JP5581765B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus of sintered metal - Google Patents
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Description
この発明は、チタン、ステンレス鋼、Ni基合金等からなる金属焼結体の製造方法に適した製造装置に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing apparatus suitable for a method of manufacturing a sintered metal body made of titanium, stainless steel, Ni-base alloy or the like.
金属焼結体を製造する方法としては、例えば、特許文献1に記載されているように、金属粉末に有機バインダー、可塑剤、水及び界面活性剤等を混合してスラリーとし、このスラリーを成形した成形体を加熱焼結するものが提案されている。このようなスラリーからなる成形体を焼結する場合は、成形体を焼結炉内に装入し、焼結炉内においてヒータ加熱又はバーナ加熱して焼結炉の雰囲気温度を上昇させ、成形体を加熱焼結する。そのため、成形体自体を所定の温度まで加熱するためには、焼結炉の内部雰囲気全体を比較的長時間にわたって高温に保持する必要があり、熱効率が悪いという問題があった。
As a method for producing a metal sintered body, for example, as described in
また、焼結を効率的に行うために、特許文献2においては、一対の圧延ロールで板状に成形した成形体を、二対以上の給電ロールと押さえロールとの間に通過させて、通電加熱し焼結する方法が提案されている。この特許文献2においては、成形体自体を通電によって加熱して焼結するので、短時間で加熱することが可能となっており熱効率が良い。また、成形体を搬送しながら焼結可能であるので、連続的に成形体を加熱焼結することができ、効率的である。
Moreover, in order to perform sintering efficiently, in
しかしながら、このような成形体は、焼結が進行するにつれて幅方向、走行方向、厚さ方向に収縮する。また、成形体の幅方向端部は、熱が拡散され易いため、幅方向中央部と比較して温度が低くなる傾向にある。このため、幅方向端部の収縮率が小さく、かつ、幅方向中央部の収縮率が大きくなり、成形体の幅方向端部が波打つように変形してしまうことや、成形体が蛇行して走行してしまうことがある。このような変形や蛇行が発生した場合には、製造される金属焼結体に亀裂が生じて切れたり、給電ロールが破損したりするおそれがある。そして、変形によって給電ロールと成形体との通電が均一に行われないと、局部的に大電流が通過することによってスパークが発生しやすくなる。そして、スパークにより給電ロールの表面が溶けることや、表面に傷がついて凹凸が生じることがあり、この凹凸によって均一な通電が阻害され、さらなるスパークを誘発するおそれがあった。 However, such a compact shrinks in the width direction, the traveling direction, and the thickness direction as the sintering proceeds. Moreover, since heat is easily diffused at the width direction end portion of the molded body, the temperature tends to be lower than that of the width direction center portion. For this reason, the shrinkage rate of the width direction end portion is small, and the shrinkage rate of the width direction center portion is large, and the width direction end portion of the molded body is deformed so as to wave, or the molded body is meandering. You may run. When such deformation or meandering occurs, there is a risk that the manufactured metal sintered body will be cracked and cut, or the power supply roll may be damaged. And if electricity supply with a feed roll and a molded object is not performed uniformly by deformation | transformation, it will become easy to generate | occur | produce a spark because a large current passes locally. In addition, the surface of the power supply roll may be melted by the spark, or the surface may be scratched to form irregularities, which may impede uniform energization and induce further sparks.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、給電ロールを用いて、効率良く金属焼結体を製造することが可能である金属焼結体の製造方法に適した製造装置を提供する。 This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the manufacturing apparatus suitable for the manufacturing method of the metal sintered compact which can manufacture a metal sintered compact efficiently using a feed roll. To do.
本発明の金属焼結体の製造装置は、金属粉末からなるシート状成形体に対して通電して自己発熱によって焼結させる金属焼結体の製造装置であって、前記シート状成形体を走行させるとともに前記シート状成形体の走行方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の給電ロールと、この一対の給電ロールを介して前記シート状成形体に電流を供給する給電機構と、前記一対の給電ロールに対向して配置され前記シート状成形体を前記給電ロールとの間に挟持する押さえロールとを備え、前記一対の給電ロールは、それぞれの給電ロールの両端部が前記給電機構の電源供給部に並列的に接続されており、前記給電機構には、前記電源供給部と前記給電ロールの両端部との通電接続を切り替えて、前記シート状成形体の幅方向中央部よりも幅方向端部に多く通電する通電制御部が設けられていることを特徴とする。 An apparatus for producing a sintered metal body according to the present invention is an apparatus for producing a sintered metal body in which a sheet-like molded body made of metal powder is energized and sintered by self-heating, and travels through the sheet-like molded body. And at least a pair of power supply rolls arranged at intervals in the traveling direction of the sheet-shaped molded body, a power supply mechanism for supplying a current to the sheet-shaped molded body via the pair of power supply rolls, and the pair of power supply rolls A pressing roll disposed opposite the power supply roll and sandwiching the sheet-shaped molded body between the power supply roll, and the pair of power supply rolls are configured to supply power to the power supply mechanism at both ends of each power supply roll. Are connected in parallel with each other, and the power supply mechanism switches the power supply connection between the power supply unit and both ends of the power supply roll, and is wider than the widthwise center of the sheet-like molded body. Wherein the power supply controller to increase current to the end portion.
