(57)【要約】      （修正有）【課題】粉末材料や仮焼結または焼結した成形体からなる材料を用いて、少ない処理工程で、密度が大きく、配向性が良好な成形体を得ることのできるせん断付与装置および方法を提供すること。【解決手段】粉末材料を用いて、せん断付与された成形体を成形するせん断付与装置Ａにおいて、材料供給通路２３と材料押出通路２４を所定角度で連通させた。そして、材料供給通路２３に、粉末材料を材料押出通路２４に押出すための主圧パンチ３２を設け、材料押出通路２４に、押し出される粉末材料に対して主圧パンチ３２の圧力よりも小さな圧力による背圧を付与する従圧パンチ４２を設けた。また、従圧パンチ４２による背圧を、粉末材料の配向性を変化させない大きさに設定した。さらに、従圧パンチ４２に突部を設けた。また、せん断付与装置Ａにヒータ１１およびアルゴンガス供給装置を設けた。【選択図】  図１
2004167506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を加圧状態で屈曲した材料通路の材料供給口から材料押出口に移動させることにより、せん断付与された成形体を成形するせん断付与装置であって、
前記材料通路における材料供給口側部分を構成する材料供給通路と、
前記材料通路における材料押出口側部分を構成し、前記材料供給通路に対して所定角度で連通した材料押出通路と、
前記材料供給通路に設けられ、前記材料供給通路に供給された前記材料を前記材料押出通路に押出すための主加圧部と、
前記材料押出通路に設けられ、前記主加圧部の圧力によって材料押出通路に押出される材料に対して、前記主加圧部の圧力よりも小さな圧力による背圧を付与する従加圧部と
を備えたことを特徴とするせん断付与装置。
【請求項２】
前記従加圧部による背圧を、前記材料が前記材料供給通路と前記材料押出通路との境界の屈曲部を通過する際に改良される前記材料の配向性を劣化させない大きさに設定した請求項１に記載のせん断付与装置。
【請求項３】
前記従加圧部に、前記従加圧部が材料供給通路に進入することを防止するための進入防止部を設けた請求項１または２に記載のせん断付与装置。
【請求項４】
前記材料を、加熱された不活性ガス雰囲気中または真空中で処理するための加熱装置および雰囲気制御装置を備えた請求項１から３のうちのいずれか一つに記載のせん断付与装置。
【請求項５】
粉末材料または仮焼結された成形体からなる材料を、加圧状態で屈曲した材料通路の材料供給口から材料押出口に移動させることにより、せん断付与された成形体を成形するせん断付与方法であって、
前記材料供給口から前記材料通路に前記材料を供給し、前記材料通路に供給された材料に対して、前記材料押出口側から背圧を付与しながら、前記背圧に抗して前記材料供給口側から圧力を付与して、前記材料を前記材料押出口から押出すことを特徴とするせん断付与方法。
【請求項６】
粉末材料または仮焼結された成形体からなる材料を、屈曲した材料通路の材料供給口から供給し、前記材料通路に供給された材料に対して、前記材料通路の材料押出口側から背圧を付与しながら、前記背圧に抗して前記材料供給口側から圧力を付与して、前記材料を前記材料押出口から押出すことにより得られる熱電材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末材料または仮焼結された成形体からなる材料を、せん断付与しながら押出し加工するせん断付与装置、せん断付与方法およびそれによって得られる熱電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金型内に屈曲した材料通路を設け、この材料通路に金属材料を供給するとともに圧力を付与して移動させ、この金属材料が材料通路の屈曲部を通過するときにせん断力を付与して、材料押出口から押出すことにより、金属材料の特性、例えば、強度や延性の向上を目的とした押出加工が行われている（例えば、特許文献１）。このような押出加工においては、一般に棒状の材料が用いられており、粉末材料を使用する場合には、粉末材料を仮焼結して、棒状に成形したのちに、押出加工が行われる。そして、押出加工を行ったのちに、成形材料の密度を大きくするためにプレスによる緻密化処理が行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２５４１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の方法を、粉末材料に適用して押出加工する場合、粉末材料は、成形性が悪く、強度が低いため、仮焼結処理や緻密化処理が必要となって、処理工程が多く作業が煩雑になるという問題がある。