熱間等方圧加圧装置
【課題】 熱間等方圧加圧装置においてホットゾーン内を均熱に保ったまま高い冷却効率を実現する。
【解決手段】本発明にかかる熱間等方圧加圧装置１は、高圧容器２の内側に内ケーシング３及び外ケーシング４と加熱手段７とを備えており、内外ケーシング３、４との間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシング４の上部から外ケーシング４の外側に案内し、高圧容器２の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、外ケーシング４の下部から内ケーシング３と外ケーシング４との間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第１冷却手段と、内ケーシング３の内側に形成されるホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスをホットゾーン内に戻す第２冷却手段と、を備えていることを特徴とする。
【解決手段】本発明にかかる熱間等方圧加圧装置１は、高圧容器２の内側に内ケーシング３及び外ケーシング４と加熱手段７とを備えており、内外ケーシング３、４との間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシング４の上部から外ケーシング４の外側に案内し、高圧容器２の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、外ケーシング４の下部から内ケーシング３と外ケーシング４との間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第１冷却手段と、内ケーシング３の内側に形成されるホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスをホットゾーン内に戻す第２冷却手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間等方圧加圧装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＩＰ法（熱間等方圧加圧装置を用いたプレス方法)は、数１０〜数１００ＭＰａの高圧圧媒ガス雰囲気のもと、焼結製品（セラミックス等）や鋳造製品等の被処理物をその再結晶温度以上の高温にして処理するものであり、被処理物中の残留気孔を消滅させることができるという特徴がある。そのため、このＨＩＰ法は、機械的特性の向上、特性のバラツキの低減、歩留まり向上などの効果が確認されており、今日、広く工業的に使用されるに至っている。
【０００３】
ところで、実際の工業生産の現場では処理の迅速化が強く望まれており、そのためにはＨＩＰ処理の工程の中でも時間がかかる冷却工程を短時間で行うことが必要不可欠とされている。そこで、従来の熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置という）では、炉内を均熱に保持したまま冷却速度を向上させるさまざまな技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、被処理物を収容する高圧容器の内側に断熱層とケーシングとを設けて高圧容器の内側を２室に分け、断熱層及びケーシングで熱的にも気密的にも隔離された内側を等方圧加圧処理を行うホットゾーン（炉室）としたＨＩＰ装置が開示されている。このホットゾーンには炉室内ガス撹拌用ファンが、ホットゾーンの外側には冷却用ガス強制循環ファンが設けられており、ホットゾーンの内外で圧媒ガスをそれぞれ個別に循環できるようになっている。そして、ホットゾーンの内外で循環する圧媒ガスはケーシングを介して熱交換可能となっており、ホットゾーン内にある熱を内側の循環流にのせてケーシングに伝熱し、次にケーシングから外側の循環流にのせて高圧容器の容器壁から容器外に排熱することでホットゾーンを効率的に冷却することが可能となっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、特許文献１と同様に高圧容器の内側に断熱層を設けたＨＩＰ装置が開示されている。この特許文献２のＨＩＰ装置が特許文献１のものと異なっている点は、圧媒ガスを供給する３つのイジェクタを備えている点である。つまり、３つのイジェクタのうち、第１のイジェクタは断熱層の外側を循環することで冷却された圧媒ガスを第２のイジェクタに送っており、第３のイジェクタは断熱層の外側を循環する第１のイジェクタより高温の圧媒ガスを第２のイジェクタに送っている。そして、第２のイジェクタは、第１及び第３のイジェクタから送られた温度が異なる圧媒ガス同士を混合し、混合によって温度調整された圧媒ガスをホットゾーン内に直接供給することでホットゾーンを効率的に冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平３−３４６３８号公報
【特許文献２】米国特許第６５１４０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のＨＩＰ装置では、ホットゾーンが断熱層及びケーシングで熱的にも気密的にも隔離されているため、ホットゾーン内を均熱的に保持しやすい構造となっている。しかし、その反面、ホットゾーン内を冷却する際は断熱層が邪魔になってホットゾーン内の熱を高圧容器外に移動させにくく、冷却効率を高めるにも限界がある。特に、ホットゾーン内の温度が３００℃程度まで下がると、冷却効率が著しく低下して冷却に長い時間を要する場合がある。
【０００７】
一方、特許文献２のＨＩＰ装置では、特許文献１のものとは異なりホットゾーン内に冷却された圧媒ガスを直接供給するため高い冷却効率を維持でき、第２のイジェクタでホットゾーン内に供給する圧媒ガスの温度調整も可能となっているので、ホットゾーン内を均熱的に保持することも可能である。
しかし、特許文献２のＨＩＰ装置では、第１のイジェクタの吸気口は断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れとは離れた場所に設けられており、断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れがイジェクタによる吸気で強まることは殆ど期待できない。つまり、断熱層の外側を循環する圧媒ガスは自然対流で循環しているに過ぎないので、圧媒ガスの流量はあまり大きくなることがない。それゆえ、ホットゾーン内の熱が高圧容器に送られるには相当の時間がかかり、高い冷却効果を発揮させることは到底不可能である。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く且つ短時間で冷却することができるＨＩＰ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のＨＩＰ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のＨＩＰ装置は、被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行うものであって、次に示す第１冷却手段と第２冷却手段とを用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とするものである。
【００１０】
この第１冷却手段は、前記内ケーシングと外ケーシングとの間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシングの上部から外ケーシングの外側に案内し、案内された圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシングの下部から内ケーシングと外ケーシングとの間に戻すように圧媒ガスを強制循環するものである。
【００１１】
また、第２冷却手段は、前記ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを前記第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環するものである。
このようにすれば、第１冷却手段では、圧媒ガスが高圧容器の内周面に接触しつつ強制的に循環するので、この第１冷却手段の冷却能力を高めることができる。一方、第２冷却手段では、ホットゾーン内で高温になった圧媒ガスの一部を第１冷却手段に合流させ、強制循環により冷却能力が高められた第１冷却手段を用いて冷却が行われるので、ホットゾーン内からの熱を効率的に高圧容器の外部に逃がすことができる。加えて、第１冷却手段に合流させられた圧媒ガスの一部は冷却後に直接ホットゾーンに送り込まれるので、ホットゾーン内を効率的に冷却することが可能となる。
【００１２】
具体的には、このような第１冷却手段としては、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記高圧容器と外ケーシングとの間に設けられて、前記上開口部から流出し、当該高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記圧媒ガスを強制循環する強制循環手段と、を備えたものを用いることができる。
【００１３】
なお、前記第１弁手段は、前記上開口部を開閉することで高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていても良い。
また、第２冷却手段としては、前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔を開閉する第２弁手段と、を備えたものを用いることができる。
【００１４】
なお、第２冷却手段が前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えている場合にあっては、前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成を採用することもできる。
また、この場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていても良い。
【００１５】
さらに、本発明のＨＩＰ装置は、被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行うものであって、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記上開口部から外側に案内され、高圧容器と外ケーシングとの間に形成された前記圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記外ケーシングの下部に形成されると共に前記高圧容器の内周面に接触することで冷却された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記ホットゾーン内の圧媒ガスを加熱手段と内ケーシングとの間に導き、導かれた圧媒ガスを前記加熱手段に接触させながら上方から下方に向けて案内し、案内された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間を循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔を開閉することで冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内に導いてホットゾーン内を冷却する第２弁手段と、を備えていることを特徴とするものであっても良い。
【００１６】
なお、上述した第１冷却手段は、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記上開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記下開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、を備えているものであっても良い。
【００１７】
また、前記第１冷却手段としては、前記上開口部と下開口部とを備えたものであって、前記下開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記上開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、を備えているものを用いても良い。
【００１８】
なお、上述のように上下開口部、第１弁手段、ケーシング側強制循環手段を備えた第１冷却手段を備えている場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔に設けられ且つ当該第２流通孔を通じて前記冷却後の圧媒ガスをホットゾーン側に強制的に戻すホットゾーン側強制循環手段と、を備えているのが好ましい。
【００１９】
