JP3597797B2 - 通電熱加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末焼結材料からなる被加工物に対し電流を供給して放電焼結を行う装置に関するものであって、特に、少ない電力で適正に焼結処理を施し得る商業的規模の実操業に適した通電熱加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許第３１３２５６０号公報に記載されているような熱加工装置が知られている。この熱加工装置は、粉末焼結材料からなる被加工物を装填する筒状の型と、この型に摺接状態で下部から内嵌される下型としての下部電極と、同上部から内嵌される上型としての上部電極と、これら両電極に電流を供給する電源装置と、両電極を介して型内の被加工物を加圧する加圧装置と、上記パルス電流を制御する制御手段とを備えた基本構成を有している。
【０００３】
かかる装置の型内に被加工物を装填した後、型内の被加工物を上下の電極を介して加圧装置により所定の圧力で加圧しつつ、電源装置からの電流を上下の電極を介して被加工物に供給することにより、被加工物は通電発熱で高温になり、焼結処理が施される。
【０００４】
そして、特に制御手段の制御によってパルスの立上り時点で被加工物の固有電気抵抗値の５０〜５０００倍となる高電圧を０．０１秒〜０．１秒間印加するようになされているため、この瞬間的な高電圧の印加によって被加工物である粉末焼結材料の粒子間の空間にアーク放電が生起され、これによる高発熱で被加工物に対する焼結処理は短時間で完了する。
【０００５】
なお、上記アーク放電の生起は、焼結処理の初期において発生するものであり、焼結処理の略半分が進行した後には、被加工物および型の有する固有抵抗値による通電発熱に移行する。この通電発熱の過程において被加工物に対し加圧処理を施すことにより効率的な焼結処理が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の熱加工装置は、各種のデータ採取を目的として被加工物にパルス電流を印加して実験的に焼結処理を施すのに好適なものであり、実験用であれば型の容量は数ｍｌ程度の大きさのものであればよい。しかしこのような小容量の装置を用いて商業的規模での実操業を行うことができない。
【０００７】
そこで、装置をスケールアップして実操業用に大きくすることが行われるが、商業的規模では型の容量は、例えば直径が１００ｍｍで有効厚みが１０ｍｍで略８００００ｍｌのものが採用される等、型が格段に大きくなって被加工物が大きくなり、これによって被加工物が装填された型内に装置と同様の温度環境を現出させようとすれば、多大の電力を被加工物に与えなければならず、焼結製品の製造コストが高騰するという解決するべき課題が提起される。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、少ない電力消費で被加工物に対して適正に焼結処理を施すことができる通電熱加工装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、粉末焼結材料からなる被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持する対向電極とを備え、対向電極に挟持された状態の被加工物に電流を供給することにより通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、上記対向電極は、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように寸法設定された当接部を有し、上記当接部は、パンチ板を横断するように設けられた複数条のパンチ突条によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、型に装填された粉末焼結材料からなる被加工物は、対向電極からの電流の供給により発熱して焼結されて焼結製品になる。そしてこの焼結処理において、対向電極に供給された電流は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように寸法設定されたパンチ板の当接部を介して均熱板に供給されるため、当接部の面積が均熱板の面積より小さくなっている分、形状加工したパンチ板の凸部分での電流密度が大きくなり、この大きな電流密度による通電発熱で均熱板のパンチ板との当接位置が高温に加熱される。
【００１１】
そして、型内で一対の均熱板により挟持された被加工物は、高密度の電流で高温に加熱されたパンチ板の当接部分からの熱伝導で熱が拡散した状態で均熱板に伝わり、その熱を受けることによって均一に加熱される。
【００１２】
このように、パンチ板の均熱板に対する当接面積を小さくすることでパンチ板の当接部分の電流密度を大きくして高熱が均熱板に拡散されて被加工物に供給されるようなされているため、均熱板に対する当接面積が小さくなるように設定された当接部を有していない従来のパンチ板にあっては、パンチ板の全面が通電対象になって電流密度が小さくなり発熱量が少なくなるような不都合が生じるが、請求項１の発明ではそのような不都合は起こらない。
【００１３】
従って、少ない電気エネルギーであっても型内の被加工物に所定の高温での焼結処理を施すことが可能になり、運転コストの低減化を実現した上で良質の焼結製品が得られる。
【００１４】
請求項１記載の発明におけるパンチ板を横断するように設けられた複数条のパンチ突条によって形成された当接部を、パンチ板に突設された複数のパンチ突起（請求項２）に代えたり、パンチ板の中心位置から周方向の外方に向かうように同心円状に形成された突条（請求項３）に代えてもよい。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、上記パンチ板にさらに一または複数層のパンチ板が積層されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、パンチ板を複数層にすることにより、各パンチ板それぞれの当接部をそれ程小さくせずにパンチ板の機械的強度を確保した上で、各パンチ板で発生した熱エネルギーを合計することにより、焼結処理に必要な所要の熱エネルギーが得られる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、上記パンチ板にはスペーサーがさらに積層され、このスペーサーは、パンチ板への当接面から遠ざかるに従って当接面に平行な断面積が漸減するように寸法設定されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、スペーサーのパンチ板に対する当接面が最少になっているためその分電流密度が高くなり、スペーサーのパンチ板に当接している部分は他の部分に比べて通電発熱量が多くなり、この通電による発熱がパンチ板を介して被加工物に熱伝達されるため、被加工物の焼結処理の熱効率が向上する。また、スペーサーは、パンチ板への当接面から遠ざかるに従って断面積が漸増しているため、機械的な強度が確保される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係る通電熱加工装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図であり、図１は、加工炉本体から蓋体が取り外された状態、図２は、蓋体が加工炉本体に装着された状態をそれぞれ示している。また、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
