(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の高圧容器の一方で処理品を圧媒ガスで熱間等方加圧処理している間に、他方の高圧容器で熱間等方加圧処理される処理品を加熱状態としておき、一方の高圧容器での処理品の熱間等方加圧処理終了後の減圧工程において、両高圧容器内を連通させて、一方の高圧容器から放出される圧媒ガスを他方の高圧容器内に注入し、両高圧容器内の圧力がほぼ平衝状態となった後、一方の高圧容器から圧媒ガスを圧縮機により吸い出すと共に当該吸い出した圧媒ガスを前記圧縮機により加圧して他方の高圧容器に注入し、該他方の高圧容器にて処理品を圧媒ガスで熱間等方加圧処理するようにした
ことを特徴とする熱間等方加圧方法。
【請求項２】
一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスを供給する側の高圧容器内のヒータに通電して、減圧に伴う温度低下を抑止して加熱状態を維持するように圧媒ガスを供給する側の高圧容器内の温度制御を行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の熱間等方加圧方法。
【請求項３】
高圧容器内の処理品の下方にベースヒータを配置すると共に、処理品を熱間等方加圧処理する処理室内に圧媒ガスを供給・攪拌させるためのファンを配置して一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスを供給する側の高圧容器の前記ベースヒータに通電すると共に前記ファンを駆動して、圧媒ガスを供給する側の高圧容器内の均熱化を行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載の熱間等方加圧方法。
【請求項４】
処理品を熱間等方加圧処理する処理室内に圧媒ガスを供給・撹拌させるためのファンを配置して、一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスが供給される側の高圧容器の前記ファンを駆動して、圧媒ガスが供給される側の高圧容器内の均熱化を行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の熱間等方加圧方法。
【請求項５】
処理品がアルミ又はアルミ合金であり、圧媒ガスが窒素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱間等方加圧方法。
【請求項６】
２基の高圧容器を備え、一方の高圧容器での処理品の熱間等方加圧処理終了後の減圧工程において、両高圧容器内を連通させて、一方の高圧容器から放出される圧媒ガスを他方の高圧容器内に注入可能とし、且つ両高圧容器内の圧力がほぼ平衝状態となった後に、一方の高圧容器から圧媒ガスを圧縮機により吸い出すと共に当該吸い出した圧媒ガスを前記圧縮機により加圧して他方の高圧容器に注入可能とした回路を備えていることを特徴とする熱間等方加圧装置。
【請求項７】
高圧容器内部に備えられる電気炉が、処理品を熱間等方加圧処理する処理室の下方に配置されたベースヒータと、このベースヒータで加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・攪拌するためのファンと、処理室の、横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備えてなり、少なくとも処理品と断熱構造体とが、高圧容器内部から一体的に取出・搬送可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱間等方加圧装置。
【請求項８】
前記回路が、前記圧縮機の吸い込み側と前記２基の高圧容器とを開閉バルブを介して各々接続する管路と、
前記圧縮機の吐出側と前記２基の高圧容器とを開閉バルブを介して各々接続する管路と、からなる
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱間等方加圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａｌ鋳造品、Ｍｇ鋳造品など、加熱した状態で大気圧下での搬送が可能で、熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）温度が６００℃以下の製品の多量処理を経済的に行うような熱間等方加圧装置（ＨＩＰ装置）に関するものであり、とくに、２つの高圧容器を組合わせて運転することにより、短時間での加圧・減圧を行って、サイクルタイムの短縮を実現して、ＨＩＰ処理の経済性を改善する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間等方加圧法（ＨＩＰ法）は、鋳造品の引け巣やガス気孔の除去、セラミックスや粉末冶金製品などの焼結品内部の残留気孔の除去などに広く使用されるようになったが、ＨＩＰ装置が高圧ガス設備という特殊な装置で高価なこと、またサイクルタイムが長いことに起因して処理コストが高くなることから、その利用は非常に付加価値の高い製品の製造に限定されてきた。
