特許 5894967 熱間等方圧加圧装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5894967

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】熱間等方圧加圧装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 17/00 20060101AFI20160317BHJP

   B22F 3/15 20060101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   F27B17/00 301B

   B22F3/15 L

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-111957(P2013-111957)

(22)【出願日】2013年5月28日

(65)【公開番号】特開2014-231934(P2014-231934A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2015年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】中井 友充

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 克充

(72)【発明者】

【氏名】米田 愼

【審査官】 田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭６２−５８７７０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００８−２９０１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２４０３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５０１７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７８０７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｂ １７／００

Ｂ２２Ｆ ３／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性のケーシングと、この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、前記加熱手段及びケーシングを収納する高圧容器と、を備えており、前記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、
前記ケーシングの外側を上方から下方に向かって導かれて冷却された圧媒ガスを、前記ホットゾーン内に導いてこのホットゾーンを冷却する冷却手段が設けられており、
前記冷却手段には、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを、前記高圧容器の下部から前記ホットゾーンの上部まで前記ホットゾーン内の圧媒ガスと交わることなく導いて前記ホットゾーン内に導入するガス導入手段が備えられていて、
前記高圧容器には、当該高圧容器の下側開口を閉鎖する底体が設けられており、
前記冷却手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを前記底体と熱交換させることにより圧媒ガスを冷却する冷却促進手段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2】

前記ケーシングには、当該ケーシングの下側開口を閉鎖するケーシング底体が設けられており、
前記底体とケーシング底体との間には、前記ガス導入手段に導入する圧媒ガスを貯留するガス貯留部が、前記ケーシングの外側から隔離された状態で設けられており、
前記冷却促進手段は、前記底体との間で熱交換させられた圧媒ガスを前記ガス貯留部に送る構成とされ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】

前記冷却促進手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを前記底体の内部を巡回するように導く底体冷却流路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間等方圧加圧装置。

【請求項4】

前記冷却促進手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを１次側に導いて、２次側に存在する底体との間で熱交換を行う熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間等方圧加圧装置。

【請求項5】

前記底体には、外部から冷媒を流通させることで前記底体を強制冷却する底体冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。

【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の高圧に設定された雰囲気の圧媒ガスのもと、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、実際の製造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方法が提案されている。
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、この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、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、内ケーシングの内側に設けられて被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えたＨＩＰ装置が開示されている。このＨＩＰ装置では、内ケーシングの内部がホットゾーンとされており、これら内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に貯留された圧媒ガスを用いて被処理物に対して等方圧加圧処理を行うことが可能となっている。

【0004】

このＨＩＰ装置には、高圧容器の内部で圧媒ガスを循環させてホットゾーン内（被処理物）を冷却させる冷却手段として、第１冷却手段と第２冷却手段とが設けられている。
すなわち、第１冷却手段は第１循環流に沿って圧媒ガスを循環させることにより冷却を行うものであり、この第１循環流は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ものである。

【0005】

第２冷却手段は第２循環流に沿って圧媒ガスを循環させることにより冷却を行うものであり、この第２循環流は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内に戻すように圧媒ガスを循環するものである。

【0006】

上述した特許文献１の熱間等方圧加圧装置では、第１循環流を流れる圧媒ガスの一部をファン及びイジェクターを用いてホットゾーンの下方から第２循環流に合流させ、合流した圧媒ガスがホットゾーン内を循環しつつ冷却するため、冷却過程で生じる炉上部と下部の温度差を解消して炉内を効率的に冷却することができる。
また、特許文献２には、高圧容器内の圧媒ガスを容器外に取り出し、容器外で冷却してから容器内に戻すことで、冷却工程を短時間で行う熱間等方圧加圧装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−１２７８８６号公報