この製造装置においては、一対の給電ロールを介して加熱対象であるシート状成形体に電流を供給することによりシート状成形体を自己発熱させる構成としているので、シート状成形体を短時間で加熱して焼結することができる。
また、シート状成形体の幅方向端部は、熱が拡散され易いため、幅方向中央部と比較して温度が低くなる傾向がある。しかしながら、本発明の製造装置においては、電源供給部と一対の給電ロールの両端部との通電接続を切り替える構成としたので、シート状成形体の幅方向の一方の端部に位置する各給電ロールの端部同士を、その走行方向と平行に接続して通電する場合と、各給電ロールの端部を互いに対角となるように接続して通電する場合とを切り替えることにより、シート状成形体の幅方向中央部よりも端部に多く通電して、シート状成形体を均一に発熱させることができる。これにより、シート状成形体の中央部と端部との温度差を小さくすることができ、温度差によって生じるシート状成形体の変形を抑制することができる。また、このようにシート状成形体の変形を防止することで、金属焼結体の亀裂等の発生を防止することができるので、シート状成形体に安定した電流を流すことができ、均一な金属成形体を得ることができる。
In this manufacturing apparatus, since the sheet-shaped molded body is configured to self-heat by supplying current to the sheet-shaped molded body to be heated through a pair of power supply rolls, the sheet-shaped molded body is heated in a short time. And can be sintered.
Moreover, since heat is easily diffused at the widthwise end of the sheet-like molded body, the temperature tends to be lower than that at the widthwise center. However, in the manufacturing apparatus of the present invention, the power supply unit and the both ends of the pair of power supply rolls are switched to each other, so each power supply roll located at one end in the width direction of the sheet-like molded body. By switching between the case where the end portions of the power supply rolls are connected in parallel with the running direction and the case where the end portions of the respective power supply rolls are connected diagonally to each other, the sheet-like molded body is switched. The sheet-shaped molded body can be heated uniformly by energizing the end part more than the center part in the width direction. Thereby, the temperature difference of the center part and edge part of a sheet-like molded object can be made small, and the deformation | transformation of the sheet-like molded object which arises by a temperature difference can be suppressed. Further, by preventing the deformation of the sheet-like molded body in this way, it is possible to prevent the occurrence of cracks and the like of the sintered metal body. A metal molded body can be obtained.
また、本発明の金属焼結体の製造装置において、前記一対の給電ロールの周速度を、それぞれ独立して制御する制御機構を備えているとよい。
この場合、シート状成形体の焼結に伴う走行方向の収縮に応じて、搬出側に配置された給電ロールと、搬入側に配置された給電ロールとの周速度を調整することが可能となり、シート状成形体に引張応力を作用させた状態で、一対の給電ロールを介してシート状成形体に通電して焼結することができる。よって、焼結の進行に伴うシート状成形体の変形を抑制することができ、金属焼結体を効率良く製造することができる。
Moreover, the manufacturing apparatus of the metal sintered compact of this invention WHEREIN: It is good to provide the control mechanism which controls the circumferential speed of a pair of said electric power feeding roll each independently.
In this case, according to the shrinkage in the traveling direction accompanying the sintering of the sheet-like molded body, it becomes possible to adjust the peripheral speed of the power supply roll arranged on the carry-out side and the power supply roll arranged on the carry-in side, In a state where tensile stress is applied to the sheet-like molded body, the sheet-like molded body can be energized and sintered through a pair of power supply rolls. Therefore, the deformation of the sheet-like molded body accompanying the progress of sintering can be suppressed, and the metal sintered body can be produced efficiently.
また、前記給電ロールおよび前記押さえロールの内部に冷却管が形成され、前記冷却管の冷媒を流通させて冷却する冷却機構が設けられているとよい。
シート状成形体が自己発熱することにより、このシート状成形体に接触している給電ロールおよび押さえロールも高温となる。そこで、冷却機構を設けることによって、給電ロールおよび押さえロールの劣化を防止することができる。
In addition, a cooling pipe may be formed inside the power supply roll and the pressing roll, and a cooling mechanism may be provided that cools the refrigerant through the cooling pipe.
When the sheet-like molded body self-heats, the power supply roll and the pressing roll that are in contact with the sheet-like molded body also have a high temperature. Therefore, by providing a cooling mechanism, it is possible to prevent deterioration of the power supply roll and the pressing roll.
また、本発明の金属焼結体の製造方法は、上述の金属焼結体の製造装置を用いてシート状成形体を焼結させることを特徴とする。
また、本発明の金属焼結体の製造方法は、金属粉末からなるシート状成形体を走行させるとともに、その走行方向に間隔をおいて配置した一対の給電ロール間で前記シート状成形体に通電して自己発熱によって焼結させる金属焼結体の製造方法であって、前記シート状成形体に対して通電して自己発熱によって焼結させる金属焼結体の製造装置として、前記シート状成形体を走行させるとともに前記シート状成形体の走行方向に間隔をおいて配置された前記一対の給電ロールと、この一対の給電ロールを介して前記シート状成形体に電流を供給する給電機構と、前記一対の給電ロールに対向して配置され前記シート状成形体を前記給電ロールとの間に挟持する押さえロールとを備える金属焼結体の製造装置を用い、前記一対の給電ロールの両端部間を前記シート状成形体の走行方向に沿って接続して前記シート状成形体の幅方向端部を通電する平行通電と、前記一対の給電ロールの両端部を互いに対角方向に接続して通電する対角通電とを切り替えながら、前記シート状成形体の幅方向中央部よりも幅方向端部に多く通電することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the metal sintered compact of this invention is characterized by sintering a sheet-like molded object using the manufacturing apparatus of the above-mentioned metal sintered compact.
