JP3050866B1 - 通電焼結用成形ダイ - Google Patents

通電焼結用成形ダイ

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JP3050866B1 JP11042946A JP4294699A JP3050866B1 JP 3050866 B1 JP3050866 B1 JP 3050866B1 JP 11042946 A JP11042946 A JP 11042946A JP 4294699 A JP4294699 A JP 4294699A JP 3050866 B1 JP3050866 B1 JP 3050866B1
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保 明石
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    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022—Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

【要約】 【課題】 パンチと成形型などに安定した密着状態が得
られ、通電、伝熱の均一化、均一な焼結が達成できる角
筒状の焼結体を製造するための通電焼結用成形ダイを提
供する。 【解決手段】 粉末材料を装入するための断面角筒状の
中空部を有する通電焼結用成形ダイにおいて、成形ダイ
が外枠と該外枠の上下方向に貫通し上方から下方にかけ
て先細りとなるようテーパーを付けた断面円形の開口部
内に嵌挿される成形型からなり、該成形型が、前記断面
角筒状の中空部の角数と同じ数の割型から構成され、各
割型が、円弧部と弦部からなる弓形の一端部を切り欠い
た断面形状をそなえ、各割形を外枠の開口部内に、水平
断面において、時計回りまたは反時計回りに同じ向きに
嵌挿、連接して、弦部で断面角筒状の中空部を形成する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通電焼結用成形ダイ、
詳しくは、粉末材料を装入するための断面角筒状の中空
部を有する通電焼結用成形ダイの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】通電焼結は、図１０にその要部を示すよ
うに、真空容器（図示せず）内に設けられた焼結炉（図
示せず）に成形ダイＤと成形ダイＤに挿入される上パン
チおよび下パンチＰを配設し、成形ダイＤ内に粉末材料
Ｍを装入して、パンチＰに荷重を付加し、粉末材料Ｍを
上下から圧縮するとともに、パンチＰを通して粉末材料
Ｍに電圧を印加し通電することにより行われるもので、
これまで焼結の難しかった材料、例えばセラミックス複
合材料やＦＲＭなどの焼結、高温焼結特性の損なわれ易
いアモルファス材料や電子材料などの低温焼結を可能に
し、また、連続的に材料の性質が変わる傾斜機能材料を
短時間且つ低コストで製造し得る方式としても注目され
ている。
【０００３】通電焼結により角筒状の焼結体を製造する
場合には、従来、図８、図９に示すように、例えば円筒
状黒鉛に粉末材料を装入するための断面角筒状の中空部
６を設けた単一構造の成形ダイ１０が使用されている。
しかしながら、この単一構造の成形ダイにおいては、中
空部内に粉末材料を装入してパンチで加圧した場合、加
圧中に角部１１に応力集中が生じ、成形ダイ１０が破損
することがしばしば経験されている。
【０００４】角部に丸みを付けたり、成形ダイ自体の強
度を上げるために、成形ダイの素材として炭素繊維を含
む複合材料を用いることも行われているが、角部に丸み
を付ける方法では、応力集中は若干緩和されるが、応力
集中の問題を基本的には解決できず、複合材料からなる
成形ダイにおいては、成形ダイの強度はきわめて大きく
なるが、炭素繊維の配列方向により通電焼結時の抵抗が
大きく異なるため、均一な加熱が困難となるという難点
がある。
【０００５】この難点を解決するために、発明者らは、
角部の応力集中による歪みを緩和し、あるいは角部の応
力を逃がすようにすることを目的として、図６、図７に
示すように、成形ダイを、外枠２とこの外枠２に設けた
断面円形の中空部５に割型４を組合わせた成形型３を嵌
挿することにより構成した割型タイプの成形ダイ１を考
案したが、このタイプの成形ダイを用いて通電焼結した
場合には、角部の応力集中の問題は改善されるが、パン
チと割型、割型と外枠の密着状態が必ずしも良好ではな
く、そのために、通電時、電気が均一に流れない場合が
あり、均一な焼結が達成できないという問題を残す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、通電焼結用
成形ダイにおける上記従来の問題点を解消するために、
割型タイプの成形ダイに着目し、密着状態を改善にする
ための手段について種々の実験、検討を重ねた結果とし
