パルス通電加圧焼結用のダイセット及びパルス通電加圧焼結システム
【課題】高速で連続的に行える通電加圧焼結システムを提供する。
【解決手段】焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットである。ダイセット３は、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台３０と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型３３と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材３１と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材３４と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材３２と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えている。
【解決手段】焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットである。ダイセット３は、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台３０と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型３３と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材３１と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材３４と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材３２と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパルス通電加圧焼結機用のダイセット及びそのようなダイセットと焼結機の組合せ並びにパルス通電加圧焼結システムに関し、詳しくは、焼結型内への粉末の充填位置と通電加圧焼結機による粉末材料の焼結位置との間で往復動作させることにより、自動的かつ連続的に、しかも高速で製造するのに適したパルス通電加圧焼結機用のダイセット、ダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せ並びにパルス通電加圧焼結システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば本出願人により提案された放電プラズマ焼結、放電焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して焼結を行うパルス通電加圧焼結法により焼結時間を大幅に短縮する事が可能になってきた。このため、１回の焼結に必要な時間すなわち昇温時間、保持時間及び降温時間を含む全工程焼結時間が、従来の大気圧下、真空下、或いは不活性ガス雰囲気下で行われる通電焼結法に比較して遙かに短くなり、焼結型への粉体の充填、焼結装置内への焼結型の供給或いはそこからの焼結型の取り出し、更には焼結型からの焼結品の抜き取り等の付属の準備作業に必要な作業時間に比較しても従来よりも遙かに短くなってきた（刊行物１及び２参照）。
このため、パルス通電加圧焼結法により金属及び／又は非金属の、単一又は複合粉末材料を焼結して緻密で高密度の焼結体或いは多孔質の焼結体を製造する工程も短時間になり、このような焼結体をつくる工程の自動化を図る意義及びそれによる利点も増大してきた。
【０００３】
しかしながら、常圧焼結法、ホットプレス法或いはＨＩＰ法のような今までの通電焼結法では全行程焼結時間としては１時間以上一昼夜の時間を要していたので、焼結の自動化によりかかる焼結体を自動的に量産するという技術は十分に開発されておらず、本出願人を含む共同出願人による出願に係る下記公開特許公報（特許文献１参照）に示される発明によりアルミニュウム合金粉末を焼結して焼結体を自動的かつ連続的に、高速で製造することが可能になったが、アルミニュウム以外の材料の粉末材料の焼結にも適用可能で、装置の構造及び動作の簡素化及び生産の効率化を図れる焼結システムについてはまだ市場では提供されておらず、そのような焼結システムの開発が要望されている。
【０００４】
【刊行物１】カタログ「住石放電プラズマ焼結機”ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲ”ＭＯＤＥＬ ＳＰＳ−３．２０ＭＫ−ＩＩ／ＭＫ−ＩＶ」（カタログＮｏ．Ｓ０２５−０００２０２１１Ａ
【刊行物２】カタログ「住石放電プラズマ焼結機”ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲ”ＭＯＤＥＬ ＳＰＳ−１０２０・１０３０・１０５０・１０８０」（カタログＮｏ．Ｓ０２４−０００２０２１１Ａ
【特許文献１】特開２００１−３２９３０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主目的は、自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良く粉末材料を焼結するのに適した、パルス通電加圧焼結機用のダイセットを提供することである。
本発明の他の目的は、粉末材料の焼結を自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良くできるようにしたパルス通電加圧焼結機とダイセットの組合せを提供することである。
本発明の別の目的は、前記のようなダイセットを備えていて、粉末材料の焼結体を自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良く製造可能な通電加圧焼結システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えて構成されている。
本願の他の発明は、互いに相対移動可能な上部及び下部通電加圧部材を有していて、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を前記通電加圧部材を介して付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
本発明の発明によるダイセットによれば、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結機に使用した場合、焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
本願の別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材とを備えて構成されている。
本願の更に別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
上記本願の発明によるはダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せによれば、ダイセットを使用することにより、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結機による焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
【０００７】
本願の別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台のダイセットと、前記ダイセットが前記第２の位置にあるとき前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置及び焼結体を取り出し可能な取り出し装置とを備え、前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えて構成されている。
本願の更に別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置において焼結型と上下パンチ部材との相対移動により焼結型内への粉末材料の充填と焼結体の除去を前記焼結位置で可能にするダイセットと、前記ダイセットの前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置とを備え、前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
上記本願の発明によるはダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せによれば、ダイセットを使用することにより、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結システムによる焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
【０００８】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２において、本実施形態によるダイセットを備えるパルス通電加圧焼結システム１の全体が概略的に示されている。このパルス通電加圧焼結システム（以下単に焼結システム）１は、大きく分けて、放電プラズマ焼結、放電焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して焼結を行うパルス通電加圧焼結機（以下単に焼結機）２と、焼結機２の中心位置すなわち焼結位置Ａのを通して水平方向（図１で左右両側）に所定の距離直線状に伸びる支持装置１０と、その支持装置１０上に移動可能に配置されたダイセット３と、ダイセットを支持装置３上で往復移動させる駆動機構４と、焼結位置から所定の距離Ｌ１隔てられた充填／取り出し位置Ｂから更に焼結位置側に所望の距離Ｌ２隔てられた位置に配置されていてガイドレールの伸長方向すなわち中心線Ｘ−Ｘに沿う方向に略直角の方向に移動する台車装置５と、台車装置５上に配置されていて焼結型内に粉末材料を充填する粉末充填装置６と、一部（取り出し機構）が台車装置５上に配置された製品取り出し装置７とを備え、それらは、図１及び図２に示されるように配置されている。なお、焼結機の反対側（図１で右側）にも前記ダイセット、駆動機構、台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置等を配置して２台のダイセットを用いて焼結を行うようにしてもよい。
