JPS5946481A - 熱間静水圧加圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間静水圧〃［１圧装ｊ１４５に関し、γｉ（
ｉｆ度とＰｒｅｓｓと略６己する）処理はすでに超硬工
具。

オＪ冶１り造ブレードなどの内部欠［ζＩＹ１改碧処理
に適用でれ実り）・５”ｉを押しつつあるが、近年セラ
ミックスや丈−メットなど第［４コ料の開発が進みつつ
あるのに伴ない、処理偶度はＩＱ温化するｐｒｙｓ向を
示している。

従来のｋｌ　Ｉ　Ｐ処理温度は対校が主として金層材料
でめったため、最高でも１４５０℃、一般的には１２５
０°Ｃ前後であった。しかし今後ＨＩ　Ｐ処理の対象と
なるものと見られているセラミックスＩオ斗のｉｆ　Ｉ
　Ｐ処理には１６００℃から最高は２０００℃を越える
高温処理が必要になると６われてお５、ＩＩＩＰ装置用
の加熱体もこれに伴ない高温のＨＩＰ処理に適した新規
な４“１り成が求められている０仁れは従来のＨＩ　Ｐ
装置用の加熱体としては□モリブデン線（ＭＯ線）　　
が使われてさたが、次のような理由で高温用の加Ｆ、）
：％体としては不適当であり、１６００℃１での使用に
限定されることに起因している。

■　モリブデンは固有抵抗の温度係数が太きいため、１
１Ｌ抗疏の一部が損耗して＃！ｊｌ径が細くなると、＃
Ｉｉ＋（なった部分の温度が笛らに上引゛ｊ−るという
悪循環が生じ、最終的には溶断してしまう。この傾向は
高温ｊＤＬ　（モリブテンの融点に近い温度）になるに
したがい強まる０■　モリブデンは高温下で再結晶する
過程において粒成長し脆化するが、この傾向は１６００
℃以上で顕著に現われ、この結果強度が大巾に低下しこ
われやすくなる０ ■ノ　モリブデン線装置であり加工もむずかしく本来消
耗品である加熱体の材料としては適当でな（、Ｉ゛ｉＩ
ＰｉＩＰ処３コストを筒める要因となっているが、ＩＩ
石ｒ１Ｍ化にともないこの１頃向がさらに強まる。

一方、この釉の従来技術に係る高涛１用のカ１熱体とし
て特定形態のグラファイトヒータ如より発熱部をｍ成す
るものがある。この方法は、第１図に示すように、グラ
ファイト製の版状体もしくは筒状体を素材とし、その上
端縁および下端縁力・ら交互に上下刃向のスリットを切
削などにより設け、ジグザグ面を有する板体もしくは筒
体を形成してこれを加熱体とするものである。

Ｒ１ノち、±Ｇ及び下段のスリット型ヒータ０１゜０３
とこれらに列部、するヒータ用型ｑｌｑｏ２．ｏ４を形
成する。かかるグラファイトヒータ（スリット型ヒータ
Ｑ１，０３）ｅ加熱体とするＨ　Ｉ　Ｐ装動は従来のモ
リブデン線ヒータを加熱体とするｌ−Ｉ　Ｉ　Ｐ装（浜
に比べてより高温処理に適した構造となっているが、次
のような問題が残っている。

（、υ　グラファイト製の板状体もしくは筒状体を素材
とし、切削などでスリットを加工１−ることで加熱体を
構成するため力（げ“９体の大きさく「１径）は素材の
大きき（ロイ）の制限を受りる。。

（？リ　　加熱体は上段加熱体、下段加熱体でそれぞれ
１体になっているため、７ＪＩＩ　Ｆ９！）体の一部が
局所的に損耗した場合にも全体が使用できなくなる。即
し、損耗部位の補１１もがきかない構造となっている。

