JPH0129514Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は熱間静水圧加圧装置、特に大型高温熱
間静水圧加圧装置の均熱性実現に好適なヒータ構
造、とりわけベースヒータ構造の改良に関するも
のである。

（従来技術） 近年、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素な
どのセラミツクスが高温ガスタービンエンジンの
タービンブレードやノズル、熱交換器などに用い
る耐熱高強度構造材料として注目されている。そ
して一方、これらのセラミツクス材料をエンジニ
アリングセラミツクスとして実用化するための高
密度焼結手段として熱間静水圧加圧（以下、HIP
と略記する）処理法が最も有望なプロセスとして
関心を集めている。

この場合、高密度化のためのHIP処理の温度、
圧力条件としては1000Kg／cm²以上の高圧と、窒化
ケイ素、サイアロンでは1700℃以上、炭化ケイ素
では1850℃以上の高温が要求されることが多い。

そこで、このような高温高圧の雰囲気を実現す
るためのHIP装置用加熱装置に関し従来より各方
面で研究が進められ、既にその幾つかが提案され
ているが、本出願人においても特公昭56−44345
号、44346号、53188号、53189号などにより種々、
改良に係る加熱装置を提案し、現在にあつては安
定的に2000℃、2000Kg／cm²レベルの高温高圧雰囲
気を発現し得る段階に至つている。

しかしながら、例えば特公昭56−53188号第２
図に開示された如き加熱装置を大型、とりわけ炉
室高さの大きなHIP装置に適用しようとした場
合、均熱性を実現するためには第１図に図示する
如く必然的に多段ヒータ構造とせざるを得ない
が、この場合、円周方向に占める各段ヒータの端
子部、即ちヒータ支持に用いられ発熱を主目的と
しない部分イ，ロの比重が高くなり水平断面内で
の均熱性の確保に問題が生ずるので多段とするこ
とには自ら限界がある。

このことは、例えば実公昭58−10958号公報で
開示されたサイドヒータ３段のヒータ構造におい
ても同様であり、これを大型とする場合にはヒー
タエレメントを支持する部材を構造材としての剛
性を有する大きさとせざるを得ず、従つて、発熱
部とすることができないことから、やはり、円周
方向に温度の不均一さは避けることができなくな
る。

又、米国特許第3427011号明細書にも多段ヒー
タ構造が示されているが、一般的にみて、多段ヒ
ータ構造を採用した場合、最下段ヒータには最大
電力が投入されるのが通常であることから上記米
国特許明細書所載の断熱材中に設置されたエレメ
ント構成を単に適用した場合には、ヒータ表面積
を大きくとることができず、従つて電力表面負荷
密度が大きくなり炉室温度に対するヒータ温度が
高くなつてヒータの消耗が著しくなる、表面積が
小さな上に更に一面を断熱材上に接しておくこと
になるので熱放散性が悪くヒータの温度上昇によ
る消耗を来たし易いなどの欠点を有し、これに対
する具体策は何ら開示されていない。

（考案の目的） 本考案は叙上の如き実状に鑑み、それら問題点
の解消を課題として考案されたもので、基本的に
最下段ヒータをベースヒータとして被処理体載置
板の下方に設置し、かつ多重構造として電力表面
負荷密度を低下させる構成を採用すると共に、他
の各部構造に夫々細部の改善を加えることによつ
てそれら構造の相乗効果を導き、もつて大型の
HIP装置の均熱性を向上させることを目的とする
ものである。

（考案の構成） 即ち、本考案の特徴とするところは、高圧シリ
ンダと、その上下開口部を密封する上部プラグ、
下部プラグによつて画成される高圧室内に断熱層
により断熱した炉室を形成して該炉室内に前記下
部プラグ上に設置された被処理体設置板上の被処
理体を加熱するグラフアイトサイドヒータを収設
してなる既知のHIP装置において、下記の各構成
を具備せしめた点にある。