In addition, the method for producing a sintered metal body of the present invention causes a sheet-like molded body made of metal powder to travel and energizes the sheet-shaped molded body between a pair of power supply rolls arranged at intervals in the traveling direction. A method for producing a metal sintered body that is sintered by self-heating, wherein the sheet-like formed body is used as a metal sintered body manufacturing apparatus that energizes and sinters the sheet-like formed body by self-heating. The pair of power supply rolls disposed at intervals in the travel direction of the sheet-shaped molded body, a power supply mechanism for supplying current to the sheet-shaped molded body via the pair of power supply rolls, using the manufacturing apparatus of the metal sintered body and a presser roll sandwiched between the pair of the feed roll the sheet materials are disposed opposite to the feed roll, both of the pair of feed rolls Parallel energization connecting the sections along the running direction of the sheet-shaped molded body and energizing the widthwise end of the sheet-shaped molded body, and both ends of the pair of power supply rolls connected diagonally to each other. While switching between diagonal energization and energizing, a larger amount of current is supplied to the end in the width direction than to the central portion in the width direction of the sheet-like molded body.
本発明によれば、給電ロールを用いて、効率良く金属焼結体を製造することが可能である金属焼結体の製造方法に適した金属焼結体の製造装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing apparatus of the metal sintered compact suitable for the manufacturing method of the metal sintered compact which can manufacture a metal sintered compact efficiently using a feed roll can be provided.
以下、本発明の金属焼結体の製造装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
この実施形態の金属焼結体の製造装置は、例えば、フィルター等として用いられる多孔質チタンの焼結体を製造するものである。
まず、本実施形態である金属焼結体(多孔質チタン焼結体)の製造方法について図1に示すフローチャートを参照して工程毎に説明する。
Hereinafter, an embodiment of a metal sintered body manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
The apparatus for producing a sintered metal body according to this embodiment is for producing a sintered body of porous titanium used as a filter or the like, for example.
First, the manufacturing method of the metal sintered body (porous titanium sintered body) which is this embodiment is demonstrated for every process with reference to the flowchart shown in FIG.
(スラリー作製工程S1)
スラリー作製工程S1では、チタン粉末、水素化チタン粉末、またはこれらの混合粉末に、有機バインダー、発泡剤、可塑剤、水及び必要に応じて界面活性剤を混合して発泡性のスラリーを作製する。
本実施形態では、原料粉末として、平均粒径5〜30μmの水素化チタン粉末と、水素化チタン粉末を脱水素処理することにより得られた平均粒径10〜30μmの純チタン粉末の混合粉末を用いた。
上記の混合粉末を結合させる有機バインダーとしては、水溶性のメチルセルロースまたはポリビニルアルコールを用いた。発泡剤として、ネオペンタン、ヘキサンおよびペプタンを用いた。そして、可塑剤として、グリセリンを用い、界面活性剤として、アルキルベンゼンスルホン酸塩を用いた。
これらの原料を、混合粉末:5〜80質量%、有機バインダー:0.05〜10質量%、発泡剤:0.05〜10質量%。可塑剤:0.1〜15質量%、界面活性剤:0.05〜5質量%、水:残部の比率で混合して、スラリーを作製した。
(Slurry production process S1)
In the slurry preparation step S1, an organic binder, a foaming agent, a plasticizer, water and, if necessary, a surfactant are mixed with titanium powder, titanium hydride powder, or a mixed powder thereof to prepare a foamable slurry. .
In this embodiment, a mixed powder of titanium hydride powder having an average particle diameter of 5 to 30 μm and pure titanium powder having an average particle diameter of 10 to 30 μm obtained by dehydrogenating the titanium hydride powder is used as a raw material powder. Using.
Water-soluble methylcellulose or polyvinyl alcohol was used as the organic binder to which the mixed powder was bound. Neopentane, hexane and peptane were used as blowing agents. And glycerin was used as a plasticizer, and alkylbenzene sulfonate was used as a surfactant.
These raw materials are mixed powder: 5 to 80% by mass, organic binder: 0.05 to 10% by mass, foaming agent: 0.05 to 10% by mass. A plasticizer: 0.1 to 15% by mass, a surfactant: 0.05 to 5% by mass, and a mixture of water and the remainder were mixed to prepare a slurry.
