JP3377501B2 - Thermal processing equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物に対しパ
ルス電流を与えて放電焼結、焼成、蒸着、溶解、溶射、
溶接等の熱加工を行う装置であって、特に開発、研究、
教育等のために熱加工の実験を行うのに適した熱加工装
置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to discharge sintering, firing, vapor deposition, melting, thermal spraying by applying a pulse current to a workpiece.
A device that performs thermal processing such as welding, especially for development, research,
The present invention relates to a heat processing apparatus suitable for conducting heat processing experiments for education and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、被加工物及び電極が配置され
る加工部に対し、電源装置からパルス電流を供給するこ
とにより放電焼結等の熱加工を行うようにした装置は種
々知られている。一般にこの種の熱加工装置における電
源装置は、パルス幅、周波数等が一定のパルス電流を加
工部に供給するようになっている。2. Description of the Related Art Heretofore, various devices have been known in which a power source device supplies a pulse current to a processed portion in which an object to be processed and electrodes are arranged to perform thermal processing such as electric discharge sintering. There is. In general, a power supply device in this type of thermal processing apparatus is adapted to supply a pulse current having a constant pulse width, frequency and the like to a processing section.
【０００３】なお、パルス電流の周波数等を調整し得る
ようにしたものも開発されており、例えば、特開平６−
１７１０２号公報に示された装置は、真空チャンバー内
に焼結成形型と加圧パンチを兼ねる一対の電極とが設け
られ、その電極にパルス変調器等からなる電源装置が接
続され、この電源装置からパルス電流が電極に供給され
るとともに、パルス変調器により時間経過に応じて上記
パルス電流の周波数が次第に低くなるように調整される
構成となっている。It has been developed to adjust the frequency of the pulse current and the like.
The apparatus disclosed in Japanese Patent No. 17102 is provided with a sintering mold and a pair of electrodes also serving as a pressure punch in a vacuum chamber, and a power supply device including a pulse modulator or the like is connected to the electrodes. The pulse current is supplied to the electrode from the pulse modulator, and the frequency of the pulse current is adjusted to be gradually lowered by the pulse modulator with the passage of time.
【０００４】また、特開平４−８２６１７号公報に示さ
れた電気加工用パルス電源装置は、アーク溶接等を行う
加工間隙部分に対してパルス電流を供給する電源装置
に、ＰＷＭ制御回路からなるパルス幅変調制御回路が設
けられ、パルス幅及び周波数の制御が可能となるように
構成されている。Further, in the pulse power supply device for electromachining disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-82617, a pulse composed of a PWM control circuit is provided in the power supply device for supplying a pulse current to a machining gap portion for performing arc welding or the like. A width modulation control circuit is provided and is configured so that the pulse width and frequency can be controlled.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、熱加工製品
の開発や、熱加工に関する研究を行うような場合には、
多種多様の材料に対して適正な熱加工の条件、データを
得るための実験を行うことが必要となり、このような実
験を効果的に行うことができる装置の開発が望まれてい
る。By the way, when developing a heat-processed product or conducting research on heat-processing,
It is necessary to conduct an experiment to obtain appropriate thermal processing conditions and data for a wide variety of materials, and it is desired to develop an apparatus capable of effectively performing such an experiment.
【０００６】ところが、従来の一般的な熱加工装置のよ
うに電源装置から一定のパルス電流が加工部に供給され
るようになっているだけでは、多種多様の材料を試料と
する場合に必ずしも材料に適した熱加工の条件が得られ
ず、効果的に実験を行うことができない。However, when a constant pulse current is supplied from the power supply device to the processing section as in the conventional general thermal processing apparatus, it is not always necessary to use various materials as samples. It is not possible to obtain effective heat processing conditions, and it is not possible to carry out experiments effectively.
【０００７】また、上記特開平６−１７１０２号公報に
示されている装置でも、時間経過に応じてパルス電流の
周波数が次第に変化するようになっているだけで、熱加
工の条件を自由に変更することができず、試料等に応じ
て効果的に実験を行うことが困難である。Further, even in the apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-17102, the frequency of the pulse current is gradually changed with the passage of time, and the conditions of thermal processing can be freely changed. Therefore, it is difficult to effectively carry out the experiment depending on the sample or the like.
【０００８】上記特開平４−８２６１７号公報に示され
ている装置では、パルス幅及び周波数を制御できるよう
になっているが、これは熱加工製品の製造段階でエネル
ギー効率を高めるべく調整するものであって、上記実験
のための装置として有効に適用し得るものではない。The device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-82617 is capable of controlling the pulse width and frequency, but this is adjusted in order to improve energy efficiency at the manufacturing stage of the heat-processed product. However, it cannot be effectively applied as an apparatus for the above experiment.
【０００９】本発明はこれらの事情に鑑み、多種多様の
材料に対して適正な熱加工の条件、データを得るための
実験を効果的に行うことができる熱加工装置を提供する
ことを目的としている。In view of these circumstances, it is an object of the present invention to provide a thermal processing apparatus capable of effectively carrying out an experiment for obtaining appropriate thermal processing conditions and data for a wide variety of materials. There is.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の熱加工装置は、被加工物及び電極が配置さ
れる加工部に対して電力供給を行う電源装置と、この電
源装置に接続された管理制御装置とを備え、上記電源装
置は、熱加工のためのパルス電流を発生するパルス電源
回路と、上記管理制御装置からの信号に応じて上記パル
ス電源回路を制御する制御手段とを有し、上記パルス電
源回路は、パルス波形が異なる複数種類のパルスパター
ンの中から１つのパルスパターン又は複数のパルスパタ
ーンの組み合わせを選択可能とするとともに、パルス電
流、パルス周期及びパルス幅を含むパルス特性調整要素
を変更可能とするように構成され、一方、上記管理制御
装置は、上記パルスパターン及び上記パルス特性調整要
素からなるパルス特性を入力操作部による入力に応じて
設定する設定手段と、その設定に応じた信号を上記電源
装置に出力する手段と、設定された条件及びパルス特性
に関するデータを記憶する記憶手段と、上記加工部での
加工状態を検出する手段から得られるデータに基づいて
現実の加工状態を監視する手段とを有するものである。In order to achieve the above object, a thermal processing apparatus of the present invention includes a power supply device for supplying electric power to a processing part on which a workpiece and an electrode are arranged, and a power supply device for the power supply device. A management control device connected to the power supply device; the power supply device includes a pulse power supply circuit that generates a pulse current for thermal processing; and a control unit that controls the pulse power supply circuit according to a signal from the management control device. The pulse power supply circuit allows selection of one pulse pattern or a combination of a plurality of pulse patterns from a plurality of types of pulse patterns having different pulse waveforms, and includes a pulse current, a pulse period, and a pulse width. The pulse characteristic adjusting element is configured to be changeable, while the management control device includes a pulse characteristic adjusting element including the pulse pattern and the pulse characteristic adjusting element. Setting means for setting in accordance with the input by the input operation part, means for outputting a signal according to the setting to the power supply device, storage means for storing data on the set conditions and pulse characteristics, and the processing part. And a means for monitoring the actual machining state based on the data obtained from the means for detecting the machining state.
【００１１】この装置によると、パルス特性に関係する
各種要素の設定、変更が可能であり、種々の設定条件下
で実験的に熱処理を行わせて、そのときの加工状態を監
視し、解析することにより、適正なパルス特性を調べる
ことができる。そして、適正なパルス特性に対応するデ
ータ等を記憶手段に記憶させ、保存させることができ
る。According to this apparatus, it is possible to set and change various elements related to the pulse characteristics, perform heat treatment experimentally under various setting conditions, and monitor and analyze the processing state at that time. This makes it possible to check the proper pulse characteristics. Then, the data or the like corresponding to the proper pulse characteristics can be stored in the storage means and saved.
【００１２】とくに、上記パルスパターンの選択及びパ
ルス特性調整要素を変更することでパルス特性を様々に
変更することができ、多種多様な材料からなる被加工物
に対して適正なパルス特性を得ることが可能となる。In particular, the pulse characteristics can be variously changed by selecting the pulse pattern and changing the pulse characteristic adjusting element, and the proper pulse characteristics can be obtained for the workpieces made of various materials. Is possible.
【００１３】また、上記管理制御装置は、１つのパルス
パターンの選択に基づいてパルス特性の設定及びそれに
従った電力供給の制御を行う第１の制御モードと、複数
のパルスパターンの組み合わせの選択に基づいてその複
数のパルスパターンの組み合わせからなるパルス特性の
設定及びそれに従った電力供給の制御を行う第２の制御
モードと、最終的なパルス特性の設定に応じて電力供給
の自動制御を行う第３の制御モードとを選択可能として
いることが好ましい。Further, the management control device selects a combination of a plurality of pulse patterns and a first control mode in which the pulse characteristic is set based on the selection of one pulse pattern and the power supply is controlled accordingly. A second control mode for setting pulse characteristics based on a combination of a plurality of pulse patterns and controlling power supply in accordance therewith; and a second control mode for automatically controlling power supply according to the final setting of pulse characteristics. It is preferable that the control mode of 3 can be selected.
【００１４】このようにすると、被加工物が複数の異種
材料を含むような場合でも、例えば先ず個々の材料につ
いて第１の制御モードで電力供給を制御するようにして
熱処理の実験を行うことにより各材料に対して適正なパ
ルス特性を調べ、そのデータを利用して第２の制御モー
ドでの実験や、さらには第３の制御モードでの実験を行
うことにより、上記の複数の異種材料を含む被加工物に
対して適正なパルス特性等を調べることができる。By doing so, even when the work piece contains a plurality of different materials, for example, by conducting the heat treatment experiment by first controlling the power supply in the first control mode for each material. By investigating the proper pulse characteristics for each material and using the data to conduct an experiment in the second control mode and further an experiment in the third control mode, the above-mentioned plurality of different materials are separated. Appropriate pulse characteristics and the like can be checked for the workpiece to be included.
【００１５】また、上記加工部に対し、被加工物に加圧
力を加える加圧手段と、被加工物を収容するチャンバー
内の真空度を調節する真空ポンプと、チャンバー内に雰
囲気ガスを供給してそのガス流量を調節するガス供給手
段とが具備され、上記管理制御装置は、パルス電圧、パ
ルス電流、パルス周期、パルス幅及びベース電流からな
るパルス特性調整要素と、上記加圧力、上記真空度及び
上記ガス流量からなる加工条件調整要素と、被加工物の
温度と、被加工物の軸方向の変位量とをパラメータとし
て、上記パルス特性調整要素及び加工条件調整要素の設
定に基づく上記電源装置、上記加圧手段、上記真空ポン
プ及びガス供給手段の制御、加工状態の監視並びに上記
温度、変位量のシミュレートを行うことが好ましい。Further, a pressurizing means for applying a pressure to the workpiece, a vacuum pump for adjusting the degree of vacuum in the chamber containing the workpiece, and an atmospheric gas are supplied to the chamber. And a gas supply means for adjusting the gas flow rate of the gas, and the management control device includes a pulse characteristic adjusting element including a pulse voltage, a pulse current, a pulse period, a pulse width, and a base current, the pressing force, and the vacuum degree. And the power supply device based on the setting of the pulse characteristic adjusting element and the processing condition adjusting element with the processing condition adjusting element including the gas flow rate, the temperature of the workpiece, and the axial displacement of the workpiece as parameters. It is preferable to control the pressurizing means, the vacuum pump and the gas supply means, monitor the processing state, and simulate the temperature and displacement.
