JP2019111560A - ホットプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチの押圧面寸法が大きくなっても押圧力分布を均一性を維持する。【解決手段】加熱炉と、加熱炉内において上下に対向する一対のパンチと、一対のパンチのうち下側に位置する下パンチの下面に接続する下プレスラムと、一対のパンチのうち上側に位置する上パンチの上面に接続する上プレスラムと、下プレスラム及び上プレスラムのいずれか一方あるいは両方に接続し、一対のパンチを近づけるように押圧する押圧装置とを備え、下プレスラム及び／あるいは上プレスラムは、所定間隔を空けて複数配置され、各々の一端が前記一対のパンチに連結する複数の個別プレスラムを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ホットプレス装置に関する。

下記特許文献１には、試料を加熱しながら二つのパンチで加圧成形するホットプレス装置が開示されている。このホットプレス装置は、その第１図に示されているように、上下方向に配置された上パンチと下パンチとの側方に加熱用のヒータを設けると共に上パンチと下パンチとの間に粉末状の試料を収容し、上ラムを介して上パンチを上側油圧シリンダで押し下げると共に下ラムを介して下パンチを下側油圧シリンダで押し上げることにより、試料を加熱しながら加圧成形（ホットプレス処理）するものである。

実公平０５−１４１５６号公報

ところで、上述した従来のホットプレス装置では、上パンチ及び下パンチにおいて試料に当接する押圧面が大きくなると、つまりより大きな試料についてホットプレス処理を施す場合に、押圧力分布を均一性を維持することが困難である。すなわち、上パンチの押圧面では、背面の上ラムに対峙する部位近傍の押圧力が当該部位近傍の外周部位よりも押圧力が大きくなる。また、下パンチの押圧面では、背面の下ラムに対峙する部位近傍の押圧力が当該部位近傍の外周部位よりも押圧力が大きくなる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、パンチの押圧面寸法が大きくなっても押圧力分布を均一性を維持することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、ホットプレス装置に係る第１の解決手段として、加熱炉と、前記加熱炉内において上下に対向する一対のパンチと、前記一対のパンチのうち下側に位置する下パンチの下面に接続する下プレスラムと、前記一対のパンチのうち上側に位置する上パンチの上面に接続する上プレスラムと、前記下プレスラム及び前記上プレスラムのいずれか一方あるいは両方に接続し、前記一対のパンチを近づけるように押圧する押圧装置とを備え、前記下プレスラム及び／あるいは前記上プレスラムは、所定間隔を空けて複数配置され、各々の一端が前記一対のパンチに連結する複数の個別プレスラムを備える、という手段を採用する。

本発明では、ホットプレス装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記上プレスラムは、前記押圧装置側に設けられた単一の主プレスラムと、前記個別プレスラムと前記主プレスラムとを連結する連結部材とをさらに備える、という手段を採用する。

本発明では、ホットプレス装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記一対のパンチの押圧面及び背面が矩形の場合、前記個別プレスラムは、前記背面において４つの頂点近傍及び中心に配置される、という手段を採用する。

本発明では、ホットプレス装置に係る第４の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記一対のパンチの押圧面及び背面が円形の場合、前記個別プレスラムは、前記背面において中心に配置されると共に前記背面の周縁近傍において前記中心周りに等角度の位置に複数配置される、という手段を採用する。

本発明では、ホットプレス装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記加熱炉は、炉体と、該炉体内において前記一対のパンチを収容する断熱容器と、該断熱容器内において前記一対のパンチの周囲に設けられた発熱体とを備え、前記断熱容器は、前記個別プレスラムが挿通する複数の開口を備える、という手段を採用する。

