JP6762732B2 - Multi-axis current sintering equipment - Google Patents

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Description

本発明は、粉体材料を加圧しながら通電して焼結する通電焼結装置に関するものである。 The present invention relates to an energization sintering device that energizes and sinters a powder material while applying pressure.

従来、粉体材料を加圧しながら通電して焼結する通電焼結装置として、一軸通電焼結装置と多軸通電焼結装置とがある。 Conventionally, there are a uniaxial energizing sintering apparatus and a multiaxial energizing sintering apparatus as an energizing sintering apparatus that energizes and sintered a powder material while applying pressure.

図8に示す一軸通電焼結装置200は、真空容器270内の成形型280に入れられた粉体材料に対して、上方にスペーサー211,212及び上パンチ213を配置し、下方にスペーサー221,222及び下パンチ223を配置し、上下方向の加圧通電軸210,220により加圧通電して、焼結体290を生成するものである。一軸通電焼結装置は、加圧と通電に同じ軸を使用することから、焼結部分の径方向(水平方向)の温度分布が不均一となりやすい。その欠点を改良すべく、加圧軸と通電軸とを分離したものが多軸通電焼結装置である。 In the uniaxial current-carrying sintering apparatus 200 shown in FIG. 8, spacers 211 and 212 and upper punches 213 are arranged above and spacers 221 and 21 below the powder material placed in the molding die 280 in the vacuum vessel 270. The 222 and the lower punch 223 are arranged and pressurized and energized by the pressurizing and energizing shafts 210 and 220 in the vertical direction to generate the sintered body 290. Since the uniaxial energization sintering device uses the same axis for pressurization and energization, the temperature distribution in the radial direction (horizontal direction) of the sintered portion tends to be non-uniform. In order to improve the drawback, the multi-axis energization sintering device is a device in which the pressurizing shaft and the energizing shaft are separated.

図9に示す多軸通電焼結装置100は、真空容器70内の成形型80に入れられた粉体材料を、上下方向の加圧軸10,20により加圧し、水平方向の通電軸(A)30,40及び通電軸(B)50,60により通電するようになっている。そして、通電軸による通電方法に関して、特許文献1には、加圧下にある粉体材料を収納する筒状の型の側面の周囲に、2本一対を1組とした電極を複数組配設して、各組の一対の電極に対する通電を交互に切り換えながら粉体材料に熱を付与するようにした多軸通電焼結装置に関する発明が記載されている。 The multi-axis current-carrying sintering apparatus 100 shown in FIG. 9 pressurizes the powder material contained in the molding die 80 in the vacuum vessel 70 by the vertical pressure shafts 10 and 20, and the horizontal current-carrying shaft (A). ) 30, 40 and the energizing shaft (B) 50, 60 are energized. Regarding the method of energizing with an energizing shaft, Patent Document 1 disposes a plurality of sets of electrodes in a pair of two around the side surface of a tubular mold for accommodating a powder material under pressure. Further, an invention relating to a multi-axis current-carrying sintering apparatus in which heat is applied to a powder material while alternately switching energization to a pair of electrodes of each set is described.

ここで、多軸通電焼結装置における断熱構造について説明する。図10及び図11は、従来の多軸通電焼結装置における断熱構造を示す図である。なお、以下に示す各構成部材の材料について、加圧軸は鋼、成形型及びスペーサーは黒鉛、断熱材はガラス繊維と樹脂が用いられている。 Here, the heat insulating structure in the multi-axis current-carrying sintering apparatus will be described. 10 and 11 are diagrams showing a heat insulating structure in a conventional multi-axis electric current sintering apparatus. Regarding the materials of the constituent members shown below, steel is used for the pressure shaft, graphite is used for the molding die and the spacer, and glass fiber and resin are used for the heat insulating material.

図10に示す断熱構造103は、成形型80内の粉体材料に対して、上方にスペーサー12,13,14及び上パンチ15を配置し、下方にスペーサー22,23,24及び下パンチ25を配置し、上下方向の加圧軸10,20により加圧し、水平方向の通電軸により通電して、焼結体90を生成するものである。そして、上下方向の加圧軸10,20には、それぞれ水冷部11,21が設けられており、水を供給しながら加圧軸を冷却するようになっている。 In the heat insulating structure 103 shown in FIG. 10, the spacers 12, 13, 14 and the upper punch 15 are arranged above the powder material in the molding die 80, and the spacers 22, 23, 24 and the lower punch 25 are arranged below. It is arranged, pressurized by the pressure shafts 10 and 20 in the vertical direction, and energized by the energizing shaft in the horizontal direction to generate the sintered body 90. Water cooling portions 11 and 21 are provided on the pressure shafts 10 and 20 in the vertical direction, respectively, so as to cool the pressure shaft while supplying water.

一方、図11に示す断熱構造104は、断熱構造103に対して、加圧軸10とスペーサー12との間に断熱材16を、加圧軸20とスペーサー22との間に断熱材26を、それぞれ追加したものである。 On the other hand, the heat insulating structure 104 shown in FIG. 11 has a heat insulating material 16 between the pressure shaft 10 and the spacer 12 and a heat insulating material 26 between the pressure shaft 20 and the spacer 22 with respect to the heat insulating structure 103. Each is added.

