説明

クラッド材製造設備の加熱冷却装置

【課題】母材の表面に圧着した金属粉末の加熱・冷却を効率良く安定して行い得ると共に、設備全長の長大化を抑えることができ、設備費削減を図り得るクラッド材製造設備の加熱冷却装置を提供する。
【解決手段】金属粉末が母材の表面に圧着されたクラッド材4を加熱して前記金属粉末を焼結させる加熱炉5と、該加熱炉5の下流側に配設された冷却器6とを備え、該冷却器6が、窒素等の不活性ガスによってクラッド材4を冷却するガス冷却領域6Aと、該ガス冷却領域6Aで冷却されたクラッド材4を噴射される水によって直接冷却する水冷却領域6Bとを有するよう構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、クラッド材製造設備の加熱冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、例えば、母材である銅、ステンレス或いは耐熱合金等の金属板の両面又は片面に、リン銅、ニッケル等を主成分とする金属粉末を圧着してロウ材層を形成したクラッド材を製造することが行なわれるようになっており、このようなクラッド材を製造する際には、図8に示されるような装置を使用することが提案されている。
【0003】
図8はクラッド材製造設備を構成する粉末圧着装置の一例を示したものであり、粉末圧着装置1は、水平方向へ対向配置された一対のロール1a,1bを備え、該一対のロール1a,1bは、対向側が下方へ回転するよう図示していないモータ等の駆動装置により駆動されると共に、ロールギャップGを調整し得るようになっている。
【0004】
前記ロール1a,1bの上面には、金属粉末供給ローラ2a,2bが回転駆動可能に配置され、該金属粉末供給ローラ2a,2bよりもロール1a,1bの回転方向上流側には、金属粉末Pmが貯留され且つ該金属粉末Pmをロール1a,1b上面に供給可能な金属粉末ホッパ3a,3bが配設されている。
【0005】
尚、図8中、Sは図示していない巻戻機により上方からロール1a,1b間に供給される銅やステンレス等の母材である。
【0006】
前述の如きクラッド材製造設備を構成する粉末圧着装置1においては、図示していないモータ等の駆動装置により一対のロール1a,1bが図8の矢印方向へ回転駆動されると共に、上方よりロール1a,1b間に母材Sが送給され、金属粉末ホッパ3a,3bからロール1a,1b上面に金属粉末Pmが供給される。
【0007】
而して、前記ロール1a,1b上面に供給された金属粉末Pmは、回転する金属粉末供給ローラ2a,2bにより供給量が調整されて母材S側へ送給され、ロール1a,1bのロールギャップGにおいて母材Sの表面に圧着され、クラッド材4が形成される。
【0008】
尚、前述の如きクラッド材製造設備を構成する粉末圧着装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
【特許文献1】特開2002−212608号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、前述の如きクラッド材4においては、母材Sの表面に圧着した金属粉末Pmを加熱して焼結させた後、冷却することがロウ材層をより安定化させる上で有効となるが、現時点では、金属粉末Pmの加熱・冷却を効率良く安定して行い得る加熱炉や冷却器の具体的な形態に関しては確立されておらず、又、設備全長の長大化をいかに抑えて、設備費を削減するかという点も解決すべき大きな課題となっていた。尚、ここで言う焼結には、加熱炉に導かれて加熱されることにより金属粉末Pmが融解して母材Sに融着されること、言い換えると、加熱によって金属粉末Pmの粒子表面又はその一部が融解して(液相を出させて)軟化することにより金属粉末Pmが母材Sに融着することも含まれる。
【0010】
本発明は、斯かる実情に鑑み、母材の表面に圧着した金属粉末の加熱・冷却を効率良く安定して行い得ると共に、設備全長の長大化を抑えることができ、設備費削減を図り得るクラッド材製造設備の加熱冷却装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、母材の表面に金属粉末を圧着し、該金属粉末を加熱炉で加熱して焼結させた後、冷却器で冷却することにより、クラッド材を製造するようにしたクラッド材製造設備の加熱冷却装置において、
前記冷却器が、不活性ガスによってクラッド材を冷却するガス冷却領域と、該ガス冷却領域で冷却されたクラッド材を噴射される水によって直接冷却する水冷却領域とを有するよう構成したことを特徴とするクラッド材製造設備の加熱冷却装置にかかるものである。
