(57)【要約】【課題】処理室内にガスの偏流が生じにくくかつファン駆動用モータの過熱を防止できる熱間等方圧プレス装置を提供する。【解決手段】高圧容器２、その内側の隔離室形成体３、その内側の断熱構造体４、その内側の処理室形成体５と、を有し、隔離室形成体は上端又は下端の一方で内外が連通され他方に内外を連通させる通路２０と正逆回転により当該通路に吐出し又は通路から吸引する第１のファン３３とが設けられ、処理室形成体は上端または下端の一方で内外が連通され他方に換気用第２のファン２９が設けられ、第１のファンおよび第２のファンの回転軸が、処理室形成体の中心軸に一致するように配置されている。【選択図】    図１
2007313553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を収容し高温高圧の不活性ガスにより前記処理対象物の処理を行うための熱間等方圧プレス装置であって、
高圧容器と、
その外面が前記高圧容器の内面と間隔を設けて前記高圧容器内に収容された隔離室形成体と、
その外面が前記隔離室形成体の内面と間隔を設けて配設された断熱構造体と、
その外面が前記断熱構造体の内面と間隔を設け中心軸を上下方向にして配設された処理室形成体と、を有し、
前記隔離室形成体は、
上端または下端の一方が開放されもしくは前記一方に内外を連通させる第１の通路が設けられ、
かつ上端または下端の他方に内外を連通させる第２の通路と回転方向の正逆切替により前記第２の通路に向けて吐出しまたは前記第２の通路から吸引する第１のファンとが設けられており、
前記処理室形成体は、
上端または下端の一方が開放されもしくは前記一方に内外を連通させる第３の通路が設けられ、
かつ上端または下端の他方に換気のための前記第１のファンとは独立して回転可能な第２のファンが設けられており、
前記第１のファンおよび前記第２のファンの回転軸がいずれも前記処理室形成体の中心軸に一致するように配置されてなる
ことを特徴とする熱間等方圧プレス装置。
【請求項２】
前記第１のファンが前記隔離室形成体の下部に設けられており、
前記第１のファンおよび前記第１のファンの駆動軸には軸方向に貫通する貫通孔が設けられており、
前記第２のファンの駆動軸が前記貫通孔を回転自在に貫通してなる
請求項１に記載の熱間等方圧プレス装置。
【請求項３】
前記高圧容器は内部下方に前記隔離室形成体内と隔離された下部空間が設けられており、
前記第１のファン駆動用モータおよび前記第２のファン駆動用モータが前記下部空間に配置された
請求項１または請求項２に記載の熱間等方圧プレス装置。
【請求項４】
前記第１のファンが遠心流方式のファンであり、
前記第２のファンが軸流方式のファンである
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱間等方圧プレス装置。
【請求項５】
前記第１のファンは、
前記第１のファンの駆動軸および前記第１のファン駆動用モータのシャフトに取り付けられたギヤの噛み合わせ、スプロケットとチェーンによる連結、またはプーリとベルトによる連結のいずれかにより駆動される
請求項２に記載の熱間等方圧プレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の不活性ガス雰囲気下において、例えば異種材料の拡散接合を行う熱間等方圧プレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間等方圧プレス法（以下「ＨＩＰ法」ということがある）は、数１０〜数１００ＭＰａの高圧ガス雰囲気下において処理対象物の再結晶温度以上の高温で処理することにより鋳造製品中およびセラミックス等の焼結製品中の残留気孔を消滅させる技術として、機械的特性の向上、特性のバラツキの低減および歩留まり向上などの効果が確認され、広く工業的に使用されるに至っている。
このような目的で使用される通常の熱間等方圧プレス装置（以下「ＨＩＰ装置」ということがある）の構造は、図１６に示されるように、縦形円筒状の高圧容器１０１の内部に抵抗線加熱方式の電気炉が収納された構造となっている。高圧容器１０１の内部には、処理室１０３を取り囲むように抵抗線加熱方式のヒータ１０２，１０２，１０２が上下方向に複数段に分割されて配置されている。これは、高圧のガスの激しい自然対流によって上部が高温で下部が低温という温度分布が発生しやすいために、上下方向全体に渡って加熱することにより均熱性を確保するためである。また、ガスの自然対流は処理室１０３を加熱昇温するための熱が過度に系外に放散される要因ともなるため、これを効率よく抑制できるように底付き円筒形状の断熱構造体１０４で処理室１０３とヒータ１０２，１０２，１０２とを取囲む構造が最適の方法として多く採用されている。断熱構造体１０４を通過して高圧容器１０１に伝達された熱は、水冷ジャケット部１０５を流れる冷却水により除去される。
【０００３】
