(57)【要約】【課題】コストを抑えて連続的に処理することを可能とするホットプレス方法及びホットプレス装置を提供すること。【解決手段】一方の部材１２と、該一方の部材１２と協働してこれらの間に被処理材Ｗの焼結空間を形成する他方の部材４と、前記被処理材Ｗを加熱すると共に前記一方の部材１２と前記他方４の部材のいずれか一方又は双方を加熱してこれらを熱膨張させてこれらが前記被処理材Ｗを加圧するように熱膨張させる加熱装置とを備えてなることを特徴とする。【選択図】　　図１
2004052079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の部材と他方の部材との間に被処理材を配置し、これら一方の部材と他方の部材とを加圧すると共に前記被処理材を加熱して前記被処理材を焼結するホットプレス方法であって、
前記加圧を、前記一方の部材と前記他方の部材のいずれか一方又は双方の加熱による熱膨張によりなすことを特徴とするホットプレス方法。
【請求項２】
一方の部材と、該一方の部材と協働してこれらの間に被処理材の焼結空間を形成する他方の部材と、前記被処理材を加熱すると共に前記一方の部材と前記他方の部材のいずれか一方又は双方を加熱してこれらを熱膨張させてこれらが前記被処理材を加圧するように熱膨張させる加熱装置とを備えてなることを特徴とするホットプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホットプレス方法及びホットプレス装置に関し、特にコストを抑えて連続的に加熱・加圧することを可能とするホットプレス方法及びホットプレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ホットプレス装置は、例えばセラミックスや金属、炭化物、窒化物等の導電性物体の原料粉末或いはそれらの複合材料（被処理材）を、焼結、拡散接合、熱間成形する際に広く用いられるものであり、対象となる材料である原料粉末を加熱しながらプレスして焼結、成形等の処理を行うものである。
【０００３】
従来、このようなホットプレス装置としては、原料粉末を焼結型（モールド）内に配置し、油圧駆動された加圧ラムにより加圧することで加熱しながらプレスする方法が提案されている。その際の加熱は、例えば焼結型の外側から輻射加熱によって行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のホットプレス装置においては、プレス手段として油圧駆動系が用いられるので、加熱のためのスペースを広く必要とすると共に、装置が大掛りとなってコストの増大を招くという問題があった。また、油圧駆動によりプレスする方法を採用しているので、一回のプレス操作で一回分の処理、つまりバッチ処理しかできないという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、コストを抑えて連続的に処理することを可能とするホットプレス方法及びホットプレス装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、一方の部材と他方の部材との間に被処理材を配置し、これら一方の部材と他方の部材とを加圧すると共に前記被処理材を加熱して前記被処理材を焼結するホットプレス方法であって、前記加圧を、前記一方の部材と前記他方の部材のいずれか一方又は双方の加熱による熱膨張によりなすことを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るホットプレス方法によれば、被処理材を一方の部材と他方の部材との間に配置してこれを加熱すると、被処理材は、一方の部材と他方の部材のいずれか一方又は双方の熱膨張により加圧される。一方の部材と他方の部材とは、被処理材を配置することができる程度の大きさを備えていればよいことから、油圧駆動系の加圧ラムを用いる場合のような大きな装置を必要としない。また、加熱のために加圧ラム等を備えたプレス専用炉を必要としないことから、汎用型の炉を用いてプレス成形をすることが可能であり、その際、連続炉を用いることも可能である。