JP4656785B2

JP4656785B2 - ハイブリッドホットプレスとその制御方法

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Publication number: JP4656785B2
Application number: JP2001290890A
Authority: JP
Inventors: 和彦勝俣; 浩一藤田; 功今井
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003096505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モールドに充填した平板状の処理品（例えば原料粉末）の急速加熱と均一加熱が可能なハイブリッドホットプレスとその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスや金属、炭化物、窒化物などの導電性物体の原料粉末を、モールドに充填して加熱し一対のパンチで加圧して焼結体の製造が行われる。この焼結体を製造する焼結装置は加熱方式によりいくつかの方式に分類される。
【０００３】
ヒータ加熱方式はモールドの周囲に抵抗加熱ヒータなどのヒータを配置しモールドを表面から加熱し、この中の原料粉末を間接的に加熱する方式であり、セラミックスと導電性物質の両方の焼結に適用でき広く用いられている。誘導加熱方式は、モールドを電磁誘導により直接加熱する加熱方式であり、ヒータ加熱方式に比較し、焼結体の加熱速度が速い利点がある。通電方式は一対のパンチを電極として原料粉末に通電し、原料粉末の抵抗熱で加熱する方式である。なお通電方式については、特開昭６４−５５３０３，特開平５−７０８０４，特開平５−１１７７０７に開示されている。
【０００４】
近年の焼結体大型化に伴いモールドやパンチなどの被加熱物も大型化している。また、特に半導体等の製造のために、薄くて大きい円板状の多結晶材料（例えば厚さ１ｍｍ×直径１００ｍｍ程度）を均一かつ高温（例えば４５０℃以上）に加熱・焼結して熱伝導率の低い低伝導材料を製造することが求められることがある。すなわち、電子材料などの機能性材料では、後工程を簡単化するため、焼結厚さを極力薄くする必要がある。また材料によっては熱伝導性が極端に悪いものもある。
【０００５】
かかる多結晶焼結材料は、結晶粒子の大きさや粒子界面の特性に代表される材料微構造により特性が大きく左右される。そのため、低熱伝導材料を得るためには、結晶粒子をできるだけ小さくする必要があり、そこで、できるだけ早い昇温速度が必要になる。また、昇温速度のバラツキにより結晶粒子の大きさにバラツキが生じるため、かかる多結晶材料を均質にするために、全体を均一に加熱する必要がある。
【０００６】
しかし、上述したヒータ加熱方式では、モールドへのエネルギ伝達は主としてヒータ表面温度とヒータを囲む断熱囲壁の内壁温度できまり、ヒータ材および断熱囲壁材の耐熱性には限界があるため、エネルギ伝達には限界がある。そのため、ある限度以上に加熱時間は短縮できず、かつ外部から加熱されるため被加熱物が大型化するほど中心部との温度差が大きく均一加熱ができない問題点があった。
また、誘導加熱方式では、モールドは直接加熱できるが、被加熱物の材料特性によりモールドとの間に温度差が生じるため、ヒータ加熱方式と同様に均一加熱ができない問題点があった。更に、大型で高価な加高周波電力発生装置が必要であり、加熱時間を短縮するには電源設備に費用がかかりすぎる問題点があった。
【０００７】
一方、通電方式は原料粉末を直接加熱するため加熱時間は比較的短いが、原料粉末の種類により加熱条件が異なり、操業が難しい。また温度は原料粉末の中心温度が最も高くなる傾向にあり、焼結体温度制御が難しい。特に薄くて大きい円板状の多結晶材料の場合には、材料自体の発熱が少ないため高速加熱ができず、また材料が薄いために、均一加熱が困難である問題点があった。
【０００８】
言い換えれば、従来のヒータ加熱方式、誘導加熱方式及び通電方式の焼結装置では、熱伝導性が極端に悪い材料で焼結厚さを薄くする場合に、急速加熱と均一加熱の両立できず、そのため、被処理物の温度分布が悪化し、製品としての歩留りが低下していた。
【０００９】
