(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、内部において長手方向に伸長させて形成された冷却流体用の流路が開口する前記通電電極の先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置において、
前記冷却装置が、前記通電電極の前記先端面に接合された、一つの冷却部材を有し、前記冷却部材の前記端面と接合される面に前記流路と連通する冷却通路が形成され、
前記通電電極と前記冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されている通電電極用の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通電電極の冷却装置において、前記通電電極及び冷却部材の接合面が鏡面にされている通電電極用の冷却装置。
【請求項３】
電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、内部において長手方向に伸長させて形成された冷却流体用の流路が開口する前記通電電極の先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置において、
前記冷却装置が、互いに接合された少なくとも二つの冷却部材を有し、前記冷却部材の接合面の少なくとも一つの接合面には冷却通路が形成され、前記冷却部材の一つには前記通電電極の流路と前記冷却通路とを連通するポートが形成され、
前記互いに接合される少なくとも二つの冷却部材並びに前記通電電極と前記通電電極に接合される冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された冷却部材同士及び前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されている通電電極用の冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の通電電極用の冷却装置において、前記冷却部材間の接合面及び前記通電電極と冷却部材との接合面が鏡面にされている通電電極用の冷却装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の通電電極用の冷却装置において、前記冷却部材がステンレス鋼又はインコネルで作られかつ前記通電電極がステンレス鋼でつくられ、前記熱処理が真空雰囲気下で９００℃ないし１２００℃の温度で６０分ないし１２０分間行われた通電電極用の冷却装置。
【請求項６】
電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、長手方向に伸長しかつ先端面において開口する冷却流体用の流路が形成された通電電極と、前記通電電極の前記先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置との組立体において、
前記通電電極が互いに取り外し可能に接続された複数の部分を備え、
前記冷却装置が、前記通電電極の先端部分の先端面に接合された、一つの冷却部材を有し、前記冷却部材の前記先端面と接合される面に前記流路と連通する冷却通路が形成され、
前記通電電極と前記冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されている通電電極と冷却装置との組立体。
【請求項７】
請求項６に記載の通電電極と冷却装置との組立体において、前記通電電極及び冷却部材の接合面が鏡面にされている通電電極と冷却装置との組立体。
【請求項８】
電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、長手方向に伸長しかつ先端面において開口する冷却流体用の流路が形成された通電電極と、前記通電電極の前記先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置との組立体において、
前記通電電極が互いに取り外し可能に接続された複数の部分を備え、
前記冷却装置が、互いに接合された少なくとも二つの冷却部材を有し、前記冷却部材の接合面の少なくとも一つの接合面には冷却通路が形成され、前記冷却部材の一つには前記通電電極の流路と前記冷却通路とを連通するポートが形成され、
前記互いに接合される少なくとも二つの冷却部材並びに前記通電電極の先端部分と前記先端部分に接合される冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された冷却部材同士及び前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されている通電電極と冷却装置との組立体。
