JP2002363612A - 通電熱加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない電力消費で被加工物に対して適正に焼
結処理を施すことができるようにする。 【解決手段】 粉末の焼結材料Ｍが装填される型６０
と、この型６０内の焼結材料Ｍを挟持する対向電極５０
とを備え、対向電極５０に挟持された状態の焼結材料Ｍ
に電流を供給することにより通電発熱で焼結材料Ｍに焼
結処理を施すものであり、上記対向電極５０は、対向面
から順番に対向面が焼結材料Ｍに当接する均熱板５１
ａ，５２ａと、各均熱板５１ａ，５２ａに積層されるパ
ンチ板５１ｂ，５２ｂとをそれぞれ有し、上記パンチ板
５１ｂ，５２ｂには、均熱板５１ａ，５２ａに対する当
接面の面積が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくな
るように寸法設定されたパンチ突条５４ｂが設けられて
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、粉末焼結材料から
なる被加工物に対し電流を供給して放電焼結を行う装置
に関するものであって、特に、少ない電力で適正に焼結
処理を施し得る商業的規模の実操業に適した通電熱加工
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特許第３１３２５６０号公報に記
載されているような熱加工装置が知られている。この熱
加工装置は、粉末焼結材料からなる被加工物を装填する
筒状の型と、この型に摺接状態で下部から内嵌される下
型としての下部電極と、同上部から内嵌される上型とし
ての上部電極と、これら両電極に電流を供給する電源装
置と、両電極を介して型内の被加工物を加圧する加圧装
置と、上記パルス電流を制御する制御手段とを備えた基
本構成を有している。

【０００３】かかる装置の型内に被加工物を装填した
後、型内の被加工物を上下の電極を介して加圧装置によ
り所定の圧力で加圧しつつ、電源装置からの電流を上下
の電極を介して被加工物に供給することにより、被加工
物は通電発熱で高温になり、焼結処理が施される。

【０００４】そして、特に制御手段の制御によってパル
スの立上り時点で被加工物の固有電気抵抗値の５０〜５
０００倍となる高電圧を０．０１秒〜０．１秒間印加す
るようになされているため、この瞬間的な高電圧の印加
によって被加工物である粉末焼結材料の粒子間の空間に
アーク放電が生起され、これによる高発熱で被加工物に
対する焼結処理は短時間で完了する。

【０００５】なお、上記アーク放電の生起は、焼結処理
の初期において発生するものであり、焼結処理の略半分
が進行した後には、被加工物および型の有する固有抵抗
値による通電発熱に移行する。この通電発熱の過程にお
いて被加工物に対し加圧処理を施すことにより効率的な
焼結処理が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の熱加工装置は、各種のデータ採取を目的として
被加工物にパルス電流を印加して実験的に焼結処理を施
すのに好適なものであり、実験用であれば型の容量は数
ｍｌ程度の大きさのものであればよい。しかしこのよう
な小容量の装置を用いて商業的規模での実操業を行うこ
とができない。

【０００７】そこで、装置をスケールアップして実操業
用に大きくすることが行われるが、商業的規模では型の
容量は、例えば直径が１００ｍｍで有効厚みが１０ｍｍ
で略８００００ｍｌのものが採用される等、型が格段に
大きくなって被加工物が大きくなり、これによって被加
工物が装填された型内に装置と同様の温度環境を現出さ
せようとすれば、多大の電力を被加工物に与えなければ
ならず、焼結製品の製造コストが高騰するという解決す
るべき課題が提起される。

【０００８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、少ない電力消費で被加工物に
対して適正に焼結処理を施すことができる通電熱加工装
置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
粉末焼結材料からなる被加工物が装填される型と、この
型内の被加工物を挟持する対向電極とを備え、対向電極
に挟持された状態の被加工物に電流を供給することによ
り通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置
であって、上記対向電極は、対向面から順番に対向面が
被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパ
ンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板は、均熱板に対
する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように
寸法設定された当接部を有していることを特徴とするも
のである。

【００１０】この発明によれば、型に装填された粉末焼
結材料からなる被加工物は、対向電極からの電流の供給
により発熱して焼結されて焼結製品になる。そしてこの
焼結処理において、対向電極に供給された電流は、均熱
板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなる
ように寸法設定されたパンチ板の当接部を介して均熱板
に供給されるため、当接部の面積が均熱板の面積より小
さくなっている分、形状加工したパンチ板の凸部分での
電流密度が大きくなり、この大きな電流密度による通電
発熱で均熱板のパンチ板との当接位置が高温に加熱され
る。

【００１１】そして、型内で一対の均熱板により挟持さ
れた被加工物は、高密度の電流で高温に加熱されたパン
チ板の当接部分からの熱伝導で熱が拡散した状態で均熱
板に伝わり、その熱を受けることによって均一に加熱さ
れる。

【００１２】このように、パンチ板の均熱板に対する当
接面積を小さくすることでパンチ板の当接部分の電流密
度を大きくして高熱が均熱板に拡散されて被加工物に供
給されるようなされているため、均熱板に対する当接面
積が小さくなるように設定された当接部を有していない
従来のパンチ板にあっては、パンチ板の全面が通電対象
になって電流密度が小さくなり発熱量が少なくなるよう
な不都合が生じるが、請求項１の発明ではそのような不
都合は起こらない。

【００１３】従って、少ない電気エネルギーであっても
型内の被加工物に所定の高温での焼結処理を施すことが
可能になり、運転コストの低減化を実現した上で良質の
焼結製品が得られる。

【００１４】請求項１記載の発明において、当接部を、
パンチ板を横断するように設けられた複数条のパンチ突
条によって形成したり（請求項２）、パンチ板に突設さ
れた複数のパンチ突起によって形成したり（請求項
３）、パンチ板の中心位置から周方向の外方に向かうよ
うに同心円状に形成された突条によって構成してもよい
（請求項４）。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の発明において、上記パンチ板にさらに
一または複数層のパンチ板が積層されていることを特徴
とするものである。

【００１６】この発明によれば、パンチ板を複数層にす
ることにより、各パンチ板それぞれの当接部をそれ程小
さくせずにパンチ板の機械的強度を確保した上で、各パ
ンチ板で発生した熱エネルギーを合計することにより、
焼結処理に必要な所要の熱エネルギーが得られる。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明において、上記パンチ板にはスペ
ーサーがさらに積層され、このスペーサーは、パンチ板
への当接面から遠ざかるに従って当接面に平行な断面積
が漸減するように寸法設定されていることを特徴とする
ものである。

【００１８】この発明によれば、スペーサーのパンチ板
に対する当接面が最少になっているためその分電流密度
が高くなり、スペーサーのパンチ板に当接している部分
は他の部分に比べて通電発熱量が多くなり、この通電に
よる発熱がパンチ板を介して被加工物に熱伝達されるた
め、被加工物の焼結処理の熱効率が向上する。また、ス
ペーサーは、パンチ板への当接面から遠ざかるに従って
断面積が漸増しているため、機械的な強度が確保され
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
通電熱加工装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図で
あり、図１は、加工炉本体から蓋体が取り外された状
態、図２は、蓋体が加工炉本体に装着された状態をそれ
ぞれ示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図
である。

【００２０】これらの図に示すように、熱加工装置１０
は、焼結材料（被加工物）Ｍ（図３）に対してパルス電
流を印加することによる通電加熱で当該焼結材料Ｍに焼
結処理を施すものであり、縦長の直方体状の枠体２０
と、この枠体２０内に設けられる薄板製の筒状の安全カ
バー３０と、この安全カバー３０に内装される熱加工炉
４０と、この熱加工炉４０の上下から当該熱加工炉４０
内に摺接状態で嵌挿される対向電極５０と、この対向電
極５０の上方側の電極（上部電極５１）を押圧するシリ
ンダ装置７０と、上記対向電極５０の各先端側（後述す
る均熱板５１ａ，５２ａおよびパンチ板５１ｂ，５２
ｂ）が摺接状態で内嵌される型６０と、上記熱加工炉４
０内で対向電極５０および型６０を包囲するように設け
られた補助加熱部材８０とを備えた基本構成を有してい
る。