【００１６】このようにすると、上記パルス特性調整要
素に加え、上記加工条件調整要素等が調整されつつ、被
加工物の温度及び被加工物の軸方向の変位量の計測、監
視やシミュレートが行われ、これらのパラメータの適正
なデータを調べることができる。With this configuration, the temperature of the workpiece and the displacement of the workpiece in the axial direction can be measured, monitored and simulated while the machining condition adjusting element and the like are adjusted in addition to the pulse characteristic adjusting element. Once done, the proper data for these parameters can be examined.
【００１７】上記加工部は、被加工物を収容する環境設
定用のチャンバーを備え、このチャンバーは、上下両電
極がそれぞれ貫通する上壁部及び下壁部と、これらの間
の胴部とに３分割され、上壁部及び下壁部に対して胴部
が着脱可能に結合されている構造としてもよい。このよ
うにすると、使用目的や被加工物の種類等に応じ、上記
胴部を交換することが容易に可能となる。The processing section is provided with an environment setting chamber for accommodating a workpiece, and the chamber includes an upper wall portion and a lower wall portion through which the upper and lower electrodes respectively pass, and a body portion therebetween. The structure may be divided into three parts, and the body part may be detachably coupled to the upper wall part and the lower wall part. With this configuration, it is possible to easily replace the body portion according to the purpose of use, the type of the workpiece, and the like.
【００１８】また、上記加工部に配置された一対の電極
を、それぞれ、基部と先端部とに分割し、その先端部を
基部に対して着脱可能に連結するようにしておけば、各
電極の先端側のみ交換することで目的に応じた電極の形
状等の変更が可能となる。Further, if a pair of electrodes arranged in the above-mentioned processed portion is divided into a base portion and a tip portion, and the tip portion is detachably connected to the base portion, each electrode By exchanging only the tip side, it is possible to change the shape and the like of the electrode according to the purpose.
【００１９】あるいはまた、上記加工部は、相対応する
回転可能な一対のロール状電極を備え、この両ロール状
電極間に被加工物を通して、両ロール状電極の回転によ
り被加工物を移動させつつ、両ロール状電極にパルス電
流を供給して連続的に熱加工を行うような構造としても
よい。このようにすると、繊維状等の被加工物にパルス
エネルギーによる熱加工を連続的に施すことが可能とな
る。Alternatively, the processing section is provided with a pair of rotatable roll-shaped electrodes corresponding to each other, and the work-piece is passed between the two roll-shaped electrodes, and the work-piece is moved by the rotation of both roll-shaped electrodes. However, a structure may be adopted in which a pulse current is supplied to both roll-shaped electrodes for continuous thermal processing. By doing so, it becomes possible to continuously perform thermal processing with pulse energy on a work piece such as a fiber.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２１】図１は熱加工装置全体の概略構造を示し、
図２は加工部の構造を示し、図３は制御系の概略を示し
ている。これら図に示す熱加工装置は、加工部１と、こ
の加工部１に対して電力供給を行う電源装置２と、加工
部１の加圧装置等を制御する制御盤３と、パソコンから
なる管理制御装置４とを備えている。上記管理制御装置
４にはキーボード、マウス等からなる入力操作部５と、
各種データ等の表示を行うディスプレー６が具備されて
いる。FIG. 1 shows a schematic structure of the entire heat processing apparatus.
FIG. 2 shows the structure of the processing part, and FIG. 3 shows the outline of the control system. The thermal processing apparatus shown in these figures includes a processing unit 1, a power supply device 2 for supplying electric power to the processing unit 1, a control panel 3 for controlling a pressurizing device of the processing unit 1, and a personal computer. And a control device 4. The management control device 4 includes an input operation unit 5 including a keyboard and a mouse,
A display 6 for displaying various data is provided.
【００２２】上記加工部１は、図２にも示すように、環
境設定用のチャンバー１０内に試料（被加工物）８が設
置されるようになっており、例えば放電焼結を行う場合
は一対の焼結成形型間に試料としての焼結材料が保持さ
れるようになっている。さらにチャンバー１０内には、
加圧部材を兼ねる上下一対の電極１１，１２が配置され
ており、後述のように電源装置２から電極１１，１２に
通電されるようになっている。また、加圧用のサーボモ
ータ１４または油圧シリンダを備えた加圧装置１３よ
り、電極１１，１２を押圧し、電極１１，１２を介して
試料８に加圧力を加えることができるようになってい
る。As shown in FIG. 2, the processing section 1 has a sample (workpiece) 8 installed in a chamber 10 for environment setting. A sintered material as a sample is held between a pair of sintering molds. Furthermore, in the chamber 10,
A pair of upper and lower electrodes 11 and 12 that also serve as a pressing member are arranged, and the power supply device 2 energizes the electrodes 11 and 12 as described later. Further, the electrodes 11 and 12 can be pressed by the pressurizing device 13 including the servomotor 14 for pressurization or the hydraulic cylinder, and the pressing force can be applied to the sample 8 via the electrodes 11 and 12. .
【００２３】上記チャンバー１０はバルブ１５等を介し
て真空ポンプ１６に接続されるとともに、バルブ１７等
を介してガス供給手段１８に接続され、上記真空ポンプ
１６によりチャンバー１０内が減圧され、また、必要に
応じてガス供給手段１８から不活性ガス等がチャンバー
１０内に供給されるようになっている。さらにチャンバ
ー１０には、試料の温度を検出する温度センサ１９、放
電加工の進行に伴う試料８の形状変化に応じた電極の変
位を検出する変位センサ２０、チャンバー１０の温度を
検出する温度センサ２１、チャンバー１０内の真空度を
検出する圧力センサ２２等が設けられている。The chamber 10 is connected to a vacuum pump 16 through a valve 15 and the like, and is also connected to a gas supply means 18 through a valve 17 and the like so that the inside of the chamber 10 is decompressed by the vacuum pump 16 and An inert gas or the like is supplied from the gas supply means 18 into the chamber 10 as needed. Further, in the chamber 10, a temperature sensor 19 for detecting the temperature of the sample, a displacement sensor 20 for detecting the displacement of the electrode according to the shape change of the sample 8 accompanying the progress of electric discharge machining, and a temperature sensor 21 for detecting the temperature of the chamber 10. A pressure sensor 22 for detecting the degree of vacuum in the chamber 10 is provided.
【００２４】上記電極１１，１２は電源装置２に接続さ
れている。また、上記加圧装置１３のサーボモータ１４
及び各種センサ１９〜２２が制御盤３に接続されてお
り、この制御盤３にはシーケンサ２５、サーボモータを
駆動するプレス駆動部２６、センサからの信号を受ける
信号変換器２７等が設けられている。The electrodes 11 and 12 are connected to the power supply device 2. In addition, the servo motor 14 of the pressurizing device 13
Also, various sensors 19 to 22 are connected to the control panel 3, and the control panel 3 is provided with a sequencer 25, a press drive unit 26 for driving a servo motor, a signal converter 27 for receiving signals from the sensors, and the like. There is.
【００２５】上記電源装置２及び制御盤３は上記管理制
御装置４に接続されている。そして、上記電源装置２と
管理制御装置４との間でシリアル通信が行われるととも
に、管理制御装置４から電圧・電流制御信号等が電源装
置２へ送られ、電源装置２から加工電圧・電流値等が管
理制御装置４へ送られる。また、管理制御装置４と制御
盤３のシーケンサ２５との間で通信が行われるととも
に、管理制御装置４からプレス圧力・速度制御信号が制
御盤３のプレス駆動部２６に送られ、制御盤の信号変換
器２７からアナログデータが管理制御装置４へ送られる
ようになっている。The power supply device 2 and the control panel 3 are connected to the management control device 4. Then, while serial communication is performed between the power supply device 2 and the management control device 4, a voltage / current control signal or the like is sent from the management control device 4 to the power supply device 2, and the machining voltage / current value is sent from the power supply device 2. Etc. are sent to the management control device 4. In addition, communication is performed between the management control device 4 and the sequencer 25 of the control panel 3, and a press pressure / speed control signal is sent from the management control device 4 to the press drive unit 26 of the control panel 3 so that the control panel The analog data is sent from the signal converter 27 to the management control device 4.
【００２６】図４は上記管理制御装置４及び電源装置２
の基本構成を示し、この図において、管理制御装置４と
電源装置２との間のシリアル通信のためにシリアル通信
手段３１，３２が両装置に設けられるとともに、各種信
号（外部指令信号、検出信号等）の入出力のため管理制
御装置４にＤ／Ａ変換器３３、Ｉ／Ｏポート３４及びＡ
／Ｄ変換器３５が、また電源装置２にＡ／Ｄ変換器３６
及びＩ／Ｏポート３７が設けられている。さらに電源装
置２は、パルス電源回路４０と、これを制御するＣＰＵ
（制御手段）３９と、メモリ３８を有している。FIG. 4 shows the management control device 4 and the power supply device 2 described above.
In this figure, serial communication means 31 and 32 are provided in both devices for serial communication between the management control device 4 and the power supply device 2, and various signals (external command signal, detection signal). Etc.) for input / output of the D / A converter 33, I / O port 34 and A
A / D converter 35, and an A / D converter 36 in the power supply device 2
And an I / O port 37. Further, the power supply device 2 includes a pulse power supply circuit 40 and a CPU that controls the pulse power supply circuit 40.
It has a (control means) 39 and a memory 38.
【００２７】そして、必要に応じて各種の制御情報（例
えば後述の半自動制御モード時の電源パルス制御情報）
がシリアル通信で管理制御装置４から電源装置２に送ら
れ、それが指令データならばメモリ３８に格納されるよ
うになっている。また、管理制御装置４のＩ／Ｏポート
３４から外部指令が送られてきたときにこれをシリアル
通信による指示より優先させることもできるようにして
いる。Then, if necessary, various control information (for example, power pulse control information in a semi-automatic control mode described later)
Is sent from the management control device 4 to the power supply device 2 by serial communication, and if it is command data, it is stored in the memory 38. Further, when an external command is sent from the I / O port 34 of the management control device 4, this can be prioritized over the command by serial communication.
【００２８】また、メモリ３８に格納されたデータはＣ
ＰＵ３９によって随時読み出され、このＣＰＵ３９によ
り、Ｄ／Ａ変換器４１を介してパルス電源回路４０が制
御されるようになっている。このパルス電源回路４０の
出力は上記加工部１に供給され、かつ、その出力値が管
理制御装置４に送られるようになっている。The data stored in the memory 38 is C
It is read out by the PU 39 as needed, and the CPU 39 controls the pulse power supply circuit 40 via the D / A converter 41. The output of the pulse power supply circuit 40 is supplied to the processing unit 1 and the output value is sent to the management control device 4.
