(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末焼結材料からなる被加工物に電流を供給することによる通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持した状態で当該被加工物に通電する対向電極と、上記型の周囲に配設される補助加熱手段とを備え、上記補助加熱手段は、上記型を包囲するように形成された断熱部材と、この断熱部材に設けられた通電発熱体とを備えて構成され、上記断熱部材は、周面に着脱自在に装着される蓋体を備えた筒状容器の内周面に内張り可能に複数に分割し得るものであることを特徴とする通電熱加工装置。
【請求項２】
上記対向電極を互いに接近する方向に押圧することにより型内の被加工物を加圧する加圧手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の通電熱加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末焼結材料からなる被加工物に対し電流を供給して通電加熱による焼結処理を行う装置に関するものであって、特に商業的規模の実操業に適した通電熱加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許第３１３２５６０号公報に記載されているような熱加工装置が知られている。この熱加工装置は、粉末焼結材料からなる被加工物を装填する筒状の型と、この型に摺接状態で下部から内嵌される下型としての下部電極と、同上部から内嵌される上型としての上部電極と、これら両電極に電流を供給する電源装置と、両電極を介して型内の被加工物を加圧する加圧装置と、上記電流を制御する制御手段とを備えた基本構成を有している。
【０００３】
かかる装置の型内に被加工物を装填した後、型内の被加工物を上下の電極を介して加圧装置により所定の圧力で加圧しつつ、電源装置からの電流を上下の電極を介して被加工物に供給することにより、被加工物は通電発熱で高温になり、焼結処理が施される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の熱加工装置は、各種のデータ採取を目的として被加工物に電流を印加して実験的に焼結処理を施すのに好適なものであり、実験用であれば型の容量は数ｍｌ程度のものでよい。しかしこのような小型の装置を用いて商業的規模での実操業を行うことはできない。
【０００５】
そこで、実験装置をスケールアップして実操業用に大きくすることが考えられるが、型が大きくなるとその分放熱面積が大きくなり、これによって型に装填されて電流が印加された被加工物は、型の中心位置から径方向の外方に向かうに従って温度が漸減するという温度傾斜をもった状態になる。
【０００６】
そして、熱加工時に被加工物の温度分布が均一にならない状態では、均一な焼結処理を施し得なくなり、良質の焼結製品を製造することができなくなるという問題点が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、焼結処理時の被処理物内の温度分布の不均一を解消し、これによって均質な焼結製品を実規模で得ることができる通電熱加工装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、粉末焼結材料からなる被加工物に電流を供給することによる通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持した状態で当該被加工物に通電する対向電極と、上記型の周囲に配設される補助加熱手段とを備え、上記補助加熱手段は、上記型を包囲するように形成された断熱部材と、この断熱部材に設けられた通電発熱体とを備えて構成され、上記断熱部材は、周面に着脱自在に装着される蓋体を備えた筒状容器の内周面に内張り可能に複数に分割し得るものであることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、型に装填された粉末焼結材料からなる被加工物は、対向電極からの電流の供給により発熱して焼結されて焼結製品になる。この焼結処理において、被加工物は、自身の通電発熱に加えて、型の周囲に設けられた補助加熱手段からも熱を受けるため、型の周面からの放熱が確実に抑えられ、さらに内部加熱と外部加熱との併用でより均一にかつ効率的に高温が維持される。
【００１０】
また、通電熱加工装置は、対向電極から供給される電流による通電発熱で型内の被加工物を内部加熱する系統と、型の周囲に配された補助加熱手段により型内の被加工物を外部加熱する系統との二系統によって被加工物を加熱処理するようになされているため、各系統の加熱処理を、例えば最初は補助加熱手段のみにより行って被加工物が所定の温度に到達した後に対向電極からの電流を被加工物に印加するなど、時間的に各種の組み合わせで行うことが可能になり、操業形態の自由度が向上する。
【００１１】
従って、通電熱加工装置が商業規模の大型のものであっても、得られる焼結製品を従来に比較して均質な高品質のものにすることが可能であり、商品価値の高い焼結製品を得ることができる。
【００１２】
また、補助加熱手段として通電発熱体を使用することにより、補助加熱手段の構造を簡単なものにした上で供給電力量の調節により所望の高温を得ることができ、温度制御が容易になる。また、通電発熱体は、断熱部材に設けられているため、断熱作用でより効率的に型内の被加工物が外部加熱される。
【００１３】
さらに、筒状容器は、断熱部材が内張りされることによって構造的に頑丈な炉体になる。加えて、断熱部材は、蓋体を備えた筒状容器の内周面に内張り可能に複数に分割されているため、蓋体の裏側および筒状容器の内面への断熱部材の張付け施工が容易に行われる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記対向電極を互いに接近する方向に押圧することにより型内の被加工物を加圧する加圧手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、型内の被加工物は、加圧手段による押圧によってその容量が固定された状態になっているため、電流が印加されることによるアーク放電の衝撃で焼結材料の各粒子が互いに離間しようとする運動が確実に阻止され、これによって各粒子が詰り合った状態での良質の焼結製品が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係る通電熱加工装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図であり、図１は、加工炉本体から蓋体が取り外された状態、図２は、蓋体が加工炉本体に装着された状態をそれぞれ示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１７】
これらの図に示すように、熱加工装置１０は、焼結材料（被加工物）Ｍ（図３）に対してパルス電流を印加することによる通電加熱で当該焼結材料Ｍに焼結処理を施すものであり、縦長の直方体状の枠体２０と、この枠体２０内に設けられる薄板製の筒状の安全カバー３０と、この安全カバー３０に内装される熱加工炉４０と、この熱加工炉４０の上下から当該熱加工炉４０内に摺接状態で嵌挿される対向電極５０と、この対向電極５０の上方側の電極（上部電極５１）を押圧するシリンダ装置７０と、上記対向電極５０の各先端側（後述する均熱板５１ａ，５２ａおよびパンチ板５１ｂ，５２ｂ）が摺接状態で内嵌される型６０と、上記熱加工炉４０内で対向電極５０および型６０を包囲するように設けられた補助加熱部材８０とを備えた基本構成を有している。
