(57)【要約】      （修正有）【課題】高速で連続的にしかも効率よく軽金属或いは低融点金属焼結体を大量生産できるシャトル式放電プラズマ焼結システムを提供する。【解決手段】焼結すべき低融点金属粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、低融点金属焼結体とする放電プラズマ焼結システム１は、低融点金属粉末を焼結する放電プラズマ焼結機２と、焼結機による焼結位置となる第１の位置と第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台のダイセット３であって、焼結型、焼結型の穴に整合して配置された下部パンチ、焼結型の穴内に進入可能な上部パンチを備えたダイセット３と、第２の位置に配置されていて前記焼結型の前記穴内に低融点金属粉末材料を充填する充填装置と、焼結された低融点金属焼結体を前記ダイセットから取り出す取り出し装置とを備えている。【選択図】図１
2004244662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結すべき低融点金属粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、低融点金属焼結体とするシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えた放電プラズマ焼結機と、
前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台の絶縁構造を有するダイセットであって、前記区間で移動可能になっているベーステーブル、前記ベーステーブルに固定されていて上下方向に伸びる複数の支柱、前記支柱に上下移動可能に案内されていている第１の可動テーブル、前記第１の可動テーブルに取り付けられてい上下に貫通する穴を有する焼結型、前記第１の可動テーブルの上方において前記支柱に上下移動可能に案内されていている第２の可動テーブル、前記穴に整合して前記テーブルに固定された下部パンチ、前記第２の可動テーブルに前記焼結型の前記穴と整合して取り付けられていて下端部が前記焼結型の前記穴内に進入可能な上部パンチを備えたダイセットと、
前記第２の位置に配置されていて前記焼結型の前記穴内に低融点金属粉末材料を充填する充填装置と、
焼結された低融点金属焼結体を前記ダイセットから取り出す取り出し装置と、を備えたシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記下部パンチの下端が前記ベーステーブルの下面より下側に突出し、前記上部パンチの上端が前記第２の可動テーブルの上側に突出し、前記ダイセットが前記第１の位置にあるとき前記下部パンチの下端が前記下部通電加圧部材と接触可能で、前記上部パンチの上端が前記上部通電加圧部材と接触可能であるシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、更に、
前記焼結型並びに上部及び下部パンチを加熱するヒーターが組み込まれているシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記ベーステーブルが上下二つの部分から成り、上部分に前記下部パンチが固定されかつ下部分に前記支柱が固定され、前記上部分が前記支柱により前記下部分に関して相対移動可能に案内され、前記下部分は前記区間に亘って設けられた複数のガイドレール上を移動可能に案内されているシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記ベーステーブルの前記下部分には前記第１の可動テーブルを上下動させる少なくとも一つの第１のアクチュエータと、前記第２の可動テーブルを上下動させる少なくとも一つの第２のアクチュエータとが設けられているシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記第２の位置から前記第１の位置とは反対側に隔てられ位置において前記ダイセットの移動方向に関して略直角の方向に移動可能な可動台を備え、前記粉末材料を加熱するヒータを組み込んだ粉末材料充填装置が前記可動台上に前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能に配置されているシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、更に、
前記可動台上に前記充填装置と並んで配設されていて前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能な焼結型清掃装置を備えるシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、更に
