JPH0739983A - 恒温加工装置及び恒温加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素の付着に起因するヒータの絶縁抵抗の低
下を防いで、不活性ガス雰囲気下で使用する恒温加工装
置を高度化すると共に汎用化する。 【構成】 チャンバー１内の上金型４と、下金型６との
外周に配設されると共にこれら上・下金型４，６の外周
に相対する側に接するシール材７ｃを有するヒータ７
に、不活性ガス供給管８を連通させてアルゴンガスを供
給すれば、これら上・下金型４，６の外周とヒータ７の
間がアルゴンガスで満たされ、これが有機ガスを含む初
期ガスを追い出し、有機ガスの熱分解により生じる炭素
がヒータ７に付着しなくなるので、露出したヒータの採
用が可能になる結果、不活性ガス雰囲気下で使用する恒
温加工装置の高度化と汎用化とが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、不活性ガス雰囲
気下において恒温状態で被加工素材を挟圧して加工する
恒温加工装置及び恒温加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、航空・宇宙分野において
益々耐熱性に優れた部品が要求されるようになってきて
いる。これら分野に使用される部品の素材は、常温では
殆ど延びを示さず、高温でも低歪速度でしか加工できな
い難加工材であるので、恒温加工装置が用いられてい
る。これには、加熱体としてインダクションヒータを有
するものやスリーブ付ヒータを有する加熱装置が用いら
れている。このようなヒータを有する恒温加工装置の典
型例は、例えば、本願出願人の出願になる特公平２−６
２３４９号公報で開示されている。

【０００３】以下、恒温加工装置である恒温鍛造装置を
例として、同明細書並びに添付図面に記載されている同
名称と同符号とを以て説明すると、これは、その断面概
略図（左半分は被加工素材である加熱素材の搬入時の状
態を、右半分は鍛造加工の終期の状態をそれぞれ示して
いる）の図７に示す通りで、上部基盤４の下側に上押圧
部材である上金型２が固着され、下部基盤５の上側に下
押圧素材である下金型３が固着されており、上金型２の
上昇時に、被加工素材である加熱素材Ｍが上金型２と下
金型３との間に搬入され、上金型２を下降させて加熱素
材Ｍの鍛造加工を行う。

【０００４】加熱素材Ｍの鍛造加工によって鍛造品Ｍ′
を製造するに際しては、上金型２と下金型３とを囲繞す
る状態で配設されてなる加熱コイル１で加熱素材Ｍを加
熱するが、この加熱コイル１を立設された支柱６，６で
案内することにより昇降させて、加熱素材Ｍを均等に加
熱するものである。そして、場合によっては、上・下金
型２，３等の酸化防止のために、この恒温鍛造装置の一
部又は全体を、例えば、不活性ガス雰囲気下にて加熱す
るようにしている。なお、上・下押圧部材が圧延ロール
である恒温加工装置もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、恒温加工装
置の高度化、汎用化を図るには、露出した通常のヒータ
を有する加熱装置を採用する必要がある。しかしなが
ら、このような恒温加工装置は、構造上その高温部で機
械的作用が必要であって、その摺動部やねじ部或いは回
転部が存在するので、設備安全上の観点から、例えば二
硫化モリブデン或いは銅系粉末を有機溶剤により粘稠物
とした潤滑剤を塗布してなければならない。そのため、
露出した通常のヒータを用いた恒温加工装置をガス雰囲
気下における恒温加工に用いることができないという解
決すべき課題があった。つまり、露出した通常のヒータ
を有する加熱装置に潤滑剤を用いると、潤滑剤が高温下
に置かれることになり、高温で潤滑剤の一部である炭化
水素等の有機物が蒸発する。

【０００６】そして、最終的に最も高温であるヒータの
近傍で炭素に分解され、分解された炭素の付着によりヒ
ータの絶縁抵抗が低下するので使用し得なくなる。これ
は、従来の大気中において使用する恒温加工装置では、
有機ガスはその出現部署である摺動部やねじ部或いは回
転部等から直接大気中に散逸してしまうので、ヒータの
絶縁抵抗については問題がなかったが、雰囲気下では対
流を起こさせることが困難であるため、有機ガスがヒー
タの近傍で淀んでしまうからである。

【０００７】従って、本発明の目的とするところは、露
出したヒータへの炭素の付着を防止することにより、雰
囲気下で金属を恒温状態で加工することを可能ならしめ
る、露出ヒータを有する恒温加工装置及び恒温加工方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記実情に鑑
みてなされたものであって、従って、本発明の請求項１
に係る恒温加工装置の特徴とするところは、挟圧して被
加工素材を加工する上押圧部材と下押圧部材とが、不活
性ガスが充填されるチャンバーに内設されると共に、こ
れら上・下押圧部材の外側にヒータが配設されてなる恒
温加工装置において、前記ヒータの近傍を経由してヒー
タに対して不活性ガスを供給ける不活性ガス供給管を前
記チャンバーの外側から導入したところにある。

