特許 7009579 高強度複合素材の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-14

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】高強度複合素材の製造装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/14 20060101AFI20220118BHJP

   C22C 1/05 20060101ALI20220118BHJP

   B30B 11/02 20060101ALI20220118BHJP

   B22F 3/035 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

B22F3/14 B

C22C1/05 C

B30B11/02 A

B22F3/035 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020147470

(22)【出願日】2020-09-02

(65)【公開番号】P2021110031

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2020-09-02

(31)【優先権主張番号】10-2019-0179280

(32)【優先日】2019-12-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】520337802

【氏名又は名称】ウォンジン アルミニウム

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】キム、ウ ジョン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ファ ジョン

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第１２２８８５６（ＥＰ，Ａ２）

【文献】特開平１０－２５９４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５２１４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１４

Ｂ２２Ｆ ３／０３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つ以上のパウダー混合物の焼結空間を提供する金型と、
前記金型をヒーティングさせるためのヒーティングブロックと、
前記ヒーティングブロックによる金型加熱が行われる間に、前記パウダー混合物を加圧させるためのものであって、中心部を加圧させる第１加圧ロッドと、内側に前記第１加圧ロッドが相対移動可能に設けられ、前記金型の内面と中心部との間の環状空間部を加圧させる第２加圧ロッドと、を含む加圧ユニットと、
前記金型内で前記加圧ユニットによるパウダー混合物の圧密及びヒーティングブロックによる加熱によって焼結が行われた後、その焼結されたパウダー混合物を冷却させるための冷却ブロックと、を含んでなり、
前記ヒーティングブロックは、前記加圧ユニットと同軸上に配され、その加圧ユニットが通過される貫通孔が形成されており、前記金型に載置されるベース部と、前記ベース部の貫通孔を取り囲んで円周方向に沿って複数個配列されるヒーター棒を備えるヒーティング部と、を含んでなり、前記金型が設けられたステージに相対移動可能に設けられ、
前記金型は、前記パウダー混合物の焼結空間を取り囲んで前記ヒーター棒と対応する位置に形成され、そのヒーター棒が挿入される複数の熱処理孔を含んでなることを特徴とする高強度複合素材の製造装置。

【請求項2】

前記冷却ブロックは、前記ヒーティングブロックによる金型の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒の熱処理孔に対する挿入状態が解除された場合に、その熱処理孔に挿入される窒素投入用ノズルをさらに含んでなり、前記金型が設けられたステージに相対移動可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高強度複合素材の製造装置。

【請求項3】

前記ヒーティングブロックは、前記金型が設けられたステージに昇降自在に設けられ、前記ベース部の貫通孔は、前記冷却ブロックの昇降動作時に、その冷却ブロックと干渉を起こさないようにする複数の干渉防止孔を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の高強度複合素材の製造装置。

【請求項4】

前記冷却ブロックは、前記ヒーティングブロックと同軸上で昇降するように、前記金型が設けられたステージに昇降自在に設けられ、前記ヒーティングブロックによる金型の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒の熱処理孔に対する挿入状態が解除された場合に、前記干渉防止孔を通過した以後、前記熱処理孔に挿入される窒素投入用ノズルをさらに含んでなることを特徴とする請求項３に記載の高強度複合素材の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高強度複合素材の製造装置に係り、より詳細には、２つ以上のパウダー素材を均一に混合及び焼結させることにより、強度に優れながらも、均一な物性を有する複合素材の製造を可能にし、ヒーティングと冷却とを迅速に行わせて、焼結された複合素材を円滑に吐出させるように、構造が改善された高強度複合素材の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

１９９０年代以後に、世界的に環境汚染とエネルギー枯渇とに対する恐れが深刻に台頭しながら軽量金属に対する関心が高くなり、これにより、Ａｌ－ＳｉＣ複合素材が本格的に研究され始めた。

【0003】

２０００年代以後には、日本Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社を中心として過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金粉末の一部表面をＡＩＮ層に窒化させる方式を通じて高い耐磨耗性の部品を製造し、これは、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金の複合化が始まったことを意味する。

【0004】

一方、大韓民国のＡｌ－ＳｉＣ複合素材の製造技術は、先進国に比べて大きく劣っている状態であり、韓国機械研究所と現代自動車とで主にガス噴霧工程を利用した合金組成の改善及びＳｉＣとの粉末混合関連技術についての研究を進行しつつある。