【０００９】
図１及び図２において、支持装置１０は長方形に組み立てられたフレーム１１と、そのフレーム上に固定された一対のガイドレール１２とを備えている。ガイドレール１２は線Ｘ−Ｘに沿う方向に伸びている。
図２及び図３において、焼結機２は、台２０に互いに隔ててかつ直立状態で固定された複数（この実施例では４個）の支柱２１と、台２０の上部において支柱２１に上下動可能に案内された可動テーブル２２と、焼結機の中心位置（図３で線Ａ−Ａ上）において可動テーブル２２に固定された下部通電加圧部材２３と、支柱２１の上端に固定された上支持板２４と、上支持板２４に下部通電加圧部材２３に対向して配置固定された上部通電加圧部材２５と、台２０の中心部に設けられていて可動テーブル２２を上下動させるアクチュエータ２６とを備えている。下部通電加圧部材２３は可動テーブル２２の上方に向かって所望の長さ突出しており、上部通電加圧部材２５は上支持板２４から下方に向かって所望の長さ突出している。下及び上部通電加圧部材には、図示しないが中には冷却通路が形成され、その冷却通路に水等の冷却流体を通してそれらの通電加圧部材を冷却するようにしている。両通電加圧部材は、例えばステンレス鋼で作られている。下部通電加圧部材２３は公知の方法で可動テーブル２２及びアクチュエータ２６に対して電気的に絶縁され、また上部通電加圧部材２５は上支持板２４に対して公知の方法で電気的に絶縁されている。下部及び上部通電加圧部材２３及び２５は、それぞれ別個の導体２７（２７ａ、２７ｂ）を介して電源装置２８に接続され、その電源装置から焼結電流である直流パルス電流が供給されるようになっている。アクチュエータは油圧シリンダのような流体圧シリンダで良いが、サーボモータ駆動装置のような他の装置でもよい。
上記焼結機は、後述する構成を有するダイセット３が焼結位置に到着すると、アクチュエータ２６が動作してダイセット３の後述する下パンチ部材及び上パンチ部材を上部通電加圧部材２５との間で挟んで加圧し、電源装置２８より両通電加圧部材、下及び上パンチ部材並びに焼結型を介して焼結型内に充填された粉末材料に所望の量の焼結電流（直流パルス電流）を流し、粉末材料を焼結する。
【００１０】
焼結機２は、更に、焼結を行う空間で真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバを画成するハウジング２９を備えている。ハウジング２９は、４本の支柱２１によって画成される領域の内側において四周を囲む側壁２９１と、側壁２９１によっての下縁に密閉状態で接続された底壁２９２と、側壁２９１の上縁に密閉状態で接続された上壁２９３とをそなえ、それらの壁によって焼結チャンバＳＣを画成している。底壁２９２は台３０の複数（この例では４個）の直立フレーム２０１によって支持されている。下部通電加圧部材２３は底壁２９２に形成された穴を貫通して焼結チャンバ内にハウジング２９の下側から上側に伸びている。底壁には下部通電加圧部材と底壁との間の隙間を密閉する公知の構造のシール装置が設けられている。また、上部通電加圧部材２５は上壁２９３に形成された穴を貫通して焼結チャンバ内に伸びている。上壁には上部通電加圧部材と上壁との間の隙間を密閉する公知の構造のシール装置が設けられている。側壁の一側面（図１において左側の側面）にはダイセット３が焼結チャンバＳＣ内に出入りできる大きさの出入り口２９４が形成され、その出入り口が形成さえた側には公知の構造のゲート弁（図示せず）が配置されている。ゲート弁はダイセットが焼結チャンバ内に出入りするとき（必要に応じて焼結チャンバの外に出ているとき）出入り口２９４を閉じて焼結チャンバ内を周囲から密閉するようになっている。焼結チャンバ内は、公知の構造及び機能を有する真空排気装置及び（又は）不活性ガス供給装置（何れも図示せず）に公知の方法で接続され、真空チャンバ内を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にできるようになっている。側壁、底壁及び上壁は二重構造にして内部に水等の冷却流体を循環させ、ハウジングを冷却するようにしてもよい。
【００１１】
図１、図４及び図５において、ダイセット３は、板状（本実施形態では平面が矩形の板状）の可動台３０と、可動台３０に直立状態で取り付けられた複数（本実施形態では直径方向に隔てて２本）の案内部材としてのガイドロッド３１と、可動台３０の上方に配置されていてガイドロッド３１に上下方向に移動可能に案内された板状（本実施形態では平面が矩形の板状）の昇降台としての支持部材３２と、可動台３０と支持部材３２との間に配置されていて、ガイドロッド３１に上下方向に移動可能に案内された焼結型３３と、焼結型３３の上下方向に貫通する穴３３１内に装着された下パンチ部材３４と、支持部材３２に焼結型３３の穴３３１と整合させて取り付けられた上パンチ部材３５とを備えている。焼結型３３は本実施形態では円環状になっていて、外周部にフランジ部３３２が形成されている。フランジ部３３２には複数（この実施形態では直径方向反対側の２箇所）の上下に貫通する貫通穴３３３が形成され、その貫通穴３３３内にガイドロッド３１が受けられている。ガイドロッドと貫通穴３３３の内周面との間には絶縁部材が配置され、それらを電気的に絶縁している。焼結型３３の下部（フランジ部３３２より下側部分）は可動台３０に形成された穴３０１内に緩く受けられ、焼結型の外周面と可動台の穴３０１の内周面との間に隙間ｇが形成されるようになっている。焼結型３３はフランジ部３３２が可動台３０上に載るようになっている。焼結型３３と可動台３０のと間で電気的に絶縁するために、フランジ部３３２の下面と可動台の上面との間（フランジ部の下面又は（及び）可動台３３の上面のフランジ部が載置される部分）には絶縁部材が配置されている。可動台３０の穴３０１の内周面に絶縁部材を配置してもよい。焼結型の貫通穴３３１の下部内周面には半径方向内側に突出する環状の突部３３４が形成されている。この突部３３４は、下パンチ部材３４の上端外周に形成された環状突部３４１と係合して下パンチ部材が貫通穴から抜け落ちるのを防止している。上パンチ部材３５と昇降台すなわち支持部材３２とは絶縁部材を介して公知の方法、例えば上パンチ部材と支持部材との接触面間及び固定用の止め具と上パンチとの接触面間に絶縁部材を配置する等して、電気的に絶縁されている。上記の絶縁部材としては焼結型が高温に加熱されるため、非導電性のセラミック、或いは冷却構造を有する金属板と樹脂製絶縁材料との組合せ等の高温に耐える材料を使用する。
【００１２】
ダイセット３は、更に、昇降台すなわち支持部材３２を上下動させるアクチュエータ３６及び焼結型３３を上下動させるアクチュエータ３７がそれぞれ複数個（本実施形態ではそれぞれ４個）備え、それらは、図３に示されるように可動台３０の下面に取りつけられている。アクチュエータ３６は本実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであり、そのシリンダ本体３６１が可動台に直立した状態で公知の方法で固定され、そのピストンロッド３６２の先端（図３において上端）は支持部材３２に固定されている。アクチュエータ３７も本実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであり、そのシリンダ本体３７１が可動台３０に直立した状態でかつ前述の絶縁部材と同様の絶縁部材により可動台と電気的に絶縁して公知の方法で固定され、そのピストンロッド３７２の先端（図４において上端）は焼結型３３のフランジ部３３２に固定されている。焼結型３３、下パンチ部材３４及び上パンチ部材３５はアルミニュウム合金粉末のように低い融点を有する金属或いは軽金属の粉末材料を焼結する場合には、例えばダイス鋼などの鉄系の合金で作られ得るが、例えばタングステン合金粉末材料のような高い融点を有する材料を焼結する場合には、グラファイト或いは導電性を有するセラミックス（例えば二硼化チタン（ＴｉＢ２）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ））で作っても良い。上パンチ部材３５の下端部は支持部材３２の下面から下方に向かって突出し、焼結型３３の穴３３１内にぴったりと入り得る寸法になっている。下パンチ部材３４の下端面は可動台３０の下面より下方に突出していて、後述するように、焼結機２の下部通電加圧部材２３の上端面と接触できるようになっている。また、上パンチ部材３５の上端面は支持部材３２の上面より上方に突出していて焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面と接触可能になっている。なお、下部及び上部通電加圧部材内には、図示しないが、冷却流体を流す冷却通路が形成され、冷却可能になっている。
【００１３】
図１において、駆動機構４は、台車装置５の固定台５０上に設けられたブラケット４０に回動可能に取りつけられた流体圧シリンダ４１で構成されている。流体圧シリンダ４１のシリンダ本体４１１の略中央部がブラケット４０回動可能に取りつけられ。ピストンロッド４１２の先端はダイセット３のベースプレート３０の下部分３０１に取りつけられた接続部材４３に連結されている。
ダイセット３は、この流体圧シリンダ４１の動作により、その中心がガイドレール上を焼結位置Ａと充填／取り出し位置Ｂとの間で往復移動されるようになっている。
なお、上記実施例ではダイセットのガイドロッドが２本の場合について説明したが、４本でもよい。また第１及び第２のアクチュエータも４個の場合について説明したが、ダイセットの大きさ、形状に応じて１個ないし３個にしてもよい。
【００１４】
