JP5313630B2

JP5313630B2 - 熱間等方圧加圧装置用断熱構造体

Info

Publication number: JP5313630B2
Application number: JP2008281830A
Authority: JP
Inventors: 惠生小舟
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP2010107160A

Description

熱間等方圧加圧装置は、圧力容器内に、被処理物を加熱する加熱装置と、この加熱装置を囲み、断熱層として機能する倒立コップ状の断熱構造体とを配置して構成されており、アルゴンなどの不活性ガスを圧力媒体とし、通常９８ＭＰａ以上の高い等方圧力と１０００℃以上の温度との相乗効果を利用して、金属粉末、セラミックスあるいはこれらの混合物からなる被処理物を高温高圧処理して加圧焼結する装置である。本発明は、熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置ともいう）用の断熱構造体に関するものである。

従来技術１として、特公平１−３２９１７号公報に、ＨＩＰ装置用断熱層（ＨＩＰ装置用断熱構造体）が開示されている。この断熱層は、可撓性黒鉛シートを多層配置した円筒部を含んで構成されており、該円筒部は、一層おきに、矩形あるいは円形の穴（開孔）を有する穴あき可撓性黒鉛シートと、穴を有しない可撓性黒鉛シートとを積層配置し、穴あき可撓性黒鉛シートを挟む両側の穴を有しない可撓性黒鉛シートを直接接触させることなく組み上げられている。

そして、前記円筒部を形成する可撓性黒鉛シートは、断熱層内の炉内容積を有効に利用するための断熱層薄肉化の観点から、通常、その厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のものが用いられている。また、一層おきに配置される穴あき可撓性黒鉛シートにおける穴の占める面積割合は、穴あき可撓性黒鉛シートにより保持されるシート間の隙間にアルゴンガス（圧力媒体）を閉じ込めることによる断熱効果に関連があり、好ましい面積割合として１層あたり７０〜９５％が適正であるとされている。すなわち、穴の占める面積割合が約７０％位から隙間による断熱効果が顕著にあらわれる一方、薄いシートに穴を設けて製作する上の制約から上限を９５％とすることが適切とされている。

また、穴あき可撓性黒鉛シートと穴を有しない可撓性黒鉛シートとの交互配置からなる円筒部は、穴を有しない長尺の可撓性黒鉛シートと、長尺の穴あき可撓性黒鉛シートとを重ね合わせたものを巻成することにより、作製することが記載されている。さらに、円筒部の真円度を出し、かつ全体の機械的強度を向上するために、円筒部の内側に黒鉛、又は炭素−炭素繊維複合材よりなる円筒芯材を配置することがあり、この場合、円筒部は、前記芯材に前記重ね合わされた可撓性黒鉛シートをスパイラルに巻き上げて作製されている。

断熱層が倒立コップ状をなすものでは、その上蓋部が、前記円筒部と同様に、穴あき可撓性黒鉛シートと穴のない可撓性黒鉛シートとを交互に積層することによって形成されている。

また、穴を有しない可撓性黒鉛シート間の隙間におけるアルゴンガスの対流については、隙間の間隔をある値以下にすることにより対流が実質上生じない状態になり、本従来技術では、内外シート間の間隔がシート厚である１ｍｍ以下に抑えられるため、十分な熱絶縁性を得ることができるようになされている。

さらに、穴あき可撓性黒鉛シートと穴を有しない可撓性黒鉛シートとを重ね合わせたままでは円筒部上端と下端が開口し、下方より上方へ向かってのアルゴンガスの流れが生じ、熱絶縁性が充分に得られない場合は、これを回避すべく円筒部の上端部をリング等を介して気密結合するか、又は上端部を開口して下端部を気密にするなどの手段を講ずることも有効であるとされている。

しかし、前記従来技術１のＨＩＰ装置用断熱層では、良好な断熱効果を得るために、前記穴あき可撓性黒鉛シートにおける穴の占める面積割合を７０〜９５％としているが、可撓性黒鉛シートの強度が小さいため、穴の占める面積割合を８０％以上とした場合には、該穴あき可撓性黒鉛シートが破れやすくなり、組立時にシートを巻き付ける際に極めて慎重な取り扱いを要し、断熱層の製作に際し、作業効率が低いという問題点があった。

