JP2000026904A

JP2000026904A - 焼結接合体の成形用型、焼結接合体の製造方法および焼結接合体

Info

Publication number: JP2000026904A
Application number: JP10211970A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Miyake; 正太郎三宅; Yukio Kubota; 幸雄久保田; Tsuneo Hiraide; 恒男平出
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な方法で焼結時の加圧方向と交わる方向に
接合された焼結接合体を製造可能な焼結接合成形用型、
かかる成形用型を用いた焼結接合体の製造方法およびそ
の方法により製造された焼結接合体を提供する。【解決手段】焼結接合体を構成する焼結材料を収容可能
な中空部２１を有する筒状の外型２と、焼結材料を押圧
する一対の押圧子３ａ、３ｂとを備え、焼結材料を放電
プラズマ焼結により焼結し、密度の異なる複数の焼結体
が接合された焼結接合体を成形する焼結接合体の成形用
型であって、押圧子の少なくとも一方は、前記押圧子の
押圧面を分割する複数の押圧部材から構成されている。
押圧子は環状押圧部材３１とその中空部分３１０に摺動
可能に嵌合する柱状押圧部材３２とから構成されている
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は焼結接合体、特に密
度の異なる複数の焼結体が接合された焼結接合体の成形
用型、焼結接合体の製造方法およびその製造方法により
製造される焼結接合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、異種材料からなる複合焼結体が開
発され、かかる複合焼結体は従来２物質を接着していた
部品の代替や、強度と靱性を併せ持つ生体材料等への応
用等、多様な分野への適用が展開されていた。このよう
な複合焼結体の製造方法としては、例えば放電プラズマ
焼結法（ＳＰＳ）が挙げられる。

【０００３】放電プラズマ焼結法は、加圧焼結法の一種
であり、焼結材料内部からの自己発熱作用を利用した焼
結法である。放電による直接発熱方式によるため、極め
て熱効率に優れ、簡便かつ短時間で均質高品位の焼結体
（焼結接合体）が容易に得られるという特長がある。

【０００４】また、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ）のよ
うな一軸荷重焼結法は、一般に円筒状のスリーブに円柱
状の押圧子（パンチ）を用いて加圧しながら焼結する方
法であり、焼結材料や密度の異なる層が加圧方向に積層
された複合焼結体を容易に製造することができる。

【０００５】しかし、かかる方法では、加圧方向と直交
する方向に接合面を有する複合焼結体（焼結接合体）で
あって、例えば密度が異なる大中小の円筒形状の焼結体
が同心円状に接合されたものを作製することは困難であ
った。

【０００６】このように密度が異なる複数の焼結体が同
心円状に接合された焼結接合体の製造方法としては、例
えば、焼結体を別々に作製しこれらを組合わせて焼結接
合させる方法が挙げられる。しかし、このような方法で
は製造工程が煩雑となり、また、密度の異なる焼結体を
焼結接合する場合、焼結が部分的に過不足を生じ易く、
均一で十分な接合力を得ることは困難であった。

【０００７】また、別々に作製された焼結体を焼き嵌め
等により接合させる方法が挙げられるが、かかる方法に
よれば、同心円の外側部分の収縮量が内側部分よりも大
きくなるように調節しなければならない。このため、外
側部分が内側部分よりも密度が小さいものしか製造する
ことができなかった。さらに、各焼結体の嵌合部分の形
状を熱による寸法変化等を考慮して設定しなければなら
ず、各焼結体の密度、寸法の調整等が困難であった。さ
らに嵌め合いが可能である焼結体の形状には制限があっ
た。

【０００８】一方、熱間等方加圧焼結法（ＨＩＰ）によ
り、密度の異なる層が同心円状に配置された多重構造の
焼結体を製造する方法が提案されている。しかし、この
方法によれば層間接着力が不十分となり易く、また、材
料の熱膨張係数の相違や残留応力等により焼結体に割れ
が生じる等の問題があり、加圧軸方向と異なる方向、例
えば径方向に接合面を有する複合焼結体（焼結接合体）
を簡易にかつ良好に製造することは困難であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡易
な方法で加圧方向と交わる方向に密度の異なる複数の焼
結体が接合された焼結接合体を製造することができる焼
結接合成形用型、かかる成形用型を用いた焼結接合体の
製造方法およびその方法により製造された焼結接合体を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（18）の本発明により達成される。

