JP2021067452A - 熱間等方圧加圧装置および等方圧加圧処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を低減することが可能な熱間等方圧加圧装置および等方圧加圧処理方法を提供する。【解決手段】ＨＩＰ装置１００は、高圧容器１００Ｓと、断熱体Ｒと、サイドヒータ８１と、圧力検出器８５と、温度検出器８６と、撹拌ファン８４と、ヒータ制御部９２と、ファン制御部９４と、を備える。ヒータ制御部９２は、温度検出器８６が検出する加熱領域Ｐの温度を一定に維持するようにサイドヒータ８１を制御する。ファン制御部９４は、圧力検出器８５が検出する本体内部空間１００Ｔの圧力が予め設定された目標圧力範囲よりも低い場合に、撹拌ファン８４を制御してガス流を発生させることによって断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰに伝わる熱量を増大させ、非加熱領域ＮＰの温度上昇に伴って本体内部空間１００Ｔの圧力を増大させる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱間等方圧加圧装置および等方圧加圧処理方法に関する。

従来、ＨＩＰ法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ法：熱間等方圧加圧装置を用いたプレス方法）では、数１０ 〜 数１００ＭＰａの高圧に設定された雰囲気の圧媒ガスのもと、焼結製品（セラミックス等）や鋳造製品等の被処理物が、その再結晶温度以上の高温に加熱され処理される。当該方法では、被処理物中の残留気孔を消滅させることができるという特徴がある。

このような従来の熱間等方圧加圧装置は、高圧容器と、当該高圧容器内に配置された逆コップ形状の断熱層と、断熱層内に配置されたヒータと、を有する。ヒータが発熱することで、断熱層内に処理物を処理するホットゾーン（加熱領域）が形成される。処置中の断熱層の上面部は塞がれており、断熱層の下面部は開口されている。この結果、加圧処理中のホットゾーン内は、熱気球のように高温に維持される。

特許文献１には、高圧容器内にガスを供給する加圧手段と、前記高圧容器内を加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱される加熱領域と前記加熱領域から前記高圧容器の内壁までの非加熱領域とを断熱する断熱手段と、前記高圧容器内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記高圧容器の加熱領域の温度を検出する加熱領域温度検出手段とを備え、前記加圧手段及び前記加熱手段によって前記高圧容器内を昇圧することにより前記高圧容器内の処理品を等方的に加圧する熱間等方圧加圧装置が開示されている。また、当該熱間等方圧加圧装置は、前記加圧手段によるガスの供給を停止した後、前記加熱手段による加熱によって前記高圧容器の加熱領域の温度が予め設定された目標温度に到達したときに、前記高圧容器内が予め設定された目標圧力となるように、前記加圧手段によるガスの供給を停止させるときの圧力及び温度に関する条件を前記目標圧力及び前記目標温度に基づいて予め設定する停止条件設定手段を備えている。

特許第５５３９６４５号公報

特許文献１に記載された技術では、加圧処理中に高圧容器内の圧力が低下するたびに、圧縮機の作動が必要となり、圧縮機の負荷が増大するという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を低減することが可能な熱間等方圧加圧装置および等方圧加圧処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る熱間等方圧加圧装置は、被処理物に対して圧媒ガスを用いて等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、内周面を有する高圧容器であって、前記内周面によって画定される本体内部空間が内部に形成されている高圧容器と、前記本体内部空間を、前記被処理物に前記等方圧加圧処理を施すための加熱領域と前記加熱領域の外側の非加熱領域とに仕切る断熱体であって、前記加熱領域を画定する断熱体内周面と前記非加熱領域を画定する断熱体外周面とを含むガス不透過性の断熱体と、前記加熱領域に配置され、発熱することが可能な少なくとも一つのヒータと、前記本体内部空間の圧力を検出することが可能な圧力検出部と、前記加熱領域の温度を検出することが可能な温度検出部と、前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることが可能なガス流発生部と、前記温度検出部によって検出される前記加熱領域の温度が、前記被処理物に前記等方圧加圧処理を施すために予め設定された目標温度範囲に含まれるように、前記少なくとも一つのヒータを制御するヒータ制御部と、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が予め設定された目標圧力範囲よりも低い場合に、前記ガス流発生部を制御して前記ガス流を発生させることによって前記断熱体を介して前記加熱領域から前記非加熱領域に伝わる熱量を増大させ、前記非加熱領域の温度上昇に伴って前記本体内部空間の圧力を増大させるガス流制御部と、を備える。

本構成によれば、圧力検出部によって検出される本体内部空間の圧力が予め設定された目標圧力範囲よりも低い場合には、ガス流制御部がガス流発生部を制御してガス流を発生させることによって、断熱体を介して加熱領域から非加熱領域に伝わる熱量を増大させる。この結果、非加熱領域の温度上昇に伴って本体内部空間の圧力を増大させ、目標圧力範囲に近づけることが可能となる。この際、ヒータ制御部によってヒータが制御され、加熱領域の温度をほぼ一定に維持することができる。この結果、等方圧加圧処理の準備段階では、高圧容器に必要最低限の圧縮ガスを供給すれば、以後の圧縮ガスの供給を停止したとしても本体内部空間の圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。一方、等方圧加圧処理中には、圧力変動によって本体内部空間の圧力が一時的に低下したとしても、上記の圧力制御によって本体内部空間の圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。したがって、高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を低減することが可能となる。

上記の構成において、前記ガス流制御部は、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲に含まれると、前記ガス流発生部による前記ガス流の発生を停止させることが望ましい。

本構成によれば、本体内部空間の圧力が目標圧力範囲に含まれると、不必要なガス流の発生を抑制し、本体内部空間の過剰な圧力上昇を抑止することができる。

上記の構成において、前記ガス流発生部は、回転することで前記ガス流を発生させることが可能なファンを含むことが望ましい。

本構成によれば、ファンの回転によって、断熱体の断熱体内周面および断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を容易に発生することができる。

上記の構成において、前記ガス流制御部は、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力に応じて前記ファンの回転数を制御することが可能であることが望ましい。

本構成によれば、ファンの回転数を制御することで圧媒ガスのガス流の流量を変化させ、断熱体を介して加熱領域から非加熱領域に伝わる熱量を調整することができる。

上記の構成において、前記ファンによって発生された前記ガス流を前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って案内する案内部を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、案内部によってガス流を断熱体の断熱体内周面および断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って確実に移動させることができるため、断熱体を介して加熱領域から非加熱領域に伝わる熱量を安定して増大させることができる。

