(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器（１、１’）と、
前記圧力容器（１、１’）内に配設され、物体（５）を中に受ける加熱チャンバ（１８）を中に規定した断熱性の内側ケース部分（７）と、前記内側ケース部分（７）の外周側を囲んだ外側ケース部分（２、２’）とを有する断熱ケーシング（３、３’）と、
前記加熱チャンバ（１８）内に配設された加熱炉（３６）と、
前記圧力容器（１、１’）内で、前記加熱チャンバ（１８）の下に配設され、プレス媒体が中を通過している時に熱エネルギーをプレス媒体と交換するための熱交換部材（１５）と、
前記外側ケース部分（２、２’）と内側ケース部分（７）の外周側との間に形成されている、プレス媒体を案内するための案内通路（１１）と、
プレス媒体を前記案内通路（１１）中に通すように前記案内通路（１１）に設けられ、前記断熱ケーシング（３、３’）の下側の部分（２６）に配設されている少なくとも１つの第１の入口（２４）と、
プレス媒体を前記案内通路（１１）中に通すように前記案内通路（１１）に設けられ、前記断熱ケーシング（３、３’）の前記下側の部分（２６）に配設されている少なくとも１つの第２の入口（２５）と、を具備する、ホットプレス成形による物体の処理のためのプレス装置（１００、１１０）であって、
前記少なくとも１つの第２の入口（２５）は、冷却段階の間の前記案内通路（１１）中での垂直方向及びプレス媒体の流れ方向で、前記熱交換部材（１５）の下方に配置され、
前記少なくとも１つの第１の入口（２４）は、冷却段階の間の前記案内通路（１１）中での垂直方向及びプレス媒体の流れ方向で、前記熱交換部材（１５）の上方に配置されている、プレス装置（１００、１１０）。
【請求項２】
前記案内通路（１１）は、前記熱交換部材（１５）から前記少なくとも１つの第１の入口（２４）と前記少なくとも１つの第２の入口（２５）とを介して供給されたプレス媒体を案内するように配設されている、請求項１に記載のプレス装置。
【請求項３】
前記案内通路（１１）には、プレス媒体を前記圧力容器（１、１’）の上側に、及び／もしくは、前記圧力容器（１、１’）の側壁に通すための少なくとも１つの出口が設けられている、請求項２に記載のプレス装置。
【請求項４】
前記熱交換部材（１５）は、前記少なくとも１つの第１の入口（２４）と前記少なくとも１つの第２の入口（２５）との間に配設されている、請求項１乃至３のいずれか１に記載のプレス装置。
【請求項５】
底断熱部分（７ｂ）が、前記加熱チャンバ（１８）の下方で、前記熱交換部材（１５）の上方に配設されている、請求項１乃至４のいずれか１に記載のプレス装置。
【請求項６】
前記底断熱部分（７ｂ）は、前記少なくとも１つの第１の入口（２４）とほぼ同じ高さに配設されている、請求項５に記載のプレス装置。
【請求項７】
前記底断熱部分（７ｂ）は、前記少なくとも１つの第１の入口（２４）の上方に配設されている、請求項５に記載のプレス装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の入口（２４）の開口面積が、前記少なくとも１つの第２の入口（２５）の開口面積より小さい、請求項１乃至７のいずれか１に記載のプレス装置。
【請求項９】
一組の第１の入口（２４）が、第１の垂直位置に配設されており、一組の第２の入口（２５）が、第２の垂直位置に配設されている、請求項１乃至８のいずれか１に記載のプレス装置。
【請求項１０】
前記プレス装置は、熱間アイソスタティックプレス成形により物体を処理するように配設されている、請求項１乃至９のいずれか１に記載のプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホットプレス成形による、好ましくは熱間アイソスタティックプレス成形による物体の処理のための装置と、ホットプレス成形による物体の処理とに関わる。
【背景技術】
【０００２】
熱間アイソスタティックプレス成形（ＨＩＰ）は、ますます広く使用されている技術である。熱間アイソスタティックプレス成形は、例えば、タービンブレードのキャスティングの穴の除去を行う時に使用され、耐用年数と、強度、特に疲労強度とを改良するために、一般に使用される。他の分野の適用は、密で穴のない表面を有する必要のある製品の、粉末の圧縮による製造である。
【０００３】
熱間アイソスタティックプレス成形では、プレスによって処理を受ける物体が、断熱された圧力容器のロードコンパートメント中に配置される。１サイクル、即ち処理サイクルは、物体のローディング工程と、処理工程と、アンローディング工程とを有しており、このサイクルの全体の所要時間が、ここではサイクル時間と称される。また上記の処理は、いくつかの部分、即ち、段階、例えばプレス段階、加熱段階、冷却段階に、分けられ得る。
【０００４】
ローディングの後、圧力容器は、密封され、プレス媒体が、前記圧力容器に、そしてこの圧力容器のロードコンパートメント中に、導入される。そして、前記プレス媒体の圧力と温度とが高くされ、この結果、前記物体は、選択された時間の間、高くされた圧力と温度とに晒される。プレス媒体、かくして物体の温度の上昇が、前記圧力容器のチャンバ内に配設されている加熱部材即ち加熱炉によって、生じられる。圧力と、温度と、処理時間とは、当然種々の要因に依存し、例えば、処理される物体の材料特性と、適用の分野と、処理される物体の必要な質とに、依存する。熱間アイソスタティックプレス成形での圧力と温度とは、代表的に、それぞれ２００乃至５０００バール、好ましくは８００乃至２０００バールと、３００℃乃至３０００℃、好ましくは８００℃乃至２０００℃の範囲とである。
【０００５】
物体のプレスが終了すると、この物体は、多くの場合、前記圧力容器から取り出される、即ちアンロードされる前に、冷却される必要がある。種々の冶金の処理では、冷却速度が、冶金の特性に影響する。例えば、熱応力（thermal stressもしくはtemperature stress）と粒成長とが、高品質の材料を得るために、最小限に抑えられる。かくして、材料を均一に冷却することと、可能であれば、冷却速度を制御することとが望ましい。この分野で知られている多くのプレスが、物体の遅い冷却によって損なわれており、従って、物体の冷却時間を短縮する努力が、なされている。