図１、図２、及び図６において、台車装置５は、中心が充填／取り出し位置Ｂ（図１に図示以下同じ）から焼結位置Ａとは反対側に距離Ｌ２隔てられた位置Ｃに配置されいて、固定台５０と、固定台５０上で線Ｘ−Ｘに直角の方向（線Ｙ−Ｙに沿った方向）に往復移動可能に設けられた可動台５１と、可動台５１を移動させる台車駆動機構５２とを備えている。
固定台５０は、台板５０１と、台板５０１に複数（この実施形態では４個）の支柱５０２により取りつけられた台フレーム５０３と、台フレーム５０３に取りつけられていて、線Ｙ−Ｙ方向に伸びる一対のガイドレール５０４とを備えている。可動台５１は矩形の台板５１１で構成されていて、その下面にはガイドレール５０４上で転動するローラ（図示せず）が公知の方法で取りつけられている。これにより可動台５１は固定台のガイドレールを移動可能になっている。台車駆動機構５２は、台フレーム５０３の中心位置に一対の軸受５２１により回転可能に支持されたねじ軸５２２と、台フレームに固定されていてねじ軸５２２を回転する電動サーボモータ５２３と、可動台の下面に取りつけられていて、ねじ軸５２２の外周に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成された雌ねじ部材（図示せず）とを備えている。
可動台５１は、台車駆動機構のねじ軸５２２が電動サーボモータ５２３により正方向及び逆方向に回転されることにより、ガイドレール上で正方向（図６で上方向）及び逆方向（図６で下方向）に移動する。可動台５１は常時は、図６及び図７に示されるように、台フレーム５０３の基端位置（同図において台車駆動機構のサーボモータ５２３から最も離れた位置）にある。
なお、可動台５１の上に載るものが後述する粉末充填装置のみの場合には、上記のような可動の構造にせず、固定の構造でも良い。
【００１５】
図１、図２、図６及び図７において、粉末充填装置６はこの実施形態では可動台５１上に取りつけられて示されている。
粉末充填装置６は、可動台５１上の位置Ｅ（図６において可動台５１の上端）に線Ｘ−Ｘと平行に固定された長い取り付け台の上のガイドレール６１に公知の方法で線Ｘ−Ｘと平行な方向（図６において左右方向）に往復移動可能に支持されたスライダ６２と、スライダ６２を移動させるアクチュエータ６３と、スライダ６２の先端（図１及び図６で右端）に取りつけられていて中で粉末材料を収容可能になっており、下端部から所定量の粉末材料を焼結型本体内に放出できる小型の可動ホッパ６４と、可動ホッパ６４の開閉弁（図示せず）を開閉動作させるアクチュエータ６５とを備えている。アクチュエータ６３及び６５は、この実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであるが、電動モータ式などの他の機構を用いてもよい。可動ホッパ及び開閉弁は公知の構造のもので良いので説明は省略する。なお、焼結すべき粉末材料がアルミニュウム合金粉末の場合には可動ホッパ自体にヒーターを内蔵させて可動ホッパ内に入れられた粉末材料を昇温及び保温しておくようにしてもよい。また、粉末材料の充填時に所定量を充填するためには、粉末材料を所定量が入る計量容器内に一端入れた後その計量容器内の粉末材料を焼結型内に充填しても、或いは計量器で計量しながら充填してもよい。粉末材料をは可動台５１が基端位置にある時、可動ホッパ６４の中心が線Ｘ−Ｘ上に位置するようになっている。粉末充填装置６は、更に、可動ホッパが休止位置にある時にその可動ホッパ内に粉末材料を供給する固定の供給ホッパ６７を備えていてもよい。粉末材料がアルミニュウム合金等で所定の温度に保温する必要がある場合にはこの供給ホッパにもヒーターを設けて保温してもよい。
上記粉末充填装置６は、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが粉末材料の充填工程にあるとき、スライダ６２がアクチュエータ６３の動作により図１において左側に移動されることによって、図７に示されるように、可動ホッパ６４が充填／取り出し位置Ｂに到着している焼結型３４の直上に移動し、アクチュエータ６５が動作して開閉弁（図示せず）を開いて所定量の粉末材料を焼結型３３の穴３３１内に充填する。
なお、可動台５１上には、粉末充填装置と並列に、焼結型の穴内を回転するブラシ等で清掃（ブラッシング）する焼結型清掃装置及び上パンチ部材の下端面をブラシ等で清掃（ブラッシング）する清掃装置を配置してもよい。
【００１６】
製品取り出し装置７は、この実施例では、可動台５０上に粉末充填装置６に隣接して配置された取り出し機構７０と、充填／取り出し位置Ｂの位置においてダイセット３の下方に配置されたエアシリンダのような流体圧作動式のノックアウトシリンダ７８と、を備えている。ノックアウトシリンダ７８は焼結が完了した後ダイセットが位置Ｂにくると動作してピストンロッド７８１により下パンチ部材３４及び焼結品を焼結型に関して相対的に上方に押し上げ、焼結品を焼結型の外に押し出す。取り出し機構７０は、粉末充填装置６に隣接して位置Ｆ（図７において）配置されていて、粉末充填装置のガイドレール６１と平行に取り付け台上に配設されたガイドレール７１と、ガイドレール７１上に公知の方法で往復移動可能に支持されたスライダ７２と、スライダ７２を往復移動させるアクチュエータ７３と、スライダ７２の先端（図６において右端）に取り付けられたチャック７４とを備えている。このチャック７４は公知の構造及び機能を有していて、一対の把持爪で焼結型の外に押し出された焼結品を把持して取り出すようになっている。
【００１７】
次に図１ないし図８を参照して上記実施例の焼結システムの動作について説明する。
焼結型３３内に粉末材料を充填するとき、ダイセット３は駆動機構４により中心Ｏ−Ｏが充填／取り出し位置Ｂに移動され、支持部材３２は図８［Ａ］に示されるように、最上位置に押し上げられ、また焼結型３３は最下位置にあってフランジ部３３２が可動台３０の上に載った状態になっている。この状態のとき、焼結型の上端面と上パンチ部材３５の下端面との間は大きく離れている。この状態で、粉末供給装置６が動作して可動ホッパ６４が焼結型３３の直上で上パンチ部材３２の直下の位置まで移動し、可動ホッパ６４から所定量の粉末材料Ｐを焼結型内に充填する。
焼結型３３内への粉末材料の充填が完了すると、アクチュエータ３６が動作し、図８［Ｂ］に示されるように、昇降台すなわち支持部材３２を所定距離降下させ、上パンチ部材３５の下端が焼結型３３の穴３３１内に僅かに入った状態で停止する。この状態でダイセット３の高さＨ（下パンチ部材３４の下端面から上パンチ部材３５の上端面のまでの高さ）は、待機中の焼結機２の下部通電加圧部材２３の上端と上部通電加圧部材２５の下端面との間の距離より小さくなり、ダイセット３が焼結機にセット可能になる。そこで、駆動機構４が動作してダイセット３を焼結位置Ａに移動する。この時上部パンチ３６の上端面は焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面より僅かに低い位置になる。
【００１８】
ダイセット３が焼結位置Ａに到着すると、焼結機２が動作し、図８［Ｃ］に示されるように、加圧装置２６により下部通電加圧部材２３を上昇させて下パンチ部材３４、粉末材料Ｐ及び上パンチ部材３５全体を、上パンチ部材の上端面が上部通電加圧部材２５の下端面に接するまで上昇させると共に、ダイセット３のアクチュエータ３７が動作して焼結型３３を図８［Ｃ］に示されるように上昇させる。このときアクチュエータ３６は無加圧状態で可動状態で動作がフリーになっており、上記上パンチ部材及びそれが取り付けられている支持部材３２は下パンチ部材の上昇により押し上げられる。加圧装置すなわちアクチュエータ２６が焼結条件に基づいた加圧力で下パンチ部材３４を上部通電加圧部材２５に向かって押すと、上部パンチの上端面が上部通電加圧部材２５の下面に接触して焼結型内の粉末材料を上部パンチと下部パンチとで加圧すると共に両通電加圧部材及び両パンチ部材を介して粉末材料Ｐに予めプログラムに設定された電流条件範囲内の所定の量の焼結電流（直流パルス電流）を流して焼結を行う。
焼結が完了した後、プログラム設定に従い、アクチュエータ２６による加圧を解放停止して下部通電加圧部材２３を下降させると共に、ダイセット３のアクチュエータ３６及び３７を動作させて支持部材３２及び上パンチ部材３５並びに焼結型を図８［Ｂ］に示される状態に移動させる。ダイセット３がこの状態になった後駆動機構４が動作してダイセットを充填／取り出し位置Ｂに移動させる。
【００１９】
ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに到着すると、まず、アクチュエータ３６が動作して支持部材３２を図８［Ｄ］に示されるように最上位置に上昇させる。次にノックアウトシリンダ７８が動作してダイセットの下パンチ部材３４をしたから押し上げる。この時アクチュエータ３７は焼結型が下パンチ部材と共に移動しないように動作がロック状態（機械的又は流体的に）になっている。これにより焼結品Ｍは図８［Ｄ］に示されるように、下パンチ部材３４に押されて焼結型３３の上側に僅か出る。この状態で取り出し機構７０のスライダ７２が移動してチャック７４をダイセット内に移動させ、チャックにより焼結品Ｍ取り出す。取り出し機構によりダイセットから取り出された焼結品は位置Ｂにおいてチャック７６の下方に配置されたコンベア７５上に載せられ、そのコンベアにより所定の位置に送られる。
以下同じ動作を繰り返し粉末材料を焼結して焼結品を製造する。
なお、粉末材料の種類によっては真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気下で焼結を行う必要がある場合がある。その場合には、ダイセット３が焼結機内にセットされて焼結が開始される前に、ハウジング２９内の焼結チャンバＳＣ内を外気から密閉し、図示しない真空排気装置により真空雰囲気（例えば６ＭＰａ（４．５×１０−２Ｔｏｒｒ以下））にするか或いは一旦排気した後図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気にする。
【００２０】
