JPH11303998A

JPH11303998A - 高圧容器の密封装置

Info

Publication number: JPH11303998A
Application number: JP10644698A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Naoi; 利勝直井; Takao Fujikawa; 隆男藤川; Yutaka Narukawa; 成川　　裕; Itaru Masuoka; 格増岡; Makoto Kadoguchi; 誠門口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間等方圧加圧装置（ＨＩＰ装置）等におい
て、上蓋１１、高圧円筒１０及び下蓋１２を有する高圧
容器２を、高圧円筒１０と下蓋１２との間で開閉する場
合に、開閉が容易に行えるものとし、且つ高圧容器２内
を真空域から高圧域までの広い圧力範囲で使用する状況
下でのシール性能を高める。【解決手段】下蓋１２を凹型とし、その内側にリング
部材１６を内嵌させる。このリング部材１６の上端部外
周面を雄テーパ形状とし、高圧円筒１０の下端部内周面
を雌テーパ形状とする。そして、この雌雄のテーパによ
る接面間に面シール１５を設けると共に、リング部材１
６の外周面と下蓋１２の凹部内周面との接面間に軸シー
ル１４を設ける。雌雄のテーパ面がガイドとなり、リン
グ部材１６と高圧円筒１０との芯合わせができ、面シー
ル１５は摺動摩擦を受け難い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体状の被処理物
を真空乃至高圧下で処理する場合に用いる高圧容器にお
いて採用される密封装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業用途に用いられる高圧プロセ
スは、用途の多様化に伴い、使用圧上限の高化傾向にあ
り、１０００ｋｇｆ／ｃｍ²に及ぶような場合もでてき
ている（不活性ガスを用いた熱間等方圧ではじつに２０
００ｋｇｆ／ｃｍ²にも及ぶ場合も検討されている）。
また、同時に、空気中の不純物排除を目的として、処理
環境を真空下にすることが望まれる場合があって、この
ような場合には、使用圧下限が、逆に真空域にまで広が
るなど、全体としての使用圧範囲は広まる傾向にある。

【０００３】この種、高圧プロセスにおいて使用される
高圧容器は、元来、一端部を閉塞された高圧円筒と、こ
の高圧円筒の他端側開放部に対し、内嵌状に嵌め込んだ
状態で閉塞可能にする蓋とを有したものとされていた。
そして、高圧円筒に蓋を嵌合装着させた閉塞時に、両者
の嵌合間にできる周方向の接面部分相互間に、Ｏリング
等を用いた軸シール（接面部分相互間を軸方向で遮断す
るシール）を設けていた。

【０００４】ところが、このような構造では、高圧容器
内（処理室）に被処理物を出入するため、蓋を開閉する
たびに軸シールが摺動摩擦を原因とした磨耗や劣化等を
起こし、その寿命が比較的短く、また場合によってはシ
ール性を損なうということに繋がっていた。そこで本出
願人は、図１５に、蓋１００を下蓋とした場合における
一例を示すように、高圧円筒１０１の端部開放部に内嵌
可能なリング部材１０２を新たに設け、このリング部材
１０２の外周面に軸シール１０３を設けるだけでなく、
このリング部材１０２の下向きの端面と蓋１００の上面
との突き合わせ面相互間に、Ｏリング等を用いた面シー
ル１０４（接面部分相互間を軸に直交した面方向で遮断
するシール）をも併用させるようにした高圧容器の密封
装置を提案している（特開平９−３０３５５７号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、本出願
人の提案に係る高圧容器の密封装置は、高圧円筒１０１
にも、また蓋１００にも直接的且つ構造的な固定関係を
有しないリング部材１０２を具備させたものあるが、こ
のような構造を採用すると、高圧容器内を流体で加圧し
たとき等に、リング部材１０２に僅かながら傾きが生じ
るおそれがでてくる。

【０００６】もし、このようにリング部材１０２に傾き
が生じた場合、高圧容器の内圧を原因として、面シール
１０４を構成するＯリングがリング部材１０２と蓋１０
０との間へはみ出し、Ｏリングを傷めることに繋がるお
それがあり、その結果、Ｏリングの早期交換を要するこ
とになり、これをもし怠るようなことがあれば、シール
性能の低下による圧媒漏れに至るおそれもあった。

【０００７】なお、上記のようにリング部材１０２を具
備した構成としたうえで、これに更にシール性能を高め
るための各種構造を採り入れた場合にあっては、高圧円
筒１０１に対する蓋１００の開閉動作が容易且つ迅速に
行え、殊に閉止動作に関しては確実且つ高精度に行える
ようにすることが求められている。本発明は、上記事情
に鑑みてなされたものであって、真空域から高圧域まで
の広い圧力範囲で使用可能とする高圧容器においてリン
グ部材を用いた構成とするうえで、リング部材の傾きを
原因としたシール性能の低下を防止し、またＯリング等
のシールリングにおいて長寿命化を図るようにし、更に
高圧容器の開閉動作を容易、迅速、確実且つ高精度で行
えるようにした高圧容器の密封装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る高圧容器用の密封装置では、二つ以上の部材を
具備して成る高圧容器のうち、片方の部材の少なくとも
端部に円筒部が形成され、この円筒部に、内周面を高圧
容器内へ臨ませたリング部材が嵌装されたものであっ
て、円筒部とリング部材との嵌装界面には、軸シール用
のシールリングが装着され、またリング部材の開放端部
側と高圧容器を構成する他方の部材の端面との突き合わ
せ界面には、面シール用のシールリングが装着されてい
る。