【０００６】
特許文献１では、プレス処理及び熱処理が完了した後、物体を高速で冷却するための熱間アイソスタティックプレス装置が、設けられている。このプレス装置は、外壁と、端閉鎖部と、熱バリアによって囲まれている熱領域とを有する圧力容器を有している。前記圧力容器の外壁は、外側から冷却される。前記熱領域は、処理される物体を受けるために配設されている。前記熱バリアと、端閉鎖部を有する前記圧力容器との間に、冷たい空間即ち領域がある。従来の熱間アイソスタティックプレス成形のように、上述のような熱領域に配置された物体をプレスする間に、プレス媒体が加熱される。
【０００７】
更に、特許文献１に開示されているプレス装置では、物体の冷却の間に、冷却されたプレス媒体が、前記熱領域中に案内され、熱エネルギーが、前記物体からプレス媒体に伝達される。かくして、プレス媒体の温度が、プレス媒体が前記熱領域を通る間に高まり、物体の温度は、下がる。前記熱領域を出ると、比較的熱いプレス媒体は、前記圧力容器の壁に到達する。従来の熱間アイソスタティックプレス成形では、圧力容器の壁に到達する熱いプレス媒体の量が、圧力容器の壁、即ち、熱いプレス媒体に接触する圧力装置の全内面を過熱しないように、慎重に制御されなければならない。このことは、冷却が比較的遅いペースで、即ち圧力容器が長時間耐え得るペースより速くないペースで実施されなければならない。
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１のプレス装置は、物体の冷却のための時間を短縮し得るように、前記熱領域の上に配置されている熱交換部材を更に有している。このことによって、プレス媒体は、前記圧力容器の壁に接触する前に、前記熱交換部材によって、冷却される。この結果、前記熱交換部材は、前記圧力容器の壁を過熱する危険なく、冷却能力の向上を可能にする。更に、従来の熱間アイソスタティックプレス成形のように、プレス媒体は、物体の冷却の間に、前記圧力容器の壁と前記熱バリアとの間の隙間を通る時に、冷却される。冷却されたプレス媒体が前記圧力容器の底部に到達すると、圧力媒体は、前記熱バリアを通る通路から、（冷却される物体が中に配置されている）熱領域に、再び入る。
【０００９】
前記熱交換部材は、プレス媒体と物体との冷却の間に、熱くなり、物体の冷却の間にブースタとして機能するように、前記熱交換部材は、プレス装置が新しい物体のセットを処理するために動作され得る前に、冷却されなければならない。かくして、この種のプレス装置の欠点は、後に続く各サイクル間の時間が、前記熱交換部材の冷却時間に依存していることである。この問題を克服するために、１つのアプローチは、２つの熱交換部材を用いることである。２つの熱交換部材によって、一方の熱交換部材が熱間アイソスタティックプレス成形の外で冷却され得、一方で、他方の熱交換部材が、熱間アイソスタティックプレス工程で、使用される。しかしながら、このことによって、各プレス装置の動作の前に、熱交換部材を交換しなければならないという欠点が生じる。その上、２つの熱交換部材の使用によって、当然、プレス装置のためのコストが高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５１１８  ２８９
【発明の概要】
【００１１】
本発明の全体的な目的は、上述の問題の少なくとも１つを解消するか少なくとも減じる、改良されたプレス装置を提供することである。
【００１２】
特に、本発明の目的は、圧力容器への弱い温度負荷で高速の冷却が可能なプレス装置と、このようなプレス装置のための方法とを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、バルブのような追加の可動部分なしで、圧力容器への弱い温度負荷で高速の冷却が可能なプレス装置と、このようなプレス装置のための方法とを提供することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、高速の冷却が可能なプレス装置の、小型で費用効果のある構成を提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、高速の冷却が可能なプレス装置の頑丈な構成を提供することである。
【００１６】
本発明のこのような目的、及び他の目的は、独立請求項に規定されている特徴を有する圧力容器と、このような圧力容器のための方法とによって、果たされる。本発明の実施形態は、従属請求項で特徴づけられている。
【００１７】
本発明の文脈では、「冷たい」及び「熱い」もしくは「温かい」という用語（例えば、冷たい及び温かいもしくは熱いプレス媒体、もしくは冷たい及び温かいもしくは熱い温度）が、圧力容器中の平均温度に対して、解釈されるべきである。同様に、「低い」及び「高い」温度という用語も、圧力容器内の平均温度に対して、解釈されるべきである。
【００１８】
更に、本発明の文脈では、「熱交換部材」という用語が、熱エネルギーを蓄積し、熱エネルギーと周囲の環境とを交換することが可能な部材を示す。
【００１９】
本発明の第１の態様に従えば、ホットプレス成形による物体の処理のためのプレス装置が、設けられている。この装置は、物体を保持するための加熱炉と断熱ケーシングとを有する加熱チャンバを含んだ圧力容器を有している。熱交換部材が、前記加熱チャンバの下に配設され、プレス媒体が、この熱交換部材を通過する時に、熱エネルギーがプレス媒体と交換するように設定されている。本発明に従えば、温かい及び冷たいプレス媒体が交互に通過するための少なくとも１つの第１及び第２の入口もしくは出口が、前記熱交換部材の近くにある（即ち、前記熱交換部材とほぼ同じ高さ、もしくはこれの上もしくは下にある）前記断熱ケーシングに、配設されている。前記少なくとも１つの第２の入口（即ち下側の入口）は、前記少なくとも１つの第１の入口（即ち上側の入口）の下に設けられているが、前記熱交換部材とほぼ同じ高さに、もしくはこれより下に設けられている。
【００２０】
