(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面に一対の電極を当接して該型に電流を供給することにより、該型内の前記粉体材料に熱を付与する焼結方法において、
前記型の側面に対する前記一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせる、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記型の側面の周囲に、３以上の電極を該型の周回り方向に互いに離して配設し、時間の経過に伴って、その３以上の電極から任意の２つの電極を種々選択して前記一対の電極とする、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記型の側面の周囲に、一組の一対の電極を配設して、時間の経過に伴って、該一対の電極と該型との位置関係を該型の周回り方向に相対的にずらす、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項４】
請求項２において、
前記３以上の電極の全てを前記型の側面に当接させる一方、前記任意の２つの電極の選択を電流供給の切換えにより行う、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項５】
請求項２において、
前記任意の２つの電極の選択を、前記型の側面に対する前記３以上の電極の当接、離間により行う、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記３以上の電極として、２組の対向する一対の電極を用意し、
前記２組の一対の電極を、該各組の一対の電極を結ぶ仮想線が互いに略直交するように配置して、該各組の一対の電極に対する電流供給を交互に切換える、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項７】
請求項６において、
通電当初、前記２組の一対の電極のうちの一方の組の一対の電極に対して、前記型の温度が所定温度に昇温するまで電流を供給し、
この後、小刻みな時間間隔をもって、該各組の一対の電極に対する電流供給を交互に切換える、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項８】
通電焼結に基づき焼結する焼結方法において、
前記通電焼結が、加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面に一対の電極を当接しつつ該型に電流を供給することにより、該型内の前記粉体材料に熱を付与する工程を有し、
前記通電焼結の通電を、一時的に停止させる、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記通電焼結の通電停止に際して、前記一対の電極を前記型の側面から離間させる、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１０】
請求項８において、
前記各電極を、該各電極の先端部に対して該各電極の本体を接近離間動可能とすることにより、離間時に該各電極の先端部と該各電極の本体との間に空間層を形成する構造とし、
前記通電焼結の通電停止に際して、前記各電極の先端部を前記型の側面に当接させつつ該各電極の本体を該各電極の先端部から離間させて前記空間層を形成する、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１１】
請求項８において、
前記型の側面の周囲に、３以上の電極を該型の周回り方向に互いに離して配設し、時間の経過に伴って、その３以上の電極から任意の２つの電極を種々切換え選択して前記一対の電極とすることとし、
前記一対の電極の切換え選択に伴って、前記通電焼結の通電停止のための通電停止時間を取入れる、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１２】
請求項８において、
前記型がグラファイト製とされている、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１３】
請求項８において、
前記通電停止を、前記型の所定の２位置における温度差が所定温度差以上のときに実行するように設定されている、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１４】
請求項８において、
前記粉体材料の加圧を、外部に対して断熱を図りつつ行う、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれかにおいて、
前記通電焼結の通電停止を複数回行う、
ことを特徴とする焼結方法。
【請求項１６】
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に、該型の側面に当接して該型に電流を供給することにより前記粉体材料に熱を付与する一対の電極が配設されている焼結装置において、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組全ての一対の電極が、焼結時に、前記型の側面に当接された状態で配置され、
前記各組の一対の電極に対する通電が交互に切換えられて、その通電される１組の一対の電極のみから前記型に電流供給が行われるように設定されている、
ことを特徴とする焼結装置。
【請求項１７】
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に、該型の側面に当接して該型に電流を供給することにより前記粉体材料に熱を付与する一対の電極が配設されている焼結装置において、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組の一対の電極が、前記型の側面に対して当接、離間可能に設けられ、
前記各組の一対の電極のうち、１組の一対の電極のみが前記型の側面に対して交互に当接されると共に、その当接される１組の一対の電極のみから前記型に電流供給が行われるように設定されている、
ことを特徴とする焼結装置。
【請求項１８】
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に配設され、該型に対して電流を供給して該粉体材料に熱を付与する一対の電極と、
前記一対の電極に対しての電源からの電流供給を調整する通電調整手段と、
前記通電調整手段を制御して、通常は前記一対の電極を前記電源に対して通電状態とする一方、一時的に、前記一対の電極を前記電源に対して通電停止状態とする制御手段と、