また、断熱機能発揮用の加工が施された可撓性黒鉛シートである前記穴あき可撓性黒鉛シートを製作するには、穴を有しない可撓性黒鉛シートに穴あけ加工を施すため、穴あけ加工のために多くの労力と時間を要している。さらに、穴あき可撓性黒鉛シートを製作するには、必ずしも安価でない可撓性黒鉛シートの穴あけで切除された部分は使用されず廃棄されることになるため、材料歩留まりが極めて悪く、材料費の点からも製作コストが高いものとなっている。

また、前記従来技術１のＨＩＰ装置用断熱層では、可撓性黒鉛シートの厚みを０．１〜１．０ｍｍ程度としており、断熱層薄肉化の観点からは薄いほど好ましいが、シート厚みが０．２ｍｍよりも小さい場合には、穴を有しない可撓性黒鉛シート間に形成される隙間が狭いため、穴面積を大きく採った場合には、該穴あき可撓性黒鉛シートの両側に配置される穴を有しない可撓性黒鉛シート同士の接触が穴の部分において起こり易くなり、所定の断熱性能が得られないというおそれがあった。

次に、従来技術２として、実公平２−３０７１５号公報に、ＨＩＰ装置用断熱構造体（高温炉用断熱構造体）が開示されている。このＨＩＰ装置用断熱構造体は、表面に多数の島状の突起を有する可撓性黒鉛シートを多層に配置した円筒状断熱構造体となされ、あるいは、表面に多数の島状の突起を有する可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとを交互に多層に配置した円筒状断熱構造体となされ、前記突起により隣接シート間に隙間を形成し、かつ、シート間の接触を該突起部のみに限定するものとなされている。

そして、前記した表面に突起を有する可撓性黒鉛シートは、シート片面のみに突起を有しているものと、シート両面に突起を有しているものとがあり、その突起のない部分のシートの厚みが、断熱構造体薄肉化や取り扱い性を勘案して、０．１〜１．０ｍｍとしている。そして、断熱性能の観点から突起の寸法及び個数が適宜選択され、シート片面の突起の先端の総断面積（伝導熱通過面積）がシート片面の面積の３〜３０％に設定することにより、効果的な断熱効果をもたせるようにしている。さらに、突起高さについては、円筒状断熱構造体の場合では、組立を安定に行うという観点から、突起のない部分のシート厚みと同様に、０．１〜１．０ｍｍとしている。

また、円筒状断熱構造体の上端と下端が開口し、該円筒状断熱構造体を下方より上方へ向かって起きる高温ガスの流れの発生を防ぐため、円筒状断熱構造体の端部にシール効果を持たせるための手段として、可撓性黒鉛シートに設ける突起を端部のみ円周方向に連続的に延びる帯状突起とする例などが開示されている。さらに、円筒状断熱構造体の上端部に短キャップ状の黒鉛キャップを嵌合させることにより、炉室内の高温ガスが断熱構造体外に流出することを防いでいる。

ところが、前記従来技術２のＨＩＰ装置用断熱構造体では、これに用いる可撓性黒鉛シートであって、断熱機能発揮用の加工が施された可撓性黒鉛シートである前述の、突起を有する可撓性黒鉛シートの製作に際し、つぎのような問題点があった。

通常の平坦な長尺の可撓性黒鉛シートは、化学処理された膨張黒鉛をロールで圧延してシート状に成形される。表面に突起を有する可撓性黒鉛シートの場合には、同様に、ロールによる圧延によって製作されるが、突起に相当する多数の凹みをロール表面に設けたロールを準備し、該多数の凹み付きロールによる圧延によって製作されることとなり、そのため、つぎのような問題点があった。

