(57)【要約】【課題】高い密度かつ連続生産による高い生産性の粉体焼結装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の粉体焼結装置は、粉体材料（１）を搬送する粉体搬送部（２）と、前記粉体搬送部（２）によって搬入された前記粉体材料（１）を加圧すると共に加熱する第一加熱加圧部（３）と、前記第一加熱加圧部（３）を通過した前記粉体材料（１）の焼結体（４）を加圧すると共に加熱する第二加熱加圧部（５）と、前記第二加熱加圧部（５）を通過した前記粉体材料（１）の焼結体（４）を回収する材料回収部（６）を備え、前記第一加熱加圧部（３）が、加熱装置（９，１０）を備えた一対の加圧ロール（７，８）であり、前記第二加熱加圧部（５）が、加熱装置（１３，１４）を備えた焼結用ダイ（１１，１２）であることを特徴とする。【選択図】図１
2019060004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体材料を搬送する粉体搬送部と、
前記粉体搬送部によって搬入された前記粉体材料を加圧すると共に加熱する第一加熱加圧部と、
前記第一加熱加圧部を通過した前記粉体材料の焼結体を加圧すると共に加熱する第二加熱加圧部と
を備え、
前記第一加熱加圧部が、加熱装置を備えた一対の加圧ロールであり、
前記第二加熱加圧部が、加熱装置を備えた焼結用ダイである、
粉体焼結装置。
【請求項２】
前記加圧ロールが、ロール内部に加熱装置を備えた構造である、
請求項１に記載の粉体焼結装置。
【請求項３】
前記加圧ロールが、ロール外部でロールの外周部の近傍に加熱装置を備えた構造である、請求項１に記載の粉体焼結装置。
【請求項４】
前記加圧ロールが、ロール内部とロール外部でロールの外周部の近傍の両方に加熱装置を備えた構造である、
請求項１に記載の粉体焼結装置。
【請求項５】
前記焼結用ダイが、ダイ内部に加熱装置を備えた構造である、
請求項１〜４の何れかに記載の粉体焼結装置。
【請求項６】
前記焼結用ダイが、ダイ外部に加熱装置を備えた構造である、
請求項１〜４の何れかに記載の粉体焼結装置。
【請求項７】
前記焼結用ダイが、ダイ内部とダイ外部の両方に加熱装置を備えた構造である、
請求項５に記載の粉体焼結装置。
【請求項８】
前記第二加熱加圧部の焼結用ダイの入口の位置が、前記第一加熱加圧部から前記第二加熱加圧部に向かう処理方向において、前記第一加熱加圧部の一対の加圧ロールの下手側のロール外周円の接線位置より上手側に配置されている、
請求項１〜７の何れかに記載の粉体焼結装置。
【請求項９】
粉体材料を粉体搬送部によって第一加熱加圧部に搬入し、
前記第一加熱加圧部を通過した前記粉体材料の焼結体を、第二加熱加圧部を通過させて前記粉体材料の焼結体を製造する粉体焼結方法であって、
前記第一加熱加圧部では、加熱装置を備えた一対の加圧ロールによって前記粉体材料を加圧すると共に加熱し、
前記第二加熱加圧部では、加熱装置を備えた焼結用ダイによって前記粉体材料の焼結体を更に加圧すると共に加熱する、
粉体焼結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体を焼結する粉体焼結方法および粉体焼結装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスや金属の粉末を加圧成形した後、融点以下の温度で熱処理することで、粉体間の結合が生じ、焼結体を得ることができる。これは窯業製品、セラミックス、粉末冶金、サーメットなどを製造する主要な方法である。焼結方法としては、常圧焼結法、ガス圧焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法（ＨＩＰ）、通電加圧法、ミリ波法等がある。
【０００３】
より緻密な焼結体を得るためには、ガス圧焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法、通電加圧法などで、粉末成形体を加圧状態で加熱することが有効である。
【０００４】
これらの方法はバッチ処理であり、生産性を高めるためには連続的に処理することが有効である。例えば特許文献１には、金属粉末を加熱し、圧延ロールで加圧することで粉末積層材のシートを形成できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５２０２９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１のように、圧延ロールによる加圧を行う前に粉末を加熱してしまうと、粉末の焼結が進むことで硬化し、その後に加圧を行っても焼結後の空隙を十分つぶせずに密度を上げることができない。
【０００７】
