JP2004513777A - オートクレーブの加圧モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、粉末冶金の分野、特に、ばらばらの材料、主として粉末の素材を、高圧及び高温で処理することによって、複合材料を製造するためのオートクレーブの構造に関する。
このオートクレーブモジュールは、気密封止された可動の端部閉塞部材と、これらの閉塞部材の軸線方向のずれを制限するラムと、円柱及び高力スチールワイヤによって作られた容器を備えた加圧ヨークとを含み、加圧ヨークが、３つの楕円形ヨーク部分、すなわち、ラムを包囲している２つの側部のヨーク部分と、ラム及び閉塞部材を備えた容器を包囲している１つの中央のヨーク部分とからなる形態に作られ、これらのヨーク部分は全てラムの全長上で相互に等距離であり、側部の楕円形ヨーク部分の各々は反対方向のずれを許容するように形成されており、一方、中央のヨーク部分は、ラムと端部閉塞部材との自由な引き抜きを確保するために、ある長さに亘って容器の軸線に直角で且つラムに平行な方向でのずれを許容するように作られている。
本発明は、公知の類似品と比較して２ないし３倍だけ加圧モジュールの金属消費量を減らし且つ装置の信頼性と動作の安全性とを高めることができる。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、粉末冶金の分野、特に、主として粉末からなるばらばらの材料の素材を高圧及び高温で処理することによって複合材料を製造するためのオートクレーブの構造に関する。
【０００２】
発明の背景
例えば、フレーム、可動シールを備えた閉塞部材、軸線方向の応力を吸収する上方及び下方のクロスバーを備えたヨークを含む、複合材料を高圧及び高温で得るための類似の加圧容器が知られている。フレーム及びヨークは、相対的に動かないようになされ、上方のヨークのクロスバーのみが取り外し可能になされている（１９７１年２月９日のソビエト特許Ｎｏ．４１２９２２，　Ｂ０１　Ｊ　３／０４の発明者証）。
【０００３】
この類似の容器の欠点は、頂部からの圧力容器内への材料の装荷のみが可能であるということである。更に、高圧容器自体の冷却のための組み込み部品を備えていないこの高圧容器の鍛造溶接された又は多層の構造は、技術的なプロセス中に高圧及び特に高温を使用することにおける技術的能力を著しく低下させると共にその信頼性及び動作の安定性を低下させる。
【０００４】
１９７３年１２月１０日のソビエト特許Ｎｏ．４０２１８５，Ｂ２２Ｆ３／１４に記載されているような、高温を使用して高圧下で粉体材料の熱処理をするための第二の類似した装置もまた知られている。この類似品は、処理中の軸線方向の力を吸収するためのブロックが、２つの（上方及び下方の）共に金属からなる円筒体、支え棒及び帯片からなる加圧円柱の形態に作られているので、上記した類似品の多くの欠点が排除されるかも知れない。加圧チャンバ自体は、端部リングを備えた管と同管に固定された予め応力を与えられた帯片とからなる高圧円筒体を含んでいる。加工チャンバは、電気加熱部材と冷却及び高圧ガス供給装置とを含んでいる。加圧円柱はレールの上に取り付けられる。
【０００５】
第二の類似品として選ばれる高圧下で粉末材料を熱的に処理するための装置は、高温及び高圧における技術的処理を実行することを可能にするので、その技術的な能力において第一の類似品よりも著しく優れている。
【０００６】
しかしながら、圧力によって応力を吸収するブロックの設計的な解決方法は、作動中の装置の技術的な能力を減じ且つ一般的に装置の費用効率及び安全性を低下させるという一連の本質的な欠点を有している。従って、例えば、高圧円筒体の設計的な解決方法は、帯によって補強されるけれども、技術的なプロセスの温度範囲を制限し且つ冷却液の消費量を増大するという低効率の冷却装置を有する。
【０００７】
一方、全てが金属の円筒形を含んでいる加圧円柱の構造は金属の消費量が多い。一般的には、このような構造は、高い製造コストを含んでおり不経済である。
【０００８】
申請された技術的解決方法に最も近い類似品（試作品）である“オートクレーブモジュール”は、１９７７年のＡＳＥＡ株式会社の内容見本ＡＱ００−１０２Ｒであり、この類似品においては、均衡加圧の基本的な構造を詳細に説明している。