【０００９】また、請求項２に係る恒温加工装置の特徴
とするところは、挟圧して被加工素材を加工する上押圧
部材と下押圧部材とが、不活性ガスが充填されるチャン
バーに内設されると共に、これら上・下押圧部材の外側
にヒータが配設されてなる恒温加工装置において、前記
ヒータに対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給管
を前記チャンバーの外側から導入すると共に、該不活性
ガス供給管に、内部を通る不活性ガスを加熱するガス加
熱ヒータを設けたところにある。

【００１０】また、請求項３に係る恒温加工方法の特徴
とするところは、不活性ガスが充填されるチャンバーに
内設されてなる上押圧部材と下押圧部材との間で加工さ
れる被加工素材の温度が３００〜８００℃になるよう
に、上・下押圧部材の外側に配設されたヒータに供給す
る電力を制御すると共に、前記チャンバー内の不活性ガ
ス中の有害有機物を除去し、ガス濃度検知器で検出され
る有害有機物の検出濃度が予め定めた濃度以下になった
ときに、前記ヒータに供給する電力を増加させ、前記被
加工素材の温度が目標温度になった後に、該被加工素材
を加工するところにある。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１に係る恒温加工装置によれ
ば、上・下押圧部材で被加工素材を加工するに際して、
不活性ガスが充填されるチャンバーに内設されてなる恒
温加工装置のヒータの近傍を経由してヒータに対して不
活性ガスを供給する不活性ガス供給管をチャンバーの外
側から導入したので、ヒータの熱で加熱された不活性ガ
スがヒータに供給され、この不活性ガスでヒータが覆わ
れる。

【００１２】また、本発明の請求項２に係る恒温加工装
置によれば、上・下押圧部材で被加工素材を加工するに
際して、不活性ガスが充填されるチャンバーに内設され
てなる恒温加工装置のヒータに対して不活性ガスを供給
する不活性ガス供給管をチャンバーの外側から導入する
と共に、この不活性ガス供給管に、内部を通る不活性ガ
スを加熱するガス加熱ヒータを設けたので、ガス加熱ヒ
ータで加熱された不活性ガスがヒータに供給され、この
不活性ガスでヒータが覆われる。

【００１３】また、本発明の請求項３に係る恒温加工方
法によれば、不活性ガスが充填されるチャンバーに内設
されてなる上押圧部材と下押圧部材との間に介装される
被加工素材の温度が３００〜８００℃になるように、上
押圧部材と下押圧部材とを囲繞するヒータに供給する電
力を制御すると共に、前記チャンバー内の不活性ガス中
の有害有機物を除去し、ガス濃度検知器で検出される有
害有機物の検出濃度が予め定めた濃度以下になったとき
に、前記ヒータに供給する電力を増加させ、前記被加工
素材の温度が目標温度になった後に、この被加工素材を
加工するので、３００〜８００℃の温度により潤滑剤か
ら一部の有機物がチャンバー内に蒸発して不活性ガス中
に混入するが、蒸発した有機物は炭素に分解されないう
ちに除去され、被加工素材は有機物の少ない不活性ガス
中で目標温度に加熱されて加工される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の請求項１に対応する第１実施
例に係る恒温加工装置である恒温鍛造装置を、その模式
的断面図の図１ａと、図１ａのＡ−Ａ線断面図の図１ｂ
と、そのヒータの平面の図２ａと、図２ａのＢ−Ｂ線断
面図の図２ｂとを参照しながら説明すると、図１ａに示
す符号１は、不活性ガスが入れられるチャンバーであっ
て、このチャンバー１には、その上側から貫通するラム
２の下側に断熱材３を介して固着される上押圧部材であ
る上金型４と、この上金型４の下方位置において、チャ
ンバー１の底面に設置された金型受台５の上部に断熱材
３を介して支持されてなる下押圧部材である下金型６が
内設され、さらに、図１ｂに示すように、これら上金型
４と下金型６との外周回りのそれぞれに４個が１組にな
るヒータ７が配設されている。

