(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末および溶媒をそれぞれ所定量ずつ計量し、
この計量された前記原料粉末と前記溶媒とを噴射ノズル直上で混合攪拌して前記原料粉末を前記溶媒中に分散させた種類の異なるスラリーを少なくとも２種類以上作製した後、
前記噴射ノズルにより上方から、所定の積層パターンに応じて相対的に移動されるプレート上、成形型内あるいは焼結型内のターゲットの領域毎にそれぞれ対応する前記スラリーを噴射し、
前記噴射されたスラリーを噴射後途中で加熱して強制乾燥し、前記ターゲット到達前に粉体化し、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が自身の面方向の位置に応じて段階的または連続的に変化し、かつ、所定の厚みを持つ粉末積層体を製造する粉末積層体の製造方法であって、
前記スラリーは、前記ターゲット上に配置された筒状カバーの内部空間内に噴射され、
前記噴射されたスラリーは、前記筒状カバーの内部空間内において加熱されて前記粉体化され、
前記積層パターンは、前記噴射ノズルと前記ターゲットとの相対的な３次元位置パターンであり、
前記粉末積層体の厚みが計測され、計測された前記粉末積層体の厚みに応じて前記噴射パターンが制御されることを特徴とする粉末積層体の製造方法。
【請求項２】
前記粉末積層体の厚みは、超音波変位センサーで計測され、
前記積層パターンは、前記粉末積層体の厚みが±３０％以下の精度となるように、フィードバック制御される請求項１に記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項３】
前記筒状カバーは、管状ヒーターである請求項１または２に記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項４】
前記ターゲットおよび前記粉末積層体が、円形状または角形状であり、
前記ターゲットの領域毎にそれぞれ対応する前記スラリーを噴射するために、前記スラリーを前記ターゲットの半径方向あるいは長手方向に対して異なる位置に向けて噴射して、加熱・粉体化した後、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が直径方向あるいは長手方向に変化した粉末積層体を製造する請求項１〜３のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項５】
前記スラリーは、前記粉末積層体が毎分０．５μｍ／ｃｍ２以上の速度で積層されるように噴射される請求項１〜４のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項６】
前記所定の厚みを持つ粉末積層体を前記成形型内または焼結型内の前記ターゲットに１層積層した後、この１層目の前記粉末積層体上にスペーサー、セパレーターあるいは離型剤を介在させた後、このスペーサー、セパレーターあるいは離型剤の上に、同一のまたは異なるスラリーを噴射し、加熱・粉体化して積層して、次の１層の粉末積層体を連続的に製造して、前記粉末積層体の厚さ方向に対して２以上の前記粉末積層体を連続的に製造する請求項１〜５のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項７】
前記原料粉末が、金属、セラミックスまたは樹脂、あるいはそれらの複合材である請求項１〜６のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法。
【請求項８】
原料粉末および溶媒をそれぞれ所定量ずつ計量する計量フィーダーと、
この計量された前記原料粉末と前記溶媒とを混合攪拌して前記原料粉末を前記溶媒中に分散させたスラリーを作製する混合攪拌槽と、
前記混合攪拌槽の直下に位置し、前記混合攪拌槽で作製したスラリーをプレート上、成形型内あるいは焼結型内のターゲットに向けて噴射する噴射ノズルと、
前記ターゲットの位置を３次元方向に移動可能なステージと、
前記ターゲット上に配置され、前記噴射ノズルから前記スラリーが内部空間内に噴射され、かつ、前記内部空間内において、前記スラリーを加熱して強制乾燥することにより、前記スラリーを前記ターゲット到達前に粉体化する筒状カバーと、
前記ターゲット上に積層される粉末積層体の厚みを計測し、計測した前記粉末積層体の厚みに応じて前記噴射パターンを制御するフィードバック制御装置と、
で構成され、
前記ステージを３次元方向に移動させて、前記ターゲットと前記噴射ノズルとの相対的な３次元位置パターンを変化させることにより、前記噴射ノズルが前記ターゲットの領域毎に前記混合攪拌槽において作製された異なる種類のスラリーをそれぞれ噴射することを可能にし、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が自身の面方向の位置に応じて段階的または連続的に変化し、かつ、所定の厚みを持つ粉末積層体を製造することを特徴とする粉末積層体の製造装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法によって、あるいは、請求項８に記載の粉末積層体の製造装置によって製造された１以上の前記粉末積層体を組み込んだ前記焼結型を焼結室内に配置し、所定の焼結法を用いて焼結して１以上の焼結体を製造することを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記焼結体が、薄板状の切断ブレード台金または切断ブレードである請求項９に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記焼結法が、加圧・通電加熱焼結法である請求項９または１０に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記加圧・通電加熱焼結法は、前記焼結型、前記焼結型に組み込まれた前記粉末積層体間に介在するセパレーター、および前記粉末積層体に配置される上下スペーサーの少なくとも１種類に対して、固有抵抗１０μΩ・ｍ以上の高い絶縁性を持つグラファィト、セラミックスおよび離型剤の少なくとも１種類以上を用いて前記焼結型内に組み込まれた１以上の前記粉末積層体を焼結する高効率加圧・通電加熱焼結法である請求項１１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記加圧・通電加熱焼結法において、通電時における２次側出力電圧が２Ｖ以上である請求項１１または１２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記焼結体の厚さの精度が、±３０％以下である請求項９〜１３のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結体の厚さが、５μｍ以上である請求項９〜１４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１６】
切断ブレード台金あるいは切断ブレードを製造するための粉末積層体を、請求項１〜７のいずれかに記載の粉末積層体の製造方法、あるいは、請求項８に記載の粉末積層体の製造装置によって製造した後、連続して、製造された粉末積層体を、請求項９〜１５のいずれかに記載の焼結体の製造方法で焼結して、前記粉末積層体の粉末積層から前記焼結体の焼結までを連続的に行って、前記切断ブレード台金あるいは前記切断ブレードを製造することを特徴とする焼結体の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末積層体を作製するのに有効な製法、および切断ブレード用台金または切断ブレードなどの焼結体を連続的に作製するのに有効な製法に係り、詳しくは、原料粉末を型の中に１層あるいは複数層積層し、これを成形して、１以上の粉末積層体を製造する粉末積層体の製造方法、およびこうして製造された１以上の粉末積層体を焼結して、厚さが均一な薄板状の切断ブレード用台金あるいは加工精度の高い薄板状の切断ブレードなどの１以上の焼結体を製造する焼結体の製造方法、ならびにこのような切断ブレード用台金または切断ブレードなどの焼結体を連続的に製造する焼結体の製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車やコンピュータに搭載されている各種モーターの中には必ず磁石が組み込まれている。最近では、モーター特性を極限にまで向上させるために、磁石の中でも、磁気特性に優れた希土類磁石が多く採用されている。しかし、希土類をはじめとした磁石の切断加工の際には、その中に添加されている希土類成分が非常に高価であるため、切断幅をできるだけ小さくする必要がある。これに対応するため、従来の高速度鋼を平面研削加工により薄くしたものを用いると、剛性が低いために切断加工精度が極めて低下し、実用には供さない。
この打開策として、剛性の高い超硬合金が、切断ブレード台金として用いられてきている。超硬合金は、溶製法あるいは粉末焼結法により作製されている。
【０００３】
前者は、圧延処理により薄くすることが可能であるが、製造プロセスにおける冷却過程ならびに使用時における発熱過程に伴う残留応力の開放により、素材が薄くなるほど大きな反りが発生し、さらに材料内の欠陥により割れを誘発することがあり、精度の高い切断加工用素材には適さない。
一方、後者においては、焼結前のプロセスとして、均一な厚さの、特に厚さの薄い粉末積層体を精度良く、かつ早く作製することが困難であると同時に、粉末焼結体の厚さに対する不均一さに起因した焼結ムラが焼結体中に残存しているため、加圧焼結の手法ならびにプロセスの最適化を行っても、従来法では厚さに関係なく反りやクラックなどの欠陥を生じない焼結体を作製することができないという課題があった。
よって、これらの既存の方法では厚さムラのない、特に、薄い切断ブレード台金あるいは切断ブレードを歩留り良く、工業的に大量に製造することができなかった。しかし、工業製品の高付加価値化がよりいっそう進行するなかで、当該製品を用いた切断加工の需要は、年々高くなっている。
【０００４】
なお、従来の粉末焼結法では、これまで、切断ブレード台金あるいは切断ブレードを作製する際には、所定の成分、組成を有した原料粉末と成形用バインダーとを混合し、成形型などの型の中へ充填した後、成形圧力を負荷することにより予備成形体を作製し、これを焼結用型の中に１枚以上組み込み、脱バインダー処理を経て焼結を行うことにより焼結体を製品化していた。
【０００５】
すなわち、原料粉末を積層する場合、上述の従来の焼結体の製造方法では、原料粉末と成形用バインダーとを混合し、成形型などの型の中へ充填した後、成形圧力を負荷することにより予備成形体を作製するので、均一な粉末積層体を素早くかつ連続的に作製するのが困難である。特に、原料が超硬材料などのように、比重が非常に重い粉末である場合や、厚さが５００μｍ以下になると粉末積層体の厚さムラが顕著となるため、焼結後において研削加工による大幅な厚さの修正処理が不可欠となっている。このため、この修正処理に伴う焼結体からの残留応力開放に起因して大きな反りを発生し、切断ブレード台金あるいは切断ブレードとしての利用を想定した場合、歩留り低下による製造コストの大幅な増加が避けられないという問題があった。
【０００６】
