JPH0765857B2 - 熱間静水圧加圧成形装置の温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱間静水圧加圧成形装置（以下HIP装置とい
う）の温度制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、HIP装置１は第９図に示すように、上蓋２、下部
中蓋３及び下部外蓋４を備えた圧力容器５と、圧力容器
５の内壁と処理室６との熱絶を図る断熱層７と、下部中
蓋３上に載設された処理物載置台８と、断熱層７と処理
物載置台８の間に配設されたヒータ９〜12及びヒータ支
持筒13とにより主に構成されている。そして、ヒータ９
〜12は、上下方向の均熱性を得るために、ヒータ支持筒
13の外側の上下方向に数段に分割して配置されており、
その各ヒータ９〜12は、第10図及び第11図に示すよう
に、ヒータ支持筒13に碍子14を介してピン15により懸垂
状に取付けられている。なお、ヒータ支持筒13は、支柱
16を介して下部外蓋４上に固定されており、超大形のHI
P装置では直径が1m以上で高さが数ｍに及ぶものがあ
る。17は電極、18はガス供給孔である。更に、ヒータ支
持筒13の内側には、処理室６内の温度を測定するための
測温手段19〜22が各ヒータ９〜12に対応して配置され、
各ヒータ９〜12への投入電力が各測温手段19〜22の温度
信号に応じて制御し調整される。

（発明が解決しようとする課題） 従来では、ヒータ支持筒13の内側に配置した測温手段19
〜22により処理室６の温度を測温して各ヒータ９〜12へ
の投入電力を制御しているが、ヒータ支持筒13の内側よ
りも外側の方が高温になるため、ヒータ支持筒13、ヒー
タ９〜12、断熱層７内面が予期しない温度まで過熱され
ることがあった。また、このヒータ支持筒13の内外の温
度差は、昇温中と温度保持中とを比べると昇温中の方
が、上部と下部とを比べると熱応答性の悪い下部の方が
大きい。従って、従来では、実運転時にヒータ支持筒13
の外側温度に第12図の如く過昇温領域が発生し、これに
よってヒータ支持筒13、ヒータ９〜12、断熱層７内面が
過熱され、熱応力による変形、自重によるクリープ変形
等を引起し、寿命が著しく短かくなる欠点があった。

本発明は、かかる従来の課題を解決することを目的とし
て提供されたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、そのための第１の手段として、圧力容器５内
にヒータ支持筒13を備え、このヒータ支持筒13の外側の
上下方向に複数個のヒータ９〜12を設け、この各ヒータ
９〜12に対応して測温手段19〜22を設け、この各測温手
段19〜22による温度を基にして各ヒータ９〜12の投入電
力を制御するようにした熱間静水圧加圧装置の温度制御
装置において、少なくとも最下部のヒータ12に対応する
測温手段22をヒータ支持筒13の外側に、残りのヒータ９
〜11に対応する測温手段19〜21をヒータ支持筒13の内側
に夫々配置し、最下部の測温手段22を、温度保持状態に
おいて処理物載置台８の上面近傍の温度と略同一となる
位置に配置したものである。

本発明は、第２の手段として、少なくとも最下部のヒー
タ12に対応してヒータ支持筒13の内外に測温手段22,34
を設け、内側の測温手段22をヒータ12の投入電力制御用
とすると共に、外側の測温手段34からの温度信号によっ
て、外側測定温度が設定温度をこえないような電力値に
前記投入電力を抑制する電力調整器37を設けたものであ
る。

更に本発明は、第３の手段として、少なくとも最下部の
ヒータ12に対応してヒータ支持筒13の内外に測温手段2
2,34を設け、外側の測温手段34をヒータ12の投入電力制
御用とすると共に、温度保持直後又は保持中に投入電力
制御用の温度信号を外側の測温手段34から内側の測温手
段22に切換えるようにしたものである。

（作 用） 上記第１の手段においては、各測温手段19〜22により処
理室６内の温度を測温し、その温度信号によって各ヒー
タ９〜12への投入電力を制御し調整する。この場合、熱
応答性の悪い下部側では測温手段22をヒータ支持筒13の
外側に配置しているため、昇温時における過昇温領域の
発生を防止できる。また、測温手段22は処理物載置台８
の上面近傍と略同一の温度となる測温位置にあるため、
温度保持状態における処理室の均熱性も良好になる。

