(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に粉末を加圧成形するための成形空間を有するモールドと、モールドの成形空間に上下から嵌合される上側発熱体及び下側発熱体と、モールド及び下側発熱体を支持する支持手段と、上側発熱体に加圧力を与える加圧手段と、加圧手段と支持手段とに接続した電源と、を備えた通電加熱式加圧焼結装置において、前記上側発熱体及び下側発熱体は導電体部と絶縁体部とからなり、加圧手段及び支持手段の電気抵抗以上の電気抵抗を有する前記導電体部を介して粉末に電流が流れるようにしたことを特徴とする通電加熱式加圧焼結装置。
【請求項２】
上側発熱体及び下側発熱体が、同心的に配された導電体部と絶縁体部とからなる２重構造を有していることを特徴とする請求項１記載の通電加熱式加圧焼結装置。
【請求項３】
上側発熱体と粉末との間及び下側発熱体と粉末との間にスペーサを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の通電加熱式加圧焼結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加熱式加圧焼結装置に関するものであり、より詳しくは、発熱体による発熱量を大きくし、粉末を速やかに目的温度に昇温させるようにした通電加熱式加圧焼結装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の粉末やセラミックの粉末等を加圧焼結する装置として、通電加熱式加圧焼結装置がある。
【０００３】
従来の通電加熱式加圧焼結装置は、その一例を図３に示すように、内部に粉末１を加圧成形するための成形空間２を有する筒状のモールド３を設け、該モールド３の成形空間２に上側発熱体４と下側発熱体５を嵌合するようにしている。
【０００４】
前記モールド３の材料としては、高温時の強度が高く、且つ粉末１等が付着し難い黒鉛等が一般に用いられている。
【０００５】
一方、前記上側発熱体４及び下側発熱体５は、前記モールド３を構成している黒鉛に対して不純物を含有することにより電気抵抗が高められた例えばセミグラファイト等にて構成されており、発熱体４，５は一般に図４に示すように円柱形状を有している。
【０００６】
さらに、上側発熱体４の上部には、油圧シリンダ等からなる加圧手段６を設置すると共に、モールド３及び下側発熱体５を支持する台座ブロックからなる支持手段７を設けている。
【０００７】
前記加圧手段６と支持手段７は共に良導体であり、加圧手段６と支持手段７との間には電源８が接続されている。電源８には、商用電源、或いは直流電源を用いることができる。
【０００８】
なお、少くとも前記モールド３の部分は、図示しない真空チャンバ内に収容されるようになっている。
【０００９】
このような構成において、まず、モールド３の成形空間２に下側から下側発熱体５を挿入してモールド３及び下側発熱体５を台座ブロックによる支持手段７によって支持した状態において、金属やセラミック等の粉末１を上方から前記成形空間２内に供給する。そして、成形空間２に上方から上側発熱体４を挿入する。
【００１０】
この状態において、少くともモールド３部分を包囲するようにした真空チャンバ内を真空状態、または不活性ガス雰囲気、あるいは水素ガス等の還元ガス雰囲気とする。
【００１１】
さらに、電源８を用いて、上側発熱体４と下側発熱体５の間に電圧を印加することにより、上側発熱体４と下側発熱体５を通してモールド３及びモールド３内の粉末１に電流を流し、該電流によって、上側発熱体４及び下側発熱体５のジュール発熱、更には粉末１自身のジュール発熱により、粉末１を高温に加熱する。
【００１２】
この状態で、加圧手段６により上側発熱体４を下降させる。この時、下側発熱体５は支持手段７に固定されているため、上側発熱体４と下側発熱体５は接近し、これにより、その間の粉末１は加圧されるが、粉末１は高温に加熱されていて結合し易い状態となっているために、焼結されて加圧焼結体となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通電加熱式加圧焼結装置において、大型の焼結体を製造する要求が生じており、大型の焼結体を製造するためには、装置全体を大型にすると共に、上側発熱体４と下側発熱体５間のプレス荷重も大きくなり、このために、強度上の観点から発熱体４，５の径も大きくしなければならない。
【００１４】
