JPH0953103A - 通電焼結用型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 できるだけ黒鉛を有効に利用できる通電焼結
用型を提供する。 【解決手段】 焼結時に、通電用電極１９が接触される
筒状の通電焼結用型２５を前提とする。この型２５は、
外周部とその外周部内に圧入される内周部とにより形成
され、外周部が黒鉛によって黒鉛部２９として形成され
る一方、内周部が、型２５の強度を確保する観点等か
ら、耐熱鋼によって耐熱鋼部３０として形成され、これ
により、型２５の強度確保の観点から、黒鉛部２９の肉
厚を考慮しなくてもよいようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉体材料を加圧し
つつ通電焼結するために用いる通電焼結用型に関する。

【０００２】

【従来技術】焼結方法には、粉体材料を加圧しつつ通電
して焼結（通電焼結）するものがある。この焼結方法
は、具体的には、図１０に示すように、粉体材料１０１
を収納する筒状の黒鉛型１０２と、該黒鉛型１０２に対
して変位動可能に設けられ該黒鉛型１０２内の粉体材料
１０１を加圧する導電性パンチ１０３（例えば黒鉛製）
と、該導電性パンチ１０３に電流を供給して前記粉体材
料にジュ−ル熱を付与する電流供給手段（電源）１０４
とを備える焼結装置１０５により、真空装置内において
実施されることになっており、これにより、粉体材料１
０１は焼結体に形成される。

【０００３】ところで、上記焼結装置による焼結処理
は、黒鉛型１０２の酸化消耗抑制の観点から、真空装置
内で行われるものの、完全な真空状態が得られないこと
から、黒鉛型１０２の酸化消耗は避けられない。このた
め、黒鉛型１０２は、酸化消耗に基づき強度不足になれ
ば、廃棄され、新たな黒鉛型に取替えられることになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、黒鉛型１０２
は、黒鉛だけをもって形成されてそれ自身が強度を確保
することになっており、廃棄するに際しても、未だなお
かなりの肉厚を残しており、それが無駄に捨てられてい
る。本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、その目
的は、できるだけ黒鉛を有効に利用できる通電焼結用型
を提供することにある。

【０００５】

【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、筒状の通電焼結用型にお
いて、粉体材料を収納する筒状の内側部と、該内側部の
外側に設けられる外側部とが備えられ、前記内側部と前
記外側部のうちの一方が黒鉛をもって形成され、前記内
側部と前記外側部のうちの他方が非酸化物質をもって形
成されている、構成としてある。

【０００６】また、前述の目的を達成するために請求項
２の発明にあっては、焼結時に、通電用電極が接触され
る筒状の通電焼結用型において、粉体材料を収納する筒
状の内側部と、該内側部の外側に、少なくとも、前記通
電電極との接触領域において設けられる外側部とが備え
られ、前記内側部が非酸化物質をもって形成され、前記
外側部が黒鉛をもって形成されている、構成としてあ
る。

【０００７】上記請求項２の好ましい態様としては、請
求項３、４の記載の通りとなる。

【０００８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、内側部と外側
部のうちの一方における黒鉛は、真空装置内の酸素を取
り込むため、型の使用に伴って、酸化消耗は避けられな
いが、内側部と外側部のうちの他方が、型の強度を確保
することになり、内側部と外側部のうちの一方（黒鉛
部）の肉厚を気にすることなく、黒鉛がほとんど酸化消
耗されるまで、型を使用でき、黒鉛部の肉厚をかなり残
して型を廃棄しなければならないようなことはなくな
る。このため、できるだけ黒鉛を有効に利用できる通電
焼結用型を提供できることになる。

【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１同様、
できるだけ黒鉛を有効に利用できるだけでなく、外側部
が黒鉛をもって形成されることから、型に対する通電用
電極の接触に際して、なじみ性を発揮することになり、
型と通電用電極との部分的、局部的な接触（微細な凹凸
に基づく接触）を回避して、むらのある電流の流れによ
って、粉体材料に対する熱供給（粉体材料の温度）がば
らつくことを防止できることになる。

【００１０】請求項３によれば、内側部が耐熱鋼により
形成されていることから、耐熱衝撃性を、黒鉛の場合同
様、高い状態で維持しつつ、材料コストの低減を図るこ
とができるばかりか、加工性を向上させることができる
ことになり、これらのことは、前述の請求項２と同様の
効果と相まって、高度の要求を満足することになる。

【００１１】請求項４によれば、内側部と外側部との間
に、通電電極が臨む領域において、空間が形成されてい
ることから、通電用電極から大電流（例えば２０００
Ａ）が流されても、その通電電極からの電流供給（直
進）方向にある内側部と外側部との境目において、溶融
することが防止され、内側部と外側部とが融合すること
が防止されることになる。このため、内側部に新たな外
側部を取付けて型の再生を図るに際して、内側部に対し
て外側部が取替えにくくなることを防止できることにな
る。

