JP2002088404A - 高速昇温焼結方法及び焼結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速或いは超高速で省エネタイプの高速昇温焼
結装置を提供する。 【解決手段】焼結型に装填された被焼結材料を、該被焼
結材料を間に挟んだ状態で配置された対の通電コアを介
して加圧すると共に焼結電流を流して該被焼結材料を焼
結する高速昇温焼結装置１は、対の通電コアと接触して
該通電コアに焼結電流を流すと共に通電コアを加圧する
加圧通電電極３ａ、３ｂと、該焼結型を包囲し、焼結チ
ャンバを画成するハウジング２と、該焼結チャンバ内に
電磁波を供給する電磁波供給装置４と、該加圧通電電極
及び電磁波供給装置に焼結電流及び電磁波発生電流をそ
れぞれ選択的に供給する電源装置８と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速或いは超高速
で通電焼結を行い品質の優れた焼結品を得る高速昇温焼
結方法及びその装置に関する。

【０００２】近年通電焼結にも改良が加えられ、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。更に、近年開発された上記通電焼結方法によれば、
本来接合が困難な異なる材質の材料、例えばステンレス
鋼と銅、セラミックと各種金属等の材料を焼結により一
体的に接合させることが可能になってきた。この場合、
１００％純粋の材料から成る二つの材料層を重ねて焼結
して一体化するよりも、その二つの材料層の間に二つの
材料の混合比を変えた層を複数設けることによって、更
には同一の材料の焼結体を作る場合でもその材料の粉体
の粒度を順次変化させることによって、焼結品に傾斜機
能（焼結品の一方の表面側から他方の表面側にその焼結
品の特性が徐々に変化している状態）を与えてその特性
一段と向上させることが可能である。

【０００３】ところで、上記のように開発された通電焼
結方法でも、焼結品を大量生産するには未だに焼結時間
の短縮化が必要であり、また、パルス電流のみを用いた
通電焼結では消費電力が大きく更なる省エネ化が望まれ
る。更に、ナノオーダの微粉末を焼結してナノ構造を有
するセラミックス或いは傾斜機能を有する材料或いは電
子特性を向上させた電子材料を高品質で効率よく焼結す
るために、焼結方法及び装置を更に改善することが望ま
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する一つの課題は、被加工材料の自己発熱を利用した高
速或いは超高速の昇温焼結方法及び装置を提供すること
である。本発明が解決しようとする他の課題は、省エネ
タイプの高速昇温焼結方法及び装置を提供することであ
る。本発明が解決しようとする他の課題は、ナノ構造を
有する焼結品或いは電子特性を向上させた電子材料の焼
結品を製造できる高速昇温焼結方法及び装置を提供する
ことである。

【０００５】本発明が解決しようとする更に他の課題
は、焼結型内の被焼結材料に焼結電流を流す前に焼結型
に加熱電流を流して被焼結材料を予熱した後焼結する高
速昇温通電焼結方法及び装置を提供することである。本
発明が解決しようとする別の課題は焼結型内の焼結材料
に焼結電流を流す前に焼結型に電磁波を照射して、被焼
結材料を予熱した後焼結する高速昇温通電焼結方法及び
装置を提供することである。本発明が解決しようとする
更に別の課題は焼結型内の焼結材料に焼結電流を流す前
に、焼結型に電磁波を照射すると共に焼結型に加熱電流
を流して被焼結材料を予熱した後、焼結する高速昇温通
電焼結方法及び装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の一つの発明は、焼
結型に装填された被焼結材料を、該被焼結材料を間に挟
んだ状態で配置された対の通電コアを介して加圧すると
共に焼結電流を流して該被焼結材料を焼結する高速昇温
焼結方法において、該焼結型を焼結チャンバ内に配置す
ることと、該焼結チャンバ内に電磁波を供給すること及
び該焼結型に少なくとも１対の通電電極を介して加熱電
流を流すことの、少なくとも一方を行うことと、該焼結
型及び被焼結材料に該通電コアを介して焼結電流を流す
ことと、を含んで構成されている。上記高速昇温焼結方
法において、該焼結チャンバ内への電磁波の供給が、該
焼結型に電磁波を照射することによって行われてもよ
い。また、該加熱電流及び焼結電流がパルス電流であっ
てもよい。更に、該焼結チャンバ内への電磁波の供給と
該焼結型への加熱電流の通電とを同時に行ってもよい。