【特許文献2】特開２００７−３０９６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１や特許文献２のＨＩＰ装置では、ホットゾーン内の高温ガスを断熱層外上部に導き、容器と断熱層間の隙間を下降する間に容器内面との熱交換により高温ガスを降温
させ、この結果低温となったガスをホットゾーン内に循環させて急速冷却を可能としている。特に、特許文献１のＨＩＰ装置では、第１循環流を流れる圧媒ガスは十分に冷却されており、圧力容器等の健全性を保つことができる程度に低温になっているといえる。しかし、高圧容器の下部には、循環ガス促進用の回転制御機能付きのファン、モータやガス流制御のためのバルブ及びその駆動機、あるいは電気ヒータ及び測温用熱電対の接点等があり、これら部材の耐熱性の観点からは十分に低い温度とは言えず、従来技術による場合は、これらの電機部品を焼損させてしまう可能性がある。

【0009】

この問題は、第１循環流を流れる低温の圧媒ガスと、第２循環流を流れる高温の圧媒ガスとを先に合流させ、合流後の圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って降下させる方式を採用する特許文献１の装置で、より深刻な問題となりやすい。
例えば、第２循環流を設けず、高圧容器の内周面に沿って降下させて低温となった第１循環流をホットゾーン内に導き、高温となった後、再び高圧容器内周面に導く、従来から行われている急冷方法では、その循環流量そのものが小さく、高圧容器内周面に沿って降下した後の温度は低く、電機部品の焼損が起きない温度にまで既に冷却されている。しかし、先に第１循環流を流れる圧媒ガスと第２循環流を流れる圧媒ガスとを混合した上で、混合後の圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って流下させて冷却する場合には、循環ガス流量が大きいので圧媒ガスの温度が十分に低下しない可能性があり、高圧容器の下部に高温の圧媒ガスが流れ込んで電機部品が焼損してしまう可能性が高くなる。

【0010】

このような先に圧媒ガス同士を混合した上で冷却を行う冷却方式は、特許文献１のＨＩＰ装置のように、第１循環流を流れる圧媒ガスの循環量を大きくして、冷却スピードを稼ぎたい場合に採用されることが多い。それゆえ、特許文献１のＨＩＰ装置では、運転条件によっては電機部品が焼損してしまう可能性が大きくなるという問題があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高圧容器の下部に設けられた電機部品を焼損させることなく、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く冷却できる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】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の熱間等方圧加圧装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の熱間等方圧加圧装置は、被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性のケーシングと、この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、前記加熱手段及びケーシングを収納する高圧容器と、を備えており、前記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、前記ケーシングの外側を上方から下方に向かって導かれて冷却された圧媒ガスを、前記ホットゾーン内に導いてこのホットゾーンを冷却する冷却手段が設けられており、前記冷却手段には、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを、前記高圧容器の下部から前記ホットゾーンの上部まで前記ホットゾーン内の圧媒ガスと交わることなく導いて前記ホットゾーン内に導入するガス導入手段が備えられていて、前記高圧容器には、当該高圧容器の下側開口を閉鎖する底体が設けられており、前記冷却手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを前記底体と熱交換させることにより圧媒ガスを冷却する冷却促進手段を備えていることを特徴とする。

【0012】

なお、好ましくは、前記ケーシングには、当該ケーシングの下側開口を閉鎖するケーシング底体が設けられており、前記底体とケーシング底体との間には、前記ガス導入手段に導入する圧媒ガスを貯留するガス貯留部が、前記ケーシングの外側から隔離された状態で設けられており、前記冷却促進手段は、前記底体との間で熱交換させられた圧媒ガスを前記ガス貯留部に送る構成とされているとよい。

【0013】

なお、好ましくは、前記冷却促進手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを前記底体の内部を巡回するように導く底体冷却流路を備えているとよい。
なお、好ましくは、前記冷却促進手段は、前記ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを１次側に導いて、２次側に存在する底体との間で熱交換を行う熱交換器を備えているとよい。

【0014】

なお、好ましくは、前記底体には、外部から冷媒を流通させることで前記底体を強制冷却する底体冷却手段が設けられているとよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明のＨＩＰ装置によれば、高圧容器の下部に設けられた電機部品を焼損させることなく、ＨＩＰ処理後に処理室（ホットゾーン）内を効率良く冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態のＨＩＰ装置の正面断面図である。

