JPWO2020217916A1 - 鍛造装置及び鍛造製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

鍛造装置及び鍛造製品の製造方法において、鍛造空間の温度及び鍛造素材の温度の低下を防ぎ、上下型の温度の均一性を効率的に維持し、鍛造の作業効率を向上させる。本発明の鍛造装置及び鍛造製品の製造方法においては、一体形成された筐体本体の投入口を扉によって閉じた状態とした筐体の内部で、加熱機構によって上下型を加熱し、上下型をその対向方向に相対的に移動させ、かつ加熱機構を、相対的に移動する上下型の少なくとも一方に対して対向方向に相対的に移動させ、これによって、上下型間で鍛造素材に鍛造を施す。さらに、鍛造製品の製造方法においては、かかる鍛造素材から鍛造製品を製造する。

Description

本発明は、加熱機構を用いて加熱された上型及び下型間で鍛造素材を鍛造する鍛造装置に関する。本発明はまた、加熱された上型及び下型間で鍛造される鍛造素材から鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法に関する。

ガスタービン、蒸気タービン、航空機エンジン等に適用されるタービンディスク、タービンブレード等には、Ｎｉ（ニッケル）基超耐熱合金等のＮｉ基合金、Ｔｉ（チタン）基合金等が用いられる。しかしながら、Ｎｉ基超耐熱合金等のＮｉ基合金、Ｔｉ基合金等は難加工性材料であるので、その塑性加工には恒温鍛造、ホットダイ鍛造等の熱間鍛造が用いられている。そして、熱間鍛造技術として、様々な鍛造装置及び鍛造方法が提案されている。

このような熱間鍛造技術の一例としては、互いに対向する上型及び下型と、これら上型及び下型の対向方向に分割された上側加熱部及び下側加熱部を有し、かつ上型及び下型の周囲に配置される加熱機構と、上側加熱部及び下側加熱部をそれぞれ取り付けるように構成され、かつ上型及び下型の対向方向に分割された上側外枠及び下側外枠とを備える鍛造装置であって、上型及び下型が、鍛造素材を鍛造可能とするように、対向方向に離間した開放状態と対向方向に当接した閉鎖状態との間で移動可能に構成され、上側及び下側加熱部が、それぞれ上側及び下側外枠と一緒に、対向方向に離間した開放状態と対向方向に当接した閉鎖状態とに切り替え可能に構成されている、鍛造装置が挙げられる。（例えば、特許文献１を参照。）

特開２０１５−１９３０４５号公報

例えば、鍛造素材がＮｉ基合金、Ｔｉ基合金等を用いて構成される場合において、かかる鍛造素材に熱間鍛造を施すことによって製造される鍛造製品に十分な品質をもたらすためには、熱間鍛造を約８００℃〜約１２００℃の高温の雰囲気中で行うことが好ましい。そのため、鍛造装置の内部温度、すなわち、鍛造空間の温度をこのような高温に維持することが望まれ、さらには、このような雰囲気下において、熱間鍛造される鍛造素材の温度を適切に維持することも望まれる。加えて、上下型の温度を均一に保つことも望まれる。

しかしながら、上記熱間鍛造技術の一例においては、鍛造装置の内部、すなわち、鍛造空間に鍛造素材を投入するときに、上型及び下型が開放状態になることに加えて、上側及び下側外枠が、加熱機構の上側及び下側加熱部と一緒に、対向方向に離間した開放状態となる。このような上側及び下側外枠の開放状態では鍛造空間全体が外気に晒されるので、鍛造空間の温度及び鍛造素材の温度が低下するおそれがあり、かつ上下型の温度を不均一にするおそれがある。

また、上側及び下側外枠の開放状態では上下型もまた外気に晒されるので、典型的に金属製である上下型は酸化し易くなる。さらに、鍛造空間の温度が低下した場合、鍛造空間の温度を上昇させるための加熱作業が必要となり、特に、加熱作業のための時間が費やされることなる。そして、かかる加熱作業が頻繁に行われると、上下型の温度の増減もまた頻繁に生じる。このような上下型の酸化及び頻繁な上下型の温度の増減は、上下型を劣化させ易くするので、上下型の交換周期が短くなる。ひいては、鍛造の作業効率が低下するおそれがある。

このような実情を鑑みると、鍛造装置及び鍛造製品の製造方法においては、鍛造空間の温度及び鍛造素材の温度の低下を防ぐこと、上下型の温度の均一性を効率的に維持すること、鍛造の作業効率を向上させることが望まれる。ひいては、鍛造装置及び鍛造製品の製造方法においては、十分な品質を有する鍛造製品を効率的に製造することが望まれる。

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造装置は、上型と、前記上型に対向する下型と、前記上下型を加熱可能に構成される加熱機構と、前記上下型及び前記加熱機構を内部に配置した筐体とを備え、前記上下型が、前記上下型間で鍛造素材を鍛造可能とするように互いに対して、前記上下型の対向方向に相対的に移動可能に構成される、鍛造装置であって、前記筐体が、前記上下型及び前記加熱機構を囲むように一体形成され、かつ前記鍛造素材を通過可能とするように開口する投入口を有する筐体本体と、前記筐体本体の投入口を開閉可能とするように構成される扉とを含み、前記加熱機構が、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、前記加熱機構が、相対的に移動する前記上下型の少なくとも一方に対して前記対向方向に相対的に移動するように構成されている。

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造製品の製造方法は、筐体の内部で互いに対向する上型及び下型間で鍛造を施される鍛造素材から鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法であって、一体形成された筐体本体を有する前記筐体の内部に、前記筐体本体の投入口から前記鍛造素材を投入する投入工程と、前記筐体本体の投入口が扉によって閉じられた状態にある前記筐体の内部にて、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置された加熱機構によって前記上下型を加熱し、前記上下型をその対向方向に相対的に移動させ、かつ前記加熱機構を、相対的に移動する前記上下型の少なくとも一方に対して前記対向方向に相対的に移動させ、これによって、前記上下型間で前記鍛造素材に前記鍛造を施す鍛造工程とを含む。

