JPH08313166A - ホットプレス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 肉厚の小さいコンパクトなモールドを用い
て、高い加圧力に耐え、大形の試料を高精度に加熱及び
加圧成形できるホットプレス装置を提供すること。 【構成】 肉厚を軸方向に漸次変化させた円筒状のモー
ルド１１の内部に軸方向に分割して形成したスリーブ１
２を配設するとともに、スリーブ１２の内部の両端部に
シリンダ機構により操作されるパンチ１３，１４を配置
し、スリーブ１２の内部に充填した試料Ｍを加熱しなが
ら、試料Ｍの両側からパンチ１３，１４により加圧成形
するホットプレス装置のシリンダ機構に、モールド１１
の軸方向の中心位置に充填された試料Ｍをモールド１１
の肉厚の大きい側に移動させながら加圧成形するように
パンチ１３，１４を操作する制御機構を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属やセラミックス等
の粉末材料からなる試料（以下、単に「試料」とい
う。）を加熱しながら加圧成形するホットプレス装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料を加熱しながら加圧成形する
ホットプレス装置として、図８に示すような、肉厚を軸
方向に漸次変化させた円筒状のモールド２１の内部に軸
方向に分割して形成したスリーブ２２を配設するととも
に、スリーブ２２の内部の上端部にシリンダ機構により
操作されるパンチ２３を、下端部に固定したパンチ２４
を配置し、スリーブ２２の内部に充填した試料Ｍを加熱
しながら、試料Ｍの上側からパンチ２３により加圧成形
するホットプレス装置が用いられている。ところで、上
記のホットプレス装置では、試料Ｍが加圧されていくの
にしたがって、試料Ｍとスリーブ２２の接触面に摩擦力
が生じることとなるが、一方のパンチ２３を可動に、他
方のパンチ２４を固定に構成したことにより、摩擦力の
影響を大きく受ける試料Ｍの上側に比較して下側の密度
が小さくなり、加圧成形された試料Ｍの密度が不均一に
なるという問題点を有していた。

【０００３】上記問題点を解決するために、両方のパン
チを可動にするようにしたホットプレス装置が提案され
ている（特開昭５２ー６３１０２号公報参照）。

【０００４】ところで、この種のホットプレス装置は、
加圧成形された試料を容易に取り出すことができるよう
に、肉厚を軸方向に漸次変化させた円筒状のモールドの
内部に、肉厚をモールドと逆方向に漸次変化させるとと
もに、軸方向に分割して形成したスリーブを配設するよ
うにしている。

【０００５】このように、スリーブが軸方向に分割して
形成されているため、試料を加圧成形する際にかかる応
力は、モールドに直接かかることとなるが、モールド
は、上記のとおり、肉厚を軸方向に漸次変化させた円筒
状に形成されているため、モールドの応力を最小にする
試料の位置、すなわち、モールドの強度を最大に利用す
ることができる試料の位置（以下「モールドの強度が最
大になる位置」という。）と、モールドの軸方向の中心
位置とは、一致しない。

【０００６】図６に、長さ３００mm、外径３００mm、内
径（最大値）２００mm、内径（最小値）１８０mmの黒鉛
製のモールドを用い、長さ１００mmの試料を２００Kgf
／cm2で加圧成形した場合の、試料を加圧成形する中心
位置とモールドの応力との関係を有限要素法を用いて計
算した結果（試料をモールドの軸方向の中心位置で加圧
成形した場合のモールドの応力（σo）との比）を示
す。図６に示すように、試料を加圧成形する中心位置
を、モールドの軸方向の中心位置からモールドの肉厚の
大きい側に約６０mmの位置に設定したときに、モールド
の応力が最小になり、モールドの応力が最小になる位置
と、モールドの軸方向の中心位置とが一致しないことが
わかる。なお、この位置が、モールドの強度を最大に利
用することができる試料の位置となる。

【０００７】また、ホットプレス装置は、試料を加熱し
ながら加圧成形するものであるが、モールドの温度分布
は、誘導加熱方式の場合、モールドの中心部で高く、両
端部になるほど低くなるが、アルゴン等の雰囲気ガスを
用いる場合には、雰囲気ガスの対流の影響により、モー
ルドの温度が最大になる位置と、モールドの軸方向の中
心位置とは、一致しない。

【０００８】図７に、内部に軸方向に分割して形成した
スリーブを配設した、長さ２８０mm、外径４００mmの黒
鉛製のモールドを加熱した場合の、モールドの温度分布
の測定結果を示す。図７に示すように、雰囲気ガスとし
てアルゴンを用いた場合には、モールドの軸方向の中心
位置からモールドの肉厚の大きい側に約２０mmの位置
で、モールドの温度が最大になり、モールドの温度が最
大になる位置と、モールドの軸方向の中心位置とが一致
しないことがわかる。なお、雰囲気ガスの対流の影響を
受けない真空の場合には、モールドの軸方向のほぼ中心
位置で、モールドの温度が最大になることがわかる。