【図2】第２実施形態のＨＩＰ装置の正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［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１（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との間には図示を省略する断熱層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。この第１実施形態の場合、この内ケーシング３と外ケーシング４とにより、ガス不透過性のケーシングが構成されている。

【0018】

また、ＨＩＰ装置１は、内ケーシング３の内側に被処理物Ｗを支持する製品台６と圧媒ガスを加熱する加熱手段７とを備えていて、製品台６の上側には被処理物Ｗが載置されている。そして、加熱手段７と被処理物Ｗとの間には、両者を仕切る整流筒８が設けられている。ＨＩＰ装置１は、整流筒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整流筒８の下側から整流筒８の内部に供給し、この整流筒８の内部に導入された高温の圧媒ガスで被処理物Ｗの周囲に被処理物Ｗを取り囲むように圧媒ガスの雰囲気（以降、ホットゾーンという）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。

【0019】

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を備えている。この容器本体９は、上方と下方との双方に向かって開口していて、上側（図１の紙面における上側）の開口は蓋体１０により塞がれており、容器本体９の下側（図１の紙面における下側）の開口は底体１１により塞がれている。

【0020】

上述した容器本体９の上側開口と蓋体１０との間、及び容器本体９の下側開口と底体１１との間には、それぞれシール４６が設けられている。これらのシール４６により、高圧容器２の内部は、外部から気密的に隔離されている。
高圧容器２の周囲には、図示を省略する供給配管や排出配管が連結されている。これらの供給配管及び排出配管は、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）を容器に供給したり容器から排出したりするものである。

【0021】

外ケーシング４は、高圧容器２の内側に配備された有蓋円筒状の部材である。この外ケーシング４は、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を用いて形成されている。外ケーシング４は、上述した高圧容器２よりも径が小さな円筒状であり、高圧容器２の内周面から径内側に距離をあけて配備されていて、外ケーシング４の外周面と高圧容器２の内周面との間には隙間が形成されている。この外ケーシング４と高圧容器２との間に形成される隙間は、圧媒ガスを上下方向に沿って流通可能な外側流路１２とされている。

【0022】

具体的には、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の下側開口を塞ぐ外ケーシング底体１４とを備えている。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。この上開口部１５には、内側から外側の外側流路１２に流れ出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。

【0023】

また、外ケーシング底体１４の中央側には、上開口部１５と同様に、外側流路１２を経由して外ケーシング底体１４の下側に流れ込んだ圧媒ガスをホットゾーン内に導く下開口部１６が形成されている。この下開口部１６を通じて導入された圧媒ガスのうち、一部の圧媒ガスは後述する第２流通孔２４を通じて内側流路２２に流れ、残りの圧媒ガスは導管２８を通じてホットゾーン内に導かれる。また、下開口部１６には、この下開口部１６を通じて導入される圧媒ガスの循環を促進する強制循環手段２５が後述するように設けられている。

【0024】

外ケーシング底体１４には、外ケーシング４の外側（外ケーシング底体１４の下側）にある圧媒ガスの一部を外ケーシング４の内側に流通させる第２流通孔２４が形成されている。この第２流通孔２４は、外ケーシング底体１４の内部を貫通して外ケーシング底体１４の上側と下側とを結ぶように形成されており、外ケーシング底体１４の下面に設けられた入口から取り込んだ圧媒ガスを、外ケーシング底体１４の上面に設けられた出口から内側流路２２に帰還できるようになっている。

【0025】

第１弁手段１７は、外ケーシング４の上開口部１５を塞ぐ栓部材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を開閉できるようになっており、上開口部１５を経由する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。

【0026】

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、外ケーシング４と同様に上下方向に沿った略円筒状に形成されている。内ケーシング３は、外ケーシング４よりも径が小さな円筒状に形成されており、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。すなわち、この隙間が、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とされている。

【0027】

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逆コップ状に形成されており、上述した外ケーシング底体１４の上面よりやや上方に、外ケーシング底体１４の上面から上方に隙間をあけるようにして配備されている。そして、内ケーシング３の下部と外ケーシング底体１４との間には上下方向に隙間が形成されており、この隙間は内ケーシング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とされている。

