JP2897500B2

JP2897500B2 - 金属系材料の熱処理装置

Info

Publication number: JP2897500B2
Application number: JP3337315A
Authority: JP
Inventors: 亮治中山; 拓夫武下; 庄一久保
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH05247526A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属系材料の熱処理装
置に係わり、特に、金属系材料への水素の吸蔵およびこ
の水素を吸蔵した金属系材料からの水素の放出を行うこ
とにより、前記金属系材料の組織を変更して物性調整、
あるいは金属系材料の破砕を行うようにした熱処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属系材料の物性調整等（例えば、希土
類（Ｒ）ーＦｅーＢ系合金の結晶粒の微細化による磁気
特性の向上、あるいは、Ｔｉ系合金の組織の粗大化によ
る疲労強度や耐クリープ特性の改善）を行う一方法とし
て、前述したように、ある処理温度下で、前記金属系材
料に水素を吸蔵させたのちに再度その水素を放出させる
ことにより、金属組織を変更することが行われており、
その熱処理装置として従来においては、図４に示す構造
のものが検討されている。

【０００３】この熱処理装置１は、金属系材料Ｗが搬入
されるとともに、この金属系材料Ｗを所定の処理温度に
加熱する熱処理炉２と、この熱処理炉２に給気路３を介
して接続され、反応用の水素を貯蔵する水素ボンベ４
と、前記熱処理炉２に接続され、この熱処理炉２内の気
体を吸引して排気する排気手段５と、この排気された気
体を焼却処理して大気へ放出する排気処理手段６とを備
えた構成となっている。

【０００４】そして、この熱処理装置１においては、金
属系材料Ｗを前記熱処理炉２内に搬入して真空引きを行
ったのちに、前記水素ボンベ４から熱処理炉２内に水素
を供給するとともに、この熱処理炉２内の温度を５００
℃〜１０００℃に保持することにより、前記金属系材料
Ｗを水素ガス雰囲気中において所定温度に加熱して水素
を吸蔵させ、次いで、熱処理炉２内の温度を前記温度に
保持しつつ、熱処理炉２内を真空状態まで減圧すること
により、水素を吸蔵した金属系材料Ｗから水素を放出さ
せるようにしている。

【０００５】また、金属系材料Ｗから放出された水素
は、排気手段５によって排気され、後段の排気処理手段
６において燃焼させられたのちに装置外へ放出されるよ
うになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の従来
の技術においては、金属系材料の熱処理に用いられる水
素は、水素ボンベ４から熱処理炉２へ供給されたのちに
排気処理手段６を経て大気へ放出されるものであるか
ら、一処理工程毎に新たな水素を供給しなければなら
ず、この結果、水素の消費量が膨大なものとなってしま
い、加えて、この水素を貯蔵するために、大容量の水素
ボンベ４が必要となるといった問題点を有している。

【０００７】一方、このような問題点への対処方法とし
て、例えば、熱処理炉２から排出される水素を供給側の
水素ボンベ４へ戻すことが考えられる。

【０００８】しかしながら、このような方法において
も、一旦気化した水素を液体に戻す液化処理施設等が必
要となり、これによって熱処理装置が全体として大型化
するとともに、処理施設の建設コストの高騰を招いてし
まい、有効な解決手段とはなり得ていない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の技術における問題点を有効に解消し得る金属系材料の
熱処理装置を提供せんとするもので、請求項１記載の金
属系材料の熱処理装置は、金属系材料に水素を吸蔵させ
る水素吸蔵処理、および、前記水素を吸蔵した金属系材
料から水素を放出させる水素放出処理を行なう熱処理炉
と、この熱処理炉へ給排される水素を貯蔵する水素吸蔵
合金からなる水素貯蔵手段と、前記熱処理炉および水素
貯蔵手段のそれぞれに設けられ、これらの内部圧力およ
び内部温度を測定する圧力センサーならびに温度センサ
ーと、これらの各センサーの検出信号に基づき、熱処理
炉および水素貯蔵手段の内部圧力あるいは温度を調整す
ることにより、前記熱処理炉の処理状態に応じて、熱処
理炉への水素の供給および排出を行う制御手段とを具備
してなることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の金属系材料の熱処理
炉は、金属系材料に水素を吸蔵させる水素吸蔵処理、お
よび、前記水素を吸蔵した金属系材料から水素を放出さ
せる水素放出処理を行う熱処理炉と、この熱処理炉へ給
排される水素を貯蔵する水素吸蔵合金からなる水素貯蔵
手段と、熱処理炉から放出される水素を水素貯蔵手段へ
送り込む排気路と、前記水素貯蔵手段から熱処理炉へ水
素を供給する供給路と、前記排気路に設けられ、前記熱
処理炉内の気体を吸引して水素貯蔵手段へ送り込む真空
排気手段と、前記供給路に設けられ、前記熱処理炉へ供
給される水素の圧力を調整する圧力調整手段と、前記熱
処理炉および水素貯蔵手段のそれぞれに設けられ、これ
らの内部圧力および内部温度を測定する圧力センサーな
らびに温度センサーと、これらの各センサーの検出信号
に基づき、前記熱処理炉および水素貯蔵手段の内部圧力
あるいは内部温度の調整ならびに真空排気手段の作動を
調整することにより、前記熱処理炉の処理状態に応じ
て、熱処理炉への水素の供給および排出を制御する制御
手段とを具備してなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１記載の金属系材料の熱処理装置におい
ては、熱処理炉が金属系材料へ水素を吸蔵させる工程に
ある場合に、制御手段によって制御される圧力制御手段
および温度制御手段により、水素貯蔵手段内の温度が所
定温度に保持されかつ所定圧力に減圧されるとともに、
熱処理炉内の温度が所定温度に保たれかつ所定圧力に加
圧される。