断熱構造103と断熱構造104との違いは断熱材16,26の有無のみであるが、用途には大きな差がある。断熱構造103の場合、加圧軸の冷却水への熱の逃げが大きく、高温での操業には電力が多く必要な点がデメリットであり、断熱材を入れていないことから、加圧軸の変位≒焼結素材の寸法変化であり、焼結密度や焼結時の寸法管理が容易である点がメリットである。従って、比較的低温度で焼結ができ、かつ寸法精度の要求が厳しい焼結体の製造用として使用される。 The only difference between the heat insulating structure 103 and the heat insulating structure 104 is the presence or absence of the heat insulating materials 16 and 26, but there is a large difference in usage. In the case of the heat insulating structure 103, the heat escapes to the cooling water of the pressure shaft is large, and the disadvantage is that a large amount of electric power is required for operation at high temperature. Since no heat insulating material is inserted, the pressure shaft Displacement ≒ Dimensional change of the sintered material, and the advantage is that the sintering density and dimensional control during sintering are easy. Therefore, it is used for the production of sintered bodies that can be sintered at a relatively low temperature and have strict requirements for dimensional accuracy.

一方、断熱構造104の場合、断熱材の挿入により高温下の操業でも電力が節約できる点がメリットであり、断熱材の弾性変化や塑性変形があるため、焼結体密度や焼結寸法の管理が難しい点がデメリットである。従って、比較的高温度での焼結を必要とし、かつ寸法精度が厳しくない焼結体の製造用として使用される。 On the other hand, in the case of the heat insulating structure 104, there is an advantage that electric power can be saved even in operation under high temperature by inserting the heat insulating material, and since there is an elastic change and plastic deformation of the heat insulating material, the sintered body density and the sintered size are controlled. The disadvantage is that it is difficult. Therefore, it is used for manufacturing a sintered body that requires sintering at a relatively high temperature and whose dimensional accuracy is not strict.

特許第4226674号Patent No. 4226674

図12は、従来の断熱構造103の場合の、通電による発熱及び熱の逃げ方を示したものである。まず、通電焼結中の黒鉛型の発熱は、黒鉛型の電気抵抗によるジュール熱(符号6)及び通電軸と黒鉛型の接触抵抗による発熱(符号7,8)があると考えられる。また、熱の逃げ方としては、加圧軸側への逃げ及び通電軸側への逃げがあり、部分的に輻射熱となって逃げているものと考えられる。そのため、高温操業用の多軸通電焼結装置では、加圧軸とスペーサーとの間に断熱材を設けて、加圧軸側への熱の逃げを抑制している。従って、加圧軸側への熱の逃げをさらに抑制することが求められている。 FIG. 12 shows how heat is generated by energization and how heat escapes in the case of the conventional heat insulating structure 103. First, it is considered that the heat generation of the graphite type during energization sintering includes Joule heat (reference numeral 6) due to the electrical resistance of the graphite type and heat generation (reference numerals 7 and 8) due to the contact resistance between the energization shaft and the graphite type. Further, it is considered that the heat escapes to the pressurizing shaft side and to the energizing shaft side, and partially becomes radiant heat to escape. Therefore, in the multi-axis current-carrying sintering apparatus for high-temperature operation, a heat insulating material is provided between the pressurizing shaft and the spacer to suppress heat escape to the pressurizing shaft side. Therefore, it is required to further suppress the escape of heat to the pressurizing shaft side.

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、加圧軸側への熱の逃げを抑制して、より高温下での操業ができるとともに、成形型内温度の均一化及び省エネ化の可能な多軸通電焼結装置を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, suppresses heat escape to the pressure shaft side, enables operation at a higher temperature, makes the temperature inside the molding mold uniform, and saves energy. It provides a possible multi-axis energization sintering apparatus.

上記課題を解決するため、本発明の多軸通電式焼結装置は、上下方向の加圧軸と水平方向の通電軸とを備え、成形型内の粉体材料を前記加圧軸により加圧しながら前記通電軸により通電して焼結する通電焼結装置であって、前記加圧軸の先端部に断熱用の空洞を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the multi-axis energization type sintering apparatus of the present invention includes a vertical pressurizing shaft and a horizontal energizing shaft, and pressurizes the powder material in the molding die by the pressurizing shaft. However, it is an energization sintering device that energizes and sinters by the energization shaft, and is characterized in that a cavity for heat insulation is provided at the tip of the pressurization shaft.

また好ましくは、前記加圧軸と前記成形型との間に断熱材を設けたことを特徴とする。 Further, it is preferable that a heat insulating material is provided between the pressure shaft and the molding die.

また好ましくは、前記空洞内に冷却水を供給することを特徴とする。 Further, it is preferable to supply cooling water into the cavity.

また好ましくは、前記加圧軸の先端部の温度に応じて前記冷却水の供給量を調整することを特徴とする。 Further, preferably, the supply amount of the cooling water is adjusted according to the temperature of the tip end portion of the pressurizing shaft.

