JPS623673Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高温高圧ガス雰囲気下でセラミツク
スあるいは金属粉末成形体の焼結、緻密化を行な
う、いわゆる熱間静水圧プレス（以下、HIPと略
記する）装置に係り、特に内部に断熱層、加熱装
置を備えたHIP装置と、冷却ステーシヨン及び必
要に応じ取り出しステーシヨンと、前記HIP装置
とそれら冷却、取り出しステーシヨンとの間で被
処理体、加熱装置、断熱層を高圧容器の一方の蓋
と共に搬送する搬送装置を具備したモジユラー方
式HIP装置における加圧処理装置に関するもので
ある。

HIP処理は、高温下で不活性ガスを圧力媒体と
して等方的に被処理体を圧縮し、セラミツクス粉
末、金属粉末またはこれらの混合物から緻密な焼
結体を製造したり、超硬合金の残留空孔を圧潰し
て除去したり、あるいは金属材料を拡散接合する
ための優れた方法として近年各方面より頓に注目
を集めている技術である。

かかるHIP処理は高温高圧の雰囲気で行なわれ
るため、特別の構造を備えたしかも高価なHIP装
置を用い、昇温、昇圧、降温、降圧に長いサイク
ルタイムをかけて行なわなければならず、このサ
イクルタイムを短縮しHIP処理の効率を上げるこ
とは大きな技術的課題とされている。それを解決
せんとして従来、長時間を要する加熱昇温を予熱
炉にて行ない、HIP装置内では、単に昇圧のみあ
るいは若干の昇温にとどめてHIP装置の時間的利
用効率を高めようとする幾多の試みがなされ、そ
の代表的な例として英国特許第1291459号明細書
に提案された発明がある。この装置においては確
かに、サイクルタイムの短縮を計ることができる
という利点はあるにしても、通常の高圧高温処理
設備の他に、予熱炉が必要になり設備費が高くな
るという欠点に加えて、予熱後の被処理体の搬送
が大気中で行なわれる為に、その放熱による熱損
失が極めて大きくなるという欠点を有し、さらに
致命的なことには、予熱後の高温処理体を高圧室
内に挿入する際、被処理体の放熱により高圧シリ
ンダの下部内壁面が過熱され、更に、高圧シリン
ダ内壁面の過熱により下部密封リングが損傷を受
けるという極めて重大な欠点を有しているのであ
る。安全性を厳しく追求されるこの種装置におい
て、如何にサイクルタイムの短縮を図ることがで
きるといえども、かかる装置を採用することは極
めて問題がある。そこで本出願人はそれに改良を
加え、サイクルタイムの短縮が可能でしかも高圧
シリンダ等の装置各部への悪影響がない安全性の
高いHIP装置を特開昭51−124610号公報により既
に提案した。この提案になる発明の特徴は、高圧
シリンダ、同高圧シリンダの上下開口部を夫々密
封する上部プラグ、下部プラグによつて劃成され
る高圧室内に、断熱と、同断熱層の内側に加熱装
置とを有し、前記下部プラグ上に載置せる被処理
体に高圧高温ガス雰囲気下で焼結あるいは接合等
の処理を行なう高圧高温炉において、前記下部プ
ラグ、加熱装置及び断熱層を前記高圧シリンダ外
へ一体的に取出し可能に設けるとともに、前記断
熱層及び下部プラグによつて劃成される処理室を
開閉自在に設け、かつ、前記処理室の密封手段を
設け、更に、前記下部プラグの外側と処理室の内
側及び外側とを連通するガス通路を前記下部プラ
グにそれぞれ設け、且つ、前記ガス通路を弁を介
して連通させた点に存する。この発明によれば、
被処理体を予熱することによるサイクルタイムの
短縮はもとより、予熱した高温被処理体を高圧室
内に搬送する場合に被処理体の放熱を最小限に抑
えることができ、しかも放熱により高圧シリンダ
内壁面を過熱することもなく、高圧シリンダの寿
命を伸ばすことができるから、保安上安全である
ばかりでなく、予熱を真空あるいは特定不活性ガ
ス雰囲気下で行なうことができるため、加熱装置
及び断熱層にも、高温酸化性材料の使用が可能と
なるに至つた。

