JP4008543B2

JP4008543B2 - 流体圧処理装置

Info

Publication number: JP4008543B2
Application number: JP24310897A
Authority: JP
Inventors: 隆男藤川; 成川　　裕; 格増岡; 由彦坂下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2017-09-08
Also published as: JPH1183337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ガス等の流体の圧力を利用して、被処理体（固体材料）の、成形、焼結もしくは反応等の処理を行う装置、たとえば熱間（又は冷間あるいは温間）等方圧プレス装置、加圧焼結炉、炭酸ガス超臨界処理装置等に関するものであり、特に、装置の小型化や操作性に優れた装置の本体の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス圧等の流体圧を利用して種々の部材、材料を処理する技術としては、熱間等方圧プレス法（ＨＩＰ法）、又は、窒化ケイ素セラミックスでは１０〜数１０気圧の窒素ガス雰囲気下で焼結を行うガス加圧焼結法等が、工業的に用いられている。また、この他、ＩＩＩ−Ｖ類やＩＩ−ＶＩ類の化合物半導体の単結晶の製造では、これら半導体材料の成分元素が高蒸気圧であることが多く、高圧ガスの圧力を利用してこれらの蒸気の発生を抑制したり、制御しつつ単結晶成長を行う方法が用いられている。
【０００３】
この中で、最も圧力範囲も広く、汎用的に用いられているＨＩＰ法では、一度に処理される被処理体の量が１トンを越えるようなことも多く、被処理体の装置（ＨＩＰ装置）への装入や取り出しにも多くの工夫がされてきている。特に、ＨＩＰ法の場合、圧力が１０００〜３０００Ｋｇｆ／ｃｍ²と高いため、高圧容器の円筒胴部の肉厚が厚くて大重量となることから、高圧容器の上蓋もしくは下蓋をはずして被処理体を出し入れする方法が一般的である。
【０００４】
図４は、高圧容器３１の上蓋３２を取り外して、被処理体３３さらには高圧容器３１内部の電気炉３４も上方に取り出す装置の例（特開昭６３−４１７８７号公報参照）を示している。
また、図５は特開昭６３−４１７８７号公報で提案されている下蓋３６を取り外して、下蓋３６とともに被処理体３３を下方に取り出す方式のＨＩＰ装置の例を示したもので、「下蓋３６を開閉するための下蓋昇降装置３７と、高圧容器本体３８の下端開口部３９から高圧容器本体３８の内部に、取り出し可能に収納されていて、下蓋３６が下端開口部３９側に装着された際に、下蓋３６上面に支持されて高圧容器本体３８の内部に配置される断熱フード４０と、その内側に配置されたヒーター４１と、高圧容器３１下端部に半径方向に進退自在に設けられて下蓋３６が開けられる際に半径方向内側に進出して前記断熱フード４０を高圧容器本体３８の内部に収納した状態でその下端部を支持するとともに、下蓋３６が閉じられるに際して半径方向外側に後退することにより、下蓋３６の、下端開口部３９側への装着を許容する支持部材４２と、下蓋３６の昇降動作によってヒーター４１側と電力供給側とを分離・接続可能とするコネクタ４３とを具備した装置」が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、装置のコンパクト化による設置スペースや高さの低減が重要となりつつあるが、前記の従来技術では、必ずしも十分な配慮がなされていない。すなわち、図４に示された上方取り出し形の装置では、被処理体３３を出し入れする際には、毎回クレーンのフック４４で被処理体３３を吊り上げる必要があり、装置の真上を通過する位置にクレーンが来ることが不可欠であり、そのような高さのクレーンを設置できるだけの建屋の高さが必要となる。
【０００６】