一態様に係る鍛造装置及び鍛造製品の製造方法においては、鍛造空間の温度及び鍛造素材の温度の低下を防ぐことができ、上下型の温度の均一性を効率的に維持することができ、鍛造の作業効率を向上させることができる。ひいては、一態様に係る鍛造装置及び鍛造製品の製造方法においては、十分な品質を有する鍛造製品を効率的に製造することができる。

図１は、一実施形態に係る鍛造装置を、上下型を開き、かつ扉を開けた状態で概略的に示す斜視図である。 図２は、一実施形態に係る鍛造装置を、上下型を開き、ガス供給機構を省略し、かつ図１のＸ−Ｘ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図３は、一実施形態に係る鍛造装置を、上下型を開き、扉を閉め、ガス供給機構を省略し、かつ図１のＹ−Ｙ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図４は、一実施形態に係る鍛造装置を、上下型を閉じ、扉を閉め、ガス供給機構を省略し、かつ図１のＹ−Ｙ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図５は、一実施形態に係る鍛造装置の上下型及びガス供給機構を、上下型を開き、ガス供給機構を未設置とし、かつ図１のＸ−Ｘ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図６は、一実施形態に係る鍛造装置の上下型及びガス供給機構を、上下型を開き、ガス供給機構を設置し、かつ図１のＸ−Ｘ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図７は、一実施形態に係る鍛造装置の下型及びガス供給機構の供給管を、ガス供給機構を設置し、かつ図５のＺ−Ｚ線に沿って切断した状態で概略的に示す断面図である。 図８は、一実施形態に係る鍛造製品の製造方法を説明するためのフローチャートである。

一実施形態に係る鍛造装置及び鍛造製品の製造方法を以下に説明する。なお、本実施形態に係る鍛造装置及び製造方法においては熱間鍛造が行われる。かかる熱間鍛造は、鍛造に用いられる上下型の温度を鍛造素材と実質的に同じ温度にする恒温鍛造と、かかる上下型の温度を鍛造素材の温度まで近づけるホットダイ鍛造とを含む。

「鍛造装置の概略」
最初に、図１〜図７を参照して、本実施形態に係る鍛造装置１の概略について説明する。鍛造装置１は、鍛造に用いられる上型２及び下型３を有する。これらの上下型２，３は互いに対向する。以下においては、必要に応じて、上下型２，３の対向方向を「型対向方向」と呼ぶ。図１〜図６において、かかる型対向方向は矢印Ｆにより示されている。また、図２及び図３においては、鍛造前にて上下型２，３を型対向方向にて互いに離した型開状態で、上下型２，３間に鍛造素材Ｍが配置されており、かつ図４においては、鍛造後にて上下型２，３を型対向方向にて互いに合わせた型閉状態で、上下型２，３間に鍛造製品Ｐが配置されている。

図１〜図４に示すように、鍛造装置１は加熱機構４を有する。加熱機構４は、上下型２，３を加熱可能に構成される。鍛造装置１はまた筐体５を有する。筐体５の内部には、上下型２，３及び加熱機構４が配置される。かかる鍛造装置１においては、上下型２，３が、これら上下型２，３間で鍛造素材Ｍを鍛造可能とするように、型対向方向にて相対的に移動可能に構成されている。ここで、図１に示す加熱機構４は、一例を示したものであり、これに限定されるものではない。加熱機構は、円筒形状の金型を囲むように円筒状に配置されてもよい。

図１、図３及び図４に示すように、筐体５は筐体本体５１及び扉５２を有する。筐体本体５１は、上下型２，３及び加熱機構４を囲むように一体形成されている。さらに、筐体本体５１は、鍛造素材Ｍを通過可能とするように開口する投入口５１ａを有する。扉５２は、筐体本体５１の投入口５１ａを開閉可能とするように構成される。

図２〜図４に示すように、加熱機構４は、上下型２，３の外周側方面２１，３１と部分的に又は全体的に向き合うように配置される。加熱機構４はまた、相対的に移動する上下型２，３の少なくとも一方に対して対向方向に相対的に移動するように構成されている。

さらに、鍛造装置１の概略は次のようになっているとよい。図２〜図４に示すように、加熱機構４が、この加熱機構４の型対向方向の基準位置Ｊと上下型２，３間の型対向方向の中心位置Ｋとを型対向方向にて略一致させた状態を維持するように移動する構成となっている。加熱機構４はまた、上側加熱部４１と、この上側加熱部４１に対して型対向方向の下型３側に位置する下側加熱部４２とを有する。上側及び下側加熱部４１，４２は、それぞれ、これら上側及び下側加熱部４１，４２の加熱温度を互いに独立して調節可能とするように構成されている。

図５〜図７に示すように、上下型２，３のそれぞれは、これらの上下型２，３を互いに合わせた型閉状態で、鍛造素材Ｍを鍛造する空間であるキャビティＣを成すように形成されるキャビティ部２２，３２を有する。鍛造装置１は、筐体５の内部に不活性ガスＧを供給可能とするように構成されるガス供給機構６を有する。

かかるガス供給機構６は、図４及び図６に示すように、型閉状態で上下型２，３のキャビティ部２２，３２、特に、キャビティＣに不活性ガスＧを供給可能とするとよい。しかしながら、ガス供給機構は、型開状態で上下型のキャビティ部に不活性ガスを供給可能であってもよい。また、ガス供給機構は、筐体の内部かつ上下型の外部に不活性ガスを供給可能とするように構成されてもよい。

さらに、筐体本体５１は、下型３を型対向方向に移動可能とするように挿入すべく開口する下型通過口５１ｂを有する。下型３と下型通過口５１ｂの周縁部５１ｃとの間には下側隙間Ｉが形成される。特に、型対向方向が鉛直方向に沿っている場合に、かかる下側隙間Ｉが形成されるとよい。