【００２９】上記パルス電源回路４０は、放電焼結加工
等の熱加工のためのパルスを発生させるとともに、その
パルス波形、パルス幅、パルス間隔、電流、電圧等のパ
ルス特性調整要素の変更が可能となるように構成されて
いる。例えば図５に示すように、パルス電源回路４０
は、整流回路４２の出力側に接続されたインバータ４３
と、このインバータ４３にトランス４４を介して接続さ
れたパルス出力回路４５とを備え、上記インバータ４３
は４個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４及びダイオードＤ
１〜Ｄ４等で構成され、パルス出力回路４５は複数のサ
イリスタＳ１〜Ｓ４を有している。そして、上記ＣＰＵ
３９でトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４およびサイリスタＳ
１〜Ｓ４が制御されることによりパルス特性が調整され
るようになっている。The pulse power supply circuit 40 generates a pulse for thermal machining such as electric discharge sintering and can change the pulse waveform, pulse width, pulse interval, pulse characteristic adjusting element such as current and voltage. Is configured to be. For example, as shown in FIG.
Is an inverter 43 connected to the output side of the rectifier circuit 42.
And a pulse output circuit 45 connected to the inverter 43 via a transformer 44.
Is four transistors Tr1 to Tr4 and a diode D
The pulse output circuit 45 includes a plurality of thyristors S1 to S4. And the CPU
39, transistors Tr1 to Tr4 and thyristor S
The pulse characteristics are adjusted by controlling 1 to S4.
【００３０】とくに、波形が異なる複数種類のパルスパ
ターンが選択可能とされ、具体的には、図６（ａ）のＤ
Ｃ波形ＷＡ、同図（ｂ）のパルス波形ＷＢ、同図（ｃ）
の交流パルス波形ＷＣ、同図（ｄ）のアップダウンスロ
ープ波形ＷＤの４種類のパターンが選択可能となってい
る。さらに、同図（ａ）のＤＣ波形ＷＡの場合はピーク
電流Ｉｐ、電圧、波形モード時間Ｔｍ等が調節可能とさ
れ、同図（ｂ）のパルス波形ＷＢの場合はピーク電流Ｉ
ｐ、ベース電流Ｉｂ、電圧、パルス幅Ｔ１、パルス周期
Ｔ２等が調節可能とされるというように、各種のパルス
特性調整要素が所定範囲内で調節可能とされる。In particular, a plurality of types of pulse patterns having different waveforms can be selected. Specifically, D of FIG. 6A is selected.
C waveform WA, pulse waveform WB in the same figure (b), same figure (c)
It is possible to select four types of patterns including the AC pulse waveform WC of the above and the up-down slope waveform WD of FIG. Further, the peak current Ip, the voltage, the waveform mode time Tm, etc. can be adjusted in the case of the DC waveform WA in the same figure (a), and the peak current I in the case of the pulse waveform WB in the same figure (b).
Various pulse characteristic adjusting elements can be adjusted within a predetermined range such that p, the base current Ib, the voltage, the pulse width T1, the pulse period T2, and the like can be adjusted.
【００３１】また、図６に示す４種類のパターンのうち
の２種類以上を組み合わせて任意の順番で出力すること
により、例えば図７に示すように各種波形のパターンが
時間的に変化するような出力を得ることも可能である。Further, by combining two or more kinds out of the four kinds of patterns shown in FIG. 6 and outputting them in an arbitrary order, for example, patterns of various waveforms are temporally changed as shown in FIG. It is also possible to get the output.
【００３２】一方、管理制御装置４は、図８に示すよう
に、入力操作部５の入力に応じてパルス特性に関係する
各種要素を設定する設定手段４７としての機能を有し、
また、設定された要素及びパルス特性等に関するデータ
を記憶する記憶手段４８を有するとともに、上記電源装
置２及び制御盤３の信号変換器２７から得られるデータ
に基づいて現実の加工状態を監視する監視手段４９とし
ての機能を有している。上記設定手段４７は、パルス特
性に関係する要素として上記パルスパターンとパルス電
流、電圧、パルス幅、パルス周期等のパルス特性調整要
素を入力操作に応じて設定し、その設定に応じた信号を
上記電源装置２に出力するようになっている。On the other hand, as shown in FIG. 8, the management control device 4 has a function as a setting means 47 for setting various elements related to the pulse characteristics according to the input of the input operation section 5,
Further, it has a storage means 48 for storing data relating to set elements and pulse characteristics and the like, and monitors for monitoring the actual machining state based on the data obtained from the signal converter 27 of the power supply device 2 and the control panel 3. It has a function as means 49. The setting means 47 sets the pulse pattern and the pulse characteristic adjusting elements such as the pulse current, the voltage, the pulse width, and the pulse period as the elements related to the pulse characteristic according to the input operation, and the signal according to the setting is set as the above. It is designed to output to the power supply device 2.
【００３３】さらに管理制御装置４は、パルス特性に関
係する要素の設定に際し、１つのパルスパターンの選択
に基づいてパルス特性の設定及びそれに従った電力供給
の制御を行う手動制御モード（第１の制御モード）と、
複数のパルスパターンの組み合わせの選択に基づいてそ
の複数のパルスパターンの組み合わせからなるパルス特
性の設定及びそれに従った電力供給の制御を行う半自動
制御モード（第２の制御モード）と、最終的なパルス特
性の設定に応じて電力供給の自動制御を行う自動制御モ
ード（第３の制御モード）とを選択可能としている。ま
た、上記設定に応じて温度等の制御パラメータの時間的
変化をシミュレートしてディスプレイ６に表示するよう
になっている。Further, the management control device 4 sets the pulse characteristic based on the selection of one pulse pattern and controls the power supply in accordance with the setting of the element related to the pulse characteristic (first control mode). Control mode),
A semi-automatic control mode (second control mode) for setting the pulse characteristics based on the combination of the plurality of pulse patterns based on the selection of the combination of the plurality of pulse patterns and controlling the power supply accordingly, and the final pulse It is possible to select an automatic control mode (third control mode) for automatically controlling the power supply according to the setting of the characteristics. Further, according to the above setting, a temporal change of control parameters such as temperature is simulated and displayed on the display 6.
【００３４】上記管理制御装置４等による処理の具体例
を、図９以降の図面に基づいて説明する。A specific example of the processing performed by the management control device 4 and the like will be described with reference to FIGS.
【００３５】図９は熱加工の実験を行う場合の管理制御
装置４の操作フローを示している。この操作フローとし
ては、先ず主電源スイッチのオン操作、加工部１に対す
る冷却水供給、ガス供給、試料８のセット等の準備作業
が行われてから、パソコン（管理制御装置）のスイッチ
がオンとされ（ステップＳ１）、ついでディスプレー６
に表示される実験計画作成用画面で実験計画の登録等の
実験計画作成操作が行われる（ステップＳ２）。次に、
各種実験条件の設定（ステップＳ３）及び手動、半自
動、自動のいずれかのモード設定（ステップＳ４）が行
われた後、電源装置２からの電力供給及び加圧装置の作
動等の制御を開始させる操作が行われる（ステップＳ
５）。そして、実験（熱加工）が行われている間に、実
験状態の監視として実験データのグラフ化及び各制御対
象の監視項目のモニター等が行われる（ステップＳ６）
とともに、装置の保安のために装置状態の監視が行われ
る（ステップＳ７）。それから、ディスプレー６による
各種データの多重グラフ、相関グラフ、パルス形状等の
観察、過去のデータの照会、実験結果のプリントアウ
ト、シミュレーションデータの修正、再利用等のデータ
解析が行われ（ステップＳ８）、さらにパルス形状、実
験条件等の必要なデータが記憶、保管され（ステップＳ
９）、また、必要に応じてキャリブレーションが行われ
る（ステップＳ１０）。FIG. 9 shows an operation flow of the management control device 4 when a heat processing experiment is conducted. In this operation flow, first, the main power switch is turned on, the cooling water is supplied to the processing unit 1, the gas is supplied, and the sample 8 is set, and then the personal computer (management controller) is turned on. (Step S1), then display 6
An experiment plan creation operation, such as registration of an experiment plan, is performed on the experiment plan creation screen displayed on the screen (step S2). next,
After setting various experimental conditions (step S3) and setting any of manual, semi-automatic, and automatic modes (step S4), control of power supply from the power supply device 2 and operation of the pressurizing device is started. Operation is performed (step S
5). Then, while the experiment (thermal processing) is being performed, the experimental data is graphed and the monitoring items of each controlled object are monitored as the monitoring of the experimental state (step S6).
At the same time, the device status is monitored for the security of the device (step S7). Then, data analysis such as multiple graphs of various data, correlation graphs, pulse shapes, etc. on the display 6, inquiry of past data, printout of experimental results, correction of simulation data, reuse, etc. is performed (step S8). Moreover, necessary data such as pulse shape and experimental conditions are stored and stored (step S
9) Further, calibration is performed as necessary (step S10).
【００３６】図１０は電源パルス制御の具体例を示して
おり、図１１及び図１２を参照しつつこの制御を説明す
る。先ずステップＳ２０でのモード選択により、手動制
御モード、半自動制御モード、自動制御モードのいずれ
かが選択される（ステップＳ３０，Ｓ４０，Ｓ５０）。FIG. 10 shows a specific example of power supply pulse control, and this control will be described with reference to FIGS. 11 and 12. First, one of the manual control mode, the semi-automatic control mode, and the automatic control mode is selected by the mode selection in step S20 (steps S30, S40, S50).
【００３７】手動制御モードとされた場合は、ディスプ
レー６の画面が、図１１のように手動制御用のシミュレ
ーション表示部分５１及び情報設定部分５２等を有する
画面とされ、その画面でパルスモード及びパルス特性調
整要素等の情報の設定が行われる（ステップＳ３１）。
この場合、パルスモードの設定として図６（ａ）〜
（ｄ）に示す４種のパターンから１種類が選択され、例
えば同図（ｂ）のパルス波形ＷＢが選択されるととも
に、ピーク電流、ベース電流、電圧、パルス幅、パルス
周期等の情報が設定される。また、パルスモード、情報
の設定に応じ、試料の温度の時間的変化等のシミュレー
ションデータが画面に表示される。When the manual control mode is set, the screen of the display 6 is a screen having a simulation display portion 51 for manual control, an information setting portion 52, etc. as shown in FIG. 11, and the pulse mode and pulse are displayed on the screen. Information such as characteristic adjustment elements is set (step S31).
In this case, as the pulse mode setting, FIG.
One kind is selected from the four kinds of patterns shown in (d), for example, the pulse waveform WB in the same figure (b) is selected, and information such as peak current, base current, voltage, pulse width, and pulse period is set. To be done. In addition, simulation data such as the temporal change of the temperature of the sample is displayed on the screen according to the pulse mode and the setting of information.
【００３８】このようなパルスモード、情報の設定が済
むと、管理制御装置４から電源装置２及び制御盤３に制
御開始指示が送信される（ステップＳ３２）。そして、
加工開始後、電源パルスの計測（ステップＳ３３）、電
源パルスのグラフ表示（ステップＳ３４）、画面コント
ロールによるパルス電流指示（ステップＳ３５）、パル
スのピーク電流変更指示（ステップＳ３６）等が、ステ
ップＳ３７で加工終了と判断されるまで繰り返される。When the pulse mode and the information are set as described above, the control start instruction is transmitted from the management control device 4 to the power supply device 2 and the control panel 3 (step S32). And
After the start of processing, the power pulse measurement (step S33), the power pulse graph display (step S34), the pulse current instruction by the screen control (step S35), the pulse peak current change instruction (step S36), etc. are issued in step S37. It is repeated until it is determined that the processing is completed.