すなわち、１）表面に多数の凹みを有するロールの製作に多額の費用がかかること、２）圧延ラインでの製造となるため少量生産に不向きであること、３）突起を有する可撓性黒鉛シートの製作のためにロール交換作業等の余分な作業が必要となるとともに、形成される突起の破損を防ぐためにロール回転速度を落とすことが必要となり、ラインとしての製造効率（生産性）が低いこと、４）突起部と平坦部の圧縮率が異なるため突起部の強度が小さくなり破断し易いため、突起高さがシート厚み以上のものを製作することが困難なこと、等の問題点がある。

また、突起を有する可撓性黒鉛シートの成形をロールではなく、一軸のプレスで行う場合には、大型のＨＩＰ装置で必要となる広幅長尺シートを製作することが困難となる。

また、円筒状断熱構造体の端部にシール効果を持たせるために、シート端部に帯状の突起を設けたり、あるいは、帯状のシートを追加で設置したりすることで円筒状断熱構造体の上端部又は下端部にシール性をもたせるようにしているため、突起を有する可撓性黒鉛シートの突起形状を特殊形状とする必要があったり、帯状シートを追加設置するために材料コスト及び組立工数が増加したりするという問題点もあった。
特公平１−３２９１７号公報実公平２−３０７１５号公報

そこで、本発明の課題は、可撓性黒鉛シートを用いて構成された熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、歩留まり良く、短時間で、また、低コストで製作可能な、断熱機能発揮用の加工が施された可撓性黒鉛シートを用いて構成することができ、従来に比べて低コスト化を図ることができる熱間等方圧加圧装置用断熱構造体を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、倒立コップ状をなす内側倒立コップと、該内側倒立コップの外側にこれに重ね合わせて配置され、断熱構造体円筒部と該断熱構造体円筒部の上端部に配された断熱構造体上蓋部とを有して倒立コップ状をなす断熱構造体本体とを備え、圧力媒体が供給される圧力容器内に配置され、被処理物を加熱する加熱装置を囲み、断熱層として機能する熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記断熱構造体本体は、少なくとも前記断熱構造体円筒部が、エンボス加工が施されて厚み方向に凹凸形状が付与されたエンボス加工可撓性黒鉛シートと、平坦な可撓性黒鉛シートとが交互に、かつ、凹凸部における頂点部分で接触した状態で多層配置された構造を有していることを特徴とする熱間等方圧加圧装置用断熱構造体である。

請求項２の発明は、請求項１記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記エンボス加工可撓性黒鉛シートは、そのシート厚みが０．１〜０．８ｍｍの範囲を満たし、エンボス加工後の凹凸部で形成されている有効厚みが、前記シート厚みに対して、その１．５〜５．０倍の範囲を満たすものであることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記断熱構造体本体の上端部又は下端部に、前記断熱構造体円筒部の一部を締め付ける締付手段を備えることにより、前記断熱構造体円筒部の上端部又は下端部に、前記エンボス加工可撓性黒鉛シートと前記平坦な可撓性黒鉛シートとが密接に重ねられたシール部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記締付手段が、前記断熱構造体円筒部の外径よりも小さい内径を有して倒立コップ状をなし、前記断熱構造体本体の上端部に被せられたキャップ部材であることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記締付手段が、前記断熱構造体円筒部の外径よりも小さい内径を有して短寸円筒状をなし、断熱構造体本体下端部における前記断熱構造体円筒部に外嵌された円筒部材であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、前記締付手段が、断熱構造体本体下端部における前記断熱構造体円筒部の外周に装着された紐状部材であることを特徴とするものである。

本発明によるＨＩＰ装置用断熱構造体は、断熱層として機能する倒立コップ状をなす断熱構造体本体の少なくとも断熱構造体円筒部が、エンボス加工が施されて厚み方向に凹凸形状が付与されたエンボス加工可撓性黒鉛シートと、平坦な可撓性黒鉛シートとが交互に、かつ、凹凸部における頂点部分のみで接触した状態で多層配置された構造を有している。したがって、一対のローラーを持つ汎用のエンボス加工機により、廃棄部分が生じることがなくて歩留まり良く、破損の心配がなく高いローラー回転速度にて短時間で、また、低コストで製作可能な、前記エンボス加工可撓性黒鉛シートを用いて、断熱構造体本体を構成することができるので、従来に比べてＨＩＰ装置用断熱構造体の低コスト化を図ることができる。