【００１８】
上記対向電極５０および補助加熱部材８０へは電源装置９０からの電力が供給されるようになっている。電源装置９０は、商用電源からの交流電流を変調することにより得られる所定のパルス電流を対向電極５０に供給するパルス電流供給部９１と、補助加熱部材８０に三相で２２０Ｖの商用電力をそのまま供給する補助加熱用電力供給部９２とからなっている。
【００１９】
また、枠体２０の近傍には、熱加工炉４０内の空気を吸引除去して当該熱加工炉４０内を真空環境にする真空ポンプ１００が設けられ、この真空ポンプ１００の駆動により型６０内が真空にされた状態で焼結材料Ｍ（図３）に対して熱加工が施されるようになっている。
【００２０】
また、枠体２０の近傍には、シリンダ装置７０に油圧を供給して上部電極５１を昇降させる油圧ユニット１１０が設けられている。この油圧ユニット１１０の駆動による仕切板２４を介した上部電極５１の押圧によって型６０内に装填されている焼結材料Ｍが所定の圧力で圧縮されるようになっている。
【００２１】
上記枠体２０は、平面視で正方形状を呈する基礎板２１と、この基礎板２１の四隅部に立設された４本の円柱状のガイド支柱２２と、このガイド支柱２２の頂部にボルト止めで固定された平面視で正方形状の天板２３と、四隅部が上記各ガイド支柱２２に摺接状態で貫通された平面視で正方形状の仕切板２４とを備えて構成されている。
【００２２】
さらに、対向電極５０（上部電極５１および下部電極５２）の内部には冷却水路５５が設けられ、この冷却水路５５に上水あるいは工業用水等の冷却水源１２０からの冷却水が供給されて対向電極５０を冷却するようにしている。こうすることにより対向電極５０の過加熱を防止している。
【００２３】
また、冷却水源１２０から上部電極５１に向かう冷却水配管には上部電極用制御弁１２１が設けられているとともに、冷却水源１２０から下部電極５２に向かう冷却水配管には下部電極用制御弁１２２が設けられ、これら制御弁１２１，１２２の開閉操作で冷却水流量を調節することにより上部電極５１の上部位置および下部電極５２の下部位置の温度を制御するようになされている。
【００２４】
なお、上部電極５１および下部電極５２にはそれぞれ冷却水の受入口と排出口とが設けられているが、これらを図示すると図面が煩雑になって見苦しくなるためこれらの図示を省略している。
【００２５】
そして、上記シリンダ装置７０は、仕切板２４を境にしてその上部に設けられている一方、安全カバー３０、熱加工炉４０および対向電極５０は、仕切板２４の下部に設けられ、これによってシリンダ装置７０の加圧力は仕切板２４を介して上部電極５１に伝達されるのに対し、シリンダ装置７０が加圧操作を行わないときは、上部電極５１はシリンダ装置７０とは縁切り状態になるようにしている。
【００２６】
上記安全カバー３０は、密封状態で熱加工炉４０、対向電極５０および型６０を収容するものであり、円筒状の容器本体３１と、この容器本体３１の上面開口を閉止する天板３２と、容器本体３１の周面に開閉自在に取り付けられた開閉扉３３とからなっている。上記天板３２の中央位置には、上部電極５１を摺接状態で嵌挿する嵌挿孔３２ａが穿設されている。
【００２７】
上記開閉扉３３は、容器本体３１の周面開口３１ａを閉止し得るように図略の蝶番回りに回動可能に当該容器本体３１に取り付けられている。かかる開閉扉３３は、曲率半径が安全カバー３０の半径と同一に寸法設定された平面視で円弧状に形成され、中心角が略１２０°に設定されている。そして、開閉扉３３を閉止することにより熱加工炉４０が安全カバー３０内に納められた状態になって安全性が確保されるようになっている。
【００２８】
上記熱加工炉４０は、加工炉本体４１と、この加工炉本体４１に着脱自在に装着される蓋体４２と、加工炉本体４１の底面開口を閉止する底板４４と、加工炉本体４１の上面開口を閉止する天板４３とを備えて構成されている。
【００２９】
加工炉本体４１は、内径寸法が型６０の外径寸法に補助加熱部材８０の厚み寸法を加えた寸法より僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは補助加熱部材８０に対して非常に接近した状態で補助加熱部材８０からの熱を受けるようになっている。
【００３０】
かかる加工炉本体４１を備えた熱加工炉４０は、円筒体の周面の一部が切り欠かれた状態で形成され、平面視の中心角が略２４０°に設定されている一方、上記蓋体４２は、加工炉本体４１の切り欠かれた部分に対応するように平面視で円弧状に形成され、曲率半径が加工炉本体４１のそれと同一に寸法設定されているとともに、中心角が略１２０°に設定され、加工炉本体４１の切り欠かれた部分に嵌め合わされることによって加工炉本体４１とで円筒体が形成されるようになっている。
【００３１】
また、加工炉本体４１および加工炉本体４１の下縁部には、径方向の内方および外方に向けて所定量だけ突出した下部フランジ４１ａ，４２ａがそれぞれ設けられているとともに、同上縁部には、下部フランジ４１ａ，４２ａと同様の上部フランジ４１ｂ，４２ｂがそれぞれ設けられている。そして、上記底板４４は、径寸法が加工炉本体４１に蓋体４２が装着された状態で下部フランジ４１ａ，４２ａの外径寸法と同一に寸法設定されているとともに、上記天板４３は、径寸法が上部フランジ４１ｂ，４２ｂの外径寸法と同一に寸法設定されている。
【００３２】
従って、蓋体４２が加工炉本体４１に装着された状態で、底板４４を下部フランジ４１ａ，４２ａにボルト止めで固定するとともに、天板４３を上部フランジ４１ｂ，４２ｂにボルト止めで固定することにより、図２に示すように、加工炉本体４１の出入口４５が蓋体４２によって閉止された状態の熱加工炉４０が得られる。そして、蓋体４２の下部フランジ４２ａと底板４４とを連結しているボルト、および蓋体４２の上部フランジ４２ｂと天板４３とを連結しているボルトをそれぞれ外すことにより、蓋体４２は、図１に示すように、加工炉本体４１から取り外し得るようになる。
【００３３】
なお、上記のように蓋体４２を加工炉本体４１にボルト止めで締結する代わりに、蓋体４２を加工炉本体４１に蝶番を介して開閉自在に取り付け、蓋体４２が閉止された状態で所定のロック機構で閉止状態をロックするようにしてもよい。
【００３４】
また、天板４３および底板４４には、下部電極５２および上部電極５１を通すための上部筒体４３ａおよび下部筒体４４ａがそれぞれ天板４３および底板４４と同心で設けられている。そして、上部筒体４３ａと上部電極５１との間には上部環状絶縁体４３ｂが摺接状態で介設されているとともに、下部筒体４４ａと下部電極５２との間には下部環状絶縁体４４ｂが介設されている。これらの環状絶縁体４３ｂ，４４ｂによって対向電極５０と熱加工炉４０とが互いに絶縁状態になるようにしている。
【００３５】
上記対向電極５０は、型６０の上部に設けられる上部電極５１と、同下部に設けられる下部電極５２とからなっている。型６０内の焼結材料Ｍは、これら上下の電極５１，５２からのパルス電流の印加を受けて自身の通電発熱および放電発熱によって加熱されるとともに、後述するパンチ板５１ｂ，５２ｂの通電発熱が均熱板５１ａ，５２ａを介して伝熱されて加熱され、これによって焼結処理されるようになっている。
【００３６】
上記上部電極５１は、図３に示すように、型６０のキャビティ内に上から摺接状態で嵌挿される黒鉛製の上部均熱板５１ａと、この上部均熱板５１ａの上面に積層される黒鉛製の上部パンチ板５１ｂと、この上部パンチ板５１ｂの上面に積層される上部均圧板５１ｃと、この上部均圧板５１ｃの上面に順次積層される第一上部スペーサー５１ｄ、第二上部スペーサー５１ｅ、第三上部スペーサー５１ｆおよび第四上部スペーサー５１ｇ等からなっている。
