JP2920084B2 - Ultra high pressure generator - Google Patents

Ultra high pressure generator

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JP2920084B2
JP2920084B2 JP6678795A JP6678795A JP2920084B2 JP 2920084 B2 JP2920084 B2 JP 2920084B2 JP 6678795 A JP6678795 A JP 6678795A JP 6678795 A JP6678795 A JP 6678795A JP 2920084 B2 JP2920084 B2 JP 2920084B2
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piston body
high pressure
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    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/004Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses involving the use of very high pressures

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超高圧発生装置に関す
る。さらに詳しくは、ダイヤモンドや立方晶窒化ほう素
の合成に用いたり、物質の超高圧下における変形特性を
試験するために用いられる超高圧発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-high pressure generator. More specifically, the present invention relates to an ultra-high pressure generator used for synthesizing diamond and cubic boron nitride and for testing the deformation characteristics of a substance under ultra-high pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】超高圧発生装置において、物質の超高圧
下における変形特性を試験するための装置としては、こ
れまでに開発された例はない。従来よりの超高圧発生装
置はいずれもダイヤモンド等の合成用であるが、本発明
に類似の構造の従来技術を時系列に追ってみるとつぎの
とおりである。
2. Description of the Related Art In an ultrahigh pressure generator, there has been no example developed so far for testing the deformation characteristics of a substance under ultrahigh pressure. The conventional ultrahigh-pressure generators are all for synthesizing diamond or the like, but the following is a time series of the prior art having a structure similar to the present invention.

【0003】一般に高圧を発生する装置には、ピストン
シリンダ型とか、アンビルシリンダ型の形式があるが、
いずれも中央に超高圧発生室を形成し、その超高圧発生
室内に葉ろう石等の圧力媒体を充填し該圧力媒体を加圧
アンビルで圧縮して超高圧を発生するようにしたもので
ある。すなわち図8に示すように従来のこの種装置は複
数のアンビル101 で圧力媒体102 を包囲して該圧力媒体
102 を内蔵した超高圧発生室を形成し、上記アンビル10
1 を中心に向って加圧押進させ、これによって超高圧を
発生させるものである。しかしアンビル101 を加圧押進
して実線図示の位置から点線図示の位置へ移動させると
圧力媒体102 も実線図示から点線図示のように圧縮され
てアンビル101の間隙部には上記圧力媒体102 のはみ出
し部(イ)が形成され、さらにアンビル101 を加圧押進
すればこれは一点鎖線図のように進み、圧力媒体102 の
はみ出し部(ロ)が形成される。そしてアンビル101 に
よるはみ出し部(イ),(ロ)の圧縮は中央の圧力媒体
102 の圧縮に比べ相当大きく、超高圧を発生させようと
してアンビル101 を押進すればする程この比率は大きく
なる。したがって図8に示す従来装置では、アンビル10
1 の加圧力が上記はみ出し部(イ),(ロ)において消
費する損失が極めて大きく、しかもアンビル101 の間隙
部は相当小さいので上記はみ出し部の形成は急速に拡が
り、上記損失は急激に増大する等の欠点があった。
[0003] In general, devices for generating high pressure include a piston cylinder type and an anvil cylinder type.
In each case, an ultra-high pressure generation chamber is formed in the center, a pressure medium such as pyrophyllite is filled in the ultra-high pressure generation chamber, and the pressure medium is compressed by a pressurized anvil to generate an ultra-high pressure. . That is, as shown in FIG. 8, a conventional apparatus of this type surrounds a pressure medium 102 with a plurality of anvils 101 and
An ultra-high pressure generation chamber with a built-in 102
1 is pressed and pushed toward the center, thereby generating an ultra-high pressure. However, when the anvil 101 is pressed and pushed to move from the position shown by the solid line to the position shown by the dotted line, the pressure medium 102 is also compressed as shown by the dotted line from the solid line, and the pressure medium 102 A protruding portion (a) is formed, and if the anvil 101 is further pressed and pushed, this proceeds as shown by a dashed line diagram, and a protruding portion (b) of the pressure medium 102 is formed. The compression of the protruding parts (a) and (b) by the anvil 101 is the central pressure medium.
This ratio is much greater than the compression of 102, and the greater the anvil 101 is pushed to generate an ultra high pressure, the greater this ratio. Therefore, in the conventional apparatus shown in FIG.
The loss caused by the pressing force of 1 in the protruding portions (a) and (b) is extremely large, and the gap portion of the anvil 101 is considerably small, so that the formation of the protruding portion rapidly expands, and the loss increases rapidly. And the like.