また、上述の場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされているのが好ましく、また前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＨＩＰ装置によれば、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く且つ短時間で冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図２】モードＡの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図３】モードＢの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図４】モードＣの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図５】モードＣの冷却を行っている第２実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図６】モードＣの冷却を行っている第３実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図７】モードＣの冷却を行っている第４実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図８】モードＣの冷却を行っている第４実施形態のＨＩＰ装置の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
「第１実施形態」
以下、本発明に係る熱間等方圧加圧装置の第１実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置１と呼ぶ）を示している。このＨＩＰ装置１は、被処理物Ｗを収容する高圧容器２を有しており、この高圧容器２の内側には被処理物Ｗを取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシング３と、この内ケーシング３を外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシング４と、が備えられている。内ケーシング３と外ケーシング４との間には断熱層５が設けられており、この断熱層５により内ケーシング３の内部は外部から断熱的に隔離されている。
【００２３】
また、ＨＩＰ装置１は、内ケーシング３の内側に被処理物Ｗを支持する支持台６と圧媒ガスを加熱する加熱手段７とを備えていて、支持台６の上側には加熱手段７と被処理物Ｗとの間を仕切る仕切板８が設けられている。ＨＩＰ装置１は、仕切板８の外側に設けられた加熱手段７で加熱された圧媒ガスを仕切板８の内側に供給し、この被処理物Ｗの周囲に被処理物Ｗを取り囲むようにホットゾーンを形成し、このホットゾーン内で被処理物Ｗに熱間等方圧加圧処理（以下、ＨＩＰ処理という）を行えるようになっている。
【００２４】
以降では、ＨＩＰ装置１を構成する各部材を詳しく説明する。
図１に示すように、高圧容器２は、上下方向に沿った軸心回りに円筒状に形成された容器本体９と、この容器本体９の上側（図１の紙面における上側）の開口を塞ぐ蓋体１０と、容器本体９の下側（図１の紙面における下側）の開口を塞ぐ底体１１とを備えており、これらの部材を図示を省略するシールを介して組み合わせることで内部が空洞となるように形成されている。高圧容器２には供給配管や排出配管（図示略）が連結されており、これらの配管を通じて高温高圧の圧媒ガス（ＨＩＰ処理が可能なように１０〜３００ＭＰａ程度に昇圧されたアルゴンガスや窒素ガス）を容器に供給・排出できるようになっている。そして、高圧容器２内には外ケーシング４が内蔵されている。
【００２５】
外ケーシング４は、上下方向を向く軸心回りに略円柱状に形成された筺体であり、高圧容器２の内周面から距離をあけて高圧容器２の内側に配備されており、高圧容器２の内周面との間に圧媒ガスを上下方向に沿って流通可能な外側流路１２を形成できるようになっている。そして、外側流路１２には、この外側流路１２を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段１７が設けられている。
【００２６】
外ケーシング４は、下方に向かって開口した逆コップ状の外ケーシング本体１３と、この外ケーシング本体１３の開口を塞ぐ外ケーシング底体１４とを備えており、その内部は空洞とされている。これらの外ケーシング本体１３及び外ケーシング底体１４はいずれもＨＩＰ処理の温度条件に合わせてステンレス、ニッケル合金、モリブデン合金またはグラファイトなどのガス不透過性の耐熱材料で形成されている。
【００２７】
外ケーシング本体１３の上部には上開口部１５が形成されており、外ケーシング４の内側の圧媒ガスを下方から上方に導いて外ケーシング４の外側に案内できるようになっている。また、外ケーシング４の下部には、上開口部１５と同様に外ケーシング４の外側にある圧媒ガスを上下方向に沿って内側に流通させる下開口部１６が形成されている。上開口部１５にはこの上開口部１５を開閉することで圧媒ガスの流通を確保する第１弁手段１７が設けられている。
【００２８】
この第１弁手段１７は、外ケーシング４の上開口部１５を塞ぐことができる程度の大きさに形成された栓部材１８と、この栓部材１８を上下方向に移動させる移動手段１９とを備えている。第１弁手段１７では、高圧容器２の外側に設けられた移動手段１９を用いて栓部材１８を上下いずれかの方向に移動させることで、上開口部１５を開閉して圧媒ガスの流通と遮断とを任意に切り換えることができるようになっている。
【００２９】
内ケーシング３は、外ケーシング４の内側に配備された筺体であって、上下方向に沿った軸心回りに略円柱状に形成されている。内ケーシング３は、外ケーシング４の内周面から径内方向に距離をあけて設けられており、外ケーシング４との間に隙間を形成できるようになっている。この隙間には、カーボンファイバを編み込んだ黒鉛質材料やセラミックファイバなどの多孔質材料で形成されたガス流通性の断熱層５が配備されている。この断熱層５を透過して圧媒ガスを上下方向に沿って流通可能な内側流路２２が形成されている。
【００３０】
内ケーシング３は、外ケーシング４と同様の耐熱材料を用いて形成された逆コップ状の内ケーシング本体２０とその開口を塞ぐ内ケーシング底体２１とを備えている。内ケーシング本体２０の下部には内ケーシング３の内側にある圧媒ガスを外側（内側流路２２）に流通させる第１流通孔２３が形成されており、また内ケーシング底体２１には内側流路２２を流通する圧媒ガスの一部を内ケーシング３の内側に流入させる第２流通孔２４が形成されている。この内側流路２２と上述した外側流路１２とが交わる下開口部１６には強制循環手段２５が設けられており、また第２流通孔２４にはこの第２流通孔２４を開閉することでホットゾーン内に戻る圧媒ガスの流量を調整する第２弁手段２６が設けられている。
【００３１】
強制循環手段２５は、外側流路１２及び内側流路２２上に設けられて、これらの流路に沿って圧媒ガスを強制的に循環するものである。本実施形態では、強制循環手段２５は上述したように内側流路２２と外側流路１２とが交わる下開口部１６に設けられている。強制循環手段２５は、高圧容器２の底体１１に設けられたモータ２７と、このモータ２７から下開口部１６を通って上方に伸びる軸部２８と、軸部２８の先端に取り付けられた撹拌翼２９とを備えている。この撹拌翼２９は、内側流路２２における下開口部１６に対応した位置に備えられており、圧媒ガスに下方から上方に向かう流れを発生できるようになっている。それゆえ、撹拌翼２９をモータ２７で回転させると、外側流路１２の圧媒ガスが下開口部１６を通って内側流路２２に強制的に流れ込み、外側流路１２及び内側流路２２を通る圧媒ガスの循環量を大きくすることができる。
【００３２】
内ケーシング３の下部に設けられている第２弁手段２６は、内ケーシング３に設けられた第２流通孔２４を開閉することで、内側流路２２を通る圧媒ガスの一部をホットゾーン内に戻すものである。第２弁手段２６は、内ケーシング底体２１に形成された第２流通孔２４を塞ぐことができる程度の大きさに形成された栓部材３０と、この栓部材３０を上下方向に移動させる移動手段３１とを備えている。第２弁手段２６は、第１弁手段１７と同様に移動手段３１を用いて栓部材３０を下方に移動させることで第２流通孔２４を通ってホットゾーン内に帰還する圧媒ガスの流量を調整することができるようになっている。
【００３３】
ホットゾーン内で被処理物Ｗを支持する支持台６は、内ケーシング３の内側に配備されており、内ケーシング底体２１の上面に接するように内ケーシング底体２１の上側に配備されている。支持台６の上側中央には被処理物Ｗを載置可能な製品架台３２があり、この製品架台３２の周囲を全周に亘って取り囲むように仕切板８が上下方向に沿って設けられている。また、支持台６の内部には、内ケーシング３の内側を循環する圧媒ガスと、内ケーシング３の外側を循環する圧媒ガスとを混合するガス流増幅手段３３が設けられている。
【００３４】
支持台６の上側に設けられる仕切板８は、ガスを透過しない板材で円筒状に形成されており、その上端は内ケーシング３の上面のやや下方まで伸びている。つまり、仕切板８の上端と内ケーシング３との間には圧媒ガスを内外に流通する隙間３４が形成されており、この隙間３４を介して仕切板８の内側にある圧媒ガスは仕切板８の外側に移動できるようになっている。
【００３５】
仕切板８の外側に設けられる加熱手段７は、上下方向に並んで配置された３つのヒータで構成されている。加熱手段７は、内ケーシング３の内周面と仕切板８との双方から径方向にそれぞれ距離をあけて配備されており、加熱手段７の内側と外側とにそれぞれ圧媒ガスを上方から下方に向かって流通させるガス流通路３５を形成している。加熱手段７の外側のガス流通路３５は上述した内ケーシング３の第１流通孔２３に連通しており、ホットゾーン内の圧媒ガスを第１流通孔２３から外側流路１２に案内できるようになっている。また、加熱手段７の内側のガス流通路３５はガス流増幅手段３３に連通しており、圧媒ガスをホットゾーン内で循環できるようになっている。
【００３６】
ガス流増幅手段３３は、支持台６に設けられて、内側流路２２を流れる低温の圧媒ガスを第２流通孔２４から導いて、この低温の圧媒ガスとホットゾーン内を循環する高温の圧媒ガスとを混合してホットゾーン内に戻すものである。ガス流増幅手段３３は、支持台６に設けられており、第２流通孔２４から流入した圧媒ガスを貯留するガス貯留部３６と、このガス貯留部３６の圧媒ガスを支持台６の内部に案内する第１ガス導入路３７と、加熱手段７の内側のガス流通路３５を通る圧媒ガスを支持台６の内部に案内する第２ガス導入路３８と、第１ガス導入路３７と第２ガス導入路３８とをそれぞれ通って送られてきた圧媒ガス同士を混合する混合室３９と、混合室３９で混合された圧媒ガスをホットゾーンに噴出させるテーパ状のノズル部４０とを備えている。
【００３７】
ガス貯留部３６は、内ケーシング底体２１と上方に向かって凹状（ノズル状）に形成された支持台６の下面との間に形成された空間であって、第２流通孔２４を介して内側流路２２を流れる圧媒ガスを一時的に貯留できるようになっている。このガス貯留部３６の圧媒ガスは、支持台６の内部に上下方向に沿って形成された第１ガス導入路３７を通って、支持台６の内部に形成された混合室３９に送られる。一方、加熱手段７の内側のガス流通路３５の圧媒ガスは、ガス流通路３５を通ってホットゾーンの下側に導かれた後、水平方向に沿って支持台６を貫通するように形成された第２ガス導入路３８を通って混合室３９に導入される。
【００３８】
混合室３９は、支持台６の内部に形成されており、第１ガス導入路３７と第２ガス導入路３８とをそれぞれ通って送られてきた互いに温度が異なる圧媒ガス同士を混合できるようになっており、ホットゾーン内を循環する高温の圧媒ガスと後述する第１冷却手段で冷却された低温の圧媒ガスとを所望の混合率で混合することで圧媒ガスの温度を調整することができる構成となっている。
【００３９】
このような混合室３９では、低温の圧媒ガスが高温の圧媒ガスとの混合で加熱されることで膨張した状態となっており、混合室３９の上方に設けられたテーパ状のノズル部４０からホットゾーン内に供給される際は噴射状となっている。それゆえ、このノズル部４０から噴射される圧媒ガスを用いて、ホットゾーン内の圧媒ガスを強制的に撹拌することができる。
【００４０】
以上述べた構成を備える本発明のＨＩＰ装置１は、被処理物Ｗに対して均熱状態でＨＩＰ処理を行う装置であって、ＨＩＰ処理を行った後、被処理物Ｗを取り出すためにホットゾーン内を冷却するに際して、特徴的な冷却手法を採用したものである。
以下、この冷却手法について説明する。
まず、本発明のＨＩＰ装置１は、上記した外ケーシング４と内ケーシング３との間に形成された内側流路２２を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを、外ケーシング４の上開口部１５から外側流路１２に案内し、案内された圧媒ガスを外側流路１２に沿って上方から下方に案内しつつ高圧容器２に接することで冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシング４の下開口部１６から内側流路２２に戻すように圧媒ガスを循環して冷却を行う第１環状流路４１（第１冷却手段）を有している。
【００４１】
また、ＨＩＰ装置１は、第１環状流路４１に加えて、ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを上述した第１環状流路４１（第１冷却手段）により循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環して冷却を行う第２環状流路４３（第２冷却手段）を有している。
【００４２】
これらの第１環状流路４１及び／又は第２環状流路４３（第１冷却手段及び／又は第２冷却手段）を用いて、ホットゾーン内を冷却する方法は以下の通りである。
図１に示すように、上述の構成を備えたＨＩＰ装置１でＨＩＰ処理を行う際は、第１弁手段１７を閉状態としておき、上開口部１５から外側流路１２への圧媒ガスの流通を規制する。この状態で、加熱手段７を用いて圧媒ガスを加熱すると、断熱層５で囲まれたホットゾーン内の圧媒ガスが加熱されて、被処理物Ｗに対して均熱状態でＨＩＰ処理を行うことが可能になる。
