JP2017148818A

JP2017148818A - ホットプレス装置

Info

Publication number: JP2017148818A
Application number: JP2016031111A
Authority: JP
Inventors: 和宏牛田; Kazuhiro Ushida
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】モールドの着脱に問題を及ぼすことなく、省電力化、熱消耗部材の長寿命化が図れると共に、焼結体のより一層の高精度化が図れるホットプレス装置を提供する。
【解決手段】筒状のモールド１０と、モールド１０の外側に配置された誘導加熱用コイル２０と、誘導加熱用コイル２０の外側に配置された筒状の断熱部材３０とを備えている。また、モールド１０の内部に充填される試料５０を押圧するための一対の押圧パンチ４０、４１を備えている。モールド１０は、導電性を有する炭化ケイ素(導電性ＳｉＣ)により形成さている。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱方式を用いたホットプレス装置に関する。

従来、原料となる粉体(原料粉体)に圧力をかけながら加熱を行い焼結体を得るホットプレス装置が知られている。このホットプレス装置は、両端部が開口した筒状のモールドを有する炉を備えている（例えば、特許文献１参照）。

ホットプレス装置を用いた焼結体の製造方法では、まず、炉内に設けられている筒状のモールドの内部に原料粉体を配置する。モールドの開口側両端部に配置された一対の押圧パンチによって、原料粉体に圧力をかけながら加熱し、原料粉体を焼結する。この加熱の熱源には、モールドの外側に配置された、電気抵抗発熱式のヒータが一般的に用いられる。ヒータと炉壁との間には断熱部材が配置され、ヒータの発する熱が炉壁へ伝わるのを抑制している。また、モールドには、従来から炭素材料(グラファイト、炭素繊維強化炭素複合材等)が用いられている。

特開２００１―４８６５９号公報

上述したホットプレス装置は、ヒータがモールドの外部に配置されている。よって、モールドの内部を、焼結体を得るための目的の温度(数千度となる場合もある)とするためには、ヒータ温度をその目的の温度よりもさらに高温にする必要がある。このため、熱効率が低く、ヒータの消費出力の低減を図ることが難しかった。また、ヒータ温度の高温化により、断熱部材や炉壁などの熱による消耗部材(熱消耗部材)の長寿命化が難しかった。熱効率を改善するため、モールドの内部にヒータを配置することも考えられるが、ヒータに電源を供給する電気配線により、モールドの着脱に悪影響を及ぼす虞があった。

また、近年、より高精度な焼結体が求められている。前述したように、従来のモールドは、炭素材料(グラファイト、炭素繊維強化炭素複合材等)により形成されていることが多く、原料粉体への加圧、加熱処理によりモールド内部が摩耗する場合があり、焼結体の製造精度が低下する場合も考えられる。例えば、円柱形状の焼結体であれば、モールド内部の摩耗により、焼結体の外径精度にばらつきが生じる場合も考えられる。

そこで、本発明は、モールドの着脱に問題を及ぼすことなく、省電力化、熱消耗部材の長寿命化が図れると共に、焼結体のより一層の高精度化の図れるホットプレス装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有する。
（１）本発明の第１の特徴は、筒状のモールドと、前記モールドの内部に充填される試料を押圧するための一対の押圧パンチとを備えたホットプレス装置であって、前記モールドは導電性炭化ケイ素により形成され、前記モールドの外側に誘導加熱用コイルを設けたことを特徴とするホットプレス装置である。
（２）本発明の第２の特徴は、上記（１）記載のホットプレス装置において、前記モールドは筒状の第１部材と、前記第１部材よりも外側に位置する筒状の第２部材とを有し、前記第１部材は導電性炭化ケイ素により形成され、前記第２部材は炭素により形成される、ことを特徴とするホットプレス装置である。

本発明によれば、モールドの着脱に問題を及ぼすことなく、省電力化、熱消耗部材の長寿命化が図れると共に、焼結体のより一層の高精度化の図れるホットプレス装置を提供することができる。

第１実施形態に係るホットプレス装置の概略構成を示す図である。第２実施形態に係るホットプレス装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明に係るホットプレス装置について説明する。図１に、第１実施形態に係るホットプレス装置の概略構成を示す。このホットプレス装置は、炉１内において、筒状のモールド１０と、モールド１０の外側(炉壁２側)に配置された誘導加熱用コイル２０と、誘導加熱用コイル２０の外側(炉壁２側)に配置された筒状の断熱部材３０とを備えている。誘導加熱用コイル２０は、モールド１０の外側において、そのモールド１０の外周側を取り巻くように配置されている。また、第１実施形態は、モールド１０の内部に充填される試料５０を押圧するための一対の押圧パンチ４０、４１を備えている。断熱部材３０は、試料５０を焼結体とするための熱が炉壁２へ伝わるのを抑制している。

モールド１０の端部には、モールド１０、誘導加熱用コイル２０、断熱部材３０を配置するための受け台６０を備える。

モールド１０は、導電性を有する炭化ケイ素(導電性炭化ケイ素：導電性ＳｉＣ)により形成されている。ここで用いられる導電性ＳｉＣとしては、室温体積抵抗率が０．００５〜０．０３Ω・ｃｍの導電性を有し、熱伝導率が２００〜２５０Ｗ/(ｍ・Ｋ)の高熱伝導性を有するものが好ましい。この導電性ＳｉＣ材料としは、単体のセラミックス、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材等が挙げられる。

試料５０を焼結体とするための加熱は、誘導加熱によるモールド１０自体の発熱により行う。誘導加熱用コイル２０に交流電流を流して交番磁界を発生させ、その交番磁界を導体であるモールド１０に印加する。交番磁界が印加されたモールド１０は渦電流が流れて内部から発熱する。誘導加熱用コイル２０に流す交流電流の周波数を調整することにより、モールド１０の発熱を制御できる。