これらの図に示すように、熱加工装置１０は、焼結材料（被加工物）Ｍ（図３）に対してパルス電流を印加することによる通電加熱で当該焼結材料Ｍに焼結処理を施すものであり、縦長の直方体状の枠体２０と、この枠体２０内に設けられる薄板製の筒状の安全カバー３０と、この安全カバー３０に内装される熱加工炉４０と、この熱加工炉４０の上下から当該熱加工炉４０内に摺接状態で嵌挿される対向電極５０と、この対向電極５０の上方側の電極（上部電極５１）を押圧するシリンダ装置７０と、上記対向電極５０の各先端側（後述する均熱板５１ａ，５２ａおよびパンチ板５１ｂ，５２ｂ）が摺接状態で内嵌される型６０と、上記熱加工炉４０内で対向電極５０および型６０を包囲するように設けられた補助加熱部材８０とを備えた基本構成を有している。
【００２１】
上記対向電極５０および補助加熱部材８０へは電源装置９０からの電力が供給されるようになっている。電源装置９０は、商用電源からの交流電流を変調することにより得られる所定のパルス電流を対向電極５０に供給するパルス電流供給部９１と、補助加熱部材８０に三相で２２０Ｖの商用電力をそのまま供給する補助加熱用電力供給部９２とからなっている。
【００２２】
また、枠体２０の近傍には、熱加工炉４０内の空気を吸引除去して当該熱加工炉４０内を真空環境にする真空ポンプ１００が設けられ、この真空ポンプ１００の駆動により型６０内が真空にされた状態で焼結材料Ｍ（図３）に対して熱加工が行われるようになっている。
【００２３】
また、枠体２０の近傍には、シリンダ装置７０に油圧を供給して上部電極５１を昇降させる油圧ユニット１１０が設けられている。この油圧ユニット１１０の駆動による仕切板２４を介した上部電極５１の押圧によって型６０内に装填されている焼結材料Ｍが所定の圧力で圧縮されるようになっている。
【００２４】
上記枠体２０は、平面視で正方形状を呈する基礎板２１と、この基礎板２１の四隅部に立設された４本の円柱状のガイド支柱２２と、このガイド支柱２２の頂部にボルト止めで固定された平面視で正方形状の天板２３と、四隅部が上記各ガイド支柱２２に摺接状態で貫通された平面視で正方形状の仕切板２４とを備えて構成されている。
【００２５】
さらに、対向電極５０（上部電極５１および下部電極５２）の内部には冷却水路５５が設けられ、この冷却水路５５に上水あるいは工業用水等の冷却水源１２０からの冷却水が供給されて対向電極５０を冷却するようにしている。こうすることにより対向電極５０の過加熱を防止している。
【００２６】
また、冷却水源１２０から上部電極５１に向かう冷却水配管には上部電極用制御弁１２１が設けられているとともに、冷却水源１２０から下部電極５２に向かう冷却水配管には下部電極用制御弁１２２が設けられ、これら制御弁１２１，１２２の開閉操作で冷却水流量を調節することにより上部電極５１の上部位置および下部電極５２の下部位置の温度を制御するようになされている。
【００２７】
なお、上部電極５１および下部電極５２にはそれぞれ冷却水の受入口と排出口とが設けられているが、これらを図示すると図面が煩雑になって見苦しくなるためこれらの図示を省略している。
【００２８】
そして、上記シリンダ装置７０は、仕切板２４を境にしてその上部に設けられている一方、安全カバー３０、熱加工炉４０および対向電極５０は、仕切板２４の下部に設けられ、これによってシリンダ装置７０の加圧力は仕切板２４を介して上部電極５１に伝達されるのに対し、シリンダ装置７０が加圧操作を行わないときは、上部電極５１はシリンダ装置７０とは縁切り状態になるようにしている。
【００２９】
上記安全カバー３０は、密封状態で熱加工炉４０、対向電極５０および型６０を収容するものであり、円筒状の容器本体３１と、この容器本体３１の上面開口を閉止する天板３２と、容器本体３１の周面に開閉自在に取り付けられた開閉扉３３とからなっている。上記天板３２の中央位置には、上部電極５１を摺接状態で嵌挿する嵌挿孔３２ａが穿設されている。
【００３０】
上記開閉扉３３は、容器本体３１の周面開口３１ａを閉止し得るように図略の蝶番回りに回動可能に当該容器本体３１に取り付けられている。かかる開閉扉３３は、曲率半径が安全カバー３０の半径と同一に寸法設定された平面視で円弧状に形成され、中心角が略１２０°に設定されている。そして、開閉扉３３を閉止することにより熱加工炉４０が安全カバー３０内に納められた状態になって安全性が確保されるようになっている。
【００３１】
上記熱加工炉４０は、加工炉本体４１と、この加工炉本体４１に着脱自在に装着される蓋体４２と、加工炉本体４１の底面開口を閉止する底板４４と、加工炉本体４１の上面開口を閉止する天板４３とを備えて構成されている。
【００３２】
加工炉本体４１は、内径寸法が型６０の外径寸法に補助加熱部材８０の厚み寸法を加えた寸法より僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは補助加熱部材８０に対して非常に接近した状態で補助加熱部材８０からの熱を受けるようになっている。
【００３３】
かかる加工炉本体４１を備えた熱加工炉４０は、円筒体の周面の一部が切り欠かれた状態で形成され、平面視の中心角が略２４０°に設定されている一方、上記蓋体４２は、加工炉本体４１の切り欠かれた部分に対応するように平面視で円弧状に形成され、曲率半径が加工炉本体４１のそれと同一に寸法設定されているとともに、中心角が略１２０°に設定され、加工炉本体４１の切り欠かれた部分に嵌め合わされることによって加工炉本体４１とで円筒体が形成されるようになっている。
【００３４】
また、加工炉本体４１および加工炉本体４１の下縁部には、径方向の内方および外方に向けて所定量だけ突出した下部フランジ４１ａ，４２ａがそれぞれ設けられているとともに、同上縁部には、下部フランジ４１ａ，４２ａと同様の上部フランジ４１ｂ，４２ｂがそれぞれ設けられている。そして、上記底板４４は、径寸法が加工炉本体４１に蓋体４２が装着された状態で下部フランジ４１ａ，４２ａの外径寸法と同一に寸法設定されているとともに、上記天板４３は、径寸法が上部フランジ４１ｂ，４２ｂの外径寸法と同一に寸法設定されている。
【００３５】
従って、蓋体４２が加工炉本体４１に装着された状態で、底板４４を下部フランジ４１ａ，４２ａにボルト止めで固定するとともに、天板４３を上部フランジ４１ｂ，４２ｂにボルト止めで固定することにより、図２に示すように、加工炉本体４１の出入口４５が蓋体４２によって閉止された状態の熱加工炉４０が得られる。そして、蓋体４２の下部フランジ４２ａと底板４４とを連結しているボルト、および蓋体４２の上部フランジ４２ｂと天板４３とを連結しているボルトをそれぞれ外すことにより、蓋体４２は、図１に示すように、加工炉本体４１から取り外し得るようになる。
【００３６】
なお、上記のように蓋体４２を加工炉本体４１にボルト止めで締結する代わりに、蓋体４２を加工炉本体４１に蝶番を介して開閉自在に取り付け、蓋体４２が閉止された状態で所定のロック機構で閉止状態をロックするようにしてもよい。
【００３７】
