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、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でクラッド材を安定して搬送し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】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、冷却器６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及び水冷却ブロック６ｃに分割し、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部とに、少なくともクラッド材４の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置１８を配設し、該サポート装置１８間でクラッド材４を宙吊り状態で搬送し得るよう構成する。
【解決手段】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、冷却器６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及び水冷却ブロック６ｃに分割し、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部とに、少なくともクラッド材４の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置１８を配設し、該サポート装置１８間でクラッド材４を宙吊り状態で搬送し得るよう構成する。
【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１２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１２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１２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１２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、特に、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ことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でいかにクラッド材４を安定して搬送するかという点は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、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でクラッド材を安定して搬送し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、母材の表面に粉末圧着装置で金属粉末を圧着し、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、前記冷却器をクラッド材の搬送方向へ複数の冷却ブロックに分割し、前記加熱ブロックの接続部と、前記冷却ブロックの接続部とに、少なくともクラッド材の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置を配設し、該サポート装置間でクラッド材を宙吊り状態で搬送し得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】
クラッド材は、加熱炉の加熱ブロックの接続部と冷却器の冷却ブロックの接続部とに配設されたサポート装置のサポートローラにより、少なくともその両幅端部が支持されつつ、前記加熱ブロックと冷却ブロック内部を宙吊り状態で安定して搬送され、たとえ加熱により金属粉末が軟化した状態となっていたとしてもロウ材層が傷付く心配はない。
【００１４】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置において、クラッド材の搬送方向最後の加熱ブロックの出口近傍で金属粉末がそれほど軟化せずに固着するようなクラッド材を扱う場合には、前記加熱ブロックと冷却ブロックとの接続部に前記サポート装置を配設しても良い。
【００１５】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置においては、前記サポート装置のサポートローラを前記粉末圧着装置によるクラッド材の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置を備えるようにすることができ、このようにすると、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことをより確実に防止可能となる。
【００１６】
更に、前記クラッド材の幅方向中間部を支持するサポートローラを配設することが、クラッド材の重量を複数のサポートローラによって分散させて支持し、クラッド材の搬送をより安定化させると共にロウ材層の傷付きを防止する上でより有効となる。
【００１７】
又、前記サポート装置を冷却する冷却機構を備えることが、サポートローラの昇温を回避する上で望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
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、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でクラッド材を安定して搬送し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】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜図６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１２参照）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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