上記の構成において、前記断熱体は、上下方向に沿って延びる断熱体周壁部と、前記断熱体周壁部の上面部を塞ぐように前記断熱体周壁部に接続される断熱体上壁部と、を有し、前記案内部は、前記加熱領域に配置され前記圧媒ガスの通路を挟んで前記断熱体周壁部に対向するように上下方向に沿って延びるガス不透過性の内側周壁部を有する内側ケーシングであって、前記圧媒ガスの透過を許容する内側開口部が前記内側ケーシングの上面部に開口されている、内側ケーシングと、前記本体内部空間において前記断熱体を囲むように配置される外側ケーシングであって、前記圧媒ガスの通路を挟んで前記断熱体周壁部を囲むように上下方向に沿って延びるガス不透過性の外側周壁部を有し、前記圧媒ガスの透過を許容する外側開口部が前記外側ケーシングの上面部に開口されている、外側ケーシングと、を有し、前記断熱体周壁部を貫通して前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間と前記断熱体周壁部と前記内側周壁部との間の空間とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する複数の第１連通部と、前記内側周壁部と前記断熱体周壁部との間の空間に対して遮断され、かつ、前記断熱体周壁部を貫通して前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間と前記加熱領域の下端部とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する複数の第２連通部と、を更に備え、前記ガス流発生部は、前記ファンが発生する前記ガス流を、前記断熱体周壁部と前記内側周壁部との間の前記空間に流入させる複数のガス流入部を更に有し、前記ガス流制御部は、前記加熱領域における前記等方圧加圧処理の終了後に前記ガス流発生部の前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることが更に可能であり、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に前記ガス流制御部が前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス流入部から流入した前記ガス流が前記複数の第１連通部を通じて前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間に流入する一方、前記加熱領域における前記等方圧加圧処理の終了後に前記ガス流制御部が前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス流入部から流入した前記ガス流が前記内側周壁部および前記断熱体周壁部に沿って上昇するとともに、前記内側開口部から前記加熱領域に流入した後、前記加熱領域を下降し、更に、前記複数の第２連通部を通じて、前記外側周壁部と前記断熱体周壁部との間の空間に流入するように、前記複数の第１連通部と前記複数の第２連通部との間で前記ガス流の流れを切り換えることが可能なガス流切換部を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中に、本体内部空間の圧力が不足している場合には、複数のガス流入部から流入したガス流を第１連通部を通じて断熱体周壁部と外側周壁部との間の空間に流入させることで、断熱体周壁部から非加熱領域への熱の移動を促進し、本体内部空間の圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。一方、加熱領域における等方圧加圧処理の終了後には、複数のガス流入部から流入したガス流を加熱領域の上方から降下させたのち、第２連通部を通じて断熱体周壁部と外側周壁部との間の空間に流入させることで、加熱領域を急速に冷却することができる。したがって、第１連通部と第２連通部におけるガス流の流れの切り換えによって、本体内部空間の圧力調整機能と急冷却機能とを両立させることが可能となる。

上記の構成において、前記本体内部空間に圧媒ガスを供給することが可能な圧縮機と、前記圧縮機から前記本体内部空間に圧媒ガスを供給する供給状態と、前記圧縮機から前記本体内部空間への圧媒ガスの供給を停止する供給停止状態との間で、前記圧縮機を切り換えることが圧縮機制御部と、を更に備え、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に前記ガス流制御部が前記ガス流を発生させることに対応して、前記圧縮機制御部は前記圧縮機を前記供給停止状態に設定することが望ましい。

本構成によれば、等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中に、本体内部空間の圧力が不足している場合には、圧縮機の作動を停止させた状態で、本体内部空間の圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。この結果、高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を確実に低減することが可能となる。

本発明の他の局面に係る等方圧加圧処理方法は、上記の何れか１に記載の熱間等方圧加圧装置を用いて、被処理物に対して等方圧加圧処理を行う等方圧加圧処理方法であって、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に、前記加熱領域の温度が前記目標温度範囲に含まれるように前記少なくとも一つのヒータを制御しながら、前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることによって前記断熱体を介して前記加熱領域から前記非加熱領域に伝わる熱量を増大させ、前記非加熱領域の温度上昇に伴って前記本体内部空間の圧力を増大させることで、前記本体内部空間の圧力を前記目標圧力範囲に維持しながら、前記等方圧加圧処理を実行する。

本方法によれば、等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中において、高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を低減することが可能となる。

本発明によれば、高圧容器内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機の負荷を低減することが可能であり、かつ当該圧縮機の性能によらず目的のＨＩＰ処理が達成できる熱間等方圧加圧装置および等方圧加圧処理方法が提供される。

本発明の第１実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の制御部のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の作動中の高圧容器内の圧力および温度の時間推移を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の断熱体の周辺の温度分布を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の水平断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の制御部のブロック図である。 本発明の変形実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の側断面図である。 本発明の変形実施形態に係る熱間等方圧加圧装置の制御部のブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るＨＩＰ装置１００（熱間等方圧加圧装置）について説明する。ＨＩＰ装置１００は、被処理物Ｗに対して圧媒ガスを用いて等方圧加圧処理を行う。図１は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の側断面図である。

ＨＩＰ装置１００は、円筒状の高圧容器１００Ｓと、圧縮機８０と、開放バルブ８３と、ガスストレージ容器９５と、を備える。

高圧容器１００Ｓは、上蓋１と、容器胴２と、下蓋３と、を備える。容器胴２は、上下方向に沿った中心軸ＣＬ回りに円筒状に形成されている。容器胴２は、中心軸ＣＬ回りに配置される円筒状の内周面２Ｓを有する。上蓋１は、容器胴２の上側の開口を塞ぎ、下蓋３は、容器胴２の下側の開口を塞いでいる。高圧容器１００Ｓの内部には外部から気密的に隔離された本体内部空間１００Ｔ（空洞）が形成されている。容器胴２の内周面２Ｓは、本体内部空間１００Ｔを画定する。圧縮機８０は、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔに圧媒ガスを供給することが可能とされている。図１に示すように、高圧容器１００Ｓには供給配管や排出配管が連結されており、これらの供給配管および排出配管を通じて圧縮機８０から圧媒ガス（昇圧されたアルゴンガスや窒素ガス）が高圧容器１００Ｓに対して供給および排出可能とされている。開放バルブ８３は、通常は閉止されており、高圧容器１００Ｓ内から圧媒ガスを排出する際に開放される。また、ガスストレージ容器９５は、圧縮機８０において圧縮される上記のガスを貯留している。

更に、ＨＩＰ装置１００は、内側ケーシング５（案内部）と、断熱体Ｒと、底壁部２０と、複数のサイドヒータ８１と、ボトムヒータ８２と、撹拌ファン８４と、圧力検出器８５と、温度検出器８６と、を備える。

内側ケーシング５は、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔにおいて、断熱体Ｒの内部に配置された円筒状の部材であり、上方に向かって開口したコップ状の部材からなる。内側ケーシング５には、ガス不透過性の耐熱材料が用いられる。内側ケーシング５は、中心軸ＣＬ回りに形成され上下方向に沿って延びる円筒状の部材であって、断熱体Ｒに対して径方向内側に間隔をおいて配置される。また、図１に示すように、内側ケーシング５は、被処理物を加圧処理する加熱領域Ｐを囲むように配置されている。更に、内側ケーシング５の底面には、撹拌ファン８４が配置されるための開口部が形成されている。なお、内側ケーシング５は、撹拌ファン８４によって発生されたガス流を断熱体Ｒに沿って案内する機能を有している。

断熱体Ｒは、図１に示すように、本体内部空間１００Ｔにおいて、内側ケーシング５の径方向外側で、内側ケーシング５を囲むように配置されている。断熱体Ｒは、下方に向かって開口した逆コップ状の構造を備えている。断熱体Ｒは、前記本体内部空間１００Ｔを、被処理物Ｗに等方圧加圧処理を施すための加熱領域Ｐと、加熱領域Ｐの外側の非加熱領域ＮＰとに仕切る。本実施形態では、断熱体Ｒは、ガス不透過性の特性を備えている。断熱体Ｒは、断熱体周壁部ＲＳと、断熱体上壁部ＲＴと、を備える。断熱体周壁部ＲＳは、内側ケーシング５の径方向外側において中心軸ＣＬ回りに配置される円筒状の部分である。また、断熱体周壁部ＲＳは、圧媒ガスの通路を挟んで内側ケーシング５を囲むように上下方向に沿って延びている。断熱体上壁部ＲＴは、断熱体周壁部ＲＳの上面部を塞ぐように断熱体周壁部ＲＳの上端部に接続される円板状の蓋部である。

更に、本実施形態では、断熱体Ｒは、以下のような構造を備えている。図１に示すように、断熱体Ｒは、断熱体外筒６（断熱体外周面）と、断熱体内筒７（断熱体内周面）と、を有する。断熱体外筒６および断熱体内筒７は、いずれも、下方に向かって開口した逆コップ状の部材からなる。断熱体外筒６および断熱体内筒７には、ガス不透過性の耐熱材料が用いられる。断熱体外筒６は、前記非加熱領域ＮＰを画定し、断熱体内筒７は、前記加熱領域Ｐを画定する。断熱体外筒６と断熱体内筒７との間には、径方向において隙間が形成されていてもよい。また、断熱体外筒６の上面部と断熱体内筒７の上面部との間にも上下方向において隙間が形成されていてもよい。これらの隙間に、断熱性のガスが流通することで断熱層が形成されてもよい。なお、当該断熱層には、カーボンファイバを編み込んだ黒鉛質材料やセラミックファイバなどの多孔質材料、繊維質材料などが充填されてもよい。