本発明に係るプレス装置は、物体の処理に関わる熱間アイソスタティックプレス成形のために有効に使用される。
【００２１】
一般に、圧力容器内で、この圧力容器内での冷却及びこの圧力容器内で処理される物体の冷却を果たすために、プレス媒体が、前記加熱チャンバと、圧力容器の冷却領域、例えば前記加熱チャンバの外側の中間の空間とを通って循環される。かくして、前記加熱チャンバ中にあるプレス媒体の量が、ほぼ一定であるが、前記加熱チャンバ中の物体から出る積極的な正味の熱流がある。
【００２２】
本発明は、全帯域レベルで、この冷却過程を向上させ且つこれの速度を上げる方法に関する。より具体的には、本発明は、より高速且つ有効な冷却プロセスを果たすために、前記加熱炉より下の圧力容器の領域に、プレス媒体の冷却のための熱交換部材を配設する、という見解に基づく。より具体的には、本発明は、プレス媒体が、例えば動作サイクルの定常状態の段階の間に前記熱交換部材を冷却するために使用され、これによって、前記熱交換部材が、高速の冷却プロセスの間にプレス媒体を冷却するために、非常に有効な方法で使用され得る、という見解に基づく。このことは、前記上側及び下側の各々１つの入口、もしくは各々複数の入口と、前記熱交換部材との間の協動によって、及び、前記圧力容器内の部材もしくは部分のそれぞれの位置づけによって、果たされる。更に、このことは、可動部分を含むバルブもしくは同様の装置を必要としないで、また、前記熱交換部材に外部の冷媒を供給しないで、果たされる。
【００２３】
代わって、前記熱交換部材が、例えば前記加熱炉の上の前記圧力容器の比較的温かい領域中に配置された場合、上昇する熱が、前記熱交換部材をある程度まで加熱する。前記圧力容器の冷却領域（即ち前記加熱炉の下）に前記熱交換部材を配設することによって、例えばプレス媒体の供給及び温度の上昇の間、もしくは、プレス段階と定常状態と間の、熱交換部材の望ましくない加熱が、防がれ得る。かくして、前記熱交換部材の望ましくない加熱は、前記熱交換部材がプレス媒体から前記熱交換部材への熱の伝達のために使用される場合、実際の冷却段階ではなく他の段階の間に、防がれ得る。プレス媒体の冷却は、かくして、前記冷却段階が開始されるまでに前記熱交換部材が低い温度に保たれ得ることによって、非常に有効であり且つ高速になる。
【００２４】
このことは、前記圧力容器内の、前記加熱チャンバの下に熱交換部材を配設することによって、一般に実施され、ここにおいて、前記熱交換部材は、熱エネルギーをプレス媒体へと交換し得る。そして、前記熱交換部材は、プレス媒体のより冷たい部分に晒され得、プレス媒体は、比較的熱い部分と、比較的冷たい部分との間の密度差によって、圧力容器の底部まで下方に進む。かくして、プレス媒体が前記容器の下側の部分より熱くなることが予想され得る前記加熱チャンバの上に前記熱交換部材を配設する代わりに、プレス媒体が比較的冷たくなることが予想され得る前記加熱チャンバの下に、熱交換部材が配設される。このことによって、比較的冷たいプレス媒体が、前記サイクルの間に、熱交換部材の温度を下げるために、使用され得る。
【００２５】
定常状態の間、もしくは、例えば前記サイクルの加熱及びプレス段階の間に、比較的冷たいプレス媒体が、前記熱交換部材を通って移送され、熱（即ち熱エネルギー）が、前記熱交換部材からプレス媒体に伝達され、もしくは、前記熱交換部材が、前記移送されたプレス媒体と前記熱交換部材との間の温度状態によって、冷たい状態に維持される。このような段階で上方向に流れるプレス媒体は、前記上側及び下側の入口を通って流れ、更に上方向に流れる。言い換えると、冷却対流ループが、定常状態と加熱段階との間に発生される。
【００２６】
穏やかな冷却プロセスが求められる場合、プレス媒体は、上述のように流れるが、前記加熱炉から前記上側の入口を通って下方向に流れる温かいプレス媒体の流れもある。かくして、前記熱交換部材は、このような穏やかな冷却の間に加熱されない。しかしながら、より速い冷却が求められる場合、前記加熱炉からの温かいプレス媒体の流れが大きいため、前記上側の入口が飽和状態となり、このことによって、温かいプレス媒体は、前記熱交換部材を通って下方向に流される。熱（もしくは熱エネルギー）は、前記プレス媒体から前記熱交換部材に伝達される。そして、冷却されたプレス媒体は、前記下側の入口を通って上方向に戻る。定常状態、穏やかな冷却もしくは物体の冷却の間に、前記熱交換部材が（相対的に）冷たく維持されていることによって、プレス媒体の下方向の流れと、前記熱交換部材との間の有効且つ多くの熱伝達が、果たされ得る。本発明によって、大量の熱エネルギーが、プレス媒体から前記熱交換部材に伝達され得、従って、ロードされたもの（物体）もしくはプレス媒体の所定の温度変化率を達成するように、前記圧力容器の壁に伝達される熱エネルギーの量が、減じられる。言い換えると、前記圧力容器の壁に熱の過重負荷を与えることなく、制御されて、所望の温度を高速で達成することが可能である。
【００２７】
冷却が中断されると、例えば、ロードされたもの、もしくはプレス媒体の所望の温度が達成されると、対流プロセスが、前記熱交換部材を再び冷却するために、使用され得る。かくして、熱エネルギーは、前記熱交換部材から、この熱交換部材を通って流れる比較的冷たいプレス媒体に、分散される。
【００２８】
このようにして、本発明は、前記熱交換部材が各サイクルの間に移動もしくは交換される必要がないため、前記プレス装置の動作を非常に容易にするという効果を与える。
【００２９】
これに加えて、１つのプレス装置にただ１つの熱交換部材を使用すればよい、という事実によって、前記プレス装置のためのコストが、減じられ得る。
【００３０】
前記上側及び下側の入口の各々によって、もしくは一組の入口によって、前記熱交換部材のための可動部品を含む更なるバルブを必要としないで、高速の冷却が果たされ得る。このことによって、冷却手段の構造が、比較的単純及び頑丈になり得る。
【００３１】
上側及び下側の入口の各々、もしくは複数組の入口の慎重なデザイン及び構成と、前記熱交換部材の構成とが、種々の段階の間、例えば前記熱交換部材の冷却の間に前記熱交換部材にわたる有効なポンプ効果を生じさせるように、協動する。前記熱交換部材が温かく、即ち下側から入ってくるプレス媒体より温かい場合、このポンプ効果は強力となり、逆の場合も同じである。