かかる問題点を解決するために、本発明の出願人は先に「ハイブリッド焼結装置とその方法」を創案し出願した（特開２０００−２２６６０３）。この装置及び方法は、図５に模式的に示すように、モールド１を囲むヒータ２を有しモールドを表面からヒータ加熱するヒータ加熱装置５と、モールド１の焼結空間に充填された原料粉末３（処理品）を直接挟持する上下の均熱板６と、上下均熱板を上下から挟持する上下の通電発熱体７と、上下の通電発熱体を一対の電極４で挟持しその間を通電加熱する通電加熱装置８とを備え、ヒータによる輻射加熱と通電加熱を併用して、均熱板を均熱に高速加熱し、その間の原料粉末を加熱・焼結するものである。この発明により、熱伝導率が低く、厚さが薄い焼結材であっても急速加熱及び均一加熱が可能となった。以下、かかる輻射加熱と通電加熱を併用する焼結装置を「ハイブリッドホットプレス」と呼ぶ。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
外部からのヒータ加熱のみによる従来のホットプレス装置では、プレス系の外部にヒータを設置し、輻射加熱により外面から加熱する。そのため、一般的に内外温度差が発生するため、処理温度付近までゆっくり加熱し、また長時間保持して、内外面の達成温度が均一化される程度の保持時間をかけて焼結や熱処理をしている。
【００１１】
そのため、ヒータ加熱のみによる従来のホットプレス装置では、上述したように、薄くて大きい平板状の粉末材料（例えば厚さ１ｍｍ×直径１００ｍｍ程度）を均一かつ高温に加熱・焼結して熱伝導率の低い低伝導材料を製造し、かつ所望の特性を得るために、早い昇温速度で全体を均一に加熱することが困難であり、処理時間が非常に長くなる問題点があった。
【００１２】
すなわち、平板状の粉末材料を所定の処理温度（例えば約４７０℃）に均一に（内外面の最大温度差が例えば５℃以内）に加熱してこれを所定時間（例えば５分間）だけ保持して、所望の特性の材料を得る場合でも、この処理温度に達するまでに温度差を均等にするために長時間を必要としていた。
【００１３】
また、上述した従来のハイブリッドホットプレスを用いた場合でも、薄くて大きい平板状の粉末材料を均一に加熱して焼結又は熱処理するために、同様に処理温度に達するまでに温度差を均等にするために長時間を必要としていた。
また、この場合、従来のハイブリッドホットプレスでは、多結晶材料を１枚ずつ処理する必要があるため、生産性が極めて低い問題点があった。
【００１４】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、薄くて大きい平板状の処理品を所望の処理温度で均一に所定時間加熱して焼結又は熱処理することができ、かつ同時に複数枚の処理が可能であり、更に全体の処理時間を大幅に短縮することができ、これにより、処理品の特性を向上させ、歩留りを高め、かつ生産性を高めることができるハイブリッドホットプレスとその制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上下に貫通するモールド空間（１１ａ）を有し鉛直かつ直列に配置された複数のモールド（１１）と、各モールドをそれぞれ独立に囲む複数のヒータ（１２ａ）を有し各モールドを外表面から輻射加熱する輻射加熱装置（１２）と、各モールドの焼結空間に水平に位置決めされた平板状の処理品（３）を直接挟持しかつモールド空間を上下動可能な複数の均熱板（１４）と、モールド、処理品及び均熱板からなるモールド組立体の間に均熱板を介して挟持された中間発熱体（１６）と、前記モールド組立体全体を均熱板を介して上下に挟持する上下の端部発熱体（１８）と、前記モールド組立体全体を一対の電極（２０ａ）で挟持しその間を通電加熱する通電加熱装置（２０）と、前記複数のモールド組立体と複数の発熱体（１６，１８）を鉛直かつ同軸に保持するモールド保持装置（２２）と、を備えたハイブリッドホットプレスであって、
前記モールド保持装置（２２）は、各モールド空間の下端内面に嵌合する導電性平板（２２ａ）と、前記各中間発熱体（１６）を鉛直に貫通し上端が導電性平板で保持され下端が均熱板（１４）で保持された中間鉛直ピン（２２ｂ）と、前記上下の端部発熱体（１８）を鉛直に貫通し一端が導電性平板又は均熱板（１４）で保持され他端が電極（２０ａ）で保持された端部鉛直ピン（２２ｃ）とからなり、
前記中間発熱体（１６）と上下の端部発熱体（１８）は、接触抵抗の大きい導電性平板の積層体であり、かつ各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１が同一となるように各積層体全体の接触抵抗が設定されており、