本発明は、高い密度を実現でき、かつ連続生産による高い生産性を実現できる粉体焼結装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の粉体焼結装置は、粉体材料を搬送する粉体搬送部と、前記粉体搬送部によって搬入された前記粉体材料を加圧すると共に加熱する第一加熱加圧部と、前記第一加熱加圧部を通過した前記粉体材料の焼結体を加圧すると共に加熱する第二加熱加圧部とを備え、前記第一加熱加圧部が、加熱装置を備えた一対の加圧ロールあり、前記第二加熱加圧部が、加熱装置を備えた焼結用ダイである、ことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の粉体焼結方法は、粉体材料を粉体搬送部によって第一加熱加圧部に搬入し、前記第一加熱加圧部を通過した前記粉体材料の焼結体を、第二加熱加圧部を通過させて前記粉体材料の焼結体を製造する粉体焼結方法であって、前記第一加熱加圧部では、加熱装置を備えた一対の加圧ロールによって前記粉体材料を加圧すると共に加熱し、前記第二加熱加圧部では、加熱装置を備えた焼結用ダイによって前記粉体材料の焼結体を更に加圧すると共に加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この構成によると、第一加熱加圧部と第二加熱加圧部の何れにおいても、材料を圧縮すると共に加熱するため、粉体材料から高い密度の焼結体を高い生産性で連続して生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の粉体焼結装置の実施の形態１の構成図
【図２】同実施の形態における第一加熱加圧部３を処理方向の下手側から見たロールの縦断面図
【図３】同実施の形態における焼結用ダイを処理方向の下手側から見た縦断面図
【図４】同実施の形態における粉体材料１の縦断面図
【図５】同実施の形態における第二加熱加圧部５の出口を処理方向の下手側から見た図
【図６】同実施の形態における粉体焼結装置で焼結をした際の温度と圧力のプロファイル図
【図７】同実施の形態における上ロール７，下ロール８と焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の処理方向に対する位置関係の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の粉体焼結方法と粉体焼結装置を、実施の形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１は粉体焼結装置を示す。
【００１４】
この粉体焼結装置は、粉体材料１を搬送する粉体搬送部２と、粉体搬送部２で搬送されて来た粉体材料１を加熱加圧する第一加熱加圧部３と、第一加熱加圧部３で加熱加圧された焼結体４を加熱加圧する第二加熱加圧部５と、第二加熱加圧部５を通過した焼結体４を回収する材料回収部６とからなる。矢印は処理方向を表示している。
【００１５】
粉体材料１は、例えば粒子径１００μｍより小さい粒子の集合体であり、その粒径分布はなんら制限されるものではない。粉体材料１は、事前に厚みや幅をそろえるための成形処理を施すこともできる。この成形処理は、一対のロールを用いて粉体をシート状に圧縮成形する方法や、金型を用いてプレスすることができる。
【００１６】
粉体搬送部２は、粉体材料１を第一加熱加圧部３へ供給する機能を有し、例えば粉体材料を搬送するベルトコンベアで構成されている。ベルトコンベアとしては、スチールベルト、メッシュベルト等を用いることができる。
【００１７】
第一加熱加圧部３は、粉体材料１を加熱しながら加圧する機能を有し、一対のロール、すなわち上ロール７と下ロール８で構成されている。この一対のロールは、内部に加熱装置９，１０を備えることができる。
【００１８】
この加熱装置９，１０としては、シーズヒータ、セラミックヒータ、ハロゲンランプヒータ、カーボンヒータ、フラッシュランプヒータ、誘導加熱ヒータなどを用いることができる。
【００１９】
なお、加熱装置９，１０をロールの内部に設けずに、図２に仮想線で示すように加熱装置９，１０をロール外周部の近傍に配置し、ロール外周部を加熱する事もできる。
【００２０】
また、加熱装置９，１０を、ロール内部とロール外周部の両方に配置してロールを加熱する事もできる。ロールに配置する加熱装置の個数や配置は特に限定されるものではなく、図２に示すように長さ方向に分割することもできる。
【００２１】