そして、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部にはそれぞれ、図１に示す如く、クラッド材４のサポート装置１８を配設し、該サポート装置１８間でクラッド材４を宙吊り状態で搬送し得るよう構成してある。
【００２６】
尚、図１に示す例では、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃと、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａとの接続部には、クラッド材４のサポート装置１８は配設していない。これは、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍で金属粉末Ｐｍは最も軟化するが、加熱によって大きく軟化する金属粉末Ｐｍが圧着されたクラッド材４の場合は、金属粉末Ｐｍが軟化した状態において、クラッド材４のサポート装置１８への接触を避けることが必要となるためである。
【００２７】
しかし、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍で金属粉末Ｐｍがそれほど軟化せずに固着するようなクラッド材４では、該クラッド材４のサポート装置１８への接触はあまり気にしなくてよいため、サポート装置１８を配設しても良いことは言うまでもない。
【００２８】
そして、図１に示す例では、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍では金属粉末Ｐｍが大きく軟化してクラッド材４のサポート装置１８への接触を避ける必要がある場合を想定し、クラッド材４を、その搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの搬入側に配設したサポート装置１８と、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａの搬出側に配設したサポート装置１８とによって、加熱ブロック５ｃから冷却ブロック６ａにかけて宙吊り状態になるように支えながら搬送するようにしてある。
【００２９】
又、クラッド材４は、その品質を保つために粉末圧着装置１から冷却器６の後方に配置される巻取装置（図示せず）の区間で張力が所定の値になるように制御されながら搬送される。
【００３０】
しかし、クラッド材４が宙吊り状態となる長さが長くなると、クラッド材４の搬送方向と直角な方向のたるみが増えて、安定した張力制御が難しくなる。又、このたるみが増大すると、加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃやガス冷却ブロック６ａ，６ｂのクラッド材流通路９，１２の通路高さを高くする必要が生じて設備が大きくなる。
【００３１】
そこで、図１に示す例の場合、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃより前の加熱ブロック５ｂまでで、クラッド材４の温度を焼結温度近くまで上昇させ、最後の加熱ブロック５ｃでクラッド材４の焼結を完了させるようにすれば、最後の加熱ブロック５ｃの長さが長大化することを避けることができる。
【００３２】
又、図１に示す例の場合、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａにおいては、該ガス冷却ブロック６ａの搬出側でクラッド材４の金属粉末Ｐｍが軟化した状態となっているロウ材層がサポート装置１８に接触しても傷つかない程度まで冷却できるようにすれば良いため、最初のガス冷却ブロック６ａの長さが長大化することを避けることができる。
【００３３】
このように、加熱炉５と冷却器６とをそれぞれ、複数の加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃと複数のガス冷却ブロック６ａ，６ｂとに分けることで、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃと、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａのそれぞれの長さの長大化を避けることができるし、その間でクラッド材４が宙吊り状態となる長さの長大化を避けることができて、クラッド材４の宙吊りによるたるみを抑制しつつ安定した搬送が可能となる。
【００３４】
一方、前記サポート装置１８は、図５及び図６に示す如く、前記耐熱金属製隔壁８（図２参照）、冷却ケーシング１１（図３参照）、及び冷却ケーシング１４（図４参照）に連結可能なサポートケーシング１９に、クラッド材４の搬送方向と直角な水平方向へ延びるサポート軸２０を軸受２１を介して回転自在に配設し、該サポート軸２０に、複数（図６の例では四個）のサポートローラ２２を、クラッド材４の両幅端部並びに幅方向中間部を支持可能となるよう等間隔に外嵌せしめると共に、前記サポート軸２０に、前記サポートローラ２２を前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置２３を接続し、前記軸受２１の部分に、サポート軸２０及びサポートローラ２２を冷却する冷却機構２４を設け、前記サポートケーシング１９内には、ガス供給ノズル２５から窒素等の不活性ガスを供給し得るようにしてある。
【００３５】
前記サポートローラ２２の駆動装置２３は、前記サポートケーシング１９の外部に取り付けたモータ２６により減速機２７を介して駆動される駆動プーリ２８と、前記サポート軸２０の端部に嵌着した従動プーリ２９との間に、無端状の駆動ベルト３０を掛け回して構成してある。
【００３６】
前記サポート装置１８の冷却機構２４は、前記サポートケーシング１９の外側に、サポート軸２０の外周を包囲するよう軸受２１と一体にウォータジャケット３１を設け、該ウォータジャケット３１の内部空間３２に冷却水を流通させることにより、前記サポート軸２０及びサポートローラ２２を冷却し得るよう構成してある。
