JPH0678866B2

JPH0678866B2 - 熱間等方圧プレス装置

Info

Publication number: JPH0678866B2
Application number: JP60165042A
Authority: JP
Inventors: 啓二角田; 正多田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS6226484A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、熱間等方圧プレス（Hot Isostatic Press。
以下、略称「HIP」という。）装置に関するものであ
る。

本発明の装置は、（ａ）粉末冶金やファインセラミックスにおける粉末の
圧密や加圧焼結、（ｂ）金属粉末やファインセラミックスの焼結品や金属
の鋳造品、鋳造品などの欠陥除去、（ｃ）同種、異種材料の拡散接合、（ｄ）複合材料における含侵処理、などを行う分野で利用される。

［従来の技術］第６図及び第７図に、従来の最も一般的なHIP装置の例
を示す図中１は圧力容器であり、この中には、断熱フードによ
り覆われた加熱炉（図示せず）が設けられている。圧力
容器１は、円筒状の容器本体２、上蓋３、円筒状の容器
本体２の下端内周に固定されたボトムリング４、ボトム
リング４にはまる下蓋５とからなり、被処理材は、圧力
容器１の下端開口部を開閉する前記下蓋５の上の乗せて
装入シリンダ６により出し入れされる。圧力容器１は、
密閉した際、ロ字状の枠であるヨーク７により、上蓋３
及び下蓋５が押さえられ、高圧に耐えるように保持され
る。このため、ヨーク７は図示の位置から矢印（イ）の
如く前進できるようになっている。

このHIP装置では、被処理材は準備→圧力容器１への材
料の装入→圧力容器１内の真空引→ガス置換→昇圧→加
熱昇温→温度圧力の保持→冷却→ガス回収→減圧→圧力
容器１の大気開放→被処理材の取り出し、を１サイクル
として操業が行なわれ、不活性ガス雰囲気下で行う必要
のある冷却工程は、圧力容器１内の加熱炉の中で行われ
る。第９図に、この装置におけるサイクルタイムを示
す。

また、第８図に、別のHIP装置の例を示す。この装置
は、被処理材を、熱いうちに圧力容器１外に出し、冷却
を圧力容器１の外部で行って、圧力容器１の利用回数を
上げるようにした点に特徴を有する。すなわち、この装
置は、HIP処理後、直ちにガス回収、減圧操作を行い、
大気圧まで下がったら直ちに断熱フードで覆われた加熱
炉ごと被処理材を圧力容器１外に取り出し、冷却室８に
移送後、その内部で冷却を行わせるものであり、圧力容
器１から被処理材を取り出した後、引き続きHIPの操業
を行っていけるよう複数の加熱炉が備えられている。

第10図に、この装置におけるサイクルタイムを示す。こ
の図からわかるように、圧力容器の利用時間が短縮さ
れ、被処理材取り出し後は、直ちに次のサイクルに移る
ことができる。

［発明が解決しようとする問題点］上記のHIP装置のうち前者の装置においては、次のよう
な問題がある。

圧力容器が水冷され熱を外部に放散しやすい構成になっ
ているが、圧力容器内で加熱炉及び断熱フードを介して
被処理材を冷却するので、非常に冷えにくく、第９図に
示すように冷却に長時間を要する。したがって、この装
置によれば、１サイクルが短くて８時間、長い場合二昼
夜にも及ぶことがあり、操業コストが高い。

また、後者の装置においては、次のような問題がある。

加熱炉を複数用意しなくてはならないから、設備費が高
くつく。また、加熱炉ごと冷却室に入れることから、断
熱フード内で冷却される点で、前者の装置と冷却時間そ
のものはあまり短くならない。加熱炉の構成材料並びに
被処理材の酸化による品質劣化、機能低下を来すので、
これを防止する工夫を要する。