【0005】

Ａｌ合金基複合材料は、緑色素材産業に符合する軽量素材への関心が増大しつつある状態であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子が分散されたアルミニウム複合材料は、金属基地に強化粒子を微細分散させて、単一金属としては得にくい、高い比強度、比剛性、耐摩耗及び疲労特性が得られるなど優れた特性を有しているところ、自動車、宇宙航空及び軍需用品などに使われる。

【0006】

このような複合材料は、２つ以上の素材が混合されているために、均一な物性を有するように成形することが重要であるが、一般的な焼結工程による製造によれば、金型に熱を加えながらプレスで圧密させる過程によって焼結が行われるように構成され、金型内に収容された２つ以上のパウダー混合物を均一に混ぜるための装置が設けられず、均一な物性を有する混合物を期待しにくくて、焼結によって完成された成形物を金型から吐出させる場合、膨張している成形物が金型内壁に密着されており、容易に吐き出されないという問題点があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】大韓民国登録特許公報登録番号第１０－１６３５７９２号

【文献】大韓民国登録特許公報登録番号第１０－１９３６５２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、２つ以上のパウダー素材を均一に混合及び焼結させることにより、強度に優れながらも、均一な物性を有する複合素材の製造を可能にする高強度複合素材の製造装置を提供することである。

【0009】

本発明の他の目的は、焼結による複合素材形成以後、冷却を迅速に行わせて、焼結された複合素材を円滑に吐出させる高強度複合素材の製造装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を果たすための本発明による高強度複合素材の製造装置は、少なくとも２つ以上のパウダー混合物の焼結空間を提供する金型；前記金型をヒーティングさせるためのヒーティングブロック；前記ヒーティングブロックによる金型加熱が行われる間に、前記パウダー混合物を加圧させるためのものであって、中心部を加圧させる第１加圧ロッドと、内側に前記第１加圧ロッドが相対移動可能に設けられ、前記金型の内面と中心部との間の環状空間部を加圧させる第２加圧ロッドと、を含む加圧ユニット；及び前記金型内で前記加圧ユニットによるパウダー混合物の圧密及びヒーティングブロックによる加熱によって焼結が行われた後、その焼結されたパウダー混合物を冷却させるための冷却ブロック；を含んでなることを特徴とする。

【0011】

前記ヒーティングブロックは、前記加圧ユニットと同軸上に配され、その加圧ユニットが通過される貫通孔が形成されており、前記金型に載置されるベース部と、前記ベース部の貫通孔を取り囲んで円周方向に沿って複数個配列されるヒーター棒を備えるヒーティング部と、を含んでなり、前記金型が設けられたステージに相対移動可能に設けられることが望ましい。

【0012】

前記金型は、前記パウダー混合物の焼結空間を取り囲んで前記ヒーター棒と対応する位置に形成され、そのヒーター棒が挿入される複数の熱処理孔を含んでなることが望ましい。

【0013】

前記冷却ブロックは、前記ヒーティングブロックによる金型の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒の熱処理孔に対する挿入状態が解除された場合に、その熱処理孔に挿入される窒素投入用ノズルをさらに含んでなり、前記金型が設けられたステージに相対移動可能に設けられることが望ましい。

【0014】

前記ヒーティングブロックは、前記加圧ユニットと同軸上に配され、その加圧ユニットが通過される貫通孔が形成されており、前記金型に載置されるベース部と、前記ベース部の貫通孔を取り囲んで円周方向に沿って複数個配列されるヒーター棒を備えるヒーティング部と、を含んでなり、前記金型が設けられたステージに昇降自在に設けられ、前記ベース部の貫通孔は、前記冷却ブロックの昇降動作時に、その冷却ブロックと干渉を起こさないようにする複数の干渉防止孔を含んでなり、前記金型は、前記パウダー混合物の焼結空間を取り囲んで前記ヒーター棒と対応する位置に形成され、そのヒーター棒が挿入される複数の熱処理孔を含んでなりうる。

【0015】

前記冷却ブロックは、前記ヒーティングブロックと同軸上で昇降するように、前記金型が設けられたステージに昇降自在に設けられ、前記ヒーティングブロックによる金型の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒の熱処理孔に対する挿入状態が解除された場合に、前記干渉防止孔を通過した以後、前記熱処理孔に挿入される窒素投入用ノズルをさらに含んでなることも可能である。

