(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、モールド内側の成形空間に対向するように嵌合される発熱体と、モールドと一方の発熱体を支持する支持手段と、他方の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、各発熱体は、セミグラファイトからなる導電体部と該導電体部より電気抵抗が大きい絶縁体部とによって構成されており、更に各発熱体は、複数段に積層されたブロック体からなっていることを特徴とする通電加熱式加圧焼結装置。
【請求項２】
発熱体の各ブロック体が、同心状に配された導電体部と絶縁体部による複層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】
発熱体の各ブロック体が、円柱状の導電体部と、この導電体部の円形表面に周囲を残して導電体部の厚さより小さい深さで充填された絶縁体部と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４】
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、モールド内側の成形空間に対向するように嵌合される発熱体と、モールドと一方の発熱体を支持する支持手段と、他方の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、各発熱体は、セミグラファイトからなる導電体部と該導電体部より電気抵抗が大きい絶縁体部とによって構成されており、更に各発熱体は、円柱状の絶縁体部と、該絶縁体部の内部に該絶縁体部の軸心と平行な１つ以上の導電体部を有していることを特徴とする通電加熱式加圧焼結装置。
【請求項５】
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を、成形空間が一直線上になるように複数備え、各モールドの成形空間ごとに嵌合するように３つ以上の発熱体を備えていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４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８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を貫通して備えたモールド３を設け、該モールド３の成形空間２に、対向して嵌合させるようにした発熱体４，５を備えている。
【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、前記発熱体４，５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９に示すように円柱形状を有している。
【０００６】
さらに、一方（図８では下側）の発熱体５とモールド３とを、台座ブロック７ａからなる支持手段７で支持すると共に、他方（図８では上側）の発熱体４の上部には、発熱体４に加圧力を与えるための油圧シリンダ等からなる加圧手段６を設置している。
【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、商用交流電源、或いは直流電源を用いることができる。
【０００８】
なお、少な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する等の方法によって非酸化性の雰囲気に保持でき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に下側から発熱体５を挿入してモールド３及び発熱体５を支持手段７の台座ブロック７ａ上に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に上方から発熱体４を挿入する。
【００１０】
この状態において、少なくともモールド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、或いは水素ガス等の還元ガス雰囲気とすることにより、非酸化性の雰囲気に保持する。
【００１１】
さらに、電源８を用いて、加圧手段６と支持手段７間に電圧を印加することにより、発熱体４，５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、その電流によって、発熱体４，５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により発熱体４を下降させる。この時、下側の発熱体５は支持手段７により固定されているため、発熱体４，５は相対的に接近し、これにより、その間の粉末１は加圧され、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、大きい容積の加圧焼結体を製造する要求が生じており、大きい容積の加圧焼結体を製造するためには、装置全体を大型にする必要があると共に、発熱体４，５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出来ないという問題が生じる。また、製造する加圧焼結体の容積が大きくなるほど、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、上述の実情に鑑みてなしたもので、容積が大きい加圧焼結体に対応して発熱体の径を大きくした場合にも、発熱体に十分なジュール熱が発生されるようにして、容積が大きい加圧焼結体でも能率的に製造でき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、モールド内側の成形空間に対向するように嵌合される発熱体と、モールドと一方の発熱体を支持する支持手段と、他方の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、各発熱体は、セミグラファイトからなる導電体部と該導電体部より電気抵抗が大きい絶縁体部とによって構成されており、更に各発熱体は、複数段に積層されたブロック体からなっている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】
ここで、発熱体の各ブロック体は、同心状に配された導電体部と絶縁体部による複層構造を有していてもよく、また、円柱状の導電体部と、この導電体部の円形表面に周囲を残して導電体部の厚さより小さい深さで充填された絶縁体部とを有していてもよい。