【００１１】（１）焼結接合体を構成する焼結材料を
収容可能な中空部を有する筒状の外型と、前記焼結材料
を押圧する一対の押圧子とを備え、前記焼結材料を放電
プラズマ焼結法により焼結し、密度の異なる複数の焼結
体が接合されてなる焼結接合体を成形する焼結接合体の
成形用型において、前記押圧子の少なくとも一方は、前
記押圧子の押圧面を分割する複数の押圧部材から構成さ
れていることを特徴とする焼結接合体の成形用型。

【００１２】（２）前記押圧子は環状押圧部材と、そ
の中空部分に摺動可能に嵌合する柱状押圧部材とから構
成される上記（１）に記載の焼結接合体の成形用型。

【００１３】（３）前記環状押圧部材と前記柱状押圧
部材とは同心状または同心円状に配置されている上記
（１）または（２）に記載の焼結接合体の成形用型。

【００１４】（４）前記押圧部材は各々異なる圧縮比
で前記焼結材料を押圧するよう構成されている上記
（１）ないし（３）のいずれかに記載の焼結接合体の成
形用型。

【００１５】（５）前記圧縮比は前記押圧部材の押圧
方向における長さにより調節される上記（４）に記載の
焼結接合体の成形用型。

【００１６】（６）前記外型および前記押圧子の少な
くとも一方は炭素系材料で構成されている上記（１）な
いし（５）のいずれかに記載の焼結接合体の成形用型。

【００１７】（７）焼結接合体を構成する焼結材料を
成形用型に充填する工程と、前記焼結材料を放電プラズ
マ焼結法により焼結接合する工程とを有する密度の異な
る複数の焼結体が接合された焼結接合体の製造方法にお
いて、前記焼結接合工程において前記焼結材料に対し部
分的に圧縮比を変えて押圧することを特徴とする焼結接
合体の製造方法。

【００１８】（８）前記押圧は押圧面が分割された押
圧子を用いて行われる上記（７）に記載の焼結接合体の
製造方法。

【００１９】（９）前記押圧子は複数の押圧部材から
構成される上記（８）に記載の焼結接合体の製造方法。

【００２０】（10）前記押圧部材は環状押圧部材と、
その中空部分に摺動可能に嵌合する柱状押圧部材とから
構成されている上記（９）に記載の焼結接合体の製造方
法。

【００２１】（11）前記環状押圧部材と前記柱状押圧
部材とは同心状または同心円状に配置される上記（10）
に記載の焼結接合体の製造方法。

【００２２】（12）前記焼結接合工程の前に前記焼結
材料の圧粉体を形成する上記（７）ないし（11）のいず
れかに記載の焼結接合体の製造方法。

【００２３】（13）前記焼結材料は金属粉末である上
記（７）ないし（12）のいずれかに記載の焼結接合体の
製造方法。

【００２４】（14）上記（７）ないし（13）のいずれ
かに記載の焼結接合体の製造方法により製造される焼結
接合体であって、密度の異なる複数の焼結体が焼結時の
加圧方向と交わる方向に接合されていることを特徴とす
る焼結接合体。

【００２５】（15）上記（７）ないし（13）のいずれ
かに記載の焼結接合体の製造方法により製造される焼結
接合体であって、密度の異なる複数の焼結体が焼結時の
加圧方向と直交する方向に接合されていることを特徴と
する焼結接合体。

【００２６】（16）前記焼結体は同心状または同心円
状に接合されている上記（14）または（15）に記載の焼
結接合体。

【００２７】（17）前記焼結体は同一の焼結材料から
構成されている上記（14）ないし（16）のいずれかに記
載の焼結接合体。

【００２８】（18）前記焼結材料は金属材料である上
記（14）ないし（17）のいずれかに記載の焼結接合体。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の焼結接合体の成形
用型、焼結接合体の製造方法および焼結接合体を添付図
面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