【０００７】本願の他の発明は、焼結型に装填された被
焼結材料を、該被焼結材料を間に挟んだ状態で配置され
た対の通電コアを介して加圧すると共に焼結電流を流し
て該被焼結材料を焼結する高速昇温焼結装置において、
対の通電コアと接触して該通電コアに焼結電流を流すと
共に通電コアを加圧する加圧通電電極と、該焼結型を包
囲し、焼結チャンバを画成するハウジングと、該焼結チ
ャンバ内に電磁波を供給する電磁波供給装置と、該加圧
通電電極及び電磁波供給装置に焼結電流及び電磁波発生
電流をそれぞれ選択的に供給する電源装置と、を備えて
構成されている。上記高速昇温焼結装置において、更
に、該焼結型のみに隔たった位置で接触する対の加熱通
電電極を備えていてもよい。本願の別の発明は、焼結型
に装填された被焼結材料を、該被焼結材料を間に挟んだ
状態で配置された少なくとも１対の通電コアを介して加
圧すると共に焼結電流を流して該被焼結材料を焼結する
高速昇温焼結装置において、対の通電コアと接触して該
通電コアに焼結電流を流すと共に通電コアを加圧する加
圧通電電極と、該焼結型を包囲し、焼結チャンバを画成
するハウジングと、該焼結型のみに隔たった位置で接触
する少なくとも１対の加熱通電電極と、該加圧通電電極
及び加熱通電電極に焼結電流及び加熱電流をそれぞれ選
択的に供給する電源装置と、を備えて構成されている。
前記高速昇温焼結機において、該ハウジングが上、下二
つの部分に分割され、該二つの部分のうち少なくとも一
方を上下可動にしてもよい。

【実施例】

【０００８】以下、図面を参照して本願発明による高速
昇温焼結方法及び装置について説明する。図１及び図２
において本発明の高速昇温焼結方法装置の原理的構造が
示されている。同図において、ａは上下に貫通する穴ｂ
を有する環状の焼結型、ｊは穴ｂ内に装填された被焼結
材料である粉体、ｃ及びｄは粉体ｊを間に挟んだ状態で
穴ｂ内に挿入された上下対の通電コアである。焼結型ａ
内への粉体ｊの装填は、粉体が一種類の場合には、下通
電コアｄを穴ｂの下部内に挿入した状態で焼結型ａの上
方から穴ｂ内に所定量の粉体ｊを充填し、その後穴ｂ内
に粉体ｊの上から上通電コアｃを挿入し、粉体が複数種
類でそれらを層状に装填する場合には、下通電コアｄを
穴ｂの下部内に挿入した状態で焼結型ａの上から穴ｂ内
に異なる種類の粉体ｊを、例えば本出願人による特願２
０００−６５３６３号「粉体の自動充填方法及び装置」
に示された方法により、所定量ずつ層状に装填し、その
後穴ｂ内に粉体ｊの上方から上通電コアｃを挿入する。
焼結型ａ及び上、下通電コアｃ、ｄは、例えばグラファ
イトのような焼結に適した材料で作られる。

【０００９】図１及び図２に示された原理的構造を有す
る高速昇温焼結装置１は、焼結チャンバＳＣを画成する
ハウジング２と、ハウジング２の上壁及び下壁をそれぞ
れ貫通して焼結チャンバＳＣ内外に伸びる上及び下加圧
通電電極３ｂ及び３ａと、ハウジング２により画成され
た焼結チャンバＳＣ内に電磁波を供給する電磁波供給装
置４及びハウジングの周壁の反対方向の部分を貫通して
焼結チャンバＳＣ内外に伸びる左及び右加熱通電電極５
ａ及び５ｂの少なくとも一方と、を備えている。電磁波
供給装置４及び加熱通電電極５ａ、５ｂは焼結チャンバ
内にセットされた焼結型ａを予熱或いは加熱する予熱す
なわち加熱装置を構成している。焼結型ハウジングの
上、下壁及び周壁は二重構造になっていて中に冷却水を
流して冷却できるようになっている。このハウジングは
図示しない公知の構造のフレームにより固定保持される
ようになっている。ハウジング２には開口部２ａが形成
されその開口部には扉が公知の機構により開閉可能に取
り付けられている。したがって焼結チャンバ内への又は
焼結チャンバからの焼結型の出し入れは扉を開いて開口
部を介して行われる。更に、ハウジング２には図示しな
い公知の構造の真空排気装置及び不活性ガス供給装置に
接続する開孔部（図示せず）が設けられており、焼結チ
ャンバ内を真空雰囲気又は所望のガス雰囲気にして焼結
をそれらの雰囲気下で行えるようになっている。