また、成形体には焼結型への組み込みを容易にするため、重量比で１０％以上の昇華性物質（バインダー）を多量に含んでいるため、焼結プロセスの中には、この昇華性物質の除去を目的として、５００℃以下の低温で１時間以上の脱バインダー処理が不可欠となり、工程の長時間化、煩雑化が不可避となっている。さらに、焼結体の厚さが５００μｍ以下になると、抵抗加熱やホットプレスなどを用いた汎用焼結法では、焼結ムラを主因として、焼結体に反りやクラックや、機械的特性の低下などを発生させるため、工業的に大きな問題を抱えていた。
【０００７】
ところで、本出願人は、湿式粒子噴射法による乾式粉末積層技術を用いた、傾斜組成を持つ多成分系粉末積層体の製造方法を、特許文献１に提案している。
この多成分系粉末積層体の製造方法は、例えば図１１に示される粒子噴射装置１００において、まず、目的とする成分数の原料粉末を用意し、それぞれアルコール等の揮発性溶媒中に分散させた各々の原料スラリーをそれぞれ装置最上部に配設した各原料攪拌部１０２、１０２、１０２、…に投入し、十分に攪拌する。
【０００８】
次に、コンピュータ（ＰＣ）１０４によって制御されたチュービング・ポンプ１０６、１０６、１０６、…により、対応する原料攪拌部１０２、１０２、１０２、…内の各原料スラリーを、それぞれ原料ごとに所定の量ずつ原料混合部１０８へ供給し、混合攪拌して目的とする成分混合比の均一に混合された混合スラリーを得る。
一方、装置下部に配設されている積層用Ｘ−Ｙステージ１１０上に、粉末積層体形成用の所定の型（プレート）１１２を載置する。また、超音波噴射ノズル１１４と積層用Ｘ−Ｙステージ１１０との間に設置したセラミックス・ヒータ１１６を加熱する。さらに、積層用Ｘ−Ｙステージ１１０上の枠１１２を積層開始位置に移動させる。
【０００９】
この後、原料混合部１０８の下部に設けられたシャッター１１８を開け、マイクロチュービング・ポンプ１２０により、原料混合部１０８内の混合スラリーを噴射ノズル１１４に送る。そして、噴射ノズル１１４から混合スラリーを噴射し、積層用Ｘ−Ｙステージ１１０を予め設定した積層パターンに従って移動させる。この時、セラミックス・ヒータ１１６による加熱により、噴射ノズル１１４から噴霧された混合スラリーは積層用Ｘ−Ｙステージ１１０上の型１１２内のプレート上に到達する前の途中過程において溶媒が完全に除去され、混合粉体となって積層用Ｘ−Ｙステージ１１０上に到達し、型１１２内のプレート上に混合粉体が積層される。
【００１０】
設定された積層パターンでの積層が終了したら、噴射ノズル１１４からの噴射を止め、シャッター１１８を閉じ、積層用Ｘ−Ｙステージ１１０を元の積層開始位置（ホームポジション）に戻す。こうして、第１層目の粉末積層体の作製が終了される。
以後、同様にして上記の操作を繰り返して、成分配合比を変えながら、第２層目以降最終層（第ｎ層）まで順次積層する。こうして、所望の傾斜組成を有する粉末積層体を得ている。
【００１１】
しかしながら、上述した多成分系粉末積層体の製造方法では、所望の傾斜組成を有する粉末積層体を得ることはできるが、予め決められた積層パターンで行われるために、噴射ノズル１１４から噴射された混合スラリーを全て確実に混合粉体化し、全量確実かつ均一にＸ−Ｙステージ１１０上の型１１２内のプレート上に積層するのは困難であるため、粉末積層体の厚さの方向にばらつきが生じてしまい、粉末積層体の厚みの精度が低い、特に、５００μｍ以下の厚みを持つ薄い粉末積層体では、その厚みの精度が低くなって許容できないという問題があった。
【００１２】
【特許文献１】特許第２８２１０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を全て解決し、反りのない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードのような焼結体を効率良く連続的に大量に作製するために、均一な厚さを持つ１以上の粉末積層体、特に高い厚さ精度を持つ薄板状の粉末積層体を効率よく連続して製造することができる粉末積層体の製造方法、および厚さが均一な焼結体、特に、均一な厚さを持つ切断ブレード用台金あるいは加工精度の高い切断ブレードなどの１以上の高い厚さ精度を持つ薄板状の焼結体を効率よく連続して製造することができる焼結体の製造方法、ならびに粉末積層体の粉末積層から焼結体の焼結までを連続的に行って、このような切断ブレード用台金または切断ブレードなどの焼結体を連続的に製造することができる焼結体の製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく、また、上記目的を達成するために、鋭意検討した結果、均一な厚さを持つ１以上の粉末積層体、特に高い厚さ精度を持つ薄板状の粉末積層体を効率よく連続して製造するためには、今日まで、所定の各成分を有した原料粉末を揮発性溶媒を入れた１個以上の別容器内で混合攪拌したもの同士を集めて噴射ノズルの直上に設置した容器内でさらに混合処理を行うことで混合スラリーを作製し、これを噴射して粉末積層体を得る、特許文献１に開示の粒子噴射法による原料供給方法を改良し、所定量の乾式粉末を噴射ノズル直上に設置した揮発性溶媒を入れた混合攪拌容器内に直接投入し、スラリーの供給パスを極力短くすることにより、特に超硬などの様に比重の高く流動性の悪い粉末が供給チューブ内で閉塞することを防止すると共に、粉末積層体の組成や成分をレスポンス良く変更でき、さらに、噴射ノズルから積層するプレート面までをカバーする形状のセラミックスヒーターを用いることにより、薄いものから厚いものまで多種にわたった均一な粉末積層体を素早く作製することが可能であることを知見した。
【００１５】
また、本発明者らは、従来は、焼結前に成形用バインダーを添加した粉末を加圧成形したものを作製する必要があったが、これを上記の改良した手法を用い、かつスペーサーと併用することにより、成形用バインダーを一切使わずに、連続的に型内に対して均一な積層体を作製することが可能となり、その結果、多数枚焼結による量産効果ならびに、脱バインダー処理が不要であることによる製造時間の大幅な短縮が図られることによる生産性の向上が図れることを知見した。
さらに、本発明者らは、従来の焼結体を得るための手法としてホットプレスや抵抗加熱による加圧焼結が一般的であったが、焼結体の特性向上を図りながら、より高い生産性を得ることを目的として、焼結型内の粉末積層体と接する部分や部材の固有抵抗値を所定値以上にして通電効率を極限まで向上させた高効率加圧・通電加熱焼結法を用いることにより、反りや割れを発生させない歩留りの高い焼結体を短時間のうちに、かつ省電力で得るのが可能であることを知見した。
【００１６】
また、本発明者らは、粉末積層時において、切断ブレート台金の部分に対して外刃あるいは内刃の部分に対して、または切断ブレ−ド全体に対して、バインダーと共にダイヤモンド砥粒などの高硬度物質を同時に積層することにより、切断ブレート台金と切断刃の原料粉末を同時に１プロセスで積層した結果、一回の粉末積層処理で、原料粉末組成や種類を変える必要のある、切断ブレードの全ての粉末積層体の作製が可能であり、こうして得られた粉末積層体を焼結することにより、切断ブレードを効率良く連続的に大量に作製できることを知見した。
こうして、本発明者らは、これらをトータルでシステム化することにより、厚さ精度の高い粉末焼結体、特に薄板状の粉末積層体を効率良く連続的に大量に作製すること、さらに、反りのない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの薄板状の焼結体を効率良く連続的に大量に作製することに初めて成功したものである。
【００１７】
その結果、本発明者らは、工業製品の高付加価値化がよりいっそう進行するなかで、厚さムラのない、特に、薄い切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの切断製品を用いた切断加工の需要は年々高くなる背景のもと、これらの多岐にわたった問題点解決を鋭意進めていった結果、以上の種々の知見、ならびに粉末積層体および薄板状の焼結体の作製の成功を得て、切断ブレード台金あるいは切断ブレードをターゲットとして、原料粉末を均一に積層する方法とその積層体を連続的に均一に多数枚焼結する方法を初めて見出し、本発明に至ったものである。
【００１８】
すなわち、本発明の第１の態様は、原料粉末および溶媒をそれぞれ所定量ずつ計量し、この計量された前記原料粉末と前記溶媒とを噴射ノズル直上で混合攪拌して前記原料粉末を前記溶媒中に分散させた種類の異なるスラリーを少なくとも２種類以上作製した後、前記噴射ノズルにより上方から、所定の積層パターンに応じて相対的に移動されるプレート上、成形型内あるいは焼結型内のターゲットの領域毎にそれぞれ対応する前記スラリーを噴射し、前記噴射されたスラリーを噴射後途中で加熱して強制乾燥し、前記ターゲット到達前に粉体化し、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が自身の面方向の位置に応じて段階的または連続的に変化し、かつ、所定の厚みを持つ粉末積層体を製造する粉末積層体の製造方法であって、前記スラリーは、前記ターゲット上に配置された筒状カバーの内部空間内に噴射され、前記噴射されたスラリーは、前記筒状カバーの内部空間内において加熱されて前記粉体化され、前記積層パターンは、前記噴射ノズルと前記ターゲットとの相対的な３次元位置パターンであり、前記粉末積層体の厚みが計測され、計測された前記粉末積層体の厚みに応じて前記噴射パターンが制御されることを特徴とする粉末積層体の製造方法を提供するものである。
【００１９】
ここで、前記粉末積層体の厚みは、超音波変位センサーで計測されるのが好ましく、前記積層パターンは、前記粉末積層体の厚みが±３０％以下の精度となるように、フィードバック制御されるのが好ましい。
また、前記筒状カバーは、管状ヒーターであるのが好ましく、前記管状ヒーターは、管状セラミックスヒーターであるのが好ましい。
また、前記ターゲットおよび前記粉末積層体が、円形状または角形状であり、前記ターゲットの領域毎にそれぞれ対応する前記スラリーを噴射するために、前記スラリーを前記ターゲットの半径方向あるいは長手方向に対して異なる位置に向けて噴射して、加熱・粉体化した後、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が直径方向あるいは長手方向に変化した粉末積層体を製造するのが好ましい。
また、前記スラリーは、前記粉末積層体が毎分０．５μｍ／ｃｍ２以上の速度で積層されるように噴射されるのが好ましい。
また、前記所定の厚みを持つ粉末積層体を前記成形型内または焼結型内の前記ターゲットに１層積層した後、この１ 層目の前記粉末積層体上にスペーサー、セパレーターあるいは離型剤を介在させた後、このスペーサー、セパレーターあるいは離型剤の上に、同一のまたは異なるスラリーを噴射し、加熱・粉体化して積層して、次の１層の粉末積層体を連続的に製造して、前記粉末積層体の厚さ方向に対して２ 以上の前記粉末積層体を連続的に製造するのが好ましい。
また、前記原料粉末が、金属、セラミックスまたは樹脂、あるいはそれらの複合材であるのが好ましい。