【請求項９】
請求項８に記載の通電電極と冷却装置との組立体において、前記冷却部材間の接合面及び前記通電電極と冷却部材との接合面が鏡面にされている通電電極用の冷却装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の通電電極と冷却装置との組立体において、前記冷却部材がステンレス鋼又はインコネルでつくられかつ前記通電電極がステンレス鋼でつくられ、前記熱処理が真空雰囲気下で９００℃ないし１２００℃の温度で６０分ないし１２０分間行われた通電電極と冷却装置との組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電電極用の冷却装置及び通電電極と冷却装置との組立体に関し、更に詳細には、パルス通電加圧焼結及び／又は接合装置の通電電極の先端部に取り付けられて被処理部材から通電電極に伝達される熱を遮る冷却装置の改良及び通電電極と冷却装置との組立体に関する。ここで、「パルス通電加圧焼結及び／又は接合装置」とは、パルス通電加圧焼結装置としてもまたパルス通電接合装置としても使用される装置のみならず、パルス通電加圧焼結装置として単独で使用される装置、並びにパルス通電接合装置として単独で使用される装置も含む意味である。
【０００２】
近年通電焼結にも改良が加えられ、例えば放電プラズマ焼結、放電焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して焼結を行うパルス通電加圧焼結法によれば、本来接合が困難な異なる材質の材料、例えばステンレス鋼と銅、セラミックスと各種金属等の材料を焼結により一体的に接合させることが可能になってきた。また、このパルス通電加圧焼結法の原理を利用した接合方法及び接合装置も開発されつつある。
【０００３】
ところで、パルス通電加圧焼結装置により上記のようなパルス通電加圧焼結を行なうには、通常、グラファイトで出来た焼結型の穴内に焼結すべき粉体入れ、その粉体を間に挟んで挿入されセットされた一対のパンチすなわちプレスコアに一対の通電電極を接触させてそれらのプレスコアを所望の圧力で加圧すると共にそれらのプレスコアに通電電極を介して大きな焼結電流を流して焼結する。このとき、焼結すべき粉体の材質によもるが、粉体、焼結型及びプレスコアは高温、例えば粉体がタングステンカーバイド（ＷＣ）の場合には１８００〜２０００℃、に加熱されることになり、その熱はプレスコアを押圧している通電電極に伝達され、通電電極が熱せられてしまうことになる。かかる通電電極はプレスコアに高い圧力を加える必要性があることから、耐酸化性に優れかつ機械的強度の高い材料、例えばステンレス鋼でつくられ、中に冷却液を流す流路が形成され、また必要な場合には、プレスコア側の先端にその流路と通じる冷却通路が形成された冷却部材を配置し、焼結時又は接合時の熱がプレスコアを介して通電電極に直に伝達されるのを防いでいる。
【０００４】
従来のかかる通電電極用の冷却装置としては、例えば、（１）図１［Ａ］に示されるように、片面（同図において下面）に冷却流体用の冷却通路を画成する溝ｂが形成されかつその溝と連通する一対のポートｃが貫通形成された一方の部材ａを、他方の部材ｄに形成された、その部材ｄを受ける凹部ｅ内に勘合し、両部材を互いに重ね合わせた状態でその合わせ面の周辺部ｆ、ｇで溶接によりそれらを互いに接合して一体化して冷却装置とし、その冷却装置を止めねじのような固定手段で通電電極の先端に固定し、その冷却装置に、必要な場合には、更にステンレス鋼製及び／又はグラファイト製の通電プレートｈを取り付けたもの、或いは、（２）図１［Ｂ］に示されるように、片面に冷却通路を画成する溝ｊが形成された一方の部材ｉと、その溝ｊを通電電極に形成された流路と連通するポートｍが形成された他方の部材ｋとを互いに重ね合わせ、その合わせ面の周辺部ｎで溶接によりそれらを接合して一体化して冷却装置とし、その冷却装置を止めねじのような固定手段で通電電極の先端に固定し、その冷却装置に、必要な場合には、更に、図１［Ａ］と同様に、ステンレス鋼製及び／又はグラファイト製の通電プレートを取り付けもの等がある。更に、（３）図２に示されるように、円板状の部材ｐに外周から複数の直線状の盲穴ｑを形成してその複数の盲穴を部材の内部で接続するようにして外側端を栓で塞いで冷却通路を形成し、部材には更にその冷却通路と通電電極の流路とを連通する一対のポートｒを形成して冷却装置とし、その冷却装置を通電電極の先端に取り付けた構造のものがある。