JPH0633110A - 通電加熱焼結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は焼結に際して圧粉体の温度を正確に測
定でき、圧粉体温度を正確に制御することができる通電
加熱焼結装置を提供することを目的とする。 【構成】圧粉体に通電してこの時に生じる自己発熱によ
り圧粉体を焼結する装置において、内部に圧粉体を配置
する炉１と、圧粉体を支持するクランプ４，６と、圧粉
体に通電し、またクランプ４，６に冷却水を供給し供給
した冷却水を排出する導電パイプ３，５と、クランプ
４，６に供給される冷却水の温度およびクランプ４，６
から排出される冷却水の温度を測定する温度計１１，１
５と、この温度測定手段からの情報を受けて冷却水の給
水温度と排水温度との差を求めて圧粉体の温度を推定す
る制御装置２０とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧粉体を通電加熱して焼
結する通電加熱焼結装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】タングステンやモリブデンなどの高い融
点の金属からなる部材を製造する場合には、これらの金
属の粉末からなる棒形の圧粉体を成形し、この圧粉体に
直接通電してその時に生じる自己発熱により焼結を行う
通電加熱焼結法が採用されている。そして、この通電加
熱焼結法には、内部に圧粉体を配置する炉と、圧粉体を
支持する支持手段と、圧粉体に通電する手段と、支持手
段に冷却水を供給し供給した冷却水を排出する冷却水流
通手段とを備えた通電加熱焼結装置が使用されている。

【０００３】この通電加熱焼結法では、棒形の圧粉体を
対象に焼結することから圧粉体全体を均一に焼結するた
めに、圧粉体体自体からの発熱量と、上記冷却手段から
の冷却熱量のバランスにより焼結温度が変動してしまう
ことから、安定した焼結温度を得るには圧粉体の温度を
正確に測定し、この測定結果に基づいて圧粉体の温度制
御を行うことが必要である。圧粉体の温度制御は、圧粉
体に通電する電流の値を制御することにより圧粉体の発
熱温度を制御することに行っている。

【０００４】従来、圧粉体の温度を測定するためには、
炉のにその外部から内部を透視できる覗き窓を設け、放
射温度計などを用いて炉の外部から覗き窓を通して炉の
内部に配置された圧粉体の温度を測定する方法が採用さ
れている。すなわち、温度上昇した圧粉体から発せられ
る光（熱エネルギ−）を覗き窓を通して放射温度計が受
けて圧粉体の温度を測定するものである。この場合、覗
き窓は炉の内部に配置されている圧粉体の中央部に対向
して形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の通電加熱焼結装置には、圧粉体の温度測定を行う上
で次に述べる問題がある。

【０００６】圧粉体の温度が上昇すると、圧粉体を形成
する粉末に含まれるＳi Ｏ₂ 、Ｋ₂Ｏ、Ａｌ₂ Ｏ₃ など
のド−プ剤が蒸発して炉内部に発散し、そのド−プ剤の
かすが炉の覗き窓に付着する。このようになると圧粉体
から発せられる光が覗き窓に付着したド−プ剤のかすに
遮られ、覗き窓を通して放射温度計に達する量が低下す
るために、放射温度計による圧粉体の温度測定が正確に
行えないことがある。

【０００７】また、覗き窓は圧粉体の中央部に対向して
設けられているため、この覗き窓を通して温度測定を行
う場合には、圧粉体の中央部の温度のみを測定すること
になる。しかし、焼結に際しては種々の理由により圧粉
体の一端部、他端部および中央部の各部の温度の上昇度
合が均一でないことがある。この場合には覗き窓を通し
て温度測定しても圧粉体全体の温度を正確に測定するこ
とができないことになる。この対策として炉に圧粉体の
各端部および中央部に対応して除き窓を設けることが考
えられる。しかし、この場合には温度測定のための構成
が複雑で部品点数も多くなる。しかも、仮に各覗き窓を
通して圧粉体の各部の温度を個別に測定しても、各部の
温度が異なる圧粉体の温度を精度良く制御することに寄
与することができない。このように従来の通電加熱焼結
装置では圧粉体の温度を正確に測定することが困難であ
り、この結果圧粉体温度を正確に制御することに寄与で
きなかった。

