(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層し固定することによって一体化された複数の鋼製額縁状単位枠体から成る直立門型枠体、該門型枠体内に限定される空間の底部中央に配置された主油圧シリンダー、該主油圧シリンダーの周囲かつ一同心円周上に配置された、より小径の副油圧シリンダーを有し、該主油圧シリンダー及び副油圧シリンダー全体を同期して作動するように連結して成る、高推力複合油圧プレス。
【請求項２】
上記単位枠体が、一枚の厚鋼板の中心部を長方形に切り抜いた単一体として構成される、請求項１に記載の複合油圧プレス。
【請求項３】
上記厚鋼板が、縦・横の外寸がそれぞれ13ｍ及び5.5ｍ以下の長方形の構造用鋼板である、請求項２に記載の複合油圧プレス。
【請求項４】
上記厚鋼板が、中央部分に縦・横がそれぞれ6ｍ及び3ｍ以下の正方形の切り抜きを有する、請求項２に記載の複合油圧プレス。
【請求項５】
上記単位枠体が、一対の垂直部分用厚鋼帯と一対の水平部分用厚鋼帯とを同一面上で直交して重ね合わせ、各端部において固定一体化した組立体である、請求項１に記載の複合油圧プレス。
【請求項６】
上記主油圧シリンダーの推力が150ＭＮ以上300ＭＮ以下であり、副油圧シリンダーの個数が４乃至６であり、かつ副油圧シリンダーの全体としての推力が200ＭＮ以上である、請求項１に記載の複合油圧プレス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧力高温下での黒鉛や低圧相窒化ホウ素の相転換によるダイヤモンドや高圧相窒化ホウ素等の合成、その他各種の高圧実験に利用可能な、数万トンの推力を有する高推力油圧プレスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような高圧相物質の合成には通常数GPaの超高圧力を必要とし、このためプレスの推力を小さな面積に集中するための、超硬合金や鋼で構成された先細りパンチ、及び、試料や圧力媒体等を保持する同様の材質で構成された環状のダイ等、重量の大きな部品が、プレスのラムに載置されて駆動される。
【０００３】
超高圧力利用範囲の拡大に伴い、加圧される断面積及び必要なプレス推力も増加する。特に大型焼結体の製造を目的とする場合、断面積200cm2の試料を6GPa以上の超高圧力に供することが要求されることがある。この場合、必要な総推力は400ＭＮ以上に達する。しかしこのような大きな推力を単一のラム・シリンダーで発生させようとすれば、200ＭPaの油圧を用いてもラムの直径は160cmにもなり、製造、加工、輸送に天文学的な経費を要することになり、実際的とは言えない。
【０００４】
ラム・シリンダーを単一ではなく、より小型の複数のラム・シリンダーで構成することは知られており、より実用的な手法として実際に利用されている。しかしこの場合も、柱体の断面積はプレスの推力の上昇と共に増大し、上記の400ＭＮ以上の場合、このよう引っ張り力に対抗する充分な剛性を確保するためだけでも、例えば従来の４本柱構成においては、安全率を5と見込んでも、直径113cm以上の円柱、又は一辺が100cm以上の正方形断面が必要となる。
【０００５】
なお、ラム及びシリンダーの周囲には、基礎面上に、垂直に上方に延びる４本の円形又は角型断面の柱体を建て、各柱体の頂底両端部は鋼板や連結材により固定される。作業用の空間は、ラム上方の、この連結材までの間に構成される。
【０００６】
かかる柱体を用いない枠体構造として、鋼板の中心部を切り抜いて額縁状としたもの、或は一対の垂直部分用厚鋼帯と一対の水平部分用厚鋼帯とを各端部において一枚ずつ直交積層させて構成した門型枠体の内側に、油圧ラム及びシリンダー並びに作業用の空間を構成したプレスは、特に特公昭48-26272号公報に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特公昭48-26272号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、経済的に実現可能な400ＭＮ以上の推力を有する油圧プレス構成を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