【0028】

内ケーシング３の内部には、径外側から順番に加熱手段７と整流筒８とが設けられており、この整流筒８の内部がホットゾーンとされている。次に、内ケーシング３の内部の構造について説明する。
加熱手段７は、上下方向に並んで配置された３つのヒータエレメントで構成されている。加熱手段７は内ケーシング３の内周面から径内側に距離をあけて配備されており、この加熱手段７から径内側にさらに距離をあけて整流筒８が配備されている。そして、加熱手段７の内側と外側とには、それぞれ圧媒ガスを上下に流通させるガス流通路が形成されている。

【0029】

このガス流通路は、加熱手段７の外側に設けられる外側ガス流通路２０と、加熱手段７の内側に設けられる内側ガス流通路２１との２つで構成されている。外側ガス流通路２０は、内ケーシング３の内周面に沿って上下方向に伸びており、その下端は上述した第１流通孔２３に連通している。そして、この第１流通孔２３を通じてホットゾーン内の圧媒ガスを外側流路１２に案内できるようになっている。また、加熱手段７の内側に設けられる内側ガス流通路２１は、整流筒８の内周面に沿って上下方向に伸びており、整流筒８の下側に形成されたガス導入孔２６に連通している。そして、このガス導入孔２６を介して圧
媒ガスをホットゾーン内で帰還させることができるようになっている。

【0030】

整流筒８は、ガスを透過しない板材で円筒状に形成されており、その開口された上端は内ケーシング３の内周面（上面）のやや下方まで伸びている。つまり、整流筒８の上端と内ケーシング３との間には上下方向に隙間が形成されており、この隙間を介して整流筒８の内側（ホットゾーン内）にある圧媒ガスを整流筒８の外側に設けられたガス流通路（内側ガス流通路２１または外側ガス流通路２０のいずれか）に案内できるようになっている。

【0031】

整流筒８の下側には、被処理物Ｗを載置する製品台６が設けられている。この製品台６は、圧媒ガスを流通可能な多孔板から形成されており、製品台６を透過して下側から上側に向かって圧媒ガスを案内できるようになっている。この製品台６の上側には、スペーサを介在させることで被処理物Ｗが製品台６の上面に直接接触しない状態（かさ上げされた状態）で載置されている。

【0032】

また、整流筒８の外周面には、製品台６よりもさらに下方の位置に、上述したガス導入孔２６が形成されている。このガス導入孔２６は、整流筒８の側壁を内外に貫通するように形成されており、内側ガス流通路２１の圧媒ガスを整流筒８の内側に導入できるようになっている。つまり、このガス導入孔２６を介して整流筒８の内部に導入された圧媒ガスは、上述した製品台６を透過して製品台６の上方に流れ込み、製品台６の上方に形成されたホットゾーンでＨＩＰ処理が行われる。

【0033】

ところで、本発明のＨＩＰ装置１には、ホットゾーン内を冷却する冷却手段として、次に示す第１冷却手段と第２冷却手段とがある。
第１冷却手段は、第１循環流４１に沿って圧媒ガスを循環しつつ冷却するものである。この第１循環流４１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に接触させることで冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシング４の下開口部１６及び第２流通孔２４から内側流路２２に戻すように圧媒ガスを循環するものである。

【0034】

一方、第２冷却手段は、ホットゾーン内の圧媒ガスの一部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の一部をホットゾーンに戻すように圧媒ガスを循環する第２循環流４２に沿って圧媒ガスを循環して冷却するものである。
ところで、本発明のＨＩＰ装置１には、外ケーシング４の外側で冷却された圧媒ガス（第１冷却手段で冷却された圧媒ガスの一部）を、ホットゾーンの上部からホットゾーン内に導入するガス導入手段２７が設けられている。