【発明の効果】

【0016】

前述したような構成を有する本発明による高強度複合素材の製造装置は、複数のパウダー素材を金型内で混合させるが、そのパウダー混合物の中心部と残りの部分とを第１加圧ロッドと第２加圧ロッドとによって交互に圧密させることにより、２つ以上の素材を相対的に均一に圧密させ、例えば、Ａｌ－ＳｉＣのように高強度アルミニウム複合素材を焼結によって形成させようとする場合に、優れた強度を有しながらも、均一な物性を有する複合素材の製造を可能にし、ヒーティングブロックを金型内に結合させた状態で焼結が行われるようにし、そのヒーティングブロックを金型から分離後、冷却ブロックを金型に結合させて冷却工程が行われるように構成されることにより、相対的に冷却工程が迅速に行われることによって、金型内で成形された複合素材を迅速かつ容易に吐出させるようにし、複合素材吐出のために金型の構造を複雑に構成しなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態による高強度複合素材の製造装置の分離斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態の構成を分離して示した断面図である。

【図3】本発明の一実施形態の加圧ユニットによる加圧工程を説明する図面である。

【図4】本発明の一実施形態の冷却ブロックによる冷却工程を説明する図面である。

【図5】本発明の他の実施形態による高強度複合素材の製造装置の分離斜視図である。

【図6】図５のVI部分結合された状態での平面図である。

【図7】本発明の他の実施形態の構成を分離して示した断面図である。

【図8】本発明の他の実施形態の加圧ユニットによる加圧工程を説明する図面である。

【図9】本発明の他の実施形態の冷却ブロックによる冷却工程を説明する図面である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下の説明で本発明に係わる理解を明確にするために、本発明の特徴に対する公知の技術についての説明は省略する。以下の実施形態は、本発明の理解を助けるための詳細な説明であり、本発明の権利範囲を制限するものではないことは当然である。したがって、本発明と同じ機能を行う均等な発明も、本発明の権利範囲に属するものである。

【0019】

そして、以下の説明で同じ識別記号は、同じ構成を意味し、不要な重複的な説明及び公知の技術についての説明は省略する。また、前記発明の背景となる技術に対する記載内容と重複する以下の本発明の各実施形態に関する説明も省略する。

【0020】

以下、本発明の一実施形態による高強度複合素材の製造装置を添付図面を参照して詳しく説明する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態による高強度複合素材の製造装置の分離斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態の構成を分離して示した断面図であり、図３は、本発明の一実施形態の加圧ユニットによる加圧工程を説明する図面であり、図４は、本発明の一実施形態の冷却ブロックによる冷却工程を説明する図面である。

【0022】

図１及び図２によく示したように、本発明の一実施形態による高強度複合素材の製造装置は、金型１０とヒーティングブロック２０、３０と冷却ブロック４０とを含んでなる。

【0023】

前記金型１０は、少なくとも２つ以上のパウダー素材が収容され、前記３０による圧密過程によって混合されたパウダー混合物の焼結空間１２を提供する。

【0024】

前記ヒーティングブロック２０は、前記金型１０をヒーティングさせるためのものであって、図３のように、前記金型１０に結合された状態で熱を発生させて、金型１０内で混合されたパウダー混合物を焼結させる。

【0025】

前記３０は、前記ヒーティングブロック２０による金型１０加熱が行われる間に、前記パウダー混合物を圧密及び均一に混合させるためのものであって、図３の（ａ）及び図３の（ｂ）のように、交互に前記パウダー混合物を圧密させる第１加圧ロッド３１と第２加圧ロッド３２とを含んでなる。

【0026】

前記第１加圧ロッド３１は、前記金型１０内の収容されたパウダー混合物の中心部を加圧させるためのものであって、その中心部と同軸上に配され、前記第２加圧ロッド３２は、前記パウダー混合物の、前記金型１０の内面と中心部との間の環状空間部に対応する部分を加圧させるためのものであって、内側に前記第１加圧ロッド３１が相対移動可能に設けられる。

【0027】

前記冷却ブロック４０は、図３のように、前記金型１０内で前記ヒーティングブロック３０によるパウダー混合物の圧密及びヒーティングブロック２０による加熱によって焼結が行われた後、図４のように、前記金型１０に結合されて、その焼結されたパウダー混合物を冷却させる役割を果たす。

