JPS6241193Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は熱間静水圧加圧（以下、HIPと略記す
る。）装置、特に大形の中空形状製品、とりわ
け、セラミツク製品のHIP処理に好適な装置に関
するものである。

HIP装置は、高温高圧ガス雰囲気下で各種金属
粉末あるいはセラミツクス粉末を緻密に焼結した
り、鋳造材又は通常の焼結体内部に存在する気孔
を消滅させて高強度、高品質の部材を製造するた
めの高圧処理装置として近年、注目されている装
置であり、機械部品へのセラミツクの応用が各国
で盛んに研究されている現在、高性能セラミツク
製品の製造の有力な技術として一入、関心が寄せ
られている。

しかし、かかるHIP装置を用いて大形のセラミ
ツク製品を処理する場合には、従来の金属製品の
成形の場合に比べて工業上、次のような種々の問
題が存在する。即ち、その１つは、セラミツク製
品は一般に熱伝導率が金属より小さく、しかも熱
衝撃に弱いことであり、他の１つは、セラミツク
のHIP処理には1700〜2000℃という高温が必要で
あることである。

このうち、前者はセラミツク製品が急熱、急冷
し難いことを意味しており、例えばある種のセラ
ミツクのHIP処理に際しては、加熱及び冷却速度
を500℃以下に抑えなければならないことが起
る。又、このような状況下で後者のように高温ま
で加熱しなければならない必要があるためにHIP
処理サイクルがいきおい長くなり、セラミツク製
品のHIP処理は通常の金属のHIP処理に比較して
工業上の難点を包含している。

ところで、このようなHIP処理は従前において
は、内実製品の成形がその殆んどであり、中空材
の製品化については中子を用いる型を使用するこ
とによつて行なわれており、製品内部への熱の伝
導を考慮すれば、前記セラミツク製品の場合の製
品内芯部への熱伝導状況の遅さはより一層、処理
サイクルタイムの長期化をもたらしている。

本考案は上述の如き実状に対応し、中空形状の
製品、就中、セラミツク製品の加熱、冷却速度を
速め、HIP処理に要するサイクルタイムを大幅に
低減することを主たる目的とするものである。

又、本考案は、前記中空形状の製品において内
外均一加熱により処理サイクルタイムの短縮と共
に、併せて処理時において製品中に生ずる熱応力
を小さくし、製品品質の向上をもたらすことも他
のもう１つの目的である。

即ち、上記目的を達成するための本考案装置は
高圧円筒と、該高圧円筒の上下開口部に嵌着され
る上下各蓋によつて画成される高圧室内に断熱層
及び加熱装置を内蔵配置して被処理材にHIP処理
を行なう装置において、被処理材は中空材からな
り、前記高圧室中心部に該中空材芯部に挿入され
る芯材を設け、前記加熱装置と、該芯材との間を
被処理中空材処理空間となすと共に前記芯材と被
処理中空材内面との間に、更に内側加熱装置を配
設せしめたことを特徴とするものである。

以下、添付図面を参照し、本考案装置の具体的
各実施例について詳述する。

第１図イ，ロは本考案加圧装置の１例に係る処
理状態、製品取出状態を示す各断面概要図であ
る。

又、第２図乃至第６図は夫々本考案装置の他の
実施例に係る各断面概要図、第７図及び第８図は
製品上方取出しの場合における本考案装置の実施
例を示す略示断面概要図である。

先ず、第１図乃至第６図において本考案HIP装
置の基本的な構成は、高圧円筒２と、高圧円筒２
の上下開口部に嵌合される上蓋３ならびに下外蓋
４、下内蓋５からなる下蓋によつて区画構成され
る高圧室内に断熱層６と加熱装置７を夫々内蔵、
配置せしめて構成してあり、高圧室内部の下内蓋
５上面の台座上に被処理材、即ち中空材９を載置
保持せしめている。

