JP4204253B2 - 熱間等方加圧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、Ａｌ鋳造品，Ｍｇ鋳造品など、加熱した状態で大気圧下での搬送が可能で、熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）温度が６００℃以下の製品の多量処理を経済的に行うような熱間等方加圧装置（ＨＩＰ装置）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間等方加圧法（ＨＩＰ法）は、鋳造品の引け巣やガス気孔の除去、セラミックスや粉末冶金製品などの焼結品内部の残留気孔の除去などに広く使用されるようになったが、サイクルタイムが長いことに起因して処理コストが高く、その利用は、非常に付加価値の高い製品の製造に限定されてきた。
サイクルタイムが長い原因としては，所定の温度圧力での保持後の冷却工程に長時間を要すること、また処理品の量によっては熱容量の関係から加熱時間も長くなることが指摘されてきた。
【０００３】
この問題を解消するために、１バッチにおける処理品が高価な高圧容器を占有する時間を短縮して、高圧容器外で行うことも可能な処理品の冷却や予熱を高圧容器の外部で行うという考え方で、予熱式ＨＩＰ装置やモジュラーＨＩＰ装置などが提案されている。（単行本：小泉光恵、西原正夫編著「等方加圧技術：ＨＩＰ・ＣＩＰ技術と素材開発への応用」p１４４〜１４９、日刊工業新聞社刊、初版第１刷発行昭和６３年４月１３日）
一方、これらの提案による装置は、鋼製のカプセルに封入された鋼粉末からのビレットの製造、Ｎｉ基スーパアロイ鋳造品の気孔除去、あるいはセラミックスの高密度化など１０００℃以上の高温度でのＨＩＰ処理を要するものを対象としたものがほとんどである。
【０００４】
このため、ＨＩＰ装置内に配置される加熱用ヒータの材料などが限定され、かつ高圧容器を高温の処理室の熱から保護するための断熱構造体もこのような高温での断熱に主眼を置いて設計製作されている。
一方、近年、Ｓｉ半導体などの配線膜のＨＩＰ処理が話題になり、また、鋳造品では、自動車用のＡｌ鋳造品のＨＩＰ処理が注目を浴びるようになってきた。
これらの場合、ＨＩＰ処理の温度は３６０〜５５０℃程度であり、前記の従来技術による装置では、断熱の性能が過剰であり、冷却時間が掛かりすぎ、かつ当然のことであるが設備費用が過大となり、結果として処理コストが高くなるという状況を生んでいる。
【０００５】
以下に、これらの製品を処理する場合における予熱方式ＨＩＰ装置と、モジュラー方式ＨＩＰ装置について述べる。
a）予熱方式ＨＩＰ装置
図１１は予熱方式ＨＩＰ装置の本体部分の構造の例を示したものである。
このＨＩＰ装置５５にあっては、高圧容器５６の中に電気炉５７が組込まれた構造であることは通常のＨＩＰ装置と同じであるが、高圧容器５６の内部が大気圧下・高温の状態で、電気炉５７内部を大気に開放して処理品５８を取り出すことに特徴がある。
【０００６】
通常予熱は６００〜１０００℃の温度域まで行われ、こういった高温の状態の処理品５８が、すでに同等以上の温度に保持された高圧容器５６内に装入される。
従来、予熱方式のＨＩＰ処理では、処理品５８は大気中で加熱しても酸化等の問題が生じないような処理物、前記の例では鋼製のカプセルに封入された粉末材料が対象とされてきたことから、処理品５８は重量的に数１００Ｋｇから数ｔｏｎにもなり、このため高圧容器５６の下蓋５９に載せた状態で高圧容器５６から出し入れする方式が採用されている。
【０００７】
このような要請から、図１１に示すように、高圧容器５６の下蓋５９は、下外蓋５９Ａと、下内蓋５９Ｂとからなる二重構造とされており、リング状の下外蓋５９Ａ上には電気炉５７を構成するヒータ６０や断熱構造体６１が配置され、その内側を上下に可動な下内蓋５９Ｂの上に断熱材料からなる処理品台６２を介して処理品５８が載置される。
なお、このような高温でのＨＩＰ処理では、ＨＩＰ装置本体の高圧容器５６内での加熱は、ガスの対流伝熱のみならず輻射伝熱を利用せざるをえず、ヒータ６０は処理品５８を取り囲むようにかつ上下複数段に分割された構造となっている。
【０００８】
図１２は予熱方式のＨＩＰ装置５５全体の例、とくに本例はサイクルタイムを短くするために加圧システムにも改良を加えて高能率なＨＩＰ処理を可能とするものを示したものである。
本例では、下内蓋５９Ｂに載置された処理品５８は下内蓋５９Ｂごと搬送台車６３を用いて予熱炉６４に装入されるとともに、予熱後はこの搬送台車６３を用いてＨＩＰ装置５５の高圧容器５６まで移送される。
もちろん、高圧容器５６で所定の温度圧力での保持が終わったあとは、速やかに減圧して、処理品５８が高温の状態のまま、徐冷炉等に搬送される。
【０００９】
本例では、図１２の左上の高圧ガス系統図に示されたように、さらに、ガスの圧縮性が大きいことに起因する加圧時間・減圧時間が長くなるという問題点を回避するため、高圧のガスアキュムレータ（中間容器）を配置して、ＨＩＰ処理に必要な圧力と同等の高圧のガス源からのＨＩＰ装置本体へのガスの差圧充填等を行い、加圧工程・減圧工程を短縮するような配慮がなされている。
このような装置５５（高能率ＨＩＰ装置）のＨＩＰ処理の工程は、図１３に示すようになり、処理室径：５００ｍｍ、処理室高さ：１５００ｍｍ、処理圧力：約１００ＭＰａ、処理温度：１１００℃で処理品を装入してから取り出すまで、すなわち１サイクルで、１時間というような実験結果も確認されている。
