(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に収容された被処理物を高温高圧下でプレス処理する熱間等方圧加圧装置のプレス方法であって、
前記圧力容器内をヒータで加熱する加熱工程と、
前記ヒータで加熱した前記圧力容器内に前記被処理物を収容する収容工程と、
前記被処理物を収容した前記圧力容器内に圧縮空気を充填し、前記ヒータで前記圧縮空気を加熱することで、前記被処理物を高温高圧下でプレス処理する処理工程と、
前記被処理物をプレス処理した後に、前記圧力容器内を高温状態に保ちながら、前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出する排出工程と、
プレス処理した前記被処理物を不活性ガス下で冷却する冷却工程と、
を有することを特徴とする熱間等方圧加圧装置のプレス方法。
【請求項２】
前記被処理物を収容可能な冷却炉内に前記被処理物を収容し、前記冷却炉内に前記不活性ガスを供給することで前記冷却工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置のプレス方法。
【請求項３】
圧力容器内に収容された被処理物を高温高圧下でプレス処理する熱間等方圧加圧装置であって、
前記圧力容器内を加熱するヒータと、
前記圧力容器内に圧縮空気を供給する空気供給手段と、
前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出する空気排出流路と、
前記被処理物の周りに不活性ガスを供給するガス供給手段と、
を有し、
前記ヒータで加熱した前記圧力容器内に前記被処理物を収容し、前記圧力容器内に前記圧縮空気を充填して前記ヒータで前記圧縮空気を加熱することで、前記被処理物を高温高圧下でプレス処理した後に、前記圧力容器内を高温状態に保ちながら、前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出して、前記不活性ガス下で前記被処理物を冷却することを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
【請求項４】
前記被処理物を収容可能な冷却炉をさらに有し、
前記ガス供給手段は、前記被処理物を収容した前記冷却炉内に前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項３に記載の熱間等方圧加圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を高温高圧下でプレス処理する熱間等方圧加圧装置およびそのプレス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間等方圧加圧装置は、数１０〜数１００ＭＰａの高圧に設定された雰囲気の圧媒ガスのもと、焼結製品（セラミックス等）や鋳造製品等の被処理物をその再結晶温度以上の高温にしてプレス処理するものである。熱間等方圧加圧装置を用いたプレス方法により、被処理物中の残留気孔を消滅させることができるため、このプレス方法は、機械的特性の向上、特性のバラツキの低減、歩留まり向上などの目的で、今日、工業的に広く使用されている。
【０００３】
このような熱間等方圧加圧装置においては、処理コストを低減させるために、不活性ガスの代わりに空気を圧媒ガスとして利用することが行われている。しかし、空気を用いた場合、プレス処理後の降圧時に炉内温度が露点を下回ると結露が生じ、結露水が被処理物や圧力容器、ヒータに悪影響を与えるという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、除湿機で空気中の水分を除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／０１７０８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、除湿機では、空気中の水分を完全に除去することはできない。そこで、空気の排出時にヒータに通電する方法が行われるが、この方法でも結露を完全に防ぐことはできない。
【０００７】
本発明の目的は、結露を防ぐことが可能な熱間等方圧加圧装置およびそのプレス方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧力容器内に収容された被処理物を高温高圧下でプレス処理する熱間等方圧加圧装置のプレス方法であって、前記圧力容器内をヒータで加熱する加熱工程と、前記ヒータで加熱した前記圧力容器内に前記被処理物を収容する収容工程と、前記被処理物を収容した前記圧力容器内に圧縮空気を充填し、前記ヒータで前記圧縮空気を加熱することで、前記被処理物を高温高圧下でプレス処理する処理工程と、前記被処理物をプレス処理した後に、前記圧力容器内を高温状態に保ちながら、前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出する排出工程と、プレス処理した前記被処理物を不活性ガス下で冷却する冷却工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