そして、冷却盤と通電電極との取り付け面からの冷却流体の漏れを防止するために、通電電極の先端面で流路の回りに形成された環状溝又は冷却盤の通電電極側の面でポートの回りに形成された環状溝内にＯリングシールを配置していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構造の冷却装置の設置により焼結型或いは被接合部材から通電電極に伝えられる熱は和らげられるが、焼結型及びプレスコアは、焼結すべき材料によっても異なるが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）などの炭化物系セラミックスなどの焼結温度が高い場合には、２，０００℃を超える温度にもなる。しかも、パルス通電加圧焼結機が単に実験用の装置として長い時間を隔てて使用されている場合はよいが、実用生産装置として連続的に使用されると、冷却盤には周期的に高い温度が繰り返し頻繁に伝達されることになるため、加熱、冷却が周期的に繰り返されることになる。このため、前記（１）及び（２）に記載の冷却装置では溶接部で歪み割れを発生し、冷却流体が漏れる問題が発生する。また、前記（３）に記載の冷却装置では栓の部分でのリール破壊の問題或いは冷却通路の成形工程が繁雑になる問題がある。更に、冷却装置によりプレスコア側から通電電極に伝達される熱はある程度低くされるが、焼結温度が高温で、かつ短時間に焼結が繰り返し行われると、冷却装置も蓄熱し、通電電極も高温に熱せられることになる。このため、通電電極と冷却装置との接合面に設けられるＯリングシールが熱より損傷を受け、或いは熱による弾性変形（塑性変形）によって生じた隙間に挟まれて切断する。また、オン‐オフパルス通電によって誘起された不測の火花放電によりＯリングシールが焼け切れるなどの不具合も希にあり、接合面から冷却流体が漏れる問題が発生する。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、短時間の繰り返しの加熱、冷却に対しても、歪み割れの発生を防止できる通電電極用の冷却装置並びに通電電極と冷却装置との組立体を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、通電電極と冷却装置との間の近接位置にあるＯリングシールを省略可能にしてその破損による冷却流体の流出を防止できる通電電極用の冷却装置並びに通電電極と冷却装置との組立体を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、パルス通電加圧焼結の原理を利用した接合方法を利用して、繰り返し熱応力に強い接合構造を有する通電電極用の冷却装置並びに通電電極と冷却装置との組立体を構成し、生産用パルス通電加圧焼結機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の一つの発明は、電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、内部において長手方向に伸長させて形成された冷却流体用の流路が開口する前記通電電極の先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置において、
前記冷却装置が、前記通電電極の前記先端面に接合された、一つの冷却部材を有し、前記冷却部材の前記端面と接合される面に前記流路と連通する冷却通路が形成され、
前記通電電極と前記冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されるように構成されている。この場合、熱処理は短時間で行われ、接合は固相拡散接合であってもよい。
上記通電電極の冷却装置において、前記通電電極及び冷却部材の接合面が鏡面にされていてもよい。
本願の他の発明は、電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、内部において長手方向に伸長させて形成された冷却流体用の流路が開口する前記通電電極の先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置において、
前記冷却装置が、互いに接合された少なくとも二つの冷却部材を有し、前記冷却部材の接合面の少なくとも一つの接合面には冷却通路が形成され、前記冷却部材の一つには前記通電電極の流路と前記冷却通路とを連通するポートが形成され、