【００２１】上記対向電極５０および補助加熱部材８０
へは電源装置９０からの電力が供給されるようになって
いる。電源装置９０は、商用電源からの交流電流を変調
することにより得られる所定のパルス電流を対向電極５
０に供給するパルス電流供給部９１と、補助加熱部材８
０に三相で２２０Ｖの商用電力をそのまま供給する補助
加熱用電力供給部９２とからなっている。

【００２２】また、枠体２０の近傍には、熱加工炉４０
内の空気を吸引除去して当該熱加工炉４０内を真空環境
にする真空ポンプ１００が設けられ、この真空ポンプ１
００の駆動により型６０内が真空にされた状態で焼結材
料Ｍ（図３）に対して熱加工が行われるようになってい
る。

【００２３】また、枠体２０の近傍には、シリンダ装置
７０に油圧を供給して上部電極５１を昇降させる油圧ユ
ニット１１０が設けられている。この油圧ユニット１１
０の駆動による仕切板２４を介した上部電極５１の押圧
によって型６０内に装填されている焼結材料Ｍが所定の
圧力で圧縮されるようになっている。

【００２４】上記枠体２０は、平面視で正方形状を呈す
る基礎板２１と、この基礎板２１の四隅部に立設された
４本の円柱状のガイド支柱２２と、このガイド支柱２２
の頂部にボルト止めで固定された平面視で正方形状の天
板２３と、四隅部が上記各ガイド支柱２２に摺接状態で
貫通された平面視で正方形状の仕切板２４とを備えて構
成されている。

【００２５】さらに、対向電極５０（上部電極５１およ
び下部電極５２）の内部には冷却水路５５が設けられ、
この冷却水路５５に上水あるいは工業用水等の冷却水源
１２０からの冷却水が供給されて対向電極５０を冷却す
るようにしている。こうすることにより対向電極５０の
過加熱を防止している。

【００２６】また、冷却水源１２０から上部電極５１に
向かう冷却水配管には上部電極用制御弁１２１が設けら
れているとともに、冷却水源１２０から下部電極５２に
向かう冷却水配管には下部電極用制御弁１２２が設けら
れ、これら制御弁１２１，１２２の開閉操作で冷却水流
量を調節することにより上部電極５１の上部位置および
下部電極５２の下部位置の温度を制御するようになされ
ている。

【００２７】なお、上部電極５１および下部電極５２に
はそれぞれ冷却水の受入口と排出口とが設けられている
が、これらを図示すると図面が煩雑になって見苦しくな
るためこれらの図示を省略している。

【００２８】そして、上記シリンダ装置７０は、仕切板
２４を境にしてその上部に設けられている一方、安全カ
バー３０、熱加工炉４０および対向電極５０は、仕切板
２４の下部に設けられ、これによってシリンダ装置７０
の加圧力は仕切板２４を介して上部電極５１に伝達され
るのに対し、シリンダ装置７０が加圧操作を行わないと
きは、上部電極５１はシリンダ装置７０とは縁切り状態
になるようにしている。

【００２９】上記安全カバー３０は、密封状態で熱加工
炉４０、対向電極５０および型６０を収容するものであ
り、円筒状の容器本体３１と、この容器本体３１の上面
開口を閉止する天板３２と、容器本体３１の周面に開閉
自在に取り付けられた開閉扉３３とからなっている。上
記天板３２の中央位置には、上部電極５１を摺接状態で
嵌挿する嵌挿孔３２ａが穿設されている。

【００３０】上記開閉扉３３は、容器本体３１の周面開
口３１ａを閉止し得るように図略の蝶番回りに回動可能
に当該容器本体３１に取り付けられている。かかる開閉
扉３３は、曲率半径が安全カバー３０の半径と同一に寸
法設定された平面視で円弧状に形成され、中心角が略１
２０°に設定されている。そして、開閉扉３３を閉止す
ることにより熱加工炉４０が安全カバー３０内に納めら
れた状態になって安全性が確保されるようになってい
る。

【００３１】上記熱加工炉４０は、加工炉本体４１と、
この加工炉本体４１に着脱自在に装着される蓋体４２
と、加工炉本体４１の底面開口を閉止する底板４４と、
加工炉本体４１の上面開口を閉止する天板４３とを備え
て構成されている。

【００３２】加工炉本体４１は、内径寸法が型６０の外
径寸法に補助加熱部材８０の厚み寸法を加えた寸法より
僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０内の焼
結材料Ｍは補助加熱部材８０に対して非常に接近した状
態で補助加熱部材８０からの熱を受けるようになってい
る。

【００３３】かかる加工炉本体４１を備えた熱加工炉４
０は、円筒体の周面の一部が切り欠かれた状態で形成さ
れ、平面視の中心角が略２４０°に設定されている一
方、上記蓋体４２は、加工炉本体４１の切り欠かれた部
分に対応するように平面視で円弧状に形成され、曲率半
径が加工炉本体４１のそれと同一に寸法設定されている
とともに、中心角が略１２０°に設定され、加工炉本体
４１の切り欠かれた部分に嵌め合わされることによって
加工炉本体４１とで円筒体が形成されるようになってい
る。

【００３４】また、加工炉本体４１および加工炉本体４
１の下縁部には、径方向の内方および外方に向けて所定
量だけ突出した下部フランジ４１ａ，４２ａがそれぞれ
設けられているとともに、同上縁部には、下部フランジ
４１ａ，４２ａと同様の上部フランジ４１ｂ，４２ｂが
それぞれ設けられている。そして、上記底板４４は、径
寸法が加工炉本体４１に蓋体４２が装着された状態で下
部フランジ４１ａ，４２ａの外径寸法と同一に寸法設定
されているとともに、上記天板４３は、径寸法が上部フ
ランジ４１ｂ，４２ｂの外径寸法と同一に寸法設定され
ている。

【００３５】従って、蓋体４２が加工炉本体４１に装着
された状態で、底板４４を下部フランジ４１ａ，４２ａ
にボルト止めで固定するとともに、天板４３を上部フラ
ンジ４１ｂ，４２ｂにボルト止めで固定することによ
り、図２に示すように、加工炉本体４１の出入口４５が
蓋体４２によって閉止された状態の熱加工炉４０が得ら
れる。そして、蓋体４２の下部フランジ４２ａと底板４
４とを連結しているボルト、および蓋体４２の上部フラ
ンジ４２ｂと天板４３とを連結しているボルトをそれぞ
れ外すことにより、蓋体４２は、図１に示すように、加
工炉本体４１から取り外し得るようになる。

【００３６】なお、上記のように蓋体４２を加工炉本体
４１にボルト止めで締結する代わりに、蓋体４２を加工
炉本体４１に蝶番を介して開閉自在に取り付け、蓋体４
２が閉止された状態で所定のロック機構で閉止状態をロ
ックするようにしてもよい。

【００３７】また、天板４３および底板４４には、下部
電極５２および上部電極５１を通すための上部筒体４３
ａおよび下部筒体４４ａがそれぞれ天板４３および底板
４４と同心で設けられている。そして、上部筒体４３ａ
と上部電極５１との間には上部環状絶縁体４３ｂが摺接
状態で介設されているとともに、下部筒体４４ａと下部
電極５２との間には下部環状絶縁体４４ｂが介設されて
いる。これらの環状絶縁体４３ｂ，４４ｂによって対向
電極５０と熱加工炉４０とが互いに絶縁状態になるよう
にしている。