【００４３】
このようにして被処理物ＷにＨＩＰ処理を行った後、被処理物Ｗを取り出すためにホットゾーン内を冷却しなければならない。このホットゾーンの冷却は、ＨＩＰ処理の中で最も時間が必要とされる工程であり、できる限り冷却効率を高めて短時間でホットゾーンの冷却を可能とするのが好ましい。このようにホットゾーン内を急速に冷却する方法には、次に示すモードＡ〜モードＣのような冷却モードがある。
【００４４】
図２に示すモードＡの冷却方法は、前述した第１環状流路４１を圧媒が自然対流することで、冷却を行うものである。
すなわち、図１に示すＨＩＰ装置１において、第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にし、内側流路２２と外側流路１２との圧媒ガスの流通を可能にする。
そうすると、内側流路２２の圧媒ガスは、外側流路１２のものよりホットゾーンに近い位置にあって温度も高いので、内側流路２２内を下方から上方に向かって移動し、やがて内側流路２２の上側にある上開口部１５まで移動して上開口部１５から外側流路１２に移動する。このようにして外側流路１２に移動した圧媒ガスは、高圧容器２の内周面との接触により冷却されて温度も下がるので、外側流路１２に沿って上方から下方に向かって移動し、やがて外側流路１２の下側に移動する。そして、外側流路１２の下側に移動した圧媒ガスは下開口部１６から内側流路２２に戻り、外側流路１２と内側流路２２とを順に巡回しホットゾーンの冷却を促進する。
【００４５】
このようにしてモードＡの冷却方法では、自然対流により圧媒ガスの冷却が行われるが、自然対流が故に圧媒ガスの循環量（流速）をそれ程大きくすることはできないし、高い冷却効果も期待できない。しかし、例えばＨＩＰ処理直後のホットゾーン内が高温になっている間は、高圧容器２の外側との温度差が大きいため、ある程度の冷却効果を期待することができる。
【００４６】
一方、図２に示すモードＢの冷却方法は、前述した第１環状流路４１を圧媒が強制循環手段２５により強制対流することで、冷却を行うものであり、強制循環により圧媒ガスの循環量を増加させている点でモードＡの冷却方法と異なっている。
すなわち、下開口部１６の下側に設けられた撹拌翼２９による強制循環手段２５を用いて外側流路１２を流れる圧媒ガスを強制的に内側流路２２に引き込むと、それに対応して外側流路１２を流れる圧媒ガスの流れと内側流路２２を流れる圧媒ガスの流れとが強まり、モードＡと同じ循環経路を用いていても圧媒ガスの循環量をモードＡ以上に大きくすることができ、モードＡ以上の冷却効果を発揮させることができる。
【００４７】
しかしながら、上述のモードＡやモードＢの冷却方法では、ホットゾーン内が断熱層５で熱的に隔離されたままの状態であるため、圧媒ガスが殆どホットゾーン外に移動することがない。それゆえ、特にホットゾーン内の温度が３００℃以下に下がってしまうと、殆ど冷却効果が期待できなくなり、冷却に長い時間が必要となってしまう。
そこで、本発明のＨＩＰ装置１では、第１環状流路４１と第２環状流路４３との両方を用いて（第１冷却手段に加えて第２冷却手段を利用して）、図４に示すモードＣの冷却方法をも実施できるようにしているのである。
【００４８】
すなわち、モードＣの冷却方法では、まず第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にすると共に第２弁手段２６を用いて第２流通孔２４も開状態にする。この状態で強制循環手段２５の撹拌翼２９を回転させるようにすると、モードＢと同じように第１環状流路４１に沿って圧媒ガスが強制循環して冷却が行われる。
このとき、ホットゾーン内の圧媒ガスは、仕切板８の上端であって仕切板８と内ケーシング３との間に形成された上下方向の隙間３４からホットゾーンの外側に移動し、加熱手段７の上部で２つの流れに分かれ、径外方向において、加熱手段７の内面側と外面とを流下するように分岐する。
【００４９】
加熱手段７の外面側に流れ込んだ圧媒ガスは、上方から下方に向かって移動し、第１流通孔２３から内側流路２２を流れる圧媒ガスに合流する。そして、第１環状流路４１に沿って上開口部１５及び外側流路１２を通過しつつ冷却され、強制循環手段２５により下開口部１６を通って内側流路２２に戻される。このようにして内側流路２２に戻された圧媒ガスは、開状態とされた第２流通孔２４を通ってガス流増幅手段３３のガス貯留部３６に導かれる。
【００５０】
一方、加熱手段７の内面側に流れ込んだ圧媒ガスも、上方から下方に向かって移動し、ホットゾーンの下側からガス流増幅手段３３の第２ガス導入路３８に導かれる。そして、ガス流増幅手段３３では、加熱手段７の上部で分岐した圧媒ガス同士が混合されて一緒になり、ホットゾーンに戻される。このとき、加熱手段７の内面側を通って循環される圧媒ガスは殆ど冷却されていないが、外側のガス流通路３５を通って循環される圧媒ガスは第１環状流路４１で十分に冷却されているため、低温になっている。それゆえ、混合室で両者を混合すればホットゾーン内に戻される圧媒ガスの温度を調整することができる。
【００５１】
このように、モードＣの冷却、言い換えるならば、第１環状流路４１（第１冷却手段）及び第２環状流路４３（第２冷却手段）を用いて、ホットゾーン内を冷却することにより、ホットゾーン内を不均一に冷却することを防ぎつつ、効率良く冷却を行うことができるようになる。
つまり、第２弁手段２６を用いて第２流通孔２４を通る圧媒ガスの流量を調整すれば、第１環状流路４１を通って冷却される圧媒ガスの循環量と、第２環状流路４３を通って循環される圧媒ガスの循環量との比率が変化し、第１環状流路４１により高圧容器２外に排熱される排熱量と第２環状流路４３により高圧容器２外に排熱される排熱量とのバランスを取ることが可能となる。
【００５２】
例えば、高圧容器２の内周面から熱交換により高圧容器２外に排熱が可能であるといっても、排熱される熱量には限界がある。この排熱可能な熱量は、ＨＩＰ装置１の構成や冷却条件、あるいは冷却が進むにつれて変化するホットゾーンの温度などにあわせて変化する。しかし、上述のように第１環状流路４１及び第２環状流路４３の排熱量のバランスをとることができれば、冷却条件やホットゾーンの温度などの変化にあわせて最適な冷却が行え、ホットゾーン（処理室）内を極めて短時間で冷却することが可能となる。
【００５３】
また、第２弁手段２６を用いれば、第２流通孔２４を通ってガス流増幅手段３３に供給される低温の圧媒ガスの流量を調整することもでき、ガス流増幅手段３３で混合される圧媒ガスの温度を調整することもできる。それゆえ、ホットゾーン内に低温の圧媒ガスが大量に流れ込むことでホットゾーンの温度が急激に変化することを防げ、急激な温度変化により高圧容器２や加熱手段７が破損することを防止することが可能となる。
「第２実施形態」
次に、本発明のＨＩＰ装置１の第２実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
【００５４】
図５は、第２実施形態の熱間等方圧加圧装置を示している。図５に示すように、第２実施形態のＨＩＰ装置１は、上述した強制循環手段２５に代えてケーシング側強制循環手段４９を備え、また第２弁手段２６に代えてホットゾーン側強制循環手段４４を備えている。
以下、第２実施形態のＨＩＰ装置１の構成を詳しく説明する。
【００５５】
第２実施形態のＨＩＰ装置１は、第１実施形態と同様に内ケーシング３、外ケーシング４、加熱手段７、上開口部１５、第１弁手段１７、下開口部１６、第１流通孔２３及び第２流通孔２４を備えている。
下開口部１６は、外ケーシング４の下部に形成されており、外ケーシング４の外側にある圧媒ガスを外ケーシング４の内側に流通させる構成となっている。下開口部１６が形成される外ケーシング４は、第１実施形態と同様に下方に向かって開口した逆コップ状に形成されているが、第１実施形態とは異なりこの逆コップには底体（外ケーシング底体１４）がない。外ケーシング４の下端は高圧容器２の底体１１に接するまで下方に伸びており、高圧容器２の底体１１よりやや上方の外ケーシング４の外周壁に上述した下開口部１６がこの外周壁を径方向に貫通するように形成されている。この下開口部１６は高圧容器２の軸心回りに（周方向に）複数箇所に亘って（図例では２箇所）形成されており、これら複数の下開口部１６にはそれぞれケーシング側強制循環手段４９が設けられている。
【００５６】
ケーシング側強制循環手段４９は、下開口部１６に対応して周方向（高圧容器２の軸心回り）に複数設けられ、径方向を向く水平軸回りに回転自在な撹拌翼５０を備えていて、この撹拌翼５０を用いて外ケーシング４の外側から下開口部１６を通って内側に圧媒ガスを強制的に流入させることが可能となっている。
このケーシング側強制循環手段４９を用いて外ケーシング４の内側に導入された圧媒ガスの一部は内ケーシング３と外ケーシング４との間（第１環状流路４１）に流れ込み、残りは第１流通孔２３に案内される。
【００５７】
第２実施形態の内ケーシング３は、第１実施形態と同様に内ケーシング本体２０と内ケーシング底体２１とを備えているが、第１実施形態とは異なり内ケーシング底体２１が内ケーシング本体２０より径小に形成されており、内ケーシング底体２１と内ケーシング本体２０の内周面との間に径方向に圧媒ガスが流通可能な隙間を形成できるようになっている。そして、内ケーシング本体２０の下端は外ケーシング４と同様に高圧容器２の底体１１に接するまで下方に伸びていて、この底体１１よりやや上方の内ケーシング本体２０の外周壁に上述した第１流通孔２３が形成されている。
【００５８】
この第１流通孔２３は、第１実施形態と同様に内ケーシング３の内側にある圧媒ガスを内ケーシング３の外側に案内するものであるが、第２実施形態では内ケーシング３の外側にある圧媒ガスを内ケーシング３の内側に案内できるようにもなっている。この第１流通孔２３は、第１実施形態より上下方向に長く形成されていて、その下側では内ケーシング３の内側に向かって圧媒ガスが流れ、また上側では外側に向かって圧媒ガスが流れる構成となっている。このようにして第１流通孔２３を通じて案内された圧媒ガスは、内ケーシング底体２１と高圧容器２の底体１１との間に形成された空間に一旦貯留される。
【００５９】
内ケーシング底体２１は、高圧容器２の底体１１に対して上下方向に距離をおいて配備されており、高圧容器２の底体１１に立設状に設けられた支持部４６を介して底体１１の上方に設置されている。そして、この内ケーシング底体２１の中央には、内ケーシング底体２１と底体１１との間の空間に一時的に貯留された圧媒ガスを内ケーシング３の内側に案内する第２流通孔２４が上下方向に貫通状に形成されている。
【００６０】
第２流通孔２４は内ケーシング底体２１の中央に形成された貫通孔であり、この第２流通孔２４にはホットゾーン側強制循環手段４４が設けられている。
ホットゾーン側強制循環手段４４は、第１実施形態の強制循環手段とほぼ同じ構成を備えたものであり、高圧容器２の底体１１に設けられたモータ４７と、このモータ４７から第２流通孔２４を通って上方に伸びる軸部４８と、軸部４８の先端に取り付けられたガス導入ファン４５とを備えている。このようにホットゾーン側強制循環手段４４は第１実施形態の強制循環手段と構成上は類似しているが、第２流通孔２４からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環だけを行っている点で機能面では第１実施形態と大きく異なっている。つまり、ホットゾーン側強制循環手段４４では、モータ４７の回転数はケーシング側強制循環手段４９とは独立に制御可能とされており、ケーシング側強制循環手段４９の撹拌翼５０の回転数に影響されることなくガス導入ファン４５の回転数を変更することができる構成となっていて、第２流通孔２４からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環量だけを個別に調整できるようになっている。
【００６１】
なお、上述した高圧容器２の底体１１は、径方向に２つの部材を組み合わせた構成となっていて、底体１１の径内側１１ａは径外側１１ｂに対して上下に昇降させることができるようになっている。この底体１１の径内側１１ａの上部には、支持部４６を介してガス流増幅手段３３、製品架台３２及び仕切板８が設けられており、この底体１１の径内側１１ａを下降させることで被処理物Ｗが載置された製品架台３２を高圧容器２の下方に引き抜いて、被処理物Ｗを取り替えたりメンテナンスを行ったりすることができるようになっている。
【００６２】
次に、第２実施形態のＨＩＰ装置１を用いてＨＩＰ処理後の冷却を行う方法を説明する。
第２実施形態のＨＩＰ装置１においても、第１実施形態のＨＩＰ装置１と同様に第１環状流路４１を圧媒が自然対流することでモードＡの冷却方法が行われる。第２実施形態の冷却方法が第１実施形態と異なっているのはモードＢ及びモードＣの冷却方法である。
【００６３】
図６に示すように、モードＢの冷却方法においては、第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にし、内側流路２２と外側流路１２との圧媒ガスの流通を可能にした上で、ケーシング側強制循環手段４９だけを作動する。そうすると、外側流路１２に沿って上方から下方に向かって移動しつつ冷却された圧媒ガスが、下開口部１６を通って内側流路２２に強制的に戻され、外側流路１２と内側流路２２とを順に巡回する圧媒ガスの循環量が増加してホットゾーンの冷却が飛躍的に促進される。
【００６４】