本発明の通電焼結装置は、上下方向の加圧軸と水平方向の通電軸とを備え、成形型内の粉体材料を加圧軸により加圧しながら通電軸により通電して焼結するようになっている。そして、加圧軸の先端部に断熱用の空洞を設けている。従って、成形型に近い部分に断熱用の空洞を設けて、成形型から加圧軸側への熱の逃げを抑制することができる。これにより、より高温下での操業ができるとともに、成形型内温度の均一化及び省エネ化も可能となる。 The current-carrying sintering apparatus of the present invention includes a pressure shaft in the vertical direction and a current-carrying shaft in the horizontal direction, so that the powder material in the molding die is pressed by the pressure shaft and energized by the current-carrying shaft for sintering. It has become. Then, a cavity for heat insulation is provided at the tip of the pressurizing shaft. Therefore, it is possible to provide a cavity for heat insulation in a portion close to the molding die and suppress heat escape from the molding die to the pressure shaft side. As a result, it is possible to operate at a higher temperature, and it is also possible to make the temperature inside the molding mold uniform and save energy.

また、加圧軸と成形型との間に断熱材を設けた場合には、成形型から加圧軸側への熱の逃げをさらに抑制することができる。 Further, when a heat insulating material is provided between the pressurizing shaft and the molding die, heat escape from the molding die to the pressurizing shaft side can be further suppressed.

また、空洞内に冷却水を供給する場合には、水冷によって断熱効果を高めることができる。 Further, when the cooling water is supplied into the cavity, the heat insulating effect can be enhanced by water cooling.

また、加圧軸の先端部の温度に応じて冷却水の供給量を調整する場合には、成形型から加圧軸側への熱の逃げを、細かく制御しながら抑制することができる。 Further, when the supply amount of the cooling water is adjusted according to the temperature of the tip portion of the pressurizing shaft, the heat escape from the molding die to the pressurizing shaft side can be suppressed while being finely controlled.

このように、本発明の多軸通電焼結装置によれば、加圧軸側への熱の逃げを抑制して、より高温下での操業ができるとともに、成形型内温度の均一化及び省エネ化が可能である。 As described above, according to the multi-axis energization sintering apparatus of the present invention, it is possible to operate at a higher temperature by suppressing heat escape to the pressure shaft side, and to make the temperature inside the molding mold uniform and save energy. Can be converted.

本発明の実施形態1に係る多軸通電焼結装置の断熱構造を示す図である。It is a figure which shows the heat insulation structure of the multi-axis electric current sintering apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る多軸通電焼結装置の断熱構造を示す図である。It is a figure which shows the heat insulation structure of the multi-axis electric current sintering apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施例における型内の温度計測位置を示す図である。It is a figure which shows the temperature measurement position in the mold in an Example. 実施例における型内の温度上昇曲線を示すグラフであるIt is a graph which shows the temperature rise curve in the mold in an Example. 比較例における型内の温度上昇曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature rise curve in the mold in the comparative example. 推定温度勾配を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated temperature gradient. 実施例及び比較例における使用電力を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power used in an Example and a comparative example. 一軸通電焼結装置の構成図である。It is a block diagram of the uniaxial electric current sintering apparatus. 多軸通電焼結装置の構成図である。It is a block diagram of the multi-axis electric current sintering apparatus. 従来例に係る多軸通電焼結装置の断熱構造を示す図である。It is a figure which shows the heat insulation structure of the multi-axis electric current sintering apparatus which concerns on the prior art. 従来例に係る多軸通電焼結装置の断熱構造を示す図である。It is a figure which shows the heat insulation structure of the multi-axis electric current sintering apparatus which concerns on the prior art. 通電による発熱及び熱の逃げ方を示した図である。It is a figure which showed the heat generation by energization and the way of heat escape. 加圧軸の水冷構造を示す図である。It is a figure which shows the water cooling structure of a pressure shaft.

次に、図1乃至図7及び図13を参照して、本発明の実施形態に係る多軸通電焼結装置について説明する。本実施形態に係る多軸通電焼結装置の全体構成は、従来例として説明した図9に示す多軸通電焼結装置100と同様であり、真空容器70内の成形型80に入れられた粉体材料を、上下方向の加圧軸10,20により加圧し、水平方向の通電軸30,40及び通電軸50,60により通電するようにしたものである。そして、多軸通電焼結装置100の断熱構造として、以下の2つの実施形態について説明する。なお、以下に示す各構成部材の材料について、加圧軸は鋼、成形型及びスペーサーは黒鉛、断熱材はガラス繊維と樹脂が用いられている。 Next, the multi-axis current-carrying sintering apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and 13. The overall configuration of the multi-axis energization sintering apparatus according to the present embodiment is the same as that of the multi-axis energization sintering apparatus 100 shown in FIG. 9 described as a conventional example, and the powder contained in the molding die 80 in the vacuum vessel 70. The body material is pressurized by the vertical pressurizing shafts 10 and 20, and is energized by the horizontal energizing shafts 30 and 40 and the energizing shafts 50 and 60. Then, the following two embodiments will be described as the heat insulating structure of the multi-axis energization sintering device 100. Regarding the materials of the constituent members shown below, steel is used for the pressure shaft, graphite is used for the molding die and the spacer, and glass fiber and resin are used for the heat insulating material.