第２の手段では、内側の測温手段22からの温度信号によ
りヒータ12の投入電力を制御する一方、外側の測温手段
34によりヒータ支持筒13の外側の温度を測定し、その測
定温度が設定温度をこえないように電力調整器38でヒー
タ12の投入電力を抑制する。従って、過昇温領域の発生
を防止できる。

第３の手段では、当初は外側の測温手段34からの温度信
号によりヒータ12の投入電力を制御し、温度保持直後又
は保持中に内側の測温手段22からの温度信号に切換えて
投入電力を制御する。従って、過昇温領域の発生を防止
できると共に、保持状態での処理室６内の均熱化も図れ
る。

（実施例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述する。第１図
は本発明の第１実施例を示し、複数個の測温手段19〜22
の内、少なくとも最下部（本実施例では最下部のみ）の
測温手段22がヒータ支持筒13の外側に配置され、残りの
測温手段19,20,21はヒータ支持筒13の内側に配置されて
いる。そして測温手段22の測温位置は、処理物載置台８
の上面近傍23の温度と略同一となる位置に設定されてい
る。ヒータ支持筒13の外側で、その上下方向に設けられ
た各ヒータ９〜12への投入電力は、温度プログラム設定
器24にされたプログラムに従って、各測温手段19〜22か
らの温度信号を基に温度調節計25〜28、電力制御装置29
〜32により夫々独立して制御される。即ち、予め設定し
ておいた温度条件に従って温度プログラム設定器24が温
度信号を出力し、この温度信号と各測温手段19〜22から
の温度信号とが各温度調節計25〜28に入力する。各温度
調節計25〜28では両温度信号に基づきPID制御等によっ
て各ヒータ９〜12に投入すべき電力（電流又は電圧の場
合もある）に関する信号を各電力制御装置29〜32に出力
する。従って、各電力制御装置29〜32はサイリスタの位
相制御等によって入力信号に基づき各ヒータ９〜12へ投
入する電力を制御するのである。

なお、測温手段19〜22は熱電対により構成されている。

上記構成によれば、最下部の測温手段22をヒータ支持筒
13の外側に配置し、しかも処理物載置台８の上面近傍の
温度と略同一の温度の位置に配置しているので、過昇温
領域が完全になく、ヒータ９〜12、ヒータ支持筒13、断
熱層７内面の熱応力による変形、自重によるクリープ変
形等を防止でき、寿命が大幅に向上すると共に、温度保
持状態における処理室６の均熱性も良好にできる。

次に、これをFe−Al−Cr合金製のヒータを持つ1200℃用
のHIP装置について具体的に説明する。HIP装置の処理室
６内は高圧ガス雰囲気下にあるため、加熱されたガスは
上方への流れを生じ、ヒータ９〜12により生じた熱は上
方へ移動する傾向が強く、特にヒータ支持筒13の内側下
部の昇温はヒータ支持筒13の存在によって非常に緩慢と
なり、昇温中の内外の温度差は極端な場合100℃にも達
する。従って、従来のように測温手段22がヒータ支持筒
13の内側にあれば、最下部のヒータ12へ過大な電力が投
入される。

一方、1200℃用のHIP装置に用いられるヒータ９〜12で
あるFe−Al−Cr合金の最高使用温度は約1300℃であるの
で、ヒータ９〜12近傍の雰囲気温度を1250℃程度以下に
抑える必要があるが、内側温度が1200℃近くになったと
きには、外側温度が1250℃をこえることがある。

然るに本実施例においては、最も熱応答性の悪い最下部
の測温手段22をヒータ支持筒13の外側に配置しているの
で、第２図に示す如く過昇温領域を完全になくすことが
できる。

また測温手段22の高さ方向の測温位置は、温度保持をし
た場合において、処理物載置台８の上昇近傍の温度と略
同一となる位置としているため、温度保持における処理
室６の均熱性も良好に保たれる。

因みに、1200℃用のHIP装置に用いられる代表的なヒー
タ支持筒13、断熱層７内面の材料の融点は1300〜1400℃
であり、HIP装置の仕様である1200℃と非常に近いた
め、これらの材料の変形防止に対して大いなる効果が期
待できる。実際に、本実施例をφ700mm級の大型HIP装置
に適用した場合において、従来は50サイクルの使用でヒ
ータ支持筒13及び断熱層７内面に変形が生じたのに対
し、100サイクル以上にわたって変形なしで使用するこ
とができた。

ヒータ９〜12、ヒータ支持筒13、断熱層７内面の材料
は、第３図に示す如く高温で急激に強度が低下するた
め、過昇温防止はこれらの変形を防止する上で特に有効
である。