このモードＢの冷却の際にさらにホットゾーン側強制循環手段４４を作動させると以下に示すようなモードＣの冷却が行われる。
まず、第２流通孔２４を通じて内ケーシング３の内側に案内された圧媒ガスは内ケーシング底体２１と底体１１との間の空間に貯留されている。この状態でホットゾーン側強制循環手段４４を作動させると圧媒ガスがホットゾーン側強制循環手段４４によりガス流増幅手段３３のガス貯留部３６側に強制的に流れ込み、ガス流増幅手段３３を経てホットゾーン内を上方に向かって移動する。そして、仕切板８の上端まで移動した圧媒ガスは加熱手段７の上部で２つの流れに分かれ、分岐した圧媒ガスの一部は隙間３４からホットゾーンの外側に移動し、残りはガス流増幅手段３３に戻される。
【００６５】
第２実施形態のモードＣの冷却方法では、上述のように第１環状流路４１やホットゾーン側強制循環手段４４を循環する全体の循環量はケーシング側強制循環手段４９により調整され、この全体の循環量のうち第２環状流路４３を流れる循環量はケーシング側強制循環手段４９とは独立にホットゾーン側強制循環手段４４により調整される。このような特徴を備えることで第２実施形態のＨＩＰ装置１では次のような効果が奏される。
【００６６】
冷却過程においては、ホットゾーン内の圧媒ガスの温度や圧力が急激に変化する。このように圧媒ガスの温度や圧力が急激に変化する間、最適な冷却速度で冷却を行うためには、第１環状流路４１を流れる循環流量やそれから分岐してホットゾーン内へ導入される圧媒ガスの流量を精緻に制御することが重要である。
つまり、上述のようにケーシング側強制循環手段４９とケーシング側強制循環手段４９とが個別に且つ独立に制御することができれば、第１環状流路４１を流れる循環流量やホットゾーン内へ導入される圧媒ガスの流量を無段階かつ広範囲の比率で調整することができるため、冷却過程の全範囲にわたって最適な流量制御が可能となる。
【００６７】
例えば、第１環状流路４１の循環量を大きくしたまま第２環状流路４３の循環量を小さくしたい場合、第１実施形態のＨＩＰ装置１では強制循環手段による循環量を大きく保ったまま第２弁手段２６を少しだけ開けるという微妙な弁操作が必要となる。しかし、第２実施形態のＨＩＰ装置１ではケーシング側強制循環手段４９による循環量を大きく保ったままホットゾーン側強制循環手段４４の回転数だけを増加させるだけで良く、非常に簡単な操作で循環量を精緻に調整することができる。
【００６８】
また、第１環状流路４１の循環量を小さくしたまま第２環状流路４３の循環量を大きくしたい場合には、弁の開度だけで第２環状流路４３の循環量を調整する第１実施形態のＨＩＰ装置１では循環量の調整が困難になる場合があるが、このような場合であっても第２実施形態のＨＩＰ装置１では簡単な操作で循環量を大きくすることができ、調整精度や操作性の点で有利である。
「第３実施形態」
次に、第３実施形態のＨＩＰ装置１を説明する。
【００６９】
図６に示すように、第３実施形態のＨＩＰ装置１は、第２実施形態のＨＩＰ装置において、第１弁手段１７及びケーシング側強制循環手段４９を設ける位置を上開口部１５と下開口部１６との間で入れ替えたような構成となっている。すなわち、この第３実施形態のＨＩＰ装置１は、第１弁手段１７が下開口部１６を開閉することで高圧容器２と外ケーシング４との間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていて、ケーシング側強制循環手段４９が上開口部１５に配備されているものである。
【００７０】
第３実施形態の第１弁手段１７は、径方向に水平に伸びたロッド部分とこのロッド部分の径外側の端部に設けられて外ケーシング４の下開口部１６を塞ぐことができる大きさに形成された円盤状の部分とを備えた栓部材１８と、この栓部材１８を高圧容器２の径方向に移動させる移動手段１９とを備えていて、この移動手段１９により栓部材１８が径方向に移動して下開口部１６を塞ぐ構成となっている。また、栓部材１８の中途側には、下開口部１６を気密的に閉鎖するために栓部材１８に付勢力を発揮する付勢手段５３が配備されている。
【００７１】
一方、ケーシング側強制循環手段４９は、高圧容器２の蓋体１０に設けられたモータ５１と、このモータ５１から上開口部１５を通って下方に伸びる軸部５２と、軸部５２の先端（下端）に取り付けられた撹拌翼５０とを備えていて、モータ５１により撹拌翼５０を回転させることで外ケーシング４の内側にある圧媒ガスを上開口部１５を通じて外側に案内できるようになっている。
【００７２】
第３実施形態のＨＩＰ装置１でも、図６に示すモードＣの冷却や、それに先だってモードＢの冷却が行われ、第２実施形態のＨＩＰ装置と同様な効果が奏される。これらの効果に加えて、第３実施形態のＨＩＰ装置１では、シール性が要求される第１弁手段１７が比較的低温な高圧容器２の下側に配備されているため、長時間に亘って使用してもシール性が損なわれないという特徴がある。
【００７３】
一方、ケーシング側強制循環手段４９は高温の高圧容器２の上側に配備されることになるが、特に高温に弱いモータ５１を一般に水冷が行われる高圧容器２の蓋体１０に設けているため、ケーシング側強制循環手段４９が高温で破損することもない。
「第４実施形態」
次に、第４実施形態のＨＩＰ装置１を説明する。
【００７４】
図７や図８に示されるように、第４実施形態のＨＩＰ装置１は、第２実施形態または第３実施形態のＨＩＰ装置１において、冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内で上方から下方に向かって案内する構成を採用したものである。
この第４実施形態のＨＩＰ装置１は、製品架台３２に設けられているガス流通用のすべての穴に上下方向に伸びると共に内部に圧媒ガスが流通可能なガスの流通管５４を備えている。このガスの流通管５４は、製品架台３２の上面に上端が開口すると共に第２ガス導入路３８に下端が開口しており、製品架台３２の上側の圧媒ガスを直接第２ガス導入路３８に案内できる構成となっている。製品架台３２の下側には、ガス流増幅手段３３から吹き出した圧媒ガスを、製品架台３２の下面に沿って径外側に案内できる空間が形成されている。この空間は加熱手段７と仕切板８との間に上下方向に沿って形成された隙間５５に連通していて、ガス流増幅手段３３から吹き出した圧媒ガスを隙間５５に案内できるようになっている。
【００７５】
第４実施形態のＨＩＰ装置１を用いてホットゾーン内を冷却する際は、ガス流増幅手段３３から製品架台３２の下側に吹き出した冷却後の圧媒ガスは、製品架台３２の下面に沿って径外側に向かって流れ、隙間５５に入った所で上方に向かう流れと下方に向かう流れとに分岐される。そして、下方に向かって流れる圧媒ガスは第２ガス導入路３８を通ってガス流増幅手段３３に戻るが、上方に向かって流れる圧媒ガスは隙間５５の上端に達した後再び分岐し、隙間３４からホットゾーン内に入ってこのホットゾーン内を上方から下方に向かって案内される。そして、ガスの流通管５４を通って第２ガス導入路３８に案内された後、第２ガス導入路３８を経由してガス流増幅手段３３に帰還する。
【００７６】
このように圧媒ガスをホットゾーン内で上方から下方に向けて案内すれば、冷却された低温の圧媒ガスが上方から直接ホットゾーンに供給されるため、被処理物Ｗ及びこの被処理物Ｗが収容されたホットゾーン内を短時間で効率的に冷却することが可能となる。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 熱間等方圧加圧装置
２ 高圧容器
３ 内ケーシング
４ 外ケーシング
５ 断熱層
６ 支持台
７ 加熱手段
８ 仕切板
９ 容器本体
１０ 蓋体
１１ 底体
１１ａ底体の径内側
１１ｂ底体の径外側
１２ 外側流路
１３ 外ケーシング本体
１４ 外ケーシング底体
１５ 上開口部
１６ 下開口部
１７ 第１弁手段
１８ 第１弁手段の栓部材
１９ 第１弁手段の移動手段
２０ 内ケーシング本体
２１ 内ケーシング底体
２２ 内側流路
２３ 第１流通孔
２４ 第２流通孔
２５ 強制循環手段
２６ 第２弁手段
２７ モータ
２８ 軸部
２９ 撹拌翼
３０ 第２弁手段の栓部材
３１ 第２弁手段の移動手段
３２ 製品架台
３３ ガス流増幅手段
３４ 隙間
３５ ガス流通路
３６ ガス貯留部
３７ 第１ガス導入路
３８ 第２ガス導入路
３９ 混合室
４０ ノズル部
４１ 第１環状流路
４３ 第２環状流路
４４ ホットゾーン側強制循環手段
４５ ガス導入ファン
４６ 支持部
４７ ホットゾーン側強制循環手段のモータ
４８ ホットゾーン側強制循環手段の軸部
４９ ケーシング側強制循環手段
５０ 撹拌翼
５１ モータ
５２ 軸部
５３ 付勢手段
５４ ガスの流通管
５５ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間等方圧加圧装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＩＰ法（熱間等方圧加圧装置を用いたプレス方法)は、数１０〜数１００ＭＰａの高圧圧媒ガス雰囲気のもと、焼結製品（セラミックス等）や鋳造製品等の被処理物をその再結晶温度以上の高温にして処理するものであり、被処理物中の残留気孔を消滅させることができるという特徴がある。そのため、このＨＩＰ法は、機械的特性の向上、特性のバラツキの低減、歩留まり向上などの効果が確認されており、今日、広く工業的に使用されるに至っている。
【０００３】
ところで、実際の工業生産の現場では処理の迅速化が強く望まれており、そのためにはＨＩＰ処理の工程の中でも時間がかかる冷却工程を短時間で行うことが必要不可欠とされている。そこで、従来の熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置という）では、炉内を均熱に保持したまま冷却速度を向上させるさまざまな技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、被処理物を収容する高圧容器の内側に断熱層とケーシングとを設けて高圧容器の内側を２室に分け、断熱層及びケーシングで熱的にも気密的にも隔離された内側を等方圧加圧処理を行うホットゾーン（炉室）としたＨＩＰ装置が開示されている。このホットゾーンには炉室内ガス撹拌用ファンが、ホットゾーンの外側には冷却用ガス強制循環ファンが設けられており、ホットゾーンの内外で圧媒ガスをそれぞれ個別に循環できるようになっている。そして、ホットゾーンの内外で循環する圧媒ガスはケーシングを介して熱交換可能となっており、ホットゾーン内にある熱を内側の循環流にのせてケーシングに伝熱し、次にケーシングから外側の循環流にのせて高圧容器の容器壁から容器外に排熱することでホットゾーンを効率的に冷却することが可能となっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、特許文献１と同様に高圧容器の内側に断熱層を設けたＨＩＰ装置が開示されている。この特許文献２のＨＩＰ装置が特許文献１のものと異なっている点は、圧媒ガスを供給する３つのイジェクタを備えている点である。つまり、３つのイジェクタのうち、第１のイジェクタは断熱層の外側を循環することで冷却された圧媒ガスを第２のイジェクタに送っており、第３のイジェクタは断熱層の外側を循環する第１のイジェクタより高温の圧媒ガスを第２のイジェクタに送っている。そして、第２のイジェクタは、第１及び第３のイジェクタから送られた温度が異なる圧媒ガス同士を混合し、混合によって温度調整された圧媒ガスをホットゾーン内に直接供給することでホットゾーンを効率的に冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平３−３４６３８号公報
【特許文献２】米国特許第６５１４０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のＨＩＰ装置では、ホットゾーンが断熱層及びケーシングで熱的にも気密的にも隔離されているため、ホットゾーン内を均熱的に保持しやすい構造となっている。しかし、その反面、ホットゾーン内を冷却する際は断熱層が邪魔になってホットゾーン内の熱を高圧容器外に移動させにくく、冷却効率を高めるにも限界がある。特に、ホットゾーン内の温度が３００℃程度まで下がると、冷却効率が著しく低下して冷却に長い時間を要する場合がある。
【０００７】
一方、特許文献２のＨＩＰ装置では、特許文献１のものとは異なりホットゾーン内に冷却された圧媒ガスを直接供給するため高い冷却効率を維持でき、第２のイジェクタでホットゾーン内に供給する圧媒ガスの温度調整も可能となっているので、ホットゾーン内を均熱的に保持することも可能である。
しかし、特許文献２のＨＩＰ装置では、第１のイジェクタの吸気口は断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れとは離れた場所に設けられており、断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れがイジェクタによる吸気で強まることは殆ど期待できない。つまり、断熱層の外側を循環する圧媒ガスは自然対流で循環しているに過ぎないので、圧媒ガスの流量はあまり大きくなることがない。それゆえ、ホットゾーン内の熱が高圧容器に送られるには相当の時間がかかり、高い冷却効果を発揮させることは到底不可能である。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く且つ短時間で冷却することができるＨＩＰ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のＨＩＰ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のＨＩＰ装置は、被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行うものであって、次に示す第１冷却手段と第２冷却手段とを用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とするものである。