また、天板４３および底板４４には、下部電極５２および上部電極５１を通すための上部筒体４３ａおよび下部筒体４４ａがそれぞれ天板４３および底板４４と同心で設けられている。そして、上部筒体４３ａと上部電極５１との間には上部環状絶縁体４３ｂが摺接状態で介設されているとともに、下部筒体４４ａと下部電極５２との間には下部環状絶縁体４４ｂが介設されている。これらの環状絶縁体４３ｂ，４４ｂによって対向電極５０と熱加工炉４０とが互いに絶縁状態になるようにしている。
【００３８】
上記対向電極５０は、型６０の上部に設けられる上部電極５１と、同下部に設けられる下部電極５２とからなっている。型６０内の焼結材料Ｍは、これら上下の電極５１，５２からのパルス電流の印加を受けて自身の通電発熱および放電発熱によって加熱されるとともに、後述するパンチ板５１ｂ，５２ｂの通電発熱が均熱板５１ａ，５２ａを介して伝熱されて加熱され、これによって焼結処理されるようになっている。
【００３９】
上記上部電極５１は、図３に示すように、型６０のキャビティ内に上から摺接状態で嵌挿される黒鉛製の上部均熱板５１ａと、この上部均熱板５１ａの上面に積層される黒鉛製の上部パンチ板５１ｂと、この上部パンチ板５１ｂの上面に積層される上部均圧板５１ｃと、この上部均圧板５１ｃの上面に順次積層される第一上部スペーサー５１ｄ、第二上部スペーサー５１ｅ、第三上部スペーサー５１ｆおよび第四上部スペーサー５１ｇ等からなっている。
【００４０】
上記下部電極５２は、図３に示すように、型６０のキャビティ内に下から摺接状態で嵌挿される黒鉛製の下部均熱板５２ａと、この下部均熱板５２ａの下面に積層される黒鉛製の下部パンチ板５２ｂと、この下部パンチ板５２ｂの下面に積層される下部均圧板５２ｃと、この下部均圧板５２ｃの下面に順次積層される第一下部スペーサー５２ｄ、第二下部スペーサー５２ｅ、第三下部スペーサー５２ｆおよび第四下部スペーサー５２ｇとからなっている。
【００４１】
そして、型６０内に装填された焼結材料Ｍは、上記各均熱板５１ａ，５２ａに押圧挟持された状態でパルス電流供給部９１からのパルス電流が印加されることにより、焼結材料Ｍの通電発熱および焼結材料Ｍの粒子間で生起されるアーク放電による放電発熱によって加熱されて焼結される。
【００４２】
図４は、パンチ板５１ｂ，５２ｂの一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板５１ｂを、（ロ）は下部パンチ板５２ｂをそれぞれ示している。なお、上部パンチ板５１ｂと下部パンチ板５２ｂとは外径寸法が下部パンチ板５２ｂの方が上部パンチ板５１ｂより若干大き目に寸法設定されている他は同一仕様である。そして、上部パンチ板５１ｂは、パンチ面を下方に向けて使用されるのに対し、下部パンチ板５２ｂはパンチ面を上方に向けて使用される。
【００４３】
かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂは、図４に示すように、型６０の内径寸法より僅かに小さい外径寸法を有するパンチ板本体５３と、このパンチ板本体５３の一方の面に形成された円形突出部５４とからなっている。
【００４４】
上記円形突出部５４は、径寸法がパンチ板本体５３の径寸法より若干小さく設定されてパンチ板本体５３から同心で突設されている。かかる円形突出部５４には、互いに平行な複数のパンチスリット５４ａが当該円形突出部５４を横断するように等ピッチで凹設されているとともに、隣り合った各パンチスリット５４ａ間にそれぞれパンチ突条５４ｂが形成されている。かかる円形突出部５４の外周縁部とパンチ板本体５３の外周縁部との間には面一状態の環状偏平部５３ａが形成されている。
【００４５】
かかるパンチ板５１ｂ，５２ｂが、図３に示すように、均熱板５１ａ，５２ａを介して焼結材料Ｍを挟持するようになっている。そして、このようなパンチ板５１ｂ，５２ｂが用いられるのは以下の理由による。すなわち、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、パンチ突条５４ｂが設けられることにより、当該パンチ突条５４ｂの表面のみが均熱板５１ａ，５２ａに当接することになり、この当接面積はパンチ突条５４ｂが設けられていない場合より大幅に小さくなるため、当接面積当たりの電流密度の値が大きくなり、これによってパンチ突条５４ｂと均熱板５１ａ，５２ａとの当接位置での発熱量が全面当接の場合に比べて格段に多くなる。
【００４６】
従って、パンチ板５１ｂ，５２ｂは、同一の電力を供給した場合にパンチ突条５４ｂが存在しないものより発熱量が多くなってより高温に加熱される。そして、より高温に加熱されたパンチ板５１ｂ，５２ｂの熱は、均熱板５１ａ，５２ａを介して均一に均された状態で焼結材料Ｍに伝達される。また、焼結材料Ｍは、均熱板５１ａ，５２ａから印加されるパルス電流による通電発熱によって加熱されるとともに、焼結材料Ｍの粒子間で生起されるアーク放電によっても加熱され焼結処理が施されることになる。
【００４７】
上記均圧板５１ｃ，５２ｃ（図３）は、パンチ板５１ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄとの間に介設され、第一スペーサー５１ｄ，５２ｄからの加圧力を均してパンチ板５１ｂ，５２ｂに伝達するものである。かかる均圧板５１ｃ，５２ｃをパンチ板５１ｂ，５２ｂと第一スペーサー５１ｄ，５２ｄとの間に介設することにより、パンチ板５１ｂ，５２ｂへの加圧位置偏在がなくなり、パンチ板５１ｂ，５２ｂが保護される。
【００４８】
上記第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ（図３）は、いずれも熱加工炉４０に内装されているのに対し、第三上部スペーサー５１ｆは上記上部環状絶縁体４３ｂに摺接状態で嵌挿されている。
【００４９】
また、第一〜第四上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇの内の第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆは環状体によって形成されている。そしてこれらの内径寸法は、第一上部スペーサー５１ｄのものが最大に設定され、第三上部スペーサー５１ｆに向かうに従って順次小さくなるように寸法設定されている。
【００５０】
これに対し第四上部スペーサー５１ｇ（これが実質的な電極の役割を担っている）は、環状体によって形成されていない代わり内部に冷却水路５５が設けられ、この冷却水路５５に冷却水源１２０からの冷却水が供給されることによって上部電極５１の上部が冷却されるようになっている。
【００５１】
そして、第一上部スペーサー５１ｄは、内径寸法が他のスペーサーに比べて最大になっている（すなわち断面積が最少になっている）ことにより通電抵抗が最大になっており、これによって三者の内で最大の通電発熱量が得られる一方、第二〜第三上部スペーサー５１ｅ，５１ｆに向かうに従って断面積が順次減少することにより通電発熱量も順次少なくなっていき、これによる熱勾配で上部電極５１の冷却処理（第四上部スペーサー５１ｇの冷却水路５５への冷却水供給による上部電極５１の冷却処理）に悪影響を及ぼさないようにしている。
【００５２】
上記第一〜第三下部スペーサー５２ｄ，５２ｅ，５２ｆは、上記第一〜第三上部スペーサー５１ｄ，５１ｅ，５１ｆと全く同一に寸法設定されている。これに対し、第四下部スペーサー５２ｇは、外径寸法が第四上部スペーサー５１ｇのそれより若干大き目に寸法設定され（具体的には下部筒体４４ａの外径寸法と同一に設定されている）、これによって熱加工炉４０を支持する支持台の役割を果し得るようになっている。