【００１０】上加圧通電電極３は、ハウジングを支持し
ているフレームにより、絶縁部材（図示せず）を介して
公知の方法で電気的に絶縁させて固定保持されていても
よい。下加圧通電電極４は、例えば流体圧シリンダのよ
うなアクチュエータ（図示せず）に絶縁部材（図示せ
ず）を介して電気的に絶縁して連結され、そのアクチュ
エータにより上下動されるようになっている。上、下加
圧通電電極は、この実施例では、耐圧性、靱性に優れた
ステンレススチールによってつくられている。加圧通電
電極は、図示しないが内部に冷却液通路が形成され、そ
の冷却液通路内に冷却液を流して加圧通電電極を冷却で
きるようになっている。上、下加圧通電電極３ｂ及び３
ａは公知の構造の絶縁シール装置６ａ、６ｂによりハウ
ジングに対して電気的に絶縁されておりかつハウジング
内の焼結チャンバＳＣはその絶縁シール装置により外部
から密封されている。電磁波供給装置４は公知の構造の
ものでよく、好ましくは焼結型ａに向かって電磁波を照
射できるように配置されている。焼結チャンバ内には電
磁波を集中させる反射板を設けてもよい。電磁波供給装
置から照射する電磁波はマイクロ波又はミリメートル波
でよい。加熱通電電極５ａ及び５ｂも絶縁シール装置６
ｃ、６ｄによりハウジングに関して電気的に絶縁されて
おり、ハウジング内の焼結チャンバＳＣはその絶縁シー
ル装置により外部から密封されている。加熱通電電極５
ａ及び５ｂの外側端は、図示しないフレームにより支持
された流体シリンダのようなアクチュエータ（図示せ
ず）に図示しない絶縁部材を介して絶縁して接続され、
そのアクチュエータにより焼結型の外周に向かって離
隔、接近移動するようになっている。加熱通電電極５ａ
及び５ｂは導電性の良い金属材料でつくられていて、焼
結型ａ側の端部には焼結型の円筒状の外周面と密に面接
触する円弧状面が形成された接触子が設けられている。
なお、焼結型の円筒状外周面に平坦部（切削等により）
を形成し、接触子の端部を平面状に形成してもよい。対
の加圧通電電極及び対の加熱通電電極は切換スイッチ７
ａ及び７ｂを介して電源装置８に接続されている。電源
装置８は、加圧通電電極に焼結用の直流パルス電流を供
給できると共に加熱通電電極に加熱用の直流パルス電流
を供給できるようになっている。電源装置８は、更に、
電磁波供給装置５とも接続され、その装置に電磁波発生
電力を供給できるようになっている。

【００１１】上記構成の高速昇温焼結装置１において、
ハウジングの扉を開けて開口部２ａからハウジングによ
り画成される焼結チャンバＳＣ内にある下加圧通電電極
３ａの上に、上記のように中に被焼結材料ｊが装填され
かつ上下通電コアｃ、ｄが挿入された焼結型ａが、載せ
られる。なお、このとき下加圧通電電極は焼結型の装填
を容易にするために図示しないアクチュエータにより降
下されている。その後下加圧通電電極３ａをそのアクチ
ュエータに上昇させ上通電コアｃの上面を上加圧通電電
極３ｂの下面に当接させ被焼結材料に所望の圧力を加え
ておく。この状態で、焼結型の予熱装置として電磁波供
給装置４のみが設けられている場合には、その電磁波供
給装置４から焼結型に向けてマイクロ波又はミリメート
ル波が照射される。これにより焼結型、対の通電コア及
び中の被焼結材料は所定の温度に加熱される。一方、予
熱装置として加熱通電電極５ａ及び５ｂのみが設けられ
ている場合には、電源装置８から切換スイッチを介して
加熱通電電極５ａ及び５ｂに予熱用のパルス電流が流さ
れ焼結型を予熱し、それによって被焼結材料及び対の通
電コアを予熱する。更に、電磁波供給装置４及び加熱通
電電極５ａ、５ｂの両者が設けられている場合には、両
者を動作させて焼結型、通電コア及び被焼結材料を予熱
する。