ＨＩＰ法における通常の処理は、はじめにＨＩＰ装置内部の空気を除去するための真空引きおよびガス置換を行い、続いて昇温および昇圧工程、温度および圧力を所定の状態に保持する工程、ならびに取り出しのための降温および減圧を行う工程からなっている。ＨＩＰ法では、これら全体の工程の処理時間（サイクルタイム）が長いために高価な高圧容器の処理能力が低下して処理コストの上昇を招き、サイクルタイムの短縮化はＨＩＰ法の広範な展開を図るうえで工業生産上の大きな課題となっていた。
とくに、冷却が緩慢なためにサイクルタイムにおける冷却工程の占める時間が長いことが問題視され、これを改善するための急速冷却技術が進歩し、現在では処理室の直径が１ｍを越えるようなＨＩＰ装置において急速冷却を行うことが一般化している。
【０００４】
急速冷却の方法としては、ガスの温度差に起因する密度差により発生する自然対流を利用する方法（特許文献１）、および高圧容器の内部にファンやポンプを設置してガスの自然対流に加えて強制的な対流を生じさせる方法（特許文献２）が提案されている。しかしながら、これらの方法では処理室の内部において上側がより高温になり温度分布が発生し易いことが懸念され、この問題を改善するために２つの独立に制御可能なファンを設けて、処理室内部の均熱化と冷却速度の制御とを個別に行うことができる装置も提案されている（特許文献３、図１）。
【０００５】
２つの独立に制御可能なファンを設置する場合、個別に制御するにはモータが２つ必要である。そのようなモータの設置およびファンとの結合については、特許文献３に開示された高圧容器内の下部に２つのモータを横に並べて配置しそれぞれの駆動軸にファンを直結する方法の他に、本発明者らが特許文献４において提案した循環流を促進させるファンを高圧容器内の上部に配置しガス撹拌用ファンを高圧容器内の下部に配置してそれぞれをモータの駆動軸に直結する方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第４，２１７，０８７号
【特許文献２】実公平３−３４６３８号公報
【特許文献３】特表２０００−５０１７８０号公報
【特許文献４】特開２００３−２９０９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱間等方圧プレス装置は垂直円筒型の電気炉であり、処理室内のガスの流れは軸対称になるのが好ましい。しかしながら、特許文献３に開示された発明では、２つのファンが横に並べたモータの駆動軸に直結する方式であることから、いずれか一方のファンの回転中心は軸心から外して配置せざるをえず、処理室内のガスの流れが軸対称にならないので偏流が生じやすいという問題がある。このような処理室内のガスの偏流は処理室内に温度分布を発生させ、処理対象物の載置場所の違いによる温度分布が生じて処理対象物を均一の温度に維持することが保証されないために品質管理が容易ではなく、また高圧容器内の局部的な過熱を防止するという安全性確保の観点からも好ましくない。
【０００７】
特許文献４に開示された発明は、処理室内のガスの流れが軸対称になることが期待できる。ここに開示された方法では、撹拌用のファンが断熱構造体の上部に配置され、このファンを回転させるためのモータは高圧容器の上蓋に収容または上蓋に懸垂される。しかし、高圧容器の上部は処理条件によっては２００〜３００℃の高温になることもあり、その場合にはモータの損傷を防止する手段、例えば水冷された容器内にモータを収容する等の手段等が必要となって、上蓋の構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、処理室内にガスの偏流が生じにくくかつファン駆動用モータの過熱を防止できる熱間等方圧プレス装置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】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る熱間等方圧プレス装置は、処理対象物を収容し高温高圧の不活性ガスにより前記処理対象物の処理を行うための熱間等方圧プレス装置であって、高圧容器と、その外面が前記高圧容器の内面と間隔を設けて前記高圧容器内に収容された隔離室形成体と、その外面が前記隔離室形成体の内面と間隔を設けて配設された断熱構造体と、その外面が前記断熱構造体の内面と間隔を設け中心軸を上下方向にして配設された処理室形成体と、を有し、前記隔離室形成体は、上端または下端の一方が開放されもしくは前記一方に内外を連通させる第１の通路が設けられ、かつ上端または下端の他方に内外を連通させる第２の通路と回転方向の正逆切替により前記第２の通路に向けて吐出しまたは前記第２の通路から吸引する第１のファンとが設けられており、前記処理室形成体は、上端または下端の一方が開放されもしくは前記一方に内外を連通させる第３の通路が設けられ、かつ上端または下端の他方に換気のための前記第１のファンとは独立して回転可能な第２のファンが設けられており、前記第１のファンおよび前記第２のファンの回転軸がいずれも前記処理室形成体の中心軸に一致するように配置されてなる。
