(57)【要約】【課題】型内を流れる電流を確実に制御することができ、焼結品の焼結状態を均一にすることができ、焼結品の品質の再現性が高く、しかも、均一な焼結状態を有する異形断面の焼結品を製造することができる通電加圧焼結装置の焼結型を提供する。【解決手段】中空部分を備えたモールド８１と、モールド８１の中空部分に挿入離脱自在に取り付けられた上下一対のパンチ８２，８３とからなり、モールド８１の中空部分において、モールド８１と上下一対のパンチ８２，８３によって焼結室Ａが形成された通電加圧焼結装置の焼結型８０であって、上下一対のパンチ８２，８３の素材が、非導電性材料である。モールド８１内に安定した電流経路を確保することができるから、モールド８１の形状を最適化すれば、モールド８１内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部分を備えたモールドと、該モールドの中空部分に挿入離脱自在に取り付けられた上下一対のパンチとからなり、前記モールドの中空部分において、該モールドと上下一対のパンチによって焼結室が形成された通電加圧焼結装置の焼結型であって、
前記上下一対のパンチの素材が、非導電性材料である
ことを特徴とする通電加圧焼結装置の焼結型。
【請求項２】
電源の電極が、前記モールドに接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の通電加圧焼結装置の焼結型。
【請求項３】
前記モールドが、その内部に電流が流れると、その中空部分の内面の温度が均一となる形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の通電加圧焼結装置の焼結型。
【請求項４】
焼結される成形品の形状が、前記焼結室の中心軸に対して軸対称な形状である場合において、
前記電源の電極が、前記焼結室の中心軸を挟んで対称な位置に取り付けられている
ことを特徴とする請求項２記載の通電加圧焼結装置の焼結型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加圧焼結装置の焼結型に関する。通電加圧焼結装置は、内部に金属やセラミックス等の粉末が入れられた焼結型内の粉末を加圧しながら通電し、通電により焼結型や粉末を発熱させて、粉末を加熱焼結させるための装置である。本発明は、かかる通電加圧焼結装置の焼結型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の通電加圧焼結装置の焼結型１８０　の縦断面図である。同図に示すように、従来の焼結型１８０　はモールド１８１　および上下一対のパンチ１８２，１８３　から構成されたものである。モールド１８１　は、素材がカーボングラファイトであり、中空部分を備えた部材である。各パンチ１８２，１８３　は、素材がカーボングラファイトであり、その断面形状が前記モールド１８１　の中空部分の断面形状と同形状に形成されたものである。この上下一対のパンチ１８２，１８３　には、電源の電極がそれぞれ接続されている。
このため、モールド１８１　の中空部分における上下一対のパンチ１８２，１８３　間の空間に、銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の粉末ｍを気密に収容して、上下のパンチ１８２，１８３　によって粉末ｍを加圧しながら上下のパンチ１８２，１８３　に通電すれば、焼結型１８０　が発熱するので、粉末ｍを加圧焼結することができる。
【０００３】
そして、電源の電極は、上下一対のパンチ１８２，１８３　にそれぞれ取り付けられているから、粉末ｍが非導電性の素材の場合には、全ての電流は上方のパンチ１８２　の外周面全面からモールド１８１　の内周面全面に流れ、モールド１８１　内部を通ってモールド１８１　の内周面全面からパンチ１８３　の外周面全面に流れる。粉末ｍが導電性の素材であれば、電流の大部分は上方のパンチ１８２　から粉末ｍを通って下方のパンチ１８３　に流れるが、一部の電流はモールド１８１　を通って上方のパンチ１８２　から下方のパンチ１８３　へと流れる。
このため、焼結品の形状が焼結室Ａの中心軸に対して軸対称な形状であれば、焼結型１８０　を流れる電流の流れを軸対称な流れとすることができるので、上下一対のパンチ１８２，１８３　およびモールド１８１　の内部に形成される温度分布を軸対称かつ均一な温度分布とすることができ、均一な焼結状態の焼結品を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の焼結型１８０　では、上方のパンチ１８２　の外周面全面からモールド１８１　の内周面全面に流れ、モールド１８１　内部を通ってモールド１８１　の内周面全面からパンチ１８３　の外周面全面に流れるため、焼結型１８０　内を流れる電流の経路は、モールド１８１　の形状よりも、モールド１８１　の内面と上下一対のパンチ１８２，１８３　の外周面との接触状態の影響を大きく受けることになる。