本発明が対象とするＡｌ、Ｍｇ等の軽合金系金属材料の鋳造品のＨＩＰ処理の工業的な普及に向けての問題点は、基本的に経済性すなわち処理コストにある。
【０００３】
このＨＩＰ処理のコストは、まず、（１）サイクルタイムが長いことによる処理コストの高騰、（２）ＨＩＰ装置そのものが高価であることに起因する処理コストの高騰に大別される。
前者はさらに、（ア）高圧容器中での加熱に要する時間が長い、（イ）高圧容器中での冷却時間が長い、（ウ）加圧に要する時間が長い、（エ）減圧に要する時間が長い、に分類される。
また、後者は、（ア）高圧容器自体が高価であることのほか、（イ）高圧容器中の電気炉が通常１０００℃以上での使用を前提に設計・製作されており、輻射加熱を配慮した複数段ヒータ、厚肉の断熱構造体で構成されており、Ａｌ等の軽合金用には過剰性能であり、非常に高価、（ウ）圧縮機、各種弁などから構成される加圧減圧装置も高価であるが、運転時間は全体の２０〜４０％で使用効率が悪い、などがあげられる。
【０００４】
本発明は、これらの問題点のうち、とくにサイクルタイムの短縮に関する前記（ア）〜（エ）の問題点すべて、および装置価格に係る利用効率の改善による経済性の改善を図ろうとするものであり、この観点からＨＩＰ処理技術を改善するために提案された従来技術と、その問題点について説明する。
【０００５】
（１）高圧容器内での加熱・冷却時間短縮によるサイクルタイム短縮に関する従来技術
ＨＩＰ装置中でのサイクルタイムが長い原因としては、所定の温度圧力での保持後の冷却工程に長時間を要すること、また処理品の量によっては熱容量の関係から加熱時間も長くなることが指摘されてきた。
このため、処理品が高価な高圧容器を占有する時間を短縮することが検討され、処理品の冷却や予熱を高圧容器の外部で行うという考え方で、予熱式ＨＩＰ装置（図１２）やモジュラー方式ＨＩＰ装置（図１５）などが提案されている。（単行本：小泉光恵、西原正夫編著「等方加圧技術：ＨＩＰ・ＣＩＰ技術と素材開発への応用」ｐ１４４〜１４９、日刊工業新聞社刊、初版第１刷発行昭和６３年４月１３日）
【０００６】
（ａ）予熱方式ＨＩＰ装置
図１２は予熱方式ＨＩＰ装置の本体部分の構造の例を示したものである。
このＨＩＰ装置５５にあっては、高圧容器５６の中に電気炉５７が組込まれた構造であることは通常のＨＩＰ装置と同じであるが、高圧容器５６の内部が大気圧下・高温の状態で、電気炉５７内部を大気に開放して処理品５８を取り出すことに特徴がある。
通常、予熱は６００〜１０００℃の温度域まで行われ、こういった高温の状態の処理品５８が、すでに同等以上の温度に保持された高圧容器５６内に装入される。
【０００７】
従来、予熱方式のＨＩＰ処理では、処理品５８は大気中で加熱しても酸化等の問題が生じないような処理物、前記の例では鋼製のカプセルに封入された粉末材料が対象とされてきたことから、処理品５８は重量的に数１００Ｋｇから数ｔｏｎにもなり、このため高圧容器５６の下蓋５９に載せた状態で、専用の昇降装置を用いて高圧容器５６から出し入れする方式が採用されている。
【０００８】
このような要請から、図１２に示すように、高圧容器５６の下蓋５９は、下外蓋５９Ａと、下内蓋５９Ｂとからなる二重構造とされており、リング状の下外蓋５９Ａ上には電気炉５７を構成するヒータ６０や断熱構造体６１が配置され、その内側を上下に可動な下内蓋５９Ｂの上に断熱材料からなる処理品台６２を介して処理品５８が載置される。
なお、このような高温でのＨＩＰ処理では、ＨＩＰ装置本体の高圧容器５６内での加熱は、ガスの対流伝熱のみならず輻射伝熱を利用せざるをえず、ヒータ６０は処理品５８を取り囲むようにかつ上下複数段に分割された構造となっている。
【０００９】
（ｂ）モジュラー方式ＨＩＰ装置
このＨＩＰ装置６６は、処理品５８を高温状態で大気に暴露できない場合や、ＨＩＰ装置本体の加熱装置等に耐酸化性に乏しいモリブデンや黒鉛を使用している場合に採用されている構造である。
図１５に本体部分の構造と概念を示す。このＨＩＰ装置６６は下蓋５９上に載置された処理品５８を、高温の状態でヒータ６０や断熱構造体６１とともに高圧容器５６から取出す方式であり、断熱構造体６１は内部を外気から遮断するような構造となっていることが特徴である。
実際には、図１５に示すように、下蓋５９は予熱方式の場合と同様に２重構造とされ、処理品５８単独での搬送と、処理品５８とヒータ６０および断熱構造体６１との一体的な搬送が可能な構造が採用される。
【００１０】
（２）加圧・減圧時間の短縮によるサイクルタイム短縮にかかる従来技術
図１３は予熱方式のＨＩＰ装置５５において、加圧減圧時間をも短縮してサイクルタイムを短くして、高能率なＨＩＰ処理を可能とした装置の例を示したものである。
本例では、下内蓋５９Ｂに載置された処理品５８は下内蓋５９Ｂごと搬送台車６３を用いて予熱炉６４に装入されるとともに、予熱後はこの搬送台車６３を用いてＨＩＰ装置５５の高圧容器５６まで移送される。
もちろん、高圧容器５６で所定の温度圧力での保持が終わったあとは、速やかに減圧して、処理品５８が高温の状態のまま、徐冷炉等に搬送される。
