(57)【要約】【課題】被処理対象物Ｗを所望する立体形状へと変形加工できるようにする。【解決手段】高圧容器２と、被処理対象物Ｗを収容した状態で高圧容器２内の下蓋５上に設置される収容器２４と、高圧容器２内に設けられた加熱手段６Ａ，６Ｂとを有し、高圧容器２の上蓋４にガス媒体用上部通路１０が設けられ、高圧容器２の下蓋５にガス媒体用下部通路１５が設けられ、収容器２４はガス媒体用下部通路１５と通気可能とされており、且つ収容器２４はその外圧を高く内圧を低くしたときに生じる差圧を受けて器内容積を圧縮変形可能とする変形面部５０を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒体及びその上下を密閉可能に閉鎖する上蓋及び下蓋を有する高圧容器と、被処理対象物を収容した状態で前記高圧容器内に設置される収容器と、高圧容器内に設けられて収容器を加熱する加熱手段とを有し、
前記収容器には、前記高圧容器の内圧と収容器の内圧との差圧を受けて器内容積を圧縮変形可能とする変形面部が設けられると共に、前記変形面部の圧縮変形により、当該収容器内に収納された被処理対象物を所定形状に成型する成型面部が設けられていることを特徴とする高温ガス圧処理装置。
【請求項２】
前記成型面部は、収容器の内部であって変形面部に対面するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の高温ガス圧処理装置。
【請求項３】
前記高圧容器の下蓋には、当該高圧容器の内部に連通するガス媒体用下部通路が設けられており、
前記収容器は、前記下蓋の上面に設置され、且つ前記ガス媒体用下部通路と当該収容器の内部とが連通する構造とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高温ガス圧処理装置。
【請求項４】
被処理対象物を収納した収容器を高圧容器内へ設置し、
前記高圧容器内を加熱すると共に、前記高圧容器の内圧と収納器の内圧との差圧で収容器に圧縮変形を起こさせて、収容器内の被処理対象物を圧縮変形させることを特徴とする高温ガス圧処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理対象物を収納した収容器の内外に差圧を生じさせて収容器の一部又は全部を変形させ、当該被処理対象物を変形加工する高温ガス圧処理装置及び高温ガス圧処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス圧処理法の一つである熱間等方圧プレス法(ＨＩＰ法)として、板厚の薄い軟鋼板材や管材等で形成された金属製収容器中に粉末材料や粉末成形体等の被処理対象物を真空封入し、高温高圧雰囲気下で処理することにより緻密な焼結体を製造する技術があり、このために用いる高温ガス圧処理装置は公知である。
この高温ガス圧処理装置の他の利用法として、収容器中に複数個の塊状の金属部材を収納したうえでＨＩＰ処理を実施することで、これらの金属部材を拡散接合により一体化させ、もって所望形状の成型体を得るようにすることが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
なお、従来の高温ガス圧処理装置として、高圧容器の下蓋を貫通させて調整管を設け、この調整管における高圧容器内の端部を更に収容器内まで到達させ、この調整管を介して収容器内の雰囲気ガスの種類や圧力を調整できるようにすることが提案されている（例えば、特許文献２）。
また、この調整管を備えた同様な装置を用い、収容器中に炭素とタールピッチなどの有機材料からなる成形体を収納し加圧焼成する提案もあった（例えば、特許文献３）。この場合、高圧容器の下蓋に収容器内へ達するガス導入口やガス排気口を設けるものとされている。
【特許文献１】特開昭５６−１２６０３０号公報
【特許文献２】特公昭５７−３１５５０号公報
【特許文献３】特開昭６０−１９１０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術、すなわち、高温ガス圧処理装置を利用して、複数個の金属部材を一体化させ、所望形状の成型体を得る方法は、高圧容器内であって且つ収容器の外部となる領域（収容器に対する外圧）を高めるだけである。そのため、金属部材同士の接合が主であり、金属部材の一部で若干の型押し（変形）を加えることができるとしても、その変形で生じさせる凹凸の程度は小さく、とても所望する全ての形状を満足させるまでには至らなかった。
なお、高圧容器の下蓋に調整管を設ける提案（特許文献２や特許文献３）は、調整管を介して収容器内の雰囲気ガスの種類や圧力を調整できるようにするためのものであって、収容器内に収納した被処理対象物を変形させるようなことは一切考慮されていなかった。
【０００５】