筐体５は、扉５２を閉じた扉閉状態で、下側隙間Ｉを除いて密閉されるように構成されるとよい。下側隙間Ｉの大きさは、下型３をスムーズに通過可能とし、ガス供給機構６からの不活性ガスＧを通過可能とし、かつ筐体５内部の温度低下を抑制可能とするように設定されるとよい。しかしながら、筐体は、下側隙間を設けない状態で密閉されることもできる。

「鍛造素材及び鍛造製品の詳細」
図５〜図７を参照すると、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐは詳細には次のようなものであるとよい。鍛造素材Ｍは、最終的な鍛造製品Ｐの形状を得るための予備成形体である。鍛造製品Ｐの形状は、型対向方向に沿って延びる軸線ｐ１を中心として略回転対称となっている。例えば、鍛造製品Ｐは、ガスタービン、蒸気タービン、航空機エンジン等に適用されるタービンディスク等に適用されるものであるとよい。しかしながら、鍛造製品の形状及び鍛造製品を適用するものは、これらに限定されない、

また、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料は金属である。例えば、かかる材料は、Ｎｉ（ニッケル）基超耐熱合金等のＮｉ基合金、Ｔｉ（チタン）基合金等とすることができる。しかしながら、鍛造素材及び鍛造製品に用いられる材料は、上述したものに限定されない。

鍛造素材Ｍには潤滑剤が塗布されるとよい。例えば、かかる潤滑剤は、無アルカリガラスを含むガラス潤滑剤等とすることができる。しかしながら、潤滑剤はこれらに限定されない。

「上型及び下型の詳細」
上型２及び下型３は詳細には次のようになっているとよい。図２〜図４に示すように、上下型２，３のそれぞれは、型対向方向にて積層される複数の層を有する。図２〜図４においては、一例として、上型２が、型対向方向にて下型３から離れるように順に並んだ第１層２ａ、第２層２ｂ、第３層２ｃを有し、かつ下型３が、型対向方向にて上型２から離れるように順に並んだ第１層３ａ、第２層３ｂ、第３層３ｃを有する場合が示されている。しかしながら、上下型のそれぞれにおける層の数は、これに限定されない。

上下型２，３に用いられる材料は互いに同じであるとよい。しかしながら、上下型に用いられる材料は互いに異なっていてもよい。

特に、最も下型３寄りに位置する上型２の下端層、例えば、上述のような上型２の第１層２ａにおける材料は、金属であるとよい。最も上型２寄りに位置する下型３の上端層、例えば、上述のような下型３の第１層３ａにおける材料もまた、金属であるとよい。例えば、かかる金属材料は、Ｎｉ基超耐熱合金等のＮｉ基合金等とすることができる。

さらに例えば、上下型２，３、特に、上型２の下端層及び下型３の上端層のそれぞれに用いられる金属材料は、ＮＩＭＯＷＡＬ（登録商標）と呼ばれるＮｉ基合金とすることもできる。ＮＩＭＯＷＡＬは、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、及びＡｌ（アルミニウム）を必須元素とした、耐熱性に優れるＮｉ基合金であり、かつ耐酸化性を向上させる元素をさらに含むことができる合金である。本発明の場合、上下型２，３、特に、上型２の下端層及び下型３の上端層のそれぞれに用いられる金属材料の好ましい組成は、質量％で、Ｗ：約７．０％〜約１５．０％、Ｍｏ：約２．５％〜１１．０％、Ａｌ：約５．０％〜７．５％、Ｃｒ（クロム）：約０．５％〜約３．０％、Ｔａ（タンタル）：約０．５％〜約７．０％、Ｓ（硫黄）：約０．００１０％以下、希土類元素、Ｙ（イットリウム）及びＭｇ（マグネシウム）から選択される１種又は２種以上を合計として約０（ゼロ）％〜約０．０２０％、残部はＮｉ及び不可避的不純物でなるＮｉ基合金とすることができる。かかるＮｉ基合金は、質量％で、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）の元素から選択される１種又は２種を合計として約０．５％以下をさらに含有することができる。かかるＮｉ基合金は、質量％で、Ｔｉ、Ｎｂ（ニオブ）の元素から選択される１種又は２種を合計として３．５％以下をさらに含有し、ＴａとＴｉとＮｂの含有量の総和が約１．０％〜約７．０％であるものとすることができる。かかるＮｉ基合金はまた、質量％で、約１５．０％以下のＣｏ（コバルト）をさらに含有することができる。かかるＮｉ基合金は、質量％で、Ｃ（炭素）：約０．２５％以下、Ｂ（ホウ素）：約０．０５％以下の元素から選択される１種又は２種をさらに含有することができる。かかるＮｉ基合金は、試験温度：約１０００℃、歪速度：約１０^−３／ｓｅｃでの約０．２％圧縮強度が約５００ＭＰａ以上であるものとすることができる。かかるＮｉ基合金は、試験温度：約１１００℃、歪速度：約１０^−３／ｓｅｃでの約０．２％圧縮強度が約３００ＭＰａ以上であるものとすることができる。

さらに、下端層以外の上型２の層のうち少なくとも１つ、例えば、上述のような上型２の第２及び第３層２ｂ，２ｃのうち少なくとも１つにおける材料は、セラミックス（耐火物）、断熱シート、ブランケット等とすることができる。上端層以外の下型３の層のうち少なくとも１つ、例えば、上述のような下型３の第２及び第３層３ｂ，３ｃのうち少なくとも１つにおける材料もまた、セラミックス（耐火物）、断熱シート、ブランケット等とすることができる。なお、下端層以外の上型の層のうち少なくとも１つにおける材料を、金属、例えば、Ｎｉ基超耐熱合金等のＮｉ基合金等とすることもできる。上端層以外の下型の層のうち少なくとも１つにおける材料もまた、金属、例えば、Ｎｉ基超耐熱合金等のＮｉ基合金等とすることもできる。しかしながら、上下型に用いられる材料は、上述したものに限定されない。