前記可動台上に前記充填装置と並んで配設されていて前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能なパンチ清掃装置を備えるシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載のシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記第２の位置に停止している焼結型内に離型材を塗布する離型材塗布装置を備えているシャトル式放電プラズマ焼結システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシャトル式放電プラズマ焼結システムに関し、詳しくは、ダイセットを焼結材料の供給位置と焼結位置との間でシャトル式に往復動作させることにより、超微細結晶組織構造（本発明では結晶粒径が２μｍ以下のものを言う）を有する低融点金属をベース材料とする合金粉末を加圧焼結して成形する加工性に優れかつ機械的性質の優れたアルミニュウム、マグネシュウム、ベリリウム等の低融点金属又は軽金属合金プリフォーム体としての低融点金属又は軽金属焼結体を自動的かつ連続的に、しかも高速で製造するのに適したシャトル式放電プラズマ焼結システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
低融点の軽金属であるアルミニュウム合金は軽量素材として、例えば、自動車、鉄道車、電気・精密機械部品両等の分野でも広く使用されるようになってきている。しかしながら、従来のかかる合金は耐熱性、耐摩耗性、強度等の機械的性質の点で鉄系の材料には及ばない。このような問題を解決するため、近年、粉末の結晶粒径が２μｍ以下で粉末粒子径が５０μｍ以上のアルミニュウム金属の粉末と、Ｓｉのような半金属及びＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属の一種又は二種以上の金属元素より成るアルミニュウム合金粉末、或いはこれに粒径が５μｍ以下のセラミックスを１〜１０容積パーセント配合してつくったアルミニュウム合金粉末を焼結して、超微細結晶組織構造を有していて高強度、高耐熱性を有しかつ従来の焼結品よりも延性に優れた超塑性を有するアルミニュウム合金のプリフォーム体をつくり、かかる超塑性を有するプリフォーム体を高速鍛造法などにより高品位の最終機械部品形状に成形する技術が、例えば特開平１１−２０９８３９号公報に示されるように、開発されてきた。本来上記のような超微細結晶組織構造を有する半金属及び遷移金属とアルミニュウムとを含む合金を１μｍ以下の超微細組織構造を保持したまま溶解、鋳造法で製造することは困難なことであり、組成上は可能ではあっても組織が粗大化し延性や強度が劣る欠点があった。また、これらの材料の超微細結晶組織構造を有する粉末を焼結するといっても、単に従来の通常の焼結方法を適用しただけでは溶解及び鋳造法と同じように粒成長を起こし、組織が粗大化し上記のような性質の優れたアルミニュウム合金を作ることはできない。また、上記公報に記載の技術だけでは、アルミニュウム合金粉末から超微細結晶組織を有し延性や機械的強度に優れたプリフォーム体を１個当たり２０分ないし６０分のサイクルで作ることはできても、１ないし５分以内の短時間にプリフォーム焼結体を自動連続的に高速で製造することはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、放電プラズマ焼結法で代表されるパルス通電加圧焼結法を利用して超微細のアルミニュウム、マグネシュウムのような低融点金属又は軽金属粉末材料を連続的にしかも上記従来の常圧焼結法に比べて高速で焼結して焼結体（プリレフォーム体）を形成する技術が、本出願人による特願２０００−１４５０５７号の「アルミニュウム合金プリフォーム体の製造方法及び製造システム」によって既に提供されている。
上記特許出願に係る装置によりアルミニュウム焼結体を自動的かつ連続的に、高速で製造することが可能になったが、装置の構造及び動作の簡素化及び生産の効率化の点で、更なる改良が要望されている。
【０００４】
したがって、本発明の主目的は、高速で連続的にしかも効率良く軽金属或いは低融点金属焼結体を大量生産できるシャトル式放電プラズマ焼結システムを提供することである。
本発明の他の目的は、軽金属或いは低融点金属粉末材料を焼結する焼結型及びその焼結型と組み合う上、下部パンチをダイセット式にして焼結位置とその他の位置との間でシャトル式に往復動作可能にすることによって、高速で連続的にしかも効率良く低融点金属焼結体を大量生産できるシャトル式放電プラズマ焼結システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼結すべき低融点金属粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、低融点金属焼結体とするシャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えた放電プラズマ焼結機と、
前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台の絶縁構造を有するダイセットであって、前記区間で移動可能になっているベーステーブル、前記ベーステーブルに固定されていて上下方向に伸びる複数の支柱、前記支柱に上下移動可能に案内されていている第１の可動テーブル、前記第１の可動テーブルに取り付けられてい上下に貫通する穴を有する焼結型、前記第１の可動テーブルの上方において前記支柱に上下移動可能に案内されていている第２の可動テーブル、前記穴に整合して前記テーブルに固定された下部パンチ、前記第２の可動テーブルに前記焼結型の前記穴と整合して取り付けられていて下端部が前記焼結型の前記穴内に進入可能な上部パンチを備えたダイセットと、
