JP2914636B2

JP2914636B2 - 熱間静水圧加圧方法

Info

Publication number: JP2914636B2
Application number: JP2011219A
Authority: JP
Inventors: 幸三石▲崎▼; 一浩上原; 正一上田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-01-20
Filing date: 1990-01-20
Publication date: 1999-07-05
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JPH03217789A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、金属やセラミックスの、粉末やポーラス
な成形体などの被処理体に、高温高圧の圧媒ガスを作用
させて高密度に焼結するのに用いる、いわゆる熱間静水
圧加圧方法（以下HIP方法という。）に関するものであ
り、さらに詳しくは、HIP処理の進行状態をモニタする
方法に関する。

（従来の技術）従来において、HIP処理の進行状態をモニタする方法
としては、ディラトメータにより被処理体の収縮をモニ
タする方法がある。この方法を第８図を用いて説明す
る。

第８図は、この方法をおこなうHIP装置の正断面図で
ある。同図において、51は筒状の圧力容器であって、該
圧力容器51の上部開口部には上蓋52が嵌合されていると
ともに、該圧力容器51の下部開口部には圧媒ガス給排口
53aを有する下蓋53が嵌合されており、該上下蓋52,53お
よび前記圧力容器51とで処理室54を画成している。この
処理室54内には、倒立コップ状の断熱層55とヒータ56と
が配設されているとともに、該断熱層55の内側に、ディ
ラトメータに装着された被処理体57が配置されている。

ディラトメータは、下蓋53上に設置された差動トラン
ス61と、該差動トランス61に固設されているとともに前
記被処理体57を載置する固定部59と、該固定部59に対し
摺動自在に設けられ、かつ前記差動トランス61に接続さ
れた可動部60と、該可動部60に設けられ、かつその端部
が前記被処理体57の上部に当接する調整ネジ58とからな
る。また、前記差動トランス61の出力は、処理室54外に
配設された増幅器62に接続されており、さらに該増幅器
62の出力は、変換器63に接続されている。

次に、第７図に示す装置の動作を説明すると、まず、
被処理体57を固定部59に載置する。次いで、可動部60を
固定部59に装着し、調整ネジ58を被処理体57の上部にそ
の先端が当接するように被処理体57に押しつける。この
後、圧媒ガス給排口53aより処理室54内に高圧の圧媒ガ
スを供給するとともに、ヒータ56により加熱し、被処理
体57に高温高圧の圧媒ガスを作用させてHIP処理をおこ
なう。このとき、被処理体57は圧力により収縮し、この
収縮に合わせて、被処理体57の上部に接する調整ネジ58
と可動部60が、固定部59に対し相対的に移動する。この
移動を、差動トランス61で検知し電気信号として増幅器
62に出力する。該増幅器62は、その電気信号を増幅し変
換器63に出力する。該変換器63は、この信号を処理可能
な信号に変換し、被処理体57の上下方向の収縮をモニタ
することで、HIP処理の進行状態をモニタするのであ
る。

（発明が解決しようとする課題）上記第８図に示すディラトメータによる方法は、被処
理体の一方向の収縮量しかモニタできないので以下に掲
げるような問題がある。

HIP処理において、その進行状態を知るためモニタす
べき対象は、本来、被処理体の収縮量ではなく、被処理
体がどの程度高密度に焼結されたか、すなわち被処理体
の密度変化である。しかし、上記ディラトメータによる
方法は、被処理体の収縮量から間接的に被処理体の密度
変化を求める方法なので、必ずしもHIP処理の進行状態
を正確にモニタすることができなかった。また、この問
題は、第８図に示すように一方向の収縮量しかモニタし
てない場合には特に顕著であった。

また、ディラトメータによる方法は、被処理体の一部
の収縮量から全体の収縮量を推定する方法であるため、
被処理体が複雑な形状の場合適用できなかった。

これは、複雑な形状のものでも処理可能であるという
HIP方法の最大の長所の一つを減殺すことなっていた。

さらに、ディラトメータによる方法では、複数の被処
理体を同時にHIP処理するには、被処理体と同数のディ
ラメートを必要とし、実用上このような場合は適用でき
なかった。これも複数の被処理体を同時に処理できると
いうHIP方法の長所を減殺していた。

