JP3645811B2

JP3645811B2 - ロータリテーブル式通電加圧焼結装置

Info

Publication number: JP3645811B2
Application number: JP2000401507A
Authority: JP
Inventors: 正雄鴇田; 勝之中川
Original assignee: 住友石炭鉱業株式会社
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002206102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、間欠回転するロータリテーブルを使用した通電加圧焼結装置に関し、詳細には、アルミニュウム、遷移金属、遷移金属以外の金属及びセラミックス等の粉末材料を、ロータリテーブルに円周方向に所望の間隔で配置されかつ加熱装置により加熱される焼結型内に充填し、その粉末材料をパルス通電加圧焼結方式で焼結するロータリテーブル式通電加圧焼結装置に関する。
【０００２】
近年、通電焼結技術にも改良が加えられ、放電プラズマ焼結、放電焼結、通電加圧焼結或いはプラズマ活性化焼結を含む、パルス電流を利用して加圧焼結を行うパルス通電加圧焼結法により焼結時間を大幅に短縮することが可能になってきたが、焼結品を量産するには焼結時間を更に短縮化することが要望されている。例えば、遷移金属、遷移金属以外の金属及び半金属の様な金属材料或いはセラミックス等の非金属材料の粉末材料を単体で、或いはそれらを混合して迅速にかつ連続して焼結して焼結体を作る技術はまだ完全なものになっていない。また、粉末材料の種類或いは粉末の粒径によっては、粉末の昇温を迅速に行なう必要がある場合があるが、従来技術のパルス通電加圧焼結装置では粉末材料を短時間(例えば数分)で迅速に昇温させて焼結できる装置は提供されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、焼結型の予熱を焼結型毎の加熱装置により加熱することによって、焼結時の迅速な昇温、焼結を可能にすると共に、ロータリテーブルを利用して通電焼結に伴う一連の作業を連続的に行えるロータリテーブル式の通電加圧焼結装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、本出願人により提案された放電プラズマ焼結法或いは放電焼結、放電加圧焼結又はプラズマ活性化焼結法等を含む、パルス通電加圧焼結法を利用して焼結を行なえるロータリテーブル式の通電加圧焼結装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、被焼結材料である粉末材料を中に収容して焼結する焼結型を間欠回転するロータリテーブル上に載せて搬送させ、ロータリテーブルの間欠停止中に焼結型内への粉末材料の充填、粉末材料の焼結等を行なえるロータリテーブル式通電加圧焼結装置を提供することである。
本発明が解決しようとする更に別の課題は、焼結型を焼結型加熱装置と一体的に組み合わせてロータリテーブルにより間欠移動させ、焼結型の洗浄、離型剤の塗布を行なえるロータリテーブル式通電加圧焼結装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼結型をロータリテーブルにより移動させて前記焼結型内の粉末材料を通電加圧焼結法により焼結するロータリテーブル式の通電加圧焼結装置において、周辺部に焼結型装着部が円周方向に所望の間隔で設けられた、間欠回転可能なロータリテーブルと、前記焼結型装着部に固定されており、中に前記粉末材料が充填される貫通穴を有していて前記貫通穴の下部に下パンチ部材が移動可能に挿入可能な焼結型と、前記焼結型の周囲に配置されていて前記焼結型の移動中でも焼結型を予熱できる加熱装置と、前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型の穴内に所望量の前記粉末材料を充填する充填機構と、前記焼結型内の粉末材料を前記下パンチ部材及び粉末材料の上側に挿入された上パンチ部材を介して押圧し、通電する通電電極を備え、前記通電電極により前記粉末材料を加圧すると共に電流を流して通電加圧焼結して焼結体にする通電加圧焼結機構と、