【００１２】これによって、水素貯蔵手段を構成する水
素吸蔵合金において、吸蔵されていた水素が放出される
現象が生じるとともに、熱処理炉内において金属系材料
への水素の吸蔵現象が生じる。

【００１３】ここで、水素貯蔵手段から放出された水素
が熱処理炉へ順次送られると、金属系材料の水素吸蔵処
理が行われる。

【００１４】また、熱処理炉が金属系材料から水素を放
出させる工程にある場合には、制御手段によって制御さ
れる圧力制御手段と温度制御手段により、熱処理炉内の
温度が所定温度に保持されかつ所定圧力まで減圧される
とともに、水素貯蔵手段内の温度が所定温度に保持され
かつ所定圧力まで加圧される。

【００１５】これによって、熱処理炉内において金属系
材料からの水素の放出現象が生じ、かつ、水素貯蔵手段
の水素吸蔵合金において水素の吸蔵現象が生じる。

【００１６】ここで、金属系材料から放出された水素
が、水素貯蔵手段へ送り込まれると、この水素が水素吸
蔵合金に順次吸収されて回収される。

【００１７】これによって、水素は水素貯蔵手段と熱処
理炉との間で循環させられることとなる。

【００１８】また、請求項２記載の金属系材料の熱処理
装置は、熱処理炉が金属系材料へ水素を吸蔵させる工程
にある場合には、まず、制御手段によって制御される温
度制御手段により、熱処理炉および水素貯蔵手段の内部
温度が所定温度に保持される。

【００１９】一方、前記水素貯蔵手段は水素を吸蔵した
状態に保持されて、加圧状態となされており、また、熱
処理炉は減圧状態となされていることから、圧力調整手
段が作動させられることにより、水素貯蔵手段内の水素
が熱処理炉へ流れ込み、水素貯蔵手段の内部圧力が低下
し、熱処理炉の内部圧力が上昇する。

【００２０】これによって、水素貯蔵手段の水素吸蔵合
金において水素の放出現象が生じ、また、熱処理炉にお
いて金属系材料による水素吸蔵現象が生じる。

【００２１】この結果、水素貯蔵手段から熱処理炉へ水
素が順次送り込まれ、熱処理炉において金属系材料の水
素吸蔵処理が行われる。

【００２２】また、熱処理炉が金属系材料から水素を放
出させる工程にある場合には、制御手段によって制御さ
れる温度制御手段により、熱処理炉および水素貯蔵手段
の内部温度が所定温度に保持され、かつ、真空排気手段
が作動させられて、熱処理炉内の気体が吸引されて水素
貯蔵手段へ送り込まれることにより、前記熱処理炉の内
部が減圧されるとともに水素貯蔵手段内が加圧される。