【００３８】上記対向電極５０は、型６０の上部に設け
られる上部電極５１と、同下部に設けられる下部電極５
２とからなっている。型６０内の焼結材料Ｍは、これら
上下の電極５１，５２からのパルス電流の印加を受けて
自身の通電発熱および放電発熱によって加熱されるとと
もに、後述するパンチ板５１ｂ，５２ｂの通電発熱が均
熱板５１ａ，５２ａを介して伝熱されて加熱され、これ
によって焼結処理されるようになっている。

【００３９】上記上部電極５１は、図３に示すように、
型６０のキャビティ内に上から摺接状態で嵌挿される黒
鉛製の上部均熱板５１ａと、この上部均熱板５１ａの上
面に積層される黒鉛製の上部パンチ板５１ｂと、この上
部パンチ板５１ｂの上面に積層される上部均圧板５１ｃ
と、この上部均圧板５１ｃの上面に順次積層される第一
上部スペーサー５１ｄ、第二上部スペーサー５１ｅ、第
三上部スペーサー５１ｆおよび第四上部スペーサー５１
ｇ等からなっている。

【００４０】上記下部電極５２は、図３に示すように、
型６０のキャビティ内に下から摺接状態で嵌挿される黒
鉛製の下部均熱板５２ａと、この下部均熱板５２ａの下
面に積層される黒鉛製の下部パンチ板５２ｂと、この下
部パンチ板５２ｂの下面に積層される下部均圧板５２ｃ
と、この下部均圧板５２ｃの下面に順次積層される第一
下部スペーサー５２ｄ、第二下部スペーサー５２ｅ、第
三下部スペーサー５２ｆおよび第四下部スペーサー５２
ｇとからなっている。

【００４１】そして、型６０内に装填された焼結材料Ｍ
は、上記各均熱板５１ａ，５２ａに押圧挟持された状態
でパルス電流供給部９１からのパルス電流が印加される
ことにより、焼結材料Ｍの通電発熱および焼結材料Ｍの
粒子間で生起されるアーク放電による放電発熱によって
加熱されて焼結される。

【００４２】図４は、パンチ板５１ｂ，５２ｂの一実施
形態を示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板５１
ｂを、（ロ）は下部パンチ板５２ｂをそれぞれ示してい
る。なお、上部パンチ板５１ｂと下部パンチ板５２ｂと
は外径寸法が下部パンチ板５２ｂの方が上部パンチ板５
１ｂより若干大き目に寸法設定されている他は同一仕様
である。そして、上部パンチ板５１ｂは、パンチ面を下
方に向けて使用されるのに対し、下部パンチ板５２ｂは
パンチ面を上方に向けて使用される。

【００４３】かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂは、図４に
示すように、型６０の内径寸法より僅かに小さい外径寸
法を有するパンチ板本体５３と、このパンチ板本体５３
の一方の面に形成された円形突出部５４とからなってい
る。

【００４４】上記円形突出部５４は、径寸法がパンチ板
本体５３の径寸法より若干小さく設定されてパンチ板本
体５３から同心で突設されている。かかる円形突出部５
４には、互いに平行な複数のパンチスリット５４ａが当
該円形突出部５４を横断するように等ピッチで凹設され
ているとともに、隣り合った各パンチスリット５４ａ間
にそれぞれパンチ突条５４ｂが形成されている。かかる
円形突出部５４の外周縁部とパンチ板本体５３の外周縁
部との間には面一状態の環状偏平部５３ａが形成されて
いる。

【００４５】かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂが、図３に
示すように、均熱板５１ａ，５２ａを介して焼結材料Ｍ
を挟持するようになっている。そして、このようなパン
チ板５１ｂ，５２ｂが用いられるのは以下の理由によ
る。すなわち、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、パンチ突条
５４ｂが設けられることにより、当該パンチ突条５４ｂ
の表面のみが均熱板５１ａ，５２ａに当接することにな
り、この当接面積はパンチ突条５４ｂが設けられていな
い場合より大幅に小さくなるため、当接面積当たりの電
流密度の値が大きくなり、これによってパンチ突条５４
ｂと均熱板５１ａ，５２ａとの当接位置での発熱量が全
面当接の場合に比べて格段に多くなる。

【００４６】従って、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、同一
の電力を供給した場合にパンチ突条５４ｂが存在しない
ものより発熱量が多くなってより高温に加熱される。そ
して、より高温に加熱されたパンチ板５１ｂ，５２ｂの
熱は、均熱板５１ａ，５２ａを介して均一に均された状
態で焼結材料Ｍに伝達される。また、焼結材料Ｍは、均
熱板５１ａ，５２ａから印加されるパルス電流による通
電発熱によって加熱されるとともに、焼結材料Ｍの粒子
間で生起されるアーク放電によっても加熱され焼結処理
が施されることになる。

【００４７】上記均圧板５１ｃ，５２ｃ（図３）は、パ
ンチ板５１ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄ
との間に介設され、第一スペーサー５１ｄ，５２ｄから
の加圧力を均してパンチ板５１ｂ，５２ｂに伝達するも
のである。かかる均圧板５１ｃ，５２ｃをパンチ板５１
ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄとの間に介
設することにより、パンチ板５１ｂ，５２ｂへの加圧位
置偏在がなくなり、パンチ板５１ｂ，５２ｂが保護され
る。

【００４８】上記第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５
１ｅ，５１ｆ（図３）は、いずれも熱加工炉４０に内装
されているのに対し、第三上部スペーサー５１ｆは上記
上部環状絶縁体４３ｂに摺接状態で嵌挿されている。

【００４９】また、第一〜第四上部スペーサー５１ｄ，
５１ｅ，５１ｆ，５１ｇの内の第一〜第三上部スペーサ
ー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは環状体によって形成されて
いる。そしてこれらの内径寸法は、第一上部スペーサー
５１ｄのものが最大に設定され、第三上部スペーサー５
１ｆに向かうに従って順次小さくなるように寸法設定さ
れている。

【００５０】これに対し第四上部スペーサー５１ｇ（こ
れが実質的な電極の役割を担っている）は、環状体によ
って形成されていない代わり内部に冷却水路５５が設け
られ、この冷却水路５５に冷却水源１２０からの冷却水
が供給されることによって上部電極５１の上部が冷却さ
れるようになっている。

【００５１】そして、第一上部スペーサー５１ｄは、内
径寸法が他のスペーサーに比べて最大になっている（す
なわち断面積が最少になっている）ことにより通電抵抗
が最大になっており、これによって三者の内で最大の通
電発熱量が得られる一方、第二〜第三上部スペーサー５
１ｅ，５１ｆに向かうに従って断面積が順次減少するこ
とにより通電発熱量も順次少なくなっていき、これによ
る熱勾配で上部電極５１の冷却処理（第四上部スペーサ
ー５１ｇの冷却水路５５への冷却水供給による上部電極
５１の冷却処理）に悪影響を及ぼさないようにしてい
る。

【００５２】上記第一〜第三下部スペーサー５２ｄ，５
２ｅ，５２ｆは、上記第一〜第三上部スペーサー５１
ｄ，５１ｅ，５１ｆと全く同一に寸法設定されている。
これに対し、第四下部スペーサー５２ｇは、外径寸法が
第四上部スペーサー５１ｇのそれより若干大き目に寸法
設定され（具体的には下部筒体４４ａの外径寸法と同一
に設定されている）、これによって熱加工炉４０を支持
する支持台の役割を果し得るようになっている。

【００５３】一方、熱加工炉４０の下部筒体４４ａと第
四下部スペーサー５２ｇとの間には絶縁材料からなる絶
縁リング５６が介設され、これによって熱加工炉４０第
四下部スペーサー５２ｇとの間は電気的に絶縁状態にな
るようにしている。