不発明は、土６１１従来技術に凶み、従来のモリブテン
脚ヒータ、スリット型ヒータを加熱体とする）ｔ　Ｉ　
Ｐ装置に比べて低コストで運転経済性の艮い新月、の加
熱体を有するＨ　Ｉ　Ｉ’装置６を提供することを目的
とする。かかる目的を達成する不発明は、グラファイト
製のロッドを円筒ｉｉ？Ｊｌを４Ｖｔ成するように一部
のピッチて扱敞木並へ、各ロッドの±、下端部を、グラ
ファイト製の端部締結部材で上、下端部交互に締結し、
７′Ｌ％的に各ロッドが直列に結はれた抵抗となるよう
に構成したヒータ（ロッド組立４ｑヒークと呼ぶ）を加
熱体とする点をその技術思想の基礎とするものである。

以下本究明の実施例を図面にノとづき詳に（１（に説明
する。第２図はＨＩ　Ｐ装置の要部構造を示す。

Ｎ間に示すように、ＨＩＰ装置１は耐圧円筒２の上下端
に嵌合する上蓋３、下蓋４がらイ１′￥成される耐圧容
器の内部に加熱炉体５ｆ：設けた装置である。加熱炉体
５はロッド組立型加熱体２０゜加熱体支持台ｌＯ１炉床
１５、断熱壁１Ｇ、炉体側コネクタ８などから構成され
るユニット化された加熱炉で、円筒面状に構成されたロ
ッド、Ｆ１１立型加熱体２０にかこ１れた領域に被処理
体（図示せず）を収容する。ロッド組立型加熱体２０へ
の電力供給はブースパー６、耐圧容器側コネクタ７、炉
体側コネクタ８、ヒータ用電極９全通して外部より行う
。この際ロッド組立型加熱体２０の上、下段ヒータ１１
，１２へは個別に電力供給が行えるように制御系ｔ　４
ｒｑ成して、力］１熱炉体５内の高さ方向の温度分布を
均一化する機能を持たせである。加Ｉｆ：、媒体ガスは
カＩＩ圧媒体注入ロ１７全通して耐圧円？！Ｉ２内へ圧
送される。

紀３図は４１：発り１ｊに〃ユ〃するＬ１ツド屋立型加
ｊ’ｊ’、’！体２０を抽出して示１川凶でおる。１１
１図にボタ−ように、ロツドルｌ立壓加熱体２０は土、
］段上ヒータ１、ｌ’２を」二、下段ヒータ１１，１２
間の絶Ａ云体１３を介しで上、Ｔ＆Ｃ段伍した４（ζ逅
と２Ａっている。ここで、上、−Ｆ段ヒータ１１，１２
はほぼ同じ構造でおるので、先ず上Ｊｇ？ヒータ１１の
＋ｊ”ｊ　ｉａ奮ｊ兄明する。上段ヒータ１１は、複数
本のグラファイト製のロッド２１ヶ円ＩＹ１〕間状に肖
ぼ等ピッチで配列し、その上、下１１１４部を、父互に
グラファイト製の土ｙ１ｒ、＋　４ｒ、ＩＨ締＃＋’ｉ
　ＨｉＳ材２２、およびグラファイト製の下９１Ｍ部１
ｊｓＨ１結部不５２４で締結し、各ロット２１を電り的
に直列につないだ］１・ｊ造となっている。