さらに、上下型２，３の外表面には、耐酸化コーティングが施されるとよい。例えば、かかる耐酸化コーティングにおいては、高温での大気中の酸素と金型の母材との接触による金型表面の酸化と、それに伴うスケール飛散とを防止し、かつ作業環境の劣化と、形状劣化とを防止する観点から、窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれか１種類以上から成る無機材料等が用いられるのが好ましい。これは、窒化物、酸化物、及び／又は炭化物の塗布層によって緻密な酸素遮断膜を形成し、かつ金型母材の酸化を防ぐためである。なお、塗布層は、窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれかから成る単層であってよく、又は窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれか２種以上の組み合わせから成る積層構造であってもよい。さらに、塗布層には、窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれか２種以上から成る混合物、セラミック被覆等が用いられるとよい。しかしながら、耐酸化コーティングはこれに限定されない。

図１〜図７に示されるように、典型的な使用状態において、上型２は下型３に対して鉛直方向の上方に位置し、かつ型対向方向は鉛直方向に沿っている。しかしながら、上下型の使用状態はこれに限定されない。例えば、極めて例外的な使用状態ではあるが、上型及び下型を鉛直方向に対して傾斜する方向に対向させることも可能であり、上型及び下型を鉛直方向に反転させることも可能であり、上型及び下型を水平方向に対向させることも可能である。

図３及び図６に示すように、上型２は、下型３と対向する対向部２３を有する。上型２のキャビティ部２２は、上型２の対向部２３から型対向方向に凹むように形成される。下型３もまた、上型２と対向する対向部３３を有する。下型３のキャビティ部３２は、下型３の対向部３３から型対向方向に凹むように形成される。

上下型２，３は、図２、図３及び図５に示すような型開状態と、図４及び図６に示すような型閉状態との間で型対向方向に移動可能になっている。図２、図３及び図５に示すように、型開状態では、上下型２，３の対向部２３，３３間に、鍛造前の鍛造素材Ｍを投入可能とし、かつ鍛造後の鍛造製品Ｐを取り出し可能とするように空間が形成される。図４及び図６に示すように、型閉状態では、上下型２，３の対向部２３，３３が互いに当接する。型閉状態で上下型２，３のキャビティ部２２，３２により形成されるキャビティＣの形状は、鍛造製品Ｐの形状に対応している。

図５〜図７に示すように、上下型２，３には、型閉状態で上下型２，３の外部からキャビティＣに不活性ガスＧを流入可能とするように構成される流入口Ｑ１が設けられる。下型３の対向部３３には、後述するガス供給機構６のガス供給管６１の外周面６１ａに対応するように凹む流入溝３３ａが形成されるとよい。そして、ガス供給管６１がこれらの流入溝３３ａ内に配置されて、これによって、流入口Ｑ１が設けられる。しかしながら、流入溝は、上下型の少なくとも一方の対向部に形成することができる。すなわち、流入溝は、上型の対向部のみに形成することもできる。流入溝はまた、上下型両方の対向部に形成することもできる。

上下型２，３には、型閉状態でキャビティＣから上下型２，３の外部に不活性ガスＧを流出可能とするように構成される流出口Ｑ２が設けられる。下型３の対向部３３には、このような流出口Ｑ２をもたらすように流出溝３３ｂが形成されるとよい。しかしながら、流出溝は、上下型の一方の対向部のみに形成されてもよい。しかしながら、流出溝は、上下型の少なくとも一方の対向部に形成することができる。すなわち、流出溝は、上型の対向部のみに形成することもできる。流出溝はまた、上下型両方の対向部に形成することもできる。

図２〜図４に示すように、上下型２，３のそれぞれは、型対向方向にて積層される複数の層を有する。図２〜図４においては、一例として、上型２が、型対向方向にて下型３から離れるように順に並んだ第１層２ａ、第２層２ｂ、第３層２ｃを有し、かつ下型３が、型対向方向にて上型２から離れるように順に並んだ第１層３ａ、第２層３ｂ、第３層３ｃを有する場合が示されている。しかしながら、上下型のそれぞれにおける層の数は、これに限定されない。

上下型２，３の相対的な移動について、図２〜図４を参照すると、上型２が型対向方向にて移動可能になっており、かつ下型３が固定されている。しかしながら、上下型の相対的な移動はこれに限定されない。例えば、上型を固定し、かつ下型を型対向方向にて移動可能とすることもできる。また、上下型の両方を型対向方向に移動可能とすることもできる。

「加熱機構の詳細」
加熱機構４は詳細には次のようになっているとよい。図２〜図４に示すように、加熱機構４は、上下型２，３を加熱可能に構成される少なくとも１つのヒータを有する。さらに、加熱機構４の上側及び下側加熱部４１，４２のそれぞれは、少なくとも１つのヒータを有するとよい。ヒータとしては、例えば、カンタル（登録商標）スーパー、ニクロム線等の電熱線、炭化ケイ素系の棒状抵抗発熱体を用いることができる。しかしながら、ヒータはこれに限定されない。

加熱機構４、特に、上側及び下側加熱部４１，４２のそれぞれは、型対向方向に略直交する方向にて上下型２，３と間隔を空けている。加熱機構４の基準位置Ｊは、上下型２，３の温度分布を略均一にすることができるように設定される。図２〜図４においては、一例として、加熱機構４の基準位置Ｊが型対向方向にて加熱機構４の略中央に位置する場合が示されている。しかしながら、加熱機構の基準位置は、型対向方向にて加熱機構の略中央に対して上型又は下型寄りに位置してもよい。

上側加熱部４１は、加熱機構４の基準位置Ｊに対して、型対向方向の上型２側に位置する。上側加熱部４１は、上型２の外周側方面２１と部分的に又は全体的に向き合うように配置される。下側加熱部４２は、加熱機構４の基準位置Ｊに対して、型対向方向の下型３側に位置する。下側加熱部４２は、下型３の外周側方面３１と部分的に又は全体的に向き合うように配置される。