【０００９】また、前記リング部材は一方の端部まわり
に雄テーパ面が設けられており、この端部が向けられる
方の高圧容器を構成する一方の部材には、上記雄テーパ
面に面接触可能な雌テーパ面が設けられている。そし
て、前記した面シール用のシールリングは、このような
雌雄のテーパ面間の途中又はこれよりも径方向内方とな
るように配されている。

【００１０】このように高圧容器側の一方の部材とリン
グ部材とが雌雄のテーパ面で面接触する構造であるた
め、高圧容器（高圧円筒と蓋）の開閉時には自動的且つ
必然的に芯合わせがなされ、その開閉動作が容易且つ確
実に行われるものとなる。また、面シール用のシールリ
ングがこの雌雄のテーパ面間乃至これよりも径方向内方
に配されていることに伴い、高圧容器の開閉時に、リン
グ部材又は高圧容器を構成する部材と摺動摩擦を起こし
にくくなっている。従って、この面シール用のシールリ
ングとしての長寿命化が図れ、それだけシール性能の維
持が図れるし、パーティクル呼称されている１ミクロン
以下の大きさの粉塵類が被処理物に付着することも少な
く、これ故、シリコンウェーハなどの半導体基板の加圧
埋込み処理においてウェーハ面に形成された電子回路パ
ターンの健全性を損うこともないのである。

【００１１】しかも、リング部材は、その内周面で高圧
容器内の内圧を背圧状に受けて、径方向外方へ拡径しよ
うとするため、容器側の円筒部とリング部材との嵌装界
面に設けられる軸シールでは、確実なシールが得られる
ことになる。ところで、高圧容器の開閉時や、高圧容器
内を加圧させた場合等には、高圧容器に対して容器軸方
向に沿った変形が生じることになるが、このような容器
側の変形に対し、リング部材は、シール性を高めるため
に柔軟な追従変形を起こすことが要求される。すなわ
ち、この意味で、リング部材では、その曲げ剛性をある
程度低く抑えておくことが望まれる。

【００１２】ここにおいて、曲げ剛性は、断面二次モー
メントと縦弾性係数との積によって求められるものであ
る。そこで、リング部材は、軸シール用のシールリング
及び面シール用のシールリングの装着部において必要十
分量の肉厚を確保したうえで、可及的な薄肉化を行い、
断面二次モーメントを抑制させるようにすればよい。

【００１３】なお、このような断面二次モーメントの抑
制化は、高圧容器側の一方の部材とリング部材とを雌雄
のテーパ面で面接触させるようにする構造と、特別な因
果関係はなく、これとは別個独立して採用することがで
きるものである。一方、上記のようにリング部材とし
て、高圧容器よりも縦弾性係数の小さい材料によって形
成させるようにしてもよい。この場合、リング部材の縦
弾性係数は、１５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下とするのが
好適とされる。

【００１４】なお、このようにリング部材の縦弾性係数
を小さくした場合、容器側の円筒部とリング部材とが面
接触している部分において過度の磨耗が生じるおそれが
ある。このような磨耗が生じると、発生した磨耗粉が高
圧容器内を汚染する不具合に繋がるため、できるだけ、
この磨耗を抑える必要がある。そこで、リング部材に
は、少なくとも高圧容器に対する接触面に高硬度被膜を
設けるようにするのが好適となる。

【００１５】この他、本発明でも、先願と同様に、高圧
容器に対してその内部圧力による容器軸方向の荷重を担
持するためのフレームを付属させたものとしたうえで、
前記リング部材がこの荷重によるフレームの伸び量と同
等以上の距離で摺動可能に嵌装されたものとするのが好
適であり、また、面シール用のシールリングの初期封の
ために、リング部材を押圧するための押圧手段を備えさ
せるのが好適とされる。

【００１６】面シール用のシールリングと軸シール用の
シールリングとの双方を、リング部材に形成した溝に収
納させる構造や、面シール用のシールリングと軸シール
用のシールリングとの少なくとも一方を、高圧容器の構
成部材に形成した溝に収納させる構造にしたり、面シー
ル用のシールリングと軸シール用のシールリングとのう
ち少なくとも軸シール用のシールリングを複数として、
このうち少なくとも一つのシールリングをＯリングとし
たりすることも好適とされる。

【００１７】リング部材において、少なくとも一方の端
部に、外周側周縁部に相当させて切欠状の段部周溝を凹
設させておき、この段部周溝にシールリングを嵌着させ
ることで、このシールリングによって面シール及び軸シ
ールを兼用させるようにしてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１乃至図３は、熱間等方圧加圧
装置（以下、「ＨＩＰ装置」と言う）１の高圧容器２に
対して適用した、本発明に係る密封装置の第１実施形態
を示したものである。