【００５４】上記型６０は、上下寸法が上下の均熱板５
１ａ，５２ａの各厚み寸法と、上下のパンチ板５１ｂ，
５２ｂの厚み寸法と、上下の均熱板５１ａ，５２ａ間に
挟持される焼結材料Ｍの厚み寸法とを加えた寸法より若
干短めに寸法設定されている。かかる型６０は、内径寸
法が均熱板５１ａ，５２ａの径寸法より僅かに大きく寸
法設定されているとともに、下部内周面に角部が全周に
亘って切り欠かれることによって形成した環状角溝６１
を有している。

【００５５】この環状角溝６１は、内径寸法が下部パン
チ板５２ｂのパンチ板本体５３より僅かに大きく寸法設
定され、これによって、図３に示すように、環状角溝６
１がパンチ板本体５３に外嵌された状態で当該環状角溝
６１の上面が下部パンチ板５２ｂの環状偏平部５３ａに
密着当止するようになっている。

【００５６】上記シリンダ装置７０は、図１〜図３に示
すように、枠体２０の天板２３上面の中央部に縦置きで
ボルト止めにより固定された油圧シリンダ７１と、この
油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピストンロ
ッド７２と、このピストンロッド７２の下端部に同心で
固定されたプレスラム７３とからなっている。

【００５７】枠体２０の天板２３の中央部には、ピスト
ンロッド７２を挿通するための貫通孔２３ａが穿設さ
れ、油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピスト
ンロッド７２は、この貫通孔２３ａを通って天板２３か
ら下方に垂下している。かかるピストンロッド７２の下
端部には雄ねじの螺設された雄ねじ部７２ａが形成され
ている一方、プレスラム７３の上面中央位置には雄ねじ
部７２ａに対応したねじ孔７３ａが螺設され、雄ねじ部
７２ａがねじ孔７３ａに螺着されることによりプレスラ
ム７３がピストンロッド７２に連結されるようになって
いる。

【００５８】上記プレスラム７３は、同心で二段になっ
た円柱体によって形成され、下部の大径部の径寸法が上
部電極５１の径寸法と略同一に設定されている。かかる
プレスラム７３は、枠体２０の仕切板２４を介して上部
電極５１の第四上部スペーサー５１ｇに対向している。
従って、油圧シリンダ７１に油圧ユニット１１０からの
油圧が順方向に供給されてピストンロッド７２が下降す
ることにより上部電極５１が仕切板２４を介して下方に
向けて押圧され、これによって型６０内の焼結材料Ｍ
は、上下の均熱板５１ａ，５２ａによって加圧されるこ
とになる。

【００５９】このように構成されたシリンダ装置７０に
よれば、対向電極５０を介した型６０内の焼結材料Ｍに
対するシリンダ装置７０の加圧力の伝達は、ピストンロ
ッド７２、プレスラム７３および仕切板２４を介して行
われるようになっており、しかもプレスラム７３は、仕
切板２４に対して離接可能になっているため、焼結材料
Ｍに対する加圧エネルギーの付与と、焼結材料Ｍに対す
る通電加熱用および放電加熱用の電気エネルギーの付与
とを互いに独立させた状態で焼結材料Ｍに対して焼結処
理を施すことが可能になる。

【００６０】これに対し、従来の上部電極５１がプレス
ラム７３と一体化されたものにあっては、焼結材料Ｍに
対するシリンダ装置７０による加圧操作と、焼結材料Ｍ
に対するパルス電流供給部９１からのパルス電流の印加
操作とが一体不可分に行われるため、加圧操作とパルス
電流の印加操作とを互いに独立して行うことができず、
焼結条件設定の自由度が狭いものになるが、本発明の加
圧構造においては、加圧操作と電流印加操作とを互いに
他とは独立した状態で行うことができるため、焼結条件
設定の自由度が格段に増大し、適切な焼結条件を選択す
ることによって幅の広い特性をもった良質の焼結製品を
得ることができる。

【００６１】図５は、補助加熱部材８０の一実施形態を
示す斜視図であり、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、
（ロ）は、組立て斜視図である。図５に示すように、補
助加熱部材８０は、煉瓦やモルタル等の断熱材からなる
円弧状に形成された断熱部材８１と、この断熱部材８１
に設けられた棒状の通電発熱体８２とからなる基本構成
を有している。通電発熱体８２としては、ニクロム線等
の金属ヒータや黒鉛ヒータ等を挙げることができる。

【００６２】断熱部材８１は、中心角が１２０°に設定
されており、従って、三体の断熱部材８１の各両側縁部
を互いに合わせることによって、図５の（ロ）に示すよ
うに、円筒状になる。かかる断熱部材８１は、厚み寸法
が加工炉本体４１（蓋体４２）（図１）の内面と、型６
０の外周面との間の距離より若干薄めに寸法設定されて
いるとともに、上下寸法が下部フランジ４１ａと上部フ
ランジ４１ｂとの間の距離と略同一に寸法設定されてい
る。従って、二体の断熱部材８１は、図１に示すよう
に、出入口４５を介して加工炉本体４１内の下部フラン
ジ４１ａおよび上部フランジ４１ｂ間に圧入状態で装着
することができる。また、残りの一体の断熱部材８１
は、蓋体４２の下部フランジ４２ａおよび上部フランジ
４２ｂ間に圧入状態で装着される。

【００６３】なお、補助加熱部材８０を上下のフランジ
間に圧入することに代えて、所定の係止手段を設け、こ
の係止手段に係止させることにより補助加熱部材８０を
加工炉本体４１および蓋体４２に装着するようにしても
よい。こうすることによって焼結処理する焼結材料Ｍの
規模に合わせた大きさの補助加熱部材８０を随時装着す
ることが可能になり、汎用性が向上する。

【００６４】このように寸法設定された断熱部材８１
は、その内面側に通電発熱体８２を嵌挿するための複数
の嵌挿溝８１ａを有しており、この嵌挿溝８１ａに、同
一の曲率半径を有するように湾曲された通電発熱体８２
が装着されている。また、隣設した嵌挿溝８１ａの端部
間には、各通電発熱体８２を直列に接続する接続線８２
ａを嵌め込みための上下方向に延びた嵌込み溝８１ｂが
千鳥状態で凹設されている。

【００６５】さらに、断熱部材８１の一方の側端面の上
下には、最上部および最下部の通電発熱体８２からのリ
ード線８２ｂを引き出すための引出孔８１ｃがそれぞれ
穿設され、これらの引出孔８１ｃから引き出されたリー
ド線８２ｂは、電源装置９０の補助加熱用電力供給部９
２からの電力線に接続され、これによって上記補助加熱
用電力供給部９２からの電力が各通電発熱体８２に供給
され得るようになっている。

【００６６】通電発熱体８２と嵌挿溝８１ａとの間に
は、所定の隙間を備えた状態で通電発熱体８２を嵌挿溝
８１ａに装着することが好ましい。その理由は、通電発
熱体８２が略２０００℃の高温になることがあり、かか
る高温の通電発熱体８２が嵌挿溝８１ａの内壁面に当接
している状態では、内壁面が溶解してしまうおそれがあ
るからである。

【００６７】このような補助加熱部材８０は、曲率外径
寸法が加工炉本体４１の中央部の内径寸法と略同一に設
定されているとともに、曲率内径寸法が型６０の外径寸
法より僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０
内の焼結材料Ｍは、通電発熱体８２から照射される熱線
を熱輻射で受けて補助加熱されるようになっている。

