JPS62182587A - 超高圧型静水圧加圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力媒体に王として気体を用い、２０；００
０　ｋｇｆ／ｆｆｌ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峠静水圧加圧装置（
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、１ｏ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な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）、１
６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に設けた炉体加金部給電コンタク
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内に収納さ扛て、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
理室工４へ圧送されて、これらの室が加圧されろ。

一方、電力が給電配線８からヒータ給電電極１８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
わわ、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２２．２４を介
したヒータ１５への給′屯が停止されて、加熱炉９が冷
却され、また加圧室１３及び処理室１４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
た冷却ジャケットで、熱間静水圧加圧処理中に冷却水を
同冷却ジャケット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っている。

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ｔ　５００ｋｇｆｚｉ　、温度１２５０℃、セラ
ミックス材料処理用で、圧力２００　ｏｋｇｔ　／ｃＡ
、温度２０００’Ｃ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、最近になっ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℃〜ＳＯＯ℃が超高圧力ｔｏ
、ｏｏｏ〜２ｏ、ｏｏｏｋｇｆ／ｃ／Ｌ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っ
てきた。気体を圧力媒体として用い、１０，００　ｏｋ
ｇｒ　／ｃｒＡ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２０００
ｋｇｆ／ｃｙ？ｒ前後まで低下し、現在に至っている。

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
の焼ばめ構造に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っていた。

（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
の問題点があった。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、
前記テーブルには円筒胴への挿嵌が可能な上蓋を備えた
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
貫通した大円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ットを有し、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、こ扛を問題点解
決のための手段とするものである。

（イ乍　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
ニッ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
ストンが増圧ユニッ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本のロッド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（サブラム６０となっている。上、下
部シリンダ６２．６３はヨークフレームｌに固定され、
ヨークフレームｌは架台３１によりピット壁３２に固定
されている。スペーサ４１は加圧室１３に圧力媒体ガス
が入っていない状態では、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ｌｊ、　油圧シリンダ等
の機械力でテーブル４ｏ上をヨークフレームｌ外へ引き
出すことができる。

円筒体２は増圧ユニット５０に固定された円筒体架台５
１上に固定さ扛ており、円筒体架台５１はサブラム６０
のロッド６１には固定されていない。増圧ユニノ）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も持ち、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、増圧ユニッ）５０を介してヨーク
フレームｌを上下向上に押し拡げる力となる。ヨークフ
レームｌ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ｌの反力の釣り合った状態で定置する。

増圧ユニノ）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にな
っており、高圧導管５５と加圧室１３は連通している。

高圧導管５５は増圧ユニット床板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２
０、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、冷却ジャケット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による円管用及び上下蓋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への被処理品を装填を完了した後、上部シリン
ダ６２に油圧をたて、サブラム６０を降下させる。サブ
ラム６０のロッド６１に固定されたテーブル４０が降下
し、加熱炉９が加圧室１３内に装着されろ。第１図、第
２図はスペーサ４１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（２
０００ｋｇｆ／ｉ以下）でやめ、その後増圧ユニット５
０での超高圧領域（２０００ｋｇｆ／Ｃ１１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１３は逆止弁５６
により外部から気密に切ジ離さ扛ており、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（２ｏ
ｏｏｋｇｆ／ＣＴｌ）がら超高圧領域（ｔｏ、ｏｏｏｋ
ｙｆ〜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
圧ユニット床板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２ｏ、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ットを設けた
ので、高圧配管系を低い圧力領域（２０００ｋｇｆ／ｃ
ｒりにしたまま、超高圧（ｔ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏｋｙｒ　
ｌｃｒ＆　）発生を可能にすることができ、また増圧ユ
ニッ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、加熱炉を運転中に動（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（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無荷静水圧加圧
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部所面側面図、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 ■・・・ヨークフレーム　　２・・・円筒体　　４・・
・下蓋７・・・高圧配管　　１３・・・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５０・・・増圧ユニット　　５２
・・・ピストン　５４・・・シリンダ５５・・・高圧導
管　　５６・・・逆止弁　　６０・・・サブラム第３図 ｂｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、前記テーブルには円
   筒体への挿嵌が可能な上蓋を備えた高圧容器において、
   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
   ニットを有し、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圧加圧装置。