【０００９】
前記第１のファンが前記隔離室形成体の下部に設けられており、前記第１のファンおよび前記第１のファンの駆動軸には軸方向に貫通する貫通孔が設けられており、前記第２のファンの駆動軸が前記貫通孔を回転自在に貫通している。
好ましくは、前記高圧容器は内部下方に前記隔離室形成体内と隔離された下部空間が設けられており、前記第１のファン駆動用モータおよび前記第２のファン駆動用モータが前記下部空間に配置される。
好ましくは、前記第１のファンが遠心流方式のファンであり、前記第２のファンが軸流方式のファンである。
【００１０】
前記第１のファンは、前記第１のファンの駆動軸および前記第１のファン駆動用モータのシャフトに取り付けられたギヤの噛み合わせ、スプロケットとチェーンによる連結、またはプーリとベルトによる連結のいずれかにより駆動される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、処理室内にガスの偏流が生じにくくかつファン駆動用モータの過熱を防止できる熱間等方圧プレス装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係る熱間等方圧プレス装置１の正面断面図、図２は撹拌装置７および冷却撹拌装置８の正面断面図、図３は撹拌用ファン２９の概要図、図４は冷却用ファン３３の正面断面図、図５は図４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図１および図２において、熱間等方圧プレス装置１は、高圧容器２、隔離筒３、断熱構造体４、処理室形成体５、ヒータ６、撹拌装置７および冷却撹拌装置８などからなる。
高圧容器２は、耐圧円筒部９、耐圧円筒部９の上端を閉じる上蓋１０および耐圧円筒部９の下端を閉じる下蓋１１からなる。高圧容器２は、耐圧円筒部９と上蓋１０との嵌合部および耐圧円筒部９と下蓋１１との嵌合部にシールリング１２，１２が設けられて、１００ＭＰａ以上の圧力に耐えることができる。耐圧円筒部９の外周には、冷却水を流通させるためのジャケット１３が設けられている。下蓋１１の内部には、高圧容器２の内外を連通させるアルゴンガス導入路１４および液体アルゴン導入路１５が設けられている。
【００１３】
隔離筒３は、耐圧円筒部９の内径よりも小さな外径を有する円筒部１６、円筒部１６の下方において円筒部１６の内部を上下に仕切るように略水平に設けられた底板１７、および下蓋カバー１８からなる。円筒部１６は上端が開放されており、下端が下蓋カバー１８により閉じられている。また円筒部１６における下蓋カバー１８に接合される部分には、隔離筒３の内外を連通させる第１下部通路１９，１９が複数設けられている。
底板１７には、中心部に貫通する円形の孔２０が設けられている。
隔離筒３は、本発明における隔離室形成体をいう。
【００１４】
断熱構造体４は、形状が上底付きの円筒状であって、下方の円筒開放端が底板１７に着脱可能に支持される。断熱構造体４の下端には、断熱構造体４の内外を連通させる第２下部通路２１，２１が複数設けられている。
処理室形成体５は、整流筒２２、棚板２３ａ〜２３ｄおよびケーシング２４などからなる。
整流筒２２は、断熱構造体４の内径よりも小さな外径を有する円筒であって、断熱構造体４内側に、上端が断熱構造体４の上部内面との間に適度な間隙を設けて収容される。整流筒２２の上端は開放され下端はケーシング２４に連続している。整流筒２２は、その内部に下端から上に向けてほぼ等間隔で水平に配置された棚板２３ａ〜２３ｄを４つ支持している。整流筒２２は、上端を開放するのではなく蓋を設け整流筒２２の内外を連通させる通路を複数備えた構成とすることができる。
【００１５】
なお、以下の説明において整流筒２２の内側の空間を「処理室２５」という。
棚板２３ａ〜２３ｄは、熱間等方圧プレス処理（以下「ＨＩＰ処理」ということがある）が行われる処理対象物Ｗを載置するためのものである。棚板２３ａ〜２３ｄは、それぞれに上下に貫通する多数の孔２６ａ，…，２６ａ，２６ｂ，…，２６ｂ，２６ｃ，…，２６ｃ，２６ｄ，…，２６ｄが設けられて、処理室２５内において気体が上下方向に支障なく移動できるように構成されている。
ケーシング２４は、ケーシング本体４３およびファン外枠部２８からなる。ケーシング本体４３は、整流筒２２の下方に配置され整流筒２２を延長したような円筒形状を有しており、その上下方向の中程で略円形のファン孔２７を中央に有するファン外枠部２８により上下に区分されている。ファン孔２７の中心は整流筒２２の軸心、つまり処理室形成体５の軸心に略一致している。また、ケーシング本体４３の周側面におけるファン外枠部２８の直下には、ケーシング２４の内外を連通させる複数の第３下部通路３２，３２が設けられている。ケーシング本体４３の下端は底板１７に接合されている。
【００１６】