前記互いに接合される少なくとも二つの冷却部材並びに前記通電電極と前記通電電極に接合される冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された冷却部材同士及び前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されるように構成されている。この場合、熱処理は短時間で行われ、接合は固相拡散接合であってもよい。
上記通電電極用の冷却装置において、前記冷却部材間の接合面及び前記通電電極と冷却部材との接合面が鏡面にされていてもよい。
また、上記両発明において、前記冷却部材がステンレス鋼又はインコネルでつくられかつ前記通電電極がステンレス鋼でつくられ、前記熱処理が真空雰囲気下で９００℃ないし１２００℃の温度で３０分ないし１２０分間行われて作られていてもよい。
【０００８】
本願の別の発明は、電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、長手方向に伸長しかつ先端面において開口する冷却流体用の流路が形成された通電電極と、前記通電電極の前記先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置との組立体において、
前記通電電極が互いに取り外し可能に接続された複数の部分を備え、
前記冷却装置が、前記通電電極の先端部分の先端面に接合された、一つの冷却部材を有し、前記冷却部材の前記先端面と接合される面に前記流路と連通する冷却通路が形成され、
前記通電電極と前記冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されるように構成されている。この場合、熱処理は短時間で行われ、かつ接合は固相拡散接合であってもよい。
上記通電電極と冷却装置との組立体において、前記通電電極及び冷却部材の接合面が鏡面にされていてもよい。
本願の更に別の発明は、電源からのパルス電流を被処理材に通すパルス通電加圧焼結及び／又は接合装置用の通電電極であって、長手方向に伸長しかつ先端面において開口する冷却流体用の流路が形成された通電電極と、前記通電電極の前記先端面に取り付けられ、前記被処理材から前記通電電極への熱の伝達を遮る冷却装置との組立体において、
前記通電電極が互いに取り外し可能に接続された複数の部分を備え、
前記冷却装置が、互いに接合された少なくとも二つの冷却部材を有し、前記冷却部材の接合面の少なくとも一つの接合面には冷却通路が形成され、前記冷却部材の一つには前記通電電極の流路と前記冷却通路とを連通するポートが形成され、
前記互いに接合される少なくとも二つの冷却部材並びに前記通電電極の先端部分と前記先端部分に接合される冷却部材とは、接合面において互いに当接された状態で所定の圧力の加圧下で所定の電圧、電流の直流パルス電流が通されて仮接合され、
前記仮接合された冷却部材同士及び前記通電電極と前記冷却部材とは熱処理炉により所定の条件下で熱処理されて本接合されるように構成されている。この場合、熱処理は短時間で行われ、かつ接合は固相拡散接合であってもよい。
上記通電電極と冷却装置との組立体において、前記冷却部材間の接合面及び前記通電電極と冷却部材との接合面が鏡面にされていてもよい。
上記両発明の通電電極と冷却装置との組立体において、前記冷却部材がステンレス鋼又はインコネルでつくられかつ前記通電電極がステンレス鋼でつくられ、前記熱処理が真空雰囲気下で９００℃ないし１２００℃の温度で６０分ないし１２０分間行われてつくられていてもよい。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、まず、図３及び図４を参照して、本発明による冷却装置が取り付けられる通電電極を備えたパルス通電加圧焼結装置の基本的構造について説明する。パルス通電加圧焼結装置１は、台２１及びその台の上方に複数（例えば４本であるが２本のみ図示）の支柱２２を介して固定された上支持板２３を有する本体フレーム２と、支柱２２に上下移動可能に支持された可動フレーム３と、可動フレーム３に取り付けられた下通電電極４と、上支持板２３に取り付けられている上通電電極４′と、上、下通電電極の先端近傍でチャンバを画成するハウジング組立体５と、可動フレーム３上下動させる駆動装置６とを備えている。可動フレーム３は、軸受け３１を介して支柱２２に滑動可能に案内支持された円板状（この実施形態で）の可動体３２を有している。ハウジング組立体５は、可動体３２に取り付けられた底板５２、底板５２に溶接等により接続された、環状（この実施例では円環状）の側壁を構成する環状体５３及び環状体の上端に固定されたリング部材５４とを有する下ハウジング部分５１と、軸受けを介して支柱２２に滑動可能に案内支持されたリング状の可動体５５と、可動体５５に取り付けられた上ハウジング部分５６とを備えている。