JPS5814843B2 - 粉末焼結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、型込めされた焼結粉末に加圧と通電を行い、
粉末間に放電、ジュール熱を発生して焼、結する焼結装
置に関する。

放電焼結は、焼結する任意の粉末を充填した所定の成形
型内の前記粉末を、通電電極の少なくとも１方を加圧体
として軽く加圧し通電することにより粉末間放電を行っ
て焼結する装置または方法が提案され、すでに実施され
ている。

この放電焼結によっても、型の形状、粉末の性質または
電極の利用の仕方などによって、均質な焼結成形物が得
られ難く、電力を少なくすることが困難である場合が多
い。

在来技術の前記欠点にかんがみ、低消費電力であって、
所望の密度であって、所望の均質度を有する焼結体が容
易に得られる焼結装置を提供することが、本発明の目的
である。

本発明の特徴は、Ｘ，−Ｘ，Ｙ ，−Ｙ ，Ｚ ，−Ｚ
の６面方向または少なくとも２方向から、加圧し、成形
加工し、通電し得ることを可能にした加圧パンチを任意
個数に分割して用いる。

また各分割パンチごとに任意に加圧力を変化し、また各
分割電極ごとに通電を変化し、また各分割パンチまたは
各電極ごとに別々に、または同時に、任意の焼結加圧と
通電を行う。

また任意の時間遅延をプログラム制御して各分割区ごと
または全部を同時に通電焼結する。

また焼結粉末は、固体としてまたは練り合わせて、また
膜状として適用することもでき、異種の粉末を混合しま
たは層状として積層して適用することも行う。

次に、本発明を、実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の１実施例を示した正面図である。

焼結粉末の粒度が大となると、均−性が得られなく抑圧
も通電も不均一となる。

特別に、不均−を目的とするほかの場合は、焼結粉末の
粒径は小がよい。

また粒度も均−なものがよい。通常１ミリメートル以下
を用いる。

このように微粉を均− に混合して用いるが、通電によ
って、粉末間放電発生を期待する場合には、粒の均一度
、充填方法、焼結物の寸法形状、サイズ、加圧条件を考
慮して選定する。

焼結時の押圧は軽くすることを可能にし、通電により粉
末間放電を発生させ、粉末間のイオン化、イオン拡散、
ジュール熱の発生などを、きわめて短時間で行わせ、結
果として、低電力をもって均−な焼結物を得られるよう
に選定する。

第１図に示したように、被焼結粉末１７を型枠１４内に
充填し、上下左右からシリンダＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４
，Ｃ，Ｄをもって加圧し焼結する。

型枠１４は耐熱性で可撓性のものを用いる。第１図では
、上下を対をなす上下１組に、上下それぞれ４分割した
加圧パンチ１２を用いる。

各パンチは、それぞれシリンダに連結され、シリンダの
各ストロークを変化させて押圧力を変化することができ
る。

各シリンダＡＩ ，Ａ２ ，Ａ３ ，Ａ４，Ｂｌ ，Ｂ
２ ， Ｂ３ ， Ｂ４ロータリ一式切換スイッチ８に
よりバルブＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７
Ｐ８の制御によりボンプ９から作動流体が供給されて制
御される。

ロータリ一式切換スイッチ８は中枢点６を中心に回転す
る可動接片７と放射状に配置した固定接点Ａ１，Ａ２，
Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４により構成され、
可動接片７の回動選択により接点Ａ，，Ｂ１，Ａ２，Ｂ
２，Ａ３，Ｂ３，Ａ４，Ｂ４，が同時に切換えられ、各
々バルブＰ１， Ｐ５，Ｐ２ ｔ Ｐ６，Ｐ３，Ｐ７
ｔ Ｐ４ ，Ｐ８が切換えられるように作動する。

１８はバルブ制御用電源である。前記のような切換スイ
ッチ８の選択切換えによってシリンダはＡ１とＢ１、Ａ
２とＢ２、Ａ３とＢ３、Ａ４とＢ４が同時に制御され、
相対向する分割パンチ１２を作動し、型枠１４内の混合
粉末１７を部分的に加圧し通電焼結し、順次にこの焼結
処理が行なわれ、型枠１４内の粉末１７全体の焼結が行
なわれる。

焼結電源は図示してないが各パンチ１２に並列的に分割
通電が行なわれ、加圧した部分に通電が行なわれ、また
左右のシリンダＣ，Ｄにより駆動されるパンチ１２から
パルス、直流＋交流等の焼結電源が通電され、また誘導
コイルによる誘導電流が通電され、またこれらの複合組
合せ通電が行なわれる。