また、図５に示された下方取り出し方式のＨＩＰ装置の場合には、図にも示されたような下蓋３６と被処理体３３とを同時に高圧容器３１の下方で昇降するための昇降装置３７が必要で、このために高圧容器３１の下方に油圧シリンダ等が設置される。高圧容器３１を床面のすぐ上に設置して建屋を低くするような設置法がとられることが多いが、この場合、前記の昇降装置３７や下蓋３６の上に載置された被処理体３３を後処理のために側方に移動するために必要な台車４５等はピットを掘って地下に納めることとなる。
【０００７】
いずれにしても装置全体として必要な高さが非常に大きくなるのが大きな問題点である。
さらに、近年、ＨＩＰ処理費用の低減すなわち稼働率を上げて生産性を高める要求も強く、装置の保守等に要する時間を極力短くすることも要請されている。前記の従来技術では、ヒータ（加熱装置）と断熱フード（断熱構造体）を一緒に取り出すような構造となっており、ヒータのみを高圧容器の外部に取り出すような配慮がなされていない。モジュラー方式と称して、被処理体とヒータや断熱構造体一体的に高圧容器から取り出すことも可能な構造の装置もあるが、その他の場合で、断熱フードとヒータとを取り出す場合は、ヒータのエレメントや電気絶縁部材が損傷した際のいわゆる装置保守時である。実際には、断熱フードが損傷することは極めてまれであるにもかかわらず、ヒータ関係の損傷を直すために、ヒータと断熱フードとを一体的に取り出さざるをえない。この場合、さらに、ＨＩＰ装置の外部でヒータと断熱フードを分離する作業はクレーン等の設備を必要とするほか余分な時間が必要である。このように、従来技術は、保守のために、かなりの時間を要するという欠点を持っている。
【０００８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて、主として装置全体の高さ方向のコンパクト化を図った流体圧処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が前記目的を達成すために講じた技術的手段は、被処理体２の側方周囲及び上方を覆う高圧容器本体３と、この高圧容器本体３の下端開口を閉塞する下蓋４とを備えて構成された高圧容器１を設け、この高圧容器１内で、流体圧力を利用して、被処理体２の処理を行うようにした流体圧処理装置において、被処理体２を高圧容器１に対して出し入れすべく、高圧容器本体３を下蓋４に対して昇降させる昇降手段５を設け、この昇降手段５を高圧容器本体３の側方に備え、高圧容器１内部の流体圧力により発生する上下方向の荷重を支持する複数のプレスフレーム２３を備え、このプレスフレーム２３間に昇降手段５を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、下蓋４を高圧容器本体３の真下から側方に移動させる移送手段２１，２２を備えたことも特徴とする。
【００１１】
また、高圧容器本体３内部に電気炉９が組み込まれると共に、高圧容器本体３外部に水冷用ジャケット１０が装着され、これら電気炉９および水冷用ジャケット１０が高圧容器本体３と一体的に昇降する構造であることも特徴とする。
また、電気炉９の加熱装置１２が、高圧容器本体３内に該高圧容器本体３下端開口を介して挿脱自在であると共に高圧容器本体３の下端部近傍にて着脱自在に設けられていると共に、電力供給源側と電気炉９側とを接続するコネクタ１５の一方１５Ａが下蓋４に、他方１５Ｂが高圧容器本体３に設けられ、高圧容器本体３の昇降動作によって、コネクタ１５が分離・接続自在に構成されていることも特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
図１〜図３に本発明を低圧のＨＩＰ装置に適用した例を示す。図１において、１は、その内部（処理室）で高圧のガス圧力を利用して被処理体２の成形・焼結等の処理を行う高圧容器で、高圧容器本体３と下蓋４とから主構成されており、前記高圧容器本体３は被処理体２の出し入れを行うべく、図２にも示すように、昇降手段５によって下蓋４に対して昇降自在とされている。
【００１３】