本実施形態は、誘導加熱によりモールド１０自体が発熱体となるため、焼結体とする試料５０に対して、高い熱効率で迅速な加熱が可能となり、装置全体としての省電力化が図れる。また、誘導加熱用コイル２０の発熱量は、電気抵抗体によるヒータに比べて大幅に少ないので、本実施形態は、断熱部材３０や炉壁２などの熱による消耗部材の消耗量が大幅に改善される。よって、本実施形態は、熱消耗部材の長寿命化が図れる。

本実施形態は、モールド１０内に誘導加熱用コイル２０を設けていないので、誘導加熱用コイル２０の電気配線が、モールド１０の炉１への着脱に問題を及ぼすことはない。

さらに、モールド１０を炭素(カーボン)よりも耐摩耗性に優れ、ヤング率の高い導電性ＳｉＣにより形成したので、モールド１０の内周側の摩耗を抑制でき、本実施形態は焼結体のより一層の高精度化が図れる。

なお、炉壁２の材質は、銅、アルミニウム等の誘導加熱による発熱効率が低く、かつ、炉１の使用温度で耐熱性を有する材質とすることが好ましい。誘導加熱による発熱効率がある程度高い材質を用いる場合には、電磁的な遮蔽部材を誘導加熱用コイル２０と炉壁２との間に設け、炉壁２が誘導加熱されないようにする。

このように、第１実施形態は、モールド１０の着脱に問題を及ぼすことなく、省電力化、熱消耗部材の長寿命化が図れると共に、焼結体のより一層の高精度化が図れる。

次に、本発明に係るホットプレス装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、２層構造のモールド１１を用いた点が第１実施形態と異なる。図２に、第２実施形態に係るホットプレス装置の概略構成を示す。第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳しい説明は省略する。

第２実施形態のホットプレス装置は、２層構造の筒状のモールド１１を備えている。このモールド１１は、筒状の第１部材１２と、第１部材１２よりも外側に位置する筒状の第２部材１３とを有している。また、モールド１１の外側(炉壁２側)には、そのモールド１１の外周側を取り巻くように誘導加熱用コイル２０が配置されている。

第１部材１２は、導電性を有する炭化ケイ素(導電性ＳｉＣ)により形成さている。ここで用いられる導電性ＳｉＣとしては、室温体積抵抗率が０．００５〜０．０３Ω・ｃｍの導電性を有し、熱伝導率が２００〜２５０Ｗ/(ｍ・Ｋ)の高熱伝導性を有するものが好ましい。この導電性ＳｉＣ材料としは、単体のセラミックス、ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材等が挙げられる。

第２部材１３は、炭素(カーボン)により形成されている。カーボン材料としてはグラファイト、炭素繊維強化炭素複合材等が挙げられる。

ここで、第２部材１３に用いたカーボンは、誘導加熱よる発熱効率が導電性ＳｉＣよりも優れている。第１部材１２に用いた導電性ＳｉＣは、カーボンよりも熱伝導率に優れる。従って、第２実施形態の２層構造のモールド１１は、第１実施形態の１層構造の導電性ＳｉＣ製モールド１０よりも、焼結体とする試料５０に対して、より一層高い熱効率で迅速な加熱が可能となる。よって、第２実施形態は、第１実施形態よりも、より一層の省電力化、熱消耗部材のより一層の長寿命化が図れる。

さらに、第１部材１２に用いた導電性ＳｉＣは、カーボンよりも耐摩耗性に優れ、ヤング率が高い。よって、第２実施形態は、第１実施形態と同様にモールド１１の内周側の摩耗を抑制でき、焼結体の高精度化も第１実施形態と同様に図れる。

また、第２実施形態は、モールド１１内に誘導加熱用コイル２０を設けていないので、第１実施形態と同様に、誘導加熱用コイル２０の電気配線が、モールド１１の炉１への着脱に問題を及ぼすことはない。

第１、第２実施形態のホットプレス装置を用いた焼結体の製造方法としては、従来方法と同様であり、モールド１０(モールド１１)の内部に試料５０を充填し、試料５０を加熱しながら、一対の押圧パンチ４０、４１により加圧・焼結することにより焼結体(例えば炭化ケイ素焼結体)を製造することができる。

試料５０としては、特に限定はなく、従来公知の原料粉体(例えば炭化ケイ素焼結体用の原料粉体)を用いることができる。また、第１、第２実施形態のホットプレス装置において、加圧・焼結の条件は、従来公知の条件で行えばよい。

加圧・焼結の条件は、例えば、本願出願人が先に出願した特開平１０−６７５６５号、同１０−１６３０７９号等に記載の非金属助剤を用いてホットプレス焼結させて炭化ケイ素焼結体を製造する加圧・焼結の条件に従って行えばよい。なお、加熱については、誘導加熱方式に適した条件を用いて行えばよい。

１炉
２炉壁
１０、１１モールド
１２第１部材
１３第２部材
２０誘導加熱用コイル
３０断熱部材
４０、４１押圧パンチ
５０試料
６０受け台

Claims

筒状のモールドと、
前記モールドの内部に充填される試料を押圧するための一対の押圧パンチとを備えたホットプレス装置であって、
前記モールドは導電性炭化ケイ素により形成され、
前記モールドの外側に誘導加熱用コイルを設けた、
ことを特徴とするホットプレス装置。
請求項１記載のホットプレス装置において、
前記モールドは筒状の第１部材と、前記第１部材よりも外側に位置する筒状の第２部材とを有し、
前記第１部材は導電性炭化ケイ素により形成され、
前記第２部材は炭素により形成される、
ことを特徴とするホットプレス装置。