【００６８】従って、例えば、補助加熱部材８０を除い
た状態の熱加工炉４０を従来公知の通常の均熱炉に挿入
した場合には、補助加熱の熱源が焼結材料Ｍから非常に
遠いところに存在することにより、熱源からの輻射熱で
型６０内の焼結材料Ｍを加熱することができず、結局、
均熱炉内に封入された窒素やアルゴン等の不活性ガスを
介して熱伝導で焼結材料Ｍを補助加熱せざるを得ず、従
って、焼結材料Ｍが所定の高温に到達するまでに長時間
を要するばかりか、高価な不活性ガスを焼結処理を行う
都度大量に均熱炉内に供給しなければならず、焼結処理
の迅速化および低コスト化を図る上でネックになってい
た。

【００６９】これに対し、本実施形態においては、通電
発熱体８２が焼結材料Ｍに対して極めて卑近な距離に設
けられており、焼結材料Ｍは通電発熱体８２の輻射熱で
瞬時に加熱されるため、焼結材料Ｍの昇温が迅速に行わ
れるばかりか、熱伝導に必要な高価な不活性ガスを用い
る必要がなくなり、焼結処理の低コスト化を図る上で極
めて有効である。

【００７０】このように構成された補助加熱部材８０に
よれば、まず、補助加熱部材８０が三体の断熱部材８１
を合体させることにより形成されて三分割可能になって
いるため、二体を出入口４５を介して加工炉本体４１に
装着し得るとともに、残りの一体を蓋体４２に装着する
ことが可能であり、熱加工炉４０に対する補助加熱部材
８０の施工が容易になるとともに、補助加熱部材８０を
移動させることなく熱加工炉４０に対して焼結材料Ｍお
よび焼結製品を容易に出し入れすることが可能になる。

【００７１】また、型６０内の焼結材料Ｍが、電源装置
９０のパルス電流供給部９１からのパルス電流を対向電
極５０を介して印加されることによる通電発熱および放
電発熱で焼結されつつある状態、すなわち内部加熱がさ
れつつある状態で、補助加熱用電力供給部９２からの電
力を補助加熱部材８０の通電発熱体８２に供給すること
による通電発熱体８２の発熱で型６０内の焼結材料Ｍか
ら径方向の外方に向かう放熱が防止される。従って、型
６０内の焼結材料Ｍは、型６０の外周面を介した放熱が
確実に防止されることにより内部の温度分布が均一にな
り、均一な焼結処理が施されるため、得られた焼結製品
は均質な商品価値の高いものになる。

【００７２】以下、図６を基に熱加工装置１０の運転制
御について説明する。図６は、制御装置１３０により実
行される熱加工装置１０の運転制御の一実施形態を示す
ブロック図である。

【００７３】この図に示すように、制御装置１３０は、
熱加工装置１０の全体的な運転制御を行うためのもので
あって、いわゆるマイクロコンピュータによって構成さ
れ、演算処理装置であるＣＰＵ１３１が内蔵されている
とともに、制御装置１３０に対して所定のデータを入力
したりＣＰＵ１３１の演算結果を出力する入出力装置１
３２と、データを一時的に記憶する読み書き自在の外部
記憶装置であるＲＡＭ１３３と、制御プログラムを記憶
した読み込み専用の外部記憶装置であるＲＯＭ１３４と
を備えて構成されている。

【００７４】かかる制御装置１３０は、入出力装置１３
２から入力された所定の指令信号および後述する各種の
センサからの検出信号に基き、ＲＯＭ１３４から読み取
った制御プログラムの実行によって電源装置９０（パル
ス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２）、
真空ポンプ１００、油圧ユニット１１０および上下の電
極用制御弁１２１，１２２に向けてそれぞれ所定の制御
信号を出力し、これによる真空ポンプ１００の駆動で熱
加工炉４０内が減圧状態とされ、パルス電流供給部９１
からの駆動信号（パルス電流）の出力によって対向電極
５０を介して型６０内の焼結材料Ｍにパルス電流が印加
され、補助加熱用電力供給部９２からの駆動信号（商用
交流電流）の出力によって補助加熱部材８０に商用交流
電力が供給されて焼結材料Ｍが外部加熱され、油圧ユニ
ット１１０からの駆動信号（油圧）の出力によるシリン
ダ装置７０の駆動で上部電極５１に対するプレスラム７
３の押圧力が調節され、電極用制御弁１２１，１２２の
開度調節で冷却水源１２０の流量が制御されるようにな
っている。

【００７５】制御装置１３０による上記のような制御を
実行するために、熱加工装置１０には各所に加工状況を
検出する各種のセンサ１４０が設けられている。かかる
センサ１４０としては、均熱板５１ａ，５２ａに径方向
に所定ピッチで内装された（図６に示す例では下部均熱
板５２ａに設けられている）複数の第一温度センサ１４
１と、第四上部スペーサー５１ｇに内装された第二温度
センサ１４２と、第四下部スペーサー５２ｇに内装され
た第三温度センサ１４３と、プレスラム７３直下の仕切
板２４に設けられた感圧センサ１４４とが採用されてい
る。

【００７６】上記第一温度センサ１４１は、型６０内で
対向電極５０によりパルス電流が印加されて内部加熱さ
れつつあるとともに、補助加熱部材８０からの熱を得て
外部加熱されつつある焼結材料Ｍの径方向の温度分布を
検出するためのものである。この第一温度センサ１４１
の検出信号はＣＰＵ１３１に入力される一方、ＣＰＵ１
３１には予め入出力装置１３２から焼結材料Ｍの設定温
度分布が入力されており、第一温度センサ１４１からの
検出信号に対応する検出温度と上記設定温度とがＣＰＵ
１３１によって逐一比較演算され、検出温度と設定温度
との差が許容限度を越えている場合には、ＣＰＵ１３１
は、パルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部
９２に向けてこの差を許容範囲内に納めるような制御信
号を出力するようになっている。

【００７７】具体的には、例えば焼結材料Ｍの中心位置
の温度が許容範囲内に納まっているのに対して周縁部分
の温度が許容範囲より低温である場合には、ＣＰＵ１３
１から補助加熱用電力供給部９２に向けて補助加熱部材
８０への供給電力量を大きくするための制御信号が出力
され、これを受けた補助加熱用電力供給部９２は、補助
加熱部材８０に対する電力供給量を多くする。これによ
る通電発熱体８２の発熱量の増大で焼結材料Ｍの周縁部
が昇温して温度分布が許容範囲に回復されることにな
る。

【００７８】これに対し、例えば焼結材料Ｍの周縁部の
温度は許容範囲内に納まっているにも拘らず、中心部分
の温度が許容範囲を越えて高温になっているような場合
には、パルス電流供給部９１からの対向電極５０に対す
るパルス電流の供給が一時中断される。これによって焼
結材料Ｍは通電発熱および放電発熱による内部加熱が行
われなくなるため、補助加熱部材８０による外部加熱だ
けとなって焼結材料Ｍの中心部分の温度が許容範囲内に
到るまで低下させられることになる。

【００７９】以上要すれば、第三温度センサ１４３の温
度検出結果に基づいてパルス電流供給部９１および補助
加熱用電力供給部９２から対向電極５０および補助加熱
部材８０に、焼結材料Ｍの温度分布が均一になるような
所定の駆動信号が出力されるため、対向電極５０と補助
加熱部材８０との協働によって焼結材料Ｍは予め設定さ
れた所定の温度分布が維持されるのである。

【００８０】また、本実施形態においては、焼結材料Ｍ
の焼結処理の初期には補助加熱用電力供給部９２からの
交流電力によって補助加熱部材８０を発熱させてその表
面温度を略１０００℃にまで昇温し（略１５分でこの温
度にまで昇温する）、略１０００℃になったことが第三
温度センサ１４３の検出信号によって確認された後にパ
ルス電流供給部９１からの駆動信号（パルス電流）を対
向電極５０に供給するようにしている。こうすることに
より、電力コストを抑えた上で迅速かつ適切に焼結材料
Ｍに焼結処理を施すことができる。