【0004】特公昭47−50258 号の超高圧発生装置(従
来例I)は、上記の欠点を解消しようとするもので、図
9に示すように構成されている。201 は加圧アンビル、
202 は固定アンビル、203 はシリンダー(アンビル)
で、該シリンダー203 の上下に加圧アンビル201 と固定
アンビル202 を対向させて配置し、これらで包囲して中
央に葉ろう石等の加圧媒体204 を充填した超高圧発生室
を形成している。205 はピストン体で、上記加圧アンビ
ル201 の加圧面201'内にその加圧面205'を有し該加圧ア
ンビル201 内にほぼ同心に位置して設けられている。20
6 はピストン体205 の圧力シリンダー形成用のプラグで
上記加圧アンビル201 に螺着されている。207 は加圧ア
ンビル201 の圧力シリンダーである。このように従来例
Iでは加圧アンビル201 とピストン体205 とを有し、ま
ず加圧アンビル201 で所定位置まで加圧し、ついでピス
トン体205 で加圧を行うので、加圧アンビル201 による
初期加圧ではみ出した圧力媒体204 は該加圧アンビル20
1 が押進を停止した位置においてガスケットの機能をも
つこととなり、ピストン体205 による次回の加圧時には
前記はみだし部(イ)が拡大されることなく中央の圧力
媒体204 のみが加圧を続けられ、所望の超高圧を発生す
るになる。したがって圧力媒体4のはみ出し部が少くな
り、はみ出し部を圧縮することによる圧力損失を増大さ
せることなく所望の超高圧を得ることができることとな
った。ところで、図8〜9に示す超高圧発生装置のアン
ビルには図10に示すように、アンビル201,202 の頂面や
外錐面の壁面に垂直な力P1,P2 が作用する。このような
外力場にあるアンビル201 ,202にピストン体205 を挿入
するピストン孔206 をピストン体205 の外径よりも大き
く加工した場合、ピストン孔への応力集中によりアンビ
ル201 ,202が破壊してしまうという欠陥がある。
[0004] The ultra-high pressure generator of Japanese Patent Publication No. 47-50258 (conventional example I) is designed to solve the above-mentioned disadvantages and is configured as shown in FIG. 201 is a pressurized anvil,
202 is a fixed anvil, 203 is a cylinder (anvil)
Then, a pressurized anvil 201 and a fixed anvil 202 are arranged above and below the cylinder 203 so as to face each other, and an ultra-high pressure generating chamber filled with a pressurized medium 204 such as pyrophyllite is formed by being surrounded by these. I have. Reference numeral 205 denotes a piston body, which has a pressing surface 205 'in the pressing surface 201' of the pressing anvil 201 and is provided substantially concentrically in the pressing anvil 201. 20
A plug 6 for forming a pressure cylinder of the piston body 205 is screwed to the pressure anvil 201. 207 is a pressure cylinder of the pressure anvil 201. As described above, in Conventional Example I, the pressurizing anvil 201 and the piston body 205 are provided, and the pressurizing anvil 201 first pressurizes to a predetermined position, and then pressurizes with the piston body 205. The pressure medium 204 that has overflowed under pressure is applied to the pressure anvil 20.
1 has the function of a gasket at the position where the pushing is stopped, and at the next pressurization by the piston body 205, only the central pressure medium 204 is continuously pressurized without expanding the protruding portion (a). To produce the desired ultra-high pressure. Therefore, the protruding portion of the pressure medium 4 is reduced, and a desired ultrahigh pressure can be obtained without increasing the pressure loss caused by compressing the protruding portion. By the way, as shown in FIG. 10, forces P1, P2 perpendicular to the top surfaces of the anvils 201, 202 and the wall surfaces of the outer conical surfaces act on the anvil of the ultrahigh pressure generator shown in FIGS. When the piston hole 206 for inserting the piston body 205 into the anvils 201 and 202 in such an external force field is formed larger than the outer diameter of the piston body 205, the anvils 201 and 202 are broken due to stress concentration on the piston holes. There is a defect that it will.