また、本発明によるＨＩＰ装置用断熱構造体は、断熱構造体本体の上端部又は下端部に、断熱構造体円筒部の一部を締め付ける締付手段を備え、前記エンボス加工可撓性黒鉛シートの特徴を利用して該シートの凹凸部を平坦に戻すことにより、エンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとが密接に重ねられて、断熱構造体円筒部を下方より上方へ向かって起る高温ガスの流れの発生を防止するシール部を容易に形成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。

本発明によるＨＩＰ装置用断熱構造体は、後述の図３に示すように、倒立コップ状をなす内側倒立コップ４と、該内側倒立コップ４の外側にこれに重ね合わせて配置され、断熱構造体円筒部６と該断熱構造体円筒部６の上端部に配された円板状の断熱構造体上蓋部７とを有して倒立コップ状をなす断熱構造体本体５とを備えている。

図１は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の断熱構造体本体におけるエンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとを多層配置した構造の一例を示す断面図である。

断熱構造体本体５の少なくとも断熱構造体円筒部６が、この例では、断熱構造体円筒部６及び断熱構造体上蓋部７が、図１に示すように、エンボス加工が施されて厚み方向に凹凸形状が付与されたエンボス加工可撓性黒鉛シート１と、平坦な可撓性黒鉛シート２とが交互に、かつ、凹凸部１ａにおける頂点部分で接触した状態で多層配置された構造を有している。

この例のエンボス加工可撓性黒鉛シート１は、表面に多数の半球状凸部が形成された第１ローラーと前記半球状凸部と合致する位置に半球状凹部が形成された第２ローラーとを有するエンボス加工機を用いて、両ローラーを回転させながら両ローラー間に平坦な可撓性黒鉛シートを通すことにより、シート片面にエンボス加工を施して製作されたものである。

前記エンボス加工可撓性黒鉛シート１は、そのシート厚みＴに対して、エンボス加工後の凹凸部１ａで形成されている有効厚み（厚み方向における山谷頂点間距離）Ｄとして、この例では、シート厚みの２倍の厚み（Ｄ＝２Ｔ）を有している。そして、凹凸部１ａによってシート１，２間に隙間が確保されるとともに、シート１，２間の接触が凹凸部１ａにおける頂点部分のみに限定されている。

このような、両シート１，２による多層配置構造により、１）放射に対する高い断熱性能、２）ガス対流が生じない狭いシート間隙間とすることでガスによる対流熱伝達の抑止、３）熱伝導がシート間の接触面のみに限定されることによる伝導伝熱減少、という効果を得ることができる。これにより、断熱構造体本体５は、ＨＩＰ装置で使用される高温高圧環境下で良好な断熱効果を発揮する。

また、エンボス加工可撓性黒鉛シート１の製作については、可撓性黒鉛シートの強度が比較的小さいため、紙、アルミ等を加工対象とした汎用のエンボス加工機が使用できることで加工コストを小さく抑えることができる。加工時間についても大型ＨＩＰ装置用の断熱構造体の製作で使用する幅１ｍ×長さ３０ｍの長尺シートの場合でも１０分程度の時間でのエンボス加工が可能であり、前述の従来技術１での穴あけ加工による穴あき可撓性黒鉛シートの製作に比べて極めて大きい省力化を図ることができる。

図２は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の断熱構造体本体におけるエンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとを多層配置した構造の別の例を示す断面図である。

断熱構造体本体５の少なくとも断熱構造体円筒部６が、この例では、断熱構造体円筒部６及び断熱構造体上蓋部７が、図２に示すように、エンボス加工が施されて厚み方向に凹凸形状が付与されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３と、平坦な可撓性黒鉛シート２とが交互に、かつ、凹凸部３ａにおける頂点部分で接触した状態で多層配置された構造を有している。なお、図２において細線で記した形状は、凹凸部をシート長さ方向で所定長さ毎に交互に配置していることを表したものである。