【００３７】
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３３を設けてあり、該搬送ベルト３３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。尚、前記搬送ベルト３３は、図５及び図６に示す如く、その幅方向へ三分割してあり、サポートローラ２２間のサポート軸２０の部分を覆うように配設したアーチ状の受部材３４の上面に沿って移動できるようにしてある。
【００３８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００３９】
前記粉末圧着装置１（図１２参照）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３３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。
【００４０】
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３３の張力を緩めると、該搬送ベルト３３は、図１、図５及び図６に示す如く、サポート装置１８のアーチ状の受部材３４の上面に支持された状態となって、加熱炉５の加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃ内並びに冷却器６のガス冷却ブロック６ａ，６ｂ内でたるむ形となる。尚、前記搬送ベルト１８は、最初からたるませておき、このたるんだ搬送ベルト１８でクラッド材４を搬送してサポートローラ２２の上に載せるようにしても良い。
【００４１】
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。
【００４２】
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、図１、図５及び図６に示す如く、サポート装置１８のサポートローラ２２によりその両幅端部並びに幅方向中間部が支持され、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，６ｂ内部を宙吊り状態で搬送されるようになる。尚、前記サポート装置１８のサポートローラ２２は、駆動装置２３のモータ２６により、減速機２７と駆動プーリ２８と駆動ベルト３０と従動プーリ２９とサポート軸２０とを介して、前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動される。又、前記搬送ベルト３３は、仮にその駆動を停止した場合、前記加熱炉５内において一部分だけが加熱されて昇温するとまずいため、張力を緩めた状態のまま常時駆動される。
【００４３】
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。
【００４４】
ここで、図７及び図８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／ｍ2・Ｋ］とすると58.6［℃］（図８の実線を参照）となり、水冷熱伝達率を１０００［Ｗ／ｍ2・Ｋ］とすると33.7［℃］（図８の破線を参照）となる。
【００４５】
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８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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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９に示すようになる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
前述の図１〜図６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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
更に、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，６ｂ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。尚、前記クラッド材４は、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部に配設された前記サポート装置１８のサポートローラ２２によって支持されるが、該サポートローラ２２は、駆動装置２３のモータ２６により、減速機２７と駆動プーリ２８と駆動ベルト３０と従動プーリ２９とサポート軸２０とを介して、前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動されており、しかも、クラッド材４の重量を複数（図６の例では四個）のサポートローラ２２によって分散させて支持しているため、前記クラッド材４の搬送をより安定化させることが可能となると共に、たとえ加熱により金属粉末Ｐｍが軟化した状態となっていたとしてもロウ材層が傷付く心配はない。
【００５６】
又、前記サポート装置１８のサポート軸２０及びサポートローラ２２は、サポートケーシング１９の外側にサポート軸２０の外周を包囲するよう軸受２１と一体に設けられた冷却機構２４のウォータジャケット３１の内部空間３２に冷却水を流通させることによって冷却されるため、必要以上に昇温してしまうことが防止される。
【００５７】
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、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ことを防止しつつ、加熱炉５や冷却器６内でクラッド材４を安定して搬送し得、更に、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。
【００５８】