【００３２】
前記圧力容器の壁に対して熱間アイソスタティックプレス成形プロセスの高温及び圧力を維持するように、熱間アイソスタティックプレス成形には、圧力容器を冷却するための手段が、好ましくは供給される。例えば、このような冷却のための手段は、水のような冷媒であり得る。このような冷媒は、前記壁の温度を、維持可能なレベルで維持するように、パイプシステム中の、前記圧力容器の外壁に沿って流れるように、設定され得る。
【００３３】
更に、前記加熱チャンバの前記断熱ケーシングは、底断熱部分を有しており、前記熱交換部材は、このケーシングの前記底断熱部分の下に配置されている。この結果、前記熱交換部材は、前記加熱チャンバ内の物体から分離され、断熱されている。このことによって、前記加熱チャンバ内の熱い領域が、熱間アイソスタティックプレス装置の下側の部分にある冷たい領域から、有効に断熱される。
【００３４】
プレス媒体が前記圧力容器の壁に接触すると、熱エネルギーは、前記プレス媒体と前記壁との間で交換され、前記壁は、前記圧力容器の外側から冷媒によって冷却され得る。このようにして、前記プレス装置は、前記圧力容器内のプレス媒体を循環させるように有効に配設されており、このことによって、外部の消極的な（passive）対流ループを生じさせる。このような外部の対流ループの目的は、物体の冷却の間のプレス媒体の冷却と、物体の加熱の間の前記熱交換部材の冷却とを、可能にすることである。このことによって、前記物体のプレスと加熱との間に、前記熱交換部材を冷却することが可能となる。即ち、熱が、物体の冷却の間に、プレス媒体から前記熱交換部材に伝達され、物体のプレス及び加熱の間に、前記熱交換部材からプレス媒体に伝達される。このようにして、物体の冷却の後に、新しい物体をプレス及び加熱するためのプレスが高速で動作され得るため、サイクル時間が減じられ得る。
【００３５】
前記熱間アイソスタティックプレス装置はまた、前記熱交換部材の近くの前記加熱チャンバの下に配置されているフロージェネレータを有し得る。このフロージェネレータは、前記圧力容器中、即ち、前記外部の対流ループ中の、プレス媒体の循環を向上させる。前記フロージェネレータは、例えば、ファン、ポンプ、エジェクタなどの形態であり得る。
【００３６】
前記加熱チャンバは、前記加熱チャンバの前記断熱ケーシングと前記ロードコンパートメントとの間に形成されている案内通路を有している。前記加熱チャンバ内のプレス媒体の循環の向上のために、この加熱チャンバ内に更なるフロージェネレータが配置されていても良く、このことによって、均一な温度分配を生じさせる。前記フロージェネレータは、前記ロードコンパートメントを通って上方向に、更なる案内通路を通って下方向に、プレス媒体を流す。結果として、内部の、動的な対流ループが、生じる。前記更なるフロージェネレータ、即ちファン、ポンプ、エジェクタなどは、前記内部の動的な対流ループを制御するために、使用され得る。
【００３７】
前記外部の対流ループでは、プレス媒体が、前記圧力容器の前記外側の壁で、即ち、前記圧力媒体の内面で冷却され、ここにおいて、前記プレス媒体は、プレス装置の底部に向かって流れる。前記プレス装置の底部では、プレス媒体の一部分が、前記加熱チャンバへと戻され得、この加熱チャンバ中で、プレス媒体の一部は、高速の冷却の間、物体（即ちロードされるもの）によって加熱される。
【００３８】
本発明の実施形態では、前記断熱ケーシングが、ハウジング部分と断熱部分との間に形成されている案内通路を有しており、この案内通路は、前記熱交換部材から前記上側及び／もしくは下側の入口を通ってプレス媒体を案内するように配設されている。本発明の実施形態では、前記案内通路は、前記圧力容器の上部に、もしくは、前記圧力容器の壁に、プレス媒体を案内する。この案内通路は、例えば定常状態の間の、上方向に向ったプレス媒体の流れを向上させる。
【００３９】
本発明の実施形態では、前記少なくとも１つの第２の入口は、前記熱交換部材と同じ高さに配設されている。
【００４０】
本発明の実施形態に従えば、前記熱交換部材は、前記少なくとも１つ第２の入口、即ち下側の入口の上に、配設されている。前記下側の入口の上に前記熱交換部材を配設することによって、前記熱交換部材を通って前記第２の案内通路に流れるプレス媒体の流れが、前記高速の冷却段階の間に、生じられる。このことによって、有効であり且つ高速の冷却プロセスが、前記熱交換部材を通って下方向に流れるプレス媒体からの有効な熱の伝達によって、果たされ得る。
【００４１】
本発明の実施形態では、前記熱交換部材が、ほぼ前記少なくとも１つの第１の入口と前記少なくとも１つの第２の入口との間に、配設されている。このことによって、前記熱交換部材は、定常状態の間と、緩やかな冷却段階の間とに、冷たい状態に維持され得る。このことによって、高速の冷却段階が前記熱交換部材の低い開始温度で開始され得るので、必要であれば、前記容器の壁への弱い熱の負荷で、高速の冷却が果たされ得る。従って、大量の熱エネルギーが、プレス媒体から前記熱交換部材に伝達され得、従って、プレスチャンバの所定の温度に達するように、前記容器の壁に伝達される熱エネルギーの量が、減じられる。
【００４２】
本発明の実施形態に従えば、前記底断熱部分は、前記少なくとも１つの第１の入口とほぼ同じ高さに配設されている。
【００４３】
本発明の実施形態では、一組の第１の、即ち上側の入口が、それぞれほぼ同じ高さに配設され、一組の第２の、即ち下側の入口が、前記一組の上側の入口の下であるが、ほぼ同じ高さに配設されている。前記一組の第１及び第２の入口は、異なる大きさ、形状、相互の距離（即ち、２つの近接した入口間の距離）などを有し得る。更に、前記第１及び第２の入口は、一列のパターン、波形状のパターン、二列のパターンなどに従って、配設され得る。
【００４４】