しかしながら、上側加熱部を加熱機構の基準位置を跨ぐように配置することもできる。この場合、型閉状態で、上側加熱部は上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、かつ下側加熱部は下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置されることとなる。その一方で、下側加熱部を加熱機構の基準位置を跨ぐように配置することもできる。この場合、型閉状態で、上側加熱部は下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、かつ下側加熱部は上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置されることとなる。

さらに、加熱機構４は筐体本体５１に対して固定されている。加熱機構４は筐体本体５１に取り付けられている。加熱機構４はまた、筐体本体５１の投入口５１ａを避けるように配置される。加熱機構４は、筐体本体５１の投入口５１ａに対して、筐体５の外周方向の外側に配置される。かかる加熱機構４の型対向方向の長さは、投入口５１ａの型対向方向の長さ以下であるとよい。かかる加熱機構４の上側及び下側加熱部４１，４２は筐体本体５１に対して固定されている。上側及び下側加熱部４１，４２もまた、筐体本体５１の投入口５１ａを避けるように配置される。

しかしながら、加熱機構と筐体との関係はこれに限定されない。加熱機構は、扉に掛かるように配置することもできる。加熱機構は、型対向方向の上下型の少なくとも一方側に掛かるように配置することもできる。加熱機構の型対向方向の長さは、投入口の型対向方向の長さよりも長くすることができる。加熱機構を、筐体本体に対して型対向方向にて移動可能に構成することができる。上側及び下側加熱部の少なくとも一方を、筐体本体に対して型対向方向にて移動可能に構成することもできる。

図５及び図６に示すように、加熱機構４は、後述するガス供給管６１を離脱可能に取り付けることができるように構成される被取付部４３を有する。かかる被取付部４３は下側加熱部４２に付設することができる。しかしながら、被取付部は上側加熱部に付設することもできる。

「筐体の詳細」
筐体５は詳細には次のようになっているとよい。図２〜図４に示すように、筐体本体５１は、上型２を型対向方向に移動可能とするように挿入すべく開口する上型通過口５１ｄを有する。上型２と上型通過口５１ｄの周縁部５１ｅとの間には上側隙間Ｈが形成される。特に、型対向方向が鉛直方向に沿っている場合に、かかる上側隙間Ｈが形成されるとよい。

このような筐体５は、扉５２を閉じた扉閉状態で、上側及び下側隙間Ｈ，Ｉを除いて密閉されるように構成されるとよい。上側隙間Ｈの大きさは、上型２をスムーズに通過可能とし、かつ筐体５内部の温度低下を抑制可能とするように設定されるとよい。かかる上側隙間Ｈは上述したような下側隙間Ｉよりも小さいとよい。しかしながら、上側隙間は下側隙間と等しくすることもできる。また、上側隙間は下側隙間よりも大きくすることもできる。さらに、上側及び下側隙間Ｈ，Ｉは、グランドパッキン等を用いることによって、摺動可能な状態で気密性を高めることができる。気密性を高めることによって、外気の流出入による上下型の温度低下や温度不均一性を改善することができる。

図１、図３及び図４に示すように、筐体本体５１の投入口５１ａは、筐体本体５１の外周側方部５１ｆに配置される。投入口５１ａは、筐体本体５１の外周側方部５１ｆを貫通するように形成される。投入口５１ａは、型対向方向にて、型開状態の上下型２，３間に形成される空間に対応するように配置されるとよい。

図２〜図４を参照すると、筐体５は、型対向方向に移動可能に構成されている。かかる筐体５の筐体本体５１に対して固定される加熱機構４は、筐体５の移動に同期して移動するようになっている。筐体本体５１に対して固定される上側及び下側加熱部４１，４２は、筐体５の移動に同期して移動するようになっている。しかしながら、筐体は、型対向方向に実質的に移動しない構成とし、かつ上側及び下側加熱部の少なくとも一方を筐体に対して型対向方向に移動可能に構成することもできる。

さらに、図１、図３及び図４においては、筐体５が、筐体本体５１に旋回可能に取り付けられた１つの扉５２を有しており、かかる扉５２は、その旋回によって、筐体本体５１の１つの投入口５１ａを閉じた扉閉状態と、筐体本体５１の１つの投入口５１ａを開いた扉開状態とに移動可能になっている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、筐体が、筐体本体に旋回可能にそれぞれ取り付けられた２つの扉を有しており、かかる２つの扉が、その旋回によって、扉閉状態と扉開状態とに観音開き方式にて移動可能になっていてもよい。さらに例えば、筐体が、筐体本体に対してスライド移動可能に取り付けられた扉を有しており、扉が、そのスライド移動によって、扉閉状態と扉開状態とに移動可能になっていてもよい。また、筐体及び筐体本体は、円筒形状の金型を囲むように円筒形状に配置されてもよい。筐体及び筐体本体は、金型及び鍛造空間の温度低下を極力防ぐために２重扉構造としてもよい。

「ガス供給機構の詳細」
ガス供給機構６は詳細には次のようになっているとよい。ガス供給機構６により供給される不活性ガスＧは、筐体５の内部、特に、上下型２，３のキャビティＣにおける酸素濃度を低下可能とするものとなっている。例えば、不活性ガスＧは、Ａｒ（アルゴン）ガスとすることができる。しかしながら、不活性ガスは、これに限定されない。例えば、不活性ガスは、Ｎ（窒素）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス等とすることもできる。

図５及び図６に示すように、ガス供給機構６は、不活性ガスＧを通過可能とするように構成されるガス供給管６１を有する。ガス供給管６１は、不活性ガスＧを排出できる先端部６２と、加熱機構４の被取付部４３に離脱可能に取り付けるように構成される取付部６３とを有する。先端部６２は、流入溝３３ａに沿って配置される。取付部６３は、型対向方向に沿って配置される。ガス供給管６１は略Ｌ字形状に形成されている。しかしながら、ガス供給管の構造は、これらに限定されない。

「鍛造製品の製造方法」
図８を参照して、本実施形態に係る鍛造製品Ｐの製造方法について説明する。鍛造製品Ｐの製造方法においては、上下型２，３が加熱機構４によって加熱され、上下型２，３間で鍛造素材Ｍに鍛造が施され、かかる鍛造素材Ｍから鍛造製品Ｐが製造される。