【００５３】
一方、熱加工炉４０の下部筒体４４ａと第四下部スペーサー５２ｇとの間には絶縁材料からなる絶縁リング５６が介設され、これによって熱加工炉４０第四下部スペーサー５２ｇとの間は電気的に絶縁状態になるようにしている。
【００５４】
上記型６０は、上下寸法が上下の均熱板５１ａ，５２ａの各厚み寸法と、上下のパンチ板５１ｂ，５２ｂの厚み寸法と、上下の均熱板５１ａ，５２ａ間に挟持される焼結材料Ｍの厚み寸法とを加えた寸法より若干短めに寸法設定されている。かかる型６０は、内径寸法が均熱板５１ａ，５２ａの径寸法より僅かに大きく寸法設定されているとともに、下部内周面に角部が全周に亘って切り欠かれることによって形成した環状角溝６１を有している。
【００５５】
この環状角溝６１は、内径寸法が下部パンチ板５２ｂのパンチ板本体５３より僅かに大きく寸法設定され、これによって、図３に示すように、環状角溝６１がパンチ板本体５３に外嵌された状態で当該環状角溝６１の上面が下部パンチ板５２ｂの環状偏平部５３ａに密着当止するようになっている。
【００５６】
上記シリンダ装置７０は、図１〜図３に示すように、枠体２０の天板２３上面の中央部に縦置きでボルト止めにより固定された油圧シリンダ７１と、この油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピストンロッド７２と、このピストンロッド７２の下端部に同心で固定されたプレスラム７３とからなっている。
【００５７】
枠体２０の天板２３の中央部には、ピストンロッド７２を挿通するための貫通孔２３ａが穿設され、油圧シリンダ７１から下方に向けて突出したピストンロッド７２は、この貫通孔２３ａを通って天板２３から下方に垂下している。かかるピストンロッド７２の下端部には雄ねじの螺設された雄ねじ部７２ａが形成されている一方、プレスラム７３の上面中央位置には雄ねじ部７２ａに対応したねじ孔７３ａが螺設され、雄ねじ部７２ａがねじ孔７３ａに螺着されることによりプレスラム７３がピストンロッド７２に連結されるようになっている。
【００５８】
上記プレスラム７３は、同心で二段になった円柱体によって形成され、下部の大径部の径寸法が上部電極５１の径寸法と略同一に設定されている。かかるプレスラム７３は、枠体２０の仕切板２４を介して上部電極５１の第四上部スペーサー５１ｇに対向している。従って、油圧シリンダ７１に油圧ユニット１１０からの油圧が順方向に供給されてピストンロッド７２が下降することにより上部電極５１が仕切板２４を介して下方に向けて押圧され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは、上下の均熱板５１ａ，５２ａによって加圧されることになる。
【００５９】
このように構成されたシリンダ装置７０によれば、対向電極５０を介した型６０内の焼結材料Ｍに対するシリンダ装置７０の加圧力の伝達は、ピストンロッド７２、プレスラム７３および仕切板２４を介して行われるようになっており、しかもプレスラム７３は、仕切板２４に対して離接可能になっているため、焼結材料Ｍに対する加圧エネルギーの付与と、焼結材料Ｍに対する通電加熱用および放電加熱用の電気エネルギーの付与とを互いに独立させた状態で焼結材料Ｍに対して焼結処理を施すことが可能になる。
【００６０】
これに対し、従来の上部電極５１がプレスラム７３と一体化されたものにあっては、焼結材料Ｍに対するシリンダ装置７０による加圧操作と、焼結材料Ｍに対するパルス電流供給部９１からのパルス電流の印加操作とが一体不可分に行われるため、加圧操作とパルス電流の印加操作とを互いに独立して行うことができず、焼結条件設定の自由度が狭いものになるが、本発明の加圧構造においては、加圧操作と電流印加操作とを互いに他とは独立した状態で行うことができるため、焼結条件設定の自由度が格段に増大し、適切な焼結条件を選択することによって幅の広い特性をもった良質の焼結製品を得ることができる。
【００６１】
図５は、補助加熱部材８０の一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、（ロ）は、組立て斜視図である。図５に示すように、補助加熱部材８０は、煉瓦やモルタル等の断熱材からなる円弧状に形成された断熱部材８１と、この断熱部材８１に設けられた棒状の通電発熱体８２とからなる基本構成を有している。通電発熱体８２としては、ニクロム線等の金属ヒータや黒鉛ヒータ等を挙げることができる。
【００６２】
断熱部材８１は、中心角が１２０°に設定されており、従って、三体の断熱部材８１の各両側縁部を互いに合わせることによって、図５の（ロ）に示すように、円筒状になる。かかる断熱部材８１は、厚み寸法が加工炉本体４１（蓋体４２）（図１）の内面と、型６０の外周面との間の距離より若干薄めに寸法設定されているとともに、上下寸法が下部フランジ４１ａと上部フランジ４１ｂとの間の距離と略同一に寸法設定されている。従って、二体の断熱部材８１は、図１に示すように、出入口４５を介して加工炉本体４１内の下部フランジ４１ａおよび上部フランジ４１ｂ間に圧入状態で装着することができる。また、残りの一体の断熱部材８１は、蓋体４２の下部フランジ４２ａおよび上部フランジ４２ｂ間に圧入状態で装着される。
【００６３】
なお、補助加熱部材８０を上下のフランジ間に圧入することに代えて、所定の係止手段を設け、この係止手段に係止させることにより補助加熱部材８０を加工炉本体４１および蓋体４２に装着するようにしてもよい。こうすることによって焼結処理する焼結材料Ｍの規模に合わせた大きさの補助加熱部材８０を随時装着することが可能になり、汎用性が向上する。
【００６４】
このように寸法設定された断熱部材８１は、その内面側に通電発熱体８２を嵌挿するための複数の嵌挿溝８１ａを有しており、この嵌挿溝８１ａに、同一の曲率半径を有するように湾曲された通電発熱体８２が装着されている。また、隣設した嵌挿溝８１ａの端部間には、各通電発熱体８２を直列に接続する接続線８２ａを嵌め込みための上下方向に延びた嵌込み溝８１ｂが千鳥状態で凹設されている。
【００６５】
さらに、断熱部材８１の一方の側端面の上下には、最上部および最下部の通電発熱体８２からのリード線８２ｂを引き出すための引出孔８１ｃがそれぞれ穿設され、これらの引出孔８１ｃから引き出されたリード線８２ｂは、電源装置９０の補助加熱用電力供給部９２からの電力線に接続され、これによって上記補助加熱用電力供給部９２からの電力が各通電発熱体８２に供給され得るようになっている。
【００６６】
通電発熱体８２と嵌挿溝８１ａとの間には、所定の隙間を備えた状態で通電発熱体８２を嵌挿溝８１ａに装着することが好ましい。その理由は、通電発熱体８２が略２０００℃の高温になることがあり、かかる高温の通電発熱体８２が嵌挿溝８１ａの内壁面に当接している状態では、内壁面が溶解してしまうおそれがあるからである。
【００６７】
このような補助加熱部材８０は、曲率外径寸法が加工炉本体４１の中央部の内径寸法と略同一に設定されているとともに、曲率内径寸法が型６０の外径寸法より僅かに大きく寸法設定され、これによって型６０内の焼結材料Ｍは、通電発熱体８２から照射される熱線を熱輻射で受けて補助加熱されるようになっている。
【００６８】
