JPH0578754B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力媒体に主として気体を用い、
20000Kgｆ／cm²までの圧力下で被処理品を加熱し、
たとえば粉体の焼結緻密化、焼結体の欠陥除去、
異材の固相接合等を行なうための超高圧型静水圧
加圧装置（HIP装置）に関するものである。

（従来の技術） 従来の熱間静水圧加圧装置を第６，７，８図に
より説明すると、１０は従来型熱間静水圧加圧装
置本体で、同本体１０は、高圧円筒体２とその上
下両端部に嵌合する上蓋３及び下蓋４と、これら
の部材により囲まれた加圧室１３内に圧力媒体ガ
スを圧送したときに、同上下蓋３，４に作用する
上下方向の軸力を支持するヨークフレーム１とよ
りなる高圧容器と、同加圧室１３内に着脱可能に
収納された加熱炉９と、架台５とにより構成され
ている。また６は高圧容器移動シリンダ、７は高
圧配管、８は加熱炉９への給電配線、１１は上蓋
用ガスシール、１２は下蓋用ガスシール、１４は
加熱炉９内の処理室（二点鎖線参照）、１５は加
熱炉９内のヒータ（加熱装置）、１６は加熱炉９
の断熱層、１７は加熱炉９のケーシング、１８は
ヒータ１５に着脱自在に接続したヒータ給電電
極、２２はヒータ１５に固定されたヒータ給電コ
ンタクタ、２４は炉床架台２１に設けた炉体加台
部給電コンタクタで、同コンタクタ２４は前記コ
ンタクタ２２に接続可能である。

また２３は炉体架台、１９は加熱炉９内の炉
床、２０は高圧ガス配管７に接続したガス給排気
管路である。いま加熱炉９が高圧円筒体２外にあ
るときに、同加熱炉９内の処理室１４の炉床１９
上に被処理品を置き、次いで同加熱炉９が第６図
の二点鎖線に示すようにホイスト等により高圧円
筒体２内に収納されて、同高圧円筒体２の上端開
口部が上蓋３により気密的に閉じられ、次いで同
高圧円筒体２を含む高圧容器が高圧容器移動用シ
リンダ６によりヨークフレーム１内へ送り込ま
れ、次いで圧力媒体ガスが増圧機（図示せず）か
ら高圧ガス配管７及び給排気管路２０を経て高圧
円筒体２内の加圧室１３及び処理室１４へ圧送さ
れて、これらの室が加圧される。

一方、電力が給電配線８からヒータ給電電極１
８コンタクタ２２，２４を経てヒータ１５へ供給
され、同ヒータ１５が発熱して、ヒータ１５に囲
まれた処理室１４が加熱される。前記処理室１４
のガス圧力及び温度及び温度が所定処理条件に到
達みたら、その状態が一定時間保持されて、その
間に被処理物の熱間静水圧加圧処理が行なわれ、
この熱間静水圧加圧処理が完了したら、給電配線
８及びヒータ給電電極１８、コンタクタ２２，２
４を介したヒータ１５への給電が停止されて、加
熱炉９が冷却され、また加圧室１３及び処理室１
４の圧力媒体ガスがガス給排気管路２０と高圧ガ
ス配管７とを介して大気中に排出され、これらの
室１３，１４が降圧される。

次いで高圧円筒体２を含む高圧容器が、高圧容
器移動用シリンダ６によりヨークフレーム１外へ
送り出され、次に上蓋３が取り外され、次いで加
熱炉９が処理室１４内の被処理品とともにホイス
ト等により高圧円筒体２外へ取り出される。な
お、２５は高圧円筒体２の内壁に設けた冷却ジヤ
ケツトで、熱間静水圧加圧処理中に冷却水を同冷
却ジヤケツト２５に通水することにより、高圧円
筒体２を冷却するようになつている。

従来の熱間静水圧加圧装置は、金属材料処理用
の装置で、圧力1500Kgｆ／cm²、温度1250℃、セラ
ミツクス材料処理用で、圧力2000Kgｆ／cm²、温度
2000℃の仕様が一般的であり、各工業分野におい
て利用されている。

一方、最近になつて人工骨など生体材料の開発
に伴ない、温度は比較的低い400℃〜800℃が超高
圧力10000〜20000Kgｆ／cm²を負荷することのでき
る超高圧型熱間静水圧加圧装置の必要性が高まつ
てきた。気体を圧力媒体として用い、10000Kg
ｆ／cm²までの圧力下で加熱するための装置は、
1950年前後に実験室で使用され始めた。また気体
を圧力媒体とする、この種の装置は工業上重要な
利用分野を有することが認識されるに伴ない、装
置は大型化して普及したが、装置を構成する材料
に疲労を生じ、しばしば内圧による破損を起こ
し、実際の使用圧力は2000Kgｆ／cm²前後まで低下
し、現在に至つている。