【0012】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【0013】
母材の表面に圧着された金属粉末は加熱炉で加熱されて焼結された後、冷却器のガス冷却領域で不活性ガスによって冷却され、続いて、水冷却領域で噴射される水によって直接冷却され、この結果、金属粉末の加熱・冷却が効率良く安定して行われ、設備全長の長大化を抑えて、設備費を削減することが可能となる。
【0014】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置においては、前記加熱炉をクラッド材の搬送方向へ複数の加熱ブロックに分割すると共に、前記冷却器のガス冷却領域をクラッド材の搬送方向へ複数のガス冷却ブロックに分割し、且つ前記冷却器の水冷却領域を水冷却ブロックにて構成し、該水冷却ブロックの搬送方向入口でのクラッド材の温度が変質防止温度以下となるよう前記ガス冷却ブロックにてクラッド材の冷却を行うことができ、このようにすると、水冷によるクラッド材の変質を防止しつつクラッド材を確実に且つ効率良く冷却することが可能となる一方、加熱炉及び冷却器のメンテナンスを行う際には、各ブロックを必要に応じて幅方向へサイドシフトさせることにより、その使い勝手をより向上させることが可能となる。
【0015】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置において、前記変質防止温度は、水冷却ブロックにおいて噴射される水によってクラッド材表面の金属粉末が脱落しない温度としたり、或いは、水冷却ブロックにおいて噴射される水によってクラッド材表面が変色しない温度とすることができる。
【0016】
又、耐火ケーシング内に耐熱金属製隔壁で覆われたクラッド材流通路を形成すると共に、前記耐火ケーシング内における耐熱金属製隔壁の外側に発熱体を配設することにより、前記加熱炉の加熱ブロックを構成し、該加熱ブロックをクラッド材の搬送方向へ連結し、前記それぞれの加熱ブロックの設定温度を個々に設定して各加熱ブロック毎に発熱体の出力を調整し加熱温度を制御するよう構成することが、金属粉末の加熱焼結をより効率良く安定して行い、品質を損なわずに設備全長の長大化を避ける上で更に有効となる。
【発明の効果】
【0017】
本発明の請求項1〜5記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置によれば、母材の表面に圧着した金属粉末の加熱・冷却を効率良く安定して行い得ると共に、設備全長の長大化を抑えることができ、設備費削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0019】
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例であって、前記粉末圧着装置1(図8参照)において金属粉末Pmが母材Sの表面に圧着されたクラッド材4を加熱して前記金属粉末Pmを焼結させる加熱炉5と、該加熱炉5の下流側に配設された冷却器6とを備え、該冷却器6が、窒素等の不活性ガスによってクラッド材4を冷却するガス冷却領域6Aと、該ガス冷却領域6Aで冷却されたクラッド材4を噴射される水によって直接冷却する水冷却領域6Bとを有するよう構成したものである。
【0020】
前記加熱炉5は、クラッド材4の搬送方向へ複数(図1の例では三個)の加熱ブロック5a,5b,5cに分割すると共に、前記冷却器6のガス冷却領域6Aは、クラッド材4の搬送方向へ複数(図1の例では二個)のガス冷却ブロック6a,6bに分割し、且つ前記冷却器6の水冷却領域6Bは水冷却ブロック6cにて構成してある。
【0021】
前記加熱炉5の加熱ブロック5a,5b,5cはそれぞれ、図1及び図2に示す如く、耐火ケーシング7内に耐熱金属製隔壁8で覆われたクラッド材流通路9を形成すると共に、前記耐火ケーシング7内における耐熱金属製隔壁8の外側に電熱ヒータ等の発熱体10を配設することにより構成し、該加熱ブロック5a,5b,5cをクラッド材4の搬送方向へ連結するようにしてある。尚、前記耐熱金属製隔壁8で覆われたクラッド材流通路9内には、図示していないノズルから窒素等の不活性ガスが供給されるようになっている。
【0022】
一方、前記ガス冷却ブロック6a,6bはそれぞれ、図3に示す如く、冷却ケーシング11で覆われたクラッド材流通路12内に、ノズル13から窒素等の冷却用の不活性ガスを供給し得るようにしてある。
【0023】