高圧容器本体３は、被処理体２の側方周囲を覆う上下方向の軸心を有する円筒状の胴部３Ａと、この胴部３Ａの上端開口を閉塞して被処理体２の上方を覆う上壁部３Ｂと、胴部３Ａの下端側にシール材６を介して内嵌されると共に着脱自在に取付固定された密封リング７とから下端開口状に形成されている。
なお、胴部３Ａの上端を開口状として、この上端開口を上蓋によって閉塞するように構成してもよい。
【００１４】
前記密封リング７の下面にはシール材８が設けられており、密封リング７下面は、このシール材８を介して下蓋４上面に接当されており、これによって、高圧容器本体３の下端開口が下蓋４によって開閉自在に閉塞される。
前記高圧容器本体３の内部には電気炉９が組み込まれており、高圧容器本体３の外部には、内部の電気炉９で発生した熱を放散させるための水冷用ジャケット１０が装着されている。
【００１５】
前記電気炉９は、被処理体２の側方周囲および上方を覆う断熱構造体１１と、この断熱構造体１１の内部側に、処理体２の側方周囲を覆うように配置された加熱装置１２とから主構成されている。また、この電気炉９は高圧容器本体３の胴部３Ａ内に下端側から挿入され、密封リング７によって胴部３Ａから抜止め保持されており、したがって、図１及び図２に示すように、昇降手段５により高圧容器本体３を昇降させる時に、電気炉９は高圧容器本体３と一体的に昇降する。また、高圧容器本体３を上昇させて、密封リング７を取り外すことによって、又は、密封リング７が胴部３Ａから離反可能な状態で高圧容器本体３を上昇させることによって、電気炉９を高圧容器本体３の下方側に取り外すことができる。
【００１６】
なお、密封リング７を下蓋４側に一体又は別体で設けるようにしてもよいが、その場合、高圧容器本体３の胴部３Ａ下端側に電気炉９を保持するクランプ機構等が必要とされ、その際、断熱構造体１１と加熱装置１２とをそれぞれ独立して胴部３Ａ内に下方から挿入可能とすると共に、クランプ機構のクランプ部材を胴部３Ａ内面側から径方向内方に出退自在に２段階に突出させるよう構成し、クランプ部材を１段階突出させた状態で断熱構造体１１を受持してこれを保持可能とし、この状態からクランプ部材をさらに１段階突出させた状態で断熱構造体１１と共に加熱装置１２を受持してこれらを保持可能とするように構成することによって、高圧容器本体３を上昇させて、クランプ部材を１段階引っ込めることによって、又は、クランプ部材を１段階引っ込めた状態で高圧容器本体３を上昇させることによって、加熱装置１２を単独で高圧容器本体３から外部へ取り出すことが容易にでき、加熱装置１２のヒータエレメントの補修や付着物の除去作業が簡単且つ短時間で行える。
【００１７】
前記下蓋４上には、遮熱性を有する試料台１３が載置され、この試料台１３上に被処理体２が載置される。また、下蓋４には、電力供給源に接続されたリード線１４が設けられ、このリード線１４と加熱装置１２側とはコネクタ１５によって断接自在に接続され、コネクタ１５の一方（雌側）１５Ａは下蓋４に取付固定され、コネクタ１５の他方（雄側）１５Ｂは電気炉９側に取付固定されており、図２に示すように、高圧容器本体３を上昇させることによって、コネクタ１５が分離して加熱装置１２への電力供給が遮断され、図１に示すように、高圧容器本体３を下降させて下蓋４に接当させることによって、コネクタ１５が接続されて加熱装置１２への電力供給が可能とされる。
【００１８】
なお、高圧容器本体３側に設けられる、測温等のための検出器等と、下蓋４側に配線されるリード線とを断接自在に接続するコネクタも前記コネクタ１５と同様の構成とされる。
また、下蓋４には、高圧ガスを供給もしくは回収・放出するための高圧ガス導入孔１６が設けられており、この高圧ガス導入孔１６は高圧配管１７によりガス供給源に接続され、高圧配管１７は高圧容器１近傍において、高圧ガスクィックカップリング１８によって、断接自在とされており、このカップリング１８により高圧ガスの高圧容器１内への供給排出回路は接続・遮断が自在である。
【００１９】
