(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレスフレーム内に設けた耐圧構造の炉体と、炉体内に配置され断熱材壁で囲まれた加熱室と、
加熱室の中央部近傍で供給された粉末原料を取込んで加圧ガス雰囲気内で前記粉末原料を加圧成形材とするモールドと、
前記モールド内の前記粉末原料を加熱及び加圧する加熱装置と、
炉体内に加圧ガスを供給する加圧ガス供給装置と、
加熱室の断熱材壁の上下部に設けた開口部を開閉自在とする昇降開閉装置と、
炉体内を冷却しかつ加圧ガスを循環させる冷却ファンとを、備え、
前記加熱装置は、前記粉末原料を加圧するとともに通電加熱する通電加熱装置と、前記モールドを囲み前記通電加熱装置とは独立に通電される抵抗ヒータで前記粉末原料を加熱する抵抗加熱装置とを有し、前記粉末原料に対して前記通電加熱装置による加圧及び加熱と前記抵抗加熱装置による加熱を同時に行う、ことを特徴とするホットプレス装置。
【請求項２】
前記通電加熱装置は、モールド内に供給された粉末原料を加圧する上下の加圧ラムと、粉末原料と加圧ラム間に配置された発熱体と、上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置と、を有し、これにより通電と共に加圧する、ことを特徴とする請求項１に記載のホットプレス装置。
【請求項３】
前記加圧ガス供給装置は、加熱室内に加圧ガスを供給するブロアと、ブロアに新鮮な加圧ガスを送付するサイクロンとからなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のホットプレス装置。
【請求項４】
前記昇降開閉装置は、加圧ラムと断熱材壁間の開口部内を昇降自在なフランジと、断熱材壁に取り付けられてフランジを昇降自在とする液圧シリンダとからなる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のホットプレス装置。
【請求項５】
更に、炉体内の加圧ガスを水冷の炉体壁又は熱交換器で熱交換する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のホットプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末原料をモールド内で加圧成形するためのバッチ式のホットプレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホットプレス装置は、金属やセラミックス等の粉末原料をモールド内に充填して高温下で加圧成形するものであり、従来から、（Ａ）抵抗加熱式、（Ｂ）誘導加熱式、（Ｃ）通電加熱式の３方式の加熱手段が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２に模式的に示すように、（Ａ）抵抗加熱式のホットプレス装置は、粉末原料１を充填したモールド２を上下からラム３で加圧しながら、モールド２の外部から抵抗体４に通電しその抵抗加熱によりモールド２を介して粉末原料１を加熱するものであり、▲１▼均熱性が高く、▲２▼操業のフレキシビリティが良好であるが、▲３▼加熱速度が遅い、欠点がある。（Ｂ）誘導加熱式のホットプレス装置は、モールド２の外部にコイル５を巻き、このコイルに通電し誘導加熱により、粉末原料１を加熱するものであり、抵抗加熱式に比較すると、約３割程度加熱速度が早い利点があるが、均熱性、操業のフレキシビリティは劣る欠点がある。（Ｃ）通電加熱式のホットプレス装置は、上下のラム３の間に直流電源６を通電し、粉末原料１自体の発熱により、粉末原料１を加熱するものであり、粉末原料１を直接加熱できることから、抵抗加熱式の１０倍程度の加熱速度が得られる利点を有するが、反面、局部加熱されやすく均熱性が低く、かつ操業のフレキシビリティも劣る欠点がある。
【０００４】
更に上記の３方式ともバッチ式であり、これらの方式のバッチ式では、加圧成形材の生産性が低いという問題点もあった。