この例のエンボス加工可撓性黒鉛シート３は、表面に多数の半球状の凹部と凸部が形成された第１ローラーと、表面に第１ローラーとは反転する状態で多数の半球状の凹部と凸部が形成された第２ローラーとを有するエンボス加工機を用いて、両ローラーを回転させながら両ローラー間に平坦な可撓性黒鉛シートを通すことにより、シート両面にエンボス加工を施して製作されたものである。エンボス加工可撓性黒鉛シート３は、そのシート厚み（Ｔ）に対して、エンボス加工後の凹凸部３ａで形成されている有効厚みＤとして、この例では、シート厚みの３倍の厚み（Ｄ＝３Ｔ）を有している。

このように、シート両面にエンボス加工が施されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３は、シート片面にエンボス加工が施された前記エンボス加工可撓性黒鉛シート１に比べてシート３，２間の隙間を大きくとることができ、さらにシート３，２間の接触面積を小さくすることができる。その結果、このような両シート３，２による多層配置構造により、断熱構造体本体に占める可撓性黒鉛シートの体積割合を減らすことができるので、断熱構造体本体の熱容量の低減が可能となり、ＨＩＰ装置における昇温速度の向上及び冷却時間の短縮、また、ヒータ容量の低減に寄与することができる。

本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体では、断熱構造体本体５に用いる平坦な可撓性黒鉛シートの厚みは、断熱構造体薄肉化及び取り扱い性を勘案し、０．１〜１．０ｍｍの範囲が適正である。また、エンボス加工可撓性黒鉛シートの厚み（Ｔ）は、断熱構造体薄肉化及び取り扱い性に加えて、エンボス加工性をも加味し、０．１〜０．８ｍｍの範囲が適正である。エンボス加工が施される可撓性黒鉛シートの厚みが０．１ｍｍ未満では、エンボス加工後の凹凸部強度が充分でないため、シート間の隙間を確保することが難しくなり、一方、シート厚みが０．８ｍｍを超えると、柔軟性に乏しくなりエンボス加工が困難となる。よって、エンボス加工可撓性黒鉛シートの厚み（Ｔ）は、０．１〜０．８ｍｍの範囲を満たすものがよい。

また、エンボス加工可撓性黒鉛シートは、エンボス加工後の凹凸部で形成されている有効厚みＤが、シート厚みＴに対して、その１．５〜５．０倍の範囲を満たすものであることがよい。エンボス加工可撓性黒鉛シートの有効厚みＤがシート厚みＴの１．５倍を下回ると、隣り合うシート間の隙間が狭いため、凹凸部における頂点部分以外の部位でシート間の接触が起こり、十分な断熱効果を得ることが難しくなり、また、有効厚みＤがシート厚みＴの５．０倍を上回ると、エンボス加工時のシート変形が過大となり、エンボス加工時に可撓性黒鉛シートに破れが発生しやすくなる。よって、前記有効厚みＤは、シート厚みＴの１．５〜５．０倍の範囲であることがよい。

なお、前記の図１，図２ではエンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとはその厚みを同一としてあるが、それぞれのシート厚みは独立に選択できるため、エンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとは、そのシート厚みを互いに異なる厚みとすることもできる。また、エンボス加工による凹凸部の形状、寸法、ピッチ等は、エンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとによるシート間の隙間を確保した状態で接触面積を小さくするという条件下で、適宜選択可能である。この場合、形状については、可撓性黒鉛シートの伸びが少ないという特性から、角張った凹凸形状では角部から破損しやすくなるため、半球面状等の連続曲面とすることが好ましい。また、エンボス加工可撓性黒鉛シートは、シート間の接触部分による伝熱を均等とするため、凹凸部がシート全体にわたって均等に配置されることが好ましい。

また、エンボス加工可撓性黒鉛シートは、該シート片面での凹凸部による平坦な可撓性黒鉛シートとの接触面積（凹凸部における平坦な可撓性黒鉛シートとの接触部分の面積）が、該シート片面の面積の３〜３０％であることがよい。前記接触面積が３０％を超えると断熱構造体本体の必要な断熱性能が得られず、３％未満ではシート間の隙間を確保することが困難となる。

図３は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体の上端部に被せられたキャップ部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。