図９において本発明のダイセットを組み込んだ焼結機２ａの実施形態が示されている。この実施形態において、ダイセットの構造及び機能は、ダイセットが焼結位置Ａと充填／取り出し位置Ｂとの間で移動出来ず常時焼結機の焼結チャンバＳＣ内に配置されている点を除いて、前記実施例のものと同じである。したがって、それらの詳細な説明は省略する。
この実施形態のダイセット組み込み式焼結機２ａではダイセットが定位置に固定されているため、ダイセット３用の支持装置１０ａは焼結チャンバＳＣ内に配置され、ハウジング２９の底板上に載せられて支えられるか或いは台２０の直立フレーム２０１の上端上に載せるようにして支持され得る。
上記焼結機において、焼結完了後に焼結品を焼結型の外部に押し出すために下パンチ部材を上昇させる必要があるが、本実施形態ではノックアウトシリンダが存在しないので下部通電加圧部材２３をアクチュエータ２６で押し上げ、その下部通電加圧部材により下パンチ部材３４を押し上げるようにする。また、本実施形態では下部通電加圧部材の必要移動距離を大きくする必要が生じるが、この場合にはアクチュエータのストロークを大きくすればよい。
また焼結型内への粉末材料の充填並びに焼結品の取り出しは、前記実施形態の粉末充填装置６及び製品取り出し装置７を使用して行うことができるが、ダイセットが位置Ｂまで移動することがないので、焼結機中心位置Ａとそれらの装置が載せられている台車装置５の中心の位置との関係は、前記実施形態の位置Ｂと位置Ｃとの関係に等しくすればよい。
なお、特に後者の実施形態では常時ダイセットが焼結チャンバ内に設置されているためアクチュエータ等の作動装置の動作が高温により支障を来す場合が考えられるが、このような場合にはアクチュエータをそれぞれ水冷式のカバーで被うようにすればよい。また、焼結完了後に焼結型を冷却する必要が生じるが、その場合には、冷却水などを内部に通して冷却可能な構造を有する冷却ブロックを焼結型の外周面（焼結型の外周が円弧状面を有する場合にはそのその円弧状面と合う円弧状面を有する冷却ブロック、外周が平坦面を有する場合には平坦面を有する冷却ブロック）に接触させて冷却するようにすればよい。更にまた、アルミニュウム合金の場合のように、低い融点を有する粉末材料を焼結する場合に焼結型を保温したい場合には焼結型にヒーターを内蔵させてもよい。
【００２１】
前記実施形態では１回の焼結動作で１個の焼結体を成形する例について説明したが、図１０R>０に示されるように、焼結型３３ｂに複数（例えば、焼結型の中心を中心とする円周上に円周方向に等間隔に隔てて複数個（図では３個の例を示す））の貫通穴３３１ｂを形成し、上部パンチもその焼結型の貫通穴の数に対応した数とすることにより（下部パンチは全ての貫通穴の下端を塞げる大きさのもの１個でよい）、１回の焼結動作で複数個の焼結体をつくるようにしてもよい。また、焼結型内に粉末材料をスペーサを間に介在させることによって２層以上多段に充填して一度に複数層の粉末材料を焼結して複数の焼結体をつくってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば次のような効果を奏することが可能である。
（イ）アルミニュウム或いはその合金のような低い融点を有する金属材料或いは非金属材料の焼結だけでなく、タングステン合金等の高い融点を有する金属或いは非金属材料の焼結を高速で連続的に行うことができる。
（ロ）絶縁構造を有するダイセット方式により、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことができる。
（ハ）絶縁構造を有するダイセット方式により、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがない。
（ニ）絶縁構造を有するダイセット方式により、早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上できる。
（ホ）絶縁構造を有するダイセット方式により、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることができる。
（ヘ）高速で精密な焼結を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイセット式のパルス通電加圧焼結システムの一実施形態の全体の側面図である。
【図２】図１のパルス通電加圧焼結システムの全体の平面図である。
【図３】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されているパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せを示す側面図である。
【図４】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されているダイセットの側面図であって、図５の線Ｑ−Ｑに沿って見た断面図である。
【図５】図５のダイセットの平断面図であって、線Ｒ−Ｒに沿って見た図である。
【図６】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されている台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置を示す平面図である。
【図７】図６の台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置を示す図であって、図６の線Ｓ−Ｓに沿って見た図で、一部を省略して示す図である。
【図８】粉末充填、焼結機内へのダイセットの移動、焼結及び焼結品取り出し状態を説明するダイセットの側面図である。
【図９】本発明の他の実施形態であるダイセット組み込み式パルス通電加圧焼結機の側面図である。
【図１０】焼結型の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ パルス通電加圧焼結システム
２ パルス通電加圧焼結機
２３ 下部通電加圧部材 ２５ 上部通電加圧部材
３ ダイセット
３０ ベーステーブル ３１ ガイドロッド
３２ 支持部材 ３３ 焼結型
３４ 下パンチ部材 ３５ 上パンチ部材
３６、３７ アクチュエータ
４ 駆動機構 ５ 台車装置
６ 粉末充填装置 ７ 製品取り出し装置
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパルス通電加圧焼結機用のダイセット及びそのようなダイセットと焼結機の組合せ並びにパルス通電加圧焼結システムに関し、詳しくは、焼結型内への粉末の充填位置と通電加圧焼結機による粉末材料の焼結位置との間で往復動作させることにより、自動的かつ連続的に、しかも高速で製造するのに適したパルス通電加圧焼結機用のダイセット、ダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せ並びにパルス通電加圧焼結システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば本出願人により提案された放電プラズマ焼結、放電焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して焼結を行うパルス通電加圧焼結法により焼結時間を大幅に短縮する事が可能になってきた。このため、１回の焼結に必要な時間すなわち昇温時間、保持時間及び降温時間を含む全工程焼結時間が、従来の大気圧下、真空下、或いは不活性ガス雰囲気下で行われる通電焼結法に比較して遙かに短くなり、焼結型への粉体の充填、焼結装置内への焼結型の供給或いはそこからの焼結型の取り出し、更には焼結型からの焼結品の抜き取り等の付属の準備作業に必要な作業時間に比較しても従来よりも遙かに短くなってきた（刊行物１及び２参照）。
このため、パルス通電加圧焼結法により金属及び／又は非金属の、単一又は複合粉末材料を焼結して緻密で高密度の焼結体或いは多孔質の焼結体を製造する工程も短時間になり、このような焼結体をつくる工程の自動化を図る意義及びそれによる利点も増大してきた。
【０００３】
しかしながら、常圧焼結法、ホットプレス法或いはＨＩＰ法のような今までの通電焼結法では全行程焼結時間としては１時間以上一昼夜の時間を要していたので、焼結の自動化によりかかる焼結体を自動的に量産するという技術は十分に開発されておらず、本出願人を含む共同出願人による出願に係る下記公開特許公報（特許文献１参照）に示される発明によりアルミニュウム合金粉末を焼結して焼結体を自動的かつ連続的に、高速で製造することが可能になったが、アルミニュウム以外の材料の粉末材料の焼結にも適用可能で、装置の構造及び動作の簡素化及び生産の効率化を図れる焼結システムについてはまだ市場では提供されておらず、そのような焼結システムの開発が要望されている。
【０００４】
【刊行物１】カタログ「住石放電プラズマ焼結機”ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲ”ＭＯＤＥＬ ＳＰＳ−３．２０ＭＫ−ＩＩ／ＭＫ−ＩＶ」（カタログＮｏ．Ｓ０２５−０００２０２１１Ａ
【刊行物２】カタログ「住石放電プラズマ焼結機”ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲ”ＭＯＤＥＬ ＳＰＳ−１０２０・１０３０・１０５０・１０８０」（カタログＮｏ．Ｓ０２４−０００２０２１１Ａ
【特許文献１】特開２００１−３２９３０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の主目的は、自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良く粉末材料を焼結するのに適した、パルス通電加圧焼結機用のダイセットを提供することである。
本発明の他の目的は、粉末材料の焼結を自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良くできるようにしたパルス通電加圧焼結機とダイセットの組合せを提供することである。
本発明の別の目的は、前記のようなダイセットを備えていて、粉末材料の焼結体を自動的にかつ高速で連続的に、しかも効率良く製造可能な通電加圧焼結システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えて構成されている。