最初に、鍛造製品Ｐの製造方法においては、筐体５の内部に不活性ガスＧを供給する（ガス供給工程Ｓ１）。かかるガス供給工程Ｓ１においては、型閉状態の上下型２，３のキャビティ部２２，３２に不活性ガスＧを供給する。このような不活性ガスＧの供給によって、上下型２，３のキャビティ部２２，３２内の酸素濃度を約１％以下とすることも可能である。しかしながら、上下型の酸化を効率的に防止できれば、不活性ガスの供給は、上下型のキャビティ部内の酸素濃度を約１％よりも大きくなっていてもよい。

また、ガス供給工程Ｓ１においては、不活性ガスＧを供給する直前に、ガス供給機構６のガス供給管６１が加熱機構４の被取付部４３に取り付けられるとよい。さらに、ガス供給管６１は、ガス供給工程Ｓ１の終了後に、加熱機構４の被取付部４３から取り外されるとよい。しかしながら、ガス供給管の着脱タイミングはこれらに限定されない。また、ガス供給管を鍛造装置、特に、筐体の内部に設置したままの状態とすることもできる。

次に、一体形成された筐体本体５１を有する筐体５の内部に、筐体本体５１の投入口５１ａから鍛造素材Ｍを投入する（投入工程Ｓ２）。投入工程Ｓ２においては、加熱炉等によって加熱された鍛造素材Ｍが筐体５の内部に投入される。加熱炉等から筐体５まで鍛造素材Ｍを搬送するときには、鍛造素材Ｍの温度低下を防ぐような冶具が用いられるとよい。

上下型２，３間で鍛造素材Ｍに鍛造を施す（鍛造工程Ｓ３）。かかる鍛造工程Ｓ３においては、鍛造を施すにあたって、筐体本体５１の投入口５１ａを扉５２によって閉じた扉閉状態の筐体５の内部にて、加熱機構４によって上下型２，３を加熱し、上下型２，３を型対向方向に相対的に移動させ、かつ加熱機構４を、相対的に移動する上下型２，３の少なくとも一方に対して型対向方向に相対的に移動させる。このように鍛造された鍛造素材Ｍから鍛造製品Ｐは製造されることとなる。なお、鍛造中において、加熱機構４は上下型２，３を連続的又は断続的に加熱する。しかしながら、上下型の温度が適切に維持されていれば、鍛造中において、加熱機構は上下型を加熱しない状態にすることもできる。

鍛造工程Ｓ３において、加熱機構４の相対的な移動が、加熱機構４の型対向方向の基準位置Ｊと上下型２，３間の型対向方向の中心位置Ｋとを型対向方向に一致させた状態を維持するように行われるとよい。しかしながら、製造方法はこれらに限定されない。ガス供給工程は、投入工程後かつ鍛造工程前に行うこともできる。ガス供給工程においては、型開状態の上下型のキャビティ部に不活性ガスを供給することもできる。また、ガス供給工程においては、筐体の内部かつ上下型の外部に不活性ガスを供給することもできる。

なお、鍛造中における上下型２，３の温度及び鍛造空間の温度は、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる金属の種類等に応じて設定されるとよい。例えば、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金等である場合において、上下型２，３の温度及び鍛造空間の温度は次のように設定されるとよい。鍛造開始直前における上下型２，３の温度は、約８００℃以上であるとよい。鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、特にＮｉ基合金である場合、鍛造開始直前における上下型２，３の温度は、好ましくは約１０２０℃以上であるとよく、より好ましくは約１０４０℃以上であるとよく、さらに好ましくは、約１０５０℃以上であるとよい。さらに、鍛造開始直前における上下型２，３の温度は、約９００℃〜約１２００℃の範囲内であるとよい。鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、特にＮｉ基合金である場合、鍛造開始直前における上下型２、３の温度の下限は、好ましくは約１０２０℃であるとよく、より好ましくは約１０４０℃であるとよく、さらに好ましくは約１０５０℃であるとよい。鍛造中における鍛造空間の温度は、約８００℃〜約１２００℃の範囲内であるとよい。また、鍛造中における鍛造空間の温度は、約９００℃〜約１２００℃の範囲内であるとよい。特に、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、Ｎｉ基合金である場合、鍛造中における上下型２，３の温度は、約８５０℃〜約１１５０℃の範囲内であるとよい。鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、Ｎｉ基合金である場合、鍛造中における上下型２，３の温度の下限は、好ましくは約９００℃であるとよく、より好ましくは約１０２０℃であるとよく、さらに好ましくは約１０４０℃であるとよく、さらにより好ましくは約１０５０℃であるとよい。特に、鍛造素材Ｍ及び鍛造製品Ｐに用いられる材料が、Ｔｉ基合金である場合、鍛造中における上下型２，３の温度は、約７５０℃〜約１０５０℃の範囲内であるとよい。しかしながら、鍛造開始直前における上下型の温度並びに鍛造中における上下型の温度及び鍛造空間の温度は、これらに限定されない。

以上、本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、一体形成された筐体本体５１が筐体５の内部のほとんどを囲んだ状態で、筐体本体５１の投入口５１ａを外部に開放するので、鍛造素材Ｍを、投入口５１ａから筐体５の内部、すなわち、鍛造空間に投入するときに、鍛造空間の温度が大きく低下することを防止できる。また、鍛造空間の温度を定常的に維持できて、その結果、鍛造空間に配置される鍛造素材Ｍ及び上下型２，３の温度が大きく低下することも防止できる。さらには、低下した上下型２，３の温度を再上昇させる回数及び時間を減少させることができるので、上下型２，３の温度の増減を抑制することができる。その結果、上下型２，３の劣化を防ぐことができて、上下型２，３の交換周期を延ばすことができる。加えて、上下型２，３が相対的に移動する場合であっても、加熱機構４を上下型の少なくとも一方に対して対向方向に相対的に移動させて、これによって、加熱機構４が上下型２，３を加熱する条件を一定に維持することができて、上下型２，３の温度の均一性を効率的に維持することができる。よって、鍛造空間の温度及び鍛造素材Ｍの温度の低下を防ぐことができ、上下型２，３の温度の均一性を効率的に維持することができ、鍛造の作業効率を向上させることができる。ひいては、十分な品質を有する鍛造製品Ｐを効率的に製造することができる。