前記昇降手段５は油圧（又は空圧）シリンダ等のアクチュエータによって構成され、高圧容器本体３の径方向両側方に一対設けられている。この昇降手段５は上下方向に配置されていて、高圧容器本体３と略同高さに形成され、シリンダチューブ５Ａはシリンダ架台１９に固定され、ピストンロッド５Ｂは上方に向けて出退自在に突出可能とされている。ピストンロッド５Ｂの先端側は桁部材２０に固定され、この桁部材２０は高圧容器本体３の上部に固定されている。したがって、ピストンロッド５Ｂを出退させることによって、高圧容器本体３が下蓋４に対して昇降される。
【００２０】
図１〜図３に示すように、高圧容器１の下方側には、該容器１の真下から一側方に延びる一対のレール２１が敷設され、このレール２１上には下蓋搬送台車２２が走行可能とされている。一方、下蓋４は、シリンダ架台１９等に仮固定されており、高圧容器本体３を上昇させ、高圧ガスクィックカップリング１８を分離し、下蓋４を下蓋搬送台車２２上に移すことによって、下蓋４および被処理体２を高圧容器本体３の真下から側方に移動させることが可能とされている。したがって、レール２１及び下蓋搬送台車２２によって移送手段が構成されている。
【００２１】
本実施の形態では、高圧容器１の内部の高圧ガス圧力による上下方向の軸荷重は鋼板枠形の２枚のプレスフレーム２３で支持され、２枚のプレスフレーム２３は各々フレーム支持旋回ヒンジ２４により固定および旋回するように構成されている。高圧ガスが高圧容器１内部に充填されている時（被処理体２を処理している時）には、これらプレスフレーム２３は実線の位置にあるが、仮想線の位置に移動させることによって、高圧容器本体３の上昇及び下蓋搬送台車２２の下蓋４真下への移動が可能となる。また、昇降手段５はこの２枚のプレスフレーム２３の間の高圧容器１の外側に配置されている。このような配置構造とすることにより、省スペース化や、保守・修理がし易いという利点がある。
【００２２】
なお、小形の装置では、かならずしもこのような配置とする必要はなく、高圧容器１の重量が小さければ、高圧容器１を片持ちで支持して１本の昇降手段（昇降シリンダ）５で昇降させることで十分である。また、小形の装置では、被処理体２も小さく、軽量であるので、被処理体２を手で出し入れすればよく、必ずしも下蓋４を高圧容器本体３の真下から側方へ取り出す必要もなく、したがって、下蓋搬送台車２２やその移動のためのレール２１も不要である。この場合、高圧ガス供給・回収あるいは排出用の配管１７も下蓋４に固定しておけばよいので、クィックカップリング１８を使用する必要もない。
【００２３】
以上、本実施の形態では、低圧のＨＩＰ装置を例として説明したが、高圧ガス雰囲気下で、化合物半導体の単結晶を垂直ブリッジマン法やＶＧＦ（ＶｅｒｔｉｃａｌＧｒａｄｅｎｔＦｒｅｅｚｅ）法あるいはＬＥＣ（ＬｉｑｕｉｄＥｎｃａｐｓｌａｔｅｄＣｈｏｋｒａｌｓｋｙ）法などで製造する場合の装置にも適用が可能である。さらに、超臨界状態の炭酸ガスを利用する超臨界洗浄装置や抽出装置への適用も可能で、この場合には、高圧容器１内部の電気炉９や外部の水冷用ジャケット１０は必要ない。また、高圧ガスの他、液体を圧力媒体として使用する装置に採用されてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、前述したように、被処理体２を高圧容器１に対して出し入れすべく、高圧容器本体３を下蓋４に対して昇降させる昇降手段５を設け、この昇降手段５を高圧容器本体３の側方に備えたので、装置全体の高さはもちろんフレーム部を含めた装置のコンパクト化が可能となり、結果として装置および装置を収納する建屋建設の費用が低減可能となり、建屋の天井高さ面での制約への対応が緩和される。特に、最近窒化ケイ素のガス圧焼結炉や化合物半導体の合成あるいは単結晶製造装置では、１００Ｋｇｆ／ｃｍ²前後高くても３００Ｋｇｆ／ｃｍ²程度の圧力で用いられることから、高圧容器本体３の胴部等の肉厚自体は左程厚くないことから、高圧容器本体３を昇降させる方式が適用し易く、本発明の効果が大きい。
【００２５】
