JPS5953321B2 - 粉末焼結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属、合金粉末、またはカーボン、セラミック
等の混合粉末を通電焼結する焼結装置の改良にに関する
。

梨型内に充填した粉末に対して加圧と通電と同時に行な
い、制御して行ない、加圧は通常０．５〜１０ｋｇ／ｃ
ｍ”程度の軽加圧をすることによって粉末相互間に放電
を行ない、加熱作用、拡散作用、酸化膜付着ガスの分解
除去作用等を働かせると同時に、ジュール熱発熱により
加熱し、不純物ガスの除去により梨型内充填粉末全体が
次第に収縮していくが、この収縮に対する追従制御を行
ないながら前記焼結処理を続け、最終的にアプセット圧
を加えて焼結成形するが、粉末焼結は、材料の粒度１、
材質特性、材料の吸着ガス量酸化度、焼結温度、粉末に
対する加圧の加わり方、媒体ガスの状態等によって焼結
体の性質は異なって来るものであり、仲々均一焼結は困
難であった。

本発明は任意の粉末に対し、混合粉末に対して均一で、
高密度に良好な焼結が行なえる焼結装置を提案するもの
で、通電々極兼加圧パンチは焼結形状、大きさに対応し
て任意個数に分割した分割パンチを使用し、各々に独立
して加圧するプレス装置を設け、且つ各々が制御できる
単位電源を設けて、全体焼結を均一に、また部分焼結し
て全体が焼結でき、均一に焼結できるようにしたことを
特徴とするものである。

以下−実施例図により本発明を説明する。

第１図において、１は型で、この中に焼結粉末２が充填
される。

３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄが上面から加圧焼結する通電々
極兼加圧パンチの分割パンチで、各々に独立した加圧シ
リンダ４ａ、４ｂ、４Ｃ，４ｄが設けられる。

５は下面加圧パンチ、６は商用交流電源の入力端子、７
は整流器で、交流を全波整流して直流電源を得る。

８１゜８２．８３，８４は直流出力をオン、オフスイッ
チング制御するスイッチ、１０が発振器で、商用交流の
周波数よりも充分高周波の例えば５００Ｈｚ〜５０ＫＨ
ｚ程度、または更に高周波の発振を行ない、発振出力を
前記各スイッチに加えて制御し高周波の交流またはパル
スを発生する。

９１．９２，９３．９４は各々のスイッチ８１．８２，
８３，８４で発生する高周波交流を変圧するトランス、
１０１，１０２，１０３，１０４はトランス出力を整流
する整流器で、各整流出力を前記各分割パンチ３ａ、３
ｂ、３Ｃ，３ｄに接続する。

１１は前記発振器１０を制御し、各スイッチ８１，８２
，８３，８４に供給する制御用高周波の制御を行なう制
御回路、１９は型１の周りに設けた誘導加熱用コイルで
、これは特に通電困難なセラミック等の粉末焼結に有効
である。

焼結は次の如くして行なわれる。

充填された粉末２にパンチ３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄでプ
レスするが、加圧用の各シリンダ４ａ、 ４ｂ、
４Ｃ，４ｄは同時にまたは時間差制御し、図示しないが
例えばＮＣ制御装置によるプログラムによって制御され
、粉末加圧が行なわれる。

各パンチ３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄ加圧によって加圧され
た粉末２部分に、単位電源の各整流器１０１，１０２，
１０３．１０４出力が通電される。

パンチによる加圧は通常前記したように０．５〜１０ｋ
ｇ／ｃＩ１１２程度の軽加圧で制御するようにし、この
加圧状態において加圧に応答した通電により粉末量放電
並びにジュール熱が発生し、表面浄化、活性化、イオン
化、加熱等によって充填粉末２は次第に収縮していく、
この粉末収縮に対して各シリンダ３ａ、 ３ｂ、
３Ｃ，３ｄは追従制御して常に一定な加圧で前記放電及
びジュール熱による処理が継続されるよう制御が行なわ
れる。