を備え、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組の一対の電極が、前記型への電流供給に関し、順次切換えられるように構成され、
前記制御手段が、前記各組の電極の切換えを判断したとき、前記通電調整手段を制御して、前記通電停止状態を実行するように設定されている、
ことを特徴とする焼結装置。
【請求項１９】
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に配設され、該型に対して電流を供給して該粉体材料に熱を付与する一対の電極と、
前記一対の電極に対しての電源からの電流供給を調整する通電調整手段と、
前記通電調整手段を制御して、通常は前記一対の電極を前記電源に対して通電状態とする一方、一時的に、前記一対の電極を前記電源に対して通電停止状態とする制御手段と、
を備え、
前記型における複数位置の温度を検出する型温度検出手段が備えられ、
前記制御手段が、前記型温度検出手段からの信号に基づき、前記複数位置のうちの２位置の温度差が所定温度差以上となったと判断したとき、前記通電調整手段を制御して、前記通電停止状態を実行するように設定されている、
ことを特徴とする焼結装置。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれかにおいて、
前記型の側面に対して当接、離間可能とされた温度検出器が備えられている、
ことを特徴とする焼結装置。
【請求項２１】
請求項１６〜１９のいずれかにおいて、
前記電極の先端部内に熱電対が配設されている、
ことを特徴とする焼結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、焼結方法及びその方法を使用する焼結装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
焼結装置として、粉体材料を加圧しつつ通電して焼結する通電焼結装置がある。この通電焼結装置としては、本発明者は、図１９、図２０に示すように、粉体材料１０１を収納する筒状の型（例えば、カ−ボン製、グラファイト製、黒鉛製等で外径１８０ｍｍ、軸心方向長さ６０ｍｍ程度のもの）１０２と、該型１０２内に対して変位動可能に設けられ該型１０２内の粉体材料１０１を加圧する上、下パンチ１０３ａ、１０３ｂと、前記型１０２の側方から該型１０２に電流（図２０中、破線矢印をもって示す）を供給して前記粉体材料１０１に熱を付与し該粉体材料１０１を焼結体に形成する一対の電極１０４ａ、１０４ｂと、を備えるものを開発している。
【０００３】
この通電焼結装置によれば、強固な上、下パンチ１０３ａ、１０３ｂにより粉体材料１０１に対する加圧力を高めて焼結温度を低下させることができるため、型１０２等の酸化消耗速度に対する焼結温度の影響を低めることができると共に、焼結後、酸化消耗速度が問題にならない程度まで型等を冷却する時間を短縮できることになり、この結果、型１０２等における酸化消耗を抑えると共に焼結処理のサイクルタイムを短縮することができることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記焼結装置に関し、本発明者がさらに研究を重ねたところ、電極と型側面との当接部付近位置Ｐ１、Ｐ２に比べて、電極と型側面との当接部よりも離れた位置Ｐ３、Ｐ４において、温度上昇が遅く、これらの間において、ある程度の温度差が開き、その状態を略維持しつつ、最も温度上昇の高いもの（Ｐ１位置温度）が焼結温度に至り、製品としての焼結体に部分的に焼結しない部分が存在することを見出した（図２０、図２１参照）。しかも、この傾向は、処理時間を短縮すべく、立ち上げ時の電流供給を大きくすればするほど、高まることも見出した。このため、このような知見に基づき、焼結体の強度等の性能を向上させる観点からは、その改善が必要であると認識するに至っている。
【０００５】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたもので、その目的は、通電焼結する場合の焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないようにしつつ、焼結体を形成することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明にあっては、
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面に一対の電極を当接して該型に電流を供給することにより、該型内の前記粉体材料に熱を付与する焼結方法において、前記型の側面に対する前記一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせる構成としてある。
【０００７】
請求項１の好ましい態様としては、請求項２〜７の記載の通りとなる。
【０００８】
前記目的を達成するために請求項８の発明にあっては、
通電焼結に基づき焼結する焼結方法において、
前記通電焼結が、加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面に一対の電極を当接しつつ該型に電流を供給することにより、該型内の前記粉体材料に熱を付与する工程を有し、
前記通電焼結の通電を、一時的に停止させる構成としてある。
【０００９】
請求項８の好ましい態様としては、請求項９〜１５の記載の通りとなる。
【００１０】
前記目的を達成するために請求項１６の発明にあっては、
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に、該型の側面に当接して該型に電流を供給することにより前記粉体材料に熱を付与する一対の電極が配設されている焼結装置において、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組全ての一対の電極が、焼結時に、前記型の側面に当接された状態で配置され、
前記各組の一対の電極に対する通電が交互に切換えられて、その通電される１組の一対の電極のみから前記型に電流供給が行われるように設定されている構成としてある。
【００１１】
前記目的を達成するために請求項１７の発明にあっては、
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に、該型の側面に当接して該型に電流を供給することにより前記粉体材料に熱を付与する一対の電極が配設されている焼結装置において、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組の一対の電極が、前記型の側面に対して当接、離間可能に設けられ、
前記各組の一対の電極のうち、１組の一対の電極のみが前記型の側面に対して交互に当接されると共に、その当接される１組の一対の電極のみから前記型に電流供給が行われるように設定されている構成としてある。