図３に示すように、高温高圧のガス雰囲気下で使用されるＨＩＰ装置用断熱構造体は、高圧室内高温ガスが該断熱構造体外に流出することを避けるため、内側に、通気抵抗の大きな材料からなる倒立コップ状をなす内側倒立コップ４を配置し、この内側倒立コップ４の外側にこれに重ね合わせて断熱構造体本体５を配置してある。倒立コップ状をなす断熱構造体本体５は、前述したように、断熱構造体円筒部６と該断熱構造体円筒部６の上端部に配された円板状の断熱構造体上蓋部７とを有している。セラミックスのＨＩＰ処理で使用されるＨＩＰ装置では、内側倒立コップ４は、黒鉛、又は、炭素−炭素繊維複合材等の耐熱性の高い材料からなっている。

断熱構造体円筒部６では、エンボス加工可撓性黒鉛シート３と平坦な可撓性黒鉛シート２とによるシート３，２間の隙間が上下方向に沿う形態に形成される。このため、断熱構造体円筒部６では、その上端及び下端が開口していると、断熱構造体円筒部６内を下方より上方への自然対流によるガス流れが発生し、ガス流れによる熱損失が生じることとなる。

この高温ガスの流れの発生を防止するため、図３に示すように、この実施形態では、断熱構造体本体５の上端部に、倒立コップ状をなし、断熱構造体円筒部６の外径よりも小さい内径を有し、下端部内側に該下端へ行くに従って徐々に拡径するテーパ部が形成されたキャップ部材８を被せてある。

このキャップ部材８により、断熱構造体円筒部６の上端部に、凹凸部３ａが平坦に戻されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３’と平坦な可撓性黒鉛シート２とが密接に重ねられたシール部６ａが形成されている。断熱構造体円筒部６の一部を締め付ける締付手段としての前記キャップ部材８は、黒鉛、又は、炭素−炭素繊維複合材等からなっている。

この場合、前記キャップ部材８は、断熱構造体円筒部６と断熱構造体上蓋部７との隙間を通るガス流れをも抑止している。なお、断熱構造体円筒部６上端部へのシール性を付与するだけの目的では、倒立コップ状をなすキャップ部材に代えて、断熱構造体円筒部６に単に短寸円筒部品を外嵌するようにすることもできる。

可撓性黒鉛シートは、機械的強度が比較的小さい上に、強度の加工を加えた際に金属材料にしばしば見られるような、加工硬化がほとんど起こらない材料である。このような特性の特徴を利用することにより、一旦エンボス加工により付与された凹凸部を比較的小さな荷重でほぼ平坦な状態に戻すことが可能であることが確認でき、前記シール部６ａを実現することができた。

図４は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体を構成する断熱構造体円筒部を示す要部横断面図、図５は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体を構成する断熱構造体円筒部におけるシール部を示す要部横断面図である。

図４において、断熱構造体円筒部６は、１枚の長尺をなすエンボス加工可撓性黒鉛シート３と１枚の長尺をなす平坦な可撓性黒鉛シート２とを予め重ね合わせたものを、芯材となる内側倒立コップ４の外周に必要な層数となるよう連続的に巻き付けることにより、設けられている。そして、前記図３における前記キャップ部材８が装着されることにより、断熱構造体円筒部６の上端部に、図５に示すように、凹凸部３ａが平坦に戻されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３’と平坦な可撓性黒鉛シート２とが密接に重ねられてなるシール部６ａが形成されている。なお、シール部６ａは、シート２，３’間のガス対流を抑止できる程度のシール性が保たれておれば良く、エンボス加工可撓性黒鉛シート３の凹凸部をシート全体にわたって完全に平坦に戻す必要は無く、シート２，３’間にある程度の隙間が残存する状態も許容される。

図６は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体下端部における断熱構造体円筒部に外嵌された円筒部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。

図６において、９は下端リングであり、上方へ突出するフランジ部を有して円環状をなしている。内側倒立コップ４の下端に前記フランジ部が外側となる状態で下端リング９が固定されている。断熱構造体円筒部６は、その下端が下端リング９の前記フランジ部上面に接する状態で、内側倒立コップ４の外周に設けられている。