【0035】

ガス導入手段２７は、ホットゾーンの下方からホットゾーンの上部に伸びると共にホットゾーンの上部で開放された導管２８と、ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを導管２８に沿ってホットゾーンの上部に案内する強制循環手段２５とを有している。
強制循環手段２５は、外ケーシング底体１４の下開口部１６に設けられて、下開口部１６の下側の圧媒ガスをホットゾーン内に強制的に引き込んで循環させるものである。本実施形態の強制循環手段２５は、高圧容器２の底体１１に設けられたモータ３０と、このモータ３０から下開口部１６を通って上方に伸びる軸部３１と、軸部３１の上端に取り付けられたファン２９とを備えている。このファン２９は外ケーシング底体１４の内部に形成されたファン格納部３２に格納されており、このファン格納部３２と外側流路１２との間を連通するようにして下開口部１６が形成されている。そして、ファン２９はこの下開口部１６を貫通して上下方向に伸びる軸（軸部３１）回りに回転することで、圧媒ガスに下方から上方に向かう流れを強制的に発生できるようになっている。

【0036】

つまり、この強制循環手段２５では、モータ３０を用いて軸部３１の先端に設けられたファン２９を回転させると、外ケーシング底体１４の下側に貯留された圧媒ガスが下開口部１６を通ってファン格納部３２に強制的に流れ込む。そして、ファン格納部３２に流れ込んだ圧媒ガスは導管２８を介してホットゾーンの上部に送られ、圧媒ガスがホットゾー
ンの上部から流れ込んでホットゾーン内を冷却するために用いられる。なお、強制循環手段２５の例としては、ファンだけでなくポンプ等を用いてもよい。

【0037】

導管２８は、ファン格納部３２に流れ込んだ圧媒ガスをホットゾーンの上部に送るためのものであり、ガスを漏らさずにホットゾーンの圧媒ガスと交わることなく案内できるように内部が空洞とされた管材で形成されている。この導管２８の下端はファン格納部３２に開口しており、下側の開口からファン格納部３２の圧媒ガスを管内に取り込むことができるようになっている。また、導管２８は、ファン格納部３２（ホットゾーンの下方）から整流筒８の外周面（上下方向）に沿ってホットゾーンの上部まで伸びている。

【0038】

具体的には、導管２８は、ファン格納部３２の上面に形成された開口（下側の開口）から上方に向かって伸び、整流筒８の内部で径外側に曲がり、整流筒８の外周面に達したところで再び上方に向かって曲がり、次に整流筒８の外周面に沿ってホットゾーンの上部まで直線状に伸びている。そして、導管２８の上端は、ホットゾーンの上部に向かって開放されている。

【0039】

つまり、導管２８の上端は、径外側から径内側に向かって、ホットゾーンの内側を向くように曲げられると共に、その先端はノズルのように先細り状に形成されている。このように導管２８の先端を径内側に向いたノズル状に形成すれば、この導管２８の先端から噴出された圧媒ガスがホットゾーン内を上方に移動してきた圧媒ガスとの間に向流接触を起こして混合されるため、互いに混合されにくい第１冷却手段の圧媒ガスと第２冷却手段の圧媒ガスとを（温度差の大きな圧媒ガス同士を）確実に混合することが可能となる。

【0040】

なお、本実施形態では、導管２８を２本、整流筒８の中心を挟んで対称な位置（中心回りに１８０°となる位置）に配置しているが、これらは１本であっても良いし、また３本以上配置されていてもよい。また、複数の導管２８の配置は、必ずしも均等に配置しなくてもよい。
なお、上述した第２流通孔２４の中途側には、第２流通孔２４を流通する圧媒ガスの流量を絞ることで、上述した導管２８を流通する圧媒ガスの流量と、内側流路２２に帰還する圧媒ガスの流量との比率を調整する第２弁手段３３（絞り弁手段）が設けられている。このような第２弁手段３３を用いて第２流通孔２４を閉鎖したり開放したりすれば、ファン格納部３２から内側流路２２に流れ込む圧媒ガスの流量とホットゾーンに流れ込む圧媒ガスの流量との流量比が調整可能となり、ひいては第１循環流４１を流れる圧媒ガスの流量と、第２循環流４２を流れる圧媒ガスの流量との割合（流量比）を任意に変更することも可能となって、ＨＩＰ装置１の冷却速度をより精密に制御することも可能となる。