従って、例えば、補助加熱部材８０を除いた状態の熱加工炉４０を従来公知の通常の均熱炉に挿入した場合には、補助加熱の熱源が焼結材料Ｍから非常に遠いところに存在することにより、熱源からの輻射熱で型６０内の焼結材料Ｍを加熱することができず、結局、均熱炉内に封入された窒素やアルゴン等の不活性ガスを介して熱伝導で焼結材料Ｍを補助加熱せざるを得ず、従って、焼結材料Ｍが所定の高温に到達するまでに長時間を要するばかりか、高価な不活性ガスを焼結処理を行う都度大量に均熱炉内に供給しなければならず、焼結処理の迅速化および低コスト化を図る上でネックになっていた。
【００６９】
これに対し、本実施形態においては、通電発熱体８２が焼結材料Ｍに対して極めて卑近な距離に設けられており、焼結材料Ｍは通電発熱体８２の輻射熱で瞬時に加熱されるため、焼結材料Ｍの昇温が迅速に行われるばかりか、熱伝導に必要な高価な不活性ガスを用いる必要がなくなり、焼結処理の低コスト化を図る上で極めて有効である。
【００７０】
このように構成された補助加熱部材８０によれば、まず、補助加熱部材８０が三体の断熱部材８１を合体させることにより形成されて三分割可能になっているため、二体を出入口４５を介して加工炉本体４１に装着し得るとともに、残りの一体を蓋体４２に装着することが可能であり、熱加工炉４０に対する補助加熱部材８０の施工が容易になるとともに、補助加熱部材８０を移動させることなく熱加工炉４０に対して焼結材料Ｍおよび焼結製品を容易に出し入れすることが可能になる。
【００７１】
また、型６０内の焼結材料Ｍが、電源装置９０のパルス電流供給部９１からのパルス電流を対向電極５０を介して印加されることによる通電発熱および放電発熱で焼結されつつある状態、すなわち内部加熱がされつつある状態で、補助加熱用電力供給部９２からの電力を補助加熱部材８０の通電発熱体８２に供給することによる通電発熱体８２の発熱で型６０内の焼結材料Ｍから径方向の外方に向かう放熱が防止される。従って、型６０内の焼結材料Ｍは、型６０の外周面を介した放熱が確実に防止されることにより内部の温度分布が均一になり、均一な焼結処理が施されるため、得られた焼結製品は均質な商品価値の高いものになる。
【００７２】
以下、図６を基に熱加工装置１０の運転制御について説明する。図６は、制御装置１３０により実行される熱加工装置１０の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【００７３】
この図に示すように、制御装置１３０は、熱加工装置１０の全体的な運転制御を行うためのものであって、いわゆるマイクロコンピュータによって構成され、演算処理装置であるＣＰＵ１３１が内蔵されているとともに、制御装置１３０に対して所定のデータを入力したりＣＰＵ１３１の演算結果を出力する入出力装置１３２と、データを一時的に記憶する読み書き自在の外部記憶装置であるＲＡＭ１３３と、制御プログラムを記憶した読み込み専用の外部記憶装置であるＲＯＭ１３４とを備えて構成されている。
【００７４】
かかる制御装置１３０は、入出力装置１３２から入力された所定の指令信号および後述する各種のセンサからの検出信号に基き、ＲＯＭ１３４から読み取った制御プログラムの実行によって電源装置９０（パルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２）、真空ポンプ１００、油圧ユニット１１０および上下の電極用制御弁１２１，１２２に向けてそれぞれ所定の制御信号を出力し、これによる真空ポンプ１００の駆動で熱加工炉４０内が減圧状態とされ、パルス電流供給部９１からの駆動信号（パルス電流）の出力によって対向電極５０を介して型６０内の焼結材料Ｍにパルス電流が印加され、補助加熱用電力供給部９２からの駆動信号（商用交流電流）の出力によって補助加熱部材８０に商用交流電力が供給されて焼結材料Ｍが外部加熱され、油圧ユニット１１０からの駆動信号（油圧）の出力によるシリンダ装置７０の駆動で上部電極５１に対するプレスラム７３の押圧力が調節され、電極用制御弁１２１，１２２の開度調節で冷却水源１２０の流量が制御されるようになっている。
【００７５】
制御装置１３０による上記のような制御を実行するために、熱加工装置１０には各所に加工状況を検出する各種のセンサ１４０が設けられている。かかるセンサ１４０としては、均熱板５１ａ，５２ａに径方向に所定ピッチで内装された（図６に示す例では下部均熱板５２ａに設けられている）複数の第一温度センサ１４１と、第四上部スペーサー５１ｇに内装された第二温度センサ１４２と、第四下部スペーサー５２ｇに内装された第三温度センサ１４３と、プレスラム７３直下の仕切板２４に設けられた感圧センサ１４４とが採用されている。
【００７６】
上記第一温度センサ１４１は、型６０内で対向電極５０によりパルス電流が印加されて内部加熱されつつあるとともに、補助加熱部材８０からの熱を得て外部加熱されつつある焼結材料Ｍの径方向の温度分布を検出するためのものである。この第一温度センサ１４１の検出信号はＣＰＵ１３１に入力される一方、ＣＰＵ１３１には予め入出力装置１３２から焼結材料Ｍの設定温度分布が入力されており、第一温度センサ１４１からの検出信号に対応する検出温度と上記設定温度とがＣＰＵ１３１によって逐一比較演算され、検出温度と設定温度との差が許容限度を越えている場合には、ＣＰＵ１３１は、パルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２に向けてこの差を許容範囲内に納めるような制御信号を出力するようになっている。
【００７７】
具体的には、例えば焼結材料Ｍの中心位置の温度が許容範囲内に納まっているのに対して周縁部分の温度が許容範囲より低温である場合には、ＣＰＵ１３１から補助加熱用電力供給部９２に向けて補助加熱部材８０への供給電力量を大きくするための制御信号が出力され、これを受けた補助加熱用電力供給部９２は、補助加熱部材８０に対する電力供給量を多くする。これによる通電発熱体８２の発熱量の増大で焼結材料Ｍの周縁部が昇温して温度分布が許容範囲に回復されることになる。
【００７８】
これに対し、例えば焼結材料Ｍの周縁部の温度は許容範囲内に納まっているにも拘らず、中心部分の温度が許容範囲を越えて高温になっているような場合には、パルス電流供給部９１からの対向電極５０に対するパルス電流の供給が一時中断される。これによって焼結材料Ｍは通電発熱および放電発熱による内部加熱が行われなくなるため、補助加熱部材８０による外部加熱だけとなって焼結材料Ｍの中心部分の温度が許容範囲内に到るまで低下させられることになる。
【００７９】
以上要すれば、第三温度センサ１４３の温度検出結果に基づいてパルス電流供給部９１および補助加熱用電力供給部９２から対向電極５０および補助加熱部材８０に、焼結材料Ｍの温度分布が均一になるような所定の駆動信号が出力されるため、対向電極５０と補助加熱部材８０との協働によって焼結材料Ｍは予め設定された所定の温度分布が維持されるのである。
【００８０】
また、本実施形態においては、焼結材料Ｍの焼結処理の初期には補助加熱用電力供給部９２からの交流電力によって補助加熱部材８０を発熱させてその表面温度を略１０００℃にまで昇温し（略１５分でこの温度にまで昇温する）、略１０００℃になったことが第三温度センサ１４３の検出信号によって確認された後にパルス電流供給部９１からの駆動信号（パルス電流）を対向電極５０に供給するようにしている。こうすることにより、電力コストを抑えた上で迅速かつ適切に焼結材料Ｍに焼結処理を施すことができる。
【００８１】