てなされたものであり、その目的は、割型タイプの成形
ダイにおいて、パンチと割型、割型と外枠、割型間の密
着状態が良好で、均一な通電、伝熱が達成され、均一且
つ安定した通電焼結を行うことを可能とする通電焼結用
成形ダイを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項１による通電焼結用成形ダイは、粉
末材料を装入するための断面角筒状の中空部を有する通
電焼結用成形ダイにおいて、成形ダイが外枠と該外枠の
上下方向に貫通し上方から下方にかけて先細りとなるよ
うテーパーを付けた断面円形の開口部内に嵌挿される成
形型からなり、該成形型が、前記断面角筒状の中空部の
角数と同じ数の割型から構成され、各割型が、円弧部と
弦部からなる弓形の一端部を切り欠いた断面形状をそな
え、各割形を外枠の開口部内に、水平断面において、時
計回りまたは反時計回りに同じ向きに嵌挿、連接して、
弦部で断面角筒状の中空部を形成することを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明の請求項２による通電焼結用
成形ダイは、請求項１記載の成形ダイにおいて、成形ダ
イの外枠の中空部および該中空部に嵌挿される成形型の
先細りテーパー角が１〜７°であることを特徴とし、本
発明の請求項３による通電焼結用成形ダイは、請求項１
〜２の成形ダイにおいて、成形型が黒鉛からなることを
特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の通電焼結用成形ダイは、
断面角筒状の中空部をそなえ、該中空部に粉末材料を装
入して通電焼結して角筒状の焼結体を製造するための通
電焼結用成形ダイであり、例えば、断面正方形状の中空
部をそなえた成形ダイの場合には、図１、図２に示すよ
うに、成形ダイ１が外枠２と該外枠２の上下方向に貫通
し上方から下方にかけて先細りとなるようテーパー（テ
ーパー角α）を付けた断面円形の開口部５内に嵌挿され
る成形型３からなる。
【００１０】成形型３は、断面正方形状の中空部６の角
数（正方形の場合は４）と同じ数の４個の割型４から構
成され、各割型４は、図３に示すように、円弧部７と弦
部８からなる弓形の一端部を切り欠いた断面形状をそな
えている。弓形とは、円を１つの弦で２つに分けたとき
にできる形状である。
【００１１】各割型４を外枠２の開口部５内に装着する
方式は、各割型４を開口部５内に、水平断面において、
時計回りまたは反時計回りに同じ向きに嵌挿、連接し
て、弦部８で断面正方形状の中空部６を形成する。図１
においては、４個の割型４が、割型４の切り欠き部９が
後端になるよう時計回りに連接されている。
【００１２】断面三角形状の中空部をそなえた成形ダイ
の場合には、図４、図５に示すように、成形ダイ１が外
枠２と該外枠２の上下方向に貫通し上方から下方にかけ
て先細りとなるようテーパー（テーパー角α）を付けた
断面円形の開口部５内に嵌挿される成形型３からなり、
成形型３は、断面三角形状の中空部６の角数（三角形の
場合は３）と同じ数の３個の割型４から構成され、各割
型４は、図３に示すように、円弧部７と弦部８からなる
弓形の一端部を切り欠いた断面形状をそなえている。
【００１３】各割型４を外枠２の開口部５内に装着する
方式は、各割型４を開口部５内に、水平断面において、
時計回りまたは反時計回りに同じ向きに嵌挿、連接し
て、弦部８で断面三角形状の中空部６を形成する。図４
においては、３個の割型４が、割型４の切り欠き部９が
後端になるよう反時計回りに連接されている。
【００１４】成形ダイの外枠２の中空部５および中空部
５に嵌挿される成形型３の先細りテーパー角αは１〜７
°が好ましく、テーパー角αは１°未満では、図６、図
７に示す割型タイプの成形ダイの場合と同様、割型４を
連接してなる成形型３を外枠２に押し込み、嵌挿したと
きの中心部への力のかかり方が弱く、結果として、使用
時に、割型４とパンチＰとの間の強い密着力が得られ
ず、そのために通電、伝熱が不均一となり、均一な焼結
が達成され難い。
【００１５】テーパー角αが７°を越えると、割型４を
締め付ける外枠２からの力がかかり難くなって、焼結中
に割型４が浮き上がることもあり好ましくない。テーパ
ー角αは、成形ダイの長さ、焼結体の形状、加圧力の大
きさなどに応じて適宜選択される。
【００１６】本発明の成形ダイを使用して通電焼結を行
った場合には、成形ダイが、外枠に設けた先細りのテー
パーを付けた断面円形の開口部内に、同一のテーパーを
付けた成形型を押し込み、嵌挿してなり、且つ成形型
が、上記特定形状のテーパー付き割型からなり、各割形
を外枠の開口部内に、水平方向において、時計回りまた
は反時計回りに同じ向きに嵌挿、連接して、弦部で断面
角筒状の中空部を形成するよう構成したから、パンチを
押し込んで成形ダイの中空部内に装入された粉末材料を
加圧したとき、各割型にはパンチを締め付けるよう中空