本発明によれば、パンチの押圧面寸法が大きくなっても押圧力分布を均一性を維持することが可能である。

本発明の一実施形態に係るホットプレス装置Ａの全体構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態における個別プレスラムと上パンチの連結構造を示す斜視図（ａ）、側面図（ｂ）及び上面図（ｃ）である。 本発明の一実施形態における個別プレスラムの配置例を示す正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係るホットプレス装置Ａは、図１に示すように支持機構１、加熱炉２、油圧シリンダ３（押圧装置）、下パンチ４、下プレスラム５、上パンチ６、上プレスラム７及び伸縮部８等を備えている。

このホットプレス装置Ａは、下パンチ４と上パンチ６との間に収容した被処理物Ｗを真空加熱環境下において押圧することによって、被処理物Ｗに所定の処理を施す装置である。ホットプレス装置Ａによって被処理物Ｗに施す処理（ホットプレス処理）は、例えば上下に重ねられた複数の被処理物Ｗに対する拡散接合処理あるいは紛体状の被処理物Ｗに対する焼結処理等である。なお、拡散接合処理における被処理物Ｗは、上下に重ねられた複数の部材からなり、また焼結処理における被処理物Ｗは、所定容器に収容された紛体である。

支持機構１は、加熱炉２を囲むように設けられた金属製の枠体であり、油圧シリンダ３（押圧装置）の反力を受ける強度部材である。この支持機構１は、図示するように、下部フレーム１ａ、上部フレーム１ｂ及び複数の連結ロッド１ｃを備えている。下部フレーム１ａは、ホットプレス装置Ａの下部に設けられ、略平板状かつ外径が略矩形状の強度部材である。この下部フレーム１ａは、ホットプレス装置Ａの設置フロアに固定される。上部フレーム１ｂは、下部フレーム１ａと略同一形状に形成された強度部材であり、下部フレーム１ａの上方に所定距離を隔てて平行対峙している。

複数の連結ロッド１ｃは、上記下部フレーム１ａと上部フレーム１ｂとの間に差し渡すように設けられており、下部フレーム１ａと上部フレーム１ｂとを固定する。これら連結ロッド１ｃは、例えば矩形状の下部フレーム１ａ及び上部フレーム１ｂの各頂点（４ヶ所）近傍部位にそれぞれ設けられている。

加熱炉２は、縦置き円筒状の外形を備え、複数の連結ロッド１ｃに囲まれた状態で下部フレーム１ａの上に固定されている。すなわち、この加熱炉２は、上下方向における下部フレーム１ａと上部フレーム１ｂとに挟まれた状態、かつ、水平方向において複数の連結ロッド１ｃに囲まれた状態で固定されている。

また、この加熱炉２は、炉体２ａ、断熱容器２ｂ、ヒータ２ｃ（発熱体）、ラム収容部２ｄを備えている。炉体２ａは、縦置き円筒状の真空チャンバである。断熱容器２ｂは、炉体２ａ内に縦置き円筒状に設けられた断熱材からなり、下パンチ４及び上パンチ６を収容する。この断熱容器２ｂは、下プレスラム５（個別プレスラム）及び後述する個別プレスラム７ａが挿通する複数の開口２ｅを備える。

なお、これら炉体２ａ及び断熱容器２ｂには、図示しない開閉扉が設けられている。この開閉扉は、断熱容器２ｂ内つまり加熱炉２内に処理前の被処理物Ｗを収容すると共に処理後の被処理物Ｗを外部に取出するためのものである。

ヒータ２ｃは、断熱容器２ｂ内において下パンチ４及び上パンチ６の周囲に設けられた発熱体である。すなわち、このヒータ２ｃは、被処理物Ｗ並びに下パンチ４及び上パンチ６を取り囲むように配置されており、被処理物Ｗ並びに下パンチ４及び上パンチ６を均一に加熱する。ラム収容部２ｄは、加熱炉２の上部に突出して設けられた中空部位であり、上プレスラム７の一部を収容する。