図１に示すように、径方向において内側ケーシング５と断熱体Ｒの断熱体内筒７との間には、圧媒ガスが流通可能な円筒状の空間（断熱体内側流路Ｌ１）が形成されている。断熱体内側流路Ｌ１の上端部および下端部は、加熱領域Ｐの上端部および下端部にそれぞれ連通している。また、容器胴２の内周面２Ｓと断熱体Ｒの断熱体外筒６との間には、圧媒ガスが流通可能な円筒状の空間（断熱体外側流路Ｌ２）が形成されている。

底壁部２０は、断熱体Ｒの径方向内側において、内側ケーシング５を下方から支持するように配置されている。また、底壁部２０は、撹拌ファン８４を回転可能に支持するとともに、撹拌ファン８４を回転させるモーターＭを収容している。

サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２（少なくとも一つのヒータ）は、加熱領域Ｐに配置され、発熱することが可能とされている。サイドヒータ８１は、内側ケーシング５と断熱体Ｒの断熱体内筒７との間に配置され、発熱することで加熱領域Ｐ内の圧媒ガスを加熱する。同様に、ボトムヒータ８２は、内側ケーシング５の径方向内側の下端部、換言すれば、加熱領域Ｐの下端部に配置され、発熱することで加熱領域Ｐ内の圧媒ガスを加熱する。サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２は、後記の制御部９０のヒータ制御部９２によって制御される。本実施形態では、図１に示すように、サイドヒータ８１は、上下４つのエレメントに分割されている。各エレメントは、円筒形状を備えている。また、ボトムヒータ８２は、円環形状を備えている。

撹拌ファン８４（ファン）は、サイドヒータ８１の下方であって、内側ケーシング５の底面部に開口された開口部に配置されている。撹拌ファン８４は、モーターＭによって軸心ＣＬ回りに回転することで、加熱領域Ｐ内にガス流を発生させる。なお、撹拌ファン８４を回転させるモーターＭは、後記の制御部９０のファン制御部９４によって制御される。

圧力検出器８５（圧力検出部）は、本体内部空間１００Ｔの圧力を検出することが可能であり、当該圧力に応じた信号を制御部９０に入力する。本実施形態では、圧力検出器８５は、断熱体Ｒの外側であって本体内部空間１００Ｔの上端部の圧力を検出する。

温度検出器８６（温度検出部）は、加熱領域Ｐの温度を検出することが可能であり、当該温度に応じた信号を制御部９０に入力する。本実施形態では、温度検出器８６は、断熱体Ｒの断熱体上壁部ＲＴの下面部に配置されている。

更に、ＨＩＰ装置１００は、制御部９０を備える。図２は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の制御部９０のブロック図である。制御部９０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。また、制御部９０には、圧縮機８０、サイドヒータ８１、ボトムヒータ８２、開放バルブ８３、撹拌ファン８４、圧力検出器８５、温度検出器８６などが電気的に接続されている。制御部９０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、運転切換部９１、ヒータ制御部９２、バルブ制御部９３およびファン制御部９４を備えるように機能する。

運転切換部９１は、ＨＩＰ装置１００の運転動作を切り換える。運転切換部９１は、不図示の操作部から入力される指令信号に応じて、加圧動作（加圧処理）のオン、オフを切り換える。加圧動作では、運転切換部９１は、加熱領域Ｐに配置された被処理物Ｗに等方圧加圧処理を行う。また、運転切換部９１は、加圧動作の準備段階で圧縮機８０を制御して、高圧容器１００Ｓ内に圧縮ガスを供給する。このため、運転切換部９１は、圧縮機制御部として、圧縮機８０から本体内部空間１００Ｔに圧媒ガスを供給する供給状態と、圧縮機８０から本体内部空間１００Ｔへの圧媒ガスの供給を停止する供給停止状態との間で、圧縮機８０を切り換えることが可能とされている。

ヒータ制御部９２は、運転切換部９１が制御する加圧動作に応じて、サイドヒータ８１、ボトムヒータ８２に対する投入電力の供給を切り換える。この結果、サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２が発熱する、または当該発熱が停止される。また、ヒータ制御部９２は、サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２の発熱量を調整することができる。

バルブ制御部９３は、開放バルブ８３の開弁動作を切り換えることで、高圧容器１００Ｓからの圧縮ガスの排出を制御する。

ファン制御部９４（ガス流制御部）は、撹拌ファン８４の回転動作を切り替えることで、高圧容器１００Ｓ内の圧媒ガス流の発生を制御する。本実施形態では、ファン制御部９４によって撹拌ファン８４の回転数が切換可能とされており、高圧容器１００Ｓの加熱領域Ｐ内を流れる圧媒ガスの流量が調整可能とされる。

図３は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の作動中の高圧容器１００Ｓ内の圧力Ｐｒおよび温度ＴＫの時間推移を示すグラフである。図４は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の断熱体Ｒ（断熱層）の周辺の温度分布を示す拡大断面図である。

図３を参照して、加熱領域Ｐ内に配置された被処理物Ｗに対する加圧処理が実行されるにあたって、まず、最終到達温度、最終到達圧力に必要な最低限のガスが高圧容器１００Ｓ内に充填される。本実施形態では、制御部９０の運転切換部９１が圧縮機８０を制御して、所定の初期充填圧力Ｐｒ１（ＭＰａ）まで高圧容器１００Ｓ内が昇圧される（図３の時刻Ｔ１）。次に、圧縮機８０の動作が停止され、ヒータ制御部９２がサイドヒータ８１およびボトムヒータ８２を制御して、加熱領域Ｐ内を加熱する。この結果、加熱領域Ｐ内の昇温および昇圧が行われ、高圧容器１００Ｓ内の圧力が所定の処理圧力Ｐｒ２（ＭＰａ）、加熱領域Ｐの温度が所定の処理温度ＴＫ１（℃）まで上昇する（図３の時刻Ｔ２）。この結果、被処理物Ｗに対する加圧処理が開始される。加圧処理中は、温度検出器８６が検出する加熱領域Ｐ内の温度が予め設定された目標温度範囲内に維持されるように、ヒータ制御部９２がサイドヒータ８１およびボトムヒータ８２の発熱量を制御する。被処理物Ｗへの加圧処理が終了すると（時刻Ｔ３）、サイドヒータ８１、ボトムヒータ８２の発熱が停止されるとともに開放バルブ８３が開放されることで、高圧容器１００Ｓ内の圧力および温度が低下され、高圧容器１００Ｓから被処理物Ｗが取り出される。

なお、加圧処理中に、高圧容器１００Ｓから僅かなガスが漏れることなどによって、高圧容器１００Ｓ内の圧力が変動すると、被処理物Ｗに対する加圧処理が不安定となる。このため、圧力検出器８５が検出する圧力が目標圧力範囲における予め設定された上限値を超えると、制御部９０のバルブ制御部９３が開放バルブ８３を制御して、高圧容器１００Ｓから圧縮ガスの一部を放出する。一方、圧力検出器８５が検出する圧力が低下し（図３の圧力Ｐｒ’参照）、目標圧力範囲における予め設定された下限値を下回ると、ファン制御部９４が撹拌ファン８４を回転させ、加熱領域Ｐ内にガス流を発生させる。本実施形態では、この際、運転切換部９１は圧縮機８０を前記供給停止状態に設定する。