【0041】

ところで、第１循環流４１を流れる圧媒ガスは冷却されているとはいえ、高圧容器２の下部に設けられる強制循環手段２５のファン２９やモータ３０、第２弁手段３３の駆動機構、あるいは加熱手段７に用いられる電気ヒータ及び測温用熱電対などの電機部品の耐熱性を考慮すると、十分に低温になっているとは言えない。
そこで、本発明のＨＩＰ装置１では、外ケーシング４の外側（外側流路１２）で冷却された圧媒ガスを底体１１と熱交換させることにより、第１冷却手段で冷却された圧媒ガスをさらに冷却する冷却促進手段３７を備えている。

【0042】

次に、本発明の特徴である冷却促進手段３７について説明する。
図１に示すように、上述した底体１１とケーシング底体１４との間には、ガス導入手段２７に導入する圧媒ガスを貯留するガス貯留部３５が設けられている。このガス貯留部３５は、ケーシング底体１４の内部におけるファン格納部３２の下側に位置しており、圧媒ガスを貯留可能な空間として形成されている。また、ガス貯留部３５は、外ケーシング４の外側、言い換えれば外側流路１２から気密的に隔離されている。

【0043】

そして、冷却促進手段３７は、外ケーシング４の外側で冷却された圧媒ガスを底体１１と熱交換させることにより圧媒ガスを冷却する構成とされており、底体１１との間で熱交換させられた圧媒ガスをガス貯留部３５に送る構成とされている。具体的には、第１実施形態の冷却促進手段３７は、外ケーシング４の外側で冷却された圧媒ガスを底体１１内を巡回するように導く底体冷却流路３６を備えている。

【0044】

次に、第１実施形態の冷却促進手段３７を構成するガス貯留部３５、底体冷却流路３６
について説明する。
ガス貯留部３５は、ケーシング底体１４の下面に凹状に形成されており、下方に向かって開口している。このガス貯留部３５の内部は空洞となっていて、圧媒ガスを貯留できるようになっている。また、ガス貯留部３５の上側には上述したファン格納部３２が設けられており、ガス貯留部３５とファン格納部３２とは上述した下開口部１６で連通状態とされている。さらに、ガス貯留部３５の内部には、高温に弱い強制循環手段２５のモータ３０、第２弁手段３３などの機器が収容されている。

【0045】

ガス貯留部３５は上述したように外側流路１２から気密的に隔離されている。より詳しくは、ケーシング底体１４の下端と、底体１１の上面との間には、ガス貯留部３５と外側流路１２とを隔離する隔壁４７が設けられている。また隔壁４７の下面と、底体１１との間には、圧媒ガスが外側流路１２からガス貯留部３５内に侵入することを防止する断熱層下部シール４３が取り付けられていて、この断熱層下部シール４３によりガス貯留部３５は外ケーシング４の外側（外側流路１２）から気密状態で隔離されている。

【0046】

底体冷却流路３６は、外ケーシング４の外側で冷却された圧媒ガスを流通させる流路であり、底体１１の内部に巡回するように形成されて底体１１と圧媒ガスとの熱交換を行うものである。つまり、底体１１は、ＨＩＰ処理の加熱工程や加工処理工程の際にホットゾーンから熱流束を受けることが殆どなく、室温近くまで低温に冷却されていることが多い。そのため、外側流路１２を流通することで一旦冷却させられた圧媒ガスであっても、より低温まで圧媒ガスを冷却することができる。そこで、底体冷却流路３６では、外側流路１２を流通して冷却された圧媒ガスを底体１１との間で熱交換してさらに低温まで冷却することにより、より冷却が促進された圧媒ガスをガス貯留部３５に送る構成となっている。