ところで、設計誤差などにより、各パンチ１８２，１８３　の外面とモールド１８１　の中空部分の内面との間に隙間ができた場合、その部分は電流が流れないので、上方のパンチ１８２　から下方のパンチ１８３　に流れる電流は、モールド１８１　の中心軸に対して必ずしも軸対称な流れとはならない。しかも、上下一対のパンチ１８２，１８３　によって粉末ｍを加圧するときには、上下一対のパンチ１８２，１８３とモールド１８１　の相対的な位置が変化するから、一回の焼結作業の間に、上下一対のパンチ１８２，１８３　の外周面とモールド１８１　の内周面との間にできる隙間の場所やその隙間の間隙、つまり上下一対のパンチ１８２，１８３　の外周面とモールド１８１　の内周面との接触状況が刻々と変化してしまう。すると、一回の焼結作業の間でも、焼結型１８１　内を流れる電流の経路が刻々と変化し、突然電流経路が切断されたり新たに形成される可能性がある。
したがって、上方のパンチ１８２　から下方のパンチ１８３　に流れる電流の電流経路や各電流経路に流れる電流量が不安定な状態で焼結作業が行なわれるから、焼結型１８０　内の温度分布が不均一となり、焼結された焼結品には、その内部に焼結状態や密度のバラツキが生じてしまう。
【０００５】
また、上下一対のパンチ１８２，１８３　の外周面とモールド１８１　の内周面との間において、隙間のできる場所やその隙間の間隙は焼結作業の度に変化する。したがって、焼結作業の度に、当然に焼結型１８１　内を流れる電流の経路が変化してしまうから、粉末ｍの加熱状態が焼結作業毎に異なってしまうので、焼結品の品質の再現性が悪くなる。
さらに、焼結品の異形断面を有するもの、つまりモールド１８１　の中心軸に対して非対称な形状のものであれば、モールド１８１　の中心軸からモールド１８１　の内面までの距離が場所によって変化する。すると、モールド１８１　の内面において、焼結室Ａの中心軸までの距離が近い部分では流れる電流量が大きくなり、逆に焼結室Ａの中心軸までの距離が遠い部分では流れる電流量が小さくなる。このため、軸対称な焼結品を焼結するときに比べて、モールド１８１　の発熱状態の場所によるばらつきが非常に大きくなるから、焼結型１８０　内の温度分布の不均一性が非常に大きくなり、焼結された焼結品の内部における焼結状態や密度のバラツキが非常に大きくなる。このため、従来の焼結型１８１　を用いて、異形断面を有する焼結品を製造することは、実際上、不可能であった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑み、型内を流れる電流を確実に制御することができ、焼結品の焼結状態を均一にすることができ、焼結品の品質の再現性が高く、しかも、均一な焼結状態を有する異形断面の焼結品を製造することができる通電加圧焼結装置の焼結型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の通電加圧焼結装置の焼結型は、中空部分を備えたモールドと、該モールドの中空部分に挿入離脱自在に取り付けられた上下一対のパンチとからなり、前記モールドの中空部分において、該モールドと上下一対のパンチによって焼結室が形成された通電加圧焼結装置の焼結型であって、前記上下一対のパンチの素材が、非導電性材料であることを特徴とする。
請求項２の通電加圧焼結装置の焼結型は、請求項１記載の発明において、電源の電極が、前記モールドに接続されていることを特徴とする。
請求項３の通電加圧焼結装置の焼結型は、請求項１記載の発明において、前記モールドが、その内部に電流が流れると、その中空部分の内面の温度が均一となる形状に形成されていることを特徴とする。
請求項４の通電加圧焼結装置の焼結型は、請求項２記載の発明において、焼結される成形品の形状が、前記焼結室の中心軸に対して軸対称な形状である場合において、前記電源の電極が、前記焼結室の中心軸を挟んで対称な位置に取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、パンチの素材には非導電性の材料を使用しているから、燒結する粉末の素材が非導電性材料であれば、モールドに電流を流しても、上下一対のパンチには電流が流れず、電流はモールド内だけを流れることになる。このため、モールド内を流れる電流はモールドとパンチとの接触部分の影響をまったく受けないので、モールドの形状を調整すれば、モールド内を流れる電流の経路および各電流経路に流れる電流量を確実に制御することができる。そして、モールド内を流れる電流の経路および各電流経路に流れる電流量を確実に制御することができるから、焼結作業中において、所定のタイミングで所定の電流経路に所定の量の電流を確実に流すことができる。つまり、モールド内に安定した電流経路を確保することができるから、モールドおよび粉末内部に安定した温度分布を得ることができる。よって、モールドの形状を最適化すれば、モールド内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。また、焼結する粉末が導電性材料であれば、電流はモールド内だけでなく粉末内部も流れるが、モールドの形状を調整すれば、粉末内およびモールド内の電流の流れを確実に制御することができる。よって、所定のタイミングで所定の電流経路に所定の量の電流を常に流すことができるから、焼結する粉末が導電性材料であっても、モールドの形状を最適化すれば、粉末内およびモールド内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。さらに、モールドに流す電流とパンチによる加圧を、完全に別個独立に制御することができるので、粉末を焼結する条件を容易かつ確実に調整することができ、所望の焼結状態で粉末を確実に焼結することできる。