また、仮焼結や焼結された成形体を材料として用いる場合も、緻密化処理が必要となり、この緻密化処理をする際に、材料における結晶の配向性が劣化して、強度が低下し、電気抵抗が大きくなるという問題もある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、粉末材料や仮焼結または焼結した成形体からなる材料を用いて、少ない処理工程で、密度が大きく、配向性が良好な成形体を得ることのできるせん断付与装置および方法を提供することである。
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるせん断付与装置の構成上の特徴は、材料を加圧状態で屈曲した材料通路の材料供給口から材料押出口に移動させることによりせん断付与された成形体を成形するせん断付与装置であって、材料通路における材料供給口側部分を構成する材料供給通路と、材料通路における材料押出口側部分を構成し材料供給通路に対して所定角度で連通した材料押出通路と、材料供給通路に設けられ材料供給通路に供給された材料を材料押出通路に押出すための主加圧部と、材料押出通路に設けられ、主加圧部の圧力によって材料押出通路に押出される材料に対して、主加圧部の圧力よりも小さな圧力による背圧を付与する従加圧部とを備えたことにある。
【０００７】
このように構成した本発明のせん断付与装置においては、所定角度で連通する材料供給通路と材料押出通路とが設けられている。したがって、粉末材料をそのまま材料供給口から材料供給通路に供給し、主加圧部でこの粉末材料を材料押出通路側に押圧すると、粉末材料を構成する各片は、材料供給通路と材料押出通路との境界の屈曲部（角部）を通過する際に、向きを揃えられて一定の姿勢で材料押出通路に移動し、材料押出口から押出される。これによって、成形される成形体は、配向性の良いものとなる。
【０００８】
また、この場合、従加圧部が、粉末材料の移動に対する抵抗となる背圧を粉末材料に対して付与するため、粉末材料は主加圧部の圧力と従加圧部の背圧とで圧縮された状態で、材料供給通路から材料押出通路に向って移動する。これによって、成形された成形体の密度が大きくなり、成形体は、仮焼結処理や緻密化処理を行うことなく、強度を大きくできる。さらに、熱電材料の場合には、電気抵抗を小さくすることができる。また、材料として、仮焼結された成形体を用いた場合には、緻密化処理の省略ができ、工程の簡略化が図れる。材料供給通路に対する材料押出通路の所定角度としては、１８０度以下であればよく、好ましくは、６０度〜１２０度の範囲の角度である。
【０００９】
また、本発明にかかるせん断付与装置の他の構成上の特徴は、従加圧部による背圧を、材料が材料供給通路と材料押出通路との境界の屈曲部を通過する際に改良される材料の配向性を劣化させない大きさに設定したことにある。この場合の配向性の劣化とは、せん断付与によって一定の方向に揃った各材料片の姿勢が背圧を付与されることによって乱れることである。これによると、背圧が大きすぎて、材料供給通路と材料押出通路との屈曲部を通過する際に改良された材料の配向性を劣化することを防止できる。したがって、屈曲部を通過する際に向上した材料の配向性を維持させたまま、材料の密度も大きくすることができる。
【００１０】
本発明にかかるせん断付与装置のさらに他の構成上の特徴は、従加圧部に、従加圧部が材料供給通路に進入することを防止するための進入防止部を設けたことにある。これによると、従加圧部が材料供給通路に進入して、押出加工の初期の段階で材料の積層状態を壊したり、材料を破壊したりすることを防止できる。また、必要以上の背圧を材料に付与することを防止することができる。この場合、進入防止部を設ける部分は、適宜設定することができるが、少なくとも、従加圧部が材料供給通路に進入することを防止できる位置に設定する。
【００１１】
本発明にかかるせん断付与装置のさらに他の構成上の特徴は、材料を、加熱された不活性ガス雰囲気中または真空中で処理するための加熱装置および雰囲気制御装置を備えたことにある。これによると、粉末材料や仮焼結された成形体のように密度が低い材料の場合、材料の変形能を高めるために材料を加熱することができるとともに、その加熱による材料の酸化を防止することもできる。この場合、加熱温度としては、材料の絶対温度での融点以下で、融点の１／２以上の温度とすることが好ましい。また、不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスを用いることができる。