【００１２】
請求項１７、１８の好ましい態様としては、請求項２０、２１の記載の通りとなる。
【００１３】
前記目的を達成するために請求項１８の発明にあっては、
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に配設され、該型に対して電流を供給して該粉体材料に熱を付与する一対の電極と、
前記一対の電極に対しての電源からの電流供給を調整する通電調整手段と、
前記通電調整手段を制御して、通常は前記一対の電極を前記電源に対して通電状態とする一方、一時的に、前記一対の電極を前記電源に対して通電停止状態とする制御手段と、
を備え、
前記一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組の一対の電極が、前記型への電流供給に関し、順次切換えられるように構成され、
前記制御手段が、前記各組の電極の切換えを判断したとき、前記通電調整手段を制御して、前記通電停止状態を実行するように設定されている構成としてある。
また、前記目的を達成するために請求項１９の発明にあっては、
加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に配設され、該型に対して電流を供給して該粉体材料に熱を付与する一対の電極と、
前記一対の電極に対しての電源からの電流供給を調整する通電調整手段と、
前記通電調整手段を制御して、通常は前記一対の電極を前記電源に対して通電状態とする一方、一時的に、前記一対の電極を前記電源に対して通電停止状態とする制御手段と、
を備え、
前記型における複数位置の温度を検出する型温度検出手段が備えられ、
前記制御手段が、前記型温度検出手段からの信号に基づき、前記複数位置のうちの２位置の温度差が所定温度差以上となったと判断したとき、前記通電調整手段を制御して、前記通電停止状態を実行するように設定されている構成としてある。
【００１４】
請求項１８，１９の好ましい態様としては、請求項２０，２１の記載の通りとなる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電極と型側面との通電当接部の温度上昇が高くなることに着目し、型の側面に対する一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせることから、型の温度上昇の低い部分にも積極的に熱（電流）が供給されることになる。このため、焼結時点において、できるだけ型が温度差をもたないようにすることができ、その焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないようにしつつ焼結体を形成できることになる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、型の側面の周囲に、３以上の電極を該型の周回り方向に互いに離して配設し、時間の経過に伴って、その３以上の電極から任意の２つの電極を種々選択して、型側面に通電当接する一対の電極とすることから、その種々選択した一対の電極により、型の側面に対する一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせることができることになる。このため、この場合にも、型の温度上昇の低い部分にも積極的に熱（電流）を供給して、焼結時点において、できるだけ型が部分的に温度差をもたないようにすることができ、その焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないようにしつつ焼結体を形成できることになる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、型の側面の周囲に、一組の一対の電極を配設して、時間の経過に伴って、該一対の電極と該型との位置関係を該型の周回り方向に相対的にずらすことから、その一組の一対の電極により、型の側面に対する一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせることができることになる。このため、型の温度上昇の低い部分にも積極的に熱（電流）を供給して、焼結時点において、できるだけ型が部分的に温度差をもたないようにすることができ、その焼結時点においてできるだけ部分的に温度差をもたせないようにしつつ焼結体を形成できることになる。
しかもこの場合、電極の数が２本で足り、電極の数を、通電するために必要な最小な数に抑えることができることになる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、３以上の電極の全てを型の側面に当接させる一方、任意の２つの電極の選択を電流供給の切換えにより行うことから、前記請求項２と同様の作用効果を具体的に得ることができるばかりか、任意の２つの電極の選択のために型の側面に対して電極の当接、離間動がないことから、立ち上がり遅れ（離間電極の温度が型温度よりも低くなるため、当接して熱を付与するためにある程度の時間が必要となる）というものがなく、型温度が切換時に大きく変動（低下）することはない。このため、型の温度差をより的確に抑制できることになる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、任意の２つの電極の選択を、型の側面に対する３以上の電極の当接、離間により行うことから、前記請求項２と同様の作用効果を具体的に得ることができることになる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、３以上の電極として、２組の対向する一対の電極を用意し、その２組の一対の電極を、該各組の一対の電極を結ぶ仮想線が互いに略直交するように配置して、該各組の一対の電極に対する電流供給を交互に切換えることから、一対の電極を予め組として決めて制御を簡単に行えるばかりでなく、できるだけ少ない電極をもって、効果的に、焼結時点において、型が部分的に温度差をもつことを抑制できることになる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、通電当初、２組の一対の電極のうちの一方の組の一対の電極に対して、型の温度が所定温度に昇温するまで電流を供給し、この後、小刻みな時間間隔をもって、該各組の一対の電極に対する電流供給を交互に切換えることから、型の温度差を小さくすることができると共に、その処理時間をある程度短縮することができることになり、両者を高度に満足させることができることになる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、通電焼結の通電を一時的に停止させることから、通電焼結により局部的に昇温速度が大きくなって温度の高い部分が生じても、その温度の高い部分の熱を他の温度の低い部分に熱移動（熱伝導）させることができることになる。このため、熱の有効利用を図りつつ、焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないように焼結体を形成できることになる。
