(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024013691
(43)【公開日】2024-02-01
(54)【発明の名称】恒温鍛造装置及び恒温鍛造方法
(51)【国際特許分類】
B21J 9/08 20060101AFI20240125BHJP
【ＦＩ】
B21J9/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022115993
(22)【出願日】2022-07-21
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的イノベーション創造プログラム「Ｂ２１：大型鍛造シミュレータを用いた鍛造材の塑性加工ＤＢ及び特性ＤＢの構築と特性予測、Ｂ２２：実機サイズ部品の非破壊検査手法の絞り込み、Ｂ２４：革新的鍛造プロセス技術開発に向けたプロセス制御とデータベースの構築」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(72)【発明者】
【氏名】黒田 秀治
(72)【発明者】
【氏名】本橋 功会
【テーマコード（参考）】
4E087
【Ｆターム（参考）】
4E087AA10
4E087CA11
4E087CB02
4E087CB16
4E087EC01
4E087ED04
4E087ED12
4E087HA61
(57)【要約】
【課題】不活性ガス中での恒温鍛造が容易に行える恒温鍛造装置を提供すること。
【解決手段】上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
挟圧して被加工素材を加工する上押圧部材及び下押圧部材と、
前記上押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータと、
前記下押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた下部ヒータと、
前記上部ヒータの外周壁側に配設された上部囲繞板と、
前記下部ヒータの外周壁側に配設された下部囲繞板と、
前記上押圧部材に固定された可動金型押圧部と、
前記下押圧部材に固定された金型受台と、
前記可動金型押圧部と前記上部囲繞板とを連結する上部耐熱蛇腹部と、
前記金型受台と前記下部囲繞板とを連結する下部耐熱蛇腹部と、
を備える恒温加工装置であって、
前記上部耐熱蛇腹部、前記可動金型押圧部、前記上部囲繞板、前記下部耐熱蛇腹部、前記金型受台及び前記下部囲繞板で不活性ガスが充填される開閉式のチャンバーを形成し、
前記チャンバーが開いた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材の間に前記被加工素材の出し入れを可能とし、
前記チャンバーが閉じた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧すると共に、前記挟圧状態では前記上部ヒータと前記下部ヒータで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
前記上押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータと、
前記下押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた下部ヒータと、
前記上部ヒータの外周壁側に配設された上部囲繞板と、
前記下部ヒータの外周壁側に配設された下部囲繞板と、
前記上押圧部材に固定された可動金型押圧部と、
前記下押圧部材に固定された金型受台と、
前記可動金型押圧部と前記上部囲繞板とを連結する上部耐熱蛇腹部と、
前記金型受台と前記下部囲繞板とを連結する下部耐熱蛇腹部と、
を備える恒温加工装置であって、
前記上部耐熱蛇腹部、前記可動金型押圧部、前記上部囲繞板、前記下部耐熱蛇腹部、前記金型受台及び前記下部囲繞板で不活性ガスが充填される開閉式のチャンバーを形成し、
前記チャンバーが開いた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材の間に前記被加工素材の出し入れを可能とし、
前記チャンバーが閉じた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧すると共に、前記挟圧状態では前記上部ヒータと前記下部ヒータで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
【請求項2】
前記上部ヒータと前記上押圧部材の間に形成される隙間の可動金型押圧部側に設けられた上部不活性ガス噴出孔と、
前記下部ヒータと前記下押圧部材の間に形成される隙間の金型受台側に設けられた下部不活性ガス噴出孔との少なくとも一方を備え、
前記チャンバーが閉じた状態では、前記上部不活性ガス噴出孔と前記下部不活性ガス噴出孔の少なくとも一方から不活性ガスを供給するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の恒温加工装置。
前記下部ヒータと前記下押圧部材の間に形成される隙間の金型受台側に設けられた下部不活性ガス噴出孔との少なくとも一方を備え、
前記チャンバーが閉じた状態では、前記上部不活性ガス噴出孔と前記下部不活性ガス噴出孔の少なくとも一方から不活性ガスを供給するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の恒温加工装置。
【請求項3】
さらに、前記チャンバーが閉じた状態での前記チャンバー内部の酸素濃度を測定する酸素濃度センサを備え、