本発明は、以上の事情に鑑み、被処理材を、高温のまま
裸で圧力容器外に取り出して直接冷却できるようにし、
それにより１サイクル当たりの圧力容器の利用時間を短
縮して、HIP装置本体の一日当たりの操業回数を増加さ
せ、操業コストを引き下げることができるようにするこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記の問題点を解決するものであって、圧力
容器の開口部に設けられた蓋を開いて被処理材の出し入
れを行ない、圧力容器内で被処理材を熱間等方圧プレス
処理する装置本体と、前記圧力容器に対して離接する方
向に移動可能に設けられて該圧力容器の外側に装着され
ることで前記蓋を押さえるためのヨークと、前記装置本
体に関連づけて配置された直列接続の３つの室Ａ、Ｂ、
Ｃと、各室間及び端部の室Ａ、Ｃと外部との間に設けら
れ各室Ａ、Ｂ、Ｃを気密に保つシール扉と、中央の室Ｂ
と前記圧力容器との間に配置されて室Ｂと圧力容器の開
口部を気密に連絡するとともに、前記ヨークの前記圧力
容器に対する装着を許容するべく室Ｂと圧力容器との間
から退避可能に設けられたシール筒と、前記各室間及び
外部との間において被処理材を移送する搬送装置とを有
し、前記室Ａは装置本体に装入する被処理材を準備する
ための準備室、前記室Ｂは被処理材を装置本体内に装入
する機構を備えた装入室、前記室Ｃは装置本体で処理し
た後の被処理材を冷却する冷却室としたことを特徴とし
ている。

［作用］上記構成の装置で操業を行う場合について説明する。

圧力容器中で被処理材のHIP処理が終わったら、圧力容
器からヨークを外し、圧力容器の開口部と装入室Ｂとの
間にシール筒を配置して両者を気密に連絡するととも
に、装入室Ｂとその両わきの室Ａ、Ｃとの間のシール扉
を閉め、装入室Ｂ及びシール筒内をガス置換する。

その状態で、圧力容器の蓋をあけて被処理材を裸のまま
装入室Ｂ内に取り出す。ここで、冷却室Ｃは、予めシー
ル扉を閉じた状態で気密を保ちガス置換を行っておく。
そして、装入室Ｂと冷却室Ｃ間のシール扉をあけて、装
入室Ｂ内に取り出された被処理材を冷却室Ｃに入れ、同
シール扉を閉めて、冷却室Ｃ内で被処理材を裸のまま直
接冷却する。この時点で、圧力容器は次のサイクルの操
業のために解放される。

次のサイクルは、上記の工程と並行して、予め準備室Ａ
の入口出口のシール扉を閉じて、準備室Ａ内で装入のた
めの準備を行うことから始まる。

準備室Ａで準備した被処理材は、装入室Ｂ及びシール筒
内がガス置換されている状態で、準備室Ａと装入室Ｂ間
のシール扉をあけて、装入室Ｂ内に入れる。そして、同
シール扉を閉じて、装入機構により圧力容器内に被処理
材を装入し、圧力容器の蓋を閉じてシール筒を退避さ
せ、圧力容器にヨークを装着して、HIP処理を開始す
る。

このようにして、操業を行うことにより、１サイクル当
たりの圧力容器の利用時間が短縮され、圧力容器の利用
回数が増加する。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図は実施例のHIP装置の側断面図、第２図は同平面
図、第３図は圧力容器の詳細を示す側断面図である。

図中10で示すものはHIP装置本体であり、これは、従来
のものと同様に、圧力容器１と、ヨーク７及びヨーク移
動台車11と、架台12とから構成されている。

圧力容器１は、第３図に示すように、円筒状の容器本体
２、上蓋３、円筒状の容器本体２の下端内周に固定され
フランジ4aを有するボトムリング４、ボトムリング４に
はまる下蓋５とからなり、圧力容器１の中には、断熱フ
ード13により覆われた加熱炉14が設けられ、加熱炉14の
中にはヒータ15が設けられている。

そして、このHIP装置本体10では、下蓋５を開いて被処
理材Ｗの出し入れが行われ、また圧力容器１を閉じてHI
P処理を行う際、ヨーク７を圧力容器１の位置まで前進
させ、ヨーク７により上蓋３及び下蓋５を押さえること
によって、圧力容器１が高圧に耐えるように保持され
る。