【００１９】このＨＩＰ装置１は、高圧容器２と、この
高圧容器２内で発生するガス圧による荷重を高圧容器２
の容器軸方向両側で担持するための窓枠状フレーム３
と、高圧容器２内において設けられた断熱構造体４、ヒ
ータ５及び被処理物６を支持するための炉床７等を具備
して構成される電気炉８とを有したものである。高圧容
器２は、ドーナツ形断面を有する高圧円筒１０と、この
高圧円筒１０の上部開放端部を塞ぐガス給排通路１１Ａ
を有する上蓋１１と、高圧円筒１０の下部開放端部を塞
ぐ下蓋１２との三つの部材を有している。

【００２０】この高圧容器２の開閉動作、すなわち、被
処理物６の出入動作は、フレーム３を高圧容器２から離
脱させてから下蓋１２を下降させることで行うようにな
っている。そして、この高圧円筒１０と下蓋１２との結
合部分内側に、両者間をシールする軸シール１４及び面
シール１５を構成させるためのリング部材１６が嵌装さ
れている。

【００２１】すなわち、高圧容器２を構成する片方の部
材の少なくとも端部、本第１実施形態では下蓋１２が周
囲の立ち上がり壁を有した皿状に形成されているために
この立ち上がり壁の上部側に該当する開放端部が、円筒
部とされ、この円筒部に、上記リング部材１６が、その
内周面を高圧容器２内へ臨ませるようにして嵌装されて
いる。

【００２２】そして、この円筒部（下蓋１２における立
ち上がり壁）の内周面とリング部材１６の外周面との嵌
装界面に、軸シール１４用のシールリング２０が装着さ
れいると共に、リング部材１６の開放端部（上部端）側
と高圧容器２を構成する他方の部材、即ち高圧円筒１０
が、リング部材１６に対して容器軸方向で突き合わせ状
になる面との界面に、面シール１５用のシールリング２
１が装着されている。

【００２３】リング部材１６には、高圧円筒１０へ向く
端部まわりに雄テーパ面２３が設けられている。これに
対し、高圧円筒１０においてリング部材１０へ向く端部
には、このリング部材１６の雄テーパ面２３に対して面
接触可能となる雌テーパ面２４が設けられている。本第
１実施形態において、上記した軸シール１４用のシール
リング２０及び面シール１５用のシールリング２１に
は、いずれもＯリングを用いてある。また、いずれもリ
ング部材１６に対して、その外周面側に設けた周溝２
６，２７へ嵌着するものとしてある。

【００２４】リング部材１６において、面シール１５用
のシールリング２１を嵌着する周溝２７は、雄テーパ面
２３の端部で、外周側周縁部に相当させて切欠状に形成
させた段部周溝としてある。従って、この周溝２７に嵌
着されたシールリング２１は、高圧円筒１０とリング部
材１６との間に存在して、上記のように面シール１５と
して機能するだけでなく、リング部材１６の雄テーパ面
２３と高圧円筒１０の雌テーパ面２４とが面接触する相
互間にも存在して、ここで上記軸シール１４と同等又は
補助的な作用を奏する（即ち、面シールと軸シールとを
兼用している）ものになっている。

【００２５】また、このリング部材１６において、高圧
容器２の容器軸方向に沿った高さ寸法ｈ（図３参照）
は、高圧円筒１０と下蓋１２とが互いに密着した状況下
（図２の左半部参照）にあってリング部材１６を収容す
べく形成される周溝部分高さＨ寸法と同じにするか、又
はこのＨ寸法に、面シール１５におけるシールリング２
１のツブシ代を加えた寸法とするのが好適である。

【００２６】なお、上記各シールリング２０，２１は、
滑り性に優れたＰＴＦＥ等より形成されたものとしてお
くと、高圧容器２の開閉時にあって、リング部材１６と
高圧円筒１０とが当接する時点での磨耗粉の発生を可及
的に防止できるという利点があり、これは特に、シリコ
ンウェーハなどの半導体基板の加圧埋込み処理において
有利となる。

【００２７】勿論、これらの材質は限定されるものでは
なく、例えば、面シール１５のシールリング２１として
は、耐磨耗性に優れたＴｉＮｉ超弾性材料、弾性の豊富
なフッ素ゴム等のゴム系弾性材料等を使用可能である。
また、高圧容器２として頻繁な開閉を行わない場合や、
或いは開閉に伴う摩擦をあまり受けないような配置下で
設けられるシールリングであれば、薄肉のステンレス鋼
を素材とする細い管材を用いて形成した断面Ｃ型のリン
グ等を用いることもできる。

【００２８】なお、上記フレーム３は、積層板形式や巻
線形式等のいずれを採用してもよく、また窓枠状以外
の、例えばＣ型状としてもよい。更に、このフレーム３
を高圧容器２に対して着脱する動作構造としても、台車
式や旋回式等、いずれを採用してもよい。このような構
成のＨＩＰ装置１において、高圧容器２の開閉動作は、
上記のように下蓋１２側の昇降により行うが、この開閉
時には、リング部材１６の雄テーパ面２３と高圧円筒１
０の雌テーパ面２４とが面接触する構造であることか
ら、これらのテーパ状面接触が互いのガイドとなって、
自動的且つ必然的に両者間で芯合わせがなされることに
なる。