上ハウジング部分５６は、可動体５５に固定されたリング部材５７、上壁を構成する天板５８、下端及び上端においてそれぞれリング部材５７及び天板５６に固定された、環状（この実施例では円環状）の側壁を構成する環状体５９を有している。上、下ハウジング部分５１及び５６は互いに協同して焼結チャンバＣを画成するようになっている。上、下ハウジングは、環状体５３、５９をそれぞれ二重に設けることによって二重壁構造（ウオータージャケット状）にされ、中に冷却水を通す構造になっている。この焼結チャンバは図示しない装置により、例えば真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気等の焼結雰囲気に制御されるようになっている。なお、リング部材５４の上面及びリング部材５７の下面の少なくとも一方にはシールリングが設けられ、それらの面間の気密性を確保するようになっている。また、図示しないが上ハウジングの環状体５９には外部から焼結チャンバ内を見れるように覗き窓を設けてもよい。
なお、上ハウジング部分が取り付けられている可動体は、図示しない流体シリンダ等のアクチュエータにより上下動され、それによって上ハウジング部分が下ハウジング部分に接近したり、そこから離れたりするようになっている。
【００１０】
下通電電極４は、図４に詳細に示されるように、電極本体４１が、可動フレーム３２及び底板５２の中央部に形成された上下方向の貫通穴内に、絶縁ブッシュ４６及び絶縁板４７を介して可動フレーム３２及び底板５２に電気的に絶縁させた状態で通され、そのフランジ部４２が固定ボルト４８で可動フレーム３２に取り付けることによって、可動フレーム３２に固定されている。電極本体及びフランジ部は、この実施形態では、ステンレス鋼等の耐圧性に優れた材料で一体的に形成されている。この電極本体の内部には、少なくとも１対の長手方向に伸長し一端が先端面（図３で上端面）で開口する、水等の冷却流体用の流路４４が形成されている。下通電電極の電極本体４１の先端（図３で上端）には本発明の冷却装置７が取り付けられている。電極本体の内部に形成された流路４４は、例えばフランジ部の外周に開口させた他端を介して図示しない外部の冷却流体供給源に接続されるようになっている。また、下通電電極は導電体４９を介して図示しない電源装置に接続されるようになっている。なお、図３及び図４に示される実施形態では流路は１対で示されているが２対又はそれ以上でもよい。
【００１１】
上通電電極４は、円柱状の電極本体４１′が上支持板３３の中央部に形成された上下方向の貫通穴内に絶縁ブッシュ４６′及び４７′を介して上支持板３３と電気的に絶縁させた状態で通され、フランジ部４２′が固定ボルト等（図示せず）により上支持板３３固定されることによって、上支持板に固定されている。電極本体及びフランジ部は、この実施形態では、ステンレス鋼等の耐圧性に優れた材料で一体的に形成されている。上通電電極の電極本体は、上ハウジング部分５６の天板５８を上下に貫通する穴を通して伸び、下端が焼結チャンバ内に配置されるようになっている。電極本体４１′の先端（図１で下端）には本発明の冷却装置７が取り付けられている。天板５８には絶縁ブッシュ及びシール部材等が取り付けられ、電極本体４１′と天板５８との間の絶縁及び気密性を確保している。上通電電極４′の電極本体内には、長手方向に伸長し先端面（図３で下端面）で開口する、水等の冷却流体用の流路が形成されている。上通電電極の電極本体４１′の先端（図３で下端）には本発明の冷却装置７′が取り付けられている。電極本体の内部に形成された流路は図示しない外部の冷却流体供給源に接続されるようになっている。上通電電極に形成される流路は下通電電極に形成された流路と同じ構成でよい。また、上通電電極は導電体４９′を介して図示しない電源装置に接続されるようになっている。
【００１２】
駆動装置６は、この実施形態では流体圧シリンダ６１で構成され、そのピストンロッド６２の先端（図で上端）には下通電電極に固定するための接続ブロック６３が固定されている。接続ブロック６３とピストンロッド１６２との接続方法は、ピストンロッド先端に形成された雄ねじを接続ブロックに形成された雌ねじに螺合することにより行われる。接続ブロック６３と下通電電極４のと間には、導電体４９と、絶縁板６４とが導電体を下通電電極に接触させた状態で、配置されている。接続ブロック６３は、図４に示されるように、その接続ブロック６３を固定ボルト６６で下通電電極４１のフランジ部４２に取り付けることによって、下通電電極に固定されている。なお、図３において、ｐは焼結型、ｑは下プレスコア、ｒは上プレスコア、ｓは焼結される粉末材料である。