【0005】そこで、特開昭54−21967 号公報記載の従
来例IIでは、ピストン孔径をピストン体の外径よりも若
干小さいか、もしくは等しく設定し、この孔にピストン
体を圧入するようにしている。しかしながら上記従来例
IIのようにした場合、圧縮時に作用する圧力P1,P2の大
きさが異なるときは、図11に示すように、アンビル201
,202が実線の状態から想像線で示すように変形してし
まい、X部のようにピストン孔206 が内側に縮径してし
まい、この結果、ピストン体がアンビルに拘束されるこ
とになる。このことは超高圧発生装置が、ダイヤモンド
等合成用である場合には、駆動力の損失が大きくなり、
ピストン体やアンビルが破壊しやすくなり、さらに、発
生させる超高圧力が不足するという不利益につながる。
また、超高圧発生装置が超高圧下変形特性のテスト装置
であるなら、上記不利益に加えて、ピストン体とピスト
ン孔間の摩擦あるいは拘束力によって、超高圧下にある
試料体の変形に要する力を正確に測定できないという致
命的な欠点となってあらわれる。
Therefore, in the prior art II described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-21967, the piston hole diameter is set to be slightly smaller than or equal to the outer diameter of the piston body, and the piston body is pressed into this hole. I have. However, the above conventional example
In the case of II, if the pressures P1 and P2 acting during compression are different, as shown in FIG.
, 202 are deformed from the solid line as shown by the imaginary line, and the diameter of the piston hole 206 is reduced inward as indicated by the X portion. As a result, the piston body is restrained by the anvil. This means that when the ultra-high pressure generator is used for synthesizing diamond or the like, the loss of driving force increases,
The piston body and the anvil are easily broken, and furthermore, there is a disadvantage that the generated super-high pressure is insufficient.
In addition, if the ultra-high pressure generator is a device for testing the deformation characteristics under ultra-high pressure, in addition to the disadvantages described above, it is necessary for the deformation of the sample under ultra-high pressure due to the friction or binding force between the piston body and the piston hole. It appears as a fatal drawback that the force cannot be measured accurately.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑み、ピストン駆動力の損失が少なく、ピストン体やア
ンビル自体の破壊が生じにくく安全であり、高い圧縮圧
力が得られ、さらにピストン体に作用するピストン孔と
の摩擦力や拘束力を極力低減させ、超高圧下における変
形データを精度よく検出できる超高圧発生装置を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the foregoing, the present invention has low loss of piston driving force, is less likely to cause damage to the piston body and the anvil itself, is safe, can obtain a high compression pressure, and can provide a piston body with a high compression pressure. It is an object of the present invention to provide an ultra-high pressure generator capable of minimizing a frictional force and a restraining force with an acting piston hole and accurately detecting deformation data under an ultra-high pressure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の超高圧発生装置
は、複数個のアンビルで包囲して物質を収納する超高圧
発生室を形成し、前記アンビルの一つに前記超高圧発生
室に向ってピストン孔を形成し、該ピストン孔に外力に
よって超高圧発生室側に移動されるピストン体を挿入し
た超高圧発生装置であって、前記ピストン体が挿入され
たアンビルの先端に、前記ピストン孔と同心の円錐状凹
部を形成すると共に、薄肉かつ軟質材料製であり、その
中心に前記ピストン体を貫通させる孔が形成された円錐
板状の薄肉軟板と、厚肉であり、その中心に前記ピスト
ン体を貫通させる孔が形成され、前記超高圧発生室側面
に円錐状の小凹部が形成された擂鉢体状のアンビル先端
部材とを設け、前記薄肉軟板と前記アンビル先端部材と
を、その順で前記円錐状凹部に嵌挿し、前記アンビル先
端部材の小凹部および孔と前記ピストン体との間に軟質
物質を介在させていることを特徴とする。上記発明にお
いては、アンビル先端部材の孔が、ピストン体の外径よ
り大きい内径であることが好ましい。
According to the present invention, there is provided an ultra-high pressure generating apparatus, wherein an ultra-high pressure generating chamber for containing a substance is formed by being surrounded by a plurality of anvils. An ultra-high pressure generator having a piston hole formed therein, the piston body being moved to the ultra-high pressure generation chamber side by an external force into the piston hole, wherein the piston is inserted into a tip of an anvil into which the piston body is inserted. A conical concave portion concentric with the hole is formed, and is formed of a thin and soft material.The conical plate-shaped thin soft plate having a hole formed in the center thereof for penetrating the piston body. A mortar-shaped anvil tip member provided with a hole through which the piston body penetrates, and a conical small recess formed on the side of the ultrahigh-pressure generation chamber, wherein the thin soft plate and the anvil tip member are provided. , In that order Fitted into the conical recess, characterized in that it is interposed soft material between the small recesses and holes of the anvil tip member and the piston member. In the above invention, it is preferable that the hole of the anvil tip member has an inner diameter larger than the outer diameter of the piston body.

【0008】[0008]