を備えて構成されている。
上記通電加圧焼結装置において、前記焼結型及び加熱装置が焼結型組立体として一体的に組み立てられていて、前記ロータリテーブルの前記焼結型装着部に取り付けられていてもよい。また、通電加圧焼結装置が、前記ロータリテーブルの間欠停止時に焼結が完了した焼結体を前記焼結型から抜き取る抜き取り機構を更に備えていても、前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型内を洗浄する洗浄機構を更に備えていても、或いは、前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型内に離型材を塗布する離型材塗布機構を更に備えるロータリテーブル式通電加圧焼結装置。更に、前記ロータリテーブルが、内部が焼結雰囲気に制御可能なハウジング内に収容されていてもよい。
【０００５】
本願の他の発明は、焼結型をロータリテーブルにより移動させて前記焼結型内の粉末材料を通電加圧焼結法により焼結するロータリテーブル式の通電加圧焼結装置において、周辺部に焼結型装着部が円周方向に所望の間隔で設けられた、間欠回転可能なロータリテーブルと、前記焼結型装着部に着脱自在に配置されるようになっている焼結型組立体であって、中に前記粉末材料が充填される貫通穴を有していて前記貫通穴の下部に下パンチ部材が移動可能に挿入可能な焼結型と、前記焼結型の周囲に配置された加熱装置とを備えた焼結型組立体と、前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型の穴内に所望量の前記粉末材料を充填する充填機構と、前記焼結型内の粉末材料を前記下パンチ部材及び粉末材料の上に挿入された上パンチ部材を介して押圧し、通電する通電電極を備え、前記通電電極により前記粉末材料を加圧すると共に電流を流して通電加圧焼結して焼結体にする通電加圧焼結機構と、を備えて構成されている。
上記通電加圧焼結装置が、焼結が完了した焼結体を前記焼結型から抜き取る抜き取り機構を更に備えていても、前記焼結型内を洗浄する洗浄機構を更に備えていても、或いは前記焼結型内に離型材を塗布する離型材塗布機構を更に備えていてもよい。また、前記ロータリテーブルは、内部が焼結雰囲気に制御可能なハウジング内に収容されていていてもよい。
【０００６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１において、本発明のロータリテーブル式通電加圧焼結装置の一実施例としてパルス通電加圧焼結装置(以下単に焼結装置と呼ぶ)が概略的に平面で示されている。この実施例による焼結装置１は、ロータリテーブル機構１０と、ロータリテーブル機構のロータリテーブル１１に円周方向に所望の間隔で設けられた焼結型装着部に取り付けられた、加熱装置を備えた焼結型組立体２０と、ロータリテーブル１１の周囲の位置すなわち洗浄ステーションＡに配置されていて焼結型内を洗浄する洗浄機構３０と、ロータリテーブル１１の周囲の位置すなわち離型剤塗布ステーションＢに配置されていて焼結型内に離型剤を塗布する離型剤塗布機構４０と、ロータリテーブル１１の周囲の位置すなわち充填ステーションＤに配置されていて焼結型内に被焼結材料である粉末材料を充填する充填装置５０と、ロータリテーブル１１の周囲の位置すなわち焼結ステーションＦに配置されていて焼結型内に充填された粉末材料を焼結するパルス通電加圧焼結機構６０と、ロータリテーブル１１の周辺部の位置すなわち冷却ステーションＧに配置されていて焼結型組立体を冷却する冷却機構７０と、ロータリテーブル１１の周囲の位置すなわち取り出しステーションＨに配置されていて焼結が完了した焼結型内の焼結体を抜き取る抜き取り機構８０とを備え、それらは図１に示されるような位置関係で配置されている。なお、９０は取り出された焼結体をストックすると共に順次送るストッカーコンベヤである。
【０００７】