【0028】

このような構成を有する本発明の一実施形態による高強度複合素材の製造装置は、複数のパウダー素材を金型１０内で混合させるが、そのパウダー混合物の中心部と残りの部分とを第１加圧ロッド３１と第２加圧ロッド３２とによって交互に圧密させることにより、２つ以上の素材を相対的に均一に圧密させ、例えば、Ａｌ－ＳｉＣのように高強度アルミニウム複合素材を焼結によって形成させようとする場合に、優れた強度を有しながらも、均一な物性を有する複合素材の製造を可能にする長所を期待させうる。

【0029】

また、本実施形態は、ヒーティングブロック２０を金型１０内に結合させた状態で焼結が行われるようにし、そのヒーティングブロック２０を金型１０から分離後、冷却ブロック４０を金型１０に結合させて、冷却工程が行われるように構成されることにより、相対的に冷却工程が迅速に行われることによって、金型１０内で成形された複合素材を迅速かつ容易に吐出させるようにし、複合素材吐出のために金型１０の構造を複雑に構成しなくてもよい長所を導出する。

【0030】

一方、本実施形態に採用されたヒーティングブロック２０は、前記３０と同軸上に配されるベース部２２と、そのベース部２２に連結されたヒーティング部２４と、を含んでなり、図４によく示したように、前記金型１０が設けられたステージ（Ｓ）に相対移動及び昇降自在に設けられる。

【0031】

前記ベース部２２は、図１及び図２によく示したように、前記３０が通過される貫通孔２２ａが形成されており、図３のように、金型１０を加熱させる加熱工程遂行時に、その金型１０に載置される。

【0032】

前記ヒーティング部２４は、図１によく示したように、前記ベース部２２の貫通孔２２ａを取り囲んで円周方向に沿って複数個配列されるヒーター棒２４ａを備え、前記金型１０は、前記パウダー混合物の焼結空間１２を取り囲んで前記ヒーター棒２４ａと対応する位置に形成され、そのヒーター棒２４ａが挿入される複数の熱処理孔１４を含んでなる。

【0033】

このような構成を有する本実施形態は、金型１０とヒーティングブロック２０との結合及び分離を円滑に行わせ、金型１０に直接的なヒーティングを可能にして、焼結成形の効率性を向上させる効果を有する。

【0034】

前記冷却ブロックは、前記金型１０が設けられたステージ（Ｓ）に相対移動及び昇降自在に設けられて、図４によく示したように、前記ヒーティングブロック２０による加熱工程と交互に冷却工程とを迅速に行わせる。

【0035】

このような冷却ブロックは、前記ヒーティングブロック２０による金型１０の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒２４ａの熱処理孔１４に対する挿入状態が解除された場合に、その熱処理孔１４に挿入される窒素投入用ノズル４２を含んでなって、前記金型１０を窒素冷却方式で迅速に冷却させる。

【0036】

このような構成を有する本実施形態は、金型１０と冷却ブロック４０との結合及び分離を円滑に行わせ、金型１０に直接的に冷却させて、焼結された複合素材を円滑に吐出させる効果を有する。

【0037】

前記ヒーティングブロック２０と冷却ブロック４０との昇降及びスライディングのための構成は、多様な構造として具現することができるということはいうまでもないが、図２に概略的に示したように、昇降動作は、モータ（Ｍ）と移送スクリュー（Ｔ）とを通じて具現することができ、摺動は、ステージ（Ｓ）のレールに沿って相対移動する設置ジグ（Ｓ１；ヒーティングブロックまたは冷却ブロックが設けられるジグ）を通じて具現することができる。

【0038】

以下、図５ないし図９を参照して、本発明の他の実施形態による高強度複合素材の製造装置を詳しく説明する。

【0039】

図５は、本発明の他の実施形態による高強度複合素材の製造装置の分離斜視図であり、図６は、図５のVI部分結合された状態での平面図であり、図７は、本発明の他の実施形態の構成を分離して示した断面図であり、図８は、本発明の他の実施形態の加圧ユニットによる加圧工程を説明する図面であり、図９は、本発明の他の実施形態の冷却ブロックによる冷却工程を説明する図面である。

【0040】

本実施形態は、図５及び図７によく示したように、前述した実施形態と同様に、金型５０とヒーティングブロック６０と冷却ブロック８０と加圧ユニット７０とを含んでなるが、ヒーティングブロック６０と冷却ブロック８０との構造及び金型５０の熱処理孔５４の個数において差がある。