【００２９】従って、高圧容器２の開閉に伴い、軸シー
ル１４のシールリング２０や面シール１５のシールリン
グ２１が偏心や捩じれ、又は周方向の局部箇所での強圧
擦れ等を生じることが防止され、リング部材１６と高圧
円筒１０とは確実に整合状の嵌め合わせがなされる。し
かも、面シール１５用のシールリング２１が上記テーパ
接触面間に位置付けられているため、高圧容器２の開閉
時に、高圧円筒１０と摺動摩擦を起こしにくく、それだ
けこのシールリング２１としての長寿命化が図られるも
のである。

【００３０】そして、この高圧容器２にフレーム３をセ
ットすると共に、高圧容器２内で炉床７上の被処理物６
をヒータ５への通電と、アルゴン等の不活性ガス圧媒に
よる等方圧にて加圧処理するとき、高圧容器２内の圧力
が高くなるにつれて上蓋１１及び下蓋１２に作用する容
器軸方向荷重が増大し、結果として窓枠状フレーム３
は、上下方向へ向けた伸びを生じる。

【００３１】そのため、高圧円筒１０を中心において考
察した場合、窓枠状フレーム３の伸びに相当する分だ
け、上蓋１１は上方向へ、また下蓋１２は下方向へ移動
することになる。ここにおいて、上蓋１１は、高圧円筒
１０内へ突出して内嵌する部分１１ａ（図１参照）が十
分に長ければシール機能は維持されることになるのに対
し、下蓋１２は、リング部材１６が上方向へ移動するこ
とになり、シール機能が維持されることになる。

【００３２】すなわち、高圧容器２の内部に高圧力が発
生した場合、軸シール１４のシールリング２０にはその
外径Ｄｓに応じた上向きの押圧力が作用し、反対に面シ
ール１５のシールリング２１にはその外径Ｄｆに応じた
下向きの押圧力が作用することになるが、上記のように
面シール１５のシールリング２１は雄テーパ面２３に設
けられている関係上、その外径Ｄｆは、軸シール１４に
おけるシールリング２０の外径Ｄｓよりも径小となって
いる（Ｄｆ＜Ｄｓ）。

【００３３】そのため、このリング部材１６には、高圧
容器２の内部の圧力が外部よりＰ（ｋｇｆ／ｃｍ²）だ
け高くなっていると仮定したときに、軸シール１４のシ
ールリング２０の外径Ｄｓと面シール１５のシールリン
グ２１の外径Ｄｆとに相当する受圧断面積の差、即ち、
Ｐ×π（Ｄｓ²−Ｄｆ²）／４の荷重が、常に上向きに
作用することになり、この上向きの作用がリング部材１
６を押し上げ、面シール１５を更に密着させることにな
る。

【００３４】このようにして、この面シール１５におい
て、シールリング２１が外側へはみ出すことが防止さ
れ、安定したシール機能が実現されるわけである。な
お、上記のシールリング２０，２１の外径に相当する受
圧断面積の差は、高圧容器２の内部圧力が高圧であれば
あるほど、大きくなり、従って、面シール１５を密着さ
せる作用も、それだけ大きくなる、ということになる。

【００３５】しかも、リング部材１６は、その内周面が
高圧容器２の内方へ臨んでいるため、内部の圧力を受け
て径方向外方へ拡径するようになり、軸シール１４を密
着させるようにもなっている。一方、高圧容器２の内部
が真空又は大気圧以下となった場合では、高圧円筒１０
に対して上蓋１１及び下蓋１２が相互接近するような荷
重が作用する。ここで、リング部材１６の高さ寸法ｈ
（図３参照）は、上記のように高圧容器２内におけるリ
ング部材用収容部分の高さＨ寸法と密接な関係で形成さ
れているため、高圧円筒１０とリング部材１６との突き
合わせ界面では、面シール１５のシールリング２１を締
め付ける作用が生じ、これによって十分な気密性が得ら
れることになる。

【００３６】このようなことから、高圧容器２の内部で
の使用圧力を、高圧域だけでなく、真空域にまで広くと
れるようになる。なお、一般に、ＨＩＰ装置１は大型の
装置で１日１回の操業を行うものであり、被処理品６の
出し入れに毎回、下蓋１２を開放することになるが、そ
れでも従来では軸シールだけに頼っていたことに起因し
て、シールリングの寿命が１０回程のレベルであったの
に対し、本発明では、下蓋１２の開放時は面シール１５
の部分で開閉が行われることに起因してその摺動磨耗を
大幅に低減できるものとなっており、その結果、シール
リング２０，２１の寿命は１桁以上の改善を可能にした
ものである。

【００３７】ところで、高圧容器２の内部が高圧になっ
て、リング部材１６が径方向外方へ拡径作用を受けてい
るとき、高圧円筒１０及び下蓋１２も、同様に径方向外
方への拡径作用を受けている。従って、この状態から高
圧容器２の内部圧力を低下させると、リング部材１６は
もとより、高圧円筒１０及び下蓋１２も径方向内方へ縮
径することになる。

