JPS6056761B2 - 粉粒体の焼結成形の方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉体の焼結において、部分的に圧力を加え通
電して焼結し、これを連続的にまたは段階的に行つて任
意の寸法形状に、全体を強固に成形した焼結体を得る方
法および装置に関する。

従来、焼結体を得るには、型内に所要の被焼結粉体を充
填した自由な状態のもとで、加圧成形をし、その後に加
熱して焼結する方法および装置が、最も一般的に実施さ
れてきた。また、加熱方法として、型内に粉体を充填し
加圧成形し、通電し、粉体間に放電させ焼結させるもの
が提案されている。また、焼結体の形状が複雑な場合な
どには、加圧力が型の各部分において、任意の強さに加
え得るように、押型を分割して、その分割型ごとに加圧
力を加減して行うことが提案されている。これらの提案
によれば、比較的強固な成形焼結体が得られるが、さら
に内部の各部にわたり、各部に必要な寸法形状および強
固度に応じて且つ微細な形状変化に適当したエネルギー
密度をもつて加圧し、内部に任意の圧力差をもつて加圧
し焼結するものについては、まだ提案されていない。本
発明は、従来の加圧焼結では得られなかつたような、成
形型などに充填した粉体を、部分的に加圧し、その部分
加圧による内部圧力差を時間内に移動して加えて焼結し
て、適当な内部エネルギー密度を有する焼結成形体を得
ることを目的とする。また従来の焼結体に比較して、よ
り急速に結晶性を増大して強固となつた成形体を得るこ
とも目的である。またＸ軸、Ｙ軸およびｚ軸の、どの方
向においても、より良質な焼結体を得ることも目的てあ
る。また寸法形状の複雑な焼結成形体を得ることも目的
である。また焼結に要するエネルギーの効率の向上も目
的てある。またＮＣ制御を一たやすく適用し得るように
することも目的である。本発明は、被焼結粉体を充填し
た型を台上に置く。

台に着脱自在に固定する。台は、水平方向、すなわち、
Ｘ軸とＹ軸方向、および垂直方向、す・なわちＺ軸方向
に、流体圧シリンダ機構またはねぢ送り機構をもつて、
移動可能な構造である。前記台に、１方の電極を付け、
他方の電極は被焼結体の表面に付け、前記両電極は、水
平方向および垂直方向、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ
軸方向に移動可能な構造である。電源は、直流、交流、
パルス電流、高周波電流またはこれらの組み合わせをし
て用いる。前記充填した適当な加圧下の被焼結体に通電
し、粉体間放電により加熱し、イオン化効果をもたらし
、またこれと共にジュール熱を発生して加熱しながら、
内部圧を付与しつつ焼結成形する。両電極の当初の位置
において通電し焼結をし、前記台を移動し、対の電極位
置を焼結”部と相対的に変化させ、通電による焼結部位
置を変化させ、漸次、連続して焼結部を増大形成させる
。こうして全部を、部分的に焼結し、場合によつては圧
力または電源を変化させて、焼結する。また、焼結中に
もしくは焼結後の処理として、焼結粉体間に所定部分の
個所ごとに機械的応力を加えるようにする。また圧力差
が異なる部分または個所ごとに、圧力差を変化させて移
動するようにする。また前記のような焼結体または他の
在来法によつて成形した所望厚さを何分かの厚さに分け
て形成した焼結体を、層状に重畳して、前記のように部
分的に異なる圧力差をもつて、１体化する焼結をして、
所望の寸法形状の焼結体を得ることも可能てある。次に
、本発明を実施例について説明する。

第１図は、本発明の１実施例の正面説明図てある。

第２図は本発明の電極と焼結部の他の１応用実施例の正
面断面図を、第３図は本発明の電極の昇降の他の１応用
実施例の正面断面図を示す。第１図において、中心部に
、焼結粉体１８を、焼結容器１９に充填し、上蓋体１８
Ｓをもつて覆い、電極Ｅ１を接触させる。容器１９の底
面には、電極Ｅ２を当接し、電源Ｓと接続部１４，１５
により、直流、交流、高周波電流、パルス電流、これら
の電流の組み合わせを用いて、通電し、焼結粒体間に、
放電加熱、ジュール熱を発生させ、イオン化を発生させ
て焼結する。焼結粉体１８を収納した容器１９は、水平
Ｘ方向に、容器１９を移動させる流体シリンダブロック
Ｘ１軸Ｘ３、軸頭Ｘ６、支持頭Ｘ９により、移動可能な
構造である。