そして、上蓋３には図示していないが高圧高温
ガスの供給、取出源に連なる圧媒ガス流通孔１３
が設けられており、又、下蓋側には、下外蓋４、
下内蓋５に夫々急速冷却時におけるガス通路１
１，１２（勿論、高温高圧のHIP用ガス通路とし
てもよいが）が穿設されている。

なお、１は上記の高圧円筒２、上下各蓋３，
４，５からなる高圧室を処理時、確実に封鎖保持
するためのプレスフレームであり、処理時には図
示の如く高圧円筒、上下蓋を囲んで配置される
が、製品取り出し又は被処理材装入時などは退避
状態にある。

しかして、前記の構成において、符号１０で示
される高圧室内中心部に設けられた芯材は本考案
装置の重要な部材であり、該芯材１０と高圧室内
の前記断熱層６内部の加熱装置７（以後、外側加
熱装置という）との間に前記被処理中空材９の処
理保持空間を形成しており、芯材１０と被処理中
空材９との間に更に加熱装置、即ち内側加熱装置
８を設け、被処理中空材９を内外両面より加熱し
得るようになしたことは本考案における大きな特
徴である。

もとより、上記HIP装置は、処理時、1000〜
2000℃という高温下に保持される関係上、高圧室
を構成する各部材は高温に耐える素材が利用され
ることは云う迄もなく、とりわけ、断熱層６は
HIP処理時、高温に曝され、一方、被処理材取り
出し、装入時には外気に触れることもあり、その
繰り返しによつて温度差に耐えなければならない
ので通常の場合、概ね、耐熱円筒からなる複数の
円筒又は倒立コツプを同心状に重合し、各円筒又
はカツプ内にセラミツクフアイバー、耐熱グラス
ウール、あるいはアルミナとシリカとの混合繊維
の如き断熱性良好なる繊維などを充填することに
よつて形成される。

そして、前記芯材１０も亦、前記高圧室構成素
材と同様、高温に耐える素材が使用される。加熱
装置７，８は、勿論、外側、内側共に従来、提案
しまた利用されている種々の型式の加熱装置が採
用される。

ところで、上記本考案装置における芯材１０、
内側加熱装置８の設置の態様であるが、内側加熱
装置８と芯材１０との間に断熱層１４を設けるこ
とを含め、種々の態様が考えられ、夫々の状況に
応じて設計的改変が可能である。

即ち、第１図イ，ロは通常のHIP装置における
倒立コツプ状断熱層の天井部内面より芯材１０な
らびに内側加熱装置８を垂設せしめた態様であ
り、内外両加熱装置７，８間に形成される空間に
下内蓋５上に載置した被処理中空材９を収納し、
高温高圧ガス流通孔１３を通じて点線矢示の如く
ガスを流通させることによりHIP処理を行ない、
また下蓋におけるガス通路１１，１２を通じて実
線矢示の如くガスを導入することにより急速冷却
を図ると共にロ図の如く、下内蓋５を適宜、昇降
機構（図示せず）によつて昇降させることにより
製品の取り出し又は装入を行なうものである。

これは最も一般的な構成である。

なお、この場合、下内蓋５には芯材１０が嵌合
するための開口部１５がその中心部に設けられて
いる。

第２図イ，ロは前記第１図が芯材１０及び内側
加熱装置８を垂設して設けているのに対し、芯材
１０を下内蓋５と一体に設けたものであり、同じ
く下内蓋５上に載置された被処理中空材９と芯材
１０との間に内側加熱装置８が配設される。

この場合には、HIP処理、急速冷却における各
ガスの導入、排出等は前記第１図と同様である
が、芯材１０、内側加熱装置８共に製品の取り出
し、装入時には外気に接することになるので、特
に構成素材に留意する必要がある。通常は、芯材
１０は下内蓋５と同一構成材よりなる。