このような構成の装置本体10の下方には、３つの気密の
室Ａ、Ｂ、Ｃが直列に連結されて配置されている。室Ａ
は装置本体10に装入する被処理材を準備するための準備
室、室Ｂは被処理材を装置本体10内に装入するための装
入室、室Ｃは装置本体10で処理した後の被処理材を冷却
する冷却室としての機能を持つようそれぞれ構成されて
いる。

中央の装入室Ｂはちょうど圧力容器１の真下に位置して
おり、装入室Ｂの下部には、被処理材を下蓋５の上に乗
せたまま圧力容器１の中に装入できるよう装入シリンダ
16が備えられている。

これらの室Ａ・Ｂ間、また室Ｂ・Ｃ間、端部の室Ａ、Ｃ
と外部との各間には、それぞれ各室Ａ、Ｂ、Ｃを気密に
保つための横スライド式のシール扉17、18、19、20が設
けられている。

また、中央の室Ｂの上部に形成された開口部21には、上
下に昇降可能にシール筒22が気密的に取り付けられてい
る。このシール筒22は、上昇させられた際、図示のよう
にその上端が圧力容器１のボトムリング４のフランジ4a
下面にシール部材23を介して当接し、それにより圧力容
器１の開口部と装入室Ｂを気密に連絡し、その状態で下
蓋５を開いて下降ることができるようにする。また、シ
ール筒22を下降させた状態で、ヨーク７を圧力容器１の
位置に前進させることを妨げないものである。図におい
て、シール筒22の昇降駆動装置は省略してある。

また、準備室Ａ、冷却室Ｃの各内部、及び準備室Ａの外
部、冷却室Ｃの外部には、それぞれ被処理材を移送する
ための搬送装置24、25、26、27が設けられ、室Ａ・Ｂ
間、室Ｂ・Ｃ間、及び室Ａと外部間、室Ｃと外部間にお
いてそれぞれ被処理材を移送できるようになっている。

次に、上記構成のHIP装置で操業を行う場合について、
第４図のフロー図を参照しながら説明する。

連続運転中における一つの被処理材の流れにしたがって
説明する。

＜準備室Ａ＞（１）まず、準備室Ａの入口側のシール扉19を開放す
る。このとき、準備室Ａの出口側のシール扉17は閉鎖し
ている。

（２）準備室Ａの外部にある搬送装置26により、被処理
材を準備室Ａ内に移送する。

（３）準備室Ａの入口側のシール扉19を閉鎖し、準備室
Ａ内を気密の状態に保つ。

（４）準備室Ａ内を真空に引き、ガス置換する。そし
て、準備室Ａ内で予め定められた所定の準備作業（たと
えば予熱）を行う。

（５）準備室Ａの出口側のシール扉17を開放する。この
とき、HIP装置本体10及び装入室13は後述する（20）の
段階にある。

（６）準備室Ａ内の搬送装置24により、準備室Ａ内の被
処理材を装入室Ｂに移送し、装入室Ｂ内の装入シリンダ
16上に乗っている下蓋５の上に被処理材を乗せる。

（７）準備室Ａの出口側のシール扉17を閉鎖する。

＜装入室Ｂ・HIP装置本体10＞（８）装入シリンダ16を動作させることにより、下蓋５
を上昇させ、下蓋５上の被処理材をHIP装置本体10の圧
力容器１中に装入し、下蓋５を閉じる。

（９）装入シリンダ16のロッド、及びシール筒22を下降
させ、ヨーク７が前進できるような状態にする。

（10）ヨーク７を圧力容器１の位置まで前進させ、上蓋
３及び下蓋５を高圧に耐えるように押さえる。

（11）圧力容器１内を真空に引き、ガス置換する。

（12）圧力容器１内を昇圧・昇温させて、圧力容器１内
のガスを高圧・高温状態に保持し、HIP処理を行う。

（13）圧力容器１内でのHIP処理が終わったら、圧力容
器１内のガス圧を減じ、ガス回収を行う。

（14）その後、ヨーク７を図示の待機位置まで後退させ
る。

（15）シール筒22を上昇させ、圧力容器１の開口部と装
入室Ｂを気密的に連絡するとともに、装入シリンダ16を
動作してロッドを上昇させる。

（16）装入室Ｂ、シール筒22内を真空に引き、ガス置換
する。

（17）下蓋５を開き、装入シリンダ16により下蓋５に乗
せた状態でHIP処理された被処理材を下降させ、被処理
材を裸のまま圧力容器１から装入室Ｂ内に取り出す。こ
のとき、冷却室Ｃはシール扉18、20が閉じられ、内部が
ガス置換された状態にある。