前記酸素濃度センサが測定した前記チャンバー内部の酸素濃度が所定の基準値以下になってから、前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧する加工を開始するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温加工装置。
前記酸素濃度センサが測定した前記チャンバー内部の酸素濃度が所定の基準値以下になってから、前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧する加工を開始するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温加工装置。
【請求項4】
さらに、前記チャンバーが閉じた状態で、前記上部囲繞板と前記下部囲繞板の接触面から前記不活性ガスが外部に漏洩するのを防止するパッキンを設けたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の恒温加工装置。
【請求項5】
上部ヒータによって上押圧部材の下押圧部材側の挟圧面を、被加工素材の加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温すると共に、下部ヒータによって前記下押圧部材の前記上押圧部材側の挟圧面を前記所定温度に昇温し、
チャンバーが開いた状態として、前記被加工素材を前記上押圧部材と前記下押圧部材の所定加工位置に載置し、
前記チャンバーを閉じた状態として、前記チャンバーの内部に不活性ガスを供給し、
前記チャンバーの内部の酸素濃度が所定値以下になったか判定し、前記所定値を超えている場合は前記不活性ガスの供給を継続し、前記所定値以下になった後に、前記上部ヒータ及び下部ヒータに供給する電力を増加させ、前記被加工素材の温度が目標温度になった後に、前記被加工素材を加工し、
前記被加工素材の加工がされた後で、前記チャンバーを開いた状態として、前記被加工素材を前記所定加工位置から取り出す、
ことを特徴とする恒温加工方法。
チャンバーが開いた状態として、前記被加工素材を前記上押圧部材と前記下押圧部材の所定加工位置に載置し、
前記チャンバーを閉じた状態として、前記チャンバーの内部に不活性ガスを供給し、
前記チャンバーの内部の酸素濃度が所定値以下になったか判定し、前記所定値を超えている場合は前記不活性ガスの供給を継続し、前記所定値以下になった後に、前記上部ヒータ及び下部ヒータに供給する電力を増加させ、前記被加工素材の温度が目標温度になった後に、前記被加工素材を加工し、
前記被加工素材の加工がされた後で、前記チャンバーを開いた状態として、前記被加工素材を前記所定加工位置から取り出す、
ことを特徴とする恒温加工方法。
【請求項6】
挟圧して被加工素材を加工する上押圧部材及び下押圧部材と、
前記上押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータと、
前記下押圧部材の外周壁側に沿って設けられた下部ヒータと、
前記上部ヒータの外周壁側に配設された上部囲繞板と、
前記下部ヒータの外周壁側に配設された下部囲繞板と、
前記上押圧部材に固定された可動金型押圧部と、
前記下押圧部材に固定された金型受台と、
前記可動金型押圧部と前記上部囲繞板とを連結する上部耐熱蛇腹部と、
を備える恒温加工装置であって、
前記上部耐熱蛇腹部、前記可動金型押圧部、前記上部囲繞板、前記金型受台及び前記下部囲繞板で不活性ガスが充填される開閉式のチャンバーを形成し、
前記チャンバーが開いた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材の間に前記被加工素材の出し入れを可能とし、
前記チャンバーが閉じた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧すると共に、前記挟圧状態では前記上部ヒータと前記下部ヒータで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
前記上押圧部材の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータと、
前記下押圧部材の外周壁側に沿って設けられた下部ヒータと、
前記上部ヒータの外周壁側に配設された上部囲繞板と、
前記下部ヒータの外周壁側に配設された下部囲繞板と、
前記上押圧部材に固定された可動金型押圧部と、
前記下押圧部材に固定された金型受台と、
前記可動金型押圧部と前記上部囲繞板とを連結する上部耐熱蛇腹部と、
を備える恒温加工装置であって、
前記上部耐熱蛇腹部、前記可動金型押圧部、前記上部囲繞板、前記金型受台及び前記下部囲繞板で不活性ガスが充填される開閉式のチャンバーを形成し、
前記チャンバーが開いた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材の間に前記被加工素材の出し入れを可能とし、
前記チャンバーが閉じた状態では前記上押圧部材と前記下押圧部材によって前記被加工素材を挟圧すると共に、前記挟圧状態では前記上部ヒータと前記下部ヒータで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする恒温加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、不活性ガス雰囲気下において高温状態で被加工素材を挟圧して加工する恒温鍛造装置及び恒温鍛造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高い品質が求められる航空機エンジンの部材には，高強度合金や高耐熱合金の鍛造品が使われている。航空機の低燃費化や環境負荷低減の要求に伴い、航空機エンジンの高温用タービンディスクに使われるＮｉ基超耐熱合金は、より高温化、高強度化が求められている。