ところで、一方、前記の如きHIP装置の１基
に、不活性ガス雰囲気下で被処理体を予熱、若し
くは冷却する１乃至複数基の補助ステーシヨンを
組合わせ、HIP装置と、該補助ステーシヨンとの
間を水平方向に敷設された軌道によつて連結搬送
せしめHIP装置内で急速降圧後、高温のまま不活
性雰囲気ごと、被処理体及び加熱装置をHIP装置
から取り出し、別途、補助ステーシヨンで冷却
し、あるいは、HIP装置装入に先立ち、予加熱し
得るようにした、いわゆる、モジユラー方式の
HIPシステムが開発された。

このモジユラー方式HIP装置は、それ以前の装
置に比べ、HIP処理が行なわれている間に他の補
助ステーシヨンで冷却、予熱あるいは被処理体の
装脱が行なわれる点でHIP処理サイクルタイムを
大幅に短縮し、効率のよいHIP処理を可能とする
ものであり、今後、実用化が期待されるものであ
るが、しかし、この装置にも、なお次のような欠
点が見出された。

それは、HIP装置用断熱層は、処理室内雰囲気
が、例えば2000℃、2000気圧の場合にも高圧容気
内壁を100℃〜200℃以下に保つ高性能なものであ
る。従つて、上記モジユラー方式でHIP処理した
後、冷却ステーシヨンで冷却する場合、断熱性能
が却つて良すぎて冷却に長時間を必要とすること
である。

かくして、本考案は前述の如きモジユラー方式
HIP装置によるサイクルタイムの大幅な短縮に加
えて、更に冷却時間の短縮化を促し、もつて、よ
り一層の短縮化を図ることを目的とするものであ
る。

即ち、本考案の特徴は、HIP装置、冷却ステー
シヨン及び必要に応じ取出しステーシヨンと、こ
れらの間の搬送手段からモジユラー方式HIP装置
における効果的な断熱層構成を提供するもので、
断熱層を内層と外層との２層に分割形成し、外層
は高圧容器内に定置すると共に、内層は、加熱装
置、被処理体、高圧容器蓋と共に一括して高圧容
器に対し着脱可能とした点にある。

以下、更に、添付図面を参照し、本考案の具体
的な実施例を説明する。

第１図は本考案加圧装置を含むモジユラー方式
のHIP装置の概要を示しており、図において、１
は軌道であり、軌道１上に走行自在に載置された
搬送台車２には、例えばチエーン捲上げ方式、ウ
オームギア・ラツク方式、ピストン方式等公知又
は慣用の駆動手段（図示せず）により昇降し得る
支承台３が搭載される。軌道１の上方には該軌道
１に沿つて複数基の補助ステーシヨン４，４′…
…及びHIP装置５が列設される。HIP装置５は、
頂部が圧媒ガス流通路を有する上蓋６によつて気
密に閉塞された竪型耐圧シリンダ７とその底部に
着脱自在に嵌合し装着し得る下蓋８とによつて形
成される高圧容器と、下蓋８の上面に装設されて
高圧容器内に収納され且つ内側に加熱装置９を内
蔵した倒立コツプ状断熱層１０により囲まれた処
理室１１とから主に構成され耐圧シリンダ７に装
着された上蓋６と下蓋８とはプレス枠体１４，１
４′によつて挾圧される。そのため、上記処理室
１１は、断熱内層１０と下蓋８とを一体的に耐圧
シリンダ７から離脱させることにより、HIP装置
５の外へ取出し可能である。一方、補助ステーシ
ヨン４，４′……は断熱内層１０を完全に収納す
るに足る容量を備えており、必要に応じ外周に冷
媒ジヤケツト１２を備えたドーム型ベツセル１３
が設けられ、ドーム型ベツセル１３の底部開口は
前記下蓋８が嵌合し得る大きさ並びに形状に形成
されている。