これらの機構は、フレーム３に装架支持されている。電
極Ｅ１を具えたブロックＥ３は、フレーム３に装架した
流体シリンダブロックＸ１、軸Ｘ４、軸頭Ｘ７により水
平方向に移動可能にし、電極Ｅ２を具えたブロックＥ４
は、フレーム３に装荷した流体シリンダＸ２、軸Ｘ５、
軸頭Ｘ８により、ブロックＥ３と相対的に同じにまたは
独立に、水平方向に移動可能にする。

また、図に点線で円形に示したユニットＹは、前記シリ
ンダブロックＸ．．Ｘｌ，Ｘ２と同様に、シリンダブロ
ックＸの軸方向に直角な水平Ｙ軸方向に、容器１９を移
動させ、またブロックＥ３，Ｅ４、したがつて電極Ｅｌ
，Ｅ２をも、同様にシリンダブロックＸの軸方向に直角
な水平方向に移動可能にする。また、垂直方向には、フ
レーム３に装苛された機構を用いる。上部に、流体シリ
ンダブロックＺ１、軸Ｚ３、軸頭Ｚ６により、ブロック
Ｅ３用摺動支持板Ｚ９を押引して、ブロックＥ３を昇降
させて、電極Ｅ１の位置を上下させ得る構造である。ま
た下方部は、流体シリンダブロックＺ２、軸Ｚ牡軸頭Ｚ
７、ブロックＥ４用摺動支持板Ｚ９を押引して、ブロッ
クＥ４を昇降させ、電極Ｅ２の位置を上下させ得る構造
である。前記摺動支持板Ｚ９は、水平方向（左右）には
固定し、垂直方向（上下）に移動可能に軸頭Ｚ６，Ｚ７
に装着されて、電源Ｓから、任意組み合わせの電流を回
路４，５により接続部１４，１５に通じ、電極Ｅｌ，Ｅ
２に通電する。前記したシリンダーブロックＸ，Ｙ，Ｚ
ｌ，Ｚ２，Ｘｌ，Ｘ２に代えて、パルスモータとねじ機
構により各作動ブロック、たとえばＥ３，Ｅ４または容
器１９、摺動板Ｚ９を移動させる機構を利用すことが可
能である。すでに説明した各移動機構に、ＮＣ制御機構
１０を併設連結し、各機構を制御して作動させ、所望の
移動と通電を行ない、焼結を行うことが可能である。

第１図において、ＮＣ制御機構１０から、回路６により
ブロックＺ２の制御弁（図示せず）を切替作動させ、回
路７によりブロックＹの制御弁（図示せず）を切替作動
させ、回路９により同様にブロックＸ２を、回路９によ
り同様にブロックＸｌを、回路１１により同様にブロッ
クＸを、回路１２により同様にブロックＺ１を、制御し
作動させることを可能にする。以上の装置による焼結は
次のようにして行なわれる。

焼結容器１９内に充填された粉体１８を蓋板１８Ｓをも
つて覆い、シリンダＸ，Ｙの駆動制御によつて水平位置
を定め、上下ｚ軸にシリンダＺｌ，Ｚ２を駆動して加圧
する。上方のシリンダＺ１加圧はブロックＥ３から先端
電極Ｅ１により蓋板１８Ｓを部分的に加圧し、下方のシ
リンダＺ２加圧はブロックＥ４から電極Ｅ２により容器
１９底を部分的に加圧する。この上下電極ＥｌＥ２て挟
持された状態の部分的加圧部分には上下電極より同時に
通電が行なわれ、加圧を適当に調整して行ない、粉末間
が軽接触して粉末間放電が行なわれるように制御し、粉
末の放電浄化、活性化及び放電熱、ジュール熱による加
熱処理を行ない焼結する。焼結中ブロックＥ３，Ｅ４を
シリンダＸｌ，Ｘ２により駆動し電極Ｅｌ，Ｅ２の接触
加圧部分を順次移動させて部分的加圧、焼結部分を移動
させ全体の焼結が行なわれるように制御する。これらの
制御はＮＣ制御装置１０によつて自動的に行なわれ容器
１９内粉末の全体焼結が行なわれるよう制御する。蓋体
１８Ｓに可撓性の耐熱材、例えば可撓性グラファイト等
を使用していれば部分加圧によつて電極Ｅ１が接触する
加圧部分の粉末が密で他が疎になる圧力差が顕著になり
、この圧力差がブロックＥ３，Ｅ４の移動により移動制
御され、容器内粉体を混合し混練しながら焼結ができ、
この加圧と通電が全体に隈なく行なわれ行きわたり処理
されて、全体として均一で良質の焼結体が容易に得られ
る。加圧も通電も極めて小型のシリンダ電源で構成でき
、焼結装置が小型に高精度にでき、時間をかけることに
よつて大型成品を容易に焼結でき、精密に焼結できる。
勿論焼結操作は電極Ｅｌ，Ｅ２による加圧、通電部分を
順次ノ移動させて焼結し、繰り返して所定密度になるま
で焼結を繰り返して行なうようにしてよく、この制御は
ＮＣ装置１０により任意に最良焼結が可能にする制御を
することができる。なお焼結容器１９は筒状体にし、内
部充填粉末に上下から加圧し７通電することも、また上
下電極Ｅｌ，Ｅ２の対向位置を所要量すらせて内部粉末
が蛇行体状に加圧されるようにすることもできる。第２
図は、１応用実施例の例示図である。