(1) ベースヒータを下部プラグ上に設置し、被処
理体とともに高圧容器外下方に取り出し可能に
構成したこと、 (2) ベースヒータエレメントの下方に断熱材を、
上方に被処理体設置板を配設したこと、 (3) ベースヒータエレメントが縦波形に加工した
グラフアイトからなる、電気的に直列に接続さ
れた２層以上の円筒状エレメントからなるこ
と、 (4) 最外層のベースヒータエレメントを下部プラ
グ上の台座に固定立設せしめた柱状体に対して
懸垂支持せしめたこと、 (5) 最外層以外のベースヒータエレメントを下方
の断熱材上に設置せしめたこと、 更に上記の構成において、 (6) 最外層のベースヒータエレメントの内側に、
その内外を連通する孔を有する被処理体設置板
支持リングを配置せしめたこと、 (7) 被処理体設置板に、被処理体設置後も連通が
確保されるガス通路を設けたこと、 (8) 前記サイドヒータに対し以上のベースヒータ
を追加配置したこと。

（実施例） 以下、更に添付図面を参照し、上記各構成を具
備した本考案HIP装置用ヒータの具体的実施例に
ついて説明する。

第２図は本考案に係る装置の１例を示し、同図
において、１は高圧シリンダ、２，３は前記高圧
シリンダ１の上下の開口部を密封する上部プラ
グ、下部プラグであり、これら高圧シリンダ１と
上下のプラグ２，３とによつて高圧容器が形成さ
れ、その内部に高圧室４が画成されている。そし
て、高圧室４内には断熱層５が配設されて該断熱
層５により断熱した空間を炉室に形成してこの炉
室内に加熱用のグラフアイトヒータをサイドヒー
タ６，６′として収設させている。

ここで、断熱層５は、前記高圧シリンダ１、上
下のプラグ２，３によつて形成される高圧容器を
高温炉室から保護するためのものであり、その構
造としては、例えば特公昭54−81943号公報に開
示される如き多数の倒立型金属コツプをセラミツ
クフアイバー層体で掩つてなる構成のものを用い
ることが好適である。

又、断熱層５の内方に収設した前記サイドヒー
タ６，６′の構造としは例えば特公昭56−53188号
公報、同56−53189号公報等に開示した構成、即
ちグラフアイト製の板状体又は筒状体の上端縁お
よび下端縁から交互に上下方向のスリツトを設け
てジグザグ周面に形成せしめた構成、ならびにそ
の多段配置構造を用いることが好適である。

なお、上記サイドヒータの下段ヒータ６′の下
方には断熱材７，８が配設されており、ヒータか
ら下方への輻射熱遮蔽の用を果たしている。

以上のような各部構成は、従前のHIP装置の構
成と別段変わりなく、既知のHIP装置に具備され
るところであるが、本考案においては更に以下の
如き構成が付加される。

即ち、第２図より明らかなように、下部プラグ
３上には台座９が設置されていて、台座９には詳
細は図示していないが、通常の手段により電気的
絶縁状態で柱状体１０，１０′各２本が固定立設
されている。そして、この柱状体１０，１０′に
対して第３図に図示した如き円筒状グラフアイト
ヒータからなる外側ベースヒータ１１が懸垂支持
されている。

外側ベースヒータ１１は同第３図より明らかな
如く、円筒状のグラフアイトを軸線方向に２分割
して上端縁および下端縁から交互に上下方向のス
リツトを切り込み、縦波型に形成した２個の発熱
エレメント１１ａ及び１１ｂからなる。

発熱エレメント１１ａ，１１ｂは上端縁部にお
ける両端部分に夫々エレメントの厚み方向に適宜
寸法の巾をもつ突出部１２が周方向に対向的に延
出して設けられると共に該突出部１２に上下方向
に貫通する孔を穿設して該孔を通してボルト１３
により前記柱状体１０，１０′に懸垂固定される。

この場合、柱状体１０，１０′およびボルト１
３は何れも発熱エレメント１１ａ，１１ｂと同材
質のグラフアイトで構成することが望ましい。

なお、後述するが、前記柱状体１０，１０′は
上記の外、柱状体１０は電力供給用端子として
の、一方、他の柱状体１０′はエレメント支持部
材としての役割をも果たす。

次に一方、前記外側ベースヒータ１１の下方で
柱状体１０，１０′を除くリング状の空間には前
記台座９上に設置した状態で断熱材１４，１５が
配設されている。このうち一方の断熱材１４とし
ては2000℃レベルでの断熱の用をなすものとして
黒鉛系断熱材を、又、他方の断熱材１５としては
1700℃レベル以下の断熱の用をなすものとしてア
ルミナ系又はジルコニア系断熱材を用いることが
望ましい。