つまり、仮に補助加熱部材８０による外部加熱だけで焼結を行うと、「４９０ｍｍ×４６０ｍｍ×３８０ｍｍ」程度の容積では、焼結温度を１０００℃にするには３〜４時間を要するが、本実施形態では、対向電極５０と補助加熱部材８０とを併用しているため、昇温時間の大幅な短縮が可能になるばかりか、均一な温度での焼結材料Ｍの焼結処理を達成することができる。
【００８２】
また、本実施形態においては、型６０として通電可能な黒鉛製のものを採用しているため、対向電極５０に印加されたパルス電流は、この型６０にも通電されて発熱し、型６０そのものがカーボンヒーターとしての役割を果すことから、型６０は、この点で焼結材料Ｍに対する均質な焼結処理に貢献する。
【００８３】
上記第二温度センサ１４２および第三温度センサ１４３は、第四上部スペーサー５１ｇおよび第四下部スペーサー５２ｇの温度を検出するためのものであり、これらの検出信号は逐一制御装置１３０に入力され、予め記憶されている設定温度とＣＰＵ１３１において比較され、この比較結果で制御装置１３０から上下の電極用制御弁１２１，１２２に向けて制御信号が出力される、いわゆるフィードバック制御が実行され、これによる冷却水源１２０からの冷却水量の調節で第四スペーサー５１ｇ，５２ｇの温度制御が行われるようになっている。
【００８４】
上記感圧センサ１４４は、シリンダ装置７０の焼結材料Ｍに対する押圧力を検出するためのものであり、制御装置１３０は、予め焼結材料Ｍの種類に応じて設定された設定圧力値と、感圧センサ１４４からの検出信号が示す検出圧力値とを比較し、この差が許容限度を越えているときは油圧ユニット１１０に向けて制御信号を出力し、これによる油圧ユニット１１０からの油圧の調節でシリンダ装置７０による焼結材料Ｍに対する押圧力が設定圧力値になるように制御されるようになっている。
【００８５】
かかる圧力制御によって、焼結材料Ｍは、その種類に応じて常に最適の圧力が付与された状態で焼結処理が施されることになり、焼結製品の品質が焼結材料Ｍの種類によってばらつくような不都合が回避される。
【００８６】
ついで、パルス電流供給部９１から出力されるパルス電流について説明する。パルス電流供給部９１内には、図略のパルス電源回路が設けられており、この電源回路へ制御装置１３０を介して入出力装置１３２からの入力信号を伝達することにより、種々のパルス特性調整要素の変更が可能になっている。具体的には、パルスの周波数は、１Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内でパルス周期、パルス間隔およびパルス幅の変更が可能であるとともに、パルスの電流エネルギーが５０〜５０００Ａの範囲で可能になっている。
【００８７】
特に放電焼結を行なう場合に適した機能として、パルス電源回路は、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焼結材料Ｍ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構成される。
【００８８】
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はすでに実験的に確認している。なお、試料としての焼結材料の固有抵抗値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。
【００８９】
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。
【００９０】
このように本実施形態の熱加工装置１０は、種々の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る。
【００９１】
すなわち、本実施形態の熱加工装置１０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、熱的悪影響を防止することができる。しかも、アーク放電熱加工の前に焼結材料Ｍを補助加熱部材８０によってある程度の温度まで加熱しておくことにより、電力コストを抑えた上で焼結材料Ｍに対して迅速かつ確実な焼結処理を施すことができる。
【００９２】
さらに本実施形態の熱加工装置１０においては、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６０内に充填した焼結材料Ｍに周期的にパルスエネルギーを与えると、パルスエネルギーが印加されたときに焼結材料Ｍの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のである。
【００９３】
このとき、シリンダ装置７０によって焼結材料Ｍの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。
【００９４】
例えば、全体圧力１０００ｋｇ、パルスエネルギー１０００Ａ、周波数１Ｈｚに設定してパルス電流を型６０内の焼結材料Ｍ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。
【００９５】
このパルス電流の放電効果は、粉状である焼結材料Ｍの焼結初期において効果があり、焼結が進んで粒子の間隙が少なくなるに連れて通電性が進み、焼結材料Ｍのもつ固有抵抗によるジュール発熱に移る。この時点からパンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂの発熱および補助加熱部材８０の発熱が有効に焼結材料Ｍに作用することになる。
【００９６】
本発明の熱加工装置１０は、以上詳述したように、粉末の焼結材料Ｍが装填される型６０と、この型６０内の焼結材料Ｍを挟持する対向電極５０とを備え、対向電極５０に挟持された状態の焼結材料Ｍにパルス電流を供給することにより通電発熱で焼結材料Ｍに焼結処理を施すものであり、上記対向電極５０は、対向面から順番に対向面が焼結材料Ｍに当接する均熱板５１ａ，５２ａと、各均熱板５１ａ，５２ａに積層されるパンチ板５１ｂ，５２ｂとをそれぞれ有し、上記パンチ板５１ｂ，５２ｂには、均熱板５１ａ，５２ａに対する当接面の面積が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくなるように寸法設定されたパンチ突条５４ｂが設けられているため、型６０に装填された粉状の焼結材料Ｍは、対向電極５０からのパルス電流の供給により発熱して焼結されて焼結製品になる。そしてこの焼結処理において、対向電極５０に供給されたパルス電流は、均熱板５１ａ，５２ａに対する当接面の面積が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくなるように寸法設定されたパンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂを介して均熱板５１ａ，５２ａに供給されるため、パンチ突条５４ｂの面積が均熱板５１ａ，５２ａの面積より小さくなっている分、各当接位置での電流密度が大きくなり、これによるパンチ板５１ｂ，５２ｂのパンチ突条５４ｂと均熱板５１ａ，５２ａとの間でのアーク放電の生起によって電気エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換することが可能になり、均熱板５１ａ，５２ａはパンチ板５１ｂ，５２ｂとの当接位置が高温に加熱される。
【００９７】