(実施形態1)
図1に示す断熱構造101は、成形型80内の粉体材料に対して、上方にスペーサー12,13,14及び上パンチ15を配置し、下方にスペーサー22,23,24及び下パンチ25を配置し、上下方向の加圧通電軸10,20により加圧し、水平方向の通電軸により通電して、焼結体90を生成するものである。そして、上下方向の加圧軸10,20の本体部には、それぞれ水冷部11,21が設けられており、水を供給しながら加圧軸を冷却するようになっている。また、加圧軸10とスペーサー12との間に断熱材16が、加圧軸20とスペーサー22との間に断熱材26が、それぞれ挿入されている。
(Embodiment 1)
In the heat insulating structure 101 shown in FIG. 1, the spacers 12, 13, 14 and the upper punch 15 are arranged above the powder material in the molding die 80, and the spacers 22, 23, 24 and the lower punch 25 are arranged below. It is arranged, pressurized by the pressure-carrying shafts 10 and 20 in the vertical direction, and energized by the power-carrying shaft in the horizontal direction to generate the sintered body 90. Water cooling portions 11 and 21 are provided on the main bodies of the pressure shafts 10 and 20 in the vertical direction, respectively, so as to cool the pressure shaft while supplying water. Further, a heat insulating material 16 is inserted between the pressure shaft 10 and the spacer 12, and a heat insulating material 26 is inserted between the pressure shaft 20 and the spacer 22.

次に、実施形態1では、加圧軸10の先端部18(成形型80側の部分)に、空洞19が形成されている。同様に、加圧軸20の先端部28(成形型80側の部分)に、空洞29が形成されている。空洞19,29には、外部から冷却水が供給されている。供給された冷却水は、加圧軸10,20の温度上昇に伴い加熱されて、高温水又は水蒸気となって外部に排出される。なお、空洞19,29への冷却水は、循環式に供給するようにしてもよい。 Next, in the first embodiment, the cavity 19 is formed in the tip portion 18 (the portion on the molding mold 80 side) of the pressure shaft 10. Similarly, a cavity 29 is formed in the tip 28 (the portion on the molding mold 80 side) of the pressure shaft 20. Cooling water is supplied to the cavities 19 and 29 from the outside. The supplied cooling water is heated as the temperature of the pressurizing shafts 10 and 20 rises, and is discharged to the outside as high-temperature water or steam. The cooling water to the cavities 19 and 29 may be supplied in a circulating manner.

このように、成形型80に近い部分に断熱用の空洞19,29を設けて冷却水を供給することにより、成形型から加圧軸側への熱の逃げを抑制することができる。 In this way, by providing the cavities 19 and 29 for heat insulation in the portion close to the molding die 80 and supplying the cooling water, it is possible to suppress the escape of heat from the molding die to the pressure shaft side.

また、加圧軸10,20の先端部18,28の温度に応じて冷却水の供給量を調整するようにしてもよい。これにより、成形型80から加圧軸10,20側への熱の逃げを、細かく制御することができる。 Further, the supply amount of the cooling water may be adjusted according to the temperature of the tips 18 and 28 of the pressurizing shafts 10 and 20. Thereby, the heat escape from the molding die 80 to the pressure shafts 10 and 20 can be finely controlled.

ここで、図13を参照して、加圧軸先端部の空洞へ冷却水を供給する場合の、供給量の調整方法の一例を説明する。図13は、加圧軸10について記載したものであるが、加圧軸20についても同様である。 Here, with reference to FIG. 13, an example of a method of adjusting the supply amount when the cooling water is supplied to the cavity at the tip of the pressurizing shaft will be described. FIG. 13 describes the pressurizing shaft 10, but the same applies to the pressurizing shaft 20.

加圧軸10の基端部(本体部)には、水冷部11が設けられている。水冷部11には、本体部給水管111及び本体部排水管112が接続されており、冷却水を循環させながら本体部を冷却するようになっている。 A water cooling portion 11 is provided at the base end portion (main body portion) of the pressurizing shaft 10. A main body water supply pipe 111 and a main body drainage pipe 112 are connected to the water cooling unit 11 so as to cool the main body while circulating cooling water.

加圧軸10の先端部18には空洞19が設けられている。空洞19には、先端部給水管114及び先端部排水管115が接続されている。また、先端部給水管114の上流側には逆止弁113及び電磁弁119が、先端部排水管115の下流側には逆止弁116が、それぞれ設けられている。逆止弁113は、上流側から空洞19側への通過を可能にするとともに、空洞19側からの逆流を防止する。逆止弁116は、空洞19側から下流側への通過を可能にするもとともに、下流側からの逆流を防止する。電磁弁119は、空洞19への冷却水の供給量を調整するために、必要に応じて開閉される。 A cavity 19 is provided in the tip 18 of the pressurizing shaft 10. A tip water supply pipe 114 and a tip drain pipe 115 are connected to the cavity 19. Further, a check valve 113 and a solenoid valve 119 are provided on the upstream side of the tip water supply pipe 114, and a check valve 116 is provided on the downstream side of the tip drain pipe 115. The check valve 113 enables passage from the upstream side to the cavity 19 side and prevents backflow from the cavity 19 side. The check valve 116 allows passage from the cavity 19 side to the downstream side, and also prevents backflow from the downstream side. The solenoid valve 119 is opened and closed as necessary in order to adjust the amount of cooling water supplied to the cavity 19.