図１０及び図１１は前記サポート装置１８の変形例を示すものであって、該変形例としてのサポート装置１８は、図１０及び図１１に示す如く、前記耐熱金属製隔壁８（図２参照）、冷却ケーシング１１（図３参照）、及び冷却ケーシング１４（図４参照）に連結可能なサポートケーシング１９内に、クラッド材４の両幅端部を支持可能なサポートローラ２２を、ローラ位置調節機構３５の作動により互いに近接・離反可能となるよう配設し、幅寸法の異なるクラッド材４に対応できるようにしたものである。
【００５９】
前記サポートローラ２２は、截頭円錐形状のローラで、前記ローラ位置調節機構３５を構成するサポート軸２０のサポートケーシング１９内に挿入された先端部にその半径方向へ張り出すサポートアーム３６を介して回転自在に取り付けてある。
【００６０】
又、前記ローラ位置調節機構３５は、前記サポートケーシング１９の幅方向両側から、クラッド材４の搬送方向と直角な水平方向へ延びる前記サポート軸２０を軸受２１を介して回転自在且つ軸線方向へスライド自在に挿入し、前記サポートケーシング１９の外部下方へ張り出す固定ブラケット３７に、前記サポート軸２０と平行に延びるガイドシャフト３８を固定配置すると共に、前記サポート軸２０と平行に延び且つ両端部に互いに反対方向の雄ネジ部３９ａが刻設されたスクリューシャフト３９を回転自在に配置し、該スクリューシャフト３９の両端部に雄ネジ部３９ａと螺合するナット部材４０を嵌装し、前記ガイドシャフト３８の両端部にガイドブロック４１をスライド自在に嵌装し、前記サポート軸２０の基端部に該サポート軸２０を回転自在に支持するための支持ブロック４２を嵌装し、前記ナット部材４０とガイドブロック４１と支持ブロック４２とをベースブラケット４３によって連結し、前記サポート軸２０の基端に、前記サポートローラ２２のポジションをクラッド材４のサポートポジションと待機ポジションとの間で回動させて切り換えるための切換アーム４４を取り付け、該切換アーム４４を蝶ボルト４５により前記ベースブラケット４３に対してサポートポジションと待機ポジションのいずれかのポジションに固定可能とし、前記スクリューシャフト３９の一端にハンドル４６を取り付け、該ハンドル４６を所定方向へ回してスクリューシャフト３９を回転させることにより、前記ナット部材４０と一体のベースブラケット４３を移動させて前記サポートローラ２２を互いに近接させる方向へスライドさせる一方、前記ハンドル４６を反対方向へ回してスクリューシャフト３９を回転させることにより、前記ナット部材４０と一体のベースブラケット４３を移動させて前記サポートローラ２２を互いに離反させる方向へスライドさせ得るようにしてある。
【００６１】
尚、図１０及び図１１に示すサポート装置１８においても、前記サポートケーシング１９内には、ガス供給ノズル２５から窒素等の不活性ガスを供給し得るようにしてある。
【００６２】
図１０及び図１１に示すようにサポート装置１８を構成した場合、前記クラッド材４の両幅端部のみが截頭円錐形状のサポートローラ２２によって支持され、前記クラッド材４のサポートローラ２２に対する接触箇所が最小限に抑えられるため、特に図５及び図６に示すような駆動装置２３を設けクラッド材４の搬送速度と同期させてサポートローラ２２を回転駆動しなくても、ロウ材層が傷付く心配はなく、加熱炉５や冷却器６内でクラッド材４を安定して搬送し得る。
【００６３】
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】
【００６４】
【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サポート装置を示す側断面図である。
【図６】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置を示す正断面図であって、図５のＶＩ−ＶＩ矢視相当図である。
【図７】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８】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９】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１０】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置の変形例を示す側断面図である。
【図１１】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置の変形例を示す正断面図であって、図１０のＸＩ−ＸＩ矢視相当図である。
【図１２】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】
【００６５】
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（冷却ブロック）
６ｂ ガス冷却ブロック（冷却ブロック）
６ｃ 水冷却ブロック（冷却ブロック）
１８ サポート装置
１９ サポートケーシング
２０ サポート軸
２２ サポートローラ
２３ 駆動装置
２４ 冷却機構
２６ モータ
２７ 減速機
２８ 駆動プーリ
２９ 従動プーリ
３０ 駆動ベルト
３１ ウォータジャケット
３２ 内部空間
３３ 搬送ベルト
Ｇ ロールギャップ
Ｐｍ 金属粉末
Ｓ 母材
【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１２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１２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１２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１２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、特に、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ことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でいかにクラッド材４を安定して搬送するかという点は