第４図に上）゛侶部締結部の計＃ｌＩｉ　Ａｌｌ１ｔマ
をフＪくす、）同図に示すように、ロット２１の上部先
端にはネジ加工を２頭こし、上端部締結部材２２とロッ
ト２１の締結部は接触面の接触抵抗をなるべく低く」１
ｖえる目的でテーノく形状としでいる。そして、ロット
２１の先端部に力１１工したネジに締結するグラフアイ
Ｆ　５ｋｌｊのナツト２３で上製）部締結部材２２とロ
ッド２１を完全に１６１定する。３（’　５図に下佑ポ
部締結部の詳＃ｌＩ＋　４４１；造を示す。同図に示す
よ’ｊＶｃ、ｒｙツド２１の下部光ｊ”ｉＭにはテーパ
ネジ加工全〃ｉ４こし、下端部締結部月２４にねじ込む
ことで両者を完全に固定する。このように、上、下端部
の締結方法が異なるのは上段ヒータ１１を組立でろ際に
上Ｆ端部ともにテーバネジ構造とすると汎を立が困Ｊｇ
ｌｆ：　Ｋ　７．ｃるグこめであり、上下Ｑ：ｉＡ部と
もボルト、ナツト締結４ｔＩｙ造にするか、あるいは上
ｙ；ｉ４　Ｆｉｌ（ｋテーバネジ締結４〕ｌｉ造、下端
部をポルｌ−、ナツト締結（：ｉｉｉ造にしても枦能的
に異なることはない。一方、下段ヒータ１２に関する上
端部締）１τ、ｑ部は、ロッド２１と同様のロッド２５
の上部先端を上端部締結部材２２と略同様の上、４郡締
結部材２６にナツト２３と同様のナツト２７により締結
し、またその下端部締結部は、ロッド２５の下部先端を
下端部締結部材２４と略同様の下端部締結部材２８に螺
合することに上り構成される。このとき下端部締結部月
２４と上端部締結部材２Ｇは絶縁体締結部材３１゜３２
に、ｌ：　＃）絶縁体１３を介して連結されている（第
３図及び第５図参照）０ 上段ヒータ、ｌｌへの′１１Ｌ力供給の、ヒータＪ’ｌ
ｌ　’Ｍ極２９全通して行なわれる０第３図に示ツ〜よ
うに、このヒータ用電極２９は円筒面状に配列したロッ
ト２１のうちのとなり合って並んだ２本のロットであり
、上、下２段に段積したロット組立型加熱体２０の場合
には、上段ヒータ１１のヒータＲ’１重、極２９が下段
ヒータ１２の円筒面状に配列されたロッド２１のと７ｉ
：す信って並んだ２本のロット領域を占有するた）０１
下段ヒータ１２においては合計４本のロッド分がヒータ
用型イヘ２９．３０として使われることになる。したが
って、上段ヒータ１１で幻、上メ１．！ｔ！ｌＩＩ締＆
’ｒ部材２２が６個、下端部締結ｆｉｌ、Ｓ判２４が５
イ１θであるのに対し、］１ｉヒータ１２では上端部＃
’ｈｊ結部月２６が５個、下グ１ｔす’Ａ　Ｉ’ｊｌ結
部材２８が４個となつ−Ｌいる０ 本実施例にかかるロット組立型加熱体２０のようｚＨＩ
Ｐ装置用の垂直円筒炉である加熱炉体５の内部に存在す
る高圧用ｊ圧媒体ガスのために炉内に激しい対流が発生
し、上、下方向に温度分イ１が生じやすいことが知られ
ている。この温度分イ１１を絢−にするため、ｊｂ力供
給量を個別に制御できるよう７１１］熱体全上下方回に
段（λみした複敷個のヒータ〃・ら構成する方法が有効
な方法の１つとして知られている。従来からあるモリブ
デン線をヒータとして使用する金属材料処理用のＩＩＩ
Ｐ装鉄ではほとんどこの方法がとられてオ、９　、通常
３〜６段のゾーンヒーティング（分割加、１．９０法が
一般的でるる。しかし本実施例にかかるような高温型の
加熱炉体５では加熱体の構造および材質上の制限から段
積型の加熱体を製作することが困難であった。これは各
段のヒータの自重を支持する有効な方法が無いためで、
たとえは各段のヒータ間に絶縁体（′ｆ（ｉ、気菌絶縁
、以降単に絶縁と称するのはすべて電気的絶縁を意味す
る）をづ申入し、加熱体支持台ｌＯで自重を支持する方
法では、高１晶（〜２０００℃）で元分な絶縁性ケイ（
する絶オ了；判が；、Ｑｌｊ　（、寸たヒータ１１？ｉ
む極も２９．３０で名１役ヒータのロゴ（′ｆＫ：支持
しよりとするとヒータ川？ａ４−３２９　、　３０の強
灰が不足するからでろるＯ 木芙施世１の１ｊソト組立型加ス：、〜体２０は上口Ｌ
：の絶ホベ１；ｔ−１３′（１１−各段ヒータ間姓二仲
入する方法をと９．７ＪＩｌ熱体支符台ｌＯで各段ヒー
タの目沖グ支持する’；Ｆ；　；′Ｊ−がとれるよ′）
ａ２縁１（ぐ１３の形状等を改良した点に化１攻〃ｉあ
る。Ａ′色Ｈ；１本１３に）ｄ、　ＪＩＪでさる本」オ
ーＦとしてＶよ＋Ｉζ゛ロンブーイトライトー　（１３
１Ｘｌ　）、戻化珪累（、、Ｓ：’　ｉｃ　）　、　フ
ルコ＝ア（７，、ｒ（Ｊ２　）　ｉどかあるが、加工が
容易であり、絶縁性が艮夕１°ｌボロンナイトライド（
ＩＪＮ）’（ｃ絶縁体として使用した。ボロンナイトラ
４Ｆ（ＬＩＮ　）の比抵抗（：ｆｉは常７１１Ａで１０
　Ωｃｍ、１３００℃で１０４Ωｒｒｎ程１ｊ［である
が高温（〜２０００’Ｃ）域ては大＋１Ｊに低下する０
これはホロシナ−１トう１ド（ＩＪＩ刈）ｒ％己結ブる
際に添加ずゐアルカリ金ｋＪｊ類のかＬ結助剤かボロン
ナイトフィト’（Ｕへ）焼結体甲に含１れているためで
、これは２２００　’Ｃ程度の高温でベイキンクするこ
とにより大部分を取り除くことができる。このようにし
てイｄられるボロンツー１トう・ｆド（１３Ｎ）＆よ；
＋ＩＵ常ＩＶ、′＋７晶Ｊ或（〜２０００℃）に３３・
いても比抵抗値が１００ｍ　程既はある。