【０００８】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、焼結に際して圧粉体の温度を正確に測定でき、圧粉
体温度を正確に制御することができる通電加熱焼結装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の通電加熱焼結装置は、圧粉体に通電してこの
時に生じる自己発熱により圧粉体を焼結する炉装置にお
いて、内部に前記圧粉体を配置する炉と、前記圧粉体を
支持する支持手段と、前記圧粉体に通電する手段と、前
記支持手段に冷却水を供給し供給した冷却水を排出する
冷却水流通手段と、前記支持手段に供給される冷却水の
温度および前記支持手段から排出される冷却水の温度を
測定する手段と、この温度測定手段からの情報を受けて
冷却水の給水温度と排水温度との差を求めて前記圧粉体
の温度を推定および／またはこの温度の異常を検知する
手段と炉を具備することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】圧粉体を支持する手段は、通電焼結すること
と、焼結される圧粉体により高温に加熱されるので、冷
却水により冷却している。この冷却水の給水温度と、冷
却後の排水温度との差が圧粉体の温度に比例し、この温
度差を測定することにより圧粉体の温度を推定すること
ができるということが、本発明の基本的な考え方であ
る。

【００１１】具体的には、予め圧粉体と同じ種類の粉体
からなる圧粉体を焼結した時の冷却水の給排水の温度差
と圧粉体温度との関係を実験により求めておく。そし
て、焼結に際して冷却水の給水温度と、冷却後の排水温
度とを測定し、予め求めておいた実験デ−タに基づいて
これらの温度の差から圧粉体の温度を求める。

【００１２】そして、冷却水の流量により冷却水の温度
が規定される。このことから冷却水の前記給排温度差に
基づいて冷却水の流量を制御すると、冷却水の温度を制
御し、この結果圧粉体の温度を制御できる。

【００１３】また、冷却水の前記給排水温度差と冷却水
の流量に基づいて圧粉体に通電する電流値を制御する、
あるいは冷却水の前記給排水温度差に基づいて冷却水の
流量と圧粉体に通電する電流値を組み合わせて制御する
ことにより、圧粉体の温度を制御することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。通電加熱焼結装置の構成を図２を参照して説明す
る。この実施例の装置はベルジャ型の炉を用いたもので
ある。

【００１５】図中１はベルジャ型をなす炉で、水冷式の
二重壁構造となっていて冷却水供給系統に接続する入口
１a および冷却水排出系統に接続する出口１b が設けら
れている。１c は覗き窓である。２は基台で、炉１の底
開放部に着脱可能に取り付けられている。基台２は水冷
式となっており、図示しない冷却水に入口および出口が
設けられている。炉１と基台２とで構成される空間部に
は圧粉体Ｐが直立して配置される。

【００１６】３は導電性金属例えば銅で形成された導電
パイプである。導電パイプ３は炉１の内部に配置され、
両端部が基台２を貫通して外部に延出しており、上部中
央には圧粉体Ｐの上端を把持する上クランプ４が設けら
れている。

【００１７】５は導電性金属例えば銅で形成された導電
パイプである。導電パイプ５は炉１の内部に配置され、
両端部が基台２を貫通して外部に延出しており、上部中
央には圧粉体Ｐの下端を把持する下クランプ６が設けら
れている。これら導電パイプ３、５は圧粉体Ｐに電流を
流す導電部材を構成しており、夫々の一方の端部には通
電回路に接続されたタ−ミナル７、８が取り付けてあ
る。また、各導電パイプ３、５は冷却水通路を構成して
おり、一端は冷却水給水系統に接続し、他端は冷却水排
水系統に接続されている。なお、炉１には水素などの不
活性ガス供給系統に接続するガス入口９a が設けられ、
基台２にはガス排出系統に接続するガス出口９b が設け
られている。圧粉体温度測定および温度制御を行うため
の構成について図１を参照して説明する。

【００１８】冷却水を用いて冷却を行う炉１、上部クラ
ンプ４、下部クランプ６および基台２における各冷却水
入口は共通に接続され、図示しない冷却水供給装置から
冷却水が供給される主冷却水供給系統に接続されてい
る。この主冷却水供給系統には温度計１１と流量制御弁
１２が接続され、また主冷却水供給系統から分岐して炉
１、上部クランプ４、下部クランプ６および基台２に接
続される各分岐冷却水供給系統には夫々流量制御弁１３
と流量計１４が接続されている。