【００３０】Ａ．焼結接合体の成形用型まず、本発明の焼結接合体の成形用型について説明す
る。

【００３１】図１は、本発明の焼結接合体の成形用型の
各構成要素の第１実施形態を示す縦断面図、図２は本発
明の焼結接合体成形用型の外型と環状押圧部材とを嵌合
させた状態を示す横断面図である。

【００３２】本発明の焼結接合体の成形用型は、焼結材
料を放電プラズマ焼結により焼結し、密度の異なる複数
の焼結体が接合されてなる焼結接合体を成形する成形用
型であって、図に示すように焼結接合体を構成する焼結
材料を収容可能な中空部２１を有する外型２と、焼結材
料を押圧するための第１の押圧子３ａと第２の押圧子３
ｂとからなる一対の押圧子とを備えている。

【００３３】第２の押圧子３ｂは、前記中空部２１の横
断面を分割する環状押圧部材３１と柱状押圧部材３２と
で構成されている。

【００３４】外型２は円筒形状であって、その外型２の
中心軸に対し同心円状に中空部２１が形成されている。
外型２の構成材料としては、放電プラズマ焼結に好適な
導電性材料であることが好ましく、例えば、超硬金属、
超硬合金、炭素系材料等が挙げられ、なかでも炭素系材
料がより好ましい。

【００３５】中空部２１の一端側には第１の押圧子３ａ
が摺動可能に配置され、他端側には環状押圧部材３１が
摺動可能に配置されている。

【００３６】環状押圧部材３１は、図２に示すように円
筒形状であって、その中心軸に対し同心円状に中空部３
１０が形成されている。柱状押圧部材３２は円柱形状
で、環状押圧部材３１の中空部３１０に摺動可能に嵌合
するよう形成されている。

【００３７】このような構成とすることにより、第２の
押圧子３ｂの押圧面は、環状押圧部材３１の押圧面３１
５および柱状押圧部材３２の押圧面３２５に分割され、
押圧面ごとに異なる圧縮比で焼結材料を押圧することが
可能となる。

【００３８】したがって、１つの外型２内で密度の異な
る複数の焼結体を容易に作製することができ、さらに同
一の型内でそれらを焼結接合することが可能となる。

【００３９】図３は、外型と環状押圧部材とを嵌合させ
た状態の他の実施形態を示す横断面図である。

【００４０】環状押圧部材３１の中空部３１０の横断面
形状が正方形である。中空部３１０は、環状押圧部材３
１と中心が一致するように設けられている。これにより
環状押圧部材３１と柱状押圧部材３２とを同心状に配置
することが可能となる。ここで、「同心状」とは、中心
（中心軸）を同じくする状態のことを意味し、この場
合、環状押圧部材３１と柱状押圧部材３２との中心軸が
一致するよう配置されていることを意味する。

【００４１】柱状押圧部材３２は中空部３１０に摺動可
能に嵌合するよう横断面（押圧面）形状が正方形の四角
柱で構成される。

【００４２】なお、環状押圧部材３１の中空部３１０の
横断面形状は、上記のように円形、正方形に限られず、
楕円形、多角形、矩形であってもよい。柱状押圧部材３
２の横断面（押圧面）形状は、環状押圧部材３１の中空
部３１０に摺動可能に嵌合するものであればいかなる形
状であってもよい。

【００４３】第１の押圧子３ａおよび第２の押圧子３ｂ
の構成材料としては、外型２と同様のものが好ましく用
いられ、例えば、超硬金属、超硬合金、炭素系材料等が
挙げられるが炭素系材料がより好ましい。

【００４４】図４は、本発明の焼結接合体の成形用型の
各構成要素の第２実施形態を示す縦断面図である。本実
施形態では、第２の押圧子３ｂが環状押圧部材３１１、
３１２および柱状押圧部材３２とから構成されている点
で第１実施形態と異なる。その他の事項については第１
実施形態と同様であるので説明を省略する。