【００３７】
上記下部電極５２は、図３に示すように、型６０のキャビティ内に下から摺接状態で嵌挿される黒鉛製の下部均熱板５２ａと、この下部均熱板５２ａの下面に積層される黒鉛製の下部パンチ板５２ｂと、この下部パンチ板５２ｂの下面に積層される下部均圧板５２ｃと、この下部均圧板５２ｃの下面に順次積層される第一下部スペーサー５２ｄ、第二下部スペーサー５２ｅ、第三下部スペーサー５２ｆおよび第四下部スペーサー５２ｇとからなっている。なお、スペーサーの数は、焼結製品の生産規模や生産状況に応じて適宜増減することができる。
【００３８】
そして、型６０内に装填された焼結材料Ｍは、上記各均熱板５１ａ，５２ａに押圧挟持された状態でパルス電流供給部９１からのパルス電流が印加されることにより、焼結材料Ｍの通電発熱および焼結材料Ｍの粒子間で生起されるアーク放電による放電発熱によって加熱されて焼結される。
【００３９】
図４は、パンチ板５１ｂ，５２ｂの一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板５１ｂを、（ロ）は下部パンチ板５２ｂをそれぞれ示している。なお、上部パンチ板５１ｂと下部パンチ板５２ｂとは外径寸法が下部パンチ板５２ｂの方が上部パンチ板５１ｂより若干大き目に寸法設定されている他は同一仕様である。そして、上部パンチ板５１ｂは、パンチ面を下方に向けて使用されるのに対し、下部パンチ板５２ｂはパンチ面を上方に向けて使用される。
【００４０】
かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂは、図４に示すように、型６０の内径寸法より僅かに小さい外径寸法を有するパンチ板本体５３と、このパンチ板本体５３の一方の面に形成された円形突出部５４とからなっている。
【００４１】
上記円形突出部５４は、径寸法がパンチ板本体５３の径寸法より若干小さく設定されてパンチ板本体５３から同心で突設されている。かかる円形突出部５４には、互いに平行な複数のパンチスリット５４ａが当該円形突出部５４を横断するように等ピッチで凹設されているとともに、隣り合った各パンチスリット５４ａ間にそれぞれパンチ突条５４ｂが形成されている。かかる円形突出部５４の外周縁部とパンチ板本体５３の外周縁部との間には面一状態の環状偏平部５３ａが形成されている。
【００４２】
かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂが、図３に示すように、均熱板５１ａ，５２ａを介して焼結材料Ｍを挟持するようになっている。そして、このようなパンチ板５１ｂ，５２ｂが用いられるのは以下の理由による。すなわち、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、パンチ突条５４ｂが設けられることにより、当該パンチ突条５４ｂの表面のみが均熱板５１ａ，５２ａに当接することになり、この当接面積はパンチ突条５４ｂが設けられていない場合より大幅に小さくなるため、当接面積当たりの電流密度の値が大きくなり、これによってパンチ突条５４ｂと均熱板５１ａ，５２ａとの当接位置での発熱量が全面当接の場合に比べて格段に多くなる。
【００４３】
従って、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、同一の電力を供給した場合にパンチ突条５４ｂが存在しないものより発熱量が多くなってより高温に加熱される。そして、より高温に加熱されたパンチ板５１ｂ，５２ｂの熱は、均熱板５１ａ，５２ａを介して均一に均された状態で焼結材料Ｍに伝達される。また、焼結材料Ｍは、均熱板５１ａ，５２ａから印加されるパルス電流による通電発熱によって加熱されるとともに、焼結材料Ｍの粒子間で生起されるアーク放電によっても加熱され焼結処理が施されることになる。なお、パンチ板５１ｂ，５２ｂに後述のパンチ突条５４ｂが設けられておらず、パンチ板５１ｂ，５２ｂの各対向面が面一状態である場合には、均熱板５１ａ，５２ａを省略することができる。
【００４４】
上記均圧板５１ｃ，５２ｃ（図３）は、パンチ板５１ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄとの間に介設され、第一スペーサー５１ｄ，５２ｄからの加圧力を均してパンチ板５１ｂ，５２ｂに伝達するものである。かかる均圧板５１ｃ，５２ｃをパンチ板５１ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄとの間に介設することにより、パンチ板５１ｂ，５２ｂへの加圧位置偏在がなくなり、パンチ板５１ｂ，５２ｂが保護される。
【００４５】
上記第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ（図３）は、いずれも熱加工炉４０に内装されている。また、第一〜第四上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇの内の第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは環状体によって形成されている。そしてこれらの内径寸法は、第一上部スペーサー５１ｄのものが最大に設定され、第三上部スペーサー５１ｆに向かうに従って順次小さくなるように寸法設定されている。こうすることによって第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは、軸方向の断面積が型６０から離間するに連れて減少するようになっている。
【００４６】
これに対し第四上部スペーサー５１ｇ（これが実質的な電極の役割を担っている）は、内部に冷却水路５５が設けられ、この冷却水路５５に冷却水源１２０からの冷却水が供給されることによって上部電極５１の上部が冷却されるようになっている。
【００４７】
そして、第一上部スペーサー５１ｄは、内径寸法が他のスペーサーに比べて最大になっている（すなわち断面積が最少になっている）ことにより電流密度が最大になっており、これによって三者の内で最大の通電発熱量が得られる一方、第二〜第三上部スペーサー５１ｅ，５１ｆに向かうに従って断面積が順次減少することにより通電発熱量も順次少なくなっていき、これによる熱勾配で上部電極５１の冷却処理（第四上部スペーサー５１ｇの冷却水路５５への冷却水供給による上部電極５１の冷却処理）に悪影響を及ぼさないようにしている。
【００４８】
上記第一〜第三下部スペーサー５２ｄ，５２ｅ，５２ｆは、上記第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆと全く同一に寸法設定されている。
【００４９】
一方、熱加工炉４０の下部筒体４４ａと第四下部スペーサー５２ｇとの間には絶縁材料からなる絶縁リング５６が介設され、これによって熱加工炉４０第四下部スペーサー５２ｇとの間は電気的に絶縁状態になるようにしている。
【００５０】
上記型６０は、上下寸法が上下の均熱板５１ａ，５２ａの各厚み寸法と、上下のパンチ板５１ｂ，５２ｂの厚み寸法と、上下の均熱板５１ａ，５２ａ間に挟持される焼結材料Ｍの厚み寸法とを加えた寸法より若干短めに寸法設定されている。かかる型６０は、内径寸法が均熱板５１ａ，５２ａの径寸法より僅かに大きく寸法設定されているとともに、下部内周面に角部が全周に亘って切り欠かれることによって形成した環状角溝６１を有している。
【００５１】
この環状角溝６１は、内径寸法が下部パンチ板５２ｂのパンチ板本体５３より僅かに大きく寸法設定され、これによって、図３に示すように、環状角溝６１がパンチ板本体５３に外嵌された状態で当該環状角溝６１の上面が下部パンチ板５２ｂの環状偏平部５３ａに密着当止するようになっている。