【００１１】
本例では、図１３の左上の高圧ガス系統図に示されたように、さらに、ガスの圧縮性が大きいことに起因する加圧時間・減圧時間が長くなるという問題点を回避するため、高圧のガスアキュムレータ（中間容器）を配置して、ＨＩＰ処理に必要な圧力と同等の高圧のガス源からのＨＩＰ装置本体へのガスの差圧充填等を行い、加圧工程・減圧工程を短縮するような配慮がなされている。
このような装置５５（高能率ＨＩＰ装置）のＨＩＰ処理の工程は、図１４に示すようになり、処理室径：５００ｍｍ、処理室高さ：１５００ｍｍ、処理圧力：約１００ＭＰａ、処理温度：１１００℃で処理品を装入してから取り出すまで、すなわち１サイクルで、１時間というような実験結果も確認されている。
【００１２】
（３）加圧減圧装置の使用（運転）効率の改善による処理コストの低減に係る従来技術
圧媒ガスを加圧するための圧縮機や、減圧するための減圧装置や各種弁類も高価なものであるが、これらの部品から構成される加圧・減圧システムは１サイクルでの運転時間が２０〜４０％であることから、この加圧・減圧システムに複数の高圧容器を接続し、運転の位相をずらして圧縮機の停止時間を減らすような操業をすることで、相対的に装置価格を低減するなどの方法も提案されている（図１６、特公平７−２３４８４参照）。
【００１３】
この従来技術のＨＩＰ装置６７にあっては、図１６に示すように、２基の高圧容器６８と、ガス集合装置６９、ガス圧縮機７０、減圧装置７１及び多数のバルブ等を備えた加圧・減圧システム７２とを備えて構成されており、高圧容器６８におけるサイクル運動のスタート時期をずらせ、一方の高圧容器６８において処理品の加熱・加圧処理を行っているときに、他方の高圧容器６８において圧媒ガスの加圧・回収工程を行うことにより、ＨＩＰ装置６７の稼動効率の向上が図られている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来技術を、Ａｌ鋳造品等を短サイクルかつ低コストでＨＩＰ処理するという観点での問題点は下記の通りである。
モジュラー方式ＨＩＰ装置６６はＡｌ合金鋳造品の場合には、大気への暴露が可能なので、利点がなく、装置価格が高くなりすぎることから、低コストでのＨＩＰ処理には不適である。
また、予熱方式で中間容器を用いた図１３に示した装置では、次の２つの問題点がある。
（ア）加圧するために、高圧のアキュムレータを使用することは、加圧時間の短縮には効果的ではあるが、アキュムレータから短時間でＨＩＰ本体容器にガスを差圧充填すると、アキュムレータ内のガスは断熱膨張現象により温度低下を生じ、このための圧力低下によりアキュムレータとしての使用効率が悪くなる。
（イ）アキュムレータとＨＩＰ本体容器の圧力差を利用して高速でガスを供給すると、いわゆる堰止め昇温現象が発生して、ＨＩＰ処理容器の処理室の上部の温度が過度に上昇して、ヒータヘの投入電力の制御では温度制御が困難な温度分布が発生する。この現象を含めて、処理品の温度制御が困難、すなわち処理品の温度変動が大きくなり、熱処理を必要とするような材料からなる処理品では、所期の機械的特性の確保が困難となる。
【００１５】
また、予熱方式ＨＩＰ装置５５及びモジュラー方式ＨＩＰ装置６６にあっては、１つの高圧容器に対して、１つの加圧・減圧システムを備えているものであるので、ＨＩＰ処理の稼動効率の向上にも限界があるものである。
これに対して、図１６に示す、特公平７−２３４８４に記載の技術では、１つの加圧・減圧システム７２を、２つの高圧容器６８に対して稼動させると共に、各高圧容器６８におけるサイクル運動のスタート時期をずらせるようにしているので、ＨＩＰ処理の効率アップが図れるものである。
【００１６】
しなしながら、この特公平７−２３４８４に記載の技術では、ガス集合装置６９からガス圧縮機７０によって一方の高圧容器６８に圧媒ガスを供給し、その後、他方の高圧容器６８から、ガス圧縮機７０によって圧媒ガスをガス集合装置６９に回収していることから、一方の高圧容器６８を昇圧している間は、他方の高圧容器６８を減圧することができないので、その分、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮が図れないものであるという問題がある。
なお、この特公平７−２３４８４に記載のＨＩＰ装置６７にあっては、一方の高圧容器６８でのＨＩＰ処理終了後、バルブ７３，７４を開いて、両高圧容器６８を連通させ、一方の高圧容器６８から他方の高圧容器６８に高圧アルゴンガスを導入させて加圧時間の短縮を図ることが開示されているものの、両高圧容器６８内の圧力が平衡状態となった後に、他方の高圧容器６８（アルゴンガスが供給された高圧容器）を、ＨＩＰ処理圧まで昇圧する方法については開示されていない。
【００１７】
また、複数の高圧容器６８に加圧・減圧システム７２を共通的に接続する特公平７−２３４８４に記載の技術にあっては、高圧容器６８内部の温度の状態については、なんら記載されておらず、前述した（ア）および（イ）の現象が発生する。とくに（イ）の問題点を回避することは、不可能であり、均熱性が重要視される安定したＨＩＰ処理を行うことは困難であるという問題点がある。