【００３９】半自動制御モードとされた場合は、ディス
プレー６の画面が、図１２に示すように半自動制御用の
シミュレーション表示部分５３及び電源パルス制御情報
設定部分５４等を有する画面とされ、その画面で電源パ
ルス制御情報の設定が行われる（ステップＳ４１）。こ
の場合、電源パルス制御情報設定部分５４は、図６
（ａ）〜（ｄ）に示すパルスパターンを２種以上組み合
わせて例えば１２区分までの範囲で連続して設定できる
ように１２の枠を有しており、その各枠にそれぞれパル
スパターンとピーク電流、ベース電流、電圧、パルス
幅、パルス周期及びモード時間等の情報が表形式で入力
される。このような電源パルス制御情報の設定に応じ、
試料の温度、圧力等の時間的変化を示すシミュレーショ
ンデータが画面に表示される。In the case of the semi-automatic control mode, the screen of the display 6 is a screen having a simulation display portion 53 for semi-automatic control, a power pulse control information setting portion 54, etc. as shown in FIG. Power pulse control information is set (step S41). In this case, the power pulse control information setting portion 54 is set to
Two or more types of pulse patterns shown in (a) to (d) are combined to have, for example, 12 frames so that they can be continuously set in a range of up to 12 sections, and each frame has a pulse pattern and a peak current. , Base current, voltage, pulse width, pulse period, mode time, etc. are entered in tabular form. Depending on the setting of such power pulse control information,
Simulation data showing temporal changes in sample temperature, pressure, etc. are displayed on the screen.
【００４０】電源パルス制御情報の設定が済むと、電源
パルス制御情報が管理制御装置４から電源装置２へシリ
アル通信により送信され（ステップＳ４２）、さらに制
御開始指示が送信される（ステップＳ４３）。そして、
加工開始後、電源パルスの計測（ステップＳ４４）及び
電源パルスのグラフ表示（ステップＳ４５）が、ステッ
プＳ４６で設定パルスの出力終了と判断されるまで繰り
返される。When the power pulse control information is set, the power pulse control information is transmitted from the management control device 4 to the power supply device 2 by serial communication (step S42), and a control start instruction is further transmitted (step S43). And
After the processing is started, the power supply pulse measurement (step S44) and the power supply pulse graph display (step S45) are repeated until it is determined in step S46 that the output of the set pulse has ended.
【００４１】また、自動制御モードとされた場合は、デ
ィスプレー６の画面が、自動制御用のシミュレーション
表示部分及び情報設定部分等を有する画面とされ、その
画面でパルスモード、情報の設定が行われる（ステップ
Ｓ５１）。この場合、前記の手動制御モードあるいは半
自動制御モードでの実験により調べられて保存されてい
るパルスモード及び情報のデータのうちで、試料に対し
て適当なものがあれば、これを利用してパルスモード等
を設定すればよい。また、その設定に応じた温度、圧力
等のシミュレーションデータを目標値としてＰＩＤ制御
を行うべく、そのＰＩＤ定数の設定が行われる。When the automatic control mode is set, the screen of the display 6 is a screen having a simulation display portion for automatic control, an information setting portion, etc., and the pulse mode and information are set on the screen. (Step S51). In this case, of the pulse mode and information data that have been examined and stored by the experiment in the manual control mode or the semi-automatic control mode described above, if there is an appropriate one for the sample, use this to use the pulse. The mode etc. may be set. Further, the PID constant is set in order to perform the PID control with the simulation data such as the temperature and the pressure according to the setting as the target values.
【００４２】このようなパルスモード、情報の設定が済
むと、管理制御装置４から電源装置２及び制御盤３に制
御開始指示が送信される（ステップＳ５２）。そして、
加工開始後、電源パルスの計測（ステップＳ５３）、電
源パルスのグラフ表示（ステップＳ５４）、ＰＩＤ制御
による最適パルス電流の計算（ステップＳ５５）、パル
スのピーク電流変更指示（ステップＳ５６）等が、ステ
ップＳ５７で加工終了と判断されるまで繰り返される。When the pulse mode and the information are set as described above, the control start instruction is transmitted from the management control device 4 to the power supply device 2 and the control panel 3 (step S52). And
After the processing is started, the power pulse measurement (step S53), the power pulse graph display (step S54), the optimum pulse current calculation by PID control (step S55), the pulse peak current change instruction (step S56), etc. The process is repeated until it is determined in S57 that the processing is completed.
【００４３】つまり、上記自動制御では、所定時間毎
に、シミュレーションデータ等に基づいて与えられる温
度の目標値と実測値とが比較され、その比較結果に応じ
て実際の温度を目標値に近づけるべく、ＰＩＤ制御によ
り電源パルスのピーク電流が調節される。That is, in the above-mentioned automatic control, the target value of the temperature given based on the simulation data and the like are compared with the measured value every predetermined time, and the actual temperature should be brought close to the target value according to the comparison result. , PID control adjusts the peak current of the power supply pulse.
【００４４】また、この自動制御時には圧力についても
シミュレーションデータ等に基づく目標値と実測値とが
比較され、それに応じてＰＩＤ制御により加圧装置１３
のサーボモータ１４による加圧力が調節される。この場
合、加圧装置１３による加圧を電源パルスに同期したパ
ルス信号で断続的に行わせるようにすることが好まし
く、とくに図示の実施形態のようにサーボモータ１４を
用いることにより、適正にタイミングをとりながら加圧
を断続的に行わせることができる。Further, during the automatic control, the target value based on the simulation data etc. and the measured value are also compared for the pressure, and the pressurizing device 13 is controlled by the PID control accordingly.
The pressure applied by the servo motor 14 is adjusted. In this case, it is preferable that the pressurization by the pressurizing device 13 be intermittently performed by a pulse signal synchronized with the power supply pulse. Particularly, by using the servo motor 14 as in the illustrated embodiment, the timing can be properly adjusted. The pressure can be applied intermittently while taking the pressure.
【００４５】以上のような当実施形態の熱加工装置を用
いると、多種多様な材料からなる試料に対し、電源装置
２から供給されるパルスの特性を種々変えて熱加工の実
験を行い、それに基づき、試料に応じた適正な電源制御
データを得ることができる。とくに、複数種類の金属材
料を含む試料の放電焼結等を行うような場合、上記手動
制御モードによる実験、半自動制御モードによる実験及
び自動制御モードによる実験を順次行うことにより、適
正な電源制御データを容易に見い出すことができる。具
体的には次のような方法で実験が行われる。When the thermal processing apparatus of the present embodiment as described above is used, the thermal processing experiment is performed on the samples made of various materials by changing the characteristics of the pulse supplied from the power supply device 2, and Based on this, it is possible to obtain appropriate power supply control data according to the sample. In particular, when performing spark sintering of a sample containing multiple types of metal materials, perform appropriate power control data by sequentially performing the experiment in the manual control mode, the experiment in the semi-automatic control mode, and the experiment in the automatic control mode. Can be easily found. Specifically, the experiment is performed by the following method.
【００４６】主に単一種類の金属材料で構成される試料
を熱加工するような場合は、上記手動制御モードにより
波形パターン及び電流、電圧、パルス幅等を設定すれば
よい。When a sample mainly composed of a single kind of metal material is subjected to thermal processing, the waveform pattern and the current, voltage, pulse width and the like may be set in the manual control mode.
【００４７】例えば熱伝導度及び電気伝導度の高い銅材
料等を試料として放電焼結を行う場合、パルス特性は真
空度０．１Ｐａの下で電圧６Ｖ、ピーク電流２００Ａ、
周波数６０Ｈｚ、パルス幅０．１sec とすることによ
り、粉末粒子間に放電現象が発生して粒子結合が進行す
る。約６０秒でその効果は減衰されるが、パルス特性を
電圧１２Ｖ、ピーク電流４００Ａ、周波数１２０Ｈｚ、
パルス幅０．２sec にすればさらに放電状態が発生して
粒子結合の連続化が起こる。その後直流エネルギー１０
００Ａを１２０秒付加し、銅の焼結温度を８５０°Ｃま
で昇温して密度の緻密化を一定圧力のもとで行うと、約
３分で銅の焼結が完了し、このときの材料強度は３５Kg
/mm2を示し、溶製品と近似したものとなった。For example, when performing spark sintering using a copper material having a high thermal conductivity and a high electrical conductivity as a sample, the pulse characteristics are a voltage of 6 V and a peak current of 200 A under a vacuum degree of 0.1 Pa.
By setting the frequency to 60 Hz and the pulse width to 0.1 sec, an electric discharge phenomenon occurs between the powder particles and particle bonding progresses. The effect is attenuated in about 60 seconds, but the pulse characteristics are as follows: voltage 12V, peak current 400A, frequency 120Hz,
If the pulse width is set to 0.2 sec, the discharge state is further generated and the particle bonds are made continuous. Then DC energy 10
00A was added for 120 seconds, and the copper sintering temperature was raised to 850 ° C. to densify the density under a constant pressure, and the copper sintering was completed in about 3 minutes. Material strength is 35Kg
/ mm 2, which was similar to the molten product.
【００４８】また、電気抵抗値の大きく異なる材料、例
えば銀とニッケルとについて放電状態を調べると、抵抗
値の小さい銀の方がパルス放電を起し易くて適正パルス
エネルギー域が小さい範囲にあり、一方、ニッケルは同
一条件のもとでは殆ど放電現象が起らずに、さらに高い
放電エネルギーの段階で放電が始まり、適正パルスエネ
ルギー域が銀に比べてかなり大きくなり、放電持続時間
も長くなる。Further, when the discharge state is examined for materials having greatly different electric resistance values, for example, silver and nickel, silver having a smaller resistance value is more likely to cause pulse discharge, and the proper pulse energy range is in a small range. On the other hand, under the same conditions, almost no discharge phenomenon occurs in nickel, and the discharge starts at a stage of higher discharge energy, the appropriate pulse energy range becomes considerably larger than that of silver, and the discharge duration becomes longer.
【００４９】また、接触抵抗の大きいアルミ材料、チタ
ン系材料、ステンレス系材料等の酸化状態が不導体化す
る材料には交流パルスを与えるようにすると、電流の逆
転現象による不導体酸化皮膜の破壊を行うことができ
る。Further, when an AC pulse is applied to a material such as an aluminum material, a titanium material, or a stainless material having a high contact resistance, whose oxidation state becomes non-conductive, the non-conductive oxide film is destroyed due to the reversal phenomenon of the current. It can be performed.
【００５０】このように材料により適正なパルス波形や
パルスエネルギーが種々異なり、しかも、粉末粒子固有
の電気特性、形状、接触抵抗等の多くの要因が放電現象
に影響するので、適正なパルス特性を理論的に正確に予
測することは困難である。As described above, appropriate pulse waveforms and pulse energies differ depending on the material, and many factors such as electric characteristics, shape, and contact resistance peculiar to powder particles influence the discharge phenomenon. It is difficult to predict accurately in theory.