【0047】

具体的には、外側流路１２の最も下側に位置する底体１１の上面には、圧媒ガスを取り込むガス取入口４４が形成されている。また、上述したガス貯留部３５内に設けられた底体１１の上面には、ガス取入口４４から取り込んだ圧媒ガスを、ガス貯留部３５内に供給するガス取出口４５が形成されている。そして、これらのガス取入口４４とガス取出口４５との間を結ぶ流路が、底体冷却流路３６とされている。このガス冷却流路３６は、底体１１内を貫通すると共に底体１１内を大きく蛇行するように巡回（迂回）しており、低温とされた底体１１と圧媒ガスとの間に十分な熱交換面積を確保できるようになっている。

【0048】

なお、底体１１には、上述した底体冷却流路３６（冷却促進手段３７）で熱交換される熱量をさらに大きくできるように、底体１１自体の冷却を行う底体冷却手段３８が設けられている。この底体冷却手段３８は、底体１１の内部に貫通する流路として形成されており、チラーなどで冷却された冷却水や代替フロンなどの冷媒を流通可能となっている。このような底体冷却手段３８を設ければ、底体１１の温度をさらに低下させることが可能となり、底体冷却流路３６を通じて圧媒ガスを更に低温まで冷却したり、圧媒ガスに対して高い冷却能力を安定して発揮させることが可能となる。このような底体冷却手段３８は、特に急速冷却時に底体１１の熱を速やかに放散できるので好ましい。

【0049】

上述した第１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方法、言い換えれば本発明のＨＩＰ装置１の冷却方法を説明する。
上述の構成を備えたＨＩＰ装置１で被処理物Ｗに対して等方圧加工を行い、次に被処理物Ｗを短時間で冷却する急速冷却工程を行う。この急速冷却工程は、加熱手段７による加熱を停止した上で、栓部材１８を上方に移動し、強制循環手段２５のファン２９を回転させることで行われる。

【0050】

このとき、上述した第２弁手段３３を調整すると、第２流通孔２４及び内側流路２２を通じて外側流路１２に帰還する圧媒ガスの流量、及び導管２８を通じてホットゾーンへ導かれる圧媒ガスの流量との流量比が調整され、結果として低温の第１循環流４１（外側流路１２）を流れる圧媒ガスと高温の第２循環流４２を流れる圧媒ガスとが合流した後の圧媒ガスの温度を制御可能となる。

【0051】

このようにして合流した後で外側流路１２に導かれた圧媒ガスは、高圧容器２の内周面にそって降下中に高圧容器２の容器壁と熱交換されて冷却される。この時、冷却の初期に
おいては、高圧容器２の容器壁の温度が圧媒ガスに比べて十分に低い温度であるため、外側流路１２を流通する圧媒ガスの流量をできるだけ大きくする方が、冷却を効率的に行うことができる。

【0052】

ところが、冷却が進んで、高圧容器２の容器壁の温度が高くなると、高圧容器２の内周面との間で熱交換されても、圧媒ガスの温度はあまり低くならない。例えば、冷却の初期においては、外側流路１２で冷却された圧媒ガスの温度は数１０℃程度まで低下する。ところが、冷却が進むと、外側流路１２で冷却されても２００℃近い温度を維持するようになり、高温の圧媒ガスが高圧容器２の下部に設けられたガス貯留部３５にそのまま流れ込むことになる。そうすると、高温の圧媒ガスが強制循環手段２５のファン２９やモータ３０、第２弁手段３３の駆動機構、あるいは加熱手段７に用いられる電気ヒータ及び測温用熱電対などの接点等に接触し、これらの電機部品が焼損してしまう可能性が高くなる。そのため、２００℃を超えるような圧媒ガスをガス貯留部３５に流入させることは許容できるものではない。

【0053】

そこで、第１実施形態のＨＩＰ装置１では、外側流路１２を下降しつつ冷却した圧媒ガスを、さらにガス冷却流路３６に導いて冷却を促進する。すなわち、ガス冷却流路３６は、底体１１の内部を巡回するように配備されており、外側流路１２を流通して冷却された圧媒ガスを底体１１との間で熱交換してさらに低温まで冷却することを可能としている。このガス冷却流路３６でさらに低温まで冷却された圧媒ガスはガス貯留部３５に送られる。