【作用】本発明において加圧時には、アンビル先端部材
は軟質物質により外面をほぼ包囲され、また薄肉軟板を
介してアンビルの円錐状凹部と接しているため、均一な
力をアンビルから受ける。したがって、アンビル先端部
材は、いずれの面においても圧縮力を受けるため凝静水
圧的な応力場となり破損が生じにくくなる。また、アン
ビルもアンビル先端部材から受ける力と先端部外錐面に
作用する圧力とが互いに対向して圧縮し合うので擬静水
圧的な応力場となり、破損が生じにくくなる。さらに、
本発明においてはピストン体に作用する摩擦力ないし拘
束力を大きく低減できる。すなわち、アンビル先端部材
は加圧時の圧力によってアンビルの円錐状凹部内に押し
込まれクサビとして作用する。このときアンビル先端部
材の底錐面とアンビルの円錐状凹部の内錐面とは傾斜面
であるので、押込み力は前記内錐面に垂直、すなわちピ
ストン孔を広げる方向に働く。このクサビ作用による力
が、アンビルの先端部外錐面に働く力に対向するので、
アンビル中心に形成されたピストン孔の縮径を低減する
ことができる。このためピストン体に作用する摩擦力も
大きくならない。よって、ピストン駆動力の摩擦等によ
る損失が少なく、超高圧下における試料体の変形に関す
るデータを正確に検出することができる。そして、アン
ビル先端部材の孔をピストン体の外径より大きくしたと
きは、その孔とピストン体との間にも軟質物質が存する
ことになり、ピストン体は軟質物質に対して摺動するた
め摩擦力がさらに低減し安定した動作が可能となる。し
たがって、さらに正確な変形データを検出することがで
きる。
According to the present invention, when pressurized, the anvil tip member is substantially surrounded by a soft substance and is in contact with the conical recess of the anvil through a thin soft plate, so that a uniform force is received from the anvil. Therefore, since the anvil tip member receives a compressive force on any surface, it becomes a hydrostatic stress field and is less likely to be damaged. The anvil also has a pseudohydrostatic stress field because the force received from the anvil tip member and the pressure acting on the outer cone of the tip part oppose each other and compress, so that damage is less likely to occur. further,
In the present invention, the frictional force or the restraining force acting on the piston body can be greatly reduced. That is, the anvil tip member is pushed into the conical recess of the anvil by the pressure at the time of pressurization and acts as a wedge. At this time, since the bottom conical surface of the anvil tip member and the inner conical surface of the conical concave portion of the anvil are inclined surfaces, the pushing force acts in a direction perpendicular to the inner conical surface, that is, in a direction to expand the piston hole. Since the force due to this wedge action opposes the force acting on the outer cone of the tip of the anvil,
The diameter of the piston hole formed at the center of the anvil can be reduced. Therefore, the frictional force acting on the piston body does not increase. Therefore, the loss of the piston driving force due to friction or the like is small, and the data relating to the deformation of the sample under ultra-high pressure can be accurately detected. When the hole of the anvil tip member is made larger than the outer diameter of the piston body, a soft substance also exists between the hole and the piston body, and the piston body slides against the soft substance, so that friction occurs. The force is further reduced and stable operation is possible. Therefore, more accurate deformation data can be detected.

【0009】[0009]

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図1は本発明の一実施例に係わる超高圧発生装置の
アンビル構造を示す断面図、図2は図1の上部アンビル
構造の分解斜視図、図3は本発明に係わるアンビル構造
の利点の説明図、図4は超高圧発生装置の全体図、図5
は上下アンビル,サイドアンビルの部分斜視図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an anvil structure of an ultra-high pressure generator according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of an upper anvil structure of FIG. 1, and FIG. 3 explains advantages of the anvil structure according to the present invention. FIG. 4 is an overall view of the ultra-high pressure generator, and FIG.
Is a partial perspective view of the upper and lower anvils and side anvils.

【0010】まず、超高圧発生装置の全体構成を図4〜
5に基づき説明しておくと、1は上部アンビル、2は下
部アンビルで、これら上下一対のアンビル1、2はいず
れも先細の四角錐台状の先端部を有し、その先端部の端
面が対向するように配置されている。3は前記アンビル
1,2の中間位置に配設されたサイドアンビルで、上記
アンビル1、2と同様に、先細の四角錐台状の先端部を
有している。そして、アンビル3は前後左右に配設され
(図5において前方のサイドアンビルは図示省略)、そ
れらの先端部の端面と前記上下一対のアンビル1,2の
先端部の端面とで被圧縮物を入れる空間である超高圧発
生室4が形成される。5は後述するピストン体8を駆動
する上部ラム、6は前記下部アンビル2を駆動する下部
ラムである。そして前記一対のアンビル1,2、上下一
対のラム5、6はそれぞれ軸線yに中心を合わせ共軸的
にプレスフレーム7に取付けられている。また、前記一
対のアンビル1,2のいずれか一方、図示の例では上部
アンビル1に前記軸線yと同心にピストン孔を形成し、
ピストン体8を挿入している。前記サイドアンビル3は
図示しないラム等の加圧装置により、超高圧発生室4に
入れられた被圧縮物45を加圧することができると共に、
下部アンビル2がラム6によって移動する量の半分だけ
上昇および中心方向に移動する構成となっている。
First, the overall configuration of the ultra-high pressure generator is shown in FIGS.
Explaining based on 5, 1 is an upper anvil, 2 is a lower anvil, and each of the pair of upper and lower anvils 1 and 2 has a tapered truncated pyramid-shaped tip, and the end face of the tip is They are arranged to face each other. Reference numeral 3 denotes a side anvil disposed at an intermediate position between the anvils 1 and 2, similarly to the anvils 1 and 2, having a tapered quadrangular pyramid-shaped tip. The anvils 3 are disposed in the front, rear, left and right directions (the front side anvil is not shown in FIG. 5), and the object to be compressed is held between the end surfaces of the front end portions and the front end portions of the pair of upper and lower anvils 1 and 2. An ultra-high pressure generation chamber 4 which is a space to be inserted is formed. Reference numeral 5 denotes an upper ram for driving a piston body 8 described later, and reference numeral 6 denotes a lower ram for driving the lower anvil 2. The pair of anvils 1 and 2 and the pair of upper and lower rams 5 and 6 are coaxially attached to the press frame 7 with their centers aligned with the axis y. In addition, a piston hole is formed in one of the pair of anvils 1 and 2 and, in the illustrated example, in the upper anvil 1 concentrically with the axis y.
The piston body 8 is inserted. The side anvil 3 can pressurize the compressed object 45 put in the ultrahigh pressure generation chamber 4 by a pressurizing device such as a ram (not shown),
The lower anvil 2 is configured to move up and move toward the center by half of the amount moved by the ram 6.