【００２０】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の態様は、原料粉末および溶媒をそれぞれ所定量ずつ計量する計量フィーダーと、この計量された前記原料粉末と前記溶媒とを混合攪拌して前記原料粉末を前記溶媒中に分散させたスラリーを作製する混合攪拌槽と、前記混合攪拌槽の直下に位置し、前記混合攪拌槽で作製したスラリーをプレート上、成形型内あるいは焼結型内のターゲットに向けて噴射する噴射ノズルと、前記ターゲットの位置を３次元方向に移動可能なステージと、前記ターゲット上に配置され、前記噴射ノズルから前記スラリーが内部空間内に噴射され、かつ、前記内部空間内において、前記スラリーを加熱して強制乾燥することにより、前記スラリーを前記ターゲット到達前に粉体化する筒状カバーと、前記ターゲット上に積層される粉末積層体の厚みを計測し、計測した前記粉末積層体の厚みに応じて前記噴射パターンを制御するフィードバック制御装置と、で構成され、前記ステージを３次元方向に移動させて、前記ターゲットと前記噴射ノズルとの相対的な３次元位置パターンを変化させることにより、前記噴射ノズルが前記ターゲットの領域毎に前記混合攪拌槽において作製された異なる種類のスラリーをそれぞれ噴射することを可能にし、前記ターゲット上に、前記原料粉末の組成あるいは種類が自身の面方向の位置に応じて段階的または連続的に変化し、かつ、所定の厚みを持つ粉末積層体を製造することを特徴とする粉末積層体の製造装置を提供するものである。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の第３の態様は、上記本発明の第１の態様の粉末積層体の製造方法によって、あるいは、本発明の第２の態様の粉末積層体の製造装置によって製造された１以上の前記粉末積層体を組み込んだ前記焼結型を焼結室内に配置し、所定の焼結法を用いて焼結して１以上の焼結体を製造することを特徴とする焼結体の製造方法を提供するものである。
ここで、前記焼結体が、薄板状の切断ブレード台金または切断ブレードであるのが好ましい。
また、前記焼結体の厚さの精度が、± ３０％以下であるのが好ましい。
また、前記焼結体の厚さが、５μｍ以上であるのが好ましい。
【００２２】
また、前記焼結法が、加圧・通電加熱焼結法であるのが好ましい。
また、前記加圧・通電加熱焼結法は、前記焼結型、前記焼結型に組み込まれた前記粉末積層体間に介在するセパレーター、および前記粉末積層体に配置される上下スペーサーの少なくとも１種類に対して、固有抵抗１０μΩ・ｍ以上の高い絶縁性を持つグラファィト、セラミックスおよび離型剤の少なくとも１種類以上を用いて前記焼結型内に組み込まれた１以上の前記粉末積層体を焼結する高効率加圧・通電加熱焼結法であるのが好ましい。
また、前記加圧・通電加熱焼結法において、通電時における２次側出力電圧が２Ｖ以上であるのが好ましい。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、本発明の第４の態様は、切断ブレード台金あるいは
切断ブレードを製造するための粉末積層体を、上記本発明の第１の態様の粉末積層体の製造方法、あるいは、上記本発明の第２の態様の粉末積層体の製造装置によって製造した後、連続して、製造された粉末積層体を、上記本発明の第３の態様の焼結体の製造方法で焼結して、前記粉末積層体の粉末積層から前記焼結体の焼結までを連続的に行って、前記切断ブレード台金あるいは前記切断ブレードを製造することを特徴とする焼結体の製造システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の態様の粉末積層体の製造方法によれば、均一な厚さを持つ１以上の粉末積層体、特に高い厚さ精度を持つ薄板状の粉末積層体を効率よく連続して製造することができる。
また、本態様によれば、特に、超硬などの様に比重の高く流動性の悪い粉末が供給チューブ内で閉塞することを防止すると共に、粉末積層体の組成や成分をレスポンス良く変更でき、さらに、薄いものから厚いものまで多種にわたった均一な粉末積層体を素早く作製することが可能である。
【００２５】
また、本態様によれば、成形用バインダーを一切使わずに、連続的に型内に対して均一な積層体を作製することが可能である。
さらに、本態様によれば、切断ブレート台金と切断刃の原料粉末を同時に１プロセスで積層した結果、一回の粉末積層処理で、原料粉末組成や種類を変える必要のある、切断ブレードの全ての粉末積層体の作製が可能である。
さらにまた、本態様によれば、上記の技術をトータルでシステム化し、厚さ精度の高い粉末焼結体、特に薄板状の粉末積層体を効率良く連続的に大量に作製することができる。
【００２６】
また、本発明の第３の態様の焼結体の製造方法によれば、厚さが均一な焼結体、特に、均一な厚さを持ち、かつ反りのない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードのような１以上の高い厚さ精度を持つ薄板状の焼結体を効率良く連続的に大量に製造することができる。
また、本態様によれば、多数枚焼結による量産効果ならびに、脱バインダー処理が不要であることによる製造時間の大幅な短縮を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。
また、本態様によれば、反りや割れを発生させない歩留りの高い焼結体を短時間のうちに、かつ省電力で得るのが可能であり、焼結体の特性向上を図りながら、より高い生産性を得ることができる。
【００２７】
さらに、本態様によれば、切断ブレート台金の部分に対して外刃あるいは内刃の部分に対して、または切断ブレ−ド全体に対して、切断ブレート台金と同時に１プロセスで、すなわち一回の粉末積層処理で切断刃の原料粉末が積層されて作製された切断ブレードの全ての粉末積層体を焼結でき、その結果、切断ブレードを効率良く連続的に大量に作製できる。
さらにまた、本態様によれば、上記技術をトータルでシステム化し、効率良く連続的に大量に作製された厚さ精度の高い粉末焼結体、特に薄板状の粉末積層体を焼結して、反りのない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの薄板状の焼結体を効率良く連続的に大量に作製することができる。
【００２８】
また、本発明の第４の態様の焼結体の製造システムによれば、粉末積層体の粉末積層から焼結体の焼結までを連続的に行うことができ、均一な厚さを持ち、かつ反りのない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードのような１以上の高い厚さ精度を持つ薄板状の焼結体を効率良く連続的に大量に製造することができる。以上から、本発明の最大の特徴は、厚物から薄物まで厚さによらず均一な粉末積層体を連続的に作製すると共に、この積層体の厚さの均一性を損なわずに、脱バインダー処理を不要として連続的に多数枚焼結し、厚さの均一な焼結体、特に、反りやクラックのない切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの薄板状の焼結体を大量に作製することにあることが分かる。
【００２９】
また、本発明の作用は、所定の成分、組成を有した原料粉末を成形型の中に積層する際に、従来の粒子噴射法を改良した混合スラリー、従って原料粉末の外部飛散量を少なくする手段を設けたことにより、たとえ、薄い粉末積層体であっても、原料歩留まりが良好で、かつ効率的に均一な粉末積層体を高速で作製することができる方法を提供し、また、この粉末積層体、特に、薄い粉末積層体を焼結型内に一層あるいはセパレーターを介して複数層積層し、成形、焼結を行うことにより、反りや欠陥のない高精度な焼結体、特に、切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの薄い焼結体を多数枚、連続的に歩留り良く作製することができる方法およびシステムを提供することに寄与することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の第１の態様に係る粉末積層体の製造方法、本発明の第３の態様に係る焼結体の製造方法および本発明の第４の態様に係る焼結体の製造システムを、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１の態様に係る粉末積層体の製造方法を実施する粉末積層体製造装置の一実施形態の模式図であり、図２は、本発明の粉末積層体の製造方法を実施する粉末積層体製造プロセスを含む焼結体の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。
以下において、図１に示す粉末積層体製造装置１０の構成および作用を説明して、図２に示すフローチャートに従って、本発明の粉末積層体の製造方法を説明する。
【００３２】
図１に示すように、粉末積層体製造装置１０は、乾式原料ＡおよびＢをそれぞれ貯留する２つの乾式原料槽１２ａおよび１２ｂ、分散剤を貯留する分散剤槽１２ｃならびにアルコールなどの揮発性溶媒を貯留する揮発性溶媒槽１２ｄと、各槽１２ａ〜１２ｄの各乾式原料ＡおよびＢ、分散剤ならびに揮発性溶媒をそれぞれ計量する計量フィーダー１４ａ〜１４ｄと、計量された原料ＡおよびＢ、分散剤ならびに揮発性溶媒を混合攪拌して混合スラリーを作製するための混合攪拌槽１６と、混合攪拌槽１６から投入された混合スラリーを噴射する噴射ノズル１８と、噴射ノズル１８の直下に設けられ、噴射時に開放され、噴射ノズル１８からの混合スラリーの噴射を許容し、噴射終了時に閉止され、噴射ノズル１８からの混合スラリーを遮断するシャッター２０と、シャッター２０の直下に設けられ、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリーの噴霧を加熱して強制乾燥して粉体化する管状セラミックスヒーター２２と、混合スラリーの粉体、すなわち混合原料粉体を積層して粉体積層体２４を作製するためのプレート２６と、プレート２６が載置され、ＸＹＺ方向に移動されるＸＹＺステージ２８と、ＸＹＺステージ２８をＸＹＺ方向に移動するための３次元駆動装置３０と、プレート２６上に積層された粉体積層体２４の厚みを計測する超音波変位センサー３２と、計量フィーダー１４ａ〜１４ｄによる計量を制御し、超音波変位センサー３２からの粉体積層体２４の厚みの計測値を受けて、噴射ノズル１８、シャッター２０および３次元駆動装置３０を制御するコンピュータ（ＰＣ（パーソナルコンピュータ））制御装置３４とを有する。
【００３３】
図１に示す粉末積層体製造装置１０および図２に示す本発明の粉末積層体製造プロセスに従って、本発明の第１の態様に係る粉末積層体の製造方法を説明する。
まず、図２に示す粉末積層体製造プロセスを開始する前に、ＰＣ制御装置３４による制御の準備として、ステップＳ１０において、カウントＮをＮ＝１に設定し、粉末積層体を何層積層するかの積層数Ｎ０を設定する。もちろん、１層の粉末積層体を形成する場合には、積層数Ｎ０＝１である。
【００３４】
次いで、ステップＳ１２において、焼結体を作製するための粉末材料（焼結体材料）である乾式原料ＡおよびＢ、例えば切断ブレード台金を作製するための超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）の乾式原料であるＷＣ粉末およびＣｏ粉末を選定し、それぞれ乾式原料槽１２ａおよび１２ｂに貯留する。