【００１５】前記ヒータ７は、図２に示すように、金型
の外周面に相対する側であって、かつ外縁付近にヒータ
部７ａを囲む溝７ｂが設けられると共に、この溝７ｂに
繊維状の断熱材からなるシール材７ｃが嵌込まれてい
て、これらヒータ７のシール材７ｃは、図１ａ，１ｂに
示すように、上金型４と下金型６との外周面に接してい
る。さらに、ヒータ７の上下方向の一方に、複数のガス
噴出穴７ｄが設けられ、これらガス噴出穴７ｄのそれぞ
れには、図１ａに示すように、チャンバー１を貫通し、
このチャンバー１の外方位置に設けたガス供給源Ａから
不活性ガスであるアルゴンガスを供給する不活性ガス供
給管８が複数の分岐管８ａを介して連通している。図１
ａにおいて図示省略しているが、全てのヒータ７にアル
ゴンガスが供給されるように構成されている。

【００１６】以下、上記構成になる恒温鍛造装置の作用
態様を説明すると、上金型４と下金型５との間に装入さ
れた被加工素材Ｗは、ヒータ７で加熱され、ラム２の下
降によってこれら上金型４と下金型６とで挟圧されて鍛
造されるが、ヒータ７の発熱で加熱されたアルゴンガス
が複数のガス噴出穴７ｄから吹出してシール材７ｃの内
側に満たされと共に、アルゴンガスによりシール材７ｃ
の内側に介在している初期ガスがシール材７ｃを通り抜
けて外方に排出される。そのため、この初期ガスに、加
熱された潤滑剤から蒸発した有機ガスが混入していて
も、ヒータ７と上・下金型４，６の外周面との間には有
機ガスが存在しないので、ヒータ７に炭素が付着するこ
とがなくなる。

【００１７】因みに、図１ａで破線で示すように、上・
下金型４，６の近傍を通さない不活性ガス供給管８から
５０リットル／分のアルゴンガスを供給したとき、複数
のガス噴出穴７ｄから吹出すアルゴンガスの温度は３０
０℃であった。３００℃のアルゴンガスを供給しなが
ら、上・下金型４，６を鍛造温度である１１００℃に加
熱して７日間加熱状態を維持したが、ヒータ７の絶縁抵
抗が低下せず、そして降温後の調査ではヒータ７に炭素
が付着していなかった。但し、従来例に比較して、ヒー
タ７への投入電力は倍程度必要であり、また上・下金型
４，６を１１００℃まで昇温する加熱所要時間は約３倍
であった。一方、アルゴンガスの供給量を３０リットル
／分まで少なくすると、ヒータ７に絶縁抵抗の低下が見
られた。

【００１８】そこで、図１ａで実線で示すように、不活
性ガス供給管８を上・下金型４，６の近傍を通して２０
リットル／分のアルゴンガスを供給すると、ガス噴出穴
７ｄから吹出すアルゴンガスの温度は８００℃となり、
この８００℃のアルゴンガスを供給しながら、上・下金
型４，６を鍛造温度である１１００℃に加熱して７日間
加熱状態を維持したが、ヒータ７の絶縁抵抗が低下しな
かった。この場合の加熱所要時間は、上記の場合の約１
／２であった。なお、上記の通り、アルゴンガスの供給
量は２０リットル／分で、上記５０リットル／分のアル
ゴンガス供給量に比較して少量であるが、温度が８００
℃であるためにアルゴンガスが膨張し、その噴射速度が
５０リットル／分の場合と同等になったためと考えられ
る。

【００１９】本発明の請求項２に対応する第２実施例に
係る恒温鍛造装置を、その模式的断面図の図３を参照し
ながら説明すると、本実施例が上記実施例と構成上相違
するところは、図３から良く理解されるように、不活性
ガス供給管８に、その内部を通るアルゴンガスを外側か
ら加熱するガス加熱ヒータ９を設けたところにある。従
って、その作用態様は、ガス加熱ヒータ９に電力を投入
することにより加熱したアルゴンガスを、ヒータ７と上
・下金型４，６の外周面との間に吹込むことができるの
で、本実施例は上記実施例と同効である。

【００２０】本発明の請求項３に係る恒温鍛造方法を実
施するための第３実施例に係る恒温鍛造装置を、その模
式的断面図の図４を参照しながら説明すると、これは、
チャンバー１に、有機ガス濃度を検出するガス濃度検知
器１１、内部を通るアルゴンガスを冷却するガス冷却器
１２、気液を分離する気液分離器１３が設けられる他、
チャンバー１内のガスを循環させるガス循環ポンプ１４
が介装されてなる不活性ガス循環管路１０を、このチャ
ンバー１の上側から１側面の下部側に連通させてなる構
成としたものである。