【0011】上記のピストン体8を有する上部アンビル
1のアンビル構造を、図1〜2に基づき詳述する。アン
ビル1の先端部は先端が平面状になった四角錐台形で、
外錐面の斜面部11と頭部12を有している。また、軸線y
と同心に前記ピストン孔9が穿孔されており、そのピス
トン孔9と同心に円錐状凹部13が前記頭部12から掘り下
げるように形成されている。そして、円錐状凹部13の底
部にはピストン孔9と同心の縮径孔部14が形成されてい
る。
The anvil structure of the upper anvil 1 having the piston body 8 will be described in detail with reference to FIGS. The tip of the anvil 1 is a truncated square pyramid with a flat tip.
It has a slope 11 and a head 12 of an outer conical surface. Also, the axis y
The piston hole 9 is formed concentrically with the piston hole 9, and a conical recess 13 is formed concentrically with the piston hole 9 so as to be dug down from the head 12. In the bottom of the conical recess 13, a diameter-reducing hole 14 concentric with the piston hole 9 is formed.

【0012】20は薄肉軟板で、鉛などの軟質材料からな
る薄肉の円錐板である。この薄肉軟板20は前記円錐状凹
部13の内錐面に沿う大きさの形状を有し、その底部中心
には前記ピストン体8を通す孔21が形成されている。30
はアンビル先端部材で、アンビル1,2と同様の超硬合
金や焼結ダイヤモンド等で作製された、厚肉の擂鉢体で
ある。このアンビル先端部材30は、前記薄肉軟板20の内
側に嵌る大きさの形状を有し、その底部中心には前記ピ
ストン体8の外径より大きい内径の孔31が形成されてい
る。また、その上面には、孔31と同心の円錐状の小凹部
32が形成されている。そして、このアンビル先端部材30
の外錐面33と内錐面34は平行である。
Reference numeral 20 denotes a thin soft plate, which is a thin conical plate made of a soft material such as lead. The thin soft plate 20 has a size along the inner conical surface of the conical recess 13, and a hole 21 through which the piston body 8 passes is formed at the bottom center. 30
Reference numeral denotes an anvil tip member, which is a thick-walled mortar made of the same hard metal or sintered diamond as the anvils 1 and 2. The anvil tip member 30 has a shape large enough to fit inside the thin soft plate 20, and a hole 31 having an inner diameter larger than the outer diameter of the piston body 8 is formed at the bottom center. On its upper surface, a conical small recess concentric with the hole 31 is provided.
32 are formed. And this anvil tip member 30
The outer conical surface 33 and the inner conical surface 34 are parallel.

【0013】前記薄肉軟板20とアンビル先端部材30は、
その順でアンビル1の円錐状凹部13に嵌められる。そし
て、アンビル先端部材30と薄肉軟板20の孔31,21 にピス
トン体8を貫通させた状態で、アンビル先端部材30の小
凹部32とピストン体8との間および孔31とピストン体8
との間に鉛などの軟質物質40が詰め込まれる。
The thin soft plate 20 and the anvil tip member 30 are
In that order, it is fitted into the conical recess 13 of the anvil 1. Then, with the piston body 8 penetrating the holes 31 and 21 of the anvil tip member 30 and the thin soft plate 20, the gap between the small recess 32 of the anvil tip member 30 and the piston body 8 and the hole 31 and the piston body 8
Is filled with a soft substance 40 such as lead.