本発明は、前記問題点を解決することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明が技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、一対の高圧容器の一方で処理品を圧媒ガスで熱間等方加圧処理している間に、他方の高圧容器で熱間等方加圧処理される処理品を加熱状態としておき、一方の高圧容器での処理品の熱間等方加圧処理終了後の減圧工程において、両高圧容器内を連通させて、一方の高圧容器から放出される圧媒ガスを他方の高圧容器内に注入し、両高圧容器内の圧力がほぼ平衝状態となった後、一方の高圧容器から圧媒ガスを圧縮機により吸い出すと共に当該吸い出した圧媒ガスを前記圧縮機により加圧して他方の高圧容器に注入し、該他方の高圧容器にて処理品を圧媒ガスで熱間等方加圧処理するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
また、一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスを供給する側の高圧容器内のヒータに通電して、減圧に伴う温度低下を抑止して加熱状態を維持するように圧媒ガスを供給する側の高圧容器内の温度制御を行うようにしてもよい。
また、高圧容器内の処理品の下方にベースヒータを配置すると共に、処理品を熱間等方加圧処理する処理室内に圧媒ガスを供給・攪拌させるためのファンを配置して一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスを供給する側の高圧容器の前記ベースヒータに通電すると共に前記ファンを駆動して、圧媒ガスを供給する側の高圧容器内の均熱化を行うようにしてもよい。
【００２０】
処理品を熱間等方加圧処理する処理室内に圧媒ガスを供給・撹拌させるためのファンを配置して、一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、圧媒ガスが供給される側の高圧容器の前記ファンを駆動して、圧媒ガスが供給される側の高圧容器内の均熱化を行うようにしてもよい。
また、処理品がアルミ又はアルミ合金であり、圧媒ガスが窒素であるのがよい。
また、他の技術的手段は、２基の高圧容器を備え、一方の高圧容器での処理品の熱間等方加圧処理終了後の減圧工程において、両高圧容器内を連通させて、一方の高圧容器から放出される圧媒ガスを他方の高圧容器内に注入可能とし、且つ両高圧容器内の圧力がほぼ平衝状態となった後に、一方の高圧容器から圧媒ガスを圧縮機により吸い出すと共に当該吸い出した圧媒ガスを前記圧縮機により加圧して他方の高圧容器に注入可能とした回路を備えていることを特徴とする。
【００２１】
また、高圧容器内部に備えられる電気炉が、処理品を熱間等方加圧処理する処理室の下方に配置されたベースヒータと、このベースヒータで加熱された圧媒ガスを処理室内に供給・攪拌するためのファンと、処理室の、横方向の周囲及び上方を覆う断熱構造体とを備えてなり、少なくとも処理品と断熱構造体とが、高圧容器内部から一体的に取出・搬送可能に構成されているのがよい。
好ましくは、前記回路が、前記圧縮機の吸い込み側と前記２基の高圧容器とを開閉バルブを介して各々接続する管路と、前記圧縮機の吐出側と前記２基の高圧容器とを開閉バルブを介して各々接続する管路と、からなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図４は、本発明に係る熱間等方加圧装置（ＨＩＰ装置）１の本体部分である、高圧容器２及び電気炉３の一例を示したものであり、ＨＩＰ装置１は、高圧容器２内に収納された電気炉３内の処理室４内で処理品５を加熱すると共に、高圧容器２内に圧媒ガスを注入して昇圧し、処理品５を加熱・加圧処理（ＨＩＰ処理）するものである。
【００２３】
高圧容器２は、上下方向の軸心を有し且つ上下開口状の高圧円筒６と、この高圧円筒６の上端開口を塞ぐ上蓋７と、高圧円筒２の下端開口を塞ぐ下蓋８とを備えて構成され、高圧容器２内部に注入される圧媒ガスの圧力によって上下の蓋７，８に作用する荷重は窓枠状のプレスフレーム（図示せず）によって支持される。
上蓋７には、高圧容器２内に圧媒ガスを導入、又は高圧容器２内から圧媒ガスを排出させるためのガス流路９が形成されている。
【００２４】
電気炉３は、圧媒ガスを加熱して処理品５を加熱昇温するためのベースヒータ１２と、このベースヒータ１２で加熱された圧媒ガスを強制対流させて処理室４に供給・撹拌させ均熱化を図るためのファン１３と、高圧容器２への放熱による温度過上昇を防止するための断熱構造体１４とを備えて構成されている。
ベースヒータ１２は、処理室４の下方に配置されていると共に、このベースヒータ１２は、圧媒ガスが上下方向に流通可能となる構造とされている。
ファン１３は、ベースヒータ１２の下側の高圧容器２内中央部に配置され、上下方向の軸心回りに回転させることにより、下方又は横方向（水平方向）の側方（周囲）から圧媒ガスを吸い込み、上方に排出するように構成されている。