上記のパルス通電加圧焼結装置は本発明の冷却装置付き通電電極が取り付けられ得る装置の一例に過ぎない。したがって、冷却装置或いは通電電極と冷却装置の組立体は他のいかなる形式のパルス通電加圧焼結装置或いはパルス通電接合装置にも取り付けられ得る。
【００１３】
次に通電電極及びそれに組み付けられる冷却装置に付いて説明するが、上、下通電電極及び冷却装置は同じ構造で良いので、下通電電極に関連して説明する。
図５において、冷却装置の第１の実施形態が示されている。この実施形態における冷却装置７は、１個の冷却部材７１のみで構成されている。冷却部材は、例えば、電極本体と同じステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）でつくられた厚肉円板状体又は柱状体で良く、電極本体４１の先端（図で下端）面４３に当接する面７３には環状溝７５が形成されている。この環状溝は冷却通路を画成し、電極本体４１に軸方向に伸長させて形成されかつ先端面４３で開口する一対の流路４４と連通可能になっている。電極本体４１と冷却部材７１とは、先端面４３と面７３とを当接させた状態で、パルス通電加圧焼結法の原理を利用した接合方法で一体的に接合されている。
【００１４】
次に、電極本体と冷却部材とを接合する方法について説明する。
まづ、冷却部材７１の表面７３に冷却通路を画成する図５に示されるような環状溝７５を形成した後、表面を電極本体４１の先端面４３に全面に亘ってぴったりと当接するように表面加工する。この場合、冷却部材７１の表面７３及び電極本体７１の先端面７３を平坦面にするのがよいが、両者が同じ曲面であるなら、平坦面に限らず曲面でもよい。また、両者の表面は粗面でもよいが（表面粗さがＪＩＳ規格で▽印程度）でもよいが、Ｒａ０．３μｍ以下の鏡面にするのが両者の接合強度を高く、かつ接合による変形を小さくでき、しかも接合面からの冷却流体の漏れも防止できる点などパルス通電接合２段処理法により固相拡散接合が良好に実施できるので好ましい。
【００１５】
次に、通電電極４の先端面４３の上に接合部材７１を重ね、図７に示されるように、通電接合装置１００の一対の通電電極間に配置する。通電接合装置１００は、通電接合部１１０と、熱処理部１２０とを備えている。通電接合部１１０は、図３に示される構造と同じものでよいが、図６では接合動作の基本的動作の説明に必要な構成要素を示して説明する。互いに重ね合わされ通電電極４と冷却部材７１を通電接合部１１０の下通電電極１１１と上通電電極１１２との間に挟んだ状態で、加圧装置１１３を動作させて上通電電極１１２を下通電電極１１１側に押圧して通電電極４と接合部材７１を所望の圧力で押圧する。この押圧力は、互いに接合すべき通電電極４及び接合部材７１がステンレス鋼の場合は３０ＭＰａ（メガパスカル）ないし５０ＭＰａ（メガパスカル）の範囲でよい。このように押圧した状態で、下通電電極及び上通電電極に電源装置１１５から所定の電圧、電流の直流パルス電流を流す。すると通電電極４と冷却部材７１とは当接面で互いに接合される。これは、直流パルス電流を流すと、接触抵抗の高い当接界面部分がジュール加熱により高温に熱せられ、また、材料自体の抵抗値により全体がジュール加熱される。更にオン−オフパルス電流の流れの方向に沿って電場が生じ、電界拡散が生じる。この電界拡散効果と前述の熱拡散の機械的圧力が固相拡散接合に寄与し金属結晶構造の配向性をもたらすと考えられる。また、このパルス通電接合（焼結）方法は従来の連続直流通電接合（焼結）法に比べ単位時間当たりの拡散速度、緻密化速度が速いことがいままでの接合（焼結）実験結果で分かっている。原理的に短時間パルス通電での拡散量は、表面層のみで少ない。その結果この状態での隣接するブロック間の接合は接合強度の点で見た場合まだ完全なものではないが、接合界面の金属格子の配列状態はより拡散し易い方向に揃うものと考えられる。そこでこの接合状態を仮接合と呼ぶ。仮接合された通電電極及び冷却部材は、次に熱処理部１２０の熱処理炉内で熱処理が行なわれる。これを２段処理と呼ぶ。熱処理温度及び時間は通電電極及び冷却部材の材質及び大きさによって異なる。この２段熱処理を行うことにより大量の拡散に寄与するエネルギーが投入され仮接合されていてかつ接合界面の金属結晶配向性の揃った前処理状態があるため接合面間の固相拡散接合が急激に促進され拡散量（深さ）が増大した完全なものになって完全一体化された接合体になり、その接合強度は通電電極及び冷却部材を構成しているステンレス鋼の材質の強度に匹敵する値になる。