【００５１】そこで、手動制御モードにより、材料に応
じてある程度はパルス特性を予測してパルス波形及び電
流、電圧、パルス幅等の情報を設定した上で、実験的に
熱加工を行わせ、その状態を監視する。上記情報の設定
の際には、ディスプレー６の画面に表示されるシミュレ
ーションデータを参照し、必要に応じて設定値を調整す
ればよい。そして、実験結果を示す計測値等のデータを
解析し、プリントアウト、シミュレーションデータの修
正等を行う。また、必要に応じ上記情報の設定値を変更
して手動モードによる実験を繰り返し、その各実験デー
タの解析に基づいて適正なパルス特性を調べ、その情
報、データを保存する。Therefore, in the manual control mode, the pulse characteristics are predicted to some extent according to the material, and the information such as the pulse waveform and the current, voltage, and pulse width is set, and then the heat processing is experimentally performed. Monitor the condition. When setting the above information, the simulation data displayed on the screen of the display 6 may be referred to and the set value may be adjusted as necessary. Then, the data such as the measured value indicating the experimental result is analyzed, and the printout and the correction of the simulation data are performed. Further, the setting value of the above information is changed as necessary, the experiment in the manual mode is repeated, the proper pulse characteristic is examined based on the analysis of each experimental data, and the information and the data are stored.
【００５２】また、複数種類の材料を含んでその材料個
々の特性の違いによりパルス放電現象の差異が現われる
ような傾斜機能材料、例えばＮｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏの積
層傾斜材料を対象とするような場合、先ずＮｉ，Ａｇ，
Ｗ，Ｍｏの個々についてそれぞれ適正なパルス特性を調
べる。この場合、図１３のように、上記各金属材料を複
合した積層傾斜機能材料に対し、個々の材料に対する適
正パルス特性を与えるだけでは引っ張り強さが弱くて良
好な焼結状態が得られないが、各材料に対する適正パル
ス特性を組み合わせて順次出力するようにし、さらにこ
のようなモードを複数回繰り返すようにすれば、引っ張
り強さが増大し、良好な焼結状態が得られる。Further, a functionally graded material containing a plurality of kinds of materials and showing a difference in pulse discharge phenomenon due to a difference in characteristics of each material, for example, a laminated gradient material of Ni, Ag, W, Mo is targeted. In that case, first Ni, Ag,
Proper pulse characteristics are examined for each of W and Mo. In this case, as shown in FIG. 13, a tensile strength is weak and a good sintered state cannot be obtained only by giving proper pulse characteristics to individual materials to the laminated functionally graded material in which the above metal materials are composited. By combining appropriate pulse characteristics for each material and sequentially outputting, and further repeating such a mode a plurality of times, the tensile strength increases and a good sintered state can be obtained.
【００５３】そこで、先ず上記手動制御モードでの実験
により個々の材料に対して適正なパルス特性を調べてそ
の情報、データを保存した上で、半自動制御モードでの
実験に移り、各材料の適正パルス特性を組み合わせて繰
り返し出力するように電源パルス制御情報を設定する。
また、必要に応じ、電源パルス制御情報の設定値を調整
しつつこの半自動モードでの実験を繰り返す。そして、
実験結果を示す計測値等のデータを解析し、プリントア
ウト、シミュレーションデータの修正等を行い、データ
解析に基づき、複数種類の材料を含む試料に対して適正
なパルス特性を調べてその情報、データを保存する。Therefore, first, by examining the proper pulse characteristics for each material by the experiment in the manual control mode and storing the information and data thereof, the experiment in the semi-automatic control mode is performed, and the appropriate characteristic of each material is examined. The power pulse control information is set so that the pulse characteristics are combined and repeatedly output.
Further, the experiment in the semi-automatic mode is repeated while adjusting the set value of the power supply pulse control information as needed. And
Data such as measured values showing experimental results are analyzed, printouts, simulation data corrections, etc. are performed, and based on the data analysis, appropriate pulse characteristics are investigated for samples containing multiple types of materials, and the information and data are collected. To save.
【００５４】次に、自動制御モードでの実験に移り、半
自動制御モードでの実験で調べられた適正なパルス特性
に対応する情報、データを利用するとともに、ＰＩＤ定
数が設定されてＰＩＤ制御により温度、圧力等がコント
ロールされる。そして、必要に応じてＰＩＤ定数が変更
されつつ自動制御モードでの実験を繰り返すことによ
り、自動制御による熱処理に適したＰＩＤ定数等の制御
条件を調べることができる。Next, the experiment in the automatic control mode was started, and the information and data corresponding to the proper pulse characteristics examined in the experiment in the semi-automatic control mode were used, and the PID constant was set and the temperature was controlled by the PID control. , Pressure, etc. are controlled. Then, by repeating the experiment in the automatic control mode while changing the PID constant as necessary, the control conditions such as the PID constant suitable for the heat treatment by the automatic control can be investigated.
【００５５】このように、当実施形態の装置によると、
電源装置２においてパルスパターンやその他のパルス特
性調整要素（電流、電圧、パルス幅等）の変更が可能と
されるとともに、管理制御装置４で上記パルスパターン
やその他のパルス特性調整要素を設定でき、かつ、上記
手動制御モード、半自動制御モード及び自動制御モード
を選択することができるようになっているため、多種多
様の試料に対応し得るようにパルス特性等を種々変えて
実験を行うことができ、その実験のデータ解析に基づき
パルス特性等の適正なデータを容易に見い出すことがで
きる。Thus, according to the apparatus of this embodiment,
It is possible to change the pulse pattern and other pulse characteristic adjusting elements (current, voltage, pulse width, etc.) in the power supply device 2, and the management controller 4 can set the pulse pattern and other pulse characteristic adjusting elements. Moreover, since the manual control mode, the semi-automatic control mode, and the automatic control mode can be selected, experiments can be performed by changing pulse characteristics and the like so as to correspond to a wide variety of samples. It is possible to easily find appropriate data such as pulse characteristics based on the data analysis of the experiment.
【００５６】とくに、モード選択、パルスモード及び情
報の設定等の処理をパソコンからなる管理制御装置４で
一元的に行うことができる。この際、パルスモード及び
パルス特性調整要素に関する情報の設定に際しては、試
料の温度、圧力等の時間的変化をシミュレーションで調
べ、それに応じて電流、電圧、パルス幅等の設定を調整
することができる。In particular, processing such as mode selection, pulse mode and information setting can be centrally performed by the management control device 4 including a personal computer. At this time, when setting the information on the pulse mode and the pulse characteristic adjusting element, it is possible to examine the time change of the temperature, pressure, etc. of the sample by simulation, and adjust the setting of the current, voltage, pulse width, etc. accordingly. .
【００５７】また、電源装置２にＣＰＵ３９を設けて小
型コンピュータとしての機能を持たせ、これとパソコン
からなる管理制御装置４との間でシリアル通信等により
情報を交信できるようにしているため、電源装置２、管
理制御装置４及びこれらの間の通信回線をコンパクト化
し、全体を小型化してデスクトップ型とすることが可能
となり、コストの低廉化及び省スペース化に有効とな
る。Further, since the power supply device 2 is provided with the CPU 39 so as to have a function as a small computer and information can be communicated between the power supply device 2 and the management control device 4 composed of a personal computer by serial communication or the like, the power supply device 2 The device 2, the management control device 4, and the communication line between them can be made compact, and the whole can be made compact to be a desktop type, which is effective for cost reduction and space saving.
【００５８】なお、本発明の装置において、加工部１に
おける上部電極１１の先端形状は、先端面の面積が０．
０５〜０．２mm2 の鋭角状とすることが好ましい。ある
いは、電極先端面（被加工物側の面）を０．１〜１．０
mm程度のピッチで０．１〜１．０mm程度の深さの凹凸面
形状としてもよい。In the apparatus of the present invention, the tip shape of the upper electrode 11 in the processed portion 1 has an area of 0.
It is preferable to form an acute angle of 05 to 0.2 mm 2 . Alternatively, the electrode tip surface (workpiece side surface) is set to 0.1 to 1.0.
An uneven surface shape having a depth of about 0.1 to 1.0 mm at a pitch of about mm may be used.
【００５９】このように電極先端側を鋭角上あるいは凹
凸面状とすると、従来の電極(通常は先端面の面積が３
０００mm2 以上)と比べ、エネルギーを集約させて放電
効果を大きくすることができる。As described above, when the tip side of the electrode is formed into an acute angle or has an uneven surface, a conventional electrode (usually, the area of the tip surface is 3
000 mm 2 or more), energy can be concentrated and the discharge effect can be increased.
【００６０】また、上記電源装置２のパルス電源回路４
０は、前述のように種々のパルス特性調整要素の変更が
可能となっているが、その好ましい調整範囲等を具体的
に説明すると、パルス周波数１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲
内でパルス周期、パルス間隔、パルス幅の変更が可能で
あるとともに、パルス電流エネルギーが５０〜５０００
Ａの範囲で変更可能であり、かつ、可変範囲内でこれら
の要素の値の組み合わせ、組み替えが任意に可能な構成
とされる。Further, the pulse power supply circuit 4 of the above power supply device 2
0 is capable of changing various pulse characteristic adjustment elements as described above, but specifically explaining the preferable adjustment range and the like, the pulse period, the pulse interval, and the pulse frequency within the range of the pulse frequency 1 Hz to 500 Hz, The pulse width can be changed and the pulse current energy is 50-5000.
The configuration is changeable within the range A, and the values of these elements can be combined and rearranged arbitrarily within the variable range.
【００６１】さらに好ましくは、特に放電焼結を行なう
場合に適した機能として、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被加工物の固有電気抵抗の値の５０
〜５０００倍となる高周波高電圧を発生させる機能を有
するようにパルス電源回路４０が構成される。More preferably, as a function particularly suitable for performing spark sintering, 0.01 seconds at the beginning of pulse application for dielectric breakdown in the range of power source voltage of 2 to 24 V to cause arc discharge. The value of the voltage in the same unit system is 50 times the value of the specific electric resistance of the work piece only for an instant of 0.1 seconds.
The pulse power supply circuit 40 is configured to have a function of generating a high-frequency high voltage of up to 5000 times.
【００６２】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
れることが、本発明の装置を用いた実験により判明し
た。なお、試料としての焼結材料の固有抵抗値や吸着ガ
スの状態等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。By using such a pulse power supply circuit, by changing the pulse current to raise the energy when a discharge is generated in the case of performing the discharge sintering, a voltage much higher than the discharge voltage in the steady state is suddenly increased. It was found from an experiment using the apparatus of the present invention that the arc discharge is effectively generated when the voltage is applied for a short time of 1 second or less. The critical voltage at which discharge occurs varies depending on the specific resistance value of the sintered material as a sample, the state of the adsorbed gas, etc., and the discharge start voltage must be several times higher than in the steady state. , The discharge continues even after returning to the steady state.
【００６３】具体例を示すと、Ｔｉ粉末からなる焼結材
料であって、通常の放電加工では８Ｖ、１５００で放電
発生していた（この時の型温度は１１５０°Ｃ程度）も
のを試料とし、この試料に対し、パルス立ち上がり時に
３０００Ｖ、３Ａ、０．０１秒の高電圧を印加してアー
ク放電を開始させ、引き続き、８Ｖ、６００Ａとしてア
ーク放電を持続させた（この時の型温度は８００°Ｃ程
度）。As a concrete example, a sintered material made of Ti powder, which had an electric discharge of 8 V and 1500 in normal electric discharge machining (the mold temperature at this time was about 1150 ° C.) was used as a sample. Then, a high voltage of 3000 V, 3 A, 0.01 seconds was applied to this sample at the time of pulse rise to start arc discharge, and then 8 V, 600 A was continuously maintained (the mold temperature at this time was 800 V). ° C).