【００１０】
b）モジュラー方式ＨＩＰ装置
このＨＩＰ装置６６は、処理品５８を高温状態で大気に暴露できない場合や、ＨＩＰ装置本体の加熱装置等が耐酸化性に乏しいモリブデンや黒鉛を使用している場合に採用されている構造である。
図１４に本体部分の構造と槻念を示す。この装置６６は下蓋５９上に載置された処理品５８を、高温の状態でヒータ６０や断熱構造体６１とともに高圧容器５６から取り出す方式であり、断熱構造体６１は内部を外気から遮断するような構造となっていることが特徴である。
【００１１】
実際には、図１５に示すように、下蓋５９は予熱方式の場合と同様に２重構造とされ処理品５８単独での搬送と、処理品５８とヒータ６０およぴ断熱構造体６１との一体的な搬送が可能な構造が採用される。
下内蓋５９Ｂに載置された処理品５８（被処理体）は、搬送装置６３によって、ステーション１に搬送され、該ステーション１で断熱構造体６１およびヒータ６０等から構成される炉５７に装入され、必要であればこの位置でヒータ６０に通電して予熱が行われる。
【００１２】
予熱後、炉５７全体をＨＩＰステーションに、搬送装置６３によって移送して、高圧容器５６内に装入し、加圧および所定温度まで加熱し、所定時間保持した後、減圧して内部が高温の状態のままで高圧容器５６内から炉５７全体を取出してステーション１で処理品５８を取り出せる温度まで冷却される。
この時ステーション２にもう一組の炉５７を準備して処理品５８を入れて予熱を行う、順次処理を行うことにより生産性が向上される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のものにあっては、ヒータ６０は上下方向に複数段に分割されており、温度制御を各段ごとに独立で行う、すなわち複数の温度検出装置と複数の加熱電源が必要で非常に高価となるという問題がある。
また、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮には、処理品５８の高圧容器５６占有時間を短くすることが必要であり、１サイクル１時間以内のような高能率ＨＩＰでは、昇圧・減圧時間の短縮が重要となる。
【００１４】
このためには、高圧容器５６に対して高速で圧媒ガスを注入、排出することが必要となるが、実際には、高速で圧媒ガスを供給すると、いわゆる堰止め昇温現象が発生して、高圧容器５６内の処理室の上部の温度が過度に上昇して、ヒータ６０ヘの投入電力の制御では温度制御が困難な温度分布が発生する。この現象を含めて、処理品５８の温度制御が困難、すなわち処理品５８の温度変動が大きくなり、熱処理を必要とするような材料からなる処理品５８では、所期の機械的特性の確保が困難となるという問題が生じる。
【００１５】
一方、ＨＩＰ処理後に、続けて、水クエンチ、時効析出処理等の熱処理を行おうとした場合、ＨＩＰ処理後、処理品５８を所定温度に維持しておかなければならないが、高速で圧媒ガスを排出させた場合、高圧容器５６内の圧媒ガスは断熱膨張現象により温度低下を生じるので、ＨＩＰ処理後に、続けて熱処理を行うのが困難であるという問題がある。
また、予熱方式ＨＩＰ装置５５では、処理品５８は大気に暴露された状態で搬送されるため、また、モジュラー方式ＨＩＰ装置６６では、該ＨＩＰ装置６６の加熱装置等が耐酸化性に乏しい材料で構成されているので、処理品５８を高温で大気に暴露できないため、従来のいずれのものにあっても、ＨＩＰ処理後に、続けて熱処理を行うことができないものであった。
【００１６】
また、前記従来のものにあっては、処理品５８は常に下内蓋５９Ｂと共に搬送されることから、処理品５８の搬送工程が煩雑になるという問題もある。
本発明は、前記問題点を解消することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明が技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、高圧容器内に、処理品を加熱・加圧処理する処理室と、この処理室の横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備え、処理室の下方に、圧媒ガスを加熱するためのベースヒータと、加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・撹拌させるファンとが配置され、前記ベースヒータ及びファンとが、前記高圧容器の下方に位置する下蓋に対して取付固定され、前記処理品が断熱構造体側に保持されており、前記断熱構造体は、搬送時、その内部に処理品を収納した状態で、ベースヒータ及びファンが取付固定された前記高圧容器の下蓋から分離して、別個に搬送可能となるように、前記下蓋に着脱自在に取り付けられており、前記処理品を加熱・加圧処理した後、高圧容器内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ及びファンを作動させるようにした点にある。
【００１８】
また、前記ベースヒータ及びファンを高圧容器の下蓋に固定し、高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンと略同様の機能を有する加熱装置を備えていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを少なくとも１つ備えているのがよい。