耐熱性であるプラスチック膜または炭素繊維布袋２０フ
内に、焼結粉体１８を充填し、密閉した袋の１端に支承
板１７を置き、電極Ｅ１とＥ２の間に圧力をかけ、Ｅ１
とＥ２の間隔長ａを相対的に変化させて通電し、必要な
場合にＮＣ制御をし、焼結させ、次に焼結粉体１８収容
膜２０に対し、電極Ｅ１，Ｅ２を相対的に移動し、間隔
長ａを変化させて通電し、焼結を進行させる。焼結体と
しては、通電性のものが可能なことは勿論であるが、非
通電性のものには導電性粒などを混合させて、または導
電性を介在させて行うことが可能である。通電による粒
間のイオン化作用を利用し、活性化付与、滲炭、炭化、
窒化、酸化、還元なども、焼結に併せて行うことが可能
である。第３図は、ブロックＥ５，Ｅ６を、電極Ｅｌ，
Ｅ２が相対的に同時に上下に移動するが、左右（水平方
向）に移動しないように、ガイドブロックＧ７を間装し
、両端板Ｇ３，Ｇ４により案内されて、シリンダブロッ
ク軸頭Ｚ８，Ｚ９と、該軸頭の案内板Ｇ１とＧ２、Ｇ５
とＧ６とにより、ブロックＥ３，Ｅ４を挾持して、両電
極Ｅ１とＥ２の間隔長ａを制御する例示図である。

また、第４図は、焼結粉体１８の容器１９内の表面被覆
膜２０を、容器下蓋２Ｅに装着した型ＥＳの位置を固定
し、両電極Ｅ１とＥ２を移動させ、この場合は、電極Ｅ
２は上下移動しないで水平方向に、電極Ｅ１とともに移
動し、電極Ｅ１は、上下移動し、任意の焼結体面の上面
の寸法形状を形成し、型面ＥＳをもつて下面の寸法形状
を形成し、焼結する様子を示した。また第５図は、特別
な応用実施例として、予め、第２図、第４図などて例示
し−たような方法と装置をもつて、所定の寸法形状にし
た各焼結体、Ｄｌ，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５のような薄
い焼結体を形成しておき、これらを、成形型Ａｌ，Ａ２
，Ａ３の間に装入し、上下に押圧して、各層をなす焼結
体を適当な圧を加えて、所６望の寸法形状の型面になじ
ませて、通電し焼結溶接をして所定の寸法、大きさの焼
結体を製造する。焼結体の各内部をなす層を任意に選定
することができ、最終的に、正確な表面をもつものが得
られる。すでに述べたように、本発明は、成形型に充填
した粉体を、非導電性の場合は導電性液または導電性粉
体を加え、適当な内部エネルギー密度差を有するように
、内部圧力差を適当に加えて通電焼結し、急速に結晶性
を増大して強固になつた成形体を、その面が複雑な寸法
形状が得られる。