さらに、これらのＷＣ粉末およびＣｏ粉末などの焼結体作製用乾式原料ＡおよびＢを混合して混合スラリーにするための揮発性溶媒、例えばエチルアルコール（エタノール）および混合スラリーの分散性を改善するための分散剤、例えば非水性分散剤（ＳＮ−ＤＩＳＰＥＲＳＡＮＴ  ９２２８）を用意し、分散剤槽１２ｃおよび揮発性溶媒１２ｄに貯留する。
また、粉末積層体製造プロセスを開始する際に、ステップＳ１２において、管状セラミックスヒーター２２の加熱が開始され、ＸＹＺステージ２８は、３次元駆動装置３０によって粉体積層開始位置（ホームポジション）に設定される。
【００３５】
ここで、乾式原料は、例えば、超硬製切断ブレード台金を作製する場合には、ＷＣ粉末およびＣｏ粉末が選定され、図１に示すように、乾式原料ＡおよびＢの２種類であるが、本発明はこれに限定されず、目的とする焼結体に応じて選定されるものであり、１種類であっても良いし、３種類以上であっても良い。例えば、切断ブレードを製造する場合には、超硬製切断ブレード台金作製用には、例えば、ＷＣ粉末およびＣｏ粉末を用い、切断ブレード台金に取付られる切断刃作製用には、例えば、ダイヤモンド砥粒およびＣｏ基バインダーを選定することができる。また、乾式原料として、例えば、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、ダイヤモンド砥粒およびＣｏ基バインダーなどの複数種の乾式原料を個別に選定しても良いし、これらいくつかを所定比率で混合した混合乾式原料、例えば超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）を選定しても良い。
また、乾式原料などの原料粉末は、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＣｏ基バインダーなどの金属粉や、ダイヤモンド砥粒などのセラミックス粉末に限定されず、他の金属粉末であっても良いし、他のセラミックス粉末であっても良いし、または樹脂粉末であっても良いし、あるいはそれらの複合材の粉末であっても良い。
また、揮発性溶媒および分散剤も、選定された乾式原料や、目的とする焼結体に応じて適宜選定すれば良い。なお、分散剤としては、揮発性溶媒に応じて液状の非水性分散剤が選定されるが、本発明はこれに限定されず、乾式粉末状の分散剤を用いても良い。
【００３６】
次に、図２のステップＳ１４において、図１に示す粉末積層体製造装置１０では、まず始めに、分散剤および揮発性溶媒、例えば、非水性分散剤およびエタノール溶媒は、分散剤槽１２ｃおよび揮発性溶媒１２ｄに液体として貯留され、容積供給率をそれぞれ一定にする容積式の計量フィーダー１４ｃおよび１４ｄを用いて自動的に計量され、各々所要量ずつ混合攪拌槽１６に投入される。
一方、乾式原料ＡおよびＢ、例えばＷＣ粉末およびＣｏ粉末は、乾式原料槽１２ａおよび１２ｂに貯留されており、ロードセル（図示せず）を用いて重量供給率をそれぞれ一定にする重量式の計量フィーダー１４ａおよび１４ｂを用いて自動的に計量され、各々所要量ずつ、分散剤および揮発性溶媒が入れられた混合攪拌槽１６に直接投入される。
【００３７】
ここで、計量フィーダー１４ａおよび１４ｂは、その乾式原料ＡおよびＢの供給量がＰＣ制御装置３４によってコンピュータ制御されて自動計量されるのが好ましい。より好ましくはさらに計量フィーダー１４ａおよび１４ｂに加え、計量フィーダー１４ｃおよび１４ｄもその供給量がＰＣ制御装置３４によってコンピュータ制御されて自動計量されるのが良い。
上述した例のように、乾式原料ＡおよびＢは、予め、揮発性溶媒および分散剤、または揮発性溶媒のみが入れられた混合攪拌槽１６に投入されるのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、混合攪拌槽１６に投入される順序はいかなる順序であっても良い。
【００３８】
ここで、図示例においては、乾式原料ＡおよびＢの２種類の乾式原料をそれぞれ乾式原料槽１２ａおよび１２ｂに貯留しておき、それぞれ所要量ずつ計量フィーダー１４ａおよび１４ｂを用いて計量した後に、混合攪拌槽１６に投入しているが、本発明はこれに限定されず、上述したように、乾式原料ＡおよびＢの２種類の乾式原料をそれぞれ所要量ずつ予め混合した混合乾式原料を選定した場合には、選定した混合乾式原料を所定量計量して、混合攪拌槽１６に投入するようにしても良い。例えば、超硬系粉末に関して、ＷＣ粉末およびＣｏ粉末をそれぞれ乾式原料槽１２ａおよび１２ｂに貯留しておき、それぞれ個別に供給しても良いし、予め混合された超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）を１つの乾式原料槽に貯留して用いても良い。
なお、３種類以上の乾式原料を用いる場合には、全種類の乾式原料をそれぞれ所要量ずつ計量混合した混合乾式原料を用いても良いし、全種類ではなく、その中の数種を計量混合した混合乾式原料を１つまたは２つ以上用いても良いし、残りがある場合には、残りの乾式原料は個別に用いても良い。
【００３９】
図２のステップＳ１６において、混合攪拌槽１６では、計量フィーダー１４ａ〜１４ｄによってそれぞれ自動計量されて投入された乾式原料ＡおよびＢと揮発性溶媒および分散剤とが攪拌羽根１６ａによって十分に混合攪拌されて、スラリー状態となり、均一に混合された混合スラリーが作製される。混合攪拌槽１６は、乾式原料ＡおよびＢと揮発性溶媒および分散剤とを十分に混合攪拌できれば、どのような混合攪拌槽でも良いし、攪拌ばね１６ａの種類や数や形状も限定されないし、その攪拌回転速度も特に限定されない。
図２のステップＳ１８において、混合攪拌槽１６において作製された混合スラリーが、
混合攪拌槽１６の直下に設置された噴射ノズル１８に投入される。混合攪拌槽１６から噴射ノズル１８への混合スラリーの投入は、自由落下であっても良いし、例えば、チュービング・ポンプ（図示せず）等によって行っても良い。
本発明においては、混合攪拌槽１６は、噴射ノズル１８の直上に設置されているので、混合攪拌槽１６から噴射ノズル１８までの混合スラリーの供給パスを極力短くすることができ、特に、超硬材料などのように比重の高く流動性の悪い粉末が供給チューブ内で閉塞することを防止すると共に、粉末積層体の組成や成分をレスポンス良く変更でき、また、薄いものから厚いものまで多種にわたった均一な粉末積層体を素早く作製することができる。
【００４０】
図２のステップＳ１９において、シャッタ−２０が開放されると、図２のステップＳ２０において、投入された混合スラリーが、噴射ノズル１８からＸＹＺステージ２８上に載置されたプレート２６の積層表面（ターゲット）に向けて噴射され、混合スラリー噴霧となる。ここで、噴射ノズル１８としては、超音波ノズル等を用いることができるが、本発明は特にこれに限定されない。
噴射開始と同時に、ＸＹＺステージ２８は、３次元駆動装置３０によってその移動が開始され、噴射終了まで、粉末積層体２４の厚みが均一かつ高い精度で正確な厚みとなるように、所定の積層パターン（３次元位置パターン）に従ってＸＹＺ方向に移動される。なお、３次元駆動装置３０によるＸＹＺステージ２８の所定の積層パターンに従ったＸＹＺ方向の３次元方向の移動は、プレート２６上に積層された粉末積層体２４の厚みが均一かつ正確になるように、超音波変位センサー３２による粉末積層体２４の厚みの計測結果に基づいてＰＣ制御装置３４によってフィードバック制御される。ここで、ＸＹ方向の積層パターン（２次元位置パターン）は、粉末積層体２４の形状に応じて適宜設定されるパターンであれば良いし、Ｚ（厚み）方向の積層パターンは、積層厚みに応じて適宜設定されるパターンであれば良い。
【００４１】
この時、噴射ノズル１８からの混合スラリーの噴射量は、特に制限はないが、粉末積層体が毎分０．５μｍ／ｃｍ２以上の速度で積層されるような噴射量であるのが好ましく、より好ましくは、１．０〜３．０μｍ／ｃｍ２・分であるのが良い。すなわち、混合原料粉末の単位面積（１ｃｍ２）、単位時間（１分）当りの積層速度、すなわち、粉末積層体２４の厚みの増加速度が、０．５μｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは、１．０〜３．０μｍであるのが良い。この理由は、粉末積層体２４の積層速度が、毎分０．５μｍ／ｃｍ２未満であると、粉末積層体の作製時間が長くなり工業的に不利であると共に、噴射速度が遅いためにＸＹＺステ−ジの移動に伴うピッチの筋が積層体の表面ならびに内部に残留するからである。
なお、本発明において対象とする粉末積層体２４の厚みは、特に制限的ではないが、薄い粉末積層体の場合には、５μｍ以上の厚さであるのが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上の厚さであるのが良く、厚い粉末積層体の場合には、１０００μｍ以下の厚さであるのが好ましく、より好ましくは５００μｍ以下の厚さであるのが良い。
この理由は、粉末積層体の特性的には問題はないが、工業的に厚い積層体の場合には、本発明を用いなくとも、摺り切り方式によるダイスへの粉末積層でも対応することは可能であり、かつ厚い積層体の場合には一般的に厚さの精度がラフであるからである。
【００４２】
図２のステップＳ２２において、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリー噴霧は、
噴射後直ちに、直下に設けられている管状セラミックスヒーター２２の内部空間に入り、噴射直後から管状セラミックスヒーター２２によって加熱され、揮発性溶媒が強制乾燥されて、混合スラリーは、プレート２６の積層表面に到着する前に粉体化され、乾式原料ＡおよびＢの混合原料粉末となって、プレート２６の表面上に積層される。
ここで、本発明においては、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリー噴霧を加熱するための管状セラミックスヒーター２２が、噴射ノズル１８から粉末積層体２４が積層されるプレート２６の表面に至るまでの空間、すなわち、強制的に加熱乾燥させて粉体化させる空間を覆う筒状のカバーとしても機能する。すなわち、管状セラミックスヒーター２２は、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリー噴霧を加熱し、強制的に乾燥させて粉体化させるための手段として機能すると共に、噴射ノズル１８から粉末積層体２４が積層されるプレート２６の表面までの空間を覆い、混合スラリー、従って原料粉末の外部飛散量を少なくする手段としても機能する。
【００４３】
このため、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリー噴霧を、外部空間に飛散させることなく、確実にかつ効率良く加熱することができ、その結果、略全て混合スラリー噴霧を乾燥させて粉体化させることができる。すなわち、噴射ノズル１８から噴射された混合スラリー噴霧中の揮発性溶媒成分は、管状セラミックスヒーター２２内の空間を落下していく間に、確実に蒸発し、混合スラリー噴霧中の固体成分である乾式原料ＡおよびＢが、略全て確実に混合原料粉末となって、プレート２６の表面上に積層されるので、たとえ、薄い粉末積層体であっても、原料歩留まりが良好で、かつ効率的に均一な粉末積層体を高速で作製することができる。