本発明の実施形態に従えば、前記少なくとも１つの第１の入口の開口断面積が、前記少なくとも１つの第２の入口の開口断面積より、小さい。２つ以上の第１の入口と２つ以上の第２の入口とを含む実施形態では、一組即ち一グループの前記第１の入口の前記開断面積の合計が、一組即ち一グループの前記第２の入口の前記開口断面積の合計より小さい。
【００４５】
このことによって、高速の冷却段階の間に、前記熱交換部材を通って下方向に流れ、更に前記第２の案内通路へと流れるプレス媒体の有効な流れを維持する間に、前記第１の入口（上側の入口）の飽和が、果たされ得る。このことによって、前記熱交換部材を通って下方向に流れるプレス媒体からの有効な熱の伝達によって、有効且つ高速の冷却プロセスが、得られ得る。
【００４６】
本発明の実施形態では、前記少なくとも１つの第１の入口は、ほぼ同じ垂直方向の位置に配設されている一組の入口を有しており、前記少なくとも１つの第２の入口は、ほぼ同じ垂直方向の位置に配設されている一組の入口を有している。
【００４７】
本発明の実施形態に従えば、前記熱交換部材は、案内通路が前記熱交換部材と前記断熱ケーシングとの間に形成されるように、配設されている。
【００４８】
ヒートシンク装置、もしくは前記熱交換部材は、前記圧力容器の完全に内側に配設されており、いかなる冷媒も供給されない。従って、前記熱交換部材は、前記圧力容器の外の環境と物理的に接触していない。
【００４９】
ここに記されている本発明の種々の実施形態は、独立しており、もしくは種々の組み合わせで、同出願人によって同日に提出された「均一でないシリンダ」の特許出願に記載の種々の組み合わせの実施形態と、組み合わされ得る。「均一でないシリンダ」及び「改良された外部冷却ループ」のそれぞれの出願の内容が、参照によって本書に含まれる。
【００５０】
本発明の他の目的と、特徴と、効果とが、以下の詳細な説明と、添付の従属請求項と、添付の図面とから、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
特定の特徴と効果とを含む本発明の種々の態様は、以下の詳細な説明及び添付の図面から容易に理解される。以下の図面には、同じ参照符号が、本発明全体の実施形態の同じ部材もしくは特徴を示す。更に、左右対称に配置された物体、部材、特徴の参照符号は、これら図では、一度だけ示されている。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプレス装置の側面図である。
【図２】図２は、定常状態の間の、図１のプレス装置の側面図である。
【図３】図３は、緩やかな冷却段階の間の、図１のプレス装置の側面図である。
【図４】図４は、高速の冷却段階の間の、図１のプレス装置の側面図である。
【図５】図５は、熱交換装置の冷却段階の間の、図１のプレス装置の側面図である。
【図６ａ】図６ａは、上側及び下側の入口の異なる入口の構成を概略的に示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、上側及び下側の入口の異なる入口の構成を概略的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の更なる実施形態に係るプレス装置の一部を概略的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係るプレス装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
下記は、本発明の例となる実施形態の説明である。この説明は、説明の目的のみを意図するものであり、制限的な意味で解釈されるべきではない。図が概略的であることと、説明される実施形態のプレス装置が単純化のために図中に示されていない特徴及び部材を有し得ることとが、留意されるべきである。
【００５３】
本発明に係るプレス装置の実施形態は、複数の異なる可能な材料から形成された物体を、プレス成形によって、特に熱間アイソスタティックプレス成形によって処理するために、使用され得る。
【００５４】
図１は、本発明の実施形態に係るプレス装置を示している。物体のプレスのために使用されることを意図するプレス装置１００は、（図示されていない）手段、例えば、１つ以上のポートと、プレス媒体を供給及び排出するための入口及び出口を備えた圧力容器１を有している。プレス媒体は、処理される物体に対して化学的影響の少ない（with low chemical affinity）液体のもしくは気体の媒体であり得る。前記圧力容器１は、処理サイクルのプレス段階の間にプレス媒体を加熱するための、加熱炉（もしくはヒーター）３６、即ち加熱部材を有する加熱チャンバ１８を有している。前記加熱炉３６は、例えば図１に示されているように、前記加熱チャンバ１８の下側の部分に配置され得るか、前記加熱チャンバ１８の両側面に配置され得る。前記加熱チャンバの両側面と底部とに配置されている加熱炉を得るために、両側面に配置されている加熱部材と、底部に配置されている加熱部材とを組み合わせることが可能であることを、本分野の当業者は、理解している。明らかに、本分野で知られているように、加熱部材の配置に関する加熱炉のいかなる実施も、ここに示されている実施形態に当てはまり得る。「加熱炉」という用語は、加熱のための手段を示し、一方で、「加熱チャンバ」という用語は、装填物と加熱炉とが中に配置されている容器を示すことが、留意されなければならない。前記加熱チャンバ１８は、前記圧力容器１の全体を占めるのではなく、この加熱チャンバ１８の周りに、中間の空間１０を残している。前記プレス装置１００の通常の動作の間、前記中間の空間１０は、代表的に前記加熱チャンバ１８より冷たいが、同じ圧力下にある。
【００５５】
前記加熱チャンバ１８は、処理される物体５を受けて保持するためのロードコンパートメント１９を更に有している。前記加熱チャンバ１８は、加熱段階の間にエネルギーの損失を防ぐ断熱ケーシング３によって、囲まれている。また、対流が、より規定された方法で生じることを、確実にし得る。特に、前記加熱チャンバ１８の垂直方向に細長い形状によって、前記断熱ケーシング３は、監視及び制御しにくい水平方向の温度勾配の発生を防いでいる。
【００５６】