【００１２】被焼結材料等の所定の温度への予熱が完了
すると、切換スイッチが切り換えられ、電源装置８から
上、下加圧通電電極３ｂ、３ａに焼結用のパルス電流が
流され、被焼結材料の焼結が行われる。このパルス電流
は、被焼結材料の種類、厚さ、層の数、径（円形の場
合）或いは一辺（矩形の場合）の大きさ等により異なる
が、１００ｖ以下の電圧で５，０００アンペア以上の電
流である。電磁波供給装置４が設けられている場合に
は、この焼結動作中にも電磁波供給装置から電磁波が焼
結型に照射されてもよい。このようにして焼結すると電
磁波による非熱的励起現象とパルス電流により誘起され
るミクロな火花放電現象（放電プラズマ、放電衝撃圧
力）、ジュール熱及び電場による電解拡散効果などの相
乗的効果を生みだし、短時間に高品位の焼結品、例えば
セラミックス、複合材料、異方性を有する電子材料等を
製造できる。特にナノ構造を有するセラミックスや傾斜
機能性材料の合成について微細組織構造の制御を容易に
適用することが可能となる。

【００１３】次に図３ないし図６を参照して本発明の高
速昇温焼結装置のより具体的な実施例に付いて説明す
る。この例の高速昇温焼結装置１０は、台１１１、その
台に直立状態で互いに隔てて固定された複数（この実施
例では２本）の支柱１１２及び支柱１１２の上端に固定
された上支持板１１３を有する本体フレーム１１と、支
柱１１２に上下移動可能に支持された下ハウジング組立
体１２ａと、支柱１１２に上下移動可能に支持された上
ハウジング組立体１２ｂと、下ハウジング組立体１２ａ
に取り付けられた下加圧通電電極組立体１３ａと、上支
持板１１３に取り付けられているを備えている上加圧通
電電極組立体１３ｂと、台１１１の中央に取り付けられ
ていて下可動ハウジング組立体を上下動させる駆動装置
１４とを備えている。下ハウジング組立体１２ａは、軸
受け１２２ａを介して支柱１１２に滑動可能に案内支持
された円板状（この実施例で）の下可動体１２１ａと、
下可動体１２１ａに取り付けられた下ハウジング１２３
ａとを有している。ハウジング１２３ａは底壁を形成し
ていて下可動体１２１ａに取り付ける底板１２４ａと、
底板１２４ａに溶接等により接続された、環状（この実
施例では円環状）の側壁を構成する環状体１２５ａと、
環状体の上端に固定されたリング部材１２６ａとを有し
ている。上ハウジング組立体１２ｂは、軸受け１２２ｂ
を介して支柱１１２に滑動可能に案内支持されたリング
状の上可動体１２１ｂと、上可動体１２１ｂに取り付け
られた上ハウジング１２３ｂとを備えている。上ハウジ
ングは、上壁を構成する天板１２４ｂと、環状（この実
施例では円環状）の側壁を構成する環状体１２５ｂと、
環状板の下端及び上可動体に固定され、それによって上
ハウジングを上可動体に取り付けているリング部材１２
６ｂとを有している。上、下ハウジング１２３ｂ及び１
２３ａは互いに協同して焼結チャンバＳＣを画成するよ
うになっている。上、下ハウジングは、環状体１２５
ｂ、１２５ａをそれぞれ二重に設けることによって二重
壁構造（ウオータージャケット状）にされ、中に冷却水
を通す構造になっている。この焼結チャンバは図示しな
い装置により、例えば真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲
気等の焼結雰囲気に制御されるようになっている。な
お、リング部材１２６ａの上面及びリング部材１２６ｂ
の下面の少なくとも一方にはシールリングが設けられ、
それらの面間の気密性を確保するようになっている。な
お、図示しないが上ハウジングの環状体１２５ｂには外
部から焼結チャンバ内を見れるように覗き窓を設けても
よい。また、図示しないが、通電時の焼結型からの発熱
からハウジングの内壁を保護するために、チャンバ内部
に単層又は複数の層の環状のステンレス鋼薄板を遮熱板
として設けてもよい。

