JP2796156B2 - 放電焼結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放電焼結装置、即ち、原料粉末、又は一次若
しくは二次等の仮焼結体若しくは仮焼成体を加圧、放電
（通電を含む）焼結若しくは焼成し、所望の焼結体若し
くは焼成体を製造する放電焼結装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

放電焼結においては、加圧動作と加熱が被焼結粉末に
対して直接的に且つ短時間で行なわれるため、通常のホ
ットプレスとは異なり、結晶の微細化、高密度化、高純
度化が達成されるものである。

然しながら、この方法は、加圧初期には被焼結体の抵
抗値が極めて高いため高電圧を必要とし、或る程度まで
焼結が進行すると以後抵抗は急速度に低下するので、所
要のエネルギを注入するため大電流を注入する必要を生
じる。

第２図には、一般的な放電焼結における時間（秒）の
経過に伴う電圧（Ｖ）と電流（Ａ）の変化が示されてお
り、従って高電圧大容量の高価な電源装置を必要とし
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は叙上の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、比較的小容量の安価な
電源装置で高品質の焼結体を製造し得る放電焼結装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、少なくとも一つの高圧電源と、少なく
とも一つの低圧電源と、被焼結体への上記高圧電源と低
圧電源の接続を選択的に切り換え得るスイッチング素子
と、焼結体の抵抗を検出する装置と、パンチの送り位置
を検出する装置と、焼結期間中における被焼結体への通
電を所定時間おきに瞬間的に停止し、その微小期間中に
上記抵抗検出器により被焼結体の抵抗を測定すると共
に、上記パンチ送り位置検出装置によりパンチの送り量
を測定し、これらの測定値に基づき、予め設定されたプ
ログラムに従い焼結の進行状態を判別し、上記高圧電源
及び低圧電源を切り換え制御する制御装置と、を具備す
ることを特徴とする放電焼結装置によって達成し得る。

〔作用〕

上記の如き構成であると、焼結の進行状況が被焼結体
の抵抗の変化及びパンチの送り位置によってリアルタイ
ムで検知され、これに基づき高圧電源から低圧大容量電
源に切換え制御が行なわれるので、常時適切な電流で焼
結を行なうようにすることができる。従って、従来の装
置に比べて小容量の安価な電源装置で高品質の焼結体を
製造し得るものである。

〔実 施 例〕

次に、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明にかゝる放電焼結装置の一実施例を示
す説明図である。

図中、１は通電プレスのダイ、２は通電用電極、３は
通電用電極を兼ねた加圧用のパンチ、４は被焼結体、５
はパンチ３を昇降させる油圧シリンダ、６は商用周波数
電源、７はインバータ回路、８はトランス、９ないし11
は整流器、12ないし14はスイッチング素子、15はスイッ
チング素子、16はダイオード、17は通電用電極２とパン
チ３間の抵抗検出器、18はインバータ回路７やスイッチ
ング素子12,13,14等の制御を行なう制御装置である。

焼結に先立ち、先ず被焼結体４をダイ１内にセット
し、次いで油圧シリンダ５を作動させてパンチ３を次第
に降下させ、パンチ３と通電用電極２の間に被焼結体４
を挟んだ状態で更にパンチ３を降下させて被焼結体を加
圧する。このとき同時にインバータ回路７を作動させ、
その出力をトランス８を介して所望の電圧に変換して通
電用電極２及びパンチ３間に印加する。然るときは、被
焼結体４中を電流が流れ、焼結すべき粉末間の微小放電
とジュール加熱により被焼結体は灼熱化し、同時に進行
するパンチ３による加圧によって放電焼結が行なわれる
ものである。

インバータ回路７の周波数は５〜15KHz程度のものが
一般的であるが、必要に応じて50KHz程度のものまで使
用される。又、高周波電流を直流に重畳して利用するこ
ともあるが、この場合には表皮効果を防止しつつ利用す
ることが必要である。

而して、焼結期間中における電圧は、前記の通り焼結
の進行状態に応じて変更することが望ましく、より精密
な焼結に於いては、焼結の進行状態を被焼結体４の抵抗
の変化により検知し、これに基づきスイッチング素子12
ないし14をオン・オフすることにより焼結電圧を迅速か
つ正確に調節し得るようにすることもできる。