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、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でクラッド材を安定して搬送し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、母材の表面に粉末圧着装置で金属粉末を圧着し、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、前記冷却器をクラッド材の搬送方向へ複数の冷却ブロックに分割し、前記加熱ブロックの接続部と、前記冷却ブロックの接続部とに、少なくともクラッド材の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置を配設し、該サポート装置間でクラッド材を宙吊り状態で搬送し得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】
クラッド材は、加熱炉の加熱ブロックの接続部と冷却器の冷却ブロックの接続部とに配設されたサポート装置のサポートローラにより、少なくともその両幅端部が支持されつつ、前記加熱ブロックと冷却ブロック内部を宙吊り状態で安定して搬送され、たとえ加熱により金属粉末が軟化した状態となっていたとしてもロウ材層が傷付く心配はない。
【００１４】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置において、クラッド材の搬送方向最後の加熱ブロックの出口近傍で金属粉末がそれほど軟化せずに固着するようなクラッド材を扱う場合には、前記加熱ブロックと冷却ブロックとの接続部に前記サポート装置を配設しても良い。
【００１５】
前記クラッド材製造設備の加熱冷却装置においては、前記サポート装置のサポートローラを前記粉末圧着装置によるクラッド材の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置を備えるようにすることができ、このようにすると、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことをより確実に防止可能となる。
【００１６】
更に、前記クラッド材の幅方向中間部を支持するサポートローラを配設することが、クラッド材の重量を複数のサポートローラによって分散させて支持し、クラッド材の搬送をより安定化させると共にロウ材層の傷付きを防止する上でより有効となる。
【００１７】
又、前記サポート装置を冷却する冷却機構を備えることが、サポートローラの昇温を回避する上で望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
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、加熱により金属粉末が軟化した状態となっているロウ材層が傷付くことを防止しつつ、加熱炉や冷却器内でクラッド材を安定して搬送し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】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜図６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１２参照）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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
そして、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部にはそれぞれ、図１に示す如く、クラッド材４のサポート装置１８を配設し、該サポート装置１８間でクラッド材４を宙吊り状態で搬送し得るよう構成してある。
【００２６】
尚、図１に示す例では、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃと、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａとの接続部には、クラッド材４のサポート装置１８は配設していない。これは、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍で金属粉末Ｐｍは最も軟化するが、加熱によって大きく軟化する金属粉末Ｐｍが圧着されたクラッド材４の場合は、金属粉末Ｐｍが軟化した状態において、クラッド材４のサポート装置１８への接触を避けることが必要となるためである。
【００２７】
しかし、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍で金属粉末Ｐｍがそれほど軟化せずに固着するようなクラッド材４では、該クラッド材４のサポート装置１８への接触はあまり気にしなくてよいため、サポート装置１８を配設しても良いことは言うまでもない。
【００２８】
そして、図１に示す例では、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの出口近傍では金属粉末Ｐｍが大きく軟化してクラッド材４のサポート装置１８への接触を避ける必要がある場合を想定し、クラッド材４を、その搬送方向最後の加熱ブロック５ｃの搬入側に配設したサポート装置１８と、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａの搬出側に配設したサポート装置１８とによって、加熱ブロック５ｃから冷却ブロック６ａにかけて宙吊り状態になるように支えながら搬送するようにしてある。
【００２９】
又、クラッド材４は、その品質を保つために粉末圧着装置１から冷却器６の後方に配置される巻取装置（図示せず）の区間で張力が所定の値になるように制御されながら搬送される。
【００３０】
しかし、クラッド材４が宙吊り状態となる長さが長くなると、クラッド材４の搬送方向と直角な方向のたるみが増えて、安定した張力制御が難しくなる。又、このたるみが増大すると、加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃやガス冷却ブロック６ａ，６ｂのクラッド材流通路９，１２の通路高さを高くする必要が生じて設備が大きくなる。