図２において、ロータリテーブル機構１０は、鉛直に配置された支柱１２に軸受け１３を介して回転自在に支持されたロータリテーブル１１と、そのロータリテーブルを間欠的に回転させる駆動装置１５とを備えている。ロータリテーブル１１は軸受け１３を介して支柱１２に回転自在に支持されている円筒状のハブ部１１１と、ハブ部１１１に軸方向（図で上下方向）に隔てて固定された一対の円板１１２、１１３とを備えている。円板１１２、１１３の周辺部には焼結型装着部１１４が複数（本実施例では８つ）設けられている。焼結型装着部（以下単に装着部）１１４は、この実施例では円板１１２及び１１３に形成された開口１１５によって形成されている。下側の円板１１３の下面には、内歯リングギヤ１１６が円板の回転軸心と同心にして配設固定されている。駆動機構１５は、駆動モータ１５１と、減速機１５２を介して駆動モータによって回転される歯車１５３とを備え、その歯車が内歯リングギヤ１１６とかみ合うことによってロータリテーブルを所望の角度毎に間欠回転するようになっている。ロータリテーブル機構は更に、位置決め機構１６及び送電装置１７とを備えている。位置決め機構１６は、図２に示されるように、各焼結型装着部１１４に整合して下側の円板１１３の下面に固定された複数（この実施例では８個）の位置決め部材１６１と、ロータリテーブル機構の台に取り付けられた位置決めシリンダ１６２とを備えている。この位置決めシリンダ１６２のピストンロッド１６３のテーパ付き先端が位置決め部材１６１のテーパ穴内に挿入されることによってロータリテーブル１１１を位置決めする。
【０００８】
送電装置１７は、円板１１３の下面に絶縁部材１７１を介して固定された複数対の集電器１７２を備えている。各対の集電器１７２は、各焼結型装着部毎に設けられている。各対の集電器は１７２は、図示しない導電体を介して、円板１１３の上面に対の集電器毎に取り付けられた雌コネクタ１７４と電気的に接続されている。送電装置１７は、更に、ロータリテーブルの回転軸心と同心に配置されていて支柱１２を支える台１２１に固定された環状の絶縁体１７５と、その絶縁体１７５の上面にロータリテーブルの回転軸心と同心に配置固定された一対の給電ケーブル１７６備えている。一対の給電ケーブル１７６は電源装置に接続されている。この給電ケーブル１７６は環状の絶縁体１７５全長にわたって設けられているのでなく、少なくとも、冷却ステーションＧから取り出しステーションＨまでの区間には設けられていない。これは、これらの位置では加熱装置への給電を停止して加熱を中止するためである。
上記ロータリテーブル機構１０は仮想線で示すようなハウジング２内に収容されている。ハウジング２内は、公知の方法により、真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気等の焼結雰囲気に制御可能になっている。
【０００９】
図２及び３において、ロータリテーブル１１の各焼結型装着部１１４には加熱装置と一体化された焼結型組立体２０が配設固定されている。焼結型組立体２０は互いに同心状に配置されかつ上下一対の円板２３、２４及びボルトのような固定具によって互いに固定された内及び外円筒体２１及び２２を備えている。内円筒体の形状（内面の横断面形状）は星形、多角形等所望の異形状にしてもよい。内円筒体２１は焼結型を構成し中心には上下に貫通する穴２１１が形成されている。下側の円板２４には穴２１１より直径の小さな開口２４１、又は異形状の開口が同軸状に形成されている。したがって、開口２４１を画成する円板２４の内周縁は成形型２１の穴２１１より内側に突出している。上側の円板２３には穴２１１より直径の大きな開口２３１が同軸状に形成されている。焼結型２１の穴２１１の上端部はパンチ部材の挿入を容易にするため面取りが施されている。穴２１１内の下方には下パンチ部材Ｐｌが上下に移動可能に挿入されている。この下パンチ部材は大径部が下円板２４の内周縁の上側に当たることによって穴２１１から抜け落ちないようになっている。加熱装置２６は、焼結型組立体の一対の円筒体２１と２２との間の隙間内に配置されていて円筒体２１の周りに巻かれた電熱コイル２７で構成されている。電熱コイル２７は耐熱性の絶縁材料によって周囲を絶縁されている。この電熱コイルは適当なリード線（リード線も耐熱性の絶縁材によって絶縁されている）を介して外円筒体２２の外周に取り付けられた雄コネクタ２８に接続されている。焼結型組立体２０の装着部１１４への固定は、例えば、円板１１２、１１３と焼結型組立体２０の外円筒体２２との溶接又はボルトその他の接続具等の、公知の手段によって行われる。