【００１２】
本発明にかかるせん断付与方法の構成上の特徴は、粉末材料または仮焼結材料からなる材料を、加圧状態で屈曲した材料通路の材料供給口から材料押出口に移動させることによりせん断付与された成形体を成形するせん断付与方法であって、材料供給口から材料通路に材料を供給し、材料通路に供給された材料に対して、材料押出口側から背圧を付与しながら、背圧に抗して材料供給口側から圧力を付与して、材料を材料押出口から押出すことにある。
【００１３】
このせん断付与方法においては、材料通路に供給された材料は、材料押出口側から背圧を受けながら、材料供給口側から圧力を付与されるため、圧縮された状態で、屈曲した材料通路の材料供給口から材料押出口に向って移動する。これによって、材料が粉末材料であっても、仮焼結した成形体であっても、配向性が良く密度の大きな成形体が得られる。この結果、成形体の強度を大きくすることができ、また、熱電材料の場合には、電気抵抗を小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明にかかる熱電材料の構成上の特徴は、粉末材料または仮焼結された成形体からなる材料を、屈曲した材料通路の材料供給口から供給し、材料通路に供給された材料に対して、材料通路の材料押出口側から背圧を付与しながら、背圧に抗して材料供給口側から圧力を付与して、材料を材料押出口から押出すことにより得られることにある。これによると、配向性に優れ、密度や強度の大きな熱電材料を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかるせん断付与装置Ａを示している。このせん断付与装置Ａは、箱型の真空チャンバ１０の内部に、金型２０と、金型２０に組み付けられた本発明の主加圧部としての主軸プレス３０および本発明の従加圧部としての従軸プレス４０を設けて構成されている。真空チャンバ１０は、内部を密閉状態にできる金属製の箱型ケースで構成され、内部に設けられた金型２０等を加熱するための本発明の加熱装置としてのヒータ１１が金型２０の周囲に設けられている。
【００１６】
そして、真空チャンバ１０の一側面部１０ａにおける上部に、導入弁１２を介してアルゴンガス供給装置（図示せず）が連通しており、真空チャンバ１０の底面部１０ｂにおける他端部分に、排気弁１３を介して排気装置（図示せず）が設けられている。したがって、この真空チャンバ１０は、排気弁１３を開けた状態で、排気装置を作動させることにより、内部を排気でき、導入弁１２を開けた状態で、アルゴンガス供給装置を作動させることにより、内部にアルゴンガスを供給することができる。
【００１７】
また、真空チャンバ１０内にアルゴンガスを充満させた状態で、導入弁１２および排気弁１３を閉じることにより内部をアルゴンガスによる雰囲気に維持することができ、また、その際、ヒータ１１のスイッチ（図示せず）をオンにすることにより、真空チャンバ１０内を高温状態にすることができる。なお、導入弁１２、アルゴンガス供給装置、排気弁１３および排気装置で本発明の雰囲気制御装置が構成される。
【００１８】
金型２０は、チタン、鉄、タングステン、炭素を含む合金およびこれらの合金に表面処理をしたものからなる下部型２１と上部型２２とで構成されており、内部に、材料供給通路２３と材料押出通路２４とからなるＬ字状に屈曲した通路が形成されている。この材料供給通路２３と材料押出通路２４との角度は９０度に設定されている。また、材料供給通路２３および材料押出通路２４の断面形状は四角形に設定され、その縦横の長さは、ともに２ｃｍに設定されている。
【００１９】
主軸プレス３０は、主軸本体３１と主軸本体３１に取り付けられた主圧パンチ３２とで構成されており、主軸本体３１は、主圧パンチ３２を真空チャンバ１０内に向けた状態で、真空チャンバ１０の上面部１０ｃにおける中央に固定されている。主圧パンチ３２は、主軸本体３１の下端から下方の金型２０の材料供給通路２３に向って進退可能な状態で、主軸本体３１に取り付けられている。この主圧パンチ３２は、主軸本体３１に設けられた駆動装置（図示せず）の駆動により、金型２０の材料供給通路２３の上端部である材料供給口２３ａよりもさらに上方に上昇して材料供給口２３ａを開口することができ、また、材料供給通路２３と材料押出通路２４とが交わる角部ａの高さまで下降することができる。
