(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粉末原料をそれぞれ上下から挟持する複数対の平板状の発熱体と、前記粉末原料の上下面を除く周囲を囲むモールドと、積層した前記複数対の発熱体を上下方向に加圧する上下の加圧ラムと、該上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置とを備え、
前記発熱体は、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であり、該金属平板の積層数は調節可能であり、通電により発熱体が発熱し、その間に挟持された粉末原料を加熱する、ことを特徴とするホットプレス装置。
【請求項２】
複数の粉末原料をそれぞれ上下から挟持する複数対の平板状の発熱体と、前記粉末原料ごとに該粉末原料の上下面を除く周囲を囲む複数のモールドと、積層した前記複数対の発熱体を上下方向に加圧する上下の加圧ラムと、該上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置とを備え、前記発熱体は、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であり、該金属平板の積層数は調節可能であり、通電により発熱体が発熱し、その間に挟持された粉末原料を加熱する、ことを特徴とするホットプレス装置。
【請求項３】
前記モールドを囲む抵抗ヒータを備え、該抵抗ヒータの通電により、モールドを外部から加熱す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末原料を加圧成形するための一軸加圧型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、粉末試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４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、若干（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で通電し、試料自体の発熱により、試料を加熱するものであり、試料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】
また、（Ｃ）の通電加熱式のホットプレス装置では、▲４▼試料自体の内部発熱を利用するため、試料の電気抵抗が小さいと、大電流を流さないと所定の発熱が得られない問題点がある。そのため、試料寸法を大きくしたり、ラムによる成形圧力を増すと、電気抵抗が小さくなるため、必要電流が過大となる。すなわち、電源設備のコスト等の制約から最大電流が制限される（例えば１万Ａ前後）場合に、試料の電気抵抗が低すぎて十分な加熱ができないことがあり、試料の大型化及び成形圧力の増加が困難である問題点があった。
【０００５】
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▼試料の均熱性を高め、▲２▼操業のフレキシビリティを良好にし、かつ▲３▼速い加熱速度を得ることができ、更に▲４▼試料の大型化及び成形圧力の増加が可能な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】
本発明によれば、複数の粉末原料をそれぞれ上下から挟持する複数対の平板状の発熱体と、前記粉末原料の上下面を除く周囲を囲むモールドと、積層した前記複数対の発熱体を上下方向に加圧する上下の加圧ラムと、該上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置とを備え、前記発熱体は、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であり、該金属平板の積層数は調節可能であり、通電により発熱体が発熱し、その間に挟持された粉末原料を加熱する、ことを特徴とするホットプレス装置が提供される。
また、複数の粉末原料をそれぞれ上下から挟持する複数対の平板状の発熱体と、前記粉末原料ごとに該粉末原料の上下面を除く周囲を囲む複数のモールドと、積層した前記複数対の発熱体を上下方向に加圧する上下の加圧ラムと、該上下の加圧ラム間に通電するラム通電装置とを備え、前記発熱体は、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であり、該金属平板の積層数は調節可能であり、通電により発熱体が発熱し、その間に挟持された粉末原料を加熱する、ことを特徴とするホットプレス装置が提供される。
【０００７】
上記本発明の構成によれば、複数対の平板状発熱体（１２）の間にそれぞれ粉末原料（１）が挟持され、かつこれを積層して上下の加圧ラム（１６）で加圧し、かつその間に通電するように構成されているので、通電により発熱体（１２）が発熱し、その間に挟持された粉末原料（１）を加熱することができる。また、複数の粉末原料を同時に加熱でき、かつそれらが上下に積層されているので、各粉末原料の均熱性を高め、かつ装置の稼働率を高めることができる。また、試料の電気抵抗が小さく自己発熱が少ない場合でも、発熱体（１２）により速い加熱速度を得ることができる。
【０００８】
更に、本発明の構成によれば、発熱体（１２）が、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であるので、試料が大型化した場合でも、積層体の積層数を増すことにより、接触抵抗（接触部の電気抵抗）を増大させることができ、発熱量を増やすことができる。また、ラム間の成形圧力を増加し、粉末原料の電気抵抗が小さくなる場合でも、発熱体の発熱量を積層数等で自由に調節することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、更に、前記モールド（１４）を囲む抵抗ヒータ（２０）を備え、該抵抗ヒータの通電により、モールドを外部から加熱する。
かかる抵抗ヒータ（２０）を用いて従来の抵抗加熱を併用することにより、▲１▼試料の均熱性を更に高め、▲２▼操業のフレキシビリティを更に良好にし、かつ▲３▼より速い加熱速度を得ることができる。
【００１０】
【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模式的構成図である。この図に示すように、本発明のホットプレス装置１０は、複数対の平板状の発熱体１２、モールド１４、上下の加圧ラム１６、ラム通電装置１８、及び抵抗ヒータ２０を備える。