【００６４】このようにすると、材料全体のマクロ的温
度を低く抑えることができ、焼結時の熱影響を低くする
ことができるため、材料のもつ物質特性を熱影響によっ
て損なうことなく焼結製品を作ることができる。例え
ば、新素材と呼ばれるような粉体材料は、それ自身優れ
た物質特性を持っているものの、熱影響でそれが破壊さ
れると製品化できないという問題を抱えているが、当実
験例のような手法で熱影響を低くすることによりこのよ
うな問題が解消される。By doing so, the macroscopic temperature of the entire material can be suppressed to a low level, and the thermal effect at the time of sintering can be reduced, so that the physical properties of the material can be maintained without being damaged by the thermal effect. Can be made. For example, although a powder material called a new material has excellent material properties by itself, it has a problem that it cannot be commercialized if it is destroyed due to heat. Such a problem can be solved by reducing the heat effect by various methods.
【００６５】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。By applying a high voltage for a short period of time in this way, arc discharge can be induced at once and powder particles can be instantaneously melted to effect effective sintering. Specifically, it is extremely effective to apply a high-frequency high voltage of 100 V to 10000 V for a moment of 0.01 seconds to 0.1 seconds at the time of pulse rise.
【００６６】以上のように本発明の装置は、種々パルス
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、従来のこの種の装置
とは次のような顕著な相違を有する。As described above, the apparatus of the present invention can effectively sinter or burn by utilizing discharge energy by combining various pulses and applying a high voltage at the time of pulse rise. The following significant differences from the conventional device of this type are as follows.
【００６７】すなわち、単に一定の単純特性のパルスを
焼結粉体に印加するようになっている一般的な従来装置
は、そのパルスの電解効果に基づいて粉体が活性化さ
れ、粉体粒子接触面にジュール熱が発生することを利用
して、そのジュール熱による材料全体の加熱により焼結
を行なうものであって、抵抗焼結に近いものであり、材
料全体の温度が高くなって熱的影響が問題となる。That is, in a general conventional apparatus which is designed to simply apply a pulse having a certain simple characteristic to the sintered powder, the powder is activated based on the electrolysis effect of the pulse, and the powder particles are activated. Utilizing the fact that Joule heat is generated on the contact surface, the entire material is heated by the Joule heat to perform sintering, which is similar to resistance sintering and the temperature of the entire material increases Impact is a problem.
【００６８】これに対し、本発明の装置によると、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、熱的悪影響を防止し得ることとなる。On the other hand, according to the device of the present invention, the arc discharge can be appropriately controlled so that the discharge energy itself due to the arc discharge can be effectively used, and the temperature of this arc discharge is microscopic tens of degrees. It has been theoretically analyzed as (atomic level), and by effectively using arc discharge, it is possible to achieve microscopic high temperature and achieve sintering while macroscopically lowering the temperature of the material and preventing thermal adverse effects. Become.
【００６９】尤も、アーク放電熱加工の前にある程度の
温度まで加熱する等、熱加工の前後における加熱、除冷
などの制御機能を兼ね備えておくこともできる。However, it is also possible to provide a control function such as heating and cooling before and after the thermal machining, such as heating to a certain temperature before the arc electric discharge thermal machining.
【００７０】さらに本発明の装置では、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、型内に充填した粉体材料に周期的
にパルスエネルギーを与えると、図１４に示すように、
パルスエネルギーが印加されたときに粉体表面が圧縮さ
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。Further, in the device of the present invention, a discharge pulse,
The pulse pressure generated thereby can be effectively utilized. That is, when pulse energy is periodically applied to the powder material filled in the mold, as shown in FIG.
When pulse energy is applied, the powder surface is compressed and the pressure applied to the powder rises, and the pressure applied to the powder fluctuates in a cycle corresponding to the cycle of the pulse current. Then, the temperature of the powder becomes high due to the pressure energy when the surface of the powder is compressed, so that the powder particles can be bonded to each other.
【００７１】このとき、加圧装置１３によって全体圧力
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。At this time, since the total pressure is fixed by the pressurizing device 13, the pressure energy microscopically acts concentratedly between the powder particles, and the sintering is performed without impairing the characteristics of the powder. Can be promoted.
【００７２】例えば、全体圧力１０００ｋｇ、パルスエ
ネルギー１０００Ａ、周波数１Ｈｚに設定してパルスを
型内の粉末に加えると、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。For example, when the total pressure is set to 1000 kg, the pulse energy is set to 1000 A, and the frequency is set to 1 Hz, the pulse is applied to the powder in the mold. ± 300 kg) occurs, and by controlling such a pressure fluctuation, it is possible to prevent the material from leaching on the reduced pressure side and promote the bonding of the powder particles on the pressurized side.
【００７３】本発明の装置を用いたアーク放電加工につ
いてのいくつかの実験例を、次に示しておく。Some experimental examples of arc electric discharge machining using the apparatus of the present invention are shown below.
【００７４】例１.パルプから３５０°Ｃで炭化した粉
末を材料とし、パルス周波数２５０Ｈｚ、パルス分５０
％、パルスエネルギー３０００Ａ、加圧力３５０kg/c
m2、型表面温度２３５０°Ｃ、試料寸法φ１０mm×５m
m、電極に黒鉛使用という条件で、５分間焼成した。な
お、上記パルス分とは、その周期（パルス幅＋パルス間
隔）に対するパルス幅の割合である。Example 1. Using powder of carbonized pulp at 350 ° C. as a material, pulse frequency of 250 Hz, pulse content of 50
%, Pulse energy 3000A, applied pressure 350kg / c
m 2 , mold surface temperature 2350 ° C, sample size φ10mm × 5m
It was fired for 5 minutes under the condition that graphite was used for the electrodes. The above-mentioned pulse component is the ratio of the pulse width to the cycle (pulse width + pulse interval).
【００７５】この実験の結果は、炭化粉末の収率が５０
％、電子顕微鏡で観察した結晶化率が２８％であった。The result of this experiment is that the yield of carbonized powder is 50
%, And the crystallization rate observed with an electron microscope was 28%.
【００７６】次に、同一粉末に水素皮膜吸着処理を施し
たものを材料とし、加工品寸法及び電極は上記と同様と
し、パルス周波数２５０Ｈｚ，１２５Ｈｚ，６０Ｈｚ、
パルス分５０％、パルスエネルギー１８００Ａ、表面温
度８００°Ｃ、という条件で５分間焼成した。その結
果、炭化粉末の収率が７７％に向上し、電子顕微鏡で観
察した結晶化率が４２％となった。上記収率が向上され
るのは、材料の水素化処理による脱酸効果とＨ２ガスの
アーク放電電解促進効果とによるものであり、結晶化率
が向上されるのは、パルス部分の組み合わせ効果、パル
ス印加時期とアーク放電発生初期温度によるものである
ことを追加実験で確認した。Next, using the same powder that had been subjected to a hydrogen film adsorption treatment as the material, the processed product dimensions and electrodes were the same as above, and pulse frequencies of 250 Hz, 125 Hz, 60 Hz,
Firing was performed for 5 minutes under the conditions of a pulse content of 50%, a pulse energy of 1800A, and a surface temperature of 800 ° C. As a result, the yield of carbonized powder was improved to 77%, and the crystallization rate observed with an electron microscope was 42%. The above-mentioned yield is improved by the deoxidizing effect of the hydrogenation of the material and the arc discharge electrolysis promoting effect of H2 gas, and the crystallization rate is improved by the combined effect of the pulse portions, It was confirmed by an additional experiment that it was due to the timing of pulse application and the initial temperature of arc discharge.
【００７７】例２．白金（Ｐｔ）の粉末で粒子径が０．
５〜１μのものを材料とし、パルス周波数１５０Ｈｚ、
パルス分７０％、パルスエネルギー２８００Ａ、加圧力
５００kg/cm2、真空度１０Ｐａ、試料寸法φ１０mm×５
mm、電極に黒鉛使用という条件で、５分間焼結した。そ
の結果、理論密度に対して９５％の密度の焼結体が得ら
れた。顕微鏡観察によると、独立空孔が多く結晶不均一
（樹脂状）であることが判明した。これは粉末の比表面
積が著しく大きくなり、大量の吸着ガスが一定温度で分
離解放された影響であると推測される。真空度データの
分析から、パルス印加後、真空度が３００Ｐａまで異常
に低下していることも判明した。Example 2. Platinum (Pt) powder with a particle size of 0.
5-1μ material, pulse frequency 150Hz,
Pulse 70%, pulse energy 2800A, pressure 500kg / cm 2 , vacuum 10Pa, sample size φ10mm × 5
mm, and the electrode was graphite for 5 minutes. As a result, a sintered body having a density of 95% of the theoretical density was obtained. Microscopic observation revealed that there were many independent voids and the crystals were non-uniform (resin-like). It is speculated that this is due to the fact that the specific surface area of the powder was significantly increased and a large amount of adsorbed gas was separated and released at a constant temperature. From the analysis of the vacuum degree data, it was also found that the vacuum degree was abnormally lowered to 300 Pa after the pulse application.
【００７８】次に、同一粉末を同一試料寸法とし、電極
に黒鉛を使用し、パルス周波数６０Ｈｚ，１２５Ｈｚ，
２５０Ｈｚ、パルス分７０％、パルスエネルギー１８０
０Ａ、型温度７００°Ｃに設定してパルスを印加した。
また、真空度制御を行い、常時１０Ｐａ〜５０Ｐａの範
囲に保ちつつ、焼結を行った。その結果、理論密度に対
して１００％の密度の焼結体が得られた。顕微鏡観察に
よると結晶性も非常に良く、ピンホールも抑えられるこ
とを確認した。Next, the same powder was used for the same sample size, graphite was used for the electrodes, and pulse frequencies of 60 Hz, 125 Hz,
250Hz, pulse 70%, pulse energy 180
A pulse was applied with the mold temperature set to 0 A and 700 ° C.
Further, the degree of vacuum was controlled and the sintering was performed while always maintaining the range of 10 Pa to 50 Pa. As a result, a sintered body having a density of 100% of the theoretical density was obtained. It was confirmed by microscopic observation that the crystallinity was very good and pinholes could be suppressed.
【００７９】この実験結果から、放電焼結では、吸着ガ
スの挙動とパルス特性の因子が互いに関連して品質に影
響を及ぼすことが確認された。From the results of this experiment, it was confirmed that the behavior of the adsorbed gas and the factors of the pulse characteristics affect the quality in relation to each other in the spark sintering.
【００８０】例３.圧電素子材料であるＢｉ−Ｔｅ／Ｆ
ｅＳｉ2の粉体粒子の低温焼結実験において、パルス周
波数１５０Ｈｚ、パルス分５０％、パルスエネルギー８
００Ａ、加圧力３５０kg/cm2、真空度５０〜１００Ｐ
ａ、試料寸法φ１０mm×５mm、電極に黒鉛使用という条
件で、５分間、試料温度６００°Ｃで焼結を行った。そ
の結果、理論密度に対して５５％の密度の焼結体が得ら
れ、熱電特性が通常の圧電素子製法による製品の１２０
％に改良された。Example 3. Bi-Te / F which is a piezoelectric element material
In a low temperature sintering experiment of powder particles of eSi 2 , pulse frequency 150 Hz, pulse content 50%, pulse energy 8
00A, applied pressure 350kg / cm 2 , vacuum degree 50-100P
a, sample size φ10 mm × 5 mm, and sintering was performed at a sample temperature of 600 ° C. for 5 minutes under the condition that graphite was used for the electrode. As a result, a sintered body having a density of 55% of the theoretical density was obtained, and the thermoelectric property was 120% of that of a product manufactured by a normal piezoelectric element manufacturing method.