【００３８】このような縮径時において、少なくともリ
ング部材１６の雄テーパ面２３と高圧円筒１０の雌テー
パ面２４との接触面間で、僅かでも隙間が形成されるよ
うになれば、高圧容器２の開閉動作を一層、容易化で
き、また磨耗粉の発生を抑制させるうえで好適となる。
そこで、リング部材１６の形成材料としては、高圧容器
２、特に高圧円筒１０の形成材料よりも縦弾性係数（ヤ
ング率）の小さいものを選出しておくのが好適となる。
すなわち、このようにすると、高圧容器２の内部圧力を
低下させてゆく際のリング部材１６のスプリングバック
量を大きくできるので、上記隙間を発生させやすくな
る。

【００３９】また、このようにリング部材１６の形成材
料として縦弾性係数の小さなものを用いることは、次の
点でも有益である。すなわち、高圧容器２の内部を加圧
してゆく過程にあって、上蓋１１の上方向移動及び下蓋
１２の下方向移動に伴ってフレーム３が上下方向に伸び
ることは前記したとおりであるが、フレーム３は、平面
的に見ると上蓋１１や下蓋１２に対してそれらの中心部
を横切るようなかたちで当接している。従って、上蓋１
１や下蓋１２にはフレーム３の当接していない部分が存
在し、これらの非当接部分では、大げさに言えば波打ち
状の偏った変形が生じていることになる。

【００４０】このような場合に、リング部材１６が縦弾
性係数の小さな材料で形成されていると、リング部材１
６の曲げ剛性（曲げ剛性は、縦弾性係数と断面二次モー
メントとの積によって得られる）が小さくなり、その結
果、リング部材１６は下蓋１２の上記偏った変形にも柔
軟に追従するものとなって、面シール１５のシールリン
グ２１等が外側へはみ出すといったこと等を防止できる
ことになる。

【００４１】具体例を挙げると、一般に高圧容器２（高
圧円筒１０）には強靱鋼やステンレス鋼等が用いられる
ことから、リング部材１６には、銅合金、チタン合金、
アルミ合金等を用いればよい。また、縦弾性係数を数値
的に言えば、１５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下とするのが
好適とされる。縦弾性係数が１１０００ｋｇｆ／ｍｍ²
程度のアルミニウム青銅を用いたときに、すこぶる良好
な結果が得られた。

【００４２】ただし、リング部材１６の形成材料には、
単に縦弾性係数の小さな材料を用いればよいと言うもの
ではない。なぜなら、高圧容器２の開閉時について更に
厳密な考察を加えると、この第１実施形態の場合であれ
ば、リング部材１６と高圧円筒１０との間に、多少なり
とも摺動摩擦が生じていると言わなければならない。

【００４３】また、高圧容器２内を加圧してゆく過程で
は、上記したように上蓋１１の上方向移動及び下蓋１２
の下方向移動に伴ってフレーム３が上下方向に伸びるた
め、図３に示すように、高圧円筒１０と下蓋１２との当
接間には隙間３０が発生することになる。従ってこのと
きも、リング部材１６は高圧円筒１０へ向けて押し上げ
られるように移動し、リング部材１６の外周面と下蓋１
２における立ち上がり壁の内周面との周面間でも、摺動
摩擦が発生することになる。

【００４４】このような摺動摩擦が発生した際に、磨耗
粉の発生を少しでも抑えられるようにするうえでは、リ
ング部材１６の形成材料として縦弾性係数の小さなもの
を用いることは、却ってマイナス要因になるおそれがあ
る。すなわち、むしろリング部材１６には高硬度の材料
（高硬度の材料は一般的には縦弾性係数が大きい）を用
いることが好ましいことになる。

【００４５】そこで、このような二律背反する要請を満
足させるには、リング部材１６を縦弾性係数の小さな材
料によって形成させると共に、そのうち、少なくとも高
圧容器２に対して接触するようになる表面に、高硬度材
料による被膜を設けるようにすればよい。なお、この高
硬度被膜を形成させるための材料としては、摺動摩擦時
の磨耗粉の発生を可及的に抑える観点から、自己潤滑性
のあるものを選出するのが好適となる。

【００４６】この高硬度被膜としての具体例を挙げる
と、Ｎｉ−Ｐメッキを施し、その後の熱処理により硬度
を調整した被膜や、ＰＶＤ法により形成したＴｉＮ被膜
等がある。この第１実施形態において、リング部材１６
を上下逆向きに用いるような構造、即ち、リング部材１
６において、下蓋１２へ向く端部まわりに雄テーパ面２
３を設け、下蓋１２においてリング部材１０へ向く端部
に雌テーパ面２４を設ける構造（図３を上下逆向きにし
たような構造）とすることも可能である。

【００４７】図４は、ＨＩＰ装置１の高圧容器２に対し
て適用した本発明に係る密封装置の第２実施形態を示し
たものである。この第２実施形態において上記第１実施
形態と異なるところは、リング部材１６が、軸シール１
４用のシールリング２０の装着された部分、及び面シー
ル１５用のシールリング２１の装着された部分において
必要十分量の肉厚を確保したまま、その他の部位で可及
的な薄肉化を行って、断面二次モーメントを小さく抑え
ている点にある。

【００４８】この構成は、第１実施形態が、リング部材
１６の形成材料に縦弾性係数の小さな材料を用いて曲げ
剛性を低く抑えていることに対する代替案乃至併用案で
あって、これにより、高圧容器２内を加圧した際等にお
ける下蓋１２等の高圧容器２側の変形に対してリング部
材１６を柔軟に追従させて、その結果、面シール１５の
シールリング２１等が外側へはみ出すといったこと等を
防止しているものである。