ここで、発熱体４，５の径が大きくなると、発熱体４，５による電気抵抗は減少することになる。このために、電源８によって高電圧を作用させても、発熱体４，５による発熱が十分に得られなくなり、よって、粉末１を効率よく昇温することができないという問題が生じる。また、焼結体が大きくなるほど、粉末１の量が多くなるために、粉末１に対する熱の供給が低下することになって、粉末１の加熱に時間が掛かるという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述の実情に鑑み、大型の焼結体に対応して発熱体の径を大きくした場合にも、発熱体により十分なジュール熱が発生されるようにした通電加熱式加圧焼結装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に粉末を加圧成形するための成形空間を有するモールドと、モールドの成形空間に上下から嵌合される上側発熱体及び下側発熱体と、モールド及び下側発熱体を支持する支持手段と、上側発熱体に加圧力を与える加圧手段と、加圧手段と支持手段とに接続した電源と、を備えた通電加熱式加圧焼結装置において、前記上側発熱体及び下側発熱体は導電体部と絶縁体部とからなり、加圧手段及び支持手段の電気抵抗以上の電気抵抗を有する前記導電体部を介して粉末に電流が流れるようにしたことを特徴とする通電加熱式加圧焼結装置、に係るものである。
【００１７】
上側発熱体及び下側発熱体が、同心的に配された導電体部と絶縁体部とからなる２重構造を有していてもよく、また、上側発熱体と粉末との間及び下側発熱体と粉末との間にスペーサを備えていても良い。
【００１８】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１９】
電源のオンにより上側発熱体及び下側発熱体間が通電され、両発熱体に電流が流れる。ここで、両発熱体は、所要の電気抵抗を有する導電体部と絶縁体部とによって構成されているので、発熱体全体の径が大きくても、実際に発熱する導電体部の水平方向断面積は小さく、その分、電気抵抗が大きくなるので、発熱体には十分なジュール熱が発生することになる。
【００２０】
この結果、発熱体の径を大きくしてプレス荷重に対する面圧を低く抑えながら、大きな発熱量を得ることができる。
【００２１】
上側発熱体と下側発熱体の粉末に対向する面にスペーサを設置すると、発熱体の導電体部からの熱をスペーサよって分散させることができて、粉末を均一に加熱することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態に係る通電加熱式加圧焼結装置の概略構成図であり、図３と同一の構成部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、本発明の特徴部分についてのみ説明する。
【００２４】
図１に示すように、モールド３の成形空間２に嵌合して、粉末１の加圧と加熱を行うようにした上側発熱体９と下側発熱体１０を備えている。
【００２５】
上側発熱体９及び下側発熱体１０は、その軸を中心として内側に所要の電気抵抗を有する導電体部９ａ，１０ａを備え、外側に対して同心的に絶縁体部９ｂ，１０ｂを備えた２重構造を有している。
【００２６】
更に具体的に述べると、前記上側発熱体９と下側発熱体１０は、図１、図２に示すように、筒状に形成された例えばセラミックからなる絶縁体部９ｂ，１０ｂの内部に、所要の電気抵抗を有する円柱状のセミグラファイトからなる導電体部９ａ，１０ａを一体に充填固化した構成を有している。又図１、図２とは逆に、絶縁体部９ｂ，１０ｂを内側に、外側に導電体部９ａ，１０ａを備えるようにしても良い。
【００２７】
また、図１では、前記上側発熱体９と下側発熱体１０における粉末１に対向する面には、スペーサ１１，１２を設置している。
【００２８】
以下に上記形態例の作用を説明する。
【００２９】
図１、図２に示すように、上側発熱体９及び下側発熱体１０は、外側に絶縁体部９ｂ，１０ｂを備え、中心部に導電体部９ａ，１０ａを備えた２層構造としているので、大型の焼結体を製造するために、加圧手段６によるプレス荷重を大きくし、また径を大きくした発熱体４，５を用いても、実際に発熱する導電体部９ａ，１０ａ自体の径は小さく抑えることができ、よって大きな電気抵抗が得られる。その結果、この導電体部９ａ，１０ａによって粉末１を速やかに昇温させるに足る十分なジュール熱を得ることができる。
【００３０】
ここで、発熱体９，１０における発熱量について述べる。
【００３１】
仮に、上側発熱体９及び下側発熱体１０の両端に電源８が直接接続されて電圧が印加される場合には、図３、図４に示す一般的な発熱体４，５も、図１、図２に示す本実施形態の発熱体９，１０も、印加電圧が同じであれば、当然のことながら、総発熱量は変わりがない。