【００４５】環状押圧部材３１１は外型２の中空部２１
に嵌入可能な円筒形状であって、横断面形状が円形であ
る中空部３１１０が同心円状に形成されている。

【００４６】中空部３１１０には、環状押圧部材３１２
が摺動可能に嵌合するよう配置されている。環状押圧部
材３１２は、環状押圧部材３１１と同様、円筒形状であ
って、横断面形状が円形である中空部３１２０が同心円
状に形成されている。

【００４７】さらに中空部３１２０には、摺動可能に嵌
入される円柱状の柱状押圧部材３２が配置されている。

【００４８】このような構成とすることにより、焼結材
料の押圧は押圧面３１１５、３１２５、３２５により分
割して行われ、各押圧面において異なる圧縮比で押圧す
ることができる。したがって、１つの外型２内で密度の
異なる３つの焼結体を容易に作製することができ、さら
に同一の型内でそれらを焼結接合することが可能であ
る。

【００４９】本実施形態の場合、上記第１実施形態の場
合と同様、各環状押圧部材の中空部の横断面形状はいか
なるものでもよい。例えば、環状押圧部材３１１の中空
部３１１０が図３に示すような正方形である場合、環状
押圧部材３１２は横断面形状が正方形の筒状であって中
空部３１２０が設けられたものとする。

【００５０】また、中空部３１２０の横断面形状は、円
形、多角形等任意に選択することができる。中空部３１
２０に摺動可能に嵌合させる柱状押圧部材３２は、中空
部３１２０の形状にほぼ等しい横断面（押圧面）形状の
柱状物とされる。

【００５１】Ｂ．焼結接合体の製造方法図５〜図１０は本発明の焼結接合体の製造方法を示す断
面図である。

【００５２】本発明の焼結接合体の製造方法は、焼結接
合体を構成する焼結材料を成形用型１の空間に充填する
工程と、焼結材料を放電プラズマ焼結法により焼結接合
する工程とを有する密度の異なる複数の焼結体が接合さ
れた焼結接合体の製造方法であって、該焼結接合工程に
おいて焼結材料に対し部分的に圧縮比を変えて押圧する
ことを特徴とする。以下、これらの各工程について図面
を用いて順次説明する。

【００５３】まず、焼結材料５を焼結接合体の成形用型
１（以下、「成形用型１」という）に充填する。より具
体的には図５および図６に示すように、焼結材料５をカ
ーボン製の外型２の中空部２１に装入する。このとき外
型２の一端側には、カーボン製の第１の押圧子３ａが嵌
入されている。

【００５４】外型２の内周面は導電性を有するカーボン
シート７で被覆されている。これによりカーボンシート
７は、外型２の内周面と焼結材料５との間にクッション
材として介在し、例えば焼結材料５に含まれる金属材料
が外型２を構成するカーボンと反応し内周面に固着する
こと等を防止する。さらに、各押圧子が外型２の内周面
に食いつくことを防止し、円滑に摺動させることができ
る。

【００５５】焼結材料５としては、ＳＵＳ３０４等のス
テンレス鋼系材料、Ａｌ、Ａｌ系合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金
等の非鉄金属系金属系材料等、その他の殆どの金属材料
が挙げられる。さらに、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の酸化物系セラミ
ックス、ＳｉＣ等の炭化物系セラミックス、ＴａＮ等の
窒化物系セラミックス、ＴｉＢ₂ 等の硼化物系セラミッ
クス、ＬｉＦ等のフッ化物系セラミックス、ハイドロキ
シアパタイト等のリン酸カルシウム系セラミックス等の
セラミックス系材料、サーメット系化合物材料、金属間
化合物系材料、有機系材料等が挙げられ、これらを１種
または２種以上を混合して用いることができる。