前記水冷却ブロック6cは、図4(a)に示す如く、冷却ケーシング14で覆われたクラッド材流通路15内に、水噴射ノズル16から冷却用の水をクラッド材4の上下面へ向けて噴射し得るようにすると共に、図4(b)に示す如く、冷却ケーシング14で覆われたクラッド材流通路15内における前記水噴射ノズル16より少なくともクラッド材4の搬送方向下流側位置に、ガス噴射ノズル17から窒素等の不活性ガスをクラッド材4の上下面へ向けて噴射し得るようにしてある。尚、前記ガス噴射ノズル17から噴射される不活性ガスは、前記水冷却ブロック6cの冷却ケーシング14で覆われたクラッド材流通路15内部を不活性ガス雰囲気に保持してクラッド材4の酸化防止を図ることに加え更に、クラッド材4表面に付着した水を吹き飛ばして乾燥させる役割も果たしている。又、前記水冷却ブロック6cの出側には、ゴムパッド等でクラッド材4の上下面を挟み込み、前記クラッド材4表面に残存する水滴を掻き落とすための水切り装置(図示せず)を設置してある。
【0024】
更に、前記加熱炉5及び冷却器6内には、図1に示す如く、該加熱炉5及び冷却器6内を通して外部へ循環させるようにしたメッシュベルト等からなる無端状の搬送ベルト18を設けてあり、該搬送ベルト18を図1の矢印方向へ駆動することによって前記クラッド材4の先端を前記加熱炉5及び冷却器6内に対して通過させることができるようにしてある。
【0025】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【0026】
前記粉末圧着装置1(図8参照)において金属粉末Pmが母材Sの表面に圧着されたクラッド材4は、先ず、その先端部が図1の矢印方向へ駆動される無端状の搬送ベルト18上に載置された状態で、加熱炉5及び冷却器6内を通過し、巻取装置(図示せず)に巻き込まれる。
【0027】
前記クラッド材4の先端が巻取装置に巻き込まれたら、前記搬送ベルト18の張力を緩めて該搬送ベルト18が少なくとも加熱炉5内でたるむようにする。尚、前記搬送ベルト18は、最初からたるませておき、この上に前記クラッド材4を載置した状態で、加熱炉5及び冷却器6内を通過させるようにしても良い。
【0028】
続いて、前記加熱炉5の加熱ブロック5a,5b,5cにおける耐熱金属製隔壁8で覆われたクラッド材流通路9内へ図示していないノズルから窒素等の不活性ガスを供給した状態で、電熱ヒータ等の発熱体10による加熱を開始すると共に、冷却器6のガス冷却領域6Aのガス冷却ブロック6a,6bにおける冷却ケーシング11で覆われたクラッド材流通路12内へノズル13から窒素等の冷却用の不活性ガスを供給し、更に前記冷却器6の水冷却領域6Bの水冷却ブロック6cにおける冷却ケーシング14で覆われたクラッド材流通路15内へ水噴射ノズル16から冷却用の水をクラッド材4の上下面へ向けて噴射しつつ、ガス噴射ノズル17から窒素等の不活性ガスをクラッド材4の上下面へ向けて噴射し、前記巻取装置によりクラッド材4の巻取りを開始する。
【0029】
このとき、前記巻取装置によってクラッド材4に張力が付与されることにより、前記クラッド材4は、前記加熱炉5の加熱ブロック5a,5b,5cと冷却器6のガス冷却領域6Aのガス冷却ブロック6a内部を宙吊り状態で搬送されるようになる。
【0030】
そして、前記加熱炉5では、クラッド材4の母材Sの表面に圧着した金属粉末Pmを、該金属粉末Pmが軟化して互いに融着する温度に加熱し、又、前記冷却器6では、前記金属粉末Pmが軟化して互いに融着する温度よりも充分に低い温度に冷却する必要がある。
【0031】
ここで、図5及び図6は本発明を実施する形態の一例における解析結果を示すものであって、母材Sの材質を純銅、母材Sの幅を200.0[mm]、母材Sの厚さを0.4[mm]、輻射率εを0.20、搬送速度を12.0[m/min]、冷却器内熱伝達率αを30.0[W/m2・K]、加熱炉5入側のクラッド材4の温度を20.0[℃]、加熱ブロック5a,5b,5cの長さをそれぞれ4200[mm]、加熱ブロック5a,5b,5cの設定温度をそれぞれ800.0[℃]、ガス冷却領域6Aのガス冷却ブロック6a,6bへ供給する不活性ガス(窒素)の流量を300.0[L/min]、該不活性ガス(窒素)の入側温度を30.0[℃]、不活性ガス(窒素)の出側温度を30.0[℃]、ガス冷却ブロック6a,6bの長さをそれぞれ3000[mm]、水冷却領域6Bへ供給する水温を30.0[℃]、水冷却ブロック6cの長さを1300[mm]とした場合、加熱炉5出側のクラッド材4の温度は765.9[℃]となり、ガス冷却終了後のクラッド材4の温度は258.0[℃]となり、水冷却後のクラッド材4の温度は、水冷熱伝達率を500[W/2・K]とすると58.6[℃](図6の実線を参照)となり、水冷熱伝達率を1000[W/2・K]とすると33.7[℃](図6の破線を参照)となる。
【0032】