一方、これらの方式を連続化したホットプレス装置として、例えば、「ホットプレス装置」（特公平６−５３８８５号）等が提案されている。図３に模式的に示すように、ホットプレス装置１０は、試料カプセル１１を搬送する搬送台車１２が走行する真空容器１３と、真空容器１３内に入側より夫々の仕切扉で仕切られる前室１４と、ホットプレス移動室１５と、冷却室１６を順次併設し、かつホットプレス移動室１５の上方に配置したホットプレス室１７と、から構成されている。ホットプレス室１７の内面には、下端部にダイス１８を有し昇降自在な上ラム１９を配置した断熱材２０が配置され、更にダイス１８の周囲には加熱ヒータ２１等が設けられている。一方、ダイス１８の直下位置には、ホットプレス移動室１５の床面下に設けた伸縮管２２で試料カプセル１１を上昇させてダイス１８内に挿入し、かつ上ラム１９と協働して上下で加圧する下ラム２３が配置されている。このように上流側から試料カプセル１１内に入れられ搬送される試料を真空状態、かつ常温状態で上下ラム１９、２３とで押圧し加圧すると共に、ダイス１８近傍の加熱ヒータ２１に通電して連続的に焼結物質を得ている。
【０００５】
しかし、図３に示すように従来の連続式のホットプレス装置１０は、真空すなわち負圧（減圧）状態で通電加熱しているので、加熱ヒータ２１の効果が少なく、設備を連続化している割には加熱処理時間がかかっていた。また、常温状態から高温加熱しているので、試料やダイス等の冷却に相当の時間がかかり、加圧成形材の生産サイクルの短縮化と生産性に問題点があった。更に、真空容器に夫々の処理工程室を連続して設けたので、バッチ式に比べて成形ラインも長く、また２階建構造のホットプレス室としているので建屋が高くなり、設備コストも高価になる問題点もあった。
【０００６】
本発明は上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、▲１▼粉末原料の均熱性を高め、▲２▼操業のフレキシビリティを良好にし、▲３▼加熱処理時間の短縮化を図り、また▲４▼冷却時間の短縮化を図り、更に▲５▼設備の簡素化を図る、ことができるホットプレス装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、プレスフレーム内に設けた耐圧構造の炉体と、炉体内に配置され断熱材壁で囲まれた加熱室と、加熱室の中央部近傍で供給された粉末原料を取込んで加圧ガス雰囲気内で前記粉末原料を加圧成形材とするモールドと、前記モールド内の前記粉末原料を加熱及び加圧する加熱装置と、炉体内に加圧ガスを供給する加圧ガス供給装置と、加熱室の断熱材壁の上下部に設けた開口部を開閉自在とする昇降開閉装置と、炉体内を冷却しかつ加圧ガスを循環させる冷却ファンとを、備え、前記加熱装置は、前記粉末原料を加圧するとともに通電加熱する通電加熱装置と、前記モールドを囲み前記通電加熱装置とは独立に通電される抵抗ヒータで前記粉末原料を加熱する抵抗加熱装置とを有し、前記粉末原料に対して前記通電加熱装置による加圧及び加熱と前記抵抗加熱装置による加熱を同時に行う、ことを特徴とするホットプレス装置が提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、バッチ式の単体設備としたので、設備の簡素化が図れ、成形ラインを短縮して、設備コストを低減できる。また、加圧ガス供給装置（３９）で供給される加圧ガス（例えばＮ2 、窒素ガス）の雰囲気で、また加圧状態で断熱材壁に囲まれた加熱室のモールド（３８）に搬入された粉末原料を、通電加熱装置（３６）と抵抗加熱装置（３７）とを併用して同時に加熱と加圧できるので、加熱処理時間の短縮化を図り、迅速に加圧成形材を得ることができる。また、加熱室の断熱材壁の上下部に設けた開口部を開閉自在とする昇降開閉装置（４４）と、炉体内を冷却しかつ加圧ガスを循環させる冷却ファン（４５）とを備えたので、モールド内の高温加熱状態の加圧成形材と周辺設備を迅速かつ容易に冷却でき、冷却時間を短縮できる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記通電加熱装置（３６）は、モールド内に供給された粉末原料を加圧する上下の加圧ラム（５１，５２）と、粉末原料と加圧ラム間に配置された発熱体（５３）と、上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置（５４）と、を有し、これにより通電と共に加圧する。