また、ディラトメータは、調整ネジ、固定部および可
動部等の部品が必要となるが、これらはいずれも処理室
内の高温部に配置する必要があるため、高温による影響
を受けにくいグラファイト等の材料を用いて製作する必
要がある。しかし、これらの部品はその性質上、構造が
複雑であるだけでなく、極めて高精度に製作する必要が
あるのであるが、グラファイト材でかかる複雑な部品を
高精度に製作するのは困難であった。

この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされた
ものであって、簡単な装置構成で、HIP処理の進行状態
を高精度にモニタできる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）この発明は、上記従来技術の課題を解決するためにな
されたものであって、その第一の特徴は、圧力容器と、
該圧力容器の上下開口部に嵌合された上下蓋とにより画
成される処理室内に被処理体を配し、該被処理体に高温
高圧の圧媒ガスを作用させる熱間静水圧加圧方法におい
て、下記のような技術的手段を講じたことにある。すな
わち、熱間静水圧加圧処理中に、処理室内の圧力と被処
理体近傍の温度とを計測し、該計測した圧力と温度とか
ら該圧力および温度における圧媒ガスの密度を演算する
とともに、被処理体と下蓋との間に配置された荷重検出
手段により、熱間静水圧加圧処理中における被処理体の
重量を計測し、該計測した被処理体の重量と、前記演算
した圧媒ガスの密度と、予め熱間静水圧加圧処理前に計
測した被処理体の質量とから、熱間静水圧加圧処理中の
被処理体の密度を演算し、熱間静水圧加圧処理の進行状
態をモニタすることにある。

また、前記第一の特徴における荷重検出手段が、被処
理体を載置する載置台と、該載置台に接続されたストレ
インゲージとからなり、該ストレインゲージにより検出
された前記載置台の歪み量から熱間静水圧加圧処理中に
おける被処理体の重量を計測することを第二の特徴とす
る。

さらに、計測した処理室内の圧力により、ストレイン
ゲージの歪み量を補正して被処理体の重量を演算するこ
とを第三の特徴とする。

また、載置台近傍の温度を計測し、該計測した載置台
近傍の温度と計測した処理室内の圧力とにより、ストレ
インゲージの歪み量を補正して被処理体の重量を演算す
ることを第四の特徴とする。

（作用）この発明によれば、HIP処理中に、処理室内の圧力
と、被処理体近傍の温度と、HIP処理中における被処理
体の重量とを計測し、これらと予めHIP処理前に計測し
た被処理体の質量とから、HIP処理中の被処理体の密度
を演算し、この密度の変化によりHIP処理の進行状態を
モニタするので、HIP処理の進行状態を高精度にモニタ
することができる。

これは、HIP処理が通常1000℃以上かつ1000kgf/cm²と
いう高温高圧下でおこなわれるため、圧媒ガス（特にア
ルゴンガス）の密度が室温・大気圧下におけるそれより
1000倍程度も大きくなり、被処理体の圧媒ガスに対する
浮力が無視できなくなる大きさになるため可能になるも
のである。

また、この発明によれば、ディラトメータ等の複雑か
つ精巧な装置を用いることなくHIP処理の進行状態をモ
ニタできるので、装置構成を簡単にできる。特に、請求
項２記載の発明によれば、被処理体を載置する載置台
と、該載置台に接続されたストレインゲージとを用いて
いるので、装置構成を極めて簡単にすることができる。

請求項３に記載された発明によれば、計測した処理室
内の圧力により、ストレインゲージの歪み量を補正して
被処理体の重量を演算するので、より高精度にHIP処理
の進行状態をモニタすることができる。

また、請求項４に記載された発明によれば、載置台近
傍の温度を計測し、該計測した載置台近傍の温度と計測
した処理室内の圧力とにより、ストレインゲージの歪み
量を補正して被処理体の重量を補正して被処理体の重量
を演算するので、さらに高精度のHIP処理の進行状態を
モニタすることができる。