現在、このタービンディスクは恒温鍛造（被加工材と金型を同一の温度に制御した鍛造）により加工、成形されている（特許文献１参照）。
現在、このタービンディスクは恒温鍛造（被加工材と金型を同一の温度に制御した鍛造）により加工、成形されている（特許文献１参照）。
【0003】
恒温加工装置である恒温鍛造装置の例として、特許文献１の明細書並びに添付図面に記載されている同名称と同符号とを以て説明する。
図４は、従来の恒温鍛造装置の構成断面図である。図において、チャンバー１の占有空間内部において、上部基盤２の下側に上押圧部材である上金型４が固着され、下部基盤５の上側に下押圧素材である下金型６が固着されている。そして、上金型４の上昇時に、被加工素材である加熱素材Ｍが上金型４と下金型６との間に搬入され、上金型４を下降させて加熱素材Ｍの鍛造加工を行う。
図４は、従来の恒温鍛造装置の構成断面図である。図において、チャンバー１の占有空間内部において、上部基盤２の下側に上押圧部材である上金型４が固着され、下部基盤５の上側に下押圧素材である下金型６が固着されている。そして、上金型４の上昇時に、被加工素材である加熱素材Ｍが上金型４と下金型６との間に搬入され、上金型４を下降させて加熱素材Ｍの鍛造加工を行う。
【0004】
加熱素材Ｍの鍛造加工によって鍛造品を製造するに際しては、上金型４と下金型６とを囲繞する状態で配設されてなる加熱コイル７ａ、７ｂで加熱素材Ｍを加熱する。この加熱コイル７ａ、７ｂは立設された支柱（図示せず）で案内されることにより昇降して、加熱素材Ｍを均等に加熱するものである。そして、上金型４と下金型６等の酸化防止のために、この恒温鍛造装置の一部又は全体を、例えば、不活性ガス雰囲気下にて加熱するようにしている。
しかし、チャンバー１の占有空間が加熱素材Ｍに比較して大きいため、不活性ガスの使用量が莫大になるという課題があった。
しかし、チャンバー１の占有空間が加熱素材Ｍに比較して大きいため、不活性ガスの使用量が莫大になるという課題があった。
【0005】
また、特許文献２では拡散溶接用加圧装置が開示されており、加熱素子１９の外側を囲繞する状態で配設された円筒カバー部材５０の内側を不活性ガスで充填して、上側及び下側鍛造ダイ９、１０等の酸化防止を図る構造も提案されている。しかし、円筒カバー部材５０の占有空間が大きいため、不活性ガスの使用量が莫大になるという課題があった。
特許文献３では鍛造装置が開示されており、溶接室７の内部で加熱ヒータ５によって溶接体４を拡散溶接によって接合している。溶接室７の内部は、真空や不活性ガスのような溶接雰囲気で満たされている。しかし、溶接室７の占有空間が溶接体４に比較して大きいため、不活性ガスの使用量が莫大になるという課題があった。
特許文献３では鍛造装置が開示されており、溶接室７の内部で加熱ヒータ５によって溶接体４を拡散溶接によって接合している。溶接室７の内部は、真空や不活性ガスのような溶接雰囲気で満たされている。しかし、溶接室７の占有空間が溶接体４に比較して大きいため、不活性ガスの使用量が莫大になるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平７－３９９８３号公報
【特許文献2】特公昭５５－２３６９６号公報
【特許文献3】特公昭５６－４５７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述したように、近年の高温強度が向上した超耐熱鋼の開発に伴いこれらの加工、成形において１０００℃を超える恒温鍛造が求められており、高温でも耐えうる金型を使用した恒温鍛造が必要になっている。
特に、Ｍｏ合金金型は高温下（１０００～１１００℃）においても十分な強度を保ち、高温下での恒温鍛造に有用な金型の一つである。しかし、Ｍｏ合金金型は耐高温酸化性が極めて乏しいため、この金型を用いた恒温鍛造は真空または不活性ガス中で行なわなければならず、特許文献１記載の従来装置には真空チャンバーが必須であった。真空チャンバーを付帯した鍛造装置は装置構成が複雑（高価）で作業能率も著しく低下するという課題があった。
特に、Ｍｏ合金金型は高温下（１０００～１１００℃）においても十分な強度を保ち、高温下での恒温鍛造に有用な金型の一つである。しかし、Ｍｏ合金金型は耐高温酸化性が極めて乏しいため、この金型を用いた恒温鍛造は真空または不活性ガス中で行なわなければならず、特許文献１記載の従来装置には真空チャンバーが必須であった。真空チャンバーを付帯した鍛造装置は装置構成が複雑（高価）で作業能率も著しく低下するという課題があった。
【0008】
本発明はこのような課題を解決するもので、不活性ガス中での恒温鍛造が容易に行える恒温鍛造装置及び恒温鍛造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】
【0009】
［１］本発明の恒温鍛造装置は、例えば図１に示すように、挟圧して被加工素材Ｗを加工する上押圧部材４及び下押圧部材６と、上押圧部材４の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータ７ａと、下押圧部材６の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた下部ヒータ７ｂと、上部ヒータ７ａの外周壁側に配設された上部囲繞板１１ａと、下部ヒータ７ｂの外周壁側に配設された下部囲繞板１１ｂと、上押圧部材４に固定された可動金型押圧部２と、下押圧部材６に固定された金型受台５と、可動金型押圧部２と上部囲繞板１１ａとを連結する上部耐熱蛇腹部１２ａと、金型受台５と下部囲繞板１１ｂとを連結する下部耐熱蛇腹部１２ｂと、を備える恒温加工装置であって、