断熱内層１０、加熱装置９、被処理体Ｍは、搬
送台車２の支承台３上に搭載され、搬送台車２の
走行によつて、竪型耐圧シリンダ７又はドーム型
ベツセル１３，１３′の直下に位置せしめること
ができると共に、その位置で昇降手段を作動させ
ることにより、断熱内層１０、加熱装置９、被処
理体Ｍを耐圧シリンダ７又はドーム型ベツセル１
３，１３′に挿入又は離脱させることができる。

第１図の例にあつては、３基の処理室、即ち
HIP装置５中に装入されている第一の処理室１
１、補助ステーシヨン４中に装入されている第二
の処理室１１′及び被処理体装入準備中の第三の
処理室と、２基の補助ステーシヨン４，４′と、
１基のHIP装置５とが示されている。又、高圧容
器の上蓋６と下蓋８とを挾圧するプレス枠体１
４，１４′は台車１５上に搭載されて軌道１６上
を走行し、作用位置と退避位置との間を往復する
ことができる。

上記の如き構成からなる装置において、本考案
ではその特徴として前記HIP装置５内に更に断熱
層２０が設けられており、これはたとえば高圧容
器の上蓋６により吊下保持され、第一の処理室１
１が高圧容器より取り出された後においてもHIP
装置に残存する如く高圧容器内に定置されてい
る。従つて、HIP装置５の高圧容器内では断熱層
は外側断熱層、即ち、外層２０と、内側断熱層、
即ち内層１０の２層構成となつている。

なお、この断熱層は、図では内外２層であるが
各層１０，２０において、夫々多層構造とするこ
とは勿論、容易に考えられるところである。

又、図示例においては、加熱装置、断熱層内
層、被処理体を高圧容器の下蓋８と共に高圧容器
より取り出す場合について説明しているが、第２
図のようにして上方より取り出し得るようにする
ことも勿論可能であり、本考案の包含するところ
である。

本考案装置は以上のような構成からなり、次に
その作用を再び第１図にもとづいて説明すると、
先ず、HIP装置５内において、被処理体Ｍを通常
のHIP処理手段に従つてHIP処理するには、内部
が常温あるいは昇温状態にある処理室１１を坦持
した下蓋８を耐圧シリンダ７の下端に気密に嵌着
することにより、処理室１１は耐圧シリンダ７中
に装入配置される。バルブを閉止し圧媒ガスを導
管から高圧室へ圧入すると共に加熱装置９に通電
し加熱を続け炉内を昇温してHIP処理を行なう。
加圧は窒素ガス、テルゴンガス、ヘリウムガス等
の不活性ガスを圧媒とし、少なくとも500気圧程
度の高圧を以つて、又、温度はセラミツクス、金
属等の被処理体の構成材料が塑性流動を起こすに
必要な適宜な温度が採択される。HIP処理によつ
て被処理体はより緻密化され、理論密度に近い高
密度成形体となる。

HIP処理が完了した後、圧媒ガスを導管より排
出し炉内圧力を常圧に戻した後は、更に内部温度
の降下を待つことなく、プレス枠体１４，１４′
を撤去して、下蓋８を耐圧シリンダ７から取り外
し、処理室１１並びにその中の被処理体と一体的
にHIP装置５より取出して冷却のために補助ステ
ーシヨン４に取り付ける。

これには、HIP装置５より下蓋８と共に取り出
された処理室１１はその内部が高温の不活性ガス
等の圧媒ガスを以つて充満されたまま外気と遮断
された状態で補助ステーシヨン４のドーム型ベツ
セル１３に装入され、前述と同様に導管よりの雰
囲気ガスの送入及び排気管よりの排出を行なつ
て、処理室１１内は引続き不活性ガス雰囲気下に
保たれる。この場合は加熱装置に通電する代わり
にドーム型ベツセル１３の冷媒ジヤケツト１２に
冷水等の冷却媒体を流通させると、導管より流入
し、被処理体Ｍ、加熱装置９等処理室１１内部の
熱を奪つて昇温した雰囲気ガスは、冷媒ジヤケツ
ト１２の内壁で熱交換を受け冷却されて排気管よ
り排出される。