この実施形態では、処理室形成体５を、整流筒２２，棚板２３ａ〜２３ｄ、ケーシング２４などから構成したが、この態様に限定されるものではなく、処理室形成体は、空間としての処理室２５を形成するものであればよい。例えば棚板２３ａ〜２３ｄを含まないものとすることができる。
ヒータ６は、ケーシング２４の内部に設けられている。
撹拌装置７は、撹拌用ファン２９および撹拌用ファン２９を駆動するモータ３０からなる。撹拌用ファン２９は、図３に示されるように、傾斜羽根を有する一般的な軸流式のプロペラファンであって、正面視（図３（ａ））において翼４８，…，４８が回転軸に対して４５度傾斜している。図３に示される撹拌用ファン２９は、板材を傾斜させてボス４９に接合したものであり、そのため製作が容易であり製作費が安価である。特に、例えばＨＩＰ処理が１２００℃前後の高温で行われる場合には、モリブデン等の耐熱金属またはニッケル基スーパーアロイ等の高ニッケル合金の使用が一般的であり、そのような材料では複雑な加工が容易でないことから、図３のように製作が容易な単純な構造であることが好ましい。
【００１７】
撹拌用ファン２９は、ファン孔２７内に回転中心を処理室形成体５の軸心と略一致させて配置される。撹拌用ファン２９は、処理室内２３を換気するためのものであり、いわゆるヘッド差よりも風量を稼ぐことが重要であり同時に小型化が求められることから、軸流（アキシャル）タイプのファンを使用することが好ましい。
撹拌用ファン２９は、下方に配置されたモータ３０のシャフト３１に直接接続されて駆動される。モータ３０は下蓋１１にその一部が収容されて固定されている。
冷却撹拌装置８は、冷却用ファン３３および冷却用ファン３３を駆動するモータ３４からなる。冷却用ファン３３は、底板１７に近接させて孔２０の上方に配置される。冷却用ファン３３は、図４および図５に示されるように、翼３５，…，３５の各面が回転軸に対して平行な遠心流（ラジアル）タイプのファンであり、翼３５，…，３５は、図５によく示されるように中心のボス３６の外周から法線に４５度傾斜させて外方に延びている。翼３５，…，３５の上端は、軸に直交してボス３６に接合された上部円板３７に接合され、翼３５，…，３５の下端は、軸に直交する下部円板３８に接合されており、翼３５，…，３５はボス３６には接合されてはいない。下部円板３８には円形の孔が設けられており、下部円板３８とボス３６との間に生じた隙間が、撹拌用ファン２９が正回転時の吸入口および逆回転時の吐出口となる。
【００１８】
冷却用ファン３３には、下蓋カバー１８を回転可能に貫通する冷却用ファン駆動軸３９がボス３６の下方に設けられている。冷却用ファン駆動軸３９は、下蓋カバー１８に固定された軸受け４０によって支持されており、冷却用ファン駆動軸３９の下端には従動ギヤ４１が固定されている。ボス３６、冷却用ファン駆動軸３９および従動ギヤ４１の中心には貫通孔４２が設けられ、貫通孔４２を撹拌用ファン２９を回転させるためのモータ３０のシャフト３１が貫通している。冷却用ファン３３を駆動するためのモータ３４は、モータ３０と並べて下蓋１１にその一部が収容されて固定されている。モータ３４のシャフトには駆動ギヤ４４が取り付けられ、駆動ギヤ４４は冷却用ファン駆動軸３９と一体化された従動ギヤ４２に噛み合わされて冷却用ファン３３を回転させる。
【００１９】
撹拌装置７および冷却撹拌装置８を上に説明したように構成することにより、撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３の回転中心を一致させることができ、かつ、これらの回転中心をいずれも処理室形成体５の軸心に配置することが可能となる。したがって、熱間等方圧プレス装置１では、撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３が作り出す処理室２５内外の強制対流による処理室２５内のアルゴンガスの流れを処理室形成体５の軸心に対称な温度分布の少ないものにすることができる。その結果、処理対象物Ｗの載置位置による温度保持時の温度変化および冷却工程での冷却程度の相違が解消されることが期待できる。
【００２０】
また、一般に、熱間等方圧プレス装置の高圧容器は、高温になったときに下蓋近傍に温度の低いガスが滞留し易いという特徴があり、下蓋１１に撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３を回転させるモータ３０，３４を配置することでモータ３０が過度に加熱されることを防止することが期待できる。モータ３０が設置された空間は、下蓋カバー１８によってケーシング２４および隔離筒３内と分断され高温のガスが循環しないので、処理室２５内が高温となっても比較的低い温度に維持され、いずれものモータ３０，３４も過熱による損傷が軽減されまたは損傷を受けることがない。
【００２１】