図４では、断熱体Ｒの一部を介して、断熱体内側流路Ｌ１側から断熱体外側流路Ｌ２側に温度が伝わる様子が示されており、温度分布ＴＫ１、ＴＫ２がそれぞれ図示されている。前述のように加圧処理中加熱領域Ｐ内の温度は一定に維持されている。そして、断熱体Ｒの断熱体内筒７近傍には、境界伝熱層Ｋ１が形成されており、加熱領域Ｐから断熱体内筒７への熱伝達が行われる。更に、熱は断熱体Ｒ内を伝わり、断熱体外筒６近傍に形成された境界伝熱層Ｋ２を介して、断熱体外筒６から非加熱領域ＮＰへの熱伝達が行われる。この結果、非加熱領域ＮＰ（断熱体外側流路Ｌ２）のガスが昇温される。図４の温度分布ＴＫ１は、加熱領域Ｐ内に積極的なガス流が発生されていない場合の上記の熱の移動に伴う温度分布を示している。

一方、撹拌ファン８４の回転に伴って、加熱領域Ｐ内にガス流が発生すると、図１に示すように、内側ケーシング５の内周面に沿ってガス流が加熱領域Ｐを上昇した後、内側ケーシング５と断熱体Ｒとの間の断熱体内側流路Ｌ１を下降する。この際、断熱体Ｒの断熱体内筒７近傍の境界伝熱層Ｋ１を流れるガス流は、断熱体内側流路Ｌ１から断熱体内筒７への境膜伝熱係数（熱伝達係数）を増大させる。この結果、図４の温度分布ＴＫ２に示すように、温度分布ＴＫ１と比較して、断熱体Ｒ内の熱伝導量が増大し、非加熱領域ＮＰ（断熱体外側流路Ｌ２）の温度が相対的に高くなる。このように、加熱領域Ｐ内の温度が一定に維持されながら、断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰ（断熱体外側流路Ｌ２）に伝わる熱量（熱流束）が増大すると、非加熱領域ＮＰのガス温度が上昇する。すなわち、断熱体Ｒの見かけの断熱性能が低下する。この結果、本体内部空間１００Ｔ内の平均温度が上昇し、ボイルシャルルの法則に従って本体内部空間１００Ｔの圧力（平均圧力）が上昇する。したがって、圧力検出器８５によって検出される圧力の低下に応じて、撹拌ファン８４が回転されることで、本体内部空間１００Ｔの圧力を上昇させ前記目標圧力範囲に復帰させることができる。そして、ファン制御部９４は、圧力検出器８５によって検出される本体内部空間１００Ｔの圧力が前記目標圧力範囲に含まれると、撹拌ファン８４による前記ガス流の発生を停止させる。

なお、断熱体内側流路Ｌ１から断熱体Ｒへの境膜伝熱係数は、断熱体Ｒの断熱体内筒７に沿って流れるガス流の流量に応じて変化する。このため、撹拌ファン８４の回転数を大きくすると断熱体外側流路Ｌ２のガス温度の上昇量は大きくなり、撹拌ファン８４の回転数を小さくすると断熱体外側流路Ｌ２のガス温度の上昇量は小さくなる。したがって、ファン制御部９４は、圧力検出器８５によって検出される圧力に応じて、撹拌ファン８４の回転数を制御することで、本体内部空間１００Ｔ内の圧力を速やかに目標圧力範囲に設定することができる。

このように本実施形態では、撹拌ファン８４が、ガス流発生部として機能する。ガス流発生部は、断熱体Ｒの断熱体内筒７に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることが可能とされている。また、ヒータ制御部９２は、温度検出器８６によって検出される加熱領域Ｐの温度が、被処理物Ｗに等方圧加圧処理を施すために予め設定された目標温度範囲に含まれるように、サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２の発熱を制御する。更に、ファン制御部９４は、圧力検出器８５によって検出される本体内部空間１００Ｔの圧力が予め設定された目標圧力範囲よりも低い場合に、撹拌ファン８４を制御してガス流を発生させることによって断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰに伝わる熱量を増大させ、非加熱領域ＮＰの温度上昇に伴って本体内部空間１００Ｔの圧力を増大させる。

そして、上記のような構成によれば、非加熱領域ＮＰの温度上昇に伴って本体内部空間１００Ｔの圧力を増大させ目標圧力範囲に近づけることが可能となる。この結果、等方圧加圧処理の準備段階では、高圧容器１００Ｓに必要最低限の圧縮ガスを供給すれば、以後の圧縮ガスの供給を停止したとしてもファン制御部９４の制御によって本体内部空間１００Ｔの圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。一方、等方圧加圧処理中には、圧力変動によって本体内部空間１００Ｔの圧力が低下しても、ファン制御部９４の制御によって本体内部空間１００Ｔの圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。したがって、高圧容器１００Ｓ内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機８０の負荷を低減することが可能となる。

なお、前述のように、ファン制御部９４は、圧力検出器８５によって検出される本体内部空間１００Ｔの圧力が前記目標圧力範囲に含まれると、撹拌ファン８４によるガス流の発生を停止させることが望ましい。このような構成によれば、本体内部空間１００Ｔの圧力が目標圧力範囲に含まれると、不必要なガス流の発生を抑制し、本体内部空間１００Ｔの過剰な圧力上昇を抑止することができる。

また、本実施形態では、回転することで前記ガス流を発生させることが可能な撹拌ファン８４が備えられているため、撹拌ファン８４の回転によって、断熱体Ｒの断熱体内筒７に沿って流れる圧媒ガスのガス流を容易に発生することができる。

また、本実施形態では、前述のように、ファン制御部９４が撹拌ファン８４の回転数を制御することで圧媒ガスのガス流の流量を変化させ、断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰに伝わる熱量を容易かつ精度良く調整することができる。

また、本実施形態では、内側ケーシング５によってガス流を断熱体Ｒの断熱体内筒７に沿って確実に移動させることができるため、断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰに伝わる熱量を安定して増大させることができる。なお、後記のとおり、断熱体Ｒの外側に配置される外側ケーシング４によって、ガス流が断熱体内筒７に沿って案内される態様でもよい。

更に、本実施形態では、等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中に、本体内部空間１００Ｔの圧力が不足している場合には、圧縮機８０の作動を停止させた状態で、本体内部空間１００Ｔの圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。この結果、高圧容器１００Ｓ内の圧力を所定の目標圧力に設定するための圧縮機８０の負荷を確実に低減することが可能となる。更に、圧縮機８０として被処理物への加圧処理に必要な最大到達圧力まで運転可能な昇圧能力を備えるものが必要とされず、圧縮機８０の低出力化および低コスト化が可能となる。すなわち、本実施形態では、装備される圧縮機８０の能力（昇圧可能圧力）がＨＩＰ処理に必要な圧力より低くとも、目的のＨＩＰ処理が可能となり、備えるべき圧縮機の仕様を抑えることができる。

なお、撹拌ファン８４が発生するガス流の流れは、図１の流れとは反対であってもよい。また、サイドヒータ８１およびボトムヒータ８２は、少なくとも一方が配置されてもよいし、その他のヒータが配置されてもよい。

また、本実施形態では、最初はヒータをオフにした状態で圧縮機のみ運転して圧力Ｐｒ１（ＭＰａ）（初期充填圧力）まで昇圧し、その後は圧縮機を停止させてヒータをＯＮすることで昇温し、ボイルシャルルの法則によって圧力を更に上昇させ、最終的に目的の圧力Ｐｒ２（ＭＰａ）以上、温度ＴＫ１（℃）以上の状態を達成している（昇圧先行パターン）。

上記のような昇圧先行パターンを従来の技術で実施する場合には、ＨＩＰ処理保持時の処理圧力Ｐｒ２を保持するためだけに、処理圧力Ｐｒ２の最大出力を有する圧縮機が必要となっていた。一方、本実施形態によれば、昇圧先行パターンを実施する場合、最大出力が初期充填圧力Ｐｒ１まで昇圧可能な圧縮機があればよい。