【００５２】
上記シリンダ装置７０は、図１〜図３に示すように、枠体２０の天板２３上面の中央部に縦置きでボルト止めにより固定された油圧シリンダ７１と、この油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピストンロッド７２と、このピストンロッド７２の下端部に同心で固定されたプレスラム７３とからなっている。
【００５３】
枠体２０の天板２３の中央部には、ピストンロッド７２を挿通するための貫通孔２３ａが穿設され、油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピストンロッド７２は、この貫通孔２３ａを通って天板２３から下方に垂下している。かかるピストンロッド７２の下端部には雄ねじの螺設された雄ねじ部７２ａが形成されている一方、プレスラム７３の上面中央位置には雄ねじ部７２ａに対応したねじ孔７３ａが螺設され、雄ねじ部７２ａがねじ孔７３ａに螺着されることによりプレスラム７３がピストンロッド７２に連結されるようになっている。
【００５４】
上記プレスラム７３は、同心で二段になった円柱体によって形成され、下部の大径部の径寸法が上部電極５１の径寸法と略同一に設定されている。かかるプレスラム７３は、枠体２０の仕切板２４を介して上部電極５１の第四上部スペーサー５１ｇに対向している。従って、油圧シリンダ７１に油圧ユニット１１０からの油圧が順方向に供給されてピストンロッド７２が下降することにより上部電極５１が仕切板２４を介して下方に向けて押圧され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは、上下の均熱板５１ａ，５２ａによって加圧されることになる。
【００５５】
このように構成されたシリンダ装置７０によれば、対向電極５０を介した型６０内の焼結材料Ｍに対するシリンダ装置７０の加圧力の伝達は、ピストンロッド７２、プレスラム７３および仕切板２４を介して行われるようになっており、しかもプレスラム７３は、仕切板２４に対して離接可能になっているため、焼結材料Ｍに対する加圧エネルギーの付与と、焼結材料Ｍに対する通電加熱用および放電加熱用の電気エネルギーの付与とを互いに独立させた状態で焼結材料Ｍに対して焼結処理を施すことが可能になる。
【００５６】
これに対し、従来の上部電極５１がプレスラム７３と一体化されたものにあっては、焼結材料Ｍに対するシリンダ装置７０による加圧操作と、焼結材料Ｍに対するパルス電流供給部９１からのパルス電流の印加操作とが一体不可分に行われるため、加圧操作とパルス電流の印加操作とを互いに独立して行うことができず、焼結条件設定の自由度が狭いものになるが、本実施形態の加圧構造においては、加圧操作と電流印加操作とを互いに他とは独立した状態で行うことができるため、焼結条件設定の自由度が格段に増大し、適切な焼結条件を選択することによって幅の広い特性をもった良質の焼結製品を得ることができる。
【００５７】
図５は、補助加熱部材８０の一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、（ロ）は、組立て斜視図である。図５に示すように、補助加熱部材８０は、煉瓦やモルタル等の断熱材からなる円弧状に形成された断熱部材８１と、この断熱部材８１に設けられた棒状の通電発熱体８２とからなる基本構成を有している。通電発熱体８２としては、ニクロム線等の金属ヒータや黒鉛ヒータ等を挙げることができる。
【００５８】
断熱部材８１は、中心角が１２０°に設定されており、従って、三体の断熱部材８１の各両側縁部を互いに合わせることによって、図５の（ロ）に示すように、円筒状になる。かかる断熱部材８１は、厚み寸法が加工炉本体４１（蓋体４２）（図１）の内面と、型６０の外周面との間の距離より若干薄めに寸法設定されているとともに、上下寸法が下部フランジ４１ａと上部フランジ４１ｂとの間の距離と略同一に寸法設定されている。従って、二体の断熱部材８１は、図１に示すように、出入口４５を介して加工炉本体４１内の下部フランジ４１ａおよび上部フランジ４１ｂ間に圧入状態で装着することができる。また、残りの一体の断熱部材８１は、蓋体４２の下部フランジ４２ａおよび上部フランジ４２ｂ間に圧入状態で装着される。
【００５９】
なお、補助加熱部材８０を上下のフランジ間に圧入することに代えて、所定の係止手段を設け、この係止手段に係止させることにより補助加熱部材８０を加工炉本体４１および蓋体４２に装着するようにしてもよい。こうすることによって焼結処理する焼結材料Ｍの規模に合わせた大きさの補助加熱部材８０を随時装着することが可能になり、汎用性が向上する。
【００６０】
上記断熱部材８１は、その内面側に通電発熱体８２を嵌挿するための複数の嵌挿溝８１ａを有しており、この嵌挿溝８１ａに、同一の曲率半径を有するように湾曲された通電発熱体８２が装着されている。また、隣設した嵌挿溝８１ａの端部間には、各通電発熱体８２を直列に接続する接続線８２ａを嵌め込むための上下方向に延びた嵌込み溝８１ｂが千鳥状態で凹設されている。
【００６１】
さらに、断熱部材８１の一方の側端面の上下には、最上部および最下部の通電発熱体８２からのリード線８２ｂを引き出すための引出孔８１ｃがそれぞれ穿設され、これらの引出孔８１ｃから引き出されたリード線８２ｂは、電源装置９０の補助加熱用電力供給部９２からの電力線に接続され、これによって上記補助加熱用電力供給部９２からの電力が各通電発熱体８２に供給され得るようになっている。
【００６２】
通電発熱体８２は、内壁面との間に所定の隙間を備えた状態で嵌挿溝８１ａに装着されることが好ましい。なぜなら、通電発熱体８２は、略２０００℃の高温になることがあり、かかる高温の通電発熱体８２が嵌挿溝８１ａの内壁面に当接している状態では、内壁面が溶解してしまうおそれがあるからである。
【００６３】
そして、このような補助加熱部材８０は、曲率外径寸法が加工炉本体４１の中央部の内径寸法と略同一に設定されているとともに、曲率内径寸法が型６０の外径寸法より僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは、通電発熱体８２から照射される熱線を熱輻射で受けて補助加熱されるようになっている。
【００６４】
従って、例えば、補助加熱部材８０を除いた状態の熱加工炉４０を従来公知の通常の加熱炉に挿入した場合には、補助加熱の熱源が焼結材料Ｍから非常に遠いところに存在することにより、熱源からの輻射熱で型６０内の焼結材料Ｍを加熱することができず、結局、加熱炉内に封入された窒素やアルゴン等の不活性ガスを介して熱伝導で焼結材料Ｍを補助加熱せざるを得ず、従って、焼結材料Ｍが所定の高温に到達するまでに長時間を要するばかりか、高価な不活性ガスを焼結処理を行う都度大量に加熱炉内に供給しなければならず、焼結処理の迅速化および低コスト化を図る上でネックになっていた。
【００６５】
これに対し、本実施形態においては、通電発熱体８２が焼結材料Ｍに対して極めて卑近な距離に設けられており、焼結材料Ｍは通電発熱体８２の輻射熱で瞬時に加熱されるため、焼結材料Ｍの昇温が迅速に行われるばかりか、熱伝導に必要な高価な不活性ガスを用いる必要がなくなり、焼結処理の低コスト化を図る上で極めて有効である。
【００６６】
このように構成された補助加熱部材８０によれば、まず、補助加熱部材８０が三体の断熱部材８１を合体させることにより形成されて三分割可能になっているため、二体を出入口４５を介して加工炉本体４１に装着し得るとともに、残りの一体を蓋体４２に装着することが可能であり、熱加工炉４０に対する補助加熱部材８０の施工が容易になるとともに、補助加熱部材８０を移動させることなく熱加工炉４０に対して焼結材料Ｍおよび焼結製品を容易に出し入れすることが可能になる。