シリンダユニツトＡ１，Ｂ１の分別押型１２を、型枠１
４内の、混合粉末１７に抑圧を加え、押圧力を制御して
、通電する。

通電により粒間に放電され、各粒間酸化物、気体などが
分解され除去され、粉末は活性化しイオン化され、イオ
ン拡散し、且つジュール熱を発生し、焼結が行なわれる
。

いま、粒径１００ミクロンないし２ミリメートル直径の
粉末を、当初１ｋｇ／ｃｍ２．の押圧力をかけ、２〜４
秒間通電する。

次に所定のシリンダユニットごとに時間を所定時だけ遅
延させてまたは同時に押圧、圧力制御下に所定時間、通
電する。

次に１．Ｏｋｇ／ｃｒ＃の押圧力をかけ、各シリンダユ
ニットごとの時間遅延して加圧通電する。

これら通電のとき、側面シリンダユニツｌ−Ｃ，Ｔ）に
より、同様に１〜１０ｋｇ／ｉの押圧力をかけている。

他の実施例では５ ｋｑ／ｃｒ？７． １段で行った。
所定の遅延時間をもって対向シリンダブロックごとに、
またこれらシリンダユニツＩ・押圧と通電とをプログラ
ム制御して行った結果は、低電力でありながら均質な焼
結物を得られた。

なお各分割パンチ１２から通電する場合に型枠１４が通
電を妨害する場合はパンチ１２部分の型を除去し、パン
チ先端が直接粉末１７に接触して通電できるようにする
。

パンチ先端面は耐熱材が設けてある。高周波電流コイル
を、成形型外部に設けて、前記通電に加えて、焼結粉末
に誘導電流を粒間に起こさせ加熱することもよく、前記
直接通電とこの誘導電流を重畳すると効果はさらに向上
した。

成形型を１０分割して行った実施例は、同様通電を同様
粉末に対し分割しない総型で行った場合に比較して、所
要電力は、１６〜２０パーセントを要するにすぎなかっ
た。

さて、プログラム制御は、第５図に例示したよ・うに、
シリンダＡ１ ，Ａ２ ，Ａ３の油圧系、ポンプユニッ
トＰ、油圧配管０を、プログラムユニットＮＣに連結し
、図示の制御弁Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をプログラムに従って
開閉し且つ押圧力を変化させるようにし、放電を併行す
る。

プログフミングも、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸、少なくとも２軸
、を組みこむと、さらに良好な結果が得られる。

次に、第２図を説明する。

平面断面図を示した。第１図の場合で述べれば、中心、
Ｃ，Ｄ，１２，１７を横断する断面に相応する。

成形型１４は、図示のように、対象であるが、中央幅が
狭縮する構造で、パンチを、焼結形状に応じた１Ｍ，２
Ｍ，３Ｍ，４Ｍ，５Ｍに分割し、１Ｍと５Ｍ、２Ｍと４
Ｍは、それぞれ同形である。

粉末は、型枠１４内において、シリンダユニットＥ１，
Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４によりパンチ１２をもって押圧をかけ
、第１図に説明したと同様に、ＩＭ，２Ｍ，３Ｍ，４Ｍ
，５Ｍと、前記パンチ１２とを、プログラム制御して成
形する。

分割効果は顕著に良好なものであった。

次に、第３図を説明する。

油圧シリンダを用いないで、各分割パンチ１２は、移動
ねぢと固定した不動内ねぢ体によって構成されるスクリ
ウ式の加圧装置Ｆｌ，Ｆ２，・・・・・・，Ｇ１，Ｇ２
・・・・・・の組、１０Ｂが設けられ、各々，駆動ユニ
ット１０Ａを用いて駆動しロツド１１を駆動して各々の
分割型の移動をする。

駆動ユニット１０Ａはパルスモータを用いて制御するこ
とにより精密な加圧制御ができる。

第１図の場合と同様にして作動させ、またプログラム制
御することができる。

次に、第４図は、たとえば第３図Ｘ−Ｘ方向の断面の平
面図に相応する。

粉末を充填した型枠１４には、８等分した分割型を用い
、横型も適当面積に分割したＫ３、Ｋ４を適用し、第１
図、第３図と同様にプログラム制御して焼結する。

第４図の場合には、第３図に示したように、Ｘ，−ＸＹ
，一Ｙ ，Ｚ ，−Ｚの６面方向の制御を行っている
。

第１図の場合は、３軸制御といっても、むしろ２軸に近
い。

第４図の場合は、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の型１２押圧
と通電を、分割型１５，１２を差別せず、ほとんど同じ
程度に利用して、適当な時間遅延を設定したプログラム
制御を行った。