冷却撹拌装置８における冷却用ファン３３とモータ３４との間の動力の伝達には、上述したようなギアの噛み合わせ機構以外にも、図６に示されるようなプーリ４５，４６とベルト４７とを用いた駆動機構、またはプーリ４５，４６およびベルト４７をスプロケットおよびチェーンに置き換えた駆動機構を用いてもよい。ギアの噛み合わせ機構では、増速または減速比によって各ギア４１，４４の直径の比率が決まってしまうために、２つのモータ３０，３４間の設置間隔が制約されるが、プーリ４５，４６とベルト４７とを用いた駆動機構およびスプロケットとチェーンとを用いた駆動機構ではモータ３０，３４間の設置間隔を比較的自由に決定することができる。スプロケットとチェーンとを用いた駆動機構は、全て金属で構成され高温環境下における損傷が少ない点で推奨される。
【００２２】
次に、熱間等方圧プレス装置１による、温度約１２００℃、圧力約１００ＭＰａの処理条件で行われるニッケル基超合金材料のＨＩＰ処理について説明する。
図７はＨＩＰ処理のフローチャート、図８はＨＩＰ処理の温度および圧力変化を示す図、図９ないし図１２はＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置１内のアルゴンガスの動きを示す図である。
初めに、上蓋１０および耐圧円筒部９が一体で上方に移動され、次に断熱構造体４が上方に移動されて、処理対象物Ｗが処理室２５の各棚板２３ａ〜２３ｄに載置される。断熱構造体４が底板１７の上に降ろされ、上蓋１０および耐圧円筒部９が降ろされて、これらが高圧に耐えられるように下蓋１１と一体化されて耐圧容器として密閉される（＃１１）。
【００２３】
続いて、アルゴンガス導入路１４に接続された図示しない真空ポンプにより熱間等方圧プレス装置１内の空気を排気する（排気工程、＃１２）。高圧容器２または真空ポンプへの真空ラインに取り付けられた図示しない真空計が所定の圧力以下になったら排気作業を終了し、図示しないアルゴンガスのカードル（ボンベの集合体）において約１ＭＰａに減圧されたアルゴンガスを、アルゴンガス導入路１４を経由させて熱間等方圧プレス装置１内に注入する。熱間等方圧プレス装置１内の圧力がアルゴンガスの供給圧に略等しくなったらアルゴンガスの供給を停止し、熱間等方圧プレス装置１内のアルゴンガスを、アルゴンガス導入路１４から外部に放出する。このような作業を２回または３回行い、熱間等方圧プレス装置１内の残留空気をアルゴンガスに置換する（置換工程、＃１３）。
【００２４】
次に、カードルからのアルゴンガスの供給圧を約１０ＭＰａに設定し、アルゴンガスをアルゴンガス導入路１４から熱間等方圧プレス装置１に注入する（差圧注入工程、＃１４）。
アルゴンガスの注入が進み熱間等方圧プレス装置１内の圧力がアルゴンガスの供給圧にほぼ等しくなって熱間等方圧プレス装置１内の圧力上昇が停止したら、ヒータ６に通電して処理室２５内の加熱を開始するとともに、図示しない圧縮機により昇圧されたアルゴンガスを、アルゴンガス導入路１４を経由させてアルゴンガス注入口５０から熱間等方圧プレス装置１内に供給する（昇温昇圧工程、＃１５）。また、モータ３０，３４を起動し、撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３を回転させる。かかる昇温昇圧工程（＃１５）では、冷却用ファン３３は逆回転される（図５（ａ））。
【００２５】
図９を参照して、アルゴンガス注入口５０から熱間等方圧プレス装置１内に供給されたアルゴンガスは、第１下部通路１９，１９から耐圧円筒部９と円筒部１６との間に進入して上昇し、上蓋１０により反転して円筒部１６と断熱構造体４との間を下降する。下降したアルゴンガスは、第２下部通路２１，２１から第３下部通路３２，３２を通過して撹拌用ファン２９に吸引されて処理室２５内に進入する。処理室２５内に進入したアルゴンガスは、ヒータ６により加熱されてアルゴンガス自体の浮力による自然対流と撹拌用ファン２９による強制対流とにより上方へのアルゴンガスの流れを形成して処理対象物Ｗを加熱する。処理室２５内を上昇したアルゴンガスは断熱構造体４の上底に当たり、整流筒２２と断熱構造体４との間を下降する。下降したアルゴンガスは、断熱構造体４の下端近傍で底板１７に当たって第３通路３２，３２を通る内側への流れとなり、撹拌用ファン２９に吸引されて処理室２５に進入する。昇温昇圧工程（＃１５）では、熱間等方圧プレス装置１内に注入されたアルゴンガスは、処理室２５および整流筒２２と断熱構造体４との間を循環して均熱状態を実現させる。
【００２６】
撹拌用ファン２９は、自然対流を促進させればよく吐出側の圧損も大きくないことから、大きな吐出流量が得易い軸流方式のファンの使用が適している。
この昇温昇圧工程（＃１５）では、冷却用ファン３３は、処理室２５内の高温のアルゴンガスと隔離筒３の外側の温度の低いアルゴンガスとの密度差により生ずる自然対流による放熱を抑制するために、逆回転させてこの自然対流に拮抗するように運転される（図５（ａ）参照）。このため、冷却用ファン３３には、正逆回転の切替により吐出流の方向が反転し、かつ自然対流の駆動力となるガス密度によるヘッド差以上のヘッド差を発生できる遠心流（ラジアル）タイプのファンを用いることが推奨される。