（実施例）この発明の実施例を、第１図から第７図を用いて説明
する。

第１図は、本発明の実施例を示す概念図である。第１
図において、１は筒状の高圧容器であって、該高圧容器
１の上下開口部には上蓋２および圧媒ガス給排口3aを有
する下蓋３が嵌合されており、該上下蓋２、３および前
記圧力容器１とで処理室４を画成している。この処理室
４内には、倒立コップ状の断熱層５とヒータ６とが配設
されている。また、下蓋３には、コラム状の載置台８が
載設されており、該載置台８にはストレインゲージ10が
設けられているとともに、該載置台８には被処理体７が
載置されている。また、該被処理体７の近傍には、熱電
対11が配設されている。

圧媒ガス給排口3aには、圧媒ガスのガスボンベ17と該
圧媒ガス給排口3aを連通する配管12が接続されており、
該配管12には、圧力計13、開閉弁14、圧縮機15および開
閉弁16が、圧媒ガス給排口3a側からこの順に設けられて
いる。また、配管12は、前記圧力計13と開閉弁14との間
で分岐しており、この分岐した配管12aには、開閉弁18
と絞り19が設けられているとともに、その端部は、大気
排出口20として開口している。

また、熱電対11の出力は、下蓋３から容器外に導か
れ、容器外に配設された熱電交換器21に接続されてお
り、該熱電交換器21により処理容易な電気信号に変換さ
れ、被処理体７近傍の温度信号Ｔとして、圧媒ガス密度
演算手段22に出力される。該圧媒ガス密度演算手段22
は、この温度信号Ｔと、前記圧力計13により計測された
処理室４内の圧力信号Ｐとにより、圧媒ガスの密度ρを
演算し、これを被処理体密度演算手段26に出力する。

一方、ストレインゲージ10の出力も、下蓋３から容器
外に導かれ、容器外に配設された歪み量検出手段23に接
続されており、該歪み量検出手段23は、ストレインゲー
ジ10の出力からコラム状の載置台８の歪み量εを処理容
易な電気信号として、被処理体重量演算手段24に出力す
る。該被処理体重量演算手段24は、この歪み量εから、
HIP処理中における被処理体７の重量Ｂを演算し、この
質量Ｂを前記被処理体密度演算手段26に出力する。

被処理体密度演算手段26は、この被処理体７の重量Ｂ
と、前記圧媒ガスの密度ρと、HIP処理前の被処理体７
の質量Ａとから圧媒ガスの密度Ｃを演算し、この演算し
た圧媒ガスの密度信号ｃを被処理体密度表示手段27に出
力する。ところで、HIP処理前被処理体７の質量Ａは、
予めHIP処理前に計測され、被処理体重量設定手段25に
設定されており、この被処理体重量設定手段25から被処
理体密度演算手段26に出力されているものである。

なお、本実施例においては、圧媒ガス密度演算手段2
2、被処理体重量演算手段24および被処理体密度演算手
段26はマイクロプロセッサ28により構成されている。

また、本実施例においては、圧媒ガスの密度信号ｃを
単に被処理体密度表示手段27で表示しているだけである
が、この信号ｃを、HIP処理の停止や、HIP処理温度・圧
力の変更開始・停止信号として用いることも当然考えら
れる。

ここで、本発明に用いる載置台８の構造について第７
図を用いて説明する。第７図において、載置台８は、下
部板8aと、該下部板8aに間隔をあけて立設された複数の
コラム8bと、該複数のコラム8b上に架設された上部板8c
とからなり、この複数のコラム8bの柱面にストレインゲ
ージ10が設置されている。

この載置台８の上部板8c上に被処理体を載置すると、
複数のコラム8bは、該被処理体の重量により第７図に点
線に示す如く歪む。この歪みをストレインゲージ10で検
出するのである。

なお、本実施例においては、荷重検出手段としてコラ
ム状の載置台とストレインゲージとを組み合わせて用い
たが、これは他の手段で代用できることはいうまでもな
い。例えば、載置台はコラム状でなくてプルーピングリ
ング状であってもよいし、単なる板材を両端で支持する
構造であってもよい。また、ストレインゲージを用いる
ことなく、バネ等を用いた手段であってもよい。