【００２０】
従軸プレス４０は、従軸本体４１と従軸本体４１に取り付けられた従圧パンチ４２とで構成されており、従軸本体４１は、従圧パンチ４２を真空チャンバ１０内に向けた状態で、真空チャンバ１０の他側面部１０ｄにおける下部側部分に固定されている。そして、従圧パンチ４２は、従軸本体４１の一端から真空チャンバ１０内の金型２０の材料押出通路２４に向って進退可能な状態で、従軸本体４１に取り付けられている。この従圧パンチ４２は、従軸本体４１に設けられた駆動装置（図示せず）の駆動により、金型２０の材料押出通路２４の他端部である材料押出口２４ａよりもさらに他方に後退して、材料押出口２４ａを開口することができ、また、材料供給通路２３と材料押出通路２４とが交わる角部ａの位置まで進入することができる。
【００２１】
なお、材料通路を構成する材料供給通路２３と材料押出通路２４とにおけるそれぞれ角部ａよりも奥側の部分で本発明の屈曲部が構成される。また、せん断付与装置Ａは、制御装置（図示せず）も備えており、この制御装置の制御によって、主軸プレス３０等の各装置が予め制御装置に入力された設定に従って自動的に駆動制御される。
【００２２】
つぎに、以上のように構成したせん断付与装置Ａを用いて、熱電モジュールに使用する熱電素子を製造するための成形体を成形する方法について説明する。成形体の成形に際しては、まず、出発材としての熱電素子用の粉末材料を製造する。この場合、例えば、Ｎ型熱電素子を成形するためのＢｉ、Ｔｅ、Ｓｅ粉末を、組成がＢｉ２Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３となるように秤量し、その試料を石英アンプル管に真空封止したのち、６５０℃の温度で３０分揺動しながら溶解する。
【００２３】
揺動後、試料を冷却して石英アンプル管から取り出し、溶解〜凝固後インゴットとする。そして、得られた溶解〜凝固後インゴットをボールミル、スタンプミル等で粉砕し、粉末材料を得る。得られた粉末材料は必要に応じて水素雰囲気で還元をしてもよい。
【００２４】
また、前述した溶解〜凝固後インゴットを単ロール液体急冷装置に充填し、８００℃のアルゴン雰囲気中から水冷ロールに射出して、急冷凝固粉を得ることもできる。この場合、単ロール液体急冷装置に換えて、双ロール液体急冷装置、ガスアトマイズ装置などを用いて、急冷凝固粉を得てもよい。これらの方法によって得られた粉末材料（図２参照）４５を用いて直接、押出加工を行う場合は、この粉末材料４５を前述したせん断付与装置Ａに充填し、後述する押出し工程を行う。
【００２５】
また、前述した方法で得られた粉末材料４５を成形して押出加工を行う場合の成形方法について説明する。この場合、粉末材料４５を、せん断付与装置Ａに充填できる形状を付与できる金型に充填し、室温で一軸加圧またはＣＩＰなどの当方圧によって、面圧０．５ｔｆ／ｃｍ２の荷重を付与したのちに、金型から取り出し、冷間成形体とする。
【００２６】
または、粉末材料４５を、せん断付与装置Ａに充填できる形状を付与できる金型に充填して、その金型をホットプレス装置に装填し、装置内を真空引き後、アルゴンガス置換し４００℃の温度で、面圧１ｔｆ／ｃｍ２の荷重を６０分付与する加圧焼結をして焼結体を得ることもできる。また、前述した冷間成形体を熱処理炉に装填し、真空引き後、アルゴンガス置換し４００℃の温度で、６０分の加熱処理をし、常圧焼結により焼結体を得てもよいし、ＨＩＰ装置でガス圧焼結をした加圧焼結により焼結体を得てもよい。
【００２７】
また、前述した溶解〜凝固後インゴットをせん断付与装置Ａに装填できる高さに切り出して押出し材料とすることもできる。そして、以上のようにして得られた粉末材料４５、冷間成形体、各焼結体または溶解〜凝固後インゴットの切り出し材を用いて、せん断付与装置Ａによる押出し工程が行われる。なお、本発明においては、押出し工程で使用される材料は前述したものに限定するものでなく、他の方法によって得られた材料でもよい。
【００２８】
つぎに、主軸プレス３０の駆動装置を駆動させて主圧パンチ３２を材料供給口２３ａの上方に上昇させ、材料供給口２３ａを開口するとともに、従軸プレス４０の駆動装置を駆動させて従圧パンチ４２を材料供給通路２３と材料押出通路２４とが交わる角部ａの位置まで進入させる。そして、材料供給口２３ａから、材料供給通路２３内に、粉末材料４５（以下、材料を粉末材料４５として説明する。）を入れる。この場合、粉末材料４５を構成する各箔片が、傾倒した状態で積層するように材料供給通路２３内に充填する。