前記複数のヒータ（１２ａ）は、各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２が同一となるように各ヒータの発熱量が設定されている、ことを特徴とするハイブリッドホットプレスが提供される。
【００１６】
上記本発明の構成によれば、複数のモールド（１１）内に平板状の処理品（３）が均熱板（１４）に挟持されたモールド組立体の各モールドに独立にヒータ（１２ａ）が設けられ、かつ各モールド組立体の上下に中間発熱体（１６）と端部発熱体（１８）が位置するので、ヒータ（１２ａ）と発熱体（１６，１８）により、複数のモールド組立体を同時に昇温して複数の処理品を同時に処理して、その生産性を高めることができる。
また、各発熱体（１６，１８）が、接触抵抗の大きい導電性平板の積層体なので、ヒータ（１２ａ）で外部への放熱を防止して、薄くて大きい平板状の処理品を均一に加熱することができる。
【００１７】
更に、各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１がほぼ同一となるように各積層体全体の接触抵抗が設定されており、かつ各ヒータ（１２ａ）も、各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２がほぼ同一となるように各ヒータの発熱量が設定されているので、急速加熱しても温度のバラツキが少なく、処理品を所望の処理温度で均一に所定時間加熱して焼結又は熱処理することができ、かつ全体の処理時間を大幅に短縮することができ、これにより、処理品の特性を向上させ、歩留りを高めることができる。
【００１９】
かかるモールド保持装置（２２）を備えることにより、複数のモールド組立体を一対の電極（２０ａ）で挟持する軸線上に鉛直かつ同軸に保持することができ、通電加熱を効率的に行えるとともに、処理品の温度分布を均一化し、処理品の特性を向上することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、上下に貫通するモールド空間（１１ａ）を有するモールド（１１）と、モールドを囲むヒータ（１２ａ）を有しモールドを外表面から輻射加熱する輻射加熱装置（１２）と、モールドの焼結空間に水平に位置決めされた平板状の処理品（３）を直接挟持しかつモールド空間を上下動可能な均熱板（１４）と、モールド、処理品及び均熱板からなるモールド組立体を挟持する発熱体（１６，１８）と、モールド組立体全体を一対の電極（２０ａ）で挟持しその間を通電加熱する通電加熱装置（２０）と、前記複数のモールド組立体と複数の発熱体（１６，１８）を鉛直かつ同軸に保持するモールド保持装置（２２）と、を備えたハイブリッドホットプレスの制御方法であって、
通電により各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１が同一となるように各発熱体の接触抵抗を設定し、かつ各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２が同一となるように各ヒータの発熱量を設定する発熱量設定ステップ（Ａ）と、
モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、通電による発熱体（１６，１８）と処理品（３）の発熱により処理品全体を所定の処理温度まで均一に加熱するバランス加熱ステップ（Ｅ）と、
所定の時間の間、処理品を処理温度に保持するように、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う均熱ステップ（Ｆ）とを有し、
モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体（１６，１８）と処理品（３）の通電加熱により処理品全体を均一に加熱する、ことを特徴とするハイブリッドホットプレスの制御方法が提供される。
【００２１】
この方法によれば、モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体（１６，１８）と処理品（３）の通電加熱により処理品全体を均一に加熱するので、薄くて大きい平板状の処理品を均一に加熱することができる。
【００２３】
更に、ヒータ加熱と通電加熱を併用して、処理品の中心温度が処理品の性能に影響のでない待機温度まで急速加熱する急速加熱ステップ（Ｃ）と、処理品の中心温度が前記待機温度に達するまで、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う温度調整ステップ（Ｄ）とを有することが好ましい。