前記第２の位置に配置されていて前記焼結型の前記穴内に低融点金属粉末材料を充填する充填装置と、
焼結された低融点金属焼結体を前記ダイセットから取り出す取り出し装置と、を備えて構成されている。この場合、好ましくは、焼結型内に充填する低融点金属粉末材料は予め所望の温度に加熱しておく。
本発明のシャトル式放電プラズマ焼結システムによれば、低融点金属合金の焼結体を多量に高速で生産できる。
【０００６】
上記シャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、
前記下部パンチの下端が前記ベーステーブルの下面より下側に突出し、前記上部パンチの上端が前記第２の可動テーブルの上側に突出し、前記ダイセットが前記第１の位置にあるとき前記下部パンチの下端が前記下部通電加圧部材と接触可能で、前記上部パンチの上端が前記上部通電加圧部材と接触可能であってもよい。また、上記シャトル式放電プラズマ焼結システムは、前記焼結型並びに上部及び下部パンチを加熱するヒーターが組み込まれていてもよい。
更に、上記シャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、前記ベーステーブルが上下二つの部分から成り、上部分に前記下部パンチが固定されかつ下部分に前記支柱が固定され、前記上部分が前記支柱により前記下部分に関して相対移動可能に案内され、前記下部分は前記区間に亘って設けられた複数のガイドレール上を移動可能に案内されていてもよい。また、前記ベーステーブルの前記下部分には前記第１の可動テーブルを上下動させる少なくとも一つの第１のアクチュエータと、前記第２の可動テーブルを上下動させる少なくとも一つの第２のアクチュエータとが設けられていてもよい。
また、上記シャトル式放電プラズマ焼結システムにおいて、前記第２の位置から前記第１の位置とは反対側に隔てられ位置において前記ダイセットの移動方向に関して略直角の方向に移動可能な可動台を備え、前記粉末材料を加熱するヒータを組み込んだ粉末材料充填装置が前記可動台上に前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能に配置されていてもよい。
更にまた、前記可動台上に前記充填装置と並んで配設されていて前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能な焼結型清掃装置を備えても、前記可動台上に前記充填装置と並んで配設されていて前記第２の位置に停止している焼結型の上方まで移動可能なパンチ清掃装置を備えても、或いは／及び前記第２の位置に停止している焼結型内に離型材を塗布する離型材塗布装置を備えていもよい。
【０００７】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例について、低融点金属としてアルミニュウム金属材料の焼結を例に説明する。
図１及び図２において、本実施例による放電プラズマ焼結システムが全体を参照番号１で示されている。この実施例の放電プラズマ焼結システム（以下単に焼結システム）１は、ダイセットが２台設けられた複動式として示され、大きく分けて、放電プラズマ焼結機２と、放電プラズマ焼結機（以下単に焼結機）２の中心位置すなわち焼結位置Ａの両側（図１で左右両側）に水平方向に所定の距離直線状に伸びる対のガイド装置１０と、そのガイド装置上に移動可能に配置された二つのダイセット３と、各ダイセットをガイドレール１２上で往復移動させる二つの駆動機構４と、焼結位置から所定の距離Ｌ１隔てられた充填／取り出し位置Ｂから更に焼結位置側に所望の距離Ｌ２隔てられた位置に配置されていてガイドレールの伸長方向すなわち中心線Ｘ−Ｘに沿う方向に略直角の方向に移動する２台の台車装置５と、各台車装置５上に配置されていて焼結型内に粉末材料を充填する粉末充填装置６と、焼結型の本体及びパンチを清掃する型清掃装置７ａないし７ｃと、充填位置Ｂを通って中心線Ｘ−Ｘに略直角の線Ｙ−Ｙ上に配置された２台の製品取り出し装置８と、離型剤塗布装置９とを備え、それらは、図１及び図２に示されるように、放電プラズマ焼結機を中心として左右対称の位置関係に配置されている。なお、各二つのダイセット、駆動機構、台車装置、粉末充填装置、型清掃装置製品取り出し装置、離型剤塗布装置は同じ構造であるから図１及び図２において右側に示されるもののみを説明する。
【０００８】
図１及び図２において、ガイド装置１０は長方形に組み立てられたフレーム１１と、そのフレーム上に固定された一対のガイドレール１２とを備えている。ガイドレール１２は線Ｘ−Ｘに沿う方向に伸びている。
図１ないし図３において、焼結機２は、台２０に互いに隔ててかつ直立状態で固定された複数（この実施例では４個）の支柱２１と、台２０の上部において支柱２１に上下動可能に案内された可動テーブル２２と、焼結機の中心位置（図３で線Ａ−Ａ上）において可動テーブル２２に固定された下部通電加圧部材２３と、支柱２１の上端に固定された上支持板２４と、上支持板２４に下部通電加圧部材２３に対向して配置固定された上部通電加圧部材２５と、台２０の中心部に設けられていて可動テーブル２２を上下動させるアクチュエータ２６とを備えている。下部通電加圧部材２３は可動テーブル２２の上方に向かって所望の長さ突出しており、上部通電加圧部材２５は上支持板２４から下方に向かって所望の長さ突出している。下及び上部通電加圧部材には、図示しないが中には冷却通路が形成され、その冷却通路に水等の冷却流体を通してそれらの通電加圧部材を冷却するようにしている。両通電加圧部材は、例えばステンレススチールで作られている。下部通電加圧部材２３は公知の方法で可動テーブル２２及びアクチュエータ２６に対して電気的に絶縁され、また上部通電加圧部材２５は上支持板２４に対して公知の方法で電気的に絶縁されている。下部及び上部通電加圧部材２３及び２５は、それぞれ別個の導体２７を介して電源装置２８に接続され、その電源装置から焼結電流である直流パルス電流が供給されるようになっている。アクチュエータは流体圧シリンダで良いが、サーボモータ駆動装置のような他の装置でもよい。