【００６７】
また、型６０内の焼結材料Ｍが、電源装置９０のパルス電流供給部９１からのパルス電流を対向電極５０を介して印加されることによる通電発熱および放電発熱で焼結されつつある状態、すなわち内部加熱がされつつある状態で、補助加熱用電力供給部９２からの電力を補助加熱部材８０の通電発熱体８２に供給することによる通電発熱体８２の発熱で型６０内の焼結材料Ｍから径方向の外方に向かう放熱が防止される。従って、型６０内の焼結材料Ｍは、型６０の外周面を介した放熱が確実に防止されることにより内部の温度分布が均一になり、均一な焼結処理が施されるため、得られた焼結製品は均質な商品価値の高いものになる。
【００６８】
以下、図６を基に熱加工装置１０の運転制御について説明する。図６は、制御装置１３０により実行される熱加工装置１０の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【００６９】
この図に示すように、制御装置１３０は、熱加工装置１０の全体的な運転制御を行うためのものであって、いわゆるマイクロコンピュータによって構成され、演算処理装置であるＣＰＵ１３１が内蔵されているとともに、制御装置１３０に対して所定のデータを入力したりＣＰＵ１３１の演算結果を出力する入出力装置１３２と、データを一時的に記憶する読み書き自在の外部記憶装置であるＲＡＭ１３３と、制御プログラムを記憶した読み込み専用の外部記憶装置であるＲＯＭ１３４とを備えて構成されている。
【００７０】
かかる制御装置１３０は、入出力装置１３２から入力された所定の指令信号および後述する各種のセンサからの検出信号に基き、ＲＯＭ１３４から読み取った制御プログラムの実行によって電源装置９０（パルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２）、真空ポンプ１００、油圧ユニット１１０および上下の電極用制御弁１２１，１２２に向けてそれぞれ所定の制御信号を出力し、これによる真空ポンプ１００の駆動で熱加工炉４０内が減圧状態とされ、パルス電流供給部９１からの駆動信号（パルス電流）の出力によって対向電極５０を介して型６０内の焼結材料Ｍにパルス電流が印加され、補助加熱用電力供給部９２からの駆動信号（商用交流電流）の出力によって補助加熱部材８０に商用交流電力が供給されて焼結材料Ｍが外部加熱され、油圧ユニット１１０からの駆動信号（油圧）の出力によるシリンダ装置７０の駆動で上部電極５１に対するプレスラム７３の押圧力が調節され、電極用制御弁１２１，１２２の開度調節で冷却水源１２０の流量が制御されるようになっている。
【００７１】
制御装置１３０による上記のような制御を実行するために、熱加工装置１０には各所に加工状況を検出する各種のセンサ１４０が設けられている。かかるセンサ１４０としては、均熱板５１ａ，５２ａに径方向に所定ピッチで内装された（図６に示す例では下部均熱板５２ａに設けられている）複数の第一温度センサ１４１と、第四上部スペーサー５１ｇに内装された第二温度センサ１４２と、第四下部スペーサー５２ｇに内装された第三温度センサ１４３と、プレスラム７３直下の仕切板２４に設けられた感圧センサ１４４とが採用されている。
【００７２】
上記第一温度センサ１４１は、型６０内で対向電極５０によりパルス電流が印加されて内部加熱されつつあるとともに、補助加熱部材８０からの熱を得て外部加熱されつつある焼結材料Ｍの径方向の温度分布を検出するためのものである。この第一温度センサ１４１の検出信号はＣＰＵ１３１に入力される一方、ＣＰＵ１３１には予め入出力装置１３２から焼結材料Ｍの設定温度分布が入力されており、第一温度センサ１４１からの検出信号に対応する検出温度と上記設定温度とがＣＰＵ１３１によって逐一比較演算され、検出温度と設定温度との差が許容限度を越えている場合には、ＣＰＵ１３１は、パルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２に向けてこの差を許容範囲内に納めるような制御信号を出力するようになっている。
【００７３】
具体的には、例えば焼結材料Ｍの中心位置の温度が許容範囲内に納まっているのに対して周縁部分の温度が許容範囲より低温である場合には、ＣＰＵ１３１から補助加熱用電力供給部９２に向けて補助加熱部材８０への供給電力量を大きくするための制御信号が出力され、これを受けた補助加熱用電力供給部９２は、補助加熱部材８０に対する電力供給量を多くする。これによる通電発熱体８２の発熱量の増大で焼結材料Ｍの周縁部が昇温して温度分布が許容範囲に回復されることになる。
【００７４】
これに対し、例えば焼結材料Ｍの周縁部の温度は許容範囲内に納まっているにも拘らず、中心部分の温度が許容範囲を越えて高温になっているような場合には、パルス電流供給部９１からの対向電極５０に対するパルス電流の供給が一時中断される。これによって焼結材料Ｍは通電発熱および放電発熱による内部加熱が行われなくなるため、補助加熱部材８０による外部加熱だけとなって焼結材料Ｍの中心部分の温度が許容範囲内に到るまで低下させられることになる。
【００７５】
以上要すれば、第三温度センサ１４３の温度検出結果に基づいてパルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２から対向電極５０および補助加熱部材８０に、焼結材料Ｍの温度分布が均一になるような所定の駆動信号が出力されるため、対向電極５０と補助加熱部材８０との協働によって焼結材料Ｍは予め設定された所定の温度分布が維持されるのである。
【００７６】
また、本実施形態においては、焼結材料Ｍの焼結処理の初期には補助加熱用電力供給部９２からの交流電力によって補助加熱部材８０を発熱させてその表面温度を略１０００℃にまで昇温し（略１５分でこの温度にまで昇温する）、略１０００℃になったことが第三温度センサ１４３の検出信号によって確認された後にパルス電流供給部９１からの駆動信号（パルス電流）を対向電極５０に供給するようにしている。こうすることにより、電力コストを抑えた上で迅速かつ適切に焼結材料Ｍに焼結処理を施すことができる。
【００７７】
つまり、仮に補助加熱部材８０による外部加熱だけで焼結を行うと、「４９０ｍｍ×４６０ｍｍ×３８０ｍｍ」程度の容積では、焼結温度を１０００℃にするには３〜４時間を要するが、本実施形態では、対向電極５０と補助加熱部材８０とを併用しているため、昇温時間の大幅な短縮が可能になるばかりか、均一な温度での焼結材料Ｍの焼結処理を達成することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、型６０として通電可能な黒鉛製のものを採用しているため、対向電極５０に印加されたパルス電流は、この型６０にも通電されて発熱し、型６０そのものがカーボンヒーターとしての役割を果すことから、型６０は、この点で焼結材料Ｍに対する均質な焼結処理に貢献する。
【００７９】
上記第二温度センサ１４２および第三温度センサ１４３は、第四上部スペーサー５１ｇおよび第四下部スペーサー５２ｇの温度を検出するためのものであり、これらの検出信号は逐一制御装置１３０に入力され、予め記憶されている設定温度とＣＰＵ１３１において比較され、この比較結果で制御装置１３０から上下の電極用制御弁１２１，１２２に向けて制御信号が出力される、いわゆるフィードバック制御が実行され、これによる冷却水源１２０からの冷却水量の調節で第四スペーサー５１ｇ，５２ｇの温度制御が行われるようになっている。
【００８０】