また、更に、主としてヒータ加熱により炉内部品を予熱する予備昇温ステップ（Ｂ）を有することが好ましい。
【００２４】
また、更に、主としてヒータ加熱により炉内部品を予熱する予備昇温ステップ（Ｂ）と、ヒータ加熱と通電加熱を併用して、処理品の中心温度が処理品の性能に影響のでない待機温度まで急速加熱する急速加熱ステップ（Ｃ）と、処理品の中心温度が前記待機温度に達するまで、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う温度調整ステップ（Ｄ）とを有してもよい。
【００２５】
上記方法によれば、発熱量設定ステップ（Ａ）により、通電加熱と輻射加熱のそれぞれにおいて、複数のモールド組立体をほぼ均等に加熱するように設定できる。また、予備昇温ステップ（Ｂ）により顕熱の大きい炉内部品を予め予熱することができる。更に、急速加熱ステップ（Ｃ）により処理品に影響を与えない温度範囲で急速に昇温し、処理サイクルを短縮できる。また、温度調整ステップ（Ｄ）で処理品内に生じた温度差を処理品に影響を与えない温度で減少させることができる。更に、バランス加熱ステップ（Ｅ）で処理品全体を所定の処理温度まで均一かつ短時間に加熱することができる。また、均熱ステップ（Ｆ）で処理品全体を所定の時間の間、処理温度に保持して、所望の焼結又は熱処理を行うことができる。
従って、この方法により、薄くて大きい平板状の処理品を所望の処理温度で均一に所定時間加熱して焼結又は熱処理することができ、かつ全体の処理時間を大幅に短縮することができ、これにより、処理品の特性を向上させ、歩留りを高めることができる。
【００２６】
また、前記バランス加熱ステップ（Ｅ）において、処理品（３）の中心温度と、モールドの表面温度とを検出して比較し、中心温度が低いときは通電電流を増加させ、表面温度が低いときはヒータ電流を増加させる。
この方法により、処理品の温度分布を微調整することができる。
【００２７】
また、輻射加熱の影響が少なく処理品温度に近似する温度となるモールド又は均熱板の特定箇所の温度を測温点として設定し、該測温点の温度と処理品温度とを予め同時に計測し、昇温過程の温度プロファイルにより相対温度差を把握し、そのデータを校正値として処理品温度を推定する。
この方法により、処理品温度を直接測定できない場合でも、予め予備試験を行う事より、測定点から処理品温度を推定して正確に処理品の温度調整ができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２９】
図１は、本発明のハイブリッドホットプレスの全体模式図である。一般的にホットプレス成形は、温度と圧力を同時に作用させる焼結手段であり、ハイブリッドホットプレスは、ヒータによる輻射加熱と通電加熱を併用して加熱する装置である。
【００３０】
図１に示すように、本発明のハイブリッドホットプレス１０は、真空チャンバー内の加熱室内に、モールド１１、輻射加熱装置１２、均熱板１４、中間発熱体１６、端部発熱体１８を備え、プレスで処理品３を加圧しながら、通電加熱装置２０の電源と給電部を介して処理品に通電し、輻射加熱と通電加熱を併用して処理品３を加熱するようになっている。
【００３１】
図２は、本発明のハイブリッドホットプレスの主要部の構成図である。この図において、二点鎖線で示す９は、加熱室を構成する断熱壁である。
【００３２】
図２に示すように、本発明では、複数（この例では３つ）のモールド１１はプレスの軸線上に鉛直かつ直列に配置されている。各モールド１１は、耐熱性材料、例えばグラファイトで構成され、上下に貫通する断面形状が一定のモールド空間１１ａを有する。このモールド空間１１ａは、円筒形であるのが望ましいが、その他の形状、例えば直方体でもよい。
また、この実施形態では、モールド１１は、互いに軸方向に嵌合した外側と内側のモールドからなり、必要に応じて外側と内側のモールドを交換できるようになっている。
【００３３】
輻射加熱装置１２は、各モールド１１をそれぞれ独立に囲む複数（この例で３つ）のヒータ１２ａ（例えば抵抗加熱式の電気ヒータ）を有する。すなわち、各ヒータ１２ａは、それぞれ対応するモールド１１を外表面から均等に輻射加熱するように構成されている。なお、この場合、別のヒータからも輻射加熱を受けるようになっていてもよい。
【００３４】