【０００９】
試作品の均衡加圧装置（オートクレーブモジュール）は、予め応力をかけられたスチールワイヤによって作られた巻線を備えた高力スチールの円筒体、容器の軸線方向の密封のための端部閉塞部材及びヨークから構成された高圧容器を有している。フレームは、全てが金属製の２つの半円筒形のラムと、これらのラムを分離している２つの円柱とによって作られている。ラムと円柱とは、予め応力がかけられた高力ワイヤの多数の層によって補強されている。
【００１０】
この試作品の均衡加圧装置は、基本的に、その高い動作の安全性を確保することによって、上記した類似品を越える重大な利点を有する。
【００１１】
しかしながら、この試作品の均衡加圧装置は、金属の消費が極めて高い。全てが金属（鋳造又は鍛造等された）のラムの構造は、それ自体高い金属の消費につながり、一方、ラムが端部閉塞部材に完全に重なることによって、事態は益々悪化する。同じ程度の他の欠点としては、ラム間に配置された円柱の全てが金属の構造であることである。この試作品装置のフレームは、一般的に、金属の消費が高く且つ重く、これは、動作を複雑にし且つ付加的な巻き上げ及び搬送装置を必要とし、従って、作業場所の高さを高くし且つ付加的なコストを増大させる。更に、一つの高力円筒体によって形成された容器自体の構造は、ワイヤの巻線によって補強されているけれども、容器の加工チャンバの効率的な冷却を十分に保証することができず、これは、技術的なプロセスのパラメータの制限にもつながる。
【００１２】
発明の本質
本発明は、上記の類似品に似た装置における金属消費量を低減し、信頼性を高め且つ動作を簡素化するという課題を解決する。
【００１３】
本発明及びそれによって達成される技術的効果は、組み込まれた気密封止の可動の端部閉塞部材、これらの閉塞部材の軸線方向のずれを制限するラム及び加圧ヨークを備えた容器を含む本提案にかかるオートクレーブ加圧モジュールに基づいている。この装置の特有の形体は、加圧ヨークが、３つの楕円形のヨーク部分、すなわち、ラムを包囲している２つの側部のヨーク部分とラム及び閉塞部材を備えた容器を包囲している１つの中央のヨーク部分と、の形体に形成され、これらのヨーク部分は全てラムの全長において互いに等距離であり、それによって、側部の楕円形ヨーク部分は、反対方向のずれを許容するように形成され、一方、前記楕円形のヨーク部分は全て、ラム及び端部の閉塞部材の自由な引き抜きを確保する長さだけラムがずれるのを許容するように形成されている。オートクレーブ加圧モジュールのラムは、間隙を有する厚いスチールのシートの組み合わせとして形成され、それによって、楕円形ヨーク部分と接触する点において、シート間の間隙には、各々の間隙に等しい厚みのスチールシートによって作られたインサートが詰め込まれている。挿入シートの長さは、楕円形ヨーク部分の幅の１．０５〜１．１倍を超え、インサートシートは、ラムシートと締結されている。各々の楕円形ヨーク部分は、高力スチールワイヤによって予め応力をかけられた溶接された骨組みの形態に作られている。オートクレーブ加圧モジュールの容器は、高力スチールワイヤの巻線によって締結された互いに隣接する溶接された金属シェルを備えた多円筒形として形成されており、一方、内側の金属シェルのうちの一つには、冷却液の導管のためのスリットが形成されている。上方及び下方ラムと中央の楕円形ヨーク部分との間には、ラムの表面に対して同心状でありスチールシートの径方向の溶接されたリブによって相互に結合された２つの円筒形の半円リングの形態に作られたスペーサーが設けられている。このようにして、内側の円筒形半円リングはラム上に載置され、一方、外側の円筒形半円リングは中央の楕円形ヨーク部分上に載置される。
【００１４】
図１乃至３には、オートクレーブの加圧モジュールが示されている。オートクレーブの加圧モジュールは、互いに嵌合された金属シートが溶接されたシェルを備えた多数の円筒形として作られた容器１を含んでいる。真ん中の円筒形シェル３には、冷却液の循環のためのスリット５が形成されている。
【００１５】
容器１の端部には、水平面内で取り外し可能な上方閉塞部材６と下方閉塞部材７とが嵌合され、作動媒体供給源、冷却供給源、電流供給源等（図示せず）の入力に嵌合される。