すなわち、これまでの高温ガス圧処理は、被処理対象物の焼成や拡散接合など材質的な観点での処理方法であり、形状を大きく変形させるといった処理には利用されることがあまりなかった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被処理対象物を収納した収容器の内外に差圧を生じさせて収容器の一部又は全部を変形させ、被処理対象物を所望する立体形状へと変形加工させるようにした高温ガス圧処理装置及び高温ガス圧処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る高温ガス圧処理装置は、  円筒体及びその上下を密閉可能に閉鎖する上蓋及び下蓋を有する高圧容器と、被処理対象物を収容した状態で前記高圧容器内に設置される収容器と、高圧容器内に設けられて収容器を加熱する加熱手段とを有し、前記収容器には、前記高圧容器の内圧と収容器の内圧との差圧を受けて器内容積を圧縮変形可能とする変形面部が設けられると共に、前記変形面部の圧縮変形により、当該収容器内に収納された被処理対象物を所定形状に成型する成型面部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成において、収容器の外圧と内圧との間で差圧を発生させると、この差圧で収容器に設けられた変形面部が収容器の器内容積を圧縮させるように変形するので、収容器内の被処理対象物は加圧され、変形することになる。ここにおいて、収容器には、器内容積を圧縮変形させる状態に変形面部が変形したときに、当該収容器内に収納された被処理対象物を所定形状に成型する成型面部があるため、この成型面部によって被処理対象物が型押しされる状態となり、意図した通りの形状が得られることになる。
好ましくは、前記成型面部は、収容器の内部であって変形面部に対面するように配設されているとよい。
【０００８】
さらに、前記高圧容器の下蓋には、当該高圧容器の内部に連通するガス媒体用下部通路が設けられており、前記収容器は、前記下蓋の上面に設置され、且つ前記ガス媒体用下部通路と当該収容器の内部とが連通する構造とされているとよい。
一方、本発明に係る高温ガス圧処理方法は、被処理対象物を収納した収容器を高圧容器内へ設置し、前記高圧容器内を加熱すると共に、前記高圧容器の内圧と収納器の内圧との差圧で収容器に圧縮変形を起こさせて、収容器内の被処理対象物を圧縮変形させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る高温ガス圧処理装置や高温ガス圧処理方法では、収容器内の被処理対象物を所望する立体形状へと変形加工することが可能となる。そのため、高温ガス圧処理の利用が格段に広がり、種々の高機能材料や部材の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図３は、本発明に係る高温ガス圧処理装置１の一実施形態を示している。
この高温ガス圧処理装置１は、被処理対象物Ｗの熱間変形加工に好適に使用できるものであって、高圧容器２を核として構成されている。この高圧容器２は、円筒体３と、この円筒体３の上下を密閉可能に閉鎖する上蓋４及び下蓋５とを有している。更にこれら上下の蓋４，５を対向状に把持固定する窓枠状のフレーム（図示略）を有している。
高圧容器２内には筒体３の内周面に沿うような配置で加熱手段６Ａ，６Ｂが設けられている。好ましくは、この加熱手段６Ａ，６Ｂのまわり（筒体３の内周面との間）が上端閉塞の円筒形（倒立コップ形）を呈した断熱層７で囲まれる。また上下の蓋４，５と筒体３との嵌合部分には、ガス圧を封止するシールリング８が装着されている。
【００１１】
図３に示すように、高圧容器２の上蓋４には、高圧容器２の内外を連通させる状態でガス媒体用上部通路１０が設けられている。このガス媒体用上部通路１０は、第１ガス供給配管１１を介して加圧処理用の第１ガス源１２（アルゴン等の第１ガスを貯留）に接続されており、高圧容器２内へ第１ガスを導入したり排出したりできるようになっている。
また高圧容器２の下蓋５には、その上部、すなわち高圧容器２の内側を向く面に、後述の収容器２４を支持するための収容器支持部材１６が設けられている。そして、これら下蓋５及び収容器支持部材１６を貫通して、高圧容器２の内外を連通させる状態でガス媒体用下部通路１５が設けられている。
【００１２】
下蓋５に設けられたガス媒体用下部通路１５は、第２ガス供給配管３０を介して第２ガス源３１（第２ガスを貯留）に接続されており、収容器２４内へ第２ガスを導入したり排出したりできるようになっている。
またガス媒体用下部通路１５には、別の第２ガス供給配管３０を介して大気放流管３２や真空ポンプ３３が接続されており、収容器２４内を減圧乃至真空にできるようになっている。
収容器支持部材１６は例えば短円柱形に形成されたもので、外周面を一周する状態でシールリング４０が設けられている。この収容器支持部材１６には、ガス媒体下部通路１５を開閉することのできる開閉手段４１を設けておくこともできる。この開閉手段４１には、例えば人為的な操作によって開閉可能な手動操作弁や、ガス媒体下部通路１５に対して着脱可能なプラグ（フリーズド・プラグ）を採用すればよい。