また、前記ベースヒータ及びファンが処理品及び断熱構造体と共に高圧容器内から取り出されて一体的に搬送可能とされており、高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンの作動が可能とされていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを少なくとも１つ備えているのがよい。
【００１９】
また、高圧容器の下蓋が昇降自在とされ、この下蓋を下方移動した状態で、断熱構造体が下蓋に対して着脱自在とされているのがよい。
また、高圧容器の上端開口を塞ぐ上蓋を開いて、高圧容器内に対して断熱構造体を高圧容器の上端開口を介して出し入れするように構成されているのがよい。 また、処理品を加熱・加圧処理した後に、高圧容器から断熱構造体と共に取り出されて該断熱構造体と一体的に搬送される処理品を、水槽に浸漬するための水焼入れステーションを含むのがよい。
【００２０】
また、他の技術的手段は、高圧容器内に、処理品を加熱・加圧処理する処理室と、この処理室の、横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備え、処理室の下方に、圧媒ガスを加熱するためのベースヒータと、加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・撹拌させるためのファンとを配置し、処理品が断熱構造体側に保持可能とされ、これら断熱構造体及び処理品が、高圧容器内から取出されて、高圧容器の下蓋とは別個に、一体的に搬送可能とされており、処理品を加熱・加圧処理した後、高圧容器内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ及びファンを作動させるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示しており、図１は、本発明にかかる熱間等方加圧装置（ＨＩＰ装置）１の本体部分を模式的に示したものである。
ＨＩＰ装置１は、高圧容器２と、この高圧容器２内に収納される電気炉３とを備えており、電気炉３内の処理室４内で処理品５を加熱すると共に、高圧容器２内に圧媒ガスを注入して昇圧し、処理品５を加熱・加圧処理（ＨＩＰ処理）するものである。
【００２２】
高圧容器２は、上下方向の軸心を有し且つ上下開口状の高圧円筒６と、この高圧円筒６の上端開口を塞ぐ上蓋７と、高圧円筒２の下端開口を塞ぐ下蓋８とを備えて構成され、高圧容器２内部に注入される圧媒ガスの圧力によって上下の蓋７，８に作用する荷重は窓枠状のプレスフレーム（図示せず）によって支持される。
上蓋７には、高圧容器２内に圧媒ガスを導入又は高圧容器２内から圧媒ガスを排出させるためのガス流路３０が形成されている。
【００２３】
下蓋８は、昇降自在に支持されていて、高圧容器２の下端開口を開閉自在に閉塞する。
高圧円筒６の外側には内部からの熱による昇温を抑制するための冷却水を流す水ジャケット９が装着されており、この水ジャケット９内には下部の冷却水入口１０から冷却水が注入され、上部の冷却水出口１１から水ジャケット９内の冷却水が排出されるように構成されている。
電気炉３は、圧媒ガスを加熱して処理品５を加熱昇温するためのベースヒータ１２と、このベースヒータ１２で加熱された圧媒ガスを強制対流させて処理室４に供給・撹拌させ均熱化を図るためのファン１３と、高圧容器２への放熱による温度過上昇を防止するための断熱構造体１４とを備えて構成されている。
【００２４】
ベースヒータ１２及びファン１３は下蓋８に対して取付固定されており、断熱構造体１４は下蓋８に対して着脱自在とされている。
ベースヒータ１２は、処理室４の下方に配置され、下蓋８上に設けられた支持台２１に支持されている。
このベースヒータ１２は、圧媒ガスを上下方向に流通可能とすべく、隙間１５を有する。
ファン１３は、高圧容器２内中央部のベースヒータ１２の下方に配置され、上下方向の軸心回りに回転させることにより、横方向（水平方向）の側方（周囲）から圧媒ガスを吸い込み、上方に排出するように構成されている。
【００２５】
このファン１３を駆動するモータ１６は、下蓋８上面から下方に凹設された凹部１７に収納されて、下蓋８に取付固定されている。
下蓋８上には、ベースヒータ１２からの熱によるモータ１６の損傷を防止するため、セラミックス系の断熱材１８が設けられ、この断熱材１８の上面側には、圧媒ガスの下方への流通を防止すると共に下方への熱の伝達を防止する円板状の隔壁１９が設けられており、この隔壁１９は、下蓋８上の外周部に設けられた支持脚２０に支持されている。
【００２６】
前記支持台２１は、前記隔壁１９上に載置されて固定された支持脚部２２と、この支持脚部２２上に載置されて固定された支持板部２３とから主構成されており、この支持板部２３と隔壁１９間の空間に前記ファン１３が配置されており、ファン１３の横方向外方に支持脚部２２が位置しており、支持板部２３上に、該支持板部２３と間隔をおいてベースヒータ１２が支持されている。
また、モータ１６の出力軸２４は断熱材１８及び隔壁１９を貫通してファン１３に連結されている。
【００２７】
支持台２１の支持板部２３は円板状に形成され、その中央部の、ファン１３に対応する部分に、ファン１３から排出される圧媒ガスを上方に流通させる開口２５が形成されている。