【００１９】炉１、上部クランプ４、下部クランプ６お
よび基台２の冷却水出口に接続された冷却水排出系統に
は夫々温度計１５が接続されている。また炉１のガス入
口９a に接続するガス供給系統には温度計１６と流量制
御弁１７と流量計１８が接続され、炉１のガス出口９b
に接続するガス供給系統には温度計１９が接続されてい
る。

【００２０】２０は制御装置である。この制御装置２０
は主冷却水供給系統の温度計１１、冷却水排出系統の各
温度計１５からの測定信号を受け、ガス供給系統の温度
計１６とガス供給系統の温度計１９から測定情報を受け
るようになっている。制御装置２０は各分岐冷却水供給
系統の流量計１４とガス供給系統の流量計１８から測定
情報を受けるよう受けるようになっている。制御装置２
０には、予め焼結すべき圧粉体と同じ種類の粉体からな
る圧粉体を焼結した時の冷却水の給排水の温度差と圧粉
体温度との関係を実験により求めた先行実験デ−タを入
力しておく。

【００２１】そして、制御装置２０は上記各測定情報と
先行実験デ−タとを比較して焼結中の圧粉体温度を求め
る。制御装置２０はこの求めた温度に応じて主冷却水供
給系統の流量制御弁１２と各分岐冷却水供給系統の流量
制御弁１３に指令を与えてその開度を制御する。また、
制御装置２０は圧粉体Ｐに電流を流す通電焼結回路２１
に圧粉体Ｐに流す電流の値を制御する指示を与える。

【００２２】なお、２２は各分岐冷却水供給系統の流量
計１４における冷却水の流量およびガス供給系統の流量
計におけるガスの流量を監視する監視装置、２３は各冷
却水排出系統の温度計１５における冷却水の温度および
ガス排出系統の温度計１９におけるガスの温度を監視す
る監視装置である。このように構成した通電加熱焼結装
置において焼結を行う場合について説明する。

【００２３】炉１の内部に高融点金属粉末からなる棒形
の圧粉体Ｐを上下方向に配置し、上端を上部クランプ４
で、下端を下部クランプ６で夫々把持する。通電回路か
ら導電パイプ３、上部クランプ４、圧粉体Ｐ、下部クラ
ンプ６および導電パイプ５を結ぶ回路に電流を流す。圧
粉体Ｐに電流が流れると圧粉体Ｐは自身の抵抗により発
熱して温度上昇する。このことにより圧粉体Ｐが所定時
間および所定温度で通電加熱されて焼結される。

【００２４】主冷却水供給系統から各分岐冷却水供給系
統に冷却水を流す。分岐冷却水供給系統から炉１に冷却
水を流して炉１全体を冷却することにより、輻射、熱伝
導の熱移動の関係からより熱移動が起こり圧粉体Ｐが冷
却される。また、分岐冷却水供給系統から導電パイプ３
に冷却水を流して上部クランプ４を冷却し、導電パイプ
６に冷却水を流して下部クランプ４を冷却することによ
り、輻射、熱伝導の熱移動の関係から圧粉体Ｐが冷却さ
れる。基台２に冷却水を流して冷却する。そして、炉
１、上部クランプ４、下部クランプ６および基台２を冷
却した冷却水は各冷却水排出系統を経て排出される。ガ
ス供給系統から炉１の内部にガスを供給して炉１の内部
を所定の雰囲気にする。次に圧粉体Ｐを焼結するに際し
て、圧粉体Ｐの温度測定および温度制御を行う方法につ
いて説明する。

【００２５】主冷却水供給系統の温度計１１は主冷却水
供給系統を流れる冷却水の温度を測定し、その測定情報
を制御装置２０に与える。また、各分岐冷却水排出系統
に夫々設けた各温度計１５は各分岐冷却水排出系統を流
れる冷却水の温度を測定し、その測定情報を制御装置２
０に与える。制御装置２０では、温度計１１が測定した
冷却水の給水温度と各温度計１５が測定した排水温度の
差を求める。ここで、予め制御装置２０に入力してある
先行実験デ−タに基づいて前記冷却水の給水温度と排水
温度の差から焼結している圧粉体Ｐの温度を推定する。