【００１１】
粉末原料１は、好ましくは、導電性粉末（例えば金属粉末）であるのがよいが、本発明はこれに限定されず、例えば粉末原料をバイパスして電気を通すように構成したモールド等を用いて非導電性のセラミックス粉末等にも適用することができる。
【００１２】
平板状の発熱体１２は、複数の粉末原料１をそれぞれ上下から挟持する。この発熱体１２は、それぞれが接触抵抗の大きい金属平板の積層体であり、この積層体内を上下に電流が流れる際に、接触面における接触抵抗により発熱し、その間に挟持された粉末原料１を加熱するようになっている。また、発熱体１２それぞれは、上下の加圧ラム１６からの押圧を粉末原料１に均一に伝えるように、モールド１４の内寸法よりは小さく、かつ厚さが均一に形成されている。
【００１３】
モールド１４は、粉末原料１の上下面を除く周囲を囲む型であり、上下の加圧ラム１６の押圧により、その内部に粉末原料１を加圧成形するようになっている。従って、この断面の内寸法は上下方向に均一であるのがよい。また、モールド１４は複数あり、粉末原料１ごとに粉末原料１の上下面を除く周囲を囲んでいる。なお、モールド１４は、粉末原料１が導電性粉末である場合には、導電性を要しないが、粉末原料１が非導電性である場合には、上下の発熱体１２を電気的に連結するために導電性を有するのがよい。
【００１４】
上下の加圧ラム１６は、積層した複数対の発熱体１２を上下方向に加圧するようになっている。すなわち、複数対の発熱体１２は多段積みに積層されて上下の加圧ラム１６の間に挟持されて加圧される。
【００１５】
ラム通電装置１８は、上下の加圧ラム１６間に通電し、その間に位置する複数の発熱体１２を発熱させ、その間に挟持された粉末原料１を加熱するようになっている。この場合、粉末原料１を挟持した各対の発熱体１２の電気抵抗をＲとすると、複数対の発熱体１２を積層しているため、全体での電気抵抗は、Ｒ×積層数となる。
すなわち、本発明のホットプレス装置１０では、複数の粉末原料１を複数対の発熱体１２で挟持して同時に加熱することにより、装置の稼働率を高め、生産性を高めると共に、これを積層して直列に配置することにより電源の必要電圧を高め、小型で効率の良い電源設備の使用を可能にしている。
なお、ラム通電装置１８は交流電源設備であるのがよい。かかる交流電源を用いることにより、大電流用の整流設備をなくし、コストを低減することができる。
【００１６】
抵抗ヒータ２０は、モールド１４の外側を囲んで配置さており、この抵抗ヒータ２０に通電して昇温することにより、モールドを外部からも加熱することができる。
【００１７】
図２は、従来のホットプレス装置におけるラム間の成形面圧と電気抵抗との関係図である。この図において、横軸は成形面圧、縦軸は電気抵抗値である。ホットプレス装置において、粉末原料を効率よく加圧成形するためには、成形面圧を十分に高くする必要があることは勿論である。しかし、この図から明らかなように、成形面圧を高くすると、従来のホットプレス装置では電気抵抗が小さくなるため、十分な抵抗加熱ができなかった。
本発明では、この問題を解決するために、上述した平板状の発熱体１２を用いて、ラム間の電気抵抗の変動を抑制するようになっている。
【００１８】
上述した本発明の構成によれば、複数対の平板状発熱体１２の間にそれぞれ粉末原料１が挟持され、かつこれを積層して上下の加圧ラム１６で加圧し、かつその間に通電するように構成されているので、通電により発熱体１２が発熱し、その間に挟持された複数の粉末原料１を同時に加熱することができ、装置の稼働率を高めることができる。また、複数の粉末原料が同時に加熱され、かつそれらが上下に積層されているので、各粉末原料の均熱性を高めることができる。また、試料の電気抵抗が小さく自己発熱が少ない場合でも、発熱体１２の発熱により速い加熱速度を得ることができる。
【００１９】
更に、本発明の構成によれば、発熱体１２が、接触抵抗の大きい金属平板の積層体であるので、試料が大型化した場合でも、積層体の積層数を増すことにより、接触抵抗（接触部の電気抵抗）を増大させることができ、発熱量を増やすことができる。また、ラム間の成形圧力を増加し、粉末原料の電気抵抗が小さくなる場合でも、発熱体の発熱量を積層数等で自由に調節することができる。
【００２０】
また、上述した抵抗ヒータ２０を用いて従来の抵抗加熱を併用することにより、▲１▼試料の均熱性を更に高め、▲２▼操業のフレキシビリティを更に良好にし、かつ▲３▼より速い加熱速度を得ることができる。
【００２１】
図３は、加熱温度特性の比較図である。この図において、（Ａ）は抵抗加熱式、（Ｂ）は従来の通電加熱式、（Ｃ）は抵抗加熱と通電加熱を併用するハイブレッド式（本発明のホットプレス装置）である。なお、各図における横軸は時間、縦軸は各部分の温度である。また、比較のため、電源設備、試料、モールド等は同一のものを用いている。
この図から、▲１▼各部分がほぼ同一温度になるまでの時間▲２▼各部分が約１０００℃まで加熱されるまでの時間、の２点を比較すると、いずれも、（Ｃ）のハイブレッド式（本発明）が最も短く、本発明のホットプレス装置が、▲１▼均熱性及び▲３▼加熱速度の点で特に優れていることがわかる。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、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。
【００２３】
【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▼試料の均熱性を高め、▲２▼操業のフレキシビリティを良好にし、かつ▲３▼速い加熱速度を得ることができ、更に▲４▼試料の大型化及び成形圧力の増加が可能である、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模式的構成図である。
【図２】ラム間の成形面圧と電気抵抗との関係図である。
【図３】加熱温度特性の比較図である。
【図４】従来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  モールド
３  ラム
４  抵抗体
５  コイル
６  直流電源
１０  ホットプレス装置
１２  平板状発熱体
１４  モールド
１６  加圧ラム
１８  ラム通電装置
２０  抵抗ヒータ
【図１】
0004182370.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004182370.tif 000005