【００２３】これによって、熱処理炉内において金属系
材料からの水素の放出現象が生じ、かつ、水素貯蔵手段
の水素吸蔵合金において水素の吸蔵現象が生じる。

【００２４】この結果、金属系材料から放出された水素
が、水素貯蔵手段へ順次送り込まれて、この水素貯蔵手
段内の水素吸蔵合金に吸収されて回収される。

【００２５】そして、この場合においても、水素は水素
貯蔵手段と熱処理炉との間を循環させられる。

【００２６】

【実施例】以下、請求項１記載の発明の一実施例につい
て、図１および図２を参照して説明すれば、この実施例
に示す金属系材料Ｗの熱処理装置１０は、金属系材料Ｗ
に水素を吸蔵させる水素吸蔵処理、および、前記水素を
吸蔵した金属系材料から水素を放出させる水素放出処理
を行なう熱処理炉１１と、この熱処理炉１１へ給排され
る水素を貯蔵する水素吸蔵合金Ｍからなる水素貯蔵手段
１２と、前記熱処理炉１１および水素貯蔵手段１２のそ
れぞれに設けられ、これらの内部圧力および内部温度を
測定する圧力センサー１３ならびに温度センサー１４
と、これらの各センサー１３・１４の検出信号に基づ
き、熱処理炉１１および水素貯蔵手段１２の内部圧力あ
るいは温度を調整することにより、前記熱処理炉１１の
処理状態に応じて、熱処理炉１１への水素の供給および
排出を行う制御手段１５とを具備した概略構成となって
いる。

【００２７】次いで、これらの詳細について説明すれ
ば、前記熱処理炉１１は、グラファイト、タングステ
ン、あるいは、モリブデン等からなる真空容器内にヒー
ター１６を備えた内熱式や、カンタル、シリコニット等
の真空容器内にヒーター１６を備えた外熱式のものが用
いられ、本実施例においては、外熱式の熱処理炉１１を
示した。

【００２８】そして、これらの外熱式および内熱式の熱
処理炉１１は、処理対象となる金属系材料Ｗの種類によ
って適宜変更されるものである。

【００２９】前記水素貯蔵手段１２は、図２に示すよう
に、外殻を形成する圧力容器１７と、この圧力容器１７
内に、その内周面と所定間隔をおいて配設された良熱伝
導体材料からなる伝熱容器１８と、この伝熱容器１８の
中央部に配設された多孔質体からなるサポートチューブ
１９と、このサポートチューブ１９と前記伝熱容器１８
との間に形成された空間部に充填された水素吸蔵合金Ｍ
と、前記伝熱容器１８を取り囲んで設けられたヒーター
２０とによって構成されている。

【００３０】前記水素吸蔵合金Ｍとしては、ＲーＮｉ系
合金（Ｒは希土類元素）、ＴｉーＦｅーＭｎ系合金、Ｔ
ｉーＭｎ系合金等、常温付近で水素吸蔵および放出速度
の大きい合金が用いられている。

【００３１】一方、図１において前記圧力容器１７の壁
部には、この壁部を貫通して前記サポートチューブ１９
の内部へ位置させられた連通管２１と、圧力容器１７の
内部圧力と内部温度、すなわち、水素吸蔵合金Ｍ周りの
圧力および温度を測定する前記圧力センサー１３および
温度センサー１４が設けられている。

【００３２】また、前記ヒーター２０には、このヒータ
ー２０に供給する電流を制御することにより、その発熱
量を制御して、前記圧力容器１７内の温度を調整する温
度制御手段２２が接続されている。

【００３３】さらに、前記圧力容器１７に接続された連
通管２１の他端部は、前記熱処理炉１１へ接続されて両
者を連通させるように設けられており、その途中には、
前記水素貯蔵手段１２および熱処理炉１１内の圧力を制
御する圧力制御手段２３が設けられている。

【００３４】この圧力制御手段２３は、これらの容積を
増減させる構成でかつ装置外部との気体の交換のない構
成のもの、例えば、シリンダー等が用いられており、前
記制御手段１５により前記熱処理炉１１と圧力容器１７
とに選択的に連通させられるようになっており、連通さ
せられたこれらの容積を拡大することにより前記熱処理
炉１１あるいは圧力容器１７内を減圧して、その内部の
水素を吸引し、また、容積を減少させることにより、圧
力容器１７内を昇圧するとともに、その内部に水素を送
り込むようになっている。

【００３５】そして、前記熱処理炉１１には、前記水素
貯蔵手段１２と同様の温度制御手段２２が設けられてお
り、これらの各温度制御手段２２は、前記制御手段１５
へ接続されて、この制御手段１５からの制御信号に基づ
き各ヒーター１６・２０への電流供給を制御するように
なっている。