【００１４】下加圧通電電極組立体１３ａは、下可動体
１２１ａ及び下ハウジングの底板１２４ａの中央部に形
成された上下方向の貫通穴内に、絶縁ブッシュ１３６ａ
及び絶縁板１３７ａを介して下可動体１２１ａ及び底板
１２４ａに電気的に絶縁させた状態で固定された下加圧
通電電極１３１ａを備えている。下加圧通電電極１３１
ａは、この実施例では、下端にフランジ部１３３ａを有
する円柱状の電極本体１３２ａと、その電極本体１３２
ａの上端に取り付けられた電極ヘッド１３４ａとを有し
ている。下加圧通電電極１３１ａの内部には図示しない
が外部の冷却液供給源と接続されていて中に冷却液を流
す冷却通路が形成されている。下加圧通電電極１３１ａ
は、図４［Ａ］に示されるように、フランジ部１３３ａ
を固定ボルト１３８ａで下可動体１２１ａに取り付ける
ことによって、下可動体に固定されている。この場合、
公知の絶縁スリーブ及び絶縁ワッシャ等を用いて、固定
ボルト１３８ａの周囲での下加圧通電電極１３１ａと下
可動体１２１ａとの間の電気的絶縁を確保してある。上
加圧通電電極組立体１３ｂは、上支持板１１３の中央部
に形成された上下方向の貫通穴内に、絶縁ブッシュ１３
６ｂ及び１３７ｂを介して上支持板１１３に電気的に絶
縁させた状態で固定された上加圧通電電極１３１ｂを備
えている。上通電電極１３１ｂは、この実施例では、上
端にフランジ部１３３ｂが固定された円柱状の長い電極
本体１３２ｂと、その電極本体１３２ｂの下端に取り付
けられた電極ヘッド１３３ｂとを有している。下通電電
極１３１ｂの内部には図示しないが外部の冷却液供給源
と接続されていて中に冷却液を流す冷却通路が形成され
ている。上加圧通電電極１３１ｂは、図示しないが、フ
ランジ部１３３ｂを固定ボルトで上支持板１１３に取り
付けることによって、上支持板に固定されている。この
場合、公知の絶縁スリーブ及び絶縁ワッシャ等を用い
て、固定ボルトの周囲での上加圧通電電極１３１ｂと上
支持板１１３との間の電気的絶縁を確保してある。上加
圧通電電極１３１ｂは上ハウジング１２３ｂの天板１２
４ｂを上下に貫通する穴を通して伸び、下端が焼結チャ
ンバ内に配置されるようになっている。天板１２４ｂに
は絶縁ブッシュ１２８ｂ及びシール部材１２９ｂが取り
付けられている。下加圧通電電極１３１ａの軸心と上加
圧通電電極１３１ｂの軸心とは同軸になるように位置決
めされている。

【００１５】駆動装置すなわちアクチュエータ１４は、
この実施例では流体圧シリンダ１４１で構成され、その
ピストンロッド１４２の先端（図で上端）には下加圧通
電電極に固定するための接続ブロック１４３が固定され
ている。接続ブロック１４３とピストンロッド１４２と
の接続方法は、ピストンロッド先端に形成された雄ねじ
を接続ブロックに形成された雌ねじに螺合することによ
って行われる。接続ブロック１４３と下加圧通電電極１
３１ａのと間には、電源装置に接続される銅板等の導電
性材料でできた接続端子Ｔａと、絶縁板１４４とが接続
端子を下加圧通電電極に接触させた状態で、配置されて
いる。接続ブロック１４３は、図４［Ａ］に示されるよ
うに、その接続ブロック１４３を固定ボルト１４６で下
加圧通電電極１３１ａのフランジ部１３３ａに取り付け
ることによって、下加圧通電電極に固定されている。こ
の場合、公知の絶縁スリーブ及び絶縁ワッシャ等を用い
て、固定ボルト１４６の周囲での接続ブロック１４３と
下加圧通電電極１３１ａとの間の電気的絶縁を確保して
ある。下ハウジング組立体１２ａはこのようにして下加
圧通電電極組立体１３ａと共に駆動装置１４により上下
動される。なお、上記実施例では駆動装置として流体圧
シリンダを採用したが、これに代えて電動モータで駆動
する方式を採用してもよい。上加圧通電電極１３１ｂの
フランジ部１３３ｂと絶縁ブッシュ１３７ｂとの間には
電源装置に接続される銅板等の導電性材料でできた接続
端子Ｔｂが配置されている。上ハウジング組立体１２ｂ
を上下移動させる機構は、図４［Ｂ］に示されるよう
に、上端が上支持板１１３に固定され下端が上可動体１
２１ｂに固定されたアクチュエータ１５で構成される。
このアクチュエータ１５はこの実施例では流体シリンダ
１５１で構成され、この流体シリンダのシリンダ本体の
上端が上支持板１１３に固定され、ピストンロッド１５
２の下端が上可動体１２１ｂに固定されている。アクチ
ュエータは、その軸心が、一対の支柱１１２の軸心及び
上下加圧通電電極１３１ｂ、１３１ａの軸心を含む面に
関して所定の角度、例えば３０度或いは４５度を成す平
面内に存在するように、位置決めされている。上記実施
例では駆動装置を下側に配置して下加圧電極を上下駆動
する例を示したが、駆動装置を上支持板１１３側に配置
して上加圧通電電極を上下駆動してもよく、更には、独
立のアクチュエータを上、下に設けてそれらを連動させ
てもよい。