前記加熱チャンバ１８は、この加熱チャンバ１８中のプレス媒体を循環させるためのファン３０が配置され得、内部の対流ループを向上させる。この内部の対流ループでは、プレス媒体が、前記ロードコンパートメントを通る上向きの流れと、前記加熱チャンバの周辺部分１２に沿った下向きの流れとを有し得る。
【００５７】
更に、前記圧力容器１は、この圧力容器１の底部、即ち前記加熱チャンバ１８の下に配置されている熱交換部材１５、及び底断熱部分７ｂを有している。前記熱交換部材１５は、プレス媒体を有する熱エネルギーを交換、発散、及び／もしくは吸収するように、配設されている。
【００５８】
前記圧力容器１は、プレス媒体を加熱チャンバに案内するために、前記加熱チャンバ１８の下に配置されているファン３１を、更に有している。
【００５９】
更に、前記圧力容器１の外側の壁には、中に冷却のための冷媒が供給され得るチャンネルもしくはチューブ（図示されていない）が、設けられ得る。このようにして、前記容器の壁は、好ましくない熱から容器を保護するために、冷却され得る。この冷媒は、好ましくは水であるが、他の冷媒も、検討されている。冷媒の流れは、図１に、矢印によって、前記圧力容器の外側で示されている。
【００６０】
図には示されていないが、前記圧力容器１は、この圧力容器の中の物体が取り出され得るように、開けられ得る。このことは、種々の異なる方法で実施され得、これら方法のすべてが、本分野の当業者には明らかである。
【００６１】
第１の案内通路１０が、前記圧力容器の外壁の内側と、前記ケーシング３との間に、形成されている。前記第１の案内通路１０は、前記圧力容器１の上部からこの圧力容器１の下部へと、プレス媒体を案内するために使用される。
【００６２】
更に、前記断熱ケーシング３は、断熱部分７と、この断熱部分７を囲むように配設されているハウジング２とを有しており、このハウジング２は、熱の損失を減じるように、前記圧力容器１の内部を熱的に密封している。
【００６３】
更に、第２の案内通路１１が、前記加熱チャンバ１８の前記ハウジング２とこの加熱チャンバ１８の前記断熱部分７との間に、形成されている。前記第２の案内通路１１は、前記圧力容器の上部にプレス媒体を案内するように、使用される。図８には、本発明の他の実施形態が、示されており、この実施形態では、前記第２の案内通路が前記圧力容器の壁にプレス媒体を案内する。このことは、以下に更に詳しく説明される。
【００６４】
前記第２の案内通路１１には、プレス媒体をこの第２の案内通路に供給するための、少なくとも１つの第１の入口、即ち上側の入口２４、及び少なくとも１つの第２の入口、即ち下側の入口２５と、プレス媒体を前記第１の案内通路１０に流すための、前記圧力容器の上部の所の開口部１３とが、設けられている。好ましくは、前記第２の案内通路１１には、前記熱交換部材１５に対してほぼ同じ垂直方向の高さに、例えばそれぞれ列を成して配置されている複数の第１の入口２４と、複数の第２の入口２５とが、設けられている。一組の前記第１及び第２の入口２４、２５は、前記熱交換部材１５に近接した前記断熱ケーシング３の下側の部分２６に、配置されている。
【００６５】
本発明の実施形態に従えば、一組の第１の、即ち上側の入口は、一列に配設されており、一組の第２の、即ち下側の入口は、前記上側の入口より下に、一列に配設されている。前記第１の入口と前記第２の入口とは、異なる大きさと、異なる形状と、異なる相互間の距離（即ち２つの近接した入口間の距離）などとを有し得る。更に、前記第１及び第２の入口は、一列のパターン、波形状のパターン、二列のパターンなどに従って、配設され得る。
【００６６】
本発明の実施形態に従えば、少なくとも１つの第１の入口の開口断面積が、少なくとも１つの第２の入口の開口断面積より、小さい。２つ以上の第１の入口と２つ以上の第２の入口とを含む実施形態では、一組即ち一グループの前記第１の入口の前記開口した断面積の合計が、一組即ち一グループの前記第２の入口の前記開口した断面積の合計より小さい。
【００６７】
図６ａ及び図６ｂを参照すると、本発明に係る複数の異なる入口の構成が、示されている。これら図６ａ及び図６ｂは、広げられた状態の、前記圧力容器の前記断熱部分７の内側の壁の一部を示している概略図である。図６ａに示されている実施形態では、一組の上側の入口１２４が、同じ断面開口を有する円形であり、近接する入口間に同じ距離ｄ１を有するように配設されており、一組の下側の入口１２５が、同じ断面開口を有する円形であり、近接する入口間に同じ距離ｄ２を有するように配設されている。更に、前記一組の下側の入口１２５は、前記一組の上側の入口１２４の下に、垂直方向の距離ＶＤをあけて、配設されている。従って、前記一組の上側の入口１２４は、前記圧力容器内で第１の垂直方向の位置に実質的に配設されており、前記一組の第２の入口１２５は、第２の垂直方向の位置に実質的に配設されている。図示されているように、上側の入口１２４は、対応する下側の入口１２５の上にまっすぐ垂直方向に、必ずしも配設されないが、前記対応する下側の入口の上に、まっすぐに配設されても良い。前記下側の入口１２５の開口断面積のすべて（即ち、ここの開口断面積の合計）が、前記上側の入口１２４の全開口断面積より、大きい。
【００６８】
図６ｂに示されている実施形態では、一組の上側の入口２２４ａ、２２４ｂが、２つの異なる開口断面積を有しており、近接する入口間に同じ距離ｄ３を有する波形状のパターンに従って配設されており、一組の下側の入口２２５ａ、２２５ｂが、２つの異なる開口断面積を有しており、近接する入口間に同じ距離ｄ４を有する波形状のパターンに従って配設されている。
【００６９】
更に、前記一組の下側の入口２２５ａ、２２５ｂは、前記一組の上側の入口２２４ａ、２２４ｂの下に、垂直方向の距離ＶＤ２、ＶＤ３、ＶＤ４、ＶＤ５を有するように、配設されている。前記一組の下側の入口２２５ａ、２２５ｂの開口断面積のすべて（即ち、個々の開口断面積の合計）が、前記一組の上側の入口２２４ａ、２２４ｂの全開口断面積より大きい。前記一組の下側の入口２２５ａ、２２５ｂは、前記一組の上側の入口２２４ａ、２２４ｂより、少ない入口を有している。
【００７０】