これに対し、前記水冷却領域6Bを構成する水冷却ブロック6cを設ける代わりに、ガス冷却ブロック6a,6bと同様の第三のガス冷却ブロックを設け、それ以外の条件は上述と同様とした場合、ガス冷却終了後のクラッド材4の温度は152.3[℃](図6の仮想線を参照)までしか低下せず、しかも、設備全長の長大化も避けられなくなることが確認された。
【0033】
上記図示例では水冷却ブロック6cの効果を示すため、各加熱ブロック5a,5b,5cの設定温度は同じ温度としたが、各加熱ブロック5a,5b,5cの設定温度は同一でなくても良い。
【0034】
即ち、前記加熱炉5を複数の加熱ブロック5a,5b,5cに分割し、それぞれの加熱ブロック5a,5b,5cの設定温度を個々に設定して各加熱ブロック5a,5b,5c毎に発熱体10の出力を調整し加熱温度を制御するようにしても、設備全長の長大化を避けることができる。
【0035】
例えば、母材Sの表面に金属粉末Pmが圧着されたクラッド材4を約760[℃]に加熱して焼結する場合、クラッド材4の温度と焼結温度の差が比較的大きなクラッド材4搬入側の加熱ブロック5a,5bでは、その設定温度を焼結温度よりも高い温度に設定してクラッド材4の加熱を促進させる。このようにすることで、クラッド材4を焼結させるための温度に上昇させる加熱区間を短縮できる。又、クラッド材4の温度と焼結温度の差が小さくなるクラッド材4搬出側の加熱ブロック5cでは、その設定温度を焼結するためにきめ細かく制御することで、品質のばらつきを少なくすることができる。因みに、前述の如く、クラッド材4搬入側の加熱ブロック5a,5bの設定温度を焼結温度よりも高い温度に設定してクラッド材4の加熱を促進させた場合におけるクラッド材4の温度制御曲線は、図7に示すようになる。
【0036】
このように、加熱炉5を複数の加熱ブロック5a,5b,5cに分割することで、各加熱ブロック5a,5b,5c毎に発熱体10の出力を調整し加熱温度を制御することが可能となるので、品質を損なわずに設備全長の長大化を避けることができる。
【0037】
又、前記冷却器6も複数のガス冷却ブロック6a,6bと水冷却ブロック6cとに分割することでガス冷却領域6Aの長さの長大化を避けることが可能となる。
【0038】
即ち、水冷却ブロック6cでは水冷であるがためにクラッド材4の冷却能力がガス冷却よりかなり高いので、ガス冷却領域6Aでの冷却は、クラッド材4の搬送方向最後のガス冷却ブロック6b出口でクラッド材4の温度が金属粉末Pmを母材Sにしっかり固着させる温度まで降下する程度の冷却であればよく、これによりガス冷却領域6Aの長さの長大化を避けることができる。尚、水冷却ブロック6cの搬送方向入口でのクラッド材4の温度は、変質防止温度以下、即ち該水冷却ブロック6cにおいて噴射される水によってロウ材層が損なわれないよう金属粉末Pmが母材Sにしっかり固着する約500[℃]以下となっていることが好ましい。又、ガス冷却後のクラッド材4の温度が高い場合、その後の水冷によってクラッド材4表面が変色することがあるが、該クラッド材4表面の変色が起こらないようにするには、水冷却ブロック6cの搬送方向入口でのクラッド材4の温度は、変質防止温度以下、即ち約250[℃]以下となっていることが好ましい。
【0039】
前述の図1〜図4に示す例の如く構成すると、母材Sの表面に圧着された金属粉末Pmは加熱炉5で加熱されて焼結された後、冷却器6のガス冷却領域6Aで窒素等の不活性ガスによって冷却され、続いて、水冷却領域6Bで噴射される水によって直接冷却され、この結果、金属粉末Pmの加熱・冷却が効率良く安定して行われ、設備全長の長大化を抑えて、設備費を削減することが可能となる。
【0040】
しかも、前記加熱炉5をクラッド材4の搬送方向へ複数の加熱ブロック5a,5b,5cに分割すると共に、前記冷却器6のガス冷却領域6Aをクラッド材4の搬送方向へ複数のガス冷却ブロック6a,6bに分割し、且つ前記冷却器6の水冷却領域6Bを水冷却ブロック6cにて構成しているため、加熱炉5及び冷却器6のメンテナンスを行う際には、各ブロックを必要に応じて幅方向へサイドシフトさせることにより、その使い勝手をより向上させることが可能となる。
【0041】
又、耐火ケーシング7内に耐熱金属製隔壁8で覆われたクラッド材流通路9を形成すると共に、前記耐火ケーシング7内における耐熱金属製隔壁8の外側に発熱体10を配設することにより、前記加熱炉5の加熱ブロック5a,5b,5cを構成し、該加熱ブロック5a,5b,5cをクラッド材4の搬送方向へ連結しているため、金属粉末Pmの加熱焼結をより安定化させることも可能となる。
【0042】
尚、前記クラッド材4は、前記加熱炉5の加熱ブロック5a,5b,5cと冷却器6のガス冷却領域6Aのガス冷却ブロック6a内部を宙吊り状態で搬送されるため、加熱により金属粉末Pmが軟化した状態となっているロウ材層が傷付く心配はない。