【００１３】
収容器２４は被処理対象物Ｗを収容するためのもので、ステンレス等の気体不透過性材料により形成されている。図例では、下型部材４６の外周面まわりを上型部材４７の内周面が取り囲むようにして嵌合関係が得られるものとしてある。下型部材４６は短円柱形とし、上型部材４７は下型部材４６を取り囲む部分を円筒形とするのが好適である。
下型部材４６の外周面と上型部材４７の内周面との嵌合によって生じる摺り合わせ面は、上型部材４７の下端（収容器２４の下面）まで達している。そのため、収容器２４を収容器支持部材１６上に設置した状態では、この嵌合摺り合わせ面が収納器支持部材１６の上面に突き当たるようになる。この嵌合摺り合わせ面のクリアランスを利用して、収容器２４の内部と収容器支持部材１６側のガス媒体用下部通路１５とが通気可能になっている。
【００１４】
上型部材４７には、収容器支持部材１６の外周面に対して気密的に外嵌可能な円筒形状の裾部４８が設けられている。この裾部４８の内周面には収容器支持部材１６の外周面に設けられたシールリング４０が気密的且つ全周的に接触するようになっている。これにより、収容器１６と収容器支持部材１６との設置間は、高圧容器２の内部雰囲気に対して気密的に遮断されるようになっている。
上型部材４７の上面は薄板状に形成されており変形面部５０となっている。この変形面部５０の外面は、高圧容器２の内部に面し、収容器２４の外圧を高く内圧を低くして差圧を生じさせたときには、この差圧を受けて器内容積を圧縮変形させるように変形する。
【００１５】
一方、下型部材４６の上面には、得ようとする成型体形状（立体形）を型押しするための成型面部５１が形成されている。すなわち、収容器２４内であって、変形面部５０より下側で成型面部５１より上側の空間に被処理対象物Ｗが装入されていて、上型部材４７の変形面部５０が、収容器２４の内側に圧縮変形したときには、収容器２４内に収納された被処理対象物Ｗが成型面部５１へ向けて圧下されるので、結果、被処理対象物Ｗに対し得ようとする立体形が型押しされることになる。
図３に示すように、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管３０とは、バイパス開閉手段５５を具備するバイパス配管５６によって接続されている。そのため、第１ガス源１２で貯留される第１ガスと、第２ガス源３１で貯留される第２ガスとのそれぞれについて、第１ガス供給配管１１からガス媒体用上部通路１０を経て高圧容器２内へ供給したり、或いは第２ガス供給配管３０からガス媒体用下部通路１５を経て収容器２４内へ供給したり、といった相互切替が自在に行えるようになっている。
【００１６】
なお、第１ガス源１２への回収ライン５７にはドレン弁５８が設けられている。また第１ガス供給配管１１にはガス圧縮機６０や第１圧力検出器６１、更には経路中の適所を開閉することのできる開閉弁６２〜６４が設けられている。第２ガス供給配管３０についても、第２圧力検出器６５や、経路中の適所を開閉することのできる開閉弁６６〜６９やガス放出弁７０が設けられている。
図２に示すように、下蓋５は昇降用アクチュエータ７５により昇降可能とされている。また、下蓋５には、ガス媒体用下部通路１５が高圧容器２の外方へ向けて開通する部分（図例では下蓋５の外周）にプラグイン構造の継ぎ手７６が接続されている。
【００１７】
このような構成の高温ガス圧処理装置１では、以下のような手順で被処理対象物Ｗを高温ガス圧処理する。
まず図２に示すように下蓋５のガス媒体用下部通路１５と第２ガス供給配管３０とを接続しているプラグイン構造の継ぎ手７６を解除させ、昇降用アクチュエータ７５を下向きに作動させて下蓋５を下降させる。
下蓋５の下降に伴って収容器支持部材１６も一緒に下降し、高圧容器２の外部に露出した状態になるので、この状態の収容器支持部材１６上に、被処理対象物Ｗを収納させた収容器２４を設置する。
【００１８】
なお、この場合、下蓋５から収容器支持部材１６を一旦、取り外し、この取り外した収容器支持部材１６に収容器２４を設置してからそれらを下蓋５へ固定するようにしてもよいし、或いは、下蓋５上に収容器支持部材１６が固定されたままの状態で、この収容器支持部材１６に対して収容器２４を設置するようにしてもよい。これらは、収容器支持部材１６と収容器２４との設置構造などの諸事情に応じて、適宜選択すればよいものである。
このようにして下蓋５上に収容器２４を設置した後、昇降用アクチュエータ７５を上向きに作動させて下蓋５を上昇させる。そしてプラグイン構造の継ぎ手７６により、下蓋５のガス媒体用下部通路１５と第２ガス供給配管３０とを接続する。
【００１９】
収容器２４内の被処理対象物Ｗが酸化している場合には、開閉弁６６，６７を開き、第２ガス源３１の第２ガス（水素や塩化水素ガス等）を収容器２４内へ供給して酸化皮膜等を還元除去する処理を行う。還元処理後は、開閉弁６８，７０を開放して収容器２４から第２ガスを抜き取る。