ここで、このような加熱炉２には、図示しない真空ポンプが補機として設けられている。加熱炉２の内部雰囲気は、真空ポンプが作動することによって所定の真空雰囲気に設定される。また、このような真空ポンプ及び上記ヒータ２ｃは、図示しない制御装置によって制御される。この制御装置は、加熱炉２や上部フレーム１ｂ等に装着された各種センサの検出値及び予め記憶する専用の制御プログラムに基づいて真空ポンプ及び上記ヒータ２ｃ等、各種の被制御部の作動を制御するソフトウエア制御装置である。

油圧シリンダ３は、支持機構１の上部つまり上部フレーム１ｂに固定される押圧装置である。この油圧シリンダ３は、上下動自在な可動ロッド３ａを備えており、当該可動ロッド３ａの先端（下端）がガイド部材８を挟んだ状態で上プレスラム７の一端（上端）に接続されている。このような油圧シリンダ３は、一対のパンチつまり下パンチ４と上パンチ６のうち、上側に位置する上パンチ６を下パンチ４に近づけるように押圧する。なお、この油圧シリンダ３は、上記制御装置によって動作が制御される。

下パンチ４は、加熱炉２内において下側に位置しており、被処理物Ｗの下端に当接する押圧面４ａ及び当該押圧面４ａに平行な背面４ｂ（下面）を備えている。この押圧面４ａ及び背面４ｂは、平面かつ正面視で正方形である。

下プレスラム５は、下パンチ４の背面４ｂ（下面）と支持機構１の下部フレーム１ａとを連結する複数の棒状部材である。この下プレスラム５は、垂直姿勢かつ水平方向に所定間隔を空けて複数配置され、各々の一端（上端）が下パンチ４の背面４ｂ（下面）に連結する複数の個別プレスラムとして構成されている。これら下プレスラム５（個別プレスラム）は、矩形である下パンチ４の背面４ｂにおいて４つの頂点近傍及び中心に配置されている。すなわち、下パンチ４と下部フレーム１ａとの間には、合計５本の下プレスラム５（個別プレスラム）が鉛直姿勢かつ水平方向に所定間隔を空けて設けられている。

上パンチ６は、加熱炉２内において上側に位置しており、被処理物Ｗの上端に当接する押圧面６ａ及び当該押圧面６ａに平行な背面６ｂ（上面）を備えている。この押圧面６ａ及び背面６ｂは、平面かつ下パンチ４の押圧面４ａ及び背面４ｂと同形状の正方形である。このような上パンチ６は、上方あるいは下方から見た場合に、下パンチ４と重なる大きさかつ姿勢に設定されている。このような上パンチ６及び上記下パンチ４は、上下に対向する一対のパンチである。

上プレスラム７は、複数の個別プレスラム７ａ、単一の主プレスラム７ｂ及び連結部材７ｃを備えている。複数の個別プレスラム７ａは、上パンチ６の背面６ｂ（上面）と上部フレーム１ｂとの間において上パンチ６側に設けられた棒状部材である。複数の個別プレスラム７ａは、垂直姿勢かつ水平方向に所定間隔を空けて配置され、各々の一端（下端）が上パンチ６の背面６ｂ（上面）に連結する。これら個別プレスラム７ａは、図２に示すように矩形である上パンチ６の背面６ｂにおいて４つの頂点近傍及び中心に配置されている。すなわち、上パンチ６と上部フレーム１ｂとの間には、合計５本の個別プレスラム７ａが垂直姿勢かつ水平方向に所定間隔を空けて設けられている。

主プレスラム７ｂは、上パンチ６と上部フレーム１ｂとの間において上部フレーム１ｂ側つまり油圧シリンダ３側（押圧装置側）に垂直姿勢で設けられた単一の棒状部材である。この主プレスラム７ｂは、上述した個別プレスラム７ａよりも大径の棒状部材であり、上パンチ６の背面６ｂにおいて中心に配置された個別プレスラム７ａと同軸状に設けられている。