【００１０】
この第１冷却手段は、前記内ケーシングと外ケーシングとの間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシングの上部から外ケーシングの外側に案内し、案内された圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシングの下部から内ケーシングと外ケーシングとの間に戻すように圧媒ガスを強制循環するものである。
【００１１】
また、第２冷却手段は、前記ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを前記第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環するものである。
このようにすれば、第１冷却手段では、圧媒ガスが高圧容器の内周面に接触しつつ強制的に循環するので、この第１冷却手段の冷却能力を高めることができる。一方、第２冷却手段では、ホットゾーン内で高温になった圧媒ガスの一部を第１冷却手段に合流させ、強制循環により冷却能力が高められた第１冷却手段を用いて冷却が行われるので、ホットゾーン内からの熱を効率的に高圧容器の外部に逃がすことができる。加えて、第１冷却手段に合流させられた圧媒ガスの一部は冷却後に直接ホットゾーンに送り込まれるので、ホットゾーン内を効率的に冷却することが可能となる。
【００１２】
具体的には、このような第１冷却手段としては、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記高圧容器と外ケーシングとの間に設けられて、前記上開口部から流出し、当該高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記圧媒ガスを強制循環する強制循環手段と、を備えたものを用いることができる。
【００１３】
なお、前記第１弁手段は、前記上開口部を開閉することで高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていても良い。
また、第２冷却手段としては、前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔を開閉する第２弁手段と、を備えたものを用いることができる。
【００１４】
なお、第２冷却手段が前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えている場合にあっては、前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成を採用することもできる。
また、この場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていても良い。
【００１５】
さらに、本発明のＨＩＰ装置は、被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行うものであって、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記上開口部から外側に案内され、高圧容器と外ケーシングとの間に形成された前記圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記外ケーシングの下部に形成されると共に前記高圧容器の内周面に接触することで冷却された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記ホットゾーン内の圧媒ガスを加熱手段と内ケーシングとの間に導き、導かれた圧媒ガスを前記加熱手段に接触させながら上方から下方に向けて案内し、案内された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間を循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔を開閉することで冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内に導いてホットゾーン内を冷却する第２弁手段と、を備えていることを特徴とするものであっても良い。
【００１６】
なお、上述した第１冷却手段は、前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、前記上開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記下開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、を備えているものであっても良い。
【００１７】
また、前記第１冷却手段としては、前記上開口部と下開口部とを備えたものであって、前記下開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、前記上開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、を備えているものを用いても良い。
【００１８】
なお、上述のように上下開口部、第１弁手段、ケーシング側強制循環手段を備えた第１冷却手段を備えている場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、前記第２流通孔に設けられ且つ当該第２流通孔を通じて前記冷却後の圧媒ガスをホットゾーン側に強制的に戻すホットゾーン側強制循環手段と、を備えているのが好ましい。
【００１９】
また、上述の場合にあっては、前記第２冷却手段は、前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされているのが好ましく、また前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＨＩＰ装置によれば、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く且つ短時間で冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図２】モードＡの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図３】モードＢの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図４】モードＣの冷却を行っている第１実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図５】モードＣの冷却を行っている第２実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図６】モードＣの冷却を行っている第３実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図７】モードＣの冷却を行っている第４実施形態のＨＩＰ装置の正面図である。
【図８】モードＣの冷却を行っている第４実施形態のＨＩＰ装置の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
「第１実施形態」
以下、本発明に係る熱間等方圧加圧装置の第１実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の熱間等方圧加圧装置（以下、ＨＩＰ装置１と呼ぶ）を示している。このＨＩＰ装置１は、被処理物Ｗを収容する高圧容器２を有しており、この高圧容器２の内側には被処理物Ｗを取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシング３と、この内ケーシング３を外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシング４と、が備えられている。内ケーシング３と外ケーシング４との間には断熱層５が設けられており、この断熱層５により内ケーシング３の内部は外部から断熱的に隔離されている。
【００２３】
また、ＨＩＰ装置１は、内ケーシング３の内側に被処理物Ｗを支持する支持台６と圧媒ガスを加熱する加熱手段７とを備えていて、支持台６の上側には加熱手段７と被処理物Ｗとの間を仕切る仕切板８が設けられている。ＨＩＰ装置１は、仕切板８の外側に設けられた加熱手段７で加熱された圧媒ガスを仕切板８の内側に供給し、この被処理物Ｗの周囲に被処理物Ｗを取り囲むようにホットゾーンを形成し、このホットゾーン内で被処理物Ｗに熱間等方圧加圧処理（以下、ＨＩＰ処理という）を行えるようになっている。
【００２４】
以降では、ＨＩＰ装置１を構成する各部材を詳しく説明する。
図１に示すように、高圧容器２は、上下方向に沿った軸心回りに円筒状に形成された容器本体９と、この容器本体９の上側（図１の紙面における上側）の開口を塞ぐ蓋体１０と、容器本体９の下側（図１の紙面における下側）の開口を塞ぐ底体１１とを備えており、これらの部材を図示を省略するシールを介して組み合わせることで内部が空洞となるように形成されている。高圧容器２には供給配管や排出配管（図示略）が連結されており、これらの配管を通じて高温高圧の圧媒ガス（ＨＩＰ処理が可能なように１０〜３００ＭＰａ程度に昇圧されたアルゴンガスや窒素ガス）を容器に供給・排出できるようになっている。そして、高圧容器２内には外ケーシング４が内蔵されている。
【００２５】
外ケーシング４は、上下方向を向く軸心回りに略円柱状に形成された筺体であり、高圧容器２の内周面から距離をあけて高圧容器２の内側に配備されており、高圧容器２の内周面との間に圧媒ガスを上下方向に沿って流通可能な外側流路１２を形成できるようになっている。そして、外側流路１２には、この外側流路１２を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段１７が設けられている。
【００２６】
外ケーシング４は、下方に向かって開口した逆コップ状の外ケーシング本体１３と、この外ケーシング本体１３の開口を塞ぐ外ケーシング底体１４とを備えており、その内部は空洞とされている。これらの外ケーシング本体１３及び外ケーシング底体１４はいずれもＨＩＰ処理の温度条件に合わせてステンレス、ニッケル合金、モリブデン合金またはグラファイトなどのガス不透過性の耐熱材料で形成されている。
【００２７】
外ケーシング本体１３の上部には上開口部１５が形成されており、外ケーシング４の内側の圧媒ガスを下方から上方に導いて外ケーシング４の外側に案内できるようになっている。また、外ケーシング４の下部には、上開口部１５と同様に外ケーシング４の外側にある圧媒ガスを上下方向に沿って内側に流通させる下開口部１６が形成されている。上開口部１５にはこの上開口部１５を開閉することで圧媒ガスの流通を確保する第１弁手段１７が設けられている。
【００２８】
この第１弁手段１７は、外ケーシング４の上開口部１５を塞ぐことができる程度の大きさに形成された栓部材１８と、この栓部材１８を上下方向に移動させる移動手段１９とを備えている。第１弁手段１７では、高圧容器２の外側に設けられた移動手段１９を用いて栓部材１８を上下いずれかの方向に移動させることで、上開口部１５を開閉して圧媒ガスの流通と遮断とを任意に切り換えることができるようになっている。
【００２９】
内ケーシング３は、外ケーシング４の内側に配備された筺体であって、上下方向に沿った軸心回りに略円柱状に形成されている。内ケーシング３は、外ケーシング４の内周面から径内方向に距離をあけて設けられており、外ケーシング４との間に隙間を形成できるようになっている。この隙間には、カーボンファイバを編み込んだ黒鉛質材料やセラミックファイバなどの多孔質材料で形成されたガス流通性の断熱層５が配備されている。この断熱層５を透過して圧媒ガスを上下方向に沿って流通可能な内側流路２２が形成されている。
【００３０】
内ケーシング３は、外ケーシング４と同様の耐熱材料を用いて形成された逆コップ状の内ケーシング本体２０とその開口を塞ぐ内ケーシング底体２１とを備えている。内ケーシング本体２０の下部には内ケーシング３の内側にある圧媒ガスを外側（内側流路２２）に流通させる第１流通孔２３が形成されており、また内ケーシング底体２１には内側流路２２を流通する圧媒ガスの一部を内ケーシング３の内側に流入させる第２流通孔２４が形成されている。この内側流路２２と上述した外側流路１２とが交わる下開口部１６には強制循環手段２５が設けられており、また第２流通孔２４にはこの第２流通孔２４を開閉することでホットゾーン内に戻る圧媒ガスの流量を調整する第２弁手段２６が設けられている。
【００３１】
強制循環手段２５は、外側流路１２及び内側流路２２上に設けられて、これらの流路に沿って圧媒ガスを強制的に循環するものである。本実施形態では、強制循環手段２５は上述したように内側流路２２と外側流路１２とが交わる下開口部１６に設けられている。強制循環手段２５は、高圧容器２の底体１１に設けられたモータ２７と、このモータ２７から下開口部１６を通って上方に伸びる軸部２８と、軸部２８の先端に取り付けられた撹拌翼２９とを備えている。この撹拌翼２９は、内側流路２２における下開口部１６に対応した位置に備えられており、圧媒ガスに下方から上方に向かう流れを発生できるようになっている。それゆえ、撹拌翼２９をモータ２７で回転させると、外側流路１２の圧媒ガスが下開口部１６を通って内側流路２２に強制的に流れ込み、外側流路１２及び内側流路２２を通る圧媒ガスの循環量を大きくすることができる。