分割した加熱装置９ａ，９ｂ，９ｃ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃを独立して制御することで、温度の均一性を制御することができる。加熱温度としては、４００℃以上７００℃以下が好ましい。４００℃より低い温度では、焼結体の温度が十分上がらず、必要な密度を得ることができない。７００℃より高い温度では、ロールの軸部の温度が上昇し、軸部を支えるベアリングの寿命が短くなってしまう。上ロール７と下ロール８の材質としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、金属とセラミックスの複合材料、または異なる材質の部材を組み合わせた構造をとることもできる。
【００２２】
第二加熱加圧部５は、焼結体４を加熱しながら加圧する機能を有し、一定のスリットから焼結体４を排出する焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２で構成されている。焼結用ダイは内部に加熱装置１３，１４を備えることができる。
【００２３】
この加熱装置１３，１４としては、シーズヒータ、セラミックヒータ、ハロゲンランプヒータ、カーボンヒータ、フラッシュランプヒータ、誘導加熱ヒータなどを用いることができる。
【００２４】
焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２に配置する加熱装置の個数や配置は特に限定されるものではなく、図３のように長さ方向に分割することもできる。分割した加熱装置１３ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを独立して制御することで、温度の均一性を制御できる。
【００２５】
なお、加熱装置１３，１４を焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の内部に設けずに、図３に仮想線で示すように加熱装置１３，１４を、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の外部で、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の外部近傍に配置し、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２を加熱する事もできる。
【００２６】
また、加熱装置１３，１４を、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の内部と外部の両方に配置し、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２を加熱する事もできる。
【００２７】
焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２は、入口側と出口側のスリットギャップａの大小を調整することで、焼結体４に加わる圧力を調整できる。例えば、出口側スリットギャップａを入口側スリットギャップａより小さくすることで、焼結体の圧力は、焼結ダイの出口に近いほど高くできる。また、スリットギャップａの調整により、上ロール７，下ロール８から排出される焼結体４の排出負荷を制御することができ、焼結体４への加圧力を調整できる。
【００２８】
上ロール７，下ロール８により加熱加圧された焼結体４を焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２へ移動させる際に、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の入口側のスリットギャップをロール排出後の焼結体４の厚みより大きくし、出口側のスリットギャップを上ロール７，下ロール８排出後の焼結体４の厚みより小さくすることで、焼結体４は、ロール排出後も焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２により加熱加圧され、高い密度の焼結体を得ることができる。
【００２９】
図４に第一加熱加圧部３のロール通過後の焼結体断面の一例を示す。図４の断面図では焼結体４の角がアール形状になっている。
【００３０】
なお、焼結体４の幅方向の端部が焼結体４の幅方向の中心部より薄くなることもある。この場合には、第二加熱加圧部５を図５のように構成することによって実現できる。図５は第二加熱加圧部５の出口を処理方向の下手側から見た図を示す。具体例としては、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の入口と出口それぞれで、焼結体４の幅方向の中心部に対して焼結体４の幅方向の端部を狭く形成されている。このように、焼結体４の最終的な形状に対応して第二加熱加圧部５の断面形状を設定することによって、均一に加熱・加圧することができる。焼結体４の角を図４に示したようにアール形状にする場合には、第二加熱加圧部５のダイ断面形状もそれに合わせて角をアール形状にする。