【００２５】
ベースヒータ１２及びファン１３の下方には、下蓋８上に支持された支持台１９が設けられ、この支持台１９と下蓋８との間に、ファン１３を駆動するモータ１６が設けられている。
このモータ１６の上方側には、ベースヒータ１２からの熱によるモータ１６の損傷を防止するため、セラミックス系の断熱材１８が設けられており、モータ１６の出力軸２０は断熱材１８及び支持台１９を貫通してファン１３に連結されている。
【００２６】
また、支持台１９上には、ベースヒータ１２を取り囲むように、支持筒２４が支持され、この支持筒２４の上端側に、ベースヒータ１２の上方に位置する処理品台２５が設けられ、この処理品台２５上に処理品５が載置される。
なお、前記各処理品台２５には、上下方向貫通状の孔が形成されていて、上下方向に圧媒ガスが流通可能とされている。
断熱構造体１４は、処理室４の横方向の周囲を覆う円筒状の胴部２１と、この胴部２１の上端開口を閉塞して処理室４の上方を覆う上壁２２とから下端開口状に形成されている。
【００２７】
この断熱構造体１４は、支持台１９上に載置されて支持されており、支持筒２４、ベースヒータ１２、ファン１３をも覆っている。
また、支持筒２４には、断熱構造体１４と処理品５との間に配置された上下開口状の筒体２３が支持されている。
なお、処理品５及び電気炉３を、高圧容器２に対して出し入れするには、例えば、下蓋８を昇降させることによって行われる。
また、電気炉３は下蓋８に対して着脱自在とされていて、下蓋８上から取り外されて一体的に搬送可能とされており、処理品５を電気炉３内に収納しまま予熱ステーションにて予熱し、この予熱された処理品５を、電気炉３と一体的に、高圧容器２が設置されたＨＩＰステーションに搬送可能とされている。
【００２８】
また、ＨＩＰ処理後に、処理品５を電気炉３と一体的に熱処理ステーションに搬送可能とされている。
なお、ベースヒータ１２、ファン１３及びモータ１６等を下蓋８上に残して断熱構造体１４を下蓋８に対して着脱自在とし、断熱構造体１４と処理品５とを、ベースヒータ１２、ファン１３、モータ１６及び下蓋８とは別個に、搬送可能としてもよい。
前記構成の高圧容器２にあっては、ファン１３の下方又は側方から該ファン１３に吸い込まれた圧媒ガスは上方に排出され、ベースヒータ１２配置空間で加熱された圧媒ガスを上方へ強制的に流し、筒体２３により画成された処理室４内の処理品５を加熱する。
【００２９】
また、例えば、前記処理室４を上方へと流通した圧媒ガスが、ファン１３の吸引力により、処理室４の上端部で、筒体２３と断熱構造体上壁２２との間の隙間を通って、筒体２３の外側の空間を下方へと流れ、支持筒２４の下部側からファン１３の下方に到達するようにして、圧媒ガスが循環するように構成される。
このファン１３による圧媒ガスの攪拌・強制対流の効果は、処理品５を高圧で処理している時はもちろん、急速加圧時（圧媒ガスの急速注入時）の堰止め昇温による温度分布の発生を抑制するため、及び、急速減圧時（圧媒ガスの急速排出時）の断熱膨張に起因する温度低下を防止するために非常に効果的である。
【００３０】
すなわち、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮には、処理品５の高圧容器２の占有時間を短くすることが必要であり、１サイクル１時間以内のような高能率ＨＩＰでは、昇圧・減圧時間の短縮が重要となる。
このためには高速でガスを注入、排出することが必要となるが、実際には、注入時には堰止昇温による温度変動が、また、高速排出時には、高圧容器２内のガスが断熱膨張による温度低下を生じることから、ＨＩＰ処理直後に熱処理（水クエンチ、時効析出処理等）を併せて行う場合などにおける温度保持が困難となる。
【００３１】
そこで、加熱された圧媒ガスをファン１３によって処理室４内に供給・撹拌させながら、処理室４内で処理品５を加熱・加圧処理することにより、高圧容器２内に圧媒ガスを高速で注入した場合に生じる堰止昇温による温度変動（温度分布の発生）を抑制することができ、これにより、高圧容器２内の圧媒ガスによる昇圧時間の短縮が図れ、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮が図れる。
また、処理品５を加熱・加圧処理した後、高圧容器２内から圧媒ガスを排出する際に、ベースヒータ１２及びファン１３を作動させることにより、高圧容器２内の圧媒ガスを高速で排出する場合に生じる断熱膨張に起因する温度低下を防止でき、これにより、ＨＩＰ処理後に続けて熱処理する場合であって且つ高圧容器２内から圧媒ガスを高速で排出する場合において、処理品５の温度を所定温度に維持できるので、ＨＩＰ処理後に続けて熱処理する場合の、高圧容器２内の圧媒ガスによる減圧時間の短縮が図れ、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮が図れる。
【００３２】