【００３２】
内ケーシング３の下部に設けられている第２弁手段２６は、内ケーシング３に設けられた第２流通孔２４を開閉することで、内側流路２２を通る圧媒ガスの一部をホットゾーン内に戻すものである。第２弁手段２６は、内ケーシング底体２１に形成された第２流通孔２４を塞ぐことができる程度の大きさに形成された栓部材３０と、この栓部材３０を上下方向に移動させる移動手段３１とを備えている。第２弁手段２６は、第１弁手段１７と同様に移動手段３１を用いて栓部材３０を下方に移動させることで第２流通孔２４を通ってホットゾーン内に帰還する圧媒ガスの流量を調整することができるようになっている。
【００３３】
ホットゾーン内で被処理物Ｗを支持する支持台６は、内ケーシング３の内側に配備されており、内ケーシング底体２１の上面に接するように内ケーシング底体２１の上側に配備されている。支持台６の上側中央には被処理物Ｗを載置可能な製品架台３２があり、この製品架台３２の周囲を全周に亘って取り囲むように仕切板８が上下方向に沿って設けられている。また、支持台６の内部には、内ケーシング３の内側を循環する圧媒ガスと、内ケーシング３の外側を循環する圧媒ガスとを混合するガス流増幅手段３３が設けられている。
【００３４】
支持台６の上側に設けられる仕切板８は、ガスを透過しない板材で円筒状に形成されており、その上端は内ケーシング３の上面のやや下方まで伸びている。つまり、仕切板８の上端と内ケーシング３との間には圧媒ガスを内外に流通する隙間３４が形成されており、この隙間３４を介して仕切板８の内側にある圧媒ガスは仕切板８の外側に移動できるようになっている。
【００３５】
仕切板８の外側に設けられる加熱手段７は、上下方向に並んで配置された３つのヒータで構成されている。加熱手段７は、内ケーシング３の内周面と仕切板８との双方から径方向にそれぞれ距離をあけて配備されており、加熱手段７の内側と外側とにそれぞれ圧媒ガスを上方から下方に向かって流通させるガス流通路３５を形成している。加熱手段７の外側のガス流通路３５は上述した内ケーシング３の第１流通孔２３に連通しており、ホットゾーン内の圧媒ガスを第１流通孔２３から外側流路１２に案内できるようになっている。また、加熱手段７の内側のガス流通路３５はガス流増幅手段３３に連通しており、圧媒ガスをホットゾーン内で循環できるようになっている。
【００３６】
ガス流増幅手段３３は、支持台６に設けられて、内側流路２２を流れる低温の圧媒ガスを第２流通孔２４から導いて、この低温の圧媒ガスとホットゾーン内を循環する高温の圧媒ガスとを混合してホットゾーン内に戻すものである。ガス流増幅手段３３は、支持台６に設けられており、第２流通孔２４から流入した圧媒ガスを貯留するガス貯留部３６と、このガス貯留部３６の圧媒ガスを支持台６の内部に案内する第１ガス導入路３７と、加熱手段７の内側のガス流通路３５を通る圧媒ガスを支持台６の内部に案内する第２ガス導入路３８と、第１ガス導入路３７と第２ガス導入路３８とをそれぞれ通って送られてきた圧媒ガス同士を混合する混合室３９と、混合室３９で混合された圧媒ガスをホットゾーンに噴出させるテーパ状のノズル部４０とを備えている。
【００３７】
ガス貯留部３６は、内ケーシング底体２１と上方に向かって凹状（ノズル状）に形成された支持台６の下面との間に形成された空間であって、第２流通孔２４を介して内側流路２２を流れる圧媒ガスを一時的に貯留できるようになっている。このガス貯留部３６の圧媒ガスは、支持台６の内部に上下方向に沿って形成された第１ガス導入路３７を通って、支持台６の内部に形成された混合室３９に送られる。一方、加熱手段７の内側のガス流通路３５の圧媒ガスは、ガス流通路３５を通ってホットゾーンの下側に導かれた後、水平方向に沿って支持台６を貫通するように形成された第２ガス導入路３８を通って混合室３９に導入される。
【００３８】
混合室３９は、支持台６の内部に形成されており、第１ガス導入路３７と第２ガス導入路３８とをそれぞれ通って送られてきた互いに温度が異なる圧媒ガス同士を混合できるようになっており、ホットゾーン内を循環する高温の圧媒ガスと後述する第１冷却手段で冷却された低温の圧媒ガスとを所望の混合率で混合することで圧媒ガスの温度を調整することができる構成となっている。
【００３９】
このような混合室３９では、低温の圧媒ガスが高温の圧媒ガスとの混合で加熱されることで膨張した状態となっており、混合室３９の上方に設けられたテーパ状のノズル部４０からホットゾーン内に供給される際は噴射状となっている。それゆえ、このノズル部４０から噴射される圧媒ガスを用いて、ホットゾーン内の圧媒ガスを強制的に撹拌することができる。
【００４０】
以上述べた構成を備える本発明のＨＩＰ装置１は、被処理物Ｗに対して均熱状態でＨＩＰ処理を行う装置であって、ＨＩＰ処理を行った後、被処理物Ｗを取り出すためにホットゾーン内を冷却するに際して、特徴的な冷却手法を採用したものである。
以下、この冷却手法について説明する。
まず、本発明のＨＩＰ装置１は、上記した外ケーシング４と内ケーシング３との間に形成された内側流路２２を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを、外ケーシング４の上開口部１５から外側流路１２に案内し、案内された圧媒ガスを外側流路１２に沿って上方から下方に案内しつつ高圧容器２に接することで冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシング４の下開口部１６から内側流路２２に戻すように圧媒ガスを循環して冷却を行う第１環状流路４１（第１冷却手段）を有している。
【００４１】
また、ＨＩＰ装置１は、第１環状流路４１に加えて、ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを上述した第１環状流路４１（第１冷却手段）により循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環して冷却を行う第２環状流路４３（第２冷却手段）を有している。
【００４２】
これらの第１環状流路４１及び／又は第２環状流路４３（第１冷却手段及び／又は第２冷却手段）を用いて、ホットゾーン内を冷却する方法は以下の通りである。
図１に示すように、上述の構成を備えたＨＩＰ装置１でＨＩＰ処理を行う際は、第１弁手段１７を閉状態としておき、上開口部１５から外側流路１２への圧媒ガスの流通を規制する。この状態で、加熱手段７を用いて圧媒ガスを加熱すると、断熱層５で囲まれたホットゾーン内の圧媒ガスが加熱されて、被処理物Ｗに対して均熱状態でＨＩＰ処理を行うことが可能になる。
【００４３】
このようにして被処理物ＷにＨＩＰ処理を行った後、被処理物Ｗを取り出すためにホットゾーン内を冷却しなければならない。このホットゾーンの冷却は、ＨＩＰ処理の中で最も時間が必要とされる工程であり、できる限り冷却効率を高めて短時間でホットゾーンの冷却を可能とするのが好ましい。このようにホットゾーン内を急速に冷却する方法には、次に示すモードＡ〜モードＣのような冷却モードがある。
【００４４】
図２に示すモードＡの冷却方法は、前述した第１環状流路４１を圧媒が自然対流することで、冷却を行うものである。
すなわち、図１に示すＨＩＰ装置１において、第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にし、内側流路２２と外側流路１２との圧媒ガスの流通を可能にする。
そうすると、内側流路２２の圧媒ガスは、外側流路１２のものよりホットゾーンに近い位置にあって温度も高いので、内側流路２２内を下方から上方に向かって移動し、やがて内側流路２２の上側にある上開口部１５まで移動して上開口部１５から外側流路１２に移動する。このようにして外側流路１２に移動した圧媒ガスは、高圧容器２の内周面との接触により冷却されて温度も下がるので、外側流路１２に沿って上方から下方に向かって移動し、やがて外側流路１２の下側に移動する。そして、外側流路１２の下側に移動した圧媒ガスは下開口部１６から内側流路２２に戻り、外側流路１２と内側流路２２とを順に巡回しホットゾーンの冷却を促進する。
【００４５】
このようにしてモードＡの冷却方法では、自然対流により圧媒ガスの冷却が行われるが、自然対流が故に圧媒ガスの循環量（流速）をそれ程大きくすることはできないし、高い冷却効果も期待できない。しかし、例えばＨＩＰ処理直後のホットゾーン内が高温になっている間は、高圧容器２の外側との温度差が大きいため、ある程度の冷却効果を期待することができる。
【００４６】
一方、図２に示すモードＢの冷却方法は、前述した第１環状流路４１を圧媒が強制循環手段２５により強制対流することで、冷却を行うものであり、強制循環により圧媒ガスの循環量を増加させている点でモードＡの冷却方法と異なっている。
すなわち、下開口部１６の下側に設けられた撹拌翼２９による強制循環手段２５を用いて外側流路１２を流れる圧媒ガスを強制的に内側流路２２に引き込むと、それに対応して外側流路１２を流れる圧媒ガスの流れと内側流路２２を流れる圧媒ガスの流れとが強まり、モードＡと同じ循環経路を用いていても圧媒ガスの循環量をモードＡ以上に大きくすることができ、モードＡ以上の冷却効果を発揮させることができる。
【００４７】
しかしながら、上述のモードＡやモードＢの冷却方法では、ホットゾーン内が断熱層５で熱的に隔離されたままの状態であるため、圧媒ガスが殆どホットゾーン外に移動することがない。それゆえ、特にホットゾーン内の温度が３００℃以下に下がってしまうと、殆ど冷却効果が期待できなくなり、冷却に長い時間が必要となってしまう。
そこで、本発明のＨＩＰ装置１では、第１環状流路４１と第２環状流路４３との両方を用いて（第１冷却手段に加えて第２冷却手段を利用して）、図４に示すモードＣの冷却方法をも実施できるようにしているのである。
【００４８】
すなわち、モードＣの冷却方法では、まず第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にすると共に第２弁手段２６を用いて第２流通孔２４も開状態にする。この状態で強制循環手段２５の撹拌翼２９を回転させるようにすると、モードＢと同じように第１環状流路４１に沿って圧媒ガスが強制循環して冷却が行われる。
このとき、ホットゾーン内の圧媒ガスは、仕切板８の上端であって仕切板８と内ケーシング３との間に形成された上下方向の隙間３４からホットゾーンの外側に移動し、加熱手段７の上部で２つの流れに分かれ、径外方向において、加熱手段７の内面側と外面とを流下するように分岐する。
【００４９】
加熱手段７の外面側に流れ込んだ圧媒ガスは、上方から下方に向かって移動し、第１流通孔２３から内側流路２２を流れる圧媒ガスに合流する。そして、第１環状流路４１に沿って上開口部１５及び外側流路１２を通過しつつ冷却され、強制循環手段２５により下開口部１６を通って内側流路２２に戻される。このようにして内側流路２２に戻された圧媒ガスは、開状態とされた第２流通孔２４を通ってガス流増幅手段３３のガス貯留部３６に導かれる。
【００５０】
一方、加熱手段７の内面側に流れ込んだ圧媒ガスも、上方から下方に向かって移動し、ホットゾーンの下側からガス流増幅手段３３の第２ガス導入路３８に導かれる。そして、ガス流増幅手段３３では、加熱手段７の上部で分岐した圧媒ガス同士が混合されて一緒になり、ホットゾーンに戻される。このとき、加熱手段７の内面側を通って循環される圧媒ガスは殆ど冷却されていないが、外側のガス流通路３５を通って循環される圧媒ガスは第１環状流路４１で十分に冷却されているため、低温になっている。それゆえ、混合室で両者を混合すればホットゾーン内に戻される圧媒ガスの温度を調整することができる。
【００５１】
このように、モードＣの冷却、言い換えるならば、第１環状流路４１（第１冷却手段）及び第２環状流路４３（第２冷却手段）を用いて、ホットゾーン内を冷却することにより、ホットゾーン内を不均一に冷却することを防ぎつつ、効率良く冷却を行うことができるようになる。
つまり、第２弁手段２６を用いて第２流通孔２４を通る圧媒ガスの流量を調整すれば、第１環状流路４１を通って冷却される圧媒ガスの循環量と、第２環状流路４３を通って循環される圧媒ガスの循環量との比率が変化し、第１環状流路４１により高圧容器２外に排熱される排熱量と第２環状流路４３により高圧容器２外に排熱される排熱量とのバランスを取ることが可能となる。
【００５２】
例えば、高圧容器２の内周面から熱交換により高圧容器２外に排熱が可能であるといっても、排熱される熱量には限界がある。この排熱可能な熱量は、ＨＩＰ装置１の構成や冷却条件、あるいは冷却が進むにつれて変化するホットゾーンの温度などにあわせて変化する。しかし、上述のように第１環状流路４１及び第２環状流路４３の排熱量のバランスをとることができれば、冷却条件やホットゾーンの温度などの変化にあわせて最適な冷却が行え、ホットゾーン（処理室）内を極めて短時間で冷却することが可能となる。
【００５３】
また、第２弁手段２６を用いれば、第２流通孔２４を通ってガス流増幅手段３３に供給される低温の圧媒ガスの流量を調整することもでき、ガス流増幅手段３３で混合される圧媒ガスの温度を調整することもできる。それゆえ、ホットゾーン内に低温の圧媒ガスが大量に流れ込むことでホットゾーンの温度が急激に変化することを防げ、急激な温度変化により高圧容器２や加熱手段７が破損することを防止することが可能となる。
「第２実施形態」