なお、本実施形態に基づく変形実施形態として、圧縮機とヒータを同時に運転する同時昇温昇圧パターンが適用されてもよい。このパターンによれば、ＨＩＰ処理に必要な処理圧力Ｐｒ２、温度ＴＫ１まで最短時間で達することができる。またこの場合、圧縮機は初期充填圧力に見合ったガス量を送り込める時間だけ運転されると停止される。圧縮機の停止後は、ヒータによって温度も上がっているため、圧力は初期充填圧力Ｐｒ１より高くなる。この場合は、初期充填圧力Ｐｒ１以上の能力の圧縮機が必要になるが、ＨＩＰ処理に必要な処理圧力Ｐｒ２まで昇圧する能力は不要となるため、この同時昇温昇圧パターンにおいても上記と同様の効果を得ることができる。尚、上記とは逆に、昇温先行パターンも想定可能である（ガラスカプセル処理等に適用可能）。この場合は、処理圧力Ｐｒ２まで昇圧可能な圧縮機を備える必要があるが、目的の圧力に達した後は圧縮機に依らず、本実施形態と同様の圧力維持が可能であるため「圧縮機の負荷低減」という効果を奏することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るＨＩＰ装置１００について説明する。図５および図６は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の側断面図である。なお、図５と図６とでは、ＨＩＰ装置１００の周方向における断面位置が互いに異なっている。図７は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の水平断面図である。図８は、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００の制御部９０のブロック図である。なお、以下では、本実施形態における先の第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点の説明を一部省略する。

図５を参照して、本実施形態に係るＨＩＰ装置１００は、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔに配置された前述の内側ケーシング５および断熱体Ｒに加え、外側ケーシング４を有している。

外側ケーシング４は、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔに配置された有蓋円筒状の部材であり、下方に向かって開口した逆コップ状の部材からなる。外側ケーシング４は、断熱体Ｒを囲むように配置されている。外側ケーシング４には、ＨＩＰ処理の温度条件に合わせてステンレス、ニッケル合金、モリブデン合金またはグラファイトなどのガス不透過性の耐熱材料が用いられる。外側ケーシング４は、外側上壁部４１と、外側周壁部４２と、を有する。外側周壁部４２は、本体内部空間１００Ｔにおいて中心軸ＣＬ回りに形成された円筒状の部分であって、高圧容器１００Ｓの内周面２Ｓに対して径方向内側に間隔をおいて配置される。また、外側周壁部４２は、圧媒ガスの通路を挟んで断熱体周壁部ＲＳを囲むように上下方向に沿って延びている。外側上壁部４１は、外側周壁部４２の上面部を塞ぐように外側上壁部４１の上端部に接続される円環形状の蓋部である。外側上壁部４１の中央部には、中心軸ＣＬを中心とする円形の外側開口部４Ｈが開口されている（図５）。外側開口部４Ｈは、外側ケーシング４の内部と外部との間での圧媒ガスの透過を許容する。なお、本実施形態では、外側上壁部４１および外側周壁部４２は、一体的に構成されている。

一方、本実施形態における内側ケーシング５は、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔにおいて、外側ケーシング４の内側、更には、断熱体Ｒの内側に配置された有蓋円筒状の部材であり、下方に向かって開口した逆コップ状の部材からなる。内側ケーシング５にも、外側ケーシング４と同様に、ガス不透過性の耐熱材料が用いられる。内側ケーシング５は、内側上壁部５１と、内側周壁部５２と、を備える。内側周壁部５２は、中心軸ＣＬ回りに形成され上下方向に沿って延びる円筒状の部分であって、外側ケーシング４の外側周壁部４２、更には、断熱体Ｒの断熱体内筒７に対して径方向内側に間隔をおいて配置される。内側上壁部５１は、内側周壁部５２の上面部を塞ぐように内側周壁部５２の上端部に接続される円環形状の蓋部である。内側上壁部５１は、外側上壁部４１の下方、更には、断熱体上壁部ＲＴの下方に間隔をおいて配置される。内側上壁部５１の中央部（内側ケーシング５の上面部）には、中心軸ＣＬを中心とする円形の内側開口部５Ｈが開口されている（図５）。内側開口部５Ｈは、加熱領域Ｐと内側ケーシング５の上方の空間との間での圧媒ガスの透過を許容する。また、図５に示すように、内側ケーシング５の内側上壁部５１および内側周壁部５２は、被処理物を加圧処理する加熱領域Ｐを囲むように配置されている。なお、内側上壁部５１および内側周壁部５２は、一体的に構成されている。

また、本実施形態における断熱体Ｒは、図５に示すように、本体内部空間１００Ｔにおいて、外側ケーシング４と内側ケーシング５との間で、内側ケーシング５を囲むように配置されている。断熱体Ｒは、下方に向かって開口した逆コップ状の構造を備えている。本実施形態でも、断熱体Ｒは、ガス不透過性の特性を備えている。断熱体Ｒは、断熱体周壁部ＲＳと、断熱体上壁部ＲＴと、を有する。断熱体周壁部ＲＳは、外側周壁部４２と内側周壁部５２との間に配置される。断熱体周壁部ＲＳは、外側周壁部４２および内側周壁部５２に対してそれぞれ間隔をおいて、中心軸ＣＬ回りに配置される円筒状の部分である。また、断熱体周壁部ＲＳは、圧媒ガスの通路を挟んで内側周壁部５２を囲むように上下方向に沿って延びている。断熱体上壁部ＲＴは、断熱体周壁部ＲＳの上端部に接続される円板状の蓋部である。断熱体上壁部ＲＴは、断熱体周壁部ＲＳの上面部を塞ぐように断熱体周壁部ＲＳの上端部に接続されるとともに、圧媒ガスの通路を挟んで内側開口部５Ｈの上方に配置される。換言すれば、断熱体上壁部ＲＴは、外側上壁部４１の下方かつ内側上壁部５１の上方に配置される。なお、断熱体上壁部ＲＴには開口部が開口されていない。このため、断熱体上壁部ＲＴは、外側開口部４Ｈと内側開口部５Ｈとの間での上下方向に沿った圧媒ガスの流通を遮断する。

図５に示すように、内側ケーシング５の内側周壁部５２と断熱体Ｒの断熱体内筒７（断熱体内周面）との間には、圧媒ガスが流通可能な円筒状の空間（断熱体内側流路Ｌ１）が形成されている。断熱体内側流路Ｌ１の上端部は、内側開口部５Ｈを介して加熱領域Ｐに連通している。また、外側ケーシング４の外側周壁部４２と断熱体Ｒの断熱体外筒６（断熱体外周面）との間には、圧媒ガスが流通可能な円筒状の空間（断熱体外側流路Ｌ２）が形成されている。更に、高圧容器１００Ｓの内周面２Ｓと外側周壁部４２との間には、圧媒ガスが流通可能な円筒状の空間（外周流路Ｌ３）が形成されている。外周流路Ｌ３の上端部は、外側開口部４Ｈを介して断熱体外側流路Ｌ２に連通しており、外周流路Ｌ３の下端部は、後記の底壁部２０の下方の空間に連通している。本実施形態に係る外側ケーシング４および内側ケーシング５は、本発明の案内部として機能する。

更に、ＨＩＰ装置１００は、複数の第１連通管１１（第１連通部）と、複数の第２連通管１１Ｓ（第２連通部）と、複数のガス導管１２（ガス流入部）と、複数の循環用バルブ８７と、底壁部２０と、複数の第１切換バルブ８８Ａと、複数の第２切換バルブ８８Ｂと、循環ファン８９と、を備える（図８）。

複数の第１連通管１１は、中心軸ＣＬ回りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、本実施形態では、図７に示すように４つの第１連通管１１が配置されている。各第１連通管１１は、断熱体Ｒの断熱体外筒６に配置される一方の口と、断熱体Ｒの断熱体内筒７に配置される他方の口とを備える。複数の第１連通管１１は、断熱体周壁部ＲＳを貫通して断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間（断熱体外側流路Ｌ２）と断熱体周壁部ＲＳと内側周壁部５２との間の空間（断熱体内側流路Ｌ１）とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する。

