JPS6326839B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高圧高温ガス雰囲気下で粉末成形
焼結あるいは拡散接合等の高圧高温処理を行なう
際に使用する高圧高温炉に関するものである。 近年、技術開発の進展にともなつて、物体に高
圧高温ガス雰囲気下で種々の処理を施こす技術が
研究され、様々な分野で工業的に採用されようと
している。 粉体の成形と焼結を高圧高温のガス雰囲気の中
で一挙におこなつて製品を得る熱間静水圧成形法
（Hot Isostatic Compacting Processあるいは
Hot Isostatic Pressing Process）もその一つで
あり、この方法によつて成形、焼結された製品に
は、 ａ 従来の焼結法を用いる場合よりも低い温度で
高密度化が達せられ、したがつて過度の結晶成
長による粒粗大化が防止されて、ち密な組織を
うることができる。 ｂ あらゆる材料について、理論値に近い密度が
えられ、しかも組織が均一である。 ｃ 金型成形にむかない球形粉末を十分に高密度
化することができる。 ｄ 粉体の機械的、物理的性質が改善される。 ｅ 微細組織であるため、たとえば、高速度鋼の
工具などでは性能が向上する。 ｆ 通常の金型成形プレスのように、プレス能力
によつて制限されることがないので大きな寸法
のものを製造できる。 ｇ 有害不安定な材料を取扱つても、保健上の被
害を最低におさえることができる。 ｈ 金属とセラミツクスなどとの種々の複合材料
を製造することができる。 ｉ 材料歩留りの向上、欠陥品の減少によつて、
材料費を低減することができる。 等の数々の利点がある。 又、粉体の成形焼結以外にも、物体を高圧高温
ガス雰囲気下におくと、その内部欠陥が除去でき
じん性及び抗折力を増大させることができるとい
う利点を利用して、焼結工具材料等を高圧高温処
理するという利用法、あるいは、タービンブレー
ドを本体と接合させる場合に、両者を高圧高温ガ
ス雰囲気下において拡散接合させて極めて強固な
結合を得るという利用法が考えられている。 しかしながら、このように幾多の利点を有しな
がら、現在尚工業的に採用されないのは、この方
法の最大の欠点、すなわち生産性が極めて悪いと
いう欠点がいまだに解決されないまま残されてい
るからである。 製品の製造コストの低減を計るために、サイク
ルタイムの短縮は現今の緊急課題となつている
が、この課題に対処する解決策として英国特許第
1291459号に示される技術が提案されている。 以下、第１図により、英国特許第1291459号に
示される技術を、この発明の先行技術として説明
する。 第１図において、高圧室１は高圧シリンダ２、
上部プラグ３および下部プラグ４によつて構成さ
れ、上部プラグ３に設けられた圧力導入孔５を通
して高圧室１内に導入されたガスは、上部密封リ
ング６および下部密封リング７によつて高圧室１
内に気密に保持されている。高圧室１内には処理
室８および加熱装置９を囲む側部、上部および下
部断熱外装１０，１１，１２が配置され、側部お
よび上部断熱外装１０，１１は上部プラグ３より
懸垂され、さらに上部断熱外装１１には加熱装置
９が懸垂されている。上部プラグ３には加熱装置
９に電力を供給するための電極１３が電気的絶縁
かつ気密状態で設けられており、加熱装置９と電
極１３とはブツシユ１４を介して上部断熱外装１
１を貫通する電力供給導体１５によつて接続され
ている。被処理体１６は下部断熱外装１２上に設
置されている。 以上の構成を有する装置において、被処理体１
６を予じめ高圧室１外で、別途用意した予熱炉
（図示せず）において予熱した後、下部プラグ４
上に下部断熱外装１２を介して載置し、高圧室１
の下方より被処理体１６、下部断熱外装１２、下
部プラグ４を一体的に高圧室１内に挿入し、しか
るのち、圧力導入孔５より高圧ガスを導入して、
処理室８内に高圧高温ガス雰囲気を作り出して被
処理体１６を加圧加熱して最終製品とする。 すなわち、第１図に示す装置においては、高圧
室１内で加熱する以前に、予熱炉内で被処理体１
６が予熱されている為に、高圧室１内での加熱時
間が短縮され、以つて、サイクルタイムの短縮を
計ることができるというものである。 しかしながら、この装置においても、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
う欠点の他に、予熱後の被処理体１６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１６を下部断
熱外装１２を介して下部プラグ４上に載置して、