【００１６】上ハウジング組立体１２ｂには、図５に示
されるように、電磁波供給装置１６と、ハウジング組立
体の軸心に関して直径方向に対向して配置さた一対の加
熱通電電極組立体１７ａ及び１７ｂとの少なくとも一方
が設けられている。電磁波供給装置１６は上ハウジング
１２３ｂの上部外側部分に取り付けられている。この電
磁波供給装置は電磁波を焼結型に照射して焼結型及び／
又は被焼結材料を加熱するようになっているが、構造及
び機能は公知のものと同じでよいので、それらに付いて
の詳細な説明は省略する。なお、電磁波供給装置１６は
上ハウジング１２３に取り付けず、ハウジングと分離し
て別置き型とし、その間を導波管で結合させた構造とし
てもよい。もちろん、原理的構造で説明した電磁波供給
装置４もハウジング２に取り付けても或いはそれと切り
離して配置して導波管で接続してもよい。両加熱通電電
極組立体の構造機能は全く同じであるから一方１７ａに
付いて説明する。加熱通電電極組立体１７ａは、上ハウ
ジング１２３ｂの環状体１２５ｂを半径方向に貫通する
穴内に装着された支持体１７２により半径方向に滑動可
能に案内支持された長いロッド状の加熱通電電極１７１
を備えている。支持体１７２は加熱通電電極１７１を環
状体１２５ｂから電気的に絶縁させながら加熱通電電極
が軸方向に移動できるように支持している。加熱通電電
極の内端すなわち焼結型ａ側端部には、焼結型の円筒状
外周面と面接触する円弧状面が形成されたブロック１７
３が取り付けられている。加熱通電電極１７１の外側端
にはフランジ１７４が形成されている。上ハウジング１
２３ｂの外側には、加熱通電電極を移動させるアクチュ
エータとしての流体圧シリンダ１７５が加熱通電電極と
同軸状に配置され、上可動体１２１ｂ上に固定されてい
る。流体圧シリンダ１７５のピストンロッド１７６の先
端（加熱通電電極側端部）にはフランジ１７７が形成さ
れ、そのフランジ１７７は加熱通電電極１７１のフラン
ジ１７４と公知の方法で連結されている。フランジ１７
４と１７７との間には、加熱通電電極を電源装置に電気
的に接続する導電体Ｔｃと、絶縁体１７８とが配置され
ている。絶縁体は流体圧シリンダを導電体Ｔｃ及び加熱
通電電極１７１から電気的に絶縁している。

【００１７】上記パルス通電焼結機において、上、下ハ
ウジング組立体３ｂ、３ａがそれぞれ上位置及び下位置
になっていて、下加圧通電電極１３１ａが上加圧通電電
極１３１ｂから最も離れた状態になっているとき、下加
圧通電電極１３１ａのヘッド１３４ａ上には、中に焼結
されるべき粉末材料ｊが充填された焼結型ａが載せられ
る。なお、このとき一対の加熱通電電極１７１も互いに
最も離れた位置に移動されている。このとき下加圧通電
電極１３１ａのヘッド１３４ａの上面は焼結型ａの穴内
に挿入されてセットされている下通電コアｄの下面と接
触しそれと通電できると共に所望の圧力を加え得るよう
になっている。焼結型が下加圧通電電極１３１ａの上に
位置決めされると、駆動装置１４が動作して下加圧通電
電極組立体１３ａ及びその上の焼結型ａを、下ハウジン
グ組立体１２ａと共に、焼結型の穴内に挿入された上通
電コアｃが上加圧通電電極１３１ｂのヘッド１３４ｂの
下面に当たるまで上昇させる。それと同時又はその後ア
クチュエータ１５が動作して上ハウジング組立体１２ｂ
を降下させる。すると上ハウジング１３３のリング部材
１３６と下ハウジング１２３ａのリング部材１２６ａと
が当接して上、下ハウジングによって画成されるチャン
バを外気と遮断し、そのチャンバ内を公知の方法で真空
雰囲気又は不活性ガス雰囲気にする。次に一対の加熱通
電電極組立体１７ａ、１７ｂが設けられている場合に
は、その流体圧シリンダ１７５が動作して加熱通電電極
１７１を焼結型に向かって移動させ、その内端に取り付
けられたブロックを焼結型の外周面に接触させる。