【００８１】つまり、仮に補助加熱部材８０による外部
加熱だけで焼結を行うと、「４９０ｍｍ×４６０ｍｍ×
３８０ｍｍ」程度の容積では、焼結温度を１０００℃に
するには３〜４時間を要するが、本実施形態では、対向
電極５０と補助加熱部材８０とを併用しているため、昇
温時間の大幅な短縮が可能になるばかりか、均一な温度
での焼結材料Ｍの焼結処理を達成することができる。

【００８２】また、本実施形態においては、型６０とし
て通電可能な黒鉛製のものを採用しているため、対向電
極５０に印加されたパルス電流は、この型６０にも通電
されて発熱し、型６０そのものがカーボンヒーターとし
ての役割を果すことから、型６０は、この点で焼結材料
Ｍに対する均質な焼結処理に貢献する。

【００８３】上記第二温度センサ１４２および第三温度
センサ１４３は、第四上部スペーサー５１ｇおよび第四
下部スペーサー５２ｇの温度を検出するためのものであ
り、これらの検出信号は逐一制御装置１３０に入力さ
れ、予め記憶されている設定温度とＣＰＵ１３１におい
て比較され、この比較結果で制御装置１３０から上下の
電極用制御弁１２１，１２２に向けて制御信号が出力さ
れる、いわゆるフィードバック制御が実行され、これに
よる冷却水源１２０からの冷却水量の調節で第四スペー
サー５１ｇ，５２ｇの温度制御が行われるようになって
いる。

【００８４】上記感圧センサ１４４は、シリンダ装置７
０の焼結材料Ｍに対する押圧力を検出するためのもので
あり、制御装置１３０は、予め焼結材料Ｍの種類に応じ
て設定された設定圧力値と、感圧センサ１４４からの検
出信号が示す検出圧力値とを比較し、この差が許容限度
を越えているときは油圧ユニット１１０に向けて制御信
号を出力し、これによる油圧ユニット１１０からの油圧
の調節でシリンダ装置７０による焼結材料Ｍに対する押
圧力が設定圧力値になるように制御されるようになって
いる。

【００８５】かかる圧力制御によって、焼結材料Ｍは、
その種類に応じて常に最適の圧力が付与された状態で焼
結処理が施されることになり、焼結製品の品質が焼結材
料Ｍの種類によってばらつくような不都合が回避され
る。

【００８６】ついで、パルス電流供給部９１から出力さ
れるパルス電流について説明する。パルス電流供給部９
１内には、図略のパルス電源回路が設けられており、こ
の電源回路へ制御装置１３０を介して入出力装置１３２
からの入力信号を伝達することにより、種々のパルス特
性調整要素の変更が可能になっている。具体的には、パ
ルスの周波数は、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内でパルス
周期、パルス間隔およびパルス幅の変更が可能であると
ともに、パルスの電流エネルギーが５０〜５０００Ａの
範囲で可能になっている。

【００８７】特に放電焼結を行なう場合に適した機能と
して、パルス電源回路は、電源電圧が２〜２４Ｖの範囲
で、アーク放電を発生させるような絶縁破壊のためにパ
ルス印加当初に０．０１秒〜０．１秒の瞬時だけ、同一
単位系で電圧の値が焼結材料Ｍの固有電気抵抗の値の５
０〜５０００倍となる高周波高電圧を発生させる機能を
有するように構成される。

【００８８】このようなパルス電源回路を用い、放電焼
結を行なう場合の放電発生の際に、パルス電流を変化さ
せてエネルギーを上昇させることにより、定常時の放電
電圧よりはるかに高い電圧を急激に、かつ１秒以下の短
時間の範囲で印加すると、効果的にアーク放電が生起さ
れることはすでに実験的に確認している。なお、試料と
しての焼結材料の固有抵抗値によって放電の起こる臨界
電圧が異なり、放電スタートの電圧は定常状態より数倍
程度以上高くとる必要があるが、放電スタート後は、定
常状態に戻しても放電が持続する。

【００８９】そして、このように短時間だけ高電圧を印
加することにより、一気にアーク放電を誘起させ、粉体
粒子を瞬時に溶解して焼結を効果的に行なうことができ
る。具体的には、１００Ｖ〜１００００Ｖの高周波高電
圧をパルス立ち上がり時に０．０１秒〜０．１秒の瞬時
だけ印加することが、極めて有効である。

【００９０】このように本実施形態の熱加工装置１０
は、種々のパルスの組み合わせや、さらにパルス立ち上
がり時の高電圧の印加等により、有効に放電エネルギー
を利用して焼結もしくは焼生等を行なうことができる。

【００９１】すなわち、本実施形態の熱加工装置１０に
よると、アーク放電による放電エネルギーそのものを有
効に用い得るようにアーク放電を適正に制御することが
でき、このアーク放電の温度はミクロ的に数万度（原子
水準）と理論解析されており、アーク放電を有効に用い
ることでミクロ的に高温として焼結を達成しつつ、マク
ロ的に材料の温度を低くし、熱的悪影響を防止すること
ができる。しかも、アーク放電熱加工の前に焼結材料Ｍ
を補助加熱部材８０によってある程度の温度まで加熱し
ておくことにより、電力コストを抑えた上で焼結材料Ｍ
に対して迅速かつ確実な焼結処理を施すことができる。

【００９２】さらに本実施形態の熱加工装置１０におい
ては、放電パルスと、これによって生じるパルス圧力を
効果的に利用することができる。すなわち、型６０内に
充填した焼結材料Ｍに周期的にパルスエネルギーを与え
ると、パルスエネルギーが印加されたときに焼結材料Ｍ
の表面が圧縮されて粉体に加わる圧力が上昇し、パルス
電流の周期に対応した周期で粉体に加わる圧力が変動す
る。そして、粉体表面が圧縮されたときの圧力エネルギ
ーにより高温度となり、粉体粒子同士が結合可能な状態
となるのである。

【００９３】このとき、シリンダ装置７０によって焼結
材料Ｍの全体圧力が固定されていることにより、上記圧
力エネルギーが微視的に粉体粒子相互間に集中的に作用
し、粉末の特性を損なわずに焼結を促進することができ
る。

【００９４】例えば、全体圧力１０００ｋｇ、パルスエ
ネルギー１０００Ａ、周波数１Ｈｚに設定してパルス電
流を型６０内の焼結材料Ｍに加えると、パルス周期に対
応して加圧側で１３００ｋｇ、減圧側で７００ｋｇの圧
力変動（全体圧力に対して±３００ｋｇ）が生じ、この
ような圧力変動を制御することにより、減圧側で材料の
溶け出しを防止しつつ、加圧側で粉体粒子の結合を促進
することができる。

【００９５】このパルス電流の放電効果は、粉状である
焼結材料Ｍの焼結初期において効果があり、焼結が進ん
で粒子の間隙が少なくなるに連れて通電性が進み、焼結
材料Ｍのもつ固有抵抗によるジュール発熱に移る。この
時点からパンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂの
発熱および補助加熱部材８０の発熱が有効に焼結材料Ｍ
に作用することになる。