上記焼結機は、後述する構成を有するダイセット３が焼結位置に到着すると、アクチュエータ２６が動作して可動テーブル２２と共に下部通電加圧部材２３を押し上げ、ダイセット３の後述する下部パンチ及び上部パンチを上部通電加圧部材２５との間で挟んで加圧し、電源装置２８より両通電加圧部材、下部及び上部パンチ並びに焼結型を介して焼結型内に充填された粉末材料に所望の量の焼結電流（直流パルス電流）を流し、粉末材料を焼結する。
【０００９】
図４ないし図６において、ダイセット３は、互いに平行に配置された矩形板状の下部分３０１と上部分３０２とを有するベーステーブル３０と、ベーステーブル３０の下部分３０１の四隅近くに下部分に直立して配設固定されたガイドロッド３１と、ベーステーブルの上に配置された下側の第１の可動テーブル３２及び上側に第２の可動テーブル３３とを備えている。第１及び第２の可動テーブル３２及び３３は、それぞれ、ベーステーブル３０の上部分とほぼ同じ大きさの矩形の板状体３２１及び３３１で構成され、それぞれに設けられた軸受け部３２２及び３３２によりガイドロッド３１に関して独立して上下移動可能に案内されている。更に、ベーステーブルの上部分３０２は、軸受け部３０４によりガイドロッド３１に上下移動可能に案内されている。
ダイセット３は、更に、それぞれその中心線Ｏ−Ｏ上において、第１の可動テーブルに固定された焼結型３４と、ベーステーブル３０の上部分に固定された焼結型の下部パンチ３５と、第２の可動テーブル３３に固定された上部パンチ３６とを備えている。第１の可動テーブル３２と焼結型３４とは公知の手段、例えば第１の可動テーブルの板状体３２１と焼結型３４との間及び固定部材３２３と焼結型３４と間に配置された絶縁部材３２５及び３２６により電気的に絶縁されている。また、ベーステーブル３０と下部パンチ３５とは公知の手段、例えばベーステーブルの板状体３０２と下部パンチ３５との間に配置された絶縁部材３０５により電気的に絶縁されている。更に、第２の可動テーブル３３と上部パンチ３６とは公知の手段、例えば第２の可動テーブルの板状体３３１と上部パンチ３６との間に配置された絶縁部材３３５により電気的に絶縁されている。焼結型３４は、上下に貫通する穴３４１を画成するように、本実施例では中空円筒状に形成されている。焼結型３４、下部パンチ３５及び上部パンチ３６はアルミニュウム合金粉末を焼結するのに適した材料、例えばダイス鋼などの鉄系の合金で作られるが、その他の材料、例えばグラファイト或いはセラミックス等通電性がれば何れでもよい。焼結型３４の下端面３４２は第１の可動テーブル３２の下面よりわずかに下に突出し、その下端面に下部パンチ３５の上端面が当接できるようになっている。上部パンチ３６の下端部は第２の可動テーブル３３の下面から下方に向かって突出し、焼結型３４の穴３４１内にぴったりと入り得る寸法になっている。下部パンチ３５の下端面はベーステーブル３０の下部分３０１に形成された穴３０５を通して下部分の下面より下方に突出していて、後述するように、焼結機２の下部通電加圧部材２３の上端面と接触できるようになっている。また、上部パンチ３６の上端面は第２の可動テーブル３３の上面より上方に突出していて焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面と接触可能になっている。なお、下部及び上部通電加圧部材内には、図示しないが、冷却流体を流す冷却通路が形成され、冷却可能になっている。下部分３０１に形成された穴３０５内には焼結機の下部通電加圧部材２３が入り得るようになっている。
なお、この実施例の下部パンチ３５は、上端面が平坦で焼結型３４の下端面と接触して焼結型の底を塞いでいるが、図１３に示されるように、下部パンチ３５ａの上端面には焼結型３４の貫通穴３４１内に下部から密に装入可能な突起部３５１ａを形成してもよい。
【００１０】
ダイセット３は、更に、第１の可動テーブル３２を上下動させる第１のアクチュエータ３７と、第２の可動テーブル３３を上下動させる第２のアクチュエータ３８とを備えている。第１のアクチュエータは、この実施形態では４個の流体圧シリンダで構成されているが、装置により１個ないし３個のいずれにしてもよい。流体圧シリンダ３７のシリンダ本体３７１は上端がベーステーブルの下部分３０１の下面に直立に固定され、そのピストンロッド３７２の先端、図５で上端は第１の可動テーブル３２の下面に固定されている。したがて、ピストンロッド３７２は上部分３０２に形成された貫通穴（図示せず）を通して伸びている。第２のアクチュエータも、この実施形態では４個の流体圧シリンダで構成されている。流体圧シリンダ３８のシリンダ本体３８１は上端がベーステーブルの下部分３０１の下面に直立に固定され、そのピストンロッド３８２は、上部分３０２及び第１の可動テーブルに形成された貫通穴（図示せず）を通して上方に伸び、先端（図４で上端）が第２の可動テーブル３３の下面に固定されている。焼結型３４の外周部には電気ヒーター（図示せず）が設けられて焼結型３４を加熱し、それによって焼結型の穴３４１内に充填されたアルミニュウム粉末を所望の温度に加熱できるようになっている。また、図示しないが、下部及び上部パンチをそれぞれ加熱するヒータもそれらのパンチに隣接して設けられている。ベーステーブル３０の下部分３０１の下部にはガイドレール１２上で移動可能に案内された公知の構造のスライダ（図示せず）が取り付けられ、そのスライダを介してベーステーブルがガイドレール上で移動可能になっている。