即ち、加圧初期においてはスイッチング素子12をオン
とし、スイッチング素子13及び14はオフとして例えば30
V程度の高電圧で焼結を行ない、当該焼結期間中所定時
間おきに、瞬間的にスイッチング素子12をオフとして被
焼結体への通電を停止し、その微小期間中にスイッチン
グ素子15を導通させて抵抗検出器17により被焼結体４の
抵抗を測定する。この抵抗検出器17の出力を制御装置18
に送り、これに基づき制御装置18は予め設定されたプロ
グラムに従い焼結の進行状態を判別し、より低い電圧で
焼結を進行させた方が良い場合には、スイッチング素子
13をオンとし、スイッチング素子12及び14はオフとす
る。尚、定電流特性にするときには先ず最初にスイッチ
ング素子12をオンにし、以下、抵抗値に応じてスイッチ
ング素子13、14を順次オンにする。

以後、同様に抵抗検出器17により被焼結体４の抵抗を
測定しつゝ、焼結後期においてはスイッチング素子14を
オンとし、スイッチング素子12及び13はオフとして低圧
電源で焼結を行い、被焼結体４の抵抗が所定値となり焼
結が完了した時点ですべてのスイッチング素子をオフと
するものである。

なお、これと同時に、パンチ３の送り量を検知し（図
では省略）、これを制御装置18による制御用データとし
て利用することにより一層正確な電圧制御が可能とな
る。

例えば、300メッシュのAl粉末により直径10cm、厚さ3
cmの焼結体を得るために、従来の放電焼結装置において
は最大80Kwの電力を必要とした。その場合、32秒間の焼
結で密度98.2％の焼結体が得られた。

これに対して、同様の焼結体を本発明にかゝる放電焼
結装置を使用し、30V、100Aの電源と、12V、100Aの電源
と、3V、4000Aの電源を図示する如く並列に接続し、こ
れらを順次切り換えながら焼結したところ、27Kwの電力
で足りた。その場合、30秒間の焼結で密度99.0％の焼結
体が得られた。

Al₂O₃を40％含んだものの焼結においても略同様の結
果が得られた。

このように、本発明にかゝる放電焼結装置によれば容
量が従来の1/2程度の安価な電源で高品質の焼結体が得
られるものであり、金属酸化物、窒化物、硫化物、硼化
物等々の焼結期間中における比抵抗の変化の大きい物質
の焼結においては一層有利となる。

〔発明の効果〕

本発明は叙上の如く構成されるから、本発明によると
きは、比較的小容量の安価な電源装置で高品質の焼結体
を製造し得る放電焼結装置が提供されるものである。

なお、本発明は叙上の実施例に限定されるものでな
く、ダイやパンチの形態、抵抗検出方法、電圧切換手段
等々は必要に応じて適宜変更し得るものであり、本発明
はその目的の範囲内において上記の説明から当業者が容
易に想到し得るすべての変更実施例を包摂するものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明にかゝる放電焼結装置の一実施例を示す
説明図、第２図は焼結時間と焼結電圧及び電流の変化を
示すグラフである。 １……ダイ ２……通電用電極 ３……パンチ ４……被焼結体 ５……油圧シリンダ ６……商用周波数電源 ７……インバータ回路 ８……トランス 9,10,11……整流器 12,13,14,15……スイッチング素子 16……ダイオード 17……抵抗検出器 18……制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの高圧電源と、 少なくとも一つの低圧電源と、 被焼結体（４）への上記高圧電源と低圧電源の接続を選
   択的に切り換え得るスイッチング素子（12,13,14）と、 焼結体の抵抗を検出する装置（17）と、 パンチの送り位置を検出する装置と、 焼結期間中における被焼結体への通電を所定時間おきに
   瞬間的に停止し、その微小期間中に上記抵抗検出器（1
   7）により被焼結体（４）の抵抗を測定すると共に、上
   記パンチ送り位置検出装置によりパンチ（３）の送り量
   を測定し、これらの測定値に基づき、予め設定されたプ
   ログラムに従い焼結の進行状態を判別し、上記高圧電源
   及び低圧電源を切り換え制御する制御装置（18）と、 を具備することを特徴とする放電焼結装置。