前記各分割パンチに通電する通電々源は端子６に入力す
る商用交流ＡＣを整流器７で整流した直流ＤＣをスイッ
チ８１，８２・・・・・・でオン、オフすることにより
高周波ＨＦを発生し、これをトランス９１，９２・・・
・・・で変圧し且つ整流器１０１． １０２・・・・・
・で整流ＤＣして直流出力を得るようにしたＡＣ−ＤＣ
−ＨＦ−ＤＣインバータ回路で゛あり、スイッチ８１，
８２・・・・・・の発振制御によって商用交流の周波数
よりも充分高い周波数５００Ｈ２〜５０ＫＨｚ程度、更
にそれ以上の高周波交流を発生し、これを変圧して出力
を得るものであるから交流出力は殆んど矩形波となり効
率が著しく高い交流を発生でき、また変圧器９１．９２
・・・・・・は周波数が高いために極めて小型に構成で
き、電源が小型、軽量化できる効果があることは勿論の
こと出力制御が高応答で極めて容易である。

即ち発振器１０の出力制御高周波のデユーティを制御す
ることによって容易に出力の電力制御ができ、しかもこ
れが前記の商用交流よりも充分高周波で発振するもの・
制御であるから極めて高応答で制御できる。

この制御はプログラムにしたがった制御でもよいが、最
も好ましくは焼結粉末の処理状態、収縮状態によって制
御することがよい。

第２図は粉末収縮による体積変化を検出する装置の実施
例で、トランス結合した１次コイル１２及び２次コイル
１３を加圧送りの移動をするロッドに固定支持し、可動
鉄心１４を他の移動装置に設ける。

１５は所定信号で制御されるモータで、ロッドと平行軸
１６を回転し、この回転軸１６に移動コマ１７を係合さ
せ、この移動コマ１７に前記鉄心１４を結合して移動制
御させる。

１８は２次コイル１３の検出信号出力端子で、この信号
を制御回路１１に加えて発振器１０の制御を行なう。

なおこの検出装置は各シリンダ４ａ、４ｂ、４Ｃ，４ｄ
の各々に設けられている。

しかして各パンチ３ａ、３ｂ、３Ｃ，３（Ｈ：よる加圧
部分の充填粉末２は加圧と通電の制御によって前記した
ように粉末量放電並びにジュール熱が発生して処理され
ることによって、表面浄化、活性化、イオン化、加熱等
によって次第に収縮していき、この粉末収縮に対して各
シリンダ４ａ。

４ｂ、４Ｃ，４ｄは追従制御する。

そこでモータ１５を所定の速度で駆動し、ネジ軸１６を
回動し、移動コマ１７を移動せしめる。

これにより可動鉄心１４は移動コマ１７と共に下方に所
定速度で移動し、一方シリンダ４ａのロッドの移動と共
に１次、２次コイル１２．１３も下降し、始めに両者の
移動（下降）速度かはパ等しい程度に焼結状態に応じた
設定がしてあり、鉄心１４のコイル１２．１３内挿入深
さも一定し、２次コイルの出力電圧を制御回路１１に加
えて所定に制御する。

そのうち前記粉末の放電及びジュール熱による処理が進
むにしたがって粉末収縮速度が高まるとロッドと共にコ
イル１２．１３の下降速度が高まり、所定速度で下降す
る可動鉄心１４との相対速度が変化して次第に鉄心１４
がコイル１２，１３内に深く挿入して来る。

これにより２次コイル１３の出力電圧は増大し、端子１
８から制御回路１１に加わる信号が増大し、発振器１０
のデユーティを制御（高める）し、パンチ３ａより粉末
２に通電する電力を増大（低減）するよう制御する。

更に通電による処理が進めば粉末の収縮速度は増大し、
これをコイル１２．１３と可動鉄心１４の相対速度変化
により検出し、通電々力の増大（低減）制御する。

このようにして粉末収縮状態に対応して通電制御をし最
適とする通電を行なう。

また他のパンチ３ｂ、３Ｃ，３ｄには通電制御も同様に
体積変化に応じた最適制御が行なわれる。

通電制御は焼結材質、焼結形状、焼結目的等によって異
なるけれども、例えば高密度の焼結をするためには一般
に通電々力を増大する必要があるが、必要以上電力が増
大すると焼結粉末がガス化してこれが焼結品中に介入す
ることがあり、電力の制御が必要である。

したがって焼結初期には粉末量放電を充分発生させるた
めに電力制御し、放電処理によって粉末収縮を伴なう時
期に電力を増加して充分な加熱、拡散をして焼結完了さ
せることが良く、前記粉末収縮による制御によって良質
の焼結ができることになる。