【００３１】
そこで、図１に示す例の場合、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃより前の加熱ブロック５ｂまでで、クラッド材４の温度を焼結温度近くまで上昇させ、最後の加熱ブロック５ｃでクラッド材４の焼結を完了させるようにすれば、最後の加熱ブロック５ｃの長さが長大化することを避けることができる。
【００３２】
又、図１に示す例の場合、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａにおいては、該ガス冷却ブロック６ａの搬出側でクラッド材４の金属粉末Ｐｍが軟化した状態となっているロウ材層がサポート装置１８に接触しても傷つかない程度まで冷却できるようにすれば良いため、最初のガス冷却ブロック６ａの長さが長大化することを避けることができる。
【００３３】
このように、加熱炉５と冷却器６とをそれぞれ、複数の加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃと複数のガス冷却ブロック６ａ，６ｂとに分けることで、クラッド材４の搬送方向最後の加熱ブロック５ｃと、クラッド材４の搬送方向最初のガス冷却ブロック６ａのそれぞれの長さの長大化を避けることができるし、その間でクラッド材４が宙吊り状態となる長さの長大化を避けることができて、クラッド材４の宙吊りによるたるみを抑制しつつ安定した搬送が可能となる。
【００３４】
一方、前記サポート装置１８は、図５及び図６に示す如く、前記耐熱金属製隔壁８（図２参照）、冷却ケーシング１１（図３参照）、及び冷却ケーシング１４（図４参照）に連結可能なサポートケーシング１９に、クラッド材４の搬送方向と直角な水平方向へ延びるサポート軸２０を軸受２１を介して回転自在に配設し、該サポート軸２０に、複数（図６の例では四個）のサポートローラ２２を、クラッド材４の両幅端部並びに幅方向中間部を支持可能となるよう等間隔に外嵌せしめると共に、前記サポート軸２０に、前記サポートローラ２２を前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置２３を接続し、前記軸受２１の部分に、サポート軸２０及びサポートローラ２２を冷却する冷却機構２４を設け、前記サポートケーシング１９内には、ガス供給ノズル２５から窒素等の不活性ガスを供給し得るようにしてある。
【００３５】
前記サポートローラ２２の駆動装置２３は、前記サポートケーシング１９の外部に取り付けたモータ２６により減速機２７を介して駆動される駆動プーリ２８と、前記サポート軸２０の端部に嵌着した従動プーリ２９との間に、無端状の駆動ベルト３０を掛け回して構成してある。
【００３６】
前記サポート装置１８の冷却機構２４は、前記サポートケーシング１９の外側に、サポート軸２０の外周を包囲するよう軸受２１と一体にウォータジャケット３１を設け、該ウォータジャケット３１の内部空間３２に冷却水を流通させることにより、前記サポート軸２０及びサポートローラ２２を冷却し得るよう構成してある。
【００３７】
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３３を設けてあり、該搬送ベルト３３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。尚、前記搬送ベルト３３は、図５及び図６に示す如く、その幅方向へ三分割してあり、サポートローラ２２間のサポート軸２０の部分を覆うように配設したアーチ状の受部材３４の上面に沿って移動できるようにしてある。
【００３８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００３９】
前記粉末圧着装置１（図１２参照）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３３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。
【００４０】
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３３の張力を緩めると、該搬送ベルト３３は、図１、図５及び図６に示す如く、サポート装置１８のアーチ状の受部材３４の上面に支持された状態となって、加熱炉５の加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃ内並びに冷却器６のガス冷却ブロック６ａ，６ｂ内でたるむ形となる。尚、前記搬送ベルト１８は、最初からたるませておき、このたるんだ搬送ベルト１８でクラッド材４を搬送してサポートローラ２２の上に載せるようにしても良い。
【００４１】
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。
【００４２】
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、図１、図５及び図６に示す如く、サポート装置１８のサポートローラ２２によりその両幅端部並びに幅方向中間部が支持され、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，６ｂ内部を宙吊り状態で搬送されるようになる。尚、前記サポート装置１８のサポートローラ２２は、駆動装置２３のモータ２６により、減速機２７と駆動プーリ２８と駆動ベルト３０と従動プーリ２９とサポート軸２０とを介して、前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動される。又、前記搬送ベルト３３は、仮にその駆動を停止した場合、前記加熱炉５内において一部分だけが加熱されて昇温するとまずいため、張力を緩めた状態のまま常時駆動される。
【００４３】
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。
【００４４】