【００３６】前記制御手段１５は、中央演算回路（以下
ＣＰＵと称す）２４と、このＣＰＵ２４の作動プログラ
ムが記憶されたリードオンリーメモリ（以下ＲＯＭと称
す）２５と、熱処理炉１１の制御プログラムが記憶され
たランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭと称す）２６
と、これらのＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、および、ＲＡＭ
２６にバスラインを介して接続されて、前記各圧力セン
サー１３、温度センサー１４、温度制御手段２２、およ
び、圧力制御手段２３との信号の授受を行うＩ／Ｏイン
ターフェース２７とによって構成されている。

【００３７】一方、前記連通管２１には、前記圧力制御
手段２３を挟んだ両側のそれぞれに開閉弁２８が設けら
れており、これらの開閉弁２８・２８は、前記制御手段
１５により個別に開閉操作されることによって、前記圧
力制御手段２３を選択的に前記熱処理炉１１あるいは水
素貯蔵手段１２へ連通させるようになっている。

【００３８】そして、本実施例において熱処理の対象と
される金属系材料Ｗの組成は例えば、以下のとおりであ
る。

【００３９】その一つは、ＲーＦｅーＢ系合金（Ｒは希
土類元素）で次のような組成を有する。Ｒ：１０〜２０ａｔ％Ｂ：３〜１０ａｔ％Ｆｅ：残部および不可避不純物また、必要に応じて次の組成が添加される。Ｃｏ：０．１〜５０ａｔ％Ｍ：０．００１〜５．０ａｔ％但し、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ、Ｎの内の１種又は２
種以上である。

【００４０】また、他の一つは、Ｔｉ系合金の構造材で
あり、例えば次の合金組成が挙げられる。

【００４１】１）Ａｌ：６．５ｗｔ％、Ｓｎ：１．４ｗ
ｔ％、Ｚｒ：１ｗｔ％、Ｍｏ：２．９ｗｔ％、Ｃｒ：
２．１ｗｔ％、Ｆｅ：１．７ｗｔ％、および、残部がＴ
ｉである合金２）Ａｌ：６ｗｔ％、Ｖ：４ｗｔ％、および、残部がＴ
ｉである合金３）Ａｌ：６ｗｔ％、Ｓｎ：２ｗｔ％、Ｚｒ：４ｗｔ
％、Ｍｏ：２ｗｔ％、および、残部がＴｉである合金４）Ｖ：１０ｗｔ％、Ｆｅ：２ｗｔ％、Ａｌ：３ｗｔ
％、および、残部がＴｉである合金

【００４２】他に、希土類ーＮｉ系合金、ＺｒーＣｏ系
合金等の水素吸蔵合金の活性化処理や粉末化処理として
も使用できる。

【００４３】前述のように構成された本実施例の熱処理
装置１０において金属系材料Ｗの熱処理を行う場合の具
体例について説明すれば、以下のとおりである。

【００４４】（実施例１）まず、熱処理に用いられる金
属系材料Ｗとして、前者のＲーＦｅーＢ系合金を用いた
実施例について説明する。

【００４５】表１の１〜４に示す組成のＲーＦｅーＢ系
合金を、プラズマ・アーク溶解炉にて溶解、鋳造したの
ちに、それぞれＡｒ雰囲気中で１１３０℃、２０時間の
条件で均質化処理を行う。この金属系材料Ｗは、粒径１
２０μｍ程度の粗大な強磁性相を有する。

【００４６】

【表１】

【００４７】このような金属系材料Ｗが熱処理炉１１内
に設置されると、熱処理炉１１内の大気を真空引きした
のち、制御手段１５により両温度制御手段２２へ制御信
号が出力されて、熱処理炉１１および水素貯蔵手段１２
の加熱が開始される。

【００４８】一方、前記各熱処理炉１１および水素貯蔵
手段１２の内部温度が、それぞれに設けられている温度
センサー１４によって検出されて、制御手段１５へフィ
ードバックされており、このフィードバック信号に基づ
き、各温度制御手段２２へ出力される制御信号が補正さ
れることにより、熱処理炉１１の内部温度が所定の温度
（約８３０℃）に、また、水素貯蔵手段１２の内部温度
が所定の温度（約７０℃）に保持される。

【００４９】これより制御手段１５から水素貯蔵手段１
２側の開閉弁２８へ駆動信号が出力されて、この開閉弁
２８が開放されることにより、前記水素貯蔵手段１２が
圧力制御手段２３へ連通させられる。

【００５０】続いて、前記制御手段１５から圧力制御手
段２３へ制御信号が出力されて、水素貯蔵手段１２の水
素ガスを吸い込むように作動させられることにより、水
素貯蔵手段１２の圧力容器１７内の圧力が減少させられ
る。