本発明に従えば、前記熱交換部材１５は、前記一組の上側の入口と、前記一組の下側の入口との間に好ましくは設けられており、かくして、このような好ましい実施形態に従えば、図６ａに示されているような入口のパターンの構成が使用されている場合、約ＶＤの高さを有しており、図６ｂに示されているような入口のパターンの構成が使用されている場合、約ＶＤ２乃至ＶＤ５の高さを有している。
【００７１】
図１に戻ると、前記第１の入口２４は、前記第２の入口２５の上に好ましくは配置されており、前記第２の入口２５より小さい全開口断面積を有している。前記熱交換部材１５は、図１に示されているように前記第１の入口２４と前記第２の入口２５との間に配設されるように設定された位置と、底断熱部分の下とに、好ましくは配設されている。
【００７２】
前記底断熱部分７ｂと前記断熱部分７との間に、開口部（即ち間隙）２７が、形成されている。
【００７３】
前記一組の第１の入口２４は、前記底断熱部分７ｂとほぼ同じ高さに、即ち前記熱交換部材１５の上に、好ましくは配置されている。このことによって、外側の対流ループが、前記第１の及び第２の案内通路１０、１１によって、下側の部分、即ち前記圧力容器１の前記底断熱部分７ｂの下に、形成されている。
【００７４】
いくつかの実施形態では、前記熱交換部材１５は、第３の通路３４が前記熱交換部材１５と前記ケーシング３との間に形成されるように、配設されている。
【００７５】
図１に係るプレス装置１００中の物体５のプレス成形が、前述のようにして実質的に実施される。
【００７６】
本発明の実施形態に従った例としてのプレス装置の動作が、概ね説明される。
【００７７】
以下の説明では、処理サイクルが、種々の段階、例えば、ロード段階、プレス段階、及び／もしくは加熱段階、冷却段階、高速の冷却段階、アンロード段階を含み得る。
【００７８】
第１に、前記圧力容器１は、前記加熱チャンバ１８とこの加熱チャンバ１８の前記ロードコンパートメント１９とが使用され得るように、開かれる。このことは、この分野で知られている複数の種々の方法で果たされ得、このような方法についての更なる説明は、本発明の原理を理解するために、必要ではない。
【００７９】
次に、プレスされる物体が、前記ロードコンパートメント１９に配置され、前記圧力容器１が、閉じられる。
【００８０】
前記物体が圧力容器の前記ロードコンパートメント１９中に配置された時に、プレス媒体が、例えばコンプレッサ、加圧貯蔵タンク（圧力供給器）、極低温のポンプなどによって、前記圧力容器１に供給される。プレス媒体の前記圧力容器１への供給は、所望の圧力が前記圧力容器１中に得られるまで、続く。
【００８１】
前記圧力容器１へのプレス媒体の供給の間、もしくは後に、前記加熱チャンバ１８の前記加熱炉（加熱部材）３６が駆動され、前記ロードコンパートメント中の温度が、高められる。必要であれば、プレスプロセスのための所望の圧力より低く、所望のプレス温度より低い温度で、所望の圧力レベルが得られるまで、プレス媒体の供給は続き、圧力が高められる。そして、前記加熱チャンバ１８中の温度を上げることによって、圧力が最終的な値まで高められ、この結果、所望のプレス圧力に達する。代わって、前記所定の温度と圧力とが同時に達成されるか、所望の温度が達成された後に、所望の圧力が達成される。この分野の当業者は、所望の圧力と温度とに達するために、この分野で周知のいかなる適切な方法も使用され得ることを、理解している。例えば、圧力容器中の圧力と、高い圧力供給とを均一化し、そして更にコンプレッサによって圧力容器を加圧し、更に、同時にプレス媒体を加熱することが、可能である。内部の対流ループが、均一な温度分配を果たすために、前記加熱チャンバ１８中にあるファン３０によって、駆動され得る。
【００８２】
ここに説明されている実施形態に従えば、所望の圧力が、約２００バールより高く、所望の温度が、約４００℃より高い。
【００８３】
温度と圧力とが維持される選択された時間の後、即ち実際のプレス段階の後に、プレス媒体の温度が減じられる、即ち、冷却段階が、開始される。プレス装置１００の実施形態に関しては、冷却段階が、例えば、以下に説明されるように、１つ以上の高速の冷却段階、及び／もしくは、超高速の冷却段階を、含み得る。
【００８４】
プレス段階の間に使用されるプレス媒体は、温度が十分に下げられると、前記圧力容器１から吐出され得る。いくつかのプレス媒体に関しては、リサイクルのために、プレス媒体をタンクのようなものに吐出するのが、便利であり得る。
【００８５】
減圧の後、前記圧力容器１は、プレスされた物体５が前記ロードコンパートメント１９からアンロードされ得るように、開かれる。
【００８６】
図２乃至図５を参照して、定常状態と、特に緩やか且つ高速の冷却段階とを含むプロセスの種々の段階が、より詳細に説明され得る。繰り返しになるが、「熱い」、もしくは「温かい」、「冷たい」という用語は、前記圧力容器中のプレス媒体の平均温度に対して、解釈されるべきである。更に、矢印が、プレス媒体の流れの方向を示している。
【００８７】
最初に、図２に戻ると、定常状態の間の、プレス媒体の流れの方向が、示されている。図から判るように、前記第１の案内通路１０を下方向に通る冷たいプレス媒体が、前記熱交換部材１５を通って上昇し、この熱交換部材１５を冷却するか、これを低い温度に維持する。前記第１の案内通路１０を通って下方向に通過され得る冷たいプレス媒体の一部が、前記第２の入口を通って前記第２の案内通路１１に流入する。その後、前記熱交換部材１５から上昇するプレス媒体は、前記第２の案内通路１１の上側の入口２４を通って流れ、前記第２の案内通路１１に流入する。この第２の案内通路１１中のプレス媒体は、更に前記開口部１３を通って上昇する。かくして、前記上側の入口２４には、（図３に示されるように、）定常状態もしくは緩やかな冷却の間に貫流を供給するために十分な大きさの開口領域が、設けられており、このことによって、前記熱交換部材１５を冷却するか、これを低温に維持する。
【００８８】