【００４９】この第２実施形態におけるその他の構成及
び作用効果については、第１実施形態と全く同じであ
る。図５乃至図７は、第１実施形態（図１乃至図３参
照）が、リング部材１６と高圧容器２（高圧円筒１０）
とを、雄テーパ面２３と雌テーパ面２４とを介したテー
パ面接触とさせていることに関し、これを柱において、
面シール１５や軸シール１４の取付位置、又はその取付
数等を異ならせた第３乃至第５実施形態である。

【００５０】すなわち、第３実施形態（図５）では、軸
シール１４のシールリング２０を嵌着するための周溝２
６を、リング部材１６ではなく、高圧容器２を構成する
側の部材、即ち、下蓋１２に対して設けている。なお、
面シール１５のシールリング２１は、第１実施形態と同
様、リング部材１６に設けた周溝２７に嵌着している。

【００５１】第４実施形態（図６）では、軸シール１４
のシールリング２０を２本設けるものとして、そのうち
１本を、リング部材１６と高圧円筒１０とのテーパ接触
面間へ位置付けるようにしている。そして、これに伴
い、面シール１５のシールリング２１は、リング部材１
６と高圧円筒１０とが容器軸方向に直交する方向で突き
合わされている面の中央寄りへと、ずらして位置付けて
ある。

【００５２】なお、これらシールリング２０，２１を嵌
着するための周溝２６，２７は、全てリング部材１６に
対して設けてある。第５実施形態（図７）でも、軸シー
ル１４のシールリング２０を２本設けるものとして、そ
のうち１本を、リング部材１６と高圧円筒１０とのテー
パ接触面間へ位置付けており、更に、面シール１５のシ
ールリング２１についても、リング部材１６の両側の端
面（高圧容器２における高圧円筒１０及び下蓋１２の双
方に向く面）に対応させて、２本設けたものとしてい
る。

【００５３】なお、この第５実施形態では、各シールリ
ング２０，２１を嵌着するための周溝２６，２７は、全
て高圧容器２の高圧円筒１０及び下蓋１２に対して設け
てある。図８は、上記した第１実施形態（図１乃至図
３）に対し、下蓋１２とリング部材１６との間に、コイ
ルバネや皿バネ、或いはゴム等の弾性体によって構成さ
れる押圧手段４０を付加させた第６実施形態である。

【００５４】このように押圧手段４０を設けるようにす
ると、高圧容器２を閉止動作させるに際し、高圧円筒１
０と下蓋１２とを相互接近させてゆくときに、押圧手段
４０によってリング部材１６が早期のうちに高圧円筒１
０へ押し付けられるようになり、従って面シール１５の
シールリング２１に初期圧力が加わって、確実な封止状
態が得られることになる。

【００５５】図９乃至図１２は、第２実施形態（図４参
照）が、リング部材１６の断面二次モーメントを小さく
させていることに関し、これを柱において、面シール１
５や軸シール１４の取付位置、又はその取付数等を異な
らせた第７乃至第１０実施形態である。なお、これら第
７乃至第１０実施形態では、リング部材１６と高圧円筒
１０とをテーパ面接触させるものとはしておらず、高圧
円筒１０と下蓋１２とが容器軸方向に直交して突き合わ
され、これらの内隅にリング部材１６が嵌装される構造
としてある。従って、リング部材１６は、基本的にその
断面形状がＬ字状をしたものとなっている。

【００５６】このような構造であると、高圧容器２を開
く動作として、高圧円筒１０の上昇量又は下蓋１２の下
降量を少なく抑えることができ、その結果、高圧容器２
の開閉動作を迅速に行え、また軸シール１４のシールリ
ング２０等において摺動摩擦を殆ど解消できる等の利点
がある。ただ、このような構造を採用すると、代表例と
しての第７実施形態（図９）から明らかなように、リン
グ部材１６と高圧容器２との間に設ける面シール１５
は、リング部材１６と下蓋１２との接面間となる（すな
わち、第１乃至第６実施形態とは位置的な上下関係が逆
となる）。

【００５７】第８実施形態（図１０）では、軸シール１
４のシールリング２０を２本設けるものとして、各１本
を、高圧円筒１０と下蓋１２とに各別に対応させるよう
に振り分けて位置付けている。なお、これらシールリン
グ２０，２１を嵌着するための周溝２６，２７は、全て
リング部材１６に対して設けてある。

【００５８】第９実施形態（図１１）では、面シール１
５のシールリング２１を嵌着するための周溝２７を、リ
ング部材１６ではなく、高圧容器２を構成する側の部
材、即ち、下蓋１２に対して設けている。なお、軸シー
ル１４のシールリング２０は、リング部材１６に設けた
周溝２６に嵌着している。このため、リング部材１６
は、面シール１５のシールリング２１に対応して設けら
れる部分の肉厚が、軸シール１４のシールリング２０を
嵌着保持する部分に比べて、更に薄く形成されている。

