(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体が少なくとも１つの加圧方向に延びる穴を有することを特徴とする焼結装置。
【請求項２】
焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体は、互いに積層された複数の平板からなり、かつ各平板は加圧方向に貫通する貫通穴を有する、ことを特徴とする焼結装置。
【請求項３】
前記平板の各貫通穴は隣接する平板の貫通穴と異なる位置に設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の焼結装置。
【請求項４】
焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体は、発泡状に設けられた多数の独立気泡を有することを特徴とする焼結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結型に充填したセラミックスや導電性の原料粉末を通電により焼結する焼結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスや金属、炭化物、窒化物などの導電性物体の原料粉末を、焼結型に充填して加熱し対向する一対のパンチで加圧して焼結体の製造が行われる。この焼結体を製造する焼結装置は加熱方式によりいくつかの方式に分類される。ヒータによる間接加熱方式は焼結型の周囲に抵抗加熱ヒータなどのヒータを配置し焼結型を表面から加熱し、この中の原料粉末を間接的に加熱する。この方式はセラミックスと導電性物質の両方の焼結に適用でき広く用いられている。
【０００３】
誘導加熱方式は、焼結型を電磁誘導により直接加熱する加熱方式である。従って、抵抗加熱方式に比較し、焼結体の加熱速度が速い。通電方式は電極及びパンチに直接通電して加熱する方式である。通電方式については、特開昭６４−５５３０３，特開平５−７０８０４，特開平５−１１７７０７に開示されている。
【０００４】
図６は、通電方式においてパンチを主たる発熱体とする従来例である。以下、かかまパンチをパンチ発熱体と呼ぶ。この図に示すように、従来の通電方式の焼結装置では、焼結型１に原料粉末３を入れ、パンチ発熱体４ａ，４ｂを介して電極５ａ，５ｂを加圧６して、主としてパンチ発熱体４ａ，４ｂの発熱により、原料粉末３を加熱して焼結させるようになっている。この場合、パンチ発熱体４ａ，４ｂは、通電により発熱する発熱体（電気抵抗の大きい物質）からなり、熱は発熱したパンチ発熱体４ａ，４ｂから原料粉末３に伝熱してこれを加熱する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したパンチ発熱体を用いた従来の焼結装置には、以下の問題点があった。
１．穴の断面に欠損部が無いむく材（中実、ソリッド）の場合、原料粉末３の直径が大きくなると、発熱体（パンチ発熱体４ａ，４ｂ）の抵抗がその断面積に反比例して小さくなるため（∵抵抗は断面積に反比例する）、同じ電気抵抗を維持するにはパンチ発熱体４ａ，４ｂを長くする必要がある。
例えば、パンチ発熱体４ａ，４ｂの直径が２倍になると、断面積が４倍になり、原料粉末３の厚さを同じとすると、原料粉末３の体積は４倍となる。従って、原料粉末３の単位体積当たり同じ発熱量（電気抵抗）を得るには、パンチ発熱体４ａ，４ｂの長さを図７のように１６倍（４×４＝１６）にする必要がある。このためパンチ発熱体４ａ，４ｂの芯ズレが起きやすくなったり、上下面の平行度が良くないと、原料粉末３への加圧が不安定になり易く、一方へ偏り不均一になったり、場合によってはパンチ発熱体４ａ，４ｂが破損することがあった。
【０００６】
２．また図７のように、パンチ発熱体４ａ，４ｂが長くなると原料粉末３まで熱が伝わりにくくなる。また、熱損失も大きくなる。
３．焼結空間２、原料粉末３は大きくなっても、中実のパンチ発熱体４ａ，４ｂは小さいままとすると、図８に示すようにパンチ発熱体４ａ，４ｂと原料粉末３の間に厚いスペーサ１１を挿入し、加圧６がパンチ発熱体４ａ，４ｂを介して原料粉末３に均等にかかるようにする必要がある。
しかし、パンチ発熱体４ａ，４ｂが直接原料粉末３に接触しておらず、途中に厚いスペーサ１１が入っているため、熱ロスが大きく、伝熱効率が悪い。また、原料粉末３が均一温度になりにくい。
【０００７】
本発明は、上述した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、原料粉末の断面積が大きくなっても、これに併せてパンチ発熱体の外形を大きくできかつ高さを低く抑えることができ、これにより安定して操業ができる焼結装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体が少なくとも１つの加圧方向に延びる穴を有することを特徴とする焼結装置が提供される。本発明の構成によれば、パンチ発熱体が少なくとも１つの加圧方向に延びる穴を有するので、空洞による断面の欠損部の分、断面積が小さくなっており、その分電気抵抗が大きくなって抵抗発熱量も大きくなり効果的に加熱できる。
【０００９】