加圧軸10の先端部18には、熱電対117が取り付けられており。加圧軸先端部18の温度を測定するようになっている。また、水冷部11と空洞19との間は、隔壁118により隔てられている。 A thermocouple 117 is attached to the tip 18 of the pressurizing shaft 10. The temperature of the tip 18 of the pressurizing shaft is measured. Further, the water cooling portion 11 and the cavity 19 are separated by a partition wall 118.

通電焼結が開始されると、成形型の温度上昇に伴い、加圧軸10の先端部18の温度が上昇する。そこで、熱電対117による温度測定に基づき、先端部18の温度が予め定めた温度よりも高くなると、電磁弁119を開いて空洞19に冷却水を供給する。また、先端部18が冷却されて予め定めた温度よりも低くなると、電磁弁119を閉じて空洞19への冷却水の供給をストップする。空洞19に供給された冷却水は、先端部18の温度に応じて、高温水又は水蒸気の状態で、先端部排水管115から排出される。なお、逆止弁113,116の働きにより、空洞19の高温水又は水蒸気は、上流側に逆流することなく下流側に排出される。 When energization sintering is started, the temperature of the tip 18 of the pressurizing shaft 10 rises as the temperature of the molding die rises. Therefore, based on the temperature measurement by the thermocouple 117, when the temperature of the tip portion 18 becomes higher than the predetermined temperature, the solenoid valve 119 is opened to supply the cooling water to the cavity 19. Further, when the tip portion 18 is cooled and becomes lower than a predetermined temperature, the solenoid valve 119 is closed to stop the supply of cooling water to the cavity 19. The cooling water supplied to the cavity 19 is discharged from the tip drain pipe 115 in the state of high temperature water or steam depending on the temperature of the tip 18. By the action of the check valves 113 and 116, the high-temperature water or steam in the cavity 19 is discharged to the downstream side without flowing back to the upstream side.

このように、冷却水の供給量を調整することにより、加圧軸10先端部18の温度を一定範囲に保つことができる。加圧軸10の先端部が高温になり過ぎると、割れなどの破損が生じるため好ましくない。一方であまり冷却し過ぎると、加圧軸10側への熱の逃げが多くなってしまう。従って、先端部18の温度を一定範囲に保つように制御することで、先端部18の破損を抑えつつ、加圧軸10側への熱の逃げを抑制することができる。 By adjusting the supply amount of the cooling water in this way, the temperature of the tip portion 18 of the pressurizing shaft 10 can be kept within a certain range. If the tip of the pressurizing shaft 10 becomes too hot, damage such as cracking will occur, which is not preferable. On the other hand, if it is cooled too much, heat escapes to the pressurizing shaft 10 side more often. Therefore, by controlling the temperature of the tip portion 18 to be kept within a certain range, it is possible to suppress damage to the tip portion 18 and prevent heat from escaping to the pressure shaft 10 side.

(実施形態2)
図2に示す断熱構造102は、成形型80内の粉体材料に対して、上方にスペーサー12,13,14及び上パンチ15を配置し、下方にスペーサー22,23,24及び下パンチ25を配置し、上下方向の加圧通電軸10,20により加圧し、水平方向の通電軸により通電して、焼結体90を生成するものである。そして、上下方向の加圧軸10,20の本体部には、それぞれ水冷部11,21が設けられており、水を供給しながら加圧軸を冷却するようになっている。また、実施形態1と異なり、加圧軸10とスペーサー12との間に2枚の断熱材16,17が、加圧軸20とスペーサー22との間に2枚の断熱材26,27が、それぞれ挿入されている。
(Embodiment 2)
In the heat insulating structure 102 shown in FIG. 2, the spacers 12, 13, 14 and the upper punch 15 are arranged above the powder material in the molding die 80, and the spacers 22, 23, 24 and the lower punch 25 are arranged below. It is arranged, pressurized by the pressure-carrying shafts 10 and 20 in the vertical direction, and energized by the power-carrying shaft in the horizontal direction to generate the sintered body 90. Water cooling portions 11 and 21 are provided on the main bodies of the pressure shafts 10 and 20 in the vertical direction, respectively, so as to cool the pressure shaft while supplying water. Further, unlike the first embodiment, two heat insulating materials 16 and 17 are provided between the pressure shaft 10 and the spacer 12, and two heat insulating materials 26 and 27 are provided between the pressure shaft 20 and the spacer 22. Each is inserted.