次に、このスラリーから発泡性のシート状成形体Fを成形する。ここで成形工程S2、発泡工程S3は、図2に示すシート成形機90を用いて実施される。このシート成形機90は、搬送ローラ91によって駆動されるキャリアシート92と、スラリーSが貯留されるスラリー貯留部93と、キャリアシート92上に配置されたドクターブレード94と、発泡槽95と、乾燥室96とを備えている。
Next, a foamable sheet-like molded product F is formed from this slurry. Here, the molding step S2 and the foaming step S3 are performed using a
(成形工程S2)
成形工程S2では、図2に示すシート成形機90を用いて、スラリー貯留部93からキャリアシート92上にスラリーSが供給され、ドクターブレード94によってキャリアシート92上のスラリーSの厚さを所定値に調整して、幅110mm、長さ200mm、厚さ1.5mmのシート状スラリーを製造する。
(Molding step S2)
In the molding step S2, the slurry S is supplied from the
(発泡工程S3)
発泡工程S3では、シート状スラリーをキャリアシート92ごと発泡槽95内に挿入し、温度70℃、湿度90℃で1時間保持し、乾燥室96内で80℃の温風を1時間送風して温風乾燥させる。この発泡工程S3によって、シート状スラリー中の発泡剤が発泡して、三次元網目構造を有するとともに、この網目構造の骨格部分にチタン粉末が位置した発泡成形体が作製される。
(Foaming step S3)
In the foaming step S3, the sheet-like slurry is inserted into the foaming
(脱脂工程S4)
前述の発泡成形体は、キャリアシート92から分離されるとともにジルコニア製の支持プレートの上に載置され、脱脂炉内に装入されて、5×10−2Paの真空雰囲気中に550℃で5時間保持される。これにより、発泡成形体に含まれる脂分(有機バインダー等)が揮発除去される。この状態の発泡成形体においては、チタン粉末同士は結合しておらず、導電性を有していない。なお、ジルコニア製の支持プレートを使用することによって発泡成形体中のチタンと支持プレートとの反応を防止している。
(Degreasing step S4)
The aforementioned foamed molded body is separated from the
(プレ焼結工程S5)
脱脂された発泡成形体は、支持プレートとともにプレ焼結炉内に装入される。プレ焼結炉においては、脱脂された発泡成形体を、5×10−3Paの真空雰囲気中で800〜1000℃で1〜30分保持する。これにより、三次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が結合することによって、導電性を有するシート状成形体Fが作製される。ここで、シート状成形体Fの電気抵抗値Pは、20×10−6Ω・m≦P≦1500×10−6Ω・mの範囲内に調整され、本実施形態では、P=100×10−6Ω・mに設定されている。
(Pre-sintering step S5)
The degreased foamed molded product is charged into the pre-sintering furnace together with the support plate. In the pre-sintering furnace, the degreased foamed molded body is held at 800 to 1000 ° C. for 1 to 30 minutes in a vacuum atmosphere of 5 × 10 −3 Pa. Thereby, the titanium powder located in the frame | skeleton part of a three-dimensional network structure couple | bonds together, and the sheet-like molded object F which has electroconductivity is produced. Here, the electrical resistance value P of the sheet-like molded body F is adjusted within a range of 20 × 10 −6 Ω · m ≦ P ≦ 1500 × 10 −6 Ω · m. In this embodiment, P = 100 × It is set to 10 −6 Ω · m.
(切断工程S6)
切断工程S6においては、プレ焼結炉で加熱焼結されて作製したシート状成形体Fの幅端部を長手方向に沿って切断し、その幅を所定長さ(本実施形態では100mm)に調整する。ここで、導電性を有する程度まで焼結されたシート状成形体Fにおいては、チタン粉末同士が一定の強度で結合しているので、支持プレートから分離しても崩壊することがなく、容易に取り扱うことが可能となる。
(Cutting step S6)
In the cutting step S6, the width end portion of the sheet-like molded body F produced by heating and sintering in the pre-sintering furnace is cut along the longitudinal direction, and the width is set to a predetermined length (100 mm in this embodiment). adjust. Here, in the sheet-like molded body F sintered to a degree having conductivity, the titanium powders are bonded with a certain strength, so that they do not collapse even when separated from the support plate, and easily It becomes possible to handle.