このように多面方向からしかも分割パンチによって加圧
制御を行うと、使用電力は、総型による場合に比較して
８〜１０パーセントと、きわめて省力化効果が顕著であ
った。

また、焼結物は、省力化効果のよいものが、より均質で
あった。

また分割部分の部分焼結によって使用電力少なくして大
型の成品焼結が均質にできると共に、分割パンチによる
、しかも少なくとも２方向からの交互または順次の加圧
制御によって型枠１４内の充填粉末１７の放電及びジュ
ール熱加熱処理中に粉末の混練効果も期待でき、これに
より均質な良質の焼結体が得られる。

さらに、焼結粉末に代えて、焼結すべき粉末を、できる
だけ微小且つ均一な粒形寸法のものを用い、糊料または
化学物質などで焼結によって残留分が悪影響しないもの
をもって練ってよく混合したもの、更にその混練物を膜
状にし、同種粉末または異種粉末を別々に膜として積層
し、前記第１図〜第５図に説明したように、分割型をも
って押圧通電し、その結果も、前記説明と同様に、電力
をきわめて効率よく省き、きわめて均質な焼結物を得た
。

すでに述べたように、粉末もしくは粉末を接着剤と混合
練り合せ膜状としたものまたはこれらの組合せ物を、分
割パンチによって、しかも多方向面より少なくとも２面
方向より加圧し通電し、分割した各分割部すべてを同時
に、または、所定の各分割部ごとに、遅延時間に、別々
に、加圧作動を制御し且つ各分割部のパンチの加圧強さ
を制御し、前記パンチの加圧と通電をプログラム制御し
粉末間放電をせしめ、場合によっては外周に高周波電流
コイルを設けて、粉末間に誘導電流を発生せしめて焼結
物を得た。

この装置は、きわめて均一な焼結物を得、また、形状複
雑な物を得ることも可能であり、使用電力は、きわめて
省化することができた。

在来の装置に比較して８〜２０パーセントの電力しか要
しない。

また不定形製品も良好な均質製品として得られるなど、
在来の装置をもっては不可能と考えられていたものを、
たやすく製造することができた。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例の正面断面図、第２図は１部
平面断面図。 第３図は１応用実施例の正面断面図。 第４図は１部平面断面図。第５図はプログラム制御を行
う１例示説明図。 ＡＩ ，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，１Ｂ４
，Ｃ，Ｄ，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３
，Ｋ４：シリンダユニット、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，
Ｇ１ ，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｈ１，Ｊ：スクリューユニ
ット、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３軸の各軸、１Ｍ，２Ｍ，３Ｍ，４
Ｍ，５Ｍ，１２，１５：分割パンチ、１０：シリンダ、
８：ロータリー切換スイッチ、９：油圧ポンプ、１８：
電源、１０Ａ：駆動機構、１０Ｂ：スクリュー、１１：
ロツド、Ｐ：ポンプユニット、Ｐ，，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４
，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８：弁ユニット、０１，０２，
０３：配管、ＮＣ：プログラム制御ユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焼結する任意の粉末を充填した所定の成形型内の前
   記粉末に加圧と通電を同時に制御して行なう焼結装置に
   おいて、前記粉末を加圧するパンチを任意個数部に分割
   して少なくとも２方向に設け、該パンチの分割した各分
   割部ごとに加圧強さ変化の制御を可能にした加圧装置を
   設け、該各分割部すべてを同時にまたは所定の各分割部
   ごとに時間差をもって別々に加圧作動を制御し且つ各分
   割部パンチの加圧強さを制御する制御装置を設けたこと
   を特徴とした粉末焼結装置。 ２ 各分割部すべてを同時にまたは所定の各分割部ごと
   に時間差をもって別々に加圧作動を制御し且つ各分割部
   パンチの加圧強さを制御する制御装置はプログラム制御
   装置を利用することを特徴とした特許請求の範囲第１項
   に記載の粉末焼結装置。 ３ 加圧パンチは焼結形状、大きさに応じた個数と寸法
   形状に分割されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の粉末焼結装置。 ４ 通電には、加圧パンチを電極として通電すること、
   またはこれと共に粉末間に誘導電流を生じさせて通電す
   ることを可能にした特許請求の範囲第１項、第２項、ま
   たは第３項に記載の粉末焼結装置。 ５ 焼結加圧は０．５〜１０ｋｇ／ｃｍ２を制御して用
   い対向する分割成形型間に加圧制御下において加圧パン
   チを通して通電すること、また成形型の周に高周波電流
   コイルを設け粉末間に誘導電流を発生させることを可能
   にした機構を併用する場合のある特許請求の範囲第１項
   、第２項、第３項、または第４項記載の粉末焼結装置。