-c3)优选满足1Hv以上且200Hv以下。辊301的中央部301C的弹性变形量大于从左端部起的任意的位置301L或从右端部起的任意的位置301R的弹性变形量，因此，在成形材料被加压处理时，成形材料不容易从辊301的中央部向端部方向扩展，能够将压力充分地传递至成形材料的端部。
辊301的硬度c2＜c1、c2＜c3的差异能够通过温度的控制而容易变更。这是因为通常情况下材料温度与硬度具有较强的相关性。辊301的中央部301C的硬度与从左端部起的任意的位置301L以及从右端部起的任意的位置301R的硬度的差异分别通过辊301的中央部301C的材料温度、左端部的任意的位置301L的材料温度、右端部的任意的位置301R的材料温度来控制。
因此，本公开的特征在于，辊301的中央部301C的温度e2高于从左端部起的任意的位置301L的温度e1以及从右端部起的任意的位置301R的温度e3，温度差(e2-e1)或(e2-e3)优选为5℃以上且100℃以下。由此，能够将压力充分地传递至成形材料的端部。
辊321的特征在于，中央部321C的硬度d2低于从左端部起的任意的位置321L以及从右端部起的任意的位置321R的硬度d1、d3，此外，以维氏硬度计，硬度差(d2-d1)或(d2-d3)优选满足1Hv以上且200Hv以下。辊321的中央部321C的弹性变形量大于从左端部起的任意的位置321L或从右端部起的任意的位置321R的弹性变形量，因此，在成形材料被加压处理时，成形材料不容易从辊321的中央部向端部方向扩展，能够将压力充分地传递至成形材料的端部。
辊321的硬度d2＜d1、d2＜d3的差异能够通过温度的控制而容易变更。这是因为通常情况下材料温度与硬度具有较强的相关性。辊321的中央部321C的硬度与从左端部起的任意的位置321L以及从右端部起的任意的位置321R的硬度的差异分别通过辊321的中央部321C的材料温度、左端部的任意的位置321L的材料温度、右端部的任意的位置321R的材料温度来控制。
因此，本公开的特征在于，辊321的中央部321C的温度f2高于从左端部起的任意的位置321L的温度f1以及从右端部起的任意的位置321R的温度f3，其温度差(f2-f1)或(f2-f3)优选为5℃以上且100℃以下。由此，能够将压力充分地传递至成形材料的端部。
(实施方式2)
图7示出实施方式2的辊压装置。
在该实施方式2中，在材料投入机构100的下方位置配置有搬运机构200。在搬运机构200的下方位置配置有热压机构300。
搬运机构200具有隔开间隔而呈水平配置的辊211、212。从材料投入机构100供给至辊211、212之间的成形材料S1被辊211、212压缩后从上方向下方排出。
热压机构300包括：隔开间隔而呈水平配置的辊301、321；配置在辊301的附近的外部加热机构311；以及配置在辊321的附近的外部加热机构331。关于辊301、321的辊内部结构、辊宽方向(辊301、321的轴向，以下相同)的硬度，与实施方式1相同。
从材料投入机构100经由搬运机构200搬入到热压机构300的成形材料S1被热压机构300进行加压处理而得到的刚刚热压后的成形材料S2从热压机构300进一步向下方排出。
在该实施方式2中，仅仅是加压处理方向为从上方位置朝向下方的方向这一点与实施方式1中的加压处理方向为水平方向这一点不同。其他与实施方式1相同，在实施方式2中，也能够抑制加压对象物的扩展，并且将压力均匀地向成形材料S1传递，在无论产品尺寸如何、都形成高密度且均匀的产品的情况下是有用的。
需要说明的是，在上述的各实施方式中，作为热压机构300的加热装置而说明了外部加热的实施例，但由于加压对象物的加压处理时的辊的表面状态是同样的，因此，即便采用内部加热方式也能够获得相同的效果。
工业实用性
本公开的辊压装置在用于半导体部件、车载部件、生物体材料、电池材料等工业用途的成形材料的加压处理中是有效的。

Claims (9)

1.一种辊压装置，其特征在于，具备：
热压机构，其具有隔开间隔而配置的一对辊和对所述一对辊进行加热的加热机构，所述热压机构对成形材料进行加热轧制；
材料投入机构，其投入所述成形材料；以及
搬运机构，其将由所述材料投入机构投入的成形材料向所述热压机构搬运，
所述热压机构的所述一对辊分别是包含最表层和位于所述最表层的内侧的中间层的辊结构，所述最表层的热膨胀系数小于所述中间层的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的辊压装置，其中，
由所述加热机构产生的所述一对辊各自的表面的最大加热温度为300℃以上且650℃以下。
3.根据权利要求1或2所述的辊压装置，其中，
加压处理后的位置处的所述一对辊各自的所述最表层中的内部应力大于要投入成形材料前的位置处的所述一对辊各自的所述最表层中的内部应力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的辊压装置，其中，
所述一对辊中的上方的辊的中央部的硬度低于所述一对辊中的下方的辊的中央部的硬度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的辊压装置，其中，
所述一对辊中的上方的辊的中央部的温度高于所述一对辊中的下方的辊的中央部的温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的辊压装置，其中，
所述一对辊各自的中央部的硬度低于所述一对辊各自的端部的硬度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的辊压装置，其中，
所述一对辊各自的中央部的温度高于所述一对辊各自的端部的温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的辊压装置，其中，
所述一对辊的材质彼此相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的辊压装置，其中，
所述最表层通过对所述一对辊分别进行涂覆而形成。
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