この均熱板５１ａ，５２ａおよびパンチ板５１ｂ，５２ｂの効果は、焼結処理における初期のアーク放電領域と、その後の抵抗発熱領域との双方において確かめられ、特に通電発熱による焼結処理については、抵抗発熱領域において顕著な効果が発揮される。
【００９８】
そして、型６０内で一対の均熱板５１ａ，５２ａにより挟持された焼結材料Ｍは、均熱板５１ａ，５２ａの高温に加熱された部分からの熱伝導で熱が拡散した状態で均熱板５１ａ，５２ａから熱を受けることによって均一に加熱される。
【００９９】
このように、パンチ板５１ｂ，５２ｂの均熱板５１ａ，５２ａに対する当接面積を、パンチ突条５４ｂを設けることで小さくすることにより電流密度を大きくして通電発熱量を多くするようになされているとともに、このアーク放電による高熱が均熱板５１ａ，５２ａで拡散されて焼結材料Ｍに供給されるようなされているため、パンチ突条５４ｂを有していない従来のパンチ板にあっては、その全面が通電対象になって電流密度が小さくなり抵抗発熱昇温が難くなるような不都合が生じるが、本発明ではこのような不都合を回避することができる。
【０１００】
従って、少ない電気エネルギーであっても型６０内の焼結材料Ｍに所定の高温での焼結処理を施すことが可能になり、運転コストの低減化を実現した上で良質の焼結製品を得ることができる。
【０１０１】
また、パンチ板５１ｂ，５２ｂには環状のスペーサー（第一スペーサー５１ｄ，５２ｄ、第二スペーサー５１ｅ，５２ｅおよび第三スペーサー５１ｆ，５２ｆ）が積層されているとともに、各スペーサーの内径寸法は、第一スペーサー５１ｄ，５２ｄが最も大きく、そのつぎは第二スペーサー５１ｅ，５２ｅであり、最も小さいのは第三スペーサー５１ｆ，５２ｆというように、スペーサーは、パンチ板５１ｂ，５２ｂへの当接面から遠ざかるに従って内径寸法が漸減するように寸法設定されているため、発熱したパンチ板５１ｂ，５２ｂの熱がスペーサーを介して放熱される放熱量を少なく抑えることが可能になり、焼結処理における熱効率を向上させることができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【０１０２】
（１）上記の実施形態においては、パンチ板５１ｂ，５２ｂの対向面に形成される円形突出部５４には、当該円形突出部５４を横断するように直状のパンチ突条５４ｂが設けられているが、本発明は、パンチ突条５４ｂが直状のものであることに限定されるものではなく、図７および図８に示す各種のパンチ突部を採用することができる。
【０１０３】
図７は、第二実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、（イ）は上部パンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パンチ板５２ｂを示している。図７に示すように、第二実施形態のパンチ突部（当接部）は、パンチ板５１ｂ，５２ｂの各パンチ板本体５３から対向方向に向けて突設された複数個の円柱状パンチ突起５４ｃによって構成されている。図７に示す例では、パンチ板本体５３の周縁より若干内側位置の同一円周上に周方向等ピッチで６個の円柱状パンチ突起５４ｃが設けられている。
【０１０４】
第二実施形態のパンチ突部によれば、パルス電流が通電されることにより、同一円周上に等ピッチで存在する円柱状パンチ突起５４ｃの先端面が当接した位置の均熱板５１ａ，５２ａが発熱し、この熱が均熱板５１ａ，５２ａでの熱伝導の過程で分散されて焼結材料Ｍに均一に伝達される。そして、パンチ板５１ｂ，５２ｂの対向面の全面が均熱板５１ａ，５２ａに当接する場合に比較して電流密度が大きくなるため、均熱板５１ａ，５２ａはより高温に加熱されるとともに、パンチ板５１ｂ，５２ｂの周縁部に円柱状パンチ突起５４ｃが存在しないことによりこの部分は他より高温に加熱されず、従って放熱が有効に防止される。
【０１０５】
図８は、第三実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ板５１ｂ，５２ｂを示す斜視図であり、（イ）は上部パンチ板５１ｂを示し、（ロ）は下部パンチ板５２ｂを示している。図８に示すように、第二実施形態のパンチ突部（当接部）は、パンチ板５１ｂ，５２ｂの各パンチ板本体５３の中心位置から周方向の外方に向かうように渦巻き状に形成された渦巻き突条５４ｄによって形成している。
【０１０６】
かかる渦巻き突条５４ｄを設けることにより、渦巻き突条５４ｄの渦巻きに沿うように焼結材料Ｍが加熱されるため、より良好な均一加熱が実現する。なお、渦巻き突条５４ｄに代えて同心の円形突条を複数設けてもよい。
【０１０７】
（２）上記の実施形態においては、各パンチ板５１ｂ，５２ｂは、それぞれ一層だけが設けられているが、図９に示すように、複数層で設けてもよい。なお、図９には各パンチ板５１ｂ，５２ｂが二層のものを示している。各パンチ板５１ｂ，５２ｂを複数層にすることにより、各パンチ板５１ｂ，５２ｂそれぞれの均熱板５１ａ，５２ａに対する当接面積をそれ程小さくせず、これによってにパンチ板５１ｂ，５２ｂの機械的強度を確保した上で、各均熱板５１ａ，５２ａで発生した熱エネルギーを合計することにより、焼結処理に必要な所要の熱エネルギーを得ることができる。
【０１０８】
（３）上記の実施形態においては、型６０として黒鉛製のものが採用され、この黒鉛製の型６０への通電による発熱をも焼結材料Ｍの加熱源として利用しているが、本発明は、特に型６０を加熱源としなくても、補助加熱部材８０によって焼結材料Ｍを外部加熱し得るように構成されていることから、型６０を特に黒鉛製にする必要はなく、セラミック製のものを採用してもよい。こうすることによって、対向電極５０から供給されたパルス電流を全て焼結材料Ｍに印加することが可能になり、これによる焼結材料Ｍ内での電流密度の増大によって焼結材料Ｍの粒子間でのプラズマ放電がより生起され易くなり、より良好な焼結処理が実現する。
【０１０９】
（４）上記の実施形態においては、焼結材料Ｍに対する加圧手段として油圧ユニット１１０からの油圧で作動するシリンダ装置７０が採用されているが、本発明は、加圧手段がシリンダ装置７０であることに限定されるものではなく、例えば電動モータの駆動で所定の押圧ロッドを作動させて焼結材料Ｍを押圧するような構造のものであってもよい。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、対向電極を、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパンチ板とを備えて構成し、パンチ板の均熱板に対する当接面の面積を、均熱板の面積より小さくなるように寸法設定しているため、対向電極に供給された電流は、このように寸法設定されたパンチ板の当接部を介して均熱板に供給され、当接部の面積が均熱板の面積より小さくなっている分、各当接位置での電流密度が大きくなり、これによるパンチ板の当接部の通電における電気エネルギーの効率的な熱エネルギーへの変換が可能になり、均熱板のパンチ板との当接位置をより高温にすることができる。
【０１１１】
そして、型内で一対の均熱板により挟持された被加工物は、高温に加熱された、形状加工されたパンチ板の当接部からの熱伝導で熱が拡散した状態で均熱板から熱を受けるため、当該被加工物を均一に加熱することができる。
【０１１２】