また、支持脚部２２は圧媒ガスが横方向に流通可能とされ、支持板部２３は圧媒ガスの流通が不能とされている。
さらに、支持板部２３の外周と、高圧円筒６の内周面との間には隙間２６が形成されている。
【００２８】
前記構成のものにあっては、ベースヒータ１２及びファン１３等は、下蓋８に取付固定されており、ベースヒータ１２及びファン１３を下蓋８に残したまま、断熱構造体１４が下蓋８上から着脱自在とされている。
断熱構造体１４は、処理室４の横方向の周囲を覆う円筒状の胴部２７と、この胴部２７の上端開口を閉塞して処理室４の上方を覆う上壁２８とから下端開口状に形成されている。
この断熱構造体１４は、前記隔壁１９上に載置されて支持されており、ベースヒータ１２、ファン１３及び支持台２１をも覆っている。
【００２９】
また、この断熱構造体１４と処理品５との間には、圧媒ガスの対流（循環）を高率良く行うための対流筒２９が配置されている。
この対流筒２９は、上下方向の軸心を有し、上下開口状の筒体によって構成されており、処理室４の横方向周囲を包囲すると共に、対流筒２９と断熱構造体１４との間に圧媒ガスが流通可能な間隔３１が設けられている。
断熱構造体１４の内周下部には、支持台２１の支持板部２３上面側に接当する受け部３２が着脱自在に設けられ、この受け部３２上に、前記対流筒２９が載置されて支持されており、対流筒２９の上端と、断熱構造体１４の上壁２８との間に圧媒ガス流通用の間隔３３が設けられている。
【００３０】
前記受け部３２は、圧媒ガスが上下方向に流通可能とされている。
また、対流筒２９の内周側で且つベースヒータ１２の横方向外方側（対流筒２９とベースヒータ１２との間）には、支持筒３４が配置されており、この支持筒３４は、前記受け部３２上に載置されて支持されている。
支持筒３４上の処理室４内には、処理品５を載置する円板状の処理品台３５が上下方向多段状に設けられている。
すなわち、最下段の処理品台３５は支持筒３４上に載置され、該処理品台３５上に、上下の処理品台３５間に処理品５を収容する間隔を保持する円筒状の支持具３６を介して処理品台３５が載置され、該処理品台３５上に前記と同様にして支持具３６を介して処理品台３５が積み重ねられている。
【００３１】
前記各処理品台３５には、上下方向貫通状の孔が形成されていて、上下方向に圧媒ガスが流通可能とされている。
前述した構成により、処理品５が断熱構造体１４に保持可能とされて、これらが一体的に搬送可能とされている。
前記構成のものにあっては、高圧容器２の下蓋８を下降させることにより、処理品５は断熱構造体１４と共に高圧容器２内から取り出し可能であり、且つ処理品５は断熱構造体１４と一体的に、また、下蓋８、ベースヒータ１２及びファン１３とは別個に、搬送可能とされている。
【００３２】
本発明によるＨＩＰ装置１の特徴は前述した電気炉３の部分にある。
本発明のＨＩＰ装置１で対象としている製品の処理温度は、６００℃以下と、通常のＨＩＰ装置（１０００℃以上）と比較して温度が低いため、輻射熱による加熱効果が小さい。
したがって、効率良く処理品５を加熱するには、圧媒ガスの対流を利用する方が適しており、加熱用のベースヒータ１２は処理品５の下方に配置され、このベースヒータ１２で加熱された圧媒ガスの上昇流を利用するとともに、さらに流速を早くして熱伝達を促進するために、ファン１３による強制対流を利用している。
【００３３】
このファン１３による圧媒ガスの流れは、図２に示すようになっている。
すなわち、ファン１３の横方向の側方空間から該ファン１３に吸込まれた圧媒ガスは上方に排出され、ベースヒータ１２配置空間で加熱された圧媒ガスを上方へ強制的に流し、対流筒２９により画成された処理室４内の処理品５を加熱する。
この処理室４を上方へと流通した圧媒ガスは、ファン１３の吸引力により、処理室４の上端部で、対流筒２９と断熱構造体上壁２８との間の隙間３３を通って、対流筒２９の外側の空間を下方へと流れ、支持台２１の支持板部２３と断熱構造体１４との間の隙間２６を通って、ファン１３の側方部に到達し、前述した圧媒流通経路を圧媒ガスが循環するように構成されている。
【００３４】
このファン１３による攪拌・強制対流の効果は、処理品５を高圧で処理している時はもちろん、急速加圧時（圧媒ガスの急速注入時）の堰止め昇温による温度分布の発生を抑制するために非常に効果的である。
本発明による断熱構造体１４としては、図３に示すような、内側、外側の２つの金属製の倒立コップ状の内外壁部３８，３９の間に断熱用のセラミックスブランケット４０を充填した構造が、最適な構造の例である。
図４は、このような断熱構造体１４（内径７００ｍｍ、内高約１０００ｍｍ）の場合の、高圧窒素雰囲気下での放熱特性Ａ及び大気圧下での放熱特性Ｂを、処理室内部温度を横軸とし、熱損失を縦軸として示したものである。
【００３５】
図４から判るように、高圧状態では、かなりの放熱量があるものの断熱構造体１４としては、実用上十分な断熱性能を有している。
さらに、大気圧下での放熱量は極めて少なく、高圧時の１／８〜１／１０である。
このため、処理品５（例えば、前記の寸法の断熱構造体１４を使用して１００ｋｇの処理品５）を内部に収納した状態では、３０分放置しても、内部の温度低下は１０℃以下とすることが可能である。
【００３６】