次いで、本発明の動作を第２図を用いて説明する。第
２図は本発明の手順を示すフローチャートである。ま
ず、HIP処理前における被処理体７の質量Ａを計測する
〔ステップ11:以下S11と略す。〕この計測は、全く別の
重量計測装置を用いても良いが、前記被処理体重量演算
手段24を用いるのが望ましい。

次いで、被処理体７を載置台８に載置し〔S12〕、HIP
処理を開始する。

HIP処理開始後、圧力計13により処理室４内の圧力Ｐ
を計測する〔S13〕とともに、熱電対11および熱電交換
器21により被処理体７近傍の温度Ｔを計測する〔S1
4〕。処理室４内は、圧媒ガスの対流により上部が高温
で下部が低温であるという温度分布ができるが、被処理
体７の浮力に影響するのは被処理体７の近傍の圧媒ガス
だけであるので、被処理体７の近傍の温度を計測すれば
よいのである。次いで、この圧力信号Ｐと温度信号Ｔと
により圧媒ガスの密度ρを演算する〔S15〕。HIP処理
は、通常、圧媒ガスとしてアルゴンガスを用いて、1000
℃以上かつ1000kgf/cm²以上の高温高圧でおこなわれ
る。かかる高温高圧状態におけるアルゴンガスの密度
は、温度圧力に対し第６図に示すような関数となる。こ
の密度を演算するにあたっては、適当な間隔で温度・圧
力におけるアルゴンガスの密度の値を予めテーブルとし
て保持しておき、このテーブルを利用して演算するのが
簡便である。

S13〜S15で圧媒ガスの密度を演算するとともに、スト
レインゲージ10および歪み量検出手段23により、コラム
状の載置台８の歪み量εを計測し〔S16〕、この歪み量
εから被処理体７の重量Ｂを演算する〔S17〕。この演
算は、歪み量εが弾性限度範囲において下記（１）式で
あらわされることから下記（１）式を用いておこなう。
ここで、ＳおよびＥは定数である。

Ｂ＝Ｓ×Ｅ×ε ……（１） S:載置台８のコラムの断面積 E:ヤング率 S13〜S15とS16〜S17は並列的に処理するのが望まし
い。

次いで、S11で計測したHIP処理前における被処理体７
の質量Ａと、S15で演算した圧媒ガスの密度ρと、S17で
演算した被処理体７の重量Ｂとにより、下記（２）式に
従い圧媒ガスの密度Ｃを演算する〔S18〕。この（２）
式は、圧媒ガスに対する被処理体７の浮力の関係から導
かれたものである。

Ｃ＝A/（（Ａ−Ｂ）×ρ） ……（２）この後、この圧媒ガスの密度Ｃを表示する〔S19〕。H
IP処理が終了するまで、S13〜S19の処理を繰り返す。

以上述べた第２図による方法でも十分に、HIP処理の
進行状態をモニタすることができるのであるが、上記S1
7を第３図に示すような手順にするとより精度良く被処
理体７の重量Ｂを演算することができる。

第３図は、請求項４記載の発明の手順を示すフローチ
ャートである。同図において、被処理体７の重量Ｂを演
算するにあたって、まずストレインゲージ10近傍の温度
ｔを計測する〔S171〕。この温度計測には、ストレイン
ゲージ10近傍に熱電対を配せばよい。次いで、この計測
した温度ｔと前記S13で計測した圧力Ｐとから、該温度
ｔおよび圧力Ｐにおけるストレインゲージ10の歪み補正
量ε′を演算する〔S172〕。この歪み補正量ε′は、該
温度ｔおよび圧力Ｐにおける無負荷時の歪み量であっ
て、温度ｔと圧力Ｐとをパラメータとする関数であらわ
される。実際にこの演算をするにあたっては、第５図に
示すようなテーブルを予め作成しておき、このテーブル
を用いて歪み補正量ε′を求めればよい。

次いで、S16で計測した歪み量εと、歪み補正量ε′
とにより歪み量の補正演算を下記（３）式に従っておこ
なう〔S173〕。

ε＝ε−ε′ ……（３）最後に、この補正演算した歪み量εを用いて、（１）
式に従い被処理体７の重量Ｂを演算する〔S174〕。

なお、請求項３記載の発明は、前記S171の温度を計測
するステップを省略し、圧力だけで歪み量の補正演算を
するものである。これは、ストレインゲージ10近傍は、
処理室４下部の低温部であり、あまり温度が歪み量εに
影響を及ぼさないことから、このステップを省略し、演
算を簡単ならしめたものである。