上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする。
上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする。
【0010】
［２］本発明の恒温鍛造装置［１］において、好ましくは、上部ヒータ７ａと上押圧部材４の間に形成される隙間の可動金型押圧部２側に設けられた上部不活性ガス噴出孔１０ａと、下部ヒータ７ｂと下押圧部材６の間に形成される隙間の金型受台５側に設けられた下部不活性ガス噴出孔１０ｂとの少なくとも一方を備え、チャンバー１が閉じた状態では、上部不活性ガス噴出孔１０ａと下部不活性ガス噴出孔１０ｂの少なくとも一方から不活性ガスを供給するように構成されるとよい。
［３］本発明の恒温鍛造装置［１］又は［２］において、好ましくは、さらに、チャンバー１が閉じた状態でのチャンバー１内部の酸素濃度を測定する酸素濃度センサ１５を備え、酸素濃度センサ１５が測定したチャンバー１内部の酸素濃度が所定の基準値以下になってから、上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧する加工を開始するように構成されるとよい。
［４］本発明の恒温鍛造装置［１］乃至［３］において、好ましくは、さらに、チャンバー１が閉じた状態で、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面から前記不活性ガスが外部に漏洩するのを防止するパッキン１３を設けるとよい。
［３］本発明の恒温鍛造装置［１］又は［２］において、好ましくは、さらに、チャンバー１が閉じた状態でのチャンバー１内部の酸素濃度を測定する酸素濃度センサ１５を備え、酸素濃度センサ１５が測定したチャンバー１内部の酸素濃度が所定の基準値以下になってから、上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧する加工を開始するように構成されるとよい。
［４］本発明の恒温鍛造装置［１］乃至［３］において、好ましくは、さらに、チャンバー１が閉じた状態で、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面から前記不活性ガスが外部に漏洩するのを防止するパッキン１３を設けるとよい。
【0011】
［５］本発明の恒温鍛造方法は、例えば図２に示すように、上部ヒータ７ａによって上押圧部材４の下押圧部材６側の挟圧面を、被加工素材Ｗの加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温し（Ｓ２００）、下部ヒータ７ｂによって下押圧部材６の上押圧部材４側の挟圧面を前記所定温度に昇温し（Ｓ２０５）、チャンバー１が開いた状態として、被加工素材Ｗを上押圧部材４と下押圧部材６の所定加工位置に載置し（Ｓ２１０）、チャンバー１を閉じた状態として、チャンバー１の内部に不活性ガスを供給し（Ｓ２１５）、チャンバー１の内部の酸素濃度が所定値以下になったか判定し（Ｓ２２０）、前記所定値を超えている場合は前記不活性ガスの供給を継続し（Ｓ２１５）、前記所定値以下になった後に、上部ヒータ７ａ及び下部ヒータ７ｂに供給する電力を増加させ（Ｓ２２５）、被加工素材Ｗの温度が目標温度になったか判定し（Ｓ２３０）、前記目標温度に到達した後に、被加工素材Ｗを加工し（Ｓ２３５）、被加工素材Ｗの加工がされた後で、チャンバー１を開いた状態として、被加工素材Ｗを前記所定加工位置から取り出す（Ｓ２４０）ことを特徴とする。
【0012】
［６］本発明の恒温鍛造装置は、例えば図３に示すように、挟圧して被加工素材Ｗを加工する上押圧部材４及び下押圧部材６と、上押圧部材４の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられた上部ヒータ７ａと、下押圧部材６の外周壁側に沿って設けられた下部ヒータ７ｂと、上部ヒータ７ａの外周壁側に配設された上部囲繞板１１ａと、下部ヒータ７ｂの外周壁側に配設された下部囲繞板１１ｂと、上押圧部材４に固定された可動金型押圧部２と、下押圧部材６に固定された金型受台５と、可動金型押圧部２と上部囲繞板１１ａとを連結する上部耐熱蛇腹部１２ａと、を備える恒温加工装置であって、
上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする。
上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａを含んで構成される上金型加熱炉１ａと、金型受台５及び下部囲繞板１１ｂを含んで構成される下金型加熱炉１ｂで、不活性ガスが充填される開閉式のチャンバー１を形成し、
チャンバー１が開いた状態では上押圧部材４と下押圧部材６の間に被加工素材Ｗの出し入れを可能とし、チャンバー１が閉じた状態では上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧すると共に、前記挟圧状態では上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂで所定の高温状態を維持するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の恒温鍛造装置によれば、真空チャンバーを用いずに高温下でＭｏ合金金型を使用した恒温鍛造が実施可能となる。雰囲気制御により酸素濃度が大きく低下した環境下での鍛造が可能となり、耐酸化性の悪いＭｏ合金金型も高温下で長時間使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】本発明の一実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、チャンバーが閉じた状態を示している。