【００１０】
図４において、洗浄機構３０は、洗浄ステーションＢにおいてロータリテーブル１１に近接して配置された流体圧シリンダ等のアクチュエータ３１と、アクチュエータ３１によって上下動されるようになっていて、先端がロータリテーブルの焼結型装着部の上方まで伸びている支持アーム３２と、支持アーム３２に取り付けられていて鉛直に伸びる支持ロッド３３と、支持ロッド３３に上下移動可能に案内されていて筒状のカバー部材３５と、カバー部材を下方に弾圧しているばね３６と、支持ロッド３３の下端に取り付けられた洗浄ガス噴射ノズル３７とを備えている。支持ロッド３３の中心には軸方向に貫通するガス通路３３１が形成され、そのガス通路の下端は噴射ノズル３７内のガス通路（図示せず）と連通している。支持ロッド３３のガス通路３３１の上端は図示しない洗浄ガス供給源に接続されている。噴射ノズル３７のノズルヘッド３７１には下端及び外周に開口する複数のノズル孔が形成されている。カバー部材３５は下端が開口しかつ上端がとじられていて、その上端にはガス排気用のフレキシブル管３５１が接続されている。フレキシブル管は図示しない排気ポンプに接続されている。カバー部材３５の下端にはクッション材３５２が取り付けられている。カバー部材３５の下端は、図示のようにハウジング２に形成された穴を通してハウジング内に移動可能に伸びている。カバー部材とハウジングとの隙間は適当なシール装置でシールされている。
【００１１】
上記洗浄機構３０において、焼結型組立体２０が洗浄ステーションＢに到着すると、アクチュエータ３１が動作して支持アーム３２及び支持ロッド３３が降下する。するとまずカバー部材３５のクッション材３５２が焼結型組立体２０の上面に当接して焼結型の穴２１１内をカバー部材で被い、支持アーム３２が更に降下すると支持ロッド３３も降下して噴射ノズル３７のノズルヘッド３７１が焼結型２１の穴２１１内に入った状態で支持アーム３２及び支持ロッド３３の降下は停止する。その後洗浄ガス供給源からガス通路３６１内に洗浄ガスが供給されてノズルヘッド３７１のノズル孔からは穴１１内にガスが噴射され穴の内面に付着している粉末材料のかすやゴミを吹き飛ばすと共に、フレキシブル管を介してそのガスを外部に排気し、洗浄を行う。
【００１２】
図５において、離型剤塗布機構４０は焼結型組立体２０の内側の円筒体２１の穴内に上方から離型剤を霧状にして吹き付けるようになっている。離型剤塗布機構４０は、離型剤塗布ステーションＣにおいてロータリテーブル１１に近接して配置された流体圧シリンダ等のアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１によって上下動されるようになっていて、先端がロータリテーブルの焼結型装着部の上方まで伸びている支持アーム４２と、支持アーム４２に取り付けられていて鉛直に伸びる支持ロッド４３と、支持ロッド４３の下端に取り付けられた噴霧ノズル４７とを備えている。支持ロッド４３の中心には軸方向に貫通する離型剤通路４３１が形成され、その離型剤通路の下端は噴霧ノズル４７内の離型剤通路（図示せず）と連通している。支持ロッド４３の離型剤通路４３１の上端は図示しない離型剤供給源に接続されている。支持ロッド４３の下端はハウジング２の穴を通してハウジング内に移動可能に伸びていて、それらの間の隙間は適当なシール装置でシールされている。
上記離型剤塗布機構４０において、焼結型組立体２０が離型剤塗布ステーションＣに到着すると、アクチュエータ４１が動作して支持アーム４２及び支持ロッド４３が降下する。そして支持ロッド４３に取り付けられた噴霧ノズル４７が焼結型２１の穴２１１内に入った状態で支持アーム４２及び支持ロッド４３の降下は停止する。その後離型剤供給源から離型剤通路４６１内に離型剤が供給されて噴霧ノズルから穴２１１内に離型剤が噴霧される。
【００１３】
図６において、充填機構５０は図２の充填ステーションＤに配置されていて、図示しない公知の機構により上下動されるようになったシュート５１と、粉末材料を貯えておくホッパー５２と、ホッパー５２内の混合粉末材料を計量してシュートに切り出す公知の構造の切り出し装置５３とを備えている。シュート５１にはそのシュートを所定の温度に加熱して保温する加熱装置（図示せず）が設けられ、またホッパーにも中の粉末材料を加熱して保温する加熱装置（図示せず）が設けられている。これらの加熱装置は公知の構造の電熱ヒータでよいので、構造の詳細な説明は省略する。