【００５６】また、成形用型１に充填される焼結材料５
の形態は、粉状物、ブロック体等の塊状物等いかなるも
のでもよいが、充填量の調節の容易さ等から粉状物がよ
り好ましい。粉状物は平均粒径０．１〜１００μｍ程度
のものが好ましく用いられる。

【００５７】次に、図７および図８に示すように焼結材
料５を、中空部２１に摺動可能な金属製の押圧子６を用
いて圧縮し、焼結前に予め圧粉体５１を形成する。圧粉
体５１を形成することにより、焼結体の強度および接合
力をより向上させ、各焼結体の気孔率、気孔径等をより
精度よく制御することができる。圧粉体５１形成時の押
圧力は、１０〜１０００kgf/cm² の範囲であることが好
ましい。

【００５８】なお、圧粉体５１の形成方法は、上記押圧
子６による焼結材料の圧縮に限られず、冷間等方加圧法
（ＣＩＰ）、熱間等方加圧法（ＨＩＰ）等であってもよ
い。

【００５９】圧粉体５１を形成後、図９に示すように押
圧子６をカーボン製の環状押圧部材３１、柱状押圧部材
３２とからなる第２の押圧子３ｂに交換し、成形用型１
を放電プラズマ焼結用装置にセットする。

【００６０】焼結系内は、焼結材料の酸化等を防止する
ために真空状態または不活性ガス雰囲気とされることが
好ましい。

【００６１】環状押圧部材３１と柱状押圧部材３２とは
同心円状に配置され、圧粉体５１を外周部の環状押圧面
３１５の部分と、中央部の円形押圧面３２５の部分とに
分割し、押圧面ごとに異なる圧縮比で押圧しながら放電
プラズマ焼結法により焼結する。

【００６２】圧粉体５１を相異なる圧縮比で押圧するよ
うに環状押圧部材３１および柱状押圧部材３２を制御す
る方法としては、例えば、図に示すように環状押圧部材
３１と柱状押圧部材３２とを押圧方向に相異なる長さと
し、これにより押圧部材ごとに圧縮量を変化させ、圧縮
比を異なるものとする方法等が挙げられる。

【００６３】本実施形態では、押圧方向においてより長
い方の環状押圧部材３１を図示しない固定部材により固
定し第１の押圧子３ａ側から押圧すると、環状押圧部材
３１による押込み量（圧縮比）は、柱状押圧部材３２に
より押圧される部分の押込み量よりも多くなる。したが
って、環状押圧部材３１により押圧された焼結体の密度
は、柱状押圧部材３２により押圧された焼結体よりも大
きくなる。

【００６４】このように各押圧部材の押圧方向における
長さを調節することにより、部分的に圧縮比を変えて押
圧することができる。

【００６５】また、他の方法としては、各押圧部材を別
々の加圧ラム等により駆動し、例えば、環状押圧部材３
１と柱状押圧部材３２とが独立して圧縮比が異なるよう
に押圧する方法等が挙げられる。この場合、焼結材料の
圧縮比は押圧部材の長さによらず、加圧ラムの制御によ
り調整される。

【００６６】放電プラズマ焼結は、第１の押圧子３ａ、
第２の押圧子３ｂおよび外型２を通してパルス電圧を印
可し、圧縮通電系を加熱する。焼結系の温度が所定温度
に達したら、かかる温度で一定時間保持し、焼結接合体
１０を作製する。焼結温度としては４００〜２０００
℃、焼結時間は１〜３０分、押圧力は３０〜７５０kgf/
cm² 程度とすることが好ましい。

【００６７】放電プラズマ焼結法は、圧粉体粒子間隙に
直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電によ
り瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギーを熱拡散
・電界拡散等へ効果的に応用することで、ホットプレス
法等に比べ、昇温、保持時間を含め、数分〜数十分の短
時間で焼結あるいは焼結接合を可能とする。また、放電
点の分散による均等加熱により、均質高品位の焼結接合
体を容易に製造することができる。