% Was improved.
【００８１】次に、同一条件のもとに、電極材料として
アーク放電を促進するトリアタングステン（Ｔｈ2Ｏ
Ｗ）を使用した。その結果、試料温度が同一条件にも拘
らず大幅に上昇し、１０００°Ｃに達した。さらにパル
スエネルギーを５００Ａに下げ、３分間焼結したとこ
ろ、密度が理論密度に対して７５％に改良され、型温度
４５０°Ｃのもとで電熱特性を１５０％に大幅改良する
ことができた。これは、電極を、放電特性を促進する酸
化物を含むトリアタングステンに変えた結果であること
が判明した。Next, under the same conditions, as an electrode material, tria tungsten (Th 2 O) that promotes arc discharge is used.
W) was used. As a result, the sample temperature increased significantly even under the same conditions and reached 1000 ° C. When the pulse energy was further reduced to 500 A and sintering was performed for 3 minutes, the density was improved to 75% of the theoretical density, and the electrothermal characteristics could be greatly improved to 150% under the mold temperature of 450 ° C. . This was found to be the result of replacing the electrodes with tria tungsten containing oxides that promote discharge characteristics.
【００８２】とくにトリアタングステンを用いているの
は、放電溶解するミクロ部分は高温のアーク温度域に達
するため、導電特性、耐熱特性に優れた高融点金属とし
たものである。なお、トリアタングステンの代わりにト
リアモリブデン（Ｔｈ2ＯＭｏ）を用いても同様の効果
が得られる。Particularly, tria-tungsten is used because it is a refractory metal which is excellent in conductivity and heat resistance because the micro-part that melts by discharge reaches a high arc temperature range. The same effect can be obtained by using triamolybdenum (Th 2 OMo) instead of tria tungsten.
【００８３】本発明の装置における各部の構造の他の実
施形態を、以下に説明する。Another embodiment of the structure of each part of the device of the present invention will be described below.
【００８４】本発明の装置における加工部１のチャン
バー１０は、図１５，図１６に示すように分割構造とし
ておいてもよい。すなわち、これらの図に示すチャンバ
ー１０は、上壁部５１及び下壁部５２と、これらの間に
位置する胴部５３とに３分割されている。The chamber 10 of the processing section 1 in the apparatus of the present invention may have a divided structure as shown in FIGS. That is, the chamber 10 shown in these figures is divided into three parts, an upper wall part 51 and a lower wall part 52, and a body part 53 located between them.
【００８５】上壁部５１及び下壁部５２は、それぞれ、
チャンバー１０の上下両側を封鎖するようにプレート状
に形成され、その各中央部には電極貫通部５１ａ，５２
ａが設けられ、これら電極貫通部５１ａ，５２ａに上下
の電極１１，１２貫通され、電極の先端がチャンバー１
０内に突入するようになっている。The upper wall portion 51 and the lower wall portion 52 are respectively
The chamber 10 is formed in a plate shape so as to close the upper and lower sides thereof, and the electrode penetrating portions 51a, 52 are formed in respective central portions thereof.
a is provided, the upper and lower electrodes 11 and 12 are penetrated through these electrode penetrating portions 51a and 52a, and the tip of the electrode is the chamber
It rushes into 0.
【００８６】また、胴部５３は、円筒状の周壁を有する
とともに、上下両端に、上壁部５１及び下壁部５２と連
結するためのリング状の縁枠５４，５５を一体に有して
いる。そして、図外の固定フレームに下壁部５２が支持
されるとともにその上に胴部５３及び上壁部５１が順次
載置された状態で、上壁部５１及び下壁部５２と胴部の
上下縁枠５４，５５とがボルト５６で連結されるように
なっている。Further, the body portion 53 has a cylindrical peripheral wall, and integrally has ring-shaped edge frames 54 and 55 for connecting the upper wall portion 51 and the lower wall portion 52 at both upper and lower ends. There is. Then, in a state where the lower wall portion 52 is supported by a fixed frame (not shown) and the body portion 53 and the upper wall portion 51 are sequentially placed thereon, the upper wall portion 51, the lower wall portion 52 and the body portion The upper and lower edge frames 54 and 55 are connected by bolts 56.
【００８７】さらに、チャンバー分解時に電極が分解の
邪魔にならないように、上側の電極１１は基部１１ａと
先端部１１ｂとに分割され、これらがボルトで連結され
るようになっている。なお、チャンバー１０に対し、そ
の内部に試料設置部や各種センサが配設されるととも
に、外部に加圧装置、真空装置、ガス供給手段等が配設
されるが、これらは図２に示すものと同様であればよい
ため、図１５，図１６では図示を省略する。Further, the upper electrode 11 is divided into a base portion 11a and a tip portion 11b so that the electrodes do not interfere with the decomposition when the chamber is disassembled, and these are connected by bolts. It should be noted that the chamber 10 is internally provided with a sample setting section and various sensors, and externally provided with a pressurizing device, a vacuum device, a gas supply means, etc., which are shown in FIG. Since it may be the same as the above, the illustration is omitted in FIGS.
【００８８】このようなチャンバー１０の構造による
と、図１６のように上側の電極１１の先端部を取り外す
とともに、上壁部５１及び下壁部５２と胴部５３とを連
結していたボルトを外せば、これら三者５１〜５３が分
解され、使用頻度の高い胴部５３の交換が容易に可能と
なる。従って、胴部５３を予め複数種類用意しておい
て、使用目的や試料の種類等に応じて交換することがで
きる。例えば比較的低温の熱加工に使用する胴部５３は
透明ガラス製とすることもでき、外部から目視で熱加工
の状況を観察することができる。According to the structure of the chamber 10 as described above, the tip of the upper electrode 11 is removed as shown in FIG. 16, and the bolts connecting the upper wall 51 and the lower wall 52 to the body 53 are removed. If removed, these three members 51 to 53 are disassembled, and the body portion 53, which is frequently used, can be easily replaced. Therefore, it is possible to prepare a plurality of types of body portions 53 in advance and replace them according to the purpose of use or the type of sample. For example, the body portion 53 used for thermal processing at a relatively low temperature can be made of transparent glass, and the thermal processing state can be visually observed from the outside.
【００８９】図１５，図１６の例では上側の電極１１
を分解可能としているが、上下の電極をともに基部側と
先端側とに分解可能としておくこともできる。このよう
にすると、各電極の先端側のみ交換することで目的に応
じた使用が可能となる。例えば、粉末焼結の場合は、φ
５０mm以上の電極を使用し、一方、材料接合の場合は電
力エネルギーを効率的に使うために電力が収束するよう
にタングステン電極φ１．０mm〜φ１．０mm（先端φ
０．１mm）を使用するが、上記のように電極を分解可能
とすれば、先端側のみ複数種類用意して交換することに
よりこれらの目的に使い分けることができる。In the example of FIGS. 15 and 16, the upper electrode 11
However, it is also possible to disassemble both the upper and lower electrodes into the base side and the tip side. By doing so, it is possible to use the electrodes according to the purpose by exchanging only the tip side of each electrode. For example, in the case of powder sintering, φ
An electrode with a diameter of 50 mm or more is used. On the other hand, in the case of material bonding, tungsten electrodes φ1.0 mm to φ1.0 mm (tip φ
0.1 mm) is used, but if the electrodes can be disassembled as described above, it is possible to use them for these purposes by preparing and exchanging a plurality of types only on the tip side.
【００９０】被加工物を連続して移動させつつ熱加工
を施すような用途に適用する場合、図１７に示すように
上下電極をロール回転方式としてもよい。すなわち、図
１７は黒鉛繊維等の繊維状の被加工物に連続的に熱加工
を施す連続生産システムに適用する場合の電極配置部分
の構造を示し、この図において、加工部６０には、上下
の相対応する一対のロール状電極６１，６２を１組とし
て、被加工物を送るライン上に所定間隔おきに複数組の
ロール状電極６１，６２が配設されている。各組の一対
のロール状電極６１，６２は、図外の軸受手段によって
回転可能に支持されるとともに、その軸受手段を介して
図外の加圧機構で押圧されることにより、被加工物を挟
んで互いに押し付けられ、この状態で所定の送り方向に
回転駆動されるようになっている。In the case of applying to an application where the workpiece is continuously moved and subjected to thermal processing, the upper and lower electrodes may be of a roll rotation type as shown in FIG. That is, FIG. 17 shows the structure of the electrode arrangement portion when applied to a continuous production system in which a fibrous work such as graphite fiber is continuously heat-processed. A pair of roll-shaped electrodes 61, 62 corresponding to each other is set as one set, and a plurality of sets of roll-shaped electrodes 61, 62 are arranged at predetermined intervals on a line for feeding a workpiece. The pair of roll-shaped electrodes 61, 62 of each set are rotatably supported by bearing means (not shown), and are pressed by a pressure mechanism (not shown) via the bearing means, so that the workpiece is They are sandwiched and pressed against each other, and in this state, they are rotationally driven in a predetermined feeding direction.
【００９１】また、各ロール状電極６１，６２には図外
の給電子が接触し、この給電子を介して電源装置６５か
らパルスエネルギーがロール状電極６１，６２間の被加
工物に付与されるようになっている。Further, a power supply (not shown) comes into contact with each of the roll-shaped electrodes 61, 62, and pulse energy is applied to the workpiece between the roll-shaped electrodes 61, 62 from the power supply device 65 via the power supply. It has become so.
【００９２】被加工物の原材料は原材料供給部６７から
加工部に供給されて電極配設部分の始端側から一対のロ
ール状電極６１，６２の間に導かれ、複数組のロール状
電極６１，６２を通過する間に熱加工が施された後、加
工部から送出され、巻き取り装置６８に巻き取られるよ
うになっている。The raw material of the workpiece is supplied from the raw material supply section 67 to the processing section and guided between the pair of roll-shaped electrodes 61, 62 from the starting end side of the electrode arrangement portion, and a plurality of sets of roll-shaped electrodes 61, After being subjected to thermal processing while passing through 62, it is sent out from the processing section and wound up by a winding device 68.
【００９３】このようにロール状電極６１，６２を用い
ると、導電性を有する繊維製品にパルスエネルギーを連
続的に与えて効果的に熱加工を施すことができる。黒鉛
繊維にこの方法で加工を行った結果、繊維引っ張り強度
が２０％〜３５％向上した。By using the roll-shaped electrodes 61 and 62 as described above, pulse energy can be continuously applied to the electrically conductive fiber product to effectively perform thermal processing. As a result of processing the graphite fiber by this method, the fiber tensile strength was improved by 20% to 35%.