また、高圧容器１内部の流体圧力により発生する上下方向の荷重を支持する複数のプレスフレーム２３を備え、このプレスフレーム２３間に昇降手段５を配置することによって、昇降手段５を高圧容器本体３の側方に設けたものであっても、装置が大型化するこがなく、装置のコンパクト化が図られている。
また、下蓋４を高圧容器本体３の真下から側方に移動させる移送手段２１，２２を備えることによって、被処理体２の出し入れ及び取扱いが至便となると共に、高圧容器本体３を上昇させて下蓋４を側方に移動させることによって、高圧容器本体３内部の下方側からの保守・点検等が容易に行える。
【００２６】
また、高圧容器本体３内部に電気炉９が組み込まれると共に、高圧容器本体３外部に水冷用ジャケット１０が装着され、これら電気炉９および水冷用ジャケット１０が高圧容器本体３と一体的に昇降する構造とすることによっても、被処理体２の出し入れ及び取扱いが至便となる。
また、電気炉９の加熱装置１２が、高圧容器本体３内に該高圧容器本体３下端開口を介して挿脱自在であると共に高圧容器本体３の下端部近傍にて着脱自在に設けられていると共に、電力供給源側と電気炉９側とを接続するコネクタ１５の一方１５Ａが下蓋４に、他方１５Ｂが高圧容器本体３に設けられ、高圧容器本体３の昇降動作によって、コネクタ１５が分離・接続自在に構成されていることによって、加熱装置１２を単独で高圧容器１外部へ取り出すことが容易となり、加熱装置１２のヒータエレメントの補修や付着物の除去作業が簡単且つ短時間で行えるようになり、これらの作業のために装置を停止する時間が短縮され、結果として生産性の向上が可能となるなど、高圧ガスを用いたＨＩＰ処理や、化合物短結晶の成長、さらには炭酸ガス超臨界装置などの分野における今後の寄与は極めて大きいと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を低圧のＨＩＰ装置に適用した例に係る側面断面図である。
【図２】高圧容器本体を上昇させた状態を示すＨＩＰ装置の側面断面図である。
【図３】装置全体の平面の位置関係を示す平面図である。
【図４】従来の一例を示す側面図である。
【図５】従来の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
１高圧容器
２被処理体
３高圧容器本体
４下蓋
５昇降手段

Claims

被処理体（２）の側方周囲及び上方を覆う高圧容器本体（３）と、この高圧容器本体（３）の下端開口を閉塞する下蓋（４）とを備えて構成された高圧容器（１）を設け、この高圧容器（１）内で、流体圧力を利用して、被処理体（２）の処理を行うようにした流体圧処理装置において、
被処理体（２）を高圧容器（１）に対して出し入れすべく、高圧容器本体（３）を下蓋（４）に対して昇降させる昇降手段（５）を設け、この昇降手段（５）を高圧容器本体（３）の側方に備え、高圧容器（１）内部の流体圧力により発生する上下方向の荷重を支持する複数のプレスフレーム（２３）を備え、このプレスフレーム（２３）間に昇降手段（５）を配置したことを特徴とする流体圧処理装置。
下蓋（４）を高圧容器本体（３）の真下から側方に移動させる移送手段（２１），（２２）を備えたことを特徴とする請求項１記載の流体圧処理装置。
高圧容器本体（３）内部に電気炉（９）が組み込まれると共に、高圧容器本体（３）外部に水冷用ジャケット（１０）が装着され、これら電気炉（９）および水冷用ジャケット（１０）が高圧容器本体（３）と一体的に昇降する構造であることを特徴とする請求項１または２記載の流体圧処理装置。
電気炉（９）の加熱装置（１２）が、高圧容器本体（３）内に該高圧容器本体（３）下端開口を介して挿脱自在であると共に高圧容器本体（３）の下端部近傍にて着脱自在に設けられていると共に、電力供給源側と電気炉（９）側とを接続するコネクタ（１５）の一方（１５Ａ）が下蓋（４）に、他方（１５Ｂ）が高圧容器本体（３）に設けられ、高圧容器本体（３）の昇降動作によって、コネクタ（１５）が分離・接続自在に構成されていることを特徴とする請求項３記載の流体圧処理装置。