次に、本発明のＨＩＰ装置１の第２実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
【００５４】
図５は、第２実施形態の熱間等方圧加圧装置を示している。図５に示すように、第２実施形態のＨＩＰ装置１は、上述した強制循環手段２５に代えてケーシング側強制循環手段４９を備え、また第２弁手段２６に代えてホットゾーン側強制循環手段４４を備えている。
以下、第２実施形態のＨＩＰ装置１の構成を詳しく説明する。
【００５５】
第２実施形態のＨＩＰ装置１は、第１実施形態と同様に内ケーシング３、外ケーシング４、加熱手段７、上開口部１５、第１弁手段１７、下開口部１６、第１流通孔２３及び第２流通孔２４を備えている。
下開口部１６は、外ケーシング４の下部に形成されており、外ケーシング４の外側にある圧媒ガスを外ケーシング４の内側に流通させる構成となっている。下開口部１６が形成される外ケーシング４は、第１実施形態と同様に下方に向かって開口した逆コップ状に形成されているが、第１実施形態とは異なりこの逆コップには底体（外ケーシング底体１４）がない。外ケーシング４の下端は高圧容器２の底体１１に接するまで下方に伸びており、高圧容器２の底体１１よりやや上方の外ケーシング４の外周壁に上述した下開口部１６がこの外周壁を径方向に貫通するように形成されている。この下開口部１６は高圧容器２の軸心回りに（周方向に）複数箇所に亘って（図例では２箇所）形成されており、これら複数の下開口部１６にはそれぞれケーシング側強制循環手段４９が設けられている。
【００５６】
ケーシング側強制循環手段４９は、下開口部１６に対応して周方向（高圧容器２の軸心回り）に複数設けられ、径方向を向く水平軸回りに回転自在な撹拌翼５０を備えていて、この撹拌翼５０を用いて外ケーシング４の外側から下開口部１６を通って内側に圧媒ガスを強制的に流入させることが可能となっている。
このケーシング側強制循環手段４９を用いて外ケーシング４の内側に導入された圧媒ガスの一部は内ケーシング３と外ケーシング４との間（第１環状流路４１）に流れ込み、残りは第１流通孔２３に案内される。
【００５７】
第２実施形態の内ケーシング３は、第１実施形態と同様に内ケーシング本体２０と内ケーシング底体２１とを備えているが、第１実施形態とは異なり内ケーシング底体２１が内ケーシング本体２０より径小に形成されており、内ケーシング底体２１と内ケーシング本体２０の内周面との間に径方向に圧媒ガスが流通可能な隙間を形成できるようになっている。そして、内ケーシング本体２０の下端は外ケーシング４と同様に高圧容器２の底体１１に接するまで下方に伸びていて、この底体１１よりやや上方の内ケーシング本体２０の外周壁に上述した第１流通孔２３が形成されている。
【００５８】
この第１流通孔２３は、第１実施形態と同様に内ケーシング３の内側にある圧媒ガスを内ケーシング３の外側に案内するものであるが、第２実施形態では内ケーシング３の外側にある圧媒ガスを内ケーシング３の内側に案内できるようにもなっている。この第１流通孔２３は、第１実施形態より上下方向に長く形成されていて、その下側では内ケーシング３の内側に向かって圧媒ガスが流れ、また上側では外側に向かって圧媒ガスが流れる構成となっている。このようにして第１流通孔２３を通じて案内された圧媒ガスは、内ケーシング底体２１と高圧容器２の底体１１との間に形成された空間に一旦貯留される。
【００５９】
内ケーシング底体２１は、高圧容器２の底体１１に対して上下方向に距離をおいて配備されており、高圧容器２の底体１１に立設状に設けられた支持部４６を介して底体１１の上方に設置されている。そして、この内ケーシング底体２１の中央には、内ケーシング底体２１と底体１１との間の空間に一時的に貯留された圧媒ガスを内ケーシング３の内側に案内する第２流通孔２４が上下方向に貫通状に形成されている。
【００６０】
第２流通孔２４は内ケーシング底体２１の中央に形成された貫通孔であり、この第２流通孔２４にはホットゾーン側強制循環手段４４が設けられている。
ホットゾーン側強制循環手段４４は、第１実施形態の強制循環手段とほぼ同じ構成を備えたものであり、高圧容器２の底体１１に設けられたモータ４７と、このモータ４７から第２流通孔２４を通って上方に伸びる軸部４８と、軸部４８の先端に取り付けられたガス導入ファン４５とを備えている。このようにホットゾーン側強制循環手段４４は第１実施形態の強制循環手段と構成上は類似しているが、第２流通孔２４からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環だけを行っている点で機能面では第１実施形態と大きく異なっている。つまり、ホットゾーン側強制循環手段４４では、モータ４７の回転数はケーシング側強制循環手段４９とは独立に制御可能とされており、ケーシング側強制循環手段４９の撹拌翼５０の回転数に影響されることなくガス導入ファン４５の回転数を変更することができる構成となっていて、第２流通孔２４からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環量だけを個別に調整できるようになっている。
【００６１】
なお、上述した高圧容器２の底体１１は、径方向に２つの部材を組み合わせた構成となっていて、底体１１の径内側１１ａは径外側１１ｂに対して上下に昇降させることができるようになっている。この底体１１の径内側１１ａの上部には、支持部４６を介してガス流増幅手段３３、製品架台３２及び仕切板８が設けられており、この底体１１の径内側１１ａを下降させることで被処理物Ｗが載置された製品架台３２を高圧容器２の下方に引き抜いて、被処理物Ｗを取り替えたりメンテナンスを行ったりすることができるようになっている。
【００６２】
次に、第２実施形態のＨＩＰ装置１を用いてＨＩＰ処理後の冷却を行う方法を説明する。
第２実施形態のＨＩＰ装置１においても、第１実施形態のＨＩＰ装置１と同様に第１環状流路４１を圧媒が自然対流することでモードＡの冷却方法が行われる。第２実施形態の冷却方法が第１実施形態と異なっているのはモードＢ及びモードＣの冷却方法である。
【００６３】
図６に示すように、モードＢの冷却方法においては、第１弁手段１７を用いて上開口部１５を開状態にし、内側流路２２と外側流路１２との圧媒ガスの流通を可能にした上で、ケーシング側強制循環手段４９だけを作動する。そうすると、外側流路１２に沿って上方から下方に向かって移動しつつ冷却された圧媒ガスが、下開口部１６を通って内側流路２２に強制的に戻され、外側流路１２と内側流路２２とを順に巡回する圧媒ガスの循環量が増加してホットゾーンの冷却が飛躍的に促進される。
【００６４】
このモードＢの冷却の際にさらにホットゾーン側強制循環手段４４を作動させると以下に示すようなモードＣの冷却が行われる。
まず、第２流通孔２４を通じて内ケーシング３の内側に案内された圧媒ガスは内ケーシング底体２１と底体１１との間の空間に貯留されている。この状態でホットゾーン側強制循環手段４４を作動させると圧媒ガスがホットゾーン側強制循環手段４４によりガス流増幅手段３３のガス貯留部３６側に強制的に流れ込み、ガス流増幅手段３３を経てホットゾーン内を上方に向かって移動する。そして、仕切板８の上端まで移動した圧媒ガスは加熱手段７の上部で２つの流れに分かれ、分岐した圧媒ガスの一部は隙間３４からホットゾーンの外側に移動し、残りはガス流増幅手段３３に戻される。
【００６５】
第２実施形態のモードＣの冷却方法では、上述のように第１環状流路４１やホットゾーン側強制循環手段４４を循環する全体の循環量はケーシング側強制循環手段４９により調整され、この全体の循環量のうち第２環状流路４３を流れる循環量はケーシング側強制循環手段４９とは独立にホットゾーン側強制循環手段４４により調整される。このような特徴を備えることで第２実施形態のＨＩＰ装置１では次のような効果が奏される。
【００６６】
冷却過程においては、ホットゾーン内の圧媒ガスの温度や圧力が急激に変化する。このように圧媒ガスの温度や圧力が急激に変化する間、最適な冷却速度で冷却を行うためには、第１環状流路４１を流れる循環流量やそれから分岐してホットゾーン内へ導入される圧媒ガスの流量を精緻に制御することが重要である。
つまり、上述のようにケーシング側強制循環手段４９とケーシング側強制循環手段４９とが個別に且つ独立に制御することができれば、第１環状流路４１を流れる循環流量やホットゾーン内へ導入される圧媒ガスの流量を無段階かつ広範囲の比率で調整することができるため、冷却過程の全範囲にわたって最適な流量制御が可能となる。
【００６７】
例えば、第１環状流路４１の循環量を大きくしたまま第２環状流路４３の循環量を小さくしたい場合、第１実施形態のＨＩＰ装置１では強制循環手段による循環量を大きく保ったまま第２弁手段２６を少しだけ開けるという微妙な弁操作が必要となる。しかし、第２実施形態のＨＩＰ装置１ではケーシング側強制循環手段４９による循環量を大きく保ったままホットゾーン側強制循環手段４４の回転数だけを増加させるだけで良く、非常に簡単な操作で循環量を精緻に調整することができる。
【００６８】
また、第１環状流路４１の循環量を小さくしたまま第２環状流路４３の循環量を大きくしたい場合には、弁の開度だけで第２環状流路４３の循環量を調整する第１実施形態のＨＩＰ装置１では循環量の調整が困難になる場合があるが、このような場合であっても第２実施形態のＨＩＰ装置１では簡単な操作で循環量を大きくすることができ、調整精度や操作性の点で有利である。
「第３実施形態」
次に、第３実施形態のＨＩＰ装置１を説明する。
【００６９】
図６に示すように、第３実施形態のＨＩＰ装置１は、第２実施形態のＨＩＰ装置において、第１弁手段１７及びケーシング側強制循環手段４９を設ける位置を上開口部１５と下開口部１６との間で入れ替えたような構成となっている。すなわち、この第３実施形態のＨＩＰ装置１は、第１弁手段１７が下開口部１６を開閉することで高圧容器２と外ケーシング４との間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていて、ケーシング側強制循環手段４９が上開口部１５に配備されているものである。
【００７０】
第３実施形態の第１弁手段１７は、径方向に水平に伸びたロッド部分とこのロッド部分の径外側の端部に設けられて外ケーシング４の下開口部１６を塞ぐことができる大きさに形成された円盤状の部分とを備えた栓部材１８と、この栓部材１８を高圧容器２の径方向に移動させる移動手段１９とを備えていて、この移動手段１９により栓部材１８が径方向に移動して下開口部１６を塞ぐ構成となっている。また、栓部材１８の中途側には、下開口部１６を気密的に閉鎖するために栓部材１８に付勢力を発揮する付勢手段５３が配備されている。
【００７１】
一方、ケーシング側強制循環手段４９は、高圧容器２の蓋体１０に設けられたモータ５１と、このモータ５１から上開口部１５を通って下方に伸びる軸部５２と、軸部５２の先端（下端）に取り付けられた撹拌翼５０とを備えていて、モータ５１により撹拌翼５０を回転させることで外ケーシング４の内側にある圧媒ガスを上開口部１５を通じて外側に案内できるようになっている。
【００７２】
第３実施形態のＨＩＰ装置１でも、図６に示すモードＣの冷却や、それに先だってモードＢの冷却が行われ、第２実施形態のＨＩＰ装置と同様な効果が奏される。これらの効果に加えて、第３実施形態のＨＩＰ装置１では、シール性が要求される第１弁手段１７が比較的低温な高圧容器２の下側に配備されているため、長時間に亘って使用してもシール性が損なわれないという特徴がある。
【００７３】
一方、ケーシング側強制循環手段４９は高温の高圧容器２の上側に配備されることになるが、特に高温に弱いモータ５１を一般に水冷が行われる高圧容器２の蓋体１０に設けているため、ケーシング側強制循環手段４９が高温で破損することもない。
「第４実施形態」
次に、第４実施形態のＨＩＰ装置１を説明する。
【００７４】
図７や図８に示されるように、第４実施形態のＨＩＰ装置１は、第２実施形態または第３実施形態のＨＩＰ装置１において、冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内で上方から下方に向かって案内する構成を採用したものである。
この第４実施形態のＨＩＰ装置１は、製品架台３２に設けられているガス流通用のすべての穴に上下方向に伸びると共に内部に圧媒ガスが流通可能なガスの流通管５４を備えている。このガスの流通管５４は、製品架台３２の上面に上端が開口すると共に第２ガス導入路３８に下端が開口しており、製品架台３２の上側の圧媒ガスを直接第２ガス導入路３８に案内できる構成となっている。製品架台３２の下側には、ガス流増幅手段３３から吹き出した圧媒ガスを、製品架台３２の下面に沿って径外側に案内できる空間が形成されている。この空間は加熱手段７と仕切板８との間に上下方向に沿って形成された隙間５５に連通していて、ガス流増幅手段３３から吹き出した圧媒ガスを隙間５５に案内できるようになっている。
【００７５】
第４実施形態のＨＩＰ装置１を用いてホットゾーン内を冷却する際は、ガス流増幅手段３３から製品架台３２の下側に吹き出した冷却後の圧媒ガスは、製品架台３２の下面に沿って径外側に向かって流れ、隙間５５に入った所で上方に向かう流れと下方に向かう流れとに分岐される。そして、下方に向かって流れる圧媒ガスは第２ガス導入路３８を通ってガス流増幅手段３３に戻るが、上方に向かって流れる圧媒ガスは隙間５５の上端に達した後再び分岐し、隙間３４からホットゾーン内に入ってこのホットゾーン内を上方から下方に向かって案内される。そして、ガスの流通管５４を通って第２ガス導入路３８に案内された後、第２ガス導入路３８を経由してガス流増幅手段３３に帰還する。