更に、複数のヒータ１２ａは、各モールド１１を外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２がほぼ同一となるように各ヒータの発熱量が設定される。
【００３５】
複数の均熱板１４は、モールド空間１１ａの断面形状と同一形状の導電性の平板である。この均熱板は、処理品３よりも熱伝導率及び熱容量が大きく設定され、処理品の厚さが薄い場合でも厚さ方向に加熱して均熱化と高速加熱を可能にしている。各均熱板１４は、各モールドの焼結空間１１ａに水平に位置決めされた平板状の処理品３を上下から直接挟持し、処理品３と共に焼結空間１１ａ内を上下動可能になっている。
【００３６】
平板状の処理品３は、例えばセラミックスや金属、炭化物、窒化物などの導電性物体の原料粉末である。また、特に薄くて大きい円板状の多結晶材料や、熱伝導性が極端に悪い材料で焼結厚さを薄くする必要があるものでもよい。処理品３は、この例では、１つのモールド１１に２枚づつセットしている。しかし、上下の処理品３で温度差が生じる場合には、モールド毎に１枚づつとするのがよく、逆に温度分布が問題にならない場合には、３枚以上をセットしてもよい。
【００３７】
中間発熱体１６は、複数のモールド組立体の間にその上下端に位置する均熱板１４を介して挟持される。また、上下の端部発熱体１８は、前記複数のモールド組立体全体を同様に均熱板１４を介して上下に挟持する。
なお、本発明において、「モールド組立体」とは、モールド１１内に処理品３と均熱板１４を組込んだものを意味する。
【００３８】
中間発熱体１６と上下の端部発熱体１８は、接触抵抗の大きい導電性平板（例えばグラファイト板、金属板）の積層体であり、この積層体内を上下に電流が流れる際に、接触面における接触抵抗により接触面に均等に発熱するようになっている。また、この例では、各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１がほぼ同一となるように各積層体全体の接触抵抗が設定される。
【００３９】
通電加熱装置２０は、複数のモールド組立体を上下一対の電極２０ａで挟持し、その間を通電加熱する。この電極２０ａの軸線は、プレスの軸線に一致しており、プレスにより電極２０ａの間のモールド組立体、中間発熱体１６、上下の端部発熱体１８の全体を直列にサンドイッチして一体的に圧縮して通電し、モールド組立体内の処理品３と均熱板１４を加圧するとともに、通電加熱する。
【００４０】
上述した本発明の構成によれば、複数のモールド１１内に平板状の処理品３が均熱板１４に挟持されたモールド組立体の各モールドに独立にヒータ１２ａが設けられ、かつ各モールド組立体の上下に中間発熱体１６と端部発熱体１８が位置するので、ヒータ１２ａと発熱体１６，１８により、複数のモールド組立体を同時に昇温して複数の処理品を同時に処理して、その生産性を高めることができる。
また、各発熱体１６，１８が、接触抵抗の大きい導電性平板の積層体なので、ヒータ１２ａで外部への放熱を防止して、薄くて大きい平板状の処理品を均一に加熱することができる。
【００４１】
更に、各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１がほぼ同一となるように各積層体全体の接触抵抗が設定されており、かつ各ヒータ１２ａも、各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２がほぼ同一となるように各ヒータの発熱量が設定されているので、急速加熱しても温度のバラツキが少なく、処理品を所望の処理温度で均一に所定時間加熱して焼結又は熱処理することができ、かつ全体の処理時間を大幅に短縮することができ、これにより、処理品の特性を向上させ、歩留りを高めることができる。
【００４２】
図２において、本発明のハイブリッドホットプレス１０は、更に、複数のモールド組立体と複数の発熱体１６，１８を鉛直かつ同軸に保持するモールド保持装置２２を備える。このモールド保持装置２２は、この例では、導電性平板２２ａ、中間鉛直ピン２２ｂ、及び端部鉛直ピン２２ｃからなる。
導電性平板２２ａは、各モールド空間の下端内面に嵌合する導電性と熱伝導性の高い平板である。また、中間鉛直ピン２２ｂは、各中間発熱体１６を鉛直に貫通し、上端が導電性平板で保持され、下端が均熱板１４で保持される。更に、端部鉛直ピン２２ｃは、上下の端部発熱体１８を鉛直に貫通し、一端が導電性平板又は均熱板１４で保持され、他端が電極２０ａで保持される。
【００４３】