【００２９】
つぎに、排気弁１３を開けて排気装置を作動させ、真空チャンバ１０内を排気したのち、排気弁１３を閉じる。そして、導入弁１２を開けてアルゴンガス供給装置を作動させ、真空チャンバ１０内にアルゴンガスを充満させる。ついで、導入弁１２を閉じて、真空チャンバ１０内をアルゴン雰囲気に維持する。そして、ヒータ１１をオンにして、真空チャンバ１０内の温度を４５０℃に昇温し、主軸プレス３０および従軸プレス４０を駆動させる。
【００３０】
この場合、従軸プレス４０の従圧パンチ４２には、図２の矢印ｂ方向に、５０ｋｇｆ／ｃｍ２の背圧を付与し、その状態で、主軸プレス３０の主圧パンチ３２を、矢印ｃの方向に、０．３ｍｍ／分の速度で下降させる。これによって、粉末材料４５は、従圧パンチ４２の背圧を受けて圧縮されながら、矢印ｄの方向に移動していく。この粉末材料４５が、材料供給通路２３と材料押出通路２４とが交わる屈曲部を通過するときに、粉末材料４５にせん断力が加わって、粉末材料４５は、より配向性を高められるとともに、高密度化される。
【００３１】
そして、主圧パンチ３２は、下端部が角ａに到達するまで下降し、その間、粉末材料４５は、四角棒状の成形体に成形されて、材料押出通路２４の材料押出口２４ａ側に移動していく。この押出加工の際、従圧パンチ４２の先端部は、図３に示したように、角ａの位置から徐々に矢印ｅの方向に後退していく。このように、従圧パンチ４２を角ａの位置よりも前方に進出させないことにより、従圧パンチ４２の背圧で、低密度時の粉末材料４５が押し潰されることを防止している。
【００３２】
つぎに、真空チャンバ１０の取出し口（図示せず）から、成形された成形体を取り出して、成形体の長手方向（押出し方向）と直交する方向に切断して所定の厚みの板状にする。ついで、切断された成形体の両切断面にニッケルメッキを施し、これをさらに切断して直方体の熱電素子に形成する。そして、この熱電素子の両メッキ面を、一対の上下基板に設けた電極にそれぞれ接合することにより熱電モジュールが得られる。
【００３３】
前述した各処理によって得られた成形体と、従来の方法によって得られた成形体との密度の値を図４のグラフに示している。すなわち、図４に黒丸印で示した値は、粉末材料４５をそのまま出発材として、それぞれ、押出加工前の値、従圧パンチ４２による背圧なしで押出加工を行った場合の値、および従圧パンチ４２による背圧を付与した状態で押出加工を行った場合の値を示している。また、白丸印で示した値は、粉末材料４５を仮焼結した成形体を出発材として、それぞれ、押出加工前の値、背圧なしで押出加工を行った場合の値、および背圧を付与した状態で押出加工を行った場合の値を示している。
【００３４】
この場合の仮焼結処理は、以下のようにして行った。まず、仮焼結用の金型の中に粉末材料４５を充填して、この金型を一軸ホットプレス装置に装填した。そして、一軸ホットプレス装置内を排気するとともに、アルゴンガスを供給し、その雰囲気内で、金型および内部の粉末材料を２００℃〜６００℃の温度で加熱しながら、３００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で、１０分間加圧することによって行った。試験によると、成形体を熱電素子として使用するためには、９８％以上の密度が必要であり、これを満足できるのは、粉末材料４５および粉末材料４５を仮焼結した成形体を出発材とした場合、ともに、背圧を付与して押出加工した場合だけであった。
【００３５】
なお、仮焼結した成形体を背圧なしで押出加工した場合、密度は９３％〜９４％と低いため、強度が弱く、電気抵抗が大きくなる。このため、熱電素子として使用するためには、さらに緻密化処理を施して密度を高める必要がある。仮焼結した成形体を背圧なしで押出加工したのちにさらに緻密化処理を行ったところ、その密度は、９８％を超え、背圧を付与して押出加工した場合の値と略等しくなった。この場合の緻密化処理は、以下のようにして行った。まず、背圧なしの押出加工により得られた成形体を、緻密化処理用の金型に充填できる２０ｍｍ×２０ｍｍ×６０ｍｍの大きさの直方体に加工した。
【００３６】
ついで、加工した成形体を金型の中に装填して、この金型を一軸ホットプレス装置に装填した。そして、一軸ホットプレス装置内を排気するとともに、アルゴンガスを供給し、その雰囲気内で、金型および内部の成形体を３５０℃以上の温度に加熱しながら、５００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で、１０分間加圧することによって行った。この場合の加圧方向は、押出し軸と主加圧軸がなす面内で成形体を押出加工した際の押出方向に直交する方向にした。