連結部材７ｃは、複数の個別プレスラム７ａと単一の主プレスラム７ｂとを連結する部材である。この連結部材７ｃにおいて、下面は複数の個別プレスラム７ａの他端（上端）に接続され、上面は単一の主プレスラム７ｂの他端（下端）に接続されている。

伸縮部８は、上プレスラム７の主プレスラム７ｂの周面を囲む伸縮自在な円筒状部材である。この伸縮部８は、一端が可動ロッド３ａに固定され、他端がラム収容部２ｄの上端に接続されている。図示するようにラム収容部２ｄの上端には円形の開口が形成されており、伸縮部８の他端は、ラム収容部２ｄの開口の外周近傍に接続されている。このような伸縮部８は、上プレスラム７の上下動を実現しつつ加熱炉２内の密閉性を確保する緩衝部材である。なお、このような伸縮部８は、例えば１つの円筒管と、当該円筒管の上下に各々設けられた一対の円筒状ジャバラを備えている。

次に、本実施形態に係るホットプレス装置Ａの動作について詳しく説明する。
このホットプレス装置Ａでは、被処理物Ｗが加熱炉２内の収容され、また作業者が制御装置に処理の開始指示を入力すると、制御装置によって各被制御部が操作されて被処理物Ｗに対する所定の処理が開始する。

最初に、ホットプレス装置Ａは、真空ポンプを作動させて加熱炉２内の雰囲気圧力を目標真空度（処理圧力）に設定すると共にヒータ２ｃへの通電を開始して加熱炉２内の雰囲気温度を所定の目標温度（処理温度）に設定する。そして、このホットプレス装置Ａは、加熱炉２内が上記処理圧力及び処理温度に設定されると、油圧シリンダ３の作動を開始させて被処理物Ｗを所定の目標荷重（処理荷重）で押圧する。

すなわち、油圧シリンダ３が作動すると、初期状態として被処理物Ｗの上方に位置していた上パンチ６が徐々に降下し、上パンチ６の押圧面６ａが被処理物Ｗの上端に接触する。ここで、上述したように上パンチ６の当接部６ｂは、被処理物Ｗの上端の姿勢に沿った姿勢となる。

ここで、上プレスラム７は、正面視で正方形の上パンチ６の背面６ｂにおいて所定間隔を空けて複数配置された個別プレスラム７ａを備えるので、正面視で正方形の上パンチ６の押圧面６ａに対して均等な押圧力を作用させる。

また、下プレスラム５は、正面視で正方形の下パンチ４の背面４ｂにおいて所定間隔を空けて複数配置された合計５本の個別プレスラムを備えるので、正面視で正方形の下パンチ４の押圧面４ａに対して均等な反力を作用させる。

したがって、本実施形態に係るホットプレス装置Ａよれば、一対のパンチつまり下パンチ４及び上パンチ６の押圧面の寸法が大きくなっても、押圧面６ａにおける押圧力の分布を均一性を維持することが可能である。

また、このホットプレス装置Ａにおける上プレスラム７は、複数の個別プレスラム７ａ、単一の主プレスラム７ｂ及び複数の個別プレスラム７ａと単一の主プレスラム７ｂとを連結する連結部材７ｃを備えるので、一対のパンチつまり下パンチ４及び上パンチ６の押圧面の寸法が大きくなっても、押圧面６ａにおける押圧力の分布を均一性を維持することが可能であると共に安定した押圧力を被処理物Ｗに作用させることが可能である。

また、このホットプレス装置Ａにおける上プレスラム７は、正面視で正方形の上パンチ６の背面６ｂにおいて４つの頂点近傍及び中心に配置された合計５本の個別プレスラム７ａを備えるので、正面視で正方形の上パンチ６の押圧面６ａに対してより均等な押圧力を作用させる。また、下プレスラム５は、正面視で正方形の下パンチ４の背面４ｂにおいて４つの頂点近傍及び中心に配置された合計５本の個別プレスラムを備えるので、正面視で正方形の下パンチ４の押圧面４ａに対してより均等な反力を作用させる。このようなホットプレス装置Ａよれば、一対のパンチの押圧面の寸法が大きくなっても押圧力分布を均一性をより維持することが可能である。