【００２６】そして、推定した圧粉体Ｐの温度が必要と
する所定温度と差がある場合には、冷却水の流量を制御
して圧粉体の温度を制御する。制御装置２０は推定した
圧粉体Ｐの温度が必要とする所定温度と差に応じて、炉
１、上部クランプ４、下部クランプ６および基台２に流
す冷却水の流量を算出し、さらにこの冷却水の流量を得
るために必要な各流量制御弁１２、１３の開度を算出す
る。制御装置２０は主冷却水供給系統の流量制御弁１２
と各分岐冷却水排出系統の流量制御弁１３の開度を制御
し、炉１、上部クランプ４、下部クランプ６および基台
２に流す冷却水の流量を制御する。この時、各分岐冷却
水供給系統の流量計１４で炉１、上部クランプ４、下部
クランプ６および基台２に流す冷却水の流量を測定し、
流量制御弁１３の開度制御に寄与する情報とする。これ
により焼結中の圧粉体Ｐの温度を制御する。

【００２７】また、圧粉体Ｐを加熱すると圧粉体Ｐに含
まれるド−プ剤が蒸発して炉１内部に拡散する。炉１内
部のガスを外部に排出するとガスとともにド−プ剤が一
緒に排出されるので対流の熱移動の関係により圧粉体体
Ｐの熱を奪う。そこで、炉１内部のガスを外部に排出す
る熱量を一定にするために炉１に対するガスの供給量お
よび排出量を制御することが好ましい。すなわち、炉１
に供給するガスの温度を温度計１６で測定し、炉１から
排出するガスの温度を温度計１９で測定し、測定情報を
制御装置２０に与える。この情報は前記冷却水の給排水
温度差とともに圧粉体Ｐの温度推定の情報とする。そし
て、制御装置２０は圧粉体Ｐの温度に応じて制御弁１７
の開度を制御して炉１に供給するガスの流量を制御す
る。

【００２８】また圧粉体Ｐの焼結温度は、前工程である
粉末製造工程や圧粉体成形工程の条件により各圧粉体Ｐ
毎に微妙に変化する。すなわち、前工程の変動により圧
粉体体Ｐの焼結温度が変化する。このような圧粉体Ｐの
焼結温度の変化には冷却水の流量制御が適している。

【００２９】このため、各冷却水供給系統の流量計１４
の冷却水流量情報およびガス供給系統の流量計１８のガ
ス流量情報を監視装置２２で監視して表示し、各冷却水
排出系統の温度計１５の冷却水排水温度情報およびガス
排出系統の温度計１９のガス排出温度情報を監視装置２
３で監視して表示する。

【００３０】また、圧粉体Ｐに対する温度制御の方法と
して、冷却水の給排水温度差と冷却水の流量に基づいて
圧粉体Ｐに通電する電流値を制御する方法がある。この
場合には制御装置２０は圧粉体Ｐの必要とする温度に応
じて電流値を算出して通電焼結回路２１に指令を与え、
通電焼結回路２１が圧粉体Ｐに通電する電流の値を制御
する。

【００３１】さらに、冷却水の前記給排水温度差に基づ
いて冷却水の流量と圧粉体に通電する電流値を組み合わ
せて制御することにより、圧粉体Ｐの温度を制御するこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の通電加熱焼
結装置によれば、冷却水の給水温度と、冷却後の排水温
度との差が圧粉体の温度に比例し、この温度差を測定す
ることにより圧粉体の温度を推定するので、従来のよう
に放射温度計により圧粉体の温度を測定する場合のよう
な障害がなく、圧粉体全体の温度を測定することができ
る。

【００３３】従って、本発明によれば、棒形の圧粉体を
焼結するに際して圧粉体の温度を正確に測定でき、圧粉
体の温度を正確に制御することができる通電加熱焼結装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通電加熱焼結装置における圧粉体温度
測定のための構成の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の通電加熱焼結装置の構成の一実施例を
示す断面図。

【符号の説明】

１…炉、３，５…導電パイプ、４，６…クランプ、１
１，１５…温度計、２０…制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧粉体に通電してこの時に生じる自己発
   熱により圧粉体を焼結する装置において、内部に前記圧
   粉体を配置する炉と、前記圧粉体を支持する支持手段
   と、前記圧粉体に通電する手段と、前記支持手段に冷却
   水を供給し供給した冷却水を排出する冷却水流通手段
   と、前記支持手段に供給される冷却水の温度および前記
   支持手段から排出される冷却水の温度を測定する手段
   と、この温度測定手段からの情報を受けて冷却水の給水
   温度と排水温度との差を求めて前記圧粉体の温度を推定
   および／またはこの温度の異常を検知する手段とを具備
   することを特徴とする通電加熱焼結装置。