【０００９】このように、モールドの強度が最大になる
位置及びモールドの温度が最大になる位置が、モールド
の軸方向の中心位置ではなく、モールドの軸方向の中心
位置からモールドの肉厚の大きい側に所定距離の位置に
なることから、上記従来のホットプレス装置は、現在求
められている、 (1) 試料の高密度化、難焼結性の試料の焼結のために高
い加圧力に耐え得るホットプレス装置（高い加圧力に耐
え得るモールド）。 (2) エネルギ消費の少ないホットプレス装置（コンパク
トなモールド）。 (3) 高品質の試料を得ることができるホットプレス装置
（高精度の加熱及び加圧成形が可能なモールド）。 (4) 生産性を向上するために大形の試料を得ることがで
きるホットプレス装置（大形の試料の加熱及び加圧成形
が可能なモールド）。 等の要求を完全に満たすものではないものということが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記在来の
ホットプレス装置の有する問題点を解決し、現在、ホッ
トプレス装置に求められている上記の要求を満たすべ
く、肉厚の小さいコンパクトなモールドを用いて、高い
加圧力に耐え、大形の試料を高精度に加熱及び加圧成形
できるホットプレス装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、肉厚を軸方向に漸次変化させた円筒状の
モールドの内部に軸方向に分割して形成したスリーブを
配設するとともに、スリーブの内部の両端部にシリンダ
機構により操作されるパンチを配置し、スリーブの内部
に充填した試料を加熱しながら、試料の両側からパンチ
により加圧成形するホットプレス装置において、シリン
ダ機構が、モールドの軸方向の中心位置に充填された試
料をモールドの肉厚の大きい側に移動させながら加圧成
形するようにパンチを操作する制御機構を備えているこ
とを要旨とする。

【００１２】この場合において、制御機構が、加圧成形
工程中のモールドの肉厚の大きい側のパンチの移動量
を、モールドの肉厚の小さい側のパンチの移動量よりも
小さく、かつ両方のパンチの移動量の割合が、加圧成形
工程終了時の両方のパンチの移動量の割合となるように
パンチを操作するものであることが望ましい。

【００１３】

【作用】制御機構によりシリンダ機構を駆動制御して、
モールドの軸方向の中心位置に充填された試料をモール
ドの肉厚の大きい側、すなわち、モールドの強度が最大
になる位置（モールドの温度が最大（モールドの温度分
布の変動が最小）になる位置）に移動させながら加圧成
形するようにパンチを操作する。すなわち、モールドの
内容積を最大限利用するとともに、加圧成形工程の前工
程として行う減圧による試料のガス出し工程において試
料を均一に加熱するために、当初モールドの軸方向の中
心位置に充填された試料を、モールドの強度が最大にな
る位置で加圧成形を行うことができ、肉厚の小さいコン
パクトなモールドを用いても、高い加圧力に耐えること
ができ、大形の試料を高精度に成形することができる。

【００１４】また、制御機構によりシリンダ機構を駆動
制御して、モールドの肉厚の大きい側のパンチの移動量
を、モールドの肉厚の小さい側のパンチの移動量よりも
小さく、かつ両方のパンチの移動量の割合が、加圧成形
工程終了時の両方のパンチの移動量の割合となるように
パンチを操作することにより、試料とスリーブの接触面
に生じる摩擦力の影響を両方のパンチの間及び加圧成形
工程の間で平均化し、試料の密度を均一に成形すること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明のホットプレス装置を図示の実
施例に基づいて説明する。

【００１６】ホットプレス装置は、図１〜図３に示すよ
うに、加熱炉本体１８の加熱室１７内に、肉厚を軸方向
に漸次変化させた円筒状のモールド１１を肉厚の大きい
側が上方になるように配設し、このモールド１１の内部
に、肉厚をモールド１１と逆方向に漸次変化させるとと
もに、軸方向に２分割して形成したスリーブ１２を配設
し、スリーブ１２の内部の両端部に上シリンダ１及び下
シリンダ２により、ラム４，５を介して操作される上パ
ンチ１３及び下パンチ１４を配置し、スリーブ１２の内
部に充填した試料Ｍを、断熱材１５を介してモールド１
１の外周囲に配設した誘導コイル１６による誘導加熱に
より加熱しながら、試料Ｍの両側から上パンチ１３及び
下パンチ１４により加圧成形するように構成するが、こ
のホットプレス装置の基本構成は、従来公知のホットプ
レス装置と同様のものである。