【0014】上記に説明した本発明の超高圧発生装置
は、超高圧発生室4の物質を上下一対のアンビル1,2
で加圧し、さらにピストン体8を突入させて超高圧状態
に加圧して、ダイヤモンドや立方晶窒化ほう素等を合成
したり、あるいはピストン体8突入時の物質の変形特性
をテストするのに用いられる。そして上記のごとき物質
合成あるいは変形特性テストにおいて、超高圧発生室4
に被加圧物質45(試料)を入れアンビル1,2,3とで
加圧したとき、本装置のアンビル構造には図1に示すよ
うな力が作用する。すなわち、アンビル1の頭部12とア
ンビル先端部材30の頂面と小凹部32内の軟質物質40に垂
直に力P1が作用し、アンビル1とアンビル3の斜面部11
に圧力媒体がはみ出すことになり、アンビル1の斜面部
11に垂直に力P2が作用する。
The ultrahigh-pressure generator of the present invention described above uses a pair of upper and lower anvils 1 and 2
And then press the piston body 8 into the super high pressure state to synthesize diamond or cubic boron nitride, or to test the deformation characteristics of the substance when the piston body 8 enters. Can be In the material synthesis or deformation characteristic test as described above, the ultrahigh pressure generation chamber 4
When a substance to be pressurized 45 (sample) is put into the apparatus and pressurized by the anvils 1, 2 and 3, a force as shown in FIG. 1 acts on the anvil structure of the apparatus. That is, the force P1 acts vertically on the head 12 of the anvil 1, the top surface of the anvil tip member 30, and the soft substance 40 in the small recess 32, and the slope 11 of the anvil 1 and the anvil 3
The pressure medium will protrude into the slope of the anvil 1
A force P2 acts on 11 perpendicularly.

【0015】このとき上記構造に基づき、つぎの作用効
果を奏する。本装置において加圧時には、アンビル先端
部材30は軟質物質40により外面をほぼ包囲され、また薄
肉軟板20を介してアンビル1の円錐状凹部13と接してい
るため、均一な力をアンビル1から受ける。したがっ
て、アンビル先端部材30は、いずれの面においても圧縮
力を受けるため凝静水圧的な応力場となり破損が生じに
くくなる。また、アンビル1の先端部もアンビル先端部
材30から受ける力と斜面部11に作用する圧力P2とが互い
に対向して圧縮し合うので擬静水圧的な応力場となり、
破損が生じにくくなる。
At this time, the following functions and effects are obtained based on the above structure. At the time of pressurization in the present apparatus, the anvil tip member 30 is substantially surrounded on the outer surface by the soft substance 40, and is in contact with the conical recess 13 of the anvil 1 through the thin soft plate 20, so that a uniform force is applied from the anvil 1 receive. Therefore, the anvil tip member 30 receives a compressive force on any surface, so that it becomes a hydrostatic stress field and is less likely to break. In addition, the distal end of the anvil 1 also becomes a quasi-hydrostatic stress field because the force received from the anvil distal member 30 and the pressure P2 acting on the slope 11 oppose each other and compress.
Breakage is less likely to occur.

【0016】さらに、本装置においてはピストン体8に
作用する摩擦力ないし拘束力を大きく低減できる。すな
わち、アンビル先端部材30は加圧時の圧力によってアン
ビル1の円錐状凹部13内に押し込まれクサビとして作用
する。このときアンビル先端部材30の底錐面とアンビル
1の円錐状凹部13の内錐面15とは傾斜面であるので、押
込み力P4は図3に示すように前記内錐面15に垂直、すな
わちピストン孔9を広げる方向に働く。このクサビ作用
による力P4が、アンビル1の先端部外錐面である斜面部
11に働く力P2に対向して作用するので、アンビル1中心
に形成されたピストン孔9の縮径を低減することができ
る。このためピストン体8に作用する摩擦力も大きくな
らない。また、ピストン体8は図1に示すように軟質物
質40に接触した状態で摺動するため摩擦力がさらに低減
し安定した動作が可能となる。よって、ピストン駆動力
の摩擦等による損失が少なく、超高圧下における試料体
の変形に要するデータを正確に検出することができる。
Further, in the present device, the frictional force or restraining force acting on the piston body 8 can be greatly reduced. That is, the anvil tip member 30 is pushed into the conical recess 13 of the anvil 1 by the pressure at the time of pressurization, and acts as a wedge. At this time, since the bottom conical surface of the anvil tip member 30 and the inner conical surface 15 of the conical recess 13 of the anvil 1 are inclined surfaces, the pushing force P4 is perpendicular to the inner conical surface 15, as shown in FIG. It works in the direction of expanding the piston hole 9. The force P4 due to this wedge action is applied to the slope of the outer cone of the tip of the anvil 1.
Since it acts opposite to the force P2 acting on 11, the diameter of the piston hole 9 formed at the center of the anvil 1 can be reduced. Therefore, the frictional force acting on the piston body 8 does not increase. In addition, since the piston body 8 slides in contact with the soft substance 40 as shown in FIG. 1, the frictional force is further reduced, and stable operation is possible. Therefore, loss due to friction or the like of the piston driving force is small, and data required for deformation of the sample body under ultra-high pressure can be accurately detected.