第３図イ，ロは第１図と同じく上方より垂設さ
れ、製品取り出し時においても芯材１０及び内側
加熱装置８が高圧室内に残存しているが、芯材１
０が上蓋３と一体に構成されている例である。こ
の例ではプレスフレームの力量が芯材１０の直径
に働く圧力分だけ少なくなり、プレスフレームの
力量減少に有効である。又、このとき芯材１０に
は適宜冷却水通路を上蓋及び芯材１０内に穿設し
て芯材１０を水冷することが好ましい。

この場合にあつても下内蓋５の中心部には芯材
１０嵌合用開口部１５が設けられ、被処理材の
HIP処理ならびに急速冷却は第１図におけると同
様である。

次に第４図イ，ロは第３図図示の装置において
芯材１０と内側加熱装置８との間に更に断熱層１
４を介装せしめた場合であり、上蓋３及び芯材１
０に適宜冷却水通路が設けられるが、断熱層１４
は、芯材１０挿入孔を除いて上端面が閉鎖された
内外二重筒構造となつており、被処理中空材９の
収納空間はそれだけ狭くなつている。

更に、第５図、第６図に示す装置例は下内蓋５
と一体に構成された芯材１０が断熱層６，１４の
上方より突出し、上蓋３に形成された開口部１
５′に嵌り合つている態様からなり、第５図は内
側断熱層を有しない場合、第６図は内側断熱層１
４を有している場合である。

以上の各装置例は、何れもそれら図より理解さ
れる通り、製品を下方より取り出す場合である
が、本考案は、上記の如き下方取り出しに限られ
るものではなく、上蓋を開放し、上方より取り出
すようにすることも可能である。

第７図、第８図の各イ，ロはかかる上方取り出
しの例を示しており、装置は簡略に示している
が、何れも芯材１０、内側加熱装置８を具有して
おり、前述した各実施例装置とその特徴において
異なるものではない。そして、これら両図より観
察されるように、製品取り出しにあたつては、先
ず、外側断熱層６、外側加熱装置７あるいは、更
に芯材１０及び内側加熱装置８等を一体として公
知の吊上装置により吊り上げ、その後、被処理材
９を引続き同吊上装置により吊り上げて取り出
す。この場合、下蓋１６は特に外蓋４、内蓋５に
分ける必要はなく、一重でもよい。

本考案装置は以上のような各態様を含み、種々
の設計的改変が許されるものであるが、勿論、上
記の外、その目的、趣旨を逸脱しない限りにおい
て更に各種変形例が実施されることは云う迄もな
い。

しかし、本考案の特徴に従つて、芯材１０及び
内側加熱装置８の具備は必須であり、被処理中空
材９は、内外より均一に加熱され従来の装置に比
較して約２倍の速度で被処理材を加熱、冷却する
ことが可能となり、中空材の処理においてその処
理サイクルタイムを大幅に低減することができ
る。

又、上記各説明は通常のHIP処理、冷却処理の
場合であるが、近時、省エネルギー、処理サイク
ルタイムの効率化のため予熱又は冷却用の補助ス
テーシヨンを設け、HIP処理に先立ち、別途被処
理材を予熱し、又はHIP処理より取り出した製品
を冷却してHIP装置の有効利用を図ることが進め
られているが、本考案装置は、かかる方式のHIP
処理に対しても適用可能であり、この場合、下蓋
と断熱層、内外両加熱装置、芯材を一体として高
圧処理室より取り出して補助ステーシヨンへ移送
するのが最も効果的である。なお、補助ステーシ
ヨンにおける製品の取り出しは前記各図示例に見
られるところと同様である。