また、穴の全長にわたり均一に断面積を小さくして抵抗発熱量を均等に大きくできる。なお、穴の数は複数が好ましいが１個でもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体は、互いに積層された複数の平板からなり、かつ各平板は貫通穴を有する、ことを特徴とする焼結装置が提供される。この構成により、平板の積層面で電気的接触抵抗が増すため、外形寸法が同一でも発熱量を高めることができる。
【００１１】
更に、前記平板の各貫通穴は隣接する平板の貫通穴と異なる位置に設けられている、ことが好ましい。この構成により、穴位置がずれているため電流の経路が増し、抵抗が増えて発熱量を更に高めることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、焼結型の焼結空間に充填された原料粉末を対向して配置された１対のパンチ発熱体及び電極で加圧し通電して焼結する焼結装置であって、前記パンチ発熱体は、電極間の通電により発熱する導電体で構成されている焼結装置において、前記パンチ発熱体は、発泡状に設けられた多数の独立気泡を有することを特徴とする焼結装置が提供される。この構成により、多数の独立気泡により、断面積が減少しかつ電流経路が増加するので、発熱量を高め原料粉末を効果的に加熱できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、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、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は本発明の焼結装置の第１実施形態を示す構成図である。焼結型１は中空円筒状に構成されており、内部中央が原料粉末３を充填する焼結空間２となっている。この焼結型１の内部上下には、円筒状に構成されたパンチ発熱体４ａ，４ｂが摺動自在に嵌合している。パンチ発熱体４ａ，４ｂの上下には電極５ａ，５ｂが設けられている。電極５ａ，５ｂはパンチ発熱体４ａ，４ｂを押圧するとともにパンチ発熱体４ａ，４ｂに通電する。焼結型１，パンチ発熱体４ａ，４ｂ，電極５ａ，５ｂの発熱体側は断熱囲壁７により囲まれ断熱性を保持している。
【００１５】
電極５ａ，５ｂの上下端には図示しない油圧装置が接続されパンチ発熱体４ａ，４ｂを加圧するようになっている。電源８は５０または６０Ｈｚなどの商用電源を用いる。電源８よりの電力をサイリスタで制御し、トランスで降圧した後、電極５ａ，５ｂに通電する。焼結型１の内面または外面には温度センサ１０が設けられており、焼結体の温度を計測する。制御部９はこの温度センサ１０の計測値に基づきサイリスタを制御して電流を制御する。なお、上述の説明では上下両方の電極５ａ，５ｂとパンチ発熱体４ａ，４ｂとを油圧装置で上下から加圧するとしたが、上下いずれかの電極５とパンチ発熱体４のみを加圧し、他方は固定するようにしてもよい。なお以上の説明は、以下に述べる他の実施形態にも同様に適用できる。
【００１６】
上述したように、本発明の焼結装置は、焼結型１に原料粉末３を入れ、パンチ発熱体４ａ，４ｂを介して電極５ａ，５ｂを加圧６して、主としてパンチ発熱体４ａ，４ｂの発熱により、原料粉末３を加熱して焼結させるようになっている。この場合、パンチ発熱体４ａ，４ｂは、通電により発熱する発熱体（電気抵抗の大きい物質）からなり、熱はパンチ発熱体４ａ，４ｂから原料粉末３に伝導して原料粉末３を加熱する。
【００１７】
図２は、図１のパンチ発熱体の構成図であり、（Ａ）は真上から見た平面図、（Ｂ）は斜視図である。また、図３は、本発明の第２実施形態を示すパンチ発熱体の図２と同様の構成図であり、図４は、第３実施形態の同様の構成図である。更に、図５は、本発明の第４実施形態のパンチ発熱体の構成図である。
【００１８】
図２〜図４に示すように、パンチ発熱体４ａ，４ｂの外形は焼結型１の内径（原料粉末３の外径）と同じとし、パンチ発熱体４ａ，４ｂに少なくとも１つの空洞１２を設ける。すなわち、図２〜図４の例では、パンチ発熱体４ａ，４ｂの中に穴を開けて断面積を小さくする。穴は大きい穴を少し開けるより、小さい穴を多数、均一に分布させて開けるほうよい。
【００１９】
図２では、全体が一体物で、一端から他端まで穴が通っている。穴の断面欠損分、断面積が小さくなっており、長さが一定とすると、穴がない場合より、電気抵抗が大きくなり、抵抗発熱量も大きくなる。なお、図２（Ｂ）において、上側が電極５ａ側、下側が原料粉末側であり、原料粉末側は原料粉末３が漏れないように穴無しとしてある。また、この図はパンチ発熱体４ａを示しているが、パンチ発熱体４ｂは４ａの勝手反対の形状である。
【００２０】
図３は図２の一体物を多層板積層構造にした場合を示す。この例は、パンチ発熱体４ａを示しパンチ発熱体４ｂはその勝手反対である。また、図３（Ｂ）において、上側が電極５ａ側、下側が原料粉末側である。
図３の構成により、各々の層板と層板との間で電気的接触抵抗が増すため、図２の一体物の場合より、同じ外径、同じ長さ、同じ断面欠損率があっても、合計電気抵抗が更に大きくなり、抵抗発熱量も対応して更に大きくなる。なお、パンチ発熱体４ａ，４ｂの原料粉末３側は原料粉末３がこぼれないよう穴はなく、「むく」の状態としてある。