【００１４】
図７及び図８において、放電プラズマ焼結機、放電焼結機、通電加圧焼結機或いはプラズマ活性化焼結機であり得るパルス通電加圧焼結機構６０は、フレーム６１に上下に整合させて配設固定された上、下ガイド部材６１１及び６１２にそれぞれ上下移動可能に案内支持された上、下可動体６２ａ、６２ｂと、上可動体の下側に取り付けられた上通電電極６３ａ及び下可動体の上側に取り付けられた下通電電極６３ｂと、上可動体を上下動させる流体圧シリンダのような上アクチュエータ６４ａ及び下可動体を上下動させる流体圧シリンダのような下アクチュエータ６４ｂとを備えている。各アクチュエータはフレーム６１に支持されている。上通電電極６３ａは、上可動体６２ａの下面に、絶縁体６３１ａ及び銅板等でできた導電板６３２ａを間に挟んでそれらの間で伸びる絶縁ボルト等により取り付けられていて、導電板６３２ａとは電気的に接続されているが上可動体とは電気的に接続されないようになっている。下通電電極６３ｂは、下可動体６２ｂの上面に、絶縁体６３１ｂ及び銅板等でできた導電板６３２ｂを間に挟んでそれらの間で伸びる絶縁ボルト等により取り付けられていて、導電板６３２ｂとは電気的に接続されているが下可動体とは電気的に接続されないようになっている。上通電電極６３ａの下端には焼結型内に挿入されて焼結型内の粉末材料に上から圧力を加えると共に焼結電流を流す上パンチ部材Ｐｕが固定具６４ａにより取り外し可能に取り付けられている。固定具は止めねじ等により上通電電極の下端面に取り付けられている。下通電電極は、上端面が、焼結型２１の穴２１１内に挿入されている下パンチ部材６５ｂの下端面と接触して下パンチ部材を下から押圧するようになっている。上、下アクチュエータは、この実施例では流体圧シリンダであり、上アクチュエータ６４ａのプランジャ６４１ａは上可動体６２ａに公知の方法により連結されて上可動体と一体となって上下動するようになっている。なお、上、下アクチュエータは電動モータ式シリンダでもよい。下アクチュエータ６４ｂのプランジャ６４１ｂは下可動体６２ｂと公知の方法で連結され下可動体と一体となって上下動するようになっている。導電板６３２ａ、６３２ｂは図示しない電源装置に同じく図示しないスイッチ装置を介して接続されている。電源装置は直流のパルス焼結電流（通常、電圧１００Ｖ以下で電流５，０００Ａ以上）を供給できるものである。
【００１５】
上記パルス通電焼結機において、穴２１１内に粉末材料が充填された焼結型組立体２がロータリテーブル１１の間欠回転により焼結ステーションＦに送られてその位置で位置決めされると、上、下アクチュエータ６４ａ、６４ｂが動作して上、下可動体６２ａ、６２ｂを介して上通電電極６３ａを下降させると共に下通電電極６３ｂを上昇させ、上、下パンチ部材Ｐｕ、Ｐｌにより粉末材料ｍを所定の圧力で加圧する。この状態で上、下通電電極６３ａ、６３ｂ間に所定の値の直流パルス電流が流され混合粉末材料を放電プラズマ焼結し、焼結体にする。
【００１６】
冷却機構７０としては、図示しないが、冷却ステーションＧにおいて焼結型組立体に冷却ガス（不活性ガス）を吹き付ける冷却ノズル或いは焼結型組立体の外周に接触して冷却できる水冷式の冷却ブロック等、公知の手段を設けてそれらの手段により冷却するようにすればよい。なお、冷却が不要の場合には冷却機構を省略しても或いは冷却機構を設けておいて動作させないようにしてもよい。
【００１７】
図１及び図９において、抜き取り機構８０は、抜き取り位置Ｈにおいてロータリテーブル１１の下側に配置された台フレーム８１に取り付けられたノックアウト装置８２と、ノックアウト装置により焼結型から抜き出された焼結体Ｍを排出する受け渡し装置８４とで構成されている。ノックアウト装置８２は、台フレーム８１に鉛直状態に取り付けられた流体圧シリンダ８３と、流体圧シリンダ８３のピストンロッド８３２に取り付けられた押出部材８３３とを備えている。