(通電焼結工程S7)
支持プレートから分離されたシート状成形体Fは、図3及び図4に示す金属焼結体の製造装置1を用いて通電焼結される。具体的には、シート状成形体Fに電流が供給され、ジュール熱によってシート状成形体Fを自己発熱させ、Arガス雰囲気中で1300℃、1〜5分保持する。
(Electrical sintering process S7)
The sheet-like molded body F separated from the support plate is subjected to current sintering using the metal sintered
この、通電焼結工程S7にて使用される金属焼結体の製造装置1について図3から図5を参照しながら説明する。
この金属焼結体の製造装置1は、図3に示すように、搬入口2a及び搬出口2bを備えた焼結室2と、この焼結室2内において搬入口2a側に配置された第1給電ロール3aと、この第1給電ロール3aの上部に対向配置される第1押さえロール4aと、焼結室2内において搬出口2b側に配置された第2給電ロール3bと、この第2給電ロール3bの上部に対向配置される第2押さえロール4bと、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bを介してシート状成形体Fに電流を供給する給電機構5とを備えている。
The metal sintered
As shown in FIG. 3, the metal sintered
第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bは、図4に示すように、シート状成形体Fの走行方向(図3の矢印Aで示す方向)に対して直交する水平方向に延在させられており、その両端部が焼結室2の外部に突出させられている。
第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの両端部の焼結室2から突出された部分には、給電機構5から電流を供給する給電コネクタ32が設けられている。また、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの一端部(図4において右側)には、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの内部に設けられた水冷配管33に冷却水を供給する冷却水供給部34と、この第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bを回転駆動する駆動モータ35と、この駆動モータ35と給電コネクタ32との間の通電を防止するための絶縁部材36とが設けられている。
As shown in FIG. 4, the first
A
また、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bは、図4に示すように、内部に水冷配管33が設けられた二重管構造とされている。冷却水供給部34には、供給管34aと排出管34bとが設けられており、供給管34aから水冷配管33に対して冷却水が供給される。水冷配管33を通じて第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの一方側(図4において左側)に向けて供給された冷却水は、水冷配管33の外側の環状空間を通じて第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの他方側(図4において右側)に向けて流通され、排出管34bを介して外部へと排出される。
Moreover, as shown in FIG. 4, the 1st electric
給電コネクタ32は、回転する第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの外周面に設けられた円筒状の部材(スリップリング)であり、この給電コネクタ32に、カーボンブラシ等の電極51を介して給電機構5の電源供給部50から電流が供給される構成とされている。本実施形態においては、電源供給部50は直流電源とする。
絶縁部材36は、例えば、絶縁樹脂製のカップリングが用いられる。
The
For example, a coupling made of an insulating resin is used for the insulating
また、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの両端部は、図5に示すように、電源供給部50にスイッチs1〜s4を介して並列的に接続されている。これらスイッチs1〜s4のオン・オフを切り替えて、両給電ロール3a,3bの端部同士の組合せを変更することにより、シート状成形体Fの通電方向を切り替えることができる。
そして、給電機構5には、スイッチs1〜s4の通電接続の切替えを制御する通電制御部52が設けられている。この通電制御部52は、スイッチs1〜s4の通電接続を短時間毎に連続して切り替えることにより、シート状成形体Fの通電方向を連続的に切り替えて、シート状成形体Fの発熱を制御する。
Moreover, both ends of the first
The
第1押さえロール4a及び第2押さえロール4bの両端部は、図4に示すように、焼結室2の天井部を貫通するように設けられた一対の支持アーム40によって軸支される構成とされている。なお、この支持アーム40には、その途中位置を分断するように絶縁碍子41が設けられている。
Both ends of the first
支持アーム40は、それぞれが焼結室2の天井部上部に設置された圧力調整機構8に支持されており、第1押さえロール4a及び第2押さえロール4bの上下方向位置を調整可能な構成とされている。つまり、この圧力調整機構8によって、第1給電ロール3aと第1押さえロール4aとの挟持圧力及び第2給電ロール3bと第2押さえロール4bとの挟持圧力が調整される構成とされている。また、支持アーム40には、挟持圧力を検知するためにロードセル42が取りつけられている。
そして、焼結室2の天井部中央には覗窓21が設けられており、この覗窓21の外側に放射温度計22がシート状成形体Fの幅方向に移動可能に支持されている。この放射温度計22により、焼結室2の外部からシート状成形体Fの温度分布を測定することができる。
Each of the
A
また、この第1押さえロール4a及び第2押さえロール4bは、前述の第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bと同様に、内部に水冷配管43が設けられた二重管構造とされており、冷却水供給手段44によって冷却水を流通させることで冷却される構成とされている。
In addition, the first
第1押さえロール4aと第2押さえロール4bとの設置間隔、第1給電ロール3aと第2給電ロール3bとの設置間隔は、例えば、100mmとされている。なお、ロール間隔は、製品に必要な加熱時間(材質及び用途により異なる)と生産速度を考慮して決定される。
The installation interval between the first
さらに、これら第1給電ロール3a及び第2給電ロール3b、第1押さえロール4a及び第2押さえロール4bは、例えば、タングステン合金等の熱膨張係数の小さな材料で構成されている。
そして、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bは、それぞれの周速度を独立して制御する制御部37a,37bを備えている。第1押さえロール4a及び第2押さえロール4bは、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bに追従する従動ロールである。
Furthermore, these 1st electric
And the 1st electric
次に、このように構成した金属焼結体の製造装置1によってシート状成形体Fを通電焼結する方法について説明する。
まず、シート状成形体Fを、第1給電ロール3aと第1押さえロール4aとで挟持するとともに、第2給電ロール3bと第2押さえロール4bとで挟持する。そして、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bを駆動させて、シート状成形体Fを搬送する。このとき、給電機構5から第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bを介してシート状成形体Fに通電する。
Next, a method for electrically sintering the sheet-like formed body F by the metal sintered
First, the sheet-like molded body F is sandwiched between the first
シート状成形体Fの通電は、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの各端部の通電接続を、スイッチs1〜s4のオン・オフを切替えることにより、シート状成形体Fに流れる電流の方向を切替えて行う。この際、シート状成形体Fの幅方向端部は熱が拡散され易く、幅方向中央部と比較して温度が低くなる傾向があるため、給電機構5の通電制御部52は、シート状成形体Fの幅方向両端部に通電するパターンを多くすることにより、シート状成形体Fの中央部と端部との温度差を小さくするように制御する。
表1に、スイッチs1〜s4の接続状態の組み合わせ(通電パターン)と、この組み合わせに対応するシート状成形体Fに流れる電流の通電方向を示す。表1の「通電方向」には、図5に示す矢印c1〜c4を用いて、シート状成形体Fの通電方向を示す。
The energization of the sheet-shaped molded body F is the current flowing through the sheet-shaped molded body F by switching on and off the switches s1 to s4 at the end of the first
Table 1 shows a combination (energization pattern) of the connection states of the switches s1 to s4 and the energization direction of the current flowing through the sheet-like molded body F corresponding to this combination. The “energization direction” in Table 1 indicates the energization direction of the sheet-like molded body F using arrows c1 to c4 shown in FIG.