【００２１】先ず、アルゴンガスを循環させずに１０リ
ットル／分のアルゴンガスを供給して、チャンバー１内
のアルゴンガス圧力を０．２ａｔｍに保持しながら上・
下金型を１１００℃に加熱した場合、漏電ブレーカが作
動して使用不可能になった。この時のヒータの絶縁抵抗
は５オームで、短絡に近い状態になり、多量の炭素がヒ
ータに付着していた。一方、アルゴンガスの供給量を増
量すると、上・下金型の温度は８００℃以上にはならな
かったが、ヒータが健全な状態で維持されているという
事実を知見した。

【００２２】そこで、上・下金型の温度を所定温度で維
持して、ガス濃度検知器１１でアルゴンガス中の有機ガ
ス濃度を計測し、かつガス冷却器１２で冷却しながら、
ガス循環ポンプ１４を作動させることによりアルゴンガ
スを循環させる。このような循環でアルゴンガス中に含
まれている炭素数の大きな有機ガスは液化し、液化した
有機ガスは気液分離器１３で回収されるので、有機ガス
はアルゴンガス中から次第に除去される。そして、ガス
濃度検知器１１が反応しなくなった時点でアルゴンガス
の循環を停止させると共に、上・下金型の温度を１１０
０℃に昇温して７日間保持した後に、ヒータの状態を調
査した。その結果、上・下金型の温度が３００〜８００
℃ではヒータの絶縁抵抗の低下が見られなかったが、３
００℃以下と８００℃以上の温度でヒータの絶縁抵抗の
低下が見られた。

【００２３】因みに、上・下金型の温度を４００℃と５
００℃に保持しながら、アルゴンガスを循環させた場合
の、有機ガス濃度（縦軸）とアルゴンガス循環時間（横
軸）との関係を両対数方眼紙にプロットすると図５に示
す通りで、循環時間の経過につれて有機ガス濃度が直線
的に減少することが判る。なお、本実施例では有機ガス
を除去するのに気液分離器１３を用いたが、不活性ガス
循環管路１０に焼結フィルターを配設してミスト状の有
機物を除去しても良く、また、吸着剤で吸着するように
しても良い。なお、このように、３００℃以下の温度で
ヒータの絶縁抵抗が低下したのは、潤滑剤に含まれてい
る有機物が充分に蒸発しなかっためであり、また８００
℃以上の温度でヒータの絶縁抵抗が低下したのは、有機
ガスが分解して炭素が生じたためであると理解される。

【００２４】なお、上・下金型の温度を６００℃で保持
した場合のアルゴンガス循環時間は４時間であり、１１
００℃で７日間保持し続けている間に使用したアルゴン
ガスの量は１２０Ｎｍ³ であった。また、アルゴンガス
循環時間は、チャンバー１の容量、ガス循環ポンプ１４
の容量の大小によって相違するものである。

【００２５】以上では、アルゴンガスを冷却しながら循
環させて、液化した有機ガスを除去する例を説明した
が、上・下金型の温度を３００〜８００℃にすると潤滑
剤中の有機物が完全に蒸発するので、例えば、上・下金
型の温度を３００〜８００℃に保持しながら、チャンバ
ー１内の有機ガスを含むアルゴンガスを排出する一方、
真空引き後に新たなアルゴンガスに置換してから、上・
下金型の温度を１１００℃に昇温するようにしても良
い。

【００２６】本発明の請求項１に対応する第４実施例に
係る恒温加工装置である恒温圧延装置を、その模式的断
面図の図６ａと、ヒータの斜視図の図６ｂとを参照しな
がら、上記従来例と同一のもの並びに同一機能を有する
ものを同一符号を以て説明すると、この恒温圧延装置
は、不活性ガスが入れられるチャンバー１内に上押圧部
材である上ロール４と、この上ロール４の下方位置にお
いて、これと平行に下押圧部材である下ロール６とが内
設されている。また、これら上・下ロール４，６の外周
回りのそれぞれに２個が１組になるヒータ７が配設され
ている。

【００２７】前記ヒータ７は、図６ｂに示すように、ロ
ールの半径より大きな曲率半径を有する半円弧状に形成
されている。ヒータ７には、ロールの外周面に相対する
側の外縁付近にヒータ部７ａを囲む溝７ｂが設けられる
と共に、この溝７ｂに繊維状の断熱材からなるシール材
７ｃが嵌込まれている。そして、これらヒータ７のシー
ル材７ｃは、図６ａに示すように、上ロール４と下ロー
ル６との外周面に接している。さらに、ヒータ７の上下
方向の一方に、複数のガス噴出穴（図示省略）が設けら
れ、これらガス噴出穴のそれぞれには、図６ａに示すよ
うに、チャンバー１を貫通し、このチャンバー１の外方
位置に設けたガス供給源Ａから不活性ガスであるアルゴ
ンガスを供給する不活性ガス供給管８が複数の分岐管８
ａを介して連通している。図６ａにおいて図示省略して
いるが、第１実施例と同様に、全てのヒータ７にアルゴ
ンガスが供給されるように構成されている。