受け渡し装置８４はフレーム８５に軸８６１が軸受け８６２により回転可能に支持されたアーム８６と、アーム８６の先端（図９で右端）に取り付けられた上下動装置としての流体圧シリンダ８７と、流体圧シリンダ８７のピストンロッド８７１の先端（図において下端）に取り付けられたチャック８８と、アーム８６の軸８６１を回動させるアクチュエータとしての流体圧シリンダ８９とを備えている。チャック８８は流体圧又は電磁石で動作する一対の爪８８１を備え、ノックアウト装置８２の押出部材８３３により焼結型２１の穴２１１内から上に押し出された焼結体Ｍを把持するようになっている。流体圧シリンダ８９は基端（図９で左端）がフレーム８５に回動可能に支持され、そのピストンロッド８９１の先端は軸８７１に固定されたアーム部材８６３と連結され、それによって流体圧シリンダの動作でアーム８６を所定の角度往復回動させるようになっている。このアームの回動角度は、アームが焼結体を受け取る位置とストッカーコンベア９０に受け渡す位置との間の角θ（図１）である。ハウジング２の上部には抜き取り位置に開口が形成されていると共にその開口２０１を開閉するシャッター板２０２が設けられている。ハウジング内には開口２０１の周囲を取り巻くように筒状の遮蔽部材２０３を設けてもよい。
上記抜き取り機構において、アーム８６はアクチュエータ８９によりチャック８８が抜き取り位置にあるハウジング２の開口の上に位置決めされた状態で待機している。焼結が完了しかつ冷却された焼結型組立体２０が抜き取りステーションＨに到着すると、シャッター板ｓ公知の駆動機構（図示せず）により動作されたハウジング２の開口を開くと共に流体圧シリンダ８７がチャック８８が降下される。一方、ノックアウト装置８２の流体圧シリンダ８３が動作して押し出し部材８３３により焼結型内の焼結体Ｍを穴２１１から押し出す。すると、焼結体は受け渡し装置８４のチャック８８により把持させる。チャックが焼結体を把持すると、受け渡し装置８４の流体圧シリンダ８７が動作してチャックが上昇され、流体圧シリンダ８９が動作してアーム８７を回動させ、チャックをストッカーコンベア９０の上に移動させ、その上に焼結体を載せる。
【００１８】
次に上記ロータリテーブル式通電焼結装置の全体的な動作を説明する。
焼結型組立体２０は穴２１１内に下パンチ部材６５ｂが予め装着されており、かつ加熱装置２６によって粉末材料により決まる所定の温度に予熱されている。このような焼結型組立体２０がロータリテーブル１１の間欠回転によりまず洗浄ステーションＡに送られ、そのステーションで洗浄機構３０によって穴２１１内が洗浄される。次に焼結型組立体が離型剤塗布ステーションＢに送られてくると離型剤塗布機構４０により穴２１１内に離型剤が塗布される。
【００１９】
その後、焼結型組立体が充填ステーションＤに到着すると、充填機構５０により穴２１１内には、粉末材料、例えば、アルミニュウム、マグネシュウムのような遷移金属以外の金属、遷移金属等の金属或いはセラミックのような非金属の粉末材料が、単独（１種類のみ）で或いはそれらが混合されて所定量穴内に充填される。次に粉末材料が充填された焼結型組立体２０がロータリテーブルの回転により焼結位置Ｆに送られてくると、この位置でパルス通電焼結機６０の上、下通電電極６３ａ及び６３ｂにより粉末材料ｍをその粉末材料によって決定される所望の圧力で加圧し、それらの通電電極に所定の値の直流パルス電流を流して放電プラズマ焼結により焼結させ焼結体Ｍをつくる。ＳＰＳ焼結温度は粉末材料によって決まる所定の温度以下となるようにする。この放電プラズマ焼結により、混合粉末材料は、完全に溶解することなく、粉体の結晶組織構造を保ったまま隣接する粒子間で拡散結合し、ベース材料を主成分とする材料の焼結体Ｍになる。これは、オン・オフ直流、パルス大電流を流すことにより混合材料における通電初期のミクロな火花放電現象により生じる放電プラズマ、放電衝撃圧力などによる表面浄化活性化効果、及び／又は初期、中期、後期におけるジュール熱による熱拡散効果、電場による電解拡散効果等により粒子形状を保ったまま互いに表面部分でのみ溶着するような形態で拡散結合し合うためである。例えば、アルミニュウム高シリコン系（シリコン含有量１２％以上）ナノ構造組織を有する出発原料粉末の場合、これによりできあがった焼結体はナノ構造組織のまま固化でき、超塑性と言われる大きな延性を示し、所望の最終製品形状に鍛造する際に、１０^-2Ｓ^-1以上の高歪速度下での高速鍛造加工が可能となり、被加工性が向上する。焼結が完了した後、焼結型組立体２０はロータリテーブルの回転により抜き取り位置Ｈに送られ、その位置でノックアウト装置８２により焼結体Ｍが焼結型の穴から押し出される。押し出された焼結体Ｍはチャック８５により受け取られ、ストッカーコンベア９０に受け渡される。