次に、実施形態2では、加圧軸10の先端部18(成形型80側の部分)に、空洞19が形成されている。同様に、加圧軸20の先端部28(成形型80側の部分)に、空洞29が形成されている。ただし、実施形態1と異なり、空洞19,29には、外部から冷却水が供給されておらず、断熱空間として用いられている。 Next, in the second embodiment, the cavity 19 is formed in the tip portion 18 (the portion on the molding mold 80 side) of the pressure shaft 10. Similarly, a cavity 29 is formed in the tip 28 (the portion on the molding mold 80 side) of the pressure shaft 20. However, unlike the first embodiment, the cavities 19 and 29 are not supplied with cooling water from the outside and are used as a heat insulating space.

このように、成形型80に近い部分に断熱用の空洞19,29を設けて断熱空間とすることにより、成形型から加圧軸側への熱の逃げを抑制することができる。 In this way, by providing the heat insulating cavities 19 and 29 in the portion close to the molding die 80 to form a heat insulating space, it is possible to suppress heat escape from the molding die to the pressure shaft side.

なお、断熱構造101及び断熱構造102について、断熱材の有無・枚数や、空洞への冷却水供給の有無は、適宜組み合わせることが可能である。例えば、断熱構造101について、「断熱材なし」や、「空洞への冷却水供給なし」とすることができる。また、断熱構造102について、「断熱材なし」や、「空洞への冷却水供給あり」とすることができる。 With respect to the heat insulating structure 101 and the heat insulating structure 102, the presence / absence / number of heat insulating materials and the presence / absence of cooling water supply to the cavity can be appropriately combined. For example, the heat insulating structure 101 may be "without heat insulating material" or "without supplying cooling water to the cavity". Further, the heat insulating structure 102 may be "without heat insulating material" or "with cooling water supplied to the cavity".

本実施形態に係る通電焼結装置は、上下方向の加圧軸10,20と水平方向の通電軸とを備え、成形型80内の粉体材料を加圧軸10,20により加圧しながら通電軸により通電して焼結するようになっている。そして、加圧軸10,20の先端部18,28に断熱用の空洞19,29を設けている。従って、成形型80に近い部分に断熱用の空洞19,29を設けて、成形型80から加圧軸10,20側への熱の逃げを抑制することができる。これにより、より高温下での操業ができるとともに、成形型内温度の均一化及び省エネ化も可能となる。 The current-carrying sintering apparatus according to the present embodiment includes the pressure shafts 10 and 20 in the vertical direction and the current-carrying shafts in the horizontal direction, and energizes the powder material in the molding die 80 while pressurizing the pressure shafts 10 and 20. It is designed to be energized by a shaft and sintered. Then, cavities 19 and 29 for heat insulation are provided in the tips 18 and 28 of the pressure shafts 10 and 20. Therefore, the heat insulating cavities 19 and 29 can be provided in the portion close to the molding die 80 to suppress heat escape from the molding die 80 to the pressure shafts 10 and 20. As a result, it is possible to operate at a higher temperature, and it is also possible to make the temperature inside the molding mold uniform and save energy.

また、加圧軸10,20と成形型80との間に断熱材16,17を設けた場合には、成形型80から加圧軸10,20側への熱の逃げをさらに抑制することができる。 Further, when the heat insulating materials 16 and 17 are provided between the pressurizing shafts 10 and 20 and the forming mold 80, it is possible to further suppress heat escape from the forming die 80 to the pressurizing shafts 10 and 20 side. it can.

また、空洞19,29内に冷却水を供給する場合には、水冷によって断熱効果を高めることができる。 Further, when the cooling water is supplied into the cavities 19 and 29, the heat insulating effect can be enhanced by water cooling.

また、加圧軸10,20の先端部18,28の温度に応じて冷却水の供給量を調整する場合には、成形型80から加圧軸10,20側への熱の逃げを、細かく制御しながら抑制することができる。 Further, when the amount of cooling water supplied is adjusted according to the temperature of the tips 18 and 28 of the pressurizing shafts 10 and 20, the heat escape from the molding die 80 to the pressurizing shafts 10 and 20 is finely divided. It can be suppressed while controlling.

このように、本実施形態に係る多軸通電焼結装置によれば、加圧軸10,20側への熱の逃げを抑制して、より高温下での操業ができるとともに、成形型内温度の均一化及び省エネ化が可能である。 As described above, according to the multi-axis energizing sintering apparatus according to the present embodiment, it is possible to operate at a higher temperature by suppressing heat escape to the pressure shafts 10 and 20 side, and the temperature inside the molding die. It is possible to make the temperature uniform and save energy.

本実施形態に係る多軸通電焼結装置における断熱構造の効果について、以下の通り検証した。図3は、実施例における型内の温度計測位置を示す図である。温度計測位置として、1〜5を設定した。昇温は、型の中心部が800℃に到達する制御ロジックとし、電源電圧は4Vで一定とした。 The effect of the heat insulating structure in the multi-axis current-carrying sintering apparatus according to the present embodiment was verified as follows. FIG. 3 is a diagram showing a temperature measurement position in the mold in the embodiment. 1 to 5 were set as the temperature measurement positions. The temperature rise was controlled by a control logic in which the central part of the mold reached 800 ° C., and the power supply voltage was constant at 4 V.