かかるモールド保持装置２２を備えることにより、複数のモールド組立体を一対の電極２０ａで挟持する軸線上に鉛直かつ同軸に保持することができ、通電加熱を効率的に行えるとともに、処理品の温度分布を均一化し、処理品の特性を向上することができる。
【００４４】
図３は、本発明の制御方法を示すステップ図である。この図に示すように、本発明のハイブリッドホットプレスの制御方法は、発熱量設定ステップ（Ａ）、予備昇温ステップ（Ｂ）、急速加熱ステップ（Ｃ）、温度調整ステップ（Ｄ）、バランス加熱ステップ（Ｅ）、均熱ステップ（Ｆ）、及び冷却ステップ（Ｇ）からなる。
【００４５】
発熱量設定ステップ（Ａ）では、通電により各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１がほぼ同一となるように各発熱体の接触抵抗を設定し、かつ各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２がほぼ同一となるように各ヒータの発熱量を設定する。この設定により、バランス加熱ステップ（Ｅ）において、輻射加熱と通電加熱のバランスを取りながら昇温することが可能となる。
【００４６】
予備昇温ステップ（Ｂ）では、主としてヒータ加熱により炉内部品を予熱する。なお、必要により同程度以下の熱量を通電加熱により付加してもよい。このステップを設けることにより、顕熱の大きい炉内部品を予め予熱することができ、その後の昇温をスムースに行うことができる。
【００４７】
急速加熱ステップ（Ｃ）では、ヒータ加熱（輻射加熱）と通電加熱を併用して、処理品の中心温度が処理品の性能に影響のでない待機温度まで急速加熱する。この急速加熱ステップ（Ｃ）により処理品に影響を与えない温度範囲で急速に昇温し、処理サイクルを短縮できる。
【００４８】
温度調整ステップ（Ｄ）では、処理品の中心温度が待機温度に達するまで、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う。この温度調整ステップ（Ｄ）で処理品内に生じた温度差を処理品に影響を与えない温度で減少させることができる。
【００４９】
バランス加熱ステップ（Ｅ）では、モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体１６，１８と処理品３の通電加熱により処理品全体を所定の処理温度まで均一に加熱する。このバランス加熱ステップ（Ｅ）で処理品全体を所定の処理温度まで均一かつ短時間に加熱することができる。
【００５０】
また、このバランス加熱ステップ（Ｅ）において、処理品の温度分布を微調整するために、処理品３の中心温度と、モールドの表面温度とを検出して比較し、中心温度が低いときは通電電流を増加させ、表面温度が低いときはヒータ電流を増加させることが好ましい。
【００５１】
均熱ステップ（Ｆ）では、所定の時間の間、処理品を処理温度に保持するように、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う。この均熱ステップ（Ｆ）で処理品全体を所定の時間の間、処理温度に保持して、所望の焼結又は熱処理を行うことができる。
【００５２】
冷却ステップ（Ｇ）では、ヒータ加熱と通電加熱の両方を停止して、全体を冷却する。また、必要に応じて、冷却速度を制御する。
【００５３】
また、処理品温度を直接測定できない場合には、輻射加熱の影響が少なく処理品温度に近似する温度となるモールド又は均熱板の特定箇所の温度を測温点として設定し、この測温点の温度と処理品温度とを予め同時に計測し、昇温過程の温度プロファイルにより相対温度差を把握し、そのデータを校正値として処理品温度を推定することにより、測定点から処理品温度を推定して正確に処理品の温度調整ができる。
【００５４】
上述した本発明のハイブリッドホットプレスの制御方法は、モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体１６，１８と処理品３の通電加熱により処理品全体を均一に加熱する点に大きな特徴があり、これにより、モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体１６，１８と処理品３の通電加熱により処理品全体を均一に加熱するので、薄くて大きい平板状の処理品を均一に加熱することができる。
【００５５】
【実施例】