【００５１】これによって、水素貯蔵手段１２内の水素
吸蔵合金Ｍから水素が放出されるとともに、この水素が
前記圧力調整手段２３へ吸引される。

【００５２】次いで、制御手段１５から両開閉弁２８へ
駆動信号が出力されて、開放状態にある水素貯蔵手段１
２側の開閉弁２８が閉塞されるとともに、他方の開閉弁
２８が開放され、圧力制御手段２３と熱処理炉１１とが
連通させられる。

【００５３】これより制御手段１５から圧力制御手段２
３へ制御信号が出力されて、この圧力制御手段２３が吸
い込んだ水素を熱処理炉１１へ送り出すように作動させ
られることにより、熱処理炉１１の内部圧力が上昇させ
られるとともに、水素貯蔵手段１２から吸引された水素
が熱処理炉１１へ送り込まれる。

【００５４】ここで、熱処理炉１１の内部圧力は、圧力
センサー１３によって検出されて制御手段１５へフィー
ドバックされており、このフィードバック信号に基づい
て、前記開閉弁２８の開度が調整され、あるいは、圧力
制御手段２３の作動量が制御されることにより、前記熱
処理炉１１内の水素ガス圧力が約１ａｔｍに保持され
る。

【００５５】このような水素の供給が完了した後に、熱
処理炉１１内の温度が制御手段１５によって約８３０℃
に調整されて、前記金属系材料が前記温度下において約
３時間保持され、これによって、金属系材料Ｗに水素が
吸蔵される。

【００５６】次いで、前記熱処理炉１１内の温度を８３
０℃に、また、水素貯蔵手段１２の温度を１０℃に保持
した状態で、制御装置１５から熱処理炉１１側の開閉弁
２８に駆動信号が出力されてこの開閉弁２８が開放され
るとともに、圧力制御手段２３へ制御信号が出力され
て、この圧力制御手段２３が熱処理炉１１内の気体を吸
引するように作動させられる。

【００５７】これによって、熱処理炉１１内の圧力が減
少させられることにより、金属系材料Ｗに吸蔵されてい
た水素が放出されるとともに、この水素が圧力調整手段
２３へ吸引され、これによって前記金属系材料Ｗの脱水
素が行われる。そして、この時の前記熱処理炉１１内の
圧力は、圧力センサー１３および制御手段１５による圧
力制御手段２３の作動量の制御により、１×１０^-1Ｔｏ
ｒｒ以下に保持される。

【００５８】次いで、制御手段１５からの駆動信号によ
り、熱処理炉１１側の開閉弁２８が閉じられるととも
に、水素貯蔵手段１２側の開閉弁２８が開放され、この
後に、圧力制御手段２３が作動させられることにより、
この圧力制御手段２３によって吸引された水素が水素貯
蔵手段１２の圧力容器１７内へ送り込まれる。

【００５９】この操作に伴い、前記圧力容器１７内の水
素圧力が上昇させられることにより、送り込まれた水素
が水素貯蔵合金Ｍによって吸蔵され回収される。

【００６０】ちなみにこの処理を行った後の前記各組成
のＮｄーＦｅーＢ系合金は、４００μｍ以下に粉砕さ
れ、かつ、粉末内部に０．２〜０．４μｍのＮｄ２Ｆｅ
１４Ｂの再結晶粒からなる組織を有するとともに、所望
の磁気特性を有することが確認された。

【００６１】このように、本実施例の熱処理装置１０に
おいては、金属系材料Ｗの熱処理に用いられる水素が、
水素貯蔵手段１２と熱処理炉１１との間で授受されて、
水素の装置外への放出が抑制されるから、水素の使用量
が大幅に削減されるとともに、排気処理系の諸設備が不
要であるから、装置の大型化ないしは設備費用の高騰を
抑制することができる。

【００６２】しかも、水素貯蔵手段１２として用いてい
る水素吸蔵合金Ｍが、同容量の従来のボンベに比較し
て、３倍ないし４倍の水素貯蔵能力があることから、こ
の点からも装置の小型化が図られる。

【００６３】ここで、本実施例の熱処理装置１１におい
て、水素貯蔵手段１２における初期の水素貯蔵量を３５
Ｎｍ³とし、前記各組成の金属系材料Ｗに対してそれぞ
れ１０回の処理を行った後の水素の減少量を測定した結
果を表２の左欄に示す。