実施例として図2に示す断熱構造102を選択し、比較例として図11に示す断熱構造104を選択した。なお、通電軸の加圧力については、実施例を0.95MPaとし、比較例を0.55MPaとした。これは、通電軸の加圧力を増加させることにより、通電軸と黒鉛型の接触抵抗による発熱(図12における符号7,8)を減少させて、型のジュール熱(図12における符号6)の発生を増加させることができるのではないかと考えたためである。従って、本実施例は、加圧軸先端の空洞(冷却水なし)と断熱材の枚数増加による断熱効果の向上と、通電軸の加圧力増加による接触抵抗低減の複合効果による、型内温度の均一化、省エネ効果、サイクルタイムの短縮効果を計測したものである。 The heat insulating structure 102 shown in FIG. 2 was selected as an example, and the heat insulating structure 104 shown in FIG. 11 was selected as a comparative example. The pressing force of the energizing shaft was set to 0.95 MPa in Example and 0.55 MPa in Comparative Example. This is to reduce the heat generated by the contact resistance between the energizing shaft and the graphite mold (reference numerals 7 and 8 in FIG. 12) by increasing the pressing force of the energizing shaft, and to reduce the Joule heat of the mold (reference numeral 6 in FIG. 12). This is because I thought that the outbreak could be increased. Therefore, in this embodiment, the temperature inside the mold is increased by the combined effect of improving the heat insulating effect by increasing the number of heat insulating materials and the cavity at the tip of the pressure shaft (without cooling water) and reducing the contact resistance by increasing the pressing force of the current-carrying shaft. It measures the homogenization, energy saving effect, and cycle time shortening effect.

(黒鉛型内の温度分布)
図4は、実施例における型内の温度上昇曲線を示すグラフである。また図5は、比較例における型内の温度上昇曲線を示すグラフである。図4及び図5によると、温度計測位置1〜4の間の温度差は、800℃到達時において、実施例が2℃弱(約1.5℃)、比較例が4℃弱(約3.7℃)となっている。比較例においても、型内の温度分布は相当に均一になっているが、実施例においては、さらに均一になっている。従って、多軸通電焼結装置の特徴である加圧軸と通電軸が分離された構造を活かし、加圧軸には断熱を、通電軸には加圧力の増加を行うことで、型内の温度分布を一層改善できることが検証できた。
(Temperature distribution in graphite mold)
FIG. 4 is a graph showing a temperature rise curve in the mold in the example. Further, FIG. 5 is a graph showing a temperature rise curve in the mold in the comparative example. According to FIGS. 4 and 5, the temperature difference between the temperature measurement positions 1 to 4 is less than 2 ° C. (about 1.5 ° C.) in the example and less than 4 ° C. (about 3 ° C.) in the comparative example when reaching 800 ° C. It is 0.7 ° C). In the comparative example, the temperature distribution in the mold is considerably uniform, but in the example, it is more uniform. Therefore, taking advantage of the structure in which the pressurizing shaft and the energizing shaft are separated, which is a feature of the multi-axis energizing sintering device, the pressurizing shaft is insulated and the energizing shaft is increased in pressure to increase the pressure inside the mold. It was verified that the temperature distribution can be further improved.

ここで、型内の温度分布が均一になる現象について考察する。図6は、黒鉛型と黒鉛スペーサーの推定温度勾配を示すグラフである。グラフは上から順に、図10に示す断熱構造103、図11に示す断熱構造104(比較例)、図2に示す断熱構造102(実施例)に相当するものである。また、グラフの両端の黒丸印は実測値であり、カーブは推測値である。 Here, the phenomenon that the temperature distribution in the mold becomes uniform will be considered. FIG. 6 is a graph showing the estimated temperature gradients of the graphite type and the graphite spacer. The graph corresponds to the heat insulating structure 103 shown in FIG. 10, the heat insulating structure 104 (comparative example) shown in FIG. 11, and the heat insulating structure 102 (example) shown in FIG. 2, in order from the top. The black circles at both ends of the graph are measured values, and the curves are estimated values.

図6に示すように、加圧軸先端に断熱構造を織り込むことにより、黒鉛型(成形型)と黒鉛スペーサーの温度勾配が緩やかになっているもの推測する。そのため、焼結体からの熱の逃げも少なく、かつ焼結体内部の温度勾配も緩やかになり、最終的に均一な温度となりやすいものと考えられる。 As shown in FIG. 6, it is presumed that the temperature gradient between the graphite mold (molding mold) and the graphite spacer is gentle by weaving a heat insulating structure at the tip of the pressure shaft. Therefore, it is considered that the heat escape from the sintered body is small, the temperature gradient inside the sintered body becomes gentle, and the temperature tends to be uniform in the end.