なお、粉末材料が種々の材料の混合物から成る場合は、好ましいＳＰＳ焼結温度は混合物のベースになるベース材料の種類により異なり、ベース材料の融点の７０％ないし９０％の温度範囲である。上記において、ＳＰＳ焼結温度とは、放電プラズマ焼結（ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）、放電焼結及びプラズマ活性化焼結などのパルス通電焼結法の技術分野で一般的に使用されている温度表示で、パルス通電焼結時の焼結型（本発明では焼結型）の温度を言う。これは焼結型内の温度を直接測定することが困難なため、焼結型の温度を測定することによって、焼結型内部の被焼結材料の温度を推定するものである。
なお、上記実施例ではロータリテーブル機構全体をハウジング２内に収容して焼結型内の洗浄から焼結までの各工程をハウジング内で行うようにしているが、焼結工程を行う部分のみをハウジングで囲って焼結雰囲気にしてもよい。
【００２０】
図１０及び図１１において、焼結型組立体の他の実施例が２０ａで示されているこの焼結型組立体２０ａはロータリテーブルに固定されるものでなく、ロータリテーブルの装着部１１４ａに取り外し可能に装着されるようになっている一例が示されている。焼結型組立体２０ａの基本構造は前記実施例の焼結型組立体と同じであるが、この焼結型組立体２０ａの下板２４ａは、図１１に示されるように、矩形に形成され、両縁部２４３ａがロータリテーブル１１ａの装着部１１４ａに設けられた一対の位置決め保持部材１１７ａにより保持され、それによって焼結型組立体を装着部に着脱可能に保持するようになっている。位置決め保持部材１１７ａには板ばねのような偏倚手段１１８ａが設けられ、それによって焼結型組立体の下板２４ａを弾圧保持する。焼結型組立体２０ａを装着部１１４ａに装着するには、下板２４ａの突起２４４ａをチャック等で把持して図１２で矢印の方向に、移動することによって行う。
このように焼結型組立体をロータリテーブルに着脱式にすることによって、焼結型組立体の洗浄、離型剤の塗布等の作業、更には焼結型組立体からの焼結体の抜き取り作業をロータリテーブル上の位置とは別の位置でロータリテーブルから外した状態で行うことができる。この場合、例えば、前の実施例の抜き取りステーションＨで焼結型組立体をロータリテーブルから取り出し、図示しない別のラインに設けられた抜き取り機構により焼結型組立体から焼結体を抜き取り、その後、焼結型組立体の洗浄及び離型剤の塗布を行った後、洗浄ステーションＡにおいてロータリテーブル上に焼結型組立体を装着するようにしてもよい。ロータリテーブルからの焼結型組立体の取り出し又はそこへの装着は公知の機構を利用して自動的に行える。
【００２１】
【効果】
本発明によれば、
（イ）加熱装置により焼結型を焼結工程の前段階で移動中でも所望の温度に予熱しておけるので、ナノオーダーの超微細結晶組織構造を有するアルミニュウム合金のような、出発原料粉末の急速昇温が可能となり、粒成長を抑制しかつ結晶構造を保ったままでの所望の焼結を行うことができる、
（ロ）焼結型を一体的に移動する加熱装置により粉末原料そのものを予熱することなどにより焼結工程の中間での被焼結材料の温度を所定の温度に独立的に昇温保持できるため、焼結時間を従来のパルス通電焼結方式より大幅に短縮でき、材料の装填、昇温、焼結、保持、冷却、取り出しまでの全行程の所要時間が従来法に比べて１／１５ないし１／３０の、１ないし５分の高速で連続焼結が可能になった、
（ハ）予熱装置と前後処理装置が連動することにより、従来より大きなパルス大電流を短時間に焼結エネルギとして投入しても、焼結体のバラツキはなく、均質で高品位な焼結体を得ることができる、
（ニ）ロータリテーブル式にしたため焼結に付随した一連の動作を、焼結型の移動に合わせて容易に連続的にかつ連動させて行うことができ焼結工程の自動化と省スペース化を可能にする、