比抵抗Ｏｃｔ　ｙｙ・ら絶縁［・トの抵抗値１ｔｉΩは
次式で求めることができる。

ここで　ｔ：絶縁体の厚み　　（ｏｎ）Ａ　　：　　！
”２　（’Ｘ　’１本の１イ升山＋　、ｉ？ｔ　　　　
（ｃＪ　）ρ：比抵抗　　　　　（Ω・ｒｍ） δ：ＡＫ対する実接乃ｊ（面わｔの比率法に、弔６図に
示すロツ）・組立型加熱体２０の１ｂ、包回路図から、
ａ′３７図に示す要素回路図を抜き出し菟力供給伍を個
別に制御するために必要な上、下段ヒータ１１，１２間
の絶縁体１３の抵仇匝全求める。

なお、第（５図に詮いて、３３は上段ヒータ１１をカ、
１］飼１ｊる制御器、３４は下段ヒータ１２を制御する
制御器でおる。

第７図における記−号ｔｉｔ　’ｔ　ｔｔそ゛れ以下の
値を示すＣ） Ｖｌ：」二段ヒータ、Ｌｌ（ロット２木分）に負荷され
るン；を圧　　　　　（Ｖ）Ｖ、：下段ヒータ１２（ロ
ッド２本 分〕に負荷される電圧　　　　　（ｖ）１１：上段ヒー
タ１１（ロッド２本 分）にθＩＣ，れる電流　　　　　　　（イ）１２：下
段ヒータ１２（コツ１°２本 分）に流れる電流　　　　　　　（５）１−１１．、　
Ｒ１２：上段ヒータ１１（ロッド２本分）の抵抗値　　
　　　　　　　ρυ １ｔ２１．）ｔ２゜：下段ヒータ１２（ロッド２本分）
の抵抗値　　　　　　　　　住υ 几ｉ　：絶縁体１３の抵抗値　　　　　　（（刀■ｌ：
絶縁体１３に負荷される電圧　　（Ｖ）Ｉｉ：絶縁体１
３に流れる電流　　　　囚第７図において、回路を流れ
る電流の間には次の関係がある。