【００１７】この場合において、モールド１１は、適宜
の保持機構（図示省略）により、加熱室１７内の所定の
位置に固定した状態で保持可能にされている。

【００１８】また、ラム４，５の近傍には、ラム４，５
の移動量、すなわち、上パンチ１３及び下パンチ１４の
移動量を検出するための変位センサー３，３’を配設す
る。

【００１９】図４は、このホットプレス装置の上パンチ
１３及び下パンチ１４を操作する上シリンダ１及び下シ
リンダ２を、モールド１１の肉厚の大きい側の上パンチ
１３の移動量を、モールド１１の肉厚の小さい側の下パ
ンチ１４の移動量よりも小さく、かつ両方のパンチ１
３，１４の移動量の割合が、加圧成形工程終了時の両方
のパンチ１３，１４の移動量の割合となるように、駆動
制御する制御機構を含むシリンダ機構の系統図を示し、
このシリンダ機構は、上述のラム４，５の近傍に配設し
た変位センサー３，３’のほか、上シリンダ１及び下シ
リンダ２への圧油の供給量を調節するために設けられた
流量調節弁６，６，６’，６’と、上シリンダ１及び下
シリンダ２への圧油の供給を停止又は切り替えるために
設けられた切替弁７，７’と、上シリンダ１のラム４の
自由落下を防止するために設けられたカウンタバランス
８と、圧力調節弁９と、油圧ポンプ１０とで構成され
る。

【００２０】次に、上記のホットプレス装置を用いた加
圧成形工程の１実施例を図５を用いて説明する。

【００２１】まず、モールド１１内に試料Ｍを充填す
る。この場合、モールド１１の軸方向の中心位置Ｏに試
料Ｍが充填されるように、上パンチ１３の下面位置（時
点Ａ0の位置）と下パンチ１４の上面位置（時点Ｂ0の位
置）の中間位置が、モールド１１の軸方向の中心位置Ｏ
に一致するように、両方のパンチ１３，１４を配置す
る。これにより、モールド１１の内容積を最大限利用す
ることができ、大形の試料を成形することができるとと
もに、減圧による試料のガス出し工程において、モール
ドの温度が最大（モールドの温度分布の変動が最小）に
なる位置の近傍で試料Ｍを加熱することができ、試料Ｍ
を均一に加熱してガス出しを短時間で行うことができ
る。

【００２２】次に、試料Ｍのガス出し工程を行う。この
工程は、試料Ｍを加圧成形工程よりも低い温度で加熱し
ながら、減圧することにより試料Ｍのガス出しを行うも
のである。なお、この場合、加圧は行わない。

【００２３】次に、試料Ｍを高温で加熱しながら加圧す
る、加圧成形工程を行う。この工程は、モールド１１の
肉厚の大きい側の上パンチ１３の所定の移動量Ｓ1が、
モールド１１の肉厚の小さい側の下パンチ１４の所定の
移動量Ｓ2よりも小さく、かつ両方のパンチ１３，１４
の移動量の割合が、加圧成形工程終了時の上パンチ１３
の移動量（ａーｂ）と下パンチ１４の移動量（ａ＋ｂ）
の割合となるように（ただし、ａは、試料Ｍ充填時のモ
ールド１１の軸方向の中心位置Ｏと上パンチ１３の下面
位置又は下パンチ１４の上面位置との距離、ｂは、加圧
成形工程終了時のモールド１１の軸方向の中心位置Ｏと
試料Ｍの中心位置Ｏ’との距離である。）、すなわち、 Ｓ1／Ｓ2＝（ａーｂ）／（ａ＋ｂ） となるように、上シリンダ１及び下シリンダ２への圧油
の供給量を調節するために設けられた流量調節弁６，
６，６’，６’を調整して、上シリンダ１及び下シリン
ダ２を駆動するものである。

【００２４】この場合において、例えば、上パンチ１３
の移動量が所定の移動量Ｓ1になった時点Ａ1で、下パン
チ１４の移動量が所定の移動量Ｓ2になっていない場合
には、下パンチ１４の移動量が所定の移動量Ｓ2になる
時点Ｂ1、すなわち、時点Ａ2まで、上パンチ１３の移動
を停止する。

【００２５】上パンチ１３の移動量が所定の移動量Ｓ1
に、下パンチ１４の移動量が所定の移動量Ｓ2になれ
ば、先と同じように、上シリンダ１及び下シリンダ２を
駆動する。

【００２６】この場合において、例えば、先とは逆に、
下パンチ１４の移動量が所定の移動量２Ｓ2になった時
点Ｂ2で、上パンチ１３の移動量が所定の移動量２Ｓ1に
なっていない場合には、上パンチ１３の移動量が所定の
移動量２Ｓ1になる時点Ａ3、すなわち、時点Ｂ3まで、
下パンチ１４の移動を停止する。