【００２３】
また、通電焼結が、加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面に一対の電極を当接しつつ該型に電流を供給することにより、該型内の粉体材料に熱を付与する工程を有していることから、加工精度等に限界がある型側面、その型側面と電極との当接による小さな接触面に基づき、局部的に昇温速度が大きくなって温度の高い部分が生じ易い環境となるけれども、通電停止により、型において、温度の高い部分の熱を他の温度の低い部分に熱移動させ、焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないようにしつつ焼結体を形成できることになる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、通電焼結の通電停止に際して、一対の電極を型の側面から離間させることから、通電停止時に、型等における熱が電極を介して外部に逃げることを防止できることになり、型の温度の高い部分の熱を型の他の温度の低い部分に熱移動させるに際して、型等の熱を高い利用性をもって有効利用できることになる。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、各電極を、該各電極の先端部に対して該各電極の本体を接近離間動可能とすることにより、離間時に該各電極の先端部と該各電極の本体との間に空間層を形成する構造とし、通電焼結の通電停止に際して、各電極の先端部を型の側面に当接させつつ該各電極の本体を各電極の先端部から離間させて空間層を形成することから、型側面と電極との当接関係を維持しても、空間層により断熱層を形成して、型における熱が電極を介して逃げることを抑制できることになり、型の温度の高い部分の熱を型の他の温度の低い部分に熱移動させるに際して、型等の熱を高い利用性をもって有効利用できることになる。
【００２６】
請求項１１の発明によれば、型の側面の周囲に、３以上の電極を該型の周回り方向に互いに離して配設し、時間の経過に伴って、その３以上の電極から任意の２つの電極を種々切換え選択して前記一対の電極とすることとし、一対の電極の切換え選択に伴って、通電焼結の通電停止のための通電停止時間を取入れることから、電極切換の移行タイミングを型温度の均一化補正のために利用しつつ、電極の切換移行を円滑に行うことができることになる。
【００２７】
請求項１２の発明によれば、型がグラファイト製とされていることから、型として必要な耐熱性、耐熱衝撃性、導電性を有する一方、電極からの熱供給速度に比べて型における熱移動速度は遅く、局部的に昇温速度が大きくなって温度の高い部分が生じ易い環境となるけれども、通電停止により、型において、温度の高い部分の熱を他の温度の低い部分に熱移動させ、焼結時点においてできるだけ温度差をもたせないようにしつつ焼結体を形成できることになる。
【００２８】
請求項１３の発明によれば、通電停止を、型の所定の２位置における温度差が所定温度差以上のときに実行するように設定されていることから、通電焼結に基づく熱供給より型の温度差が開き過ぎることを規制できると共に、型温度を均一化に向けて補正できることになる。
【００２９】
請求項１４の発明によれば、加圧側において通電を行わなくてもよいことを生かして、粉体材料の加圧を、外部に対して断熱を図りつつ行うことから、型における熱が加圧手段（例えば加圧パンチ）を介して逃げることを抑制できることになり、型の温度の高い部分の熱を型の他の温度の低い部分に熱移動させるに際して、型等の熱を有効利用できることになる。
【００３０】
請求項１５の発明によれば、通電焼結の通電停止を複数回行うことから、通電停止に基づく型等の温度均一化に向けた補正を、効果的なものとすることができることになる。
【００３１】
請求項１６の発明によれば、一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、各組全ての一対の電極が、焼結時に、前記型の側面に当接された状態で配置され、各組の一対の電極に対する通電が交互に切換えられて、その通電される１組の一対の電極のみから型に電流供給が行われるように設定されていることから、型の側面に対する一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせることができ、前述の請求項１、２、４、６、７を実施できる装置を具体的に提供できることになる。
【００３２】
請求項１７の発明によれば、一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、各組の一対の電極が、前記型の側面に対して当接、離間可能に設けられ、各組の一対の電極のうち、１組の一対の電極のみが型の側面に対して交互に当接されると共に、その当接される１組の一対の電極のみから型に電流供給が行われるように設定されていることから、この場合も、型の側面に対する一対の電極の通電当接点を、時間の経過に伴って異ならせることができ、前述の請求項１、２、５を実施できる装置を具体的に提供できることになる。
【００３３】
請求項１８の発明によれば、焼結装置として、加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に配設され、該型に対して電流を供給して該粉体材料に熱を付与する一対の電極と、一対の電極に対しての電源からの電流供給を調整する通電調整手段と、通電調整手段を制御して、通常は一対の電極を電源に対して通電状態とする一方、一時的に、一対の電極を電源に対して通電停止状態とする制御手段と、を備えていることから、通電焼結において、一時的に通電を停止させることができることになり、前述の請求項８に係る方法を実施できる焼結装置を提供できることになる。
【００３４】
【００３５】
【００３６】
また、一対の電極が、２本一対の電極を１組として複数組存在され、
前記各組の一対の電極が、前記型への電流供給に関し、順次切換えられるように構成され、制御手段が、各組の電極の切換えを判断したとき、通電調整手段を制御して、通電停止状態を実行するように設定されていることから、電極の切換えに伴って、通電焼結の通電停止のための通電停止時間を取入れることになり、電極切換の移行タイミングを型温度の均一化補正のために利用しつつ、電極の切換移行を円滑に行うことができることになる。このため、前述の請求項１１に係る方法を実施できる焼結装置を提供できることになる。