この構成によれば、上下の加圧ラム（５１，５２）での加圧と共に夫々の加圧ラムにラム通電装置（５４）からの通電で発熱体が所定の温度に発熱を開始して、この間に挟持したモールド内の粉末原料を、迅速かつ容易に加熱し、均熱性を高めることができる。更に、粉末原料の電気抵抗が小さくて自己発電が少ない場合でも、発熱体により早い加熱速度を得ることができる。
【００１１】
更に、前記加圧ガス供給装置（３９）は、加熱室内に加圧ガスを供給するブロア（５７）と、ブロアに新鮮な加圧ガスを送付するサイクロン（５８）とからなる。この構成によれば、加熱室内にサイクロンで新鮮にされた大気圧以上の所定加圧となった不活性ガスのＮ2 ガスをブロアで供給でき、すなわち本発明のＮ2 ガス状態及び大気圧以上の加圧状態による加熱は、真空状態及び負圧での加熱に比べ約半分の時間で昇温でき、高速加熱により加熱処理時間を短縮化できる。
【００１２】
更に、前記昇降開閉装置（４４）は、加圧ラムと断熱材壁間の開口部内を昇降自在なフランジ（６５，６６）と、断熱材壁に取り付けられてフランジを昇降自在とする液圧シリンダ（６７，６８）とからなる。この構成によれば、加圧ラムと断熱材壁間に設けた上下方向の開口部内を昇降自在なフランジ（６５，６６）を液圧シリンダで作動し持上げて開口できるので、この開口部からＮ2 ガス状態及び大気圧以上の加圧状態で加熱と加圧を完了した加圧成形材及び周辺設備に発生した高温を、加熱室から炉体内に容易に放出できる。従って、冷却時間の短縮化が図れる共に生産性を向上できる。
【００１３】
更に、炉体内の加圧ガスを水冷の炉体壁又は熱交換器で熱交換する。この構成によれば、上述の炉体内を冷却しかつ加圧ガスを循環させる冷却ファンと共に水冷式の炉体壁とすれば、水冷された壁に接触させてＮ2 ガスを冷却でき冷却処理速度を速めることできる。また、炉内に熱交換器を備えれば熱交換によって、更にＮ2 ガス及び周辺設備を含めてより容易かつ迅速に冷却できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明によるホットプレス装置の断面構成図である。この図面に示すように、本発明によるバッチ式のホットプレス装置３０は、プレスフレーム３１内に設けた耐圧構造で球形形状の炉体３２と、炉体３２内に配置され断熱材壁３３で囲まれた加熱室３４と、加熱室３４の中央部近傍で供給された粉末原料３５を取込んで加圧ガス雰囲気内で通電加熱装置３６と抵抗加熱装置３７とを同時に加熱と加圧して加圧成形材３５´とするモールド３８と、炉体３２内に加圧ガスを供給する加圧ガス供給装置３９と、加熱室３４の断熱材壁３３の上下部に設けた開口部４２、４３を開閉自在とする昇降開閉装置４４と、炉体３２内を冷却しかつ加圧ガスを循環させる冷却ファン４５を備えている。
このようにバッチ式の単体設備としたので、設備の簡素化が図れ、成形ラインを短縮して、設備コストを低減できる。
【００１５】
また、図１において、通電加熱装置３６は、モールド３８内に供給された粉末原料３５を加圧するプレスフレーム３１の上部に取り付けられた油圧シリンダ５０で昇降自在な上加圧ラム５１と、プレスフレーム３１の下部に配置された下加圧ラム５２と、粉末原料３５と上加圧ラム５１間に配置された円形の発熱体５３と、上下の加圧ラム５１、５２間に通電する直流電源からなるラム通電装置５４とを有する。これにより、上下の加圧ラムでの加圧と共に夫々の加圧ラムにラム通電装置からの通電で発熱体が所定の温度に発熱を開始して、この間に挟持したモールド内の粉末原料を、迅速かつ容易に加熱し均熱性を高めることができる。
更に、粉末原料のて戦記抵抗が小さくて自己発電が少ない場合でも、発熱体により早い加熱速度を得ることができる。なお、本発明の粉末原料３５は、例えば、金属粉末の導電性粉末又はセラミックス粉末の非導電性粉末を使用している。
【００１６】