このことは、大気圧下で、処理品５を予熱する場合、本断熱構造体１４に入れたまま、高圧容器２内のベースヒータ１２およびファン１３を組合わせた熱源を下方に配置して行うことにより、極めて省エネルギーの予熱を実現できることを示している。
前記の断熱構造体１４の放熱特性（断熱性能）の説明から明らかなように、本実施の形態における電気炉３は、予熱もしくは徐冷等の冷却を行うことが必要な場合に非常に有効である。
【００３７】
図５は、そのような例を示したものであり、前述した電気炉３が用いられると共に、高圧容器２が配置されていてＨＩＰ処理を行うＨＩＰステーションの他に、２つの予熱ステーションを備えたＨＩＰ装置１の例を示したものである。
高圧容器２からの処理品５等の取出しは、前述したように、下蓋８を下降して、下蓋８と共に、処理品５、ヒータ１２、ファン１３等と断熱構造体１４を（すなわち電気炉３全体を）下方に引出す構造で、ヒータ１２やファン１３は下蓋８に固定された構造となっていて、処理品５は断熱構造体１４と一体的に搬送可能とされ、且つ断熱構造体１４は下蓋８とは分離可能とされている。
【００３８】
処理品５は断熱構造体１４と共にクレーン等を用いて高圧容器２の外部の予熱ステーションに搬送される。
各予熱ステーションには、予熱用としてＨＩＰステーションのベースヒータ１２およびファン１３と同一もしくは寸法的・機能的に略同じベースヒータ１２及びファン１３を有する加熱装置４１が架台４２上に設置されている。
また、加熱装置４１は、ＨＩＰステーションの、支持台２１、隔壁１９、断熱材１８、モータ１６等と同様のものを有する。
【００３９】
このようなＨＩＰ装置１（予熱ＨＩＰシステム）では、セット位置（図示せず）において、受け部３２上に、支持筒３４、処理品台３５及び支持具３６を組むと共に、処理品台３５上に処理品５を載置した後、受け部３２上に対流筒２９を載置すると共に、これらに断熱構造体１４を被せて受け部３２を断熱構造体１４に結合し、その後、断熱構造体１４を予熱ステーションに搬送し、断熱構造体１４内の処理品５下方の空間部に、ベースヒータ１２及びファン１３が収容されるように、断熱構造体１４を加熱装置４１の隔壁１９上に載置し、加熱装置４１に電力を投入して所定温度まで昇温する。
【００４０】
このとき、断熱構造体１４は極めて良好な断熱特性を有しているため、短時間で所定温度まで昇温でき、保持時の熱損失も少ない。
所定時間保持した後、処理品５は断熱構造体１４と一体的にクレーン等により高圧容器２の、下降位置にある下蓋８上に搬送される。
通常の予熱炉では、処理品は大気に暴露された状態で搬送されるため、処理品が薄肉部品では、この時点で温度低下を生じて、材料の微細組繊が損なわれることがあるが、本実施の形態のものにあっては、前述のように搬送に３０分を要したとしても、温度低下は１０℃以下であり、実用上全く問題とならない。
【００４１】
ＨＩＰ処理後に、処理品５に徐冷等の冷却が必要なものにあっては、断熱構造体１４と一体的に処理品５を予熱ステーションに搬送し、冷却処理（徐冷処理）を行う。
このとき、予熱ステーションには、ベースヒータ１２とファン１３とが設けられているので、冷却速度（徐冷速度）の制御が容易に行えると共に、処理室４の上下の温度分布の発生を抑制できる。
なお、前記例では、予熱ステーションを、予熱と冷却（徐冷）とを兼用したステーション（予熱・冷却ステーション）としたが、予熱のみを行うようにしても良く、また、予熱ステーションと略同様の構造の、冷却（徐冷）のみを行う、１又は複数の冷却ステーション（徐冷ステーション）を別途設けてもよい。
【００４２】
また、前述した予熱ステーションは、１つ又は３つ以上設けられていてもよい。
また、処理品５がＡｌ合金鋳物等の場合には、溶体化処理，水クエンチ，時効析出処理（Ｔ６処理）という熱処理が必要とされる場合がある。
従来、このような合金材料のＨＩＰ処理では、ＨＩＰ処理後、この処理を行うことが通例であったが、本発明を適用することにより、この熱処理を組合わせることが可能となる。
【００４３】
すなわち、予熱ステーションにて溶体化処理温度で所定時間保持した後、処理品５を高温に保持したままＨＩＰステーション（高圧容器２）に移送して、ＨＩＰ処理を行い、ＨＩＰ処理後も温度をほぼ溶体化処理温度に保持したまま、処理品５と断熱構造体１４を、水焼入れステーションに大気中で搬送し、水クエンチ用の水槽（図示せず）に処理品５を浸漬するような処理が可能である。
とくに、高圧力下では、Ａｌ鋳造合金たとえばＡｌ−Ｓｉ系の合金では、１００ＭＰａで固溶限界が、大気圧下での１．５％Ｓｉから１．９％Ｓｉに拡大することに起因して溶体化処理時間が短くて済むという利点があり、ＨＩＰ処理およびこの熱処理時間は大幅に短縮が可能となる。
【００４４】
この構造の場合、ベースヒータ１２は簡便に高圧容器２内部から取出し可能であるので、故障を生じた時の修理や保守が極めて容易である。
前記構成のＨＩＰ装置１において、高圧容器２の上蓋７を開けて、処理品５と断熱構造体１４を一体的に釣り上げて高圧容器２から取出す構造も容易に実施可能である。
このように釣り上げられた断熱構造体１４と処理品５は前記の例と同様に予熱ステーション等に移送すれば、前記と同様の操業が可能である。
【００４５】
この上方への取出し構造は、複雑な下蓋８の昇降機構が不要なので、ＨＩＰ装置１本体の価格低減には効果的である。
本発明に係るＨＩＰ装置１を用いることにより、Ａｌ合金鋳物などを大量にＨＩＰ処理するための高生産性のＨＩＰシステムを実現することが容易となる。