ここで、図７及び図８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／ｍ2・Ｋ］とすると58.6［℃］（図８の実線を参照）となり、水冷熱伝達率を１０００［Ｗ／ｍ2・Ｋ］とすると33.7［℃］（図８の破線を参照）となる。
【００４５】
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８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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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９に示すようになる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
前述の図１〜図６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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
更に、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，６ｂ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。尚、前記クラッド材４は、前記加熱ブロック５ａ，５ｂ，５ｃの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ａ，６ｂの接続部と、前記ガス冷却ブロック６ｂ及び水冷却ブロック６ｃの接続部に配設された前記サポート装置１８のサポートローラ２２によって支持されるが、該サポートローラ２２は、駆動装置２３のモータ２６により、減速機２７と駆動プーリ２８と駆動ベルト３０と従動プーリ２９とサポート軸２０とを介して、前記粉末圧着装置１（図１２参照）によるクラッド材４の搬送速度と同期させて回転駆動されており、しかも、クラッド材４の重量を複数（図６の例では四個）のサポートローラ２２によって分散させて支持しているため、前記クラッド材４の搬送をより安定化させることが可能となると共に、たとえ加熱により金属粉末Ｐｍが軟化した状態となっていたとしてもロウ材層が傷付く心配はない。
【００５６】
又、前記サポート装置１８のサポート軸２０及びサポートローラ２２は、サポートケーシング１９の外側にサポート軸２０の外周を包囲するよう軸受２１と一体に設けられた冷却機構２４のウォータジャケット３１の内部空間３２に冷却水を流通させることによって冷却されるため、必要以上に昇温してしまうことが防止される。
【００５７】
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、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ことを防止しつつ、加熱炉５や冷却器６内でクラッド材４を安定して搬送し得、更に、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。
【００５８】
図１０及び図１１は前記サポート装置１８の変形例を示すものであって、該変形例としてのサポート装置１８は、図１０及び図１１に示す如く、前記耐熱金属製隔壁８（図２参照）、冷却ケーシング１１（図３参照）、及び冷却ケーシング１４（図４参照）に連結可能なサポートケーシング１９内に、クラッド材４の両幅端部を支持可能なサポートローラ２２を、ローラ位置調節機構３５の作動により互いに近接・離反可能となるよう配設し、幅寸法の異なるクラッド材４に対応できるようにしたものである。
【００５９】
前記サポートローラ２２は、截頭円錐形状のローラで、前記ローラ位置調節機構３５を構成するサポート軸２０のサポートケーシング１９内に挿入された先端部にその半径方向へ張り出すサポートアーム３６を介して回転自在に取り付けてある。
【００６０】
又、前記ローラ位置調節機構３５は、前記サポートケーシング１９の幅方向両側から、クラッド材４の搬送方向と直角な水平方向へ延びる前記サポート軸２０を軸受２１を介して回転自在且つ軸線方向へスライド自在に挿入し、前記サポートケーシング１９の外部下方へ張り出す固定ブラケット３７に、前記サポート軸２０と平行に延びるガイドシャフト３８を固定配置すると共に、前記サポート軸２０と平行に延び且つ両端部に互いに反対方向の雄ネジ部３９ａが刻設されたスクリューシャフト３９を回転自在に配置し、該スクリューシャフト３９の両端部に雄ネジ部３９ａと螺合するナット部材４０を嵌装し、前記ガイドシャフト３８の両端部にガイドブロック４１をスライド自在に嵌装し、前記サポート軸２０の基端部に該サポート軸２０を回転自在に支持するための支持ブロック４２を嵌装し、前記ナット部材４０とガイドブロック４１と支持ブロック４２とをベースブラケット４３によって連結し、前記サポート軸２０の基端に、前記サポートローラ２２のポジションをクラッド材４のサポートポジションと待機ポジションとの間で回動させて切り換えるための切換アーム４４を取り付け、該切換アーム４４を蝶ボルト４５により前記ベースブラケット４３に対してサポートポジションと待機ポジションのいずれかのポジションに固定可能とし、前記スクリューシャフト３９の一端にハンドル４６を取り付け、該ハンドル４６を所定方向へ回してスクリューシャフト３９を回転させることにより、前記ナット部材４０と一体のベースブラケット４３を移動させて前記サポートローラ２２を互いに近接させる方向へスライドさせる一方、前記ハンドル４６を反対方向へ回してスクリューシャフト３９を回転させることにより、前記ナット部材４０と一体のベースブラケット４３を移動させて前記サポートローラ２２を互いに離反させる方向へスライドさせ得るようにしてある。
【００６１】
尚、図１０及び図１１に示すサポート装置１８においても、前記サポートケーシング１９内には、ガス供給ノズル２５から窒素等の不活性ガスを供給し得るようにしてある。
【００６２】