更に、図１に示すように、抵抗加熱装置３７は、モールド３８を囲む抵抗ヒータ５６であって、該抵抗ヒータ５６の通電によりモールド３８を外部から加熱する。この構成によれば、かかる抵抗ヒータを用いて従来の抵抗加熱を併用することにより、粉末原料の均熱性を更に高め、操業のフレキシビリティを良好とし、かつ早い加熱処理速度を得る。
【００１７】
また、加圧ガス供給装置３９は、加熱室３４内に不活性ガスの加圧ガス（Ｎ2 ガス）を供給するブロア５７と、ブロア５７に新鮮なＮ2 ガスを送付するサイクロン５８と，Ｎ2 ガスの流量を調整する流量弁５９からなる。これにより、加熱室内にサイクロンで新鮮にされた大気圧以上の所定加圧となったＮ2 ガスをブロアで供給できる。すなわち、Ｎ2 ガス状態及び大気圧以上の加圧状態による加熱は、従来の真空状態及び負圧での加熱に比べて約半分の時間で昇温できるので、高速加熱により加熱処理時間を短縮化できる。なお、この図で６２は耐圧ベローズである。
【００１８】
また、昇降開閉装置４４は、上下の加圧ラム５１及び５２と断熱材壁３３間の夫々の開口部４２、４３内を昇降自在なフランジ６５及び６６と、断熱材壁３３に取り付けられてフランジ６５及び６６を昇降自在とする液圧シリンダ６７及び６８とからなる。これにより、加圧ラムと断熱材壁間に設けた上下方向の開口部内を昇降自在なフランジを液圧シリンダで作動し持上げて開口できるので、この開口部からＮ2 ガス状態及び大気圧以上の加圧状態で加熱と加圧を完了した加圧成形材及び周辺設備に発生した高温を、加熱室から炉体内に容易に放出でき。従って、冷却時間の短縮化が図れる共に生産性を向上できる。
【００１９】
更に、炉体３２内の不活性のＮ2 ガスを水冷構造とした炉体壁６９に接触させて熱交換する。又は図中の点線で示すように曲管状からなる熱交換器７０で熱交換する。この構成によれば、上述の炉体３２内を冷却しかつＮ2 ガスを循環させモータ７１で回転する冷却ファン４５と共に水冷式の炉体壁とすれば、水冷された内壁に接触させてＮ2 ガスを冷却できるので、冷却処理速度を速めることできる。また、炉内に熱交換器を備えれば熱交換によって、更にＮ2 ガス及び周辺設備を含めてより容易かつ迅速に冷却できる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば不活性のＮ2 ガス雰囲気の他に水素ガス等の還元ガス雰囲気でできる等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明のホットプレス装置は、▲１▼粉末原料の均熱性を高め、▲２▼操業のフレキシビリティを良好にし、▲３▼加熱処理時間の短縮化を図り、また▲４▼冷却時間の短縮化を図り、更に▲５▼設備の簡素化を図ることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホットプレス装置の断面構成図である。
【図２】従来のホットプレス装置の模式図である。
【図３】従来の連続式のホットプレス装置の模式図である。
【符号の説明】
１  粉末原料
２、３８  モールド
３  ラム
４  抵抗体
５  コイル
６  直流電源
１０、３０  ホットプレス装置
１１  試料カプセル
１２  搬送台車
１３  真空容器
１４  前室
１５  ホットプレス移動室
１６  冷却室
１７  ホットプレス室
１８  ダイス
１９  上ラム
２０  断熱材
２１  加熱ヒータ
２２  伸縮管
２３  下ラム
３１  プレスフレーム
３２  炉体
３３  断熱材壁
３４  加熱室
３５  粉末原料
３５´  加圧成形材
３６  通電加熱装置
３７  抵抗加熱装置
３９  加圧ガス（Ｎ2 ガス）供給装置
４２、４３  開口部
４４  昇降開閉装置
４５  冷却ファン
５０  油圧シリンダ
５１  上加圧ラム
５２  下加圧ラム
５３  発熱体
５４  ラム通電装置
５６  抵抗ヒータ
５７  ブロア
５８  サイクロン
５９  流量弁
６４、６６  フランジ
６２  耐圧ベローズ
６７、６８  液圧シリンダ
６９  炉体壁
７０  熱交換器
７１  モータ
【図１】
0004553275.tif 000002
【図２】
0004553275.tif 000003
【図３】
0004553275.tif 000004