高推力油圧プレスは、積層し固定することによって一体化された複数の鋼製額縁状単位枠体から成る直立門型枠体、該門型枠体内に限定される空間の底部中央に配置された主油圧シリンダー、該主油圧シリンダーの周囲かつ一同心円周上に配置された、より小径の副油圧シリンダーを有し、該主油圧シリンダー及び副油圧シリンダー全体を同期して作動するように連結したことを、主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプレスにおいて、所要推力は、200〜300ＭＮ(約２〜３万トン)の推力をもつ１基の主シリンダーと、その周囲に、主シリンダーと共軸の円周上に配置されたそれぞれ同等に50ＭＮ以上の推力をもつ複数の副シリンダーとが同期して鋼ブロック製下盤を駆動することによって発生される。従って油圧及び駆動する副シリンダーの個数の増減によって、幅広い推力を発生することが可能である。
【００１１】
一方上記一群のシリンダーを収容・保持するための門型枠体は、基本的に、板面の中心に長方形の中空部を有する額縁状の厚鋼板から成る、或は帯状の厚鋼板の組み合わせから成る単位枠体の積層一体化によって得られるので、経済的に製作でき、かつ積層枚数の増減によって、様々な空間の大きさや所要強度に柔軟に対応できる。
【００１２】
また上記において枠体の強度や剛性は柱乃至直立部の断面積によって規定されるため、奥行き乃至積層枚数を増すことによって、単位枠体直立部の幅を減らすことができる。従って幅の狭い鋼板を使用して400〜500ＭＮという大きな総推力に耐える枠体を実現することが容易である。このことは、大型の建設部材の輸送を陸上交通手段に依存する内陸部でかかる高推力のプレスを建設する場合、特に重要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のプレスにおいては、枠体に充分な強度及び剛性をもたせ、かつ内部空間に配置するシリンダーの推力を上記範囲で適切に選択することによって、400ＭＮ(約４万トン)以上の総推力をもつプレスが実現可能となる。
【００１４】
本発明において、単位枠体乃至額縁状鋼板は上記の２通りの手法によって作製できるが、第一の場合のように、圧延鋼板から計算された最適寸法を切り抜くことによって作製する場合、400乃至500ＭＮという本発明の目的とする推力に耐えるための強度、及び複数基のシリンダーを配置する空間を確保するために、厚さ5cmの市販の鋼板、特に構造用鋼(例えばJIS SM520A)種鋼板を使用する。幅(圧延方向に垂直な寸法)は現行の陸上輸送の規制を考慮すると4.5m以下が好適である。長さについては特に制限はないが、供給者の製鋼装置によって限定される。
【００１５】
切り抜きは、酸素・アセチレン溶断、その他の公知切断手法により、ムク乃至一枚物の長方形の鋼板から、外周の輪郭に倣って長方形乃至正方形に行う。
【００１６】
枠体の構成は、例えば次のように行なう。図１に示すように同一形状・寸法の単位枠体１１を複数個用意し、積層して所要総厚さとし、全体を貫通するボルト締め及び積層面の溶接により固定する。積層の前又は後に、必要に応じて枠体の内周縁を砥石で削って枠体内周面を平らにする。
【００１７】
より大径のシリンダーを使用する場合、上記の入手可能な鋼板からの切り抜きによっては、門型枠体の中に充分な空間を確保することが困難になるので、第２の手法を採る。即ち、垂直部分用厚鋼帯１２と水平部分用厚鋼帯１３とを一対ずつ、それぞれの同一面上の端部において図２のように直交して重ね合わせ、鋼帯端部を溶接し額縁状に固定することによって組立単位枠体とし、この組立単位枠体を複数個積層し、溶接し一体化することによって達成される。なお本発明においては、鋼板のうち長さ／幅の比率が２を超えるものを便宜上「鋼帯」と称することにする。
【００１８】
図３に示すように、組み立てた門型枠体２１は枠体の中心軸が鉛直になるように直立させ、水平な基礎に固定して据え付ける。ラム・シリンダーの平面配置は、図４に示すように、枠体底面上に水平に敷かれた鋼ブロックから成る底盤２２の中心に主油圧シリンダー２３を配置し、その外側のシリンダー２３の中心から一定半径の円周上に、互いに密接して副油圧シリンダー２４〜２９を配設する。各シリンダーは、必要に応じてそれぞれのラムの位置検出機構を備えており、上昇・下降速度を同調させて、位置のずれが一定範囲内に収まるように制御される。