【００９４】[0094]
【発明の効果】以上のように、本発明の熱加工装置は、
電源装置と管理制御装置とを備え、上記電源装置はパル
ス特性の変更が可能なパルス電源回路と制御手段とを有
し、管理制御装置は入力操作に応じてパルス特性に関係
する各種要素を設定する手段、その設定に応じた信号を
電源装置に出力する手段、データを記憶する手段、現実
の加工状態を監視する手段等を有しているため、パルス
特性に関係する各種要素を種々設定して、その種々の設
定条件下で熱処理による加工状態を監視し、解析するこ
とにより、被加工物に対して適正なパルス特性を調べる
ことができる。とくに、上記パルス電源回路はパルス波
形が異なる複数種類のパルスパターンの中から１つのパ
ルスパターン又は複数のパルスパターンの組み合わせを
選択可能とするとともに、パルス電流、パルス周期及び
パルス幅を含むパルス特性調整要素を変更可能とするよ
うに構成されているため、多種多様の材料に対して実験
的に適正なパルス特性を調べることができ、そのデータ
を記憶、保存してその後の熱処理の制御に利用すること
ができる。As described above, the thermal processing apparatus of the present invention is
The power supply device includes a power supply device and a management control device, the power supply device includes a pulse power supply circuit capable of changing pulse characteristics, and a control means, and the management control device sets various elements related to the pulse characteristics according to an input operation. Means, a means for outputting a signal according to the setting to the power supply device, a means for storing data, a means for monitoring the actual machining state, etc., so that various elements related to pulse characteristics can be set variously. Then, by monitoring and analyzing the processing state by the heat treatment under the various set conditions, it is possible to investigate the proper pulse characteristics for the workpiece. In particular, the pulse power supply circuit enables selection of one pulse pattern or a combination of a plurality of pulse patterns from a plurality of types of pulse patterns having different pulse waveforms, and pulse characteristic adjustment including pulse current, pulse period and pulse width. Since the elements can be changed, it is possible to experimentally investigate appropriate pulse characteristics for a wide variety of materials, and store and store the data to control the subsequent heat treatment. be able to.
【００９５】また、電源装置にＣＰＵ等の制御手段を設
けて小型コンピュータとしての機能をもたせ、これと管
理制御装置とを通信可能に接続しているため、管理制御
装置や通信回線等をコンパクト化し、熱加工装置全体を
小型化することができる。Further, since the power supply device is provided with a control means such as a CPU so as to have a function as a small computer, and this and the management control device are communicably connected to each other, the management control device, the communication line and the like are made compact. The entire heat processing apparatus can be downsized.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の一実施形態による熱加工装置全体の概
略図である。FIG. 1 is a schematic view of an entire thermal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】加工部の構造説明図である。FIG. 2 is a structural explanatory view of a processing portion.
【図３】制御系の概略を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a control system.
【図４】管理制御装置及び電源装置の基本構成説明図で
あ。FIG. 4 is an explanatory diagram of a basic configuration of a management control device and a power supply device.
【図５】パルス電源回路を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a pulse power supply circuit.
【図６】（ａ）〜（ｄ）はパルス波形が異なる複数種類
のパターンを示す説明図である。6A to 6D are explanatory diagrams showing a plurality of types of patterns having different pulse waveforms.
【図７】上記複数種類のパターンの組合わせを示す説明
図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a combination of the plurality of types of patterns.
【図８】管理制御装置の構成を示す機能ブロック図であ
る。FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration of a management control device.
【図９】管理制御装置の操作フローを示すフローチャー
トである。FIG. 9 is a flowchart showing an operation flow of the management control device.
【図１０】電源パルス制御の具体例を示すフローチャー
トである。FIG. 10 is a flowchart showing a specific example of power pulse control.
【図１１】手動制御モード選択時のシミュレーション・
条件設定画面を示す図である。FIG. 11: Simulation when manual control mode is selected
It is a figure which shows a condition setting screen.
【図１２】半自動制御モード選択時のシミュレーション
・条件設定画面を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a simulation / condition setting screen when the semi-automatic control mode is selected.
【図１３】傾斜機能材料についての実験データを示すグ
ラフである。FIG. 13 is a graph showing experimental data on functionally graded materials.
【図１４】被加工物にパルスエネルギーを印加したとき
の、被加工部に加わる圧力の変動を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing a change in pressure applied to a processed portion when pulse energy is applied to the processed object.
【図１５】本発明の装置において加工部に設けられる環
境設定用のチャンバーの別の実施形態を示す断面図であ
る。FIG. 15 is a cross-sectional view showing another embodiment of the environment setting chamber provided in the processing section in the apparatus of the present invention.
【図１６】図１５に示すチャンバーの分解状態の断面図
である。16 is a sectional view of the chamber shown in FIG. 15 in an exploded state.
【図１７】本発明の装置における電極の別の実施形態を
示す概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing another embodiment of an electrode in the device of the present invention.
１ 加工部 ２ 電源装置 ３ 制御盤 ４ 管理制御装置 ５ 入力操作部 ６ ディスプレー ８ 試料 １１，１２ 電極 ３９ ＣＰＵ ４０ パルス電源回路 ４７ 設定手段 ４８ 記憶手段 ４９ 監視手段 1 Processing department 2 power supply 3 control panel 4 Management control device 5 Input operation section 6 displays 8 samples 11, 12 electrodes 39 CPU 40 pulse power supply circuit 47 setting means 48 storage means 49 Monitoring means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−197369（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56604（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−82617（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−199204（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−23409（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/09 B23K 11/06 B22F 3/10 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-1-197369 (JP, A) JP-A-3-56604 (JP, A) JP-A-4-82617 (JP, A) JP-A-8- 199204 (JP, A) JP-B-44-23409 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 9/09 B23K 11/06 B22F 3/10
Claims (6)
対して電力供給を行う電源装置と、この電源装置に接続
された管理制御装置とを備え、 上記電源装置は、熱加工のためのパルス電流を発生する
パルス電源回路と、上記管理制御装置からの信号に応じ
て上記パルス電源回路を制御する制御手段とを有し、 上記パルス電源回路は、パルス波形が異なる複数種類の
パルスパターンの中から１つのパルスパターン又は複数
のパルスパターンの組み合わせを選択可能とするととも
に、パルス電流、パルス周期及びパルス幅を含むパルス
特性調整要素を変更可能とするように構成され、 一方、上記管理制御装置は、上記パルスパターン及び上
記パルス特性調整要素からなるパルス特性を入力操作部
による入力に応じて設定する設定手段と、その設定に応
じた信号を上記電源装置に出力する手段と、設定された
条件及びパルス特性に関するデータを記憶する記憶手段
と、上記加工部での加工状態を検出する手段から得られ
るデータに基づいて現実の加工状態を監視する手段とを
有することを特徴とする熱加工装置。1. A power supply device for supplying electric power to a processing part on which a workpiece and an electrode are arranged, and a management control device connected to the power supply device, wherein the power supply device is for thermal processing. A pulse power supply circuit for generating a pulse current and a control means for controlling the pulse power supply circuit according to a signal from the management control device, wherein the pulse power supply circuit has a plurality of types of pulse patterns having different pulse waveforms. One pulse pattern or a combination of a plurality of pulse patterns can be selected from among the above, and the pulse characteristic adjusting element including the pulse current, the pulse period, and the pulse width can be changed. The apparatus includes a setting means for setting the pulse characteristic including the pulse pattern and the pulse characteristic adjusting element according to an input from the input operation unit, and the setting means. Based on the data obtained from the means for outputting a signal corresponding to the above to the power supply device, the storage means for storing the data regarding the set conditions and the pulse characteristics, and the means for detecting the processing state in the processing section. And a means for monitoring a processing state.
ーンの選択に基づいてパルス特性の設定及びそれに従っ
た電力供給の制御を行う第１の制御モードと、複数のパ
ルスパターンの組み合わせの選択に基づいてその複数の
パルスパターンの組み合わせからなるパルス特性の設定
及びそれに従った電力供給の制御を行う第２の制御モー
ドと、最終的なパルス特性の設定に応じて電力供給の自
動制御を行う第３の制御モードとを選択可能としている
ことを特徴とする請求項１記載の熱加工装置。2. The management control device selects a combination of a plurality of pulse patterns and a first control mode in which a pulse characteristic is set based on the selection of one pulse pattern and power supply is controlled accordingly. A second control mode for setting pulse characteristics based on a combination of a plurality of pulse patterns and controlling power supply in accordance therewith; and a second control mode for automatically controlling power supply according to the final setting of pulse characteristics. 3. The heat processing apparatus according to claim 1, wherein the control mode of No. 3 is selectable.
加える加圧手段と、被加工物を収容するチャンバー内の
真空度を調節する真空ポンプと、チャンバー内に雰囲気
ガスを供給してそのガス流量を調節するガス供給手段と
が具備され、上記管理制御装置は、パルス電圧、パルス
電流、パルス周期、パルス幅及びベース電流からなるパ
ルス特性調整要素と、上記加圧力、上記真空度及び上記
ガス流量からなる加工条件調整要素と、被加工物の温度
と、被加工物の軸方向の変位量とをパラメータとして、
上記パルス特性調整要素及び加工条件調整要素の設定に
基づく上記電源装置、上記加圧手段、上記真空ポンプ及
びガス供給手段の制御、加工状態の監視並びに上記温
度、変位量のシミュレートを行うことを特徴とする請求
項１記載の熱加工装置。3. A pressurizing means for applying a pressing force to the work piece, a vacuum pump for adjusting the degree of vacuum in a chamber accommodating the work piece, and an atmosphere gas supplied to the chamber. And a gas supply means for adjusting the gas flow rate of the gas, and the management control device includes a pulse characteristic adjusting element including a pulse voltage, a pulse current, a pulse period, a pulse width, and a base current, the pressing force, and the vacuum degree. And a machining condition adjusting element consisting of the gas flow rate, a temperature of the workpiece, and an axial displacement of the workpiece as parameters,
To control the power supply device, the pressurizing means, the vacuum pump and the gas supply means based on the settings of the pulse characteristic adjusting element and the processing condition adjusting element, monitor the processing state, and simulate the temperature and the displacement amount. The thermal processing apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
設定用のチャンバーを備え、このチャンバーは、上下両
電極がそれぞれ貫通する上壁部及び下壁部と、これらの
間の胴部とに３分割され、上壁部及び下壁部に対して胴
部が着脱可能に結合されていることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の熱加工装置。4. The processing section includes an environment setting chamber for accommodating a workpiece, the chamber including an upper wall portion and a lower wall portion through which the upper and lower electrodes respectively pass, and a body portion therebetween. 4. The thermal processing apparatus according to claim 1, wherein the thermal processing device is divided into three parts, and the body part is detachably coupled to the upper wall part and the lower wall part.
それぞれ、基部と先端部とに分割し、その先端部を基部
に対して着脱可能に連結したことを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の熱加工装置。5. A pair of electrodes arranged in the processed portion,
Each of them is divided into a base portion and a tip portion, and the tip portion is detachably connected to the base portion.
5. The thermal processing apparatus according to any one of 4 to 4.
のロール状電極を備え、この両ロール状電極間に被加工
物を通して、両ロール状電極の回転により被加工物を移
動させつつ、両ロール状電極にパルス電流を供給して連
続的に熱加工を行うようにしたことを特徴とする請求項
１記載の熱加工装置。6. The processing section includes a pair of rotatable roll-shaped electrodes corresponding to each other, and the work-piece is passed between the roll-shaped electrodes, and the work-piece is moved by the rotation of both roll-shaped electrodes. 2. The thermal processing apparatus according to claim 1, wherein a pulse current is supplied to both roll-shaped electrodes to perform thermal processing continuously.
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