請求項２の発明によれば、モールドに電極を接続しているから、モールド内を流れる電流経路および各電流経路に流れる電流量を、より確実に制御することができる。つまり、焼結型内に安定した電流経路を確保することができるから、焼結型および粉末内部に安定した温度分布を得ることができる。したがって、モールドの形状を最適化すれば、焼結型内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。
請求項３の発明によれば、電流を流したときに、モールドの中空部分の内面の全面の温度が均一となるので、粉末を、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができる。よって、焼結された焼結品の焼結状態が均一になるように焼結することができる。
請求項４の発明によれば、電源の電極が、焼結室の中心軸を挟んで軸対称の位置に取り付けているので、モールド内を流れる電流の制御が容易になる。このため、モールド内の温度分布の調整が容易になるので、粉末を、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の焼結型８０の縦断面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面矢視図である。なお、図１および図２に示した焼結型８０の断面形状は例示であり、焼結品の形状にあわせて最適に設計されるものである。
【００１０】
図１および図２に示すように、本実施形態の焼結型８０は、モールド８１および上下一対のパンチ８２，８３から構成されたものであり、上下一対のパンチ８２，８３の素材を非導電性材料としたことが特徴である。なお、図１および図２において符号ｍは、本実施形態の焼結型８０によって焼結される被焼結粉末を示している。
【００１１】
図１および図２に示すように、モールド８１は、例えばカーボングラファイト等の導電性を有する素材で形成されたものであり、中空部分を備えた本体部８１ａ　と、本体部８１ａ　の外面に接続された一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　とを有している。この一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　には、電源Ｄの電極がそれぞれ取り付けられている。
上下一対のパンチ８２，８３は、その素材が、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）等の非導電性材料であり、上方のパンチ８２の下端部および下方のパンチ８３の上端部が、前記モールド８１の中空部分に挿入離脱自在に取り付けられている。そして、モールド８１の中空部分において、モールド８１、パンチ８２の下端およびパンチ８３の上端で囲まれた部分が焼結室Ａとなっている。
【００１２】
このため、上下一対のパンチ８２，８３を互いに接近させる、つまり上方のパンチ８２の下端部および下方のパンチ８３の上端部をモールド８１内に進入させて、上下一対のパンチ８２，８３によって被焼結粉末ｍを加圧しながら電源Ｄの電極間に電流を流せば、被焼結粉末ｍを加圧焼結することができる。
【００１３】
しかも、パンチ８２，８３の素材には非導電性の材料を使用しており、電源Ｄの電極はモールド８１の一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　に電極を接続されているから、燒結する粉末ｍの素材が非導電性材料であれば、モールド８１に電流を流しても、上下一対のパンチ８２，８３には電流が流れず、電流はモールド８１内だけを流れることになる。このため、モールド８１内を流れる電流はモールド８１と上下一対のパンチ８２，８３との接触部分の影響をまったく受けない。
しかも、モールド８１の一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　と電源Ｄの電極、およびモールド８１の本体部８１ａ　と一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　は、いずれも焼結作業中は相対的に移動しないように固定されている。つまり、モールド８１は、焼結中に移動する部分を備えておらず、その内部を流れる電流経路が焼結中に切断されたりして、電流経路が突然変化することが無い。
したがって、モールド８１の形状を調整すれば、モールド８１内を流れる電流の経路および各電流経路に流れる電流量を確実に制御することができる。そして、モールド８１に流す電流とパンチ８２，８３による加圧を、完全に別個独立に制御することができるので、粉末ｍを焼結する条件を容易かつ確実に調整することができ、所望の焼結状態で粉末ｍを確実に焼結することできる。
【００１４】