したがって、装置コストを抑えて連続的に被処理材を加熱・加圧して焼結、成形等の処理をすることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、一方の部材と、該一方の部材と協働してこれらの間に被処理材の焼結空間を形成する他方の部材と、前記被処理材を加熱すると共に前記一方の部材と前記他方の部材のいずれか一方又は双方を加熱してこれらを熱膨張させてこれらが前記被処理材を加圧するように熱膨張させる加熱装置とを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るホットプレス装置によれば、被処理材を一方の部材と他方の部材との間に配置し、さらにこれを加熱装置内に配置してこれを加熱すると、被処理材は、一方の部材と他方の部材のいずれか一方又は双方の熱膨張により加圧される。一方の部材と他方の部材とは、被処理材を配置することができる程度の大きさを備えていればよいことから、加熱装置は、一方の部材と他方の部材とを配置することができる程度の大きさを備えていればよい。また、加熱装置は、汎用型の炉としてよく、その際、連続炉としてもよい。したがって、装置コストを抑えて連続的に被処理材を加熱・加圧して焼結、成形等の処理をすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す図である。
図１において、ホットプレス装置は、被処理材Ｗが配置されるプレス治具２と、被処理材Ｗを加熱して焼結、成形等を行う加熱装置（不図示）とを主な構成要素とする。
【００１１】
プレス治具２は、被処理材Ｗが内部に配置される成形型（一方の部材）３と、成形型３を内部に配置して加圧（プレス）する際にプレス反力を受けるメインフレーム（他方の部材）４とからなるものであり、成形型３とメインフレーム４との間に引抜材１６を介装してなるものである。メインフレーム４は、左右一対となった厚みを有する長方形板状の支持部材５ａ、５ｂと、左右一対の支持部材５に固定されると共に成形型３を上下から挟持する直方体状の一対の挟持部材６ａ、６ｂとを備える。
【００１２】
各支持部材５ａ、５ｂには、その側面方向に貫通する上下２つの挿入孔７が形成されており、各挟持部材６ａ、６ｂには、その両側面に左右一対の雄ねじ部材８がそれぞれ支持部材５ａ、５ｂ側へ向けて突出するよう設けられている。各支持部材５ａ、５ｂと各挟持部材６ａ、６ｂとは、挟持部材６に設けられた雄ねじ部材８を介してナット９により固定されている。
【００１３】
成形型３は、図３に示すように、被処理材Ｗが配置されるモールド１１と被処理材Ｗを上方から押圧するプレス部材１２とからなる。モールド１１は、円柱状に形成された臼型の部材であって、その上面には円の断面輪郭をもって円柱の軸方向に延びる凹部１３が形成されている。この凹部１３内の空間が焼結空間１４とされている。
【００１４】
プレス部材１２は、円柱状に形成された部材であって、プレス部材１２の外径は、モールド１１の凹部１３の内径とほぼ同一とされており、プレス部材１２の外周部が凹部１３に当接した状態でモールド１１へ貫入することができるようになっている。被処理材Ｗは、モールド１１とプレス部材１２との間に、挟持板１５によって上下から挟持された状態で焼結空間１４内に配置されている。
【００１５】
メインフレーム４は、被処理材Ｗの加圧方向（図１で示す上下方向）に対して線膨張率βＡを有するものであり、プレス部材１２は、被処理材Ｗの加圧方向に対して線膨張率βＢを有するものである。また、線膨張率βＡと線膨張率βＡとの間には、βＡ＜βＢの関係がある。メインフレーム４は、例えばＳＳ４００からなり、プレス部材１２は、例えばＳＵＳ３１４からなる。
【００１６】
次に、上記の構成からなるホットプレス装置の使い方について説明する。
まず、挟持部材６ａ、６ｂを雄ねじ部材８の突出している方向が平行となるよう所定間隔をおいて配置し、雄ねじ部材８を支持部材３ａ、３ｂの挿入孔７へ挿入して、挟持部材６ａ、６ｂの両側面を支持部材５ａ、５ｂで挟持する。この状態において、ナット９を雄ねじ部材８へ螺着し、挟持部材６と支持部材５とを固定する。
【００１７】
次に、被処理材Ｗを挟持板１５によって上下から挟持した状態でモールド１１の焼結空間１４内に配置し、上方からプレス部材１２をモールド１１の凹部１３へ貫入する。プレス部材１２をモールド１１の凹部１３に貫入したら、モールド１１とプレス部材１２とが一体となった成形型３を挟持部材６ａ上に載置する。この状態において、引抜材１６をプレス部材１２と挟持部材６ｂとの間に貫入し、必要に応じてハンマー等によって打ち込みを行って、プレス部材１２と挟持部材６ｂとの隙間を埋める。この引抜材１６は、楔の役割を果たす。また、これらの操作は、必要に応じて被処理材Ｗに適した雰囲気下で行う。