【００１８】このような状態の下で、電磁波供給装置が
１６が設けられている場合にはそれにより焼結型に電磁
波を照射して被焼結材料である粉体Ｊ及び／又は焼結型
を予熱し、加熱通電電極組立体１７ａ、１７ｂが設けら
れている場合にはそれらの加熱通電電極に図１の電源装
置と同様の電源装置から予熱電流を流して焼結型を予熱
する。また、両者が設けられている場合には両者を動作
させて粉体及び／又は焼結型を予熱する。その後、駆動
装置１４により下加圧通電電極１３１ａを上加圧通電電
極１３１ｂに向かって所望の圧力で押圧しながら通電電
極を介して所望の電圧で所望の値の直流パルス電流を流
してパルス通電焼結を行う。更に、この加熱通電電極
（左右横水平方向）による加熱のみならず、加圧通電電
極（上下垂直方向）によるパルス通電とを交互に或いは
同時に行なってパルス通電焼結を行なう構造とし、電場
発生を上下、左右の直行２軸方向としてもよい。更に、
加熱通電電極を図６のように１７ａ及び１７ｂの１対の
みとするのでなくて、図７に示される実施例の高速昇温
焼結装置１０Ａように１７ａと１７ｂ並びに１７ｃと１
７ｄの２対（全て同じ構造であり説明は省略）にし、直
行する水平２軸方向から加熱通電電極を成形型に接触通
電させ、鉛直方向の加圧通電電極から通電するようにし
て３軸方向に電場を発生させて制御してもよい。上記電
場の発生による効果は、イオン電界拡散効果を促進する
ものであり、特にイオン導電性材料や、熱電半導体、磁
性材料などの電子機能性材料ではイオンの移動し易い方
向が発生するため、異方性がつくなど良質な電子材料を
合成することができる。また、構造材料では拡散運動が
増すため結合強度の高い部材を製造することができる。
上記実施例の加熱通電電極が直径方向に配置された１対
の場合には電場の発生が水平１軸方向となり、この場
合、その軸方向に拡散し易い方向が発生し通常の焼結駆
動力（熱及び機械的圧力）に加えて焼結性の向上促進が
行われる。また、加熱通電電極が直交方向に配置された
２対の場合には、上下方向の加圧通電電極による通電と
合わさって、電場の同時発生により拡散方向が乱れるこ
とにより、異方性を等方性になるように任意に制御でき
ることが期待できる。更に、焼結時に２対の加熱通電電
極による通電を１対ごとに交互に切り替えることによ
り、前記と同様に、拡散方向と量を任意に制御できるこ
とが期待できる。

【００１９】上記実施例では上ハウジング組立体１２ｂ
を上下動するアクチュエータ１５を流体シリンダで構成
したが、図２［Ｃ］に示されるようにねじ軸及びそれと
螺合するナットから成るねじ軸及びナット機構１５ａで
構成してもよい。このねじ軸及びナット機構１５ａは、
下可動体１２１ａに直立状態で回転可能に支持されてい
てほぼ全長に亘って雄ねじが形成されたねじ軸１５２ａ
と、このねじ軸１５２ａの雄ねじと螺合する雌ねじが形
成されたナット１５３ａと、このねじ軸１５２ａを回転
する駆動モータ１５４ａとを備えている。