前記構成のものにあっては、下蓋８は実質的に１ピースで構成されており、その上にベースヒータ１２が設けられる。また、６００℃以下の温度域での加熱には、輻射伝熱はあまり寄与しないことから、圧媒ガスの対流による伝熱が主体であり、処理品５の下方にヒータ１２を配置して、該ヒータ１２による加熱された圧媒ガスが上昇気流を発生するのを利用するとともに、ヒータ１２の下側にファン１３を設けて強制的な対流を生ぜしめて効率よく処理品５を加熱昇温する構成となっている。
【００３３】
また、処理室４内部の温度は高々６００℃であり、高圧容器２への放熱による高圧容器２の過上昇を防止するにも、内外２つの金属製倒立コップ状の内外壁と、その内外壁の間に充填されたセラミックブランケットの断熱材との組合わせからなる断熱構造体１４で十分である。
このように、従来のＨＩＰ装置の炉と比較して、構造が極めて簡素化され、炉自体の装置コストが低減されるばかりか、加熱電源も１組となることから、装置全体の構成も簡素化される。
【００３４】
なお、前記の断熱構造体１４の断熱性能は、大気圧近傍では窒素ガス１００ＭＰａの高圧時の放熱量の１／１０〜１／８と極めて良好であり、大気圧下では処理品５の量が十分にあれば、３０分放置しても温度低下は１０℃以下であり、予熱時やＨＩＰ処理後に温度をＨＩＰ処理温度近傍で保持したい場合に非常に有効である。
図１は、本発明によるＨＩＰ装置１の高圧配管系統を模式的に示した高圧配管系統図（ガス回路図）であり、図２は、図１の高圧配管系統における２つの高圧容器２の圧媒ガスの圧力の操作を片方の高圧容器２を主体に示した工程図であり、図３は、図１の高圧配管系統における２つの高圧容器２内の圧媒ガスの圧力と温度との関係を示したグラフである。
【００３５】
図１に示した高圧配管系統（ガス回路）は、高圧容器２と電気炉３等から構成される、２つのＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２の内の、一方のＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２を加圧する時に、他方のＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２を減圧するようにサイクルを組合わせることにより、昇圧時間および減圧時間を短縮するようになされている。
例えば、一方のＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２のサイクルタイムを１時間とすると、３０分に一回のＨＩＰ処理が行われることとなり、生産性が２倍に改善される。このような短時間での処理では、処理品５を所定の温度に加熱昇温する時間も問題となるため、処理品５は予熱しておくとともに高圧容器２内部は常時ＨＩＰ処理温度近傍に加熱された状態で使用される。
【００３６】
図１において、高圧配管系統は、ガス集合装置２７（ガス供給源）と、圧縮機２８と、真空ポンプ２９と、主開閉バルブＭＳＶ１と、第１〜１０開閉バルブＳＶ１〜１０等とを備えている。
ガス集合装置２７には、主開閉バルブＭＳＶ１が介装された第１管路Ｋ１が接続され、この第１管路Ｋ１には、第１０開閉バルブＳＶ１０が介装された第２管路Ｋ２と、リリーフバルブＲＶを備えたリリーフ管路ＲＫが接続されている。
なお、リリーフ管路ＲＫには、圧力計ＰＧが設けられている。
【００３７】
また、前記第２管路Ｋ２と、第１ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１とは、第３開閉バルブＳＶ３が介装された第３管路Ｋ３によって接続され、第２管路Ｋ２と、第２ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ２とは、第４開閉バルブＳＶ４が介装された第４管路Ｋ４とによって接続されている。
また、第３管路Ｋ３の、第２管路Ｋ２との接続点Ｃ１と、第３バルブＳＶ３との間には、第５開閉バルブＳＶ５が介装された第５管路Ｋ５が接続され、第４管路Ｋ４の、第２管路Ｋ２との接続点Ｃ１と、第４開閉バルブＳＶ４との間には、第６開閉バルブＳＶ６が介装された第６管路Ｋ６が接続され、第５管路Ｋ５と第６管路Ｋ６とは相互に接続されている。
【００３８】
また、第１ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１には、第７開閉バルブＳＶ７を備えた第７管路Ｋ７が接続され、第２ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ２には、第８開閉バルブＳＶ８を備えた第８管路Ｋ８が接続されている。
また、第３管路Ｋ３の、第３開閉バルブＳＶ３と第１ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１との間には、第１開閉バルブＳＶ１が介装された第９管路Ｋ９が接続され、第４管路Ｋ４の、第４バルブＳＶ４と第２ＨＩＰ本体装置ＶＳＬ２との間には、第２開閉バルブＳＶ２が介装された第１０管路Ｋ１０が接続され、これら第９管路Ｋ９と第１０管路Ｋ１０とは相互に接続されている。
【００３９】
また、第５管路Ｋ５と第６管路Ｋ６との接続点Ｃ２と、第９管路Ｋ９と第１０管路Ｋ１０との接続点Ｃ３とは、圧縮機２８が介装された第１１管路Ｋ１１で接続されている。