複数の第２連通管１１Ｓは、中心軸ＣＬ回りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、本実施形態では、図７に示すように周方向において４つの第１連通管１１の間に４つの第２連通管１１Ｓが順に配置されている。各第２連通管１１Ｓは、内側ケーシング５の内側周壁部５２に配置される入口と、断熱体Ｒの断熱体外筒６に配置される出口とを備える。複数の第２連通管１１Ｓは、断熱体周壁部ＲＳを貫通して断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間（断熱体外側流路Ｌ２）と加熱領域Ｐの下端部とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する。

なお、第２連通管１１Ｓの管内空間（通路）は、内側周壁部５２と断熱体周壁部ＲＳとの間の空間（断熱体内側流路Ｌ１）および断熱体Ｒの断熱層には連通しておらず、これらの空間から遮断されている。すなわち、第２連通管１１Ｓは、加熱領域Ｐの下端部と断熱体外側流路Ｌ２の下端部とを直接連通させている。このため、内側ケーシング５、断熱体外筒６および断熱体内筒７（断熱体周壁部ＲＳ）には、第２連通管１１Ｓが貫通するための開口が形成されており、当該開口部と第２連通管１１Ｓの外周面との間には、不図示のシール部材が配置されている。当該シール部材は、加熱領域Ｐの圧媒ガスが、第２連通管１１Ｓの周辺から断熱体内側流路Ｌ１または断熱体Ｒの断熱層に直接流入することを防止する。

底壁部２０は、加熱領域Ｐを下方から封止する部材である。特に、本実施形態では、底壁部２０は、外側ケーシング４の外側周壁部４２の下端部よりも径方向内側の領域全体を下方から覆うように配置される。底壁部２０は、加熱領域Ｐの下面部を画定する。また、底壁部２０は、被処理物Ｗが載置される上面部を含む。底壁部２０の上面部に載置された被処理物Ｗは、加熱領域Ｐ内に配置される。

複数のガス導管１２は、中心軸ＣＬ回りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、本実施形態では、８つのガス導管１２が配置されている。なお、複数のガス導管１２の数は、８つに限定されるものではない。各ガス導管１２は、底壁部２０の下方の空間に配置される入口と、内側ケーシング５の内側周壁部５２に配置される出口とを備える。ガス導管１２は、内側周壁部５２と断熱体周壁部ＲＳとの間の空間（断熱体内側流路Ｌ１）の下側部分と底壁部２０の下方の空間とを連通させる。

複数の循環用バルブ８７は、それぞれ、ガス導管１２の入口付近に配置される電磁弁である。循環用バルブ８７は、ガス導管１２における圧媒ガスの流通および当該流通の遮断を切り換える。循環用バルブ８７の開閉は、制御部９０のバルブ制御部９３によって制御される。

循環ファン８９（ファン）は、底壁部２０の下方の空間に配置され、回転することでガス流を発生させる。前述の複数のガス導管１２は、循環ファン８９が発生するガス流を、断熱体周壁部ＲＳと内側周壁部５２との間の空間に流入させる。

複数の第１切換バルブ８８Ａは、複数の第１連通管１１の出口付近にそれぞれ配置されている。各第１切換バルブ８８Ａは、制御部９０のバルブ制御部９３によって制御されることで、第１連通管１１におけるガス流の流れを許容または遮断する。同様に、複数の第２切換バルブ８８Ｂは、複数の第２連通管１１Ｓの出口付近にそれぞれ配置されている。各第２切換バルブ８８Ｂは、制御部９０のバルブ制御部９３によって制御されることで、第２連通管１１Ｓにおけるガス流の流れを許容または遮断する。

図８を参照して、本実施形態では、制御部９０に、圧縮機８０、サイドヒータ８１、開放バルブ８３、圧力検出器８５、温度検出器８６に加えて、循環用バルブ８７、第１切換バルブ８８Ａ、第２切換バルブ８８Ｂ、循環ファン８９が電気的に接続されている。開放バルブ８３、循環用バルブ８７、第１切換バルブ８８Ａおよび第２切換バルブ８８Ｂの開閉は、バルブ制御部９３によって制御される。また、循環ファン８９の回転は、ファン制御部９４によって制御される。

本実施形態においても、先の第１実施形態と同様に、加圧処理中に、高圧容器１００Ｓから僅かなガスが漏れることなどによって、高圧容器１００Ｓ内の圧力が変動すると、被処理物Ｗに対する加圧処理が不安定となる。このため、圧力検出器８５が検出する圧力が目標圧力範囲における予め設定された上限値を超えると、制御部９０のバルブ制御部９３が開放バルブ８３を制御して、高圧容器１００Ｓから圧縮ガスの一部を放出する。一方、圧力検出器８５が検出する圧力が低下し（図３の圧力Ｐｒ’参照）、目標圧力範囲における予め設定された下限値を下回ると、バルブ制御部９３が、循環用バルブ８７および第１切換バルブ８８Ａを開放し、第２切換バルブ８８Ｂを閉止する。そして、ファン制御部９４が循環ファン８９を回転させ、複数のガス導管１２から、断熱体内側流路Ｌ１の下端部にガス流を流入させる。本実施形態では、この際、運転切換部９１は圧縮機８０を前記供給停止状態に設定する。

複数のガス導管１２から断熱体内側流路Ｌ１に流入したガス流は、図５に示すように、複数の第１連通管１１から断熱体外側流路Ｌ２の下端部に流入する。その後、当該ガス流は、断熱体外側流路Ｌ２を上昇し、外側開口部４Ｈを通じて、外周流路Ｌ３の上端部に流入したのち外周流路Ｌ３を下降し、底壁部２０の下方の空間に戻る。この結果、図５に示すようなガスの循環流が形成される。

このようなガス流は、断熱体外側流路Ｌ２を上昇する際に、断熱体Ｒの断熱体外筒６に沿って流れる。この際、断熱体Ｒの断熱体外筒６近傍の境界伝熱層Ｋ２を流れるガス流は、断熱体外筒６から断熱体外側流路Ｌ２（非加熱領域ＮＰ）への境膜伝熱係数（熱伝達係数）を増大する。この結果、断熱体外側流路Ｌ２にガス流が形成されていない場合と比較して、断熱体Ｒから断熱体外側流路Ｌ２側に回収される熱量が増大し、断熱体外側流路Ｌ２の温度が相対的に高くなる。このように、加熱領域Ｐ内の温度が一定に維持されながら、断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰ（断熱体外側流路Ｌ２）に伝わる熱量（熱流束）が増大すると、非加熱領域ＮＰのガス温度が上昇する。すなわち、断熱体Ｒの見かけの断熱性能が低下する。この結果、本体内部空間１００Ｔ内の平均温度が上昇し、ボイルシャルルの法則に従って本体内部空間１００Ｔの圧力（平均圧力）が上昇する。したがって、圧力検出器８５によって検出される圧力の低下に応じて、各バルブが制御されるとともに循環ファン８９が回転されることで、本体内部空間１００Ｔの圧力を上昇させ、前記目標圧力範囲内の圧力値に復帰させることができる。そして、ファン制御部９４は、圧力検出器８５によって検出される本体内部空間１００Ｔの圧力が前記目標圧力範囲に含まれると、循環ファン８９による前記ガス流の発生を停止させる。この際、バルブ制御部９３が、循環用バルブ８７および第１切換バルブ８８Ａを閉止することが望ましい。

更に、本実施形態では、ファン制御部９４は、加熱領域Ｐにおける等方圧加圧処理の終了後に循環ファン８９を制御して前記ガス流を発生させることが可能である。この際、ヒータ制御部９２は、サイドヒータ８１の発熱を停止させ、バルブ制御部９３は、循環用バルブ８７および第２切換バルブ８８Ｂを開放し、第１切換バルブ８８Ａを閉止する。この結果、循環ファン８９によって発生されたガス流は、図６に示すように、複数のガス導管１２を通じて内側周壁部５２と断熱体周壁部ＲＳとの間の断熱体内側流路Ｌ１に流入し、内側周壁部５２および断熱体周壁部ＲＳに沿って上昇するとともに、内側開口部５Ｈから加熱領域Ｐに流入した後、加熱領域Ｐを下降し、更に、複数の第２連通管１１Ｓを通じて、外側周壁部４２と断熱体周壁部ＲＳとの間の断熱体外側流路Ｌ２に流入する。