【００２７】
各棚板２３ａ〜２３ｄにはそれぞれれ多数の孔２６ａ，…，２６ａ，２６ｂ，…，２６ｂ，２６ｃ，…，２６ｃ，２６ｄ，…，２６ｄが設けられているので、アルゴンガスの処理室２５内外の循環は棚板２３ａ〜２３ｄに妨げられることなく順調に行われ、処理対象物Ｗは効率よく加熱される。
熱間等方圧プレス装置１内の圧力が所定圧力（１００ＭＰａ）に達したら、熱間等方圧プレス装置１へのアルゴンガスの供給を停止する。また、処理室２５の温度が所定温度（１２００℃）になったら、昇温を停止してヒータ６のオンオフによる温度保持に切り替える（温度圧力保持工程、＃１６）。
【００２８】
この工程（＃１６）においても、撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３の回転は継続して行われる。断熱構造体４内および処理室２５内で、アルゴンガスは図１０に示されるような循環流を形成して温度分布の発生を防止する。逆回転される冷却用ファン３３は、アルゴンガスが第１下部通路１９，１９を経由して孔２０からケーシング２４内に入らないようにし、円筒部１６と耐圧円筒部９との間のアルゴンガスの通過を止め、これらの間でアルゴンガスが急冷されることによる処理室２５内の温度低下を防止する。このように、冷却用ファン３３を逆回転させることによって、アルゴンガスは断熱構造体４の内側のみを循環して比較的温度の低い耐圧円筒部９の内面への伝熱が抑制され、少ない熱損失で高温を維持することができる。
【００２９】
熱間等方圧プレス装置１内の圧力および処理室２５の温度を所定時間保持した後、冷却が行われる。冷却工程は、温度に応じて少なくとも３段階に分けて実施される。
最初の冷却は、それまでの高温高圧を保持した工程（＃１６）からヒータ６による加熱を完全に停止して、ジャケット１３に冷却水を流通させることにより開始される。撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３は、前の工程（＃１６）の動作が継続される。したがって、熱間等方圧プレス装置１内に閉じこめられ断熱構造体４内部を循環するアルゴンガスは、冷却水により冷やされた耐圧円筒部９に直接冷却されるのではなく、主に耐圧円筒部９と円筒部１６との間および円筒部１６と断熱構造体４との間における放射および局部的な対流による自然放冷により冷却される（自然放冷、＃１７）。自然放冷（＃１７）では、処理室２５内が高温であるため、このようなアルゴンガスの間接的な冷却でも十分な冷却速度を得ることができる。
【００３０】
処理室２５の温度が自然放冷による冷却速度が鈍化する８００℃近辺（このときの圧力は約８０ＭＰａ）になったら、強制（対流）冷却を開始する（＃１８）。すなわち、冷却用ファン３３を正回転させて（図５（ｂ）参照）アルゴンガスが通過しないように実質的に閉じられていた底板１７の孔２０にアルゴンガスを積極的に通過させ、ジャケット１３内を流通する冷却水により効率的にアルゴンガスを冷却する。
この冷却段階においては、図１１に示されるように、整流筒２２と断熱構造体４との間を下降するアルゴンガスの一部は、第２下部通路２１，２１を経由して断熱構造体４と円筒部１６との間を上昇し、円筒部１６と耐圧円筒部９との間を下降しながら直接に耐圧円筒部９内面により冷却される。冷却されたアルゴンガスは、正回転する冷却用ファン３３により底板１７の孔２０からケーシング２４内に吸引され、撹拌用ファン２９によって吐出されて棚板３ａの孔２６ａ，…，２６ａから処理室２５内に流入し、処理対象物Ｗを冷却する。
【００３１】
なお、断熱構造体４の下端部において、アルゴンガスを撹拌用ファン２９の吸引圧に抗して第２下部通路２１，２１を通過させ断熱構造体４と円筒部１６との間を上昇させるには、冷却用ファン３３として図４および図５に示されるような、大きなヘッド差でもガスを効率よく吸入し吐出できる遠心流方式のファンの使用が好ましい。
さて、冷却用ファン３３が正回転することにより円筒部１６と耐圧円筒部９との間をアルゴンガスが通過するようになり、耐圧円筒部９からの除熱が自然対流の場合に比べて大幅に増加し、処理室２５内の温度低下により一旦鈍化したアルゴンガスの冷却が促進されて、処理対象物Ｗの冷却速度を速めることが可能となる。冷却速度は、冷却用ファン３３の回転数を制御することにより行われるが、予め冷却速度をプログラミングしておき、これに従って冷却用ファン３３の回転数を制御するのが実際的である。均熱性については、通常±５℃程度が目標となるが、処理においてこの管理幅を外れた場合には撹拌用ファン２９の回転数を増加させて循環するアルゴンガスの量を増大させる。
【００３２】
処理室２５内の温度が３００℃前後になると、水冷されて１００℃前後になった耐圧円筒部９の内面による除熱のみでは冷却速度が極端に低下するので、図１２に示されるように、液体アルゴンを液体アルゴン導入路１５を経由させて液体アルゴン注入口５２から熱間等方圧プレス装置１内に注入して、処理対象物Ｗの冷却を促進させる（液体アルゴン注入工程、＃１９）。