【００３７】
また、この場合の密度は、ＡＳＴＭカードに基づいて求めており、Ｂｉ２Ｔｅ３の理論密度７．８５７ｇ／ｃｍ３、Ｂｉ２Ｓｅ３の理論密度７．７０４ｇ／ｃｍ３、Ｓｂ２Ｔｅ３の理論密度６．５１３ｇ／ｃｍ３等の値を１００％として、この値を元に算出した。すなわち、成形体を構成するＢｉ２Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３は、（Ｂｉ２Ｔｅ３）０．９（Ｂｉ２Ｓｅ３）０．１と等しいため、Ｂｉ２Ｔｅ２．７Ｓｅ０．３の理論密度は、７．８５７×０．９＋７．７０４×０．１から求められる７．８４２ｇ／ｃｍ３とした。
【００３８】
この結果から、出発材として、粉末材料４５をそのまま用いた場合も、粉末材料４５を仮焼結して成形体としたものを用いた場合も、ともに、背圧を付与することによって、優れた熱電素子用の成形体が得られることがわかる。なお、前述した成形体を構成する原料には、アンチモンを含ませることもあり、その場合、理論密度の算出にＳｂ２Ｔｅ３の理論密度６．５１３ｇ／ｃｍ３も用いる。
【００３９】
また、図５は、前述した本発明による各処理によって得られた成形体と、従来の方法によって得られた成形体とのＸ線強度比の値を示している。この強度比は、得られた成形体の押出し方向の強度と押出し方向に直交する方向の強度との比を表しており、この強度比が大きいものほど、配向性が優れ熱電素子に適した材料となる。
【００４０】
これらの強度比の値は、Ｘ線回析機によって計測した結果に基づいて求められており、図５に黒丸印で示した値は、粉末材料４５を出発材として、それぞれ、押出加工前の値と、従圧パンチ４２による背圧を付与して押出加工を行った成形体の値を示している。また、白丸印で示した値は、粉末材料４５を出発材として、それぞれ、背圧なしで押出加工を行った成形体の値と、その後さらに緻密化処理を行った成形体の値を示している。なお、図５における００６／０１５強度比の００６／０１５は、各々の面指数に起因したピーク強度の比を表している。
【００４１】
これによると、粉末材料４５に、背圧を付与して押出加工を行って得た成形体も、背圧なしで押出加工を行って得た成形体も、ともに強度比においては良好な結果を得たが、背圧なしで押出加工を行って得た成形体にさらに緻密化処理を行うと配向性に乱れが生じて強度比は低下することがわかる。したがって、背圧なしで押出加工を行って得た成形体は、緻密化処理を行うことによって、密度を大きくすることができるが、同時に強度比が低下してしまうことがわかる。
【００４２】
このように、この実施形態によれば、せん断付与装置Ａに従軸プレス４０を設けて、粉末材料４５に背圧を付与しながら押出加工を行うようになっている。このため、粉末材料４５は、主軸プレス３０と従軸プレス４０とで圧縮されて密度を高めながら、材料供給通路２３と材料押出通路２４とが交わる屈曲部を通過する。この際に、粉末材料４５には、せん断力が付与されるため、粉体材料４５の各箔片は、強制的に姿勢を揃えられて配向性を向上させる。
【００４３】
また、従軸プレス４０の従圧パンチ４２は、角部ａを超えて材料供給通路２３側に進出することがなく、また、従圧パンチ４２が粉末材料４５に付与する背圧は、低い値に設定されているため、粉末材料４５の配向性を劣化させることがない。さらに、せん断付与装置Ａには、ヒータ１１、排気装置およびアルゴンガス供給装置が設けられているため、粉体材料４５の押出加工を高温のアルゴンガス雰囲気中で行うことができる。これによって、高温による酸化を防止した状態で、効果的な押出加工が行える。また、本実施形態によると、仮焼結処理や緻密化処理を省略することができるため、大幅に処理工程を簡略化できるとともに、処理時間の短縮化が図れる。
【００４４】
図６は、本発明の他の実施形態によるせん断付与装置の要部を示している。このせん断付与装置では、従軸プレスの従圧パンチ４６に、本発明の進入防止部としてのフランジ状の突部４７が設けられている。このせん断付与装置のその他の部分の構成については、図１ないし図３に示したせん断付与装置Ａと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。これによると、突起４７が金型２０の上部型２２における外側面に当接するとそれ以上、材料供給通路２３側に進入することがなくなるため、従圧パンチ４６の確実な停止ができるとともに、従軸プレスの制御が簡単になる。それ以外の作用効果については、前述したせん断付与装置Ａと同様である。