本願の他の発明は、互いに相対移動可能な上部及び下部通電加圧部材を有していて、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を前記通電加圧部材を介して付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
本発明の発明によるダイセットによれば、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結機に使用した場合、焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
本願の別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材とを備えて構成されている。
本願の更に別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
上記本願の発明によるはダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せによれば、ダイセットを使用することにより、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結機による焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
【０００７】
本願の別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台のダイセットと、前記ダイセットが前記第２の位置にあるとき前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置及び焼結体を取り出し可能な取り出し装置とを備え、前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えて構成されている。
本願の更に別の発明は、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置において焼結型と上下パンチ部材との相対移動により焼結型内への粉末材料の充填と焼結体の除去を前記焼結位置で可能にするダイセットと、前記ダイセットの前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置とを備え、前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、焼結完了後の焼結体を前記下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すように構成されている。
上記本願の発明によるはダイセットとパルス通電加圧焼結機との組合せによれば、ダイセットを使用することにより、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことがで、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがなく、パルス通電加圧焼結システムによる焼結を早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上でき、また、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることがで、更に高速で精密な焼結を行うことを可能にできる。
【０００８】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２において、本実施形態によるダイセットを備えるパルス通電加圧焼結システム１の全体が概略的に示されている。このパルス通電加圧焼結システム（以下単に焼結システム）１は、大きく分けて、放電プラズマ焼結、放電焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して焼結を行うパルス通電加圧焼結機（以下単に焼結機）２と、焼結機２の中心位置すなわち焼結位置Ａのを通して水平方向（図１で左右両側）に所定の距離直線状に伸びる支持装置１０と、その支持装置１０上に移動可能に配置されたダイセット３と、ダイセットを支持装置３上で往復移動させる駆動機構４と、焼結位置から所定の距離Ｌ１隔てられた充填／取り出し位置Ｂから更に焼結位置側に所望の距離Ｌ２隔てられた位置に配置されていてガイドレールの伸長方向すなわち中心線Ｘ−Ｘに沿う方向に略直角の方向に移動する台車装置５と、台車装置５上に配置されていて焼結型内に粉末材料を充填する粉末充填装置６と、一部（取り出し機構）が台車装置５上に配置された製品取り出し装置７とを備え、それらは、図１及び図２に示されるように配置されている。なお、焼結機の反対側（図１で右側）にも前記ダイセット、駆動機構、台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置等を配置して２台のダイセットを用いて焼結を行うようにしてもよい。
【０００９】
図１及び図２において、支持装置１０は長方形に組み立てられたフレーム１１と、そのフレーム上に固定された一対のガイドレール１２とを備えている。ガイドレール１２は線Ｘ−Ｘに沿う方向に伸びている。
図２及び図３において、焼結機２は、台２０に互いに隔ててかつ直立状態で固定された複数（この実施例では４個）の支柱２１と、台２０の上部において支柱２１に上下動可能に案内された可動テーブル２２と、焼結機の中心位置（図３で線Ａ−Ａ上）において可動テーブル２２に固定された下部通電加圧部材２３と、支柱２１の上端に固定された上支持板２４と、上支持板２４に下部通電加圧部材２３に対向して配置固定された上部通電加圧部材２５と、台２０の中心部に設けられていて可動テーブル２２を上下動させるアクチュエータ２６とを備えている。下部通電加圧部材２３は可動テーブル２２の上方に向かって所望の長さ突出しており、上部通電加圧部材２５は上支持板２４から下方に向かって所望の長さ突出している。下及び上部通電加圧部材には、図示しないが中には冷却通路が形成され、その冷却通路に水等の冷却流体を通してそれらの通電加圧部材を冷却するようにしている。両通電加圧部材は、例えばステンレス鋼で作られている。下部通電加圧部材２３は公知の方法で可動テーブル２２及びアクチュエータ２６に対して電気的に絶縁され、また上部通電加圧部材２５は上支持板２４に対して公知の方法で電気的に絶縁されている。下部及び上部通電加圧部材２３及び２５は、それぞれ別個の導体２７（２７ａ、２７ｂ）を介して電源装置２８に接続され、その電源装置から焼結電流である直流パルス電流が供給されるようになっている。アクチュエータは油圧シリンダのような流体圧シリンダで良いが、サーボモータ駆動装置のような他の装置でもよい。
上記焼結機は、後述する構成を有するダイセット３が焼結位置に到着すると、アクチュエータ２６が動作してダイセット３の後述する下パンチ部材及び上パンチ部材を上部通電加圧部材２５との間で挟んで加圧し、電源装置２８より両通電加圧部材、下及び上パンチ部材並びに焼結型を介して焼結型内に充填された粉末材料に所望の量の焼結電流（直流パルス電流）を流し、粉末材料を焼結する。
【００１０】
焼結機２は、更に、焼結を行う空間で真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバを画成するハウジング２９を備えている。ハウジング２９は、４本の支柱２１によって画成される領域の内側において四周を囲む側壁２９１と、側壁２９１によっての下縁に密閉状態で接続された底壁２９２と、側壁２９１の上縁に密閉状態で接続された上壁２９３とをそなえ、それらの壁によって焼結チャンバＳＣを画成している。底壁２９２は台３０の複数（この例では４個）の直立フレーム２０１によって支持されている。下部通電加圧部材２３は底壁２９２に形成された穴を貫通して焼結チャンバ内にハウジング２９の下側から上側に伸びている。底壁には下部通電加圧部材と底壁との間の隙間を密閉する公知の構造のシール装置が設けられている。また、上部通電加圧部材２５は上壁２９３に形成された穴を貫通して焼結チャンバ内に伸びている。上壁には上部通電加圧部材と上壁との間の隙間を密閉する公知の構造のシール装置が設けられている。側壁の一側面（図１において左側の側面）にはダイセット３が焼結チャンバＳＣ内に出入りできる大きさの出入り口２９４が形成され、その出入り口が形成さえた側には公知の構造のゲート弁（図示せず）が配置されている。ゲート弁はダイセットが焼結チャンバ内に出入りするとき（必要に応じて焼結チャンバの外に出ているとき）出入り口２９４を閉じて焼結チャンバ内を周囲から密閉するようになっている。焼結チャンバ内は、公知の構造及び機能を有する真空排気装置及び（又は）不活性ガス供給装置（何れも図示せず）に公知の方法で接続され、真空チャンバ内を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にできるようになっている。側壁、底壁及び上壁は二重構造にして内部に水等の冷却流体を循環させ、ハウジングを冷却するようにしてもよい。
【００１１】