【図1B】本発明の一実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、チャンバーが開いた状態を示している。
【図1C】不活性ガス噴出孔を有する環状体の一例を示す構成斜視図である。
【図2】本発明の恒温鍛造方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図3A】本発明の他の実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、チャンバーが閉じた状態を示している。
【図3B】本発明の他の実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、チャンバーが開いた状態を示している。
【図4】従来の恒温鍛造装置の構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、（Ａ）はチャンバーが閉じた状態、（Ｂ）はチャンバーが開いた状態を示している。
図において、チャンバー１は不活性ガスが入れられる開閉式の空間で、閉じた状態では上金型加熱炉１ａと下金型加熱炉１ｂを含んで構成される。上金型加熱炉１ａは上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａ及び上部ヒータ７ａを含んで構成される。下金型加熱炉１ｂは、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５、下部囲繞板１１ｂ及び下部ヒータ７ｂを含んで構成される。
図１は、本発明の一実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、（Ａ）はチャンバーが閉じた状態、（Ｂ）はチャンバーが開いた状態を示している。
図において、チャンバー１は不活性ガスが入れられる開閉式の空間で、閉じた状態では上金型加熱炉１ａと下金型加熱炉１ｂを含んで構成される。上金型加熱炉１ａは上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａ及び上部ヒータ７ａを含んで構成される。下金型加熱炉１ｂは、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５、下部囲繞板１１ｂ及び下部ヒータ７ｂを含んで構成される。
【0016】
可動金型押圧部２は、押圧部材４が固定されたもので、チャンバー１内で押圧部材４を上下に移動させる機構（図示せず）を伴っている。上押圧部材４は、下押圧部材６と共に被加工素材Ｗを挟圧して加工するものである。上部ヒータ７ａは、上押圧部材４の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられたもので、例えば電熱コイルが使用される。上部囲繞板１１ａは、上部ヒータ７ａの外周壁側に上部ヒータ７ａの上下動と一体に移動するように配設されたもので、例えば１０００℃程度の高温に耐える耐熱材料で構成される。上部耐熱蛇腹部１２ａは、可動金型押圧部２と上部囲繞板１１ａとを連結するもので、例えば４００℃～１０００℃程度の高温に耐える耐熱材料で構成された多層織物を用いるとよく、チャンバー１内の不活性ガスが外部に漏洩するのを防止できる程度の気密性を有している。
上部不活性ガス噴出孔１０ａは、上部ヒータ７ａと上押圧部材４の間に形成される隙間の可動金型押圧部２側に設けられたものである。
上部不活性ガス噴出孔１０ａは、上部ヒータ７ａと上押圧部材４の間に形成される隙間の可動金型押圧部２側に設けられたものである。
【0017】
金型受台５は、下押圧部材６が固定されたものである。下部ヒータ７ｂは、下押圧部材６の外周壁側に沿って上下方向に移動可能に設けられたもので、例えば電熱コイルが使用される。下部囲繞板１１ｂは、下部ヒータ７ｂの外周壁側に下部ヒータ７ｂの上下動と一体に移動するように配設されたもので、例えば１０００℃程度の高温に耐える耐熱材料で構成される。下部耐熱蛇腹部１２ｂは、金型受台５と下部囲繞板１１ｂとを連結するもので、例えば４００℃～１０００℃程度の高温に耐える耐熱材料で構成された多層織物を用いるとよく、チャンバー１内の不活性ガスが外部に漏洩するのを防止できる程度の気密性を有している。
【0018】
上部耐熱蛇腹部１２ａと下部耐熱蛇腹部１２ｂには、例えば外側層にメタ系アラミド繊維で構成される難燃性織物、内側層にアルミ箔とガラス繊維の複合材料で構成される不燃性織物を用いるとよい。メタ系アラミド繊維には、例えば帝人製のコーネックス（登録商標）やデュポン社製のノーメックス（登録商標）が用いられる。不燃性織物には、ジェンテックス社製のジンテックス（登録商標）を用いるとよい。ジンテックスはアルミ箔と基材繊維を含む多層構造であり、屈曲性、耐摩耗性に優れ、剥離がおこりにくく、高い赤外線の反射性能を維持する、高温遮熱材である。基材繊維には、アラミド繊維、デュポン社製のケブラー（登録商標）、ガラス繊維等が用いられる。外側層の難燃性織物は、厚さが例えば０．５～０．８ｍｍである。内側層の不燃性織物は、厚さが例えば０．７～０．８ｍｍである。二層合わせた厚みでも１～１．６ｍｍなので、蛇腹の伸展や折り畳みが円滑に行える。