部の中心部へ向かう力が働き、パンチと成形型との均一
な密着状態を得ることができる。
【００１７】また、パンチの押し込みによって、成形型
と外枠間、各割型間にも均一な密着状態が得られ、従っ
て、成形型には電流が均等に流れ、均一な焼結を達成す
ることができる。さらに、成形型は複数回使用すると消
耗して、通常、パンチとの間に隙間が生じ易くなるが、
上記本発明の構成によれば、隙間の形成を軽減すること
ができ、長期にわたってパンチと割型間、割型と外枠間
の密着を維持することが可能となり、焼結の均一性が損
なわれることがない。
【００１８】本発明の成形ダイにおいては、外枠と成形
型を、炭素、黒鉛、超硬合金などから形成することがで
きるが、本発明では、外枠および成形型を共に黒鉛から
形成するのがより好ましい。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 外枠、成形型共に黒鉛からなる図１、図２に示す正方形
状の中空部を有する成形ダイ（外枠の外径：９０ｍｍ、
外枠の上面内径：７０ｍｍ、中空部（材料装入部）：４
０ｍｍ×４０ｍｍ、長さ：２０ｍｍ、テーパー角α：４
°）と、同じく黒鉛からなるパンチを組合わせ、ステン
レス鋼（ＳＵＳ３０４）粉末とジルコニア（ＺｒＯ2)粉
末を３：１に混合して成形ダイの中空部に充填し、５０
０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧力で圧縮成形するとともに、４０
００Ａの電流を通電して１２００℃の温度に昇温し１２
０秒間保持することにより、通電焼結し、４０ｍｍ角
で、高さ１０ｍｍの角筒状の複合焼結体を得た。
【００２０】焼結後、焼結体を取り出し、顕微鏡で断面
を観察したところ、何ら欠陥は無く、均一な組織を有し
ていた。通電焼結作業を多数回繰り返し行ったが、パン
チと成形型との間には隙間を生じることがなく、均一な
焼結が維持された。
【００２１】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、パンチ
と成形型（割型）、成形型（割型）と外枠間に安定した
密着状態が得られ、通電、伝熱の均一化、均一な焼結が
達成できる角筒状の焼結体を製造するための通電焼結用
成形ダイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による成形ダイの１実施例を示す平面図
である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】成形ダイの成形型を構成する割型の斜視図であ
る。
【図４】本発明による成形ダイの他の実施例を示す平面
図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】従来の割型タイプの成形ダイの平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】角筒状焼結体を得るための従来の成形ダイを示
す平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】通電焼結の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 成形ダイ ２ 外枠 ３ 成形型 ４ 割型 ５ 開口部 ６ 中空部 ７ 円弧部 ８ 弦部 ９ 切り欠き部 10 成形ダイ 11 角部 Ｄ 成形ダイ Ｐ パンチ Ｍ 粉末材料
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B30B 11/02 B22F 3/14 C04B 35/64

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末材料を装入するための断面角筒状の
    中空部を有する通電焼結用成形ダイにおいて、成形ダイ
    が外枠と該外枠の上下方向に貫通し上方から下方にかけ
    て先細りとなるようテーパーを付けた断面円形の開口部
    内に嵌挿される成形型からなり、該成形型が、前記断面
    角筒状の中空部の角数と同じ数の割型から構成され、各
    割型が、円弧部と弦部からなる弓形の一端部を切り欠い
    た断面形状をそなえ、各割形を外枠の開口部内に、水平
    断面において、時計回りまたは反時計回りに同じ向きに
    嵌挿、連接して、弦部で断面角筒状の中空部を形成する
    ことを特徴とする通電焼結用成形ダイ。
  2. 【請求項２】 成形ダイの外枠の中空部および該中空部
    に嵌挿される成形型の先細りテーパー角が１〜７°であ
    ることを特徴とする請求項１記載の通電焼結用成形ダ
    イ。
  3. 【請求項３】 成形型が黒鉛からなることを特徴とする
    請求項１または２記載の通電焼結用成形ダイ。
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