図１、図４及び図５において、ダイセット３は、板状（本実施形態では平面が矩形の板状）の可動台３０と、可動台３０に直立状態で取り付けられた複数（本実施形態では直径方向に隔てて２本）の案内部材としてのガイドロッド３１と、可動台３０の上方に配置されていてガイドロッド３１に上下方向に移動可能に案内された板状（本実施形態では平面が矩形の板状）の昇降台としての支持部材３２と、可動台３０と支持部材３２との間に配置されていて、ガイドロッド３１に上下方向に移動可能に案内された焼結型３３と、焼結型３３の上下方向に貫通する穴３３１内に装着された下パンチ部材３４と、支持部材３２に焼結型３３の穴３３１と整合させて取り付けられた上パンチ部材３５とを備えている。焼結型３３は本実施形態では円環状になっていて、外周部にフランジ部３３２が形成されている。フランジ部３３２には複数（この実施形態では直径方向反対側の２箇所）の上下に貫通する貫通穴３３３が形成され、その貫通穴３３３内にガイドロッド３１が受けられている。ガイドロッドと貫通穴３３３の内周面との間には絶縁部材が配置され、それらを電気的に絶縁している。焼結型３３の下部（フランジ部３３２より下側部分）は可動台３０に形成された穴３０１内に緩く受けられ、焼結型の外周面と可動台の穴３０１の内周面との間に隙間ｇが形成されるようになっている。焼結型３３はフランジ部３３２が可動台３０上に載るようになっている。焼結型３３と可動台３０のと間で電気的に絶縁するために、フランジ部３３２の下面と可動台の上面との間（フランジ部の下面又は（及び）可動台３３の上面のフランジ部が載置される部分）には絶縁部材が配置されている。可動台３０の穴３０１の内周面に絶縁部材を配置してもよい。焼結型の貫通穴３３１の下部内周面には半径方向内側に突出する環状の突部３３４が形成されている。この突部３３４は、下パンチ部材３４の上端外周に形成された環状突部３４１と係合して下パンチ部材が貫通穴から抜け落ちるのを防止している。上パンチ部材３５と昇降台すなわち支持部材３２とは絶縁部材を介して公知の方法、例えば上パンチ部材と支持部材との接触面間及び固定用の止め具と上パンチとの接触面間に絶縁部材を配置する等して、電気的に絶縁されている。上記の絶縁部材としては焼結型が高温に加熱されるため、非導電性のセラミック、或いは冷却構造を有する金属板と樹脂製絶縁材料との組合せ等の高温に耐える材料を使用する。
【００１２】
ダイセット３は、更に、昇降台すなわち支持部材３２を上下動させるアクチュエータ３６及び焼結型３３を上下動させるアクチュエータ３７がそれぞれ複数個（本実施形態ではそれぞれ４個）備え、それらは、図３に示されるように可動台３０の下面に取りつけられている。アクチュエータ３６は本実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであり、そのシリンダ本体３６１が可動台に直立した状態で公知の方法で固定され、そのピストンロッド３６２の先端（図３において上端）は支持部材３２に固定されている。アクチュエータ３７も本実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであり、そのシリンダ本体３７１が可動台３０に直立した状態でかつ前述の絶縁部材と同様の絶縁部材により可動台と電気的に絶縁して公知の方法で固定され、そのピストンロッド３７２の先端（図４において上端）は焼結型３３のフランジ部３３２に固定されている。焼結型３３、下パンチ部材３４及び上パンチ部材３５はアルミニュウム合金粉末のように低い融点を有する金属或いは軽金属の粉末材料を焼結する場合には、例えばダイス鋼などの鉄系の合金で作られ得るが、例えばタングステン合金粉末材料のような高い融点を有する材料を焼結する場合には、グラファイト或いは導電性を有するセラミックス（例えば二硼化チタン（ＴｉＢ２）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ））で作っても良い。上パンチ部材３５の下端部は支持部材３２の下面から下方に向かって突出し、焼結型３３の穴３３１内にぴったりと入り得る寸法になっている。下パンチ部材３４の下端面は可動台３０の下面より下方に突出していて、後述するように、焼結機２の下部通電加圧部材２３の上端面と接触できるようになっている。また、上パンチ部材３５の上端面は支持部材３２の上面より上方に突出していて焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面と接触可能になっている。なお、下部及び上部通電加圧部材内には、図示しないが、冷却流体を流す冷却通路が形成され、冷却可能になっている。
【００１３】
図１において、駆動機構４は、台車装置５の固定台５０上に設けられたブラケット４０に回動可能に取りつけられた流体圧シリンダ４１で構成されている。流体圧シリンダ４１のシリンダ本体４１１の略中央部がブラケット４０回動可能に取りつけられ。ピストンロッド４１２の先端はダイセット３のベースプレート３０の下部分３０１に取りつけられた接続部材４３に連結されている。
ダイセット３は、この流体圧シリンダ４１の動作により、その中心がガイドレール上を焼結位置Ａと充填／取り出し位置Ｂとの間で往復移動されるようになっている。
なお、上記実施例ではダイセットのガイドロッドが２本の場合について説明したが、４本でもよい。また第１及び第２のアクチュエータも４個の場合について説明したが、ダイセットの大きさ、形状に応じて１個ないし３個にしてもよい。
【００１４】
図１、図２、及び図６において、台車装置５は、中心が充填／取り出し位置Ｂ（図１に図示以下同じ）から焼結位置Ａとは反対側に距離Ｌ２隔てられた位置Ｃに配置されいて、固定台５０と、固定台５０上で線Ｘ−Ｘに直角の方向（線Ｙ−Ｙに沿った方向）に往復移動可能に設けられた可動台５１と、可動台５１を移動させる台車駆動機構５２とを備えている。
固定台５０は、台板５０１と、台板５０１に複数（この実施形態では４個）の支柱５０２により取りつけられた台フレーム５０３と、台フレーム５０３に取りつけられていて、線Ｙ−Ｙ方向に伸びる一対のガイドレール５０４とを備えている。可動台５１は矩形の台板５１１で構成されていて、その下面にはガイドレール５０４上で転動するローラ（図示せず）が公知の方法で取りつけられている。これにより可動台５１は固定台のガイドレールを移動可能になっている。台車駆動機構５２は、台フレーム５０３の中心位置に一対の軸受５２１により回転可能に支持されたねじ軸５２２と、台フレームに固定されていてねじ軸５２２を回転する電動サーボモータ５２３と、可動台の下面に取りつけられていて、ねじ軸５２２の外周に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成された雌ねじ部材（図示せず）とを備えている。
可動台５１は、台車駆動機構のねじ軸５２２が電動サーボモータ５２３により正方向及び逆方向に回転されることにより、ガイドレール上で正方向（図６で上方向）及び逆方向（図６で下方向）に移動する。可動台５１は常時は、図６及び図７に示されるように、台フレーム５０３の基端位置（同図において台車駆動機構のサーボモータ５２３から最も離れた位置）にある。
なお、可動台５１の上に載るものが後述する粉末充填装置のみの場合には、上記のような可動の構造にせず、固定の構造でも良い。
【００１５】
図１、図２、図６及び図７において、粉末充填装置６はこの実施形態では可動台５１上に取りつけられて示されている。
粉末充填装置６は、可動台５１上の位置Ｅ（図６において可動台５１の上端）に線Ｘ−Ｘと平行に固定された長い取り付け台の上のガイドレール６１に公知の方法で線Ｘ−Ｘと平行な方向（図６において左右方向）に往復移動可能に支持されたスライダ６２と、スライダ６２を移動させるアクチュエータ６３と、スライダ６２の先端（図１及び図６で右端）に取りつけられていて中で粉末材料を収容可能になっており、下端部から所定量の粉末材料を焼結型本体内に放出できる小型の可動ホッパ６４と、可動ホッパ６４の開閉弁（図示せず）を開閉動作させるアクチュエータ６５とを備えている。アクチュエータ６３及び６５は、この実施形態ではエアシリンダのような流体圧シリンダであるが、電動モータ式などの他の機構を用いてもよい。可動ホッパ及び開閉弁は公知の構造のもので良いので説明は省略する。なお、焼結すべき粉末材料がアルミニュウム合金粉末の場合には可動ホッパ自体にヒーターを内蔵させて可動ホッパ内に入れられた粉末材料を昇温及び保温しておくようにしてもよい。また、粉末材料の充填時に所定量を充填するためには、粉末材料を所定量が入る計量容器内に一端入れた後その計量容器内の粉末材料を焼結型内に充填しても、或いは計量器で計量しながら充填してもよい。粉末材料をは可動台５１が基端位置にある時、可動ホッパ６４の中心が線Ｘ−Ｘ上に位置するようになっている。粉末充填装置６は、更に、可動ホッパが休止位置にある時にその可動ホッパ内に粉末材料を供給する固定の供給ホッパ６７を備えていてもよい。粉末材料がアルミニュウム合金等で所定の温度に保温する必要がある場合にはこの供給ホッパにもヒーターを設けて保温してもよい。
上記粉末充填装置６は、ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに停止していてダイセットが粉末材料の充填工程にあるとき、スライダ６２がアクチュエータ６３の動作により図１において左側に移動されることによって、図７に示されるように、可動ホッパ６４が充填／取り出し位置Ｂに到着している焼結型３４の直上に移動し、アクチュエータ６５が動作して開閉弁（図示せず）を開いて所定量の粉末材料を焼結型３３の穴３３１内に充填する。
なお、可動台５１上には、粉末充填装置と並列に、焼結型の穴内を回転するブラシ等で清掃（ブラッシング）する焼結型清掃装置及び上パンチ部材の下端面をブラシ等で清掃（ブラッシング）する清掃装置を配置してもよい。
【００１６】
製品取り出し装置７は、この実施例では、可動台５０上に粉末充填装置６に隣接して配置された取り出し機構７０と、充填／取り出し位置Ｂの位置においてダイセット３の下方に配置されたエアシリンダのような流体圧作動式のノックアウトシリンダ７８と、を備えている。ノックアウトシリンダ７８は焼結が完了した後ダイセットが位置Ｂにくると動作してピストンロッド７８１により下パンチ部材３４及び焼結品を焼結型に関して相対的に上方に押し上げ、焼結品を焼結型の外に押し出す。取り出し機構７０は、粉末充填装置６に隣接して位置Ｆ（図７において）配置されていて、粉末充填装置のガイドレール６１と平行に取り付け台上に配設されたガイドレール７１と、ガイドレール７１上に公知の方法で往復移動可能に支持されたスライダ７２と、スライダ７２を往復移動させるアクチュエータ７３と、スライダ７２の先端（図６において右端）に取り付けられたチャック７４とを備えている。このチャック７４は公知の構造及び機能を有していて、一対の把持爪で焼結型の外に押し出された焼結品を把持して取り出すようになっている。
【００１７】
次に図１ないし図８を参照して上記実施例の焼結システムの動作について説明する。