【0041】

本実施形態に採用されたヒーティングブロック６０は、前述したベース部６２とヒーティング部６４とを含んでなり、前述した実施形態とは異なって、ベース部６２に形成された貫通孔６２１に干渉防止孔６２１ａが含まれている構造を有する。

【0042】

すなわち、前記ベース部６２は、加圧ユニット７０と同軸上に配され、その加圧ユニット７０が通過される貫通孔６２１が形成されており、前記金型５０に載置される部分であり、前記ヒーティング部６４は、前記ベース部６２の貫通孔６２１を取り囲んで円周方向に沿って複数個配列されるヒーター棒６４ａを含んでなる。

【0043】

ここで、前記ベース部６２に形成された貫通孔６２１は、図８及び図９のように、前記冷却ブロック８０及びヒーティングブロック６０の昇降動作時に、その冷却ブロック８０及びヒーティングブロック６０と干渉を起こさないようにする複数の干渉防止孔６２１ａを含んでなる。

【0044】

本実施形態は、前述した実施形態に採用されたヒーティングブロック６０と冷却ブロック８０との相互干渉を防止するために、スライディングだけではなく、昇降動作が行われるように構成されたものとは異なって、前記ヒーティングブロック６０の貫通孔６２１を通じて加圧ユニット７０がヒーティングブロック６０と干渉されずに動作するように構成されることは言うまでもなく、図６によく示したように、その貫通孔６２１に形成された干渉防止孔６２１ａを通じて冷却ブロック８０がヒーティングブロック６０と干渉されずに動作するように構成されることにより、製品を簡素に構成可能にして、製造コスト削減を可能にする。

【0045】

本実施形態に採用された金型５０は、前述した実施形態と同様に、ヒーティングブロック６０のヒーター棒６４ａが挿入される複数の熱処理孔５４を含んでなるが、前述した実施形態とは異なって、熱処理孔５４の一部には、ヒーティングブロック６０のヒーター棒６４ａが挿入され、残りの部分には、冷却ブロック８０の窒素投入用ノズル８２が挿入される。

【0046】

すなわち、本実施形態に採用された冷却ブロック８０は、前記ヒーティングブロック６０と同軸上で昇降するように、前記金型５０が設けられたステージに昇降自在に設けられ、窒素冷却方式による急速冷却を可能にする窒素投入用ノズル８２を含んでなる。

【0047】

前記窒素投入用ノズル８２は、図９によく示したように、前記ヒーティングブロック６０による金型５０の加熱が完了することにより、前記ヒーター棒６４ａの熱処理孔５４に対する挿入状態が解除された場合に、前記干渉防止孔６２１ａを通過した以後、前記熱処理孔５４に挿入される。

【0048】

このような構成を有する本実施形態は、加圧ユニット７０とヒーティングブロック６０と冷却ブロック８０とが干渉されずに上下に昇降するように構成されることにより、図８の（ａ）及び図８の（ｂ）のように、ヒーティングブロック６０による金型５０加熱が行われる間に、第１加圧ロッド７１と第２加圧ロッド７２とを交互にパウダー混合物を圧密させて、均一な物性を有する高強度複合素材の成形を可能にし、このような加圧工程以後、図９のように、ヒーティングブロック６０を上昇させて金型５０から分離させ、冷却ブロック８０を下降させて、金型５０に結合させた状態で迅速に焼結されたパウダー混合物を冷却させて、金型５０から吐出させる。

【0049】

以上、本発明の多様な実施形態について説明したが、本実施形態及び本明細書に添付された図面は、本発明に含まれる技術的思想の一部を明確に示しているものに過ぎず、本発明の明細書及び図面に含まれた技術的思想の範囲内で当業者が容易に類推することができる変形例と具体的な実施形態は、いずれも本発明の権利範囲に含まれることが自明である。

【符号の説明】

【0050】

１０：金型
１２：焼結空間
１４：熱処理孔
２０：ヒーティングブロック
２２：ベース部
２２ａ：貫通孔
２４：ヒーティング部
２４ａ：ヒーター棒
３０：加圧ユニット
３１：第１加圧ロッド
３２：第２加圧ロッド
４０：冷却ブロック
４２：窒素投入用ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】