さらに、このホットプレス装置Ａにおける加熱炉２は、炉体２ａ、断熱容器２ｂ及びヒータ２ｃ（発熱体）を備え、上記断熱容器２ｂが上プレスラム７の個別プレスラム７ａ及び下プレスラム５（個別プレスラム）が挿通する複数の開口２ｅを備えるので、例えば個別プレスラム７ａ及び下プレスラム５（個別プレスラム）が設けられる断熱容器２ｂの上面及び仮面に断熱材を設置しない場合に比較して、個別プレスラム７ａ及び下プレスラム５（個別プレスラム）に起因する断熱容器２ｂ内からの熱逃げを最小限に抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、下パンチ４及び上パンチ６を正面視で正方形（矩形）としたが、本発明はこれに限定されない。下パンチ及び上パンチの形状つまり下パンチ及び上パンチにおける押圧面及び背面の形状は、被処理物Ｗの形状に応じて種々の形状が考えられる。例えば、図３（ａ）に示す下パンチ４Ａ及び上パンチ６Ａのように、押圧面４ｍ、６ｍ及び背面４ｎ、６ｎが円形の場合には、個別プレスラムは、背面４ｎ、６ｎにおいて中心に配置されると共に背面４ｎ、６ｎの周縁近傍において上記中心周りに等角度の位置に配置される。

すなわち、図３（ａ）のパターンでは、個別プレスラムは、背面４ｎ、６ｎにおいて中心に配置されると共に背面４ｎ、６ｎの周縁近傍において上記中心周りに９０°の角度毎に合計で５本配置される。一方、図３（ｂ）に示す下パンチ４Ｂ及び上パンチ６Ｂのように、押圧面４ｐ、６ｐ及び背面４ｑ、６ｑが円形の場合であっても、個別プレスラムは、背面４ｑ、６ｑにおいて中心に配置されると共に背面４ｑ、６ｑの周縁近傍において上記中心周りに６０°の角度毎に合計で７本配置することも可能である。なお、背面４ｑ、６ｑの中心周りの角度割りは、上記９０°あるいは６０°に限定されるものではない。また、必要に応じて背面４ｎ、６ｎの中心に配置される個別プレスラムを削除してもよい。

（２）上記実施形態では、矩形の上パンチ６の背面６ｂにおいて４つの頂点近傍及び中心に個別プレスラム７ａを配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、４つの頂点近傍のみに個別プレスラム７ａを配置してもよい。また、上パンチ６の正面視形状が矩形以外の多角形の場合には、当該多角形の各頂点近傍のみに個別プレスラム７ａを配置してもよい。さらに、このような多角形においても中心に個別プレスラム７ａを配置してもよい。

（３）上記実施形態では、上プレスラム７を複数の個別プレスラム７ａ、単一の主プレスラム７ｂ及び連結部材７ｃによって構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば上プレスラム７を複数の個別プレスラム７ａのみによって構成してもよい。

（４）上記実施形態では、下プレスラム５を複数（５本）の個別プレスラムから構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば下プレスラム５については、直径が比較的大きな単一の円筒体によって構成してもよい。また、この下プレスラム５については、上プレスラム７と同一構成としてもよい。

（５）上記実施形態では、上プレスラム７のみに油圧シリンダ３（押圧装置）を接続したが、本発明はこれに限定されない。下プレスラム５及び上プレスラム７のいずれか一方あるいは両方に油圧シリンダ（押圧装置）を接続してもよい。すなわち、上プレスラム７に代えて下プレスラム５に油圧シリンダ（押圧装置）を接続してもよく、また下プレスラム５及び上プレスラム７の各々に油圧シリンダ（押圧装置）を個別に接続してもよい。