【００２８】従って、上ロール４と下ロール５との間に
送り込まれる被加工素材Ｗは、ヒータ７で加熱され、こ
れら上ロール４と下ロール６とで挟圧されて圧延される
が、ヒータ７の発熱で加熱されたアルゴンガスが複数の
ガス噴出穴から吹出してシール材７ｃの内側に満たされ
と共に、このアルゴンガスによってシール材７ｃの内側
に介在している初期ガスがシール材７ｃを通して外方に
排出されるので、本実施例は上記角実施例と同効であ
る。なお、本実施例が上記実施例と相違するところは、
被加工素材Ｗの加工手段が相違するだけだから、第２実
施例や第３実施例で説明した構成を採用することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項
１，２、４に係る恒温加工装置によれば、不活性ガス供
給管から供給される不活性ガスによりヒータが覆われ、
また本発明の請求項３に係る恒温加工方法によれば、３
００〜８００℃の温度により潤滑剤から一部の有機物が
チャンバー内に蒸発して不活性ガス中に混入するが、蒸
発した有機物は炭素に分解されないうちに除去されてヒ
ータに炭素が付着しないから、ヒータの絶縁抵抗を低下
させることなく使用することができ、恒温加工装置の高
度化、汎用化を図る上において多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例になる恒温鍛造装置であっ
て、図１ａはその模式的断面図、図１ｂは図１ａのＡ−
Ａ線断面図である。

【図２】本発明の第１実施例になる恒温鍛造装置に係
り、図２ａはそのヒータの平面図、図２ｂは図２ａのＢ
−Ｂ線断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る恒温鍛造装置の模式
的断面図である。

【図４】本発明の恒温鍛造方法を実施するための第３実
施例に係る恒温鍛造装置の模式的断面図である。

【図５】有機ガス濃度とアルゴンガス循環時間との関係
線図である。

【図６】本発明の第４実施例になる恒温圧延装置であっ
て、図６ａはその模式的断面図、図６ｂはヒータの斜視
図である。

【図７】従来例に係る恒温鍛造装置の断面概略図であ
る。

【符号の説明】

１…チャンバー、２…ラム、３…断熱材、４…上金型又
は上ロール、５…金型受台、６…下金型又は下ロール、
７…ヒータ、７ａ…ヒータ部、７ｂ…溝、７ｃ…シール
材、７ｄ…ガス噴出穴 ８…不活性ガス供給管、８ａ…
分岐管、９…ガス加熱ヒータ、１０…不活性ガス循環管
路、１１…ガス濃度検知器、１２…ガス冷却器、１３…
気液分離器、１４…ガス循環ポンプ、Ａ…ガス供給源、
Ｗ…被加工素材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挟圧して被加工素材を加工する上押圧部
   材と下押圧部材とが、不活性ガスが充填されるチャンバ
   ーに内設されると共に、これら上・下押圧部材の外側に
   ヒータが配設されてなる恒温加工装置において、前記ヒ
   ータの近傍を経由してヒータに対して不活性ガスを供給
   する不活性ガス供給管を前記チャンバーの外側から導入
   したことを特徴とする恒温加工装置。
2. 【請求項２】 挟圧して被加工素材を加工する上押圧部
   材と下押圧部材とが、不活性ガスが充填されるチャンバ
   ーに内設されると共に、これら上・下押圧部材の外側に
   ヒータが配設されてなる恒温加工装置において、前記ヒ
   ータに対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給管を
   前記チャンバーの外側から導入すると共に、該不活性ガ
   ス供給管に、内部を通る不活性ガスを加熱するガス加熱
   ヒータを設けたことを特徴とする恒温加工装置。
3. 【請求項３】 不活性ガスが充填されるチャンバーに内
   設されてなる上押圧部材と下押圧部材との間で加工され
   る被加工素材の温度が３００〜８００℃になるように、
   上・下押圧部材の外側に配設されたヒータに供給する電
   力を制御すると共に、前記チャンバー内の不活性ガス中
   の有害有機物を除去し、ガス濃度検知器で検出される有
   害有機物の検出濃度が予め定めた濃度以下になったとき
   に、前記ヒータに供給する電力を増加させ、前記被加工
   素材の温度が目標温度になった後に、該被加工素材を加
   工することを特徴とする恒温加工方法。