上記感圧センサ１４４は、シリンダ装置７０の焼結材料Ｍに対する押圧力を検出するためのものであり、制御装置１３０は、予め焼結材料Ｍの種類に応じて設定された設定圧力値と、感圧センサ１４４からの検出信号が示す検出圧力値とを比較し、この差が許容限度を越えているときは油圧ユニット１１０に向けて制御信号を出力し、これによる油圧ユニット１１０からの油圧の調節でシリンダ装置７０による焼結材料Ｍに対する押圧力が設定圧力値になるように制御されるようになっている。
【００８１】
かかる圧力制御によって、焼結材料Ｍは、その種類に応じて常に最適の圧力が付与された状態で焼結処理が施されることになり、焼結製品の品質が焼結材料Ｍの種類によってばらつくような不都合が回避される。
【００８２】
ついで、パルス電流供給部９１から出力されるパルス電流について説明する。パルス電流供給部９１内には、図略のパルス電源回路が設けられており、この電源回路へ制御装置１３０を介して入出力装置１３２からの入力信号を伝達することにより、種々のパルス特性調整要素の変更が可能になっている。具体的には、パルスの周波数は、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内でパルス周期、パルス間隔およびパルス幅の変更が可能であるとともに、パルスの電流エネルギーが５０〜５０００Ａの範囲で可能になっている。
【００８３】
特に放電焼結を行なう場合に適した機能として、パルス電源回路は、電源電圧が２〜２４Ｖの範囲で、アーク放電を発生させるような絶縁破壊のためにパルス印加当初に０．０１秒〜０．１秒の瞬時だけ、同一単位系で電圧の値が焼結材料Ｍの固有電気抵抗の値の５０〜５０００倍となる高周波高電圧を発生させる機能を有するように構成される。
【００８４】
このようなパルス電源回路を用い、放電焼結を行なう場合の放電発生の際に、パルス電流を変化させてエネルギーを上昇させることにより、定常時の放電電圧よりはるかに高い電圧を急激に、かつ１秒以下の短時間の範囲で印加すると、効果的にアーク放電が生起されることはすでに実験的に確認している。なお、試料としての焼結材料の固有抵抗値によって放電の起こる臨界電圧が異なり、放電スタートの電圧は定常状態より数倍程度以上高くとる必要があるが、放電スタート後は、定常状態に戻しても放電が持続する。
【００８５】
そして、このように短時間だけ高電圧を印加することにより、一気にアーク放電を誘起させ、粉体粒子を瞬時に溶解して焼結を効果的に行なうことができる。具体的には、１００Ｖ〜１００００Ｖの高周波高電圧をパルス立ち上がり時に０．０１秒〜０．１秒の瞬時だけ印加することが、極めて有効である。
【００８６】
このように本実施形態の熱加工装置１０は、種々のパルスの組み合わせや、さらにパルス立ち上がり時の高電圧の印加等により、有効に放電エネルギーを利用して焼結もしくは焼生等を行なうことができる。
【００８７】
すなわち、本実施形態の熱加工装置１０によると、アーク放電による放電エネルギーそのものを有効に用い得るようにアーク放電を適正に制御することができ、このアーク放電の温度はミクロ的に数万度（原子水準）と理論解析されており、アーク放電を有効に用いることでミクロ的に高温として焼結を達成しつつ、マクロ的に材料の温度を低くし、熱的悪影響を防止することができる。しかも、アーク放電熱加工の前に焼結材料Ｍを補助加熱部材８０によってある程度の温度まで加熱しておくことにより、電力コストを抑えた上で焼結材料Ｍに対して迅速かつ確実な焼結処理を施すことができる。
【００８８】
さらに本実施形態の熱加工装置１０においては、放電パルスと、これによって生じるパルス圧力を効果的に利用することができる。すなわち、型６０内に充填した焼結材料Ｍに周期的にパルスエネルギーを与えると、パルスエネルギーが印加されたときに焼結材料Ｍの表面が圧縮されて粉体に加わる圧力が上昇し、パルス電流の周期に対応した周期で粉体に加わる圧力が変動する。そして、粉体表面が圧縮されたときの圧力エネルギーにより高温度となり、粉体粒子同士が結合可能な状態となるのである。
【００８９】
このとき、シリンダ装置７０によって焼結材料Ｍの全体圧力が固定されていることにより、上記圧力エネルギーが微視的に粉体粒子相互間に集中的に作用し、粉末の特性を損なわずに焼結を促進することができる。
【００９０】
例えば、全体圧力１０００ｋｇ、パルスエネルギー１０００Ａ、周波数１Ｈｚに設定してパルス電流を型６０内の焼結材料Ｍに加えると、パルス周期に対応して加圧側で１３００ｋｇ、減圧側で７００ｋｇの圧力変動（全体圧力に対して±３００ｋｇ）が生じ、このような圧力変動を制御することにより、減圧側で材料の溶け出しを防止しつつ、加圧側で粉体粒子の結合を促進することができる。
【００９１】
このパルス電流の放電効果は、粉状である焼結材料Ｍの焼結初期において効果があり、焼結が進んで粒子の間隙が少なくなるに連れて通電性が進み、焼結材料Ｍのもつ固有抵抗によるジュール発熱に移る。この時点からパンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂの発熱および補助加熱部材８０の発熱が有効に焼結材料Ｍに作用することになる。
【００９２】
本実施形態の熱加工装置１０は、以上詳述したように、粉末状態の焼結材料Ｍにパルス電流を供給することによる通電発熱で焼結材料Ｍに焼結処理を施すものであり、焼結材料Ｍが装填される型６０と、この型６０を挟持した状態でパルス電流を印加する対向電極５０と、型６０の周囲に配設される補助加熱部材８０とを備えて構成されているため、型６０に装填された焼結材料Ｍは、対向電極５０からのパルス電流の供給により発熱して焼結されて焼結製品になる。この焼結処理において、焼結材料Ｍは、自身の通電発熱に加えて、型６０の周囲に設けられた補助加熱部材８０からも熱を受けるため、型６０の周面からの放熱が確実に抑えられ、さらに内部加熱と外部加熱との併用でより均一にかつ効率的に焼結材料Ｍの高温を維持することができる。
【００９３】
また、熱加工装置１０は、対向電極５０からのパルス電流印加による通電および放電発熱で型６０内の焼結材料Ｍを内部加熱する系統と、型６０の周囲に配された補助加熱部材８０により型６０内の焼結材料Ｍを外部加熱する系統との二系統によって焼結材料Ｍを加熱処理するようになされているため、各系統の加熱処理を、例えば最初は補助加熱部材８０のみにより行って焼結材料Ｍが所定の温度に到達してから対向電極５０からのパルス電流を焼結材料Ｍに印加するなど、時間的に各種の組み合わせで行うことが可能になり、操業形態の自由度を向上させることができる。
【００９４】
従って、熱加工装置１０が商業規模の大型のものであっても、得られる焼結製品を従来に比較して均質な高品質のものにすることが可能であり、商品価値の高い焼結製品を得ることができる。
【００９５】
そして、補助加熱部材８０を、型６０を包囲するように形成された断熱部材８１と、この断熱部材８１に設けられた通電発熱体８２とを備えて構成したため、補助加熱部材８０の構造を簡単なものにした上で供給電力量の調節により所望の高温を得ることができ、焼結材料Ｍを容易に温度制御することができる。また、通電発熱体８２は、断熱部材８１に設けられているため、この断熱部材８１の断熱作用で熱の放散を防止することができ、より効率的に型６０内の焼結材料Ｍを外部加熱することができる。
【００９６】
また、補助加熱部材８０を備えた加工炉本体４１およびその周面の一部に着脱自在に装着される蓋体４２とからなる熱加工炉４０の内周面に内張り可能に複数に分割したため、補助加熱部材８０を加工炉本体４１および蓋体４２の裏側に容易に張付け施工することができる。
【００９７】