【００６８】本実施形態で製造される焼結接合体は、図
１０に示すように焼結接合体１０の外周部に環状の高密
度焼結体１０１、中心部に柱状の低密度焼結体１０２が
形成され、それらが相互に強固に接合され完全に一体化
した焼結接合体１０が製造される。

【００６９】以上、焼結接合体の成形用型の一対の押圧
子のうち、一方の押圧子のみ押圧面が分割された場合に
ついて説明したが、双方の押圧子の押圧面が分割された
場合であっても同様である。

【００７０】Ｃ．焼結接合体次に、本発明の焼結接合体について説明する。

【００７１】図１１は、本発明の焼結接合体の一例を示
す横断面図、図１２は図１１に示す焼結接合体の縦断面
図である。

【００７２】焼結接合体１０は、上記の第１実施形態の
成形用型を用いて上記の本発明の方法により製造された
ものである。

【００７３】焼結接合体１０は円筒形状であって、図１
１および図１２に示すように、焼結時の加圧方向と直交
する方向、すなわち径方向に同心円状に中心側から焼結
体１０３および焼結体１０５が接合された２層構造をな
している。

【００７４】各焼結体１０３、１０５は相異なる相対密
度（空孔率）であって、焼結体１０３は焼結体１０５よ
りも相対密度が小さい。焼結体１０３、１０５の各々の
相対密度および両者の密度差は特に限定されず、焼結接
合体１０の用途、使用環境等により適宜選択されるが、
各焼結体の相対密度は、５０％〜１００％未満であるこ
とが好ましい。

【００７５】本発明の焼結接合体は本実施形態のものに
限られず、例えば外側部分が低密度焼結体、中心部が高
密度焼結体で構成されたものであってもよい。

【００７６】また、２層構造に限られず、径方向に３層
以上の焼結体が接合された焼結接合体であってもよい。
３層以上の焼結接合体の場合、各焼結体の密度は径方向
に段階的に変化するものであってもよく、無秩序に変化
するものであってもよいが、熱膨張率の変化による応力
の緩和等の観点から段階的に変化するものがより好まし
い。

【００７７】焼結体１０３および１０５は、同一の焼結
材料から構成されていることが好ましい。これにより異
なる密度の焼結体がより強固に接合され一体化した焼結
接合体とすることができる。さらに、１つの成形用型で
連続的に簡易かつ迅速に製造することが可能となる。

【００７８】焼結体１０３および１０５の構成材料は特
に限定されず、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼系材料、
Ａｌ、Ａｌ系合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金等の非鉄金属系金属
系材料等、その他の殆どの金属材料が挙げられる。さら
に、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の酸化物系セラミックス、ＳｉＣ等の
炭化物系セラミックス、ＴａＮ等の窒化物系セラミック
ス、ＴｉＢ₂ 等の硼化物系セラミックス、ＬｉＦ等のフ
ッ化物系セラミックス、ハイドロキシアパタイト等のリ
ン酸カルシウム系セラミックス等のセラミックス系材
料、サーメット系化合物材料、金属間化合物系材料、有
機系材料等が挙げられ、これらを１種または２種以上を
混合したものであってもよいが、金属材料がより好まし
い。

【００７９】本発明の焼結接合体の他の実施形態として
は、図１３に示すように密度の異なる焼結体が偏芯して
接合されたもの、図１４に示すように焼結体の接合面が
交差するもの等が挙げられる。

【００８０】このような、本発明の焼結接合体は、例え
ば混合機、化学反応筒、カッター、金属触媒、ガス交換
器、人工骨等の生体材料等、各種の用途に広く適用する
ことができる。

【００８１】以上、本発明の焼結接合体の成形用型、焼
結接合体の製造方法および焼結接合体を図示の各実施形
態について説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のではなく、例えば、焼結接合体としては、軸方向に焼
結材料の組成が変化する傾斜材料を用いたものであって
もよい。

【００８２】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００８３】（実施例１）図１に示す成形用型１を用い
て、上述した方法により焼結接合体１０を製造した。

