(57)【要約】【課題】焼結時に必要とする電流量を少なすることができ、従来製造することができなかった大型の焼結品を焼結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】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、モールド８１の外面に、断熱構造を有する保護部９０が形成されており、保護部９０が、モールド８１の外周面に設けられた外周用断熱材９１と、モールド８１の上下両面に取り付けられた端面保護断熱材９５とからなり、外周用断熱材９１が、モールド８１の外周面から放出される輻射熱を反射する反射材９４を挟んだ多層構造を有している。【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
該焼結型の外面に、断熱構造を有する保護部が形成されており、
該保護部が、
前記モールドの外周面に設けられた外周用断熱材と、
前記モールドの上下両面に取り付けられた端面保護断熱材とからなり、
前記外周用断熱材が、前記モールドの外周面から放出される輻射熱を反射する反射材を挟んだ多層構造を有している
ことを特徴とする通電加圧焼結装置の焼結型。
【請求項２】
前記上下一対のパンチを前記モールドの中空部分に挿入した状態において、前記上下一対のパンチの側面における前記モールドの中空部分内に挿入された部分よりも外方に位置する部分に、断熱材が設けられている
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。
【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、上下一対のカーボンスペーサＣＳ，ＣＳおよび上下一対の通電加圧軸ＰＡ，ＰＡを介して直流電源の正極負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、上下一対の通電加圧軸ＰＡ，ＰＡによって上下のパンチ１８２，１８３  を接近させて粉末ｍを加圧し、加圧した状態で上下のパンチ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】
また、モールド１８１  の外面には、カーボンフェルト等の断熱材１９０  が巻き付けられている。すると、発熱によってモールド１８１  の温度が上昇しても、モールド１８１  の表面から輻射によって熱が放出されることを防ぐことができるから、モールド１８１  の温度が低下することを防ぐことができ、焼結作業を安定して行うことができ、焼結品の品質の均質化を促すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、焼結品の直径Ｄが３０〜５０ｍｍ程度の場合には、断熱材１９０  だけでも十分にモールド１８１  の表面からの放熱を防ぐことができる。しかし、大型の焼結品、例えば、その直径Ｄが１００  ｍｍ以上のものを製造しようとすると、当然にモールド１８１  および上下のパンチ１８２，１８３  も大型化させなければならないが、モールド１８１  等が大型化すると、その外周面の面積に比例して輻射により放出される熱量が増加するため、輻射によりモールド１８１  等から放出される熱も莫大な量となる。すると、モールド１８１  にカーボンフェルトを巻き付けた程度ではその放熱を十分に防ぐことができず、モールド１８１  の温度が低下してしまう。モールド１８１  の温度が低下すると粉末ｍを焼結温度に保つことができないので、輻射による熱損失を補ってモールド１８１  の温度を上昇させるために、電流量を増加させてモールド１８１  等の発熱量を増加させなければならない。
また、モールド１８１  等の大型化によって放熱がない状態において必要とされる電流量も増加するため、従来の焼結作業に比べて焼結型１８０  に加える電流量が非常に大きくなる。すると、大容量の電源装置が必要であり、その設置や作業時の安全性の確保のための設備に莫大な設備費がかかる。従来の焼結型１８０  では、直径Ｄが１００  ｍｍ以上となると、目標の温度（１０００℃以上）まで昇温するにはモールドの大型化に伴い電源容量を大きくする手段しかなく、直径Ｄが３００  ｍｍ以上のものとなると必要な電源容量が大きすぎて実際上焼結（昇温）することが困難であった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑み、焼結時に必要とする電流量を少なくすることができ、従来製造することができなかった大型の焼結品を焼結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。
【０００６】
【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該焼結型の外面に、断熱構造を有する保護部が形成されており、該保護部が、前記モールドの外周面に設けられた外周用断熱材と、前記モールドの上下両面に取り付けられた端面保護断熱材とからなり、前記外周用断熱材が、前記モールドの外周面から放出される輻射熱を反射する反射材を挟んだ多層構造を有してい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、前記上下一対のパンチを前記モールドの中空部分に挿入した状態において、前記上下一対のパンチの側面における前記モールドの中空部分内に挿入された部分よりも外方に位置する部分に、断熱材が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
【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。同図に示すように、本実施形態の焼結型８０は、モールド８１、上下一対のパンチ８２，８３から構成されており、このモールド８１の外面に保護部９０を設けたことが特徴である。
なお、図１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。また、図１において、符号ＰＡは、上下一対の通電加圧軸を示しており、符号ＣＳは通電加圧軸ＰＡがパンチ８２，８３と直接接触することを防ぐために設けられたカーボンスペーサを示している。