図４は、本発明の制御方法による運転パターンの実施例である。この図において、横軸は時間、縦軸は温度である。また、図中の細い直線（折れ線）は目標（ターゲット）設定温度、太い実線は処理品中心温度、細い破線は処理品端面温度である。この実施例において、目標の処理温度は、最大温度差５℃以内で約４７０℃に約５分間保持する焼結又は熱処理である。なお、図中の横軸に対応させて、通電加熱とヒータ加熱のＯＮ／ＯＦＦを表示している。
【００５６】
この実施例から、予備昇温域（予備昇温ステップ（Ｂ））では、通電加熱がＯＦＦであるため、処理品の端面温度が高くなり、中心温度との温度差が生じているのがわかる。また、短時間昇温域（急速加熱ステップ（Ｃ））では、通電加熱を併用し、その加熱速度が速いので、温度分布が逆転し、中心が高く、端面が低くなる。次の調整域１（温度調整ステップ（Ｄ））では、通電加熱を再びＯＦＦにするので、中心温度は徐々に低下し、輻射加熱で上昇する端面温度と一致した後、ほぼ近似した温度で両方とも上昇する。次の調整域２（バランス加熱ステップ（Ｅ））では、バランス加熱により両方が処理温度まで短時間に昇温する。最後の均熱域（均熱ステップ（Ｆ））では、両者お温度差がほとんど発生しないまま、所定の温度に保持されて焼結又は熱処理がされている。
【００５７】
従って、この実施例からも、モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、通電加熱により処理品全体を均一に加熱することで、薄くて大きい平板状の処理品を短時間に均一に加熱することができることがわかる。
【００５８】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００５９】
【発明の効果】
上述した本発明のハイブリッドホットプレスとその制御方法は、セラミックスや金属、炭化物、窒化物などの導電性物体の原料粉末の焼結手段であり、特に加熱到達温度で性能が決まってしまう物や処理品内部での温度履歴での差を嫌う物を処理する場合に本発明のステップ加熱を行うことで処理品内の温度履歴をほぼ同じにし、最終温度到達温度差を少なくできる特徴を有する。従って、セラミックスや金属、炭化物、窒化物などの導電性物体の原料粉末や、ＢｅとＴｅを含有する熱電用材料に適用することができる。
【００６０】
すなわち、本発明のハイブリッドホットプレスとその制御方法は、薄くて大きい平板状の処理品を所望の処理温度で均一に所定時間加熱して焼結又は熱処理することができ、かつ同時に複数枚の処理が可能であり、更に全体の処理時間を大幅に短縮することができ、これにより、処理品の特性を向上させ、歩留りを高め、かつ生産性を高めることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッドホットプレスの全体模式図である。
【図２】本発明のハイブリッドホットプレスの主要部の構成図である。
【図３】本発明の制御方法を示すステップ図である。
【図４】本発明の制御方法による運転パターンである。
【図５】従来のハイブリッドホットプレスの全体模式図である。
【符号の説明】
１モールド、２ヒータ、３原料粉末（処理品）、
４電極、５ヒータ加熱装置、６均熱板、
７通電発熱体、８通電加熱装置、９断熱壁、
１０ハイブリッドホットプレス、
１１モールド、１１ａモールド空間、
１２輻射加熱装置、１２ａヒータ、
１４均熱板、１６中間発熱体、１８端部発熱体、
２０通電加熱装置、２０ａ電極、
２２モールド保持装置、２２ａ導電性平板、
２２ｂ中間鉛直ピン、２２ｃ端部鉛直ピン

Claims

上下に貫通するモールド空間（１１ａ）を有し鉛直かつ直列に配置された複数のモールド（１１）と、各モールドをそれぞれ独立に囲む複数のヒータ（１２ａ）を有し各モールドを外表面から輻射加熱する輻射加熱装置（１２）と、各モールドの焼結空間に水平に位置決めされた平板状の処理品（３）を直接挟持しかつモールド空間を上下動可能な複数の均熱板（１４）と、モールド、処理品及び均熱板からなるモールド組立体の間に均熱板を介して挟持された中間発熱体（１６）と、前記モールド組立体全体を均熱板を介して上下に挟持する上下の端部発熱体（１８）と、前記モールド組立体全体を一対の電極（２０ａ）で挟持しその間を通電加熱する通電加熱装置（２０）と、前記複数のモールド組立体と複数の発熱体（１６，１８）を鉛直かつ同軸に保持するモールド保持装置（２２）と、を備えたハイブリッドホットプレスであって、
前記モールド保持装置（２２）は、各モールド空間の下端内面に嵌合する導電性平板（２２ａ）と、前記各中間発熱体（１６）を鉛直に貫通し上端が導電性平板で保持され下端が均熱板（１４）で保持された中間鉛直ピン（２２ｂ）と、前記上下の端部発熱体（１８）を鉛直に貫通し一端が導電性平板又は均熱板（１４）で保持され他端が電極（２０ａ）で保持された端部鉛直ピン（２２ｃ）とからなり、