【0017】次に、本装置による超高圧下変形特性の試
験要領を図6に基づき説明する。まず、シリンダ3の超
高圧発生室4に試料体を入れ、下部ラム2を作動させて
目的の超高圧を試料体に発生させる(符号a参照)。つ
ぎに上部ラム5の圧力をピストン体8が作動開始するま
で昇圧する(符号b参照)。そして、上部ラム5の圧力
をピストン体8が作動開始した時点の状態で保持しつつ
ピストン体8の動作が停止した時点(符号c参照)で逆
に減圧開始する。再びピストン体8が動き始めた時点
(符号d参照)で上部ラム5の減圧を停止し圧力保持す
る。さらにピストン体8の動作が停止した時点(符号e
参照)で、下部ラム6と上部ラム5の圧力を減圧すると
テストを完了する。
Next, the procedure for testing the deformation characteristics under ultra-high pressure using this apparatus will be described with reference to FIG. First, a sample is placed in the ultrahigh-pressure generating chamber 4 of the cylinder 3 and the lower ram 2 is operated to generate a target ultrahigh pressure on the sample (see reference symbol a). Next, the pressure of the upper ram 5 is increased until the piston body 8 starts operating (see reference numeral b). Then, while maintaining the pressure of the upper ram 5 in the state at the time when the piston body 8 starts operating, the pressure reduction starts when the operation of the piston body 8 is stopped (see reference sign c). When the piston body 8 starts moving again (see the symbol d), the pressure reduction of the upper ram 5 is stopped and the pressure is maintained. Further, when the operation of the piston body 8 stops (symbol e)
The test is completed when the pressure of the lower ram 6 and the upper ram 5 is reduced.

【0018】このテスト中にピストン体8の動作に必要
な圧力Pi,Pfを測定すると試料体の超高圧下における変
形抵抗を求めることができる。そして上記の圧力Pi,Pf
を測定するに際し、本装置では既述のごとくピストン体
8の駆動時に発生する摩擦や拘束力がほぼゼロに等しい
ので、誤差が少なく正確な変形特性の測定が可能とな
る。また、上記の実験を行う場合にはピストン体8の駆
動時に上部アンビル1が高圧を保持した状態であるが、
前記の理由により、アンビル1もアンビル先端部30もピ
ストン体8も、本装置では破壊しにくいのである。
If the pressures Pi and Pf required for the operation of the piston body 8 during this test are measured, the deformation resistance of the sample body under an extremely high pressure can be obtained. And the above pressures Pi, Pf
As described above, in the present apparatus, the friction and the restraining force generated when driving the piston body 8 are almost equal to zero, so that accurate measurement of the deformation characteristics with few errors becomes possible. When the above experiment is performed, the upper anvil 1 is kept at a high pressure when the piston body 8 is driven.
For the reasons described above, the anvil 1, the anvil tip 30 and the piston body 8 are not easily broken by the present apparatus.

【0019】つぎに、本発明の他の実施例を説明する。
なお、前記実施例では、上下アンビル1,2および4つ
のアンビル3で構成された超高圧発生装置について説明
したが、図7に示すように、先細りの円錐台状の先端部
を有する上下一対のアンビル51,52間に、中央部に孔54
を有する中空アンビル(中空シリンダー)53が配設され
た超高圧発生装置にも適用できる。中空アンビル(中空
シリンダー)53には、アンビル51,52に形成された円錐
台状の先端部に対応する円錐状の凹溝が上下に設けられ
ている。要するに、本発明は、複数個のアンビルで包囲
して物質を収納する超高圧発生室を有する超高圧発生装
置において、前記アンビルの一つにピストン孔が形成さ
れ、その孔にピストン体が挿入されており、そのピスト
ン孔の超高圧発生室側端部に円錐状凹部が形成されてお
り、さらにその円錐状凹部に、薄肉軟板20,アンビル先
端部材30,軟質物質40が介装されていればよいのであ
る。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, the description has been given of the ultrahigh-pressure generating device constituted by the upper and lower anvils 1 and 2 and the four anvils 3. However, as shown in FIG. 7, a pair of upper and lower having a tapered frustoconical tip is provided. Hole 54 in the center between anvils 51 and 52
The present invention can also be applied to an ultra-high pressure generator provided with a hollow anvil (hollow cylinder) 53 having The hollow anvil (hollow cylinder) 53 is provided with upper and lower conical grooves corresponding to the truncated cone-shaped tips formed on the anvils 51 and 52. In short, the present invention relates to an ultrahigh-pressure generator having an ultrahigh-pressure generation chamber for storing a substance surrounded by a plurality of anvils, wherein a piston hole is formed in one of the anvils, and a piston body is inserted into the hole. A conical recess is formed at the end of the piston hole on the side of the ultrahigh pressure generation chamber, and a thin soft plate 20, an anvil tip member 30, and a soft substance 40 are interposed in the conical recess. I just need to.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、ピストン駆動力の損失
が少なく、ピストンやアンビルの破壊が生じにくく安全
であり、高い圧縮圧力が得られ、さらにピストンに作用
するアンビルとの摩擦力や拘束力を極力低減させ、超高
圧下における変形データを精度よく検出することができ
る。
According to the present invention, the loss of the piston driving force is small, the piston and the anvil are less likely to be destroyed, the piston and the anvil are safe, a high compression pressure is obtained, and the frictional force and the restraint with the anvil acting on the piston are obtained. The force can be reduced as much as possible, and the deformation data under ultra-high pressure can be detected with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係わる超高圧発生装置のア
ンビル構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an anvil structure of an ultra-high pressure generator according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のアンビル構造の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the anvil structure of FIG.