【００６４】

【表２】

【００６５】そして、前記表２の右欄は、比較のため
に、同様の前記各金属系材料Ｗについて、従来の装置に
よって熱処理を行った際の水素の減少量を示すものであ
る。

【００６６】この結果からも明らかなように、本実施例
によれば、殆ど水素の減少が見られず、極めて大きな効
果が得られる。

【００６７】（実施例２）次いで、金属系材料Ｗとして
後者のＴｉ系合金を用いた実施例について説明する。

【００６８】まず、表３の１．２で示す組成を有し、平
均粒径１２０μｍのＴｉ系合金粉末のそれぞれについ
て、温度７５０℃、２０００ａｔｍ、および、３時間保
持の条件下で熱間静水圧プレスを行い、所定形状の金属
系材料Ｗとしての構造部材を作成した。

【００６９】

【表３】

【００７０】この金属系材料Ｗを内熱式のグラファイト
・ヒーター備えた熱処理炉１１内に設置し、熱処理炉１
１内の大気を真空引きしたのち、熱処理装置１０の各構
成要素を制御手段１５によって作動させることにより、
前記実施例と同様にして８５０℃、１ａｔｍの雰囲気下
で前記金属系材料Ｗに水素を吸蔵させ、その後に、８５
０℃、１×１０^-4Ｔｏｒｒの条件下で前記金属系材料Ｗ
の脱水素処理を行った。

【００７１】このような熱処理によって、前記粗大なα
＋β相を有するＴｉ系合金が得られ、このような組成の
Ｔｉ系合金は、高サイクル疲労強度や耐クリープ特性に
優れている。

【００７２】そして、この場合にも、熱処理に用いられ
る水素は、水素貯蔵手段１２と熱処理炉１１との間で授
受されることにより、装置外への水素の漏洩が抑制され
る。

【００７３】ここで、初期状態の水素貯蔵量を３５Ｎｍ
³とした本実施例の装置によって、前記処理を各Ｔｉ系
合金に対してそれぞれ２０回行った際の水素の減少量を
測定した結果を表４の左欄に示し、また、表４の右欄に
は、比較のために、本実施例の各Ｔｉ系合金に対して従
来の装置を用いて熱処理を行った場合における水素の減
少量を示した。

【００７４】

【表４】

【００７５】この結果からも明らかなように、本実施例
においても水素の減少はなく、従来装置に比して、大幅
な改善がなされている。

【００７６】次いで、本発明の請求項２記載の一実施例
について図３を参照して説明すれば、以下のとおりであ
る。なお、以下の説明中、前記実施例と同様のものにつ
いては同一符号を用いて説明を間略化する。

【００７７】本実施例に係わる金属系材料の熱処理装置
４０は、熱処理炉１１と、水素吸蔵合金Ｍからなる水素
貯蔵手段１２と、前記熱処理炉１１から放出される水素
を水素貯蔵手段１２へ送り込む排気路４１と、前記水素
貯蔵手段１２から熱処理炉１１へ水素を供給する供給路
４２と、前記排気路４１に設けられ、前記熱処理炉１１
内の気体を吸引して水素貯蔵手段１２へ送り込む真空排
気手段４３と、前記供給路４２に設けられ、前記熱処理
炉１１へ供給される水素の圧力を調整する圧力調整手段
４４と、前記熱処理炉１１および水素貯蔵手段１２のそ
れぞれに設けられた圧力センサー１３ならびに温度セン
サー１４と、これらの各センサー１３・１４の検出信号
に基づき、前記熱処理炉１１および水素貯蔵手段１２の
内部圧力あるいは内部温度の調整ならびに真空排気手段
４３の作動を調整することにより、前記熱処理炉１１の
処理状態に応じて、熱処理炉１１への水素の供給および
排出を制御する制御手段１５とを具備した概略構成とな
っている。

【００７８】前記真空排気手段４３は、例えば真空ポン
プであって、その前後に開閉弁が具備されており、その
吸引部が前記熱処理炉１１へ接続され、また、排気部が
前記水素貯蔵手段１２へ接続されており、これらの間に
形成されている前記排気路４１は、気密に保持されてい
る。

【００７９】前記圧力調整手段４４は、開閉弁と減圧弁
とが具備されており、通常時においては開閉弁によって
前記供給路４２を閉塞して、水素貯蔵手段１２と熱処理
炉１１との連通状態を遮断し、また、熱処理炉１１への
水素の供給を行う場合には、前記減圧弁によって、熱処
理炉１１へ供給される水素の圧力を１ａｔｍ以下に保持
するようになされている。