また、第９管路Ｋ９と第１０管路Ｋ１０との接続点Ｃ３には、真空ポンプ２９が介装された排気管路ＨＫが接続されており、この排気管路ＨＫの、前記接続点Ｃ３と真空ポンプ２９との間には、第９開閉バルブＳＶ９が介装されている。
次に、図１の配管系統図と、図２の工程図および図３のグラフと、図４から図１１に示した、高圧配管系統における圧媒ガスの流れについての図とを参照しつつ、本発明における短サイクルでの運転について説明する。
【００４０】
なお、以下の説明において、ＨＩＰ本体装置及びバルブについては、名称を省略し、前記した符号により説明する。
最初の状態としては、ＶＳＬ１の高圧容器２に、予熱ステーションにて予熱された処理品５を搬送・装入するところであり、ＶＳＬ２では、処理品５を加熱・加圧処理している（温度圧力保持の状態である）ところとする。
また、ＭＳＶ１、ＳＶ１〜１０は閉じられ、圧縮機２８及び真空ポンプ２９は作動されていない状態である。
【００４１】
この状態からＶＳＬ１に処理品５を装入して、図５に示すように、ＳＶ１及びＳＶ９を開き、真空ポンプ２９によって、ＶＳＬ１の高圧容器２の内部を真空引きした後（場合により真空引きは省略可能である）、図６に示すように、ＳＶ１及びＳＶ９を閉じると共にＭＳＶ１、ＳＶ１０、ＳＶ３を開いて、ガス集合装置２７からＶＳＬ１内にガス置換用のガスを低圧で充填し、その後すぐに図７に示すようにＳＶ７を開として空気の混入したガスを大気放出する。
次いで、図８に示すように、ＭＳＶ１、ＳＶ１０、ＳＶ３を開とし、それ以外のバルブを閉としてガス集合装置２７からＶＳＬ１に圧媒ガスを充填する。
【００４２】
その後、図９に示すように、ＭＳＶ１、ＳＶ１０、ＳＶ３を閉じると共に、ＳＶ１とＳＶ２を開開いてＶＳＬ１とＶＳＬ２とを連通させ、ＨＩＰ処理が終わったＶＳＬ２からＶＳＬ１にガスを差圧充填する。
その後、ＶＳＬ１とＶＳＬ２との（両高圧容器２の）圧力が平衡に近づきＶＳＬ１内部の圧力の上昇速度が低下したら、図１０に示すように、ＳＶ２を閉じると共にＳＶ４、ＳＶ６を開き、圧縮機２８を駆動し、ＶＳＬ２から圧媒ガスを吸い出すと共に加圧してＶＳＬ１に圧媒ガスを充填する。
【００４３】
そして、ＶＳＬ１内部の圧力が所定の圧力となった時点で圧縮機２８の運転を止める。
この時点でＶＳＬ２の高圧容器２の内部の圧力はガス集合装置２７の圧力と同等またはそれ以下となっているので、図１１に示すように、ＳＶ１、ＳＶ４およびＳＶ６を閉とし、ＳＶ８を開としてＶＳＬ２内の残留ガスを大気に放出する。
この時点でＶＳＬ１は温度圧力の保持状態、すなわちＨＩＰ処理を実施している状態にある。
【００４４】
一方、ＶＳＬ２については、高圧容器２を高温開放して内部の処理品５が高温状態で取り出されるとともに、次の処理の準備として高温に保持された処理品５の装入が行われる。
そして、ＶＳＬ１での保持（ＨＩＰ処理）終了後、ＶＳＬ２について前記の手順が順次進められる。
このように、２つのＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２の圧力サイクルを適合させることにより、時間的かつエネルギー的にも最適化された操業が可能とされる。
【００４５】
なお、片方のＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２の高圧容器２から、他方のＨＩＰ本体装置ＶＳＬ１，ＶＳＬ２の高圧容器２に圧媒ガスを差圧充填する際には、供給側の高圧容器２内の圧媒ガスが断熱膨張により温度低下を生じて実質的に圧力が低下してしまうという問題を回避するために、本発明では供給側の高圧容器２内の温度を高温のまま保持する。
具体的には、供給側の高圧容器２内のベースヒータ１２に通電して高圧容器２内の圧媒ガスの温度を保持温度もしくはその近傍まで加熱する。
【００４６】
また、この時、処理品５が収納されているので、温度分布発生を防止するためファン１３を駆動して温度分布の発生を防止することが推奨される。
また、圧媒ガスが供給される側の高圧容器２の内部では、高速で配管経路を通過してきた圧媒ガスが高圧容器２内部の突き当たり部分（通常は高圧容器２内の上端部）で速度エネルギーを失うと同時に熱を発生（運動エネルギーの熱エネルギーヘの転換）して温度が上昇する。
この昇温は、場合によっては１００〜２００℃にも達することが経験されており、これを防止するために、圧媒ガスが供給される側の高圧容器２内部のファン１３を駆動して処理室４空間の均熱化をすることが推奨される。
【００４７】
さらに、通常のＨＩＰ処理では、処理品５等との反応の問題がほとんどないアルゴンが圧媒ガスとして使用されるが、Ａｌ合金等の本発明の主対象としている金属材料では、前述したＨＩＰ処理の温度域では窒素との反応がほとんどないことから、窒素の使用が推奨される。
すなわち、窒素の場合アルゴンと比較して圧縮性が５〜１０％小さいため、圧媒ガスを窒素で構成することにより、通常使用されるアルゴンガスと同じ圧力まで加圧するのに必要なガス量が少なくて済み加圧時間の短縮効果が期待できる。
【００４８】