例えば、表1の通電パターン1は、スイッチs1,s3が「ON」、スイッチs2,s4が「OFF」とされ、シート状成形体Fの幅方向端部間をシート状成形体Fの走行方向に沿って接続する方向c1に電流が多く流れる状態である。この通電状態を、平行通電という。
また、通電パターン2は、スイッチs1,s4が「ON」、スイッチs2,s3が「OFF」とされており、第1給電ロール3aの一端部と、これの対角に位置する第2給電ロール3bの一端部とを結ぶ対角方向c2に電流が多く流れる状態になる。この通電状態を、対角通電という。
通電パターン1,4は、シート状成形体Fの幅方向中央部より幅方向の両端部に多く通電する平行通電である。そして、通電パターン2,3は、シート状成形体Fの対角方向に多く通電する対角通電である。
すなわち、通電制御部52によりスイッチs1〜s4を連続的に切り替えることにより、通電方向を切り替え、シート状成形体Fの幅方向両端部に多く通電することにより、シート状成形体Fを均一に発熱させることができるようになっている。
そして、このように通電パターンを連続的に切り替えることで、シート状成形体Fがジュール熱によって自己発熱し、1300℃程度まで昇温されて焼結が進行する。
For example, in the
Further, in the
The
That is, by continuously switching the switches s1 to s4 by the
And by switching an electricity supply pattern continuously in this way, the sheet-like molded object F self-heats with Joule heat, is heated up to about 1300 degreeC, and sintering advances.
この際、制御部37a,37bによって、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの周速度を調整し、シート状成形体Fに引張応力を作用させた状態で通電し、焼結を進行させていく。例えば、第1給電ロール3aの周速度をV1とし、第2給電ロール3bの周速度をV2とし、シート状成形体Fを焼結した際の幅方向の収縮率をX%とした場合に、V1×(100−X)/100<V2<V1×1.1の関係を有するように、第1給電ロール3aの周速度V1及び第2給電ロール3bの周速度V2を調整する。本実施形態では、シート状成形体Fの幅方向の収縮率が6%とされているので、第1給電ロール3aの周速度V1を100mm/min、第2給電ロール3bの周速度V2を95mm/minに設定している。また、第1給電ロール3aと第2給電ロール3bとの間の電圧を12V、電流を300Aに設定している。
At this time, the
このように、シート状成形体Fに通電焼結を行うことによって、三次元網目構造の骨格部分に位置するチタン粉末同士が強固に結合し、多孔質チタン焼結体が製造される。なお、得られた多孔質チタン発泡体の厚さは1mmとされている。 In this way, by conducting current sintering on the sheet-like molded body F, titanium powders located in the skeleton portion of the three-dimensional network structure are firmly bonded to each other, and a porous titanium sintered body is manufactured. In addition, the thickness of the obtained porous titanium foam is 1 mm.
以上説明したように、本発明の金属焼結体の製造装置1によれば、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bを介してシート状成形体Fに電気が供給され、シート状成形体F自体が自己発熱することによって焼結される構成とされているので、シート状成形体Fを短時間で高温にまで加熱することができる。また、短時間で高温に加熱されることから、高温状態に保持する時間を短くすることができ、チタンのように活性な金属からなるシート状成形体Fであっても、雰囲気ガス等と反応することを抑制することができる。
As described above, according to the metal sintered
また、シート状成形体Fの幅方向端部は、熱が拡散され易いため、幅方向中央部と比較して温度が低くなる傾向がある。しかしながら、本発明の製造装置においては、電源供給部52と一対の給電ロール3a,3bの両端部との通電接続を切り替える構成としたので、シート状成形体Fの幅方向の一方の端部に位置する各給電ロール3a,3bの端部同士を、その走行方向と平行に接続して通電する場合(平行通電)と、各給電ロール3a,3bの端部を互いに対角となるように接続して通電する場合(対角通電)とを切り替えることにより、シート状成形体Fの幅方向中央部よりも端部に多く通電して、シート状成形体Fを均一に発熱させることができる。これにより、シート状成形体Fの中央部と端部との温度差を小さくすることができ、温度差によって生じるシート状成形体Fの変形を抑制することができる。また、このようにシート状成形体Fの変形を防止することで、金属焼結体の亀裂等の発生を防止することができるので、シート状成形体Fに安定した電流を流すことができ、均一な金属成形体を得ることができる。
Moreover, since heat is easily diffused at the widthwise end portion of the sheet-like molded body F, the temperature tends to be lower than that at the widthwise central portion. However, in the manufacturing apparatus of the present invention, since the
さらに、シート状成形体Fの収縮率に応じて第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bとの周速度を調整し、シート状成形体Fに引張応力を作用させた状態で焼結を進行させることができ、焼結に伴うシート状成形体Fの変形を矯正して、この変形に起因するトラブルの発生を未然に防止することができる。また、シート状成形体Fに必要以上の引張応力が作用することがなく、シート状成形体Fの破断等の発生を防止することができる。
Further, the peripheral speeds of the first
また、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bの内部に水冷配管33を設けているので、第1給電ロール3a及び第2給電ロール3bが高温状態に維持されることを防止でき、これら給電ロールの劣化を防止することができる。
さらに、第1給電ロール3a、第2給電ロール3b、第1押さえロール4a、第2押さえロール4bは、タングステン合金等の熱膨張率の小さな材質で構成されているので、熱による変形を抑制することができ、焼結を良好に行うことができる。そして、これら第1給電ロール3a、第2給電ロール3b、第1押さえロール4a、第2押さえロール4bは、耐熱性を高めることにより、冷却配管等の冷却機構を省略することが可能である。
Further, since the water-cooled