【００３７】
請求項１９の発明によれば、型における複数位置の温度を検出する型温度検出手段が備えられ、制御手段が、型温度検出手段からの信号に基づき、複数位置のうちの２位置の温度差が所定温度差以上となったと判断したとき、通電調整手段を制御して、通電停止状態を実行するように設定されていることから、通電焼結に基づく熱供給より型の温度差が開き過ぎることを規制できると共に、型温度を均一化に向けて補正できることになり、前述の請求項１３に係る方法を実施できる焼結装置を提供できることになる。
【００３８】
請求項２０の発明によれば、型の側面に対して当接、離間可能とされた温度検出器が備えられていることから、温度検出器を型側面に当接するだけで型温度を的確に検出することができ、温度検出の自動化を図ることができるばかりか、型に対する温度検出器（例えば熱電対）の取付け作業を省くことができると共に、その取付けが正規の取付け状態でないことに基づき測定誤差が大きくなることを防止できることになる。
【００３９】
請求項２１の発明によれば、電極の先端部内に熱電対が配設されていることから、電極が温度検出器を兼ねることになり、その電極を型側面に当接することにより型温度を測定できることになる。このため、上記請求項２０と同様の作用効果を生じるばかりか、装置の簡素化をも図ることができることになる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。先ず、本実施形態に係る焼結方法に先立ち、その方法を使用する焼結装置について説明する。
【００４１】
図１において、１は枠体で、該枠体１の下部には下部受台２が設けられており、該下部受台２にはシリンダ装置３が固定されている。このシリンダ装置３には、下部受台２の上方側において型リフト棒４が連結されており、型リフト棒４は、シリンダ装置３の伸縮動に基づき上下方向に変位動することになっている。
【００４２】
この型リフト棒４の外周には、図１に示すように、筒状のストッパ５が嵌合されている。このストッパ５の外周には支持板６が取付けられており、その支持板６は枠体１の側方フレ−ム１ａに嵌合保持（固定）されている。
【００４３】
前記ストッパ５上には、図１〜図３に示すように、真空チャンバ７が載置されている。この真空チャンバ７は、チャンバ本体８と、蓋体９とからなっており、該真空チャンバ７内は、図外の真空ポンプにより真空引きされることになっている。この真空チャンバ７のチャンバ本体８内には前記型リフト棒４が該チャンバ本体８の下部から変位動可能に進入されており、この型リフト棒４とチャンバ本体８との間は気密性が保持されている。
【００４４】
前記枠体１の上部には上部受台１０が設けられており、該上部受台１０の下面にはシリンダ装置１１が固定されている。このシリンダ装置１１には、該シリンダ装置１１の下方側において型加圧棒１２が連結されており、型加圧棒１２は、シリンダ装置１１の伸縮動に基づき上下方向に変位動することになっている。
【００４５】
この型加圧棒１２の外周には、図１、図２に示すように、筒状の摺動筒１３が摺動可能に嵌合されている。この摺動筒１３の下部には、前記真空チャンバ７の蓋体９が固定されており、この蓋体９内には前記型加圧棒１２が気密性を担保しつつ変位動可能に進入されている。
【００４６】
上記摺動筒１３の外周には上記蓋体９よりも上方側において支持板１４が取付けられており、その支持板１４は枠体１の側方フレ−ム１ａに摺動可能に嵌合されている。この支持板１４の上面には、複数のガイドロッド１５が、その各一端部において固定されており、その各他端側は、前記上部受台１０を貫通して上方に延び、その各他端部は連結板１６により連結されている。この連結板１６には、上部受台１０に固定されているシリンダ装置１７が連結されており、これにより、そのシリンダ装置１７の伸縮動により、ガイドロッド１５、支持板１４を介して、蓋体９がチャンバ本体８に対して接近離間動（開閉動）することになっている。
【００４７】
前記真空チャンバ７の側部には、図４に示すように、該真空チャンバ７内に連通する４つの挿入口１８が該真空チャンバ７の周回り方向に等間隔毎に設けられている。この各挿入口１８は、対向する他の一の挿入口１８と組をなして、２組が構成されることになっている。
【００４８】
前記各挿入口１８には、電極１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（各電極に共通するときには、代表符号として１９を用いる）が気密性を担保しつつ変位動可能にそれぞれ挿入されている。この各電極１９は、すべて同じ構成とされ、その各電極１９の先端部２１はカ−ボン、グラファイト、黒鉛等（片当り接触を防止すべく、型の固有電気抵抗よりも低い抵抗のものが好ましい）により形成され、その各電極１９の先端部２１は、真空チャンバ７内に位置されている。この各電極１９には、図外の固定手段に固定されたシリンダ装置２３（図４において、電極１９ａ、１９ｃ、１９ｄについてのシリンダ装置２３は図示略）がそれぞれ連結されており、その各シリンダ装置２３により各電極１９は真空チャンバ７の径方向にそれぞれ変位動可能となっている。これら電極１９のうち、電極１９ａと１９ｂとが対向配置されて組（一方の組）をなし、電極１９ｃと１９ｄとが対向配置されて組（他方の組）をなしている。
尚、図４においては、組をなさない電極１９ａ、１９ｄのみが真空チャンバ７の径方向中央部に近づいた態様をとっているが、これは、単に、各電極１９が真空チャンバ７の径方向中央部に近づく態様をとり得ることを示しているに過ぎない。
【００４９】
前記各電極１９の基端部には、図４に示すように、切換え装置３１が接続されている。切換え装置３１は、一定間隔をあけて設けられた４つの接続端子（例えば銅バ−）３２〜３５を備え、その４つの接続端子３２〜３５は、アクチュエ−タ３６により一体的に駆動できることになっており、接続端子３２には電極１９ｃ、接続端子３３には電極１９ａ、接続端子３４には電極１９ｄ、接続端子３５には電極１９ｂがそれぞれ接続されている。一方、上記切換え装置３１の接続端子３２と３３との間には、直流電源２２のプラス端子（例えば銅バ−）３７が配設され、接続端子３４と３５との間には、直流電源２２のマイナス端子（例えば銅バ−）３８が配設されている。そして、前記アクチュエ−タ３６を駆動して、図５に示すように、直流電源２２のプラス端子３７と接続端子３２を当接させると共に直流電源２２のマイナス端子３８と接続端子３４とを当接させることにより、電極１９ｃと１９ｄとに対して電圧が印加され、アクチュエ−タ３６を駆動して、図６に示すように、直流電源２２のプラス端子３７と接続端子３３を当接させると共に直流電源２２のマイナス端子３８と接続端子３５とを当接させることにより、電極１９ａと１９ｂとに対して電圧が印加されることになっている。