【００２７】上パンチ１３の移動量が所定の移動量２Ｓ
1に、下パンチ１４の移動量が所定の移動量２Ｓ2になれ
ば、先と同じように、上シリンダ１及び下シリンダ２を
駆動する。

【００２８】以下、同様に、両方のパンチ１３，１４の
移動量の割合が、加圧成形工程終了時の上パンチ１３の
移動量と下パンチ１４の移動量の割合となるように、上
シリンダ１及び下シリンダ２を駆動する。

【００２９】これにより、当初モールド１１の軸方向の
中心位置Ｏに充填された試料Ｍを、モールド１１の肉厚
の大きい側、すなわち、モールド１１の強度が最大にな
る位置（モールドの温度が最大（モールドの温度分布の
変動が最小）になる位置の近傍）に移動させながら加圧
成形することができ、肉厚の小さいコンパクトなモール
ドを用いても、高い加圧力に耐えることができ、また、
高精度に成形することができる。

【００３０】なお、図５に示す実施例においては、加圧
成形工程を４段階に区切って、上シリンダ１及び下シリ
ンダ２を駆動するようにしているが、加圧成形工程の区
切りは、これに限定されず、例えば、１段階、２段階若
しくは３段階としたり、又は４段階以上とすることもで
きる。この場合において、加圧成形工程の区切りを多く
することにより、上シリンダ１及び下シリンダ２の駆動
を円滑にすることができ、試料Ｍとスリーブ１２の接触
面に生じる摩擦力の影響を両方のパンチ１３，１４の間
及び加圧成形工程の間で平均化することができる。ま
た、図５に示す実施例においては、上パンチ１３の所定
の移動量Ｓ1及び下パンチ１４の所定の移動量Ｓ2をそれ
ぞれ一定の値に設定しているが、加圧成形工程の進捗に
応じて、所定の移動量Ｓ1，Ｓ2を増減して設定すること
もできる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、モー
ルドの内容積を最大限利用するとともに、加圧成形工程
の前工程として行う減圧による試料のガス出し工程にお
いて試料を均一に加熱するために、当初モールドの軸方
向の中心位置に充填された試料を、モールドの強度が最
大になる位置で加圧成形を行うことができ、これによ
り、肉厚の小さいコンパクトなモールドを用いても、高
い加圧力に耐えることができ、大形の試料を高精度に成
形することができる。

【００３２】さらに、請求項２に記載した発明によれ
ば、試料とスリーブの接触面に生じる摩擦力の影響を両
方のパンチの間及び加圧成形工程の間で平均化すること
ができ、これにより、試料の密度を均一にし、試料をよ
り高精度に成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホットプレス装置の正面図である。

【図２】本発明のホットプレス装置の要部の正面縦断面
図である。

【図３】スリーブの斜視図である。

【図４】本発明のホットプレス装置の制御機構を含むシ
リンダ機構の系統図である。

【図５】本発明のホットプレス装置を用いた加圧成形工
程の説明図である。

【図６】試料を加圧成形する中心位置とモールドの応力
との関係を有限要素法を用いて計算した結果を示す説明
図である。

【図７】モールドの温度分布の測定結果を示す説明図で
ある。

【図８】従来のホットプレス装置の要部の正面縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 上シリンダ ２ 下シリンダ ３ 変位センサー ３’ 変位センサー ６ 流量調節弁 ６’ 流量調節弁 １１ モールド １２ スリーブ １３ パンチ １４ パンチ Ｍ 試料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 肉厚を軸方向に漸次変化させた円筒状の
   モールドの内部に軸方向に分割して形成したスリーブを
   配設するとともに、スリーブの内部の両端部にシリンダ
   機構により操作されるパンチを配置し、スリーブの内部
   に充填した試料を加熱しながら、試料の両側からパンチ
   により加圧成形するホットプレス装置において、シリン
   ダ機構が、モールドの軸方向の中心位置に充填された試
   料をモールドの肉厚の大きい側に移動させながら加圧成
   形するようにパンチを操作する制御機構を備えているこ
   とを特徴とするホットプレス装置。
2. 【請求項２】 制御機構が、加圧成形工程中のモールド
   の肉厚の大きい側のパンチの移動量を、モールドの肉厚
   の小さい側のパンチの移動量よりも小さく、かつ両方の
   パンチの移動量の割合が、加圧成形工程終了時の両方の
   パンチの移動量の割合となるようにパンチを操作するも
   のであることを特徴とする請求項１記載のホットプレス
   装置。