このように、パンチ板の均熱板に対する当接面積を小さくすることで電流密度を大きくして通電発熱量を多くし得るようになされているとともに、この高熱が均熱板で拡散されて被加工物に供給されるようなされているため、均熱板に対する当接面積が小さくなるように設定された当接部を有していない従来のパンチ板にあっては、パンチ板の全面が通電対象になって電流密度が小さくなり熱発生が少なくなるような不都合が生じることはなく、少ない電気エネルギーであっても型内の被加工物に所定の高温での焼結処理を施すことが可能になり、運転コストの低減化が実現された上で良質の焼結製品を得ることができる。
【０１１３】
請求項４記載の発明によれば、パンチ板にさらに一または複数層のパンチ板が積層されているため、各パンチ板それぞれの当接部の当接面積をそれ程小さくせずにパンチ板の機械的強度を確保した上で、各パンチ板で発生した熱エネルギーを合計することにより、焼結処理に必要な所要の熱エネルギーを得ることができる。
【０１１４】
請求項５記載の発明によれば、パンチ板にはスペーサーがさらに積層され、このスペーサーは、パンチ板への当接面から遠ざかるに従って断面積が漸減するように寸法設定されているため、その分電流密度が高くなり、スペーサーのパンチ板に当接している部分は他に比べて通電発熱量が多くなり、この熱がパンチ板を介して被加工物に熱伝達されることにより被加工物の焼結処理の熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る通電熱加工装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図であり、加工炉本体から蓋体が取り外された状態を示している。
【図２】図１に示す通電熱加工装置の加工炉本体に蓋体が装着された状態を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第一実施形態のパンチ突部を有するパンチ板を示す斜視図であり、（イ）は、上部パンチ板を、（ロ）は下部パンチ板をそれぞれ示している。
【図５】補助加熱部材の一実施形態を示す斜視図であり、（イ）は、一部切欠き分解斜視図、（ロ）は、組立て斜視図である。
【図６】制御装置により実行される熱加工装置の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【図７】第二実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ板を示す斜視図であり、（イ）は上部パンチ板を示し、（ロ）は下部パンチ板を示している。
【図８】第三実施形態のパンチ突部が設けられたパンチ板を示す斜視図であり、（イ）は上部パンチ板を示し、（ロ）は下部パンチ板を示している。
【図９】パンチ板を複数層で設けた例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 熱加工装置 ２０ 枠体
２１ 基礎板 ２２ ガイド支柱
２３ 天板 ２３ａ 貫通孔
２４ 仕切板 ３０ 収納容器
３１ 容器本体 ３１ａ 周面開口
３２ 天板 ３２ａ 嵌挿孔
３３ 開閉扉 ４０ 熱加工炉
４１ 加工炉本体 ４１ａ 下部フランジ
４１ｂ 上部フランジ ４２ 蓋体
４２ａ 下部フランジ ４２ｂ 上部フランジ
４３ 天板 ４３ａ 上部筒体
４４ｂ 下部環状絶縁体 ４４ 底板
４４ａ 下部筒体 ４５ 出入口
５０ 対向電極 ５１ 上部電極
５１ａ 上部均熱板 ５１ｂ 上部パンチ板
５１ｃ 上部均圧板
５１ｄ 第一上部スペーサー
５１ｅ 第二上部スペーサー
５１ｆ 第三上部スペーサー
５１ｇ 第四上部スペーサー
５２ 下部電極 ５２ａ 下部均熱板
５２ｂ 下部パンチ板 ５２ｃ 下部均圧板
５２ｅ 第二下部スペーサー
５２ｄ 第一下部スペーサー
５２ｆ 第三下部スペーサー
５２ｇ 第四下部スペーサー
５３ パンチ板本体 ５３ａ 環状偏平部
５４ 円形突出部（当接部）
５４ａ パンチスリット
５４ｂ パンチ突条 ５４ｃ 円柱状パンチ突起
５４ｄ 渦巻き突条
５５ 冷却水路 ５６ 絶縁リング
６０ 型 ６１ 環状角溝
７０ シリンダ装置 ７１ 油圧シリンダ
７２ ピストンロッド ７２ａ 雄ねじ部
７３ プレスラム ７３ａ ねじ孔
８０ 補助加熱部材 ８１ 断熱部材
８１ａ 嵌挿溝 ８１ｂ 溝
８１ｃ 引出孔 ８２ 通電発熱体
８２ａ 接続線 ８２ｂ リード線
９０ 電源装置 ９１ パルス電流供給部
９２ 補助加熱用電力供給部
１００ 真空ポンプ １１０ 油圧ユニット
１２０ 冷却水源 １２１ 上部電極用制御弁
１２２ 下部電極用制御弁 １３０ 制御装置
１３１ ＣＰＵ １３２ 入出力装置
１３３ ＲＡＭ １３４ ＲＯＭ
１４０ センサ １４１ 第一温度センサ
１４２ 第二温度センサ １４３ 第三温度センサ
１４４ 感圧センサ

Claims (5)

1. 粉末焼結材料からなる被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持する対向電極とを備え、対向電極に挟持された状態の被加工物に電流を供給することにより通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、上記対向電極は、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように寸法設定された当接部を有し、上記当接部は、パンチ板を横断するように設けられた複数条のパンチ突条によって形成されていることを特徴とする通電熱加工装置。
2. 粉末焼結材料からなる被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持する対向電極とを備え、対向電極に挟持された状態の被加工物に電流を供給することにより通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、上記対向電極は、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように寸法設定された当接部を有し、上記当接部は、パンチ板に突設された複数のパンチ突起によって形成されていることを特徴とする通電熱加工装置。
3. 粉末焼結材料からなる被加工物が装填される型と、この型内の被加工物を挟持する対向電極とを備え、対向電極に挟持された状態の被加工物に電流を供給することにより通電発熱で被加工物に焼結処理を施す通電熱加工装置であって、上記対向電極は、対向面から順番に対向面が被加工物に当接する均熱板と、各均熱板に積層されるパンチ板とをそれぞれ有し、上記パンチ板は、均熱板に対する当接面の面積が均熱板の面積より小さくなるように寸法設定された当接部を有し、上当接部は、パンチ板の中心位置から周方向の外方に向かうように同心円状に形成された突条によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の通電熱加工装置。
4. 上記パンチ板にさらに一または複数層のパンチ板が積層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通電熱加工装置。
5. 上記パンチ板にはスペーサーがさらに積層され、このスペーサーは、パンチ板への当接面から遠ざかるに従って当接面に平行な断面積が漸減するように寸法設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通電熱加工装置。

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