【００１１】
図１において、駆動機構４は、この実施形態では焼結機２を中心に左右対称位置（図１及び図２において）にあり、台車装置５の固定台５０上に設けられたブラケット４０に回動可能に取りつけられた流体圧シリンダ４１で構成されている。流体圧シリンダ４１のシリンダ本体４１１の略中央部がブラケット４０回動可能に取りつけられ。ピストンロッド４１２の先端はダイセット３のベースプレート３０の下部分３０１に取りつけられた接続部材４３に連結されている。
ダイセット３は、この流体圧シリンダ４１の動作により、その中心がガイドレール上を焼結位置Ａと充填／取り出し位置Ｂとの間で往復移動されるようになっている。
なお、上記実施例ではダイセットのガイドロッドが４本の場合について説明したが、２本でも３本でもよい。また第１及び第２のアクチュエータも４個の場合について説明したが、ダイセットの大きさ、形状に応じて１個ないし３個にしてもよい。
【００１２】
図１、図２、図７ないし図９において、台車装置５は、中心が充填／取り出し位置Ｂ（図１に図示以下同じ）から焼結位置Ａとは反対側に距離Ｌ２隔てられた位置Ｃに配置されいて、固定台５０と、固定台５０上で線Ｘ−Ｘに水平方向に直角の方向（線Ｙ−Ｙに沿った方向）に往復移動可能に設けられた可動台５１と、可動台５１を移動させる台車駆動機構５２とを備えている。
固定台５０は、台板５０１と、台板５０１に複数（この実施形態では４個）の支柱５０２により取りつけられた台フレーム５０３と、台フレーム５０３に取りつけられていて、線Ｙ−Ｙ方向に伸びる一対のガイドレール５０４とを備えている。可動台５１は矩形の台板５１１で構成されていて、その下面にはガイドレール５０４上で転動するローラ（図示せず）が公知の方法で取りつけられている。これにより可動台５１は固定台のガイドレールを移動可能になっている。台車駆動機構５２は、台フレーム５０３の中心位置に一対の軸受５２１により回転可能に支持されたねじ軸５２２と、台フレームに固定されていてねじ軸５２２を回転する電動サーボモータ５２３と、可動台の下面に取りつけられていて、ねじ軸５２２の外周に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成された雌ねじ部材（図示せず）とを備えている。
可動台５１は、台車駆動機構のねじ軸５２２が電動サーボモータ５２３により正方向及び逆方向に回転されることにより、ガイドレール上で正方向（図７で右方向）及び逆方向（図７で左方向）に移動する。可動台５１は常時は、図７及び図８に示されるように、台フレーム５０３の基端位置（同図において台車駆動機構のサーボモータ５２３から最も離れた位置）にある。
【００１３】
図２、図７ないし図９において、粉末充填装置６と、焼結型及びパンチを清掃する清掃装置７ａないし７ｃとは、それぞれ可動台５１上に所定の間隔で隔てて取りつけられている。
粉末充填装置６は、可動台５１上の位置Ｅ（図８において可動台５１の右端）に線Ｘ−Ｘと平行に固定された長い取り付け台６０の上のガイドレール６１に公知の方法で線Ｘ−Ｘと平行な方向（図７において上下方向）に往復移動可能に支持されたスライダ６２と、スライダ６２を移動させるアクチュエータ６３と、スライダ６２の先端（図７で上端）に取りつけられていて中で粉末材料を収容可能になっており、下端部から所定量の粉末材料を焼結型本体内に放出できるホッパ６４と、ホッパ６４の開閉弁（図示せず）を開閉動作させるアクチュエータ６５とを備えている。アクチュエータ６３及び６５は、この実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであるが、電動モータ式などの他の機構を用いてもよい。ホッパ及び開閉弁は公知の構造のもので良いので説明は省略する。なお、ホッパ自体にヒーターを内蔵させてホッパ内に入れられた粉末材料を昇温及び保温しておくようにしてもよい。また、粉末材料の充填時に所定量を充填するためには、粉末材料を所定量が入る計量容器内に一端入れた後その計量容器内の粉末材料を焼結型内に充填しても、或いは計量器で計量しながら充填してもよい。粉末材料をは可動台５１が基端位置にある時、ホッパ６４の中心が線Ｘ−Ｘ上に位置するようになっている。
上記粉末充填装置６は、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが粉末材料の充填工程にあるとき、スライダ６２がアクチュエータ６３の動作により図１において左側に移動されることによって、図１０に示されるように、ホッパ６４が充填／取り出し位置Ｂに到着している焼結型３４の直上に移動し、アクチュエータ６５が動作して開閉弁（図示せず）を開いて所定量の粉末材料を焼結型３４の穴３４１内に充填する。