そして、上記の断熱材１４，１５の内側には更
に柱状体断熱材１６，１７が同様に台座９上に設
けられ、これは高温炉室から下方への熱を遮断す
る役目を果たしている。この断熱材１６，１７も
その材料としては前記の断熱材１４，１５と同
様、夫々黒鉛系、アルミナ系などの断熱材を用い
ることが好適である。

なお、上記断熱材１７上には外側ベースヒータ
エレメント１１の上方に被処理体設置板１８を配
設すべく支持リング１９が設置され、その上に
HIP処理されるべき被処理体２５を載置する前記
設置板１８が配設される。

しかして、上記支持リング１９の内側には、更
に第３図に図示するヒータエレメントと基本的に
同じ形状の円筒状のグラフアイトを縦波型に形成
した一体型グラフアイトヒータからなる内側ベー
スヒータ２１が黒鉛系の好ましい断熱材１６の上
部に例えば円周方向数個所に配置された柱状の電
気的絶縁部材２２を介して配設される。

この場合、上記電気的絶縁部材２２の材質とし
ては、例えばボロンナイトライドなどが好適であ
る。

なお、外側ベースヒータエレメント１１ａ，１
１ｂと内側ベースヒータ２１との間には、第４図
に図示するように前者から後者側へと支持リング
１９の切欠部２０を通じて主として黒鉛製からな
るリード板２３ａ，２３ｂが亘設され電気的に接
続されている。

かくして以上の構成によつてベースヒータへの
電力導入経路として下部プラグ３に設けられた電
力導入プラグ２４からリード板２５を経て柱状体
１０、外側ベースヒータエレメント１１ａ、リー
ド板２３ａ、内側ベースヒータ２１、リード板２
３ｂ、外側ベースヒータエレメント１１ｂ、柱状
体１０へと第４図矢印で示すような外側ベースヒ
ータと内側ベースヒータとを直列に接続する通路
が形成される。

なお、柱状体１０′は上記において電気の通路
とはならず、単に外側ベースヒータエレメント１
１ａ，１１ｂを支持する役目を果たす。

第５図は以上のような装置構成においてHIP処
理されるべき被処理体２５を設置する被処理体設
置板１８の詳細を示しており、孔２６および溝部
２７が設けられ、支持リング１９に設けた孔２８
と共に同設置板１８上に被処理体２５を設置した
後もベースヒータ部を循環するガス対流通路を確
保する如く構成されている。

かくしてHIP処理されるべき被処理体２５を高
圧容器外において被処理体設置板１８上に設置
し、前述した内外両ベースヒータ２１，１１とと
もに下部プラグ上に設置した形で炉室内に挿入
し、通常の如く圧媒ガスを導入し、不活性圧媒ガ
ス雰囲気下でHIP処理を行なう。

以上、本考案ヒータに関し、実施例を説明して
来たが、炉室径が大なるHIP装置の場合には内側
ベースヒータを上記手法と同様な手法で多重構造
とすることが可能であることは云う迄もなく、
又、下部プラグの構造についても第２図に図示す
る一体構造に代え、内外二重のプラグ構造とし、
内側下部プラグ上に上記ベースヒータを配置する
などど、本考案の目的を逸脱しない範囲において
種々の改変が可能であることは勿論である。

更に、本考案ヒータは主として大型の高温HIP
装置への適用を意図するが、別段、これに拘束さ
れるものではなく、前記記載のベースヒータ構造
単独でも比較的低温度のHIP装置用加熱装置を構
成し得ることは当然である。