【0043】
こうして、母材Sの表面に圧着した金属粉末Pmの加熱・冷却を効率良く安定して行い得ると共に、設備全長の長大化を抑えることができ、設備費削減を図り得る。
【0044】
尚、本発明のクラッド材製造設備の加熱冷却装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概要側断面図である。
【図2】本発明を実施する形態の一例における加熱炉の加熱ブロックを示す正断面図である。
【図3】本発明を実施する形態の一例における冷却器のガス冷却領域のガス冷却ブロックを示す正断面図である。
【図4】本発明を実施する形態の一例における冷却器の水冷却領域の水冷却ブロックを示す正断面図であって、(a)は水冷却ブロックの水噴射ノズルが配設された部分を示す図、(b)は水冷却ブロックのガス噴射ノズルが配設された部分を示す図である。
【図5】本発明を実施する形態の一例における解析結果を示す図表である。
【図6】本発明を実施する形態の一例におけるクラッド材の温度履歴を示すグラフである。
【図7】本発明を実施する形態の一例において、クラッド材搬入側の加熱ブロックの設定温度を焼結温度よりも高い温度に設定してクラッド材の加熱を促進させた場合におけるクラッド材の温度制御曲線である。
【図8】クラッド材製造設備を構成する粉末圧着装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
【0046】
1 粉末圧着装置
4 クラッド材
5 加熱炉
5a 加熱ブロック
5b 加熱ブロック
5c 加熱ブロック
6 冷却器
6A ガス冷却領域
6B 水冷却領域
6a ガス冷却ブロック
6b ガス冷却ブロック
6c 水冷却ブロック
7 耐火ケーシング
8 耐熱金属製隔壁
9 クラッド材流通路
10 発熱体
11 冷却ケーシング
12 クラッド材流通路
13 ノズル
14 冷却ケーシング
15 クラッド材流通路
16 水噴射ノズル
17 ガス噴射ノズル
Pm 金属粉末
S 母材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
母材の表面に金属粉末を圧着し、該金属粉末を加熱炉で加熱して焼結させた後、冷却器で冷却することにより、クラッド材を製造するようにしたクラッド材製造設備の加熱冷却装置において、
前記冷却器が、不活性ガスによってクラッド材を冷却するガス冷却領域と、該ガス冷却領域で冷却されたクラッド材を噴射される水によって直接冷却する水冷却領域とを有するよう構成したことを特徴とするクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項2】
前記加熱炉をクラッド材の搬送方向へ複数の加熱ブロックに分割すると共に、前記冷却器のガス冷却領域をクラッド材の搬送方向へ複数のガス冷却ブロックに分割し、且つ前記冷却器の水冷却領域を水冷却ブロックにて構成し、該水冷却ブロックの搬送方向入口でのクラッド材の温度が変質防止温度以下となるよう前記ガス冷却ブロックにてクラッド材の冷却を行う請求項1記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項3】
前記変質防止温度が、水冷却ブロックにおいて噴射される水によってクラッド材表面の金属粉末が脱落しない温度である請求項2記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項4】
前記変質防止温度が、水冷却ブロックにおいて噴射される水によってクラッド材表面が変色しない温度である請求項2記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項5】
耐火ケーシング内に耐熱金属製隔壁で覆われたクラッド材流通路を形成すると共に、前記耐火ケーシング内における耐熱金属製隔壁の外側に発熱体を配設することにより、前記加熱炉の加熱ブロックを構成し、該加熱ブロックをクラッド材の搬送方向へ連結し、前記それぞれの加熱ブロックの設定温度を個々に設定して各加熱ブロック毎に発熱体の出力を調整し加熱温度を制御するよう構成した請求項2、3、4のいずれか一つに記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2008−150646(P2008−150646A)
【公開日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−337484(P2006−337484)
【出願日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】