また、窒素ガスはアルゴンガスよりも安価であり、ＨＩＰ処理コストの低減という本発明の本来の目的にも合致するものである。
前述した本発明によれば、Ａｌ鋳造品、Ｍｇ鋳造品など、高温での大気圧下の搬送が可能で、ＨＩＰ処理温度が６００℃以下の製品のＨＩＰ処理を、例えば、１時間に２サイクル以上といった高能率で実施することが可能となる。
本発明による高能率化および本発明でのＨＩＰ装置１の簡素化による装置コストの低減により、ＨＩＰ処理コストを従来のＨＩＰ処理の１／１０以下に低減でき、従来ＨＩＰ処理の適用は処理コスト面での制約から困難とされてきた自動車関係のＡｌ鋳造部品への適用も可能となる。
【００４９】
ＨＩＰ処理自体の疲労強度および延性（伸び絞り）の改善効果から、鋳造部品の設計面では部品の薄肉化が容易になり、自動車の軽量化およびこれに関連した省エネルギー効果と排気ガス低減等の効果も期待でき、今後の自動車産業等の発展に資するところ極めて大きい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、一対の高圧容器の一方で処理品を加熱・加圧処理している間に、他方の高圧容器で加圧処理される処理品を加熱状態としておき、一方の高圧容器での処理品の加熱・加圧処理終了後の減圧工程において、両高圧容器内を連通させて、一方の高圧容器から放出される圧媒ガスを他方の高圧容器内に注入し、両高圧容器内の圧力がほぼ平衝状態となった後、一方の高圧容器から圧媒ガスを圧縮機により吸い出すと共に加圧して他方の高圧容器に注入し、該他方の高圧容器にて処理品を加熱・加圧処理するようにしたことにより、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの大幅な短縮化が図れ、高能率でＨＩＰ処理が実施できる。
【００５１】
また、一方の高圧容器から他方の高圧容器への圧媒ガスの供給時に、供給する側の高圧容器内のヒータに通電して、減圧に伴う温度低下を抑止して加熱状態を維持するように高圧容器内の温度制御を行うようにすることにより、供給側の高圧容器内の圧媒ガスが断熱膨張により温度低下を生じて実質的に圧力が低下してしまうという問題を回避することができる。
また、高圧容器内の処理品の下方にベースヒータを配置すると共に、処理品を加熱・加圧処理する処理室内にガスを供給・攪拌させるためのファンを配置して高圧容器内の均熱化を行うようにすることにより、高圧容器内に圧媒ガスを高速で注入した場合に生じる堰止昇温による温度変動（温度分布の発生）を抑制することができ、又は、高圧容器内の圧媒ガスを高速で排出する場合に生じる断熱膨張に起因する温度低下（温度分布の発生）を抑制することができ、ＨＩＰ処理のサイクルタイムの短縮化に寄与する。
【００５２】
また、窒素はアルゴンと比較して圧縮性が５〜１０％小さいため、処理品の加熱・加圧処理に使用する圧媒ガスを窒素にすることにより、通常使用されるアルゴンガスと同じ圧力まで加圧するのに必要なガス量が少なくて済み加圧時間の短縮効果が期待でき、また、窒素ガスはアルゴンガスよりも安価であり、ＨＩＰ処理コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＨＩＰ装置の高圧配管系統を示す配管系統図である。
【図２】  ２つの高圧容器の運転サイクルを示す工程図である。
【図３】  ２つの高圧容器内のガス圧力及び温度の関係を示すグラフ図である。
【図４】  ＨＩＰ装置の高圧容器及び電気炉の断面図である。
【図５】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図６】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図７】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図８】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図９】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図１０】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図１１】  圧媒ガスの流れを示す配管系統図である。
【図１２】  予熱式ＨＩＰ装置の本体部分の断面図である。
【図１３】  予熱式ＨＩＰ装置のシステム全体の概略構成図である。
【図１４】  予熱式ＨＩＰ装置のＨＩＰ処理の工程図である。
【図１５】  モジュラー方式ＨＩＰ装置の本体部分の断面図である。
【図１６】  従来のＨＩＰ装置の配管系統図である。
【符号の説明】
２    高圧容器
３    電気炉
４    処理室
５    処理品
１２    ベースヒータ
１３    ファン
１４    断熱構造体
２８    圧縮機
３０    回路
【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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