外側に設ける測温手段は、最下部から適当数（例えば２
個）であれば良い。

第４図は本発明の第２実施例を示し、ヒータ支持筒13の
内側に、ヒータ支持筒13の外側で、その上下方向に設け
られた各ヒータ９〜12に対応して測温手段19〜22を設け
ると共に、最下部のヒータ12に対応してヒータ支持筒13
の外側に測温手段34を設け、内側の測温手段19〜22の温
度信号を各ヒータ９〜12への投入電力制御用に使い、か
つその投入電力を外側の測温手段34の温度信号で設定温
度をこえないような電力値に抑制するようにしたもので
ある。

つまり、最下部のヒータ12に投入される電力は、温度プ
ログラム設定器24から出力される温度信号と内側の測温
手段22により測温された内側温度信号とにより温度調節
計28から出される出力Ａに加えて、外側測定温度の許容
最高温度を設定する温度設定器35から出力される温度信
号と外側の測温手段34により測温された温度信号とによ
り別の温度調節計36から出される出力Ｂを用いて制御す
る。即ち、２台の温度調節計28,36からの出力Ａおよび
出力Ｂは、電力調整器37に入力され、外側測定温度が温
度設定器35で設定された温度を越えないような電力信号
を電力制御装置32に対して出力する。

通常、出力Ａは投入すべき電力に対応する信号、また出
力Ｂは投入すべき電力に対応する信号、あるいは温度設
定器35からの出力温度と外側温度との差に対応する信号
である。電力調整器37の具体的作用は、出力Ａと出力Ｂ
が共に電力に対応する信号である場合には、両出力の小
さい方の出力を電力制御装置32に出力し、また出力Ａが
電力であり、出力Ｂが温度差である場合には、例えば第
５図に示すような出力を電力制御装置32に出力する。

このような制御方式を採る場合にも、第６図に示すよう
な過昇温領域をなくすことができるため、ヒータ９〜1
2、ヒータ支持筒13、断熱層７内面の過昇温等を防止で
きる。

第７図は本発明の第３実施例を示し、ヒータ支持筒13の
外側に配置した測温手段34をヒータ12への投入電力制御
用として用いると共に、温度保持直後又は保持中に、ヒ
ータ12への投入電力の制御を外側の測温手段34から内側
の測温手段22に切換えるようにしたものである。

即ち、最下部のヒータ12への投入電力制御用の測温手段
22,34は、ヒータ支持筒13の内外側の両方に配置されて
おり、これらの温度信号は、まず演算機38へ（直接また
は熱電変換器等を通して）入力されて演算がなされ、そ
の演算結果（温度信号）が温度調節計28に入力される。

演算機38でのデータ処理方法は、温度プログラム設定器
24の予め設定されていたイベント信号によって選択され
る。この場合のデータ処理は、具体的には、 外側温度信号を出力する。

内側温度信号を出力する。

外側温度と内側温度の平均温度信号を出力する。

その他予めインプットしているプログラム（任意）
に従って外側温度、内側温度に関する演算を行い、その
結果の温度信号を出力する。

等が考えられる。

第８図に実際の昇温例を示す。本例では（Ｉ）〜（II
I）の各イベント信号に対して、次のような演算をして
いる。

（Ｉ） 外側温度信号を出力する。

（II） 外側温度と内側温度の平均温度信号を出力す
る。

（III） 内側温度信号を出力する。

従って、第８図の例では、昇温過程をイベント（Ｉ）、
即ち外側温度で制御し、保持直後にイベント（II）を出
力して、外側・内側の平均温度で制御し、最終的に保持
中にイベント（III）に換えて内側温度で制御するよう
にしている。これから明らかなように、外側温度の過上
昇が抑制できると共に、保持中に内側温度がプログラム
と一致しているため、保持室６内の均熱性が向上し適切
なHIP処理がなされる。

（発明の効果） 本発明によれば、少なくとも最下部のヒータ12に対応す
る測温手段22をヒータ支持筒13の外側に、残りのヒータ
９〜11に対応する測温手段19〜21をヒータ支持筒13の内
側に夫々配置し、最下部の測温手段22を、温度保持状態
において処理物載置台８の上面近傍の温度と略同一とな
る位置に配置しているので、過昇温領域がなく、ヒータ
９〜12、ヒータ支持筒13、断熱層７内面の熱応用による
変形、自重によるクリープ変形等を防止でき、寿命が大
幅に向上すると共に、温度保持状態における処理室６の
均熱性も良好になる。