（考案の効果） 本考案は以上の如く、被処理体設置板下方にベ
ースヒータを設置し、かつ該ベースヒータを多重
直列構造で被処理体と共に取り出し可能となし、
最外層のベースヒータエレメントを台座に固定立
設せしめた柱状体に対して懸垂支持せしめ、最外
層以外のベースヒータエレメントを下方の断熱材
上に設置せしめること、更には被処理体設置板を
連通孔を有する支持リングにより支持し、被処理
体設置板に被処理体設置後も連通が確保されるガ
ス通路を設けたものであり、かかる構成により以
下の如き種々の顕著な効果が期待される。

(1) 大型のHIP装置においては昇温時に最下段ヒ
ータへの電力負荷が最大となり、従つてその消
耗もはげしいが、本考案ヒータはベースヒータ
を下部プラグ上に設置し被処理体と共に常時、
取り出し可能となつているので、点検および消
耗時の取り換え作業が頗る容易である。

(2) 本考案は前述の如く半径方向に多重の直列型
ベースヒータ構造としたことにより電力表面負
荷密度の低減が可能でヒータ寿命の向上を図る
ことができる。

(3) 被処理体設置板に被処理体設置後も連通する
ガス通路が設けられていることから、支持リン
グの孔と相埃つてベースヒータ部を循環する対
流が生じ、ベースヒータエレメントの温度過上
昇防止および炉室の効率的昇温を可能とする。

(4) 円周方向における発熱領域を確保することに
より大型HIP装置と云えども充分、均熱性を確
保することができる。

(5) 最外層のベースヒータエレメントを柱状体に
対して懸垂し、それ以外は断熱材上に設置して
いるので電力導入が良好であり、かつエレメン
ト支持が確実である。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知のヒータ構造の１例を示す斜視
図、第２図は本考案ヒータを適用したHIP装置の
断面概要図、第３図は本考案におけるベースヒー
タ構造の基本形態を示す斜視図、第４図は本考案
ベースヒータの電力導入経路を示す同部分平面
図、第５図は被処理体設置板の上面図である。 １……高圧シリンダ、２……上部プラグ、３…
…下部プラグ、４……高圧室、５……断熱層、
６，６′……サイドヒータ、７，８……断熱材、
９……台座、１０，１０′……柱状体、１１……
外側ベースヒータ、１１ａ，１１ｂ……外側ベー
スヒータエレメント、１２……突出部、１３……
ボルト、１４〜１７……断熱材、１８……被処理
体設置板、１９……支持リング、２０……切欠
部、２１……内側ベースヒータ、２２……電気的
絶縁部材、２３ａ，２３ｂ……リード板、２４…
…電力導入プラグ、２５……被処理体、２６……
被処理体設置板の孔、２７……被処理体設置板の
溝、２８……支持リングの孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高圧シリンダと、その上下開口部を密封する
   上部プラグと下部プラグとによつて画成される
   高圧室内に、断熱層により断熱した炉室を形成
   して、該炉室内に前記下部プラグ上に設置され
   た被処理体設置板上の被処理体を加熱するグラ
   フアイトサイドヒータを収設してなる熱間静水
   圧加圧装置において、前記下部プラグと被処理
   体設置板との間で下部プラグ上に断熱材を介し
   てベースヒータを配設し、該ヒータを被処理体
   と共に高圧容器外下方に取出し可能に構成する
   と共に、該ベースヒータをグラフアイト製の板
   状体又は筒状体の上端縁および下端縁から交互
   に上下方向のスリツトを設けてジグザグ周面に
   形成された縦波型加工のグラフアイトからな
   る、電気的に直列に接続された少くとも２層の
   円筒状エレメントによつて構成し、最外層のベ
   ースヒータエレメントは下部プラグ上に設けら
   れた台座に固定立設された柱状体に対して懸垂
   支持する一方、最外層以外のベースヒータエレ
   メントは前記下方の断熱材上に設置せしめるこ
   とを特徴とする熱間静水圧加圧装置用ヒータ。 ２ 最外層のベースヒータエレメントの内側に内
   外を連通する孔を有する被処理体設置板支持リ
   ングを配置してその上に前記被処理体設置板を
   位置せしめると共に、被処理体設置板には被処
   理体設置後も連通可能なガス通路を設けてなる
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の熱間静水
   圧加圧装置用ヒータ。