焼結型３３内に粉末材料を充填するとき、ダイセット３は駆動機構４により中心Ｏ−Ｏが充填／取り出し位置Ｂに移動され、支持部材３２は図８［Ａ］に示されるように、最上位置に押し上げられ、また焼結型３３は最下位置にあってフランジ部３３２が可動台３０の上に載った状態になっている。この状態のとき、焼結型の上端面と上パンチ部材３５の下端面との間は大きく離れている。この状態で、粉末供給装置６が動作して可動ホッパ６４が焼結型３３の直上で上パンチ部材３２の直下の位置まで移動し、可動ホッパ６４から所定量の粉末材料Ｐを焼結型内に充填する。
焼結型３３内への粉末材料の充填が完了すると、アクチュエータ３６が動作し、図８［Ｂ］に示されるように、昇降台すなわち支持部材３２を所定距離降下させ、上パンチ部材３５の下端が焼結型３３の穴３３１内に僅かに入った状態で停止する。この状態でダイセット３の高さＨ（下パンチ部材３４の下端面から上パンチ部材３５の上端面のまでの高さ）は、待機中の焼結機２の下部通電加圧部材２３の上端と上部通電加圧部材２５の下端面との間の距離より小さくなり、ダイセット３が焼結機にセット可能になる。そこで、駆動機構４が動作してダイセット３を焼結位置Ａに移動する。この時上部パンチ３６の上端面は焼結機の上部通電加圧部材２５の下端面より僅かに低い位置になる。
【００１８】
ダイセット３が焼結位置Ａに到着すると、焼結機２が動作し、図８［Ｃ］に示されるように、加圧装置２６により下部通電加圧部材２３を上昇させて下パンチ部材３４、粉末材料Ｐ及び上パンチ部材３５全体を、上パンチ部材の上端面が上部通電加圧部材２５の下端面に接するまで上昇させると共に、ダイセット３のアクチュエータ３７が動作して焼結型３３を図８［Ｃ］に示されるように上昇させる。このときアクチュエータ３６は無加圧状態で可動状態で動作がフリーになっており、上記上パンチ部材及びそれが取り付けられている支持部材３２は下パンチ部材の上昇により押し上げられる。加圧装置すなわちアクチュエータ２６が焼結条件に基づいた加圧力で下パンチ部材３４を上部通電加圧部材２５に向かって押すと、上部パンチの上端面が上部通電加圧部材２５の下面に接触して焼結型内の粉末材料を上部パンチと下部パンチとで加圧すると共に両通電加圧部材及び両パンチ部材を介して粉末材料Ｐに予めプログラムに設定された電流条件範囲内の所定の量の焼結電流（直流パルス電流）を流して焼結を行う。
焼結が完了した後、プログラム設定に従い、アクチュエータ２６による加圧を解放停止して下部通電加圧部材２３を下降させると共に、ダイセット３のアクチュエータ３６及び３７を動作させて支持部材３２及び上パンチ部材３５並びに焼結型を図８［Ｂ］に示される状態に移動させる。ダイセット３がこの状態になった後駆動機構４が動作してダイセットを充填／取り出し位置Ｂに移動させる。
【００１９】
ダイセット３が充填／取り出し位置Ｂに到着すると、まず、アクチュエータ３６が動作して支持部材３２を図８［Ｄ］に示されるように最上位置に上昇させる。次にノックアウトシリンダ７８が動作してダイセットの下パンチ部材３４をしたから押し上げる。この時アクチュエータ３７は焼結型が下パンチ部材と共に移動しないように動作がロック状態（機械的又は流体的に）になっている。これにより焼結品Ｍは図８［Ｄ］に示されるように、下パンチ部材３４に押されて焼結型３３の上側に僅か出る。この状態で取り出し機構７０のスライダ７２が移動してチャック７４をダイセット内に移動させ、チャックにより焼結品Ｍ取り出す。取り出し機構によりダイセットから取り出された焼結品は位置Ｂにおいてチャック７６の下方に配置されたコンベア７５上に載せられ、そのコンベアにより所定の位置に送られる。
以下同じ動作を繰り返し粉末材料を焼結して焼結品を製造する。
なお、粉末材料の種類によっては真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気下で焼結を行う必要がある場合がある。その場合には、ダイセット３が焼結機内にセットされて焼結が開始される前に、ハウジング２９内の焼結チャンバＳＣ内を外気から密閉し、図示しない真空排気装置により真空雰囲気（例えば６ＭＰａ（４．５×１０−２Ｔｏｒｒ以下））にするか或いは一旦排気した後図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気にする。
【００２０】
図９において本発明のダイセットを組み込んだ焼結機２ａの実施形態が示されている。この実施形態において、ダイセットの構造及び機能は、ダイセットが焼結位置Ａと充填／取り出し位置Ｂとの間で移動出来ず常時焼結機の焼結チャンバＳＣ内に配置されている点を除いて、前記実施例のものと同じである。したがって、それらの詳細な説明は省略する。
この実施形態のダイセット組み込み式焼結機２ａではダイセットが定位置に固定されているため、ダイセット３用の支持装置１０ａは焼結チャンバＳＣ内に配置され、ハウジング２９の底板上に載せられて支えられるか或いは台２０の直立フレーム２０１の上端上に載せるようにして支持され得る。
上記焼結機において、焼結完了後に焼結品を焼結型の外部に押し出すために下パンチ部材を上昇させる必要があるが、本実施形態ではノックアウトシリンダが存在しないので下部通電加圧部材２３をアクチュエータ２６で押し上げ、その下部通電加圧部材により下パンチ部材３４を押し上げるようにする。また、本実施形態では下部通電加圧部材の必要移動距離を大きくする必要が生じるが、この場合にはアクチュエータのストロークを大きくすればよい。
また焼結型内への粉末材料の充填並びに焼結品の取り出しは、前記実施形態の粉末充填装置６及び製品取り出し装置７を使用して行うことができるが、ダイセットが位置Ｂまで移動することがないので、焼結機中心位置Ａとそれらの装置が載せられている台車装置５の中心の位置との関係は、前記実施形態の位置Ｂと位置Ｃとの関係に等しくすればよい。
なお、特に後者の実施形態では常時ダイセットが焼結チャンバ内に設置されているためアクチュエータ等の作動装置の動作が高温により支障を来す場合が考えられるが、このような場合にはアクチュエータをそれぞれ水冷式のカバーで被うようにすればよい。また、焼結完了後に焼結型を冷却する必要が生じるが、その場合には、冷却水などを内部に通して冷却可能な構造を有する冷却ブロックを焼結型の外周面（焼結型の外周が円弧状面を有する場合にはそのその円弧状面と合う円弧状面を有する冷却ブロック、外周が平坦面を有する場合には平坦面を有する冷却ブロック）に接触させて冷却するようにすればよい。更にまた、アルミニュウム合金の場合のように、低い融点を有する粉末材料を焼結する場合に焼結型を保温したい場合には焼結型にヒーターを内蔵させてもよい。
【００２１】
前記実施形態では１回の焼結動作で１個の焼結体を成形する例について説明したが、図１０R>０に示されるように、焼結型３３ｂに複数（例えば、焼結型の中心を中心とする円周上に円周方向に等間隔に隔てて複数個（図では３個の例を示す））の貫通穴３３１ｂを形成し、上部パンチもその焼結型の貫通穴の数に対応した数とすることにより（下部パンチは全ての貫通穴の下端を塞げる大きさのもの１個でよい）、１回の焼結動作で複数個の焼結体をつくるようにしてもよい。また、焼結型内に粉末材料をスペーサを間に介在させることによって２層以上多段に充填して一度に複数層の粉末材料を焼結して複数の焼結体をつくってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば次のような効果を奏することが可能である。
（イ）アルミニュウム或いはその合金のような低い融点を有する金属材料或いは非金属材料の焼結だけでなく、タングステン合金等の高い融点を有する金属或いは非金属材料の焼結を高速で連続的に行うことができる。
（ロ）絶縁構造を有するダイセット方式により、上、下パンチと焼結型との位置決めを焼結位置で正確に行うことができる。
（ハ）絶縁構造を有するダイセット方式により、焼結型内へのパンチの挿入を行っても焼結型の破損を発生させることがない。
（ニ）絶縁構造を有するダイセット方式により、早いサイクルタイムで動作可能であり、生産効率を向上できる。
（ホ）絶縁構造を有するダイセット方式により、再現性の向上及び信頼性の向上を図ることができる。
（ヘ）高速で精密な焼結を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイセット式のパルス通電加圧焼結システムの一実施形態の全体の側面図である。
【図２】図１のパルス通電加圧焼結システムの全体の平面図である。
【図３】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されているパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せを示す側面図である。
【図４】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されているダイセットの側面図であって、図５の線Ｑ−Ｑに沿って見た断面図である。
【図５】図５のダイセットの平断面図であって、線Ｒ−Ｒに沿って見た図である。
【図６】図１のパルス通電加圧焼結システムに使用されている台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置を示す平面図である。
【図７】図６の台車装置、粉末充填装置、製品取り出し装置を示す図であって、図６の線Ｓ−Ｓに沿って見た図で、一部を省略して示す図である。
【図８】粉末充填、焼結機内へのダイセットの移動、焼結及び焼結品取り出し状態を説明するダイセットの側面図である。
【図９】本発明の他の実施形態であるダイセット組み込み式パルス通電加圧焼結機の側面図である。
【図１０】焼結型の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ パルス通電加圧焼結システム
２ パルス通電加圧焼結機
２３ 下部通電加圧部材 ２５ 上部通電加圧部材
３ ダイセット
３０ ベーステーブル ３１ ガイドロッド
３２ 支持部材 ３３ 焼結型
３４ 下パンチ部材 ３５ 上パンチ部材
３６、３７ アクチュエータ