本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、加熱機構４の型対向方向の基準位置Ｊと上下型２，３間の型対向方向の中心位置Ｋとを型対向方向に一致させた状態を維持する。そのため、上下型２，３が相対的に移動する場合であっても、加熱機構４が上下型２，３を加熱する条件を一定に維持できるので、上下型２，３の温度の均一性を効率的に維持できる。

本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、加熱機構４が上側及び下側加熱部４１，４２を有し、上側及び下側加熱部４１，４２が、それぞれ上側及び下側加熱部４１，４２の加熱温度を互いに独立して調節可能とする。そのため、上下型２，３の型対向方向の温度バラツキを防ぐように、上側及び下側加熱部４１，４２の加熱温度を互いに独立して調節することができるので、上下型２，３の温度の均一性を効率的に維持することができる。

本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、ガス供給機構６が筐体５の内部に不活性ガスＧを供給する。そのため、筐体５の内部、すなわち、鍛造空間の酸素濃度を低減させるように鍛造空間に供給される不活性ガスＧによって、鍛造空間に位置する上下型２，３の酸化を効率的に防止することができる。よって、上下型２，３の劣化を効率的に防ぐことができて、上下型２，３の交換周期を効率的に延ばすことができる。

本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、ガス供給機構６が、上下型２，３を閉じた型閉状態で上下型２，３のキャビティ部２２，２３に不活性ガスＧを供給する。そのため、キャビティ部２２，２３に不活性ガスＧを直接的に供給し、これによって、上下型２，３のキャビティ部２２，２３の酸素濃度を効率的に低減させることができて、鍛造にて特に重要となるキャビティ部２２，２３の酸化を効率的に防止することができる。その結果、上下型２，３の劣化を効率的に防ぐことができて、上下型２，３の交換周期を効率的に延ばすことができる。

本実施形態に係る鍛造装置１及び鍛造製品Ｐの製造方法においては、型対向方向が鉛直方向に沿っている場合において、筐体本体５１は、下型３が型対向方向に移動可能に挿入されるように開口する下型通過口５１ｂを有し、下型３と下型通過口５１ｂの周縁部５１ｃとの間には下側隙間Ｉが形成されている。そのため、筐体５の内部に不活性ガスＧが充満したとしても、余分な不活性ガスＧを下側隙間Ｉから逃がすことができ、特に、余分な不活性ガスＧを、下側隙間Ｉを通って筐体５の外部に排出するための排出口を、上下型２，３から離れた位置に設ければ、上下型２，３の温度を変化し難くできる。その結果、上下型２，３の劣化を効率的に防ぐことができて、上下型２，３の交換周期を効率的に延ばすことができる。

ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。

１…鍛造装置
２…上型、２１…外周側方面、２２…キャビティ部
３…下型、３１…外周側方面、３２…キャビティ部
４…加熱機構、４１…上側加熱部、４２…下側加熱部
５…筐体、５１…筐体本体、５１ａ…投入口、５１ｂ…下型通過口、５１ｃ…周縁部、５２…扉
６…ガス供給機構
Ｊ…基準位置、Ｋ…中心位置
Ｇ…不活性ガス
Ｉ…下側隙間
Ｍ…鍛造素材、Ｐ…鍛造製品
Ｓ１…ガス供給工程、Ｓ２…投入工程、Ｓ３…鍛造工程

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造装置は、上型と、前記上型に対向する下型と、前記上下型を加熱可能に構成される加熱機構と、前記上下型及び前記加熱機構を内部に配置した筐体とを備え、前記上下型が、前記上下型間で鍛造素材を鍛造可能とするように互いに対して、前記上下型の対向方向に相対的に移動可能に構成される、鍛造装置であって、前記筐体が、前記鍛造素材を通過可能とするように開口する投入口を有する筐体本体と、前記筐体本体の投入口を開閉可能とするように構成される扉とを含み、前記筐体本体が、前記上下型及び前記加熱機構を囲むように一体形成され、前記筐体本体は、前記下型が前記対向方向に移動可能に挿入されるように開口する下型通過口と、前記上型が前記対向方向に移動可能に挿入されるように開口する上型通過口とを有し、前記筐体が、前記型対向方向に移動可能に構成され、前記加熱機構が、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、前記加熱機構が前記筐体本体に取り付けられ、
前記加熱機構が、前記筐体の型対向方向の移動に同期して、相対的に移動する前記上下型に対して前記対向方向に相対的に移動するように構成されている。

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造製品の製造方法は、筐体の内部で互いに対向する上型及び下型間で鍛造を施される鍛造素材から鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法であって、一体形成された筐体本体を有する前記筐体の内部に、前記筐体本体の投入口から前記鍛造素材を投入する投入工程と、前記筐体本体の投入口が扉によって閉じられた状態にある前記筐体の内部にて、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、かつ前記筐体本体に取り付けられた加熱機構によって前記上下型を加熱し、前記筐体本体にて開口する上型通過口に挿入される前記上型と、前記筐体本体にて開口する下型通過口に挿入される前記下型とをその対向方向に相対的に移動させ、前記筐体を、前記型対向方向に移動させ、かつ前記加熱機構を、前記筐体の型対向方向の移動に同期して、相対的に移動する前記上下型に対して前記対向方向に相対的に移動させ、これによって、前記上下型間で前記鍛造素材に前記鍛造を施す鍛造工程とを含む。