【００４５】
図７は、本発明のさらに他の実施形態によるせん断付与装置の要部を示している。このせん断付与装置においては、金型５０内に形成された材料供給通路５１と材料押出通路５２との交わる角部ｆの角度が略１２０度に設定されている。そして、主軸プレス５３の主圧パンチ５４は、材料供給通路５１と材料押出通路５２とが交わる角部ｆまで材料供給通路５１に進入することができ、従軸プレス５５の従圧パンチ５６は、角部ｆまで材料押出通路５２に進入することができる。このせん断付与装置におけるそれ以外の部分の構成については、前述したせん断付与装置Ａと同一である。
【００４６】
このように構成したため、このせん断付与装置を用いた押出加工によって粉末材料４５に付与されるせん断力は、せん断付与装置Ａを用いた押出加工によって粉末材料４５に付与されるせん断力と比較して小さなものとなる。したがって、予め配向性よく積層された粉末材料４５を押出加工する場合や、仮焼結されて比較的密度の高い成形体に形成された材料を押出加工する場合には、適度な押出加工を行える。また、主圧パンチ５３の移動速度を速くして処理を短時間で行うこともできる。それ以外の作用効果については、前述したせん断付与装置Ａと同様である
【００４７】
また、前述した各実施形態における押出加工は、同じ材料について複数回繰り返すこともできる。これによって、さらに、配向性に優れた高密度の成形体を得ることができる。さらに、前述した各実施形態では、材料として粉末材料４５を用いているが、この材料は、仮焼結した成形体を材料として用いてもよい。また、材料としては、熱電素子を形成するための材料だけでなく、磁性体を形成するための材料やセラミック材料等、結晶配向の異方性を利用して、その高性能化が見込める材料等について用いることもできる。
【００４８】
また、前述した実施形態では、熱電素子用の粉末材料を製造する際に、溶解した材料を箔片化したのちに、酸素を除去するための脱酸素処理を行っているが、この脱酸素処理は省略することができる。これによって、さらに処理工程の簡略化ができる。さらに、溶解した材料を箔片化する方法としては、前述した単ロール液体急冷装置を用いた方法に限らず、一対のロールを備えた双ロール液体急冷装置を用いたりガスアトマイズを用いたりする方法等も行える。また、インゴットを粉砕した粉砕粉やインゴットをそのままの状態で用いることもできる。
【００４９】
さらに、本発明の雰囲気制御装置を構成するアルゴンガス供給装置に代えて、真空チャンバ１０内に窒素ガスを供給するための窒素ガス供給装置を用いてもよい。また、不活性ガスを供給する装置であれば他の供給装置を用いることができる。さらに、粉末材料４５を仮焼結して成形体に形成するときの仮焼結処理において用いるアルゴンガスに代えて、窒素ガス等の不活性ガスを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるせん断付与装置の概略を示す断面図である。
【図２】粉末材料を押出加工するせん断付与装置の要部を示す断面図である。
【図３】従圧パンチの移動範囲を示す断面図である。
【図４】押出加工方法の異なる各成形体の密度を示すグラフである。
【図５】押出加工方法の異なる各成形体の強度比を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態によるせん断装置の要部を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態によるせん断装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…真空チャンバ、１１…ヒータ、１２…導入弁、１３…排気弁、２０，５０…金型、２３，５１…材料供給通路、２３ａ…材料供給口、２４，５２…材料押出通路、２４ａ…材料押出口、３０，５２…主軸プレス、３２，５３…主圧パンチ、４０，５４…従軸プレス、４２，４６，５５…従圧パンチ、４５…粉末材料、４７…突部、Ａ…せん断付与装置。
【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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