図１０及び図１１に示すようにサポート装置１８を構成した場合、前記クラッド材４の両幅端部のみが截頭円錐形状のサポートローラ２２によって支持され、前記クラッド材４のサポートローラ２２に対する接触箇所が最小限に抑えられるため、特に図５及び図６に示すような駆動装置２３を設けクラッド材４の搬送速度と同期させてサポートローラ２２を回転駆動しなくても、ロウ材層が傷付く心配はなく、加熱炉５や冷却器６内でクラッド材４を安定して搬送し得る。
【００６３】
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】
【００６４】
【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サポート装置を示す側断面図である。
【図６】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置を示す正断面図であって、図５のＶＩ−ＶＩ矢視相当図である。
【図７】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８】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９】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１０】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置の変形例を示す側断面図である。
【図１１】本発明を実施する形態の一例におけるサポート装置の変形例を示す正断面図であって、図１０のＸＩ−ＸＩ矢視相当図である。
【図１２】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】
【００６５】
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（冷却ブロック）
６ｂ ガス冷却ブロック（冷却ブロック）
６ｃ 水冷却ブロック（冷却ブロック）
１８ サポート装置
１９ サポートケーシング
２０ サポート軸
２２ サポートローラ
２３ 駆動装置
２４ 冷却機構
２６ モータ
２７ 減速機
２８ 駆動プーリ
２９ 従動プーリ
３０ 駆動ベルト
３１ ウォータジャケット
３２ 内部空間
３３ 搬送ベルト
Ｇ ロールギャップ
Ｐｍ 金属粉末
Ｓ 母材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面に粉末圧着装置で金属粉末を圧着し、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、前記冷却器をクラッド材の搬送方向へ複数の冷却ブロックに分割し、前記加熱ブロックの接続部と、前記冷却ブロックの接続部とに、少なくともクラッド材の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置を配設し、該サポート装置間でクラッド材を宙吊り状態で搬送し得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】
前記加熱ブロックと冷却ブロックとの接続部に前記サポート装置を配設した請求項１記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項３】
前記サポート装置のサポートローラを前記粉末圧着装置によるクラッド材の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置を備えた請求項１又は２記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項４】
前記クラッド材の幅方向中間部を支持するサポートローラを配設した請求項３記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項５】
前記サポート装置を冷却する冷却機構を備えた請求項４記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項１】
母材の表面に粉末圧着装置で金属粉末を圧着し、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、前記冷却器をクラッド材の搬送方向へ複数の冷却ブロックに分割し、前記加熱ブロックの接続部と、前記冷却ブロックの接続部とに、少なくともクラッド材の両幅端部を支持可能なサポートローラを有するサポート装置を配設し、該サポート装置間でクラッド材を宙吊り状態で搬送し得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】
前記加熱ブロックと冷却ブロックとの接続部に前記サポート装置を配設した請求項１記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項３】
前記サポート装置のサポートローラを前記粉末圧着装置によるクラッド材の搬送速度と同期させて回転駆動する駆動装置を備えた請求項１又は２記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項４】
前記クラッド材の幅方向中間部を支持するサポートローラを配設した請求項３記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【請求項５】
前記サポート装置を冷却する冷却機構を備えた請求項４記載のクラッド材製造設備の加熱冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１５０６４７（Ｐ２００８−１５０６４７Ａ）
【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２００６−３３７４８５（Ｐ２００６−３３７４８５）
【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）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【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）】
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