、圧力容器内に収容された被処理物を高温高圧下でプレス処理する熱間等方圧加圧装置であって、前記圧力容器内を加熱するヒータと、前記圧力容器内に圧縮空気を供給する空気供給手段と、前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出する空気排出流路と、前記被処理物の周りに不活性ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記ヒータで加熱した前記圧力容器内に前記被処理物を収容し、前記圧力容器内に前記圧縮空気を充填して前記ヒータで前記圧縮空気を加熱することで、前記被処理物を高温高圧下でプレス処理した後に、前記圧力容器内を高温状態に保ちながら、前記圧力容器内から前記圧縮空気を排出して、前記不活性ガス下で前記被処理物を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、被処理物のプレス処理を行う前に、圧力容器内をヒータで加熱して高温状態にしておくことで、プレス処理時にのみ圧力容器内を高温状態にするのに比べて、被処理物収容時に圧力容器周辺の水分を含んだ空気が圧力容器内に混入することを防ぐことができる。また、プレス処理後、高温状態で圧縮空気を排出することにより、炉内温度が露点を下回らないようにすることができる。さらに、プレス処理した被処理物を不活性ガス下で冷却することで、冷却を乾燥雰囲気で行うことができる。これにより、結露を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】熱間等方圧加圧装置の説明図である。
【図２】プレス処理ルーチンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
（熱間等方圧加圧装置の構成）
本実施形態による熱間等方圧加圧装置１は、圧力容器内に収容された被処理物を高温高圧下でプレス処理するものである。熱間等方圧加圧装置１は、説明図である図１に示すように、ＨＩＰステーションに配置された圧力容器２と、予熱ステーションに配置された予熱炉１１と、冷却ステーションに配置された冷却炉２１と、を有している。
【００１４】
（ＨＩＰステーションの構成）
圧力容器２は、円筒状であって、被処理物Ｗを収容可能である。圧力容器２の上方と下方とは開口しており、上側の開口は上蓋６で塞がれている。上蓋６には、圧力容器２内に高圧ガスを導入するためのガス導入孔６ａが設けられている。本実施形態において、高圧ガスは、１０〜２００ＭＰａ程度に昇圧された圧縮空気である。
【００１５】
ガス導入孔６ａには、空気流路３０が接続されている。この空気流路３０には、圧力容器２内に圧縮空気を供給する空気供給装置（空気供給手段）３１が設けられている。空気供給装置３１は、低圧圧縮機３２、中間容器３３、高圧圧縮機３４、および、除湿機３５を上流側から下流側に向かってこの順番で有している。
【００１６】
空気流路３０からは、排出流路３６が分岐している。空気流路３０および排出流路３６は、圧力容器２内から圧縮空気を排出する空気排出流路を構成している。空気流路３０における排出流路３６との分岐部よりも上流側であって高圧圧縮機３４よりも下流側には、塞止弁３７が設けられている。また、排出流路３６には塞止弁３８が設けられている。
【００１７】
低圧圧縮機３２は大気を圧縮する。中間容器３３は、低圧圧縮機３２で圧縮された空気を貯留する。高圧圧縮機３４は、中間容器３３に貯留された空気を圧縮して圧縮空気にする。除湿機３５は圧縮空気中の水分を除去する。このようにして製造された圧縮空気がガス導入孔６ａを介して圧力容器２内に供給される。このとき、塞止弁３７が開かれ、塞止弁３８が閉じられる。また、圧力容器２内の圧縮空気が空気流路３０を通って排出流路３６から外部に排出される。このとき、塞止弁３７が閉じられ、塞止弁３８が開かれる。
【００１８】
圧力容器２の下側の開口は、下蓋７で塞ぐことが可能にされている。下蓋７の上には、製品台９を介して被処理物Ｗが載置されている。被処理物Ｗは、下蓋７の上に載せられた状態で圧力容器２に対して出し入れされる。下蓋７は、図示しない搬送台車により、予熱ステーションとＨＩＰステーションとの間、および、ＨＩＰステーションと冷却ステーションの間を移動されるとともに、各ステーションに対して出し入れされる。
【００１９】
圧力容器２内には、断熱層３が配置されている。断熱層３の内側は、被処理物Ｗが配置される処理室８となっている。
【００２０】
断熱層３の内側には、圧力容器２内を加熱するヒータ４が設けられている。ヒータ４は、上下方向に並んで配置された複数（図例では３つ）のヒータエレメント４ａ，４ｂ，４ｃで構成されている。
【００２１】
このような構成において、ヒータ４に通電すると、圧力容器２内が加熱される。ヒータ４の通電は、圧力容器２内に被処理物Ｗを収容する前から行われる。よって、圧力容器２内に被処理物Ｗが収容されていない場合には、圧力容器２内の大気が加熱され、その結果、圧力容器２内が高温状態にされる。このとき、圧力容器２の下側の開口は開放された状態である。
【００２２】