勿論通電々力の制御は粉末収縮がある一定値までは一定
制御し、成る値を越えると電力を増大（または減少）制
御するデジタル的制御であってもよい。

各パンチ３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄによる加圧、通電制御
を同時に行なえば粉末２は全体に加圧と通電が同時に行
なわれて焼結されるけれども、この場合も加圧と通電が
各パンチにより独立して最適に制御して行なわれるから
各部分とも最良状態で焼結でき、また場合によっては部
分的に時間差制御して焼結する方が良く、加圧、通電の
処理を相隣り合うパンチで交互に行ない、焼結処理中に
充填粉末２に練り合せの効果を与えて、また分解ガスの
ガス抜き効果を高めて焼結でき、特にセラミック焼結に
おいては透明度が向上する等、極めて良好な良質の焼結
体が得られる。

またこの焼結中にコイル１９より誘導電流を内部粉末２
に流して加熱処理することができ、この場合コイル１９
にトランス９１の高周波出力を通電して利用することも
できる。

第３図は上部パンチ３ａ、３ｂ、３Ｃに対応して下部パ
ンチも分割５ａ、５ｂ、５Ｃして設けた例で、通電は対
向するパンチ間３ａ、 ５ａ、 ３ｂ、５ｂ、３Ｃ
，５Ｃに通電する。

そしてパンチ３ａと５ａ、３ｂと５ｂ、３Ｃと５Ｃを同
時に加圧制御して対向部分の充填粉末２の部分焼結を行
・なうようにしたものである。

上下対向パンチの同時加圧制御、通電制御によって放電
による粉末処理が、またジュール熱による処理が充分に
行なわれ、これがまた部分的に同時に、また時間差を有
して順次に行なわれ、最終的にアプセット加して全体を
均一に焼結できる。

また加圧パンチは前記実施例以外にｘ、 ｙ、 ｚ方
向に設けられ、しかも各々多分割して設けられ、各々を
ＮＣ制御装置によりプログラム制御して焼結することに
より任意の材質、粒度、大きさ、形状、密度の焼結体が
最適状態に容易に均一に焼結成形することができる。

また通電々力源も前記したＡＣ−ＤＣ−ＨＥ−ＤＣイン
バータに限らず□実施でき、通電々力制御可能に設けら
れ、粉末の体積変化に伴なって制御し最適通電ができる
ようにすることにより良好な焼結ができる。

また通電々源の制御は予じめ焼結工程をプログラムした
ＮＣ装置等によるプログラム制御であってもよい。

以上のように本発明は通電々極兼加圧パンチを分割した
各パンチに、独立した加圧プレス装置と、独立した通電
を行なう通電電源を設けて、各々の分割パンチによって
制御された加圧と通電を充填された焼結粉末の部分に行
ない、各パンチによる前記加圧と通電とは同時に、また
は時間差を有して順次に行ない、部分的に最適な加圧と
通電により粉末の放電処理、加熱処理を充分性ないプレ
ス成形して焼結するから全体として均一で最良とする焼
結ができる。

これによれば焼結晶が大型でも、異形の複雑形状のもの
でも容易に均一に焼結でき、材料の粒度、材質特性、材
料の吸着、ガス量、酸化度、媒体ガスの状態等に対応し
た焼結ができ均一焼結ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例構成図、第２図は粉・末の体
積変化を検出する装置の実施例図、第３図は第１図の変
更実施例の一部構成図である。 １は型、２は粉末、３ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄは分割パン
チ、４ａ、４ｂ、４Ｃ，４ｄはシリンダ、５は加圧パン
チ、５ａ、５ｂ、５Ｃは分割パンチ、６はＡＣ電源端子
、７は整流器、８１，８２．８３，８４はスイッチ、９
１． ９２． ９３゜９４はトランス、１０は発振器、
１１は制御回路、１０１，１０２，１０３，１０４は整
流器、１２．１３はコイル、１４は可動鉄心、１５はモ
ータ、１６はネジ軸、１７は移動コマ、１８は検出端子
、１９は誘導コイルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 充填された焼結粉末に加圧と通電と通電を行なう通
   電電極兼加圧パンチを設け、該パンチを通じて前記粉末
   に通電する電源と加圧プレスするプレス装置とを設け、
   加圧と通電を同時に制御して焼結する粉末焼結装置に於
   て、前記通電電極兼加圧パンチとして複数の分割パンチ
   を設け、該各パンチに独立した加圧プレスをするプレス
   装置を設け、且つ前記各パンチに独立した通電を行なう
   通電電源を設けてなることを特徴とする粉末焼結装置。 ２ ＡＣ−ＤＣ−ＨＦ−ＤＣインバータ通電電源を用
   いた特許請求の範囲第１項に記載の粉末焼結装置。