【００１９】
副油圧シリンダーは偶数個を門型枠体の中心縦断面に関して対称的に、主シリンダーの両側に、推力50ＭＮのものがそれぞれ２〜３基配置される。
【００２０】
下盤として、各ラムの頂面に面接触して水平な頂面を持つ鋼ブロック３２を載せ、各ラムにボルトで固定し、さらにその上に円形の鋼板を下受け台３３として配置した。また枠体上方の水平部材の下面には上記下盤３２及び下受け台３３に対向して上盤３４及び上受け台３５を配置した。
【００２１】
なお図３は、図４の中心線Ａ−Ａ上における部分断面立面図である。次に本発明を実施例により説明する。
【実施例１】
【００２２】
総推力5ＭＮの油圧プレスを作製した。縦・横がそれぞれ13ｍ及び5.5ｍ、厚さが5cmの溶接構造用圧延鋼板(JIS SM520A種)から中央の5×2.6ｍをガス切断により切り抜いた、額縁状鋼材を52枚積層し、全体を貫通するボルトで締め付けると共に周囲を溶接することにより、全体を固定した。枠体の中心軸が鉛直になるように直立させ、基礎面に固定して門型枠体を構成した。この枠体の底面に平らな鋼板を敷いてその上面中心に、直径がそれぞれ1.13ｍ及び1.81ｍの主ラム及び主シリンダーを配置し、また主シリンダーの外周に接しかつ互いに接して、枠体中心面に関して両側に対称的に、シリンダー(直)径1.6ｍの副ラム・シリンダーをそれぞれ３基配置した。
【００２３】
下盤として、全ラムの頂面に面接触して縦・横3.6ｍ及び2.56ｍ、厚さ70cmの鋼板を載せ、各ラムにボルトで固定した。
【００２４】
下盤上に直径1.5ｍ、合計高さ0.8ｍの複数個の鉄ブロックを載せ、200ＭＰaの油圧で、主シリンダーに2ＭＮ、副シリンダーにそれぞれ50ＭＮ、合計500ＭＮの推力を発生させ得ることを確認した。
【実施例２】
【００２５】
下盤の上面中心に軸を一致させて、図５に示すような、対向する上下のパンチ４１、４２及び両パンチ及び両パンチ間に挟装された環状のダイ４３からなる、超高圧力発生装置を配置し、円板状ダイヤモンド焼結体の作製を行った。試料乃至反応室４４内の構成については、寸法の外は従来のものと基本的に異ならないので詳細な説明は省略するが、内径24cmの中心孔に、ダイヤモンド粉末を充填した直径17.5cmのカプセルを装填し、その周囲に通電発熱部材や絶縁材などを従来のように配置した。主・副シリンダーの総てを駆動し、200ＭＮの油圧で500ＭＮの推力を発生させ、試料全体を5.5GPa、1300℃に供して直径17cm、厚さ1.5cmの円板状焼結体ブロック6枚を回収した。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のプレス装置は、従来到達が困難だった400〜500 ＭＮの推力を、市販の構造材により実現したことによって、従来よりも大幅に大きな空間に超高圧力を発生させたり、試料により高い圧力を負荷することを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるプレス枠体の構成法を例示する説明図。
【図２】本発明によるプレス枠体の別の構成法を例示する説明図。
【図３】本発明によるプレスの(図４の線Ａ−Ａ上における)部分断面を示す説明図。
【図４】本発明によるプレスの各ラム・シリンダーの配置例を示す説明図。
【図５】本発明のプレスに適用可能な超高圧力発生装置の部分断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１１  単位枠体
１２  垂直部材用厚鋼帯
１３  水平部材用厚鋼帯
２１  門型枠体
２２  底盤
２３  主油圧シリンダー
２４〜２９  副油圧シリンダー
３２  鋼ブロック
３３  下受け台
３４  上盤
３５  上受け台
４１  上パンチ
４２  下パンチ
４３  ダイ
４４  反応室
【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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