【００５０】
前記各電極１９の外周には、図３に示すように、筒状の冷却筒２０がそれぞれ嵌合されている。この冷却筒２０は、その内部が中空とされ、その内部には冷却水が供給されることになっている。これにより、冷却筒２０内の冷却水によって、通電時には、、電極１９を熱から保護し、非通電時（いずれの電極１９によっても型２５に対して熱を供給しないとき）には、電極１９の温度を通電時の場合に比して相対的に低下させ、電極１９自体を冷却棒とするようになっている。
【００５１】
前記真空チャンバ７内には、図１〜図３に示すように、型２５および黒鉛製等の上、下パンチ２６、２７が収納されることになっている（図１〜図３においては、上、下パンチ２６、２７は省略）。
【００５２】
上記型２５は、焼結体の材料として粉体材料（例えば、銅、アルミニウム、超硬用粉末（ＷＣ−１０ＣＯ））２８を収納する機能を有しており、このため、該型２５は、図７、図８に示すように、黒鉛、グラファイト、カーボン等を用いて、筒状（例えば円筒状）とされている。この型２５は、真空チャンバ７内において、その軸心が上下方向を向くように配設されることになっており、この型２５の側周面には、図８に示すように、全ての組の一対の電極１９が真空チャンバ７の径方向中央部に近づく態様をとって、その各先端部２１が型２５の側周面に当接され、前記切換え装置３１の切換えにより、その各組の一対の電極１９が型２５内に交互に電流（電流は、図８において破線で示す）を流すことになっている。
【００５３】
一方、上記上パンチ２６は、上記型２５の内周に上方側から液密性を担保しつつ変位動可能に嵌合され、上記下パンチ２７は、上記型２５の内周に下方側から液密性を担保しつつ変位動可能に嵌合されることになっている（図７参照）。そして、真空チャンバ７内においては、上記型２５は、下パンチ２７を介して前記型リフト棒４上にセットされ、上パンチ２６に対しては前記型加圧棒１２が加圧力を付与することになっている。
【００５４】
前記真空チャンバ７には、図９に示すように、挿入口４６が形成され、その挿入口４６には、温度検出器４５が挿入されている。この温度検出器４５は、軸部４０と、その軸部４０の先端部に設けられるカ−ボン部４７（他に、グラファイト、黒鉛等を用いて形成できる）と、軸部４０の基端側から入ってカ−ボン部４７内に延びる熱電対４４とを備えており、この温度検出器４５は、カ−ボン部４７を型２５側面に当接することにより型２５温度が測定可能となっている。
【００５５】
この温度検出器４５の軸部４０外周には、ピストン（環状部材）４１が嵌合されている。このピストン４１は、真空チャンバ７に固定されたシリンダ４２内に摺動可能に嵌合されて該シリンダ４２内を二室に画成しており、そのシリンダ４２内の二室に対しては圧縮空気が給排され、これにより、軸部４０がその軸方向に変位動して、カ−ボン部４７が真空チャンバ７内の型２５側周面に当接可能となっている。尚、符号４３はパッキンであり、その各パッキン４３は絶縁性を有している。
【００５６】
次に、本発明に係る方法について、上記焼結装置の作用と共に説明する。
【００５７】
先ず、図７に示すように、型２５内に粉体材料２８（本実施例においては、銅粉末を用いた）を充填し、該粉体材料２８を型２５内において上下パンチ２６、２７間に収納されるようにする。
【００５８】
次に、図３に示すように、真空チャンバ７内において、型リフト棒４と型加圧棒１２とにより上述の型２５を上下パンチ２６、２７を介して挟持すると共に該型２５側面に電極１９を当接させ、これにより、焼結処理のセットを終了する。
【００５９】
この後、先ず、真空チャンバ７内の真空引きが開始され、その後、型加圧棒１２がシリンダ装置１１により下降され、セラミックス製上下パンチ２６、２７は粉体材料２８を大きな加圧力をもって加圧し始める。
【００６０】
次に、焼結処理開始から所定時間が経過（例えば３０秒）すると、図８に示すように、一方の組の一対の電極１９ａ、１９ｂに電圧が印加され、その一方の電極１９ａから型２５を介して他方の電極１９ｂに電流が流れることになり、その一対の電極１９ａ、１９ｂにより型２５に対して電流が供給される。これにより、ジュ−ル熱が型２５に付与され、その熱が加圧状態の粉体材料２８に供給されることになる。この結果、型２５の各位置での温度上昇は、図１０に示すように、Ｐ４位置、Ｐ３位置、Ｐ２位置、Ｐ１位置の順に高くなる。
【００６１】
型２５のＰ１位置での温度が焼結温度（本実施形態においては、粉体材料２８の加圧状態を調整して約９００度Ｃに調整）の３／４程度の７００度Ｃ程度に至ると、切換え装置３１により、一方の組の一対の電極１９ａ、１９ｂに代わって他方の組の一対の電極１９ｃ、１９ｄに対して電圧が印加される。これにより、図１０に示すように、Ｐ１、Ｐ２位置での温度勾配が下降に転ずる一方、一対の電極１９ｃ、１９ｄにより型２５に対して電流が供給されて、Ｐ３位置、Ｐ４位置の温度上昇勾配が高くなり、型２５の各位置での温度は、Ｐ２位置、Ｐ１位置、Ｐ４位置、Ｐ３位置の順に高くなることになる。
【００６２】
この後、しばらして再び、一対の電極１９ａ、１９ｂに電圧が印加されるように切換えられ、型のＰ１位置、Ｐ２位置の温度は、Ｐ３位置、Ｐ４位置の温度よりも高められる。以後、このような切換えが、図１０に示すように、小刻みに行われる。
【００６３】
このような２組の一対の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）により交互に電流を型２５に供給する結果、図９に示すように、各位置間での最大温度差が次第に縮小されつつ、焼結温度（本実施形態においては約９００度Ｃ）に至り、その時点において、最大温度差は２０〜３度Ｃまで抑えられることになる。尚、図１０中の数字は、各時点での温度差を示す。
【００６４】
この後、型２５が焼結温度に一定時間保持され、続いて、電極１９に対する通電が停止され（図４の状態）、電極１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄが冷却棒として型２５を強制冷却することになる。
【００６５】
型２５温度が所定の取り出し温度（本実施形態においては２００℃）まで冷却されると、上下パンチ２６、２７による加圧が停止されると共に、シリンダ装置１７により真空チャンバ７の蓋体９が開けられ、型２５が、図２に示すように、型リフト棒４によりに真空チャンバ７外へ取り出される。そしてこの後、製品としての焼結体が型２５外に取り出され、該型２５は次の焼結処理のために待機される。
【００６６】