熱間静水圧加圧装置の構成要素のうち、高圧力
を受けるのは耐圧容器、高圧配管、増圧機の３つ
である。このうち耐圧容器は単純な円筒形状であ
ることから、多層円筒の焼ばめ構造とすることに
より寿命を伸ばすことが可能で、充分に完全性を
考慮した設計ができる。これに対し増圧機及び高
圧配管は、耐圧容器に比べて形状が複雑であり、
かつ製造技術の面から多層円筒構造をとることも
困難であるため、超高圧型熱間静水圧加圧装置を
開発する上で最大の障害となつていた。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の熱間静水圧加熱装置のうちの増圧機及び
高圧配管は、形状が複雑で、多層構造をとること
が困難である等の問題点があつた。本発明はこれ
らの問題点を解決しようとするものである。

（問題点を解決しようとする問題点） このため本発明は、ヨークフレーム内に円筒胴
を配置し、同ヨークフレームの四周に垂直に立設
され、作動用油圧シリンダをヨークフレームに固
定したサブラムを具え、同サブラムに固定され上
下方向に移動可能なテーブルと、同テーブルの上
方へと楔としてのスペーサを具え、前記テーブル
の下面には、下端を前記円筒体の中心の貫通穴に
上方より挿嵌可能な上蓋を取付けてなる高圧容器
において、ヨークフレーム内下面上に閉端床面を
有する油圧シリンダと、上端を円筒胴への挿嵌が
可能な下蓋とするピストンと、同ピストンの中心
部を上下に貫通した穴内にピストンと摺動可能
で、かつ前記油圧シリンダの床面部材に配され、
外部へ開口した管路に気密に連通し、ピストンの
貫通穴と気密に配された高圧導管とからなる増圧
ユニツトを有し、同高圧導管の加圧室への開口端
に逆止弁を有してなるもので、これを問題点解決
のための手段とするものである。

（作用） 超高圧型熱間静水圧加圧装置において、最終運
転圧力の値により増圧機での増圧を所定圧でや
め、その後増圧ユニツトでの超高圧領域での増圧
工程に移行する。次に所定の時間運転を継続し、
処理が完了した時点でピストンを降下させ、加圧
室内の圧力を初期充填圧力に戻し、ピストンが増
圧ユニツト床板に接すると同時に、逆止弁が高圧
導管により突き上げられ、加圧室の気密が破られ
る。この時高圧導管、給排気管路、高圧配管内圧
力は、加圧室内の圧力とバランスしており、逆止
弁を突き上げる際に高圧導管に圧縮力が作用する
ことはない。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第１図〜第４図は本発明の実施例を示す装置
である。

なお、第１図〜第４図において従来装置と同一
部材には同一符号を付し、重複説明を省略する。

さて本発明の超高圧型熱間静水圧加圧装置
（HIP装置）３０の構造を、第１図〜第４図で説
明すると、第１図及び第２図において、円筒体２
の周囲を囲むように配された４本のロツド６１
は、テーブル４０に各々固定されており、上部シ
リンダ６２と下部シリンダ６３により上下に１体
となり動くサブラム６０となつている。上、下部
シリンダ６２，６３はヨークフレーム１に固定さ
れ、ヨークフレーム１は架台３１によりピツト壁
３２に固定されている。スペーサ４１は加圧室１
３に圧力媒体ガスが入つていない状態では、上下
蓋３，４に軸方向力が発生していないため、人力
あるいは油圧シリンダ等の機械力でテーブル４０
上をヨークフレーム１外へ引き出すことができ
る。

円筒体２は増圧ユニツト５０に固定された円筒
体架台５１上に固定されており、円筒体架台５１
はサブラム６０のロツド６１には固定されていな
い。増圧ユニツト５０はヨークフレーム１の下面
上に固定されており、加圧室１３に外部より圧送
される圧力媒体ガス圧力により、円筒体２にガス
シール１１，１２をもつて嵌合する上下蓋３，４
に作用する上下方向の軸力は、上方向については
テーブル４０、スペーサ４１を介し、また下方向
については円筒体架台５１、増圧ユニツト５０を
介してヨークフレーム１を上下向上に押し拡げる
力となる。ヨークフレーム１はこの軸力に充分耐
えられる設計がなされており、上下蓋３，４は加
圧室１３内の圧力とヨークフレーム１の反力の釣
り合つた状態で定置する。

増圧ユニツト５０は、シリンダ５４とこの内を
摺動する端部が下蓋４であるピストン５２及びピ
ストン５２の中心を上下に貫通する穴に設けら
れ、ピストン５２と高圧導管ガスシール５７によ
り気密に配された高圧導管５５、ピストン５２を
上下方向に動かすための油圧配管５３から構成さ
れる。また加熱炉９は上蓋３に懸垂状態で固定
し、加熱炉９への給電は給電配線８を通して行な
う。一方加圧室１３への圧力媒体ガスの供給、排
気は増圧機（図示せず）から高圧配管７、給排気
管路２０、高圧導管５５を通じて行なう。