【００１８】
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、モールド内側の成形空間に対向するように嵌合される発熱体と、モールドと一方の発熱体を支持する支持手段と、他方の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、各発熱体は、セミグラファイトからなる導電体部と該導電体部より電気抵抗が大きい絶縁体部とによって構成されており、更に各発熱体は、円柱状の絶縁体部と、該絶縁体部の内部に該絶縁体部の軸心と平行な１つ以上の導電体部を有している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。
【００１９】
また、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を、成形空間が一直線上になるように複数備え、各モールドの成形空間ごとに嵌合するように３つ以上の発熱体を備えていてもよい。
【００２０】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２１】
電源のオンにより、加圧手段と支持手段を介して対向する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おり、且つ複数段に積層されたブロック体に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、よってその分電気抵抗が大きくなり、発熱体には十分なジュール熱が発生することになる。
【００２２】
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。
【００２３】
また、発熱体は複数段に積層されたブロック体にて構成しているので、上下方向に重なり合うブロック体間に接触抵抗が生じ、この接触抵抗分だけ更に電気抵抗が増す。従って、発熱体を一体化したものより更に大きな発熱量を得ることができる。
【００２４】
発熱体の各ブロック体を、同心状に配された導電体部と絶縁体部による複層構造としたり、また、円柱状の導電体部と、この導電体部の円形表面に周囲を残して導電体部の厚さより小さい深さで充填された絶縁体部とを有する形状とすると、粉末を周方向に略均一な温度で加熱することができる。
【００２５】
更に、各発熱体を、円柱状の絶縁体部と、絶縁体部の内部に該絶縁体部の軸心と平行な複数の導電体部とで形成すると、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を小さく設定することができ、しかも水平方向に分散した加熱ができるので、粉末の均一加熱が可能になる。
【００２６】
また、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を、成形空間が一直線上になるように複数段に備え、各モールドの成形空間に嵌合するように複数の発熱体を備えると、同時に複数の加圧焼結体を製造することができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１は本発明の第１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８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。
【００２９】
図１に示すように、モールド３内側の成形空間２に対向するように嵌合して、粉末１の加圧と加熱を行うようにした上側の発熱体９と下側の発熱体１０を備えている。
【００３０】
発熱体９，１０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、外側に対して同心状に絶縁体部９ｂ，１０ｂを備えた２重構造を有しており、且つ発熱体９，１０は、夫々軸方向に複数に分割されたブロック体１２による積層構造を有している。
【００３１】
更に具体的に述べると、発熱体９，１０を構成している各ブロック体１２は、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の内部中央に、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。前記導電体部９ａ，１０ａと絶縁体部９ｂ，１０ｂとは、２重構造以上の複層構造としても良いことは勿論である。
【００３２】
また、ブロック体１２からなる発熱体９，１０と粉末１との間には、スペーサ１１を備えている。スペーサ１１は、前記導電体部９ａ，１０ａより更に小さな電気抵抗を有した材料にて構成される。
【００３３】
以下に上記形態例の作用を説明する。
【００３４】
図１に示すように、発熱体９，１０は、外側に絶縁体部９ｂ，１０ｂを備え、中心部に導電体部９ａ，１０ａを備えた複層構造としているので、容積が大きい加圧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９，１０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。
【００３５】
ここで、発熱体９，１０における発熱量について述べる。
【００３６】
仮に、発熱体９，１０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は、図８、図９に示す一般的な発熱体４，５も、図１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。
【００３７】
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７ａ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。
【００３８】
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８、図９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。
【００３９】