その結果、超音波変位センサー３２で計測された粉末積層体２４の積層厚みの測定結果に基づいて、ＸＹＺステージ２８の移動パターン（積層パターン）をフィードバック制御して、噴射ノズル１８から噴射される混合スラリー噴霧の量を均一化することにより、プレート２６の表面上に積層される混合原料粉末の量を均一化し、粉末積層体２４の厚みを均一化し、高精度に正確な厚みとすることができる。
【００４４】
この時、粉末積層体の厚みが±３０％以下の精度となるように、超音波変位センサー３２の計測結果に基づいてＸＹＺステージ２８の３次元位置移動パターン（積層パターン）をフィードバック制御するのが好ましい。
粉末積層体の厚みを±３０％以下の精度に限定するのは、これ以下の精度になると、特に薄物の焼結体とする場合には、焼結後における後処理として、研削加工が不可欠となり、この処理により製造時間の長期化が避けられなくなると共に、焼結体に対して反りや割れなどのダメ−ジを生じる可能性が極めて高くなるからである。
【００４５】
こうして、図２のステップＳ２４において、プレート２６の表面上に、均一かつ高い厚み精度を持つ１層の粉末積層体２４が形成されると、直ちに噴射ノズル１８からの混合スラリーの噴射が停止され、図２の図２のステップＳ２５において、シャッター２０が直ちに閉鎖される。
なお、図２に示す粉末積層体製造プロセスでは、ステップＳ１８の混合スラリーの噴射ノズルへの投入からステップＳ２４の粉末積層体２４の形成までの間、ＰＣ制御装置３４によって制御される３次元位置移動パターン（積層パターン）に従って、ＸＹＺステージ２８は移動されるが、１層の粉末積層体２４が所望の厚みに形成されると、直ちに噴射ノズル１８からの混合スラリーの噴射およびＸＹＺステージ２８の移動が停止され、直ちにステップＳ２５でシャッター２０が閉鎖される。
本発明においては、粉末積層体２４の厚みを超音波変位センサー３２で計測し、その結果に基づいて、ＰＣ制御装置３４によって、３次元駆動装置３０によるＸＹＺステージ２８の移動パターン、すなわち積層パターンがフィードバック制御されているので、粉末積層体２４の厚みを均一にすることができるし、高い精度で正確な厚みとすることができる。また、粉末積層体２４が所定の厚みに形成されると、噴射ノズル１８からの混合スラリーの噴射が停止されると共に、シャッター２０が閉鎖されるので、たとえ、噴射ノズル１８内に混合スラリーが残っていたとしても噴射ノズル１８から粉末積層体２４上に堆積されることはないので、粉末積層体２４の均一な厚みにムラを生じさせることはなく、高い精度で正確な厚みとすることができる。
【００４６】
次に、図２に示すステップＳ２６において、ＰＣ制御装置３４の制御のために、Ｎ＝Ｎ＋１として、カウントＮを１つインクリメントする。
次に、図２のステップＳ２８において、カウントＮと積層数Ｎ０とを比較し、Ｎ＞Ｎ０（ＹＥＳ）であれば、必要な積層数の粉末積層体が形成されているとして、本発明の粉末積層体製造プロセスを終了し、ステップ２５のシャッタ−２０の閉鎖に続いて、ステップ２９における管状セラミックスヒ−タ−２２の加熱停止の後、次の粉末積層体焼結ステップＳ３２に移り、Ｎ＞Ｎ０（ＮＯ）でなければ、必要な積層数の粉末積層体が形成されていないとして、次の粉末積層体を形成するために、ステップ３０に移り、上述した本発明の粉末積層体製造プロセスを繰り返す。
ここで、本発明の粉末積層体製造プロセスが、図１に示すように、プレート２６上に１層の粉末積層体２４を形成するものである場合には、積層数Ｎ０＝１であり、カウントＮは２となっているので、図２に示す粉末積層体製造プロセスは、終了し、粉末積層体焼結ステップＳ３２を含む本発明の焼結体製造プロセスに移る。本発明の焼結体製造プロセスについては、後述する。
【００４７】
次に、本発明の粉末積層体製造プロセスにおいて、多数枚積層する場合について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に、焼結型４０に粉末積層体２４を多数枚積層する場合の多数枚積層プロセスの異なるプロセス段階を示す。
ここで、焼結型４０は、図３（ｃ）に示すように、内側に多層積層体４２を組み込む固定ダイ４４と、固定ダイ４４の中心部分に設けられるコア４６と、固定ダイ４４とコア４６との間の空間に下側から移動可能に挿入され、固定ダイ４４とコア４６との間の空間に組み込まれた多層積層体４２を支持する下部パンチャー４８と、固定ダイ４４とコア４６との間の空間に上側から移動可能に挿入され、下部パンチャー４８に支持された多層積層体４２を加圧する上部パンチャー５０とを備える。なお、多層積層体４２は、複数の粉末積層体２４と、隣接する粉末積層体２４の間に介在するスペーサー５２とを有する。
なお、隣接する粉末積層体２４の間には、スペーサー５２に、セパレーターを用いても良い。ここで、スペーサー５２は、ダイ４４やコア４６、パンチャー４８および５０と同一の素材からなるものであり、セパレーターは、焼結型４０の内面やパンチャー４８および５０の面、スペーサー５２の面と焼結体との分離を容易にするために塗布あるいは設置するスプレー状のものやシート状のものである。
【００４８】
なお、図３に示す焼結型４０は、例えば、図４に示す切断ブレード６０またはその切断ブレード台金６２などの薄板状の焼結体を多数枚製造する際に用いられるものである。図３に示す焼結型４０の場合には、焼結前に焼結型４０に粉末積層体２４を直接多数枚積層して多層積層体４２を組み込み、そのまま焼結して、切断ブレード６０や切断ブレード台金６２などの薄板状の焼結体を多数枚製造することができる。
ここで、図４に示す切断ブレード６０は、円環状の切断ブレード台金６２と、その外周に設けられた切断刃６４とを有し、中心側に円形開口６６を有するものである。
なお、本発明において対象となる焼結体である切断ブレードの詳細については後述し、以下では、図３に示す焼結型４０は、図４に示す切断ブレード６０や切断ブレード台金６２などの円環状の焼結体を製造するための焼結型であるとして説明する。
【００４９】
このような焼結型４０に直接粉末積層体２４を積層する場合には、まず、図３（ａ）に示す焼結型４０の固定ダイ４４、コア４６および下部パンチャー４８からなる下側部分を、図１に示す粉末積層体製造装置１０において、プレート２６の代わりにＸＹＺステージ２８上に載置して、粉末積層体の積層形成の準備をする。
そして、上述した図２に示す粉末積層体製造プロセスのステップＳ１０〜Ｓ２４を行って、図３（ａ）に示すように、焼結型４０の固定ダイ４４とコア４６と下部パンチャー４８とによって形成される凹部に１層目の粉末積層体２４を直接積層して作製する。
この時、焼結型４０の下部パンチャー４８の上面には、積層される粉末積層体２４（原料粉末）と下部パンチャー４８との離型性を確保するために、積層前に、予め離型剤を塗布しておくのが好ましい。離型剤は、下部パンチャー４８の上面のみならず、固定ダイ４４とコア４６と下部パンチャー４８とによって形成される凹部内面全体に塗布しても良い。このような離型剤としては、カーボンスプレーや、粉末状、シート状のカーボン、ボロンナイトライドスプレーや、粉末状、シート状のボロンナイトライドなどを用いることができる。
【００５０】
この後、上述したように、多層粉末積層体形成の場合には、図２のステップＳ２６を経て、Ｎ＞Ｎ０とはならないので、ステップＳ２８からステップＳ３０へ移る。
図２のステップＳ３０において、図３（ｂ）に示すように、焼結型４０の下部パンチャー４８上に形成された第１層目の粉末積層体２４上にスペーサー５２を設置する。
この時、スペーサー５２の上下両面に、下側の第１層目の粉末積層体２４およびこれから積層される上側の第２層の粉末積層体２４との離型性を確保するために、積層前に、予め離型剤を塗布しておくのが好ましい。
この後、下部パンチャー４８を下げて、固定ダイ４４とコア４６とスペーサー５２とによって、第２層目の粉末積層体２４を作製するための凹部（図示せず）を形成する。ここで、上述したように、この凹部内面にも、積層前に、予め離型剤を塗布しておいても良いのはもちろんである。
続いて、図２に示す粉末積層体製造プロセスのステップＳ１４に戻って、ステップＳ１４〜Ｓ２４を行って、スペーサー５２上に連続して第２層目の粉末積層体２４を直接積層して作製する。
【００５１】
この後、粉末積層体２４の積層数が、最初に設定された積層数Ｎ０に達していない場合には、ステップＳ２８においてＮ＞Ｎ０とはならないので、ステップＳ２８においてＮ＞Ｎ０となるまで、ステップＳ３０およびステップＳ１４〜Ｓ２８を繰り返して、下層の粉末積層体２４上に離型剤を塗布付したスペーサー５２を設置し、下部パンチャー４８を下げ、スペーサー５２上に連続して上層の粉末積層体２４を直接積層する。
こうして、図３（ｃ）に示すように、当初設定されていた積層数Ｎ０（図示例では５層）の粉末積層体２４が連続して積層された多層積層体４２が、焼結型４０の固定ダイ４４とコア４６との間、かつ下部パンチャー４８上の空間に形成される。
その結果、この場合にも、図２のステップＳ２６を経て、Ｎ＞Ｎ０となるので、上述したように、粉末積層体製造プロセスを終了し、本発明の焼結体製造プロセスの粉末積層体焼結ステップＳ３２に移る。
【００５２】
なお、粉末積層体製造プロセスの終了時点において、焼結型４０の下側部分に、所定積層数Ｎ０の多層積層体４２が積層されると、下部パンチャー４８をさらに下に押し下げて、最上層の粉末積層体２４の上側に固定ダイ４４とコア４６とで形成される凹部空間を形成し、この固定ダイ４４とコア４６との間の凹部空間に上部パンチャー５０を挿入して押圧し、多層積層体４２の複数の粉末積層体２４を下部パンチャー４８と上部パンチャー５０との間で保持する。
こうして、多層粉末積層体を形成するための本発明の粉末積層体製造プロセスが終了する。
【００５３】
図３に示す例では、焼結型４０内に所定の厚みを持つ複数の粉末積層体２４を、その間にセパレーター５２を介在させて連続的に積層し、多層積層体４２を製造しているが、本発明はこれに限定されず、上述の粉末積層体製造プロセスによって、一旦、１層の粉末積層体２４を成形型内で積層し、隣接する粉末積層体２４間にセパレーター５２を介在させながら、１層ずつ焼結型４０内に組み込んで、焼結型４０内に多層積層体４２を組み込んでも良いし、上述した多層粉末積層体形成のための粉末積層体製造プロセスによって、成形型内に直接多層積層体４２を作製して、多層積層体４２を成形型から取り出して、一度に焼結型４０内に組み込んでも良い。
なお、上移した例では、焼結型や成形型に、複数の粉末積層体からなる多層積層体を作製しているが、１層のみの粉末積層体を作製しても良いのはもちろんである。
【００５４】
ここで、目標とする焼結体が、図４に示す切断ブレード６０のように、原料粉末組成が異なる切断ブレード台金６２と切断刃６４を一体の粉末積層体２４として作製する場合には、原料粉末として、例えば切断ブレード台金６２に相当する内側の円環状の粉末積層体には、ＷＣ粉末とＣｏ粉末との混合粉末（超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ））を用いれば良いし、切断刃６４に相当する外側の幅の狭い円環状の粉末積層体には、ダイヤモンド砥粒とＣｏ基バインダーとの混合粉末を用いれば良い。