【００１６】
上方閉塞部材６及び下方閉塞部材７は、各々、シール８及び９に嵌合されて、技術的プロセス中の容器の気密封止を確実にしている。
【００１７】
強度を高め且つ金属の消費を低減するために、容器は、高力スチールワイヤの巻線１０を使用して予め応力がかけられている。容器の巻線は、容器１の円筒形シェル２の上方端及び下方端に固定された２つの段付きのフランジすなわち上方の段付きフランジ１１と下方の段付きフランジ１２との間に配置されている。段付きのフランジ１１及び１２の各々には、フランジが、巻線を有していない円筒形のシェル２の外側面に嵌合するのを確実にする中央穴が作られている。
【００１８】
上方の段付きフランジ１１と下方の段付きフランジ１２とは、幅が狭い端部部分１３と幅が広い中央部分１４とを有している。上方の段付きフランジ１１と下方の段付きフランジ１２とは、中央部分の４つの隅で締め付けボルト１５によって結合されている。締め付けボルト１５は、通常は、標準的な一体圧延形材によって作られる。締め付けボルト１５の各々の内側において、油圧シリンダ１６がフランジの穴内に挿入されている。
【００１９】
取り外し可能な調節可能接続部（例えば、プーラーナット及びボルト）の助けを借りて、容器１は、オートクレーブの加圧モジュールの溶接されたベース２０のクロスバー１８及び１９に堅固に固定されている支持部材１７上の下方フランジ１２の外側部分によって締結される。ベースは、円柱２１及びベースプレートに取り付けられたクロスバー１８，１９，２２及び２３を含んでいる。円柱２１とクロスバー２２とは、下方の段付きフランジの中央の面とクロスバー２２及び２３との間の水平面内に中央の楕円形ヨーク部分の通路を確保する間隙が形成されるような方法で取り付けられている。
【００２０】
ベースプレート２０には、運び台２５が取り付けられるガイド２４が設けられている。容器の上方閉塞部材と下方閉塞部材との上には、同閉塞部材と接触している上方ラム２６と下方ラム２７とが重ねられている。２つの側部の楕円形ヨーク部分２８，２９と中央の楕円形ヨーク部分３０とは、高力スチールワイヤの巻線を有している。２つの側部の楕円形ヨーク部分は、ラムを包囲し且つ同ラムから等距離の接触面を有している。中央の楕円形ヨーク部分は、フランジの幅の広い部分を含んでいる容器を包囲しており且つクロスバー２２，２３と下方の段付きフランジとの間の間隙内に据え付けられている。容器のラムと閉塞部材との接触面の面積は、容器の内側円筒形面の断面積の６／７を超えない。
【００２１】
２つの側部の楕円形ヨーク部分２８及び２９はラムの端縁に配置されており、一方、中央の楕円形ヨーク部分３０は中央に配置されている。更に、中央の楕円形のヨーク部分は、ラムと接合されたスぺーサーすなわち上方スぺーサー３１及び下方スペーサー３２の助けを借りてラムを包囲している。
【００２２】
楕円形のヨーク部分の垂直面においては、支持ローラー３４が片持ち梁３３上に取り付けられている。側部の楕円形ヨーク部分２８及び２９は、下方の段付きフランジの幅の狭い突起部の内側面に固定されたガイド３５，３６に沿って動き、一方、中央の楕円形ヨーク部分は、クロスバー２２、２３に沿って動く。更に、クロスバー２２、２３上には油圧シリンダ３７，３８が取り付けられており、歯車３９，４０が、ピストンロッド上に固定されており且つクロスバー２２，２３上の固定のラック４１，４２及び中央の楕円形部分に設けられた可動のラック４３，４４と係合している。
【００２３】
クロスバー１８，１９上には段付き滑車４５，４６，４７，４８が取り付けられている。スチール製のロープの端部４９，５０，５１，５２が中央の楕円形部分の垂直部分の異なる側部から固定され、ケーブルが滑車上に巻かれるようにして、より大きな直径の外側滑車がケーブルの歯車を形成している。より小さな直径の滑車５３，５４は、より大きな滑車と同じ軸に取り付けられている。同じ直径の滑車５５，５６が、側部ヨーク部分２８，２９のガイド３５，３６を備えた支持部材上に固定されている。これらの滑車はまた、側部の楕円形ヨーク部分２８，２９を移動させるためのロープの歯車をも形成している。上方及び下方の分岐部分のロープ端部は、各々、側部のヨーク部分２８，２９の各々の対向する端部に固定されている。滑車のより大きな直径とより小さな直径との比は、中央の楕円形ヨーク部分３０と側部の楕円形ヨーク部分２８，２９の経路の比に等しい。