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造装置は、上型と、前記上型に対向する下型と、前記上下型を加熱可能に構成される加熱機構と、前記上下型及び前記加熱機構を内部に配置した筐体とを備え、前記上下型が、前記上下型間で鍛造素材を鍛造可能とするように互いに対して、前記上下型の対向方向に相対的に移動可能に構成される、鍛造装置であって、前記筐体が、前記鍛造素材を通過可能とするように開口する投入口を有する筐体本体と、前記筐体本体の投入口を開閉可能とするように構成される扉とを含み、前記筐体本体が、前記上下型及び前記加熱機構を囲むように一体形成され、前記筐体本体は、前記下型が前記対向方向に移動可能に挿入されるように開口する下型通過口と、前記上型が前記対向方向に移動可能に挿入されるように開口する上型通過口とを有し、前記筐体が、前記型対向方向に移動可能に構成され、前記加熱機構が、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、前記加熱機構が前記筐体本体に取り付けられ、
前記加熱機構が、前記筐体の型対向方向の移動に同期して、相対的に移動する前記上下型に対して前記対向方向に相対的に移動するように構成されており、前記加熱機構が、前記加熱機構の対向方向の基準位置と前記上下型間の対向方向の中心位置とを前記対向方向に一致させた状態を維持するように移動する構成となっている。

上記課題を解決するために、一態様に係る鍛造製品の製造方法は、筐体の内部で互いに対向する上型及び下型間で鍛造を施される鍛造素材から鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法であって、一体形成された筐体本体を有する前記筐体の内部に、前記筐体本体の投入口から前記鍛造素材を投入する投入工程と、前記筐体本体の投入口が扉によって閉じられた状態にある前記筐体の内部にて、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、かつ前記筐体本体に取り付けられた加熱機構によって前記上下型を加熱し、前記筐体本体にて開口する上型通過口に挿入される前記上型と、前記筐体本体にて開口する下型通過口に挿入される前記下型とをその対向方向に相対的に移動させ、前記筐体を、前記型対向方向に移動させ、かつ前記加熱機構を、前記筐体の型対向方向の移動に同期して、相対的に移動する前記上下型に対して前記対向方向に相対的に移動させ、これによって、前記上下型間で前記鍛造素材に前記鍛造を施す鍛造工程とを含み、前記鍛造工程にて、前記加熱機構の相対的な移動が、前記加熱機構の対向方向の基準位置と前記上下型間の対向方向の中心位置とを前記対向方向に一致させた状態を維持するように行われる。

Claims (10)

1. 上型と、
   前記上型に対向する下型と、
   前記上下型を加熱可能に構成される加熱機構と、
   前記上下型及び前記加熱機構を内部に配置した筐体と
   を備え、
   前記上下型が、前記上下型間で鍛造素材を鍛造可能とするように互いに対して、前記上下型の対向方向に相対的に移動可能に構成される、鍛造装置であって、
   前記筐体が、前記上下型及び前記加熱機構を囲むように一体形成され、かつ前記鍛造素材を通過可能とするように開口する投入口を有する筐体本体と、前記筐体本体の投入口を開閉可能とするように構成される扉とを含み、
   前記加熱機構が、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置され、
   前記加熱機構が、相対的に移動する前記上下型の少なくとも一方に対して前記対向方向に相対的に移動するように構成されている、鍛造装置。
2. 前記加熱機構が、前記加熱機構の対向方向の基準位置と前記上下型間の対向方向の中心位置とを前記対向方向に一致させた状態を維持するように移動する構成となっている、請求項１に記載の鍛造装置。
3. 前記加熱機構が、上側加熱部と、前記上側加熱部に対して前記対向方向の下型側に位置する下側加熱部とを有し、
   前記上側及び下側加熱部が、それぞれ前記上側及び下側加熱部の加熱温度を互いに独立して調節可能とするように構成されている、請求項１に記載の鍛造装置。
4. 前記筐体の内部に不活性ガスを供給可能とするように構成されるガス供給機構を備える請求項１に記載の鍛造装置。
5. 前記上下型のそれぞれが、前記上下型を互いに合わせるように閉じた状態で前記鍛造素材を鍛造する空間を成すように形成されるキャビティ部を有し、
   前記ガス供給機構が、前記上下型を閉じた状態で前記上下型のキャビティ部に前記不活性ガスを供給可能に構成されている、請求項４に記載の鍛造装置。
6. 前記対向方向が鉛直方向に沿っており、
   前記筐体本体は、前記対向方向の下側に位置する前記下型が前記対向方向に移動可能に挿入されるように開口する下型通過口を有し、
   前記下型と前記下型通過口の周縁部との間には隙間が形成されている、請求項４に記載の鍛造装置。
7. 筐体の内部で互いに対向する上型及び下型間で鍛造を施される鍛造素材から鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法であって、
   一体形成された筐体本体を有する前記筐体の内部に、前記筐体本体の投入口から前記鍛造素材を投入する投入工程と、
   前記筐体本体の投入口が扉によって閉じられた状態にある前記筐体の内部にて、前記上下型の外周側方面と部分的に又は全体的に向き合うように配置された加熱機構によって前記上下型を加熱し、前記上下型をその対向方向に相対的に移動させ、かつ前記加熱機構を、相対的に移動する前記上下型の少なくとも一方に対して前記対向方向に相対的に移動させ、これによって、前記上下型間で前記鍛造素材に前記鍛造を施す鍛造工程と
   を含む鍛造製品の製造方法。
8. 前記鍛造工程にて、前記加熱機構の相対的な移動が、前記加熱機構の対向方向の基準位置と前記上下型間の対向方向の中心位置とを前記対向方向に一致させた状態を維持するように行われる、請求項７に記載の鍛造製品の製造方法。
9. 前記投入工程又は前記鍛造工程の前に、前記筐体の内部に不活性ガスを供給するガス供給工程を含む請求項７に記載の鍛造製品の製造方法。
10. 前記ガス供給工程にて、互いに合わさるように閉じた状態にある前記上下型にて前記鍛造素材を鍛造する空間をもたらすように形成されるキャビティ部に、前記不活性ガスを供給する請求項９に記載の鍛造製品の製造方法。

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