【００２０】

【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）高速或いは超高速の焼結を行うことが可能であ
る。 （ロ）エネルギー効率がよく省エネルギーで迅速に焼結
を行うことが可能になる。 （ハ）ナノ構造を有する焼結品を迅速にかつ安価に焼結
できる。 （ニ）電場を制御することにより粒界結合部の拡散が通
常の焼結よりも積極的に促進され、より電子特性の向上
した電子材料を短時間で製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速昇温焼結装置の原理構造を示す図
である。

【図２】図１の装置の線Ａ−Ａに沿って見た断面図であ
る。

【図３】本発明の高速昇温焼結装置の一実施例の具体的
構造を示す断面図である。

【図４】［Ａ］は下通電電極と駆動装置との連結状態を
示す拡大断面図、［Ｂ］は上ハウジング組立体を動作す
るアクチュエータを示す図、［Ｃ］はアクチュエータの
変形例を示す図である。

【図５】図３の線Ｂ−Ｂに沿って見た部分断面図であ
る。

【図６】図３の線Ｄ−Ｄに沿って見た拡大断面図であ
る。

【図７】図６と同様の拡大断面図であって、他の実施例
を示す図である。

【符号の説明】

１、１０、１０Ａ 高速昇温焼結装置 ２ ハウジング ３ａ、３ｂ 加圧通電電極 ４ 電磁波供給
装置 ５ａ、５ｂ 加熱通電電極 ８ 電源装置 １２ａ、１２ｂ ハウジング組立体 １２３ａ、１２
３ｂ ハウジング １３ａ、１３ｂ 加圧通電電極組立体 １３１ａ、１３１ｂ 加圧通電電極 １４ 駆動装置 １６ 電磁波供給装置 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 加熱通電電極組立体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結型に装填された被焼結材料を、該被
   焼結材料を間に挟んだ状態で配置された対の通電コアを
   介して加圧すると共に焼結電流を流して該被焼結材料を
   焼結する焼結方法において、 該焼結型を焼結チャンバ内に配置することと、 該焼結チャンバ内に電磁波を供給すること及び該焼結型
   に少なくとも１対の通電電極を介して加熱電流を流すこ
   との、少なくとも一方を行うことと、 該焼結型及び被焼結材料に該通電コアを介して焼結電流
   を流すことと、を含む高速昇温焼結装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高速昇温焼結方法にお
   いて、該焼結チャンバ内への電磁波の供給が、該焼結型
   に電磁波を照射することによって行われる高速昇温焼結
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の高速昇温焼結方
   法において、該加熱電流及び焼結電流がパルス電流であ
   る高速昇温焼結方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の高
   速昇温焼結方法において、該焼結チャンバ内への電磁波
   の供給と該焼結型への加熱電流の通電とを同時に行う高
   速昇温焼結方法。
5. 【請求項５】 焼結型に装填された被焼結材料を、該被
   焼結材料を間に挟んだ状態で配置された対の通電コアを
   介して加圧すると共に焼結電流を流して該被焼結材料を
   焼結する高速昇温焼結装置において、 対の通電コアと接触して該通電コアに焼結電流を流すと
   共に通電コアを加圧する加圧通電電極と、 該焼結型を包囲し、焼結チャンバを画成するハウジング
   と、 該焼結チャンバ内に電磁波を供給する電磁波供給装置
   と、 該加圧通電電極及び電磁波供給装置に焼結電流及び電磁
   波発生電流をそれぞれ選択的に供給する電源装置と、を
   備える高速昇温焼結装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の高速昇温焼結装置にお
   いて、更に、該焼結型のみに隔たった位置で接触する少
   なくとも１対の加熱通電電極を備える高速昇温焼結装
   置。
7. 【請求項７】 焼結型に装填された被焼結材料を、該被
   焼結材料を間に挟んだ状態で配置された対の通電コアを
   介して加圧すると共に焼結電流を流して該被焼結材料を
   焼結する高速昇温焼結装置において、 対の通電コアと接触して該通電コアに焼結電流を流すと
   共に通電コアを加圧する加圧通電電極と、 該焼結型を包囲し、焼結チャンバを画成するハウジング
   と、 該焼結型のみに隔たった位置で接触する少なくとも１対
   の加熱通電電極と、 該加圧通電電極及び加熱通電電極に焼結電流及び加熱電
   流をそれぞれ選択的に供給する電源装置と、を備える高
   速昇温焼結装置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれかに記載の高
   速昇温焼結装置において、該ハウジングが上、下二つの
   部分に分割され、該二つの部分のうち少なくとも一方を
   上下可動にした高速昇温焼結装置。