【００２１】
図４は、図３の上下各層板の穴をずらした場合である。その他の構成は図３の例と同様である。この場合、各層と層の境界では、ある層のバルク（穴でない部分）の部分を流れてきた電流は、次の層に流れ込むとき、直ぐ下に次の層のバルク部が完全にないため、電極５ａ，５ｂの軸方向に直角方向に流れてから次の層のバルク部に流れる必要があるため電流経路が増えて抵抗（発熱）が増えたり、境界の面積が減少して、抵抗（発熱）が増えて、原料粉末３をより効果的に加熱できる。
【００２２】
図５では、パンチ発熱体の空洞１２は、発泡状に設けられた多数の独立気泡である。すなわち、この例ではパンチ発熱体４ａ，４ｂ全体が発泡体状になっているため、バルクより断面積が減少したことによる抵抗（発熱）の増加、また電流経路が真っ直ぐでないことによる経路長増加による抵抗（発熱）の増加により原料粉末３をより効果的に加熱できる。
【００２３】
なお、いずれの場合も空洞１２、すなわち穴又は気泡を細かくし、全体的に均一に分布させ、電極５ａ，５ｂを介して加圧６するとき、原料粉末３に全断面にわたり、均一に押圧が負荷される。
【００２４】
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に変更できることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
上述した構成により、本発明では穴を例えば図２のように設けて、断面積を当初と同じとすると、パンチ発熱体４ａ，４ｂの直径が２倍になっても、パンチ発熱体４ａ，４ｂの長さは４倍でよく、従来の１６倍より大幅に短くでき、従来の問題もなくなる。
また、穴の断面欠損分、断面積が小さくなっており、長さが一定とすると、穴が無い場合より、電気抵抗が大きくなり、抵抗発熱量も大きくなり効果的に加熱できる。
【００２６】
更に、一体物を多層板積層構造にした場合、各々の層板と層板の間で電気的接触抵抗が増すため、図２の一体物の場合より、同じ外径、同じ長さ、同じ断面欠損率があっても、合計電気抵抗が更に大きくなり、抵抗発熱量も対応して更に大きくなる。逆に、同じ電気抵抗（発熱量）を得るには、図２の場合よりパンチ発熱体４ａ，４ｂの長さを短くでき、一層コンパクトとなると共に、上述した多くのメッリトも発揮される。
【００２７】
また、上下各層板の穴をずらすことにより、各層と層の境界では、ある層のバルク（穴でない部分）の部分を流れてきた電流は、次の層に流れ込むとき、直ぐ下に次の層のバルク部が完全にないため、電極５ａ，５ｂの軸方向に直角方向に流れてから次の層のバルク部に流れる必要があるため電流経路が増えて抵抗（発熱）が増えたり、境界の面積が減少して、抵抗（発熱）が増えて、原料粉末３をより効果的に加熱できる。
また、パンチ発熱体４ａ，４ｂ全体を発泡体状にすることにより、バルクより断面積が減少したことによる抵抗（発熱）の増加、また電流経路が真っ直ぐでないことによる経路長増加による抵抗（発熱）の増加により原料粉末３をより効果的に加熱できる。
【００２８】
いずれの場合も穴、あるいは発泡を細かくし、全体的に均一に分布させ、電極５ａ，５ｂを介して加圧６するとき、原料粉末３に全断面にわたり、均一に押圧が負荷される。
更に、本発明の構成では、スペーサ１１がなくパンチ発熱体４ａ，４ｂが直接、原料粉末３に接触するため、熱ロスが少なく、温度も均一になる。
【００２９】
上述したように、本発明の焼結装置は、原料粉末の断面積が大きくなっても、これに併せてパンチ発熱体の外形を大きくできかつ高さを低く抑えることができ、これにより安定して操業ができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼結装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１のパンチ発熱体の構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態のパンチ発熱体の構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態のパンチ発熱体の構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態のパンチ発熱体の構成図である。
【図６】従来の焼結装置の構成図である。
【図７】従来の焼結装置の別の構成図である。
【図８】従来の焼結装置の更に別の構成図である。
【符号の説明】
１  焼結型
２  焼結空間
３  原料粉末
４ａ，４ｂ  パンチ発熱体
５ａ，５ｂ  電極
６  加圧
７  断熱囲壁
８  電源
９  制御部
１０  温度センサ
１１  スペーサ
１２  空洞（穴、気泡）
【図１】
0004168356.tif 000002
【図２】
0004168356.tif 000003
【図３】
0004168356.tif 000004
【図４】
0004168356.tif 000005
【図５】
0004168356.tif 000006
【図６】
0004168356.tif 000007
【図７】
0004168356.tif 000008
【図８】
0004168356.tif 000009