【００２４】
楕円形ヨーク部分２８〜３０が所望の位置へと移動した後に楕円形のヨーク部分を締結するために、制限ストッパが形成されている（図示せず）。ヨーク部分自体は、その間の空間に高力ワイヤ５８が巻かれている輪郭を形成された圧延金属、主として溝形材によって作られる。
【００２５】
ラムは、一方の面が半円筒形を形成し、他方の面が平面である形態で間に間隙が形成された厚いスチールのシート５９によって作られている。端部からの距離が側部のヨーク部分２８，２９の幅に等しい長さの位置並びに端部からの距離が側部のヨーク部分２８，２９の幅に等しい長さの位置及び中央の楕円形ヨーク部分３０の幅に等しい長さの位置のラムの中央部分において、シート５９の間に付加的なシート６０が挿入されており、これらのシートの厚みはシート５９の間の間隙に等しい。シート５９及び６０は溶接によって結合されている。
【００２６】
上方スペーサー３１は、ラムの面と同心状の２つの円筒形の半円リングすなわち内側半円リング６１及び外側半円リング６２の形態で作られており、これらの半円リング自体は、それらの中に溶接された径方向金属リブ６３によって相互に結合されている。上方スペーサーの幅は、中央の楕円形ヨーク部分３０の幅と等しい。下方スペーサー３２は、上方スペーサーと類似した方法で作られており、唯一の違いは、半円リング６４，６５の間のリブの端部において、油圧シリンダ１６と同心状に４つの円筒形のスリーブ６６が溶接されており、それらの内径は、油圧シリンダロッド１６の外形に対応していることである。
【００２７】
スリーブと同スリーブ内に嵌入するロッドとは開口部を有している。リブ上にはまた、油圧シリンダ１６をスリーブ６５内に固定するための固定部材６７も設けられている。この装置は、ロッドがスリーブ６６と油圧シリンダロッド１６との開口部内に嵌入した油圧シリンダの形態で作られている。
【００２８】
オートクレーブの圧力モジュールは以下のように作動する。
圧力モジュールが組み立てられ、その装置の全てが負荷無しで試験された後に、容器１の内側の圧力は雰囲気レベルにされる。上方閉塞部材６は、上方ラム２６及び上方スペーサー３１と共に、重力作用によって、容器の上端へと下降する。下方ラム２７は、下方スペーサー３２及び下方閉塞部材７と共に、楕円形のヨーク部分の楕円形の面の上へ下降する。シリンダロッドがスリーブ６６を使用して固定部材６７によって下方スペーサー３２と下方ラム２７とに結合されている油圧シリンダ１６の助けを借りて、下方スペーサー３２、下方ラム２７及び下方閉塞部材７は、最上位置へと持ち上げられる。その結果、側部の楕円形ヨーク部分２８及び２９の楕円形の面、ラム２６及び２７並びに中央の楕円形ヨーク部分のスペーサー３１及び３２の間に間隙が形成される。
【００２９】
ラック歯車を備えた油圧シリンダ３７及び３８を使用して、中央の楕円形ヨーク部分３０は、側部の楕円形ヨーク部分２８の方向にローラーによってずらされる。これと共に、中央の楕円形ヨーク部分のロープの歯車のおかげで、滑車４５，４６，４７，４８及びこれらと同じ軸に固定されている直径がより小さい滑車５３，５４とは回転せしめられる。従って、互いに反対方向にずれる側部の楕円形ヨーク部分２８，２９のロープの歯車が動かされる。そして、各々の滑車の直径の比によって、楕円形ヨーク部分２８〜３０の全てがラムからずらされて、ラム、スペーサー及び閉塞部材の取り外しが可能となる。
【００３０】