【０００８】
まず、本発明の特徴である保護部９０を説明する前に、焼結型８０を簡単に説明する。
図１に示すように、モールド８１は、中空部分を備えた部材であり、その素材はカーボングラファイトである。
図１に示すように、モールド８１は、中空部分を備えた部材であり、その素材はカーボングラファイトである。
上下一対のパンチ８２，８３は、その素材が、例えばカーボングラファイトであり、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。
また、この上下一対のパンチ８２，８３には、一対のカーボンスペーサＣＳ，ＣＳおよび上下一対の通電加圧軸ＰＡ，ＰＡを介して直流電源の正極負極がそれぞれ接続されている。
【０００９】
このため、焼結室Ａ内に被焼結粉末ｍを封入し、上下一対の通電加圧軸ＰＡ，ＰＡによって上下のパンチ１８２，１８３  を接近させて、上下一対のパンチ８２，８３によって被焼結粉末ｍを上下から加圧しながら直流電源によってパンチ８２，８３に通電すれば、被焼結粉末ｍおよび焼結型８０が発熱しその温度が上昇するので、焼結室Ａ内の被焼結粉末ｍが焼結される。
【００１０】
さて、本発明の特徴である保護部９０を説明する。
図１に示すように、前記モールド８１の外周面には、外周用断熱材９１が巻き付けられている。この外周用断熱材９１は、その一対の断熱材９２，９３の間に、反射材９４を挟んだ多層構造を有している。
【００１１】
前記断熱材９２，９３のうち、モールド８１の外周面に接触するように取り付けられている内側の断熱材９２は、その素材が、例えばカーボンフェルト等であり、外側の断熱材９３は、その素材が、例えば石綿やカオウール等である。
前記断熱材９２，９３の間に挟まれた反射材９４は、モールド８１の外周面から放出された輻射熱のうち、前記断熱材９２を透過したものを反射して、モールド８１に戻するためのものであり、その素材は、例えばステンレスシート等である。
【００１２】
また、モールド８１の上面および下面には、例えばカーボンフェルトなどの端面保護断熱材９５が、それぞれ取り付けられている。
【００１３】
上記のごとき構成であるから、保護部９０によれば、焼結作業中にモールド８１の外面から輻射によって放出される熱を保持し、外部に逃げる熱量を低減させることができる。しかも、保護部９０の外周用断熱材９１には、モールド８１の外周面から放出される輻射熱を反射する反射材９４が設けられているので、モールド８１の外周面から輻射によって放出された熱を、モールド８１の加熱に使用することができる。
よって、モールド８１の温度低下を抑えることができ、しかもモールド８１から輻射によって放出された熱を再びモールド８１の加熱に使用できるから、焼結型８０の加熱に必要とされる電流量を抑えることができ、エネルギー効率も高くすることができる。また、加熱に必要とされる電流量を抑えることができるから、電源等の周辺装置の容量を小さくすることができ、装置全体を小型化することもできる。
そして、焼結型８０の加熱に必要な電流量を抑えることができるから、大型の焼結品の焼結も実現することができる。
【００１４】
また、焼結時において、上下のパンチ８２，８３におけるモールド８１よりも外方に位置する部分の長さ、つまり、モールド８１からの突出している部分の長さ（以下、突出量Ｈという）を大きくしておけば、その部分の抵抗が大きくなり、上下のパンチ８２，８３の発熱量を多くすることができる。すると、供給する電流量に対する焼結型８０全体としての発熱量を大きくできるから、焼結型８０の加熱に必要とされる電流量を抑えることができる。
【００１５】
ところで、上下のパンチ８２，８３のモールド８１からの突出量Ｈを大きくすると、上下一対のパンチ８２，８３の側面において、モールド８１よりも突出している部分から輻射によって放出される熱が多くなる。しかし、この部分にもカーボンフェルトやカオウール等の断熱材９６が巻き付けておけば、上下のパンチ８２  ，８３の外周面から輻射によって放出される熱も低減することができるので、モールド８１だけでなく上下のパンチ８２，８３の温度低下も抑えることができ、焼結型８０の加熱に必要とされる電流量を抑えることができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、モールドの外周面に断熱構造を有する保護部が形成されているから、この保護部によってモールドの外周面から輻射によって放出される熱量を低減させることができる。しかも、保護部の外周用断熱材は、モールドの外周面から放出される輻射熱を反射する反射材を挟んだ多層構造を有しているため、モールドの外周面から輻射によって放出された熱を、モールドの加熱に使用することができる。よって、モールドの温度低下を抑えることができ、しかもモールドから輻射によって放出された熱を再びモールドの加熱に使用できるから、焼結型の加熱に必要とされる電流量を抑えることができ、エネルギー効率も高くすることができる。また、加熱に必要とされる電流量を抑えることができるから、電源等の周辺装置の容量を小さくすることができ、装置全体を小型化することもできる。そして、焼結型の加熱に必要な電流量を抑えることができるから、大型の焼結品の焼結も実現することができる。
請求項２の発明によれば、上下のパンチの外周面から輻射によって放出される熱を低減することができるので、モールドだけでなくパンチの温度低下も抑えることができる。よって、焼結型の加熱に必要とされる電流量を抑えることができる。
【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】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
９０    保護部
９１    外周用断熱材
９４    反射材
９５    端面保護断熱材
９６    断熱材
Ａ      焼結室
【図１】
2004323920.tif 000003
【図２】
2004323920.tif 000004