前記中間発熱体（１６）と上下の端部発熱体（１８）は、接触抵抗の大きい導電性平板の積層体であり、かつ各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１が同一となるように各積層体全体の接触抵抗が設定されており、
前記複数のヒータ（１２ａ）は、各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２が同一となるように各ヒータの発熱量が設定されている、ことを特徴とするハイブリッドホットプレス。
上下に貫通するモールド空間（１１ａ）を有するモールド（１１）と、モールドを囲むヒータ（１２ａ）を有しモールドを外表面から輻射加熱する輻射加熱装置（１２）と、モールドの焼結空間に水平に位置決めされた平板状の処理品（３）を直接挟持しかつモールド空間を上下動可能な均熱板（１４）と、モールド、処理品及び均熱板からなるモールド組立体を挟持する発熱体（１６，１８）と、モールド組立体全体を一対の電極（２０ａ）で挟持しその間を通電加熱する通電加熱装置（２０）と、前記複数のモールド組立体と複数の発熱体（１６，１８）を鉛直かつ同軸に保持するモールド保持装置（２２）と、を備えたハイブリッドホットプレスの制御方法であって、
通電により各モールド組立体を上下から加熱する発熱量Ｑ１が同一となるように各発熱体の接触抵抗を設定し、かつ各モールドを外表面から輻射加熱する加熱量Ｑ２が同一となるように各ヒータの発熱量を設定する発熱量設定ステップ（Ａ）と、
モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、通電による発熱体（１６，１８）と処理品（３）の発熱により処理品全体を所定の処理温度まで均一に加熱するバランス加熱ステップ（Ｅ）と、
所定の時間の間、処理品を処理温度に保持するように、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う均熱ステップ（Ｆ）とを有し、
モールドの放熱を輻射加熱で防止しながら、発熱体（１６，１８）と処理品（３）の通電加熱により処理品全体を均一に加熱する、ことを特徴とするハイブリッドホットプレスの制御方法。
更に、ヒータ加熱と通電加熱を併用して、処理品の中心温度が処理品の性能に影響のでない待機温度まで急速加熱する急速加熱ステップ（Ｃ）と、
処理品の中心温度が前記待機温度に達するまで、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う温度調整ステップ（Ｄ）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドホットプレスの制御方法。
更に、主としてヒータ加熱により炉内部品を予熱する予備昇温ステップ（Ｂ）を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドホットプレスの制御方法。
更に、主としてヒータ加熱により炉内部品を予熱する予備昇温ステップ（Ｂ）と、
ヒータ加熱と通電加熱を併用して、処理品の中心温度が処理品の性能に影響のでない待機温度まで急速加熱する急速加熱ステップ（Ｃ）と、
処理品の中心温度が前記待機温度に達するまで、通電加熱を停止してヒータ加熱のみを行う温度調整ステップ（Ｄ）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドホットプレスの制御方法。
前記バランス加熱ステップ（Ｅ）において、処理品（３）の中心温度と、モールドの表面温度とを検出して比較し、中心温度が低いときは通電電流を増加させ、表面温度が低いときはヒータ電流を増加させる、ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドホットプレスの制御方法。
輻射加熱の影響が少なく処理品温度に近似する温度となるモールド又は均熱板の特定箇所の温度を測温点として設定し、該測温点の温度と処理品温度とを予め同時に計測し、昇温過程の温度プロファイルにより相対温度差を把握し、そのデータを校正値として処理品温度を推定する、ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のハイブリッドホットプレスの制御方法。