Furthermore, since the first
図6は本発明の第2実施形態を示している。第1実施形態は、2つの給電ロール(第1給電ロール及び第2給電ロール)を備えた金属焼結体の製造装置で構成されていたが、第2実施形態は、3つの給電ロール(第1給電ロール103a、第2給電ロール103b及び第3給電ロール103c)を備えた金属焼結体の製造装置で構成されている。
各給電ロール103a〜103cの両端部は、図6に示すように、電源供給部50にスイッチs1〜s6を介して並列的に接続されている。これらスイッチs1〜s6のオン・オフを切り替えて、各給電ロール103a〜103cの端部同士の組合せを変更することにより、シート状成形体Fの通電方向を切り替えることができる。
この場合、シート状成形体Fの幅方向端部間をシート状成形体Fの走行方向に沿って接続する方向(c1,c2,c5,c8)の平行通電と、各給電ロール103a〜103cの間を、対向する各給電ロール103a〜103cの端部を対角方向(c3,c4,c6,c7)に接続して通電する対角通電とを連続的に切り替えて、シート状成形体Fの発熱を制御する。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. Although 1st Embodiment was comprised with the manufacturing apparatus of the sintered metal body provided with two electric power supply rolls (a 1st electric power supply roll and a 2nd electric power supply roll), 2nd Embodiment is three electric power supply rolls (the 1st electric power supply roll). It is comprised with the manufacturing apparatus of the metal sintered compact provided with the 1 electric
As shown in FIG. 6, both ends of each of the power supply rolls 103a to 103c are connected in parallel to the
In this case, parallel energization in the direction (c1, c2, c5, c8) in which the widthwise ends of the sheet-like molded body F are connected along the traveling direction of the sheet-like molded body F, and the power supply rolls 103a to 103c are connected. The sheet-shaped molded body F of the sheet-like molded product F is continuously switched between diagonal energization by connecting the ends of the opposing power supply rolls 103a to 103c in the diagonal direction (c3, c4, c6, c7). Control heat generation.
また、第1給電ロール103aの周速度V1、第2給電ロール103bの周速度V2、第3給電ロール103cの周速度V3、シート状成形体Fの幅方向の収縮率Xとした場合に、V1×(100−X)/100<V2<V1×1.1及びV2×(100−X)/100<V3<V2×1.1の関係を有するように、制御部137a,137b,137cによって、各給電ロール103a,103b,103cの周速度V1,V2,V3を設定することができる。
その他の構成は、第1実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
In addition, when the peripheral speed V1 of the first
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to common portions, and descriptions thereof are omitted.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においてスラリーを作製するものとして説明したが、このスラリーの配合、粉末の粒径等は、本実施形態に限定されることはなく、他の配合、粒径の原料を用いてスラリーを作製してもよい。
また、製造される金属焼結体の厚さ及び幅は、本実施形態に限定されることはなく、他のサイズの金属焼結体を製造するものであってもよい。
さらに、チタンからなる金属焼結体を対象としたもので説明したが、これに限定されることはなく、ステンレス鋼やNi基合金等の他の金属焼結体を対象としてもよい。
また、給電機構を直流電源として説明したが、これに限定されることはなく、交流電源やパルス電源であってもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, although it demonstrated as what produces a slurry in the above-mentioned embodiment, the mixing | blending of this slurry, the particle size of a powder, etc. are not limited to this embodiment, The raw material of another mixing | blending and a particle size is used. A slurry may be prepared.
Moreover, the thickness and width of the metal sintered body to be manufactured are not limited to the present embodiment, and other sizes of metal sintered bodies may be manufactured.
Furthermore, although the description has been made with respect to a sintered metal body made of titanium, the present invention is not limited to this, and other sintered metal bodies such as stainless steel and Ni-based alloys may be targeted.
Moreover, although the power supply mechanism has been described as a DC power supply, the power supply mechanism is not limited to this, and an AC power supply or a pulse power supply may be used.