そして、ヒータ４で加熱された圧力容器２内に被処理物Ｗを収容した後に、圧力容器２内に圧縮空気を充填すると、ヒータ４により圧縮空気が加熱される。加熱された圧縮空気により、処理室８内の被処理物Ｗは高温高圧下でプレス処理される。プレス処理後は、圧力容器２内から圧縮空気が排出される。
【００２３】
このように、被処理物Ｗのプレス処理を行う前に、圧力容器２内をヒータ４で加熱して高温状態にしておくことで、プレス処理時にのみ圧力容器２内を高温状態にするのに比べて、被処理物収容時に圧力容器周辺の水分を含んだ空気が圧力容器内に混入することを防ぐことができる。また、プレス処理後、高温状態で圧縮空気を排出することにより、炉内温度が露点を下回らないようにすることができるので、結露を防ぐことができる。
【００２４】
（予熱ステーションの構成）
予熱炉１１は、円筒状であって、下方が開口しており、被処理物Ｗを収容可能である。予熱炉１１の下側の開口は、被処理物Ｗを載せた下蓋７で塞ぐことが可能にされている。被処理物Ｗは、下蓋７の上に載せられた状態で予熱炉１１に対して出し入れされる。
【００２５】
予熱炉１１の内側には、予熱炉１１内を加熱するヒータ１２が設けられている。ヒータ１２は、圧力容器２内に配置されたヒータ４と同様に、上下方向に並んで配置された複数（図例では３つ）のヒータエレメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃで構成されている。
【００２６】
このような構成において、予熱炉１１内に被処理物Ｗを収容した後に、ヒータ１２に通電すると、被処理物Ｗが加熱される。予熱炉１１において、被処理物Ｗは、例えば６００〜１０００℃まで昇温される。
【００２７】
（冷却ステーションの構成）
冷却炉２１もまた、予熱炉１１と同様に、円筒状であって、下方が開口しており、被処理物Ｗを収容可能である。冷却炉２１の下側の開口は、被処理物Ｗを載せた下蓋７で塞ぐことが可能にされている。被処理物Ｗは、下蓋７の上に載せられた状態で冷却炉２１に対して出し入れされる。
【００２８】
冷却炉２１の上壁には、冷却炉２１内に不活性ガスを導入するためのガス導入孔２１ａが設けられている。ガス導入孔２１ａには、ガス流路２２が接続されている。ガス流路２２の端には、窒素ガスを貯留する窒素ガス容器（ガス供給手段）２３が設けられている。この窒素ガス容器２３は、被処理物Ｗを収容した冷却炉２１内に窒素ガスを供給する。これにより、被処理物Ｗの周りに窒素ガスが供給される。なお、冷却炉２１内に供給する不活性ガスは窒素ガスに限定されず、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスであってもよい。
【００２９】
このような構成において、プレス処理した被処理物Ｗを冷却炉２１内に収容した後に、冷却炉２１内に窒素ガスを供給すると、被処理物Ｗが窒素ガス下で冷却される。
【００３０】
このように、プレス処理した被処理物Ｗを窒素ガス下で冷却することで、冷却を乾燥雰囲気で行うことができるので、結露を防ぐことができる。
【００３１】
また、被処理物Ｗの冷却を圧力容器２とは別の冷却炉２１内で行うことで、圧力容器２内を常に高温状態に保持することができる。よって、圧力容器２内の温度を上げたり下げたりする工程を省略することができるので、速いサイクルでバッチ処理を次々に行うことができて、生産性を向上させることができる。
【００３２】
（プレス処理ルーチン）
次に、フローチャートである図２に示すプレス処理ルーチンを参照して、熱間等方圧加圧装置１のプレス方法について説明する。
【００３３】
プレス処理ルーチンが開始されると、ヒータ４で圧力容器２内を加熱する（ステップＳ１）。次に、予熱炉１１内に被処理物Ｗを搬入する（ステップＳ２）。そして、被処理物Ｗをヒータ１２で加熱することで、被処理物Ｗを予熱する（ステップＳ３）。
【００３４】
そして、予熱が完了したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、予熱が完了していないと判定した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ４を繰り返す。一方、ステップＳ４において、予熱が完了したと判定した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、予熱炉１１内から被処理物Ｗを搬出する（ステップＳ５）。
【００３５】
次に、内部が高温状態の圧力容器２内に被処理物Ｗを搬入する（ステップＳ６）。そして、圧力容器２内に圧縮空気を供給する（ステップＳ７）。圧力容器２内の圧縮空気がヒータ４で加熱され、この圧縮空気により、処理室８内の被処理物Ｗは高温高圧下でプレス処理される。
【００３６】
そして、プレス処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、プレス処理が完了していないと判定した場合には（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ８を繰り返す。一方、ステップＳ８において、プレス処理が完了したと判定した場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、圧力容器２内から圧縮空気を排出する（ステップＳ９）。そして、圧力容器２内から被処理物Ｗを搬出する（ステップＳ１０）。