【００１２】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。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。
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。

【００１３】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。

【００１４】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１
１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。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。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。

【００１５】前記真空チャンバ７の側部には、図１〜図
３に示すように、該真空チャンバ７内に連通する挿入口
１８が対向するようにして２つ設けられており、その各
挿入口１８には、電極１９と冷却棒２０とが気密性を担
保しつつ変位動可能に挿入されている。上記各電極１９
は、先端部（図３中、左端部）に黒鉛部２１が設けら
れ、その各基端部（図３中、右端部）には、本実施例に
おいては直流電源２２が接続されていて、その電極１９
は、図外の固定手段に固定されたシリンダ装置２３によ
り変位動されることになっている。一方、上記冷却棒２
０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おり、この冷却棒２０は、前記電
極用シリンダ装置２３と同様、図外の固定手段に固定さ
れたシリンダ装置２４により変位動されることになって
いる。

【００１６】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）。

【００１７】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−１
０ＣＯ））２８を収納可能とするべく、図５、図６に示
すように、本実施例においては、筒状（例えば円筒状）
とされており、その型２５は、外周部２９とその外周部
２９内に圧入される内周部３０とにより構成されてい
る。外周部２９は黒鉛により形成されて黒鉛部２９を構
成しており、内周部３０は非酸化物質としての耐熱鋼に
より形成されて耐熱鋼部３０を構成しており、その耐熱
鋼部３０内周面には、粉末材料２８との濡れ性を悪くす
るべく、例えば、ＴｉＮ（窒化チタン）等の蒸着膜３１
が形成されている。

【００１８】しかも、黒鉛部２９と耐熱鋼部３０との間
には、図６に示すように、一対の空間３２が対向するよ
うにして形成されており、この各空間３２の隙間Ｌは、
本実施例においては０．１５ｍｍ程度とされている。そ
して、このような型２５は、真空チャンバ７内において
は、その軸心が上下方向を向くように配設され、その型
２５の黒鉛部２９に、上記各空間３２に臨む領域におい
て前記電極１９の先端部がそれぞれ接触されることにな
っており、電流が型２５に供給されたときには、該電流
は、図３、図６において点線で示すように、黒鉛部２９
を通って、一方の電極１９から他方の電極１９に流れる
ことになっている。

【００１９】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５参照）。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。
この上下両パンチ２６、２７は、本実施例においては、
絶縁体としてのセラミックスにより形成されている。こ
のセラミックスとしては、主成分がそれぞれアルミナ
（Ａｌ₃ Ｏ₂ ）、ジルコニア（ＺｒＯ）、窒化珪素（Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等であるものが用いら
れ、耐熱衝撃性の観点から、窒化珪素を主成分としたも
のが好ましい。

【００２０】次に、上記焼結装置の作用を説明する。先
ず、図５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。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（黒鉛部２９）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。

【００２１】この後、本実施例においては、図７に示す
タイムチャ−トに基づいて焼結処理がなされる。すなわ
ち、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２
８を大きな加圧力をもって加圧し始める。

【００２２】次に、焼結処理開始から所定時間経過（本
実施例においては３０秒）すると、電源２２がＯＮとさ
れ、電極１９を介して型２５における黒鉛部２９に対し
て電流が供給される。これにより、ジュ−ル熱が黒鉛部
２９に付与され、その熱が耐熱鋼部３０を経て加圧状態
の粉体材料２８に供給されることになる。これにより、
型温度（粉体材料温度）は、図７に示すように、上昇
し、該温度が所定温度（本実施例においては８００℃）
にまで至ると、その所定温度が一定時間保持されて、加
圧粉体材料が溶ける前で加熱され、焼結体を得ることに
なる。

【００２３】型温度が一定時間経過すると、電源２２が
ＯＦＦされると共に電極１９が型２５から離間され、そ
れに代わって、冷却棒２０が、図４に示すように、型２
５側面に当接され、該型２５の強制冷却が行われる。そ
して、型温度が所定の取り出し温度（本実施例において
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。

【００２４】したがって、上述の焼結処理においては、
真空チャンバ７内の酸素を取り込むため、型２５の使用
に伴って、黒鉛部２９における黒鉛の酸化消耗は避けら
れないが、耐熱鋼部３０が、型２５の強度を確保するこ
とになり、黒鉛部２９がほとんど酸化消耗するまで、型
２５を使用でき、黒鉛部２９の肉厚をかなり残して型２
５を廃棄しなければならないようなことはなくなる。