すなわち、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮には、処理品５の高圧容器２占有時間を短くすることが必要であり、１サイクル１時間以内のような高能率ＨＩＰでは、昇圧・減圧時間の短縮が重要となる。
【００４６】
このためには高速でガスを注入、排出することが必要となるが、実際には、注入時には前述の堰止昇温による温度変動が、また、高速排出時には、高圧容器内のガスが断熱膨張による温度低下を生じることから、Ｔ６の熱処理を併せて行う場合などにおける温度保持が困難となる。
しかし、前述した「ベースヒータ構造とファンの組合わせ構造」および「処理品と断熱構造体の一体的なハンドリング」により、このような問題点が解消される。
【００４７】
その結果として、たとえば、量産の自動車用のアルミ鋳造部品のＨＩＰ処理による品質向上を極めて経済的に行えるようになり、自動車産業の発展に資するところ極めて大きい。
図６〜図８は、本発明の第２の実施の形態を示している。
この第２の実施の形態の電気炉３にあっては、図６に示すように、前記第１の実施の形態における対流筒２９は設けられておらず、円筒状の支持具３６が圧媒ガスの流通のガイドとしての役割を果たす。
【００４８】
また、断熱構造体１４は、胴部２７の下端開口を閉塞する底壁４５を有し、胴部２７の上端開口を閉塞する上壁２８は、開閉自在に構成されている。
ベースヒータ１２及びファン１３は、断熱構造体１４内の底壁４５上方に配置されていて、断熱構造体１４に支持されている。
また、ファン駆動用のモータ１６は断熱構造体１４の底壁４５の下方に配置され、モータ１６の出力軸２４は、断熱構造体１４内の底壁４５を貫通してファン１３に接続されており、モータ１６は断熱構造体１４に支持されている。
【００４９】
また、支持筒３４は、断熱構造体１４内の底壁４５上に載置されていると共に、支持筒３４の下端側に、支持筒３４の外側から内側に圧媒ガスを流通させるためのガス流入口４６が設けられている。
この第２の実施の形態では、処理品５、ベースヒータ１２及びファン１３が断熱構造体１４と共に高圧容器２から取り出せ、且つ、ベースヒータ１２及びファン１３（及びモータ１６）が下蓋８に対して着脱自在とされていて、処理品５だけでなく、ベースヒータ１２及びファン１３が断熱構造体１４と一体的に搬送可能とされている。
【００５０】
前記ベースヒータ１２やファン駆動用のモータ１６等の電気機器の電力供給用リード線、測温部材（熱電対）やモータ１６の回転数制御用の信号線等の電気配線系統は、下蓋８を介して高圧容器２外部に配線されており、下蓋８と、ベースヒータ１２及びモータ１６等とは、電気的な接続・切断ができるように着脱自在とされている。
この第２の実施の形態のものにあっては、図７に示すように、ファン１３の横方向周囲からファン１３に取り込まれた圧媒ガスは、ファン１３から上方に排出され、ベースヒータ１２によって加熱された圧媒ガスと共に、処理室４内を上方に強制的に流動し、円筒状の支持具３６で形成された空間内の処理品５を加熱する。
【００５１】
この圧媒ガスは処理室５の上端部に至ると、円筒状支持具３６の外側の空間部を、ファン１３の吸引力により吸引されて下方へと流動し、支持筒３４下端側のガス流入口４６から支持筒３４の内側に流入してファン１３の側方部に到達する。
その他の構成については、前記第１の実施の形態と略同様に構成される。
図８は、前述した電気炉３を用いると共に、ＨＩＰステーションの他に、処理品５の予熱を行う予熱ステーションと、処理品５の冷却を行う冷却ステーションとを有するＨＩＰ装置１の例である。
【００５２】
本例のものにあっては、下蓋８を下降させることにより、電気炉３は下蓋８とともに高圧容器２の下方に取り出される。
予熱ステーション及び冷却ステーションには、高圧容器２の下蓋８と略様の構造の載置台４７を備えた架台４８が設けられており、これら予熱ステーション及び冷却ステーションにおいて、ベースヒータ１２及びモータ１６等は、載置台４７に対して、電気的な接続・切断ができるように着脱自在に構成され、予熱ステーション及び冷却ステーションにおいて、ベースヒータ１２及びファン１３等が作動可能とされている。
【００５３】
予熱時には、図８の右側に示すように、予熱ステーションにおいて、大気中で、載置台４７上に載置された断熱構造体１４の上壁２８を取り外して、処理品５等を処理室４に収納し、その後、上壁２８を元に戻して、ベースヒータ１２及びファン１３等を作動させて、処理品５の予熱が行われる。
処理品５の予熱が終わると、電気炉３全体をＨＩＰステーションに搬送し、下降位置にある下蓋８上に電気炉３を取り付け、その後、下蓋８を上昇させて、電気炉３を高圧容器２内に装入し、ＨＩＰ処理を行う。
【００５４】
ＨＩＰ処理後、電気炉３は冷却ステーションに搬送されて、徐冷等の冷却処理が行われるが、処理品５の冷却速度を制御したい場合には、図８の左側に示したような冷却用ケーシング４９内に電気炉３の断熱構造体１４を収納し、急速で冷却したい場合には、冷却用ケーシング４９内に冷却用のガスを導入する。
特に、急冷したい場合には、上蓋２８を除去することも可能で、この場合、冷却用ケーシング４９内に導入した冷却ガスを、ファン１３の下部空間から、該ファン１３によって処理室４内に循環させるようにしてもよい。
【００５５】