Ｉｔ、□（ｉ、−１ｉ）−Ｌ□（１２−ｉｉ　）＝）ｔ
ｉＩｉ＝Ｖｉ　　　　−■ 上段ヒータ１１の供給電力Ｗｌは、 Ｗ、＝＝＋、　Ｎ−（１＋　（＋、　　Ｉ＋）　１ｔ＋
２’ｊ）絶縁体１３の砒抗値が無限大の場合（上、下段
ヒータ回路が非接触の場合）の上段ヒータの供給重力Ｗ
Ｏは Ｗｏ　””　ｊ　１　　（Ｒｕ　　＋　１ｔ＋ｚ　　）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−σ）ノ
（２）において、ｉ　、　））　Ｉ　ｉ　　であるので
、Ｉｉ　　　２ Ｗｌ　＝　ｉ　、”ｉｔ、、　＋４１　”（１−−）　
　Ｒ，２１゜ Ｉｉ ”’　１１　Ｊｔｕ　＋ｊ□”（１−、）Ｒｔ□　　　
−■ｌ ■よＴ）ｌｉを求めると、 ■を（Φに代入すると ここで各ロッドヒータの抵抗１１α力ｓ　ｔｒ　Ｉｓ等
しいとすると、 １（＝　Ｊ（、、＝＝　ｎ、、□＝　ｔｔ２．＝　１ｔ
２２−　（８）（８）葡■に代入して 供給′屯力を′Ｉ′ｉｊ、川ｆ！ｉ’用餌１するものと
して、１１−１□≦１０　囚 絶縁か完全ｌ場合に対して、１％の誤差ｋ　ｉＴ　−ｆ
ものとすれば、 １”１／／ＶＶ、　＝＝　（ｌ　Ｑ　１＝−Ｘ　１０ ＩＬｉ したがって ＩＬｉ　≧）’Ｌｘ　１０　　　　　　　　　　　−の
が溝されれは供給電力は１％の誤差ｔｙｉで柘ＩＩ　（
ｐＨできるものと考えられる０ 以上の検討〃・ｂ１０ツド２１，２５の抵抗値に対して
上記（ゆ式を満たすＲｉの抵抗１ｊｔｌを与えるよりに
絶縁体１３の形状および、断面わで（５）に対する実接
触面績の比率（δ）を決めれば、絶縁性は実用上問題の
無い値となる０ 断面積（Ａ）に対する実接触面績の比率（δ）は、たと
えば第５図に示すように土、下段ヒータ１１゜１２間の
絶に８、体１３と下端部締結部材２４、上端部締結部材
２６の接融面をギザギザにすることで小さな値にするこ
とができる。即ちδが小さくなればＩｔｉは大きな値と
なる。たとえば、３．ｃｒｎ角のサイコロ状のボロンナ
イトライド（ＢＮ　）絶縁体を使用した場合、２０００
℃での比　抵抗１直が１０Ω”ｔｍ程度であり、ロッド
２１，２５の抵抗１＋＋ｉを１０−’Ωとした場合、Ｊ
　＝＝　１／　ＩＱ　　　となる。

即ち、ギザギザの先端部の接触面積および絶縁体か’ｉ
（ｉ結部材３１．３２と土、下段ヒータｌ　ｌ。

１２間の絶縁体１３の接触面積を、ＩＪＩ］えた値が、
上、下段ヒータ１１，１２間の絶縁体１３の断面積（△
）の１／□０　であれケ、１；よいことになる０以上実
施９ＪとともＶこ具体的にｄｈ：明したように、本発す
１」によれＣまグラフアイ−芽１１のロット°全１］］
１寵而を構成するように一定のピッチで４１１　？ａ木
並べ、各ロッドの上、下Ｍ　Ｈ’Ｇ　”ｒ”　ｚ　グラ
ファイト娼Ｉνのｋｎ部締結部材で上、下端部交互ＶＣ
締昂し、電９（的に各ロッドが直列に結ばれた抵抗とな
るようにしてヒータを形ルｙしたので、グラファイト製
ヒータの具臨する下記利点を有し、烙らに従来のスリッ
ト型ヒータの欠点全おぎなう加熱体を提供できる〇 〔グラファイト賓ヒータの具１１１３する利点Ｊ■　Ｉ
ＡＩ有抵抗抵抗度係りが小さいため局１力的なＪｆｉ、
耗が魚床に進むことが少ない。また１、預点力く高（（
３７００℃）溶断の心配がない。