かかる冷却工程は従来HIP装置内で長時間をか
けて行なわれていたのであるが、本考案によれば
HIP装置外で行なわれるため、HIP装置本体のサ
イクルタイムの大幅な短縮を可能とし、又、不活
性ガス雰囲気内で充分な冷却を行なうことができ
るため、モリブデン等の高温で安定して使用し得
るにも拘らず、高温酸化性の材料を加熱要素等の
材料に適用することが可能となつた。

かくして冷却が終了すると、処理室１１′をド
ーム型ベツセル１３より取り出し、搬送台車２を
利用することによつて処理された成形体を処理室
内より取り出す。

なお、上記説明は補助ステーシヨンを冷却ステ
ーシヨンとした場合であるが、前記とは逆に補助
ステーシヨンにHIP処理に先立つて装入すること
により予熱を行なうこともできる。

又、補助ステーシヨンを複数基設けて、必要に
応じ取出ステーシヨンとすることもできる。

以上のようにして、本考案装置では、移動可能
な処理室１１をHIP装置５と組合わせてHIP処理
を行ない、HIP装置の内圧を降下せしめ常圧に復
した後、更に内部温度の降下を待つことなく直ち
に処理室１１を外部雰囲気と実質的に遮断された
状態でHIP装置より取り出し、そのまま補助ステ
ーシヨンに装着し冷却工程に付す一方、別の処理
室１１′内に装入され準備された被処理体をHIP
装置に装入してHIP処理を施すことができるた
め、HIP装置の占有時間、特に降温の為の占有時
間が著しく短縮され、HIP処理のサイクルタイム
を極度に小さくすることができる。又、予熱も処
理室１１を補助ステーシヨンと組合わせることに
よつて簡単に行ない、そのまま処理室１１をHIP
装置と組合わせてHIP処理を行なうことができる
為、高価な予熱専用炉を用いたり、HIP装置内で
予熱とHIP処理の双方を連続して行なうための従
来の装置に比し、設備費が極めて少なくて済み、
熱エネルギーの損失を最少限になし得ると共に
HIP処理のサイクルタイムを更に短縮することが
できる。

そして、叙上のようなHIP処理工程において、
本考案の断熱層は、内層１０と外層２０の２層よ
りなり、内層１０は処理室１１と一体となつて取
り出されるが、外層２０は高圧容器内に定置され
ていることから被処理体Ｍに例えば2000℃、2000
気圧のHIP処理を施す場合にも高圧容器の温度は
100℃以下に保持される。そして、冷却ステーシ
ヨンにおいては、断熱層は内層１０のみとなるの
でその冷却速度を早めることができる。

なお、内層１０に気密ケーシングを下蓋８に気
密に結合しておけばステーシヨン間の搬送の際に
も処理室を不活性ガス雰囲気に保つことができ
る。又、前記図示例の如く冷却ステーシヨンに積
極的冷却手段を設けることは頗る有利である。

次に、本考案装置を利用してHIP処理後、800
℃で製品、断熱層内層等を高圧容器から取り出
し、冷却ステーシヨンで200℃まで冷却した場合
の実施状況を示すと、800℃から200℃まで冷却す
るのに、断熱層を分割しない従来のモジユラー方
式Ｂでは11時間を要していたが、本考案の分離型
断熱層を利用した場合Ａは5.5時間と大幅に短縮
された。