図３には、緩やかな冷却段階が、示されている。緩やかな冷却の間、前記ファン３１及び／もしくは３０が、定常状態より速い速度で動作される。図から判るように、前記第１の案内通路１０を通って降下する冷たいプレス媒体は、その後、前記熱交換部材１５を通って上昇し、前記熱交換部材１５を冷却するか、これを低温に維持する。前記第１の案内通路１０を下方向に通過した冷たいプレス媒体の一部は、前記第２の入口２５を通って前記第２の案内通路１１に流入する。前記熱交換部材１５から上昇したプレス媒体は、その後、前記第２の案内通路１１の前記上側の入口２４を通って、前記第２の案内通路１１に流入する。前記第２の案内通路１１中のプレス媒体は、前記開口部１３を更に通って上昇する。しかしながら、緩やかな冷却段階の間、通路１２中には、前記上側の入口２４を通る温かいプレス媒体の下方向の流れがある。かくして、前記上側の入口２４には、貫流と緩やかな冷却とを与えるために十分な大きさの断面開口領域が設けられており、これによって、前記熱交換部材１５を冷却するか、これを低い温度に維持する。前記通路１２中を下方向に流れる温かいプレス媒体の流れと、前記熱交換部材１５を上方向に通るプレス媒体の流れとは、両者とも前記上側の入口２４を通って流れ、かくして、前記入口２４の利用可能な開口領域で、ぶつかる。温かいプレス媒体の流れが過度に多い場合、前記上側の入口２４は飽和状態になり、温かいプレス媒体は、前記熱交換部材１５を通って下方向に流れ始め、温かいプレス媒体の冷却が、温かいプレス媒体から前記熱交換部材１５への熱伝達によって、果たされ得る。前記上側の入口２４の飽和点は、前記ファン３０、３１の動作速度と、前記上側の入口２４の全開口断面積とに依存する。
【００８９】
図４には、高速の冷却段階の間に、前記上側の入口２４が飽和状態になる様子が、示されている。前記上側の入口２４は、前記圧力容器１の外壁が、熱による過重負荷を受けないように設定されており、言い換えると、前記上側の入口２４は、（例えば、開口断面積、及び相対的に前記底断熱部分７ｂと、前記熱交換部材１５と、前記下側の入口２５との位置に関して、）前記圧力容器１の外壁への熱による過重負荷が生じる前に、温かいプレス媒体の流れでこの入口２４が飽和されるように、設定されている。
【００９０】
図４を参照して、高速の冷却段階が、説明される。高速の冷却の間、前記ファン３１及び／もしくは３０は、定常状態の間と緩やかな冷却段階との間より、はるかに速い超高速で、動作される。前記通路１２を通って下方向に流れる温かいプレス媒体は、前記上側の入口２４が前記第２の案内通路１１への温かいプレス媒体の流れによって飽和状態であるため、前記上側の入口２４と前記熱交換部材１５とを通って流れる。前記熱交換部材１５を通って下側に流れるプレス媒体は、プレス媒体から前記熱交換部材１５への熱もしくは熱エネルギーの伝達により、前記熱交換部材１５によって冷却される。前記熱交換部材１５から流出する冷却されたプレス媒体は、この後、前記下側の入口２５から前記第２の案内通路１１に流入する。また、前記第１の案内通路１０から下方向に流れる冷たいプレス媒体は、前記下側の入口２５から前記第２の案内通路１１に流入する。このことによって、大量の熱もしくは熱エネルギーが、前記プレス媒体から前記熱交換部材１５に伝達され得、同時に、前記圧力容器１の外壁への、熱による過重負荷が、防がれ得る。
【００９１】
図５には、前記熱交換部材１５が、高速の冷却段階の後に再度冷却され得る様子が、示されている。代わって、前記熱交換部材１５は、次のプロセスの定常状態の間に、冷却され得る。高速の冷却プロセスが適切な温度で中断されると、対流が、前記熱交換部材１５を冷却し得る。図から判るように、前記第１の案内通路１０を通って下方向に通過した冷たいプレス媒体は、前記熱交換部材１５から上昇し、熱交換部材１５からプレス媒体への熱エネルギーの伝達によって、この熱交換部材１５を冷却する。この後に、温かいプレス媒体は、前記上側の入口２４から前記第２の案内通路１１に流入し、ここで、プレス媒体は上昇し、前記開口部１３を通って更に流れる。前記第１の案内通路１０から下方向に流れる冷たいプレス媒体の一部は、前記第２の入口２５から前記第２の案内通路１１に流入する。
【００９２】
図７を参照して、本発明の他の実施形態が、説明される。図７には、プレス装置の細かい一部分のみが、概略的に示されている。同じもしくは対応する部分もしくは部材が、上記と同じ参照符号を与えられており、これらについての説明が、以下では省かれる。この特定の実施形態では、上側の熱の入口７２、即ち、熱もしくは熱エネルギーが通過し得るがプレス媒体は通過し得ない熱透過性の部分が、底断熱部分７ｂ及び熱交換部材１５とほぼ同じ高さで、配設されている。前記上側の熱入口７２は、断熱部分７０に配設されており、熱透過性の材料によって、形成されている。下側の入口もしくは一組の入口２５が、上記の実施形態に従えば、前記熱透過性の部分７２の下に、配設されている。
【００９３】
図８を参照して、本発明の他の実施形態が、説明される。同じ即ち対応する部分、もしくは部材には、前述と同じ参照符号が与えられており、これらについての説明が、以下では省かれる。プレス装置１１０のこの特定の実施形態では、第２の案内通路１１が、加熱チャンバ１８のハウジング２’とこの加熱チャンバ１８の断熱部分７との間に形成されている。この第２の案内通路１１は、断熱ケーシング３’の開口部８３から圧力容器１’の内壁へとプレス媒体を案内するために、使用される。
【００９４】
かくして、前記第２の案内通路１１には、これにプレス媒体を供給するために、少なくとも１つの第１の入口もしくは上側の入口２４と、少なくとも１つの第２の入口もしくは下側の入口２５と、また、プレス媒体の流れが前記第１の案内通路１０中に流れ得るように圧力容器１’の断熱ケーシング３’（図示されている実施形態の上側）の側面にある開口部８３とが、設けられている。
【００９５】
本説明及び図は、成分と、材料と、温度範囲と、圧力範囲などとの選択を含んでいる実施形態及び例を示しているが、本発明は、これらの特定の例に制限されない。種々の変更及び変形が、添付の請求項に規定されている本発明の精神に反することなく、行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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