そして、図６に示すように、断熱構造体本体５下端部における断熱構造体円筒部６には、短寸円筒状をなし、断熱構造体円筒部６の外径よりも小さい内径を有し、上端部内側に該上端へ行くに従って徐々に拡径するテーパ部が形成された円筒部材１０を、断熱構造体円筒部６下端側より外嵌してある。

この円筒部材１０により、断熱構造体円筒部６の下端部に、凹凸部３ａが平坦に戻されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３’と平坦な可撓性黒鉛シート２とが密接に重ねられたシール部６ｂが形成されている。円筒部材１０は、断熱構造体円筒部６の一部を締め付ける締付手段を構成している。この円筒部材１０の材質は、この領域の温度に耐えられる材料が選択され、黒鉛、炭素−炭素繊維複合材等の耐熱材料の他、断熱構造体円筒部６の下端部では高圧室内の他の部分に比べて比較的温度が低いため、インコネル、ステンレス鋼等を用いることもできる。

図７は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体下端部における断熱構造体円筒部の外周に装着された縛り紐部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。

図７に示すように、内側倒立コップ４’は、その下端部に、該下端へ行くに従って徐々に拡径するテーパ部及びこのテーパ部に連なる大径部を有している。この内側倒立コップ４’の下端に、フランジ部を有する下端リング９が固定されている。断熱構造体円筒部６は、その下端が下端リング９のフランジ部上面に接する状態で、内側倒立コップ４’の外周に設けられている。

そして、断熱構造体円筒部６における前記内側倒立コップ４’大径部外側に位置する部分の外周に装着され、断熱構造体円筒部６を縛る紐状部材１１により、凹凸部３ａが平坦に戻されたエンボス加工可撓性黒鉛シート３’と平坦な可撓性黒鉛シート２とが密接に重ねられたシール部６ｂが形成されている。紐状部材１１は、断熱構造体円筒部６の一部を締め付ける締付手段を構成している。紐状部材１１の材質としては、炭素繊維、モリブデン線、インコネル線、ステンレス線等が挙げられる。なお、シール部６ｂを形成するための締付手段としては、本実施形態以外にも同等の効果があるものを採用することができる。さらに、本実施形態では内側倒立コップとして下端部に前記大径部を有する内側倒立コップ４’を採用したが、下端部に前記大径部を持たない形状のものでも採用可能である。

図８は本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の別の例を示す要部縦断面図である。

図８に示すように、本実施形態のＨＩＰ装置用断熱構造体は、内側倒立コップ４と、該内側倒立コップ４の外側にこれに重ね合わせて配置された倒立コップ状をなす内側用断熱構造体本体５_１と、この内側用断熱構造体本体５_１の上端部に被せられた倒立コップ状をなす内側用キャップ部材８_１と、さらに、内側用キャップ部材８_１が被せられた内側用断熱構造体本体５_１の外側にこれに重ね合わせて配置された倒立コップ状をなす外側用断熱構造体本体５_２と、この外側用断熱構造体本体５_２の上端部に被せられた倒立コップ状をなす外側用キャップ部材８_２とを備えている。９は前記内側倒立コップ４の下端に固定された下端リングである。

そして、前記内側用断熱構造体本体５_１は、内側用断熱構造体円筒部６_１と内側用断熱構造体上蓋部７_１とを有している。また、前記外側用断熱構造体本体５_２は、外側用断熱構造体円筒部６_２と外側用断熱構造体上蓋部７_２とを有している。これらの断熱構造体円筒部６_１，６_２及び断熱構造体上蓋部７_１，７_２は、エンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとが交互に、かつ、凹凸部における頂点部分で接触した状態で多層配置された構造を有している。内側用断熱構造体円筒部６_１の上端部には、内側用キャップ部材８_１によってシール部６_１ａが形成されている。また、外側用断熱構造体円筒部６_２の上端部には、外側用キャップ部材８_２によってシール部６_２ａが形成されている。