【００８０】また、本実施例においては、前記供給路４
２で、前記圧力調整手段４４と水素貯蔵手段１２との間
に、水素ボンベ４５が開閉弁４６を介して連設されてお
り、稼働初期における水素の充填、あるいは、漏洩等に
よる水素減少時における補充用として用いられるもので
ある。

【００８１】前記開閉弁４６は、前記真空排気手段４３
および圧力調整手段４４とともに前記制御手段１５へ接
続されて、この制御手段１５から出力される制御信号に
よって作動が制御されるようになっている。

【００８２】一方、本実施例の熱処理装置４０における
処理対象金属系材料Ｗは、前述の実施例において示した
ものと同様である。

【００８３】そして、本実施例に係わる熱処理装置４０
において、熱処理炉１１内に金属系材料Ｗが設置されて
装置が起動されると、制御手段１５によって制御される
各温度制御手段２２により各加熱ヒーター１６・２０が
発熱させられ、かつ、各温度センサー１４により熱処理
炉１１および水素貯蔵手段１２内の温度情報が制御手段
１５へフィードバックされることにより、前記熱処理路
１１および水素貯蔵手段１２の圧力容器１７内が所定の
温度に保持される。

【００８４】これより制御手段１５によって圧力調整手
段４４の開閉弁が開放されることにより、水素貯蔵手段
１２から水素が、その圧力が圧力調整手段４４の減圧弁
の作用によって１ａｔｍに保持されつつ熱処理炉１１へ
供給される。

【００８５】以上の操作によって、前記熱処理炉１１内
において、金属系材料Ｗへの水素の吸蔵処理が行われ
る。

【００８６】金蔵矩形材料Ｗへの前述した水素吸蔵処理
が完了した後に、制御手段１５によって圧力調整手段４
４の開閉弁が閉じられるとともに、真空排気手段４３が
作動させられることにより、前記熱処理炉１１内の水素
が吸引されて前記水素貯蔵手段１２へ送り込まれる。

【００８７】これによって前記熱処理炉１１内が減圧さ
れかつ水素貯蔵手段１２内が加圧され、熱処理炉１１に
おいて水素の放出現象が発生し、また、水素貯蔵手段１
２の水素吸蔵合金Ｍにおいて水素の吸蔵現象が発生す
る。

【００８８】この結果、熱処理炉１１内において金属系
材料Ｗへの脱水素処理が行われるとともに、金属系材料
Ｗから放出された水素が、排出路４１を経て水素貯蔵手
段１２の水素吸蔵合金Ｍへ回収される。

【００８９】そして、熱処理の繰り返しによって、ある
いは、点検等により系を外気へ開放させることによって
水素量が減少した場合には、本実施例に於ては、開閉弁
４６が作動させられて、水素ボンベ４５から所望量の水
素が装置へ補給される。

【００９０】本実施例の熱処理における熱的条件や圧力
条件等は、前述した実施例とほぼ同様であり、また、熱
処理を行った金属系材料Ｗの特性についても前記実施例
とほぼ同様の結果が得られた。

【００９１】そして、前述の本実施例の熱処理において
も、熱処理に用いられる水素は、水素貯蔵手段１２と熱
処理炉１１との間で授受され、装置外への漏洩が抑制さ
れるから、水素の使用量が少なくてすむ。

【００９２】しかも本実施例においては、熱処理炉１１
内の水素を直接水素貯蔵手段１２へ送り込むようにした
から、熱処理炉１１内の減圧と水素貯蔵手段１２内の加
圧、ならびに、水素貯蔵手段１２への水素の送り込み操
作とが同時に行われ、操作系の簡略化が図られる。

【００９３】また、供給路４２に圧力調整手段４４を設
けたことにより、水素貯蔵手段１２から熱処理炉１１へ
供給する水素の圧力が精度よく制御され、安定した熱処
理が行われる。

【００９４】なお、前記実施例においては、水素貯蔵手
段１２内の加圧が真空排気手段４３によって行われてい
るが、さらに、図３に示すように、前記真空排気手段４
３と水素貯蔵手段１２との間に加圧手段４７を設けて、
この加圧手段４７によって水素貯蔵手段１２内の圧力を
さらに上昇させることも可能である。

【００９５】これは、水素貯蔵手段１２内に貯蔵される
水素量を増加させる際に有効な手段となるものである。

【００９６】なお、前記各実施例において示した各構成
部材の諸形状や構成、あるいは、処理条件等は一例であ
って、適用する金属系材料の組成や設計要求等に基づき
種々変更可能である。