【００７６】
このように圧媒ガスをホットゾーン内で上方から下方に向けて案内すれば、冷却された低温の圧媒ガスが上方から直接ホットゾーンに供給されるため、被処理物Ｗ及びこの被処理物Ｗが収容されたホットゾーン内を短時間で効率的に冷却することが可能となる。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 熱間等方圧加圧装置
２ 高圧容器
３ 内ケーシング
４ 外ケーシング
５ 断熱層
６ 支持台
７ 加熱手段
８ 仕切板
９ 容器本体
１０ 蓋体
１１ 底体
１１ａ底体の径内側
１１ｂ底体の径外側
１２ 外側流路
１３ 外ケーシング本体
１４ 外ケーシング底体
１５ 上開口部
１６ 下開口部
１７ 第１弁手段
１８ 第１弁手段の栓部材
１９ 第１弁手段の移動手段
２０ 内ケーシング本体
２１ 内ケーシング底体
２２ 内側流路
２３ 第１流通孔
２４ 第２流通孔
２５ 強制循環手段
２６ 第２弁手段
２７ モータ
２８ 軸部
２９ 撹拌翼
３０ 第２弁手段の栓部材
３１ 第２弁手段の移動手段
３２ 製品架台
３３ ガス流増幅手段
３４ 隙間
３５ ガス流通路
３６ ガス貯留部
３７ 第１ガス導入路
３８ 第２ガス導入路
３９ 混合室
４０ ノズル部
４１ 第１環状流路
４３ 第２環状流路
４４ ホットゾーン側強制循環手段
４５ ガス導入ファン
４６ 支持部
４７ ホットゾーン側強制循環手段のモータ
４８ ホットゾーン側強制循環手段の軸部
４９ ケーシング側強制循環手段
５０ 撹拌翼
５１ モータ
５２ 軸部
５３ 付勢手段
５４ ガスの流通管
５５ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記内ケーシングと外ケーシングとの間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシングの上部から外ケーシングの外側に案内し、案内された圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシングの下部から内ケーシングと外ケーシングとの間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第１冷却手段と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを前記第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環する第２冷却手段と、
を用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
【請求項２】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記高圧容器と外ケーシングとの間に設けられて、前記上開口部から流出し、当該高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記圧媒ガスを強制循環する強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項３】
前記第１弁手段は、前記上開口部を開閉することで高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていることを特徴とする請求項２に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項４】
前記第２冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔を開閉する第２弁手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項５】
前記第２冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項４に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項６】
前記第２冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項７】
被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記上開口部から外側に案内され、高圧容器と外ケーシングとの間に形成された前記圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されると共に前記高圧容器の内周面に接触することで冷却された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスを加熱手段と内ケーシングとの間に導き、導かれた圧媒ガスを前記加熱手段に接触させながら上方から下方に向けて案内し、案内された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間を循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔を開閉することで冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内に導いてホットゾーン内を冷却する第２弁手段と、
を備えていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
【請求項８】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記上開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記下開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項９】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記下開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記上開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１０】
前記第２冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔に設けられ且つ当該第２流通孔を通じて前記冷却後の圧媒ガスをホットゾーン側に強制的に戻すホットゾーン側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１１】
前記第２冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項８〜１０にいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１２】
前記第２冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１】
被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記内ケーシングと外ケーシングとの間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシングの上部から外ケーシングの外側に案内し、案内された圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシングの下部から内ケーシングと外ケーシングとの間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第１冷却手段と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを前記第１冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環する第２冷却手段と、
を用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
【請求項２】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記高圧容器と外ケーシングとの間に設けられて、前記上開口部から流出し、当該高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記圧媒ガスを強制循環する強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項３】
前記第１弁手段は、前記上開口部を開閉することで高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていることを特徴とする請求項２に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項４】
前記第２冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔を開閉する第２弁手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項５】
前記第２冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項４に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項６】
前記第２冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項７】
被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記上開口部から外側に案内され、高圧容器と外ケーシングとの間に形成された前記圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されると共に前記高圧容器の内周面に接触することで冷却された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスを加熱手段と内ケーシングとの間に導き、導かれた圧媒ガスを前記加熱手段に接触させながら上方から下方に向けて案内し、案内された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間を循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔を開閉することで冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内に導いてホットゾーン内を冷却する第２弁手段と、
を備えていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
【請求項８】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記上開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記下開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項９】
前記第１冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記下開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第１弁手段と、
前記上開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１０】
前記第２冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第１冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第１流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第２流通孔と、
前記第２流通孔に設けられ且つ当該第２流通孔を通じて前記冷却後の圧媒ガスをホットゾーン側に強制的に戻すホットゾーン側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１１】
前記第２冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第１流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項８〜１０にいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。
【請求項１２】
前記第２冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第２流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の熱間等方圧加圧装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２７８８６（Ｐ２０１１−１２７８８６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７８４０（Ｐ２０１０−８７８４０）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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