【００９６】本発明の熱加工装置１０は、以上詳述した
ように、粉末の焼結材料Ｍが装填される型６０と、この
型６０内の焼結材料Ｍを挟持する対向電極５０とを備
え、対向電極５０に挟持された状態の焼結材料Ｍにパル
ス電流を供給することにより通電発熱で焼結材料Ｍに焼
結処理を施すものであり、上記対向電極５０は、対向面
から順番に対向面が焼結材料Ｍに当接する均熱板５１
ａ，５２ａと、各均熱板５１ａ，５２ａに積層されるパ
ンチ板５１ｂ，５２ｂとをそれぞれ有し、上記パンチ板
５１ｂ，５２ｂには、均熱板５１ａ，５２ａに対する当
接面の面積が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくな
るように寸法設定されたパンチ突条５４ｂが設けられて
いるため、型６０に装填された粉状の焼結材料Ｍは、対
向電極５０からのパルス電流の供給により発熱して焼結
されて焼結製品になる。そしてこの焼結処理において、
対向電極５０に供給されたパルス電流は、均熱板５１
ａ，５２ａに対する当接面の面積が均熱板５１ａ，５２
ａの面積より小さくなるように寸法設定されたパンチ板
５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂを介して均熱板５１
ａ，５２ａに供給されるため、パンチ突条５４ｂの面積
が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくなっている
分、各当接位置での電流密度が大きくなり、これによる
パンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂと均熱板５
１ａ，５２ａとの間でのアーク放電の生起によって電気
エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換することが可
能になり、均熱板５１ａ，５２ａはパンチ板５１ｂ，５
２ｂとの当接位置が高温に加熱される。

【００９７】この均熱板５１ａ，５２ａおよびパンチ板
５１ｂ，５２ｂの効果は、焼結処理における初期のアー
ク放電領域と、その後の抵抗発熱領域との双方において
確かめられ、特に通電発熱による焼結処理については、
抵抗発熱領域において顕著な効果が発揮される。

【００９８】そして、型６０内で一対の均熱板５１ａ，
５２ａにより挟持された焼結材料Ｍは、均熱板５１ａ，
５２ａの高温に加熱された部分からの熱伝導で熱が拡散
した状態で均熱板５１ａ，５２ａから熱を受けることに
よって均一に加熱される。

【００９９】このように、パンチ板５１ｂ，５２ｂの均
熱板５１ａ，５２ａに対する当接面積を、パンチ突条５
４ｂを設けることで小さくすることにより電流密度を大
きくして通電発熱量を多くするようになされているとと
もに、このアーク放電による高熱が均熱板５１ａ，５２
ａで拡散されて焼結材料Ｍに供給されるようなされてい
るため、パンチ突条５４ｂを有していない従来のパンチ
板にあっては、その全面が通電対象になって電流密度が
小さくなり抵抗発熱昇温が難くなるような不都合が生じ
るが、本発明ではこのような不都合を回避することがで
きる。

【０１００】従って、少ない電気エネルギーであっても
型６０内の焼結材料Ｍに所定の高温での焼結処理を施す
ことが可能になり、運転コストの低減化を実現した上で
良質の焼結製品を得ることができる。

【０１０１】また、パンチ板５１ｂ，５２ｂには環状の
スペーサー（第一スペーサー５１ｄ，５２ｄ、第二スペ
ーサー５１ｅ，５２ｅおよび第三スペーサー５１ｆ，５
２ｆ）が積層されているとともに、各スペーサーの内径
寸法は、第一スペーサー５１ｄ，５２ｄが最も大きく、
そのつぎは第二スペーサー５１ｅ，５２ｅであり、最も
小さいのは第三スペーサー５１ｆ，５２ｆというよう
に、スペーサーは、パンチ板５１ｂ，５２ｂへの当接面
から遠ざかるに従って内径寸法が漸減するように寸法設
定されているため、発熱したパンチ板５１ｂ，５２ｂの
熱がスペーサーを介して放熱される放熱量を少なく抑え
ることが可能になり、焼結処理における熱効率を向上さ
せることができる。本発明は、上記の実施形態に限定さ
れるものではなく、以下の内容をも包含するものであ
る。

【０１０２】（１）上記の実施形態においては、パンチ
板５１ｂ，５２ｂの対向面に形成される円形突出部５４
には、当該円形突出部５４を横断するように直状のパン
チ突条５４ｂが設けられているが、本発明は、パンチ突
条５４ｂが直状のものであることに限定されるものでは
なく、図７および図８に示す各種のパンチ突部を採用す
ることができる。

【０１０３】図７は、第二実施形態のパンチ突部が設け
られたパンチ板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、
（イ）は上部パンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パン
チ板５２ｂを示している。図７に示すように、第二実施
形態のパンチ突部（当接部）は、パンチ板５１ｂ，５２
ｂの各パンチ板本体５３から対向方向に向けて突設され
た複数個の円柱状パンチ突起５４ｃによって構成されて
いる。図７に示す例では、パンチ板本体５３の周縁より
若干内側位置の同一円周上に周方向等ピッチで６個の円
柱状パンチ突起５４ｃが設けられている。

【０１０４】第二実施形態のパンチ突部によれば、パル
ス電流が通電されることにより、同一円周上に等ピッチ
で存在する円柱状パンチ突起５４ｃの先端面が当接した
位置の均熱板５１ａ，５２ａが発熱し、この熱が均熱板
５１ａ，５２ａでの熱伝導の過程で分散されて焼結材料
Ｍに均一に伝達される。そして、パンチ板５１ｂ，５２
ｂの対向面の全面が均熱板５１ａ，５２ａに当接する場
合に比較して電流密度が大きくなるため、均熱板５１
ａ，５２ａはより高温に加熱されるとともに、パンチ板
５１ｂ，５２ｂの周縁部に円柱状パンチ突起５４ｃが存
在しないことによりこの部分は他より高温に加熱され
ず、従って放熱が有効に防止される。

【０１０５】図８は、第三実施形態のパンチ突部が設け
られたパンチ板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、
（イ）は上部パンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パン
チ板５２ｂを示している。図８に示すように、第二実施
形態のパンチ突部（当接部）は、パンチ板５１ｂ，５２
ｂの各パンチ板本体５３の中心位置から周方向の外方に
向かうように渦巻き状に形成された渦巻き突条５４ｄに
よって形成している。

【０１０６】かかる渦巻き突条５４ｄを設けることによ
り、渦巻き突条５４ｄの渦巻きに沿うように焼結材料Ｍ
が加熱されるため、より良好な均一加熱が実現する。な
お、渦巻き突条５４ｄに代えて同心の円形突条を複数設
けてもよい。

【０１０７】（２）上記の実施形態においては、各パン
チ板５１ｂ，５２ｂは、それぞれ一層だけが設けられて
いるが、図９に示すように、複数層で設けてもよい。な
お、図９には各パンチ板５１ｂ，５２ｂが二層のものを
示している。各パンチ板５１ｂ，５２ｂを複数層にする
ことにより、各パンチ板５１ｂ，５２ｂそれぞれの均熱
板５１ａ，５２ａに対する当接面積をそれ程小さくせ
ず、これによってにパンチ板５１ｂ，５２ｂの機械的強
度を確保した上で、各均熱板５１ａ，５２ａで発生した
熱エネルギーを合計することにより、焼結処理に必要な
所要の熱エネルギーを得ることができる。

【０１０８】（３）上記の実施形態においては、型６０
として黒鉛製のものが採用され、この黒鉛製の型６０へ
の通電による発熱をも焼結材料Ｍの加熱源として利用し
ているが、本発明は、特に型６０を加熱源としなくて
も、補助加熱部材８０によって焼結材料Ｍを外部加熱し
得るように構成されていることから、型６０を特に黒鉛
製にする必要はなく、セラミック製のものを採用しても
よい。こうすることによって、対向電極５０から供給さ
れたパルス電流を全て焼結材料Ｍに印加することが可能
になり、これによる焼結材料Ｍ内での電流密度の増大に
よって焼結材料Ｍの粒子間でのプラズマ放電がより生起
され易くなり、より良好な焼結処理が実現する。