（18）冷却室Ｃの入口側のシール扉18を開放する。

（19）冷却室Ｃ内の搬送装置25により、装入室Ｂ内に取
り出され被処理材を、冷却室Ｃ内に移送する。

（20）冷却室Ｃの入口側のシール扉18を閉鎖する。

＜冷却室Ｃ＞（21）冷却室Ｃ内で、裸のままの被処理材を直接冷却す
る。この時点で、圧力容器１及び装入室Ｂは、次のサイ
クルの操業のために解放される。

（22）冷却室Ｃで冷却し終わったら、冷却室Ｃの出口側
のシール扉20を開放する。

（23）冷却室Ｃの外部の搬送装置27により、被処理材を
外部に移送する。

（24）冷却室Ｃの出口側のシール扉20を閉鎖する。

以上で一つの被処理材の操業サイクルを終了するが、こ
のHIP装置では、複数の被処理材を、前後に工程的なず
れを保ちながら順次連続的に処理することができる。

たとえば、冷却室Ｃで前の被処理材を冷却していると
き、次の被処理材を圧力容器１でHIP処理することがで
き、準備室Ａでは、さらにその次の被処理材の準備作業
を行うことができる。このため、HIP装置本体10の１サ
イクル当たりの利用時間が短縮され、きわめて効率のよ
い操業が実現される。

また、上のHIP装置においては、冷却室Ｃで、裸のまま
の被処理材を直接冷却するので、冷却速度がきわめて早
くなり、一つの被処理材の処理時間が短くなるという利
点も得られる。このことは、第５図に示すサイクルタイ
ムからあきらかに理解される。また、冷却室Ｃにおいて
被処理材を裸のままで直接冷却する際に、冷却室Ｃの内
部はガス置換されるとともに密閉状態となっているた
め、高温の被処理材が空気と接触することにより表面が
酸化するのを確実に防止することができる。

次に、上記の説明では触れなかった細かい点について述
べる。

上記のHIP装置において、被処理材を、断熱材28aを上層
に配した断熱パレット28（第３図参照）上に乗せて移動
するようにすれば、搬送が簡便に行えるようになるとと
もに、被処理材の熱で下蓋５や搬送装置を傷めるおそれ
がなくなるという利点が得られる。

また、シール筒22の内部に水冷ジャケットを設けて、シ
ール筒22を水冷するようにすれば、シール筒22自体の傷
みを軽減することができる。また、シール筒22を伸縮自
在の蛇腹状のもので構成することもできるが、そのよう
にした場合、内部に断熱材を配すれば、シール筒の温度
上昇を抑えることができる。

また、上記のHIP装置では、高温の被処理材を裸のまま
圧力容器から取り出すようにしているので、ボトムリン
グまたは圧力容器のガス導入孔、排出孔の周辺が高温に
さらされる。したがって、ボトムリングや圧力容器のガ
ス導入孔、排出孔を水冷することが望ましい。

さらに、前記のシール扉に断熱材を施したり、シール扉
を水冷したり、あるいは冷却室に冷却用熱交換機または
冷却用ファンをつけたりする、というような付加的な構
成は任意に行うことが望ましい。

また、上記の実施例の説明では、冷却室Ｃや準備室Ａ内
では、各１個ずつ被処理材を処理する場合を述べたが、
複数個を同時に処理するようにしてもよい。

また、上記実施例では、冷却室Ｃや準備室Ａをそれぞれ
１室ずつしか設けていないが、必要に応じて、複数室ず
つ設けてもよい。特に、冷却については、時間がかかる
ので、複数設けるのがよい。その場合、冷却室を直列に
配置して、前段の室から段階的に冷却するようにすれ
ば、冷却効率ばかりでなく、設備費の点でも有利にな
る。