【図3】本発明に係わるアンビル構造の利点の説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory view of an advantage of the anvil structure according to the present invention.

【図4】超高圧発生装置の全体図である。FIG. 4 is an overall view of an extra-high pressure generator.

【図5】図4のアンビル構造の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the anvil structure of FIG. 4;

【図6】超高圧下変形特性試験の要領説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a procedure of a deformation characteristic test under ultra-high pressure.

【図7】本発明の他の実施例に係わる超高圧発生装置の
アンビル構造の斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of an anvil structure of an ultra-high pressure generator according to another embodiment of the present invention.

【図8】ピストンを有しないアンビルを用いた従来技術
の問題点の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a problem of the related art using an anvil having no piston.

【図9】ピストンを有するアンビルを用いた従来技術I
の構造説明図である。
FIG. 9 shows a prior art I using an anvil having a piston.
FIG.

【図10】図7の従来技術Iのアンビル構造に作用する
力の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a force acting on the anvil structure of the conventional technology I of FIG. 7;

【図11】図7の従来技術Iの問題点の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a problem of the prior art I of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上部アンビル 2 下部アンビ
ル 3 サイドアンビル 4 超高圧発生
室 5 上部ラム 6 下部ラム 8 ピストン体 9 ピストン孔 11 斜面部 20 薄肉軟板 30 アンビル先端部材 40 軟質物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper anvil 2 Lower anvil 3 Side anvil 4 Ultra high pressure generating chamber 5 Upper ram 6 Lower ram 8 Piston body 9 Piston hole 11 Slope section 20 Thin soft plate 30 Anvil tip member 40 Soft material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G01N 3/08 G01N 3/08 19/00 19/00 Z (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 3/06 G01N 3/00 - 3/62 C30B 28/00 - 35/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI G01N 3/08 G01N 3/08 19/00 19/00 Z (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) B01J 3/06 G01N 3/00-3/62 C30B 28/00-35/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数個のアンビルで包囲して物質を収納す
る超高圧発生室を形成し、前記アンビルの一つに前記超
高圧発生室に向ってピストン孔を形成し、該ピストン孔
に外力によって超高圧発生室側に移動されるピストン体
を挿入した超高圧発生装置であって、前記ピストン体が
挿入されたアンビルの先端に、前記ピストン孔と同心の
円錐状凹部を形成すると共に、薄肉かつ軟質材料製であ
り、その中心に前記ピストン体を貫通させる孔が形成さ
れた円錐板状の薄肉軟板と、厚肉であり、その中心に前
記ピストン体を貫通させる孔が形成され、前記超高圧発
生室側面に円錐状の小凹部が形成された擂鉢体状のアン
ビル先端部材とを設け、前記薄肉軟板と前記アンビル先
端部材とを、その順で前記円錐状凹部に嵌挿し,前記ア
ンビル先端部材の小凹部および孔と前記ピストン体との
間に軟質物質を介在させていることを特徴とする超高圧
発生装置。
An ultrahigh pressure generation chamber for containing a substance surrounded by a plurality of anvils is formed, a piston hole is formed in one of the anvils toward the ultrahigh pressure generation chamber, and an external force is applied to the piston hole. An ultra-high pressure generating apparatus, wherein a piston body moved toward the ultra-high pressure generation chamber side is inserted, wherein a conical recess concentric with the piston hole is formed at the tip of the anvil into which the piston body has been inserted, and a thin wall is formed. And made of a soft material, a conical plate-shaped thin soft plate having a hole formed at the center thereof and a hole through which the piston body is formed, and a thick wall having a hole formed at the center thereof and penetrating the piston body, A mortar-shaped anvil tip member having a conical small recess formed on the side surface of the ultrahigh pressure generation chamber is provided, and the thin soft plate and the anvil tip member are inserted into the conical recess in this order. Of the anvil tip Ultra high pressure generating apparatus, characterized in that it is interposed soft material between the recesses and holes with the piston body.
【請求項2】前記アンビル先端部材の孔が、ピストン体
の外径より大きい内径である請求項1記載の超高圧発生
装置。
2. The ultra-high pressure generator according to claim 1, wherein the hole of the anvil tip member has an inner diameter larger than the outer diameter of the piston body.
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