【０１０９】（４）上記の実施形態においては、焼結材
料Ｍに対する加圧手段として油圧ユニット１１０からの
油圧で作動するシリンダ装置７０が採用されているが、
本発明は、加圧手段がシリンダ装置７０であることに限
定されるものではなく、例えば電動モータの駆動で所定
の押圧ロッドを作動させて焼結材料Ｍを押圧するような
構造のものであってもよい。

【０１１０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、対向電極
を、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱
板と、各均熱板に積層されるパンチ板とを備えて構成
し、パンチ板の均熱板に対する当接面の面積を、均熱板
の面積より小さくなるように寸法設定しているため、対
向電極に供給された電流は、このように寸法設定された
パンチ板の当接部を介して均熱板に供給され、当接部の
面積が均熱板の面積より小さくなっている分、各当接位
置での電流密度が大きくなり、これによるパンチ板の当
接部の通電における電気エネルギーの効率的な熱エネル
ギーへの変換が可能になり、均熱板のパンチ板との当接
位置をより高温にすることができる。

【０１１１】そして、型内で一対の均熱板により挟持さ
れた被加工物は、高温に加熱された、形状加工されたパ
ンチ板の当接部からの熱伝導で熱が拡散した状態で均熱
板から熱を受けるため、当該被加工物を均一に加熱する
ことができる。

【０１１２】このように、パンチ板の均熱板に対する当
接面積を小さくすることで電流密度を大きくして通電発
熱量を多くし得るようになされているとともに、この高
熱が均熱板で拡散されて被加工物に供給されるようなさ
れているため、均熱板に対する当接面積が小さくなるよ
うに設定された当接部を有していない従来のパンチ板に
あっては、パンチ板の全面が通電対象になって電流密度
が小さくなり熱発生が少なくなるような不都合が生じる
ことはなく、少ない電気エネルギーであっても型内の被
加工物に所定の高温での焼結処理を施すことが可能にな
り、運転コストの低減化が実現された上で良質の焼結製
品を得ることができる。

【０１１３】請求項５記載の発明によれば、パンチ板に
さらに一または複数層のパンチ板が積層されているた
め、各パンチ板それぞれの当接部の当接面積をそれ程小
さくせずにパンチ板の機械的強度を確保した上で、各パ
ンチ板で発生した熱エネルギーを合計することにより、
焼結処理に必要な所要の熱エネルギーを得ることができ
る。

【０１１４】請求項６記載の発明によれば、パンチ板に
はスペーサーがさらに積層され、このスペーサーは、パ
ンチ板への当接面から遠ざかるに従って断面積が漸減す
るように寸法設定されているため、その分電流密度が高
くなり、スペーサーのパンチ板に当接している部分は他
に比べて通電発熱量が多くなり、この熱がパンチ板を介
して被加工物に熱伝達されることにより被加工物の焼結
処理の熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る通電熱加工装置の一実施形態を示
す一部切欠き斜視図であり、加工炉本体から蓋体が取り
外された状態を示している。

【図２】図１に示す通電熱加工装置の加工炉本体に蓋体
が装着された状態を示す斜視図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】第一実施形態のパンチ突部を有するパンチ板を
示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板を、（ロ）
は下部パンチ板をそれぞれ示している。

【図５】補助加熱部材の一実施形態を示す斜視図であ
り、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、（ロ）は、組立
て斜視図である。

【図６】制御装置により実行される熱加工装置の運転制
御の一実施形態を示すブロック図である。

【図７】第二実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ
板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、（イ）は上部パ
ンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パンチ板５２ｂを示
している。

【図８】第三実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ
板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、（イ）は上部パ
ンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パンチ板５２ｂを示
している。

【図９】

【符号の説明】

１０ 熱加工装置 ２０ 枠体 ２１ 基礎板 ２２ ガイド支柱 ２３ 天板 ２３ａ 貫通孔 ２４ 仕切板 ３０ 収納容器 ３１ 容器本体 ３１ａ 周面開口 ３２ 天板 ３２ａ 嵌挿孔 ３３ 開閉扉 ４０ 熱加工炉 ４１ 加工炉本体 ４１ａ 下部フランジ ４１ｂ 上部フランジ ４２ 蓋体 ４２ａ 下部フランジ ４２ｂ 上部フランジ ４３ 天板 ４３ａ 上部筒体 ４４ｂ 下部環状絶縁体 ４４ 底板 ４４ａ 下部筒体 ４５ 出入口 ５０ 対向電極 ５１ 上部電極 ５１ａ 上部均熱板 ５１ｂ 上部パンチ板 ５１ｃ 上部均圧板 ５１ｄ 第一上部スペーサー ５１ｅ 第二上部スペーサー ５１ｆ 第三上部スペーサー ５１ｇ 第四上部スペーサー ５２ 下部電極 ５２ａ 下部均熱板 ５２ｂ 下部パンチ板 ５２ｃ 下部均圧板 ５２ｅ 第二下部スペーサー ５２ｄ 第一下部スペーサー ５２ｆ 第三下部スペーサー ５２ｇ 第四下部スペーサー ５３ パンチ板本体 ５３ａ 環状偏平部 ５４ 円形突出部（当接部） ５４ａ パンチスリット ５４ｂ パンチ突条 ５４ｃ 円柱状パンチ突起 ５４ｄ 渦巻き突条 ５５ 冷却水路 ５６ 絶縁リング ６０ 型 ６１ 環状角溝 ７０ シリンダ装置 ７１ 油圧シリンダ ７２ ピストンロッド ７２ａ 雄ねじ部 ７３ プレスラム ７３ａ ねじ孔 ８０ 補助加熱部材 ８１ 断熱部材 ８１ａ 嵌挿溝 ８１ｂ 溝 ８１ｃ 引出孔 ８２ 通電発熱体 ８２ａ 接続線 ８２ｂ リード線 ９０ 電源装置 ９１ パルス電流供給部 ９２ 補助加熱用電力供給部 １００ 真空ポンプ １１０ 油圧ユニット １２０ 冷却水源 １２１ 上部電極用制御弁 １２２ 下部電極用制御弁 １３０ 制御装置 １３１ ＣＰＵ １３２ 入出力装置 １３３ ＲＡＭ １３４ ＲＯＭ １４０ センサ １４１ 第一温度センサ １４２ 第二温度センサ １４３ 第三温度センサ １４４ 感圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 竜馬 広島県東広島市西条町寺家7403番地の５ エス．エス．アロイ株式会社内 (72)発明者 菊池 凛太郎 広島県東広島市西条町寺家7403番地の５ エス．エス．アロイ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K018 EA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末焼結材料からなる被加工物が装填さ
   れる型と、この型内の被加工物を挟持する対向電極とを
   備え、対向電極に挟持された状態の被加工物に電流を供
   給することにより通電発熱で被加工物に焼結処理を施す
   通電熱加工装置であって、上記対向電極は、対向面から
   順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板
   に積層されるパンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板
   は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小
   さくなるように寸法設定された当接部を有していること
   を特徴とする通電熱加工装置。
2. 【請求項２】 上記当接部は、パンチ板を横断するよう
   に設けられた複数条のパンチ突条によって形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の通電熱加工装置。
3. 【請求項３】 上記当接部は、パンチ板に突設された複
   数のパンチ突起によって形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の通電熱加工装置。
4. 【請求項４】 上当接部は、パンチ板の中心位置から周
   方向の外方に向かうように同心円状に形成された突条に
   よって構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   通電熱加工装置。
5. 【請求項５】 上記パンチ板にさらに一または複数層の
   パンチ板が積層されていることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれかに記載の通電熱加工装置。
6. 【請求項６】 上記パンチ板にはスペーサーがさらに積
   層され、このスペーサーは、パンチ板への当接面から遠
   ざかるに従って当接面に平行な断面積が漸減するように
   寸法設定されていることを特徴とする請求項１乃至５の
   いずれかに記載の通電熱加工装置。