(省エネ効果と加熱時間短縮)
図7は、実施例及び比較例における使用電力を示すグラフである。図7(a)が実施例を示し、図7(b)が比較例を示している。図7に示すように、使用電力合計は、実施例では14.7KWh、比較例では17.2KWhとなっており、約14.5%の省エネ効果があった。また加熱時間は、実施例では29分、比較例では36分となっており、約19%の加熱時間短縮効果があった。
(Energy saving effect and shortened heating time)
FIG. 7 is a graph showing the power consumption in Examples and Comparative Examples. FIG. 7 (a) shows an embodiment, and FIG. 7 (b) shows a comparative example. As shown in FIG. 7, the total power consumption was 14.7 KWh in the example and 17.2 KWh in the comparative example, and there was an energy saving effect of about 14.5%. The heating time was 29 minutes in the example and 36 minutes in the comparative example, and the heating time was shortened by about 19%.

このように、実施例の断熱構造により、多軸通電焼結装置の型内温度分布の均一化、省エネ、サイクルタイム短縮について効果を検証できた。 In this way, the heat insulating structure of the example was able to verify the effects of making the temperature distribution in the mold of the multi-axis current-carrying sintering device uniform, saving energy, and shortening the cycle time.

以上、本発明の実施形態に係る多軸通電焼結装置について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。 Although the multi-axis current-carrying sintering apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications can be made.

10 加圧軸
11 水冷部
12 スペーサー
13 スペーサー
14 スペーサー
15 上パンチ
16 断熱材
17 断熱材
18 加圧軸先端部
19 空洞
20 加圧軸
21 水冷部
22 スペーサー
23 スペーサー
24 スペーサー
25 下パンチ
26 断熱材
27 断熱材
28 加圧軸先端部
29 空洞
30 通電軸
40 通電軸
50 通電軸
60 通電軸
70 真空容器
80 成形型
90 焼結体
100 多軸通電焼結装置
101 断熱構造
102 断熱構造
103 断熱構造
104 断熱構造
111 本体部給水管
112 本体部排水管
113 逆止弁
114 先端部給水管
115 先端部排水管
116 逆止弁
117 熱電対
118 隔壁
119 電磁弁
200 一軸通電焼結装置
210 加圧通電軸
211 スペーサー
212 スペーサー
213 上パンチ
220 加圧通電軸
221 スペーサー
222 スペーサー
223 下パンチ
270 真空容器
280 成形型
290 焼結体
10 Pressurized shaft 11 Water cooling part 12 Spacer 13 Spacer 14 Spacer 15 Upper punch 16 Insulation material 17 Insulation material 18 Pressurization shaft tip 19 Cavity 20 Pressurization shaft 21 Water cooling part 22 Spacer 23 Spacer 24 Spacer 25 Lower punch 26 Insulation material 27 Insulation 28 Pressurized shaft tip 29 Cavity 30 Energizing shaft 40 Energizing shaft 50 Energizing shaft 60 Energizing shaft 70 Vacuum container 80 Mold 90 Sintered body 100 Multi-axis energizing sintering device 101 Insulation structure 102 Insulation structure 103 Insulation structure 104 Insulation Structure 111 Main body water supply pipe 112 Main body drain pipe 113 Check valve 114 Tip water supply pipe 115 Tip drain pipe 116 Check valve 117 Thermocouple 118 Partition 119 Electromagnetic valve 200 Uniaxial current sintering device 210 Pressurized current shaft 211 Spacer 212 Spacer 213 Upper punch 220 Pressurized current shaft 221 Spacer 222 Spacer 223 Lower punch 270 Vacuum container 280 Mold 290 Sintered body

Claims (4)

上下方向の加圧軸と水平方向の通電軸とを備え、成形型内の粉体材料を前記加圧軸により加圧しながら前記通電軸により通電して焼結する通電焼結装置であって、
前記加圧軸は、水を供給しながら加圧軸を冷却する水冷部を有する本体部と、前記水冷部と隔てられた空洞を有する先端部とから構成されており、
前記空洞が、成形型から加圧軸側への熱の逃げを抑制する断熱用の空洞であることを特徴とする多軸通電式焼結装置。
An energization sintering device having a vertical pressurizing shaft and a horizontal energizing shaft, which is capable of sintering by energizing the powder material in the molding die by the energizing shaft while pressurizing the powder material by the pressurizing shaft.
The pressurizing shaft is composed of a main body portion having a water cooling portion that cools the pressurizing shaft while supplying water, and a tip portion having a cavity separated from the water cooling portion.
A multi-axis current-carrying sintering device, characterized in that the cavity is a cavity for heat insulation that suppresses heat escape from the molding die to the pressure shaft side .
前記加圧軸と前記成形型との間に断熱材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の多軸通電式焼結装置。 The multi-axis energization type sintering apparatus according to claim 1, wherein a heat insulating material is provided between the pressure shaft and the molding die. 前記空洞内に冷却水を供給することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の多軸通電式焼結装置。 The multi-axis energization type sintering apparatus according to claim 1 or 2, wherein cooling water is supplied into the cavity. 前記加圧軸の先端部の温度に応じて前記冷却水の供給量を調整することを特徴とする請求項3に記載の多軸通電式焼結装置。 The multi-axis energization type sintering apparatus according to claim 3, wherein the supply amount of the cooling water is adjusted according to the temperature of the tip end portion of the pressurizing shaft.
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