そして、モールド８１内を流れる電流の経路および各電流経路に流れる電流量を確実に制御することができるから、焼結作業中において、所定のタイミングで所定の電流経路に所定の量の電流を確実に流すことができる。つまり、モールド８１内に安定した電流経路を確保することができるから、モールド８１および粉末ｍ内部に安定した温度分布を得ることができる。
よって、モールド８１の形状を最適化すれば、モールド８１内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。
【００１５】
また、焼結する粉末ｍが導電性材料であれば、電流はモールド８１内だけでなく粉末ｍ内部も流れるが、モールド８１の本体部８１ａ　の内面と粉末ｍとの間の接触状況は大きく変化しないので、モールド８１の形状を調整すれば、粉末ｍ内およびモールド８１内の電流の流れを確実に制御することができる。よって、所定のタイミングで所定の電流経路に所定の量の電流を常に流すことができるから、焼結する粉末ｍが導電性材料であっても、モールド８１の形状を最適化すれば、粉末ｍ内およびモールド８１内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。
【００１６】
さらに、モールド８１内の電流の経路および電流は、モールド８１の形状によって制御することができるから、焼結品の断面形状が円形のものだけでなく、様々な形状をした焼結品を、その品質を低下させることなく製造することができる。例えば、三角形や四角形の断面を有する焼結品や、焼結室の軸方向に対して非対称は断面を有する異形断面を有する焼結品であっても、モールド８１の形状を最適化すれば、焼結される粉末ｍの内部の温度分布が均一になるように焼結することができる。つまり、どのような断面形状を有する焼結品であっても、焼結状態にばらつきのない、品質の良い焼結品を製造することができる。
【００１７】
さらに、モールド８１の一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　に電極を直接接続しているから、モールド８１内を流れる電流経路および各電流経路に流れる電流量を、より確実に制御することができる。
【００１８】
また、電流を流したときに、モールド８１の本体部８１ａ　の内面全面の温度が均一となるような形状に成形すれば、粉末ｍを、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができる。よって、焼結された焼結品の焼結状態が均一になるように焼結することができる。粉末ｍが非導電材料であれば、粉末ｍの内部を電流が流れないので、好適である。
なお、モールド８１の本体部８１ａ　の内面全面の温度分布は、焼結された焼結品の焼結状態にばらつきが生じない程度であればよい。
【００１９】
さらに、焼結品の形状が焼結室Ａの中心軸に対して軸対称な形状であれば、一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　を焼結型８０の焼結室Ａの中心軸を挟んで対称な位置に設けれ好適である。この場合、一対の電極接続部８１ｂ，８１ｂ　に電源Ｄの電極を取りつければ、電源Ｄの電極が焼結型８０の焼結室Ａの中心軸を挟んで対称な位置に取り付けられるので、モールド８１内を流れる電流の制御が容易になる。このため、モールド８１内の温度分布の調整が容易になるので、粉末ｍを、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、モールド内に安定した電流経路を確保することができるから、モールドの形状を最適化すれば、モールド内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。請求項２の発明によれば、モールド内を流れる電流経路および各電流経路に流れる電流量を、より確実に制御することができるから、モールドの形状を最適化すれば、焼結型内に形成される温度分布を均一にすることができ、しかも焼結品の品質の再現性を高くすることができる。
請求項３の発明によれば、粉末を、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができるから、焼結された焼結品の焼結状態が均一になるように焼結することができる。
請求項４の発明によれば、モールド内の温度分布の調整が容易になるので、粉末を、その内部の温度分布が均一になるように加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の加圧焼結装置の焼結型８０の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面矢視図である。
【図３】従来の加圧焼結装置の焼結型１８０　の縦断面図である。
【符号の説明】
８０　　焼結型
８１　　モールド
８２　　パンチ
８３　　パンチ
Ａ　　　焼結室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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