【００３２】
しかし実際には、電源８に接続された油圧シリンダによる加圧手段６及び台座ブロックによる支持手段７が、両発熱体９，１０と直列に接続されている。従って、発熱体９，１０部分の抵抗が大きくなればなるほど、全体を流れる電流ｉは小さくなり、この結果、ｉ１Ｒ１（Ｒ１を加圧手段６の抵抗値とする）及びｉ２Ｒ２（Ｒ２を支持手段７の抵抗値とする）で表される加圧手段６部分の発熱量と支持手段７部分の発熱量は小さくなる。
【００３３】
電源８の印加電圧が等しければ、直列回路全体の総発熱量は同じであるから、加圧手段６と支持手段７の発熱量が小さくなれば、その分、発熱体９，１０部分の発熱量が大きくなる。すなわち、図３、図４に示した一般的な発熱体４，５を用いるよりも、本実施形態の発熱体９，１０を用いる方が発熱体９，１０部分の発熱量を大きくすることができるのである。
【００３４】
なお発熱体９，１０の導電体部９ａ，１０ａは、加圧手段６及び支持手段７以上の電気抵抗を有している必要があり、そのために上記導電体部９ａ，１０ａにはセミグラファイト等の材料が用いられる。
【００３５】
また、上側発熱体９と下側発熱体１０の粉末１に対向する面には、スペーサ１１，１２を設置しているので、前記導電体部９ａ，１０ａによって発生される熱は、スペーサ１１，１２の伝熱により径方向に分散されて粉末１に伝えられることになり、よって粉末１を均一に加熱することができる。
【００３６】
更に、上記スペーサ１１，１２は、モールド３の成形空間２に密に嵌合する形状を有していて、粉末１が上側発熱体９及び下側発熱体１０とモールド３との間に粉末１が侵入するのを防止するようにしており、このために、前記スペーサ１１，１２は黒鉛にて形成されているモールドと略同等の熱膨張率を有するセミグラファイトによって構成するのが好ましい。
【００３７】
前記したような構成において、前述の如く、電源８により加圧手段６と支持手段７との間に電圧を印加すると、加圧手段６、上側発熱体９の導電体部９ａ、スペーサ１１、粉末１、モールド３、スペーサ１２、下側発熱体１０の導電体部１０ａ、支持手段７という経路で電流が流れる。
【００３８】
このとき上述したように、図３、図４に示す一般的な発熱体４，５を使用した場合よりも大きなジュール熱が発熱体９，１０で得られるので、粉末１の容積が大きくても十分にこの粉末１を加熱することができる。また、前記発熱体９，１０の導電体部９ａ，１０ａからの熱がスペーサ１１，１２によって径方向に分散されることにより、粉末１を均一に加熱することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、発熱体９，１０の内側に導電体部９ａ，１０ａを形成し、外側に絶縁体部９ｂ，１０ｂを形成した場合について例示したが、その逆でもよいし、また２重構造以外に３重、４重構造となっていてもよく、更には導電体部９ａ，１０ａが発熱体９，１０の軸心からズレた位置に形成されていても良いこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上側発熱体及び下側発熱体を、導電体部と絶縁体部とによって構成しているので、発熱体全体の径を大きくしてプレス荷重に対する面圧を抑えつつ、発熱体の抵抗を大きくし発熱量を増加させることができる。従って、大きな加圧焼結体であっても、確実にかつ効率よく生産することが可能な通電加熱式加圧焼結装置を提供することができる。
【００４１】
また、上側発熱体と下側発熱体の粉末に対向する面にスペーサを設置すると、発熱体の導電体部からの熱をスペーサよって分散させることができて、粉末を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る通電加熱式加圧焼結装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発熱体の斜視図である。
【図３】従来の通電加熱式加圧焼結装置の概略構成図である。
【図４】従来の発熱体の斜視図である。
【符号の説明】
１  粉末
２  成形空間
３  モールド
６  加圧手段
７  支持手段
８  電源
９  上側発熱体
９ａ，１０ａ        導電体部
９ｂ，１０ｂ        絶縁体部
１０  下側発熱体
１１，１２    スペーサ
【図１】
0003870571.tif 000002
【図２】
0003870571.tif 000003
【図３】
0003870571.tif 000004
【図４】
0003870571.tif 000005