【００３７】
このように、被処理物Ｗのプレス処理を行う前に、圧力容器２内をヒータ４で加熱して高温状態にしておくことで、プレス処理時にのみ圧力容器２内を高温状態にするのに比べて、被処理物収容時に圧力容器周辺の水分を含んだ空気が圧力容器内に混入することを防ぐことができる。また、プレス処理後、高温状態で圧縮空気を排出することにより、炉内温度が露点を下回らないようにすることができるので、結露を防ぐことができる。
【００３８】
次に、冷却炉２１内に被処理物Ｗを搬入する（ステップＳ１１）。そして、冷却炉２１内に窒素ガスを供給する（ステップＳ１２）。冷却炉２１内の被処理物Ｗが窒素ガス下で冷却される。
【００３９】
そして、冷却が完了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、冷却が完了していないと判定した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１３を繰り返す。一方、ステップＳ１３において、冷却が完了したと判定した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、冷却炉２１内から被処理物Ｗを搬出する（ステップＳ１４）。
【００４０】
このように、プレス処理した被処理物Ｗを窒素ガス下で冷却することで、冷却を乾燥雰囲気で行うことができるので、結露を防ぐことができる。
【００４１】
また、被処理物Ｗの冷却を圧力容器２とは別の冷却炉２１内で行うことで、圧力容器２内を常に高温状態に保持することができる。よって、圧力容器２内の温度を上げたり下げたりする工程を省略することができるので、速いサイクルでバッチ処理を次々に行うことができて、生産性を向上させることができる。
【００４２】
その後、次のバッチ処理を行うか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、次のバッチ処理を行うと判定した場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ２に戻って、次の被処理物Ｗを予熱炉１１内に搬入する。一方、ステップＳ１５において、次のバッチ処理を行わないと判定した場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、本ルーチンを終了する。
【００４３】
なお、本ルーチンでは、１のバッチ処理において、被処理物Ｗの冷却までを行った後に、次のバッチ処理の被処理物Ｗの予熱を開始しているが、次のようにしてバッチ処理のサイクルを速くしてよい。即ち、１のバッチ処理における被処理物Ｗを圧力容器２内でプレス処理しているときに、次のバッチ処理における被処理物Ｗの予熱を予熱炉１１において行う。また、１のバッチ処理における被処理物Ｗを冷却炉２１で冷却しているときに、次のバッチ処理における被処理物Ｗのプレス処理を圧力容器２内で行う。
【００４４】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る熱間等方圧加圧装置１およびそのプレス方法によると、被処理物Ｗのプレス処理を行う前に、圧力容器２内をヒータ４で加熱して高温状態にしておくことで、プレス処理時にのみ圧力容器２内を高温状態にするのに比べて、被処理物収容時に圧力容器周辺の水分を含んだ空気が圧力容器内に混入することを防ぐことができる。また、プレス処理後、高温状態で圧縮空気を排出することにより、炉内温度が露点を下回らないようにすることができる。さらに、プレス処理した被処理物Ｗを窒素ガス下で冷却することで、冷却を乾燥雰囲気で行うことができる。これにより、結露を防ぐことができる。
【００４５】
また、被処理物Ｗの冷却を圧力容器２とは別の冷却炉２１内で行うことで、圧力容器２内を常に高温状態に保持することができる。よって、圧力容器２内の温度を上げたり下げたりする工程を省略することができるので、速いサイクルでバッチ処理を次々に行うことができて、生産性を向上させることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１  熱間等方圧加圧装置
２  圧力容器
３  断熱層
４  ヒータ
４ａ，４ｂ，４ｃ  ヒータエレメント
６  上蓋
６ａ  ガス導入孔
７  下蓋
８  処理室
９  製品台
１１  予熱炉
１２  ヒータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ヒータエレメント
２１  冷却炉
２１ａ  ガス導入孔
２２  ガス流路
２３  窒素ガス容器（ガス供給手段）
３０  空気流路
３１  空気供給装置（空気供給手段）
３２  低圧圧縮機
３３  中間容器
３４  高圧圧縮機
３５  除湿機
３６  排出流路
３７，３８  塞止弁
Ｗ  被処理物
【図１】
0006433391.tif 000002
【図２】
0006433391.tif 000003