図９及び図１０はＨＩＰ装置１の別の例を示したもので、ＨＩＰステーションの他に、処理品５の予熱又は冷却を行う予熱・冷却ステーションと、処理品５のセット又は取り出しを行う処理品装入・取出ステーションとを有する。
この例の電気炉３は、ベースヒータ１２、支持筒３４、断熱構造体１４、ファン１３及びモータ１６等を支持する載置台５０を備えている。
断熱構造体１４は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
その他の構成は第２の実施の形態と略同様に構成される。
【００５６】
本例では、電気炉３全体は、高圧容器２の下蓋８から上方へ向けて着脱自在に取り外せるように構成されており、処理品５の高圧容器２からの出し入れは、高圧容器２の上蓋２８を開閉することによって行われる。
電気炉３を高圧容器２から取り出す場合には、上蓋２８を開けた後、電気炉３全体を引き上げる。
したがって、ベースヒータ１２のリード線、測温部材（熱電対）からの信号線およびファン駆動用モータ１６の電力供給用リード線および回転数制御用の信号幾等電気配線系統は、プラグインタイプのコネクタにより、電気炉３の着脱に伴って（電気炉３の下蓋８に対する着脱動作に連動して）接続あるいは切断される構造が採用される。
【００５７】
図１０の右側は、処理品５を電気炉３内に装入あるいは取り出す際の状況を示したものであり、処理品５をセットする場合には、処理品５を支持筒３４の上方に、処理品台３５と支持具３６を用いてセットした後に、断熱構造体１４を処理品５等に被せる。
また、処理品５を取り出す際には、断熱構造体１４のみを上方に取り外す。
予熱時は、図１０の中央に示すように、処理品装入・取出ステーションから断熱構造体１４を付けた状態で予熱・冷却ステーションに搬送し、ベースヒータ１２に通電すると共にファン１３を駆動する。
【００５８】
冷却は、そのまま放置することでも可能であり、上下の温度分布の発生を抑制したい場合にはファン１３を駆動しながら放置する。また、徐冷する場合には、ベースヒータ１２を作動させてもよい。
冷却速度を制御したい場合には、図８と同様に冷却用ケーシング４９を用いるなども可態である。
本発明は前述した実施の形態に限定されることはなく、適宜設計変更自在である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室の下方に、圧媒ガスを加熱するためのベースヒータと、加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・撹拌させるためのファンとが配置されているので、例えば６００°Ｃ以下等の比較的低い温度下で処理品を加熱・加圧処理する熱間等方加圧装置において、処理品を効率良く加熱でき、且つ安価な熱間等方加圧装置を提供できる。
また、ベースヒータとファンとを備えているので、加熱された圧媒ガスをファンによって処理室内に供給・撹拌させながら、処理室内で処理品を加熱・加圧処理することにより、高圧容器内に圧媒ガスを高速で注入した場合に生じる堰止昇温による温度変動（温度分布の発生）を抑制することができ、これにより、高圧容器内の圧媒ガスによる昇圧時間の短縮が図れ、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮が図れる。
【００６０】
また、処理品と断熱構造体とが、高圧容器内から取り出されて、下蓋とは別個に、一体的に搬送可能とされているので、処理品を断熱構造体と共に大気中で熱処理場に搬送しても、所定温度を保持したまま熱処理場に搬送して熱処理でき、ＨＩＰ処理後の熱処理を、ＨＩＰ処理と一連の工程として組み合わせることができ、ＨＩＰ処理と、熱処理のトータルプロセス時間の短縮が図れ、且つ、処理品及び断熱構造体を下蓋と共に搬送しないので、搬送工程を簡素化できる。
また、処理品を加熱・加圧処理した後、高圧容器内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ及びファンを作動させるようにすることにより、高圧容器内の圧媒ガスを高速で排出する場合に生じる断熱膨張に起因する温度低下を防止でき、これにより、ＨＩＰ処理後に続けて熱処理する場合であって且つ高圧容器内から圧媒ガスを高速で排出する場合において、処理品の温度を所定温度に維持できるので、ＨＩＰ処理後に続けて熱処理する場合の、高圧容器内の圧媒ガスによる減圧時間の短縮が図れ、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮が図れる。
【００６１】
また、ベースヒータ及びファンが下蓋に固定されていると共に、高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンと略同様の機能を有するベースヒータ及びファンを備えていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを備えていることにより、前記ステーションにおいて、ベースヒータ及びファンにより断熱構造体内を短時間で所定温度まで昇温できるので、処理品を効率よく予熱でき、また、処理品を冷却する場合、ベースヒータ及びファンにより冷却速度を制御することができると共に温度分布を抑制できるので、処理品の徐冷等の冷却を良好に行うことができる。
【００６２】