次に、第１ガス源１２からガス圧縮機６０を介して高圧ガスを高圧容器２及び収容器２４内に充填しつつ加熱する。なお、所定温度・所定圧力に到達するまでは、開閉手段５５，６７を開として、収容器２４内外の圧力（例えば、２００ＭＰａ）が均衡する状態に保持する。
【００２０】
所定温度・所定圧力に達した後、これら二つの開閉手段５５，６７を閉とし、ガス媒体用下部通路１５に接続されたガス放出弁７０を徐々に開とすることによって、収容器２４内を減圧し、収容器２４に対する外圧と内圧との間に徐々に差圧を生じさせる。この差圧は収容器２４の外面全体に圧下力として負荷するが、このなかで収容器２４の上面（変形面部５０）は収容器２４の器内容積を圧縮させる方向で変形することになる。
かくして、収容器２４に収容された被処理対象物Ｗは圧下力を受けて成型面部５１へと押し付けられ、変形を起こすようになる。
【００２１】
被処理対象物Ｗとして採用し得る多くの材料は、数百ＭＰａの等方圧が作用している状況下では超塑性を呈することが知られており、一回の処理で大きな変形量を得ることが可能となる。このような、本発明に係るガス圧塑性加工方法は、殊に板材を複雑形状に深絞り加工する場合等に極めて有効な方法であると言える。
変形加工が終了した後は、回収ライン５７などを利用して、高圧容器２及び収容器２４内の第１ガスを第１ガス源１２へ回収する。
その後は、プラグイン構造の継ぎ手７６を解除させ、昇降用アクチュエータ７５を下向きに作動させて下蓋５を下降させ、収容器支持部材１６上から収容器２４を取り出せばよい。
【００２２】
このように、本発明に係る高温ガス圧処理装置１を使用すれば、高圧容器２内に圧力の異なる圧力領域を容易に形成することが可能であるため、通常のＨＩＰ装置では達成が困難な超塑性加工を行うことが可能である。これに伴い、高温ガス圧処理の利用が格段に広がり、種々の高機能材料や部材の製造が可能となる。
また、この高温ガス圧処理装置１では、変形加工の実施過程で同時に収容器２４の真空封入処理を済ませることができる。殊に、高圧処理中において収容器２４内の雰囲気ガスの種類や圧力を調整できることは、実際の工業生産現場で出される多くの要請に対して非常に柔軟に対応できるところとなり、種々様々な高圧ガス処理が可能となって有益である。このような高圧ガス処理の例としては、例えば、収容器２４すなわち処理品Ｗを数百℃の高温として変形加工後に、第２ガス供給配管３０から窒素ガスを導入して、処理品表面の窒化処理を行うことがあげられる。
【００２３】
また、高圧容器２に対する収容器２４（被処理対象物Ｗ）の出し入れに際し、下蓋５を昇降させる（ガス媒体用下部通路１５と第２ガス供給配管３０との接続や切り離しを含む）作業が簡単且つ迅速に行えるものとなる。すなわち、高圧容器２に対する収容器２４（被処理対象物Ｗ）の出し入れが簡単且つ迅速に行える。
従って、高圧ガス処理に関して作業の容易化、迅速化、低コスト化が図れるものであり、従来のＨＩＰ処理をさらに洗練した技術として発展させる効果は、高圧処理技術の普及拡大に大きく貢献するところである。
【００２４】
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、収容器支持部材１６は下蓋５と一体的に設けることも可能であるし、この収容器支持部材１６を省略することも可能である。
下蓋５や収容器支持部材１６において、第２ガス源３１に接続されるガス媒体用下部通路１５を供給系の配管として独立させ、また大気放流管３２や真空ポンプ３３に接続されるガス媒体用下部通路１５を排気系の配管として独立させるように、それぞれ各別に設けておくことも可能である。
【００２５】
収容器２４の構造も適宜変更可能であり、下型部材４６と上型部材４７とをそれらの外周部で嵌合させる構造はあくまでもその一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の高温ガス圧処理装置を示した正面断面図である。
【図２】本発明の高温ガス圧処理装置を開いた状況を示した正面断面図である。
【図３】本発明に係る高温ガス圧処理装置の全体配管構成を示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    高温ガス圧処理装置
２    高圧円筒
３    円筒体
４    上蓋
５    下蓋
６Ａ，６Ｂ    加熱手段
１０    ガス媒体用上部通路
１１    第１ガス供給配管
１２    第１ガス源
１５    ガス媒体用下部通路
１６    収容器支持部材
２４    収容器
３０    第２ガス供給配管
３１    第２ガス源
３３    真空ポンプ
３５    バイパス開閉手段
４６    下型部材
４７    上型部材
５０    変形面部
５１    成型面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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