逆止弁５６はピストン５２が最下位置にある状
態（第３図）では、高圧導管５５により突き上げ
られた状態となつており、高圧導管５５と加圧室
１３は連通している。高圧導管５５は増圧ユニツ
ト床板５７に固定されており、ピストン５２の上
昇とともに逆止弁５６は下蓋４上面に密着し、加
圧室１３は高圧導管５５及び給排気管路２０、高
圧配管７と切り離されて気密室となる。また円筒
体２の外周には、冷却ジヤケツト２５が配されて
おり、冷却水配管２６を通して運転中に冷却水を
通水し、加熱炉９による円管胴及び上下蓋３，４
を含む装置の冷却を行なう。

次に本装置を運転する際の装置各部の作用を説
明すると、運転は第３図の状態で加熱炉９への被
処理品の装填より開始する。加熱炉９はヒータ、
断熱層、炉床、ケーシング、電極類から構成さ
れ、構造は第８図の従来装置の例に近似してい
る。相違点は、給電配線８が加熱炉９の上方に配
されている点のみである。

加熱炉９への被処理品の装填を完了した後、上
部シリンダ６２に油圧をたて、サブラム６０を降
下させると、サブラム６０のロツド６１に固定さ
れたテーブル４０が降下し、加熱炉９が加圧室１
３内に装着される。第１図、第２図はスペーサ４
１をテーブル４０上を摺動させ、ヨークフレーム
１内に装着した状態を示す。

次に増圧機での増圧及び加熱炉９への給電を開
始し、被処理品の加圧、加熱処理を開始する。

最終運転圧力の値により、増圧機での増圧を所
定圧（2000Kgｆ／cm²以下）でやめ、その後増圧ユ
ニツト５０での超高圧領域（2000Kgｆ／cm²以上）
での増圧工程に移行する。

第４図は最終運転圧力に達した状態で、所定圧
力、温度での運転をしているところで、加圧室１
３は逆止弁５６により外部から気密に切り離され
ており、ピストン５２の上昇により、加圧室１３
内圧力が初期充填圧力（2000Kgｆ／cm²）から超高
圧領域（10000Kgｆ／cm²以上）に達している。所
定の時間運転を継続し、処理が完了した時点でピ
ストン５２を降下させ、加圧室１３内の圧力を初
期充填圧力に戻し、ピストン５２が増圧ユニツト
床板５７に接すると同時に、逆止弁５６が高圧導
管５５により突き上げられ、加圧室１３の気密が
破られる。この時高圧導管５５、給排気管路２
０、高圧配管７内圧力は、加圧室１３内の圧力と
バランスしており、逆止弁５６を突き上げる際
に、高圧導管５５に圧縮力が作用することはな
い。

加圧室１３と配管系５５，２０，７が連通した
後、高圧配管７に設けた大気開放弁、あるいは回
収容器への止切弁を開放し、加圧室１３内の圧力
を大気圧まで降下させる。次に前記の操作を逆に
行なうことにより第３図の状態にして、加熱炉か
ら被処理品をとり出し、処理を完了する。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く本発明は増圧ユニツト
を設けたので、高圧配管系を低い圧力領域（2000
Kgｆ／cm²）にしたまま、超高圧（10000Kgｆ／cm²）
発生を可能にすることができ、また増圧ユニツト
を装置の下方部に設けたことにより、安全性を高
めることができる。なお、加熱炉の運転中に動く
ことのない上蓋に懸垂固定するようにすれば、装
置トラブルの要因を無くすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す超高圧型静水圧
加圧装置の正面断面図、第２図は同側断面図、第
３図は第２図における要部の詳細１部断面側面
図、第４図は第３図と作動状態を異にする側断面
図、第５図はアルゴンガスの圧力、密度特性線
図、第６図は従来の熱間静水圧加圧装置の側面
図、第７図は同要部の正面図、第８図は第６図に
おける要部の詳細断面図である。 図の主要部分の説明、１……ヨークフレーム、
２……円筒体、４……下蓋、７……高圧配管、１
３……加圧室、４０……テーブル、４１……スペ
ーサ、３０……超高圧型熱間静水圧加圧装置、５
０……増圧ユニツト、５２……ピストン、５４…
…シリンダ、５５……高圧導管、５６……逆止
弁、６０……サブラム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヨークフレーム内に円筒体を配置し、同ヨー
   クフレームの四周に垂直に立設され、作動用油圧
   シリンダをヨークフレームに固定したサブラムを
   具え、同サブラムに固定され上下方向に移動可能
   なテーブルと、同テーブルの上方への楔としての
   スペーサを具え、前記テーブルの下面には、下端
   を前記円筒体の中心の貫通穴に上方より挿嵌可能
   な上蓋を取付けてなる高圧容器において、ヨーク
   フレーム内下面上に閉端床面を有する油圧シリン
   ダと、上端を円筒体への挿嵌が可能な下蓋とする
   ピストンと、同ピストンの中心部を上下に貫通し
   た穴内に同ピストンと摺動可能で、かつ前記油圧
   シリンダの床面部材に配され、外部へ開口した管
   路に気密に連通し、ピストンの貫通穴と気密に配
   された高圧導管とからなる増圧ユニツトを有し、
   同高圧導管の加圧室への開口端に逆止弁を有する
   ことを特徴とする超高圧型静水加圧装置。