【0019】
下部不活性ガス噴出孔１０ｂは、下部ヒータ７ｂと下押圧部材６の間に形成される隙間の金型受台５側に設けられたものである。上部不活性ガス噴出孔１０ａと下部不活性ガス噴出孔１０ｂは、例えば図１Ｃに示すように、環状体に設けられた開口部とする。上部不活性ガス噴出孔１０ａと下部不活性ガス噴出孔１０ｂは、両方設けると、チャンバー内部の不活性ガス充填が迅速に行えるが、これに限定されるものではなく、片方だけ設けてもチャンバー内部の不活性ガス充填が可能となる。
【0020】
酸素濃度センサ１５は、チャンバーが閉じた状態でのチャンバー内部の酸素濃度を測定するものである。好ましくは、酸素濃度センサ１５が測定したチャンバー内部の酸素濃度が所定の基準値以下になってから、上押圧部材４と下押圧部材６によって被加工素材Ｗを挟圧する加工を開始するように構成されるとよい。
パッキン１３は、チャンバーが閉じた状態で、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面から不活性ガスが外部に漏洩するのを防止するものである。パッキン１３の装着を確実にするために、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面となる上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの端部には其々フランジを設けるとよい。
パッキン１３は、チャンバーが閉じた状態で、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面から不活性ガスが外部に漏洩するのを防止するものである。パッキン１３の装着を確実にするために、上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの接触面となる上部囲繞板１１ａと下部囲繞板１１ｂの端部には其々フランジを設けるとよい。
【0021】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図２は、本発明の恒温鍛造方法の一実施例を示すフローチャートである。
まず、上部ヒータ７ａによって上押圧部材４の下押圧部材６側の挟圧面を、被加工素材Ｗの加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温する（Ｓ２００）。同時に、下部ヒータ７ｂによって下押圧部材６の上押圧部材４側の挟圧面を前記所定温度に昇温する（Ｓ２０５）。この場合、チャンバー１は開いた状態でも、閉じた状態でもよい。閉じた状態とすると、上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂの熱が外部に逃げないので、早く被加工素材Ｗの加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温できる。この所定温度は、例えば被加工素材Ｗの加工温度に対して、２０℃から２００℃低い温度に設定するのがよいが、これに限定されるものではない。
まず、上部ヒータ７ａによって上押圧部材４の下押圧部材６側の挟圧面を、被加工素材Ｗの加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温する（Ｓ２００）。同時に、下部ヒータ７ｂによって下押圧部材６の上押圧部材４側の挟圧面を前記所定温度に昇温する（Ｓ２０５）。この場合、チャンバー１は開いた状態でも、閉じた状態でもよい。閉じた状態とすると、上部ヒータ７ａと下部ヒータ７ｂの熱が外部に逃げないので、早く被加工素材Ｗの加工温度に基づいて定められた所定温度に昇温できる。この所定温度は、例えば被加工素材Ｗの加工温度に対して、２０℃から２００℃低い温度に設定するのがよいが、これに限定されるものではない。
【0022】
次に、チャンバー１が開いた状態として、被加工素材Ｗを上押圧部材４と下押圧部材６の所定加工位置に載置する（Ｓ２１０）。チャンバー１が開いた状態は、上金型加熱炉１ａと下金型加熱炉１ｂが外気に対して開いた状態である。開いた状態の上金型加熱炉１ａでは、上部耐熱蛇腹部１２ａは折り畳まれた状態となっている。上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａは上方に移動した状態で保持される。可動金型押圧部２も上方に移動した状態で保持される。可動金型押圧部２と上押圧部材４は一体に固着されているが、上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａの移動量は、可動金型押圧部２と上押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、可動金型押圧部２の挟圧面が上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａのなす端面から僅かの距離露出している。
開いた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部耐熱蛇腹部１２ｂは折り畳まれた状態となっている。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは下方に移動した状態で保持される。金型受台５も下方に移動した状態で保持される。金型受台５と下押圧部材４は一体に固着されているが、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂの移動量は、金型受台５と下押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、金型受台５の挟圧面が下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面から僅かの距離露出している。