【００１４】
図２、図７ないし図９において、下部パンチ３５用の清掃装置７ａは、粉末充填装置６に隣接して位置Ｆ（図８において）配置されていて、取り付け台６０に平行に可動台５１上に固定されたガイドレール７１ａに公知の方法で往復移動可能に支持されたスライダ７２ａと、スライダ７２ａを往復移動させるアクチュエータ７３ａと、スライダ７２ａの先端（図７において上端で、図９で右端）に回転可能に取りつけられた円板状の回転ブラシ７４ａと、スライダ７２ａの後端（図９で左端）に取り付けられた電動モータ７５ａとを備えている。回転ブラシ７４ａにはスプロケット又はプーリーが取り付けられ、また電動モータ７５ａの回転軸にもスプロケット又はプーリーが取り付けられ、それらのスプロケット同士又はプーリー同士はチェーン又はベルト７６ａにより連動されている。回転ブラシ７４ａの回転中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線と、ホッパ６４の中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線とは距離Ｌ３だけ隔てられている。
上記下部パンチ用の清掃装置７ａは、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが下部パンチの清掃工程にあるとき、まず台車駆動機構５２のサーボモータ５２３が回転して可動台５１を基端位置からサーボモータ側に距離Ｌ３だけ移動させ、回転ブラシ７４ａの回転軸線を線Ｘ−Ｘ上に移動させる。次に回転ブラシ７４ａが電動モータ７５ａによって連続的に回転されながら、スライダ７２ａがアクチュエータ７３ａの動作により図１において左側に移動されることによって、回転ブラシが充填／取り出し位置Ｂに到着したとき回転ブラシのブラシで下部パンチ２３の上面を清掃（ブラッシング）するようになっている。
【００１５】
図２、図７ないし図９において、焼結型３４用の清掃装置７ｃは、下部パンチ用の清掃装置７ａに隣接して可動台５１上の位置Ｇ（図８において）に配置されていて、取り付け台６０に平行に可動台５１上に固定された取り付け台７０ｃと、取り付け台７０ｃ上にガイドレール７１ａと平行に取り付けられたガイドレール７１ｃに公知の方法で往復移動可能に支持されたスライダ７２ｃと、スライダ７２ｃを往復移動させるアクチュエータ７３ｃと、スライダ７２ｃの先端（図７において上端で、図９で右端）に回転可能に取りつけられた円柱状の回転ブラシ７４ｃと、スライダ７２ｃの後端（図９で左端）に取り付けられた電動モータ７５ｃとを備えている。回転ブラシ７４ｃにはスプロケット又はプーリーが取り付けられ、また電動モータ７５ｃの回転軸にもスプロケット又はプーリーが取り付けられ、それらのスプロケット同士又はプーリー同士はチェーン又はベルト７６ｃにより連動されている。回転ブラシ７４ｃの回転中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線と、回転ブラシ７４ａの中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線とは距離Ｌ３だけ隔てられている。
上記焼結型用の清掃装置７ｃは、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが焼結型の清掃工程にあるとき、まず台車駆動機構５２のサーボモータ５２３が更に回転して可動台５１を前記清掃装置７ａによる清掃工程位置よりＬ３（基端位置からサーボモータ側に距離２×Ｌ３）だけ移動させ、回転ブラシ７４ｃの回転軸線を線Ｘ−Ｘ上に移動させる。次に、回転ブラシ７４ｃが電動モータ７５ｃによって連続的に回転されながら、スライダ７２ｂがアクチュエータ７３ｂの動作により図１において左側に移動されることによって、回転ブラシが充填／取り出し位置Ｂに到着したとき回転ブラシで焼結型３４の上面を清掃（ブラッシング）するようになっている。そして位置Ｂに停止した後、回転ブラシが回転した状態で昇降モータ７７ｃにより下降され、焼結型３４の穴３４１内に回転ブラシ７４ｃが進入して焼結型の穴３４１の内面を清掃（ブラッシング）するようになっている。
【００１６】
図２、図７、図８及び図１１において、上部パンチ３５用の清掃装置３７ｂは、焼結型用の清掃装置７ｃに隣接して可動台５１上の位置Ｈ（図８において）に配置されていて、取り付け台６０に平行に可動台５１上に固定された取り付け台７０ｂと、取り付け台７０ｂ上にガイドレール７１ｃと平行に取り付けられたガイドレール７１ｂに公知の方法で往復移動可能に支持されたスライダ７２ｂと、スライダ７２ｂを往復移動させるアクチュエータ７３ｂと、スライダ７２の先端（図７において上端で、図１１で右端）に回転可能に取りつけられたカップ状の回転ブラシ７４ｂと、スライダ７２ｂの後端（図９で左端）に取り付けられた電動モータ７５ｂとを備えている。回転ブラシ７４ｂにはスプロケット又はプーリーが取り付けられ、また電動モータ７５ｂの回転軸にもスプロケット又はプーリーが取り付けられ、それらのスプロケット同士又はプーリー同士はチェーン又はベルト７６ｂにより連動されている。回転ブラシ７４ｃの回転中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線と、ホッパ７４ｂの中心を通りかつ線Ｙ−Ｙに直角な線とは距離Ｌ３だけ隔てられている。