また本発明では、少なくとも最下部のヒータ12に対応し
てヒータ支持筒13の内外に測温手段22,34を設け、内側
の測温手段22をヒータ12の投入電力制御用とすると共
に、外側の測温手段34からの温度信号によって、外側測
定温度が設定温度をこえないような電力値に前記投入電
力を抑制する電力調整器37を設けているので、前述と同
様、過昇温領域がない寿命が大幅に向上する。

更に本発明では、少なくとも最下部のヒータ12に対応し
てヒータ支持筒13の内外に測温手段22,34を設け、外側
の測温手段34をヒータ12の投入電力制御用とすると共
に、温度保持直後又は保持中に投入電力制御用の温度信
号を外側の測温手段34から内側の測温手段22に切換える
ようにしているので、過昇温領域がなく、寿命が大幅に
向上すると共に、保持状態での処理室６の均熱性も向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構成図、第２図は同
温度特性図、第３図は同強度特性図、第４図は本発明の
第２実施例を示す構成図、第５図は同出力特性図、第６
図は同温度特性図、第７図は本発明の第３実施例の示す
構成図、第８図は同温度特性図、第９図は従来例を示す
断面図、第10図は同ヒータ支持部の断面図、第11図は第
10図のXI−XI矢視図、第12図は従来の温度特性図であ
る。 ５……圧力容器、６……処理室、７……断熱層、８……
処理物載置台、９〜12……ヒータ、19〜22,34……測温
手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力容器（５）内にヒータ支持筒（13）を
   備え、このヒータ支持筒（13）の外側の上下方向に複数
   個のヒータ（９）〜（12）を設け、この各ヒータ（９）
   〜（12）に対応して測温手段（19）〜（22）を設け、こ
   の各測温手段（19）〜（22）による温度を基にして各ヒ
   ータ（９）〜（12）の投入電力を制御するようにした熱
   間静水圧加圧装置の温度制御装置において、 少なくとも最下部のヒータ（12）に対応する測温手段
   （22）をヒータ支持筒（13）の外側に、残りのヒータ
   （９）〜（11）に対応する測温手段（19）〜（21）をヒ
   ータ支持筒（13）の内側に夫々配置し、最下部の測温手
   段（22）を、温度保持状態において処理物載置台（８）
   の上面近傍の温度と略同一となる位置に配置したことを
   特徴とする熱間静水圧加圧成形装置の温度制御装置。
2. 【請求項２】圧力容器（５）内にヒータ支持筒（13）を
   備え、このヒータ支持筒（13）の外側の上下方向に複数
   個のヒータ（９）〜（12）を設け、この各ヒータ（９）
   〜（12）に対応して測温手段（19）〜（22）を設け、こ
   の各測温手段（19）〜（22）による温度を基にして各ヒ
   ータ（９）〜（12）の投入電力を制御するようにした熱
   間静水圧加圧装置の温度制御装置において、 少なくとも最下部のヒータ（12）に対応してヒータ支持
   筒（13）の内外に測温手段（22）（34）を設け、内側の
   測温手段（22）をヒータ（12）の投入電力制御用とする
   と共に、外側の測温手段（34）からの温度信号によっ
   て、外側測定温度が設定温度をこえないような電力値に
   前記投入電力を抑制する電力調整器（37）を設けたこと
   を特徴とする熱間静水圧加圧成形装置の温度制御装置。
3. 【請求項３】圧力容器（５）内にヒータ支持筒（13）を
   備え、このヒータ支持筒（13）の外側の上下方向に複数
   個のヒータ（９）〜（12）を設け、この各ヒータ（９）
   〜（12）に対応して測温手段（19）〜（22）を設け、こ
   の各測温手段（19）〜（22）による温度を基にして各ヒ
   ータ（９）〜（12）の投入電力を制御するようにした熱
   間静水圧加圧装置の温度制御装置において、 少なくとも最下部のヒータ（12）に対応してヒータ支持
   筒（13）の内外に測温手段（22）（34）を設け、外側の
   測温手段（34）をヒータ（12）の投入電力制御用とする
   と共に、温度保持直後又は保持中に投入電力制御用の温
   度信号を外側の測温手段（34）から内側の測温手段（2
   2）に切換えるようにしたことを特徴とする熱間静水圧
   加圧成形装置の温度制御装置。