しかも、従来のように通電電極と冷却装置との接合面にＯリングシールを必要としなくなったので、本発明による冷却装置を有する焼結装置を高い頻度で繰り返し使用した場合においても、Ｏリングシールの焼損による冷却流体の漏れを防止できる。なお、熱処理部１２０は公知の構造の真空熱処理炉でよい。上記パルス通電接合による加圧力、パルス電流の電圧及び電流並びに熱処理温度及び時間等は通電電極及び冷却部材の材質及びサイズによって異なる。この熱処理時間は、従来の固相拡散接合に要する時間の約１／８ないし１／５程度ですみ省エネルギー効果、製造コスト面で極めて優位性が高い。また、冷却部材の６１の他の面（非接合面）には、必要に応じ図１に示すグラファイト製の通電プレートと止めネジ等で取り外し可能に取り付けてもよいことはもちろんである。
【００１６】
実施例１
図８に示されるように通電電極４及び冷却部材７１の材質を同じステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とし、直径Ｄを１００ｍｍとし、通電電極の長さＬを２２０ｍｍ及び冷却部材７１の厚さＷを３５ｍｍとした場合、電圧３〜１２Ｖ、電流２０００ないし５０００Ａの直流パルス電流を１０ないし３０分間流して仮接合した。その後仮接合された通電電極及び冷却部材を不活性雰囲気の下で温度１０００ないし１２００℃で６０分ないし１２０分間相互拡散熱処理を行って両者の接合を完了した。これにより通電電極４及び冷却部材の当接面で全面に亘り完全に接合させることができ、この冷却装置付きの通電電極を取り付けたパルス通電加圧焼結装置を下記の条件での繰りの返し使用によっても接合面での亀裂が発生せずまた冷却流体の漏れも発生しなかった。
使用例１
使用周期  １５分
焼結温度  １２００℃
焼結圧力  ３０ＭＰａ
使用回数  ５０回
使用例２
使用周期  ３０分
焼結温度  ２０００℃
焼結圧力  ５０ＭＰａ
使用回数  ５０回
【００１７】
図５及び図６に示された実施形態では通電電極の先端面に単一の冷却部材を接合した例を示したが、図９に示されるように、上記接合方法で互いに接合した一対の冷却部材７１ａ及び７２ａで一つの冷却装置７ａを構成し、その冷却装置を通電電極の先端に前記実施形態と同様にして接合してもよい。図９において、一方の冷却部材７１ａの一方の面７３ａに冷却通路を画成する溝７５ａを形成し、他方の冷却部材７２ａの面（面７３ａに面する面）７４ａには、溝７５ａと連通可能な一対のポート７６ａを形成し、冷却部材７１ａの面７３ａと冷却部材７２ａの面７４ａとを前記実施形態と同様の方法で接合し、冷却装置７ａを形成する。また、冷却装置７ａの冷却部材７２ａを、一対のポート７５ａを通電電極の一対の流路４４と整合させた状態で、通電電極４の先端面４３に前記実施形態と同様に接合する。この場合、一対の冷却部材と通電電極を重ね、それらを一度に接合してもよい。なお、冷却部材を３個以上にして各冷却部材の接合面に冷却通路を形成したそれらを直列又は並列に接続し、通電電極に形成されている流路と連通可能にしても良い。このようにすることにより冷却効果を更に向上できる。
なお、上記二つの実施形態において、溝は環状の形状で示したが、必ずしも環状である必要はなく、図１０に７ｂで示される冷却部材に形成された溝７５ｂのように波形の形状或いはその他の形状でよい。図１０に示される形状の場合、溝の７５ｂ端部が通電電極の一対の通路と連通するようにする必要がある。
【００１８】
図１１及び図１２において、本発明による通電電極と冷却装置との組立体が示されている。この組立体は、図３に示されるパルス通電加圧焼結装置の上通電電極に適用するのに適している。図３に示される焼結装置では上通電電極４′が下通電電極４に比較して非常に長くなっており、上通電電極とそれに接合されるべき冷却部材とをパルス通電加圧焼結装置の一対の通電電極間にセットすることが非常に困難になる。そこで、下通電電極４に冷却部材を接合する場合と同じになるように、通電電極を長手方向に二つの部分に分け、先端部分の先端面に冷却部材を接合するものである。
すなわち、同図において、通電電極４ｃ′は、上支持板２３に固定される基端部分４ｃ１′と、先端部分４ｃ２′とに分割されている。なお、図３の実施形態と同じ構成部材に付いては同じ参照番号を付して説明は省略する。基端部分４ｃ１′の電極本体４１ｃ１′は図３の通電電極４と同じ方法により上支持板２３に固定されていて、先端（図１１で下端）にはフランジ部が形成されている。先端部分４ｃ２′の電極本体４１ｃ２′の一端（図１１及び図１２において上端）にはフランジ部４２ｃ２′が形成され、そのフランジ部は複数の止めねじ４８ｃ２′（図１２では１個のみ図示）によって基端部分４ｃ１′のフランジ部に取り外し可能に取り付けられている。先端部分４ｃ２′の先端面４３ｃ２′には前記実施形態と同様な構造を有する１個の冷却部材７１ｃで構成される冷却装置７ｃが前述の接合方法と同じ方法で取り付けられている。基端部分４ｃ１′と先端部分４ｃ２′との取り付け面には流路を囲むＯリングシールが設けられ、取り付け面を通して冷却流体が外部に漏れるのを防止している。