【００８４】まず、外径４０mm、内径１８mm、高さ５０
mmのカーボン製外型２の中空部２１の一端側に、カーボ
ン製の第１の押圧子３ａを嵌入した（図５）。

【００８５】次に中空部２１に、焼結材料５としてＴｉ
粉末（平均粒径２２μｍ）６ｇを装入した（図６）。

【００８６】中空部２１の他端側から金属製の押圧子６
を用いてＴｉ粉末を圧縮し、圧粉体５１を形成した（図
７、図８）。このときの押圧力は３００kgf/cm² であっ
た。

【００８７】押圧子６を第２の押圧子３ｂに交換した。
第２の押圧子３ｂとして、外径１８mm、内径１０mm、長
さ２５mmのカーボン製の環状押圧部材３１と、外径１０
mm、長さ１０mmの円筒形状のカーボン製の柱状押圧部材
３２とを使用した。

【００８８】このような成形用型１を放電プラズマ焼結
装置（住友石炭鉱業（株）製ＳＰＳ−５１０Ｌ）にセッ
ティングし、焼結系内を真空状態とした。

【００８９】第１の押圧子３ａから押圧力３５０kgf/cm
² で圧粉体５１を押圧しながら、パルス電圧（パルス条
件＝１２：２）を印可して圧縮通電系を加熱した。

【００９０】焼結条件は、焼結温度：６００℃、焼結時
間（保持時間）：１分として焼結接合体１０を得た（図
９、図１０）。

【００９１】実施例で製造された焼結接合体１０は円筒
形状で、径方向外側にリング状の高密度焼結体１０１、
径方向中央部に円柱状の低密度焼結体１０２が接合され
ていた。低密度焼結体１０２の相対密度は８０％、高密
度焼結体１０１の相対密度は９９％であった。

【００９２】各焼結体１０１、１０２は良好な焼結状態
で、ひび割れ、欠け等はみられず、両焼結体は互いに強
固に接合されていた。

【００９３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の焼結接合体
の成形用型およびそれを用いた焼結接合体の製造方法に
よれば、密度の異なる複数の焼結体を作製し、それらが
焼結時の加圧方向と交わる方向に接合された焼結接合体
を得ることができる。

【００９４】したがって、従来法のように各焼結体の収
縮量の調節等が不要であり、少ない工程数で簡易かつ迅
速に焼結接合体を製造することができる。

【００９５】さらに、焼結体の密度および形状等の自由
度が大きく、従来の方法では不可能であった焼結接合体
の製造が可能となる。

【００９６】また、放電プラズマ焼結法により焼結およ
び接合が均一かつ均質に行われるため高品位の焼結接合
体が得られ、反応器、生体材料等広い分野において用途
が展開される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結接合体の成形用型の各構成要素の
第１実施形態を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す焼結接合体の成形用型の外型と環状
押圧部材とを嵌合させた状態を示す横断面図である。