【００１８】
被処理材Ｗをプレス治具２の所定箇所に位置させた後、被処理材Ｗの配置されたプレス治具２を不図示の加熱室内に配置し、そこで加熱を行う。この際、必要に応じて加熱室内の雰囲気を被処理材Ｗに適した処理雰囲気とする。
【００１９】
加熱を行うと、プレス治具２は熱膨張をするが、プレス部材１２の線膨張率βＢとメインフレーム４の線膨張率βＡとは、βＢ＞βＡの関係とされており、これら２つの部材間の線膨張率βの差Ｃ＝βＢ―βＡを用いると、被処理材Ｗがプレスされて縮むプレス変位Ｌは、Ｌ＝Ｃ×Ｔ×ＬＢ×１０―６と表すことができるので、プレス変位Ｌは、Ｌ＞０となる。つまり、被処理材Ｗは、圧縮される。ここで、Ｔは、加熱温度（℃）、ＬＢは、プレス部材Ｂの加圧方向への厚み（ｍｍ）である。
【００２０】
プレス部材１２とメインフレーム４との線膨張率βが異なり、Ｃ＞０とされていることで、加熱すると被処理材Ｗはプレス変位Ｌ（＞０）だけ圧縮されるが、この際の荷重Ｆ（ｋｇ）は、被処理材Ｗの縦弾性係数Ｅ（ｋｇ／ｍｍ２）と被処理材Ｗの加圧方向への厚みＬＴ（ｍｍ）と被処理材Ｗがプレスされるプレス面の面積Ｓ（ｍｍ２）とを用いて、Ｆ＝（Ｌ／ＬＴ）×Ｅ×Ｓと表すことができる。すなわち、プレス部材１２とメインフレーム４との線膨張率βの差に応じて、被処理材Ｗに荷重Ｆがかかり、加圧される仕組みとなっている。
【００２１】
上記の構成によれば、モールド１１とプレス部材１２との間に挟持された被処理材Ｗをメインフレーム４の所定箇所に配置し、さらにこれを加熱装置内に配置して加熱すると、被処理材Ｗは、熱膨張する際のプレス部材１２とメインフレーム４の線膨張率βＢ、βＡの差によって加圧される。この際、プレス治具２は、被処理材Ｗを配置することができる程度の大きさを備えていればよいことから、加熱装置は、プレス治具２を配置することができる程度の大きさを備えていればよい。したがって、装置コストを抑えて被処理材Ｗを加熱・加圧して焼結、成形等の処理をすることができる。
【００２２】
なお、上記の実施の形態では、モールド１１と引抜材１６と挟持板１５の線膨張率βについて特に言及しなかったが、これらの線膨張率βは、被処理材Ｗの変位ＬがＬ＞０となるよう適宜選定する。例えば、モールド１１の線膨張率βをβＢとし、引抜材１６の線膨張率βをβＡとし、挟持板１５の線膨張率βをβＣとする。この場合、βＣ＞βＡであることが好ましい。
【００２３】
また、上記の実施の形態では、加熱装置として、単に加熱を行う装置を用いたが、加熱装置はこれに限られず、プレス治具２を内部で搬送させながら連続的に加熱を行う連続焼成炉を用いてよい。このような構成によれば、効率のよい、連続的な加熱・加圧による焼結、成形等の処理をすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は２に係る発明によれば、一方の部材と他方の部材とは、被処理材を配置することができる程度の大きさを備えていればよいことから、油圧駆動系の加圧ラムを用いる場合のような大きな装置を必要としない。加熱のために加圧ラム等を備えたプレス専用炉を必要としないことから、汎用型の炉を用いてプレス成形をすることが可能であり、その際、連続炉を用いることも可能である。したがって、装置コストを抑えて連続的に被処理材を加熱・加圧して焼結、成形等の処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るホットプレス装置のプレス治具を示す正面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るホットプレス装置のプレス治具を示す側面図である。
【図３】この発明の一実施形態に係るホットプレス装置のプレス治具を示す図であって、被処理材Ｗ近傍を示す拡大図である。
【符号の説明】
１２　　　プレス部材（一方の部材）
４　　　メインフレーム（他方の部材）
Ｗ　　　被処理材
１４　　　焼結空間
【図１】
2004052079.tif 000003
【図２】
2004052079.tif 000004
【図３】
2004052079.tif 000005