また、上記実施例では、圧力容器の下蓋を開いて被処理
材を出し入れする形式のものについて説明したが、本発
明は、それに限られるものではなく、上方から被処理材
を出し入れする形式のもの、側方から出し入れする形式
のもの等、任意の形式のものに適用できる。

［発明の効果］以上の説明のように、本発明によれば、次の効果を得る
ことができる。

装入室と圧力容器とを気密に連絡するシール筒を備え
たので、そのシール筒を所定の場所にセットし、シール
筒内及び装入室内をガス置換することにより、外部と気
密的に遮断された状態で、圧力容器の蓋をあけて、被処
理材を高温のまま裸で圧力容器外に取り出すことができ
る。

そして、その裸のままの被処理材を、ガス置換した冷却
室に入れることにより、被処理材を直接冷却することが
できる。また、一方で空いた圧力容器に準備室側から次
の被処理材を装入することができる。このため、圧力容
器をフルに活用できる。

で述べたように、被処理材を裸のまま冷却できるこ
とから、冷却時間を短縮することができ、１サイクル当
たりの圧力容器の利用時間を短縮することができる。し
たがって、HIP装置本体の一日当たりの操業回数を増加
させることができ、操業コストを引き下げることが可能
となる。

で述べたように、裸のまま外部に取り出して冷却で
きることから、加熱炉は圧力容器に備えた１個あれば足
りる。したがって、従来の外部冷却式に比して、加熱炉
の数が少なくてすみ、設備費の低減が図れる。

被処理材はもとより加熱炉も、高温の状態で外気にさ
らさなくてよいから、被処理材の酸化の問題は全く生じ
ず、また加熱炉を傷めることもない。

シール筒を装入室と圧力容器との間から退避可能とし
たので、シール筒がヨークの移動を妨げることがなく、
ヨークを支障なく移動させて圧力容器に装着させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を説明するためのも
ので、第１図はHIP装置の側断面図、第２図は同平面
図、第３図は同HIP装置における圧力容器の側断面図、
第４図は同HIP装置の操業フロー図、第５図は同HIP装置
の操業サイクルタイムを示す図である。また、第６図〜第10図は従来のHIP装置を説明するため
のもので、第６図はHIP装置の一例を示す側断面図、第
７図は同平面図、第８図は他のHIP装置を示す側断面
図、第９図は第６図及び第７図に示したHIP装置におけ
る操業サイクルタイムを示す図、第10図は第８図に示し
たHIP装置における操業サイクルタイムを示す図であ
る。１……圧力容器、５……下蓋、７……ヨーク、 10……HIP装置本体、16……装入シリンダ、 17〜20……シール扉、22……シール扉、 24〜27……搬送装置、Ａ……準備室、Ｂ……装入室、Ｃ……冷却室。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器の開口部に設けられた蓋を開いて
被処理材の出し入れを行ない、圧力容器内で被処理材を
熱間等方圧プレス処理する装置本体と、前記圧力容器に
対して離接する方向に移動可能に設けられて該圧力容器
の外側に装着されることで前記蓋を押さえるためのヨー
クと、前記装置本体に関連づけて配置された直列接続の
３つの室Ａ、Ｂ、Ｃと、各室間及び端部の室Ａ、Ｃと外
部との間に設けられ各室Ａ、Ｂ、Ｃを気密に保つシール
扉と、中央の室Ｂと前記圧力容器との間に配置されて室
Ｂと圧力容器の開口部を気密に連絡するとともに、前記
ヨークの前記圧力容器に対する装着を許容するべく室Ｂ
と圧力容器との間から退避可能に設けられたシール筒
と、前記各室間及び外部との間において被処理材を移送
する搬送装置とを有し、前記室Ａは装置本体に装入する
被処理材を準備するための準備室、前記室Ｂは被処理材
を装置本体内に装入する機構を備えた装入室、前記室Ｃ
は装置本体で処理した後の被処理材を冷却する冷却室と
されていることを特徴とする熱間等方圧プレス装置。