【図３】図１に示す焼結接合体の成形用型の外型と環状
押圧部材とを嵌合させた状態の他の実施形態を示す横断
面図である。

【図４】本発明の焼結接合体の成形用型の各構成要素の
第２実施形態を示す縦断面図である。

【図５】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面図
である。

【図６】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面図
である。

【図７】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面図
である。

【図８】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面図
である。

【図９】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面図
である。

【図１０】本発明の焼結接合体の製造方法を示す縦断面
図である。

【図１１】本発明の焼結接合体の一例を示す横断面図で
ある。

【図１２】図１１に示す焼結接合体の縦断面図である。

【図１３】本発明の焼結接合体の他の例を示す横断面図
である。

【図１４】本発明の焼結接合体の他の例を示す横断面図
である。

【符号の説明】

１成形用型２外型２１中空部３ａ第１の押圧子３ｂ第２の押圧子３１環状押圧部材３１０中空部３１１、３１２環状押圧部材３１５、３２５押圧面３１１０、３１２０中空部３１１５、３１２５押圧面３２柱状押圧部材５焼結体材料５１圧粉体６押圧子７カーボンシート１０焼結接合体１０１高密度焼結体１０２低密度焼結体１０３焼結体１０５焼結体１０７、１０８焼結体１０４ａ、１０４ｂ焼結体１０９ａ〜１０９ｄ焼結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平出恒男東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA06 AA15 AA33 AB01 AB02 AB03 AB04 AC01 BA03 BA08 BA17 BB04 BC12 CA02 CA12 DA32 DA33 EA12 EA21 EA53 HA02 HA03 JA12 KA01 KA22 KA70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結接合体を構成する焼結材料を収容可
能な中空部を有する筒状の外型と、前記焼結材料を押圧する一対の押圧子とを備え、前記焼結材料を放電プラズマ焼結法により焼結し、密度
の異なる複数の焼結体が接合されてなる焼結接合体を成
形する焼結接合体の成形用型において、前記押圧子の少なくとも一方は、前記押圧子の押圧面を
分割する複数の押圧部材から構成されていることを特徴
とする焼結接合体の成形用型。
【請求項２】前記押圧子は環状押圧部材と、その中空
部分に摺動可能に嵌合する柱状押圧部材とから構成され
る請求項１に記載の焼結接合体の成形用型。
【請求項３】前記環状押圧部材と前記柱状押圧部材と
は同心状または同心円状に配置されている請求項１また
は２に記載の焼結接合体の成形用型。
【請求項４】前記押圧部材は各々異なる圧縮比で前記
焼結材料を押圧するよう構成されている請求項１ないし
３のいずれかに記載の焼結接合体の成形用型。
【請求項５】前記圧縮比は前記押圧部材の押圧方向に
おける長さにより調節される請求項４に記載の焼結接合
体の成形用型。
【請求項６】前記外型および前記押圧子の少なくとも
一方は炭素系材料で構成されている請求項１ないし５の
いずれかに記載の焼結接合体の成形用型。
【請求項７】焼結接合体を構成する焼結材料を成形用
型に充填する工程と、前記焼結材料を放電プラズマ焼結法により焼結接合する
工程とを有する密度の異なる複数の焼結体が接合された
焼結接合体の製造方法において、前記焼結接合工程において前記焼結材料に対し部分的に
圧縮比を変えて押圧することを特徴とする焼結接合体の
製造方法。
【請求項８】前記押圧は押圧面が分割された押圧子を
用いて行われる請求項７に記載の焼結接合体の製造方
法。
【請求項９】前記押圧子は複数の押圧部材から構成さ
れる請求項８に記載の焼結接合体の製造方法。
【請求項１０】前記押圧部材は環状押圧部材と、その
中空部分に摺動可能に嵌合する柱状押圧部材とから構成
されている請求項９に記載の焼結接合体の製造方法。
【請求項１１】前記環状押圧部材と前記柱状押圧部材
とは同心状または同心円状に配置される請求項１０に記
載の焼結接合体の製造方法。
【請求項１２】前記焼結接合工程の前に前記焼結材料
の圧粉体を形成する請求項７ないし１１のいずれかに記
載の焼結接合体の製造方法。
【請求項１３】前記焼結材料は金属粉末である請求項
７ないし１２のいずれかに記載の焼結接合体の製造方
法。
【請求項１４】請求項７ないし１３のいずれかに記載
の焼結接合体の製造方法により製造される焼結接合体で
あって、密度の異なる複数の焼結体が焼結時の加圧方向と交わる
方向に接合されていることを特徴とする焼結接合体。
【請求項１５】請求項７ないし１３のいずれかに記載
の焼結接合体の製造方法により製造される焼結接合体で
あって、密度の異なる複数の焼結体が焼結時の加圧方向と直交す
る方向に接合されていることを特徴とする焼結接合体。
【請求項１６】前記焼結体は同心状または同心円状に
接合されている請求項１４または１５に記載の焼結接合
体。
【請求項１７】前記焼結体は同一の焼結材料から構成
されている請求項１４ないし１６のいずれかに記載の焼
結接合体。
【請求項１８】前記焼結材料は金属材料である請求項
１４ないし１７のいずれかに記載の焼結接合体。