装荷が下方からなされるときには、運び台２５は、下方ラム２７、下方スペーサー３２及び下方閉塞部材７の下方に配置される。油圧シリンダ１６の助けを借りて、下方スペーサー３２は、下方ラム２７及び下方閉塞部材７と共に運び台２５上に降ろされる。油圧シリンダ内のオイルの圧力によって、油圧シリンダロッド１６の固定部材６７は、係合を外されて油圧シリンダロッド１６を解放する。油圧シリンダロッド１６は上昇して、下方スペーサー３２を備えた運び台２５、下方ラム２７及び下方閉塞部材７を容器１の下方から持ち上げクレーンがアクセス可能な領域へと移動させる。処理されるべき素材は、下方閉塞部材７上に装荷される。運び台２５は、下方スペーサー３２、下方ラム２７及び負荷を有する下方閉塞部材７と共に、容器１の軸線位置へと移動せしめられる。シリンダロッド１６が下降し、固定部材６７が作動状態となり、油圧シリンダ１６が下方スペーサー３２、下方ラム２７及び負荷を有する下方閉塞部材７を持ち上げ、負荷を有する下方閉塞部材７を容器１内へと導入する。運び台２５は、ロープの歯車を使用して容器１及び油圧シリンダ３７及び３８の下方から移動せしめられ、楕円形ヨーク部分２８〜３０を作動位置へとずらせる。このようにして、圧力モジュールは、組み立てられ且つ技術的処理の準備が出来る。
【００３１】
装荷が上方からなされる場合には、楕円形ヨーク部分２８〜３０が最上位置へとずらされた後に、持ち上げ部材が、上方スペーサー３１、上方ラム２６を取り去り、上方閉塞部材６を取り外す。処理されるべき素材は容器１内に装荷され、容器１は上方閉塞部材６によって閉じられ、上方ラム２６及び下方ラム３１が取り付けられる。
【００３２】
楕円形ヨーク部分２８〜３０は、下方からの装荷の場合と同じ方法で作動位置へとずらされる。
【００３３】
工業的用途
ここに提案された加圧モジュールは、金属の消費が少なく、作動が信頼性高く且つ簡単であり、高圧及び高温での粉末金属の処理のための広範囲の用途を見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、オートクレーブの加圧モジュールの断面図及び容器の壁の一部分の拡大図である。
【図２】
図２は、図１のオートクレーブの加圧モジュールをＢの方向から見た側面図である。
【図３】
図３は、図１のオートクレーブの加圧モジュールをＡの方向から見た頂面図である。

Claims (5)

1. 気密封止された可動の端部閉塞部材、これらの閉塞部材の軸線方向のずれを制限するラム及び加圧ヨーク、を含む容器を備えたオートクレーブモジュールであって、
   前記加圧ヨークが、３つの楕円形ヨーク部分、すなわち、ラムを包囲している２つの側部のヨーク部分とラム及び閉塞部材を備えた容器を包囲している１つの中央のヨーク部分とからなる形体に形成されており、前記ヨーク部分の全てがラムの全長上において互いに等距離に配置され、それによって、前記側部の楕円形ヨーク部分は、互いに反対方向のずれを許容するように形成され、一方、前記ヨーク部分の全ては、ラムと前記端部閉塞部材とが引き抜かれるのを確保する長さだけラムをずらすことができるように形成されている、オートクレーブモジュール。
2. 請求項１に記載のオートクレーブであって、
   前記ラムが間隙を有する厚いスチール製のシートの組み合わせとして形成されており、それによって、前記ラムが前記楕円形のヨーク部分と接触する点において、厚みが各々の間隙に等しい厚みで且つ長さが各々の楕円形のヨーク部分の幅の１．０５〜１．１倍を超えるスチール製のシートによって作られたインサートによって、前記間隙が満たされている、オートクレーブモジュール。
3. 請求項１ないし２のうちのいずれか一の項に記載のオートクレーブモジュールであって、
   前記楕円形ヨーク部分の各々が、高力スチールワイヤからなる巻線を備えた溶接された骨組みの形体に形成されている、オートクレーブモジュール。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれか一の項に記載のオートクレーブモジュールであって、
   前記容器が、高力スチールワイヤの巻線によって締結された互いに隣接している溶接された金属シートの円筒体を備えた多円筒形として形成されている、オートクレーブモジュール。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれか一の項に記載のオートクレーブモジュールであって、
   上方ラムと下方ラムとの間に、前記ラムの面と同心状の２つの円筒形の半円リングの形態に形成されたスペーサーが設けられ、それらの間には、スチール製のシートの径方向リブが溶接されており、それによって、内側の円筒形半円リングが前記ラム上に載置され、一方、外側の円筒形半円リングは中央の楕円形ヨーク部分上に載置される、オートクレーブモジュール。