上記上部パンチ用の清掃装置７ｂは、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが上部パンチの清掃状態にあるとき、まず台車駆動機構５２のサーボモータ５２３が更に回転して可動台５１を前記清掃装置７ｃによる清掃工程位置よりＬ３（基端位置からサーボモータ側に距離３×Ｌ３）だけ移動させ、回転ブラシ７４ｂの回転軸線を線Ｘ−Ｘ上に移動させる。回転ブラシ７４ｂが電動モータ７５ｂによって連続的に回転されながら、スライダ７２ｂがアクチュエータ７３ｂの動作により図１において左側に移動されることによって、回転ブラシが充填／取り出し位置Ｂに到着したとき回転ブラシで上部パンチ２５の下端面を清掃（ブラッシング）するようになっている。そして位置Ｂに停止した後、回転ブラシが回転した状態で昇降モータ７７ｂにより上昇され、カップ状の回転ブラシの作用により上部パンチの下端部の外周も清掃（ブラッシング）するようになっている。
【００１７】
製品取り出し装置８は、この実施例では、充填／取り出し位置Ｂを通り線Ｘ−Ｘに直角な線Ｙ’−Ｙ’上に配置されている。この製品取り出し装置８は、公知のノックアウト装置を使用すればよく、また離型剤塗布装置も公知の構造のものでよいので、構造及び動作の詳細な説明は省略する。
【００１８】
次に図１ないし図１２［Ａ］、図１２［Ｂ］を参照して上記実施例の焼結システムの動作について説明する。
焼結型３４内に粉末材料を充填するとき、ダイセット３は駆動機構４により中心Ｏ−Ｏが充填／取り出し位置Ｂに移動され、ダイセットの第１の可動テーブル３２は最下位置にあり焼結型３４の下端面は図１２［Ａ］の（ａ）に示されるように下パンチ３５の上面に接している。また第２の可動テーブル３３は最上位置にアクチュエータ３８によって押し上げられている。
焼結型３４内への粉末材料の充填が完了すると、アクチュエータ３８が動作し、図１２［Ａ］の（ｂ）に示されるように第２の可動テーブル３３が所定距離降下され、上部パンチ３６の下端が焼結型３４の穴内に僅かに入った状態で停止する。この状態でダイセット３は駆動機構４が動作してダイセット３を焼結位置Ａに移動する。この時上部パンチ３６の上端面は焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面より僅かに低い位置になり、ダイセット３の焼結位置Ａへの移動に使用を来さないようになっている。
【００１９】
ダイセット３が焼結位置Ａに到着すると、焼結機２が動作し、図１２［Ａ］の（ｃ）に示されるように、加圧装置２６により下部通電加圧装置を上昇させ、ダイセット３の第１の可動テーブル３２及びその可動テーブルに固定された下部パンチ３５を押し上げる。加圧装置２６が焼結条件に基づいた加圧力で下部パンチ３５を上部通電加圧部材２５に向かって押すと、上部パンチの上端面が上部通電加圧部材２５の下面に接触して焼結型内の粉末材料を上部パンチと下部パンチとで加圧すると共に両通電加圧部材及び両パンチを介して粉末材料に予めプログラムに設定された電流条件範囲内の所定の量の焼結電流（直流パルス電流）を流して焼結を行う。なお、このときベーステーブル３０の上部分３０２も下部パンチと共に押し上げられている。なお、焼結動作時にはアクチュエータ３８は無加圧状態で可動状態となり、第２の可動テーブルはアクチュエータ３８に関係なく上下動できるようになっている。
焼結が完了した後、プログラム設定に従い、加圧装置２６による加圧を解放停止して下降動作に移る。すると、ダイセット３の第１の可動テーブル３２及び第２の可動テーブル３３は、図１２［Ａ］（ｄ）に示されるように下部パンチ３５及び上部パンチ３６と共に降下し、上部パンチの上端面は上部加圧通電部材２５の下端面と離れ、更に下部パンチの下端面と下部加圧通電部材２３の上端面も離れる。この状態でダイセット３はフリーの初期状態となり、駆動機構４により充填／取り出し位置Ｂに移動される。
【００２０】
ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに到着すると、まず、アクチュエータ３８が動作して第２の可動テーブルは、図１２［Ｂ］の（ｅ）に示されるように、僅か（本実施例では、例えば２０ｍｍ）上昇される。次にアクチュエータ３７が動作して第１の可動テーブル３２及びそれに固定された焼結型３４を僅か（例えば、本実施例で１０ｍｍ）上昇させると共にアクチュエータ３８を動作させて第２の可動テーブル３３及び上部パンチ３６を僅か降下させる。これにより、焼結品ｍを焼結型３４から引き離す（図１２［Ｂ］の（ｆ））。
最後に、アクチュエータ３７及び３８を再度動作させて、第１の可動テーブル３２及びそれに取り付けられた焼結型３４並びに第２の可動テーブル３３及びそれに取り付けられた上部パンチ３６を、図１２［Ｂ］の（ｇ）に示されるように、それぞれの最上位位置まで上昇させる。この状態で取り出し装置８により製品ｍを取り出す。
製品の取り出しが完了した後、ダイセット３はこの状態に保持され、前述の清掃装置７ａないし７ｃがそれぞれ時間をずらして動作して焼結型３４、下部パンチ３５及び上部パンチ３６による清掃が行われる。清掃が完了したのち、離型剤塗布装置９が動作して焼結型３４の穴３４１内に離型剤を塗布する。