等の効果を奏することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロータリテーブル式通電加圧焼結装置の一実施例の概略平面図である。
【図２】図１のロータリテーブル機構を示す断面図である。
【図３】焼結型組立体の断面図である。
【図４】洗浄機構の横断面図である。
【図５】離型剤塗布機構の横断面図である。
【図６】充填機構の概略図である。
【図７】パルス通電加圧焼結装置の側面図である。
【図８】パルス通電加圧焼結装置の正面図である。
【図９】取り出し機構の側面図である。
【図１０】焼結型組立体の他の実施例の断面図である。
【図１１】図１０に示された焼結型組立体の平面図である。
【符号の説明】
１通電加圧焼結装置２ハウジング
１０ロータリテーブル機構２０、２０ａ焼結型組立体
３０洗浄機構４０離型剤塗布機構
５０充填機構６０パルス通電加圧焼結機構
７０８０抜き取り機構

Claims

焼結型をロータリテーブルにより移動させて前記焼結型内の粉末材料を通電加圧焼結法により焼結するロータリテーブル式の通電加圧焼結装置において、
周辺部に焼結型装着部が円周方向に所望の間隔で設けられた、間欠回転可能なロータリテーブルと、
前記焼結型装着部に固定されており、中に前記粉末材料が充填される貫通穴を有していて前記貫通穴の下部に下パンチ部材が移動可能に挿入可能な焼結型と、
前記焼結型の周囲に配置されていて前記焼結型の移動中でも焼結型を予熱できる加熱装置と、
前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型の穴内に所望量の前記粉末材料を充填する充填機構と、
前記焼結型内の粉末材料を前記下パンチ部材及び粉末材料の上側に挿入された上パンチ部材を介して押圧し、通電する通電電極を備え、前記通電電極により前記粉末材料を加圧すると共に電流を流して通電加圧焼結して焼結体にする通電加圧焼結機構と、
を備えるロータリテーブル式通電加圧焼結装置。
請求項１に記載の通電加圧焼結装置において、前記焼結型及び加熱装置が焼結型組立体として一体的に組み立てられていて、前記ロータリテーブルの前記焼結型装着部に取り付けられているロータリテーブル式通電加圧焼結装置。
焼結型をロータリテーブルにより移動させて前記焼結型内の粉末材料を通電加圧焼結法により焼結するロータリテーブル式の通電加圧焼結装置において、
周辺部に焼結型装着部が円周方向に所望の間隔で設けられた、間欠回転可能なロータリテーブルと、
前記焼結型装着部に着脱自在に配置されるようになっている焼結型組立体であって、中に前記粉末材料が充填される貫通穴を有していて前記貫通穴の下部に下パンチ部材が移動可能に挿入可能な焼結型と、前記焼結型の周囲に配置された加熱装置とを備えた焼結型組立体と、
前記ロータリテーブルの間欠停止時に前記焼結型の穴内に所望量の前記粉末材料を充填する充填機構と、
前記焼結型内の粉末材料を前記下パンチ部材及び粉末材料の上に挿入された上パンチ部材を介して押圧し、通電する通電電極を備え、前記通電電極により前記粉末材料を加圧すると共に電流を流して通電加圧焼結して焼結体にする通電加圧焼結機構と、
を備えるロータリテーブル式通電加圧焼結装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の通電加圧焼結装置において、焼結が完了した焼結体を前記焼結型から抜き取る抜き取り機構を更に備えるロータリテーブル式パルス通電加圧焼結装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の通電加圧焼結装置において、前記焼結型内を洗浄する洗浄機構を更に備えるロータリテーブル式通電加圧焼結装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の通電加圧焼結装置において、前記焼結型内に離型材を塗布する離型材塗布機構を更に備えるロータリテーブル式通電加圧焼結装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の通電加圧焼結装置において、前記ロータリテーブルは、内部が焼結雰囲気に制御可能なハウジング内に収容されているロータリテーブル式通電加圧焼結装置。