（？）熱膨張係俄か小さいため、熱応力に起因する破損
が起りにくい。

■ノ　高温下での強圧の低下が無いので寿命か長い。

〔スリット型ヒータに比べすぐれている点」（」９　　
ロッドを組立ててヒータを４トン成するため、大＠烙（
【」径）には制限がない３、 （２）　ロッドをａｔ立ててヒータｋ　横１ｊ１；する
ため、損耗した部拐を交換することで再使用できる。

すなわち補１響が可能である。

また、前記ヒータを前記端部締結部拐及び絶縁体を介し
て土、下方向に２段以上段績にしたので各段別側に供給
電力′ｆＡ′、を制御することができる０このとき各段
のヒータ間に挿入する絶縁材が必要とする抵抗値を各段
のヒータの抵抗値力）ら矛ν定し、絶縁体とヒータの接
ｆ独抵抗、絶縁材の固有抵抗とから最適な形状とするこ
ともできるＯ

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る加熱体であるスリット型ヒータ
を示すか゛１視図、第２図は本発明の実／／ｉｌｉ　ｆ
ｌｌに係るロンド組立＾シのヒータを２段積したロッド
組立型加熱体を組込んだ１４１　Ｐ　装置を示す縦断面
図、第３図はそのロッド組立型加熱体を抽出して示す斜
視１ネ１、第４図はグラファイト弧の上端部線軸部材で
グラファイト製のロッドの土、）？、ｌ＋ｉ部ケ締結す
る様子を説明フるための肘・し断面図、第５図な、１よ
、下段ヒーク勿段積みし１０ンド組立型７Ｉｎ熱体を（
ｉ、γ成する場合の絶縁体のＩｉ％付状況を説ｉｆ、Ｅ
ｊするための縦断面し１、第６図はロッド糾立型刀口熱
体の亀父回路図１、第７図はその４１ｉ入電父回路図で
ある。 図　　面　　甲、 １は熱間静水Ｌ［力］１圧装置ゲ、’、（ＨＩＰ装置）
、２は耐圧円１Ｙり、 ３は土器、 ４は下桁、 ５は力ｎ熱炉体、 ９はヒータ用′由４へ、 １０は加熱体支持台、 １１は上段ヒータ、 １２は下段ヒータ、 １３は絶縁体、 ２０はロンド組立型刀口然体、 ２１はロッド、 ２２は上）ン；Ｍ部締結部材、 ２４ケよ下情部締結部材、 ２５はロッド、 ２６は上海部締結部材、 ２８はト端部締結部月、 ３　３　は　１１．リ　御　器　、 ３４は制御器である。 特許出願人 三菱重工業株式会社 ｆ隻代　理　人 弁理士　光　石　士　部（他１名） 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１■」圧円筒の上、−Ｆ端に似合する土器、下蓋から
   栴成される耐圧容器の内部に加熱炉体を設けた熱間静水
   圧加圧装置において、グラファイト馴のロンドを、円筒
   面を構成するように一定のピッチで複敬本並べるととも
   に各ロンドの上、下端部をグラファイト製の土、下端部
   締結部材で交互に締結し、各ロンドが１１．、気菌に直
   列に接続された抵抗となるようにオフ￥成して少ｌくと
   も上、下２段に配設するヒータと、上、Ｔ模ヒータ間を
   前記上、下端部締結部Ｉに夫々当接して絶縁する絶縁体
   とからなるロンド組立型７１１１酪体を有するとともに
   、上段ヒータの口止を下段ヒータを介して加熱体支持台
   で皮付し、更に各段ヒータへの電力供給を、ヒータ用電
   極を辿して耐圧容器外から行なうとともに各段ヒータへ
   の供給直方を各段別個に制ｆｉｌｌするように接続した
   ことケ特徴と１−る熱間静水圧加圧装ｉｌｌ　ｏ　。