【００３１】
焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の材質としては、特に限定するものではないが、金属、セラミックス、金属とセラミックスの複合材料、または異なる材質の部材を組み合わせた構造をとることもできる。
【００３２】
上記の説明では第二加熱加圧部５を、焼結用上ダイ１１と焼結用下ダイ１２の組み合わせで構成したが、２つに分割せずに焼結用上ダイ１１と焼結用下ダイ１２を一体にして構成することもできる。
【００３３】
図６に焼結体４に付与される温度と圧力の位置に対するプロファイルの一例を示す。
【００３４】
図６において、Ａが第一加熱加圧部３のロール排出位置を示す。Ｂが第二加熱加圧部５の入口位置を示す。Ｃが第二加熱加圧部５に内蔵された加熱装置１３，１４の処理方向の始端の位置を示す。Ｄが第二加熱加圧部５の出口位置を示す。
【００３５】
第一加熱加圧部３のロール排出位置Ａでの焼結体４の圧力Ｐ１と温度Ｔ１は、第二加熱加圧部５の入口位置Ｂに到着するまでの間に圧力Ｐ２と温度Ｔ２まで低下するが、第二加熱加圧部５を通過する間に焼結体４は温度が温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ３まで昇温される。第二加熱加圧部５を通過する間に焼結体４は圧力が圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ３まで次第に加圧される。
【００３６】
このように第二加熱加圧部５の焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の温度を、第一加熱加圧部３の上ロール７，下ロール８よりも高くすることで、第一加熱加圧部３を通過した焼結体４を第二加熱加圧部５の出口までに徐々に加熱することができる。一方で焼結体４に加わる圧力は、第一加熱加圧部３のロール通過時に急上昇し、ロール通過後に低下した後、第二加熱加圧部５の出口まで徐々に上昇させることができる。
【００３７】
図７に上ロール７，下ロール８と焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の位置関係の詳細を示す。
【００３８】
ここでは、焼結用上ダイ１１，焼結用下ダイ１２の入口の位置Ｂが、上ロール７，下ロール８の前記処理方向における下手側のロール外周円の接線位置Ｘより上手側に配置されている。そのため、上ロール７，下ロール８で加熱した焼結体４の温度低下、圧力低下を抑制しつつ、第二加熱加圧部５によって再加熱、再加圧することができる。
【００３９】
第二加熱加圧部５から排出された焼結体４は、材料回収部６により回収される。材料回収は、焼結体４を一定の長さに切断したシート状にして回収してもよい。またシート状よりさらに細かく粉砕してフレーク状にしてから回収することもできる。
【００４０】
以上のように本発明によれば、粉体材料１を第一加熱加圧部３で高加圧状態と加熱状態にした後に、高加圧状態を保持したまま第二加熱加圧部５にて温度を上昇させることができ、粉体材料１の各粒子を十分近づけた後に焼結を進行させることが可能となるため、高い密度の焼結体を高い生産性で実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の粉体焼結装置は、高い密度の焼結体を連続的に供給することができ、材料として高い密度の焼結体を必要とする各種の製造装置の生産性向上に寄与する。
【符号の説明】
【００４２】
１    粉体材料
２    粉体搬送部
３    第一加熱加圧部
４    焼結体
５    第二加熱加圧部
６    材料回収部
７    上ロール
８    下ロール
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ    第一加熱加圧部の加熱装置
１１    焼結用上ダイ
１２    焼結用下ダイ
１３ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ    第二加熱加圧部の加熱装置
Ｂ    第二加熱加圧部の焼結用ダイの入口の位置
Ｘ    第一加熱加圧部の一対の加圧ロールの下手側のロール外周円の接線位置
【図１】
2019060004.tif 000003
【図２】
2019060004.tif 000004
【図３】
2019060004.tif 000005
【図４】
2019060004.tif 000006
【図５】
2019060004.tif 000007
【図６】
2019060004.tif 000008
【図７】
2019060004.tif 000009