また、発熱体９，１０は、夫々が図２に示すようなブロック体１２を多段に積層した構成としているので、互いの重なり合うブロック体１２間には接触抵抗が生じ、この接触抵抗分だけ更に電気抵抗が増し、更に発熱量を大きくすることができる。
【００４０】
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。
【００４１】
前記発熱体９，１０の導電体部９ａ，１０ａからの熱はスペーサ１１によって径方向に分散されることになり、よって、粉末１は均一に加熱されるようになる。
【００４２】
図３、図４は本発明の第２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。
【００４３】
この実施形態においても、発熱体９，１０は共に、導電体部９ａ，１０ａ及び絶縁体部９ｂ，１０ｂを備えており、且つ、軸方向に多段のブロック体１３を積層した積層構造を有している。しかし本実施形態においては、円柱状の導電体部９ａ，１０ａの上面（又は下面或いは上下両面）に、周囲を残して導電体部９ａ，１０ａの厚さより小さい深さで絶縁体部９ｂ，１０ｂを充填した構造としている。
【００４４】
図３、図４に示した構成においても、導電体部９ａ，１０ａにおける導電が、絶縁体部９ｂ，１０ｂによって主に周縁部のみに限定され、且つブロック体１３相互間における接触抵抗が増加されることによって、上記第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
図５、図６は本発明の第３の実施の形態に係る発熱体の例を示している。図５、図６では、発熱体９，１０が、円柱状の絶縁体部１４と、絶縁体部１４の内部に該絶縁体部１４の軸心と平行な１つ以上の棒状の導電体部１５を有した構成としている。
【００４６】
図５、図６に示す構成では、発熱体９，１０全体の径が大きくても、導電体部１５の直径を調節したり導電体部１５の設置本数を調節することにより、実際に発熱する導電体部１５の水平方向断面積を小さくして発熱量を増加することができ、しかも複数の導電体部１５によって水平方向に分散した加熱ができるので、粉末１の均一加熱が可能になる。
【００４７】
図７は本発明の第４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７では、内部に粉末１を加圧成形するための成形空間２を有するモールド３を、成形空間２が一直線上になるように複数備え、各モールド３の成形空間２に嵌合するように、前記図１〜図６に示したような複数（３つ以上）の発熱体９，１０を備えるようにした場合を示している。
【００４８】
図７に示す構成では、複数備えられたモールド３により、１つの加圧手段６の加圧によって複数の加圧焼結体を同時に製造することができる。
【００４９】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、図示の例では上下方向に加圧を行う場合を示したが、横方向に加圧するようにしてもよいこと、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し得ること、等は勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モールド内側の成形空間に対向するように嵌合される発熱体を、導電体部と絶縁体部とによって構成し、且つブロック体を複数段積層した構造としているので、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、確実に且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できる効果がある。
【００５１】
発熱体の各ブロック体を、同心状に配された導電体部と絶縁体部による複層構造としたり、また、円柱状の導電体部と、この導電体部の円形表面に周囲を残して導電体部の厚さより小さい深さで充填された絶縁体部とを有する形状とすると、粉末を周方向に略均一な温度で加熱できる効果がある。
【００５２】
更に、各発熱体を、円柱状の絶縁体部と、絶縁体部の内部に該絶縁体部の軸心と平行な複数の導電体部とで形成すると、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を小さく設定することができ、しかも水平方向に分散した加熱ができるので、粉末の均一加熱ができる効果がある。
【００５３】
また、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を、成形空間が一直線上になるように複数段に備え、各モールド内側の成形空間に嵌合するように複数の発熱体を備えると、同時に複数の加圧焼結体を製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】図１におけるブロック体の形状を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２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４】図３におけるブロック体の形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る発熱体の例を示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。
【図７】本発明の第４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８】一般的な通電加熱式加圧焼結装置の概略構成図である。
【図９】図８に示す通電加熱式加圧焼結装置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
９，１０  発熱体
９ａ，１０ａ  導電体部
９ｂ，１０ｂ  絶縁体部
１２  ブロック体
１３  ブロック体
【図１】
0004168521.tif 000002
【図２】
0004168521.tif 000003
【図３】
0004168521.tif 000004
【図４】
0004168521.tif 000005
【図５】
0004168521.tif 000006
【図６】
0004168521.tif 000007
【図７】
0004168521.tif 000008
【図８】
0004168521.tif 000009
【図９】
0004168521.tif 000010