この場合には、図１に示す粉末積層体製造装置１０において、２つの乾式原料槽１２ａおよび１２ｂに加え、さらに２つの乾式原料槽を用意し、４つの乾式原料槽に、それぞれＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、ダイヤモンド砥粒およびＣｏ基バインダーを貯留し、先に、各槽から、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、分散剤および揮発性溶媒を混合攪拌槽１６に投入し、混合攪拌して超硬系粉末の混合スラリーを作製し、噴射ノズル１８に投入し、噴射ノズル１８から所定の積層パターンで移動されるターゲット（図１のプレート２６、または図３の焼結型）に向けて噴射して、切断ブレード台金６２に該当する内側の円環状部分に超硬系粉末の粉末積層体を作製した後に、各槽から、ダイヤモンド砥粒、Ｃｏ基バインダー、分散剤および揮発性溶媒を混合攪拌槽１６に投入し、混合攪拌してダイヤモンド砥粒系の混合スラリーを作製し、噴射ノズル１８に投入し、噴射ノズル１８から噴射して切断刃６４に該当する外側の円環状部分にダイヤモンド砥粒系の粉末積層体を作製することができる。
【００５５】
このように、本発明においては、作製する焼結体の構成や構造に応じて、原料粉末組成あるいは種類の異なる混合スラリーを作製し、焼結体の構成や構造に対応するターゲットの領域に、それぞれ対応する混合スラリーを噴射し、加熱・粉体化して積層し、粉末積層体の原料粉末組成あるいは種類を位置に応じて段階的または連続的に変化させても良い。例えば、図４に示す切断ブレード６０のように、作製される粉末積層体が円環状または円板状、もしくは角環状または角板状である場合には、原料粉末組成あるいは種類の異なる混合スラリーを作製し、組成や種類が異なる混合スラリーをターゲット（例えば、円形状または角形状）の半径方向あるいは長手方向に対して異なる位置に噴射し、加熱・粉体化して積層し、粉末積層体の原料粉末組成あるいは種類を直径方向に段階的または連続的に変化させるようにしても良い。
【００５６】
なお、図４に示す切断ブレード６０のように、原料粉末組成あるいは種類が直径方向に段階的または連続的に変化する円環状または円板状の粉末積層体を作製する場合には、
１種の混合スラリーの噴射パターンを同一円周上になるようにターゲットをＸＹＺ方向に移動して、同一の原料粉末の積層パターンを同一円周上とし、同一円周上に原料粉末を積層後、原料粉末組成あるいは種類の異なる混合スラリーを作製し、半径方向に異なる同一円周上に噴射し、異なる原料粉末を積層することを続け、原料粉末の積層パターンが略同心円となるようにすることができる。
【００５７】
図４に示す切断ブレード６０は、切断ブレード台金６２の外周に切断刃（いわゆる、外刃）６４を有するものであるが、本発明はこれに限定されず、切断ブレード台金６２の内側開口６６の内周に切断刃（いわゆる、内刃）を有するものであっても良いし、外刃および内刃の両方を有するものであっても良い。
また、本発明において対象とする切断ブレード６０の厚みは、５μｍ〜１０００μｍであるのが好ましく、より好ましくは、１０μｍ〜５００μｍであるのが良い。したがって、焼結による緻密化に伴う粉末積層体２４の体積減少を２０％〜３０％であるとすると、このような場合には、形成されるべき粉末積層体２４の厚みは、６μｍ〜１３００μｍであるのが好ましく、より好ましくは、１２μｍ〜６５０μｍであるのが良い。
この理由は、工業的に厚い積層体の場合には、本発明を用いなくとも、摺り切り方式によるダイスへの粉末積層でも対応することは可能であり、かつ厚い積層体の場合には一般
的に厚さの精度がラフであるからである。
本発明の粉末積層体の製造方法は、基本的に以上のように構成される。
【００５８】
次に、本発明の第３の態様の焼結体の製造方法について説明する。
図２において、ステップＳ１０〜Ｓ３０を含む粉末積層体製造プロセスが終了し、製造された１層の粉末積層体２４または多層の粉末積層体は、本発明の焼結体製造プロセスにおいて、ステップＳ３２において焼結処理されて、ステップ３４において、焼結体が製造される。
図２のステップＳ３２において、粉末積層体製造プロセスで製造された１層の粉末積層
体２４または多層の粉末積層体は、焼結型に組み込まれ、または図３に示す焼結型４０に組み込まれた多層積層体４２の場合はそのまま、焼結チャンバー（ 図示せず） に移され、例えば、焼結チャンバー内が所定の真空度に脱気されて、所定の焼結条件で焼結処理される。
図２のステップＳ３４において、焼結型内の粉末積層体２４または多層積層体４２は、ステップＳ３２で焼結処理されて焼結体となり、焼結チャンバーから取り出されて、焼結型から焼結体として取り出される。
【００５９】
図５に、本発明の焼結体の製造方法のより好ましい一例である高効率加圧・通電加熱焼結法の概略を示す。ここで、図５は、図３に示す焼結型４０に組み込まれた多層積層体４２を焼結する高効率加圧・通電加熱焼結法を実施する加圧・通電加熱焼結システムの概略模式図である。
図５に示す加圧・通電加熱焼結システム７０において、スペーサー５２を両側から挟んで多層に積層された粉末積層体２４からなる多層積層体４２は、焼結型４０の固定ダイ４４とコア４６との間に組み込まれ、下部パンチャー４８と上部パンチャー５０との間で加圧される。すなわち、図示しない加圧装置によって、上方から上部パンチャー５０に加圧力が付加されると共に、下方から下部パンチャー５０に加圧力が付加され、多層積層体４２の各粉末積層体２４に圧力が加えられる。なお、図５に示す加圧・通電加熱焼結システム７０は、所定の焼結チャンバー内に入れられ、焼結チャンバー内が所定の真空度に脱気される。ここで、本発明において、焼結チャンバー内の真空度は、１０−１〜１０−３ Ｔｏｒｒにするのが好ましいが、Ｔｉ合金などのように、より酸化の影響を受けやすい場合には１０−３ Ｔｏｒｒよりさらに高い真空度を要する。この理由は、高温環境下における酸化の影響を極力低下させるためである。
【００６０】
本発明の好ましい焼結法である高効率加圧・通電加熱焼結法では、図５に示す加圧・通電加熱焼結システム７０において、多層積層体４２を組み込んだ焼結型４０、具体的にはその構成部材である固定ダイ４４、コア４６、下部パンチャー４８および上部パンチャー５０、さらに、多層積層体４２の隣接する粉末積層体２４間に介在するスペーサー５２やセパレーターを、固有抵抗値が１０μΩ・ｍ以上の高い絶縁性を持つ素材で構成する。ここで、このような高絶縁性素材としては、固有抵抗値が１０μΩ・ｍ以上の高い絶縁性を持つグラファィト、セラミックスおよび離型剤などを挙げることができる。例えば、高抵抗タイプのグラファイト、ボロンナイトライド、窒化ケイ素、アルミナ、アルミナイトライド、クロムカ−バイドなどを挙げることができる。
【００６１】
このような高い固有抵抗を有する素材製の部材によって構成された焼結型４０の下部パンチャー４８および上部パンチャー５０を、それぞれ通電加熱装置７２に接続し、
多層積層体４２を加圧している下部パンチャー４８および上部パンチャー５０に通電加熱装置７２により、通電効率を極限まで向上させた状態で通電して、焼結型４０内の多層積層体４２の複数の粉末積層体２４を所定の焼結条件で焼結する。すなわち、通電加熱装置７２により、下部パンチャー４８と上部パンチャー５０との間で所定の圧力に加圧された多層積層体４２の複数の粉末積層体２４を所定の温度で所定時間加熱して焼結する。
【００６２】
この高効率加圧・通電加熱焼結法においては、通電加熱装置７２の２次側の出力電圧が２Ｖ以上であることが好ましい。また、適用される焼結条件としては、例えば、超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）を用い、多層積層体４２として５層積層体（５枚の粉末積層体２４）を焼結する場合には、焼結温度１１５０℃、焼結圧力５０ＭＰａ、焼結時間２０分とすることができるが、これらの焼結条件は、粉末積層体２４の材質（原料粉末の組成や種類）や形状や寸法（特に厚み）、粉末積層体２４の枚数、焼結型４０やスペーサー５２やセパレーターや離型剤の素材などに応じて適宜選択すれば良い。
ここで、適用可能な結温度としては、例えば、１０００℃〜１２５０℃であるのが好ましく、より好ましくは、１１２０℃〜１１７０℃であるのが良い。また、適用可能な焼結圧力として、例えば、２５ＭＰａ〜７０ＭＰａであるのが好ましく、より好ましくは４５ＭＰａ〜５５ＭＰａであるのが良い。さらに適用可能な焼結時間としては、例えば、３分〜６０分であるのが好ましいが、より好ましくは１５分〜２５分であるのが良い。適用可能な電流は５００Ａ〜１００００Ａであるが、より好ましくは３０００Ａ〜５０００Ａである。
この理由は、本発明に至る過程で鋭意検討を加えた結果、この範囲内で通電加熱焼結を実施すると、焼結効率を高く維持することが可能であると共に、得られる焼結体のダメ−ジを極力防止できることが判明したからである。
【００６３】
こうして、焼結型４０内の多層積層体４２の複数の粉末積層体２４を焼結し、焼結体、例えば、図４に示す切断ブレード台金６２あるいは切断ブレード６０などの薄板状の焼結体を製造することができる。こうして製造された焼結体は、焼結型４０を焼結チャンバー内から取り出した後、焼結型４０の上部または下部パンチャー５０または４８を取り外して、多層焼結体を取り出し、複数の焼結体に分離することにより、得ることができる。
こうして得られる焼結体の厚みは、上述したように、特に制限的ではないが、薄い焼結体の場合には、５μｍ以上の厚さであるのが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上の厚さであるのが良く、厚い積層体の場合は１０００μｍ以下の厚さであるのが好ましく、より好ましくは５００μｍ以下の厚さであるが良い。また、こうして得られる焼結体の厚みの精度は、目標とする厚みに対して±３０％以下であるのが好ましい。この理由は、特に、薄物の焼結体とする場合には、焼結後における後処理として、研削加工が不可欠となり、この処理により製造時間の長期化が避けられなくなると共に、焼結体に対して反りや割れなどのダメ−ジを生じる可能性が極めて高くなるからである。
【００６４】
なお、切断ブレード６０のような焼結体を作成する場合には、上述したように、切断ブレード台金６２に相当する部分と切断刃６４に相当する部分とにおいて、それぞれ組成の異なる原料粉末、例えば、ＷＣおよびＣｏの混合粉末と、ダイヤモンド砥粒およびＣｏ基バインダーの混合粉末とを積層した粉末積層体を焼結して、切断ブレード６０のような焼結体を作製しているが、本発明はこれに限定されず、焼結体として得られた切断ブレード台金６２を焼結型４０などにセットし、この切断ブレード台金６２の外周近傍にダイヤモンド砥粒およびＣｏ基バインダーの混合粉末（複合材料）を所定の幅および厚さで積層し、得られた積層体を、図５に示す加圧・通電加熱焼結システム７０によって、上述した高効率加圧・通電加熱焼結法を実施して焼結することにより、切断ブレード６０などのような焼結体を作成することもできる。
本発明の焼結体の製造方法は、基本的に以上のように構成される。
【００６５】
次に、本発明の第４の態様の焼結体の製造システムについて説明する。
図６に、本発明の焼結体の製造システムの一実施形態である連続生産システムを示す。ここで、図６（ａ）は、焼結体の連続生産システムの製造プロセスの流れを示す流れ図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ） に示す製造プロセスの流れをシステム構成の変化で示す説明図である。