【００５９】第１０実施形態（図１２）では、軸シール
１４のシールリング２０を嵌着するための周溝２６及び
面シール１５のシールリング２１を嵌着するための周溝
２７の双方について、高圧容器２側、即ち、高圧円筒１
０及び下蓋１２に対して設けてある。このため、リング
部材１６は、面シール１５のシールリング２１に対応し
て設けられる部分だけでなく、軸シール１４のシールリ
ング２０に対応して設けられる部分も、相当に薄く形成
されている。

【００６０】図１３は、上記した第８実施形態（図１
０）に対し、高圧円筒１０内に支持リング部材４１を設
けて、この支持リング部材４１とリング部材１６との間
に、コイルバネや皿バネ、或いはゴム等の弾性体によっ
て構成される押圧手段４０を付加させた第１１実施形態
である。このように押圧手段４０を設けるようにする
と、高圧容器２を閉止動作させるに際し、高圧円筒１０
と下蓋１２とを相互接近させてゆくときに、押圧手段４
０によってリング部材１６が早期のうちに下蓋１２の内
底面へ押し付けられるようになり、従って面シール１５
のシールリング２１に初期圧力が加わって、確実な封止
状態が得られることになる。

【００６１】図１４は、第８実施形態を示し、上蓋１１
と高圧円筒１０Ａとを一体に構成した上高圧容器２Ａ
と、下蓋１２と高圧円筒１０Ｂとを一体に構成した下高
圧容器２Ｂとの分割面間、軸シール１４と面シール１５
を有するリング部材１６で密封したものであり、図３を
参照して既述した構成とほぼ同じ構成とされている。こ
の図１４で示す装置では炉内部の構成は省略している
が、既述した半導体基板の加圧埋込み処理に採用すると
有効である。

【００６２】ところで、本発明は、上記実施形態に限定
されるものではない。例えば、本発明はＨＩＰ装置に対
して適用することが限定されるものではなく、乾式の冷
間静水圧プレス装置（ＣＩＰ）へ適用することも可能で
ある。また、ＨＩＰ装置であるとしても、フレーム３を
具備しない小型のもの（高圧円筒１０の容器軸方向長さ
を短くしたようなもの）に適用することが可能である。

【００６３】被処理物６として粉体状のものを用い、こ
れをゴム型に充填した状態で高圧容器２内へ収めるとい
った方法や、圧媒として水等の液体を用いるといった方
法等も採用可能である。軸シール１４や面シール１５に
おいて用いられるシールリング２０，２１は、Ｏリング
に限定されず、断面Ｕ型、Ｘ型、Ｖ型、Ｔ型、角型、中
空型等のリングや、これらにバックアップリングを付帯
させたもの、及びキャップシール付きとしたり更にバッ
クアップリングをも付帯させたものに置換、又は混用使
用することが可能である。

【００６４】また、これら各シールリング２０，２１を
嵌着させるための周溝２６，２７についても、角溝とす
ることが限定されるものではなく、Ｖ溝、丸溝、Ｕ溝、
アンダーカット溝等とすることが可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る高圧容器の密封装置では、真空域から高圧域までの
広い圧力範囲で使用する高圧容器であって、内周面を高
圧容器内へ臨ませたリング部材を備え、且つこのリング
部材によって軸シール用のシールリング及び面シール用
のシールリングを装備可能にしているので、リング部材
の傾きを原因としたシール性能の低下は防止され、また
Ｏリング等のシールリングにおいて長寿命化が図られる
ものとなった。

【００６６】また、このリング部材は、高圧容器側の一
方の部材との間で雌雄のテーパ面を介して面接触する構
造にしたため、高圧容器の開閉動作が容易且つ迅速に行
えるものであると共に、特にその閉止動作に関しても確
実且つ高精度で行えるものである。なお、リング部材の
縦弾性係数を小さくしたり断面二次モーメントを小さく
したりして、その曲げ剛性を低く抑えておくことによ
り、高圧容器の変形時や高圧容器に対するリング部材の
僅かな摺動摩擦発生時等において、このリング部材自体
が柔軟な追従変形や移動等を起こすために、シール性能
やシールリングの寿命等に関して良好な結果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間等方圧加圧装置の高圧容器に対して適用し
た、本発明に係る密封装置の第１実施形態を示した断面
図である。

【図２】図１を中間省略し且つ拡大して示した動作説明
図である。

【図３】図２中の主要部を更に拡大して示した図であ
る。

【図４】第１実施形態の主要部を柱として展開した第２
実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図５】第１実施形態の主要部を柱として展開した第３
実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図６】第１実施形態の主要部を柱として展開した第４
実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図７】第１実施形態の主要部を柱として展開した第５
実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図８】第１実施形態の主要部を柱として展開した第６
実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図９】第２実施形態の一部を柱として展開した第７実
施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図１０】第７実施形態の主要部を柱として展開した第
８実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図１１】第７実施形態の主要部を柱として展開した第
９実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図１２】第７実施形態の主要部を柱として展開した第
１０実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図１３】第７実施形態の主要部を柱として展開した第
１１実施形態の主要部を示す拡大断面図である。