【００２５】また、電極１９が外周部としての黒鉛部２
９に接触されることから、電極１９を黒鉛部２９に接触
させるに際して、なじませることが容易にできることに
なり、型２５と電極１９との部分的、局部的な接触（微
細な凹凸に基づく接触）を回避できることになる。この
ため、局部的な接触部分からのむらのある電流の流れに
よって、粉体材料２８に対する熱供給（粉体材料２８の
温度）がばらつくことを防止できることになる。

【００２６】さらに、本実施例においては、ジュ−ル熱
が、黒鉛部２９、耐熱鋼部３０を経て粉体材料２８に供
給されるが、上下パンチ２６、２７がセラミックスによ
り形成されて、該上下パンチ２６、２７の熱伝導度が低
められていることから、型２５に供給された熱が、上下
パンチ２６、２７を介して放熱されることが防止される
ことになり、型２５に供給された熱は、粉体材料２８に
有効に利用されることになる。

【００２７】さらにまた、内周部３０が耐熱鋼により形
成されていることから、耐熱衝撃性を、黒鉛の場合同
様、高い状態に維持でき、しかも、材料コストを黒鉛等
に比べて低減できる性質を利用できることになり、耐熱
衝撃性を維持しつつ、型の製造コストを低減できること
になる。しかも、耐熱鋼部３０は、加工性に優れてお
り、内周部３０内周面等の加工を容易に行えることにな
る。

【００２８】加えて、黒鉛部２９と耐熱鋼部３０との間
に、一対の空間３２が対向するようにして形成され、そ
の各空間３２に電極がそれぞれ臨むように配設されるこ
とから、いずれか一方の電極１９から大電流（例えば２
０００Ａ）が流されても、その電極１９からの電流直進
方向にある黒鉛部２９と耐熱鋼部３０との境目におい
て、溶融することが防止され、黒鉛部２９と耐熱鋼部３
０とが融合することが防止されることになる。このた
め、酸化消耗した黒鉛部２９を取替えて、新たな黒鉛部
２９を耐熱鋼部３０に圧入して型２５の再生を図ろうと
する場合、その酸化消耗した黒鉛部２９が取替えにくく
なることを防止できることになる。

【００２９】図８、図９は他の実施形態を示すものであ
る。この実施形態において前記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。

【００３０】この実施形態においては、黒鉛部２９が、
筒状の耐熱鋼部３０外周全体に圧入されておらず、黒鉛
部２９が一対用意され、その各黒鉛部２９に圧入溝３３
がそれぞれ形成され、その各圧入溝３３に耐熱鋼部３０
の端部が圧入されている。そして、この各黒鉛部２９に
対して電極１９が接触されることになっている。これに
より、黒鉛部２９と耐熱鋼部３０との熱膨張差に基づ
く、型２５の破損を確実に防止できることになる。

【００３１】以上発明の実施形態について説明したが本
発明にあっては、次のようなものを包含する。 上下パンチ２６、２７を介して通電する場合において
も、型２５として、内側部３０と外側部２９とからなる
構成のものを用いること。この場合、耐熱鋼等の非酸化
物質の配置は、粉体材料２８の種類に応じて、濡れ性、
なじみ性等を考慮して、外側部２９に配置するか、内側
部３０に配置するかを決めることになる。 非酸化物質として、セラミックスを用いること。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例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】図１の焼結装置における型の強制冷却を説明す
る図。

【図５】図１の焼結装置における型と上下パンチの関係
を示す図。

【図６】図５の横断面図。

【図７】図１の焼結装置の作動を説明するタイムチャ−
ト。

【図８】他の実施例を示す平面図。

【図９】図８の正面図。

【図１０】従来に係る焼結装置を示す説明図。

【符号の説明】

１９ 電極 ２５ 型 ２８ 粉体材料 ２９ 黒鉛部（外側部） ３０ 耐熱鋼部（内側部） ３２ 空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の通電焼結用型において、 粉体材料を収納する筒状の内側部と、該内側部の外側に
   設けられる外側部とが備えられ、 前記内側部と前記外側部のうちの一方が黒鉛をもって形
   成され、 前記内側部と前記外側部のうちの他方が非酸化物質をも
   って形成されている、ことを特徴とする通電焼結用型。
2. 【請求項２】 焼結時に、通電用電極が接触される筒状
   の通電焼結用型において、 粉体材料を収納する筒状の内側部と、該内側部の外側
   に、少なくとも、前記通電電極との接触領域において設
   けられる外側部とが備えられ、 前記内側部が非酸化物質をもって形成され、 前記外側部が黒鉛をもって形成されている、ことを特徴
   とする通電焼結用型。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記内側部が耐熱鋼により形成されている、ことを特徴
   とする通電焼結用型。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記内側部と前記外側部との間に、前記通電電極が臨む
   領域において、空間が形成されている、ことを特徴とす
   る通電焼結用型。