さらに、熱加工装置１０には、対向電極５０を互いに接近する方向に押圧することにより型６０内の焼結材料Ｍを加圧するシリンダ装置７０が設けられているため、型６０内の焼結材料Ｍは、シリンダ装置７０によって押圧されることにより、その容量が固定された状態になっており、パルス電流が印加されることによるアーク放電の衝撃で焼結材料の各粒子が互いに離間しようとする運動が確実に阻止され、これによって各粒子が詰り合った状態での良質の焼結製品を得ることができる。
【００９８】
さらに、この焼結処理は、真空環境中で行うため熱伝導によっては補助加熱部材８０の発熱が焼結材料Ｍに伝わらない。そのため、本実施形態においては、補助加熱部材８０は、熱加工炉４０内で焼結材料Ｍに可能な限り最も接近した位置に設けられている。こうすることによって、通電発熱体８２の発熱エネルギーを熱輻射で効率的に焼結材料Ｍに伝達することができる。
【００９９】
これに対し、熱加工炉４０を通常の加熱炉内に装着する従来の方式では、熱輻射で熱源の熱エネルギーを焼結材料Ｍに伝えることができず、従って、熱加工炉４０内に高価な不活性ガスを注入して不活性ガスを介した熱伝導で焼結材料Ｍを補助加熱せざるを得ず、迅速な焼結処理を行い得ないばかりか、ランニングコストが嵩むという不都合が存在するのである。
【０１００】
因みに、本発明の補助加熱部材８０を採用した場合には、従来の加熱炉を採用する場合の略１／５０の電力消費量で焼結処理し得ることが、種々の実証試験の結果判明している。
【０１０１】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【０１０２】
（１）上記の実施形態においては、型６０として黒鉛製のものが採用され、この黒鉛製の型６０への通電による発熱をも焼結材料Ｍの加熱源として利用しているが、本発明は、特に型６０を加熱源としなくても、補助加熱部材８０によって焼結材料Ｍを外部加熱し得るように構成されていることから、型６０を特に黒鉛製にする必要はない。
【０１０３】
（２）上記の実施形態においては、焼結材料Ｍに対する加圧手段として油圧ユニット１１０からの油圧で作動するシリンダ装置７０が採用されているが、本発明は、加圧手段がシリンダ装置７０であることに限定されるものではなく、例えば電動モータの駆動で所定の押圧ロッドを作動させて焼結材料Ｍを押圧するような構造のものであってもよい。
【０１０４】
（３）上記の実施形態においては、電源装置９０のパルス電流供給部９１から対向電極５０へパルス電流が供給されるようにしているが、本発明は、対向電極５０に供給される電流がパルス電流であることに限定されるものではなく、パルス状態ではない通常の直流電流あるいは交流電流であってもよい。
【０１０５】
（４）上記の実施形態においては、シリンダ装置７０のプレスラム７３と上部電極５１の第四上部スペーサー５１ｇとの間にガイド支柱２２に案内されつつ昇降する平板状の大きな仕切板２４を設けているが、本発明はプレスラム７３と第四上部スペーサー５１ｇとの間にかかる大きな仕切板２４を介設することに限定されるものではなく、第四上部スペーサー５１ｇと略同一寸法のものであってもよいし、さらに特に仕切板２４を設けることなくプレスラム７３を第四上部スペーサー５１ｇに直接当接させるようにしてもよい。
【０１０６】
（５）上記の実施形態においては、熱加工炉４０を囲繞するように安全カバー３０が設けられているが、本発明は、熱加工炉４０を囲繞する安全カバー３０を設けることが必須ではなく、特に安全カバー３０を設けなくてもよい。但しこの場合には、熱加工炉４０内を減圧環境にする必要があることから、熱加工炉４０そのものを密閉構造にする必要がある。
【０１０７】
（６）上記の実施形態においては、第四下部スペーサー５２ｇの外径寸法を型６０の内径寸法より若干大きくして両者が互いに干渉し合うようにすることにより、型６０を第四下部スペーサー５２ｇによって支持させるようにしているが、こうする代わりに型６０を別途設けた支持部材を介して熱加工炉４０内に固定するようにしてもよい。
【０１０８】
（７）上記の実施形態においては、第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆおよび第一〜第三下部スペーサー５２ｄ，５２ｅ，５２ｆは、いずれも環状体によって形成されているが、本発明は、第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆおよび第一〜第三下部スペーサー５２ｄ，５２ｅ，５２ｆが環状体であることに限定されるものではなく、型６０から遠ざかるに従って断面積が漸増するものであれば、どのような形状であってもよい。例を挙げれば、棒状のものであってもよいし、断面形状が星型のものであってもよい。
【０１０９】
【実施例】
実施例１
補助加熱部材８０を使用した場合（実施例）には、補助加熱部材８０を使用しない場合（比較例）と比較して焼結材料Ｍを含めた熱加工炉４０内の径方向の温度分布がどの程度改善されるかを確認するために以下の比較試験を実施した。
【０１１０】
まず、内径（直径）寸法が３６０ｍｍの熱加工炉４０を有する熱加工装置１０を使用し、この熱加工炉４０内の下部電極５２に内径寸法が１００ｍｍの型６０を外嵌した状態で当該型６０内に、厚み寸法が１０ｍｍになるようにニッケル粉末からなる焼結材料Ｍを装填した。
【０１１１】
引き続き、シリンダ装置７０の駆動で上部電極５１を降下させて当該上部電極５１の上部均熱板５１ａおよび上部パンチ板５１ｂ（図３）を型６０内に嵌挿し、所定の圧力（５００ｋｇ／ｃｍ2）で焼結材料Ｍを押圧した。その後、蓋体４２で加工炉本体４１の出入口４５を閉止して熱加工炉４０内を密封状態とした上で真空ポンプ１００の駆動により所定の真空度（１０Ｐａ〜５０Ｐａ）の減圧状態として試験準備を完了した。
【０１１２】
そして、実施例においては、補助加熱用電力供給部９２からの電力（２２０Ｖの商用電力）を補助加熱部材８０に供給してまず熱加工炉４０内の温度を８５０℃にまで昇温した。この昇温に略１５分を要した。ついで、パルス電流供給部９１からのパルス電流（パルス周波数１５０Ｈｚ、パルス分７０％、パルスエネルギー３０００Ａ）を対向電極５０を介して焼結材料Ｍに印加し、当該焼結材料Ｍを通電発熱および放電発熱で５分間内部加熱した。
【０１１３】
この内部加熱が終了した直後の、複数設けられている第一温度センサ１４１（図６）が検出した温度（焼結材料Ｍの温度および炉内の温度）を入出力装置１３２に出力させた。なお、この試験のために熱加工炉４０内の型６０より外側の適所にも所定数の温度センサを配置したため、この温度検出の結果、熱加工炉４０の中心位置から熱加工炉４０の内壁位置までの温度分布を得ることができた。
【０１１４】
これに対し、比較例においては、補助加熱部材８０へは電力を供給せずに当初から焼結材料Ｍに対してパルス電流を供給するようにし、焼結材料Ｍの中心部が８５０℃に到達した時点でパルス電流の供給を中止した。その他の試験条件は実施例と同様とした。
【０１１５】
実施例および比較例の熱加工炉４０内の温度分布は、図７のグラフに示すとおりである。なお、図７において、黒丸は実施例であり、白丸は比較例である。このグラフに示すように、実施例の場合、焼結材料Ｍはもちろんのこと目標温度の８５０℃を維持しているばかりか、熱加工炉４０の壁材の位置までその温度が持続されているのが判る。そして、熱加工炉４０の空間部分に到って急激に温度低下している。
【０１１６】
これに対し、比較例の場合は、焼結材料Ｍ自体の温度が、その中心位置から径方向に遠ざかるに連れて所定の温度勾配で低下しており、焼結材料Ｍの外周面では７５０℃と中心位置に対して１００℃も温度低下している。これでは、焼結材料Ｍ内の温度分布が均一になっていないため、製品としての均質な焼結体を得ることができない。
【０１１７】