【図１４】第８実施形態を示す断面図である。

【図１５】従来における高圧容器の密封装置の主要部を
拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

１熱間等方圧加圧装置（ＨＩＰ装置）２高圧容器３フレーム６被処理物１０高圧円筒（高圧容器の一構成部材）１２下蓋（高圧容器の一構成部材）１４軸シール１５面シール１６リング部材２０軸シール用のシールリング２１面シール用のシールリング２３雄テーパ面２４雌テーパ面２６周溝２７周溝４０押圧手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増岡格兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者門口誠兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二つ以上の部材（１０，１２）からなる
高圧容器（２）を備え、該高圧容器（２）内で被処理物
（６）を等方圧で加圧処理するときに該圧力の漏れを防
止して密封する装置において、前記高圧容器（２）を構成する片方の部材（１２）の少
なくとも端部に円筒部が形成され、該円筒部に、内周面
を高圧容器（２）内へ臨ませたリング部材（１６）が嵌
装され、円筒部とリング部材（１６）との嵌装界面に軸
シール（１４）用のシールリング（２０）が装着されて
いると共に、リング部材（１６）の開放端部側と高圧容
器（２）を構成する他方の部材（１０）の端面との突き
合わせ界面に面シール（１５）用のシールリング（２
１）が装着されており、前記リング部材（１６）は一方の端部まわりに雄テーパ
面（２３）が設けられており、該端部が向けられる方の
高圧容器（２）を構成する一方の部材（１０）には上記
雄テーパ面（２３）に面接触可能な雌テーパ面（２４）
が設けられており、前記面シール（１５）用のシールリ
ング（２１）は、この雌雄のテーパ面（２３，２４）間
乃至これよりも径方向内方に配されていることを特徴と
する高圧容器の密封装置。
【請求項２】前記リング部材（１６）は、軸シール
（１４）用のシールリング（２０）及び面シール（１
５）用のシールリング（２１）の装着部において必要十
分量の肉厚確保をした可及的な薄肉化によって断面二次
モーメントの抑制化がなされていることを特徴とする請
求項１記載の高圧容器の密封装置。
【請求項３】二つ以上の部材（１０，１２）からなる
高圧容器（２）を備え、該高圧容器（２）内で被処理物
（６）を等方圧で加圧処理するときに該圧力の漏れを防
止して密封する装置において、前記高圧容器（２）を構成する片方の部材（１０）の少
なくとも端部に円筒部が形成され、該円筒部に内周面を
高圧容器（２）内へ臨ませたリング部材（１６）が嵌装
され、円筒部とリング部材（１６）との嵌装界面に軸シ
ール（１４）用のシールリング（２０）が装着されてい
ると共に、リング部材（１６）の開放端部側と高圧容器
（２）を構成する他方の部材（１２）の端面との突き合
わせ界面に面シール（１５）用のシールリング（２１）
が装着されており、前記リング部材（１６）は、軸シール（１４）用のシー
ルリング（２０）及び面シール（１５）用のシールリン
グ（２１）の装着部において必要十分量の肉厚確保をし
た可及的な薄肉化によって断面二次モーメントの抑制化
がなされていることを特徴とする高圧容器の密封装置。
【請求項４】前記リング部材（１６）は、高圧容器
（２）よりも縦弾性係数の小さい材料によって形成され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載の高圧容器の密封装置。
【請求項５】前記リング部材（１６）の縦弾性係数が
１５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下とされていることを特徴
とする請求項４記載の高圧容器の密封装置。
【請求項６】前記リング部材（１６）には、少なくと
も高圧容器（２）に対する接触面に高硬度被膜が設けら
れていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の
高圧容器の密封装置。
【請求項７】高圧容器（２）に対してその内部圧力に
よる容器軸方向の荷重を担持するフレーム（３）が付属
されているときに、前記リング部材（１６）が上記荷重
によるフレーム（３）の伸び量と同等以上の距離で摺動
可能として高圧容器（２）内に嵌装されていることを特
徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高圧
容器の密封装置。
【請求項８】高圧容器（２）内に、前記面シール（１
５）用のシールリング（２１）の初期封のためリング部
材（１６）を押圧する押圧手段（４０）を備えているこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の高圧容器の密封装置。
【請求項９】前記面シール（１５）用のシールリング
（２１）と軸シール（１４）用のシールリング（２０）
との双方が、前記リング部材（１６）に対して形成され
た周溝（２６，２７）に収納されていることを特徴とす
る請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の高圧容器の
密封装置。
【請求項１０】前記面シール（１５）用のシールリン
グ（２１）と軸シール（１４）用のシールリング（２
０）とのうち少なくとも一方が、高圧容器（２）の構成
部材に対して形成された周溝（２６）（２７）に収納さ
れていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいず
れかに記載の高圧容器の密封装置。
【請求項１１】前記面シール（１５）用のシールリン
グ（２１）と軸シール（１４）用のシールリング（２
０）とのうち少なくとも軸シール（１４）用のシールリ
ング（２０）が複数とされており、該複数のシールリン
グ（２０）のうち少なくとも一つがＯリングであること
を特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載
の高圧容器の密封装置。
【請求項１２】前記リング部材（１６）には、少なく
とも一方の端部に、外周側周縁部に相当させて切欠状の
段部周溝（２７）が凹設されており、該段部周溝（２
７）にシールリング（２１）が嵌着されることにより、
該シールリング（２１）によって面シール（１５）及び
軸シールが兼用されていることを特徴とする請求項１乃
至請求項１１のいずれかに記載の高圧容器の密封装置。