図１１は第２実施形態、図１２は第３実施形態、図１３は第４実施形態、図１４〜図１７は第５実施形態、図１８は第６実施形態を示すものである。この各実施形態において前記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図１１に示す第２実施形態は、型２５（粉体材料２８）温度を焼結温度まで昇温させる制御例の変形例である。この第２実施形態においては、通電当初から、小刻みな時間間隔をもって、各組の一対の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）に対する電流供給を交互に切換えるようになっている。これにより、図１１に示すように、焼結時点での温度差は極めて小さくすることができることになる。
【００６８】
図１２に示す第３実施形態も、型２５（粉体材料２８）温度を焼結温度まで昇温させる制御例の変形例である。この第３実施形態においては、一方の組の一対の電極１９ａ、１９ｂのみに電流供給を行って、型２５のＰ１位置、Ｐ２位置の温度を焼結温度近傍に昇温するまで一気に上げ、その後、小刻みな時間間隔をもって、各組の一対の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）に対する電流供給を交互に切換えて微調整することになっている。
【００６９】
これにより、焼結時点において、型２５の部分的な温度差を小さくすることができることは勿論、その焼結時点に至るまでの処理時間を短縮することができることになる。
【００７０】
図１３に示す第４実施形態は、一対の電極の通電当接点を切換えるために、型２５の周囲に２組の対向する一対の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）を配置する一方、その組をなす一対の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）を交互に型２５の側面に対して当接、離間させるようにしたものである。勿論、この場合、型２５側面に当接している一対の電極１９に対して電圧が印加され、この駆動制御は、図示を略す制御装置により行われる。これによっても、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができることになる。
【００７１】
図１４〜図１７に示す第５実施形態は、通電焼結工程において、部分的に通電停止期間を取り入れるようにしたものである。
【００７２】
この第５実施形態においては、真空チャンバ７に、２つの挿入口１８が対向するようにして形成され、その各挿入口１８に電極１９ａ、１９ｂが気密に挿入されている。この各電極１９ａ（１９ｂ）には電源２２が切換え装置３１を介してそれぞれ接続されており、切換え装置３１のアクチュエ−タ３６の駆動に基づき、電源２２の端子３７（３８）と切換え装置３１の接続端子３３（３５）との接続、非接続が決められることになっている。
また、各電極１９ａ（１９ｂ）には、図外の固定手段により固定されたガスシリンダ装置２３がそれぞれ連結されている。この各ガスシリンダ装置２３は、給排管５１ａ、５１ｂを介して切換弁（電磁式）５２にそれぞれ接続され、その切換弁５２に圧縮エア源としての圧縮機５３が接続されており、圧縮機５３からの圧縮エアが作動流体として切換弁５２により各ガスシリンダ装置２３に給排されることになっている。これにより、各電極２３が型２５側面に対して接近離間動されることになっている。
【００７３】
真空チャンバ７内における型２５は、図１５に示すように、側面（外側面）において、２組の対向する一対の平坦な電極当接面５４を有している。このうちの一組の一対の平坦な電極当接面５４は、前記電極２３の移動領域に位置しており、通電焼結を行うときには、その平坦な電極当接面５４に電極２３先端面が当接されて、局部的な接触ができるだけ回避されるようになっている。
【００７４】
この実施形態に係る型２５内には、図１５に示すように、複数の割型５５が装着されている。この複数の割型５５により、複数の収納孔５６が形成されており、その複数の収納孔５６内に粉体材料２８が収納されて、その粉体材料２８が、加圧時に、上パンチ２６と下パンチ２７とにより加圧されることになっている。この上パンチ２６、下パンチ２７には、該上、下パンチ２６、２７に通電機能を持たせなくてもよいことを生かして、図１６に示すように、耐熱性の断熱材（例えばセラミックス（例えば窒化珪素等））５７がそれぞれ備えられており、この各断熱材５７により、粉体材料２８、型２５の熱が上パンチ２６、下パンチ２７を介して外部に逃げることが効果的に抑制されることになっている。
【００７５】
前記アクチュエ−タ３６及び前記切換弁５２は、図１４に示すように、制御ユニットＵにより制御されることになっている。制御ユニットＵは、基本的には、通電焼結を行う場合において、アクチュエ−タ３６を駆動させて、電源２２の端子３７（３８）と切換え装置３１の接続端子３３（３５）とを当接し、各電極２３に電圧を印加させることになっている。また同時に、制御ユニットＵは、切換弁５２を制御してガスシリンダ装置２３を駆動し、電極１９ａ（１９ｂ）の各先端部２１を型２５側面に当接させることになっている。これにより、通電焼結を開始し始めると、型２５の各部（図１５のＰ１位置、Ｐ３位置）の温度は、図１７に示すように、次第に上昇し、型２５内の粉体材料２８に熱が付与されいくことになる。
【００７６】
この場合、型２５側面と電極２３との小さな接触面、型２５側面の加工精度に限界があること、さらには型２５の材質（例えばグラファイト、黒鉛等）等に基づき、型２５において、局部的に、昇温速度が速い個所が生じて、温度の高い部分が発生することになっており、そのことに基づく温度差が時間の経過に伴って次第に開いていくことになっている（図１７中、型２５のＰ１位置における温度特性線（一点鎖線を含む）と、型２５のＰ３位置における温度特性線参照）。
【００７７】
このため、本実施形態においては、通電焼結工程における温度上昇時（立ち上げ時）に、何回かに分けて一時的に通電が停止される。この通電停止時間は、適宜、設定できるが、型２５の最も低い温度部分の温度上昇が低下に転じない範囲で設定するのが好ましく、具体的には、例えば５〜２０秒を設定することができる。
これにより、図１７に示すように、型２５におけるＰ１位置の熱が、他の低い温度部分に熱移動し、型２５の温度差が狭まることになり、これに伴って、焼結温度時点における型２５の温度差は狭まることになる。この温度差の狭まりは、通電停止の回数を増やすほど、効果的となる。尚、図１７のＤ０、Ｄ１、Ｄ２は、温度差の狭まりの効果を示すもので、一点鎖線、二点鎖線は、Ｐ３線と比較すべく、着目している通電停止を行わない場合の温度仮想特性線を示す。
【００７８】