更に、図６に示すように、複数の第２連通管１１Ｓを通じて断熱体外側流路Ｌ２に流入した圧媒ガスは、断熱体周壁部ＲＳおよび外側周壁部４２に沿って上昇した後、外側開口部４Ｈから外側ケーシング４の外部に流出し、更に高圧容器１００Ｓの内周面２Ｓと外側周壁部４２との間の外周流路Ｌ３を通って下降し、底壁部２０の下方において循環ファン８９によって再び複数のガス導管１２に流入する。この結果、高圧容器１００Ｓの本体内部空間１００Ｔに、緩やかな圧媒ガスの循環流が形成される。

なお、本実施形態では、第１切換バルブ８８Ａ、第２切換バルブ８８Ｂおよびバルブ制御部９３が、ガス流切換部として機能する。当該ガス流切換部は、前記圧力検出器８５によって検出される前記本体内部空間１００Ｔの圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合にファン制御部９４が循環ファン８９を制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス導管１２から流入した前記ガス流が前記複数の第１連通管１１を通じて断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間に流入するように、前記複数の第１連通管１１と前記複数の第２連通管１１Ｓとの間で前記ガス流の流れを切り換える。一方、ガス流切換部は、前記加熱領域Ｐにおける前記等方圧加圧処理の終了後にファン制御部９４が循環ファン８９を制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス導管１２から流入した前記ガス流が断熱体周壁部ＲＳおよび内側周壁部５２に沿って上昇するとともに、内側開口部５Ｈから前記加熱領域Ｐに流入した後、前記加熱領域Ｐを下降し、更に、前記複数の第２連通管１１Ｓを通じて、断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間に流入するように、前記複数の第１連通管１１と前記複数の第２連通管１１Ｓとの間で前記ガス流の流れを切り換える。

このように、本実施形態では、等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中に、本体内部空間１００Ｔの圧力が不足している場合には、複数のガス導管１２から流入したガス流を、第１連通管１１を通じて断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間に流入させることで、断熱体周壁部ＲＳから非加熱領域ＮＰへの熱の移動を促進し、本体内部空間１００Ｔの圧力を所定の目標圧力範囲まで上昇させることができる。この際、複数のガス導管１２を通じたガス流の流量を循環用バルブ８７によって制御することができるため、本体内部空間１００Ｔの圧力調整を精度良く実現することができる。一方、加熱領域Ｐにおける等方圧加圧処理の終了後には、複数のガス導管１２から流入したガス流を断熱体内筒７および内側周壁部５２に沿って上昇させ加熱領域Ｐを降下させたのち、第２連通管１１Ｓを通じて断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間に流入させることで、流入したガス流によって加熱領域Ｐを急速に冷却することができる。したがって、第１連通管１１と第２連通管１１Ｓにおけるガス流の流れの切り換えによって、本体内部空間１００Ｔの圧力調整機能と急冷却機能とを両立させることが可能となる。すなわち、圧力調整のための圧媒ガスの流路を利用して、加圧処理後のＨＩＰ装置１００の急冷却を実行することができる。この結果、被処理物Ｗの取り出しまでの時間を含む被処理物Ｗの加圧処理時間を短縮することができる。

なお、上記の第１実施形態および第２実施形態では、ＨＩＰ装置１００（熱間等方圧加圧装置）を用いて、被処理物に対して等方圧加圧処理を行う、本発明の等方圧加圧処理方法が適用されている。当該等方圧加圧処理方法では、圧力検出器８５によって検出される前記本体内部空間１００Ｔの圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に、前記加熱領域Ｐの温度が前記目標温度範囲に含まれるように少なくとも一つのヒータを制御しながら、断熱体Ｒの断熱体外筒６および断熱体内筒７のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることによって断熱体Ｒを介して加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰに伝わる熱量を増大させる。更に、当該等方圧加圧処理方法では、前記非加熱領域ＮＰの温度上昇に伴って前記本体内部空間１００Ｔの圧力を増大させることで、前記本体内部空間１００Ｔの圧力を前記目標圧力範囲に維持しながら、前記等方圧加圧処理を実行する。また、上記の第１実施形態および第２実施形態並びに後記の変形実施形態に係るＨＩＰ装置１００のそれぞれの特徴を用いて、上記の等方圧加圧処理方法を実行することが可能である。

以上、本発明の各実施形態に係るＨＩＰ装置１００（熱間等方圧加圧装置）および等方圧加圧処理方法について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明に係る熱間等方圧加圧装置として、以下のような変形実施形態が可能である。

（１）図９は、本発明の変形実施形態に係るＨＩＰ装置１００（熱間等方圧加圧装置）の側断面図である。図１０は、本変形実施形態に係るＨＩＰ装置１００の制御部９０のブロック図である。図９に示すように、本変形実施形態では、第２実施形態に係るＨＩＰ装置１００（図５）に第１実施形態に係る撹拌ファン８４（図１）が更に搭載される。なお、図９は、先の第２実施形態における図６に対応する断面図であるが、本変形実施形態に係るＨＩＰ装置１００も、第２実施形態の図５と同様の断面構造を有している。等方圧加圧処理の準備段階や等方圧加圧処理中に、本体内部空間１００Ｔの圧力が不足している場合には、図１０に示すように、ファン制御部９４が、撹拌ファン８４および循環ファン８９の回転をそれぞれ制御する。この場合、循環ファン８９によって発生されたガス流は、複数のガス導管１２を介して、図５と同様に、断熱体周壁部ＲＳの断熱体外筒６に沿って上昇し、断熱体外筒６近傍の熱伝達係数を増大させ、加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰへの熱の移動を促進する。また、撹拌ファン８４によって発生されたガス流は、図１と同様に、加熱領域Ｐを上昇した後、断熱体周壁部ＲＳの断熱体内筒７に沿って下降し、断熱体内筒７近傍の熱伝達係数を増大させ、加熱領域Ｐから非加熱領域ＮＰへの熱の移動を促進する。したがって、２つのファンによって、断熱体周壁部ＲＳの断熱体外筒６および断熱体内筒７における熱伝達係数を広範囲において増大させることで、非加熱領域ＮＰの温度上昇を促進し、本体内部空間１００Ｔの圧力を早期かつ高い精度で上昇させることができる。一方、本変形実施形態においても、加熱領域Ｐにおける等方圧加圧処理の終了後には、図９に示すように、複数のガス導管１２から流入したガス流を断熱体内筒７および内側周壁部５２に沿って上昇させ加熱領域Ｐを降下させたのち、第２連通管１１Ｓを通じて断熱体周壁部ＲＳと外側周壁部４２との間の空間に流入させることで、流入したガス流によって加熱領域Ｐを急速に冷却することができる。

（２）また、上記の第２実施形態では、外側ケーシング４が外側上壁部４１を備え、内側ケーシング５が内側上壁部５１を備える態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。外側ケーシング４が外側周壁部４２のみを備え、外側周壁部４２の上端部が開放されていることで、外側ケーシング４に外側開口部４Ｈが形成されてもよい。また、内側ケーシング５が内側周壁部５２のみを備え、内側周壁部５２の上端部が開放されていることで、内側ケーシング５に内側開口部５Ｈが形成されてもよい。

（３）また、上記の各実施形態では、内側ケーシング５、断熱体Ｒおよび外側ケーシング４が、中心軸ＣＬを中心として、それぞれ円筒形状を備える態様にて説明したが、各部材の形状は円筒形状に限定されるものではない。