また、上述の実施形態おいて、各給電ロール間の通電パターンとして、各給電ロールの一つの端部同士を接続する通電パターンとして説明したが、一の給電ロールの一つの端部と、他の給電ロールの両端部とを同時に接続する通電パターンとしてもよい。
例えば、第1実施形態において、第1給電ロール3aの両端部を接続し(スイッチs1,s2共に「ON」)、第2給電ロール3bの一端部を接続した場合(例えば、スイッチs3が「ON」、スイッチs4が「OFF」)、方向c1,c3を同時に通電する通電パターンとすることができる。
Moreover, in the above-described embodiment, as the energization pattern between the power supply rolls, the energization pattern connecting one end of each power supply roll is described, but one end of one power supply roll and the other It is good also as an electricity supply pattern which connects the both ends of an electric power feeding roll simultaneously.
For example, in the first embodiment, when both ends of the first
また、給電ロール及び押さえロールを、タングステン合金等の熱膨張率の小さい材料で構成したものとして説明したが、他の材質であってもよい。例えば、第1給電ロール及び第2給電ロールを銅等の導電率に優れた材質で構成することで、給電を効率良く行うことができる。なお、銅の場合には、熱膨張係数が比較的大きいことから、熱変形を抑制するために十分に冷却する必要がある。また、押さえロールは、セラミックスロールであってもよい。 Moreover, although the power supply roll and the pressing roll have been described as being made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as a tungsten alloy, other materials may be used. For example, power supply can be performed efficiently by configuring the first power supply roll and the second power supply roll with a material having excellent conductivity such as copper. In the case of copper, since the thermal expansion coefficient is relatively large, it is necessary to cool sufficiently in order to suppress thermal deformation. Further, the pressing roll may be a ceramic roll.
また、第1押さえロール及び第2押さえロールは、従動ロールとして説明したが、これに限定されることはなく、これらの押さえロールの周速度を各給電ロールと同期して独立に制御する制御部を備えたものとしてもよい。
さらに、給電ロールを下側に配置し、押さえロールを上側に配置した構成で説明したが、これに限定されることはなく、給電ロールを上側に配置し、押さえロールを下側に配置してもよい。また、第1給電ロール及び第2給電ロールのうちの一方を上側に配置し、他方を下側に配置してもよい。
Moreover, although the 1st press roll and the 2nd press roll were demonstrated as a follower roll, it is not limited to this, The control part which controls the peripheral speed of these press rolls independently in synchronization with each electric power feeding roll It is good also as a thing provided.
Furthermore, although it demonstrated by the structure which has arrange | positioned the electric power roll on the lower side and arrange | positioned the press roll on the upper side, it is not limited to this, arrange | positions the electric power roll on the upper side, arranges the press roll on the lower side. Also good. One of the first power supply roll and the second power supply roll may be arranged on the upper side, and the other may be arranged on the lower side.
1 金属焼結体の製造装置
2 焼結室
2a 搬入口
2b 搬出口
3a,103a 第1給電ロール
3b,103b 第2給電ロール
4a 第1押さえロール
4b 第2押さえロール
5 給電機構
8 圧力調整機構
21 覗窓
22 放射温度計
32 給電コネクタ
33,43 水冷配管
34,44 冷却水供給部
34a 供給管
34b 排出管
35 駆動モータ
36 絶縁部材
37a,37b,137a,137b,137c 制御部
40 支持アーム
41 絶縁碍子
42 ロードセル
50 電源供給部
51 電極
52 通電制御部
90 シート成形機
91 搬送ローラ
92 キャリアシート
93 スラリー貯留部
94 ドクターブレード
95 発泡槽
96 乾燥室
103c 第3給電ロール
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記シート状成形体に対して通電して自己発熱によって焼結させる金属焼結体の製造装置として、前記シート状成形体を走行させるとともに前記シート状成形体の走行方向に間隔をおいて配置された前記一対の給電ロールと、この一対の給電ロールを介して前記シート状成形体に電流を供給する給電機構と、前記一対の給電ロールに対向して配置され前記シート状成形体を前記給電ロールとの間に挟持する押さえロールとを備える金属焼結体の製造装置を用い、
前記一対の給電ロールの両端部間を前記シート状成形体の走行方向に沿って接続して前記シート状成形体の幅方向端部を通電する平行通電と、前記一対の給電ロールの両端部を互いに対角方向に接続して通電する対角通電とを切り替えながら、前記シート状成形体の幅方向中央部よりも幅方向端部に多く通電する金属焼結体の製造方法。 Manufacture of a metal sintered body that travels a sheet-like molded body made of metal powder and that is sintered by self-heating by energizing the sheet-like molded body between a pair of power supply rolls arranged at intervals in the running direction. A method,
As an apparatus for producing a metal sintered body that is energized and sintered by self-heating with respect to the sheet-shaped molded body, the sheet-shaped molded body is run and arranged at intervals in the running direction of the sheet-shaped molded body. The pair of power supply rolls, a power supply mechanism that supplies current to the sheet-like molded body through the pair of power supply rolls, and the sheet-shaped molded body that is disposed to face the pair of power supply rolls. And using a metal sintered body manufacturing apparatus comprising a pressing roll sandwiched between
Parallel energization that connects between both ends of the pair of power supply rolls along the running direction of the sheet-like molded body and energizes the widthwise ends of the sheet-like molded body, and both ends of the pair of power supply rolls A method for producing a metal sintered body in which more current is supplied to the end portion in the width direction than to the center portion in the width direction of the sheet-like formed body while switching between diagonal energizations that are connected to each other in the diagonal direction.
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