【００９７】例えば、前記各実施例においては、熱処理
に水素ガスを用いた例について示したが、これに代え
て、不活性ガスとの混合気体を用いることも可能であ
り、この場合には、水素分圧を圧力制御の制御因子とす
ればよい。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の金属系材料の熱処理装置によれば、次のような優
れた効果を奏する。

【００９９】水素貯蔵手段と熱処理炉との間に水素の授
受を行う閉回路を形成して、前記水素を水素貯蔵手段と
熱処理炉との間で授受させて繰り返し使用可能とし、こ
れによって、水素の使用量を大幅に削減することができ
る。

【０１００】また、水素貯蔵手段に水素吸蔵合金を用い
ることにより、水素貯蔵能力を大きくして、水素を貯蔵
する容器等の小型化を可能とし、装置全体の小型化を図
ることができる。

【０１０１】一方、本発明の請求項２記載の金属系材料
の熱処理装置によれば、請求項１記載の熱処理装置に加
えて、次のような優れた効果を奏する。

【０１０２】熱処理に用いられた水素を、真空排気手段
によって熱処理炉から直接水素貯蔵手段へ送り込むこと
により、前記熱処理炉内の減圧操作、水素貯蔵手段内の
加圧操作、ならびに、水素の搬送操作を同時に行うこと
により、熱処理装置の操作系の簡略化を図ることができ
る。

【０１０３】また、熱処理炉への水素の供給を、圧力調
整手段を介して行うようにしたから、熱処理炉へ供給さ
れる水素の圧力をきめ細かく制御することができ、安定
した熱処理を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の金属系材料の熱処理炉
の概略を示すブロック図である。

【図２】本発明の請求項１ならびに請求項２記載の金属
系材料の熱処理炉に用いられる水素貯蔵手段を示す一部
を破断した斜視図である。

【図３】本発明の請求項２記載の金属系材料の熱処理炉
の概略を示すブロック図である。

【図４】従来の金属系材料の熱処理炉を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１０熱処理装置１１熱処理炉１２水素貯蔵手段１３圧力センサー１４温度センサー１５制御手段１７圧力容器２２温度制御手段２３圧力制御手段４０熱処理装置４１排気路４２供給路４３真空排気手段４４圧力調整手段

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 1/00,1/74,1/76 C21D 6/00 C22F 1/02 F27D 7/06 H01F 1/053

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属系材料に水素を吸蔵させる水素吸蔵
処理、および、前記水素を吸蔵した金属系材料から水素
を放出させる水素放出処理を行なう熱処理炉と、この熱
処理炉へ給排される水素を貯蔵する水素吸蔵合金からな
る水素貯蔵手段と、前記熱処理炉および水素貯蔵手段の
それぞれに設けられ、これらの内部圧力および内部温度
を測定する圧力センサーならびに温度センサーと、これ
らの各センサーの検出信号に基づき、熱処理炉および水
素貯蔵手段の内部圧力あるいは温度を調整することによ
り、前記熱処理炉の処理状態に応じて、熱処理炉への水
素の供給および排出を行う制御手段とを具備してなるこ
とを特徴とする金属系材料の熱処理装置。
【請求項２】金属系材料に水素を吸蔵させる水素吸蔵
処理、および、前記水素を吸蔵した金属系材料から水素
を放出させる水素放出処理を行う熱処理炉と、この熱処
理炉へ給排される水素を貯蔵する水素吸蔵合金からなる
水素貯蔵手段と、熱処理炉から放出される水素を水素貯
蔵手段へ送り込む排気路と、前記水素貯蔵手段から熱処
理炉へ水素を供給する供給路と、前記排気路に設けら
れ、前記熱処理炉内の気体を吸引して水素貯蔵手段へ送
り込む真空排気手段と、前記供給路に設けられ、前記熱
処理炉へ供給される水素の圧力を調整する圧力調整手段
と、前記熱処理炉および水素貯蔵手段のそれぞれに設け
られ、これらの内部圧力および内部温度を測定する圧力
センサーならびに温度センサーと、これらの各センサー
の検出信号に基づき、前記熱処理炉および水素貯蔵手段
の内部圧力あるいは内部温度の調整ならびに真空排気手
段の作動を調整することにより、前記熱処理炉の処理状
態に応じて、熱処理炉への水素の供給および排出を制御
する制御手段とを具備してなることを特徴とする金属系
材料の熱処理装置。