このように、本実施形態のＨＩＰ装置用断熱構造体は、断熱構造体本体が内側用断熱構造体本体５_１と外側用断熱構造体本体５_２とによる二重構造となされている。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体では、断熱構造体本体の数、また、各断熱構造体本体を構成する断熱構造体円筒部及び断熱構造体上蓋部の可撓性黒鉛シートによる層数については、適用されるＨＩＰ装置の温度、圧力、装置サイズ等の条件に応じて適宜増減可能である。

本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の断熱構造体本体におけるエンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとを多層配置した構造の一例を示す断面図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の断熱構造体本体におけるエンボス加工可撓性黒鉛シートと平坦な可撓性黒鉛シートとを多層配置した構造の別の例を示す断面図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体の上端部に被せられたキャップ部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体を構成する断熱構造体円筒部を示す要部横断面図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体を構成する断熱構造体円筒部におけるシール部を示す要部横断面図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体下端部における断熱構造体円筒部に外嵌された円筒部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の要部縦断面図であって、断熱構造体本体下端部における断熱構造体円筒部の外周に装着された縛り紐部材によってシール部が形成されていることを説明するための図である。本発明のＨＩＰ装置用断熱構造体の別の例を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１，３…エンボス加工可撓性黒鉛シート
３’…凹凸部３ａが平坦に戻されたエンボス加工可撓性黒鉛シート
１ａ，３ａ…凹凸部
２…平坦な可撓性黒鉛シート
４，４’…内側倒立コップ
５…断熱構造体本体
５_１…内側用断熱構造体本体５_２…外側用断熱構造体本体
６…断熱構造体円筒部
６ａ，６ｂ，６_１ａ，６_２ａ，…シール部
６_１…内側用断熱構造体円筒部６_２…外側用断熱構造体円筒部
７…断熱構造体上蓋部
７_１…内側用断熱構造体上蓋部７_２…外側用断熱構造体上蓋部
８…キャップ部材
８_１…内側用キャップ部材８_２…外側用キャップ部材
９…下端リング
１０…円筒部材
１１…紐状部材

Claims

倒立コップ状をなす内側倒立コップと、該内側倒立コップの外側にこれに重ね合わせて配置され、断熱構造体円筒部と該断熱構造体円筒部の上端部に配された断熱構造体上蓋部とを有して倒立コップ状をなす断熱構造体本体とを備え、圧力媒体が供給される圧力容器内に配置され、被処理物を加熱する加熱装置を囲み、断熱層として機能する熱間等方圧加圧装置用断熱構造体において、
前記断熱構造体本体は、少なくとも前記断熱構造体円筒部が、エンボス加工が施されて厚み方向に凹凸形状が付与されたエンボス加工可撓性黒鉛シートと、平坦な可撓性黒鉛シートとが交互に、かつ、凹凸部における頂点部分で接触した状態で多層配置された構造を有していることを特徴とする熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。
前記エンボス加工可撓性黒鉛シートは、そのシート厚みが０．１〜０．８ｍｍの範囲を満たし、エンボス加工後の凹凸部で形成されている有効厚みが、前記シート厚みに対して、その１．５〜５．０倍の範囲を満たすものであることを特徴とする請求項１記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。
前記断熱構造体本体の上端部又は下端部に、前記断熱構造体円筒部の一部を締め付ける締付手段を備えることにより、前記断熱構造体円筒部の上端部又は下端部に、前記エンボス加工可撓性黒鉛シートと前記平坦な可撓性黒鉛シートとが密接に重ねられたシール部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。
前記締付手段が、前記断熱構造体円筒部の外径よりも小さい内径を有して倒立コップ状をなし、前記断熱構造体本体の上端部に被せられたキャップ部材であることを特徴とする請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。
前記締付手段が、前記断熱構造体円筒部の外径よりも小さい内径を有して短寸円筒状をなし、断熱構造体本体下端部における前記断熱構造体円筒部に外嵌された円筒部材であることを特徴とする請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。
前記締付手段が、断熱構造体本体下端部における前記断熱構造体円筒部の外周に装着された紐状部材であることを特徴とする請求項３記載の熱間等方圧加圧装置用断熱構造体。