またエネルギを有効に利用することができ、ＮＣ制御を
たやすく適用することがてきる。また用途に適ノ応した
焼結体を得ることができる。また、焼結後に、または焼
結中に、部分的に異なる圧力差を加え、全体にわたつて
、所望の密度差のある焼結も、均一な品質を有する焼結
も得られる。また、Ｚ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向から圧力
を加え、加圧力を変化させながら、各方向から、直流、
交流、高周波電流、パルス電流またはこれらの組み合わ
せをした電流を通して行い、放電、ジュール熱の発生、
イオン化などを利用し、エネルギー利用効率の向上を可
能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の正面断面説明図。 第２図は電極部の正面断面例示図。第３図は電極移動機
構の１部応用例の正面断面図。第４図は１応用例の電極
部の正面断面図。第５図は積層焼結例の正面断面図。Ｓ
・・・・・・電源、４，５・・・・・・電気回路、Ｘ，
Ｙ，Ｘｌ，Ｘ２，Ｚｌ，Ｚ２・・・・・・移動機構、Ｅ
ｌ，Ｅ２・・・電極、３・・・・・・本体フレーム、１
０・・・・・・ＮＣユニット、６，７，８，９，１１，
１２・・・・・・ＮＣ制御回路、１４，１５・・・・・
・電気回路接続部、１８・・・・・被焼結粒体、１９・
・・・・容器、２０・・・・収納膜、袋、Ｇｌ，Ｇ２，
Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８・・・・・・案内
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 型に充填された被焼結粉粒体に対して、または予め
   焼結された焼結体に対してその一部分に接触して加圧と
   通電を行なう加圧通電電極を設け、焼結粉体に部分的に
   機械的圧力を加え且つ加圧下において直流、交流、高周
   波電流、パルス電流またはこれらの適当した組み合わせ
   電流を通電して焼結する通電焼結において、前記電極の
   加圧を適当に制御し変化させながら部分的に通電焼結し
   且つ前記電極を焼結粉体に対し相対的に移動させて通電
   焼結を進行させることにより、所定の寸法形状を付した
   焼結体の１体化させた全体焼結体を得ることを特徴とし
   た粉粒体の焼結成形の方法。 ２ 所定の寸法形状にするのに、被焼結粉粒体を前記所
   定の寸法形状の表面を有する型をなす容器または可撓性
   膜内に装入し、前記粉粒体を対向する電極間に相対移動
   して加圧し通電して、全体を焼結しまたは複数の単位焼
   結体を焼結した後重畳積層し焼結して１体とする特許請
   求の範囲第１項に記載の粉粒体の焼結成形の方法。 ３ 被焼結粉体または被焼結体を収納する型または可撓
   性膜などで出来た容器と、該容器内に収納状態の被焼結
   体の一部分に接触して加圧と通電を行なう小面積の電極
   と、前記容器または電極間に相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
   のうちの少なくとも２軸の各方向に軸心に沿つて直線を
   軌跡する任意の綜合軌跡を示す位置に移動させる制御ユ
   ニットと、前記電極を加圧して機械的に任意の圧力を被
   焼結体に加える機械ユニットと、前記電極を通して被焼
   結体に直流、交流、高周波電流もしくはパルス電流を通
   電する機械ユニットとを有し、前記した各機械ユニット
   を共通の本体フレームに設け、共通の制御機械ユニット
   に連結して、部分的に焼結して全体として所定の寸法形
   状の焼結体を得ることを特徴とした粉粒体の焼結成形の
   装置。 ４ 前記各機構ユニットを連結し相互に相補償して連動
   し自動的に、連続しまたは段階的に作動させ、また前記
   制御ユニットにＮＣ制御ユニットを組みこんで作動させ
   、通電焼結体を所定の寸法形状にする特許請求の範囲第
   ３項に記載の粉粒体の焼結成形の装置。 ５ 前記電極を移動させる機構または電極間に装入され
   る被焼結粉粒体の収納体を移動させる機構は、流体圧シ
   リンダーブロックの軸頭の作動によるようにし且つ各シ
   リンダーブロック作動は制御ユニットにより、それぞれ
   単独にまたは相補償して連動する特許請求の範囲第３項
   または第４項に記載の粉粒体の焼結成形の装置。 ６ 前記電極または被焼結体の収納体を移動させる機構
   として、前項の流体圧シリンダーブロック機構の１部ま
   たは全部を、パルスモータ駆動ユニット軸に付したねじ
   と装置本体に装着し固定した前記ねじを推進させる部品
   と軸頭の作動により、それぞれ単独にまたは相補償して
   連動する特許請求の範囲第３項または第４項に記載の粉
   粒体の焼結成形の装置。