高圧室１内に挿入する際、被処理体１６の放熱に
より高圧シリンダ２の下部内壁面が過熱され、さ
らに、高圧シリンダ２内壁面の過熱により下部密
封リング７が損傷をうけるという極めて重大な欠
点を有しているのである。 すなわち、この高圧高温処理装置が最もよく用
いられる圧力範囲は2000Kg／cm²前後であるが、
2000Kg／cm²とう極めて高圧力を保持する必要のあ
る高圧シリンダ２が過熱されることは、その寿命
の大巾な低下をきたし、破壊の危険性もある。高
圧高温処理装置において、最も高価な部分は高圧
シリンダ２であり、この高圧シリンダ２の寿命の
低下は設備費の増大と製品コストの増大につなが
り、さらに、圧力媒体として高圧ガスを使用する
関係上、2000Kg／cm²という高圧力の下での高圧シ
リンダの破壊による事故が、どのようなものであ
るかは想像を絶するものである。 又、下部密封リング７の損傷も高圧ガスのシー
ルが行なえなくなり、高圧を発生できなくなるば
かりか、同様の事故につながる危険性がある。 わが国では10Kg／cm²以上のガスを高圧ガスと称
し、取扱上の保安について、高圧ガス取締法によ
つて規制されていることは周知のとおりである。
この法律制定の趣旨は、第１条に述べられている
ように、高圧ガスによる災害の防止、公共の安全
の確保を目的としている。したがつて、高圧ガス
用装置の構造強度については、きわめて詳細な基
準が設けられ、とくに安全の面において二重三重
の厳重な規制をして災害事故の防止に万全を規す
るよう考慮されている。しかし一般に高圧ガス取
締法で明確な基準が与えられているのは1000Kg／
cm²までであつて、これをこえると製造装置が十分
安全であることを通商産業大臣が認めるに十分な
設計、製造技術を示すことが必要である。 現在、高圧高温処理装置が最もよく用いられる
圧力範囲は2000Kg／cm²前後であるが、この場合、
設備が据付けられる都道府県が監督官庁であり、
設備のための許可申請をするとともに、とくに
1000Kg／cm²をこえる部分の耐圧強度、安全性につ
いは通商産業省の確認を受けなければならない。 すなわち、このように安全性をきびしく追求さ
れるこの種装置において、いかにサイクルタイム
の短縮を計ることができるといえども、高圧シリ
ンダ２の過熱、さらに、下部密封リング７の損傷
の危険性がある第１図に示される如き装置を採用
することは極めて問題がある。 この発明は、叙上の問題点に鑑みてなされたも
のであつて、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
全性の高い高圧高温炉を提供することを目的と
し、その特徴は高圧シリンダ、同高圧シリンダの
上下開口部をそれぞれ密封する上部プラグ、下部
プラグとによつて劃成される高圧室内に、断熱外
装と、同断熱外装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、断熱外装及び被処理体を前記高圧シリンダ外
へ常時一体的に取出し可能に設けるとともに、前
記断熱外装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た点に存する。 ここで、上記構成において常時一体的取出し可
能とは本発明構成の炉の使用に際し、故障、補修
など特別の場合の取り出し可能ではなく、一体的
に取り出すことが通常処理における通常の使用態
様であることを云う。 本発明炉はかかる意味における常時一体的取り
出し可能であることによりその作用を達成する。 以下、図示の実施例によつてこの発明を詳説す
る。 第２図は、この発明になる高圧高温炉の実施例
を示すものであつて、第２図によつてこの発明を
説明する。 第２図において、高圧室２１は高圧シリンダ２
２、上部プラグ２３および下部プラグ２４によつ
て構成され、上部プラグ２３に設けられた圧力導
入孔２５を通して高圧室２１内に導入されたガス
は、上部密封リング２６および下部密封リング２
７によつて高圧室２１内に気密に保持される。上
部プラグ２３および下部プラグ２４に作用する軸
方向力は、両プラグ２３，２４を高圧シリンダ２
２にねじつけることによつて支持してもよく、あ
るいはプレスによつて支持する機構を採用しても
よい。 下部プラグ２４上に設置される加熱装置２８
は、加熱要素２９を金属性円筒３０内に電気的絶
縁状態で保持することによつて構成される。又、
加熱要素２９への電力供給は、下部プラグ２４に
電気的絶縁かつ気密状態で設けられた電極３１を
通して行なわれる。加熱装置２８を含め処理室３
２を囲む断熱外装３３は、気体浸透性の小さな材
料のほぼ同心の倒立型コツプ３４および３５とリ