本発明の焼結体の連続生産システムにおいては、まず、図６（ａ）のダイスセットステップＳ５０では、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ５０に示すように、固定ダイ４４、下部パンチャー４８および下部パンチャー４８を移動可能に支持する支持手段５４を備える焼結型４０の下側部分が、例えば、図１に示す粉末積層体製造装置１０のプレート２６の代わりに、ＸＹＺ ステージ２８上の所定に位置にセットされる。
【００６６】
次に、図６（ａ）の粉末積層ステップＳ５２では、図１に示す粉末積層体製造装置１０において、図２に示すステップＳ１０〜Ｓ２４が実施され、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ５２に示すように、噴射ノズル１８から混合スラリーが噴射され、焼結型４０の下部パンチャー４８の、離型剤が塗布された上面（凹部上面）上に１層の粉末積層体２４が積層される。
続いて、図６（ａ）のスペーサー設置ステップＳ５４では、同様に、図２に示すステップＳ２６〜Ｓ３０が実施され、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ５４に示すように、焼結型４０の下部パンチャー４８上に積層された粉末積層体２４の上に離型剤が塗布されたスペーサー５２が設置される。
【００６７】
次に、図６（ａ）の多数枚充填ステップＳ５６では、粉末積層ステップＳ５２およびスペーサー設置ステップＳ５４が繰り返され、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ５６に示すように、焼結型４０の下部パンチャー４８上に、隣接する粉末積層体２４間にスペーサー５２が介在する複数（図中３枚）の粉末積層体２４からなる多層積層体４２が作製され、最上層（図中第３層）の粉末積層体２４が積層された後、その上に上部パンチャー５０が嵌め込まれて、焼結型４０内への多層積層体４２の充填が終了する。
続いて、図６（ａ）の高効率加圧・通電加熱ステップＳ５８では、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ５８に示すように、多層積層体４２が充填された焼結型４０が、真空チャンバー７４に装填され、図５に示す加圧・通電加熱焼結システム７０が構成されて上部および下部パンチャー５０および４８間に所定加圧力が付加され、真空チャンバー７４内が所定の真空度に設定される。この後、加圧・通電加熱焼結システム７０において、上述した高効率加圧・通電加熱焼結法が実施され、すなわち図２に示すステップ３２および３４が実施され、所定の加圧力で加圧された多層積層体４２の複数の粉末積層体２４が、通電加熱装置７２により所定の所定の焼結条件で加熱焼結される。
【００６８】
最後に、図６（ａ）の離型・製品出荷ステップＳ６０では、真空チャンバー７４をダイ気圧に戻し、焼結型４０を取り出し、上部および下部パンチャー５０および４８の少なくとも一方を取り外して、焼結型４０から多層積層体４２が焼結された多層焼結体を取り出し、個々の焼結体に離型して分離する。なお、加圧・通電加熱焼結装置の作業効率を極限まで上げるために、装置の前部および後部に対して真空予備室を設置し、焼結終了後において焼結を完了したダイスを直ちに後部の予備室に移動させ、離型可能な２００℃程度まで冷却させ、一方、前部の真空予備室から新しい焼結前のダイスを装置にセットすることを繰り返すことも可能である。
こうして、図６（ｂ）のシステム構成Ｃ６０に示すように、粉末積層体２４が焼結された切断ブレード台金６２または切断ブレード６０などの焼結体が得られる。こうして得られた切断ブレード台金６２または切断ブレード６０などの焼結体は、検査後、製品として出荷される。
【００６９】
このように、本発明においては、上述したステップＳ５０〜Ｓ６０を連続して実施することができるので、この粉末積層体を焼結型内に一層あるいはセパレーターを介して複数層積層し、成形、焼結を行うことにより、反りや欠陥のない切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの高精度な焼結体を多数枚、連続的に歩留り良く作製することができる
本発明の焼結体の製造システムは、基本的に以上のように構成される。
【実施例】
【００７０】
以下に、本発明の粉末積層体の製造方法、焼結体の製造方法および焼結体の製造システムを、実施例を挙げて具体的に説明する。
以下では、本発明の実施例として、高剛性の素材の作製が可能である超硬系粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）を用い、外径φ１２０ｍｍ×内径φ４０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの切断ブレード台金を作製した代表例にとり、実施例と比較例とを挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）１層積層体
焼結による緻密化に伴う体積減少を２０％と見込み、図１に示す改良を施した粉末積層体作製装置１０を用いて、外径φ１２０ｍｍ×内径φ４０ｍｍ×厚さ０．３７５ｍｍの粉末積層体２４を作製した。粉末積層体作製装置１０からの原料粉末供給は、乾式の原料粉末とエタノール溶媒を、それぞれコンピューター制御装置３４により自動的に計量し、それらを噴射ノズル１８の直上に設置した混合攪拌槽１６の中で混合攪拌してスラリー状態とした。スラリー状となった原料粉末は、噴射ノズル１８から噴射された後、管状型のヒーター２２内を通過する間に、エタノール溶媒分が完全に揮発し、乾燥した原料粉末のみがグラファイト製焼結型４０（焼結ダイス４４）（外径φ１２０ｍｍ×内径φ４０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ）内に設置した下部パンチャー４８上に積層して行き、最終的に０．３７５ｍｍ厚さ分だけ超音波変位センサー３２を用いて粉末積層体２４の厚さを計測しながら噴射制御した結果、平均厚さは０．３７０ｍｍとなった。その結果を図７に示す。
【００７２】
なお、下部パンチャー４８の上面には、原料粉末と下部パンチャーとの離型性を確保するために、カーボンスプレーを予め塗布した。また、所定の厚さの積層後に、必要以上の原料粉末が積層されない様に、噴射ノズル１８の直下に原料粉末の噴射を瞬時に止めるシャッター２０が設置された。さらに、積層場所による厚さのバラツキを極力防止するため、噴射ノズル１８からの粒子噴射プロファイルに基づき、コンピューター制御装置３４によりグラファイト製ダイス４４を設置しているＸＹＺステージ２８をコンピューター制御装置３４により、自動的に調整して、粒子噴射分布が最適となる様に、ＸＹ軸方向と共にＺ軸方向に対しても制御を行い、噴射ノズル１８とターゲット（プレート２４）と間の距離を完全に最適化した。これにより、当該粉末積層体を最終的に作製するのに必要な時間は約５分であった。
【００７３】
（比較例１）１層積層体
実施例１と同一の原料粉末とグラファイト製ダイス４４を用いて、図１１に示す超音波ノズルを用いた既存の粒子噴射装置（特許文献１参照）により、φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×０．３７５ｍｍ厚の粉末積層体をグラファイト製ダイス４４（焼結型４０）（φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×１５０ｍｍ）内に設置した下部パンチャー４８上に作製した。その結果、原料粉末の比重が極めて重いことから、原料供給パス内で閉塞を起こし、原料噴射の安定性が極めて悪かった。
また、積層体の厚さの制御を噴射時間で管理しているため、所定の厚さ通りの粉末積層体を得ることができず、平均的な積層体の厚さが設定値より厚い0.5mm程度にまでなった（図７参照）。
【００７４】
さらに、原料供給を停止するためのシャッター１１８が噴射ノズル１１４の上部に設置されているため、原料噴射が不要になっても噴射ノズル内に溜まっていた原料粉末が完全に消失されるまで噴射が継続した。噴射ノズル１１４とターゲット１１２との間に設置したセラミックスヒーター１１６が管状型でないため、スラリー状となった原料粉末の乾燥が不完全であったため、ダイス４４内壁の一部に付着を起こし、粉末積層体の形状にダメージを与えていた。グラファイト製ダイス４４を設置しているステージがＺ軸の移動に対応していないことに起因して、超音波ノズル１１４とターゲット１１２との間の距離を制御できないため、積層体の場所による厚さムラが発生した。これにより、原料粉末の噴射が不安定であったことなども影響して、当該粉末積層体を最終的に作製するのに必要な時間は約６０分であった。
【００７５】
（実施例２）５層積層体
実施例１に示した１層積層体２４の作製をベースとして、図３に示したように、グラファイト製ダイス４４（φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×１５０ｍｍ）内への多数枚積層を実施した。実施例１と同様にダイス４４内に１枚目の０．３７５ｍｍ厚の積層体２４を積層後、下部パンチャー４８の上面を約１ｍｍ下げ、０．５ｍｍ厚のグラファイトスペーサー５２（両面にカーボンスプレー塗布済）を設置後に２枚目を積層した。これを繰り返すことにより、５枚の０．３７５ｍｍ厚の粉末積層体２４をダイス４４内に積層し、上部パンチャー５０を組み込んだ。積層後にそれぞれの粉末積層体２４の厚さを測定した結果、０．３６ｍｍから０．３７ｍｍの範囲内に入っていた（図８参照）。また、ダイス４４やパンチャー４８および５０、スペーサー５２などへの原料粉末の付着は認められなかった。なお、一連の作業に要した時間は約３０分であった。
【００７６】
（比較例２）５層積層体
比較例１に示した１層積層体の作製をベースとして、グラファイト製ダイス（φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×１５０ｍｍ）内への多数枚積層を実施した。比較例１と同様にダイス内に１枚目の０．３７５ｍｍ厚の積層体を積層後、下部パンチャーの上面を約１ｍｍ下げ、０．５ｍｍ厚のグラファイトスペーサー（両面にカーボンスプレー塗布済）を設置後に２枚目を積層した。これを繰り返すことにより、５枚の０．３７５ｍｍ厚の粉末積層体をダイス内に積層し、上部パンチャーを組み込んだ。積層後にそれぞれの積層体の厚さを測定した結果、0.26mmから0.65mmの範囲内に入っていた（図８参照）。また、ダイスやパンチャー、スペーサーなどへの原料粉末の付着ならびに積層体の欠陥が随所に認められた。なお、一連の作業に要した時間は約１００分であった。
【００７７】
（実施例３）１層積層体の焼結
実施例１により作製した１層の積層体２４の焼結を行うことにより、切断ブレード用台金の作製を行った。焼結には焼結効率が高い加圧・通電加熱焼結をベースとし、図５に示したように、新たに見出したさらに通電効率を上げた高効率加圧・通電加熱焼結法を用いた。具体的には、グラファイト製ダイス４４ならびにパンチャー４８および５０、上下スペーサー５２に対して、いずれも固有抵抗値が通常より高い１０μΩ・ｍを有した材質を選定し、１１５０℃−１０ｍｉｎ、５０ＭＰａの焼結条件下で焼結を行った。その結果、２次側の最高電圧値が８Ｖ、最高電流値が３０００Ａとなり、得られた焼結体の直径方向における厚さムラは０．３１ｍｍから０．３２ｍｍ（平均０．３０５ｍｍ）（図９参照）で、目標とする厚さとなった。さらに、焼結ムラを判定するために測定した直径方向におけるロックウェル硬度値（ＨＲＡ）の絶対値は、平均すると９１と高く、そのバラツキは８８から９３と極めて小さく（図１０参照）、この焼結体は、切断ブレード用台金として最適であることが判明した。また、上下パンチャー５９および４８やダイス４４の内壁などへの焼結体の貼り付きはなく、離型性も極めて良好であった。