しかもこの通電停止に際しては、上、下パンチ２６、２７に耐熱性を有する断熱材５７が備えられていることに加えて、電極１９ａ（１９ｂ）が型２５側面から離間されることになっており、それらに基づき、型２５、粉体材料２８の熱、特に、型２５における温度の高い部分の熱が外部に逃げることが抑制されることになっている。このため、この型２５等における熱は、高い利用性をもって、温度均一化に向けた補正に有効に利用されることになる。
【００７９】
図１８に示す第６実施形態は、第５実施形態の変形例を示すもので、通電工程において一時的に通電停止を取り入れる場合においても、電極１９ａ（１９ｂ）を型２５側面に当接しておくようにしたものである。
【００８０】
この第６実施形態において用いられる電極１９ａ（１９ｂ）は、先端部２１と本体５８とに分けられた構造とされている。この電極１９ａ（１９ｂ）における先端部２１の後端側には比較的長い嵌合穴５９が形成され、その嵌合穴５９内には、接触面積を少なくすべく、雄ねじが形成された本体先端部５８ａが摺動可能に嵌合されている。また、先端部２１における嵌合穴５９底面と本体先端部５８ａ先端面との間には耐熱性コイルスプリング６０が介装されており、このコイルスプリング６０は、外力が作用しないときには、先端部２１における嵌合穴５９底面と本体先端部５８ａの先端面とを離間させて、その両者２１、５８間に空間層６１を形成することになっている。
【００８１】
上記電極１９ａ（１９ｂ）の使用に際しては、電極１９ａ（１９ｂ）は、通電焼結の通電時に、ガスシリンダ装置２３に基づき、型２５側面に電極１９ａ（１９ｂ）における先端部２１が当接されると共に、先端部２１における嵌合穴５９底面と本体先端部５８ａ先端面とが当接され、電流が、本体５８、先端部２１を介して型２５に供給されることになる。
【００８２】
一方、通電焼結工程において、一時的に通電を停止する場合には、ガスシリンダ装置２３の押圧力を弱め、電極１９ａ（１９ｂ）における先端部２１を型２５側面に当接させ続ける一方、その内部において、先端部２１における嵌合穴５９底面と本体先端部５８ａ先端面とが離間されて空間層６１が形成され、その空間層６１を断熱層として、型２５等における熱が電極１９ａ（１９ｂ）を介して外部に逃げることが抑制されることになっている。
【００８３】
第７実施形態は、前記第１実施形態におけるように、切り換えられる２組の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）を備えており（図４参照）、この２組の電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）の切換えに合わせて、通電停止が実行される。
この場合、電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）は、通電停止に際して、前記第５実施形態の如く、型２５側面から離間してもよいし、前記第６実施形態の如く、電極１９ａ、１９ｂ（１９ｃ、１９ｄ）を型２５側面に当接しつつその内部構造に空間層６１を形成するようにしてもよい。
【００８４】
尚、各実施形態においては、説明の簡単化のために絶縁物についての説明は省略されているが、漏洩電流等が生じないようにするため、適宜の場所に絶縁物（例えば、テフロン、ベークライト等）が配置され、また、適宜の要素（部材）に絶縁物が用いられている。
【００８５】
以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次のような態様をも含む。
（１）一対の電極の通電当接点を切換えるために、型２５の周囲に一組の一対の電極１９を配設して、時間の経過に伴って、該一対の電極１９と該型２５との位置関係を該型２５の周回り方向に相対的にずらすこと。この場合、相対回転駆動手段として、型リフト棒４をその軸心を中心として回転するようにすること（タ−ンテ−ブルとすること）が好ましい。これによっても、上記第１、第４実施形態と同様の作用効果を得ることができるばかりか、電極数を最小限に抑えることができることになる。
（２）電極１９の内部に熱電対を内蔵し、電極１９を型２５側面に当接することにより温度検出を可能とすること。
（３）冷却筒２０に代えて電極１９の内部に冷却通路を形成し、その冷却通路に冷却水を流すこと。これにより、部品点数の低減等を図りつつ、冷却手段を確保できることになる。
（４）通電焼結工程において、一時的に通電停止を行う回数を１回とすること。
（５）第５〜第７実施形態において、通電停止を、型２５の各部の温度差が所定以上となったとき、実行すること。これにより、型の温度差が開き過ぎることとを防止できることになる。勿論この場合、前述の温度検出器４５等を用いて、型２５の各部の温度を検出し、その温度情報を制御ユニットUに入力し、その温度情報に基づき制御ユニットUが制御することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る焼結装置を示す説明図。
【図２】図１の焼結装置において、型等の挿入、取り出しを説明する図。
【図３】図１の焼結装置の部分拡大説明図。
【図４】電極の作動を説明する説明図。
【図５】他方の組の一対の電極に電流を切換えた状態の切換え装置の状態を示す図。
【図６】一方の組の一対の電極に電流を切換えた状態の切換え装置の状態を示す図。
【図７】焼結装置における型と上下パンチの関係を示す図。
【図８】図７の横断面図。
【図９】真空チャンバに対して取付けられた温度検出器を示す説明図。
【図１０】第１実施形態に係る２組の対向する一対の電極による型温度の昇温制御例を示す図。
【図１１】第２実施形態に係る２組の対向する一対の電極による型温度の昇温制御例を示す図。
【図１２】第３実施形態に係る２組の対向する一対の電極による型温度の昇温制御例を示す図。
【図１３】第４実施形態を説明する説明図。
【図１４】第５実施形態に係る焼結装置を示す説明図。
【図１５】第５実施形態に用いられる型を示す平面図。
【図１６】第５実施形態に用いられる上、下パンチを示す説明図。
【図１７】第５実施形態の通電焼結方法を説明する説明図。
【図１８】第６実施形態に係る電極を説明する説明図。
【図１９】従来技術に係る焼結装置における型と上下パンチの関係を示す図。
【図２０】図１９の横断面図。
【図２１】図１９、図２０に係る一対の電極による型温度の昇温制御例を示す図。
【符号の説明】
４ 型リフト棒
１９ａ 電極
１９ｂ 電極
１９ｃ 電極
１９ｄ 電極
２２ 直流電源
２５ 型
２６ 上パンチ
２７ 下パンチ
２８ 粉体材料
３１ 切換え装置
３６ アクチュエータ
４４ 熱電対
５２ 切換弁
５７ 断熱材
６１ 空間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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