ング３６とによつて構成され、内部にはセラミツ
クスフアイバーのような繊維状断熱材３７が充填
される。 以上の構成を有するこの発明になる高圧高温炉
の１つの使用例を以下に示す。 まず、下部プラグ２４を断熱外装３３、加熱装
置２８とともに高圧室２１外へ取出し、下部プラ
グ２４上に載置せる断熱外装３３を下部プラグ２
４より持ち上げて、処理室３２内を開放し、断熱
材４３を介して下部プラグ２４上に載置せる被処
理体４８を取り出して、新たな被処理体４８を挿
入した後、断熱外装３３を下部プラグ２４上に載
置して処理室３２を遮断し、電極３１を通じて処
理室３２内の加熱要素２９に電力を供給して処理
室３２内を昇温させて、被処理体４８を予熱し、
所定の温度まで被処理体４８が予熱されたところ
で、下部プラグ２４、被処理体４８、断熱外装３
３、加熱装置２８を一体的に高圧室２１内に挿入
し、下部密封リング２７によつて高圧室２１内を
密封した後、上部プラグ２３に設けた圧力導入孔
２５より高圧室２１及び処理室３２の真空吸引を
行ない、しかるのちガス置換を行なう。ガス置換
の終了後引続き圧力導入孔２５よりガスを供給す
るとともに加熱装置２８に引続き電力を供給して
高圧高温下での被処理体４８の処理作業を行な
う。 又、予熱用の加熱装置を別に備えている設備に
おいては、予じめ予熱された被処理体４８を高圧
室２１外で、下部プラグ２４と断熱外装３３とに
よつて劃成される処理室３２内に収容し、そのま
ま高圧室２１内へ、あるいは、加熱装置２８に電
力を供給して被処理体４８を保熱・加熱してから
高圧室２１内へ挿入することもでき、さらに、予
熱を必要としないような時には、高圧室２１外で
被処理体４８を処理室３２内へ収容してそのまま
高圧室２１内へ挿入することもでき、所望の使用
法が採用できる。 すなわち、以上の如き発明によれば、予熱を行
なう場合には、その加熱装置として、高圧高温処
理に用いる加熱装置２８が利用できるので、別途
予熱炉等の加熱手段を設ける必要がなく、設備費
が安価になり、さらに、予熱中、予熱後も被処理
体４８が断熱外装３３と下部プラグ２４とによつ
て劃成される処理室３２内に置かれる為に、放熱
による熱損失を著しく減少でき、しかも予熱後の
高温被処理体４８を高圧室２１内に挿入する場合
にも被処理体４８が断熱外装３３によつて遮蔽さ
れている為に、高圧シリンダ２２の下部内壁面が
過熱されることもなく、又、下部密封リング２７
が損傷をうけることもなく、高圧シリンダ２２及
び下部密封リング２７の寿命も著しく伸びること
になり、安全性も飛躍的に向上する。 尚、断熱外装３３は、倒立型コツプ３４，３５
によつて一体的に構成されたものを使用する例を
示したが、筒状の側部断熱外装と板状の上部断熱
外装に分割構成されたものを使用しても、同様の
効果が得られるが、実施例の如く倒立型コツプ３
４，３５によつて一体的に構成された断熱外装３
３を使用すれば、断熱外装３３は伝導および輻射
伝熱に対する有効な熱遮蔽体としての役割を果す
ばかりでなく、高温高圧下の熱伝達において主要
な部分をなす対流伝熱に対して特に優れた断熱機
能を発揮する。 又、分割構成された断熱外装を使用する場合の
被処理体の出入れは、側部断熱外装及び上部断熱
外装を下部プラグより持ち上げて行なつてもよい
し、上部断熱外装のみをとりはずして行なつても
よい。 すなわち、上記発明によれば、極めて短かいサ
イクルタイムの高圧高温処理プロセスが、装置各
部への悪影響を与えることなく、安全にかつ経済
的に実施される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧高温炉を示す正断面図、第
２図はこの発明の実施例を示す正断面図であり、
２１は高圧室、２２は高圧シリンダ、２３は上部
プラグ、２４は下部プラグ、２５は圧力導入孔、
２６は上部密封リング、２７は下部密封リング、
２８加熱装置、３１は電極、３２は処理室、３３
は断熱外装、４８は被処理体をそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧シリンダ、同高圧シリンダの上下開口部
   をそれぞれ密封する上部プラグ、下プラグとによ
   つて劃成される高圧室内に、断熱外装と、同断熱
   外装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、断熱外装及
   び被処理体とを前記高圧シリンダ外へ常時一体的
   に取出し可能に設けるとともに、前記断熱外装及
   び下部プラグによつて劃成される処理室を開閉自
   在に設けたことを特徴とする高圧高温炉。