第５図に示す表を作成する方法を第４図を用いて説明
する。第４図はこの手順を示すフローチャートである。
同図において、まず、S31〜S33で被処理体７近傍の温度
T_nを設定するとともに、S34〜S36で処理室４内の圧力P_n
を設定する。ここで、S31〜S33とS34〜S36は並列的にお
こなうのが望ましい。次いで、この温度T_nおよび圧力P_n
におけるストレインゲージ10近傍の温度t_nを計測する
〔S37〕とともに、この時点における歪み量ε′_ｎ計測
し〔S38〕、その値をテーブルとして第５図に示すよう
にストアする〔S39〕。

この手順を、表作成に必要とするデータの数だけおこ
なえば良いのである。

（発明の効果）この発明によれば、HIP処理中の被処理体の密度を演
算し、この密度によりHIP処理の進行状態をモニタする
ので、HIP処理の進行状態をリアルタイムで高精度にモ
ニタすることができる。

また、この発明によれば、ディラトメータを用いるこ
となく、HIP処理の進行状態をモニタできるので、装置
構成を簡単にでき、HIP装置を安価かつ信頼性の高いも
のにすることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の請求項２記載の発明の構成を示す概念
図、第２図は本発明の手順を示すフローチャート、第３
図は請求項４記載の発明の手順を示すフローチャート、
第４図は請求項４記載の発明の演算に用いるテーブル作
成の手順を示すフローチャート、第５図は請求項４記載
の発明の演算に用いるテーブル、第６図はアルゴンガス
の密度を示すグラフ、第７図は本発明に用いる載置台の
一例の正面図、第８図は従来のHIP装置を示す正断面図
である。１……圧力容器、２……上蓋、３……下蓋、４……処理
室、７……被処理体、８……載置台、10……ストレイン
ゲージ、11……熱電対、13……圧力計。22……圧媒ガス
密度演算手段、24……被処理体重量演算手段、26……被
処理体密度演算手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田正一兵庫県神戸市須磨区竜が台６丁目１番地の10 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F27B 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器（１）と、該圧力容器の上下開口
部に嵌合された上下蓋（２）（３）とにより画成される
処理室（４）内に被処理体（７）を配し、該被処理体
（７）に高温高圧の圧媒ガスを作用させる熱間静水圧加
圧方法において、熱間静水圧加圧処理中に、処理室（４）内の圧力と被処
理体（７）近傍の温度とを計測し、該計測した圧力と温
度とから該圧力および温度における圧媒ガスの密度を演
算し、被処理体（７）と下蓋（３）との間に配置された荷重検
出手段により、熱間静水圧加圧処理中における被処理体
（７）の重量を計測し、該計測した被処理体（７）の重量と、前記演算した圧媒
ガスの密度と、予め熱間静水圧加圧処理前に計測した被
処理体（７）の質量とから、熱間静水圧加圧処理中の被
処理体（７）の密度を演算し、熱間静水圧加圧処理の進
行状態をモニタすることを特徴とする熱間静水圧加圧方
法。
【請求項２】荷重検出手段が、被処理体（７）を載置す
る載置台（８）と、該載置台（８）に接続されたストレ
インゲージ（10）とからなり、該ストレインゲージ（1
0）により検出された前記載置台（８）の歪み量から熱
間静水圧加圧処理中における被処理体（７）の重量を計
測することを特徴とする請求項１記載の熱間静水圧加圧
方法。
【請求項３】前記計測した処理室（４）内の圧力によ
り、ストレインゲージ（10）の歪み量を補正演算するこ
とを特徴とする請求項２記載の熱間静水圧加圧方法。
【請求項４】載置台（８）近傍の温度を計測し、該計測
した載置台（８）近傍の温度と前記計測した処理室
（４）内の圧力とにより、ストレインゲージ（10）の歪
み量を補正演算することを特徴とする請求項２記載の熱
間静水圧加圧方法。