【0054】

ガス貯留部３５には、高温に弱い強制循環手段２５のファン２９やモータ３０、第２弁手段３３の駆動機構、あるいは加熱手段７に用いられる電気ヒータ及び測温用熱電対などの接点等が設けられているが、上述した底体冷却流路３６でさらに低温まで冷却された圧媒ガスが貯留されているので、これらの電機部品が焼損される心配はない。それゆえ、高圧容器２の下部に設けられた電機部品を焼損させることなく、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ようになり、急速冷却工程においてもホットゾーン内を確実に耐熱限界以下の温度に保つことが可能となる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のＨＩＰ装置１を説明する。

【0055】

図２に示すように、第２実施形態のＨＩＰ装置１は、上述した第１実施形態のＨＩＰ装置１とは異なり、冷却促進手段は、ケーシングの外側で冷却された圧媒ガスを１次側に導いて、２次側の底体１１との間で熱交換を行う熱交換器３９を備えている。
具体的には、第２実施形態のＨＩＰ装置１では、外ケーシング底体１４と底体１１との間には、第１実施形態にあったような隔壁４７は設けられておらず、外ケーシング底体１４と底体１１との間を通って圧媒ガスは外ケーシング４の内外を自由に移動できるようになっている。そして、この圧媒ガスの移動が自在とされた外ケーシング底体１４と底体１１との間に、熱交換器３９が設けられている。

【0056】

熱交換器３９は、圧媒ガスの自由な通過を可能とする構造であり、高圧容器２の容器壁の内周面を降下した第１循環流４１の圧媒ガスを底体１１との間で熱交換することで冷却し、冷却後の圧媒ガスをガス貯留部３５に導く構成とされている。また、熱交換器３９では、底体１１との熱交換面積を大きくできるように、底体１１の上面にフィンなどを設けた多層構造を採用したり、流路面積を大きくとれるようにフィンなどを多孔質とする多孔質構造を採用したりするのが好ましい。

【0057】

また、熱交換器３９の上側には、この熱交換器３９を介して外ケーシング底体１４の熱が底体１１に伝達しないように、断熱部材を設けると良い。このような断熱部材を設ければ、外ケーシング底体１４の熱により底体１１の温度が上昇することが抑制され、熱媒ガスを効率的に冷却することが可能となる。
なお、図例では、導管２８がホットゾーンの中央に設置された例を示しているが、図１の場合と同様に導管２８がホットゾーンの外周側に設けられていても良い。上述した第２実施形態のＨＩＰ装置１を用いることにより、容器本体２の容器壁の内周面と熱交換した後の第１循環流の圧媒ガスをさらに冷却することが可能となる。また、本実施形態では、
底体１１に圧媒ガスを流通させるガス冷却流路３６を別途設ける必要が無く、高圧容器２の内部の高圧に対して耐圧部材として機能する底体１１をそのまま利用でき、底体１１の高寿命化が図れる。

【0058】

また、第２実施形態のＨＩＰ装置１では、熱交換器３９を耐圧部材として機能する底体１１とは別の部材として設けているため、熱交換に適した銅やアルミなどを用いて熱交換器３９を形成したり、多層構造、多孔質構造、フィン構造などを熱交換器３９に採用したりすることもできる。
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。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

【符号の説明】

【0059】

１ ＨＩＰ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 製品台
７ 加熱手段
８ 整流筒
９ 容器本体
１０ 蓋体
１１ 底体
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 栓部材
１９ 移動手段
２０ 外側ガス流通路
２１ 内側ガス流通路
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 ガス導入孔
２７ ガス導入手段
２８ 導管
２９ ファン
３０ モータ
３１ 軸部
３２ ファン格納部
３３ 第２弁手段
３４ 連通孔
３５ ガス貯留部
３６ ガス冷却流路
３７ 第１冷却促進手段
３８ 底体冷却流路
３９ 熱交換器
４０ 第２冷却促進手段
４１ 第１循環流
４２ 第２循環流
４３ 断熱層下部シール
４４ ガス取入口
４５ ガス取出口
４６ シール
４７ 隔壁
Ｗ 被処理物

【図1】

【図2】