本考案装置は、以上、詳述した如く、高圧円筒
と、上下蓋によつて画成される高圧室内に断熱層
と加熱装置が配置されると共に、高圧室内中心部
に芯材が設けられ、芯材と前記加熱装置の間に中
空形状の被処理材処理空間が画成され、かつ、芯
材と中空形状被処理材内面との間に内側加熱装置
が設けられた構成からなるものであるから、中空
形状の被処理材のHIP処理において内外両面から
加熱することが可能となり、加熱、冷却の速度を
著しく増進することができ、従つて、圧媒ガス、
冷却用ガス等の消費量を減少させ、省エネ化を促
すと共に芯材の存在によりプレスフレームの力量
が芯材の直径に働く圧力分少なくなりプレスフレ
ームの力量の減少にも好結果をもたらすことがで
きる。

かくして、究極的に熱伝導率が小さく、加熱、
冷却に種々の制約を有していたセラミツク製品の
HIP処理に対しても、その加熱、冷却の速度を早
め、処理サイクルタイムの短縮に寄与する。

なお、本考案HIP装置は、セラミツク製品の処
理に極めて効果的であるが、金属製品に対しても
同様にその効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは本考案装置の１例を示す処理状
態及び製品取り出し状態時の断面概要図、、第２
図乃至第４図の各イ，ロは何れも本考案装置の他
の実施例を示す各処理状態及び製品取り出し状態
時の断面概要図、第５図及び第６図は更に本考案
に係るHIP装置の他の変形実施例を示す断面概要
図、第７図イ，ロ及び第８図イ，ロは何れも上方
取り出しの本考案装置の各実施例で、イは断熱
層、加熱装置等の取り出し状態を、又ロは製品取
り出し状態を示す略示断面図である。 １……プレスフレーム、２……高圧円筒、３…
…上蓋、４……下外蓋、５……下内蓋、６……断
熱層、７……外側加熱装置、８……内側加熱装
置、９……被処理材、１０……芯材、、１１，１
２……ガス通路、１３……圧媒ガス流通孔、１４
……内側断熱層、１５，１５′……開口部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高圧円筒と、該高圧円筒の上下開口部に嵌着
   される上下各蓋によつて画成される高圧室内に
   断熱層及び加熱装置を内蔵配置して被処理中空
   材に熱間静水圧加圧処理を施す装置であつて、
   前記高圧室中心部に芯材を設け、前記加熱装置
   と、該芯材との間を被処理中空材の処理空間と
   なすと共に、前記芯材と被処理中空材内面との
   間に更に内側加熱装置を配設してなることを特
   徴とする中空材処理用熱間静水圧加圧装置。 ２ 高圧室内の断熱層を倒立コツプ状となし、芯
   材をその上端閉鎖面部より垂設し、前記芯材の
   外周に内側加熱装置を前記断熱層に取り付けて
   配置せしめた実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の中空材処理用熱間静水圧加圧装置。 ３ 芯材を下蓋と一体となし、その外周に内側加
   熱装置を配設せしめた実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の中空材処理用熱間静水圧加圧装
   置。 ４ 芯材を上蓋と一体となし、その外周に内側加
   熱装置を配置せしめた実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の中空材処理用熱間静水圧加圧装
   置。 ５ 芯材を上蓋又は下蓋と一体となし、該芯材と
   高圧円筒との間に上端面閉鎖の中空二重筒から
   なる断熱層を配設し、内外両断熱層の各内側に
   夫々加熱装置を配してそれら両加熱装置によつ
   て挟まれた空間を処理空間とした実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の中空材処理用熱間静水
   圧加圧装置。 ６ 芯材が上蓋又は下蓋の何れか一方と一体に構
   成され、他方の蓋に前記芯材が嵌合する開口部
   が設けられる実用新案登録請求の範囲第１〜５
   項の何れかに記載の中空材処理用熱間静水圧加
   圧装置。 ７ 被処理中空材を下蓋上に載置し、下方より取
   り出す実用新案登録請求の範囲第１〜６項の何
   れかに記載の中空材処理用熱間静水圧加圧装
   置。 ８ 被処理中空材を上蓋を開放し、上方より取り
   出す実用新案登録請求の範囲第１〜６項の何れ
   かに記載の中空材処理用熱間静水圧加圧装置。