また、ベースヒータ及びファンが、下蓋に対して着脱自在とされていて、該ベースヒータ及びファンが処理品及び断熱構造体と共に高圧容器内から取り出されて一体的に搬送可能とされており、高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンの作動が可能とされていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを備えていることによって、前記と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る高圧容器及び電気炉の断面図である。
【図２】 第１の実施の形態に係る電気炉における圧媒ガスの流通経路を示す断面図である。
【図３】 断熱構造体の構造を示す断面図である。
【図４】 断熱構造体の放熱特性を示すグラフである。
【図５】 ＨＩＰ装置の一例に係るシステムの構成図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る高圧容器及び電気炉の断面図である。
【図７】 第２の実施の形態に係る電気炉における圧媒ガスの流通経路を示す断面図である。
【図８】 ＨＩＰ装置の一例に係るシステムの構成図である。
【図９】 変形例に係る高圧容器及び電気炉の断面図である。
【図１０】 変形例に係るＨＩＰ装置のシステムの構成図である。
【図１１】 従来の予熱方式ＨＩＰ装置の構成図である。
【図１２】 予熱方式ＨＩＰ装置のシステム全体構成図である。
【図１３】 予熱方式ＨＩＰ装置のＨＩＰ処理の工程図である。
【図１４】 従来のモジュラー方式ＨＩＰ装置の構成図である。
【図１５】 モジュラー方式ＨＩＰ装置のシステムの全体構成図である。
【符号の説明】
２ 高圧容器
４ 処理室
５ 処理品
７ 上蓋
８ 下蓋
１２ ベースヒータ
１３ ファン
１４ 断熱構造体
４１ 加熱装置

Claims (6)

1. 高圧容器内に、処理品を加熱・加圧処理する処理室と、この処理室の横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備え、処理室の下方に、圧媒ガスを加熱するためのベースヒータと、加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・撹拌させるファンとが配置され、前記ベースヒータ及びファンとが、前記高圧容器の下方に位置する下蓋に対して取付固定され、前記処理品が断熱構造体側に保持されており、
   前記断熱構造体は、搬送時、その内部に処理品を収納した状態で、ベースヒータ及びファンが取付固定された前記高圧容器の下蓋から分離して、別個に搬送可能となるように、前記下蓋に着脱自在に取り付けられており、
   前記処理品を加熱・加圧処理した後、高圧容器内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ及びファンを作動させるようにしたことを特徴とする熱間等方加圧装置。
2. 前記高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンと略同様の機能を有する加熱装置を備えていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを少なくとも１つ備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方加圧装置。
3. 前記ベースヒータ及びファンが処理品及び断熱構造体と共に高圧容器内から取り出されて一体的に搬送可能とされており、高圧容器の外部に、前記ベースヒータ及びファンの作動が可能とされていて処理品の予熱及び／又は冷却を行うステーションを少なくとも１つ備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間等方加圧装置。
4. 高圧容器の下蓋が昇降自在とされ、この下蓋を下方移動した状態で、断熱構造体が下蓋に対して着脱自在とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱間等方加圧装置。
5. 高圧容器の上端開口を塞ぐ上蓋を開いて、高圧容器内に対して断熱構造体を高圧容器の上端開口を介して出し入れするように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱間等方加圧装置。
6. 高圧容器内に、処理品を加熱・加圧処理する処理室と、この処理室の、横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備え、処理室の下方に、圧媒ガスを加熱するためのベースヒータと、加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・撹拌させるためのファンとを配置し、処理品が断熱構造体側に保持可能とされ、これら断熱構造体及び処理品が、高圧容器内から取出されて、高圧容器の下蓋とは別個に、一体的に搬送可能とされており、処理品を加熱・加圧処理した後、高圧容器内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ及びファンを作動させるようにしたことを特徴とする熱間等方加圧装置。

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