なお、上記実施形態では低融点金属或いは軽金属材料としてアルミニュウム粉末材料を大気中で焼結する例について示したが、焼結を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で行う場合には焼結機のうち少なくともダイセットが配置される空間を囲むハウジングを設けてそのハウジング内部を焼結チャンバとし、その焼結チャンバに真空排気装置及び（又は）不活性ガス供給装置を接続して真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にすればよい。この場合ダイセットが通過する部分には公知の構造のゲート弁を設けてダイセットの通過するときのみ焼結チャンバ内と周囲雰囲気とを連通させるようにすればよい。
また、前記実施形態では１回の焼結動作で１個の焼結体を成形する例について説明したが、焼結型に図１４に示されるように複数（例えば、焼結型の中心を中心とする円周上に円周方向に等間隔に隔てて複数個（図では３個の例を示す））の貫通穴を形成し、上部パンチもその焼結型の貫通穴の数に対応した数とすることにより（下部パンチは全ての貫通穴の下端を塞げる大きさのもの１個でよい）、１回の焼結動作で複数個の焼結体をつくるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば次のような効果を奏することが可能である。
（イ）低融点金属合金の焼結体を大気中の条件下で粉末から１〜２以内に１個以上高速でかつ連続的に製造できる。
（ロ）絶縁構造を有するダイセット方式により、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことができる。
（ハ）絶縁構造を有するダイセット方式により、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがない。
（ニ）絶縁構造を有するダイセット方式により、早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上できる。
（ホ）絶縁構造を有するダイセット方式により、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることができる。
（ヘ）高速で精密な焼結を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシャトル式放電プラズマ焼結システムの一実施例の全体の側面図である。
【図２】図１のシャトル式放電プラズマ焼結システムの全体の平面図である。
【図３】図１のシャトル式放電プラズマ焼結システムに使用されている放電プラズマ焼結機の側面図である。
【図４】図１のシャトル式放電プラズマ焼結システムに使用されているダイセットの側面図である。
【図５】図４のダイセットの断面図であって図６の線Ｍ−Ｍに沿って見た断面図である。
【図６】図４のダイセットの断面図であって図４の線Ｎ−Ｎに沿って見た断面図である。
【図７】図１のシャトル式放電プラズマ焼結システムに使用されている台車装置、粉末充填装置、清掃装置を示す平面図である。
【図８】図７の台車装置、粉末充填装置、線上装置を示す側面図であって、図７の線Ｐ−Ｐに沿って見た図である。
【図９】図７の台車装置、粉末充填装置、線上装置を示す図であって、図８の線Ｑ−Ｑに沿って見た図である。
【図１０】粉末充填装置のホッパの粉末充填位置を示す図である。
【図１１】図７の台車装置、粉末充填装置、線上装置を示す図であって、図８の線Ｒ−Ｒに沿って見た図である。
【図１２［Ａ］】ダイセットの動作説明図である。
【図１２［Ｂ］】ダイセットの動作説明図である。
【図１３】放電プラズマ焼結機の下部パンチの変形例を示す断面図である。
【図１４】焼結型の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  シャトル式放電プラズマ焼結システム
２  放電プラズマ焼結機
２３  下部通電加圧部材            ２５  上部通電加圧部材
３  ダイセット
３０  ベーステーブル              ３１  ガイドロッド
３２  第１の可動テーブル          ３３  第２の可動テーブル
３４  焼結型                      ３５  下部パンチ
３６  上部パンチ                  ３７、３８  アクチュエータ
４  駆動機構                        ５  台車装置
６  粉末充填装置                    ７ａ、７ｂ、７ｃ  清掃装置
８  取り出し装置                    ９  離型剤塗布装置
【図１】
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【図２】
2004244662.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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2004244662.tif 000014
2004244662.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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