（４）また、上記の各実施形態では、加圧処理中にサイドヒータ８１および／またはボトムヒータ８２が発熱する態様にて説明したが、加圧処理中の一部において各ヒータの発熱が停止されてもよい。この際、ガス流発生部によって圧媒ガスの循環流が継続して形成されてもよいし、一時的に循環流の形成が停止されてもよい。

１００ ＨＩＰ装置（熱間等方圧加圧装置）
１００Ｓ 高圧容器
１００Ｔ 本体内部空間
１１ 第１連通管（第１連通部）
１１Ｓ 第２連通管（第２連通部）
１２ ガス導管（ガス流入部）
２０ 底壁部
４ 外側ケーシング（案内部）
４１ 外側上壁部
４２ 外側周壁部
４Ｈ 外側開口部
５ 内側ケーシング（案内部）
５１ 内側上壁部
５２ 内側周壁部
５Ｈ 内側開口部
６ 断熱体外筒（断熱体外周面）
７ 断熱体内筒（断熱体内周面）
８０ 圧縮機
８１ サイドヒータ（ヒータ）
８２ ボトムヒータ（ヒータ）
８３ 開放バルブ
８４ 撹拌ファン（ガス流発生部、ファン）
８５ 圧力検出器（圧力検出部）
８６ 温度検出器（温度検出部）
８７ 循環用バルブ
８８Ａ 第１切換バルブ（ガス流切換部）
８８Ｂ 第２切換バルブ（ガス流切換部）
８９ 循環ファン（ガス流発生部、ファン）
９０ 制御部
９１ 運転切換部（圧縮機制御部）
９２ ヒータ制御部
９３ バルブ制御部（ガス流切換部）
９４ ファン制御部（ガス流制御部）
Ｌ１ 断熱体内側流路
Ｌ２ 断熱体外側流路
Ｌ３ 外周流路
ＮＰ 非加熱領域
Ｐ 加熱領域
Ｒ 断熱体
ＲＳ 断熱体周壁部
ＲＴ 断熱体上壁部

Claims (8)

1. 被処理物に対して圧媒ガスを用いて等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
   内周面を有する高圧容器であって、前記内周面によって画定される本体内部空間が内部に形成されている高圧容器と、
   前記本体内部空間を、前記被処理物に前記等方圧加圧処理を施すための加熱領域と前記加熱領域の外側の非加熱領域とに仕切る断熱体であって、前記加熱領域を画定する断熱体内周面と前記非加熱領域を画定する断熱体外周面とを含むガス不透過性の断熱体と、
   前記加熱領域に配置され、発熱することが可能な少なくとも一つのヒータと、
   前記本体内部空間の圧力を検出することが可能な圧力検出部と、
   前記加熱領域の温度を検出することが可能な温度検出部と、
   前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることが可能なガス流発生部と、
   前記温度検出部によって検出される前記加熱領域の温度が、前記被処理物に前記等方圧加圧処理を施すために予め設定された目標温度範囲に含まれるように、前記少なくとも一つのヒータを制御するヒータ制御部と、
   前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が予め設定された目標圧力範囲よりも低い場合に、前記ガス流発生部を制御して前記ガス流を発生させることによって前記断熱体を介して前記加熱領域から前記非加熱領域に伝わる熱量を増大させ、前記非加熱領域の温度上昇に伴って前記本体内部空間の圧力を増大させるガス流制御部と、
   を備える熱間等方圧加圧装置。
2. 前記ガス流制御部は、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲に含まれると、前記ガス流発生部による前記ガス流の発生を停止させる、請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
3. 前記ガス流発生部は、回転することで前記ガス流を発生させることが可能なファンを含む、請求項１または２に記載の熱間等方圧加圧装置。
4. 前記ガス流制御部は、前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力に応じて前記ファンの回転数を制御することが可能である、請求項３に記載の熱間等方圧加圧装置。
5. 前記ファンによって発生された前記ガス流を前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って案内する案内部を更に備える、請求項３または４に記載の熱間等方圧加圧装置。
6. 前記断熱体は、上下方向に沿って延びる断熱体周壁部と、前記断熱体周壁部の上面部を塞ぐように前記断熱体周壁部に接続される断熱体上壁部と、を有し、
   前記案内部は、
   前記加熱領域に配置され前記圧媒ガスの通路を挟んで前記断熱体周壁部に対向するように上下方向に沿って延びるガス不透過性の内側周壁部を有する内側ケーシングであって、前記圧媒ガスの透過を許容する内側開口部が前記内側ケーシングの上面部に開口されている、内側ケーシングと、
   前記本体内部空間において前記断熱体を囲むように配置される外側ケーシングであって、前記圧媒ガスの通路を挟んで前記断熱体周壁部を囲むように上下方向に沿って延びるガス不透過性の外側周壁部を有し、前記圧媒ガスの透過を許容する外側開口部が前記外側ケーシングの上面部に開口されている、外側ケーシングと、
   を有し、
   前記断熱体周壁部を貫通して前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間と前記断熱体周壁部と前記内側周壁部との間の空間とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する複数の第１連通部と、
   前記内側周壁部と前記断熱体周壁部との間の空間に対して遮断され、かつ、前記断熱体周壁部を貫通して前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間と前記加熱領域の下端部とを互いに連通させる前記圧媒ガスの通路をそれぞれ形成する複数の第２連通部と、
   を更に備え、
   前記ガス流発生部は、前記ファンが発生する前記ガス流を、前記断熱体周壁部と前記内側周壁部との間の前記空間に流入させる複数のガス流入部を更に有し、
   前記ガス流制御部は、前記加熱領域における前記等方圧加圧処理の終了後に前記ガス流発生部の前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることが更に可能であり、
   前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に前記ガス流制御部が前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス流入部から流入した前記ガス流が前記複数の第１連通部を通じて前記断熱体周壁部と前記外側周壁部との間の空間に流入する一方、前記加熱領域における前記等方圧加圧処理の終了後に前記ガス流制御部が前記ファンを制御して前記ガス流を発生させることに対応して、前記複数のガス流入部から流入した前記ガス流が前記内側周壁部および前記断熱体周壁部に沿って上昇するとともに、前記内側開口部から前記加熱領域に流入した後、前記加熱領域を下降し、更に、前記複数の第２連通部を通じて、前記外側周壁部と前記断熱体周壁部との間の空間に流入するように、前記複数の第１連通部と前記複数の第２連通部との間で前記ガス流の流れを切り換えることが可能なガス流切換部を更に備える、請求項５に記載の熱間等方圧加圧装置。
7. 前記本体内部空間に圧媒ガスを供給することが可能な圧縮機と、
   前記圧縮機から前記本体内部空間に圧媒ガスを供給する供給状態と、前記圧縮機から前記本体内部空間への圧媒ガスの供給を停止する供給停止状態との間で、前記圧縮機を切り換えることが可能な圧縮機制御部と、
   を更に備え、
   前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に前記ガス流制御部が前記ガス流を発生させることに対応して、前記圧縮機制御部は前記圧縮機を前記供給停止状態に設定する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の熱間等方圧加圧装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の熱間等方圧加圧装置を用いて、被処理物に対して等方圧加圧処理を行う等方圧加圧処理方法であって、
   前記圧力検出部によって検出される前記本体内部空間の圧力が前記目標圧力範囲よりも低い場合に、前記加熱領域の温度が前記目標温度範囲に含まれるように前記少なくとも一つのヒータを制御しながら、前記断熱体の前記断熱体内周面および前記断熱体外周面のうちの少なくとも一方に沿って流れる圧媒ガスのガス流を発生させることによって前記断熱体を介して前記加熱領域から前記非加熱領域に伝わる熱量を増大させ、前記非加熱領域の温度上昇に伴って前記本体内部空間の圧力を増大させることで、前記本体内部空間の圧力を前記目標圧力範囲に維持しながら、前記等方圧加圧処理を実行する、等方圧加圧処理方法。

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