第３図はこの状況を示している。

以上詳述した通り、従来はHIP処理後の降圧．
降温をHIP装置内で長時間を費して行なつていた
ものを、本考案装置によれば、急速降圧後、高温
のまま不活性ガス雰囲気ごと被処理体及び加熱装
置をHIP装置から取り出し、別途補助ステーシヨ
ンで冷却を行なうようにしたから、HIP処理のサ
イクルタイムが大幅に短縮され、効率が飛躍的に
向上する。又、HIP装置の中で成形体を低圧下長
時間加熱して予熱を行ない、次いで圧媒ガスで加
圧する従来法にあつては、高圧下の加熱に適する
構造のHIP装置による低圧加熱が非常に長時間を
要し、その間高価なHIP装置が占有されるのに比
し、本考案装置は、加熱装置を内蔵し断熱層で蔽
われた処理室を移動可能とし、低圧加熱を別途補
助ステーシヨンで行なうようにしたから、HIP炉
の占有時間がこれ又、著しく短縮され、HIP処理
のサイクルタイムを更に減少し、効率の優れた
HIP処理を可能とするものである。又、１基の
HIP装置に対して複数基の補助ステーシヨン及び
処理室を用意して、HIP処理が行なわれている間
に他の補助ステーシヨンでは冷却、予熱あるいは
被処理体の装脱を行なうようにすれば、HIP処理
終了後、直ちに別の被処理体をHIP装置に装入で
きると共に、HIP装置内での冷却操作時間を消去
し得るからサイクルタイムを更に短縮でき、HIP
処理を１基のHIP装置を用いて半連続的に実施す
ることができるために、製品価格を更に大幅に低
減させることができる。

なお、以上は補助ステーシヨンを利用したこと
による、いわゆるモジユラー方式の効果である
が、更に本考案にあつては、叙上の効果に加え、
特に断熱層を内層と外層の２層に分割構成したこ
とにより、HIP装置内では両層併用による断熱効
果によつて高圧容器の温度は低く保たれ、過上昇
が防止されると共に、必要な電力の低減をもたら
し、一方、冷却ステーシヨンにおける冷却に際し
ては内層のみとなり冷却速度を早めてより一段と
処理サイクルタイムを短縮することができ、従つ
て、冷却ステーシヨンの数の削減となり、全体の
HIPシステムを簡素化するなどの諸効果が付加さ
れ、モジユラー方式HIPシステムの工業化促進に
顕著な効用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る装置の一例を示す一部断
面概要図、第２図はHIP装置の変形実施例を示す
断面概要図、第３図は本考案装置を利用したHIP
装置と比較例装置との処理サイクルタイム比較図
である。 １……軌道、２……搬送台車、４，４′……補
助ステーシヨン、５……HIP装置、７……竪型耐
圧シリンダ、８……下蓋、８ａ……環状外側蓋、
９……加熱装置、１０……断熱内層、１１……処
理室、１２……冷媒ジヤケツト、１３……ドーム
型ベツセル、１４，１４……プレス枠体、１５…
…台車、２０……断熱外層、、Ｍ……被処理体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 竪型耐圧シリンダの上下開口部にそれぞれ上
   蓋と下蓋とが気密に嵌着された高圧容器の前記
   耐圧シリンダ内中央部の被処理体収容空間を囲
   繞して加熱装置が装設され、該加熱装置と耐圧
   シリンダ内壁との間に断熱層が介設されると共
   に前記収容空間に収容した被処理体に熱間静水
   圧プレス処理を施すための雰囲気ガス並びに圧
   力、温度調節手段を具えてなる熱間静水圧プレ
   ス装置において、前記熱間静水圧プレス装置は
   その断熱層が少くとも内層と外層の２層により
   形成され、内層は前記被処理体と加熱装置とを
   内包して該内層に囲まれる空間を外部と気密の
   状態でそそれらと共に前記高圧容器より取り出
   し、装入可能であり、一方、外層は前記高圧容
   器内に定置されていることを特徴とする熱間静
   水圧加圧装置。 ２ 被処理体、加熱装置、断熱層内層が下蓋と共
   に高圧容器より断熱層内層内空間を気密の状態
   で取り出し、装入される実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の熱間静水圧加圧装置。 ３ 被処理体、加熱装置、断熱層内層が一括して
   高圧容器の上部開口部より、その断熱層内層空
   間を外部より気密状態に保持して取り出し、装
   入される実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   熱間静水圧加圧装置。