開いた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部耐熱蛇腹部１２ｂは折り畳まれた状態となっている。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは下方に移動した状態で保持される。金型受台５も下方に移動した状態で保持される。金型受台５と下押圧部材４は一体に固着されているが、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂの移動量は、金型受台５と下押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、金型受台５の挟圧面が下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面から僅かの距離露出している。
【0023】
次に、チャンバー１を閉じた状態として、チャンバー１の内部に不活性ガスを供給する（Ｓ２１５）。チャンバー１が閉じた状態は、上金型加熱炉１ａと下金型加熱炉１ｂを外気に対して閉じた状態で、不活性ガスが充填された状態を維持できる程度の気密性を有している。閉じた状態の上金型加熱炉１ａでは、上部耐熱蛇腹部１２ａは伸展した状態となっている。上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａは、下金型加熱炉１ｂ側に移動した状態で保持される。可動金型押圧部２は、チャンバー１が開いた状態と同じ位置でもよく、また金型受台５方向に移動した状態で保持されてもよい。上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａの移動量は、可動金型押圧部２と上押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、可動金型押圧部２の挟圧面が上部ヒータ７ａと上部囲繞板１１ａのなす端面で外気から遮蔽されている。
閉じた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部耐熱蛇腹部１２ｂは伸展した状態となっている。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは上金型加熱炉１ａ側に移動した状態で保持される。金型受台５は、チャンバー１が開いた状態と同じ位置でもよく、また可動金型押圧部２方向に移動した状態で保持されてもよい。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂの移動量は、金型受台５と下押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、金型受台５の挟圧面が下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面で外気から遮蔽されている。
閉じた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部耐熱蛇腹部１２ｂは伸展した状態となっている。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは上金型加熱炉１ａ側に移動した状態で保持される。金型受台５は、チャンバー１が開いた状態と同じ位置でもよく、また可動金型押圧部２方向に移動した状態で保持されてもよい。下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂの移動量は、金型受台５と下押圧部材４の移動量に比較して大きくなっており、金型受台５の挟圧面が下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面で外気から遮蔽されている。
【0024】
次に、酸素濃度センサ１５を用いて、チャンバー１の内部の酸素濃度が所定値以下になったか判定する（Ｓ２２０）。チャンバー１の内部の酸素濃度が前記所定値を超えている場合はＮＯであり、不活性ガスの供給を継続する（Ｓ２１５）。チャンバー１の内部の酸素濃度が前記所定値以下になった場合はＹＥＳであり、上部ヒータ７ａ及び下部ヒータ７ｂに供給する電力を増加させ（Ｓ２２５）、被加工素材Ｗの温度が目標温度になったか判定する（Ｓ２３０）。被加工素材Ｗの温度が目標温度以下の場合はＮＯであり、被加工素材Ｗへの加熱を継続する。被加工素材Ｗの温度が目標温度に到達した場合はＹＥＳであり、被加工素材Ｗを上押圧部材４と下押圧部材６で挟圧して加工する（Ｓ２３５）。最後に、被加工素材Ｗの加工がされた後で、チャンバー１を開いた状態として、被加工素材Ｗを前記所定加工位置から取り出す（Ｓ２４０）ことを特徴とする。
【0025】
図１の実施例では、上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａからなる上金型加熱炉１ａが、下部耐熱蛇腹部１２ｂ、金型受台５、下部耐熱蛇腹部１２ｂからなる下金型加熱炉１ｂが共に伸縮動作する場合を示しているが、上金型加熱炉１ａのみが上下動をして、下金型加熱炉１ｂはチャンバーの開閉動作に付随しては上下動しない構成としても良い。
図３は、本発明の他の実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、（Ａ）はチャンバーが閉じた状態、（Ｂ）はチャンバーが開いた状態を示している。なお、図３において、前記図１と同一作用をするものには、同一符号を付して、説明を省略する。