（６）上記実施形態では、真空ポンプによって加熱炉２内の雰囲気圧力を所定の真空雰囲気に設定したが、本発明はこれに限定されない。例えば常圧状態で加熱し、当該加熱状態において油圧シリンダ３を作動させて被処理物Ｗを押圧してもよい。

（７）上記実施形態では、単一の油圧シリンダ３で被処理物Ｗを押圧したが、本発明はこれに限定されない。下プレスラム５及び下パンチ４からなる下部押圧ユニットを複数隣接配置すると共に油圧シリンダ３、上プレスラム７及び上パンチ６からなる上部押圧ユニットを複数隣接配置し、複数の下部押圧ユニット及び上部押圧ユニットによって被処理物Ｗを押圧してもよい。なお、この場合に、加熱炉２内に複数の被処理物Ｗを収容し、下部押圧ユニット及び上部押圧ユニットによって個々の被処理物Ｗを個別に押圧してもよい。

（８）上記実施形態では、ホットプレス装置Ａが行うホットプレス処理について、拡散接合処理や焼結処理について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、拡散接合処理や焼結処理以外の様々なホットプレス処理に用いることができる。

（９）上記実施形態では、油圧シリンダ３（押圧装置）の反力を受ける強度部材として支持機構１を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、加熱炉２を十分な強度を付与することにより、加熱炉２で油圧シリンダ３（押圧装置）の反力を受けるようにしてもよい。また、この場合には伸縮部８も省略できる。

Ａ ホットプレス装置
１ 支持機構
１ａ 下部フレーム
１ｂ 上部フレーム
１ｃ 連結ロッド
２ 加熱炉
２ａ 炉体
２ｂ 断熱容器
２ｃ ヒータ（発熱体）
２ｄ ラム収容部
２ｅ 開口
３ 油圧シリンダ（押圧装置）
３ａ 可動ロッド
４ 下パンチ
４ａ 押圧面
５ 下プレスラム（個別プレスラム）
６ 上パンチ
６ａ 押圧面
６ｂ 背面
７ 上プレスラム
７ａ 個別プレスラム
７ｂ 主プレスラム
７ｃ 連結部材
８ 伸縮部

Claims (5)

1. 加熱炉と、
   前記加熱炉内において上下に対向する一対のパンチと、
   前記一対のパンチのうち下側に位置する下パンチの下面に接続する下プレスラムと、
   前記一対のパンチのうち上側に位置する上パンチの上面に接続する上プレスラムと、
   前記下プレスラム及び前記上プレスラムのいずれか一方あるいは両方に接続し、前記一対のパンチを近づけるように押圧する押圧装置とを備え、
   前記下プレスラム及び／あるいは前記上プレスラムは、所定間隔を空けて複数配置され、各々の一端が前記一対のパンチに連結する複数の個別プレスラムを備えることを特徴とするホットプレス装置。
2. 前記上プレスラムは、
   前記押圧装置側に設けられた単一の主プレスラムと、
   前記個別プレスラムと前記主プレスラムとを連結する連結部材と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のホットプレス装置。
3. 前記一対のパンチの押圧面及び背面が矩形の場合、
   前記個別プレスラムは、前記背面において４つの頂点近傍及び中心に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のホットプレス装置。
4. 前記一対のパンチの押圧面及び背面が円形の場合、
   前記個別プレスラムは、前記背面において中心に配置されると共に前記背面の周縁近傍において前記中心周りに等角度の位置に複数配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のホットプレス装置。
5. 前記加熱炉は、
   炉体と、
   該炉体内において前記一対のパンチを収容する断熱容器と、
   該断熱容器内において前記一対のパンチの周囲に設けられた発熱体とを備え、
   前記断熱容器は、前記個別プレスラムが挿通する複数の開口を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のホットプレス装置。

Images