注入された液体アルゴンは熱間等方圧プレス装置１の内部で蒸発し、そのときに周囲から気化潜熱を奪って温度を低下させる。温度が低くなったアルゴンガスは、冷却用ファン３３および撹拌用ファン２９により処理室２５内に送り込まれ、処理対象物Ｗを冷却する。液体アルゴン注入口５２は、冷却用ファン３３が正回転したときの吸入側に開口している。
【００３３】
このように、液体アルゴンを気化させその気化熱により処理室２５内を冷却することによって、３００℃前後から１００℃前後まで冷却するのに要する時間を大幅に短縮することができる。また、撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３がいずれも回転中心を処理室形成体５の軸心に一致させて配置されているので、処理室２５内のアルゴンガスは軸対称かつ温度分布の少ない流れになり、処理対象物Ｗの載置位置による冷却への影響（バラツキ）を無視できる程度に少なくすることができる。
冷却の最終段階は、熱間等方圧プレス装置１内の高圧のアルゴンガスを、アルゴンガス導入路１４から外部に放出することにより行われる（放出工程、＃２０）。高圧のアルゴンガスの放出により、熱間等方圧プレス装置１内のアルゴンガスは断熱状態で急激に膨張して温度が低下する。このような断熱膨張による冷却効果により、アルゴンガスの放出が進行し熱間等方圧プレス装置１内の圧力が大気圧近くに低下した時点では、処理対象物Ｗの温度は取り出し（＃２１）可能な程度にまで低下させることができる。
【００３４】
熱間等方圧プレス装置を、図１３または図１５に示すように構成することができる。
図１３において、熱間等方圧プレス装置１Ｂは、処理室形成体５Ｂの上端に、ファン孔２７を有するファン外枠部２８および撹拌用ファン２９を備えている。そのため、駆動用のモータ３０は長尺シャフト３１Ｂを有し、撹拌用ファン２９は長尺シャフト３１Ｂに直接取り付けられている。長尺シャフト３１Ｂは、冷却用ファン３３および冷却用ファン駆動軸３９を貫通する貫通孔４２を貫通しており、熱間等方圧プレス装置１と同様に冷却用ファン３３の回転方向および回転の有無に関係なく撹拌用ファン２９を駆動する。また、熱間等方圧プレス装置１Ｂは、断熱構造体４を有していない点においても熱間等方圧プレス装置１と異なる。熱間等方圧プレス装置１Ｂに熱間等方圧プレス装置１おけるような断熱構造体４を設けてもよい。
【００３５】
その他の構成、例えば、隔離筒３が円筒部１６、底板１７、および下蓋カバー１８からなり、処理室形成体５Ｂが整流筒２２、棚板２３ａ〜２３ｄおよびケーシング２４Ｂなどからなり、撹拌装置７が撹拌用ファン２９および駆動用のモータ３０からなり、および冷却撹拌装置８が冷却用ファン３３および駆動用のモータ３４からなる点を含め、熱間等方圧プレス装置１Ｂを構成する各要素は、図１に示される熱間等方圧プレス装置１における同一番号が付された各構成要素と略同一である。
図１４はＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置１Ｂ内のアルゴンガスの動きを示す図である。図１４（ａ）は昇温昇圧工程（＃１５）におけるアルゴンガスの動き、図１４（ｂ）は温度圧力保持工程（＃１６）および自然放冷（＃１７）におけるアルゴンガスの動き、ならびに図１４（ｃ）は強制冷却（＃１８）および液体アルゴン注入工程（＃１９）におけるアルゴンガスの動きを示す。熱間等方圧プレス装置１ＢによるＨＩＰ処理における各工程の操作条件等は、熱間等方圧プレス装置１におけるＨＩＰ処理と略同じである。
【００３６】
図１５において、熱間等方圧プレス装置１Ｃは、処理室形成体５Ｃの上端にファン孔２７Ｃを有するファン外枠部２８Ｃおよび撹拌用ファン２９を備え、隔離筒３Ｃの上端には、熱間等方圧プレス装置１の底板１７に相当し中心部に貫通する円形の孔２０Ｃが設けられた上板５３Ｃと冷却用ファン３３とを備えている。
撹拌用ファン２９には長く延びた撹拌用ファン駆動軸５４Ｃが一体化されており、撹拌用ファン駆動軸５４Ｃは、その軸心を処理室形成体５Ｃの軸心に一致させて下端部で軸受け４０によって下蓋カバー１８に回転自在に取り付けられている。撹拌用ファン駆動軸５４Ｃの下端には従動ギヤ５５Ｃが取り付けられており、撹拌用ファン２９、撹拌用ファン駆動軸５４Ｃおよび従動ギヤ５５Ｃの軸心を貫通孔５６Ｃが貫通している。
【００３７】
従動ギヤ５５Ｃは、下蓋１１に一部が収容されたモータ３０Ｃのシャフトに固定された駆動ギヤ５７Ｃに噛み合わされている。撹拌用ファン２９は、モータ３０Ｃの回転が駆動ギヤ５７Ｃおよび従動ギヤ５５Ｃにより伝達されて回転される。
冷却用ファン３３は、下蓋１１にその一部が収容されて固定されたモータ３４Ｃにより駆動される。モータ３４Ｃのシャフト５８Ｃは、回転自在に貫通孔５６Ｃを貫通しており、撹拌用ファン駆動軸５４Ｃの回転と独立して、その上端に直接取り付けられた冷却用ファン３３を正方向または逆方向に回転させる。
【００３８】