図３は、本発明の他の実施例を示す恒温鍛造装置の構成断面図で、（Ａ）はチャンバーが閉じた状態、（Ｂ）はチャンバーが開いた状態を示している。なお、図３において、前記図１と同一作用をするものには、同一符号を付して、説明を省略する。
【0026】
図３の実施例においては、金型受台５、下押圧部材６については、図１の実施例と同様である。下部ヒータ７ｂは、下押圧部材６の外周壁側に沿って設けられたもので、例えば電熱コイルが使用される。下部囲繞板１１ｂは、下部ヒータ７ｂの外周壁側に配設されたもので、例えば４００℃～１０００℃程度の高温に耐える耐熱材料で構成される。下部耐熱蛇腹部１２ｂは、設けられていない。
下部不活性ガス噴出孔１０ｂは、下部ヒータ７ｂと下押圧部材６の間に形成される隙間の金型受台５側に設けられたものである。
下部不活性ガス噴出孔１０ｂは、下部ヒータ７ｂと下押圧部材６の間に形成される隙間の金型受台５側に設けられたものである。
【0027】
図において、チャンバー１は不活性ガスが入れられる開閉式の空間で、閉じた状態では上金型加熱炉１ａと下金型加熱炉１ｂを含んで構成される。上金型加熱炉１ａは、上部耐熱蛇腹部１２ａ、可動金型押圧部２、上部囲繞板１１ａ及び上部ヒータ７ａを含んで構成される。下金型加熱炉１ｂは、金型受台５、下部囲繞板１１ｂ及び下部ヒータ７ｂを含んで構成される。
【0028】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図３の実施例においても、図２に示すフローチャートに準じて動作する。なお、上金型加熱炉１ａの動作は図１の実施例と同様なので、説明を省略する。
まず、Ｓ２００、Ｓ２０５に続いて、チャンバー１が開いた状態として、被加工素材Ｗを上押圧部材４と下押圧部材６の所定加工位置に載置する（Ｓ２１０）。チャンバーが開いた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは、金型受台５側に固着された状態で保持される。金型受台５の挟圧面は、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面から僅かの距離露出している。
まず、Ｓ２００、Ｓ２０５に続いて、チャンバー１が開いた状態として、被加工素材Ｗを上押圧部材４と下押圧部材６の所定加工位置に載置する（Ｓ２１０）。チャンバーが開いた状態の下金型加熱炉１ｂでは、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは、金型受台５側に固着された状態で保持される。金型受台５の挟圧面は、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面から僅かの距離露出している。
【0029】
次に、チャンバー１を閉じた状態として、チャンバー１の内部に不活性ガスを供給する（Ｓ２１５）。チャンバー１が閉じた状態の下金型加熱炉１ｂでも、下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂは金型受台５側に固着された状態で保持される。金型受台５は、チャンバー１が開いた状態と同じ位置でもよく、また可動金型押圧部２方向に移動した状態で保持されてもよい。金型受台５の挟圧面は下部ヒータ７ｂと下部囲繞板１１ｂのなす端面で外気から遮蔽されている。
続いての加工工程は、Ｓ２２０～Ｓ２４０と同様である。
図３の実施例によれば、下部耐熱蛇腹部１２ｂを設ける必要がないので、装置構成が簡単になる。
続いての加工工程は、Ｓ２２０～Ｓ２４０と同様である。
図３の実施例によれば、下部耐熱蛇腹部１２ｂを設ける必要がないので、装置構成が簡単になる。
【産業上の利用可能性】
【0030】
以上詳述したように、本発明に係る恒温加工装置によれば、不活性ガス（Ａｒ、Ｎ２）によって雰囲気制御できる金型加熱炉を作製し、金型酸化を抑制する加熱方法を開発したので、真空チャンバーを用いずに高温下でＭｏ合金金型を使用した恒温鍛造が実施可能となり、作業能率が飛躍的に向上するという効果がある。
また、本発明に係る恒温加工装置によれば、雰囲気制御により酸素濃度が大きく低下した環境下での鍛造が可能となり、耐酸化性の悪いＭｏ合金金型も高温下で長時間使用可能となる。
また、本発明に係る恒温加工装置によれば、雰囲気制御により酸素濃度が大きく低下した環境下での鍛造が可能となり、耐酸化性の悪いＭｏ合金金型も高温下で長時間使用可能となる。
【符号の説明】
【0031】
１ チャンバー
１ａ 上金型加熱炉
１ｂ 下金型加熱炉
２ ラムベッドプレート（可動金型押圧部、上部基盤）
４ 上金型（上押圧部材）
５ ベッドプレート（金型受台、下部基盤）
６ 下金型（下押圧部材）
７ａ、７ｂ ヒータ（加熱コイル）
８ 不活性ガス供給管
９ 不活性ガス供給弁
１０ａ、１０ｂ 不活性ガス噴出孔
１１ａ、１１ｂ 囲繞板
１２ａ、１２ｂ 耐熱蛇腹
１３ パッキン
１５ 酸素センサ
Ｗ 被加工素材
Ｍ 加熱素材
１ａ 上金型加熱炉
１ｂ 下金型加熱炉
２ ラムベッドプレート（可動金型押圧部、上部基盤）
４ 上金型（上押圧部材）
５ ベッドプレート（金型受台、下部基盤）
６ 下金型（下押圧部材）
７ａ、７ｂ ヒータ（加熱コイル）
８ 不活性ガス供給管
９ 不活性ガス供給弁
１０ａ、１０ｂ 不活性ガス噴出孔
１１ａ、１１ｂ 囲繞板
１２ａ、１２ｂ 耐熱蛇腹
１３ パッキン
１５ 酸素センサ
Ｗ 被加工素材
Ｍ 加熱素材
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