４ 駆動機構 ５ 台車装置
６ 粉末充填装置 ７ 製品取り出し装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、
第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、
前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えるパルス通電加圧焼結機用のダイセット。
【請求項２】
互いに相対移動可能な上部及び下部通電加圧部材を有していて、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を前記通電加圧部材を介して付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、
前記焼結位置に配置された台と、
前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すダイセット。
【請求項３】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、
前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、
前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材とを備える、
パルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せ。
【請求項４】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、
前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、
前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せ。
【請求項５】
請求項３又は４の記載のパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気に制御可能な焼結チャンバを画成するハウジングを備える組合せ。
【請求項６】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、
前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台のダイセットと、
前記ダイセットが前記第２の位置にあるとき前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置及び焼結体を取り出し可能な取り出し装置とを備え、
前記ダイセットが、
第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、
前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えるダイセット式パルス通電加圧焼結システム。
【請求項７】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、
前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置において焼結型と上下パンチ部材との相対移動により焼結型内への粉末材料の充填と焼結体の除去を前記焼結位置で可能にするダイセットと、
前記ダイセットの前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置とを備え、
前記ダイセットが、
前記焼結位置に配置された台と、
前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すダイセット式通電加圧焼結システム。
【請求項１】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、
第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、
前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えるパルス通電加圧焼結機用のダイセット。
【請求項２】
互いに相対移動可能な上部及び下部通電加圧部材を有していて、焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を前記通電加圧部材を介して付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機用のダイセットにおいて、
前記焼結位置に配置された台と、
前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すダイセット。
【請求項３】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、
前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、
前記ダイセットが、第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材とを備える、
パルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せ。
【請求項４】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結機と、前記粉末材料が入れられる焼結型を有するダイセットとの組合せにおいて、
前記パルス通電加圧焼結機が、少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材と、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置と、前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置とを備え、
前記ダイセットが、前記焼結位置に配置された台と、前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記パルス通電加圧焼結機の下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せ。
【請求項５】
請求項３又は４の記載のパルス通電加圧焼結機とダイセットとの組合せにおいて、前記パルス通電加圧焼結機が、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気に制御可能な焼結チャンバを画成するハウジングを備える組合せ。
【請求項６】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、
前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置となる第１の位置と前記第１の位置から所望の距離隔てられた第２の位置との区間で直線往復移動可能な少なくとも１台のダイセットと、
前記ダイセットが前記第２の位置にあるとき前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置及び焼結体を取り出し可能な取り出し装置とを備え、
前記ダイセットが、
第１の位置と前記第１の位置から隔てた第２の位置との間で移動可能な可動台と、
前記可動台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記可動台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて可動台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備えるダイセット式パルス通電加圧焼結システム。
【請求項７】
焼結すべき粉末材料に所望の加圧力及び所望の直流パルス電流を付与して焼結し、焼結体とするパルス通電加圧焼結システムにおいて、
少なくとも一方が他方に関して相対的に上下運動可能な上部、下部一対の通電加圧部材、前記通電加圧部材に接続されて所望のパルス電流を前記通電加圧部材に供給する電源装置及び前記少なくとも一方の通電加圧部材を上下動させる加圧装置を備えたパルス通電加圧焼結機と、
前記粉末材料が充填される焼結型を有していて、前記焼結機による焼結位置において焼結型と上下パンチ部材との相対移動により焼結型内への粉末材料の充填と焼結体の除去を前記焼結位置で可能にするダイセットと、
前記ダイセットの前記焼結型内に粉末材料を充填できる充填装置とを備え、
前記ダイセットが、
前記焼結位置に配置された台と、
前記台に対して電気的に絶縁して上下方向に移動可能に配置されかつ上下に貫通する穴を有する焼結型と、
前記台に対して略垂直に固定されていて前記焼結型の移動を案内する案内部材と、
前記焼結型の穴に移動可能に配置された下パンチ部材と、
前記案内部材に案内されて台に関して移動可能に配置されてた支持部材と、
前記支持部材に電気的に絶縁して取り付けられていて、前記焼結型の穴内に挿入可能になっている上パンチ部材と、を備え、
焼結完了後の焼結体を前記下部通電加圧部材により前記下パンチを前記焼結型に関して押し上げて前記焼結型の外に出すダイセット式通電加圧焼結システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００４−２４４６６０（Ｐ２００４−２４４６６０Ａ）
【公開日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−３３５６２（Ｐ２００３−３３５６２）
【出願日】平成１５年２月１２日（２００３．２．１２）
【出願人】（０００１８３３８１）住友石炭鉱業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年２月１２日（２００３．２．１２）
【出願人】（０００１８３３８１）住友石炭鉱業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]