熱間等方圧プレス装置１Ｃでは、円筒部１６の下方に、処理室形成体５Ｃを支持するための下板５９Ｃが設けられている。下板５９Ｃには処理室形成体５Ｃの内外を連通させる流路６０Ｃが設けられている。
熱間等方圧プレス装置１Ｃにおける上に説明した以外の構成は、上に説明した図１に示される熱間等方圧プレス装置１における同一番号が付された各構成要素と略同一である。
熱間等方圧プレス装置１，１Ｂ，１ＣによるＨＩＰ処理では、処理室２５内のアルゴンガスの偏流を極力減少させて処理対象物Ｗの載置場所の違いに起因するＨＩＰ処理のバラツキを解消することができ、かつ撹拌用ファン２９および冷却用ファン３３の駆動用モータ３０，３４の過熱を防止してこれらの耐用年数を延ばし保全作業の負担を軽減することができる。また、従来問題とされてきた、（１）サイクルタイムの長時間化、とくに３００℃以下の温度域での冷却時間が長くなる問題、および（２）冷却過程における処理室内の上部および下部における温度分布（温度差）の発生の問題、が解消され、短い冷却時間で処理対象物ＷをＨＩＰ装置から取り出すことが可能となり、ＨＩＰ装置の占有時間を短縮することができる。
【００３９】
とくに、近年、処理対象物Ｗの大型化が進み、処理室径が２ｍを超えるような超大型のＨＩＰ装置の設置が予測されており、このような大型のＨＩＰ装置において上に説明した撹拌装置７および冷却撹拌装置８を組み合わせることにより、短時間でのＨＩＰ処理が可能となる。また、大型化およびサイクルタイムの短縮化によって処理コストの低減が期待でき、これまでＨＩＰ処理が適用できなかった多くの製品、例えば自動車用のアルミ合金鋳造品等への適用も実現が容易となるなど、工業生産へのＨＩＰ処理の適用分野が拡大され、産業の発達に資するところ極めて大きい。
【００４０】
上述の実施形態において、昇圧用ガスおよび冷却時の液化ガスとして窒素ガス（液化窒素）またはヘリウムガス（液化ヘリウム）を使用することができる。
その他、熱間等方圧プレス装置１，１Ｂ，１Ｃおよび熱間等方圧プレス装置１，１Ｂ，１Ｃの各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、高温高圧の不活性ガス雰囲気下において、例えば異種材料の拡散接合を行う熱間等方圧プレス装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る熱間等方圧プレス装置の正面断面図である。
【図２】撹拌装置および冷却撹拌装置の正面断面図である。
【図３】撹拌用ファンの概要図である。
【図４】冷却用ファンの正面断面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】プーリおよびベルトを用いた冷却撹拌装置の正面断面図である。
【図７】ＨＩＰ処理のフローチャートである。
【図８】ＨＩＰ処理の温度および圧力変化を示す図である。
【図９】ＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置内のアルゴンガスの動きを示す図である。
【図１０】ＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置内のアルゴンガスの動きを示す図である。
【図１１】ＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置内のアルゴンガスの動きを示す図である。
【図１２】ＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置内のアルゴンガスの動きを示す図である。
【図１３】他の実施形態における熱間等方圧プレス装置の正面断面図である。
【図１４】他の実施形態における熱間等方圧プレス装置の正面断面図である。
【図１５】ＨＩＰ処理における熱間等方圧プレス装置内のアルゴンガスの動きを示す図である。
【図１６】従来の熱間等方圧プレス装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１Ｂ，１Ｃ  熱間等方圧プレス装置
２  高圧容器
３  隔離室形成体（隔離筒）
４  断熱構造体
５  処理室形成体
１９  （隔離室形成体の上端または下端の一方における）通路（第１下部通路）
２０，２０Ｃ  第２の通路（孔）
２９  第２のファン（撹拌用ファン）
３０  第２のファン駆動用モータ（モータ）
３１  第２のファンの駆動軸（シャフト）
３１Ｂ  第２のファンの駆動軸（長尺シャフト）
３２Ｂ，３２Ｃ  第３の通路（第３下部通路）
３３  第１のファン（冷却用）ファン
３４  第１のファン駆動用モータ（モータ）
３９  第１のファンの駆動軸（冷却用ファン駆動軸）
４２  貫通孔
Ｗ  処理対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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