【００１９】
この通電電極と冷却装置との組立体によれば、通電電極自体が軸方向に長くなって、その先端への冷却装置のパルス通電加圧接合法による取り付けが困難な場合でも、容易に接合可能になる。しかも、Ｏリングシールの取り付け位置は冷却装置から離れておりかつ通電電極の先端部分自身が冷却されているため、Ｏリングシールの位置まで伝達される熱が低くなり、Ｏリングシールの熱による破損や、Ｏリング取付け部の弾性、塑性変形による損傷などを防止できる。
なお、分割された通電電極の先端部分に接合される冷却装置は図１１及び図１２に示されるものに限られず、図９図に示される構造のものでもよいことはもちろんである。また、冷却部材の先端面（非接合面）にステンレス鋼製及び／又はグラファイト製の通電プレートを取り付けても良いことはもちろんである。なお、上記実施形態では冷却部材をステンレス鋼でつくった場合について説明したが、該部材をインコネルでつくっても良い。
【００２０】
【効果】
本発明によれば、
（イ）パルス通電加圧焼結装置或いはパルス通電接合装置の短時間の繰り返し使用により通電電極が繰り返し加熱、冷却されても溶接部分がないため熱応力による冷却装置の歪み割れによる水漏れの発生を防止でき、安全に長期間操業できる、
（ロ）固相拡散接合により通電電極とそれに取り付けられる冷却装置との間の近接位置のＯリングシールを省略できるので、Ｏリングシールの破損による漏れを防止できる、
（ハ）高温焼結時に先端の冷却装置部に熱による軟化に伴う弾性変形（或いは塑性変形）で隙間ができ、Ｏリングシール不良を生じる水漏れ問題は、Ｏリングシールが省略されているため発生しない、また、冷却を効率よく行えるため、弾性／塑性変形防止され、生産用の焼結機として安定した性能を発揮できる、
（ニ）従来の固相拡散接合に比べて熱処理時間が約１／８ないし１／５と短く、製造コストが安価でかつ信頼性の高い冷却装置を構成することができる、
等の効果を奏することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の通電電極用の冷却装置の例を示す断面図である。
【図２】従来の通電電極用の冷却装置の他の例を示す平面図である。
【図３】本発明の冷却装置を有する通電装置を備えたパルス通電加圧焼結機の一例の側面図である。
【図４】下通電電極と駆動装置との連結状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明による冷却装置の一実施形態が接合された通電電極の一部の断面図である。
【図６】図５に示される冷却装置の冷却部材の平面図であって、溝の形状を示す図である。
【図７】本発明の冷却装置と通電電極との接合を説明する概略図である。
【図８】通電電極と冷却装置の寸法関係を示す側面図である。
【図９】本発明による冷却装置の他の実施形態が接合された通電電極の一部の断面図である。
【図１０】冷却部材に形成される溝の変形例を示す図である。
【図１１】本発明による通電電極と冷却装置の組立体を示す断面図である。
【図１２】図１１の一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１、１ｃ  パルス通電加圧焼結装置
４、４′、４ｃ′  通電電極
４４、４４ｃ２′  流路
７、７′、７ａ、７ｂ、７ｃ′  冷却装置
７１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ′  冷却部材        ７２ａ  冷却部材
７５、７５ａ、７５ｃ′  溝
【図１】
0003618715.tif 000002
【図２】
0003618715.tif 000003
【図３】
0003618715.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003618715.tif 000006
【図６】
0003618715.tif 000007
【図７】
0003618715.tif 000008
【図８】
0003618715.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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