【００７８】
（比較例３）１層積層体の焼結
比較例１により作製した１層の積層体焼結を行うことにより、切断ブレード用台金の作製を行った。焼結には通常の加圧・通電加熱焼結法を用い、焼結に使用するダイス類などの固有抵抗値は、通常の低い素材（０．１μΩ・ｍの汎用タイプのグラファィト）を用いた。焼結は１１５０℃−１０ｍｉｎ、５０ＭＰａの条件下で行った。その結果、２次側の最高電圧値が４Ｖ、最高電流値が７０００Ａとなり、実施例３の結果と比較すると通電効率が非常に悪いことが判明した。また、得られた焼結体の直径方向における厚さムラは０．２４ｍｍから０．６５ｍｍ（平均０．４０５ｍｍ）（図９参照）で、目標とする厚さの０．３ｍｍ厚の焼結体を得ることができなかった。さらに焼結ムラを判定するために測定した直径方向におけるロックウェル硬度値（ＨＲＡ）の絶対値は７１と低く、そのバラツキは５３から89と極めて大きく（図１０参照）、この焼結体は、切断ブレード用台金として不適であることが判明した。一方、上下パンチャーやダイス内壁などへの焼結体の貼り付きが見られ、離型性は良好であるとは言えなかった。
【００７９】
（実施例４）５層積層体の焼結
実施例２により作製した５層の多層積層体４２の焼結を行うことにより、切断ブレード用台金の多数枚作製を行った。焼結には実施例３と同様に通電効率を上げた焼結効率が高い加圧・通電加熱焼結を用い、焼結に使用するダイス類などの固有抵抗値も実施例３と同様の高い数値のものを選定した。焼結は１１５０℃−２０ｍｉｎ、５０ＭＰａの条件下で行った。その結果、２次側の最高電圧値が８Ｖ、最高電流値が３５００Ａとなり、得られた５枚の焼結体の直径方向における厚さムラは０．３０５ｍｍから０．３２５ｍｍ（平均０．３０９ｍｍ）で、目標とする厚さとなり、さらに５枚の焼結体間の焼結ムラを判定するために測定した直径方向におけるロックウェル硬度値（ＨＲＡ）の絶対値は、平均すると９０と高く、そのバラツキは８９から９３と極めて小さく、これらの焼結体は、切断ブレード用台金として最適であることが判明した。また、上下パンチャー５０および４８やダイス４４の内壁などへの焼結体の張り付き、ならびに焼結体同士の張り付きはなく、離型性も極めて良好であった。
【００８０】
（比較例４）５層積層体の焼結
比較例２により作製した５層の積層体の焼結を行うことにより、切断ブレード用台金の作製を行った。焼結には通常の加圧・通電加熱焼結法を用いたが、焼結に使用するダイス類などの固有抵抗値は、比較例３と同様に、通常の低い素材を用いた。焼結は１１５０℃−２０ｍｉｎ、５０ＭＰａの条件下で行った。その結果、２次側の最高電圧値が４Ｖ、最高電流値が７５００Ａとなり、実施例４の結果と比較すると通電効率が悪いことが判明した。また、また、得られた５枚の焼結体の直径方向における厚さムラは０．２０ｍｍから０．６９ｍｍ（平均０．４９５ｍｍ）で、目標とする厚さの０．３ｍｍ厚の焼結体を得ることができなかった。さらに５枚の焼結体間の焼結ムラを判定するために測定した直径方向におけるロックウェル硬度値（ＨＲＡ）の絶対値刃６９と低く、そのバラツキは４９から７８と極めて大きく、これらの焼結体は切断ブレード用台金として不適であることが判明した。一方、上下パンチャーやダイス内壁などへの焼結体の貼り付きが見られ、離型性は良好であるとは言えなかった。
【００８１】
（実施例５）焼結体への切断刃の固定
実施例１と同様の手法により、超硬系材料製粉末積層体２４の外側に対して、３．５ｍｍの幅で切断刃の成分（Co基バインダーとダイヤモンド砥粒との複合材）を積層し、実施例３と同一の焼結条件下で焼結した結果、後加工で切断刃をつけることなく一度の処理により０．３０５ｍｍ厚の超硬性ダイヤモンドブレード６０を作製することができた。
（比較例５）焼結体への切断刃の固定
比較例１と同様の手法により、超硬系材料製粉末積層体２４の外側に対して、３．５ｍｍの幅で切断刃の成分（Ｃｏ基バインダーとダイヤモンド砥粒との複合材）を積層し、比較例３と同一の焼結条件下で焼結した結果、切断刃の幅が不均一で、かつ台金と切断刃との境界部に対して欠陥が発生していると共に、切断ブレード台金の厚さムラがあるため、切断ブレードとして不適であることが判明した。
【００８２】
（比較例６）バインダー添加による予備成型体からの台金の作製
原料粉末としての超硬粉末（ＷＣ＋５ｗｔ％Ｃｏ）に対して、２０ｖｏｌ％のバインダー（ＰＶＡ）を混合攪拌し、すり切り法により成形型（φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×１００ｍｍ）の中に充填した後、２０ＭＰａの成形圧力を負荷し、離型することにより５ｍｍ厚の予備成形体を作製した。その後、この予備成形体をグラファイト製焼結型（φ１２０ｍｍ×φ４０ｍｍ×１５０ｍｍ）の中にセットし、成形体面に接触する側のパンチャー面に対してカーボンスプレーを塗布したのち、上下パンチャーを設置し、ホットプレス装置により１２００℃−６０ｍｉｎ、５０ＭＰａの条件にて焼結を行った。この結果、焼結時においてバインダー（ＰＶＡ）を昇華させるための３時間の低温処理が不可欠であり、生産プロセスの長時間化が避けられず、さらに、真空系統に昇華したバインダーが付着することにより、極めて短時間のうちに真空度の低下が発生することが判明した。焼結後プロセス後の焼結体は、比較例３と比べると、厚さムラが０．２５ｍｍから０．４８ｍｍであり、焼結ムラを判定するために測定したロックウェル硬度値（ＨＲＡ）の絶対値は、６５と低く、そのバラツキが５０から７９と大きく、切断ブレード台金としては不適であることが分かった。
【００８３】
上述した実施例および比較例の比較結果により、本発明の効果は明らかである。
なお、図６に示した様に、実施例１〜２と、実施例３〜５を組み合わせたシステムを構築して、一貫した連続生産システムを用いることにより、図４に示した切断ブレード台金６２と切断ブレード６０とを連続的に大量に生産することが可能であることがわかった。
また、実施例３で作製した切断ブレ−ド台金６２を焼結型４０の中にセットし、その切断ブレ−ド台金６２の周辺に対して３．５ｍｍの幅で切断刃６４の成分（例えばCo基バインダ−とダイヤモンド砥粒との複合材）を図１に示した改良型の粉末積層体装置１０を用いて積層し、これを高効率加圧・通電加熱焼結法を用いて焼結を行うことにより、ダイヤモンドブレ−ド６０を作製することも可能である。
【００８４】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の粉末積層体の製造方法、焼結体の製造方法および焼結体の製造システムについて種々の実施形態および実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上詳述したように、本発明によれば、厚さや材種に依存しないで均一な粉末積層体を高速に作製することができ、この粉末積層体をさらに焼結することにより、厚さや材種に依存せずに、特に厚さが薄くても反りや欠陥のない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードを多数枚、連続的に歩留り良く作製することが初めて可能となり、産業上その利用価値は極めて高い。
したがって、本発明の粉末積層体の製造方法、焼結体の製造方法および焼結体の製造システムは、それぞれ、厚さや材種に依存しないで均一な粉末積層体を高速にかつ歩留まり良く作製する用途、厚さや材種に依存せずに、特に厚さが薄くても反りや欠陥のない高精度な切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの焼結体の製造の用途、およびこのような切断ブレード台金あるいは切断ブレードなどの薄板状の焼結体を多数枚、連続的に歩留り良く作製する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の粉末積層体の製造方法を実施する粉末積層体作製装置の一実施形態の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の粉末積層体の製造方法および焼結体の製造方法を示す製造プロセスの一例のフローチャートである。
【図３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明の粉末積層体の製造方法の他の実施形態である多数枚積層プロセスの概略を示す構成図である。
【図４】本発明の焼結体の製造方法および製造システムで製造される切断ブレードの一実施形態の概略正面図である。
【図５】本発明の焼結体の製造方法の一実施形態の高効率加圧・通電加熱焼結法の概略を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の焼結体の製造システムの一実施形態の連続生産システムを説明するための概略説明図であり、（ａ）は、焼結体の連続生産システムの製造プロセスの流れを示す流れ図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す製造プロセスの流れをシステム構成の変化で示す説明図である。
【図７】本発明の実施例１および比較例１による１層粉末積層体の厚さのバラツキを示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２および比較例２における多層（５層）粉末積層体の厚さのバラツキを示すグラフである。
【図９】本発明の実施例３および比較例３において焼結した切断ブレード台金の厚さのバラツキを示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３および比較例３において焼結した切断ブレード台金の硬さのバラツキを示すグラフである。
【図１１】従来の粉末積層体作製装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  粉末積層体製造装置
１２ａ，１２ｂ  乾式原料槽
１２ｃ  分散剤槽
１２ｄ  揮発性溶媒槽
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  計量フィーダー
１６  混合攪拌槽
１８  噴射ノズル
２０  シャッター
２２  管状セラミックスヒーター
２４  粉体積層体
２６  プレート
２８  ＸＹＺステージ
３０  ３次元駆動装置
３２  超音波変位センサー
３４  コンピュータ（ＰＣ）制御装置
４０  焼結型
４２  多層積層体
４４  固定ダイ
４６  コア
４８  下部パンチャー
５０  上部パンチャー
５２  スペーサー
６０  切断ブレード
６２  切断ブレード台金
６４  切断刃
６６  円形開口
７０  加圧・通電加熱焼結システム
７２  通電加熱装置
７４  真空チャンバー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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