以上より、型６０の周りに補助加熱部材８０を設ける本発明が焼結材料Ｍの温度分布の均一化を確保した焼結処理を行う上で優れたものであることを実証することができた。
【０１１８】
実施例２
実施例１の温度分布の測定が完了した後、すでに８５０℃にまで昇温されている焼結材料Ｍに対し、二系統加熱を行う実施例と、パルス電流印加のみを行う比較例との双方について焼結処理を施し得る目標温度の１１００℃にまで昇温処理を施した。このときの焼結材料Ｍの昇温速度は、実施例の場合、比較例の略３０％速くなることを確認することができた。また、焼結の開始から終了までに要した電力量は、実施例の場合は、比較例の略１／３であることが確認された。
【０１１９】
実施例３
焼結材料Ｍに対する当初の昇温段階では補助加熱を行わないでパルス電流の印加のみによって焼結材料Ｍを所定の温度（例えば１０００℃）にまで昇温し、その後、パルス電流の印加を行わないで補助加熱のみによって焼結材料Ｍに焼結処理を施してもよいことが確認された。
【０１２０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、通電熱加工装置を、被加工物が装填される型と、この型を挟持した状態で電流を供給する対向電極と、型の周囲に配設される補助加熱手段とを備えて構成したため、粉末焼結材料からなる被加工物を型に装填して対向電極からの電流を当該被加工物に供給することにより、被加工物を通電発熱による焼結処理で焼結製品にすることができる。この焼結処理において、被加工物は、自身の通電発熱に加えて、型の周囲に設けられた補助加熱手段からも熱を受けるため、型の周面からの放熱が確実に抑えられ、さらに内部加熱と外部加熱との併用でより均一かつ効率的に被加工物の高温を維持することができる。
【０１２１】
また、通電熱加工装置は、対向電極からの電流供給による通電発熱で型内の被加工物を内部加熱する系統と、型の周囲に配された補助加熱手段により型内の被加工物を外部加熱する系統との二系統によって被加工物を加熱処理するようになされているため、各系統の加熱処理を、例えば最初は補助加熱手段のみにより行って被加工物が所定の温度に到達してから対向電極からの電流を被加工物に供給するなど、時間的に各種の組み合わせで行うことが可能になり、操業形態の自由度を向上させることができる。
【０１２２】
従って、通電熱加工装置が商業規模の大型のものであっても、得られる焼結製品を従来に比較して均質な高品質のものにすることが可能であり、商品価値の高い焼結製品を得ることができる。
【０１２３】
また、補助加熱手段を、型を包囲するように形成された断熱部材と、この断熱部材に設けられた通電発熱体とを備えて構成したため、補助加熱手段の構造を簡単なものにした上で供給電力量の調節により所望の高温を得ることができ、被加工物を容易に温度制御することができる。
【０１２４】
また、断熱部材は、周面に着脱自在に装着される蓋体を備えた筒状容器の内周面に内張り可能に複数に分割し得るようにしたため、蓋体の裏側および筒状容器の内面に対して断熱部材を容易に張付け施工することができる。
【０１２５】
請求項２記載の発明によれば、型内の被加工物は、加圧手段による押圧によってその容量が固定された状態になっているため、パルス電流が印加されることによるアーク放電の衝撃で焼結材料の各粒子が互いに離間しようとする運動が確実に阻止され、これによって各粒子が詰り合った状態の良質な焼結製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る通電熱加工装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図であり、加工炉本体から蓋体が取り外された状態を示している。
【図２】図１に示す通電熱加工装置の加工炉本体に蓋体が装着された状態を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】パンチ板の一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板を、（ロ）は、下部パンチ板をそれぞれ示している。
【図５】補助加熱部材の一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、（ロ）は、組立て斜視図である。
【図６】制御装置により実行される熱加工装置の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【図７】実施例および比較例の熱加工炉内の温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  熱加工装置          ２０  枠体
２１  基礎板              ２２  ガイド支柱
２３  天板                ２３ａ  貫通孔
２４  仕切板              ３０  安全カバー
３１  容器本体            ３１ａ  周面開口
３２  天板                ３２ａ  嵌挿孔
３３  開閉扉              ４０  熱加工炉
４１  加工炉本体          ４１ａ  下部フランジ
４１ｂ  上部フランジ      ４２  蓋体
４２ａ  下部フランジ      ４２ｂ  上部フランジ
４３  天板                ４３ａ  上部筒体
４４ｂ  下部環状絶縁体    ４４  底板
４４ａ  下部筒体          ４５  出入口
５０  対向電極            ５１  上部電極
５１ａ  上部均熱板        ５１ｂ  上部パンチ板
５１ｃ  上部均圧板
５１ｄ  第一上部スペーサー
５１ｅ  第二上部スペーサー
５１ｆ  第三上部スペーサー
５１ｇ  第四上部スペーサー
５２  下部電極            ５２ａ  下部均熱板
５２ｂ  下部パンチ板      ５２ｃ  下部均圧板
５２ｅ  第二下部スペーサー
５２ｄ  第一下部スペーサー
５２ｆ  第三下部スペーサー
５２ｇ  第四下部スペーサー
５３  パンチ板本体        ５３ａ  環状偏平部
５４  円形突出部          ５４ａ  パンチスリット
５４ｂ  パンチ突条
５５  冷却水路            ５６  絶縁リング
６０  型                  ６１  環状角溝
７０  シリンダ装置        ７１  油圧シリンダ
７２  ピストンロッド      ７２ａ  雄ねじ部
７３  プレスラム          ７３ａ  ねじ孔
８０  補助加熱部材        ８１  断熱部材
８１ａ  嵌挿溝            ８１ｂ  溝
８１ｃ  引出孔            ８２  通電発熱体
８２ａ  接続線            ８２ｂ  リード線
９０  電源装置            ９１  パルス電流供給部
９２  補助加熱用電力供給部
１００  真空ポンプ        １１０  油圧ユニット
１２０  冷却水源          １２１  上部電極用制御弁
１２２  下部電極用制御弁  １３０  制御装置
１３１  ＣＰＵ            １３２  入出力装置
１３３  ＲＡＭ            １３４  ＲＯＭ
１４０  センサ            １４１  第一温度センサ
１４２  第二温度センサ    １４３  第三温度センサ
１４４  感圧センサ
【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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